KR20010009509A - 반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자 제조를 위한 이온주입장비의 아크챔버 구조를 개선하여, 필라멘트의 소모를 방지하는 한편 아크챔버 내에서 발생하는 양이온의 양을 증가시켜 이온주입 공정의 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 일측 벽면에 가스 주입공(6)이 형성된 사각 박스 형태의 벽체(2)와, 상기 벽체(2)의 양측벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치되는 코일 형태의 필라멘트(3)와, 상기 벽체(2)의 양측벽을 관통하는 각 필라멘트(3) 둘레를 일정거리 이격되어 감싸도록 설치되는 캐소드 튜브(4)와, 상기 벽체(2) 내의 캐소드 튜브(4) 외측에 각각 위치하도록 설치되는 리플렉터(5)가 구비됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버가 제공된다.

Description

반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버{arc chamber for ion implanting apparatus in fabrication of semiconductor}

본 발명은 반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체소자 제조를 위한 이온주입장비의 아크챔버 구조 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 포토공정이 끝난 후에 수행되는 이온주입공정을 위한 장비 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 장비 다른 부분과의 절연을 위한 부싱(7) 내부에 설치되는 이온 소스인 아크챔버(1)와, 이온 빔 추출을 위한 추출전극(8)과, 원하는 질량의 이온 빔만이 통과하도록 하는 질량분석기(Analyzing magnet)(9)와, 상기 질량분석기(9)를 지난 이온 빔이 통과하는 분석 슬릿(Resolving slit)(10)과, 이온 빔 집속을 위한 자기 4극자쌍(磁氣 4極子雙; Magnetic quadrupole doublet)(11)과, 이온 빔을 편향시키기 위한 정전 편향기(Electrostatic deflector)(12)와, 이온 빔이 웨이퍼(Wafer) 표면에 대해 수직방향으로 나아가도록 하기 위한 2극자 렌즈 마그네트(Dipole lens magnet)(13)와, 이온 빔 가속을 위한 가속칼럼(Acceleration column)(14)과, 웨이퍼가 로딩되는 엔드 스테이션(End station)(15)으로 구성된다.

한편, 상기 아크챔버(1)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 텅스텐으로 이루어진 사각 박스형의 챔버 벽체(2)와, 상기 벽체(2) 내부 일측에 설치되는 버나스 필라멘트(BERNAS filment)(3)와, 상기 버나스 필라멘트(3) 반대편에 설치되는 원형의 리플렉터(Reflector)(5)와, 챔버 벽체(2) 일측에 구비되는 가스 주입공(6)을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 종래에는 이온주입 공정 진행시, 아크챔버(1) 내에서 다음과 같은 과정을 거쳐 아크가 형성된다.

먼저, 아크챔버(1)의 일측벽에 구비된 가스 주입공(6)을 통해 3가 또는 5가의 가스 분자가 챔버 내부로 주입되면, 필라멘트(3)에 음의 전원을 인가해 챔버 내측으로 열전자들을 방출시킨다.

이에 따라, 필라멘트(3)에서 방출된 열전자들은 가스 분자들과 충돌하여 최외각 전자를 떨어뜨려 가스를 양이온화한다.

이 때, 아크챔버(1)에는 양의 전극이 인가되므로 양이온화된 전리(電離) 가스는 챔버 벽체의 척력(斥力)에 의해 챔버 내벽에 붙지 않는다.

또한, 필라멘트(3)로부터 방출되긴 했으나 가스와 충돌하지 못한 열전자는, 필라멘트(3) 반대편에 설치되며 음의 전원이 인가되어 있는 리플렉터(5)의 반발력에 의해 밀려나 다시 한번 챔버 내의 가스분자와 충돌할 수 있는 기회를 가지게 된다.

한편, 상기한 바와 같은 과정에 의해 생성된 이온 빔은 도 1에 나타낸 바와 같이 추출전극(8) 쪽으로 추출된 후, 질량 분석기(9), 분석 슬릿(10), 자기 4극자쌍(11), 정전 평향기(12), 2극자 렌즈 마그네트(13), 가속 칼럼(14)을 순차적으로 거쳐 엔드 스테이션(15)에 로딩된 웨이퍼 상면에 주입된다.

그러나, 이와 같은 종래 이온주입장비의 아크챔버(1)는, 1개의 필라멘트(3)와 리플렉터(5)만으로 이루어져 있으므로 인해 생성되는 양이온 양이 작고, 필라멘트(3)가 가스 분자에 그대로 노출되므로 인해 필라멘트(3)가 소모되어 소스 라이프 타임(source life time)이 짧아지는 단점이 있었다.

즉, 반도체 산업의 발달로 인해, 반도체소자가 고집적화 됨에 따라 아크챔버(1) 내에서 낮은 에너지에서도 고밀도의 더 많은 양이온들을 생성하여야 하나, 1개의 필라멘트(3)와 리플렉트만으로는 생성되는 양이온 양에 한계가 있었다.

또한, 아크챔버(1) 내로 주입된 가스속에 필라멘트(3)가 그대로 노출되는 구조이므로 인해, 필라멘트(3)의 소모에 따른 필라멘트(3)의 교체로 인해, 소스 라이프 타임이 줄어들어 생산성이 저하되는 등의 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체소자 제조를 위한 이온주입장비의 아크챔버 구조를 개선하여, 필라멘트의 소모를 방지하는 한편 아크챔버 내에서 발생하는 양이온의 양을 증가시켜 이온주입 공정의 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 반도체소자 제조 공정용 이온주입장비 구성도

도 2는 도 1의 아크챔버를 나타낸 구성도

도 3은 본 발명의 아크챔버를 나타낸 사시도

도 4는 도 3의 내부 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1:아크챔버 2:벽체

3:필라멘트 4:캐소드 튜브

5:리플렉터 6:가스 주입공

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 일측 벽면에 가스 주입공이 형성된 사각 박스 형태의 벽체와, 상기 벽체의 양측벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치되는 코일 형태의 필라멘트와, 상기 벽체의 양측벽을 관통하는 각 필라멘트 둘레를 일정거리 이격되어 감싸도록 설치되는 캐소드 튜브와, 상기 벽체 내의 캐소드 튜브 외측에 각각 위치하도록 설치되는 리플렉터가 구비됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버가 제공된다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 아크챔버를 나타낸 사시도로서, 본 발명은 일측 벽면에 가스 주입공(6)이 형성된 사각 박스 형태의 벽체(2)와, 상기 벽체(2)의 양측벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치되는 코일 형태의 필라멘트(3)와, 상기 벽체(2)의 양측벽을 관통하는 각 필라멘트(3) 둘레를 일정거리 이격되어 감싸도록 설치되는 원통형의 캐소드 튜브(4)와, 상기 벽체(2) 내의 캐소드 튜브(4) 외측에 각각 위치하도록 설치되는 리플렉터(5)가 구비되어 구성된다.

이 때, 상기 아크챔버(1)의 벽체(2)는 텅스텐으로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.

아크챔버(1)에 3가 또는 5가의 가스 분자가 주입되고, 원통형의 캐소드 튜브(4)에는 양의 전원이 인가되고 상기 캐소드 튜브(4) 내에 설치된 코일형의 필라멘트(3)에는 음의 전원이 인가된다.

이에 따라, 필라멘트(3)에서는 열전자가 방출되는데, 본 발명에서는 필라멘트(3)가 코일형이고 아크챔버 벽체(2)를 관통하고 있어 종래의 버나스 필라멘트에 비해 실제 코일의 길이가 현저히 커지는 효과를 가져오게 되며, 이로 인해 방출되는 열전자량도 길이의 확장분에 비례하여 증가하게 된다.

또한, 본 발명에서는 필라멘트(3)가 원통형 캐소드 튜브(4)내에 위치하고 있으므로 인해 필라멘트(3)가 가스에 노출되지 않아 필라멘트의 소모를 줄여 소스 라이프 타임을 증가시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 필라멘트(3)에서 방출된 열전자는 원통형 캐소드 튜브(4)에 인가된 양의 전원과의 전위차에 의해 캐소드 튜브(4) 내벽에 충돌하여 외벽으로 2차전자를 발생시키게 된다.

그리고, 이때 발생한 2차전자는 아크챔버(1)의 양쪽편에 위치한 마그네트(도시는 생략함)의 자장에 의해 나선운동을 하면 가스 분자와 충돌하여 가스 분자의 최외각 전자를 떨어 뜨려 가스 분자를 양이온으로 변화시키게 된다.

또한, 이 양이온들은 챔버벽에 양전극이 걸려 있으므로, 챔버 벽에 붙지 않으며, 캐소드 튜브(4)에서 생성된 2차 전자들중 가스분자와 미처 충돌하지 않은 전자들은 챔버의 양쪽벽에 위치한 리플렉터(5)의 반발력에 의해 튕겨져 나와 가스 분자와 다시 한번 충돌할 기회를 가지게 된다.

즉, 리플렉터(5)는 아크챔버(1) 내의 각 캐소드 튜브(4) 외측에 위치하여 가스 분자와 충돌하지 않은 전자들이 없도록 하는 작용을 하게 된다.

이 때, 상기 리플렉터(5)에는 음의 전원이 인가됨은 물론이며, 본 발명에서는 리플렉터(5)의 수가 종래에 비해 증가하므로 가스분자와 충돌하지 않은 2차전자들을 재충돌시켜 아크챔버 내의 양이온 생성량을 증가시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 코일형의 롱 필라멘트를 아크챔버의 양쪽편에 위치시켜 열전자의 방출량을 증가시키는 한편, 상기 필라멘트 외측에 이를 감싸는 캐소드 튜브를 설치하여 2차전자가 생성되도록 하고, 아크챔버 내부의 각 캐소드 튜브 외측에 하나씩 리플렉터를 설치한 것이다.

이로써, 본 발명은 아크챔버에서의 양이온 생성량을 현저히 증가시킴과 더불어, 필라멘트의 가스 속에의 직접 노출을 방지하여 필라멘트의 소모를 미연에 방지하여 필라멘트 교체에 따른 불편함 및 이온소스의 라이프 타임 저하를 해소할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 일측 벽면에 가스 주입공이 형성된 사각 박스 형태의 벽체와,

   상기 벽체의 양측벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치되는 코일 형태의 필라멘트와,

   상기 벽체의 양측벽을 관통하는 각 필라멘트 둘레를 일정거리 이격되어 감싸도록 설치되는 캐소드 튜브와,

   상기 벽체 내의 캐소드 튜브 외측에 각각 위치하도록 설치되는 리플렉터가 구비됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 캐소드 튜브가 원통형임을 특징으로 하는 반도체소자 제조공정용 이온주입장비의 아크챔버.