KR20010014462A - 플라즈마 원 및 이것을 이용한 이온주입장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 플라즈마 원(2a)에 따르면 전자 싸이크로트론 공명을 야기하는 자계B를 플라즈마실용기(4) 내에서 플라즈마 방출공(8)으로부터의 플라즈마 방출방향(22)과 직교하는 방향으로 발생시키는 전자석(40)(자계발생수단)을 구비한다.
이에 따라 방출플라즈마 속에 높은 에너지전자가 포함되는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 예를들면 타겟에 이온빔을 조사하는 이온빔 조사장치(예를들면 이온주입장치)에 있어서, 이온빔에 플라즈마를 공급하여 이 플라즈마 속의 전자에 의해 이온빔의 중성화를 도모하여 타겟의 대전을 방지하는 것 등에 이용되는 플라즈마 원에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방출 플라즈마 속에 높은 에너지 전자가 포함되는 것을 방지하는 수단에 관한 것이다.
종래, 예를들면, 반도체 웨이퍼와 같은 타겟에 이온빔을 조사하여 이온주입 등의 처리를 행하는 경우에, 이온빔의 플러스 전하에 의해 타겟이 플러스로 대전(차지-업 :charge-up)하는 문제가 발생한다.
이 대전의 문제를 해결하기 위해 예를들면 특개평5-234562호 공보 및 특개평5-47338호 공보에 기재된 바와같이 타겟 부근에 플라즈마 원을 설치하고, 이온빔에 플라즈마를 공급하여 이 플라즈마 속의 전자에 의해 이온빔의 중성화를 도모하여 타겟의 대전을 방지하는 기술이 제안되어 있다. 이와같은 목적으로 사용되는 플라즈마원을 이온빔 중성화장치라고도 칭한다.
이것에 대해 도면을 참조하여 설명하자면, 도 6에 종래 플라즈마 원을 이온빔 조사장치에 부착한 것을 예로 들 수 있다.
이 장치는 진공용기(32) 내에서, 홀더(38)에 유지되는 타겟(36)에 이온빔(34)을 조사하고, 이 타겟(36)에 이온주입, 이온빔 에칭 등의 처리를 시행하도록 구성되어 있다. 타겟(36)으로는 예를들면 반도체 웨이퍼, 그 밖의 기판 등을 예로 들 수 있다.
타겟(36) 부근의 진공용기(32)의 측벽부에 개구부(33)를 설치하고, 그 외측 부근에 절연물(30)을 통해서 플라즈마 원(2)을 부착하고 있다.
이 플라즈마 원(2)은 ECR(전자 싸이클로트론 공명)형으로서, 플라즈마(20)를 생성하기 위한 금속제의 플라즈마실용기(4)와, 이 플라즈마실용기(4) 내에 예를들면 아르곤, 크세논 등의 플라즈마 생성용 가스(12)를 도입하는 가스도입관(10)(가스도입수단)과, 플라즈마실용기(4) 내에 예를들면 2.45GHz 주파수의 마이크로파(15)를 도입하는 금속제의 안테나(14)(마이크로파 도입수단)와, 플라즈마실용기(4) 내에 전자싸이크로트론 공명을 야기하는 강한(예를들면 마이크로파 15가 2.45GHz인 경우 약 87.5mT) 자계B를 플라즈마 방출방향(22)을 따라 발생하는 자기코일(18)을 구비하고 있다. 여기서 부호 "16"은 코넥터를 나타낸다.
플라즈마실용기(4)와 진공용기(32) 사이에는 진공용기(32) 속으로 플라즈마를 인출시키는 것을 용이하게 하기 위해 이 예와같이 직류의 인출전원(28)으로부터 진공용기(32) 측을 플러스 극으로 하여 직류전압(인출전압)을 인가할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
플라즈마실용기(4)의 앞면부는 이 예에서는 플라즈마 방출공(8)을 갖는 앞면판(6)으로 구성되고, 플라즈마실용기(4) 내에서 마이크로파방전 및 전자싸이크론공명에 의해 효율성 높게 생성된 플라즈마(20)는 이 플라즈마방출공(8)으로부터 진공용기(32) 내로 방출되고, 이온빔(34)에 공급된다(이것을 플라즈마 브릿지라고도 칭한다). 이에따라 플라즈마(20) 속의 전자에 의해 이온빔(34)의 중성화를 도모하고, 이온빔 조사에 따른 타겟(36)의 플러스 대전을 억제할 수 있다.
또, 이 플라즈마 원(2)에서는 플라즈마(20)의 생성에 마이크로 파(15)를 이용하고, 필라멘트를 이용하지 않으므로 필라멘트 구성물질이 플라즈마방출공(8)으로부터 방출되어 타겟(36)을 오염하는 것을 방지할 수 있다.
또, 이 플라즈마원(2)에는 특개평9-245997호 공보 기재의 기술과 같이 플라즈마실용기(4) 내벽 및 안테타(14)를 절열물제의 커버(24)(26)로 덮혀 있으므로 금속제의 플라즈마실용기(4), 그 앞면판(6) 및 안테나(14)가 플라즈마(20)에 의해 스패터되고, 금속스패터입자가 플라즈마방출공(8)으로부터 방출되어 타겟트(36)를 오염하는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같은 플라즈마 원(2)으로부터 방출되는 플라즈마(20) 속에 포함되는 전자 에너지가 높으면 이 높은 에너지의 전자가 타겟(36)에 도달하고, 이 전자 에너지에 상당하는 전압까지 타겟(36)이 마이너스로 대전(차지-업)할 가능성이 있다. 이 타겟(36)의 마이너스 대전 문제는 간과할 수 없는 사항이다.
예를들어 최근에는 타겟 웨이퍼의 표면에 형성되는 트랜지스터(FET)의 치수가 미세화(예를들면 한변이 0.18㎛정도)되고, 또, 타겟 산화막의 막두께가 극단적으로 얇게되므로(예를들면 약 5nm 정도), 처리중의 차지-업 전압을 아주 낮게(예를들면 5V정도 이하로) 억제할 필요가 있다. 그러지 않으면 이 차지-업에 의해 절연파괴가 발생하고, 트랜지스터의 원료-제품간 생산효율의 저하 또는 신뢰성 저하가 야기된다.
그렇지만 상기 종래 플라즈마 원(2)에서는 플라즈마실용기(4) 내에서 전자싸이크로트론 공명용 자계B를 플라즈마방출공(8)으로부터의 플라즈마 방출방향(22)을 따라 발생시키고, 플라즈마실용기(4) 내의 플라즈마(20) 속 전자는 전자싸이크로트론 공명에 의해 이 자계B를 따라 가속되며, 이 전자가속방향으로 플라즈마방출공(8)이 존재하므로 고속(즉, 높은 에너지) 전자가 플라즈마 방출공(8)으로부터 방출되고, 이 것이 이온빔(34)에 공급된다. 이 전자가 더욱 진행하면 타겟(36)에 도달하여 타겟(36)의 차지-업 전압이 높아지게 되는 문제가 있다.
상세한 것은 제4도를 참조하여 후술하겠지만, 예를들면, 종래 플라즈마 원(2)으로부터 방출되는 플라즈마(20) 속의 전자 에너지는 수 eV ∼ 100eV 정도 까지 확대 분포된다. 따라서, 타겟(36)의 차지-업 전압은 최대로 100V 정도로 상승할 수 있다.
따라서, 본 발명은 방출플라즈마 속에 높은 에너지전자가 포함되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 원을 이온빔조사장치에 부착한 예를 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1의 선A-A를 따른 확대 횡단면도.
도 3은 자계발생수단에 영구자석을 이용한 예를 나타내는 횡단면도로서, 도 2의 예에 대응하는 도면.
도 4는 도 6에 나타낸 종래 플라즈마 원으로부터 방출된 플라즈마 속의 전자 에너지 분포의 측정결과를 일예로 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 플라즈마 원으로부터 방출된 플라즈마 속의 전자 에너지 분포의 측정결과의 일예를 나타내는 도면.
도 6은 종래 플라즈마 원을 이온빔 조사장치에 부착한 예를 나타내는 종단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
2a : 플라즈마 원 4 : 플라즈마실용기
8 : 플라즈마 방출공 14 : 안테나
15 : 마이크로파 20 : 플라즈마
22 : 플라즈마 방출방향 40 : 전자석(자계발생수단)
50 : 영구자석(자계발생수단) B : 자계
본 발명의 플라즈마 원은 상기 전자 싸이크로트론 공명을 야기시키는 자계를 상기 플라즈마실용기 내에서 상기 플라즈마 방출공으로부터의 플라즈마 방출방향과 교차하는 방향으로 발생시키는 자계발생수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면 플라즈마실용기 내에 있어서 전자 싸이크로트론 공명에 의해 가속되는 전자는 플라즈마 방출방향으로 교차하는 방향의 자계에 따라 운동하므로 플라즈마실용기의 내벽부에 충돌하여 소멸하게 된다. 따라서 플라즈마방출공으로부터 방출되는 전자는 이 플라즈마방출공 부근으로 확산된 플라즈마 속의 저속전자만으로 된다. 그 결과 방출플라즈마 속에 높은 에너지전자가 포함되는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 원을 이온빔 조사장치에 부착한 예를 나타내는 종단면도이다. 도 2는 도 1의 선A-A를 따른 확대단면도이다. 도 6에 나타낸 종래예와 동일 또는 그에 상당하는 부분에는 동일부호를 병기하고 이하에 있어서는 종래예와의 상이점에 대해서만 주로 설명한다.
플라즈마 원(2a)은 종래 플라즈마 원(2)과 같이 ECR형이며, 상기 자계발생수단의 일예로서, 상기 플라즈마실용기(4) 내에 있어서, 상기 플라즈마방출공(8)으로부터의 플라즈마방출방향(22)과 교차(예를들면, 직교 또는 대략 직교)하는 방향으로 상기 전자 싸이크로트론 공명을 야기시키는 자계B를 발생시키는 전자석(40)을 구비한다.
상기 안테나(14)는 본 예에서는 플라즈마방출방향(22)과 평행하게 배치되어 있으므로 상기 자계B는 환언하면 안테나(14)에 교차(예를들면 교차 또는 대략 교차)하는 방향으로 발생한다.
플라즈마실용기(4) 내에 있어서의 상기 자계B의 강도는 전술한 바와같이 예를들면 마이크로파(15)의 주파수가 2.45GHz의 경우, 약 87.5mT(875가우스)이다. 자계B의 방향은 도시한 예와는 역방향이여도 좋다(도 3의 예의 경우도 동일).
전자석(40)은 본 예에서는 플라즈마실용기(4)를 사이에두고 횡방향으로 대향하는 한쌍의 자극(42)과, 각 자극(42)에 각각 감긴 코일(46)과, 양자극(42) 사이를 접속하는 요크(44)를 구비한다. 양코일(46)은 도시하지 않은 직류전원에 의해 구동(여자)된다.
이 플라즈마 원(2a)에 의하면 플라즈마실용기(4) 내에서 생성되는 플라즈마(20) 속의 전자는 전자 싸이크로트론 공명에 의해 가속되지만, 이 전자는 플라즈마방출방향(22)과 교차하는 방향의 자계B를 따라서 운동하므로, 플라즈마실용기(4) 내의 내벽(또는 이 내벽을 덮는 커버24)에 출동하여 소멸하게 된다. 따라서, 플라즈마방출공(8)으로부터 방출되는 전자는 이 플라즈마방출공(8) 부근에 확산된 플라즈마(20) 속의 가속 전자만으로 된다. 그 결과, 이 플라즈마 원(2a)으로부터 방출되는 플라즈마(20) 속에 높은 에너지전자가 포함되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 이 플라즈마 원(2a)을 본 예와같이 이온빔(34)의 중성화로(환언하면 이온빔 중성화장치로서)이용한 경우에, 타겟(36)의 마이너스 차지-업 전압을 낮게 억제할 수 있다. 이것에 의하면 타겟 웨이퍼의 표면에 형성되는 트랜지스터의 원료-제품간 생산성 향상 및 신뢰성향상을 도모할 수 있다.
상기한 자계B 를 발생시키는 자계발생수단은 영구자석으로 구성될 수도 있다. 이와같은 예를 도 3에 도시하였다. 이 예에서는 플라즈마실용기(4)를 사이에두고, 횡방향으로 대향하는 한쌍의 영구자석(50)을 구비하고, 이것에 의해 상기와 같은 자계B를 발생시키게 된다.
또, 상기 앞면판(6)은 철, 자성 스텐레스강 등의 자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 이와같이 하면 상기 전자석(40) 또는 영구자석(50)으로부터의 누설자계가 플라즈마 방출공(8)의 외측으로 확대대되는 것을 앞면판(6)에 의해 억제할 수 있으므로 플라즈마방출공(8)으로부터 방출되는 플라즈마(20) 속의 전자가 상기 누설자계에 의해 굴곡되고, 누설자계에 포착되는 것을 방지할 수 있어 전자 인출효율이 향상된다. 이 효과는 플라즈마 방출공(8)으로부터 방출되는 전자 에너지가 낮은 에너지의 경우 현저하게 된다.
플라즈마실용기(4)의 내벽 및 안테나(14)를 덮는 상기 커버(24)(26)는 예를들면 알루미나, 질화붕소 등의 불순물방출이 작은 세라막스, 또는 중금속오염 문제가 없는 실리콘, 또는 카본 등으로 형성하는 것이 바람직하다.
그러나, 앞면판(6)의 내벽을 포함하는 플라즈마실용기(4) 내벽 전체를 절연물로 피복하면 전자가 흐르지 않게되어 전자방출이 곤란하게 되므로 이것을 방지하기 위해서는 플라즈마실용기(4)의 내벽 커버 중에서 최소한 일부를 도전성재료로 형성하는 것이 바람직하다. 도 1의 예에서는 플라즈마 방출공(8) 부근을 덮는 커버(27)를 실리콘 또는 카본 등의 도전성재료로 형성하고 있다.
플라즈마실용기(4) 내로 마이크로파(15)를 도입하는 마이크로파 도입수단은 안테나(14) 이외에도 예를들면 마이크로파(15)의 도파관 및 도입창으로 구성할 수도 있다.
(실예)
하기 실험조건 하에서 도 6에 나타낸 종래 플라즈마 원(2)으로부터 방출된 플라즈마(20) 속의 전자 에너지 분포의 측정결과의 일예를 도 4에 나타내고, 도 1에 나타낸 본 발명에 관한 플라즈마 원(2a)으로부터 방출된 플라즈마(20) 속의 전자 에너지분포의 측정결과의 일예를 도 5에 나타낸다. 측정은 정전형 에너지 분석기로 행하였다.
도입가스 : 크세논, 0.2ccm
투입 마이크로파 전력 : 100W
인출전압 : 30V
도 4에 나타낸 바와같이, 종래 플라즈마 원(2)으로부터 방출된 플라즈마(20) 속의 전자 에너지는 수 eV ∼ 1000eV 정도 까지 확대 분포되고, 높은 에너지 전자가 다량으로 방출되는 것을 알 수 있다.
이에 대하여 도 5에 나타낸 바와같이, 도 1의 플라즈마 원(2a)으로부터 방출된 플라즈마(20) 속의 전자는 그 대부분이 5eV 전후의 에너지이고, 높은 에너지전자가 플라즈마(20) 속에 포함되는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마 방출공으로부터의 플라즈마 방출방향과 교차하는 방향으로 자계를 발생시키는 자계발생수단을 구비하므로, 플라즈마방출공으로부터 방출되는 전자는 이 플라즈마 방출공 부근으로 확산된 플라즈마 속의 저속 전자만으로 되고, 따라서, 방출플라즈마 속에 높은 에너지 전자가 포함되는 것을 방지할 수 있다.
Claims (7)
- 마이크로파가 도입되는 플라즈마실용기 내에 있어서 전자 싸이크로트론 공명을 이용하여 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마를 플라즈마실용기의 앞면부에 설치한 플라즈마 방출공으로부터 방출되는 구성의 플라즈마원에 있어서, 상기 전자싸이크로트론 공명을 야기하는 자계를 상기 플라즈마실용기에서 상기 플라즈마방출공으로부터의 플라즈마방출방향과 교차하는 방향으로 발생시키는 자계발생수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원.
- 제1항에 있어서,플라즈마방출공으로부터의 플라즈마방출방향은 직교하는 방향으로 자계가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원.
- 제1항에 있어서,자계발생수단은 전자석인 것을 특징으로 하는 플라즈마 원.
- 제1항에 있어서,자계발생수단은 영구자석인 것을 특징으로 하는 플라즈마 원.
- 제1항에 있어서,플라즈마실용기 내벽의 커버 중 최소한 일부는 도전성부재로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 원.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,마이크로파 방사용의 안테나가 절연물로 커버되는 것을 특징으로 하는 플마즈마 원.
- 제1항 내지 제6항의 플라즈마 원에 의해 이온빔의 중성화를 행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
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