KR20010028587A - 이온주입장비의 아크챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온주입장비의 아크 챔버에 관한 것으로, 아크 챔버에서 아노드 링을 지지하는 아노드 링 포스트에 절연체 피막이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래에는 이온주입장비에서 불순물 이온을 발생, 추출하기 위해 형성시킨 플라즈마 입자들에 의해 아노드 링 포스트가 화학적, 기계적으로 침식을 받는 일을 억제할 수 있고, 관련된 부품의 수명이 늘어나므로 그 교체에 드는 비용과 노력을 줄이고 부품자체의 비용을 절감할 수 있게 된다.

Description

이온주입장비의 아크챔버 {Arc chamber in an ion implanter}

본 발명은 이온주입장비의 아크챔버에 관한 것으로 보다 상세하게는 웨이퍼 기판에 n형 혹은 p형의 불순물 이온을 주입하는 이온주입장비에서 불순물 이온을 발생시키고, 추출하는 아크챔버의 구조에 관한 것이다.

반도체장치는 대개 웨이퍼라고 불리는 반도체 기판에 도체, 반도체, 부도체를 이루는 여러 가지 물질로 다수의 막을 형성하고 각각의 막을 가공하여 전자전기 소자를 제작하고 이들을 배선과정에서 연결시켜 이루어지는 고도로 복잡하고 정밀한 장치이다. 따라서 반도체장치의 제작에는 많은 엄격한 조건을 가지고 실시되는 공정단계를 거치게 된다. 여러 물질로 이루어진 막의 가공가운데 가장 빈번히 이루어지는 것이 노광공정 및 에칭공정을 결합시킨 패터닝 가공이나, 반도체 기판을 이루는 실리콘층에 p형 혹은 n형 불순물을 주입시켜 반도체장치의 작용을 위한 접합을 이루고, 전류 캐리어를 공급하는 이온주입공정도 필수적인 반도체장치 형성공정이 되고 있다.

이온주입공정은 특정 불순물 입자를 웨이퍼상의 특정 물질층에 투입하여 물질층의 조성과 전기적 특성을 바꾸는 것으로 이온주입장비에서 이루어진다. 이온이 투입되는 영역을 살펴보면, 이온주입은 웨이퍼 전면에 걸쳐서 이루어지기도 하고, 이온주입마스크로 보호되지 않는 노출된 곳에서만 이루어지기도 한다. 이온주입의 깊이는 주로 이온주입장비에서 이온에 인가되는 전압에 의해 불순물 이온이 갖는 에너지에 비례하며, 이온주입된 물질층의 불순물 농도는 이온주입되는 불순물의 양에 의존하는 것이다.

이온주입공정을 실시하는 이온주입장비는 크게 불순물을 투입시켜 이온화하고 이온화된 불순물을 웨이퍼에 주입시키기 위해 추출하는 부분, 추출된 불순물 이온을 가속시키고 필요한 특정의 불순물만을 선별하여 진행시키는 부분, 웨이퍼를 설치하여 가속된 불순물 이온이 주입되도록 하는 부분 등으로 나눌 수 있는데 모든 작업은 고도로 기압을 낮춘 고진공 환경에서 이루어진다.

불순물을 이온화시키고 추출하는 기능은 이온주입설비의 소오스 해드(source head)에서 이루어진다. 소오스 해드에는 불순물 이온의 소오스 가스가 투입된다. 투입된 소오스 가스는 아크 챔버로 들어가는데 소오스 가스가 투입되면 아크 챔버의 아노드 링에서는 열전자가 방출된다. 방출된 열전자는 투입된 소오스 가스와 충돌하여 여러 다른 분자와 불순물 이온을 생성시키고 플라즈마 상태를 형성하게 된다. 플라즈마 상태를 구성하는 입자 가운데 필요한 이온은 아노드 링 위쪽에 형성되는 추출전극에 의하여 발생된 전장에 끌려 추출된다. 추출된 불순물 이온은 질량분석기에 의해 필요한 종류만 구분되고 고전압이 걸리는 가속전극에 의해 가속되어 웨이퍼에 투사된다.

한편, 이온화된 불순물이 생기면서 전하는 보존되므로 반대극성인 전자나 이온이 발생하게 되는데 이들은 아노드 링과 그에 연결된 아노드 링 포스트에 유인되어 아노드를 통해 전류를 흘리게 된다. 이때 흐르는 전류의 양은 생성된 불순물 이온의 양에 비례하는 것이므로 이 전류를 민감하게 측정하여 형성된 불순물 이온의 양을 정확히 알 수 있다.

이러한 작용이 이루어지는 이온주입설비의 소오스 해드부에서 중요한 부분을 구성하는 아크 챔버(11)의 아노드 링(13)은 불순물 플라즈마를 형성하기 위한 열전자를 방출하기 위해 전류가 흐르며, 재질도 텅스텐 같이 열에 강한 물질로 이루어져 있다. 또한 아노드 링은 문자 그대로 링의 형태를 하고 있는데 이 링은 아노드 링 포스트(15)라는 구조체에 의해 지지되고 있다. 도1은 이러한 상태를 나타내는 아크 챔버에 대한 부분 측단면도이다.

그런데 이러한 형태를 가지는 아크 챔버(11)에서는 플라즈마를 이루는 물질들이 그대로 노출되어 있는 아노드 링 포스트(15)와 충돌하여 반응을 일으키고, 아노드 링 포스트(15)를 이루고 있던 텅스텐 금속은 이온화되거나 기계적으로 타격되어 원형 점선으로 표시한 것과 같이 포스트에서 떨어져 나가 외부로 배출되거나 도면에 표시된 것과 같이 아래의 탄소전극(17) 위에 쌓이기도 한다. 따라서 아노드 링 포스트는 점차로 훼손되어, 변형되고 두께가 줄어드는 현상이 발생한다. 그리고 이런 현상은 이온주입장비의 아크 챔버부에 대한 보수 정비과정에서 소속된 부품을 빈번히 교체하도록 하여 비용을 발생시키는 문제가 있었다. 또한, 이렇게 불규칙적으로 아노드 링 포스트가 침식을 받을 경우 이를 포함하여 교체되는 부품의 교체주기도 정확히 알 수 없으므로 장비의 보수 관리 시기마다 작업자의 판단에 의해 교체를 해야하는 어려움이 있다. 그리고, 아노드 링의 기능 가운데 하나인 발생된 이온의 양에 대한 측정기능을 정상적으로 할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명에서는 이온주입장비의 아크 챔버에서 아노드 링 포스트가 플라즈마 물질에 그대로 노출되어 프라즈마 물질과의 충돌에 의해 침식, 훼손되는 현상을 없애기 위해서 새로운 구성의 이온주입장비의 아크 챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 아크 챔버에 대한 부분 측단면도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 아노드 링 포스트부의 구성을 나타내는 측단면도이다.

도3은 도2의 아노드 링 포스트부의 분해도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11: 아크 챔버(arc chamber) 13: 아노드 링(anode ring)

15: 아노드 링 포스트(anode ring post) 17: 탄소전극(graphite electrode)

19: 튜브(tube) 21: 플레이트(plate)

23: 슬리브(sleeve)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이온주입장비의 아크 챔버에 있어서, 아노드 링을 지지하는 아노드 링 포스트에 절연체 피막이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 아크 챔버의 다른 부분은 종래의 구성과 동일하며, 아노드 링을 지지하고 있는 아노드 링 포스트가 종래에는 금속상태 그대로 노출되던 것에 반해 본 발명에 의하면, 아노드 링 포스트가 절연재질 피복으로로 감싸지므로 주변의 플라즈마 물질에 의해 아노드 링 포스트가 타격되고 부식되는 것을 막을 수 있게 된다. 아노드 링 포스트와 절연재질 피복 사이에 틈이 생길 경우 플라즈마 물질이 유입되어 아노드 링 포스트를 훼손하도록 작용할 수 있으므로 아노드 링 포스트의 표면을 훼손시킬 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 본 발명에서 바람직하게는 아노드 링 포스트의 도체 표면에 꽉 끼이는, 혹은 일정 압력으로 부착되는 피복을 사용한다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명을 좀 더 살펴보기로 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아노드 링 포스트 구성을 나타내는 결합도면이며, 도3은 도2에 나타난 아노드 링 포스트 부분의 분해도이다. 종래와 같이 아노드 링 포스트(15)의 상단은 아노드 링(13)에 접하여 아노드 링(13)을 지지하고 있으며, 그 아래 부분은 차례로 절연체 피복들로 감싸여 있다. 제일 위쪽은 튜브(19)의 형태를 가지며 그 내경이 아노드 링 포스트의 외경과 같아서 결합시 아노드 링 포스트(15)는 꼭 맞게 끼워진다. 아래로는 원반형 플레이트(21)가 있는데 가운데 홀이 있어서 튜브(19) 형태의 피복으로 감싸진 아노드 링 포스트(15)가 홀에 끼워지는 형태로 마감되어 있다. 그 아래에는 슬리브(sleeve:23)가 있고 여기도 가운데 아노드 링 포스트(15)가 통과하도록 홀이 형성되어 있다. 슬리브는 아래쪽의 탄소전극 상면 전체를 감싸고 있다. 슬리브의 홀은 원반형 플레이트(21)에 형성된 홀보다 작으며 튜브(19) 형태의 피복은 통과하지 않는다. 그리고 그 아래에는 전원의 탄소전극(17)에 아노드 링 포스트(15)의 다른 단부가 끼워지도록 홀이 형성되어 있다.

이러한 구성에서 종래에 노출되어 침식을 받던 아노드 링 포스트는 플라즈마를 이루는 이온들의 침식을 받지 않게 되므로 관련 부품을 빈번하게 교체할 필요가 없어지고 아노드 링의 이온 발생량 측정 기능을 정상적으로 수행할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 종래에는 이온주입장비에서 불순물 이온을 발생시키고 추출하기 위해 형성시킨 플라즈마 입자들에 의해 아노드 링 포스트가 화학적 또는 기계적으로 침식을 받는 일을 억제할 수 있다. 또한, 관련된 부품의 수명이 늘어나므로 그 교체에 드는 비용과 노력을 줄이고 부품자체의 비용을 절감할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 이온주입장비의 아크 챔버에 있어서,

   아노드 링을 지지하는 아노드 링 포스트에 절연체 피막이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 아크 챔버.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아노드 링 포스트를 감싸는 절연체 피막은 상기 아노드 링 포스트 대부분을 감싸는 튜브형 피막, 상기 튜브형 피막 하단이 상기 아노드 링 포스트와 끼워져 마감되는 홀을 가진 원반형 플레이트, 상기 원반형 플레이트 하부에 설치되며 아래쪽의 탄소전극을 감싸는 슬리브로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 아크 챔버.