KR20010073703A - 추출전극의 마모를 보상할 수 있는 수단을 포함하는이온주입장치 - Google Patents

Abstract

추출전극의 마모로 인해 이온빔 전류의 량이 감소하는 것을 방지할 수 있는 이온주입 장치에 관해 개시한다. 이를 위하여 본 발명은 내부는 수평된 통로가 구성되고 외부는 사선의 비스듬한 표면을 갖는 갭 베이스(gap base)와, 상기 갭 베이스의 내부 통로 내에 구성되고 일축에는 Z축 모터가 연결된 Z축 스크루(Screw)와, 상기 갭 베이스의 표면에서 Z축 상으로 상하운동을 수행하는 Z축 가이드와, 상기 Z축 스크루와 교차되게 연결되고 상기 Z축 스크루의 회전력을 상기 Z축 가이드의 상하운동으로 변환시키는 Z축 샤프트와, 상기 갭 베이스의 통로에 의해 두 개로 분리되는 Z축 가이드의 하부에 각각 연결되고 갭 베이스의 통로를 통해 나가는 빔의 간격을 조절하는 제1 및 제2 추출전극과, 상기 갭 베이스 본체를 X축으로 이동시켜 축소 또는 확대시킬 수 있는 추출전극 마모 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 추출전극의 마모를 보상할 수 있는 수단을 포함하는 이온주입장치를 제공한다.

Description

추출전극의 마모를 보상할 수 있는 수단을 포함하는 이온주입장치{Ion implanter having a tools for preventing an abrasion of extraction electrodes}

본 발명은 반도체 소자의 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온주입장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 만드는 공정에서 반도체 기판에 불순물을 주입하는 것은 재료의 전기 전도도에 영향을 주게 되고, 이로 인해 전기적인 특성을 변화시키는 것으로 반도체 소자의 제조공정에서 가장 중요한 공정 중에 하나이다.

이온주입기술은 이러한 요구에 부응하기 위해 1970년대부터 반도체 소자의 제조공정에 도입되었다. 상기 이온주입기술은 원하는 불순물을 가스 상태로 만들어 직류를 사용하는 플라즈마를 이용하여, 이온들을 반도체 기판에 조사하는 기술로서 반도체 기판내에서 에너지를 잃어버린 이온들은 일정한 깊이의 반도체 기판에 멈추게 된다. 이러한 기본원리에 의하여 불순물 이온의 주입깊이를 조정하려 할 때에는 가속전압을 변화시키고, 불순물의 양을 조절하기 위해서는 이온전류를 조절하게 된다. 상기 반도체 기판내로 주입되는 이온들의 충돌에 의하여 유발되는 실리콘 격자들의 결함은 일반적으로 후속 열처리공정에 의하여 치유된다.

상술한 이온주입기술에 사용되는 이온주입장치는 크게 고전류 이온주입장치, 중전류 이온주입장치 및 고에너지 이온주입장치로 구분할 수 있다.

이중 고전류 이온주입장치의 추출전극(extraction electrode)은, 이온소스부(ion source portion)에 가스(gas), 필라먼트 전류(filament current), 소스 마그네트 전류(source magnet current), 아크전압(Arc voltage)등을 공급하여 이온소스부의 이온들을 이온화시킨 상태에서, 추출전극에 그라운드(ground)와 역 바이어스(reverse bias)로 대전된 전원을 공급함으로써 이온빔을 추출하고, 이온빔을 포커싱(focusing)하는 전극이다.

일반적으로 추출전극은 알루미늄 또는 그라파이터(Graphite)로 구성되어 있다. 최종 타겟인 웨이퍼에서의 이온빔량을 증가시키기 위하여 추출되는 이온빔량과, 추출전압에 따른 포커싱의 영향을 반영하여 모터를 구동시키다. 상기 모터의 구동에 의해 제1 추출전극 및 제2 추출전극 사이의 X축 간격을 조절함으로써 이온빔량을 최대화시킨다.

도 1은 종래기술에 의한 이온주입장치의 추출전극부를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 내부에는 수평된 통로(2)가 구성되고 외부는 사선의 비스듬한 표면을 갖는 갭 베이스(gap base, 1)가 있고, 상기 갭 베이스(1)의 내부 통로(2) 내에는 일축에 Z축 모터(3)가 연결된 Z축 스크루(Screw, 4)가 구성되어 있다. 상기 갭 베이스(1)의 표면에서 비스듬한 방향으로 Z축 상으로 상하운동을 수행하는 Z축 가이드(5)가 구성되어 있다.

또한, 상기 Z축 스크루(4)와 교차되게 연결되고 상기 Z축 스크루(4)의 회전력을 상기 Z축 가이드(5)의 상하운동으로 변환시키는 Z축 샤프트(6)가 구성되어 있다. 그리고 상기 갭 베이스(1)의 통로(2)에 의해 두 개로 분리되는 Z축 가이드(5)의 하부에는 갭 베이스의 통로(2)를 통해 나가는 이온빔의 간격을 X축 방향(9')으로 조절하는 제1 및 제2 추출전극(7, 8)이 구성되어 있다.

도면에서 참조부호 9는 상기 Z축 모터의 회전력에 의해 동력이 Z축 스크루(4), Z축 샤프트(6) 및 Z축 가이드(5)를 통해 제1/제2 추출전극에 전해졌을 때의 Z축상에 발생되는 갭(gap)을 가리킨다.

도 2는 종래기술에 의한 이온주입장치의 추출전극들을 나타낸 밑면도이다.

도 2를 참조하면, 도 1에서 Z축 가이드가 비스듬하게 Z축 상으로 상하운동을 수행하기 때문에 제1 및 제2 추출전극(7, 8)은 X축의 화살표 방향으로 움직여서 이온빔이 나가는 입구를 조절한다. 그러나 제1 추출전극(7) 및 제2 추출전극(8)에서서로 대향하는 부분(도면의 10)에는 이온주입장치를 오래 사용함에 따라 기계적인 마모가 발생하게 된다.

상기 추출전극(7, 8)의 마모는 이온빔 전류가 많고, 추출전압이 낮을수록 증가되는데, 특히 낮은 추출전압에서는 이러한 마모의 영향이 현저하게 나타난다. 일예로 상기 추출전극(7,8)의 마모가 발생한 경우, 이온빔량이 5㎃에서 1㎃로 급격히 떨어지는 문제등이 발생한다.

상기 추출전극의 마모 문제는 처리하는 반도체 소자의 품질 및 신뢰성을 저하시키고, 부품의 교체에 따른 비용발생 및 장비의 가동효율을 떨어뜨리는 문제점을 야기한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이온주입장치에서 추출전극의 마모가 발생하더라도 이를 보상할 수 있는 기계적인 수단을 추가로 구성함으로써 이온빔 전류가 급격히 떨어지는 문제를 해결할 수 있는 추출전극의 마모를 보상할 수 있는 수단을 포함하는 이온주입장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 이온주입장치의 추출전극부를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.

도 2는 종래 기술에 의한 이온주입장치의 추출전극들을 나타낸 밑면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 이온주입장치의 추출전극부를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.

도 4는 상기 도3에서 추출전극 마모 보상 수단의 작동원리를 설명하기 위해 도시한 부분 사시도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 내부는 수평된 통로가 구성되고 외부는 사선의 비스듬한 표면을 갖는 갭 베이스(gap base)와, 상기 갭 베이스의 내부 통로 내에 구성되고 일축에는 Z축 모터가 연결된 Z축 스크루(Screw)와, 상기 갭 베이스의 표면에서 Z축 상으로 상하운동을 수행하는 Z축 가이드와, 상기 Z축 스크루와 교차되게 연결되고 상기 Z축 스크루의 회전력을 상기 Z축 가이드의 상하운동으로 변환시키는 Z축 샤프트와, 상기 갭 베이스의 통로에 의해 두 개로 분리되는 Z축 가이드의 하부에 각각 연결되고 갭 베이스의 통로를 통해 나가는 빔의 간격을 조절하는 제1 및 제2 추출전극과, 상기 갭 베이스 본체를 X축으로 이동시켜 축소 또는 확대시킬 수 있는 추출전극 마모 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 추출전극의 마모를 보상할 수 있는 수단을 포함하는 이온주입장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 추출전극 마모 보상수단은 상기 갭 베이스를 관통하는 X 방향으로 구성된 X축 스크루의 일단에 X축 모터를 설치하여 갭 베이스를 축소 또는 확대시키는 것이 적합하며, 상기 X축 스크루는 상기 갭 베이스 통로의 중심축을 중심으로 일측은 오른나사, 타측은 왼나사로 구성되어 상기 갭 베이스를 축소 또는 확대시키는 것이 적합하다.

바람직하게는, 상기 갭 베이스에는 상기 X축 모터와 연결된 X축 스크루의 회전에 따라서 갭 베이스가 회전하는 것을 방지하기 위해 고정핀이 구성되는 것이 적합하다.

본 발명에 따르면, 추출전극의 마모를 보상하기 위해 갭 베이스 본체를 X축으로 이동시킬 수 있는 수단을 구성함으로써 장비의 가동효율을 높이고 이온빔 전류가 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 이온주입장치의 추출전극부를 설명하기 위해 도시한단면도이고, 도 4는 상기 도3에서 추출전극 마모 보상 수단의 작동원리를 설명하기 위해 도시한 부분 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 추출전극의 마모를 보상할 수 있는 수단을 포함하는 이온주입장치의 구성은, ① 내부는 수평된 통로(102)가 구성되고 외부는 사선의 비스듬한 표면을 갖는 갭 베이스(gap base, 100)와, ② 상기 갭 베이스(100)의 내부 통로(102) 내에 구성되고 일축에는 Z축 모터(104)가 연결된 Z축 스크루(Screw, 106)와, ③ 상기 갭 베이스(100)의 표면에서 Z축 상으로 상하운동을 수행하는 Z축 가이드(108)와, ④ 상기 Z축 스크루(106)와 교차되게 연결되고 상기 Z축 스크루(106)의 회전력을 상기 Z축 가이드(108)의 상하운동으로 변환시키는 Z축 샤프트(110)와, ⑤ 상기 갭 베이스(100)의 통로(102)에 의해 두 개로 분리되는 Z축 가이드(108)의 하부에 각각 연결되고 갭 베이스의 통로(102)를 통해 나가는 빔의 간격을 조절하는 제1 및 제2 추출전극(112, 114)과, ⑥ 상기 갭 베이스(100) 본체를 X방향으로 이동시켜, 통로(102)를 축소 또는 확대시킬 수 있는 추출전극 마모 보상 수단(116)으로 구성된다.

상기 추출전극 마모보상 수단(116)은, 갭 베이스(100)를 관통하며 X 방향으로 구성된 X축 스크루(120, 122)와, 상기 X축 스크루의 일단에 구성된 X축 모터(118)로 구성된다. 또한, 상기 X축 스크루(120, 122)는 갭 베이스 통로(102)의 중심에 설치된 중심축(124)을 중심으로 한쪽은 오른나사로, 반대쪽은 왼나사로 구성되어 Z축 모터의 회전력이 중심축(124)으로 전달됨으로서 도 4에 표시된 화살표 방향으로 두 개의 갭 베이스(100)가 좁아지거나, 넓어지도록 운동할 수 있다.그리고 상기 갭 베이스(100)에는 X축 스크루(120, 122)의 회전에 의하여 갭 베이스(100)가 함께 회전하지 않도록 고정핀(126)이 설치되어 갭 베이스(100)를 안정적으로 고정시킨다.

따라서, 이온주입장치를 운용하는 과정에서 추출전극(112, 114)의 마모가 발생한 경우에는 본 발명에 의해 추가된 추출전극 마모 보상 수단(116)을 이용하여 갭 베이스를 X축으로 이동하여 축소시켜 이를 보상함으로써, 추출전극의 마모에 의해 발생되는 이온빔 전류의 급격한 하락을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.

따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 추출전극의 마모를 보상하기 위해 갭 베이스 본체를 X축으로 이동시킬 수 있는 수단, 즉 추출전극 마모 보상 수단을 추가로 구성함으로써, 추출전극에 마모가 발생하더라도 이를 교체하지 않고 마모가 발생한 부분을 추출전극 마모 보상 수단에서 보상하여 사용한다. 따라서, 장비의 가동효율을 높이고, 공정중에 이온빔 전류가 급격히 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.

Claims (3)

1. 내부는 수평된 통로가 구성되고 외부는 사선의 비스듬한 표면을 갖는 갭 베이스(gap base);

   상기 갭 베이스의 내부 통로 내에 구성되고 일축에는 Z축 모터가 연결된 Z축 스크루(Screw);

   상기 갭 베이스의 표면에서 Z축 상으로 상하운동을 수행하는 Z축 가이드;

   상기 Z축 스크루와 교차되게 연결되고 상기 Z축 스크루의 회전력을 상기 Z축 가이드의 상하운동으로 변환시키는 Z축 샤프트;

   상기 갭 베이스의 통로에 의해 두 개로 분리되는 Z축 가이드의 하부에 각각 연결되고 갭 베이스의 통로를 통해 나가는 빔의 간격을 조절하는 제1 및 제2 추출전극; 및

   상기 갭 베이스 본체를 X축으로 이동시켜 축소 또는 확대시킬 수 있는 추출전극 마모 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 추출전극 마모 보상수단은 상기 갭 베이스를 관통하는 X 방향으로 구성된 X축 스크루의 일단에 X축 모터를 설치하여 갭 베이스를 축소 또는 확대시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 X축 스크루는 상기 갭 베이스 통로의 중심축을 중심으로 일측은 오른나사, 타측은 왼나사로 구성되어 상기 갭 베이스를 축소 또는 확대시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.