KR20010080316A

KR20010080316A - 이온 주입 장치

Info

Publication number: KR20010080316A
Application number: KR1020017005121A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 이토; 히로시 아세치
Original assignee: 조셉 제이. 스위니; 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-08-22
Also published as: TW432500B; JP2000133197A; WO2000026938A1; US6867422B1; EP1130623A4; EP1130623A1

Abstract

이온을 생성하는 이온 소오스부(18)와, 이온 소오스부(18)에서 생성된 이온이 기판(92)에 이온 주입되는 이온 주입부(14)와, 이온과 반대의 전하를 갖는 하전 입자가 발생되는 하전 입자 발생기(62)와, 이온 소오스부(18)로부터의 이온을 받아들이기 위한 수용구(24a), 이온 주입부(18)에 이온을 보내기 위한 송출구(24b), 수용구(24a)로부터 송출구(24b)로 뻗는 가이드관(24c), 및 가이드관(24c)의 내면(24d)에 그 개구(82)가 형성되어 하전 입자 발생기(62)로부터의 하전 입자를 가이드관(24c) 안으로 안내하기 위한 도입부(80)를 갖는 빔 가이드부(24)와, 가이드관(24c)의 내부에 있어서, 도입부(80)의 개구(82)와 송출구(24b) 사이에 위치하는 실드부(84)를 구비한다. 실드부(84)의 차폐면(84a)이, 오염 입자가 웨이퍼에 도달하는 것을 막는다.

Description

이온 주입 장치{APPARATUS FOR ION IMPLANTATION}

대전류 이온 주입 장치는 단위 시간당 다수의 이온을 기판에 도입하기 위해, 커다란 전류값을 갖는 이온 빔을 이용하여 이온 주입을 행한다. 그렇기 때문에, 이온 주입을 행하고 있을 때에 기판 자체가 서서히 대전되어 간다. 이 대전 전하가 방전되면, 기판은 방전 때문에 손상을 받는 경우가 있다. 이와 같은 사태를 피하기 위해서, 전하 중화제(charge neutralizer)를 이용해 기판의 대전을 방지하고 있다. 전하 중화제는 기판의 대전에 의한 손상을 완화시키기 위해 전자를 발생시켜서, 전자가 가진 음전하와 이온 주입되는 이온의 양전하를 중화시킨다.

본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것으로, 특히 하전 입자 발생기로부터 발생하는 오염 입자에 의해 기판이 오염되는 것을 방지할 수 있는 이온 주입 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이온 주입 장치를 도시하는 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3은 수용구에서부터 송출구를 보았을 때의 빔 가이드부 내부의 사시도이다.

도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 단면에 있어서의 종단면도로서, 이온 빔이 진행하는 방향을 향한 축을 포함하는 평면에 있어서 빔 가이드부를 모식적으로 도시하고 있다.

도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ' 단면에 있어서의 단면도이다.

그러나, 전하 중화제는 전자를 발생하기 위해 필라멘트에 전류를 흐르게 하여 가열하고 있으므로, 가열된 필라멘트로부터는 전자뿐만 아니라, 필라멘트를 구성하는 금속 입자도 튀어나온다. 이 금속 입자는 대다수의 경우, 기판에 도달하면 기판 상에 형성되는 디바이스에 바람직하지 않은 영향을 끼친다. 이 때문에, 전하중화제는 기판에 대한 오염원의 하나가 된다.

본 발명의 목적은 이와 같은 금속 오염을 감소시킬 수 있는 이온 주입 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 이온 주입 장치는 이온을 생성하는 이온 소오스부와, 이온 소오스부에서 생성된 이온이 기판에 이온 주입되는 이온 주입부와, 이온과 반대의 전하를 갖는 하전 입자가 발생되는 하전 입자 발생기와, 이온 소오스부로부터의 이온을 받아들이기 위한 수용구, 이온 주입부로 이온을 보내기 위한 송출구, 수용구로부터 송출구로 뻗어 있는 가이드관, 및 가이드관의 내면에 그 개구가 형성되며 하전 입자 발생기로부터의 하전 입자를 가이드관 안으로 안내하기 위한 도입부를 갖는 빔 가이드부와, 가이드관의 내부에서 도입부의 개구와 송출구 사이에 위치하는 실드부를 구비한다.

이와 같이, 이온 소오스부에서 생성된 이온을 이온 주입부로 보내기 위해 통과하는 빔 가이드부에는, 이온과 반대의 전하를 갖는 하전 입자가 생성되는 하전 입자 발생기가 설치되어 있다. 따라서, 이 하전 입자 발생기에서 기판에 대해 오염 물질이 되는 오염 입자도 발생된다. 그러나, 도입부의 개구와 송출구 사이에 위치하는 실드부를 가이드관의 내면에 설치했기 때문에, 가이드관 내벽의 개구로부터 튀어나와서 기판에 도달하는 오염 입자의 비행 경로를 차단할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 이온 주입 장치에서는, 실드부는 도입부의 개구에 의해 규정되는 면의 각 점으로부터 이온 주입부에 배치되는 이온이 주입되어야 할 기판 표면의 각 점에 이르는 직선과 교차하는 차폐면을 갖도록 해도 무방하다.

이와 같은 차폐면을 설치하면, 가이드관 내벽의 개구로부터 튀어나와서 기판에 직접 도달하는 오염 입자의 경로가 차폐면에 의해 차단된다.

본 발명에 따른 이온 주입 장치에서는, 실드부는 개구의 가장자리부 근처에서부터 개구의 상방으로 뻗은 차폐면을 갖도록 해도 무방하다.

이와 같이, 실드부가 개구의 가장자리부 근처에서부터 개구의 상방으로 뻗는 차폐면을 설치하면, 가이드관 내벽의 개구로부터 튀어나와서 이온 주입부에 배치된 기판에 직접 도달하는 오염 입자의 경로가, 간단한 구조의 실드부에 의해 차단된다.

본 발명에 따른 이온 주입 장치에서는, 실드부는 도입부의 개구에 의해 규정되는 면의 각 점으로부터 이온 빔부의 송출구에 의해 규정되는 면의 각 점에 이르는 직선과 교차하는 차폐면을 갖도록 해도 무방하다.

이와 같은 차폐면을 설치하면, 송출구를 향하는 위치에 있어서 기판이 이동하고 있는 도중에도, 도입부의 개구로부터 튀어나와서 기판에 직접 도달하는 오염 입자의 경로가 차폐면에 의해 차단된다.

또한, 본 발명에 따른 이온 주입 장치에 있어서, 실드부는 차폐면이 가이드관의 내벽면과 예각을 이루고, 또한 평판 형상을 이루도록 구성해도 된다. 또한, 실드부는 차폐면을 가짐과 동시에 가이드관의 내벽면과 예각을 이루며 배치된 평판과, 이 평판을 지지하는 프레임 부재를 포함하도록 구성해도 상관없다.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 가능한 경우에는 동일한 부분에는 같은 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명의 실시의 형태에 따른 이온 주입 장치(10)를 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 바람직한 실시 형태를 도시하는 분해 사시도이다. 도 2는 본 실시 형태의 이온 주입 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이온 주입 장치(10)는 주로 이온 소오스부(12)와, 이온 주입부(14)와, 빔 가이드부(24)를 구비한다.

이온 소오스부(12)는 이온을 생성하여 이온 빔(IB)을 형성한다. 이온 주입부(14)에는, 웨이퍼(기판)(W)가 배치되어 있고, 이온 소오스부(12)에서 생성된 이온이 이 웨이퍼(W)에 이온 주입된다. 빔 가이드부(24)는 이온 소오스부(12)(상세하게는 후술하는 후단 가속 시스템(23))에 접속되어 이온을 받아들이기 위한 수용구, 이온 주입부(14)에 대한 개구가 되며 이온을 보내기 위한 송출구, 수용구로부터 송출구로 뻗은 가이드관을 갖는다.

이온 소오스부(12)는 이온 생성 시스템(18)과, 이온 빔 인출·전단 가속 시스템(20)과, 질량 분석 시스템(220과, 후단 가속 시스템(23)을 갖는다. 이들 각 시스템은 하우징 또는 튜브(관)에 의해 둘러싸여 있다. 이온 빔 인출·전단 가속 시스템(20) 및 후단 가속 시스템(23)에는, 감압 수단으로서 진공 펌프, 예컨대 터보 분자 진공 펌프(26, 28)가 각각 접속되어 있다. 따라서, 이온 빔 인출·전단 가속 시스템(20) 및 후단 가속 시스템(23)의 각각의 내부는 소정의 진공도까지 감압된다.

이온 생성 시스템(18)은 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 공급되는 도핑 불순물을 포함하는 가스를 방전시킴으로서, 도핑 이온을 포함하는 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다. 이온 빔 인출·전단 가속 시스템(20)은 이온 생성 시스템(18)과의 사이에 형성된 전위차를 이용하여, 이온 생성 시스템(18) 내의 플라즈마로부터 도핑 이온을 인출함과 동시에, 이를 가속하여, 이온 빔(IB)을 형성한다. 질량 분석 시스템(22)에는, 질량 분석용 마그네트(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 따라서, 이온 인출·전단 가속 시스템(20)에서 획득한 운동 에너지와, 질량 분석 마그네트의 자기장에 의해 결정되는 이온 종류만이 이온 소오스부(12)로부터 꺼내어진다. 또한, 이온 빔(IB)은 이온 소오스부(12)로부터 꺼내진 후에, 후단 가속 시스템(23)을 통과하면서 더욱 가속되어, 빔 가이드부(24)에 도달할 때까지 이온 주입에 알맞은 소정의 운동 에너지(가속 에너지)를 획득한다.

빔 가이드부(튜브)(24)는 수용구를 통해 후단 가속 시스템(23)에 접속되어 있다. 빔 가이드부(24)는 이 수용구로부터 이온을 받아서, 이온 주입부(14)를 향해서 개구된 송출구로부터 이온을 내보낸다. 이러한 이온은 이온 주입부(14)에서 웨이퍼(W)로 주입된다.

한편, 이온 주입부(14)는 박스 타입의 타깃 챔버(30)와, 타깃 챔버(30) 내에 배치된 웨이퍼 지지 휠(32)을 구비하고 있다.

타깃 챔버(30)의 한쪽 벽면에는, 후단 가속 시스템(23)에 일단이 접속된 빔 가이드부(24)의 개구(34)가 웨이퍼(W)와 마주볼 수 있는 위치가 되도록, 웨이퍼 가이드부(24)가 배치되어 있다. 또한, 빔 가이드부(24)는 타깃 챔버(30) 안으로 개구(34)를 향해 돌출되어 있다. 다른쪽 벽면에는, 개구(34)와 마주보는 위치에는 빔 스톱(36)이 배치되어 있다. 빔 스톱(36)은 웨이퍼 지지 휠(32)을 통과한 이온 빔(IB)을 받아내기 위한 것으로, 또한 이온 주입의 제어를 위해 이온 빔 조사량을 검출하기 위한 이온 검출기가 배치되어 있다. 이온 주입부(14)는 타깃 챔버(32)의 벽면에 밸브(38, 40)를 통해서 제 2 감압 수단으로서 진공 펌프, 예를 들면 크라이오 펌프(42, 44)가 각각 접속되어 있다.

웨이퍼 지지 휠(32)은 타깃 챔버(30) 내에 스윙 가능하게 부착된 스윙 샤프트(46)와, 그 선단에 회전 가능하게 부착된 허브(48)와, 이 허브(48)로부터 방사상으로 뻗는 복수개의 아암(50)으로 구성되어 있다. 각 아암(50)의 선단에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 웨이퍼 홀더(52)가 설치되어 있다. 허브(48)는 도 1에 도시된 화살표 A 방향으로 회전 구동되며, 또한 스윙 샤프트(46)는 도 1에 도시된화살표 B 방향을 따라 소정의 각도로 스윙된다.

웨이퍼 로딩부(16)는 타깃 챔버(30)에 인접하여 배치되어 있다. 웨이퍼 로딩부(16)에서는, 하우징(54)과 타깃 챔버(30) 사이가, 반송로(56)에 의해 연통되어 있다. 이러한 반송로(56)에는, 아이솔레이션 밸브(58)가 설치되어 있어, 하우징(54)과 타깃 챔버(30) 사이를 분리할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 웨이퍼 로딩부(16)만을 분위기에 개방할 수 있으므로, 조작자는 복수개의 웨이퍼(W)가 수용된 카세트(도시하지 않음)를 하우징(54) 내에 설치할 수 있다. 카세트 내의 웨이퍼(W)는 로봇(도시하지 않음)에 의해 반송되며, 타깃 챔버(30) 내의 웨이퍼 지지 휠(32)의 각 웨이퍼 홀더(52)에 부착할 수 있다.

도 3∼도 5를 참조하면서, 빔 가이드부(24)에 대해 설명한다. 도 3은 수용구(24a)에서부터 송출구(24b)를 보았을 때의 빔 가이드부(24) 내부의 사시도이다. 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 단면에 있어서의 단면도이다. 도 4는 이온 빔이 진행하는 방향을 향한 축을 포함하는 평면에 있어서 빔 가이드부(24)를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ' 단면에 있어서의 단면도이다.

빔 가이드부(24)에서는, 수용구(24a)는 이온 소오스부의 후단 가속 시스템(도 2의 부호 23)에 접속되고, 송출구(24b)는 이온 주입부(도 2의 부호 14) 내부에 연결되는 개구(34)를 갖는다. 수용구(24a)와 송출구(24b)는 수용구(24a)로부터 송출구(24b)로 뻗는 가이드관(24c)에 의해 연결되어 있다. 그러므로, 가이드관(24c) 안은 이온 빔(64)이 통과하는 통로로서, 통과한 이온은 웨이퍼(92)에 도달한다. 웨이퍼(92)는 웨이퍼 홀더(52)에 부착되어 있다. 또한, 다른 웨이퍼 홀더(52)에는마찬가지로, 웨이퍼(94)가 부착되어 있다. 이러한 복수개의 웨이퍼는 이온 빔(64)이 진행하는 축 방향과 수직인 평면 내에서 고속으로 회전하고 있다. 따라서, 이러한 복수개의 웨이퍼(92, 94)는 이온 빔에 대해 순차적으로 이동하기 때문에(도 4의 화살표 C 방향), 이들 웨이퍼(92, 94)에 대해 반복해서 이온 주입이 이루어진다.

빔 가이드부(24)의 외측면에는, 하전 입자 발생기(62)가 설치되어 있다. 이러한 하전 입자 발생기(62)는 타깃 챔버(30) 내에 배치되어 있다. 하전 입자 발생기(62)는 2개의 단자를 갖는 필라멘트 코일(68)과, 필라멘트 코일(68)을 내부에 수납한 플라즈마 발생 챔버(66)와, 플라즈마 발생 챔버(66) 내에 생성되는 플라즈마를 증강시키기 위한 플라즈마 강화 자석(70)을 포함한다. 필라멘트 코일(68)의 2개의 단자(68a, 68b)는 플라즈마 발생 챔버(66)의 한 면으로부터 전기적으로 절연된 상태로 챔버 밖으로 인출되어서, 전원(72)에 접속되어 있다. 전원(72)으로서는, 예를 들어 직류 전압이 5볼트이고, 전류 공급 용량이 200암페어인 것을 사용한다.

플라즈마 발생 챔버(66) 내에 플라즈마를 발생시키기 위해, 봉입 가스, 예를 들어 아르곤 가스가, 가스 공급관(74)으로부터 플라즈마 발생 챔버(66)에 공급된다. 필라멘트 코일(68)에 흐르는 전류가, 필라멘트(24) 자체를 가열하기 때문에, 필라멘트 코일(68)은 플라즈마 발생 챔버(66) 내에 열적으로 전자를 방출한다. 필라멘트 코일(68)과 챔버(66)의 외주부(76) 사이에는, 챔버(66)측이 필라멘트 코일(68)에 대해 높은 전위가 되도록, 전원(78)이 접속되어 있다. 전원(78)으로서는, 예를 들어 직류 전압이 50볼트이고, 전류 공급 용량이 6암페어인 것을 사용한다. 따라서, 필라멘트 코일(68)로부터 열 전자가 방출되게 되면, 챔버(66) 내에는 플라즈마가 발생해서, 필라멘트로부터의 전자 방출을 증대시킨다. 이와 같이, 하전 입자 발생기(62)는 전자 발생기이며, 따라서 전하 중화제의 기능을 가진다.

플라즈마 발생 챔버(66)와, 빔 가이드부(24)는 도입관(도입부)(80)에 의해 접속되어 있다. 도입관(80)은 가이드관(24c)의 내벽(24d)에 그 개구(82)를 가지며, 하전 입자 발생기(62)로부터의 하전 입자는 이 개구(82)를 통과해서 가이드관(24c) 안으로 안내된다. 따라서, 발생된 열 전자의 일부는 확산에 의해 도입관(80)을 통과하여 빔 가이드부(24) 안으로 방출된다. 이러한 개구(82)의 전형적인 형상은 원 또는 타원형이고, 또한 그 전형적인 크기는 중심을 지나는 지름으로 3㎜∼5㎜이다.

한편, 전류에 의해 가열된 필라멘트(68)로부터는 열 전자뿐만 아니라 전극을 구성하는 금속 재료의 입자도 방출된다. 이온 주입 장치의 하전 입자 발생기(62)에서는, 필라멘트(68)는 텅스텐으로 형성되어 있다. 따라서, 하전 입자 발생기(62)로부터는 전자와 함께 텅스텐 원자도 방출된다. 이 텅스텐 원자는 실리콘 웨이퍼에 도입되면, 반도체 디바이스에 대해 바람직하지 않은 영향을 미친다. 따라서, 텅스텐 원자가 웨이퍼에 도달하지 않게 하는 등의 대책이 필요하게 된다.

이를 위해, 본 실시 형태의 이온 주입 장치(10)는 실드부(84)를 구비한다. 실드부(84)는 가이드관(24c)의 내벽면(24d)에 있어서, 도입관(80)의 개구(82)와 송출구(24b) 사이에 위치한다.

이와 같은 실드부(84)가 웨이퍼의 오염을 방지하기 위해 적합한 이유를 이하에 설명한다. 이온 소오스부(18)(도 2 참조)에서 생성된 이온이 이온 주입부(14)(도 2 참조)에 도입될 때에 통과하는 빔 가이드부(24)에는, 이온과 반대의 전하를 갖는 하전 입자가 발생되는 하전 입자 발생기(62)가 설치되어 있다. 따라서, 하전 입자 발생기(62)로부터는 웨이퍼에 대해 오염 물질이 되는 오염 입자(필라멘트의 구성 원소인 텅스텐 원자)도 발생된다. 하지만, 도입관(80)의 개구(82)와 송출구(24b) 사이에 위치하는 실드부(84)를 가이드관(24a)의 내벽(24d)에 설치하면, 가이드관 내벽(24d)의 개구(82)로부터 튀어나와서 웨이퍼(92)에 직접 도달하는 입자의 경로가 차단된다. 이로 인해, 텅스텐 원자에 의한 웨이퍼의 오염이 방지된다.

도 4에 도시된 예시에서는, 개구(82)로부터 튀어나와서 웨이퍼(92)에 직접 도달하는 경로만이 대상으로 되어 있다. 이에 관해서, 발명자는 다음과 같은 이유에 의한다고 생각하고 있다. 일반적으로, 이와 같은 이온 주입 장치의 빔 가이드부(24) 안은 높은 진공도로 유지되어 있다. 왜냐하면, 수용구(24a)로부터 입사되는 이온 빔(64)의 상당히 많은 부분이 송출구(24b)까지 도달하기 위해서는, 이온 빔(64)의 이온은 대부분 잔류 가스와 충돌하지 않는 진공도가 달성되어 있을 필요가 있다. 이러한 진공도로 빔 가이드부(24)가 유지되어 있으면, 그 안의 입자가 서로 충돌할 확률보다, 입자가 이온 주입 장치 즉, 빔 가이드부(24)의 벽면(24d) 등과 충돌할 확률이 높다. 따라서, 개구(82)로부터 튀어나온 텅스텐 원자는 여러 방향의 속도를 지니고 있지만, 특히 웨이퍼(92)의 방향, 도 4의 예시에서는파선(88) 내에 속도 벡터가 향하는 텅스텐 원자는 다른 입자와 충돌하지 않으면, 직접 웨이퍼(92)의 표면에 도달한다. 이 밖의 속도 벡터를 가진 입자는 벽면(24d)과 충돌함으로써, 그 운동 방향이 웨이퍼(92)의 방향으로 변경되어서는 안된다. 이럴 확률은 작다. 그러므로, 개구(82)로부터 튀어나와서 웨이퍼(92)에 직접 도달하는 텅스텐 원자의 경로가 차단되면 충분하다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 2점 쇄선(86)에 의해 둘러싸인 영역은 웨이퍼(92)가 이동하여 그 전체 표면이 빔 가이드부(24)의 송출부(24b)에 나타났을 경우를 도시하고 있다. 파선(88)에 의해 둘러싸인 영역은 웨이퍼(92)가 더 이동하여 그 전체 표면이 빔 가이드부(24)의 송출부(24b)의 거의 중앙에 나타난 경우를 도시하고 있다. 1점 쇄선(90)에 의해 둘러싸인 영역은 웨이퍼(92)가 이동하여 그 표면의 일부가 빔 가이드부(24)의 송출부(24b)로부터 없어지기 시작할 때를 도시하고 있다.

개구(82) 주변상의 2점, 82a, 82b를 예시하면서, 웨이퍼의 오염을 방지하기 위해 필요한 사항에 대해 다시 설명한다. 점 82a는 개구(82) 위의 점 중에서, 송출구(24b)에 가장 가까운 점이고, 점(82b)은 개구(82) 위의 점 중에서, 송출구(24b)에 가장 먼 점이다. 실드부(84)의 차폐면(84a)은 점(82a)으로부터 웨이퍼(92) 표면의 각 점에 이르는 여러 직선 중에서 적어도 일부와 교차하고 있다. 마찬가지로 해서, 실드부(84)의 차폐면(84a)은 점(82b)으로부터 웨이퍼(92) 표면의 각 점에 이르는 여러 직선 중에서 적어도 일부와 교차하고 있다. 교차하고 있는 직선이 나타내는 경로를 날아 가는 텅스텐 원자는 웨이퍼 표면에 도달하기 전에 실드부(84), 즉, 차폐면(84a)과 충돌한다. 그러므로, 이 원자는 웨이퍼 표면에 도달하지 않는다.

점(82a) 및 점(82b)을 대표적으로 설명했으나, 개구(82)에 의해 규정되는 개구면의 각 점에 있어서, 동일한 직선의 그룹이 규정된다. 이와 같은 각 점에 있어서 규정된 직선 전체로 이루어지는 직선 그룹의 적어도 일부가, 실드부(84)의 차폐면(84a)과 교차하도록, 차폐면(84a)을 설치하면 텅스텐 원자로 인해 일어날 수 있는 오염을 방지하는데 적합하다.

특히, 도 4에 도시하는 단면(평면) 내에 있어서, 실드부(84)의 차폐면(84a)은 점(82a)으로부터 웨이퍼(92) 표면의 각 점에 이르는 모든 직선과 교차하고 있다. 마찬가지로 해서, 실드부(84)의 차폐면(84a)은 점(82b)으로부터 웨이퍼(92) 표면의 각 점에 이르는 모든 직선과 교차하고 있다. 또한, 차폐면(84a)은 개구(82)에 의해 규정되는 면 위의 점 각각으로부터 웨이퍼(92) 표면의 점 각각에 이르는 직선 모두와 교차하고 있다.

도 5에는 개구(82)의 면 위의 모든 점으로부터 웨이퍼(92) 표면의 각 점에 이르는 모든 직선이 차폐면(84a)과 교차할 경우를 도시하고 있으며, 이들 직선의 그룹에 의해 규정되는 외형(84b)이, 실드부(84)의 차폐면(84a) 위에 나타나 있다. 이 경우에는 거의 완전하게 오염을 방지할 수 있다.

이하, 차폐면(84a)에 대해, 보다 상세하게 설명한다.

차폐면(84a)은 도입관(80)의 개구(82)에 의해 규정되는 면의 각 점으로부터 이온 주입부(14)에 배치되는 웨이퍼(92)의 이온이 주입되어야 할 표면의 각 점에 이르는 직선과 교차하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 차폐면(84a)을 설치하면, 가이드관 내벽(24d)의 개구(82)로부터 튀어나와서 웨이퍼(92)에 직접 도달하는 오염 입자의 경로가 차단된다.

또한, 차폐면(84a)은 개구(82)의 가장자리부(82a) 근처에서부터 개구(82)의 상방으로 뻗도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 차폐면(82a)을 설치하면, 가이드관 내벽(24d)의 개구로부터 튀어나와서 이온 주입부(14)에 배치된 웨이퍼에 직접 도달하는 오염 입자의 경로가, 간단한 구조의 실드부(84)에 의해 차단된다.

더욱이, 차폐면(84a)은 도입관(80)의 개구(82)에 의해 규정되는 면의 각 점으로부터 이온 빔부(24)의 송출구(24b)에 의해 규정되는 면의 각 점에 이르는 직선과 교차하는 것이 바람직하다. 이와 같은 차폐면(84a)을 설치하면, 웨이퍼(92)가 송출구를 이동하고 있을 때에는 언제든지, 가이드관 내벽(24d)의 개구(82)로부터 튀어나와서 웨이퍼(92)에 직접 도달하는 오염 입자의 경로가 차단된다.

이와 같은 실드부(84)는 차폐면(84a)을 일단에 갖고, 차폐면(84a)이 가이드관의 벽면(24d)과 예각을 이루며, 내벽(24d) 위를 이온 빔(64)의 방향으로 뻗는 평판 형상의 부재일 수 있다. 또한, 실드부(84)는 한 면이 차폐면(84a)을 이루고 벽면(24d)으로부터 예각을 이루며 뻗어 있는 평판과, 이 평판을 지지하는 프레임 부재에 의해 구성해도 된다.

도 3을 참조하면, 간단히 하기 위해 빔 가이드부(24), 전하 발생부(62), 실드부(84)만을 도시하고 있다. 빔 가이드부(24)의 내벽(24d)에는, 도입관(80)의 개구(82)가 위치하고 있다. 실드부(84)의 차폐면(84a) 위에는 개구(80) 상의 각 점과 웨이퍼(92) 상의 각 점을 연결하는 직선 그룹의 외형(84b)이 도시되어 있다.이와 같이, 개구(82)의 가장자리부로부터 개구(82)를 그 상방에서 덮도록 뻗어 있는 차폐면(84a)을 설치했기 때문에, 이러한 직선의 그룹 중에서 적어도 일부와 교차하도록 할 수 있다. 또한, 이와 같은 직선 그룹의 전체와 교차하도록 차폐면(84a)을 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 실드부(84)를 형성하기 위해 적합한 재료로는 그래파이트가 바람직하다. 또한, 소정의 재료로 실드부(84)를 형성한 후에, 그래파이트의 표면 피복 처리를 해서 오염을 방지할 수도 있다.

이와 같이, 필라멘트(68)를 실드하기 위한 실드부(84)를 구비한 이온 주입 장치에 관한 실험 결과를 나타낸다. 실험에 사용한 이온 주입 조건을 다음에 나타낸다.

이온 종류 : As

가속 에너지 : 80 keV

선량 : 5×10¹⁵/㎠

이와 같은 조건에 있어서, 실드부(84)의 유무에 따라 기판 내의 텅스텐 양을 분석하였다. 이 분석은 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)을 이용하여 행했다. 그 실험 결과는

필라멘트·실드 부착전 : 2.4×10¹²atoms/㎠

필라멘트·실드 부착후 : 1.6×10¹⁰atoms/㎠

가 되었다. 필라멘트를 갖는 챔버에 연결되는 개구를 웨이퍼로부터 들여다보는 각도의 전부를 차단하도록, 실드부(84)를 설치하였다. 이 결과로서, 오염 원소의 원자수가 1/10 이하로 줄었다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 주입 장치에서는, 하전 입자 발생기가, 이온 빔을 이온 주입부로 보내기 위해 통과하는 빔 가이드부에 설치되어 있다. 그렇기 때문에, 이 하전 입자 발생기에 있어서는 이온과 반대의 전하를 갖는 하전 입자가 발생됨과 동시에, 기판에 대해 오염 물질이 되는 오염 입자도 발생된다. 그러나, 도입부의 개구와 송출구 사이에 배치된 실드부를 가이드관의 내면 상에 설치했기 때문에, 가이드관 내벽의 개구로부터 튀어나와서 기판에 도달하는 오염 입자의 경로를 차단할 수 있게 된다. 따라서, 하전 입자 발생기로부터 발생하는 오염 입자에 의해 기판이 오염되는 것을 방지할 수 있는 이온 주입 장치가 제공된다.

Claims

이온을 생성하는 이온 소오스부와,

상기 이온 소오스부에서 생성된 상기 이온이 기판에 이온 주입되는 이온 주입부와,

상기 이온과 반대의 전하를 갖는 하전 입자를 발생하는 하전 입자 발생기와,

상기 이온 소오스부로부터의 상기 이온을 받아들이기 위한 수용구, 상기 이온 주입부로 상기 이온을 보내기 위한 송출구, 상기 수용구로부터 송출구로 뻗어 있는 가이드관, 및 상기 가이드관의 내면에 그 개구가 형성되며 상기 하전 입자 발생기로부터의 상기 하전 입자를 상기 가이드관 안으로 안내하기 위한 도입부를 갖는 빔 가이드부와,

상기 가이드관의 내부에서 상기 도입부의 상기 개구와 상기 송출구 사이에 위치하는 실드부를 구비하는 이온 주입 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 실드부는 상기 도입부의 상기 개구에 의해 규정되는 면의 각 점으로부터 상기 이온 주입부에 배치되는 이온이 주입되어야 할 상기 기판 표면의 각 점에 이르는 직선과 교차하는 차폐면을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제 1항에 있어서, 상기 실드부는 상기 개구의 가장자리부 근처에서부터 상기개구의 상방으로 뻗은 차폐면을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 실드부는 상기 도입부의 상기 개구에 의해 규정되는 면의 각 점으로부터 상기 이온 빔부의 상기 송출구에 의해 규정되는 면의 각 점에 이르는 직선과 교차하는 차폐면을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 실드부는 상기 차폐면이 상기 가이드관의 내벽면과 예각을 이루고, 또한 평판 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 실드부는 상기 차폐면을 가짐과 동시에 상기 가이드관의 내벽면과 예각을 이루며 배치된 평판과, 상기 평판을 지지하는 프레임 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.