KR20010081440A - ion source section having increased block insulator lifetime - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An ion source section having a block insulator with an enlarged lifetime is provided to prevent a precipitation phenomenon of a conductive layer by enlarging a surface area of a precipitation part of the conductive layer. CONSTITUTION: Four small female screw holes(18) and two big holes(19) are formed on a block insulator(5). A fixing block combination portion(12) is connected to an anode of filament power. A fixing block combination portion(12') is connected to a cathode of filament power. A groove(15) is formed between the fixing block combination portions(12,12'). A block insulator fixing portion(13) is lower than the fixing block combination portions(12,12'). The block insulator fixing portion(13) has a concavo-convex portion(14).

Description

수명이 연장된 블록 절연체를 장착한 이온소스부{ion source section having increased block insulator lifetime}Ion source section having increased block insulator lifetime

본 발명은 반도체소자를 제조하기 위하여 웨이퍼의 표면에 불순물을 주입하는 불순물 주입단계(doping process)에 사용되는 이온주입기(ion implanters)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to ion implanters used in a doping process for injecting impurities into the surface of a wafer to fabricate semiconductor devices.

반도체소자 제조 공정 중 불순물 주입단계는 반도체 결정에 불순물(dopant)을 넣는 공정이다. 주입된 불순물은 웨이퍼 표면의 전도형태와 저항성을 바꾸어 트랜지스터, 다이오드, 저항 등의 동작부를 구성하게 된다. 도핑하는 방법에는 열적 확산과 이온주입이 있는데 열적 확산 방법은 정밀한 형상의 제어가 곤란하다는 단점이 있어 근래에는 이온주입기를 주로 채용하고 있다.The impurity implantation step of the semiconductor device manufacturing process is a process of adding a dopant to a semiconductor crystal. The implanted impurities change the conduction form and resistance of the wafer surface to form an operation unit such as a transistor, a diode, or a resistor. The doping method has thermal diffusion and ion implantation. The thermal diffusion method has a disadvantage in that it is difficult to control precise shapes. Recently, ion implanters are mainly adopted.

이온주입기는 이온화된 불순물을 가속시켜서 마스킹된 웨이퍼의 표면에 도핑하는 설비이다. 이온주입기는 빔전류량에 따라 크게 두 종류로 분류되는데 하나는 빔전류량이 0.5mA ~ 2mA 범위에 속하는 중전류 이온주입기(medium current implanters)이고 다른 하나는 2mA ~ 30mA 의 빔전류를 발생시키는 대전류 이온주입기(high current implanters)이다.An ion implanter is a facility that accelerates ionized impurities to dope the surface of a masked wafer. Ion implanters are classified into two types according to the amount of beam currents. One is a medium current implanters in the range of 0.5 mA to 2 mA, and the other is a large current ion implanter that generates beam currents of 2 mA to 30 mA. high current implanters.

상술한 이온주입기는 이온빔을 생성하는 이온소스부(ion source section), 생성된 이온에 필요한 에너지를 부여하는 빔라인부(beam line section), 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기상태를 조절하여 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 로드록부(load-lock portion)를 포함하는 엔드스테이션부(end station section), 이온주입 공정이 완료된 후 이온주입기 내부에 남아 있는 배기가스를 배출하는 배기 시스템(exhaust system)으로 구성된다.The ion implanter described above includes an ion source section for generating an ion beam, a beam line section for imparting required energy to the generated ions, and a wafer loading and adjusting state in a wafer processing chamber. An end station section including a load-lock portion for controlling unloading, and an exhaust system for discharging the exhaust gas remaining in the ion implanter after the ion implantation process is completed. do.

이온빔 발생 과정을 상술하면 다음과 같다. 아크챔버와 필라멘트에 전원이 공급되면 필라멘트의 온도가 상승하게 되고 일정한 온도에 도달하면 필라멘트에서 전자가 방출된다. 방출된 전자는 아크챔버 안에 분포되어 있는 이온 가스분자와 충돌하여 가스 분자를 분해한다. 이 때 여러 종류의 이온과 전자로 구성된 플라즈마가 발생되며 발생한 이온들은 이온빔 출구를 통해 분출되어 선별과정과 가속과정 및 주사과정을 거쳐 웨이퍼에 주입된다.The ion beam generating process is described in detail as follows. When power is supplied to the arc chamber and the filament, the temperature of the filament rises, and when a certain temperature is reached, electrons are emitted from the filament. The released electrons collide with ionic gas molecules distributed in the arc chamber to decompose the gas molecules. At this time, a plasma composed of various kinds of ions and electrons is generated, and the generated ions are ejected through the ion beam exit and injected into the wafer through a selection process, an acceleration process, and a scanning process.

종래의 블록 절연체를 도 2A에 도시하였으며 도 2B와 도 2C 및 도 2D에 각각 측면도, 단면도, 배면도를 나타내었다. 블록 절연체는 이온빔 생성시 아크챔버와 필라멘트 전원을 절연하며, 또 필라멘트 전원의 양 극단을 절연하는 역할을 한다. 그러나 이온화 과정에서 발생한 이온들은 아크챔버 벽면과 반응하거나 서로 다른 이온들끼리 반응하여 새로운 반응물을 생성하며, 이 반응물은 아크챔버 측면에 있는 틈새 사이로 누설되어 블록 절연체에 도전층을 생성한다. 생성된 도전층은 얇지만 이온소스부의 회로를 단락시킬 수 있으며 결국 이온소스부는 더이상 사용할 수 없는 상태가 된다. 이런 사용불능 상태가 되면 아크챔버를 청소하고 블록 절연체를 교체하여야 한다. 게다가 블록 절연체의 재질로 사용되는 질화 붕소(boron nitride)는 취성(brittleness)이 있어 분해 조립시 쉽게 파손되며 사용중에 크랙이 자주 발생하는 단점이 있다.A conventional block insulator is shown in FIG. 2A and side, sectional and back views are shown in FIGS. 2B, 2C and 2D, respectively. The block insulator insulates the arc chamber and the filament power when generating the ion beam, and insulates both ends of the filament power. However, ions generated during the ionization process react with the arc chamber wall or with different ions to form new reactants, which leak between the gaps on the side of the arc chamber to form a conductive layer in the block insulator. Although the resulting conductive layer is thin, it can short circuit the ion source section and eventually the ion source section is no longer available. In this unusable state, the arc chamber must be cleaned and the block insulator replaced. In addition, boron nitride, which is used as a material of the block insulator, has brittleness, so it is easily broken during disassembly and assembly, and cracks frequently occur during use.

본 발명은 상술한 바와 같이 블록 절연체의 표면에 생성되는 도전층의 침전 현상을 해결하기 위한 것으로, 도전층이 침전되는 부분의 표면적을 늘려 도전층의 침전속도를 완화시키는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the phenomenon of precipitation of the conductive layer formed on the surface of the block insulator as described above, and its object is to reduce the precipitation rate of the conductive layer by increasing the surface area of the portion where the conductive layer is deposited.

도 1은 이온소스부(ion source section)의 평면 구성도1 is a plan view of an ion source section

도 2는 종래의 블록 절연체 사시도 및 평면도2 is a perspective view and a plan view of a conventional block insulator

도 3은 이온소스부의 분해 사시도3 is an exploded perspective view of an ion source unit

도 4는 본 발명의 블록 절연체 사시도 및 평면도4 is a perspective view and a plan view of the block insulator of the present invention;

도 5는 본 발명의 이온소스부 평면도5 is a plan view of the ion source unit of the present invention

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1: 아크챔버(arc chamber) 2: 필라멘트(filament)1: arc chamber 2: filament

3: 고정블록 4: 고정블록 고정나사3: fixed block 4: fixed block

5, 5': 블록 절연체(block insulator) 6: 본체(main body)5, 5 ': block insulator 6: main body

7: 필라멘트 전원 단자 8: 가스 주입구7: filament power supply terminal 8: gas inlet

9: 리펠러(repeller) 10: 음극판(cathode plate)9: repeller 10: cathode plate

11: 아크챔버 마운트(arc chamber mount)11: arc chamber mount

12, 12': 고정블록 결합부 13: 블록 절연체 고정부12, 12 ': fixed block coupling part 13: block insulator fixing part

14: 요철면 15: 전원단자 분리홈14: Uneven surface 15: Power terminal separation groove

16: 블록 절연체 고정나사 17: 아크챔버 마운트 고정나사16: Block insulation screw 17: Arc chamber mount screw

18: 고정블록 고정용 암나사 19: 블록 절연체 고정용 홀18: Female thread for fixing the fixed block 19: Hole for fixing the block insulator

도 1은 이온소스부의 평면구성도를 도시한 것이다. 이온소스부를 기능별로 살펴보면 다음과 같다. 이온빔이 생성되고 방출되는 아크챔버(arc chamber), 아크챔버에 이온 가스를 공급하는 가스 주입구(gas inlet port), 전자를 공급하는 필라멘트 시스템, 이온소스부의 본체(main body), 아크챔버를 고정하는 아크챔버 마운트(arc chamber mount), 필라멘트 시스템을 고정하는 동시에 필라멘트 시스템과 아크챔버 마운트를 절연하는 블록 절연체(block insulator)로 구성된다. 다시 필라멘트 시스템은 전자를 방출하는 필라멘트(filament), 전자들이 원활하게 이온 가스분자와 충돌할 수 있도록 밀어주는 역할을 하는 음극판(cathode plate) 및 리펠러(repeller), 필라멘트와 음극판 및 리펠러를 고정하는 고정블록, 필라멘트에 전원을 공급하는 필라멘트 전원으로 구성된다. 본 발명에서는 반응물들이 침전하여 도전층이 생성되는 블록 절연체의 형상을 개선하여 전도층의 침전속도를 완화시켜 오랜 시간 동안 절연성이 유지될 수 있도록 구성된다.Figure 1 shows a plan view of the ion source portion. Looking at the ion source by function as follows. An arc chamber for generating and emitting an ion beam, a gas inlet port for supplying ion gas to the arc chamber, a filament system for supplying electrons, a main body of the ion source unit, and an arc chamber for fixing the arc chamber An arc chamber mount consists of a block insulator that fixes the filament system and insulates the filament system and the arc chamber mount. Filament systems, in turn, fix filaments that emit electrons, cathode plates and reellers that push electrons to collide with ion gas molecules smoothly, filaments and cathode plates and repellers It consists of a fixed block, a filament power supply for supplying power to the filament. In the present invention, it is configured to maintain the insulation for a long time by reducing the settling speed of the conductive layer by improving the shape of the block insulator where the reactants are precipitated to form a conductive layer.

도 3은 이온소스부의 분해사시도이다. 이온소스부의 각 요소는 도시된 바와 같이 결합되며, 아크 전원과 필라멘트 전원은 각각 아크챔버와 필라멘트 시스템에 연결된다. 그런데 이온빔이 정상적으로 발생되려면 각 단자는 절연이 유지되어야한다. 이를 위하여 아크 전원과 필라멘트 전원은 이중으로 절연되는데, 우선 블록 절연체가 아크챔버와 필라멘트 전원을 절연하고, 두번째로 필라멘트 시스템과 아크챔버에 일정한 틈새가 있어 절연된다. 또 필라멘트 전원의 양 극단은 고정 블록 결합부에 이격되어 결합됨으로써 절연성을 유지한다. 본 발명에서는 고정 블록 결합부를 분리함과 동시에 도전층의 침전속도를 감소시키기 위하여 블록 절연체의 형상을 바꾸었다.3 is an exploded perspective view of the ion source unit. Each element of the ion source portion is coupled as shown, and the arc power source and the filament power source are connected to the arc chamber and the filament system, respectively. However, in order for the ion beam to be generated normally, each terminal must be kept insulated. For this purpose, the arc power source and the filament power source are double insulated. First, the block insulator insulates the arc chamber and the filament power source, and secondly, there is a certain gap between the filament system and the arc chamber. In addition, both ends of the filament power supply are spaced apart and coupled to the fixed block coupling portion to maintain insulation. In the present invention, the shape of the block insulator is changed in order to separate the fixed block joint and reduce the settling speed of the conductive layer.

본 발명을 도 4와 도 5를 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 as follows.

도 4는 본 발명의 블록 절연체를 각각 사시도, 평면도, 단면도, 배면도로 표현한 것이다. 도 4A에 도시된 바와 같이 블록 절연체(5)에는 4개의 작은 암나사 홀(18)과 2개의 큰 홀(19)이 있다. 필라멘트 전원의 양(+)극단과 연결되며 고정블록과 결합되는 고정블록 결합부(12')와 필라멘트 전원의 음(-)극단과 연결되며 고정블록과 결합되는 고정블록 결합부(12)는 충분히 떨어져 있으며, 그 사이에는 길이 방향으로 홈(groove)(15)이 파여져 있다. 그리고 블록 절연체를 아크챔버 마운트(11)에 결합할 때 고정나사가 결합되는 블록 절연체 고정부(13)는 고정블록 결합부(12, 12')보다 그 높이가 낮아 단(段)이 형성되어 있다. 또 종래의 블록 절연체와 같이 요철면(14)을 가진다. 블록 절연체의 결합부에 있는 홈(15)은 요철면(14)과 함께 아크챔버로부터 누설된 반응물들이 침전되는 면적을 늘려 도전층의 침전속도를 감소시키는 역할을 한다. 특히 홈(15)은 필라멘트 전원간 단락을 최종적으로 막는 역할을 한다.4 is a perspective view, a plan view, a sectional view, and a rear view of the block insulator of the present invention, respectively. As shown in FIG. 4A, the block insulator 5 has four small female threaded holes 18 and two large holes 19. The fixed block coupling portion 12 'connected to the positive pole of the filament power source and coupled to the fixed block and the fixed block coupling portion 12 coupled to the negative pole of the filament power supply and coupled to the fixed block are sufficient. Apart, grooves 15 are dug in the longitudinal direction. When the block insulator is coupled to the arc chamber mount 11, the block insulator fixing part 13 to which the fixing screw is coupled has a lower level than the fixed block coupling parts 12 and 12 ′, so that a step is formed. . Moreover, like the conventional block insulator, it has the uneven surface 14. The groove 15 in the coupling portion of the block insulator increases the area where the reactants leaked from the arc chamber together with the uneven surface 14 serves to reduce the settling speed of the conductive layer. In particular, the groove 15 serves to finally prevent the short circuit between the filament power source.

도 5는 본 발명의 블록 절연체를 이온소스부에 적용하였을 때의 단면도를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 블록 절연체는 도면의 블록 절연체 고정나사(16)에 의해 아크챔버 마운트(11)에 견고하게 결합된다. 그런데 도전층이 성장하면 블록 절연체 고정나사의 머리가 고정블록과 단락될 염려가 있다. 이를 방지하기 위해 형성된 블록 절연체 고정부의 단(step)으로 고정블록(3)과 블록 절연체 고정부(13) 사이에 공간이 생기도록 한다.5 is a cross-sectional view when the block insulator of the present invention is applied to the ion source portion. As shown, the block insulator is firmly coupled to the arc chamber mount 11 by the block insulator fixing screw 16 of the drawing. However, as the conductive layer grows, the head of the block insulator fixing screw may short-circuit with the fixing block. In order to prevent this, a space is formed between the fixing block 3 and the block insulator fixing unit 13 by a step of the block insulator fixing unit.

종래의 블록 절연체는 질화 붕소(boron nitride)와 같이 고온과 부식성 기체(BF3, SiF4등)에 내성을 갖는 세라믹 재질로 만들어진다. 그러나 질화 붕소는 취성이 있어서 조립시 파손되기 쉬우며 크랙이 자주 발생하는 단점이 있다. 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 블록 절연체의 재질로 알루미나(alumina oxide)를 사용한다.Conventional block insulators are made of a ceramic material that is resistant to high temperatures and corrosive gases (BF 3 , SiF 4, etc.), such as boron nitride. However, since boron nitride is brittle and easily broken during assembly, cracks often occur. In the present invention, to prevent this, alumina (alumina oxide) is used as a material of the block insulator.

상술한 바와 같이 구성된 이온소스부를 이온주입기에 적용하면, 블록 절연체에 침전되는 도전층의 생성을 억제하므로 블록 절연체의 수명을 연장하는 효과가 있다. 또 블록 절연체의 강도를 높임으로써 조립시 파손되거나 사용중 크랙의 생성을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 고정부에 단을 형성하여 고정나사의 머리와 필라멘트 전원 단자의 단락을 방지할 수 있다. 이런 효과들은 블록 절연체의 교체 비용뿐만 아니라 블록 절연체를 교체 또는 청소하는데 소요되는 시간을 절약하고 사전예방정비(Preventive Maintenance) 주기를 길게 하여 이온주입기의 작업 효율을 높이는 효과를 기대할 수 있다.The application of the ion source portion configured as described above to the ion implanter suppresses the generation of the conductive layer deposited on the block insulator, thereby extending the life of the block insulator. In addition, by increasing the strength of the block insulator, there is an effect to prevent breakage during assembly or generation of cracks during use, and it is possible to prevent the short circuit between the head of the fixing screw and the filament power terminal by forming a stage in the fixing portion. These effects can be expected not only to reduce the cost of replacing the block insulator, but also to reduce the time required to replace or clean the block insulator, and to increase the efficiency of the ion implanter by prolonging the preventive maintenance period.

Claims (3)

반도체를 제조하기 위하여 웨이퍼에 불순물을 주입하는 도핑공정에 사용되는 이온주입장치에 있어서,In the ion implantation device used in the doping process for injecting impurities into a wafer for manufacturing a semiconductor, 본체와;A main body; 측면벽을 갖는 아크챔버와;An arc chamber having side walls; 상기 아크챔버에 이온원 가스를 공급하는 가스 주입구와;A gas inlet for supplying an ion source gas to the arc chamber; 상기 본체와 결합되어 아크챔버를 지지하는 아크챔버 마운트와;An arc chamber mount coupled to the main body to support the arc chamber; 필라멘트 전원과;Filament power; 상기 아크챔버의 측면벽을 관통하여 배치되는 필라멘트와;A filament disposed through the side wall of the arc chamber; 상기 필라멘트의 일단을 고정하는 필라멘트 가이드와;A filament guide fixing one end of the filament; 상기 필라멘트의 다른 일단을 고정하는 음극판과;A negative electrode plate fixing the other end of the filament; 상기 아크챔버의 다른 측면벽을 관통하여 배치되는 리펠러와;A repeller disposed through another side wall of the arc chamber; 상기 필라멘트와 상기 음극판 및 상기 리펠러를 고정하는 고정블록과;A fixing block fixing the filament, the negative plate and the repeller; 상기 아크챔버 마운트에 장착되어 상기 고정블록을 고정하는 블록 절연체를 포함하여,A block insulator mounted on the arc chamber mount to fix the fixed block; 상기 블록 절연체에는 상기 필라멘트 전원의 양극단자와 음극단자를 분리하는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온소스부.And the groove is formed in the block insulator to separate the positive and negative terminals of the filament power source. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 블록 절연체를 상기 아크챔버 마운트에 고정하는 블록 절연체 고정나사를 포함하여,A block insulator fixing screw that fixes the block insulator to the arc chamber mount, 상기 블록 절연체 고정나사가 체결되는 부위에 상기 블록 절연체에 단(step)이 형성된 것을 특징으로 하는 이온소스부.And a step is formed in the block insulator at a portion at which the block insulator fixing screw is fastened. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 블록 절연체는 알루미나의 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 이온소스부.The block insulator is an ion source portion, characterized in that made of alumina material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040018863A (en) * 2002-08-27 2004-03-04 삼성전자주식회사 Arc chamber for ion generation device

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