KR20010108731A - Ion implanter having self-repeller type ion source section - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자를 제조하는 데 사용되는 이온주입기의 구성요소인 이온소스부에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 아크 챔버 내부에서 절연체를 사용하지 않고 필라멘트와 아크챔버 측벽 사이의 절연성을 유지하는 필라멘트 시스템에 관한 것이다. 역스퍼터링을 방지하기 위하여 아크 챔버와 필라멘트의 절연성을 작은 틈새로 유지하고, 리펠러가 스스로 열전자를 밀어낼 수 있도록 구성한다(self repelling). 본 발명의 이온소스부를 이온주입기에 적용하면, 아크챔버 안에서 침전되는 도전층의 형성을 억제하므로 필라멘트의 수명을 연장하는 효과를 기대할 수 있다. 필라멘트의 수명을 연장하여 얻을 수 있는 이점은 필라멘트 자체의 비용뿐만 아니라 필라멘트의 교체 또는 수리에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 이온주입기 시스템의 또다른 고장을 유발하는 재조립시 발생하는 과실의 개연성을 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 게다가 리펠러에 전원을 인가하지 않으므로 그로 인해 이온소스부의 구성요소를 줄일 수 있으며 공간활용을 할 수 있는 장점도 있다.The present invention relates to an ion source portion that is a component of an ion implanter used to manufacture a semiconductor device, and more specifically, to maintain insulation between the filament and the arc chamber sidewalls without using an insulator in the arc chamber. Relates to a filament system. In order to prevent reverse sputtering, the insulation between the arc chamber and the filament is kept in a small gap, and the repeller can self-pell the hot electrons. When the ion source portion of the present invention is applied to the ion implanter, the formation of the conductive layer deposited in the arc chamber is suppressed, so that the effect of extending the life of the filament can be expected. The benefits of extending the life of the filament can save not only the cost of the filament itself, but also the time required to replace or repair the filament, and the likelihood of errors occurring during reassembly, causing another failure of the ion implanter system. It can be expected to reduce the effect. In addition, since the power is not applied to the repeller, the components of the ion source portion can be reduced, and there is an advantage of using space.
Description
본 발명은 반도체소자를 제조하는 데 사용되는 이온주입기의 구성요소인 이온소스부에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 아크 챔버 내부에서 절연체를 사용하지 않고 필라멘트와 아크챔버 측벽 사이의 절연성을 유지하는 필라멘트 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ion source portion that is a component of an ion implanter used to manufacture a semiconductor device, and more specifically, to maintain insulation between the filament and the arc chamber sidewalls without using an insulator in the arc chamber. Relates to a filament system.
반도체소자 제조 공정중 불순물 주입단계(doping)는 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 이온주입의 두가지가 있는데 열적 확산 방법은 정밀한 형상의 제어가 곤란하다는 단점이 있어 근래의 반도체 장비에는 이온주입기를 주로 채용하고 있다.An impurity implantation step (doping) in the semiconductor device manufacturing process is a process of adding a dopant (dopant) to the 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. There are two types of doping methods: thermal diffusion and ion implantation. The thermal diffusion method has difficulty in controlling precise shapes, and thus, the recent semiconductor equipment mainly adopts an ion implanter.
이온주입기는 이온화된 불순물을 가속시켜서 마스킹된 웨이퍼의 표면에 도핑하는 설비이다. 이온주입기는 빔전류량에 따라 크게 두 종류로 나눌 수 있는데 그 중 하나는 빔전류량이 0.5 ㎃ ~ 2 ㎃ 범위에 속하는 중전류 이온주입기(medium-current implanter)이고 나머지 하나는 빔전류량이 2 ㎃ ~ 30 ㎃ 범위에 속하는 대전류 이온주입기(high-current implanter)이다.An ion implanter is a facility that accelerates ionized impurities to dope the surface of a masked wafer. The ion implanter can be classified into two types according to the beam current, one of which is a medium-current implanter in the range of 0.5 ㎃ to 2 이고, and the other is 2 ㎃ to 30 It is a high-current implanter in the range of ㎃.
상술한 이온주입기는 이온소스부(ion source section), 빔라인부(beam line section), 엔드스테이션부(end station section) 및 배기 시스템(exhaust system)으로 구성된다. 이온소스부는 이온빔을 생성하는 역할을 하며 빔라인부는 생성된이온에 필요한 에너지를 부여하는 구성요소이다. 엔드스테이션은 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기 상태를 조절하며 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 로드록부(load-lock section)를 포함하는 구성요소이다. 마지막으로 배기 시스템은 이온주입 공정이 진행되면서 이온주입기 내부에 발생한 독성가스를 정화하여 대기중으로 방출하는 공조 시스템을 말한다.The ion implanter described above is composed of an ion source section, a beam line section, an end station section, and an exhaust system. The ion source portion serves to generate an ion beam, and the beamline portion is a component that provides energy required for generated ions. The end station is a component that includes a load-lock section that controls the vacuum and atmospheric conditions of the wafer processing chamber and controls the loading and unloading of the wafer. Finally, the exhaust system refers to an air conditioning system that purifies the toxic gas generated inside the ion implanter and releases it into the atmosphere as the ion implantation process proceeds.
도 1은 이온소스부의 평면 구성도를 나타낸 것이다. 도 1에 도시한 바와 같이 이온소스부는 아크 챔버(arc chamber)(1), 필라멘트(filament)(2), 필라멘트 고정블록(3), 블록 고정나사(4), 블록 절연체(block insulator)(5), 본체(main body)(6), 필라멘트 전원단자(7) 및 가스 주입구(gas inlet port)(9)로 구성된다. 도 1에 나타나 있지는 않지만 아크챔버의 상부면에는 발생한 이온빔이 방출되는 이온빔 출구(exit aperture)(8)와 리펠러(repeller)(13)가 있다. 간단하게 그 구성요소의 역할을 설명하면 다음과 같다. 필라멘트는 이온 빔을 발생시키기 위하여 열전자를 방출하는 구성 요소이며, 리펠러는 필라멘트에서 방출한 열전자를 반대편 측벽에서 다시 밀어주는 역할을 한다. 필라멘트와 리펠러가 장착되는 곳이 아크 챔버이고 이 곳에 공급되는 가스를 주입되는 구성 요소가 가스 주입구이다. 필라멘트 고정 블록은 필라멘트를 견고하게 고정하는 구성 요소이다. 블록 고정나사, 블록 절연체는 아크 전원과 필라멘트 전원을 절연하는 구성요소이다.Figure 1 shows a plan view of the ion source portion. As shown in FIG. 1, the ion source unit includes an arc chamber 1, a filament 2, a filament fixing block 3, a block fixing screw 4, and a block insulator 5. ), A main body (6), a filament power supply terminal (7) and a gas inlet port (9). Although not shown in FIG. 1, the upper surface of the arc chamber has an ion beam exit 8 and a repeller 13 through which the generated ion beams are emitted. The role of the component is briefly described as follows. The filament is a component that emits hot electrons to generate an ion beam, and the repeller pushes the hot electrons emitted from the filament back on the opposite side wall. The filament and the repeller are mounted in the arc chamber and the gas inlet is the component that injects the gas supplied therein. The filament fixing block is a component that firmly fixes the filament. The block fixing screw and the block insulator are components that insulate the arc power supply and the filament power supply.
도 2는 종래 이온주입기의 아크챔버의 단면도이다. 아크챔버(1)와 필라멘트(2)에 전원이 공급되면 필라멘트의 온도가 상승하게 되고 일정온도에 도달하면 필라멘트로부터 전자가 방출된다. 방출된 전자는 아크챔버 안에 분포되어 있는 가스 분자들과 충돌하여 가스 분자를 분해한다. 이 때 여러 종류의 이온과 전자로 구성된 플라즈마가 발생되고 발생한 이온들은 이온빔 출구를 통해 분출되어 선별과정과 가속과정 및 주사과정을 거쳐 웨이퍼에 주입된다.2 is a cross-sectional view of the arc chamber of the conventional ion implanter. When power is supplied to the arc chamber 1 and the filament 2, the temperature of the filament rises, and when a certain temperature is reached, electrons are emitted from the filament. The emitted electrons collide with 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 필라멘트 시스템은 필라멘트(2)와 아크챔버(1)가 필라멘트 절연체(10)로 전기적으로 절연되어 있다. 필라멘트 절연체는 질화 붕소(boron nitride), 알루미나(alumina) 같이 고온과 부식성 기체(BF3, SiF4등)에 내성을 갖는 특성을 가지는 세라믹 재질로 만들어진다. 그러나 이온화 과정에서 발생한 이온들이 아크챔버 벽면과 반응하여 또는 서로 다른 이온들끼리 반응하여 새로운 반응물이 생성된다.(back sputtering) 이 새로운 반응물은 필라멘트 절연체에 침전되어 도전층이 형성한다. 필라멘트 절연체에 형성된 도전층은 그 두께가 얇아도 아크 전원을 단락시켜 이온빔의 안정도를 저하시켜 이온주입기를 더이상 사용할 수 없게 만든다. 즉 필라멘트에 정확한 전원이 공급되지 않아 빔이 더이상 생성되지 않게 되고, 리펠러는 제 기능을 하지 못하여 이온빔의 생성율이 저하된다. 이런 사용불능 상태에 도달되면 아크 챔버를 청소하고 필라멘트 시스템을 교체하거나 수리하여야 한다.In a conventional filament system, the filament 2 and the arc chamber 1 are electrically insulated with the filament insulator 10. The filament insulator is made of a ceramic material that is resistant to high temperatures and corrosive gases (BF 3 , SiF 4, etc.), such as boron nitride and alumina. However, ions generated during the ionization process react with the arc chamber walls or with different ions to form new reactants. Even if the thickness of the conductive layer formed on the filament insulator is short, the arc power supply may be shorted to reduce the stability of the ion beam, making the ion implanter no longer usable. That is, the beam is no longer generated because the filament is not supplied with the correct power, and the repeller does not function properly and the generation rate of the ion beam is reduced. If this unusable condition is reached, the arc chamber must be cleaned and the filament system replaced or repaired.
기존 관계자들은 필라멘트 절연체에 도전층이 생성되는 문제를 해결하기 위해 몇가지 방법을 사용하였다. 즉, 필라멘트 절연체의 형상을 바꿔보기도 했고 필라멘트 절연체에 보호막(shield)을 도포해 보기도 하였으며 생성된 도전층을 제거하기 위해 식각방전(cleaning discharge to etch off the coating)을 사용하기도했다. 그러나 필라멘트 형상을 바꾸는 방법은 큰 효과가 없었고, 보호막은 이온빔의 질을 떨어뜨렸으며, 식각방전 방법은 예상치 않은 이온을 발생시켜 이온빔의 질을 저하시키는 또다른 문제점이 있었다.Existing officials have used several methods to solve the problem of creating a conductive layer on the filament insulator. In other words, the shape of the filament insulator was changed, a shield was applied to the filament insulator, and a cleaning discharge to etch off the coating was used to remove the conductive layer. However, the method of changing the filament shape did not have a great effect, the protective film deteriorated the quality of the ion beam, and the etch discharge method had another problem of lowering the quality of the ion beam by generating unexpected ions.
본 발명은 전술한 절연체 표면에 침전되는 도전층으로 인한 이온주입기의 이온소스부의 오염도를 줄이고 안정된 빔을 형성하여 소스부의 사용 수명을 연장하는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to reduce the contamination of the ion source portion of the ion implanter due to the conductive layer deposited on the surface of the insulator and to form a stable beam to extend the service life of the source portion.
도 1은 이온주입기의 이온소스부(ion source section)의 평면 구성도;1 is a plan view of an ion source section of an ion implanter;
도 2는 종래 이온주입기의 아크챔버의 단면도; 및2 is a cross-sectional view of the arc chamber of the conventional ion implanter; And
도 3은 본 발명의 아크챔버의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the arc chamber 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: 필라멘트 고정블록 4: 블록 고정나사3: filament fixing block 4: block fixing screw
5: 블록 절연체(block insulator) 6: 본체(main body)5: block insulator 6: main body
7: 필라멘트 전원단자 8: 이온빔 출구(exit aperture)7: Filament Power Terminal 8: Ion Beam Exit
9: 가스 주입구9: gas inlet
10: 필라멘트 절연체(filament insulator)10: filament insulator
11: 리펠러 고정 블록11: repeller fixed block
12: 리펠러 절연체(repeller insulator)12: repeller insulator
13: 리펠러(repeller) 14: 아크 전원(arc power supply)13: reeller 14: arc power supply
15: 필라멘트 전원(filament power supply)15: filament power supply
이를 달성하기 위하여 본 발명은 아크 챔버와 필라멘트의 절연성을 작은 틈새로 유지하고, 리펠러가 스스로 열전자를 밀어낼 수 있도록 구성한다.(self repelling)In order to achieve this, the present invention maintains the insulation between the arc chamber and the filament in a small gap, and configures the repeller to push the hot electrons by itself.
본 발명의 특징에 의하면, 먼저 필라멘트 부분의 절연체를 제거하여 무절연체 소스 헤드(no insulator source head)의 구조를 가지며 반응된 이온들이 역스퍼터링(back sputtering)되어도 절연 능력이 저하되는 것을 방지한다. 그리고 리펠러의 음극단 전위를 차단하여 양이온이 음극단에 의해 되밀려 생기는 문제의 원인을 제거하였다. 처음에는 음극이 없어 양이온이 리펠러 쪽으로 진행하지만 시간이 지나면 점차 이를 되밀어 원래의 역할을 수행하는 셀프 리펠러(self repeller) 역할을 수행하여 오염 및 이상 현상에 대한 원인을 제거한다. 현재 라인에서 많이 사용되는 이온주입기의 이온소스부에서는 엄청난 양의 빔이 생성된다. 그 양은 약 30 ㎃ 정도 된다. 이러한 대용량의 이온주입기의 경우에는 절연체가 어떠한 구조를 가진다 해도 절연체의 오염을 피할 수 없다. 그래서 본 발명에서는 절연체를 사용하지 않는 방식(no insulator type)을 채택하여 절연이 파괴되는 원인을 제거하였다. 이에 따라 오염에 의한 절연파괴로 사용주기가 짧던 문제는 해결하였지만, 여전히 짧은 주기로 사용해 왔다. 그 이유는 리펠러에 인가되는 음전위가 필라멘트 전위와 같이 큰 전위기 때문인데, 구체적으로 안전하지 않은 양이온들(beam)이 무리하게 리펠러쪽으로 이동되면서 아크 챔버와 충돌하여 역스퍼터링(back sputtering)이 발생하기 때문이다.According to a feature of the present invention, the insulator of the filament part is first removed to have a structure of a no insulator source head and to prevent the insulation ability from deteriorating even if the reacted ions are back sputtered. The negative electrode potential of the repeller was blocked to eliminate the cause of the problem of cations being pushed back by the negative electrode. At first, there is no cathode, so the cation proceeds toward the repeller, but after a time, it acts as a self-repeller, which acts as a self-repeller, eliminating the cause of contamination and anomalies. In the ion source section of the ion implanter, which is widely used in current lines, a huge amount of beams are generated. The amount is about 30 ㎃. In the case of such a large-capacity ion implanter, contamination of the insulator cannot be avoided even if the insulator has any structure. Thus, in the present invention, a method of not using an insulator (no insulator type) is adopted to eliminate the cause of the breakdown of the insulation. This solves the problem that the use cycle was short due to insulation breakdown due to contamination, but still has been used in a short cycle. The reason for this is that the negative potential applied to the repeller is a large potential such as a filament potential. Specifically, unsafe cations are forced to the repeller and collide with the arc chamber, causing back sputtering. Because it occurs.
도 3은 본 발명의 아크챔버의 단면도이다. 이하 도 3을 참고하여 본 발명의 구성과 작용을 상세히 설명한다.3 is a cross-sectional view of the arc chamber of the present invention. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 이온소스부는 종래의 이온소스부와 같이 아크 전원(arc power wupply)(14), 필라멘트 전원(filament power supply)(15), 아크 챔버(arc chamber)(1), 필라멘트(filament)(2) 및 리펠러(repeller)(13)로 구성된다. 아크 전원(14)은 도 3과 같이 그 양극이 아크 챔버에 연결되고 음극은 필라멘트 전원(15)의 양극에 연결된다. 필라멘트 전원(15)의 양극과 음극은 각각 필라멘트(2)의 양단에 연결된다. 필라멘트(2)와 리펠러(13)는 아크 챔버(1)의 측벽을 관통하여 배치되는데, 절연을 위하여 각각 측벽에 형성된 홀과 소정의 간극이 유지된다. 이 간극은 절연성을 유지하도록 충분히 커야하지만, 그 틈새가 너무 크면 아크 챔버(1) 내의 가스 및 이온 빔이 누출되어 이온주입기에 악영향을 미친다. 그러므로 절연과 누설의 균형이 이루어지도록 적절하게 그 간극이 설계되어야 한다. 그리고 리펠러(13)는 전위가 연결되지 않는데, 리펠러에 어떠한 전위도 연결하지 않게 구성함으로써 발생한 이온이 처음에는 리펠러(13) 쪽으로 진행되지만 점차 리펠러(13)의 표면에 전자가 축적되어 다가오는 열전자를 밀어내는 역할을 스스로 하게 된다. 이와 같이 양이온을 잡아 당기는 음극 전위를 없애 셀프 리펠러 방식이 이루어지며 자연스러운 빔의 이동을 유지하여 오염도의 감소는 물론 역스퍼터링의 이상 원인을 제거할 수 있다.As shown in FIG. 3, the ion source unit of the present invention, like a conventional ion source unit, includes an arc power supply 14, a filament power supply 15, and an arc chamber 1. ), A filament (2) and a repeller (13). As shown in FIG. 3, the arc power source 14 has its anode connected to the arc chamber and the cathode connected to the anode of the filament power source 15. The positive electrode and the negative electrode of the filament power source 15 are respectively connected to both ends of the filament 2. The filament 2 and the repeller 13 are arranged to penetrate the side wall of the arc chamber 1, and the hole formed in each side wall and a predetermined gap are maintained for insulation. This gap must be large enough to maintain insulation, but if the gap is too large, gas and ion beams in the arc chamber 1 leak and adversely affect the ion implanter. Therefore, the gap must be designed appropriately to balance insulation and leakage. And the repeller 13 is not connected to the potential, the ions generated by configuring no potential connected to the repeller initially proceeds toward the repeller 13, but gradually accumulate electrons on the surface of the repeller 13 It will play its own role in repelling the coming hot electrons. In this way, the self-repeller method is achieved by eliminating the negative potential of the positive ions, and the natural beam movement can be maintained to reduce the degree of contamination and to eliminate the cause of the reverse sputtering.
상술한 바와 같이 본 발명의 이온소스부를 이온주입기에 적용하면, 아크챔버 안에서 침전되는 도전층의 형성을 억제하므로 필라멘트의 수명을 연장하는 효과를 기대할 수 있다. 실제로 종래에 약 2.7일의 사용수명을 보이던 것을 본 발명을 적용하여 약 10일 이상 사용하고 있다. 필라멘트의 수명을 연장하여 얻을 수 있는 이점은 필라멘트 자체의 비용뿐만 아니라 필라멘트의 교체 또는 수리에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 이온주입기 시스템의 또다른 고장을 유발하는 재조립시 발생하는 과실의 개연성을 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 게다가 리펠러에 전원을 인가하지 않으므로 그로 인해 이온소스부의 구성요소를 줄일 수 있으며 공간활용을 할 수 있는 장점도 있다.As described above, when the ion source portion of the present invention is applied to the ion implanter, the formation of the conductive layer deposited in the arc chamber is suppressed, so that the effect of extending the life of the filament can be expected. In fact, the present invention has been used for about 10 days or more by applying the present invention, which has a conventional service life of about 2.7 days. The benefits of extending the life of the filament can save not only the cost of the filament itself, but also the time required to replace or repair the filament, and the likelihood of errors occurring during reassembly, causing another failure of the ion implanter system. It can be expected to reduce the effect. In addition, since the power is not applied to the repeller, the components of the ion source portion can be reduced, and there is an advantage of using space.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100416662B1 (en) * | 2001-12-26 | 2004-01-31 | 동부전자 주식회사 | Arc chamber of an ion implanter |
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2000
- 2000-05-31 KR KR1020000029615A patent/KR20010108731A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |