KR20040070607A - Ion source of an ion implanting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 공정의 이온 주입 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아크챔버로 유입되는 가스의 온도를 높여 최적의 상태에서 이온화할 수 있도록 한이온주입장치의 이온소스부에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation apparatus in a semiconductor process, and more particularly, to an ion source portion of a Han ion implantation apparatus so that the temperature of a gas flowing into an arc chamber is increased to be ionized in an optimal state.
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 두 가지가 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, most of semiconductor devices are mainly using ion implanters.
이온주입기는 이온화된 불순물을 가속시켜서 마스킹된 웨이퍼의 표면에 도핑하는 설비이다. 이온주입기는 빔전류량에 따라 크게 두 종류로 나눌 수 있는데 그 중 하나는 빔전류량이 0.5mA ~ 2mA 범위에 속하는 중전류 이온주입기(medium-current implanter)이고 나머지 하나는 빔전류량이 2mA ~ 30mA 범위에 속하는 대전류 이온주입기(high-currentimplanter)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 amount, one of which is a medium-current implanter in the range of 0.5 mA to 2 mA, and the other is in the range of 2 mA to 30 mA. It belongs to a high-currentimplanter.
상술한 이온주입기는 이온빔을 생성하는 이온소스부(ion source section)와; 생성된 이온에 필요한 에너지를 부여하는 빔라인부(beam line section)와; 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기상태를 조절하여 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 로드록부(load-lock portion)를 포함하는 엔드스테이션부(end station section)와; 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 necessary energy to the generated ions; An end station section including a load-lock portion for controlling the loading and unloading of the wafer by adjusting vacuum and atmospheric conditions of the wafer processing chamber; It is composed of an exhaust system (exhaust system) for discharging the exhaust gas remaining in the ion implanter after the ion implantation process is completed.
도 1은 종래의 이온주입장치의 이온소스부의 개략적인 구성도를 나타낸 것으로, 종래의 이온소스부를 기능별로 나눠보면 이온빔이 생성되고 방출되는 장소인아크챔버(arc chamber)(1)와 아크챔버에 이온 가스를 공급하는 주입구의 가스튜브(2)와, 가스배출구(3)와, 이온들이 충돌되어 반사되는 리펠러(repeller)(4)와, 축방향의 자계를 형성하기 위한 소오스 마그네트(5)와, 전자를 공급하는 필라멘트 시스템으로 구성된다. 다시 필라멘트 시스템은 전자를 방출하는 필라멘트(6)와 전자들이 원활하게 이온 가스분자와 충돌할 수 있도록 밀어주는 역할을 하는 음극판(7), 필라멘트(6)와 음극판(7)을 아크전원으로부터 절연하는 필라멘트 절연체(8)로 구성된다.1 is a schematic configuration diagram of an ion source unit of a conventional ion implantation apparatus. When the conventional ion source unit is divided into functions, an arc chamber 1 and an arc chamber, which are places where an ion beam is generated and emitted, are illustrated in FIG. A gas tube 2 of the inlet for supplying ionic gas, a gas outlet 3, a repeller 4 in which ions collide and reflect, and a source magnet 5 for forming an axial magnetic field And a filament system for supplying electrons. Again, the filament system insulates the filament 6, which emits electrons, and the negative plate 7, filament 6, and negative electrode 7, which serve to push the electrons to smoothly collide with the ion gas molecules, from the arc power source. It consists of a filament insulator (8).
이온빔 발생장치에서 상기 텅스텐 필라멘트(6)는 이온소스로서 작용한다. 가스튜브(2)를 통해서는 BF3, pH3,AsH3 등의 가스가 유입될 수 있다.In the ion beam generator, the tungsten filament 6 acts as an ion source. Gases such as BF3, pH3, and AsH3 may be introduced through the gas tube 2.
상기 필라멘트(6)에 전원이 인가되는 동시에 아크전압의 출력(Vout)이 60볼트까지 전압이 증가하면, 스위치를 '온'하면 아크전압 출력(Vout)은 100볼트까지 증가하게 된다. 그러므로, 100볼트의 아크전압이 고정적으로 텅스텐 필라멘트(6)와 아크챔버(1) 사이에 인가된다.When power is applied to the filament 6 and the voltage of the arc voltage Vout increases to 60 volts, the arc voltage output Vout increases to 100 volts when the switch is 'on'. Therefore, an arc voltage of 100 volts is fixedly applied between the tungsten filament 6 and the arc chamber 1.
반도체 소자의 동작에 필요한 불순물 이온의 생성은 필라멘트 전압공급원에서 공급된 200A 전류를 받아 가열된 필라멘트(6)로부터 발생된 열전자가 가스튜브(2)를 통해 유입되는 불순물 혼합가스(BF3,pH3,AsH3)와 충돌하여 각종 이온이 발생된다. 필라멘트(1) 그 자체에서 발생된 전계와 상기 이온소스 헤드외부에 배치된 소스 마그네트(5)에서 공급된 축방향의 마그네틱 전계의 사용은 아크방전을 발생시키기 위해 전자를 국한하는 역할을 하며, 필라멘트(6)에서 방출된 전자는 필라멘트(6) 근접영역에서 원운동 궤적을 형성하고 이 현상은 종속적 플라즈마의 고밀도를 초래한다. BF3가스의 경우, 방전은 플라즈마내의 지배적인 이온종(Species) B+, F+, BF+, BF2+를 포함한다.The generation of impurity ions required for the operation of the semiconductor device is performed by the impurity mixed gas (BF3, pH3, AsH3) in which hot electrons generated from the heated filament (6) are introduced through the gas tube (2) by receiving a 200 A current supplied from a filament voltage source. ) And various ions are generated. The use of an electric field generated by the filament 1 itself and an axial magnetic field supplied from a source magnet 5 disposed outside the ion source head serves to confine electrons to generate arc discharge, The electrons emitted at (6) form a circular motion trajectory in the region near the filament (6), which causes high density of the dependent plasma. In the case of BF3 gas, the discharge includes the dominant ion species B +, F +, BF +, and BF2 + in the plasma.
여기서, 상기 필라멘트(6)의 역할은 필라멘트에 가해진 전류에 의해 열전자를 방출시키는 것이다. 방출된 열전자는 아크챔버(1) 내부로 주입되어지는 가스 분자와 충돌을 일으켜 이온을 생성하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 필라멘트(6)는 아크챔버(1)와 전기적인 절연을 양호하게 유지할 수 있어야 한다.Here, the role of the filament 6 is to emit hot electrons by the current applied to the filament. It can be seen that the released hot electrons collide with gas molecules injected into the arc chamber 1 to generate ions. Thus, the filament 6 should be able to maintain good electrical insulation with the arc chamber 1.
그러나 가스튜브를 통하여 유입되는 가스분자의 온도가 매우 낮아 운동에너지가 낮다. 운동에너지가 낮은 가스분자는 열전자와 충돌할 수 있는 조건이 충분하지 않게 된다. 이와 같은 조건을 극복하기 위하여 아크챔버나 필라멘트의 많은 전원이 소모되는데, 특히 아크챔버에는 많은 인슐레이터가 들어가는데 전원을 많이 걸어주게 되면, 절연이 파괴되어 쇼트(short)되는 현상이 자주 발생하게 되는 문제점이 있었다.However, the temperature of the gas molecules introduced through the gas tube is very low, resulting in low kinetic energy. Gas molecules with low kinetic energy do not have enough conditions to collide with hot electrons. In order to overcome such a condition, a large amount of power is consumed in the arc chamber or filament. In particular, when the arc chamber has a lot of insulators, and a lot of power is applied, the insulation is broken and shorted frequently. there was.
본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 가스튜브를 통하여 유입되는 가스에 가스히터부로 하여 충분한 열을 가함으로써, 활발한 운동에너지를 가지는 가스분자가 용이하게 이온화될 수 있도록 한 이온주입장치의 이온소스부를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described drawbacks, by applying sufficient heat as a gas heater to the gas flowing through the gas tube, the ion that makes it easy to ionize gas molecules having active kinetic energy It is an object to provide an ion source portion of an injection apparatus.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이온빔이 생성되고 방출되는 장소인 아크챔버(arc chamber)와, 상기 아크챔버에 이온 가스를 공급하는 주입구의 가스튜브와, 가스배출구와, 이온들이 충돌되어 반사되는 리펠러(repeller)와, 축방향의 자계를 형성하기 위한 소오스 마그네트와, 전자를 공급하는 필라멘트 시스템으로 구성되는 이온주입장치의 이온소스부에 있어서; 상기 가스튜브 상에 직교 방향으로 삽입 설치되어, 상기 가스튜브를 따라 유입되는 가스를 가열하여 온도를 높이는 가스히터부가 포함되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 이온소스부를 제공한다.The present invention for achieving the above object, the arc chamber (arc chamber) which is the place where the ion beam is generated and emitted, the gas tube of the injection port for supplying the ion gas to the arc chamber, the gas discharge port, and the ions collide with each other An ion source portion of an ion implantation apparatus comprising a reflected repeller, a source magnet for forming an axial magnetic field, and a filament system for supplying electrons; It is inserted in the orthogonal direction on the gas tube, provides an ion source unit of the ion injection device, characterized in that it comprises a gas heater to heat the gas flowing along the gas tube to increase the temperature.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
도 1은 종래의 이온주입장치의 이온소스부의 개략적인 구성도이고,1 is a schematic configuration diagram of an ion source unit of a conventional ion implantation apparatus,
도 2는 본 발명에 따른 이온주입장치의 이온소스부의 구성도이고,2 is a block diagram of an ion source unit of the ion implantation apparatus according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 가스히터부의 측단면도이다.3 is a side cross-sectional view of a gas heater unit according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 아크챔버 2 : 가스튜브1: arc chamber 2: gas tube
3 : 가스배출구 4 : 리펠러(repeller)3: gas outlet 4: repeller
5 : 마그네트 6, 12 : 필라멘트5: magnet 6, 12: filament
7 : 음극판 8 : 필라멘트 절연체7: negative electrode plate 8: filament insulator
10 : 가스히터부 11 : 절연체10 gas heater unit 11 insulator
13 : 커버 14 : 통로13 cover 14 passage
20 : 필라멘트 전원공급부20: filament power supply
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 이온주입장치의 이온소스부의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 가스히터부의 측단면도이다.2 is a configuration diagram of the ion source unit of the ion implantation apparatus according to the present invention, Figure 3 is a side cross-sectional view of the gas heater unit according to the present invention.
종래와 동일 부품에 대해서는 동일 번호를 부여하였다.The same number is attached | subjected about the same component as before.
도 2에 도시된 바와 같이 이온소스부는, 이온빔이 생성되고 방출되는 장소인 아크챔버(arc chamber)(1)와, 아크챔버(1)에 이온 가스를 공급하는 주입구의 가스튜브(2)와, 가스가 배출되는 가스배출구(3)와, 이온들이 충돌되어 반사되는 리펠러(repeller)(4)와, 축방향의 자계를 형성하기 위한 소오스 마그네트(5)와, 전자를 공급하는 필라멘트 시스템으로 구성된다. 다시 필라멘트 시스템은 전자를 방출하는 필라멘트(6)와 전자들이 원활하게 이온 가스분자와 충돌할 수 있도록 밀어주는 역할을 하는 음극판(7), 필라멘트(6)와 음극판(7)을 아크전원으로부터 절연하는 필라멘트 절연체(8)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the ion source unit includes an arc chamber 1, which is a place where an ion beam is generated and emitted, a gas tube 2 of an injection hole for supplying ion gas to the arc chamber 1, A gas outlet 3 through which gas is discharged, a repeller 4 through which ions collide and reflect, a source magnet 5 for forming an axial magnetic field, and a filament system for supplying electrons do. Again, the filament system insulates the filament 6, which emits electrons, and the negative plate 7, filament 6, and negative electrode 7, which serve to push the electrons to smoothly collide with the ion gas molecules, from the arc power source. It consists of a filament insulator (8).
여기서 본 발명의 특징에 따라 가스튜브(2)로 유입되는 가스에 열을 가하는 가스히터부(10)가 설치된다.Here, according to a feature of the present invention, a gas heater unit 10 for applying heat to the gas flowing into the gas tube 2 is installed.
도 3에 도시된 바와 같이 가스히터부(10)는 가스튜브(2)의 중단 정도에 직교 방향으로 삽입 설치되는 램프(lamp) 타입으로써, 하부의 절연체(11)에는 필라멘트(12)가 고정 설치되고, 필라멘트(12)의 후단으로는 전원을 공급하는 필라멘트 전원공급부(20)가 설치된다.As shown in FIG. 3, the gas heater unit 10 is a lamp type that is inserted into the orthogonal direction at an interruption degree of the gas tube 2, and the filament 12 is fixed to the lower insulator 11. At the rear end of the filament 12, a filament power supply 20 for supplying power is provided.
그리고 램프와 같이 필라멘트(12)를 포함하도록 상부에 커버(13)가 씌워진다.And the cover 13 is covered on the top to include the filament 12, such as a lamp.
상기 커버(13)는 쿼츠(Quartz) 재질로 제작되며, 상부 내측으로는 다수개의 개방된 통로(14)가 가로 방향으로 형성된다.The cover 13 is made of a quartz material, and a plurality of open passages 14 are formed in a horizontal direction at an upper inner side thereof.
통로(14)가 형성된 커버(13)의 상부가 가스튜브(2)에 삽입된다.The upper part of the cover 13 in which the passage 14 is formed is inserted into the gas tube 2.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 이온주입장치의 이온소스부의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the ion source portion of the ion implantation apparatus according to the present invention configured as described above are as follows.
다시 도 2를 참조하면, BF3, pH3,AsH3 등의 가스가 가스튜브(2)를 따라 흐르게 되면, 램프 타입의 가스히터부(10)의 통로(14)를 통과하게 된다. 이 때 가스히터부(10)는 필라멘트 전원공급부(20)에서 공급된 전원에 의하여 필라멘트(12)는 발열한다. 따라서 커버(13)의 내부는 온도가 상승된 상태이고 이 통로(14)를 통과하는 가스는 당연히 온도 상승을 가져온다.Referring back to FIG. 2, when gas such as BF 3, pH 3, and AsH 3 flows along the gas tube 2, the gas 14 passes through the passage 14 of the lamp type gas heater unit 10. At this time, the gas heater unit 10 generates the filament 12 by the power supplied from the filament power supply unit 20. Therefore, the inside of the cover 13 is in a state where the temperature is raised, and the gas passing through the passage 14 naturally leads to a temperature rise.
한 편, 필라멘트(6)에 전원이 인가되는 동시에 아크전압의 출력(Vout)이 60볼트까지 전압이 증가하면, 스위치를 '온'하면 아크전압 출력(Vout)은 100볼트까지 증가하게 된다. 그러므로, 100볼트의 아크전압이 고정적으로 텅스텐 필라멘트(6)와 아크챔버(1) 사이에 인가된다.On the other hand, when the power is applied to the filament (6) and the voltage of the arc voltage (Vout) increases to 60 volts, the arc voltage output (Vout) is increased to 100 volts when the switch 'on'. Therefore, an arc voltage of 100 volts is fixedly applied between the tungsten filament 6 and the arc chamber 1.
반도체 소자의 동작에 필요한 불순물 이온의 생성은 필라멘트 전압공급원에서 공급된 200A 전류를 받아 가열된 필라멘트(6)로부터 발생된 열전자가 가스튜브(2)를 통해 유입되는 온도가 가열된 불순물 혼합가스(BF3,pH3,AsH3)는 운동에너지를 크게 하여 용이하게 이온화할 수 있는 조건으로 충돌하여 각종 이온이 발생된다.The generation of impurity ions required for the operation of the semiconductor device is performed by heating the temperature at which the hot electrons generated from the filament 6 heated by the 200A current supplied from the filament voltage source are introduced through the gas tube 2 (BF3). , pH3, AsH3) collide under conditions that can be easily ionized by increasing the kinetic energy to generate various ions.
필라멘트(6) 그 자체에서 발생된 전계와 상기 이온소스 헤드외부에 배치된 소스 마그네트(5)에서 공급된 축방향의 마그네틱 전계의 사용은 아크방전을 발생시키기 위해 전자를 국한하는 역할을 하며, 필라멘트(6)에서 방출된 전자는 필라멘트(6) 근접영역에서 원운동 궤적을 형성하고 이 현상은 종속적 플라즈마의 고밀도를 초래한다. BF3가스의 경우, 방전은 플라즈마내의 지배적인 이온종(Species) B+, F+, BF+, BF2+를 포함한다.The use of an electric field generated by the filament 6 itself and an axial magnetic field supplied from a source magnet 5 disposed outside the ion source head serves to confine electrons to generate arc discharge, The electrons emitted at (6) form a circular motion trajectory in the region near the filament (6), which causes high density of the dependent plasma. In the case of BF3 gas, the discharge includes the dominant ion species B +, F +, BF +, and BF2 + in the plasma.
따라서 가스튜브(2)를 따라 흐르는 가스를 가스히터부(10)로 하여 가열함으로써, 가스분자는 최적의 상태에서 이온화될 수 있다.Therefore, by heating the gas flowing along the gas tube 2 as the gas heater unit 10, the gas molecules can be ionized in an optimal state.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.In the above description, it should be understood that those skilled in the present invention can only make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이온주입장치의 이온소스부는, 가스튜브를 통하여 유입되는 가스에 가스히터부로 하여 충분한 열을 가함으로써, 활발한 운동에너지를 가지는 가스분자가 용이하게 이온화될 수 있는 조건을 만들어주어 장치의 로드를 줄여 인슐레이터의 사용 수명을 늘리고, 절연 상태를 확보하여 좋은 조건의 이온빔을 얻을 수 있다.As described above, the ion source portion of the ion implantation apparatus according to the present invention, by applying sufficient heat as a gas heater portion to the gas flowing through the gas tube, gas molecules having active kinetic energy can be easily ionized By creating conditions, the load on the device can be reduced to increase the service life of the insulator, and the insulation can be obtained to obtain a good condition of the ion beam.
Claims (4)
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|---|---|---|---|
| KR1020030006780A KR100559515B1 (en) | 2003-02-04 | 2003-02-04 | Ion source of an ion implanting apparatus |
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| KR1020030006780A KR100559515B1 (en) | 2003-02-04 | 2003-02-04 | Ion source of an ion implanting apparatus |
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- 2003-02-04 KR KR1020030006780A patent/KR100559515B1/en not_active IP Right Cessation
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