KR20040097498A - 이온 공급 장치 및 이를 갖는 이온 주입 장치 - Google Patents

이온 공급 장치 및 이를 갖는 이온 주입 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 장치의 제조를 위한 이온 주입 공정에 사용되는 이온 공급 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 소스 가스를 이온화하여 이온을 발생시키기 위한 이온 발생기와, 상기 이온화에 요구되는 전원 및 소스 가스를 공급하기 위한 소스 공급부를 포함한다. 소스 공급부와 이온 발생기는 전원 케이블, 그라운드 케이블 및 소스 가스 라인으로 연결되며, 상기 케이블들과 소스 가스 라인은 보호 튜브에 의해 보호된다. 보호 튜브와 소스 공급부 및 이온 발생기는 엘보 형상을 갖는 한 쌍의 피팅에 의해 연결되며, 피팅과 소스 공급부 및 이온 발생기 사이에는 베어링이 각각 개재된다. 따라서, 정비를 위해 소스 공급부를 이동시키는 경우 보호 튜브의 손상이 방지된다.

Description

이온 공급 장치 및 이를 갖는 이온 주입 장치{apparatus for supplying an ion and ion implanter having the same}
본 발명은 이온 공급 장치와 이를 갖는 이온 주입 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 웨이퍼 표면에 주입하기 위한 이온을 공급하기 위한 이온 공급 장치와 상기 이온을 웨이퍼 표면에 주입하는 공정을 수행하기 위한 이온 주입 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 이온 주입 공정은 웨이퍼 표면에 이온화된 불순물을 주입하는 공정으로 반도체 장치의 전기적 소자들을 형성하기 위한 주요한 공정 중 하나이다. 상기 이온 주입 공정은 종래의 열확산 공정에 비하여 이온의 주입량 및 주입 깊이 조절이 용이하다는 장점을 갖는다. 상기 이온 주입 공정을 수행하는 장치의 일 예로서, 미합중국 특허 제5,343,047호(issued to Ono, et al.) 및 제5,641,969호(Cooke, et al.)에는 이온 주입 장치와 이온 주입 시스템이 개시되어 있다.
상기 이온 주입 장치는 소스 가스를 이온화하기 위한 이온 공급부와, 상기 이온 공급부로부터 제공된 이온들을 추출하기 위한 이온 추출기와, 상기 이온들 중에서 특정 이온을 선별하기 위한 질량 분석기와, 선별된 이온을 기 설정된 에너지로 가속하여 이온빔으로 형성하기 위한 가속기와, 이온빔의 진행 방향을 조절하여 상기 이온빔이 엔드 스테이션에 배치된 웨이퍼의 표면을 스캔하도록 하기 위한 빔 편향기 등을 포함한다.
도 1은 종래의 이온 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 이온 공급부(100)는 소스 가스를 이온화하기 위한 이온 발생기(110)와, 상기 이온화에 요구되는 전원 및 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 공급부(120)를 포함한다.
이온 발생기(110)와 소스 공급부(120)는 전원 케이블, 그라운드(ground) 케이블 및 소스 가스 라인 등으로 서로 연결되어 있으며, 상기 전원 케이블, 그라운드 케이블 및 소스 가스 라인은 보호 튜브(130)에 의해 보호된다. 보호 튜브(130)는 전원 케이블에 의해 발생할 수 있는 아킹(arcing) 현상을 방지하며, 소스 가스 라인으로부터 소스 가스의 누설이 발생될 경우 소스 가스의 누설을 방지한다. 보호 튜브(130)와 이온 발생기(110) 및 소스 공급부(120)는 한 쌍의 피팅(140)을 통해서로 연결되어 있다.
도시되지는 않았으나, 이온 발생기(110) 및 소스 공급부(120)는 이온 주입 장치의 하우징(미도시)에 내장되어 있으며, 정기적인 예방 정비 및 비정기적인 정비를 수행하는 경우 하우징의 커버를 개방한 후 소스 공급부(120)를 하우징의 외측으로 이동시킨 상태에서 정비를 수행한다. 즉, 소스 공급부(120)는 상기와 같은 정비 작업을 위해 이동 가능하도록 설치되어 있으며, 소스 공급부(120)의 이동을 위해 상기 전원 케이블, 그라운드 케이블, 소스 가스 라인 및 보호 튜브(130)는 소스 공급부(120)의 이동 거리를 고려하여 적절한 길이를 갖는다.
따라서, 상기 전원 케이블, 그라운드 케이블, 소스 가스 라인 및 보호 튜브는 평상시에 도시된 바와 같이 'U'자 형태로 배치된다. 이때, 상기와 같은 케이블들과 소스 가스 라인 및 보호 튜브(130)의 자중에 의해 연결 피팅(140)이 도 2에 도시된 바와 같이 손상 또는 파손되는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 소스 공급부(120)의 이동시 보호 튜브(130)에 작용하는 뒤틀림에 의해 보호 튜브(130) 또는 연결 피팅(140)이 손상 또는 파손될 수도 있다.
상기와 같이 보호 튜브(130)가 손상되는 경우, 내부의 전원 케이블이 손상될 수 있으며, 전원 케이블의 손상 부위로부터 아킹 현상이 발생할 수 있다. 또한, 상기 소스 가스 라인이 손상되는 경우, 소스 가스의 누설에 대한 위험에 노출될 우려가 있다. 상기와 같은 보호 튜브(130) 또는 연결 피팅(140)의 파손은 추가적인 정비 시간 손실을 발생시키며, 이는 이온 주입 장치의 가동율을 저하시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 보호 튜브와 이온 발생기 및 소스 공급부를 연결하는 피팅을 개선한 이온 공급 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은 상술한 바와 같은 이온 공급 장치를 갖는 이온 주입 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 이온 공급부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 보호 튜브의 연결 부위 손상을 설명하기 위한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 연결 피팅을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 이온 공급 장치를 갖는 이온 주입 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 이온 공급 장치 210 : 이온 발생기
220 : 소스 공급부 230 : 보호 튜브
240 : 연결 피팅 250 : 링 베어링
300 : 이온 주입 장치 310 : 빔 라인 챔버
330 : 엔드 스테이션 332 : 척
W : 웨이퍼
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소스 가스를 이온화하기 위한 이온 발생기와, 상기 이온화를 위한 전원 및 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 공급부와, 상기 소스 공급부와 이온 발생기 사이에서 상기 전원을 공급하기 위한 전원 케이블과 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 라인을 보호하기 위한 보호 튜브와, 상기 보호 튜브와 상기 소스 공급부 및 이온 발생기 사이를 연결하기 위한 한 쌍의 피팅을 포함하되, 각각의 피팅은 엘보(elbow) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 공급 장치를 제공한다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소스 가스를 이온화하기 위한 이온 발생기와, 상기 이온화를 위한 전원 및 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 공급부와, 상기 소스 공급부와 이온 발생기 사이에서 상기 전원을 공급하기 위한 전원 케이블과 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 라인을 보호하기 위한 보호 튜브와, 상기 보호 튜브와 상기 소스 공급부 및 이온 발생기 사이를 연결하며 엘보 형상을 각각 갖는 한 쌍의 피팅을 포함하는 이온 공급부; 상기 이온 공급부와 연결되어 상기 이온 공급부로부터 공급된 이온들을 선별하며, 선별된 이온을 웨이퍼 표면에 주입하기 위하여 상기 이온을 기 설정된 에너지로 가속시키기 위한 빔 라인 챔버; 및 상기 빔 라인 챔버와 연결되며, 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 척을 내장하는 엔드 스테이션을 포함하는 이온 주입 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보호 튜브와 이온 발생기 및 상기 소스 공급부 사이에는 링 베어링이 개재되며, 이에 따라 소스 공급부의 이동에 따른 보호 튜브의 뒤틀림이 발생하지 않는다. 따라서, 보호 튜브의 손상 또는 파손이 미연에 방지되므로, 이온 주입 장치의 가동율이 향상된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 연결 피팅을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 일 실시예에 따른 이온 공급 장치(200)는 웨이퍼에 주입하기 위한 이온을 발생시키기 위한 이온 발생기(210)와, 상기 이온을 발생시키기 위한 소스 가스 및 전원을 공급하기 위한 소스 공급부(220)를 포함한다. 도시되지는 않았으나, 상기 이온 발생기(210)와 소스 공급부(220)는 전원 케이블, 그라운드 케이블 및 소스 가스 라인을 통해 연결되어 있으며, 상기 전원 케이블, 그라운드 케이블 및 소스 가스 라인은 보호 튜브(230)에 의해 보호된다.
상기 이온 발생기는 현재 대양한 형태가 널리 사용되고 있으며, 그 예로써, 아크 챔버와 필라멘트 등을 구비하는 아크 방전형이 있으며, 상기 아크 방전형 이온 발생기는 필라멘트로부터 제공되는 열전자와 소스 가스의 충돌을 이용하여 이온을 발생시킨다. 상기 이온 발생기의 다른 예로는, 고주파(radio frequency)형, 이중플라즈마트론(duoplasmatron), 냉음극(cold cathode)형, 스퍼터(sputter)형, 페닝(penning ionization)형 등이 있다.
상기 보호 튜브(230)와 이온 발생기(210) 및 소스 공급부(220)는 한 쌍의 연결 피팅(240)에 의해 각각 연결된다. 연결 피팅(240)은 도 4에 도시된 바와 같이 엘보(elbow) 형상을 가지므로 상기 전원 케이블, 그라운드 케이블, 소스 가스 라인 및 보호 튜브는 자연스럽게 'U'자 형상으로 유지될 수 있다. 따라서, 보호 튜브(230)의 손상 또는 파손을 사전에 방지할 수 있으며, 보호 튜브(230)의 수명이 연장된다.
또한, 연결 피팅(240)과 이온 발생기(210) 및 소스 공급부(220) 사이에는 링 베어링(250)이 개재된다. 이는 이온 공급 장치(200)의 정비를 위해 소스 공급부(220)를 이동시킬 때, 보호 튜브(230)가 자연스럽게 회전 가능하도록 하여 보호 튜브(230)가 뒤틀리지 않도록 한다. 따라서, 소스 공급부(220)의 이동에 의해 발생 가능한 보호 튜브(230)의 뒤틀림 현상이 방지되며, 이는 보호 튜브(230)의 수명을 연장시킨다.
도 5는 도 3에 도시된 이온 공급 장치를 갖는 이온 주입 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 도시된 이온 주입 장치(300)는 이온 공급 장치(200)와 빔 라인 챔버(310) 및 엔드 스테이션(330)을 포함한다.
이온 공급 장치(200)는 소스 가스를 이온화하여 이온들을 발생시키기 위한 이온 발생기(210)와, 이온 발생기(210)로 소스 가스 및 전원을 공급하기 위한 소스 공급부(220)와, 전원 케이블, 그라운드 케이블, 소스 가스 라인 및 보호 튜브(230) 등을 포함한다. 상기 이온 공급 장치(200)에 대한 추가적인 상세 설명은 도 3을 참조한 상세 설명과 실질적으로 유사하므로 생략하기로 한다.
빔 라인 챔버(310)는 이온 공급 장치(200)에 의해 발생된 이온들을 추출하기 위한 이온 추출기(312)와, 상기 이온 추출기(312)로부터 추출된 이온들의 극성을 변환시키기 위한 제1극성 변환기(314)와, 상기 극성 변환된 이온들 중에서 특정 이온들을 선별하기 위한 질량 분석기(316)와, 상기 선별된 이온들을 가속하기 위한 가속기(318)와, 상기 가속기(318) 내에 배치되며 가속기(318)에 의해 가속되는 이온들의 극성을 변환시키기 위한 제2극성 변환기(320)와, 가속된 이온들을 포커싱하기 위한 포커싱 마그네트(322)와, 포커싱된 이온빔이 엔드 스테이션(330)에 배치된 웨이퍼 표면을 스캔하도록 이온빔을 편향시키기 위한 빔 편향기(미도시) 등을 포함할 수 있다.
상기와 같은 요소들에 대하여는 다양하게 공지되어 있으며, 널리 사용되고 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 엔드 스테이션(330) 내부에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 척(332)이 배치되고, 상기 척(332)의 회전 및 이동을 위한 구동 장치(334)가 배치되어 있다.
또한, 상기 이온 주입 장치(300)는 이온빔의 이온 전류를 측정하기 위한 패러데이 컵 시스템(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 웨이퍼(W)에 주입되는 이온의양은 상기 패러데이 컵 시스템에 의해 측정되는 이온 전류에 의해 산출될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이온 발생기와 소스 공급부를 연결하는 다수의 케이블과 소스 가스 라인을 보호하기 위한 튜브는 한 쌍의 피팅에 의해 상기 이온 발생기와 소스 공급부에 연결된다. 상기 연결 피팅은 엘보 형상을 가지므로 상기 보호 튜브는 자연적으로 'U'자 형상을 유지할 수 있다.
또한, 연결 피팅과 상기 이온 발생기 및 소스 공급부 사이에는 링 베어링이 개재된다. 따라서, 소스 공급부의 이동에 따른 보호 튜브의 뒤틀림 현상이 방지되며, 이에 따라 보호 튜브의 손상 또는 파손이 방지된다.
추가적으로, 보호 튜브의 손상으로 인한 아킹 발생 및 소스 가스의 누설에 대한 위험이 제거되며, 상기와 같은 보호 튜브의 수명 연장은 이온 주입 장치의 가동율을 향상시킨다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 소스 가스를 이온화하기 위한 이온 발생기;
    상기 이온화를 위한 전원 및 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 공급부;
    상기 소스 공급부와 이온 발생기 사이에서 상기 전원을 공급하기 위한 전원 케이블과 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 라인을 보호하기 위한 보호 튜브; 및
    상기 보호 튜브와 상기 소스 공급부 및 이온 발생기 사이를 연결하기 위한 한 쌍의 피팅을 포함하되, 각각의 피팅은 엘보(elbow) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 피팅과 상기 소스 공급부 및 상기 이온 발생기 사이에는 각각 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하는 이온 공급 장치.
  3. 소스 가스를 이온화하기 위한 이온 발생기와, 상기 이온화를 위한 전원 및 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 공급부와, 상기 소스 공급부와 이온 발생기 사이에서 상기 전원을 공급하기 위한 전원 케이블과 상기 소스 가스를 공급하기 위한 소스 가스 라인을 보호하기 위한 보호 튜브와, 상기 보호 튜브와 상기 소스 공급부 및 이온 발생기 사이를 연결하며 엘보 형상을 각각 갖는 한 쌍의 피팅을 포함하는 이온 공급부;
    상기 이온 공급부와 연결되어 상기 이온 공급부로부터 공급된 이온들을 선별하며, 선별된 이온을 웨이퍼 표면에 주입하기 위하여 상기 이온을 기 설정된 에너지로 가속시키기 위한 빔 라인 챔버; 및
    상기 빔 라인 챔버와 연결되며, 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 척을 내장하는 엔드 스테이션을 포함하는 이온 주입 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 한 쌍의 피팅과 상기 소스 공급부 및 상기 이온 발생기 사이에는 각각 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
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