KR20050103335A - 이온 주입 설비의 분석기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내마모성 물질막이 형성된 폴을 가지는 이온 주입설비의 분석기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이온 주입 설비의 분석기는, 이온 소스부에서 추출되는 이온 빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 특정이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되며, 상기 이온 소스부에서 추출된 이온 빔이 통과하는 이온 이동통로와, 상기 이온 이동통로 주변에 설치되어 상기 이온 이동 통로에 자기장을 발생시키는 코일부와, 상기 이동 통로와 상기 코일부의 사이에 설치되어 상기 이동통로의 자기장의 세기를 조절하는 적어도 하나 이상의 마그넷 폴과, 상기 이온 빔에 상기 마그넷 폴들이 직접적으로 노출되어 마모되는 것을 방지하기 위해 상기 폴 들에 형성된 내마모성 물질막을 구비한다. 본 발명에 따르면, 공정불량을 방지 또는 최소화 할 수 있으며, 원가절감을 도모할 수 있다.

Description

이온 주입 설비의 분석기{Analyzer for ion implantation equipment}

본 발명은 이온 주입 설비의 분석기(analyzer)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 내마모성의 폴(pole)을 가지는 이온 주입 장치의 분석기에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정은 크게 웨이퍼의 제조(wafer fabrication), 패키지 조립(package assembly), 테스트(test)로 구분된다. 이중에서도 특히, 웨이퍼 제조 공정은 웨이퍼를 투입하여 확산, 사진, 식각, 박막공정 등의 여러 공정을 여러 차례 반복하여 진행하면서 전기회로를 구성하여, 웨이퍼 상태에서 전기적으로 완전하게 동작되도록 웨이퍼 상태의 반제품을 만드는 전과정을 말한다.

이러한 웨이퍼 제조 공정 중에서 이온 주입(ion implantation)이라 함은, 반도체 소자가 원하는 전기적 특성을 가지도록 웨이퍼의 필요한 부분에만 고전압으로 가속된 특정이온을 물리적으로 주입하는 것을 말한다.

이와 같은 이온주입공정을 수행하는 이온 주입 설비는, 크게 외부로부터 공급된 불순물 가스(Gas)를 이온화시킨 후, 이를 강한 전계로 높은 에너지를 공급하여 빠른 속도로 이동되는 이온빔으로 추출시키는 이온 소스부(Ion source part)와, 이온 소스부에서 추출된 이온빔이 주입되어야할 목표점 방향으로 이동되는 빔라인 어셈블리(Beam line assembly)와, 이온빔이 주입되어야할 목표점을 정확히 설정해주는 엔드 스테이션(End station)과, 웨이퍼가 원활히 구동되도록 하는 장치구동부와, 이온주입설비를 전반적으로 제어하는 중앙제어부로 구성되며, 각 부분은 데이타 라인과 콘트롤 라인으로 상호 연결된다.

이때, 이온빔이 이동되는 빔라인 어셈블리는 이온 소스부에서 추출된 이온빔을 자기장과 각 이온의 질량차를 이용하여 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택하는 분석기(analyzer)가 포함되어 있다.

도 1은 종래의 분석기의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분석기는 유입되는 이온빔이 소정 각도로 회절되도록 하는 분석 챔버(미도시)와, 이 분석 챔버에 장착되어 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택할 수 있도록 소정 자기장(A,B,C)을 형성시키는 코일(10)과 상기 자기장의 세기를 조절하기 위한 마그넷 폴(Magnet pole,12) 들로 구성된다.

상기 분석기를 구성하는 마그넷 폴(12)은 보통 3개로 구성되며, 마름모 형태로 구성되어 있다, 그리고, 이온의 분포가 밀집된 부분은 폴의 간격이 좁게 되어 있어 자기장의 세기를 높이도록 구성된다. 따라서, 이온 소스부에서 형성되어진 다양한 이온들 중에서 우리가 원하는 불순물 이온을 가려내고 각기 다른 진행 방향의 이온들을 일정한 곳으로 유도하는 역할을 한다.

이러한 역할을 수행하는 상기 폴(12)은 빔 라인에 노출되어 이온 빔에 의해 지속적으로 충격을 받아 마모가 발생되게 된다.

도 2는 이러한 폴(12)의 마모상태를 보여주는 사진이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 타원형으로 표시된 부분이 마그넷 폴의 마모된 부분을 나타내고 있다.

상기 폴의 마모는 자기장의 세기를 조절하는 것에 이상이 발생되게 된다. 이로 인하여 본래의 의도와는 다른 자기력이 형성되게 되어 이온 빔의 형태 변형을 유발하게 된다. 또한, 마모된 금속 입자 등이 이온 빔과 함께 타겟 챔버로 이동되어 웨이퍼에 입사되는 경우가 있어 각종 공정 불량을 야기하게 된다.

이러한 폴의 마모 또는 파손은 상기 분석기의 교체 시기를 앞당기게 되며 이는 원가부담으로 작용하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 폴의 마모를 줄일 수 있는 대책이 필요하게 된 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 극복할 수 있는 이온 주입 설비의 분석기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이온 빔의 충격에 의한 폴의 마모를 방지하여 공정불량을 방지 또는 최소화 할 수 있는 이온 주입 설비의 분석기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이온 빔의 충격에 의한 폴의 마모를 방지하여 원가 절감을 도모 할 수 있는 이온 주입 설비의 분석기를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따라, 본 발명에 따른 이온주입 설비의 분석기는, 이온 소스부에서 추출되는 이온 빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 특정이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되며, 상기 이온 소스부에서 추출된 이온 빔이 통과하는 이온 이동통로와; 상기 이온 이동통로 주변에 설치되어 상기 이온 이동 통로에 자기장을 발생시키는 코일부와; 상기 이동 통로와 상기 코일부의 사이에 설치되어 상기 이동통로의 자기장의 세기를 조절하는 적어도 하나 이상의 마그넷 폴과; 상기 이온 빔에 상기 마그넷 폴들이 직접적으로 노출되어 마모되는 것을 방지하기 위해 상기 폴 들에 형성된 내마모성 물질막을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 분석기는 상기 내마모성 물질막에 따라 상기 이온 이동 통로에 발생되는 자기장을 조절하는 조절부를 더 포함할 수 있으며, 상기 내마모성 물질막은 흑연을 재질로 할 수 있으며, 3개로 구성될 수 있다

본 발명의 장치적 구성에 따르면, 공정 불량을 방지 또는 최소화 할 수 있으며. 원가절감을 도모할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 도 3 내지 도 5을 참조로 설명되어질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분석기를 포함하는 이온 주입 설비는 이온주입장치는 크게 이온 소스부, 빔라인 어셈블리, 엔드 스테이션, 장치구동부 및 이온주입장치를 전반적으로 제어하는 중앙제어부로 구성되며, 각 부분은 데이타 라인과 콘트롤 라인으로 상호 연결된다.

보다 구체적으로 설명하면, 이온 소스부는 웨이퍼에 주입되어야할 불순물이 가스상태에서 이온화된 후 이온빔으로 추출되는 곳으로, 외부로부터 불순물 가스를 공급받아 이를 이온화시키는 이온발생유닛과, 이 이온화된 불순물을 강한 전계로 높은 에너지(Energy)를 공급하여 빠른속도로 이동되는 이온빔으로 추출시키는 이온추출유닛으로 구성된다.

빔 라인 어셈블리는 이온 소스부에서 추출된 이온빔이 웨이퍼(Wafer) 방향으로 이동되는 곳으로, 이온추출유닛에서 이온빔으로 추출된 이온 중 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택하는 분석기와, 이온추출유닛 및 분석기 사이에 설치되어 이온추출유닛에서 추출된 이온빔이 질량 분석기로 이동되는 것을 선택적으로 개폐하는 게이트 밸브와, 분석기에서 분리 및 선택된 이온빔을 소정속도로 가속시키는 이온 가속기와, 가속된 이온빔을 웨이퍼 상에 균일하게 주사시킬 수 있도록 편향시키는 편향유닛으로 구성된다.

여기에서, 분석기는 자기장과 각 이온의 질량차를 이용하여 이온빔을 소정 각도록 회절시켜 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택하는 역할을 하는 바, 이온추출유닛으로부터 추출되어 유입되는 이온빔이 소정 각도로 회절되도록 하는 애널라이저 챔버와, 이 애널라이저 챔버의 일측면 또는 양측면에 장착되어 공정에 필요한 이온만을 분석할 수 있도록 소정 자기장을 형성시켜주는 마그넷 폴들으로 구성된다. 상기 폴은 3개로 구성될 수 있다.

또한, 엔드 스테이션은 이온주입될 웨이퍼가 탑재되는 곳으로, 편향유닛을 경유한 이온빔이 주입되어야 할 목표점에 정확히 주입되도록 웨이퍼의 위치를 설정해주도록 웨이퍼 이동유닛이 구비된다.

한편, 장치구동부는 이온주입장치가 원활히 구동될 수 있도록 하는 곳으로, 이온주입장치의 각 부분 진공을 제어하는 진공유닛과, 이온주입장치의 이온분해 및 추출 그리고 가속을 위한 다양한 레벨(Level)의 전압을 공급하는 전력공급유닛으로 구성된다.

이하, 본 발명의 핵심부분인 분석기의 애널라이저 챔버를 구성하는 마그넷 폴에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4는 이온 주입 설비의 분석기를 구성하는 마그넷 폴의 정면도 및 측면도를 나타낸 것이고 도 5는 마그넷 폴에 내마모성 물질막의 형성을 보인 개략도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 폴(112)에는 내마모성 물질막(114)이 형성되어 있다. 상기 내마모성 물질막(114)는 이온 빔(116)의 충격에 의한 마모를 줄이기 위하여 형성되는 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 내마모성 물질막(114)은 이온빔에 대한 내마모성을 강화하기 위하여, 이온 빔에 대하여 직접 노출되어 이온 빔이 부딪힐 수 있는 부위에 설치된다. 따라서, 상기 내마모성 물질막(114)는 이온 빔의 통로와 이온 빔의 이온 유입구 부위의 이온 빔에 의한 노출 부위의 폴(112)의 표면에 형성된다.

상기 내마모성 물질막(114)은 흑연(graphite)을 재질로 할 수 있다.

상기 마그넷 폴은 이온 유입구로 유입되는 이온 빔 중에서 웨이퍼에 주입되어야 할 이온 만을 선별적으로 분리 및 선택하도록 소정 자기장을 형성시키는 역할을 담당하는 것으로, 내마모성 물질막을 형성함에 의하여 이온 빔의 충격에 의한 마모가 최소화 된다. 그리고, 상기 내마모성 물질막(114)의 형성에 따라 자기장의변화가 있을 경우에 이를 조절하는 조절부를 더 포함할 수 있으며, 상기 중앙제어부에서 조절하게 할 수도 있다.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다. 예컨대, 마그넷 폴의 형태 등은 변화될 수 있으며 폴의 개수등은 변화될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 마그넷 폴의 표면에 이온 빔의 충격에 의한 마모를 방지하기 위한 내마모성 물질막을 형성함에 의하여 공정불량을 방지 또는 최소화 할 수 있으며, 분석기의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 일반적인 이온주입설비의 분석기의 구성을 도시한 개략도

도 2는 도 1의 마그넷 폴의 마모를 보여주는 사진

도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 분석기를 구성하는 마그넷 폴의 정면도

도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 분석기를 구성하는 마그넷 폴의 측면도

도 5는 상기 도 3 및 도 4의 마그넷 폴의 형성을 보여주는 개략도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

112 ; 마그넷 폴 114 : 내마모성 물질막

116 : 이온 빔

Claims (4)

1. 이온 소스부에서 추출되는 이온 빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 특정이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되는 이온 주입설비의 분석기에 있어서:

   상기 이온 소스부에서 추출된 이온 빔이 통과하는 이온 이동통로와;

   상기 이온 이동통로 주변에 설치되어 상기 이온 이동 통로에 자기장을 발생시키는 코일부와;

   상기 이동 통로와 상기 코일부의 사이에 설치되어 상기 이동통로의 자기장의 세기를 조절하는 적어도 하나 이상의 마그넷 폴과;

   상기 이온 빔에 상기 마그넷 폴들이 직접적으로 노출되어 마모되는 것을 방지하기 위해 상기 폴 들에 형성된 내마모성 물질막을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 설비의 분석기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 분석기는 상기 내마모성 물질막에 따라 상기 이온 이동 통로에 발생되는 자기장을 조절하는 조절부를 더 포함함을 특징으로 하는 이온 주입 설비의 분석기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 내마모성 물질막은 흑연을 재질로 함을 특징으로 하는 이온 주입 설비의 분석기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 마그넷 폴은 3개로 구성됨을 특징으로 하는 이온 주입 설비의 분석기.