KR20060025926A - 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치 - Google Patents

자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치 Download PDF

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KR20060025926A
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Abstract

본 발명은 웨이퍼에 대한 이온 주입 과정에서 애퍼쳐(aperture)의 내구성과 기능 향상을 도모할 수 있는 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치에 관한 것으로서, 이온 빔을 추출하는 이온 소오스 모듈, 추출된 이온 빔을 가속시키고 가속된 이온 빔을 전기 또는 자기 렌즈를 이용하여 일정 직경으로 좁혀 균일하게 주사시키는 빔 라인 모듈, 웨이퍼를 고정하여 이온 빔을 주사 받을 수 있도록 하는 타겟/엔드스테이션 모듈, 및 상기 이온 소오스 모듈과 상기 빔 라인 모듈의 상기 이온 빔의 주사 경로 상에 설치되어 있고 이온 빔이 통과되는 슬릿이 형성된 애퍼쳐를 구비하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 애퍼쳐의 이온 빔 입력측 면의 슬릿 주변에 슬릿으로 이온 빔을 집중시키는 자력발생수단이 부착되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 애퍼쳐의 슬릿에 대한 마모가 크게 감소되어 애퍼쳐가 본래의 역할을 정확하게 수행할 수 있으며 그에 따라 수명이 연장될 수 있다. 또한, 애퍼쳐의 빔 포커싱 능력이 극대화되어 이온 주입이 정확하고 신속하게 이루어질 수 있다.
이온 주입 장치, 이온 임플란트, 불순물 주입, 애퍼쳐, 빔 포커싱, 자석

Description

자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치{Ion implanter having magnetic force generating means attached on the aperture}
도 1은 종래 기술에 따른 이온 주입 장치의 개략 구성을 나타낸 평면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 이온 주입 장치의 이온 소오스 모듈의 아크 반응실에서 이온 빔이 추출되는 상태를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 애퍼쳐 부분을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
13,313; 애퍼쳐
12,312; 이온 빔
14,314; 슬릿
15~18; 자석
300; 이온 주입 장치
301; 이온 소오스 모듈
303; 빔 라인 모듈
305; 타겟/엔드스테이션 모듈
310; 아크 반응실(arc chamber)
315; 추출 전극(suppression electrode)
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼에 대한 이온 주입 과정에서 애퍼쳐(aperture)의 내구성과 기능 향상을 도모할 수 있는 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 중에는 반도체 결정에 불순물을 주입하는 불순물 도핑(doping) 공정이 있다. 이때 주입되는 불순물은 웨이퍼 표면의 전도 형태와 저항성을 변경하여 트랜지스터, 다이오드 및 저항 등의 동작 영역을 형성한다.
불순물 도핑 방법으로는 열적 확산에 의한 방법과 웨이퍼에 이온을 주입시켜서 전기적인 특성을 갖도록 하는 이온 주입에 의한 방법이 있는데, 열적 확산에 의한 방법은 정밀한 형상의 제어가 곤란하다는 단점이 있어서 근래에는 이온 주입에 의한 방법이 주로 적용되고 있는데, 이 방법은 원하는 이온을 원하는 양으로 정해진 깊이 만큼 자유로이 조절하여 주입함으로써 불순물 도핑을 편리하게 할 수 있다는 장점을 갖는다. 이하 이온 주입에 의한 방법으로 불순물 도핑을 수행하는 종래의 이온 주입 장치를 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 이온 주입 장치의 개략 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 이온 주입 장치의 이온 주입 소오스 모듈의 아크 반응실에서 이온 빔 이 추출되는 상태를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시되고 있는 종래의 이온 주입 장치(300)는 이온화된 불순물을 특정 에너지로 가속시켜서 마스킹(masking)된 웨이퍼의 표면에 도핑을 하는 장치로서, 가스로부터 이온 빔을 추출하기 위한 이온 주입 소오스 모듈(301)과 추출된 이온 빔을 가속시키고 가속된 이온 빔을 전기 또는 자기 렌즈를 이용하여 직경 약 1㎝로 좁혀 균일한 주사가 이루어질 수 있도록 하는 빔 라인 모듈(303) 및 웨이퍼를 고정시켜 이온 빔을 주사 받을 수 있도록 하는 타겟/엔드스테이션 모듈(305)로 구성된다.
이와 같은 종래 기술에 따른 이온 주입 장치(300)에서 이온 주입 소오스 모듈(301)은 도 2에서와 같이 반응이 일어나는 아크 반응실(arc chamber; 310)과 추출 전극(abstraction electrode; 315)을 가지고 있다. 소정의 가스가 아크 반응실(310)에 주입되면 전기적 반응에 의해 그 가스의 원자 또는 분자로부터 여러 가지 이온 종을 형성하며 그 이온들 중에서 양이온이 추출되어 이온 빔(312)이 발생된다.
여기서 아크 반응실(310)에서 발생된 이온 빔(312)을 추출하기 위해 아크 반응실(310)에는 소오스 애퍼쳐(source aperture;313)가 결합되어 있다. 이 소오스 애퍼쳐(313)에 이온 빔(312)을 추출하기 위한 슬릿(slit; 314)이 형성되어 이를 통하여 이온 빔이 추출전극(315) 방향으로 이동된다. 소오스 애퍼쳐(313)는 캡(cap)의 형태로 아크 반응실(310)에 탈착이 가능하도록 구성된다.
종래 기술에 따른 이온 주입 장치에는 이온 빔의 방향성을 결정하고 불필요 한 이온 빔을 필터링시키기 위하여 상기에서 예시되고 있는 소오스 애퍼쳐를 포함하여 이온 빔의 진행 경로 상에 그래파이트(graphite) 재질로 이루어진 다수의 애퍼쳐가 설치되어 있다. 그런데, 애퍼쳐는 장시간 사용될 경우 이온 빔에 의해 슬릿 부분에 마모가 발생된다. 슬릿 부분의 마모는 이온 빔의 포커싱에 영향을 주어 추출전극의 조기 증착 및 절연 파괴 등을 유발하는 등 여러 가지 문제를 유발시켜 애퍼쳐 본래의 역할 수행을 방해한다. 이에 따라 정상적인 이온 주입이 이루어지지 못하게 된다.
본 발명의 목적은 애퍼쳐의 슬릿 부분의 마모를 원천적으로 방지하여 본래의 역할을 정확하게 수행할 수 있도록 하는 이온 주입 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 애퍼쳐가 갖는 본래의 기능을 극대화시킬 수 있는 이온 주입 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치는, 이온 빔을 추출하는 이온 소오스 모듈, 추출된 이온 빔을 가속시키고 가속된 이온 빔을 전기 또는 자기 렌즈를 이용하여 일정 직경으로 좁혀 균일하게 주사시키는 빔 라인 모듈, 웨이퍼를 고정하여 이온 빔을 주사 받을 수 있도록 하는 타겟/엔드스테이션 모듈, 및 상기 이온 소오스 모듈과 상기 빔 라인 모듈의 상기 이온 빔의 주사 경로 상에 설치되어 있고 이온 빔이 통과되는 슬릿이 형성된 애퍼쳐를 구비하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 애퍼쳐의 이온 빔 입력측 면 의 슬릿 주변에 슬릿으로 이온 빔을 집중시키는 자력발생수단이 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 주입 장치에 있어서 자력발생수단으로서는 자석이 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 자석은 분할된 복수 개의 자석이며, 슬릿 중심을 향하여 S극과 N극이 나란히 배열되는 형태로 배치되어 있으며, 각각의 자석들간 서로 반대 극성끼리 마주보도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 보다 명확히 전달하기 위함이다. 한편 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 애퍼쳐 부분을 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명에 따른 이온 주입 장치는 도 3과 같이 애퍼쳐(10)의 이온 빔이 입력되는 쪽 면의 슬릿(14) 주변에 자력발생수단으로서 복수 개의 자석들(15~18)이 부착되어 있는 구조이다. 복수 개의 자석들(15~18)은 슬릿 중심을 향하여 S극과 N극이 나란히 배열되는 형태로서 슬릿(14)의 중심을 기준으로 서로 마주보도록 하여 설치되어 있다. 그리고 복수 개의 자석들(15~18)은 마주보는 자석들간에는 서로 다 른 극성이 마주보도록 설치되어 있고, 이웃하는 자석들간에 서로 다른 극성이 마주보도록 설치되어 있다.
도 4와 같이 이온 빔이 지면을 향해 진행한다고 가정했을 때 배치된 자석들(15~18)에 의해 점선으로 표시된 바와 같은 자기장이 발생되며 자력선의 방향은 점선의 화살표 방향과 같다. 이 자기장에 의해 이온 빔이 화살표 방향으로 힘을 받게 되는 데, 자석 밀도에 따라 받는 힘의 크기가 결정되므로 이온 빔에 미치는 힘은 간략하게 말해서 화살표의 크기와 같다. 즉, 자석들(15~18) 각각에 있어서 두 극성의 사이 부분에서는 이온 빔쪽에서 외측 방향으로 힘이 작용되고, 이웃하는 자석들(15~18) 사이에서는 이온 빔쪽에서 외측방향으로 작용하는 힘보다 더 큰 힘이 외측에서 이온 빔쪽으로 작용된다. 즉, 상하좌우 네 군데에서 중앙을 향하는 힘이 더욱 우세하게 나타난다.
이에 따라 애퍼쳐(13)에 부착된 자석들(15~18)에 의해 중심 쪽으로 힘이 작용하여 슬릿을 통과하는 이온 빔이 슬릿(14)의 중심 쪽으로 집중된다. 따라서 슬릿(14)의 주변으로 주사되는 이온 빔의 양이 크게 감소되어 이온 빔에 의한 슬릿(14) 부분에서의 마모가 감소될 수 있다.
또한 확산하려는 이온 빔이 자기장의 영향으로 주변에서 힘을 받아 슬릿 중심으로의 이온 빔 집중이 이루어짐으로써 빔 밀도가 높아지게 되어 빔 포커싱이 극대화될 수 있다.
여기서 애퍼쳐(13)에 부착되는 자력발생수단으로서 복수 개의 자석들(15~18)에 한정되지 않고 슬릿(14)의 주변에 자기장을 형성하여 슬릿(14) 중심으로 힘이 가해질 수 있도록 하는 것이면 어떤 것이든 가능하다.
한편 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치에 의하면, 애퍼쳐의 슬릿에 대한 마모가 크게 감소되어 애퍼쳐가 본래의 역할을 정확하게 수행할 수 있으며 그에 따라 수명이 연장될 수 있다. 또한, 애퍼쳐의 빔 포커싱 능력이 극대화되어 이온 주입이 정확하고 신속하게 이루어질 수 있다.

Claims (3)

  1. 이온 빔을 추출하는 이온 소오스 모듈, 추출된 이온 빔을 가속시키고 가속된 이온 빔을 전기 또는 자기 렌즈를 이용하여 일정 직경으로 좁혀 균일하게 주사시키는 빔 라인 모듈, 웨이퍼를 고정하여 이온 빔을 주사 받을 수 있도록 하는 타겟/엔드스테이션 모듈 및 상기 이온 소오스 모듈과 상기 빔 라인 모듈의 상기 이온 빔의 주사 경로 상에 설치되어 있고 이온 빔이 통과되는 슬릿이 형성된 애퍼쳐를 구비하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 애퍼쳐의 이온 빔 입력측 면의 슬릿 주변에 슬릿으로 이온 빔을 집중시키는 자력발생수단이 부착되어 있는 것을 특징으로 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자력발생수단은 자석인 것을 특징으로 하는 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 자석은 분할된 복수 개의 자석이며, 슬릿 중심을 향하여 S극과 N극이 나란히 배열되는 형태로 배치되어 있으며, 각각의 자석들간 서로 반대 극성끼리 마주보도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자력발생수단이 애퍼쳐에 부착된 이온 주입 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100774813B1 (ko) * 2006-10-18 2007-11-07 동부일렉트로닉스 주식회사 이온주입장치의 추출 전극 및 이온 빔 포커싱 방법

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