KR20060084182A

KR20060084182A - Thermal electron discharge assembly and ion source having the same

Info

Publication number: KR20060084182A
Application number: KR1020050004861A
Authority: KR
Inventors: 엄현섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-07-24

Abstract

이온 소스의 열전자 방출 어셈블리는 관형 부재가 소스 가스를 이온화하기 위한 공간을 제공하는 아크 챔버의 측벽을 통해 상기 아크 챔버의 내부로 연장되고, 음극 캡이 상기 아크 챔버의 내부로 연장된 관형 부재의 단부에 연결된다. 필라멘트가 상기 관형 부재와 상기 음극 캡이 형성하는 공간에 배치되어 상기 음극 캡에서 열전자가 방출되도록 상기 음극 캡을 가열하며, 고정 플레이트가 상기 아크 챔버의 외측벽에 고정되어 상기 관형 부재가 상기 아크 챔버의 측벽과 이격되도록 고정한다. 클램프는 상기 필라멘트가 상기 관형 부재 및 음극 캡과 이격되도록 고정한다. 따라서 상기 아크 챔버, 음극 캡 및 필라멘트가 서로 절연 상태를 유지할 수 있다.The hot electron emission assembly of the ion source extends into the arc chamber through the sidewall of the arc chamber, where the tubular member provides space for ionizing the source gas, and the end of the tubular member with the cathode cap extending into the arc chamber. Is connected to. A filament is disposed in a space formed by the tubular member and the cathode cap to heat the cathode cap so that hot electrons are emitted from the cathode cap, and a fixing plate is fixed to an outer wall of the arc chamber so that the tubular member of the arc chamber Secure it away from the side walls. A clamp secures the filament apart from the tubular member and the cathode cap. Therefore, the arc chamber, the cathode cap and the filament may be insulated from each other.

Description

Thermo electron discharge assembly and ion source having the same

도 1은 종래 기술에 따른 이온 소스를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view for explaining an ion source according to the prior art.

도 2는 도 1의 열전자 방출 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.FIG. 2 is a schematic side view for explaining the hot electron emission assembly of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열전자 방출 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view for describing a hot electron emission assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 열전자 방출 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다. FIG. 4 is a schematic side view for explaining the hot electron emission assembly shown in FIG. 3.

도 5는 도 3에 도시된 관형 부재 및 음극 캡을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the tubular member and the cathode cap shown in FIG. 3.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 소스를 설명하기 위한 단면도이다. 6 is a cross-sectional view illustrating an ion source according to a preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

110 : 아크 챔버 112 : 이온 추출구110: arc chamber 112: ion extraction port

114 : 소스 가스 주입구 120 : 관형 부재114: source gas inlet 120: tubular member

130 : 음극 캡 140 : 고정 플레이트130: cathode cap 140: fixed plate

150 : 절연 부재 160 : 보호관150: insulating member 160: protective tube

170 : 필라멘트 180 : 클램프 170: filament 180: clamp

190 : 리플렉터190: reflector

본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에서 반도체 기판을 도핑하기 위한 이온들(도펀트)을 발생시키기 위한 이온 소스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 이온 소스에서 아크 챔버의 내부로 열전자를 방출하기 위한 열전자 방출 어셈블리에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source for generating ions (dopants) for doping a semiconductor substrate in a semiconductor device manufacturing process, and more particularly to hot electron emission for emitting hot electrons from the ion source into an arc chamber. It is about assembly.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.In general, a semiconductor device includes a Fab process for forming an electrical circuit including electrical elements on a silicon wafer used as a semiconductor substrate, and an EDS (electrical) for inspecting electrical characteristics of the semiconductor devices formed in the fab process. die sorting) and a package assembly process for encapsulating and individualizing the semiconductor devices with an epoxy resin.

상기 팹 공정은 웨이퍼 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, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 웨이퍼의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다. The fab process includes a deposition process for forming a film on a wafer, a chemical mechanical polishing process for planarizing the film, a photolithography process for forming a photoresist pattern on the film, and the photoresist pattern using the photoresist pattern. An etching process for forming the film into a pattern having electrical characteristics, an ion implantation process for implanting specific ions into a predetermined region of the wafer, a cleaning process for removing impurities on the wafer, and a process for forming the film or pattern Inspection process for inspecting the surface;

상기 이온 주입 공정은 반도체 기판의 기 설정된 영역의 표면으로 상기 이온들을 주입하여 상기 영역을 도핑하기 위해 수행된다. 상기 이온 주입 공정을 수행하기 위한 이온 주입 장치는 상기 이온들을 발생시키기 위한 이온 소스를 포함한다. 상기 이온 소스에 대한 예들은 미합중국 특허 제5,262,652호(issued to Bright et al.), 제6,022,258호(issued to Abbott et al.), 제6,184,532호(issued to Dudnikov et al.) 및 미합중국 공개특허 제2002/0185607호 등에 개시되어 있다.The ion implantation process is performed to dope the region by implanting the ions to the surface of the predetermined region of the semiconductor substrate. An ion implantation apparatus for performing the ion implantation process includes an ion source for generating the ions. Examples of such ion sources are described in US Pat. Nos. 5,262,652 issued to Bright et al., 6,022,258 issued to Abbott et al., 6,184,532 issued to Dudnikov et al. / 0185607 and the like.

상기 이온 소스는 이온들의 발생이 가능한 아크 챔버와, 상기 아크 챔버 내부로 열전자적으로 전자들을 방출하기 위한 필라멘트를 포함한다. 상기 필라멘트에는 상기 전자들을 방출하기 위한 필라멘트 전류가 인가되며, 상기 아크 챔버에는 상기 필라멘트 전류에 대하여 바이어스된 아크 전압이 인가된다. 즉, 상기 필라멘트는 음극(cathode)으로써 사용되며 상기 아크 챔버는 양극(anode)으로써 사용된다.The ion source includes an arc chamber capable of generating ions and a filament for thermoelectrically emitting electrons into the arc chamber. A filament current for emitting the electrons is applied to the filament, and an arc voltage biased to the filament current is applied to the arc chamber. In other words, the filament is used as a cathode and the arc chamber is used as an anode.

상기 필라멘트는 절연 부재에 의해 상기 아크 챔버에 대하여 전기적으로 격리되어 있으며, 상기 전자들은 필라멘트 전류의 인가에 의해 가열된 필라멘트로부터 열전자적으로 방출된다. 방출된 전자들은 아크 챔버 내부로 공급되는 소스 가스와 충돌하며, 상기 충돌에 의해 상기 이온들이 발생된다.The filament is electrically isolated from the arc chamber by an insulating member, and the electrons are thermoelectrically released from the heated filament by the application of a filament current. The emitted electrons collide with the source gas supplied into the arc chamber, and the ions are generated by the collision.

도 1은 종래 기술에 따른 이온 소스를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 열전자 방출 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.1 is a schematic cross-sectional view for explaining an ion source according to the prior art, and FIG. 2 is a schematic side view for explaining the hot electron emission assembly of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 종래의 이온 소스는 아크 챔버(10)와, 음극(20), 필라멘트(30) 및 리플렉터(40)를 포함한다. 1 and 2, the conventional ion source shown includes an arc chamber 10, a cathode 20, a filament 30, and a reflector 40.

상기 아크 챔버(10)는 이온을 형성하기 위한 공간을 제공한다. 상기 아크 챔버(10)에는 이온 형성을 위한 소스 가스를 아크 챔버(32)의 내부로 도입하기 위한 가스 공급구(14) 및 이온들을 추출하기 위한 이온 추출구(12)가 서로 대향하는 측벽에 형성되어 있다. The arc chamber 10 provides a space for forming ions. In the arc chamber 10, a gas supply port 14 for introducing a source gas for forming ions into the arc chamber 32 and an ion extraction port 12 for extracting ions are formed on sidewalls facing each other. It is.

또한 상기 아크 챔버(10)에는 상기 소스 가스를 이온화하기 위한 열전자 방출 어셈블리와 상기 열전자 방출 어셈블리에서 방출된 열전자를 반발시키기 위한 리플렉터(40)가 서로 대향하는 측벽에 형성되어 있다. In the arc chamber 10, a hot electron emission assembly for ionizing the source gas and a reflector 40 for repelling hot electrons emitted from the hot electron emission assembly are formed on sidewalls facing each other.

상기 열전자 방출 어셈블리는 상기 아크 챔버(10)를 관통하여 내부로 연장되는 음극 캡(20), 상기 음극 캡(20)의 내부로 삽입되어 상기 음극 캡(20)으로부터 열전자가 방출되도록 상기 음극 캡(20)을 가열하기 위한 필라멘트(30), 상기 음극 캡(20)을 고정하기 위한 제1 클램프(50) 및 상기 필라멘트(30)를 고정하기 위한 제2 클램프(60)로 구성된다. The hot electron emission assembly may include a negative electrode cap 20 extending through the arc chamber 10 and inserted into the negative electrode cap 20 to discharge hot electrons from the negative electrode cap 20. The filament 30 for heating 20, the first clamp 50 for fixing the negative electrode cap 20 and the second clamp 60 for fixing the filament 30.

상기 제1 클램프(50)는 상기 음극 캡(20)의 중심축을 따라 연장되는 지지대(22)를 고정한다. The first clamp 50 fixes the support 22 extending along the central axis of the negative electrode cap 20.

상기 이온 소스에서 상기 아크 챔버(10), 음극 캡(20) 및 필라멘트(30)는 서로 이격되며 절연된 상태이다. In the ion source, the arc chamber 10, the cathode cap 20, and the filament 30 are spaced apart from each other and insulated.

그러나 상기 음극 캡(20) 및 필라멘트(30)가 상기 클램프들(50, 60)에 의해 고정되므로 안정적으로 고정되지 못한다. 따라서 상기 아크 챔버(10)와 상기 음극 캡(20)이 서로 접촉되거나 상기 음극 캡(20)과 필라멘트(30)가 서로 접촉되는 문제점이 발생한다. However, since the negative electrode cap 20 and the filament 30 are fixed by the clamps 50 and 60, they may not be stably fixed. Therefore, the arc chamber 10 and the negative electrode cap 20 is in contact with each other or the negative electrode cap 20 and the filament 30 is in contact with each other occurs.

또한 상기 음극 캡(20)과 상기 필라멘트(30)는 일정한 거리를 갖도록 배치되어야 하지만 상기 음극 캡(20)의 구조적 제약으로 인해 상기 음극 캡(20)과 상기 필라멘트(30) 사이의 거리를 조절하기가 매우 어렵다. In addition, the negative electrode cap 20 and the filament 30 should be arranged to have a constant distance, but due to the structural constraints of the negative electrode cap 20 to adjust the distance between the negative electrode cap 20 and the filament 30 Is very difficult.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 아크 챔버, 음극 캡 및 필라멘트의 접촉을 방지하며, 상기 음극 캡과 상기 필라멘트의 거리를 조절할 수 있는 열전자 방출 어셈블리를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to prevent the contact of the arc chamber, the cathode cap and the filament, and to provide a hot electron emission assembly that can adjust the distance between the cathode cap and the filament.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 열전자 방출 어셈블리를 포함하는 이온 소즈를 제공하는데 있다. Another object of the present invention for solving the above problems is to provide an ion source comprising the hot electron emission assembly.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면 열전자 방출 어셈블리는 소스 가스를 이온화하기 위한 공간을 제공하는 아크 챔버의 측벽을 통해 상기 아크 챔버의 내부로 연장되는 관형 부재를 포함한다. 음극 캡은 상기 아크 챔버의 내부로 연장된 관형 부재의 단부에 연결된다. 필라멘트는 상기 관형 부재와 상기 음극 캡이 형성하는 공간에 배치되며 상기 음극 캡에서 열전자가 방출되도록 상기 음극 캡을 가열한다. 고정 플레이트는 상기 아크 챔버의 외측벽에 고정되며 상기 관형 부재가 상기 아크 챔버의 측벽과 이격되도록 고정한다. 클램프는 상기 필라멘트가 상기 관형 부재 및 음극 캡과 이격되도록 고정한다. According to the present invention for achieving the object of the present invention the hot electron emission assembly comprises a tubular member extending into the arc chamber through the side wall of the arc chamber providing a space for ionizing the source gas. The negative electrode cap is connected to the end of the tubular member extending into the arc chamber. The filament is disposed in a space formed by the tubular member and the negative electrode cap and heats the negative electrode cap so that hot electrons are emitted from the negative electrode cap. The fixing plate is fixed to the outer wall of the arc chamber and fixes the tubular member to be spaced apart from the side wall of the arc chamber. A clamp secures the filament apart from the tubular member and the cathode cap.

상기 열전자 방출 어셈블리는 상기 아크 챔버와 상기 고정 플레이트를 절연시키기 위해 상기 아크 챔버와 상기 고정 플레이트 사이에 구비되는 절연 부재를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 열전자 방출 어셈블리는 상기 이온화된 소스 가스가 상기 절연 부재에 도전층을 형성하는 것을 방지하기 위해 상기 절연 부재와 이격된 상태로 상기 절연 부재를 감싸도록 구비되는 보호관을 더 포함할 수 있다. The hot electron emission assembly may further include an insulation member provided between the arc chamber and the fixed plate to insulate the arc chamber and the fixed plate. The hot electron emission assembly may further include a protective tube provided to surround the insulating member while being spaced apart from the insulating member to prevent the ionized source gas from forming a conductive layer on the insulating member.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면 이온 소스는 소스 가스를 이온화하기 위한 공간을 제공하는 아크 챔버를 구비한다. 열전자 방출 어셈블리는 상기 아크 챔버의 측벽을 통해 상기 아크 챔버의 내부로 연장되는 관형 부재와, 상기 아크 챔버의 내부로 연장된 관형 부재의 단부에 연결되는 음극 캡과, 상기 관형 부재와 상기 음극 캡이 형성하는 공간에 배치되며 상기 음극 캡에서 열전자가 방출되도록 상기 음극 캡을 가열하기 위한 필라멘트와, 상기 아크 챔버의 외측벽에 고정되며 상기 관형 부재가 상기 아크 챔버의 측벽과 이격되도록 고정하기 위한 고정 플레이트 및 상기 필라멘트가 상기 관형 부재 및 음극 캡과 이격되도록 고정하기 위한 클램프를 구비한다. 전자 반발부는 상기 아크 챔버의 내부에서 상기 열전자 방출 어셈블리와 마주하여 배치되며 상기 열전자 방출 어셈블리로부터 방출된 열전자들을 상기 아크 챔버의 내부로 다시 반발시킨다. 가스 공급부는 상기 아크 챔버의 내부로 상기 소스 가스를 공급한다. According to the present invention for achieving the above object of the present invention, the ion source has an arc chamber that provides a space for ionizing the source gas. The hot electron emission assembly includes a tubular member extending through the sidewall of the arc chamber into the arc chamber, a cathode cap connected to an end of the tubular member extending into the arc chamber, and the tubular member and the cathode cap A filament for heating the cathode cap so that hot electrons are discharged from the cathode cap, fixed to an outer wall of the arc chamber, and a fixing plate for fixing the tubular member to be spaced apart from a side wall of the arc chamber; And a clamp for securing the filament spaced apart from the tubular member and the cathode cap. An electron repelling portion is disposed in the arc chamber opposite the hot electron emitting assembly and repels hot electrons emitted from the hot electron emitting assembly back into the arc chamber. A gas supply unit supplies the source gas into the arc chamber.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면 상기 아크 챔버에 고정되는 고정 플레이트를 이용하여 상기 관형 부재 및 음극 캡을 고정하므로 상기 음극 캡이 상기 아크 챔버나 필라멘트와 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 음극 캡과 관현 부재가 분리 가능하므로 상기 음극 캡과 일정 거리 이격되도록 상기 필라멘트를 배치할 수 있다. According to the present invention configured as described above, the tubular member and the cathode cap are fixed using a fixing plate fixed to the arc chamber, thereby preventing the cathode cap from contacting the arc chamber or the filament. In addition, since the negative electrode cap and the orifice member are detachable, the filament may be disposed to be spaced apart from the negative electrode cap by a predetermined distance.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전자 방출 어셈블리를 갖는 이온 소스에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, an ion source having a hot electron emission assembly according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열전자 방출 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 열전자 방출 어셈블리를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a hot electron emission assembly according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic side view for explaining the hot electron emission assembly shown in FIG. 3.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 열전자 방출 어셈블리는 관형 부재(120), 음극 캡(130), 지지 플레이트(140), 절연 부재(150), 보호관(160), 필라멘트(170) 및 클램프(180)로 구성된다. 3 and 4, the hot electron emission assembly includes a tubular member 120, a cathode cap 130, a support plate 140, an insulation member 150, a protective tube 160, a filament 170, and a clamp ( 180).

상기 관형 부재(120)는 관 형태로 소스 가스를 이온화하기 위한 공간을 제공하는 아크 챔버(110)의 측벽에 형성된 홀(110a)을 관통하여 상기 아크 챔버(110)의 내부로 연장된다. 이때 상기 관형 부재(120)와 상기 아크 챔버(120)는 서로 접촉하지 않고 이격되어 있다.The tubular member 120 extends into the arc chamber 110 through a hole 110a formed in a side wall of the arc chamber 110 that provides a space for ionizing the source gas in the form of a tube. In this case, the tubular member 120 and the arc chamber 120 are spaced apart without contacting each other.

도 5를 참조하면, 상기 관형 부재(120)는 상기 아크 챔버(110)로 연장되는 전단부(122)와 후단부(124)로 구성된다. 상기 전단부(122)의 외경이 상기 후단부(124)의 외경보다 작도록 형성된다. 상기 전단부(122)의 내경과 상기 후단부(124)의 내경은 동일하다. 상기 전단부(122)의 외측면 및 상기 후단부(124)의 외측면에는 각각 제1 나사산 및 제2 나사산이 형성된다. 상기 관형 부재(120)는 몰리브덴 합금으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5, the tubular member 120 includes a front end 122 and a rear end 124 extending to the arc chamber 110. The outer diameter of the front end 122 is formed to be smaller than the outer diameter of the rear end 124. The inner diameter of the front end portion 122 and the inner diameter of the rear end portion 124 are the same. First and second threads are formed on the outer surface of the front end portion 122 and the outer surface of the rear end portion 124, respectively. The tubular member 120 may be made of molybdenum alloy.

상기 음극 캡(130)은 상기 관형 부재(120)에서 상기 아크 챔버(110)의 내부 로 연장되는 단부에 연결된다. 상기 음극 캡(130)은 상기 필라멘트(170)에 의해 가열되며 상기 아크 챔버(110)의 내부로 열전자를 방출한다. 상기 음극 캡(130)은 텅스텐 재질로 형성되는 것이 바람직하다.The cathode cap 130 is connected to an end extending from the tubular member 120 into the arc chamber 110. The cathode cap 130 is heated by the filament 170 and emits hot electrons into the arc chamber 110. The negative electrode cap 130 is preferably formed of a tungsten material.

상기 음극 캡(130)은 정면부(132)와 측면부(134)로 이루어진다. 상기 측면부(134)의 내경은 상기 전단부(122)의 외경과 동일하도록 형성된다. 상기 측면부(134)의 내측면에는 제3 나사산이 형성된다. 상기 제3 나사산은 상기 제1 나사산과 동일한 피치를 갖도록 형성된다. 따라서 상기 음극 캡(130)은 상기 관형 부재(130)의 전단부(132)에 나사 결합된다. The negative electrode cap 130 includes a front portion 132 and a side portion 134. The inner diameter of the side portion 134 is formed to be the same as the outer diameter of the front end portion 122. A third thread is formed on the inner side surface of the side portion 134. The third thread is formed to have the same pitch as the first thread. Thus, the negative electrode cap 130 is screwed to the front end portion 132 of the tubular member 130.

상기 측면부(134)의 외경은 상기 후단부(124)의 외경과 동일하도록 형성된다. 따라서 상기 음극 캡(130)과 상기 관형 부재(120)가 결합되더라도 외측면을 매끄럽게 유지할 수 있다. The outer diameter of the side portion 134 is formed to be the same as the outer diameter of the rear end 124. Therefore, even when the cathode cap 130 and the tubular member 120 are coupled, the outer surface can be kept smooth.

상기에서는 상기 음극 캡(130)의 내측면이 상기 관형 부재(120)의 외측면에 나사 결합되는 것으로 도시되었지만, 상기 음극 캡(130)의 외측면이 상기 관형 부재(120)의 내측면에 나사 결합될 수도 있다. Although the inner surface of the cathode cap 130 is shown as screwed to the outer surface of the tubular member 120 in the above, the outer surface of the cathode cap 130 is screwed to the inner surface of the tubular member 120. May be combined.

상기 고정 플레이트(140)는 상기 관형 부재(120)를 고정한다. 상기 고정 플레이트(140)의 중앙 부위에는 상기 관형 부재(120)의 후단부(124)의 외경과 동일한 지름을 갖는 홀이 형성된다. 상기 홀의 내측면에는 제4 나사산이 형성된다. 상기 제4 나사산은 상기 제2 나사산과 동일한 피치를 갖도록 형성된다. 따라서 상기 관형 부재(120)는 상기 고정 플레이트(140)의 홀에 나사 결합된다. The fixing plate 140 fixes the tubular member 120. A hole having the same diameter as the outer diameter of the rear end portion 124 of the tubular member 120 is formed in the central portion of the fixing plate 140. A fourth thread is formed on the inner side surface of the hole. The fourth thread is formed to have the same pitch as the second thread. Therefore, the tubular member 120 is screwed into the hole of the fixing plate 140.

상기 고정 플레이트(140)는 흑연 재질로 형성되는 것이 바람직하다. The fixing plate 140 is preferably formed of a graphite material.

상기 고정 플레이트(140)는 상기 아크 챔버(110)의 외측면에 고정된다. 상기 고정 플레이트(140)와 상기 아크 챔버(110) 사이에는 다수개의 절연 부재(150)가 구비된다. 상기 절연 부재(150)는 상기 고정 플레이트와 상기 아크 챔버(110)를 전기적으로 절연시킨다. The fixing plate 140 is fixed to the outer surface of the arc chamber 110. A plurality of insulating members 150 are provided between the fixing plate 140 and the arc chamber 110. The insulating member 150 electrically insulates the fixing plate from the arc chamber 110.

상기 절연 부재(150)는 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직하다.The insulating member 150 is preferably formed of a ceramic material.

상기 고정 플레이트(140)는 상기 고정 플레이트(140)를 관통하여 상기 절연 부재(150)를 지나 아크 챔버(110)까지 연장되는 나사(152)에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 상기 나사(152)는 절연 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. The fixing plate 140 is preferably fixed by a screw 152 penetrating through the fixing plate 140 and passing through the insulating member 150 to the arc chamber 110. The screw 152 is preferably made of an insulating material.

상기 보호관(160)은 상기 절연 부재(150)를 감싸도록 구비된다. 상기 보호관(160)은 상기 아크 챔버(110) 내부에서 이온화된 소스 가스가 상기 아크 챔버(110)의 홀(110a)을 통하여 일부 배출되어 상기 절연 부재(150)에 도전층을 형성하는 것을 방지한다. 상기 보호관(160)은 관 형태를 가지며, 상기 아크 챔버(110)로부터 연장되는 제1 보호관(162) 및 상기 고정 플레이트(140)로부터 연장되는 제2 보호관(164)으로 이루어진다. 상기 제1 보호관(162)과 제2 보호관(164)은 서로 접촉하지 않도록 서로 다른 크기의 지름을 갖는다. 상기 제1 보호관(162)과 제2 보호관(164)은 서로 겹쳐지는 부분이 존재하도록 연장된다. The protective tube 160 is provided to surround the insulating member 150. The protective tube 160 prevents the source gas ionized in the arc chamber 110 from being partially discharged through the hole 110a of the arc chamber 110 to form a conductive layer in the insulating member 150. . The protective tube 160 has a tube shape and includes a first protective tube 162 extending from the arc chamber 110 and a second protective tube 164 extending from the fixing plate 140. The first protective tube 162 and the second protective tube 164 have different diameters so as not to contact each other. The first protective tube 162 and the second protective tube 164 extend so that the overlapping portions exist.

상기 보호관(160)의 재질은 몰리브덴 재질인 것이 바람직하다.The protective tube 160 is preferably made of molybdenum.

상기 보호관(160)은 상기 아크 챔버(110)로부터 연장되는 제1 보호관(162) 또는 상기 고정 플레이트(140)로부터 연장되는 제2 보호관(164)으로만 이루어질 수도 있다. 즉 상기 보호관(160)이 하나만 형성될 수 있다. 이 경우 상기 아크 챔버 (110)로부터 연장되는 제1 보호관(162)은 상기 고정 플레이트(140)와 접촉하지는 않지만 인접하도록 연장되는 것이 바람직하다. 마찬가지로 상기 고정 플레이트(150)로부터 연장되는 제2 보호관(164)은 상기 아크 챔버(110)와 접촉하지는 않지만 인접하도록 연장되는 것이 바람직하다.The protective tube 160 may be made of only the first protective tube 162 extending from the arc chamber 110 or the second protective tube 164 extending from the fixing plate 140. That is, only one protective tube 160 may be formed. In this case, the first protective tube 162 extending from the arc chamber 110 is preferably in contact with the fixing plate 140 but not adjacent to the fixing plate 140. Similarly, the second protective tube 164 extending from the fixing plate 150 is preferably in contact with the arc chamber 110 but not adjacent thereto.

상기 필라멘트(170)는 상기 음극 캡(130)에서 열전자가 방출되도록 상기 음극 캡(130)을 가열한다. 상기 필라멘트(170)는 상기 관형 부재(120) 및 상기 음극 캡(130)이 형성하는 공간에 삽입되어 배치된다. 상기 필라멘트(170)는 상기 음극 캡(130)의 정면부(132)와 0.025 인치 정도 이격되는 것이 바람직하다.The filament 170 heats the negative electrode cap 130 so that hot electrons are emitted from the negative electrode cap 130. The filament 170 is inserted into and disposed in a space formed by the tubular member 120 and the cathode cap 130. The filament 170 is preferably spaced about 0.025 inches from the front portion 132 of the cathode cap 130.

상기 필라멘트(170)는 전류에 의해 열전자 방출 온도로 저항 가열된다. 상기 필라멘트(170)에 의해 방출된 열전자는 상기 음극 캡(130)을 충격하여 가열한다. 상기 음극 캡(130)은 상기 열전자의 충격에 의해 열전자 방출온도로 가열된다. 상기 음극 캡(130)에 의해 방출된 열전자는 상기 아크 챔버(110)의 아크 전압에 의해 가속화되어 상기 아크 챔버(110) 내에서 소스 가스를 이온화한다. The filament 170 is resistively heated to a hot electron emission temperature by a current. The hot electrons emitted by the filament 170 impact and heat the negative electrode cap 130. The cathode cap 130 is heated to a hot electron emission temperature by the impact of the hot electrons. Hot electrons emitted by the cathode cap 130 are accelerated by the arc voltage of the arc chamber 110 to ionize the source gas in the arc chamber 110.

상기 클램프(180)는 상기 관형 부재(120) 및 상기 음극 캡(130)으로 삽입되는 상기 필라멘트(170)를 고정한다. 따라서 상기 필라멘트(170)는 상기 관형 부재(120) 및 상기 음극 캡(130)과 접촉하지 않고, 상기 음극 캡(130)의 정면부(132)와 일정한 간격을 유지할 수 있다. The clamp 180 fixes the filament 170 inserted into the tubular member 120 and the cathode cap 130. Accordingly, the filament 170 may maintain a constant distance from the front portion 132 of the cathode cap 130 without contacting the tubular member 120 and the cathode cap 130.

도시되지는 않았지만 상기 필라멘트(170)는 열전자를 방출하기 위하여 필라멘트 파워 소스(미도시)와 연결되며, 상기 음극 캡(130)은 상기 아크 챔버(110) 내부로 열전자를 방출하기 위해 음극 파워 소스(미도시)와 연결되고, 상기 아크 챔버 (110)는 양이온들을 반발시키기 위한 아크 파워 소스(미도시)와 연결되는 것이 바람직하다. Although not shown, the filament 170 is connected to a filament power source (not shown) to emit hot electrons, and the cathode cap 130 is connected to a cathode power source to emit hot electrons into the arc chamber 110. (Not shown), and the arc chamber 110 is preferably connected with an arc power source (not shown) for repelling cations.

상기 열전자 방출 어셈블리는 상기 관형 부재(120)를 상기 아크 챔버(110)의 외측벽에 고정되는 고정 플레이트(140)를 이용하여 고정하므로 상기 관형 부재(120)와 결합되는 음극 캡(130), 아크 챔버(110) 및 필라멘트(170)가 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 관형 부재(120)로 상기 필라멘트(170)를 삽입하여 삽입 정도를 확인한 상태에서 상기 음극 캡(130)을 상기 관형 부재(120)에 결합하므로 상기 음극 캡(130)의 정면부(132)와 상기 필라멘트(170) 사이의 이격 거리를 정확하게 조절할 수 있다.The hot electron emission assembly fixes the tubular member 120 using the fixing plate 140 fixed to the outer wall of the arc chamber 110, so that the cathode cap 130 and the arc chamber are coupled to the tubular member 120. It is possible to prevent the 110 and the filament 170 from contacting each other. In addition, since the negative electrode cap 130 is coupled to the tubular member 120 in the state where the filament 170 is inserted into the tubular member 120 to confirm the insertion degree, the front portion 132 of the negative electrode cap 130 is fixed. And the separation distance between the filament 170 can be precisely adjusted.

도 6을 참조하면, 이온 소스는 소스 가스를 이온화하기 위한 공간을 제공하는 아크 챔버(110), 상기 아크 챔버(110)로 열전자를 방출하기 위한 열전자 방출 어셈블리(100), 상기 아크 챔버(110)의 내부에서 상기 열전자 방출 어셈블리(100)와 마주하여 배치되며 상기 열전자 방출 어셈블리(100)로부터 방출된 열전자들을 상기 아크 챔버(100)의 내부로 다시 반발시키기 위한 전자 반발부(190) 및 상기 아크 챔버(110)의 내부로 상기 소스 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(200)로 구성된다. Referring to FIG. 6, an ion source includes an arc chamber 110 that provides a space for ionizing a source gas, a thermoelectron emission assembly 100 that emits hot electrons into the arc chamber 110, and the arc chamber 110. An electron repelling unit 190 and the arc chamber disposed to face the hot electron emission assembly 100 and to repel hot electrons emitted from the hot electron emission assembly 100 back into the arc chamber 100. It is composed of a gas supply unit 200 for supplying the source gas into the interior (110).

상기 아크 챔버(110)는 상기 공간을 한정하기 위한 다수의 측벽들을 포함하며, 상기 측벽들 중 서로 대향하는 제1측벽 및 제2측벽에 각각 열전자 방출 어셈블 리(100) 및 리플렉터(190)가 배치된다. 한편, 서로 대향하는 또 다른 제3측벽 및 제4측벽에는 상기 소스 가스를 상기 공간으로 공급하기 위한 가스 공급구(114)와 상기 공간에서 형성된 이온들이 추출되는 이온 추출구(112)가 각각 형성된다.The arc chamber 110 includes a plurality of sidewalls for defining the space, and the hot electron emission assembly 100 and the reflector 190 are disposed on the first and second sidewalls facing each other. do. Meanwhile, another third side wall and a fourth side wall facing each other are provided with a gas supply port 114 for supplying the source gas to the space and an ion extraction port 112 through which ions formed in the space are extracted. .

상기 열전자 방출 어셈블리(100)에 대한 설명은 상기 도3 내지 도 5를 바탕으로 기 설명된 바와 동일하므로 기재의 중복을 피하기 위해 생략한다.Description of the hot electron emission assembly 100 is the same as described above with reference to FIGS.

상기 소스 가스 공급부(200)는 상기 가스 공급구(114)와 연결되며 상기 아크 챔버(110)의 내부로 상기 소스 가스를 공급한다. 상기 소스 가스는 반도체 기판의 표면 부위 또는 반도체 기판 상에 형성된 막의 전기적 특성을 변화시키기 위한 원소, 예를 들면 붕소(B), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 예를 들어 BF₃ 가스가 상기 아크 챔버(110) 내부로 공급될 수 있으며, 상기 아크 챔버(110) 내에서 상기 필라멘트(170)로부터 방출된 전자들과 BF₃ 분자들의 충돌에 의해 ₁₀B⁺, ₁₀BF⁺, ₁₀BF₃ ⁺, ₁₁B⁺, ₁₁BF₂ ⁺ 등과 같은 이온들이 발생된다. 또한, 상기 소스 가스는 아르곤, 질소 등과 같은 불활성 가스가 사용될 수도 있다.The source gas supply unit 200 is connected to the gas supply port 114 and supplies the source gas into the arc chamber 110. The source gas may include elements for changing the electrical properties of the surface portion of the semiconductor substrate or the film formed on the semiconductor substrate, for example, boron (B), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and the like. Can be. For example, BF ₃ gas may be supplied into the arc chamber 110, for example, by collision of electrons emitted from the filament 170 with BF ₃ molecules in the arc chamber 110. Ions such as ₁₀ B ⁺ , ₁₀ BF ⁺ , ₁₀ BF ₃ ⁺ , ₁₁ B ⁺ , ₁₁ BF ₂ ⁺ and the like are generated. In addition, an inert gas such as argon or nitrogen may be used as the source gas.

상기 리플렉터(190)는 상기 필라멘트(170)로부터 상기 아크 챔버(110)의 내부로 방출된 열전자들을 반발시키기 위하여 음전위(negative potential)와 연결된다. 도시되지는 않았지만, 상기 리플렉터(190)는 필라멘트 파워 소스의 음극 단자와 연결된다. 이와는 다르게, 전기적으로 플로팅(floating)되는 리펠러(repeller)가 전자 반발부로서 선택적으로 사용될 수도 있다. 상기 리펠러가 사용되는 경우, 상기 아크 챔버(110)의 내부로 방출된 전자들은 전기적으로 플로팅된 상기 리펠러 에 의해 포집된다. 상기 포집된 전자들에 의해 리펠러가 음의 극성을 갖게 되면, 상기 리펠러는 필라멘트(170)로부터 방출된 전자들을 반발시켜 소스 가스의 이온화 효율을 향상시킨다.The reflector 190 is connected with a negative potential to repel hot electrons emitted from the filament 170 into the arc chamber 110. Although not shown, the reflector 190 is connected to the negative terminal of the filament power source. Alternatively, an electrically floating repeller may optionally be used as the electron repellent. When the repeller is used, electrons emitted into the arc chamber 110 are collected by the electrically floated repeller. When the repeller is negatively polarized by the trapped electrons, the repeller repels the electrons emitted from the filament 170 to improve the ionization efficiency of the source gas.

상기 실시예에서는 이온 소스에 대하여 매우 개략적으로 기재하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전자 방출 어셈블리(100)를 제외한 나머지 구성 요소들은 본 발명의 분야에서 종사하는 당업자들에게 널리 알려져 있으므로 본 발명의 범위는 상기 나머지 구성 요소들에 의해 한정되지 않는다.Although the above embodiment is very schematically described with respect to the ion source, except for the thermoelectron emission assembly 100 according to an embodiment of the present invention, the components are well known to those skilled in the art. The scope of is not limited by the remaining components.

이하에서는 상기 열전자 방출 어셈블리(100)의 장착 방법에 대해 간단하게 설명한다. Hereinafter, the mounting method of the hot electron emission assembly 100 will be briefly described.

우선 아크 챔버(110)의 외측벽에 상기 아크 챔버(110)와 절연되도록 절연 부재(150)를 개재하여 고정 플레이트(140)를 고정한다. 다음으로 관형 부재(120)를 상기 고정 플레이트(140)의 홀에 나사 결합 방식으로 결합한다. First, the fixing plate 140 is fixed to the outer wall of the arc chamber 110 via the insulating member 150 to be insulated from the arc chamber 110. Next, the tubular member 120 is coupled to the hole of the fixing plate 140 by screwing.

이후 상기 관형 부재(120)의 내부로 필라멘트(170)를 삽입한다. 이때 상기 관형 부재(120)의 전단부(122)에 음극 캡(130)과 상기 필라멘트(170)의 거리 조절용 지그를 삽입하여 상기 필라멘트(170)의 삽입 깊이를 조절한다. Thereafter, the filament 170 is inserted into the tubular member 120. At this time, the insertion depth of the filament 170 is adjusted by inserting the distance adjusting jig of the cathode cap 130 and the filament 170 into the front end portion 122 of the tubular member 120.

상기 필라멘트(170)의 삽입 깊이 조절이 이루어지면 상기 거리 조절용 지그를 제거하고 상기 음극 캡(130)을 상기 관형 부재(120)에 결합한다. 따라서 상기 음극 캡(130)의 정면부(132)와 상기 필라멘트(170)는 일정한 거리, 즉 0.025 인치 이격된다. When the insertion depth of the filament 170 is adjusted, the distance adjusting jig is removed and the cathode cap 130 is coupled to the tubular member 120. Accordingly, the front portion 132 of the negative electrode cap 130 and the filament 170 are spaced a predetermined distance, that is, 0.025 inches apart.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전자 방출 어셈블리 및 이를 갖는 이온 소스는 아크 챔버의 외측벽에 고정되는 고정 플레이트에 의해 관형 부재가 고정되므로 상기 관형 부재와 나사 결합되는 음극 캡과 상기 아크 챔버 또는 필라멘트와 접촉으로 인한 쇼트 현상이 방지된다. As described above, the hot electron emission assembly and the ion source having the same according to the preferred embodiment of the present invention, the tubular member is fixed by the fixing plate fixed to the outer wall of the arc chamber, the cathode cap screwed with the tubular member and the arc Shorting due to contact with the chamber or filament is prevented.

또한 상기 음극 캡이 관형 부재와 결합되는 구조를 가지므로 상기 음극 캡과 상기 필라멘트와의 이격 거리를 정확하게 설정할 수 있다.In addition, since the negative electrode cap has a structure coupled to the tubular member, it is possible to accurately set the separation distance between the negative electrode cap and the filament.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims

A tubular member extending into the arc chamber through a side wall of the arc chamber providing space for ionizing a source gas;

A cathode cap connected to an end of the tubular member extending into the arc chamber;

A filament disposed in a space formed by the tubular member and the cathode cap, for heating the cathode cap such that hot electrons are emitted from the cathode cap;

A fixing plate mounted to an outer wall of the arc chamber, for fixing the tubular member to be spaced apart from the side wall of the arc chamber; And

And a clamp for securing the filament spaced apart from the tubular member and the cathode cap.

The hot electron emitting assembly of claim 1, wherein the tubular member and the cathode cap are connected to each other via screwing.

The hot electron emitting assembly of claim 1, wherein the tubular member is screwed into and fixed to a hole formed through the fixing plate.

The assembly of claim 1, further comprising an insulating member provided between the arc chamber and the fixed plate to insulate the arc chamber and the fixed plate.

5. The hot electron emitting assembly of claim 4, wherein the insulating member is made of ceramic.

The method of claim 4, further comprising a protective tube provided to surround the insulating member spaced apart from the insulating member to prevent the ionized source gas from forming a conductive layer on the insulating member. Hot electron emission assembly of ion source.

An arc chamber providing a space for ionizing the source gas;

A tubular member extending into the arc chamber through a side wall of the arc chamber, a cathode cap connected to an end of the tubular member extending into the arc chamber, and a space formed by the tubular member and the cathode cap. A filament for heating the negative electrode cap to emit hot electrons from the negative electrode cap, a fixing plate for fixing the outer wall of the arc chamber, and a fixing plate for fixing the tubular member to be spaced apart from a side wall of the arc chamber; A thermoelectron emitting assembly comprising a tubular member and a clamp for securing spaced apart from the cathode cap;

An electron repeller disposed in the arc chamber, facing the hot electron emission assembly, for repelling hot electrons emitted from the hot electron emission assembly back into the arc chamber; And

And a gas supply for supplying the source gas into the arc chamber.