KR20070018559A - 이온 주입 장치 - Google Patents

Abstract

이온 발생부가 아크 챔버와 아크 챔버에 이온 소오스 가스를 공급하는 가스 공급부, 이온 인입구를 가지면서 상기 아크 챔버와 일정 전압차를 가지도록 설치되는 샤워 해드;를 구비하여 이루어지는 이온 주입 장치에 있어서,

아크 챔버와 샤워 해드를 절연된 상태로 결합시키도록 아크 챔버와 샤워 해드 사이의 결합부에 개재된 절연체가 비신축성의 경질 절연체인 것을 특징으로 하는 이온 주입장비가 개시된다.

본 발명에 따르면, 해드와 아크 챔버, 아크 챔버와 필라멘트 전원, 필라멘트 전원 내에서의 단락 발생을 방지하여 장비 이용율을 높일 수 있다.

본 발명은 또한, 이온 주입 과장에서 공정이 정상적으로 이루어지지 않아 재작업이나 폐기하는 반도체 기판의 수를 줄일 수 있도록 한다.

Description

이온 주입 장치{ION IMPLANTER}

도1은 본 발명 이온 주입 장치의 전제적이고 개략적 구성예를 나타내는 구성도,

도2는 본 발명의 일 실시예에서의 이온 발생부를 개략적으로 도시한 측단면도,

도3은 본 발명의 일 실시예에서 필라멘트가 인입되는 아크 챔버의 후방 벽면을 나타낸 평면도,

도4a 및 도4b는 도3에서 후방 커버가 제거된 아크 챔버 후방 벽면과, 후방 커버를 각각 나타내는 평면도,

도 5는 후방 커버가 샤워 바디에 결합되는 부분에서 나사 및 스프링 설치를 나타내는 부분 측단면도이다.

※도면 주요 부분에 대한 부호의 명칭

13: 아크 챔버 140: 샤워 바디

15: 샤워 해드 155: 돌출부

157: 절연체 131: 필라멘트

153: 후방 커버 151: 클램프

163: 스프링

본 발명은 이온주입장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼에 주입되는 이온이 발생되고, 축출되는 이온 발생부 구성에 관한 것이다.

이온주입장치에서는 반도체 기판 등 타겟에 이온주입이 이루어진다. 이때, 기판에 형성된 이온주입 마스크의 작용에 의해 반도체 기판의 특정 부위에 불순물 이온이 주입된다. 또한, 불순물 이온이 주입될 때에는 특정 종류의 특정 수준의 에너지를 가진 불순물 이온이 주입된다. 이온주입의 깊이는 주입되는 이온의 에너지에 의해 결정되고, 주입되는 이온량은 이온 빔에 의해 형성되는 전류와 주입 시간에 의해 조절될 수 있다.

이온주입장치는 크게 이온 발생부, 이온 분류부, 이온 가속부, 이온 주입부로 나뉠 수 있다. 그리고, 이온 주입 장치의 이온 발생부에서는 외부에서 투입되는 불순물 가스를 이온화하기 위해 열전자가 이용된다. 열전자는 전원에 연결된 필라멘트가 가열되면서 캐소드에서 방출된다. 열전자는 외부에서 관을 통해 유입된 불순물 소오스 가스 입자와 충돌하여 가스 일부를 이온 상태로 만들게 된다. 이온화된 가스는 하전되어 있으므로 아크 챔버의 벽체와 샤워 해드 사이에 인가된 전압차에 의해 아크 챔버로부터 샤워 해드로 축출된다.

아크 챔버 벽체나 샤워 해드의 벽체가 모두 도전성 금속으로 통상 이루어지므로 아크 챔버와 샤워 해드 벽체를 기계적으로 결합시킬 때 절연이 이루어져야 한 다. 아크 챔버의 벽체와 샤워 해드는 통상 외면이 금속재질로 이루어지므로 계면에 절연체를 설치하지 않으면 아크 챔버 벽체와 샤워 해드는 닿는 부분에서 단락을 일으키기 쉽다. 단락이 일어나면 축출 전압이 낮아져 불순물 이온을 적당량 적당한 속도로 샤워 해드 내로 축출하기 어려워진다. 단락의 정도가 커지면 불순물 이온이 전혀 축출되지 않을 수도 있다.

한편, 아크 챔버는 필라멘트가 설치되는 후방 벽체 부분과 통공이 형성된 상태로 필라멘트가 장착된 후방 벽체 부분을 덮는 전방 커버로 이루어질 수 있다. 통공은 샤워 해드의 이온 인입구와 대향되어 불순물 이온의 축출 경로가 된다. 필라멘트에는 전원이 연결되어야 하고, 아크 챔버 벽체는 샤워 해드와 일정 전압차를 유지하여야 하므로 필라멘트 및 그 전원은 아크 챔버 다른 벽체 부분과 절연되어야 한다.

그런데, 볼트나 스크류 등에 의해 기계적으로 결합되는 샤워 해드와 아크 챔버 사이의 절연을 담당하는 수지 필름은 신축되고, 손상되기 쉬워 샤워 해드와 아크 챔버를 연결하는 절연피복된 볼트 등이 강하게 죄어지면 얇아진 수지 필름을 통해 미세 단락이 일어날 수 있다. 특히, 일부 손상이 되면 볼트를 강하게 죌 때 샤워 해드와 아크 챔버가 직접 닿아 단락을 일으킬 수 있어 문제가 된다.

또한, 아크 챔버의 후방 벽체 뒤쪽에서 필라멘트의 두 끝단을 잡아주는 클램프는 서로 닿아서는 안되고, 클램프 주변의 도체 구조물들과 닿을 경우에도 이들 구조물을 통한 단락의 가능성이 있으므로 문제가 된다. 특히, 후방 벽체 뒤쪽에서 클램프를 외부로부터 보호하는 후방 커버는 후방 벽체 혹은 다른 구조물에 볼트로 결합되는 데 절연을 위해 후방 벽체와 후방 커버 사이에 절연체가 개재된다. 그러나, 결합 볼트가 강하게 죄어질 경우, 클램프 자체의 변형이 있거나 후방 커버의 변형이 있으면 후방 커버를 통해 필라멘트의 두 끝단을 전원과 연결하는 클램프 사이에 단락이 발생하거나, 후방 커버를 통해 필라멘트 전원과 아크 챔버 사이의 절연이 깨어져 문제가 된다.

이런 문제가 생기면 이온 발생부에서 이온이 정상적으로 발생되지 않아 이온 주입 공정이 이루어지지 않게 된다. 이런 문제를 다시 발견하고, 보수 처치를 하기 위해서는 고가의 장비 운용을 중단하게 되므로 공정 비용에 큰 손해가 되고, 처치 자체를 위한 공정 비용이 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 해드와 아크 챔버, 아크 챔버와 필라멘트 전원, 필라멘트 전원 내에서의 단락 발생을 방지하여 장비 이용율을 높일 수 있는 이온 발생부를 가진 이온 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 이온 주입 과장에서 공정이 정상적으로 이루어지지 않아 재작업이나 폐기하는 반도체 기판의 수를 줄일 수 있는 이온 발생부 구성을 가진 이온 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 그 일 측면에 따르면, 이온 발생부, 이온 분류부, 이온 가속부 및 이온 주입부를 구비하며, 상기 이온 발생부는,

캐소드 및 상기 캐소드를 가열하되 벽체와 절연되게 설치되는 필라멘트를 구비하는 아크 챔버;

상기 아크 챔버에 이온 소오스 가스를 공급하는 가스 공급부;

이온 인입구를 가지면서 상기 아크 챔버와 일정 전압차를 가지도록 설치되는 샤워 해드;를 구비하여 이루어지는 이온 주입 장치에 있어서,

상기 아크 챔버와 상기 샤워 해드는 서로 절연된 상태로 결합되고, 절연을 위해 상기 아크 챔버와 상기 샤워 해드 사이의 결합부에 개재된 절연체가 비신축성의 경질 절연체인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 비신축성의 경질 절연체는 알루미나와 같은 절연성인 세라믹 소재로 이루어질 수 있다. 절연체는 또한, 비탄성, 내마모성을 가져 오랜 사용에도 잘 손상되지 않는 내구성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 절연체는 또한, 볼트를 강하게 조일 경우에도 쉽게 파손되지 않도록 압축강도가 높을 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 이온 발생부, 이온 분류부, 이온 가속부 및 이온 주입부를 구비하며, 상기 이온 발생부는,

캐소드 및 상기 캐소드를 가열하되 벽체와 절연되게 설치되는 필라멘트를 구비하는 아크 챔버;

상기 아크 챔버에 이온 소오스 가스를 공급하는 가스 공급부;

이온 인입구를 가지면 상기 아크 챔버와 일정 전압차를 가지도록 설치되는 샤워 해드;를 구비하여 이루어지는 이온 주입 장치에 있어서,

상기 필라멘트가 접속된 부분의 벽체 후방에서 상기 필라멘트의 두 끝단을 잡아 전원과 접속시키는 클램프, 상기 클램프의 필라멘트 접속단을 커버하도록 상기 벽체 후방에 절연재를 개재하여 나사 결합되는 후방 커버가 구비되고, 상기 후방 커버와 상기 절연재 혹은 상기 후방 커버와 상기 벽체 사이에는 스프링과 같은 탄성 이격 부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 이온 주입 장치의 한 개략적 구성예를 나타내는 구성도이다.

도1에 도시된 이온 주입 장치의 한 예를 통해 각 부분에서 이루어지는 작용을 살펴본다. 먼저, 이온주입장치는 크게 이온 발생부, 이온 분류부, 이온 가속부, 이온 주입부로 나뉠 수 있다. 이온 발생부(10)는 불순물 주입을 위한 불순물 이온이 발생하고 초기 가속되어 이온 분류부(20)로 공급되기 까지의 작용부이다. 이온주입을 위해서는 먼저 아크 챔버(13)에서 원하는 불순물이 이온 형태로 형성된다. 이온화된 불순물은 아크 챔버(13)와 샤워 해드(15)에 걸린 전압차에 의해 생긴 전계의 작용으로 축출된다. 축출되는 이온들은 일차로 가속된다.

가속된 이온들 가운데 다른 종류의 이온을 분리하기 위해 축출된 이온들은 이온 분류부(20)를 이루는 자기 분석기(magnetic analyzer:21)를 거치게 된다. 자기 분석기(21)에서는 자기장에 의해 이온 빔의 방향전환이 이루어진다. 이때, 이온의 질량수에 의해 불순물의 종류에 따라 전환 각이 달라진다. 따라서, 일정 각도 범위로 전환된 이온들을 슬릿을 통해 여과시켜 원하는 불순물 이온 빔을 얻을 수 있다. 여과된 불순물 이온 빔은 이온 가속부(30)에 투입된다.

이온 가속부(30)에서는 설치된 전극(31)이 원하는 깊이로 불순물 이온을 타겟의 반도체 기판에 주입시키기 위해 이온 빔을 높은 에너지로 가속시킨다. 가속된 불순물 이온 빔은 기판이 장착된 이온 주입부(40)의 이온주입 챔버로 들어가 기판(45)에 주입된다. 기판은 이온주입 챔버에서 통상 플래튼(platen:43)이라 불리는 회전 디스크에 장착된다. 이러한 과정은 일정 에너지를 가진 불순물이 경로상에서 에너지를 잃지 않도록 고진공 분위기에서 이루어진다.

한편, 이러한 이온 빔의 경로 가운데 몇 곳에서 이온 빔에 의해 형성되는 전류를 통해 전기 플럭스 (electric flux) 혹은 도즈(dose)를 측정할 수 있는 측정기를 가지고 있는 패러데이 컵(Faraday Cup:23) 혹은 패러데이 케이지(Faraday cage)가 형성될 수 있다.

도2는 본 발명의 일 실시예에서의 이온 발생부를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도시된 바에 따르면 이온 발생부는 샤워 해드(15), 아크 챔버(13), 샤워 바디(140)를 구비하여 이루어진다. 별도의 샤워 바디 없이 아크 챔버와 샤워 해드가 직접 결합되는 경우도 상정할 수 있다. 본 실시예에서 샤워 바디(140)는 아크 챔버(13)로 연결되는 가스 공급관(미도시)이 내장되어 가스 공급부의 일부를 이룬다.

아크 해드는 후방 벽체(139)와 전방 커버(135)를 구비하고, 전방 커버에는 캐소드(133) 나온 전자가 축출될 수 있도록 홀(137)이 형성되어 있다. 필라멘트 (131)는 절연체에 의해 절연을 유지한 상태로 후방 벽체(139)에 설치된다.

실린더형 샤워 해드(15)에는 외벽이 내측으로 오목한 홈(153) 부분이 있고, 그 가운데 이온 인입구(151)가 형성된다. 오목한 홈 상하(도면상 좌우)로는 돌출부(155)가 형성된다. 돌출부(155) 면에는 절연체(157)가 설치되고, 나사구멍이 형성되어 있다. 절연체(157)는 종래와 달리 단단하고, 압축 강도가 높은 알루미나 등의 세라믹 절연체로 이루어진다.

따라서, 샤워 해드(15)와 샤워 바디(140)를 체결하는 나사가 조여지는 경우에도 절연체가 극도로 얇아지거나 손상되어 샤워 바디와 샤워 해드가 단락되는 것을 방지할 수 있다. 이때 샤워 바디는 별도로 형성되지 않을 수도 있고, 아크 챔버와 직결된다는 의미에서 결국, 일정 전위차가 인가되는 아크 챔버(13)와 샤워 해드(15) 사이에서 두 부분이 전기적으로 단락되는 위험을 많이 줄일 수 있다.

한편, 도3을 참조하면, 필라멘트가 인입되는 아크 챔버의 후방 벽면을 볼 수 있다. 후방 벽면은 필라멘트가 인입되는 절연부와 필라멘트를 잡아주는 클램프가 보이지 않도록 후방 커버가 설치되어 있다.

도4a 및 도4b를 참조하면, 아크 챔버 후방 벽체(139) 영역 내에서 두 쌍의 클램프(151)에 파지된 필라멘트(131)의 두 끝단을 볼 수 있다. 클램프(151)를 통해 필라멘트에 전류가 흐르면 열이 방출되고, 인근의 캐소드(도2의 133)를 자극하여 캐소드에서 전자가 방출되도록 한다.

아크 챔버의 후방 벽체(139)와 후방 커버(153), 아크 챔버가 결합된 샤워 바디(140) 모두가 통상 금속 도체로 이루어지므로 필라멘트에 전류를 공급하는 클램 프(151)가 필라멘트(131)의 단부가 후방 커버를 통해 아크 챔버 벽체와 단락되거나, 기타 부분이 필라멘트에 전류를 공급하는 두 쌍의 클램프를 단락시키면 문제가 된다. 따라서, 후방 커버(153)가 샤워 바디(140)와 체결되는 부분에는 절연체(155)가 설치된다. 그러나, 이런 절연체가 있어도, 나사가 심하게 조여질 경우, 절연체 손상에 의해 단락이 발생할 수도 있으며, 후방 커버가 외력에 의해 조금만 변형되어도 나사를 완전히 죄면 후방 커버를 통해 클램프나 필라멘트 단부가 닿아 다른 부분들과 쇼트를 유발하는 경우가 많았다.

따라서, 본 발명에서는 도5와 같이 후방 커버(153)가 샤워 바디와 체결되는 부분의 체결 나사(161) 주변에 스프링(163) 등 탄성 이격 부재를 설치하여 나사가 조여지는 것을 조절할 수 있도록 한다. 이런 경우, 나사가 어느 정도 조여지면 후방 커버는 샤워 바디와 체결된 상태를 유지하면서, 한편으로 후방 커버와 샤워 바디가 일정 간격을 가지고 이격되도록 하는 역할을 한다. 따라서, 나사가 완전히 조여지지 않는 한, 후방 커버와 샤워 바디는 체결을 유지하면서도 약간 떨어져 후방 커버가 필라멘트 단부나 클램프와 닿는 것을 어느 정도 방지할 수 있도록 한다.

한편, 스프링은 절연성 스프링을 사용하는 것이 불측의 단락 등 문제를 막기 위해 바람직하다.

본 발명에 따르면, 해드와 아크 챔버, 아크 챔버와 필라멘트 전원, 필라멘트 전원 내에서의 단락 발생을 방지하여 장비 이용율을 높일 수 있다.

본 발명은 또한, 이온 주입 과장에서 공정이 정상적으로 이루어지지 않아 재작업이나 폐기하는 반도체 기판의 수를 줄일 수 있도록 한다.

Claims (5)

1. 이온 발생부, 이온 분류부, 이온 가속부 및 이온 주입부를 구비하며,

   상기 이온 발생부는, 캐소드 및 상기 캐소드를 가열하되 벽체와 절연되게 설치되는 필라멘트를 구비하는 아크 챔버;

   상기 아크 챔버에 이온 소오스 가스를 공급하는 가스 공급부;

   이온 인입구를 가지면서 상기 아크 챔버와 일정 전압차를 가지도록 설치되는 샤워 해드;를 구비하여 이루어지는 이온 주입 장치에 있어서,

   상기 아크 챔버와 상기 샤워 해드는 서로 절연된 상태로 결합되고, 절연을 위해 상기 아크 챔버와 상기 샤워 해드 사이의 결합부에 개재된 절연체가 비신축성의 경질 절연체인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   본 발명에서 비신축성의 경질 절연체는 절연성인 세라믹 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장비.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 세라믹 소재는 알루미나(Al₂O₃)인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장비.
4. 이온 발생부, 이온 분류부, 이온 가속부 및 이온 주입부를 구비하며,

   상기 이온 발생부는, 캐소드 및 상기 캐소드를 가열하되 벽체와 절연되게 설치되는 필라멘트를 구비하는 아크 챔버;

   상기 아크 챔버에 이온 소오스 가스를 공급하는 가스 공급부;

   이온 인입구를 가지면 상기 아크 챔버와 일정 전압차를 가지도록 설치되는 샤워 해드;를 구비하여 이루어지는 이온 주입 장치에 있어서,

   상기 필라멘트가 접속된 부분의 상기 아크 챔버의 벽체 후방에서 상기 필라멘트의 두 끝단을 잡아 전원과 접속시키는 클램프, 상기 클램프의 필라멘트 접속단을 커버하도록 상기 벽체 후방에 절연재를 개재하여 나사 결합되는 후방 커버가 구비되고,

   상기 후방 커버와 상기 절연재 혹은 상기 후방 커버와 상기 벽체 사이에는 탄성 이격 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 탄성 이격 부재는 볼트에 의해 관통되는 압축 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.

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