KR20070041231A - 이온 주입 장치 - Google Patents

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김강민
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삼성전자주식회사
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Abstract

이온 주입 장치가 제공된다. 이온 주입 장치는 아크 챔버와, 아크 챔버 내부의 상단부에 형성되며 열전자를 방출하는 캐소드 및 공정 챔버 내부의 하단부에 형성되며 캐소드에서 방출된 열전자를 반사시키는 안티 캐소드를 포함한다.
이온 주입 장치, 캐소드

Description

이온 주입 장치{Apparatus for ion implantation}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치의 이온 발생 장치의 개념도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 이온 발생 장치 110: 아크 챔버
120: 캐소드 130: 필라멘트
140: 필라멘트 전원 150: 안티 캐소드
160: 가스 공급부
본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 안정성이 높아져 생산성을 증가시킬 수 있는 이온 주입 장치에 관한 것이다.
이온 주입(ion implantation)이란, 도핑 시키고자 하는 불순물을 이온화시킨 후 가속시킴으로써, 높은 운동 에너지의 불순물 원자를 웨이퍼 표면에 강제로 주입시키는 기술이다. 이러한 이온 주입 공정은 이온의 주입 위치 및 주입되는 이온의 농도를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 확산 공정과 비교해 이온 주입물의 측면 퍼짐 이 적다는 장점이 있다. 이온 주입 공정은 예를 들어, 소스/드레인 영역을 형성하기 위한 불순물 주입, 게이트 폴리 실리콘 증착 시에 전도성을 향상하기 위한 불순물 주입 또는 문턱 전압을 증가시키기 위한 불순물 주입 등에서 이용된다.
이와 같은 이온 주입 공정은 이온 주입 장치에서 수행된다. 이온 주입 장치에 구비된 이온을 발생시키는 이온 발생 장치에는 이온이 발생되도록 하는 아크 챔버(arc chamber)가 구비된다. 또한, 아크 챔버 내에는 열전자를 방출하는 필라멘트(filament), 필라멘트에서 방출된 열전자에 의해 가열되어 2차로 열전자를 방출하는 캐소드 및 캐소드에서 방출된 열전자를 반사시키는 안티 캐소드가 형성된다.
이온 발생 장치에서는 캐소드와 안티 캐소드는 서로 마주보게 형성되어 있는데, 아크 챔버가 이온 발생 장치 내에 설치되면 캐소드가 하부에, 안티 캐소드가 상부에 형성되게 된다.
이온 발생 장치에서 이온을 생성할 때에, 이온화 과정에서 발생하는 파티클(particle)이 중력에 의해 하부로 떨어지게 된다. 캐소드와 아크 챔버 사이의 공간에 이러한 파티클이 쌓이게 되면 캐소드와 아크 챔버가 연결될 수 있다. 아크 챔버에서는 가스와 전자가 반응하기 때문에 아크 챔버에 설치된 필라멘트와 캐소드 및 안티 캐소드는 아크 챔버와 모두 절연되어야 한다. 따라서, 캐소드와 아크 챔버가 연결되면 캐소드와 아크 챔버가 통전될 수 있어 쇼트가 발생할 수 있다. 따라서, 공정 안정성에 문제가 생길 수 있고, 공정 진행이 느려져 생산성이 저하될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정 안정성이 높아져 생산성을 증가시킬 수 있는 이온 주입 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치는, 아크 챔버와, 상기 아크 챔버 내부의 상단부에 형성되며, 열전자를 방출하는 캐소드 및 상기 공정 챔버 내부의 하단부에 형성되며 상기 캐소드에서 방출된 열전자를 반사시키는 안티 캐소드를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치의 이온 발생 장치의 개 념도이다.
이온 주입 장치는 소스 가스(source gas)와 열전자가 충돌되도록 하여 이온을 발생시키는 이온 발생 장치(100)와 발생되는 이온 중 공정에 필요한 이온만을 추출하는 질량 분석기(미도시)와 추출되는 이온을 가속시켜서 에너지를 갖도록 하는 빔 라인(미도시)과 고에너지를 갖는 이온이 원하는 기판 상에 주입되도록 하는 엔드 스테이션(미도시)이 순차적으로 연결된다.
도 1을 참조하면, 이온 주입 장치는 이온 발생 장치(100)를 포함한다. 이온 발생 장치(100)는 아크 챔버(110), 캐소드(cathode; 120), 필라멘트(filament; 130), 안티 캐소드(anti-cathode; 150) 및 가스 공급부(160)를 포함한다.
아크 챔버(110)에는 상단부에 캐소드(120)가 구비되며, 하단부에는 안티 캐소드(150)가 구비된다. 또한, 아크 챔버(110)의 측면에는 가스 공급부(160)가 구비되어 있어, 아크 챔버(110)는 공급된 가스와 열전자가 충돌하여 이온이 발생할 수 있는 공간을 제공한다.
캐소드(120)는 아크 챔버(110) 상단부에 위치하며, 캐소드(120) 상부에는 필라멘트(130)가 구비된다. 필라멘트(130)에는 필라멘트 전원(140)에서 전원이 공급될 수 있다.
안티 캐소드(150)는 아크 챔버(110) 하단부에 위치하는데 캐소드(120)와 마주보게 위치하며, 마주보는 캐소드(120)보다 면적이 넓은 원판의 형태이다.
가스 공급부(160)는 아크 챔버(110)와 연결되어, 아크 챔버(110) 내부로 이온화되어야 할 가스를 공급한다.
이하, 도 1을 참조하여 이온 발생 장치(100)에서의 이온 발생 공정을 설명한다.
도 1을 참조하면, 필라멘트(130)에 필라멘트 전원(140)에 의해 전원이 공급되면 필라멘트(130)는 열전자를 방출한다. 그러면, 캐소드(130)는 필라멘트에서 방출된 열전자에 의해 가열되어 2차로 열전자를 방출하게 된다. 그러한 2차 열전자는 캐소드(130)와 마주보고 있는 안티 캐소드(150)에 부딪혀 반사되게 되고, 아크 챔버(110) 내부에 열전자가 분포하게 된다. 여기서, 가스 공급부(160)에서 가스가 공급되면, 열전자와 충돌하여 이온을 형성하게 된다.
아크 챔버(110)에서는 가스와 전자가 반응하기 때문에 아크 챔버(110)에 설치된 필라멘트(130), 캐소드(120) 및 안티 캐소드(150)는 아크 챔버(110)와 모두 절연되어야 한다. 도 1에는 이온 발생 장치(100)의 구성 요소가 소정 간격씩 떨어져서 분리됨으로써, 절연되어 있는 도면이 도시되어 있다. 또는, 각 구성 요소를 절연체로 연결하여 절연시킬 수도 있다.
이온 발생 장치(100)에서 이온 발생 공정을 진행하면, 이온화 과정에서 발생하는 파티클들이 중력에 의해 하부로 떨어지게 된다. 이 때, 1에 도시된 바와 같이, 캐소드(120)을 상단부에 위치시키고, 안티 캐소드(150)를 하단부에 위치시키면, 파티클들이 캐소드(120)와 아크 챔버(110) 사이의 공간에 쌓이게 되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 캐소드(120)와 아크 챔버(110)가 연결되어 쇼트되는 것을 막을 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이온 발생 장치(100)의 안티 캐소드(150)는 그 단 면적이 넓은 원판 형태로 이루어져 있어, 파티클이 아크 챔버(110)와 안티 캐소드(150) 사이에 쌓이기 어려운 구조이므로, 캐소드(120)가 하단부에 있는 것보다 안전하게 공정을 진행할 수 있다. 따라서, 공정 안정성이 높아져 생산성을 증가시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 이온 주입 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상이 있다.
첫째, 이온 주입 장치의 이온 발생 장치에서 캐소드를 상단부에 형성하고 안티 캐소드를 하단부에 형성하면 이온화 과정에서 발생하는 파티클들로 인한 캐소드 쇼트가 개선될 수 있다.
둘째, 이온화 과정에서 발생하는 파티클들로 인한 캐소드 쇼트가 개선됨으로써, 공정 안정성이 높아져 생산성을 증가시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 아크 챔버;
    상기 아크 챔버 내부의 상단부에 형성되며, 열전자를 방출하는 캐소드; 및
    상기 공정 챔버 내부의 하단부에 형성되며 상기 캐소드에서 방출된 열전자를 반사시키는 안티 캐소드를 포함하는 이온 주입 장치.
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