KR20070107098A - 이온 주입기에서 사용하기 위한 이온 소스 - Google Patents

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Abstract

이온 주입기는 소스, 워크피스 지지부 및 이온을 소스로부터 워크피스 지지부를 포함하는 주입 챔버로 전달하는 트랜스포트 시스템을 갖는다. 이온 소스는 트랜스포트 시스템으로 이온 경로를 정하는 출구를 한정하는 호형 챔버 내로 경로가 정해진 소스 물질을 이온화시키고, 호형 챔버에 부착된 호형 챔버 플랜지를 포함하며, 소스로부터 가스를 수용하는 가스 입구 및 호형 챔버 내로 열리는 가스 출구를 한정하는 제1 표면을 포함한다. 호형 챔버 지지부는 가스 입구의 영역에서 호형 챔버 플랜지의 제1 표면을 밀봉으로 맞물리는 정합 표면을 갖는 지지부 플랜지를 포함하고 가스 입구와 일직선으로 정렬된 통로를 더 포함한다. 가스 공급 라인은 가스 소스로부터 지지부 플랜지의 통로를 통해 상기 호형 챔버 플랜지의 가스 입구로 가스 경로를 정한다.
이온 주입기, 호형 챔버, 지지부, 지지부 플랜지

Description

이온 주입기에서 사용하기 위한 이온 소스{ION SOURCE FOR USE IN AN ION IMPLANTER}
본 발명은 일반적으로 반도체 프로세싱 장비에 관한 것이고, 특히, 이온 소스 및 상기 주입기용 이온 소스에 관한 것이다.
이온 주입기는 실리콘 웨이퍼와 같은 워크피스를 처리하는데 사용하기 위한 것이라고 공지되었다. 이러한 웨이퍼가 이온 빔으로 충격을 가할 때, 실리콘 웨이퍼가 이온 불순물로 선택적으로 도핑되어 웨이퍼의 원래 실리콘 물질로부터 반도체 물질을 생성한다. 이런 웨이퍼를 사용하여 복잡한 집적 회로를 생성한다고 널리 공지되었다. 소형의 회로 소자는 선택적으로 실리콘의 노출을 제한하여 이온 소스로부터 나온 이온으로 충격을 가하는 마스크 기술(masking techniques)을 사용하여 생성된다.
이온 주입기는 일반적으로 그들의 의도된 사용에 따라 여러 카테고리로 존재한다. 한 클래스의 주입기는 적절하게 형성된 이온 빔을 통해 이동되는 다수의 웨이퍼를 지지하는 지지부를 갖는다. 다른 주입기는 동시에 하나의 웨이퍼를 처리하거나 프로세싱한다. 소위 일련의 주입기에서, 단일 웨이퍼는 이온 소스로부터 나온 박막 리본형 빔을 통해 앞뒤로 병진시키는 지지부에 고정된다.
두 개의 유형의 주입기는 전형적으로 바론과 같은 소스 물질을 기체 또는 고체 상태로 이온화시키고, 선택적으로 결과적인 이온 종을 가속화시켜 필터링하여 제어된 도우즈(dose) 및 에너지를 갖는 리본형 빔 또는 연필형 빔을 형성하는 이온 소스를 포함한다. 전형적인 이온 소스는 이온 주입기용 고주파수 대체 아이템이다. 소스는 소스 물질이 호(arc)형 챔버 내에 고정된 필라멘트에 의해서 이온화되는 호형 챔버를 포함한다. 호형 챔버로부터 추출되어 가속되는 이온의 플라즈마가 생성된다. 기체 소스 물질을 사용하는 챔버에서, 가스는 대기압의 소스로부터 대기중 보다 기압이 낮은 호형 챔버로 챔버 내에서 경로가 정해져야만 한다. 종래 기술에서, 호형 챔버가 교체될 때, 대기압으로의 밀봉체는 가스 소스 및 호형 챔버 사이에서 열린다.
본원은 이온 소스에 관하여 위치된 워크피스 지지부를 갖는 반도체 프로세싱 장비와의 사용을 위해 가장 바람직한 이온 소스 및 소스로부터 워크피스 지지부로 이온을 전달하는 트랜스포트 시스템에 관한 것이다.
이온 소스는 호형 챔버 내로 경로가 정해진 이온 물질을 이온화시키고, 호형 챔버에 부착된 호형 챔버 바디를 포함하고, 소스로부터의 가스를 수용하는 가스 입고 및 호형 챔버로 열린 가스 출구를 포함하고, 가스 입구의 영역에서 호형 챔버 바디를 밀봉하여 맞물리게 하는 호형 챔버 지지부를 포함하며, 가스 소스로부터 가스 입구로 가스의 경로를 정하는 가스 공급 라인을 포함하는 호형 챔버를 포함한다.
개시된 이온원은 소스의 교체를 쉽게 하여 이온 주입기가 오랫동안 정지하는 것을 피한다. 개시된 실시예의 이런 장점 및 특징과 다른 장점 및 특징이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도1은 본 발명에 따라 구성된 이온 주입기의 개략도;
도2는 이온 소스 호형 챔버의 측입면도;
도3은 도2의 이온 소스 호형 챔버의 하부도;
도4는 도3의 평면(4-4)에서 보여지는 부분도;
도5는 이온 소스 호형 챔버의 측입면도;
도6은 이온 소스 호형 챔버의 상부도;
도7은 호형 챔버 지지부의 측입면도;
도8은 도7의 지지부의 하부도;
도9는 도8의 평면(9-9)에서 보여지는 부분도;
도10은 도7의 지지부의 측면도;
도11은 도7의 고정 플랜지(flange)의 상부도;
도12는 서로 맞물린 호형 챔버 및 지지부의 측면도;
도13은 도12의 도면의 평면도;
도14는 도13의 평면(14-14)에서 보여지는 부분도; 및
도15는 호형 챔버의 교체 동안 분리되는 호형 챔버 및 챔버 지지부를 도시하는 부분도.
도1은 터미널(12), 빔라인 어셈블리(14) 및 단부 스테이션(16)을 포함하는 전형적인 이온 주입 시스템(10)의 개략도이다. 터미널(12)은 이온빔(30)을 생성하여 빔라인 어셈블리(14)로 향하게 하는 이온 소스(18)를 포함한다. 소스(18)는 소스 하우징(22)에 고정된다. 적합한 소스 물질은 가스 공급 라인(26)을 통해 가스 소스(31)에 의해 전달되는 가스이다.
빔라인 어셈블리(14)는 자기장이 단부 스테이션(16)의 워크피스(40)(예컨대, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 등)로 해상 조리개(resolving aperture)(34)를 통해 적합한 전하-대-질량 비의 이온만을 통과시키도록 설정되는 질량 분석기(28) 및 빔 유도장치(32)로 구성된다. 이온 소스(18)는 소스(18)로부터 추출되고 이온 빔(30)으로 형성되는 대전된 이온을 생성하는데, 이는 빔라인 어셈블리(14)의 빔 경로를 따라 단부 스테이션(16)으로 방향 지어진다. 이온 빔 경로는 이온이 공기 분자와의 충돌을 통해 빔 경로로부터 편향될 가능성을 감소시키도록 비워지는 것이 전형적이다.
저에너지 주입기는 전형적으로 약 80-100keV에 이르는 수천 전자볼트(keV)의 이온 빔을 제공하도록 디자인되지만, 고에너지 주입기는 높은 에너지, 전형적으로는 수백 keV로 질량 분석된 빔(30)을 가속시키기 위해서 질량 분석기(28) 및 단부 스테이션(16) 사이에서 선형 가속 장치(lanac)(도시되지 않음)를 사용할 수 있고, 여기서, DC 가속이 또한 가능할 수 있다. 고에너지 이온 주입은 공통적으로 워크피스(40)에서 깊은 주입을 위해 사용된다. 반대로, 높은 전류, 고에너지 이온 빔(30) 이 전형적으로 높은 도우즈, 얕은 깊이 이온 주입을 위해 사용된다.
여러 행태의 단부 스테이션(16)이 주입기에서 보여진다. "배치(batch)" 유형의 단부 스테이션은 회전 지지 구조상에서 다수의 워크피스(40)를 동시에 지지할 수 있고, 상기 워크피스(40)들은 모든 워크피스가 완전히 주입될 때까지 이온 빔의 경로를 통해 회전된다. 반면, "시리얼" 유형의 단부 스테이션은 주입을 위해 빔 경로를 따라 단일 워크피스(40)를 지지하고, 이로써, 다수의 워크피수(40)는 일련의 방법으로 차례로 주입되는데, 상기 각각의 워크피스(40)는 다음 워크피스(40)의 주입이 시작하기 전에 완전히 주입된다.
도1의 예시적인 주입 시스템(10)은 시리얼 단부 스테이션(16)을 포함하는데, 여기서 빔라인 어셈블리(14)는 상대적으로 좁은 프로파일(예컨대, "연필형" 빔)을 갖는 이온 빔(30)을 수신하는 측부 스캐너(36)를 포함하고, 적어도 워크피스(40)만큼 넓은 효율적인 X-방향 폭을 갖는, 신장된 "리본형" 프로파일의 밖에서 안으로 빔(30)을 확산시키도록 X-방향으로 앞뒤로 빔(30)을 스캔한다. 그 후에 리본 빔(30)은 일반적으로 워크피스(40)를 향하여 x-방향에 병렬로 리본 빔을 향하게 하는 병렬화기(parallelizer)(38)를 통과한다(예컨대, 병렬화된 빔(30)이 일반적으로 워크피스 표면에 수직이다). 워크피스(40)는 다른 직교 방향(예컨대, 도1의 페이지 안팎 방향인 "Y" 방향)으로 기계적으로 변환되고, 기계적인 액추에이션 장치(도시되지 않음)는 스캐너(36)에 의해 스캐닝하는 X-방향 빔 동안에 Y-방향으로 워크피스를 변환시킴으로써, 빔(30)이 워크피스(40)의 전체 노출된 표면상에 부딪힌다. 따라서 각이 있는 주입을 위해서, 빔(30) 및 워크피스(40)의 상대적인 방향이 조정 될 수 있다.
이온 소스
도2 내지 도15는 이온 소스(18)의 부가적인 세부 사항을 개시한다. 소스는 호형 챔버 내로 전달되는 이온 물질을 이온화시키는 호형 챔버(110)를 포함한다. 플라즈마는 필라멘트(도시되지 않음) 또는 다른 에너지 소스에 의해 챔버 내에서 생성된다. 챔버(110)는 영역(112)을 경계 짓고, 영역 내의 이온이 빠져나가 단부 스테이션으로의 이동 경로를 따라 가속되도록 허용하는 출구(114)를 한정한다. 호형 챔버 플랜지(flange)(120)는 호형 챔버에 부착되고, 가스 소스(30)로부터의 이온화할 수 있는 가스를 수용하는 가스 입구(124)를 한정하는 제1 표면(122)을 포함한다. 플랜지(120)에 커플링된 튜브(126)는 입구로부터 호형 챔버 내부(112)로 열리는 가스 출구(130)로 가스 경로를 정한다. 호형 챔버(110) 및 호형 챔버가 접속되는 플랜지(120)는 단위 시간 기간에 교체할 수 있다.
호형 소스(18)에 대한 소스 하우징(22)은 가스 입구(124)의 영역을 중심으로 챔버 플랜지의 제1 표면(122)을 밀봉으로 맞물리는 정합 표면(conforming surface)(144)을 갖는 소스 플랜지(20)를 포함한다. 플랜지(142)는 가스 입구와 일직선으로 정렬된 통로(146)를 포함한다. 가스 공급 라인(26)은 가스 소스(30)로부터 통로(146)를 통해 호형 챔버 플랜지의 가스 입구 내로 가스 경로를 정한다.
플랜지(142)는 호형 챔버를 떠나는 이온의 이동 경로를 둘러싸는 신장된 튜브(152)에 의해 소스 하우징(22) 내에서 지지된다. 신장된 튜브(152)는 하우징(22)의 내벽에 부착된다. 호형 챔버 플랜지(120) 및 지지 플랜지(142)는 호형 챔버를 중심으로 원주형으로 신장한다. 두 개의 플랜지는 튜브(152) 내의 이온 주입기의 영역에서 진공을 유지하는데 도움이 되는 원주형 밀봉체 영역을 따라 서로 맞물린다. 플랜지(120,142)의 외부는 주입기의 동작 동안 대기압으로 유지된다. 예시적인 실시예에 따라, 원주형 밀봉체 영역은 플랜지 표면(122)이상으로 약간 신장하는 플랜지(120)의 글루브(groove)에 위치된 O-링 밀봉체(162)에 의해 구현된다. 입구 포트(124)는 O-링 밀봉체(162)의 내부 방사형으로 향하고, 플랜지 표면(122)이상으로 약간 신장하는 글루브의 지름이 더 작은 O-링(163)에 의해 둘러싸인다.
도12는 지지부에 고정된 호형 챔버를 갖는 두 개의 플랜지를 도시한다. 위치 지정 핀(154,156)은 밀봉체(162,163)를 지지 플랜지와 정확히 결합시킨다. O-링 밀봉체(162)에 의해 성취되는 원주형 밀봉체는 대기로부터 높은 진공을 격리시키고 누출이 매우 적어야만 하는 대기 밀봉체이다. O-링(163)에 의해 유지되는 입구(124)를 중심으로 하는 밀봉체는 저압 밀봉체이다. 가스 라인(150)을 통해 호형 챔버내로의 가스 흐름에 의해 만들어지는 압력 차를 극복해야만 한다. 이런 밀봉체 도처의 몇 퍼센트의 손실은 이들이 프로세스 가스의 손실에 이를 때까지 허용할 수 있지만, 전체 주입기 수행을 감소시키지는 않는다. O-링(163)에 의해 성취되는 밀봉체는 적합한 품질일 수 있다.
호형 챔버는 종종 교환되는 높은 웨어 아이템(wear item)이다. 호형 챔버 교체 동안에, 적어도 하나의 가스 라인 접속이 열려야만 한다. 개시된 실시예에 따라, 두 개의 밀봉체(162,163)를 중심으로 접속이 열린다. 외부 가스 라인은 플랜지(142)에 접속된 상태를 유지하고, 가스 접속에 필요로 되는 높음 품질의 밀봉체 의 등급이 낮아지지 않는다. 사용 동안, 두 개의 플랜지는 진공으로 펌핑하는 동안 밀봉을 개시하는 O-링(162,163)을 압축하는 적합한 패스너(fastener)(도시되지 않음)에 의해 모두 유지된다. 호형 챔버가 교체될 때, 이러한 패스너는 느슨해지고 튜브(152) 내의 볼륨이 가스 공급 라인(26)을 제거하지 않고 호형 챔버의 제거 및 교체를 허용하도록 배출된다.
본 발명은 특정한 정도로 설명되었다. 그러나 본 발명은 첨부된 청구항의 정신 또는 범위 내에 존재하는 개시된 디자인으로부터 모든 수정 및 대체를 포함한다.

Claims (14)

  1. 소스, 워크피스 지지부 및 상기 소스로부터 상기 워크피스 지지부 영역까지 이온을 전달하는 트랜스포트 시스템을 갖는 반도체 프로세싱 장비에서 사용하기 위한 장치에 있어서,
    호형 챔버 내로 경로가 정해진 소스 물질을 이온화시키고, 상기 호형 챔버에 부착된 호형 챔버 바디를 포함하며, 소스로부터 가스를 수용하는 가스 입구 및 호형 챔버 내부로 열리는 가스 출구를 포함하는, 호형 챔버; 및
    상기 가스 입구의 영역에서 상기 호형 챔버를 밀봉으로 맞물리며, 가스 소스로부터 상기 가스 입구로 가스 경로를 정하는 가스 공급기를 포함하는, 호형 챔버 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 호형 챔버 바디가 상기 가스 입구의 영역에 상기 호형 챔버 지지부의 정합 표면을 맞물리는 일반적으로 평면 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 호형 챔버 바디의 평면 표면 및 상기 가스 입구를 중심으로 상기 호형 챔버 지지부의 정합 표면 사이에서 맞물림을 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 호형 챔버 바디 및 상기 호형 챔버 지지부는 상기 호형 챔버의 외부 방사형인 원주형 영역을 따라 서로 맞물린 제1 및 제2 플랜지를 외부로 신장시키는 것을 포함하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 평면 및 정합 평면들 중 하나에 의해 맞물려질 때, 압축하는 상기 플랜지들 중 하나에 의해 지지되는 유연한 물질로 된 밀봉체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 가스 입구를 중심으로 하는 제1 및 제2 플랜지 사이의 맞물림을 밀봉하는 유연한 요소로 된 밀봉 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 소스, 워크피스 지지부 및 상기 소스로부터 상기 워크피스 지지부 영역까지 이온을 전달하는 트랜스포트 시스템을 갖는 반도체 프로세싱 장비에서 사용하기 위한 장치에 있어서,
    트랜스포트 시스템으로의 이온 경로를 정하는 출구를 한정하는 호형 챔버 내로 경로가 정해진 소스 물질을 이온화시키고, 상기 호형 챔버에 부착된 호형 챔버 플랜지를 포함하며, 소스로부터의 가스를 수용하는 가스 입구 및 호형 챔버 내부로 열리는 가스 출구를 한정하는 제1 표면을 포함하는, 호형 챔버;
    상기 가스 입구의 영역에서 상기 호형 챔버 플랜지의 제1 표면을 밀봉으로 맞물리며 상기 가스 입구와 일직선으로 정렬되는 통로를 더 포함하는 정합 표면을 갖는 지지 플랜지를 포함하는, 호형 챔버 지지부; 및
    가스 소스로부터 상기 지지부 플랜지의 통로를 통해 상기 호형 챔버 플랜지의 가스 입구로 가스 경로를 정하는, 가스 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 호형 챔버 지지부가 상기 호형 챔버 출구를 빠져나가는 이온을 둘러싸는 신장부를 포함하는데, 여기서 상기 호형 챔버 플랜지 및 지지부 플랜지가 상기 호형 챔버를 중심으로 원주형으로 신장하고 상기 원주형 밀봉 영역의 한 측 상의 이온 주입기의 진공 영역 및 상기 원주형 밀봉 영역의 다른 측 상의 대기압을 유지시키는 원주형 밀봉 영역을 따라 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 원주형 밀봉 영역이 상기 플랜지들 중 하나의 글루브의 O-링 밀봉체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 이온 소스에 있어서,
    호형 챔버 내로 경로가 정해진 소스 물질을 이온화시키고, 상기 호형 챔버에 부착된 호형 챔버 바디를 포함하며, 소스로부터 가스를 수용하는 가스 입구 및 호형 챔버 인테리어 내로 열리는 가스 출구를 포함하는, 호형 챔버; 및
    가스 입구의 영역에서 호형 챔버 바디를 밀봉으로 맞물리고, 가스 소스로부터 가스 입구로 가스 경로를 정하는 가스 공급 라인을 포함하는, 호형 챔버 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
  11. 이온 소스에 있어서,
    트랜스포트 시스템으로의 이온 경로를 정하는 출구를 한정하는 호형 챔버 내로 경로가 정해진 소스 물질을 이온화시키고, 상기 호형 챔버에 부착된 호형 챔버 플랜지를 포함하며, 소스로부터의 가스를 수용하는 가스 입구 및 호형 챔버 내부로 열리는 가스 출구를 한정하는 제1 표면을 포함하는, 호형 챔버;
    상기 가스 입구의 영역에서 상기 호형 챔버 플랜지의 제1 표면을 밀봉으로 맞물리며 상기 가스 입구와 일직선으로 정렬되는 통로를 더 포함하는 정합 표면을 갖는 지지 플랜지를 포함하는, 지지부; 및
    가스 소스로부터 상기 지지부 플랜지의 통로를 통해 상기 호형 챔버 플랜지의 가스 입구로 가스 경로를 정하는, 가스 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 이온 소스.
  12. 소스, 워크피스 지지부 및 상기 소스로부터 상기 워크피스 지지부 영역까지 이온을 전달하는 트랜스포트 시스템을 갖는 반도체 프로세싱 장비에서 사용하기 위한 방법에 있어서,
    지지부의 영역이 이온의 이동 경로를 경계 짓고, 이동 경로를 경계 짓는 영역으로부터 외부 방사형으로 지지부 플랜지를 포함하고, 상기 지지부 플랜지를 통해 신장하는 가스 통로를 포함하도록 지지부를 위치시키는 단계;
    상기 지지부 플랜지의 통로로 이온화 가스 경로를 지정하는 도관(conduit)을 제공하는 단계; 및
    상기 호형 챔버의 가스 입구가 상기 지지부 플랜지와 일직선으로 정렬되도록 상기 지지부로 가스를 이온화시키는 소스 호형 챔버를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 호형 챔버의 가스 입구 및 상기 지지부 플랜지 사이의 맞물림을 밀봉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 호형 챔버가 상기 지지부 플랜지의 주변을 중심으로 상기 지지부 플랜지를 맞물리는 호형 챔버 플랜지를 포함하고, 상기 주변 영역의 상기 지지부 플랜지 및 상기 호형 챔버 플랜지 사이의 맞물림을 밀봉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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