KR20090055710A - 이온주입공정의 이온발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온발생장치의 대기(Idle) 시 이온소스의 가열온도를 낮게 유지시켜 소스가스에 의한 산화작용을 억제해줌으로써 소스 라이프 타임(Source Life Time)을 증가시킬 수 있도록 한 이온주입공정의 이온발생장치에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은 가스공급부와 출구가 형성되는 아크챔버와, 상기 아크챔버 내부에 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트에서 방출된 열전자에 의해 가열되어 2차로 열전자를 방출하는 캐소드와, 상기 캐소드를 지지하는 지지부재와, 상기 캐소드에서 방출된 열전자를 반사시킬 수 있도록 대향되게 설치된 리펠러를 포함하여 이루어진 이온발생장치에 있어서, 상기 이온발생장치의 대기 시 상기 아크챔버 내부의 산화작용을 억제하여 부식을 방지할 수 있도록 이온소스의 가열온도를 200~300℃ 사이로 낮추어 유지시킴과 아울러, 상기 아크챔버 내부에 설치되는 분사노즐을 통해 불활성 가스를 분사시켜 상기 아크챔버 내부를 클리닝 하는 것을 특징으로 한다.

이온주입, 이온발생장치, 산화, 캐소드

Description

이온주입공정의 이온발생장치{Ion generating apparatus of ion implantation}

본 발명은 이온주입공정의 이온발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온발생장치의 대기 시 이온소스의 가열온도를 낮게 유지시켜 소스가스에 의한 산화작용을 억제해줌으로써 소스 라이프 타임을 증가시킬 수 있도록 한 이온주입공정의 이온발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중에서 이온주입공정은 순수 실리콘(Si) 웨이퍼의 표면에 불순물을 플라즈마 상태의 이온빔으로 만들고 에너지를 공급하여 충분히 가속한 후 웨이퍼의 특정부위에 특정불순물 이온을 표면에 주입시켜 필요한 전도형 및 비저항의 소자를 얻는 공정이다. 이를 위해 이온빔을 제공하기 위한 가스가 공급되고, 가스상태의 소스를 이온으로 생성하는 이온발생장치가 설치된다.

도 1은 일반적인 이온주입장치를 보여주는 개략적인 구성도이고, 도 2는 종 래 안티몬 이온주입장치의 이온발생장치를 보여주는 개략도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이온주입장치는 진공부(10), 이온발생장치(20), 빔가이드(30), 가속기(40), 주사기(도시되지 않음) 및 웨이퍼가공실(50)의 기본요소로 이루어져 있다.

상기 이온발생장치(20)는 아크챔버(arc chamber)(21)를 구비하고, 상기 아크챔버(21) 내에는 열전자를 방출하는 필라멘트(filament)(22)와, 상기 필라멘트(22)에서 방출된 열전자에 의해 가열되어 2차로 열전자를 방출하는 캐소드(cathod)(23)와, 상기 캐소드(23)를 지지하는 지지부재(23a) 및, 상기 캐소드(23)에서 방출된 열전자를 반사시키는 리펠러(repeller)(25)가 대향되게 설치된다.

따라서, 아크챔버(21)의 일측에 형성된 가스유입구(27)를 통하여 소스가스가 주입되면, 상기 소스가스는 필라멘트(22)에서 방출되어 리펠러(25) 방향으로 빠르게 이동하는 열전자 또는 필라멘트(22)에서 방출된 후 리펠러(25)에 의해 반사되는 열전자와 재차 충돌하게 되면서 이온화된 후 출구(29)를 통하여 다음 단계로 이동한다.

이와 같이 생성된 이온들은 빔가이드(30)의 분류자석(도시되지 않음)에 의하여 필요한 이온들만 선택되어 가속기(40)내의 주사기(도시되지 않음)에 의해 스캔(scan) 방식으로 웨이퍼가공실(50)에 있는 웨이퍼 쪽으로 보내지면서 이온주입이 진행된다.

한편, 상기 캐소드(23)를 지지하고 있는 지지부재(23a)는 가공성이 좋고 비교적 고가인 몰리브덴(Mo) 재질로 이루어져 있다.

그러나 상기 종래의 이온발생장치(20)에서 안티몬(Sb) 이온주입을 위한 소스가스로 삼산화안티몬(Sb2O3)을 사용할 경우, 상기 이온발생장치(20)가 대기(idle) 상태에서도 소스가스를 510℃의 온도로 계속 가열하게 되고, 상기 가열된 소스가스는 캐소드(23)를 지지하는 지지부재(23a)를 산화시키게 된다. 이 경우 상기 몰리브덴 재질의 지지부재(23a)는 고열에서 잘 견딜 수 있지만, 소스가스에 의한 부식을 견딜 수 있는 내식성이 취약한 특성이 있어 자주 교체해야하므로 유지보수 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 안티몬(Sb)을 이온소스로 사용하는 이온주입장치는 붕소(B), 인(P), 비소(As) 등을 이온소스로 사용하는 동일장비에 비해 소스 라이프 타임이 감소하게 되고, 결국 장비가동률이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 이온주입이 이루어지지 않는 이온발생장치의 대기 시 이온소스의 가열온도를 낮게 유지시켜 소스가스에 의한 산화작용을 억제해줌으로써 소스 라이프 타임을 증가시킬 수 있도록 한 이온주입공정의 이온발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 이온주입공정의 이온발생장치는, 가스공급부와 출구가 형성되는 아크챔버와, 상기 아크챔버 내부에 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트에서 방출된 열전자에 의해 가열되어 2차로 열전자를 방출하는 캐소드와, 상기 캐소드를 지지하는 지지부재와, 상기 캐소드에서 방출된 열전자를 반사시킬 수 있도록 대향되게 설치된 리펠러를 포함하여 이루어진 이온발생장치에 있어서, 상기 이온발생장치의 대기 시 상기 아크챔버 내부의 산화작용을 억제하여 부식을 방지할 수 있도록 이온소스의 가열온도를 200~300℃ 사이로 낮추어 유지시킴과 아울러, 상기 아크챔버 내부에 설치되는 분사노즐을 통해 불활성 가스를 분사시켜 상기 아크챔버 내부를 클리닝 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지부재는 산화를 방지하기 위해 티타늄(Ti)으로 코팅된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이온주입공정의 이온발생장치는, 대기 시 이온소스의 가열온도를 낮게 유지시켜 아크챔버 내의 산화작용을 억제함과 아울러 아크챔버 내부를 최적의 상태로 유지시켜줌으로써 소스 라이프 타임을 향상시킬 수 있고, 유지보수 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 이온주입공정의 이온발생장치를 보여주는 내부구성도이다.

본 발명의 이온발생장치(100)는 가스공급부(111)와 출구(113)가 형성되는 아크챔버(110)와, 상기 아크챔버(110) 내부에 열전자를 방출하는 필라멘트(120)와, 상기 필라멘트(120)에서 방출된 열전자에 의해 가열되어 2차로 열전자를 방출하는 캐소드(130)와, 상기 캐소드(130)를 지지하는 지지부재(131)와, 상기 캐소드(130)에서 방출된 열전자를 반사시킬 수 있도록 대향되게 설치된 리펠러(150)의 구성은 종래의 기술과 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하고, 새로이 부가되는 구성 부재들의 동작을 중심으로 하여 상세히 설명한다.

이 경우 상기 이온발생장치(100)의 대기 시 아크챔버(110) 내의 산화작용을 억제해줌으로써 소스 라이프 타임을 증가시킬 수 있는 구조가 마련되어야 한다.

이를 구현하기 위한 실시예를 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 이온발생장치(100)는 이온주입이 이루어지는 과정에서 이온소스(Sb2O3)를 510℃로 가열하여 사용하게 되지만, 이온주입이 이루어지지 않는 이온발생장치(100)의 대기 시에는 상기 이온소스(Sb2O3)의 가열온도를 200~300℃ 사이로 낮춰 유지해주게 된다. 따라서, 상기 이온발생장치(100)의 대기 시에 아크챔버(110) 내의 산화작용을 억제하여 특히, 상기 캐소드(130)를 지지하는 지지부재(131)의 부식을 방지해줌으로써 소스 라이프 타임을 증가시킬 수 있게 된다.

이 경우 상기 지지부재(131)가 산화작용에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있도록 표면이 티타늄(Ti)(135)으로 코팅된다.

아울러 상기 아크챔버(110) 내부 일측에 불활성 가스를 분사시켜주는 분사노즐(200)이 설치되어, 상기 이온발생장치(100)의 대기 시 아크챔버(110) 내부로 불활성 가스를 분사시켜 클리닝 해줌으로써, 상기 아크챔버(110)의 내부를 최적의 상태로 유지시켜준다. 이 경우 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar)을 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 이온발생장치(100)의 대기 시 이온소스의 가열온도를 낮게 유지하는 경우와, 그렇지 않은 경우의 소스 라이프 타임을 비교 설명하기로 한다.

도 4의 (a)(b)는 본 발명에 따른 이온발생장치를 적용할 경우 저항값과 수율의 추이를 보여주는 그래프이다.

먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 이온발생장치(100)의 대기 시에 이온소스의 가열온도를 낮게 유지한 경우의 소스 라이프 타임은 260hr로, 평소의 경우(150~160hr)보다 수명이 향상된 것을 알 수 있다. 특히, 상기 이온소스의 수명향상이 반도체 소자의 저항값에 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다. 또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 이온발생장치(100)가 적용되어 이온소스의 수명이 향상되더라도 웨이퍼의 수율(Yield)에는 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 이온발생장치(100)의 대기 시 이온소스의 가열온도를 낮게 유지하여 아크챔버(110) 내의 산화작용을 억제하고, 상기 아크챔버(110) 내부에 불활성 가스를 분사시켜 최적의 상태로 유지시켜줌으로써 소스 라이프 타임의 증가로 장비가동률을 향상시킴과 아울러 유지보수 비용을 절감할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

도 1은 일반적인 이온주입기의 구성을 보여주는 개략도,

도 2는 일반적인 이온발생장치를 보여주는 내부구성도,

도 3은 본 발명에 따른 이온주입공정의 이온발생장치를 보여주는 내부구성도,

도 4의 (a)(b)는 본 발명에 따른 이온발생장치를 적용할 경우 저항값과 수율의 추이를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이온발생장치 110 : 아크챔버

111 : 가스공급부 113 : 출구

120 : 필라멘트 130 : 캐소드

131 : 지지부재 135 : 티타늄

150 : 리펠러 200 : 분사노즐

Claims (3)

1. 가스공급부와 출구가 형성되는 아크챔버와, 상기 아크챔버 내부에 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트에서 방출된 열전자에 의해 가열되어 2차로 열전자를 방출하는 캐소드와, 상기 캐소드를 지지하는 지지부재와, 상기 캐소드에서 방출된 열전자를 반사시킬 수 있도록 대향되게 설치된 리펠러를 포함하여 이루어진 이온발생장치에 있어서,

   상기 이온발생장치의 대기 시 상기 아크챔버 내부의 산화작용을 억제하여 부식을 방지할 수 있도록 이온소스의 가열온도를 200~300℃ 사이로 낮추어 유지시킴과 아울러, 상기 아크챔버 내부에 설치되는 분사노즐을 통해 불활성 가스를 분사시켜 상기 아크챔버 내부를 클리닝 하는 것을 특징으로 하는 이온주입공정의 이온발생장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 지지부재는 산화를 방지하기 위해 티타늄(Ti)으로 코팅된 것을 특징으로 하는 이온주입공정의 이온발생장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 이온주입공정의 이온발생장치.

Images