KR20170127333A - Ion source and method of generating hot electrons thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이온 주입기의 이온 소스에 관한 것이고, 특히 이온 소스의 열전자 생성방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion source of an ion implanter, and more particularly to a method of generating a thermoelectron of an ion source.
이온 주입기는 반도체 제조공정에서 반도체 웨이퍼(wafer) 중의 도핑하고자 하는 영역에 이온을 주입하는 기기이고, 상기 이온 주입기 중의 이온 소스는 이온 주입용 이온 빔을 생성하기 위한 것이다. An ion implanter is a device for injecting ions into a region to be doped in a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process, and the ion source in the ion implanter is for generating an ion beam for ion implantation.
도8을 참조하면, 상기 이온 소스(60)는 주로 베이스(61)에 지지 어셈블리(62) 및 아크 챔버(63)(arc chamber)를 순차적으로 설치한 것이다. 상기 아크 챔버(63)의 하우징(630)의 상부면의 개구에는 추출홀 공극(631a)가 형성된 추출 전극판(631)이 설치되고, 상기 하우징(630)의 저면은 흡기관(64)과 연통되며, 도판트 소스 가스는 상기 흡기관(64)을 거쳐 상기 아크 챔버(63)에 유입된다. 상기 아크 챔버(63)에 전류를 통하게 하여 열전자를 생성할 경우, 여러 가지의 양전기와 음전기를 가진 이온을 생성하도록, 열전자는 도판트 소스 가스와 충돌하여 도판트 소스 가스를 이온화시킨다. 상기 아크 챔버(63)로부터 이온 주입용의 양전기를 가진 이온을 추출하기 위하여, 상기 추출 전극판(631)에 전류를 다시 통하게 하여 전계를 생성하도록 하고, 이온 빔을 이루도록, 상기 추출 전극판의 추출홀 공극(631a)에 의하여 외부로 상기 아크 챔버(63) 내의 양전기를 가진 이온을 흡입한다. Referring to FIG. 8, the
현재, 이온 소스는 상이한 열전자의 생성 방식에 따라 하기와 같은 두 가지로 구분된다. 한 가지는 간접 가열식 음극 이온 소스(Indirectly-Heated-Cathode Ion Source; IHC Ion Source)이고, 다른 한 가지는 버나스형 이온 소스(Bernas Ion Source)이며, 이하에서 비교적 흔히 보는 간접 가열식 음극 이온 소스의 열전자 생성 구조 및 생성 방법에 대하여 더 설명한다. Currently, the ion source is divided into two types according to the generation method of the different thermoelectrons. One is the Indirectly-Heated-Cathode Ion Source (IHC Ion Source) and the other is the Bernas Ion Source. The relatively common indirect heating cathode source The structure and the generation method will be further explained.
도9를 참조하면, 상기 아크 챔버(63)의 하우징(630) 내에는 4 개의 내측판(632), 내부 바닥판(633), 내측판(632) 중의 하나에 전기적으로 절연 설치되는 필라멘트(634), 음극(635) 및 다른 하나의 대향되는 내측판에 전기적으로 절연 설치되는 격퇴자(636)가 더 포함되고, 여기서, 상기 필라멘트(634)는 상기 음극(635)의 외측에 위치하며 서로 일정한 간격을 유지한다. 상기 필라멘트(634)는 필라멘트 전원 공급유닛(70)과 연결되고, 상기 음극(635)은 바이어스 전원 공급유닛(71)과 연결되며, 상기 아크 챔버(63)의 내측판(632) 및 내부 바닥판(633)은 함께 아크 전원 공급유닛(72)과 연결된다. 여기서, 상기 필라멘트 전원 공급유닛(70), 상기 바이어스 전원 공급유닛(71)은 상기 아크 전원 공급유닛(72)과 서로 직렬 연결된다. 9, a
일반적으로, 상기 필라멘트 전원 공급유닛(70)은 상기 필라멘트(634)에 고전류 전원을 제공하고, 상기 필라멘트(634)가 승온(예를 들면, 온도가 1000℃보다 높음)된 후 전자를 방출한다. 이때, 상기 바이어스 전원 공급유닛(71)의 양전극, 음전극은 각기 상기 음극(635) 및 필라멘트(634)와 연결됨으로써, 바이어스 전원 공급유닛(71)이 상기 음극에 바이어스(bias)를 제공할 경우, 상기 음극(635)은 양전위를 나타내므로, 상기 필라멘트(634)가 방출한 전자를 가속으로 흡인하여, 상기 필라멘트(634) 및 음극(635) 사이에서 전류(바이어스 전류)를 이룬다. 상기 필라멘트(634)가 방출한 전자는 상기 음극(635)의 외측을 계속 충돌하며, 충돌시 즉 상기 음극에 에너지가 전환될 경우, 상기 음극(635)의 온도를 상승시켜, 음극(635)을 가열하는 작용을 실현한다. 상기 음극(635)을 일정한 온도로 가열시키고, 상기 아크 전원 공급유닛(72)이 제공한 전압이 상기 아크 챔버(63)의 내측판(632) 및 내부 바닥판(633)에 도달할 경우, 상기 고온의 음극(635)은 상기 아크 챔버(63) 내의 공간에 열전자를 방출한다. Typically, the filament
일반적으로, 열전자가 아크 챔버(63)의 내부에 가속으로 방출되도록 하는 가속 전계를 이루도록, 아크 전원 공급유닛(72)이 아크 챔버(63)의 내측판(632) 및 내부 바닥판(633)에 제공한 전압은 60V 내지 150V의 전압 범위 내에 있어, 열전자의 에너지를 향상시키며, 고에너지의 열전자는 도판트 소스 가스를 여러번 충돌할 수 있다. 도판트 소스 가스는 이온화된 후 여러 가지의 상이한 종류의 이온을 생성하고, 삼플루오르화붕소(BF3)의 도판트 소스 가스에 있어서, 1차적으로 방출된 고에너지의 열전자에 충돌된 후, 양전기를 가진 1가 이온을 생성할 수 있지만, 이때의 열전자는 여전히 충족한 에너지를 구비하므로, 양전기를 가진 1가 이온은 양전기를 가진 2가 또는 3가 이온으로 충돌될 가능성이 있고, 일반적으로, 양전기를 가진 1가 이온은 BF3 +, BF2 +, BF+, B+, F+를 포함하며, 양전기를 가진 2가 이온은 BF2+, B2+, F2+를 포함한다. 그러나 반도체 웨이퍼에 대한 B+ 이온 주입 과정에서 필요한 이온은 단지 양전기를 가진 1가 붕소 이온 B+이며, 이로부터, 상기 아크 챔버(63)로부터 추출해 낸 이온 빔은 모두 붕소 이온 B+인 것이 아니라, 상기와 같이 양전기를 가진 1가 및 2가 이온을 포함한다. Generally, the arc
아크 전원 공급유닛(72)에 의하여 85V의 전압을 제공하고 아크 전원 공급유닛(72)의 출력을 순차적으로 증폭시킨 후, 상기 아크 챔버의 추출 전류(이온 빔) 및 유용한 1가 붕소 이온(B+)의 관심 영역(Region Of Interest; ROI) 전류를 측정하며, 여기서 관심 영역 전류는 웨이퍼 표면에서 주입하는 단말기에 제공할 수 있는 전류를 관심 영역 전류(Region Of Interest;ROI)라고 하고, 하기의 표1은 획득한 실측결과를 도시한다. 20mA의 추출 전류(이온 빔)를 생성할 경우, 여기서 1가 붕소 이온 B+의 관심 영역 전류는 단지 0.92mA이고, 25mA의 추출 전류를 생성할 경우, 1가 붕소 이온 B+의 관심 영역 전류는 단지 1.94이며, 30mA의 추출 전류를 생성할 경우, 1가 붕소 이온 B+의 관심 영역 전류는 단지 3.07이고…, 이와 같이, 비록 상기 아크 전원 공급유닛의 전류를 증폭시켜 중소 이온 B+를 증가시킬 수 있지만, 불필요한 이온은 여전히 추출 전류 중의 매우 높은 비율을 차지하고, 이온 주입에 대한 효율 및 질량은 모두 가장 바람직한 것이 아니므로, 더 개선할 필요가 있다.The arc
(고정 아크 전압85V)Arc power output W
(Fixed arc voltage 85V)
관심 영역 전류mAOf monovalent boron ions (B + )
Area of interest mA
기존의 이온 소스에서 발생한 추출 전류 중의 유용한 이온 비율이 낮은 결함을 고려하여, 본 발명의 주요한 목적은, 모든 유용한 이온이 추출 전류 중에서의 비율을 향상시키도록 하는 이온 소스 및 이의 열전자 생성방법을 제공하는 것이다. Considering the low useful ion ratio in the extraction current generated from the conventional ion source, the main object of the present invention is to provide an ion source and a method of generating a thermoelectron of the same which allow all useful ions to improve the ratio in extraction current will be.
상기 목적을 달성하기 위하여 사용하는 주요 기술수단은 하기와 같은 이온 소스를 제공하는 것인 바, 상기 이온 소스는 아크 챔버 및 전원 공급 장치를 포함하며, 상기 아크 챔버는, 복수개의 내벽을 포함하고, 상부 개구와, 아크 챔버 내에 도판트 소스 가스(dopant source gas)가 유입되도록 하는 저면 흡기홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 대응되는 내벽에 각기 설치되는 복수개의 이너 패널; 하우징의 상부 개구를 덮어 연결되고, 중간에 제1 추출간극이 형성되는 추출 전극판; 및 상기 하우징의 일측 및 상기 하우징의 일측과 대응되는 이너 패널에 전기적으로 절연되게 설치되는 열전자 생성 어셈블리(assembly)를 포함하고, 상기 전원 공급 장치는, 상기 열전자 생성 어셈블리와 연결되어, 상기 열전자 생성 어셈블리가 기설정된 온도까지 가열되도록 하는 가열 전원 공급유닛; 및 상기 복수개의 이너 패널 및 상기 열전자 생성 어셈블리와 연결되고, 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있는 출력 전압을 제공하는 아크 전원 공급유닛을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an ion source comprising: an ion source including an arc chamber and a power supply, the arc chamber including a plurality of inner walls, A housing having a top opening and a bottom suction hole for allowing a dopant source gas to flow into the arc chamber; A plurality of inner panels mounted on corresponding inner walls of the housing; An extraction electrode plate connected to cover the upper opening of the housing and having a first extraction gap formed in the middle thereof; And a thermoelectrically generating assembly electrically insulated on one side of the housing and on an inner panel corresponding to one side of the housing, the power supply being connected to the thermoelectrically generating assembly, A heating power supply unit for heating the substrate to a predetermined temperature; And an arc power supply unit connected to the plurality of inner panels and the thermoelectrically generating assembly and providing an output voltage within a voltage range of 20V to 45V.
본 발명은 주로 상기 이온 소스의 아크 전원 공급유닛의 전압을 20V 내지 45V의 전압 범위 내로 조절하여, 상기 열전자 생성 어셈블리가 생성하는 열전자 에너지를 감소시켜, 열전자가 이미 이온화된 이온을 여러번 충돌하는 것을 방지하고, 이로써 불필요한 양전기를 가진 2가 또는 3가 이온을 효과적으로 감소하여, 이온 빔(추출 전류) 중의 유용한 이온의 비율을 상대적으로 향상시킬 수 있다. The present invention primarily adjusts the voltage of the arc power supply unit of the ion source to within the voltage range of 20V to 45V to reduce the thermoelectron energy generated by the thermoelectrically generated assembly to prevent the thermoelectrons from colliding with the already ionized ions multiple times Thereby effectively reducing a divalent or trivalent ion having an unnecessary positive electric charge, so that the ratio of useful ions in the ion beam (extraction current) can be relatively improved.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명이 사용한 주요한 기술수단은 하기와 같은 이온 소스를 제공하는 것인 바, 상기 이온 소스는, 방전 공간을 형성하도록 하우징의 복수개의 내벽에 각기 이너 패널을 설치하는 아크 챔버를 포함하며, 여기서 이너 패널 및 이와 대응되는 하우징의 내벽에는 열전자 생성 어셈블리가 전기 절연적으로 관통 설치되고, 여기서 상기 이온 소스의 열전자 생성방법은, 상기 열전자 생성 어셈블리에 가열 전원을 제공하여, 상기 열전자 생성 어셈블리가 기설정된 온도로 가열된 후 열전자를 방출하는 단계; 및 상기 열전자를 상기 아크 챔버의 방전 공간으로 가속하여 흡인하도록, 상기 복수개의 이너 패널 및 상기 열전자 생성 어셈블리에 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있는 전압을 제공하는 아크 전원을 제공하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, the main technical means used in the present invention is to provide an ion source as described below, wherein the ion source includes an arc that provides inner panels on a plurality of inner walls of the housing to form a discharge space, Chamber, wherein a thermoelectrically generating assembly is electrically insulated through the inner panel and the inner wall of the corresponding housing, wherein the thermoelectron generating method of the ion source includes providing a heating power to the thermoelectrically generating assembly, Releasing the thermoelectrons after the thermoelectrically generated assembly is heated to a predetermined temperature; And providing arc power to the plurality of inner panels and the thermoelectric generating assembly to provide a voltage within a voltage range of 20V to 45V so as to accelerate and attract the hot electrons to the discharge space of the arc chamber.
상기 본 발명은 주로 상기 이온 소스의 아크 전원 공급유닛의 전압을 20V 내지 45V의 전압 범위 내로 조절하여, 상기 열전자 생성 어셈블리가 생성하는 열전자 에너지를 감소시켜, 열전자가 이미 이온화된 이온을 여러번 충돌하는 것을 방지하고, 이로써 불필요한 양전기를 가진 2가 또는 3가 이온을 효과적으로 감소하여, 이온 빔(추출 전류) 중의 유용한 이온의 비율을 상대적으로 향상시킬 수 있다.The present invention mainly involves adjusting the voltage of the arc power supply unit of the ion source to within a voltage range of 20V to 45V to reduce the thermoelectron energy generated by the thermoelectrically generated assembly so that the thermoelectrons collide the ion Thereby effectively reducing the divalent or trivalent ions having an unnecessary positive electric charge, so that the ratio of useful ions in the ion beam (extraction current) can be relatively improved.
도1은 본 발명의 이온 소스의 입체 외관도이다.
도2는 도1의 부분 단면도이다.
도3a는 본 발명의 간접 가열식 음극 이온 소스의 아크 챔버와 전원 공급 장치의 전기적 연결을 나타내는 모식도이다.
도3b는 본 발명의 버나스형 이온 소스의 아크 챔버와 전원 공급 장치의 전기적 연결을 나타내는 모식도이다.
도4는 도1의 아크 챔버와 억제 전극판 및 접지 전극판의 전기적 연결을 나타내는 모식도이다.
도5는 도3a와 기존의 간접 가열식 음극 이온 소스의 아크 전원 출력과 추출 전류의 측량 그래프이다.
도6은 본 발명의 방열 장치의 첫번째 바람직한 실시예의 입체 외관도이다.
도7은 본 발명의 방열 장치의 두번째 바람직한 실시예의 입체 외관도이다.
도8은 기존의 간접 가열식 음극 이온 소스의 입체 외관도이다.
도9는 기존의 간접 가열식 음극 이온 소스의 아크 챔버와 전원 공급 장치의 전기적 연결을 나타내는 모식도이다.1 is a three-dimensional external view of an ion source of the present invention.
Fig. 2 is a partial sectional view of Fig. 1. Fig.
FIG. 3A is a schematic diagram showing an electrical connection between an arc chamber and an electric power supply of an indirectly heated cathode ion source of the present invention. FIG.
FIG. 3B is a schematic view showing an electrical connection between the arc chamber of the burnishing type ion source of the present invention and the power supply unit. FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing an electrical connection between the arc chamber of FIG. 1, the suppression electrode plate, and the ground electrode plate.
FIG. 5 is a graph of the arc power output and extraction current of the conventional indirectly heated cathode ion source of FIG. 3A.
6 is a three-dimensional external view of a first preferred embodiment of the heat dissipating device of the present invention.
Fig. 7 is a three-dimensional external view of a second preferred embodiment of the heat dissipating device of the present invention.
8 is a three-dimensional external view of a conventional indirectly heated cathode ion source.
FIG. 9 is a schematic view showing an electrical connection between an arc chamber and a power supply unit of a conventional indirectly heated cathode ion source.
본 발명은 이온 주입기의 이온 소스를 개량하여, 이가 생성한 추출 전류 중의 유용한 이온의 비율을 향상시키며, 이하에서 구체적인 실시예 및 실제 측정 데이터로 본 발명의 기술적 내용을 설명한다. The present invention improves the ion source of the ion implanter to improve the ratio of useful ions in the extraction current generated by the ion source, and the technical content of the present invention will be described in the following specific embodiments and actual measurement data.
우선, 도1을 참조하면, 이는 본 발명의 이온 소스(1)의 입체 외관도이고, 이는 주로 베이스(30)의 상부면(301)에 방열 장치(20) 및 아크 챔버(10)를 순차적으로 설치하며, 도3a를 재참조하면, 상기 아크 챔버(10)에는 외부의 전원 공급 장치(50)가 전기적으로 더 연결된다. 1 is a three dimensional external view of the
도2 및 도3a을 참조하면, 도3a는 본 발명의 첫번째 바람직한 실시예를 도시하는 바, 즉 상기 이온 소스는 간접 가열식 음극 이온 소스이고, 여기서 상기 아크 챔버(10)는 하우징(11), 복수개의 이너 패널(12, 12a, 12b), 추출 전극판(13) 및 열전자 생성 어셈블리를 포함하며, 본 실시예에 있어서, 상기 열전자 생성 어셈블리(14)는 간접 가열식 음극 어셈블리이고, 여기서 상기 하우징(11)은 상부 개구 및 저면 흡기홀(111)을 구비하며, 여기서 상기 상부 개구는 상기 추출 전극판(13)을 덮어 연결되고, 상기 저면 흡기홀(111)은 상기 베이스(30)의 흡기관(40)이 연결되도록 한다. 상기 추출 전극판(13)의 중간 위치에는 길이 방향에 평행되게 제1 추출홀 공극(131)이 형성된다. 방전 공간(100)을 형성하도록 상기 복수개의 이너 패널(12, 12a, 12b)은 각기 상기 하우징(11)의 대응되는 내벽에 형성된다. 상기 간접 가열식 음극 어셈블리는 상기 하우징(11)의 일측 및 상기 하우징의 일측에 대응되는 이너 패널(12a)에 전기적으로 절연되게 설치되고, 외부로부터 내부로 가면서 필라멘트(141) 및 음극(142)을 포함하며, 여기서 상기 필라멘트(141) 및 음극(142) 사이는 간격을 유지한다. 상기 아크 챔버의 하우징(11)의 대향되는 타측 및 상기 타측과 대응되는 이너 패널(12b)에는 격퇴자(143)가 설치된다. 도4에 도시된 바와 같이, 상기 아크 챔버(10)의 추출 전극판(13) 이외에, 억제 전극판(15) 및 접지 전극판(16)이 이격되게 더 설치된다. 상기 억제 전극판(15)은 상기 추출 전극판(13)의 외측에 이격되게 설치되어, 제2 추출간극(151)이 형성되고, 상기 제2 추출간극(151)은 상기 추출 전극판(13)의 제1 추출간극(131)을 조준하게 된다. 상기 접지 전극판(16)은 상기 억제 전극판(15)의 외측에 이격 설치되어, 제3 추출간극(161)이 형성되고, 상기 제3 추출간극(161)은 상기 억제 전극판(15)의 제2 추출간극(151)을 조준하게 된다. 3A and 3B show a first preferred embodiment of the present invention, i.e. the ion source is an indirectly heated cathode ion source, wherein the
상기 전원 공급 장치(50)는 필라멘트 전원 공급유닛(51), 바이어스 전원 공급유닛(52) 및 아크 전원 공급유닛(53)을 포함하고, 여기서 상기 필라멘트 전원 공급유닛(51)은 상기 필라멘트(141)와 연결되어, 상기 필라멘트(141)가 기설정된 제1 온도로 가열된 후 전자를 방출하도록 하며, 상기 바이어스 전원 공급유닛(52)의 양전극, 음전극은 각기 상기 음극(142) 및 상기 필라멘트(141)와 연결되어, 상기 음극(142) 및 상기 필라멘트(141) 사이에 가속 전계를 형성하고, 상기 필라멘트(141)가 전자를 방출하여 상기 음극(142)을 충돌하도록 유도하여, 상기 음극(142)을 가열시키며, 상기 음극(142)이 기설정된 제2 온도로 가열된 후 열전자를 방출한다. 상기 아크 전원 공급유닛(53)의 양전극, 음전극은 각기 상기 복수개의 이너 패널(12, 12a, 12b) 및 상기 음극(142)과 연결되고, 여기서 상기 아크 전원 공급유닛(53)은 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있는 출력 전압을 제공하며, 상기 음극(142)과 각 이너 패널(12, 12a, 12b) 사이에서 가속 전계를 형성하여, 상기 음극(142)의 열전자가 상기 아크 챔버의 방전 공간(100)에 가속으로 방출되도록 되고, 유입된 도판트 소스 가스를 이온화시켜, 여러 가지의 이온을 생성하도록 한다. The filament
도4를 재참조하면, 상기 아크 챔버(10)의 추출 전극판(13)의 제1 추출홀 공극(131)으로부터 양전기를 가진 이온을 순조롭게 추출하여 이온 빔(100a)을 형성하기 위하여, 상기 추출 전극판(13)은 제1 고압전원 공급유닛(54)의 양전극과 연결되고, 상기 억제 전극판(15)은 제2 고압전원 공급유닛(55)의 음전극과 연결되며, 상기 제2 고압전원 공급유닛(55)의 양전극은 상기 제1 고압전원 공급유닛(54)의 음전극과 연결된다. 상기 억제 전극판(15)과 상기 추출 전극판(13) 사이에 가속 전계를 형성하여, 상기 아크 챔버(10) 내의 양전기를 가진 이온을 가속으로 추출하고, 상기 제1 추출간극(131)을 통과하도록 추출해 낸 양전기를 가진 이온의 이동 방향을 조절하며, 다시 추출해 낸 양전기를 가진 이온의 이동 방향을 조절한다. 상기 접지 전극판(16)은 지면에 연결되고, 이온 빔을 추출하는 과정에서 생성한 전자를 지면으로 바이패스한다. 4, in order to smoothly extract ions having a positive charge from the first
상기 내용을 종합해 보면, 본 발명의 간접 가열식 음극 이온 소스의 열전자 생성방법은, 상기 필라멘트에 가열 전원을 제공하여, 상기 필라멘트가 기설정된 제1 온도로 가열된 후 전자를 방출하도록 하는 단계; 상기 음극 및 상기 필라멘트에 바이어스 전원을 제공하고, 상기 필라멘트가 방출한 전자를 흡인하여 음극의 온도를 향상하도록, 상기 음극은 상기 바이어스 전원의 양전극에 연결되며, 기설정된 제2 온도에 도달하면, 상기 아크 챔버 내로 열전자를 방출하는 단계; 및 상기 복수개의 이너 패널 및 상기 음극에 아크 전원을 제공하고, 상기 열전자를 가속으로 흡인하도록 상기 복수개의 이너 패널은 상기 바이어스 전원의 양전극에 연결되는 단계를 포함하며, 여기서 상기 아크 전원은 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있는 전압을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of thermoelectrically generating an indirectly heated cathode ion source, the method comprising: supplying a heating power source to the filament to cause electrons to be emitted after the filament is heated to a predetermined first temperature; Wherein the cathode is connected to the positive electrode of the bias power supply to supply a bias power to the cathode and the filament and to attract the electrons emitted from the filament to improve the temperature of the cathode, Releasing a hot electron into the arc chamber; And connecting the plurality of inner panels to the positive electrode of the bias power supply to supply an arc power to the plurality of inner panels and the negative electrode and to suck up the hot electrons by acceleration, wherein the arc power is 20V to 45V Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI >
마찬가지로, 본 발명의 두번째 바람직한 실시예에서, 도3b에 도시된 바와 같이, 이의 대부분 구조는 도3a에 도시된 첫번째 바람직한 실시예와 동일하고, 단지 이온 소스는 버나스형 이온 소스이며, 이의 아크 챔버(10’)의 열전자 생성 어셈블리(14’ )는 필라멘트(141)이고, 이의 전원 공급 장치(50’ )는 필라멘트 전원 공급유닛(51) 및 아크 전원 공급유닛(53)을 포함한다. 상기 필라멘트 전원 공급유닛(51)은 상기 필라멘트(141)과 연결되어, 상기 필라멘트(141)가 기설정된 제1 온도로 가열된 후 전자를 방출하도록 하고, 상기 아크 전원 공급유닛(53)의 양전극은 마찬가지로 상기 복수개의 이너 패널(12, 12a, 12b)과 연결되며, 음전극은 상기 필라멘트 전원 공급유닛(51)의 음전극과 연결되어, 필라멘트(141)과 연결된고, 여기서 각 이너 패널(12, 12a, 12b) 사이에 가속 전계를 형성하도록 상기 아크 전원 공급유닛(53)은 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있는 출력 전압을 제공한다. Similarly, in a second preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3B, its majority structure is the same as the first preferred embodiment shown in FIG. 3A, except that the ion source is a Burrs type ion source, The thermoelectrically generating assembly 14'of the apparatus 10'is a
본 발명에 적용되는 도판트 소스 가스는 사플루오르화게르마늄(germanium tetrafluoride), 게르만(germane), 삼플루오르화붕소(boron trifluoride), 디보란(diborane), 사플루오르화실리콘(silicon tetrafluoride), 실란(silane), 아르신(arsine) 또는 포스핀(phosphine) 중의 하나일 수 있다. 이 밖에, 본 발명에 적용되는 도판트 소스 가스는 도판트 가스와 추가 가스로 합성된 도판트 가스 조성물일 수도 있으며, 상기 도판트 가스는 사플루오르화게르마늄, 게르만, 삼플루오르화붕소, 디보란, 사플루오르화실리콘, 실란, 아르신 또는 포스핀이고, 상기 추가 가스는 아르곤 가스, 수소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스, 암모니아 가스, 불소 가스 또는 크세논 가스이며, 각 상기 도판트 가스는 상기 추가 가스 중의 하나와 배합하여 상기 도판트 가스 조성물로 함께 혼합되어, 본 발명의 도판트 소스 가스로 사용될 수 있고, 또는 각 상기 도판트 가스 및 이들 중의 추가 가스를 각기 사용하여, 이들이 상기 아크 챔버에 함께 유입되어 동축류(co-flow) 가스를 이루며, 마찬가지로 본 발명의 도판트 소스 가스로 사용할 수 있다. The dopant source gas used in the present invention may be selected from the group consisting of germanium tetrafluoride, germane, boron trifluoride, diborane, silicon tetrafluoride, silane, arsine, or phosphine. In addition, the dopant source gas used in the present invention may be a dopant gas composition synthesized with an dopant gas and an additional gas, and the dopant gas may include germanium tetrafluoride, germane, boron trifluoride, diborane, Hydrogen gas, nitrogen gas, helium gas, ammonia gas, fluorine gas, or xenon gas, and each of said dopant gases is at least one selected from the group consisting of One can be mixed together with the dopant gas composition and used as the dopant source gas of the present invention or each of the dopant gases and the additional gas therebetween may be used together to cause them to flow together into the arc chamber Co-flow gas and can be used as the dopant source gas of the present invention.
이하에서 앞서 제시한 여러 가지의 상이한 도판트 소스 가스에 대하여 실험 측정한 후, 획득한 바람직한 아크 전원 전압을 더 설명한다.Hereinafter, the desired arc power supply voltage obtained after experimental measurement of various dopant source gases as described above will be further described.
상기 아크 챔버로부터 유입한 도판트 소스 가스가 삼플루오르화붕소(BF3)를 함유하거나 또는 도판트 소스 가스가 삼플루오르화붕소(BF3)일 경우, 상기 아크 전원의 전압은 30V~45V이다. When the dopant source gas introduced from the arc chamber contains boron trifluoride (BF3) or the dopant source gas is boron trifluoride (BF3), the voltage of the arc power source is 30V to 45V.
상기 아크 챔버로부터 유입한 도판트 소스 가스가 아르신(AsH3) 또는 포스핀(PH3)을 함유할 경우, 상기 아크 전원의 전압은 25V~40V이다. When the dopant source gas introduced from the arc chamber contains arsine (AsH 3 ) or phosphine (PH 3 ), the voltage of the arc power source is 25V to 40V.
상기 아크 챔버로부터 유입한 도판트 소스 가스가 사플루오르화실리콘(SiF4)을 함유할 경우, 상기 아크 전원의 전압은 25V~40V이다. When the dopant source gas introduced from the arc chamber contains silicon tetrafluoride (SiF 4 ), the voltage of the arc power source is 25V to 40V.
이로부터 알 수 있는 바, 기존의 간접 가열식 음극 또는 버나스형 이온 소스에 비하여, 본 발명은 상기 아크 챔버의 이너 패널의 아크 전원의 전압을 조절하여 제공하여, 이가 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있도록 하고, 하지만, 비교적 낮은 아크 전원의 전압을 통하여 구축한 가속 전계는 상기 열전자 생성 어셈블리가 생성한 열전자 에너지가 상대적으로 감소되게 한다. 이론적으로, 열전자가 도판트 소스 가스의 제일 바깥쪽의 첫번째 값의 전자를 정면으로 충돌하여 이탈시키는 과정에서 필요한 에너지는 높지 않고, 단지 8V 내지 15V의 가속 전계에서 상기 열전자에 제공하는 에너지이면 되지만, 만약 도판트 소스 가스의 두번째 값의 전자를 더 충돌하여 이탈시킬 경우, 열전자는 22V 이상의 가속 전계에서 제공하는 더 큰 에너지로만 실현할 수 있다. 하지만, 열전자의 충돌 방향은 제어할 수 없으므로, 열전자의 충돌력 및 일정 크기의 추출 전류(이온 빔)에 대한 고려하에서, 본 발명은 아크 전원의 전압을 20V 내지 45V의 전압 범위 내로 조절하고, 대부분 적어도 도판트 소스 가스의 제일 바깥쪽의 첫번째 값의 전자만 충돌하여 이탈시킬 수 있으며, 따라서, 비록 본 발명은 기존의 간접 가열식 음극 또는 버나스형 이온 소스에 비하여 아크 전원의 전압을 감소하여, 제조해 낸 열전자의 에너지가 상대적으로 비교적 낮지만, 비교적 낮은 에너지의 열전자가 충돌된 후 에너지가 감소됨으로써, 2가 또는 3가 이온을 충돌해 내는 기회를 감소할 수 있다. As can be seen from the above description, the present invention controls the voltage of the arc power source of the inner panel of the arc chamber to be within the voltage range of 20V to 45V, compared with the conventional indirect heating type cathode or the burner type ion source. However, the accelerating electric field constructed through the voltage of the relatively low arc power source causes the thermoelectron energy generated by the thermoelectric generating assembly to be relatively reduced. Theoretically, the energy required for the process in which the hot electrons collide with the first-value electrons of the first outermost side of the dopant source gas in front of the device is not high, but may be any energy that provides the hot electrons in an accelerating electric field of only 8V to 15V. If the electrons of the second value of the dopant source gas are further collided off, the thermoelectron can only be realized with the greater energy provided by the accelerating field above 22V. However, since the direction of impact of the thermoelectron can not be controlled, the present invention adjusts the voltage of the arc power source within the voltage range of 20 V to 45 V, taking into account the impact force of the thermoelectron and the extraction current (ion beam) Only the electrons of the first outermost value of the dopant source gas can be collided and released, so that the present invention reduces the voltage of the arc power source compared to the conventional indirectly heated cathode or burner type ion source, The energy of the resulting thermon is relatively low, but the energy is reduced after a relatively low energy thermon is impacted, thereby reducing the chance of colliding bivalent or trivalent ions.
본 발명은 마찬가지로 삼플루오르화 붕소를 본 발명의 아크 챔버에 유입시켜 이온화시키고, 상기 아크 전원의 전압을 40V로 설정하며, 다시 오름 차순으로 아크 전원의 전류(순차적으로 출력을 크게함)를 여섯 그룹 조절하여, 상기 아크 챔버의 추출 전류(이온 빔) 및 이들 중의 유용한 1가의 붕소 이온(B+)의 관심 영역 전류를 측정하고, 여기서 관심 영역 전류는 웨이퍼 표면에서 주입하는 단말기에 제공하는 전류를 관심 영역 전류(Region Of Interest; ROI)라고 하며, 실제 측정 결과는 표2에 도시된 바와 같다. In the present invention, similarly, boron trifluoride is introduced into the arc chamber of the present invention to ionize it, the voltage of the arc power source is set to 40 V, and the arc current (sequential increase in output) (Ion beam) and useful univalent boron ions (B + ) of interest in the arc chamber, wherein the region of interest is the current of interest to the terminal injecting at the wafer surface into the interest Region of interest (ROI), and the actual measurement result is as shown in Table 2.
(고정 아크 전압40V)Arc power output W
(Fixed arc voltage 40V)
관심 영역 전류mAOf monovalent boron ions (B + )
Area of interest mA
도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 아크 전원의 전압은 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있고, 기존의 간접 가열식 음극 이온 소스의 아크 전원의 전압 범위는 60V 내지 150V이며, 본 발명의 첫번째 바람직한 실시예의 전원 공급 장치(50)에서 설정한 아크 전원의 전압이 40V이고, 기존의 아크 전원의 전압이 85V일 경우, 모두 삼플루오르화 붕소를 아크 챔버 유입한 후 측정해 낸 추출 전류 및 유용한 1가 붕소 이온의 관심 영역 전류 수치로 사용하고, 각 그룹의 동일한 추출 전류(25mA, 30mA, 35mA, 40mA, 45mA)에서, 본 발명의 1가의 붕소 이온의 관심 영역 전류 수치의 그래프(L2)가 확실히 기존의 간접 가열식 음극 이온 소스의 그래프(L1)보다 높은 것을 현저하게 비교해 낼 수 있다. As shown in FIG. 5, the voltage of the arc power source of the present invention is in the voltage range of 20V to 45V, and the voltage range of the arc power source of the conventional indirectly heated cathode ion source is 60V to 150V. When the voltage of the arc power source set by the exemplary
도1 및 도2를 재참조하면, 이는 본 발명의 이온 소스(1)는 복수개의 탄성 훅 어셈블리를 통하여 상기 베이스(30)에 상기 방열 장치(20) 및 상기 아크 챔버(10)를 견고하게 연결시키는 바, 즉 상기 베이스(30)의 하부 기판(31)에 4 개의 등간격의 L형 고정구(32)를 나사결합하고, 각 상기 고정구(32)에는 스프링(33)의 일단이 걸림 설치되며, 상기 스프링(33)의 타단에는 훅 스트립(34)의 일단이 걸림 설치되며, 상기 아크 챔버(10)의 상기 추출 전극판(13)의 상대적으로 긴 2개의 가장자리에 걸림 설치되도록, 상기 훅 스트립(34)의 타단에는 걸림부(341)가 형성되고, 걸림 설치된 후에 상기 스프링(33)의 아래로 당기는 회복력이 인가되며, 상기 아크 챔버(10) 및 이의 하방의 방열 장치(20)는 상기 베이스(30)의 상부면(301)에 견고하게 걸릴 수 있다. 1 and 2, the
아크 전원의 출력을 증폭시킬 경우, 상기 아크 챔버의 온도는 따라서 상승되므로, 본 발명은, 방열 본체(21) 및 적어도 하나의 냉각 매체관(22)을 포함하는 고방열의 방열 장치(20)를 사용한다. 상기 방열 본체(21)의 저면(212)은 상기 베이스(30)의 상부면(301)에 설치되고, 상기 상부면(211)은 상기 아크 챔버의 하우징(11)의 저면에 전평면적으로 접착되며, 도6을 재참조하면, 본 실시예의 상기 방열 본체(21)의 상대적으로 짧은 두 측(214)은 상기 상부면(211)으로부터 하방 내측으로 가면서 점차 짧아지고, 상기 방열 본체(21)의 저면(212)은 상부면(211)보다 작으며, 도7을 재참조하면, 이는 다른 하나의 방열 장치(20’)의 실시예이고, 상기 방열 본체(21)의 상대적으로 짧은 두 측(214)의 하부에는 하방 내측으로 공간(216)이 요입 설치되며, 상기 방열 본체(21)의 저면(212)은 상부면(211)보다 작고, 도6에 도시된 방열 장치(30)의 실시예와 비교해 보면, 아크 챔버(10)의 열량을 상기 방열 본체(21)의 상부면(211)에 신속하게 전달하여, 상기 방열 본체(21)의 중간 부분으로 신속하게 집결할 수 있다. 또한, 도2를 재참조하면, 상기 흡기관(40)과 간섭하지 않기 위하여, 상기 방열 본체(21)의 상기 흡기관(40)과 대응되는 측면(213)에는 요홈(215)이 내부로 요입 설치되고, 상기 요홈(215)은 상기 방열 본체(21)의 상부면(211) 및 저면(212)을 관통하며, 상기 흡기관(40)의 외관벽과 상기 요홈(215)의 내벽면에는 간격이 존재함으로, 상기 흡기관(40)은 상기 방열 본체(21)와 접촉하지 않는다. 각 상기 냉각 매체관(22)은 상기 방열 본체(21)를 관통하고, 상기 방열 본체(21)의 저면으로부터 하부로 2개의 매니폴드(221, 222)가 돌출되며, 외부에서 냉각 매체(미도시)와 연결되도록 상기 베이스(30)의 상부면(301)으로부터 상기 베이스(30)에 삽입된다. 또한, 그 중의 한 매니폴드(221)는 냉각 매체의 유입관으로 사용되고, 다른 한 매니폴드(222)는 냉각 매체의 배출관으로 사용되어, 상기 냉각 매체는 상기 냉각 매체관(22)에서 유동할 수 있다. 바람직하게는, 상기 냉각 매체는 냉각 가스 또는 냉각 액체일 수 있다. The temperature of the arc chamber is raised accordingly when the output of the arc power source is amplified so that the present invention can be applied to a high heat dissipating
상기 내용을 종합해 보면, 본 발명의 방열 장치(20, 20’)는 주로 상기 아크 챔버(10)의 저면에 전평면적으로 부착되고, 더욱 견고한 지지를 제공하는 이외에, 더 큰 접촉면적을 통하여 상기 아크 챔버의 높은 열전달 효율을 제공하며, 다시 냉각 매체관(22) 내의 흐름을 배합하여 냉각 매체가 방열 본체(21)의 열을 신속하게 제거하여, 전체 방열 효율을 더 우수하게 하고, 또한, 상기 방열 장치(20, 20’)는 주로 상기 아크 챔버(10)의 저면에 전평면적으로 부착되어, 가령 하우징이 고온 작동하에서 열을 받아 변형된다 할지라도, 일부 열분해가 쉬운 도판트 가스를 사용하여 상기 아크 챔버의 저면 흡기홀이 막히는 것을 더 방지할 수 있다. The
상기 내용은 단지 본 발명의 실시예일 뿐, 본 발명에 대한 어떠한 형식 상의 제한이 아니고, 비록 본 발명은 실시예를 통하여 상기와 같이 제시하였지만, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 기술적 해결수단의 범위를 벗어나지 않는 한, 상기에서 제시한 기술적 내용을 이용하여 여러 가지 변경 또는 수식을 진행할 수 있고, 이는 균등 변화된 균등 실시예이며, 본 발명의 기술적 해결수단의 내용을 벗어나지 않고, 본 발명의 기술적 본질에 의하여 상기의 실시예에 대하여 진행한 모든 임의의 간단한 수정, 균등 변화와 수식은 모두 여전히 본 발명의 기술적 해결수단의 범위 내에 속한다.Although the present invention has been fully described in connection with the preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications can be made thereto without departing from the scope of the technical solution of the present invention, All of the minor modifications, equivalents, and alternative constructions that have been made to the above embodiments by the technical nature of the present invention are still within the scope of the technical solution of the present invention without departing from the technical solution of the invention.
1: 이온 소스 10, 10’: 아크 챔버 100: 방전 공간
100a: 이온 빔 11: 하우징 111: 저면 흡기홀
12, 12a, 12b: 이너 패널 13: 추출 전극판 131: 제1 추출간극
14, 14’: 열전자 생성 어셈블리 141: 필라멘트
142: 음극 143: 격퇴자 15: 억제 전극판
151:제2 추출간극 16: 접지 전극판 161: 제3 추출간극
20, 20’: 방열 장치 21: 방열 본체 211: 상부면
212: 저면 213: 측면 214: 짧은 측
215: 요홈 216: 공간 22: 냉각 매체관
221, 222: 매니폴드 30: 베이스 301: 상부면
31: 하부 베이스 40: 흡기관
50, 50’: 전원 공급 장치
51: 필라멘트 전원 공급유닛
52: 바이어스 전원 공급유닛 53: 아크 전원 공급유닛
54: 제1 고압전원 공급유닛 55: 제2 고압전원공급유닛
60: 이온 소스 61: 베이스 62: 지지 어셈블리
63: 아크 챔버 630: 하우징 631: 추출 전극판
631a: 추출홀 공극 632: 내측판 633: 내부 바닥판
634: 필라멘트 635: 음극 636: 격퇴자
64: 흡기관 70: 필라멘트 전원 공급유닛
71: 바이어스 전원 공급유닛 72: 아크 전원 공급유닛1:
100a: ion beam 11: housing 111: bottom surface intake hole
12, 12a, 12b: inner panel 13: extraction electrode plate 131: first extraction gap
14, 14 ': Thermoelectron generating assembly 141: Filament
142: negative electrode 143: repulsive member 15: suppression electrode plate
151: second extraction gap 16: ground electrode plate 161: third extraction gap
20, 20 ': heat dissipating device 21: heat dissipating body 211: upper surface
212: bottom surface 213: side surface 214: short side
215: groove 216: space 22: cooling medium tube
221, 222: manifold 30: base 301: upper surface
31: lower base 40: intake pipe
50, 50 ': Power supply
51: filament power supply unit
52: bias power supply unit 53: arc power supply unit
54: first high-voltage power supply unit 55: second high-voltage power supply unit
60: ion source 61: base 62: support assembly
63: arc chamber 630: housing 631: extraction electrode plate
631a: extraction hole cavity 632: inner side plate 633: inner bottom plate
634
64: intake tube 70: filament power supply unit
71: bias power supply unit 72: arc power supply unit
Claims (12)
상기 아크 챔버는,
복수개의 내벽을 포함하고, 상부 개구와, 상기 아크 챔버 내에 도판트 소스 가스(dopant source gas)가 유입되도록 하는 저면 흡기홀을 구비하는 하우징;
상기 하우징의 대응되는 내벽에 각기 설치되는 복수개의 이너 패널;
상기 하우징의 상부 개구를 덮어 연결되고, 중간에 제1 추출간극이 형성되는 추출 전극판; 및
상기 하우징의 일측 및 상기 하우징의 일측과 대응되는 이너 패널에 전기적으로 절연되게 설치되는 열전자 생성 어셈블리(assembly)를 포함하고,
상기 전원 공급 장치는,
상기 열전자 생성 어셈블리와 연결되어, 상기 열전자 생성 어셈블리가 기설정된 온도까지 가열되도록 하는 가열 전원 공급유닛; 및
상기 복수개의 이너 패널 및 상기 열전자 생성 어셈블리와 연결되고, 20V 내지 45V의 전압 범위 내에 있는 출력 전압을 제공하는 아크 전원 공급유닛을 포함하는 이온 소스.An arc chamber and a power supply,
The arc chamber
A housing including a plurality of inner walls, the housing having an upper opening and a bottom surface intake hole for allowing a dopant source gas to flow into the arc chamber;
A plurality of inner panels mounted on corresponding inner walls of the housing;
An extraction electrode plate connected to cover the upper opening of the housing and having a first extraction gap in the middle; And
A thermoelectrically generating assembly electrically insulated on one side of the housing and on an inner panel corresponding to one side of the housing,
The power supply device includes:
A heating power supply unit connected to the thermoelectrically generating assembly, the heating power supply unit heating the thermoelectrically generating assembly to a predetermined temperature; And
And an arc power supply unit connected to the plurality of inner panels and the thermoelectric generation assembly, the arc power supply unit providing an output voltage within a voltage range of 20V to 45V.
상기 억제 전극판의 외측에 이격 설치되어, 상기 억제 전극판의 제2 추출간극과 조준하는 제3 추출간극이 형성되는 접지 전극판을 더 포함하고,
상기 추출 전극판은 제1 고압전원 공급유닛의 양전극과 결합되며, 상기 억제 전극판은 제2 고압전원 공급유닛의 음전극과 결합되고, 상기 제2 고압전원 공급유닛의 양전극은 상기 제1 고압전원 공급유닛의 음전극과 결합되며, 상기 접지 전극판은 지면과 결합되는 이온소스.4. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising: an inhibition electrode plate spaced apart from the extraction electrode plate to form a second extraction gap to be collimated with the first extraction gap of the extraction electrode plate; And
Further comprising a ground electrode plate spaced apart from the suppression electrode plate and formed with a third extraction gap for collimating with a second extraction gap of the suppression electrode plate,
The extraction electrode plate is coupled to the positive electrode of the first high voltage power supply unit, the inhibition electrode plate is coupled to the negative electrode of the second high voltage power supply unit, and the positive electrode of the second high voltage power supply unit is connected to the first high voltage power supply unit Wherein the ground electrode plate is coupled to the negative electrode of the unit, and the ground electrode plate is coupled to the ground.
상기 베이스의 상부면과 상기 아크 챔버의 하우징의 저면 사이에 설치되는 방열 장치를 더 포함하는 이온 소스.[9] The apparatus of claim 8, further comprising: a base on which an intake pipe is protruded from an upper surface; And
And a heat dissipating device installed between an upper surface of the base and a bottom surface of the housing of the arc chamber.
저면이 상기 베이스의 상부면에 설치되고, 상부면은 전평면적으로 상기 아크 챔버의 바닥판의 저면에 부착되며, 상기 흡기관과 대응되는 일측면에는 이의 상부면 및 이의 저면을 관통하는 요홈이 내측을 향해 요입 설치되고, 상기 흡기관의 외관벽과 상기 요홈의 내벽면에는 간격이 존재하는 방열 본체; 및
상기 방열 본체를 관통하여, 상기 방열 본체의 저면으로부터 하방으로 2개의 매니폴드가 도출되고, 각각 상기 2개의 매니폴드를 통하여 유동하는 냉각 매체를 충진하는 적어도 하나의 냉각 매체관을 포함하는 이온 소스.10. The heat sink according to claim 9,
Wherein a bottom surface of the bottom plate is attached to the bottom surface of the bottom plate of the arc chamber, and a top surface corresponding to the bottom surface of the arc chamber is provided with a groove, A heat dissipation main body having a gap between the outer wall of the intake tube and the inner wall of the groove; And
And at least one cooling medium tube extending through the heat dissipation body to draw two manifolds downward from the bottom surface of the heat dissipation body and to fill the cooling medium flowing through the two manifolds respectively.
각각의 탄성 훅 어셈블리는,
상기 베이스의 하부 기판에 나사 설치되는 L형 고정구;
일단이 상기 L형 고정구에 걸림 설치되어 위치가 결정되는 스프링;
일단이 상기 스프링의 타단에 걸리고, 상기 아크 챔버에 위치한 상기 추출 전극판의 측변에 걸리도록 타단에 걸림부가 형성되는 훅 스트립(hook strip)을 포함하는 이온 소스.12. The apparatus of claim 11, further comprising a plurality of elastic hook assemblies,
Each of the elastic hook assemblies includes:
An L-shaped fixture screwed to the lower substrate of the base;
A spring whose one end is engaged with the L-shaped fastener and whose position is determined;
And a hook strip having one end hooked to the other end of the spring and a hook formed at the other end so as to be hooked to a side of the extraction electrode plate located in the arc chamber.
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