KR101194203B1

KR101194203B1 - 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재

Info

Publication number: KR101194203B1
Application number: KR1020087012686A
Authority: KR
Inventors: 기요시 사이토; 후미아키 요코야마; 히토시 스즈키; 아츠코 안도; 데츠로 도조; 세이지 시노하라
Original assignee: 토요 탄소 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2012-10-29
Also published as: TW200721231A; KR20100105777A; CN101296881A; TWI327739B; WO2007049492A1; EP1953124A4; EP1953124A1; US20090181527A1; JP2007123126A; US8673450B2; EP1953124B1; CN101296881B; JP4046748B2; KR20080075507A; CN103288453A

Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면에서 혼합된 입자량을 현저하게 감소시킬 수 있는 고전류 저에너지형의 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재를 제공한다. 1.80 Mg/m³ 이상의 벌크 밀도 및 9.5 μΩ?m 이하의 전기 저항률을 나타내는, 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재가 제공된다. 바람직하게는, 흑연 부재의 자연 파단면의 라만 스텍트럼에서, R 값은 1370 cm^－ ¹ 의 D 밴드 강도를 1570 cm^－ ¹ 의 G 밴드 강도로나눔으로써 얻어진다.

Description

이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재{GRAPHITE MEMBER FOR BEAM-LINE INTERNAL MEMBER OF ION IMPLANTATION APPARATUS}

본 발명은 반도체 기판 등에 이온을 주입하는 이온 주입 장치에 사용되는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재에 관한 것이다. 빔 라인 내부 부재는 이온 주입 장치의 내부 진공 공간용 부재이고, 구체적으로 이온 소스 내부 부재, 이온 소스로부터 주입 처리실까지의 빔 경로의 내부 부재 및 주입 처리실의 내부 부재를 포함한다.

반도체 소자를 처리하는 단계 중 하나는 기판이 될 실리콘, 실리콘 카바이드 (SiC), 갈륨 아르세나이드 (GaAs), 갈륨 니트라이드 (GaN) 등의 반도체 웨이퍼 기판에 불순물 원소를 이온 주입하는 것이다. 도 2 는 상기 단계에서 사용될 이온 주입 장치의 일 실시형태의 개략도이다. 이온 주입 장치 (10) 는 원하는 불순물 원소를 이온화하고, 원소를 소정의 에너지로 가속하여, 이것을 반도체 기판 (웨이퍼 기판 (16)) 등에 충돌시키기 위한 장치이다. 도면에 도시된 이온 주입 장치 (10) 에는, 기체를 플라즈마 상태로 하고 원하는 불순물 원소를 포함하는 이온을 발생시키는 이온원 (11), 발생된 이온을 추출하기 위한 추출 전극 (12), 추출된 이온으로부터 원하는 이온을 선별하기 위한 분리 전자석 (13), 이온을 가속하기 위한 가속 전극 (14), 및 가속된 이온을 편향시키기 위한 편향 전극 (15) 이 제공되고, 불순물 원소의 편향된 이온은 셔터 (18) 및 카세트 (19) 를 통해 빔 스톱 (17) 의 앞에 설치된 웨이퍼 기판 (16) 에 충돌한다 (주입된다). 도면의 점선은 주입될 이온의 진행을 나타낸다.

이온 주입 장치의 각 부분을 구성하는 재료는 내열성 및 열전도성이 우수하고, 이온 빔에 의한 소모 (부식) 가 적고, 불순물 함유량이 적은 고순도의 재료일 것이 요구된다. 예를 들어, 플라이트 튜브, 각종 슬릿, 전극, 전극 커버, 안내 튜브, 빔 스톱 등의 재료로서 흑연 재료가 사용된다. 특히, 고밀도 및 고강도의 흑연 부재가 불순물 원소의 이온 주입의 에너지가 1 MeV 이상인 고에너지 이온 주입 장치에 종래부터 사용되고 있다. 이들 종래 기술과 관련한 특허 문헌으로는, 예컨대, JP-A-8-45467, JP-A-9-199073, JP-A-10-12180, JP-A-2000-323052, JP-A-2004-158226, US-B-2003/38252 및 US-B-2003/79834 가 있다.

상기 기술에 더하여, 유리질 탄소 또는 열분해 탄소가 피복 또는 함침된 흑연 부재가 이온 주입 장치의 빔 라인의 내부 부재로서 사용될 수도 있다. 이 종래 기술에 관한 특허 문헌으로는, 예컨대, JP-A-9-63522, JP-A-8-171883, JP-A-7-302568, JP-A-2000-128640 및 JP-A-11-283553 이 있다.

흑연 재료는 골재가 되는 코크스와 바인더를 소결하여 만들어진다. 따라서, 이온 주입 장치를 위한 흑연 재료의 사용은 이온 빔에 의해 탈락된 흑연 입자에 의한 이온 주입 장치의 내부의 오염 및 웨이퍼 기판에 입자의 혼입으로 인해 반도체 소자의 수율이 저하되는 문제가 발생된다. 또한, 이온 빔의 조사에 의해 흑연 부재의 소모의 문제점이 염려된다.

최근 몇 년간, 집적 회로 소자의 디자인 룰의 축소화 및 집적 회로 소자에 의해 달성된 초고밀도화 및 초고속화에 따라 MOS 소자의 게이트 길이가 90 nm 이하로 되고 있다. 이것을 실현하는 이온 주입 기술로서, 주입된 불순물의 극천 (ultra-shallow) 분포가 요구된다. 극천 분포는 소스/드레인의 극천 접합을 가능하게 해준다. 따라서, 저에너지 이온 주입법으로서의 플라즈마 도핑 및 감속 자기장에 의한 저에너지 이온 주입이 연구 개발되고 있다. 이러한 상황에서, 빔 라인에서의 흑연에 대한 이온 조사 에너지, 즉 가속 전압은 때때로 종래 레벨보다 낮은, 예컨대 약 2 keV 이하가 된다. 고에너지로는 이온 주입이 가능하지만, 저에지로는 스퍼터링이 가능하다.

저에너지 이온 주입에 의해 종래에서는 경험되지 않은 이하의 문제점들이 생길 수도 있다는 본 발명가에 의해 새롭게 발견되었다. 저에너지 이온 주입이 시도될 때, 흑연 부재의 표면에서 스퍼터링이 발생되어서, 초미세 탄소 입자가 원하지 않는 입자로서 웨이퍼에 도달할 가능성이 증가하게 된다. 컴팩트한 장치가 빔 스톱과 웨이퍼 사이의 거리를 짧게 하기 때문에, 빔 슬릿으로 빔을 좁혀서 발생된 초미세 탄소 입자가 원하지 않게 웨이퍼에 주입되는 문제도 발생되었다.

이러한 상황에서, 본 발명은 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재를 제공하는 것을 목적으로 하고, 이 흑연 부재는 고전류, 저에너지 이온 주입 방법에서 처리 대상의 표면 안으로 혼입된 입자를 현저하게 감소시킬 수 있다.

본 발명은 이하를 특징으로 한다.

(1) 1.80 Mg/m³ 이상의 벌크 밀도 및 9.5 μΩ?m 이하의 전기 저항률을 갖는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

(2) (1) 에 있어서, 0.20 이하의 R 값을 가지며, R 값은 흑연 부재의 자연 파단면 (fracture surface) 의 라만 스펙트럼에서 1370 cm^－ ¹ 의 D 밴드 강도를 1570 cm^- ¹ 의 G 밴드 강도로 나눔으로써 얻어지는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

(3) (1) 또는 (2) 에 있어서, 10 ppm 이하의 회분 함량을 갖는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

(4) (1) 에 있어서, 탄소 재료의 분말을 압축하여 생성형체를 얻고, 얻어진 생성형체를 소성 (calcining) 하고 이 생성형체를 피치에 함침하고, 흑연화를 위해 2500℃ 이상에서 생성형체를 가열하고, 생성형체를 피치에 함침하여 흑연화를 위해 2500℃이상으로 다시 가열하는 것을 포함하는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

(5) (1) ~ (3) 중 어느 하나에 있어서, 70 keV 이하의 이온 주입 에너지로 이온을 주입하는 이온 주입 장치의 내부 부재로서 사용되는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

(6) (1) ~ (3) 중 어느 하나에 있어서, 10 keV 미만의 이온 주입 에너지로 이온을 주입하는 이온 주입 장치의 내부 부재로서 사용되는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

(7) (1) ~ (3) 중 어느 하나에 있어서, 1 keV 미만의 이온 주입 에너지로 이온을 주입함으로써 천접합 (shallow junction) 을 형성하는 이온 주입 장치에 사용되는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

(8) (1) ~ (3) 중 어느 하나의 흑연 부재로 구성된 내부 부재가 제공된 빔 라인을 통해 70 keV 이하의 가속 전압으로 이온을 통과하는 단계, 이온이 처리 대상에 충돌하도록 하는 단계를 포함하는 처리 대상에 이온을 주입하는 방법.

(9) (8) 에 있어서, 상기 가속 전압은 10 keV 미만인 처리 대상에 이온을 주입하는 방법.

(10) (8) 또는 (9) 에 있어서, 상기 처리 대상은 반도체 기판인 처리 대상에 이온을 주입하는 방법.

본 발명의 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재 (이하에서 간단하게 흑연 부재라고 표현함) 는 저에너지 이온 주입 동안에 처리 대상 (웨이퍼 등) 의 표면 안으로 혼입되는 입자를 현저하게 감소시킬 수 있다. 본 명세서는 때때로 처리 대상의 대표적인 예로서 웨이퍼를 설명하지만, 처리 대상은 웨이퍼로 한정되는 것은 아니다.

도 1 은 파단 후에 흑연 부재의 개략도이다. 도 2 는 이온 주입 장치의 일 실시형태의 개략도이다. 도 1 의 도면 부호 '1' 은 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재를 도시하고 도 2 의 각각의 도면 부호는 다음을 의미한 다.

10: 이온 주입 장치

11: 이온원

12: 추출 전극

13: 분리 전자석

14: 가속 전극

15: 편향 전극

16: 웨이퍼 기판

17: 빔 스톱

18: 셔터

19: 카세트

본 발명의 흑연 부재는 1.80 Mg/m³ 이상, 바람직하게는 1.84 Mg/m³ 이상의 벌크 밀도를 갖는다. 벌크 밀도가 1.80 Mg/m³ 미만일 때, 이온 빔 조사에 의한 소모에 의해 열확산성이 급격하게 저하된다. 그 결과, 이온 주입 장치의 탄소 입자가 증가하고, 수율이 감소될 수도 있다. 본 발명에서는, 흑연 부재의 벌크 밀도가 큰 것이 바람직하다. 고순도가 용이하게 얻어질 수 있기 때문에, 예컨대 상한의 일례로서 1.95 Mg/m³ 를 들 수 있다. 이온 주입 장치에 사용되는 흑연은 고순도를 얻을 수 있도록 처리될 필요가 있다. 그러나, 벌크 밀도가 너무 높으면, 흑연의 내부는 고순도를 용이하게 달성할 수 없다.

흑연 부재의 벌크 밀도는 JIS R7222－1997 에 기초한 방법에 의해 측정된다.

본 발명의 흑연 부재는 9.5μΩ?m 이하, 바람직하게는 8.5μΩ?m 이하의 전기 저항률을 갖는다. 흑연 부재의 열전도성이 양호해지기 때문에 낮은 전기 저항률이 바람직하다. 실제 제조 등을 고려하면, 전기 저항률의 하한은 예컨대 6.8μΩ?m 이다. 전기 저항률이 9.5μΩ?m 보다 클 때, 웨이퍼 표면에 입자가 혼입된다.

흑연 부재의 전기 저항률은 JIS R7222－1997 에 기초한 방법에 의해서도 측정된다.

바람직한 흑연 부재의 예는 결정화도가 높은 흑연 부재를 포함한다. 흑연 부재의 결정화도는 라만 (Raman) 스펙트럼으로부터 계산된 R 값에 의해 정량화될 수 있다. 본 발명에서, 흑연 부재의 R 값은 바람직하게는 0.20 이하이며, 보다 바람직하게는 0.18 이하이다. 더 작은 R 값이 보다 바람직하다. R 값이 0.20 을 초과할 때, 탄소 입자가 용이하게 발생된다.

흑연 부재의 R 값은 이하와 같이 결정될 수 있다.

20 mm×20 mm×100 mm 의 흑연 부재가 굽힘 강도 시험기로 중앙 부근에서 부서진다 (파단된다). 도 1 은 파단 후의 흑연 부재의 개략도이다. 흑연 부재 (1) 의 자연 파단면이 부호 1a 로 도시된다. 자연 파단면은 파단된 채로 연마 등의 표면 처리를 가하지 않은 파단면을 나타낸다. 이 자연 파단면 (1a) 은 라만 분광 분석을 받아 라만 스펙트럼을 얻는다. 얻어진 스펙트럼으로부터 1370 cm^－1 의 스펙트럼 강도 (D 밴드 강도) 및 1570 cm^－ ¹ 의 스펙트럼 강도 (G 밴드 강도) 가 결정된다. R 값은 (D 밴드 강도)÷(G 밴드 강도) 로부터 계산된다.

본 발명에서 흑연 재료의 바람직한 제조를 위해, 예컨대, 코크스 분쇄가루와 바인더를 혼련하고, 이 혼합물을 분쇄하는 방법을 포함하고, 이는 성형, 소성, 흑연화 (최초 흑연화), 피치 함침 및 재흑연화함으로써 적용될 수 있다. 최초 및 재흑연화는 바람직하게는 2500℃ 이상, 보다 바람직하게는 2700℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 2900 ~ 3200℃ 의 열처리에 의해 실행된다. 최초 흑연화 전에 피치 함침이 실시될 수도 있다. 보다 구체적으로, 이하의 비한정 예가 언급될 수 있다.

개시제로서 코크스 (석유 피치 코크스 또는 석탄 피치 코크스, 또는 원료 코크스) 가 해머 밀 등의 분쇄기로 분쇄되어 코크스 분말을 제조한다. 코크스 분말과 바인더 피치를 혼련하여 이 혼합물을 분쇄함으로써 얻어진 재료, 또는 자기 소결성을 가진 메조페이스 (meso phase) 또는 원료 코크스 분쇄 분말이 러버 프레스로 성형된다. 이 경우에, 원료 코크스 외에 다른 탄소 재료도 사용될 수 있다. 얻어진 생성형체는 바람직하게는 900 ~ 1300℃, 보다 구체적으로는 약 1000℃ 에서 소성된다. 그 다음에, 생성형체는 상기 온도에서 흑연화된다. 피치 함침 및 그 후의 소성이 흑연화 전에 한 번 이상의 횟수로 실시될 수도 있다. 고밀도의 제품을 제공하기 위해서, 흑연화 후에는 피치 함침 및 그 후에 흑연화가 필수적으로 실시된다. 피치 함침 및 그 후의 흑연화 단계는 여러 번 실시될 수도 있다. 피치 함침은 탄소의 공극에 피치를 고압으로 함침하여 탄화를 유발함으로써 벌크 밀도를 증가시키는 벌크 밀도를 증가시키기 위한 단계이다. 바람직하게는, 할로겐 가스 또는 할로겐 함유 가스 등을 사용하여 고순도 처리가 적절하게 실시되고, 이에 따라 얻어진 흑연 부재에 함유된 불순물은 50 ppm 이하, 보다 바람직하게는 10 ppm 이하로 설정된다. 고순도 처리를 받은 흑연 부재는 적절하게 형상 가공되어 이온 주입 장치용 흑연 부재로서 사용될 수 있다.

본 발명의 흑연 부재의 용도가 이하에 설명된다.

배경 기술 부분에서 도시된 바와 같이, 이온 주입 장치는 반도체 기판 등의 처리 대상에 불순물 원소를 이온 주입하는데 사용된다. 이온 주입은, 원하는 불순물 원소를 포함한 가스를 플라즈마 상태로 하여 이온을 발생시키고, 이온을 이온 빔으로서 추출하고, 빔을 적절하게 선택하여, 소정의 가속 전압으로 이온 빔을 가속시키고, 필요에 따라 편향 등을 한 후에, 빔이 처리 대상 (예컨대, 반도체 기판, 웨이퍼) 과 충돌하게 함으로써 실시된다.

본 발명의 흑연 부재는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재로서 사용되고, 특히 70 keV 이하, 나아가서는 10 keV 미만의 이온 주입 에너지로 이온 주입하는데 사용된다. 70 keV 이하의 이온 주입 에너지는 가속 전압이 70 kV 이하인 것을 의미한다. 본 발명의 흑연 부재는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재로서 사용된다. 빔 라인 내부 부재는 이온 주입 장치의 내부 진공 공간을 구성하는데, 예를 들어 이온원 내부 부재, 이온원으로부터 주입 처리실까지의 빔 경로의 내부 부재, 주입 처리실 내부 부재 등이 있다. 보다 구체적으로는, 그 예로는 빔 라 인관, 각종 슬릿 및 구멍, 전극, 전극 커버, 빔 안내관, 빔 스톱 등의 구성 재료를 포함한다. 본 발명의 효과는, 빔 계측기, 주입 처리실 벽재 등으로서 사용될 때 특히 구체화된다. 상기 서술된 흑연 부재로 적어도 일부분이 구성되는 빔 라인 내부 부재 그 자체도 본 발명에 포함된다. 또한, 빔 라인 내부 부재가 상기 서술된 흑연 부재로 적어도 부분적으로 구성되는 이온 주입 장치도 본 발명에 포함된다. 또한, 상기에 설명된 흑연 부재로 구성된 내부 부재가 제공된 빔 라인을 통해 상기에 설명된 가속 전압으로 이온을 통과하는 단계, 이온이 처리 대상에 충돌하도록 하는 것을 포함하는, 처리 대상에 이온을 주입하는 방법 또한 본 발명에 포함된다.

천접합을 형성하기 위해서 본 발명의 흑연 부재를 사용하는 것이 바람직하다.

"천접합" 은, 진보된 실리콘 반도체 소자에 이용되는 접합 방법으로, 접합 깊이가 수십 nm 의 얕은 불순물 확산층을 형성하는 처리 단계이다. 천접합을 형성하기 위한 얕은 이온 주입에 있어서, 통상 수백 ~ 수 KeV, 바람직하게는 1 keV 미만의 가속 에너지 (이온 주입 에너지) 가 적용된다.

본 발명의 흑연 부재를 사용하는 처리 대상 (반도체 기판 등) 에 이용되는 이온 도즈량은 바람직하게는 10¹¹ ~ 10¹⁶ ion/cm²?sec 이다. 이온 도즈량이 상기 범위 내일 때 스퍼터링이 발생하기 쉽기 때문에, 본 발명의 효과가 구체화된다.

본 발명의 개요가 이하에서 한 번 더 설명된다.

이온 주입 장치에 있어서, 이하의 두 가지 오염이 크게 문제가 된다. 하나는 원하는 것 이외의 다른 불순물 원소에 의해 유발된, 불순물로 인한 오염이다. 다른 하나는 입자와의 충돌에 의한 이온값의 변화로 인해 빔을 가속하는 에너지의 변동에 의해 유발되는 대상 영역 이외의 영역에서의 이온의 주입, 즉 에너지 오염이다.

이온 주입에 있어서, 입자는 이하에 논의될 바와 같은 문제를 발생시킨다.

종래에는, 반도체의 패턴 회로의 라인폭이 비교적 컸기 때문에, 주로 탄소 입자를 포함하는 초미세 크기의 입자는 어떠한 문제도 되지 않았다. 그러나, 천접합의 경우에, 에너지 오염에 의해 주로 유발되는 주입 깊이의 편차가 문제가 되고 있다. 주입 깊이의 편차는 누전의 문제점을 발생시킨다. 즉, 대기시의 소비 전력이 커진다.

흑연 재료로부터의 입자와 관련하여, 이하가 요점이 된다.

1. 스퍼터링률을 감소시킨다.

스퍼터링은 물리 스퍼터링, 화학 스퍼터링 및 승화 촉진 스퍼터링의 3 종류로 크게 나뉜다. 이온 조사에 의해 유발된 흑연 부재의 소모는 표면 온도를 감소시킴으로써 달성된 스퍼터링률의 저하에 의해 억제될 수 있다. 탄소 기판의 열확산율 및 비열을 상승시킴으로써 표면 온도가 감소될 수 있다는 것이 고려된다. 열전도율은 열확산율 및 비열의 결과이기 때문에, 열확산 및 비열이 임계값 이하일 때, 열전도율이 높더라도 결과가 불량일 수 있다. 그 예가 이하에 주어진다. 높은 열전도율을 갖지만 비열이 낮은 재료로서, 전극재가 고려되고, 전극 재로서는, 벌크 밀도가 약 1.65 Mg/cm³, 열전도율이 200 W/(m?K) 인 재료가 예로서 주어진다. 이 경우에 스퍼터링에 의해 재료가 소모될 때, 비중 저하 및 비열의 저하에 의해 열전도가 급격하게 떨어질 수도 있다.

2. 가스가 발생되지 않는다.

탄소는 약 2600℃ ~ 약 3000℃ 의 열이력을 갖는다. 탄소가 이온 조사로 인해 열이력 이상의 온도에 도달할 때, 가스가 탄소의 내부로부터 방출된다. 이 가스는 초미세 탄소 입자 및 입자원이 될 것이라고 고려된다.

흑연 재료의 구체적 설계 지침이 다음과 같이 고려된다.

본 발명자는 열전도를 증가시키는 포논 (phonon) 의 산란을 방지하는 것을 가장 중요하게 생각했다. 포논의 산란을 막으면서, 높은 비중의 재료를 개발하는 것이 중요하다. 포논의 자유 경로 길이를 길게 하기 위해서는, 계면이 없는 재료가 요구되고, 이 재료는 일반적으로는 필러의 크기를 증가시킴으로써 달성된다. 그러나, 종래의 등방성 흑연에서는, 입자의 크기가 증가된 필러가 낮은 비중을 갖고, 비열의 저하가 염려된다. 이를 방지하기 위해서, 피치 함침을 반복함으로써 비중이 증가될 수도 있다. 그러나, 소성 제품의 반복적인 피치 함침은 비중이 증가함에도 불구하고, 고열 전도성은 얻는데 실패하게 된다.

따라서, 본 발명은 이하에 예로서 주어진 도입된 생각을 갖는다.

(1) 한 번 흑연화된 재료의 피치 함침에 의해, 큰 입자의 의사-사용 (pseudo-use) 후의 상태가 생성되고, 비중이 증가된다.

(2) 흑연화 종료 후에 흑연재에 피치 함침을 가하고, 열처리, 및 예컨대 2900 ~ 3200℃ 에서 추가 열처리를 하여 흑연화도를 높임으로써 열전도를 향상시켜, 재료가 이온 주입용 흑연 부재로서 사용될 수 있는 열이력이 부여된다.

(3) 흑연 부재의 내부에 포함된 가스는 증기압을 낮게 유지하기 위해 방출되고, 이온 주입이 고진공 하에서 실시된다.

본 발명은 실시예를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명되지만, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

평균 입경이 10㎛ 인 석탄 피치 코크스 (100 중량부) 가 필러로서 사용되었고, 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(57 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 3 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 340×570×1000 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성이 몇 차례 반복되었다. 그 후에, 약 3000℃ 에서 흑연화 처리가 실시되었다. 그 후, 생성형체에 피치가 함침되어, 소성된 후에, 약 3000℃ 에서 다시 흑연화 처리되었다.

흑연화 제품으로부터 20×20×60 (mm) 의 시험편이 잘라졌고, 물리적 특성이 측정되었다. 측정 결과가 표 1 에 나타난다. 흑연화 제품이 가공되어 이온 주입 장치용 흑연 부재가 얻어졌고, 흑연 부재는 감압하에서 2000℃ 에서 할로겐 가스중에서 고순도 처리를 받아 회분 함유량을 10 ppm 까지 감소시켰다. 얻어 진 흑연 부재는 초음파에 의해 순수한 물로 세정되었고, 고전류-저에너지형의 이온 주입 장치에 주입되어 실리콘 웨이퍼에 이온을 주입하였다.

<실시예 2>

평균 입경이 10㎛ 인 석유 코크스 (100 중량부) 가 필러로서 사용되었고, 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(57 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 3 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 340×570×1000 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성이 몇 차례 반복되었다. 그 후에, 약 3000℃ 에서 흑연화 처리가 실시되었다. 그 후, 생성형체에 피치가 함침되고 약 3100℃ 에서 다시 흑연화 처리되었다.

<실시예 3>

평균 입경이 10㎛ 인 석유 코크스 (100 중량부) 가 필러로서 사용되었고, 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(55 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 2 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 340×570×1000 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성이 몇 차례 반복되었다. 그 후에, 약 3000℃ 에서 흑연화 처리가 실시되었다. 그 후, 생성형체에 피치가 함침되고, 소성되고, 100×300×600 (mm) 으로 잘린 후에, 다시 피치로 함침되어, 소성된 후에 약 3000℃ 에서 흑연화 처리되었다.

<실시예 4>

평균 입경이 10㎛ 인 석유 코크스 (100 중량부) 가 필러로서 사용되었고, 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(5755 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 2.5 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 100×300×600 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성이 몇 차례 반복되었다. 그 후에, 약 2500℃ 에서 흑연화 처리가 실시되었다. 그 후, 생성형체에 피치가 함침되고 약 3000℃ 에서 다시 흑연화 처리되었다.

<실시예 5>

평균 입경이 10㎛ 인 석유 코크스 (100 중량부) 가 필러로서 사용되었고, 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(54 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 2 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 100×300×600 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성이 몇 차례 반복되었다. 그 후에, 약 3000℃ 에서 흑연화 처리가 실시되었다. 그 후, 생성형체에 피치가 함침되고 약 3000℃ 에서 다시 흑연화 처리되었다.

<실시예 6>

평균 입경이 10㎛ 인 석유 코크스 (100 중량부) 가 필러로서 사용되었고, 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(63 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 4 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 80×200×300 (mm) 의 생성형체 를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성 후에, 약 3100℃ 에서 흑연화 처리되었다. 그 후, 생성형체에 피치가 함침되고 약 3000℃ 에서 다시 흑연화 처리되었다.

<실시예 7>

평균 입경이 10㎛ 인 석유 코크스 (100 중량부) 가 필러로서 사용되었고, 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(63 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 4 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 100×300×600 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성이 몇 차례 반복되었다. 그 후에, 약 3000℃ 에서 흑연화 처리가 실시되었다. 그 후, 생성형체에 피치가 함침되고, 소성되고, 50×300×600 (mm) 으로 잘린 후에, 다시 피치로 함침되어, 소성된 후에 약 3100℃ 에서 흑연화 처리되었다.

<비교예 1>

메조페이스 피치가 냉간 정수압 성형을 받아 80×200×300 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃으로 소성된 후에, 약 2500℃ 에서 흑연화 처리되었다. 흑연화 처리 후에는 피치의 함침 처리는 실시되지 않았다.

<비교예 2>

석탄 피치 코크스는 평균 입경 13㎛ 으로 분쇄되었고 그 중 100 중량부가 필러로서 사용되었다. 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(53 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 1.5 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 35 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 300×540×850 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 900℃ 에서 소성되었고, 피치 함침과 소성이 몇 차례 반복된 후에, 약 3000℃ 에서 소성되었다. 흑연화 처리 후에는 피치 함침 처리를 실시하지 않았다.

<비교예 3>

원료 석탄 피치 코크스는 평균 입경 8㎛ 으로 분쇄되었고 그 중 100 중량부가 필러로서 사용되었다. 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(50 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 2 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 15 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 80×200×300 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 약 2500℃ 에서 흑연화되었다. 흑연화 처리 후에는 피치 함침 처리를 실시하지 않았다.

<비교예 4>

석탄 피치 코크스는 평균 입경 8㎛ 으로 분쇄되었고 그 중 100 중량부가 필러로서 사용되었다. 여기에 석탄 타르 피치 (바인더)(60 중량부) 가 첨가되었으며, 혼합물이 약 2.5 시간 동안 혼련되었다. 얻어진 혼련물은 분쇄되어 평균 입경 2515 ㎛ 인 분쇄 분말을 얻었다. 분쇄 분말은 냉간 정수압 성형을 받아 80×200×300 (mm) 의 생성형체를 얻었다. 생성형체는 약 1000℃ 에서 소성되었고, 약 3000℃ 에서 흑연화되었다. 흑연화 처리 후에는 피치 함침 처리를 실시하지 않았다.

실시예 2 ~ 7 및 비교예 1 ~ 4 로부터 얻어진 각각의 흑연화된 제품으로부터 20×20×100 (mm) 의 시험편이 잘라졌고, 물리적 특성이 측정되었다. 측정 결과가 표 1 에 나타난다. 이들 흑연화된 제품은 실시예 1 과 동일한 방식으로 기계 가공, 고순도 처리 및 초음파 세정을 받고, 고전류 저에너지형의 이온 주입 장치에 결합되어 실리콘 웨이퍼에 이온이 주입된다.

<실리콘 웨이퍼의 이온 주입>

각 실시예 및 비교예에서 얻어진 흑연 부재는 고전류 저에너지형의 이온 주입 장치의 빔 스톱 부재로서 결합되고, B¹¹ 은 실리콘 웨이퍼에 7 keV 의 에너지로 수십 ~ 수백 시간 동안 연속적으로 주입되었다. 이 때의 이온 도즈량은 10¹⁵ ~ 10¹⁶ion/cm²?sec 였다. 그 후에, 실리콘 웨이퍼의 표면에 존재하는 0.2 ㎛ 이상의 크기의 입자가 입자 계수기로 계산되었다. 결과가 표 1 에 요약되어 있다.

실시예 1 ~ 3 에서, Si 웨이퍼 표면의 입자의 수가 웨이퍼 1 개 당 40 개 이하였지만 비교예 1 ~ 4 에서는 수백 개 이상이었다. 따라서, Si 웨이퍼의 수율이 좋지 않아서 문제를 유발하였다.

본 출원은 일본 특허 제 2005-0315400 에 기초하며, 그 내용은 여기에 참조로서 인용되었다.

Claims

1.80 Mg/m³ 이상의 벌크 밀도 및 9.5 μΩ?m 이하의 전기 저항률을 갖고,

0.20 이하의 R 값을 가지며, 상기 R 값은 흑연 부재의 자연 파단면의 라만 스펙트럼에서 1370 cm^－1 의 D 밴드 강도를 1570 cm^-1 의 G 밴드 강도로 나눔으로써 얻어지는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

삭제

제 1 항에 있어서, 10 ppm 이하의 회분 함량을 갖는, 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

탄소 재료의 분말을 압축하여 생성형체를 얻는 단계, 얻어진 생성형체를 소성 (calcining) 하고 이 생성형체를 피치에 함침하는 단계, 흑연화를 위해 2500℃ 이상으로 생성형체를 가열하는 단계, 생성형체를 피치에 함침하고 흑연화를 위해 2500℃ 이상으로 다시 가열하는 단계를 포함하는, 제 1 항의 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재의 제조 방법.

제 1 항에 있어서, 70 keV 이하의 이온 주입 에너지로 이온을 주입하는 이온 주입 장치의 내부 부재로서 사용되는, 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

제 1 항에 있어서, 10 keV 미만의 이온 주입 에너지로 이온을 주입하는 이온 주입 장치의 내부 부재로서 사용되는, 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

제 1 항에 있어서, 1 keV 미만의 이온 주입 에너지로 이온을 주입함으로써 천접합 (shaloow junction) 을 형성하는 이온 주입 장치에 사용되는, 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.

제 1 항의 흑연 부재로 구성된 내부 부재가 제공된 빔 라인을 통해 70 keV 이하의 가속 전압으로 이온을 통과하는 단계 및 이온이 처리 대상에 충돌하도록 하는 단계를 포함하는 처리 대상에 이온을 주입하는 방법.

제 8 항에 있어서, 상기 가속 전압은 10 keV 미만인, 처리 대상에 이온을 주입하는 방법.

제 8 항에 있어서, 상기 처리 대상은 반도체 기판인, 처리 대상에 이온을 주입하는 방법.

제 1 항에 있어서, 상기 흑연 부재는 코크스 분말과 바인더 피치의 소성품에 피치 함침과 소성이 실시되고,

2500℃ 이상에서 흑연화가 실시되고,

피치 함침과 소성이 실시되고,

또한, 3100 ～ 3200℃ 에서의 흑연화가 실시되어 이루어지는 이온 주입 장치의 빔 라인 내부 부재용 흑연 부재.