KR20070007621A - Ion source section for ion implantation equipment - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 소스부가 적용된 이온 주입 설비의 개략적인 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus to which an ion source unit is applied according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 소스부의 아크 챔버를 보여주는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an arc chamber of an ion source unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 이온 소스부에서 소스 어퍼쳐 부재를 개략적으로 보여주는 분해 사시도이다. 3 is an exploded perspective view schematically illustrating a source aperture member in an ion source unit according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 아크 챔버 및 보호판들을 개략적으로 보여주는 분해 사시도이다.4 is an exploded perspective view schematically showing the arc chamber and the protective plates according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols for the main parts of the drawings
100 : 이온 소스부 100: ion source portion
110 : 아크 챔버 110: arc chamber
120 : 소스 어퍼쳐 부재 120: source aperture member
122 : 이온방출구 122: ion outlet
124 : 제1플레이트 124: first plate
130 : 제2플레이트 130: second plate
138 : 제3플레이트 138: third plate
301 : 보호판301: Protector
본 발명은 반도체 제조 공정의 이온 주입 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 제조공정의 이온 주입 공정에서 사용되는 불순물 등을 이온화시켜 기판에 주입하기 위한 이온 주입 설비의 이온 소스부(ion source section)에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation facility in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to an ion source section of an ion implantation facility for ionizing impurities and the like used in an ion implantation process in a semiconductor manufacturing process. ).
이온주입설비는 알려진 바와 같이 아크 챔버(Arc chamber) 내부에서 이온 프라즈마를 생성한 후, 이 플라즈마를 전기적 위치 에너지의 차이에 의해 아크 챔버로부터 추출(extraction, 방출)하여 웨이퍼에 주입하는 장치이다. As is known, the ion implantation apparatus is an apparatus that generates an ion plasma inside an arc chamber and extracts the plasma from the arc chamber by the difference in electrical potential energy and injects it into the wafer.
이온주입설비는 웨이퍼에 균일한 이온주입을 위한 목적으로, 수평방향으로는 빔의 형태를 웨이퍼 사이즈인 300mm 보다 크게 와이드빔(wide beam)(or ribbon beam으로 불림)으로 생성하고, 수직방향으로는 웨이퍼를 스캔하는 시스템을 채택하고 있다. The ion implantation equipment is for the purpose of uniform ion implantation into the wafer. In the horizontal direction, the shape of the beam beam is generated as a wide beam (referred to as an ribbon ribbon) larger than the wafer size of 300 mm, and in the vertical direction. It adopts a system for scanning wafers.
이온주입설비에서 빔 균일도(beam uniformity)는 매우 중요하며, 이러한 빔 균일도에 가장 많은 영향을 주는 부위는 아크 챔버의 전면 플레이트의 슬릿이다. 이 전면 플레이트의 슬릿은 이온 빔이 생성되어 최초로 빔라인(beam line)으로 방출되는 부분으로, 전면 플레이트의 슬릿 모양에 따라 빔의 모양(빔 profile)이 결 정되기 때문이다. In ion implantation, beam uniformity is very important, and the area that most influences the beam uniformity is the slit of the front plate of the arc chamber. The slit of the front plate is the part where the ion beam is first generated and emitted to the beam line, because the shape of the beam (beam profile) is determined according to the slit shape of the front plate.
그러나, 전면 플레이트의 슬릿은 이온 빔에 의해 물리적인 충격을 받게 되고, 이로 인해 쉽게 열화되어, 최초의 형태를 유지하지 못하고 울퉁불퉁한 형태로 변형되게 된다. 이온 빔은 변형된 슬릿을 통과하면서 빔의 모양이 변형된 슬릿과 동일한 형태로 변형됨으로써 양호한 빔 균일도를 얻을 수 없게 된다. However, the slit of the front plate is subjected to physical impact by the ion beam, which is easily deteriorated, so that the slit of the front plate does not retain its original shape and is deformed into an uneven shape. As the ion beam passes through the deformed slit, the shape of the beam is deformed in the same shape as the deformed slit, thereby making it impossible to obtain good beam uniformity.
특히, 전면 플레이트의 슬릿은 그 두께가 0.15mm로 매우 얇기 때문에 슬릿의 변형도 매우 빠르게 이루어진다. In particular, since the slit of the front plate is very thin (0.15 mm), the slit is deformed very quickly.
따라서, 양호한 빔 균일도를 얻기 위해서는 슬릿의 모양이 변형되기 전에 전면 플레이트를 정기적으로 교체해주어야 한다. 그러나, 전면 플레이트는 제작단가가 높은 텅스텐 또는 몰리브덴으로 제작되기 때문에, 전면 플레이트의 잦은 교체는 설비의 유지보수비용을 증가시키는 원인이 된다. Therefore, in order to obtain good beam uniformity, the front plate must be replaced regularly before the shape of the slit is deformed. However, since the front plate is made of tungsten or molybdenum with high manufacturing cost, frequent replacement of the front plate causes the maintenance cost of the equipment to increase.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 양호한 빔 균일도를 얻을 수 있는 새로운 형태의 이온 주입 설비의 이온 소스부(ion source section)를 제공하는데 있다. 본 발명의 목적은 유지보수비용을 줄일 수 있는 새로운 형태의 이온 주입 설비의 이온 소스부를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ion source section of a new type of ion implantation facility that can obtain a good beam uniformity. It is an object of the present invention to provide an ion source portion of a new type of ion implantation facility that can reduce maintenance costs.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 이온 주입 설비의 이온 소스부는 아크 챔버, 반응가스를 상기 아크 챔버로 공급하는 가스 공급관, 상기 아크 챔버로 공급된 반응가스로부터 이온 빔을 형성하기 위해 열전자를 방출하 는 필라멘트, 상기 아크 챔버의 내벽들에 부착되는 보호판들, 상기 아크 챔버 내부에서 발생된 이온 빔이 방출되는 이온방출구(ion discharge hole)를 갖는 소스 어퍼쳐 부재(source aperture member)를 포함한다. 이때, 상기 보호판들 및 소스 어퍼쳐 부재는 아크 챔버로부터 분리가능하도록 상기 아크 챔버에 부착된다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, the ion source portion of the ion implantation facility to form an ion beam from the arc chamber, the gas supply pipe for supplying the reaction gas to the arc chamber, the reaction gas supplied to the arc chamber A source aperture member having a filament that emits hot electrons, protective plates attached to inner walls of the arc chamber, and an ion discharge hole through which an ion beam generated inside the arc chamber is discharged. ). At this time, the guard plates and the source aperture member are attached to the arc chamber so as to be detachable from the arc chamber.
예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공된다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다. For example, the embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described below. These examples are provided to more fully illustrate the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes of elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize clearer explanations.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 또 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. In the drawings, the same reference numerals are used for components that perform the same function.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 소스부가 적용된 이온 주입 설비의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참고하면, 이온 주입 설비(200)는 반응 가스를 이온화하여 이온 빔을 형성하는 이온 소스부(100), 이온 빔으로부터 바람직하지 않은 종류를 분리하는 분석기(210), 일정 범위(예를 들면, 2KeV 내지 200KeV의 범위)의 에너지로 이온 빔을 가속시키기 위한 가속기(220), 그리고 프로세스 챔버(230) 등을 포함한다. 1 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus to which an ion source unit according to a preferred embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, the
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 이온 소스부(100)는 반응 가스를 이온화시키는 아크 챔버(110)를 포함한다. 상기 아크 챔버(110)는 바닥을 구성하는 베이스 플레이트(112)와, 측면을 구성하는 측면 플레이트(114)들을 포함한다. 상기 아크 챔버(110)는 챔버의 개방된 일면에 소스 어퍼쳐 부재(source aperture member;120)가 설치됨으로써 거의 폐쇄된 상자와 같은 구조로 이루어진다. 상기 아크 챔버(110)는 하단 양측에 각각 지지블록(116)에 의해 지지된다. 2, the
상기 아크 챔버(110)의 내부를 살펴보면, 일 측면에는 필라멘트(150)가 설치되고, 이 필라멘트(150)와 마주보는 타 측면에는 리플렉터(reflector;152)가 설치된다. 즉, 필라멘트(150)와 리플렉터(152)는 상기 아크 챔버(110)내에 서로 대향되게(마주보게) 위치(배치)된다. Looking at the inside of the
상기 필라멘트(150)는 상기 아크 챔버(110)로 공급된 반응가스로부터 이온 빔을 형성하기 위해 열전자를 방출하는 것으로, 상기 필라멘트(150)는 버나스(Bernas)형으로 구부러진 형태로 양단은 절연체(156)를 개재하여 일 측면을 관통하여 설치된다. 필라멘트(150)의 양단은 일부가 아크 챔버(110)의 외부로 돌출되며, 돌출된 필라멘트(150)는 필라멘트 클램프(158)로 고정된다. 상기 리플렉터(152)는 반사작용을 하는 것으로, 필라멘트와 대향하여 타 측면에 설치된다. The
한편, 상기 아크 챔버(110)의 베이스 플레이트(112)에는 가스 분사구(112a)가 형성되며, 이 가스 분사구(112a)에는 가스 라인(140)이 연결된다. Meanwhile, a
상기 아크 챔버(110)에서의 이온 빔 형성 과정을 간단하게 설명하면 다음과 같다. 우선, 반응 가스 저장소(미도시됨)로부터 As, P, B, Ar 등과 같은 불순물을 포함하는 반응 가스는 가스 분사구(112a)를 통해서 상기 아크 챔버(110) 내로 공급된다. 반응 가스가 상기 아크 챔버(110)내로 제공되면, 전류가 상기 필라멘트(150) 에 인가되고 필라멘트(150)로부터 열전자가 발생된다. 상기 필라멘트(150)에서 발생된 열전자들은 반응 가스와 충돌하면서 반응 가스 원자 또는 분자내의 전자들을 방출시켜 반응 가스를 이온화 시킨다. 이온화된 반응 가스(이온 빔)는 소스 어퍼쳐 부재(120)의 이온 방출구(122)를 통하여 방출되어 가속기에서 소정의 에너지를 갖도록 가속되어 이온 주입 공정에 사용된다. The ion beam forming process in the
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 아크챔버(110)의 상면을 구성하는 상기 소스 어퍼쳐 부재(120)는 상기 아크 챔버(110) 내부에서 발생한 이온이 방출되는 이온 방출구(ion discharge hole;122)를 갖는다. 상기 소스 어퍼쳐 부재의 가장자리에는 상기 아크 챔버(110)와의 결합을 위해 체결부재(미도시됨)가 삽입되는 체결홈(129)이 형성된다. 상기 이온 방출구(122)는 슬릿 형태로 이루어진다. 2 and 3, the
상기 소스 어퍼쳐 부재(120)의 가장 큰 특징은 3장의 플레이트들로 이루어지는 다층 구조를 갖되, 바깥쪽과 안쪽에는 텅스텐 또는 몰리브덴 재질의 플레이트(제1플레이트(124),제3플레이트(138))를 배치하고, 그 사이에는 흑연 재질의 플레이트(제2플레이트(124))를 배치한 구조적 특징을 갖는다. 안쪽에 배치되는 제3플레이트는 제2플레이트의 내측면(130b)(아크 챔버의 내부로 노출되는 면)을 이온 빔으로부터 보호하기 위한 것이다. 상기 제1플레이트(124) 및 상기 제2플레이트(130)는 각각 상기 이온방출구(122)로서 제공되는 제1개구부(126) 및 제2개구부(132)를 갖는다. The biggest feature of the
또한, 본 발명에 따르면, 상기 아크 챔버(110)의 내부에는 보호판들(301)이 배치되어, 상기 아크 챔버(110)의 내벽들이 상기 이온 빔으로부터 손상되는 것을 방지한다. 이를 위해, 상기 보호판들(301)은 상기 아크 챔버(110)의 내벽들 중의 일부 또는 전부를 덮도록 배치된다. 상기 보호판들(301)의 재질은 텅스텐, 몰리브덴 및 흑연 중의 한가지 일 수 있다. 또한, 상기 보호판들(301)은 상기 소스 어퍼쳐 부재(120)의 경우와 마찬가지로 다른 재질의 판들이 포개어진 다층 구조일 수도 있다. 상기 보호판들(301)을 소정의 부착 장치들(302)에 의해 상기 아크 챔버(110)의 내벽에 부착된다. 이러한 부착을 위해, 상기 아크 챔버(110)에는 소정의 체결홈들(303)이 형성된다. In addition, according to the present invention,
본 발명의 이러한 구성에 따르면, 이온 소스부(100)의 유지 보수 시 상기 소스 어퍼쳐 부재(120)의 제2플레이트(130)와 제3플레이트(138) 그리고 상기 보호판들(301) 만이 교체될 수 있다. 이에 따라, 상기 아크 챔버(110) 및 상기 제1플레이트(124)는 반복하여 사용할 수 있다. 결과적으로, 상기 아크 챔버(110) 또는 소스 어퍼쳐 부재 전체를 교체하는 것에 비해 유지 보수 비용을 줄일 수 있다. According to this configuration of the present invention, only the
특히, 반복 사용이 가능한 상기 제1플레이트(124)와 제3플레이트(138)는 기존과 동일한 텅스텐 또는 몰리브덴 재질로 제작하고, 잦은 교체가 요구되는 상기 제2플레이트(130)는 상기 제1플레이트(124)와는 다른 흑연(graphite) 재질로 제작하여, 이온 플라즈마에 의한 열화에 대해 내성을 증가시켜 이온 빔에 의한 물리적 충격에 대한 내구성을 향상시켰다. 이와 같이, 상기 제2플레이트는 내구성 향상으로 사용 수명을 텅스텐 또는 몰리브덴 재질로 제작하였을 때 보다 연장할 수 있고, 특히, 흑연은 텅스텐 또는 몰리브덴에 비해 제작단가가 매우 저렴하기 때문에 원가 절감 효과도 기대할 수 있다. In particular, the
이상에서는 바람직한 실시예들을 예시하고 그 것을 통해서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 거기에 한정되는 것이 아님을 유의해야 하며, 본 발명의 사상과 기술적 범위를 벗어나지 않는 선에서 다양한 실시예들 및 변형예들이 있을 수 있다는 것을 잘 이해해야 한다. While the above has illustrated preferred embodiments and described the present invention, it should be noted that the present invention is not limited thereto, and various embodiments and modifications may be made without departing from the spirit and technical scope of the present invention. It should be well understood that there may be
본 발명에 따르면, 교체 가능한 보호판들을 구비하는 아크 챔버를 제공한다. 이에 따라, 아크 챔버의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다. According to the present invention, there is provided an arc chamber having replaceable protective plates. Accordingly, maintenance costs of the arc chamber can be reduced.
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