KR100684105B1 - 누설 이온 빔 감지용 디텍터를 구비하는 애널라이징 챔버및 이를 구비하는 질량분석기 - Google Patents

Abstract

누설되는 이온빔을 감지할 수 있는 질량분석기용 챔버가 개시된다. 질량분석기용 챔버는 이온빔이 입사되는 유입부, 상기 이온빔이 방출되는 유출부 및 상기 유입부와 유출부 사이에서 상기 이온빔이 경유하는 내부통로를 갖는 본체를 포함한다. 상기 내부통로를 한정하는 상기 본체의 내측벽을 따라 상기 본체의 내부를 경유하는 이온 빔으로부터 상기 내측벽이 손상되는 것을 방지하기 위한 쉴딩부가 정렬된다. 상기 쉴딩부와 상기 본체의 내측벽 사이에 상기 내측벽에 도달하는 상기 이온빔을 감지할 수 있는 디텍터가 위치하여 상기 쉴딩부로부터 누설되는 이온빔을 감지한다. 이에 따라, 상기 쉴딩부의 마모에 의해 누설되는 이온빔으로부터 상기 본체의 내측벽이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

누설 이온 빔 감지용 디텍터를 구비하는 애널라이징 챔버 및 이를 구비하는 질량분석기 {ANALYZING CHAMBER INCLUDING A LEAKAGE ION BEAM DETECTOR AND MASS ANALYZER INCLUDING THE SAME}

도 1은 종래의 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 2a는 도 1에 도시된 종래의 질량분석기를 나타내는 사시도이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 질량분석기의 평면도이다.

도 3은 상기 쉴드 파티션들이 정확하게 배열되지 않아 파티션과 파티션 사이에 틈이 발생한 경우를 나타내는 사진이다.

도 4는 상기 쉴딩부(23b)의 마모성 홀에 노출되어 상기 이온빔에 의해 손상된 챔버의 내측벽을 나타내는 사진이다.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 의한 질량분석기용 챔버를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 5b는 도 5a에 도시된 질량분석기용 챔버의 평면도이다.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 의한 쉴딩부를 나타내는 사시도이다.

도 6b는 상기 쉴딩부가 삽입되는 가이드라인을 구비하는 상기 본체의 내측벽 일부를 나타내는 사시도이다.

도 7은 도 5a에 도시한 챔버를 포함하는 이온 임플란트용 질량분석기를 개략 적으로 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 본체 110: 유입부

120: 유출부 130: 가이드라인

140: 내측벽 200: 쉴딩부

212, 214: 고정시편 300: 디텍터

310: 패드 320: 신호선

500: 애널라이징 챔버

본 발명은 질량분석기용 챔버 및 이를 포함하는 질량분석기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 챔버의 측벽을 보호하기 위한 가이드로부터 누설된 이온빔을 감지할 수 있는 누설 빔 디텍터를 구비하는 질량분석기용 챔버 및 이를 포함하는 질량분석기에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 증착, 이온주입 및 메탈증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하는 일련의 과정을 통해 이루어진다. 상기 반도체 제조를 위한 단위공정 중, 이온 주입공정은 확산과 더불어 웨이퍼 상에 불순물을 이온 주입하여 그에 따른 전기적 특성을 지니도록 하는 공정이다.

상기 이온 주입공정은 원자이온이 웨이퍼의 표면을 뚫고 들어갈 만큼의 에너지를 인가하여 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정이다. 이러한 이온 주입공정은 불순물의 농도조정이 용이하고 불순물의 이온주입 깊이를 정확하게 조절할 수 있다는 장점을 가지고 있어 고집적화에 따른 반도체 소자의 제조에 널리 이용되고 있다.

도 1은 종래의 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 이온주입장치(90)는 공급된 불순물 가스를 이온화시킨 후 고 에너지를 공급하여 빠른 속도로 이동되는 이온빔으로 추출시키는 이온 소스부(10), 상기 이온 소스부에서 추출된 이온 빔이 주입되어야 할 목표점 방향으로 이동되는 빔라인 어셈블리(20), 이온 주입 타겟을 정확히 설정해 주는 엔드 스테이션부(30), 이온주입 대상 웨이퍼를 이동시키기 위한 구동부(50) 및 상기 이온소스부(10), 빔라인 어셈블리(20), 엔드 스테이션부(30) 및 구동부를 유기적으로 연결하여 제어하는 중앙제어부(40)를 포함한다. 상기 중앙제어부(40)와 상기 각 부분들은 데이터 라인(7) 및 콘트롤 라인(8)으로 서로 연결된다.

상기 빔라인 어셈블리(20)는 상기 이온소스부(10)에서 추출된 이온 빔을 자기장과 각 이온의 질량차를 이용하여 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택하는 질량분석기(23), 상기 이온소스부(10) 및 질량분석기(23) 사이에 위치하여 상기 이온빔의 질량분석기(23)로의 유입을 선택적으로 조절하는 게이트 밸브(21), 상기 질량분석기(23)에 의해 선택된 이온을 가속시키는 이온 가속기(25) 및 가속된 이온 빔을 웨이퍼 상에 균일하게 주사되도록 편향시키는 편향유닛(27)을 포함한다.

외부로부터 가스 상태로 공급된 불순물은 상기 이온 소스부(10)에서 이온화 된 후, 빠른 속도로 이동되는 이온 빔으로 추출된다. 상기 게이트 밸브(21)가 오픈되면 상기 질량분석기(23)를 통하여 특정 이온 빔만 선택되고, 선택된 특정 이온 빔만 이온 가속기(25) 및 편향유닛(27)을 경유하여 상기 엔드 스테이션부(30)의 웨이퍼 상부면으로 주입된다.

도 2a는 도 1에 도시된 종래의 질량분석기를 나타내는 사시도이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 질량분석기의 평면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 질량분석기(23)는 유입되는 이온 빔을 소정의 각도로 회절시키는 애널라이징 챔버(23a), 상기 애널라이징 챔버(23a)로 유입되는 이온빔으로부터 챔버의 측벽을 보호하기 위한 실딩부(shielding part, 23b) 및 상기 애널라이징 챔버(23a)에 장착되어 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택할 수 있도록 소정의 자기장을 형성시켜 주는 마그넷(미도시)을 포함한다.

상기 챔버(23a)는 이온빔이 입사하는 유입부(I) 및 선택된 특정 이온만이 방출되는 유출구(E)를 포함하고, 유입된 이온 빔이 회절되어 진행하도록 'L'자의 터널관 형태를 갖는다.

상기 실딩부(23b)는 상기 챔버(23a)의 내측면을 따라 배치되어 상기 이온 빔에 의한 측벽 손상을 방지한다. 상기 실딩부(23b)는 다수의 실드 파티션으로 구성되고, 상기 챔버(23a)의 내측면을 따라 형성된 고정 홈에 차례대로 끼워져서 상기 챔버(23a)의 내측면을 보호한다. 상기 실딩부(23b)는 흑연층과 같은 그라파이트(graphite)로 구성되어 상기 이온 빔들을 흡수할 수 있다.

상기 마그넷에 의해 M방향으로 자기장이 형성되면, 상기 유입부(I)를 통하여 상기 챔버(23a) 내부로 유입된 이온 빔은 경로 R과 같이 원호 형태로 회절되어 상기 유출부(E)를 통하여 외부로 배출된다. 이때, 원하는 원자량보다 작은 이온은 경로 L을 따라 이동되어 상기 쉴딩부(23b)에 흡착되고, 원하는 원자량보다 큰 이온은 경로 H를 따라 이동되어 상기 쉴딩부(23b)에 흡착된다. 따라서, 원하는 원자량을 가진 이온만이 상기 챔버(23a)로부터 유출된다.

상술한 바와 같은 종래의 애널라이징 챔버에 의하면, 상기 질량분석기(23)의 구동이 반복될수록 상기 쉴딩부(23b)의 그라파이트는 이온빔과의 충돌에 의해 점차 마모되어 그 표면에 홀이 형성되고, 상기 홀을 통하여 노출된 챔버의 내측벽이 상기 이온빔에 의해 손상되는 문제점이 있다. 상기 챔버의 내측벽 손상은 상기 챔버(23a)의 진공도에 치명적인 결함을 초래하여 원하는 질량을 갖는 이온만을 추출하는 질량분석기의 기능을 수행할 수 없게 된다. 이러한 문제점은 상기 쉴드 파티션들이 정확하게 배열되지 않아 파티션과 파티션 사이에 틈이 발생하여 상기 챔버의 내측벽이 모두 커버되지 않는 경우에도 동일하게 발생할 수 있다. 도 3은 상기 쉴드 파티션들이 정확하게 배열되지 않아 파티션과 파티션 사이에 틈이 발생한 경우를 나타내는 사진이며, 도 4는 상기 쉴딩부(23b)의 마모성 홀에 노출되어 상기 이온빔에 의해 손상된 챔버의 내측벽을 나타내는 사진이다.

이에 따라, 애널라이징 챔버의 내측벽이 이온 빔에 의해 손상되기 전에 미리 상기 쉴딩부로부터 상기 이온 빔이 누설되는지 여부를 확인할 필요가 있지만, 아직까지 이러한 기능을 수행할 수 있는 애널라이징 챔버나 이를 구비하는 질량분석기는 제시되지 않고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 쉴딩부로부터 누설되는 이온빔을 미리 인지하여 내측벽의 손상을 방지할 수 있는 애널라이징 챔버를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 애널라이징 챔버를 구비하는 질량분석기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 애널라이징 챔버에 의하면, 이온빔이 입사되는 유입부, 상기 이온빔이 방출되는 유출부 및 상기 유입부와 유출부 사이에서 상기 이온빔이 경유하는 내부통로를 갖는 본체를 구비한다. 상기 내부통로를 한정하는 내측벽을 따라 상기 본체의 내부를 경유하는 이온 빔으로부터 상기 내측벽이 손상되는 것을 방지하기 위한 쉴딩부가 정렬된다. 상기 쉴딩부와 상기 본체의 내측벽 사이에 상기 내측벽에 도달하는 상기 이온빔을 감지할 수 있는 디텍터가 위치한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 질량분석기는 입사된 이온빔이 경유하는 내부통로를 구비하는 본체, 상기 내부통로를 한정하는 상기 본체의 내측벽을 상기 이온빔으로부터 보호하기 위한 쉴딩부 및 상기 내측벽으로 도달하는 상기 이온빔을 감지할 수 있는 디텍터를 구비하는 애너라이징 챔버를 포함한다. 상기 애너라이징 챔버를 감싸도록 형성되어 상기 애너라이징 챔버에 자기장을 형성하는 마그넷 및 상기 마그넷 및 상기 애너라이징 챔버로 전원을 공급하는 전원공급부가 형성된다.

본 발명에 의하면, 상기 쉴딩부를 일체로 형성함으로써 쉴딩부의 정렬불량으로 인한 이온빔의 누설을 원천적으로 방지할 수 있으며, 상기 쉴딩부와 상기 본체의 내측면 사이에 디텍터를 구비하여 상기 쉴딩부의 마모에 의해 누설되는 이온빔으로부터 상기 본체의 내측벽이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 의한 질량분석기용 챔버를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 5b는 도 5a에 도시된 질량분석기용 챔버의 평면도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 질량분석기용 챔버(500)는 이온 소스부로부터 발생된 이온빔이 경유하는 내부통로를 구비하는 본체(100), 상기 이온빔으로부터 상기 본체의 내측벽(도 6b의 140) 손상을 방지하기 위한 쉴딩부(200) 및 상기 쉴딩부(200)를 경유한 이온빔을 감지할 수 있는 디텍터(300)를 포함한다.

상기 본체(100)는 상기 이온빔이 입사되는 유입부(110) 및 입사된 상기 이온빔이 경로가 변경되어 상기 본체로부터 이탈하는 유출부(120)를 포함한다. 일실시예로서, 상기 유입부(110)는 외부에서 공급된 불순물 가스를 이온화시켜 이온빔을 생성하는 이온 소스부와 연결된다. 따라서, 상기 이온소스부에서 생성된 이온빔은 상기 유입부(110)를 통하여 상기 질량분석기용 챔버(500)의 본체(100) 내부로 유입된다. 일실시예로서, 상기 본체(100)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다.

상기 유입부(110)로 입사된 이온빔은 상기 챔버에 형성된 자기장의 영향을 받아 타원 궤적(R)을 그리면서 내부통로를 따라 이동한다. 이때, 상기 자기장의 세기를 조절하여 특정의 질량을 갖는 이온들만 상기 유출구(120)를 통하여 배출되고 더 크거나 작은 질량을 갖는 이온들은 상기 내부통로의 내부측면에 배열된 쉴딩부(200)에 흡수된다. 상기 내부통로의 내부는 정확한 이온 추출을 위하여 높은 진공도를 형성한다. 따라서, 상기 챔버(500)의 동작 중 상기 유입부(110) 및 유출구(120)는 충분히 밀폐되어 내부통로의 진공도를 보장한다. 일실시예로서, 상기 유입구(110) 및 유출구(120)는 약 70도 내지 약 90도 정도로 굽어지게 형성되어, 상기 유입부로 입사된 상기 이온빔은 유입부의 방향으로부터 약 70도 내지 90도의 각도로 굽어서 유출된다.

상기 유입부(110)로 입사된 이온들 중, 원하는 원자량보다 작은 이온은 경로 L을 통하여 상기 내부통로의 제1 측벽으로 흡수되고, 원하는 원자량보다 큰 이온은 경로 H를 통하여 상기 내부통로의 제2 측벽으로 흡수된다. 따라서, 이온주입에 필요한 원자량을 갖는 특정 이온만이 상기 챔버(500)로부터 배출된다.

상기 이온빔은 높은 에너지를 가진 입자이므로 상기 측벽과의 반복되는 직접 충돌은 측벽표면을 손상시켜 상기 내부통로의 진공도에 치명적인 결함을 초래한다. 따라서, 상기 이온빔과 내측벽(140)과의 직접충돌을 방지하기 위해 상기 내측벽(140)을 따라 배열된 쉴딩부(200)가 위치한다.

상기 쉴딩부(200)는 탄소를 포함하는 흑연층과 같은 그라파이트(graphite)로 형성되어 고에너지를 가진 이온입자를 충분히 흡수한다. 따라서, 상기 내측벽(140) 과 상기 이온들과의 직접 충돌을 방지함으로써 상기 내측벽(140)의 손상을 방지한다. 일실시예로서, 상기 쉴딩부(200)는 상기 내측벽(140)을 따라 정렬되는 벨트 형상의 쉴드 플레이트를 포함하며, 상기 본체(100)는 상기 쉴딩부(200)를 안내하고 정렬하기 위한 가이드라인을 더 포함한다.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 의한 쉴딩부 및 디텍터용 패드를 나타내는 사시도이며, 도 6b는 상기 쉴딩부가 삽입되는 가이드라인을 구비하는 상기 본체의 내측벽 일부를 나타내는 사시도이다.

도 6a를 참조하면, 상기 쉴딩부(200)는 연성 재질(flexible material)로 이루어진 벨트 형상의 쉴드 플레이트를 포함한다. 일실시예로서, 상기 쉴딩부(200)는 상기 내측벽(140)과 대향하도록 정렬되어 상기 이온빔으로부터 상기 본체(100)의 내측벽(140)을 보호하는 플레이트(210) 및 상기 플레이트(210)를 상기 내측벽(140)을 따라 정렬시키기 위한 한 쌍의 고정시편(212, 214)을 포함한다. 상기 플레이트(210)는 탄소로 구성된 흑연층을 포함하여 상기 내부통로로부터 상기 내측벽(140)으로 향하는 이온빔을 흡수한다.

도 6b를 참조하면, 상기 본체(100)는 상기 내측벽(140)의 표면으로부터 돌출되어 상기 쉴드 플레이트를 안내하기 위한 가이드라인(130)을 더 포함한다. 일실시예로서, 상기 가이드라인(130)은 상기 내측벽(140)과 일체로 형성되며 상기 내측벽(140)의 상단 및 하단으로부터 상기 내부통로를 향하여 돌출된 한 쌍의 지지부재(130a, 130b)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 쉴드 플레이트는 상기 가이드라인(130)을 따라 상기 유 입부(110) 및 유출구(120) 사이에서 일렬로 정렬되어 상기 내측벽(140)과 나란하게 배열되어, 상기 내측벽(140)이 상기 이온빔으로부터 손상되는 것을 방지한다. 상기 이온과의 충돌이 반복됨으로써 상기 쉴드 플레이트의 표면에 홀을 형성하게 되고, 상기 홀을 통하여 이온빔이 누설되면 상기 쉴드 플레이트 전부를 교체한다. 따라서, 상기 쉴드 플레이트의 유지보수의 편의를 위하여 상기 가이드라인(130)과 상기 고정시편(212, 214)은 서로 상대운동 할 수 있게 구성된다.

본 실시예에서는 벨트 형상을 갖는 일체형 쉴딩부를 예시하고 있지만, 작업환경에 따라 다수의 시편으로 구성된 쉴딩 파티션으로 구성할 수도 있음은 자명하다. 이때, 상기 파티션의 크기는 취급 및 설치의 용이성을 고려하여 형성할 수 있다.

상기 쉴딩부(200)의 마모로 인하여 상기 내측벽(140)에 도달한 이온빔은 상기 디텍터(300)에 의해 감지된다. 상기 디텍터(300)는 상기 이온빔을 감지하여 상기 이온빔의 세기에 대응하는 전기적 신호를 생성하는 패드(310) 및 상기 전기적 신호를 전달하기 위한 신호선(320, signal line)을 포함한다.

일실시예로서, 상기 패드(310)는 상기 쉴딩부(200)와 상기 내측벽(140) 사이에 위치한다. 따라서, 상기 쉴딩부(200)로부터 누설된 이온빔이 상기 내측벽(140)에 도달하기 전에 감지하여 상기 이온빔의 세기에 대응하는 전기적 신호를 발생시킨다. 일실시예로서, 상기 패드(310)는 감지된 이온빔의 세기에 비례하는 전기적 신호를 생성하기 위한 광 다이오드를 포함한다. 상기 광 다이오드는 광전효과의 원리에 근거하여 표면에 도달한 상기 이온빔의 세기에 대응하여 전자를 방출함으로써 전류를 생성시킨다.

상기 패드(310)는 상기 쉴딩부(200)와 상기 내측벽(140) 사이에 위치하기만 한다면 다양하게 설치될 수 있다. 상기 내측벽의 전 표면을 덮도록 설치될 수도 있고, 상기 쉴딩부(200)의 전 표면을 덮도록 설치될 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 쉴딩부(200)의 표면에 탈착 가능하게 형성되어, 상기 쉴딩부(200)의 교체시 손상된 쉴딩부(200)의 표면으로부터 제거하여 새로운 쉴딩부(200)의 표면에 설치할 수 있는 장점이 있다.

상기한 바와 같은 질량분석기용 챔버에 의하면, 상기 쉴딩부를 일체로 형성함으로써 쉴딩부의 정렬불량으로 인한 이온빔의 누설을 원천적으로 방지할 수 있으며, 상기 쉴딩부와 상기 본체의 내측면 사이에 디텍터를 구비하여 상기 쉴딩부의 마모에 의해 누설되는 이온빔을 미리 감지할 수 있다.

도 7은 도 5a에 도시한 챔버를 포함하는 이온 임플란트용 질량분석기를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 질량분석기(900)는 입사된 이온빔을 질량에 따라 선택적으로 추출하는 애너라이징 챔버(500), 상기 애너라이징 챔버(500)에 자기장을 형성하는 마그넷(600) 및 상기 애너라이징 챔버(500) 및 상기 마그넷(600)으로 전원을 공급하는 전원공급부(700)를 포함한다.

상기 애너라이징 챔버(500)는 입사된 이온빔이 경유하는 내부통로를 구비하는 본체(100), 상기 내부통로를 한정하는 상기 본체의 내측벽을 상기 이온빔으로부터 보호하기 위한 쉴딩부(200) 및 상기 내측벽으로 도달하는 상기 이온빔을 감지할 수 있는 디텍터(300)를 포함한다. 상기 본체(100), 쉴딩부(200) 및 상기 디텍터(300)에 관한 설명은 상기 도 4a 내지 도 5b를 참조하여 기재되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다. 도 4a 내지 도 5b에 도시된 도면번호는 본 실시예에서도 동일하게 사용하며 동일한 도면번호는 동일한 부재를 지칭한다.

따라서, 상기 본체(100)는 상기 이온빔이 입사하는 유입부(110) 및 상기 유입부(110)와 다른 방향을 갖는 유출부(120)를 구비하여 상기 애너라이징 챔버(500)로 입사된 상기 이온 빔은 상기 내부 통로를 경유하면서 소정의 각도만큼 굽어서 유출된다. 일실시예로서, 상기 이온빔은 유입방향으로부터 70도 내지 90도의 각도만큼 굽어져서 유출된다. 상기 쉴딩부(200)는 연성 재질(flexible material)로 이루어진 벨트 형상의 쉴드 플레이트를 포함한다. 이때, 상기 본체(100)는 상기 내측벽(140)의 표면으로부터 돌출되어 상기 쉴딩부(200)를 안내하기 위한 가이드라인(130)을 더 포함하며, 상기 쉴딩부(200)는 상기 가이드라인을 따라 상기 유입부(120) 및 유출구(130) 사이에서 일렬로 정렬되어 상기 내측벽과 나란하게 배열된다. 일실시예로서, 상기 쉴딩부(200)는 탄소로 구성된 흑연층을 포함한다. 상기 디텍터(300)는 상기 이온빔을 감지하여 상기 이온빔의 세기에 대응하는 전기적 신호를 생성하는 패드(310) 및 상기 전기적 신호를 전달하기 위한 신호선(320, signal line)을 포함한다. 일실시예로서, 상기 패드(310)는 상기 쉴딩부(200)와 상기 내측벽(140) 사이에 위치하여 상기 쉴딩부(200)로부터 누설된 이온빔이 상기 내측벽(140)에 도달하기 전에 감지한다. 상기 패드(310)는 상기 쉴딩부(200)의 표면에 탈착가능하게 부착되며 감지된 이온빔의 세기에 비례하는 전기적 신호를 생성하는 광다이오드를 포함한다. 상기 신호선(320)은 상기 전원공급부(700)와 연결되며 상기 쉴딩부(200)로부터 누설된 이온빔이 감지되면 상기 전원공급부(700)는 상기 애널라이징 챔버(500) 및 상기 마그넷(600)으로의 전원공급을 차단한다.

상기 마그넷(600)은 일실시예로서 상기 애너라이징 챔버(500)와 수직한 방향으로 자기장을 형성하여, 상기 애너라이징 챔버(500)로 입사한 이온빔을 질량에 따라 추출한다. 즉, 상기 애너라이징 챔버(500)로 입사한 이온빔은 상기 이온빔의 질량 및 상기 자기장의 세기에 따라 일정속도로 유출되며, 상기 질량보다 높거나 낮은 이온은 상기 애너라이징 챔버(500)를 벗어나지 못하고 내부에서 상기 쉴딩부(200)에 의해 흡수된다. 일실시예로서, 상기 마그넷(600)은 전자석으로 형성할 수 있다. 따라서, 상기 애널라이징 챔버(500)를 구동하는 전원을 이용하여 동시에 상기 마그넷(600)도 구동할 수 있다. 그러나, 충분한 자기장만 상기 애널라이징 챔버(500)에 걸어줄 수 있다면, 영구자석도 이용할 수 있음은 자명하다.

상기 전원공급부(700)는 상기 애널라이징 챔버(500) 및 상기 마그넷(600)으로 전원을 공급하여 상기 질량분석기(900)를 구동한다. 일실시예로서, 상기 전원공급부(700)는 상기 애널라이징 챔버(500) 및 상기 마그넷(600)으로의 전원공급을 제어하는 제어부(미도시), 상기 제어부의 신호를 전달할 수 있는 내부 제어라인(미도시) 및 전원(미도시)을 포함한다. 일실시예로서, 상기 디텍터(300)의 신호선(320)은 상기 내부 제어라인과 연결되며, 상기 쉴딩부(200)로부터 누설되는 이온빔이 감지되면, 상기 제어부는 상기 애널라이징 챔버(500)로의 전원공급을 차단하여 더 이상의 이온빔 주입을 억제한다. 따라서, 상기 쉴딩부(200)가 마모되어 이온빔이 누설되는 경우에는 전원을 차단하여 상기 챔버 내부의 측면이 이온빔에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 이온빔에 의해 애널라이징 챔버의 내측면이 손상되는 것을 미리 방지할 수 있다.

상기한 바와 같은 이온 임플란터용 질량분석기는 다음과 같이 구동한다.

이온 소스부에서 불순물 가스를 이온화시킨 후 고 에너지를 공급하여 빠른 속도로 이동하는 이온빔이 생성되면, 상기 유입부(110)를 통하여 상기 애널라이징 챔버(500)로 입사된다. 상기 마그넷(600)에 의해 자기장의 세기, 상기 이온빔에 의해 형성되는 전기장의 세기 및 이온의 초기 입사속도를 일정하게 형성하면, 상기 애널라이징 챔버(500) 내에서 상기 전기장의 세기와 자기장의 세기가 힘의 평형을 이루도록 하는 질량을 갖는 입자만 상기 애너라이징 챔버(500)를 벗어나고, 이와 다른 질량을 갖는 이온 입자는 상기 내부통로를 한정하는 내측벽(140)을 향하여 낙하한다. 낙하하는 상기 이온입자는 흑연층을 포함하는 그라파이트로 형성된 상기 쉴딩부(200)의 표면과 충돌하여 상기 흑연층과 반응하여 소멸한다. 질량분석기의 구동이 반복될수록 상기 낙하하는 이온들과 반응하는 흑연층은 증가하고 결국 상기 흑연층은 마모되어 표면에 홀을 형성한다. 상기 홀을 통하여 낙하하는 이온빔이 누설되면 상기 디텍터(300)에 의해 감지되어 상기 전원공급부(700)로 상기 이온빔의 세기에 대응하는 전기적 신호가 전달된다. 상기 전기적 신호에 의해 상기 애널라이징 챔버(500) 및 상기 마그넷(600)으로 공급되는 전원은 차단된다. 따라서, 상기 이온빔의 추가유입 및 상기 애널라이징 챔버에 형성된 자기장을 제거함으로써 누설되는 이온빔에 의한 상기 내측벽의 손상을 방지할 수 있다. 전원이 차단되면, 상기 쉴딩부(200)를 상기 내측벽(140)에 형성된 가이드라인(130)으로부터 제거하고 새로운 쉴딩부로 대체한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상기 쉴딩부를 일체로 형성함으로써 쉴딩부의 정렬불량으로 인한 이온빔의 누설을 원천적으로 방지할 수 있으며, 상기 쉴딩부와 상기 본체의 내측면 사이에 디텍터를 구비하여 상기 쉴딩부의 마모에 의해 누설되는 이온빔으로부터 상기 본체의 내측벽이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 애널라이징 챔버불량을 미연에 방지하여 이온주입공정에 필요한 이온들을 효과적으로 추출할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (23)

1. 이온빔이 입사되는 유입부, 상기 이온빔이 방출되는 유출부 및 상기 유입부와 유출부 사이에서 상기 이온빔이 경유하는 내부통로를 갖는 본체;

   상기 내부통로를 한정하는 내측벽을 따라 배열되어 상기 본체의 내부를 경유하는 이온 빔으로부터 상기 내측벽이 손상되는 것을 방지하기 위한 쉴딩부; 및

   상기 쉴딩부와 상기 본체의 내측벽 사이에 위치하여 상기 쉴딩부를 관통하여 누설되는 누설 이온 빔을 감지할 수 있는 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
2. 제1항에 있어서, 상기 유입부 및 유출부는 소정의 각도로 기울어져 있어서, 상기 본체로 입사된 이온빔은 소정의 각도로 휘어져서 상기 본체를 떠나는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
3. 제2항에 있어서, 상기 유입부 및 유출부는 서로 70도 내지 90도의 각도만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
4. 제1항에 있어서, 상기 본체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
5. 제1항에 있어서, 상기 쉴딩부는 연성 재질(flexible material)로 이루어진 벨트 형상의 쉴드 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
6. 제5항에 있어서, 상기 본체는 상기 내측벽의 표면으로부터 돌출되어 상기 쉴드 플레이트를 안내하기 위한 가이드라인을 더 포함하며, 상기 쉴드 플레이트는 상기 가이드라인을 따라 상기 유입부 및 유출구 사이에서 일렬로 정렬되어 상기 내측벽과 나란하게 배열되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
7. 제6항에 있어서, 상기 가이드라인은 상기 내측벽과 일체로 형성되며, 상기 내측벽의 상단 및 하단으로부터 상기 내부통로를 향하여 돌출된 한 쌍의 지지부재를 포함하며, 상기 쉴드 플레이트는 상기 지지부재와 대응하는 한 쌍의 고정시편을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
8. 제5항에 있어서, 상기 쉴딩부는 탄소로 구성된 흑연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
9. 제1항에 있어서, 상기 디텍터는 상기 이온빔을 감지하여 상기 이온빔의 세기에 대응하는 전기적 신호를 생성하는 패드 및 상기 전기적 신호를 전달하기 위한 신호선(signal line)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
10. 제9항에 있어서, 상기 패드는 상기 쉴딩부와 상기 내측벽 사이에 위치하여, 상기 쉴딩부로부터 누설된 이온빔이 상기 내측벽에 도달하기 전에 감지하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
11. 제10항에 있어서, 상기 패드는 상기 쉴딩부의 표면에 탈착 가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
12. 제9항에 있어서, 상기 패드는 감지된 이온빔의 세기에 비례하는 전기적 신호를 생성하는 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 챔버.
13. 입사된 이온빔이 경유하는 내부통로를 구비하는 본체, 상기 내부통로를 한정하는 상기 본체의 내측벽을 상기 이온빔으로부터 보호하기 위한 쉴딩부 및 상기 내측벽으로 도달하는 상기 이온빔을 감지할 수 있는 디텍터를 구비하는 애너라이징 챔버;

    상기 애너라이징 챔버에 자기장을 형성하는 마그넷; 및

    상기 마그넷 및 상기 애너라이징 챔버로 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
14. 제13항에 있어서, 상기 본체는 상기 이온빔이 입사하는 유입부 및 상기 유입부와 다른 방향을 갖는 유출부를 구비하여 상기 애너라이징 챔버로 입사된 상기 이 온 빔은 상기 내부통로을 경유하면서 소정의 각도만큼 굽어서 유출되는 것을 특징으로 하는 질량 분석기.
15. 제14항에 있어서, 상기 이온빔은 유입방향으로부터 70도 내지 90도의 각도만큼 굽어져서 유출되는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
16. 제13항에 있어서, 상기 쉴딩부는 연성 재질(flexible material)로 이루어진 벨트 형상의 쉴드 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
17. 제16항에 있어서, 상기 본체는 상기 내측벽의 표면으로부터 돌출되어 상기 쉴드 플레이트를 안내하기 위한 가이드라인을 더 포함하며, 상기 쉴드 플레이트는 상기 가이드라인을 따라 상기 유입부 및 유출구 사이에서 일렬로 정렬되어 상기 내측벽과 나란하게 배열되는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
18. 제16항에 있어서, 상기 쉴딩부는 탄소로 구성된 흑연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
19. 제13항에 있어서, 상기 디텍터는 상기 이온빔을 감지하여 상기 이온빔의 세기에 대응하는 전기적 신호를 생성하는 패드 및 상기 전기적 신호를 전달하기 위한 신호선(signal line)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
20. 제19항에 있어서, 상기 패드는 상기 쉴딩부와 상기 내측벽 사이에 위치하여, 상기 쉴딩부로부터 누설된 이온빔이 상기 내측벽에 도달하기 전에 감지하는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
21. 제20항에 있어서, 상기 패드는 상기 쉴딩부의 표면에 탈착가능하게 부착되며, 감지된 이온빔의 세기에 비례하는 전기적 신호를 생성하는 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
22. 제19항에 있어서, 상기 신호선은 상기 전원공급부와 연결되며, 상기 쉴딩부로부터 누설된 이온빔이 감지되면 상기 전원공급부는 상기 애널라이징 챔버 및 상기 마그넷으로의 전원공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 질량분석기.
23. 제13항에 있어서, 상기 마그넷은 전자석인 것을 특징으로 하는 질량분석기.

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