KR0121286Y1 - 이온주입 장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 이온주입 장치에 관한 것으로서, 특히 엔드 스테이션 챔버(end station chamber)와 로드 로크(load lock) 챔버 사이의 진공압의 차이를 보상시켜 이온 빔의 노이즈(noise) 및 와류 현상으로 인한 누수 발생 및 미립자 발생을 감소할 수 있게 한 이온주입 장치에 관한 것으로서, 이온 빔이 발생되는 이온소스 챔버, 상기 이온 빔의 추출, 분석 및 가속이 수행되는 빔 라인, 상기 빔 라인을 거친 이온 빔이 웨이퍼에 주입되기 전에 이온 빔의 해상개도를 결정짓는 엔드 스테이션, 상기 엔드 스테이션에 연결되어 이온주입이 실시될 웨이퍼가 안치되는 로드 로크 챔버, 상기 엔드 스테이션과 로드 로크 챔버 사이에 설치되어 진공압을 선택적으로 단속하는 로킹 밸브 및 상기 이온소스 챔버와 빔 라인 및 엔드 스테이션에 각각 구비된 진공펌프들로 구성된 이온주입 장치에 있어서, 상기 로드 로크 챔버에 상기 엔드 스테이션에 형성되는 진공압과의 차이를 보상하기 위한 진공수단이 구비되어서 진공압의 차이로 인한 이온 빔의 와류 현상이 방지되어 미립자의 발생을 억제할 수 있고, 또한 이온 빔의 누수도 방지되어 정확한 이온주입의 실시가 가능함에 따라 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있고, 또한 로킹 밸브 개방후 로드 로크 챔버의 진공복귀시간의 단축이 가능하게 되어 생산공정 시간도 단축되어 생산량의 증대를 기대할 수 있고, 또한 엔드 스테이션과 로드 로크 챔버 사이의 진공압 균형 유지로 인해 로킹 밸브에 과부하가 인가되는 것이 방지되어 로킹 밸브의 수명을 연장할 수 있다.
Description
제1도는 종래의 이온주입 장치의 개략적인 구성도.
제2도는 본 고안에 따른 이온주입 장치의 개략적인 구성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:이온소스 챔버 2:빔 라인
3:엔드 스테이션 4:로킹 밸브
5:로드 로킹 챔버 6:플레튼
7:카세트 8:터보 펌프
9:러프 펌프
본 고안은 이온주입 장치에 관한 것으로서, 특히 엔드 스테이션 챔버(end station chamber)와 로드 로크(load lock) 챔버 사이의 진공압의 차이를 보상시켜 이온 빔의 노이즈(noise) 및 와류 현상으로 인한 누수 발생 및 미립자 발생을 감소할 수 있게 한 이온주입 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고집적 반도체 제조 공정에서 많은 용도로 쓰이는 이온주입은 이온에 목표물의 표면을 뚫고 들어갈 만큼 큰 에너지를 갖게 하여 목표물 속에 넣어 주는 것을 말한다. 이러한 이온주입 공정은 정확한 위치 및 농도를 제어할 수 있으며, 균일도가 높고, 투사 위치에 이온주입물의 측면 퍼짐이 확산 공정에 비해 적고, 저온에서도 공정이 가능하며, 단위시간당 높은 처리량을 갖는 장점을 가진 단위 공정이다. 대부분의 이온주입은 기판상에 소오스, 드레인을 형성하기 위한 불순물 주입과 게이트 폴리실리콘 증착시에 전도성을 향상하기 위하여 불순물을 주입하거나, 또는 문턱 전압을 증가시키기 위한 불순물을 주입할때 등 많은 용도로 이용된다.
이러한 이온주입이 수행되는 종래의 이온 주입 장치의 개략적인 구성도가 제1도에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 이온 빔이 발생되는 이온소스 챔버(1), 상기 이온 빔이 통과되면서 적정한 이온만이 추출되고 분석자석기에 의해 분석되어서 가속튜브를 거치면서 고에너지화되는 빔 라인(2) 및 상기 이온 빔이 통과되는 해상개도(resolving aperture)를 결정짓는 엔드 스테이션(3)이 순차적으로 연결된다. 그리고 상기 이온소스 챔버(1), 빔 라인(2) 및 엔드 스테이션(3)에는 각각 진공을 부여하는 진공수단이 구비되는데, 그 이유는 잔류가스의 이온 빔의 충돌로 인해 형성되는 이온중립 영역을 최소화하여 중립영역 빔 효과를 억제하기 위함이다. 상기 중립영역 빔 효과란 웨이퍼상에 정확한 이온주입이 이루어지기 위해서는 상기 중립영역의 빔의 좌우측 빔뿐만 아니라 중립영역의 빔까지 세 방향의 빔의 촛점이 일치되어야 하는 현상을 말한다.
그래서 상기 이온소스 챔버(1)에는 고진공용 디퓨젼(diffusion) 펌프(1a)와 저진공용 기계적(mechanical) 펌프(1b)가 장착되고, 상기 빔 라인(2)과 엔드 스테이션(3)에는 각각 고진공용으로는 크라이어(cryo) 펌프(2a,3a), 저진공용으로는 기계적 펌프(2b,3b)가 연결된다.
그리고 상기 엔드 스테이션(3)의 일측에 웨이퍼를 반입, 반출시키는 플레이트인 플레튼(platen)(6)이 설치되고, 상기 플레튼(6)의 일측에는 웨이퍼를 이송시키는 카세트(7)가 연결, 설치되고, 타측, 즉 상기 엔드 스테이션(3) 방향에 상기 플레튼(6)의 웨이퍼와 엔드 스테이션(3)을 연결시켜 이온 빔이 주입되는 로드 로크 챔버(5)가 연결된다. 또한, 상기 로드 로크 챔버(5)와 엔드 스테이션(3) 사이에는 로킹 밸브(4)가 설치되어 상기 엔드 스테이션(3)의 진공압을 선택적으로 단속하게 된다.
이와같이 구성되어서 이온주입이 실시될 웨이퍼가 카세트(7)로 이송되어 플레튼(7)에 의해 로드 로크 챔버(5)에 반입되면 각 진공펌프들이 가동되어 이온소스 챔버(1), 빔 라인(2) 및 엔드 스테이션(3)에 진공이 형성된다. 이와 같은 상태에서 이온소스 챔버(1)에서 이온 빔이 발생되어서 빔 라인(2)을 거쳐 적정한 이온 빔만이 걸러진 다음, 엔드 스테이션(3)에 도달된다. 그리고 로킹 밸브(4)가 개방되어 이온 빔이 웨이퍼에 주사되어 이온주입이 실시된다.
그러나 이러한 종래의 이온주입 장치는 웨이퍼에 이온주입을 실시하기 위해서 로킹 밸브를 개방할 때, 엔드 스테이션에는 고진공이 형성되어 있고 로드 로크 챔버에는 저진공이 형성되어 있기 때문에 진공압의 차이로 이온 빔의 노이즈 및 와류 현상이 발생되어 이온 빔이 누수되고 미립자의 발생이 증가되어 소자의 품질 및 특성을 저하시키며, 로드 로크 챔버의 진공이 형성되는 시간, 즉 진공복귀시간이 길어짐으로 인해 생산량이 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은, 엔드 스테이션과 로드 로크 챔버 사이의 진공압의 차이를 보상시켜 이온 빔의 노이즈 발생 및 와류 현상의 발생을 억제함으로써 정확한 이온주입의 실시가 가능하게 하여 반도체 소자의 품질 및 특성을 향상시키고, 진공복귀시간을 단축하여 생산량을 증대할 수 있는 이온주입장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안은, 이온 빔이 발생되는 이온소스 챔버, 상기 이온 빔의 추출, 분석 및 가속이 수행되는 빔 라인, 상기 빔 라인을 거친 이온 빔이 웨이퍼에 주입되기 전에 이온 빔의 해상개도를 결정짓는 엔드 스테이션, 상기 엔드 스테이션에 연결되어 이온주입이 실시될 웨이퍼가 안치되는 로드 로크 챔버, 상기 엔드 스테이션과 로드 로크 챔버 사이에 설치되어 진공압을 선택적으로 단속하는 로킹 밸브 및 상기 이온소스 챔버와 빔 라인 및 엔드 스테이션에 각각 구비된 진공펌프들로 구성된 이온주입 장치에 있어서, 상기 로드 로크 챔버에 상기 엔드 스테이션에 형성되는 진공압과의 차이를 보상하기 위한 진공수단이 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 진공수단은 고진공용의 터보(turbo) 펌프와 저진공용의 러프(rough) 펌프로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 고안에 따른 이온주입 장치의 개략적인 구성도이다.
도시된 바와 같이 B, P, As 등을 소스로 하여 이온 빔이 발생되는 이온소스 챔버(1)에는 상기 가스들을 10-3Torr의 압력으로 플라즈마를 형성하기 위하여 고진공용인 디퓨젼 펌프(1a)와 저진공용인 기계적 펌프(1b)가 장착된다. 그리고 상기 이온소스 챔버(1)에 연결된 빔 라인(2)에는 상기 이온 빔 중에서 15 내지 40kev의 전압을 가진 이온 빔만을 추출하는 설비(도시되지 않음)가 구비되고, 또한 상기 이온 빔의 이온 질량에 따라 이온 빔을 분석하는 분석자석기(analyzing magnet)(도시되지 않음) 및 이온 빔을 고에너지화시키기 위한 가속튜브(도시되지 않음)가 구비된다. 또한, 상기 빔 라인(2)에는 중립영역 빔 효과를 억제하기 위한 고진공용 크라이어 펌프(2a)와 저진공용 기계적 펌프(2b)가 장착된다.
그리고 상기 빔 라인(2)에는 이온 빔의 해상개도를 결정짓는 엔드 스테이션(3)이 연결되는데, 여기서 해상개도란 이온 빔이 통과되는 간격을 정의하는 것이다. 상기 엔드 스테이션(3)에도 상기 빔 라인(2)과 마찬가지로 중립영역 빔 효과를 억제하는 크라이어 펌프(3a)와 기계적 펌프(3b)가 장착된다.
여기서 제2도에는 도시되지는 않았지만 중립영역 빔 효과를 억제하기 위하여 상기 빔 라인(2) 및 엔드 스테이션(3)에 진공펌프를 장착하는 방법 외에 웨이퍼가 안치된 타겟을 5 내지 10° 정도로 기울이면 중립영역 빔 효과가 감소된다.
그리고 상기 엔드 스테이션(3)의 일측에 웨이퍼에 이온주입이 실시되는 로드 로크 챔버(5)가 설치되고, 상기 로드 로크 챔버(5)와 엔드 스테이션(3) 사이에는 엔드 스테이션(3)의 진공압을 선택적으로 단속하는 로킹 밸브(4)가 설치된다. 여기서 상기 로드 로크 챔버(5)에 안치된 웨이퍼에 이온주입을 실시하기 위하여 상기 로킹 밸브(4) 개방시 상기 엔드 스테이션(3)과 로드 로크 챔버(5) 사이의 진공압의 차이를 보상하기 위한 고진공용 터보 펌프(8) 및 저진공용 러프 펌프(9)가 장착된다.
그리고 상기 로드 로크 챔버(5)의 일측에 웨이퍼를 반입,반출시키는 플레튼(6)이 설치되고, 상기 플레튼(6)의 일측으로 웨이퍼를 이송시키는 카세트(7)가 설치된다.
이와같이 구성되어서 카세트(7)로 이송된 웨이퍼를 플레튼(6)에 의해 로드 로크 챔버(5)에 안치시킨다. 그 다음 이온소스 챔버(1), 빔 라인(2), 엔드 스테이션(3) 및 로드 로크 챔버(5)의 저진공 펌프, 즉 기계적 펌프(1b,2b,3b)와 러프 펌프(9)를 가동시켜 예비 진공을 실시하고, 소정의 예비진공압이 형성되면 고진공 펌프, 즉 디퓨젼 펌프(1a), 크라리어 펌프(2a,3a) 및 터보 펌프(8)를 가동시켜 메인 진공을 실시한다. 이렇게 상기 이온소스 챔버(1), 빔 라인(2), 엔드 스테이션(3) 및 로드 로크 챔버(5)에 소정의 진공압이 형성되면 이온소스에서 이온 빔을 발생되고, 이 이온 빔이 빔 라인(2)을 거치면서 15 내지 40kev의 전압을 가진 이온 빔만을 추출되고, 또한 분석자석기에 의해 이온 질량에 따라 이온 빔이 분석되어지고, 가속튜브를 통과하면서 이온 빔이 고에너지화된다.
이런 과정을 거친 이온 빔이 엔드 스테이션에 도달하면 로드 로크 챔버(5)에 안치된 웨이퍼에 이온주입을 실시하기 위해 로킹 밸브(4)를 개방시킨다. 이때, 터보 펌프(8) 및 러프 펌프(9)에 의해 로드 로크 챔버(5) 내에는 엔드 스테이션(3) 내에 형성된 진공압과 거의 동일한 진공압이 형성되어 있으므로 이온 빔이 로드 로크 챔버(5) 내로 주입되면서 진공압의 차이에 의한 와류 현상 및 누수 현상이 방지된다. 따라서 웨이퍼에 정확한 이온주입이 가능하게 된다.
이와같이 본 고안은 이온주입이 실시되는 로드 로크 챔버에 엔드 스테이션과의 진공압의 차이를 보상하기 위한 터보 펌프와 러프 펌프를 설치함으로써 진공압의 차이로 인한 이온 빔의 와류 현상이 방지되어 미립자의 발생을 억제할 수 있고, 또한 이온 빔의 누수도 방지되어 정확한 이온주입의 실시가 가능함에 따라 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 로킹 밸브 개방후 로드 로크 챔버의 진공복귀시간의 단축이 가능하게 되어 생산공정 시간도 단축되어 생산량의 증대를 기대할 수 있고, 또한 엔드 스테이션과 로드 로크 챔버 사이의 진공압 균형 유지로 인해 로킹 밸브에 과부하가 인가되는 것이 방지되어 로킹 밸브의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
Claims (2)
- 이온 빔이 발생되는 이온소스 챔버, 상기 이온 빔의 추출, 분석 및 가속이 수행되는 빔 라인, 상기 빔 라인을 거친 이온 빔이 웨이퍼에 주입되기 전에 이온 빔의 해상개도를 결정짓는 엔드 스테이션, 상기 엔드 스테이션에 연결되어 이온주입이 실시될 웨이퍼가 안치되는 로드 로크 챔버, 상기 엔드 스테이션과 로드 로크 챔버 사이에 설치되어 진공압을 선택적으로 단속하는 로킹 밸브 및 상기 이온소스 챔버와 빔 라인 및 엔드 스테이션에 각각 구비된 진공펌프들로 구성된 이온주입 장치에 있어서, 상기 로드 로크 챔버에 상기 엔드 스테이션에 형성되는 진공압과의 차이를 보상하기 위한 진공수단이 구비된 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공수단은 고진공용의 터보 펌프와 저진공용의 러프 펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
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