KR100506931B1 - 이온주입장치 - Google Patents

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    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation

Abstract

본 발명은 이온주입 프로세스를 진행하는 과정에서 발생되는 이온빔의 잔여물이 프로세스챔버의 내벽에 파티클로 누적되어 후속공정 진행시 파티클 소오스로 작용하는 것을 미연에 차단할 수 있는 이온주입장치에 관한 것으로, 이와 같은 본 발명 이온주입장치에는 프로세스챔버의 빔토출구 주변에 이온빔 쉴드커버가 장착되기 때문에 프로세스챔버 내부의 빔토출구 주변에 안착 및 누적된 파티클 소오스를 제거하고자 할 경우 이 이온빔 쉴드커버를 프로세스챔버에서 분해한 후 크리닝하면 되기 때문에 종래에 비해 매우 깨끗하게 크리닝할 수 있을 뿐만 아니라 본 발명에 따른 이온빔 쉴드커버에는 이온빔 쉴드커버를 저온상태로 유지시켜주는 쿨링유닛이 장착되기 때문에 이온빔 잔여물의 이온빔 쉴드커버에 안착 및 누적되는 힘은 종래에 비해 현저하게 저하되어 이온빔 쉴드커버를 크리닝하고자 할 경우 매우 용이하게 크리닝할 수 있게 된다.

Description

이온주입장치{Ion implantation apparatus}
본 발명은 이온주입장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온주입 프로세스(Process)를 진행하는 과정에서 발생되는 이온빔(Beam)의 잔여물이 프로세스 챔버 내벽에 파티클(Particle)로 누적되어 후속공정 진행시 파티클 소오스(Source)로 작용하는 것을 미연에 차단할 수 있는 이온주입장치에 관한 것이다.
일반적으로 고집적 반도체 제조공정 중에서 반도체기판인 웨이퍼(Wafer)상에 불순물을 주입하는 방법의 하나로 사용되는 이온주입공정은 이온에 웨이퍼의 표면을 뚫고 들어갈 만큼의 고 에너지(Energy)를 갖게 하여 이 이온을 웨이퍼 속에 주사하는 공정을 말한다.
이러한 이온주입공정은 주입되는 이온의 정확한 주사위치 및 주입되는 이온의 정확한 주사농도를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 주사위치에 발생되는 이온주입물의 측면 퍼짐이 확산공정에 비해 매우 적다는 장점이 있어 반도체 제조공정에서 자주 이용되고 있는 실정이다.
이와 같은 이온주입공정을 수행하는 이온주입장치는 통상 소오스 가스(Gas)와 열전자가 충돌되도록 하여 이온을 발생시키는 이온소오스부와, 발생되는 이온 중 공정에 필요한 이온만을 추출하는 질량분석부와, 추출되는 이온을 가속시켜서 고 에너지를 갖도록하는 이온가속부 및, 고 에너지를 갖는 이온을 원하는 웨이퍼상에 주입되도록 하는 프로세스챔버(Process chamber)를 필수적으로 포함하여 구성된다.
이때, 이온소오스부에서 발생된 이온은 질량분석부와 이온가속부를 경유하여 프로세스챔버로 공급되는 바 이온소오스부와 프로세스챔버 사이에는 이온이 공급될 수 있도록 빔라인(Beam line)이 설치되며, 프로세스챔버에는 이러한 빔라인을 따라 공급되는 이온빔이 원하는 웨이퍼상에 주입될 수 있도록 빔라인에 연결되어 이온빔이 토출되는 빔토출구와, 빔토출구에 대향되는 전면에 설치되고 공정진행에 따라 선택적으로 회동 또는 회전되며 웨이퍼가 안착되는 스핀디스크 유닛(Spin disk unit)이 형성 및 설치된다.
따라서, 종래 이온주입장치에서의 이온은 이온소오스부에서 발생된 다음 빔라인을 따라 질량분석부와 이온가속부를 경유하면서 고 에너지를 갖는 이온빔으로 전환되어 프로세스챔버에 형성된 빔토출구를 통해 프로세스챔버 내부로 빠르게 토출되고, 이렇게 프로세스챔버 내부로 빠르게 토출된 이후에는 스핀디스크 유닛에 안착되되 빔토출구의 전면에 위치한 웨이퍼상에 부딪쳐 웨이퍼의 내부로 주입되게 된다.
그러나 이와 같은 종래 이온주입장치로 이온주입공정을 진행할 경우 웨이퍼에 부딪침으로 웨이퍼에 주입되는 이온빔은 그 일부분이 웨이퍼에 부딪친 다음 다시 튀어나와 프로세스챔버의 내벽인 빔토출구 주변에 파티클로 안착 및 누적되어서 후속공정 진행시 파티클 소오스로 작용하게 되는 문제점이 발생된다.
이에 이러한 프로세스챔버 내부를 정기 또는 비정기적으로 크리닝(Cleaning)하게 되지만, 파티클이 안착 및 누적된 프로세스챔버의 일부분을 분해하지 못하기 때문에 깨끗하게 크리닝할 수 없을 뿐만 아니라 고온으로 안착 및 누적된 빔잔여물은 크리닝을 하여도 계속 프로세스챔버의 내벽에 잔재하게 되어 후속공정의 진행 즉, 스핀디스크 유닛이 회전될 경우 이 회전과 함께 발생되는 회전기류에 의해 여러 반도체 기판을 매우 용이하게 오염시키게 되는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 이온주입 프로세스를 진행하는 과정에서 발생되는 이온빔의 잔여물이 프로세스 챔버 내벽에 파티클로 누적되어 후속공정 진행시 파티클 소오스로 작용하는 것을 미연에 차단할 수 있는 이온주입장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 웨이퍼를 로딩/언로딩시켜주는 웨이퍼 로더부와, 웨이퍼에 이온이 주입될 수 있도록 이온을 발생시키는 이온소오스부와, 이온소오스부에서 발생된 이온 중 이온주입에 필요한 이온만을 추출해주는 질량분석부와, 질량분석부에서 추출된 이온을 이온빔상태로 가속시켜주는 이온가속부와, 이온가속부에서 가속된 이온빔이 토출될 수 있도록 일측 내벽에 빔토출구가 형성된 프로세스챔버 및 프로세스챔버 내부 중 빔토출구에 대향되는 전면에 설치되되 웨이퍼가 안착되면 웨이퍼상에 이온빔이 주입될 수 있도록 선택적으로 회동 또는 회전되는 스핀디스크 유닛을 포함하는 이온주입장치에 있어서,
상기 빔토출구가 형성된 프로세스챔버의 내벽에는 웨이퍼에 부딪친 다음 반사되어 튀기는 이온빔의 잔여물이 안착 및 누적될 수 있도록 이온빔 쉴드커버(Shield cover)가 장착된 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 이온빔 쉴드커버에는 이온빔 쉴드커버를 저온상태로 유지시켜주는 쿨링유닛(Cooling unit)이 더 장착된 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게 상기 쿨링유닛은 이온빔 쉴드커버의 내부로 연장형성된 쿨링플로우라인(Cooling flow line)에 냉매를 플로우시켜줌으로 이온빔 쉴드커버의 온도를 저온상태로 유지시켜주는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명 이온주입장치(100)의 일실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명 이온주입장치(100)는 크게 웨이퍼(90)상에 주입되어야할 이온을 발생 및 추출하여 이를 가속시켜주는 소오스챔버(120)와, 이러한 소오스챔버(120)로부터 가속된 이온을 원하는 웨이퍼(90)상에 주입되도록 하는 프로세스챔버(140)와, 프로세스챔버(140) 내부로 웨이퍼(90)를 로딩(Loading)시켜주거나 프로세스챔버(140) 내부에서 웨이퍼(90)를 언로딩(Unloading)시켜주는 웨이퍼 로더부(160) 및 이온주입장치(100)를 전반적으로 제어해주는 중앙제어부(미도시)로 구성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 소오스챔버(120)에는 소오스 가스(미도시)와 열전자가 충돌되도록 하여 이온을 발생시키는 이온소오스부(122)와, 발생되는 이온 중 공정에 필요한 이온만을 추출하는 질량분석부(124)와, 추출되는 이온을 가속시켜서 고 에너지를 갖는 이온빔 상태로 변환시켜주는 이온가속부(126) 및 이온소오스부(122)로부터 질량분석부(124)와 이온가속부(126)를 경유하여 프로세스챔버(140)에까지 연결해주어 이온소오스부(122)에서 발생된 이온이 프로세스챔버(140)로 공급될 수 있도록 하는 빔라인(128)이 포함된다.
그리고, 프로세스챔버(140)에는 그 일측 내벽에 빔라인(128)과 연결되어 소오스챔버(120)로부터 공급되는 이온빔이 토출될 수 있도록 빔토출구(141)가 형성되며, 그 내부에는 웨이퍼 로더부(160)로부터 이온주입될 웨이퍼(90)를 이송받은 다음 이를 공정진행에 따라 선택적으로 회동 또는 회전시켜서 빔토출구(141)로 토출되는 이온빔이 원하는 웨이퍼(90)상에 주입될 수 있도록 하는 스핀디스크 유닛(147)이 설치된다.
이때, 스핀디스크 유닛(147)은 웨이퍼 로더부(160)로부터 웨이퍼(90)를 이송받을 경우 수평상태로 유지되고, 빔토출구(141)로부터 토출되는 이온빔이 주입될 경우에는 수평상태에서 회동되어 수직상태로 유지되는 바, 이 수직상태의 스핀디스크 유닛(147)은 빔토출구(141)로 토출된 이온빔이 웨이퍼(90)상의 원하는 부분에 정확히 주입될 수 있도록 빔토출구(90)에 대향되는 전면에 소정간격 이격되어 설치됨이 바람직하다.
이에, 소오스챔버(120)로부터 발생 및 가속되어 빔토출구(141)로 토출된 이온빔은 이러한 빔토출구(141)의 전면에 설치되는 스핀디스크 유닛(147)상의 웨이퍼(90)에 부딪쳐 정확히 주입되게 된다.
그러나, 이러한 웨이퍼(90)상에 부딪쳐 주입되는 이온빔 중 일부분은 이 웨이퍼(90)에 부딪친 다음 다시 반사되어 튀어나와 프로세스챔버(140)의 내벽인 빔토출구(141) 주변에 안착 및 누적되게 되어서 후속공정 진행시 파티클 소오스로 작용하게 되는데, 본 발명에서는 이를 방지하고자 빔토출구(141)가 형성된 프로세스챔버(140)의 내벽에 이온빔 쉴드커버(143)가 볼트(Bolt,146) 등에 의해 착탈가능하게 장착된다.
따라서, 빔토출구(141)로 토출되어 웨이퍼(90)에 부딪친 다음 다시 튀어나오는 이온빔의 일부분은 이 이온빔 쉴드커버(143)에 안착 및 누적되게 되는데, 사용자는 이 이온빔 쉴드커버(143)를 프로세스챔버(140)에서 분해한 다음 용이하게 크리닝하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 크리닝되지 않을 경우 새로운 이온빔 쉴드커버(143)로 교체하여 사용할 수도 있게 된다. 이때, 빔토출구(141)가 형성된 프로세스챔버(140)의 내벽에 장착되는 이온빔 쉴드커버(143)에는 빔토출구(141)를 커버하는 부분에 빔토출구(141)에 대응되는 별도의 빔토출홀(Hole,142)이 형성됨은 당연하다.
그러나 이때, 이온빔 쉴드커버(143)가 용이하게 크리닝되지 않은 이유는 웨이퍼(90)에 부딪친 다음 튀어나온 이온빔의 일부분이 이온빔 쉴드커버(143)에 고온으로 안착 및 누적되기 때문인 바, 본 발명에서는 이를 위해서도 쿨링유닛(144)이 구비된다.
즉, 본 발명 이온빔 쉴드커버(143)의 일측에는 쿨링유닛(144)이 장착되는 바, 이러한 쿨링유닛(144)은 이온빔 쉴드커버(143)의 내부로 연장형성된 쿨링플로우라인(145)을 통해 이온빔 쉴드커버(143)의 내부로 냉각가스나 냉각수와 같은 소정 냉매를 계속 플로우해주게 되어 이온빔 쉴드커버(143)의 온도를 저온상태로 유지해주는 역할을 하게 된다. 이에 이온빔 쉴드커버(143)에 안착 및 누적되는 이온빔 잔여물은 고온으로 안착 및 누적되지 못하고 저온상태로 안착 및 누적되게 되어 그 안착 및 누적되는 힘이 고온일 경우에 비해 현저하게 저하된다. 따라서, 사용자는 용이하게 크리닝할 수 있게 된다.
한편, 프로세스챔버(140) 내부로 웨이퍼(90)를 로딩시켜주거나 프로세스챔버(140) 내부에서 웨이퍼(90)를 언로딩시켜주는 웨이퍼 로더부(160)에는 공정진행에 따라 웨이퍼(90)를 로딩/언로딩시켜줄 수 있도록 웨이퍼 이송암(Arm)(165)이 설치되게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예인 이온주입장치(100)의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 선행공정을 수행한 웨이퍼(90)가 웨이퍼 카세트(Wafer cassette,70)에 정렬되어 본 발명 이온주입장치(100)의 웨이퍼 로더부(160)에 이송되면, 웨이퍼 로더부(160)의 웨이퍼 이송암(165)은 웨이퍼 카세트(70)에 정렬된 웨이퍼(90)를 순차적으로 프로세스챔버(140)의 스핀디스크 유닛(147)으로 로딩시키게 된다.
이후, 스핀디스크 유닛(147)에 다수개의 웨이퍼 로딩이 완료되면, 스핀디스크 유닛(147)은 중앙제어부의 제어에 의해 웨이퍼(90)를 로딩받을 때의 수평상태에서 이온주입 받게된 수직상태로 회동되게 된다.
이와 동시에 소오스챔버(120)에서는 반도체기판인 웨이퍼(90)에 이온을 주입시키기 위해 이온을 발생, 추출 및 가속시키게 된다. 즉, 소오스챔버(120)의 이온소오스부(122)에서는 소오스 가스와 열전자가 충돌되도록 하여 이온을 발생시키게 되며, 이와 같이 이온이 발생되면 질량분석부(124)는 이 발생된 이온중에서 이온주입공정에 필요한 이온만을 추출하게 된다. 그리고, 질량분석부(124)의 이온추출이 완료되면 이온가속부(126)는 이 추출된 이온을 가속시켜 고 에너지를 갖는 이온빔으로 전환하여 빔라인(128)과 빔토출구(141)를 통해 프로세스챔버(140) 내부로 토출시키게 된다.
따라서, 빔토출구(141)의 전면에서 수직상태로 회동된 스핀디스크 유닛(147)상의 웨이퍼(90)에는 이와 같은 경로를 통해 가속된 고 에너지의 이온빔이 부딪쳐서 내부로 주입되게 된다.
이때, 웨이퍼에 부딪치는 이온빔의 일부분인 이온빔 잔여물은 웨이퍼(90)에 부딪친 다음 다시 빔토출구(141) 방향으로 튀겨 빔토출구(141) 주변에 안착 및 누적되게 되는데, 본 발명에 따른 이온주입장치(100)에는 프로세스챔버(140)의 빔토출구(141) 주변에 이온빔 쉴드커버(143)가 장착되기 때문에 이와 같이 웨이퍼(90)에 부딪친 다음 튀기는 이온빔 잔여물은 이 이온빔 쉴드커버(143)에 안착 및 누적되게 된다.
특히, 본 발명에 따른 이온빔 쉴드커버(143)에는 이온빔 쉴드커버(143)를 저온상태로 유지시켜주는 쿨링유닛(144)이 장착되는 바, 이와 같이 이온빔 쉴드커버(143)에 안착 및 누적되는 이온빔 잔여물은 고온상태에서 안착 및 누적되지 못하고 저온상태에서 안착 및 누적되게 된다. 이에 이온빔 잔여물의 이온빔 쉴드커버(143)에 안착 및 누적되는 힘은 고온일 경우에 비해 현저하게 저하되며, 사용자는 이온빔 쉴드커버(143)를 매우 용이하게 크리닝할 수 있게 된다.
따라서, 사용자는 이 이온빔 쉴드커버(143)를 크리닝하여 재사용할 경우 프로세스챔버(140)에서 이온빔 쉴드커버(143)을 분해한 후 매우 용이하게 크리닝한 다음 재사용할 수 있게 되며, 이온빔 쉴드커버(143)를 재사용하지 않을 경우에는 이 이온빔 쉴드커버(143)를 새로운 이온빔 쉴드커버(143)로 교체하여 사용하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이온주입장치는 프로세스챔버의 빔토출구 주변에 이온빔 쉴드커버가 장착되기 때문에 프로세스챔버 내부의 파티클 소오스를 제거하고자 할 경우 이 이온빔 쉴드커버를 프로세스챔버에서 분해한 후 크리닝하면 되기 때문에 종래에 비해 매우 편리하면서도 깨끗하게 크리닝할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 이온빔 쉴드커버에는 이온빔 쉴드커버를 저온상태로 유지시켜주는 쿨링유닛이 장착되는 바, 이와 같이 이온빔 쉴드커버에 안착 및 누적되는 이온빔 잔여물은 고온상태에서 안착 및 누적되지 못하고 저온상태에서 안착 및 누적되기 때문에 이온빔 잔여물의 이온빔 쉴드커버에 안착 및 누적되는 힘은 종래의 고온일 경우에 비해 현저하게 저하되어 이 이온빔 쉴드커버를 크리닝하고자 할 경우 매우 용이하게 크리닝할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이온주입장치의 일실시예를 도시한 개념도.
도 2는 도 1의 A-A 부분을 도시한 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 이온주입장치에 이온빔이 조사되는 것을 도시한 개념도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 이온주입장치 120 : 소오스챔버
122 : 이온소오스부 124 : 질량분석부
126 : 이온가속부 140 : 프로세스챔버
147 : 스핀디스크 유닛 165 : 웨이퍼 이송암

Claims (4)

  1. 웨이퍼를 로딩/언로딩시켜주는 웨이퍼 로더부와, 상기 웨이퍼에 이온이 주입될 수 있도록 이온을 발생시키는 이온소오스부와, 상기 이온소오스부에서 발생된 이온 중 이온주입에 필요한 이온만을 추출해주는 질량분석부와, 상기 질량분석부에서 추출된 이온을 이온빔상태로 가속시켜주는 이온가속부와, 상기 이온가속부에서 가속된 이온빔이 토출될 수 있도록 일측 내벽에 빔토출구가 형성된 프로세스챔버 및 상기 프로세스챔버 내부 중 상기 빔토출구에 대향되는 전면에 소정간격 이격되게 설치되되 상기 웨이퍼가 안착되면 상기 웨이퍼상에 이온빔이 주입될 수 있도록 선택적으로 회동 또는 회전되는 스핀디스크 유닛을 포함하는 이온주입장치에 있어서,
    상기 빔토출구가 형성된 상기 프로세스챔버의 내벽에는 상기 웨이퍼에 부딪친 다음 반사되어 튀기는 이온빔의 잔여물이 안착 및 누적될 수 있도록 이온빔 쉴드커버가 장착되고,
    상기 이온빔 쉴드커버에는 상기 이온빔 쉴드커버를 저온상태로 유지시켜주는 쿨링유닛이 장착된 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 쿨링유닛은 상기 이온빔 쉴드커버의 내부로 연장형성된 쿨링플로우라인에 냉매를 플로우시켜줌으로 상기 이온빔 쉴드커버의 온도를 저온상태로 유지시켜주는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이온빔 쉴드커버는 착탈가능한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
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