KR101119772B1 - 이온 주입기 - Google Patents

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마사토시 오노다
고오이치 오리히라
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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명의 이온 주입기는, 이온 빔이 도입되는 주입 챔버와, X 방향의 제1열 및 제2열의 두 열로 기판을 유지하는 홀더와, 홀더를 수평 상태로 설정한 후에 기판 교환 위치에 위치시키는 기능과 홀더를 직립 상태로 설정한 후에 이온 빔의 조사 영역에서 X 방향을 따라 왕복 직선 이동하게 구동하는 기능을 갖는 홀더 구동 유닛을 포함한다. 또한, 본 발명의 이온 주입기는 2개의 로드록 기구와, 로드록 기구와 기판 교환 위치 사이에서 각각 기판을 반송하는 아암을 각각 2개씩 구비하는 2개의 기판 반송 유닛을 포함한다.

Description

이온 주입기{ION IMPLANTER}
본 발명은, 기판(예컨대 반도체 기판) 상에 이온 빔을 조사함으로써 이온 주입을 실행하는 이온 주입기에 관한 것이다.
관련 분야에 있어서는, 복수의 기판이 유지되어 있는 회전 디스크를 회전시키면서, 스캐닝을 이용하여 폭이 확장되는 이온 빔을 회전 디스크 상의 위치에 조사함으로써 회전 디스크 상의 복수의 기판에 대하여 이온 주입을 일괄적으로 실행하는 소위 배치 타입(batch type)의 이온 주입기가 제안되어 있다[예컨대, 특허 문헌 1 참조].
(특허문헌1)JP-A-9-129571(단락0020,도3)
관련 분야의 이온 주입기에 있어서는, 기판의 평면에 있어서 이온 주입량(투입량) 분포의 균일성이 양호하지 않다는 문제가 존재하였다.
이러한 문제를 도 17을 참고로 하여 이하에서 설명한다. 각 기판(94)이 회전 디스크(92)에 배치되어 있다. 회전 디스크(92)는 회전 중심(93)의 둘레에서 화살표 U 방향으로 일정 각속도(ω)로 회전한다.
기판(94)의 평면에 있어서 내측 및 외측[기판(94)의 평면에 있어서 회전 디스크(92)의 회전 중심(93)에 근접한 측이 내측이고, 그 반대측이 외측]에는, 이온 빔(90)에 대한 상대 속도(v)가 반경(r)에 비례하여 상이하다. 구체적으로, 이 상대 속도(v)는 v = rω로 표시된다.
이온 빔(90)의 빔 전류 밀도 분포가 실질적으로 균일하기 때문에, 기판(94)에 주입되는 이온 주입량은 상대 속도(v)에 반비례한다. 따라서 상기 내측에 인접하여 위치하는 영역(RIN)에서의 이온 주입량이 상기 외측에 인접하는 영역(ROUT)에서의 이온 주입량보다 크게 되는 불균일한 이온 주입량 분포가 발생한다. 또한, 이러한 불균일한 이온 주입량 분포는 회전 디스크(92)의 회전 운동에 의해 초래되므로, 이러한 불균일한 이온 주입량 분포는 회전 중심(93)의 둘레에서 원호 형상으로 될 것으로 생각된다. 이러한 불균일한 이온 주입량 분포의 통상적인 예가 등고선(96)으로 표시되어 있다.
예컨대 이온 빔(90)의 빔 전류 밀도 분포를 조정함으로써 상기 불균일한 이온 주입량 분포를 교정하고 균일화하는 것이 고려된다. 이 경우에, 그러한 복잡한 이온 주입량 분포를 교정하는 것은 쉽지 않다.
기판의 평면에 있어서 이온 주입량 분포의 균일성이 양호하지 않으면, 이온이 주입되어 유효하게 사용될 수 있는 기판의 부분이 감소하므로, 수율이 저하된다. 보다 구체적인 예로서, 반도체 기판(94)의 평면에 다수의 반도체 소자를 형성하기 위하여 적용되는 단계의 하나로서 이온 주입을 채용하는 상황에서는, 이온 주입량 분포의 균일성이 양호하지 않으면, 반도체 소자의 특성에 있어서 편차가 증가한다. 그 결과, 반도체 소자의 제조 수율이 저하된다.
본 발명의 예시적인 실시예는, 복수의 기판에 대하여 이온 주입을 일괄적으로 실시할 수 있고, 또한 각 기판의 평면에 있어서의 이온 주입량 분포의 균일성을 개선시킬 수 있는 이온 주입기를 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이온 주입기는
진공으로 배기되고 이온 빔이 도입되는 주입 챔버;
상기 주입 챔버 내에 설치되고, 이온 빔을 조사함으로써 이온 주입이 실행되는 기판을 X 방향으로 제1열과 제2열의 두 열로 유지하는 홀더;
상기 홀더를 수평 상태로 설정한 후에, 기판 교환 위치에 위치시키고, 홀더를 직립 상태로 설정한 후에, 이온 빔의 조사 영역에 있어서 X 방향을 따라 왕복 직선 이동하게 구동하는 홀더 구동 유닛;
상기 기판을 대기측과 주입 챔버 사이에서 전달하는 제1 및 제2 로드록 기구(load lock mechanism);
서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 서로 독립적으로 왕복 회전하는 제1 아암 및 제2 아암을 구비하는 제1 기판 반송 유닛으로서, 상기 제1 아암은 제1 로드록 기구로부터 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열에 반송하고, 제2 아암은 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열로부터 제1 로드록 기구에 반송하는 것인 제1 기판 반송 유닛;
서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 서로 독립적으로 왕복 회전하는 제3 아암 및 제4 아암을 구비하는 제2 기판 반송 유닛으로서, 상기 제3 아암은 제2 로드록 기구로부터 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열에 반송하고, 제4 아암은 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열로부터 제2 로드록 기구에 반송하는 것인 제2 기판 반송 유닛을 포함한다.
상기 이온 주입기에 따르면, 기판을 두 열로 유지하는 홀더가 홀더 구동 유닛에 의해 이온 빔의 조사 영역에서 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서 복수의 기판에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 행할 수 있다.
또한, 홀더와 기판은 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서 회전 디스크를 채용하는 경우와는 달리, 각 기판의 평면에 있어서 기판과 이온 빔 사이의 상대 속도가 균등(균일)하게 된다. 그 결과, 각 기판의 평면에 있어서 이온 주입량 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이온 주입기는,
진공으로 배기되고 이온 빔이 도입되는 주입 챔버;
상기 주입 챔버 내에 설치되고, 이온 빔을 조사함으로써 이온 주입이 실행되는 기판을 X 방향으로 제1열과 제2열의 두 열로 유지하는 홀더;
상기 홀더를 수평 상태로 설정한 후에, 기판 교환 위치에 위치시키고, 홀더를 직립 상태로 설정한 후에, 이온 빔의 조사 영역에 있어서 X 방향에 교차하는 방향으로 왕복 직선 이동하게 구동하는 홀더 구동 유닛;
상기 기판을 대기측과 주입 챔버 사이에서 전달하는 제1 및 제2 로드록 기구(load lock mechanism);
서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 서로 독립적으로 왕복 회전하는 제1 아암 및 제2 아암을 구비하는 제1 기판 반송 유닛으로서, 상기 제1 아암은 제1 로드록 기구로부터 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열에 반송하고, 제2 아암은 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열로부터 제1 로드록 기구에 반송하는 것인 제1 기판 반송 유닛;
서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 서로 독립적으로 왕복 회전하는 제3 아암 및 제4 아암을 구비하는 제2 기판 반송 유닛으로서, 상기 제3 아암은 제2 로드록 기구로부터 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열에 반송하고, 제4 아암은 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열로부터 제2 로드록 기구에 반송하는 것인 제2 기판 반송 유닛을 포함하고,
상기 기판에 조사된 이온 빔은, 이온 빔의 스캐닝의 실시에 의해 또는 스캐닝을 실시하지 않고서 홀더에 의해 두 열로 유지되는 기판을 커버하는 치수를 갖는다.
이 이온 주입기에 따르면, 기판을 두 열로 유지하는 홀더가 홀더 구동 유닛에 의해 이온 빔의 조사 영역에서 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서 복수의 기판에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 행할 수 있다.
또한, 홀더와 기판은 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서 회전 디스크를 채용하는 경우와는 달리, 각 기판의 평면에 있어서 기판과 이온 빔 사이의 상대 속도가 균등(균일)하게 된다. 그 결과, 각 기판의 평면에 있어서 이온 주입량 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
홀더는, 복수의 기판을 제1열 및 제2열에 각각 복수 행으로 유지하도록 구성될 수도 있고, 제1 및 제2 기판 반송 유닛과 제1 및 제2 로드록 기구를 상기 홀더에 대응하도록 설치할 수도 있다.
또한, 기판 교환 위치에 위치된 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달에 개입하는 기능을 갖는 개입 유닛을 설치할 수도 있다.
기판으로서는, 직사각형 기판이나 원형 기판을 채용할 수도 있다.
홀더는 정전기에 의해 기판을 각각 흡인하여 유지하는 복수의 정전 척을 구비할 수도 있고, 이들 정전 척은 각각 직사각형 평면 형상을 가지며, 기판의 트위스트 각도에 대응하는 방향을 향하여 고정되어 있다.
이 이온 주입기에 따르면, 기판을 두 열로 유지하는 홀더가 홀더 구동 유닛에 의해 이온 빔의 조사 영역에서 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서 복수의 기판에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 행할 수 있다.
또한, 홀더와 기판은 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서 회전 디스크를 채용하는 경우와는 달리, 각 기판의 평면에 있어서 기판과 이온 빔 사이의 상대 속도가 균등(균일)하게 된다. 그 결과, 각 기판의 평면에 있어서 이온 주입량 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 및 제2 로드록 기구와, 각각 2개의 아암을 갖춘 제1 및 제2 기판 반송 유닛이 설치되어 있다. 따라서 대기측과 주입 챔버 사이에서의 기판의 전달과, 각 로드록 기구와 홀더 사이에서의 기판의 반송을 원활하게 실행할 수 있다. 그 결과, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 홀더는, 복수의 기판을 제1열 및 제2열 각각에 복수 행으로 유지할 수 있도록 구성되고, 또한 제1 및 제2 기판 반송 유닛과 제1 및 제2 로드록 기구는 그러한 구조에 대응하도록 구성된다. 따라서 보다 다수의 기판에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 실행할 수 있고, 복수 행에 대응하는 복수의 기판을 제1 및 제2 반송 유닛과 제1 및 제2 로드록 기구에서 일괄적으로 취급할 수 있다. 그 결과, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 교환 위치에 위치된 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달에 개입하는 기능을 갖는 개입 유닛이 설치되어 있다. 따라서 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달을 보다 원활하게 실행할 수 있다. 그 결과, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 교환 위치에 위치된 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달에 개입하는 기능과, 홀더에 의해 유지되는 각 기판의 트위스트 각도를 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정하는 기능을 갖는 개입 유닛이 설치된다. 따라서 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달을 보다 원활하게 실행할 수 있다. 그 결과, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 홀더에 의해 유지되는 각 직사각형 기판의 트위스트 각도를 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 홀더는, 각각 직사각형의 평면 형상을 갖고 각 기판의 트위스트 각도에 대응하는 방향을 향하여 고정되어 있는 복수의 정전 척을 구비한다. 따라서 정전 척을 이용하여 트위스트 각도만큼 트위스트된 각 기판을 유지하면서 이온 주입을 실행할 때에, 이온 빔이 정전 척에 부딪쳐 정전 척을 손상시키는 경우를 방지할 수 있다. 또한, 정전 척과 기판 사이의 접촉 면적을 증가시킬 수 있기 때문에 기판에 가해지는 인력을 증가시킬 수 있고, 또한 기판과 정전 척 사이의 열전달 면적을 증가시킬 수 있기 때문에 기판을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명, 첨부 도면 및 청구범위로부터 명확하게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 복수의 기판에 대하여 이온 주입을 일괄적으로 실시할 수 있고, 또한 각 기판의 평면에 있어서의 이온 주입량 분포의 균일성을 개선시킬 수 있는 이온 주입기가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 이온 주입기의 실시예를 도시하는 개략적인 평면도이고,
도 2는 도 1의 이온 주입기의 주입 챔버의 주위를 확대하여 도시하는 평면도이고,
도 3은 화살표 P 방향에서 보았을 때, 도 2의 홀더 구동 유닛을 확대하여 도시하는 측면도이고,
도 4는 이온 빔의 진행 방향(Z)에서 보았을 때, 기판을 직립 상태로 유지하는 홀더의 일례를 도시하는 정면도이고,
도 5는 기판 반송 유닛측에서 보았을 때, 수평 상태로 유지되어 있는 개입 유닛과 홀더의 일례를 도시하는 평면도이고,
도 6은 도 2의 선 D-D를 따라 취한 확대 단면도이고,
도 7은 도 2의 선 E-E를 따라 취한 확대 단면도이고,
도 8은 리프팅 핀 승강 유닛의 일례를 도시하는 개략적인 측면도이고,
도 9는 트위스트 가이드 회전 유닛과 트위스트 가이드 승강 유닛의 일례를 도시하는 개략적인 측면도이고,
도 10은 기판 반송 유닛측에서 보았을 때, 기판 수용 용기의 일례를 도시하는 개략적인 정면도이고,
도 11은 설명이 필요하지 않은 부분에 대해서는 도시를 생략하고 있는, 본 발명에 따른 이온 주입기의 전체 동작의 일례를 설명하는 개략도이고,
도 12는 설명이 필요하지 않은 부분에 대해서는 도시를 생략하고 있는, 본 발명에 따른 이온 주입기의 전체 동작의 일례를 설명하는 다른 개략도이고,
도 13은 설명이 필요하지 않은 부분에 대해서는 도시를 생략하고 있는, 본 발명에 따른 이온 주입기의 전체 동작의 일례를 설명하는 또 다른 개략도이고,
도 14는 설명이 필요하지 않은 부분에 대해서는 도시를 생략하고 있는, 본 발명에 따른 이온 주입기의 전체 동작의 일례를 설명하는 또 다른 개략도이고,
도 15는 정전 척과 기판 사이의 관계의 다른 예를 도시하는 도면이고,
도 16은 이온 빔과 홀더 상의 기판의 정렬 등의 관계의 다른 예를 도시하는 개략적인 정면도이고,
도 17은 관련 분야의 이온 주입기의 회전 디스크를 부분적으로 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 이온 주입기의 실시예를 도시하는 개략적인 평면도이다. 도 2는 도 1의 이온 주입기의 주입 챔버의 주위를 확대하여 도시하는 평면도이다.
이 이온 주입기는, 분리 전자석(6)에 의해, 이온 소스(2)로부터 추출되는 이온 빔(4)에 운동량 분석(예컨대, 질량 분리)을 적용한 후에, 이온 빔(4)을 주입 챔버(8)에 도입하도록 구성되어 있다. 이온 소스(2)로부터 주입 챔버(8)로의 이온 빔(4)의 경로는 진공 분위기로 유지되어 있다.
이 경우에, 상기 이온 주입기는, 분리 전자석(6)이 설치되어 있지 않아 질량 분리를 적용하지 않고, 이온 소스(2)로부터 추출된 이온 빔(4)이 주입 챔버(8) 내로 도입되도록 구성될 수도 있다. 이 경우의 이온 주입기는 질량 비분리 타입(mass non-separation type)의 이온 주입기로 지칭된다.
여기서는, 이온 빔(4)의 진행 방향을 Z 방향으로 설정하고, 이 Z 방향과 실실질적으로 교차하는 평면에서 서로 실질적으로 교차하는 두 방향을 X 방향(예컨대, 수평 방향) 및 Y 방향(예컨대, 수직 방향)으로 각각 설정하는 것으로 한다. 이 실시예는, Y 방향의 치수(WY; 도 3 참조)가 X 방향의 치수(WX)보다 큰 형상(이 형상은 리본 형상으로도 지칭됨)을 갖는 이온 빔(4)이 이온 소스(2)로부터 추출되고, 상기 형상을 갖는 이온 빔(4)이 주입 챔버(8) 내로 도입되어 이온 빔(4)의 스캐닝을 실시하지 않게 구성되어 있다.
이 경우에, 상기 이온 주입기는, 주입 챔버(8) 내로 도입된 것보다 작은 치수를 갖는 이온 빔(4)이 이온 소스(2)로부터 추출된 후에, 예컨대 이온 소스와 주입 챔버 사이의 빔 경로에 위치된 스캐너에 의해 스캐닝되고, 주입 챔버(8) 내로 도입되도록 구성될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 주입 챔버(8)는 진공 배기 장치(도시 생략)에 의해 미리 정해진 진공도로 배기된다. 또한, 이온 빔(4)이 주입 챔버(8) 내로 도입된다.
주입 챔버(8) 내에는 홀더(12)가 설치되어 있다. 이 홀더(12)는, 미리 정해진 방향, 구체적으로 본 실시예에 있어서 X 방향으로 제1열(C1) 및 제2열(C2)의 두 열에 이온 빔(4)을 조사함으로써 이온 주입이 실행되는 기판(10)을 유지한다.
도 2, 도 11 내지 도 14, 도 16 등에 있어서, 홀더(12)는 간략하게 도시되어 있다. 보다 구체적인 홀더(12)의 구조의 일례가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.
본 실시예에 있어서는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 홀더(12)가 정방형 프레임 바디를 갖는다. 이러한 구성에 의해, 홀더(12)와, 후술하는 리프팅 핀(42) 및 트위스트 가이드(44) 사이의 간섭을 용이하게 회피할 수 있다. 또한, 홀더(12)의 중량 감소를 이룰 수 있다.
홀더(12)는 제1열(C1)과 제2열(C2)에 의해 형성된 행(row) 중 하나에 기판(10)을 유지하도록 형성될 수도 있다. 이 실시예와 같이, 홀더(12)는 제1열(C1) 및 제2열(C2)에 의해 각각 형성된 복수의 행(R1 내지 R3)에 복수의 기판(10)을 유지하도록 형성될 수도 있다(예컨대 도 4 및 도 5 참조). 복수 행의 개수는 본 실시예에서는 3개이지만, 3개로 한정되는 것은 아니다.
각 기판(10)은 예컨대 반도체 기판으로 형성되지만, 반도체 기판으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판의 평면 형상을 직사각형으로 설정할 수도 있고, 원형 등으로 설정할 수도 있다. 이하에서는, 직사각형 기판의 경우를 예로 하여 설명하기로 한다. 또한, 도면에 유사한 상황이 제시되어 있다.
기판(10) 상에 조사할 때에 이온 빔(4)을 스캐닝한 경우와 이온 빔(4)을 스캐닝하지 않은 경우의 모두에 있어서, 그러한 이온 빔(4)은 홀더(12)에 유지된 기판(10)의 행(일 행 또는 복수 행)을 커버하도록 Y 방향의 치수(WY)를 갖는다(예컨대, 도 3 및 도 4 참조).
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 이온 주입기는 홀더(12)를 구동하는 홀더 구동 유닛(16)을 구비한다. 홀더 구동 유닛(16)은, 화살표 B로 지시하는 바와 같이 홀더(12)를 회전시킨 후에, 주입 챔버(8) 내의 미리 정해진 기판 교환 위치(48)에 홀더(12)를 위치 결정함으로써 홀더(12)를 수평 상태(실질적인 수평 상태를 포함하며, 도 3의 이점쇄선 참조)로 설정하는 기능을 갖는다. 홀더 구동 유닛(16)은, 홀더(12)를 직립 상태(수직 상태로 한정되는 것은 아님; 예컨대 도 3의실선 참조)로 설정하고, 화살표 A로 지시하는 바와 같이, X 방향을 따라 홀더를 왕복 직선 이동하게 구동함으로써, 이온 빔(4)의 조사 영역에 있어서 홀더(12)에 유지된 기판(10)과 홀더(12)를 X 방향으로 왕복 직선 이동하게 구동하는 기능도 갖는다. 본 실시예에 있어서는, 기판 교환 위치(48)에 개입 유닛(40)이 설치되어 있지만, 이 개입 유닛(40)에 대해서는 추후에 설명한다.
전술한 바와 같은 이온 빔(4)의 Y 방향의 치수(WY) 및 왕복 직선 이동 구동으로 인하여, 홀더(12)에 유지된 복수의 기판(10)에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 실시할 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 홀더 구동 유닛(16)의 대부분의 구성 요소가 주입 챔버(8) 내에 설치되어 있다. 홀더 구동 유닛(16)의 왕복 직선 운동은 주입 챔버(8)의 바닥면(9)에 설치된 레일(18)에 의해 안내된다.
상기 이온 주입기는, 주입 챔버(8)의 내부와 주입 챔버(8)의 외주 사이에서 기판(10)을 반송하는데 사용되는 제1 로드록 기구(20a)와 제2 로드록 기구(20b)를 구비한다. 본 실시예에 있어서, 양 로드록 기구(20a, 20b)는 X 방향으로 서로 거리를 두고 배치되어 있다. 보다 구체적으로, 양 로드록 기구(20a, 20b)는 X 방향으로 기판 교환 위치(48)의 중심선에 대하여 실질적으로 좌우 대칭인 위치에 배치되어 있다.
각각의 로드록 기구(20a, 20b)[보다 구체적으로, 이들 로드록 기구를 구성하는 로드록 챔버(21; 후술함)]는 진공 배기 장치(도시 생략)에 의해 미리 정해진 진공도로 서로 독립적으로 배기된다. 또한, 클리닝 가스, 질소 가스 등과 같은 벤트 가스(vent gas)가 로드록 챔버(21) 내로 도입되고, 로드록 기구(20a, 20b)가 대기 상태[이하에서는, "벤트(vent)"로 지칭함]로 회복된다.
양 로드록 기구(20a, 20b)의 구조의 보다 구체적인 예를 이하에서 도 6을 참고로 설명한다.
상기 이온 주입기는 제1 기판 반송 유닛(30a)과 제2 기판 반송 유닛(30b)을 구비한다.
제1 기판 반송 유닛(30a)은, 서로 수직방향으로 위치 결정되고 각각 화살표 F1, F2로 지시하는 바와 같이, 동일 중심선(34a)의 둘레에서 서로 독립적으로 왕복 회전할 수 있는 제1 아암(32a) 및 제2 아암(32b)을 구비한다. 제1 아암(32a)은 기판(10)을 제1 로드록 기구(20a)로부터 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)의 제1열(C1)에 반송하고, 또한 제2 아암(32b)은 기판(10)을 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)의 제1열(C1)로부터 제1 로드록 기구(20a)에 반송한다.
제2 기판 반송 유닛(30b)은, 서로 수직 방향으로 위치 결정되고, 각각 화살표 F3, F4로 지시하는 바와 같이, 동일 중심선(34b)의 둘레에서 서로 독립적으로 왕복 회전할 수 있는 제3 아암(32c) 및 제4 아암(32d)을 구비한다. 제3 아암(32c)은 기판(10)을 제2 로드록 기구(20b)로부터 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)의 제2열(C2)에 반송하고, 또한 제4 아암(32d)은 기판(10)을 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)의 제2열(C2)로부터 제2 로드록 기구(20b)에 반송한다.
본 실시예에 있어서, 각각의 아암(32a 내지 32d)은 각각 직선 막대와 유사하게 형성되어 있다.
본 실시예에 있어서, 중심선(34a)은 양 로드록 기구(20a, 20b)의 X 방향의 중심점을 연결하는 선(29)과, 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)의 제1열(C1)의 Y 방향의 중심선 사이의 교차점을 통과한다. 본 실시예에 있어서, 중심선(34b)은 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)의 제2열(C2)의 X 방향의 중심선과 선(29) 사이의 교차점을 통과한다.
기판 반송 유닛(30a, 30b)은 전술한 바와 같이 아암(32a 내지 32d)을 각각 회전시키는 구동 유닛(36a, 36b)을 각각 구비한다. 양 구동 유닛(36a, 36b)의 대부분의 구성 요소는 주입 챔버(8)의 바닥면의 밖에 설치되어 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 기판 반송 유닛(30a)의 양 아암(32a, 32b)은 홀더(12)의 제1열(C1)의 복수 행에 대응하는 위치에 유지되는 복수(본 실시예에서는 3개)의 기판을 지지할 수 있다. 마찬가지로, 제2 기판 반송 유닛(30b)의 양 아암(32c, 32d)은 홀더(12)의 제2열(C2)의 복수 행에 대응하는 위치에 유지되는 복수(본 실시예에서는 3개)의 기판을 각각 반송할 수 있다. 이 경우에, 홀더(12)가 단지 하나의 행으로 기판(10)을 유지하고 있으면, 아암(32a 내지 32d)은 각각 하나의 기판(10)을 유지하는 타입일 수도 있다.
도 2 및 도 7에 도시된 예와 같이, 각각의 아암(32a 내지 32d)은, 기판(10)을 각 아암(32a 내지 32d)의 아래에 지지하는 각 지지 부재(38)를 구비한다. 지지 부재(38)는 하측으로부터 기판(10)의 단부 부분을 지지한다.
제1 로드록 기구(20a)와 제2 로드록 기구(20b)는 서로 동일한 구조를 갖고 있다. 따라서 본 명세서에서는 제1 로드록 기구(20a)의 구조 등을 예로서 설명한다. 마찬가지로, 이하의 설명을 제2 로드록 기구(20b)에도 적용할 수 있다.
도 6에 도시된 예와 같이, 제1 로드록 기구(20a)는 로드록 챔버(21; 진공 예비 챔버로도 지칭함)를 구비한다. 물론, 로드록 챔버(21)를 주입 챔버(8)의 상부 부분에 인접하여 설치할 수도 있다. 기판(10)이 놓여 있고 후술하는 대기측에 위치되어 있는 제1 기판 반송 유닛(50a)의 아암(52a, 52b)이 출입할 수 있는 액세스 포트(26)가 로드록 챔버(21)와 대기측 사이에 설치되어 있다. 액세스 포트(26)는 화살표 J로 지시하는 바와 같이 개폐되는 진공 밸브(예컨대, 플랩 밸브)(28)에 의해 개폐된다.
로드록 챔버(21)와 주입 챔버(8)는, 진공 밀봉부(25)를 개재한 상태로 승강 유닛(24)에 의하여 화살표 H로 지시하는 바와 같이 상하 이동되는 밸브 본체(22)에 의해 구획되어 있다. 즉, 이 밸브 본체(22)는 진공 밸브로서 작용하여 기판(10)을 지지한다. 기판(10)을 약간 상승한 상태로 지지하는 지지 부재(23)가 밸브 본체(22)의 위에 설치되어 있다. 지지 부재(23)는 바닥으로부터 기판(10)의 단부 부분을 지지한다. 따라서 기판(10)은, 밸브 본체(22)가 대기측에 위치된 제1 기판 반송 유닛(50a)의 아암(52a, 52b)에 의해 상승하는 위치(도 6의 실선 참조)로 반송되고, 또한 기판(10)은, 밸브 본체(22)가 진공측의 제1 기판 반송 유닛(30a)의 아암(32a, 32b)에 의해 하강하는 위치(도 6의 이점쇄선 참조)로 반송된다.
보다 구체적으로, 밸브 본체(22)가 실선으로 지시한 위치로 상승하면, 로드록 챔버(21)와 주입 챔버(8)는 밸브 본체(22)에 의해 구획될 수 있다. 이 상태에서, 로드록 챔버(21)의 내부는 진공 배기 장치(도시 생략)에 의해 진공 배기될 수도 있고, 대기압 상태(즉, 통기 상태)로 회복될 수도 있다. 진공 밸브(28)가 대기압 상태에서 개방되어 있으면, 기판(10)은 대기측의 제1 기판 반송 유닛(50a)의 아암(52a, 52b)에 의해 밸브 본체(22)와 대기측 사이에서 반송(반입 및 반출)될 수 있다. 밸브 본체(22)가 이점쇄선으로 지시된 위치로 하강하면, 기판(10)은 진공측의 제1 기판 반송 유닛(30a)의 아암(32a, 32b)에 의해 밸브 본체(22)와 주입 챔버(8)의 사이에서 반송될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에서는, 제1 로드록 기구(20a)가 제1 기판 반송 의 유닛(30a)의 제1 또는 제2 아암(32a 또는 32b)에 의해 유지되는 복수의 기판(10)에 대응하는 각 위치에 복수(본 실시예에서는 3개)의 기판을 유지할 수 있다. 마찬가지로, 제2 로드록 기구(20b)는 제2 기판 반송 유닛(30b)의 제3 또는 제4 아암(32c 또는 32d)에 의해 유지되는 복수의 기판(10)에 대응하는 각 위치에 복수(본 실시예에서는 3개)의 기판(10)을 유지할 수 있다. 이 경우에, 홀더(12)가 기판(10)을 단지 하나의 행으로 유지하고 있고, 아암(32a 내지 32d)이 하나의 기판(10)을 각각 유지하고 있으면, 양 로드록 기구(20a, 20b)는 하나의 기판(10)을 각각 유지할 수 있는 타입일 수도 있다.
기판 교환 위치(48)에 위치된 홀더(12)와 각 아암(32a 내지 32d) 사이에서의 기판(10)의 전달은 후술하는 개입 유닛(40)의 개입 없이 직접적으로 실현될 수도 있다. 대안으로, 본 실시예에서와 같이 기판(10)의 이러한 전달을 개입 유닛(40)을 이용하여 실현할 수도 있다. 개입 유닛(40)이 개재되어 있으면, 홀더(12)와 제1 내지 제4 아암(32a 내지 32d) 사이에서의 기판(10)의 전달을 보다 원활하게 달성할 수 있다. 따라서 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 이온 주입기는 기판 교환 위치(48)에 설치된 개입 유닛(40)을 구비하고, 이 개입 유닛은, 각 기판(10)을 각각 지지하도록 각 기판(10)에 각각 설치된 복수의 지지 부재와, 관련 지지 부재를 일괄적으로 승강시키는 승강 유닛을 구비하고, 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)와 제1 내지 제4 아암(32a 내지 32d) 사이에서의 기판(10)의 전달에 개입하는 기능을 갖는다. 후술하는 구체적인 예에서는, 리프팅 핀(42) 및/또는 트위스트 가이드(44)가 지지 부재에 대응하고, 리프팅 핀 승강 유닛(70) 및/또는 트위스트 가이드 승강 유닛(88)이 승강 유닛에 대응한다.
이어서, 개입 유닛(40)의 보다 구체적인 예를 이하에서 설명한다. 본 실시예에 있어서, 도 2 및 도 5 등에 도시된 개입 유닛(40)은 직사각형 기판(10)용으로 준비된 것이며, 이하에 설명하는 구조를 갖는다.
즉, 개입 유닛(40)은, (a) 각 기판(10)을 각각 지지하도록 각 기판(10)에 설치된 복수의 리프팅 핀(42)과, (b) 리프팅 핀(42; 도 8 참조)을 일괄적으로 승강시키는 리프팅 핀 승강 유닛(70)과, (c) 각 기판(10)의 코너부를 각각 지지하도록 각 기판(10)에 설치된 복수의 트위스트 가이드(44)와, (d) 화살표 G(도 9 참조)로 지시하는 바와 같이, 각 기판(10)의 중심(11)의 둘레에 미리 정해진 각도로 각 기판(10)의 트위스트 가이드(44)를 일괄적으로 회전시키는 트위스트 가이드 회전 유닛(78)과, (e) 트위스트 가이드(44; 도 9 참조)를 일괄적으로 승강시키는 트위스트 가이드 승강 유닛(88)을 구비한다. 이어서, 개입 유닛(40)은 기판 교환 위치(48)의 홀더(12)와 제1 내지 제4 아암(32a 내지 32d) 사이에서의 기판(10)의 전달에 개입하는 기능과, 홀더(12; 도 4를 또한 참조)에 의해 유지되는 각 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)를 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정하는 기능을 갖는다.
하나의 기판(10)당의 리프팅 핀(42)의 개수는 예컨대 3개로 설정된다. 그러나 리프팅 핀(42)의 개수가 3개로 한정되는 것은 아니다. 하나의 기판(10)당의 트위스트 가이드(44)의 개수는 도 2, 도 5 등의 간략도에서 2개로 설정되어 있다. 그러나 트위스트 가이드(44)의 개수가 2개로 한정되는 것은 아니고, 예컨대 3개 또는 4개의 트위스트 가이드(44)를 채용할 수도 있다.
기판(10)을 정전기에 의해 각각 흡인하여 유지하는 복수의 정전 척(14)이 홀더(12)에 설치되어 있다. 또한 본 실시예에 있어서, 각 정전 척(14)의 평면 형상은 기판(10)에 대응하는 직사각형으로 형성되고, 정전 척(14)은 직사각형 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)에 대응하는 방향을 향하여 고정되어 있다.
본 실시예에 있어서, 각 기판(10)의 리프팅 핀(42)이 통과하는 구멍이 각 정전 척(14)에 각각 마련되어 있다. 각각의 리프팅 핀(42)은 수직방향으로 이동하여 수평 상태로 유지되어 있는 홀더(12) 상의 정전 척(14)의 구멍을 통과한다.
기판(10)의 트위스트 각도(Φ)는 이온 주입기에서의 기판(10)의 배치(방향)를 나타내는 파라미터 중 하나이며, 이온 빔(4)에 대한 기판(10)의 방향을 나타낸다. 도 4 및 도 5에 도시된 예에 있어서는, 직사각형 기판(10)의 장측과 X 방향 사이의 각도가 트위스트 각도(Φ)로서 설정되어 있지만, 이 각도는 기판(10)의 주축과 X 방향 사이의 각도와 동일하다. 이 경우에, 다른 각도를 트위스트 각도(Φ)로서 결정할 수도 있다. 트위스트 각도(Φ)는 예컨대 23도로 설정되지만, 23도로 한정되는 것은 아니다.
리프팅 핀 승강 유닛(70), 트위스트 가이드 회전 유닛(78) 및 트위스트 가이드 승강 유닛(88)의 각각의 구체적인 예를 이하에서 설명하기로 한다.
예컨대 도 8에 도시된 예와 같이, 리프팅 핀 승강 유닛(70)은, 주입 챔버(8) 내에 위치된 복수의 리프팅 핀(42)이 진공 밀봉부(74)를 개재한 상태로 구동원(72)에 의해 화살표 K로 지시하는 바와 같이 일괄적으로 수직 이동하도록 구성되어 있다. 상기 구동원(72)은 주입 챔버(8)의 바닥면(9)의 밖에 설치되어 있다.
예컨대 도 9에 도시된 예와 같이, 트위스트 가이드 회전 유닛(78)은, 주입 챔버(8) 내에 설치된 링크 기구(86)가 진공 밀봉부(84)를 개재시킨 상태로 회전/구동원(82)에 의해 화살표 M으로 지시하는 바와 같이 왕복 회전하고, 상기 링크 기구(86)에 결합된 각 기판(10)용의 트위스트 가이드(44)가 각각 화살표 G로 지시하는 바와 같이 왕복 회전하도록 구성되어 있다. 이 회전/구동원(82)은 주입 챔버(8)의 바닥면(9)의 밖에 설치되어 있다.
예컨대 도 9에 도시된 예와 같이, 트위스트 가이드 승강 유닛(88)은, 주입 챔버(8)에 위치된 복수의 트위스트 가이드(44)가 진공 밀봉부(84)를 개재한 상태로 구동원(80)에 의해 화살표 N으로 지시하는 바와 같이 일괄적으로 수직 이동하도록 구성되어 있다. 이 구동원(80)은 주입 챔버(8)의 바닥면(9)의 밖에 설치되어 있다. 링크 기구(86)가 그러한 수직방향 이동에 대응할 수 있다.
리프팅 핀(42), 트위스트 가이드(44), 리프팅 핀 승강 유닛(70), 트위스트 가이드 회전 유닛(78) 및 트위스트 가이드 승강 유닛(88)은 이들 구성의 동작을 서로 방해하지 않도록 배치되어 있다.
도 2를 참고하면, 이온 빔(4)을 수용하고 Y 방향의 빔 전류 밀도 분포를 측정하는 빔 모니터(68)가 주입 챔버(8) 내에 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 빔 모니터(68)는 이온 빔(4)의 Y 방향의 치수(WY)보다 넓은 범위에 걸쳐 정렬된 복수의 빔 측정 소자(예컨대, 패러데이 컵. 이하 동일)을 구비한다. 이 경우에, 빔 모니터(68)로서는, 하나의 빔 측정 소자를 Y 방향으로 이동시키는 구조를 채용할 수도 있다.
본 실시예에서는, 주입 챔버(8) 밖의 대기측에 이하의 구성들이 설치되어 있다.
즉, 제1 로드록 기구(20a)에 대향하는 위치에 2개의 기판 수용 용기(60)가 설치되어 있고, 제1 로드록 기구(20a)와 기판 수용 용기(60) 사이에 제1 기판 반송 유닛(50a)이 설치되어 있다. 또한, 2개의 기판 수용 용기(60)는 제2 로드록 기구(20b)에 대향하는 위치에 설치되어 있고, 제2 로드록 기구(20b)와 기판 수용 용기(60) 사이에 제2 기판 반송 유닛(50b)이 설치되어 있다. 양 기판 반송 유닛(50a, 50b) 사이에 대기 유닛(66)이 설치되어 있다.
각각의 기판 수용 용기(60)는 후프(hoop)로 지칭된다. 예컨대 도 10에 도시된 예와 같이, 기판(10)은 수직 방향(Y 방향)의 복수의 스테이지에 수용될 수 있고, 기판(10)은 대응하는 기판 반송 유닛(50a 또는 50b)[구체적으로, 아암(52a 내지 52d)]에 의해 로딩 및 언로딩될 수 있다. 각 기판(10)이 수용되어 있는 부분은 슬롯(62)으로 지칭된다.
대기 유닛(66)은 기판(10)을 일시 보관하는데 사용된다. 이 대기 유닛(66)은 기판 수용 용기(60)와 유사한 구조를 갖고, 수직 방향(Y 방향)으로 복수의 스테이지에 기판(10)을 수용할 수 있다. 이 경우에, 양 기판 반송 유닛(50a, 50b)에 대향하는 상기 대기 유닛(66)의 면은 개방되어 있어, 기판(10)은 양 기판 반송 유닛(50a, 50b)에 의해 로딩 및 언로딩될 수 있다.
양 기판 반송 유닛(50a, 50b)은 서로 동일한 구조를 갖는다. 따라서 이하에서는 주로 제1 기판 반송 유닛(50a)을 구체적인 예로 취하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 제1 기판 반송 유닛(50a)은 팁부(핸드부)가 서로 수직 방향으로 위치되어 있는 2개의 아암(52a, 52b)을 구비한다. 기판(10)은 핸드부에 의해 각각 유지되고 반송될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 기판(10)을 진공에 의해 흡인 유지하는 진공 척(54)이 핸드부에 각각 설치되어 있다.
제1 기판 반송 유닛(50a)은 아암(52a, 52b)의 연장 및 수축을 독립적으로 제어할 수 있고, 양 아암(52a, 52b)을 일괄적으로 회전시켜 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 기판 반송 유닛(50a)은 화살표 S로 지시하는 바와 같이 X 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
상기 구조에 따르면, 제1 기판 반송 유닛(50a)은 기판(10)을 선행측에 위치한 두 기판 수용 용기(60)에 대하여 로딩/언로딩할 수 있고, 기판(10)을 제1 로드록 기구(20a)에 대하여 로딩/언로딩할 수 있으며, 기판(10)을 대기 유닛(66)에 대하여 로딩/언로딩할 수 있다.
또한 제2 기판 반송 유닛(50b)도 2개의 아암(52c, 52d)을 구비하며, 전술한 바와 같은 제1 기판 반송 유닛(50a)과 동일한 구조를 갖는다. 제2 기판 반송 유닛(50b)은 기판(10)을 선행측에 위치한 두 기판 수용 용기(60)에 대하여 로딩/언로딩할 수 있고, 기판(10)을 제2 로드록 기구(20b)에 대하여 로딩/언로딩할 수 있으며, 기판(10)을 대기 유닛(66)에 대하여 로딩/언로딩할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 주입기의 전체적인 동작의 예를 도 2, 도 11 내지 도 14 등을 참고하여 이하에서 설명한다. 도 11 내지 도 14는 도 12에 대응하는 도면이다. 이 경우에, 도 11 내지 도 14는 개략도이고, 설명에 그다지 필요하지 않은 부분에 대한 도시는 생략하고 있다. 생략된 부분은 전술한 도 1 내지 도 10을 참고로 하면 된다. 또한, 홀더(12), 개입 유닛(40), 로드록 기구(20a, 20b), 기판 반송 유닛(30a, 30b, 50a, 50b) 등의 동작에 대한 상세한 설명은 이미 이전에 설명하였으므로, 필요에 따라 이들 설명을 참고할 수 있다. 따라서 이하에서는, 상기 이온 주입기의 전체적인 동작에 대한 예에 대해서 주로 설명한다. 또한, 본 발명의 핵심에 그다지 영향을 끼치지 않는 사소한 동작에 대한 설명은 생략하거나 간략하게 하고 있다.
예로서, 본 명세서의 도 2에 도시된 상태로부터 설명을 시작한다. 먼저, 메인 상태를 이하에서 설명한다. 이온 빔(4)가 주입 챔버(8) 내로 도입된다. 홀더(12)가 직립 상태로 유지되어 있고, 6개의 이온 비주입 기판(10)이 홀더(12)에 유지되어 있다. 양 로드록 기구(20a, 20b)가 대기압 상태로 설정되어 있고, 진공 밸브(28)가 개방되어 있으며, 3개의 이온 주입된 기판(10)이 로드록 기구(20a, 20b)에 의해 각각 유지되어 있다. 복수의 이온 비주입 기판(10)이 각각 기판 수용 용기(60)에 수용되어 있다. 또한, 좌측의 기판 수용 용기(60)로부터 픽업되는 복수의 기판(10)은 대기 유닛(66)에 수용되어 있다.
홀더(12)는 홀더 구동 유닛(16)에 의해 X 방향을 따라 이온 빔(4)의 조사 영역에 왕복 직선 이동하게 구동된다. 왕복 운동의 횟수는 필요한 투입양(이온 주입량) 등에 따른다. 따라서 6개의 기판(10)에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 실행할 수 있다.
또한, 홀더(12)와 기판(10)은 전술한 바와 같이 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서 회전 디스크를 채용하고 있는 관련 분야의 전술한 경우와는 달리, 각 기판(10)의 평면에 있어서 기판(10)과 이온 빔(4) 사이의 상대 속도가 균일(균등)하게 된다. 그 결과, 각 기판(10)의 평면에 있어서 이온 주입량의 균일성을 향상시킬 수 있다.
제1 기판 반송 유닛(50a)은, 이온 주입 동작 사이에, 제1 로드록 기구(20a)에 위치한 이온 주입 챔버(10)를 원래의 기판 수용 용기(60) 내로, 보다 구체적으로 본 실시예에 있어서 기판 수용 용기(60)의 원래의 슬롯(62) 내로 순차적으로 반송하는(복귀시키는) 동작을 한다. 이러한 복귀 동작과 병행하여, 동일한 제1 기판 반송 유닛(50a)은 대응하는 기판 수용 용기(60)로부터 이온 비주입 기판(10)을 하나씩 픽업한 후에, 이 기판(10)을 제1 로드록 기구(20a)에 전달하는 동작을 한다. 제1 기판 반송 유닛(50a)은 2개의 아암(52a, 52b)에 의해 그러한 동작을 행할 수 있다.
상기 동작과 병행하여, 제2 기판 반송 유닛(50b)은 제2 로드록 기구(20b)에 보관된 이온 주입 기판(10)을 일단 대기 유닛(66) 내로 순차적으로 반송하는 동작을 한다. 이러한 동작과 병행하여, 동일한 제2 기판 반송 유닛(50b)은 제1 기판 반송 유닛(50a)에 의해 이전에 대기 유닛(66)에 보관되어 있는 이온 비주입 기판(10)을 하나씩 픽업한 후에, 이 기판(10)을 제2 로드록 기구(20b)에 전달하는 동작을 한다. 제2 기판 반송 유닛(50b)은 2개의 아암(52c, 52d)에 의해 그러한 동작을 행할 수 있다.
로드록 기구(20a, 20b)에서 이온 주입 기판(10)과 이온 비주입 기판(10) 사이의 교체가 종료되면, 양 로드록 기구(20a, 20b)는 진공 밸브(28)를 폐쇄함으로써 각각 진공 배기될 수 있다.
또한, 제1 로드록 기구(20a)에서의 이온 주입 기판(10)과 이온 비주입 기판(10) 사이의 교체에 이어서, 제1 기판 반송 유닛(50a)은 대기 유닛(66)의 이온 주입 기판(10)을 원래의 기판 수용 용기(60)의 원래의 슬롯(62)으로 복귀시키는 동작을 한다.
홀더(12)에 유지된 기판(10)에 대한 미리 정해진 양의 이온 주입을 종료한 후에, 홀더(12)는 기판 교환 위치(48)로, 보다 구체적으로 개입 유닛(40)으로 복귀하고, 그 후에 홀더(12)가 수평 상태로 유지된다. 도 11은 수평 상태를 향한 중간 상태를 도시한다. 이 경우에, 도 11에 있어서는, 설명을 용이하게 하기 위하여, 홀더(12)가 개입 유닛(40)으로부터 우측을 향해 약간 변위되어 있다. 실제로는, 홀더(12)가 개입 유닛(40) 위에서 수평 상태로 유지되어 있다(도 12 참조). 제1 및 제2 기판 반송 유닛(50a, 50b)은 전술한 동작 도중에 병행하여 기판(10)의 반송 동작을 계속한다.
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 트위스트 가이드(44)는 일괄적으로 상승하고, 기판(10)은 트위스트 가이드(44)에 의해 홀더(12)[보다 구체적으로, 정전 척(14)]로부터 수용된다. 도 12에서는, 도시를 간략하게 하기 위하여, 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)가 0도로 도시되어 있지만, 0도 이외의 각도를 채용할 수도 있다. 트위스트 가이드(44)가 상승하기 전에, 각각의 트위스트 가이드(44)는 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)에 대응하는 위치로 회전한다. 그 이유는, 트위스트 가이드(44)가 트위스트 각도(Φ)로 트위스트된 기판(10)을 수용하도록 위치되기 때문이다.
그 후, 리프팅 핀(42)은, 리프팅 핀(42)에 의해 유지된 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)가 트위스트 가이드(44)의 회전에 의해 0도로 복귀한 상태에서 일괄적으로 상승하고, 그 후 각 기판(10)이 리프팅 핀(42)으로부터 수용된다. 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)를 0도로 복귀시키는 이유는, 각 기판(10)을 그 상태로 아암(32b, 32d)에 전달해야 하기 때문이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 및 제4 아암(32b, 32d)은 상기 상태에서 홀더(12) 위에서 위치 결정되고, 그 후 이온 주입 기판(10)은 트위스트 가이드(44)를 일괄적으로 하강시키고 리프팅 핀(42)을 일괄적으로 하강시킴으로써 아암(32b, 32d)에 전달된다. 상기 동작과 병행하여, 제1 및 제3 아암(32a, 32c)은 각각 로드록 기구(20a, 20b)의 위에 위치되어, 이온 비주입 기판(10)을 수용한다.
이어서 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 아암(32a)과 제2 아암(32b)의 위치가 교체되고, 제3 아암(32c)과 제4 아암(32d)의 위치가 교체되며, 리프팅 핀(42)이 일괄적으로 상승된 후에, 각 기판(10)이 리프팅 핀(42)에 의해 아암(32a, 32c)으로부터 수용된다. 이때에, 트위스트 가이드(44)는 0도의 트위스트 각도(Φ)에 대응하는 위치로 일괄적으로 상승한다. 이때에, 트위스트 가이드(44)는 아암(32a, 32c)의 위치와 간섭하지 않는 높이로 상승한다. 상기 동작과 병행하여, 이온 주입 기판(10)은 아암(32b, 32d)으로부터 로드록 기구(20a, 20b)로 전달된다.
이어서, 빈 아암(32a 내지 32d)이 (도 2에서와 동일한 상태에서) 개입 유닛(40)과 로드록 기구(20a, 20b) 사이의 중간 위치로 복귀한다. 이어서, 개입 유닛(40)에 있어서는, 리프팅 핀(42)을 일괄적으로 하강시킴으로써 각 기판(10)이 트위스트 가이드(44) 상에 놓이고, 그 후 전술한 바와 같이 트위스트 가이드(44)를 회전시킴으로써 각 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)가 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정되고, 이어서 이온 비주입 기판(10)은 트위스트 가이드(44)를 일괄적으로 하강시킴으로써 홀더(12)에 유지된다. 구체적으로, 각 기판(10)은 정전 척(14) 상에 놓이고, 이들 정전 척에 의해 흡인되어 유지된다. 이제까지, 선행하는 배치 공정(batch process)에 의해 이온 주입 기판(10)을 복귀시키는 동작을 기판 반송 유닛(50a, 50b)에 의해 종료한다.
이어서, 이온 비주입 기판(10)을 유지하고 있는 홀더(12)를 직립 상태로 설정한다. 이러한 동작과 병행하여, 로드록 기구(20a, 20b)가 통기되어 대기압 상태로 복귀된 후에, 진공 밸브(28)가 개방된다. 이어서, 이온 주입기는 도 2에 도시된 상태로 복귀하고, 이어서 전술한 동작과 유사한 동작을 반복한다.
제1 기판 반송 유닛(50a)측의 기판 수용 용기(60)로부터 픽업되는 6개의 이온 비주입 기판(10) 각각에 일괄적으로 이온 주입을 실행한 후에, 이온 주입 기판(10)을 원래의 기판 수용 용기(60)로 복귀시키는 그러한 예를 위에서 설명하였다. 마찬가지로, 유사한 동작에 의해 제2 기판 반송 유닛(50b)측의 기판 수용 용기(60)로부터 픽업되는 6개의 이온 비주입 기판(10) 각각에 일괄적으로 이온 주입을 실행할 수 있고, 이어서 이온 주입 기판(10)을 원래의 기판 수용 용기(60)로 복귀시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 이온 주입기에 따르면, 제1 및 제2 로드록 기구(20a, 20b)와, 2개의 아암을 각각 구비한 제1 및 제2 기판 반송 유닛(30a, 30b)이 설치된다. 따라서 대기측과 주입 챔버(8) 사이에서의 기판(10)의 전달과, 각 로드록 기구(20a, 20b)와 홀더(12) 사이에서의 기판(10)의 반송을 원활하게 실시할 수 있다. 그 결과, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 홀더(12)는 복수의 기판(10)이 제1열(C1)과 제2열(C2)에 의해 각각 형성되는 복수 행으로 유지될 수 있도록 구성되어 있고, 또한 제1 및 제2 기판 반송 유닛(30a, 30b)과 제1 및 제2 로드록 기구(20a, 20b)는 그러한 구조에 대응하도록 구성된다. 따라서 다수의 기판(10)에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 실행할 수 있고, 상기 복수 행에 대응하는 복수의 기판(10)을 제1 및 제2 기판 반송 유닛(30a, 30b)과 제1 및 제2 로드록 기구(20a, 20b)에서 일괄적으로 취급할 수 있다. 그 결과, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 기판 교환 위치(48)에 위치된 홀더(12)와 제1 내지 제4 아암(32a 내지 32d) 사이에서의 기판(10)의 전달에 개입하는 기능과 홀더(12)에 의해 유지되는 각 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)를 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정하는 기능을 갖는 개입 유닛(40)이 설치된다. 따라서 홀더(12)와 제1 내지 제4 아암(32a 내지 32d) 사이에서의 기판(10)의 전달을 보다 원활하게 실행할 수 있다. 그 결과, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 홀더(12)에 의해 유지되는 각 직사각형 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)를 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정할 수 있다.
또한 도 4 및 도 5를 참고로 위에서 설명한 바와 같이, 홀더(12)는, 각각 직사각형의 평면 형상을 갖고 각 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)에 대응하는 방향을 향하여 고정되어 있는 복수의 정전 척(14)을 구비한다. 따라서 정전 척(14)을 이용하여 트위스트 각도(Φ)만큼 트위스트된 각 기판(10)을 유지하면서 이온 주입을 실행할 때에, 이온 빔(4)이 정전 척(14)에 충돌하여 정전 척(14)을 손상시키는 경우를 방지할 수 있다. 또한, 정전 척(14)과 기판(10) 사이의 접촉 면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 기판(10)에 대한 클램핑 힘이 증가할 수 있으며, 또한 기판(10)과 정전 척(14) 사이의 열전달 면적을 증가시킬 수 있으므로, 기판(10)을 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 15에 도시된 예와 같이, 정전 척(14)은 기판(10)의 트위스트 각도(Φ)에 대응하지 않게 홀더(12)에 고정되어 있는 것으로 가정한다. 이 경우에는, 기판(10)으로 덮여 있지 않은 정전 척(14)의 표면 영역이 발생하고, 이온 주입 중에 이온 빔(4)이 그 표면 영역에 충돌하여(예컨대 도 4 참조), 정전 척(14)이 스퍼터링 등에 의해 손상될 가능성이 있다. 이러한 상황을 피하기 위하여, 정전 척(14)을 직사각형, 원형 등으로 형성하고 사이즈를 줄여 기판(10)으로 완전히 덮이게 하면, 정전 척(14)과 기판(10) 사이의 접촉 면적이 감소하기 때문에 정전 척(14)의 클램핑 힘이 감소할 뿐 아니라, 기판(10)과 정전 척(14) 사이의 열전달 면적이 감소하기 때문에 기판(10)의 냉각 효율도 낮아진다.
이온 빔(4)과 홀(12) 상에서의 기판(10) 정렬 등의 관계의 다른 예가 도 16에 도시되어 있다. 도 16은 도 4에 대응하는 것이다. 도 16에 있어서는, 도 2 내지 도 5 등에 도시된 예에서와 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하고 있다. 관련 예와의 주요 차이점을 이하에서 설명한다.
요약하면, 도 16에 도시된 예에 있어서, 홀더(12)의 구동 방향과 이온 빔(4)의 길이 방향이 도 2 내지 도 5 등에 도시된 예와 90도 상이하다. 보다 구체적으로, 도 16에 도시된 예의 경우에는, 홀더(12)를 수평 상태로 설정한 후에 홀더(12)를 기판 교환 위치(48)에 위치시키는 기능과, 홀더(12)를 직립 상태로 설정한 후에, 이온 빔(4)의 조사 영역에 있어서, 화살표 V로 지시하는 바와 같이, X 방향과 교차하는 방향(예컨대, Y 방향)으로 홀더(12)를 왕복 직선 이동하게 구동하는 기능을 갖는 홀더 구동 유닛이 제공된다.
또한, 기판(10)에 조사될 때의 이온 빔(4)은, 이온 빔을 스캐닝하거나 스캐징하지 않고 홀더(12)에 의해 두 열(C1, C2)에 유지되는 기판(10)을 커버하는 치수(WX)를 갖는다.
홀더(12)의 구동 방향과 이온 빔(4)의 치수 이외의 구성 조건은 도 2 내지 도 5 등에 도시된 예에서와 유사하다. 따라서 도 2 내지 도 5 등에 도시된 예와 유사한 개입 유닛(40), 기판 반송 유닛(30a, 30b), 로드록 기구(20a, 20b) 등을 채용할 수도 있다.
도 16에 도시된 예의 경우에는, 기판(10)을 2열(C1, C2)로 유지하는 홀더(12)를 홀더 구동 유닛에 의해 이온 빔(4)의 조사 영역에서 왕복 직선 이동하게 구동하는 구조가 또한 채용된다. 따라서 복수의 기판(10)에 대하여 일괄적으로 이온 주입을 실행할 수 있다.
또한, 홀더(12)와 기판(10)은 전술한 바와 같이 왕복 직선 이동하게 구동된다. 따라서, 회전 디스크를 채용하는 경우와는 달리, 각 기판(10)의 평면에 있어서 기판(10)과 이온 빔(4) 사이의 상대 속도를 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 각 기판(10)의 평면에 있어서 이온 주입량의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 5 등에 도시된 예와 유사한 이점을 달성할 수 있다.
이온 소스(2)로서는, 이온 소스로부터 추출된 이온 빔(4)의 길이 방향[도 2 내지 도 5 등에 도시된 예의 경우에는 Y 방향. 이하 동일]으로 복수의 필라멘트를 갖는 대형 이온 소스를 제공할 수도 있다. 이어서, 주입 챔버(8) 내에 설치되는 빔 모니터(68)를 이용하여 길이 방향의 빔 전류 밀도 분포를 측정할 수 있고, 이어서 제어 유닛이, 홀더(12) 상의 기판(10)에 조사되는 이온 빔(4)의 길이 방향의 빔 전류 밀도 분포가 균일하게 될 수 있도록 이온 소스(2)의 각 필라멘트를 제어할 수도 있다.
따라서 길이 방향의 치수가 보다 크게 설정되고 길이 방향의 빔 전류 밀도 분포가 향상된 이온 빔(4)을 얻을 수 있다. 따라서 보다 다수의 기판(10)에 대하여 양호한 균일성으로 이온 주입을 실행할 수 있다. 그 결과, 배치(batch) 공정으로 처리되는 기판(10)의 개수를 증가시킬 수 있으므로, 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상의 설명에 있어서는, 각 기판(10)이 직사각형 형상을 갖는 경우를 예로 하여 설명하고 있다. 그러나 각 기판(10)은 원형일 수도 있고, 사각형 형상 등일 수도 있다.
각 기판(10)이 원형 형상을 갖는 경우에는, 각 정전 척(14)의 평면 형상을 원형으로 형성할 수도 있다.
또한 각 기판(10)이 원형 형상을 갖는 경우에는, 트위스트 가이드 회전 유닛(78)과 트위스트 가이드 승강 유닛(88) 대신에, 각 기판(10)에 마련되는 노치 또는 오리엔테이션 플랫(orientation flat)에 기초하여 홀더(12)에 의해 유지되는 각 기판(10)의 트위스트 각도를 소정의 각도로 맞추는 얼라이너(각도 맞춤 유닛)를 설치할 수도 있다. 예컨대, 얼라이너의 기능을 도 2에 도시된 대기 유닛(66)에 부여할 수도 있다. 대안으로, 대기 유닛(66) 대신에 얼라이너를 설치할 수도 있다. 이들 모든 경우에, 각 기판(10)의 각도를 맞출 수 있는 얼라이너(또는 기능)를 채용할 수 있다. 그러나 Y 방향으로 다수의 스테이지에 배치된 복수의 기판(10)의 각도를 맞출 수 있는 얼라이너(또는 기능)가 바람직하다. 그 이유는 이러한 얼라이너가 생산성을 개선할 수 있기 때문이다.
8 : 주입 챔버
12 : 홀더
16 : 홀더 구동 유닛
20a, 20b : 제1 및 제2 로드록 기구
30a, 30b : 제1 및 제2 기판 반송 기구
32a, 32b : 아암

Claims (14)

  1. 진공으로 배기되고 이온 빔이 도입되는 주입 챔버;
    상기 주입 챔버 내에 설치되고, 이온 빔을 조사함으로써 이온 주입이 실행되는 기판을 X 방향으로 제1열과 제2열의 두 열로 유지하는 홀더;
    상기 홀더를 수평 상태로 설정한 후에, 기판 교환 위치에 위치시키고, 홀더를 직립 상태로 설정한 후에, X 방향을 따라 왕복 이동하게 구동하는 홀더 구동 유닛;
    상기 기판을 대기측과 주입 챔버 사이에서 전달하는 제1 및 제2 로드록 기구(load lock mechanism);
    서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 독립적으로 왕복 회전하는 제1 아암 및 제2 아암을 구비하는 제1 기판 반송 유닛으로서, 상기 제1 아암은 제1 로드록 기구로부터 하나 이상의 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열에 반송하고, 제2 아암은 제1 아암에 의해 반송된 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열로부터 제1 로드록 기구에 반송하는 것인 제1 기판 반송 유닛;
    서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 독립적으로 왕복 회전하는 제3 아암 및 제4 아암을 구비하는 제2 기판 반송 유닛으로서, 상기 제3 아암은 제2 로드록 기구로부터 하나 이상의 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열에 반송하고, 제4 아암은 제3 아암에 의해 반송된 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열로부터 제2 로드록 기구에 반송하는 것인 제2 기판 반송 유닛
    을 포함하는 이온 주입기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홀더는 기판을 제1열 및 제2열 각각에 복수의 행(row)으로 유지하고,
    상기 기판 상에 조사된 이온 빔은 홀더에 의해 유지되는 복수 행의 기판을 가로지르는 치수를 갖고,
    상기 제1 기판 반송 유닛의 제1 아암 및 제2 아암은 홀더의 제1열의 복수 행에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하고, 각각 복수의 기판을 반송하며,
    상기 제2 기판 반송 유닛의 제3 아암 및 제4 아암은 홀더의 제2열의 복수 행에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하고, 각각 복수의 기판을 반송하며,
    상기 제1 로드록 기구는 제1 기판 반송 유닛의 제1 또는 제2 아암에 의해 유지되는 복수의 기판에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하고,
    상기 제2 로드록 기구는 제2 기판 반송 유닛의 제3 또는 제4 아암에 의해 유지되는 복수의 기판에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하는 것인 이온 주입기.
  3. 진공으로 배기되고 이온 빔이 도입되는 주입 챔버;
    상기 주입 챔버 내에 설치되고, 이온 빔을 조사함으로써 이온 주입이 실행되는 기판을 X 방향으로 제1열과 제2열의 두 열로 유지하는 홀더;
    상기 홀더를 수평 상태로 설정한 후에, 기판 교환 위치에 위치시키고, 홀더를 직립 상태로 설정한 후에, X 방향에 교차하는 방향으로 왕복 직선 이동하게 구동하는 홀더 구동 유닛;
    상기 기판을 대기측과 주입 챔버 사이에서 전달하는 제1 및 제2 로드록 기구(load lock mechanism);
    서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 독립적으로 왕복 회전하는 제1 아암 및 제2 아암을 구비하는 제1 기판 반송 유닛으로서, 상기 제1 아암은 제1 로드록 기구로부터 하나 이상의 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열에 반송하고, 제2 아암은 제1 아암에 의해 반송된 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제1열로부터 제1 로드록 기구에 반송하는 것인 제1 기판 반송 유닛;
    서로 수직방향으로 위치 결정되고 동일 중심선의 둘레에서 서로 독립적으로 왕복 회전하는 제3 아암 및 제4 아암을 구비하는 제2 기판 반송 유닛으로서, 상기 제3 아암은 제2 로드록 기구로부터 하나 이상의 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열에 반송하고, 제4 아암은 제3 아암에 의해 반송된 기판을 기판 교환 위치의 홀더의 제2열로부터 제2 로드록 기구에 반송하는 것인 제2 기판 반송 유닛
    을 포함하는 이온 주입기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 홀더는 기판을 제1열 및 제2열 각각에 복수의 행으로 유지하고,
    상기 제1 기판 반송 유닛의 제1 아암 및 제2 아암은 홀더의 제1열의 복수 행에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하고, 각각 복수의 기판을 반송하며,
    상기 기판 상에 조사된 이온 빔은 홀더에 의해 두 열로 유지되는 기판을 가로지르는 치수를 갖고,
    상기 제2 기판 반송 유닛의 제3 아암 및 제4 아암은 홀더의 제2열의 복수 행에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하고, 각각 복수의 기판을 반송하며,
    상기 제1 로드록 기구는 제1 기판 반송 유닛의 제1 또는 제2 아암에 의해 유지되는 복수의 기판에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하고,
    상기 제2 로드록 기구는 제2 기판 반송 유닛의 제3 또는 제4 아암에 의해 유지되는 복수의 기판에 대응하는 위치에 복수의 기판을 유지하는 것인 이온 주입기.
  5. 제1항에 있어서, 기판 교환 위치에 설치되는 개입 유닛을 더 포함하고, 이 개입 유닛은, 기판 교환 유닛에 위치된 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달에 개입하고, 각 기판을 각각 지지하도록 각 기판에 설치된 복수의 지지 부재와, 지지 부재를 일괄적으로 승강시키는 승강 유닛을 구비하는 것인 이온 주입기.
  6. 제3항에 있어서, 기판 교환 위치에 설치되는 개입 유닛을 더 포함하고, 이 개입 유닛은, 기판 교환 유닛에 위치된 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달에 개입하고, 각 기판을 각각 지지하도록 각 기판에 설치된 복수의 지지 부재와, 지지 부재를 일괄적으로 승강시키는 승강 유닛을 구비하는 것인 이온 주입기.
  7. 제1항에 있어서, 각 기판은 직사각형 기판인 것인 이온 주입기.
  8. 제3항에 있어서, 각 기판은 직사각형 기판인 것인 이온 주입기.
  9. 제1항에 있어서, 각 기판은 원형 기판인 것인 이온 주입기.
  10. 제3항에 있어서, 각 기판은 원형 기판인 것인 이온 주입기.
  11. 제1항에 있어서, 각 기판은 직사각형 기판이고,
    상기 이온 주입기는 기판 교환 위치에 설치되는 개입 유닛을 더 포함하며, 이 개입 유닛은, 각 기판을 각각 지지하도록 각 기판에 설치된 복수의 리프팅 핀과, 리프팅 핀을 일괄적으로 승강시키는 리프팅 핀 승강 유닛과, 각 기판의 코너부를 각각 지지하도록 각 기판에 설치된 복수의 트위스트 가이드와, 각 기판의 중심 둘레에서 미리 정해진 각도로 각 기판의 트위스트 가이드를 일괄적으로 회전시키는 트위스트 가이드 회전 유닛과, 트위스트 가이드를 일괄적으로 승강시키는 트위스트 가이드 승강 유닛을 구비하며,
    상기 개입 유닛은 기판 교환 위치의 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달에 개입하고, 홀더에 의해 유지되는 각 기판의 트위스트 각도(twist angle)를 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정하는 것인 이온 주입기.
  12. 제3항에 있어서, 각 기판은 직사각형 기판이고,
    상기 이온 주입기는 기판 교환 위치에 설치되는 개입 유닛을 더 포함하며, 이 개입 유닛은, 각 기판을 각각 지지하도록 각 기판에 설치된 복수의 리프팅 핀과, 리프팅 핀을 일괄적으로 승강시키는 리프팅 핀 승강 유닛과, 각 기판의 코너부를 각각 지지하도록 각 기판에 설치된 복수의 트위스트 가이드와, 각 기판의 중심 둘레에서 미리 정해진 각도로 각 기판의 트위스트 가이드를 일괄적으로 회전시키는 트위스트 가이드 회전 유닛과, 트위스트 가이드를 일괄적으로 승강시키는 트위스트 가이드 승강 유닛을 구비하며,
    상기 개입 유닛은 기판 교환 위치의 홀더와 제1 내지 제4 아암 사이에서의 기판의 전달에 개입하고, 홀더에 의해 유지되는 각 기판의 트위스트 각도(twist angle)를 미리 정해진 각도로 일괄적으로 설정하는 것인 이온 주입기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 홀더는 정전기에 의해 각 기판을 클램핑하여 유지하는 복수의 정전 척을 구비하고, 이들 정전 척은 평면 형상이 직사각형이고, 각 기판의 트위스트 각도에 대응하는 방향을 향하여 고정되어 있는 것인 이온 주입기.
  14. 제12항에 있어서, 상기 홀더는 정전기에 의해 각 기판을 클램핑하여 유지하는 복수의 정전 척을 구비하고, 이들 정전 척은 평면 형상이 직사각형이고, 각 기판의 트위스트 각도에 대응하는 방향을 향하여 고정되어 있는 것인 이온 주입기.
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