KR19980050999A - 이온주입기의 배기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온주입장치의 배기 시스템을 개시하는 것으로서, 배기펌프와, 상기 시스템의 외부에 설치되어 있는 메인덕트와, 상기 배기펌프로부터 제공되는 상기 가스를 상기 메인덕트로 배출시키는 배기덕트와, 상기 배기덕트의 내측상에 있는 부산물들을 가열시키기 위하여 가스저장탱크로부터 상기 가스덕트로 가열용 가스가 유입되게 하는 가스유입부재 및, 상기 잔류가스에 포함된 유독가스를 제거하는 스크루버를 포함하여, 상기 배기펌프로부터 제공된 상기 가스와 상기 가열된 부산물 사이의 반응을 억제하고 또한 유독가스를 제거하는 구조를 갖는다. 이러한 이온주입장치의 배기 시스템에 의해서, 상기 배기덕트내측에서는 코로나 방전이 발생되지 않게 되어서, 그 배기덕트가 타버리게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한 이온주입공정중에 발생된 잔류가스에 함유된 유독가스를 수분과 함께 제거하고 그리고 소음의 발생을 방지할 수 있다.

Description

이온주입기의 배기 시스템(an exhaust system for an ion implanter)

본 발명은 이온주입기의 배기 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 배기덕트 내부에서 수분(H₂O)형성되지 않도록 하여 코로나 방전(Corona Discharge) 현상을 방지할 수 있도록 한 이온주입기의 배기 시스템에 관한 것이다.

반도체 소자 제조에 사용되는 이온주입기는 이온화된 도펀트(dopant)를 고속으로 가속시켜서 마스킹된 웨이퍼의 표면에 주입시키는 설비이다. 이 장비는 웨이퍼에 불순물을 주입해서 불순물의 양과 그 분포 현황을 손쉽게 조절할 수 있다는 점에서 최근 들어 그 기술이 급속히 발전해왔다.

이와 같은 이온주입기는 빔전류량에 따라 크게 두 종류로 나눌 수 있는데, 그 중 하나는 빔전류량 0.5mA∼2mA를 필요로 하는 중전류이온주입기이며, 다른 하나는 2mA∼30mA를 필요로 하는 대전류이온주입기이다.

한편, 웨이퍼를 한 장씩 가공실에 넣은 후 처리하는 웨이퍼 대 웨이퍼(wafer to wafer)방식의 이온주입기는 완성도는 높지만, 단위 시간당 처리량이 낮아 실용화된 이후 기술적인 발전이 더딘 상태였다.

최근에는 시간당 처리량을 향상시킬 수 있는 더블(double) 웨이퍼가공실을 이용하는 이온주입기가 실용화되고 있다.

상술한 이온주입기는 불순물이온을 생성하는 이온주입소스부와; 생성된 이온에 필요한 에너지를 부여하는 빔라인부와; 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기상태를 조절하여 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 원활하게 할 수 있도록 하는 로드록부(load-lock portion)를 포함하는 엔드스테이션부 및 상기 이온주입기의 하부에 설치되어 이온주입공정이 완료된 후, 이온주입기의 내부에 남아 있는 잔류가스를 배출하는 배기 시스템으로 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이온주입기의 배기 시스템은 배기 펌프(12)를 갖추고 있는데, 이 펌프는 이온주입기의(10)의 내부와 연통되게 설치되어 작동신호의 지시에 따라 구동되면서 이온주입기(10) 내부의 잔류가스를 배출하는 기능을 한다. 또한, 상기 배기 시스템은 한쪽 끝은 상기 배기펌프(12)에, 다른 쪽 끝은 외부의 메인덕트(14)에 연결되어 배기펌프(12)로부터 나오는 배출가스를 외부로 운반하는 배기덕트(16)를 갖추고 있다.

상기 배기덕트(16)는 항상 일정한 절연내력(絶緣耐力; Dielectric Strength)을 유지하여 고전압을 견딜 수 있는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride : PVC)로 형성되어 있다.

이와 같은 이온주입기의 배기 시스템에 있어서, 배기덕트(16)의 내면에 부착된 차가운 부산물(예를들어, Fe+H₂O+PVC)과 배기펌프(12)에서 배출된 뜨거운 부산물이 서로 접촉, 응축되면서 H₂O가 함유된 Fe+H₂O+(AsH₃+PH₃+BF₃)가 새로운 부산물로서 형성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 다음의 반응식 (Ⅰ) 및 (Ⅱ)에 의하여 생성되는 As₂O₅및 P₂O₅성분, 또한 Fe 성분과 H₂O 성분이 배기덕트(16)의 내벽을 오염시켜 내벽의 절연내력을 급속히 약화시킨다. 그 결과, 이온주입기에 인가되는 고전압에 의해 배기덕트(16)의 절연이 파괴되면서 상기 배기덕트(16) 내부에서 코로나 방전(corona discharge)이 발생한다.

2AsH₃+ 5H₂O = As₂O₅+ 8H₂↑ (1)

2PH₃+ 5H₂O = P₂O₅+ 8H₂↑ (2)

상술한 메커니즘에 의해서 배기덕트(16)의 내부에서 발생하는 코로나 방전 현상은 이온주입기의 안정된 고전압상태를 불안정한 상태로 만들어 반도체 제조 장치의 특성에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.

이와 같은 코로나 방전 현상이 배기덕트(16)의 내부에 자주 발생하고 그 세기가 커지게 되면, 촉매 역할을 하는 부산물 속의 수소 화합물이 코로나 방전에 의해 점화되면서 PVC재인 배기덕트(16)가 타 버린다.

상술한 코로나 방전 현상을 일으키는 요소로는 두 가지를 들 수 있는데, 그 중 하나는 배기펌프, 즉 드라이 펌프(Dry Pump)에서 발생하여 배기덕트(16)의 내부로 유입되는 Fe 성분이다. 나머지 하나는 H₂O로서, 이는 배기덕트(16)의 외부에서 내부로 침투하거나 배기펌프(12)로부터 새롭게 배출되는 뜨거운 부산물과 이미 배기덕트(16)내에 존재하는 차가운 부산물과의 접촉에 따른 응축 현상에 의해 발생한다. 또한 배기적트(16)의 재질인 PVC도 코로나 방전 현상을 일으키는 요소로 작용한다.

이와 같은 발생요소 중에서 어느 하나만 배기 시스템에 존재하지 않는다면 코로나 방전이 일어나지 않으므로 배기덕트가 타는 것을 방지할 수 있다. 이들 요소 중 Fe는 배기펌프(12)를 사용하는 한 사실상 제거가 불가능하며, 상기 배기덕트 (16)로 쓰이는 PVC는 고전압에 대한 절연내력이 뛰어나기 때문에 반드시 사용해야 한다. 따라서, 배기덕트내의 코로나 방전 현상을 방지하기 위해서는 상기 배기덕트내에서 H₂O가 발생하지 않도록 하는 것이 현재로서는 필연적이다.

앞서 설명한 바와같이, 크랙(crack)등으로 인하여 배기덕트내에 H₂O가 침투될 수도 있으나, 대부분 배기펌프에 의해서 배출되는 뜨거운 부산물이 배기덕트의 내측벽에 붙어 있는 차가운 부산물 등에 의해 급격히 식으면서 발생한다.

본 발명은 이와 같은 종래의 코로나 방전 현상 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 배기덕트내에서 H₂O가 생성되는 것을 방지하여 배기덕트내의 코로나 방전 현상을 원천적으로 막을 수 있는 이온주입기의 배기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 배기덕트를 통하여 배출되는 가스중 수분 및 유독가스를 제거함은 물론 소음을 방지할 수 있는 이온주입장치의 배기시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 이온주입기의 배기 시스템을 보여주는 개략적인 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 종래 배기 시스템의 배기덕트내에서 발생되는 응축 작용을 설명하기 위한 타내는 배기덕트의 부분단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이온주입기의 배기 시스템을 나타내는 전체구성도이며,

도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 배기 시스템의 배기덕트 내부에 고온의 질소 가스가 유입되어 작용하는 상태를 나타내는 부분단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 이온주입기 12 : 배기펌프

16 : 배기덕트 16 : 질소공급장치

18 : 질소공급파이프 30 : 히이터부

본 발명의 일특징에 따르면, 배기 시스템은 반도체 웨이퍼의 표면에 불순물이온을 주입하는데 사용되는 이온주입기에 적용된다. 상기 배기 시스템은 상기 이온주입장치의 내부에 남아 있는 가스를 배출하기 위한 배기펌프와; 상기 배기펌프로부터 제공되는 상기 가스를 상기 배기 시스템의 외부로 배출시키는 배기덕트와; 상기 배기덕트의 내측상에 있는 부산물들을 가열시키기 위하여 가스저장탱크로부터 상기 가스덕트로 가열용 가스가 유입되게 하는 수단 및, 상기 배기덕트내에 설치되어 상기 잔류가스에 함유된 유독가스를 제거하는 스크루버를 포함하여, 상기 배기펌프로부터 제공된 상기 가스와 상기 가열된 부산물사이의 반응을 억제하고 그리고 유독가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 있어서, 상기 가스이송수단은 배기덕트와 배기 시스템의 외부에 연결되어 있는 가스공급부를 구비하고 있는데, 이는 고온의 가스를 배기덕트로 공급하는 기능을 한다. 이들 가스 중 하나는 질소가스이다.

또 다른 실시예를 들어보면, 상기 가스 공급부는 상기 가스저장탱크와 상기 배기덕트사이에 연결되어 있는 가스공급파이프와, 상기 가스공급파이프의 소정 위치에 고정적으로 배치되어서 상기 가스공급파이프를 통하여 흐르는 상기 가열용 가스를 가열하는 히이터를 포함하고 있다.

따라서, 고온의 질소가스가 질소공급부에 의해 배기덕트로 공급되어 배기덕트의 내측벽에 붙어 있는 차가운 부산물을 가열시킴은 물론 그 부산물에 포함되어 있는 수분을 제거하기 때문에 배기덕트내에 H₂O가 생성되는 것을 억제하여 코로나 방전 현상이 발생하지 않는다. 또한 상기 잔류가스의 배출시에 함유된 유독가스도 제거된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 반도체장치를 제조하기 위하여 반도체웨이퍼의 표면상에 불순물이온을 주입하는 데 사용되는 이온주입장치의 배기 시스템은 상기 이온주입장치의 내부에 남아 있는 가스를 배출하기 위한 배기펌프와; 상기 배기펌프로부터 제공되는 상기 잔류가스를 상기 배기 시스템의 외부로 배출시키는 배기덕트 및; 상기 잔류가스에 함유된 유독가스 및 수분을 제거하는 스크루버를 포함하여, 상기 배기펌프로부터 제공된 상기 가스와 상기 가열된 부산물사이의 반응을 억제하고 그리고 상기 유독가스를 제거하는 구조를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 이온주입기의 배기 시스템을 개략적으로 나타내는 전체 구성도이다. 상기 배기시스템은 이온주입기(10)에 설치되어 있는 배기펌프(12)와, 한쪽 끝은 상기 배기펌프(12)에 그리고 다른 쪽 끝은 외부의 메인덕트(14)에 연결되어 있는 배기덕트(16) 및, 상기 배기덕트(16)에 연결되어 있는 가스유입부를 구비하고 있다. 또한 상기 배기시스템은 배기덕트(16)의 소정위치에, 구체적으로는 배기덕트의 가스유입구와 메인덕트(14)사이에, 설치되어 있는 스크루버(scrubber) (30)를 부가한다. 이 스크루버(30)는 이온주입공정중에 발생된 가스를 배출시킬 때 이 가스에 함유된 유독가스를 제거하고 또한 소음발생을 억제하기 위하여 제공되어 있는 것이다.

도 3을 다시 참고하면, 상기 가스유입부는 배기펌프(12)에서 나오는 배출가스와 배기덕트(16)내벽에 남아 있는 부산물과의 접촉에 기인하여 발생할 수 있는 오염 물질이 상기 배기덕트(16)에서 생성되는 것을 방지하는 기능을 한다. 또한, 상기 가스유입부는 상기 배기덕트(16)와 상기 배기 시스템의 외부사이에 연결되어서 상기 배기덕트(16)로 고온의 가열용 질소가스를 공급하는 가스공급부(20)를 포함하고 있다. 상기 가스공급부(20)는 상기 가스저장탱크(미도시 됨)와 상기 배기덕트사이에 연결되어 있는 가스공급파이프(22)와, 상기 가스공급파이프(22)의 소정 위치에 고정적으로 배치되어서 상기 가스공급파이프(22)를 통하여 흐르는 질소가스를 가열하는 히이터부(24)를 구비하고 있다.

도 3에 도시된 바와같이, 상기 배기펌프(12)는 외부로부터 제공된 작동 신호에 따라 구동되어 이온주입기의 내부에 남아 있는 잔류가스를 배출하는 기능을 한다. 상기 배기덕트(16)는 상기 가스를 배기펌프(12)로부터 외부로 내보내는 역할을 한다. 배기덕트(16) 역시 PVC (polyvinyl chloride)로 만들어져 있는데, 이는 안정된 절연내력을 갖고 있어 고전압에 매우 강하다. 도 3에서 미설명부호 18은 이온주입을 위한 이온을 발생하는 이온발생부이고 그리고 19는 배기펌프(12)와 이온발생부(18)사이에 접속된 조절밸브이다.

상술한 배기 시스템과 관련하여, 상기 배기펌프(12)가 이온주입기(10)의 공정챔버(미도시 됨) 내부에 남아 있는 잔류가스를 배출하도록 가동된다면, 상기 질소가스가 질소공급부(20)에 의하여 배기덕트(16)의 내부로 공급된다. 상기 파이프(22)를 통해 흐르는 질소가스는 히이터부(24)에 의하여 가열되어 배기덕트(16)로 유입된다.

상기 가열된 질소가스가, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 배기덕트(16)의 내부로 유입될 때, 배기덕트(16)의 내벽에 남아 있는 부산물이 가열된 질소가스에 의해 가열된다. 그 결과, 새로 생성된 고온의 부산물이 배기덕트(16)에 유입되긴 하지만 내측벽에 붙어 있는 부산물도 가열된 상태이기 때문에 응축 현상은 발생하지 않는다. 이는 배기덕트(16)의 내벽에 남아 있는 부산물이 상기 가열된 질소가스에 의해 미리 가열되어 있기 때문이다. 또한 상기 질소가스는 상기 스크루버(30)를 통하여 메인덕트(14)로 흐르고 그리고 상기 배기펌프(12)에 의해 배출되는 잔류가스도 상기 스크루버(30)를 통과하여 메인덕트(14)로 제공된다. 이때, 잔류가스의 수분과 유독가스는 상기 스크루버(30)에 의해 제거된다. 따라서, 배기덕트내 H₂O의 생성을 억제할 수 있어, 상기 H₂O와 다른 부산물인 As_3,PH₃사이에서 화학반응이 일어나지 않아 As₂O₅및 P₂O₅가 생성되지 않는다. 상기 실시예에서는, 가스유입부와 스크루버(30)를 함께 설치한 배기시스템을 보여주고 있다.

그러나, 상기 배기덕트(16)에 설치된 스크루버(30)에 의해서 잔류가스의 유독가스를 제거하는 것은 물론 그 잔류가스에 함유되는 수분도 제거할 수 있기 때문에, 상기 배기덕트(16)에 가스유입부를 설치하지 않고 상기 스크루버(30)만을 설치하여도 수분제거효과를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 적용하면, H₂O와 As₂O₅,P₂O₅의 발생을 억제하기 때문에 배기덕트(16)의 절연내력이 갑자기 떨어지거나 고전압에 의한 절연파괴 현상은 일어나지 않는다. 따라서, 배기덕트(16)내에서 코로나 방전이 발생하지 않아 배기덕트의 타버림 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

게다가, 이온주입공정중에 발생된 잔류가스에 함유된 유독가스도 제거될 수 있고, 잔류가스의 배출시 발생되는 소음도 억제할 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체장치를 제조하기 위하여 반도체웨이퍼의 표면상에 불순물이온을 주입하는 데 사용되는 이온주입장치의 배기 시스템에 있어서, 배기펌프와; 상기 배기시스템의 외부에 설치되어 있는 메인 덕트와; 상기 배기펌프로부터 제공되는 상기 가스를 상기 메인 덕트로 배출시키는 배기덕트 및; 상기 배기덕트의 내측상에 있는 부산물들을 가열시키기 위하여 가스저장탱크로부터 상기 가스덕트로 가열용 가스가 유입되게 하는 수단 및; 상기 잔류가스에 함유된 유독가스를 제거하는 스크루버를 포함하여, 상기 배기펌프로부터 제공된 상기 가스와 상기 가열된 부산물사이의 반응을 억제하고 그리고 상기 유독가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 배기 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스유입수단은 상기 배기덕트와 상기 배기 시스템의 외부사이에 연결되어서 상기 배기덕트로 고온의 상기 가열용 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 배기 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가열용 가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 배기 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 가스공급부는 상기 가스저장탱크와 상기 배기덕트 사이에 연결되어 있는 가스공급파이프와, 상기 가스공급파이프의 소정 위치에 고정적으로 배치되어서 상기 가스공 급파이프를 통하여 흐르는 상기 가열용 가스를 가열하는 히이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 배기 시스템.
5. 반도체장치를 제조하기 위하여 반도체웨이퍼의 표면상에 불순물이온을 주입하는 데 사용되는 이온주입장치의 배기 시스템에 있어서, 배기펌프와; 상기 배기시스템의 외부에 설치되어 있는 메인덕트와; 상기 배기펌프로부터 제공되는 상기 잔류가스를 상기 메인덕트로 배출시키는 배기덕트 및; 상기 잔류가스에 함유된 유독가스 및 수분을 제거하는 스크루버를 포함하여, 상기 배기펌프로부터 제공된 상기 가스와 상기 가열된 부산물사이의 반응을 억제하고 그리고 상기 유독가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 배기 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스크루버는 상기 배기덕트내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 배기 시스템.