KR19990056988A - 차단밸브를 이용하여 이온 주입실의 압력을 유지하는 이온 주입방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 표면에 불순물을 주입하는 이온 주입(Ion Implantation) 공정에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 이온 주입 장치(Ion Implanter)의 이온 주입실(Chamber) 내에서 웨이퍼에 이온이 주입되는 동안 이온 주입실 내의 압력을 일정하게 유지하는 이온 주입 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 공급실과 이온 주입실 사이의 차단밸브를 이온 주입실 내에서 이온 주입이 실시되는 여부를 확인한 후에, 이온 주입이 끝난 후에 수행함으로써 이온 주입이 실시되는 동안의 이온 주입실 내의 압력을 일정하게 유지할 수 있으며, 이러한 방법에 따라 이온 주입실의 압력변화를 방지하여 이온 주입의 효율을 향상한다.

Description

차단밸브를 이용하여 이온 주입실의 압력을 유지하는 이온 주입 방법(Method of ion implantation pressurizing chamber using isolation valve)

본 발명은 웨이퍼의 표면에 불순물을 주입하는 이온 주입(Ion Implantation) 공정에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 이온 주입 장치(Ion Implanter)의 이온 주입실(Chamber) 내에서 웨이퍼에 이온이 주입되는 동안 이온 주입실 내의 압력을 일정하게 유지하는 이온 주입 방법에 관한 것이다.

웨이퍼를 가공하는 공정에서, 웨이퍼의 표면에 회로패턴을 형성하기 위하여 박막, 사진, 식각 및 확산 등의 공정이 반복적으로 수행되며 이러한 공정 중에서 웨이퍼 표면에 불순물을 주입하는 공정의 한 가지 수단으로 이온 주입 장치가 이용된다. 이온 주입 장치는 이온을 생성하는 이온 생성부(Ion Source Assembly), 생성된 이온을 자장(磁性)을 이용하여 선별하는 분석구간(Ion Analyzer), 선별된 이온을 가속시키는 이온 가속부(Ion Accelerator) 및 주사된 이온이 직접 웨이퍼 표면에 주입되는 이온 주입부(Target)를 포함하는 구성을 갖는다.

도 1은 이온 주입 장치를 간략하게 도시한 블록도이다. 도 1을 참고로 하여 이온 주입 장치(100)를 이용한 이온 주입 공정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

고진공 상태를 유지하는 이온 생성기(12) 및 이온 생성기(12)에 연결된 전하 교환기(14)를 포함하는 이온 생성부(10)가 있으며, 이온 생성기(12)로 가스와 함께 고주파 전원이 공급되어 이온이 생성된다. 생성된 이온은 이온 생성기(12) 주위에 형성된 자장에 의해 방향성을 갖는 이온 빔 형태로 방출된다.

방출된 이온 빔은 전하 교환기(14)를 통과하면서 양이온들이 음이온들로 변환되며, 이온 빔은 다시 분석구간(20)을 통과하면서 분석구간에 형성된 자장에 의해 선별된다.

선별된 이온 빔은 이온 가속부(30)를 통과하면서 가속되며, 가속된 이온이 이온 주입부(40)로 쏘아진다. 이온 빔은 이온 주입부(40)에서 회전하는 디스크(42) 위에 놓여진 웨이퍼(44)의 표면으로 주입된다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 이온 주입부(40)를 나타낸 부분단면도와 평면도이다. 도 2a 및 도 2b를 참고로 하여 이온 주입부의 구성을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

이온 주입부(40)는 각기 카세트(64)가 공급되는 세 개의 공급실(60) 및 디스크(42) 및 웨이퍼 이송수단(52)을 포함하는 이온 주입실(50)을 포함하며, 각 공급실(60)에는 공급되는 카세트(64)를 수직으로 움직이는 승강기(62)가 형성되어 있다.

이온 주입실(50)과 각 공급실(60)은 서로 격리되어 있으며, 진공펌프(도시되지 않음)에 의해 극히 일정한 압력으로 조절된다. 또한 각 공급실(60)과 이온 주입실(50) 사이에 각기 차단밸브(70)가 형성되어 있으며, 차단밸브(70)를 통하여 웨이퍼 이송수단(52)이 웨이퍼(42)를 카세트(64)와 디스크(42) 사이로 이송한다.

도 3은 종래의 각 공급실에 대한 이온 주입 방법을 간략하게 나타낸 순서도이다. 도 3을 참고로 종래의 이온 주입 방법을 살펴보면 다음과 같다.

종래의 이온 주입 방법은, 공급실로 카세트가 공급되는 단계(110), 공급실의 압력을 조절하는 단계(120), 차단밸브가 개방되는 단계(130), 카세트 내의 웨이퍼를 초기화하는 단계(140), 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼를 디스크로 이송하는 단계(150), 웨이퍼에 이온이 주입되는 단계(160), 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼를 카세트로 수납하는 단계(170) 및 차단밸브가 폐쇄되는 단계(180)를 포함하는 일련의 공정들이 개개의 공급실에 대하여 수행되는 것을 특징으로 하며, 이러한 일련의 공정들이 세 개의 공급실별로 순차적으로 또는 중첩되어 수행된다.

임의의 공급실에 대한 일련의 공정을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 임의의 공급실로 카세트가 공급된 후 해당 공급실의 압력이 진공으로 조절되며, 해당 공급실과 연결된 차단밸브가 개방되어 웨이퍼들이 디스크로 이송된 후 이온 주입이 수행된다. 이온 주입된 웨이퍼들은 다시 카세트로 수납되며, 해당 공급실 내의 카세트에 모든 웨이퍼들이 수납된 후에는, 해당 차단밸브를 폐쇄한 후 해당 공급실의 압력을 상압으로 조절하고 카세트를 교체한 후, 다시 해당 공급실의 압력을 진공으로 조절한 후 해당 차단밸브를 개방하여 웨이퍼를 이온 주입실로 이송한다. 이와 같은 일련의 공정들이 세 개의 공급실에서 순차적으로 수행되며, 경우에 따라서는 두 개의 공급실에서 이송된 웨이퍼들이 디스크 위에서 이온 주입될 수 있다.

각 공급실에 대한 일련의 공정들은 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 진행되는 여부에 상관없이 계속 진행되며, 차단밸브를 개방하고 웨이퍼가 초기화되는 단계까지 진행된 후 대기하게 된다. 이때, 이온 주입실의 압력에 맞추어 공급실의 압력이 진공으로 조절되기는 하지만, 차단밸브가 개폐되는 순간에 미세한 압력차가 존재할 수 있으며, 또한 차단밸브가 개방된 후 실시되는 웨이퍼 초기화 단계에서, 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼에 접촉할 때 압력의 변화가 일어날 수 있다. 도 4는 도 3의 방법에 따른 이온 주입실 내의 압력 변화를 나타낸 블록도이며, 도 4의 A 부분이 차단밸브가 개방되고 웨이퍼의 초기화가 수행되는 때의 압력 변화를 나타낸다.

결국 이러한 압력의 변화는 웨이퍼의 표면에 주입되는 이온의 방향과 세기 등에 영향을 줄 수 있으며, 더 나아가 이온 주입 공정의 효율을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 이온 주입이 수행되는 동안 이온 주입실의 압력을 일정하게 유지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이온 주입실의 압력을 일정하게 유지함으로써 이온 주입 공정의 효율을 향상하는 것이다.

도 1은 이온 주입 장치를 간략하게 나타낸 블록도,

도 2a는 도 1의 이온 주입부를 간략하게 나타낸 부분단면도,

도 2b는 도 2a를 나타낸 평면도,

도 3은 종래의 각 공급실에 대한 이온 주입 방법을 간략하게 나타낸 순서도,

도 4는 도 3의 방법에 따른 이온 주입실 내의 압력 변화를 나타낸 블록도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 공급실에 대한 이온 주입 방법을 간략하게 나타낸 순서도,

도 6은 도 5의 방법에 따른 이온 주입실 내의 압력 변화를 나타낸 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10 : 이온 생성부 12 : 이온 생성기

14 : 전하 교환기 20 : 분석구간

30 : 이온 가속부 40 : 이온 주입부

42 : 디스크 44 : 웨이퍼

50 : 이온 주입실 52 : 웨이퍼 이송수단

60 : 공급실 62 : 승강기

64 : 카세트 100 : 이온 주입 장치

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 특정 공급실과 연결된 차단밸브를 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 수행되지 않는 경우에 한하여 개방하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 이온 주입 방법의 특징을 설명하면 다음과 같다.

이온 주입 장치의 이온 주입부는 각기 카세트가 공급되는 복수개의 공급실과, 디스크와 웨이퍼 이송수단을 포함하는 이온 주입실 및 각 공급실과 이온 주입실 사이에 형성된 차단밸브를 포함한다. 이와 같은 이온 주입 장치에서 각각의 공급실에 대하여 다음과 같은 일련의 공정들이 수행된다.

공급실로 카세트가 공급되는 단계, 공급실의 압력을 진공으로 조절하는 단계, 공급실과 이온 주입실 사이의 차단밸브가 개방되는 단계, 카세트 내의 웨이퍼를 초기화하는 단계, 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼를 디스크로 이송하는 단계, 디스크에 이송된 웨이퍼의 표면에 이온이 주입되는 단계, 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼를 카세트로 수납하는 단계, 및 공급실과 이온 주입실 사이의 차단밸브가 폐쇄되는 단계를 포함하는 공정들이 각각의 공급실에 대하여 수행된다. 또한 카세트 내의 웨이퍼를 초기화하는 단계는 다시, 카세트가 놓여지는 승강기를 초기화하는 단계 및 웨이퍼 이송수단이 개방된 차단밸브를 통하여 카세트 내의 웨이퍼에 접촉하는 단계를 포함한다.

이에 더하여, 본 발명의 특징에 따라 특정 공급실과 이온 주입실 사이의 차단밸브가 개방되는 단계는 특정 공급실을 제외한 다른 공급실에 대하여 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 수행되지 않는 경우에 한하여 수행되는 것을 특징으로 한다. 즉, 이온 주입실 내에서 이온 주입이 실시되는 동안에는 이미 개방된 차단밸브를 제외한 나머지 차단밸브가 새로이 개방되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

위에서 설명된 바와 같이, 종래의 이온 주입 방법은 각 공급실에 대한 일련의 공정들이 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 진행되는 여부에 상관없이 계속 진행되며, 차단밸브를 개방하고 웨이퍼가 초기화되는 단계까지 진행된 후 대기하게 된다. 그에 반하여 본 발명에 따른 이온 주입 방법은 각 공급실에 대한 일련의 공정들이 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 진행되는 여부를 확인한 연후에 계속 진행되며, 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 진행중인 경우에는 공급실의 압력을 조절한 후에 대기한 후, 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 끝난 후에 차단밸브가 개방된다.

이와 같은 공정의 변화는 이온 주입실 내의 압력을 일정하게 유지하기 위한 것으로, 차단밸브가 개폐되는 순간에 공급실과 이온 주입실 사이의 미세한 압력차로 인한 압력변화와 또한 차단밸브가 개방된 후 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼에 접촉함에 따른 압력변화를 방지하기 위한 것이다.

실제, 이온 주입실 내의 압력은 약 1E-7 Torr를 유지하며, 공급실의 압력은 약 1E-4∼1E-7 Torr를 유지하는 것이 일반적이다. 공급실의 압력이 이온 주입실의 압력과 거의 같은 정도로 조절된 후 차단밸브가 개방되기는 하지만, 차단밸브가 개방되는 순간의 압력변화는 이온 주입 공정에 영향을 줄 수 있다.

이하 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 공급실에 대한 이온 주입 방법을 간략하게 나타낸 순서도이다. 도 5를 참고로 본 발명에 따른 이온 주입 방법을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 이온 주입 방법은, 공급실로 카세트가 공급되는 단계(210), 공급실의 압력을 조절하는 단계(220), 차단밸브가 개방되는 단계(230), 카세트 내의 웨이퍼를 초기화하는 단계(240), 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼를 디스크로 이송하는 단계(250), 웨이퍼에 이온이 주입되는 단계(260), 웨이퍼 이송수단이 웨이퍼를 카세트로 수납하는 단계(270) 및 차단밸브가 폐쇄되는 단계(280)를 포함한다. 또한 차단밸브가 개방되는 단계(230)의 앞에 이온 주입실에서 이온 주입이 실시되는 여부를 확인하는 단계(225)를 수행한 후 이온 주입이 끝난 후에 차단밸브를 개방하는 것을 특징으로 하며, 이러한 일련의 공정들이 세 개의 공급실별로 순차적으로 또는 중첩되어 수행된다.

각 공급실에 대한 일련의 공정들은 이온 주입실 내에서 이온 주입 공정이 진행되는 여부를 확인한 후에 계속 진행되며, 공급실의 압력을 진공으로 조절하는 단계까지 진행된 후 대기하게 된다. 따라서, 이온 주입실 내의 압력은 이온 주입 공정이 진행되는 동안에는 일정하게 유지된다. 도 6은 도 5의 방법에 따른 이온 주입실 내의 압력 변화를 나타낸 블록도이며, 도 6의 B 부분은 종래의 도 4의 A 부분과 비교되어 일정한 압력으로 유지되는 것을 나타낸다.

본 발명에 따른 이온 주입 방법은 이온 주입실 내에서 이온 주입이 실시되는 동안 차단밸브가 개방되는 것을 방지하여 이온 주입실 내의 압력을 일정하게 유지하며, 이온 주입이 실시되는 동안의 압력변화를 방지함으로써 웨이퍼의 표면에 주입되는 이온을 균일하게 주입할 수 있으며, 결과적으로 이온 주입 공정의 효율을 향상할 수 있다.

Claims (5)

1. 각기 카세트가 공급되는 복수개의 공급실과, 디스크와 웨이퍼 이송수단을 포함하는 이온 주입실 및 상기 각 공급실과 상기 이온 주입실 사이에 형성된 차단밸브를 포함하는 이온 주입 장치에서,

   (a) 상기 공급실로 상기 카세트가 공급되는 단계;

   (b) 상기 공급실의 압력을 조절하는 단계;

   (c) 상기 차단밸브가 개방되는 단계;

   (d) 상기 카세트 내의 웨이퍼를 초기화하는 단계;

   (e) 상기 웨이퍼 이송수단이 상기 웨이퍼를 상기 디스크로 이송하는 단계;

   (f) 상기 디스크에 이송된 웨이퍼의 표면에 이온이 주입되는 단계;

   (g) 상기 웨이퍼 이송수단이 이온 주입된 웨이퍼를 상기 카세트로 수납하는 단계; 및

   (h) 상기 차단밸브가 폐쇄되는 단계;

   를 포함하는 개개의 공급실에 대한 일련의 공정이 상기 복수개의 공급실에 대하여 수행되며,

   특정 공급실에 대한 상기 (c) 단계는 상기 특정 공급실을 제외하는 다른 공급실에 대한 상기 (f) 단계가 수행되지 않는 경우에 한하여 수행됨으로써 상기 이온 주입실의 압력을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 공급실은 상기 카세트를 지지하는 승강기를 포함하며 상기 (d) 단계는

   (d-1) 상기 승강기를 초기화하는 단계; 및

   (d-2) 상기 웨이퍼 이송수단이 상기 카세트 내의 웨이퍼에 접촉하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 이송수단은 상기 개방된 차단밸브를 통하여 상기 공급실 내의 상기 웨이퍼에 접촉하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 이온 주입실은 약 1E-7 Torr 의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 공급실은 약 1E-4 ∼ 1E-7 Torr 의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.