KR20010038367A - 이온주입기의 진공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온주입기의 진공장치를 개시한다. 이에 의하면, 로드록에 진공라인을 거쳐 진공펌프가 연결되고, 로드록 측의 진공라인에 밸브가 설치되고, 로드록 측의 진공라인에 추가로 저속펌핑용 밸브가 설치된다.

따라서, 로드록 내의 웨이퍼를 공정챔버에 투입하기 위해 로드록의 압력을 진공펌프의 펌핑에 의해 낮출 때 로드록 내의 기체 분자가 많으면 저속펌핑용 밸브의 스프링을 압축하여 저속펌핑용 밸브를 닫으므로 기체의 흐름이 감소하여 저속펌핑이 이루어진다. 그 결과, 로드록 내에서의 와류 발생이 억제되고 로드록 내의 저면에 있던 오염원인 파티클이 웨이퍼에 흡착하지 않아서 웨이퍼의 오염이 방지되고 나아가 웨이퍼당 반도체소자의 양품 제조수율 및 품질의 향상을 이룩한다.

Description

이온주입기의 진공장치{vacuum system for ion implanter}

본 발명은 이온주입기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로드록 내의 웨이퍼 오염을 방지하기 위해 로드록 내의 압력을 저속펌핑하도록 한 이온주입기의 진공장치에 관한 것이다.

일반적으로, 불순물을 도핑하는 방법으로는 이온주입법과 확산법 등이 있다. 확산법은 1970년대 초반까지 지배적으로 이용되어 왔으나 몇 가지의 문제점을 가지고 있어 최근에는 이온주입법으로 대체되고 있다. 상기 확산법의 문제점으로는 낮은 농도영역에서의 농도조절이 어렵고, 불순물이 웨이퍼에 파고드는 접합깊이의 조절이 어렵고, 고온에서의 확산이 진행되는 동안 먼저 주입되었던 불순물이 웨이퍼 내에서 수직, 수평방향으로 확산되어 반도체 소자상의 실제로 원하는 확산영역보다 더 큰 영역이 형성되는 문제점을 갖고 있다.

이에 비하여, 이온주입법은 확산법의 상기 문제점을 보완할 수 있을 뿐 아니라 웨이퍼 상에서 원하지 않는 영역으로 들어오는 불순물을 막기 위한 마스크로서 실리콘 산화막 이외에 감광막을 사용할 수도 있으며, 균일성 또한 확산법에 비해 훨씬 양호하다는 장점을 갖고 있다. 그래서, 이온주입법은 웨이퍼 내에 반도체 소자를 형성시키는데 있어서, 그 적용범위가 점차 증대되고 있는 추세에 있다.

이에 따라, 이온주입장치도 고에너지와 고전류의 이온빔을 발생시킬 수 있는 능력을 갖추도록 고급화되고 있다. 이온주입법의 적용범위는 여러 가지 있으나 모스 트랜지스터 소자의 제조에 적용되는 일반적이고 대표적인 몇 가지를 요약하면 다음과 같다.

a. 필드영역에서의 문턱전압을 조절한다.

b. 게이트 영역아래에 채널 부분을 형성시킨다.

c. 게이트 영역아래에서의 문턱전압을 조절한다.

d. 모스 트랜지스터의 소오스와 드레인 부분을 형성시킨다.

이외에도 이온주입법은 바이폴라 트랜지스터 소자의 제조에 있어서 저항이나 에미터, 베이스 등을 형성시키는데 적용되고 있다.

종래의 이온주입기는 도 1에 도시된 바와 같이, 이온주입공정을 진행하는 공정챔버(10)에 제 1 로드록(20)과 제 2 로드록(30)이 함께 체결된다. 공정챔버(10)와 제 1 로드록(20)의 일측단 사이에 웨이퍼의 진출입이 가능한 도아형 밸브(V1)가 설치되고, 공정챔버(10)와 제 2 로드록(30)의 일측단 사이에 웨이퍼의 진출입이 가능한 도아형 밸브(V2)가 설치된다. 제 1 로드록(20)의 타측단과 제 1 웨이퍼 투입구(21) 사이에 웨이퍼의 진출입이 가능한 도아형 밸브(V3)가 설치되고, 제 2 로드록(30)의 타측단과 제 2 웨이퍼 투입구(22)에 웨이퍼의 진출입이 가능한 도아형 밸브(V4)가 설치된다. 제 1, 2 로드록(20),(30)에 질소(N₂)를 각각 공급하기 위한 공급관의 주입구 근처에 밸브(V5),(V6)가 설치된다. 진공펌프(40)이 진공라인(50)의 분기된 진공라인(51),(53),(55)에 의해 공정챔버(10),와 제 1 로드록(20) 및 제 2 로드록(30)에 연결된다. 진공펌프(40) 근처의 진공라인(50)에 밸브(V7)가 설치되고, 진공라인(51),(53),(55)에 밸브(V8),(V9),(V10)가 각각 설치된다.

이와 같이 구성되는 종래의 이온주입기의 진공장치에서는 이온주입할 웨이퍼(도시 안됨)를 제 1 로드록(20)을 거쳐 공정챔버(10)에 반입하기 위해 먼저 밸브(V1),(V3)를 닫고 질소공급관의 밸브(V5)를 열어서 질소를 제 1 로드록(20)으로 공급하기 시작한다. 이에 따라, 제 1 로드록(20) 내의 압력이 대기압으로 되면, 밸브(V3)를 열고 나서 웨이퍼(도시 안됨)를 로드록(20)에 투입한다. 웨이퍼의 투입이 완료되고 나면, 밸브(V3),(V5)를 닫고 밸브(V7),(V9)를 열어서 로드록(20) 내의 가스와 파티클을 진공펌프(40)의 펌핑에 의해 진공라인(50),(53)을 거쳐 외부로 배출한다. 로드록(20) 내의 압력이 충분히 진공상태로 낮아지면, 밸브(V7),(V9)를 다시 닫고 밸브(V1)를 열어서 로드록(20) 내의 웨이퍼를 공정챔버(10) 내로 반입하고 밸브(V1)를 닫는다. 이후, 공정챔버(10)에서 웨이퍼에 원하는 불순물을 이온주입한다.

공정챔버(10)에서의 이온주입이 완료되고 나면, 지금까지의 절차를 역순으로 로드록(30)에 적용하여 공정챔버(10) 내의 웨이퍼를 로드록(30)을 거쳐 웨이퍼 투입구(22)로 반출한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 이온주입 완료한 웨이퍼를 공정챔버(10)로부터 제 2 로드록(30)으로 반출하기 위해 먼저 밸브(V2)를 열고 공정챔버(10)의 웨이퍼를 로드록(30)으로 반출하고 다시 밸브(V2)를 닫는다. 이후, 질소공급관의 밸브(V6)를 열어서 질소를 로드록(30)으로 공급하기 시작한다. 이에 따라, 로드록(30) 내의 압력이 대기압으로 되면, 밸브(V4)를 열고 나서 웨이퍼를 로드록(30)으로부터 웨이퍼 투입구(22)를 거쳐 반출한다. 웨이퍼의 반출이 완료되고 나면, 밸브(V4),(V6)를 닫는다. 한편, 각 단계에서 언급되지 않은 밸브는 모두 닫혀진 상태를 유지한다.

그러나, 종래에는 로드록(20) 내의 웨이퍼를 공정챔버(10)로 반입하기 위해 밸브(V7),(V9)를 열면, 로드록(20) 내의 압력이 진공펌프(40)의 급속 펌핑에 의해 낮아지기 시작한다. 이때, 로드록(20)의 대기압과 진공라인(50),(53)의 진공과의 큰 압력 차가 순간적으로 발생한다. 이로써, 심한 압력 변동이 발생하면서 로드록(20) 내에서 와류가 발생하므로 로드록(20)의 내측 저면에 있던 오염원인 파티클이 웨이퍼에 흡착하여 웨이퍼의 오염을 유발시킨다. 이는 웨이퍼당 반도체소자의 양품 제조수율 및 품질의 저하를 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 로드록의 압력을 낮추기 위해 펌핑이 시작할 때 진공라인 사이의 심한 압력 변동을 억제하여 웨이퍼의 오염을 방지하도록 한 이온주입기의 진공장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 이온주입기의 진공장치를 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 이온주입기의 진공장치를 나타낸 개략도.

도 3은 본 발명에 의한 이온주입기의 진공장치에 적용된 저속펌핑용 밸브의 동작을 설명하기 위한 예시도.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이온주입기의 진공장치는

임의의 공정을 웨이퍼에 처리하는 공정챔버;

상기 공정챔버에 연결된 로드록;

상기 로드록에 진공라인을 거쳐 연결된 진공펌프;

상기 진공라인에 설치된 밸브; 그리고

상기 진공라인에 추가로 설치된 저속펌핑용 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 저속펌핑용 밸브로는 기계식 밸브가 가능하다. 또한, 상기 저속펌핑용 밸브는 상기 진공라인 내의 기체 분자의 흐름에 의해 압축되는 스프링을 갖는다.

따라서, 본 발명은 진공펌프의 저속펌핑을 이루어 로드록 내의 오염원인 파티클에 의한 웨이퍼 오염을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 이온주입기의 진공장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일 구성 및 동일 작용의 부분에는 동일 부호를 부여한다.

도 2는 본 발명에 의한 이온주입기의 진공장치를 나타낸 개략도이다.

도 2를 참조하면, 발명의 진공장치는 저속펌핑용 밸브(AV1),(AV2)가 각각 로드록(20),(30)의 진공라인(53),(55)에 설치되는 것을 제외하면, 도 1의 구조와 동일한 구조로 이루어진다. 저속펌핑용 밸브(AV1),(AV2)은 나머지 밸브들이 전기적 신호에 의해 열리거나 닫혀지는 것과는 달리 기계적으로 열리고 닫혀져 진공펌프(40)의 펌핑량을 조절한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 진공장치에서는 로드록(20) 내의 웨이퍼를 공정챔버(10)로 반입하기 위해 밸브(V7),(V9)를 열면, 로드록(20) 내의 압력이 진공펌프(40)의 급속 펌핑에 의해 낮아지기 시작한다. 이때, 로드록(20)의 대기압과 진공라인(50),(53)의 진공과의 큰 압력 차가 순간적으로 발생한다. 이로써, 심한 압력 변동이 초기에 발생하지만, 로드록(20) 측의 진공라인(53) 내에 있는 기체 분자의 수가 진공펌프(40) 측의 진공라인(53) 내에 있는 기체 분자의 수보다 상당히 많아서 로드록(20) 측의 진공라인(53) 내에 있는 기체 분자의 분자력(Fm)이 저속펌핑용 밸브(AV1)의 스프링력(Fs)보다 커지는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 기 열려져 있던 저속펌핑용 밸브(AV1)의 스프링(S)이 기체 분자(m)의 흐름에 의해 압축되면서 닫혀진다. 따라서, 기체 분자(m)의 흐름량이 감소하므로 진공펌프(40)가 종래와 달리 저속펌핑을 진행하고 로드록(20) 내에서의 와류 발생이 억제된다. 그 결과 로드록(20)의 내측 저면에 있던 오염원인 파티클이 웨이퍼에 흡착하지 않고 나아가 웨이퍼의 오염이 방지된다. 이는 웨이퍼당 반도체소자의 양품 제조수율 및 품질의 향상을 가져온다.

이후, 일정 시간이 경과하고 나면, 기체 분자의 수가 감소하여 로드록(20) 측의 진공라인(53) 내에 있는 기체 분자의 분자력(Fm)이 저속펌핑용 밸브(AV1)의 스프링력(Fs)보다 작아지는 경우, 저속펌핑용 밸브(AV1)의 스프링(S)이 다시 원래의 상태로 완전히 열리고 진공펌프(40)에 의해 마지막까지 펌핑된다.

이와 마찬가지로, 저속펌핑용 밸프(AV2)의 경우에도 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 설명의 중복을 피하기 위해 생략하기로 한다.

따라서, 본 발명은 진공펌프에 의한 초기 펌핑 때에 진공라인 내의 기체 분자의 흐름량에 따라 저속펌핑용 밸브의 개방 정도를 조절하고 펌핑량을 조절하여 로드록 내에서의 웨이퍼 오염을 방지한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 이온주입기의 진공장치는 로드록에 진공라인을 거쳐 진공펌프가 연결되고, 로드록 측의 진공라인에 밸브가 설치되고, 로드록 측의 진공라인에 추가로 저속펌핑용 밸브가 설치된다.

따라서, 로드록 내의 웨이퍼를 공정챔버에 투입하기 위해 로드록의 압력을 진공펌프의 펌핑에 의해 낮출 때 로드록 내의 기체 분자가 많으면 저속펌핑용 밸브의 스프링을 압축하여 저속펌핑용 밸브를 닫으므로 기체의 흐름이 감소하여 저속펌핑이 이루어진다. 그 결과, 로드록 내에서의 와류 발생이 억제되고 로드록 내의 저면에 있던 오염원인 파티클이 웨이퍼에 흡착하지 않아서 웨이퍼의 오염이 방지되고 나아가 웨이퍼당 반도체소자의 양품 제조수율 및 품질의 향상을 이룩한다.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

Claims (3)

1. 임의의 공정을 웨이퍼에 처리하는 공정챔버;

   상기 공정챔버에 연결된 로드록;

   상기 로드록에 진공라인을 거쳐 연결된 진공펌프;

   상기 진공라인에 설치된 밸브; 그리고

   상기 진공라인에 추가로 설치된 저속펌핑용 밸브를 포함하는 것을 특징으로

   하는 이온주입기의 진공장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 저속펌핑용 밸브는 기계식 밸브인 것을 특징으로 하는 이온주입기의 진공장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 저속펌핑용 밸브는 상기 진공라인 내의 기체 분자의 흐름에 의해 압축되는 스프링을 갖는 기계식 밸브인 것을 특징으로 하는 이온주입기의 진공장치.