KR20020073812A - Providing method of semiconductor wafer and implantation method using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for supplying a semiconductor wafer and a method for implanting ions by using the same are provided to maintain continuously a state of high vacuum within a process chamber and supply a semiconductor wafer. CONSTITUTION: A plurality of semiconductor wafers are transferred into a supply room. At this time, a supply valve is closed and an ion implantation chamber holds a state of high vacuum of 4x10 ¬-5 to 2x10 ¬-5 in order to implant ions. The supply room is pumped by using a vacuum pump. A supply valve for connecting the supply room with the ion implantation chamber is opened or shut by a switching signal of a controller when a degree of vacuum within the supply room leads to a predetermined value. At this time, the degree of vacuum of the supply room is lower than the degree of vacuum of the ion implantation chamber. A wafer is loaded on a disc of the ion implantation chamber after the supply valve is opened. The supply valve is closed by the switching signal of the controller. An ion implanting process is performed by using an ion implanter.

Description

반도체 웨이퍼의 공급방법 및 이를 이용한 이온주입방법{Providing method of semiconductor wafer and implantation method using the same}Supply method of semiconductor wafer and ion implantation method using same {{Providing method of semiconductor wafer and implantation method using the same}

본 발명은 반도체 장치에 반도체 웨이퍼를 공급하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정챔버에 반도체 웨이퍼를 장착하기 위한 공급실을 따로 가지고 있는 반도체 장치에 웨이퍼를 공급하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for supplying a semiconductor wafer to a semiconductor device, and more particularly, to a method for supplying a wafer to a semiconductor device having a supply chamber for mounting a semiconductor wafer in a process chamber.

반도체 장치 중 고진공에서의 작업이 필요한 경우, 공정에서 요구되는 진공도를 보다 효율적으로 관리하기 위해 공정챔버 외에 별도로 분리된 웨이퍼 공급실을 가지고 있는 경우가 많다.In the case where high vacuum operation is required among semiconductor devices, in order to more efficiently manage the degree of vacuum required in the process, there are many cases in which a separate wafer supply chamber is provided in addition to the process chamber.

일례로 도 1에 이러한 구성을 가진 종래의 이온주입장치를 개략적으로 나타내었다. 도 1의 장치를 보면, 반도체 웨이퍼(110)에 이온주입공정이 행해지는 이온주입챔버(100)와 상기 이온주입챔버(100)에 반도체 웨이퍼(110)를 공급하기 위한복수개의 공급실(200)들이 구비된다. 상기 이온주입챔버(100)와 각 공급실(200)간에는 공급밸브(300)가 연결되어 이를 통해 공급실(200)로부터 이온주입챔버(100)로 웨이퍼(110)들이 공급된다. 공급된 웨이퍼(110)들은 이온주입챔버(100) 내의 디스크(disk; 130) 상에 형성된 여러개의 사이트(site; 120) 위에 장착되게 된다. 상기 디스크(130)는 회전 또는 상하운동을 조절하는 버켓(150)과 축(140)을 통해 연결되어 있다. 상기 이온주입챔버(100), 공급실(200) 및 공급밸브(300)의 동작은 외부의 컨트롤러(400)에 의해 구동된다. 상기 컨트롤러(400)는 원격 디지탈/아날로그 컨버터(remote digital/analog convertor; RDAC) 및 중앙처리장치(central processing unit; CPU)로 구성되며, 상기 컨버터는 중앙처리장치로부터 나오는 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 각 요소들(사각형 점선으로 표시된 영역 내의 요소들)의 동작을 제어하게 된다. 상기 이온주입챔버(100)와 공급실(200)은 외부의 진공펌프(500)에 의한 펌핑에 의해 고진공으로 유지되는데, 각각은 개폐밸브(510, 520)에 의해 하나의 진공펌프에 병렬로 연결될 수 도 있고, 서로 다른 진공펌프에 연결될 수 도 있다.As an example, FIG. 1 schematically shows a conventional ion implantation apparatus having such a configuration. Referring to the apparatus of FIG. 1, an ion implantation chamber 100 in which an ion implantation process is performed on a semiconductor wafer 110 and a plurality of supply chambers 200 for supplying the semiconductor wafer 110 to the ion implantation chamber 100 are provided. It is provided. A supply valve 300 is connected between the ion injection chamber 100 and each of the supply chambers 200 so that the wafers 110 are supplied from the supply chamber 200 to the ion injection chamber 100 through the supply valve 300. The supplied wafers 110 are mounted on a plurality of sites 120 formed on a disk 130 in the ion implantation chamber 100. The disk 130 is connected through the bucket 150 and the shaft 140 to adjust the rotation or vertical movement. The operation of the ion injection chamber 100, the supply chamber 200, and the supply valve 300 are driven by an external controller 400. The controller 400 includes a remote digital / analog converter (RDAC) and a central processing unit (CPU), and the converter converts a digital signal from the central processing unit into an analog signal. To control the operation of each of the elements (elements in the area indicated by the dotted dotted line). The ion injection chamber 100 and the supply chamber 200 are maintained at high vacuum by pumping by an external vacuum pump 500, and each of the ion injection chambers 100 and the supply chamber 200 may be connected to one vacuum pump in parallel by the on / off valves 510 and 520. It can also be connected to different vacuum pumps.

도 1의 구성을 가진 이온주입장치로 이온주입하는 종래의 과정을 살펴보면 다음과 같다. 웨이퍼(110)에 이온주입을 하기 위하여 이온주입챔버를 4×10-5torr 이하의 진공도, 바람직하게는 약 2×10-5torr로 진공도를 효율적으로 관리하기 위하여, 공급실(200)로 인입된 웨이퍼(110)들은 밀폐된 공급실(200) 내에서 진공펌프(500)를 통해 일정수준의 압력이하로 펌핑된다. 이 과정을 거친 후, 상기공급밸브(300)가 열리고 이를 통해 웨이퍼(110)가 이온주입챔버(100)로 공급되어 상기 디스크(130) 상의 사이트(120)에 장착되며, 상기 웨이퍼(110)가 장착된 후에 이온주입이 시작되게 된다.Looking at the conventional process of ion implantation into the ion implantation device having the configuration of Figure 1 as follows. The ion implantation chamber is introduced into the supply chamber 200 in order to efficiently manage the vacuum degree at a vacuum degree of 4 × 10 −5 torr or less, preferably about 2 × 10 −5 torr, for ion implantation into the wafer 110. The wafers 110 are pumped to a predetermined level or less through the vacuum pump 500 in the sealed supply chamber 200. After this process, the supply valve 300 is opened, through which the wafer 110 is supplied to the ion implantation chamber 100 to be mounted on the site 120 on the disk 130, the wafer 110 is After mounting, ion implantation will begin.

이러한, 종래의 이온주입방법은 웨이퍼(110)가 공급되고 이온주입이 시작된 후에 공급실(200)의 실링(sealing) 불량, 용접부 불량 또는 공급실(200)과 진공펌프(500) 사이의 개폐밸브(510)의 실링 불량 등이 발생할 경우 외부 가스가 이온주입챔버(100)로 유입되어 이온주입챔버(100)의 진공도가 이온주입에 적합한 진공도를 유지하지 못하게 된다. 이러한, 진공도의 감소는 이온주입되는 이온의 도우즈를 낮추게 되는데 이를 설명하면 다음과 같다. 주입된 이온빔(160)의 일부가 디스크(130)에 충돌하면 디스크(130)로부터 2차 전자(secondary electron)방출된다. 방출된 2차 전자는 이온주입챔버(100) 내의 분자들을 이온화시켜서 챔버(100) 내에 제 3의 이온을 발생시킴으로, 챔버(100) 내의 진공도가 낮은 경우에는 이러한 이온들이 생성되는 빈도가 크게 된다. 따라서, 챔버 내의 이온의 숫자를 헤아려(counting) 주입되는 이온빔(160)의 도우즈를 조절하게 되므로, 결국 이온의 도우즈가 실제보다 높게 산정되므로 웨이퍼에 주입되는 이온의 도우즈는 원하는 도우즈에 비해 낮게 된다. 이러한 저농도의 도핑은 웨이퍼(110)에 형성되는 트랜지스터 등의 소자의 동작특성을 심각한 영향을 미칠 수 있다.In the conventional ion implantation method, after the wafer 110 is supplied and ion implantation is started, a sealing failure of the supply chamber 200, a poor welding part, or an opening / closing valve 510 between the supply chamber 200 and the vacuum pump 500 is performed. In the case of poor sealing, etc.), the external gas flows into the ion implantation chamber 100 so that the vacuum degree of the ion implantation chamber 100 does not maintain a vacuum degree suitable for ion implantation. Such a decrease in the degree of vacuum lowers the dose of the ion implanted ions. When a portion of the implanted ion beam 160 collides with the disk 130, secondary electrons are emitted from the disk 130. The emitted secondary electrons ionize molecules in the ion implantation chamber 100 to generate third ions in the chamber 100, so that when the vacuum degree in the chamber 100 is low, these ions are generated at a high frequency. Therefore, since the dose of the ion beam 160 that is counted by counting the number of ions in the chamber is adjusted, the dose of ions injected into the wafer is ultimately determined to be higher than the actual dose. Will be lower. Such low concentration doping may seriously affect the operation characteristics of devices such as transistors formed on the wafer 110.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공정챔버의 고진공 상태를 유지하면서 반도체 웨이퍼를 공급하는 방법 및 이를 이용한 이온주입방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method for supplying a semiconductor wafer while maintaining a high vacuum state of a process chamber, and an ion implantation method using the same.

도 1은 종래의 이온주입장치를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a conventional ion implantation apparatus.

도 2는 본 발명의 방법을 이온주입장치에 적용하여 이온주입하는 과정을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of ion implantation by applying the method of the present invention to an ion implantation apparatus.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 분리된 공급실과 공정챔버 및 상기 공급실과 공정챔버를 연결하는 공급밸브를 구비하여 상기 공정챔버를 진공 상태로 유지하면서 반도체 웨이퍼를 공급하는 방법에 있어서, 상기 공정챔버를 진공상태로 유지시키는 단계, 상기 공급밸브를 닫는 단계, 상기 공급실로 웨이퍼를 인입하는 단계, 상기 공급실을 밀폐시키고 진공을 유지시키는 단계, 상기 공급밸브를 여는 단계, 상기 공급밸브를 통해 상기 웨이퍼를 이동시켜 상기 공정챔버에 장착하는 단계 및 상기 웨이퍼의 이동 후 상기 공급밸브를 차단시키는 단계를 포함하는 반도체 장치에 웨이퍼를 공급하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is provided with a separate supply chamber and a process chamber and a supply valve connecting the supply chamber and the process chamber to supply a semiconductor wafer while maintaining the process chamber in a vacuum state, the Maintaining the process chamber in a vacuum state, closing the supply valve, drawing a wafer into the supply chamber, sealing the supply chamber and maintaining a vacuum, opening the supply valve, and through the supply valve A method of supplying a wafer to a semiconductor device, the method comprising moving a wafer to mount the process chamber and closing the supply valve after the wafer is moved.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 분리된 공급실과 이온주입챔버 및 상기 공급실과 이온주입챔버 간을 연결하는 공급밸브를 구비하여, 상기 이온주입챔버를 이온주입에 적합한 진공상태로 유지하면서 이온주입하는 방법에 있어서, 상기 이온주입챔버를 진공상태로 유지시키는 단계, 상기 공급밸브를 닫는 단계, 상기 공급실로 웨이퍼를 인입하는 단계, 상기 공급실을 밀폐시키고 진공을 유지시키는 단계, 상기 공급밸브를 여는 단계, 상기 공급밸브를 통해 상기 웨이퍼를 이동시켜 상기 이온주입챔버에 장착하는 단계, 상기 웨이퍼의 이동 후 공급밸브를 닫는 단계 및 상기 공급밸브가 닫힌 후에 장착된 상기 웨이퍼에 이온주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 이온주입방법을 제공한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention includes a separate supply chamber and an ion injection chamber and a supply valve connecting the supply chamber and the ion injection chamber, while maintaining the ion injection chamber in a vacuum suitable for ion implantation. A method of ion implantation, the method comprising: maintaining the ion implantation chamber in a vacuum state, closing the supply valve, introducing a wafer into the supply chamber, sealing the supply chamber and maintaining a vacuum; Opening, moving the wafer through the supply valve to mount the ion implantation chamber, closing the supply valve after movement of the wafer, and ion implanting into the mounted wafer after the supply valve is closed. An ion implantation method of a semiconductor wafer is provided.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상술한다. 이하에서 상술되는 본 발명에서 고진공 혹은 진공도가 높다는 말은 챔버의 압력이 낮다는 것을 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. High vacuum or high degree of vacuum in the present invention described below means that the pressure in the chamber is low.

도 2는 본 발명에 따라 이온주입장치에서 이온주입하는 과정을 도시한 흐름도이다. 본 발명의 이온주입장치는 도 1에 도시된 장비와 동일하다. 도 2의 본 발명의 이온주입과정을 도 1을 참조하여 설명하면, 먼저 반도체 웨이퍼(110)를 공급실(200)로 인입한다. 상기 웨이퍼(110)는 통상 여러 매의 웨이퍼가 카세트 형태로 인입된다. 이 때 상기 공급밸브(300)는 닫혀진 상태이며, 상기 이온주입챔버(100)는 이온주입에 필요한 고진공도 약 4×10-5torr이하, 바람직하게는 2×10-5torr를 유지한 상태이다. 이어서, 공급실(200)을 밀폐시키고, 진공펌프(500)로 상기 공급실(200)을 펌핑시킨다. 상기 공급실(200)의 진공도가 일정수준에 이르면, 상기 공급실(200)과 이온주입챔버(100)를 연결하는 공급밸브(300)를 연다. 상기 공급밸브(300)의 개폐 동작은 상기 컨트롤러(400)의 개폐 신호에 따라 동작된다. 이 때 공급실(200)의 진공도는 상기 이온주입챔버(100)의 진공도보다 약간 낮은 것이 바람직하다.2 is a flowchart illustrating a process of ion implantation in an ion implantation apparatus according to the present invention. The ion implantation apparatus of the present invention is the same as the equipment shown in FIG. Referring to FIG. 1, the ion implantation process of the present invention of FIG. 2 is first introduced into the supply chamber 200. The wafer 110 is typically a plurality of wafers are introduced in the form of a cassette. At this time, the supply valve 300 is in a closed state, and the ion injection chamber 100 maintains a high vacuum of about 4 × 10 −5 torr or less, preferably 2 × 10 −5 torr, required for ion implantation. . Subsequently, the supply chamber 200 is sealed and the supply chamber 200 is pumped by the vacuum pump 500. When the vacuum degree of the supply chamber 200 reaches a predetermined level, a supply valve 300 connecting the supply chamber 200 and the ion injection chamber 100 is opened. The opening and closing operation of the supply valve 300 is operated according to the opening and closing signal of the controller 400. At this time, it is preferable that the vacuum degree of the supply chamber 200 is slightly lower than the vacuum degree of the ion implantation chamber 100.

공급밸브(300)가 열린 후, 상기 공급밸브(300)를 통해 웨이퍼를 이온주입챔버(100)의 디스크(130) 상에 장착한다. 이미 공급실(200)이 적정 수준의 진공도를 가지고 있으므로 공급밸브(300)의 개폐에 의해 이온주입챔버(100)의 진공도 변화는 그다지 심하지 않게 된다. 물론, 경우에 따라서 이온주입챔버(100)의 진공도를 유지하기 위해 진공펌프(500)를 사용하여 추가로 펌핑을 할 수 도 있다.After the supply valve 300 is opened, the wafer is mounted on the disk 130 of the ion injection chamber 100 through the supply valve 300. Since the supply chamber 200 already has a proper degree of vacuum, the change in the degree of vacuum of the ion injection chamber 100 is not so severe by opening and closing the supply valve 300. Of course, in some cases, in order to maintain the degree of vacuum of the ion implantation chamber 100 may be further pumped using the vacuum pump 500.

상기 웨이퍼(110)가 이온주입챔버(100)로 이동된 후에, 상기 이온주입챔버(100)와 공급실(200) 간을 연결하는 공급밸브(300)를 닫는다. 이것은 공급실(200) 자체의 실링 및 이와 연결된 진공펌프(500) 개폐밸브(510)의 실링불량으로 인하여 유입된 외부가스가 이온주입챔버(100) 내로 유입되어 이온주입에 필요한 적정한 진공도를 유지할 수 없게 되는 현상을 방지하기 위해서이다. 공급밸브(300)의 닫힘 동작은 앞서 설명한 바와 같이 원격 디지탈/아날로그 컨버터를 내장한 컨트롤러(400)에 의해 수행될 수 있다.After the wafer 110 is moved to the ion injection chamber 100, the supply valve 300 connecting the ion injection chamber 100 and the supply chamber 200 is closed. This is due to the sealing of the supply chamber 200 itself and the sealing failure of the on-off valve 510 of the vacuum pump 500 connected thereto, so that the external gas introduced into the ion injection chamber 100 cannot maintain the proper degree of vacuum necessary for ion injection. This is to prevent the phenomenon. As described above, the closing operation of the supply valve 300 may be performed by the controller 400 incorporating the remote digital / analog converter.

이어서, 상기 웨이퍼(110)가 상기 이온주입챔버(100)의 디스크(130) 상에 장착되고 공급밸브(300)가 닫힌 후에 이온주입기(미도시)를 작동하여 이온주입을 수행한다. 컨트롤러(400)의 입장에서 보면, 공급밸브(300)의 닫힘 신호를 송신하고 공급밸브(300)의 닫힘 동작이 완료되었다는 신호를 수신한 후에 이온주입기를 가동하는 순으로 작업이 수행된다. 이와 같이 본 발명에서 이온주입은 공급실과 이온주입챔버가 완전히 차단된 후에 수행된다.Subsequently, after the wafer 110 is mounted on the disk 130 of the ion implantation chamber 100 and the supply valve 300 is closed, an ion implanter (not shown) is operated to perform ion implantation. From the standpoint of the controller 400, the operation is performed in order to operate the ion injector after transmitting the closing signal of the supply valve 300 and receiving the signal that the closing operation of the supply valve 300 is completed. As described above, the ion implantation is performed after the supply chamber and the ion implantation chamber are completely blocked.

상기 실시예는 본 발명을 이온주입장치에 적용하는 것을 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 방법은 이온주입챔버와 같은 고진공의 지속적인 유지가 필요한 공정챔버를 가진 반도체 장치에 모두 적용될 수 있음은 잘 알 수 있을 것이다. 즉, 반도체 웨이퍼가 공정챔버에 장착된 후 상기 공정챔버와 공급실을 연결하는 공급밸브를 차단시킴으로써, 공정진행 중 공급실의 실링불량 등으로 인하여 외부가스가 공정챔버 내로 유입되는 것을 차단하여 공정불량 발생을 억제할 수 있게 된다.Although the above embodiment has described the application of the present invention to an ion implantation device as an example, it is well understood that the method of the present invention can be applied to all semiconductor devices having a process chamber requiring continuous maintenance of high vacuum, such as an ion implantation chamber. Could be. That is, after the semiconductor wafer is mounted in the process chamber, the supply valve connecting the process chamber and the supply chamber is shut off, thereby preventing external gas from being introduced into the process chamber due to the sealing failure of the supply chamber during the process. It becomes possible to suppress it.

본 발명에 따르면, 공정챔버를 고진공 상태로 유지하기 위해 분리된 공급실과 공정챔버 및 상기 공급실과 공정챔버를 연결하는 공급밸브를 구비하는 반도체 장치에 있어서, 웨이퍼가 공정챔버에 장착된 후, 공급 밸브를 차단시킴으로써, 공급실의 실링불량 등으로 인하여 공정챔버의 진공도의 저하를 막을 수 있게 된다.According to the present invention, in a semiconductor device having a separate supply chamber and a process chamber and a supply valve connecting the supply chamber and the process chamber to maintain the process chamber in a high vacuum state, the wafer is mounted on the process chamber, and then the supply valve It is possible to prevent the vacuum chamber of the process chamber from being lowered due to poor sealing of the supply chamber.

또한, 본 발명의 방법을 이온주입장치에 적용할 경우, 진공도 저하로 인한 저농도의 도핑현상을 방지할 수 있게 된다.In addition, when the method of the present invention is applied to the ion implantation device, it is possible to prevent the low concentration doping phenomenon due to the decrease in vacuum degree.

Claims (4)

분리된 공급실과 공정챔버 및 상기 공급실과 공정챔버를 연결하는 공급밸브를 구비하여 상기 공정챔버를 진공 상태로 유지하면서 반도체 웨이퍼를 공급하는 방법에 있어서,A method of supplying a semiconductor wafer while maintaining the process chamber in a vacuum state, comprising a separate supply chamber and a process chamber and a supply valve connecting the supply chamber and the process chamber, 상기 공정챔버를 진공상태로 유지시키는 단계;Maintaining the process chamber in a vacuum state; 상기 공급밸브를 닫는 단계;Closing the supply valve; 상기 공급실로 웨이퍼를 인입하는 단계;Drawing a wafer into the supply chamber; 상기 공급실을 밀폐시키고 진공을 유지시키는 단계;Sealing the supply chamber and maintaining a vacuum; 상기 공급밸브를 여는 단계;Opening the supply valve; 상기 공급밸브를 통해 상기 웨이퍼를 이동시켜 상기 공정챔버에 장착하는 단계; 및Moving the wafer through the supply valve and mounting the wafer to the process chamber; And 상기 웨이퍼의 이동 후 상기 공급밸브를 차단시키는 단계를 포함하는 반도체 장치에 웨이퍼를 공급하는 방법.Closing the supply valve after movement of the wafer. 분리된 공급실과 이온주입챔버 및 상기 공급실과 이온주입챔버 간을 연결하는 공급밸브를 구비하여, 상기 이온주입챔버를 이온주입에 적합한 진공상태로 유지하면서 이온주입하는 방법에 있어서,A method of implanting an ion while maintaining the ion implantation chamber in a vacuum suitable for ion implantation, the method comprising: a separate supply chamber and an ion implantation chamber; and a supply valve connecting the supply chamber and the ion implantation chamber. a) 상기 이온주입챔버를 진공상태로 유지시키는 단계;a) maintaining the ion implantation chamber in a vacuum state; b) 상기 공급밸브를 닫는 단계;b) closing the supply valve; c) 상기 공급실로 웨이퍼를 인입하는 단계;c) drawing a wafer into the supply chamber; d) 상기 공급실을 밀폐시키고 진공을 유지시키는 단계;d) sealing the supply chamber and maintaining a vacuum; e) 상기 공급밸브를 여는 단계;e) opening the supply valve; f) 상기 공급밸브를 통해 상기 웨이퍼를 이동시켜 상기 이온주입챔버에 장착하는 단계;f) moving the wafer through the supply valve and mounting the wafer in the ion implantation chamber; g) 상기 웨이퍼의 이동 후 공급밸브를 닫는 단계; 및g) closing the supply valve after movement of the wafer; And h) 상기 공급밸브가 닫힌 후에 장착된 상기 웨이퍼에 이온주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 이온주입방법.h) implanting ions into the wafer mounted after the supply valve is closed. 제 2 항에 있어서, 상기 이온주입챔버의 진공도는 4×10-5torr이하인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 이온주입방법.The ion implantation method of claim 2, wherein a vacuum degree of the ion implantation chamber is 4 × 10 −5 torr or less. 제 2 항에 있어서, 상기 이온주입챔버에 연결되는 상기 공급실은 둘 이상인 것을특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 이온주입방법.The ion implantation method of claim 2, wherein the supply chamber connected to the ion implantation chamber is two or more.
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