KR20040070636A - 진공 안전을 위한 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 안전을 위한 밸브에 관한 것으로, 가속된 전자에 의해 이온 빔을 형성하는 소스부; 상기 이온 빔의 질량 분석을 위한 빔 라인부; 및 게이트 밸브를 포함하고, 상기 이온 빔에 의해 주입되어야 할 다수의 웨이퍼를 포함하는 엔드스테이션부를 구비하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 게이트 밸브는 에어에 의해 상하로 개폐되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 게이트 밸브를 장착함으로써 이온 주입 공정에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나인 초진공을 계속 유지할 수 있다는 점이다. 또한, 본 발명에 따른 게이트 밸브를 장착함으로써 프로세스실에서 핸들러가 오동작시 웨이퍼를 떨어뜨리거나 핸들러 또는 진공 카세트에 웨이퍼가 걸쳐져 있는 경우 인터락 없이 게이트 밸브를 닫고 프로세스실의 진공만 해제하여 이온 주입 공정을 실시할 수 있다.

Description

진공 안전을 위한 밸브{VALVE FOR VACUUM SAFETY}

본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼를 임플란테이션(implantation)하는데 있어서 가장 최종단이면서도 공정상에 있어 진공(vauum)이나 입자 소스(particle source) 또는 핸들링에 주의를 요하는 엔드스테이션(endstation)의 프로세스실(process chamber)에 진공 안전인터락(vacuum safety interlock)을 위한 이온 주입 장치에 사용된 밸브에 관한 것이다.

이온 주입은 산업계에서 집적 회로를 양산할 때 반도체에 불순물을 주입하는데 선호되는 기술이 되었다. 이온 주입량은 특정 이온 주입 공정을 정의하는데 있어서 두 가지 중요한 변수들 중 하나이다(나머지 하나는 이온 주입 깊이를 결정하는 이온 에너지이다). 이온 주입량은 반도체 재료의 주어진 면적 또는 부피에 대해 주입되는 이온들의 농도에 관한 것이다. 일반적으로, 중전류(medium current) 이온 주입기들(보통 약 1㎃까지의 이온 빔 전류를 처리할 수 있음)은 주입량이 적은 경우에 적용되는 반면, 고전류(high current) 이온 주입기들(보통 이온 빔 전류가 1㎃를 초과)은 주입량이 많은 이온주입에 사용된다.

종래 이온 주입기는 세 부분 또는 서브시스템으로 구성된다. 이 세 부분은 이온 빔을 출력하기 위한 이온 소스(ion source)부, 이온 빔의 질량 분석을 위한 질량분석 자석을 포함하는 빔 라인(beam line)부, 및 이온 빔에 의해 주입되어야 할 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판을 포함하는 엔드스테이션(endstation)부를 포함한다. 일반적으로, 이온 주입기 내의 이온 소스는 소스 챔버 안에 있는 소스 가스(소스 가스의 성분은 도핑하려는 도판트 성분이다)를 이온화하고 이온화된 소스 가스를 이온 빔의 형태로 뽑아냄으로써 이온 빔을 생성한다. 이온 빔은 빔라인에 의해 제공되는 진공 빔 경로를 따라 향해진다. 빔 내의 활동적인 이온들은 프로세스실 안에 있는 기판을 가격하고 그 안에 주입된다. 이러한 이온 주입 설비에서, 주입된 이온들이 웨이퍼 위에 있는 회로의 구성 요소들이 손상될 만큼 웨이퍼표면을 대전시키지 않도록 보증하는 것이 중요하다.

도 1, 2a 및 2b는 이온 주입 장치의 V3 밸브의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도시한 바와 같이, 빔 라인(23)과 V3 밸브(11)로부터 프로세스실(22)까지의 영역인 엔드스테이션(미도시)을 격리(isolation)하기 위한 V3 밸브(11)는 실린더(미도시)에 공기를 주입하여 개폐하는 동작을 하도록 되어 있다. 그러나, V3 밸브(11)를 개폐하기 위해서는 리니어 드라이버(linear driver;미도시)가 안전 위치(safety position)에 있어야 한다. 그러나, 여기서의 안전 위치는 이온 주입 공정 시 웨이퍼가 놓여지는 위치인 반타원형의 디스크(disk)가 로딩(loading)/언로딩(unloading) 위치에서 V3 밸브(11)가 개방되기 위해 어느 위치만큼 위로 올라가 있는 위치를 말한다. 기본적으로, 리니어 드라이버가 안전 위치가 아닌 상태에서는 V3 밸브(11)가 개방되지 못하도록 인터록(interlock)이 걸려 있게 되며, 이는 V3 밸브(11) 개방 시 디스크 패드(disk pad)에 부딪히는 것을 방지하기 위해서이다.

종래의 V3 밸브는 두 개의 실린더로 구성되어 있으며, 그 중 하나의 실린더는 푸쉬 오픈/클로우즈의 동작을 하고 다른 하나의 실린더는 스윙 오픈/클로우즈의 동작을 한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 네 가지의 시퀀스 동작이 완전히 이루어졌을 경우에만 정상적으로 V3 밸브가 개패할 수가 있다. 도 2a에 도시된 바와 같은 로딩/언로딩 위치에서는 V3 밸브가 푸쉬 오픈 시퀀스(push open sequence;A)에서는 디스크에 부딪히며, V3 밸브가 개방되기 위해서는 도 2b에 도시된 바와 같은 안전 위치에서만 공간이 넓어지기 때문에 푸쉬 오픈 시퀀스(A)에서 스윙 오픈 시퀀스(swing open sequence;C)로 동작되는 것이다.

로딩/언로딩 위치에 있어서, 프로세스실(22) 내에서 이온 주입 중에 프로세스실(22) 내의 확인 시 또는 웨이퍼가 로딩/언로딩 변환시에 웨이퍼가 떨어질 경우 및 다른 사정으로 인하여 프로세스실(22)을 개방하여야 할 때가 있다. 이 때, 리니어 드라이버는 안전 위치로 갔다가 V3 밸브(11)를 닫고 프로세스실(22)의 진공을 해제시킨다.

그러나, 종래 기술의 문제점은 V3 밸브(11)의 인터록에 의해 V3 밸브(11)가 안전 위치로 가지 못하는 경우, 즉 웨이퍼를 떨어뜨리거나 인-벡 핸들러(in-vac handler;25)가 오동작에 의해 멈추었을 경우, 리니어 드라이버의 부분에 불안정한 작동이 가해졌을 때 V3 밸브(11)는 안전 위치로 바꾸지 못하는 경우이다. 특히, 인-벡 핸들러(25)가 오동작하여 웨이퍼를 떨어뜨릴 때 리니어 드라이버를 안전 위치로 보내는 경우에는 디스크에 있는 13장의 웨이퍼 모두가 인-벡 핸들러(25) 또는 떨어진 웨이퍼에 의해 부러지거나 스크래치가 발생하게 된다. 이러한 경우, 빔라인(23)의 진공을 해제하여 프로세스실(22)을 개방할 수밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 프로세스실 내에서의 진공에 있어서 최상의 분위기를 제어하기 위한 게이트 밸브에 의해 인터록을 해제함으로써 프로세스실 내의 프로세스 상태나 핸들링(handling)을 좀 더 원활하도록 하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 가속된 전자에 의해 이온 빔을형성하는 소스부; 상기 이온 빔의 질량 분석을 위한 빔 라인부; 및 게이트 밸브를 포함하고, 상기 이온 빔에 의해 주입되어야 할 다수의 웨이퍼를 포함하는 엔드스테이션부를 구비하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 게이트 밸브는 에어에 의해 상하로 개폐되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 V3 밸브의 동작 위치를 설명하기 위한 도면이고,

도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 밸브의 동작을 설명하기 위한 단면도이고,

도 3는 종래 V3 밸브의 동작을 설명하기 위한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 이온 주입 장치를 설명하기 위한 도면이고,

도 5는 게이트 밸브의 개폐를 설명하기 위한 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

32 ; 프로세스실 33 ; 빔 라인

35 ; 인-벡 핸들러 36 ; 디스크

37 ; 진공 카세트 38 ; 게이트 밸브

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 이용하는 이온 주입 장치의 개략도이며, 도 5는 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 게이트 밸브를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 참조번호(32)는 프로세스실, 참조번호(33)는 빔 라인(beam line), 참조번호(35)는 인-벡 핸들러, 참조번호(36)는 디스크, 참조번호(37)는 진공 카세트, 참조번호(38)는 게이트 밸브, 참조번호(41)은 에어 실린더, 참조번호(42)는 오픈 센서, 참조번호(43)은 클로우즈 센서 및 참조번호(44)는 볼 베어링을 각각 나타낸다.

빔 라인(33)은 이온 빔의 질량 분석을 위한 질량분석 자석을 포함하고, 프로세스실(32)는 이온 빔에 의해 주입되어야 할 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판을 포함한다. 이온 주입기(미도시) 내의 이온 소스는 소스 챔버(미도시) 안에 있는 소스 가스를 이온화하고 이온화된 소스 가스를 이온 빔의 형태로 뽑아냄으로써 이온 빔을 생성한다. 이온 빔은 빔 라인(33)에 의해 제공되는 진공 빔 경로를 따라 향해진다. 공기(air)에 의해 동작되는 게이트 밸브(38), 예를 들어 솔레노이드 밸브를개방한 후, 빔 내의 활동적인 이온들은 프로세스실(32) 내에 위치한 디스크(36) 위의 기판을 가격하고 그 안에 주입된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 24V의 신호를 게이트 밸브의 일종인 솔레노이드 밸브를 통하여 공기를 주입하고 오픈 센서(42)와 클로우즈 센서(43)의 작동에 의해 게이트 밸브가 개방 또는 폐쇄된다.

이온 주입된 웨이퍼와 이온 주입되지 않은 웨이퍼가 교환할 때 인-벡 핸들러의 오동작이나 웨이퍼를 떨어뜨릴 시 빔 라인과 격리하기 위하여 종래에는 V3 밸브의 네 가지 시퀀스를 거쳐 밸브를 닫아야 하며, 또한 이 때 리니어 드리이버가 안전 위치에 있어야 한다는 것이다. 여기서, 리니어 드라이버가 안전 위치로 가지 못하는 경우에는 이온 주입 공정에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나로서 초진공(high vacuum)을 유지하는 것임에도 불구하고 빔 라인을 배기할 수밖에 없다. 특히, 빔 라인 영역은 프로세스 진행 시 가장 민감하게 반응하는 곳이며 진공에 따라 RS 데이터, 빔 주입량 등의 변화가 많이 차이가 나게 된다. 진공 상태가 한 번 깨어지게 되면 다시 복구함에 있어서 시간과 작업 비용이 발생하게 된다. 또한, 진공 펌프로서 사용되는 하나의 건식 펌프와 두 개의 크료(cryo) 펌프의 전원을 끄게 됨으로써 펌프의 수명에도 영향을 미치게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 게이트 밸브를 채용함으로써 리니어 인터록의 해제와 함께 단지 개방/폐쇄의 동작만으로 빔 라인의 진공에 있어서 프로세스실 내에서 진공분위기를 최상으로 유지할 수 있으며 인-벡 핸들러의 핸들링 시에 리니어 인터록에 의한 제한없이 원활하게 프로세스실을 개방하여 유지 및 보수를 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 게이트 밸브를 장착함으로써 이온 주입 공정에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나인 초진공을 계속 유지할 수 있다는 점이다.

또한, 본 발명에 따른 게이트 밸브를 장착함으로써 프로세스실에서 핸들러가 오동작시 웨이퍼를 떨어뜨리거나 핸들러 또는 진공 카세트에 웨이퍼가 걸쳐져 있는 경우 인터락 없이 게이트 밸브를 닫고 프로세스실의 진공만 해제하여 이온 주입 공정을 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 게이트 밸브를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구한 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (2)

1. 가속된 전자에 의해 이온 빔을 형성하는 소스부;

   상기 이온 빔의 질량 분석을 위한 빔 라인부; 및

   게이트 밸브를 포함하고, 상기 이온 빔에 의해 주입되어야 할 다수의 웨이퍼를 포함하는 엔드스테이션부를 구비하는 이온 주입 장치에 있어서,

   상기 게이트 밸브는 에어에 의해 상하로 개폐되는 것을 특징으로 하는

   이온 주입 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 게이트 밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.