KR20040070761A - 아이솔레이션 게이트 벨브를 적용시킨 이온주입설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소스 영역, 빔 라인, 게이트 밸브 및 프로세스 영역을 포함하고, 소정의 진공압 하에서 프로세스 영역에 위치된 웨이퍼에 이온을 주입시키기 위한 이온주입설비에 있어서, 게이트 밸브는 빔 라인과 프로세스 영역 사이에 위치하고 진공압의 변화에 따라 프로세스 영역을 선택적으로 격리시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 이온주입설비는 진공 상태에 변화가 생기더라도 게이트 밸브의 작용에 의해 웨이퍼가 위치하는 프로세스 영역이 격리되므로 웨이퍼로의 불순물 주입이 방지된다.

Description

아이솔레이션 게이트 벨브를 적용시킨 이온주입설비{ION IMPLANTER HAVING AN ISOLATION GATE VALVE}

본 발명은 이온주입설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 상태의 안정성을 확보하기 위해 아이솔레이션 게이트 밸브(Isolation Gate Valve)를 적용시킨 이온주입설비에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중에서 이온주입공정은 순수 실리콘(Si) 웨이퍼의 표면에 불순물을 플라즈마 상태의 이온빔 상태로 만든 후 웨이퍼 표면에 침투시켜 필요한 전도형 및 비저항의 소자를 얻는 공정이다.

도 1은 이온주입공정 중의 반도체 기판을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 반도체 기판(W) 상에 마스크(M)를 형성하여 이온을 주입하고자 하는 부분만이 노출되도록 한 후, 이온 빔(B)을 조사하여 반도체 기판(W)에 이온 확산 영역(D)이 형성되도록 한다. 이온 빔(B)의 형성에는 재료 가스(Material gas)의 주입이 필요하며 따라서 고진공 상태가 유지되어야만 공정이 안정화될 수 있다.

도 2는 이러한 이온주입공정을 수행하기 위한 종래의 이온주입설비를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 이온주입설비는 소스 영역(Source area : 10), 빔 라인(Beam line : 20) 및 프로세스 영역(Process area : 30)을 포함한다. 소스 영역(10)은 재료 가스를 이온화하여 이온 빔을 형성하는 영역으로 소스 헤드(1), 소스 마그넷(2), 드라이 펌프(Dry pump : 미도시) 및 터보 펌프(Turbo pump : 미도시) 등이 설치된다. 빔 라인(20)은 형성된 이온 빔을 다듬어 프로세스 영역(30)으로 보내주는 역할을 하며 질량 분석기(3), 두 개의 드라이펌프(미도시) 및 두 개의 크라요 펌프(Cry pump : 미도시) 등이 설치된다. 프로세스 영역(30)은 반도체 기판에 이온이 주입되는 영역이고 디스크(4)와 디스크 패러데이(5) 등이 설치된다.

상술한 구조에서, 소스 헤드(1)로부터 형성되는 이온 빔은 소스 마그넷(2)을 거치면서 이온화 확률이 증가되어 질량분석기(3)로 공급되고, 질량분석기(3)로 공급된 이온빔은 자장에 의해 회전되면서 정량 분석이 이루어져 디스크(4)에 장착된 반도체 기판(미도시) 혹은 웨이퍼(미도시)로 주입된다. 디스크(4)에는 복수의 웨이퍼가 가장 자리를 따라 일정 간격을 가지고 고정되어 있다. 디스크 패러데이(5)는 입사되는 이온 빔의 이온량에 비례하는 전류를 발생시켜 도즈량을 산출 및 제어하는 도즈 적분 콘트롤러(Dose integrator controller : 미도시)로 공급하는 역할을 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 이러한 이온주입설비 내의 소스 영역(10), 빔 라인(20) 및 프로세스 영역(30) 내에서는 고진공 상태가 안정적으로 유지되어야만 이온주입공정이 성공적으로 수행될 수 있다. 그러나, 기존의 설비에서는 불시의 사태, 즉 정전 또는 기계 고장 등의 원인으로 인해 진공도가 순간적으로 높아지는 경우가 있었고 이는 웨이퍼에 불순물이 주입되어 웨이퍼가 손상되는 결과를 초래하였다. 불순물에 의해 손상된 웨이퍼는 모두 폐기되어야 한다.

불순물 주입에 의한 웨이퍼 손상의 원인을 좀더 상세히 설명하겠다. 이온주입설비의 진공압은 초기에 5*10E-7 mmHg 정도로 유지되고 작동 중에는 5*10E-6 mmHg 정도로 유지되어야 한다. 소스 영역(10)이나 빔 라인(20) 또는 프로세스 영역(30)에서 고장 등의 문제가 발생할 경우 이온주입설비는 이온주입공정을 중단하고 안전 모드(Safety mode)로 변환되어 크라요 펌프 및 터보 펌프가 정지된다. 5*10E-6 mmHg의 고진공 상태를 유지시키던 크라요 펌프와 터보 펌프가 정지되면 불순물이 드라이 펌프에 의해 프로세스 영역(30)으로 이동되어 웨이퍼에 주입되는 것이다. 이렇게 주입되는 불순물의 힘은 정확히 측정할 수는 없으나 기존의 경험을 통해 보면 거의 무한대의 힘으로 웨이퍼에 주입되어 웨이퍼에 형성된 공정막들을 모두 찢어버리게 된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 필요성에 의한 것으로서, 본 발명의 목적은 이온주입설비 내의 진공압이 높아졌을 때 프로세스 영역이 격리되어 웨이퍼가 불순물의 주입으로부터 보호될 수 있는 이온주입설비를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 소스 영역, 빔 라인, 게이트 밸브 및 프로세스 영역을 포함하고, 소정의 진공압 하에서 프로세스 영역에 위치된 웨이퍼에 이온을 주입시키기 위한 이온주입설비에 있어서, 게이트 밸브는 빔 라인과 프로세스 영역 사이에 위치하고, 진공압의 변화에 따라 프로세스 영역을 선택적으로 격리시키는 것을 특징으로 한다.

도 1은 이온주입공정 중의 반도체 기판을 개략적으로 도시하는 단면도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 이온주입설비를 개략적으로 도시한 평면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 이온주입설비를 개략적으로 도시한 평면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 이온주입설비의 진공 안정성 확보를 위한 작용을 도시한 계통도이고,

도 5는 본 발명에 따른 이온주입설비의 아이솔레이션 게이트 밸브의 작동 상태를 도시한 블럭도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 소스 헤드 102 : 소스 마그넷

103 : 질량분석기 104 : 디스크

105 : 디스크 패러데이 110 : 아이솔레이션 게이트 밸브

120 : 소스 영역 130 : 빔 라인

140 : 프로세스 영역

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 3은 본 발명에 따른 이온주입설비(100)를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온주입설비(100)는 소스 영역(Source area : 120), 빔 라인(Beam line : 130) 및 프로세스 영역(Process area : 140)을 포함한다. 소스 영역(120)은 재료 가스를 이온화하여 이온 빔을 형성하는 영역으로 소스 헤드(101), 소스 마그넷(102), 드라이 펌프(Dry pump : 미도시) 및 터보 펌프(Turbo pump : 미도시) 등을 구비한다. 빔 라인(130)은 형성된 이온 빔을 다듬어 프로세스 영역(140)으로 보내주는 역할을 하며 질량 분석기(103), 두 개의 드라이 펌프(미도시) 및 두 개의 크라요 펌프(Cry pump : 미도시) 등을 구비한다. 프로세스 영역(140)은 반도체 기판에 이온이 주입되는 영역이고 디스크(104)와 디스크 패러데이(105) 등을 구비한다. 빔 라인(130)과 프로세스 영역(140)의 사이에는 게이트 밸브(110)가 설치된다.

소스 영역(120), 빔 라인(130) 및 프로세스 영역(140)의 구성요소의 역할 및 작용은 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 이온주입설비에서와 다름이 없으므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 특징인 게이트 밸브(110)는 고진공 상태의 정상적인 이온주입 공정 중에서는 열린 상태를 유지하여 이온 빔의 진행을 방해하지 않으나, 이온주입설비의 안전모드에서 크라요 펌프가 닫힐 경우 크라요 펌프와 함께 닫혀 프로세스 영역을 격리시킴으로써 프로세스 영역(140) 내의 진공압이 크라요 펌프의 정지 상태에서도 소정 범위 내에서 계속 유지되도록 하는 역할을 한다. 도 4를 참조로 하여 본 발명에 따른 이온주입설비(100)의 게이트 밸브(110)의작용에 대해 좀더 상세히 설명하겠다.

도 4는 본 발명에 따른 이온주입설비의 안전 모드에 있어서의 각 구성요소들의 작용을 설명한 계통도이다. 도시된 바와 같이, 이온주입설비 내의 이상 발생이 감지되면 설비의 주제어기는 각각의 펌프와 게이트 밸브에 대하여 안전 모드 신호를 전달한다. 안전 모드 신호에 따라 각각의 펌프, 즉 터보 펌프와 크라요 펌프는 최적 시점을 찾아 정지되거나 닫히고, 동시에 게이트 밸브도 최적 시점을 찾아 닫히게 된다. 이후의 게이트 밸브의 개폐 상태는 크라요 펌프의 개폐 여부에 따라 결정된다. 즉, 크라요 펌프가 열리지 않으면 게이트 밸브는 닫힌 상태를 계속 유지하고, 크라요 펌프가 열리게 되면 게이트 밸브는 진공 상태의 안정성을 확보할 수 있는 최적 시점을 찾아 다시 열리게 된다. 크라요 펌프가 정지 혹은 닫히게 되면 게이트 밸브도 따라서 닫혀 프로세스 영역을 물리적으로 격리시키므로 프로세스 영역 내의 진공압은 정전이나 기계 고장 등의 돌발 상황과 무관하게 일정하게 유지될 수 있고, 따라서 프로세스 영역 내에 위치하는 웨이퍼로의 불순물 주입이 방지된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 정전이나 기계 고장 등의 돌발 상황 하에서 이온주입설비 내의 진공압을 유지시키는 크라요 펌프 등이 정지 혹은 닫히더라도 웨이퍼가 위치하는 프로세스 영역은 게이트 밸브의 작용에 의해 격리되므로 일정 진공압을 유지할 수 있으며 따라서 웨이퍼로의 불순물 주입이 방지된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이온주입설비는 크라요 펌프 등이 정지 혹은 닫히더라도 게이트 밸브의 작용에 의해 웨이퍼가 위치하는 프로세스 영역이 격리되므로 웨이퍼로의 불순물 주입이 방지된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 게이트 밸브를 적용시킨 이온주입설비를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 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 (11)

1. 소스 영역, 빔 라인, 게이트 밸브 및 프로세스 영역을 포함하고, 소정의 진공압 하에서 상기 프로세스 영역에 위치된 웨이퍼에 이온을 주입시키기 위한 이온주입설비에 있어서,

   상기 게이트 밸브는 상기 빔 라인과 상기 프로세스 영역 사이에 위치하고, 상기 진공압의 변화에 따라 상기 프로세스 영역을 선택적으로 격리시키는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소스 영역 및/또는 상기 빔 라인은 적어도 하나의 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 게이트 밸브는 상기 진공 펌프 중 적어도 하나가 정지하는 것과 동시에 닫혀 상기 프로세스 영역을 격리시키는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 게이트 밸브는 상기 진공 펌프가 정지되어 있는 동안 계속 닫혀있는 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 크라요 펌프인 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 밸브가 상기 프로세스 영역을 격리시킴으로써 상기 프로세스 영역 내의 진공압이 일정하게 유지됨으로써 상기 웨이퍼에 불순물이 주입되는 것이 방지되는 이온주입설비..
7. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 밸브는 상기 프로세스 영역 내의 진공압이 높아질 경우에 상기 프로세스 영역을 격리시키는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 진공압은 약 5*10E-7 mmHg 내지 약 5*10E-6의 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
9. 소스 영역, 빔 라인, 게이트 밸브, 프로세스 영역 및 진공 펌프를 포함하고, 상기 진공 펌프에 의해 유지되는 소정의 진공압 하에서 상기 프로세스 영역에 위치된 웨이퍼에 이온을 주입시키기 위한 이온주입설비에 있어서,

   상기 게이트 밸브는 상기 빔 라인과 상기 프로세스 영역 사이에 위치하고, 상기 진공 펌프의 운전 상태에 따라 상기 프로세스 영역을 선택적으로 격리시키는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 게이트 밸브는 상기 진공 펌프가 정지됨과 동시에 닫혀 상기 프로세스 영역을 격리시킴으로써 상기 웨이퍼에 불순물이 주입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 이온주입설비.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 크라요 펌프인 것을 특징으로 하는 이온주입설비.