KR20120041560A - 이온 주입 시스템 및 이를 이용한 이온 주입 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 대면적의 기판에 이온을 주입할 수 있으며 제조 비용을 절감할 수 있는 이온 주입 시스템 및 이를 이용한 이온 주입 방법을 제공하는 것이다.

Description

이온 주입 시스템 및 이를 이용한 이온 주입 방법{Ion implantation system and method for implanting ions using the same}
본 발명의 측면은 이온 주입 시스템 및 이를 이용한 이온 주입 방법에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치나 액정 표시 장치 등과 같은 평판 표시 장치는 그 구동 회로서 박막 트랜지스터가 이용되고 있다. 특히, 능동형 유기 발광 표시 장치는 기판 상에 박막 트랜지스터가 형성되고 박막 트랜지스터 상에 유기 전계 발광 소자가 형성된다.
현재 박막 트랜지스터 등의 반도체 소자를 형성하기 위하여 이온을 주입하는 이온 주입 장치가 사용되고 있다. 이온 주입 장치는 챔버 안에 이온을 발생하는 이온 소스부, 전극부 등을 포함한다. 이온 소스부에서는 기판이나 웨이퍼 등에 주입하고자 하는 이온을 생성하는 곳으로 기체들을 플라즈마 상태로 이온화하는 부분이다.
이온 소스부에서 발생한 이온들은 전극부들에 의하여 가속된다. 전극부들에는 소정의 전압을 인가하여 이온 소스부로부터 나온 이온들이 가속되어 기판으로 진행하여 주입되도록 한다.
본 발명의 주된 목적은 대면적의 기판에 이온을 주입할 수 있으며 제조 비용을 절감할 수 있는 이온 주입 시스템 및 이를 이용한 이온 주입 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템은, 기판 상에 이온을 주입하는 이온 주입 시스템에 있어서, 일렬로 배치되어 상기 기판에 상기 이온을 주입하는 복수 개의 이온 주입 어셈블리와, 내부로 상기 기판이 이동할 수 있는 이동 통로를 제공하며, 상기 기판을 상기 이동 통로 내에서 이동시키는 이송 어셈블리;를 구비하며, 상기 이온 주입 어셈블리들은 상기 기판의 일부 영역에 상기 이온을 주입하며, 상기 기판은 상기 이동 통로 내의 제1 방향으로 이동하면서 상기 이온 주입 어셈블리들에 의해 상기 이온이 주입되고, 상기 기판은 상기 제1 방향으로 이동된 후에 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동하면서 상기 이온 주입 어셈블리들에 의해 상기 이온이 주입되고, 상기 이송 어셈블리는, 상기 이온 주입 어셈블리들 각각과 연결되고 상기 이온이 방출되어 상기 기판에 주입되는 복수 개의 프로세스 챔버와, 상기 기판의 이송 방향을 변경시키는 반송 챔버와, 상기 기판을 지지하는 홀더와, 상기 홀더가 상기 제1 방향으로 상기 챔버들 내부를 이동하도록 이동 경로를 제공하는 제1 이송 가이드와, 상기 홀더가 상기 제2 방향으로 상기 챔버들 내부를 이동하도록 이동 경로를 제공하는 제2 이송 가이드;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 일직선 상에 위치하지 않고 서로 평행하게 위치할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이온 주입 어셈블리와 상기 제1 방향 사이의 거리는, 상기 이온 주입 어셈블리와 상기 제2 방향 사이의 거리와 상이할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판에 주입되는 이온의 총량은 상기 기판이 상기 제1 방향으로 이동하면서 주입되는 상기 이온의 제1 주입량과 상기 제2 방향으로 이동하면서 주입되는 상기 이온의 제2 주입량의 합으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판이 상기 제1 주입량과 상기 제2 주입량은 동일할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반송 챔버는 상기 제1 이송 가이드로 이송된 상기 홀더를 상기 제2 이송 가이드로 이동시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 이송 가이드는 상기 홀더를 상기 제1 챔버에서 상기 반송 챔버로 이송시키며, 상기 제2 이송 가이드는 상기 홀더를 상기 반송 챔버에서 상기 제1 챔버로 이송시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이송 어셈블리는 상기 기판이 상기 이동 어셈블리 내로 최초로 로딩되며, 상기 이동 어셈블리 외부로 언로딩되는 제1 챔버를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 배치되며, 상기 제1 기판으로부터 상기 기판이 이송되면 그 내부를 진공으로 유지하는 제2 챔버를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이송 어셈블리에 상기 기판을 공급하거나, 상기 이송 어셈블리로부터 상기 기판을 공급받는 로봇 아암을 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 로봇 아암은 상기 이온 주입 어셈블리들이 상기 이송 어셈블리에 연결된 측면을 향하여 상기 기판을 상기 이송 어셈블리에 투입하거나 상기 이송 어셈블리에서 반출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 로봇 아암은 상기 이온 주입 어셈블리들이 상기 이송 어셈블리에 연결된 측면에 대향하는 면을 향하여 상기 기판을 상기 이송 어셈블리에 투입하거나 상기 이송 어셈블리에서 반출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 로봇 아암은 상기 기판이 지면에 대하여 예각을 갖도록 상기 기판을 기우려 상기 이송 어셈블리에 투입할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이동 어셈블리 내에 배치되어 상기 이온 주입 어셈블리에서 방출되는 이온의 양을 측정하는 패러데이부를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 프로세스 챔버들의 일측면에는 상기 이온 주입 어셈블리들로부터 각각 이온이 유입되는 슬릿들이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리는 제1 이온 주입 어셈블리와 제2 이온 주입 어셈블리로 이루어지며, 상기 복수 개의 프로세스 챔버는 제1 프로세스 챔버와 제2 프로세스 챔버로 이루어지며, 상기 제1 이온 주입 어셈블리는 상기 제1 프로세스 챔버와 연결되어 상기 제1 프로세스 챔버 내로 상기 이온을 방출하며, 상기 제2 이온 주입 어셈블리는 상기 제2 프로세스 챔버와 연결되어 상기 제2 프로세스 챔버 내로 상기 이온을 방출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 하부측으로 이온을 조사하며, 상기 제2 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 상부측으로 이온을 조사할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 방향은 상기 제1 프로세스 챔버에서 상기 제2 프로세스 챔버를 향하는 방향이며, 상기 제2 방향은 상기 제2 프로세스 챔버에서 상기 제1 프로세스 챔버를 향하는 방향일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 상기 제1 방향으로 이송되면서 상기 제1 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 하부측에 이온이 주입되고 상기 제2 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 상부측에 이온이 주입되며, 상기 제2 방향으로 이송되면서 상기 제2 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 상부측에 이온이 주입되고 상기 제1 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 하부측에 이온이 주입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 프로세스 챔버는 상기 제1 이온 주입 어셈블리와 연결되며 상기 제1 이온 주입 어셈블리에서 생성된 상기 이온이 통과하는 제1 슬릿을 구비하며, 상기 제2 프로세스 챔버는 상기 제2 이온 주입 어셈블리와 연결되며 상기 제2 이온 주입 어셈블리에서 생성된 상기 이온이 통과하는 제2 슬릿을 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 슬릿은 상기 기판의 하부측에 대응되도록 형성되며, 상기 제2 슬릿은 상기 기판의 상부측에 대응되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1, 2 이온 주입 어셈블리 각각은, 외부로부터 공급받은 기체를 이온화시켜 이온을 발생시키는 이온 공급부와, 상기 이온을 질량에 따라 분리하는 질량 분석부와, 상기 질량 분석부로부터 분리된 상기 이온을 가속시키는 이온 빔 편향부를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 이온 주입 어셈블리와 상기 제2 이온 주입 어셈블리는 상기 이온이 방출되는 방향에 대하여 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 상기 이온 주입 어셈블리들의 개수와 동일한 개수의 주입 영역으로 구획되며, 상기 주입 영역들 각각은 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들 각각에 대응되어 상기 이온이 주입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 주입 영역들은 상기 이온 주입 어셈블리들의 배열 방향과 수직한 방향으로 상기 기판의 하부에서 상부로 구획될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판이 이동하면서 상기 기판의 최하단부에 구획된 상기 주입 영역부터 상기 기판의 최상단부에 구획된 상기 주입 영역까지, 또는 상기 기판이 이동하면서 상기 기판의 최상단부에 구획된 상기 주입 영역부터 상기 기판의 최하단부에 구획된 상기 주입 영역까지 순차적으로 상기 이온이 주입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 서로 다른 높이로 상기 이송 어셈블리 내에 상기 이온을 방출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 그들 각각이 상기 기판의 주입 영역 들 각각에 대응되도록 높이를 달리하여 일렬로 배열될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이온 주입 어셈블리들의 높이를 상이하게 유지하기 위해 상기 이온 주입 어셈블리들의 하부에 높이가 상이한 지지부재가 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 지지부재들의 높이 차이에 의해서 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들 각각에서 방출되는 이온빔의 높이가 상이할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 지지부재들은 상기 기판의 이송 방향에 따라 높이가 가장 작은 상기 지지부재에서 높이가 가장 큰 상기 지지부재가 순차적으로 배열되거나, 상기 기판의 이송 방향에 따라 높이가 가장 큰 상기 지지부재에서 높이가 가장 작은 상기 지지부재가 순차적으로 배열될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 이웃하는 상기 이온 주입 어셈블리들과 서로 엇갈리게 배열될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 복수 개의 상부 이온 주입 어셈블리와 복수 개의 하부 이온 주입 어셈블리로 이루어지며, 상기 상부 이온 주입 어셈블리와 상기 하부 이온 주입 어셈블리는 서로 이웃하면서 서로 엇갈리게 배열되고, 상기 상부 이온 주입 어셈블리가 상기 하부 이온 주입 어셈블리보다 높게 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 상부측에 이온을 주입하며, 상기 하부 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 하부측에 이온을 주입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 방법은, 기판이 제1 방향으로 이동하는 단계와, 상기 기판이 상기 제1 방향으로 이동하면서 상기 기판의 일 영역에 이온이 주입되는 단계와, 상기 기판이 상기 제1 방향으로 이동하면서 상기 기판의 타 영역에 이온이 주입되는 단계와, 상기 기판의 이송 방향을 상기 제1 방향에서 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 변경하는 단계와, 상기 기판이 상기 제2 방향으로 이동하면서 상기 기판의 상기 타 영역에 상기 이온이 주입되는 단계와, 상기 기판이 상기 제2 방향으로 이동하면서 상기 기판의 상기 일 영역에 상기 이온이 주입되는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 기판의 이송 경로가 서로 상이할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 이송 어셈블리 내에서 이동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이송 어셈블리는 일렬로 배치된 제1 프로세스 챔버, 제2 프로세스 챔버 및 반송 챔버로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판이 상기 제1 프로세스 챔버를 통과하는 동안 상기 기판의 일 영역에 상기 이온이 주입되며, 상기 기판이 상기 제2 프로세스 챔버를 통과하는 동안 상기 기판의 타 영역에 상기 이온이 주입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판의 일 영역은 상기 기판의 하부에 위치하며, 상기 기판의 타 영역은 상기 기판의 상부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 대면적의 기판에 이온을 주입할 수 있으며, 이온 주입의 공정 시간을 단축할 수 있고, 이온 주입 시스템의 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1a 내지 1c는 능동 매트릭스 방식 유기 발광 표시 장치의 화소(pixel) 구동을 위한 박막 트랜지스터의 공정별 단면도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 이온 주입 시스템을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 기판과 제1 슬릿 및 제2 슬릿의 배치를 나타내는 도면이다.
도 5는 이송 어셈블리 내의 기판의 이동 경로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 이온 주입 시스템의 슬릿들의 배치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이온 주입 시스템 및 이온 주입 방법을 설명함에 앞서 상기 이온 주입 공정이 수행되는 능동 매트릭스 방식 유기 발광 표시 장치에 구비되는 박막 트랜지스터의 구조에 대해 설명하도록 한다.
도 1a 내지 1c는 능동 매트릭스 방식 유기 발광 표시 장치의 화소(pixel) 구동을 위한 박막 트랜지스터의 공정별 단면도이다.
도 1a는 박막 트랜지스터 제조 공정 중 채널 도핑 공정을 나타내는 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 버퍼층(11)이 형성되고, 버퍼층(11) 상에 활성층(12) 및 커패시터의 하부 전극(19)이 형성되어 있다.
활성층(12) 및 커패시터의 하부 전극(19)은 버퍼층(11) 상에 반도체층을 형성한 후 상기 반도체층을 패터닝함으로써 형성된다. 상기 반도체층은 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 결정질 실리콘(poly silicon)일 수 있다. 따라서, 활성층(12) 및 커패시터의 하부 전극(19)은 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘일 수 있다.
활성층(12)에 이온 도펀트를 주입할 수 있다. 활성층(12)에 이온 도펀트를 주입함으로써 Vth 쉬프트(shift) 효과를 발생시킬 수 있다.
도 1b는 박막 트랜지스터 제조 공정 중 소스/드레인 영역을 도핑하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 1b를 참조하면, 도 1a의 구조물 상에 제1절연층(13)을 적층하고, 제1 절연층(12) 상에 화소 전극(14), 박막 트랜지스터의 제1게이트 전극(15a)과 제2게이트 전극(16a), 및 커패시터의 제1상부 전극(15b)과 제2상부 전극(16b)를 형성한다.
박막 트랜지스터의 제1게이트 전극(15a)과 제2게이트 전극(16a), 및 커패시터의 제1상부 전극(15b)과 제2상부 전극(16b)은 제1절연층(13) 상에 투명 도전층과 금속층을 순차적으로 적층한 후, 상기 투명 도전층과 금속층을 패터닝함으로써 형성된다.
제1게이트 전극(15a)과 제2게이트 전극(16a)을 셀프 얼라인(self align) 마스크로 사용하여 활성층(12)에 이온 불순물을 도핑한다. 그 결과 활성층(12)은 이온 불순물이 도핑된 소스 및 드레인 영역(12a, 12b)과 그 사이에 채널 영역(12c)을 구비하게 된다.
도 1c는 박막 트랜지스터 제조 공정 중 커패시터의 하부 전극을 도핑하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 1c를 참조하면, 도 1b의 구조물 상에 제2절연층(17)을 형성한 후 제2절연층(17)에 상기 화소 전극(14)을 개구시키는 제1개구(17a) 및 제2개구(17b), 상기 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역(12a, 12b)을 노출시키는 콘택홀(17c, 17d), 및 상기 커패시터의 제1상부 전극(15b)을 개구시키는 제3개구(17e)를 형성한다. 이후 활성층(12)의 소스 및 드레인 영역(12a, 12b)에 접속하는 소스 및 드레인 전극(18a, 18b)을 형성한다. 이어서, 커패시터의 하부 전극(19)에 이온 불순물을 도핑한다. 이에 따라 커패시터의 하부 전극(19)은 도전성이 높아짐으로써 제1상부 전극(15b)과 더불어 MIM 커패시터를 형성해 커패시터의 용량을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 활성층(12) 도핑, 소스/드레인 영역(12a, 12b) 도핑, 및 커패시터의 하부 전극(19) 도핑에 있어서 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템이 이용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 2의 이온 주입 시스템을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템(100)은 이온 주입 어셈블리(110, 120), 이송 어셈블리(150), 및 로봇 아암(170)을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템은 복수 개의 이온 주입 어셈블리를 구비할 수 있다. 일 예로서, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 이온 주입 시스템은 2개의 이온 주입 어셈블리(110, 120)를 구비할 수 있다. 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며, 3개 이상의 이온 주입 어셈블리를 구비할 수 있다.
제1 및 2 이온 어셈블리(110, 120)는 이온을 발생시켜서 이송 어셈블리(150) 내로 이온을 방출시킬 수 있다.
제1 및 2 이온 어셈블리(110, 120)는 이온 공급부(111, 121), 질량 분석기(112, 122), 및 이온 빔 편향부(113, 123)를 구비할 수 있다.
이온 공급부(111, 121)는 외부로부터 가스를 공급받아 공급된 가스를 이온화하여 이온을 발생시킨다. 도펀트(dopant)가 되는 양이온은 일반적으로 B+, P+, As+, Sb+ 등이 될 수 있다. 소스 가스 방출에 의한 위험을 감소시키기 위하여 도펀트가 되는 물질을 수소 가스로 희석시키는 것이 바람직하며, 이에 따라 도펀트 원자 공급원인 소스 가스는 일반적으로 B2H6, BF3, PH3, AsH3 등이 될 수 있다.
이온 공급부(111, 121)는 필라멘트(미도시)를 구비할 수 있다. 필라멘트에 고전류를 통과시키면 필라멘트 주위에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마의 에너지를 이용하여 활성 전자와 소스 가스 분자들을 충돌시키면 도펀트가 되는 양이온을 발생시킬 수 있다.
이온 공급부(111, 121)는 생산된 양이온들을 끌어 모아 이것들을 이온 빔으로 만들 수 있다.
이온 공급부(111, 121)에서 만들어진 이온들은 질량 분석기(112, 122)에서 질량 차이에 의해 특정 이온들이 선별된다. 질량 분석기(112, 122) 내부에는 예를 들어 90°의 꺾임 각을 갖는 분석기 자석(미도시)이 마련되며, 분석기 자석의 자기장은 불순물 또는 여러 종류의 양이온을 포함하는 이온 빔을 곡선 궤도로 편향시키는 힘을 제공한다. 이온의 스펙트럼은 그것들의 원자 질량 단위를 기본으로 구성된다. 주어진 자기장의 세기에 대하여, 무거운 질량을 갖는 이온들은 더 가벼운 이온들이 매우 쉽게 구부러지는 데 비하여 구부러지는 각도가 더 작다. 이러한 곡선 궤도의 곡률 반경은 분석기 자석의 자기장 세기에 따라 결정되며 분석기 자석의 자기장 세기를 조절함으로써 원하는 질량을 갖는 이온들만을 질량 분석기 말단에 위치한 슬릿에 도달시킬 수 있다.
질량 분석기(112, 122)에서 선별된 이온들은 가속 장치(미도시)에 의해 가속 또는 감속될 수 있다. 양이온은 그 이동이 빨라지면 운동에너지가 더 높아지며 기판(10) 표면에 충돌할 때 기판(10) 속으로 더 깊게 주입될 수 있다. 가속 장치는 양이온에 부가적인 에너지를 부가하는 전기장을 형성한다. 양이온은 양 전하를 가지므로 음의 극성을 갖는 전기장으로 끌려간다. 음의 극성을 갖는 전기장을 형성하기 위하여 가속 전압을 인가하며, 전기장의 세기를 증가시키면 양이온은 더 빠르게 이동한다. 반면에 감속 전압을 인가하여 전기장의 극성을 바꾸면 질량 분석기(112, 122)에서 선별된 이온들을 감속시킬 수 있다.
이온 빔 편향부(113, 123)는 상기 가속 장치에서 가속 또는 감속된 이온들을 포커싱하며, 상기 포커싱된 이온 빔을 편향시켜 제1 및 2 프로세스 챔버(154, 155)에서 이동하는 기판(10) 표면을 스캔할 수 있다.
제1 및 2 이온 주입 어셈블리(110, 120)는 일렬로 배치되며 이송 어셈블리(150)에 연결될 수 있다. 특히, 제1 이온 주입 어셈블리(110)는 이송 어셈블리(150)의 제1 프로세스 챔버(154)와 연결되며, 제2 이온 주입 어셈블리(120)는 제2 프로세스 챔버(155)와 연결될 수 있다. 제1 이온 주입 어셈블리(110)는 제1 프로세스 챔버(154)의 제1 슬릿(도 3의 154a)와 연결되며, 제1 이온 주입 어셈블리(110)에서 생성된 이온은 제1 슬릿(154a)를 통해서 제1 프로세스 챔버(154) 내로 방출될 수 있다. 또한, 제2 이온 주입 어셈블리(120)는 제2 프로세스 챔버(155)의 제2 슬릿(도 3의 155a)와 연결되며, 제2 이온 주입 어셈블리(120)에서 생성된 이온은 제2 슬릿(155a)를 통해서 제2 프로세스 챔버(155) 내로 방출된다.
도 4를 참조하면, 제1 및 2 이온 주입 어셈블리(110, 120) 각각은 기판(10)의 서로 다른 영역(11, 12)에 이온을 주입할 수 있다. 즉, 기판(10)은 이온 주입 시스템에 구비되는 이온 주입 어셈블리의 개수와 동일한 개수로 주입 영역이 구획될 수 있다. 예를 들면, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 이온 주입 시스템이 2개의 이온 주입 어셈블리(110, 120)를 구비하는 경우, 기판(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 주입 영역(11)과 제2 주입 영역(12)으로 구획될 수 있다. 변형예로서, 이온 주입 어셈블리가 3개 이상일 경우에는 기판(10)은 3개 이상의 주입 영역으로 구획될 수 있다.
제1 주입 영역(11)과 제2 주입 영역(12)은 제1 및 2 이온 주입 어셈블리(110, 120)가 배열된 방향(X 방향)과 수직한 방향(Y 방향)으로 기판(10) 내에서 구획될 수 있다. 즉, 제1 주입 영역(11)은 기판(10)의 하부에 구획되고, 제2 주입 영역(12)은 기판(10)의 상부에 구획될 수 있다. 다른 변형예로서, 제1 주입 영역(11)은 기판(10)의 상부에 구획되고, 제2 주입 영역(12)은 기판(10)의 하부에 구획될 수 있다.
기판(10)의 제1 주입 영역(하측부)(11)에는 제1 이온 주입 어셈블리(110)에 의해 이온이 주입되며, 제2 주입 영역(상측부)(12)에는 제2 이온 주입 어셈블리(120)에 의해 이온이 주입될 수 있다. 기판(10)은 홀더(160)에 지지되며 이송 어셈블리(150) 내를 이동하면서 이온이 주입된다. 상세하게는, 기판(10)은 로봇 아암(170)에 의해 제1 챔버(151)에 도입되며, 기판(10)은 홀더(160)에 지지되어 제1 이송 가이드(158) 또는 제2 이송 가이드(159)를 따라 이송 어셈블리(150) 내에서 이송된다. 우선, 기판(10)은 제1 챔버(151)을 출발하여 제1 프로세스 챔버(154) 및 제2 프로세스 챔버(155)을 거쳐 이송된다. 기판(10)이 제1 프로세스 챔버(154) 내에서 이송되는 동안 제1 이온 주입 어셈블리(110)에서 방출된 이온이 기판(10)의 제1 주입 영역(11)에 주입된다. 그 이후 기판(10)은 제2 프로세스 챔버(155)로 이송되며, 제2 프로세스 챔버(155) 내에서 기판(10)이 이송되는 동안 제2 이온 주입 어셈블리(120)에서 방출된 이온이 기판(10)의 제2 주입 영역(12)에 주입된다.
또한, 제2 프로세스 챔버(155)에서 반송 챔버(157)로 이송된 기판(10)은 다시 제2 프로세스 챔버(155)와 제1 프로세스 챔버(154)를 차례대로 거쳐 제1 챔버(151)로 이동된다. 제2 프로세스 챔버(155)와 제1 프로세스 챔버(154) 내를 차례로 이동하면서 제2 주입 영역(12)과 제1 주입 영역(11)이 각각 제2 이온 주입 어셈블리(120)와 제1 이온 주입 어셈블리(110)에 의해 이온이 주입된다. 이에 대해서는 후술한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 슬릿(154a)은 기판(10)의 제1 주입 영역(11)에 대응되도록 형성되며, 제2 슬릿(155a)은 기판(10)의 제2 주입 영역(12)에 대응되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 슬릿(154a)와 제2 슬릿(155a)의 높이는 서로 상이하고, 일 예로서 도 3에 도시된 바와 같이 제2 슬릿(155a)의 높이가 제1 슬릿(154a)의 높이 보다 높게 형성될 수 있다. 제2 슬릿(155a)를 통해서 이온이 방출되기 위해서는 제2 이온 주입 어셈블리(120)가 제1 이온 주입 어셈블리(110) 보다 높게 배치되어야 하며, 본 발명의 일 실시예에서는 제2 이온 주입 어셈블리(120)의 하부에는 지지부재(130)이 배치될 수 있다.
이송 어셈블리(150)는 기판(10)이 이동할 수 있는 이동 통로를 제공한다. 이송 어셈블리(150)은 제1 챔버(151), 제2 챔버(152), 게이트 밸브(153), 제1 프로세스 챔버(154), 제2 프로세스 챔버(155), 제3 챔버(156), 반송 챔버(157) 및 제1 이송 가이드(158), 제2 이송 가이드(159) 및 홀더(160)를 구비할 수 있다.
제1 챔버(151)는 외부로부터 이송된 기판(10)을 이송 어셈블리(150)에 로딩하거나 이송 어셈블리(150)에서 외부로 기판(10)을 언로딩한다. 제1 챔버(151)에 로딩된 기판(10)은 제1 챔버(151)에서 홀더(160)에 지지되고, 제1 이송 가이드(158)을 따라 제2 챔버(152), 프로세스 챔버(154, 155), 반송 챔버(157)로 이송된다. 또한, 반송 챔버(157)에서 기판(10)을 지지하는 홀더(160)는 제1 이송 가이드(158)에서 제2 이송 가이드(159)로 옮겨지며, 기판(10)은 제2 이송 가이드(159)를 따라 프로세스 챔버(154, 155), 제2 챔버(152)를 거쳐 제1 챔버(151)로 이송되며, 제1 챔버(151)에서 외부로 언로딩될 수 있다.
제2 챔버(152)는 제1 챔버(151)와 제1 프로세스 챔버(154) 사이에 배치되며, 제1 챔버(151)로부터 이송된 기판(10)이나 제1 프로세스 챔버(154)로부터 이송된 기판(10)이 대기하는 버퍼 역할을 한다. 제2 챔버(152) 내부는 진공이 유지된다.
제2 챔버(152)로부터 이송된 기판(10)은 게이트 밸브(153)을 거쳐 제1 프로세스 챔버(154)로 이송될 수 있다. 제1 프로세스 챔버(154)는 제1 이온 주입 어셈블리(110)와 연결될 수 있다. 제1 프로세스 챔버(154)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 슬릿(154a)을 구비할 수 있다. 제1 슬릿(154a)를 통해 제1 이온 주입 어셈블리(110)에서 생성된 이온이 제1 프로세스 챔버(154)로 방출된다. 제1 프로세스 챔버(154) 내에서 기판(10)은 이온이 주입될 수 있다.
제1 슬릿(154a)은 기판(10)의 일부 영역에 대응되도록 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 슬릿(154a)은 기판(10) 일면의 하부에 위치한 제1 주입 영역(11)에 대응되도록 형성될 수 있다. 따라서, 제1 슬릿(154a)을 통과한 이온 빔은 기판(10)의 제1 주입 영역(11)에 주입될 수 있다.
기판(10)은 제1 프로세스 챔버(154) 내를 이동하면서 제1 주입 영역(11)에 이온이 주입될 수 있다. 기판(10)의 제1 주입 영역(11)은 제1 챔버(151)에서 반송 챔버(157)을 향하는 방향(도 5의 F)으로 이송되는 동안에 제1 프로세스 챔버(154)에서 이온이 주입되며, 또한 반송 챔버(157)에서 제1 챔버(151)을 향하는 방향(도 5의 B)으로 이송되는 동안에도 제1 프로세스 챔버(154)에서 이온이 주입될 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
제1 프로세스 챔버(154) 내에는 패러데이부(161)가 배치될 수 있다. 패러데이부(161)는 제1 이온 주입 어셈블리(110)에서 방출되는 이온의 양과 빔 형태로 방출되는 이온의 균일성(uniformity)를 측정할 수 있다.
제1 프로세스 챔버(154)으로부터 이송된 기판(10)은 제3 챔버(156)를 거쳐 제2 프로세스 챔버(155)로 이송될 수 있다. 제2 프로세스 챔버(155)는 제2 이온 주입 어셈블리(120)와 연결될 수 있다. 제2 프로세스 챔버(155)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2 슬릿(155a)을 구비할 수 있다. 제2 슬릿(155a)를 통해 제2 이온 주입 어셈블리(120)에서 생성된 이온이 제2 프로세스 챔버(155)내로 방출될 수 있다. 제2 프로세스 챔버(155) 내에서 기판(10)은 이온이 주입될 수 있다.
제2 슬릿(155a)은 기판(10)의 일부 영역에 대응되도록 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 제2 슬릿(155a)은 기판(10) 일면의 상부에 위치한 제2 주입 영역(12)에 대응되도록 형성될 수 있다. 따라서, 제2 슬릿(155a)을 통과한 이온 빔은 기판(10)의 제2 주입 영역(12)에 주입될 수 있다.
기판(10)은 제2 프로세스 챔버(155) 내를 이동하면서 제2 주입 영역(12)에 이온이 주입될 수 있다. 기판(10)의 제2 주입 영역(12)은 제1 챔버(151)에서 반송 챔버(157)을 향하는 방향(도 5의 F)으로 이송되는 동안에 제2 프로세스 챔버(155)에서 이온이 주입되며, 또한 반송 챔버(157)에서 제1 챔버(151)을 향하는 방향(도 5의 B)으로 이송되는 동안에도 제2 프로세스 챔버(155)에서 이온이 주입될 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
제2 프로세스 챔버(155) 내에는 패러데이부(162)가 배치될 수 있다. 패러데이부(162)는 제2 이온 주입 어셈블리(120)에서 방출되는 이온의 양과 빔 형태로 방출되는 이온의 균일성을 측정할 수 있다.
도 4는 기판과 제1 슬릿 및 제2 슬릿의 배치를 나타내는 도면이다. 상술한 바와 같이, 제1 슬릿(154a)은 기판(10)의 제1 주입 영역(11)에 대응되도록 형성되며, 제2 슬릿(155a)은 기판(10)의 제2 주입 영역(12)에 대응되도록 형성될 수 있다. 따라서, 제1 슬릿(154a)에 연결된 제1 이온 주입 어셈블리(110)는 기판(10)의 제1 주입 영역(11)에만 이온을 주입시키며, 제2 슬릿(155a)에 연결된 제2 이온 주입 어셈블리(120)는 기판(10)의 제2 주입 영역(12)에만 이온을 주입시킬 수 있다. 즉, 제1 이온 주입 어셈블리(110)와 제2 이온 주입 어셈블리(120) 각각은 기판(10)의 일부 영역에만 이온을 주입하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템은 한 대의 이온 주입 어셈블리만으로는 한번에 이온 주입을 할 수 없을 정도의 크기를 갖는 대면적의 기판을 복수 개의 이온 주입 어셈블리를 이용하여 이온을 주입할 수 있다. 이에 따라 대면적의 기판에 대응되도록 이온 주입 어셈블리를 새로이 제작할 필요없이 작은 면적을 갖는 기판에 이용되는 이온 주입 어셈블리를 본 발명의 일 실시예와 같이 복수 개로 이용하여 기판의 크기에 관계없이 이온을 주입할 수 있다.
반송 챔버(157)는 제2 프로세스 챔버(155)의 일단에 배치되며, 제2 프로세스 챔버(155)에서 이송된 기판(10)의 이송 방향을 변경시킬 수 있다. 즉, 기판(10)은 제1 챔버(151)에서 제1 및 2 프로세스 챔버(154, 155)를 거쳐 반송 챔버(157)로 이송되며, 반송 챔버(157)에서 기판(10)의 이송 방향은 변경되어 제2 및 1 프로세스 챔버(155, 154)를 거쳐 제1 챔버(151)로 이송된다. 기판(10)은 제1 챔버(151)에서 제1 및 2 프로세스 챔버(154, 155)로 이송되면서 이온이 주입되며, 다시 제2 및 1 프로세스 챔버(155, 154)를 거쳐 제1 챔버(151)로 이송되면서 이온이 주입된다.
도 5는 이송 어셈블리 내의 기판의 이동 경로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 기판(10)은 제1 챔버(151)에서 반송 챔버(157)로 향하는 제1 방향(F)으로 이송되며, 반송 챔버(157)에서 제1 방향(F)과 반대되는 제2 방향(B)으로 이송된다. 제2 방향(B)은 반송 챔버(157)에서 제1 챔버(151)을 향하는 방향이다. 기판(10)은 제1 방향(F)으로 이송되면서 제1 프로세스 챔버(154)에서 제1 주입 영역(11)에 이온이 주입되며, 제2 프로세스 챔버(155)에서 제2 주입 영역(12)에 이온이 주입된다. 또한, 기판(10)은 제2 방향(B)으로 이송되면서 또 다시 제2 프로세스 챔버(155)에서 제2 주입 영역(12)에 이온이 주입되며 제1 프로세스 챔버(154)에서 제1 주입 영역(11)에 이온이 주입된다. 즉, 기판(10)은 제1 방향(F)으로 이송되면서 이온이 주입되며, 제2 방향(B)으로 이송되면서 이온이 주입될 수 있다. 이와 같이 두 번에 걸쳐 이온이 주입되므로 기판(10) 전체에 주입되는 이온의 균일도가 향상될 수 있다.
기판(10)이 제1 방향(F)으로 이동하면서 주입되는 이온의 제1 주입량과 제2 방향(B)으로 이동하면서 주입되는 이온의 제2 주입량의 합이 기판(10)에 주입되는 이온의 총량이 된다. 일 예로서, 제1 주입량과 제2 주입량은 동일할 수 있다.
이송 어셈블리(150) 내의 기판(10)의 이송 경로는 제1 방향(F)과 제2 방향(B)이 있을 수 있다. 제1 방향(F)와 제2 방향(B)은 동일 경로 상에 존재하지 않으며, 서로 상이한 경로 상에 존재할 수 있다. 즉, 제1 방향(F)과 제2 방향(B)은 이온 주입 어셈블리(110, 120)와의 거리(t1, t2)가 서로 상이할 수 있다. 보다 상세하게는, 도 5에는 도시되어 있지 않지만, 상술한 바와 제1 이온 주입 어셈블리(110)는 제1 프로세스 챔버(154)와 연결되며, 제2 이온 주입 어셈블리(120)는 제2 프로세스 챔버(155)와 연결된다. 제1 이온 주입 어셈블리(110)와 제1 방향(F) 사이의 간격(t2)은 제2 이온 주입 어셈블리(120)와 제2 방향(B) 사이의 간격(t1) 보다 더 클 수 있다. 기판(10)은 이온 주입 어셈블리(110, 120)를 기준으로 볼 때 이온 주입 어셈블리(110, 120)에서 제2 방향(B) 보다 상대적으로 멀리 떨어진 제1 방향(F)을 따라 이송된 후에 반송 챔버(157)에서 방향이 변경되어 제2 방향(B)으로 이송될 수 있다. 이와 같이 이송 어셈블리(150) 내의 기판(10)의 이송 경로가 서로 상이한 제1 방향(F)과 제2 방향(B)으로 이송됨으로써 연속적으로 기판(10)이 이송 어셈블리(150)에 투입되어 이온 주입의 택트 타임(tact time)을 향상시킬 수 있다.
제1 프로세스 챔버(154)와 제2 프로세스 챔버(155) 각각에는 하나의 기판(10) 만이 이송되면서 이온이 주입될 수 있다. 즉, 제1 프로세스 챔버(154) 또는 제2 프로세스 챔버(155)에는 제1 방향(F)과 제2 방향(B)으로 기판(10)의 이송이 가능하지만, 하나의 프로세스 챔버(154 또는 155) 내에 제1 방향(F)과 제2 방향(B)으로 이송되는 기판(10) 두 장이 동시에 존재할 수 없다. 이는 하나의 프로세스 챔버(154 또는 155) 내에서 제1 방향(F)으로 이송되는 기판이 존재하면서 제2 방향(B)으로 이송되는 기판이 존재하면 제1 방향(F)으로 이송되는 기판에는 제2 방향(B)으로 이송되는 기판에 의해 이온 주입이 방해되기 때문이다.
로봇 아암(170)은 제1 챔버(151)와 연결되며, 외부로부터 이송된 기판(10)을 제1 챔버(151)에 공급하거나, 제1 챔버(151)로부터 이송된 기판(10)을 외부로 공급한다. 로봇 아암(170)은 기판(10)을 지면에 대하여 기울어지도록 세워서 제1 챔버(151)에 공급한다.
로봇 아암(170)과 이온 주입 어셈블리(110, 120)는 도 3에 도시된 바와 같이 이송 어셈블리(150)를 중심으로 양 측에 서로 대향하는 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 로봇 아암(170)은 이송 어셈블리(150)의 일 측(150b)에 배치되고 이온 주입 어셈블리(110, 120)는 이송 어셈블리(150)의 타측(150a)에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템(200)을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 6을 참조하면, 로봇 아암(170)과 이온 주입 어셈블리들(110, 120)은 이송 어셈블리(150)의 일 측(150a)에 배치될 수 있다. 이와 같이 로봇 아암(170)이 이송 어셈블리(150)에서 이온 주입 어셈블리(110, 120)와 동일한 방향에 위치함으로써 이온 주입 시스템이 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 이송 어셈블리(150)를 중심으로 서로 대향하는 양측에 이온 주입 어셈블리(110, 120)와 로봇 아암(170)이 배치되는 것보다 이송 어셈블리(150)의 일측에 이온 주입 어셈블리(110, 120)와 로봇 아암(170)이 배치되는 것이 전체 이온 주입 시스템이 차지하는 면적을 줄일 수 있으며, 이에 따라 이온 주입 시스템을 구성함에 있어서 설치 비용을 절감할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템(300)을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 이온 주입 어셈블리(110)와 제2 이온 주입 어셈블리(120)가 서로 대칭이 되도록 배치된다는 점에서 도 2 및 3에 도시된 이온 주입 시스템과 차이가 있다. 즉, 제1 이온 주입 어셈블리(110)와 제2 이온 주입 어셈블리(120)는 이온이 방출되는 방향(Y축 방향)에 대하여 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 이와 같이 제1 이온 주입 어셈블리(110)와 제2 이온 주입 어셈블리(120)가 서로 대칭이 되도록 배치됨으로써 이송 어셈블리(150)의 길이를 단축시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 이온 주입 어셈블리(110, 120)는 이온 공급부(111, 121), 질량 분석기(112, 122), 및 이온 빔 편향부(113, 123)를 구비할 수 있다. 질량 분석기(112, 122)는 상술한 바와 같이 대략 90°의 꺾임 각을 갖는 분석기 자석을 포함하는바 도 3에 도시된 바와 같이 제1 이온 주입 어셈블리(110)의 질량 분석기(112)와 제2 이온 주입 어셈블리(120)의 질량 분석기(122)가 동일 방향으로 배치되는 경우에는 제1 이온 주입 어셈블리(110)의 이온 공급부(111)와 제2 이온 주입 어셈블리(120)의 이온 공급부(121) 사이에 제2 이온 주입 어셈블리(120)의 질량 분석기(122)이 놓이게 되므로 이송 어셈블리(150)에서 제1 프로세스 챔버(154)와 제2 프로세스 챔버(155) 사이에 제3 챔버(156)가 배치되어야 한다. 그러나, 도 7에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템은 제1 이온 주입 어셈블리(110)와 제2 이온 주입 어셈블리(120)가 이송 어셈블리(150)가 배열된 방향(X)에 수직한 방향(U)에 대하여 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 이온 주입 어셈블리(110)의 이온 공급부(111)와 제2 이온 주입 어셈블리(120)의 이온 공급부(121) 사이에 질량 분석기(112, 122)가 배치되지 않으면서 상기 수직한 방향(U)에 대하여 대칭이 되도록 배치됨으로서 제1 프로세스 챔버(154)와 제2 프로세스 챔버(155) 사이에 다른 챔버가 배치되지 않고 이들이 직접 접할 수 있다. 따라서, 이온 주입 시스템의 제작 비용을 절감시킬 수 있으며, 이송 어셈블리(150) 전체의 길이 감소되어 이온 주입 시스템이 점유하는 면적이 축소되는바 이온 주입 시스템을 포함한 공장 건립의 비용을 절감시킬 수 있다. 또한, 기판(10)이 이송하는 이송 어셈블리(150)의 길이가 감소하므로 이온 주입 공정의 택트 타임이 감축되어 생산성이 향상될 수 있다.
도 8 및 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템(400)을 개략적으로 나타낸다. 즉, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템(400)을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 이온 주입 시스템의 슬릿들의 배치를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템(400)은 복수 개의 이온 주입 어셈블리들을 구비할 수 있으며, 서로 이웃하는 이온 주입 어셈블리들(210, 310, 220, 320)과 서로 엇갈리게 배열될 수 있다. 즉, 이온 주입 시스템(400)은 2개의 상부 이온 주입 어셈블리(210, 310)와 2개의 하부 이온 주입 어셈블리(220, 320)를 구비하며, 제1 상부 이온 주입 어셈블리(210)와 제1 하부 이온 주입 어셈블리는 서로 이웃하면서 서로 엇갈리게 배열되며, 제1 하부 이온 주입 어셈블리(310)는 제2 상부 이온 주입 어셈블리(220)와 서로 엇갈리게 배열되고, 제2 상부 이온 주입 어셈블리(220)는 제2 이온 주입 어셈블리(320)와 서로 엇갈리게 배열된다. 제1 및 2 상부 이온 주입 어셈블리(210, 310)는 기판(10)의 상측부(12)에 이온을 주입시키며, 제1 및 2 하부 이온 주입 어셈블리(220, 320)는 기판(10)의 하측부(11)에 이온을 주입시킬 수 있다. 기판(10)의 상측부(12)는 기판(10)의 높이 방향으로 중심으로부터 그 윗부분을 의미하며, 기판(10)의 하측부(11)는 기판(10)의 높이 방향으로 그 중심으로부터 그 아랫부분을 의미한다.
제1 및 2 상부 이온 주입 어셈블리(210, 310)는 기판(10)의 상측부(12)에 이온을 주입하기 위해 이송 어셈블리(250)의 측벽의 상부 측에 바닥면으로부터 소정의 높이로 설치된다.
또한, 제1 및 2 하부 이온 주입 어셈블리(220, 320)는 기판(10)의 하측부(11)에 이온을 주입하기 위해 이송 어셈블리(250)의 측벽의 하부측에 설치된다.
상하부 이온 주입 어셈블리(210, 220, 310, 320)는 이송 어셈블리(250)의 측벽에 형성된 슬릿들(254a, 354a, 255a, 355a)과 연결되며 슬릿들(254a, 354a, 255a, 355a)을 통해 상하부 이온 주입 어셈블리(210, 220, 310, 320)에서 형성된 이온들이 이송 어셈블리(250) 내로 주입된다. 제1 및 2 상부 이온 주입 어셈블리(210, 310) 각각은 제1 및 2 슬릿(254a, 354a)과 연결되며, 제1 및 2 하부 이온 주입 어셈블리(220, 320) 각각은 제3 및 4 슬릿(255a, 355a)과 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 외부에서 이송된 기판(10)은 로봇 아암(170)에 의해 제1 챔버(151)에 로딩된다. 로봇 아암(170)은 기판(10)을 지면에 대하여 기울어지도록 세워서 제1 챔버(151)에 공급한다.
이어서, 기판(10)은 제1 방향(F)을 따라서 제1 챔버(151) 및 제2 챔버(152)를 거쳐서 게이트 밸브(153)를 통과한 후 제1 프로세스 챔버(154)에 도달한다. 기판(10)은 제1 프로세스 챔버(154) 내에서도 제1 방향(F)으로 이송되며, 기판(10)이 이송되는 동안에 제1 이온 주입 어셈블리(110)에서 방출되는 이온이 기판(10)의 일 영역(제1 주입 영역(11))에 주입된다.
다음으로, 제1 프로세스 챔버(154)를 통과하여 이송된 기판(10)은 제3 챔버(156)를 거친 후 제2 프로세스 챔버(155)에서 이온이 주입된다. 제2 프로세스 챔버(155)에서는 기판(10)의 타 영역(제2 주입 영역(12))에 이온이 주입된다. 제2 프로세스 챔버(155) 내에서 기판(10)은 제1 방향(F)으로 이동하면서 제2 주입 영역(12)에 이온이 주입된다.
제2 프로세스 챔버(155)를 통과한 기판(10)은 반송 챔버(157)에 도달하게 된다. 반송 챔버(157)에서는 기판(10)의 이송 방향이 제1 방향(F)에서 제2 방향(B)으로 변경된다. 즉, 기판(10)은 제2 프로세스 챔버(155)에서 제1 챔버(151)을 향하여 이동하게 된다.
반송 챔버(157)에서 이송 방향이 제2 방향(B)으로 변경된 기판(10)은 제2 프로세스 챔버(155)에 도달하게 된다. 기판(10)이 제2 프로세스 챔버(155)에서 제2 방향(B)으로 이송되는 동안 제2 주입 영역(12)에 이온이 주입된다.
이어서, 기판(10)은 제3 챔버(156)를 거쳐 제1 프로세스 챔버(154)에 도달한다. 기판(10)은 제1 프로세스 챔버(154)에서 제2 방향(B)으로 이송되면서 제1 주입 영역(11)에 이온이 주입된다.
이후, 기판(10)은 제1 프로세스 챔버(154)를 통과하여 게이트 밸브(153), 제2 챔버(152), 및 제1 챔버(151)를 순차적으로 거쳐 이송되고 로봇 아암(170)에 도달한다. 로봇 아암(170)에서는 기판(10)을 외부로 송출한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 기판 110: 제1 이온 주입 어셈블리
120: 제2 이온 주입 어셈블리 130: 지지부재
150: 이송 어셈블리 151: 제1 챔버
152: 제2 챔버 153: 게이트 밸브
154: 제1 프로세스 챔버 155: 제2 프로세스 챔버
156: 제3 챔버 157: 반송 챔버
170: 로봇 아암

Claims (40)

  1. 기판 상에 이온을 주입하는 이온 주입 시스템에 있어서,
    일렬로 배치되어 상기 기판에 상기 이온을 주입하는 복수 개의 이온 주입 어셈블리; 및
    내부로 상기 기판이 이동할 수 있는 이동 통로를 제공하며, 상기 기판을 상기 이동 통로 내에서 이동시키는 이송 어셈블리;를 구비하며,
    상기 이온 주입 어셈블리들은 상기 기판의 일부 영역에 상기 이온을 주입하며,
    상기 기판은 상기 이동 통로 내의 제1 방향으로 이동하면서 상기 이온 주입 어셈블리들에 의해 상기 이온이 주입되고, 상기 기판은 상기 제1 방향으로 이동된 후에 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동하면서 상기 이온 주입 어셈블리들에 의해 상기 이온이 주입되고,
    상기 이송 어셈블리는,
    상기 이온 주입 어셈블리들 각각과 연결되고 상기 이온이 방출되어 상기 기판에 주입되는 복수 개의 프로세스 챔버;
    상기 기판의 이송 방향을 변경시키는 반송 챔버;
    상기 기판을 지지하는 홀더;
    상기 홀더가 상기 제1 방향으로 상기 챔버들 내부를 이동하도록 이동 경로를 제공하는 제1 이송 가이드; 및
    상기 홀더가 상기 제2 방향으로 상기 챔버들 내부를 이동하도록 이동 경로를 제공하는 제2 이송 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 일직선 상에 위치하지 않고 서로 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이온 주입 어셈블리와 상기 제1 방향 사이의 거리는, 상기 이온 주입 어셈블리와 상기 제2 방향 사이의 거리와 상이한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 주입되는 이온의 총량은 상기 기판이 상기 제1 방향으로 이동하면서 주입되는 상기 이온의 제1 주입량과 상기 제2 방향으로 이동하면서 주입되는 상기 이온의 제2 주입량의 합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판이 상기 제1 주입량과 상기 제2 주입량은 동일한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반송 챔버는 상기 제1 이송 가이드로 이송된 상기 홀더를 상기 제2 이송 가이드로 이동시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이송 가이드는 상기 홀더를 상기 제1 챔버에서 상기 반송 챔버로 이송시키며, 상기 제2 이송 가이드는 상기 홀더를 상기 반송 챔버에서 상기 제1 챔버로 이송시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이송 어셈블리는 상기 기판이 상기 이동 어셈블리 내로 최초로 로딩되며, 상기 이동 어셈블리 외부로 언로딩되는 제1 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에서 배치되며, 상기 제1 기판으로부터 상기 기판이 이송되면 그 내부를 진공으로 유지하는 제2 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이송 어셈블리에 상기 기판을 공급하거나, 상기 이송 어셈블리로부터 상기 기판을 공급받는 로봇 아암을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 이온 주입 어셈블리들이 상기 이송 어셈블리에 연결된 측면을 향하여 상기 기판을 상기 이송 어셈블리에 투입하거나 상기 이송 어셈블리에서 반출하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 이온 주입 어셈블리들이 상기 이송 어셈블리에 연결된 측면에 대향하는 면을 향하여 상기 기판을 상기 이송 어셈블리에 투입하거나 상기 이송 어셈블리에서 반출하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 기판이 지면에 대하여 예각을 갖도록 상기 기판을 기우려 상기 이송 어셈블리에 투입하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이동 어셈블리 내에 배치되어 상기 이온 주입 어셈블리에서 방출되는 이온의 양을 측정하는 패러데이부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버들의 일측면에는 상기 이온 주입 어셈블리들로부터 각각 이온이 유입되는 슬릿들이 형성되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리는 제1 이온 주입 어셈블리와 제2 이온 주입 어셈블리로 이루어지며,
    상기 복수 개의 프로세스 챔버는 제1 프로세스 챔버와 제2 프로세스 챔버로 이루어지며,
    상기 제1 이온 주입 어셈블리는 상기 제1 프로세스 챔버와 연결되어 상기 제1 프로세스 챔버 내로 상기 이온을 방출하며,
    상기 제2 이온 주입 어셈블리는 상기 제2 프로세스 챔버와 연결되어 상기 제2 프로세스 챔버 내로 상기 이온을 방출하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 하부측으로 이온을 조사하며, 상기 제2 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 상부측으로 이온을 조사하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 제1 프로세스 챔버에서 상기 제2 프로세스 챔버를 향하는 방향이며, 상기 제2 방향은 상기 제2 프로세스 챔버에서 상기 제1 프로세스 챔버를 향하는 방향인 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1 방향으로 이송되면서 상기 제1 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 하부측에 이온이 주입되고 상기 제2 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 상부측에 이온이 주입되며, 상기 제2 방향으로 이송되면서 상기 제2 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 상부측에 이온이 주입되고 상기 제1 이온 주입 어셈블리에 의해 상기 기판의 하부측에 이온이 주입되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 프로세스 챔버는 상기 제1 이온 주입 어셈블리와 연결되며 상기 제1 이온 주입 어셈블리에서 생성된 상기 이온이 통과하는 제1 슬릿을 구비하며,
    상기 제2 프로세스 챔버는 상기 제2 이온 주입 어셈블리와 연결되며 상기 제2 이온 주입 어셈블리에서 생성된 상기 이온이 통과하는 제2 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 슬릿은 상기 기판의 하부측에 대응되도록 형성되며, 상기 제2 슬릿은 상기 기판의 상부측에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 제1, 2 이온 주입 어셈블리 각각은,
    외부로부터 공급받은 기체를 이온화시켜 이온을 발생시키는 이온 공급부;
    상기 이온을 질량에 따라 분리하는 질량 분석부; 및
    상기 질량 분석부로부터 분리된 상기 이온을 가속시키는 이온 빔 편향부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이온 주입 어셈블리와 상기 제2 이온 주입 어셈블리는 상기 이온이 방출되는 방향에 대하여 서로 대칭이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 이온 주입 어셈블리들의 개수와 동일한 개수의 주입 영역으로 구획되며, 상기 주입 영역들 각각은 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들 각각에 대응되어 상기 이온이 주입되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 주입 영역들은 상기 이온 주입 어셈블리들의 배열 방향과 수직한 방향으로 상기 기판의 하부에서 상부로 구획된 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 기판이 이동하면서 상기 기판의 최하단부에 구획된 상기 주입 영역부터 상기 기판의 최상단부에 구획된 상기 주입 영역까지, 또는 상기 기판이 이동하면서 상기 기판의 최상단부에 구획된 상기 주입 영역부터 상기 기판의 최하단부에 구획된 상기 주입 영역까지 순차적으로 상기 이온이 주입되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 서로 다른 높이로 상기 이송 어셈블리 내에 상기 이온을 방출하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 그들 각각이 상기 기판의 주입 영역 들 각각에 대응되도록 높이를 달리하여 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 이온 주입 어셈블리들의 높이를 상이하게 유지하기 위해 상기 이온 주입 어셈블리들의 하부에 높이가 상이한 지지부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 지지부재들의 높이 차이에 의해서 상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들 각각에서 방출되는 이온빔의 높이가 상이한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 지지부재들은 상기 기판의 이송 방향에 따라 높이가 가장 작은 상기 지지부재에서 높이가 가장 큰 상기 지지부재가 순차적으로 배열되거나, 상기 기판의 이송 방향에 따라 높이가 가장 큰 상기 지지부재에서 높이가 가장 작은 상기 지지부재가 순차적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 이웃하는 상기 이온 주입 어셈블리들과 서로 엇갈리게 배열되는 이온 주입 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 복수 개의 이온 주입 어셈블리들은 복수 개의 상부 이온 주입 어셈블리와 복수 개의 하부 이온 주입 어셈블리로 이루어지며, 상기 상부 이온 주입 어셈블리와 상기 하부 이온 주입 어셈블리는 서로 이웃하면서 서로 엇갈리게 배열되고, 상기 상부 이온 주입 어셈블리가 상기 하부 이온 주입 어셈블리보다 높게 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 상부 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 상부측에 이온을 주입하며, 상기 하부 이온 주입 어셈블리는 상기 기판의 하부측에 이온을 주입하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  35. 기판이 제1 방향으로 이동하는 단계;
    상기 기판이 상기 제1 방향으로 이동하면서 상기 기판의 일 영역에 이온이 주입되는 단계;
    상기 기판이 상기 제1 방향으로 이동하면서 상기 기판의 타 영역에 이온이 주입되는 단계;
    상기 기판의 이송 방향을 상기 제1 방향에서 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 변경하는 단계;
    상기 기판이 상기 제2 방향으로 이동하면서 상기 기판의 상기 타 영역에 상기 이온이 주입되는 단계; 및
    상기 기판이 상기 제2 방향으로 이동하면서 상기 기판의 상기 일 영역에 상기 이온이 주입되는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 기판의 이송 경로가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 기판은 이송 어셈블리 내에서 이동하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 이송 어셈블리는 일렬로 배치된 제1 프로세스 챔버, 제2 프로세스 챔버 및 반송 챔버로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 기판이 상기 제1 프로세스 챔버를 통과하는 동안 상기 기판의 일 영역에 상기 이온이 주입되며,
    상기 기판이 상기 제2 프로세스 챔버를 통과하는 동안 상기 기판의 타 영역에 상기 이온이 주입되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 기판의 일 영역은 상기 기판의 하부에 위치하며, 상기 기판의 타 영역은 상기 기판의 상부에 위치하는 것을 특징으로 이온 주입 방법.
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