KR101149826B1 - 반도체 제조장비의 소스 헤드 - Google Patents

반도체 제조장비의 소스 헤드 Download PDF

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KR101149826B1
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장진형
최환혁
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(주)제이씨이노텍
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 소스 헤드에 관한 것이다.
본 발명은 소스 헤드의 구성부품을 대폭 줄이는 동시에 전체적인 구조의 단순화를 도모하는 한편, 구성부품의 대부분을 소스 헤드 본체의 내부 빈 공간을 활용하여 이곳에 모두 수용한 새로운 형태의 소스 헤드 어셈블리를 구현함으로써, 부품수 축소 및 구조 단순화를 통해 비용을 절감할 수 있는 동시에 파트 관리를 용이하게 할 수 있고, 부품 내장 타입의 채택으로 인한 파트의 오염을 최소화할 수 있는 반도체 제조장비의 소스 헤드를 제공한다.

Description

반도체 제조장비의 소스 헤드{Source head for semiconductor production}
본 발명은 반도체 제조장비의 소스 헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 소스 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼를 가공하는 공정에서는 웨이퍼의 표면에 회로 패턴을 형성하기 위해 박막, 사진, 식각 및 확산 등의 공정이 반복적으로 수행되며, 반도체 재료에서의 가장 중요한 특성 중의 하나인 전기 전도율은 불순물을 첨가하여 조절한다.
이렇게 반도체에 불순물을 첨가하는 방법에는 확산(Diffusion)에 의한 방법과 이온을 주입하는 방법이 있다.
그 중 이온주입방법은 도핑(Dopping)시키고자 하는 불순물 물질을 이온화시킨 후에 가속시킴으로서, 높은 운동 에너지의 불순물 원자를 웨이퍼 표면에 강제 주입시키는 기술이다.
보통 웨이퍼 표면에 불순물을 주입하는 공정인 이온주입공정(Ion implantation)은 순수 반도체 기판(예를 들면, Si 기판)에 붕소, 알루미늄, 인듐과 같은 p형 불순물과 안티몬, 인, 비소와 같은 n형 불순물 등을 플라즈마 이온빔 상태로 만든 후, 반도체 결정 속에 침투시켜 필요한 전도형 및 비저항의 소자를 얻는 공정이다.
이러한 이온주입공정은 기판에 주입되는 불순물의 농도를 용이하게 조절할 수 있고, 원하는 이온, 원하는 이온량, 원하는 깊이만큼 기판의 이온을 주입할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 이온주입공정에 사용되는 이온주입장치는 이온을 생성하는 이온 소스 헤드(Ion source head), 생성된 이온을 분류하는 이온 분석부(Ion analyzer), 분류된 이온의 주사 방향을 유도하는 이온 주사부(Beam gate), 주사된 이온이 웨이퍼 표면에 주입되는 이온 주입부(Target) 및 각 부분의 기계적 동작을 보조하는 보조 설비(Utility) 등을 포함한 구성을 갖는다.
그리고, 상기 이온 소스 헤드는 필라멘트가 설치된 아크 챔버(Arc chamber)와, 아크 챔버의 내부를 고 진공상태로 유지시키는 진공 펌프 등을 포함하는 구조로 이루어지며, 이러한 이온 소스 헤드부에는 아크 챔버 내부로 가스 및 고주파 전원이 공급되어 이온이 생성되는 공정이 수행된다.
즉, 고 진공상태에서 아크 챔버에 있는 필라멘트에 전류를 흘려줌으로써 가열된 필라멘트에서 열전자가 방출되고, 이때의 열전자가 아크 챔버 내부에 공급된 소스인 기체와 충돌하게 됨으로써 기체원자가 최외곽 전자를 잃게 되어 이온화가 되는 한편, 이렇게 이온화된 이온 빔은 이온 분석기를 통과하여 불순물 이온이 제거된 다음, 일정 에너지를 갖도록 가속되어 목표 물질에 주사되는 공정이 수행된다.
상기 이온주입공정에서 원하는 이온을 생성시켜주는 첫 단계가 바로 소스 헤드에서부터 시작되며, 이온화가 이루어질 때 필라멘트 전원부, 캐소드 전원부 및 리펠러 전원부의 연결시 각각의 전원부의 절연을 만들기 위해 세라믹 소재의 인슐레이터를 사용하게 된다.
종전의 소스 헤드는 구성 부품들이 많이 함축되어 있어 교체할 부품 및 세정하고 조립하는데 있어 많은 문제점을 안고 있는 실정이며, 절연이 파괴되거나, 이온화 생성시 발생되는 추출 이온들의 에너지 이탈 및 주변으로 퍼져나갈 때 주변 오염으로 쌓이게 되는데, 이는 주변 구성품들의 오염으로 인한 절연 및 리키지 문제를 야기시키는 주 원인이 된다.
종전의 소스 헤드가 안고 있는 문제점들을 간추려 보면 다음과 같다.
첫째, 각종 클램프류 및 세라믹, 쉴드캡 등 불필요한 파트 구성이 많은 단점이 있다.
둘째, 파워 콘텍트 포인트가 많아 불합리한 단점이 있다.
셋째, 파트 구성의 분해 및 조립이 용이하지 않고, 라인별 파트 통일화 및 표준화 작업에 어려움이 있다.
넷째, 파트 구성이 외부로 노출되어 있어 빔에 의한 오염이 심한 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 소스 헤드의 구성부품을 대폭 줄이는 동시에 전체적인 구조의 단순화를 도모하는 한편, 구성부품의 대부분을 소스 헤드 본체의 내부 빈 공간을 활용하여 이곳에 모두 수용한 새로운 형태의 소스 헤드 어셈블리를 구현함으로써, 부품수 축소 및 구조 단순화를 통해 비용을 절감할 수 있는 동시에 파트 관리를 용이하게 할 수 있고, 부품 내장 타입의 채택으로 인한 파트의 오염을 최소화할 수 있는 반도체 제조장비의 소스 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 반도체 제조장비의 소스 헤드는 다음과 같은 구조를 갖는다.
상기 소스 헤드는 내부에 공간을 가지는 수직의 관 부재로 이루어진 헤드 본체와, 상기 헤드 본체의 상부에 지지되며 내부에서 서로 마주보며 위치되는 필라멘트와 리펠러를 가지는 아크 챔버와, 상기 아크 챔버의 하단과 헤드 본체의 상단 사이에 위치되는 동시에 필라멘트측과 리펠러측에 각각 배속되는 필라멘트 인슐레이터 및 리펠러 인슐레이터에 의해 각각 지지되면서 필라멘트와 리펠러를 잡아주는 필라멘트 클램프 및 리펠러 클램프와, 상기 헤드 본체의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되며 그 상단부는 클램프측과 접속되어 있는 접속핀에 연결되는 제1피드스루 및 제2피드스루와, 상기 헤드 본체의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되며 그 상단부는 아크 챔버의 내부에 연통되는 가스공급관 등을 포함하는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 헤드 본체의 경우, 고체가스 히팅을 위한 베이퍼라이저 어셈블리가 설치되었던 기존의 관 부재를 그대로 활용하여 구성하는 것이 바람직하다.
즉, 종전에는 고체가스를 사용하기 위해 적용되었던 소스 헤드 중앙 부위에 고체가스를 히팅시켜주는 베이퍼라이저 어셈블리가 설치되기 위한 홀 및 공간이 있던 상태였는데, 현재 고체가스의 문제 및 고가의 가스로 인한 시장성에서 서서히 사라지면서 현재까지도 베이퍼라이저는 사용하지 않은 지가 오래된 실정이다.
이에 따라, 소스 헤드 중앙 부위의 빈 공간으로 남아있던 공간을 본 발명에서는 외부 구성품들의 오염을 차단하기 위해 모든 구성파트들을 이 빈공간에 함축적으로 축소 개선하여 설치함으로써, 구조 단순화는 물론 오염 방지에 탁월한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 제공하는 반도체 제조장비의 소스 헤드는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 소스 헤드를 구성하는 부품들을 2개의 유니트 단위로 크게 분류시킴으로써, 운영자가 용이하게 관리할 수 있고, 구성 파트들의 축소를 통한 파트 관리 및 코스트 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.
예를 들면, 각종 클램프류 및 세라믹, 쉴드캡 등이 제거됨으로써, 코스트를 절감할 수 있다.
또, 캐소드 및 리펠러 콘택트 포인트를 1 포인트로 하여 연결함으로써, 파워 콘택트 포인트를 합리적으로 구성할 수 있다.
또, 파트를 2단계 유니트로 구성하여 누구나 쉽게 분해 및 조립할 수 있다.
또, 각 라인별 파트 발주 관리 편리성 및 발주 코드 관리가 용이하다.
둘째, 이온의 생성시 발생되는 빔 오염원을 소스 헤드 본체의 내부, 즉 종전의 베이퍼라이저 어셈블리 설치를 위한 공간부 안에 배치함으로써, 파트 오염 및 전원부 절연에 필요한 절연 파트를 없앨 수 있고, 전원 공급의 중간 중간의 매체로 인한 접촉저항을 없앰과 동시에 전원 공급의 일체형을 통한 원활한 설비 운용에 있어 라이프 타임 향상을 도모할 수 있다.
예를 들면, 파트의 구성을 내부로 배치하여 라이프 타임을 극대화할 수 있으며, 특히 파워 피드스루(Power feedthru)를 내부로 구성함으로써, 빔 디포(Beam depo)로 인한 오염을 최소화할 수 있고, 파워 리키지 커런트를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 정면 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 배면 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 저면 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 단면 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 헤드 본체와 아크 챔버를 제외한 나머지 부품들을 나타내는 사시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 이온생성 상황을 보여주는 단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 정면 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드 내부 구조를 보여주는 분리 사시도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드의 내부 구성만을 보여주는 사시도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드의 구성중 도전바와 클램프 간의 연결 관계를 나타내는 분리 사시도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드의 구성중 안내절연체 구조를 보여주는 사시도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 단면도,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드의 동작을 설명하는 단면도,
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드 구성중 클램프와 도전바 간의 결합 구조를 설명하는 사시도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 소스 헤드는 반도체 이온 주입장치의 핵심으로 이온을 발생시켜주는 원천이 되는 어셈블리로서, 소스 헤드 어셈블리에 사용되는 구성품 및 파트 간소화를 통한 사용상의 빔 오염으로 인한 절연 파괴 및 세정상의 어려움을 최소화하여 아크 챔버 및 소스 헤드 주변에 조립되어 있는 모든 파트들을 종전의 베이퍼라이저 사용 부위 안으로 함축적으로 조립시킴으로써, 오염원을 제거함과 동시에 소스 헤드 구성품의 유니트 단위로 두 분류로 조립 및 분해할 수 있는 형태로 이루어진다.
즉, 전원공급을 위한 피드스루를 비롯하여 가스 공급을 위한 가스공급관 등을 헤드 본체내에 조립하여, 외부에 존재할 때 오염되던 것을 해소함과 동시에 헤드 본체의 상단부에 소스 헤드 구성품을 유니트 단위로 조립 및 분해할 수 있는 형태로 이루어진다.
이를 위하여, 내부에 공간을 가지는 수직의 관 부재로 이루어진 헤드 본체(10)가 마련되고, 이때의 헤드 본체(10)는 고체가스 히팅을 위한 베이퍼라이저 어셈블리가 설치되었던 기존의 관 부재를 그대로 활용하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기 헤드 본체(10)의 상부에는 이온빔이 만들어지는 공간을 제공하는 아크 챔버(13)가 배치되며, 상기 아크 챔버(13)는 양쪽의 지지대(32)에 의해 받쳐지는 구조로 설치된다.
이에 따라, 상기 헤드 본체(10)와 아크 챔버(13)의 사이에는 소정의 공간이 조성될 수 있게 되고, 이렇게 만들어진 공간 내에 후술하는 인슐레이터 등과 같은 파트들이 설치될 수 있게 된다.
상기 아크 챔버(13)는 바닥면에 가스유입홀이 마련된 사각의 케이스 형태로 이루어지고, 내부에는 열전자를 방출하는 캐소드로서의 필라멘트(11)가 한쪽에 설치되는 동시에 맞은편으로는 캐소드의 엔드캡(23)을 통해 방출된 열전자를 반사시켜 챔버 가운데로 모아주는 역할을 하는 리펠러(12)가 설치된다.
특히, 상기 필라멘트(11)을 내부에 수용하는 엔드캡(23)의 경우, 별도의 부재에 의해 지지되는 구조를 갖게 된다.
예를 들면, 후술하는 필라멘트 인슐레이터(14)에는 플레이트 형태의 필라멘트 마운팅(24)이 하단 지지되는 구조로 수직 설치되고, 이렇게 설치되는 필라멘트 마운팅(24)의 상단부에 엔드캡(23)이 관통되는 구조로 설치된다.
이에 따라, 캐소드 설치시 분리작업을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 필라멘트(11)와 리펠러(12)는 후술하는 각각의 클램프에 의해 지지되는 구조로 설치된다.
그리고, 상기 아크 챔버(13)의 상부는 어퍼츄어(31)에 의해 마감되며, 이때의 어퍼츄어(31)는 상면 4곳에 있는 클램핑 홈을 통해 보통의 클램프 수단에 의해 고정될 수 있게 된다.
특히, 상기 아크 챔버(13)는 바닥부재와 4면의 벽체가 일체를 이루는 일체형 구조로 이루어지며, 이에 따라 파트 흔들림이나 빔 플러그 발생을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 어퍼츄어(31)의 경우에도 원 바디 어퍼츄어(One body aperture) 타입으로 이루어짐으로써, 종전 3피스 타입의 어퍼츄어에 비해 분해 및 조립시 작업성을 높일 수 있는 이점을 얻을 수 있게 된다.
상기 필라멘트(11)와 리펠러(12)를 지지하는 수단으로 필라멘트 클램프(16)와 리펠러 클램프(17)가 각각 마련된다.
여기서, 상기 클램프는 전원 공급 전달 매개체 역할을 하는 수단으로서, 전원 공급시 접촉부위를 최소화시켜 공급 전달의 용이성을 향상시킬 수 있고, 불필요한 길이 연장을 최단으로 줄여서 원가 절감효과를 기대할 수 있는 형태 및 설치구조를 가질 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 아크 챔버(13)의 하단과 헤드 본체(10)의 상단 사이에 조성되어 있는 공간에는 필라멘트(11)의 아래쪽으로 필라멘트 인슐레이터(14)가 설치되는 동시에 리펠러(12)의 아래쪽으로 리펠러 인슐레이터(15)가 설치된다.
그리고, 상기 필라멘트 인슐레이터(14)의 바깥쪽 단부와 리펠러 인슐레이터(15)의 바깥쪽 단부에는 수직자세의 필라멘트 클램프(16)와 리펠러 클램프(17)의 각 하단부가 각각 밀착되는 동시에 이것들(14와 16, 15와 17)이 볼트에 의해 함께 체결되므로서, 상기 필라멘트 클램프(16)와 리펠러 클램프(17)가 세워진 상태로 지지될 수 있게 되며, 이렇게 지지되는 필라멘트 클램프(16)와 리펠러 클램프(17)의 각 상단부에 필라멘트(11)와 리펠러(12)가 각각 고정될 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 상기 필라멘트 클램프(16)와 리펠러 클램프(17)가 필라멘트 인슐레이터(14)와 리펠러 인슐레이터(15)를 통해 설치되는 구조를 구현함으로써, 종전과 같이 클램프 지지를 위한 여러 파트들을 삭제할 수 있고, 또 전체적인 길이를 줄일 수 있는 이점을 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 필라멘트 클램프(16)측에 전원을 공급하기 위한 매개체로서 접속핀(18)이 마련되며, 이때의 접속핀(18)은 필라멘트 클램프(16)와 필라멘트 인슐레이터(14)에 동시에 관통 체결되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 접속핀(18)의 후단부는 인슐레이터의 후면쪽으로 일정길이 돌출된 상태가 되며, 이곳에 후술하는 피드스루가 연결되므로서, 피드스루를 통해 공급되는 전원이 접속핀(18)을 통해 클램프측으로 제공될 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 접속핀(18)을 이용하여 클램프측과 피드스루측 간의 파워 컨텍트 포인트를 1 포인트로 연결함으로써, 파워 컨텍트 포인트를 합리적으로 구현할 수 있는 이점을 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 필라멘트 인슐레이터(14)의 경우에는 이온 생성시 캐소드쪽의 빈 틈새 및 이온들의 스퍼터링되는 오염원에 의해 오염될 수 있는데, 이를 방지하기 위하여, 즉 필라멘트 인슐레이터(14)를 오염원으로부터 보호하고, 또 절연유지를 위한 수단으로 인슐레이터 커버(25)가 마련된다.
이때의 인슐레이터 커버(25)는 필라멘트 인슐레이터(14)에 있는 홈부(27)를 통해 슬라이드 방식으로 설치될 수 있게 되고, 이렇게 설치되는 인슐레이터 커버(25)가 캐소드측과 가까운 필라멘트 인슐레이터(14)의 상부를 커버하게 되므로, 이온에 의한 오염 방지 및 절연 유지가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 리펠러와 캐소드 간의 전원공급를 위한 수단으로 외부 연결방식의 슬리브를 제공한다.
예를 들면, 상기 필라멘트 인슐레이터(14)와 리펠러 클램프(17) 사이에는 리펠러와 캐소드 간의 전원공급을 위한 캐소드 슬리브(26)가 외부로 연결 설치되며, 이때의 캐소드 슬리브(26)는 양단을 통해 필라멘트 인슐레이터(14)의 하단과 리펠러 클램프(17)의 하단에 각각 형성되어 있는 슬리브 체결홈(28)에 체결되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
보다 상세하게는, 상기 캐소드 슬리브(26)의 일단부는 필라멘트 인슐레이터(14)에 형성된 슬리브 체결홈(28)에 체결되는 동시에 그 내부의 접속핀(18)에 도전 가능하게 연결되고, 캐소드 슬리브(26)의 타단부는 리펠러 클램프(17)에 형성된 슬리브 체결홈(28)에 도전 가능하게 연결된다.
따라서, (+)전원의 제1피드스루(20a)와 (-)전원의 제2피드스루(20b)로 이루어진 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)에서 공급되는 전원이 필라멘트 인슐레이터(14)내의 접속핀(18), 필라멘트 클램프(16), 캐소드로서의 필라멘트(11)로 공급되고, 이와 동시에 리펠러 전원공급용 피드스루(19)에서 공급되는 전원이 리펠러 클램프(17)를 경유하여 리펠러(12)로 공급되는 동시에 접속핀(18)과 연결된 캐소드 슬리드(26)를 경유하여 엔드캡(23)으로 공급된다.
한편, 본 발명에서는 전원 공급을 위한 수단과 가스 공급을 위한 수단을 헤드 본체(10)의 내부에 설치한 구조를 채택함으로써, 파트 오염 방지는 물론 불필요한 절연 파트를 삭제할 수 있는 등의 이점을 얻을 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 헤드 본체(10)의 내부에는 리펠러측의 리펠러 인슐레이터(15)를 받쳐주면서 리펠러측에 전원을 공급하는 리펠러 전원공급용 피드스루(19)와, 상기 필라멘트측 전원 공급을 위한 수단으로서, 제1 및 제2피드스루(20a,20b)로 이루어진 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)가 상하로 배열되는 바, 이때의 리펠러 전원공급용 피드스루(19)과 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)는 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되면서 헤드 본체(10) 공간의 하부를 마감하는 커버(29)에 그 하단부가 결합되어 지지되는 구조로 설치된다.
즉, 상기 헤드 본체(10)의 저부에는 필라멘트 전원공급용 피드스루(20) 및 리펠러 전원공급용 피드스루(19)를 비롯하여 가스공급관(21)을 헤드 본체(10)의 내부로 안내하는 커버(29)가 장착된다.
이렇게 설치되는 필라멘트 전원공급용 피드스루(20) 및 리펠러 전원공급용 피드스루(19)의 상단부는 인슐레이터의 내부를 관통하면서 클램프측과 접속되어 있는 접속핀(18)의 후단에 연결된다.
특히, 상기 필라멘트 전원공급용 피드스루(20) 및 리펠러 전원공급용 피드스루(19)의 하단부는 커버(29)를 관통하여 배열되어 전원공급수단(미도시됨)과 연결되는 소켓으로 형성된다.
이때, 상기 각 피드스루(19, 20)를 고온으로부터 보호하기 위하여, 피드스루(19,20)와 접속핀(18) 간의 연결부위에는 보호캡(22)이 장착된다.
이에 따라, 아크 챔버(13) 내에서 발생되는 고온으로 인한 피드스루가 열화되거나 산화되는 것을 방지할 수 있게 되며, 이러한 보호캡(22)은 그라파이트 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 아크 챔버(13)의 내부로 가스를 공급하기 위한 수단으로 가스공급관(21)이 마련되고, 이때의 가스공급관(21)은 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되면서 헤드 본체 공간의 하부를 마감하는 커버(29)에 그 하단부가 결합되어 지지되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 가스공급관(21)의 상단부는 아크 챔버(13)측에 결합되어 있는 연결블럭(30)을 통해 아크 챔버(13)의 내부와 연통되고, 이에 따라 아크 챔버(13)의 내부로 반응가스를 주입할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 소스 헤드의 전체 파트를 3단계 유니트로 구성하여 누구나 파트 조립 및 분해를 용이하게 할 수 있는 이점을 제공한다.
이를 위하여, 소스 헤드는 아크 챔버(13)가 속해 있는 제1유니트와, 인슐레이터 등이 속해 있는 제2유니트와, 가스공급관(21) 및 피드스루 어셈블리가 속해 있는 제3유니트를 조합한 구조로 이루어진다.
이에 따라, 소스 헤드를 분해하거나 조립할 때, 각 유니트별로 취급이 가능하므로 작업을 용이하게 수행할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
따라서, 이와 같이 구성되는 소스 헤드의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 이온생성 상황을 보여주는 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 소스 헤드의 아크 챔버(13)는 반응가스(소스가스)와 필라멘트에서 방출되는 열전자를 강제 충돌시켜 중성상태의 반응가스에서 전자를 떼어내어 양이온을 생성시키는 공간을 제공한다.
즉, 아크 챔버(13) 내에 주입되는 반응가스와 필라멘트에서 방사되는 열전자의 충돌로 생긴 이온화 가스가 반도체 기판에 주입되어 반도체 기판에 이온 영역을 형성시키는 역할을 하게 된다.
따라서, 가스공급관(21)을 통해 아크 챔버(13)의 내부로 소스가스가 주입되면, 주입된 소스가스는 캐소드의 필라멘트(11)에서 방출되어 리펠러(12) 방향으로 빠르게 이동하는 열전자 및 리펠러(12)에 의해 반사되는 열전자와 충돌되어 이온화되고, 이온화된 후에는 빔 형태로 되어 어퍼츄어(31)의 슬릿을 통해 외부로 토출되므로서, 반도체 기판에 이온 영역을 형성시키게 된다.
여기서, 첨부한 도 7 내지 도 14를 참조로 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에 대한 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 소스 헤드는 상기한 일 실시예에 비하여 보다 간단하면서 단순한 구성으로 제작된 점, 특히 필라멘트 클램프와 리펠러 클램프 간의 도전 상태가 여러개의 도전바를 이용하여 원할하게 구성된 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 헤드 본체(10)내에 필라멘트측 전원 공급을 위한 수단으로서 제1 및 제2피드스루(20a,20b)로 이루어진 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)가 상하로 수직 배열되고, 리펠러측 전원 공급을 위한 수단으로서 리펠러 전원공급용 피드스루(19)가 수직 배열되며, 또한 도전바를 받쳐주기 위한 지지봉(19a)과 가스공급관(21)이 수직으로 배열된 상태에서, 헤드 본체(10)와 아크 챔버(13)의 사이 공간에 여러개의 도전바가 수평 배열되면서 필러멘트 클램프(16)와 리펠러 클램프(17) 간에 도전 가능하게 연결된다.
이때, 상기 헤드 본체(10)의 저부에는 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)및 리펠러 전원공급용 피드스루(19)를 비롯하여 가스공급관(21) 및 지지봉(19a)을 헤드 본체(10)의 내부로 안내하는 커버(29)가 장착되고, 커버(29)를 관통하여 돌출된 필라멘트 전원공급용 피드스루(20) 및 리펠러 전원공급용 피드스루(19)의 하단에는 실질적인 전원공급수단과 연결되는 소켓이 장착된다.
특히, 상기 도전바의 구성을 보면, 상기 제1피드스루(20a)의 상단과 연결블럭(40)을 매개로 볼트 조립되는 제1도전바(41)와, 제2피드스루(20b)의 상단과 연결블럭(40)을 매개로 볼트 조립되는 제2도전바(42)와, 상기 리펠러 전원공급용 피드스루(19)의 상단과 연결블럭(40)을 매개로 볼트 조립되는 동시에 지지봉(19a)과 연결부재(44)를 매개로 조립되어 제1도전바(42)와 제2도전바(42) 사이에 수평 배열되는 길다란 제3도전바(43)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제1도전바(41)의 외측단에는 제1필라멘트 클램프(16a)가 볼트 조립되고, 제2도전바(42)의 외측단에는 제2필라멘트 클램프(16b)가 볼트 또는 스크류에 의하여 조립되는 바, 첨부한 도 14에서 보는 바와 같이 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b)의 하단 내면에 형성된 단차부(48)가 도전바(41,42)의 외측단부에 형성된 돌출부(49)와 치합되는 상태가 되도록 함으로써, 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b)의 체결력이 떨어짐에 따른 좌우 흔들림(미세한 각회전 등)을 용이하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 제3도전바(43)는 후술하는 바와 같이 일 실시예의 구성중 리펠러와 캐소드로서의 필라멘트 간의 전원공급를 위한 캐소드 슬리브(26)와 동일한 역할을 하는 것이다.
즉, 상기한 일 실시예에서는 리펠러와 캐소드로서의 필라멘트 간의 전원공급를 위한 수단으로 외부 연결방식의 캐소드 슬리브(26)를 사용하였지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 내부 연결 방식으로 채택되는 제3도전바(43)를 사용하게 된다.
이에, 상기 제3도전바(43)의 일측단은 엔드캡 클램프(16c)의 하단에 도전 가능하게 볼트 조립되고, 제3도전바(43)의 타측단은 리펠러 클램프(17)의 하단에 도전 가능하게 볼트 조립되며, 제3도전바(43)의 중앙 일측에는 가스공급관(21)이 아크챔버(13)쪽으로 연결될 때 통과되도록 한 경로로서 절개부(55)가 형성된다.
마찬가지로, 리펠러 클램프(17)의 하단 내면에도 단차부(48)를 형성하여, 제3도전바(43)의 외측단부에 형성된 돌출부(49)와 치합되는 상태가 되도록 함으로써, 리펠러 클램프(17)의 체결력이 떨어짐에 따른 좌우 흔들림(미세한 각회전 등)을 용이하게 방지할 수 있다.
한편, 상기 제2지지봉(19b)과 제3도전바(43)의 저면이 연결부재(44)로 연결됨으로써, 제3도전바(43)가 연결부재(44)에 의하여 지지 고정되는 상태가 되어, 제3도전바(43)의 안정적인 수평배열 상태를 더욱 도모할 수 있게 된다.
상기 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b)의 상단에는 필라멘트(11)의 양단부가 각각 고정되고, 엔드캡 클램프(16c)의 상단에는 엔드캡(23)이 일체로 고정되며, 이때 필라멘트(11)의 중간부분은 굴곡 형상으로 구비되어 엔드캡의 내부로 인입되어 접촉되는 상태가 된다.
또한, 상기 리펠러 클램프(17)의 상단에는 리펠러(12)가 일체로 연결된다.
따라서, 상기 엔드캡 클램프(16c)의 상단에 고정된 엔드캡(23)과 상기 리펠러 클램프(17)의 상단에 고정된 리펠러(12)가 아크 챔버(13)의 양측 내부에 배치되는 상태가 된다.
이때, 상기 아크챔버(13)의 저면에는 역 U자 형태로 절곡된 한 쌍의 지지프레임(45)이 일체로 조립되고, 하나의 지지프레임(45)은 제1 및 제2도전바(41,42)를 비롯하여 제3도전바(43)의 상면을 덮어주며 안착되고, 다른 하나의 지지프레임(45)은 제3도전바(43)의 상면을 덮어주며 안착되는 상태가 된다.
한편, 상기 헤드 본체(10)의 내경부에는 아치형의 제1안내절연체(46)와 제2안내절연체가 서로 마주보며 배치되는데, 제1안내절연체(46)의 내면(직선면)에는 3개의 안내홈(51,52,53)이 형성되고, 제2안내절연체(47)의 내면(직선면)에는 1개의 안내홈(54)이 형성된다.
이에, 상기 제1안내절연체(46)의 각 안내홈(51,52,53)에는 각각 제1피드스루(20a)와, 지지봉(19a)과 연결된 연결부재(44)와, 제2피드스루(20b)가 각각 삽입됨으로써, 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)인 제1피드스루(20a)와 제2피드스루(20b)간의 절연이 이루어질 수 있고, 또한 제1피드스루(20a)와, 지지봉(19a)과 연결된 연결부재(44)와, 제2피드스루(20b)가 보다 견고한 상태로 고정될 수 있다.
또한, 상기 제2안내절연체(47)의 안내홈(54)에는 리펠러 전원공급용 피드스루(19)가 삽입되어, 리펠러 전원공급용 피드스루(19)의 상하 수직배열 상태가 보다 견고한 상태로 유지될 수 있다.
여기서 상기한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에 대한 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 전원공급수단(미도시됨)과 연결되는 필라멘트 전원공급용 피드스루(20) 즉, (+) 전원의 제1피드스루(20a)와 (-)전원의 제2피드스루(20b)를 통하여 제1도전바(41) 및 제2도전바(42)에 전류가 흐르게 되면, 이와 동시에 전류가 제1도전바(41)의 외측단에 연결된 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2도전바(42)의 외측단에 연결된 제2필라멘트 클램프(16b)를 경유하여 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b)의 상단에 고정된 필라멘트(11)에 공급된다.
이때, 리펠러 전원공급용 피드스루(19)를 통하여 제3도전바(43)로 전류가 흐르게 되면, 전류가 제3도전바(43)의 타측단과 연결된 리펠러 클램프(17)를 경유하여 리펠러(12)로 공급되고, 이와 동시에 리펠러 전원공급용 피드스루(19)를 통하여 제3도전바(43)로 흐르는 전류가 제3도전바(43)의 일측단과 연결된 엔드캡 클램프(16c)를 통하여 엔드캡(23)으로 공급된다.
이에, 필라멘트(11)에서 방사되는 열전자가 엔드캡(23)을 통하여 아크챔버(13)내로 발산되고, 이와 함께 리펠러(12)는 열전자를 반사시키는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 소스 헤드의 아크 챔버(13)내에는 가스공급관(21)으로부터 공급되는 반응가스가 채워지게 된다.
따라서, 필라멘트(11)에서 방사되는 열전자가 엔드캡(23)을 통하여 아크챔버(13)내로 발산되면, 열전자가 반응가스(소스가스)와 강제 충돌하여 중성상태의 반응가스에서 전자를 떼어내어 양이온을 생성시키게 된다.
즉, 가스공급관(21)을 통해 아크 챔버(13)의 내부로 소스가스가 주입되면, 주입된 소스가스는 캐소드의 필라멘트(11)에서 방출되어 리펠러(12) 방향으로 빠르게 이동하는 열전자 및 리펠러(12)에 의해 반사되는 열전자와 충돌되어 이온화되고, 이온화된 후에는 빔 형태로 되어 어퍼츄어(31)의 슬릿을 통해 외부로 토출되므로서, 반도체 기판에 이온 영역을 형성시키게 된다.
이렇게, 아크 챔버(13) 내에 주입되는 반응가스와 필라멘트(11)에서 방사되는 열전자의 충돌로 생긴 이온화 가스가 아크 챔버(13)의 어퍼츄어(31) 슬릿을 통하여 빠져나가서 반도체 기판에 주입됨으로써, 반도체 기판에 이온 영역을 형성시키는 역할을 하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서 제공하는 소스 헤드 어셈블리는 반도체 이온 주입장치의 핵심으로 이온을 발생시켜주는 원천이 되는 어셈블리로서, 불필요한 구성품을 제거함과 더불어, 이를 통한 오염원을 제거할 수 있는 한편, 소스 헤드에 공급되는 각종 전원공급수단인 피드스루 등을 헤드 본체내에 내재시키면서 다른 부위를 거치지 않고 바로 소스 헤드쪽으로 연결할 수 있도록 하고, 특히 제3도전바를 이용하여 리펠러측과 엔드캡이 도전 가능한 상태가 되도록 함으로써, 소스 헤드의 원활한 라이프 타임의 향상으로 이어질 수 있으며, 불필요한 구성품의 제거를 통하 코스트 절감에 기여할 수 있다.
10 : 헤드 본체 11 : 필라멘트
12 : 리펠러 13 : 아크 챔버
14 : 필라멘트 인슐레이터 15 : 리펠러 인슐레이터
16 : 필라멘트 클램프 16a : 제1필라멘트 클램프
16b : 제2필라멘트 클램프 16c : 엔드캡 클램프
17 : 리펠러 클램프 18 : 접속핀
19 : 리펠러 전원공급용 피드스루 19a : 지지봉
20 : 필라멘트 전원공급용 피드스루 20a : 제1피드스루
20b : 제2피드스루 21 : 가스공급관
22 : 보호캡 23 : 엔드캡
24 : 필라멘트 마운팅 25 : 인슐레이터 커버
26 : 캐소드 슬리브 27 : 홈부
28 : 슬리브 체결홈 29 : 커버
30 : 연결블럭 31 : 어퍼츄어
32 : 지지대 40 : 연결블럭
41 : 제1도전바 42 : 제2도전바
43 : 제3도전바 44 : 연결부재
45 : 지지프레임 46 : 제1안내절연체
47 : 제2안내절연체 48 : 단차부
49 : 돌출부 51,52,53,54 : 안내홈
55 : 절개부

Claims (16)

  1. 내부에 공간을 가지는 수직의 관 부재로 이루어진 헤드 본체(10);
    상기 헤드 본체(10)의 상부에 지지되며 내부에서 서로 마주보며 위치되는 필라멘트(11)와 리펠러(12)를 가지는 아크 챔버(13);
    상기 아크 챔버(13)의 하단과 헤드 본체(10)의 상단 사이에 위치되는 동시에 필라멘트(11)측과 리펠러측(12)에 각각 배속되는 필라멘트 인슐레이터(14) 및 리펠러 인슐레이터(15)에 의해 각각 지지되면서 필라멘트(11)와 리펠러(12)를 잡아주는 필라멘트 클램프(16) 및 리펠러 클램프(17);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되며 그 상단부는 클램프측과 접속되어 있는 접속핀(18)에 연결되는 리펠러 전원공급용 피드스루 및 필라멘트 전원공급용 피드스루(20);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되며 그 상단부는 아크 챔버(13)의 내부에 연통되는 가스공급관(21);
    을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)와 리펠러 전원공급용 피드스루(19)의 각 상단부는 인슐레이터를 관통하여 클램프측과 연결되어 있는 동시에 아크 챔버(13)의 하단과 헤드 본체(10)의 상단 사이에 위치되는 접속핀(18)의 후단에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)및 리펠러 전원공급용 피드스루(19)와 접속핀(18) 간의 연결부위에는 각 피드스루의 열화 및 산화를 방지하기 위한 보호캡(22)이 장착되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 필라멘트(11)를 내부에 수용하는 엔드캡(23)은 필라멘트 인슐레이터(14)에 하단이 지지되면서 수직으로 세워지는 필라멘트 마운팅(24)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 필라멘트 인슐레이터(14)는 오염원으로부터 보호 및 절연유지를 위한 인슐레이터 커버(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 필라멘트 인슐레이터(14)와 리펠러 클램프(17) 사이에는 리펠러와 캐소드 간의 전기적 연결을 위한 캐소드 슬리브(26)가 설치되되, 상기 캐소드 슬리브(26)의 양단이 필라멘트 인슐레이터(14)의 하단과 리펠러 클램프(17)의 하단에 각각 형성되어 있는 슬리브 체결홈(28)에 체결되는 구조로 설치되는 것을 특징으로 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 아크 챔버(13)는 바닥부재와 4면의 벽체가 일체를 이루는 일체형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 내부에 공간을 가지는 수직의 관 부재로 이루어진 헤드 본체(10);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 필라멘트(11)에 전원을 공급하는 한 쌍의 필라멘트 전원공급용 피드스루(20);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 리펠러(12)에 전원을 공급하는 리펠러 전원공급용 피드스루(19);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 아크 챔버(13)의 내부와 연통되는 가스공급관(21);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 제3도전바(43)를 받쳐주는 지지봉(19a);
    상기 헤드 본체(10)의 상부에 지지되며 내부에서 서로 마주보며 위치되는 필라멘트(11)와 리펠러(12)를 가지는 아크 챔버(13);
    헤드 본체(10)내에 수직 배열되는 한 쌍의 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)의 각 상단과 도전 가능하게 연결되는 제1도전바(41) 및 제2도전바(42);
    헤드 본체(10)내에 수직 배열되는 지지봉(19a)의 상단과 연결되어 지지되면서 제1 및 제2도전바(41,42) 사이에 배열되고, 엔드캡 클램프(16c)과 리펠러 클램프(17)를 도전 가능하게 연결하는 제3도전바(43);
    상기 제1 및 제2도전바(41,42)의 외측단에 각각 도전 가능하게 연결되는 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b);
    상기 제3도전바(43)의 일측단에 연결되는 엔드캡 클램프(16c);
    제3도전바(43)의 타측단에 연결되는 리펠러 클램프(17);
    상기 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b)의 상단에 고정되는 필라멘트(11);
    상기 엔드캡 클램프(16c)의 상단에 연결되어 필라멘트(11)를 수용하면서 아크챔버(13)내의 일측공간내에 배치되는 엔드캡(23);
    상기 리펠러 클램프(17)의 상단과 연결되면서 아크챔버(13)내의 타측 공간에 배치되는 리펠러(12);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 헤드 본체(10)의 저부에 장착되어, 필라멘트 전원공급용 피드스루(20)및 리펠러 전원공급용 피드스루(19)를 비롯하여 가스공급관(21) 및 지지봉(19a)을 헤드 본체(10)의 내부로 안내하는 커버(29)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 아크챔버(13)의 저면에는 역 U자 형태로 절곡된 한 쌍의 지지프레임(45)이 일체로 조립되고, 이 지지프레임(45)은 제1 및 제2도전바(41,42)를 비롯하여 제3도전바(43)의 상면을 덮어주며 안착되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 헤드 본체(10)의 내경부에는 제1안내절연체(46)와 제2안내절연체가 서로 마주보며 배치되고, 제1안내절연체(46)의 내면(직선면)에는 3개의 안내홈(51,52,53)이 형성되고, 제2안내절연체(47)의 내면(직선면)에는 1개의 안내홈(54)이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1안내절연체(46)의 각 안내홈(51,52,53)에는 각각 제1피드스루(20a)와, 지지봉(19a)과 연결된 연결부재(44)와, 제2피드스루(20b)가 각각 삽입 지지되고, 상기 제2안내절연체(47)의 안내홈(54)에는 리펠러 전원공급용 피드스루(19)가 삽입 지지되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 제3도전바(43)의 중앙 일측에는 가스공급관(21)이 위쪽으로 통과되도록 한 경로인 절개부(55)가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b)의 하단 내면에 형성된 단차부(48)가 제1 및 제2도전바(41,42)의 외측단부에 형성된 돌출부(49)와 치합되는 상태가 되도록 하고, 상기 리펠러 클램프(17)의 하단 내면에도 단차부(48)를 형성하여 제3도전바(43)의 외측단부에 형성된 돌출부(49)와 치합되도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
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