KR101551680B1 - 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치 - Google Patents

반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 캐소드와 필라멘트 간의 갭을 맞추기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 이온주입공정에 사용되는 캐소드의 세팅(조립) 시 캐소드 브라켓측 돌기와 캐소드측 그루브 간의 매칭관계를 이용하여 캐소드와 필라멘트 간의 갭을 정확하게 맞출 수 있는 새로운 형태의 캐소드 세팅방식을 구현함으로써, 별도의 지그가 필요없는 등 작업성을 개선할 수 있고, 캐소드와 필라멘트 간의 정확한 갭을 지속적으로 유지할 수 있으며, 끼워맞춤 타입의 적용으로 아크 챔버에 대한 정확한 직진성을 확보할 수 있는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치를 제공한다.

Description

반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치{Cathode setting device for semiconductor equipment}
본 발명은 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 캐소드와 필라멘트 간의 갭을 맞추기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘이나 게르마늄 등과 같은 반도체 물질은 N형 또는 P형 불순물의 첨가에 의해서 도전성이 제어되는 특징이 있다.
이와 같은 불순물의 첨가방법은 확산 또는 이온주입법을 사용하는 것이 일반적이며, 최근에는 이온주입량을 정확하게 조절할 수 있는 이온주입법이 주로 사용되고 있다.
여기서, 이온주입법은 원자 이온에 목표물의 표면을 뚫고 들어갈 만큼의 큰 에너지를 인가하여 목표물 속으로 원자 이온을 주입하는 방법으로서, 이러한 이온주입법을 구현하기 위해 이온주입장치를 사용한다.
이와 같은 이온주입장치에는 이온빔을 생성하는 소스헤드(Source head)를 포함하며, 이러한 소스헤드에서 이온빔이 만들어지는 공간을 아크 챔버(Arc chamber)라 한다.
보통 아크 챔버는 반응가스(소스가스)와 필라멘트(Filament)에서 방출되는 열전자를 강제 충돌시켜 중성상태의 반응가스에서 전자를 떼어내어 양이온을 생성시키는 공간을 말한다.
이러한 아크 챔버 내에 주입되는 반응가스와 필라멘트에서 방사되는 열전자의 충돌로 생긴 이온화 가스가 반도체 기판에 주입되어, 반도체 기판에 이온 영역을 형성시키는 역할을 한다.
이와 같은 아크 챔버는 한쪽에 가스유입구가 갖추어져 있는 바디와, 상기 바디의 내부에 설치되어 열전자를 방출하는 필라멘트를 가지는 캐소드와, 상기 캐소드에 대향되게 설치되어 필라멘트에서 캐소드의 엔드캡을 통해 방출된 열전자를 반사시키는 리펠러 등을 포함한다.
따라서, 가스유입구를 통해 챔버 몸체의 내부로 소스가스가 주입되면, 주입된 소스가스는 캐소드의 필라멘트에서 방출되어 리펠러 방향으로 빠르게 이동하는 열전자 및 리펠러에 의해 반사되는 열전자와 충돌되어 이온화되고, 이온화된 후에는 빔 형태로 되어 반도체 기판쪽으로 토출되는 이온주입공정이 이루어질 수 있게 된다.
이러한 이온주입공정이 이루어지는 아크 챔버는 한국 공개특허 10-2005-0050000호, 한국 공개특허 10-2011-0134130호 등에 다양한 형태가 개시되어 있다.
보통 이온주입공정에서 이온 생성을 위해서는 캐소드측 필라멘트에서 전자를 방출해야 되며, 이때 안정적인 전자의 방출을 위해서는 캐소드와 필라멘트 간의 적절한 갭(Gap)이 유지되어야 한다.
이를 위하여, 기존 반도체 제조공정 상 이온주입공정에서 사용되는 캐소드의 조립방법은 캐소드 외경의 일정구간에 나사가공을 하여 캐소드 브라켓과 조립하며, 필라멘트와 캐소드의 간격을 유지하기 위한 별도의 지그를 사용하여 작업을 한다.
예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 캐소드(10)의 외경 일정구간에 수나사부(11)를 형성함과 더불어 캐소드 브라켓(12)의 홀(13)에는 암나사부(14)를 형성하여, 캐소드(10)를 캐소드 브라켓(12)에 체결구조로 조립한다.
이때, 별도의 지그(16)를 사용하여 캐소드(10)와 필라멘트(15) 간의 갭을 맞춘 후에 캐소드 세팅을 완료하게 된다.
예를 들면, 상기 캐소드 브라켓(12)에 캐소드(10)의 체결 시 캐소드(10)의 플랜지(16)와 캐소드 브라켓(12)의 바깥면 사이에 0.8mm 두께를 가지는 지그(17)를 개재한 상태에서 캐소드(10)를 임시 고정시키고, 필라멘트(15)의 선단부를 캐소드(10)의 안쪽 벽면에 접촉시킨 상태에서 필라멘트(15)의 위치를 고정시킨 다음, 지그(17)를 제거한 후에 캐소드(10)를 완전히 체결하면, 캐소드 세팅이 완료됨과 더불어 필라멘트(15)와의 갭이 유지된다.
그러나, 위와 같은 캐소드 세팅 시 별도의 지그를 사용해야 하기 때문에 작업이 번거로울 뿐만 아니라 지그 사용에 따른 관리요소가 증가하고, 작업자의 스킬과 여러 복합적인 환경 등으로 초기에 유지되는 간격이 시간이 지남에 따라 뒤틀어지는 현상이 발생하는 문제가 있다.
또한, 캐소드 조립 시 스크류 타입을 적용함으로 인해 캐소드가 아크 챔버에 대한 정확한 직진성을 확보하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 이온주입공정에 사용되는 캐소드의 세팅(조립) 시 캐소드 브라켓측 돌기와 캐소드측 그루브 간의 매칭관계를 이용하여 캐소드와 필라멘트 간의 갭을 정확하게 맞출 수 있는 새로운 형태의 캐소드 세팅방식을 구현함으로써, 별도의 지그가 필요없는 등 작업성을 개선할 수 있고, 캐소드와 필라멘트 간의 정확한 갭을 지속적으로 유지할 수 있으며, 끼워맞춤 타입의 적용으로 아크 챔버에 대한 정확한 직진성을 확보할 수 있는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 캐소드 세팅장치는 반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 것으로서, 아크 챔버의 내부에 위치되어 열전자를 방출하기 위한 필라멘트와 캐소드, 그리고 상기 필라멘트의 지지를 위한 필라멘트 브라켓 및 상기 캐소드의 지지를 위한 캐소드 브라켓을 포함하는 구조로 이루어진다.
특히, 상기 캐소드 세팅장치는 캐소드 브라켓에 캐소드의 관통 지지를 위한 홀이 형성됨과 더불어 상기 홀의 가장자리에는 적어도 1개 이상의 돌기가 형성되고, 상기 캐소드의 후단부 가장자리에는 상기 돌기에 선택적으로 끼워질 수 있는 적어도 1개의 그루브가 형성됨으로써, 캐소드 조립 시 돌기와 그루브가 엇갈리게 위치된 상태에서 필라멘트와 캐소드 간의 간격을 1차 세팅하고, 캐소드를 회전시켜 돌기와 그루브가 일치된 상태에서 필라멘트와 캐소드 간의 간격을 최종 세팅할 수 있는 특징이 있다.
여기서, 상기 캐소드 브라켓에 형성되는 돌기의 높이는 0.6∼1.0mm의 범위, 바람직하게는 0.8mm로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 캐소드 브라켓에 형성되는 돌기(20)는 홀 원주방향을 따라가면서 일정간격으로 배치되는 2개 또는 3개 등 다수 개로 이루어지고, 이에 대응하여 상기 캐소드에 형성되는 그루브도 캐소드 원주방향을 따라가면서 일정간격으로 배치되는 2개 또는 3개 등 다수 개로로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 캐소드 브라켓에 형성되는 다수 개의 돌기 및 상기 캐소드에 형성되는 다수 개의 그루브는 균등간격으로 배치될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 캐소드는 캐소드 브라켓의 홀에 삽입됨과 동시에 후단부에 있는 플랜지를 통해 캐소드 브라켓의 홀의 가장자리를 따라 형성되어 있는 단차구조의 플랜지 안착홈에 안착되는 끼워맞춤 구조로 조립될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 캐소드 브라켓의 경우 나사체결 구조로 장착되어 선단을 통해 캐소드를 눌러주면서 캐소드의 위치를 고정시켜주는 후퇴방지용 스톱퍼를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 캐소드 조립 시 별도의 지그가 필요치 않다.
둘째, 작업자의 스킬에 따라 세팅 위치의 미묘한 변화가 없다.
셋째, 세팅 시 별도의 지그로 인한 관리요소를 감소시킬 수 있다.
넷째, 끼워맞춤 방식으로 인하여 아크 챔버에 대한 정확한 직진성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 세팅장치를 나타내는 분해 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 세팅장치를 나타내는 결합 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 세팅장치를 나타내는 단면 사시도
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 세팅장치의 조립과정을 나타내는 단면도
도 5는 종래의 캐소드 세팅장치를 나타내는 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 세팅장치를 나타내는 분해 사시도, 결합 사시도 및 단면 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 캐소드 세팅장치는 반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 것이며, 아크 챔버(18)의 내부에 위치되어 열전자를 방출하기 위한 필라멘트(15)와 캐소드(10), 그리고 상기 필라멘트(15)의 지지를 위한 필라멘트 브라켓(19) 및 상기 캐소드(10)의 지지를 위한 캐소드 브라켓(12) 등을 포함한다.
이러한 캐소드 세팅장치는 캐소드 조립(세팅) 시 필라멘트와의 갭, 즉 필라멘트의 열전자 방출을 최대 효율로 일정하게 유지하기 위한 갭을 맞추기 위하여 별도의 지그를 사용하지 않고 돌기와 그루브 간의 매칭구조를 이용하며, 이를 통해 필라멘트와 캐소드 간의 갭을 정확하게 맞출 수 있음은 물론 이렇게 정확히 맞춘 갭을 지속적으로 유지할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위하여, 아크 챔버(18)가 속해 있는 소스 헤드(미도시)측에 지지되는 캐소드 브라켓(12)이 마련되고, 상기 캐소드 브라켓(12)에는 캐소드(10)가 조립되는 원형의 홀(13)이 형성되며, 이때의 홀(13)을 통해 원통형의 캐소드(10)가 관통 지지될 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 캐소드 브라켓(12)에 형성되어 있는 홀(13)의 가장자리를 따라서 단차진 구조의 플랜지 안착홈(22)이 형성되고, 이렇게 형성되는 플랜지 안착홈(22)에 캐소드(10)의 후단부에 있는 플랜지(16)가 수용되면서 안착될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 캐소드(10)는 캐소드 브라켓(12)의 홀(13) 내에 수평으로 관통되면서 끼워지게 되고, 이와 더불어 플랜지(16)를 통해 플랜지 안착홈(22) 내에 안착되는 동시에 앞쪽(아크 챔버가 있는 쪽)으로 걸려지면서 캐소드 브라켓측에 끼워맞춤 구조로 조립될 수 있게 된다.
이렇게 캐소드(10)가 캐소드 브라켓(12)의 홀(13)에 끼워맞춤 구조로 조립되므로서, 아크 챔버(18)에 대한 정확한 직진성을 확보할 수 있게 된다.
예를 들면, 보통 스크류 타입은 나사산으로 인한 체결 방식으로 암나사와 수나사 간격(유격)이 있어야 조립(체결)이 되는데, 열전자 방출 시 높은 온도의 환경에서 암사나와 수나사의 간격을 아무리 작게 한다 하여도 기본적으로 암/수나사의 나사산을 100% 유지를 못하므로, 이 유격으로 인하여 기본적으로 직진성 확보에는 어려움이 있다.
하지만, 본 발명의 방식은 일정한 끼워 맞춤 공차를 적용하여 나사산으로 체결하는 방식보다는 월등한 케소드의 직진성으로 확보할 수 있다.
그리고, 기존 방식의 나사산 체결 방식은 고정 너트 역할을 하는 기구적 장치가 없고 단순히 작업자의 체결력으로만 고정이 되기 때문에 정확하고 안정적인 조립상태 확보에 어려움이 있다.
여기서, 소스 헤드측에 지지되는 캐소드 브라켓의 지지구조는 종전과 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 상기 캐소드 브라켓(12)의 경우 캐소드(10)의 위치를 고정시켜주는 역할을 하는 후퇴방지용 스톱퍼(23)를 포함하며, 이때의 스톱퍼(23)는 캐소드 브라켓(12)의 일측, 예를 들면 상단부에 나사체결 구조로 장착되면서 그 선단부를 통해 캐소드(10)의 외경면을 눌러주는 형태로 캐소드 위치를 고정시켜줄 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 별도의 지그없이도 캐소드(10)와 필라멘트(15) 간의 갭을 일정간격(예를 들면 0.8mm)으로 정확하게 맞출 수 있는 수단으로 돌기(20)와 그루브(21)의 매칭구조를 제공한다.
이를 위하여, 상기 캐소드 브라켓(12)에 있는 홀(13)의 가장자리에는 적어도 1개 이상의 돌기(20)가 형성되고, 이에 대응하여 상기 캐소드(10)의 후단부 가장자리, 예를 들면 캐소드(10)의 후단부에 있는 플랜지(16)에는 돌기(20)에 선택적으로 끼워질 수 있는 적어도 1개 이상의 호(弧) 형상의 그루브(21)가 형성된다.
상기 돌기(20)는 홀 가장자리를 따라 형성되어 있는 플랜지 안착홈(22)의 바닥면에서부터 홀 축선방향으로 돌출되는 형태로서, 이때의 돌기(20)의 돌출높이는 0.6∼1.0mm의 범위, 바람직하게는 0.8mm로 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 상기 캐소드 브라켓(12)에 형성되는 돌기(20)의 경우 다수 개로 이루어질 수 있는데, 예를 들면 캐소드 브라켓(12)에 있는 홀(13)의 원주방향을 따라가면서 일정간격으로 배치되는 2개 또는 3개 등의 다수 개로 이루어질 수 있게 되는 한편, 이에 대응하여 상기 캐소드(10)에 있는 그루브(21)의 경우에도 돌기(20)의 수에 맞게 캐소드(10)의 원주방향을 따라가면서 일정간격으로 배치되는 2개 또는 3개 등의 다수 개로 이루어질 수 있게 된다.
본 발명의 일 예에서는 3개의 돌기(20)와 3개의 그루브(21)가 120°간격을 두고 균등간격으로 배치되어 있는 것을 보여주고 있으며, 이때의 돌기 및 그루브의 수 및 배치 간격 등은 이것에 한정되는 것은 아니며, 다수 개가 비균등 간격으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 캐소드(10)와 일정간격을 유지하면서 캐소드(10) 내에 위치되는 필라멘트(15)의 경우 그 후단의 양단부는 한 쌍의 필라멘트 브라켓(19)에 의해 지지되며, 이때의 필라멘트 브라켓(19)도 상기 소스 헤드측에 지지되는 캐소드 브라켓의 지지구조는 마찬가지로 종전과 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 세팅장치의 조립과정을 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 4c에 도시한 바와 같이, 여기서는 캐소드의 조립을 통해 케소드를 세팅하는 과정을 보여준다.
먼저, 캐소드 브라켓(12)에 형성되어 있는 홀(13)에 캐소드(10)를 삽입한다.
즉, 상기 캐소드(10)를 선단부(막혀 있는 부분)가 앞으로 가게 하여 홀(13)의 바깥쪽에서 안쪽을 향해(아크 챔버쪽을 향해) 수평으로 관통시켜 삽입한다.
이렇게 삽입되는 캐소드(10)의 플랜지(16)는 캐소드 브라켓(12)에 있는 홀(13)의 캐소드 안착홈(22) 내에 삽입되고, 이때의 플랜지(16)는 그 전면이 캐소드 안착홈(22)에 있는 돌기(20)의 전면에 닿게 되면서 완전히 안착되지 않게 된다.
즉, 캐소드 브라켓(12)의 홀(13)의 가장자리에 있는 돌기(20)과 캐소드(10)의 플랜지(16)에 있는 그루브(21)는 서로 엇갈리게 위치된 상태가 된다.
이렇게 캐소드(10)를 가(假) 세팅한 상태에서 필라멘트(15)를 고정시켜서 필라멘트(15)와 캐소드(10) 간의 간격을 1차 세팅한다.
즉, 상기 캐소드(10)가 돌기(20)에 걸려 임시로 고정되어 있는 상태에서 필라멘트(15)의 선단을 캐소드(10) 내의 벽면에 닿게 하고, 이때의 상태를 기준으로 필라멘트(15)를 필라멘트 브라켓(19)으로 고정시킨다.
다음, 상기 캐소드(10)를 자체 축선을 중심으로 하여 어느 한 쪽으로 회전시켜서 돌기(20)의 위치와 그루브(21)의 위치를 일치시키고, 이 상태에서 캐소드(10)를 안쪽으로 좀더 진입시켜서, 즉 돌기(20)의 높이만큼 안쪽으로 밀어넣어서 플랜지(16)가 플랜지 안착홈(22) 내에 완전히 안착되도록 하면, 캐소드(10)의 세팅이 완료된다.
이렇게 캐소드(10)의 세팅이 완료되면, 캐소드(10)와 필라멘트(15)의 갭은 필라멘트(15)가 열전자 방출을 최대 효율로 일정하게 유지할 수 있는 0.6∼1.0mm의 범위, 예를 들면 0.8mm로 유지될 수 있게 되고, 이때의 0.8mm의 갭은 지속적으로 유지될 수 있게 된다.
그리고, 캐소드(10)의 세팅 완료 시 후퇴방지용 스톱퍼(23)를 체결하여 캐소드(10)를 고정시켜줌으로써, 설비 가동 시 캐소드(10)가 뒤로 밀리는 것을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 캐소드와 필라멘트의 적정 간격을 유지하기 위한 캐소드 조립 시 기존의 지그 사용을 배제하고 캐소드 브라켓측 돌기와 캐소드측 그루브 간의 언매칭 후 매칭 구조를 이용하는 방식을 구현함으로써, 캐소드 조립 작업의 효율성을 높일 수 있고, 특히 필라멘트와 캐소드 사이의 갭을 정확하게 맞출 수 있으며, 또 끼워맞춤 구조를 인한 아크 챔버에 대한 직진성을 확보할 수 있다.
10 : 캐소드
11 : 수나사부
12 : 캐소드 브라켓
13 : 홀
14 : 암나사부
15 : 필라멘트
16 : 플랜지
17 : 지그
18 : 아크 챔버
19 : 필라멘트 브라켓
20 : 돌기
21 : 그루브
22 : 플랜지 안착홈
23 : 후퇴방지용 스톱퍼

Claims (6)

  1. 반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 것으로서,
    아크 챔버(18)의 내부에 위치되어 열전자를 방출하기 위한 필라멘트(15)와 캐소드(10), 그리고 상기 필라멘트(15)의 지지를 위한 필라멘트 브라켓(19) 및 상기 캐소드(10)의 지지를 위한 캐소드 브라켓(12)을 포함하며,
    상기 캐소드 브라켓(12)에는 캐소드(10)의 관통 지지를 위한 홀(13)이 형성됨과 더불어 상기 홀(13)의 가장자리에는 적어도 1개 이상의 돌기(20)가 형성되고, 상기 캐소드(10)의 후단부에 있는 플랜지(16)에는 상기 돌기(20)에 선택적으로 끼워질 수 있는 적어도 1개의 그루브(21)가 형성되어, 캐소드 조립 시 플랜지(16)의 전면이 돌기(20)의 전면에 닿게 됨과 동시에 돌기(20)와 그루브(21)가 엇갈리게 위치된 상태에서 필라멘트(15)와 캐소드(10) 간의 간격을 1차 세팅하고, 캐소드(10)를 회전시켜 돌기(20)와 그루브(21)가 일치된 다음 캐소드(10)를 돌기(20)의 높이만큼 안쪽으로 밀어 넣어 안착시킨 상태에서 필라멘트(15)와 캐소드(10) 간의 간격을 최종 세팅한 후, 후퇴방지용 스톱퍼(23)를 체결하여 캐소드(10)의 위치를 고정시켜주는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐소드 브라켓(12)에 형성되는 돌기(20)의 높이는 0.6∼1.0mm의 범위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 캐소드 브라켓(12)에 형성되는 돌기(20)는 홀 원주방향을 따라가면서 일정간격으로 배치되는 2개 또는 3개로 이루어지고, 이에 대응하여 상기 캐소드(10)에 형성되는 그루브(21)도 캐소드 원주방향을 따라가면서 일정간격으로 배치되는 2개 또는 3개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 캐소드 브라켓(12)에 형성되는 다수 개의 돌기(20) 및 상기 캐소드(10)에 형성되는 다수 개의 그루브(21)는 균등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐소드(10)는 캐소드 브라켓(12)의 홀(13)에 삽입됨과 동시에 후단부에 있는 플랜지(16)를 통해 캐소드 브라켓(12)의 홀(13)의 가장자리를 따라 형성되어 있는 단차구조의 플랜지 안착홈(22)에 안착되는 끼워맞춤 구조로 조립되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 캐소드 세팅장치.
  6. 삭제
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