KR101692205B1 - 반도체 제조장비의 소스 헤드 - Google Patents

반도체 제조장비의 소스 헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조를 위한 반도체 제조장비에서 이온주입공정에 사용되는 소스 헤드에 관한 것이다.
본 발명은 소스 헤드의 구성부품을 대폭 줄이는 동시에 전체적인 구조의 단순화를 도모하면서 구성부품의 대부분을 소스 헤드 본체의 내부 빈 공간을 활용하여 수용시키는 한편, 구성부품들의 장착구조 등을 새롭게 개선한 소스 헤드 어셈블리를 구현함으로써, 부품수 축소, 구조 단순화, 내구성 및 안전성 강화를 도모할 수 있으며, 파트 구성부품들의 오염을 최소화할 수 있는 반도체 제조장비의 소스 헤드를 제공한다.
또한, 본 발명은 이온주입공정에 사용되는 캐소드의 세팅(조립) 시 캐소드 클램프측 단차면과 캐소드측 돌기 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 캐소드 세팅장치를 제공한다.

Description

반도체 제조장비의 소스 헤드{Source head for semiconductor equipment}
본 발명은 반도체 소자의 제조를 위한 반도체 제조장비에서 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 리펠라 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.
예를 들면, 종전의 소스 헤드는 각종 클램프류 및 세라믹, 쉴드캡 등 불필요한 파트 구성이 많을 뿐만 아니라 파워 콘텍트 포인트가 많아 불합리하고, 파트 구성의 분해 및 조립이 용이하지 않을 뿐만 아니라 라인별 파트 통일화 및 표준화 작업에 어려움이 있으며, 파트 구성이 외부로 노출되어 있어 빔에 의한 오염이 심한 단점이 있다.
이러한 점을 고려하여 한국 등록특허 10-1149826호에서는 대부분의 파트 구성부품을 소스 헤드 본체 내에 수용한 구조의 소스 헤드 어셈블리를 개시하고 있다.
본 발명은 한국 등록특허 10-1149826호의 소스 헤드 어셈블리의 구조와 성능 등을 더욱 개선한『반도체 제조장비의 소스 헤드』를 그 안출의 대상으로 한다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 소스 헤드의 구성부품을 대폭 줄이는 동시에 전체적인 구조의 단순화를 도모하면서 구성부품의 대부분을 소스 헤드 본체의 내부 빈 공간을 활용하여 수용시키는 한편, 구성부품들의 장착구조 등을 새롭게 개선한 소스 헤드 어셈블리를 구현함으로써, 부품수 축소, 구조 단순화, 내구성 및 안전성 강화를 도모할 수 있으며, 파트 구성부품들의 오염을 최소화할 수 있는 반도체 제조장비의 소스 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명의 다른 목적은 이온주입공정에 사용되는 캐소드의 세팅(조립) 시 캐소드 클램프측 단차면과 캐소드측 돌기 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 캐소드 세팅장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 반도체 제조장비의 소스 헤드는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 반도체 제조장비의 소스 헤드는 내부에 공간을 가지는 수직의 관 부재로 이루어진 헤드 본체와, 상기 헤드 본체의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 필라멘트에 전원을 공급하는 한 쌍의 필라멘트 전원공급용 피드쓰루와, 상기 헤드 본체의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 리펠라에 전원을 공급하는 리펠라 전원공급용 피드쓰루와, 상기 헤드 본체의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 아크 챔버의 내부와 연통되는 가스 공급관과, 상기 헤드 본체의 상부에 지지되며 내부에서 서로 마주보며 위치되는 필라멘트와 리펠라를 가지는 아크 챔버와, 상기 필라멘트를 수용하면서 아크 챔버의 일측공간 내에 배치되는 캐소드 및 아크 챔버의 타측 공간 내에 배치되는 리펠라 등을 포함하는 구조로 이루어진다.
특히, 상기 반도체 제조장비의 소스 헤드에서는 한 쌍의 필라멘트 전원공급용 피드쓰루와 리펠라 전원공급용 피드쓰루가 헤드 본체 내에 설치되는 하나의 인슐레이터에 함께 지지되는 구조로 설치되는 것이 특징이다.
여기서, 상기 가스 공급관의 상단부에는 그라파이트 소재의 연결관이 결합되고, 가스 공급관은 연결관을 통해 아크 챔버에 연결될 수 있다.
또한, 상기 상기 반도체 제조장비의 소스 헤드는 전원공급을 위한 피드쓰루의 상단부에 결합되는 연결블럭을 더 포함할 수 있고, 상기 연결블럭와 피드쓰루는 수직방향의 볼트체결구조 및 수평방향의 볼트체결구조에 의해 결합될 수 있다.
그리고, 상기 반도체 제조장비의 소스 헤드는 헤드 본체의 주변 둘레를 전체적으로 감싸주는 수단으로 본체 측면커버 및 헤드 본체의 상단부를 덮어주면서 밀착되는 그라파이트 소재의 본체 상면커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 제조장비의 소스 헤드는 헤드 본체의 상부에 설치되면서 아크 챔버를 지지하는 수단으로, 일체 조립식의 바 구조물 형태로 이루어진 챔버 지지대를 더 포함할 수 있으며, 이때의 챔버 지지대의 상면과 저면에는 아크 챔버측과 헤드 본체측에 각각 끼워져 위치를 잡을 수 있도록 해주는 복수 개의 로케이션 핀이 구비될 수 있다.
한편, 반도체 제조장비의 소스 헤드는 반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 것으로서, 필라멘트와 캐소드 간의 갭을 정확하게 맞출 수 있음은 물론 이렇게 정확히 맞춘 갭을 지속적으로 유지할 수 있는 구조로 이루어진 캐소드 세팅장치를 포함할 수 있다.
이러한 캐소드 세팅장치는 아크 챔버의 내부에 위치되어 열전자를 방출하기 위한 필라멘트와 캐소드, 그리고 상기 필라멘트의 지지를 위한 필라멘트 클램프 및 상기 캐소드의 지지를 위한 캐소드 클램프를 포함하는 한편, 특히 캐소드 클램프에는 캐소드의 관통 지지를 위한 홀이 형성됨과 더불어 상기 홀의 가장자리에는 서로 간에 높이차를 갖는 제1단차면과 제2단차면이 형성되고, 상기 캐소드의 후단부 가장자리에는 단차면에 선택적으로 안착될 수 있는 적어도 1개의 돌기가 형성되어, 캐소드 조립 시 돌기가 제1단차면에 안착된 상태에서 필라멘트와 캐소드 간의 간격을 1차 세팅하고, 캐소드를 회전시켜 돌기가 제2단차면에 일치된 상태에서 필라멘트와 캐소드 간의 간격을 최종 세팅할 수 있는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 캐소드 세팅장치는 캐소드 클램프의 상단부에 나사체결구조로 장착되어 홀에 삽입된 캐소드를 눌러주면서 캐소드의 위치를 고정시켜주는 상부마감용 바를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 반도체 제조장비의 소스 헤드는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 소스 헤드를 구성하는 파트 구성부품들의 축소 및 구조 단순화를 통한 파트 관리 및 코스트 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.
예를 들면, 리펠라 전원공급용 피드쓰루와 필라멘트 전원공급용 피드쓰루를 한 방향으로 올라오게 하여 세라믹 인슐레이터의 수량을 줄일 수 있다.
둘째, 아크 챔버의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급관의 연결부분에 그라파이트 소재를 적용하여 고온의 열원에 대한 가스관의 안전성을 확보할 수 있다.
셋째, 전원공급용 피드쓰루와 연결블록 간에 2포인트 볼트 결속구조를 적용하여 부품 간의 결속력을 강화할 수 있다.
넷째, 소스 헤드 바디 전체를 커버로 감싸주는 구조 및 소스 헤드 바디의 상부에 그라파이트 소재의 커버를 장착한 구조를 적용함으로써, 소스 헤드 바디의 메탈 오염도를 줄일 수 있고, 결국 세정 공정의 삭제로 비용 및 시간을 줄일 수 있다.
다섯째, 아크 챔버의 지지를 위한 수단으로 일체식의 챔버 지지대를 적용함으로써, 조립시간 단축 및 챔버 고정 안정성을 확보할 수 있다.
여섯째, 캐소드 세팅의 경우, 캐소드 조립 시 별도의 지그가 필요치 않고, 작업자의 스킬에 따라 세팅 위치의 미묘한 변화가 없으며, 세팅 시 별도의 지그로 인한 관리요소를 감소시킬 수 있고, 끼워맞춤 방식으로 인하여 아크 챔버에 대한 정확한 직진성을 확보할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 사시도
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 전원공급용 피드쓰루, 도전바 등의 결합관계를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 필라멘트 전원공급용 피드쓰루와 리펠라 전원공급용 피드쓰루의 연결관계를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 가스 공급관의 연결구조를 나타내는 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 전원공급용 피드쓰루와 연결블럭 간의 결합구조를 나타내는 단면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 소스 헤드 바디 보호를 위한 커버를 나타내는 정면도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 캐소드 세팅장치를 나타내는 사시도
도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 캐소드 세팅장치의 사용상태를 나타내는 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드를 나타내는 사시도이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장비의 소스 헤드에서 전원공급용 피드쓰루, 도전바 등의 결합관계를 나타내는 사시도이다.
도 1a 및 도 1b와 도 2a 내지 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 소스 헤드는 반도체 이온 주입장치의 핵심으로 이온을 발생시켜주는 원천이 되는 어셈블리로서, 소스 헤드 어셈블리에 사용되는 구성품 및 파트 간소화를 통한 사용 상의 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 피드쓰루를 비롯하여 가스 공급을 위한 가스 공급관 등을 헤드 본체 내에 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.
특히, 상기 헤드 본체(10)의 상부에는 그라파이트 소재의 본체 상면커버(56)가 장착됨으로써, 헤드 본체(10)의 상부에 위치한 아크 챔버(13)에서 생성된 이온 중에 에너지 손실된 이온들이 주변에 쌓이는 문제를 해소할 수 있게 된다.
즉, 에너지 손실된 이온들이 주변에 쌓여 헤드 본체 상부 표면의 메탈 오염도를 증가시킬 수 있게 되는데, 이에 본체 상면커버(56)를 장착함으로써, 메탈 오염도를 줄여 웨이퍼 프로세싱에서의 파티클 감소 효과와 유지관리(Maintenance) 소요시간 감소를 도모할 수 있게 된다.
상기 헤드 본체(10)의 상부에는 이온빔이 만들어지는 공간을 제공하는 아크 챔버(13)가 배치되며, 상기 아크 챔버(13)는 후술하는 챔버 지지대(45)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.
특히, 상기 챔버 지지대(45)는 헤드 본체(10)의 상부에 설치되면서 아크 챔버(13)를 지지하는 수단으로서, 일체 조립식의 바 구조물 형태, 예를 들면 2개의 "ㄷ"자형 바를 2개의 나란한 일자형 바로 조립한 구조물 형태로 이루어지게 된다.
또한, 상기 챔버 지지대(45)의 상면과 저면에는 아크 챔버측과 헤드 본체측의 각 홈이나 홀(미도시)에 각각 끼워져 위치를 잡을 수 있도록 해주는 복수 개의 로케이션 핀(57), 3개씩의 로케이션 핀(57)이 구비된다.
여기서, 기존의 챔버 지지대는 분리된 상태로 개별적으로 조립하는 형식이었으나, 본 발명에서 제공하는 챔버 지지대는 조립을 하여 헤드 본체에 한번에 조립함으로써, 조립시간의 단축 및 아크 챔버가 헤드 본체에 고정되는 고정 안전성을 높일 수 있는 이점을 도모할 수 있게 된다.
상기 아크 챔버(13)는 바닥면에 가스유입을 위한 홀이 마련되어 있는 사각의 케이스 형태로 이루어지고, 내부에는 열전자를 방출하는 필라멘트(11) 및 캐소드(23)가 한쪽에 설치되는 동시에 맞은편으로는 캐소드(23)를 을 통해 방출된 열전자를 반사시켜 챔버 가운데로 모아주는 역할을 하는 리펠라(12)가 설치된다.
이러한 리펠라(12)는 그라파이트 소재에 텅스텐 또는 몰리브덴을 코팅한 형태로 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 상기 필라멘트(11)와 리펠라(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.
이러한 어퍼츄어(31)는 기존의 텅스텐이나 몰리브덴 소재를 기반으로 한 1∼3 조각의 분리형이 아닌 그라파이트 소재에 텅스텐 코팅 또는 몰리브덴 코팅된 형태로 이루어질 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 어퍼츄어(31)는 그라파이트 소재를 기반으로 한 일체형으로 제작한 제품에 바닥면(Bottom)에 텅스텐 코팅을 한 일체형 제품으로 이루어질 수 있게 된다.
이렇게 어퍼츄어(31)의 경우에 원 바디 어퍼츄어(One body aperture) 타입으로 이루어짐으로써, 종전 3 피스 타입의 어퍼츄어에 비해 분해 및 조립시 작업성을 높일 수 있는 이점을 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 아크 챔버(13)는 바닥부재와 4면의 벽체가 일체를 이루는 일체형 구조로 이루어지며, 이에 따라 파트 흔들림이나 빔 플러그 발생을 방지할 수 있게 된다.
특히, 상기 아크 챔버(13)는 바닥부재와 4면의 벽체가 일체를 이루는 챔버 몸체가 그라파이트 소재로 이루어지게 되고, 이러한 그라파이트 소재의 챔버 몸체의 내벽면, 즉 4면의 내벽면에는 얇은 사각판 형태로 이루어진 텅스텐 또는 몰리브덴 소재의 라이너가 삽입 장착되는 구조로 이루어지게 된다.
이렇게 챔버 내부에 장착되는 라이너는 각각의 파트에 별도의 가공을 하여 끼워 맞춤하는 형식으로 조립될 수 있게 된다.
그리고, 상기 아크 챔버(13)의 plaque(적당한 우리말로 표현해주십시요) 개선을 위하여 기존 캐소드 장착홀(Ø24)을 Ø26으로 확장하여, 아크 챔버(13)와 캐소드(23) 상에 발생하는 plaque 개선효과로 라이프 타임 증가를 도모할 수 있게 되며, 공정 상에 빔 전류 차이는 없으며 아크 챔버 내부의 plaque를 확연히 개선되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 필라멘트(11)와 리펠라(12)를 지지하는 수단으로 필라멘트 클램프(16a,16b)와 리펠라 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 필라멘트 클램프(16a,16b)와 리펠라 클램프(17)는 수직자세를 취하면서 각 하단부가 후술하는 각각의 도전바(41,42,43)의 한쪽 단부에 밀착되는 동시에 이것들과 볼트에 의해 함께 체결되므로서, 상기 필라멘트 클램프(16a,16b)와 리펠라 클램프(17)가 세워진 상태로 지지될 수 있게 되며, 이렇게 지지되는 필라멘트 클램프(16a,16b)와 리펠라 클램프(17)의 각 상단부에 필라멘트(11)와 리펠라(12)가 각각 고정될 수 있게 된다.
그리고, 상기 캐소드(23)를 지지하는 수단으로 캐소드 클램프(16c)가 마련되며, 이때의 캐소드 클램프(16c) 역시 도전바(43)의 한쪽 단부에 밀착되는 동시에 이것과 볼트에 의해 함께 체결되면서 세워진 상태로 지지될 수 있게 되며, 이렇게 지지되는 캐소드 클램프(16c)의 각 상단부에 캐소드(23)가 고정될 수 있게 된다.
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 리펠라측에 전원을 공급하는 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)와, 상기 필라멘트측 전원 공급을 위한 수단으로서, 제1 및 제2피드쓰루(20a,20b)로 이루어진 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20)가 상하로 배열되는 바, 이때의 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)과 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20)는 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되면서 헤드 본체(10) 공간의 하부를 막아주는 마감판(29)에 그 하단부가 결합되어 지지되는 구조로 설치된다.
즉, 상기 헤드 본체(10)의 저부에는 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20) 및 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)를 비롯하여 가스 공급관(21)을 헤드 본체(10)의 내부로 안내하는 마감판(29)가 장착된다.
이렇게 설치되는 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20) 및 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)의 상단부는 후술하는 인슐레이터(46)에 지지되면서 전도바측과 연결된다.
그리고, 상기 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20) 및 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)의 하단부는 마감판(29)을 관통하여 전원공급수단(미도시됨)과 연결되는 소켓으로 형성된다.
또한, 상기 아크 챔버(13)의 내부로 가스를 공급하기 위한 수단으로 가스 공급관(21)이 마련되고, 이때의 가스 공급관(21)은 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되면서 헤드 본체 공간의 하부를 마감하는 마감판(29)에 그 하단부가 결합되어 지지되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 가스 공급관(21)의 상단부는 아크 챔버(13)측에 연결됨과 더불어 아크 챔버(13)의 내부와 연통되고, 이에 따라 아크 챔버(13)의 내부로 반응가스를 주입할 수 있게 된다.
특히, 상기 가스 공급관(21)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 그 상단부에 그라파이트 소재의 연결관(47)이 결합되고, 가스 공급관(21)은 연결관(47)을 통해 아크 챔버(13)에 연결된다.
여기서, 기존의 가스 공급관은 금속 소재의 재질을 사용하여 아크 챔버에 직접 연결하였으나, 아크 챔버 내부에서의 이온생성 과정에서 발생하는 고온의 열과 이온 생성에 필요한 가스로 인한 화학반응으로 인하여 금속 재질의 가스관의 부식으로 인한 문제점이 발생하였다.
이를 개선하고자 본 발명에서는 아크 챔버와 직접 연결되는 부분에 그라이파트 소재의 중간 연결부위를 만들어 아크 챔버에서 발생하는 고온의 열원을 차단하여 화학반응을 억제함으로써, 가스 공급관에 대한 안전성을 확보할 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, 도전바 및 클램프 등이 속해 있는 제2유니트와, 가스 공급관(21) 및 전원공급을 위한 피드쓰루가 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.
한편, 본 발명에서는 필라멘트 클램프와 리펠라 클램프 간의 도전 상태를 여러 개의 도전바를 이용하여 원할하게 하는데 다른 특징이 있다.
이를 위해, 헤드 본체(10) 내에 필라멘트측 전원 공급을 위한 수단으로서 제1 및 제2피드쓰루(20a,20b)로 이루어진 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20)가 상하로 수직 배열되고, 리펠라측 전원 공급을 위한 수단으로서 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)가 수직 배열되고, 가스 공급관(21) 또한 수직으로 배열된다.
이 상태에서, 헤드 본체(10)와 아크 챔버(13)의 사이 공간에 여러 개의 도전바가 수평 배열되면서 필러멘트 클램프(16)와 리펠라 클램프(17) 간에 도전 가능하게 연결된다.
이때, 상기 헤드 본체(10)의 저부에는 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20) 및 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)를 비롯하여 가스 공급관(21)을 헤드 본체(10)의 내부로 안내하는 마감판(29)이 장착되고, 마감판(29)을 관통하여 돌출된 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20) 및 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)의 하단에는 실질적인 전원공급수단과 연결되는 소켓이 장착된다.
특히, 상기 도전바의 구성을 보면, 상기 제1피드쓰루(20a)의 상단과 연결블럭(40)을 매개로 볼트 조립되는 제1도전바(41)와, 제2피드쓰루(20b)의 상단과 연결블럭(40)을 매개로 볼트 조립되는 제2도전바(42)와, 상기 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)의 상단과 연결블럭(40)을 매개로 볼트 조립되는 동시에 제1도전바(41)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 조립된다.
여기서, 상기 연결블럭(40)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 피드쓰루(19,20)와 수직방향의 볼트체결구조 및 수평방향의 볼트체결구조에 의해 결합된다.
즉, 수직방향으로 형성되는 볼트체결홀(58a)과 수평방향으로 형성되는 볼트체결홀(58b)을 통해 관통되는 각각의 볼트가 피드쓰루(19,20)에 체결되는 구조로 연결블럭(40)과 피드쓰루(19,20)의 결합이 이루어지게 된다.
기존의 전원공급을 위한 피드쓰루와 연결블럭의 연결방식은 연결블럭의 음각으로 가공하여 피드쓰루를 끼워맞춤으로 조립한 후, 아래로 1포인트 볼트 결속으로 고정을 취하는 방식이었으나, 사용자의 불편이 많이 발생할 뿐만 아니라 견고한 피드쓰루 고정상태를 확보하기 어려워 본 발명에서와 같이 피드쓰루와 연결블럭 간의 결합을 수직 및 수평의 2포인트 볼트 결속으로 개선함으로써, 부품의 결속력을 강화하여 사용자의 불편을 해소할 수 있게 된다.
그리고, 상기 제3도전바(43)의 일측단은 캐소드 클램프(16c)의 하단에 도전 가능하게 볼트 조립되고, 제3도전바(43)의 타측단은 리펠라 클램프(17)의 하단에 도전 가능하게 볼트 조립되며, 제3도전바(43)의 중앙 일측에는 가스 공급관(21)이 아크챔버(13)쪽으로 연결될 때 통과되도록 한 경로로서 절개부분이 형성된다.
이에, 상기 제1필라멘트 클램프(16a) 및 제2필라멘트 클램프(16b)의 상단에는 필라멘트(11)의 양단부가 각각 고정되고, 캐소드 클램프(16c)의 상단에는 캐소드(23)가 고정되며, 이때 필라멘트(11)의 중간부분은 굴곡 형상으로 구비되어 캐소드 내부로 인입되어 접촉되는 상태가 된다.
또한, 상기 리펠라 클램프(17)의 상단에는 리펠라(12)가 연결된다.
특히, 상기 리펠라(12)의 경우, 기존 텅스텐 소재 일체형의 소재가 아닌 그라파이트 소재에 텅스텐 코팅을 하여 제품의 수명 연장을 극대화할 있는 동시에 원가 절감 효과 또한 극대화할 수 있게 된다.
즉, 흑연결정 구조가 가진 장점으로 인한 열에 대한 흡수가 빠름으로 인하여 상대적으로 열 방출 효과도 좋음으로 인한 열 손상을 최소로 억제할 수 있고, 또 그라파이트 소재의 최대 단점인 취성에 대한 문제점을 텅스텐 코팅으로 보완함으로 고온에 대한 강한 내부식성과 내마모율을 이루어 공정상 발생하는 이물질 발생이 줄어 들고 이에 따라 제품의 사이클 타임이 연장되는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 캐소드 클램프(16c)의 상단에 고정된 캐소드(23)와 상기 리펠라 클램프(17)의 상단에 고정된 리펠라(12)가 아크 챔버(13)의 양측 내부에 배치되는 상태가 된다.
한편, 상기 헤드 본체(10)의 내경부에는 세라믹 재질 등으로 이루어진 아치형의 인슐레이터(46)가 배치되는데, 이러한 인슐레이터(46)의 내면(직선면)에는 3개의 안내홈(51,52,53)이 형성된다.
이에, 상기 인슐레이터(46)의 각 안내홈(51,52,53)에는 각각 제1피드쓰루(20a)와, 리펠라 전원연결용 피드쓰루(19)가 가지는 연결부재(44)와, 제2피드쓰루(20b)가 각각 삽입됨으로써, 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20)인 제1피드쓰루(20a)와 제2피드쓰루(20b) 간의 절연이 이루어질 수 있고, 또한 제1피드쓰루(20a), 연결부재(44)와, 제2피드쓰루(20b)가 보다 견고한 상태로 고정될 수 있게 되고, 인슐레이터 수량 또한 줄일 수 있게 된다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)와 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20)를 한 방향으로 올라오게 하면서 세라믹 소재의 하나의 인슐레이터(46)에 함께 지지되도록 함으로써, 종전 2개의 인슐레이터 중 1개를 삭제할 수 있고, 따라서 인슐레이터의 수량을 줄일 수 있게 된다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 헤드 본체(10)의 주변 둘레를 전체적으로 감싸주는 수단으로 본체 측면커버(54)가 마련된다.
상기 본체 측면커버(54)는 1/2원통형 커버부분(54a,54b)을 조합한 원통형 구조로 이루어지게 되고, 헤드 본체(10)의 측면부 둘레를 완전히 감싸도록 배치되면서 헤드 본체(10)의 하단부의 베이스(59) 상에 볼트 체결구조 등으로 고정 설치된다.
이렇게 본체 측면커버는 헤드 본체에 전체적으로 감싸는 형식의 2개 이상의 구성품으로 형성된 부품으로 아크 챔버에서 생성된 이온 중에 에너지 손실된 이온들이 주변에 쌓여 헤드 본체의 표면의 메탈 오염도를 증가시키는 문제를 해소해주는 역할을 하게 된다.
이에 따라, 헤드 본체의 메탈 오염도를 줄여 웨이퍼 프로세싱 후 재사용을 하기 위한 필수 공정인 세정공정에서의 세정품목 수량의 절감으로 세정 시간 단축 및 비용 절감으로 유지보수 및 관리에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있게 된다.
이와 같이 구성되는 소스 헤드의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 전원공급수단(미도시됨)과 연결되는 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20) 즉, (+) 전원의 제1피드쓰루(20a)와 (-)전원의 제2피드쓰루(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, 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)를 통하여 제3도전바(43)로 전류가 흐르게 되면, 전류가 제3도전바(43)의 타측단과 연결된 리펠라 클램프(17)를 경유하여 리펠라(12)로 공급되고, 이와 동시에 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)를 통하여 제3도전바(43)로 흐르는 전류가 제3도전바(43)의 일측단과 연결된 캐소드 클램프(16c)를 통하여 캐소드(23)로 공급된다.
이에, 필라멘트(11)에서 방사되는 열전자가 캐소드(23)를 통하여 아크 챔버(13) 내로 발산되고, 이와 함께 리펠라(12)는 열전자를 반사시키는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 소스 헤드의 아크 챔버(13) 내에는 가스 공급관(21)으로부터 공급되는 반응가스가 채워지게 된다.
따라서, 필라멘트(11)에서 방사되는 열전자가 캐소드(23)를 통하여 아크 챔버(13) 내로 발산되면, 열전자가 반응가스(소스가스)와 강제 충돌하여 중성상태의 반응가스에서 전자를 떼어내어 양이온을 생성시키게 된다.
즉, 가스 공급관(21)을 통해 아크 챔버(13)의 내부로 소스가스가 주입되면, 주입된 소스가스는 캐소드의 필라멘트(11)에서 방출되어 리펠라(12) 방향으로 빠르게 이동하는 열전자 및 리펠라(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 헤드는 반도체 이온 주입장치의 핵심으로 이온을 발생시켜주 는 원천이 되는 장비로서, 불필요한 구성품을 제거함과 더불어, 이를 통한 오염원을 제거할 수 있는 한편, 소스 헤드에 공급되는 각종 전원공급수단인 피드쓰루 등을 헤드 본체 내에 내재시키면서 다른 부위를 거치지 않고 바로 소스 헤드쪽으로 연결할 수 있도록 함으로써, 소스 헤드의 원활한 라이프 타임의 향상으로 이어질 수 있으며, 불필요한 구성품의 제거를 통하 코스트 절감에 기여할 수 있다.
한편, 본 발명의 소스 헤드는 이온주입공정에 사용되는 캐소드의 세팅(조립) 시 캐소드 클램프측의 단차면과 캐소드측 돌기를 이용하여 캐소드와 필라멘트 간의 갭을 정확하게 맞출 수 있는 새로운 캐소드 세팅장치를 포함한다.
이를 위하여, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 캐소드 세팅장치는 반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 것이며, 아크 챔버(13)의 내부에 위치되어 열전자를 방출하기 위한 필라멘트(11)와 캐소드(23), 그리고 상기 필라멘트(11)의 지지를 위한 필라멘트 클램프(16) 및 상기 캐소드(23)의 지지를 위한 캐소드 클램프(16c) 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 단차면 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, 캐소드(23)의 지지를 위한 수단으로 캐소드 클램프(16c)가 마련되고, 상기 캐소드 클램프(16c)에는 캐소드(10)가 조립되는 호 형상의 홀(22), 예를 들면 일부 구간이 절개되어 터져 있는 호 형상의 홀(22)이 형성되며, 이때의 홀(13)을 통해 원통형의 캐소드(10)가 관통 지지될 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 캐소드 클램프(16c)에 형성되어 있는 홀(13)의 가장자리를 따라서 단차진 구조의 단차면(15)이 형성되고, 이렇게 형성되는 단차면(15)에 캐소드(10)의 후단부에 있는 돌기(18)가 안착될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 캐소드(10)는 캐소드 클램프(16c)의 홀(13) 내에 수평으로 관통되면서 끼워지게 되고, 이와 더불어 돌기(18)를 통해 단차면(15) 내에 안착되는 동시에 앞쪽(아크 챔버가 있는 쪽)으로 걸려지면서 캐소드 브라켓측에 끼워맞춤 구조로 조립될 수 있게 된다.
이렇게 캐소드(10)가 캐소드 클램프(16c)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 캐소드의 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.
또한, 상기 캐소드 클램프(16c)의 경우 캐소드(10)의 위치를 고정시켜주는 역할을 하는 상부마감용 바(14)를 포함하며, 이때의 상부마감용 바(14)는 캐소드 클램프(16c)의 상단부에 나사체결 구조로 장착되면서 그 저면부를 통해 호(弧) 형상의 구면부(24)를 통해 캐소드(23)의 외경면을 눌러주는 형태로 캐소드 위치를 고정시켜줄 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 별도의 지그없이도 캐소드(23)와 필라멘트(11) 간의 갭을 일정간격(예를 들면 0.8mm)으로 정확하게 맞출 수 있는 수단으로 돌기(18)와 단차면(15)의 매칭구조를 제공한다.
이를 위하여, 상기 캐소드 클램프(16c)에 있는 홀(13)의 가장자리에는 상대적으로 깊이(높이) 차이를 가지는 단차면(15), 즉 서로 연속해서 이어지는 제1단차면(15a)과 제2단차면(15b)이 형성되고, 이에 대응하여 상기 캐소드(23)의 후단부 가장자리에는 단차면(15)에 선택적으로 안착될 수 있는 적어도 1개 이상의 돌기(18)가 캐소드 몸체에 대해 직각으로 형성된다.
여기서, 상기 제2단차면(15b)은 제1단차면(15a)에 비해 상대적으로 깊은 깊이를 가지는 단차면으로서, 이들 단차면(15a,15b) 간의 깊이차는 0.6∼1.0mm, 바람직하게는 0.8mm 정도의 깊이차를 갖게 된다.
한편, 상기 캐소드(23)와 일정간격을 유지하면서 캐소드(23) 내에 위치되는 필라멘트(11)의 경우 그 후단의 양단부는 한 쌍의 필라멘트 클램프(16a,16b)에 의해 지지된다.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 세팅장치의 사용상태를 나타내는 단면도이다.
도 8a 내지 8c에 도시한 바와 같이, 여기서는 캐소드의 조립을 통해 캐소드를 세팅하는 과정을 보여준다.
먼저, 상부 마감용 바(14)의 체결상태를 약간 느슨하게 풀어놓은 상태에서 캐소드 클램프(16c)에 형성되어 있는 홀(13)에 캐소드(23)를 삽입한다.
즉, 상기 캐소드(23)를 선단부(막혀 있는 부분)가 앞으로 가게 하여 홀(13)의 바깥쪽에서 안쪽을 향해(아크 챔버쪽을 향해) 수평으로 관통시켜 삽입한다.
이렇게 삽입되는 캐소드(23)의 돌기(18)는 캐소드 클램프(16c)에 있는 홀(13)의 제1단차면(15a)에 안착되고, 이때의 캐소드(23)는 더 이상의 삽입이 규제된다.
이렇게 캐소드(23)를 가(假) 세팅한 상태에서 필라멘트(11)를 고정시켜서 필라멘트(11)와 캐소드(23) 간의 간격을 1차 세팅한다.
즉, 상기 캐소드(23)가 돌기(18)를 통해 제1단차면(15a)에 밀착되어 임시로 고정되어 있는 상태에서 필라멘트(11)의 선단을 캐소드(23) 내의 벽면에 닿게 하고, 이때의 상태를 기준으로 필라멘트(11)를 필라멘트 클램프(16)로 고정시킨다.
다음, 상기 캐소드(23)를 자체 축선을 중심으로 하여 어느 한 쪽으로 회전시켜서 돌기(18)의 위치와 제2단차면(15b) 구간에 일치시키고, 이 상태에서 캐소드(23)를 안쪽으로 좀더 진입시켜서, 즉 단차면 간의 깊이차이 만큼 안쪽으로 밀어넣어서 돌기(18)가 제2단차면(15b)에 완전히 안착되도록 함과 더불어 상부 마감용 바(14)를 완전히 체결하면, 캐소드(23)의 세팅이 완료된다.
이렇게 캐소드(23)의 세팅이 완료되면, 캐소드(23)와 필라멘트(11)의 갭은 필라멘트(11)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.
이와 같이, 본 발명에서는 캐소드와 필라멘트의 적정 간격을 유지하기 위한 캐소드 조립 시 기존의 지그 사용을 배제하고 캐소드 클램프측 단차면과 캐소드측 돌기 간의 언매칭 후 매칭 구조를 이용하는 방식을 구현함으로써, 조립 및 분해, 그리고 관리 등 캐소드 세팅 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 : 헤드 본체 11 : 필라멘트
12 : 리펠러 13 : 아크 챔버
14 : 상부 마감용 바 15 : 단차면
16 : 필라멘트 클램프 16a : 제1필라멘트 클램프
16b : 제2필라멘트 클램프 16c : 캐소드 클램프
17 : 리펠러 클램프 18 : 돌기
19 : 리펠러 전원공급용 피드스루 20 : 필라멘트 전원공급용 피드스루
20a : 제1피드스루 20b : 제2피드스루
21 : 가스공급관 22 : 홀
23 : 캐소드 24 : 구면부
29 : 커버 31 : 어퍼츄어
40 : 연결블럭 41 : 제1도전바
42 : 제2도전바 43 : 제3도전바
44 : 연결부재 45 : 챔버 지지대
46 : 인슐레이터 47 : 연결관
51,52,53 : 안내홈 54 : 본체 측면커버
56 : 본체 상면커버 57 : 로케이션 핀
58a,58b : 볼트 체결홀 59 : 베이스

Claims (11)

  1. 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 피드쓰루(20);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 리펠라(12)에 전원을 공급하는 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19);
    상기 헤드 본체(10)의 내부 공간을 따라 수직으로 배치되어 아크 챔버(13)의 내부와 연통되는 가스 공급관(21);
    상기 헤드 본체(10)의 상부에 지지되며 내부에서 서로 마주보며 위치되는 필라멘트(11)와 리펠라(12)를 가지는 아크 챔버(13);
    상기 필라멘트(11)를 수용하면서 아크 챔버(13)의 일측공간 내에 배치되는 캐소드(23) 및 아크 챔버(13)의 타측 공간 내에 배치되는 리펠라(12);
    를 포함하며, 상기 한 쌍의 필라멘트 전원공급용 피드쓰루(20)와 리펠라 전원공급용 피드쓰루(19)는 헤드 본체 내에 설치되는 하나의 인슐레이터(46)에 함께 지지되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 공급관(21)의 상단부에는 그라파이트 소재의 연결관(47)이 결합되고, 가스 공급관(21)은 연결관(47)을 통해 아크 챔버(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원공급을 위한 피드쓰루(19,20)의 상단부에 결합되는 연결블럭(40)을 더 포함하고, 상기 연결블럭(40)와 피드쓰루(19,20)는 수직방향의 볼트체결구조 및 수평방향의 볼트체결구조에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드 본체(10)의 주변 둘레를 전체적으로 감싸주는 수단으로 본체 측면커버(54)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드 본체(10)의 상단부를 덮어주면서 밀착되는 본체 상면커버(56)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드 본체(10)의 상부에 설치되면서 아크 챔버(13)를 지지하는 수단으로, 일체 조립식의 바 구조물 형태로 이루어진 챔버 지지대(45)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 챔버 지지대(45)의 상면과 저면에는 아크 챔버측과 헤드 본체측에 각각 끼워져 위치를 잡을 수 있도록 해주는 복수 개의 로케이션 핀(57)이 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 리펠라(12)는 그라파이트에 텅스텐 코팅 또는 몰리브덴 코팅된 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 아크 챔버(13)의 상부를 마감하는 어퍼츄어(31)는 그라파이트에 텅스텐 코팅 또는 몰리브덴 코팅된 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  10. 청구항 1에 있어서,
    반도체 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 것으로, 아크 챔버(13)의 내부에 위치되어 열전자를 방출하기 위한 필라멘트(11)와 캐소드(23), 그리고 상기 필라멘트(11)의 지지를 위한 필라멘트 클램프(16) 및 상기 캐소드(23)의 지지를 위한 캐소드 클램프(16c)로 구성되는 캐소드 세팅장치를 더 포함하고,
    상기 캐소드 클램프(16c)에는 캐소드(23)의 관통 지지를 위한 홀(22)이 형성됨과 더불어 상기 홀(22)의 가장자리에는 서로 간에 높이차를 갖는 제1단차면(15a)과 제2단차면(15b)이 형성되고, 상기 캐소드(23)의 후단부 가장자리에는 단차면(15a,15b)에 선택적으로 안착될 수 있는 적어도 1개의 돌기(18)가 형성되어, 캐소드 조립 시 돌기가 제1단차면에 안착된 상태에서 필라멘트와 캐소드 간의 간격을 1차 세팅하고, 캐소드를 회전시켜 돌기가 제2단차면에 일치된 상태에서 필라멘트와 캐소드 간의 간격을 최종 세팅하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 캐소드 클램프(16c)의 상단부에 나사체결구조로 장착되어 홀(22)에 삽입된 캐소드(23)를 눌러주면서 캐소드(23)의 위치를 고정시켜주는 상부마감용 바(14)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 소스 헤드.
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