KR101974604B1 - 내구성이 개선된 이온 주입 장치의 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에서 이온빔의 이동에 의해 발생되는 불필요한 금속 불순물 생성과 원치 않는 위치의 이온빔 증착을 줄여 어셈블리의 내구성을 개선하고 공정 안정성을 확보할 수 있는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리에 관한 것으로, 좌우측에 마주하여 배치되며 다수의 설치홀들을 갖는 판상의 하우징 플레이트; 수평 상태로 좌우측의 하우징 플레이트에 결합되어 하우징 플레이트를 지지하는 지지바; 상기 하우징 플레이트의 설치홀들에 삽입되는 절연 부싱; 및 좌우에 배치되는 상기 절연 부싱에 양단부가 각각 결합되는 전극봉; 을 포함하며, 상기 전극봉은 그래파이트 재질로 이루어지며, 2000℃ 이상의 고온 조건에서 활성화 가스와 반응시켜 그래파이트 내 금속 성분의 불순물을 제거하는 고순화 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

내구성이 개선된 이온 주입 장치의 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리{ENERGY PURITY MODULE ASSEMBLY WITH IMPROVED DURABILITY}

본 발명은 내구성이 개선된 이온 주입 장치의 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에서 이온빔의 이동에 의해 발생되는 불필요한 금속 불순물 생성과 원치 않는 위치의 이온빔 증착을 줄여 어셈블리의 내구성을 개선하고 공정 안정성을 확보할 수 있는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리에 관한 것이다.

반도체 공정 중 이온 주입 공정(Ion Implantation)은 진공 챔버 내에서 반도체 특성을 가지는 불순물을 이온화하고 추출된 이온을 충분한 에너지로 가속하여 원하는 깊이 만큼 웨이퍼에 주입하는 공정이다.

이 이온 주입 공정은 타 공정에 비해 이온의 도핑(doping) 깊이를 조절하기 위해 수 킬로 전압에서 수 기가 전압까지 굉장히 높은 전압을 사용하게 된다. 특히 원하는 이온을 추출하기 위해 1차적으로 전기장을 이용해 불순물을 걸러 내며 전기장을 통과한 이온 중에 다른 전위를 가지는 불순물을 차단하기 위해 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리가 사용된다.

도 1에는 종래 기술에 따른 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 좌우측에 마주하여 이격된 하우징 플레이트(10)는 지지바(11)에 의해 구조화되며, 이 하우징 플레이트(10)에 형성된 다수의 설치홀들에 절연 부싱(30)이 각각 삽입되고, 좌우측의 대응되는 절연 부싱(30)에는 전극봉(20)의 양단부가 설치되게 된다.

상기 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리는 빔 라인에 위치하고 있으며, 이온빔에서 원하는 전위보다 낮은 전위를 가진 이온을 걸러내는 전기적 필터 역할을 하게 된다. 이 같은 역할을 수행하도록 내부에는 고온에 견디고 고전압을 인가하는 전도체인 그래파이트(Graphite) 재질의 전극봉(20)이 구비(4종 18개)되는 것이다.

하지만 그래파이트 재질의 전극봉(20)은 제품 가공 후 열처리가 되지 않아 많은 불순물을 내포하고 있으며, 에너지를 가지는 이온빔과의 충격에 의해 함유되어 있던 불순물이 빠져 나와 진공 챔버 내에서 오염원으로 작용하게 되며, 이는 결국 웨이퍼의 품질 저하를 유발하고 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.

또한 분석기를 통과하여 가로로 평형화된 이온빔이 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 통과하게 되는데, 이 과정에서 이온빔의 수평방향 가장자리 이온들은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에 도포되게 된다. 특히 이온빔의 주 통과 구간에 위치한 전극봉(20)에 가장 많은 이온빔의 도포가 이루어지게 된다. 전극봉(20)을 이루는 그래파이트 재질에 증착된 이온빔은 그래파이트 자체에 함유된 불순물과 함께 시간이 지남에 따라 전극봉(20)에서 탈착되게 되며, 이온빔과 함께 프로세스 챔버로 이동되어 파티클을 유발하게 된다. 즉 얇은 원기둥 모양의 전극봉(20) 표면에 도포된 이온빔들은 외부 단면적이 작아서 설비의 사용 시간이 조금만 경과함에도 도포막이 두껍게 쌓이게 되며, 진공의 깨짐, 고전압에 의한 글리치(Glitch), 자연 이탈 등 다양한 상태로 전극봉(20)에서 진공 내로 이탈하게 되어 오염원으로 작용하게 된다. 이는 결국 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 떨어뜨리는 원인이 되며 장시간의 교체 및 교환 작업을 필요로 해 설비의 정지시간을 증가시키고 공정 연속성을 저해시키는 요인으로 작용한다.

또한 예방 정비 또는 고장으로 인해 설비의 재가동시, 분석기를 통과한 초기의 이온빔은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에서 포커싱(Focusing)이 되는데 포커싱이 이루어지기 전 산란 또는 디포커싱(Defocusing)되어 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리로 진입하게 된다. 이때의 이온빔은 밀도가 약해 퍼져 있게 되는데 진입 과정에서 전극봉(20)의 절연 연결부(Insulation Feedthrough)에 직접 증착되는 현상이 발생된다. 즉 전극봉(20)의 양쪽 끝단에 설치되며 고전압이 인가되면서 고진공과 대기 사이의 연결부(Feedthrough) 역할을 하는 절연 부싱(30)에도 이온빔이 흡착되어 절연을 파괴하는 원인이 되고 있다. 이 같이 이온빔이 증착된 연결부는 증착막에 의해 절연이 파괴되어 고전압이 흔들리는 글리치 현상을 유발하게 된다. 글리치가 발생하면 전극봉(20)에 증착되어 있는 막질이 이탈하게 되어 파티클의 대량 발생을 초래하게 되며 결국 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다. 나아가 파티클의 대량 발생이 야기한 전압 불안정으로 인하여 잦은 설비 고장이 유발되는 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에서 이온빔의 이동에 의해 발생되는 불필요한 금속 불순물 생성과 원치 않는 위치의 이온빔 증착을 줄여 어셈블리의 내구성을 개선하고 공정 안정성을 확보할 수 있는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 좌우측에 마주하여 배치되며 다수의 설치홀들을 갖는 판상의 하우징 플레이트; 수평 상태로 좌우측의 하우징 플레이트에 결합되어 하우징 플레이트를 지지하는 지지바; 상기 하우징 플레이트의 설치홀들에 삽입되는 절연 부싱; 및 좌우에 배치되는 상기 절연 부싱에 양단부가 각각 결합되는 전극봉; 을 포함하며, 상기 전극봉은 그래파이트 재질로 이루어지며, 2000℃ 이상의 고온 조건에서 활성화 가스와 반응시켜 그래파이트 내 금속 성분의 불순물을 제거하는 고순화 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 제공한다.

바람직하게는, 상기 전극봉은 외면에 적어도 하나 이상의 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전극봉은 □ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전극봉은 △ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전극봉은 □ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향과 수직하는 방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전극봉은 △ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향과 수직하는 방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 절연 부싱과 전극봉의 결속 부위에는 터미널 플레이트가 설치되고, 상기 절연 부싱과 터미널 플레이트의 사이에 터미널 커버가 결합되며, 상기 터미널 커버는 원통형으로 형성되며, 내경이 상기 절연 부싱의 외경과 대응하는 크기를 가져 절연 부싱의 터미널 플레이트측 부위를 감싸게 결합되며, 상기 터미널 커버는 그래파이트 재질로 이루어지며, 상기 고순화 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 이온빔의 입구 양쪽에 상기 하우징 플레이트와 수직하는 방향으로 결합되는 판 형상의 보호 플레이트; 를 더 포함하며, 상기 보호 플레이트는 절연 부싱, 터미널 커버 및 터미널 플레이트를 이온빔의 이동 경로로부터 차단시킬 수 있는 크기로 설치되며, 그래파이트 재질로 이루어지고, 상기 고순화 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에서 이온빔의 이동에 의해 발생되는 불필요한 금속 불순물 생성과 원치 않는 위치의 이온빔 증착을 줄여 어셈블리의 내구성을 개선하고 공정 안정성을 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.

특히 그래파이트 재질의 전극봉을 1000℃ 이상에서 고순화 처리를 하고, 외형을 변형하며, 이온빔의 입구측 절연 부싱의 이온빔 증착이 저감되도록 터미널 커버와 보호 플레이트를 부가함으로써 어셈블리에서 발생하는 파티클을 감소시키고 고에너지로 인해 발생하는 글리치를 최소화시킬 수 있게 된다.

이 같은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내의 파티클 및 불순물을 개선하고 글리치를 감소시킴으로써 결국 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 향상시키며 장시간의 교체 및 교환 작업을 최소화함으로써 공정 연속성을 확보할 수 있게 될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 전극봉의 고순화처리에 따른 금속 불순물 저감 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 종래 기술에 따른 전극봉을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전극봉의 다양한 외형을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터미널 커버에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 보호 플레이트에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 적용에 따른 글리치 저감 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리는 이온 주입 장치의 빔 라인에 위치하고 있으며, 이온빔에서 원하는 전위보다 낮은 전위를 가진 이온을 걸러내는 전기적 필터 역할을 하게 된다.

도 2를 참조하면, 기본적으로 본 발명의 실시예에 따른 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리는 좌우측에 마주하여 배치되며 다수의 설치홀들을 갖는 판상의 하우징 플레이트(10)와, 수평 상태로 좌우측의 하우징 플레이트(10)에 결합되어 하우징 플레이트(10)를 지지하는 지지바(11)와, 상기 하우징 플레이트(10)의 설치홀들에 삽입되는 절연 부싱(30)과, 좌우에 배치되는 상기 절연 부싱(30)에 양단부가 각각 결합되는 전극봉(20)을 포함하여 구성된다.

여기에서 빔 라인에 위치되는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리에서 이온빔은 도면의 화살표 방향으로 이동하게 된다.

상기 전극봉(20)은 포커스 전극봉(Focus Electrode Rod)과, 그라운드 전극봉(Ground Electrode Rod), VEEF 전극봉(Electrode VEEF Rod)으로 구성될 수 있으며, 이들 전극봉(20)은 그래파이트(Graphite) 재질로 만들어진다.

상기 포커스 전극봉은 수평으로 펼쳐져 진입하는 이온빔에 일정한 전압(수십 DC KV)을 인가하여 이온빔의 가로축 모양을 형성하거나 밀도를 높이게 되며, 약 0.5 인치의 직경을 가지게 형성될 수 있다.

상기 그라운드 전극봉은 2쌍으로 구성되며 각각 단락되어져 접지됨으로써 어떠한 전압도 인가되지 않으며, 약 0.5 인치의 직경을 가지게 형성될 수 있다.

상기 VEEF 전극봉은 추출 전압의 약 70% 정도의 고전압이 인가되며, 질량은 동일하지만 전위가 낮은 불순물을 걸러낼 수 있도록 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에서 12개로 구성되어 진다.

상기 포커스 전극봉, 그라운드 전극봉 및 VEEF 전극봉은 이온 필터링의 목적에 따라 다양하게 배치될 수 있으며 그 직경 역시 약 0.5 ~ 1 인치 정도에서 선택될 수 있다.

상기 지지바(11)는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으며, 내측에는 이온빔이 직접적으로 접촉하지 않도록 그래파이트 재질의 보호판(11a)이 부착될 수 있다.

또한 전극봉(20)의 양측 말단에는 터미널 플레이트(31)가 설치되어 이온빔으로부터 상기 절연 부싱(30)의 오염을 방지하게 된다.

여기에서 상기 전극봉(20)은 그래파이트 재질로 이루어진다. 일반적으로 제조된 그래파이트 재질의 전극봉(20)은 그래파이트 자체에 함유된 금속 성분의 불순물이 완벽히 제거되지 않은 상태에 있기 때문에 이온빔과의 충격에 의해 금속 성분의 불순물이 전극봉(20)에서 빠져나오는 문제점을 가지고 있다.

즉 추출 전압(수십 KV)에 의해 고전위를 가지게 된 이온빔과 충돌할 때 전극봉(20)에서는 금속 성분의 불순물이 그래파이트 밖으로 이탈되어 프로세스 챔버를 오염시킴으로써 결국 웨이퍼의 품질 저하를 유발하게 되는 것이다.

이에 본 발명에서는 상기 전극봉(20)에 대해 고순화 처리 과정을 추가적으로 진행함으로써 금속 성분의 불순물 발생을 억제하고 그 결과 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내의 오염을 줄여 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 방안을 제안한다.

상기 전극봉(20)의 고순화 처리 과정은, 기존 기술로 제작된 전극봉(20)을 대상으로 진행될 수 있다. 이 같이 기존 기술로 제작된 전극봉(20)의 성분을 살펴보면 도 3과 같다. 도 3의 우측 일반 그래파이트(Graphite)의 성분을 살펴보면, 다양한 금속 성분의 불순물이 함유되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이 같은 기존 기술의 전극봉(20)에 대해 본 발명의 고순화 처리에서는 2000℃ 이상의 고온 조건에서 활성화 가스와 반응시켜 그래파이트 내 금속 성분의 불순물을 제거하게 된다. 이러한 과정은 별도의 대기압 반응 챔버에 전극봉(20)을 배치시켜 이루어질 수 있으며 2000℃ 이상 3000℃ 이하의 고온 조건에서 약 일주일 내지 열흘간 고순화 처리가 이루어질 수 있다. 이때 상기 활성화 가스는 헬륨 가스인 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 3의 좌측 고순화처리된 그래파이트의 성분을 살펴보면, 기존 기술로 제작된 그래파이트(도 3의 우측)에 비해 금속 성분의 불순물 함유량이 월등히 적어진 것을 확인할 수 있다.

따라서 고순화 처리를 거친 전극봉(20)은 금속 성분의 불순물 함유량이 현저히 낮아 고순도의 그래파이트로 이루어지기 때문에 이온 주입 공정에서 그래파이트가 에너지를 가지는 이온빔과의 충돌시 금속 성분의 불순물 발생을 극소량으로 줄일 수 있게 된다. 이는 결국 전극봉(20)에서 빠져나오는 오염원을 줄여 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 높이게 되고 웨이퍼의 품질 저하를 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편 분석기를 통과하여 가로로 평형화된 이온빔이 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 통과하게 되는데, 이 과정에서 이온빔의 수평방향 가장자리 이온들은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에 도포되게 된다. 특히 이온빔의 주 통과 구간에 위히한 전극봉(20)에 가장 많은 이온빔의 도포가 이루어지게 된다.

도 4에는 종래 기술에 따른 전극봉(20)이 도시되어 있다. 이러한 전극봉(20)은 기다란 원통형의 봉으로 형성되며 그 표면은 거칠기가 없이 매끈하게 만들어진다. 일 예로 도 4의 종래 기술에 따른 전극봉(20)에서 그래파이트 재질로 이루어지는 전극 부위는 길이가 713.7㎜이고 직경이 25.4 ㎜로 그 외면 단면적은 60404.59㎟이다.

이러한 전극봉(20)을 그래파이트 재질로 만드는 이유는 전도성 재질로서 분석기를 통과한 이온빔이 원하는 에너지 보다 낮은 에너지를 가질 때 상대적으로 높은 전압을 인가하기 위함이며 또한 이온빔에 부딪히게 되어 발생하는 높은 열에 견딜 수 있기 때문이다.

하지만 시간이 지남에 따라 전극봉(20)의 표면에 이온빔의 흡착이 발생하게 되는데 대부분의 이온빔은 전극봉(20)에 균일하게 도포되지만 불균일하게 너덜너덜한 상태로 도포가 이루어지는 경우가 많다.

도포된 이온빔의 막은 시간이 지날수록 점점 더 두께가 두꺼워지고 나중에는 자연 이탈되어 버리거나 글리치(Glitch) 등으로 인해 막질 표면에서 떨어져 나와 진공 챔버를 오염시키게 된다. 이는 결국 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 떨어뜨리게 되고 제품의 수율 저하를 초래하게 만드는 원인이 된다.

실제 전극봉(20) 제품의 외부 단면적의 총합은 60404.59 ㎟인데, 이온빔의 흡착 면적이 작으며 표면이 매끄러워 흡착된 이온빔의 막질에서 이탈이 쉽게 일어나게 된다. 즉 얇은 원기둥 모양의 전극봉(20) 표면에 도포된 이온빔들은 외부 단면적이 작아서 설비의 사용 시간이 조금만 경과함에도 도포막이 두껍게 쌓이게 되며, 진공의 깨짐, 고전압에 의한 글리치(Glitch), 자연 이탈 등 다양한 상태로 전극봉(20)에서 진공 내로 이탈하게 되어 오염원으로 작용하게 되는 것이다.

이러한 문제점에 착안하여 본 발명에서는 상기 전극봉(20)의 외면 단면적을 넓혀 이온빔의 흡착 면적을 최대화함으로써 이온빔이 흡착되어 생긴 막질의 이탈을 최소화하는 전극봉의 외형 변형을 제안한다.

도 5에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극봉(20a)의 외형이 도시되어 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극봉(20a)은 원통형의 기존 전극봉(20)에서 외형 변형을 주어 □(사각형) 형태의 홈을 전극봉(20a)의 기다란 길이방향을 따라 다수개 형성시켜 만들어질 수 있다. 이 같은 □ 형태의 홈은 원통형의 내부 샤프트와 결합되는 부위를 제외하고 전면에 걸쳐 형성될 수 있으며, □ 형태의 홈의 개수는 홈의 폭에 따라 결정될 수 있다.

일 예로, 도 5의 제 1 실시예에 따른 전극봉(20a)에서 그래파이트 재질로 이루어지는 전극 부위는 길이가 713.7㎜이고 직경(홈이 파이지 않은 부위 기준)이 25.4 ㎜로 그 외면 단면적은 89350.23㎟이다. 이것은 도 4의 종래 기술에 따른 전극봉(20)이 가지는 외면 단면적인 60404.59㎟에 비해 약 48% 정도의 외면 단면적이 늘어나는 결과를 가져오게 되며, 이것은 결국 이온빔의 흡착 면적이 48% 더 넓어져 그만큼 이온빔이 흡착되어 생긴 막질의 이탈을 더 줄일 수 있게 된다.

도 6에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극봉(20b)의 외형이 도시되어 있다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극봉(20b)은 원통형의 기존 전극봉(20)에서 외형 변형을 주어 △(삼각형) 형태의 홈을 전극봉(20b)의 기다란 길이방향을 따라 다수개 형성시켜 만들어질 수 있다. 이 같은 △ 형태의 홈은 원통형의 내부 샤프트와 결합되는 부위를 제외하고 전면에 걸쳐 형성될 수 있으며, △ 형태의 홈의 개수는 홈의 폭에 따라 결정될 수 있다.

일 예로, 도 6의 제 2 실시예에 따른 전극봉(20b)에서 그래파이트 재질로 이루어지는 전극 부위는 길이가 713.7㎜이고 직경(홈이 파이지 않은 부위 기준)이 25.4 ㎜로 그 외면 단면적은 70867.46㎟이다. 이것은 도 4의 종래 기술에 따른 전극봉(20)이 가지는 외면 단면적인 60404.59㎟에 비해 약 17% 정도의 외면 단면적이 늘어나는 결과를 가져오게 되며, 이것은 결국 이온빔의 흡착 면적이 17% 더 넓어져 그만큼 이온빔이 흡착되어 생긴 막질의 이탈을 더 줄일 수 있게 된다.

도 7에는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극봉(20c)의 외형이 도시되어 있다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극봉(20c)은 원통형의 기존 전극봉(20)에서 외형 변형을 주어 □ 형태의 홈을 전극봉(20c)의 기다란 길이방향과 수직하는 방향을 따라 다수개 형성시켜 만들어질 수 있다. 이 같은 □ 형태의 홈은 원통형의 내부 샤프트와 결합되는 부위를 제외하고 전면에 걸쳐 형성될 수 있으며, □ 형태의 홈의 개수는 홈의 폭에 따라 결정될 수 있다.

일 예로, 도 7의 제 3 실시예에 따른 전극봉(20c)에서 그래파이트 재질로 이루어지는 전극 부위는 길이가 713.7㎜이고 직경(홈이 파이지 않은 부위 기준)이 25.4 ㎜로 그 외면 단면적은 108003.49㎟이다. 이것은 도 4의 종래 기술에 따른 전극봉(20)이 가지는 외면 단면적인 60404.59㎟에 비해 약 79% 정도의 외면 단면적이 늘어나는 결과를 가져오게 되며, 이것은 결국 이온빔의 흡착 면적이 79% 더 넓어져 그만큼 이온빔이 흡착되어 생긴 막질의 이탈을 더 줄일 수 있게 된다.

도 8에는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전극봉(20d)의 외형이 도시되어 있다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 전극봉(20d)은 원통형의 기존 전극봉(20)에서 외형 변형을 주어 △ 형태의 홈을 전극봉(20d)의 기다란 길이방향과 수직하는 방향을 따라 다수개 형성시켜 만들어질 수 있다. 이 같은 △ 형태의 홈은 원통형의 내부 샤프트와 결합되는 부위를 제외하고 전면에 걸쳐 형성될 수 있으며, △ 형태의 홈의 개수는 홈의 폭에 따라 결정될 수 있다.

일 예로, 도 8의 제 4 실시예에 따른 전극봉(20d)에서 그래파이트 재질로 이루어지는 전극 부위는 길이가 713.7㎜이고 직경(홈이 파이지 않은 부위 기준)이 25.4 ㎜로 그 외면 단면적은 77349.52㎟이다. 이것은 도 4의 종래 기술에 따른 전극봉(20)이 가지는 외면 단면적인 60404.59㎟에 비해 약 28% 정도의 외면 단면적이 늘어나는 결과를 가져오게 되며, 이것은 결국 이온빔의 흡착 면적이 28% 더 넓어져 그만큼 이온빔이 흡착되어 생긴 막질의 이탈을 더 줄일 수 있게 된다.

도 5 내지 도 8을 통해 설명한 제 1 실시예 내지 제 4 실시예의 전극봉(20a, 20b, 20c, 20d)은 종래 기술에 따른 전극봉(20)에 비해 적게는 17%에서 많게는 79%까지 외면 단면적이 넓어져 이온빔의 흡착 면적이 확대되게 된다. 이로써 이온빔이 흡착되어 생긴 막질의 이탈을 최소화할 수 있게 되며 파티클 오염을 줄여 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 향상시키고 결국 장시간의 교체 및 교환 작업을 줄여 공정 연속성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이때 도 5 내지 도 8을 통해 설명한 제 1 실시예 내지 제 4 실시예의 전극봉(20a, 20b, 20c, 20d)은 상술한 전극봉에 대해 고순화 처리 과정과 병행하여 실시함으로써 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내부 오염을 더욱 줄일 수 있게 될 것이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터미널 커버에 대해 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 보호 플레이트에 대해 설명하기 위한 도면이다.

실제 공정에서 예방 정비 또는 고장으로 인해 설비의 재가동시, 분석기를 통과한 초기의 이온빔은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리 내에서 포커싱(Focusing)이 되는데 포커싱이 이루어지기 전 산란 또는 디포커싱(Defocusing)되어 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리로 진입하게 된다. 이때의 이온빔은 밀도가 약해 퍼져 있게 되는데 진입 과정에서 전극봉(20)의 절연 연결부(Insulation Feedthrough)에 직접 증착되는 현상이 발생된다. 즉 전극봉(20)의 양쪽 끝단에 설치되며 고전압이 인가되면서 고진공과 대기 사이의 연결부(Feedthrough) 역할을 하는 절연 부싱(30)에도 이온빔이 흡착되어 절연을 파괴하는 원인이 되고 있다. 이 같이 이온빔이 증착된 연결부는 증착막에 의해 절연이 파괴되어 고전압이 흔들리는 글리치 현상을 유발하게 된다. 글리치가 발생하면 전극봉(20)에 증착되어 있는 막질이 이탈하게 되어 파티클의 대량 발생을 초래하게 되며 결국 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다. 나아가 파티클의 대량 발생이 야기한 전압 불안정으로 인하여 잦은 설비 고장이 유발되는 문제도 있다.

이러한 문제점에 착안하여 본 발명에서는 이온빔이 이동하는 경로에 노출되는 절연 부싱(30)의 오염을 방지하기 위해 터미널 커버(32)를 삽입하며, 이온빔이 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리로 진입하는 입구측 절연 부싱(30)에 증착되는 이온빔이 저감되도록 보호 플레이트(13)를 부가하는 절연 부싱 보호 방식을 제안한다.

도 9의 (b)를 참조하면, 상기 터미널 커버(32)는 그래파이트 재질로 이루어지고, 속이 빈 원통형으로 형성되어 상기 절연 부싱(30)과 터미널 플레이트(31)의 사이에 결합된다. 상기 터미널 커버(32)의 내경은 상기 절연 부싱(30)의 외경과 동일해 절연 부싱(30)에서 터미널 플레이트(31)측 부위 보다 정확하게는 이온빔에 노출되는 부위를 감싸게 결합되며 상기 터미널 플레이트(31)에 나사선 방식으로 결속될 수 있다.

기본적으로 절연 부싱(30)은 전기적 필터링을 목적으로 고전압이 인가되게 되며, 일반 대기와 고진공 사이에 설치되어 누압을 방지하는 씰링 역할을 하게 된다. 또한 절연 부싱(30)은 수십 킬로볼트의 고전압이 각각의 전극봉(20)에 전압손실 없이 인가될 수 있도록 내부에는 전도체가 그리고 외부에는 절연체로 구성되게 된다.

기존에는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 절연 부싱(30)과 전극봉(20)의 결속 부위에 터미널 플레이트(31)를 설치함으로써 이 결속 부위에 이온빔이 증착되는 것을 차단하고 있었다. 하지만 이 터미널 플레이트(31)에 부딪친 후 추가로 발생하는 이온들이나 반사된 이온빔의 잔여물들이 절연 부싱(30)의 외부를 오염시켜 절연이 깨지는 현상이 빈번히 발생하였다.

또한 상기 터미널 플레이트(31)가 절연 부싱(30)과 전극봉(20)의 사이에 장벽 형태로 설치되기 때문에 이온빔이 절연 부싱(30)과 전극봉(20)의 결속 부위에 증착되는 것을 일정 부분 차단하고 있었지만 이 같은 터미널 플레이트(31)는 절연 부싱(30)에 대하여는 단순히 이동하는 이온빔의 이동경로를 제한하는 장벽으로서의 역할만을 하기 때문에 절연 부싱(30)의 이온빔 증착을 원천적으로 방지하지는 못하였다.

이러한 절연 부싱(30)에는 이온빔의 진입 과정에서 이온빔이 직접 증착되게 되는데, 이로 인한 절연 파괴와 글리치 현상 유발은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 크게 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.

본 발명에서는 절연 부싱(30)의 외부 절연체인 그래파이트와 동일한 재질로 이루어진 터미널 커버(32)를 절연 부싱(30)과 터미널 플레이트(31)의 사이에 설치하되 터미널 커버(32)가 절연 부싱(30)의 이온빔 노출 부위를 직접 감싸게 함으로써 1 차적인 터미널 플레이트(31)의 이온빔 차단 작용에 더해 2 차적인 터미널 커버(32)의 절연 부싱에 대한 실드(shield) 작용이 가능해 절연 부싱(30)의 절연 파괴를 방지할 수 있고 글리치 현상도 방지할 수 있게 되는 것이다. 나아가 이는 결국 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내구성을 향상시키고 설비 고장을 줄이게 될 것이다.

이때 상기 터미널 커버(32)는 상술한 전극봉에 대해 고순화 처리 과정과 병행하여 실시함으로써 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내부 오염을 더욱 줄일 수 있게 될 것이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 보호 플레이트에 대해 설명하기 위한 도면이다.

기존의 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리에서는 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 내부로 주입되는 이온빔이 넓은 가로 길이와 낮은 세로 높이를 갖는 모양의 와이드(Wide) 빔을 형성하게 된다. 여기에서 이온빔의 가로 길이는 일반적으로 생산 목적물인 웨이퍼의 길이보다 다소 길게 스티어링(Steering) 작업과 매니풀래이션(Manipulation) 작업을 거쳐 생성이 된다.

하지만 기존의 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리는 입구측에 별도의 실드 장치가 없기 때문에 좌우 스티어링이 안되거나 초기 빔 생성시에는 이온빔이 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 중간을 지나지 않는 경우가 발생하게 되는데, 이러한 현상은 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 입구 양쪽에 있는 절연 부싱(30)의 표면에 이온빔이 직접 증착되는 작용을 초래하여 절연 부싱(30)의 절연을 깨뜨리게 되며 결국 글리치의 주요한 원인이 되고 있다.

이러한 문제점에 착안하여 본 발명에서는 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 입구 양쪽에 그래파이트 재질의 보호 플레이트(13)를 설치함으로써 불안정한 이온빔이 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리에 들어 올때 이온빔에 의한 절연 부싱(30)의 직접 오염을 방지하는 절연 부싱 보호 방식을 제안한다.

상기 보호 플레이트(13)는 판 형상으로 형성되며, 하우징 플레이트(10)의 입구측 부위에 세워진 마운트 블럭(도시 않음)에 결합되어 해당 하우징 플레이트(10)와 수직하는 방향으로 세워져 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 입구로 들어오는 이온빔 중 절연 부싱(30)으로 향하는 이온빔의 경로를 차단하게 된다.

이 같은 보호 플레이트(13)는 설치시 절연 부싱(30), 터미널 커버(32) 및 터미널 플레이트(31)를 이온빔의 경로로부터 차단시킬 수 있을 정도의 크기로 형성될 수 있다.

그리고 상기 보호 플레이트(13)는 이온빔의 고온에 견딜 수 있는 그래파이트 재질로 만들어질 수 있으며, 보디 그라운드(Body Ground) 되어야 이온빔이 부딪힐 때 접지로 빠져 나가게 할 수 있을 것이다.

이때 상기 보호 플레이트(13)는 상술한 전극봉에 대해 고순화 처리 과정과 병행하여 실시함으로써 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 내부 오염을 더욱 줄일 수 있게 될 것이다.

도 11은 본 발명의 적용에 따른 글리치 저감 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

상술한 도 9의 터미널 커버(32)와 도 10의 보호 플레이트(13)를 적용함에 따른 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리의 글리치 저감 효과가 도 11에 도시되어 있다.

도 11의 좌측 그래프(a)는 터미널 커버(32)와 보호 플레이트(13)가 적용되지 않은 상태로 약 30일간(1일~30일) 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 가동한 결과 매일마다 발생하는 글리치의 횟수를 그래프로 작성한 것이다. 표에서 알 수 있듯이 종래의 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리에서는 매일 적어도 40회 이상의 글리치가 발생하고 있으며, 평균 약 60회 이상의 글리치가 발생되고 있었다.

이와 대비하여 도 11의 우측 그래프(b)는 터미널 커버(32)와 보호 플레이트(13)가 적용된 상태로 약 30일간(31일~62일) 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리를 가동한 결과 매일마다 발생하는 글리치의 횟수를 그래프로 작성한 것이다. 표에서 알 수 있듯이 본 발명에 따라 터미널 커버(32)와 보호 플레이트(13)가 적용된 상태에서는 절연 부싱(30)의 절연 파괴가 현저히 감소하고 이에 따라 파티클의 발생이 적어져 매일 많아도 40회 이하의 글리치가 발생하고 있으며, 평균 약 30회 정도의 글리치가 발생되었다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 하우징 플레이트 11 : 지지바
13 : 보호 플레이트 20 : 전극봉
30 : 절연 부싱 31 : 터미널 플레이트
32 : 터미널 커버

Claims (8)

1. 좌우측에 마주하여 배치되며 다수의 설치홀들을 갖는 판상의 하우징 플레이트;
   수평 상태로 좌우측의 하우징 플레이트에 결합되어 하우징 플레이트를 지지하는 지지바;
   상기 하우징 플레이트의 설치홀들에 삽입되는 절연 부싱; 및
   좌우에 배치되는 상기 절연 부싱에 양단부가 각각 결합되는 전극봉; 을 포함하며,
   상기 전극봉은 그래파이트 재질로 이루어지며, 2000℃ 이상의 고온 조건에서 활성화 가스와 반응시켜 그래파이트 내 금속 성분의 불순물을 제거하는 고순화 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 전극봉은 외면에 적어도 하나 이상의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전극봉은 □ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 전극봉은 △ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 전극봉은 □ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향과 수직하는 방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   
6. 제 2항에 있어서,
   상기 전극봉은 △ 형태의 홈이 전극봉의 길이방향과 수직하는 방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 절연 부싱과 전극봉의 결속 부위에는 터미널 플레이트가 설치되고,
   상기 절연 부싱과 터미널 플레이트의 사이에 터미널 커버가 결합되며,
   상기 터미널 커버는 원통형으로 형성되며, 내경이 상기 절연 부싱의 외경과 대응하는 크기를 가져 절연 부싱의 터미널 플레이트측 부위를 감싸게 결합되며,
   상기 터미널 커버는 그래파이트 재질로 이루어지며, 상기 고순화 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   
8. 제 7항에 있어서,
   이온빔의 입구 양쪽에 상기 하우징 플레이트와 수직하는 방향으로 결합되는 판 형상의 보호 플레이트; 를 더 포함하며,
   상기 보호 플레이트는 절연 부싱, 터미널 커버 및 터미널 플레이트를 이온빔의 이동 경로로부터 차단시킬 수 있는 크기로 설치되며, 그래파이트 재질로 이루어지고, 상기 고순화 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 퓨리티 모듈 어셈블리.
   

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