CN107735850A - 用于离子注入器的反射极、阴极、腔壁、狭缝构件以及包括以上部件的离子发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离子注入器的元件和包括该元件的离子发生装置。元件包括构成在半导体装置的制造过程中用于离子注入的离子发生装置的电弧腔的反射极、阴极、腔壁和狭缝构件。在每个元件上设置有包括半碳化物层的涂覆结构，以便使得元件稳定对抗热变形，保护该元件免受磨损，并且防止沉积产物脱落。在不改变设备的离子发生的位置或者设备的变形下，涂覆结构能够使离子注入精确地进行。涂覆结构使得电子均匀地反射到电弧腔内以增大等离子体的均匀性，从而改善离子源气体的电离效率。与现有元件相比，涂覆结构显著地延长了元件的服务寿命。同样还提供了一种包括该元件的离子发生装置。

Description

用于离子注入器的反射极、阴极、腔壁、狭缝构件以及包括以 上部件的离子发生装置
技术领域
本发明涉及一种用于离子发生器的反射极、阴极、腔壁和狭缝构件，以及包括以上部件的离子发生装置。更具体地，本发明涉及一种离子注入器的元件，例如，构成用于用在制造半导体装置的离子注入用离子发生装置的电弧腔的反射极、阴极、腔壁和狭缝构件，其中，为每个元件提供包括半碳化物层的涂覆结构，以便使得元件稳定对抗热变形，保护该元件免受磨损，并且防止沉积产物脱落，从而在不改变离子发生的位置或者设备的变形下，能够精确地进行离子注入，电子可以均匀地反射到电弧腔内以增大等离子的均匀性，导致了离子源气体的分解效率的提高，并且元件的寿命可以相较于那些现有的元件和包括该元件的离子发生装置而显著地提高。
背景技术
半导体装置的制造方法通常包括两个过程：沉积和离子注入。沉积过程为用于形成半导体装置的导电薄膜或者绝缘薄膜的过程。例如，沉积过程为溅射或者化学气相沉积。在蚀刻之前执行光学处理以通过有图案的光掩模以对光敏树脂进行图案处理。随后的蚀刻为利用光敏树脂图案对下面的导电薄膜或者绝缘薄膜进行图案处理的过程。
离子注入过程为用于控制在硅片上制造的电子装置的操作特征的过程。传统的离子注入过程基于热扩散，以将掺杂物掺杂在薄膜中，然而，最近的离子注入过程基于将具有恒定能量的离子穿透到薄膜中以使得薄膜掺杂有掺杂物。
基于离子注入的掺杂物掺杂过程提供了对掺杂物浓度的更好地控制，并且与基于热扩散的掺杂过程相比，对于控制或者限制掺杂物的掺杂深度是有利的。用于离子注入的离子注入器包括在其中发生离子以掺杂掺杂物的离子发生单元，和其中控制所发生的离子的种类和能量的离子分析单元。
在离子发生装置中，灯丝被加热以发射热电子，热电子被电场加速以与离子源气体碰撞以发生离子。可以通过加热钨灯丝而直接发射热电子。从钨灯丝发射的热电子可以朝向阴极而加速，电子从阴极次级发射。电子的次级发射可以防止灯丝材料降解，延长了元件的更换周期。
被引入离子发生装置中的离子源气体与从阴极发射的电子碰撞并且分解。考虑到电弧腔的较高的处理温度(≥1500℃)，构成电弧腔的元件由作为母材的耐火金属制成，例如，钼(Mo)、钨(tungsten)、钽(Ta)、铼(Re)、铌(Nb)。腔室由于其重力而受到荷载的作用并且可能热变形。因此，导致离子发生的位置改变，甚至电弧腔变形，使得难以实现精确的离子注入。
例如，美国专利公布No.2011-0139613描述了一种离子注入器的反射极，其由钨(一种耐火金属)制成。该公布文件公开了使用钨或者碳作为反射极的电极本体的材料，但是提供该材料仅仅用于反射极的结构改进(例如，微型化)，并且与质量的改进无关。
作为另一示例，韩国专利No.10-0553716公开了一种由钨制成的离子注入器的前板。该专利提供了对由于频繁地更换前板而引起的设备维护成本和维修成本增加的问题的解决方案，实现了良好的光线均匀性，并且提出了一种新的元件结构，其中，元件的期望形状由相对易于处理的特定的金属母材制成，然后，钨通过涂覆形成薄膜而沉积在金属母材的表面上，该表面对应于腔室本体的内侧，从而实现了良好的光线均匀性，这替代了仅仅使用耐火金属来制造元件。然而，由于腔室本体的内部温度增大到900℃或者高于900℃，而离子连续地撞击腔室本体的内壁，由导电金属母材制成的腔室本体在散热方面非常不利，并且易于嵌入有掺杂物，这引起了对腔室本体内壁的污染或者点蚀。特别是，当过热时，内部材料达到其所能承受的极限值，这导致了对元件的损害。就此而言，已经提出了各种涂覆技术，但是涉及使用昂贵的涂覆设备和昂贵的原材料粉末。
在具有供离子束发射的狭缝的离子注入器中，碳和耐火金属的不同的热膨胀系数当在高温度工艺中使用时会导致高荷载而引起的热变形。因此，离子发射的位置改变，并且设备整体变形，使得不能实现精确的离子注入。另外，在碳层和耐火金属涂覆结构之间的交界处出现脱落，导致异物颗粒的形成。因此，存在在半导体制造期间将形成瑕疵，并且半导体设备的耐久性将恶化的危险。
因此，急需开发一种反射极、电子发射阴极、腔壁、以及狭缝构件，通过以上部件，可以实现精确的离子注入，而无需改变离子发生的位置和设备的变形，电子可以均匀地反射到电弧腔内，以增大等离子体的均匀性，从而使得离子源气体的分解效率提高，以及元件的服务寿命相较于那些现有的元件而显著地延长，并且离子发生装置包括该元件。
发明内容
因此，本发明的第一目的是提供一种离子注入器的反射极、阴极、腔壁、狭缝构件，其能稳定对抗热变形，被保护免受磨损，并且尽管长时间使用离子注入器而不更换元件，同时能够防止沉积产物脱落。
本发明的第二目的是提供一种离子发生装置，包括反射极、阴极、腔壁、狭缝构件。
本发明的一个方面提供了一种离子注入器的反射极，包括：反射部，其放置在用于离子注入器的离子发生装置的电弧腔内侧，并且与离子发生装置的阴极相对；端子部，其从反射部延伸并且被施加预定电压，其中，反射部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
本发明的另一方面提供一种电子发射阴极，电子发射阴极安装在用于离子注入器的离子发生装置的电弧腔内部，并且包括侧面部，侧面部固定到电弧腔的一侧上并且限定了供灯丝安装的空间，以及前部，其朝向电弧腔暴露并且具有表面(电子从其上被发射)，其中，阴极具有耐火金属材料形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构母材。
本发明的另一方面提供腔壁，其安装在用于离子注入器的离子发生装置的电弧腔内部，以限定发生离子的空间，其中，腔壁覆盖了电弧腔的四侧，并且其对应于电弧腔的四侧中至少一侧的部分具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
本发明的另一方面提供一种狭缝构件，其包括狭缝，通过该狭缝，离子束从离子注入器的离子发生装置被发射，其中，由狭缝形成的狭缝部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
根据本发明的一个实施方式，包括半碳化物层的涂覆结构可以包括耐火金属半碳化物结构，其中，连续或非连续的耐火金属一碳化物层被层叠在连续或非连续的耐火金属半碳化物层上。
根据本发明的另一个实施方式，包括半碳化物层的涂覆结构可以包括耐火金属碳化物结构，其中，具有六边形晶体结构的连续或非连续的层连续或非连续地层叠在具有至少一个晶体结构的连续或非连续的层上，至少一个晶体结构选自包括以下项的组：ε(ε-Fe2N类型)晶体结构和β(PbO2、Mo2C、或C6类型)晶体结构。
根据本发明的另一个实施方式，当构成耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量(Wm)与构成耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量(Ws)之比被定义为X(Wm/Ws)时，X可以等于或者小于5，(其中，Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射EBSD分析来确定)。
根据本发明的另一个实施方式，母材的重量(Ww)、构成耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量(Wm)、以及构成耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量(Ws)的比(Ww:Wm:Ws)可以为90～95:0.8～4:9.2～1(其中，Ww、Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射EBSD分析来确定)。
根据本发明的另一个实施方式，半碳化物涂覆层可以具有的2μm的最小厚度和300μm的最大厚度。
根据本发明的另一实施方式，端子部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
本发明的另一方面提供了一种包括反射极的离子发生装置。
本发明的反射极、阴极、腔壁和狭缝构件是构成在半导体装置的制造过程中用于离子注入的离子发生装置的电弧腔的元件，以及包括半碳化物层的涂覆结构被提供给每个元件，以便使得元件能够稳定对抗热变形，保护该元件免受磨损，并且防止沉积产物脱落，从而在不改变离子发生的位置或者设备的变形下，能够精确地进行离子注入，电子可以均匀地反射到电弧腔内以等离子体的均匀性，从而提高离子源气体的分解效率，并且元件的服务寿命可以相较于那些现有的元件和包括该元件的离子发生装置而有显著地提高。
附图说明
结合附图，从多个实施方式的以下描述中，本发明的这些和/或其他方面将变得明显并且易于理解，附图中：
图1示出了用于离子注入器的离子发生装置的结构；
图2示出了用于离子注入器的反射极的结构；
图3示出了用于离子注入器的电子发射阴极的结构；
图4示出了气体在电弧腔内的密度分布；
图5示出了用于离子注入器的狭缝构件的结构；
图6显示了包括半碳化物层的涂覆结构的表面，其中，一碳化物层被层叠在示例1-1中在钨母材的表面上形成的半碳化物层上，其示例使用(a)石墨片(b)碳黑粉末通过电子背散射衍射而进行分析；
图7显示了在示例1-1中的钨母材的表面上包括半碳化物层的涂覆结构的XRD图案，其表明在3μm的XRD穿透深度下层叠在半碳化物层上存在的一碳化物层。
具体实施方式
参考附图，现在将详尽地描述本发明。
本发明涉及一种作为构成在半导体装置的制造过程中用于离子注入的离子发生装置的电弧腔的元件的反射极、阴极、腔壁和狭缝构件，该离子发生装置具有包括半碳化物层的涂覆结构，其中，为每个元件提供包括半碳化物层的涂覆结构，以便使得元件稳定对抗热变形，保护该元件免受磨损，并且防止沉积产物脱落，从而在不改变离子发生的位置或者设备的变形下，能够精确地进行离子注入，电子可以均匀地反射到电弧腔内以增大等离子体的均匀性，从而提高离子源气体的分解效率，并且元件的寿命可以相较于那些现有的元件和包括该元件的离子发生装置而有显著地提高。
图1示出了用于离子注入器的离子发生装置的结构。参考图1，离子发生装置100包限定预定空间的电弧腔104、安装在电弧腔的一侧处的阴极102、安装在阴极的内部空间中的灯丝101、以及安装成与阴极相对的反射极103。
灯丝101可以由高熔点金属(例如，钨)制成，并且当通过从外部连接的电源流入的电流加热到预定温度时用于将热电子发射到外部。阴极102与灯丝101间隔开一定距离。外部电源的阳极连接到阴极以在灯丝和阴极之间形成电场。通过该电场，热电子从灯丝被发射。热电子与阴极碰撞，而且电子再次从阴极表面被发射。电子朝向由电弧腔104限定的空间被发射。掺杂气体和运载气体通过气体入口105被引入到空间中。狭缝构件106设置成与气体入口相对。气体和离子通过狭缝构件被发射。
电源单元连接到电弧腔104以加速从阴极102发射的电子。反射极103与电弧腔的一侧处的阴极102相对安装，并且用于反射从阴极发射的被加速的电子，从而使离子分布在有限的空间内。偏压可以施加在阴极上，或者电子可被保持漂浮。磁体110a和110b可以安装在电弧腔104的周围。磁体可以为电磁体，并且在存在磁场的情况下，允许加速运动的电子沿着在电弧腔104内部形成的电场旋转。电子的旋转增大了电子将与气体颗粒碰撞的可能性，实现了高电离效率。尽管在该附图中示出，但是分析器安装在狭缝构件中，离子通过狭缝构件被发射。在存在电场的情况下，该分析器使得离子加速，并且过滤了具有特定能量的特定种类的离子。
供离子发射通过的狭缝构件106可以设置在电弧腔104的上表面或者下表面上，并且气体入口105可以形成为与狭缝构件106相对。
图2示出了反射极的结构。参考图2，反射极103包括反射部103a和端子部103b。反射部103a与阴极相对放置，并且可以采取具有预定面积和厚度的板(例如，盘)的形式。端子部103b与反射部电连接，并且充当可以施加预定电压的端子和用于将反射极103保持在电弧腔104内部的保持器。
如上所述，反射部103a与离子发生装置的电弧腔104的阴极相对放置，并且端子部103b从反射部103a延伸。可以将预定电压施加在端子部103b上。反射部103a具有耐火金属材料形成其形状的母材，例如，钼(Mo)、钨(tungsten)、钽(Ta)、铼(Re)、或者铌(Nb)，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
图3示出了电子发射阴极102的结构。参考图3，阴极102由以下构成：提供可以供灯丝101安装其中的内部空间的侧面部102a，以及提供电子从其被发射的表面的前部102b。
侧面部102a可以是具有预定长度的管的形式。内部空间102d和紧固部102c形成在阴极102中。
例如，前部102b可以具有凹陷表面并且可以包括边缘、向内倾斜部(未示出)、平坦部(未示出)。边缘102b在前部的外周上具有预定宽度，提供了朝向电弧腔的平滑表面，以及相较于凹陷区域而朝向电弧腔相对突出。边缘102b由于其平滑的表面而防止发射的电子聚集在一个区域上。如果不形成边缘而仅仅形成向内倾斜的部分，则阴极的最外的部分成锐角，从而使电子从边缘部分密集地被发射。向内倾斜部分朝向前部的中心而倾斜。该倾斜增大了电子从其被发射的阴极表面的面积，并且允许电子从倾斜表面被发射到阴极的中心，从而电子朝向掺杂气体致密的区域加速。向内倾斜部分优选地朝向电弧腔而凹陷。该结构在控制电子的发射位置方面是非常有效的，以使得电子向掺杂气体致密区域的迁移最大化。平坦部形成在阴极的前部的中心处，并且具有光滑表面。可以调整向内倾斜部分的宽度与平坦部的半径之比，从而可以实现提高的电离效率。当前部为圆形时，向内倾斜部和平坦部具有相同的曲率中心。在该情况下，平坦部的半径与向内倾斜部分的宽度之比，例如可以在1:0.5到1:1.5的范围内。在该范围内，通过倾斜部分可以有效控制电子发射的方向，并且可以确保提高的电离效率。平坦部的深度可以是平坦部半径的0.5倍到平坦部半径的1.5倍。在该情况下，可以增大阴极的面积，并且可以提高电离效率。
如上所述，阴极102安装在离子发生装置的电弧腔104内部，阴极102的侧面部固定到电弧腔104的一侧上，并且限定了安装灯丝101的空间，并且阴极的前部朝向电弧腔暴露并且具有发射电子的表面。阴极具有耐火金属材料形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
图4阐述了气体在电弧腔中的密度分布。参考图4，腔壁104a形成在电弧腔104中。腔壁104a覆盖电弧腔104的四侧。气体入口105和离子发射通过的狭缝构件106同样形成在电弧腔104中。掺杂气体和运载气体通过气体入口进入，并且被部分电离，并且通过狭缝构件106而释放。此时，在电弧腔104内出现了气体压力差。具体地，气体密度(即，气体压力)在接近气体入口104的区域中较高。即，朝向掺杂气体致密区域加速的电子的数目越多，电离的可能性越高。
腔壁104a安装在电弧腔内部，以限定离子发生装置中发生离子的空间。对应于电弧腔的四侧中至少一侧的腔壁部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
图5示出了狭缝构件的结构。参考图5，狭缝构件106具有形成有狭缝106a的狭缝部106b，具有中心插入孔(未示出)的框架106c，狭缝部106b适配到该中心插入孔中。狭缝部106b和框架106c可以通过连接构件106d而彼此互连。连接构件106d可以为螺栓。在该情况下，狭缝部106b和框架106c的每一个可以具有多个用于插入螺栓的螺栓孔(未示出)。狭缝部106b和框架106c可以由相同或者不同材料制成。
离子束可以通过狭缝构件106的狭缝从离子发生装置发射到外部。形成有狭缝的狭缝部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
除非特别说明，在本文中使用的术语“包括半碳化物层的涂覆结构”指的是这样的结构，其中，半碳化物层被层叠为下面的涂覆层。包括半碳化物层的涂覆结构提供了稳定对抗热变形、耐磨损、以及相位稳定性，并且防止了沉积产物的脱落，同时避免了使用添加剂或者形成保护/中间层。
例如，包括半碳化物层的涂覆结构可以具有耐火金属碳化物结构，其中，连续或者非连续的耐火金属一碳化物层被层叠在连续或者非连续耐火金属半碳化物层上。该层叠结构相较于半碳化物或者一碳化物单层提供了改进的抗热变形性和耐磨损的稳定性，并且防止了沉积产物脱落。
作为替选方案，包括半碳化物层的涂覆结构可以具有这样的结构，其中，具有六边形晶体结构的连续或者非连续层连续或者非连续地层叠在具有至少一个晶体结构的连续或者非连续层上，至少一个晶体结构选自包括以下项的组：ε(ε-Fe2N类型)晶体结构和β(PbO2、Mo2C或者C6类型)晶体结构。由于该不同晶体结构的连续或者非连续地层叠结构，可以进一步提供改进的相位稳定性。这里，双层为优选结构，其中，具有六边形晶体结构的连续层被层叠在具有ε(ε-Fe2N类型)晶体结构的连续层上。
当构成耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量(Wm)与构成耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量(Ws)之比被定义为X(Wm/Ws)时，则X可以等于或者小于5。当X不大于5时，层叠结构提供了对抗热变形的稳定性和耐磨损，并且防止了沉积产物的脱落。这里，通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定Wm和Ws。具体来说，X可以在以下范围内：0.01至5、0.03至4、0.1至4、0.05至0.3、或者0.1至0.2。
母材的重量(Ww)、构成耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量(Wm)、以及构成耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量(Ws)之比(Ww:Wm:Ws)可以为90～95:0.8～4:9.2～1。在该比例下，层叠结构提供了对抗热变形的稳定性和耐磨损，并且防止了沉积产物的脱落。通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定重量Ww、Wm和Ws。具体来说，Ww:Wm:Ws之比可以为91～94:0.8～3:8.2～3。
具有六边形晶体结构的连续层可以具有如通过XRD分析所测量的，在35°至36°范围内具有最大密度的第一峰值，和在48°至50°范围内的第二峰值，以及在31°至32°范围内的第三峰值(见图7中的内部峰值)。连续层具有的至少一个晶体结构包括选自由以下组成的晶体结构：ε(ε-Fe2N类型)晶体结构和β(PbO2、Mo2C或者C6类型)晶体结构，该连续层可以具有如通过XRD分析所测量的，在69.5°至70.0°范围内具有最大密度的第一峰值，和在39.5°至40.0°范围内的第二峰值，以及在52.0°至52.5°范围内的第三峰值。
半碳化物层优选地具有的最小厚度≥2μm，并且最大厚度≤300μm或者≤200μm。尽管其厚度非常小，但是半碳化物层提供了足够对抗热变形、抗磨损的改进的稳定性，以及相位稳定性，并且防止了沉积产物脱落。除非特别说明，如在本文中使用的术语“最小厚度”和“最大厚度”分别指的是层的最厚部分的厚度和最薄部分的厚度。例如，包括半碳化物层的涂覆结构可以具有这样的结构，其中，厚度为1到10μm的一碳化物层被层叠在具有厚度为1到50μm的半碳化物层上。在这些厚度范围内，可以提供改进的耐磨性，并且可以防止沉积产物脱落。具体来说，包括半碳化物层的涂覆结构可以具有这样的结构，其中，具有厚度为1到6μm的一碳化物层被层叠在具有厚度为1到8μm的半碳化物层上。
作为参考，在以下情况下，其中构成离子发生装置100的电弧腔104的反射极103、阴极102、腔壁104a、以及狭缝构件106的一个或多个元件的具有耐火金属材料作为形成其形状的母材并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构，则电弧腔104的其他构成元件可以由作为母材的耐火金属材料制成。如果需要，电弧腔104的其他构成元件可以由具有涂覆结构的材料制成，涂覆结构包括在母材的至少一个表面上的半碳化物层或在现有技术中已知的任何合适材料，诸如碳或者碳/氢化合物。
例如，包括半碳化物层的涂覆结构可以通过以下过程而形成：通过将作为母材的耐火金属材料加工成期望形状，并且对具有含碳的材料的母材的至少一个表面进行退火处理以形成包括半碳化物层的层叠涂覆层。作为使用含碳材料进行退火的示例，渗碳或者化学气相沉积可以利用石墨片或者碳黑粉末来执行以形成多层涂覆结构，该结构包括作为最下面的涂覆层为半碳化物层。
包括半碳化物层的多层涂覆结构可以具有≥2μm的最小厚度，以及≤300μm的最大厚度。对含碳材料的退火优选在以下操作条件下执行：其中，具有厚度在1到10μm的一碳化物层可以被层叠在具有厚度在1到30μm的半碳化物层上，以形成多层涂覆结构。更优选地，对含碳材料的退火优选在以下操作条件下执行：其中，具有厚度在1到6μm的一碳化物层可以被层叠在具有厚度在1到8μm的半碳化物层上，以形成多层涂覆结构。更具体地，退火可以在以下条件下执行：通过在真空或者在惰性环境下、驻留时间为0秒到30小时(这里，“0秒”意味着瞬时冷却)、在加热速度在1至100℃/min下加热到1100至2200℃的最高温度，但是不限于这些温度/压力条件。退火条件可以在已知范围内进行调整，其取决于反射极的材料等因素。可以利用氢和氢/碳化合物(比为70:30至99.9:0.1)、在温度为900至2200℃以及低于周围压力的10-2torr至低于760torr下，执行化学气相沉积达0秒至30小时，但是不限于这些温度/压力条件。化学气相沉积条件可以根据反射极的材料等因素在已知范围内进行调整。
作为参考，将给出关于在反射极表面上电弧腔中电解的离子源气体沉积的解释。首先，离子源气体沉积在一些区域中。随着沉积的进行，沉积薄膜的面积增大，并且遇到不同的沉积薄膜以形成基本上均匀的层。此时，一些沉积薄膜可以被分离并且脱落。在均匀层中可能发生裂缝，使得一些沉积薄膜脱落。当用于离子注入器的元件具有作为耐火金属材料形成其形状的母材并且在母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构时，能够高效地防止它们脱落。
包括半碳化物层的涂覆结构被提供给反射极、阴极、腔壁、以及狭缝构件的每一个，从而构成用于在半导体装置的制造中使用的用于离子注入的离子发生装置的电弧腔，以便使得元件稳定对抗热变形，保护该元件免受磨损，并且防止沉积产物脱落，从而在不改变离子发生的位置或者设备的变形下，能够精确地进行离子注入，电子可以均匀地反射到电弧腔内以增大等离子体的均匀性，从而提高离子源气体的电离效率，并且元件的寿命可以相较于那些现有的元件和包括该元件的离子发生装置而有显著地提高。
参考附图，将阐述本发明的前述实施方式和其技术效果。这些示例仅仅是示例性的，并且本发明的范围不限于此。
示例1-1
构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置。即，反射极103和阴极102被彼此相对地安装在两个侧壁上，其中，反射极103包括反射部103a，反射部103a具有半径为12mm的圆形表面，阴极102具有半径为10.85mm的圆形表面。图2中示出的反射部103a利用钨母材被加工成期望形状。作为含碳材料的石墨片被放置在对应于母材的内侧的表面上，并且通过加热在加热速度为4.5℃/min、驻留时间为15小时下被退火到最高温度1380℃，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上。然后，具有双层涂覆结构的材料被加工成期望形状。用于向反射部103a施加预定电压的端子部103b利用钨母材被加工成期望形状，并且与反射部103a一体成型。
图6的(a)显示了涂覆结构的表面，其中，钨一碳化物连续或非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物的连续或非连续层上，其通过电子背散射衍射(EBSD、JEOL、TSL模型)分析。如图6的(a)所示，钨半碳化物连续或非连续层被层叠在钨层上，其中，钨半碳化物用绿色表示，并且钨一碳化物连续或者非连续层被连续或非连续地层叠在其上，其中，钨一碳化物用黄色表示。作为通过EBSD对相位分离进行表面分析，涂覆结构具有多层结构，其中，具有厚度≤3μm的一碳化物层被层叠在具有的厚度≤8μm的半碳化物层上。钨半碳化物和钨一碳化物被发现分别具有ε(ε-Fe2N类型)晶体结构和六边形相位(h-WC)晶体结构(见图7)。
从利用计算机软件计算的相位分离的结果，计算钨在多层中的比例，其结果为钨在钨层(Ww)中的含量为0.913的分布率，钨在构成钨半碳化物(Ws)的晶体结构中的含量为0.079的分布率，以及钨在钨一碳化物层(Wm)的晶体结构中的含量为0.008的分布率，由此计算得到Ww:Wm:Ws的比为91.3:0.8:7.9。
通过XRD分析层叠的涂覆结构。结果显示在图7中。图7揭露了涂覆结构具有多层涂覆结构，其中，具有六边形晶体结构的连续或者非连续层连续或者非连续地层叠在具有至少一个晶体结构的连续或者非连续层上，至少一个晶体结构选自由以下组成的晶体结构：ε(ε-Fe2N类型)晶体结构和β(PbO2、Mo2C或者C6类型)晶体结构，其XRD穿透深度达3μm。
具体来说，钨一碳化物连续或者非连续层具有如通过XRD分析测量到的，在35°至36°范围内的最大密度的第一峰值，在48°至49°范围内的第二峰值，以及在31°至32°范围内的第三峰值(见图7中的内部峰值)。
在钨半碳化物连续或非连续层中没有观察到对应于钨半碳化物的XRD峰值，因为对应于钨一碳化物的峰值与对应于钨半碳化物的峰值重叠。钨半碳化物连续或非连续层具有如通过XRD分析测量到的，在69.5°至70.0°范围内的最大密度的第一峰值，在39.5°至40.0°范围内的第二峰值，以及在52.0°至52.5°范围内的第三峰值(见图7中的底部峰值)。从通过EBSD的表面分析的相位分离的结果中计算得到的比例被应用到因子X(Wm/Ws，在下文中简称为“X”)，其指代构成钨一碳化物层(Wm)的晶体结构的重量和构成钨半碳化物层(Ws)的晶体结构的重量之比。X被计算为0.1(从0.008/0.079)。
示例1-2
构造了具有图1所示结构的离子注入器的离子发生装置。即，反射极103和阴极102在两个侧壁上彼此相对地安装，反射极103包括反射部103a，反射部103a具有半径为12mm的圆形表面，阴极102具有半径为10.85mm的圆形表面。图3中示出的前部102a使用钨母材被加工成期望的形状。作为含碳材料的石墨片被放置在对应于母材内侧的表面上，并且通过加热在加热速度为4.5℃/min、驻留时间为15小时下被退火到最高温度1380℃，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上。然后，具有双层结构的材料被加工成期望形状。
示例1-3
构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置。即，反射极103和阴极102在两个侧壁上彼此相对地安装，反射极103包括反射部103a，反射部103a具有半径为12mm的圆形表面，阴极102具有半径为10.85mm的圆形表面。图4中示出的腔壁104a使用钨母材被加工成期望形状。作为含碳材料的石墨片被放置在对应于母材内侧的表面上，并且通过加热在加热速度为4.5℃/min、驻留时间为15小时下被退火到最高温度1380℃，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上。然后，具有双层结构的材料被加工成期望形状。
示例1-4
构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置。即，反射极103和阴极102在两个侧壁上彼此相对地安装，反射极103包括反射部103a，反射部103a具有半径为12mm的圆形表面，阴极102具有半径为10.85mm的圆形表面。图5中示出的狭缝部106b使用钨母材被加工成期望形状。作为含碳材料的石墨片被放置在对应于母材内侧的表面上，并且通过加热在加热速度为4.5℃/min、驻留时间为15小时下被退火到最高温度1380℃，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上。然后，具有双层结构的材料被加工成期望形状。
示例2-1
以与示例1-1中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了使用了具有相同半径的反射极和阴极，图2的反射部103a和端子部103b使用钨母材被加工成期望形状，碳黑粉末作为碳材料被放置在对应于母材内侧的表面上，并且被退火，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上，然后，具有双层结构的材料被加工成期望形状。
示例2-2
以与示例1-2中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了使用了具有相同半径的反射极和阴极，图3的前部102b使用钨母材被加工成期望形状，碳黑粉末作为碳材料被放置在对应于母材内侧的表面上，并且被退火，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上，然后，具有双层结构的材料被加工成期望形状。
示例2-3
以与示例1-4中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了使用了具有相同半径的反射极和阴极，图5的狭缝部106b使用钨母材被加工成期望形状，碳黑粉末作为碳材料被放置在对应于母材内侧的表面上，并且被退火，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上，然后，具有双层结构的材料被加工成期望形状。
示例2-4
以与示例1-3中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了使用了具有相同半径的反射极和阴极，图4的腔壁104a使用钨母材被加工成期望形状，碳黑粉末作为碳材料被放置在对应于母材内侧的表面上，并且被退火，而无需形成中间/保护层，以形成具有双层涂覆结构的材料，其中，钨一碳化物连续或者非连续层被连续或者非连续地层叠在钨半碳化物连续或者非连续层上，然后，具有双层结构的材料被加工成期望形状。
比较示例1-1
以与示例1-1中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了省略了退火，并因此，反射部仅仅由不包括半碳化物层的涂覆结构的母材(这里，在示例1-1中定义的因子X为0，而Ww:Wm:Ws的比为100:0:0)钨母材制成。
比较示例1-2
以与示例1-2中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了省略了退火，并因此，前部仅仅由不包括半碳化物层的涂覆结构的(这里，在示例1-2中定义的因子X为0，而Ww:Wm:Ws的比为100:0:0)的钨母材制成。
比较示例1-3
以与示例1-3中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了省略了退火，并因此，腔壁仅仅由不包括半碳化物层的涂覆结构(这里，在示例1-3中定义的因子X为0，而Ww:Wm:Ws的比为100:0:0)的钨母材制成。
比较示例1-4
以与示例1-4中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置，除了省略了退火，并因此，狭缝部仅仅由不包括半碳化物层的涂覆结构(这里，在示例1-4中定义的因子X为0，而Ww:Wm:Ws的比为100:0:0)的钨母材制成。
比较示例2-1
以与示例1-1中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置。在示例1-1中形成的反射部上包括碳化物层的涂覆结构，受到通过电子背散射衍射(EBSD)的表面分析的化学电解抛光或者机械抛光，以移除最上面的钨一碳化物层并且暴露钨半碳化物层(这里，在示例1-1中定义的因子X为0)。通过EBSD进行的表面分析的相位分离的结果可知，钨半碳化物层具有的厚度为≤10.435μm。
从利用计算机软件计算的相位分离的结果，计算钨在多层中的比例，其结果为钨在钨层(Ww)中的含量为0.879的分布率，钨在构成钨半碳化物(Ws)的晶体结构中的含量为0.121的分布率，由此计算得到Ww:Wm:Ws的比为87.9:12.1:0。
发现，钨半碳化物具有ε(ε-Fe2N类型)的晶体结构。在具有ε(ε-Fe2N类型)的晶体结构的层中没有观察到对应于钨半碳化物的XRD峰值，因为对应于钨一碳化物的峰值与对应于钨半碳化物的峰值重叠。具有ε(ε-Fe2N类型)的晶体结构的层具有如通过XRD分析测量到的，具有在69.5°至70.0°范围内具有最大密度的第一峰值，在39.5°至40.0°范围内的第二峰值，以及在52.0°至52.5°范围内的第三峰值。
比较示例2-2
以与示例1-2中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置。在示例1-2中形成的前部上包括碳化物层的涂覆结构，受到通过电子背散射衍射(EBSD)的表面分析的化学电解抛光或者机械抛光，以移除最上面的钨一碳化物层并且暴露钨半碳化物层(这里，在示例1-2中定义的因子X为0)。通过EBSD进行的表面分析的相位分离的结果可知，钨半碳化物层具有的厚度为≤10.435μm。
比较示例2-3
以与示例1-3中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置。在示例1-3中形成的腔壁上包括碳化物层的涂覆结构，受到通过电子背散射衍射(EBSD)的表面分析的化学电解抛光或者机械抛光，以移除最上面的钨一碳化物层并且暴露钨半碳化物层(这里，在示例1-3中定义的因子X为0)。通过EBSD进行的表面分析的相位分离的结果可知，钨半碳化物层具有的厚度为≤10.435μm。
比较示例2-4
以与示例1-4中相同的方式构造了具有图1中所示结构的离子注入器的离子发生装置。在示例1-4中形成的狭缝部上包括碳化物层的涂覆结构，受到通过电子背散射衍射(EBSD)的表面分析的化学电解抛光或者机械抛光，以移除最上面的钨一碳化物层并且暴露钨半碳化物层(这里，在示例1-4中定义的因子X为0)。通过EBSD进行的表面分析的相位分离的结果可知，钨半碳化物层具有的厚度为≤10.435μm。
实验示例1-1
在示例1-1和示例2-1和比较示例2-1和2-2的每个离子发生装置均在使用BF3作为离子源气体以电离电弧腔内的离子源气体的环境中操作。离子通过狭缝逃逸。在使得离子通过提取电极和质量分析器之后，控制射束强度，然后，使用法拉第系统测量离子的数目。当待注入的离子的数目保持恒定时，对抗热变形的稳定性被判断为“良好”。当电弧腔的材料由于热变形而变形时，其结果是，待注入的离子数目在减少和/或增加周期内不规律，对抗热变形的稳定性被判断为“差”。
存在于电弧腔内的阳离子与阴极和/或反射极碰撞，并且存在于电弧腔内的阴离子与作为阳极的电弧腔的壁碰撞，引起了元件表面原子迁移的溅射。由于该溅射，沉积产物形成在电弧腔的内侧的周围，并且落在阴极和阳极之间，以连接两个电极，引起电短路。将电压施加到电弧腔达10分钟，然后，停止施加电压达5分钟。这被定义为“一个周期”。当发生现电短路时，离子发生装置的操作停止。此时，通过测量周期的数目而评估耐磨损性。
从示例1-1和示例1-2和比较示例2-1和2-2中得到的离子发生装置的结果被总结在表格1中。
表格1
从实验示例1-1获得的结果可以看到，示例1-1和2-2的离子发生装置相较于比较示例1-1和2-1的离子发生装置而具有相当的对抗热变形的稳定性。此外，示例1-1和2-1的离子发生装置显示了相较于比较示例1-1和2-1的离子发生装置而具有改进的耐磨损性。
实验示例1-2
从示例1-2和示例2-2和比较示例1-2和2-2中得到的离子发生装置的结果被总结在表格2中。
表格2
从实验示例1-2获得的结果可以看到，示例1-2和2-2的离子发生装置相较于比较示例1-2和2-2的离子发生装置而具有相当的对抗热变形的稳定性。此外，示例1-2和2-2的离子发生装置显示了相较于比较示例1-2和2-2的离子发生装置而具有改进的耐磨损性。
实验示例1-3
从示例1-3和示例2-3和比较示例1-3和2-3中得到的离子发生装置的结果被总结在表格3中。
表格3
从实验示例1-3获得的结果可以看到，示例1-3和2-3的离子发生装置相较于比较示例1-3和2-3的离子发生装置而具有相当的对抗热变形的稳定性。此外，示例1-3和2-3的离子发生装置显示了相较于比较示例1-3和2-3的离子发生装置而具有改进的耐磨损性。
实验示例1-4
从示例1-4和示例2-4和比较示例1-4和2-4中得到的离子发生装置的结果被总结在表格4中。
表格4
从实验示例1-4获得的结果可以看到，示例1-4和2-4的离子发生装置相较于比较示例1-4和2-4的离子发生装置而具有相当的对抗热变形的稳定性。此外，示例1-4和2-4的离子发生装置显示了相较于比较示例1-4和2-4的离子发生装置而具有改进的耐磨损性。
实验示例2-1
在示例1-1和2-1和比较示例1-1和2-1的离子发生装置操作期间，测量射束电流(mA)以比较离子发生的效率。在每一离子发生装置中，电弧腔具有的宽度为40mm，长度为105mm，高度为40mm，电弧腔和反射极之间的距离为85mm，BF3被用作离子源气体，压力为2.5torr，80V的电压被施加到电弧腔，160A的电流被施加到灯丝，600V的电压被施加到阴极和反射极。
从示例1-1和示例2-1和比较示例1-1和2-1中得到的离子发生装置的结果被总结在表格5中。
表格5
从表格5中的结果可以看到，示例1-1和2-1的离子发生装置中的离子发生效率高于比较示例1-1的离子发生装置中的离子发生效率高。特别地，示例2-1的离子发生装置中的离子发生效率相对较高。
实验示例2-2
从示例1-2和示例2-2和比较示例1-2和2-2中得到的离子发生装置的结果被总结在表格6中。
表格6
从表格6中的结果可以看到，示例1-2和2-2的离子发生装置中的离子发生效率高于比较示例1-2的离子发生装置中的离子发生效率。特别地，示例2-2的离子发生装置中的离子发生效率相对较高。
实验示例2-3
从示例1-3和示例2-3和比较示例1-3和2-3中得到的离子发生装置的结果被总结在表格7中。
表格7
从表格7中的结果可以看到，示例1-3和2-3的离子发生装置中的离子发生效率高于比较示例1-3的离子发生装置中的离子发生效率。特别地，示例2-3的离子发生装置中的离子发生效率相对较高。
实验示例2-4
从示例1-4和示例2-4和比较示例1-4和2-4中得到的离子发生装置的结果被总结在表格8中。
表格8
从表格8中的结果可以看到，示例1-4和2-4的离子发生装置中的离子发生效率高于比较示例1-4的离子发生装置中的离子发生效率。特别地，示例2-4的离子发生装置中的离子发生效率相对较高。
尽管本文已经参考前述实施例描述了本发明的精神，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的基本特征的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，这些实施例不用于限制本发明的精神，并且为了说明的目的而被阐述。本发明的范围由所附权利要求限定，并且在权利要求的含义和范围内所做的所有改变或修改或其等同物应被解释为落入本发明的范围内。

Claims (29)

1.一种用于离子注入器的反射极，包括：放置在用于离子注入器的离子发生装置的电弧腔内侧、并且与所述离子发生装置的阴极相对的反射部；以及，从所述反射部延伸并且被施加预定电压的端子部，其中，所述反射部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在所述母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
2.如权利要求1所述的反射极，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，连续或非连续的耐火金属一碳化物层被层叠在连续或非连续的耐火金属半碳化物层上。
3.如权利要求1所述的反射极，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，具有六边形晶体结构的连续或非连续的层被连续或非连续地层叠在具有至少一个晶体结构的连续或非连续的层上，所述至少一个晶体结构选自包括以下项的组：ε晶体结构和β晶体结构。
4.如权利要求2所述的反射极，其特征在于，构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm与构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Wm/Ws被定义为X，X等于或者小于5(其中，Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定)。
5.如权利要求1所述的反射极，其特征在于，所述母材的重量Ww、构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm、以及构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Ww:Wm:Ws为90～95:0.8～4:9.2～1(其中，Ww、Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定)。
6.如权利要求1所述的反射极，其特征在于，所述半碳化物涂覆层具有的最小厚度为2μm，最大厚度为300μm。
7.如权利要求1所述的反射极，其特征在于，所述端子部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在所述母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
8.一种离子发生装置，包括如权利要求1所述的反射极。
9.一种电子发射阴极，所述电子发射阴极安装在用于离子注入器的离子发生装置的电弧腔内部，并且包括侧面部，所述侧面部固定到所述电弧腔的一侧上并且限定了灯丝安装的空间，以及前部，所述前部朝向所述电弧腔暴露并且具有电子从其上被发射的表面，其中，所述阴极具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在所述母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
10.如权利要求9所述的电子发射阴极，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，连续或者非连续的耐火金属一碳化物层被层叠在连续或者非连续的耐火金属半碳化物层上。
11.如权利要求9所述的电子发射阴极，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，具有六边形晶体结构的连续或非连续的层被连续或非连续地层叠在具有至少一个晶体结构的连续或非连续的层上，所述至少一个晶体结构选自包括以下项的组：ε晶体结构和β晶体结构。
12.如权利要求10所述的电子发射阴极，其特征在于，构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm与构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Wm/Ws被定义为X，X等于或者小于5(其中，Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定)。
13.如权利要求9所述的电子发射阴极，其特征在于，所述母材的重量Ww、构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm、以及构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Ww:Wm:Ws为90～95:0.8～4:9.2～1(其中，Ww、Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定)。
14.如权利要求9所述的电子发射阴极，其特征在于，所述半碳化物涂覆层具有的最小厚度为2μm，最大厚度为300μm。
15.一种离子发生装置，包括如权利要求9所述的电子发射阴极。
16.一种腔壁，所述腔壁安装在用于离子注入器的离子发生装置的电弧腔内部，以限定发生离子的空间，其中，所述腔壁覆盖了所述电弧腔的四侧，以及其对应于所述电弧腔的四侧中至少一侧的部分具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在所述母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
17.如权利要求16所述的腔壁，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，连续或非连续的耐火金属一碳化物层被层叠在连续或非连续的耐火金属半碳化物层上。
18.如权利要求16所述的腔壁，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，具有六边形晶体结构的连续或非连续的层被连续或非连续地层叠在具有至少一个晶体结构的连续或非连续的层上，所述至少一个晶体结构选自包括以下项的组：ε晶体结构和β晶体结构。
19.如权利要求17所述的腔壁，其特征在于，构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm与构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Wm/Ws被定义为X，X等于或者小于5(其中，Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定)。
20.如权利要求16所述的腔壁，其特征在于，所述母材的重量Ww、构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm、以及构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Ww:Wm:Ws为90～95:0.8～4:9.2～1(其中，Ww、Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射EBSD分析确定)。
21.如权利要求16所述的腔壁，其特征在于，所述半碳化物涂覆层具有的最小厚度为2μm，最大厚度为300μm。
22.一种离子发生装置，包括如权利要求16所述的腔壁。
23.一种狭缝构件，包括狭缝，通过所述狭缝，离子束从用于离子注入器的离子发生装置发射，其中，由所述狭缝形成的狭缝部具有耐火金属材料作为形成其形状的母材，并且在所述母材的至少一个表面上具有包括半碳化物层的涂覆结构。
24.如权利要求23所述的狭缝构件，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，连续或非连续的耐火金属一碳化物层被层叠在连续或非连续的耐火金属半碳化物层上。
25.如权利要求23所述的狭缝构件，其特征在于，包括半碳化物层的所述涂覆结构包括耐火金属碳化物结构，其中，具有六边形晶体结构的连续或非连续的层被连续或非连续地层叠在具有至少一个晶体结构的连续或非连续的层上，所述至少一个晶体结构选自包括以下项的组：ε晶体结构和β晶体结构。
26.如权利要求24所述的狭缝构件，其特征在于，构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm与构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Wm/Ws被定义为X，X等于或者小于5(其中，Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定)。
27.如权利要求23所述的狭缝构件，其特征在于，所述母材的重量Ww、构成所述耐火金属一碳化物层的晶体结构的重量Wm、以及构成所述耐火金属半碳化物层的晶体结构的重量Ws之比Ww:Wm:Ws为90～95:0.8～4:9.2～1(其中，Ww、Wm和Ws通过多阶段电子背散射衍射(EBSD)分析确定)。
28.如权利要求23所述的狭缝构件，其特征在于，所述半碳化物涂覆层具有的最小厚度为2μm，最大厚度为300μm。
29.一种离子发生装置，包括如权利要求23所述的狭缝构件。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111029235A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 上海华力集成电路制造有限公司 离子注入机台中离子源头的结构
CN114375484A (zh) * 2019-09-10 2022-04-19 应用材料股份有限公司 隔热斥拒极以及电极
TWI762097B (zh) * 2019-12-23 2022-04-21 日商日立全球先端科技股份有限公司 帶電粒子線裝置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10269530B1 (en) * 2017-11-29 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Ion beam source for semiconductor ion implantation
US11127558B1 (en) 2020-03-23 2021-09-21 Applied Materials, Inc. Thermally isolated captive features for ion implantation systems
US20210305036A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 Agilent Technologies, Inc. Ion source
US11251010B1 (en) * 2021-07-27 2022-02-15 Applied Materials, Inc. Shaped repeller for an indirectly heated cathode ion source

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01255140A (ja) * 1988-04-05 1989-10-12 Denki Kagaku Kogyo Kk イオン源用アークチヤンバー
US4946706A (en) * 1987-08-12 1990-08-07 Oki Electric Industry, Co., Ltd. Method of ion implantation
US20020069824A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-13 Dangelo Nelson A. Ion implantation system having increased implanter source life
US20080287030A1 (en) * 2004-02-25 2008-11-20 Dong-Wook Kim Method of fabricating carbide and nitride nano electron emitters
US20120286152A1 (en) * 2009-05-13 2012-11-15 Micromass Uk Limited Ion source with surface coating
CN104637764A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 斯伊恩股份有限公司 离子生成装置及离子生成方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100528240B1 (ko) 2000-12-20 2005-11-15 현대중공업 주식회사 저융점 금속을 이용한 원주방향 냉각 통로가 구현된다이캐스트 회전자 제작을 위한 회전자로부터 저융점금속스페이서의 원심분리방법
JP3654236B2 (ja) * 2001-11-07 2005-06-02 株式会社日立製作所 電極デバイスの製造方法
KR20030060611A (ko) * 2002-01-10 2003-07-16 삼성전자주식회사 보호막을 가지는 탄소나노튜브를 구비하는 전계방출소자
DE10204182B4 (de) 2002-02-01 2005-07-14 Man B & W Diesel Ag Brennkraftmaschine und Verfahren zu ihrem Betrieb
JP4135499B2 (ja) 2002-12-27 2008-08-20 日本電気株式会社 移動通信システムにおける測位システム並びに測位方法
KR100561491B1 (ko) * 2003-11-10 2006-03-20 일진다이아몬드(주) 코팅막이 형성된 전계방출소자 및 그것의 제조방법
KR100668332B1 (ko) * 2004-02-25 2007-01-12 삼성전자주식회사 카바이드 및 나이트라이드 나노 전자 에미터를 구비한 소자의 제조방법
EP1876592A1 (en) 2005-04-13 2008-01-09 FUJIFILM Corporation Optical recording medium and its manufacturing method
JP5152887B2 (ja) 2006-07-07 2013-02-27 学校法人関西学院 単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法、単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法、イオン注入アニール方法及び単結晶炭化ケイ素基板、単結晶炭化ケイ素半導体基板
US7679070B2 (en) * 2007-07-02 2010-03-16 United Microelectronics Corp. Arc chamber for an ion implantation system
KR100855540B1 (ko) 2007-07-10 2008-09-01 주식회사 코미코 이온 주입 장치, 이온 주입 장치의 내부 구조물 및 상기이온 주입 장치의 코팅층 형성 방법
US8471198B2 (en) * 2009-05-13 2013-06-25 Micromass Uk Limited Mass spectrometer sampling cone with coating
JP5343835B2 (ja) 2009-12-10 2013-11-13 日新イオン機器株式会社 反射電極構造体及びイオン源
JPWO2012093434A1 (ja) 2011-01-06 2014-06-09 日本電気株式会社 移動通信システム、制御装置、ポリシ供給システム、状態遷移の制御方法、及びポリシ供給方法
US8937003B2 (en) * 2011-09-16 2015-01-20 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for ion implanting a target
KR20130104585A (ko) * 2012-03-14 2013-09-25 삼성전자주식회사 이온 발생 장치 및 이를 포함하는 이온 주입 장치
JP5925084B2 (ja) 2012-08-28 2016-05-25 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン生成方法およびイオン源
JP6076838B2 (ja) * 2013-05-31 2017-02-08 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 絶縁構造及び絶縁方法
US9384937B2 (en) * 2013-09-27 2016-07-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. SiC coating in an ion implanter
US9543110B2 (en) * 2013-12-20 2017-01-10 Axcelis Technologies, Inc. Reduced trace metals contamination ion source for an ion implantation system
AT14861U1 (de) * 2015-03-02 2016-07-15 Plansee Se Ionenimplanter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4946706A (en) * 1987-08-12 1990-08-07 Oki Electric Industry, Co., Ltd. Method of ion implantation
JPH01255140A (ja) * 1988-04-05 1989-10-12 Denki Kagaku Kogyo Kk イオン源用アークチヤンバー
US20020069824A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-13 Dangelo Nelson A. Ion implantation system having increased implanter source life
US20080287030A1 (en) * 2004-02-25 2008-11-20 Dong-Wook Kim Method of fabricating carbide and nitride nano electron emitters
US20120286152A1 (en) * 2009-05-13 2012-11-15 Micromass Uk Limited Ion source with surface coating
CN104637764A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 斯伊恩股份有限公司 离子生成装置及离子生成方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114375484A (zh) * 2019-09-10 2022-04-19 应用材料股份有限公司 隔热斥拒极以及电极
TWI762097B (zh) * 2019-12-23 2022-04-21 日商日立全球先端科技股份有限公司 帶電粒子線裝置
CN111029235A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 上海华力集成电路制造有限公司 离子注入机台中离子源头的结构
CN111029235B (zh) * 2019-12-25 2022-05-27 上海华力集成电路制造有限公司 离子注入机台中离子源头的结构

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