CN111052297B - 用于离子束加速的射频谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种射频馈通装置具有空心的电绝缘锥体，该锥体在第一端和第二端处包括具有第一直径和第二直径的第一开口和第二开口。第一直径大于第二直径，从而限定锥体到拐点的锥形侧壁。杆体耦接到锥体的第二端并穿过第一开口和第二开口。凸缘耦接到锥体的第一端并包括具有第三直径的凸缘开口。第三直径小于第一直径。杆体穿过凸缘开口而不接触凸缘。凸缘将锥体耦接到腔壁通孔。可以使锥体的接触部分金属化。锥体和凸缘使杆体穿过通孔，同时使杆体与腔壁电绝缘。

Description

用于离子束加速的射频谐振器
优先权文件
本申请要求申请日为2017年9月15日、名称为“RF RESONATOR FOR ION BEAMACCLELERATION”、申请号为US62/559,103的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及离子注入系统，更具体涉及一种改进的射频高压发生器或射频谐振设备和射频馈通装置，其中，增长射频谐振设备和相关部件的使用寿命，并大体上防止射频谐振器和离子注入系统的高真空环境漏气。
背景技术
自从发明了线性射频加速器和回旋加速器以来，一直使用循环电场来进行离子束加速。为了避免产生兆伏直流电压时的难题，将离子加速到几千电子伏的能量，已经开发出各阶段以约100KeV的较低能量增益反复加速离子束的射频加速器。但射频加速器仍需产生约100KV峰值电压的射频电压，这可以通过使用高Q谐振电路将射频功率(通常在50欧姆的低阻抗下)转换为高射频电压来实现。
在低射频下(例如约低于30MHz)，谐振电路通常是包括线圈和电容器(例如经由分布式电容)的集总电路，而非高频下使用的空腔谐振器。对于离子注入中使用的射频加速器应用，大多数感兴趣的离子种类是所谓的重离子(例如硼、磷和砷)，由于它们的质量较大，速度趋于缓慢。关于射频引起的循环加速度，慢速转化为使用由集总谐振电路(例如谐振器)生成的低频RF电压(例如低于30MHz)。
发明内容
本发明克服现有技术的局限性，提出一种改进的用于射频(RF)谐振器的真空馈通的系统、设备和方法，它们能够与诸如离子注入系统等真空系统相关联，从而提高性能并延长真空系统的使用寿命。有鉴于此，下面提出本发明的发明内容，以提供对本发明某些方面的基本了解。本发明内容并非本发明的广泛概述。既非旨在认定本发明的主要或关键元素，也非阐明本发明的范围。其目的在于，以简化形式呈现本发明的某些构思，作为下文具体实施方式的引言。
根据一个示例性方面，提供一种用于离子注入系统的射频馈通装置。所述射频馈通装置例如包括具有第一锥端和第二锥端的电绝缘锥体。电绝缘锥体大致为空心并在第一锥端具有第一开口且在第二锥端具有第二开口。第一开口具有与其相关的第一直径，第二开口具有与其相关的第二直径，在某一实例中，第一直径大于第二直径。在某一实例中，电绝缘锥体的锥形侧壁大致限定于第一直径与第二直径之间。
杆体进一步操作性耦接到电绝缘锥体的第二锥端，其中，该杆体穿过电绝缘锥体的第一开口和第二开口。凸缘例如操作性耦接到电绝缘锥体的第一锥端。该凸缘具有限定于其中的凸缘开口，其中，该凸缘开口具有与其相关的第三直径。在某一实例中，第三直径小于第一直径。
杆体例如穿过凸缘开口而不接触凸缘，且其中，凸缘配置成使电绝缘锥体操作性耦接到腔壁中限定的通孔。电绝缘锥体和凸缘例如配置成使杆体穿过腔壁中的通孔，同时使杆体与腔壁电绝缘。
根据某一实例，电绝缘锥体包括圆柱形区域，该圆柱形区域从电绝缘锥体的第一端向该锥体的第二端延伸预定距离到拐点。圆柱形区域例如具有固定的直径，其中电绝缘锥体的内径从拐点向电绝缘锥体的第二端渐成锥形，其中限定电绝缘锥体的锥形侧壁。
在某一实例中，电绝缘锥体包括电绝缘锥体的第一端与凸缘之间的交界面，其中，该交界面在圆柱形区域中大致垂直于电绝缘锥体的内表面。在另一实例中，凸缘包括从与电绝缘锥体的第一端相关的区域向电绝缘锥体的第二端延伸的唇缘，其中，该唇缘具有弯曲区域，该弯曲区域配置成减轻凸缘与电绝缘锥体之间的电弧。
根据另一示例性方面，垫帽在接近凸缘的区域中操作性耦接到杆体。垫帽例如从杆体的外径向外延伸预定距离，其中大致阻挡从腔室内区域到锥体内表面的视距。垫帽例如具有与其相关的第四直径，其中，该第四直径大于第三直径。
根据另一示例性方面，杆体包括第一杆端和第二杆端。第一杆端例如包括操作性耦接于此的加速电极，且其中，所述第二杆端配置成耦接到谐振线圈。
根据另一示例性方面，电绝缘锥体、杆体、凸缘和腔壁之间的相应交界使腔室内的腔室环境相对于与谐振线圈相关的环境密封。另外，一个或多个O形圈大致密封凸缘与电绝缘锥体之间的交界。在另一实例中，另外一个或多个O形圈密封杆体与电绝缘锥体之间的交界。
根据又一示例性方面，使电绝缘锥体的第一端的第一表面和电绝缘锥体的第二端的第二表面金属化。一个或多个金属短路片例如可以布置于电绝缘锥体的第一端的第一表面与凸缘之间。在另一实例中，一个或多个金属短路片可以布置于电绝缘锥体的第二表面与杆体之间。一个或多个金属短路片可以例如包括一个或多个金属弹簧。
根据本发明的另一实例，电绝缘锥体的主体由陶瓷制成。在另一实例中，电绝缘锥体的主体包括氧化铝和石英中的一种或多种。在又一实例中，电绝缘锥体的主体由石英制成。
根据另一示例性方面，提供一种用于离子注入系统的射频谐振器。所述射频谐振器例如包括限定腔室环境的谐振腔室。腔室环境例如通过腔壁与真空环境大致隔离。谐振线圈例如布置于谐振腔室内。
另外，所述射频谐振器包括射频馈通装置，其包括具有第一锥端和第二锥端的电绝缘锥体。电绝缘锥体大致为空心并在第一锥端具有第一开口且在第二锥端具有第二开口，其中，第一开口具有与其相关的第一直径，而第二开口具有与其相关的第二直径。第一直径例如大于第二直径，其中大致限定电绝缘锥体的锥形侧壁。杆体进一步操作性耦接到电绝缘锥体的第二锥端，其中，该杆体穿过电绝缘锥体的第一开口和第二开口。
另外，垫帽在接近凸缘的区域中操作性耦接到杆体。垫帽例如从杆体的外径向外延伸预定距离到第四直径，其中，该第四直径大于第三直径。据此，通过凸缘、垫帽和杆体大致阻挡从腔室内区域到锥体内表面的视距。
根据另一实例，凸缘操作性耦接到电绝缘锥体的第一锥端，其中，该凸缘具有限定于其中的凸缘开口。该凸缘开口具有与其相关的第三直径，其中，该第三直径小于第一直径。杆体例如穿过凸缘开口而不接触凸缘，且其中，凸缘配置成使电绝缘锥体操作性耦接到腔壁中限定的通孔。电绝缘锥体和凸缘配置成使杆体穿过腔壁中的通孔，同时使杆体与腔壁电绝缘。
电绝缘锥体例如包括圆柱形区域，该圆柱形区域从电绝缘锥体的第一端向该锥体的第二端延伸预定距离到拐点。圆柱形区域例如具有固定的直径，其中电绝缘锥体的内径从拐点向电绝缘锥体的第二端渐成锥形。
根据另一实例，使电绝缘锥体的第一端的第一表面和电绝缘锥体的第二端的第二表面金属化。所述射频馈通装置例如进一步包括布置于电绝缘锥体的第一端的第一表面与凸缘之间的一个或多个金属短路片。一个或多个金属短路片可以进一步或替选地布置于电绝缘锥体的第二表面与杆体之间。
在另一实例中，杆体包括第一杆端和第二杆端，其中，第一杆端包括操作性耦接于此的加速电极，且其中，第二杆端配置成耦接到谐振线圈。
在又一实例中，一个或多个定位特征设置并配置成使电绝缘锥体操作性耦接到凸缘，从而经由一个或多个定位特征使电绝缘锥体的位置相对于凸缘选择性固定。
上述发明内容仅旨在简要概述本发明某些实施方案的某些特征，而其他实施方案可以包括相比前述内容附加和/或不同的功能。本发明内容尤其不应解释为限制本申请的范围。故本发明达成上述相关目的的解决方案包括下文描述并特别在权利要求中指出的特征。下述内容及附图具体阐明本发明的某些说明性实施方案。但这些实施方案指明各种方式中可运用本发明原理的几种方式。结合附图，参阅下文的具体实施方式，本发明的其他方面、优点及新颖性特征将显而易见。
附图说明
图1A是示例性射频谐振器的剖视图；
图1B是示例性射频馈通装置的剖视图；
图2A是射频馈通装置的剖视图，示出从真空腔室的内部区域到常规锥体的内部区域的视距；
图2B是射频馈通装置的透视图，示出图2A中的视距；
图3A是根据本发明一方面的示例性射频馈通装置的剖视图，借以大致阻挡从真空腔室内部区域到锥体内部区域的视距；
图3B是图3A的射频馈通装置的透视图，示出阻挡图3A的视距；
图4是根据本发明各方面的另一种示例性射频馈通装置的剖视图；
图5是根据本发明各方面的又一种示例性射频馈通装置的剖视图。
具体实施方式
本发明总体上涉及半导体处理系统，更具体涉及一种改进的用于射频(RF)谐振器的真空馈通装置，其能够与离子注入系统相关联。据此，现将参照附图对本发明予以阐述，其中相同的附图标记通篇可指相同的元件。应当理解，对这些方面的描述仅供说明，而不得解释为限制目的。出于解释目的，在下文中阐明若干具体细节，以便全面理解本发明。然而，本领域技术人员会显而易知，本发明可在不具备这些具体细节的情况下实施。
图1A和图1B示出示例性射频谐振器系统10(例如13.56MHz谐振器)的剖视图，由此该谐振器系统的谐振电路12容纳在壳体14(例如大体上防漏密封的圆柱形铝壳)中，该壳体14大体上限定谐振器气体环境16(例如，填充有谐振器气体，如六氟化硫(SF6))。谐振器气体环境16大体上防止内部高压闪络、高压电弧和等离子点火。在谐振线圈20的开口端侧18(例如图1所示的谐振线圈的最左侧)上产生射频高压，其驱动位于真空腔室24内的加速电极22，该真空腔室24具有与其相关的高真空环境26。
谐振线圈20布置于谐振器气体环境16中，并且电极22布置于高真空环境26中，因此谐振线圈与电极之间的连接部分穿过大体上真空密封的绝缘馈通装置27，其具有陶瓷锥体28(例如因其形状而称为“锥体”)，这也是电极的机械支撑。陶瓷锥体28的设计标准通常十分严格。例如，陶瓷锥体28应对周围的金属壳30保持约高于100KV的峰值电压，而不会引起高压火花。另外，即使在最高的运行电压下，陶瓷锥体28也应防止谐振器气体从谐振器气体环境16泄漏到真空腔室24中。即使在高温下，陶瓷锥体28的机械稳定性也将进一步将电极22保持在精确的位置。另外，构成陶瓷锥体28的绝缘材料的低耗正切Δ将减少内部射频损耗引起的自热。
例如，由于高纯度的氧化铝陶瓷的机械强度和稳定性、射频电场的低正切损耗、良好的电击穿强度和良好的真空特性，陶瓷锥体28的组成就应用这种陶瓷。然而，陶瓷锥体28由这种陶瓷构成存在一些局限性。例如，电火花可能发生陶瓷锥体28破裂，从而导致从壳体14损失谐振器气体环境16中的谐振器气体，并且谐振器气体进一步泄漏到真空腔室24中。另外，如图1B所示，少量的SF6气体例如可能会通过穿孔32(例如因电弧或其他作用力穿过陶瓷锥体28的壁34的通孔)并通过与陶瓷锥体相关的O形圈36从谐振器气体环境16泄漏出来。
图1B进一步示出图1A的射频谐振器系统10的一部分38，为清楚起见，图1B中未示出图1A的谐振器外壳39(例如铝外壳)。图1B所示的陶瓷锥体28例如可以实施于射频线性加速器或LINAC的射频SF6-真空馈通系统中。在图1A的谐振器气体环境16中，谐振器杆体40连接到谐振线圈20的开口端侧18，从而谐振器杆体也在真空环境26中保持加速电极22。图1B的铝凸缘42进一步耦接到真空腔室24。因此，陶瓷锥体28经由与谐振器杆体40和铝凸缘42相关的O形圈36使谐振器气体环境16与高真空环境26分离。谐振器杆体40的真空侧上还可能存在小铝环(未示出)，其主要作用是通过微改负载电容来微调谐振电路的谐振频率。
在某些情况下，图1A至图1B所示的陶瓷锥体28可能经历破裂(例如在图2A至图2B所示的区域44中)。仔细检查经历破裂的陶瓷锥体28后，本发明认识到，陶瓷锥体的内壁46(例如与高真空环境26相关)呈现深色。本发明认识到，陶瓷锥体28的深色图案可能起因于从加速电极22溅射出的材料。目前认为，从加速电极22溅射出的材料通过围绕垫帽48的开口(例如图2A中的虚线50所示)进入陶瓷锥体28的内壁46，从而导致破裂、穿孔32以及图1B所示的O形圈36劣化。
因此，本发明旨在提供一种改进的射频馈通装置，其具有提高射频谐振器系统和相关部件的使用寿命和稳定性的各种特征，从而克服射频谐振器系统10的馈通装置27的各种缺陷。这样，本发明总体上改善了图1A至图1B和图2A至图2B中的馈通装置27相关的各种有害问题，例如陶瓷锥体28相关的破裂和穿孔以及O形圈36的劣化或与之相关的其他特征。
因而，根据本发明，例如在图3A至图3B中提供一种射频馈通装置100，该射频馈通装置具有可以在图1A的射频谐振器系统10中有利实施的各种改进。下文将描述图3A至图3B的射频馈通装置100，对图1A至图1B和图2A至图2B的馈通装置27提供各种改进，诸如提供迷宫状屏蔽来大体上防止前述的破裂和穿孔，从而阻挡从真空腔室到馈通装置或锥体内部区域的视距通道。另外，本发明为诸如O形圈等各种特征或射频馈通装置100相关的其他特征提供保护。
图3A和图3B例如示出根据本发明的各方面的示例性射频馈通装置100。射频馈通装置100例如包括具有第一锥端104和第二锥端106的电绝缘锥体102(例如陶瓷锥体)。电绝缘锥体102大致为空心，在第一锥端104具有第一开口110，并在第二锥端106具有第二开口108。第一开口110例如具有与其相关的第一直径114，第二开口108具有与其相关的第二直径116，并且第一直径大于第二直径，其中大体上限定电绝缘锥体的锥形侧壁118。
杆体120接近第二锥端106操作性耦接到电绝缘锥体102，其中，杆体穿过电绝缘锥体的第一开口110和第二开口108。杆体120例如包括第一杆端122和第二杆端124。在某一实例中，加速电极126接近第一杆端122操作性耦接到杆体120。加速电极126例如可以与杆体120的第一杆端122一体成型或固定耦接到杆体120的第一杆端122。替选地，加速电极126可以选择性接近第一杆端122耦接到杆体120。第二杆端124例如可以配置成耦接到谐振线圈，诸如图1A的谐振线圈20。
根据某一实例，图3A中进一步示出凸缘128，其中，该凸缘操作性耦接到电绝缘锥体102的第一锥端104。凸缘128例如可以由金属制成，诸如铝。凸缘128例如具有限定于其中的凸缘开口130，其中，该凸缘开口具有与其相关的第三直径132，且其中，该第三直径小于电绝缘锥体102的第一直径114。杆体120例如配置成在不接触凸缘128的情况下穿过凸缘开口130，从而限定杆体与凸缘之间的间隙134。凸缘128例如配置成使电绝缘锥体102操作性耦接到限定于腔室(诸如图1A的真空腔室24)的壁138中的通孔136。据此，图3A的电绝缘锥体102和凸缘128例如配置成使杆体120穿过腔壁138中的通孔136，同时使杆体与腔壁电绝缘。
根据本发明的某一实例，射频馈通装置100有利地通过提供图3A所示的凸缘128的内沿142与垫帽144，该垫帽144在接近凸缘的区域146中操作性耦接到杆体120，大体上防止来自与射频馈通装置的加速电极126相关的电极区域140(例如接近第一杆端122)的溅射材料积聚。在某一实例中，垫帽144具有与其相关的第四直径148，其中，垫帽从杆体120的外径150向外延伸。据此，垫帽144连同凸缘128和杆体120大致阻挡从图1A的真空腔室24内的一个或多个区域(诸如电极区域140)到图3A的电绝缘锥体102的内表面152的视距。图3B例如示出缺少从电极区域140到由本发明的射频馈通装置100提供的图3A的电绝缘锥体102的内表面152的视距(例如，从图3B所示的电极区域140看不到图3A的电绝缘锥体102的内表面152，相反，从类似区域中可看到图2B的陶瓷锥体28的内壁46)。
如图3A和图3B所示，通过阻挡来自与加速电极126相关的可能溅射源的视距，凸缘开口130的第三直径132和垫帽144的第四直径148大体上限定有效的迷宫状屏蔽，如图4中的虚线154所示。本发明认识到，溅射材料、诸如从加速电极126放出的材料(未示出)将难以巡航由凸缘开口130和垫帽144提供的迷宫状屏蔽154，其尺寸设定成阻挡上述从电极区域140到电绝缘锥体102的内表面152的视距。
本发明设想，电绝缘锥体102由诸如氧化铝的陶瓷或其他适用的陶瓷材料制成。本发明进一步设想，由于高压火花相关的有限局部加热，与电绝缘锥体102相关的热膨胀可能导致电绝缘锥体的破裂。据此，在本发明的另一实例中，电绝缘锥体102可以由石英制成或包括石英和氧化铝或其他陶瓷材料的组合。因此，与氧化铝相比，石英的极小热膨胀系数例如会进一步限制可能因集中的局部加热而导致电绝缘锥体102破裂。
根据又一方面，本发明缓解了上述在电绝缘锥体102中(例如在图4的底部区域156中)形成穿孔。据悉，在极高的射频电压运行下，在陶瓷锥体的基底或宽端附近，在图2A至图2B的区域44中，陶瓷锥体28的斜壁上可以形成微小的穿孔32。本发明认识到，电绝缘锥体102与凸缘128之间所示的大致垂直的接触区域158相比图1B示出的陶瓷锥体28中的倾斜接触在高压保持方面更加稳定。但还应认识到，图4的杆体120的外径150可以受到与其相关的电容增量限制或约束，从而可以将谐振频率限制到狭窄的调谐范围内。
为了减轻上述问题，根据另一实例，本发明提供图4所示的电绝缘锥体102，其具有与第一锥端104相关的大致笔直的圆柱状接触区域158以及从拐点162向第二锥端106延伸的斜壁区域160。除了这种电绝缘锥体102的有利形状外，凸缘128上还设置有内屏蔽壁161，从而增加或提升内屏蔽壁，以便降低电绝缘锥体102的底部区域156中的电场。另外，凸缘128包括唇缘164，该唇缘164从与接触区域158相关(例如与电绝缘锥体102的第一锥端104相关)的下部区域166朝向该电绝缘锥体的第二锥端106延伸，其中，该唇缘具有弯曲区域168，该弯曲区域168配置成减轻凸缘与电绝缘锥体之间的电弧。
还应认识到，跨凸缘128(其大体上导电)与电绝缘锥体102之间的交界面放电(例如电火花)可能有害。例如，图1B中示出两个这样的交界面60，其中谐振器杆体40与陶瓷锥体28的顶部相接，而陶瓷锥体底部与铝凸缘42相接。跨这些交界面60放电会增加损坏真空密封的O形圈36的风险，这可能导致谐振器气体环境16到图1A的高真空环境26的泄漏(例如SF6泄漏)。
因此，根据本发明的另一方面，图5示出另一示例性射频馈通装置200，从而提供两种防止放电的改进方案。在某一实例中，使电绝缘锥体204的一个或多个表面202金属化，从而一个或多个表面面对和/或接触一个或多个导电部件208(例如金属部件)、诸如凸缘210或杆体214的部分212的相应导电表面206。例如，电绝缘锥体204的一个或多个表面202可以包括图3A、图3B和图4的电绝缘锥体102与相应的杆体120和凸缘128的导电表面接触的任何表面。据此，如图5所示，一个或多个表面202分别电耦接或电连接到一个或多个导电部件208，从而减轻它们之间的电火花或其他有害放电。本发明设想，例如使一个或多个表面202金属化，在某一实例中，导电短路片216(诸如定位于一个或多个凹槽220中的金属弹簧218的短路片)将一个或多个表面电连接到相应的导电部件208。这样减轻放电还有利地保护真空密封的O形圈222免受损坏。
另外，在另一实例中，可以提供一个或多个定位特征224，以将电绝缘锥体204进一步操作性耦接到凸缘210，以便精确地保持电绝缘锥体相对于凸缘的位置。一个或多个定位特征224例如可以包括一个或多个销，其大体上固定耦接到凸缘210并配置成与电绝缘锥体204相关的凹口、孔眼或其他放置特征(未示出)中的一个或多个相接，以使电绝缘锥体相对于凸缘的位置基本上固定。替选地，一个或多个定位特征224可以包括可设置于电绝缘锥体204上的平面(未示出)或其他特征，以选择性与凸缘210上的配合平面(未示出)或其他特征相接，诸如至少选择性保持电绝缘锥体相对于凸缘的旋转位置。
据此，本发明大体上限定一种配置成基本上消除从溅射源到电绝缘锥体内表面的视距的迷宫，从而保护用于射频馈通装置的电绝缘锥体的内表面。另外，在某一实例中，本发明用于电绝缘锥体的诸如石英等绝缘体材料的热膨胀系数极小，因此它能减轻由于放电导致局部加热而产生的破裂。电绝缘锥体的形状例如设置成接近底部区域具有圆柱形状且接近其顶部区域具有倾斜或圆锥形状，以便提供到底部金属表面的垂直交界。另外，设置提升的金属屏蔽，以大体上保护其底部区域附近的电绝缘锥体。在另一实例中，使电绝缘锥体的交界面金属化以供导电。此外，可以在陶瓷/金属交界之间设置金属短路片，诸如金属弹簧片，由此金属片安全地导离陶瓷上累积的电荷，从而避免交界面之间的放电。
根据各种实例，提供一种用于离子注入系统的射频馈通装置。该射频馈通装置可以包括电绝缘的锥体，其具有第一端和第二端。该锥体例如大致为空心，在第一端具有第一开口，并在第二端具有第二开口，其中，第一开口的直径大于第二开口的直径，其中限定锥体的锥形侧壁。杆体例如穿过锥体的第一开口和第二开口。
在某一实例中，凸缘操作性耦接到锥体的第一端，其中，凸缘配置成使锥体操作性耦接到腔壁(其例如与离子源相关)并使杆体穿过凸缘的开口和腔壁中的通孔。垫帽例如在接近凸缘的区域中操作性耦接到杆体并从杆体的外径向外延伸预定距离，其中大致阻挡从腔室内区域到锥体内表面的视距。
可以设置一个或多个O形圈，以大体上密封凸缘与锥体之间的交界，而另外一个或多个O形圈可以密封杆体与锥体之间的交界。可以使锥体的第一端的第一表面和锥体的第二端的第二表面金属化。一个或多个金属短路片可以布置于锥体的第一端的第一表面与凸缘之间，而另外一个或多个金属短路片布置于锥体的第二表面与杆体之间。
锥体的主体可以由陶瓷组成，包括氧化铝和石英之一。锥体可以包括具有固定直径的圆柱形区域，该圆柱形区域从锥体的第一端向锥体的第二端延伸预定距离到拐点。凸缘包括从与锥体的第一端相关的区域向锥体的第二端延伸的唇缘，其中，该唇缘具有弯曲区域，该弯曲区域配置成减轻凸缘与锥体之间的电弧。锥体包括锥体的第一端与凸缘之间的交界面，其中，该交界面在圆柱形区域中大体上垂直于锥体的内表面。可以使交界面金属化。
尽管本发明的内容已就某一或某些优选实施方式得以阐明，但基于对本发明说明书及附图的阅读和理解，等同变化及修改对于本领域的技术人员而言显而易见。特别关于由上述组件(总成、装置、电路等)执行的各种功能，若非特别注明，否则用于描述这些组件的术语(包括提及“构件”)旨在对应于执行所述组件的特定功能(即功能上等同)的任意部件，即便其在结构上不等同于执行本文所述的本发明的示例性实施方案所公开的结构亦然。此外，虽然仅就多个实施方案中的一种方案公开本发明的特定特征，但若适于或利于任何指定或特定应用，则这一特征可结合其他实施方案的一个或多个其他特征。

Claims (20)

1.一种用于离子注入系统的射频馈通装置，包括：
电绝缘锥体，其具有第一锥端和第二锥端，其中，所述电绝缘锥体为空心并在第一锥端具有第一开口且在第二锥端具有第二开口，其中，所述第一开口具有与其相关的第一直径，而所述第二开口具有与其相关的第二直径，且其中，所述第一直径大于所述第二直径，以限定所述电绝缘锥体的锥形侧壁；
杆体，其操作性耦接到所述电绝缘锥的第二锥端，其中，所述杆体穿过所述电绝缘锥体的第一开口和第二开口；以及
凸缘，其操作性耦接到所述电绝缘锥体的第一锥端，其中，所述凸缘具有限定于其中的凸缘开口，其中，所述凸缘开口具有与其相关的第三直径，其中，所述第三直径小于所述第一直径，且其中，所述杆体穿过所述凸缘开口而不接触所述凸缘，且其中，所述凸缘配置成使所述电绝缘锥体操作性耦接到腔壁中限定的通孔，其中，所述电绝缘锥体和所述凸缘配置成使所述杆体穿过腔壁中的通孔，同时使所述杆体与腔壁电绝缘。
2.根据权利要求1所述的射频馈通装置，进一步包括垫帽，其在接近所述凸缘的区域中操作性耦接到所述杆体，其中，所述垫帽从所述杆体的外径向外延伸预定距离，以阻挡从腔室内区域到锥体内表面的视距。
3.根据权利要求2所述的射频馈通装置，其中，所述垫帽具有与其相关的第四直径，其中，所述第四直径大于所述第三直径。
4.根据权利要求1所述的射频馈通装置，其中，所述凸缘由铝制成。
5.根据权利要求1所述的射频馈通装置，其中，所述杆体包括第一杆端和第二杆端，其中，所述第一杆端包括操作性耦接于此的加速电极，且其中，所述第二杆端配置成耦接到谐振线圈。
6.根据权利要求5所述的射频馈通装置，其中，所述电绝缘锥体、所述杆体、所述凸缘和所述腔壁之间的相应交界使腔室内的腔室环境相对于与所述谐振线圈相关的环境密封。
7.根据权利要求6所述的射频馈通装置，其中，一个或多个O形圈密封所述凸缘与所述电绝缘锥体之间的交界，而另外一个或多个O形圈密封所述杆体与所述电绝缘锥体之间的交界。
8.根据权利要求1所述的射频馈通装置，其中，使所述电绝缘锥体的第一端的第一表面和所述电绝缘锥体的第二端的第二表面金属化。
9.根据权利要求8所述的射频馈通装置，进一步包括布置于所述电绝缘锥体的第一端的第一表面与所述凸缘之间的一个或多个金属短路片，以及布置于所述电绝缘锥体的第二表面与所述杆体之间的一个或多个金属短路片。
10.根据权利要求9所述的射频馈通装置，其中，所述一个或多个金属短路片包括一个或多个金属弹簧。
11.根据权利要求1所述的射频馈通装置，其中，所述电绝缘锥体的主体由陶瓷制成。
12.根据权利要求1所述的射频馈通装置，其中，所述电绝缘锥体的主体包括氧化铝和石英中的一种或多种。
13.根据权利要求1所述的射频馈通装置，进一步包括一个或多个定位特征，其配置成使所述电绝缘锥体操作性耦接到所述凸缘，从而经由所述一个或多个定位特征使所述电绝缘锥体的位置相对于所述凸缘选择性固定。
14.根据权利要求1所述的射频馈通装置，其中，所述电绝缘锥体包括圆柱形区域，所述圆柱形区域从所述电绝缘锥体的第一端向所述电绝缘锥体的第二端延伸预定距离到拐点，其中，所述圆柱形区域具有固定的直径，且其中，所述电绝缘锥体的内径从拐点向所述电绝缘锥体的第二端渐成锥形。
15.根据权利要求14所述的射频馈通装置，其中，所述电绝缘锥体包括所述电绝缘锥体的第一端与所述凸缘之间的交界面，其中，所述交界面在所述圆柱形区域中垂直于所述电绝缘锥体的内表面。
16.根据权利要求14所述的射频馈通装置，其中，所述凸缘包括从与所述电绝缘锥体的第一端相关的区域向所述电绝缘锥体的第二端延伸的唇缘，其中，所述唇缘具有弯曲区域，所述弯曲区域配置成减轻所述凸缘与所述电绝缘锥体之间的电弧。
17.一种用于离子注入系统的射频谐振器，所述射频谐振器包括：
限定腔室环境的谐振腔室，其中，所述腔室环境通过腔壁与真空环境隔离；
布置于所述谐振腔室内的谐振线圈；以及
射频馈通装置，其包括：
电绝缘锥体，其具有第一锥端和第二锥端，其中，所述电绝缘锥体为空心并在第一锥端具有第一开口且在第二锥端具有第二开口，其中，所述第一开口具有与其相关的第一直径，而所述第二开口具有与其相关的第二直径，且其中，所述第一直径大于所述第二直径，以限定所述电绝缘锥体的锥形侧壁；
杆体，其操作性耦接到所述电绝缘锥的第二锥端，其中，所述杆体穿过所述电绝缘锥体的第一开口和第二开口；
凸缘，其操作性耦接到所述电绝缘锥体的第一锥端，其中，所述凸缘具有限定于其中的凸缘开口，其中，所述凸缘开口具有与其相关的第三直径，其中，所述第三直径小于所述第一直径，且其中，所述杆体穿过所述凸缘开口而不接触所述凸缘，且其中，所述凸缘配置成使所述电绝缘锥体操作性耦接到腔壁中限定的通孔，其中，所述电绝缘锥体和所述凸缘配置成使所述杆体穿过腔壁中的通孔，同时使所述杆体与腔壁电绝缘；以及
垫帽，其在接近所述凸缘的区域中操作性耦接到所述杆体，其中，所述垫帽从所述杆体的外径向外延伸预定距离到第四直径，其中，所述第四直径大于所述第三直径，且其中，通过所述凸缘、所述垫帽和所述杆体阻挡从腔室内区域到锥体内表面的视距。
18.根据权利要求17所述的射频谐振器，其中，所述电绝缘锥体包括圆柱形区域，所述圆柱形区域从所述电绝缘锥体的第一端向所述电绝缘锥体的第二端延伸预定距离到拐点，其中，所述圆柱形区域具有固定的直径，且其中，所述电绝缘锥体的内径从拐点向所述电绝缘锥体的第二端渐成锥形。
19.根据权利要求17所述的射频谐振器，其中，使所述电绝缘锥体的第一端的第一表面和所述电绝缘锥体的第二端的第二表面金属化，且其中，所述射频馈通装置进一步包括布置于所述电绝缘锥体的第一端的第一表面与所述凸缘之间的一个或多个金属短路片，并且一个或多个金属短路片布置于所述电绝缘锥体的第二表面与所述杆体之间。
20.根据权利要求17所述的射频谐振器，其中，所述杆体包括第一杆端和第二杆端，其中，所述第一杆端包括操作性耦接于此的加速电极，且其中，所述第二杆端配置成耦接到谐振线圈。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11094504B2 (en) * 2020-01-06 2021-08-17 Applied Materials, Inc. Resonator coil having an asymmetrical profile
US11596051B2 (en) 2020-12-01 2023-02-28 Applied Materials, Inc. Resonator, linear accelerator configuration and ion implantation system having toroidal resonator
US11895766B2 (en) * 2021-10-15 2024-02-06 Applied Materials, Inc. Linear accelerator assembly including flexible high-voltage connection
US20240064888A1 (en) * 2022-08-17 2024-02-22 Applied Materials, Inc. Resonator, linear accelerator, and ion implanter having dielectric-free resonator chamber

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5504341A (en) * 1995-02-17 1996-04-02 Zimec Consulting, Inc. Producing RF electric fields suitable for accelerating atomic and molecular ions in an ion implantation system
US6139679A (en) * 1998-10-15 2000-10-31 Applied Materials, Inc. Coil and coil feedthrough
US6262638B1 (en) * 1998-09-28 2001-07-17 Axcelis Technologies, Inc. Tunable and matchable resonator coil assembly for ion implanter linear accelerator

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4667111C1 (en) 1985-05-17 2001-04-10 Eaton Corp Cleveland Accelerator for ion implantation
WO1997042648A1 (en) * 1996-05-09 1997-11-13 Applied Materials, Inc. Recessed coil for generating a plasma
US6254746B1 (en) 1996-05-09 2001-07-03 Applied Materials, Inc. Recessed coil for generating a plasma
TW490703B (en) * 1999-12-13 2002-06-11 Axcelis Tech Inc Diamond-like coated component in an ion implanter for reduced x-ray emissions
US7064491B2 (en) * 2000-11-30 2006-06-20 Semequip, Inc. Ion implantation system and control method
WO2007146985A2 (en) * 2006-06-13 2007-12-21 Semequip, Inc. Magnetic analyzer apparatus and method for ion implantation
KR102068853B1 (ko) * 2011-11-23 2020-01-22 램 리써치 코포레이션 Rf 스트랩 입력을 갖는 대칭적 rf 리턴 및 주변 rf 피드
US9881772B2 (en) * 2012-03-28 2018-01-30 Lam Research Corporation Multi-radiofrequency impedance control for plasma uniformity tuning
US8796649B2 (en) * 2012-11-29 2014-08-05 Ion Technology Solutions, Llc Ion implanter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5504341A (en) * 1995-02-17 1996-04-02 Zimec Consulting, Inc. Producing RF electric fields suitable for accelerating atomic and molecular ions in an ion implantation system
US6262638B1 (en) * 1998-09-28 2001-07-17 Axcelis Technologies, Inc. Tunable and matchable resonator coil assembly for ion implanter linear accelerator
US6139679A (en) * 1998-10-15 2000-10-31 Applied Materials, Inc. Coil and coil feedthrough

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