JP6539414B2 - イオン注入器用リペラー、カソード、チャンバーウォール、スリット部材、及びこれを含むイオン発生装置 - Google Patents
イオン注入器用リペラー、カソード、チャンバーウォール、スリット部材、及びこれを含むイオン発生装置 Download PDFInfo
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Description
リペラー103として半径12mmの円形表面を有する反射部103aと、半径10.85mmの円形表面を有するカソード102が両側壁に対向して設けられた図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図2の反射部103aは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度1380℃、加熱速度4.5℃/min、維持時間15hr下で、中間層/保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
リペラー103として半径12mmの円形表面を有する反射部103aと、半径10.85mmの円形表面を有するカソード102が両側壁に対向して設けられた図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図3のカソード前面部102bは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度1380℃、加熱速度4.5℃/min、維持時間15hr下で、中間層/保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
リペラー103として半径12mmの円形表面を有する反射部103aと、半径10.85mmの円形表面を有するカソード102が両側壁に対向して設けられた図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図4のチャンバーウォール104aは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度1380℃、加熱速度4.5℃/min、維持時間15hr下で、中間層/保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
リペラー103として半径12mmの円形表面を有する反射部103aと、半径10.85mmの円形表面を有するカソード102が両側壁に対向して設けられた図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図5のスリット部106bは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度1380℃、加熱速度4.5℃/min、維持時間15hr下で、中間層/保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
実施例1−1と同一な半径を有するリペラーとカソードを用いて図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図2の反射部103aと端子部103bを各々母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層/保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例1−1と同一な工程を繰り返した。
実施例1−2と同一な半径を有するリペラーとカソードを用いて図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図3のカソード前面部102bを母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層/保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例1−2と同一な工程を繰り返した。
実施例1−3と同一な半径を有するリペラーとカソードを用いて図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図4のチャンバーウォール104aを母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層/保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例1−3と同一な工程を繰り返した。
実施例1−4と同様に図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図5のスリット部106bを母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層/保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例1−4と同一な工程を繰り返した。
実施例1−1と同様に、図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつ反射部上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した(実施例1−1のファクターXは0であり、Ww:Wm:Wsの重量割合は100:0:0である)。
実施例1と同様に、図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつカソード前面部上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した(実施例1−2のファクターXは0であり、Ww:Wm:Wsの重量割合は100:0:0である)。
実施例1−3と同様に図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつチャンバーウォール上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した(実施例1−3のファクターXは0であり、Ww:Wm:Wsの重量割合は100:0:0である)。
実施例1−4と同様に図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつスリット部上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した(実施例1−4のファクターXは0であり、Ww:Wm:Wsの重量割合は100:0:0である)。
実施例1−1と同様に図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例1−1によって形成された反射部上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してEBSD(Electron Back Scattered Diffraction)に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した(実施例1−1のファクターXは0である)。
実施例1−2と同様に図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例1−1によって形成されたカソード前面部上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してEBSD(Electron Back Scattered Diffraction)に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した(実施例1−2のファクターXは0である)。
実施例1−3と同様に図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例1−3によって形成されたチャンバーウォール上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してEBSD(Electron Back Scattered Diffraction)に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した(実施例1−3のファクターXは0である)。
実施例1−4と同様に図1のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例1−4によって形成されたスリット部上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してEBSD(Electron Back Scattered Diffraction)に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した(実施例1−4のファクターXは0である)。
イオンソース気体にBF3を用いる環境で実施例1−1及び実施例2−1と比較例1−1及び比較例2−1のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び/又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
イオンソース気体にBF3を用いる環境で実施例1−2及び実施例2−2と比較例1−2及び比較例2−2のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び/又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
イオンソース気体にBF3を用いる環境で実施例1−3及び実施例2−3と比較例1−3及び比較例2−3のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び/又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
イオンソース気体にBF3を用いる環境で実施例1−4及び実施例2−4と比較例1−4及び比較例2−4のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び/又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
実施例1−1及び実施例2−1と比較例1−1及び比較例2−1のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム(Beam)電流(単位:mA)を測定した。この際、アークチャンバーの幅40mm、長さ105mm、高さ40mm、リペラーと距離85mm、ガスはBF3を使用し、圧力は2.5torrであった。アークチャンバーに供給された電圧は80Vで供給され、フィラメントに供給された電流は160Aであり、カソードとリペラーに供給された電圧は600Vであった。
実施例1−2及び実施例2−2と比較例1−2及び比較例2−2のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム(Beam)電流(単位:mA)を測定した。この際、アークチャンバーの幅40mm、長さ105mm、高さ40mm、リペラーと距離85mm、ガスはBF3を使用し、圧力は2.5torrであった。アークチャンバーに供給された電圧は80Vで供給され、フィラメントに供給された電流は160Aであり、カソードとリペラーに供給された電圧は600Vであった。
実施例1−3及び実施例2−3と比較例1−3及び比較例2−3のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム(Beam)電流(単位:mA)を測定した。この際、アークチャンバーの幅40mm、長さ105mm、高さ40mm、リペラーと距離85mm、ガスはBF3を使用し、圧力は2.5torrであった。アークチャンバーに供給された電圧は80Vで供給され、フィラメントに供給された電流は160Aであり、カソードとリペラーに供給された電圧は600Vであった。
実施例1−4及び実施例2−4と比較例1−4及び比較例2−4のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム(Beam)電流(単位:mA)を測定した。この際、アークチャンバーの幅40mm、長さ105mm、高さ40mm、リペラーと距離85mm、ガスはBF3を使用し、圧力は2.5torrであった。アークチャンバーに供給された電圧は80Vで供給され、フィラメントに供給された電流は160Aであり、カソードとリペラーに供給された電圧は600Vであった。
Claims (29)
- イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバーの内側に設けられ、前記イオン発生装置のカソードに対向して設けられる反射部、及び前記反射部から延長され、所定の電圧が印加される端子部を含むリペラーであって、前記反射部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる1つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用リペラー。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード(layered)を構成する耐火金属カーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入器用リペラー。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された1種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード(layered)を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入器用リペラー。
- 前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Wm/WsをXとする時、Xが5以下(ここで、WmとWsはEBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項2に記載のイオン注入器用リペラー。
- 前記母材の含有量Wwと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Ww:Wm:Wsは、90〜95:0.8〜4:9.2〜1(ここで、Ww、Wm、及びWsは、EBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入器用リペラー。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが2μm以上であり、最大層厚さが300μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入器用リペラー。
- 前記端子部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の1以上表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入器用リペラー。
- 請求項1に記載のイオン注入器用リペラーを含む、イオン発生装置。
- イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバーの内部に設けられ、前記アークチャンバーの一側に固定され、内部にフィラメントが設けられる空間が形成されたカソード側部と、前記アークチャンバー方向に露出し、電子を放出する表面を有するカソード前面部を含む電子放出カソードであって、前記カソードは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる1つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用電子放出カソード。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード(layered)を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項9に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された1種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード(layered)を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項9に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
- 前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Wm/WsをXとする時、Xが5以下(ここで、WmとWsはEBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項10に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
- 前記母材の含有量Wwと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Ww:Wm:Wsは、90〜95:0.8〜4:9.2〜1(ここで、Ww、Wm、及びWsは、EBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項9に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが2μm以上であり、最大層厚さが300μm以下であることを特徴とする、請求項9に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
- 請求項9に記載のイオン注入器用電子放出カソードを含む、イオン発生装置。
- イオン注入器用イオン発生装置のイオン発生空間を構成するためのアークチャンバーの内側に設けられるチャンバーウォールであって、前記アークチャンバーの4面を構成するチャンバーウォールのうち、一面以上のウォールは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる1つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用チャンバーウォール。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード(layered)を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項16に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された1種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード(layered)を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項16に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
- 前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Wm/WsをXとする時、Xが5以下(ここで、WmとWsはEBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項17に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
- 前記母材の含有量Wwと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Ww:Wm:Wsは、90〜95:0.8〜4:9.2〜1(ここで、Ww、Wm、及びWsは、EBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項16に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが2μm以上であり、最大層厚さが300μm以下であることを特徴とする、請求項16に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
- 請求項16に記載のイオン注入器用チャンバーウォールを含む、イオン発生装置。
- イオン注入器用イオン発生装置からイオンビームを放出するためのスリットを備えたスリット部材であって、前記スリットが形成されているスリット部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる1つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用スリット部材。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード(layered)を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項23に記載のイオン注入器用スリット部材。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された1種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード(layered)を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項23に記載のイオン注入器用スリット部材。
- 前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Wm/WsをXとする時、Xが5以下(ここで、WmとWsはEBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項24に記載のイオン注入器用スリット部材。
- 前記母材の含有量Wwと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wmと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Wsとの重量割合Ww:Wm:Wsは、90〜95:0.8〜4:9.2〜1(ここで、Ww、Wm、及びWsは、EBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)法による多相解析により求められた値である)であることを特徴とする、請求項23に記載のイオン注入器用スリット部材。
- 前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが2μm以上であり、最大層厚さが300μm以下であることを特徴とする、請求項23に記載のイオン注入器用スリット部材。
- 請求項23に記載のイオン注入器用スリット部材を含む、イオン発生装置。
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