KR100346862B1

KR100346862B1 - 간접가열된캐소우드를지닌이온소오스용캐소우드설치장치

Info

Publication number: KR100346862B1
Application number: KR1019970056558A
Authority: KR
Inventors: 모라이스 클라우티어 리챠드; 네일 호스키 토마스; 에드와드 레이놀즈 윌리암
Original assignee: 액셀리스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2002-09-18
Also published as: DE69709035D1; CN1192575A; JPH10134728A; US5763890A; JP3903271B2; EP0840346A1; DE69709035T2; CA2216818A1; CA2216818C; SG64450A1; EP0840346B1; ES2168584T3; TW401592B; KR19980033348A; CN1129951C

Abstract

본 발명을 구현하는 이온소오스(12)는 이온주입기(10)에 이용된다. 이온소오스는 가스이온화 영역(R)을 경계짓는 전도성 챔버벽(130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 132)을 지닌 가스한정실(76)을 포함한다. 이 가스한정실은 이온으로 하여금 챔버를 벗어나게 하기 위한 출구 개구부(78)를 포함한다. 베이스(80, 82, 120)는, 가스한정실을 벗어나는 이온으로부터 이온비임(20)을 형성하는 구조물(90, 14)에 대하여 가스한정실을 위치시킨다.

Description

간접 가열된 캐소우드를 지닌 이온소오스 및 그 케소우드 구조{CATHODE MOUNTING FOR ION SOURCE WITH INDIRECTLY HEATED CATHODE}

본 발명은, 공작물을 처리하기 위해 이온을 방출하여 이온비임을 형성하는 이온발생 소오스를 지닌 이온주입기에 관한 것이다.

이온주입기는 웨이퍼를 이온비임과 충돌하게 함으로써 실리콘 웨이퍼를 처리하는데 이용된다. 이온비임은, 집적회로를 만드는데 이용되는 반도체 웨이퍼를 생성하기 위해, 제어된 농도의 불순물로 웨이퍼를 도핑(doping)한다. 이러한 주입기에서 중요한 요인은 소정의 시간에 처리할 수 있는 산출량 또는 웨이퍼의 수이다.

고전류 이온 주입기는, 이온비임을 지나 다중 실리콘 웨이퍼를 이동시키는 회전 디스크 지지대를 포함한다. 지지대가 이온비임을 지나 웨이퍼를 회전시킴에 따라 이온비임이 웨이퍼에 충돌한다.

중간전류 이온 주입기는 한번에 하나의 웨이퍼를 처리한다. 웨이퍼는 카세트에 지지되고, 한번에 하나씩 회수되어 플레톤(platen)에 위치된다. 다음, 웨이퍼가 이온주입 방향으로 놓임으로써, 이온비임이 단일 웨이퍼에 충돌하게 된다. 중간전류 주입기는, 선택적 도핑 또는 웨이퍼 표면 전체를 처리하기 위해, 초기궤도로부터 비교적 좁은 비임을 편향시키도록 비임형성 전자기술을 이용한다.

기존의 이온 주입기에 이용되는, 이온비임을 발생하는 이온소오스는 사용시 노후화 되는 경향이 있는 가열된 필라멘트 캐소우드를 일반적으로 포함한다. 비교적 짧은 기간 이용한 후, 이온이 충분한 효율로 다시 발생하도록, 필라멘트 캐소우드를 교체하여야 한다. 필라멘트 캐소우드 교체 주기를 증가시키면 웨이퍼의 이온주입 시간량이 증가됨으로써 주입기 효율 증가를 가져온다.

Sferlazzo 등의 미합중국 특허 제5,497,006호는, 이온화 전자를 가스한정실에 방출하기 위한, 베이스에 의해 지지되고 가스한정실에 대해 위치한 캐소우드를 지닌 이온소오스에 관한 것이다. 상기 '006특허의 캐소우드는 부분적으로 가스한정실로 연장된 관형 전도체 및 앤드 캡(end cap)이다. 필라멘트는 관형 몸체내에 지지되고, 전자충돌을 통해 앤드 캡을 가열하는 전자를 방출하고 이온화 전자를 가스한정실로 열적으로 방출시킨다.

본 발명은 새롭고 향상된 이온발생 소오스를 이용하는 이온주입기에 관한 것이다. 본 발명의 이온발생 소오스는 플라즈마 흐름으로부터 캐소우드 필라멘트를 차폐하는 캐소우드를 이용한다. 캐소우드와 필라멘트의 설계는, 교체 또는 수선이 쉽고 신속하여 주입기의 다운타임(downtime)을 줄일 수 있도록 한다.

본 발명에 따라 구성된 이온소오스는 가스 이온화 영역을 경계짓는 챔버 벽을 지닌 가스한정실을 포함하고, 또한 이온으로 하여금 가스한정실을 탈출하게 하는 탈출 개구부를 포함한다. 가스 전달 시스템은 이온화 가능 가스를 가스한정실로 전달한다. 베이스는, 이온이 가스한정실을 탈출함에 따라 이온비임을 형성하는 구조에 대한 상대 위치에 가스한정실을 지지한다.

캐소우드는 상기 가스한정실의 이온화 영역에 대해 위치하여, 이온화 전자를 가스한정실내 이온화 영역으로 방출한다. 캐소우드를 지지하고 가스한정실과 전기적으로 절연시키기 위해 가스한정실에는 절연체가 부착되어 있다. 캐소우드는, 내부영역을 경계짓고 또한, 인접하고 상기 가스한정실 내부에 연장한 외면을 지닌 전도 캐소우드 본체를 포함한다. 필라멘트가 절연체에 의해 상기 캐소우드의 본체의 내부영역안쪽 위치에 지지되어 전도 캐소우드 본체를 가열함으로써, 이온화 전자가 본체로부터 상기 가스한정실로 방출된다.

절연체는 캐소우드를 가스한정실에 대해 배열하지만 또한, 필라멘트로 하여금 캐소우드 본체와 전기적으로 절연시킨다. 바람직한 절연체는 알루미나로 된 세라믹 블록이다. 이 블록은, 이온소오스의 작동중 이 소오스에 의해 방출된 재료에 의한 노출 표면의 코팅을 방지하기 위해 절연체 본체의 노출면으로부터 안쪽으로연장한 노치가 형성된 절연체 본체를 포함한다. 이 절연체 설계는, 절연체에 전도물질이 퇴적됨에 따른 소오스 고장을 감소시킨다.

본 발명은 첨부 도면을 참고로 설명함으로써 분명해질 것이다.

도 1은 회전 지지대에 설치된 웨이퍼 실리콘과 같은 공작물의 이온비임처리용 이온주입기의 개략도.

도 2는 도 1의 주입기에서 이온비임을 발생시키는, 본 발명 실시예의 이온발생 소오스의 부분 단면도.

도 3은 소오스 캐소우드의 부분을 형성하는 차폐된 필라멘트를 통전시키기 위한 전기접속을 도시한, 이온발생 소오스의 평면도.

도 4는 이온이 이온소오스를 벗어나는 아크슬릿을 도시한, 이온발생 소오스의 단면도.

도 5는 소오스 캐소우드를 설치하기 위한 구조의 확대 평면도.

도 6은 도 5의 6-6선을 따라 취한 단면도,

도 7은 도 5의 7-7선을 따라 취한 단면도,

도 8은 본 발명에 따라 구성된 이온소오스의 확대 사시도.

도 9는 소오스 캐소우드를 이온 플라즈마와 절연시키기 위한 절연 블록의 상면도.

도 10은 도 9의 평면(10-10)에서 본 도면.

도 11은 도 9에 도시된 절연블록의 저면도.

도 12는 도 9에 도시된 절연블록의 부분 단면도.

도 13은 이온소오스 작동중 아크 챔버 내부로 이온화 전자를 방출하는 캐소우드 캡의 측면도.

도 14는 이온소오스 아크 챔버의 정면도.

도 15는 도 14의 평면(15-15)에서 본 아크 챔버의 도면.

도 16은 도 15의 평면(16-16)에서 본 아크 챔버의 도면.

도 17은 도 14의 평면(17-17)에서 본 아크 챔버의 도면.

도 18은 도 14의 평면(18-18)에서 본 아크 챔버의 도면.

도 19는 아크 챔버에 캐소우드 본체를 설치하는 설치판의 평면도.

도 20은 도 19의 평면(20-20)에서 본 설치판의 도면.

도 1은 본 발명을 구현하는 이온소오스(12)를 갖는 이온주입 시스템(10), 및 고전압 하우징(16)에 의해 지지된 비임분석자석(14)을 지닌 주입장치를 도시한다. 이온소오스(12)로부터 방출된 이온비임(20)은 하우징(16)을 벗어나 진공관(18)을 통해 이동하여 이온주입실(22)로 들어가는 제어된 경로를 추종한다. 이온소오스(12)로부터 주입실(22)로의 이송경로를 따라, 이온비임(20)은 형성, 여과되어 바람직한 주입 에너지로 가속된다.

분석자석(analyzing magnet)(14)에 의해 전하비에 대한 적절한 질량을 지닌 이온만이 이온주입실(22)에 도달하게 한다. 이온비임(20)이 하우징(16)을 벗어나는 영역에서, 비임은, 고전압 하우징(16)을 주입실(22)과 차폐하는 전기절연체로 된 고전압 절연부싱(26)을 통과한다.

이온 주입실(22)은, 그 주입실을 이온실을 이온비임(20)에 대해 배열하는 가동 받침배(28)에 지지되어 있다. 이온비임(20)은, 축(42) 주위로 회전하도록 설치된 웨이퍼 지지대(40)에 지지된 하나 이상의 실리콘 웨이퍼에 충돌한다. 웨이퍼 지지대(40)는 외주변에 다수의 실리콘 웨이퍼를 지지하고 이들 웨이퍼를 원형통로를 따라 이동시킨다. 이온비임(20)은 각각의 웨이퍼와 충돌하고 이들 웨이퍼를 이온 불순물로서 선택적으로 도핑한다. 웨이퍼 지지대(40)의 주입실 고속회전은지지대(40)와 웨이퍼를 회전하게 하는 모우터(50)에 의해 수행된다. 선형 드라이브(52)에 의해 지지대(40)는 주입실(22) 내에서 앞,뒤로 인덱스(index)된다. 지지대(40)는 처리되지 않은 웨이퍼는 주입실(22)로 이동할 수 있고 처리된 웨이퍼는 주입실로부터 철수할 수 있도록 위치되어 있다. 선행기술의 이온주입 시스템에 관한 부가적 내용은 암스트롱 등의 미합중국특허 제4,672,210호에 개시되어 있고, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었고 이를 참고로 본 명세서에 포함했다.

실리콘 웨이퍼는 진공포트(71)를 통해 로봇암(70)에 의해 진공포트(71)를 지나 주입실(22)로 삽입된다. 주입실(22)은 진공펌프(72)에 의해 진공관(18)을 따른 압력과 동일한 저압으로 진공화된다. 로봇암(70)은 웨이퍼를 보관하기 위해 웨이퍼를 카세트(73) 앞,뒤로 이동시킨다. 이러한 이송을 성취하는 메카니즘은 선행기술에 공지되어 있다. 부가적인 진공펌프(74, 75)는 이온소오스(12)로부터 주입실(22)까지의 이온비임 통로를 진공화 시킨다.

이온소오스(12)는, 이온이 이온소오스를 벗어나는 정면벽(도 4)에, 길다랗고 보통 타원형의 탈출구멍(78)을 지닌 고밀도 플라즈마 아크 챔버(76)(도 2)을 포함한다. 아크 챔버(76)은, 고전압 하우징(16) 내에 지지된 플랜지(82)에 설치된 보통 원통형의 소오스 하우징(80)에 의해 이온비임 통로에 대해 위치되어 있다. 선행기술의 이온소오스에 관한 부가적 내용은 Benveniste 등의 미합중국 특허 제5,026,997호에 개시되어 있고, 본 발명의 양수인에게 이는 양도되었고 이를 참고로 여기에 포함했다. 이온이 플라즈마 챔버(76)로부터 이동하기 때문에, 이들은 탈출구멍외측에 위치된 추출전지(90)(도 1)에 의해 설정된 전기장에 의해 챔버(76)로부터 멀리 가속된다. 분석자석(14)은 주입궤도에 대해 정확한 질량을 지닌 이온을 굴절시키는 자장을 생성한다. 이들 이온은 분석자석(14)을 벗어나 주입실(22)로 안내되는 이동통로를 따라 가속된다. 주입제어기(82)는 고전압 하우징(16)에 위치하여있고 자계권선의 전류를 제어함으로써 분석자석(14)의 자계강도를 조절한다.

이온소오스(12)는 주입에 이용되는 이온과 다른 질량을 지닌 대부분의 이온을 발생한다. 이들 불필요한 이온들 역시 분석자석(14)에 의해 굴절되지만 주입궤도로부터는 분리된다. 무거운 이온은 큰 반경의 궤도를 추종하지만 주입에 이용되는 이온보다 가벼운 이온은 보다 작은 반경궤도를 추종한다.

이온소오스

본 발명을 구현하는 이온소오스(12)(도 2 내지 도 5)는 소오스 하우징(80)의 뒷벽(82)에 의해 지지된 소오스 블록(120)을 포함한다. 소오스 블록은 플라즈마 아크 챔버(76) 및 전자방출 케소우드(124)를 지지하는데, 바람직한 실시예의 전자방출 캐소우드(124)는 상기 플라즈마 아크 챔버(76)과 전기적으로는 절연되어 있다.

소오스 자석(도시하지 않음)은 플라즈마 발생전자를 챔버(76)내 엄격히 제한된 경로내로 한정짓기 위해 플라즈마 아크 챔버(76)(도 14 내지 도 18)을 포위한다. 또한, 소오스 블록(120)에는, 가스로 증발된 다음 이송노즐(126, 128)에 의해 플라즈마 챔버(76)에 분사되는 비소와 같은 증발가능한 고체로 채워질 수 있는 증발오븐(122, 123)을 수용하는 중공부가 형성되어 있다. 플라즈마 아크 챔버(76)은, 두 개의 길다란 측벽(130a, 130b)과, 바닥벽 및 상부벽(130c, 130d)과, 그 전면의 정면형성판(132)으로 경계지어진 내부 이온화 영역(R)이 형성된 길다른 금속주물이다. 두 개의 측벽(130a, 130b) 바깥쪽으로는, 플라즈마 아크 챔버를 설치하기 위해 지지플랜지(134)가 연장되어 있다.

판(132)은 소오스 하우징(80)에 대하여 배열되어 있다. Trueira의 미합중국특허 제5,420,415호에 설명되어 있듯이, 판(132)은 하우징(80)에 부착된 배열고정자(95)에 부착되어 있다. 간단히, 고정자(95)는, 그 평면이 이온비임축에 수직하도록 소오스 하우징에 끼워져있다. 이온소오스는 배열고정자에 부착된 불랫 해드핀 P(도 4)에 붙잡혀, 배열 고정자에 연결된다.

선단부에 나사가 형성된 4개의 길다란 볼트(136)는 플랜지(134)상 4개의 개구부(138)를 통과하여 소오스 블록(120)내 나사 형성된 개구부(140)와 맞물린다. 볼트(136)는, 배열고정자(95)에 의해 아크 챔버를 잡아주기 위해, 소오스 블록(120)으로부터 멀리 아크 챔버(78)을 바이어스(bias)하는 스프링(148)과 부싱(146)을 통과한다.

4개의 핀(150)(그중 하나만이 도 8에 도시됨)이 개구부(151)를 통해 아크 챔버 플랜지 (132)의 4개의 모퉁이에 연장해 있다. 이들 핀은 스프링(152)에 의해 소오스 블록 (120)으로부터 멀리 바이어스되어 있다. 핀의 약간 확대된 선단(150a)은 판(132)내에 고정되어 판과 하우징(76)을 함께 연결한다.

증발된 물질은 이송노즐(126, 128)에 의해 지지블록(120)으로부터 플라즈마 아크 챔버(76)의 내부로 분사된다. 플라즈마 아크 챔버(76)의 양쪽에는, 통로(141)가 플라즈마(76)의 뒤로부터 그 본체를 지나 연장하여 플라즈마 아크 챔버(76)로 개방되어 있다. 또한, 가스는 뒤벽(130e)의 포트 또는 개구부(142)에 의해 직접 챔버(76)로 유입될 수도 있다. 노즐(144)은 개구부(142)에 맞닿아 있고, 이온소오스 외부의 소오스로부터 아크 챔버(76)로 가스를 직접 분사한다.

벽(130d)에는 개구부(158)가 형성되어 있으며, 개구부(158)의 크기는, 상기 캐소우드(124)가 개구부에 닿지 않고서 플라즈마 아크 챔버 내부로 연장할 수 있는 정도이다. 캐소우드(124)는 아크 챔버의 뒤에 부착된 절연설치 블록(150)에 의해 지지되어 있다. 개구부(158)에 고정된 캐소우드 본체는 절연설치블록(150)에 의해 지지된 금속설치판(152)에 설치되어 있다.

캐소우드 본체는 3개의 금속부재(160, 162, 164)로 구성되어 있다. 캐소우드 (124)의 외부 관형부재(160)는 몰리브덴 합금으로 되어 있다. 관형부재(160)의 하단 (161)은 설치판(152)에 접해 있다. 내부 관형부재(162) 역시 몰리브덴 합금으로 되어 있고 나사 형성된 하단부(163)를 지닌다. 내부 관형부재(162)의 선단부(163)는 설치판(152)내 나사 형성된 개구부(167)에 나사 연결되어 있다. 관형부재 (160, 162)는 원통형인 것이 바람직하다.

캐소우드(124)의 앤드 캡(164)(도 13)은 전도성이고, 텅스텐으로 되어 있다. 이 앤드 캡(164)은 관형 부재(162) 선단의 카운터 보어내에 고정되어 있다. 카운터보어는 앤드 캡(164)의 직경보다 약간 작은 내부직경을 지닌, 안쪽으로 연장된 리지드(ridge)를 포함한다. 캐소우드(124)의 조립중, 앤드 캡은 관형부재(164)에 압입고정되어, 이온주입기(10)의 작동중 일정위치를 마찰적으로 유지하게 된다. 내부 및 외부관형부재(160, 162)의 길이는, 앤드 캡(164)이 외부 관형부재(160)의 선단부위를 벗어나 아크 챔버(76)로 연장하도록 선택된다.

두 개의 전도성 설치아암(170, 171)은 캐소우드(124) 안쪽의 필라멘트(178)를 지지한다. 아암(170, 171)은, 블록(150)내 나사 형성된 개구부와 맞물리기 위해 아암을 통과하는 접속자(172)에 의해 절연블록(150)에 직접 부착되어 있다. 전도성 통전 밴드(173, 174)는 필라멘트에 연결되어 있고, 전력 중개체(175, 176)를 경유하여 하우징(80)의 플랜지(82)를 통해 전달된 신호에 의해 통전된다.

두 개의 클램프(177a, 177b)는 캐소우드의 맨안쪽의 관형부재(162)에 의해 형성된 중공 C내에 텅스텐 필라멘트(178)를 고정시킨다. 필라멘트(178)는 헤리컬 루우프(도 5 참조)를 형성하기 위해 굽은 텅스텐 와이어로 되어 있다. 각각의 필라멘트(178)는, 클램프(177a, 177b)에 의해 두 개의 아암(170, 171)과 전기접촉하는 제1 및 제2텅스텐 다리(179a, 179b)에 의해 지지되어 있다.

텅스텐 와이어 필라멘트(178)가 전력 중개체(175, 176)를 가로지른 전위차의 인가에 의해 텅스텐 와이어 필라멘트(178)가 통전되면, 필라멘트는, 캐소우드(124)의 캡(164)쪽으로 가속하여 충돌하는 전자를 방출한다. 캡(164)이 전자충돌에 의해 충분히 가열되면, 가스 분자를 때려 챔버(76)내 플라즈마를 형성하게 되는 전자를 플라즈마 아크 챔버(76)로 방출한다. 이온 플라즈마가 발생되고, 이 플라즈마내의 이온이 이온비임을 형성하기 위해 빠져나간다. 캡(164)은 필라멘트를 챔버내 이온플라즈마와의 접촉으로부터 차폐 한다. 또한, 필라멘트가 지지되는 방식은, 필라멘트의 교체가 용이하도록 되어 있다.

플라즈마 아크 챔버(76)내로 방출되지만 가스 이온화 영역내 가스분자와 접촉하지 않는, 않는 캐소우드(124)에 의해 발생한 전자는 리펠러(repeller)(180)의주변에 이동한다. 리펠러(180)는, 가스분자와 접촉하도록 가스이온화 영역내로 전자를 역편향시키는, 아크 챔버(76)내에 위치한 금속부재(181)를 포함한다. 금속부재(181)는 몰리브덴으로 되어 있다. 세라믹 절연체(182)는 플라즈마 아크 챔버(76)의 하부벽(130c)과 리펠러부재 (181)를 절연한다. 따라서, 캐소우드(124)와 리펠러(180)는 아크 챔버벽과 전기적으로 그리고 열적으로 절연된다. 리펠러 부재(181)의 숏팅(shorting)은, 이온이 절연체(182)를 코팅하는 것을 방지할 수 있는 금속컵(184)에 의해 방지된다.

챔버(76)의 벽은 기준전위로 유지되어 있다. 캐소우드 앤드 캡(164)을 포함하는 캐소우드는 상기 벽의 기준전위에 비해 50∼150볼트 이하인 상태로 유지된다. 전위는, 캐소우드를 지지하는 판(152)에 전도체(187)를 부착하기 위해, 전력 중개체(186)에 의해 판(152)에 연결되어 있다. 필라멘트(178)는 앤드 캡(164)의 전위에 비해 200∼600볼트 이하로 유지된다. 필라멘트와 캐소우드 사이의 큰 전압차는 필라멘트를 떠나는 전자에 고에너지를 부여함으로써, 앤드 캡(164)을 가열하기에 충분한 정도의 전자를 챔버(76)로 방출하게 된다. 리펠러 부재(181)는 챔버(76)내 가스 플라즈마의 전위상태하에서 유동이 허용된다.

Sferlazzo 등의 '006호 특허는 캐소우드와 애노드(아크챔버의 벽) 사이의 아크전류를 제어하는 회로를 개시하고 있다. 이온발생중 이온화 에너지의 아크 챔버내로의 주입으로 인해 소오스가 가열된다. 에너지 전부가 아크 챔버내의 가스를 이온화 시키지는 않으므로 어떤 열량이 발생한다. 챔버는, 냉각수를 소오스 블록에 공급하고 가열된 물을 아크챔버의 영역으로부터 멀리 보내는 물커플링(190, 191)을포함한다.

절연블록(150)

아크챔버와 캐소우드를 절연하는 것 외에, 절연블록(150)은, 필라멘트(178)를 캐소우드 본체에 대해 그리고 캐소우드 본체를 아크 챔버에 대해 위치시킨다. 도 9 내지 도 12는 절연블록(150)을 상세하게 도시한 것이다.

절연블록(150)은 99% 순수 알루미나(Al₂O₃)로 된 길다란 전기절연블록이다. 절연블록은 그 길이 및 폭방향으로 연장된 제1평면(200)을 포함한다. 이 평면(200)은 가스한정실(76)의 뒤벽(130e)으로부터 연장된 캐소우드 설치 플랜지(202)(도 17)를 맞물린다. 절연블록(150)에 있어 상기 제1평면(200)과 마주보는쪽에는, 캐소우드 (124)를 지지하는 통상 평면인 캐소우드 지지면(210)과, 캐소우드에 대해 간격을 두고서 캐소우드 필라멘트(178)를 지지하는 제2의 평면인 캐소우드 지지면(210)이 형성되어 있다. 도 9의 평면도에서 알 수 있듯이, 캐소우드 지지면(210)은 노치에 의해 형성된 절연블록 축소폭을 통해 연장된 개구부(222, 223)를 지닌 두 개의 모통이 노치(220, 221)를 지닌다.

확대된 헤드(225)를 지닌 두 개의 접속자(224)는 이들 개구부(222, 223)를 통해 연장되어, 절연블록을 플라즈마 아크 챔버(76)의 플랜지(202)에 부착한다. 접속자(224)에는 길이를 따라 나사 형성되어 있다. 이들 접속자는 플렌지(202)내 나사 형성된 개구부(204)와 맞물린다. 백킹판(206)(도 7)역시, 절연블록(150)을 아크 챔버(78)에 단단히 고정시키기 위해 접속자가 그 속으로 연장하게 되는 개구부를포함 한다. 절연블록(150)이 아크 챔버에 부착되었을 때, 제1평면(200)은 아크 챔버(78)의 뒤벽(130e)에 대해 직각 상태로 연장된다. 두 개의 위치핀(203)은 플랜지(202)의 면(202a)으로부터 멀리 연장된다. 이들 핀은, 설치중 절연블록(150)을 정렬하는 것을 돕기 위해, 절연체(150)의 표면(200)속으로 연장된 개구부(226)에 끼워진다.

도면에서 알 수 있듯이, 3-피스(piece) 캐소우드-본체를 지지하는 금속판(152)와 블록의 캐소우드 지지면(210)에 대해 위치되어 있고, 캐소우드 본체를 개구부(158)와 일치시키기 위해 이 면으로부터 멀리 연장해 있다. 나사 형성된 접속자(228)는 절연블록(150)의 면(200) 상에 함몰된 두 개의 홈부(230)로 연장되며, 판(152)내 나사형성된 개구부(234)와 맞물리기 위해 상기 블록의 개구부 (232)를 통과하게 된다.

두 개의 위치핀(236)이 판(152)에 의해 운반된다. 판이 절연블록(150)에 부착되기 때문에, 이들 핀은 블록(150)내 배열구멍(238)속으로 연장된다. 이는 블록과 판을 배열하는데 도움이 되고, 캐소우드의 제조는 물론 주입기(10)에 사용중 캐소우드의 유지보수를 용이하게 한다.

판(152)이 블록(150)에 부착되고 또한 블록이 아크챔버에 부착되고 나면, 3개의 피이스 캐소우드 본체를 위치시키는 판(152) 내의 나사형성 개구부(167)를, 아크챔버 벽(130d)을 통해 연장한 개구부(158)에 대하여 일치시킨다.

길다란 다리(170, 171)의 평면(240)은 절연블록(150)의 최대 두께에 의해 (200)으로부터 간격을 둔 절연블록면(212)에 맞물려 지지되어 있다. 확대된 헤드를지닌 나사형성 접속자(250)는 상기 다리(170, 171)의 개구부(252)를 지나 연장되어 있고, 필라멘트 지지면(212)내 나사 형성 개구부(254)에 나사 연결되어 있다. 도 7에서 분명히 알 수 있듯이, 절연블록의 두 개의 평면(210, 212) 사이의 상대적 간격은 다리(170, 171)의 면(240)과 판(152)의 면(262)사이에 틈(G)을 형성한다. 이 틈과, 세라믹이 전기절연체로 되어 있다는 사실은, 두 개의 다리를 서로 간에 뿐 아니라, 캐소우드 본체를 지지하는 판(152)과도 절연시킨다. 필라멘트 지지다리(170, 171)의 구멍은 절연본체(150)내 구멍과 일치하여, 캐소우드 본체 내부에 필라멘트(178)를 정확히 위치시킨다.

도 9 내지 도 12에 도시되어 있듯이, 절연체의 세라믹 절연 본체에는 다수의 길다란 노치 또는 채널 N1∼N3이 형성되어 있다. 이들 노치는 절연블록(150)의 평면을 갈라 놓는다. 아크 챔버 가까이 설치하면, 절연블록은 이온으로 코팅된다. Sferlazzo 등의 미합중국 특허 제5,497,006호의 절연체는 소오스의 작동중 표면코팅은 조기 아크(premature arc-over) 또는 쇼팅 및 소오스 고장으로 이어지게 된다. 단일블록 절연체(150)의 채널 N1∼N5는 블록을 자기 쉐도윙(self-shadowing)하게 한다. 즉, 이온이 절연블록을 가로질러 연속표면을 코팅하지 못함으로써 아크가 발생하는 경향이 적다.

캐소우드 캡(164)

캐소우드 캡(164)은 아크전류를 아크 챔버로 제공하는 기계가공된 텅스텐재 방열기 이다. Sferlazzo 등의 미합중국 특허 제5,497,006호에 개시된 간단한 디스크 모양의 캡을 '006특허의 캐소우드 구조와 호환가능한 캡(164)으로 대체했다.

캡(164)은 내부 관형부재(162)의 일단에 대해 위치한 축소 직경의 방출면 (165)과 넓은 플랜지면(166)을 포함한다.

캡(164)은 절연블록(150)을 포함하는 지지대의 열부하를 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 소정의 아크 챔버 전류에 대해 필라멘트(178)를 통전하는데 작은 가열전력을 필요로 하기 때문에, 캡은 필라멘트 가열 전력을 보다 효율적으로 이용하게 된다.

캡은 기존의 아크 챔버 제어전자 기술에 의한 보다 높은 아크전류를 얻을 수 있도록 해준다. 캡을 사용함으로써, 모든 이온 종류, 특히 다가 이온의 생산 효율증대의 결과를 가져온다. 1가 이온인 경우, 분자이온의 분해(BF3 및 BF2의 분해)에 의해 효율이 증가한다. (방출영역 축소로 인한) 보다 높은 전자전류 밀도와 (작은 열적 질량과 향상된 방출기 열적절연으로 인한) 보다 높은 방출기 온도의 결합은 또한 다가이온의 비율 증대로 이어진다.

본 발명은, 청구범위내에서 벗어나지 않는 한의 여러 수정과 변경이 가능하다.

Claims

a) 가스 이온화 영역(R)과 경계진 챔버벽(130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 132)을 지니고, 또한 이온으로 하여금 가스한정실을 벗어나게 하는 출구 개구부(78)를 구비하고, 하나의 챔버벽(130e)은 그로부터 연장된 플랜지(202)를 포함하는 가스한정실(76)과;

b) 이온화 가능 가스를 가스한정실로 전달하는 가스전달 시스템(122, 123, 126, 128, 144)과;

c) 상기 가스한정실을 벗어나는 이온으로부터 이온비임(20)을 형성하기위한 구조물(90, 14)에 대한 위치에 가스한정실을 지지하는 베이스(80, 82, 120)와;

d) 이온화 전자를 가스한정실의 이온화 영역에 방출시켜 가스분자를 이온화하기 위해, 상기 가스한정실의 이온화 영역에 대해 위치한 캐소우드(124)와;

e) 캐소우드를 지지하고 가스한정실과 캐소우드를 전기적으로 절연시키기 위해, 가스한정실 벽의 플랜지에 부착된 제1평면(200)을 지닌 절연체(150)를 포함하여 구성되며;

f) 상기 캐소우드는, 내부영역을 경계짓고, 또한 상기 가스한정실 내부로 연장된 외면을 지닌 전도성 캐소우드 본체(160, 162, 164)와, 이 본체를 가열함으로써 본체로부터 상기 가스한정실내로 이온화 전자를 방출하기 위해 상기 캐소우드의 전도성 본체 안쪽 상기 절연체에 의해 지지된 필라멘트(178)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입기(10)용 이온소오스(12).
제1항에 있어서, 상기 절연체는 세라믹 절연체로 된 것을 특징으로 하는 이온소오스.
제1항에 있어서, 상기 절연체는 캐소우드 본체를 지지하는 캐소우드 지지면(210)과, 상기 필라멘트와 상기 캐소우드 본체 사이에 전기절연이 유지되는 가운데, 캐소우드 본체에 대해 간격을 두고서 상기 필라멘트를 지지하는 필라멘트 지지면(212)을 지닌 지지 본체를 구비한 이온소오스.
제3항에 있어서, 상기 절연블록의 필라멘트 지지면에 맞물리는 제1 및 제2설치 다리(170, 171)를 더 구비한 이온소오스.
제3에 있어서, 상기 캐소우드는, 상기 절연블록의 캐소우드 지지면과 맞물리는 평면 설치판(152)에 연결된 이온소오스.
제3항에 있어서, 상기 절연본체는, 이온소오스의 작동중 이온소오스에 의해 방출된 재료에 의한 노출면의 코팅을 방지하기 위해, 절연체 본체의 노출면으로부터 안쪽으로 연장된 노치(N1, N2, N3)를 형성하는 이온소오스.
제3항에 있어서, 플랜지는 그로부터 멀리 연장된 위치조절 로드 (203)를 지니고, 절연 본체는 상기 위치조절 로드와 맞물리기 위한 배열 개구부(226)를 형성하는 이온소오스.
a) 가스 이온화 영역(R)을 경계짓는 전도성 챔버 벽(130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 132)을 지니고, 또한 이온으로 하여금 가스한정실을 벗어나게 하는 출구 개구부(78)를 포함하는 가스한정실(76)과;

b) 상기 가스한정실을 벗어나는 이온으로부터 이온비임(20)을 형성하기 위한 구조물(90, 14)에 대해 가스한정실을 위치시키는 지지대(80, 82, 120)와;

c) 이온화 가능 재료를 가스한정실로 전달하기 위해 상기 가스한정실과 연통하는 가스전달 시스템(122, 123, 126, 128, 144)과;

d) 가스한정실에 의해 한정된 가스 이온화 영역에 이온화 전자를 방출하며, 상기 가스한정실 내부로 부분 연장되고, 상기 이온화 전자를 가스한정실에 방출하기 위해 가스한정실내에 맞닿은 전도성 캡(164)을 포함하는 캐소우드(124)와;

e) 상기 가스한정실의 전도성 챔버 벽과 간격을 두고서, 캐소우드의 상기 관형 전도 본체를 지지하기 위해 가스한정실에 연결된 전기 절연체(150)와;

f) 전도성 캡을 가열함으로써 캡으로부터 가스한정실로 이온화 전자를 방출하기 위해, 상기 캐소우드의 관형 전도 본체 안쪽 상기 절연체에 의해 지지된 필라멘트(178)를 포함하여 구성되며;

상기 절연체는, 캐소우드 본체를 지지하는 평면 캐소우드 지지 영역(210)과, 상기 필라멘트와 상기 캐소우드 본체 사이에 전기절연이 유지되는 가운데, 캐소우드 본체에 대해 간격을 두고서 상기 필라멘트를 지지하는 평면 필라멘트 지지영역을 형성하는 절연본체를 포함하는 이온발생 소오스.
제8항에 있어서, 상기 가스한정실은 관형 전도성 본체를 가스한정실에 끼우기 위한 하나의 홈부(130d)내 개구부(158)를 포함하고, 상기 절연체는 챔버내 홈부에 대한 간격을 두고서 관형 전도체를 지지하는 이온발생 소오스.
가스한정실(76)에 대해 위치함으로써 가스한정실내에 이온화 영역(R)으로 이온화 전자를 방출하며, 이온화 전자를 상기 가스한정실로 방출하기 위해 관형 전도 본체(160, 162), 및 관형 전도 본체에 의해 지지된 전도성 캡(164)을 포함하는 캐소우드(124)와;

상기 전도성 캡을 가열함으로써 캡으로부터 상기 가스한정실로 이온화 전자를 방출하기 위해 상기 캐소우드의 관형 전도 본체 안쪽에 지지된 필라멘트(178)와;

상기 가스한정실에 대해 캐소우드를 위치시키고, 또한 상기 캐소우드와 필라멘트를 가스한정실에 전도성 챔버벽에 대하여, 그리고 서로 간격을 둔 상태로 지지하는 전기 절연체(150)를 포함하여 구성되며;

상기 절연체는, 캐소우드 본체를 지지하는 캐소우드 지지면(210)과, 상기 필라멘트와 상기 캐소우드 본체 사이에 전기절연이 유지되는 가운데, 캐소우드 본체에 대해 간격을 두고서 상기 필라멘트를 지지하는 필라멘트 지지면(212)을 지닌 절연 블록을 포함하는 캐소우드 구조.