KR100346863B1 - 이온소오스의간접가열캐소우드용엔드캡 - Google Patents

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에드와드 레이놀드스 윌리암
마우라이스 클라우티어 리챠드
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액셀리스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 발명을 구체화한 이온 소오스(12)는 이온주입기(10)에서 사용하기 위한 것이다. 이온 소오스(12)는, 가스 이온화 영역(R)의 경계를 형성하는 도전성 체임버 벽(130)을 갖는 가스 한정실(gas confinement chamber)(76)을 포함한다. 가스 한정실(76)은 이온이 한정실(76)로부터 방출되는 방출구(78)을 포함한다. 받침대(28)는 가스 한정실(76)로부터 나오는 이온으로부터 이온 비임(20)을 형성하도록, 구조물에 대해서 가스 한정실(76)의 위치를 정한다. 캐소드(124)의 일부는 가스 한정실(76)의 개구(158) 내에 연장된다. 캐소드(124)는 필라멘트(178)가 설치되는 내부 영역(C)을 형성하는 캐소드 본체(300)을 포함한다. 캐소드 본체(300)는 내부 튜브형 부재(162), 동축의 외부 튜브형 부재(180), 및 방사상(放射狀) 연장 림(rim)(326)으로써 본체부(324)의 단면적이 감소된 엔드캡(164)을 포함한다. 엔드캡(164)은 내부 튜브형 부재(162) 내에 압입된다. 필라멘트(178)에 전류가 통하여 엔드캡(164)을 가열하고, 이어서, 전자를 가스 이온화 영역(R)에 방출한다. 필라멘트(178)는 캐소드 본체(300)에 의해서 가스 이온화 영역(R)에서 활성화된 플라즈마로부터 보호된다.

Description

이온소오스의 간접 가열 캐소드용 엔드캡{ENDCAP FOR INDIRECTLY HEATED CATHODE OF ION SOURCE}
본 출원은 1996년 10월 30일 출원한 미합중국 특허 출원 제08/740,478호의 "CHTHODE MOUNTING FOR ION SOURCE WITH INDIRECTLY HEATED CATHODE"의 CIP 출원이다.
본 발명은 공작물의 비임(beam) 처리를 위해 이온을 방출하여 이온 비임을 형성하는 이온 발생 소오스를 구비한 이온주입기, 특히, 이온 발생 소오스의 간접 가열 캐소드형 엔드캡에 관한 것이다.
이온주입기는 이온 비임으로써 웨이퍼에 충격을 주어 실리콘 웨이퍼를 처리하는데 사용되었다. 이온 비임은 제어된 농도의 불순물로써 웨이퍼를 도핑(doping)하여, 집적회로를 제조하는데 사용되는 반도체 웨이퍼를 생성한다. 이러한 주입기에서 하나의 중요한 인자는 소정의 시간에 처리될 수 있는, 웨이퍼의 처리량과 수이다.
고전류 이온주입기는 다수의 실리콘 웨이퍼를 이온 비임을 통과하여 이동시키는 회전 디스크 지지대를 포함한다. 지지대가 웨이퍼를 이온 비임을 통과하여 회전시킴으로써 이온 비임은 웨이퍼 표면에 충격을 준다.
중간 전류 이온주입기는 한번에 한 개의 웨이퍼를 처리한다. 웨이퍼는 카세트 내에 지지되어 있고, 한번에 하나씩 꺼내어져서 플래튼(platen)에 놓여진다. 이어서, 웨이퍼는 주입 방향으로 향하고 이온 비임은 단일 웨이퍼에 충격을 가한다.이러한 중간 전류 주입기는 비임 형성 전자 장치를 사용하여 비교적 좁은 비임을 자체의 초기 궤적으로부터 편향시켜서 전체 웨이퍼 표면을 선택적으로 도핑하거나 처리한다.
기존의 주입기에서 이용되는, 이온 비임을 발생하는 이온 소오스는 통상적으로 사용함에 따라서 열화(劣火)되기 쉬운 가열 필라멘트 캐소드를 포함한다. 이온이 충분히 효율적으로 발생되도록 하기 위해서 비교적 짧은 사용 기간 후에, 필라멘트 캐소드를 교체하여야 한다. 필라멘트 캐소드의 교체 간격을 최대로 하면 웨이퍼를 주입 처리하는 시간이 증가하여 주입기의 효율이 증가한다.
스펠라조(Sferlazzo) 등의 미합중국 특허 제5,497,006(이하 '006특허라고 한다)는, 베이스(base)에 의해 지지되고, 또한 가스 한정실(confinement) 또는 아크한정실에 위치하여 이온화 전자를 가스 한정실에 방출하는 캐소드를 구비한 이온 소오스에 관한 것이다. '006특허의 캐소드는 가스 한정실까지 부분적으로 연장되는 원통형의 전도체 및 엔드캡이다. 필라멘트는 원통형 물체 내에 지지되고, 전자 충격으로써 엔드캡을 가열하는 전자를 방출하여 가스 한정실에 이온화 전자를 열전자적으로 방출한다.
본 발명은 새롭게 개량된 이온 발생 소오스를 이용한 이온주입기에 관한 것이다. 본 발명의 이온 발생 소오스는 플라즈마 스트림(stream)으로부터 캐소드 필라멘트를 차폐하는 캐소드를 사용한다. 이 캐소드는 선행기술의 이온주입기에 비교하여 유효 수명이 증가한다. 본 발명의 캐소드는 잠입(immersed) 캐소드 필라멘트에 비하여 플라즈마 이온에 의한 스퍼터링(sputtering)에 대하여 강하다.
본 발명에 따라서 구성된 이온 소오스는 가스 이온화 영역의 경계를 짓는 체임버(chamber) 벽을 갖춘 가스 한정실 또는 아크실(arc chamber)을 포함하고, 이온을 가스 한정실에 나가게 하는 출구를 포함한다. 가스 전달 시스템은 이온화할 수 있는 가스를 가스 한정실에 전달한다. 베이스는 이온이 가스 한정실에서 방출될 때, 이온 비임을 형성하는 구조에 대한 위치가 되게 가스 한정실을 지지한다.
캐소드는 상기 가스 한정실의 이온화 영역에 대하여 이온화 전자를 가스 한정실의 이온화 영역에 방출하도록 위치되어 있다. 절연체가 가스 한정실에 부착되어 캐소드를 지지하고 캐소드를 가스 한정실로부터 전기적으로 절연시킨다. 캐소드는, 내부 영역을 둘러싸고 상기 가스 한정실 내부까지 연장되는 외면을 갖춘 도전성 캐소드 본체를 포함한다. 필라멘트는 상기 캐소드의 도전성 본체의 내부 영역내의 위치에 절연체에 의해 지지되어서 도전성 캐소드 본체의 엔드캡을 가열하여 이온화 전자가 엔드캡으로부터 상기 가스 한정실에 방출되게 한다.
절연체 모두는 캐소드를 가스 한정실에 대하여 정렬시키지만, 또한 필라멘트를 캐소드 본체로부터 전기적으로 절연되도록 한다. 바람직한 절연체는 알루미나로 된 세라믹 블록이다. 이 블록은 절연체 본체의 노출된 표면으로부터 내측 방향으로 연장되어, 이온 소오스의 작동중에 노출된 표면이 소오스에 의해서 방출되는 물질에 의해 피복되는 것을 방지하는 노치를 형성하는 절연체 본체를 포함한다. 이러한 절연체 설계는 절연체 상에 도전성 물질을 증착함으로서 소오스의 고장을 감소시킨다.
캐소드 본체는 내부 튜브형 부재 또는 내부 튜브, 외부 튜브형 부재 또는 외부 튜브, 및 엔드캡을 포함한다. 캐소드 본체의 먼 쪽 말단부(distal end)는 개구를 통하여 가스 한정실로 연장되어 있다. 캐소드 본체는 절연체에 부착되는 금속으로 된 장착(裝着) 블록으로써 지지되어 있다. 바람직하게는 몰리브덴 합금으로 구성되는 내부 튜브형 부재는 가열된 캐소드 엔드캡과 금속 장착 블록과의 사이에서 열적 차단을 하는 역할을 한다. 내부 튜브형 부재의 외부 표면은 금속 장착 블록 내에 나사로 맞물리는 나사 홈이 파인 부분을 포함한다. 내부 튜브형 부재의 먼쪽 말단부의 내면은 엔드캡을 수용하고, 또한 테이퍼된(tapered) 방사상(放射狀) 핀 또는 내측 방향으로 연장되는 리지(ridge)를 포함하는 카운터보어(counterbore) 영역을 형성하도록 카운터보어되어 있다. 또한, 바람직하게는 몰리부덴 합금으로 구성되는 외부 튜브형 부재는, 가스 한정실의 활성화한 플라즈마로부터 내부 튜브형 부재를 보호하는 역할을 한다. 외부 튜브형 부재의 내부 표면은 외부 튜브형 부재를 적소에 유지하기 위해 내부 튜브형 부재 상에 나사 홈으로 맞물리는 나사 홈이 파인 부분을 포함한다.
엔드캡은 형상이 원통형으로 되어 있고, 본체 부분에 의해 격리된 제1단(端) 및 제2단을 포함한다. 본체 부분은 본체 부분의 중심 부분으로부터 외측 방향으로 연장되는 방사상 림(rim)을 포함한다. 엔드캡은 단조(鍛造) 텅스텐으로 구성되는것이 바람직하다. 엔드캡은 내부 튜브형 부재의 카운터보어된 먼 쪽 말단부에 압입 고정된다. 엔드캡 림의 외측 주변은 내부 튜브형 부재의 내면의 내측 방향으로 연장되는 방사상 리지로써 억지로 끼워 맞추어지고, 림의 모서리는 카운터보어 영역의 끝 부분에 의해 형성된 스텝(step)으로 된 내측 표면부에 착좌(着座)되어 내부 튜브형 부재의 먼 쪽 말단부의 적소에서 엔드캡을 유지한다. 필라멘트는 내부 튜브형 부재에 설치된 엔드캡의 제1단에 인접되어 있는 반면 엔드캡의 제2단 또는 방출단은 내부 튜브형 부재의 먼 쪽 말단부를 넘어 가스한정실 내에 까지 연장된다. 필라멘트에 전류가 통하면, 엔드캡이 가열되고 방출단은 전자를 가스 한정실에 열전자적으로 방출한다. 엔드캡과 내부 튜브형 부재와의 사이의 접촉 면적은 림의 작은 부분으로 제한된다. 엔드캡과 내부 튜브형 부재와의 사이의 이러한 작은 접촉 부분은, 엔드캡으로부터 내부 튜브형 부재로의, 그리하여 내부 원통형 부재 상에 나사홈으로 맞물린 외부 튜브형 부재와 금속 장착 블록으로의 열 전달을 최소화함으로써 소자의 수명을 증가시키고, 필라멘트의 열 효율을 증가시킨다. 또한, 엔드캡의 연장 림으로 인하여 엔드캡의 원통형 본체 부분은 내부 튜브형 부재의 단면적에 비교하여 실질적으로 단면적이 감소한다(단면적의 감소가 약 50%).
엔드캡의 단면적의 감소는 필라멘트 가열 전력의 더욱 효과적인 사용을 위한 것이므로, 소정의 필요한 아크 전류에 대하여 더욱 적은 전력을 소비한다. 또한, 소정의 필라멘트 전력 레벨에 대하여, 엔드캡의 제2단 또는 방출단의 단면적이 작으면 작을수록, 가스 한정실 내에 흘러 들어가는 아크 전류의 전류밀도가 증가하고, 방출단 온도가 더욱 높아진다. 전류 밀도가 증가하고 방출단 온도가 상승함으로써, 가) 1가(價)(singly charged) 이온의 해리(解離) 증가, 예로서 BF2와 BF3의 해리, 및 나) 다가(多價; multiply charged) 이온의 생성 증가, 예로서 B++ 및B+++ 이온의 생성 증가에 대한 대비에 유리하게 된다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부 도면으 참조로 하는 이하의 설명으로써 본 발명에 관련되는 당업자에게는 명백할 것이다.
도 1은 회전 지지대에 장착된 실리콘 웨이퍼 등, 공작물의 이온 비임 처리용 이온주입기의 개략도.
도 2는 도 1의 주입기에서 이온 비임을 생성하기 위한, 본 발명을 구체화하는 이온 발생 소오스의 부분적인 단면도.
도 3은 소오스 캐소드의 부분을 형성하는 차폐된 필라멘트를 통전시키기 위한 전기 접속을 도시한 이온 발생 소오스의 평면도.
도 4는 이온 소오스로부터 이온이 방출되는 아크 슬릿(arc slit)을 나타내는 이온 발생 소오스의 정면도.
도 5는 소오스 캐소드를 장착하기 위한 구조물의 확대 평면도.
도 6은 도 5의 선 (6-6)에서 본 도면.
도 6a는 필라멘트가 제거된, 도 6에 도시된 소오스 캐소드의 말단 부분의 확대 단면도.
도 6b는 소오스 캐소드의 캐소드 본체의 부분인 내부 튜브형 부재의 확대 단면도.
도 6c는 소오스 캐소드의 내부 튜브형 부재의 확대 평면도.
도 6d는 내부 튜브형 부재의 먼 쪽 말단부(distal end)의 확대 단면도.
도 7은 도 5의 선 (7-7)에서 본 도면.
도 8은 본 발명에 따라 구성된 이온 소오스의 분해 사시도.
도 9는 소오스 캐소드를 이온 플라즈마실로부터 전기적으로 절연시키는데 사용되는 절연 블록의 평면도.
도 10은 도 9의 평면 (10-10)에서 본 도면.
도 11은 도 9에 도시한 절연 블록의 저면도.
도 12는 도 9에 도시한 절연 블록의 부분 측단면도.
도 13은 이온소오스의 동작 중 이온화 전자를 아크실(arc chamber) 내부에 방출하는 캐소드 엔드캡의 측면도.
도 13a는 도 13의 캐소드 엔드캡의 평면도.
도 13b는 도 13의 캐소드 엔드캡의 저면도.
도 14는 이온 소오스 아크실의 정면도.
도 15는 도 14의 평면 (15-15)에서 본 아크실의 도면.
도 16은 도 15의 평면 (16-16)에서 본 아크실의 도면.
도 17은 도 14의 평면 (17-17)에서 본 아크실의 도면.
도 18은 도 14의 평면 (18-18)에서 본 아크실의 도면.
도 19는 아크실 내에 설치하기 위해 캐소드 본체를 장착하는 장착판의 평면도.
도 20은 도 19의 선 (20-20)에서 본 장착판의 도면.
도 1은 본 발명을 구체화하는 이온 발생 소오스(12)와 고전압 하우징(16)에 의해 지지된 비임 분석 자석(analyzing magnet)(14)을 구비한 이온 주입 시스템 (10)을 도시한다. 이온 소오스(12)로부터 방출되는 이온 비임(20)은, 하우징(16)을 나가는 제어된 진행 통로를 따라서, 진공 튜브(18)를 통하여 진행하여, 이온주입실 (22)에 들어간다. 이온 소오스(12)로부터 이온주입실(22)로의 이온 비임(20)의 진행 통로를 따라서, 비임이 형성되고, 여파(filtering)되어, 바람직한 주입 에너지로 가속된다.
분석 자석(14)은 대전 비(比)(charge ratio)에 대하여 적절한 질량을 갖는 이온만을 이온주입실(22)에 도달하게 한다. 이온 비임(20)이 하우징(16)을 나가는 영역에서, 비임은, 고전압 하우징(16)을 주입실(22)로부터 격리하는 전기 절연 재료로 구성된 고전압 격리 부싱(bushing)(26)을 통과한다.
이온주입실(22)은, 이온주입실을 이온 비임(20)에 대하여 정렬되도록 하는 가동 받침대(28) 위에 지지되어 있다. 이온 비임(20)은 축(42)주위를 회전하도록 설치된 웨이퍼 지지대(40)에 지지된 하나 이상의 실리콘 웨이퍼와 충돌한다. 웨이퍼 지지대(40)는 외측 주변의 다수의 실리콘 웨이퍼를 지지하고 이들 웨이퍼를 원형 통로를 따라 이동시킨다. 이온 비임(20)은 각각의 웨이퍼에 충격을 주어, 이들웨이퍼를 이온 불순물로써 선택적으로 도핑한다. 웨이퍼 지지대(40)의 고속회전은 지지대(40)와 웨이퍼를 회전시키는 모우터(50)에 의해 실행된다. 선형 구동 장치 (52)는 지지대(40)를 이온 주입실(22)내에서 전후로 연동(連動)되도록 한다. 웨이퍼 지지대(40)는 처리되지 않은 웨이퍼가 이온주입실(22) 내로 이동하고, 처리된 웨이퍼가 이온주입실로부터 회수되도록 배치되어 있다. 선행 기술에 의한 이온주입 시스템에 관한 추가적인 상세는 암스트롱(Armstrong) 등에 부여한 미합중국 특허 제4,672,210호에 개시되어 있고, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었고, 주요 내용은 참조로서 여기에 포함된다.
실리콘 웨이퍼는 로봇 팔(robot arm)(70)에 의해 진공 출입구(71)를 통해서 이온주입실(22)에 삽입된다. 이온주입실(22)은 진공펌프(72)에 의해 진공 튜브(18)내의 압력에 동일한 낮은 압력으로 배기(排氣)된다. 로봇 팔(70)은 웨이퍼를 저장하는 카세트(73) 사이에서 웨이퍼를 앞뒤로 이송한다. 이러한 이송을 실행하는 메커니즘은 선행기술에 공지되어 있다. 추가적인 진공펌프(74, 75)는 소오스(12)로부터 주입실(22)까지의 이온 비임 통로를 배기한다.
이온 소오스(12)는, 이온이 이온 소오스로부터 방출되는, 신장된, 통상적으로 타원형의 방출구(78)(도 4)를 전면 벽에 구비한 고밀도 플라즈마 아크실(arc chamber)(76)(도 2)을 포함한다. 아크실(76)은 고전압 하우징(16)내에 지지된 플랜지(flange)(82)에 장착된, 통상적으로 원통형의 소오스 하우징(80)에 의해서, 이온 비임 통로에 대하여 배치된다. 선행기술에 의한 하나의 이온 소오스에 관한 추가적인 상세는 벤베니스테(Benveniste) 등에 부여한 미합중국 특허 제5,026,997호에 개시되어 있고, 이 것은 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 여기에 참조로서 포함한다. 이온 비임이 플라즈마 아크실(76)로부터 방출될 때, 이온 비임은 방출구 바로 외측에 위치한 추출 전극(90)(도 1)에 의해 형성된 전계에 의해 플라즈마 아크실 (76)로부터 가속되어 나간다. 분석 자석(14)은 대전 비에 대하여 정확한 질량을 갖는 이온을 주입 궤적으로 굴절시키는 자계를 생성한다. 이들 이온은 분석 자석(14)을 통과하여, 이온 주입실(22)로 인도되는 진행 통로를 따라서 가속된다. 주입기 제어기(82)는 고전압 하우징(16)내에 위치되어 있고, 자석의 자계 권선의 전류를 제어함으로써 분석 자석(14)의 자계 강도를 조절한다.
이온 소오스(12)는 주입에 이용되는 이온과는 상이한 질량을 갖는 대부분의 이온을 생성한다. 이 들 불필요한 이온은 또한 분석 자석(14)에 의해 굴절되지만 이온 주입 궤적으로부터 분리된다. 예로서, 무거운 이온은 큰 반경 궤적을 그리고, 주입에 이용되는 이온보다 가벼운 이온은 더욱 좁혀진 반경 궤적을 그린다.
이온 소오스(12)
본 발명을 구체화하는 이온발생 소오스(12)(도 2 내지 도 5)는 소오스 하우징(80)의 배면(背面)(82)에 의해 지지되는 소오스 블록(120)을 포함한다. 이어서, 소오스 블록(120)은 플라즈마 아크실(76), 및 본 발명의 바람직한 실시예에서 아크실(76)에 의해 지지되지만 이 아크실과 전기적으로 격리되는 전자 방출 캐소드 (124)를 지지한다.
소오스 자석(도시하지 않음)은 플라즈마 아크실(76)(도 14 내지 도 18)을 둘러싸서 플라즈마 생성 전자를 아크실(76)내의 엄격하게 제한된 진행 통로에 한정시킨다. 또한, 소오스 블록(120)은, 가스로 기화(氣化)한 다음 전달 노즐(126, 128)에 의해 플라즈마 아크실(76) 내로 분사되는 비소 등의 기화 가능한 고체로 충전(充塡)되는 기화 오븐(122, 123)을 수용하는 캐비티(cavity)를 형성한다.
플라즈마 아크실(76)은 이온화 영역(R)에 인접하는, 두 개의 신장된 측면 벽 (130a, 130b)(도 8), 상면과 저면 벽(130c, 130d), 및 전면 벽을 형성하는 판(132)을 경계로 하는 내부 이온화 영역(R)(도 2, 7, 8 및 14)을 형성하는 신장된 금속틀이다. 아크실(76)은, 두 개의 측면 벽(130a, 130b)으로부터 외측으로 연장되는, 아크실을 장착하기 위한 지지대 플랜지(134)를 포함한다.
전면 벽 형성판(132)은 소오스 하우징(80)에 대하여 정렬된다. 본 발명의 양수인에게 양도되었고, 참조로서 여기에 포함된, 트루에이라(trueira)에 부여한 미합중국 특허 제5,420,415호에 기재되어 있는 바와 같이, 전면 벽 형성판(132)은 소오스 하우징 (80)에 부착하는 위치조정 고정구(alignment fixture)(95)(도 3 및 4)에 부착된다. 간단히 설명하여, 위치조정 고정구(95)는 고정구의 면이 이온 비임의 축에 수직이 되도록 소오스 하우징(80)에 삽입된다. 이 위치에서, 위치조정 고정구에 부착된 기준 핀(bullet head pin) P(도 4)가 삽입됨으로써, 이온 소오스는 위치 조정 고정구(95)에 결합된다.
단말부에 나사 홈이 파인 4개의 연장된 볼트(136)는 플렌지(134)의 4개의 개구부(138)를 통과하여 소오스 블록(120)의 나사 홈이 파인 개구(140)에 맞물린다. 볼트(136)는 위치조정 고정구(95)에 의한 아크실의 고정을 용이하게 하기 위해 아크실(76)을 소오스 블록(120)으로부터 멀리 밀어내는 부싱(146)(도 8) 및스프링(148)을 통과한다.
4개의 핀(149)(도 8에서 한 개만을 나타냄)은 아크실 플렌지(132)의 4개의 모서리의 개구(151)를 통해 연장되어 있다. 이들 핀은 스프링(152)에 의해 소오스블록(120)으로부터 멀리 스프링 바이어스(bias)된다. 약간 확대된 핀의 단말부(149a)는 판(132)내에 끼워 맞추어져 있고, 판과 아크실(76)을 서로 연결시킨다.
기화된 물질은 전달 노즐(126, 128)에 의해 소오스 블록(120)으로부터 플라즈마 아크실(76)의 내부로 분사된다. 아크실(76)의 대향면에는, 플라즈마 아크실(76)의 배면으로부터 플라즈마 아크실 본체를 통해서 플라즈마 아크실(76)의 내부로 통로(141)가 설치되어 있다. 또한, 아크실의 배면(130e)의 출입구 또는 개구(142)에 의해서 가스가 아크실(76)에 직접 주입될 수 있다. 노즐(144)은 개구부(142)에 인접하여 소오스로부터, 또는 이온 소오스로의 외부 공급 장치로부터, 아크실(76) 내에 가스를 직접 분사한다.
캐소오스(124)
아크실 벽(130d)에는 개구(158)를 형성하는 아크실 벽(130d)과 접촉하지 않고 캐소오드(124)(도 2)를 플라즈마 아크실(76)의 내부로 연장되도록 하는 크기로 된 개구(158)(도 8 및 도 18)가 형성되어 있다. 캐소드(124)는 아크실(76)의 배면에 부착된 절연 장착 블록(150)에 의해 지지되어 있다. 캐소드(124)는 아크실 개구부(158)에 끼워 맞추어진 캐소드 본체(300)(도 6)를 포함한다. 캐소드 본체(300)는 절연 장착 블록(150)에 의해 지지되는 금속 장착판(152)(도 6, 8)에 장착된다.
캐소드 본체(300)는 3개의 금속 부재, 즉, 외부 튜브 또는 외부 튜브형 부재(160), 외부 튜브형 부재와 동축으로 된 내부 튜브 또는 내부 튜브형 부재(162) 및 엔드캡(164)으로 구성되어 있다. 캐소드 본체(300)의 외부 튜브형 부재는 몰리부덴 합금재료로 제조하는 것이 바람직하고, 아크실(76)에서 활성화된 플라즈마로부터 내부 튜브형 부재(162)를 보호하는 역할을 한다. 내브 튜브형 부재(162)도 또한 몰리부덴 합금재료로 제조하는 것이 바람직하고, 엔드캡(164)을 지지하는 역할을 한다. 내부 튜브형 부재(162)는, 텅스텐 와이어 필라멘트 (178)가 배치되는 내부 영역 또는 캐비티(C)를 형성하는 내면(301)을 포함하고, 나사 홈이 형성된 가까운 쪽 말단부(proximal end)(163)를 포함하는 외면(302)(도 6b에서 가장 잘 볼 수 있음)을 갖는다. 가까운 쪽 말단부(163)는, 장착판(152)의 나사 홈이 형성된 개구(167) 내에 나사로 맞물려져서 캐소드 본체(300)를 장착판(도 6)에 고정시킨다. 외부 튜브형 부재(160)의 내면(304)의 하부 또는 가까운 쪽 말단부(161)도 또한 나사 홈이 형성되어 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 외부 튜브형 부재의 가까운 쪽 말단부(161)는 내부 튜브형 부재의 나사 홈이 형성된 말단부(163) 위에 나사로 맞물려져서, 외부 튜브형 부재(160)의 가까운 쪽 말단부(306)가 장착판 (152)에 인접한다. 외부 및 내부 튜브형 부재(160, 162)는 원통형인 것이 바람직하다. 캐소드(124)가 조립될 때, 필라멘트(178)의 말단부는 엔드캡(164)으로부터 0.030인치 간격을 두고 있다.
도 6c에서 알 수 있는 바와 같이, 내부 튜브형 부재(162)의 상부 또는 먼 쪽 말단부(308)는 폭이 0.020인치이고, 깊이가 0.060인치인 것이 바람직한, 6개의 간격이 균일한 방사상 슬롯(310)을 포함한다. 먼 쪽 말단부(308)에 인접한 내부 튜브형 부재(162)의 내면(301)은 엔드캡(164)을 수용하도록 카운터보어되어 있다. 도 6a, 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 내면(301)의 카운터보어된 영역(312)은 방사상 으로 안쪽으로 연장되는 테이퍼 방사상 핀 또는 리지(314)를 포함한다. 리지드(314) 모서리의 테이퍼 각도는 수직에 대하여 약 30°이다. 내부 튜브형 부재(162)의 카운터보어된 영역(132)이 내부 튜브형 부재의 나머지 벽 두께에 비교하여 두께를 감소시키므로, 카운터보어된 영역의 경계 또는 끝에 스탭(136)이 형성된다. 스탭(136)은 먼 쪽 말단부(308) 아래로 약 0.065인치이다. 도 6a에 나타낸 바와 같이, 엔드캡(164)이 내부 튜브형 부재(162) 내에 압입고정될 때, 엔드캡(164)은 내부 튜브형 부재의 테이퍼 리지(134) 및 스탭(316)으로써 지지된다. 도 6b를 참조하면, 내부 튜브형 부재(162)의 적절한 치수는 이하와 같다.
내용 표지(label) 치수
전체길이 A 0.95인치
나사 형성 부분의 길이 B 0.48인치
외부 직경 C 0.560인치
내부 직경 D 0.437인치
리지(314)를 제외한
카운터보어된 영역의 직경 E 0.510인치
리지드(314)를 포함하는
카운터보어된 영역의 직경 F 0.472인치
두 개의 도전성 장착 아암(arm)(170, 171)은 텅스턴와이어 필라멘트(178)를 캐소드 내부 튜브형 부재(162) 내에 지지한다. 이 아암(170, 171)은, 아암을 통과하여 절연 블록(150)의 나사 홈이 형성된 개구에 맞물리는 커넥터(172)(도 7)에 의해 블록(150)에 직접 부착된다. 도전성 통전(通電) 밴드(173, 174)는 필라멘트(178)에 결합되고, 하우징(80)의 플렌지(82)를 통과하는 전력 공급로(175, 176)를 통해서 전달되는 신호에 의해 통전된다.
두 개의 클램프(177a, 177b)는 캐소드 본체(300)의 가장 안쪽의 튜브형 부재(162)에 의해 형성된 캐비티(C)내에 텅스턴 필라멘트(178)를 고정시킨다. 필라멘트(178)는 나선형(螺旋形) 루우프(도 5)를 형성하도록 구부린 텅스턴 와이어로 되어 있다. 필라멘트(178)의 말단은 클램프(177a, 177b)에 의해 두 개의 아암(170, 171)과 전기적인 접점으로 고정된 제1 및 제2탄날 레그(leg)(179a, 179b)에 의해 지지되어 있다.
전력 공급로(175, 176) 양단에 전위차(電位差)를 인가함으로써 텅스텐 와이어 필라멘트(178)가 통전될 때, 필라멘트는 캐소드(124)의 엔드캡(164) 방향으로 가속하여 엔드캡에 충격을 주는 전자를 방출한다. 엔드캡(164)이 전자 충격에 의해 충분히 가열되면, 엔드캡은, 아크실(76) 내에서 가스 분자와 충돌해서 이온을 생성하는 전자를 아크실 내에 방출한다. 이온 플라즈마가 생성되고, 이 플라즈마 내의 이온이 개구(78)로부터 나와서 이온 비임을 형성한다. 엔드캡(164)은 필라멘트178)가 아크실(76)내의 이온 플라즈마와 접촉하는 것을 차폐하고 필라멘트의 수명을 연장한다. 또한, 필라멘트(178)가 캐소드 본체(300)내에 지지되는 방식은 필라멘트의교체를 용이하게 한다.
리펠러(repeller)(180)
아크실(76)내로 방출되지만 가스 이온화 영역내의 가스 분자와 부딪히지 않는, 캐소드(124)에 의해 발생된 전자는 리펠러(180)(도 2)의 부근에 이동한다. 리펠러(180)는 전자를 가스 이온화 영역으로 다시 편향시겨서 가스 분자에 접촉시키는, 아크실(76)내에 위치한 금속 부재(181)(도 8)를 포함한다. 금속 부재(181)는 몰리부덴으로 되어 있다. 세라믹 절연체(182)는 플라즈마 아크실(76)의 저면 벽(130c)의 전위(電位)로부터 리펠러 부재(181)를 절연시킨다. 그러므로, 캐소드(124)와 리펠러(180)는 아크실 벽으로부터 전기적 및 열적으로 격리된다. 리펠러 부재(181)의 단락(短絡)은, 이온이 절연체(182)에 피복되는 것을 방지하는 금속 컵에 의해서 방지된다.
아크실(76)의 벽은 국부적 접지 또는 기준 전위로 유지된다. 캐소드 엔드캡(164)을 포함하는 캐소드(142)는 아크실 벽의 국부 접지의 50∼150볼트 이하의 전위로 유지된다. 이 전위는, 캐소드 본체(300)를 지지하는 판(152)에 도전체(187)(도 3)를 부착하는 전력 공급로(186)에 의해 판(152)에 인가된다. 필라멘트(178)는 엔드캡(164)의 전압의 200볼트∼600볼트 이하의 전압으로 유지된다. 필라멘트(178)와 캐소드 본체(300) 사이의 큰 전압차는, 엔드캡(164)을 가열해서 아크실(76) 내에 전자를 열전자적으로 방출하기에 충분한 큰 에너지를, 필라멘트를 떠나는 전자에 공급한다. 리펠러 부재(181)는 아크실(76) 내의 가스 플라즈마의 전위에서 부동(浮動; float)하게 되어 있다.
스펠라조(Sferlazzo) 등에 부여한 '006특허에는 캐소드와 아노드(아크실의 벽)사이의 아크 전류를 제어하는 회로의 개략이 개시되어 있다. 이 회로의 동작은 '006특허에 기재되어 있고 여기에 또한 포함되어 있다. 이온 생성 동안에, 소오스는 아크실(76)로의 이온화 에너지의 주입으로 인해 가열된다. 이 에너지의 모두가 아크실(76)내에서 가스를 이온화하는 것은 아니고, 어느 정도의 열이 발생된다. 아크실(76)은 냉각수를 소오스 블록에 공급하고, 가열된 물을 아크실의 영역으로부터 배출하는 급배수(給排水) 커플링(190, 192)을 포함한다.
절연 블록(150)
캐소드(124)를 아크실(76)로부터 절연하는 것에 추가하여, 절연 블록(150)은, 필라멘트(178)를 캐소드 본체(300)에 대해서 위치를 정하도록 하고, 또한 캐소드 본체를 아크실에 대해서 위치를 정하도록 한다. 도 9 내지 12는 절연 블록(150)을 더욱 상세히 나타낸다.
절연 블록(150)은 99% 순수 알루미나(Al2O3)로 구성된 신장된 세라믹 전기 절연 블록이다. 이 절연 블록(150)은 절연 블록의 길이와 폭이 연장되는 제1의 대체로 평평한 평면(200)을 갖는다. 이 평면(200)은 가스한정실 또는 아크실(76)의 배면 벽(130e)으로부터 연장되는 캐소드 장착 플렌지(202)(도 17)에 맞물린다. 절연 블록(150)의 제1평면(200)의 반대 면에서, 절연 블록(150)은 캐소드(124)를 지지하는 일반적으로 평면인 캐소드 지지면(210), 및 캐소드 내부 튜브형 부재(162)에 대하여 간격을 두고 캐소드 필라멘트(178)를 지지하는 제2의 대체로 평면인 필라멘트지지면(212)을 형성한다. 도 9의 평면도에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 캐소드 지지면(210)은 노치(notch)에 의해서 형성된, 절연 블록(150)의 감소된 폭을 통하여 연장하는 개구부(222, 223)를 갖는 두 개의 모서리 노치(220, 221)를 갖추고 있다.
헤드(225)가 확대된 두 개의 커넥터(224)(도 7)는 이 들 개구부(222, 223)를 통하여 연장되어서, 절연 블록(150)을 아크실(76) 위의 플렌지(202)에 부착한다. 커넥터(224)는 길이를 따라서 나사 홈이 형성되어 있다. 이들 커넥터는 플렌지(202)의 나사 홈이 형성된 개구(204)(도 17)에 맞물린다. 받침판(206)(도 7)은, 또한 커넥터가 연장되어 절연 블록(150)을 아크실(76)에 단단하게 고정하는 나사 홈이 형성된 개구를 포함한다. 절연 블록(150)이 아크실(76)에 부착될 때, 제1의 대체로 평평한 평면(200)은 아크실의 배면 벽(130e)에 통상적으로 수직인 각도로 연장되어 있다. 두 개의 위치 결정 핀(203)은 플렌지(202)의 면(202a)으로부터 연장되어 나온다. 이들 핀은 절연 블록(150)의 제1평면(200) 내로 연장되는 대응하는 개구(226)(도 11)에 끼워 맞추어져서 설치하는 동안 절연 블록(150)의 정렬에 도움이 된다.
금속 장착판(152)
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 3조각의 캐소드 본체(300)를 지지하는 금속장착판(152)은 절연 블록(150)의 캐소드 지지면(210)에 얹혀지고 표면으로부터 연장되어 캐소드 본체(300)를 아크실 개구(158)에 일치시킨다. 나사 홈이 형성된 커넥터(228)는 절연 블록(150)의 제1평면(200)의 두 개의 요부(凹部)(230)(도 11) 내로 연장되어서, 블록의 개구(232)를 통과하여 장착판(152)의 나사 홈이 형성된 개구(234)(도 19)에 맞물린다.
장착판(152)에는 두 개의 위치 결정 핀(236)(도 19, 20)이 있다. 장착판(152)은 절연 블록(150)에 부착되기 때문에, 이들 핀은 블록(150)의 정렬 구멍(238)(도 9) 내로 연장된다. 이것으로 인하여 정렬하는데 도움이 되고, 캐소드(124)를 제조하는 동안, 및 주입기(10)에서 사용한 후 캐소드(124)를 보수하는 동안에 상기 블록(150)과 판(152) 두 개의 결합을 용이하게 한다.
금속 장착판(152)이 블록(150)에 부착되고 이 블록이 아크실(76)에 부착될 때, 3개 조각의 캐소드 본체(300)의 위치를 정하는 장착판(152)의, 나사 홈이 형성된 개구(167)(도 19)는, 아크실(76)의 벽(130d)을 통해 연장되는 개구부(158)에 대하여 중심이 일치하도록 정렬된다.
신장된 아암(170, 171)의 평면(240)(도 7)은, 반대면(200)으로부터 절연 블록(150)의 최대 두께만큼 간격을 둔 절연 블록면(212)(도 12)에 맞물려져서 지지된다. 헤드가 확대된, 나사 홈이 형성된 커넥터(250)(도 5)는 아암(170, 171)의 개구부(252)를 통해 연장되어서, 필라멘트 지지면(212)의 나사 홈이 형성된 개구(254)에 나사로 결합된다. 도 7에서 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 절연 블록(150)의 두 개의 평면(210, 212)사이의 상대적인 간격은, 아암(170, 171)의 면(240)과 판(152)의 면(262)(도 7, 19)사이의 갭(gap)(G)을 형성한다. 갭(G), 및 세라믹 절연 블록(150)이 전기 절연 재료로 제조된 사실로 인하여, 두 개의 아암(70, 171)이 서로 전기적으로 절연되고, 캐소드 본체(300)를 지지하는 장착판(152)과도 전기적으로 절연된다. 필라멘트 지지 아암(170, 171)의 구멍(252)은 절연 블록(150)의 구멍(254)과 중심이 일치하고, 필라멘트(178)를 캐소드 본체(300)의 내부 캐비티(C)내에 정확하게 위치시킨다.
도 9 내지 12에서 나타낸 바와 같이, 절연체의 세라믹 절연 블록(150)에는 다수의 신장된 노치 또는 채널(N1∼N3)(도 10)이 형성되어 있다. 이들 노치(N1∼N3)로 인하여 일반적으로 평면인 절연 블록(150)의 면이 어느 부분에서 평면이 아니게 된다. 아크실(76) 부근에 장착되었을 때, 절연 블록(150)은 도전성 석출물로써 피복된다. '006특허에 개시된 절연체는 소오스의 동작 중에 표면 피복처리 된다. 이 피복은 소오스의 조속한 아크 오버(arc over) 또는 단락 및 고장을 일으킬 수도 있다. 단일 블록 절연체(150)의 채널(N1∼N3)은 블록을 자기 차폐(self-shadowing)하게 하므로, 즉 이온이 절연 블록(150)에 걸쳐서 연속적인 면에 피복되지 않으므로 아크 오버되는 경향이 적어진다.
캐소드 엔드캡(164)
캐소드 엔드캡(164)은 아크 전류를 아크실에 공급하는, 가공된 텅스턴 열전자 방출기이다. '006 특허에 개시된 간단한 디스크형 캐소드 엔드캡은, '006특허에 나타난 캐소드 구조와 호환성이 있으면서 여러가지 현저한 장점을 갖는 엔드캡(164)으로써 대체되어 있다.
캐소드 본체(300)의 엔드캡(164)(도 13, 13a, 13b)은 도전성이고 단조된 텅스텐 재료로 되어 있다. 엔드캡(164)은 일반적으로 원통형이고 본체부(324)에 의해서 간격을 두는 제1단(320)과 제2단(322)을 포함한다. 제1단(320)은필라멘트(178)에 인접하여 이에 의해 가열되고, 제2단(322)은 전자를 아크실(76) 내에 방출한다. 림 형상의 지지대 또는 림(326)은 본체부(324)로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되어 있다. 엔드캡(164)은 내부 튜브형 부재(162)의 먼 쪽 말단부(308)의 카운터보어된 영역(312) 내에 압입 고정된다. 내부 튜브형 부재(162)의 안쪽으로 연장된 리지(314)는 엔드캡(164)의 림 형상의 지지대(326)(0.473인치)의 외부 직경보다 약간 작은 내부 직경(0.427인치)을 가짐에 따라서 억지 끼워 맞춰지게 된다. 엔드캡(164)을 내부 튜브형 부재(162) 내에 압입 고정하는 것에 도움이 되도록, 림 형상의 지지대의 필라멘트 대향면(330)의 외부 주변 모서리(328)을 모따기(chamfering)한다. 또한, 도 6a에 도시한 바와 같이, 모따기한 모서리(328)를 모따기(chamfering)한다. 또한, 도 6a에 도시한 바와 같이, 모따기한 모서리(328) 바로 안쪽의 림 형상의 지지대(326)의 필라멘트 대향면(330)의 부분은 내면(301)의 카운터보어된 영역(312)과 카운터보어되지 않은 영역사이의 경계를 형성하는, 내부 튜브형 부재(162)의 스탭(316) 상에 장착된다. 따라서, 내부 튜브형 부재(162)의 연장된 리지(314)와, 엔드캡(164)의 림 형상의 지지대(326)와의 사이의 억지 끼워맞춤, 및 스텝(316)에 림 향상의 지지대(326)의 필라멘트 대향면(330)을 장착함으로써, 엔드캡(164)은 이온주입기(10)의 동작중 적소에 유지된다. 엔드캡(164)의 본체부(324)의 먼 쪽 말단부(332)는 내부 및 외부 튜브형 부재(162, 160)의 먼 쪽 말단부를 지나서 아크실(76) 내부로 위쪽으로 연장된다. 본체부(324)의 가까운 쪽 말단부(334)는 림 모양의 지지대(332)로부터 필라멘트(178) 방향으로 아래쪽으로 연장된다. 도 13 및 13a를 참조하면, 엔드캡(164)의적당한 치수는 다음과 같다.
내용 표지 치수
전체길이 G 0.224 인치
본체부의 먼 쪽 말단부의 길이 H 0.112인치
림 부분의 길이 I 0.068인치
본체부의 외부 직경 J 0.320인치
림 부의 외부 직경 K 0.474인치
필라멘트(178)가 통전됨에 따라서, 엔드캡(164)이 가열되고, 제2단 또는 방출단(322)은 전자를 아크실(76)내에 방출한다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 캐소드 본체는, 제1 및 제2튜브형 부재(160, 162)가 아크실 벽(130d)의 개구(158)를 통해서 아크실 내부 영역(R)에 연장되도록 설치되어 있다. 엔드캡(164)의 방출단(322)은 방출구(78)의 하부 끝(336)과 대략적으로 맞추어져 있다.
엔드캡(164)과 내부 튜브형 부재(162)와의 사이의 작은 접촉 면적으로 인하여 필라멘트(178)로부터 내부 및 외부 튜브형 부재(162, 160)와, 금속 장착판(152)으로의 열 전달을 최소화함으로써 캐소드의 수명을 증가시킨다. 또한, 앤드캡(164)의 연장된 림으로 인해서 엔드캡의 원통형 본체부(324)는 내부 튜브형 부재(162)의 단면적에 비해서 실질적으로 감소된 단면적을 갖게 된다. 내부 튜브형 부재(162)(카운터보어되지 않은 부분)의 단면적, A1은 대략 이하와 동일하다.
A1= π×[(내부직경)2/4]
= 0.1612제곱인치
엔드캡(164)의 본체부(324)의 단면적, A2는 대략 이하와 동일하다.
A2= π×[(외부직경)2/4]
=0.0804 제곱인치
따라서, 앤드캡(164)의 단면적은 본질적으로 내부 튜브형 부재(162)의 단면적의 50%이다.
엔드캡(164)과 내부 튜브형 부재(162)와의 사이의 작은 접촉 면적으로 인하여 엔드캡(164)으로부터 내부 튜브형 부재와 절연 블록(150)으로 전달되는 열을 크게 감소시킨다. 또한, 엔드캡(164)의 감소한 단면적으로 인하여 필라멘트 가열 전력을 더욱 효율적으로 사용함으로써, 소정의 바람직한 전류에 대해 더 적은 전력이 필요하게 된다. 소정의 필라멘트 전력 레벨에 대하여, 엔드캡(164)의 제2 또는 방출단(322)의 단면적이 더욱 작아지면 아크실(76) 내에 흐르는 아크 전류의 전류밀도가 증가하고 또한 방출단의 온도가 더욱 높아진다.
더욱 높은 전자 전류 밀도와 더욱 높은 방출단 온도의 결합은 다가 이온의 부분을 더욱 커지게 한다. 증가된 아크 전류 밀도(감소된 방출 면적으로 인한)와 더욱 높은 방출단 온도(더욱 작은 열 질량(thermal mass)과 향상된 방출기 열 절연으로 인한)는, 가) 1가 이온의 해리, 예로서, BF3,BF2의 해리를 증가시키고, 나) 다가 이온의 생성 증가, 예로서, B++ 및 B+++의 생성을 증가시키는 데에 유리하다.또한, 본 발명의 엔드캡(164)은 기존의 아크실 제어전자장치를 사용하여 더욱 높은 아크 전류를 얻을 수 있게 한다. 본 발명의 바람직한 실시예의 상기 설명으로부터, 당업자는 개량, 변경 및 변형을 인식할 것이다. 이러한 기술 범위내의 개량, 변경 및 변형은 첨부된 청구 범위에 의해서 포함되는 것으로 한다.

Claims (24)

  1. 이온주입기(10)에서 사용하는 이온 소오스(12)에 있어서, 상기 이온 소오스(12)는,
    (가) 영역(R)과 경계를 형성하는 아크실 벽(130)을 구비하고, 또한 이온을 한정실(76)에 방출하는 방출구(78)를 포함하는 한정실(76),
    (나) 이온화 기능 물질을 한정실(76)에 전달하는 수단,
    (다) 이온이 한정실(76)에서 나올 때 이온 비임(20)을 형성하는 위치로 한정실(76)을 지지하는 구조물,
    (라) 이온화 전자를 한정실(76)의 이온화 영역(R) 내에 방출하여 이온화 영역(R)에서 이온을 생성하도록, 한정실(76)의 이온화 영역(R)에 대하여 위치가 정해진 캐소드(124)로서, 캐소드(124)는 전기적으로 절연된 캐소드 본체(300) 내에 위치한 가열 소오스(178)를 포함하고, 캐소드 본체(300)는 제1튜브(162)와, 가열 소오스(178)에 인접한 제1튜브(162)의 먼쪽 말단부(308)에 지지된 엔드캡(164)을 포함하며, 엔드캡(164)은 가열 소오스(178)에 의해 가열될 때 이온화 전자를 가스한정실(76)의 이온화 영역(R)에 방출하는 캐소드(124), 및
    (마) 본체부(324)에 의해서 간격이 떨어진 제1단(320)과 제2단(322)을 포함하고, 및 제1튜브(162)의 내면(301)에 접촉하는 본체부(324)로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되어 제1튜브(162)의 먼쪽 말단부(308) 내에 엔드캡(164)을 지지하는 방사상의 돌출 지지대(326)로서, 본체부(324)의 축 방향 두께보다 작은 축 방향 두께를 갖는 방사상 돌출 지지대(326)를 갖는 엔드캡(164)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입기(10)용 이온 소오스(12).
  2. 제1항에 있어서, 엔드캡(164)은 텅스텐으로 되어 있고, 엔드캡(164)의 방사상 돌출 지지대(326)는 엔드캡 본체부(324)로부터 바깥쪽으로 연장되는 림을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  3. 제2항에 있어서, 림(326)의 외측 주변의 면은 제1튜브(162)의 내면(301)과 접촉하여 엔드캡(164)을 제1튜브(162)의 먼쪽 말단부(308) 내에 지지하는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  4. 제3항에 있어서, 제1튜브(162)의 먼 쪽 말단부(308)는 방사상으로 내측으로 돌출한 리지(314)를 갖는 부분을 포함하고, 림(326)의 외측 주변의 면은 리지(314)에 접촉하여 엔드캡(164)을 제1튜브의 먼 쪽 말단부(308)내에 지지하는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  5. 제1항에 있어서, 엔드캡(164)의 제1단(320)은 가열 소오스(178)에 인접하여 위치되어 있고, 엔드캡(164)의 제2단(322)은 한정실(76)의 개구부(158)를 통해 연장되어 이온화 전자를 이온화 영역(R) 내에 방출하는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  6. 제1항에 있어서, 가열 소오스(178)는 절연 블록(150)에 의해 지지되는 필라멘트인 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  7. 제6항에 있어서, 제1튜브(162)의 외면(302)은 금속 장착 블록(152)에 나사홈으로 맞물려서 캐소드 본체(300)를 지지하는 나사 홈이 형성된 부분(163)을 포함하고, 금속 장착 블록(152)은 절연 블록(150)에 고정되는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  8. 제1항에 있어서, 캐소드 본체(300)는, 제1튜브(160)와 동축이고, 또한 제1튜브의 먼 쪽 말단부(308)의 적어도 일부를 덮는 제2튜브(160)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  9. 제8항에 있어서, 제1튜브(162)의 외면(302)은 나사 홈이 형성된 부분(163)을 포함하고, 제2튜브(160)의 외면(304)은 제1튜브(162)와 나사로 맞물리는 나사 홈이 형성된 부분(162)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  10. 제1항에 있어서, 캐소드 본체(300)의 적어도 일부는 한정실(76)의 개구(158)를 통하여 이온화영역(R) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 이온 소오스.
  11. 가스 분사를 이온화하는 이온화 전자를 한정실(76)의 이온화 영역(R)에 방출하는 캐소드(124)에 있어서, 상기 캐소드(124)는,
    (가) 제1튜브(162)와, 이 제1튜브(162)의 먼 쪽 말단부(308)에 지지된 전자방출 엔드캡(164)을 포함하는 캐소드 본체(300),
    (나) 엔드캡(164)에 인접한 제1튜브(162) 내에 위치하여 엔드캡(164)을 가열함으로써 이온화 전자를 방출되도록 하는 가열소오스(178)로서, 캐소드 본체(300)와 전기적으로 절연되어 있는 가열 소오스(178),
    (다) 본체부(324)에 의해서 간격이 떨어진 제1단(320)과 제2단(322)을 포함하고, 및 제1튜브(162)의 내면(301)에 접촉하는 본체부(324)로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되어 제1튜브(162)의 먼쪽 말단부(308) 내에 엔드캡(164)을 지지하는 방사상의 돌출 지지대(326)로서, 엔드캡 본체부(324)의 축 방향 두께보다 작은 축방향 두께를 갖는 방사상 돌출 지지대(326)를 갖는 엔드캡(164)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스분자를 이온화하는 이온화전자를 한정실(76)의 이온화영역(R)에 방출하는 캐소드(124).
  12. 제1항에 있어서, 엔드캡(164)은 텅스텐으로 되어 있고, 엔드캡(164)의 방사상으로 돌출 지지대(326)는 엔드캡 본체부(324)로부터 바깥쪽으로 연장되는 림을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  13. 제12항에 있어서, 림(326)의 외측 주변의 면은 제1튜브(162)의 내면(301)과접촉하여 엔드캡(164)을 제1튜브의 먼쪽 말단부(308) 내에 지지하는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  14. 제13항에 있어서, 제1튜브(162)의 리지먼 쪽 말단부(308)은 방사상으로 내측으로 돌출한 리지(314)를 갖는 부분을 포함하고, 림(316)의 외측 주변의 면은 리지(314)에 접촉하여 엔드캡(164)을 제1튜브의 먼 쪽 말단부(308)내에 지지하는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  15. 제11항에 있어서, 엔드캡(164)의 제1단(320)은 가열 소오스(178)에 인접하여 위치되어 있고, 엔드캡(164)의 제2단(322)은 한정실(76)의 개구(158)를 통해 연장되어 이온화 전자를 이온화 영역(R) 내에 방출하는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  16. 제15항에 있어서, 가열 소오스(178)는 절연 블록(150)에 의해 지지되는 필라멘트인 것을 특징으로 하는 캐소드.
  17. 제16항에 있어서, 제1튜브(162)의 외면(302)은 금속 장착 블록(152)에 나사 홈으로 맞물려서 캐소드 본체(300)를 지지하는 나사 홈이 형성된 부분(163)을 포함하고, 금속 장착 블록(152)은 절연 블록(150)에 고정되는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  18. 제11항에 있어서, 캐소드 본체(300)는, 제1튜브(162)와 동축이고, 또한 제1튜브의 먼 쪽 말단부(308)의 적어도 일부를 덮는 제2튜브(160)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  19. 제1항에 있어서, 제1튜브(162)의 외면(302)은 나사 홈이 형성된 부분(163)을 포함하고, 제2튜브(160)의 외면(304)은 제1튜브(162)와 나사로 맞물리는 나사 홈이 형성된 부분(161)을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  20. 제11항에 있어서, 캐소드 본체(300)의 적어도 일부는 한정실(76)의 개구(158)를 통하여 이온화영역(R) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 캐소드.
  21. 한정실(76)의 이온화 영역(R) 내에 이온화 전자를 방출하여 이온화 영역(R)내에서 이온을 생성하는, 튜브(162)의 먼 쪽 말단부(308)에 지지된 캐소드 본체 엔드캡(164)으로서,
    엔드캡(164)은, 본체부(324)로부터 외측 방향으로 연장되는 방사상 돌출 지지대(326)를 구비한 본체부(324)에 의해서 간격이 떨어진 제1단(320)과 제2단(322)을 포함하고, 엔드캡(164)의 제1단(320)은, 이온화 전자를 이온화 영역(R)에 방출하도록 한정실(76)의 이온화 영역(R)에 대하여 위치되며, 엔드캡(164)의 제2단(322)은 가열 소오스(178)에 인접되어 있고, 그리고 엔드캡(164)은 가열 소오스(178)에 의해 가열될 때 가스한정실(76)의 이온화 영역(R) 내에 이온화 전자를방출하고, 또한 앤드캡은, 튜브(162)의 내면(301)에 접촉되어 엔드캡(164)을 튜브(162)의 먼 쪽 말단부(308) 내에 지지하는 방사상 돌출 지지대(326)를 구비하며, 이 방사상 돌출 지지대(326)는 엔드캡 본체부(324)의 축 방향 두께보다 작은 축 방향 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 캐소드 본체 엔드캡(164).
  22. 제21항에 있어서, 엔드캡(164)은 텅스텐으로 되어 있고, 엔드캡(164)의 방사상 돌출 지지대(326)는 엔드캡 본체부(324)로부터 외측 방향으로 연장되는 림을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔드캡.
  23. 제22항에 있어서, 림(326)의 외부 주변의 면은 튜브(162)의 내면(301)에 접촉되어 엔드캡(164)을 제1튜브의 먼 쪽 말단부(308)내에 지지하는 것을 특징으로 하는 엔드캡.
  24. 제23항에 있어서, 튜브의 먼 쪽 말단부(308)는 방사상으로 내측으로 돌출한 리지(314)를 갖는 카운터보어된 영역(312)을 포함하며, 림(326)의 외측 주변의 면은 리지에 접촉되고, 또한 엔드캡 제2단(322)의 외부 주변부는 카운터보어된 영역(312)의 경계를 정하는, 튜브(162) 내면의 방사상으로 내측으로 스텝이 형성된 부분(316)에 접촉되어 엔드캡(164)을 튜브의 먼 쪽 말단부(308)내에 지지하는 것을 특징으로 하는 엔드캡.
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9720220D0 (en) * 1997-09-24 1997-11-26 Univ Birmingham Sample holder device
US6197182B1 (en) * 1999-07-07 2001-03-06 Technic Inc. Apparatus and method for plating wafers, substrates and other articles
US7838842B2 (en) * 1999-12-13 2010-11-23 Semequip, Inc. Dual mode ion source for ion implantation
US6452338B1 (en) 1999-12-13 2002-09-17 Semequip, Inc. Electron beam ion source with integral low-temperature vaporizer
KR100778164B1 (ko) * 2000-05-17 2007-11-22 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 간접 가열식 음극 이온 소오스용 음극 조립체
US7276847B2 (en) * 2000-05-17 2007-10-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Cathode assembly for indirectly heated cathode ion source
US6777686B2 (en) 2000-05-17 2004-08-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Control system for indirectly heated cathode ion source
SG106057A1 (en) * 2000-08-07 2004-09-30 Axcelis Tech Inc Magnet for generating a magnetic field in an ion source
US6583544B1 (en) * 2000-08-07 2003-06-24 Axcelis Technologies, Inc. Ion source having replaceable and sputterable solid source material
US6348764B1 (en) * 2000-08-17 2002-02-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd Indirect hot cathode (IHC) ion source
US6558750B2 (en) 2001-07-16 2003-05-06 Technic Inc. Method of processing and plating planar articles
US6524463B2 (en) 2001-07-16 2003-02-25 Technic, Inc. Method of processing wafers and other planar articles within a processing cell
KR100416662B1 (ko) * 2001-12-26 2004-01-31 동부전자 주식회사 이온주입설비의 아크 챔버
GB0131097D0 (en) 2001-12-31 2002-02-13 Applied Materials Inc Ion sources
EP1481413A2 (en) * 2002-03-06 2004-12-01 Applied Materials, Inc. Indirectly heated button cathode for an ion source
US6878946B2 (en) * 2002-09-30 2005-04-12 Applied Materials, Inc. Indirectly heated button cathode for an ion source
US20030168609A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Marvin Farley Indirectly heated button cathode for an ion source
US7138768B2 (en) 2002-05-23 2006-11-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Indirectly heated cathode ion source
US6891174B2 (en) * 2003-07-31 2005-05-10 Axcelis Technologies, Inc. Method and system for ion beam containment using photoelectrons in an ion beam guide
GB2407433B (en) * 2003-10-24 2008-12-24 Applied Materials Inc Cathode and counter-cathode arrangement in an ion source
US7791047B2 (en) * 2003-12-12 2010-09-07 Semequip, Inc. Method and apparatus for extracting ions from an ion source for use in ion implantation
US6984831B2 (en) * 2004-03-05 2006-01-10 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Gas flow restricting cathode system for ion implanter and related method
GB0505856D0 (en) * 2005-03-22 2005-04-27 Applied Materials Inc Cathode and counter-cathode arrangement in an ion source
JP3758667B1 (ja) * 2005-05-17 2006-03-22 日新イオン機器株式会社 イオン源
US7750313B2 (en) * 2005-05-17 2010-07-06 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion source
US7446326B2 (en) * 2005-08-31 2008-11-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improving ion implanter productivity
US7655930B2 (en) * 2007-03-22 2010-02-02 Axcelis Technologies, Inc. Ion source arc chamber seal
US7723699B2 (en) * 2007-06-26 2010-05-25 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Cathode having electron production and focusing grooves, ion source and related method
JP5329941B2 (ja) * 2008-12-24 2013-10-30 三井造船株式会社 イオン源
US20110018423A1 (en) * 2009-07-27 2011-01-27 Terry Sheng Indirect heated cathode of ion implanter
US9865422B2 (en) * 2013-03-15 2018-01-09 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Plasma generator with at least one non-metallic component
US9502213B2 (en) 2013-03-15 2016-11-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion beam line
US8994272B2 (en) 2013-03-15 2015-03-31 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion source having at least one electron gun comprising a gas inlet and a plasma region defined by an anode and a ground element thereof
US9142386B2 (en) 2013-03-15 2015-09-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion beam line
US9275819B2 (en) 2013-03-15 2016-03-01 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Magnetic field sources for an ion source
US9543110B2 (en) 2013-12-20 2017-01-10 Axcelis Technologies, Inc. Reduced trace metals contamination ion source for an ion implantation system
US9711318B2 (en) 2013-12-20 2017-07-18 Nicholas R. White Ribbon beam ion source of arbitrary length
US9824846B2 (en) 2016-01-27 2017-11-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Dual material repeller
US10319557B2 (en) * 2017-08-31 2019-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Ion generator and method for using the same
WO2019229447A1 (en) 2018-06-01 2019-12-05 Micromass Uk Limited Filament assembly

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3374488D1 (en) * 1982-05-24 1987-12-17 Toshiba Kk Ion source apparatus
JPS60170141A (ja) * 1984-02-13 1985-09-03 Toshiba Corp イオン源装置
US4672210A (en) * 1985-09-03 1987-06-09 Eaton Corporation Ion implanter target chamber
DE3666750D1 (en) * 1985-09-27 1989-12-07 Siemens Ag Indirectly heated dispenser-type cathode for electric discharge vessels
US5026997A (en) * 1989-11-13 1991-06-25 Eaton Corporation Elliptical ion beam distribution method and apparatus
US5262652A (en) * 1991-05-14 1993-11-16 Applied Materials, Inc. Ion implantation apparatus having increased source lifetime
US5391962A (en) * 1992-07-13 1995-02-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Electron beam driven negative ion source
US5420415A (en) * 1994-06-29 1995-05-30 Eaton Corporation Structure for alignment of an ion source aperture with a predetermined ion beam path
US5497006A (en) * 1994-11-15 1996-03-05 Eaton Corporation Ion generating source for use in an ion implanter
US5763890A (en) * 1996-10-30 1998-06-09 Eaton Corporation Cathode mounting for ion source with indirectly heated cathode

Also Published As

Publication number Publication date
US5703372A (en) 1997-12-30
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JP3924736B2 (ja) 2007-06-06
EP0851453A1 (en) 1998-07-01
DE69723952D1 (de) 2003-09-11
CA2222369C (en) 2002-10-22
CA2222369A1 (en) 1998-06-30
DE69723952T2 (de) 2004-07-15
TR199701749A2 (xx) 1998-07-21
JPH10199430A (ja) 1998-07-31
CN1173608C (zh) 2004-10-27
EP0851453B1 (en) 2003-08-06
TW373209B (en) 1999-11-01

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