KR101390447B1 - 이온 주입 시스템의 단자 구조체를 위한 절연체 시스템 - Google Patents

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피오트르 알. 루비키
디. 제프리 리스처
스티븐 이. 크라우즈
에릭 디. 허맨슨
죠셉 씨. 올슨
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

이온 주입 시스템이 이온빔을 제공하도록 구성된 이온 소스, 이온 소스가 적어도 부분적으로 내부에 배치되는 캐비티를 정의하는 단자 구조체 및 절연체 시스템을 포함한다. 이 절연체 시스템은 단자 구조체를 전기적으로 절연시키도록 구성되고, 단자 구조체의 적어도 하나의 외부 표면에 인접한 영역에서 약 72 kV/inch 보다 더 큰 유효 절연 내력을 제공하도록 구성된다. 이 이온 주입 시스템의 가스 박스를 전기적으로 절연시키는 가스 박스 절연체 시스템이 또한 제공된다.

Description

이온 주입 시스템의 단자 구조체를 위한 절연체 시스템{INSULATOR SYSTEM FOR A TERMINAL STRUCTURE OF AN ION IMPLANTATION SYSTEM}
본 개시는 이온 주입(ion implantation)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온 주입 시스템의 단자 구조체를 위한 절연체 시스템에 관한 것이다.
이온 주입(ion implantation)은 반도체 웨이퍼 내로 도전성 변경 불순물을 도입하기 위한 통상적인 기술이다. 바람직한 불순물 재료가 이온 소스에서 이온화되고, 이온들이 가속되어 정해진 에너지의 이온빔을 형성하고, 이온 빔이 웨이퍼의 앞면으로 인도된다. 빔 내의 활성 이온들이 반도체 재료의 벌크(bulk) 내로 침투하고, 반도체 재료의 결정 격자 내로 매립된다. 이온빔은 빔 주사에 의해, 웨이퍼 이동에 의해 또는 빔 주사 및 웨이퍼 이동의 조합에 의해 웨이퍼 영역 전체에 걸쳐 분포될 수 있다.
다른 운동 에너지가 이온빔의 이온들에 부여될 수 있다. 주입하는 이온들의 질량과 같은 다른 요인들뿐만 아니라 부여된 에너지는 반도체 웨이퍼 내로의 이온들의 주입 깊이에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 모든 다른 파라미터들이 동등할 때, 더 낮은 에너지는 더 얕은 주입 깊이를 초래하고 더 높은 에너지는 더 깊은 주입 깊이를 초래할 것이다.
서로 다른 이온 주입 시스템들은 이온빔의 이온들에 운동 에너지를 부여하기 위한 몇 가지 방법들 중 하나 또는 그 이상을 이용할 수 있다. 이온들에 에너지를 부여하는 한가지 방법이 DC 포텐셜 차이를 통해 이온들을 통과시킴으로써 이온들이 가속되는 직접적인 DC 가속(straight DC acceleration)이다. 포텐셜 차이가 클 수록 더 많은 에너지가 부여된다. 질량 분석기가 그 후 이온빔을 수용하고 불필요한 종들을 이온빔으로부터 제거할 수 있다. 또 다른 마그넷은 빔을 평행화하고 그것을 웨이퍼에 인도할 수 있다. 직접적인 DC 가속과 같이 상기 질량 분석기 앞에서 수행되는 가속은 전-가속(pre-acceleration)으로 언급될 수 있으며, 상기 질량 분석기 뒤에서 또는 하류에서의 또 다른 가속은 후-가속(post-acceleration)으로 언급될 수 있다. 여기에서 사용되듯이, "상류" 및 "하류"는 이온빔 수송 방향에서 언급된다.
직접적인 DC 가속은 DC 포텐셜을 제공하기 위해 하나 또는 그 이상의 서플라이들을 이용할 수 있다. 이것은 하나의 통상적인 시스템에서 약 70 kV까지 제공할 수 있는 이온 소스에 결합된 인출 파워 서플라이를 포함할 수 있다. 상기 이온 소스는 단자 구조체(terminal structure)에 의해 정의된 캐비티(cavity) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 상기 단자 구조체는 당해 분야에서 때때로 "단자" 또는 "고전압 단자"로 언급될 수 있다. 상기 단자 구조체는 분리된 가속 파워 서플라이에 의해 200 kV로 전압이 인가될 수 있다. 인출 및 가속 파워 서플라이들 각각으로부터의 70 kV와 200 kV의 조합은 단일하게 대전된 이온들에 대해 270 keV, 이중으로 대전된 이온들의 경우 540 keV, 그리고 삼중으로 대전된 이온들에 대해 810 keV까지의 에너지를 제공할 수 있다.
이 810 keV 에너지는 많은 애플리케이션에 적합하나 다른 애플리케이션에는 충분한 에너지를 제공하지 못한다. 예를 들어, 플래시 메모리와 같은 몇몇 메모리 반도체들은 특히 깊은 웰 구조를 생성하기 위해 더 높은 에너지 이온 주입 시스템을 필요로 한다. 그러므로 다른 고-에너지의 종래 이온 주입 시스템들은 1 MeV 및 그보다 더 높은 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 고-에너지의 종래 이온 주입 시스템들은 질량 분석기 하류의 가속기를 이용할 수 있다. 질량 분석기 하류의 가속기는 당해 분야에서 알려져 있듯이 DC 직렬-가속기(tandem-accelerator) 또는 RF 선형 가속기(linear accelerator)일 수 있다. 고에너지를 제공하는데 효과적이지만, DC 직렬-가속기 및 RF 선형 가속기는 질량 분석기로부터 질량 분석된 이온들 중 약 50% 미만이 반도체 웨이퍼 내 주입을 위해 사용될 수 있다는 점에서 비효율적일 수 있다.
이온 주입 시스템은 또한 구성요소들 및 이온 주입 시스템의 서브-시스템들을 보호하고 이온 주입 시스템이 동작할 때 고전압 위험으로부터 사람들을 보호하기 위한 인클로저(enclosure)를 포함할 수 있다. 공간 비용이 비싼 제조 설비에서 공간을 절약하기 위해 상기 인클로저의 크기 또는 "풋프린트"(footprint)를 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 구성요소들 및 서브-시스템들의 수송을 덜 성가시게 하는 것이 바람직하다. 반도체의 대량 제조에 사용되는 대부분의 종래의 직접적인 DC 가속 방법들은, 공기(air)만이 상기 단자 구조체를 상기 인클로저로부터 절연시키기 위해 사용되고 풋프린트 제한이 상기 단자 구조체로부터의 인클로저의 거리를 제한하기 때문에, 단자 구조체의 전압을 200 kV에 제한하여 왔다.
따라서, 이온 주입 시스템의 단자 구조체를 위한 절연체 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 합리적인 크기의 인클로저 풋프린트와 함께 단자 구조체에 고전압을 인가하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 이온 주입 시스템이 제공된다. 상기 이온 주입 시스템은 이온빔을 제공하도록 구성된 이온 소스, 상기 이온 소스가 적어도 부분적으로 내부에 배치되는 캐비티를 정의하는 단자 구조체, 상기 단자 구조체를 전기적으로 절연시키는 절연체 시스템을 포함한다. 상기 절연체 시스템은 상기 단자 구조체의 적어도 하나의 외부 표면에 인접한 영역에서 약 72 kV/inch 보다 더 큰 유효 절연 내력(effective dielectric strength)을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 또 다른 이온 주입 시스템이 제공된다. 상기 이온 주입 시스템은 이온빔을 제공하도록 구성된 이온 소스, 상기 이온 소스 내에서 이온화될 가스를 제공하도록 구성된 가스 박스, 캐비티를 정의하는 단자 구조체를 포함한다. 상기 이온 소스 및 가스 박스는 적어도 부분적으로 상기 캐비티 내에 배치된다. 상기 이온 주입 시스템은 또한 상기 단자 구조체를 전기적으로 절연시키기 위한 단자 구조체 절연체 시스템을 포함한다. 상기 단자 구조체 절연체 시스템은 상기 단자 구조체의 적어도 하나의 외부 표면에 인접한 영역에서 약 72 kV/inch 보다 더 큰 유효 절연 내력를 제공하도록 구성된다. 상기 이온 주입 시스템은 또한 상기 가스 박스를 전기적으로 절연시키도록 구성된 가스 박스 절연체 시스템을 포함한다. 상기 가스 박스 절연체 시스템은 상기 가스 박스의 연관된 외부 표면을 접촉하는 적어도 하나의 측면을 갖는 적어도 하나의 고체 절연체를 포함한다. 상기 이온 주입 시스템은 또한 상기 이온 소스의 하류에 위치하는 질량 분석기 및 상기 질량 분석기의 하류에 위치하는 엔드 스테이션을 포함하고, 상기 질량 분석기는 상기 이온빔으로부터 불필요한 종들(species)을 제거하도록 구성되고, 상기 엔드 스테이션은 웨이퍼를 그 위에 지지하기 위한 표면을 갖는 플래튼(platen)을 포함한다.
본 개시를 더 잘 이해하도록 첨부된 도면들이 참조되는데, 이 도면들은 여기에 참고문헌으로 포함되며 다음과 같다:
도 1은 이온 주입 시스템의 개략적인 블록도이다;
도 2는 도 1의 단자 구조체의 개략적인 블록도이다;
도 3은 4면에 고체(solid) 절연체를 갖는 절연체 시스템의 제1 실시예의 사시도이다;
도 4는 도 3의 선 A-A를 따라 취해진 상기 제1 실시예의 단면도이다;
도 5는 5면에 고체 절연체를 갖는 절연체 시스템의 제2 실시예의 사시도이다;
도 6은 도 5의 선 A-A를 따라 취해진 상기 제2 실시예의 단면도이다;
도 7은 절연체 시스템의 제3 실시예의 사시도이다;
도 8은 도 8의 선 A-A를 따라 취해진 상기 제3 실시예의 단면도이다;
도 8a는 도 7의 선 B-B를 따라 취해진 도 7의 절연체의 일 실시예의 단면도이다;
도 8b는 도 7의 선 B-B를 따라 취해진 도 7의 절연체의 또 다른 실시예의 단면도이다;
도 9는 액체(liquid) 절연체를 갖는 절연체 시스템의 제4 실시예의 단면도이다;
도 10은 압축된 가스 절연체를 갖는 절연체 시스템의 제5 실시예의 개략적인 블록도이다;
도 11은 일면에 제1 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템을 갖는 도 1의 가스 박스의 사시도이다;
도 12는 2면에 제2 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템을 갖는 도 1의 가스 박스의 사시도이다;
도 13은 3면에 제3 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템을 갖는 도 1의 가스 박스의 사시도이다;
도 14는 4면에 제4 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템을 갖는 도 1의 가스 박스의 사시도이다;
도 15는 5면에 제5 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템을 갖는 도 1의 가스 박스의 분해 사시도이다;
도 16은 도 15의 제5 실시예의 조립 사시도이다;
도 17은 도 16의 선 A-A를 따라 취해진 단면도이다;
도 18은 6면에 제6 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템을 갖는 도 1의 가스 박스의 분해 사시도이다;
도 19는 도 18의 제6 실시예의 조립 사시도이다;
도 20은 도 19의 선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
본 발명이 반도체 웨이퍼를 임플란트하기 위한 이온 주입 시스템과 관련하여 여기서 설명된다. 그러나 본 발명은 평판 디스플레이와 같은 다른 대상물을 임플란트하기 위한 다른 이온 주입 시스템과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 아래에서 설명되는 특정 실시예들에 제한되지 않는다.
도 1은 이온 주입 시스템(100)의 블록도를 예시한다. 이온 주입 시스템(100)은 이온빔(152)을 제공하도록 구성된 이온 소스(102)를 포함한다. 이온 소스(102)는 이온들을 발생시키고 가스 박스(106)로부터 가스를 수용하는 이온 챔버를 포함할 수 있다. 소스 가스들을 포함하는 것에 더하여, 가스 박스(106)는 파워 서플라이와 같은 당해 분야에서 알려진 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 상기 파워 서플라이는 소스(102)를 작동시키기 위한 아크(arc), 필라멘트 및 바이어스 파워 서플라이들을 포함할 수 있다. 가스 박스(106)는 또한 고립 변압기를 통해 포텐셜이 상승될 수 있다. 파워 분산 패널이 또한 상기 소스 파워 서플라이들의 파워 분산을 위해 가스 박스(106) 내에 포함될 수 있다. 따라서 소스(102)에서 형성된 이온들은 그 후 이온 소스(102)로부터 인출될 수 있다. 이온 소스들의 구조 및 동작은 당해 분야에서 숙련된 자들에게 잘 알려져 있다.
이온 주입 시스템(100)은 또한 단자 구조체(terminal structure, 104)를 포함하는데, 이것은 당해 분야에서 때때로 "단자" 또는 "고전압 단자"로 언급될 수 있다. 단자 구조체(104)는 캐비티(110)를 정의할 수 있으며 이온 소스(102)는 적어도 부분적으로 캐비티(110) 내에 배치될 수 있다. 이온 주입 시스템(100)은 나아가 상기 단자 구조체(104)를 전기적으로 절연시키는 절연체 시스템(162)을 포함할 수 있다. 절연체 시스템(162)은 단자 구조체(104)의 적어도 하나의 외부 표면에 인접한 영역에서 약 72 kV/inch보다 더 큰 유효 절연 내력(effective dielectric strength)을 제공하도록 구성된다.
일 예에 있어서, 절연체 시스템(162)은 약 72 kV/inch보다 더 큰 절연 내력을 갖는 적어도 하나의 절연체(171)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 절연체(171)는, 실시예들에서 더 상세하게 설명되듯이, 고체(solid) 절연체, 액체(liquid) 절연체 또는 압축 가스일 수 있다. 절연체 시스템(162)은 또한 고체, 액체 압축 가스 및 공기(air)의 조합을 포함할 수 있다. 이온 주입 시스템(100)은 또한 인클로저(enclosure, 112)를 포함할 수 있다. 인클로저(112)는 내부 부피를 정의하고 단자 구조체(104)는 그 안에 배치될 수 있다.
이온 주입 시스템(100)의 동작 동안, 단자 구조체(104)는 전압이, 몇몇 예에 있어서, 적어도 300 kV로 인가될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 단자 구조체(104)는 전압이 600 kV로 인가될 수 있으며, 또 다른 예들에 있어서, 단자 구조체(104)는 전혀 전압이 인가되지 않거나 단지 이온빔의 바람직한 에너지에 의존하여 명목상의 값으로 인가될 수 있다. 절연체 시스템(162)은 절연 파괴 없이 인클로저(112) 의 전기적 접지로부터 단자 구조체(104)를 전기적으로 절연시키기 위한 충분한 절연 내력을 가질 수 있다.
단자 구조체(104) 및 연관된 절연체 시스템(162)은 당해 분야에서 숙련된 자들에게 알려져 있는 많은 다양한 이온 주입 시스템들에 이용될 수 있다. 도 1의 이온 주입 시스템(100)은 이온 주입 시스템의 일 실시예이고 단지 예로서 제공되며 제한하려는 의도가 아니다. 나아가, 도 1의 이온 주입 시스템은 질량 분석기(120), 분해 구경(resolving aperture, 122), 스캐너(124), 각도 보정 마그넷(126), 엔드 스테이션(128) 및 컨트롤러(118)를 포함할 수 있다.
질량 분석기(120)는 바람직한 종들의 이온들이 분해 구경(122)을 통과하고 원치않는 종들은 분해 구경(122)을 통과하지 않도록 이온들을 편향시키는 분해 마그넷(resolving magnet)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 질량 분석기(120)는 바람직한 종들의 이온들을 90도 만큼 편향시키고 원치않는 종들의 이온들을 다른 질량에 기인하여 다른 양만큼 편향시킬 수 있다. 분해 구경(122)의 하류에 위치하는 스캐너(104)는 주사 전극들뿐만 아니라 상기 이온빔을 주사하기 위한 다른 전극들을 포함할 수 있다. 각도 보정 마그넷(126)은 바람직한 이온 종들의 이온들을 편향시켜 발산하는 이온빔 경로들을 사실상 평행한 이온 궤도를 갖는 거의 평행해진 이온빔 경로들로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 각도 보정 마그넷(126)은 바람직한 이온 종들의 이온들을 45도 만큼 편향시킬 수 있다.
엔드 스테이션(128)은 바람직한 종들의 이온들이 웨이퍼(140)에 임플란트되도록 이온빔의 경로 내에 하나 또는 그 이상의 웨이퍼들을 지지할 수 있다. 웨이 퍼(140)는 플래튼(platen, 142)에 의해 지지될 수 있다. 엔드 스테이션(128)은 다양한 보관 영역에서 플래튼(142)으로 또는 플래튼(142)으로부터 웨이퍼(140)를 물리적으로 이동시키는 웨이퍼 핸들링 시스템(150)과 같은 당해 분야에서 알려져 있는 다른 구성요소들 및 서브-시스템들을 포함할 수 있다. 웨이퍼 핸들링 시스템(150)이 보관 여역으로부터 플래튼(142)으로 웨이퍼(140)를 이동시킬 때, 웨이퍼(140)는 공지 기술들, 예컨대 웨이퍼가 정전기력으로 상기 플래튼에 클램핑되는 정전 웨이퍼 클램핑 또는 웨이퍼가 기계적 힘으로 상기 플래튼에 클램핑되는 기계적 클램핑을 이용하여 플래튼(142)에 클램핑될 수 있다. 엔드 스테이션(128)은 또한 플래튼(142)을 바람직한 방식으로 이동시키기 위해 당해 분야에서 공지된 바와 같은 플래튼 드라이브 시스템(156)을 포함할 수 있다. 플래튼 드라이브 시스템(152)은 당해 분야에서 기계적 주사 시스템으로 언급될 수 있다.
컨트롤러(118)는 이온 주입 시스템(100)의 구성요소들로부터 입력 데이터를 수신하고 그것들을 제어할 수 있다. 예시를 명료하게 하기 위해, 컨트롤러(118)로부터 시스템(100)의 구성요소들로의 입력/출력 경로들은 도 1에 도시되어 있지 않다. 컨트롤러(118)는 바람직한 입력/출력 기능들을 수행하도록 프로그램될 수 있는 범용 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터의 네트워크이거나 그것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(118)는 또한 다른 전자 회로 또는 구성요소들, 예컨대 주문형 집적회로(application specific integrated circuits), 다른 하드와이어드(hardwired) 또는 프로그래머블 전자 장치들, 개별 요소 회로들(discrete element circuits) 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러(118)는 또한 사용자가 명령 및/또는 데이터를 입력하도 록 하고 및/또는 이온 주입 시스템(100)을 모니터링하기 위한 터치 스크린, 사용자 포인팅 장치, 디스플레이, 프린터 등과 같은 사용자 인터페이스 장치들을 포함할 수 있다. 컨트롤러(118)는 또한 통신 장치들 및 데이터 저장 장치들을 포함할 수 있다.
웨이퍼(140)의 표면에 제공되는 이온빔(152)은 주사된 이온빔일 수 있다. 다른 이온 주입 시스템들은 스폿(spot) 빔 또는 리본(ribbon) 빔을 제공할 수 있다. 일예에서, 상기 스폿 빔은 상기 스폿 빔 특성들에 의존하는 특정 직경의 대략 원형 단면을 가질 수 있다. 상기 리본 빔은 큰 폭/높이 종횡비를 갖고 적어도 웨이퍼(140) 만큼 넓을 수 있다. 스캐너(124)는 리본 빔 또는 정상 스폿 빔(stationary spot beam)을 이용하는 시스템에서는 요구되지 않을 것이다. 이온빔(152)은 웨이퍼(140)를 임플란트하기 위해 사용되는 활성(energetic) 이온빔과 같은 대전된 입자 빔의 어느 유형이든 가능하다. 웨이퍼(140)는 통상의 디스크 형상과 같은 다양한 물리적 형상을 취할 수 있다. 웨이퍼(140)는 실리콘 또는 이온빔(152)을 사용하여 임플란트될 수 있는 다른 재료와 같은 임의의 유형의 반도체 재료로 제조된 반도체 웨이퍼일 수 있다.
도 2를 보면, 도 1의 단자 구조체(104)의 개략적인 블록도가 더 상세하게 되어 있다. 단자 구조체(104)에 의해 정의된 캐비티(110) 내에 이온 소스(102), 가스 박스(106), 단자 구조체(104) 내의 구성요소들의 동작을 제어하는 단자 전자기기(208)가 있을 수 있다. 단자 전자기기(208)는 또한 컨트롤러(118)와 교신할 수 있다.
인출 파워 서플라이(204)는 이온 소스(102)에 결합될 수 있다. 인출 파워 서플라이(204)는 DC 전압 레벨(Vx)을 제공하여 이온 소스(102)로부터 이온들을 가속 및 인출할 수 있다. 상기 인출 파워 서플라이는 20 kV 내지 120 kV 범위 내에서 DC 전압(Vx)을 제공할 수 있다.
추가적인 가속 파워 서플라이(202)가 접지에 대해 양의 전압(Va)으로 단자 구조체(104)를 바이어스 하기 위해 인클로저(112)와 같은 접지 면과 단자 구조체(104) 사이에 결합될 수 있다. 가속 파워 서플라이(202)는 200 kV 내지 1000 kV의 범위 내에 최대 전압을 가질 수 있고 일 실시예에 있어서 600 kV일 수 있는 추가적인 DC 전압 레벨을 제공할 수 있다. 따라서, 단자 구조체(104)는 몇몇 경우에 200 kV와 1000 kV 사이의 고전압 및 일 실시예에 있어서 600 kV로 전압이 인가될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 단자 구조체(104)는 전혀 전압이 인가되지 않거나 단지 이온빔의 바람직한 에너지에 의존하여 명목상의 값으로 인가될 수 있다. 예시를 명료하게 하기 위해 단지 하나의 가속 파워 서플라이(202)만이 예시되어 있지만, 두개 또는 그 이상의 파워 서플라이들이 바람직한 최대 고전압 레벨(Va)을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
웨이퍼(140)는 접지 포텐셜일 수 있다. 그러므로 단일하게 대전된 이온들에 대한 임플란트 에너지는 접지에 대한 이온 소스(102)의 포텐셜로 주어지는데, 가속 파워 서플라이로부터의 가속 전압(Va)과 인출 파워 서플라이로부터의 인출 전압(Vx)의 합(Va + Vx)이다. 예를 들어, 인출 전압이 80 kV이고 가속 전압이 600 kV이면, 단일하게 대전된 이온빔의 임플란트 에너지는, 추가적인 에너지를 제공하기 위한 질량 분석기(120) 하류의 어떠한 가속기를 사용하지 않고도, 680 keV가 된다.
도 3은 4면에 고체 절연체를 갖는 절연체 시스템(162a)의 제1 실시예의 사시도이다. 상기 4면은 기저부(base, 320), 상기 기저부(320)의 일 단부에 결합된 제1 직립 측벽(322), 상기 기저부(320)의 또 다른 단부에 결합된 제2 직립 측벽(324), 및 상부(326)를 포함한다. 상기 고체 절연체는 72 kV/inch보다 더 큰 절연 내력(dielectric strength)을 가질 수 있다. 4면 각각은 한 조각으로부터, 즉 모놀리식 구조체로부터 제조될 수 있다. 이와 달리, 상기 4면 각각은 개별적으로 제조되고 서로 결합되어 졀연체 시스템(162a)의 4면 구조체를 형성할 수 있다. 한 조각으로 절연체 시스템(162a)을 제조하면, 4면들의 접합부에 형성되는 갇힌 공기, 예컨대 공기 거품을 가질 위험을 감소시킬 것이다.
상기 고체 절연체는, 제한되지는 않지만, 폴리에틸렌 또는 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 폴리에틸렌은 약 500 kV/inch의 절연 내력을 가질 수 있다. 상기 고체 절연체는 또한 한조각으로 몰딩된 플라스틱일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 한 조각으로 몰딩된 플라스틱은 200 kV/inch의 절연 내력을 가질 수 있어 3 인치 두께가 600 kV의 전압 강하를 허용할 것이다. 상기 고체 절연체는 또한 신택틱 폼(syntactic foam)일 수 있다. 상기 신택틱 폼은 에폭시 또는 실리콘과 같은 충진 화합물 주위에 분산된 속이 빈 유리구들 및/또는 폴리머 펠릿들을 포함할 수 있다. 상기 신택틱 폼은 상기 한 조각으로 몰딩된 플라스틱보다 더 작은 절연 내력, 예컨대 일 실시예에 있어서 100 kV/inch를 가질 수 있다. 그러므로 600 kV의 전압 강하를 위해, 상기 신택틱 폼은 약 6 인치의 두께를 필요로 할 수 있다. 한 조각으로 몰딩된 플라스틱 및 폴리에틸렌보다 더 두껍지만, 상기 신택틱 폼은 이들과 대비하여 덜 비싸고 더 가볍다. 더욱이, 상기 고체 절연체는 또한 폴리테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 염소화 폴리염화비닐(chlorinated polyvinyl chloride; CPVC), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(polyvinylidene difluoride; PVDF), 실리콘(silicone), 유리섬유, 또는 에폭시를 포함할 수 있다.
단자 구조체(104)는 상기 4면들 각각이 단자 구조체(104)의 연관된 외부 표면에 접촉하도록 절연체 시스템(162a)의 4면들에 의해 정의된 내부 부피 내에 배치될 수 있다. 단자 구조체(104)는 다양한 형상을 가질 수 있으며 일 실시예에 있어서 사실상 직사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 단자 구조체(104)는, 제한되지 않지만, 금속 재료와 같은 도전 재료를 포함하는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 단자 구조체(104)는 캐비티(110)를 정의하고, 팬텀 화법으로 예시된 이온 소스(102) 및 가스 박스(106, 도 3에 예시하지 않음)를 포함하여 다양한 구성요소들이 상기 캐비티(110) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
도 4는 도 3의 선 A-A를 따라 취해진 절연체 시스템(162a)의 상기 제1 실시예의 단면도이다. 접지 전위에 있는 인클로저(112)가 또한 예시되어 있다. 상기 4면 절연체 시스템의 제1 직립 측벽(332) 및 제2 직립 측벽(324)이 단자 구조체(104)의 연관된 외부 표면들에 접촉하여 상기 단자 구조체의 각 면들을 절연시킬 수 있다. 절연체 시스템(162a)은 또한 기저부(320), 제1 및 제2 직립 벽들(322, 324) 및 상부(326)의 대향하는 섹션들에 의해 정의된 제1 개구부(440)를 가질 수 있다. 절연체 시스템(162a)은 또한 기저부(320), 제1 및 제2 직립 벽들(322, 324) 및 상부(326)의 대향하는 섹션들에 의해 정의된 제2 개구부(442)를 가질 수 있다. 공기가 이들 개구부들(440, 442)에 대한 절연체로 사용될 수 있다. 절연체로 공기를 사용하면 조작하는 사람들이 단자 구조체(104) 및 그 내부의 구성요소들에 접근할 수 있다.
공기가 절연체로 사용되어 상기 단자 구조체의 외부 뒷면(430)을 인클로서(112)의 뒷벽(119)으로부터 절연시키기 때문에, 뒷벽(119)은 면(430)으로부터 충분한 거리(410)에 위치해야 한다. 거리(410)는 적어도 부분적으로 단자 구조체(104)의 최대 예상 DC 전압 레벨에 의존해야 한다. 거리(410)는 인클로저(112)의 뒷벽(119)의 전기적 접지로부터 단자(104)의 뒷면(430)을 전기적으로 절연시키도록 충분히 길어야 한다. 공기는 추정되는 조건들 하에서 약 72 kV/inch의 절연 내력을 가질 수 있다. 이 절연 내력은 상대 습도, 해수면에 대한 상기 이온 주입 시스템의 특정 위치의 고도(즉, 대기압), 이격 거리, 및 전극 표면 마감과 함께 변할 수 있다. 이러한 변수들을 고려한 안전한 값으로서, 공기에 대해 32 kV/inch의 절연 내력이 설계 룰(design rule)로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 단자 구조체(104)가 최대 600 kV로 전압이 인가된다면, 거리(410)는 상기 32 kV/inch 설계 룰을 이용하여 18.75 인치로 선택될 수 있다.
직립 벽들(322, 324)(및 기저부(320)와 상부(326))의 고체 절연체의 절연 내력은 상기 벽들(322, 324)을 가로질러 단자 구조체(104)의 최대 예상 DC 전압 레벨과 동등한 전압 강하를 허용하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 직립 벽 들(322, 324)의 고체 절연체는 상기 단자 구조체의 연관된 외부 표면에 접촉할 수 있다. 직립 벽들(322, 324)의 고체 절연체는 또한 접지된 인클로저(112)에 접촉할 수 있다. 직립 벽(324)의 두께(408)는 따라서 단자 구조체(104)의 최대 예상 DC 전압 레벨 및 직립 벽(324)을 위해 선택된 특정 고체 절연체의 절연 내력에 의존하여 변할 수 있다. 예를 들어, 단자 구조체(104)의 최대 예상 DC 전압 레벨이 600 kV이고 상기 직립 벽의 신뢰할만한 절연 내력이 200 kV/inch이면, 상기 벽은 3 인치의 두께(408)를 가져야한다.
전하들이 직립 벽들(322, 324)의 내부 표면을 따라 이동할 수 있으므로, 상기 내부 표면은 이동하는 전하에 대해 진행 거리(tracking length)를 효과적으로 증가시키기 위해 잔물결 또는 주름 표면(385)으로 제조될 수 있다. 10 kV/inch의 진행 거리 요구사항을 가정하면, 상기 벽들(322, 324)의 평탄한 내부 표면의 거리는 600 kV로 전압이 인가된 단자(104)에 대해 60 인치일 것이다. 잔물결 또는 주름 표면(385)은 이 거리가 3의 인자만큼 또는 단지 약 20 인치로 감소되게 할 수 있다. 유사하게, 기저부(320) 및 상부(326)의 내부 표면은 잔물결 또는 주름 표면을 갖도록 제조될 수 있다.
도 5는 5면에 고체 절연체를 갖는 절연체 시스템(162b)의 제2 실시예의 사시도이고, 도 6은 도 5의 선 A-A를 따라 취해진 상기 제2 실시예의 단면도이다. 상기 제1 실시예와 유사하게, 상기 5면 각각은 한 조각, 예를 들어 모놀리식 구조체로 제조되어 접합부들에서 형성되는 갇힌 공기의 위험을 감소시킬 수 있다. 이와 달리, 상기 5면 각각은 개별적으로 제조되고 서로 결합되어 절연체 시스템(162a)의 5 면 구조체를 형성할 수 있다.
도 3 및 4의 제1 실시예와 대비하여, 도 5 및 6의 제2 실시예의 절연체 시스템(162b)은 추가적인 직립 뒷벽(328)을 갖는다(도 6 참조). 직립 뒷벽(328)은 기저부(320)의 뒤쪽, 제1 직립 벽(322), 제2 직립 벽(324) 및 상부(326)의 뒤쪽에 결합될 수 있다. 도 4 및 5의 제1 실시예와 유사한 제2 실시예의 구성요소들은 유사하게 지시되고 따라서 반복되는 설명은 여기서 명료하게 하기 위해 생략된다.
상기 제2 실시예가 직립 뒷벽(328)을 사용하므로, 인클로저(112)의 뒷벽(119)이 직립 뒷벽(328)의 외부 표면에 접촉할 수 있다. 직립 뒷벽(328)의 두께(608)는 제1 직립 벽(324)의 두께(408)와 유사하게 선택될 수 있다. 즉, 두께(608)는 직립 뒷벽(328)을 가로질러 단자 구조체(104)의 최대 예상 DC 전압 레벨과 동등한 전압 강하를 허용하도록 선택될 수 있다. 그러므로 두께(608)는 따라서 단자 구조체(104)의 최대 예상 DC 전압 레벨 및 직립 뒷벽(328)을 위해 선택된 특정 유전체의 절연 내력에 의존하여 변할 수 있다.
선택적으로, 상기 절연체 시스템(162b)의 직립 뒷벽(328)은 인클로저(112)의 뒷벽(119)에만 접촉하고 공기 갭(gap)이 직립 뒷벽(328)과 단자(104) 사이에 형성될 수 있다. 그러나 이 예에 있어서, 직립 뒷벽(328)은 여전히 단자 구조체(104)의 상당한 전압 레벨을 견뎌야 할 것이다.
도 7은 절연체 시스템(162c)의 제3 실시예의 사시도이고, 도 8은 도 7의 선 A-A를 따라 취해진 절연체 시스템(162c)의 제3 실시예의 단면도이다. 절연체 시스템(162c)은 단자 구조체(703)의 외부 표면의 일부 주위에 배치된 절연체들(732, 734)을 포함할 수 있다. 공기가 단자 구조체(703)의 나머지 외부 표면을 절연시키기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 고체 절연체들(732, 734)이 예컨대 가장자리들(edges) 및 꼭지점들(corners)과 같은 과다한 전기적 스트레스를 갖는 단자 절연체(703)의 외부 표면의 부분들 주위에 배치될 수 있다. 다른 단자 구조체들은 추가적인 고체 절연체들을 필요로 하는 추가적인 부분들, 예컨대 수직한 가장자리들을 가질 수 있다.
단자 구조체(703)는 기저부(702), 상기 기저부(702)에 결합된 네개의 직립 벽들(704, 706, 708, 710) 및 상부(712)를 포함할 수 있다. 네개의 직립 벽들(704, 706, 708, 710)은 하나의 고체 재료 조각 또는 임의의 복수개의 분리된 조각들로 제조될 수 있다. 절연체(732)는 상부(712)와 직립 벽들(704, 706, 708, 710)의 연결부 주위에 배치될 수 있으며, 절연체(734)는 기저부(702)와 직립 벽들(704, 706, 708, 710)의 연결부 주위에 배치될 수 있다. 절연체들(732, 734)은 고체 절연체일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 절연체들(732, 734)은 사실상 관(tubular) 형상을 가질 수 있다.
고체 절연체들(732, 734)은, 제한되지는 않지만, 폴리에틸렌, 신택틱 폼(유리 미세풍선(microballoons)을 바탕으로 한 실리콘 또는 에폭시), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 염소화 폴리염화비닐(CPVC), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF)와 같은 도 3의 실시예와 관련하여 상세하게 설명된 고체 절연체들 중 어느 것이든 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 고체 절연체들(732, 734)은 절연체들(732, 734)의 전체 단면에 걸쳐 고체 재료일 수 있다. 예를 들어, 도 8a는 양 자 모두 팬텀 화법으로 예시된 측벽(706)과 상부(712)의 연결부를 절연시키기 위한 절연체(732a)의 전체 단면에 걸쳐 고체 유전 재료를 갖는 도 7의 선 B-B를 따라 취해진 고체 절연체(732)의 일 실시예(732a)의 단면도를 예시한다. 선택적으로, 절연체(732)는 도 8b의 실시예(732b)에 예시된 바와 같이 내부 캐비티(854)를 정의하는 외부 고체 절연체(852)를 가질 수 있다. 내부 캐비티(854)는 가스로 채워질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 가스는 압축 가스일 수 있다. 몇몇 경우, 이산화탄소(CO2), 육불화황(SF6)과 같은 가스가 이용될 수 있으며 이러한 가스들은 이들의 비압축 절연 내력에 의존하여 압출될 필요가 없을 수도 있다.
이온 주입 시스템의 동작 동안, 단자 구조체(703)는 적어도 200 kV로 전압이 인가될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 네개의 직립 벽들 중 하나 또는 그 이상은, 적어도 하나의 힌지(722) 및 잠금 기구(724)를 가지어 사람이 단자 구조체(703)의 내부 캐비티에 접근하도록 하는 문(door)으로서 역할을 하는 부분(718)을 가질 수 있다.
도 9는 액체(liquid) 절연체(902)를 갖는 절연체 시스템(162d)의 제4 실시예의 단면도이다. 액체 방수 캐비티가 단자 구조체(104)의 외부 표면과 인클로저(912) 사이에 형성될 수 있다. 액체 절연체(902)는 이 액체 방수 캐비티 내에 배치될 수 있다. 액체 절연체(902)는 제한되는 것은 아니나 오일을 포함할 수 있다. 종이(904)가 또한 액체 절연체902) 내에 배치되어 상기 액체의 유전 특성을 강화할 수 있다. 종이(904)가 단자 구조체(104) 주위를 우선 단단하게 감싸고 오일과 같은 액체 절연체(902)가 종이(904)의 시트들 사이에서 액체 방수 캐비티 내로 가압될 수 있다.
도 10은 압축 가스 절연체를 갖는 절연체 시스템(162e)의 제5 실시예의 개략적인 블록도이다. 압축 가스는 제한되지는 않지만 공기, CO2 또는 SF6를 포함할 수 있다. 인클로저(1012)는 상기 가스의 선택된 압력을 견디도록 적합한 재료 및 구조로 제조될 수 있다. 인클로저(1012)는 단자 구조체(104)를 둘러쌀 수 있다. 따라서 챔버가 인클로저(1012)의 내부 표면과 단자 구조체(104)의 외부 표면들에 의해 정의될 수 있다. 상기 압축 가스는 상기 압축 가스가 단자 구조체(104)를 인클로저(1012)의 전기적 접지로부터 절연시키도록 상기 챔버 내에 배치될 수 있다. 동일한 압력에 대해, CO2는 공기보다 약간 더 높은 절연 내력을 갖는다. 가스들의 절연 내력은 관심 대상인 압력 범위에 걸쳐 압력에 따라 상대적으로 선형이다. 예컨대, 가스 압력이 증가되면 절연 내력은 선형으로 증가하고 따라서 단자 구조체(104)와 접지된 인클로저(1012) 사이의 거리를 더 짧게 할 수 있다.
일 실시예에 따른 단자 구조체 절연체 시스템은 이온 주입 시스템의 인클로저의 풋프린트 크기를 유지 또는 감소시키면서 상기 이온 주입 시스템이 더 높은 임플란트 에너지를 위해 직접적인 DC 가속만을 이용하도록 허용할 수 있다. 이것은 또한 DC 직렬(tandem)-가속기 또는 RF 선형 가속기와 같은 질량 분석기 하류에 위치하는 가속기에 대한 필요성을 제거할 수 있고 따라서 이러한 가속기들과 관련된 비용, 복잡성 및 비효율성을 제거할 수 있다.
도 11을 보면, 제1 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템(1100a)과 함께 도 1의 가스 박스(106)의 사시도가 예시되어 있다. 가스 박스(106)는 40 kV와 120 kV 사이로 전압이 인가될 수 있다. 일반적으로, 상기 가스 박스 절연체 시스템은 가스 박스(106)의 적어도 하나의 외부 표면에 인접한 영역에서 약 72 kV/inch보다 더 큰 유효 절연 내력을 제공하도록 구성된다. 도 11에 고체 절연체로 예시되어 있지만, 상기 적어도 하나의 절연체는 앞서 단자 구조체 절연체 시스템 실시예들에서 상세하게 설명된 것과 유사한 액체 절연체, 압축 가스, 또는 고체, 액체, 압축 가스 및 공기의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 7, 8, 8a 및 8b의 다자 구조체 절연체 시스템에 유사한 고체 절연체와 공기의 조합이 이용될 수 있다. 이 예에 있어서, 상기 고체 절연체는 예를 들어 모서리들 및 꼭지점들과 같은 과다한 전기적 스트레스들을 갖는 가스 박스(106)의 외부 표면의 부분들 주위에 배치될 수 있고, 공기가 이와 달리 이용될 수 있다.
도 11의 상기 제1 실시예에 있어서, 가스 박스 절연체 시스템(1100a)은 가스 박스(106)의 연관된 외부 바닥 표면에 접촉하는 하나의 측면(1102)을 갖는 고체 절연체를 포함할 수 있다. 상기 고체 절연체의 하나의 측면(1102)은 평평한 형상일 수 있으며 가스 박스(1106)가 도 11에 예시된 바와 같이 그 위에 놓일 수 있는 기저부로 작용할 수 있다.
상기 고체 절연체 재료는 제한되는 것은 아니나 도 3의 실시예와 관련하여 상세하게 설명된 임의의 고체 절연체들을 포함할 수 있다. 특히, 상기 고체 절연체는 몇 가지를 거론하자면 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 신택틱 폼, 고체 에폭 시, PTFE, CPVC, PVDF 또는 유리섬유일 수 있다. 상기 고체 절연체의 기저부(1102)의 두께는 가스 박스(106)의 최대 예상 DC 전압과 선택된 특정 고체 절연체의 절연 내력에 대응하여 선택될 수 있다.
도 12는 제2 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템(1100b)을 갖는 도 1의 가스 박스의 사시도이다. 가스 박스 절연체 시스템(1100b)은 기저부(1102)와 제1 직립 측벽(1104)을 포함하는 두개의 측면들을 갖는 고체 절연체를 포함할 수 있다. 상기 측면들(1102, 1104) 각각은 가스 박스(106)의 연관된 외부 표면에 접촉할 수 있다. 앞의 단자 구조체 절연체 시스템들과 유사하게, 이것의 측면들(1102, 1104) 각각 및 다른 다중 측면 실시예들은 하나의 조각, 예컨대 모놀리식 구조체로부터 제조되어 접합부들에 갇힌 공기가 형성되는 위험을 감소시킬 수 있다. 이와 달리, 측면들 각각이 개별적으로 제조되고 함께 접합될 수 있다.
도 13은 제3 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템(1100c)을 갖는 도 1의 가스 박스의 사시도이다. 가스 박스 절연체 시스템(1100c)은 기저부(1102), 제1 직립 측벽(1104) 및 상부(1106)를 포함하는 세개의 측면들을 갖는 고체 절연체를 포함할 수 있다. 측면들(1102, 1104, 1106) 각각은 가스 박스(106)의 연관된 외부 표면에 접촉할 수 있다.
도 14는 제4 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템(1100d)을 갖는 도 1의 가스 박스의 사시도이다. 가스 박스 절연체 시스템(1100d)은 기저부(1102), 제1 직립 측벽(1104), 제2 직립 측벽(1108) 및 상부(1106)를 포함하는 네개의 측면들을 갖는 고체 절연체를 포함할 수 있다. 측면들(1102, 1104, 1106, 1108) 각각은 가스 박스(106)의 연관된 외부 표면에 접촉할 수 있다.
도 15는 제5 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템(1100e)을 갖는 도 1의 가스 박스의 분해 사시도이고, 도 16은 그것의 조립 사시도이다. 도 17은 도 16의 선 A-A를 따라 취해진 조립 시스템의 단면도이다. 상기 제5 실시예의 가스 박스 절연체 시스템(1100e)은 기저부(1102), 제1 직립 측벽(1104), 제2 직립 측벽(1110), 상부(1106) 및 뒷면 직립 측벽(1108, 뒷면 직립 측벽(1108)은 도 17에 가장 잘 도시됨)을 포함하는 다섯개의 측면들을 갖는 고체 절연체를 포함할 수 있다. 측면들(1102, 1104, 1106, 1108, 1110) 각각은 가스 박스(106)의 연관된 외부 표면에 접촉할 수 있다.
다섯개의 측면들(1102, 1104, 1106, 1108, 1110)은 사람이 가스 박스(106)에 접근할 수 있는 개구부(1170)를 형성할 수 있다. 기저부(1102) 및 상부(1106)의 길이(l2)뿐만 아니라 제1 및 제2 직립 측벽들(1104, 1110)의 길이(l2)는, 가스 박스(106)가 개구부(1170)로 삽입될 때, 측면들(1102, 1106, 1104, 1110) 각각의 부분들이 가스 박스(106)의 단부로부터 외부로 연장하도록, 가스 박스(106)의 길이(l1)보다 더 길 수 있다. 이 연장부는 전하 이동에 대한 보호를 제공하고, 예시되지 않았지만, 가스 박스에 인접하지 않은 측면들(1102, 1106, 1104, 1110)의 표면들은 상기 연장부 길이를 감소시킬 수 있도록 잔물결 또는 주름 모양이 될 수 있다. 유사하게, 예시되지는 않았지만, 도 11 내지 20의 모든 실시예들의 가스 박스에 인접하지 않은 다른 측면들의 내부 표면들 또한 이동하는 전하에 대한 진행 거리를 효과적으로 증가시키기 위해 잔물결 또는 주름 모양이 될 수 있다.
가스 박스(106)에 인접한 측면들(1102, 1104, 1106, 1108, 1110)의 내부 표면들은 도전 부분(예시하지 않음), 예컨대 금속을 가질 수 있다. 따라서, 몇몇 예들에 있어서 가스 박스(106)에 인접한 상기 측면들의 내부 표면들은 "금속화"(metalized)한 것으로 언급될 수 있다. 상기 가스 박스에 인접하지 않은 상기 측면들의 다른 부분들은 금속화하지 않을 수 있으며, 오히려 이동하는 전하에 대해 진행 거리를 증가시키기 위해 잔물결 또는 주름 모양이 될 수 있다. 상기 가스 박스에 인접한 가스 박스 절연체 시스템들의 상기 다른 실시예들 내부 표면들 또한 "금속화"할 수 있다. 이에 더하여, 가스 박스(106)의 외부 표면들은 또한 금속화하여 어떠한 공기 공간도 없이 접지 연결을 보증할 수 있다.
도 18은 도 제6 실시예에 따른 가스 박스 절연체 시스템(1100f)을 갖는 도 1의 가스 박스의 분해 사시도이고, 도 19는 그것의 조립 사시도이다. 도 20은 도 19의 선 A-A를 따라 취해진 상기 조립 시스템의 단면도이다. 상기 제6 실시예의 가스 박스 절연체 시스템(1100f)은 기저부(1802), 제1 직립 측벽(1804), 제2 직립 측벽(1810), 상부(1806) 및 뒷면 직립 측벽(1808)을 포함하는 다섯개의 측면들을 갖는 고체 절연체를 포함할 수 있다. 측면들(1802, 1804, 1806, 1808, 1810) 각각은 가스 박스(106)의 연관된 외부 표면에 접촉할 수 있다.
상기 가스 박스 절연체 시스템(1100f)은 또한 상기 가스 박스가 상기 다섯개의 측면들(1802, 1804, 1806, 1808, 1810)에 의해 형성된 개구부 내로 삽입될 때 상기 가스 박스(106)에 배치될 수 있는 제거 가능한 덮개(1830)를 포함할 수 있다. 상기 제거 가능한 덮개(1830)는 측벽들(1804, 1810), 기저부(1802) 및 상부(1806) 의 길이(l3)가 제5 실시예의 길이(l2)보다 더 짧아지는 것을 가능하게 한다. 길이(l3)는 상기 가스 박스가 가스 박스 절연체 시스템(1100f)에 의해 형성된 캐비티 내부에 맞도록 길이(l1)보다 약간 더 길 수 있다. 제거 가능한 덮개(1830)는 상기 다섯개의 측면 구조체의 부분들 상에 제거 가능한 덮개(1830)가 삽입될 때 밀폐된 캐비티를 형성하도록 상기 측면들의 연관된 부분들에 맞물리는 부분들을 가질 수 있다. 예를 들어, 부분(1834)은 상부(1806)와 맞물리고 부분(1838)은 측벽(1810)과 맞물릴 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시예를 설명하였지만, 다양한 변경, 변형 및 개선들이 당해 분야에서 숙련된 자들에게 즉시 발생할 것이다. 이러한 변경, 변형 및 개선들은 본 발명의 범위 내에 있도록 의도된다. 따라서 앞의 설명은 단지 예일 뿐이며 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (29)

  1. 이온빔을 제공하도록 구성된 이온 소스;
    상기 이온 소스가 적어도 부분적으로 내부에 배치되는 캐비티를 정의하는 단자 구조체; 및
    상기 단자 구조체를 전기적으로 절연시키고, 상기 단자 구조체의 적어도 하나의 외부 표면에 인접한 영역에서 72 kV/inch 보다 더 큰 유효 절연 내력(effective dielectric strength)을 제공하도록 구성된 절연체 시스템을 포함하고,
    상기 절연체 시스템은, 상기 캐비티의 외부에 위치하며, 직립 벽들과 상기 단자 구조체의 상부와의 연결부에 배치된 고체 절연체를 포함하고,
    상기 상부와의 연결부에 상기 고체 절연체가 배치되는 상기 직립 벽들의 일부 영역은 상기 고체 절연체에 의해 덮이지 않는 이온 주입 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 단자 구조체에 적어도 200 kV로 전압을 인가하도록 구성된 가속 파워 서플라이를 더 포함하는 이온 주입 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 가속 파워 서플라이는 상기 단자 구조체에 600 kV 로 전압을 인가하도록 구성된 이온 주입 시스템.
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  13. 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서, 상기 절연체 시스템은 상기 직립 벽들과 상기 단자 구조체의 바닥부와의 연결부에 결합된 다른 고체 절연체를 더 포함하는 이온 주입 시스템.
  14. 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서, 상기 고체 절연체는 신택틱 폼을 포함하는 이온 주입 시스템.
  15. 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서, 상기 고체 절연체는 폴리에틸렌, 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE), 염소화 폴리염화비닐(CPVC), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 실리콘 또는 에폭시를 포함하는 이온 주입 시스템.
  16. 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서, 상기 고체 절연체는 내부 캐비티를 정의하고, 상기 절연체 시스템은 상기 내부 캐비티에 비치된 가스를 더 포함하는 이온 주입 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 가스는 압축 공기를 포함하는 이온 주입 시스템.
  18. 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서, 상기 직립 벽들의 일부는 문(door)을 형성하고, 상기 문은 열려 있을 때 상기 단자 구조체의 상기 캐비티에의 접근을 제공하도록 구성되는 이온 주입 시스템.
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  25. 청구항 1에 있어서, 상기 이온 소스의 하류에 위치하는 질량 분석기를 더 포함하고, 상기 질량 분석기는 상기 이온빔으로부터 원치않는 종들(species)을 제거 하도록 구성되고, 상기 이온 주입 시스템은 상기 이온 소스에서 이온화될 가스를 제공하도록 구성된 가스 박스를 더 포함하고, 상기 가스 박스는 또한 상기 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치된 이온 주입 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 가스 박스를 전기적으로 절연시키도록 구성된 가스 박스 절연체 시스템을 더 포함하고, 상기 가스 박스 절연체 시스템은 72 kV/inch 보다 더 큰 절연 내력을 갖는 적어도 하나의 절연체를 포함하는 이온 주입 시스템.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 가스 박스 절연체 시스템의 상기 적어도 하나의 절연체는 상기 가스 박스의 연관된 외부 표면에 접촉하는 적어도 하나의 측면을 갖는 고체 절연체를 포함하는 이온 주입 시스템.
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