KR102020683B1 - 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조 - Google Patents

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Abstract

이온주입장치에 적합한 고전압전극의 절연구조를 제공한다.
고전압전극의 절연구조는, 노출표면(128)을 구비하는 절연체(126)와, 절연체(126)에 접하는 접합영역(138)과, 절연체(126)의 노출표면(128)에 인접하도록 접합영역(138)의 가장자리부(142) 중 적어도 일부를 따라 형성되어 있는 내열부(150)를 구비하는 도체부(130)를 구비한다. 내열부(150)는, 도체부(130)보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있다. 내열부(150)는, 절연체(126)의 노출표면(128)과의 사이에 간극을 두고 배치되어 있어도 된다.

Description

이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조{INSULATION STRUCTURE OF HIGH VOLTAGE ELECTRODE FOR ION IMPLANTING DEVICE}
본 출원은, 2013년 3월 29일에 출원된 일본 특허출원 제2013-070963호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 이온주입장치에 적합한 고전압전극의 절연구조에 관한 것이다.
제1 금속전극과, 제2 금속전극과, 제1 금속전극과 제2 금속전극과의 사이에 배치되는 절연체를 구비하는 장치가 알려져 있다. 절연체는, 제1 금속전극과 제2 금속전극과의 사이에 있어서, 진공에 노출되는 면을 적어도 1개 가진다. 이 장치는, 제1 금속전극과 절연체와의 사이에 배치되는 제1 전도층과, 제2 금속전극과 절연체의 제1 전도층에 대하여 반대측과의 사이에 배치되는 제2 전도층을 구비한다. 제1 전도층은, 제1 전극, 절연체, 및 진공의 계면에 있어서의 삼중접합점 파괴의 발생을 방지한다. 제2 전도층은, 제2 전극, 절연체, 및 진공의 계면에 있어서의 삼중접합점 파괴의 발생을 방지한다.
제1 및 제2 전도층은, 미소간극을 형성하지 않고, 원자 레벨로 절연체에 결합되어 있다. 예를 들면, 전도층은 알루미늄 등의 금속입자를 절연체에 도핑함으로써 형성된다.
일본 특허공표공보 2010-531529호
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 이온주입장치에 적합한 고전압전극의 절연구조를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조는, 전극인 2개의 도체부와, 상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비한다. 상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있다. 상기 절연체는, 진공공간으로의 노출표면을 구비한다. 상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 진공공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에 있는 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비한다. 상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고, 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조는, 노출표면을 구비하는 절연체와, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 접합영역의 가장자리부 중 적어도 일부를 따라 형성되어 있는 내열부를 구비하는 도체부를 구비한다. 상기 내열부는, 상기 절연체의 상기 노출표면과의 사이에 간극을 두고 배치되어 있다. 상기 내열부는, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치를 위한 고전압 절연방법은, 노출표면을 가지는 절연체에 지지되는 도체부에, 상기 노출표면에 인접하도록 내열부를 형성하는 것과, 상기 도체부에 고전압을 인가하는 것을 구비한다. 상기 내열부는, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조는, 전극인 2개의 도체부와, 상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비한다. 상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있다. 상기 절연체는, 대기공간으로의 노출표면을 구비한다. 상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 대기공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에 있는 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비한다. 상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고, 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조는, 전극인 2개의 도체부와, 상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비한다. 상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있다. 상기 절연체는, 진공공간으로의 제1 노출표면과, 대기공간으로의 제2 노출표면을 구비한다. 상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 진공공간으로의 제1 노출영역과, 상기 대기공간으로의 제2 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 제1 노출영역과의 사이에 있는 제1 경계존과, 상기 접합영역과 상기 제2 노출영역과의 사이에 있는 제2 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비한다. 상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고, 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 제1 경계존 및/또는 상기 제2 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점인 도전재료로 형성되어 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조는, 전극인 2개의 도체부와, 상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비한다. 상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있다. 상기 절연체는, 유체공간으로의 노출표면을 구비한다. 상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 유체공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에 있는 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비한다. 상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고, 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 이온주입장치에 적합한 고전압전극의 절연구조를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2에 있어서, (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온원장치를 개략적으로 나타내는 도이며, (b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3에 있어서, (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이며, (b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 4에 있어서, (a)는, 본 발명의 다른 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이며, (b)는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(100)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온주입장치(100)는, 피처리물(W)의 표면에 이온주입처리를 하도록 구성되어 있다. 피처리물(W)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피처리물(W)을 기판(W)이라고 부르는 경우가 있지만, 이것은 주입처리의 대상을 특정의 물체에 한정하는 것을 의도하고 있지 않다.
이온주입장치(100)는, 이온원장치(102)와, 빔라인장치(104)와, 주입처리실(106)을 구비한다. 이온주입장치(100)는, 빔스캔 및 메커니컬스캔 중 적어도 일방에 의하여 기판(W)의 전체에 걸쳐서 이온빔(B)을 조사하도록 구성되어 있다.
이온원장치(102)는, 이온빔(B)을 빔라인장치(104)에 부여하도록 구성되어 있다. 이온원장치(102)에 대해서는 도 2의 (a)를 참조하여 후술한다.
빔라인장치(104)는, 이온원장치(102)로부터 주입처리실(106)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 이온원장치(102)의 하류에는 질량분석장치(108)가 설치되어 있으며, 이온빔(B)으로부터 필요한 이온을 선별하도록 구성되어 있다.
빔라인장치(104)는, 질량분석장치(108)를 거친 이온빔(B)에, 예를 들면, 편향, 가속, 감속, 정형, 주사 등을 포함하는 조작을 행한다. 빔라인장치(104)는 예를 들면, 이온빔(B)에 전기장 또는 자기장(또는 그 양방)을 인가함으로써 이온빔(B)을 주사하는 빔주사장치(110)를 구비하여도 된다. 이와 같이 하여, 빔라인장치(104)는, 기판(W)에 조사되어야 하는 이온빔(B)을 주입처리실(106)에 공급한다.
주입처리실(106)은, 1매 또는 복수 매의 기판(W)을 지지하는 물체 지지부(107)를 구비한다. 물체 지지부(107)는, 이온빔(B)에 대한 상대이동(이른바 메커니컬스캔)을 필요에 따라서 기판(W)에 제공하도록 구성되어 있다.
또, 이온주입장치(100)는, 이온원장치(102), 빔라인장치(104), 및 주입처리실(106)에 원하는 진공환경을 제공하기 위한 진공 배기계(도시하지 않음)를 구비한다. 진공 배기계는, 후술하는 이온원실(116)의 내부공간(118)(도 2의 (a) 및 (b) 참조)을 진공으로 배기하기 위하여 사용된다.
이온주입장치(100)는, 이온원장치(102) 및 그 외의 구성요소를 위한 전원장치(111)를 구비한다. 전원장치(111)는, 예를 들면 1kV 이상(예를 들면 수kV 내지 수 백kV)의 직류의 전압을 전극에 인가하도록 구성되어 있다. 전원장치(111)는, 이온원실(116) 및 이온원 지지부(120)(도 2의 (a) 참조)의 각각에 상이한 전위의 고전압을 인가하기 위하여 사용된다. 또, 필요한 경우에는, 전원장치(111)는, 실효치로 예를 들면 1kV 이상의 교류의 전압을 전극에 인가하도록 구성되어 있어도 된다.
도 2의 (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온원장치(102)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온원장치(102)는, 이온원(112)과, 이온원(112)으로부터 이온빔(B)을 인출하기 위한 인출전극부(114)와, 이온원(112) 및 인출전극부(114)를 수용하기 위한 이온원실(116)을 구비한다. 이온원실(116)은, 진공으로 배기되는 내부공간(118)을 둘러싸는 진공용기이다.
이온원장치(102)는, 이온원(112)을 내부공간(118)에 배치하도록 이온원(112)을 지지하는 이온원 지지부(120)를 구비한다. 이온원 지지부(120)는, 지지판(122)과 지지체(124)를 구비한다. 지지판(122)의 일방측은 내부공간(118)에 면하고, 그 반대측은 대기압 환경 또는 외부 환경에 면한다. 지지체(124)는 내부공간(118)에 수용되어 있으며, 이온원(112)을 지지판(122)에 접속한다.
이온원장치(102)는, 이온원실(116)과 이온원 지지부(120)를 접속하기 위한 부싱(126)을 구비한다. 부싱(126)은, 예를 들면 세라믹이나 수지 등의 절연재료로 형성되어 있는 절연체이다. 부싱(126)은, 내부공간(118)을 둘러싸는 부싱내벽면(128)을 구비하는 중공의 통형상의 부재이다. 부싱내벽면(128)은, 내부공간(118)으로 노출되어 있다. 또, 부싱(126)은, 외부공간(119)으로 노출된 부싱 외벽면(129)을 구비한다. 부싱 외벽면(129)은, 대기압 환경 또는 외부 환경에 면한다.
부싱(126)의 일단은 제1 도체플랜지(130)에 고정되고, 부싱(126)의 타단은 제2 도체플랜지(132)에 고정되어 있다. 제1 도체플랜지(130)는, 이온원실(116)의 일부분이며, 지지판(122)에 대향하는 이온원실(116)의 부위에 형성되어 있다. 이온원실(116)의 벽부가 외벽과 내벽(이른바 라이너)을 가지는 경우에는, 제1 도체플랜지(130)는 내벽에 연속하여 형성되어 있어도 된다. 제2 도체플랜지(132)는, 지지판(122)의 외주부에 형성되어 있다. 이렇게 하여, 제1 도체플랜지(130)와 제2 도체플랜지(132)는 부싱(126)을 끼우도록 대향한다.
이온원실(116) 및 이온원 지지부(120)는, 금속(예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금) 등의 도전재료로 형성되어 있다. 상술의 전원장치(111)(도 1 참조)에 의하여, 이온원실(116)에는 제1 직류전압이 인가되고, 이온원 지지부(120)에는 제1 직류전압보다 높은 제2 직류전압이 인가된다. 이온원실(116) 및 이온원 지지부(120)에는 각각 정의 고전압이 인가된다. 혹은, 이온원실(116) 및 이온원 지지부(120)에는 각각 부의 고전압이 인가되어도 된다. 이온원실(116)(또는 제1 도체플랜지(130))을 저전압이 인가되는 제1 도체부 또는 제1 전극체라고 부르고, 이온원 지지부(120)(또는 제2 도체플랜지(132))를 고전압이 인가되는 제2 도체부 또는 제2 전극체라고 부를 수도 있다.
이와 같이 하여, 부싱(126)의 일방측에 이온원실(116)(또는 제1 도체플랜지(130))이 장착되어 있다. 이온원실(116)과 부싱(126)(부싱내벽면(128))과의 접속부는 진공의 내부공간(118)에 면하고 있다. 또, 부싱(126)의 타방측에 이온원 지지부(120)(또는 제2 도체플랜지(132))가 장착되어 있다. 이온원 지지부(120)와 부싱(126)(부싱내벽면(128))과의 접속부도 또한 내부공간(118)에 면하고 있다.
따라서, 이온원실(116)과 부싱(126)(부싱내벽면(128))과의 접속부에는, 도체, 절연체, 및 진공의 경계선(이른바 삼중점이며, 삼중접합점이라고도 불림)이 형성되어 있다. 이 경계선의 근방을 이하에서는 설명의 편의상, 제1 삼중점영역(134)이라고 부르는 경우가 있다. 또, 이온원 지지부(120)와 부싱(126)(부싱내벽면(128))과의 접속부에도 마찬가지로, 도체, 절연체, 및 진공의 경계선이 형성되어 있으며, 이 경계선의 근방을 이하에서는 제2 삼중점영역(136)이라고 부르는 경우가 있다. 제1 삼중점영역(134) 및 제2 삼중점영역(136)은 각각, 부싱내벽면(128)의 단부를 따라 환형상으로 형성되어 있다. 도 2의 (a) 및 (b)에 있어서는 제1 삼중점영역(134) 및 제2 삼중점영역(136)을 파선의 원으로 나타낸다.
제1 도체플랜지(130)는, 부싱(126)에 접하는 제1 접합영역(138)을, 제1 삼중점영역(134)을 경계로 하여 편측(외측)에 구비한다. 제1 도체플랜지(130)는, 내부공간(118)으로 노출되어 있는 제1 노출영역(140)을, 제1 삼중점영역(134)을 경계로 하여 제1 접합영역(138)과 반대측(내측)에 구비한다. 제1 도체플랜지(130)는, 제1 접합영역(138)과 제1 노출영역(140)과의 사이에 제1 경계존(142)을 구비한다. 제1 경계존(142)은, 제1 노출영역(140)과 부싱내벽면(128)과의 경계부분을 따라 뻗어 있다.
마찬가지로, 제2 도체플랜지(132)는, 부싱(126)에 접하는 제2 접합영역(144)을, 제2 삼중점영역(136)을 경계로 하여 편측(외측)에 구비한다. 제2 도체플랜지(132)는, 내부공간(118)으로 노출되어 있는 제2 노출영역(146)을, 제2 삼중점영역(136)을 경계로 하여 제2 접합영역(144)과 반대측(내측)에 구비한다. 제2 도체플랜지(132)는, 제2 접합영역(144)과 제2 노출영역(146)과의 사이에 제2 경계존(148)을 구비한다. 제2 경계존(148)은, 제2 노출영역(146)과 부싱내벽면(128)과의 경계부분을 따라 뻗어 있다.
다만, 대기측에도 삼중점은 형성된다. 제1 도체플랜지(130)(또는 제2 도체플랜지(132))는, 외부공간(119)으로의 노출영역을 구비한다. 또, 제1 도체플랜지(130)(또는 제2 도체플랜지(132))는, 외부공간(119)으로의 노출영역과 제1 접합영역(138)(또는 제2 접합영역(144))과의 사이에 또 다른 1개의 경계존을 구비한다. 이 경계존과 부싱 외벽면(129)과의 사이에, 도체, 절연체, 및 대기공간의 경계선이 형성된다.
도 2의 (b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 도이다. 다만 도 2의 (b)는, 제1 도체플랜지(130), 제2 도체플랜지(132), 부싱(126), 및 도체요소(150)의 위치관계를 개략적으로 나타내는 도이며, 간명화를 위하여 그 외의 구성요소(예를 들면 이온원(112) 등)의 도시를 생략하고 있다. 도 3의 (a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관하여, 제1 삼중점영역(134)에 형성되어 있는 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3의 (b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
자세하게는 후술하지만, 이 고전압전극의 절연구조에 있어서는, 부싱내벽면(128)에 인접하는 내열부가, 제1 도체플랜지(130)에 형성되어 있다. 내열부는, 부싱(126)과 제1 도체플랜지(130)와의 접합영역의 가장자리부를 따라 형성되어 있다. 내열부는, 내열성을 가지는 도전영역이다.
도 2의 (b) 및 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 도체플랜지(130)는 도체요소(150)를 구비한다. 제1 도체플랜지(130)는 그 표면 상에 도체요소(150)를 지지하는 도체 본체이다. 도체요소(150)는, 제1 도체플랜지(130)와는 별체인 추가의 환형상부재이다. 도체요소(150)는 제1 도체플랜지(130)에 지지되어 있으므로, 도체요소(150)는 제1 도체플랜지(130)와 동일한 전위를 가진다.
도체요소(150)는, 제1 접합영역(138)에 인접하고 또한 부싱내벽면(128)에 인접하도록 제1 경계존(142) 상에 배치되어 있다. 도체요소(150)는, 제1 노출영역(140)에도 인접한다. 제1 경계존(142)은, 도체요소(150)에 의하여 덮인 제1 도체플랜지(130)의 표면의 일부이다. 도면에 있어서는, 도체요소(150)의 상방에 부싱내벽면(128), 도체요소(150)의 좌측에 제1 접합영역(138), 도체요소(150)의 우측에 제1 노출영역(140)이 인접한다. 도체요소(150)는, 제1 노출영역(140)과 부싱내벽면(128)과의 경계부분을 따라 형성되어 있다.
도 3의 (b)에는 제1 도체플랜지(130)에 접하는 부싱(126)의 단면이 나타나 있다. 이 단면은, 부싱(126)을 제1 도체플랜지(130)에 접속하는 부싱(126)의 전극접합표면이다. 도체요소(150)에 상당하는 부분이 도 3의 (b)에 파선으로 나타나 있다. 도시되는 바와 같이, 도체요소(150)는, 부싱내벽면(128)의 전체둘레를 따라 형성되어 있다.
도체요소(150)는 그 전체가 제1 도체플랜지(130)의 오목부(152)에 수용되어 있다. 오목부(152)는, 제1 도체플랜지(130)에 형성되어 있으며, 제1 경계존(142)과 대향부분(154)과의 사이에 있다. 대향부분(154)은, 제1 경계존(142)에 대향하는 부싱(126)의 부분이다.
부싱내벽면(128)을 경계로 하여 도체요소(150)의 상면(156)의 일부분(예를 들면 반)은 내부공간(118)으로 노출되어 있다. 도체요소(150) 상에 삼중점을 형성하기 위해서는 실용상, 내부공간(118)으로 노출된 상면(156)의 일부분의 폭은 예를 들면 약 5mm 내지 약 10mm 이내이며, 또는 그것보다 크게 하여도 된다. 상면(156)의 다른 일부분(예를 들면 나머지의 절반)은 부싱(126)의 대향부분(154)으로 덮여 있다. 마찬가지로, 대향부분(154)으로 덮인 상면(156)의 다른 일부분의 폭은 예를 들면 약 5mm 내지 약 10mm 이내이며, 또는 그것보다 크게 하여도 된다. 대향부분(154)은 내부공간(118)으로 노출되어 있지 않다.
또, 오목부(152)의 깊이는, 도체요소(150)의 두께(D)와 실질적으로 동일하다. 이로 인하여, 부싱내벽면(128)에 인접하는 도체요소(150)의 상면(156)은, 제1 도체플랜지(130)의 제1 접합영역(138)(및 제1 노출영역(140))과 실질적으로 동일한 평면을 형성한다.
도체요소(150)의 두께(D)(또는 오목부(152)의 깊이)는, 상면(156)이 제1 접합영역(138)(및 제1 노출영역(140))보다 약간(예를 들면 치수 공차 정도) 하방에 위치하도록 정해져 있어도 된다. 상면(156)과 제1 접합영역(138)(및 제1 노출영역(140))과의 높이 차는, 약 1mm 이내, 또는 약 0.5mm 이내여도 된다. 이 경우, 도체요소(150)의 상면(156)과 부싱내벽면(128)과의 사이에 간극이 형성된다. 이 간극은 도체요소(150)와 부싱(126)과의 간섭을 피하는 데에 도움이 된다.
반대로, 도체요소(150)의 두께(D)(또는 오목부(152)의 깊이)는, 상면(156)이 제1 접합영역(138)(및 제1 노출영역(140))보다 약간 상방에 위치하도록 정해져 있어도 된다. 이 경우, 도체요소(150)의 상면(156)이 부싱(126)의 대향부분(154)에 눌려져 상면(156)과 제1 접합영역(138)이 실질적으로 동일한 평면을 형성하도록, 도체요소(150)는 유연성 및/또는 탄력성을 가지고 있어도 된다.
도체요소(150)는, 제1 도체플랜지(130)와 상이한 재료, 구체적으로는, 제1 도체플랜지(130)보다 고융점인 도전재료로 형성되어 있다. 도체요소(150)는 그 전체가 내열부를 형성한다. 이 도전재료는 예를 들면, 제1 도체플랜지(130)보다 낮은 도전율을 가진다.
도체요소(150)는 예를 들면, 그라파이트제의 판 또는 시트이다. 도체요소(150)로서 그라파이트판 또는 그라파이트시트를 이용하는 것은, 코스트면이나 취급의 용이성 등의 점에서 유리하다.
그런데, 현실에서는, 제1 접합영역(138)(또는 제2 접합영역(144)) 및 거기에 접하는 부싱(126)의 표면(전극접합표면)은 각각 미시적인 요철(예를 들면 미소돌기)을 가진다. 이러한 요철은 예를 들면, 부싱(126) 및 제1 도체플랜지(130)(또는 제2 도체플랜지(132))를 제조하기 위한 기계가공에 의하여 형성된다. 그 결과, 제1 접합영역(138)(또는 제2 접합영역(144))과 부싱(126)과의 사이에는 미소간극이 발생할 수 있다. 미소간극에는 잔류가스가 존재할 수 있다. 또, 제1 도체플랜지(130)(또는 제2 도체플랜지(132))에 고전압이 인가되었을 때, 제1 삼중점영역(134)(또는 제2 삼중점영역(136)) 부근에는 그 주위보다 강한 전계가 발생할 수 있다. 미소돌기로부터 미소간극으로 전자가 방출될 수 있다.
이러한 요인에 의하여, 제1 삼중점영역(134)(또는 제2 삼중점영역(136))은 다른 장소에 비하여, 전자의 공급이나 가스의 이온화 등 방전의 초기사상이 발생하기 쉽다. 초기사상의 발생장소의 근방에 예를 들면 알루미늄과 같은 저융점의 재료가 존재하는 경우에는, 재료의 기화, 가스의 이온화, 이온의 정전 가속, 및 주변부재에 대한 이온의 충돌이 상승적으로 진전할 수 있다.
가령, 부싱내벽면(128)이 제1 도체플랜지(130)의 표면(예를 들면 제1 노출영역(140))에 바로 접촉하는 경우에는, 그 접촉부분에 저융점의 도전재료, 절연재료, 및 진공의 삼중점이 형성되므로, 초기사상(事象) 또는 방전이 빈발할지도 모른다. 혹은, 초기사상이 대규모 방전으로 발전할지도 모른다.
방전전류가 과대하면, 제1 도체플랜지(130)(또는 제2 도체플랜지(132))의 전원(예를 들면 전원장치(111))의 전압이 순간적으로 강하할 수 있다. 그러한 전압의 변동은, 이온원장치(102)에 의하여 생성되는 이온빔(B)의 품질에 영향을 줄 수 있다. 극단적인 경우에는, 방전에 의하여 제1 삼중점영역(134)(또는 제2 삼중점영역(136))의 주변의 부재에 탄화 등의 손상이 발생할 수 있다. 장기적으로는 이러한 손상이 성장하고, 예를 들면, 절연체 표면에 대규모의 탄화로가 형성되는 경우도 있을 수 있다.
도체요소(150)가 형성되어 있지 않았다고 하면, 오목부(152)가 내부공간(118)에 개방되므로, 부싱(126), 제1 도체플랜지(130)(또는 제2 도체플랜지(132)), 및 내부공간(118)의 경계가 제1 접합영역(138)(또는 제2 접합영역(144))의 가장자리부에 형성되게 된다. 이하에서는 설명의 편의상, 이와 같이 도체요소(150)가 없는 경우에 형성되는 삼중점을, 구삼중점(158)이라고 부르는 경우가 있다. 이것에 대하여, 도체요소(150)가 형성되어 있는 경우에 형성되는 삼중점을, 신삼중점(160)이라고 부르는 경우가 있다.
본 실시형태에 의하면, 구삼중점(158)은 도체요소(150)로 덮어 가려져 있으며, 도체요소(150)의 상면(156)에 신삼중점(160)이 형성되어 있다. 신삼중점(160)은, 고융점의 도전재료, 절연재료, 및 진공의 경계이다. 따라서, 신삼중점(160)에 있어서의 도전재료의 기화가 억제된다. 이로 인하여, 방전의 발생빈도를 억제할 수 있다. 혹은, 방전의 규모를 작게 할 수 있다.
그 결과, 본 실시형태에 의하면, 제1 도체플랜지(130)(또는 제2 도체플랜지(132))에 인가되고 있는 고전압의 방전에 기인하는 변동이 억제되고, 이온원장치(102)에 의하여 생성되는 이온빔(B)의 품질이 안정된다. 따라서, 본 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조는, 이온주입장치(100)의 생산성에 공헌한다.
상술의 실시형태에 있어서는, 제1 도체플랜지(130)에 절연구조가 형성되어 있다. 이 구성이 실용상 유용한 것은, 제1 도체플랜지(130)가 제2 도체플랜지(132)에 대하여 음극이 되는 경우이며, 따라서 제1 도체플랜지(130)가 전자의 방출원이 될 수 있기 때문이다. 그러나, 본 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조는, 제1 도체플랜지(130)뿐만 아니라, 제2 도체플랜지(132)에도 동일하게 형성되어도 된다(도 2의 (b) 참조). 혹은, 상황에 따라서는, 제2 도체플랜지(132)에만 절연구조가 형성되어도 된다.
상술의 실시형태에 있어서는, 도체요소(150)는, 그라파이트제의 판 또는 시트이다. 그러나, 도체요소(150)의 재료는, 순수한 그라파이트가 아니어도 된다. 도체요소(150)는, 그라파이트를 주성분(예를 들면 순도 80% 이상, 이하 동일)으로 하는 재료로 형성되어 있어도 된다.
또, 도체요소(150)는, 텅스텐, 탄탈, 또는 몰리브덴 등의 고융점 금속, 또는, 그러한 고융점 금속을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있어도 된다. 도체요소(150)는, 실리콘카바이드, 탄탈카바이드, 또는 텅스텐카바이드를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있어도 된다. 도체요소(150)는, 철 또는 그 합금(예를 들면, 순철, 강철, 스테인리스강 등)을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있어도 된다.
다만, 도체요소(150)를 형성하는 재료의 도전율은, 제1 도체플랜지(130)의 도전율과 동일하거나 그것보다 커도 된다. 또, 도체요소(150)의 일부가 제1 도체플랜지(130)와 동일한 재료로 형성되어 있어도 된다.
상술의 실시형태에 있어서는, 도체요소(150)의 전체가 제1 도체플랜지(130)의 오목부(152)에 수용되어 있다. 오목부(152)는 제1 도체플랜지(130)에만 형성되어 있다. 그러나, 오목부(152)는, 제1 도체플랜지(130) 및 부싱(126)의 양방에 형성되어 있어도 된다.
도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 도체요소(150)는, 상측 오목부(162)와 하측 오목부(164)로 이루어지는 오목부(153)에 수용되어 있어도 된다. 하측 오목부(164)는 제1 도체플랜지(130)에 형성되고, 상측 오목부(162)는 하측 오목부(164)에 대향하여 부싱(126)에 형성되어 있다. 이 경우, 도체요소(150)는, 오목부(153)로부터 내부공간(118)으로 돌출된 노출부분(166)을 가진다. 이와 같이 하여도, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타내는 실시형태와 마찬가지로, 구삼중점(158)을 도체요소(150)로 덮어, 도체요소(150)의 상면(156)에 신삼중점(160)을 형성할 수 있다.
이온원장치(102)의 운전이 장기적으로 계속될 때, 신삼중점(160)의 근방에서 도체요소(150)의 재료가 서서히 소모될 수 있다. 도체요소(150)에 충분한 수명을 부여하려면, 신삼중점(160)에 있어서의 도체요소(150)의 두께(D)는, 예를 들면 약 30㎛ 이상, 또는 50㎛ 이상인 것이 바람직하다. 두께(D)는, 예를 들면 약 0.1mm에서 약 5mm의 범위에 있어도 된다.
또, 신삼중점(160)을 고융점 도전재료로 형성하기 위해서는, 신삼중점(160)으로부터 제1 접합영역(138)(즉 구삼중점(158))으로의 연면거리(파선의 화살표(E)로 도시함)는, 약 0.5mm 이상이며, 및/또는, 약 5mm 이하(또는 약 10mm 이하)인 것이 바람직하다. 신삼중점(160)으로부터 제1 노출영역(140)으로의 연면거리(파선의 화살표(F)로 도시함)는, 약 0.5mm이상이며, 및/또는, 약 5mm 이하(또는 약 10mm 이하)인 것이 바람직하다.
또, 제1 도체플랜지(130)가 도체요소(150)를 수용하는 오목부를 가지는 것 대신에, 도 4의 (b)에 나타나는 바와 같이, 도체요소(150)는, 부싱(126)에 형성되어 있는 부싱 오목부(168)에 수용되어 있어도 된다. 도체요소(150)의 폭(G)보다 부싱 오목부(168)의 깊이(H)가 작기 때문에, 도체요소(150)는, 부싱 오목부(168)로부터 내부공간(118)으로 돌출된 노출부분(170)을 가진다. 이와 같이 하여도, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타내는 실시형태와 마찬가지로, 구삼중점(158)을 도체요소(150)로 덮어, 도체요소(150)의 상면(156)에 신삼중점(160)을 형성할 수 있다.
노출부분(170)을 가지지 않고 도체요소(150)의 전체가 부싱 오목부(168)에 수용되도록, 부싱 오목부(168)의 깊이(H)는 도체요소(150)의 폭(G)과 동일하거나 또는 그것보다 커도 된다. 이와 같이 하여도, 구삼중점(158)을 도체요소(150)로 덮어, 도체요소(150)의 상면(156)에 신삼중점(160)을 형성할 수 있다.
혹은, 제1 도체플랜지(130) 및 부싱(126) 중 어느 것에도, 도체요소(150)를 수용하는 오목부가 형성되어 있지 않아도 된다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 도체요소(150)는, 제1 접합영역(138)에 접하는 부싱(126)의 기부(172)에 인접하도록 배치되어 있다. 이와 같이 하면, 기존의 제1 도체플랜지(130) 및 부싱(126)에 의하여 형성된 구삼중점(158)을 덮어 가리도록 도체요소(150)를 형성할 수 있다. 도체요소(150)는, 구삼중점(158)을 덮는, 말하자면 커버이다.
도체요소(150)는 부싱(126)의 기부(172)에 접촉하고 있지 않아도 된다. 도체요소(150)의 장착 또는 분리를 용이하게 하기 위하여, 도체요소(150)와 부싱(126)의 기부(172)와의 간극(J)은, 예를 들면 약 1mm 이내, 또는 약 0.5mm 이내여도 된다. 이와 같이 하여도, 신삼중점(160)을 도체요소(150)에 형성할 수 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 도체요소(150)는 복수의 부재를 구비하여도 된다. 예를 들면, 도체요소(150)는, 오목부(152)에 수용되어 있는 제1 도체부재(174)와, 부싱(126)의 기부(172)에 인접하는 제2 도체부재(176)를 구비하여도 된다. 제2 도체부재(176)는, 제1 도체부재(174)의 노출된 표면을 덮도록 제1 도체부재(174) 상에 배치되어 있다.
도 6에 나타나는 도체요소(150)는 전체적으로, L자형 형상의 단면을 가지는 환형상의 부재이다. 한편, 도 3의 (a), 도 4의 (a), 도 4의 (b), 및 도 5에 나타나는 도체요소(150)는, 직사각형의 단면을 가진다. 그러나, 도체요소(150)의 단면은, L자형이나 직사각형에 한정되지 않고, 그 외 어떠한 형상이어도 된다.
상술의 실시형태에 있어서는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 도체요소(150)는 부싱내벽면(128)의 전체둘레를 따라 형성되어 있다. 도체요소(150)는 둘레방향으로 연속하는 부재이다. 그러나, 일 실시형태에 있어서는, 도체요소(150)는, 둘레방향을 따라 복수의 섹터형으로 분할되어 있어도 된다. 다만, 복수로 분할된 도체요소간의 간극은, 0.5mm 이내인 것이 바람직하다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조는, 도체요소(150)를 지지하는 1개 또는 복수의 지지부재(178)를 구비하여도 된다. 지지부재(178)는 도체요소(150)에 인접하여 제1 도체플랜지(130) 상에 배치되어 있다. 지지부재(178)는, 도체요소(150)를 구조적으로 지지하기 위하여 설치되어 있어도 된다. 지지부재(178)는, 도체요소(150)의 장착작업을 용이하게 하기 위하여 설치되어 있어도 된다.
지지부재(178)는, 도체요소(150)와는 상이한 재료로 형성되어 있다. 따라서, 지지부재(178)는, 도체요소(150)와는 상이한 융점 및/또는 도전율을 가진다. 지지부재(178)는 제1 도체플랜지(130)와 동일 또는 그 외의 도전재료로 형성되어 있어도 된다. 지지부재(178)는 절연재료로 형성되어 있어도 된다.
도체요소(150)는, 지지부재(178)와 함께 단일의 부품을 구성하도록 지지부재(178)에 고정되어 있어도 된다. 예를 들면, 도체요소(150)는 원자 레벨로 지지부재(178)에 결합되어 있어도 된다. 도체요소(150)는, 지지부재(178)의 표면 상에 형성된 층 또는 막이어도 된다. 혹은, 도체요소(150)는, 지지부재(178)로부터 분리 가능하여도 된다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 접합영역(138)과 이에 접하는 부싱(126)의 부분과의 사이에 진공밀봉부재(180)(예를 들면 O링)가 설치되어 있어도 된다. 진공밀봉부재(180)는, 도체요소(150)와는 다른 부재로서 도체요소(150)로부터 떨어져 설치되어 있다. 진공밀봉부재(180)는, 제1 도체플랜지(130)의 제1 접합영역(138)에 형성된 홈(182)에 수용되어 있다. 다만, 홈(182)은 부싱(126)에 형성되어 있어도 된다.
도 9에는, 도 3의 (b)와 마찬가지로 제1 도체플랜지(130)에 접하는 부싱(126)의 단면이 나타나 있다. 도 9에 나타나는 바와 같이, 도체요소(150)는, 부싱내벽면(128)의 일부(예를 들면 반주)를 따라 형성되어 있어도 된다. 둘레방향으로 특정의 장소에서 방전이 발생하기 쉬운 경우에는, 그러한 장소에 도체요소(150)를 배치하고, 상대적으로 방전이 발생하기 어려운 장소에는 도체요소(150)를 형성하지 않도록 하여도 된다. 다만, 도체요소(150)의 둘레방향의 형상은, 도체요소(150)에 접하는 다른 부재와의 연면거리를 충분히 취하고 있으면, 도시되는 원호형상에는 한정되지 않는다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명하였다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.
상술의 실시형태에 있어서는, 제1 도체플랜지(130)에 있어서 부싱(126)에 대향하는 표면이 평면형상으로 형성되어 있다. 예를 들면, 도 3의 (a)에 나타내는 실시형태에 있어서는, 제1 도체플랜지(130)의 제1 접합영역(138) 및 제1 노출영역(140)과 도체요소(150)의 상면(156)이 동일 평면을 이루고, 이 평면과 제1 경계존(142)이 평행하다. 그러나, 이들 각 부분의 상대 위치관계는, 그러한 구체적 구성에는 한정되지 않는다.
예를 들면, 제1 접합영역(138)과 제1 노출영역(140)과의 사이에 높이차가 형성되도록 제1 경계존(142)이 단차를 가져도 된다. 이 경우, 제1 접합영역(138)에 대하여 제1 노출영역(140)이 상방에 위치하여도 되고, 하방에 위치하여도 된다. 또, 제1 접합영역(138)과 제1 노출영역(140)이 교차하도록 제1 경계존(142)이 모서리부를 가져도 된다. 제1 접합영역(138)에 대하여 제1 노출영역(140)이 상방향으로 경사져 있어도 되고, 하방향으로 경사져 있어도 된다. 예를 들면, 제1 접합영역(138)에 대하여 제 1 노출영역(140)이 수직이어도 된다.
또한, 제1 접합영역(138), 제1 노출영역(140), 및 제1 경계존(142) 중 적어도 1개는, 평탄하지 않아도 되고, 예를 들면 볼록부 또는 오목부를 가져도 된다. 예를 들면, 제1 노출영역(140)의 볼록부는, 내부공간(118)에 대하여 제1 접합영역(138) 및/또는 제1 경계존(142)을 덮기 위한 커버 또는 그 일부여도 된다.
또, 도체요소(150)는 제1 노출영역(140) 중 적어도 일부를 덮고 있어도 된다. 즉, 내부공간(118)으로 노출된 제1 도체부의 표면은 도체요소(150)로 덮여 있어도 된다. 혹은, 도체요소(150)는 제1 접합영역(138) 중 적어도 일부를 덮고 있어도 된다. 이 경우, 도체요소(150)의 표면이 부싱(126)에 접합되어 있어도 된다.
상술의 실시형태에 있어서는, 도체요소(150)는, 제1 도체플랜지(130)와는 별체의 부재이다. 그러나, 일 실시형태에 있어서는, 도체요소(150)가 제1 도체플랜지(130)에 일체로 형성되어, 제1 도체플랜지(130)에 밀착한 내열부가 형성되어 있어도 된다.
상술의 실시형태에 있어서는, 도체요소(150)는 내열성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 그러나, 도체요소(150)의 재료의 성질에 대해서는, 다른 해석도 있을 수 있다. 예를 들면, 도체요소(150)는, 전도전자 밀도가 낮은 재료로 형성되어 있어도 된다. 스퍼터에 의한 전자는 그라파이트(흑연)와 같은 전도전자 밀도가 낮은 물질 쪽이 발생하기 어렵다. 도체요소(150)는, 일함수가 큰 재료로 형성되어 있어도 된다. 전계 방출은 일함수가 클수록 일어나기 어렵기 때문이다. 그라파이트나 텅스텐은 알루미늄보다 일함수가 크다. 이와 같이, 제1 도체플랜지(130)에 비하여 전자를 방출하기 어려운 전자비방출 재료로, 도체요소(150)가 형성되어 있어도 된다. 여기에서, 전자비방출 재료란, 도체요소(150)가 배치되는 도체부에 비하여 전자를 방출하기 어려운 재료를 의미한다. 삼중점영역에서의 공간으로의 전자의 방출을 억제할 수 있으므로, 방전의 빈도 또는 규모를 작게 할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조가 제1 도체플랜지(130) 및 제2 도체플랜지(132)의 양방에 형성되는 경우에는, 그들이 서로 상이한 구조를 가져도 된다. 상술의 실시형태 중 어느 것이 제1 도체플랜지(130)에 채용되고, 상술의 실시형태 중 다른 어느 것이 제2 도체플랜지(132)에 채용되어도 된다.
본 발명의 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조는, 이온원장치(102) 중 어느 도체부 또는 전극체에 적용할 수 있다. 또, 본 발명의 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조는, 이온주입장치(100) 중 어느 도체부 또는 전극체에 적용할 수 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조는, 교류의 고전압이 인가되는 2개의 도체부 또는 전극체에 적용할 수도 있다. 이 경우, 도체요소(150)는, 2개의 도체부 또는 전극체의 각각에 형성되어 있어도 된다. 예를 들면, 빔주사장치(110)의 주사전극과 이것을 지지하는 절연체와의 사이에 도체요소(150)가 형성되어도 된다.
또, 절연체의 노출표면은, 진공공간으로 노출되어 있어도 되고, 대기공간으로 노출되어 있어도 된다. 혹은, 절연체의 노출표면은, 예를 들면 절연 오일 등의 유체로 채워진 유체공간으로 노출되어 있어도 된다. 마찬가지로, 도체 본체의 노출영역은, 진공공간으로 노출되어 있어도 되고, 대기공간으로 노출되어 있어도 되며, 유체공간으로 노출되어 있어도 된다. 따라서, 삼중점은 도체부와 절연체와 진공공간과의 사이에 형성되어도 되고, 도체부와 절연체와 대기공간과의 사이에 형성되어도 되며, 도체부와 절연체와 유체공간과의 사이에 형성되어도 된다. 본 실시형태에 관한 고전압전극의 절연구조는 이러한 삼중점에 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 몇 개의 양태를 열거한다.
A0. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
공간으로의 노출표면을 구비하는 절연체와,
상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에서 상기 절연체의 상기 노출표면을 따라 뻗어 있는 경계존을 구비하는 도체부를 구비하고,
상기 도체부는, 상기 경계존을 구비하는 도체 본체와, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하며,
상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되고, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
A1. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
전극인 2개의 도체부와,
상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비하고,
상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있으며,
상기 절연체는, 진공공간으로의 노출표면을 구비하고,
상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 진공공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에 있는 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비하며,
상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고,
상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
A2. 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과의 사이에 간극을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 또는 A1에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A3. 상기 절연체는, 상기 경계존에 대향하는 대향부분을 구비하고, 상기 대향부분 및 상기 경계존 중 적어도 일방에 오목부가 형성되며, 상기 도체요소 중 적어도 일부가 상기 오목부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A2 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A4. 상기 도체요소는, 상기 접합영역에 접하는 상기 절연체의 기부에 인접하는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A3 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A5. 상기 도체요소를 지지하는 지지부재를 더욱 구비하고, 상기 지지부재는 상기 도체요소와는 상이한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A4 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A6. 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 접합영역과의 사이에 0.5mm 이상의 연면거리를 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A5중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A7. 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 노출영역과의 사이에 0.5mm 이상의 연면거리를 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A6 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A8. 상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 도체 본체와의 사이에 30㎛ 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A7 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A9. 상기 공간은 진공으로 배기되는 공간이며, 상기 접합영역과 상기 절연체와의 사이에 진공밀봉부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A8 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A10. 상기 절연체의 상기 노출표면은 상기 공간을 둘러싸는 상기 절연체의 내벽면이며, 상기 도체요소는 상기 내벽면의 전체둘레를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A9 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A11. 상기 절연체의 상기 노출표면은 상기 공간을 둘러싸는 상기 절연체의 내벽면이며, 상기 도체요소는 상기 내벽면의 일부를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A9 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A12. 제1 도체부에는 제1 직류전압이 인가되고,
상기 절연체에는 상기 제1 직류전압과 상이한 제2 직류전압이 인가되는 제2 도체부가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A11 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A13. 상기 절연체에는 제1 도체부와 상이한 제2 도체부가 장착되어 있으며, 2개의 도체부의 사이에는 교류전압이 인가되고, 상기 제2 도체부는 제2 도체요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A11 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A14. 상기 도전재료는, 그라파이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A15. 상기 도전재료는, 텅스텐, 탄탈, 또는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A16. 상기 도전재료는, 실리콘카바이드, 탄탈카바이드, 또는 텅스텐카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A17. 상기 도전재료는, 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A18. 상기 도체요소는, 상기 도전재료 대신에, 전자 비방출 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 A0 내지 A17 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
A19. 실시형태 A0 내지 A18 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조를 구비하는 이온원장치.
A20. 실시형태 A0 내지 A18 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조를 구비하는 이온주입장치.
B1. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
노출표면을 구비하는 절연체와,
상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 접합영역의 가장자리부 중 적어도 일부를 따라 형성되어 있는 내열부를 구비하는 도체부를 구비하고,
상기 내열부는, 상기 절연체의 상기 노출표면과의 사이에 간극을 두고 배치되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
B2. 상기 도체부는, 상기 내열부를 구비하고 있으며 상기 가장자리부에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B3. 상기 절연체는, 상기 접합영역의 상기 가장자리부에 대향하는 대향부분을 구비하고, 상기 대향부분 및 상기 가장자리부 중 적어도 일방에 오목부가 형성되며, 상기 내열부 중 적어도 일부가 상기 오목부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 또는 B2에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B4. 상기 내열부는, 상기 접합영역에 접하는 상기 절연체의 기부에 인접하는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B3 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B5. 상기 내열부를 지지하는 지지부재를 더욱 구비하고, 상기 지지부재는 상기 내열부와는 상이한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B4 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B6. 상기 내열부는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 접합영역과의 사이에 0.5mm 이상의 연면거리를 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B5 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B7. 상기 내열부는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 노출영역과의 사이에 0.5mm 이상의 연면거리를 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B6 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B8. 상기 내열부는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 도체 본체와의 사이에 30㎛ 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B7 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B9. 상기 노출표면은 진공으로 배기되는 공간으로 노출되는 표면이며, 상기 접합영역과 상기 절연체와의 사이에 진공밀봉부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B8 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B10. 상기 절연체의 상기 노출표면은 상기 절연체의 내벽면이며, 상기 내열부는 상기 내벽면의 전체둘레를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B9 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B11. 상기 절연체의 상기 노출표면은 상기 절연체의 내벽면이며, 상기 내열부는 상기 내벽면의 일부를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B9 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B12. 상기 도체부에는 제1 직류전압이 인가되고,
상기 절연체에는 상기 제1 직류전압과 상이한 제2 직류전압이 인가되는 제2 도체부가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B11 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B13. 상기 절연체에는 상기 도체부와 상이한 제2 도체부가 장착되어 있으며, 2개의 도체부의 사이에는 교류전압이 인가되고, 상기 제2 도체부는 제2 내열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B11 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B14. 도전재료는, 그라파이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B15. 도전재료는, 텅스텐, 탄탈, 또는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B16. 상기 도전재료는, 실리콘카바이드, 탄탈카바이드, 또는 텅스텐카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B17. 도전재료는, 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B13 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B18. 상기 도체요소는, 상기 도전재료 대신에, 전자비방출 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 B1 내지 B17 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조.
B19. 실시형태 B1 내지 B18 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조를 구비하는 이온원장치.
B20. 실시형태 B1 내지 B18 중 어느 하나에 기재된 고전압전극의 절연구조를 구비하는 이온주입장치.
C. 적어도 2개 이상의 전극체가 절연물을 개재하여 접합하도록 배치되고,
각 전극체 사이에는 실효치 1kV 이상의 직류 혹은 교류의 전압이 걸리며,
각각의 전극체와 절연물과의 접합부 중 적어도 일부가 진공과 접하여, 각 전극체와 절연물과 진공과의 경계선(이른바 삼중점)이 형성되는 전극체구조에 있어서,
고융점 물질로 구성되고 도전성인 추가부재를, 원래의 삼중점을 덮어 가리도록 절연물과 전극체와의 근방에 배치하고,
그 추가부재의 전위는 그 전극체와 동일하게 하여,
그 추가부재를 장착한 부분에서는, 삼중점(절연물과 도체와 진공이 접하는 경계선)을 그 추가부재 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 진공용 전극체구조.
100 이온주입장치
102 이온원장치
112 이온원
118 내부공간
126 부싱
128 부싱내벽면
130 제1 도체플랜지
132 제2 도체플랜지
134 제1 삼중점영역
136 제2 삼중점영역
138 제1 접합영역
140 제1 노출영역
142 제1 경계존
144 제2 접합영역
146 제2 노출영역
148 제2 경계존
150 도체요소
152 오목부
154 대향부분
156 상면
158 구삼중점
160 신삼중점
172 기부
178 지지부재
180 진공밀봉부재

Claims (25)

  1. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
    전극인 2개의 도체부와,
    상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비하고,
    상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있으며,
    상기 절연체는, 진공공간으로의 노출표면을 구비하고,
    상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 진공공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에 있는 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비하며,
    상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되고,
    상기 절연체는, 상기 경계존에 대향하는 대향부분을 구비하고, 상기 대향부분 및 상기 경계존 중 적어도 일방에 오목부가 형성되며, 상기 도체요소 중 적어도 일부가 상기 오목부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과의 사이에 간극을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체요소는, 상기 접합영역에 접하는 상기 절연체의 기부에 인접하는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체요소를 지지하는 지지부재를 더욱 구비하고, 상기 지지부재는 상기 도체요소와는 상이한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 접합영역과의 사이에 0.5mm 이상의 연면거리를 가지는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 노출영역과의 사이에 0.5mm 이상의 연면거리를 가지는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면과 상기 도체 본체와의 사이에 30㎛ 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접합영역과 상기 절연체와의 사이에 진공밀봉부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연체의 상기 노출표면은 상기 진공공간을 둘러싸는 상기 절연체의 내벽면이며, 상기 도체요소는 상기 내벽면의 전체둘레를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연체의 상기 노출표면은 상기 진공공간을 둘러싸는 상기 절연체의 내벽면이며, 상기 도체요소는 상기 내벽면의 일부를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2개의 도체부의 일방에는 제1 직류전압이 인가되고, 상기 2개의 도체부의 타방에는 상기 제1 직류전압과 상이한 제2 직류전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2개의 도체부의 사이에는 교류전압이 인가되고, 상기 2개의 도체부의 각각이 상기 도체요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전재료는, 그라파이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전재료는, 텅스텐, 탄탈, 또는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전재료는, 실리콘카바이드, 탄탈카바이드, 또는 텅스텐카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전재료는, 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체요소는, 상기 도전재료 대신에, 전자비방출 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  19. 제1항 또는 제2항에 기재된 고전압전극의 절연구조를 구비하는 이온원장치.
  20. 제1항 또는 제2항에 기재된 고전압전극의 절연구조를 구비하는 이온주입장치.
  21. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
    노출표면을 구비하는 절연체와,
    상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 접합영역의 가장자리부 중 적어도 일부를 따라 형성되어 있는 내열부를 구비하는 도체부를 구비하고,
    상기 내열부는, 상기 절연체의 상기 노출표면과의 사이에 간극을 두고 배치되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되고,
    상기 절연체는, 상기 가장자리부에 대향하는 대향부분을 구비하고, 상기 대향부분 및 상기 가장자리부 중 적어도 일방에 오목부가 형성되며, 상기 내열부 중 적어도 일부가 상기 오목부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  22. 이온주입장치를 위한 고전압 절연방법으로서,
    노출표면을 가지는 절연체로 지지되는 노출영역을 가지는 도체부에, 상기 노출표면 및 상기 노출영역에 인접하도록 내열부를 형성하는 것과,
    상기 도체부에 고전압을 인가하는 것을 구비하고,
    상기 도체부는, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역의 사이에 있는 경계존을 구비하고,
    상기 내열부는, 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되고, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되고,
    상기 절연체는, 상기 경계존에 대향하는 대향부분을 구비하고, 상기 대향부분 및 상기 경계존 중 적어도 일방에 오목부가 형성되며, 상기 내열부 중 적어도 일부가 상기 오목부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
    전극인 2개의 도체부와,
    상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비하고,
    상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있으며,
    상기 절연체는, 대기공간으로의 노출표면을 구비하고,
    상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 대기공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에 있는 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비하며,
    상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되고,
    상기 절연체는, 상기 경계존에 대향하는 대향부분을 구비하고, 상기 대향부분 및 상기 경계존 중 적어도 일방에 오목부가 형성되며, 상기 도체요소 중 적어도 일부가 상기 오목부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  24. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
    전극인 2개의 도체부와,
    상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비하고,
    상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있으며,
    상기 절연체는, 진공공간으로의 제1 노출표면과, 대기공간으로의 제2 노출표면을 구비하고,
    상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 진공공간으로의 제1 노출영역과, 상기 대기공간으로의 제2 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 제1 노출영역과의 사이에 있는 제1 경계존과, 상기 접합영역과 상기 제2 노출영역과의 사이에 있는 제2 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비하며,
    상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 제1 경계존, 상기 제2 경계존, 또는 이들 모두 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되고,
    상기 절연체는, 상기 제1 경계존에 대향하는 제1 대향부분과, 상기 제2 경계존에 대향하는 제2 대향부분을 구비하고, 상기 제1 대향부분 및 상기 제1 경계존 중 적어도 일방에 제1 오목부가 형성되고, 상기 제2 대향부분 및 상기 제2 경계존 중 적어도 일방에 제2 오목부가 형성되고, 상기 도체요소 중 적어도 일부가 상기 제1 오목부, 상기 제2 오목부, 또는 이들 모두에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
  25. 이온주입장치를 위한 고전압전극의 절연구조로서,
    전극인 2개의 도체부와,
    상기 2개의 도체부의 사이에 개재되는 절연체를 구비하고,
    상기 2개의 도체부는 각각 상기 절연체에 접속되어 있으며,
    상기 절연체는, 유체공간으로의 노출표면을 구비하고,
    상기 2개의 도체부의 각각은, 상기 절연체에 접하는 접합영역과, 상기 유체공간으로의 노출영역과, 상기 접합영역과 상기 노출영역과의 사이에 있는 경계존을 구비하는 도체 본체를 구비하며,
    상기 2개의 도체부 중 적어도 일방은, 상기 도체 본체에 배치되는 적어도 1개의 도체요소를 구비하고,
    상기 도체요소는, 상기 절연체의 상기 노출표면에 인접하도록 상기 경계존 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 도체부보다 고융점의 도전재료로 형성되 고,
    상기 절연체는, 상기 경계존에 대향하는 대향부분을 구비하고, 상기 대향부분 및 상기 경계존 중 적어도 일방에 오목부가 형성되며, 상기 도체요소 중 적어도 일부가 상기 오목부에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압전극의 절연구조.
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