KR102415138B1 - 개선된 이온 소스 리펠러 쉴드 - Google Patents

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Abstract

아크 챔버는 몸체에 작동 가능하게 결합된 라이너를 구비한다. 상기 라이너는 제1 표면으로부터 함입된 제2 표면 및 제1 직경을 갖는 홀을 구비한다. 상기 라이너는 상기 제2 표면으로부터 상기 제1 표면을 향해 위로 연장되어 상기 홀을 둘러싸고 제2 직경을 갖는 라이너 립을 구비한다. 전극은 샤프트와 헤드를 구비한다. 상기 샤프트는 제1 직경보다 작은 제3 직경을 갖고 상기 몸체와 상기 홀을 관통하며 환형 갭에 의해 상기 라이너로부터 전기적으로 절연된다. 상기 헤드는 제4 직경을 갖고 제3 표면으로부터 상기 제2 표면을 향해 아래로 연장되는 전극 립을 구비하는 제3 표면을 구비한다. 상기 전극 립은 상기 제2 직경과 제4 직경 사이의 제5 직경을 갖는다. 상기 라이너 립과 전극 립 사이의 간극은 라비린스 씰의 경계를 정하고 일반적으로 상기 환형 갭으로 오염 물질이 들어가는 것을 방지한다. 상기 샤프트는 질화 붕소 씰을 수용하도록 구성된 환형 그루브를 구비한다.

Description

개선된 이온 소스 리펠러 쉴드
본 출원은 2016년 4월 4일자로 출원된 "개선된 이온 소스 리펠러 쉴드(IMPROVED ION SOURCE REPELLER SHIELD)"라는 명칭의 미국 가출원 제62/317,892 호의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체가 본원에 참고로 인용된다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질화 붕소 씰의 수명을 개선하여 일반적으로 이온 소스의 가스 누출을 방지하는, 이온 소스의 리펠러를 위한 개선된 쉴드(shield)에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 불순물을 반도체에 도핑하기 위해 이온 주입이 사용된다. 이온 주입 시스템들은 n형 또는 p형 물질 도핑을 생성하거나 집적 회로의 제조 중에 패시베이션층(passivation layer)을 형성하기 위하여, 반도체 웨이퍼와 같은 작업물(workpiece)을 이온 빔으로부터의 이온으로 도핑하는 데 종종 사용된다. 이러한 빔 처리는 집적 회로의 제조 공정 중에 반도체 물질을 생성하기 위하여, 소정의 에너지 레벨에서, 그리고 제어된 농도로, 소정의 도펀트 물질의 불순물을 웨이퍼에 선택적으로 주입하는 데 종종 사용된다. 반도체 웨이퍼를 도핑하는 데 사용될 때, 상기 이온 주입 시스템은 소정의 외인성 물질을 생성하기 위해 선택된 이온 종을 작업물에 주입한다. 예를 들어, 안티몬(antimony), 비소(arsenic) 또는 인(phosphorus)과 같은 소스 재료에서 생성된 주입 이온은 "n-형" 외인성 물질 웨이퍼를 생성하는 한편, "p-형" 외인성 물질 웨이퍼는 붕소(boron), 갈륨(gallium) 또는 인듐(indium)과 같은 소스 재료에서 생성된 이온으로부터 생성된다.
통상적인 이온 주입기는 이온 소스, 이온 추출 장치, 질량 분석 장치, 빔 운반 장치 및 웨이퍼 처리 장치를 포함한다. 상기 이온 소스는 소정의 원자 또는 분자 도펀트 종의 이온을 생성한다. 이러한 이온들은 일반적으로 전극 세트인 추출 시스템에 의하여 소스에서 추출되는데, 추출 시스템은 상기 소스로부터 이온들의 흐름을 활성화하고 유도하며, 이온 빔을 형성한다. 소정의 이온들은 일반적으로 추출된 이온 빔의 질량 분산 또는 분리를 수행하는 자기 쌍극자인 질량 분석 장치에서 이온 빔과 분리 된다. 통상적으로, 일련의 포커싱 장치들을 포함하는 진공 시스템인 빔 운반 장치는 이온 빔의 소정의 특성을 유지하면서 이온 빔을 상기 웨이퍼 처리 장치로 운반한다. 마지막으로, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 핸들링 시스템을 통해 상기 웨이퍼 처리 장치로 이송 및 상기 웨이퍼 처리 장치로부터 이송되고, 이러한 웨이퍼 핸들링 시스템은 상기 이온 빔의 전방에 처리될 웨이퍼를 배치하고 상기 이온 주입기로부터 처리된 웨이퍼를 제거하기 위한 하나 이상의 로봇 암을 포함할 수 있다.
이온 소스(일반적으로 아크 이온 소스라고 함)는 이온 주입기에 사용되는 이온 빔을 생성하며 웨이퍼 처리를 위해 적절한 이온 빔으로 형상화된 이온을 생성하기 위한 가열된 필라멘트 캐소드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스펠라조 외(Sferlazzo et al.)의 미국 특허 제5,497,006호는 베이스에 의해 지지되고 이온화 전자(ionizing electrons)를 가스 유폐 챔버(gas confinement chamber) 내로 방출하기 위해 가스 유폐 챔버에 대해 위치된 캐소드를 갖는 이온 소스를 개시한다. 스펠라조 외의 미국 특허 제5,497,006호의 캐소드는 상기 가스 유폐 챔버 내로 부분적으로 연장되는 엔드캡(endcap)을 구비하는 관형 도전 몸체(tubular conductive body)이다. 필라멘트는 관형 몸체 내에 지지되고, 전자 충격을 통해 상기 엔드캡을 가열하는 전자를 방출함으로써, 이온화하는 전자(ionizing electrons)를 상기 가스 유폐 챔버 내로 열이온으로(themionically) 방출한다.
플루오르 또는 다른 휘발 부식성 종과 같은 통상적인 이온 소스는 시간이 지남에 따라 캐소드 및 리펠러 씰의 내경을 식각할 수 있고, 이에 따라 휘발성 가스가 빠져나와 리펠러 어셈블리 절연체와 같은 근처의 절연체에 손상을 입힐 수 있다. 이와 같은 누출은 이온 소스의 유용한 수명을 단축시킬 것이고, 따라서 이온 주입기의 내부 부품을 교체하기 위해 이온 주입기를 셧 다운시키는 결과를 초래한다.
따라서 본 발명은 이온 소스의 수명을 증가시키기 위한 시스템 및 장치를 제공한다. 이에 따라, 다음은 본 발명의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 발명의 광범위한 개관이 아니다. 본 발명의 주요 또는 핵심 요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하는 것으로 의도되지 않는다. 이것의 목적은 후술되는보다 상세한 설명의 서두로서 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 영역의 경계를 정하는 몸체를 구비하는 아크 챔버를 포함하는 이온 소스가 제공된다. 라이너는 기 아크 챔버의 몸체에 작동 가능하게 결합되고, 상기 라이너는 제1 표면과 제2 표면을 구비한다. 예를 들어, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 함입되어 라이너 리세스 영역의 경계를 정한다. 상기 라이너는 상기 라이너 리세스 영역 내를 관통하여 경계가 정해지는 홀을 더 포함하고, 상기 홀은 제1 직경을 갖는다. 예를 들어, 상기 라이너는 상기 제2 표면으로부터 상기 제1 표면을 향해 위쪽으로 연장되는 라이너 립을 더 포함하고, 상기 라이너 립은 상기 홀을 둘러싸고 제2 직경을 갖는다.
본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따르면, 샤프트 및 헤드를 구비하는 전극을 구비하는 이온 소스가 제공된다. 상기 샤프트는 제1 직경보다 작은 제3 직경을 갖고, 상기 샤프트는 상기 몸체 및 상기 라이너의 홀을 관통한다. 상기 샤프트는 또한 환형 갭에 의해 상기 라이너와 전기적으로 절연된다. 예를 들어, 상기 전극의 상기 헤드는 제4 직경을 갖고, 제3 표면으로부터 상기 제2 표면을 향해 아래로 연장되는 전극 립을 구비하는 제3 표면을 포함한다. 예를 들어, 상기 전극 립은 제5 직경을 갖고, 상기 제5 직경은 상기 제2 직경과 상기 제4 직경 사이이다. 이에 따라, 상기 라이너 립과 전극 립 사이의 간극은 대체적으로 라비린스 씰의 경계를 정하고 일반적으로 상기 환형 갭으로 오염 물질이 들어가는 것을 방지한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따르면, 상기 이온 소스는 질화 붕소 씰을 더 포함한다. 예를 들어, 상기 샤프트는 거기에 제6 직경을 갖는 환형 그루브를 더 포함하고, 상기 제6 직경은 상기 제3 직경보다 작다. 예를 들어, 상기 질화 붕소 씰은 상기 환형 그루브에 맞물려, 상기 아크 챔버의 상기 내부 영역을 그 외부 영역으로부터 밀봉한다. 상기 환형 그루브는 상기 라이너 립 및 전극 립과 함께 라비린스 씰의 경계를 정하며, 그 안에서 상기 환형 갭을 통한 가스 전도도를 감소시켜준다.
일 예에서, 상기 질화 붕소 씰은 상기 샤프트의 상기 환형 그루브에 맞물려, 그 안에서 상기 아크 챔버의 상기 내부 영역을 그 외부 영역으로부터 밀봉한다. 또 다른 예에서, 상기 환형 그루브는 상기 질화 붕소 씰과 상기 샤프트 사이의 씰링 표면을 부식성 가스로부터 보호한다.
또 다른 예에서, 상기 라이너 립과 상기 전극 립 사이의 간극은 대략적으로 상기 샤프트와 상기 라이너 사이의 환형 갭과 동등하다. 예를 들어, 상기 전극은 리펠러 또는 안티 캐소드를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 라비린스 씰은 상기 샤프트의 외경에 의해 경계가 정해지고, 상기 라비린스 씰은 질화 붕소 씰을 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 라비린스 씰은 일반적으로 상기 질화 붕소 씰과 관련된 영역으로의 부식성 가스의 전도도를 감소시킴으로써 상기 이온 소스와 관련된 부식성 가스로부터 상기 샤프트의 씰링 표면을 보호한다.
다른 예에서, 상기 질화 붕소 씰은 상기 라비린스 씰과 상기 아크 챔버 몸체 사이에 추가적으로 배치될 수 있고, 상기 질화 붕소 씰은 상기 아크 챔버 몸체로부터 상기 전극을 전기적으로 절연시킨다. 예를 들어, 상기 라비린스 씰은 일반적으로 상기 라비린스 씰과 관련된 영역으로의 부식성 가스의 전도도를 감소시킴으로써 상기 이온 소스와 관련된 부식성 가스로부터 상기 질화 붕소 씰과 관련된 씰링 표면을 보호한다.
본 발명의 또 다른 예식적인 측면에 따르면, 이온 주입 시스템을 위한 이온 소스와 같은 이온 소스가 제공된다. 예를 들어, 상기 이온 소스는 아크 챔버 및 가스 소스를 포함하고, 상기 가스 소스는 상기 아크 챔버의 상기 내부 영역으로 가스를 도입하도록 추가적으로 구성된다.
또 다른 예에서, 상기 이온 소스는 상기 캐소드에 대향하여 배치된 리펠러를 추가적으로 포함한다. 상기 아크 챔버로부터 이온의 추출을 위해 상기 아크 챔버 내에 아크 슬릿이 추가적으로 제공될 수 있다.
전술한 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하 충분히 설명되고 특히 청구범위에서 지적된 특징들을 포함한다. 다음 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 특정 예시적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 원리가 채용될 수 있는 다양한 방식 중 몇 가지 방식을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 몇 가지 측면에 따라 이온 소스 캐소드 쉴드를 이용하는 예시적인 진공 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 측면에 따른 이온 소스의 사시도를 도시한다,
도 3은 돌출된 립이 없는 라이너를 구비하는 아크 챔버를 보여주는 도 2의 확대도이다.
도 4는 예시적인 이온 소스 라이너의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 몇 가지 예에 따라 이온 소스 및 돌출된 립이 있는 라이너를 구비하는 아크 챔버의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 몇 가지 예에 따라 돌출된 립이 있는 라이너를 구비하는 아크 챔버를 보여주는 도 5의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 몇 가지 예에 따라 돌출된 립이 있는 라이너를 구비하는 예시적인 이온 소스를 위한 아크 챔버의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 몇 가지 예에 따라 돌출된 립이 있는 예시적인 이온 소스 라이너의 사시도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 몇 가지 예에 따라 예시적인 이온 소스 라이너의 저면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 몇 가지 예에 따라 돌출된 립이 있는 이온 소스 라이너를 보여주는 도 9의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다양한 측면에 따라 라비린스 씰이 있는 전극을 구비하는 예시적인 아크 챔버의 단면도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 몇 가지 예에 따라 돌출된 립이 있는 라이너 및 립이 있는 전극을 구비하는 아크 챔버를 보여주는 도 11의 확대도이다.
본 발명은 이온 주입 시스템 및 이와 관련된 이온 소스와 관련이 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 개선된 아크 챔버 및 상기 이온 소스와 관련된 구성 요소와 관련이 있어, 상기 이온 소스의 생산성이 개선된다.
이에 따라 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 지칭하는 것으로 사용될 수 있다. 이하에서의 설명은 단지 예시적인 것이고, 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 세밀한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나 당업자에게는 본 발명이 이러한 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명되는 실시예 또는 예시에 의해 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위 및 그 실질적 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.
또한, 도면은 본 발명의 실시예의 일부 측면을 설명하기 위해 제공되며 따라서 단지 개략도로 간주되어야 함을 유의해야 한다. 특히, 도면들에 도시된 구성요소들은 반드시 서로 축척이 일치할 필요는 없으며, 도면들에서 다양한 구성요소들의 배치는 각각의 실시예를 명확하게 이해하도록 제공되며 본 발명의 일 실시예에 따른 구현에서 다양한 구성요소의 실제 상대적인 위치를 나타내는 것으로 해석되어질 필요는 없다. 또한, 여기에 기술된 다양한 실시예 및 예시들의 특징들은 특별히 언급되지 않는 한 서로 결합될 수 있다.
다음의 설명에서, 기능 블록들, 장치들, 구성 요소들, 소자들 또는 여기서 도시되거나 설명된 다른 물리적 또는 기능적 유닛들 간의 임의의 직접적인 연결 또는 결합은 간접적인 연결 또는 결합에 의해서도 구현될 수 있다는 것 역시 이해되어야 한다. 또한, 도면들에 도시된 기능 블록들 또는 유닛들은 일 실시예에서 개별적인 특징 또는 구성 요소들로서 구현될 수 있으며, 또한 또는 대안적으로 다른 실시예에서 공통된 특징 또는 구성 요소로 전체적이거나 부분적으로 구현될 수 있음도 이해되어야 한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따르면, 도 1은 예시적인 진공 시스템(100)을 도시한다. 본 예의 진공 시스템(100)은 이온 주입 시스템(101)을 포함하지만 플라즈마 공정 시스템 또는 다른 반도체 공정 시스템과 같은 다양한 다른 유형의 진공 시스템도 고려될 수 있다. 예를 들어, 상기 이온 주입 시스템(101)은 터미널(102), 빔 라인 어셈블리(104) 및 엔드 스테이션(106)을 포함한다.
일반적으로, 터미널(102) 내의 이온 소스(108)는 전원(110)에 연결되고, 거기에 공급된 소스 가스(112, 도펀트 가스라고도 함)는 이온 빔(114, ion beam)을 형성하도록 복수의 이온으로 이온화된다. 본 실시예에서 이온 빔(114)은 빔 조향 장치(116)를 통과하여 애퍼처(118, aperture)로 나와 엔드 스테이션(106)으로 진행한다. 엔드 스테이션(106)에서, 이온 빔(114)은 작업물(120, workpiece, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼, 디스플레이 패널 등과 같은 반도체)에 충돌하는데, 상기 작업물은 척(122, chuck, 예를 들어, 정전척 또는 ESC)에 선택적으로 클램핑되거나 장착된다. 일단 작업물(120)의 격자 내에 삽입되면, 주입된 이온은 상기 작업물의 물리적 및/또는 화학적 특성을 변화시킨다. 이 때문에, 이온 주입은 반도체 장치 제조 및 금속 표면 처리뿐만 아니라 재료 과학 연구의 다양한 응용 분야에도 사용된다.
본 발명의 이온 빔(114)은 펜슬 또는 스폿 빔(pencil or spot beam), 리본 빔(ribbon beam), 주사 빔(scanned beam) 또는 이온이 엔드 스테이션(106)을 향하는 임의의 다른 형태를 취할 수 있으며, 이러한 모든 형태는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
하나의 예시적인 측면에 따르면, 엔드 스테이션(106)은 진공 챔버(126)와 같은 프로세스 챔버(124)를 포함하며, 프로세스 환경(128)은 프로세스 챔버와 관련된다. 프로세스 환경(128)은 일반적으로 프로세스 챔버(124) 내에 존재하며, 일례에서, 상기 프로세스 챔버에 결합되고 상기 프로세스 챔버를 실질적으로 배기 시키도록 구성된 진공 소스(130, 예를 들어, 진공 펌프)에 의해 생성된 진공을 포함한다. 또한, 제어기(132)가 진공 시스템(100)의 전반적인 제어를 위해 제공된다.
본 발명은 위에서 논의된 이온 주입 시스템(101)에서 이온 소스(108)의 이용을 증가시키고 휴지시간(downtime)을 감소시키도록 구성된 장치를 제공한다. 그러나, 본 발명의 장치는 CVD, PVD, MOCVD, 에칭(etching) 장비 및 다양한 다른 반도체 처리 장비와 같은 다른 반도체 처리 장비에서 구현될 수도 있으며, 이러한 모든 구현 예는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 고려된다. 본 발명의 장치는 예방 유지 보수 사이클들 사이에서 이온 소스(108)의 사용 기간을 유리하게 증가시키고, 이에 따라 시스템 진공(100)의 전체적인 생산성 및 수명을 증가시킨다.
예를 들어, 이온 소스(108, 이온 소스 챔버라고도 함)는 적절한 고온 성능을 제공하기 위해 내화 금속(W, Mo, Ta 등) 및 흑연(graphite)를 사용하여 구성될 수 있으며, 이와 같은 재료들은 일반적으로 반도체 칩 제조업체에 의해 수용되는 것이다. 소스 가스(112)는 이온 소스(108) 내에서 사용되며, 소스 가스는 성질이 전도성이거나 아닐 수도 있다. 그러나, 일단 소스 가스(112)가 깨지거나 파괴되면, 이온화된 가스 부산물은 매우 부식성일 수 있다.
소스 가스(112)의 일례는 삼플루오르화붕소(boron tri-fluoride, BF3)이며, 삼플루오르화붕소는 이온 주입 시스템 (101)에서 붕소-11(Boron-11) 또는 BF2 이온 빔을 생성하기 위한 소스 가스로서 사용될 수 있다. BF3 분자의 이온화 동안, 3개의 자유 플루오린 래디컬(free fluorine radical)이 생성된다. 몰리브덴 및 텅스텐과 같은 내화 금속은 대략 700℃의 작동 온도에서 구조적 완전성을 유지하기 위해 이온 소스 챔버(108)를 구성하거나 정렬하는데 사용될 수 있다. 그러나, 내화성 플루오린 화합물(refractory fluoride compounds)은 휘발성이며 상온에서도 매우 높은 증기압을 갖는다. 이온 소스 챔버(108) 내에 형성된 플루오린 래디컬은 텅스텐 금속(몰리브덴 또는 흑연)을 공격하고 텅스텐 헥사플루오라이드(WF6) (몰리브덴 또는 불화 탄소)를 형성한다.
Figure 112018103588727-pct00001
(1)
또는
Figure 112018103588727-pct00002
(2)
텅스텐 헥사플루오라이드는 일반적으로 뜨거운 표면에서 분해된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 이온 소스(200)에서, 텅스텐 헥사플루오라이드 또는 다른 생성물은 캐소드(204), 리펠러(206) 및 이온 소스의 아크 챔버(208)와 관련된 아크 슬릿 광학계(미도시)의 표면 등과 같은 이온 소스의 다양한 내부 구성 요소(203)의 표면(202) 상에서 분해될 수 있다. 이것은 식 (1)에 나타난 바와 같이 할로겐 사이클(halogen cycle)이라고 불리우지만, 생성된 물질은 또한 아크 슬릿 뿐만 아니라 아크 챔버(208)의 벽(210) 또는 라이너(212) 또는 다른 구성 요소 상으로 오염 물질(214, 예를 들어, 고체 상태 미립자 오염물) 형태로 침전 및/또는 다시 응축될 수 있다. 예를 들어, 라이너(212)는 아크 챔버(208)의 몸체(216)에 작동 가능하게 결합되는 교체 가능한 부재(215)를 포함하며, 라이너는 흑연 또는 다양한 다른 재료로 구성된다. 예를 들어, 교체 가능한 부재(215)는 아크 챔버(208)의 작동 기간 후에 쉽게 교체될 수 있는 마모 표면을 제공한다.
캐소드가 간접적으로 가열될 때(예를 들어, 텅스텐 또는 탄탈륨으로 구성된 캐소드) 내부 구성 요소(203) 상에 증착된 오염 물질(214)의 또 다른 소스는 캐소드(204)로부터 발생하는데, 간접적으로 가열된 캐소드는 이온 소스 플라즈마(예를 들면, 열전자 방출)를 시작하고 유지시키는데 사용된다. 예를 들어 간접적으로 가열된 캐소드(204) 및 리펠러(206)(예를 들면, 안티 캐소드) 아크 챔버(208)의 몸체(216)에 대해 음의 전위에 있고, 캐소드 및 리펠러는 모두 이온화 된 가스에 의해 스퍼터링될 수 있다. 예를 들어, 리펠러(206)는 텅스텐, 몰리브덴 또는 흑연으로 구성될 수 있다. 또한 아크 챔버(208)의 내부 구성 요소(203) 상에 증착된 오염 물질(214)의 또 다른 소스는 도펀트 물질(미도시) 자체이다. 시간이 지남에 따라, 오염 물질(214)의 이들 증착 필름은 응력을 받게 되고 이어서 박리될 수 있으며, 이에 따라 이온 소스(200)의 수명을 단축시킨다.
표면 상태는 기판과 그 위에 증착된 필름 사이에서 중요한 역할을 한다. 예를 들면, 런던분산력은 서로 당기는 반 데르 발스 힘의 주요 부분을 차지하면서 물질의 다른 부분과 관련된 일시적 쌍극자 또는 다중 극 사이의 약한 상호 작용을 설명한다. 이러한 결과는 서로 다른 금속 기판에서의 원자 및 분자 흡수에 대한 더 나은 이해를 갖는 데 중요한 함의가 있다. 운동 속도 방적식 분석을 통한 제1 원리 계산을 통합하는 다중 스케일 모델링은 1000°C에서 250-300°C로 성장 온도의 극적인 감축을 보여준다.
계면 영역 내에서 강한 원자 결합의 형성이 일어나기 어렵기 때문에, 기판 (예를 들어, 캐소드(204), 라이너(212) 및/또는 리펠러(206))과 증착된 오염 물질(214) 사이의 열팽창 계수 차이, 고출력 및 저출력 이온 빔 사이에서 전이시의 싸이클링 및 고르지 않은 플라즈마 경계 내에 있는 주입 재료의 해리는 이른 고장을 일으킬 수 있다. 이 증착물의 잔류 응력은 두 가지 유형으로 나뉜다. 하나는 필름 성장 중의 불완전함에서 비롯되고, 다른 하나는 기판과 증착된 필름 사이의 열 팽창 계수의 불일치로 인한 것이다.
오염 물질(214)의 필름 두께가 증가함에 따라, 인장 및/또는 압축 응력이 기판과의 인터페이스에서 임계 레벨에 도달할 것이고, 벗겨짐과 갈라짐이 이온 소스(200) 내에서 발생할 수 있다. 오염 물질(214)의 이와 같은 박리가 발생하면, 도 3의 부분 확대도(219)에 도시된 바와 같이, 박리된 오염 물질은 리펠러(206) 및 아크 챔버(208)의 몸체(216)의 라이너(212) 사이에 형성된 갭(218)을 통과할 수 있으며, 상기 갭은 전기적으로 바이어스된 리펠러를 아크 챔버의 몸체로부터 전기적으로 분리시킨다.
도 4는 도 2 및 도 3의 이온 소스(200) 내에 제공되는 하부 라이너(220)를 도시하는데, 상기 하부 라이너는 리세스(222) 및 홀(224)를 포함하고, 홀(224)은 도 2 및 도 3의 리펠러(206)의 샤프트(226)을 수용하도록 구성된다. 이와 같이, 필요한 갭(218)은 샤프트와 하부 라이너(220) 사이에 제공된다. 그러나 도 4의 하부 라이너(220)에서 리세스(222)는 리펠러(206)를 수용하기 위해 대체적으로 평면으로 되어 있음을 유의하여야 한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 리펠러(206)의 헤드(228)는 리펠러의 샤프트(226)와 아크 챔버(208)의 몸체(216) 사이의 갭(218)을 향한 가시선(line of sight)을 가려준다. 그러나, 오염 물질(214)의 작은 입자는 여전히 리세스(222) 내로 떨어질 수 있고 이어서 샤프트(226)와 하부 라이너(220) 사이의 갭(216)에 진입 할 수 있다. 이와 같은 오염 물질(214)은 전기 전도성을 가지고 갭(218) 내에 배치되어, 전기적으로 바이어스된 리펠러(216)를 아크 챔버(208)의 몸체(216)에 단락시킬 수 있고, 이에 따라 예정되지 않은 유지 보수 및/또는 플라즈마 불안정성이 야기되고, 이어서 이로부터 형성된 이온 빔의 품질에 영향을 미친다.
따라서, 도 5 및 도 6은 도 2 및 도 3의 이온 소스(300)와 유사한 구조 및 구성 요소를 구비하는 본 발명의 이온 소스(300)를 도시한다. 그러나 도 5 및 도 6의 이온 소스(300)는 전극(308)(예를 들면, 리펠러)과 아크 챔버의 하부 라이너 사이의 환형 갭(306)으로 이와 같은 오염 물질이 들어가는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된 하부 라이너(304)를 구비하고, 이에 따라 이온 소스의 조기 고장을 대체적으로 방지하는 예시적인 아크 챔버(302)를 포함한다.
하나의 예시적인 측면에 따르면, 아크 챔버(302)의 몸체(320)는 일반적으로 아크 챔버의 내부 영역(312)의 경계를 정한다. 또한, 하나 이상의 라이너(314)는 아크 챔버(302)의 몸체(310)에 작동 가능하게 결합되며, 하나 이상의 라이너는 아크 챔버의 내부 영역 (312)의 노출 표면(316)의 경계를 정한다. 예를 들어, 하나 이상의 라이너(314)는 적어도 하부 라이너(304)를 포함한다. 하부 라이너(304)와 관련하여 용어 "하부"가 현재 사용되고 있지만, 하부 라이너는 아크 챔버(302)의 가장 하부 위치에 위치될 필요는 없다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 노출 표면(316)은 아크 챔버(302)의 내부 영역(312) 내에서 생성된 플라즈마(미도시)에 노출되고 플라즈마를 적어도 부분적으로 유폐하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 전극(308)(예를 들면, 리펠러)은 도 7에 도시된 제1 직경(320)을 갖는 샤프트(318)를 포함하며, 샤프트는 몸체(310) 및 하부 라이너(304)를 통과한다. 전극(308)은 후술되는 바와 같이 몸체(310)와 전기적으로 절연되고, 하부 라이너(304)는 내부에 경계가 정해진 리세스(326)를 갖는 제1 표면(324)을 구비하는 플레이트(322)를 포함한다. 예를 들어, 도 8 및 도 10에 더욱 상세히 도시된 바와 같이, 리세스(326)는 그 내부에 형성된 제2 표면(328)을 구비하고, 홀(330)은 리세스를 통해 추가로 경계가 정해진다. 도 9는 하부 라이너(304)의 저면도(327)를 도시하고, 도 10은 하부 라이너의 단면(329)을 도시하며, 예를 들어, 홀(330)은 도 5 내지 도 7의 전극(308)의 샤프트(318)가 관통되도록 구성된다. 홀(330)은 도 6의 샤프트(318)의 제1 직경(320) 보다 큰 제2 직경(332)을 갖는다. 따라서, 환형 갭(306)이 플레이트(322)와 샤프트(318) 사이에 형성되어, 하부 라이너(304)로부터 샤프트를 전기적으로 절연시킨다.
본 발명에 따르면, 플레이트(322)는 제2 표면(328)으로부터 제1 표면(324)을 향해 연장되는 립(lip, 334)을 더 포함한다. 이와 같이, 립(334)은 플레이트(322)와 전극(308)의 샤프트(318) 사이의 전기적 절연을 위해 환형 갭(304)은 남겨두면서, 하부 라이너(304) 내의 리세스(326)의 홀(330)을 대체적으로 둘러싸고 있다. 따라서, 립(334)은 일반적으로 중력으로 인해 미립자 오염 물질이 환형 갭(306)으로 들어가는 것을 방지하여, 전극(308)과 아크 챔버(302)의 몸체(310) 및 하부 라이너 (304) 사이의 전기 단락을 방지한다.
일 예시에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 표면(328)은 제1 표면(324)으로부터 제1 거리(336)만큼 오목하게 되어 있다. 본 예에서, 립(334)은 제2 표면(328)으로부터 제1 표면(324)을 향해 제2 거리(338)만큼 연장된다. 본 예에서, 제1 거리(336)는 제2 거리(338)의 대략 2 배이나, 도 5 내지 도 7의 전극(308)의 설계 또는 다른 설계 기준에 따라 이와 같은 거리는 달라질 수 있다. 도 10에 도시 된 바와 같이, 제1 표면(324) 및 제2 표면(328) 중 하나 이상은 일반적으로 평면이다. 그러나, 도시되지는 않았지만, 제1 표면(324) 및 제2 표면(328) 중 하나 이상은 경사지거나 곡선 프로파일을 가질 수 있으며, 이와 같은 프로파일은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
다른 예에 따르면, 립(334)은 도 8의 홀(330)의 원주(342)에 인접한 제3 표면(340)을 포함한다. 일 예시에서, 도 10에 도시 된 바와 같이, 제3 표면(340)은 일반적으로 평면이다. 또한, 다른 예에 따르면, 리세스(326)는 도 8에 도시된 바와 같이, 홀(330)의 축(344)을 따라 보았을 때 대체로 U 자형이다.
또 다른 예에 따르면, 도 10에 도시 된 바와 같이, 립(334)은 제3 직경(346)을 갖는다. 예를 들어, 도 7의 전극(308)은 아크 챔버(302)의 바닥에 위치한 리펠러(348)(때로는 안티 캐소드로 언급됨)를 포함 할 수 있다. 예를 들어, 리펠러(348)는 아크 챔버(302)의 내부 영역(312) 내에 생성된 플라즈마(미도시)에 노출된 헤드(350)를 구비하고, 헤드는 제4 직경(352)을 가지며, 제4 직경은 도 10의 립(334)의 제3 직경(346)보다 크다.
도 5 내지 도 7의 실시예에 제공된 바와 같이, 플레이트(322)는 아크 챔버(302)의 내부 영역(312)의 하부 표면(346)의 경계를 정하고, 립(334)은 일반적으로 중력에 의해 미립자 오염 물질(348)이 환형 갭(306)으로 들어가는 것을 방지한다. 따라서, 아크 챔버(302) 내로부터 박리되는 미립자 오염 물질(348)은 일반적으로 중력으로 인해 하부 표면(346) 상에 떨어질 것이다.
리펠러(206)는 도2의 전극과 아크 챔버(208)의 몸체(216) 사이의 갭(218) 사이의 가시선을 가려주지만, 물질(214)의 작은 입자는 결국 갭(218) 내로 들어갈 수 있다. 그러나, 도 5 내지 도 7의 아크 챔버(302)의 립(334)은 일반적으로 미립자 오염 물질(348)이 갭(306)으로 들어가는 것을 방지한다. 또한, 본 발명의 립 (334)은 립의 돌출된 구조가 전도도를 감소시킴에 따라 갭(306)을 통한 공정 가스 누출을 감소시킨다. 이 휘발성이 높고 일반적으로 전도성이 있는 가스는 아크 챔버의 구성에 사용되는 임의의 절연체를 코팅하여 그 수명을 단축시킨다.
본 발명의 다른 예시적인 측면에 따르면, 도 11은 또 다른 예시적인 아크 챔버(400)를 도시한다. 도 11의 아크 챔버(400)는 많은 방식으로 도 5의 아크 챔버(302)와 유사하고, 갭(306)과 관련된 가스 전도도를 실질적으로 감소시키도록 구성된 특징들이 추가된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 아크 챔버 (400)는 아크 챔버의 내부 영역(404)을 한정하는 몸체(402)를 갖는다. 예를 들어, 아크 챔버 (400)는 아크 챔버로부터 이온을 추출하기 위한 아크 슬릿(405)을 포함한다. 라이너(406)는 아크 챔버(400)의 몸체(402)에 작동 가능하게 결합되며, 라이너는 제 1 표면(408) 및 제2 표면(410)을 갖는다. 예를 들어, 제2 표면(410)은 라이너 리세스 영역(412)의 경계를 정하는 제1 표면(408)으로부터 함입된다. 예를 들어, 도 12에서보다 상세히 도시된 바와 같이, 라이너(406)는 라이너 리세스 영역(412)에 관통 형성된 홀(414)을 구비한다. 예를 들어, 라이너(406)의 홀(414)은 제1 직경(416)을 가지며, 라이너는 제2 표면(410)으로부터 제1 표면(408)을 향해 위로 연장되는 라이너 립(418)을 더 포함한다. 라이너 립(418)은 일반적으로 홀(414)을 둘러싸고 제2 직경(420)을 갖는다.
도 11 내지 도 12의 아크 챔버(400)는 샤프트(424) 및 헤드(426)를 구비하는 전극(422)(예를 들어, 리펠러)을 더 포함하며, 샤프트는 제1 직경(416)보다 작은 제3 직경 (428)을 갖는다. 따라서, 샤프트(424)는 라이너(406) 내의 몸체(402) 및 홀(414)을 통과하고 환형 갭(430)에 의해 라이너와 전기적으로 절연된다. 예를 들어, 전극(422)의 헤드(426)는 제4 직경(432)을 가지며, 제3 표면으로부터 라이너(406)의 제2 표면(410)을 향해 하향 연장되는 전극 립(436)을 갖는 제 3 표면(434)을 포함한다. 따라서, 전극 립(436)은 제5 직경(438)을 가지며, 제5 직경은 라이너 립(418)과 관련된 제2 직경(420)과 전극(422)의 헤드(426)의 제4 직경(432) 사이에 있다. 따라서, 라이너 립(418)과 전극 립(436) 사이의 간격(440) (예를 들어, 라이너 립과 전극 립 사이의 실질적인 결합 배열)은 실질적으로 그 사이의 가스 전도도를 제한할 뿐만 아니라 일반적으로 환형 갭(430)으로 오염 물질이 들어가는 것을 들어가는 것을 방지한다. 일 예시에서, 라이너 립(418)과 전극 립(436) 사이의 간격(440)은 샤프트(424)와 라이너(406) 사이의 환형 갭(430)과 대략 동일하다.
또 다른 예에 따르면, 전극(422)의 샤프트(424)는 내부에 형성된 환형 그루브(442)를 더 포함하고, 환형 그루브는 제6 직경(444)을 가지며, 제6 직경은 샤프트의 제3 직경(428)보다 작다. 예를 들어, 환형 그루브(442)는 질화 붕소 씰(446)을 수용하도록 구성되며, 이로써 라이너 립(418) 및 전극 립(436)과 함께 환형 그루브는 일반적으로 라비린스 씰(448)을 형성하고, 이에 따라 샤프트(424)와 아크 챔버(400)의 몸체(402) 사이의 환형 갭(430) 내로의 가스 유동(예를 들면, 가스 전도도)을 감소시킨다. 일 예에서, 질화 붕소 씰(446)은 샤프트(424)의 환형 그루브(442)와 맞물려, 외부 영역(450)으로부터 아크 챔버의 내부 영역(404)을 밀봉한다. 예를 들어, 환형 그루브(442)는 이 영역으로의 부식성 가스의 전도도를 감소시킴으로써 질화 붕소 씰(446)과 샤프트(424) 사이의 씰링 표면을 부식성 가스로부터 보호한다.
통상적으로, 이온 소스에 사용되는 가스는 시간이 지남에 따라 종래의 질화 붕소 씰의 내경을 식각하여 개방시킬 수 있는 플루오르 또는 다른 휘발성 부식성 종일 수 있어, 휘발성 가스가 빠져 나와 캐소드 어셈블리 절연체와 같은 주변의 절연체를 주변의 임의의 절연체를 손상시킬 수 있다. 이와 같은 식각 및 가스 누출은 이온 소스의 유용한 수명을 단축시키고 식각되거나 손상된 부품을 대체하기 위해 전형적으로 이온 주입기의 셧다운이 발생한다.
본 발명은 본 발명에 따른 이온 소스(예를 들면, 도 1의 이온 소스(108) 또는 도 2의 이온 소스(200))의 예시적인 아크 챔버 (400)를 제공하여, 이온 소스 가스의 누출이 개선된다. 따라서, 본 발명은 씰(446)의 수명을 향상시키며, 이로써 씰은 일반적으로 이온 소스의 가스 누출을 방지한다. 전술한 바와 같이, 라이너 립(418)은 실질적으로 전극 립(436)과 결합하여 샤프트(424)와 아크 챔버 몸체(402)의 대응 홀(414) 사이의 환형 갭(430) 내로의 가스 전도도를 더욱 감소시킨다. 전극(422)(리펠러 또는 안티 캐소드로도 지칭)의 샤프트(424) 의 외경에 통합된 라비린스 씰 설계는 질화 붕소 씰(446)을 수용하여, 이 영역으로의 부식성 가스의 전도도를 감소시킴으로써 부식성 가스로부터 씰링 표면을 추가적으로 보호한다.
본 발명은 특정 실시예 또는 실시예들에 관하여 도시되고 설명되었지만, 위에서 설명된 실시예들은 본 발명의 일부 실시예들의 구현예들일 뿐이고, 본 발명의 적용은 이들 실시예들에 의해 제한되지 않음을 유의하여야 한다. 특히, 상술한 구성 요소(어셈블리, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 구성 요소를 설명하는데 사용된 용어("수단"에 대한 참조 포함)는, 달리 지시되지 않는 한, 여기서 설명된 본 발명의 실시예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 균등한 것은 아니라고 해도, 설명된 구성 요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성 요소(즉, 기능적으로 균등함)에 대응될 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 실시예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을지라도, 그러한 특징은 임의로 주어지거나 특정한 적용에 대해 바람직하고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 내부 영역의 경계를 정하는 몸체를 구비하는 아크 챔버;
    상기 아크 챔버의 몸체에 작동 가능하게 결합되는 라이너로서, 상기 라이너는 제1 표면과 제2 표면을 구비하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 함입되어 라이너 리세스 영역의 경계를 정하고, 상기 라이너는 상기 라이너 리세스 영역 내를 관통하여 경계가 정해지는 홀을 더 포함하고, 상기 홀은 제1 직경을 갖고, 상기 라이너는 상기 제2 표면으로부터 상기 제1 표면을 향해 위쪽으로 연장되는 라이너 립을 더 포함하고, 상기 라이너 립은 상기 홀을 둘러싸고 제2 직경을 갖는, 라이너; 및
    샤프트 및 헤드를 구비하는 전극으로서, 상기 샤프트는 제1 직경보다 작은 제3 직경을 갖고, 상기 샤프트는 상기 몸체 및 상기 라이너의 홀을 관통하고 환형 갭에 의해 상기 라이너와 전기적으로 절연되고, 상기 헤드는 제4 직경을 갖고, 제3 표면으로부터 상기 제2 표면을 향해 아래로 연장되는 전극 립을 구비하는 제3 표면을 포함하고, 상기 전극 립은 제5 직경을 갖고, 상기 제5 직경은 상기 제2 직경과 상기 제4 직경 사이이며, 상기 라이너 립과 전극 립 사이의 간극은 라비린스 씰의 경계를 정하고 일반적으로 상기 환형 갭으로 오염 물질이 들어가는 것을 방지하는, 전극;을 포함하되,
    질화 붕소 씰을 더 포함하고,
    상기 샤프트는 거기에 제6 직경을 갖는 환형 그루브를 더 포함하고,
    상기 제6 직경은 상기 제3 직경보다 작고,
    상기 질화 붕소 씰은 상기 환형 그루브에 맞물려, 상기 아크 챔버의 내부 영역을 그것의 외부 영역으로부터 밀봉하는, 이온 소스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 라이너 립과 상기 전극 립 사이의 간극은 상기 샤프트와 상기 라이너 사이의 환형 갭과 동등한, 이온 소스.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 샤프트는 거기에 환형 그루브를 더 포함하고, 상기 환형 그루브는 제6 직경을 갖고, 상기 제6 직경은 상기 제3 직경보다 작은, 이온 소스.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 환형 그루브는 질화 붕소 씰을 수용하도록 구성되어, 상기 환형 그루브는 상기 라이너 립 및 전극 립과 함께 라비린스 씰의 경계를 정하며, 그 안에서 상기 환형 갭을 통한 가스 전도도를 감소시키는, 이온 소스.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 질화 붕소 씰은 상기 샤프트의 상기 환형 그루브에 맞물려, 그 안에서 상기 아크 챔버의 상기 내부 영역을 그 외부 영역으로부터 밀봉하는, 이온 소스.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 환형 그루브는 상기 질화 붕소 씰과 상기 샤프트 사이의 씰링 표면을 부식성 가스로부터 보호하는, 이온 소스.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전극은 리펠러를 포함하는, 이온 소스.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 라비린스 씰은 상기 샤프트의 외경에 추가적으로 경계가 정해지고, 상기 라비린스 씰은 질화 붕소 씰을 수용하도록 구성되는, 이온 소스.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 라비린스 씰은 상기 질화 붕소 씰과 관련된 영역으로의 부식성 가스의 전도도를 감소시킴으로써 상기 이온 소스와 관련된 부식성 가스로부터 상기 샤프트의 씰링 표면을 보호하는, 이온 소스.
  10. 내부 영역의 경계를 정하는 몸체를 구비하는 아크 챔버;
    상기 아크 챔버의 몸체에 작동 가능하게 결합되는 라이너로서, 상기 라이너는 제1 표면과 제2 표면을 구비하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 함입되어 라이너 리세스 영역의 경계를 정하고, 상기 라이너는 상기 라이너 리세스 영역 내를 관통하여 경계가 정해지는 홀을 더 포함하고, 상기 홀은 제1 직경을 갖고, 상기 라이너는 상기 제2 표면으로부터 상기 제1 표면을 향해 위쪽으로 연장되는 라이너 립을 더 포함하고, 상기 라이너 립은 상기 홀을 둘러싸고 제2 직경을 갖는, 라이너; 및
    샤프트 및 헤드를 구비하는 전극으로서, 상기 샤프트는 제1 직경보다 작은 제3 직경을 갖고, 상기 샤프트는 상기 몸체 및 상기 라이너의 홀을 관통하고 환형 갭에 의해 상기 라이너와 전기적으로 절연되고, 상기 헤드는 제4 직경을 갖고, 제3 표면으로부터 상기 제2 표면을 향해 아래로 연장되는 전극 립을 구비하는 제3 표면을 포함하고, 상기 전극 립은 제5 직경을 갖고, 상기 제5 직경은 상기 제2 직경과 상기 제4 직경 사이이며, 상기 라이너 립과 전극 립 사이의 간극은 라비린스 씰의 경계를 정하고 상기 환형 갭으로 오염 물질이 들어가는 것을 방지하고, 상기 샤프트는 거기에 제6 직경을 갖는 환형 그루브를 더 포함하고, 상기 제6 직경은 상기 제3 직경보다 작은, 전극; 및
    상기 환형 그루브에 맞물려, 상기 아크 챔버의 상기 내부 영역을 그 외부 영역으로부터 밀봉하는 질화 붕소 씰; 을 포함하는, 이온 소스.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 환형 그루브는 상기 라이너 립 및 전극 립과 함께 라비린스 씰의 경계를 추가적으로 정하며, 그 안에서 상기 환형 갭을 통한 가스 전도도를 감소시키는, 이온 소스.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 환형 그루브는 상기 질화 붕소 씰과 상기 샤프트 사이의 씰링 표면을 부식성 가스로부터 보호하는, 이온 소스.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 라비린스 씰은 상기 질화 붕소 씰과 관련된 영역으로의 부식성 가스의 전도도를 감소시킴으로써 상기 이온 소스와 관련된 부식성 가스로부터 상기 샤프트의 씰링 표면을 보호하는, 이온 소스.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 라이너 립과 상기 전극 립 사이의 간극은 상기 샤프트와 상기 라이너 사이의 환형 갭과 동등한, 이온 소스.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 전극은 리펠러를 포함하는, 이온 소스.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 아크 챔버로부터 이온의 추출을 위한 아크 슬릿을 더 포함하는, 이온 소스.
  17. 아크 챔버의 몸체의 내부 영역으로부터 상기 아크 챔버의 상기 몸체의 외부 영역으로의 가스의 누출을 방지하는 장치로서, 상기 장치는,
    제1 표면과 및 제2 표면을 구비하는 라이너로서, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 함입되어 라이너 리세스 영역의 경계를 정하고, 상기 라이너는 상기 라이너 리세스 영역 내를 관통하여 경계가 정해지는 홀을 더 포함하고, 상기 홀은 제1 직경을 갖고, 상기 라이너는 상기 제2 표면으로부터 상기 제1 표면을 향해 위쪽으로 연장되는 라이너 립을 더 포함하고, 상기 라이너 립은 상기 홀을 둘러싸고 제2 직경을 갖는, 라이너; 및
    샤프트 및 헤드를 구비하는 전극으로서, 상기 샤프트는 제1 직경보다 작은 제3 직경을 갖고, 상기 샤프트는 상기 몸체 및 상기 라이너의 홀을 관통하고 환형 갭에 의해 상기 라이너와 전기적으로 절연되고, 상기 헤드는 제4 직경을 갖고, 제3 표면으로부터 상기 제2 표면을 향해 아래로 연장되는 전극 립을 구비하는 제3 표면을 포함하고, 상기 전극 립은 제5 직경을 갖고, 상기 제5 직경은 상기 제2 직경과 상기 제4 직경 사이이며, 상기 라이너 립과 전극 립 사이의 간극은 상기 샤프트와 상기 라이너 사이의 환형 갭과 동등하고 라비린스 씰의 경계를 정하고 오염 물질이 상기 환형 갭으로 들어가는 것을 방지하고, 상기 샤프트는 거기에 제6 직경을 갖는 환형 그루브를 더 포함하고, 상기 제6 직경은 상기 제3 직경보다 작은, 전극; 및
    질화 붕소 씰로서, 상기 질화 붕소 씰은 상기 환형 그루브와 맞물려, 상기 아크 챔버의 내부 영역을 그 외부 영역으로부터 밀봉하고, 상기 라비린스 씰은 상기 질화 붕소 씰과 관련된 영역으로의 부식성 가스의 전도도를 감소시킴으로써 상기 아크 챔버의 상기 내부 영역과 관련된 부식성 가스로부터 상기 샤프트의 씰링 표면을 보호하는, 질화 붕소 씰;을 포함하는, 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 아크 챔버로부터 이온의 추출을 위한 아크 슬릿을 더 포함하는, 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 전극은 리펠러를 포함하는, 장치.
  20. 삭제
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