KR102463668B1 - 절연구조 - Google Patents

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유우지 이시다
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스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

오염입자의 퇴적에 의한 절연성능의 저하를 억제하는 것이 가능한 절연구조를 제공한다.
이온주입장치의 진공영역 내부에 마련되는 전극을 다른 부재로부터 절연하여 지지하는 절연구조에 있어서, 제1 절연부재(32)는, 전극을 지지한다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)에 대한 오염입자(18)의 부착을 줄이기 위하여 제1 절연부재(32)에 끼워맞춤된다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)보다 경도가 낮은 재료로 형성된다. 제2 절연부재(34)의 외표면의 비커스경도는, 5GPa 이하이다. 제2 절연부재(34)의 굽힘강도는 100MPa 이하이다. 제2 절연부재(34)는, 질화 붕소와 다공질세라믹과 수지 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성된다.

Description

절연구조{INSULATING STRUCTURE}
본 발명은, 이온주입장치 내에 마련되는 전극에 적합한 절연구조에 관한 것이다.
이온주입장치에는, 이온원에 있어서의 이온빔을 인출하기 위한 인출전극계를 비롯하여 몇 개의 전극이 마련되어 있고, 이들 전극은 절연체에 의하여 다른 전극 또는 주위의 구조물에 지지되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 바늘형상전극과 인출전극을 구비하고 이들 전극 간에 고전압을 인가하여 이온을 발생하는 이온원이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 평2-72544호
본 발명자는, 이온주입장치에 마련되는 전극의 절연구조에 대하여 이하의 인식을 얻었다.
전극의 절연구조는, 원하는 강도로 전극을 지지하면서, 전극과 다른 부재의 사이의 절연성능을 확보하는 것이 가능한 절연체를 구비하는 것이 바람직하다. 이온주입장치에서는, 이온빔의 원료나 이온원의 구성에 따라서는, 도전성을 갖는 오염입자가 이온빔과 함께 인출되어, 인출전극계의 절연체의 표면에 퇴적되는 것으로 생각된다. 오염입자가 퇴적되면, 절연체의 표면에 도전로(導電路)가 형성되고, 절연성능이 저하되어 이온주입장치의 정상적인 운전이 방해될 가능성이 있다. 오염입자가 대량으로 생성되는 경우에는, 당해 절연구조의 메인터넌스를 높은 빈도로 행할 것이 요구되어, 이온주입장치의 가동률이 저하되는 한 요인이 될 수 있다. 이와 같은 과제는, 인출전극계의 절연구조에 한정되지 않고, 이온주입장치 내에 마련되는 다른 종류의 전극의 절연구조에 대해서도 발생할 수 있다.
이들로부터, 본 발명자는, 이온주입장치에 마련되는 전극의 절연구조에 대해서는, 전극의 지지강도를 유지하면서, 오염입자의 퇴적에 의한 절연성능의 저하를 억제하는 관점에서 개선해야 할 여지가 있는 것을 인식했다.
본 발명은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 전극의 지지강도를 유지하면서, 오염입자의 퇴적에 의한 절연성능의 저하를 억제하는 것이 가능한 절연구조를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 절연구조는, 이온주입장치의 진공영역 내부에 마련되는 전극을 다른 부재로부터 절연하여 지지하는 절연구조이며, 전극을 지지하는 제1 절연부재와, 제1 절연부재에 대한 오염입자의 부착을 줄이기 위하여 제1 절연부재에 끼워맞춤되는 제2 절연부재를 구비한다. 제2 절연부재는, 제1 절연부재보다 경도가 낮은 재료로 형성된다.
이 양태에 의하면, 절연구조에 있어서, 제2 절연부재를 끼워맞춤함으로써, 제1 절연부재에 대한 오염입자의 부착을 줄일 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극의 지지강도를 유지하면서, 오염입자의 퇴적에 의한 절연성능의 저하를 억제하는 것이 가능한 절연구조를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 절연구조를 구비하는 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 이온원장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 인출전극부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 비교예에 관한 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 있어서의 서프레션전류를 예시하는 그래프이다.
도 7은 제1 변형예에 관한 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 제2 변형예에 관한 절연구조가 적용된 P렌즈의 렌즈전극 주변을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 9는 제2 변형예에 관한 절연구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
본 발명자는, 이온주입장치의 내부에 마련되는 전극의 절연구조에 대하여 고찰하여, 이하와 같은 인식을 얻었다.
이온주입장치의 내부에는, 이온을 인출하기 위한 인출전극계나, 인출된 이온빔을 평행화하기 위한 렌즈전극계나, 이온빔을 편향하기 위한 편향전극계 등에 각각 복수의 전극이 마련된다. 이들 전극은, 이온주입장치 내의 이온빔의 진행경로 내 또는 그 근방에 마련되는 것이 일반적이다. 이들 전극은, 예를 들면, 0.5kV~5kV(또는 그 이상)의 고전압이 인가되기 때문에, 절연체에 의하여 다른 전극 또는 주위의 구조물로부터 절연된 상태로 지지되어 있다. 또, 렌즈전극계, 가속/감속전극계, 편향전극계 등의 전극에서는, 인출전극계보다 더 높은 고전압이 인가되는 경우도 있을 수 있다. 이온주입장치 내에서는, 이온빔이 인출될 때에, 도전성을 갖는 오염입자가 인출되는 경우가 있다.
특히, 이온소스가스로서 BF3 등의 부식성 또는 반응성을 갖는 가스를 사용하면, 아크챔버의 내벽의 그래파이트나, 인출전극부(서프레션전극, 그라운드전극, 각 전극의 지지부재 등)의 그래파이트와 작용함으로써, 오염입자가 퇴적되기 쉽다. 그라운드전극과 서프레션전극의 사이를 절연하는 절연체의 표면에 오염입자가 퇴적되면, 절연체의 표면에 도전로가 형성되고 절연성능이 저하되어, 그라운드전극으로부터 서프레션전극으로의 누설전류가 증가한다. 누설전류가 증가하면, 이온주입장치의 정상적인 동작을 저해할 우려가 있기 때문에, 누설전류가 일정값을 초과한 경우에, 전극의 메인터넌스를 행한다. 메인터넌스빈도를 줄이기 위하여 절연체로서 저강도의 재료를 이용하여, 퇴적물에 의한 도전로의 형성을 억제하는 구성도 생각할 수 있지만, 전극을 지지할 만한 기계적강도가 얻어지지 않을 우려가 있다.
이들로부터, 본 발명자는, 오염입자의 퇴적에 의한 절연성능의 저하가, 이온주입장치의 메인터넌스빈도를 증가시켜, 그 가동률을 저하시키는 요인이 될 수 있는 것을 인식했다.
따라서, 본 발명자는, 전극의 지지강도를 유지하면서, 전극을 절연하는 절연체에 대한 오염입자의 부착을 줄이기 위하여, 강도가 높은 절연체에, 경도가 낮고 부서지기 쉬운 재료로 형성된 다른 절연체를 끼워맞춤하는 구성을 고안해냈다. 다른 절연체의 기계적강도를 약하게 함으로써, 오염입자가 다른 절연체에 퇴적된 경우에 미소방전이 발생하면, 이 미소방전에 의한 충격 등에 의하여 다른 절연체의 표면에 미소한 변형 또는 손상을 주어, 오염입자와 함께 제거하는 것이 가능해진다. 즉, 다른 절연체에 의하여 오염입자의 자기제거기능이 발휘되는 것이 기대된다.
실시형태는 이와 같은 생각에 근거하여 고안된 것으로, 이하에 그 구체적인 구성을 설명한다.
이하, 본 발명을 적합한 실시형태를 근거로 하여 각 도면을 참조하면서 설명한다. 실시형태, 비교예 및 변형예에서는, 동일 또는 동등한 구성요소, 부재에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하여, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또, 각 도면에 있어서의 부재의 치수는, 이해를 용이하게 하기 위하여 적절히 확대, 축소하여 나타난다. 또, 각 도면에 있어서 실시형태를 설명함에 있어서 중요하지 않은 부재의 일부는 생략하여 표시한다.
또, 제1, 제2 등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소를 설명하기 위하여 이용되지만, 이 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별할 목적으로만 이용되며, 이 용어에 의하여 구성요소가 한정되는 것은 아니다.
[실시형태]
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 절연구조(30)를 구비하는 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 특정한 물체로 한정하는 것을 의도하지 않는다.
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 걸쳐 이온빔(B)을 조사하도록 구성되어 있다.
이온원장치(102)는, 이온빔(B)을 빔라인장치(104)에 부여하도록 구성되어 있다. 이온원장치(102)는, 이온원(112)과, 이온원(112)으로부터 이온빔(B)을 인출하기 위한 인출전극부(114)를 구비한다. 또, 이온원장치(102)는, 이온원(112)에 대한 인출전극부(114)의 위치 및/또는 방향을 조정하기 위한 인출전극구동기구(115)를 구비한다. 이온원장치(102)에 대해서는 후술한다.
빔라인장치(104)는, 이온원장치(102)로부터 주입처리실(106)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 이온원장치(102)의 하류에는 질량분석장치(108)가 마련되어 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 한다. 빔라인장치(104)는 예를 들면, 빔주사장치(110)와, 평행화렌즈(이하, P렌즈라고 함)(104b)와, 가속/감속전극(104d)과, 각도에너지필터(104f)를 구비해도 된다. 빔주사장치(110)는, 이온빔(B)에 전기장과 자기장 중 적어도 하나를 인가함으로써 이온빔(B)을 주사한다.
P렌즈(104b)는, 렌즈전극(104c)을 포함하고, 렌즈전극(104c)에 고전압을 인가함으로써, 이온빔(B)에 전기장을 인가하여, 빔주사장치(110)에 의하여 주사된 이온빔(B)을 평행화한다. 가속/감속전극(104d)은, 이온빔(B)을 가속 또는 감속하여 각도에너지필터(104f)로 보낸다. 각도에너지필터(104f)에서는, 편향전극(104g)을 포함하고, 편향전극(104g)에 고전압을 인가함으로써, 이온빔(B)에 전기장을 인가하여 편향시키고, 소정의 에너지를 갖는 이온만을 기판(W)에 조사시킨다. 이와 같이 하여, 빔라인장치(104)는, 기판(W)에 조사되어야 할 이온빔(B)을 주입처리실(106)로 공급한다. 또한, 도 1에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위하여, 각 부재의 치수는 실제의 비율과는 다르게 표시되어 있다. 다른 도면에 대해서도 동일하다.
주입처리실(106)은, 1 또는 복수 매의 기판(W)을 지지하는 물체지지부(107)를 구비한다. 물체지지부(107)는, 이온빔(B)에 대한 상대이동인 메커니컬스캔을 필요에 따라 기판(W)에 제공하도록 구성되어 있다.
또, 이온주입장치(100)는, 이온원장치(102), 빔라인장치(104), 및 주입처리실(106)에 원하는 진공환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.
(이온원장치)
도 2는, 절연구조(30)를 구비하는 이온원장치(102)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온원장치(102)는, 이온원(112) 및 인출전극부(114)를 수용하기 위한 이온원진공용기(116)를 구비한다. 여기에서 도시되는 이온원(112)은 방열형(傍熱型) 캐소드이온원이지만, 본 발명이 적용 가능한 이온원은 이 특정한 방열형 캐소드이온원에는 한정되지 않는다.
플라스마생성부인 아크챔버(7)에는 2개의 캐소드(13)가 마련되어 있다. 일방의 캐소드(13)는 아크챔버(7)의 상부에 배치되고, 타방의 캐소드(13)는 아크챔버(7)의 하부에 배치되어 있다. 캐소드(13)는, 캐소드캡(1) 및 필라멘트(3)를 구비한다. 캐소드캡(1)과 필라멘트(3)는, 아크챔버(7)의 자기장방향에 대칭으로 배치되어 있다. 캐소드캡(1)은 서멀브레이크(9)에 의하여 지지되어 있다. 서멀브레이크(9)의 주위에는 캐소드리펠러(8)가 마련되어 있다. 또, 아크챔버(7)의 일측에 가스도입구(12)가 마련되고, 가스도입구(12)에 대면하는 타측에 인출개구(10)가 형성되어 있다.
플라스마생성부의 내벽인 라이너(16)가, 아크챔버(7)에 마련되어 있다. 라이너(16)는, 탄소를 포함하는 재료, 예를 들면, 탄소재료(예를 들면, 그래파이트, 유리상 탄소 등)로 형성되어 있다. 아크챔버(7)의 내면의 전부(또는 적어도 일부)가 라이너(16)에 의하여 피복되어 있다. 이로써, 이온빔의 금속오염을 저감할 수 있다. 라이너(16)는, 아크챔버(7)의 내측의 형상을 따르도록 몇 개의 부분으로 분할되어 성형되어 있고, 끼워넣음에 의하여 아크챔버(7)의 내벽에 장착된다.
이온원(112)은, 아크챔버(7)에 인출전압을 인가하기 위한 인출전원(도시하지 않음)을 구비한다. 또, 이온원(112)은, 필라멘트(3)를 위한 필라멘트전원 및, 캐소드(13)를 위한 캐소드전원을 구비한다(모두 도시하지 않는다).
(인출전극부)
인출전극부(114)는, 서프레션전극인 제1 전극(20)과, 그라운드전극인 제2 전극(22)을 포함하는 복수의 전극을 구비한다. 제1 전극(20) 및 제2 전극(22)은, 예를 들면, 스테인리스강, 그래파이트, 몰리브데넘, 또는 텅스텐으로 형성되어 있다. 제1 전극(20) 및 제2 전극(22)에는 각각, 도시되는 바와 같이, 인출개구(10)에 대응하는 개구가 이온빔(B)을 통과시키기 위하여 마련되어 있다. 이들 개구는 예를 들면, 상하로 긴 구멍형상을 갖는다.
제1 전극(20)은, 서프레션전원(24)에 접속되어 있다. 서프레션전원(24)은, 제2 전극(22)에 대하여 제1 전극(20)에 0.5~5kV 정도의 음전위를 인가하기 위하여 마련되어 있다. 서프레션전원(24)을 통하여 제1 전극(20)은 접지되어 있고, 제1 전극(20)으로부터 접지전위로의 전류경로에는 서프레션전류계(26)가 마련되어 있다. 제2 전극(22)은 접지되어 있다.
서프레션전류계(26)는, 제1 전극(20)과 접지전위의 사이의 전자의 흐름인 서프레션전류(I)를 감시하기 위하여 마련되어 있다. 서프레션전류(I)는, 절연부의 표면에 오염입자가 퇴적되어 절연성능이 저하됨으로써 누설되는 전류를 포함한다. 따라서, 이온빔(B)이 정상적으로 인출되었을 때, 서프레션전류(I)는 충분히 작다. 서프레션전류(I)에는 미리 소정 제한값(예를 들면, 15mA)이 설정되어 있어, 이 제한값을 초과하는 서프레션전류(I)가 검출되면, 이온원(112)의 운전이 정지된다. 이 경우, 예를 들면, 아크챔버(7) 및/또는 인출전극부(114)로의 고전압의 인가를 정지시키고, 장치의 메인터넌스가 행해진다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에 관한 인출전극부(114)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 제1 전극(20)과 제2 전극(22)의 절연을 위한 절연구조(30)가 제1 전극(20)과 제2 전극(22)의 사이에 마련되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 절연구조(30)는, 이온빔(B)의 진행로를 둘러싸도록 둘레방향에 복수(예를 들면, 4개) 배치되어도 된다. 도 4는, 본 발명의 실시형태에 관한 절연구조(30)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
(절연구조)
절연구조(30)는, 제1 절연부재(32)와, 제2 절연부재(34)와, 보호부재(70, 72)를 구비한다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)에 대한 오염입자(18)의 부착을 줄이기 위한 절연부재이며, 제1 절연부재(32)에 끼워맞춤된다. 보호부재(70, 72)는, 제2 절연부재(34)를 오염입자(18)로부터 보호하기 위한 부재이다. 보호부재(70, 72)는, 예를 들면, 제2 절연부재(34)의 적어도 일부를 커버하는 커버부재이다. 보호부재(70, 72)에 대해서는 후술한다.
(제1 절연부재)
제1 절연부재(32)는, 제1 전극(20)을 제2 전극(22)에 지지하기 위하여 마련되는 절연부재이다. 제1 절연부재(32)는, 제1 전극(20)과 제2 전극(22)의 사이에 설치되어, 제1 전극(20)과 제2 전극(22)을 절연함과 함께 기계적으로 연결하고 있다. 제1 절연부재(32)는, 제1 전극(20) 및 제2 전극(22)를 지지할 수 있을 정도의 기계적강도를 구비하는 것이 바람직하다. 제1 절연부재(32)는, 제2 절연부재(34)보다 기계적강도가 우수한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 절연부재(32)는, 예를 들면, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 질화 알루미늄, 질화 규소 또는 스테아타이트와 같은 고강도의 세라믹으로 형성되어 있어도 된다. 제1 절연부재(32)를 형성하는 재료는, 복수의 재료의 혼합물 또는 복합재료여도 된다.
제1 절연부재(32)는, 다양한 형상으로 형성할 수 있다. 실시형태의 제1 절연부재(32)는, 일례로서 원통형상으로 형성되는 원통부(32b)를 포함한다. 제1 절연부재(32)의 원통부(32b)는, 원통형상의 외주면(32e)과, 외주면(32e)의 양단부에 마련된 단부면(32c, 32d)과, 단부면(32c, 32d)으로부터 축방향으로 파인 체결오목부(32f, 32g)를 갖는다. 제1 절연부재(32)의 단부면(32c)에는, 보호부재(70)를 사이에 두고 제1 전극(20)이 고정된다. 체결부재(51)가, 제1 전극(20) 및 보호부재(70)를 관통하여 체결오목부(32f)에 체결된다. 제1 절연부재(32)의 단부면(32d)에는, 보호부재(72)를 사이에 두고 제2 전극(22)이 고정된다. 체결부재(53)가, 제2 전극(22) 및 보호부재(72)를 관통하여 체결오목부(32g)에 체결된다. 이와 같이 구성함으로써, 제1 전극(20)은 제2 전극(22)에 지지된다.
(제2 절연부재)
제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)에 대한 오염입자(18)의 부착을 줄이기 위하여 제1 절연부재(32)에 끼워맞춤되는 부재이다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)보다 기계적강도가 뒤떨어지는 재료로 형성되어도 된다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)보다 오염입자(18)의 퇴적이 적은 재료로 형성되어도 된다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)보다, 오염입자(18)가 미소방전에 의하여 제거되기 쉬워, 도전로가 형성되기 어려운 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)보다 경도가 낮은 재료로 형성되어도 된다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)보다 부서지기 쉬운 것이 바람직하다. 예를 들면, 제2 절연부재(34)의 외표면의 비커스경도는, 5GPa 이하여도 된다. 일례로서, 제2 절연부재(34)의 굽힘강도는 100MPa 이하여도 된다.
제2 절연부재(34)는, 예를 들면, 질화 붕소와 다공질세라믹과 수지 중 적어도 하나를 포함하도록 해도 된다. 다공질세라믹이란, 예를 들면, 다공질알루미나, 다공질실리카유리, 또는 다공질지르코니아 등을 포함한다. 제2 절연부재(34)를 형성하는 수지로서는, 150℃ 이상의 고온에 견디는 것이 바람직하고, 예를 들면, 불소계의 수지 등을 이용할 수 있다. 실시형태의 제2 절연부재(34)는, 질화 붕소로 형성되어 있다.
제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)에 끼워맞춤 가능하면 형상에 특별한 제한은 없다. 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)의 적어도 일부를 에워싸는 통형상의 부분을 포함해도 된다. 실시형태의 제2 절연부재(34)는, 일례로서 중공의 원통형상으로 형성된다. 제2 절연부재(34)는, 중공의 통형상부(34b)를 포함한다. 통형상부(34b)는, 통형상부(34b)의 양단부에 마련되는 단부면(34c, 34d)과, 외주면(34e)과, 내주면(34f)을 갖는다. 통형상부(34b)는, 제1 절연부재(32)의 원통부(32b)의 외주면(32e)을 에워싼다.
통형상부(34b)의 내주면(34f)과 제1 절연부재(32)의 외주면(32e)의 간극이 너무 크면, 외주면(32e)에 오염입자(18)가 침입하여 제1 절연부재(32)의 절연성능을 저하시킬 우려가 있다. 이로 인하여, 내주면(34f)과 외주면(32e)의 반경간극은 1mm 이하로 설정해도 된다. 이 경우, 오염입자(18)의 침입을 줄일 수 있다. 내주면(34f)과 외주면(32e)의 간극이 너무 작으면, 열팽창에 의하여 간극이 작아져, 제1 절연부재(32)와 제2 절연부재(34)에 불필요한 스트레스를 줄 우려가 있다. 이로 인하여, 내주면(34f)과 외주면(32e)의 반경간극은, 사용온도범위에 있어서의 열팽창에 의한 형상변화를 흡수할 수 있는 범위에서, 가능한 한 작게 설정되는 것이 바람직하다. 실시형태에서는, 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)에 대하여 여유를 갖고 끼워맞춤된다. 제2 절연부재(34)와 제1 절연부재(32)의 여유는, 예를 들면, 0.2mm 이상이어도 된다.
제2 절연부재(34)는, 단부면(34c)이 보호부재(70)에 맞닿고, 단부면(34d)이 보호부재(72)에 맞닿는다. 즉, 제2 절연부재(34)는, 보호부재(70, 72)를 통하여 제1 전극(20) 및 제2 전극(22)에 사이에 끼워진 상태로 지지된다. 이로 인하여, 제2 절연부재(34)의 단부면(34c)으로부터 단부면(34d)까지의 축방향거리는, 제1 절연부재(32)의 단부면(32c)으로부터 단부면(32d)까지의 축방향거리보다 약간 작게 설정되어 있다.
(보호부재)
보호부재(70, 72)는, 제2 절연부재(34)의 적어도 일부를 오염입자(18)로부터 보호하기 위한 커버부재이다. 보호부재(70)는, 제2 절연부재(34)의 제1 전극(20)에 가까운 부분을 둘러싸고, 제1 전극(20)에 지지되어 있다. 보호부재(72)는, 제2 절연부재(34)의 제2 전극(22)에 가까운 부분을 둘러싸고, 제2 전극(22)에 지지되어 있다. 보호부재(70) 및 보호부재(72)는, 도전성을 갖는 재료(예를 들면, 스테인리스강, 그래파이트, 몰리브데넘, 또는 텅스텐)로 형성되어 있다.
보호부재(70)는, 제2 절연부재(34)를 에워싸는 것이 가능하면 형상에 특별한 제한은 없다. 실시형태에서는, 보호부재(70)는, 제2 절연부재(34)를 둘러싸는 대략 원통형상의 원통부(70b)와, 원통부(70b)로부터 반경방향에 내향으로 뻗어있는 원반부(70c)를 포함하는, 대략 컵형상의 부재이다. 원반부(70c)의 중앙부근에는, 체결부재(51)가 통과하는 관통구멍(70d)이 마련된다. 원반부(70c)는, 제1 절연부재(32)의 단부면(32c)과 제1 전극(20) 사이에 끼워져 고정된다.
보호부재(72)는, 제2 절연부재(34)를 에워싸는 것이 가능하면 형상에 특별한 제한은 없다. 실시형태에서는, 보호부재(72)는, 제2 절연부재(34)를 둘러싸는 대략 원통형상의 원통부(72b)와, 원통부(72b)로부터 반경방향에 내향으로 뻗어있는 원반부(72c)를 포함하는, 대략 컵형상의 부재이다. 원반부(72c)의 중앙부근에는, 체결부재(53)가 통과하는 관통구멍(72d)이 마련된다. 원반부(72c)는, 제1 절연부재(32)의 단부면(32d)과 제2 전극(22) 사이에 끼워져 고정된다. 보호부재(72)의 원통부(72b)는, 제2 절연부재(34)를 간극을 통하여 에워싸는 부분을 포함하고, 보호부재(70)의 원통부(70b)는, 원통부(72b)를 간극을 통하여 에워싸는 부분을 포함한다. 즉, 원통부(72b)는, 원통부(70b)보다 소경으로 형성된다.
다음으로, 실시형태에 관한 절연구조(30)의 서프레션전류(I)의 일례에 대하여 설명한다. 여기에서는, 비교예의 절연구조(300)와 비교하여 설명한다. 도 5는, 비교예에 관한 절연구조(300)를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 4에 대응한다. 절연구조(300)는, 제2 절연부재(34)를 구비하지 않는 점에서 절연구조(30)와 다르며, 그 외의 구성은 절연구조(30)와 동일하다. 도 6은, 절연구조(30) 및 비교예의 절연구조(300)의 서프레션전류(I)를 예시하는 그래프이다. 도 6은, 이온주입장치(100)가 가동개시한 후의 경과시간을 가로축에 나타내고, 서프레션전류(I)를 세로축에 나타낸다. 도 6에 있어서, 그래프 30A는 절연구조(30)의 서프레션전류(I)의 변화를 나타내고, 그래프 300B는 비교예의 절연구조(300)의 서프레션전류의 변화를 나타내고 있다.
제2 절연부재(34)를 구비하지 않은 비교예에서는, 그래프 300B에 나타내는 바와 같이, 서프레션전류는, 가동개시부터 시간의 경과에 따라 서서히 증가하여, 20시간~24시간의 사이에 제한값인 15mA를 초과하고 있다. 따라서, 비교예에서는, 20시간~24시간에서 이온주입장치(100)를 정지시키고, 장치의 메인터넌스가 행해진다. 제2 절연부재(34)를 구비하는 절연구조(30)에서는, 그래프 30A에 나타내는 바와 같이, 서프레션전류(I)는, 1mA 정도에서 거의 변화하지 않고, 계속해서 7일간 가동시킨 결과에서도, 제한값인 15mA를 초과한 경우는 없었다. 따라서, 실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 장치의 메인터넌스의 빈도를 줄일 수 있다.
다음으로, 이와 같이 구성된 절연구조(30)의 작용·효과를 설명한다.
실시형태에 관한 절연구조(30)는, 이온주입장치의 진공영역 내부에 마련되는 전극을 다른 부재로부터 절연하여 지지하는 절연구조이며, 제1 전극(20)을 지지하는 제1 절연부재(32)와, 제1 절연부재(32)에 대한 오염입자의 부착을 줄이기 위하여 제1 절연부재(32)에 끼워맞춤되는 제2 절연부재(34)를 구비하고, 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)보다 경도가 낮은 재료로 형성된다. 제1 절연부재(32)는, 제2 절연부재(34)로 덮여 있기 때문에 오염입자(18)의 퇴적을 억제할 수 있다. 제2 절연부재(34)는, 경도가 낮은 재료로 형성되어 있기 때문에, 퇴적된 오염입자(18)가 미소방전에 의하여 제거되기 쉬워, 오염입자(18)가 부착되어도, 절연성능의 저하가 억제된다. 제1 절연부재(32)는 기계적강도가 우수한 재료로 형성되기 때문에, 제1 전극(20)은 강고하게 지지된다. 또, 제2 절연부재(34)의 소재의 사용량을 줄여 비용증가를 억제할 수 있다. 또한 그래파이트로부터 직접적으로 발생하는 오염입자에 한정되지 않고, 벽면이 스퍼터됨으로써 이차적으로 방출되는 오염입자나, 화학적인 반응에 의하여 생성되는 오염입자에 대해서도 절연성능의 저하를 억제할 수 있다. 이들로부터, 전극을 지지하는 기계적강도를 확보하면서, 전극의 절연을 장시간 유지하는 것이 가능하게 되고, 메인터넌스빈도가 낮아져, 가동률 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 제2 절연부재(34)의 외표면의 비커스경도는, 5GPa 이하이다. 이 구성에 의하면, 제2 절연부재(34)의 비커스경도가 5GPa를 초과하는 경우와 비교하여, 오염입자(18)가 미소방전에 의하여 제거되기 쉬워, 오염입자(18)가 부착되어도, 절연성능의 저하를 억제할 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 제2 절연부재(34)의 굽힘강도는 100MPa 이하이다. 이 구성에 의하면, 제2 절연부재(34)의 굽힘강도가 100MPa를 초과하는 경우와 비교하여, 오염입자(18)가 미소방전에 의하여 제거되기 쉬워, 오염입자(18)가 부착되어도, 절연성능의 저하를 억제할 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 제2 절연부재(34)는, 질화 붕소와 다공질세라믹과 수지 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성된다. 이 구성에 의하면, 제2 절연부재(34)의 외표면의 경도를 부드럽게 할 수 있으므로, 오염입자(18)가 미소방전에 의하여 제거되기 쉬워, 오염입자(18)가 부착되어도, 절연성능의 저하를 더 억제할 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)의 적어도 일부를 에워싸는 통형상의 부분을 포함하고, 통형상의 부분과 제1 절연부재(32)의 사이의 간극은, 1mm 이하이다. 이 구성에 의하면, 제2 절연부재(34)와 제1 절연부재(32)의 사이의 간극이 1mm를 초과하는 경우와 비교하여, 이 간극에 대한 오염입자(18)의 침입을 줄일 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 제2 절연부재(34)는, 제1 절연부재(32)에 대하여 여유를 갖고 끼워맞춤된다. 이 구성에 의하면, 여유를 갖지 않는 경우에 비하여, 열팽창에 의한 형상변화의 영향을 용이하게 흡수할 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 여유는 0.2mm 이상이다. 이 구성에 의하면, 여유가 0.2mm 미만인 경우에 비하여, 열팽창에 의한 형상변화의 영향을 더 용이하게 흡수할 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 제2 절연부재(34)를 오염입자로부터 보호하기 위하여, 제2 절연부재(34)의 적어도 일부를 에워싸는 보호부재(70, 72)를 구비한다. 이 구성에 의하면, 보호부재(70, 72)를 구비하지 않는 경우와 비교하여, 제2 절연부재(34)에 날아오는 오염입자를 줄여, 절연성능의 저하를 더 억제할 수 있다.
실시형태에 관한 절연구조(30)에서는, 제1 절연부재(32) 및 제2 절연부재(34)는, 플라스마생성부로부터 이온빔을 인출하기 위한 복수의 전극인 제1 전극(20)과 제2 전극(22)의 사이에 마련된다. 이 구성에 의하면, 기계적강도가 우수한 제1 절연부재(32)에 의하여, 제1 전극(20)과 제2 전극(22)을 강고하게 연결하여, 제2 절연부재(34)에 부착된 오염입자는 미소방전에 의하여 제거되기 때문에, 제1 전극(20)과 제2 전극(22)의 사이의 절연성능을 장기간 유지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태를 근거로 하여 설명했다. 이들 실시형태는 예시이며, 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 특허청구의 범위 내에서 가능한 것, 또 그러한 변형예 및 변경도 본 발명의 특허청구의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다. 따라서, 본 명세서에서의 기술 및 도면은 한정적이 아니고 예증적으로 다루어져야 할 것이다.
이하, 변형예에 대하여 설명한다. 변형예의 도면 및 설명에서는, 실시형태와 동일 또는 동등한 구성요소, 부재에는, 동일한 부호를 붙인다. 실시형태와 중복되는 설명을 적절히 생략하고, 실시형태와 상위한 구성에 대하여 중점적으로 설명한다.
(제1 변형예)
실시형태에서는, 제2 절연부재(34)가, 축방향으로 일체로 형성되는 예에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 제2 절연부재는, 분리 가능한 복수의 부분을 포함하고, 복수의 부분은, 제1 절연부재(32)의 각각 다른 개소에 끼워맞춤되어도 된다. 즉, 제2 절연부재는, 복수의 피스로 구성할 수 있다. 도 7은, 제1 변형예에 관한 절연구조(304)를 설명하는 측면도이며, 도 4에 대응한다. 절연구조(304)는, 제2 절연부재(34) 대신에 제2 절연부재(36)를 구비한다. 제2 절연부재(36)는, 축방향으로 2개의 부분(36b)과 부분(36c)으로 나누어져 있고, 각각의 부분이, 제1 절연부재(32)에 끼워맞춤되어 있다.
부분(36b)과 부분(36c)의 사이에는 기계적인 구속은 없다. 그 때문에, 부분(36b)과 부분(36c)은 서로 약간 이동할 수 있다. 제1 변형예에 관한 절연구조(304)는, 실시형태에 관한 절연구조(30)와 동일한 작용·효과를 나타낸다.
(제2 변형예)
실시형태에서는, 본 발명에 관한 절연구조가 인출전극부(114)의 2개의 전극 사이에 적용되는 예에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 관한 절연구조는, 이온주입장치의 진공영역 내부에 마련되는 전극을 다른 부재로부터 절연하여 지지하는 절연구조에 적용할 수 있다. 특히, 전극을, 진공환경을 포위하는 벽부로부터 절연하여 지지하는 절연구조에 적용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 관한 절연구조는, P렌즈(104b)의 렌즈전극(104c)과, 가속/감속전극(104d)과, 각도에너지필터(104f)의 편향전극(104g)의 일부 또는 전부에 적용할 수 있다. 일례로서, 본 발명에 관한 절연구조를, P렌즈의 렌즈전극(104c)에 적용한 제2 변형예에 관한 절연구조(306)에 대하여 설명한다. 도 8은, 제2 변형예에 관한 절연구조(306)가 적용된 P렌즈의 렌즈전극(104c) 주변을 개략적으로 나타내는 도이다. 도 9는, 제2 변형예에 관한 절연구조(306)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
P렌즈의 렌즈전극(104c)은, 빔라인장치(104)의 진공환경을 포위하는 벽부(42)에 레일(105b)을 통하여 마련된 가대(架台)(105c) 상에 배치된다. 절연구조(306)는, 이온주입장치의 진공영역 내부에 마련되는 렌즈전극(104c)을 가대(105c)로부터 절연하여 지지한다. 절연구조(306)는, 렌즈전극(104c)을 지지하는 제1 절연부재(38)와, 제1 절연부재(38)에 대한 오염입자(18)의 부착을 줄이기 위하여 제1 절연부재(38)에 끼워맞춤되는 제2 절연부재(40)를 구비한다. 제1 절연부재(38)는, 체결부재(105d)에 의하여 가대(105c)에 고정된다. 체결부재(105d)는, 예를 들면, 가대(105c)를 관통하여 제1 절연부재(38)의 중심 부근에 마련된 오목부에 결합되어도 된다. 제1 절연부재(38)는, 체결부재(105e)에 의하여 렌즈전극(104c)에 고정된다. 체결부재(105e)는, 예를 들면, 렌즈전극(104c) 및 제1 절연부재(38)에 마련된 오목부에 각각 결합되어도 된다. 제1 절연부재(38)는, 대략 원통형상을 갖고, 상술한 제1 절연부재(32)와 동일한 구성과 특징을 구비한다. 제2 절연부재(40)는, 대략 중공원통형상을 갖고, 상술한 제2 절연부재(34)와 동일한 구성과 특징을 구비한다. 제2 변형예에 관한 절연구조는 실시형태에 관한 절연구조(30)와 동일한 작용·효과를 나타낸다.
(제3 변형예)
실시형태에서는, 제2 절연부재(34)가 환상으로 형성된 예에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 제2 절연부재(34)는, 예를 들면, 둘레방향의 일부가 절취되어도 되고, 이 경우, 절취부는 오염입자가 날아오는 방향과 반대측에 배치되어도 된다. 제3 변형예에 관한 절연구조는 실시형태에 관한 절연구조(30)와 동일한 작용·효과를 나타낸다.
설명에 사용한 도면에서는, 부재의 관계를 명료하게 하기 위하여 일부 부재의 단면에 해칭을 실시하고 있지만, 당해 해칭은 이들 부재의 소재나 재질을 제한하는 것은 아니다.
18··오염입자
20··제1 전극
22··제2 전극
30··절연구조
32··제1 절연부재
34··제2 절연부재
36··제2 절연부재
38··제1 절연부재
40··제2 절연부재
42··벽부
70··보호부재
72··보호부재
100··이온주입장치
114··인출전극부

Claims (11)

  1. 이온주입장치의 진공영역 내부에 마련되는 전극을 다른 부재로부터 절연하여 지지하는 절연구조이며,
    상기 전극을 지지하는 제1 절연부재와,
    상기 제1 절연부재에 대한 오염입자의 부착을 줄이기 위하여 상기 제1 절연부재에 대하여 여유를 갖고 끼워맞춤되는 제2 절연부재를 구비하고,
    상기 제2 절연부재는, 상기 제1 절연부재의 적어도 일부를 에워싸는 통형상의 부분을 포함하고, 상기 여유로서 상기 통형상의 부분과 상기 제1 절연부재의 사이의 간극을 갖고, 상기 제1 절연부재보다 경도가 낮은 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 절연구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 절연부재의 외표면의 비커스경도는, 5GPa 이하인 것을 특징으로 하는 절연구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 절연부재의 굽힘강도는 100MPa 이하인 것을 특징으로 하는 절연구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 절연부재는, 질화 붕소와 다공질세라믹과 수지 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 절연구조.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통형상의 부분과 상기 제1 절연부재의 사이의 간극은, 0mm 초과 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 절연구조.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 여유는 0.2mm 이상인 것을 특징으로 하는 절연구조.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 절연부재는, 분리 가능한 복수의 부분을 포함하고,
    상기 복수의 부분은, 상기 제1 절연부재의 각각 다른 개소에 끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 절연구조.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 절연부재를 오염입자로부터 보호하기 위하여, 상기 제2 절연부재의 적어도 일부를 에워싸는 보호부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 절연구조.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 절연부재 및 상기 제2 절연부재는, 플라스마생성부로부터 이온빔을 인출하기 위한 복수의 전극 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 절연구조.
  10. 제8항에 있어서, 상기 보호부재는 도전성을 갖는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 절연구조.
  11. 제8항에 있어서, 상기 보호부재는, 상기 제2 절연부재의 상기 전극에 가까운 부분을 둘러싸고 상기 전극에 지지되는 제1 보호부재와, 상기 제2 절연부재의 상기 다른 부재에 가까운 부분을 둘러싸고 상기 다른 부재에 지지되는 제2 보호부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연구조.
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