KR102507194B1 - 이온 소스로 공급 가스를 전달하기 위한 시스템 - Google Patents

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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

이온 소스 챔버로 진입하는 가스 튜브 상의 공급 가스의 막힘 및 증착을 감소시키기 위한 시스템이 개시된다. 구체적으로, 이온 소스로 공급 가스를 전달하기 위한 시스템이 개시된다. 가스 튜브의 전체 온도를 낮추기 위해 단열재로 만들어진 가스 부싱이 이온 소스 챔버와 가스 튜브 사이에 배치된다. 가스 부싱은 티타늄, 석영, 질화 붕소, 지르코니아 또는 세라믹과 같은 단열재로 만들어진다. 가스 부싱은 이온 소스 챔버 및 가스 튜브와 유체 연통하는 내부 채널을 가지고 있어서 이온 소스 챔버로의 공급 가스 흐름을 허용한다. 가스 부싱은 플립되는 것을 허용하는 대칭인 형상을 가질 수 있어서 사용 수명을 연장할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 튜브는 그 온도를 유지하기 위해 히트 싱크와 연통할 수 있다.

Description

이온 소스로 공급 가스를 전달하기 위한 시스템
본 개시의 실시예는 가스 튜브 내의 공급 가스(feed gas)의 증착을 최소화하기 위해 이온 소스 챔버로 진입하는 가스 튜브의 온도를 감소시키기 위한 시스템에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조는 복수의 개별적이고 복잡한 프로세스를 포함한다. 이러한 프로세스 중 하나는 재료가 작업물(workpiece)에서 제거되는 에칭 프로세스(etch process)일 수 있다. 또 다른 프로세스는 재료는 작업물에 증착되는 증착 프로세스(deposition process)일 수 있다. 또 다른 프로세스는 이온이 작업물에 주입되는 이온 주입 프로세스일 수 있다.
이온 소스는 전통적으로 이온을 생성하는 데 사용되며 이후 이러한 프로세스를 수행하는 데 사용된다. 이온 소스는 이온 소스의 챔버 내부 또는 근처에 배치된 간접 가열된 캐소드 (IHC : indirectly heated cathode), 베르나스 소스(Bernas source), 용량성 결합 플라즈마 소스, 또는 유도성 결합 소스를 이용할 수 있다. 가스 튜브는 이온 소스 챔버에 원하는 공급 가스를 공급하기 위해 이온 소스와 유체 연통한다. 공급 가스는 III 족 원소, IV 족 원소 또는 V 족 원소를 포함하는 분자와 같은 임의의 적합한 종(specie)일 수 있다.
동작 동안에 공급 가스는 이온 소스 챔버로 진입하여 IHC 또는 다른 플라즈마 발생기(generator)에 의해 에너자이징(energize)된다. 공급 가스의 이온화로 인해 종종 이온 챔버가 800℃이상과 같은 매우 높은 온도로 가열된다. 가스 튜브가 이온 소스와 유체 연통하기 때문에 가스 튜브는 전형적으로 온도도 증가한다.
이러한 온도 상승으로 인해 가스 튜브를 통해 흐르는 가스가 가스 튜브의 벽에 증착될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, B2F4가 공급 가스로 사용될 수 있다. 가스 튜브가 고온에 도달하면 고온에서 B2F4는 분해되어 가스 튜브 벽에 증착될 수 있다. 이 증착은 가스 튜브의 수명을 한정하고 시스템의 예방 유지 보수를 가속화한다.
가스 튜브 내에서 공급 가스의 증착을 줄이는 시스템이 있다면 유용할 것이다. 이 시스템이 예방 유지 보수의 빈도를 줄이면 또한 유리할 것이다.
이온 소스 챔버로 진입하는 가스 튜브에서 공급 가스의 막힘(clogging) 및 증착을 줄이기 위한 시스템이 개시된다. 가스 튜브의 전체 온도를 낮추기 위해 단열재로 만들어진 가스 부싱(gas bushing)이 이온 소스 챔버와 가스 튜브 사이에 배치된다. 가스 부싱은 티타늄, 석영, 질화 붕소, 지르코니아 또는 세라믹과 같은 단열재로 만들어진다. 가스 부싱은 이온 소스 챔버 및 가스 튜브와 유체 연통하는 내부 채널을 가지고 있어 이온 소스 챔버로의 공급 가스 흐름을 허용한다. 가스 부싱은 대칭인 형상을 가질 수 있어서 플립(flip)되는 것을 허용하여 사용 수명을 연장할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 튜브는 그 온도를 유지하기 위해 히트 싱크(heat sink)와 연통할 수 있다.
일 실시예에 따라, 이온 소스로 공급 가스를 전달하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 도펀트 소스와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 튜브; 및 이온 가스 챔버 및 상기 가스 튜브의 내부 채널과 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 부싱을 포함하고, 상기 가스 부싱은 30 W/m K 미만의 열 전도도를 갖는다. 특정 실시예에서, 상기 가스 튜브는 선형이다. 특정 추가 실시예에서, 상기 시스템은 상기 가스 튜브와 상기 가스 부싱 사이에 배치된 엘보우 조인트(elbow joint)를 포함하고, 상기 엘보우 조인트는 상기 가스 튜브의 내부 채널 및 상기 가스 부싱의 내부 채널과 유체 연통하는 내부 채널을 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 가스 부싱은 상기 이온 소스 챔버와 연통하는 내부 표면 및 상기 엘보우 조인트와 계면을 형성하는 외부 표면을 가지며, 상기 가스 부싱의 형상은 상기 가스 부싱이 플립될 수 있도록 대칭이고, 플립된 때, 상기 내부 표면이 상기 외부 표면이 된다. 특정 실시예에서, 상기 가스 부싱 및 상기 엘보우 조인트는 상기 가스 부싱을 상기 엘보우 조인트에 부착할 수 있도록 연동 피처(interlocking feature)를 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 가스 부싱의 상기 내부 채널은 선형이 아니다. 특정 실시예에서, 상기 가스 부싱 및 상기 가스 튜브는 상기 가스 부싱을 상기 가스 튜브에 부착할 수 있는 연동 피처를 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 가스 튜브는 비선형이다. 특정 추가 실시예에서, 상기 가스 부싱은 상기 이온 소스 챔버와 연통하는 내부 표면 및 상기 가스 튜브와 계면을 형성하는 외부 표면을 가지며, 상기 가스 부싱의 형상은 상기 가스 부싱이 플립될 수 있도록 대칭이고, 플립된 때, 상기 내부 표면은 상기 외부 표면이 된다. 이들 실시예 중 일부에서, 히트 싱크는 상기 가스 튜브와 연통한다.
다른 실시예에 따라, 공급 가스를 이온 소스로 전달하기 위한 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 도펀트 소스와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 튜브; 상승된 온도에서 유지되는 이온 소스 챔버; 및 상기 가스 튜브의 내부 채널 및 상기 이온 소스 챔버와 유체 연통하는 내부 채널을 갖고, 단열재로 구성된 가스 부싱을 포함하며, 상기 가스 튜브의 온도는 상기 가스 부싱으로 인해 상기 상승된 온도보다 200℃ 이상 더 낮다. 특정 실시예에서, 상기 상승된 온도는 800℃보다 더 높다. 특정 실시예에서, 상기 히트 싱크는 상기 가스 튜브와 연통한다. 특정 추가 실시예에서, 상기 히트 싱크는 90℃ 내지 150℃의 온도에서 유지된다.
다른 실시예에 따라, 공급 가스를 이온 소스로 전달하기 위한 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 도펀트 소스; 상기 도펀트 소스와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 튜브; 이온 소스 챔버; 상기 가스 튜브와 연통하는 히트 싱크; 및 상기 도펀트 소스로부터 상기 이온 소스 챔버로 공급 가스를 전달하기 위해 상기 가스 튜브의 내부 채널 및 상기 이온 소스 챔버와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 부싱을 포함하고, 상기 가스 부싱은 티타늄, 석영, 질화 붕소(boron nitride), 지르코니아 및 세라믹 재료로 구성된 그룹에서 선택된 재료로 구성된다. 특정 실시예에서, 상기 가스 튜브는 선형이고 엘보우 조인트가 상기 가스 튜브와 상기 가스 부싱 사이에 배치되며, 상기 엘보우 조인트는 상기 가스 튜브의 내부 채널 및 상기 가스 부싱의 내부 채널과 유체 연통하는 내부 채널을 갖는다. 일부 추가 실시예에서, 상기 가스 부싱은 상기 이온 소스 챔버와 연통하는 내부 표면 및 상기 엘보우 조인트와 계면을 형성하는 외부 표면을 가지며, 상기 가스 부싱의 형상은 상기 가스 부싱이 플립될 수 있도록 대칭이고, 플립된 때, 상기 내부 표면은 상기 외부 표면이 된다. 특정 실시예에서, 상기 가스 튜브는 비선형이고, 상기 가스 부싱은 상기 이온 소스 챔버와 연통하는 내부 표면 및 상기 가스 튜브와 계면을 형성하는 외부 표면을 가지며, 상기 가스 부싱의 형상은 상기 가스 부싱이 플렙될 수 있도록 대칭이고, 플립된 때, 상기 내부 표면이 상기 외부 표면이 된다.
본 개시의 더 나은 이해를 위해, 첨부된 도면을 참조하며, 도면은 본 명세서에 참조로 포함되며 다음과 같다 :
도 1은 일 실시예에 따른 도펀트 소스, 이온 소스 챔버 및 그 사이의 상호 연결(interconnect)의 대표적인 도면이다.
도 2는 동작 동안에 도 1의 컴포넌트의 온도를 도시한다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 도펀트 소스, 이온 소스 챔버 및 그 사이의 상호 연결의 대표도를 도시한다.
도 4는 제 3 실시예에 따른 도펀트 소스, 이온 소스 챔버 및 그 사이의 상호 연결의 대표도를 도시한다.
도 5는 제 4 실시예에 따른 도펀트 소스, 이온 소스 챔버 및 그 사이의 상호 연결의 대표적인 도면을 도시한다.
도 1은 이온 소스 챔버 (100)와 도펀트 소스 (150) 사이의 상호 연결의 실시예를 도시한다. 이온 소스 챔버 (100)는 전형적으로 텅스텐, 몰리브덴 또는 다른 금속과 같은 전도성 재료로 구성된다. 이온 소스 챔버 (100)는 전형적으로 이온 소스 챔버 (100)에서 생성된 이온이 추출될 수 있는 개구(aperture) (101)를 갖는다.
특정 실시예에서, 이온 소스는 RF 이온 소스일 수 있다. 이 실시예에서, RF 안테나가 유전체 창(dielectric window)에 반대하여 배치될 수 있다. 이 유전체 창은 챔버 벽 중 하나의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. RF 안테나는 구리와 같은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. RF 파워 서플라이는 RF 안테나와 전기적으로 연통한다. RF 파워 서플라이는 RF 안테나에 RF 전압을 공급할 수 있다. RF 파워 서플라이에 의해 공급되는 전력은 0.1 내지 10kW 사이일 수 있으며 1 내지 15MHz와 같은 임의의 적절한 주파수일 수 있다. 추가하여, RF 파워 서플라이에 의해 공급되는 전력은 펄스화될 수 있다.
다른 실시예에서, 캐소드는 이온 소스 챔버 (100) 내에 배치된다. 필라멘트는 캐소드 뒤에 배치되고 전자를 방출하도록 에너자이징된다. 이들 전자는 캐소드로 끌려 가고, 이는 결국 전자를 이온 소스 챔버 (100)로 방출한다. 이 캐소드는 필라멘트에서 방출된 전자에 의해 간접적으로 가열되기 때문에 간접 가열 캐소드 (IHC)이라고 할 수 있다.
다른 실시예도 가능하다. 특정 실시예에서, 베르나스 소스가 이온 소스 챔버 (100) 내에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 용량성 결합 플라즈마 발생기 또는 유도성 결합 플라즈마 발생기와 같은 다른 이온 발생기가 이온 소스 챔버 (100) 내에 또는 근접하게 배치될 수 있다. 이온 소스 챔버 (100)에서 플라즈마가 생성되는 방식은 본 개시에 의해 한정되지 않는다.
도펀트 소스 (150)는 공급 가스를 수용하는데 사용되는 캐니스터(canister) 또는 다른 컨테이너일 수 있다. 도펀트 소스 (150)의 실제 형상 및 형태는 본 개시에 의해 한정되지 않는다. 도펀트 소스 (150) 내에 포함된 도펀트는 B2F4일 수 있지만, 다른 종도 사용될 수 있다. 가스 튜브 (110)는 도펀트 소스 (150)와 유체 연통한다.
가스 튜브 (110)는 전형적으로 비활성이고 고온을 견딜 수 있는 재료로 구성된다. 또한 이 재료는 전형적으로 부식에 강하고 고온에서 강도를 유지한다. 특정 실시예에서, 가스 튜브 (110)는 SST (316)와 같은 스테인리스 스틸로 구성될 수 있지만, 다른 재료도 사용될 수 있다. 가스 튜브 (110)는 0.125 인치와 0.350 인치 사이의 내부 직경을 가질 수 있다. 가스 튜브 (110)의 외경은 0.2 내지 0.4 인치일 수 있다. 가스 튜브 (110)는 공급 가스 (1)가 이동할 수 있는 내부 채널을 갖는다. 도 1에 도시된 것과 같은 특정 실시예에서, 가스 튜브 (110)는 선형일 수 있다.
가스 튜브 (110)는 히트 싱크 (140)와 열적으로 연통될 수 있다. 히트 싱크 (140)는 이온 소스 챔버 (100)로부터 가장 먼 말단에서 가스 튜브 (110)와 접촉할 수 있다. 다른 실시예에서, 히트 싱크 (140)는 다른 위치에서 가스 튜브 (110)와 접촉할 수 있다.
특정 실시예에서, 히트 싱크 (140)는 미리 결정된 온도 또는 그 미만으로 유지되는 다량의 열 전도성 재료이다. 특정 실시예에서, 이 미리 결정된 온도는 90℃ 내지 150℃ 일 수 있지만, 다른 값이 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 히트 싱크 (140)는 히트 싱크 (140)의 채널을 통해 냉각제 유체를 유동시킴으로써 냉각될 수 있다. 히트 싱크 (140)의 사용을 통해 가스 튜브 (110)의 최대 온도를 낮출 수 있다. 결과적으로, 더 낮은 융점(melting point)을 갖는 재료가 가스 튜브 (110)를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 엘보우 조인트(elbow joint) (120)가 가스 튜브 (110)에 부착된다. 엘보우 조인트 (120)는 흑연, 탄탈륨, 인코넬(inconel) 또는 다른 유사한 재료로 구성될 수 있다. 엘보우 조인트 (120)는 내부 채널 (121)을 갖는다. 이 내부 채널은 곡면을 가질 수 있거나 더 급격한 모서리를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 가스 튜브 (110)는 마찰 끼워 맞춤(friction fit)으로 제자리에 홀딩된다. 다른 실시예에서, 가스 튜브 (110)는 나사산이 형성될 수 있다. 유사하게, 엘보우 조인트 (120)는 나사산이 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 가스 튜브 (110)는 엘보우 조인트 (120)에 나사 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 흐름 방향으로의 슬립 핏(slip fit)이 사용된다. 다른 실시예에서, 가스 튜브 (110) 및 엘보우 조인트 (120)는 연동 피처에 의해 함께 홀딩된다. 가스 튜브의 내부 채널 (111)은 엘보우 조인트 (120)의 내부 채널 (121)과 유체 연통한다.
가스 부싱 (130)은 엘보우 조인트 (120) 및 이온 소스 챔버 (100)와 연통한다. 보다 구체적으로, 가스 부싱 (130)은 또한 가스 튜브 (110)의 내부 채널 (111) 및 엘보우 조인트 (120)의 내부 채널 (121)과 유체 연통하는 내부 채널 (133)을 구비하여 공급 가스 (1)가 이온 소스 챔버 (100)로 흐르도록 한다. 가스 부싱 (130)은 이온 소스 챔버 (100)에 부착될 수 있다. 이는 연동 피처, 마찰 끼워 맞춤, 나사산 부품, 슬립 핏(slip fit) 또는 다른 메커니즘을 사용하여 달성될 수 있습니다. 유사하게, 가스 부싱 (130)은 전술한 임의의 메커니즘을 사용하여 엘보우 조인트 (120)에 부착될 수 있다. 가스 부싱 (130)은 약 0.125 인치와 0.500 인치 사이의 폭을 가질 수 있다. 폭은 이온 소스 챔버 (100)와 엘보우 조인트 (120) 사이의 거리로 정의된다.
가스 부싱 (130)은 단열재(thermally isolating material)로 구성될 수 있다. 가스 부싱 (130)은 열 전도도가 낮고 플라즈마 발생을 방해하지 않는 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 다른 값이 사용될 수 있지만 열 전도도가 30 W/mK 미만일 수 있다. 예를 들어, 폭이 큰 가스 부싱의 열 전도도는 얇은 가스 부싱의 열 전도도보다 다소 높을 수 있다. 이 재료는 또한 고온 및 부식성 플라즈마 환경을 견딜 수 있도록 내구성이 있을 수 있다. 이러한 재료는 석영 및 질화 붕소를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 다른 실시예에서, 티타늄, 지르코니아 또는 MACOR® 세라믹과 같은 세라믹 재료가 사용될 수 있다. 개시는 이러한 재료에 한정되지 않는다; 오히려 높은 융점 및 낮은 열 전도도를 갖는 임의의 재료가 사용될 수 있다. 재료는 사용되는 공급 가스와 원하는 단열 양에 따라 선택될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스 부싱 (130)은 이온 소스 챔버 (100)와 가스 튜브 (110) 사이에 위치된다. 가스 부싱 (130)은 단열 특성으로 인해 이온 소스 챔버 (100)로부터 가스 튜브 (110) 아래로 열이 인출되는 것을 방지한다. 가스 튜브 (110) 아래로의 열 전달을 감소시킴으로써 이온 소스 챔버 (100)의 온도가 증가한다. 또한, 공급 가스 (1)의 흐름을 막는 공급 가스의 증착이 가스 튜브 (110)에 축적되는 것을 방지한다. 즉, 가스 튜브 (110)는 단열 가스 부싱 (130)의 사용으로 인해 더 낮은 온도에서 동작한다.
특정 실시예에서, 가스 부싱 (130)이 이온 소스 챔버 (100)의 내부를 향하기 때문에, 가스 부싱 (130)의 내부 표면 (131)은 이온 소스 챔버 (100) 내의 플라즈마에 의해 침식될 수 있다. 가스 부싱 (130)은 다양한 형상을 취할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 가스 부싱 (130)의 형상은 대칭이어서 내부 표면 (131)이 마모될 때, 가스 부싱 (130)이 플립되어 재사용될 수 있다. 즉, 플립된 때, 내부 표면 (131)은 가스 부싱 (130)과 엘보우 조인트 (120) 사이의 계면인 외부 표면 (132)이 된다. 추가하여, 외부 표면 (132)이었던 표면은 이제 내부 표면 (131)이 된다.
도 1의 실시예의 열 분석은 가스 부싱 (130)이 석영으로 구성되어 있다고 가정하여 수행되었다. 이 분석은 도 2에 도시되어 있다. 이 분석에서, 이온 소스 챔버 (100)는 1000℃에서 동작한다고 가정한다. 이온 소스 챔버 (100)에서 가장 먼 가스 튜브 (110)의 단부는 히트 싱크 (140)와의 접촉으로 인해 130℃로 유지되는 것으로 가정된다.
이 열 분석에서, 가장 뜨거운 영역은 내부 표면 (131)이라고도 하는 가스 부싱 (130)과 이온 소스 챔버 (100) 사이의 접촉 지점에 위치된다. 내부 표면 (131)은 대략 이온 소스 챔버 (100)의 온도이다. 가스 부싱 (130)을 가로 지르는 온도 구배는 300℃만큼 클 수 있다. 온도 구배는 가스 부싱 (130)의 내부 표면 (131)과 외부 표면 (132) 사이의 온도 차이로 정의된다. 가스 부싱 (130)으로서 석영을 사용하기 때문에, 엘보우 조인트 (120)의 최대 온도는 일부 실시예에서 약 650℃로 감소된다. 결과적으로, 가스 튜브 (110)는 이온 소스 챔버 (100)로부터 가장 먼 단부의 130℃ 내지 가스 튜브 (110)와 엘보우 조인트 (120) 사이의 계면에서 약 600℃ 범위의 온도에서 동작한다.
대조적으로, 가스 부싱 (130)이 사용되지 않거나 가스 부싱 (130)이 흑연과 같은 전도성 재료로 만들어진 경우, 온도 프로파일은 매우 다르다. 구체적으로, 엘보우 조인트 (120) 전체가 이온 소스 챔버 (100)와 매우 가까운 온도로 유지된다. 결과적으로, 가스 튜브 (110)는 이온 소스 챔버 (100)로부터 가장 먼 단부에서 130℃ 내지 가스 튜브 (110)와 엘보우 조인트 (120) 사이의 계면에서 약 900℃ 범위의 온도에서 동작한다.
즉, 엘보우 조인트 (120)에 가장 가까운 가스 튜브 (110) 끝단의 온도는 단열재로 이루어진 가스 부싱 (130)을 사용하여 약 300℃ 낮아진다. 이러한 열 감소는 가스 튜브 (110) 내의 가스 증착을 최소화하거나 제거한다.
도 1은 가스 튜브 (110)와 가스 부싱 (130) 사이에 배치된 엘보우 조인트 (120)를 도시하며, 이 컴포넌트는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 가스 튜브 (110)는 이온 소스 챔버 (100)로의 진입에 대해 상이한 각도로 배향될 수 있다. 이러한 각도의 차이로 인해 다른 형상의 조인트를 사용해야 할 수 있다. 따라서, 엘보우 조인트 (120)은 2개의 반대 단부가 90 ° 오프셋된 것으로 한정되지 않는다.
또한, 다른 실시예도 가능하다. 도 3은 하나의 그러한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 엘보우 조인트는 사용되지 않는다. 도펀트 소스 (150), 히트 싱크 (140), 가스 부싱 (130) 및 이온 소스 챔버 (100)는 도 1을 참조하여 설명된 바와 같다. 이 실시예에서, 가스 튜브 (210)는 가스 부싱 (130)에 직접 부착되도록 형상화된다. 가스 튜브 (210)는 연동 피처, 마찰 끼워 맞춤, 나사산 부품, 슬립 핏, 또는 다른 메커니즘을 사용하여 부착될 수 있다. 가스 튜브 (210)는 공급 가스 (1)가 통과하는 내부 채널 (211)을 갖는다. 전술한 바와 같이, 가스 부싱 (130)은 가스 부싱 (130)의 내부 표면 (131)의 온도가 가스 부싱 (130)의 외부 표면 (132)보다 200℃ 보다 더 더 큰 것과 같이 훨씬 더 높도록 단열되어 있다. 이 실시예에서, 가스 부싱 (130)은 엘보우 조인트보다는 가스 튜브 (210)에 부착된다. 그러나, 가스 부싱 (130)의 기능은 변경되지 않는다. 특정 실시예에서, 가스 부싱 (130)의 형상은 대칭일 수 있어서 가스 부싱 (130)이 플립될 수 있다. 플립된 때, 내부 표면 (131)은 외부 표면 (132)이 된다.
도 4는 도 3과 유사한 실시예를 도시한다. 도펀트 소스 (150), 히트 싱크 (140), 가스 부싱 (130) 및 이온 소스 챔버 (100)는 도 1을 참조하여 설명된 바와 같다. 이 실시예에서, 가스 튜브 (310)는 가스 부싱 (330)에 삽입되도록 형상화된다. 가스 튜브 (310)는 또한 공급 가스 (1)가 통과할 수 있는 내부 채널 (311)을 갖는다. 다시, 가스 부싱 (330)은 가스 부싱 (330)의 내부 표면 (331)의 온도가 가스 부싱 (330)의 외부 표면 (332)보다 200℃ 보다 더 큰 것과 같이 훨씬 더 크도록 단열된다. 가스 부싱 (330)의 내부 채널 (333)은 가스 튜브 (310)의 내부 채널 (311)과 유체 연통한다.
도 5는 가스 부싱 (430)의 형상이 이전 실시예와 비교하여 수정된 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 가스 튜브 (410)는 도 1에 도시된 것과 매우 유사하게 선형이고 공급 가스 (1)가 흐르는 내부 채널 (411)을 갖는다. 가스 부싱 (430)은 도 1의 엘보우 조인트를 통합하도록 수정되었다. 즉, 가스 부싱 (430)은 이온 소스 챔버 (100)에 대한 연결부, 원래 엘보우 조인트에서 발견된 굴곡부(bend) 및 가스 튜브 (410)에 대한 연결부를 포함한다. 가스 부싱 (430)은 이온 소스 챔버 (100) 및 가스 튜브 (410)의 내부 채널 (411)과 연통하는 내부 채널 (433)을 구비하여 공급 가스 (1)가 이온 소스 챔버 (100)로 진입할 수 있도록 한다. 가스 부싱 (430)의 내부 채널 (433)은 도 5에 도시된 바와 같이 비선형일 수 있다. 특정 실시예에서, 내부 채널 (433)은 반경의 포함을 통해 방향을 변경할 수 있다. 다른 실시예에서, 급격한 코너가 사용될 수 있다. 가스 부싱 (430)은 또한 이온 소스 챔버 (100)와 연통하는 내부 표면 (431) 및 가스 튜브 (410)와 연통하는 외부 표면 (432)을 가질 수 있다.
도 3 내지 도 5의 실시예는 더 적은 컴포넌트가 있다는 점에서 유리할 수 있다. 그러나, 도 1의 실시예는 비용 측면에서 유리할 수 있다.
다양한 실시예가 도시되어 있지만, 특정 예에서, 공급 가스 (1)의 방향을 변경하는 엘보우 조인트 (120) 또는 다른 컴포넌트는 큰 반경을 갖는 내부 채널을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 반경이 클수록 난류가 적고 더 부드럽고 효율적인 가스 흐름이 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 덜 난류의 유동을 허용하는 반경을 갖는 가스 튜브 (410)를 도시한다. 유사한 반경이 도 1, 3 및 5의 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 엘보우 조인트 (120)은 엘보우 조인트 (120)를 통한 가스 흐름을 개선하기 위해 내부 채널 (121)에 대해 더 큰 반경일 수 있다. 유사하게, 도 3의 가스 튜브 (210)는 도시된 것보다 더 둥근 내부 채널 (211)을 가질 수 있다. 마지막으로, 도 5의 가스 부싱 (430)은 만곡된 내부 채널 (433)을 포함할 수 있다.
본 출원에 설명된 시스템 및 방법은 많은 장점을 가지고 있다. 이들 각각의 실시예에서, 단열되는 가스 부싱은 이온 소스 챔버 (100)로부터 가스 튜브를 열적으로 분리하기 위해 사용된다. 이렇게 하면 가스 튜브의 최대 온도가 낮아질 수 있다. 이러한 감소는 더 낮은 융점을 갖는 재료가 가스 튜브를 형성하는 데 사용될 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
구체적으로, 동작 동안에 이온 소스 챔버 (100)는 상승된 온도로 유지될 수 있다. 이 상승된 온도는 800℃ 보다 더 클 수 있다. 특정 실시예에서, 상승된 온도는 800℃ 내지 1200℃이다. 이온 소스 챔버 (100)가 이 상승된 온도로 유지된다면, 가스 튜브의 최대 온도는 이 상승된 온도보다 200℃ 이상 더 낮을 수 있다. 이 온도 차이는 가스 튜브가 히트 싱크와 연통하는 경우 더 커질 수 있다.
더욱이, 가스 튜브의 온도를 낮춤으로써 가스 튜브를 통해 이동하는 공급 가스의 증착 가능성이 감소된다. 이것은 가스 튜브에 대한 예방 유지 보수의 시간과 빈도를 줄인다. 추가하여, 공급 가스의 임의의 증착은 상승된 온도로 인해 가스 부싱에서 발생할 가능성이 더 크다. 그러나 가스 튜브와 달리 가스 부싱은 채널이 훨씬 짧아 청소가 더 쉽고 신속하다. 따라서 예방 유지 보수가 덜 자주 발생할 수 있다. 추가하여, 가스 부싱을 사용하기 때문에 예방 유지 보수 절차가 단축될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 부싱은 예방 유지 보수 절차 동안 청소되지만 가스 튜브의 청소는 옵션이다. 다른 실시예에서, 가스 부싱은 예방 유지 보수 절차 동안 간단히 교체된다. 이는 시스템의 동작 시간을 늘리는 데 도움이 된다.
본 개시는 본 출원에 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 한정되지 않는다. 실제로, 본 출원에 설명된 것들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 수정예들은 전술한 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 그러한 다른 실시예 및 수정예는 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 또한, 본 개시가 특정 목적을 위해 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 본원에서 설명되었지만, 당업자는 그 유용성이 이에 한정되지 않고 본 개시는 바람직하게는 다양한 목적을 위해 여러 환경에서 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 설명되는 청구 범위는 본 출원에 설명된 본 개시의 전체 범위 및 정신을 고려하여 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 공급 가스(feed gas)를 이온 소스로 전달하기 위한 시스템에 있어서,
    도펀트 소스(dopant source)와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 튜브; 및
    상기 가스 튜브의 내부 채널 및 이온 소스 챔버와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 부싱(gas bushing)으로서, 상기 이온 소스 챔버로부터 상기 가스 튜브를 열적으로 분리하기 위해 상기 가스 부싱은 30 W/mK 미만의 열 전도도를 갖고, 상기 가스 부싱은 상기 이온 소스 챔버와 연통하는 내부 표면 및 외부 표면을 가지며, 상기 가스 부싱의 형상은 상기 가스 부싱이 플립(flip)될 수 있도록 대칭이고, 플립된 때, 상기 내부 표면이 상기 외부 표면이 되는, 상기 가스 부싱을 포함하는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 튜브는 선형인, 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 튜브와 상기 가스 부싱 사이에 배치된 엘보우 조인트(elbow joint)를 더 포함하고, 상기 엘보우 조인트는 상기 가스 튜브의 내부 채널 및 상기 가스 부싱의 내부 채널과 유체 연통하는 내부 채널을 갖는, 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 부싱 및 상기 엘보우 조인트는 상기 가스 부싱을 상기 엘보우 조인트에 부착할 수 있도록 연동 피처(interlocking feature)를 갖는, 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 부싱의 내부 채널은 선형이 아닌, 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 튜브는 비선형인, 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 가스 부싱 및 상기 가스 튜브는 상기 가스 부싱을 상기 가스 튜브에 부착할 수 있도록 연동 피처(interlocking feature)를 갖는, 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 튜브와 열적 연통하는 히트 싱크(heat sink)를 포함하고, 상기 히트 싱크와의 접촉을 통해, 상기 가스 튜브의 온도가 감소되는, 시스템.
  9. 공급 가스를 이온 소스로 전달하기 위한 시스템에 있어서,
    도펀트 소스와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 튜브;
    상승된 온도로 유지되는 이온 소스 챔버;
    상기 가스 튜브의 내부 채널 및 상기 이온 소스 챔버와 유체 연통하는 내부 채널을 갖고, 단열재(thermally isolating material)로 구성된 가스 부싱으로서, 상기 가스 튜브의 온도가 상기 가스 부싱의 단열 특성으로 인해 상기 상승된 온도보다 200℃ 이상 더 낮고, 상기 가스 부싱은 상기 이온 소스 챔버와 연통하는 내부 표면 및 외부 표면을 가지며, 상기 가스 부싱의 형상은 상기 가스 부싱이 플립될 수 있도록 대칭이고, 플립된 때, 상기 내부 표면이 상기 외부 표면이 되는, 상기 가스 부싱을 포함하는, 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 상승된 온도는 800℃보다 더 높은, 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 가스 튜브와 열적 연통하는 히트 싱크를 포함하고, 상기 히트 싱크와의 접촉을 통해, 상기 가스 튜브의 온도가 감소되는, 시스템.
  12. 공급 가스를 이온 소스로 전달하기 위한 시스템에 있어서,
    도펀트 소스;
    상기 도펀트 소스와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 튜브;
    이온 소스 챔버;
    상기 가스 튜브와 열적 연통(thermal communication)하는 히트 싱크로서, 상기 상기 히트 싱크와의 접촉을 통해, 상기 가스 튜브의 온도가 감소되는, 상기 히트 싱크; 및
    상기 도펀트 소스로부터 상기 이온 소스 챔버로 공급 가스를 전달하기 위해 상기 가스 튜브의 내부 채널 및 상기 이온 소스 챔버와 유체 연통하는 내부 채널을 갖는 가스 부싱으로서, 상기 가스 부싱은 티타늄, 석영, 질화 붕소(boron nitride), 지르코니아 및 세라믹 재료로 구성된 그룹에서 선택된 단열재로 구성되고, 상기 가스 부싱은 상기 이온 소스 챔버와 연통하는 내부 표면 및 외부 표면을 가지며, 상기 가스 부싱의 형상은 상기 가스 부싱이 플립될 수 있도록 대칭이고, 플립된 때, 상기 내부 표면이 상기 외부 표면이 되는, 상기 가스 부싱을 포함하는, 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 가스 튜브는 선형이고 상기 가스 튜브와 상기 가스 부싱 사이에 배치된 엘보우 조인트를 더 포함하고, 상기 엘보우 조인트는 상기 가스 부싱의 내부 채널 및 상기 가스 튜브의 내부 채널과 유체 연통하는 내부 채널을 갖는, 시스템.
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