KR20030011335A - Cathode assembly for indirectly heated cathode ion source - Google Patents

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KR20030011335A
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클로스레오
르노앤소니
베누토니콜라스에이.
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

간접 가열식 음극 이온 소오스에서 음극은 적어도 하나의 로드 또는 핀에 의해 지지된다. 음극은 양호하게 디스크의 형태이고 지지 로드는 열적 전도 및 방사를 제한하기 위해 디스크보다 직경이 적다. 일 실시예에서, 음극은 중심에 또는 중심 주위에 단일 로드에 의해 지지된다. 지지 로드는 간단하고 신뢰성있는 체결 및 해제를 위해 스프링-작동식 클램프에 의해 유지될 수 있다. 디스크형 음극 및 지지 로드는 단일 부품으로 제조될 수 있다. 전자를 열이온 식으로 방출하는 필라멘트는 음극에 근접하여 로드 주위에 배치될 수 있다.In an indirectly heated cathode ion source, the cathode is supported by at least one rod or pin. The negative electrode is preferably in the form of a disc and the support rod is smaller in diameter than the disc to limit thermal conduction and radiation. In one embodiment, the cathode is supported by a single rod at or around the center. The support rod can be held by spring-actuated clamps for simple and reliable fastening and release. The disc-shaped negative electrode and the supporting rod can be made of a single part. A filament that emits electrons thermally can be disposed around the rod in proximity to the cathode.

Description

간접 가열식 음극 이온 소오스용 음극 조립체{CATHODE ASSEMBLY FOR INDIRECTLY HEATED CATHODE ION SOURCE}Cathode assembly for indirect heated cathode ion source {CATHODE ASSEMBLY FOR INDIRECTLY HEATED CATHODE ION SOURCE}

관련 출원에 대한 상호 참조Cross Reference to Related Application

본 출원은 2000년 5월 17일자로 출원된 가출원 일련번호 제60/204,936호 및 2000년 5월 17일자로 출원된 가출원 일련번호 제60/204,938호를 우선권 주장한다.This application claims priority to provisional application serial number 60 / 204,936, filed May 17, 2000 and provisional application serial number 60 / 204,938, filed May 17, 2000.

이온 소오스는 이온 주입기의 중요한 구성요소이다. 이온 소오스는 이온 주입기의 비임선을 통과하여 이온 비임을 발생하고 반도체 웨이퍼로 전달된다. 이온 소오스는 여러 가지 상이한 이온 종류 및 추출 전압의 다양성에 대해서 안정적이고 잘 한정된 비임을 발생하도록 요구된다. 반도체 생산 공장에서, 이온 소오스를 포함한 이온 주입기는 유지 또는 수선에 대한 요구 없이 연장된 기간 동안 작동하도록 요구된다.Ion sources are an important component of ion implanters. The ion source passes through the beam of the ion implanter to generate an ion beam and is transferred to the semiconductor wafer. Ion sources are required to generate stable and well defined beams for a variety of different ion types and for a variety of extraction voltages. In semiconductor production plants, ion implanters containing ion sources are required to operate for extended periods of time without the need for maintenance or repair.

이온 주입기는 전자를 방출하는 필라멘트는 이온 소오스의 아크 챔버 내에 장착되어 아크 챔버 내의 고부식성 플라즈마에 노출된, 직접 가열식 음극을 갖는이온 소오스를 이용해 왔다.Ion implanters have used ionic sources with direct heated cathodes where filaments emitting electrons are mounted in an arc chamber of an ion source and exposed to a highly corrosive plasma in the arc chamber.

그러한 직접 가열식 음극은 통상 비교적 작은 직경의 와이어 필라멘트를 구성하여 비교적 짧은 시간에 아크 챔버의 부식 환경에서 저하되거나 파손된다. 결국, 직접 가열식 음극 이온 소오스의 수명이 제한된다.Such direct heated cathodes typically comprise relatively small diameter wire filaments that degrade or break in the corrosive environment of the arc chamber in a relatively short time. As a result, the lifetime of the direct heated cathode ion source is limited.

간접 가열식 음극 이온 소오스는 이온 주입기 내의 이온 소오스의 수명을 개선시키기 위해 개발되어 왔다. 간접 가열식 음극은 필라멘트로부터의 전자 충돌에 의해 가열되어 열전자를 방출하는 비교적 큰 음극을 포함한다. 필라멘트는 아크 챔버 내의 플라즈마로부터 격리되어 긴 수명을 갖는다. 음극이 아크 챔버의 부식 환경에 노출되더라도, 비교적 큰 음극의 구조는 연장된 기간 동안 작동하는 것을 보장한다.Indirectly heated cathode ion sources have been developed to improve the lifetime of ion sources in ion implanters. Indirectly heated cathodes include relatively large cathodes that are heated by electron collisions from the filaments to release hot electrons. The filaments are isolated from the plasma in the arc chamber and have a long lifetime. Although the cathode is exposed to the corrosive environment of the arc chamber, the structure of the relatively large cathode ensures that it operates for an extended period of time.

간접 가열식 음극 이온 소오스 내의 음극은 주위로부터 전기적으로 절연되고, 전력 공급원에 전기적으로 접속되며, 전자 방출을 중단시키는 원인이 되는 냉각을 방지하도록 음극 주위로부터 열적으로 절연되어야 한다. 공지된 종래의 간접 가열 음극 설계는 외부 주연이 디스크와 대략 동일한 직경의 얇은 벽 튜브에 의해 지지된 디스크 형태의 음극을 사용한다. 튜브는 단면 면적을 감소시켜 가열식 음극에서 방사되는 열의 전도를 감소시키기 위해 얇은 벽을 갖는다. 얇은 튜브는 통상 절연 파단부로 작용하고 음극에서 방사되는 열의 전도를 감소시키도록 길이를 따라 절결부를 갖는다.The cathode in the indirectly heated cathode ion source must be electrically insulated from the surroundings, electrically connected to a power source, and thermally insulated from the surroundings of the cathode to prevent cooling that causes interruption of electron emission. Known conventional indirect heating cathode designs use a disk-shaped cathode whose outer periphery is supported by a thin wall tube of approximately the same diameter as the disk. The tube has a thin wall to reduce the cross-sectional area to reduce the conduction of heat radiated from the heated cathode. Thin tubes typically act as insulating breaks and have cutouts along their length to reduce the conduction of heat radiated from the cathode.

음극을 지지하는데 사용되는 튜브는 전자를 방출하지 않지만, 대부분이 고온인 넓은 표면적을 갖는다. 이러한 면적은 방사에 의해 열을 잃으며, 이는 음극이열을 잃는 주된 방식이다. 튜브의 큰 직경은 음극에 클램핑하고 연결하는 데 사용된 구조의 크기와 복잡성을 증가시킨다. 공지된 하나의 음극 지지체는 세 개의 부분을 포함하고 조립하기 위해 나사를 필요로 한다.The tube used to support the cathode does not emit electrons, but has a large surface area, mostly hot. This area loses heat by radiation, which is the main way to lose cathode heat. The large diameter of the tube increases the size and complexity of the structure used to clamp and connect to the cathode. One known cathode support comprises three parts and requires screws to assemble.

간접 가열식 음극 이온 소오스는 통상 필라멘트 전력 공급원, 바이어스 전력 공급원 및 아크 전력 공급원을 포함하고, 이러한 전력 공급원들을 조절하는 제어 시스템을 필요로 한다. 간접 가열 음극 이온 소오스를 위한 종래 기술의 제어 시스템은 아크 전류가 일정하도록 공급원들을 조절한다. 일정한 아크 전류 시스템을 사용하는 데 어려운 점은 비임 라인이 조절될 경우, 비임 라인의 하류 단부에서 측정된 비임 전류가 비임 라인을 통해 전송된 전류의 퍼센트를 증가시키는 조절 또는 공급원으로부터 추출된 전류의 양의 증가 때문에 증가될 수 있다는 것이다. 비임 전류 및 전송이 동일한 복수의 변수에 영향을 받기 때문에, 최대 비임 전송으로 조절하는 것이 어렵다.Indirectly heated cathode ion sources typically include a filament power source, a bias power source and an arc power source and require a control system to regulate these power sources. Prior art control systems for indirect heating cathode ion sources regulate the sources so that the arc current is constant. The difficulty with using a constant arc current system is that when the beam line is regulated, the amount of current extracted from the regulation or source that causes the beam current measured at the downstream end of the beam line to increase the percentage of current transmitted through the beam line. Can increase because of Because beam current and transmission are affected by the same plurality of variables, it is difficult to adjust to maximum beam transmission.

직접 가열식 음극을 갖는 이온 소오스에 사용된 종래 기술의 접근법은 일정한 아크 전류보다는 일정한 추출 전류를 위한 공급원을 제어하는 것이다. 공급원이 일정한 추출 전류를 제어하는 모든 경우에, 제어 시스템은 음극이 직접 가열식 필라멘트인 베르나스형 이온 소오스(Bernas type ion source)를 구동시킨다.The prior art approach used in ion sources with direct heated cathodes is to control the source for a constant extraction current rather than a constant arc current. In all cases where the source controls a constant extraction current, the control system drives a Bernas type ion source whose cathode is a direct heated filament.

본 발명은 이온 주입기(ion implanters)에 이용하기에 적합한 이온 소오스에 관한 것이며, 특히, 간접 가열식 음극을 갖는 이온 소오스(ion sources)에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to ion sources suitable for use in ion implanters, and more particularly to ion sources having an indirectly heated cathode.

도1은 본 발명의 실시예에 따라 간접 가열식 음극 이온 소오스의 개략 블록 다이아그램이다.1 is a schematic block diagram of an indirectly heated cathode ion source in accordance with an embodiment of the present invention.

도2a 및 도2b는 도1의 이온 소오스에서 음극의 실시예의 각각, 정면도 및 사시도이다.2A and 2B are, respectively, front and perspective views of an embodiment of a cathode in the ion source of FIG.

도3a 내지 도3d는 도1의 이온 소오스에서 필라멘트의 일 실시예의 각각의, 사시도, 정면도, 평면도 및 측면도이다.3A-3D are perspective, front, top, and side views, respectively, of one embodiment of the filament in the ion source of FIG.

도4a 내지 도4c는 도1의 이온 소오스에서 음극 절연체의 일 실시예의 각각의, 사시도, 단면도 및 부분 단면도이다.4A-4C are, respectively, perspective, cross-sectional and partial cross-sectional views of one embodiment of the negative electrode insulator in the ion source of FIG.

도5는 이온 소오스 제어기에 대해서 추출 흐름을 제어하기 위해 이용된 피드백 루프를 개략적으로 도시한다.5 schematically shows the feedback loop used to control the extraction flow for the ion source controller.

도6은 제1 제어 알고리즘에 따른 도1의 이온 소오스 제어기의 작동을 개략적으로 도시한다.6 schematically illustrates the operation of the ion source controller of FIG. 1 in accordance with a first control algorithm.

도7은 제2 제어 알고리즘에 따른 도1의 이온 소오스 제어기의 작동을 개략적으로 도시한다.7 schematically illustrates the operation of the ion source controller of FIG. 1 in accordance with a second control algorithm.

본 발명의 일 태양에 따르면, 간접 가열식 음극 이온 소오스에 사용하는 음극 조립체는 음극 및 이에 고정 장착된 지지 로드를 포함하는 음극 부조립체, 음극 부조립체의 지지 로드에 매우 인접한 아크 챔버의 외측에 위치된 전자를 방출하는필라멘트, 음극 부조립체의 음극 주위에 위치된 아크 챔버 하우징으로부터의 음극을 전기적 및 열적으로 절연시키는 음극 절연기를 포함한다.According to one aspect of the invention, a negative electrode assembly for use in an indirectly heated negative ion source is a negative electrode assembly comprising a negative electrode and a support rod fixedly mounted thereon, the outer side of the arc chamber being very adjacent to the support rod of the negative electrode subassembly Filaments emitting electrons, a negative electrode insulator electrically and thermally insulating the negative electrode from the arc chamber housing located around the negative electrode of the negative electrode subassembly.

음극 부조립체는 간접 가열식 음극 및 이온 소오스의 아크 챔버 내에서 음극을 지지하기 위하여 간접 가열식 음극에 고정 부착된 지지 로드를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 지지 로드는 아크 챔버에서 이격되어 대면하는 음극의 표면에 부착된다. 지지 로드는 음극을 지지하고 음극에 전기 에너지를 전도한다. 음극은 디스크의 형태일 수 있고, 지지 로드는 그 축을 따라 음극의 중심에, 또는 그 가까이에 부착될 수 있다. 지지 로드는 원통형일 수 있고, 음극의 직경은 원통형 지지 로드의 직경보다 클 수 있다. 일 실시예에서, 음극의 직경은 지지 로드의 직경보다 적어도 네 배 크다. 음극 부조립체는 지지 로드를 유지하기 위해 스프링 장전식 클램프를 추가로 포함할 수 있다.The negative subassembly may comprise an indirectly heated negative electrode and a support rod fixedly attached to the indirectly heated negative electrode to support the negative electrode in the arc chamber of the ion source. In one embodiment, the support rod is attached to the surface of the cathode facing away from the arc chamber. The support rod supports the cathode and conducts electrical energy to the cathode. The negative electrode may be in the form of a disk and the support rod may be attached to or near the center of the negative electrode along its axis. The support rod can be cylindrical and the diameter of the cathode can be larger than the diameter of the cylindrical support rod. In one embodiment, the diameter of the cathode is at least four times larger than the diameter of the support rod. The negative subassembly may further comprise a spring loaded clamp to hold the support rod.

필라멘트는 음극에 매우 인접하여, 지지 로드 주위에 배치되고 아크 챔버 내의 플라즈마로부터 분리될 수 있다. 필라멘트는 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고, 지지 로드의 직경보다 크거나 동일한 내경을 갖는 아크형 선회부를 포함한다. 필라멘트의 단면적은 필라멘트의 길이를 따라 변화할 수 있으며, 아크형 선회부를 따라 가장 작다.The filament is very adjacent to the cathode, can be disposed around the support rod and separated from the plasma in the arc chamber. The filament may be made of an electrically conductive material and includes an arc shaped pivot having an inner diameter greater than or equal to the diameter of the support rod. The cross-sectional area of the filament can vary along the length of the filament and is the smallest along the arc pivot.

음극 절연기는 아크 챔버의 하우징으로부터 음극을 전기적 및 열적으로 절연시키도록 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 음극 절연기는 음극의 직경보다 크거나 동일한 직경을 갖는 개구를 포함한다. 진공 간극이 열전도를 한정하도록 음극 절연기와 음극 사이에 제공될 수 있다. 음극 절연기는 일반적으로 측벽을 구비한 튜브 형태를 갖고, 아크 챔버의 플라즈마로부터 음극 절연기의 측벽을 차단시키기 위해 플랜지를 포함한다. 이러한 플랜지는 음극과 아크 챔버 하우징 사이의 경로 길이를 증가시키도록 플라즈마로부터 이격되어 대면하는 플랜지의 측면 상에 홈을 구비할 수 있다.A negative electrode insulator may be provided to electrically and thermally insulate the negative electrode from the housing of the arc chamber. In one embodiment, the negative electrode insulator includes an opening having a diameter greater than or equal to the diameter of the negative electrode. A vacuum gap may be provided between the negative electrode insulator and the negative electrode to define thermal conductivity. The negative electrode insulator generally has the form of a tube with side walls, and includes a flange to isolate the side wall of the negative electrode insulator from the plasma of the arc chamber. Such a flange may have a groove on the side of the flange facing away from the plasma to increase the path length between the cathode and the arc chamber housing.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 이온 소오스의 음극을 지지하고 가열하는 방법은 음극에 고정적으로 부착된 로드에 의해 음극을 지지하는 단계와, 전자를 갖는 음극을 충돌시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 음극, 음극에 고정적으로 부착된 지지 로드, 아크 챔버 하우징으로부터 음극을 전기적 및 열적으로 절연시키는 음극 절연기 및 음극을 간접 가열하는 간접 가열 수단을 포함한다.According to another aspect of the invention, a method of supporting and heating a cathode of an ion source includes supporting the cathode by a rod fixedly attached to the cathode, and colliding the cathode with electrons. According to another aspect of the present invention, there is provided a negative electrode, a support rod fixedly attached to the negative electrode, a negative electrode insulator which electrically and thermally insulates the negative electrode from the arc chamber housing, and indirect heating means for indirectly heating the negative electrode.

본 발명의 이해를 돕기 위해서, 본 명세서에 참고로 합체된 도면을 참조하여 설명한다.In order to assist in understanding the present invention, it will be described with reference to the drawings incorporated herein by reference.

본 발명의 실시예에 따라 간접 가열식 음극 이온 소오스가 도1에서 도시된다. 추출 구멍(12)을 갖는 아크 챔버 하우징(10)은 아크 챔버(14)를 한정한다. 음극(20) 및 리펠러 전극(22)은 아크 챔버(14)내에 위치설정된다. 리펠러 전극(22)은 전기적으로 절연된다. 음극 절연체(24)는 아크 챔버 하우징(10)으로부터 음극(20)을 전기적 및 열적으로 절연한다. 음극(20)은 열 전도를 방지하도록 진공 갭에 의해 절연체(24)로부터 선택적으로 분리될 수 있다. 음극(20)으로 매우 근접한 아크 챔버(14)의 외측에 위치설정된 필라멘트(30)는 음극(20)의 열을 생성한다.Indirectly heated cathode ion source according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. The arc chamber housing 10 with the extraction hole 12 defines the arc chamber 14. The cathode 20 and the repeller electrode 22 are positioned in the arc chamber 14. The repeller electrode 22 is electrically insulated. The negative insulator 24 electrically and thermally insulates the negative electrode 20 from the arc chamber housing 10. Cathode 20 may be selectively separated from insulator 24 by a vacuum gap to prevent thermal conduction. The filament 30 positioned outside of the arc chamber 14 in close proximity to the cathode 20 generates heat of the cathode 20.

이온화되어질 가스가 가스 공급원(32)으로부터 가스 유입구(34)를 통해 아크 챔버(14)로 제공된다. 도시되지는 않았지만, 다른 구성에서, 아크 챔버(14)는 아크 챔버(14)에서 이온화되어질 재료를 기화하는 증발기와 결합될 수 있다.The gas to be ionized is provided from the gas source 32 to the arc chamber 14 via a gas inlet 34. Although not shown, in another configuration, the arc chamber 14 may be combined with an evaporator that vaporizes the material to be ionized in the arc chamber 14.

아크 전력 공급원(50)은 아크 챔버 하우징(10)에 접속된 양의 단자 및음극(20)에 접속된 음의 단자를 갖는다. 아크 전력 공급원(50)은 10 암페어에서 정격 100 볼트이고 약 50 볼트에서 작동될 수 있다. 아크 전력 공급원(50)은 아크 챔버(14)에서 음극(20)에 의해 방출된 전자를 플라즈마로 가속화시킨다. 바이어스 전력 공급원(52)은 음극(20)에 접속된 양의 단자 및 필라멘트(30)에 접속된 음의 단자를 갖는다. 바이어스 전력 공급원(52)은 4 암페어에서 정격 600 볼트이고, 약 400 볼트의 전압 및 약 2 암페어의 전류에서 작동할 수 있다. 바이어스 전력 공급원(52)은 음극(20)의 열을 생성하도록 필라멘트(30)에 의해 방출된 전자를 음극(20)으로 가속한다. 필라멘트 전력 공급원(54)은 필라멘트(30)에 접속된 추출 단자를 갖는다. 필라멘트 전력 공급원(54)은 200 암페어에서 정격 5 볼트이고, 약 150 내지 160 암페어의 필라멘트 전류에서 작동할 수 있다. 필라멘트 전력 공급원(54)은 음극(20)을 가열하기 위해 음극(20)으로 가속되어진 전자를 차례로 발생하는, 필라멘트(30)의 열을 생성한다. 공급 자석(60)은 화살표(62)에 의해 지시된 방향으로 아크 챔버(14)내에 자기장(B)을 생성한다. 자기장(B)의 방향은 이온 소오스의 작동에 영향을 미치지 않고 역전될 수 있다.The arc power source 50 has a positive terminal connected to the arc chamber housing 10 and a negative terminal connected to the cathode 20. The arc power source 50 is rated at 100 volts at 10 amps and can operate at about 50 volts. The arc power source 50 accelerates the electrons emitted by the cathode 20 in the arc chamber 14 to the plasma. The bias power supply 52 has a positive terminal connected to the cathode 20 and a negative terminal connected to the filament 30. The bias power source 52 is rated at 600 volts at 4 amps and can operate at a voltage of about 400 volts and a current of about 2 amps. The bias power source 52 accelerates the electrons emitted by the filament 30 to the cathode 20 to produce heat in the cathode 20. The filament power supply 54 has an extraction terminal connected to the filament 30. The filament power source 54 is rated at 5 volts at 200 amps and can operate at a filament current of about 150 to 160 amps. The filament power source 54 produces heat in the filament 30, which in turn generates electrons accelerated to the cathode 20 to heat the cathode 20. The supply magnet 60 generates a magnetic field B in the arc chamber 14 in the direction indicated by the arrow 62. The direction of the magnetic field B can be reversed without affecting the operation of the ion source.

접지 전극(71)의 경우에, 추출 전극 및 억제 전극(72)은 추출 구멍(12)의 정면에 위치설정된다. 각각의 접지 전극(70) 및 억제 전극(72)은 잘 한정된 이온 비임(74)의 추출에 대한 추출 구멍(12)이 정렬된 구멍을 갖는다.In the case of the ground electrode 71, the extraction electrode and the suppression electrode 72 are positioned in front of the extraction hole 12. Each ground electrode 70 and suppression electrode 72 has holes aligned with extraction holes 12 for extraction of well defined ion beams 74.

추출 전력 공급원(80)은 전류 감지 저항기(110)를 통해 아크 챔버 하우징(10)에 접속된 양의 단자 및 지면과 접지 전극(70)에 접속된 음의 단자를 갖는다. 추출 전력 공급원(80)은 25 밀리암페어 내지 200 밀리암페어에서 정격 70키로볼트(kV)이다. 추출 공급원(80)은 아크 챔버(14)로부터 이온 비임(74)의 추출용 전압을 제공한다. 추출 전압은 이온 비임(74)에서 이온의 소정의 에너지에 따라 조정가능하다.The extraction power source 80 has a positive terminal connected to the arc chamber housing 10 through a current sense resistor 110 and a negative terminal connected to the ground and the ground electrode 70. The extraction power source 80 is rated at 70 kilovolts (kV) at 25 milliamps to 200 milliamps. Extraction source 80 provides a voltage for extraction of ion beam 74 from arc chamber 14. The extraction voltage is adjustable in accordance with the desired energy of the ions in the ion beam 74.

억제 전력 공급원(82)은 억제 전극(72)에 접속된 음의 단자 및 지면에 접속된 양의 단자를 갖는다. 억제 전력 공급원(82)은 -2 kV 내지 -30 kV의 범위에서 산출될 수 있다. 음으로 바이어스된 억제 전극(72)은 이온 비임(74)내에서 전자의 이동을 제지한다. 전압, 전류비, 전압 작동 및 전력 공급원(50, 52, 54, 80 및 82)의 전류가 단지 일 실시예만이 표현되며, 본 발명의 영역에 제한되지 않는다.The suppression power supply 82 has a negative terminal connected to the suppression electrode 72 and a positive terminal connected to the ground. Suppressed power supply 82 can be calculated in the range of -2 kV to -30 kV. The negatively biased suppression electrode 72 inhibits the movement of electrons in the ion beam 74. The voltage, current ratio, voltage operation and current of the power supply 50, 52, 54, 80 and 82 are represented by only one embodiment and are not limited to the scope of the invention.

이온 소오스 제어기(100)는 이온 소오스의 제어를 제공한다. 이온 소오스 제어기(100)는 프로그램화된 제어기 또는 특정 목적의 제어기가 될 수 있다. 양호한 실시예에서, 이온 소오스 제어기(100)는 이온 주입기의 주된 제어 컴퓨터로 통합된다.Ion source controller 100 provides control of the ion source. The ion source controller 100 may be a programmed controller or a controller for a specific purpose. In a preferred embodiment, the ion source controller 100 is integrated into the main control computer of the ion implanter.

이온 소오스 제어기(100)는 이온 소오스로부터 추출 이온 전류의 소정의 레벨을 생산하도록 아크 전력 공급원(50), 바이어스 전력 공급원(52) 및 필라멘트 전력 공급원(54)을 제어한다. 이온 소오스로부터 추출된 전류를 고정함으로써, 비임 발생으로부터 감소된 마모로 인해 발생된 입자의 적은 비임, 적은 오염 및 향상된 유지 때문에, 이온 비임은 이온 공급 수명 및 결함 감소에 유익하게 가장 효과적으로 전송하도록 조절된다.The ion source controller 100 controls the arc power supply 50, the bias power supply 52, and the filament power supply 54 to produce a predetermined level of extraction ion current from the ion source. By fixing the current extracted from the ion source, because of the low beam, low contamination and improved retention of particles generated due to reduced abrasion from beam generation, the ion beam is controlled to transfer most beneficially to ion supply life and defect reduction. .

이온 소오스 제어기(100)는 추출 전력 공급원(80)에 의해 공급된 추출전류(IE)를 대표하는 전류 감지 신호의 라인(102 및 104)을 수용할 수 있다. 전류 감지 저항기(110)는 추출 전류(IE)를 감지하기 위해서 추출 전력 공급원(80)으로부터 유도한 공급원 중의 하나와 연속적으로 접속될 수 있다. 다른 정렬에서, 추출 전력 공급원(80)은 나타내는 전류 감지 신호의 라인(112) 상에 추출 전류(IE)를 제공하기 위해 구성될 수 있다. 추출 전력 공급원(80)에 의해 공급된 전기적 추출 전류(IE)는 이온 비임(74)에서 비임 전류에 상응한다. 이온 소오스 제어기(100)는 소정의 또는 기준값 추출 전류를 나타내는 기준값 신호(IEREF)를 또한 수용한다. 이온 소오스 제어기(100)는 감지된 추출 전류(IE)와 기준값 추출 전류(IEREF)를 비교하고 양, 음 또는 제로가 될 수 있는 에러 값을 판단한다.The ion source controller 100 may receive lines 102 and 104 of current sense signals representative of the extraction current I E supplied by the extraction power source 80. The current sense resistor 110 may be connected in series with one of the sources derived from the extraction power source 80 to sense the extraction current I E. In another arrangement, the extraction power source 80 may be configured to provide the extraction current I E on the line 112 of the current sensing signal that it represents. The electrical extraction current I E supplied by the extraction power source 80 corresponds to the beam current at the ion beam 74. The ion source controller 100 also receives a reference value signal I E REF that represents a predetermined or reference value extraction current. The ion source controller 100 compares the detected extraction current I E with the reference value extraction current I E REF and determines an error value that may be positive, negative, or zero.

제어 알고리즘은 에러 값에 대하여 전력 공급원의 산출을 조정하도록 이용된다. 제어 알고리즘의 일 실시예는 도5에서 도시된, 비례-적분-미분(PID, Proportional-Integral-Derivative) 루프를 이용한다. PID 루프의 목표는 기준값 추출 전류(IEREF)에서 이온 비임을 발생하기 위해 이용된, 추출 전류(IE)를 유지하는 것이다. PID 루프는 기준값 추출 전류(IEREF)로 감지된 추출 전류(IE)를 조정하기 위해 요구된 바와 같이 PID 계산(224)의 산출을 연속적으로 조정함으로써 이러한 결과를 달성한다. PID 계산(224)은 감지된 추출 전류(IE) 및 기준값 추출 전류(IEREF)를 제거함으로써 발생된 에러 신호(IEERROR)의 형태로 이온 발생기 조립체(230, 도1)로부터 피드백하여 수용한다. PID 루프의 산출은 기준값 추출 전류(IEREF)에서 또는 가까이에서 추출 전류(IE)를 유지하도록 이온 소오스 제어기(100)로부터 아크 전력 공급원(50), 바이어스 전력 공급원(52) 및 필라멘트 전력 공급원(54)으로 공급될 수 있다.The control algorithm is used to adjust the calculation of the power supply with respect to the error value. One embodiment of the control algorithm utilizes a Proportional-Integral-Derivative (PID) loop, shown in FIG. The goal of the PID loop is to maintain the extraction current I E , which is used to generate an ion beam at the reference value extraction current I E REF. The PID loop achieves this result by continuously adjusting the calculation of the PID calculation 224 as required to adjust the extracted current I E sensed with the reference value extraction current I E REF. The PID calculation 224 feeds back from the ion generator assembly 230 (FIG. 1) in the form of an error signal I E ERROR generated by removing the sensed extraction current I E and the reference value extraction current I E REF. Accept. The calculation of the PID loop is performed by the arc power supply 50, bias power supply 52 and filament power supply from the ion source controller 100 to maintain the extraction current I E at or near the reference value extraction current I E REF. 54 may be supplied.

제1 제어 알고리즘에 따라, 바이어스 전력 공급원(52,도1)에 의해 공급된 바이어스 전류(IB)는 기준값 추출 전류(IEREF)에서 또는 가까이에서 추출 전류(IE)를 제어하도록 추출 전류 에러값(IEERROR)에 대해 변화된다. 바이어스 전류(IB)는 필라멘트(30) 및 음극(20) 사이의 전자 전류를 나타낸다. 특히, 바이어스 전류(IB)는 추출 전류(IE)가 증가하도록 증가되고, 바이어스 전류(IB)는 추출 전류(IE)가 감소하도록 감소된다. 바이어스 전압(VB)은 비조절되고 소정의 바이어스 전류(IB)를 공급하도록 변화한다. 게다가, 제1 제어 알고리즘에 따라, 필라멘트 전력 공급원(54)에 의해 공급된 필라멘트 전류(IF)는 비조절된 필라멘트 전압(VF)과 함께 일정값에서 유지되고, 아크 전력 공급원(50)에 의해 공급된 아크 전압(VA)은 비조정된 아크 전류(IA)와 함께 일정값에서 유지된다. 제1 제어 알고리즘은 우수한 수행, 단순화 및 적은 비용의 혜택을 가질 수 있다.According to the first control algorithm, the bias current I B supplied by the bias power source 52 (FIG. 1) is such that the extraction current I E controls the extraction current I E at or near the reference value extraction current I E REF. Changed for an error value (I E ERROR). The bias current I B represents the electron current between the filament 30 and the cathode 20. In particular, the bias current I B is increased to increase the extraction current I E and the bias current I B is reduced to decrease the extraction current I E. The bias voltage V B is unregulated and varied to supply a predetermined bias current I B. In addition, according to the first control algorithm, the filament current I F supplied by the filament power supply 54 is maintained at a constant value along with the unregulated filament voltage V F , and is applied to the arc power supply 50. The arc voltage V A supplied by it is kept at a constant value with the unregulated arc current I A. The first control algorithm can benefit from good performance, simplicity and low cost.

제1 제어 알고리즘에 따른 이온 소오스 제어기(100) 작동의 실시예는 도6에서 개략적으로 도시된다. 도1에서 나타낸 입력(V1,V2및 R)은 추출 전류 계산(220)을 수행하도록 이용된다. 입력 전압(V1및 V2)은 측정된 값이며, 입력 저항(R)이 저항기(110, 도1)의 값에 기초한다. 감지된 추출 전류(IE)는 다음과 같이 계산된다:An embodiment of the operation of the ion source controller 100 according to the first control algorithm is shown schematically in FIG. 6. Inputs V 1 , V 2 and R shown in FIG. 1 are used to perform extraction current calculation 220. The input voltages V 1 and V 2 are measured values and the input resistance R is based on the value of the resistor 110 (FIG. 1). The sensed extraction current I E is calculated as follows:

IE= (V1- V2)/RI E = (V 1 -V 2 ) / R

만약 추출 전력 공급원(80)이 이온 소오스 제어기(100)에 대해 추출 전류(IE)를 나타내는 전류 감지 신호를 공급하도록 구성된다면 상기 계산은 생략될 수 있다. 감지된 추출 전류(IE) 및 기준값 추출 전류(IEREF)는 에러 계산(222)으로 투입한다. 기준값 추출 전류(IEREF)는 소정의 추출 전류 상에 기초된 설정값이다. 추출 전류 에러값(IEERROR)은 다음과 같이 감지된 추출 전류(IE)로부터 기준값 추출 전류(IEREF)를 뺌으로써 계산된다:If the extraction power source 80 is configured to supply a current sense signal indicative of the extraction current I E to the ion source controller 100, the calculation may be omitted. The sensed extraction current I E and the reference value extraction current I E REF are fed to the error calculation 222. The reference value extraction current I E REF is a set value based on the predetermined extraction current. The extraction current error value I E ERROR is calculated by subtracting the reference extraction current I E REF from the detected extraction current I E as follows:

IEERROR = IE- IEREFI E ERROR = I E -I E REF

추출 전류 에러값(IEERROR) 및 세가지 제어 계수(KPB, KIB및 KDB)는 PID 계산(224a)에 대해 투입한다. 세가지 제어 계수는 가장 효과적인 제어 효과를 얻을 수 있도록 최적화된다. 특히, KPB, KIB및 KDB는 수용가능한 상승 시간, 오버슈트(overshoot) 및 정상-상태 에러를 갖는 일시적인 반응을 가지는 제어 시스템을 생성하도록 선택된다. PID 계산의 투입 신호는 다음과 같이 판단된다:The extraction current error value I E ERROR and three control coefficients K PB , K IB and K DB are fed into the PID calculation 224a. Three control coefficients are optimized to obtain the most effective control effect. In particular, K PB , K IB and K DB are chosen to create a control system with a transient response with acceptable rise time, overshoot and steady-state error. The input signal of the PID calculation is judged as follows:

Ob(t) = KPBe(t) + KIB∫e(t)dt + KDBde(t)/dtO b (t) = K PB e (t) + K IB ∫e (t) dt + K DB de (t) / dt

여기서, e(t)는 순간적 추출 전류 에러값 및 Ob(t)는 순간 산출 제어 신호이다. 순간 산출 신호(Ob(t))는 바이어스 전력 공급원(52)에서 제공되고 추출 전류(IB)가 추출 전류 에러값을 최소화하도록 어떻게 조정되어야 할지에 관한 정보를 제공한다. 산출 제어 신호(Ob(t))의 광도 및 극성은 바이어스 전력 공급원(52)의 제어 요건에 의존한다. 그러나, 일반적으로 산출 제어 신호(Ob(t))는 감지된 추출 전류(IE)가 기준값 추출 전류(IEREF)보다 적을 때 바이어스 전류(IB)가 증가하도록 하고 감지된 추출 전류(IE)가 기준값 추출 전류(IEREF)보다 클 때 바이어스 전류(IB)가 감소하도록 한다.Here, e (t) is an instantaneous extraction current error value and O b (t) is an instantaneous calculation control signal. The instantaneous output signal O b (t) is provided at the bias power source 52 and provides information on how the extraction current I B should be adjusted to minimize the extraction current error value. The intensity and polarity of the output control signal O b (t) depends on the control requirements of the bias power source 52. In general, however, the output control signal (O b (t)) are sensed extraction current (I E) the reference value to extract current (I E REF) than, and to increase the bias current (I B) when the enemy sensed extraction current ( when the I E) is greater than the reference extraction current (I E REF) and to decrease the bias current (I B).

필라멘트 전류(IF) 및 아크 전압(VA)은 도6에서 도시된 필라멘트 및 아크 전력 공급원 제어기(225)에 의해 일정하게 유지된다. 소정의 공급원 작동 상황에 따라 선택된, 제어 변수는 필라멘트 및 아크 전력 공급원 제어기(225)로 투입된다. 제어 신호(Of(t) 및 Oa(t))는 제어기(225)에 의해 투입되고 필라멘트 전력 공급원(54) 및 아크 전력 공급원(50)에서 각각 제공된다.The filament current I F and arc voltage V A are kept constant by the filament and arc power source controller 225 shown in FIG. 6. Selected according to a given source operating situation, control variables are fed into the filament and arc power source controller 225. Control signals O f (t) and O a (t) are input by controller 225 and provided at filament power supply 54 and arc power supply 50, respectively.

제2 제어 알고리즘에 따라, 필라멘트 전력 공급원(54, 도1)에 의해 공급된 필라멘트 전류(IF)는 기준값 추출 전류(IEREF)에서 또는 가까이에서 추출 전류(IE)를 제어하도록 추출 전류 에러 값(IEERROR)에 대하여 변화된다. 특히, 필라멘트 전류(IF)는 추출 전류(IE)를 증가하기 위해 감소되고, 필라멘트 전류(IF)는 추출 전류(IE)를 감소하기 위해 증가된다. 필라멘트 전압(VF)은 비조정된다. 게다가, 제2 제어 알고리즘에 따라, 바이어스 전력 공급원(52)에 의해 공급된 바이어스 전류(IB)는 비조정된 바이어스 전압(VB)과 함께 일정하게 유지되고, 아크 전력 공급원(50)에 의해 공급된 아크 전압(VA)은 비조정된 아크 전류(IA)와 함께 일정하게 유지된다.According to the second control algorithm, the filament current I F supplied by the filament power source 54 (FIG. 1) is such that the extraction current I E controls the extraction current I E at or near the reference value extraction current I E REF. It is changed with respect to the error value I E ERROR. In particular, the filament current I F is reduced to increase the extraction current I E , and the filament current I F is increased to reduce the extraction current I E. The filament voltage V F is unregulated. In addition, according to the second control algorithm, the bias current I B supplied by the bias power supply 52 is kept constant with the unregulated bias voltage V B , and by the arc power supply 50. The supplied arc voltage V A remains constant with the unregulated arc current I A.

제2 제어 알고리즘에 따른 이온 소오스 제어기(100)의 작동은 도7에서 개략적으로 도시된다. 추출 전류 계산(220)은 감지된 추출 전류(IE)를 판단하도록 투입(V1,V2및 R)에 기초한 제1 제어 알고리즘으로 수행된다. 감지된 추출 전류(IE) 및 기준값 추출 전류(IEREF)는 에러 계산(226)으로 투입된다. 추출 전류 에러 값(IEERROR)은 다음과 같이, 기준값 추출 전류(IEREF)로부터 감지된 추출 전류(IE)를 뺌으로써 계산된다:The operation of the ion source controller 100 according to the second control algorithm is shown schematically in FIG. Extraction current calculation 220 is performed with a first control algorithm based on inputs V 1 , V 2 and R to determine the sensed extraction current I E. The sensed extraction current I E and reference value extraction current I E REF are fed to an error calculation 226. The extraction current error value I E ERROR is calculated by subtracting the detected extraction current I E from the reference extraction current I E REF as follows:

IEERROR = IEREF - IE I E ERROR = I E REF-I E

이러한 계산은 피연산 함수의 치수가 역전될 때, 제1 알고리즘의 에러 계산과 상이하다. 피연산 함수는 제어 루프가 추출 전류(IE) 및 제어된 변수(이 경우에, IF)사이의 역전 관계보다 제1 알고리즘에서처럼, 직접적 관계를 만들기 위해 역전된다. 추출 전류 에러 값(IEERROR) 및 세 가지 제어 계수는 PID 계산(224b)으로 투입된다. 계수(KPF, KIF및 KDF)는 제2 제어 알고리즘에 따른 이온 소오스의 수행을최적화하도록 선택된 바와 같이, 제1 알고리즘의 제어 계수로서 반드시 동일 값을 가질 필요는 없다. 그러나, PID 계산(224b)은 다음과 같이 동일해질 수 있다:This calculation differs from the error calculation of the first algorithm when the dimensions of the operand function are reversed. The operand function is inverted so that the control loop makes a direct relationship, as in the first algorithm, rather than the inversion relationship between the extraction current I E and the controlled variable (in this case, I F ). The extracted current error value I E ERROR and the three control coefficients are fed into the PID calculation 224b. The coefficients K PF , K IF and K DF need not necessarily have the same value as the control coefficient of the first algorithm, as selected to optimize the performance of the ion source according to the second control algorithm. However, PID calculation 224b may be the same as follows:

OF(t) = KPFe(t) + KIF∫e(t)dt + KDFde(t)/dtO F (t) = K PF e (t) + K IF ∫e (t) dt + K DF de (t) / dt

순간 산출 제어 신호(OF(t))는 필라멘트 전력 공급원으로 구비되고 필라멘트 전류(IF)가 추출 전류 에러 값을 최소화하도록 어떻게 조정되어야 하는지에 관한 정보를 제공한다. 산출 제어 신호(OF(t))의 광도 및 극성은 필라멘트 전력 공급원(54)의 제어 요건에 의존한다. 그러나, 일반적으로 산출 제어 신호(OF(t))는 감지된 추출 전류(IE)가 기준값 추출 전류(IEREF)보다 적을 때 필라멘트 전류(IF)가 감소하도록 하고 감지된 추출 전류(IE)가 기준값 추출 전류(IEREF)보다 클 때 필라멘트 전류(IF)가 증가하도록 한다.The instantaneous output control signal O F (t) is provided as a filament power supply and provides information on how the filament current I F should be adjusted to minimize the extraction current error value. The brightness and polarity of the output control signal O F (t) depends on the control requirements of the filament power supply 54. In general, however, the calculated control signals (O F (t)) are sensed extraction current (I E) the reference value to extract current (I E REF) when less than and the filament current (I F) so as to decrease the sensed extraction current ( I E) is to be greater when the filament current (I F) higher than the reference value to extract current (I E REF).

바이어스 전류(IB) 및 아크 전압(VA)은 도7에서 도시된 바이어스 및 아크 전력 공급원 제어기(229)에 의해 일정하게 유지된다. 소정의 공급원 작동 상황에 따라 선택된, 제어 변수는 바이어스 및 아크 전력 공급원 제어기(229)로 투입된다. 제어 신호(OB(t) 및 OA(t))는 제어기(229)에 의해 투입되고 필라멘트 전력 공급원(52) 및 아크 전력 공급원(50)으로 각각 구비된다.The bias current I B and the arc voltage V A are kept constant by the bias and arc power supply controller 229 shown in FIG. Selected according to the desired source operating situation, control variables are fed into the bias and arc power source controller 229. Control signals O B (t) and O A (t) are input by the controller 229 and provided as a filament power supply 52 and an arc power supply 50, respectively.

제1 제어 알고리즘 및 제2 제어 알고리즘이 개략적으로 분리되어 표현되는 동안, 이온 소오스 제어기(100)는 둘 중 하나 또는 둘 다의 알고리즘을 수행하도록구성될 수 있다고 이해될 수 있다. 이온 소오스 제어기(100)가 둘 다를 수행할 수 있는 경우에, 메카니즘은 제어기(100)에 의해 실시되도록 특별한 알고리즘을 선택하기 위해 제공될 수 있다. 상이한 제어 알고리즘이 간접 가열식 음극 이온 소오스의 추출 전류를 제어하도록 이용될 수 있다고 이해될 것이다. 양호한 실시예에서, 제어 알고리즘은 제어기(100)에서 소프트웨어로 실행될 수 있다. 그러나, 회로 접속의 또는 마이크로프로그램된 제어기가 이용될 수 있다.While the first control algorithm and the second control algorithm are schematically represented separately, it can be understood that the ion source controller 100 can be configured to perform one or both algorithms. If the ion source controller 100 can perform both, a mechanism can be provided to select a particular algorithm to be implemented by the controller 100. It will be appreciated that different control algorithms may be used to control the extraction current of the indirectly heated cathode ion source. In a preferred embodiment, the control algorithm can be executed in software at the controller 100. However, a circuit-connected or microprogrammed controller can be used.

이온 소오스가 작동할 때, 필라멘트(30)는 2200 ℃의 치수가 될 수 있는 열이온 방출 온도로 필라멘트 전류(IF)에 의해 저항적으로 가열된다. 필라멘트(30)에 의해 방출된 전자는 필라멘트(30) 및 음극(20) 및 충격 가공 및 가열 음극(20) 사이의 바이어스 전압(VB)에 의해 가속된다. 음극(20)은 열이온 방출 온도에 대해 전자 충격 가공에 의해 가열된다. 음극(20)에 의해 방출된 전자는 아크 전압(VA)에 의해 가속되고 플라즈마 토출을 생산하도록 아크 챔버(14)내에 가스 공급원(32)으로부터 가스 분자를 이온화한다. 아크 챔버(14)내에 전자는 자기장(B)에 의해 나선형 경로를 따르게 된다. 리펠러 전극(22)은 입사 전자의 결과로 음의 대전을 형성하고 궁극적으로 추가 이온화하여 충돌을 생성하는, 아크 챔버(14)를 통해 전자가 돌아오는 것을 방지하도록 충분히 음의 대전을 가진다. 필라멘트(30)는 아크 챔버(14)에서 플라즈마로 노출되지 않으며 음극(20)은 종래의 직접 가열식 음극보다 더욱 무거우므로, 도1의 이온 소오스는 직접 가열식 음극 이온 소오스와 비교하여 향상된 공급 수명을 나타낸다.When the ion source is operating, the filament 30 is resistively heated by the filament current I F to a heat ion release temperature that can be dimensioned to 2200 ° C. Electrons emitted by the filament 30 are accelerated by the bias voltage V B between the filament 30 and the cathode 20 and the impact machining and heating cathode 20. The cathode 20 is heated by electron impact processing with respect to the heat ion emission temperature. Electrons emitted by the cathode 20 ionize gas molecules from the gas source 32 in the arc chamber 14 to be accelerated by the arc voltage V A and produce a plasma discharge. The electrons in the arc chamber 14 follow the spiral path by the magnetic field B. The repeller electrode 22 is sufficiently negatively charged to prevent electrons from returning through the arc chamber 14, which forms negative charges as a result of incident electrons and ultimately further ionizes to create a collision. Since the filament 30 is not exposed to plasma in the arc chamber 14 and the cathode 20 is heavier than a conventional direct heated cathode, the ion source of FIG. Indicates.

간접 가열식 음극(20)의 실시예는 도2a 및 도2b에서 도시된다. 도2a는 측면도이고, 도2b는 음극(20)의 사시도이다. 음극(20)은 디스크형으로 될 수 있고 지지 로드(150)에 접속된다. 일 실시예에서, 지지 로드(150)는 디스크형 음극(20)의 중심에 부착되고 열적 감소 및 반사를 제한하기 위해서 음극(20)보다 실질적으로 적은 직경을 갖는다. 일 실시예에서, 다중 지지 로드는 음극(20)에 부착된다. 예를 들어, 제1 지지 로드와는 상이한 크기 또는 형태를 갖는 제2 지지 로드는 음극(20)의 부정확한 설치를 방지하도록 음극(20)에 부착될 수 있다. 음극(20) 및 지지 로드(150)를 포함하는 음극 부조립체는 스프링 장전된 클램프(152)에 의해 아크 챔버(14, 도1) 내에 지지될 수 있다. 스프링 장전된 클램프(152)는 지지 로드(150)를 적절히 유지하고, 아크 챔버에 대해 (도시되지 않은)지지 구조체에 의해 적절히 유지된다. 지지 로드(150)는 음극(20)에 대한 기계적 지지를 제공하고 도1에 도시된 바와 같이 아크 전력 공급원(50) 및 바이어스 전력 공급원(52)에 전기적 접속을 제공한다. 지지 로드(150)는 상대적으로 적은 직경을 가지므로, 열적 감소 및 반사가 제한된다.An embodiment of the indirectly heated cathode 20 is shown in FIGS. 2A and 2B. 2A is a side view and FIG. 2B is a perspective view of the cathode 20. The cathode 20 can be disc shaped and connected to the support rod 150. In one embodiment, the support rod 150 is attached to the center of the disc-shaped cathode 20 and has a substantially smaller diameter than the cathode 20 to limit thermal reduction and reflection. In one embodiment, multiple support rods are attached to the cathode 20. For example, a second support rod having a different size or shape than the first support rod may be attached to the cathode 20 to prevent incorrect installation of the cathode 20. The negative subassembly comprising the negative electrode 20 and the support rod 150 may be supported in the arc chamber 14 (FIG. 1) by a spring loaded clamp 152. The spring loaded clamp 152 properly holds the support rod 150 and is properly held by a support structure (not shown) relative to the arc chamber. The support rod 150 provides mechanical support for the cathode 20 and provides electrical connections to the arc power source 50 and the bias power source 52 as shown in FIG. 1. The support rod 150 has a relatively small diameter, so thermal reduction and reflection are limited.

일 예에서, 음극(20) 및 지지 로드(150)는 텅스텐으로 제조되고 단일 조각으로 제조된다. 이 예에서, 음극(20)은 1.91 cm(0.75 인치)의 직경 및 0.508 cm(0.20 인치)의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 지지 로드(150)는 약 1.27 내지 7.62 cm(0.5 내지 3 인치)의 범위내의 길이를 갖는다. 예를 들어, 양호한 실시예에서, 지지 로드(50)는 대략 4.445 cm(1.75 인치)의 길이 및 약 0.102 내지 0.635 cm(0.04 내지 0.25 인치)의 범위내의 직경을 갖는다. 양호한 실시예에서, 지지 로드(150)는 대략 양호한 0.318 cm(0.125 인치)의 직경을 갖는다. 일반적으로, 지지 로드(150)는 음극(20)의 직경보다 적은 직경을 갖는다. 예를 들어, 음극(20)의 직경은 지지 로드(150)의 직경보다 적어도 네 배는 더 커질 수 있다. 양호한 실시예에서, 음극(20)의 직경은 지지 로드(150)의 직경보다 대략 여섯 배 더 크다. 이러한 치수는 단지 예에 의해서 주어지지 않고 본 발명의 영역에만 제한되지 않는다. 다른 예에서, 음극(20) 및 지지 로드(150)는 각각의 구성요소로 제조되고 프레스 고정함으로써 등으로 함께 부착될 수 있다.In one example, the cathode 20 and the support rod 150 are made of tungsten and made in a single piece. In this example, cathode 20 has a diameter of 1.91 cm (0.75 inches) and a thickness of 0.508 cm (0.20 inches). In one embodiment, the support rod 150 has a length in the range of about 1.27 to 7.62 cm (0.5 to 3 inches). For example, in a preferred embodiment, the support rod 50 has a length of approximately 4.445 cm (1.75 inches) and a diameter in the range of about 0.102 to 0.635 cm (0.04 to 0.25 inches). In a preferred embodiment, the support rod 150 has a diameter of approximately good 0.318 cm (0.125 inch). In general, the support rod 150 has a diameter smaller than the diameter of the cathode 20. For example, the diameter of the cathode 20 may be at least four times larger than the diameter of the support rod 150. In a preferred embodiment, the diameter of the cathode 20 is approximately six times larger than the diameter of the support rod 150. These dimensions are not given by way of example only and are not limited to the scope of the present invention. In another example, the cathode 20 and the support rod 150 may be made from each component and attached together, such as by press fixing.

일반적으로, 지지 로드(150)는 고체 실린더형 구조체이고 적어도 하나의 지지 로드(150)는 음극(20)을 지지하고 음극(20)으로 전기적 에너지를 전도하도록 이용된다. 일 실시예에서, 실린더형 지지 로드(150)의 직경은 지지 로드(150)의 길이를 따라 일정하다. 다른 실시예에서, 지지 로드(150)는 지지 로드(150)의 길이를 따라 위치설정의 기능으로 변화하는 직경을 갖는 고체 실린더형 구조체가 될 수 있다. 예를 들어, 지지 로드(150)의 직경은 각 단부에서 지지 로드(150)의 길이를 따라 가장 적어질 수 있으므로, 지지 로드(150) 및 음극(20) 사이의 열적 절연을 촉진한다. 지지 로드(150)는 아크 챔버(14)로부터 이격되어 직면하는 음극(20)의 표면에 부착된다. 양호한 실시예에서, 지지 로드(150)는 음극(20) 중심에서 또는 가까이에서 음극(20)에 부착된다.In general, the support rod 150 is a solid cylindrical structure and at least one support rod 150 is used to support the cathode 20 and conduct electrical energy to the cathode 20. In one embodiment, the diameter of the cylindrical support rod 150 is constant along the length of the support rod 150. In other embodiments, the support rod 150 may be a solid cylindrical structure having a diameter that varies with the function of positioning along the length of the support rod 150. For example, the diameter of the support rod 150 may be the smallest along the length of the support rod 150 at each end, thus facilitating thermal insulation between the support rod 150 and the cathode 20. The support rod 150 is attached to the surface of the cathode 20 facing away from the arc chamber 14. In a preferred embodiment, the support rod 150 is attached to the cathode 20 at or near the center of the cathode 20.

필라멘트(30)의 예는 도3a 내지 도3d에서 도시된다. 이 예에서, 필라멘트는 30이고 전도성 와이어로 제조되며 가열 루프(170) 및 접속 리드(172 및 174)를 포함한다. 접속 리드(172 및 174)는 도1에서 필라멘트 전력 공급원(54)에서 도시된,전력 공급원에 대한 필라멘트(30)의 부착하기 위한 적절한 절곡이 제공된다. 도3a 내지 도3d의 예에서, 가열 루프(170)는 지지 루프(150)를 수용하기 위해서, 지지 로드(150)의 직경과 동일하거나 더 큰 내부 직경을 갖는 단일 아크형 회전으로 구성될 수 있다. 도3a 내지 도3d의 예에서, 가열 루프(170)는 0.914 cm(0.36 인치)의 내직경 및 1.37 cm(0.54 인치)의 외직경을 갖는다. 필라멘트(30)는 0.029 cm(0.090 인치)의 직경을 갖는 텡스텐 와이어로 제조될 수 있다. 양호하게 가열 루프(170)의 길이를 따른 와이어는 접지되거나 그렇지 않으면 음극(20, 도1)에 인접한 영역에서 더 적은 횡단면 영역으로 감소된다. 예를 들어, 아크형 회전에 따른 필라멘트의 직경은 증가된 저항 및 음극(20)에 매우 근접한 증가된 가열, 및 접속 리드(172 및 174)의 감소된 가열에 대해, 0.191 cm(0.075 인치)의 치수 상에서 더 적은 직경으로 감소될 수 있다. 양호하게, 가열 루프(170)는 약 0.051 cm(0.020 인치)에 의해 음극(20)으로부터 이격된다.An example of filament 30 is shown in FIGS. 3A-3D. In this example, the filament is 30 and made of conductive wire and includes a heating loop 170 and connecting leads 172 and 174. Connection leads 172 and 174 are provided with proper bending for attachment of filament 30 to the power supply, shown at filament power supply 54 in FIG. In the example of FIGS. 3A-3D, the heating loop 170 may be configured with a single arced rotation having an inner diameter equal to or greater than the diameter of the support rod 150 to accommodate the support loop 150. . In the example of FIGS. 3A-3D, the heating loop 170 has an inner diameter of 0.914 cm (0.36 inch) and an outer diameter of 1.37 cm (0.54 inch). The filament 30 may be made of tungsten wire having a diameter of 0.029 cm (0.090 inch). Preferably the wire along the length of the heating loop 170 is grounded or otherwise reduced to a smaller cross sectional area in the region adjacent to the cathode 20 (FIG. 1). For example, the diameter of the filament following arc-shaped rotation is 0.191 cm (0.075 inches) for increased resistance and increased heating very close to the cathode 20, and reduced heating of the connection leads 172 and 174. Can be reduced to a smaller diameter in dimensions. Preferably, the heating loop 170 is spaced apart from the cathode 20 by about 0.051 cm (0.020 inches).

음극 절연체(24)의 예는 도4a 내지 도4c에서 도시된다. 도시된 바와 같이, 절연체(24)는 음극(20)을 수용하기 위한 중심 개구(200)와 함께 일반적으로 링형 구성을 갖는다. 절연체(24)는 아크 챔버 하우징(10, 도1)으로부터 음극(20)이 열적 및 전기적으로 절연하도록 구성된다. 플랜지(202)는 음극(20) 및 아크 챔버 하우징(10) 사이의 통로 길이를 증가하는 플라즈마로부터 이격되어 대면하는 측면 상에 홈(206)이 제공될 수 있다. 절연체 설계는 음극(20) 및 아크 챔버 하우징(10) 사이의 짧은 회로를 야기하는 절연체 상의 침전물의 위험을 감소한다. 양호한 실시예에서, 음극 절연체(24)는 붕소 질화물로 제조된다.Examples of the negative electrode insulator 24 are shown in Figs. 4A to 4C. As shown, the insulator 24 generally has a ring-shaped configuration with a central opening 200 for receiving the cathode 20. The insulator 24 is configured to thermally and electrically insulate the cathode 20 from the arc chamber housing 10 (FIG. 1). The flange 202 may be provided with a groove 206 on the side facing away from the plasma that increases the passage length between the cathode 20 and the arc chamber housing 10. The insulator design reduces the risk of deposits on the insulator which results in a short circuit between the cathode 20 and the arc chamber housing 10. In the preferred embodiment, the negative electrode insulator 24 is made of boron nitride.

현재 본 발명의 양호한 실시예가 고려된 것을 설명하고 도시하는 반면, 다양한 변화 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 발명의 영역을 벗어나지 않는 범위에서 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 여기서 기술된 특징은 본 발명의 영역 내에서 임의로 조화되어 또는 분리되어 이용될 수 있다.While the presently preferred embodiments of the invention have been described and illustrated, various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. In addition, the features described herein may be used arbitrarily in combination or separately within the scope of the invention.

Claims (18)

간접 가열식 음극과,Indirect heating cathode, 이온 소오스의 아크 챔버 내에서 음극을 지지하기 위해 상기 간접 가열식 음극에 단단하게 부착된 지지 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소오스에 대한 음극 부조립체.And a support rod rigidly attached to the indirectly heated cathode to support the cathode within the arc chamber of the ion source. 제1항에 있어서, 상기 지지 로드는 아크 챔버로부터 이격되어 직면한 음극의 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.The negative electrode subassembly of claim 1, wherein the support rod is attached to a surface of the negative electrode facing away from the arc chamber. 제2항에 있어서, 상기 음극은 디스크형인 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.3. The negative electrode subassembly of claim 2, wherein the negative electrode has a disk shape. 제3항에 있어서, 상기 지지 로드는 음극의 축을 따라, 음극의 중심에 또는 그 근처에 단단하게 부착된 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.The negative electrode subassembly of claim 3, wherein the support rod is firmly attached to or near the center of the negative electrode along the axis of the negative electrode. 제4항에 있어서, 상기 지지 로드는 실린더형이며, 음극의 직경은 지지 로드의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.5. The negative electrode subassembly of claim 4, wherein the support rod is cylindrical and the diameter of the cathode is larger than the diameter of the support rod. 제5항에 있어서, 상기 음극의 직경은 지지 로드의 직경보다 적어도 네 배 큰것을 특징으로 하는 음극 부조립체.6. The negative electrode subassembly of claim 5, wherein the diameter of the negative electrode is at least four times larger than the diameter of the supporting rod. 제5항에 있어서, 상기 지지 로드를 유지하기 위한 스프링 장전 클램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.6. The negative subassembly of claim 5, further comprising a spring loaded clamp for retaining the support rod. 제1항에 있어서, 상기 지지 로드는 전기 에너지를 음극에 기계식으로 지지하며 전도하는 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.The negative electrode subassembly of claim 1, wherein the support rod mechanically supports and conducts electrical energy to the negative electrode. 아크 챔버를 한정하는 아크 챔버 하우징을 포함하는 간접 가열식 음극 이온 소오스에서 이용하기 위한 음극 조립체이며,A cathode assembly for use in an indirect heated cathode ion source comprising an arc chamber housing defining an arc chamber, 음극 및 이에 단단하게 장착된 지지 로드를 포함하는 음극 부조립체와,A negative electrode subassembly comprising a negative electrode and a support rod rigidly mounted thereto; 음극 부조립체의 지지 로드로 근접하는 아크 챔버의 외측에 위치설정된 전자를 방출하기 위한 필라멘트와,A filament for emitting electrons positioned outside of the arc chamber proximate to the support rod of the negative electrode subassembly, 음극 부조립체의 음극 주위에 배치된 아크 챔버 하우징으로부터 음극을 전기적 및 열적으로 절연하기 위한 음극 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 조립체.And a negative electrode insulator for electrically and thermally insulating the negative electrode from the arc chamber housing disposed around the negative electrode of the negative electrode subassembly. 제9항에 있어서, 음극에 근접한 지지 로드 주위에 배치되고 아크 챔버내의 플라즈마로부터 절연된 필라멘트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.10. The negative electrode assembly of claim 9, further comprising a filament disposed around a support rod proximate to the negative electrode and insulated from the plasma in the arc chamber. 제9항에 있어서, 음극에 근접하여 지지 로드 주위에 배치되고 아크 챔버내의 플라즈마로부터 절연된 필라멘트를 더 포함하고, 상기 필라멘트는 전기 도전성 재료로 제조되며 지지 로드의 직경과 동일하거나 더 큰 내부 반경을 갖는 아크형 선회부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.10. The method of claim 9, further comprising a filament disposed about the support rod in proximity to the cathode and insulated from the plasma in the arc chamber, the filament being made of an electrically conductive material and having an inner radius equal to or greater than the diameter of the support rod. A negative electrode subassembly comprising an arc-shaped turning portion having. 제9항에 있어서, 음극에 근접하여 지지 로드 주위에 배치되고 아크 챔버내의 플라즈마로부터 절연된 필라멘트를 더 포함하고, 상기 필라멘트는 전기적 전도 재료로 제조되며 지지 로드의 반경과 동일하거나 더 큰 내부 반경을 갖는 아크형 선회부를 포함하며, 상기 필라멘트의 횡단면 영역은 필라멘트의 길이를 따라 변화하고 아크형 회전을 따라 가장 적은 것을 특징으로 하는 음극 부조립체.10. The device of claim 9, further comprising a filament disposed about the support rod in proximity to the cathode and insulated from the plasma in the arc chamber, the filament being made of an electrically conductive material and having an inner radius equal to or greater than the radius of the support rod. And an arc shaped pivot having a cross section of the filament, varying along the length of the filament and least along the arc rotation. 제9항에 있어서, 상기 음극 절연체는 음극의 직경과 동일하거나 더 큰 직경을 갖는 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 조립체.10. The negative electrode assembly of claim 9, wherein the negative electrode insulator comprises an opening having a diameter equal to or greater than the diameter of the negative electrode. 제13항에 있어서, 음극 절연체와 금극 사이에 열적 전도를 제한하기 위해 음극 사이에 진공 갭이 제공되는 것을 특징으로 하는 음극 조립체.14. The negative electrode assembly of claim 13, wherein a vacuum gap is provided between the negative electrodes to limit thermal conduction between the negative electrode insulator and the gold electrode. 제13항에 있어서, 상기 음극 절연체는 측벽과 함께 일반적으로 튜브형을 갖고 아크 챔버에서 플라즈마로부터 음극 절연체의 측벽을 차단하기 위한 플랜지를포함하는 것을 특징으로 하는 음극 절연체.The cathode insulator of claim 13, wherein the cathode insulator is generally tubular with sidewalls and comprises a flange for shielding the sidewalls of the cathode insulator from the plasma in the arc chamber. 제15항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 음극 및 상기 아크 챔버 하우징 사이의 통로 길이를 증가하기 위한, 상기 플라즈마로부터 이격되어 직면하는 플랜지의 측면 상의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 음극 절연체.16. The negative electrode insulator of claim 15, wherein the flange has a groove on the side of the flange facing away from the plasma to increase the length of the passage between the negative electrode and the arc chamber housing. 이온 소오스의 음극을 지지하고 간접 가열하는 방법이며,To support and indirectly heat the cathode of the ion source, 음극에 단단하게 부착된 로드에 의해 음극을 지지하는 단계와,Supporting the cathode by a rod firmly attached to the cathode; 상기 음극을 전자와 충돌시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Impinging the cathode with electrons. 음극과,With a cathode, 음극에 단단하게 부착된 지지 로드와,A support rod firmly attached to the cathode, 아크 챔버 하우징으로부터 음극을 전기적 및 열적으로 절연시키기 위한 음극 절연체와,A negative electrode insulator for electrically and thermally insulating the negative electrode from the arc chamber housing; 음극을 간접 가열하기 위한 간접 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 공급원용 음극 조립체.And an indirect heating means for indirectly heating the cathode.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101144222B1 (en) * 2010-12-22 2012-05-10 한국원자력연구원 Ion source apparatus and its operating method

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