KR20100108372A - 가속/감속 시스템에서 전기적 응력을 감소시키기 위한 기술들 - Google Patents

가속/감속 시스템에서 전기적 응력을 감소시키기 위한 기술들 Download PDF

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KR20100108372A
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카세근 테클렛사디스
러셀 제이. 로우
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

가속/감속 시스템에서 전기적 응력을 감소시키기 위한 기술들이 개시된다. 하나의 특정한 예시적 실시예에서, 기술들은 가속/감속 시스템으로서 실현될 수 있다. 가속/감속 시스템은 하전 입자 빔이 통과할 수 있는 개구들을 갖는 복수의 전극들을 포함하는 가속 칼럼을 포함할 수 있다. 가속/감속 시스템은 복수의 전극들에 각각 전기적으로 결합된 복수의 전압 그레이딩 부품들을 포함할 수도 있다. 가속/감속 시스템은 복수의 전압 그레이딩 부품들 주위의 전기장을 변경하기 위하여 복수의 전압 그레이딩 부품에 근접하게 배치된 복수의 절연 도전체들을 더 포함할 수 있다.

Description

가속/감속 시스템에서 전기적 응력을 감소시키기 위한 기술들{TECHNIQUES FOR REDUCING AN ELECTRICAL STRESS IN AN ACCELERATION/DECELERATION SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 가속/감속 시스템에서 전기적 응력(electrical stress)을 감소시키기 위한 기술들에 관한 것이다.
이온 주입은 활성화 이온들(energized ions)과 기판의 직접 충돌에 의해 기판에 화학적 종을 증착하는 공정이다. 반도체 제조에서, 이온 주입기들은 표적 물질들의 도전성의 유형 및 수준을 변경하는 도핑 공정들에 주로 사용된다. 집적회로(IC : integrated circuit) 기판 및 이의 박막 구조체에서의 정밀한 도핑 프로파일은 종종 적절한 IC 성능에 결정적이다. 원하는 도핑 프로파일을 달성하기 위하여, 하나 또는 그 이상의 이온 종들이 상이한 도우즈들(doses) 및 상이한 에너지 수준들로 주입될 수 있다.
반도체 웨이퍼 위에 소자들을 형성하기 위해서는, 불순물들을 반도체 웨이퍼의 상이한 깊이들에서 주입하는 것이 통상적으로 필요하다. 반도체 웨이퍼 쪽으로 인도되는 이온 빔에서의 불순물들의 에너지는 불순물들이 반도체 웨이퍼로 관통하는 깊이에 결정적이다. 소자들이 크기가 축소되고 그들의 동작 속도가 증가할수록, 반도체 웨이퍼에서 예를 들어, 얕은 트랜지스터 접합들(junctions)을 형성하기 위하여 매우 낮은 에너지 이온 빔들을 사용하는 것이 바람직하게 된다.
동시에, 높은 에너지 이온 주입은 다음의 것으로 한정되지 않지만 반도체 웨이퍼의 마스킹(masking)과 같은 몇몇 종래의 공정들이 수행되는 것을 필요로 하지 않으므로, 높은 에너지 이온 주입은 제조 비용의 최소화에 도움이 될 수 있다. 또한, 높은 에너지 이온 주입의 사용을 통하여 제조된 반도체 소자들은 상대적으로 낮은 수준들의 접합 누설 및 개선된 래치업(latch-up) 특징들을 보일 수 있다. 따라서, 제조 수율은 높은 에너지 이온 주입에 의해 수행되는 이온 주입 공정에 대하여 높을 수 있다. 그러므로, 높은 에너지 이온 주입은 적어도 하나 또는 그 이상의 반도체 소자 제조 공정들에서 이온 주입용으로 유익할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 이온 주입기 시스템(100)을 도시한다. 이온 주입기 시스템(100)은 이온 소스(102)와, 이온 빔(10)이 통과하는 복잡한 일련의 부품들을 포함할 수 있다. 일련의 부품들은 예를 들어, 추출 조작기(104), 필터 자석(106), 가속 또는 감속 칼럼(108), 분석기 자석(110), 회전하는 매스 슬릿(mass slit)(112), 스캐너(114) 및 교정기 자석(116)을 포함할 수 있다. 이온 소스(102), 추출 조작기(104) 및 필터 자석(106)은 단자(118)에 하우징될 수 있다. 광 빔을 조작하는 많은 일련의 광학 렌즈들처럼, 이온 주입기 부품들은 이온 빔(10)을 엔드 스테이션(end station)(120)쪽으로 조향(steering)하기 전에 이온 빔(10)을 필터링 및 포커싱할 수 있다. 이온 빔(10)을 필터링 및 포커싱할 수 있는 이온 주입기 부품들은 광학 소자들 또는 빔 광학계들이라고 불릴 수 있다.
가속 또는 감속 칼럼(108)은 이온 주입기 시스템(100)에 있어서 중요 부품이다. 이온 빔(10)에 대해 요구되는 에너지 수준들의 범위가 넓을 수 있기 때문에(예를 들어, 약 1 kV로부터 약 600 kV까지), 가속 또는 감속 칼럼(108)은 넓은 전압 스펙트럼(예를 들어, 약 1 kV로부터 600 kV까지)을 사용하여 이온들을 가속 또는 감속하도록 요구될 수 있다.
통상적으로, 저항 분배기(resistive divider)는 칼럼(108)을 따라 이온 빔(10)을 점진적으로 가속(가속 전위를 분배) 또는 감속(감속 전위를 분배)하는데 사용될 수 있다. 즉, 하나 또는 그 이상의 저항기는 칼럼(108)을 따라 인접한 전극들 사이에서 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서, 복수의 저항기들은 저항기들의 체인(chain)을 형성할 수 있다. 칼럼(108)의 각 전극은 저항기 체인을 따라 소정의 전기적 콘택트(contact)들로 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서, 가속 또는 감속 전압은 저항기들에 의해 배분될 수 있다. 칼럼(108)을 따라 전압을 배분하는 것은 그레이딩(grading)이라고 불릴 수 있다. 동작 전압 스펙트럼이 더 넓어지고 전압이 증가할수록, 기존의 저항 분배기에 대한 우려들이 있을 수 있다.
예를 들어, 기존의 저항 분배기는 낮은 에너지 가속 및 감속을 위하여 더 낮은 저항을 갖는 상이한 저항기 체인을 선택하기 위하여 스위치들을 사용할 수 있다. 스위치들은 전기적으로 작동될 수 있고 전기적 스위치들이라고 불릴 수 있다. 전기적 스위치들은 예를 들어, 릴레이들에 의해 작동될 수 있다. 스위치들은 압축된 유체에 의해 동력을 공급받을 수 있고, 유압/공압(hydraulic/pneumatic) 스위치들이라고 불릴 수 있다. 유압/공압 스위치들은 유전 물질로 만들어진 도관(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE : polytetrafluoroethylene) 공기 라인들)에서 압축 매질(pressurized media)에 의해 작동될 수 있다. 그러나, 도관 및 주변 공기의 유전 상수가 상이하기 때문에, 도관은 높은 전기적 응력을 받을 수 있고 칼럼(108)의 고전압 불안정성을 야기할 수 있다. 이것이 발생하는 것을 방지하기 위해서는, 칼럼(108)의 적절한 기능을 보장하기 위해 저항 분배기의 적절한 차폐 및 절연이 필요할 수 있다.
또한, 기존의 저항 분배기가 이온 주입을 위해 넓은 범위의 전압들에서 동작하는 중일 때, 기존의 저항 분배기의 각 저항기 부품 및/또는 스위치는 높은 전기장 응력으로부터 보호되는 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 높은 에너지 모드에서, 높은 가속 전압(예를 들어, 650 kV 이상)은 저항기 체인에 걸쳐 그레이드(grade)될 수 있다. 리드(lead) 또는 페룰(ferrule) 연결들과 같은 저항기들의 도전 물질들은 높은 전기장 응력 때문에 차폐가 필요할 수 있다. 이러한 차폐는 높은 유전 강도 물질(예를 들어, SF6 가스)로 충전될 수 있는 압축 용기(vessel)에 저항기 체인을 위치시킴으로써 사전에 달성되었다. 또한, 기존의 저항 분배기는 공기 라인 홀들(airline holes)로부터 원하는 것보다 더 낮은 전압들에서 전기 아크를 발생할 수 있다. 또한, 압축 용기가 배출될 필요가 있는 그러한 구성에서는, 느리고 노동집약적일 수 있어서 저항기 체인의 이용이 용이하지 않다.
상술한 점을 고려하면, 이온 주입기들을 위해 가속 또는 감속된 하전 입자 빔을 제어하기 위한 현재의 기술들과 연관된 심각한 문제들 및 결점들이 있다는 것이 이해될 수 있다.
본 발명은 가속/감속 시스템에서 전기적 응력을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
가속/감속 시스템에서 전기적 응력을 감소시키기 위한 기술들이 개시된다. 하나의 특정한 예시적 실시예에서, 기술들은 가속/감속 시스템으로서 실현될 수 있다. 가속/감속 시스템은 하전 입자 빔이 통과할 수 있는 개구들을 갖는 복수의 전극들을 포함하는 가속 칼럼을 포함한다. 가속/감속 시스템은 복수의 전극들에 각각 전기적으로 결합된 복수의 전압 그레이딩 부품들을 포함할 수도 있다. 가속/감속 시스템은 복수의 전압 그레이딩 부품들 주위의 전기장을 변경하기 위하여 복수의 전압 그레이딩 부품들에 근접하게 배치된 복수의 절연 도전체들을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 다른 측면들에 따르면, 복수의 전압 그레이딩 부품들은 복수의 저항기들 및 복수의 스위치들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 복수의 저항기들은 저항기들의 직렬 체인을 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적인 측면들에 따르면, 가속/감속 시스템은 복수의 전압 그레이딩 부품들 및 복수의 절연 도전체들에 결합된 스템(stem)을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 가속/감속 시스템은 복수의 액추에이터(actuator)들을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 각각의 스위치는 복수의 액추에이터들의 각각의 하나에 접속될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적 측면들에 따르면, 적어도 하나의 스위치는 압축 유체에 의해 작동될 수 있고, 압축 유체는 압축 공기, 압축 가스 및 압축 액체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적 측면들에 따르면, 가속/감속 시스템은 미리 설정된 전압에서 전기적으로 브레이크다운(breakdown)을 발생하도록 구성된 복수의 스파크 갭(spark gap) 전극들을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 다른 측면에 따르면, 복수의 스파크 갭 전극들은 복수의 전압 그레이딩 부품들과 복수의 절연 도전체들 사이에 배치될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 스파크 갭 전극들 및 복수의 절연 도전체들은 복수의 액추에이터들에 근접하게 배치될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 저항기들은 열 도전성 에폭시 및 실리콘 기반 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 높은 유전 강도 물질에 포팅(pot)될 수 있다.
다른 특정한 예시적 실시예에서, 기술들은 가속/감속 시스템으로서 실현될 수 있다. 가속/감속 시스템은 하전 입자 빔이 통과할 수 있는 개구들을 갖는 복수의 전극들을 포함하는 가속 칼럼을 포함한다. 가속/감속 시스템은 복수의 전극들에 각각 전기적으로 결합된 복수의 전압 그레이딩 부품들을 포함할 수도 있다. 가속/감속 시스템은 미리 설정된 전압 수준에서 전기적으로 브레이크다운을 발생하기 위하여 복수의 전압 그레이딩 부품들에 근접하게 배치된 복수의 스파크 갭 전극들을 더 포함할 수 있다. 가속/감속 시스템은 복수의 전압 그레이딩 부품들 주위의 전기장 응력을 변경하기 위하여 복수의 전압 그레이딩 부품들에 근접하게 배치된 복수의 절연 도전체들을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적 측면들에 따르면, 복수의 전압 그레이딩 부품들은 복수의 저항기들 및 복수의 스위치들 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적 측면들에 따르면, 복수의 저항기들은 저항기들의 직렬 체인을 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 다른 측면에 따르면, 복수의 스파크 갭 전극들의 형상은 타원 형상 및 구 형상 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 가속/감속 시스템은 복수의 액추에이터들을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 각각의 스위치는 복수의 액추에이터들 중의 각각의 하나에 접속될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 다른 측면들에 따르면, 복수의 스파크 갭 전극들 및 복수의 절연 도전체들 중 적어도 하나는 각각의 스위치와 복수의 액추에이터들 중의 각각의 하나 사이의 접속에 근접하게 배치될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적 측면들에 따르면, 적어도 하나의 스위치는 압축 유체에 의해 작동될 수 있고, 압축 유체는 압축 공기, 압축 가스 및 압축 액체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 다른 측면들에 따르면, 복수의 절연 도전체들은 복수의 스파크 갭 전극들보다 복수의 전압 그레이딩 부품들로부터 방사상으로 더 멀리 배치될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적 측면들에 따르면, 복수의 저항기들은 열 도전성 에폭시 및 실리콘 기반 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 높은 유전 강도 물질에 매립(embedded)될 수 있다.
이 특정한 예시적 실시예의 추가적 측면들에 따르면, 복수의 스파크 갭 전극들이 전기적으로 브레이크다운을 발생하는 미리 설정된 전압 수준은 복수의 전열 도전체 내에 위치된 도전체의 크기, 스템의 길이 및 복수의 스파크 갭 전극들의 외형구조(geometry) 중 적어도 하나에 기반할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 예시적 실시예들을 참조하여 지금부터 더 상세하게 설명될 것이다. 본 발명은 예시적 실시예들과 관련하여 아래에서 설명되지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않음을 이해해야 한다. 본 명세서에서의 교시 내용에 접근하는 당업자는 추가적인 구현예들, 변형예들 및 실시예들은 물론, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있고, 본 발명이 중요한 유용성이 있을 수 있는 다른 사용 분야들을 인식할 것이다.
본 발명은 가속/감속 시스템에서 전기적 응력을 감소시키는 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 더 완전한 이해를 촉진하기 위하여, 유사한 구성요소들은 유사한 도면부호 참조된 첨부 도면들을 지금부터 참조한다. 이러한 도면들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라, 오직 예시하기 위한 것이다.
도 1은 기존의 이온 주입기 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속/감속 시스템의 3차원 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속/감속 시스템의 개략적인 도면을 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항기 어셈블리의 개략적인 도면을 도시한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항기 어셈블리의 개략적인 도면을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 그레이딩 부품, 스파크 갭 전극 및 절연 도전체의 접합부에 대한 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입기의 가속/감속 시스템(200)의 3차원 도면을 도시한다. 당업자는 이온 빔(10) 및 가속 또는 감속 칼럼(108)만이 도 2에 통합되었다는 것을 인식해야 한다. 그 결과, 도 2의 이러한 구성요소들은 도 1의 상응하는 구성요소들과 관련하여 이해되어야 한다.
도 2를 참조하면, 가속/감속 시스템(200)에서, 이온 빔(10)은 (도 1에 도시된) 이온 소스(102)로부터 추출될 수 있다. 가속/감속 시스템(200)은 이온 빔(10)의 경로를 따라 설치되도록 구성될 수 있는 부싱(bushing)(202)을 포함할 수 있다. 부싱(202)은 이온 빔(10) 및 복수의 전극들(도시하지 않음)을 둘러쌀 수 있다. 가속/감속 시스템(200)의 제1 측(204)은 "진입 측"으로 불릴 수 있는데, 그 이유는 이온 빔(10)으로부터의 입자들이 가속/감속 시스템(200)의 제1 측(204)의 개구(226)("칼럼 개구")를 통해 가속/감속 시스템(200)에 진입할 수 있기 때문이다. 가속/감속 시스템(200)의 제2 측(206)은 "진출 측"으로 불릴 수 있는데, 그 이유는 이온 빔(10)으로부터의 입자가 개구(226)를 통해 가속/감속 시스템(200)을 진출할 수 있기 때문이다.
이온 빔(10)은 개구(226)를 통해 이동하는 도중에 가속/감속 시스템(200)에 의해 가속 또는 감속될 수 있다. 이온 빔(10)의 가속 또는 감속은 하나 또는 그 이상의 전압 그레이딩 부품들(208)에 의해 제어될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 전압 그레이딩 부품들(208)은 하나 또는 그 이상의 저항기들(210) 및/또는 하나 또는 그 이상의 스위치들(212)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 저항기들(210)은 미리 설정된 저항으로 설정된 하나 또는 그 이상의 저항기 링크들일 수 있다. 또한, 하나 또는 그 이상의 스위치들(212)은 하나 또는 그 이상의 피스톤들일 수 있다. 하나 또는 그 이상의 저항기들(210) 및/또는 하나 또는 그 이상의 스위치들(212)은 높은 유전 강도를 갖는 유전 물질에 매립될 수 있다. 유전 물질은 열 도전성 에폭시 및 실리콘 기반 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 스위치들(212)은 액추에이터(도시하지 않음)에 결합될 수 있다. 액추에이터(도시하지 않음)는 하나 또는 그 이상의 스위치들(212)을 작동시킬 수 있고, 하나 또는 그 이상의 전압 그레이딩 부품들(208) 내의 하나 또는 그 이상의 저항기들(210)을 단락(short out)시킬 수 있다. 따라서, 전압 그레이딩 부품(208)의 저항을 제어함으로써, 가속/감속 시스템(200)에 인가되는 전압이 변할 수 있다. 예를 들어, 520-545 kV의 전압이 인가될 때, 미리 설정된 수준의 전류(예를 들어, 0.5 mA)가 가속/감속 시스템(200)을 통해 흐를 수 있다. 중간-수준 전압(예를 들어, 대략 350 kV)이 가속/감속 시스템(200)에 인가될 경우, 가속/감속 시스템(200)의 저항은 동일한 수준의 전류 흐름을 유지하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 4개의 전압 그레이딩 부품들(208)의 저항은 4개의 전압 그레이딩 부품들(208)의 스위치들(212)을 작동시킴으로써 단락될 수 있다. 낮은 수준 전압(예를 들어, 120 kV)이 가속/감속 시스템(200)에 인가될 경우, 가속/감속 시스템(200)의 저항은 동일한 수준의 전류 흐름을 유지하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 7개의 전압 그레이딩 부품들(208)의 저항은 7개의 전압 그레이딩 부품들(208)의 스위치들(212)을 작동시킴으로써 단락될 수 있다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 전압 그레이딩 부품들(208)의 임의의 조합은 가속/감속 시스템(200)에 인가되는 다양한 전압들로 조정하기 위해 단락될 수 있다.
액추에이터(도시하지 않음) 및 하나 또는 그 이상의 스위치들(212)은 각각 상이한 유전 상수들을 갖는 상이한 유전 물질에 매립될 수 있다. 따라서, 높은 전기장 응력이 액추에이터(도시하지 않음)와 하나 또는 그 이상의 스위치들(212) 사이의 접합에서 생성될 수 있다. 또한, 액추에이터(도시하지 않음)와 하나 또는 그 이상의 스위치들(212) 사이의 접합은 매끄러운 표면이 아닐 수 있으므로, 전기장 응력을 생성하게 된다. 접합에서 전기장 응력을 감소시키기 위하여, 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(214)은 하나 또는 그 이상의 전압 그레이딩 부품들(208) 주위의 전기장을 변경하기 위해 하나 또는 그 이상의 전압 그레이딩 부품들(208)의 외부 부분에 근접하게 배치될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(214)은 전기장 응력을 감소시키기 위하여 미리 설정된 거리(예를 들어, 대략 4.5 인치)로 이격될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(214)은 도전체 주위에 배치된 절연체(예를 들어, 75 kV/인치보다 큰 유전 강도를 가짐)를 포함할 수 있다. 도전체의 표면 위의 전기적 응력은 높게 인가된 전압들 및 도전체의 작은 반지름 때문에 높을 수 있다. 따라서, 최적화된 두께를 갖는 절연체는 전기적 응력을 감소시키기 위하여 도전체 주위에 배치될 수 있다. 일단 전기장 라인들이 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(214)의 절연체를 나가면, 전기적 응력이 낮아질 수 있다. 이런 이유로, 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(214)은 액추에이터(도시하지 않음)와 하나 또는 그 이상의 스위치들(212)의 접합에서 전기장 응력을 감소시키고, 더욱 균일한 전기장을 촉진하는 것에 도움이 된다. 다시 말하면, 하나 또는 그 이상의 절연 도전체(214)는 전기장 응력 차폐부로서 기능할 수 있다. 따라서, 액추에이터(도시하지 않음)와 하나 또는 그 이상의 스위치들(212) 사이의 접합은 전기장 응력으로부터 보호될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입기의 가속/감속 시스템(300)의 예시적인 개략 도면이 도시된다. 이온 소스(102)는 추출 전력 공급기(324)와 관련될 수 있다. 추출 전력 공급기(324)는 단자(318)에 대한 양전압(positive voltage)을 이온 소스(102)에 공급할 수 있다. 이온 소스(102)는 감속 스위치(316) 및 감속 전력 공급기(314)에 의해 접지(ground)(330)로부터 분리될 수 있다. 이온 소스(102)는 추출 전력 공급기(324), 가속 스위치(312) 및 가속 전력 공급기(310)를 통하여 접지(330)로부터 분리될 수도 있다. 단자(318)는 가속 스위치(312) 및 가속 전력 공급기(310)에 의하여 접지(330)로부터 분리될 수 있다. 본 발명에 따른 하전 입자 가속/감속 시스템(300)은 이온 빔(10)을 가속 및/또는 감속할 수 있다는 것에 주목해야 한다.
이온 빔(10)은 단자(318) 위의 개구를 통과하여, 도 2에 도시된 가속 또는 감속 부싱(202)으로 진입한다. 가속/감속 부싱(202)은 도 3에서 복수의 전극들(332)에 의해 도시될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 복수의 전극들(332)은 전극들(332a, 332b, 332c, 332d, 332e, 332f 및 332g)을 포함한다. 이온 빔(10)은 특정 에너지 수준으로 가속 또는 감속될 수 있고, 그 후에 가속 또는 감속 부싱(202)을 떠난다.
가속 전력 공급기(310)에 의해 공급된 양전압은 가속 전압에 의존하는 빔 광학계들을 관리하기 위하여 저항기들(210)의 체인과, 유압/공압 또는 전기적 스위치들(212)의 체인에 의해 전극(332)에 인가될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 저항기들(210)의 체인은 저항기들(210a, 210b, 210c, 210d, 210e, 210e 및 210g)을 포함한다. 저항기들(210)에 병렬인 스위치들(212)의 체인은 스위치들(212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f 및 212g)을 포함할 수 있다. 저항기 및 이에 상응하는 스위치는 그레이딩 저항기 어셈블리라고 불릴 수 있다. 따라서, 가속 전압을 7개의 동일한 전위들로 분배하기 위하여, 하전 입자 가속/감속 시스템(300)에 도시되는 7개의 저항 어셈블리들이 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 저항기들(210)은 동일한 저항값을 갖지 않을 수 있고, 전압은 동일하게 분배되지 않을 수 있다는 것에 주목해야 한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 스위치들(212)의 체인은 3개의 그룹들로 그룹화될 수 있다. 스위치들(212a, 212b, 212c 및 212d)은 제어 케이블(352)에 접속될 수 있다. 스위치들(212e 및 212f)은 제어 케이블(354)에 접속될 수 있다. 스위치(212g)는 제어 케이블(356)에 접속될 수 있다. 따라서, 7개의 저항기 어셈블리들은 제어 케이블들(352, 354 및 356)에 의해 선택적으로 제어될 수 있다. 저항기 어셈블리들의 체인은 본 발명에서 전압 그레이딩 저항기 어셈블리 체인이라고 불릴 수 있다. 또한, 제어 케이블들 각각은 본 발명에서 액추에이터라고 불릴 수 있다.
하전 입자 가속/감속 시스템(300)의 하나의 예시적 실시예에서, 스위치들(212) 각각은 추후 설명되는 바와 같이 압축 공기, 가스 또는 액체에 의해 작동될 수 있다. 따라서, 각 액추에이터는 유전 물질로 제조된 압축 공기 라인들일 수 있고, 압축 공기, 가스 또는 액체 (예를 들어, PTFE 공기 라인들)에 의해 스위치들을 동작시킬 수 있다.
하전 입자 가속/감속 시스템(300)의 다른 예시적 실시예에서, 스위치들(212) 각각은 전기적으로 작동될 수 있다. 따라서, 각 액추에이터는 전기적 신호들(예를 들어, 릴레이들)을 전송함으로써 스위치(들)(212)을 동작시킬 수 있다.
하전 입자 가속/감속 시스템(300)은 이온 빔(10)에 대한 넓은 범위의 에너지 수준들(예를 들어, 단일 하전 입자들에 대하여 1 kV 내지 약 750 kV)을 달성하도록 설계된다. 넓은 범위의 에너지 수준들은 하전 입자 가속/감속 시스템(300)의 복수의 동작 모드들에 의해 달성될 수 있다. 복수의 동작 모드들은 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 감속 스위치(316), 가속 스위치(312), 그레이딩 저항기 어셈블리들의 스위치들(212), 추출 전력 공급기(324), 감속 전력 공급기(314) 및 가속 전력 공급기(310)를 동시에 동작시킴으로써 제공될 수 있다. 또한, 7개의 선택적으로 제어되는 저항기 어셈블리들은 전극들(332) 사이의 저항을 선택적으로 변경할 수 있고, 이에 따라, 이하에서 또한 상세하게 설명되는 바와 같이, 밸러스트 전류(ballast current)를 유지할 수 있다.
예를 들어, 제1 예시적 동작 모드에서, 하전 입자 가속/감속 시스템(300)은 중간 내지 높은 에너지 수준(예를 들어, 80 kV 내지 625 kV)을 달성하도록 동작할 수 있다. 이 동작 모드에서, 감속 스위치(316)는 열린 채로 있을 수 있고 가속 스위치(312)는 닫힐 수 있다. 이온 빔(10)은 추출 전력 공급기(324)에 의해 제공되는 양의(positive) 추출 전압에 의해 추출될 수 있다. 가속 전력 공급기(310)는 단자(318)와 접지(330) 사이에 양전압을 제공할 수 있다. 따라서, 초기 추출 에너지를 얻은 후에, 이온 빔(10)은 전극들(332)에 의해 더 가속될 수 있다. 이러한 예시적인 동작 모드는 본 발명에서 가속 모드라고 불릴 수 있다.
가속 동작 모드에서, 가속 전력 공급기(310)는 다음으로 한정되지는 않지만 대략 670 kV의 높은 양전압과 같은 높은 양전압을 제공할 수 있다. 이 가속 동작 모드는 높은 빔 에너지 가속 동작 모드라고 불릴 수 있다. 높은 빔 에너지 가속 모드에서, 감속 스위치(316)는 이온 소스(102)와 접지(330) 사이에 670 kV 이상의 전압 캡(예를 들어, 추출 전압 및 가속 전압)을 유지하도록 설계될 수 있다.
또한, 가속 동작 모드에서, 이온 빔(10)의 원하는 에너지 수준은 에너지 수준 범위의 하단부에 있을 수 있고, 이에 따라, 가속 전력 공급기(310)에 의해 제공되는 양전압이 낮아지도록 한다. 이 가속 동작 모드는 낮은 에너지 빔 가속 동작 모드라고 불릴 수 있다. 이전에 주목한 바와 같이, 특정 상황들에서는, 이온 빔 강도(rigidity)가 낮기 때문에, 전극들(332)이 이온들 또는 2차 이온들/전자들을 차단할 수 있다(예를 들어, 빔 가격(beam strike)). 따라서, 가속 동작 모드에서 전극들(332)에 걸쳐 낮은 에너지 전압 전위 증감률(gradient)을 유지하기 위해 더 높은 밸러스트 전류가 요구될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 동작 모드에서 예시적 저항기 어셈블리(400)를 도시한다. 저항기 어셈블리(400)는 본 발명에 따른 하전 입자 가속/감속 시스템의 예시적 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 저항기 어셈블리(400)는 하전 입자 가속/감속 시스템(300)에서 사용될 수 있다. 저항기 어셈블리(400)는 단자(318)와 제1 전극(332a) 사이에 배치될 수 있거나, 도 3의 임의의 두 개의 인접한 전극들 사이에 배치될 수 있다. 즉, 전기적 콘택트들(422, 432)은 단자(318) 및 제1 전극(332a)에 접속될 수 있거나, 임의의 두 개의 전극들에 접속될 수 있다. 이에 따라, 전압 갭은 하전 입자 가속/감속 시스템(300)의 가속 또는 감속 동작 모드에 대해 유지될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 예시적 저항기 어셈블리(400)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 동작 모드에서 도시된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 동작 모드에서, 스위치(410)는 접속 해제된다. 즉, 스위치(410)의 하우징(414) 내부의 셔틀(shuttle)(412)은 제1 전기적 콘택트(418)에 접속되지만, 하우징(414)의 절연 매질에 의해 제2 전기적 콘택트(416)로부터 분리된다. 절연 매질은 하우징(414)의 두 개의 말단부(distal end)들의 두 개의 캡들(420a, 420b)에 의해 하우징(414)에서 유지될 수 있다. 절연 매질은 공기, 또는 높은 유전 강도 가스(예를 들어, SF6), 또는 액체(예를 들어, 액체 실리콘)일 수 있다. 셔틀(412)이 전기적 콘택트(416)와 물리적으로 접촉하지 않을 때, 두 개의 전기적 콘택트들(416 및 418)이 전기적으로 접속되지 않도록, 하우징(414)의 적어도 일부는 비도전성 물질로 제조될 수 있다.
전기적 콘택트(416)는 두 개의 저항기들(404a, 404b)을 통해 전기적 콘택트(422)에 접속될 수 있다. 저항기들(404a, 404b)은 도시된 바와 같이 직렬로 접속될 수 있다. 전기적 콘택트(418)는 3개의 저항기들(404c, 404d, 404e)을 통해 전기적 콘택트(432)에 접속될 수 있다. 저항기들(404c, 404d 및 404e)은 도시된 바와 같이 직렬로 접속될 수 있다.
스위치(410)가 접속 해제되는 제1 동작 모드에서는, 저항기들(404)을 통과하여 흐르는 전류가 없고, 전기적 콘택트들(422 및 432) 사이의 전기적 전압 차이는 열린 스위치(410)에 의해 유지된다. 따라서, 하전 입자 가속/감속 시스템(300)이 높은 에너지 수준에 대한 가속 모드에서 동작 중일 때, 스위치(410)에 의해 유지되는 고전압(예를 들어, 112 kV)이 있을 수 있다. 따라서, 스위치(410)는 다음으로 한정되지는 않지만, 참조를 위해 그 전체가 본 명세서에 포함되는 Heller에게 허여된 미국특허 제6,717,079호에 설명된 스위치와 같이, 고전압 환경들에 적합한 전기적 스위치 또는 유압/공압 스위치일 수 있다.
또한, 스위치(410)가 접속 해제되는 제1 동작 모드에서는, 전기적 콘택트들(422 및 432) 사이의 전기적 전압 차이가 저항기들(402)의 체인에 걸쳐 배분된다. 저항기들(402a, 402b, 402c, 402d 및 402e)은 높은 에너지 범위 및 중간 에너지 범위에서 사용될 수 있고, 예를 들어, 저항기 어셈블리 당 약 75 MΩ 내지 200 MΩ의 저항값들을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 저항기 어셈블리의 다른 예시적 실시예에서는, 저항기들(402)의 병렬/직렬 조합이 밸러스트 전류 요건에 따라 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 저항기 어셈블리의 또 다른 예시적 실시예에서는, 두 개 이상의 저항기가 병렬일 수 있고, 병렬인 저항기들의 그룹들은 전기적 콘택트들(422 및 432) 사이에서 연쇄적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 저항기 어셈블리의 또 다른 예시적 실시예에서는, 단일 저항기가 전기적 콘택트들(422 및 432) 사이에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 단일 저항기는 약 10 내지 100 MΩ의 저항값, 30 내지 100 kV 전압 정격(voltage rating), 및 15 내지 100 W 전력 정격을 갖는 금속산화막(metal oxide) 고전압 저항기일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 예시적 저항기 어셈블리(400)가 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 동작 모드에서 도시된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 동작 모드에서는, 스위치(410)가 전기적 콘택트들(416 및 418)을 전기적으로 접속할 수 있다. 즉, 셔틀(412)은 전기적 콘택트(416)에 접속하기 위하여 절연 매질을 가로질러 연장될 수 있다. 셔틀(412)은 상기 Heller 특허에서 설명된 바와 같이 압축 가스에 의해 절연 매질을 가로질러 이동하도록 가압될 수 있다.
이전에 주목한 바와 같이, 하전 입자 가속/감속 시스템(300)이 낮은 에너지 가속 또는 감속 동작 모드에서 동작할 때, 단자(318) 및 전극들(332)을 가로질러 낮은 전압 갭이 유지될 필요가 있을 수 있다. 이 상황에서는, 충분한 밸러스트 전류에 의해 전기적 콘택트들(422 및 432) 사이의 낮은 전압 갭을 유지하기 위해 저항기 어셈블리(400)가 사용될 수 있다. 충분한 밸러스트 전류는 다음으로 한정되지 않지만, 예를 들어, 저항기 어셈블리 당 20 MΩ 내지 40 MΩ과 같은 낮은 저항으로 저항기들(404)을 유지함으로써 달성될 수 있다. 저항기들(404)은 저항기들(402)에 병렬이기 때문에, 높은 밸러스트 전류는 전기적 콘택트들(422 및 432) 사이의 낮은 전압 갭(예를 들어, 10 kV)에 대하여 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 저항기 어셈블리의 다른 예시적 실시예에서는, 저항기들(404)이 제거될 수 있다. 즉, 전기적 콘택트(416)는 전기적 콘택트(422)에 직접 접속될 수 있고, 전기적 콘택트(418)는 전기적 콘택트(432)에 직접 접속될 수 있다. 따라서, 제2 동작 모드에서는, 저항기 어셈블리(400)가 전기적 콘택트들(422 및 432)을 단락시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 저항기 어셈블리의 또 다른 예시적 실시예에서는, 다소간의 저항기들이 전기적 콘택트들(416 및 422) 사이와, 전기적 콘택트들(418 및 432) 사이에 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입기의 가속/감속 시스템(500)의 단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 액추에이터(502)(예를 들어, 공기 라인)는 하나 또는 그 이상의 스위치를 작동시키기 위하여 하나 또는 그 이상의 전압 그레이딩 부품들의 응력 차폐부(506)의 개구(504)에 결합될 수 있다. 응력 차폐부(506)의 개구(504)에서의 고르지 않은 표면 때문에, 전기장 응력은 개구(504)에서 생성될 수 있다. 따라서, 개구(504)에서 전기장 응력을 완화하기 위하여, 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(514)은 스템(508)을 통해 개구(504)에 결합될 수 있다. 스템(508)이 도전성 물질로 제조될 수 있는 경우, 응력 차폐부(506) 및 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(514)은 동일한 전위로 활성화될 수 있다. 응력 차폐부(506) 및 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(514)을 동일한 전위로 활성화함으로써, 등전위(isopotential) 영역이 개구(504)에서 생성될 수 있고, 이에 따라, 개구(504)에서 전기장 응력을 제거할 수 있다.
응력 차폐부(506)는 유전 물질(510)에 둘러싸일 수 있다. 하나 또는 그 이상의 절연 도전체들(514)은 도전체(516) 주위에 배치된 75 kV/인치보다 큰 유전 강도를 갖는 절연체(516)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 절연체(512)는 고체 절연체일 수 있다. 고체 절연체는 다음으로 한정되지 않지만, 에폭시 수지, 신택틱 폼(syntactic foam), 염화 폴리염화비닐(CPVC : chlorinated polyvinyl chloride), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF : polyvinylidene difluoride), 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE : ethylene chlorotrifluoroethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE : polytetrafluoroethylene) 또는 폴리이미드(예를 들어, 켑톤(kapton))을 포함할 수 있다. 하나의 예시적 실시예에서, 절연체(512)는 0.5 인치의 두께를 갖는 에폭시 수지로 제조될 수 있다. 신택틱 폼은 속이 빈 유리구들, 및/또는 에폭시 수지 또는 실리콘과 같은 충전(filling) 화합물 주위에 분산된 폴리머 펠렛(polymer pellet)들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 신택틱 폼 절연체는 약 0.25 인치 두께의 테스트 샘플들 위에서 약 300 kV/인치의 평균 유전 강도를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 고체 절연체들은 150 kV/인치보다 큰 유전 강도를 가질 수 있다. 대안적으로, 절연체(512)는 내부 공동(cavity)을 정의하는 챔버 벽을 가질 수 있고, 내부 공동은 액체 절연체 또는 가스 절연체로 충전될 수 있다. 액체 절연체는 다음으로 한정되지는 않지만, 오일을 포함할 수 있다. 가스 절연체는 다음으로 한정되지는 않지만, 이산화탄소(CO2), 육불화황(SF6), 또는 압축 공기를 포함할 수 있다. 몇몇 가스들은 그들의 압축되지 않은 유전 강도에 따라 압축이 필요하지 않을 수 있다. 진공 절연 및/또는 복합 절연을 형성하기 위한 임의의 조합도 사용될 수 있다. 도전체(516)는 속이 빈 단면 또는 고체 단면을 갖는 고전압 도전체일 수 있다.
스템(508)은 응력 차폐부(506)의 개구(504)에 결합될 수 있다. 스템(508)은 전압 그레이딩 부품(예를 들어, 208)의 외부 부분에 근접한 하나 또는 그 이상의 스파크 갭 전극들(518)을 통해 절연 도전체(514)에 결합될 수도 있다. 스템(508)은 절연 도전체들(514)이 전압 그레이딩 부품(예를 들어, 208)의 외부 부분으로부터 미리 설정된 거리에 위치되도록 하는 길이를 가질 수 있다. 스템(508)의 길이는 전기적 응력 차폐의 요구되는 양에 상응하도록 변경될 수 있다. 전기적 응력 차폐는 스템(508)의 길이가 감소함에 따라 줄어들 수 있다. 미리 설정된 거리는 거의 0 (거의 닿음)으로부터 주변 공기 갭에 의해 허용되는 최대 거리까지의 범위일 수 있다. 하나의 예시적 실시예에서, 바람직한 거리는 적어도 1.5 인치, 예를 들어 2인치이다. 스템(508)은 도전성 혹은 비도전성 물질, 또는 도전성 및 비도전성 물질을 포함하는 합성물로 제조될 수 있다. 스템(508)이 비도전성 물질로 제조될 수 있을 경우, 도전체는 개구(504)에서 등전위 영역을 유지하기 위하여 스템(508)의 내부에 배치될 수 있다.
스파크 갭 전극(518)은 절연 도전체(514)와 응력 차폐부(506) 사이에 위치될 수 있다. 스파크 갭 전극(518)은 미리 설정된 전압 수준에서 전기적으로 브레이크다운을 발생하도록 교정될 수 있다. 스파크 갭의 외형구조는 미리 설정된 전압 수준에서 전기적으로 브레이크다운을 발생하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 스파크 갭 전극(518)의 형상은 미리 설정된 전압 수준에서 전기적으로 브레이크다운을 발생하도록 변경될 수 있다. 하나의 예시적 실시예에서, 스파크 갭 전극(518)은 구 형상 또는 타원 형상을 가질 수 있다. 스파크 갭 전극(518)의 반지름은 미리 설정된 전압에서 전기적으로 브레이크다운을 발생하도록 변경될 수 있다.
스템(508)은 도전성 물질로 제조될 수 있으므로, 스파크 갭 전극(518)은 미리 설정된 전위, 예를 들어, 전압 그레이딩 부품(예를 들어, 208)과 동일한 전위로 충전될 수 있다. 전압 그레이딩 부품(예를 들어, 208)은 체인 저항기들(예를 들어, 210)을 포함할 수 있고, 스파크 갭 전극(518)은 고전압 측(예를 들어, 체인 저항기들의 앞) 또는 저전압 측(예를 들어, 체인 저항기의 뒤)에 배치될 수 있다. 스파크 갭 전극(518)은 체인 저항기(예를 들어, 210)에 병렬로 배치될 수 있고, 체인 저항기(예를 들어, 210)보다 낮은 저항을 가질 수 있다. 따라서, 스파크 갭 전극(518)은 가장 약한 경로를 제공할 수 있으므로, 체인 저항기(예를 들어, 210) 앞에서 미리 설정된 전압에서 전기적으로 브레이크다운을 발생할 수 있다. 또한, 스파크 갭 전극(518)은 고전압에서 전기적으로 브레이크다운을 발생할 수 있으므로, 스파크 갭 전극(518)의 표면 위에서 높은 전기적 응력이 생성될 수 있다. 그러나, 절연 도전체(514)는 스파크 갭 전극(518)의 표면 위에서 높은 전기적 응력을 차폐 및/또는 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 스파크 갭 전극(518)이 더 높은 전압에서 전기적으로 브레이크다운을 발생할 수 있다.
예를 들어, 스파크 갭 전극(518)은 과도(transient) 전압이 안전한 동작 수준을 넘는 즉시, 전기적 응력을 감소시키고 전기적으로 브레이크다운을 발생하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 1.2 MeV 이온 주입기는 전압 그레이딩 부품 당 65 kV를 사용할 수 있다. 스파크 갭 전극(518)은 최대 과도 전압을 전압 그레이딩 부품 당 대략 85 kV로 제한하도록 설계될 수 있다. 최대 과도 전압은 절연 도전체(514) 및/또는 스파크 갭 전극(518)을 사용함으로써 제한될 수 있다. 절연 도전체(514)는 0.5 인치의 두께를 갖는 절연체(512)와, 2.5 인치의 지름을 갖는 도전체(516)를 포함할 수 있다. 스파크 갭 전극(518)은 1 인치의 지름을 가질 수 있고, 절연 도전체(514)는 인접한 절연 도전체(514)로부터 4.5 인치 이격될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의하여 범위가 한정되지 않아야 한다. 실제로, 본원에 개시된 실시예들에 더하여, 본 발명에 대한 다른 다양한 실시예들 및 변형들이 상술한 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자에게 명확할 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 변형들은 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 발명이 특정 목적을 위한 특정 환경에서 특정 수행의 맥락에서 본원에 개시되었지만, 당업자는 이의 유용성이 이에 한정되지 않고 본 발명은 임의의 개수의 목적에 대한 임의 개수의 실시예들에서 유리하게 수행될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 따라서, 아래의 청구항들은 본원에 개시된 본 발명의 범위 및 사상의 맥락에서 의도되어야 한다.
10 : 이온 빔 200 : 가속/감속 시스템
202 : 가속/감속 부싱 204 : 제1측(진입측)
206 : 제2측(진출측) 208 : 전압 그레이딩 부품
210 : 저항기 212 : 스위치
214 : 절연 도전체 226 : 개구

Claims (22)

  1. 하전 입자 빔이 통과할 수 있는 개구들을 갖는 복수의 전극들을 포함하는 가속 칼럼;
    상기 복수의 전극들에 각각 전기적으로 결합된 복수의 전압 그레이딩 부품들; 및
    상기 복수의 전압 그레이딩 부품들 주위의 전기장을 변경하기 위하여 상기 복수의 전압 그레이딩 부품들에 근접하게 배치된 복수의 절연 도전체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전압 그레이딩 부품들은 복수의 저항기들 및 복수의 스위치들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 저항기들은 저항기들의 직렬 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전압 그레이딩 부품들 및 상기 복수의 절연 도전체들에 결합된 스템(stem)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    복수의 액추에이터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터들의 각각 하나에는 각각의 스위치가 접속되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    적어도 하나의 스위치는 압축 유체에 의해 작동되고, 상기 압축 유체는 압축 공기, 압축 가스 및 압축 액체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    미리 설정된 전압에서 전기적으로 브레이크다운(breakdown)을 발생하도록 구성된 복수의 스파크 갭 전극들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 스파크 갭 전극들은 상기 복수의 전압 그레이딩 부품들과 상기 복수의 절연 도전체들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 스파크 갭 전극들 및 상기 복수의 절연 도전체들은 복수의 액추에이터들에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 저항기들은 열 도전성 에폭시 및 실리콘 기반 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 높은 유전 강도 물질에 매립(embed)되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  12. 하전 입자 빔이 통과할 수 있는 개구들을 갖는 복수의 전극들을 포함하는 가속 칼럼;
    상기 복수의 전극들에 각각 전기적으로 결합되는 복수의 전압 그레이딩 부품들;
    미리 설정된 전압 수준에서 전기적으로 브레이크다운을 발생하기 위하여 상기 복수의 전압 그레이딩 부품들에 근접하게 배치된 복수의 스파크 갭 전극들; 및
    상기 복수의 전압 그레이딩 부품들 주위의 전기장 응력을 변경하기 위하여 상기 복수의 전압 그레이딩 부품들에 근접하게 배치된 복수의 절연 도전체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 전압 그레이딩 부품들은 복수의 저항기들 및 복수의 스위치들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 저항기들은 저항기들의 직렬 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 스파크 갭 전극들의 형상은 타원 형상 및 구 형상 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  16. 청구항 13에 있어서,
    복수의 액추에이터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터들의 각각의 하나에는 각각의 스위치가 접속되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수의 스파크 갭 전극들 및 상기 복수의 절연 도전체들 중 적어도 하나는 각각의 스위치와 상기 복수의 액추에이터들 중 각각의 하나 사이의 접속에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  19. 청구항 13에 있어서,
    적어도 하나의 스위치는 압축 유체에 의해 활성화되고, 상기 압축 유체는 압축 공기, 압축 가스 및 압축 액체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 절연 도전체들은 상기 복수의 스파크 갭 전극들보다 상기 복수의 전압 그레이딩 부품들로부터 방사상으로 더 멀리 배치되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 저항기들은 열 도전성 에폭시 및 실리콘 기반 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 높은 유전 강도 물질에 매립되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
  22. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 스파크 갭 전극들이 전기적으로 브레이크다운을 발생하는 상기 미리 설정된 전압 수준은 상기 복수의 절연 도전체들 내에 위치된 도전체의 크기, 상기 스템의 길이 및 상기 복수의 스파크 갭 전극들의 외형구조 중 적어도 하나에 기반하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 시스템.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8766209B2 (en) 2011-07-21 2014-07-01 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Current limiter for high voltage power supply used with ion implantation system
BR112018070522A2 (pt) * 2016-04-04 2019-02-12 Eaton Intelligent Power Limited sensor de voltagem integrado

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5059859A (en) * 1989-04-14 1991-10-22 Hitachi, Ltd. Charged particle beam generating apparatus of multi-stage acceleration type
JP2898658B2 (ja) * 1989-08-28 1999-06-02 株式会社日立製作所 多段加速方式荷電粒子線加速装置
JPH02273443A (ja) * 1989-04-14 1990-11-07 Hitachi Ltd 多段加速型荷電粒子線源
JPH06111755A (ja) 1992-09-28 1994-04-22 Sony Corp イオン注入装置
US5463268A (en) * 1994-05-23 1995-10-31 National Electrostatics Corp. Magnetically shielded high voltage electron accelerator
US6189484B1 (en) * 1999-03-05 2001-02-20 Applied Materials Inc. Plasma reactor having a helicon wave high density plasma source
US6130436A (en) 1998-06-02 2000-10-10 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Acceleration and analysis architecture for ion implanter
US6653642B2 (en) 2000-02-11 2003-11-25 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Methods and apparatus for operating high energy accelerator in low energy mode
US6984288B2 (en) * 2001-08-08 2006-01-10 Lam Research Corporation Plasma processor in plasma confinement region within a vacuum chamber
US6717079B2 (en) 2002-06-21 2004-04-06 Varian Semiconductr Equipmentassociates, Inc. Electrical switches and methods of establishing an electrical connection
US7402821B2 (en) 2006-01-18 2008-07-22 Axcelis Technologies, Inc. Application of digital frequency and phase synthesis for control of electrode voltage phase in a high-energy ion implantation machine, and a means for accurate calibration of electrode voltage phase
JP2007281131A (ja) * 2006-04-05 2007-10-25 Toshiba Corp 樹脂モールドコイル
US7675046B2 (en) * 2006-09-27 2010-03-09 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc Terminal structure of an ion implanter
US7799999B2 (en) * 2007-08-20 2010-09-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Insulated conducting device with multiple insulation segments
US7842934B2 (en) * 2007-08-27 2010-11-30 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Terminal structures of an ion implanter having insulated conductors with dielectric fins
US20090057573A1 (en) * 2007-08-29 2009-03-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for terminal insulation in an ion implanter
US7820986B2 (en) * 2007-09-13 2010-10-26 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for controlling a charged particle beam
US7692139B2 (en) * 2007-10-15 2010-04-06 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for commensurate cusp-field for effective ion beam neutralization

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