KR20180081483A

KR20180081483A - 이온 주입 시스템용 저 컨덕턴스 셀프-차폐 절연체

Info

Publication number: KR20180081483A
Application number: KR1020187008472A
Authority: KR
Inventors: 존 에프. 바게트; 네일 케이. 콜빈
Original assignee: 액셀리스 테크놀러지스, 인크.
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-07-16
Also published as: TWI745319B; TW201824323A; WO2017083516A1; CN108352229A; JP2018533184A

Abstract

이온 소스용 절연체는 천공된 접지 전극과 천공된 억제 전극 사이에 위치한다. 상기 절연체는 제1단부 및 제2단부를 갖는 기다란 몸체를 가지며, 하나 이상의 형상이 상기 기다란 몸체에 형성되고 상기 기다란 몸체의 표면을 따라 상기 제1단부로부터 제2단부로의 가스 전도성 경로를 증가시킨다. 하나 이상의 형상은 대체로 기다란 몸체의 축 방향으로 또는 기다란 몸체의 축으로부터 기다란 몸체 내로 제로가 아닌 각도로 연장되는 언더컷이다. 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 기다란 몸체의 반경으로부터 연장되는 리브일 수 있다.

Description

이온 주입 시스템용 저 컨덕턴스 셀프-차폐 절연체

본 출원은 2015년 11월 10일자로 제출된 미국 가출원 제62/253,399호(발명의 명칭: 이온 주입 시스템용 저 컨덕턴스 셀프-차폐 절연체)의 우선권 출원이고, 2016년 11월 10일에 출원된 국제 특허 출원 번호 PCT/US16/61331의 계속 출원이며, 그 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추출 전극에 대한 증가된 서비스 시간을 갖는 절연체에 관한 것이다.

반도체 기기의 제조 방법에 있어서, 불순물로 반도체를 도핑하기 위해 이온 주입이 사용된다. 이온 주입 시스템들은 n-형 또는 p-형 물질 도핑을 생성하거나 집적 회로의 제조 공정 중에 패시베이션층을 형성하기 위하여, 반도체 웨이퍼와 같은 공작물에 이온 빔으로부터의 이온을 도핑하는데 종종 사용된다. 이러한 빔 처리는 집적 회로의 제조 공정 중에 반도체 물질을 생성하기 위하여, 소정의 도펀트 물질의 불순물로, 소정의 에너지 레벨에서, 그리고 제어 된 농도로 웨이퍼를 선택적으로 주입하는데 종종 사용된다. 상기 이온 주입 시스템은, 반도체 웨이퍼를 도핑하는 데 사용될 때, 선택된 이온 종을 공작물에 주입하여 소정의 외인성 물질을 생성한다. 예를 들어, 안티몬(antimony), 비소(arsenic) 또는 인(phosphorus)과 같은 소스 재료에서 생성 된 주입 이온은 "n-형" 외인성 물질 웨이퍼를 생성하는 한편, 붕소(boron), 갈륨(gallium) 또는 인듐(indium)은 "p-형" 외인성 물질 웨이퍼를 생성한다.

통상적인 이온 주입기는 이온 소스, 이온 추출 장치, 질량 분석 장치, 빔 전달 장치 및 웨이퍼 처리 장치를 포함한다. 상기 이온 소스는 소정의 원자 또는 분자 도펀트 종의 이온을 생성한다. 이러한 이온은 일반적으로 전극 세트인 추출 시스템에 의하여 소스에서 추출되어, 상기 소스로부터 이온들의 흐름을 활성화하고 유도하며, 이온 빔을 형성한다. 소정의 이온들은 전형적으로 추출 된 이온 빔의 질량 분산 또는 분리를 수행하는 자기 쌍극자인 질량 분석 장치에서 이온 빔과 분리된다. 통상적으로, 일련의 포커싱 장치를 포함하는 진공 시스템인 이온 빔 운반 장치는 이온 빔의 소정의 특성을 유지하면서 이온 빔을 웨이퍼 처리 장치로 운반한다. 마지막으로, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 핸들링 시스템을 통해 웨이퍼 처리 장치로 및 웨이퍼 처리 장치로부터 이송되고, 이러한 웨이퍼 핸들링 시스템은 이온 빔의 전방에 처리될 웨이퍼를 배치하고 이온 주입기로부터 처리된 웨이퍼를 제거하기 위한 하나 이상의 로봇 암을 포함할 수 있다.

본 발명은 이온 빔 주입 시스템에 사용되는 절연체와 같은 전기 절연체의 수명을 증가시키기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공한다.

따라서, 다음은 본 발명의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 단순화된 요약을 제공한다. 이러한 요약은 발명의 광범위한 개관은 아니다. 본 발명의 키 요소 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하지 않는다. 본 발명의 목적은 후술되는 보다 상세한 설명의 서두로서 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.

본 발명은 이온 주입기 및/또는 CVD, PVD, MOCVD, 식각 장비와 같은 다른 반도체 처리 장비에 사용되는 절연체의 수명을 증가시키는 설계를 제공한다. 장비의 작동 중, 절연체 구성 요소는 일반적으로 도전성 물질로 시간이 지남에 따라 코팅되어, 절연체의 표면이 절연 특성을 상실하게 된다. 절연체 표면의 표면이 전도성 물질로 코팅되면 아킹(arcing)이 발생할 수 있으므로 절연체의 교체가 필요하다. 본 발명의 절연체는 가스가 분해되어 종을 유리시키거나 절연체의 도금이 문제가 되는 임의의 반도체 처리 장치에의 적용을 고려한다.

예를 들어, 절연체를 사용하여 이온 주입기의 이온 소스 또는 추출 전극의 구성요소를 전기적으로 절연하는 경우, 다양한 도전성 물질이 절연체의 표면에 쉽게 부착되고, 이에 따라 절연체의 기능적 수명이 감소될 수 있다. 예를 들어, 이온 빔의 원하는 금속 성분뿐만 아니라 아크 챔버 또는 추출 전극의 스퍼터링/식각으로부터의 탄소, 텅스텐 및 몰리브덴의 자유 원자는 절연체의 표면에 쉽게 부착되어 유해한 도전 경로를 제공하며, 결과적으로 절연체의 기능적 수명을 감소시킨다.

또한, 불소(예컨대, GeF4, BF3, SiF4, PF3 및 기타 불화물 기반 도펀트 가스의 균열 생성물과 같은 일반적인 부산물)는 흑연 추출 전극 구멍과 반응하여 부식성이 높은 전도성 가스인 CFx를 형성하고, 이러한 가스는 절연체 재료와 반응하여 전도성 탄소 코팅을 남긴다. 가령, 100 시간 이상 5keV 이하 비소 및 붕소(예: B-11) 주입의 절연체 표면의 ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)는 이온 스퍼터링 20초 후에 높은 초기 탄소 표면 함량(예: 각각 80% 및 60% 원자 탄소)을 나타낸다. 존재하는 다른 예시적인 원소는 내림차순으로 불소, 몰리브덴, 알루미늄, 텅스텐 및 칼슘을 포함할 수 있다.

본 발명에 개시된 절연체는 이송되는 원하는 금속 이온이 (예를 들어, 공간 전하 또는 이온 중성화로 인하여) 산란하는 이온 빔 라인의 다양한 영역에서 또는 이온 빔이 표면에 충돌하는 영역에서 구현되고, 따라서 스퍼터링 및 인근 절연체를 전도성 코팅으로 코팅할 수 있다.

따라서, 절연체의 표면이 도전성 재료로 코팅되는 것을 보호하기 위해 절연체의 기하학적 구조에 의해 한정된 차폐 형상들을 갖는 셀프 차폐 형 절연체가 제공된다. 절연체의 기하학적 구조의 차폐 형상은 바람직하게는 절연체의 표면에 대한 컨덕턴스를 감소시킬 수 있고, 그렇지 않으면 절연 효과를 감소시키는 물질로부터 절연체를 보호할 수 있다. 이러한 차폐 형상은 또한 절연체의 표면적을 바람직하게 증가시킬 수 있고 절연체를 가로지르는 전위에 필요한 길이인 절연체의 트랙킹 길이를 더 증가시킬 수 있다. 이러한 차폐의 치수 및 기하학적 구조는 너무 가깝거나 너무 가깝지 않은 표면을 제공하지 않음으로써 아크에 기인한 고장을 일으키지 않도록 구성되며, 또한 서로 너무 멀리 떨어져 있지 않음으로써 차폐물로서의 효과를 유지한다.

따라서, 전술한 목적 및 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하 충분히 설명되고 특히 청구 범위에서 지적된 특징을 포함한다. 다음 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 특정 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 원리가 채용될 수 있는 다양한 방식 중 몇 가지 방식을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 여러 측면에 따른 예시적인 이온 주입 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 여러 측면에 따른 예시적인 이온 주입 시스템의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 측면에 따른 절연체를 포함하는 예시적인 추출 전극 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 측면에 따른 절연체를 포함하는 예시적인 추출 전극 장치의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 측면에 따른 추출 전극과 관련된 본 발명의 절연체의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 절연체의 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 다양한 측면에 따른 도 6a의 절연체의 평면도이다.
도 6c는 본 발명의 다양한 측면에 따른 도 6a 및 도 6b의 절연체의 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연체의 사시도이다.
도 7b는 본 발명의 다양한 측면에 따른 도 7a의 절연체의 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 다른 절연체의 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 다양한 측면에 따른 도 8a의 절연체의 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연체의 평면도이다.
도 9b는 본 발명의 다양한 측면에 따른 도 9a의 절연체의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 절연체를 형성하기 위한 방법을 도시한다.

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템용 전기 절연체를 제조하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호가 동일한 요소를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 이들 측면들의 설명은 단지 예시적인 것이며, 제한된 의미로 해석되어서는 안된다는 것을 알아야한다. 이하 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 당업자에게는 본 발명이 이러한 특정 세부사항들없이 실시 될 수 있음이 명백할 것이다.

이제 도면들을 참조하면, 도 1은 예시적인 이온 주입 시스템(100)이 제공되는데, 본 발명의 다양한 측면들이 이온 주입 시스템에서 구현 가능하다. 일 실시예에 따르면, 이온 주입 시스템(100)은 단말기(102), 빔 라인 조립체(104) 및 엔드 스테이션(106)을 포함한다. 예를 들어, 단말기(102)는 고 전압 전원(110)에 의해 전력이 공급되는 이온 소스(108)를 포함하며, 상기 이온 소스는 이온 빔(112)을 생성하여 빔 라인 조립체(104)를 통해 그리고 궁극적으로 엔드 스테이션(106)으로 향하도록 한다. 예를 들어, 이온 빔(112)은 스폿 빔, 펜슬 빔, 리본 빔 또는 기타 다른 형상을 가진 빔의 형태를 취할 수 있다. 빔 라인 조립체(104)는 빔 가이드(114) 및 질량 분석기(116)를 더 포함하며, 빔 가이드(114)의 출구 단부에서 구멍(118)을 통해 적절한 전하 대 질량비의 이온들만이 엔드 스테이션(106)에 위치한 공작물(120)(가령, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 등)로 통과되도록 다이폴 자기장이 설정된다.

일 실시예에 따르면, 정전기 또는 전자기 스캐너(일반적으로 "스캐너"로 지칭됨)와 같은 이온 빔 스캐닝 메카니즘(ion beam scanning mechanism)(122)은 리본 형상의 이온 빔 또는 스캐닝 된 이온 빔(126)을 규정하는 공작물(120)에 대하여 적어도 제1방향(124)(가령, 제1스캔 경로 또는 "고속 스캔" 축, 경로 또는 방향이라고도 부르는 +/- y-방향)으로 이온 빔(112)을 주사하도록 구성된다. 또한, 본 실시예에서, 공작물 스캐닝 시스템은 적어도 제2방향(130)(가령, 제2스캔 경로 또는 "저속 스캔" 축, 경로 또는 방향이라고도 부르는 +/- x-방향)으로 이온 빔(112)을 통해 공작물(120)을 선택적으로 스캔하도록 구성된다.

예를 들어, 이온 빔 스캐닝 시스템(122) 및 공작물 스캐닝 시스템 (128)은 이온 빔(112)에 대한 공작물의 소정의 스캐닝을 제공하기 위하여, 개별적으로 또는 서로 연계하여 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 이온 빔(112)은 제1방향(124)으로 정전기로 스캐닝 되고, 스캐닝 된 이온 빔(126)을 생성하며, 공작물(120)는 스캐닝 된 이온 빔을 통해 제2방향(130)으로 기계적으로 스캐닝된다. 이온 빔 (112) 및 공작물 (120)의 정전기 및 기계 스캐닝의 이러한 조합은 소위 "하이브리드 스캔"을 생성한다. 본 발명은 이온 빔(112)에 대한 혹은 그 반대로도 공작물(120)의 스캐닝의 모든 조합에 적용 가능하다. 또한, 제어기(132)가 제공되며, 제어기는 이온 주입 시스템(100)의 하나 이상의 구성 요소를 제어하도록 구성되는 제어기(132)가 제공된다.

또 다른 예시적인 이온 주입 시스템(200)이 도 2에 제공되며, 다양한 이온 주입 시스템이 공동 소유의 미국 특허 제7,915,597호(Huang et al.)에 더 제공되고, 그 내용은 본 명세서에서 참조로 통합된다. 도 1의 이온 주입 시스템(200)은 본 명세서의 다양한 측면에 따라 이하에 제공된 다양한 특징을 이용하는 예시적인 고 선량(high-dose) 이온 주입 시스템(202)을 도시한다. 도 1 및 도 2의 이온 주입 시스템(100, 200)의 다양한 다른 구성은, 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 주입 시스템(200)은, 이온 빔(도시되지 않음)을 생성하기 위한 이온 소스(204), 이온 빔을 질량 분석하기 위한 질량 분석 자석을 포함하는 빔 라인 조립체(206), 빔 터널 가속기/감속기(210), 및 가령 고정 이온 빔을 통해 공작물(216)을 왕복 운동시키는 공작물 스캐너(214)를 포함하는 엔드 스테이션 (212)을 포함한다.

예시적인 추출 전극 조립체(218)는 이온 소스(204)로부터 이온을 추출하도록 제공될 수 있고, 여기서 추출 전극 조립체의 특정 예가 도 3에 추가로 제공된다. 추출 전극 조립체(218)는 예를 들어 2개의 일치하는 흑연 디스크 조립체(220, 222)로 구성된다. 디스크 조립체 (220 및 222)는 미리 결정된 빔 경로에 수직인 공유 평면에 조립 및 정렬되고, 상기 조립체는 도 2의 이온 소스(204)로부터 나오는 이온이 통과하는 긴 갭 (224)을 한정하도록 이격된다. 예를 들어,도 3의 추출 전극 조립체(218)는 미리 결정된 이온 빔 경로와 정확하게 정렬될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같은 추출 전극(224, 226)은 도 2의 이온 소스(204)로부터 이온 빔을 추출하기 위해 이온 소스(204)와 함께 일반적으로 사용되고, 여기서 기밀 챔버에서 형성된 이온은 이온 소스의 전방(230)에서 출구 구멍(228)를 통해 추출된다. 이온 소스(204)의 전방(230)은 이온 소스의 전위에서 천공된 소스 전극(232)(때로는 추출 전극으로 언급됨)을 형성한다. 추출 전극(224, 226)은 예를 들어, 이온 소스(204)로부터 나오는 이온빔이 통과할 수 있도록 제1천공된 소스 전극과 정렬된 천공된 억제 전극(234) 및 천공된 접지 전극(236)을 포함한다. 예를 들어, 각각의 구멍은 길다란 슬롯 구성을 갖는다.

천공된 억제 전극(234)은 디스크 조립체(220, 222) 사이의 세라믹 스페이서 또는 절연체(240)와 함께 예를 들어 스프링 장착 단붙이 나사(238)를 사용하여, 천공된 접지 전극(236)에 대해 이격된 관계로 고정되어, 이격된 평행한 관계뿐만 아니라 그 사이의 전기 절연성을 제공할 수 있다.

도 4는 억제 전극 및 접지 전극을 전기적으로 절연하기 위하여, 억제 전극(234)과 접지 전극(236) 사이에 세라믹 절연체(242)가 배열 또는 장착된 추출 전극 조립체(218)의 분해도이다. 예를 들어, 접지 전극(236)은 접지 전극과 이온 소스 사이의 전계의 전파를 접지 전극의 하류 영역으로 제한한다. 억제 전극(234)은 예를 들어, 접지에 대해 음의 전위로의 전압 공급에 의해 바이어스되며, 접지 전극(236)의 하류의 이온 빔 내의 전자가 추출 영역 및 이온 소스로 유입되는 것을 방지하도록 동작한다.

억제 전극(234) 및 접지 전극(236)은 이온 빔의 진행 방향으로 도 2의 소스(204)에 대해 이동 가능하도록 장착되어, 추출 전극은 이온 소스로부터 추출된 빔의 에너지에 따라 "튜닝"될 수 있다. 억제 전극(234)과 접지 전극(236)은 상기 억제 및 접지 전극이 이온 소스 (204)에 대해 이온 빔 방향에 대해 대체로 수직으로 상대적으로 수평 이동할 수 있도록 장착된다. 또한, 전극 내의 구멍의 크기를 변화시키기 위한 메카니즘이 또한 제공될 수 있다.

추출 전극 조립체(218)로부터 나오는 이온 빔의 에너지는 이온 소스 (204)에 공급된 전압에 의해 결정된다. 이온 소스(204)에 공급되는 전압의 통상적인 값은 20 kV이며, 추출된 빔 에너지는 20 keV이다. 그러나, 추출된 빔 에너지는 80 keV 이상, 또는 0.5 keV 이하가 얻어질 수 있다. 빔 에너지를 더 높이거나 낮추기 위하여 소스 전압은 각각 높아지거나 낮아진다.

이온 주입 시스템(200)의 이온 소스(204) 및 추출 전극 조립체(218)와 관련된 전압 바이어스는, 그 환경에 존재하는 이온화된 소스 가스와 함께 억제 전극(234) 및 접지 전극(236) 뿐만 아니라 그 사이에 위치한 절연체(240) 상에 증착물을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 증착물은 절연체(240)의 분해, 절연체의 증착 및 코팅, 특히 이러한 증착물 및 분해된 절연체의 제어할 수 없는 방출 및 방출을 유발함으로써 이온 주입 시스템(200)의 작동에 해로운 영향을 미칠 수 있고, 이로써 이온 빔과 함께 이온 주입 시스템의 다른 부분으로, 그리고 궁극적으로 주입되는 공작물(216)로 운반되는 오염 입자를 생성한다.

이온 소스 추출 전극 장치에서의 전극 전압 변조를 위한 예시적인 시스템은 공동 소유의 미국 특허 제9,006,690호(Colvin et al.)에 기재되어 있고, 이온 주입 시스템에서 입자 오염을 감소시키는 방법은 공동 소유의 미국 특허 출원 공보 제20110240889호에 더 기술되어 있으며, 각각의 내용은 본 명세서에서 그 전체가 참고로 인용된다.

추출 전극 장치(218)는 전형적으로 전기 전도성 가스가 존재하는 환경에 제공되며, 여기서 전도성 가스는 다양한 성분 상으로 진행할 수 있다. 지금까지, 절연체가 가스로부터 전기 전도성 물질로 코팅되기 때문에, 절연체(240)의 절연 특성은 시간이 지남에 따라 열화되었다. 일단 전도성 물질로 부분적으로 코팅되면, 전도성 물질로서 가스를 사용하여 절연체 표면을 가로질러 전위가 형성될 수 있다. 종래에, 절연체(240)의 차폐는 세라믹 절연체 둘레에 배치된 컵(244)을 통해 제공되었다. 그러나 가스 환경에서, 상기 가스는 컵(244) 사이로 나아가고 절연체 (240)의 표면을 코팅하여 아킹(arcing) 및 전술한 오염을 일으킨다.

하지만, 본 발명은 신규한 전기 절연체 및 절연체를 제조하는 방법을 제공함으로써 추출 전극 조립체(218)의 수명을 향상시킨다. 보다 구체적으로, 절연체는 이온 주입 시스템(100, 200)의 추출 전극 조립체(218)에 제공되어 구현되며, 이에 따라 절연체의 전도성 물질로의 코팅이 최소화된다.

본 발명은 바람직하게도 절연체의 표면을 따라 전도성 가스의 코팅을 제한하는 것을 돕는 형상을 갖는 절연체를 제공한다. 절연체의 단부에 언더컷과 같은 하나 이상의 형상을 제공함으로써, 이러한 형상은 도전 물질로 코팅되기 위해 필요한 더 긴 시간으로 인하여 절연체의 더 큰 수명을 제공할 것이다.

일 실시예에 따르면, 절연체(302)가 추출 전극 장치의 컵(304)들 사이에 위치되는 분해도 도 4에 제공된 예시적인 추출 전극 장치(300)가 도시되어 있다. 예를 들어, 도 4의 추출 전극 장치(300) 및 절연체(302)는 도 1 및 도 2의 이온 주입 시스템(100, 200)에서의 사용에 적합할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 절연체(302)는 가스 전도성 및 아크 발생이 문제가되는 다양한 다른 반도체 처리 시스템에서 구현되도록 수정되거나 적합 할 수 있다.

도 4에 도시 된 바와 같이, 절연체(302)는 세라믹 물질로 형성되고, 억제 전극과 접지 전극을 전기적으로 절연시키기 위해 억제 전극(306)과 접지 전극(308) 사이에 배치되거나 장착된다. 절연체(302)는 예를 들어, 억제 전극(306)과 접지 전극(308) 사이에 나사산이 형성된 단붙이 나사(310)에 의해 억제 전극(306)과 접지 전극(308) 사이에 결합된다. 도 5는 억제 전극(306)과 접지 전극(308) 사이에 조립된 절연체(302)의 확대도를 도시하며, 절연체는 절연체 내로 나사 결합된 단붙이 나사(310)에 의해 억제 전극과 접지 전극 사이에 결합된다.

본 실시예에 따르면, 절연체(302)는 내부에 형성된 하나 이상의 형상(312)을 포함한다. 예를 들어, 도 5의 절연체(302)는 도 6a 내지 도 6c에 보다 상세히 도시되어 있으며, 여기서 하나 이상의 형상(312)은 예를들어 절연체(300)의 하나 이상의 단부(316)와 관련된 하나 이상의 언더컷(314)을 포함하는 도 6c의 단면(313)으로 도시된다. 예를 들어, 하나 이상의 언더컷(314)은 절연체(302)의 언더컷과 관련된 일반적으로 차폐된 영역(318)에 가스 흐름의 저 컨덕턴스를 생성하도록 구성된다. 이와 같이, 일반적으로 차폐된 영역(318) 내의 절연체(302)의 표면 (320)은 가스로부터의 도전성 재료로 장시간 동안 코팅되지 않은 상태로 바람직하게 유지될 수 있다. 이와 같이, 전압 전위는 일반적으로 이와 관련된 갭(322)을 횡단하는 것이 방지된다. 예를 들어, 갭(322)은 도 5의 추출 전극 장치(300)에 의해 보여지는 예상 전압차에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 언더컷(314)의 크기 또는 기하학적 구조를 통해 최적화될 수 있다. 예를 들어, 추출 전극 장치(300)와 관련된 기대 전압이 높을수록, 도 6c의 절연체(302) 내의 언더컷(314)은 전압이 갭(322)을 가로질러 아크할 수 없도록 깊게 형성될 수 있다.

종래의 절연체와 비교하여, 가스는 전도성 물질로 표면(320)을 코팅하기 위해 도 6c의 절연체(302)의 일반적으로 차폐된 영역(318)에 들어가기 위해 더 많은 시간을 필요로할 것이다. 따라서, 하나 이상의 언더컷(314)은 절연체(302) 자체의 일부로서 차폐를 제공한다. 따라서, 본 발명의 절연체(302)는 셀프 차폐 몸체로 간주될 수 있다. 이와 같이, 도 5의 컵(304) 사이의 갭(324)(화살표로 도시됨)은 부속품 등을 위하여 최적화 될 수 있으며, 컵 사이의 갭이 너무 크거나 작으면, 컵의 목적은 과량의 가스 컨덕턴스 또는 컵 사이의 아킹(arcing)으로 인해 부정되었다.

본 발명은 현재 전기 전도성의 방식이 주로 절연체 상의 코팅을 형성하는 전도성 가스로부터 시간에 따라 이루어짐을 잘 알고 있다. 특정 영역에서 코팅이 제한되거나 감소되면 일반적으로 코팅이 표면을 가로지르는 아크를 방지한다. 컨덕턴스를 감소시키는 것은 가스의 흐름을 감소시키고, 이로써 하나 이상의 형상(312)(예를 들어, 하나 이상의 언더컷(314), 그루브(grooves), 리세스(recesses), 리지(ridges), 리브(ribs))는 가스의 전달을 제한하는 것을 돕고, 일반적으로 절연체(302)의 표면(320)을 완전히 코팅하는 것을 방지하고, 절연체의 절연 특성을 추가로 유지한다.

따라서, 본 발명은 언더컷, 일반적으로 차폐된 영역(318)(예를 들어, 하나 이상의 언더컷(314))을 통한 가스 흐름의 제한(즉, 가스의 전도)과, 일반적으로 차폐된 영역에서 발생하는 절연체의 표면(320) 상에 발생하는 도금의 부족을 결합하는 절연체(302)를 제공한다. 일반적으로 차폐된 영역(318)이 코팅되지 않으면, 절연체(302)의 절연성이 일반적으로 유지된다. 갭(322) 및 그 깊이와 같은 치수는 공정 조건에 대해 최적화될 수 있다. 예를 들어, 더 큰 잠재성을 위해, 아킹을 방지하기 위해 갭(322)이 더 크게 만들어 질 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 사용된 전압에 기초하여 가변적인 갭(322) 및 그와 관련된 길이를 고려한다.

또 다른 예에 따르면, 도 6a 내지 도 6c는 하나 이상의 형상(312)이 하나 이상의 리브(326)를 더 포함할 수 있음을 도시하며, 하나 이상의 리브는 절연체(302)의 표면(320)의 면적을 증가시킨다. 예를 들어, 가스가 전기 전도성 재료로 표면(320)을 코팅할 때, 하나 이상의 리브(326)에 의해 제공되는 더 큰 표면적은 아킹을 허용하도록 코팅 될 필요가 있는 부가적인 영역을 제공한다. 하나 이상의 리브(326)는 선택적이며, 예를 들어 컵(304)이 더 가깝고 아킹이 문제가 될 수 있는 경우에는 제거 될 수 있음을 알아야한다.

예컨대, 도 6c의 절연체(302)에 하나 이상의 언더컷(314)을 제공함으로써, 절연체(302)의 표면(320)의 영역은 실질적으로 증가한다. 이와 같이, 하나 이상의 언더컷(314)은 추가의 표면적을 제공하면서, 가스 차폐를 제공한다. 하나 이상의 언더컷의 크기 및 형상은 바람직하게는 일반적으로 차폐된 영역(318)으로 흐르는 전도성 가스의 양을 제한할 수 있고, 따라서 절연체 (302) 상의 도금을 제한하고, 결과적으로 도금 및 도금과 전도성 가스의 조합을 통한 전도를 제한한다. 전압 전위 구배의 차이는 절연체(302)의 단부(316)에 가깝거나 근접한 갭(322)을 유도할 수 있다. 본 발명은 갭(322)을 가능한 한 단단히 유지하면서 아킹을 방지할만큼 충분히 크게 유지하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 또한 하나 이상의 언더컷(314)이 아크 유동을 제한하기 위해 가스 유동을 잠재적으로 감소시킬 수 있기 때문에 도 5의 컵(304)없이 사용할 수 있게 한다.

본 발명은 부산물 이온 주입 중 하나가 자유롭게 떠 다니는 물질(예, 텅스텐, 몰리브덴, 탄소)임을 인정한다. 예를 들어, 불소 가스를 사용하는 경우, 불화 텅스텐, 불화 몰리브덴 및 불화 탄소 가스가 생성될 수 있다. 이러한 물질은 통상의 절연체가 대략 80-90% 코팅될 수 있다. 하나 이상의 언더컷(314)은 절연체(302)의 외면(320)의 나머지가 코팅되는 경우에도 일반적으로 차폐된 영역(318)(예를 들어, 언더컷의 영역)이 코팅되지 않은 상태로 유지될 수 있도록 일반적으로 차폐 영역(318)을 마스크한다. 따라서, 본 발명의 하나 이상의 언더컷(314)은 바람직하게도 "트래킹 길이"를 증가시키며, 여기서 트래킹 길이는 주어진 전압이 절연체의 표면을 가로질러 또는 아크의 표면을 따라 점프하는데 필요한 갭의 길이이다. 본 발명의 하나 이상의 언더컷(314)은 절연체(302)의 길이를 증가시키지 않고 트래킹 길이를 바람직하게 증가시킨다. 또한, 통상 차폐된 영역(318)은 일반적으로 커버되기 때문에, 절연체 (302)를 부식 시키거나 그렇지 않으면 파손시키기위한 가스의 컨덕턴스 또는 오즈(odds)를 감소시킨다. 하나 이상의 리브(326) 또는 다른 형상이 추가로 제공되어 트래킹 영역을 더 증가시키는 표면 영역을 더할 수 있다.

본 발명은 또한 절연체(302)의 하나 이상의 형상(312)의 다양한 구성을 고려한다. 예를 들어, 도 6a 내지 도 6c의 절연체(302)는 각각의 단부(316)에 근접한 2개의 언더컷(314)을 갖는다. 도 7a 및 도 7b의 예에 도시된 바와 같이, 또 다른 절연체(330)는 각각의 단부(316)와 관련된 단일 언더컷(314)을 포함한다. 절연체(330)는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 임의의 수의 리브 (326)를 더 포함할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 언더컷을 갖지 않지만 하나 이상의 형상(312)이 복수의 리브(326)를 포함하는 또 다른 절연체(340)를 도시한다. 예를 들어, 복수의 리브(326)는 이와 관련된 다양한 설계 또는 작동 기준에 따라 위치되거나 치수가 정해질 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 또 다른 예시적인 절연체(350)를 도시하며, 절연체는 도 9b의 단면도(354)에 도시된 바와 같이, 절연체의 하나 이상의 단부(316)와 연관된 비스듬한 또는 경사진 언더컷(352)을 포함한다. 이와 같이, 하나 이상의 언더컷(352)은 또한 절연체의 축(356)에 대해 소정의 각도로 홈(도시되지 않음)을 통해 절연체의 중간 영역(단부들(316) 사이)에 제공될 수 있음이 또한 이해될 것이다.

본 발명은 또한 원하는 형상으로 직접 성형되고 후속적으로 소성 또는 경화될 수 있는 절연체를 제공한다. 예를 들어, 절연체는 세라믹, 산화 알루미늄, 질화 붕소, 또는 이온 주입 시스템과 같은 시스템에 사용하기 적합한 임의의 절연체 재료로 구성된다.

본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 언더컷을 포함하는 절연체를 제조하는 방법이 제공된다. 본 발명은 절연체의 소성 또는 경화 후에 만들어진 형상이 어려울 수 있고 전형적으로 특별한 툴링(예를 들어, 다이아몬드 팁 비트 등), 보다 느린 툴링 속도 등을 필요로 한다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 소성 후 형상을 형성할 때 치핑(chipping)으로 인한 높은 불량률이 보일 수 있다. 따라서, 본 발명은 소성 이전에 절연체에 언더컷을 제공하여, 절연 물질이 여전히 연성이거나 "그린"인 동안 홀 톱 등을 통해 형성 또는 절단함으로써 정의되며, 절연체는 언더컷이 정의된 후에 연속적으로 소성되거나 경화된다. 예를 들어, 절연체의 몸체를 전체 치수로 주조한 다음 홀 톱 또는 다른 공구를 통해 언더컷을 정의한 다음 연속적으로 소성 또는 경화할 수 있다. 이러한 방법은 강화 된 툴링 및/또는 제품 파손과 관련된 제조 비용을 바람직하게 감소시킨다.

따라서, 도 10에 도시 된 바와 같이, 본 발명은 본 발명에 따라 절연체를 형성하는 방법(400)을 더 제공한다. 예시적인 방법이 본 명세서에서 일련의 동작 또는 이벤트로서 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 이러한 동작 또는 이벤트의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는데, 일부 단계는 본 발명에 따라 본 명세서에 도시되고 기술 된 단계와 다른 순서 및/또는 다른 단계와 동시에 발생할 수 있다. 또한, 도시된 모든 단계가 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것이 요구 될 수 있는 것은 아니다. 또한, 본 방법들은 도시되지 않은 다른 시스템들과 관련해서뿐만 아니라 본 명세서에서 도시되고 기술 된 시스템들과 관련하여 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 방법(400)은 몸체를 산화 알루미늄, 질화 붕소 또는 임의의 절연체 재료로 주조하는 것과 같이, 단계 402에서 절연체의 몸체를 형성하는 것으로 시작한다. 일단 몸체가 일반적으로 단계 402에서 형성되면, 전술한 언더컷과 같은 하나 이상의 형상이 단계 404에서 형성된다. 하나 이상의 형상의 형성은, 예를 들어 홀 톱 또는 다른 공구를 통해 단계 404에서 형성된다. 하나 이상의 형상이 단계 404에서 형성된 후에, 단계 406에서 절연체가 소성 또는 경화되어, 절연체가 단단해지고 최종 절연 특성이 제공된다. 예를 들어, 경화 또는 소성 중 미리 결정된 수축이 미리 결정된 최종 치수를 산출하도록 하나 이상의 형상의 크기를 결정할 수 있다.

본 발명은 소정의 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 도시되고 기술되었지만, 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해할 때 당업자에게 균등한 변경 및 수정이 이루어질 것이다. 특히, 상술 한 구성요소(조립체, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 구성요소를 설명하는데 사용된 용어("수단"에 대한 참조 포함)는 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 기술된 본 발명의 예시적인 실시예에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가인 것은 아니지만, 설명된 구성요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성요소(즉, 기능적으로 동등 함)에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 특정한 특징이 몇몇 실시예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을지라도, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 실시 예의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다.

Claims

제1단부 및 제2단부를 갖는 기다란 몸체를 포함하고, 상기 기다란 몸체는 내부에 형성된 하나 이상의 특징을 가지며, 상기 하나 이상의 특징은 상기 제1단부로부터 제2단부로의 가스 전도성 경로를 증가시키는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체 내로 대체로 축 방향으로 연장되는 언더컷을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 2 항에 있어서, 상기 언더컷은 각각의 상기 제1단부 및 상기 제2단부의 반대쪽으로 상기 제1단부 및 상기 제2단부 중 하나 이상에 근접한 위치로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 2 항에 있어서, 상기 언더컷은 대체로 U-형상인 것을 특징으로 하는 절연체.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체 내로 대체로 반경 방향으로 연장되는 언더컷을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 5 항에 있어서, 상기 언더컷은 각각의 상기 제1단부 및 상기 제2단부의 반대쪽으로 상기 제1단부 및 상기 제2단부 중 하나 이상에 근접한 위치로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 5 항에 있어서, 상기 언더컷은 대체로 U-형상인 것을 특징으로 하는 절연체.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체의 축으로부터 0이 아닌 각도로 상기 기다란 몸체 내로 연장되는 언더컷을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 8 항에 있어서, 상기 언더컷은 각각의 상기 제1단부 및 상기 제2단부의 반대쪽으로 상기 제1단부 및 상기 제2단부 중 하나 이상에 근접한 위치로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 1 항에 있어서, 상기 언더컷은 상기 기다란 몸체의 표면을 따라 상기 제1단부로부터 상기 제2단부까지 증가된 가스 컨덕턴스 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체의 반경으로부터 연장되는 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 11 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체의 축으로부터 예각으로 상기 기다란 몸체로 연장되는 언더컷을 포함하고, 상기 언더컷은 상기 제1단부 및 상기 제2단부 중 하나 이상에 근접한 위치로부터 각각의 상기 제1단부 및 상기 제2단부의 반대쪽으로 연장되고, 상기 제1단부 및 상기 제2단부 모두는 각각 언더컷을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 1 항에 있어서, 상기 기다란 몸체는 전기적으로 절연성인 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체.
제 1 항에 있어서, 상기 기다란 몸체는 전기적으로 절연성인 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연체.
천공된 접지 전극;
천공된 억제 전극; 및
상기 천공된 접지 전극과 상기 천공된 억제 전극 사이에 위치된 절연체를 포함하고,
상기 절연체는 제1단부 및 제2단부를 가지는 기다란 몸체를 포함하고, 상기 기다란 몸체는 내부에 형성된 하나 이상의 형상을 포함하며, 상기 하나 이상의 형상은 상기 제1단부에서 상기 제2단부까지 기다란 몸체의 표면을 따라 가스 컨덕턴스 경로를 증가시키는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
제 15 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체 내로 대체로 축 방향으로 연장되는 언더컷을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
제 15 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체의 축으로부터 0이 아닌 각도로 상기 기다란 몸체 내로 연장되는 언더컷을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
제 17 항에 있어서, 상기 언더컷은 각각의 상기 제1단부 및 상기 제2단부의 반대쪽으로 상기 제1단부 및 상기 제2단부 중 하나 이상에 근접한 위치로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
제 17 항에있어서, 상기 하나 이상의 형상 중 하나 이상은 상기 기다란 몸체의 반경으로부터 연장되는 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
절연 재료로 절연체 몸체를 형성하는 단계;
상기 몸체가 형성된 후에 상기 몸체 내에 하나 이상의 형상을 형성하는 단계; 및
하나 이상의 형상이 형성되면 상기 몸체를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연체 형성 방법.