KR20210125413A - Apparatus and techniques for generating bunched ion beam - Google Patents
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Abstract
Description
관련 출원들Related applications
본 출원은, NOVEL APPARATUS AND TECHNIQUES FOR GENERATING BUNCHED ION BEAM이라는 명칭으로 2018년 08월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제16/107,151호의 계속 출원이며 이에 대한 우선권을 주장하는, NOVEL APPARATUS AND TECHNIQUES FOR GENERATING BUNCHED ION BEAM이라는 명칭으로 2020년 04월 07일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제16/842,464호의 일부 계속 출원이며 이에 대한 우선권을 주장한다.This application is a continuation of and claims priority to U.S. Patent Application Serial No. 16/107,151, filed on August 21, 2018, entitled NOVEL APPARATUS AND TECHNIQUES FOR GENERATING BUNCHED ION BEAM, NOVEL APPARATUS AND TECHNIQUES FOR It is a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 16/842,464, filed April 07, 2020, entitled GENERATING BUNCHED ION BEAM, and claims priority thereto.
기술분야technical field
본 개시는 전반적으로 이온 주입 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 고 에너지 빔라인 이온 주입기들에 관한 것이다.BACKGROUND This disclosure relates generally to ion implantation apparatus, and more particularly to high energy beamline ion implanters.
이온 주입은 충돌을 통해 도펀트들 또는 불순물들을 기판 내로 도입하는 프로세스이다. 이온 주입 시스템들은 이온 소스 및 일련의 빔-라인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이온 소스는 이온들이 생성되는 챔버를 포함할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들은, 예를 들어, 질량 분석기, 콜리메이터(collimator), 및 이온 빔을 가속하거나 또는 감속하기 위한 다양한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 광 빔을 조작하기 위한 일련의 광학적 렌즈들과 매우 유사하게, 빔-라인 컴포넌트들은 특정 종, 형상, 에너지 및/또는 다른 수량들을 갖는 이온 빔을 필터링하고, 포커싱하며, 조작할 수 있다. 이온 빔은 빔-라인 컴포넌트들을 통과하여, 플래튼(platen) 또는 클램프(clamp) 상에 장착된 기판을 향해 보내질 수 있다.Ion implantation is a process that introduces dopants or impurities into a substrate through collisions. Ion implantation systems may include an ion source and a series of beam-line components. The ion source may include a chamber in which ions are generated. Beam-line components may include, for example, a mass analyzer, a collimator, and various components for accelerating or decelerating the ion beam. Much like a series of optical lenses for manipulating a light beam, beam-line components are capable of filtering, focusing, and manipulating an ion beam of a particular species, shape, energy and/or other quantities. The ion beam may pass through the beam-line components and directed towards a substrate mounted on a platen or clamp.
중간 에너지 또는 높은 에너지의 이온 빔들을 생성하기에 적절한 이온 주입기의 일 유형은 선형 가속기 또는 LINAC이며, 여기에서 빔 주위에 튜브들로서 배열된 일련의 전극들이 연속적인 튜브들을 따라 점점 더 높은 에너지까지 이온 빔을 가속한다. 다양한 전극들은 일련의 스테이지들 내에 배열될 수 있으며, 여기에서 주어진 스테이지 내의 주어진 전극은 이온 빔을 가속하기 위하여 AC 전압 신호를 수신한다.One type of ion implanter suitable for generating medium or high energy ion beams is a linear accelerator or LINAC, in which a series of electrodes arranged as tubes around the beam beam ion up to increasingly higher energies along successive tubes. to accelerate The various electrodes may be arranged in a series of stages, wherein a given electrode in a given stage receives an AC voltage signal to accelerate the ion beam.
LINAC들은, 빔이 빔라인을 통해 전도됨에 따라 이온 빔을 집군(bunch)하는 초기 스테이지들을 이용한다. LINAC의 초기 스테이지는 집군기(buncher)로서 지칭될 수 있으며, 여기에서 연속적인 이온 빔이 집군기에 의해 수신되고, 패킷들로 집군된 이온 빔으로서 출력된다. AC 전압 신호의 주파수 및 진폭에 의존하여, 하나의 전력형(powered) 전극을 사용하는 알려진 "더블-갭(double-gap)" 집군기를 통해 전도되는 이온 빔의 수용(acceptance) 또는 위상 캡처는 약 30-35%일 수 있으며, 이는, 선형 가속기의 가속 스테이지들 내로 전도되는 동안 빔 전류의 65% 이상이 손실됨을 의미한다. LINACs use early stages that bunch the ion beam as it is conducted through the beamline. The initial stage of LINAC may be referred to as a bundler, in which a continuous ion beam is received by the collector and output as an ion beam aggregated into packets. Depending on the frequency and amplitude of the AC voltage signal, the acceptance or phase capture of an ion beam conducted through a known “double-gap” collector using a single powered electrode is It can be about 30-35%, which means that more than 65% of the beam current is lost while conducting into the acceleration stages of the linear accelerator.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여, 본 개시가 제공된다.With respect to these and other considerations, the present disclosure is provided.
일 실시예에 있어서, 장치는, 서로 교번하는(alternating) 방식으로 배열된, 접지된 드리프트(drift) 튜브들의 세트 및 AC 드리프트 튜브들의 세트의 교번하는 시퀀스를 포함하는, 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리를 포함할 수 있다. 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리는, 연속적인 이온 빔을 수용하도록 구성된 제 1 접지된 드리프트 튜브, 제 1 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 직렬로 배열된 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들, 및 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들의 하류측의 제 2 접지된 드리프트 튜브를 더 포함할 수 있다. 장치는, 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들에 전기적으로 결합된 AC 전압 어셈블리를 더 포함할 수 있다. AC 전압 어셈블리는 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들의 제 1 AC 드리프트 튜브로 제 1 주파수로 제 1 AC 전압 신호를 전달하도록 결합된 제 1 AC 전압 소스; 및 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들의 제 2 AC 드리프트 튜브로 제 2 주파수로 제 2 AC 전압 신호를 전달하도록 결합된 제 2 AC 전압 소스를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제 2 주파수는 제 1 주파수의 정수 배수로 구성될 수 있다.In one embodiment, an apparatus comprises a multi-ring drift tube assembly comprising an alternating sequence of a set of grounded drift tubes and a set of AC drift tubes, arranged in an alternating manner with each other. may include The multi-ring drift tube assembly includes a first grounded drift tube configured to receive a continuous ion beam, at least two AC drift tubes arranged in series downstream of the first grounded drift tube, and at least two AC It may further include a second grounded drift tube downstream of the drift tubes. The apparatus may further include an AC voltage assembly electrically coupled to the at least two AC drift tubes. The AC voltage assembly comprises: a first AC voltage source coupled to deliver a first AC voltage signal at a first frequency to a first AC drift tube of the at least two AC drift tubes; and a second AC voltage source coupled to deliver a second AC voltage signal at a second frequency to a second AC drift tube of the at least two AC drift tubes. As such, the second frequency may be configured as an integer multiple of the first frequency.
추가적인 실시예에 있어서, 이온 주입 시스템은 연속적인 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스, 및 연속적인 이온 빔을 수신하고 집군된 이온 빔을 출력하기 위하여 이온 소스의 하류측에 배치되는 집군기를 포함할 수 있다. 집군기는, 서로 교번하는 방식으로 배열된, 접지된 드리프트 튜브들의 세트 및 AC 드리프트 튜브들의 세트를 교번시키는 것에 의해 특징지어지는 드리프트 튜브 어셈블리를 포함할 수 있다. 드리프트 튜브 어셈블리는 연속적인 이온 빔을 수용하도록 배열된 제 1 접지된 드리프트 튜브, 제 1 접지된 드리프트 튜브의 하류측의 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들; 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들의 하류측의 제 2 접지된 드리프트 튜브, 및 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들에 전기적으로 결합된 AC 전압 어셈블리를 포함할 수 있다. AC 전압 어셈블리는, 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들에 각기 결합된 적어도 2개의 AC 전압 소스들을 포함할 수 있다. 이온 주입 시스템은, 집군기의 하류측에 배치된, 복수의 가속 스테이지들을 포함하는 선형 가속기를 더 포함할 수 있다. In a further embodiment, an ion implantation system may include an ion source for generating a continuous ion beam, and a collector disposed downstream of the ion source to receive the continuous ion beam and output a focused ion beam. can The collector may comprise a drift tube assembly characterized by alternating a set of grounded drift tubes and a set of AC drift tubes, arranged in an alternating manner with one another. The drift tube assembly includes a first grounded drift tube arranged to receive a continuous ion beam, at least two AC drift tubes downstream of the first grounded drift tube; a second grounded drift tube downstream of the at least two AC drift tubes, and an AC voltage assembly electrically coupled to the at least two AC drift tubes. The AC voltage assembly may include at least two AC voltage sources each coupled to the at least two AC drift tubes. The ion implantation system may further include a linear accelerator comprising a plurality of acceleration stages disposed downstream of the collector.
다른 실시예에 있어서, 장치는 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리 및 AC 전압 어셈블리를 포함할 수 있다. 멀티링 드리프트 튜브 어셈블리는, 연속적인 이온 빔을 수용하도록 배열된 제 1 접지된 드리프트 튜브, 및 제 1 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 그리고 제 1 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 배치된 제 1 AC 드리프트 튜브를 포함할 수 있다. 멀티링 드리프트 튜브 어셈블리는 또한, 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 그리고 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배열된 중간 접지된 드리프트 튜브, 및 중간 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 중간 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치된 제 2 AC 드리프트 튜브를 포함할 수 있다. 멀티링 드리프트 튜브 어셈블리는 또한 제 2 접지된 드리프트 튜브를 포함할 수 있으며, 여기에서 제 2 접지된 드리프트 튜브는 제 2 AC 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 제 2 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배치된다. 장치는, 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리에 전기적으로 결합된 AC 전압 어셈블리를 더 포함할 수 있다. AC 전압 어셈블리는 제 1 AC 드리프트 튜브로 제 1 주파수로 제 1 AC 전압 신호를 전달하도록 결합된 제 1 AC 전압 소스, 및 제 2 AC 드리프트 튜브로 제 2 주파수로 제 2 AC 전압 신호를 전달하도록 결합된 제 2 AC 전압 소스를 포함할 수 있으며, 여기에서 제 2 주파수는 제 1 주파수의 정수 배수를 포함한다.In another embodiment, the apparatus may include a multi-ring drift tube assembly and an AC voltage assembly. The multi-ring drift tube assembly includes a first grounded drift tube arranged to receive a continuous ion beam, and a first AC drift disposed downstream of the first grounded drift tube and adjacent the first grounded drift tube. tube may be included. The multi-ring drift tube assembly also includes an intermediate grounded drift tube arranged downstream of the first AC drift tube and downstream of the first AC drift tube, and an intermediate grounded drift tube adjacent and adjacent to the intermediate grounded drift tube. and a second AC drift tube disposed downstream of The multi-ring drift tube assembly may also include a second grounded drift tube, wherein the second grounded drift tube is disposed adjacent the second AC drift tube and downstream of the second AC drift tube. The apparatus may further include an AC voltage assembly electrically coupled to the multi-ring drift tube assembly. The AC voltage assembly includes a first AC voltage source coupled to convey a first AC voltage signal at a first frequency to the first AC drift tube, and a second AC voltage signal coupled to convey a second AC voltage signal at a second frequency to the second AC drift tube and a second AC voltage source configured to be used, wherein the second frequency comprises an integer multiple of the first frequency.
도 1a는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 이온 주입 시스템을 도시한다.
도 1b는 본 개시의 실시예들에 따른 다른 이온 주입 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 집군기를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예들에 따른 다른 예시적인 집군기를 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 드리프트 튜브 어셈블리의 동작의 모델링의 결과들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는, 본 실시예들의 이점들을 강조하는, 상이한 집군기들에 의해 처리된 이온 빔들의 상이한 광선들의 위상 거동을 예시하는 그래프들이다.
도 6은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 7은 본 개시의 다른 실시예들에 따른 다른 예시적인 집군기를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다른 실시예들에 따른 또 다른 예시적인 집군기를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예들에 따른 또 다른 예시적인 집군기를 도시한다.
도 10은 톱니 파형을 도시한다.
도면들이 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 표현하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 묘사하도록 의도되며, 따라서 범위를 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 도면들 내에서, 유사한 번호들이 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.1A illustrates an exemplary ion implantation system in accordance with embodiments of the present disclosure.
1B illustrates another ion implantation system in accordance with embodiments of the present disclosure.
2 illustrates an exemplary grouper in accordance with embodiments of the present disclosure.
3 illustrates another exemplary grouper according to other embodiments of the present disclosure.
4 shows the results of modeling of the operation of a drift tube assembly according to embodiments of the present disclosure.
5A and 5B are graphs illustrating the phase behavior of different rays of ion beams processed by different collectors, highlighting the advantages of the present embodiments.
6 illustrates an exemplary process flow in accordance with some embodiments of the present disclosure.
7 illustrates another exemplary grouper according to other embodiments of the present disclosure.
8 illustrates another exemplary grouper according to other embodiments of the present disclosure.
9 shows another exemplary grouper according to other embodiments of the present disclosure.
10 shows a sawtooth waveform.
The drawings are not necessarily to scale. The drawings are representations only and are not intended to represent specific parameters of the present disclosure. The drawings are intended to depict exemplary embodiments of the present disclosure, and thus should not be construed as limiting their scope. Within the drawings, like numbers indicate like elements.
본 개시에 따른 장치, 시스템 및 방법이 이제 이하에서 시스템 및 방법의 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 시스템 및 방법은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 시스템 및 방법의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다.An apparatus, system and method according to the present disclosure will now be described more fully with reference to the accompanying drawings in which embodiments of the system and method are shown. The system and method may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments described herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of systems and methods to those skilled in the art.
본원에서 사용될 때, 단수로 언급되고 및 단어 "일" 또는 "하나"가 선행되는 엘리먼트 또는 동작은 잠재적으로 복수의 엘리먼트들 또는 동작들도 포함하는 것으로 이해되어야만 한다. 또한, "본 발명의 "일 실시예"에 대한 언급들은, 언급된 특징들을 또한 통합하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.As used herein, an element or action referred to in the singular and preceded by the word “a” or “an” should be understood to potentially include a plurality of elements or actions as well. Further, references to “one embodiment” of the invention are not intended to be construed as excluding the existence of additional embodiments that also incorporate the recited features.
빔라인 아키텍처에 기초하는 개선된 고 에너지 이온 주입 시스템들에 대한 접근 방식들이 본원에서 제공된다. 간결함을 위하여, 이온 주입 시스템은 본원에서 "이온 주입기"로도 지칭될 수 있다. 다양한 실시예들은 고 에너지 이온들을 생성하는 능력을 제공하기 위한 신규한 구성들을 제공하며, 여기에서 기판으로 전달되는 최종 이온 에너지는 300 keV, 500 keV, 1 MeV 또는 그 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 신규한 집군기 설계는, 이하에서 설명되는 바와 같이, 이온 빔의 수용을 증가시키는 방식으로 이온 빔을 프로세싱하기 위해 이용될 수 있다. Approaches to improved high energy ion implantation systems based on beamline architecture are provided herein. For the sake of brevity, an ion implantation system may also be referred to herein as an “ion implanter”. Various embodiments provide novel configurations for providing the ability to generate high energy ions, wherein the final ion energy delivered to the substrate can be 300 keV, 500 keV, 1 MeV or more. In exemplary embodiments, a novel collector design may be used to process the ion beam in a manner that increases reception of the ion beam, as described below.
이제 도 1a를 참조하면, 주입 시스템(100)으로 도시된 예시적인 이온 주입기는 블록 형태로 도시된다. 이온 주입 시스템(100)은 빔라인 이온 주입기를 나타낼 수 있으며, 여기에서 일부 엘리먼트들은 설명의 명료성을 위하여 생략된다. 이온 주입 시스템(100)은, 이온 소스(102), 및 당업계에서 알려진 바와 같이 고 전압으로 홀딩되는 가스 박스(107)를 포함할 수 있다. 이온 소스(102)는, 제 1 에너지로 이온 빔(106)을 생성하기 위한 추출 컴포넌트들 및 필터들(미도시)을 포함할 수 있다. 제 1 이온 에너지에 대한 적절한 이온 에너지의 예들은 5 keV 내지 100 keV의 범위이지만, 실시예들이 이러한 맥락으로 한정되지 않는다. 고 에너지 이온 빔을 형성하기 위하여, 이온 주입 시스템(100)은 이온 빔(106)을 가속하기 위한 다양한 추가적인 컴포넌트들을 포함한다.Referring now to FIG. 1A , an exemplary ion implanter shown as
이온 주입 시스템(100)은, 수신된 이온 빔을 분석하도록 기능하는 분석기(110)를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에 있어서, 분석기(110)는 이온 소스(102)에 위치된 추출 광학부에 의해 부여된 에너지를 갖는 이온 빔(106)을 수신할 수 있으며, 여기에서 이온 에너지는 100 keV 또는 그 이하의 범위 내이고, 구체적으로, 80 keV 또는 그 아래의 범위 내이다. 다른 실시예들에 있어서, 분석기(110)는, 200 keV, 250 keV, 300 keV, 400 keV, 또는 500 keV와 같은 더 높은 에너지들까지 DC 가속기 컬럼에 의해 가속된 이온 빔을 수신할 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 이온 주입 시스템(100)은 또한, 집군기(130), 및 집군기(130)의 하류측에 배치된 선형 가속기(114)(점선으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 집군기(130)의 동작이 이하에서 상세화된다. 간단히 말해서, 집군기(130)는, 연속적인 이온 빔(또는 DC 이온 빔)으로서 이온 빔(106)을 수용하고 집군된 이온 빔으로서 빔을 출력하기 위해 상류측 빔라인(111)의 하류측에 배치된다. 집군된 이온 빔에 있어서, 이온 빔은 이산적인 패킷들로 출력된다. 동시에, 이온 빔의 에너지는 집군기(130)에 의해 증가될 수 있다. 선형 가속기(114)는, 도시된 바와 같이, 직렬로 배열된 복수의 가속기 스테이지들(126)을 포함할 수 있다. 가속기 스테이지들(126)은, 주어진 스테이지에서 집군된 이온 빔들을 출력하기 위하여, 그리고 스테이지들에서 이온 빔을 더 높은 에너지까지 가속하기 위하여 집군기와 유사하게 역할할 수 있다. 따라서, 집군기는 제 1 가속기 스테이지로서 간주될 수 있으며, 이는, 이온 빔이 연속적인 이온 빔으로서 수신된다는 점에 있어서 하류측 가속기 스테이지들과는 상이하다. The
다양한 실시예들에 있어서, 이온 주입 시스템(100)은 추가적인 컴포넌트들, 예컨대 필터 자석(116), 스캐너(118) 및 콜리메이터(120)를 포함할 수 있으며, 여기에서 필터 자석(116), 스캐너(118) 및 콜리메이터(120)의 일반적인 기능들은 잘 알려져 있고 본원에서 추가로 상세히 설명되지 않을 것이다. 이와 같이, 선형 가속기(114)에 의한 가속 이후에, 고 에너지 이온 빔(115)에 의해 표현되는 고 에너지 이온 빔이 기판(124)을 프로세싱하기 위하여 말단 스테이션(122)에 전달될 수 있다.In various embodiments, the
이온 빔(106)이 분석기(110)에 직접적으로 제공되는 일부 실시예들에 있어서, 집군기(130)는, 언급된 바와 같이, 상대적으로 더 낮은 에너지, 예컨대 100 keV보다 더 낮은 에너지로 연속적인 이온 빔으로서 이온 빔(106)을 수신할 수 있다. 이온 주입 시스템이 DC 가속기 컬럼을 포함하는 다른 실시예들에 있어서, 이온 빔(106)은 최대 500 keV 또는 그 이상의 에너지들에서의 연속적인 이온 빔으로서 공급되도록 가속될 수 있다. 이러한 상이한 경우들에 있어서, 집군기(130)에 의해 인가되는 정확한 교류(alternating current; AC) 전압들은 집군기(130)에 의해 수신되는 연속적인 이온 빔의 이온 에너지에 따라 조정될 수 있다. In some embodiments in which the
도 1b는, 이온 소스(102)의 하류측에 배치되며 제 2 이온 에너지로 가속된 이온 빔(109)을 생성하기 위하여 이온 빔(106)을 가속하도록 배열된 DC 가속기 컬럼(108)을 포함하는 이온 주입 시스템(100A)의 일 실시예를 도시하며, 여기에서 제 2 이온 에너지는 이온 소스(102)에 의해 생성된 제 1 이온 에너지보다 더 크다. DC 가속기 컬럼(108)은, 중간 에너지 이온 주입기들에서 사용되는 컬럼들과 같은 알려진 DC 가속기 컬럼들에서와 같이 배열될 수 있다. DC 가속기 컬럼은 이온 빔(106)을 가속할 수 있으며, 여기에서 가속된 이온 빔(109)은 200 keV, 250 keV, 300 keV, 400 keV, 또는 500 keV와 같은 에너지로 분석기(110) 및 집군기(130)에 의해 수신된다. 그렇지 않다면, 이온 주입 시스템(100A)은 이온 주입 시스템(100)과 유사하게 기능할 수 있다. 1B shows a
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른, 집군기(130)로서 도시된 선형 가속기의 예시적인 집군기의 구조를 도시한다. 집군기(130)는, 가속된 이온 빔(109)으로서 도시된, 연속적인 이온 빔을 수용하도록 배열된 제 1 접지된 드리프트 튜브(152)를 포함하는 드리프트 튜브 어셈블리(150)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 접지된 드리프트 튜브(152)는 전기적 접지에 연결된다. 드리프트 튜브 어셈블리(150)는, 제 1 접지된 드리프트 튜브(152)의 하류측에 배열된 AC 드리프트 튜브 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 이하에서 상세하게 논의되는 바와 같이, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)는 일반적으로 라디오 주파수 범위(RF 범위) 내인 AC 전압 신호를 수신하도록 배열되며, 이러한 신호는 가속된 이온 빔(109)을 가속하고 조작하도록 기능한다. 도 2의 실시예에 있어서, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)는 단지 하나의 AC 드리프트 튜브만을 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)는 다수의 AC 드리프트 튜브들을 포함할 수 있다.FIG. 2 shows the structure of an exemplary grouper of a linear accelerator shown as
드리프트 튜브 어셈블리(150)는 AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)의 하류측에 제 2 접지된 드리프트 튜브(154)를 더 포함한다. 전체적으로, 드리프트 튜브 어셈블리(150)는, 연속적인 이온 빔을 수신하고, 중공형 실린더들을 통해 이온 빔을 전도시키며, 이온 빔을 하류측에 위치되는 가속 스테이지(158)에 의해 수신되고 추가로 가속될 집군(bunch)(109A)으로서 도시된 이산적인 패킷들로 집군하는 방식으로 이온 빔의 일부 부분들을 가속하고 다른 부분들을 감속하기 위하여 중공형 실린더들로서 배열된다. 드리프트 튜브 어셈블리(150)는 이를 통해 전도되는 이온 빔의 오염을 최소화하도록 구성된 흑연 또는 유사한 적절한 재료로 구성될 수 있다. 가속 스테이지(158)로서 표시된 후속 가속 스테이지들은 잘-정의된(well-defined) 주파수(ω)로 동작할 수 있으며, 이러한 가속 구조체들 내로의 집군들의 캡처는 이러한 기초 각도 주파수(ω)에 대하여 대략 ±5°의 위상 각도로 제한될 수 있다. 전체 빔라인을 통해 가능한 최대 전류를 송신하기 위하여, 이러한 기초 주파수(ω)의 각각의 사이클에 대하여 하나의 집군을 생성하도록 집군기(130)를 배열하는 것이 바람직하다. The
도 2에 도시된 바와 같이, 집군기(130)는, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)의 전력형 드리프트 튜브에서 변화하는 전압을 드라이브(drive)하기 위해 AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)로 AC 전압 신호를 전송하도록 배열된 AC 전압 어셈블리(140)를 더 포함한다. AC 드리프트 튜브 어셈블리(156) 어셈블리 상의 변화하는 전압은, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)에서의 이온들의 도착 시간에 의존하여 이온들에 상이한 가속을 제공한다. 이러한 방식으로, 집군(109A)의 후행(trailing) 단부(109A1)에는 집군(109A)의 선행(leading) 단부(109A2)보다 더 많은 속도가 주어지며, 집군(109A)의 전체는 가속 스테이지(158)에 도착할 때 가능한 한 콤팩트하게 된다. 다양한 실시예들에 있어서, AC 전압 신호는, 연속적인 이온 빔의 개선된 집군을 제공하기 위한 방식으로 AC 전압 신호를 생성하도록 중첩된 복수의 개별적인 AC 전압 신호들의 합성물일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, AC 전압 어셈블리(140)는 제 1 주파수로 제 1 AC 전압 신호 및 제 2 주파수로 제 2 AC 전압 신호를 생성할 수 있으며, 여기에서 제 2 주파수는 제 1 주파수의 정수 배수를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, AC 전압 어셈블리(140)는 제 3 주파수로 제 3 AC 전압 신호를 생성할 수 있으며, 여기에서 제 3 주파수는 제 2 주파수와는 상이한 제 1 주파수의 정수 배수로 구성되는 등이다. 따라서, 제 2 주파수, 제 3 주파수 등은 제 1 주파수의 고조파(harmonics)일 수 있으며, 여기에서 주파수는, 제 1 주파수에 비하여, 2배, 3배 등일 수 있다. As shown in FIG. 2 , the
도 2의 실시예에 있어서, AC 전압 어셈블리(140)는, V1cos(ωt + φ1), V2cos(2ωt + φ2), 및 V3cos(3ωt + φ3)에 의해 표현되는, 3개의 상이한 AC 전압 신호들을 생성하는 것으로 도시된다. 예시의 목적을 위하여, AC 전압 신호들은 사인파 신호들로서 도시되지만, 다른 파형들이 가능하다. AC 전압 어셈블리(140)는, 각기 제 1 AC 전압 신호, 제 2 AC 전압 신호, 및 제 3 AC 전압 신호를 생성하기 위한 제 1 AC 전압 공급부(142), 제 2 AC 전압 공급부(144), 및 제 3 AC 전압 공급부(146)를 포함할 수 있다. AC 전압 공급부는 동기화된 신호 생성기에 의해 구동되는 RF 증폭기를 사용하여 구현될 수 있다. 일반적인 용어 V는 AC 전압 신호의 최대 진폭을 나타내며, 반면 일반적인 용어 φ는 AC 전압 신호의 위상을 나타낸다. 따라서, 최대 진폭 및 위상이 상이한 신호들 사이에서 상이할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 제 2 및 제 3 AC 신호들은 각기 제 1 신호의 주파수(ω)의 배증(doubling) 및 3배증(tripling)을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, AC 전압 어셈블리(140)는 가산기(148)를 포함할 수 있으며, 여기에서 가산기(148)는 개별적인 전압 신호들을 합하고 복합 AC 전압 신호(149)를 AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)로 출력한다. In the embodiment of FIG. 2 , the
다양한 실시예들에 있어서, 복합 AC 전압 신호는 AC 전압 신호들로부터 형성될 수 있으며, 여기에서 AC 전압 신호의 최고 주파수는 약 120 MHz 또는 그 이하이다.In various embodiments, the composite AC voltage signal may be formed from AC voltage signals, wherein the highest frequency of the AC voltage signal is about 120 MHz or less.
복합 AC 전압 신호(149)는, 하류측 가속 스테이지에서의 수용을 증가시키는 방식으로 AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)에 의해 프로세싱되는 이온들의 위상 의존성을 조정하도록 설계된다. 알려진 이온 주입 시스템들의 선형 가속기들에 있어서, 하류측 가속 스테이지들로 패킷들로 송신하기 위해 연속적인 이온 빔이 집군될 때, 이온 빔의 특정 분율(fraction)이 가속 및 집군 프로세스의 속성에 기인하여 벽들 또는 다른 표면들로 손실된다. 수용은 손실되지 않은 이온 빔의 퍼센트(예컨대 빔 전류의 퍼센트)를 지칭하며, 따라서 하류측 가속 스테이지에 의해 수용되는 퍼센트를 지칭한다. 언급된 바와 같이, 선형 가속기들을 이용하는 알려진 이온 주입 장치에 있어서, 수용은, 다양한 조건들이 최적화될 때, 최대 약 30% 내지 35%일 수 있다. 이러한 알려진 이온 주입 시스템들은, 수십 kV의 범위 내의 전압 진폭을 갖는, 10 MHz, 13.56 MHz, 또는 20MHz의 주파수를 갖는 AC 전압 신호를 가지고 집군기를 구동할 수 있다. 특히, 알려진 이온 주입 시스템들에서 AC 전압 신호는 단일 주파수의 단순 AC 전압 신호로서 생성될 수 있다. The composite
특히, 복합 AC 전압 신호의 기초 컴포넌트는 V1cos(ωt)로 단순화될 수 있으며, 여기에서 다른 2개의 AC 전압 신호들에 대한 상대적인 위상은 각기 위상 오프셋들, φ2 또는 φ3에 의해 주어진다. 이하에서 상세화되는 바와 같이, 이러한 오프셋들은 수용을 증가시키기 위해 조정될 수 있다.In particular, the elementary component of a complex AC voltage signal can be simplified to V 1 cos(ωt), where the relative phase to the other two AC voltage signals is given by the phase offsets, φ 2 or φ 3 , respectively. As detailed below, these offsets can be adjusted to increase acceptance.
특히, 본 발명자는, 합성물(복합 파형)을 생성하기 위한 다수의 주파수들의 적용이, 단일 주파수에서 AC 전압 신호를 이용하는 알려진 집군기들에 비하여, 더 양호한 출력 위상 코히어런스/캡처(coherence/capture)를 생성한다는 것을 발견하였다.In particular, the inventors have found that the application of multiple frequencies to create a composite (composite waveform) results in better output phase coherence/capture compared to known aggregators using an AC voltage signal at a single frequency. ) was found to produce
이제 도 3을 참조하면, 본 개시의 추가적인 실시예들에 따른, 선형 가속기의 예시적인 집군기인, 집군기(160)의 구조가 도시된다. 집군기(160)는, 가속된 이온 빔(109)으로서 도시된, 연속적인 이온 빔을 수용하도록 배열된 제 1 접지된 드리프트 튜브(182)를 포함하는 드리프트 튜브 어셈블리(170)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 접지된 드리프트 튜브(182)는 전기적 접지에 연결된다. 드리프트 튜브 어셈블리(170)는, 제 1 접지된 드리프트 튜브(182)의 하류측에 배열된 AC 드리프트 튜브 어셈블리(180)를 더 포함할 수 있다. 이하에서 상세하게 논의되는 바와 같이, AC 드리프트 튜브 어셈블리(180)는, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)와 유사하게, 일반적으로 라디오 주파수 범위(RF 범위) 내인 AC 전압 신호(들)를 수신하도록 배열되며, 이러한 신호는 가속된 이온 빔(109)을 가속하고 조작하도록 기능한다. 도 3의 실시예에 있어서, AC 드리프트 튜브 어셈블리(180)는, AC 드리프트 튜브(184), AC 드리프트 튜브(186), 및 AC 드리프트 튜브(188)로서 도시된 3개의 AC 드리프트 튜브들을 포함한다.Referring now to FIG. 3 , shown is a structure of a
드리프트 튜브 어셈블리(170)는 AC 드리프트 튜브 어셈블리(180)의 하류측에 제 2 접지된 드리프트 튜브(190)를 더 포함한다. 전체적으로, 드리프트 튜브 어셈블리(170)는, 연속적인 이온 빔을 수신하고, 중공형 실린더들을 통해 이온 빔을 전도시키며, 이온 빔을 하류측에 위치되는 가속 스테이지(192)에 의해 수신되고 추가로 가속될 집군(109A)으로서 도시된 이산적인 패킷들로 집군하는 방식으로 이온 빔을 가속하기 위하여 중공형 실린더들로서 배열된다. 이와 같이, 드리프트 튜브 어셈블리(170)는 적어도 100 mm의 그리고 400 mm보다 더 작은 (이온 빔의 전파의 방향을 따른) 길이를 갖는 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리로 구성될 수 있다.The
도 3의 실시예에 있어서, AC 전압 어셈블리(162)가 제공되며, 이는, AC 드리프트 튜브 어셈블리(180)의 전력형 드리프트 튜브에서 변화하는 전압을 드라이브하기 위해 AC 드리프트 튜브 어셈블리(180)로 AC 전압 신호를 전송하도록 배열된다. AC 전압 어셈블리(162)는, 제 1 AC 전압 공급부(142)가 AC 드리프트 튜브(184)를 구동하고, 제 2 AC 전압 공급부(144)가 AC 드리프트 튜브(186)를 구동하며, 제 3 AC 전압 공급부(146)가 AC 드리프트 튜브(188)를 구동하도록 구성될 수 있다. 이러한 AC 전압 신호들은, 복합 AC 전압 신호(149)와 유사한 복합 신호를 효율적으로 생성하기 위해 제어기(164)에 의해 시간적으로 동기화될 수 있다. 도 3이 최저 주파수 AC 전압 신호가 가장 먼 상류측 AC 드리프트 튜브에 공급되는 구성을 예시하지만, 다른 실시예들에 있어서, 최저 주파수 AC 전압 신호(V1cos(ωt + φ1))가 상이한 AC 드리프트 튜브에 적용될 수 있다. 동일한 것이 중간 주파수 AC 전압 신호(V2cos(2ωt + φ2)), 및 고 주파수 AC 전압 신호(V3cos(3ωt + φ3))에 적용된다. 이러한 구성은 도 2의 구성을 뛰어 넘는 장점을 가지며, 여기에서 전원 공급장치가 다른 전원 공급장치들과 간섭할 위험이 회피된다. 3 , an
집군기를 구동하기 위해 다중-주파수 AC 전압 신호의 사용이 가능하지만, 특히, AC 전압 신호들을 생성하기 위하여 다수의 주파수들을 사용하는 것은, 이하에서 상세화되는 바와 같이, 더 많은 전압 공급부들을 수반할 수 있으며, 더 긴 빔라인을 초래할 수 있다. 따라서, 빔라인 이온 주입기에서 이러한 구성은 지금까지 생각되지 않았다. 특히, 본 발명자는, 특히, 붕소, 인, 및 유사한 것과 같은 일반적인 도펀트들의 범위 내의 질량을 갖는 이온들에 대하여, 이온 빔 스루풋을 현저하게 개선하기 위하여 구동 신호들을 조정함으로써 이러한 고려사항들이 극복될 수 있는 구성들을 식별하였다. 특히, 도 2의 "단일-링"(여기에서 "링"은 AC 드리프트 튜브를 지칭함) 또는 도 3의 "3중-링" 집군기에 있어서, 복합 AC 전압 신호가 생성되며, 여기에서 이온 빔을 집군하는 것은, AC 드리프트 튜브 어셈블리로부터의 목표된 거리에서 이온 빔을 사용함으로써 위상 코히어런스를 개선하고 그에 따라 수용을 증가시키는 방식으로 수행된다. Although the use of a multi-frequency AC voltage signal to drive the collector is possible, in particular using multiple frequencies to generate the AC voltage signals may involve more voltage supplies, as detailed below. This may result in a longer beamline. Therefore, such a configuration in a beamline ion implanter has not been considered until now. In particular, the inventors have found that these considerations can be overcome by adjusting the drive signals to significantly improve the ion beam throughput, especially for ions with masses within the range of common dopants such as boron, phosphorus, and the like. configurations were identified. In particular, in the “single-ring” of FIG. 2 (where “ring” refers to the AC drift tube) or the “triple-ring” aggregator of FIG. 3 , a composite AC voltage signal is generated, wherein the ion beam Gathering is performed in such a way as to improve phase coherence and thus increase acceptance by using an ion beam at a targeted distance from the AC drift tube assembly.
이제 도 4를 참조하면, 드리프트 튜브 어셈블리(150)의 묘사, 및 빔 경로를 따른 밀리미터의 거리의 함수로서 도시된 대응하는 위상 맵을 포함하는 복합 예시가 도시된다. 위상 맵은 거리의 함수로서 (우측 세로 좌표 상에 도시된) 위상을 예시하는 그래프이며, 여기에서 AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)의 단독(lone) 드리프트 튜브의 위치는 30 mm 내지 75 mm 사이에서 연장한다. 이러한 위치에서, (좌측 세로 좌표에 의해 도시된) AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)에 인가되는 전압은 약 18 kV의 최대치에 도달하며, 40 MHz의 주파수로 인가된다. 가속된 이온 빔(109)의 일련의 21개의 상이한 광선들의 상대적인 위상 위치가 그래프의 우측까지 도시된다. 가속된 이온 빔(109)의 이온들의 질량은 20 amu로 가정된다. 도시된 바와 같이, 전압은 AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)의 위치에서 최대치에 도달하며, 다른 곳에서는 0이다. AC 드리프트 튜브 어셈블리(156) 내로의 입구 지점에서, 21개의 예시적인 광선들은 18 도의 간격으로 위상적으로 동등하게 이격된다. AC 전압 어셈블리(140)에 의해 생성된 것과 같은, V = V1cos(ωt + φ1)+V2cos(2ωt + φ2) +V3cos(3ωt + φ3)에 의해 주어지는 복합 AC 전압 신호에 의해 처리될 때, 다양한 광선들은, 도시된 바와 같이, 위상적으로 우측으로 수렴한다.Referring now to FIG. 4 , a composite illustration is shown including a depiction of a
AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)의 입구의 우측에 대해 670 mm인, 700 mm에 대응하는 위치에서, 다수의 광선들 사이의 위상 차이가 0에 가깝다. 따라서, 가속 스테이지(158)에 대한 입구가, 다수의 광선들 사이의 0-위상 차이에 대응하는 700 mm 위치에 위치될 때, 수용이 최대일 수 있다. +/- 5-도 변동에 기초하는 수용에 대하여, 도 4의 예에 있어서, 가속기에서의 수용은 약 55%이다. 다양한 다른 시뮬레이션들에 있어서, 도 4의 구성에 대한 최대 수용은 75%만큼 높은 것으로 계산되었으며, 이는 단일 주파수 집군기들을 이용하는 알려진 이온 주입기들에서의 30%-35%의 수용에 비하여 상당한 개선이다. 예를 들어, V가 59.4 kV와 동일하게 설정될 때, 수용은 75%이며, 반면 24 kV에서, 수용은 65%이다.At a position corresponding to 700 mm, which is 670 mm to the right of the entrance of the AC
특히, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)의 예시를 사용하는 도 4에 도시된 위상 수렴에 대한 동일한 거동이, AC 드리프트 튜브 어셈블리(180)의 3중 링 구성에 동일한 전압 파라미터들을 적용함으로써 획득될 수 있다. In particular, the same behavior for phase convergence shown in FIG. 4 using the example of the AC
도 5a 및 도 5b는, 본 실시예들에 따른 복합 AC 전압 신호를 인가하는 것의 이점을 강조하는, 이온 빔들의 상이한 광선들의 위상 거동을 예시하는 그래프들이다. 도 5a는 도 4의 실시예의 복합 AC 전압 파라미터들을 가지고 계속되며, 반면 도 5b는 이온 빔에 단일 AC 전압 신호를 인가하는 것의 일 예를 예시한다. 도 5b의 예시에 있어서, AC 신호는 V = Vmax cos(ωt + φ)에 의해 주어지며, 반면 도 5a에서, AC 신호는 V = V1cos(ωt + φ1)+V2cos(2ωt + φ2) +V3cos(3ωt + φ3)에 의해 주어진다. 주파수(ω)는 2개의 경우들 모두에서 40 MHz이다. 5A and 5B are graphs illustrating the phase behavior of different rays of ion beams, highlighting the advantage of applying a complex AC voltage signal according to the present embodiments. 5A continues with the composite AC voltage parameters of the embodiment of FIG. 4 , while FIG. 5B illustrates an example of applying a single AC voltage signal to the ion beam. In the example of FIG. 5B , the AC signal is given by V = V max cos(ωt + φ), whereas in FIG. 5A , the AC signal is V = V 1 cos(ωt + φ 1 )+V 2 cos(2ωt) + φ 2 ) is given by +V 3 cos(3ωt + φ 3 ). The frequency ω is 40 MHz in both cases.
2개의 상이한 그래프들에서, 위상 거동은, 집군기에 대한 입구에서의 주어진 광선들의 위상의 함수로서, 입구 근처의 지점으로부터 집군기까지의 지정된 거리에서의 주어진 광선들의 위상을 묘사한다. 지정된 거리는, 이온 빔의 상이한 광선들의 위상이 알맞게 수렴될 수 있는 거리로 설정된다. 따라서, 도 4를 다시 참조하면, 집군(109A)에서, AC 드리프트 튜브 어셈블리(156)의 동작은 위상-지연(phase-lagging) 이온들, 즉, 후행 단부(109A1)를 가속하는 경향이 있으며, 위상-선행 이온들, 즉, 선행 단부(109A2)를 감속하는 경향이 있고, 이는 예컨대 700 mm에서 위상 수렴을 야기한다. In two different graphs, the phase behavior describes the phase of the given rays at a specified distance from a point near the entrance to the collector as a function of the phase of the given rays at the entrance to the collector. The designated distance is set to a distance at which the phases of different rays of the ion beam can converge appropriately. Thus, referring back to Figure 4, in
35%의 가장 높은 상대적인 수용을 생성하는 가장 높은 위상 코히어런트 조건인 도 5b에서, 30 도만큼 작은 초기 위상에서의 차이들에 대해서도 400 mm에서 작은 정도의 위상 차이가 존재한다. 다른 전압들에 대하여, 거동은 도시된 바와 같이 더 나쁘다. 특히, 도 5a의 실시예는, 400 mm에서의 수렴을 필요로 하는 단일 주파수 집군기 결과들보다 어느 정도 더 긴, 700 mm에서 수렴을 생성한다. 이러한 결과는 부분적으로 약 20 kV와 같은 복합 AC 전압 신호에 대하여 AC 전압 진폭을 합리적인 레벨로 유지해야 하는 필요성에 기인한다. 단일 주파수 집군기의 경우에 있어서, 20 kV AC 전압 진폭에서의 동작은 400 mm에서의 수렴을 허용한다. 도 5a의 실시예가 단일 주파수 집군기 아키텍처에 대하여 집군기와 가속기 사이의 어느 정도 더 긴 분리를 수반할 수 있지만(700 mm vs 400 mm), 이점은 상당히 더 큰 수용, 및 그에 따른 LINAC의 메인 가속기 스테이지들 내로 전도되는 상당히 더 큰 빔 전류이다. 다양한 추가적인 실시예들에 있어서, 수렴 길이는 300 mm 내지 1000 mm의 범위일 수 있다. In Fig. 5b, which is the highest phase coherent condition producing the highest relative acceptance of 35%, there is a small degree of phase difference at 400 mm even for differences in the initial phase as small as 30 degrees. For other voltages, the behavior is worse as shown. In particular, the embodiment of Figure 5a produces convergence at 700 mm, which is somewhat longer than single frequency aggregator results that require convergence at 400 mm. This result is due in part to the need to keep the AC voltage amplitude at a reasonable level for complex AC voltage signals such as about 20 kV. In the case of a single frequency aggregator, operation at 20 kV AC voltage amplitude allows convergence at 400 mm. Although the embodiment of Figure 5a may entail a somewhat longer separation between the collector and the accelerator for a single frequency collector architecture (700 mm vs 400 mm), the advantage is a significantly greater acceptance, and thus the main accelerator of LINAC. A significantly larger beam current conducted into the stages. In various additional embodiments, the convergence length may range from 300 mm to 1000 mm.
특정 이론에 제한되지 않고, 이상의 결과들은 다음의 방식으로 해석될 수 있다. 합성 또는 복합 AC 전압 신호(파형)를 생성하기 위한 다수의 주파수들의 적용은 캡처를 증가시키는데 더 도움이 되는 형상을 갖는 파형을 생성할 수 있다. 원칙적으로, 파형은 도 10에 도시된 바와 같은 수직 톱니 파형과 같은 날카로운 특성을 갖는다. 이러한 파형은, 하나의 "이빨(tooth)"이 이온들로 하여금 하나의 집군을 만들기 위해 함께 모이게끔 하는 방식으로 이온들을 가속할 수 있으며, 이는 이론적으로 ~100% 캡처를 가능하게 한다. 특히, 특정 집군기들에 있어서, 공진 회로에 기초하는 공진기가 (메가헤르츠 범위 내의) 관련 주파수들로 AC 전압 파형을 드라이브하기 위해 사용되며, 여기에서 공진 회로는 본질적으로 사인파 파형을 생성하고, 이러한 파형은 수직 톱니 경우에서와 같은 높은 캡처를 생성하지 않는다. 본 접근 방식에 있어서, 다수의 상이한 주파수들에서의 사인파 파형들의 추가는, 이상적인 톱니 형상에 가까운 형상을 나타낼 수 있으며 그에 따라 이상에서 설명된 바와 같이 개선된 출력 위상 코히어런스 및 캡처를 증가시킬 수 있는 복합 파형을 생성하기 위해 사용된다. Without being limited to a particular theory, the above results may be interpreted in the following manner. Application of multiple frequencies to generate a composite or complex AC voltage signal (waveform) can produce a waveform with a shape that is more conducive to increasing capture. In principle, the waveform has a sharp characteristic like a vertical sawtooth waveform as shown in FIG. 10 . Such a waveform can accelerate ions in such a way that a single “tooth” causes them to come together to form a colony, which theoretically allows ~100% capture. In particular, in certain clusterers, a resonator based resonant circuit is used to drive an AC voltage waveform with relevant frequencies (in the megahertz range), wherein the resonant circuit essentially generates a sinusoidal waveform, The waveform does not produce as high a capture as in the vertical sawtooth case. In this approach, the addition of sinusoidal waveforms at a number of different frequencies may result in a shape close to the ideal sawtooth shape and thus increase the improved output phase coherence and capture as described above. used to create complex waveforms.
본 실시예들에 있어서, 2개 이상의 파형들이, 제 1 파형이 기초 주파수로 생성되며 다른 파형(들)이 기초 주파수의 정수 배수로 생성되는 관계를 나타낼 수 있다는 것을 유의해야 한다. 이러한 방식으로, 새로운 컴포넌트가 기초 주파수의 정수 배수에 존재할 때, 각각의 이온 집군은 동일한 필드들을 경험할 것이며, 기초 최고 공통 인자 주파수는 기초 주파수에 남아 있는다.It should be noted that in the present embodiments, two or more waveforms may represent a relationship in which a first waveform is generated with a fundamental frequency and the other waveform(s) are generated with an integer multiple of the fundamental frequency. In this way, when a new component is present at an integer multiple of the fundamental frequency, each ion population will experience the same fields, and the base highest common factor frequency remains at the fundamental frequency.
원칙적으로, (푸리에 급수와 같은) 많은 수의 파형들의 추가는 톱니 파형을 더 정확하게 근사화하는 합성된 복합 파형을 생성할 수 있지만, 이러한 접근 방식은 이러한 많은 수의 주파수들을 추가하는 증가된 비용으로 인해 비현실적일 수 있다. 본 발명자는, 사인파 파형들의 단지 2개 또는 3개의 고조파들의 추가가, 이상에서 논의된 바와 같은, 출력 위상 코히어런스 및 캡처에 있어서 매우 상당한 증가를 생성한다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자는, 별개의 전극들에 대한 상이한 사인파 파형들의 적용이 단일 전극에 상이한 사인 파형들을 적용하는 것과 유사하게 작동할 수 있다는 것, 및 단지 2개의 파형들의 적용이, 단일 주파수 파형에 의해 생성되는 상대적으로 더 낮은 출력 위상 코히어런스와는 대조적으로, 3개의 파형들의 경우와 유사하게 출력 위상 코히어런스 및 캡처에 있어서 상당한 개선을 생성한다는 것을 발견하였다. In principle, the addition of a large number of waveforms (such as a Fourier series) can produce a synthesized composite waveform that more accurately approximates a sawtooth waveform, but this approach is difficult due to the increased cost of adding such a large number of frequencies. may be unrealistic. The inventors have found that the addition of only two or three harmonics of sinusoidal waveforms produces a very significant increase in output phase coherence and capture, as discussed above. Furthermore, the present inventors believe that application of different sinusoidal waveforms to separate electrodes can operate similarly to applying different sinusoidal waveforms to a single electrode, and that application of only two waveforms can be achieved by a single frequency waveform. It was found to produce significant improvements in output phase coherence and capture similar to the case of the three waveforms, in contrast to the relatively lower output phase coherence produced.
LINAC의 추가적인 스테이지들이 본 실시예들의 집군기들과 유사한 방식으로 수행할 수 있지만, 이온들의 패킷을 가속하고 추가로 집군하기 위하여 LINAC의 이러한 추가적인 스테이지들은 도시된 바와 같이 복합 AC 전압 신호들에 의해 구동될 필요가 없다. 다시 말해서, 집군기의 복합 AC 전압 신호가 가속기 스테이지에 대한 입구에서 집군된 이온 빔의 다양한 광선들의 위상을 이미 대부분 수렴시켰기 때문에, 위상 수렴의 추가적인 개선이 덜 필요할 수 있다. 이러한 사실은, AC 전압 어셈블리들의 더 간단한 설계가 LINAC의 가속기 스테이지들을 구동하는 것을 가능하게 한다. Additional stages of LINAC may perform in a similar manner to the collectors of the present embodiments, but in order to accelerate and further aggregate the packet of ions, these additional stages of LINAC are driven by complex AC voltage signals as shown. it doesn't have to be In other words, further improvements in phase convergence may be less necessary since the complex AC voltage signal of the collector has already mostly converges the phase of the various rays of the focused ion beam at the entrance to the accelerator stage. This fact enables a simpler design of AC voltage assemblies to drive the accelerator stages of LINAC.
일 예로서, 3중-주파수 복합 AC 신호의 일 실시예에 있어서, 제 1 신호에 대한 기초 주파수는 40 MHz일 수 있으며, 반면 제 1 신호에 추가되는 제 2 신호에 대한 제 1 고조파 주파수는 80 MHz일 수 있고, 제 1 신호 및 제 2 신호에 추가되는 제 3 신호에 대한 제 2 고조파 주파수는 120 MHz일 수 있다. As an example, in one embodiment of a triple-frequency composite AC signal, the fundamental frequency for the first signal may be 40 MHz, while the first harmonic frequency for the second signal added to the first signal is 80 MHz, and the second harmonic frequency for the first signal and the third signal added to the second signal may be 120 MHz.
특히, 이상의 실시예들이 3개의 AC 전압 신호들에 기초하여 복합 AC 전압 신호들을 생성하는 것 및 3개의 드리프트 튜브들을 포함하는 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리를 이용하는 것을 강조하지만, 반면 다른 실시예들에 있어서, 복합 AC 전압 신호는 2개의 AC 전압 신호들 또는 4개의 AC 전압 신호들로부터 형성될 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 마찬가지로, 다른 실시예들에 따른 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리는 2개의 드리프트 튜브들 또는 4개의 드리프트 튜브들을 이용할 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. In particular, while the above embodiments emphasize generating complex AC voltage signals based on three AC voltage signals and using a multi-ring drift tube assembly comprising three drift tubes, whereas in other embodiments , the composite AC voltage signal may be formed from two AC voltage signals or four AC voltage signals. The embodiments are not limited in this context. Likewise, a multi-ring drift tube assembly according to other embodiments may use two drift tubes or four drift tubes. The embodiments are not limited in this context.
도 6은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름(600)을 도시한다. 블록(602)에서, 이온 빔은, 예컨대 이온 소스로부터의 추출에 의해 연속적인 이온 빔으로서 생성된다. 이와 같이, 이온 빔은 몇 keV 내지 약 80 keV에 이르는 범위 내의 이온 에너지를 나타낼 수 있다. 선택적으로, 연속적인 이온 빔은 가속된 연속적인 이온 빔을 생성하기 위해 가속될 수 있다. 일 예에 있어서, DC 가속기 컬럼이 연속적인 이온 빔을 가속하기 위해 적용될 수 있다. 이와 같이, 가속된 연속적인 이온 빔은 200 keV 내지 500 keV의 또는 일부 실시예들에서는 그 이상의 이온 에너지를 나타낼 수 있다.6 illustrates an
블록(604)에서, 연속적인 이온 빔이 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리에서 수신된다. 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리는, 제 1 접지된 드리프트 튜브 및 제 2 접지된 드리프트 튜브뿐만 아니라, 제 1 접지된 드리프트 튜브와 제 2 접지된 드리프트 튜브 사이에 배치된 멀티-링 AC 드리프트 튜브 어셈블리를 포함할 수 있다. At block 604 , a continuous ion beam is received at a multi-ring drift tube assembly. The multi-ring drift tube assembly includes a first grounded drift tube and a second grounded drift tube, as well as a multi-ring AC drift tube assembly disposed between the first grounded drift tube and the second grounded drift tube. can do.
블록(606)에서, 연속적인 이온 빔은, 제 1 AC 전압 신호가 제 1 AC 드리프트 튜브에 제 1 주파수로 인가되는 동안, 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리의 제 1 AC 드리프트 튜브를 통해 전도된다.At
블록(608)에서, 연속적인 이온 빔은, 제 2 AC 전압 신호가 제 2 AC 드리프트 튜브에 제 2 주파수로 인가되는 동안, 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리의 제 2 AC 드리프트 튜브를 통해 전도된다. 다양한 실시예들에 있어서, 제 2 주파수는 제 1 주파수의 정수 배수, 예컨대 제 1 주파수의 2배일 수 있다. 선택적인 동작에 있어서, 가속된 연속적인 이온 빔은, 제 3 AC 전압 신호가 제 3 AC 드리프트 튜브에 제 3 주파수로 인가되는 동안, 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리의 제 3 AC 드리프트 튜브를 통해 전도될 수 있다. 제 3 주파수는, 제 2 주파수와는 상이한, 제 1 주파수의 정수 배수일 수 있다. 이와 같이, 가속된 연속적인 이온 빔이 집군된 이온 빔으로서 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리로부터 출력될 수 있다. At
도 7은 본 개시의 추가적인 실시예들에 따른, 선형 가속기에 대한 다른 예시적인 집군기인 집군기(200)를 도시한다. 집군기(200)는, 가속된 이온 빔(109)으로서 도시된, 연속적인 이온 빔을 수용하도록 배열된 제 1 접지된 드리프트 튜브(202)를 포함하는 드리프트 튜브 어셈블리(201)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 접지된 드리프트 튜브(202)는 전기적 접지에 연결된다. 드리프트 튜브 어셈블리(201)는, 제 1 접지된 드리프트 튜브(182)의 하류측에 배열된 AC 드리프트 튜브 어셈블리(203)를 더 포함할 수 있다. AC 드리프트 튜브 어셈블리(203)는, 전술된 AC 드리프트 튜브 어셈블리들과 유사하게, 일반적으로 라디오 주파수 범위(RF 범위) 내인 AC 전압 신호(들)를 수신하도록 배열되며, 이러한 신호는 가속된 이온 빔(109)을 가속/감속하고 조작하도록 기능한다. 도 7의 실시예에 있어서, 드리프트 튜브 어셈블리(201)는, AC 드리프트 튜브(204), 및 AC 드리프트 튜브(208)로서 도시된 2개의 AC 드리프트 튜브들을 포함한다.7 illustrates another
드리프트 튜브 어셈블리(201)는 AC 드리프트 튜브 어셈블리(203)의 하류측에 제 2 접지된 드리프트 튜브(210)를 더 포함한다. 전체적으로, 드리프트 튜브 어셈블리(201)는, 연속적인 이온 빔을 수신하고, 중공형 실린더들을 통해 이온 빔을 전도시키며, 이온 빔을 하류측에 위치되는 선형 가속기(212)에 의해 수신되고 추가로 가속될 패킷(109B)으로서 도시된 이산적인 패킷들로 집군하는 방식으로 이온 빔을 가속/감속하기 위하여 중공형 실린더들로서 배열된다. 이와 같이, 드리프트 튜브 어셈블리(201)는 적어도 100 mm의 그리고 400 mm보다 더 작은 (이온 빔의 전파의 방향을 따른) 길이를 갖는 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리로 구성될 수 있다.The
도 7의 실시예에 있어서, AC 전압 어셈블리(166)가 제공되며, 이는, AC 드리프트 튜브 어셈블리(203)의 전력형 드리프트 튜브에서 변화하는 전압을 드라이브하기 위해 AC 드리프트 튜브 어셈블리(203)로 AC 전압 신호를 전송하도록 배열된다. AC 전압 어셈블리(166)는, 제 1 AC 전압 공급부(214)가 AC 드리프트 튜브(204)를 구동하고, 한편 제 2 AC 전압 공급부(216)가 AC 드리프트 튜브(208)를 구동하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 있어서 그리고 도 8의 구성에 있어서, 2개의 상이한 AC 전압 공급부들은 40 MHz의 제 1 주파수 및 80 MHz의 제 2 주파수를 출력할 수 있거나, 또는, 대안적으로, 2개의 상이한 AC 전압 공급부들은 상이한 비-제한적인 실시예들에 따라 13.56 MHz의 제 1 주파수 및 27.12 MHz의 제 2 주파수를 출력할 수 있다. In the embodiment of FIG. 7 , an
이러한 AC 전압 신호들은, V = V1cos(ωt + φ1)+V2cos(2ωt + φ2)에 의해 주어지는 복합 신호를 갖는, 단일 드리프트 튜브에 의해 생성되는 바와 유사한 빔 거동을 생성하기 위해 제어기(164)에 의해 시간적으로 동기화될 수 있다. 이러한 방식으로, 이온들의 입력 위상의 함수로서 출력 위상 코히어런스는, 이상에서 논의된, 도 2 내지 도 5b의 실시예들과 유사한 방식으로 단일 주파수 집군기들에 비하여 개선될 수 있다. These AC voltage signals are combined to produce a beam behavior similar to that produced by a single drift tube, with a composite signal given by V = V 1 cos(ωt + φ 1 )+V 2 cos(2ωt + φ 2 ). It may be synchronized in time by the
도 7이 최저 주파수 AC 전압 신호가 가장 먼 상류측 AC 드리프트 튜브(204)에 공급되는 구성을 예시하지만, 다른 실시예들에 있어서, 최저 주파수 AC 전압 신호(V1cos(ωt + φ1))가 상이한 AC 드리프트 튜브에 적용될 수 있다.Although FIG. 7 illustrates a configuration in which the lowest frequency AC voltage signal is supplied to the furthest upstream
도 8은 본 개시의 다른 실시예들에 따른 또 다른 예시적인 집군기인 집군기(220)를 도시한다. 집군기(220)는, 가속된 이온 빔(109)으로서 도시된, 연속적인 이온 빔을 수용하도록 배열된 제 1 접지된 드리프트 튜브(202)를 포함하는 드리프트 튜브 어셈블리(221)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 접지된 드리프트 튜브(202)는 전기적 접지에 연결된다. 드리프트 튜브 어셈블리(221)는, 제 1 접지된 드리프트 튜브(202)의 하류측에 배열된 AC 드리프트 튜브(204)를 더 포함할 수 있다. 도 8의 실시예에 있어서, 도 7의 실시예에서와 같이, AC 드리프트 튜브(208)는 AC 드리프트 튜브(204)의 하류측에 위치되며, 제 2 접지된 드리프트 튜브(210)는 AC 드리프트 튜브(208)의 하류측에 위치된다. 이와 같이, 드리프트 튜브 어셈블리(201)는 적어도 100 mm의 그리고 400 mm보다 더 작은 (이온 빔의 전파의 방향을 따른) 길이(L)를 갖는 멀티-링 드리프트 튜브 어셈블리로 구성될 수 있다. 전술된 컴포넌트들에 더하여, 드리프트 튜브 어셈블리(221)는 AC 드리프트 튜브(204)와 AC 드리프트 튜브(208) 사이에 배치된 중간 접지된 드리프트 튜브(206)를 포함한다. 이러한 구성에 의해 제공되는 장점은, AC 드리프트 튜브(204) 및 AC 드리프트 튜브(208)를 각기 구동하는 2개의 전원 공급장치들(AC 전압 공급부(214), AC 전압 공급부(216)) 및 2개의 공진 회로들 사이의 크로스-토크(cross-talk)의 감소된 위험이다.FIG. 8 shows another
도 8의 실시예는, 이온 빔이 빔라인 아래로 전도됨에 따라, 하나의 접지된 드리프트 튜브와 교번하는 하나의 AC 드리프트 튜브의 교번하는 시퀀스에 의해 특징지어지는 드리프트 튜브 어셈블리(221)를 예시한다. 교번하는 시퀀스들의 다른 실시예들에 있어서, 접지된 드리프트 튜브가 AC 드리프트 튜브들의 각각의 연속적인 쌍 사이에 배치된다는 점을 제외하면, 전반적으로 도 3에 대하여 설명된 바와 같이 3개 또는 그 이상의 AC 드리프트 튜브들이 복합 AC 신호를 생성하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 모든 전원 공급장치들 및 공진기들 사이의 크로스-토크가 축소될 수 있다. 8 illustrates a
2개의 주파수들을 사용하는 실시예들에 있어서, 최대 200 도에 이르는 출력 위상 코히어런스가 최대 55%에 이르는 이온 빔의 수용을 가지고 획득될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 다양한 실시예들에 있어서, 드리프트 튜브들의 튜브 길이는 다음의 고려사항들을 가지고 조정될 수 있다: 1) 길이는, 주어진 이온 빔 내의 이온들이 180°에서 이동한 거리에 거리, 또는 에 따라 조정될 수 있으며, 여기에서 v는 속도이다. 이러한 거리는 주어진 전압에 대하여 최대 가속을 제공하지만, 어떤 바람직하지 않은 위상 효과들을 생성할 수 있다. 0.2D0만큼 작은 더 짧은 튜브들을 사용하는 것이 더 높은 전압을 필요로 할 수 있지만, 전체적으로 더 양호한 결과들을 생성할 수 있다. 수렴 길이(L)와 관련하여, 이러한 파라미터를 더 짧게 만드는 것이 유익하지만, 더 높은 전압이 인가될 것을 요구한다. 따라서, L은 이온 종, 전압 고려사항들, 및 다른 효과들에 기초하여 상이한 실시예들에 따라 300 mm 내지 1 m의 범위일 수 있다.It should be noted that in embodiments using two frequencies, an output phase coherence of up to 200 degrees can be achieved with an acceptance of the ion beam up to 55%. In various embodiments, the tube length of the drift tubes may be adjusted with the following considerations: 1) the length is the distance the ions in a given ion beam traveled in 180°, or can be adjusted according to , where v is the speed. This distance provides maximum acceleration for a given voltage, but can create some undesirable phase effects. Using shorter tubes as small as 0.2D 0 may require a higher voltage, but may produce better results overall. Regarding the convergence length L, it is beneficial to make this parameter shorter, but requires a higher voltage to be applied. Thus, L may range from 300 mm to 1 m according to different embodiments based on ionic species, voltage considerations, and other effects.
또한, 설계가 인가되는 최대 전압으로 한정되고 개별적인 주파수들이 감산(subtractive)될 때 다중주파수 신호들의 적용이 일반적으로 수렴 길이를 증가시키도록 역할할 수 있지만, 특정 다중주파수 설계들은 수렴 길이를 증가시키지 않고 달성될 수 있다는 것을 유의해야 한다. Also, while the application of multi-frequency signals can generally serve to increase the convergence length when the design is limited to the maximum voltage applied and the individual frequencies are subtracted, certain multi-frequency designs do not increase the convergence length. It should be noted that this can be achieved.
도 9는 이러한 배열의 일 예를 제공하며, 여기에서 집군기(230)가 도시된다. 드리프트 튜브 어셈블리(232)는, 제 1 접지된 드리프트 튜브(234); 제 1 접지된 드리프트 튜브(234)에 인접하여 그리고 제 1 접지된 드리프트 튜브(234)의 하류측에 배치되는 제 1 AC 드리프트 튜브(236); 제 1 AC 드리프트 튜브(236)의 하류측에 배열되는 제 1 중간 접지된 드리프트 튜브(238); 제 1 중간 접지된 드리프트 튜브(238)에 인접하여 그리고 제 1 중간 접지된 드리프트 튜브(238)의 하류측에 배치되는 제 2 AC 드리프트 튜브(240); 제 2 AC 드리프트 튜브(240)에 인접하여 그리고 제 2 AC 드리프트 튜브(240)의 하류측에 배치되는 제 2 중간 접지된 드리프트 튜브(242); 제 2 중간 접지된 드리프트 튜브(242)에 인접하여 그리고 제 2 중간 접지된 드리프트 튜브(242)의 하류측에 배치되는 제 3 AC 드리프트 튜브(244); 및 제 2 접지된 드리프트 튜브(246)를 포함하며, 여기에서 제 2 접지된 드리프트 튜브(246)는 제 3 AC 드리프트 튜브(244)에 인접하여 그리고 제 3 AC 드리프트 튜브(244)의 하류측에 배치된다. 다시 한 번, 제 1 중간 접지된 드리프트 튜브(238) 및 제 2 중간 접지된 드리프트 튜브(242)의 제공은 제 1 AC 전압 공급부(142), 제 2 AC 전압 공급부(144), 및 제 3 AC 전압 공급부(146) 사이의 크로스토크를 방지할 수 있다. 9 provides an example of such an arrangement, in which a
요컨대, 본 실시예들은, 단독 AC 드리프트 튜브에 협력하여 적용되거나 또는 전용 AC 드리프트 튜브들에 별개로 그리고 개별적으로 적용되는 다중-주파수 신호들을 사용하여 제어되는 집군기들을 제공한다. 비제한적으로, 다양한 실시예들은 이하의 표 1에 열거되는 바와 같은 상업적으로 이용가능한 주파수들을 이용할 수 있다.In summary, the present embodiments provide collectors controlled using multi-frequency signals applied either in concert to a single AC drift tube or separately and individually applied to dedicated AC drift tubes. Without limitation, various embodiments may utilize commercially available frequencies as listed in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
이상의 표 1은 US FCC에 의해 정의된 바와 같은 다양한 ISM 주파수들을 예시하며, 여기에서, 본 실시예에 있어서, 각각의 주파수는 하나의 신호에 적용되는 기초 주파수의 정수 배수일 것이다. 따라서, 2 주파수 실시예에 있어서, 13.56 MHz 및 27.12 MHz의 조합이 적절하며, 3-주파수 실시예에 있어서, 13.56 MHz 및 27.12 MHz, 및 40.68 MHz의 조합이 적절하는 등이다. Table 1 above illustrates various ISM frequencies as defined by the US FCC, where, in this embodiment, each frequency will be an integer multiple of a fundamental frequency applied to one signal. Thus, in the two-frequency embodiment, a combination of 13.56 MHz and 27.12 MHz is appropriate, in the three-frequency embodiment, a combination of 13.56 MHz and 27.12 MHz, and 40.68 MHz is appropriate, and so on.
이상을 고려하면, 적어도 다음의 장점들이 본원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 제 1 장점은 집군기를 구동하기 위하여 복합 AC 전압 신호를 제공함으로써 실현되며, 따라서 상당히 더 큰 이온 빔 전류가 하류측에 배치된 LINAC를 통해 송신될 수 있다. 추가적인 장점은 복수의 AC 전원 공급장치들의 주어진 전원 공급장치로부터 주어진 AC 신호를 전용 전극으로 드라이브하기 위한 능력이며, 이는, 복합 AC 전압 신호의 경우에서와 같이 여전히 더 큰 이온 빔 전류를 드라이브하면서, 공통 전극을 통해 다수의 AC 전압 신호들을 드라이브하도록 결합된 공통의 다수의 전원 공급장치들에 결합될 때 발생할 수 있는 전원 공급장치들 사이의 간섭을 회피한다.In view of the above, at least the following advantages are achieved by the embodiments disclosed herein. A first advantage is realized by providing a complex AC voltage signal to drive the concentrator, so that a significantly larger ion beam current can be transmitted via the downstream LINAC. A further advantage is the ability to drive a given AC signal from a given power supply of a plurality of AC power supplies to a dedicated electrode, which is common while still driving a larger ion beam current as in the case of a composite AC voltage signal. It avoids interference between power supplies that can occur when coupled to a common multiple power supplies coupled to drive multiple AC voltage signals through the electrodes.
본 개시의 특정 실시예들이 본원에서 설명되었지만, 본 개시가 당업계에서 허용할 그리고 명세서가 유사하게 판독될 수 있는 바와 같이 광범위한 범위이기 때문에 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 따라서, 이상의 설명이 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 당업자들은 본원에 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내의 다른 수정예들을 구상할 것이다.Although specific embodiments of the present disclosure have been described herein, the present disclosure is not limited thereto, as the disclosure is in scope as the art will accept and the specification may be similarly read. Accordingly, the above description should not be construed as limiting. Those skilled in the art will envision other modifications within the spirit and scope of the claims appended hereto.
Claims (13)
연속적인 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스;
상기 이온 소스의 하류측에 배치되며, 상기 연속적인 이온 빔을 수신하고 집군된(bunched) 이온 빔을 출력하기 위한 집군기(buncher)로서, 상기 집군기는 드리프트 튜브 어셈블리를 포함하고, 상기 드리프트 튜브 어셈블리는 서로 교번하는 방식으로 배열된 접지된 드리프트 튜브들의 세트 및 AC 드리프트 튜브들의 세트의 교번하는 시퀀스를 포함하며, 상기 드리프트 튜브 어셈블리는 추가로,
연속적인 이온 빔을 수용(accept)하도록 배열되는 제 1 접지된 드리프트 튜브;
상기 제 1 접지된 드리프트 튜브의 하류측의 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들;
상기 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들의 하류측의 제 2 접지된 드리프트 튜브; 및
상기 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들에 전기적으로 결합되는 AC 전압 어셈블리로서, 상기 AC 전압 어셈블리는 상기 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들에 개별적으로 결합되는 적어도 2개의 AC 전압 소스들을 포함하는, 상기 AC 전압 어셈블리를 포함하는, 상기 집군기; 및
상기 집군된 이온 빔을 수신하고 가속하기 위한 상기 집군기의 하류측에 배치되는, 복수의 가속 스테이지들을 포함하는 선형 가속기를 포함하는, 이온 주입 시스템.
An ion implantation system comprising:
an ion source for generating a continuous ion beam;
a buncher disposed downstream of the ion source for receiving the continuous ion beam and outputting a bundled ion beam, the buncher comprising a drift tube assembly, the drift tube The assembly comprises an alternating sequence of a set of grounded drift tubes and a set of AC drift tubes arranged in an alternating manner with each other, the drift tube assembly further comprising:
a first grounded drift tube arranged to accept a continuous ion beam;
at least two AC drift tubes downstream of the first grounded drift tube;
a second grounded drift tube downstream of the at least two AC drift tubes; and
an AC voltage assembly electrically coupled to the at least two AC drift tubes, the AC voltage assembly comprising at least two AC voltage sources individually coupled to the at least two AC drift tubes Including, the grouping group; and
and a linear accelerator comprising a plurality of acceleration stages disposed downstream of the collector for receiving and accelerating the focused ion beam.
상기 AC 전압 어셈블리는,
적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들의 제 1 AC 드리프트 튜브로 제 1 주파수로 제 1 AC 전압 신호를 전달하도록 결합되는 제 1 AC 전압 소스; 및
상기 적어도 2개의 AC 드리프트 튜브들의 제 2 AC 드리프트 튜브로 제 2 주파수로 제 2 AC 전압 신호를 전달하도록 결합되는 제 2 AC 전압 소스를 포함하며, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수의 정수 배수를 포함하는, 이온 주입 시스템.
The method according to claim 1,
The AC voltage assembly comprises:
a first AC voltage source coupled to deliver a first AC voltage signal at a first frequency to a first AC drift tube of the at least two AC drift tubes; and
a second AC voltage source coupled to deliver a second AC voltage signal at a second frequency to a second AC drift tube of the at least two AC drift tubes, wherein the second frequency is an integer multiple of the first frequency; comprising, an ion implantation system.
상기 제 1 주파수는 40 MHz이며, 상기 제 2 주파수는 80 MHz인, 이온 주입 시스템.
3. The method according to claim 2,
wherein the first frequency is 40 MHz and the second frequency is 80 MHz.
상기 제 1 주파수는 13.56 MHz이며, 상기 제 2 주파수는 27.12 MHz인, 이온 주입 시스템.
3. The method according to claim 2,
wherein the first frequency is 13.56 MHz and the second frequency is 27.12 MHz.
상기 집군기는,
상기 제 1 접지된 드리프트 튜브;
상기 제 1 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 1 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 1 AC 드리프트 튜브;
상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배열되는 중간 접지된 드리프트 튜브;
상기 중간 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 중간 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 2 AC 드리프트 튜브; 및
상기 제 2 AC 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 2 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 상기 제 2 접지된 드리프트 튜브를 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
3. The method according to claim 2,
The aggregator is
the first grounded drift tube;
a first AC drift tube disposed adjacent the first grounded drift tube and downstream of the first grounded drift tube;
an intermediate grounded drift tube arranged downstream of the first AC drift tube;
a second AC drift tube disposed adjacent the intermediate grounded drift tube and downstream of the intermediate grounded drift tube; and
and the second grounded drift tube disposed adjacent the second AC drift tube and downstream of the second AC drift tube.
상기 집군기는,
상기 제 1 접지된 드리프트 튜브;
상기 제 1 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 1 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 상기 제 1 AC 드리프트 튜브;
상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 그리고 상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배열되는 제 1 중간 접지된 드리프트 튜브;
상기 제 1 중간 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 1 중간 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 상기 제 2 AC 드리프트 튜브;
상기 제 2 AC 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 2 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 2 중간 접지된 드리프트 튜브;
상기 제 2 중간 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 2 중간 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 3 AC 드리프트 튜브; 및
상기 제 3 AC 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 3 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 상기 제 2 접지된 드리프트 튜브를 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
6. The method of claim 5,
The aggregator is
the first grounded drift tube;
the first AC drift tube disposed adjacent the first grounded drift tube and downstream of the first grounded drift tube;
a first intermediate grounded drift tube arranged downstream of the first AC drift tube and downstream of the first AC drift tube;
the second AC drift tube disposed adjacent the first intermediate grounded drift tube and downstream of the first intermediate grounded drift tube;
a second intermediate grounded drift tube disposed adjacent the second AC drift tube and downstream of the second AC drift tube;
a third AC drift tube disposed adjacent the second intermediate grounded drift tube and downstream of the second intermediate grounded drift tube; and
and the second grounded drift tube disposed adjacent the third AC drift tube and downstream of the third AC drift tube.
상기 AC 전압 어셈블리는 상기 제 3 AC 드리프트 튜브로 제 3 주파수로 제 3 AC 전압 신호를 전달하도록 결합되는 제 3 AC 전압 소스를 포함하며, 상기 제 3 주파수는, 상기 제 2 주파수와는 상이한 상기 제 1 주파수의 정수 배수를 포함하는, 이온 주입 시스템.
7. The method of claim 6,
The AC voltage assembly includes a third AC voltage source coupled to deliver a third AC voltage signal at a third frequency to the third AC drift tube, the third frequency being different from the second frequency. An ion implantation system comprising an integer multiple of one frequency.
상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수의 2배이며, 상기 제 3 주파수는 상기 제 1 주파수의 3배인, 이온 주입 시스템.
8. The method of claim 7,
wherein the second frequency is twice the first frequency and the third frequency is three times the first frequency.
상기 제 1 주파수는 적어도 13.56 MHz의 주파수를 포함하며, 상기 제 3 주파수는 120 MHz 이하의 주파수를 포함하는, 이온 주입 시스템.
8. The method of claim 7,
wherein the first frequency comprises a frequency of at least 13.56 MHz and the third frequency comprises a frequency of 120 MHz or less.
상기 이온 주입 시스템은, 상기 이온 소스와 상기 집군기 사이에 배치되며, 상기 연속적인 이온 빔을 적어도 200 keV의 에너지까지 가속하도록 배열되는 DC 가속기 컬럼을 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
The method according to claim 1,
wherein the ion implantation system further comprises a DC accelerator column disposed between the ion source and the collector and arranged to accelerate the continuous ion beam to an energy of at least 200 keV.
연속적인 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스;
상기 연속적인 이온 빔을 수신하고 집군된 이온 빔을 출력하기 위하여 상기 이온 소스의 하류측에 배치되는 집군기로서, 상기 집군기는,
연속적인 이온 빔을 수용하도록 배열되는 제 1 접지된 드리프트 튜브;
상기 제 1 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 1 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 1 AC 드리프트 튜브;
상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 그리고 상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배열되는 중간 접지된 드리프트 튜브;
상기 중간 접지된 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 중간 접지된 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 2 AC 드리프트 튜브;
상기 제 2 AC 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 2 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 2 접지된 드리프트 튜브를 포함하는, 상기 집군기; 및
AC 전압 어셈블리로서,
상기 제 1 AC 드리프트 튜브로 제 1 주파수로 제 1 AC 전압 신호를 전달하도록 결합되는 제 1 AC 전압 소스; 및
상기 제 2 AC 드리프트 튜브로 제 2 주파수로 제 2 AC 전압 신호를 전달하도록 결합되는 제 2 AC 전압 소스를 포함하며, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수의 정수 배수를 포함하는, 상기 AC 전압 어셈블리; 및
상기 집군된 이온 빔을 수신하고 가속하기 위해 상기 집군기의 하류측에 배치되는 선형 가속기를 포함하는, 이온 주입 시스템.
An ion implantation system comprising:
an ion source for generating a continuous ion beam;
a collector disposed downstream of the ion source to receive the continuous ion beam and output a focused ion beam, the collector comprising:
a first grounded drift tube arranged to receive a continuous ion beam;
a first AC drift tube disposed adjacent the first grounded drift tube and downstream of the first grounded drift tube;
an intermediate grounded drift tube arranged downstream of the first AC drift tube and downstream of the first AC drift tube;
a second AC drift tube disposed adjacent the intermediate grounded drift tube and downstream of the intermediate grounded drift tube;
the collector comprising a second grounded drift tube disposed adjacent the second AC drift tube and downstream of the second AC drift tube; and
An AC voltage assembly comprising:
a first AC voltage source coupled to deliver a first AC voltage signal at a first frequency to the first AC drift tube; and
a second AC voltage source coupled to deliver a second AC voltage signal at a second frequency to the second AC drift tube, the second frequency comprising an integer multiple of the first frequency ; and
and a linear accelerator disposed downstream of the collector for receiving and accelerating the focused ion beam.
연속적인 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스;
상기 연속적인 이온 빔을 수신하고 집군된 이온 빔을 출력하기 위하여 상기 이온 소스의 하류측에 배치되는 집군기로서, 상기 집군기는,
제 1 주파수로 제 1 AC 신호를 수신하기 위한 제 1 AC 드리프트 튜브; 및
상기 제 1 주파수의 정수 배수인 제 2 주파수로 제 2 AC 신호를 수신하기 위하여 상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 2 AC 드리프트 튜브를 포함하는, 상기 집군기; 및
상기 집군된 이온 빔을 수신하고 가속하기 위해 상기 집군기의 하류측에 배치되는 선형 가속기를 포함하는, 이온 주입 시스템.
An ion implantation system comprising:
an ion source for generating a continuous ion beam;
a collector disposed downstream of the ion source to receive the continuous ion beam and output a focused ion beam, the collector comprising:
a first AC drift tube for receiving a first AC signal at a first frequency; and
the collector comprising a second AC drift tube disposed downstream of the first AC drift tube for receiving a second AC signal at a second frequency that is an integer multiple of the first frequency; and
and a linear accelerator disposed downstream of the collector for receiving and accelerating the focused ion beam.
상기 이온 주입 시스템은,
상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 상류측에 배치되는 제 1 접지된 드리프트 튜브;
상기 제 1 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배열되는 중간 접지된 드리프트 튜브; 및
상기 제 2 AC 드리프트 튜브에 인접하여 그리고 상기 제 2 AC 드리프트 튜브의 하류측에 배치되는 제 2 접지된 드리프트 튜브를 더 포함하는, 이온 주입 시스템.13. The method of claim 12,
The ion implantation system,
a first grounded drift tube disposed upstream of the first AC drift tube;
an intermediate grounded drift tube arranged downstream of the first AC drift tube; and
and a second grounded drift tube disposed adjacent the second AC drift tube and downstream of the second AC drift tube.
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