KR200227340Y1 - Ion beam generator - Google Patents

Abstract

본 고안은 이온 빔 생성 장치에 관한 것으로서, 이온의 양과 빔 전류를 증가시키기 위한 목적으로, 주입된 불활성 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 제1동공 캐소우드와, 상기 제1동공 캐소우드와 동축으로 접속되어 고온, 고밀도의 플라즈마로 만드는 제2동공 캐소우드와, 상기 제2동공 캐소우드에 부전압을 걸어 스퍼터링을 발생시키는 전극과, 상기 제1 및, 제2 동공 캐소우드 둘레에 구비되어 스퍼터링된 이온의 양을 증가시키는 자장부와, 상기 제2 동공 캐소우드 둘레에 씌워진 애노우드와, 상기 제2 동공 캐소우드에서 생성된 금속이온을 추출하는 추출부로 이루어진 이온 빔 장치를 제공하는데 있다. 본 고안에 의하면, 낮은 추출전압에서도 큰 빔 전류를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 직경이 다른 두 개의 음극관을 사용함으로써 가스 부유물에 의한 절연 상태를 보호할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an ion beam generating apparatus, which has a coaxial connection with a first pupil cathode for converting an injected inert gas into a plasma state for the purpose of increasing the amount of ions and the beam current. A second pupil cathode to produce a high-temperature, high-density plasma, an electrode which applies a negative voltage to the second pupil cathode to generate sputtering, and ions provided and sputtered around the first and second pupil cathodes It provides an ion beam device comprising a magnetic field for increasing the amount of, an anode covered around the second pupil cathode, and an extraction portion for extracting the metal ions generated in the second pupil cathode. According to the present invention, not only a large beam current can be obtained even at a low extraction voltage, but also two cathode tubes having different diameters can be used to protect the insulation state caused by gas suspension.

Description

이온 빔(beam) 생성장치Ion beam generator

제1도는 종래기술에 의한 이온 빔 생성 장치를 개략적으로 도시한 도면1 is a view schematically showing an ion beam generating apparatus according to the prior art

제2도는 본 고안의 실시예에 따른 이온 빔 생성 장치를 개략적으로 도시한 도면2 is a view schematically showing an ion beam generating apparatus according to an embodiment of the present invention

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

20 : 제1동공 캐소우드 21 : 제2 동공 캐소우드20: first pupil cathode 21: second pupil cathode

22 : 이온 리펠러 23 : 애노우드22 Ion Repeller 23 Anodized

26 : 자장 코일26: magnetic field coil

본 고안은 이온 빔 생성 장치에 관한 것으로써, 특히, 더블 할로우 캐소우드(double hollow cathode)를 구비한 이온 빔 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion beam generating apparatus, and more particularly, to an ion beam generating apparatus having a double hollow cathode.

일반적으로 제1도에 도시된 바와 같이, 종래의 이온 빔(beam) 생성 장치는 몰리브덴으로 제작되어 외부에서 주입되는 가스와 내부에서 발생되는 열전자를 충돌시켜 이온 빔을 생성하는 아아크 챔버(arc chamber)(10)와, 세라믹 인슐레이터(ceramic insulator)(12)에 의해 상기 아아크 챔버(10)와 절연되고 상기 아아크 챔버(10) 내부에 형성되어 열전자를 발생하는 텅스텐 필라멘트(11)와, 생성된 금속 이온 빔을 추출하는 추출전극(15)으로 이루어져 있다.In general, as shown in FIG. 1, the conventional ion beam generating apparatus is made of molybdenum, the arc chamber (arc chamber) to generate an ion beam by colliding the gas injected from the outside with the hot electrons generated inside (10), a tungsten filament (11) which is insulated from the arc chamber (10) by a ceramic insulator (12) and formed in the arc chamber (10) to generate hot electrons, and the generated metal ions It consists of an extraction electrode 15 for extracting the beam.

또한, 전원으로써 텅스텐 필라멘트(11)에서 열전자를 방출시킬 수 있도록 필라멘트 인가 전원(13)과 아아크 챔버 인가 전원(14), 추출전극에 인가되는 전원(B+)으로 구성된다.In addition, a filament applying power source 13, an arc chamber applying power source 14, and a power source B + applied to the extraction electrode are provided to emit hot electrons from the tungsten filament 11 as a power source.

상기한 종래의 이온 빔(beam) 생성 장치의 동작은 다음과 같다.The operation of the conventional ion beam generator is as follows.

아아크 챔버(10) 내부에 있는 텅스텐 필라멘트(11)에 필라멘트 인가 전원(13)으로부터 180 암페어(A), 5 볼트(V)를 걸어주면 전류가 흐르게 되고 이로인해 텅스텐 필라멘트(11)에서는 열전자가 방출된다. 아아크 인가 전원(14)에서 인가된 아아크 인가 전압에 의해 열전자는 주입된 가스와 충돌하게 되어 이온화가 이뤄진다. 그리고 여기에 자장이 걸리게 되어 이온화양이 증대된다.When 180 amperes (A) and 5 volts (V) are applied to the tungsten filament 11 in the arc chamber 10 from the filament applying power source 13, current flows, and thus hot electrons are emitted from the tungsten filament 11. do. By the arc applying voltage applied from the arc applying power source 14, the hot electrons collide with the injected gas and ionize. The magnetic field is applied to this and the amount of ionization is increased.

이러한 종래의 방식에서는 아아크 챔버(10) 내에서 빔이 형성하게 되면 가스 부유물로 인해 아아크 챔버 내의 텅스텐 필라멘트(11)와 아아크 챔버(10) 내벽과의 절연 상태가 나빠진다. 그리고 빔이 생성되기 위해서는 최소한의 추출전극(15)이 30KV 이상이 되어야 하고 고전류 공정의 경우 추출전극(15)이 50KV 기준 5mA 정도이다. 그리고 또한 아아크 챔버 수명이 짧아지고 자주 클리닝해야하는 번거로움이 있다.In this conventional method, when a beam is formed in the arc chamber 10, the gas suspended solids deteriorates the insulation state between the tungsten filament 11 and the inner wall of the arc chamber 10. In order to generate a beam, the minimum extraction electrode 15 should be 30KV or more, and in the case of a high current process, the extraction electrode 15 may be about 5mA based on 50KV. In addition, the arc chamber life is shortened and hassle that requires frequent cleaning.

이에 본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 이온의 양과 빔 전류를 증가시키기 위하여 두 개의 동공 캐소우드를 구비한 이온 빔 생성 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problems, and provides an ion beam generating apparatus having two pupil cathodes to increase the amount of ions and the beam current.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 이온 빔(beam) 생성 장치의 구성은, 주입된 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 제1캐소우드와; 상기 제1 캐소우드와 동축으로 접속되어 고온, 고밀도의 플라즈마로 만드는 제2 캐소우드와; 상기 제2 캐소우드에 마이너스의 고전압을 걸어 스퍼터링을 통해 이온을 발생시키는 이온 발생수단; 상기 제1 및, 제2 캐소우드 둘레에 구비되어 스퍼저링된 이온의 양을 증가시키는 이온 증가수단; 상기 제2 캐소우드 하단 둘레에 씌워진 애노우드와; 상기 제2 캐소우드에서 생성된 금속 이온을 추출하는 추출수단으로 이루어진다.The configuration of the ion beam generating device according to the present invention for achieving the above object comprises a first cathode for converting the injected gas into a plasma state; A second cathode coaxially connected with the first cathode to produce a high temperature, high density plasma; Ion generating means for generating ions through sputtering by applying a negative high voltage to the second cathode; Ion increasing means provided around the first and second cathodes to increase an amount of sputtered ions; An anode covered around the bottom of the second cathode; It consists of extraction means for extracting the metal ions generated in the second cathode.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 고안에 따른 이온 빔 생성 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing an ion beam generating apparatus according to the present invention.

참고로 주요 도면 부호를 설명하면 제1 동공 캐소우드(20), 제2 동공 캐소우드(21), 이온 리펠러(22), 애노우드(23), 플로팅전극(24), 추출전극(27)이다.For reference, the main reference numerals will be described with reference to the first pupil cathode 20, the second pupil cathode 21, the ion repeller 22, the anode 23, the floating electrode 24, and the extraction electrode 27. to be.

본 고안에 의한 이온 빔(beam) 생성 장치의 구성은, 주입된 불활성 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 제1 동공 캐소우드(20)와, 상기 제1 동공 캐소우드(20)와 동축으로 접속되어 고온, 고밀도의 플라즈마로 만드는 제2 동공 캐소우드(21)와, 상기 제2 동공 캐소우드(21)에 마이너스의 고전압을 걸어 스퍼터링을 통해 이온을 발생시키는 이온 발생전극(25)과, 상기 제1 및, 제2 동공 캐소우드 둘레에 구비되어 스퍼터링된 이온의 양을 증가시키는 자장코일(26)과, 상기 제2 동공 캐소우드(21) 하단 둘레에 씌워진 애노우드(23)와, 상기 제2 동공 캐소우드에서 생성된 금속이온을 추출하는 추출전극(27)으로 이루어진다.The structure of the ion beam generation apparatus according to the present invention is connected to the first pupil cathode 20 for converting the injected inert gas into a plasma state and the first pupil cathode 20 coaxially with a high temperature. And a second pupil cathode 21 made of high-density plasma, an ion generating electrode 25 for generating ions through sputtering by applying a negative high voltage to the second pupil cathode 21; And a magnetic field coil 26 provided around the second pupil cathode to increase the amount of sputtered ions, an anode 23 covered around a lower end of the second pupil cathode 21, and the second pupil cathode. It consists of an extraction electrode 27 for extracting the metal ions generated in the wood.

상기 제2 동공 캐소우드(21)의 직경은 제1 동공 캐소우드(20)의 그것보다 작으며, 제1 및, 제2 동공 캐소우드는 고융점 금속 예컨대 Mo, Ti, Ta 등의 금속으로 이루어져 있다.The diameter of the second pupil cathode 21 is smaller than that of the first pupil cathode 20, and the first and second pupil cathodes are made of metals such as high melting point metals such as Mo, Ti, Ta, and the like. have.

상기한 본 고안의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the present invention described above is as follows.

아르곤 캐리어 가스가 제1 동공 캐소우드(20) 하단의 이온 리펠러(ion repeller)(22)를 통과해서 제1 동공 캐소우드(20)에 들어간다. 상기 제1 동공 캐소우드(20) 내에서는 아르곤(Ar)가스가 플라즈마 상태로 된다. 그리고 제2 동공 캐소우드(21)에서는 상기 플라즈마가 좁은 관을 통과하면서 수축하고 또한, 상기 플라즈마의 온도와 밀도가 서서히 상승한다. 이때 상기 제2 동공 캐소우드(21)에 마이너스의 고전압을 걸어주면 스퍼터(sputter)가 일어나 이온이 발생한다. 그리고 자장코일(26)의 영향을 받아 이온량이 증가된다.Argon carrier gas enters the first pupil cathode 20 through an ion repeller 22 at the bottom of the first pupil cathode 20. Argon (Ar) gas is in a plasma state in the first pupil cathode 20. In the second pupil cathode 21, the plasma contracts while passing through the narrow tube, and the temperature and density of the plasma gradually rise. At this time, when a negative high voltage is applied to the second pupil cathode 21, a sputter occurs to generate ions. The amount of ions increases under the influence of the magnetic field coil 26.

아르곤 캐리어 가스를 가지고 몰리브덴(Mo), 탄탈늄(Ta) 등을 스프터링 할 때, 마이너스 전압을 460∼600V와 추출전극(27)의 20kV의 조건에서 9mA 정도의 높은 빔 전류를 얻을 수 있다.When sputtering molybdenum (Mo), tantalum (Ta) and the like with an argon carrier gas, a high beam current of about 9 mA can be obtained under a condition of negative voltage of 460 to 600 V and 20 kV of the extraction electrode 27.

그리고, 직경이 서로 다른 관을 사용함으로써 가스 부유물에 의한 절연성 감소를 막을 수 있다.In addition, by using tubes having different diameters, it is possible to prevent the reduction of insulation due to the gas suspended solids.

이상 상술한 본 고안에 의하면, 낮은 추출전압에서도 큰 빔 전류를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 직경이 다른 두 개의 음극관을 사용함으로써 가스 부유물에 의한 절연 상태를 보호할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above, not only a large beam current can be obtained even at a low extraction voltage, but also two cathode tubes having different diameters can be used to protect the insulation state caused by gas suspension.

본 고안이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 고안의 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

Claims (4)

이온 주입 장치에 있어서, 주입된 가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 제1 캐소우드; 상기 제1 캐소우드와 동축으로 접속되어 고온, 고밀도의 플라즈마로 만드는 제2 캐소우드; 상기 제2 캐소우드에 마이너스의 고전압을 걸어 스퍼터링을 통해 이온을 발생시키는 이온 발생수단; 상기 제1 및, 제2 캐소우드 둘레에 구비되어 스퍼터링된 이온의 양을 증가시키는 이온 증가수단; 상기 제2 캐소우드 둘레에 씌워진 애노우드; 및, 상기 제2 캐소우드에서 생성된 금속이온을 추출하는 추출수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 장치.An ion implantation apparatus, comprising: a first cathode for converting an injected gas into a plasma state; A second cathode connected coaxially with the first cathode to produce a high temperature, high density plasma; Ion generating means for generating ions through sputtering by applying a negative high voltage to the second cathode; Ion increasing means provided around the first and second cathodes to increase the amount of sputtered ions; An anode covered around the second cathode; And extracting means for extracting metal ions generated in the second cathode. 제1항에 있어서, 상기 제1 및, 제2 캐소우드는 Mo, Ti, Ta 등의 고융점 금속중 어느 하나로 선택된 재질로 구비되어진 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 장치.The ion beam generating apparatus of claim 1, wherein the first and second cathodes are made of a material selected from any one of high melting point metals such as Mo, Ti, and Ta. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 캐소우드는 상기 제1 캐소우드 보다 구경이 더 작은 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 장치.3. An ion beam generating apparatus according to claim 1 or 2, wherein the second cathode has a smaller aperture than the first cathode. 제1항에 있어서, 상기 이온 발생수단은 마그네틱 코일로 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 장치.The ion beam generating device according to claim 1, wherein the ion generating means comprises a magnetic coil.