KR900003310B1 - 이온 발생 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이온 발생 장치

제 1 도는 본 발명의 실시예에 관한 이온 발생 장치의 전체를 개략적으로 표시한 단면도.

제 2 도 및 제 3 도는 아노오드 전극-가속전극 기구의 각각 상이한 변형예를 나타낸 분해 사시도.

제 4 도는 이온 발생 용기와, 그 안에 배치된 자계 발생수단을 나타낸 단면도이다.

본 발명은 전자빔에 의하여 이온을 발생하고, 생성된 이온(ion)을 인출 방사하는 이온 발생 장치에 관한 것이다.

이런 종류의 이온 발생 장치에 있어서는 프라즈마(plasma)영역, 가속음극, 전자빔 가속영역, 가속양극, 이온생성 영역 및 타겟트 음극의 순으로 형성되어 있으며, 상기 가속양극에 대하여 부(負)전위를 상기 타겟트 음극에 주는 수단과, 상기 이온 생성영역에 있어서 생성된 정(正)이온 또는 부 이온을 흡인하고, 이 이온을 인출하는 이온 인출 전극등이 구비되어 있다. 이와같이 이온원이 구성되어 있으면, 프라즈마 영역안의 전자는 가속 양극에 의하여 인출되어 이온 생성영역내에 돌입된다. 돌입한 전자는 이온 생성 영역내의 불활성 가스(또는 금속 증기)와 충돌하여 이온을 생성한다. 이 이온의 역류에 의하여, 가속 양극의 출구 부근에 형성된 부의 포텐설 버리어(Potential Barrier)가 중화된다. 따라서 프라즈마 밀도에 비례하는 대전류 전자빔은 이온 생성영역에 유입한다. 이온 생성영역에 있어서는, 유입한 전자빔의 전류값에 비례한수의 이온이 발생하고, 발생된 프라즈마안의 이온은 이온 인출 전극에 의하여 흡인되어 이온 생성 영역외에 방사된다.

상기 구성의 장치에 있어서는, 구조가 복잡해지며 또 전체도 대형이 되지 않으면, 효율이 좋은 이온을 취출하는 것이 불가능하게 되었었다.

따라서 본 발명의 목적은, 이온 취출 효율의 저하를 발생함이 없이 구조가 단단하며 또 소형이 가능한 이온 발생 장치를 제공함에 있다.

이하 본 발명의 실시예에 관한 전자빔 이온 발생 장치를 첨부 도면에 따라 설명한다.

장치 전체를 개략적으로 표시한 제 1 도에서 부호 10은 가로 길이의 밀봉 용기를 표시하며, 이 용기 10 내에서는, 긴쪽 방향을 따라 전자빔 발생용기 11 및 이온 발생용기 12가 서로 인접하여 형성되어 있다. 이들 용기는 모두 전기 양도체로 형성되어 통상을 이루고, 그안에 각각 전자빔 발생실 및 이온 발생실을 갖는다. 이 전자빔 발생 용기 11의 일단측 측벽 11a 중앙에는 통상의 캐소오드 전극 13이 돌설되며, 타단측의 개구에는, 다수의 투공을 갖는 판상 아노오드 전극 14이, 이 용기와 절연되어 형성되어 있다. 캐소오드 전극13은, 측벽 11a에 형성된 투공을 통하여 전자빔 발생실에 돌설되어 있으며, 이 캐소오드 전극 13의 외주와 측벽 1la의 투공 주면과의 사이에는, 메우 두터운 통상의 절연부재 9가 개재되어 있다. 이 결과, 이 절연부재 9로 캐소오드 전극 13과 측벽 1la와의 사이의 방전은 저지된다. 전자빔 발생실의 대체로 중간에는, 아노오드 전극 14과 대면하도록 하여 양도체의 격벽 15이 형성, 이 격벽에 의하여 전자빔 발생실내는, 캐소오드 측실 16과 아노오드측실 17등으로 분리되어 있다. 이 격벽 15의 중앙부에는, 상기 캐소오드 전극 13과 대면하도록 하여, 투공 15a은, 상기 양실 16,17을 연통하도록 형성되어 있다.

이 투공 15a는, 캐소오드측실 16의 압력과 아노오드측실 17내의 압력등이 소정 압력차를 가지도록 양실간의 유통에 대하여 소정의 저항이 되도록 적당한 크기로 설정되어 있다. 이 투공 15a의 형상은, 특히 특정되는 것은 아니고, 예를들면 장홈상 또는 원형상이어도 무방하다. 이 투공 15a의 아노오드 전력 14측 내주면은, 예를들면 알루미나계 세라믹스로 형성된 전기 절연부재 18로 피복되어 있다.

이 결과, 격벽 l5은 전기적 장벽이 되지 않고, 캐소오드 전극과 아노오드 전극과의 사이의 방전이 용이하게 된다. 전자빔 발생용기 11내에는, 이들 전 길이를 짧게 하기 위하여 격벽은 1개만 설치한 것을 이해할수 있을 것이다.

상기 이온 발생용기 12는 서로 전기적으로 절연된 상부 12b와 후부 12a등으로 되어 있다. 전부 12b는 양단이 개구한 통상으로 하고 있으며, 일방의 개구부 가까이에는, 상기 아노오드 전극 14와 소정의 좁은 간격을 가지고 있으며, 예를들면 0.5-1.5mm 대면하고, 이것과 전기적으로 절연하도록 하여, 다수의 투공을 가진 판상 가속전극 19이 이 전부 l2b와 전기적으로 도통하도록 형성되어 있다.

이 가속전극 19을 경계로 하여 상류측이 전자빔 발생실, 하류측이 이온 발생실로 되어 있다. 상기 전자빔 발생용기 11와 이온 발생용기 12등은, 이들 개구소에서 기밀하게 접속되어 있다. 이 용기 12의 후부 12a는 일단이 상기 전부 12b의 개구와 대면하도록 개구하고, 타단이 닫힌 통상으로 하고 있으며, 제1의 취출 전극을 구성하고 이 타단의 폐쇄벽의 대체로 중앙에는, 투공 20이 형성되어 있다. 이 투공 20은, 예를들면 1.

5×20mm의 세로 길이 홈이다. 이 홈은 밀봉 용기 10내에 노출하고 있으며, 이것을 통하여 밀봉용기 10내에, 발생된 이온이 도출된다. 또 이 투공 20의 외측 밀봉 용기 10내에는, 제2의 인출 전극 21 및 시료 지지 전극 22이 순차 배설되어 있다. 이 인출 전극 21의 개구는, 예를들면 단경이 5mm, 장경이 15.5mm의 장원형상을 이루고 있다.

상기 시료 지지전극 22는, 이 위에 이온이 조사될 시료, 예를들면 반도체기판을 상기 취출전극과 소정 간격을 두고 대면하도록 유지된다.

상기 밀봉용기 10의 일단측에는, 상기 캐소오드 전극 13에 불활성 개스, 예를들면 알곤개스를 공급하도록 캐소오드 전극에 일단이 접속되고, 타단은 용기 10 외측에 위치한 공급관 23이 형성되어 있다. 또 밀봉 용기의 타단측, 즉 하류에는, 진공펌프 24에 접속되는 배기관 25이 형성되어 있다. 이 배기관 25에서는 배기에 의하여 밀봉용기 10내는 감압되고 또 상기 투공 20을 통하여 이온 발생용기 l2내는 또 전극 14,19을 통하여 전자빔 발생용기 11내는 각각 감압된다. 전자빔 발생용기 11내에서는, 격벽 15 및 이에 형성된 투공 15a에 의하여 아노오드측실 17에서 캐소오드측실 16에의 배기가 일부 저지된다.

이 결과, 캐소오드측실의 쪽이 아노오드측실 보다도 압력이 높은 상태에서 양실내는 유지된다.

예를들면 캐소오드측실 16내의 개스압은 0.3-2.0Torr 예를들면 0.8Torr에, 또 아노오드측실 17내의 가스압은 0.01-0.04Torr로 설정된다. 이 장치에서 전자빔 발생용기 11 및 이온 발생용기 12내를 감압하는 것은, 취출 전극 12a로서의 개구를 통해서만, 즉 전자빔 및 이온의 흐름에 대하여, 하류측에서 감압된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

상기 이온 발생용기 12에는, 이 안에 이온화되는 가스를 도입할 공급관 26이 외부에서 접속되어 있다.

제 1 도중, 부호 31은, 캐소오드 전극 13과 격벽 15와 아노오드 전극 14과의 사이에 접속되며, 이들 사이에 소정의 전위차, 예를들면 500V를 주는 제1전원을, 또 부호 32는 제1의 이온취출전극 12a과 아노오드전극 14과의 사이에 접속되며, 이들 소정의 전위차를 주는 제2의 전원을 표시한다.

부호 33은 아노오드 전극 14 및 가속용 전극 19과 포획(捕獲)전극 22과의 사이에 접속되고 이들 사이에 소정의 전위차를 주는 제3의 전원을 표시한다. 이들 전원은 캐소오드 전극 13과 아노오드 전극 14과의 사이에서 방전을 발생하고, 이 안에 공급되는 불활성 가스로 프라즈마를 발생시키는데 충분한 방전전압, 예를들면 100-250V를, 양 전극 사이에 인가한다.

이때에, 상기 격벽 15은, 중간 전극으로서의 기능을 한다. 즉, 제1전극 31과 격벽 15과의 사이에 형성된 스위치 34를 시동시에 폐성해두고, 이 격벽 15과 캐소오드 전극 13과의 사이에서 방전을 발생시켜, 이 방전이 안정한때(2-3분후)에 스위치 34를 개성하고 캐소오드 전극 15과 아노오드 전극 15과의 사이에 방전을 발생시킬 수 있도록 되어 있다.

이와같이 격벽 15을 이용함으로서, 방전 개시 전압을 낮게 설정할 수가 있다. 아노오드 전극 14과 가속전극 19와의 사이는, 비교적 낮은 전위차, 예를들면 50V로 되도록 상기 전원이 설정되어 있다. 이 가속전극으로, 전자빔은, 저에너지, 예를들면 50eV-300eV로 가속되어 이온 발생 용기 12내에 들어가 여기서 공급관 26에 의하여 공급된 중성기체와 충돌하여, 이온 및 전자를 발생하고 다시 발생한 양이온이 가속되어 취출전극 20,21을 통하여 밀봉용기 10내로 취출되고 전극 22에 유지되어 있는 시료에 충돌케 된다.

다음에, 제 2 도를 참조하여 아노오드 전극 14과 가속전극 19와의 장치의 변형예를 설명한다.

이들 전극 14,19은, 대체로 동경(직경수, cm)로 동 두께(0.2-0.5mm)의 원판상을 이루고, 전자빔 통과용 중심부 14a,19a과 추부용 주변부 14b,19b등을 갖는다. 이들 전극은 모리브텐이나 탱크 수텐등의 고융점 금속등으로 형성될 수 있다. 이들 전극의 중심부에는 다수의 투공이 형성되어 있으며, 이 투공인을 전자빔이 통과한다. 이들 투공은, 직경이 0.65mm 이하, 예를들면 0.5-0.6mm가 되도록 또 투공의 중심간의 간격(핏치)은 0.7-1.0mm가 되도록 형성되어 있다. 전자빔 발생용기 11에서 이온 발생용기 12안에 다량의 전자빔을 공급하는 것이, 이온을 효율좋게 발생시키기 위하여는 필요하다. 이런 점에서, 전극의 중심부 개구도가 크다.

즉 투공의 지름이 크고 핏치는 작은 것이 요망된다. 그러나, 투공의 지름이 이들 투공내에 형성되는 프라즈마의 시이스(Sheath)의 두께의 2배 이상이 되면, 프라즈마가 배어나와 캐소오드 전극과 가속 전극과의 사이에 방전이 발생, 전자빔의 인출을 할 수 없을 우려가 발생한다. 그러므로 전극의 투공의 지름은 상술한 바와같은 크기가 바람직하다.

상기 전극 14,19의 주변부에는 둘레 방향에 소정 간격을 두고 복수의 개구가 원선상에 형성되어 있다. 이들 전극 14,19 사이에는 링상의 스페이서 40가 형성되어 있다. 이 스페이서 40는 상기 복수개구가 위치한 원보다도 큰 내경과, 전극과 같은 외형등을 가진다. 스페이서 40의 폭은, 전극 14,19의 간격과 일치하고 있으며, 0.5-1.5mm로 설정되어 있다. 이들 전극의 주변부 14b,19b에 형성된 개구안에는, 고정핀 41이 각각 삽입되며 이 결과 이 고정핀 41에 의하여 양 전극 14,19가 스페이서 40과는, 전극이 스페이서가 개재된 상태에서 스페이서의 폭 만큼 떨어져 대면하도록 하여 고정되어 있다.

상기 스페이서 40와 고정핀 41과는 전기 절연성 물질, 예를들면 아루미나계 세라믹스에 의하여 형성되어 있다. 고정핀 대신에, 제 3 도에 표시한 바와같이 볼트 42와 넛트 43등을, 전극과 스페이서와의 고정을 위해 사용해도 좋다. 제 3 도에 표시한 장치에서는, 스페이서 수단은 복수, 즉, 볼트 42와 같은수의 소경 스페이서 44에 의하여 구성되어 있다. 고정수단으로서 볼트를 사용한때에는 부호 45로 표시한 바와같이 별도의 스페이서를 볼트의 머리와 전극과의 사이에 개재시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이 스페이서 수단을 사용함으로서 미리 아노오드 전극 14과 가속전극 19등을, 이들 간격을 정도있게 규정하여, 일체화 시켜둘수 있고 그대로 전자빔 발생용기 및 이온 발생용기에 취부함으로서 장치의 조립이 용이해진다.

제 1 도중, 부호 50는 자장 발생수단을 나타내며, 이것은 제 4 도에 표시한 바와같이 이온 발생용기 12의 내주면에 서로 둘레방향에 소정 간격을 두고 배설된 다수의 영구자석 51으로 구성되어 있다. 이들 영구자석 51은, 서로 면하는 측이, 상이한 극성을 갖도록 배설되어 있으며, 이리하여 이온 발생용기 12의 내주를 따라 자력선이 연장, 이 용기 12내에서 발생되는 이온이 용기 12의 내벽에 충돌하는 것이 방지되어 있다. 이러한 이온을 덮어두는 자계를 발생하는 수단을 용기 12밖에 형성해도 무방하며, 또 영구자석에 한정하지 않고 전자석이어도 된다.

상기 실시예에서는, 가속전극 19과 제1취출전극(이온 발생용기의 후부) 12a와는 같은 전위로 하였으나, 이들 사이에 소정의 전위차를 주어도 좋다. 이 경우 제1취출전극 12a은 아노오드 전극 14과 같은 전위로 하는 것도 가능하다.

아노오드 전극의 전면에 부동전위에서 보유한 멧슈를 따로 형성하여, 전자빔을 보다 안정시켜서 가속하는 것이 가능하다.

실시예와 같이 통상의 캐소오드 전극을 사용하지 않고, 통상의 필라멘트상의 캐소오드 전극을 형성하여, 방전개시 전압을 낮게 할 수가 있다. 이러한 필라멘트 캐소오드 전극을 사용해도 캐소오드 측실의 가스압은 높음으로, 비교적 긴 수명을 기대할 수가 있다. 캐소오드 전극을 LaB⁶으로 형성하면 보다 수명을 길게 할수가 있다.

상기 구성의 본 발명의 이온 발생장치는, 강력한 배기수단을 필요로 하지 않고, 또 전자빔 발생용기의 전길이를 짧게 할 수 있을뿐 아니라, 아노오드 전극과 가속전극과의 사이의 간격을 대단히 좁게 할 수가 있음으로, 구조가 간단하여 소형화가 가능한 이온 발생장치를 설계할 수가 있다.

Claims (13)

1. 전자빔 발생실을 갖는 전자빔 발생용기와, 이 전자빔 발생실과 연통하는 이온 발생실과, 개구, 이것을 통하여 용기외로 이온이 도출되는 이온 발생용기와, 전자빔 발생용기의 일단측에 형성된 캐소오드 전극과, 상기 이온 발생실이 형성되고 전자빔이 통과 가능한 가속전극과, 상기 캐소오드 전극과 가속전극과의 사이에, 상기 가속전극에 대면하도록 형성되고 전자빔이 통과가능한 아노오드 전극과, 상기 이온 발생실에, 이온화되는 물질을 공급하는 수단과, 상기 캐소오드 전극과 아노오드 전극과의 사이에 전자빔이 발생하도록, 이들에 전위차를 부여하는 전원회로와, 상기 이온 발생용기의 상기 개구측에서만 전자빔 발생실 및 이온 발생실내를 배기하는 배기수단과, 상기 전자빔 발생실내에, 캐소오드 전극과 아노오드 전극과의 사이에 위치하도록 형성되고 이것을 캐소오드측실과 아노오드 측실등으로 구분함과 동시에 아노오드측실에서 캐소오드측실에의 배기에 대하여 저항하게 되고, 전자빔을 통과시키는 통과 수단을 갖는 저항 수단등을 가진 이온 발생장치.
2. 상기 저항수단은, 상기 아노오드 전극과 대면하도록 하여, 전자빔 발생용기와 일체적으로 형성된 격벽을 가지며, 상기 통과수단은, 상기 캐소오드 측실과 아노오드측실등을 연통하고, 또 격벽에 형성된 투공을 갖는 제 1 항 기재의 이온 발생장치.
3. 상기 전자빔 발생용기는 도전성 물질로 형성되어 있으며, 상기 캐소오드 전극이 관통되는 투공을 가진 이 투공안에, 캐소오드 전극을 전자빔 발생용기에 대하여 전기적 절연을 유지하며 지지하는 절연체를 다시 갖는 제 2 항 기재의 이온 발생장치.
4. 상기 아노오드 전극은 전자빔이 통과하는 투공을 갖는 중심부와, 주변부등을 갖는 도전체의 박판을 구비하며, 상기 가속전극은 전자빔이 통과하는 투공을 갖는 중심부와, 주변부등을 갖는 도전체의 박판을 가지며, 아노오드 전극의 박판과 가속전극의 박판등은 소정간격을 두고, 평행으로 대면되고 있는 제 1 항 기재의 이온 발생장치.
5. 상기 아노오드 전극의 박판과 가속전극의 박판의 주변부 사이에 형성되고 이들 양박판 사이의 간격을 규제하는 스페이서 수단을 다시 갖는 제 4 항 기재의 이온 발생장치.
6. 상기 스페이서 수단은 박판 사이의 간격을 0.5-1.5mm로 규정하는 폭을 갖는 제 5 항 기재의 이온발생 장치.
7. 상기 아노오드 전극과 가속전극과 스페이서 수단등을, 이들 전극 사이에 스페이서가 개제되고 상기 간격이 유지된 상태에서, 고정하는 수단을 갖는 제 6 항 기재의 이온 발생장치.
8. 상기 이온 발생실내의 이온은 이온 발생용기에 충돌하는 것을 방지하는 자계를 이온 발생실내에 형성한 자계 발생수단을 갖는 제 7 항 기재의 이온 발생장치.
9. 상기 자계 발생수단을 상기 이온 발생용기의 내주에, 서로 소정 간격을 두고 배설되며 이웃한 상호의 극성이 반대의 복수 자석을 갖는 제 8 항 기재의 이온 발생장치.
10. 진공용기와, 진공용기내에 형성되는 시료를 지지하는 지지수단과, 진공용기내에 형성되는 전자빔 발생실을 갖는 전자 빔 발생용기와, 진공용기내에 형성된 이 전자빔 발생실과 연통한 이온 발생실과, 개구,이것을 통하여 진공 용기내의 시료를 향하여 이온이 도출되는 것을 갖는 이온 발생용기와, 전자빔 발생용기의 일단측에 형성된 캐소오드 전극과, 상기 이온 발생실에 형성된 전자빔이 통과 가능한 다수의 투공을 갖는 가속 전극과, 상기 캐소오드 전극과 가속전극과의 사이에, 상기 가속전극에 대면하도록 형성된 전자빔이 통과 가능한 다수의 투공을 갖는 아노오드전극과, 상기 이온 발생실에, 이온화되는 물질을 공급하는 수단과, 상기 캐소오드 전극과 아노오드 전극과의 사이에 전자빔이 발생하도록, 이에 전위차를 부여하는 전원회로와, 상기 진공용기에 접속된 그 안을 배기하는, 이와같이 하여 이온 발생용기는, 이것의 상기 개구를 통하여 배기되고 또 상기 전자빔 발생용기는, 아노오드 전극 및 가속전극의 투공을 통하여 배기되는 배기수단과, 상기 전자 빔 발생실내에, 캐소오드 전극과 아노오드 전극과의 사이에 위치하도록 형성하고, 이것을 캐소오드 측실과 아노오드측실등으로 구분함과 동시에 아노오드측실에서 캐소오드측실에의 배기에 대하여 저항이 되고, 또 전자빔을 통과하도록 형성된 투공을 갖는 격벽을 구비한, 상기 캐소오드 측실은 격벽의 일단면과 전자빔 발생용기의 일부등으로 규정되어 있으며, 상기 아노오드측실은 격벽의 타단면과 아노오드전극과 전자빔 발생용기의 타부등으로 규정되어 있는 이온 발생장치.
11. 상기 격벽은 도전체로 형성되어 있으며, 이 투공의 타단면측의 내주를 피복하는 절연통체를 갖는 제 10 항 기재의 이온 발생장치.
12. 전자빔 발생실을 갖는 전자빔 발생용기와, 이 전자빔 발생실과 연통하는 이온 발생실과, 개구, 이것을 통하여 용기밖에 이온이 도출하는 것을 갖는 이온 발생용기와, 전자빔 발생용기의 일단측에 형성된 캐소오드 전극과, 상기 이온 발생실에 형성된 전자빔이 통과 가능한 가속전극과 상기 캐소오드 전극과 가속전극과의 사이에, 상기 가속전극에 대면하도록 형성된 전자빔이 통과 가능한 아노오드 전극과 상기 이온 발생실에, 이온화된 물질을 공급하는 수단과 상기 이온 발생용기의 상기 개구측에서만 전자빔 발생실 및 이온 발생실내를 배기하는 배기수단과, 상기 전자빔 발생실내에, 캐소오드 전극과, 아노오드전극과의 사이에 위치하도록 형성되고 이것을 캐소오드 측실과 아노오드측실로 구분함과 동시에 아노오드측실에서 캐소오드측실에의 배기에 대하여 저항되고 전자빔을 통과시키는 통과 수단을 갖는 중간전극과, 상기 캐소오드 전극과 중간 전극과의 사이와, 캐소오드 전극과 아노오드 전극과의 사이등에 선택적으로 전위차를 주는 전원회로등을 갖는 이온 발생장치.
13. 상기 전원회로는 캐소오드 전극과 중간 전극과의 사이에 접속되며, 이들 사이에 전위차를 주는 전원과 이 전원과 중간 전극과의 사이에 접속되고 동작의 초기에 폐성되어 소정 시간후 개성되는 스위치를 갖는 제 12 항 기재의 이온 발생장치.

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