(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバーの内側に設けられ、前記イオン発生装置のカソードに対向して設けられる反射部、及び前記反射部から延長され、所定の電圧が印加される端子部を含むリペラーであって、前記反射部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用リペラー。
【請求項２】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード（layered）を構成する耐火金属カーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入器用リペラー。
【請求項３】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入器用リペラー。
【請求項４】
前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓをＸとする時、Ｘが５以下（ここで、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項２に記載のイオン注入器用リペラー。
【請求項５】
前記母材の含有量Ｗｗと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓは、９０〜９５：０．８〜４：９．２〜１（ここで、Ｗｗ、Ｗｍ、及びＷｓは、ＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入器用リペラー。
【請求項６】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが２μｍ以上であり、最大層厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入器用リペラー。
【請求項７】
前記端子部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の１以上表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入器用リペラー。
【請求項８】
請求項１に記載のイオン注入器用リペラーを含む、イオン発生装置。
【請求項９】
イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバーの内部に設けられ、前記アークチャンバーの一側に固定され、内部にフィラメントが設けられる空間が形成されたカソード側部と、前記アークチャンバー方向に露出し、電子を放出する表面を有するカソード前面部を含む電子放出カソードであって、前記カソードは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用電子放出カソード。
【請求項１０】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項９に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
【請求項１１】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項９に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
【請求項１２】
前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓをＸとする時、Ｘが５以下（ここで、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項１０に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
【請求項１３】
前記母材の含有量Ｗｗと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓは、９０〜９５：０．８〜４：９．２〜１（ここで、Ｗｗ、Ｗｍ、及びＷｓは、ＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項９に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
【請求項１４】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが２μｍ以上であり、最大層厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項９に記載のイオン注入器用電子放出カソード。
【請求項１５】
請求項９に記載のイオン注入器用電子放出カソードを含む、イオン発生装置。
【請求項１６】
イオン注入器用イオン発生装置のイオン発生空間を構成するためのアークチャンバーの内側に設けられるチャンバーウォールであって、前記アークチャンバーの４面を構成するチャンバーウォールのうち、一面以上のウォールは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用チャンバーウォール。
【請求項１７】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
【請求項１８】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
【請求項１９】
前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓをＸとする時、Ｘが５以下（ここで、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項１７に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
【請求項２０】
前記母材の含有量Ｗｗと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓは、９０〜９５：０．８〜４：９．２〜１（ここで、Ｗｗ、Ｗｍ、及びＷｓは、ＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項１６に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
【請求項２１】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが２μｍ以上であり、最大層厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１６に記載のイオン注入器用チャンバーウォール。
【請求項２２】
請求項１６に記載のイオン注入器用チャンバーウォールを含む、イオン発生装置。
【請求項２３】
イオン注入器用イオン発生装置からイオンビームを放出するためのスリットを備えたスリット部材であって、前記スリットが形成されているスリット部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用スリット部材。
【請求項２４】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項２３に記載のイオン注入器用スリット部材。
【請求項２５】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相結晶構造及びベータ相結晶構造からなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことを特徴とする、請求項２３に記載のイオン注入器用スリット部材。
【請求項２６】
前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓをＸとする時、Ｘが５以下（ここで、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項２４に記載のイオン注入器用スリット部材。
【請求項２７】
前記母材の含有量Ｗｗと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと、前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓは、９０〜９５：０．８〜４：９．２〜１（ここで、Ｗｗ、Ｗｍ、及びＷｓは、ＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）であることを特徴とする、請求項２３に記載のイオン注入器用スリット部材。
【請求項２８】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、最小層厚さが２μｍ以上であり、最大層厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項２３に記載のイオン注入器用スリット部材。
【請求項２９】
請求項２３に記載のイオン注入器用スリット部材を含む、イオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入器用リペラー、カソード、チャンバーウォール、スリット部材、及びこれを含むイオン発生装置に関し、より詳しくは、半導体素子の製造に用いられるイオン注入用イオン発生装置のアークチャンバーを構成するリペラー、カソード、チャンバーウォール、またはスリット部材などの部品に熱変形安定化用途、摩耗保護用途、あるいは蒸着物剥離抵抗用途にセミカーバイド層包含コーティング構造を提供することによって、イオン発生位置の歪み、または装備の歪み無しで精密なイオン注入工程を可能にし、アークチャンバーの内部に電子を均一に反射させることができるので、プラズマの均一度を増加させて、イオンソース気体の分解効率を向上させるだけでなく、既存の部品対比寿命を顕著に改善可能なイオン注入器用部品及びこれを含むイオン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程は、大別して蒸着工程とイオン注入工程とからなる。蒸着工程は半導体素子の伝導膜または絶縁膜を形成する工程であって、スパッタリング、化学蒸気蒸着工程などが用いられ、フォト工程はエッチング工程の前段階として所定のパターンを有する光マスクで感光性樹脂をパターニングする工程であり、エッチング工程は前記感光性樹脂パターンを用いて下部の伝導膜または絶縁膜をパターニングする工程である。
【０００３】
イオン注入工程は、シリコンウエハ上に形成される電子素子の動作特性を制御するための工程であって、従来には熱拡散を用いて不純物を膜の内部にドーピングする工程が用いられたが、最近には一定のエネルギーを有するイオンを膜の内部に侵入させて不純物をドーピングするイオン注入法が主に用いられている。
【０００４】
イオン注入法を用いた不純物ドーピング工程は、熱拡散工程に比べて不純物の濃度制御が容易であり、ドーピングされる深さを調節または限定することに有利であるという長所を有している。イオン注入法にはイオン注入器という装置が用いられるが、イオン注入器は不純物をドーピングするイオンを生成させるイオン発生部と発生したイオンの種類とエネルギーを制御するイオン分析部からなる。
【０００５】
イオン発生装置は、フィラメントを加熱して熱電子を放出させ、放出した熱電子を電気場により加速させながら注入されたイオンソースガスと衝突させてイオンを発生させるようになる。この際、熱電子を放出させる方法はタングステンフィラメントを加熱して直接熱電子を放出させる方法と、タングステンフィラメントから放出された熱電子をカソードに加速させてカソードでまた電子を２次的に放出させる方法があるが、後者の方式はフィラメント素材の劣化を防止できるので、部品の交換周期を向上させることができる長所を有する。
【０００６】
イオン注入器用イオン発生装置は、イオンのソースになる気体が注入され、アークチャンバーの内部で前記イオンソース気体はカソードから放出された電子と衝突しながら分解される。前記アークチャンバーの工程温度が１５００℃以上である点を考慮して前記アークチャンバーを構成する部品の母材はＭｏ（molybdenum）、Ｗ（tungsten）、Ｔａ（tantalum）、Ｒｅ（rhenium）、Ｎｂ（niobium）のような耐火金属（Refractory metal）を使用するようになり、この場合、チャンバー自体の重量が重いので、荷重と共に熱による変形が発生するようになり、これによってイオン発生位置が歪み、延いては、アークチャンバー自体が歪んで、精密なイオン注入工程が困難になることがある。
【０００７】
一例として、イオン注入器用リペラーとして耐火金属の一種であるタングステンを使用する先行文献には、米国公開特許第２０１１−０１３９６１３号がある。前記先行文献はリペラーの電極本体としてタングステン、カーボンなどの使用を開示するが、リペラーの小型化を図るなど、構造改善を提供するだけであり、材質改善とは関係がない。
【０００８】
他の例に、イオン注入器の前面プレートをタングステンで製作する先行文献に韓国登録特許第１０−０５５３７１６号がある。前記先行文献は、良好なビームの均一度を得るための前面プレートの頻繁な取替え時、設備のメインテナンス費用を増加させる原因となるので、これを解決し、良好なビーム均一度を得ることができる新しい形態、即ち耐火金属素材で部品全体を製作する代わり、相対的に加工がやさしい特定金属母材で所望の部品形状を製作した後、チャンバー胴体の内側面になる金属母材の表面にタングステンを薄膜蒸着してコーティングする技術を提案する。しかしながら、この場合またチャンバー胴体の内部温度が９００℃以上に上昇し、イオンがチャンバー胴体の内壁を引続き打つ状態で、金属母材を使用したチャンバー胴体の場合、熱を放出することに非常に不利であるだけでなく、金属母材が導電性であるので、不純物が容易に打込まれながらチャンバー胴体の内壁が汚染されるか、または凹む現象が発生するようになり、特に温度過熱時、内部物質が耐えぬく限界点に到達するので、部品損傷をもたらすようになる。関連して、多様なコーティング技術が提案されているが、コーティングのための高価の装備と高価の原料粉末を使用しなければならないという短所が伴う。
【０００９】
しかも、イオン注入器の場合、イオンビームがスリットを通じて放出されるが、炭素素材と耐火金属素材の熱膨張係数の差によって、高温の工程で使用時、荷重と共に熱による変形が発生してイオン放出位置が歪み、装備全体の歪み発生により精密なイオン注入工程が不可能になるだけでなく、炭素層と耐火金属コーティング層との界面で剥離が起こって異質物パーティクルが発生し、したがって半導体生産時、不良の危険があり、半導体装備の耐久性低下の虞がある。
【００１０】
したがって、イオン発生位置の歪み、または装備の歪み無しで精密なイオン注入工程を可能にし、アークチャンバーの内部に電子を均一に反射させることができるので、プラズマの均一度を増加させてイオンソース気体の分解効率を向上させるだけでなく、既存の部品対比寿命を顕著に改善可能なリペラー、電子放出カソード、チャンバーウォール、スリット部材、及びこれを各々含むイオン発生装置に対する開発必要性が大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明が解決しようとする最初の課題は、イオン注入器を部品取替え無しで長時間使用しても、熱変形安定化、摩耗保護、蒸着物剥離抵抗などを提供することができるイオン注入器用リペラー、カソード、チャンバーウォール、及びスリット部材を提供することにある。
【００１２】
本発明が解決しようとする第２の課題は、前記イオン注入器用リペラー、カソード、チャンバーウォール、及びスリット部材を含むイオン発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記最初の課題を達成するために、イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバーの内側に設けられ、前記イオン発生装置のカソードに対向して設けられる反射部、及び前記反射部から延長され、所定の電圧が印加される端子部を含むリペラーであって、前記反射部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用リペラーを提供する。
【００１４】
また、本発明は前記最初の課題を達成するために、イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバーの内部に設けられ、前記アークチャンバーの一側に固定され、内部にフィラメントが設けられる空間が形成されたカソード側部と、前記アークチャンバー方向に露出し、電子を放出する表面を有するカソード前面部を含む電子放出カソードであって、前記カソードは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とするイオン注入器用電子放出カソードを提供することができる。
【００１５】
また、本発明は前記最初の課題を達成するために、イオン注入器用イオン発生装置のイオン発生空間を構成するためのアークチャンバーの内側に設けられるチャンバーウォールであって、前記アークチャンバーの４面を構成するチャンバーウォールのうち、１面以上のウォールは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用チャンバーウォールを提供することができる。
【００１６】
また、本発明は前記最初の課題を達成するために、イオン注入器用イオン発生装置からイオンビームを放出するためのスリットを備えたスリット部材であって、前記スリットが形成されているスリット部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする、イオン注入器用スリット部材を提供することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、前記セミカーバイド層包含コーティング構造は耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むものでありうる。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相の結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を含むことができる。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記耐火金属のモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓをＸとする時、Ｘが５以下（ここで、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）でありうる。
【００２０】
本発明の更に他の実施形態によれば、前記母材の含有量Ｗｗと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと、前記耐火金属モノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓは、９０〜９５：０．８〜４：９．２〜１（ここで、Ｗｗ、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である）でありうる。
【００２１】
本発明の更に他の実施形態によれば、前記セミカーバイド包含コーティング層は最小層の厚さが２μｍ以上であり、最大層の厚さが３００μｍ以下でありうる。
【００２２】
本発明の更に他の実施形態によれば、前記端子部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の１以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有するものでありうる。
【００２３】
本発明は、前記第２の課題を達成するために、前記イオン注入器用リペラーを含むイオン発生装置を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の半導体素子の製造に用いられるイオン注入用イオン発生装置のアークチャンバーを構成するリペラー、カソード、チャンバーウォール、またはスリット部材などの部品に熱変形安定化用途、摩耗保護用途、あるいは蒸着物剥離抵抗用途にセミカーバイド層包含コーティング構造を提供することによって、イオン発生位置の歪み、または装備の歪み無しで精密なイオン注入工程を可能にし、アークチャンバーの内部に電子を均一に反射させることができるので、プラズマの均一度を増加させてイオンソース気体の分解効率を向上させるだけでなく、既存の部品対比寿命を顕著に改善させる効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】イオン注入器用イオン発生装置の構造を図示したものである。
【図２】前記イオン注入器用リペラーの構造を図示したものである。
【図３】前記イオン注入器用電子放出カソードの構造を図示したものである。
【図４】アークチャンバー内部のガス密度分布を説明するための図である。
【図５】前記イオン注入器用スリット部材の構造を図示したものである。
【図６】本発明の一実施形態に係るタングステン素材母材の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造であって、セミカーバイド層上にモノカーバイド層がレイヤード（layered）構造を有するＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction）に従う表面分析写真であって、（ａ）はグラファイトシートを使用した写真であり、（ｂ）はカーボンブラックパウダーを使用した写真である。
【図７】本発明の一実施形態に係るタングステン素材母材の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造であって、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でセミカーバイド層上にモノカーバイド層がレイヤード構造を有することを示すＸＲＤ回折分析グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を添付した図面を参考して詳細に説明すると、次の通りである。
【００２７】
本発明は半導体素子の製造に用いられるイオン注入用イオン発生装置のアークチャンバーを構成するリペラー、カソード、チャンバーウォール、またはスリット部材などの部品に熱変形安定化用途、摩耗保護用途、あるいは蒸着物剥離抵抗用途にセミカーバイド層包含コーティング構造を提供することによって、イオン発生位置の歪みまたは装備の歪み無しで精密なイオン注入工程を可能にし、アークチャンバーの内部に電子を均一に反射させることができるので、プラズマの均一度を増加させてイオンソース気体の分解効率を向上させるだけでなく、既存の部品対比寿命を顕著に改善可能なイオン注入器用部品及びこれを含むイオン発生装置に関するものである。
【００２８】
次に、図１はイオン注入器用イオン発生装置の構造を図示したものである。図１を参照すると、イオン発生装置１００は、所定の空間を形成するアークチャンバー１０４、前記アークチャンバーの一側に設けられたカソード１０２、前記カソードの内部空間に設けられたフィラメント１０１、及び前記カソードに対向して設けられたリペラー１０３を含む。
【００２９】
フィラメント１０１は、タングステンのように融点の高い金属からなることができ、外部に連結された電源で電流が流れれば、一定温度まで加熱されながら外部に熱電子を放出させる機能をする。カソード１０２は、前記フィラメント１０１で所定の距離に離隔して設けられるが、カソードには外部電源の陰極部が連結されてフィラメントとカソードとの間に形成された電界によってフィラメントから放出された熱電子がカソードと衝突しながらカソードの表面からまた電子が放出される。アークチャンバー１０４は、カソードから電子が放出される方向に所定の空間を形成するが、一方向に不純物ドーピングに用いられるガスとキャリアガスが注入されるようにガス注入部１０５が形成されており、他の方向にはガスとイオンが放出されるイオン放出部としてスリット部材１０６が形成されている。
【００３０】
アークチャンバー１０４には電源部が連結されてカソード１０２から放出された電子を加速させる。カソード１０２に対向するアークチャンバーの一側にはリペラー１０３が設けられているが、リペラーはカソードから放出されて加速される電子を押し出しながら限定された空間でイオンが分布するようにする機能をし、バイアスがかかったりフローティングされたりしたままに維持できる。アークチャンバー１０４の周辺にはマグネット１１１ａ、１１０ｂが設置できるが、マグネットは電磁石であることがあり、アークチャンバー１０４の内部に形成された電気場に沿って加速されて移動する電子が磁場により回転できるようにする。電子の回転運動は、電子とガス粒子の衝突確率を高めてイオン化効率を高める機能をする。図面に図示してはいないが、イオン放出部としてスリット部材１０６には電気場を用いてイオンを加速させ、特定の種類及び特定のエネルギーを有するイオンをフィルタリングする分析装置が設けられている。
【００３１】
また、前記イオン放出部としてスリット部材１０６はイオンチャンバー１０４の上面に備えられるか、またはイオンチャンバー１０４の下面に備えられることができ、前記イオン放出部１０６と対向してガス注入部１０５が具備できる。
【００３２】
次に、図２はイオン注入器用リペラーの構造を図示したものである。図２を参照すると、前記イオン注入器用リペラー１０３は、反射部１０３ａ及び端子部１０３ｂを含む。反射部１０３ａはカソードと対向して設けられ、所定の面積と厚さを有する板型（一例として、円板）形態になされることができる。端子部１０３ｂは反射部と電気的に連結され、所定の電圧が印加できる端子の役割と、アークチャンバー１０４の内部にリペラー１０３を固定するための固定部の役割をする。
【００３３】
本発明のイオン注入器用リペラー１０３は、イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバー１０４の内部に設けられ、前記イオン発生装置のカソード１０２に対向して設けられる反射部１０３ａ、及び前記反射部１０３ａから延長され、所定の電圧が印加される端子部１０３ｂを含むリペラー１０３であって、前記反射部１０３ａは部品形状を形成する母材としてＭｏ（molybdenum）、Ｗ（tungsten）、Ｔａ（tantalum）、Ｒｅ（rhenium）、Ｎｂ（niobium）のような耐火金属（Refractory metal）素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする。
【００３４】
次に、図３はイオン注入器用電子放出カソード１０２の構造を図示したものである。図３を参照すると、カソード１０２はフィラメント１０１が設置できる内部空間を提供するカソード側部１０２ａと電子を放出する表面を提供するカソード前面部１０２ｂとからなる。
【００３５】
カソード側部１０２ａは所定の長さを有する管形態からなることができ、内部にはカソード内部空間１０２ｄが形成されており、締結部１０２ｃが形成されている。
【００３６】
一例として、前記カソード前面部１０２ｂは陥没形状の表面を有し、カソード前面縁部１０２ｂ、カソード陥没傾斜部（図示せず）、及びカソード陥没平坦部（図示せず）を含むことができる。カソード前面縁部１０２ｂは、カソード前面部の外郭領域に形成されるが、前記外郭領域の境界で所定の幅を有し、かつアークチャンバー方向に平坦な表面を提供し、陥没領域に比べて相対的にアークチャンバー方向に突出している。カソード前面縁部１０２ｂは平坦な表面を有して電子の放出が一部分に集中することを防止するが、例えばカソード前面縁部が形成されず、カソード陥没傾斜部が直ちに形成された構造では、カソード最外郭の構造が鋭角に形成されて電子の放出が縁部分のみに集中してなされることができる。カソード陥没傾斜部は、カソード前面部の中心方向に傾斜を形成するが、このような傾斜面により電子放出がなされるカソード表面の面積が増加することができ、傾斜面での電子放出がカソードの中心部方向になされるようにして、ドーピングガスの密度の高い領域に電子の加速がなされるようにする。カソード陥没傾斜部は、アークチャンバーの方向に凹に形成されることが好ましく、このような構造では電子の放出位置を制御してドーピングガスの密度の高い方向に電子の運動がなされる効果を極大化することができる。カソード陥没平坦部は、カソード前面部の中心部に形成され、平坦な表面を有するが、カソード陥没傾斜部の幅とカソード陥没平坦部の半径の割合を調節してイオン化効率を向上させることができる。前記カソード前面部が円形をなしながらカソード陥没傾斜部とカソード陥没平坦部が同心円をなす場合に、カソード陥没平坦部の半径とカソード陥没傾斜部の幅との割合は、一例として、１：０．５〜１：１．５の範囲内であって、前記範囲内で傾斜部による電子放出方向制御の効果及びイオン化効率改善を図ることができる。また、カソード陥没平坦部の陥没深さは前記カソード陥没平坦部の半径の０．５〜１．５倍範囲内であって、前記範囲内でカソード面積増加の効果及びイオン化効率の改善を図ることができる。
【００３７】
本発明のカソード１０２は前記イオン注入器用イオン発生装置のアークチャンバー１０４の内部に設けられ、前記アークチャンバー１０４の一側に固定され、内部にフィラメント１０１が設けられる空間が形成されたカソード側部と、前記アークチャンバー方向に露出し、電子を放出する表面を有するカソード前面部を含む電子放出カソードであって、前記カソードは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とするイオン注入器用電子放出カソードを提供する。
【００３８】
次に、図４はアークチャンバーの内部のガス密度分布を説明するための図である。図４を参照すると、アークチャンバー１０４には４面を構成するチャンバーウォール１０４ａ、ガス注入部１０５とイオン放出部としてスリット部材１０６が形成されており、ガス注入部に注入されたドーピングガスとキャリアガスは一部がイオン化されてイオン放出部１０６に排出される。この際、アークチャンバー１０４の内部にはガスの圧力差が発生するが、ガス注入部１０５に近い領域でガスの密度（ガスの圧力）が高まるようになる。したがって、ガスの密度の高い領域に加速される電子の量が多い場合にイオン化確率が高まるようになる。
【００３９】
本発明のチャンバーウォール１０４ａは、イオン注入器用イオン発生装置のイオン発生空間を構成するためのアークチャンバーの内側に設けられるチャンバーウォールであって、前記アークチャンバーの４面を構成するチャンバーウォールのうち、一面以上のウォールは部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする。
【００４０】
次に、図５はイオン注入器用スリット部材の構造を図示したものである。図５を参照すると、前記イオン注入器用スリット部材１０６は、スリット１０６ａが形成されているスリット部１０６ｂと、前記スリット部１０６ｂが結合できる挿入ホール（図示せず）が中央に形成されたフレーム１０６ｃを備え、前記スリット部１０６ｂとフレーム１０６ｃは連結部材１０６ｄにより相互連結できる。前記連結部材１０６ｄはスクリュータイプであって、前記スリット部１０６ｂとフレーム１０６ｃには各々前記スクリューが挿入できる複数のスクリューホール（図示せず）が形成できる。前記スリット部１０６ｂとフレーム１０６ｃは、各々互いに異なる材質または同一な材質でありうる。
【００４１】
本発明のスリット部材１０６はイオン注入器用イオン発生装置からイオンビームを放出するためのスリットを備えたスリット部材であって、前記スリットが形成されているスリット部は部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の内側面になる１つ以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有することを特徴とする。
【００４２】
本明細書で使われる用語“セミカーバイド層包含コーティング構造”は、特に異なる特定がない限り、セミカーバイド層をコーティング下部層にレイヤードされた（layered）構造を称し、特別な添加剤の使用あるいは保護層／中間層の適用などを必要とせず、かつ改善された熱変形安定性、摩耗保護性、蒸着物剥離低下性、及び相安定性などを提供する特徴を有する。
【００４３】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、一例として、耐火金属のセミカーバイド連続または不連続層上に耐火金属のモノカーバイド連続または不連続層がレイヤード（layered）を構成する耐火金属のカーバイド構造を有することができ、このようなレイヤード構造によれば、セミカーバイド単一層あるいはモノカーバイド単一層対比熱変形安定性、摩耗保護特性と蒸着物剥離抵抗性に対して改善された特性を提供することができる。
【００４４】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、他の一例として、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続的にレイヤードを構成する構造を有するものであり、このように互いに相異する結晶構造が連続または不連続レイヤードを構成する構造によれば、相安定性が改善された特性を追加で提供することができる。ここで、前記二重層は前記イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造を有する連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続層がレイヤードを連続して構成する構造のものが好ましい。
【００４５】
前記耐火金属のセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記耐火金属モノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓをＸとする時、Ｘが５以下であって、この範囲内で改善された熱変形安定性、摩耗保護特性と蒸着物剥離抵抗性を同時に提供することができる。ここで、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である。
【００４６】
前記Ｘは具体的な例に、０．０１〜５、０．０３〜４、０．１〜４、０．０５〜０．３、あるいは０．１〜０．２範囲内でありうる。
【００４７】
前記耐火金属素材母材の含有量Ｗｗと、前記セミカーバイド層包含コーティング構造として耐火金属セミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと、前記耐火金属モノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓは、９０〜９５：０．８〜４：９．２〜１の範囲内であって、この範囲内でまた改善された熱変形安定性、摩耗保護特性と蒸着物剥離抵抗性を同時に提供することができる。ここで、Ｗｗ、ＷｍとＷｓはＥＢＳＤ（Electron Back-Scattered Diffraction）法による多相解析により求められた値である。
【００４８】
前記Ｙは具体的な例に、９１〜９４：０．８〜３：８．２〜３でありうる。
【００４９】
前記ヘキサゴナル相結晶構造を有する連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度（図７のグラフ内部ピーク参照）を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４８゜〜５０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを有するものでありうる。
【００５０】
また、前記イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続層は、ＸＲＤ測定時、最大ピーク強度（図７のグラフ下部ピーク参照）を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを有するものでありうる。
【００５１】
前記セミカーバイド層は微細な厚さでも十分に改善された熱変形安定性と、摩耗保護特性、蒸着物剥離抵抗性、及び相安定性を提供できるものであって、最小層厚さが２μｍ以上で、かつ最大層厚さが３００μｍ以下、あるいは２００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。ここで使われた用語“最小層厚さ”及び“最大層厚さ”は特に異なる特定がない限り、層の種々の部位のうち、厚さが最小である部分と厚さが最大である部分の各数値を称する。
【００５２】
前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、一例として、１〜５０μｍの層厚さを有するセミカーバイド層上に１〜１０μｍの層厚さを有するモノカーバイド層がレイヤード構造を有するものであって、この範囲内で改善された摩耗保護特性と蒸着物剥離抵抗性を同時に提供することができる。
【００５３】
具体的な例に、前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、１〜８μｍの層厚さを有するセミカーバイド層上に１〜６μｍの層厚さを有するモノカーバイド層がレイヤード構造を有するものでありうる。
【００５４】
参照に、前記イオン注入器用イオン発生装置１００のアークチャンバー１０４を構成する部品のうち、リペラー１０３、カソード１０２、チャンバーウォール１０４ａ、またはスリット部材１０６などの部品のうちから選択された１つまたはその以上の部品を部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の１以上の表面に前述したセミカーバイド層包含コーティング構造を有する素材で製作する場合、選択されない部品を含んでイオンチャンバー１０４を構成する残留部品は母材として耐火金属素材で製作されるか、必要によって前述した内側面になる耐火金属素材母材の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有する素材で製作されるか、または炭素または炭素及び水素化合物などの公知の素材で多様に製作できる。
【００５５】
前記のようなセミカーバイド層包含コーティング構造は、一例として、選択された部品を母材として耐火金属素材を使用して形状加工した後、前記母材の１以上の表面で炭素が含まれた元素で熱処理することによって、セミカーバイド層包含レイヤードコーティング層を形成することができる。
【００５６】
前記炭素が含まれた元素で熱処理の一例として、グラファイトシートまたはカーボンブラックパウダーを使用して浸炭または化学気相蒸着方式により遂行し、前記セミカーバイド層をコーティング最下層に含む多層コーティング層を有する構造で形成することができる。
【００５７】
前記セミカーバイド層包含多層コーティング層は、最小層厚さが２μｍ以上で、かつ最大層厚さが３００μｍ以下のものでありうる。
【００５８】
前記炭素が含まれた元素で熱処理は、一例として、１〜３０μｍの層厚さを有するセミカーバイド層上に１〜１０μｍの層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層コーティング層を形成させることができる運転条件下に遂行することが好ましい。
【００５９】
前記炭素が含まれた元素で熱処理は、具体的な例に、１〜８μｍの層厚さを有するセミカーバイド層上に１〜６μｍの層厚さでモノカーバイド層がレイヤードコーティング層を形成させることができる運転条件下に遂行することがより好ましい。
【００６０】
具体的な例に、前記熱処理の運転条件（加温加圧条件）は、真空または不活性ガス雰囲気条件で最大温度１１００〜２２００℃、加熱速度１〜１００℃／ｍｉｎ、維持時間（dwell time）は０秒〜３０時間（ここで、０秒は即時冷却を意味する）下で熱処理工程を遂行することができるものであって、これに特定するものではなく、リペラーの材質などによって公知の範囲内で調節されることもできる。前記化学気相蒸着の運転条件（加温加圧条件）は９００〜２２００℃の温度で常圧より低い１０−２ｔｏｒｒ〜７６０ｔｏｒｒ未満の圧力範囲であり、水素及び水素と炭素の化合物の割合が７０：３０〜９９．９：０．１範囲以内であり、反応時間は０秒〜３０時間以内の範囲下に化学気相蒸着工程を遂行するものであって、これに特定するものではなく、リペラーの材質などによって公知の範囲内で調節されることもできる。
【００６１】
参考に、アークチャンバーの内部で分解されたイオンソース気体がリペラー表面に蒸着される過程を見ると、先に一部の領域で蒸着が発生しながら蒸着膜の面積が増加してから互いに異なる蒸着膜同士合いながら全体的に均一な膜が形成される。この際、分離された形態の蒸着膜が剥離される場合もあり、均一な蒸着膜でクラックが発生しながら剥離される場合もある。本発明のイオン注入器用部品が部品形状を形成する母材として耐火金属素材を有し、前記母材の１以上の表面にセミカーバイド層包含コーティング構造を有する場合、このような剥離現象を効果的に防止する。
【００６２】
したがって、本発明の半導体素子の製造に用いられるイオン注入用イオン発生装置のアークチャンバーを構成するリペラー、カソード、チャンバーウォール、またはスリット部材などの部品に、熱変形安定化用途、摩耗保護用途、あるいは蒸着物剥離抵抗用途にセミカーバイド層包含コーティング構造を提供することによって、イオン発生位置の歪み、または装備の歪み無しで精密なイオン注入工程を可能にし、アークチャンバーの内部に電子を均一に反射させることができるので、プラズマの均一度を増加させてイオンソース気体の分解効率を向上させるだけでなく、既存の部品対比寿命を顕著に改善することができる。
【００６３】
以下、実施例を用いて本発明の多様な実施形態とその効果を説明する。以下の実施例は本発明を例示するものであり、本発明の範囲が以下の実施例に限定されるものではない。
【００６４】
実施例１−１
リペラー１０３として半径１２ｍｍの円形表面を有する反射部１０３ａと、半径１０．８５ｍｍの円形表面を有するカソード１０２が両側壁に対向して設けられた図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図２の反射部１０３ａは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度１３８０℃、加熱速度４．５℃／ｍｉｎ、維持時間１５ｈｒ下で、中間層／保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
【００６５】
また、前記反射部１０３ａに所定の電圧を印加するための端子部１０３ｂは、母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、前記反射部１０３ａに一体化させた。
【００６６】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ａ）として図示した。図６（ａ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、８μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に３μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【００６７】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１３分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７９分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．００８分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．３：０．８：７．９であることを確認した。
【００６８】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造は、ＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したように、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。
【００６９】
具体的には、図７のグラフの内部ピークから見るように、前記タングステンモノカーバイド連続または不連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４８゜〜４９゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示した。
【００７０】
また、図７のグラフの下段ピークから見るように、前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを示した。
【００７１】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸ（以下、Ｘという）に適用すれば、Ｘが０．００８／０．０７９として０．１であることを計算することができた。
【００７２】
実施例１−２
リペラー１０３として半径１２ｍｍの円形表面を有する反射部１０３ａと、半径１０．８５ｍｍの円形表面を有するカソード１０２が両側壁に対向して設けられた図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図３のカソード前面部１０２ｂは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度１３８０℃、加熱速度４．５℃／ｍｉｎ、維持時間１５ｈｒ下で、中間層／保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
【００７３】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ａ）として図示した。図６（ａ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、８μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に３μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【００７４】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１３分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７９分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．００８分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．３：０．８：７．９であることを確認した。
【００７５】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造は、ＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したように、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。
【００７６】
具体的には、図７のグラフの内部ピークから見るように、前記タングステンモノカーバイド連続または不連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４８゜〜４９゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示した。
【００７７】
また、図７のグラフの下段ピークから見るように、前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを示した。
【００７８】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸ（以下、Ｘという）に適用すれば、Ｘが０．００８／０．０７９として０．１であることを計算することができた。
【００７９】
実施例１−３
リペラー１０３として半径１２ｍｍの円形表面を有する反射部１０３ａと、半径１０．８５ｍｍの円形表面を有するカソード１０２が両側壁に対向して設けられた図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図４のチャンバーウォール１０４ａは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度１３８０℃、加熱速度４．５℃／ｍｉｎ、維持時間１５ｈｒ下で、中間層／保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
【００８０】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ａ）として図示した。図６（ａ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、８μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に３μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【００８１】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１３分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７９分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．００８分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．３：０．８：７．９であることを確認した。
【００８２】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造は、ＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したように、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。
【００８３】
具体的には、図７のグラフの内部ピークから見るように、前記タングステンモノカーバイド連続または不連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４８゜〜４９゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示した。
【００８４】
また、図７のグラフの下段ピークから見るように、前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを示した。
【００８５】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸ（以下、Ｘという）に適用すれば、Ｘが０．００８／０．０７９として０．１であることを計算することができた。
【００８６】
実施例１−４
リペラー１０３として半径１２ｍｍの円形表面を有する反射部１０３ａと、半径１０．８５ｍｍの円形表面を有するカソード１０２が両側壁に対向して設けられた図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図５のスリット部１０６ｂは母材としてタングステン素材を使用して形状加工したものであって、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素を含んだ素材としてグラファイトシートを載置し、最大温度１３８０℃、加熱速度４．５℃／ｍｉｎ、維持時間１５ｈｒ下で、中間層／保護層の適用無しで熱処理してタングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を製造した後、これを形状加工した。
【００８７】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ａ）として図示した。図６（ａ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層包含コーティング構造は、８μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に３μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【００８８】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１３分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７９分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．００８分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．３：０．８：７．９であることを確認した。
【００８９】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造はＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したように、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。
【００９０】
具体的には、図７のグラフの内部ピークから見るように、前記タングステンモノカーバイド連続または不連続層はＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４８゜〜４９゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示した。
【００９１】
また、図７のグラフの下段ピークから見るように、前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを示した。
【００９２】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸ（以下、Ｘという）に適用すれば、Ｘが０．００８／０．０７９として０．１であることを計算することができた。
【００９３】
実施例２−１
実施例１−１と同一な半径を有するリペラーとカソードを用いて図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図２の反射部１０３ａと端子部１０３ｂを各々母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層／保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例１−１と同一な工程を繰り返した。
【００９４】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ｂ）として図示した。図６（ｂ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層は、７μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に６μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【００９５】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１２分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７４分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．０１４分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．２：１．４：７．４であることを確認した。
【００９６】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造はＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したものと同様に、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層がレイヤード多層コーティング構造を確認することができ、特に前記ヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４９゜〜５０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示すことを確認した。
【００９７】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸに適用すれば、Ｘが０．０１４／０．０７４として０．１９であることを計算することができる。
【００９８】
実施例２−２
実施例１−２と同一な半径を有するリペラーとカソードを用いて図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図３のカソード前面部１０２ｂを母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層／保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例１−２と同一な工程を繰り返した。
【００９９】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ｂ）として図示した。図６（ｂ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層は、７μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に６μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層コーティング構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【０１００】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１２分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７４分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．０１４分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．２：１．４：７．４であることを確認した。
【０１０１】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造は、ＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したように、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層がレイヤード多層コーティング構造を確認することができ、特に前記ヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４９゜〜５０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示すことを確認した。
【０１０２】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸに適用すれば、Ｘが０．０１４／０．０７４として０．１９であることを計算することができる。
【０１０３】
実施例２−３
実施例１−３と同一な半径を有するリペラーとカソードを用いて図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図４のチャンバーウォール１０４ａを母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層／保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例１−３と同一な工程を繰り返した。
【０１０４】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ｂ）として図示した。図６（ｂ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層は、７μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に６μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【０１０５】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１２分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７４分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．０１４分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．２：１．４：７．４であることを確認した。
【０１０６】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造は、ＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したものと同様に、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層がレイヤード多層コーティング構造を確認することができ、特に前記ヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４９゜〜５０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示すことを確認した。
【０１０７】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸに適用すれば、Ｘが０．０１４／０．０７４として０．１９であることを計算することができる。
【０１０８】
実施例２−４
実施例１−４と同様に図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作した。この際、図５のスリット部１０６ｂを母材としてタングステン素材を使用して形状加工した後、内側面になるタングステン素材母材の表面に炭素素材としてカーボンブラックパウダーを使用し、中間層／保護層の適用無しで熱処理時、タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされた二層コーティング構造を有する素材を使用して形状加工したことを除いては、前記実施例１−４と同一な工程を繰り返した。
【０１０９】
前記タングステンセミカーバイド連続または不連続層上にタングステンモノカーバイド連続または不連続層が連続または不連続してレイヤードされたコーティング素材のＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction、ＪＥＯＬ社、ＴＳＬ  ｍｏｄｅｌ）に従う表面分析写真を図６（ｂ）として図示した。図６（ｂ）に示すように、タングステン層上にタングステンセミカーバイドの連続または不連続層が形成されており、その上部にタングステンモノカーバイドの連続または不連続層が連続または不連続してレイヤード構造を有することを確認した。実際、ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記セミカーバイド層は、７μｍ以下の層厚さを有するセミカーバイド層上に６μｍ以下の層厚さでモノカーバイド層がレイヤード多層構造を有することを確認することができた。前記タングステンセミカーバイドは、イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認され、前記タングステンモノカーバイドはヘキサゴナル相（ｈ−ＷＣ）結晶構造として確認された（図７参照）。
【０１１０】
前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．９１２分率、タングステンセミカーバイド層の結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．０７４分率、そしてタングステンモノカーバイド層の結晶構造（Ｗｍ）の含有量は０．０１４分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は９１．２：１．４：７．４であることを確認した。
【０１１１】
前記タングステンセミカーバイド層上にタングステンモノカーバイド層がレイヤードされたコーティング構造は、ＸＲＤ回折分析結果、図７に図示したように、ＸＲＤ透過深さ領域（〜３μｍ）でイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造及びベータ相（ＰｂＯ２型、Ｍｏ２Ｃ型、またはＣ６型）結晶構造などからなる群のうちから選択された１種以上の結晶構造を有する連続または不連続層上にヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層がレイヤード多層コーティング構造を確認することができ、特に前記ヘキサゴナル相結晶構造を有する連続または不連続層は、ＸＲＤ回折分析測定時、最大ピーク強度を有する第１ピークが３５゜〜３６゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが４９゜〜５０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが３１゜〜３２゜範囲に存在するピークを示すことを確認した。
【０１１２】
先のＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果から計算した分率を、前記タングステンモノカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｍと前記タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造の含有量Ｗｓとの重量割合Ｗｍ／ＷｓのファクターＸに適用すれば、Ｘが０．０１４／０．０７４として０．１９であることを計算することができる。
【０１１３】
比較例１−１
実施例１−１と同様に、図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつ反射部上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した（実施例１−１のファクターＸは０であり、Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓの重量割合は１００：０：０である）。
【０１１４】
比較例１−２
実施例１と同様に、図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつカソード前面部上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した（実施例１−２のファクターＸは０であり、Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓの重量割合は１００：０：０である）。
【０１１５】
比較例１−３
実施例１−３と同様に図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつチャンバーウォール上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した（実施例１−３のファクターＸは０であり、Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓの重量割合は１００：０：０である）。
【０１１６】
比較例１−４
実施例１−４と同様に図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、かつスリット部上に熱処理工程を遂行しなくてセミカーバイド層包含コーティング構造が全く形成されないタングステン素材を母材として使用して反射部と端子部を製作した（実施例１−４のファクターＸは０であり、Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓの重量割合は１００：０：０である）。
【０１１７】
比較例２−１
実施例１−１と同様に図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例１−１によって形成された反射部上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction）に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した（実施例１−１のファクターＸは０である）。
【０１１８】
前記ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記タングステンセミカーバイド層は１０．４３５μｍ以下の層厚さを有することを確認することができた。
【０１１９】
また、前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．８７９分率、タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．１２１分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は８７．９：１２．１：０であることを確認した。
【０１２０】
前記タングステンセミカーバイドはイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認された。前記イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造を有する層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを有することを確認した。
【０１２１】
比較例２−２
実施例１−２と同様に図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例１−１によって形成されたカソード前面部上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction）に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した（実施例１−２のファクターＸは０である）。
【０１２２】
前記ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記タングステンセミカーバイド層は１０．４３５μｍ以下の層厚さを有することを確認することができた。
【０１２３】
また、前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．８７９分率、タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．１２１分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は８７．９：１２．１：０であることを確認した。
【０１２４】
前記タングステンセミカーバイドはイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認された。前記イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造を有する層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを有することを確認した。
【０１２５】
比較例２−３
実施例１−３と同様に図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例１−３によって形成されたチャンバーウォール上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction）に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した（実施例１−３のファクターＸは０である）。
【０１２６】
前記ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記タングステンセミカーバイド層は１０．４３５μｍ以下の層厚さを有することを確認することができた。
【０１２７】
また、前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．８７９分率、タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．１２１分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は８７．９：１２．１：０であることを確認した。
【０１２８】
前記タングステンセミカーバイドはイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認された。前記イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造を有する層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを有することを確認した。
【０１２９】
比較例２−４
実施例１−４と同様に図１のような構造を有するイオン注入器用イオン発生装置を製作し、実施例１−４によって形成されたスリット部上のセミカーバイド層包含コーティング構造に対してＥＢＳＤ（Electron Back Scattered Diffraction）に従う表面分析のために遂行する化学的電解研磨工程またはポリッシングなどの機械的研磨方式を適用して最上部のタングステンモノカーバイド層を脱落させ、タングステンセミカーバイド層が露出した構造を提供した（実施例１−４のファクターＸは０である）。
【０１３０】
前記ＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果、前記タングステンセミカーバイド層は１０．４３５μｍ以下の層厚さを有することを確認することができた。
【０１３１】
また、前述したＥＢＳＤに従う表面分析を通じての相分離結果からコンピュータソフトウェアを使用して分率を計算した結果、タングステン層の含有量（Ｗｗ）は０．８７９分率、タングステンセミカーバイド層を構成する結晶構造（Ｗｓ）の含有量は０．１２１分率であることを確認し、これから計算された重量割合（Ｗｗ：Ｗｍ：Ｗｓ）は８７．９：１２．１：０であることを確認した。
【０１３２】
前記タングステンセミカーバイドはイプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造として確認された。前記イプシロン相（ε−Ｆｅ２Ｎ型）結晶構造を有する層は、ＸＲＤ測定時、タングステンモノカーバイドとタングステンセミカーバイドのピークが重畳して、タングステンセミカーバイドのピークが観察されない場合、最大ピーク強度を有する第１ピークが６９．５゜〜７０．０゜範囲に存在するピークであり、第２ピークが３９．５゜〜４０．０゜範囲に存在するピークであり、第３ピークが５２．０゜〜５２．５゜範囲に存在するピークを有することを確認した。
【０１３３】
実験例１−１
イオンソース気体にＢＦ３を用いる環境で実施例１−１及び実施例２−１と比較例１−１及び比較例２−１のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び／又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
【０１３４】
そして、アークチャンバー内に存在する陽イオンの場合は陰極であるカソード及び／又はリペラー側に衝突、陰イオンの場合には陽極であるアークチャンバー壁面に衝突して、部品表面の原子を移動させるスパッタリング現象が発生するようになるが、このようなスパッタリング現象によってアークチャンバーの内側の周辺部位は蒸着物が生成され、この蒸着物が陽極と陰極との間に落ちて陽極と陰極を連結するようになれば、電気的短絡（short）が発生するようになるが、アークチャンバーに１０分間電圧を印加し、５分間中断することを１サイクルと定めて工程を進行し、このような電気的短絡が発生した後にはイオン発生装置の作動を中止し、今までの工程回数を測定して摩耗保護特性を判断した。
【０１３５】
実施例１−１及び実施例２−１と比較例１−１及び比較例２−１のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表１＞に整理した。
【０１３６】
【表１】
0006539414.tif 000002
【０１３７】
実験例１−１の結果から確認できるように、実施例が比較例並みの同等な熱変形安定性を有し、比較例より摩耗保護特性が改善されたことを確認した。
【０１３８】
実験例１−２
イオンソース気体にＢＦ３を用いる環境で実施例１−２及び実施例２−２と比較例１−２及び比較例２−２のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び／又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
【０１３９】
そして、アークチャンバー内に存在する陽イオンの場合は陰極であるカソード及び／又はリペラー側に衝突、陰イオンの場合には陽極であるアークチャンバー壁面に衝突して、部品表面の原子を移動させるスパッタリング現象が発生するようになるが、このようなスパッタリング現象によってアークチャンバーの内側の周辺部位は蒸着物が生成され、この蒸着物が陽極と陰極との間に落ちて陽極と陰極を連結するようになれば、電気的短絡（short）が発生するようになるが、アークチャンバーに１０分間電圧を印加し、５分間中断することを１サイクルと定めて工程を進行し、このような電気的短絡が発生した後にはイオン発生装置の作動を中止し、今までの工程回数を測定して摩耗保護特性を判断した。
【０１４０】
実施例１−２及び実施例２−２と比較例１−２及び比較例２−２のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表２＞に整理した。
【０１４１】
【表２】
0006539414.tif 000003
【０１４２】
実験例１−２の結果から確認できるように、実施例が比較例並みの同等な熱変形安定性を有し、比較例より摩耗保護特性が改善されたことを確認した。
【０１４３】
実験例１−３
イオンソース気体にＢＦ３を用いる環境で実施例１−３及び実施例２−３と比較例１−３及び比較例２−３のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び／又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
【０１４４】
そして、アークチャンバー内に存在する陽イオンの場合は陰極であるカソード及び／又はリペラー側に衝突、陰イオンの場合には陽極であるアークチャンバー壁面に衝突して、部品表面の原子を移動させるスパッタリング現象が発生するようになるが、このようなスパッタリング現象によってアークチャンバーの内側の周辺部位は蒸着物が生成され、この蒸着物が陽極と陰極との間に落ちて陽極と陰極を連結するようになれば、電気的短絡（short）が発生するようになるが、アークチャンバーに１０分間電圧を印加し、５分間中断することを１サイクルと定めて工程を進行し、このような電気的短絡が発生した後にはイオン発生装置の作動を中止し、今までの工程回数を測定して摩耗保護特性を判断した。
【０１４５】
実施例１−３及び実施例２−３と比較例１−３及び比較例２−３のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表３＞に整理した。
【０１４６】
【表３】
0006539414.tif 000004
【０１４７】
実験例１−３の結果から確認できるように、実施例が比較例並みの同等な熱変形安定性を有し、比較例より摩耗保護特性が改善されたことを確認した。
【０１４８】
実験例１−４
イオンソース気体にＢＦ３を用いる環境で実施例１−４及び実施例２−４と比較例１−４及び比較例２−４のイオン発生装置を作動させれば、イオンソース気体からイオン化されたアークチャンバー内のイオンがスリットを通じて抽出電極及び質量分析機を通過させた後、ビームサイズを調節した後、ファラデーシステムを通じてイオンの数を測定した。この際、アークチャンバーの素材で熱変形などが発生して、素材が歪む場合、不規則なイオン数が測定されるが、注入しようとするイオンの数が一定に測定される場合は良好と判定し、イオンの数が急激な減少及び／又は増加などのサイクルを示す場合は不良と判断した。
【０１４９】
そして、アークチャンバー内に存在する陽イオンの場合は陰極であるカソード及び／又はリペラー側に衝突、陰イオンの場合には陽極であるアークチャンバー壁面に衝突して、部品表面の原子を移動させるスパッタリング現象が発生するようになるが、このようなスパッタリング現象によってアークチャンバーの内側の周辺部位は蒸着物が生成され、この蒸着物が陽極と陰極との間に落ちて陽極と陰極を連結するようになれば、電気的短絡（short）が発生するようになるが、アークチャンバーに１０分間電圧を印加し、５分間中断することを１サイクルと定めて工程を進行し、このような電気的短絡が発生した後にはイオン発生装置の作動を中止し、今までの工程回数を測定して摩耗保護特性を判断した。
【０１５０】
実施例１−４及び実施例２−４と比較例１−４及び比較例２−４のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表４＞に整理した。
【０１５１】
【表４】
0006539414.tif 000005
【０１５２】
実験例１−４の結果から確認できるように、実施例が比較例並みの同等な熱変形安定性を有し、比較例より摩耗保護特性が改善されたことを確認した。
【０１５３】
実験例２−１
実施例１−１及び実施例２−１と比較例１−１及び比較例２−１のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム（Beam）電流（単位：ｍＡ）を測定した。この際、アークチャンバーの幅４０ｍｍ、長さ１０５ｍｍ、高さ４０ｍｍ、リペラーと距離８５ｍｍ、ガスはＢＦ３を使用し、圧力は２．５ｔｏｒｒであった。アークチャンバーに供給された電圧は８０Ｖで供給され、フィラメントに供給された電流は１６０Ａであり、カソードとリペラーに供給された電圧は６００Ｖであった。
【０１５４】
実施例１−１及び実施例２−１と比較例１−１及び比較例２−１のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表５＞に整理した。
【０１５５】
【表５】
0006539414.tif 000006
【０１５６】
＜表５＞を参照すると、実施例が比較例１−１に比べてイオン発生効率が増加したことを確認し、特に実施例２−１でイオン発生効率が相対的にさらに増加したことを確認することができる。
【０１５７】
実験例２−２
実施例１−２及び実施例２−２と比較例１−２及び比較例２−２のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム（Beam）電流（単位：ｍＡ）を測定した。この際、アークチャンバーの幅４０ｍｍ、長さ１０５ｍｍ、高さ４０ｍｍ、リペラーと距離８５ｍｍ、ガスはＢＦ３を使用し、圧力は２．５ｔｏｒｒであった。アークチャンバーに供給された電圧は８０Ｖで供給され、フィラメントに供給された電流は１６０Ａであり、カソードとリペラーに供給された電圧は６００Ｖであった。
【０１５８】
実施例１−２及び実施例２−２と比較例１−２及び比較例２−２のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表６＞に整理した。
【０１５９】
【表６】
0006539414.tif 000007
【０１６０】
＜表６＞を参照すると、実施例が比較例１−２に比べてイオン発生効率が増加したことを確認し、特に実施例２−２でイオン発生効率が相対的にさらに増加したことを確認することができる。
【０１６１】
実験例２−３
実施例１−３及び実施例２−３と比較例１−３及び比較例２−３のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム（Beam）電流（単位：ｍＡ）を測定した。この際、アークチャンバーの幅４０ｍｍ、長さ１０５ｍｍ、高さ４０ｍｍ、リペラーと距離８５ｍｍ、ガスはＢＦ３を使用し、圧力は２．５ｔｏｒｒであった。アークチャンバーに供給された電圧は８０Ｖで供給され、フィラメントに供給された電流は１６０Ａであり、カソードとリペラーに供給された電圧は６００Ｖであった。
【０１６２】
実施例１−３及び実施例２−３と比較例１−３及び比較例２−３のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表７＞に整理した。
【０１６３】
【表７】
0006539414.tif 000008
【０１６４】
＜表７＞を参照すると、実施例が比較例１−３に比べてイオン発生効率が増加したことを確認し、特に実施例２−３でイオン発生効率が相対的にさらに増加したことを確認することができる。
【０１６５】
実験例２−４
実施例１−４及び実施例２−４と比較例１−４及び比較例２−４のイオン発生装置を作動させながらイオンの発生効率を比較するために、ビーム（Beam）電流（単位：ｍＡ）を測定した。この際、アークチャンバーの幅４０ｍｍ、長さ１０５ｍｍ、高さ４０ｍｍ、リペラーと距離８５ｍｍ、ガスはＢＦ３を使用し、圧力は２．５ｔｏｒｒであった。アークチャンバーに供給された電圧は８０Ｖで供給され、フィラメントに供給された電流は１６０Ａであり、カソードとリペラーに供給された電圧は６００Ｖであった。
【０１６６】
実施例１−４及び実施例２−４と比較例１−４及び比較例２−４のイオン発生装置で測定された結果を以下の＜表８＞に整理した。
【０１６７】
【表８】
0006539414.tif 000009
【０１６８】
＜表８＞を参照すると、実施例が比較例１−４に比べてイオン発生効率が増加したことを確認し、特に実施例２−４でイオン発生効率が相対的にさらに増加したことを確認することができる。
【０１６９】
以上の説明は本発明の技術思想を一実施形態を用いて説明したものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明で説明された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものでなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は請求範囲により解析されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解析されなければならない。
【図１】
0006539414.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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