(57)【要約】  ＲＦフィードスルーは、第１および第２の直径を有する第１および第２の開口部を第１および第２の端部に有する中空の電気絶縁性コーンを有する。第１の直径は、第２の直径よりも大きく、変曲点までコーンのテーパ付き側壁を画定する。ステムは、コーンの第２のコーン端部に結合され、第１の開口部および第２の開口部を通過する。フランジは、コーンの第１のコーン端部に結合され、第３の直径を有するフランジ開口部を有する。第３の直径は、第１の直径よりも小さい。ステムは、フランジに接触することなくフランジ開口部を通過する。フランジは、コーンをチャンバ壁孔に結合する。コーンのコンタクト部分は、金属化されてもよい。コーンおよびフランジはステムをチャンバの壁から電気的に絶縁しながら、ステムを該孔に貫通させる。
2020534639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システムのためのＲＦフィードスルーであって、
第１の直径を有する第１の開口部が設けられた第１のコーン端部と、第２の直径を有する第２の開口部が設けられた第２のコーン端部とを有し、概して中空である電気絶縁性コーンであって、当該第１の直径が当該第２の直径よりも大きいことにより、前記電気絶縁性コーンの側壁が概してテーパ形状に画定されている電気絶縁性コーンと、
前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部に動作可能に結合し、前記電気絶縁性コーンの前記第１の開口部および前記第２の開口部に貫通するステムと、
前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部に動作可能に結合されたフランジであって、前記第１の直径よりも小さい第３の直径を有するフランジ開口部が設けられたフランジとを備え、
前記ステムが当該フランジに対して非接触状態で当該フランジ開口部を貫通し、当該フランジは、前記電気絶縁性コーンをチャンバの壁に画定された穴に動作可能に結合させ、
前記電気絶縁性コーンおよび当該フランジは、前記チャンバの壁の前記穴を通って前記ステムを貫通させるものの、当該ステムを前記チャンバの壁から電気的に絶縁していることを特徴とするＲＦフィードスルー。
【請求項２】
前記フランジに近接する領域に、前記ステムに動作可能に結合されたパッドキャップをさらに備え、
前記パッドキャップは、前記ステムの外径から所定の距離だけ外向きに延在しており、前記チャンバ内の或る領域から前記電気絶縁性コーンの内面への視線を概して遮っていることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項３】
前記パッドキャップは、前記第３の直径よりも大きい第４の直径を有することを特徴とする請求項２に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項４】
前記フランジは、アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項５】
前記ステムは、第１のステム端および第２のステム端を有し、
前記第１のステム端には、動作可能に結合された加速電極が設けられており、
前記第２のステム端は、共振器コイルに結合されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項６】
前記電気絶縁性コーン、前記ステム、前記フランジ、および前記チャンバの壁の各々の界面が、前記チャンバ内の或るチャンバ環境を前記共振器コイルの環境から遮断していることを特徴とする請求項５に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項７】
１つ以上のＯ−リングによって前記フランジと前記電気絶縁性コーンとの界面が概して封止されており、
別の１つ以上のＯ−リングによって前記ステムと前記電気絶縁性コーンとの界面が概して封止されていることを特徴とする請求項６に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項８】
前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部の第１の表面と、前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部の第２の表面とは、金属化されていることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項９】
前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部の前記第１の表面と前記フランジとの間に配設された１つ以上の金属短絡ストリップと、
前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部の前記第２の表面と前記ステムとの間に配設された１つ以上の金属短絡ストリップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１０】
前記１つ以上の金属短絡ストリップは、１つ以上の金属バネを備えていることを特徴とする請求項９に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１１】
前記電気絶縁性コーンの本体は、セラミックからなることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１２】
前記電気絶縁性コーンの本体は、アルミナおよび石英のうちの１つまたは複数を含むことを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１３】
前記電気絶縁性コーンを前記フランジに動作可能に結合するように構成された１つまたは複数の位置決め機構をさらに備え、
前記１つまたは複数の位置決め機構を介して、前記電気絶縁性コーンの位置が前記フランジに対して選択的に固定されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１４】
前記電気絶縁性コーンは、前記第１のコーン端部から、前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部に向かって変曲点まで所定の距離だけ延在する円筒形領域を含み、前記円筒形領域は一定の直径を有し、前記電気絶縁性コーンの内径は、前記変曲点から前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部に向かって先細りになっていることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１５】
前記電気絶縁性コーンは、前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部と前記フランジとの間に界面表面を含み、
前記界面表面は、前記円筒形領域における前記電気絶縁性コーンの内面に対して概ね垂直であることを特徴とする請求項１４に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１６】
前記フランジは、前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部の領域から前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部に向かって延在するリップを有し、
前記リップは、前記フランジと前記電気絶縁性コーンとの間のアーク放電を改善するための湾曲領域を有することを特徴とする請求項１４に記載のＲＦフィードスルー。
【請求項１７】
イオン注入システムのためのＲＦ共振器であって、
チャンバ環境を画定する共振器チャンバであって、当該チャンバ環境が当該共振器チャンバの壁によって真空環境から概して隔離されている共振器チャンバと、
前記共振器チャンバ内に配設された共振器コイルと、
ＲＦフィードスルーと、
を備え、
前記ＲＦフィードスルーは、
第１の直径を有する第１の開口部が設けられた第１のコーン端部と、第２の直径を有する第２の開口部が設けられた第２のコーン端部とを有し、概して中空である電気絶縁性コーンであって、当該第１の直径が当該第２の直径よりも大きいことにより、前記電気絶縁性コーンの側壁が概してテーパ形状に画定されている電気絶縁性コーンと、
前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部に動作可能に結合し、前記電気絶縁性コーンの前記第１の開口部および前記第２の開口部に貫通するステムと、
前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部に動作可能に結合されたフランジであって、前記第１の直径よりも小さい第３の直径を有するフランジ開口部が設けられたフランジとを備え、
前記ステムが当該フランジに対して非接触状態で当該フランジ開口部を貫通し、当該フランジは、前記電気絶縁性コーンを前記チャンバの前記壁に画定された穴に動作可能に結合させて、前記電気絶縁性コーンおよび当該フランジは、前記チャンバの壁の前記穴を通って前記ステムを貫通させるものの、当該ステムを前記チャンバの壁から電気的に絶縁させており、
前記フランジに近接する領域において前記ステムに動作可能に結合され、前記ステムの外径から所定の距離だけ外向きに延在しており、前記チャンバ内の或る領域から前記電気絶縁性コーンの内面への視線を概して遮っている、前記第３の直径よりも大きい第４の直径を有するパッドキャップをさらに備え、
前記フランジ、前記パッドキャップ、および前記ステムによって、前記チャンバ内の或る領域から前記電気絶縁性コーンの内面への視線を概して遮っている、
ことを特徴とするＲＦ共振器。
【請求項１８】
前記電気絶縁性コーンは前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部から前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部に向かって変曲点まで所定の距離だけ延在する円筒形領域を含み、前記円筒形領域は、一定の直径を有し、前記電気絶縁性コーンの内径は、前記変曲点から前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部に向かって先細りになっていることを特徴とする請求項１７に記載のＲＦ共振器。
【請求項１９】
前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部の第１の表面と、前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部の第２の表面とは、金属化されており、
前記ＲＦフィードスルーは、
前記電気絶縁性コーンの前記第１のコーン端部の前記第１の表面と前記フランジとの間に配設された１つ以上の金属短絡ストリップと、
前記電気絶縁性コーンの前記第２のコーン端部の前記第２の表面と前記ステムとの間に配設された１つ以上の金属短絡ストリップと、
をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１７に記載のＲＦ共振器。
【請求項２０】
前記ステムは第１のステム端および第２のステム端を含み、前記第１のステム端はそれに動作可能に結合された加速電極を含み、前記第２のステム端は、共振器コイルに結合されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１７に記載のＲＦ共振器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本出願は２０１７年９月１５日に出願された「イオンビーム加速のためのＲＦ共振器」という名称の米国仮出願第６２／５５９，１０３号の利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は概してイオン注入システムに関し、より具体的には、ＲＦ高電圧発生器、またはＲＦ共振器装置およびＲＦフィードスルーに関し、ＲＦ共振器装置および関連する構成要素の寿命を延ばすとともに、ＲＦ共振器からの気体漏れ、およびイオン注入システムの高真空環境からの気体漏れを概して防ぐことができる改良形態に関する。
【０００３】
〔背景技術〕
線形ＲＦ加速器およびサイクロトロンの発明以来、イオンビーム加速のために周期的な電場が長い間使用されてきた。数ＭｅＶのエネルギーまでイオンを加速するために、ＲＦ加速器が開発され、メガボルトＤＣ電圧を生成する際の困難を回避するために、各ステージで約１００ＫｅＶの比較的低いエネルギー利得でイオンビームを繰り返し加速する。しかしながら、ＲＦ加速器は、ＲＦ電力（典型的には５０オームの低インピーダンス）を高いＲＦ電圧に変換するための高いＱ共振回路の使用によって達成される、約１００ＫＶピーク電圧のＲＦ電圧の生成を依然として必要とする。
【０００４】
低ＲＦ周波数（例えば、約３０ＭＨｚ未満）では、共振回路が、高い周波数で使用される空洞共振器ではなく、（例えば、分布キャパシタンスを介して）コイルおよびキャパシタを備えた典型的な集中回路である。イオン注入に適用されるＲＦ加速器の用途では、対象となるイオン種の大部分がいわゆる重イオン（例えば、ホウ素、リンおよびヒ素）であり、それらの重い質量のために、速度は遅い傾向がある。ＲＦによって誘起される環状加速度では、低速が集中共振回路（例えば、共振器）によって生成される低周波数ＲＦ電圧（例えば、３０ＭＨｚ未満）の使用に変換される。
【０００５】
〔発明の概要〕
本発明は、従来技術の制限を克服し、イオン注入システムのような真空システムに用いられる無線周波数（ＲＦ）共振器のための改良型の真空フィードスルーのためのシステム、装置、および方法を提供する。これにより、性能を改善し、真空システムの寿命を延ばす。したがって、以下は本開示のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された概要を提示する。この概要は、本開示の広範な概要ではない。これは、本発明の重要な要素を識別しかつ正確に概説するものでもない。その目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、本開示のいくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。
【０００６】
１つの例示的な態様によれば、イオン注入システムのためのＲＦフィードスルーが提供される。ＲＦフィードスルーは、一例として、第１のコーン端部と第２のコーン端部とを有する電気絶縁性コーンを含む。電気絶縁性コーンは概して中空であり、第１のコーン端部に第１の開口部を有し、第２のコーン端部に第２の開口部を有する。第１の開口部は第１の直径を有し、第２の開口部は第２の直径を有し、一例では、第１の直径が第２の直径よりも大きい。一例では、電気絶縁性コーンのテーパ付き側壁が第１の直径と第２の直径との間に概して画定される。
【０００７】
ステムはさらに、電気絶縁性コーンの第２のコーン端部に動作可能に結合され、ステムは、電気絶縁性コーンの第１の開口部および第２の開口部を通過する。フランジは、一例として、電気絶縁性コーンの第１のコーン端部に動作可能に結合される。フランジはその中に画定されたフランジ開口部を有し、フランジ開口部は第３の直径を有する。一例では、第３の直径が第１の直径よりも小さい。
【０００８】
ステムは一例として、フランジに接触することなくフランジ開口部に貫通し、フランジは、電気絶縁性コーンをチャンバの壁面に画定された孔に動作可能に結合するように構成される。例えば電気的絶縁コーンとフランジは、チャンバの壁の中にある孔を貫通する一方で、ステムをチャンバの壁から電気的に絶縁するように構成されている。
【０００９】
一態様によれば、電気絶縁性コーンは、電気絶縁性コーンの第１のコーン端部から電気絶縁性コーンの第２のコーン端部に向かって変曲点まで所定の間隔で延在する円筒形区域を含む。例えば当該円筒形区域は、一定の直径を有し、電気絶縁性コーンの内径は当該変曲点から電気絶縁性コーンの第２の端部に向かって先細りになっており、電気絶縁性コーンの先細り側壁を画定する。
【００１０】
一例では電気絶縁性コーンが電気絶縁性コーンの第１の端部とフランジとの間に界面表面を含み、界面表面は円筒形区域内の電気絶縁性コーンの内面にほぼ垂直である。別の例では、フランジが電気絶縁性コーンの第１の端部に関連する領域から電気絶縁性コーンの第２の端部に向かって延びるリップを含み、リップはフランジと電気絶縁性コーンとの間のアーク放電を改善するように構成された湾曲領域を有する。
【００１１】
別の態様によれば、パッドキャップは、フランジに近接する領域においてステムに動作可能に連結される。例えばパッドキャップは、ステムの外径から所定の間隔をおいて外方に延在し、チャンバ内からコーンの内面への視線を概して遮っている。例えばパッドキャップは、第３の直径よりも大きい第４の直径を有する。
【００１２】
別の例示的な態様によれば、ステムは、第１のステム端部および第２のステム端部を含む。第１のステム端部は一実施例として、それに動作可能に結合された加速電極を含み、第２のステム端部は、共振器コイルに結合されるように構成される。
【００１３】
別の例示的な態様によれば、チャンバの電気絶縁性コーン、ステム、フランジ、および壁面の各々のインターフェースは、チャンバ内のチャンバ環境を、共振器コイルの環境から封止する。さらに、１つ以上のＯ−リングは概して、フランジと電気絶縁性コーンとの間のインターフェースをシールする。別の例では、別の１つまたは複数のＯ−リングがステムと電気絶縁性コーンとの間のインターフェースを封止する。
【００１４】
さらに別の態様によれば、電気絶縁性コーンの第１のコーン端部の第１の表面および電気絶縁性コーンの第２のコーン端部の第２の表面が金属化される。例えば、一つ以上の金属短絡ストリップを、電気絶縁性コーンの第１のコーン端部の第１の表面とフランジの間に配設することができる。別の例では、電気絶縁性コーンの前記第２の表面とステムとの間に、１つまたは複数の金属短絡ストリップを配設することができる。例えば１つ以上の金属短絡ストリップは、１つ以上の金属ばねから成ることができる。
【００１５】
本発明の別態様によれば、電気絶縁性コーンの本体は、セラミックスで構成される。別例では、電気絶縁性コーンの本体がアルミナおよび水晶のうちの１つまたは複数を含む。さらに別の例では、電気絶縁性コーンの本体が水晶で構成される。
【００１６】
別の態様によれば、イオン注入システムのためのＲＦ共振器が提供される。ＲＦ共振器は、一例として、チャンバ環境を画定する共振器チャンバを備える。チャンバ環境は例えば、チャンバの壁面によって真空環境が概して隔離されている。共振器コイルは、例えば、共振器チャンバ内に配置される。
【００１７】
さらに、ＲＦ共振器は、第１のコーン端部および第２のコーン端部を有する電気絶縁性コーンを備えるＲＦフィードスルーを備える。電気絶縁性コーンは概して中空であり、第１のコーン端部に第１の開口部を有し、第２のコーン端部に第２の開口部を有し、第１の開口部は第１の直径を有し、第２の開口部は第２の直径を有する。例えば第１の直径は第２の直径よりも大きく、電気絶縁性コーンのテーパ付き側壁を概ね画定する。ステムはさらに、電気絶縁性コーンの第２のコーン端部に動作可能に結合され、ステムは、電気絶縁性コーンの第１の開口部および第２の開口部を貫通する。
【００１８】
さらに、パッドキャップが、フランジに近接する領域においてステムに動作可能に連結される。パッドキャップは例えば、ステムの外径から第４の直径まで所定の長さだけ外向きに延びており、第４の直径は第３の直径よりも大きい。したがって、フランジ、パッドキャップ、およびステムによって、チャンバ内の領域からコーンの内面への視線が概して妨げられる。
【００１９】
別の態様によれば、フランジは電気絶縁性コーンの第１のコーン端部に動作可能に結合され、フランジはその中に画定されたフランジ開口部を有する。フランジ開口部は、第１の直径よりも小さい第３の直径を有する。ステムの一例としては、フランジに接触することなくフランジ開口部を貫通し、フランジは、電気絶縁性コーンをチャンバの壁面に画定された孔に動作可能に結合するように構成される。電気絶縁性コーンおよびフランジはステムをチャンバの壁から電気絶縁しながら、ステムをチャンバの壁の穴に貫通させる構成となっている。
【００２０】
電気絶縁性コーンの一例としては、電気絶縁性コーンの第１のコーン端部から電気絶縁性コーンの第２のコーン端部に向かって変曲点まで所定の間隔で延在する円筒形区域を含む。例えば円筒形区域は、一定の直径を有し、電気絶縁性コーンの内径は、当該変曲点から電気絶縁性コーンの第２のコーン端部に向かって先細りになっている。
【００２１】
別の態様としては、電気絶縁性コーンの第１のコーン端部の第１の表面と、電気絶縁性コーンの第２のコーン端部の第２の表面とが金属化される。ＲＦフィードスルーの一例としては、電気絶縁性コーンの第１のコーン端部の第１の表面とフランジとの間に配置された１つまたは複数の金属短絡ストリップをさらに備えるか、または代替的に、電気絶縁性コーンの第２の表面とステムとの間に配置されてもよい。
【００２２】
別の実施例ではステムが第１のステム端部および第２のステム端部を含み、第１のステム端部はそれに動作可能に結合された加速電極を含み、ステムの第２のステム端部は共振器コイルに結合されるように構成される。
【００２３】
さらに別の実施例では、電気絶縁性コーンをフランジに動作可能に結合するように、１つまたは複数の位置決め機構が提供され、構成され、それによって、電気絶縁性コーンの位置が１つまたは複数の位置決め機構を介してフランジに対して選択的に固定される。
【００２４】
上記の概要は単に、本発明のいくつかの実施形態のいくつかの特徴の簡単な概観を与えることを意図したものであり、他の実施形態は、上記の特徴以外の追加のおよび／または異なった特徴を含むことができる。特に、この概要は、本出願の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。したがって、前述の目的および関連する目的を達成するために、本開示は、以下に記載され、特に特許請求の範囲で指摘される特徴を備える。以下の記載および添付の図面は、本発明の特定の例示的な実施形態を詳細に記載する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の原理が採用され得る様々な方法のうちのいくつかを示している。本開示の他の物体、利点、および新規な特徴は、以下の本開示の詳細な説明を図面と併せて考慮することによって明らかになるのであろう。
【００２５】
〔図面の簡単な説明〕
図１Ａは、本発明の一形態のＲＦ共振器の断面図を示す。
【００２６】
図１Ｂは、本発明の一形態のＲＦフィードスルーの断面図を示す。
【００２７】
図２Ａは、真空チャンバの内部領域から従来のコーンの内部領域への視線を示すＲＦフィードスルーの断面図である。
【００２８】
図２Ｂは、図２Ａの視線を示すＲＦフィードスルーの斜視図である。
【００２９】
図３Ａは、本発明の一態様による例示的なＲＦフィードスルーの断面図であり、これにより、真空チャンバの内部領域からコーンの内部領域への視線を妨げている様子を示す。
【００３０】
図３Ｂは、図４Ａの視線の防止を示す、図４ＡのＲＦフィードスルーの斜視図である。
【００３１】
図４は、本発明の様々な態様による別の例示的なＲＦフィードスルーの断面図である。
【００３２】
図５は、本発明の様々な態様によるさらに別の例示的なＲＦフィードスルーの断面図である。
【００３３】
〔本発明の詳細な説明〕
本発明は一般に、半導体プロセスシステムに関し、より詳細には、イオン注入システムに用いることができる無線周波数（ＲＦ：radio frequency）共振器のための改良型の真空フィードスルーに関する。したがって、本開示はここで、図面を参照して説明され、ここで、同様の参照番号は全体を通して同様の要素を指すために使用され得る。これらの態様の説明は単に例示的なものであり、限定的な意味で解釈されるべきではないことを理解されたい。以下の説明において、説明の目的のために、本開示の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、本開示は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことは当業者には明らかであろう。
【００３４】
図１は典型的な高周波共振器システム１０（例えば、１３．５６ＭＨｚ共振器）の断面図である。当該共振器システムの共振回路１２は、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）のような共振器ガスで満たされた共振器ガス環境１６を凡そ画定するハウジング１４（例えば、一般的に漏れのないアルミニウム円筒形ハウジング）内に収容される。共振器ガス環境１６は概して、内部高電圧フラッシュオーバ、高電圧アーク放電、およびプラズマ点火を防止する。ＲＦ高電圧は共振コイル２０の開放端側１８（例えば、図１に示されている共振コイルの最も左側）に発生され、この共振コイルは、関連する高真空環境２６を有する真空チャンバ２４内に配置された加速電極２２を駆動する。
【００３５】
共振器コイル２０は共振器ガス環境１６内に配置され、電極２２は高真空環境２６内に配置されるので、共振器コイルと電極との間の接続部は、セラミックコーン２８（例えば、その形状により「コーン」と呼ばれる）を有するほぼ真空でしっかり絶縁であるフィードスルー２７を通っており、電極２２の機械的支持体でもある。セラミックコーン２８の設計基準は、概して非常に厳しい。例えば、セラミックコーン２８は、高電圧スパークを引き起こすことなく、周囲のメタルハウジング３０に対して約１００ＫＶを超えるピーク電圧を保持しなければならない。さらに、セラミックコーン２８は、最高動作電圧であっても、共振器ガス環境１６から真空チャンバ２４内への共振器ガスの漏れを防止しなければならない。セラミックコーン２８の機械的安定性は更に、高温であっても電極２２を正確な位置に保持しなければならない。さらに、セラミックコーン２８を構成する絶縁材料の低いタンジェントデルタは、内部ＲＦ損失からの自己発熱を低減すべきである。
【００３６】
例えば高純度アルミナセラミックは、その機械的強度・安定性、ＲＦ電界向けの低損失接線、良好な電気分解強度、良好な真空特性により、セラミックコーン２８の構成物として実現される。しかしながら、このようなセラミックからなるセラミックコーン２８には幾つかの限定がある。例として、火花によるセラミックコーン２８の亀裂が発生し、ハウジング１４から共振器ガス環境１６から共振器ガスが失われ、さらに共振器ガスが真空チャンバ２４内に漏れることがある。さらに、図１Ｂに示されるように、少量のＳＦ６ガスが、例えば、パンチ貫通孔３２（例えば、アークまたは他の力によってセラミックコーン２８の壁面３４を通って進むホール）を通って、ならびにセラミックコーンに関連するＯ−リング３６を通って、共振器ガス環境１６から漏れ得る。
【００３７】
図１ＡのＲＦ共振器システム１０の一部分３８は、図１Ｂにさらに示されている。なお、図１Ｂでは、図面の明確性の観点から、図１Ａの共振器エンクロージャ３９（例えば、アルミニウムエンクロージャ）は図示されていない。図１Ｂに示すセラミックコーン２８は、例えば、ＲＦ線形加速器またはＬＩＮＡＣにおける、ＲＦ  ＳＦ６から真空フィードスルーシステム（RF SF６-to-vacuum feedthrough system）で実施することができる。共振器ステム４０は、図１Ａの共振器ガス環境１６において共振コイル２０の開放端側１８に接続され、それによって共振器ステムはまた、真空環境２６において加速電極２２を保持する。図１Ｂのアルミニウムフランジ４２は、真空チャンバ２４にさらに結合される。したがって、セラミックコーン２８は、共振器ステム４０およびアルミニウムフランジ４２に用いられるＯ−リング３６を介して、共振器ガス環境１６を高真空環境２６から分離する。共振器ステム４０の負圧側には小さなアルミリング（図示せず）を設けることもでき、その主な目的は、負荷容量をわずかに変化させることによって共振器の共振周波数を微調整することである。
【００３８】
特定の状況では、図１Ａ〜１Ｂに示されているセラミックコーン２８は、亀裂を（例えば、図２Ａ〜２Ｂに示される領域４４において）生じ得る。亀裂が生じたセラミックコーン２８を精密に検査すると、本開示はセラミックコーンの内壁４６（例えば、高真空環境２６に用いられる）が暗色に見えることを理解する。本開示は、セラミックコーン２８の暗色のパターンが加速電極２２からスパッタされる材料から生じ得ることを理解する。加速電極２２からスパッタされた材料はパッドキャップ４８の周りの開口部を通ってセラミックコーン２８の内壁４６に入り（例えば、図２Ａに破線５０として示される）、したがって、亀裂や、図１Ｂに示されるパンチ貫通孔３２およびＯ−リング３６の劣化につながると考えられている。
【００３９】
したがって、本発明は、ＲＦ共振器システムおよび関連する構成要素の寿命および安定性を増大させるための様々な特徴を有する改善されたＲＦフィードスルーを提供することによって、ＲＦ共振器システム１０のフィードスルー２７の様々な欠点を軽減することを目的とする。したがって、本開示は概して、セラミックコーン２８に関連する分解およびパンチスルーホール、ならびにＯ−リング３６またはそれに関連する他の特徴の劣化など、図１Ａ〜１Ｂおよび２Ａ〜２Ｂのフィードスルー２７に関連する様々な有害な問題を改善する。
【００４０】
したがって、本発明によれば、例えば、ＲＦフィードスルー１００は、図３Ａ〜３Ｂに示されているように、ＲＦフィードスルーが図１ＡのＲＦ共振器システム１０において有利に実施することができる様々な改善を有する。以下に説明する図３Ａ〜３ＢのＲＦフィードスルー１００は、真空チャンバからフィードスルーまたはコーンの内側の領域への視線アクセスを防止する迷路状シールドを提供することによって、前述の分解およびパンチスルーを概して防止するなど、図１Ａ〜１Ｂおよび２Ａ〜２Ｂのフィードスルー２７に様々な改善を提供する。さらに、本開示は、Ｏ−リングまたはＲＦフィードスルー１００に関連する他の特徴などの様々な特徴の保護を提供する。
【００４１】
図３Ａおよび図３Ｂには、一例として、本発明の様々な態様による例示的なＲＦフィードスルー１００を示す。ＲＦフィードスルー１００は、一例として、第１のコーン端部１０４と第２のコーン端部１０６とを有する電気絶縁性コーン１０２（例えば、セラミックコーン）を含む。電気絶縁性コーン１０２は概して中空であり、第１のコーン端部１０４に第１の開口部１０８を有し、第２のコーン端部１０６に第２の開口部１１０を有する。一実施例として、第１の開口部１０８は第１の直径１１４を有し、第２の開口部１１０は第２の直径１１６を有し、第１の直径が第２の直径よりも大きいことにより、電気絶縁性コーンの側壁１１８が概してテーパー形状に画定されている。
【００４２】
ステム１２０は第２のコーン端部１０６に近接して電気絶縁性コーン１０２に動作可能に結合され、ステムは電気絶縁性コーンの第１の開口部１０８および第２の開口部１１０を通過する。ステム１２０は、一実施例として、第１のステム端部１２２と第２のステム端部１２４とを備えている。一実施例では、加速電極１２６が第１のステム端部１２２に近接してステム１２０に動作可能に結合される。加速電極１２６は、一実施例として、ステム１２０の第１のステム端部１２２と一体であってもよく、または固定的に結合されてもよい。あるいは、加速電極１２６が第１のステム端部１２２に近接してステム１２０に選択的に結合されてもよい。第２のステム端部１２４は、一実施例として、図１Ａの共振器コイル２０などの共振器コイルに結合されるように構成されてもよい。
【００４３】
一実施例によれば、フランジ１２８が図３Ａにさらに示されており、フランジは、電気絶縁性コーン１０２の第１のコーン端部１０４に動作可能に結合されている。鍔部１２８は、一例として、アルミニウム等の金属で構成されていてもよい。フランジ１２８は一例として、その中に画定されたフランジ開口部１３０を有し、フランジ開口部はそれに関連する第３の直径１３２を有し、第３の直径は、電気絶縁性コーン１０２の第１の直径１１４よりも小さい。ステム１２０は、一例として、フランジ１２８に接触することなくフランジ開口部１３０を通過するように構成され、それによって、ステムとフランジとの間に間隙１３４を画定する。フランジ１２８は、一例として、電気絶縁性コーン１０２を、図１Ａのバキュームチャンバ２４などのチャンバの壁面１３８に画定された孔１３６に動作可能に結合するように構成される。したがって、例えば図３Ａの電気絶縁性コーン１０２およびフランジ１２８は、ステム１２０をチャンバの壁１３８の孔１３６に通す一方、ステムをチャンバの壁から電気絶縁するように構成される。
【００４４】
本発明の一態様によれば、ＲＦフィードスルー１００は、フランジに近接する領域１４６においてステム１２０に動作可能に結合されたパッドキャップ１４４と共に図３Ａに示すフランジ１２８の内縁１４２を設けることによって、ＲＦフィードスルーの加速電極１２６の電極領域１４０（例えば、第１のステム端部１２２に近接する）からのスパッタ物質の蓄積を有利に防止する。一例としてはパッドキャップ１４４が第４の直径１４８を有し、パッドキャップはステム１２０の外径１５０から外向きに延びる。したがって、パッドキャップ１４４はフランジ１２８およびステム１２０と共に、図１Ａの真空チャンバ２４内の電極領域１４０などの１つまたは複数の領域から、図３Ａの電気絶縁性コーン１０２の内面１５２までの視線を概して防止する。図３Ｂは実施例として、本発明のＲＦフィードスルー１００によって提供される図３Ａの電気絶縁性コーン１０２の電極領域１４０から内側１５２への視線の欠落を示す（例えば、図３Ａの電気絶縁性コーン１０２の内側１５２は図３Ｂに示す電極領域１４０から見えない。対照的に、図２Ｂの場合は、セラミックコーン２８の内壁４６が同様の領域から見える）。
【００４５】
図３Ａおよび３Ｂに示すように、加速電極１２６の可能なスパッタリング源からの視線を遮断することによって、フランジ開口部１３０の第３の直径１３２、およびパッドキャップ１４４の第４の直径１４８は、概して、図４の破線１５４に示されるように、効果的な迷路状シールドを規定する。本開示によれば、加速電極１２６から生じる材料（図示せず）のようなスパッタリングされた材料が、フランジ開口部１３０によって提供される迷路状シールド１５４をナビゲートすることを困難にし、パッドキャップ１４４が、前述の視線が電極領域１４０から電気絶縁性コーン１０２の内面１５２に至ることを防止するようなサイズであることがわかる。
【００４６】
本開示は、電気絶縁性コーン１０２がアルミナなどのセラミック、または他の適切なセラミック材料から構成されることを企図する。本開示はさらに、電気絶縁性コーン１０２に関連する熱膨張が、高電圧スパークに関連する限定された局所加熱による電気絶縁性コーンの亀裂の原因となり得ることを企図する。したがって、本発明の別の実施例では、電気絶縁性コーン１０２が石英から構成されてもよいし、石英とアルミナまたは他のセラミックス物質との組合せから構成されてもよい。従って、例えば、アルミナの熱膨張率と比較して、水晶の熱膨張率が著しく小さいことは、集中した局所的な発熱による電気絶縁性コーン１０２の亀裂の可能性をより制限する。
【００４７】
さらに別の態様によれば、本発明は電気絶縁性コーン１０２（例えば、図４の底部領域１５６）における前述のパンチスルーホールの形成を軽減する。超高ＲＦ電圧動作では、図２Ａ〜２Ｂの領域４４においてセラミックコーン２８の基部または広い端部付近で、セラミックコーン２８の傾斜した壁上に、微細なパンチ貫通孔３２が形成され得ることがわかる。本開示によれば、電気絶縁性コーン１０２とフランジ１２８との間に示される略垂直なコンタクト領域１５８が図１Ｂに示されるセラミックコーン２８における傾斜接触よりも高電圧保持においてより安定である。しかしながら、図４のステム１２０の外径１５０はそれに関連する静電容量の増大によって限定または制限されてもよく、それによって、共鳴振動数の整調を狭い範囲に限定することができる。
【００４８】
上記の問題を改善するために、本発明の別の例示によれば、第１のコーン端部１０４に関連するほぼ真っ直ぐな円筒状のコンタクト領域１５８と、変曲点１６２から第２のコーン端部１０６に向かって延びる斜面領域１６０とに図４して示される電気絶縁性コーン１０２を提供する。電気絶縁性コーン１０２のそのような有利な形状に加えて、内側シールド壁１６１がフランジ１２８上に設けられ、それによって内側シールド壁は、電気絶縁性コーン１０２の底部領域１５６内の電場を低下させるために増加または上昇される。さらに、フランジ１２８はコンタクト領域１５８に関連する（例えば、電気絶縁性コーン１０２の第１のコーン端部１０４に関連する）下部領域１６６から電気絶縁性コーンの第２のコーン端部１０６に向かって延びるリップ１６４を備え、リップは、フランジと電気絶縁性コーンとの間のアーク放電を改善するように構成された湾曲領域１６８を有する。
【００４９】
さらに、フランジ１２８（概して導電性である）と電気絶縁性コーン１０２との間の界面に及ぶ表面放電（例えば、スパーク）は、有害であり得ることが理解される。例えば、図１Ｂでは、そのような界面６０が２つ示されている。具体的には、共振器ステム４０とセラミックコーン２８の頂部との間と、底部セラミックコーンとアルミフランジ４２との間に界面が設けられている。これらの界面６０を横切る放電は真空封止Ｏ−リング３６を損傷する危険性を増大させ、これは、図１Ａの高真空環境２６への共振器ガス環境漏れ（例えば、ＳＦ６の漏れ）をもたらし得る。
【００５０】
したがって、本発明の別の態様によれば、別の例示的なＲＦフィードスルー２００が図５で示されており、それによって、放電を防止するために２つの改善が提供される。一例としては、電気絶縁性コーン２０４の１つまたは複数の表面２０２が金属化され、それによって、当該１つまたは複数の表面がフランジ２１０またはステム２１４の一部２１２などの１つまたは複数の導電性構成要素２０８（例えば、金属構成要素）の導電性表面２０６に面し、かつ／または接する。例えば、電気絶縁性コーン２０４の１つまたは複数の表面２０２は、それぞれのステム１２０およびフランジ１２８の導電性表面に接する図３Ａ、図３Ｂ、および図４の電気絶縁性コーン１０２の任意の表面を含むことができる。したがって、図５に示すように、１つまたは複数の表面２０２は、１つまたは複数の導電性構成要素２０８にそれぞれ電気的に結合または接続され、したがって、それらの間のスパークまたは他の有害な放電を軽減する。本開示例として、１つまたは複数の表面２０２の金属化を企図し、例えば、１つまたは複数の溝２２０内に配置された金属ばね２１８のストリップなどの導電性短絡ストリップ２１６が１つまたは複数の表面をそれぞれの導電性構成要素２０８に電気的に接続する。このような放電の軽減は、真空封止Ｏ−リング２２２を損傷からさらに有利に保護する。
【００５１】
さらに、別例として、フランジに対する電気絶縁性コーンの位置が正確に維持されるように、電気絶縁性コーン２０４をフランジ２１０にさらに動作可能に結合するために、１つまたは複数の位置決め機構２２４を設けることができる。例えば、１つまたは複数の位置決め機構２２４はフランジ２１０に概して固定的に結合され、電気絶縁性コーン２０４に関連する切欠き、孔、または他の設置機構（図示せず）のうちの１つまたは複数とインターフェースするように構成された１つまたは複数のピンを備えることができ、それによって、フランジに対する電気絶縁性コーンの位置が実質的に固定される。あるいは、１つまたは複数の位置決め機構２２４が、電気絶縁性コーン２０４上に平坦部（図示せず）または他の機構を有することができ、フランジ２１０上の嵌合平坦部（図示せず）または他の機構と選択的にインターフェースすることができるように構成され、その結果、フランジに対する電気絶縁性コーンの少なくとも回転位置が選択的に維持される。
【００５２】
したがって、本開示は、スパッタリング源から電気絶縁性コーンの内面への視線を実質的に排除するように構成された迷路を概して画定することによって、ＲＦフィードスルーのための電気絶縁性コーンの内面を保護することを提供する。さらに、本発明の一態様では放電による局所的な発熱による亀裂を改善するために、実質的に小さな熱膨張率のために、電気絶縁性コーンに水晶などの絶縁材を利用する。電気絶縁性コーンの形状は、一例として、底部領域に近接した円筒形状と、その頂部領域に近接した傾斜または円錐（コーン）形状とを有して提供され、底部金属表面に垂直なインターフェースを提供する。さらに、隆起した金属シールドが、その底部領域付近の電気絶縁性コーンを概ね保護するために提供される。別の態様では、電気絶縁性コーンのインターフェースが導電のために金属化される。さらに、金属ばねストリップのような金属短絡ストリップをセラミック／金属界面の間に設けることができ、それによって金属ストリップはセラミック上に蓄積された電荷を安全に伝導して界面表面間の放電を回避する。
【００５３】
様々な態様例によれば、イオン注入システムのためのＲＦフィードスルーが提供される。ＲＦフィードスルーは、電気的に絶縁性であり且つ第１の端部および第２の端部を有するコーンを備えることができる。コーンは一例として略中空であり、第１の端部に第１の開口部を有し、第２の端部に第２の開口部を有し、第１の開口部は第２の開口部よりも大きい径を有し、その中にコーンのテーパ付き側壁を画定する。ステムは、一例として、コーンの第１および第２の開口部を貫通している。
【００５４】
一例では、フランジがコーンの第１の端部に動作可能に結合され、フランジはコーンをチャンバの壁（例えば、イオン源に関連する）に動作可能に結合し、フランジの開口部およびチャンバの壁の孔を通ってステムが貫通する構成である。フランジに近接した領域でステムに動作可能に結合され、ステムの外径から所定距離だけ外向きに延びたパッドキャップは、一例として、チャンバ内の領域からコーンの内面への視線を概ね遮る。
【００５５】
フランジとコーンとの間のインターフェースを概してシールするために、１つ以上のＯ−リングが提供されてもよく、別の１つ以上のＯ−リングが、ステムとコーンとの間のインターフェースをシールしてもよい。コーンの第１の端部の第１の表面およびコーンの第２の端部の第２の表面は、金属化されてもよい。１つ以上の金属短絡ストリップがコーンの第１の端部の第１の表面とフランジとの間に配置されてもよく、別の１つ以上の金属短絡ストリップがコーンの第２の表面とステムとの間に配置される。
【００５６】
コーンの本体は、アルミナおよび石英のうちの１つを含むセラミックから構成されてもよい。コーンには、一定の直径を有する円筒形の領域を、コーンの第１の端部から第２の端部に向かって変曲点まで所定の距離設けられている。フランジはコーンの第１の端部に関連する領域からコーンの第２の端部に向かって延びるリップを含むことができ、リップは、フランジとコーンとの間のアークを改善するように構成された湾曲領域を有する。コーンは、コーンの第１の端部とフランジとの間にインターフェースを含むことができ、インターフェースは、円筒形の領域のコーンの内面にほぼ垂直である。インターフェースは、金属化されてもよい。
【００５７】
本発明は特定の好ましい実施形態または実施形態に関して示され、説明されてきたが、本明細書および添付の図面を読み取り、理解することにより、同等の変更および修正が当業者に想起されることは明らかである。特に、上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路など）によって実行される様々な機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用されるターム（「手段」への言及を含む）は別段の指示がない限り、本明細書に示された本開示の例示的な実施形態において機能を実行する開示された構成と構造的に同等ではないにもかかわらず、説明された構成要素の指定された機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に対応することが意図される。さらに、本発明の特定の特徴はいくつかの実施形態のうちの１つのみに関して開示されているが、そのような特徴は任意の所与のまたは特定の用途に望ましく、かつ有利であり得るように、他の実施形態の１つまたは複数の他の特徴と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】本発明の一形態のＲＦ共振器の断面図を示す。
【図１Ｂ】本発明の一形態のＲＦフィードスルーの断面図を示す。
【図２Ａ】真空チャンバの内部領域から従来のコーンの内部領域への視線を示すＲＦフィードスルーの断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの視線を示すＲＦフィードスルーの斜視図である。
【図３Ａ】本発明の一態様による例示的なＲＦフィードスルーの断面図であり、これにより、真空チャンバの内部領域からコーンの内部領域への視線を妨げている様子を示す。
【図３Ｂ】図４Ａの視線の防止を示す、図４ＡのＲＦフィードスルーの斜視図である。
【図４】本発明の様々な態様による別の例示的なＲＦフィードスルーの断面図である。
【図５】本発明の様々な態様によるさらに別の例示的なＲＦフィードスルーの断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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