具有可拆卸的阳极组件的离子源的利记博彩app

专利名称：具有可拆卸的阳极组件的离子源的利记博彩app
技术领域：
本发明总体上涉及离子源及其构件。
技术背景离子源在操作过程中产生大量的热。该热是工作气体电离的产 物，这导致离子源中的高温等离子体。为了使工作气体电离，构造
》兹^各以在离子源的电离区中形成石兹场。该i兹场与电离区中的强电场 (其中存在工作气体)互相作用。该电场建立在发射电子的阴极与 带正电荷的阳才及之间，并且该》兹;咯采用^兹体及由导》兹材并牛制成的f兹 才及片来建立。离子源的侧面及底部是》兹3各的其他构件。在才喿作时， 等离子体的离子在电离区中产生并随后通过感应电场加速离开电 离区。然而，石兹体是热敏构件，尤其是在典型离子源的才喿作温度范围内。例如，在典型的4又通过热辐射冷却的end-Hall离子源中，；故电 功率通常限于约1000瓦特、且离子电流通常限于约1.0安培，以防 止热损害，尤其是对》兹体的热损害。为了达到更高的放电功率且因 此达到更高的离子电流，已研发出直接阳极冷却系统，以减少到达 离子源的磁体及其他构件的热量。例如，借助于穿过中空阳极泵送 冷却剂来吸收电离过程的过多热量，可以实现;改电功率高达3000 瓦特且离子电流高达3.0安培。主动地冷却阳极的可替代方法已受 到在真空中的不同构件之间传递热量的传统困难的阻碍。离子源中还存在需要定期维护的构件。具体地，工作气体通过 其流入到电离区内的气体分配器在操作过程中会腐蚀或者随着时 间劣化。同样，阳极在开始覆盖有绝缘工艺材料时必须被清洗，并 且绝缘体在开始^隻盖有导电材料时也必须;故清洗。这样，某些特定 的离子源构件被定期地替换或维修以维持离子源的容许操作。遗憾地，现有的用于冷却离子源的方法需要通向中空阳才及并穿 过中空阳极泵送冷却剂的冷却剂管道。这些构造对建立并维持离子 源存在障碍，包括需要对冷却剂管道电绝缘、存在通过冷却剂从阳 极到地面的电短路的风险、冷却剂管道电绝缘体的劣化及所需的维 护，以及必须拆卸冷却剂管道以接近可用构件(诸如气体分配器、 阳极、及各种绝缘体)的明显不便
发明内容
一种具有可拆卸的阳招J且4牛的离子源，该阳才及组件可与底部(base)组分开以允许容易地维^修该阳^l组件的消库毛(consumable) 构件。这些消耗构件可以包括气体分配器、热控制板、阳极、以及 介于其他构件之间的一个或多个传热片。箱t才及片(pole piece )及阴 才及也可以是该阳才及iEH牛的一部分。该阳招JlH牛可以通过^^兹才及片连 才妄至底部组件。在一种实施方式中，提供了一种用于离子源的可拆卸的阳极组 件，以连4妻至该离子源的底部组件。该阳极组件可以包括磁极片、 热控制板、气体分配器、及阳4及。》兹才及片可以可拆卸地连接至底部 组件。气体分配器可以可拆卸地连接至热控制板。阳极也可以可拆 卸地连4妾至热控制才反及;兹才及片。阳才及还可以与箱H及片电绝缘。当将 磁极片从底部组件移除时，磁极片、热控制板、气体分配器、及阳 极可作为 一个整体组件与离子源分开。在另一种实施方式中，提供了一种用于离子源的可拆卸的阳极 组件，以连4妻至该离子源的底部组件。该阳才及组件可以主要包括》兹 极片、热控制板、气体分配器、及阳极。气体分配器可以可拆卸地 连4妄至热控制一反。石兹才及片可以限定出四个内孑L及四个外孔。热控制 板可以限定出四个外孔。阳极可以限定出设置在》兹极片与热控制板 之间的四个通孔。在气体分配器与热控制板之间可以设置有第 一传 热片。在阳极与热控制板之间可以设置有第二传热片。在热控制板 与底部纽/f牛之间可以i殳置有第三传热片。四个内螺4丁可以适于穿过 阳才及中的四个通孑L、石兹才及片中的四个内孑L、以及热4空制才反中的四个 外孑U以将阳极可拆卸地连接至磁极片及热控制板。四个外螺4丁可 以适于穿过^兹才及片中的四个外孔，以将^兹才及片可拆卸地连4妾至底部 组件。当将这四个外螺钉从与底部组件的连接中移除时，磁极片、 热控制板、气体分配器、及阳极可作为一个整体组件与离子源分开。 公开了 一种可容易地在离子源中拆卸及替换的热控制板。该离 子源具有包括该热控制板的可拆卸的阳极组件，该阳极组件可与底 部组件分开以允许轻松地维修该阳极组件的消耗构件。该热控制板 可以支撑阳极组件中的气体分配器及阳极。该热控制板可以具有用于使工作气体从热控制板的一侧流向另一侧的口 (port)。热控制板 上的接合表面可以具有多个凹口的图案，以允许工作气体散布到气 体分配器下面。在一种实施方式中，提供了一种热控制板，以结合到离子源的 阳极组件中。该热控制板可以形成为具有顶部表面及底部表面的圓 盘。该圆盘可以限定出气体管道，该气体管道^皮设置成与离子源的 底部组件中的邻近圓板的底座表面的气体口相接合，并且该气体管 道进一步被设置成在所述阳极组件内的邻近圆盘的顶部表面的气 体分配器下面离开所述热控制才反的顶部表面。该圆盘进一步可以限 定出两个或多个内孔，这些内孔被设置成与将气体分配器连接至热 控制板的顶部表面的相应紧固螺钉相接合。该圓盘此外可以限定出 两个或多个外孔，这些外孔被设置成与在阳极组件的^t极片与圓盘 的底部表面之间延伸的相应内螺钉相接合。该圆盘此外可以在顶部 表面内限定出至少一个或多个通道，这些通道从气体管道延伸至气 体管道的径向向外的一位置。公开了 一种可容易地在离子源中拆卸及替换的气体分配器。该 离子源具有包括气体分配器的可拆卸的阳极组件，该阳极组件可与 底部组件分开以允许轻松地维修该阳极组件的消耗构件。该气体分 配器可以通过多个固定螺钉安装至阳极组件中的热控制板。该气体 分配器可以是在某表面中具有沉孔以使固定螺钉的头凹入的圓盘 状。可替代地，该气体分配器可以通过离子源的其他结构或构件夹 紧或保持在适当位置。
在一种实施方式中，提供了一种气体分配器，以结合到离子源的圓盘。该圆盘可以限定出两个或多个孔，以容纳相应的紧固螺钉。 此外，这些孔相对于阳极组件中的环形阳极被设置成使得气体分配 器中的这些孔^皮i殳置在环形阳^l的内径外。在另一种实施方式中，提供了一种气体分配器，以结合到离子 源的阳极组件中。该气体分配器可以形成为具有顶部表面及底部表 面的圆盘。该圓盘可以限定出围绕气体分配器的外周向等距离地间 隔开且邻近气体分配器的外周向的三个孔，以容纳相应的紧固螺紧固螺钉上的螺母的厚度的沉孔。此外，这三个孔相对于阳4及组件 中的环形阳极可以被设置成使得这三个孔被设置在环形阳极的内径外。在又一种实施方式中，提供了一种气体分配器，以结合到离子源的阳极组件中。该气体分配器可以包4舌以下两个构件环状夹紧 环以及固定在该环状夹紧环内的板构件。可替代地，该气体分配器 可以是限定出气体通道的板构件的形式并可被固定在介于阳极与 热控制板之间的环形阳极的底部中的凹槽内。公开了可容易地在离子源中拆卸及替换的一个或多个传热片。 该离子源具有包括这些传热片的可拆卸的阳极组件，该阳极组件可 与底部组件分开以允许轻松地维修该阳极组件的消耗构件。这些传 热片可以共同使用且介于阳极组件内的消耗构件之间。这些传热片 可以是导热的并可以是电绝纟彖的或导电的。在一种实施方式中，提供了一种传热片，以结合到离子源的阳 才及组件中的气体分配器与热控制4反之间。该传热片可以形成为直径 稍小于气体分配器的直径的导热圆盘。该圆盘可以限定出位于该圓200780008535.1说明书第6/42页盘的周向边缘中且围绕该圓盘的周向边^彖等距离地间隔开的三个 槽口 。在另一种实施方式中，提供了一种传热片，以结合到离子源的 阳极组件中的环形阳极与热控制板之间。该传热片可以形成为导热 扁平环。该环具有的外径可以稍小于环形阳4及底面的外径。该环也 可以具有与环形阳极的底面的内径基本相等的内径。该扁平环还可以限定出邻近扁平环的外周向且围绕扁平环的外周向等^巨离i也间 隔开的四个孔。该扁平环可以进一步限定出邻近这四个孔之一i殳置的电纟及孑L。在再一种实施方式中，提供了一种传热片，以结合到离子源的 热控制板与底部组件之间。该传热片可以形成为直径与热控制^反的 直径基本相等的导热圆盘。该圓盘可以限定出邻近圆盘的周向且围 绕圆盘的周向等距离地间隔开的四个外孔。该圓盘可以进一步限定 出邻近这四个孔之一而设置的电极孔。该圓盘还可以限定出居中于 圓盘内的气体管道。该圓盘此外可以限定出距离该气体管道同一 (common )径向距离而设置且围绕该气体管道等角度地间隔开的 三个内孔，从而使这三个内孔中的每个均与将气体分配器保持于阳 极组件内的热控制板的相应紧固螺钉相对齐。提供了该发明内容，以引入对下文详细描述中所进一步描述的 构思的简化形式的选4奪。该发明内容并非旨在确定所要求保护的主 题的关^t特征或必要特征，也并非旨在用来限定所要求保护的主题 的范围。从以下对如进一步在附图中示出且在所附权利要求中限定 的各实施例及实施方式的更具体的书面详细描述中，所要求4呆护的 主题的其他特征、细节、效用、及优点将是显而易见的。


图1示出了沉积室中的离子源的示例性才喿作环境。图2示出了示例性流体冷却离子源的横截面图。图3示出了示例性流体冷却离子源的分解的冲黄截面图。图4示出了示例性流体冷却离子源的示意图。图5示出了另一示例性流体冷却离子源的示意图。图6示出了再一示例性流体冷却离子源的示意图。图7示出了再一示例性流体冷却离子源的示意图。图8示出了再一示例性流体冷却离子源的示意图。图9示出了示例性流体冷却离子源的另 一横截面图。图10示出了示例性流体冷却离子源的分解的横截面图。图11示出了示例性流体冷却离子源的分解的横截面图。图12描述了用于拆卸示例性流体冷却离子源的操作。图13描述了用于组装示例性流体冷却离子源的操作。图14描述了再一示例性流体冷却离子源的示意图。图15是具有可拆卸的阳极组件的高功率离子源的另一实施方 式的等轴一见图。图16是图15的高功率离子源的阳极组件的分解的等轴视图。图17是以横截面示出如图15中所示出的图15的高功率离子 源的分解的等轴—见图。图18是如图15中所示出的图15的高功率离子源的横截面的 正视图。图19是图15的高功率离子源的底部组件中的附着有流体管道 的冷却板的等轴视图。图20是图15的高功率离子源的阳极组件中的介于冷却板与热 控制板之间的传热片的等轴视图。图21是图15的高功率离子源的阳极组件中的热控制板的等轴视图。
图22是图15的高功率离子源的阳极组件中的介于热控制板与 气体分配器之间的传热片的等轴^L图。图23A是图15的高功率离子源的阳极组件中的气体分配器的等轴一见图。图23B是用于结合到图15的高功率离子源的阳极组件中的气 体分配器的替换形式的等轴视图。图24是图15的高功率离子源的阳极组件中的介于热控制板与 阳才及之间的传热片的等轴^见图。图25A是图15的高功率离子源的阳极组件中的阳极的等轴视图。 图25B是如图25A中所示出的图25A的阳极的横截面的正视图。图26A是图15的高功率离子源的阳极组件中的磁极片的等轴视图。图26B是如图26A中所示出的图26A的i兹才及片的横截面的正视图。图27是具有可拆卸的阳极组件的低功率离子源的实施方式的 沖黄截面的正^L图。图28是具有层叠式热控制板的低功率离子源中的可拆卸的阳 极组件的可替代实施方式的等轴视图。
具体实施方式
图1示出了通常4呆持真空的沉积室101中的离子源100的示例 性操作环境。离子源100代表通过其他材料104辅助衬底102的加 工的end-Hall离子源，尽管其他类型的离子源及应用也是能设想到 的。在所示出的环境中，当离子源106将材料104 乂人对阴极(target) 108喷到村底102上时，衬底102在沉积室101中转动。喷出的材 泮十104因此沉积在4十底102的表面上。在可替4戈的实施方式中，沉 积的材津+可以由蒸气源或其他沉积源产生。应该理解的是，离子源 106也可以是此处所描述的流体冷却离子源的实施例。离子源100 朝向衬底102以改进(即，帮助)材料104在衬底102上的沉积。因此，离子源100采用流经如此处所描述的冷却板的液体或气 体冷却剂(即，流体冷却剂)来冷却。示例性的冷却剂可以包括但 并不限于蒸馏水、自来水、氮、氦、乙二醇、以及其他液体和气体。
应该理解的是，相邻物体的表面之间在真空中的传热没有非真空中的传热有效，这是因为两相邻表面之间的物理接触通常小到处于凝: 观级别且真空中几乎不存在通过对流的传热。因此，为了促进或改 进这种传热，某些相邻的表面可以被机械加工、压缩、覆盖或以其 他方式接合以提高组装构件的导热系数。此外，维护要求及电泄漏也是重要的4喿作因素。因此，离子源 100的构造也允许易于将构件组成的组件/人处于适宜子组件中的离 子源体中移除并插入到该离子源体中，因此^f更于离子源构件的维 护。这些构件可^皮绝纟彖或以其〗也方式隔离，以防止电击穿及电流泄 漏(例如，从阳极穿过接地构件、从阳极穿过冷却剂至地面，等等)。图2示出了示例性流体冷却离子源200的才黄截面图。此处相对 于轴线201对该离子源构件的位置进行描述。示出了轴线201及此 处所描述的其他轴线，以有助于描述一个构件相对于另一个构件沿线。(注意离子源200的一些构件元件已乂人图2中的一黄截面移除， 以有助于示出离子源200内的某些特定其他构件及它们的关系。)石兹才及片202由导石兹材泮牛制成并^是供i兹^各的一个》兹才及。石兹体204 4是供该万兹3各的另 一个万兹才及。万兹才及片202及f兹体204通过导f兹底部206 及导》兹本体侧壁(未示出)相连以完成该^^各。用在各种离子源实 施方式中的》兹体可以是7JC石兹体或电》兹体并可以沿石兹3各的其^也部分设置。在所示出的实施方式中，通过绝缘垫片(未示出)隔开在》兹极 片202下方的阳4及208净皮供电呈正电势，而不兹才及片202、》兹体204、 底部206及侧壁被接地，即，具有中性(neutral,零)电势。阴极 210是电活性的，但具有相对于阳极电势接近接地电势的网络直流 电势(net DC potential)。该布置在电离区212中的磁场与电场之 间建立相互作用，在该电离区中，工作气体的分子被电离以产生等离子体。最终，离子逸出电离区212并沿阴极210的方向且朝向衬底被力口速。在所示出的实施方式中，采用热丝类的阴极来产生电子。热丝 阴极通过4吏交流电流经过该热丝阴才及来加热耐热金属丝直S ij该热 丝阴极的温度变得高到足以发射出热离子电子来工作。阴极的电势 接近4妻地电势，但其他电变差也是可行的。在另一典型的实施方式 中，使用中空阴极类的阴极来产生电子。中空阴极电子源通过在工 作气体中产生等离子体并通过向该中空阴极加几伏特的负电势(但其他电变差也是可行的)偏压而从等离子体中吸引出电子来操作。 除这两种之外的其他类型的阴极也是能设想到的。工作气体通过管道214供给至电离区，并通过出口218释》丈在 气体分配器216后面。在操作时，所示出的气体分配器216通过陶 瓷绝缘体220及导热且电绝缘的传热界面构件222与其他的离子源 构件电绝缘。因此，气体分配器216是电浮动的，尽管在可替代的 实施方式中该气体分配器216可以是4姿地的或充电呈非零电势。气 体分配器216辅助将工作气体均一地分布到电离区212中。在许多 构造中，气体分配器216由不锈钢制成并需要定期的移除及维护。 用于制造气体分配器的其他示例性材料包括但并不限于石墨、钼、 钛、钽、氮化硼、氮化铝、氧化铝、氧化硅(即，石英)、金刚砂、 石圭石、云母或4壬4可高温导电或陶资复合才才泮牛。离子源200的操作产生大量的热，这些热主要传递至阳极208。 例如，在典型的实施方式中，理想的运转条件可以是3000瓦特级， 其中的75%可以代表阳极208所吸收的废热。因此，为了实现冷却， 阳才及208的底部表面压在传热界面构件222的顶部表面上，而传热 界面构件222的底部表面压在冷却4反224的顶部表面上。冷却寺反224 包括冷却剂腔226，冷却剂穿过该冷却剂腔流动。在一种实施方式
中，传热界面构件222包括导热且电绝缘的材料，诸如氮化硼、氮 化铝、或氮化硼/氮化铝复合材料(例如，由GE高级陶瓷制品^^司 出售的BIN77)。应该理解的是，传热界面构件222可以是单层或 多层的界面构件。通常，与具有较高弹性模量的材料相比，具有较低弹性模量的 导热且电绝缘的材料在离子源环境中工作得更好。与较高弹性模量 的材料相比，具有较低弹性模量的材料在材料失效之前可以承受更 高的热变形。此外，在真空中，即4吏相邻表面之间的非常小的间隙 都将大大减少穿过该界面的传热。因此，较低弹性模量的材料往往 完全适合热接触表面中的小平面偏差并使界面中的间隙最小化，因 此提高了热接触表面之间的导热性。在所示出的实施方式中，传热界面构件222 <吏冷却—反224与带 正电荷的阳极208电绝缘，但也提供了高导热性。因此，传热界面 构件222允许在阳极具有高正电势时将冷却板224保持在地电势。 it匕夕卜，,令丢卩才反224 ^令丟卩阳才及208并4吏》兹^ 204与阳才及208的《A t《A隔离。希望有尽可能多的工作气体通过电离区212。不通过电离区212 的气体分子无法被电离且无助于离子束输出。因此，从离子源200 释放到处理室内而没有通过电离区212的气体分子代表了效率的损 失并增大了处理室压力，通常希望处理室压力尽可能4寻<氐。为了4吏 气体利用最大化，在工作气体从出口 218排出之后，应该防止其在 气体发生器216后面泄漏且进而在阳才及208的后面及外径周围泄 漏，/人而迫4吏其通过电离区212。在图2中所示出的实施方式中， 传热界面构件222在保持阳极208与冷却板224之间的电绝缘的同 时用来i真充阳才及208与冷却一反224之间的间隙。
图3示出了示例性流体冷却离子源300的分解的横截面图。此 处相对于轴线301对该离子源构件的位置进行描述。导磁极片302 通过导》兹底部306及导磁侧壁(未示出)接合至》兹体304。阴极310 被设置在离子源300的输出外侧，以产生维持放电并使从离子源300 发出的离子束呈中性的电子。管道314允许工作气体通过出口 318及气体分配器316供症会至 离子源300的电离区312。气体分配器316通过绝缘体320与阳极 308电绝缘并通过传热界面构件322与冷却板324电绝缘。阳极308通过一个或多个绝缘垫片(未示出)与》兹极片302隔 开。在典型的构造中，阳极308被设定呈正电势，而》兹极片302、 底部306、侧壁、阴极310及》兹体被接地，尽管可替代的电压关系 也是能设想出的。阳才及308与》兹体304之间_没置有冷却4反324 ，以吸收来自阳 308的热且因此对》兹体304进行热保护。冷却板324包括冷却剂腔 326,冷却剂(例如，液体或气体)可以穿过该腔流动。在图3的 冷却板324中，冷却剂腔326形成靠近环状冷却板324的内周向设 置的通道，尽管在可替代的实施方式中能i殳想出其他腔尺寸及构 造。冷却剂管道(未示出)接合于冷却板324，以提供穿过冷却板 324的冷却剂腔326的冷却剂流。在一种实施方式中，冷却一反324、》兹体304、底部306、及管道 314组合为一个子组件(示例性的"底部子组件")，而磁极片302、 阳极308、纟色缘体320、气体分配器316、及传热界面构件322组合 为第二子组件(示例性的"阳极子组件")。在维护过程中，该阳极 子组件可以在无需拆卸冷却一反324及相关的冷却剂管道的情况下与 底部子组件完整无损地分开。
图4示出了示例性的流体冷却离子源400的示意图。此处相对 于轴线401对该离子源构件的位置进行描述。离子源400具有类似 于关于图2-图3所描述的离子源的结构。在图4中所示出的实施方 式中尤其值得注意的是传热界面构件402的结构，该传热界面构件 由金属板404形成，该金属板的与阳极408导热接触的板表面上具 有由导热且电绝纟彖的材冲+形成的第一涂层406，并且该金属4反的与 冷却板412导热接触的板表面上具有由导热且电绝缘的材料形成的 第二涂层410。在一种实施方式中，将导热且电绝缘的材料(例如， 氧化铝)喷洒到传热界面构件402上以涂覆每个表面。在可替代的 实施方式中，仅有一个金属板表面被这样涂覆。在任一种实施方式 中，阳才及408均与冷却斗反412导热*接触。注意，冷却一反412 ^皮构造为形成冷却剂腔414。这样，冷却剂 (例如，液体或气体)就可以流过冷却剂管道416及冷却剂腔414 以吸4史来自卩曰才及408的玄A。该离子源的其他构件包括万兹体418、底部420、侧壁422、 ^兹》兹 才及片424、阴才及426、气体管道428、气体分酉己器430、纟色纟彖体432、 以及绝纟彖垫片434。阳才及408祐j殳定呈正电势(例30， <旦并不限于 75-300伏特)，而f兹才及片424、石兹体418、冷却*反412、底部420、 及侧壁422净皮4妻地。通过绝纟彖体432及传热界面构件402上的电绝 缘材料，气体分配器430电浮动(float )。同样通过该组件，在气体 分配器430后面形成由冷却板412、绝缘体432、及气体分配器430 完全地或部分地界定的封闭(contained)气体分布高压间436。该 布置的有利点在于，穿过气体分配器430至电离区440的气体通道 442朝向阳极408的底部开口 438且由此提高了总气体利用。图5示出了另一示例性流体冷却离子源500的示意图。此处相 对于轴线501对该离子源构件的位置进4亍描述。离子源500具有类 似于关于图2-图4所描述的离子源的结构。在图5中所示出的实施 方式中尤其值得注意的是传热界面构件502的结构，该传热界面构 件由导热且电绝缘的材料的涂层形成，以在阳极508与冷却板512 之间4是供导热且电绝缘的4妄触。在一种实施方式中，将导热且电绝 缘的材料喷洒到阳极508上以涂覆其底部表面。在可替代的实施方 式中，将导热且电绝纟彖的材料喷洒到冷却玲反512上以涂覆其上部表 面。注意冷却板512 一皮构造为形成冷却剂腔514。这样，冷却剂(例 如，液体或气体)就可以流过冷却剂管道516及冷却剂腔514以吸 收来自阳4及508的热。该离子源的其他构件包括不兹体518、底部520、侧壁522、,兹极 片524、阴极526、气体管道528、气体分配器530、纟色缘体532、 以及绝缘垫片534。阳极508被设定呈正电势(例如，但并不限于 75-300 Y犬净争)，而》兹才及片524、 f兹体518、,令丟卩才反512、底部520、 及侧壁522被接地。通过绝缘体532及传热界面构件502上的电绝 缘材料，气体分配器530电浮动。同样通过该组件，在气体分配器 530后面形成由冷却板512、绝缘体532、及气体分配器530完全地 或部分地界定的封闭气体分布高压间536。该布置的有利点在于， 穿过气体分配器530至电离区540的气体通道542朝向阳才及508的 底部开口 538且由此提高了总气体利用。图6示出了再一示例性流体冷却离子源600的示意图。此处相 对于轴线601对该离子源构件的位置进行描述。离子源600具有类 似于关于图2-图5所描述的离子源的结构。在图6所示出的实施方 式中尤其值得注意的是传热界面构件602的结构，该传热界面构件 由热控制板604形成，该热控制板在板表面上具有由导热且电绝缘 的材料形成的涂层605。热控制板604与涂层605的结合在阳极608 与容纳在冷却剂腔614中的冷却剂之间提供了导热且电绝缘的界面 构件，该冷却剂腔由冷却板612及热控制板604形成。这样，阳极
608及冷却板612通过传热界面构件602及冷却剂腔中的冷却剂导 热接触。在一种实施方式中，将导热且电绝缘的材料喷洒到热控制 板604的底部表面(即，外露于冷却剂腔614的表面)上，以便于 导热并减少或防止穿过冷却剂的电泄漏。注意冷却板612纟皮构造为形成冷却剂力空614，该冷却剂腔利用 O形环636及一个或多个夹具638相对于热控制板604密封。夹具 638是纟色纟彖的，以防止乂人热控制4反604至冷却4反612的短^各(electrical short )。这样，冷却剂就可以流过冷却剂管道616及冷却剂腔614 以吸收来自阳才及608的热。注意4妄it 640将4反604与冷却4反612 分开，在所示出的实施方式中，这两个才反一起有助于限定冷却剂腔 614的尺寸。然而，应该理解的是，才反604或冷却才反612可以^f又是 有助于形成冷却剂腔614 ^f旦无助于冷却剂腔614的额外体积的平 板。该离子源的其他构件包括^兹体618、底部620、侧壁622、支架 623、磁极片624、阴极626、气体管道628、气体分配器630、绝 纟彖体632、以及绝》彖垫片634。阳才及608及热4空制一反604祐 没定呈 正电势(例如，但并不限于75-300伏特)，而,兹极片624、》兹体618、 冷却4反612、底部620、及侧壁622净皮4妄地。在阳才及608与热控制 板604之间可以设置有导热材料(例如，石墨箔或导热的弹性体片) 以提高到达冷却剂的热传递。气体分配器630电浮动。同样通过该 组件，在气体分配器630后面形成由热控制一反604、绝》彖体632、 及气体分S己器630完全地或部分地界定的封闭气体分布高压间636。 该布置的有利点在于，穿过气体分配器630至电离区640的气体通 道642朝向阳极608的底部开口 638且由此提高了总气体利用。图7示出了再一示例性流体冷却离子源700的示意图。此处相 对于轴线701对该离子源构件的位置进行描述。离子源700具有类 似于关于图2-图6所描述的离子源的结构。在图7中所示出的实施
方式中尤其值得注意的是冷却板702的结构，该冷却板与阳极708 不是电绝缘的。替代地，冷却板702通过绝缘体与离子源700的其 余构件基本绝缘，该绝缘体包括绝缘垫片734、绝缘体732及绝缘 体736。气体通道728及水管道716分別通过绝》彖体738及740电 绝缘。这样，阳极708及冷却板702处于正电势，气体分配器730 是电浮动的，而离子源700的多数其他构件被接地。在阳极708与 冷却板702之间可以设置有导热材料(例如，石墨箔或导热的弹性 体片)以提高到达冷却剂的热传递。通过该组件，在气体分配器730 后面形成由热控制板702、绝缘体732、及气体分配器730完全地 或部分地界定的封闭气体分布高压间736。该布置的有利点在于， 穿过气体分配器730至电离区740的气体通道742朝向阳极708的 底部开口 738且由此l是高了总气体利用。注意冷却板712被构造为形成冷却剂腔714。这样，冷却剂就 可以流过冷却剂管道716及冷却剂腔714以吸收来自阳才及708的热。 离子源的其他构件包括石兹体718、底部720、侧壁722、》兹才及片724、 阴极726、气体管道728、气体分配器730、绝缘体732、以及垫片 734。图8示出了再一示例性流体冷却离子源800的示意图。此处相 对于轴线801对该离子源构件的位置进行描述。离子源800具有类 似于关于图2-图7所描述的离子源的结构。在图8所示出的实施方 式中尤其值得注意的是传热界面构件802的结构，该传热界面构件 由阳才及808的底部表面形成，该阳才及在阳4及表面上具有由导热且电 绝缘的材料形成的涂层805。阳极808的底部表面与涂层805的结 合在阳极808与容纳在冷却剂腔814中的冷却剂之间提供了导热且 电绝缘的界面构件，其中冷却剂腔814由冷却板812及阳极808形 成。在一种实施方式中，将导热且电绝缘的材料喷洒到阳极808的 底部表面(即，外露于冷却剂腔814的表面)上。在所示出的实施 方式中，阳才及808及冷却^反812通过涂层805及冷却剂导热4妄触。注意冷却一反812 #1构造为形成冷却剂腔814,该冷却剂腔利用 0形环836及一个或多个夹具838相对于阳极808密封，这些夹具 是绝缘的，以防止从传热界面构件802至冷却4反812的短路。这样， 冷却剂就可以流过冷却剂管道816及冷却剂腔814以吸收来自阳 808的热。注意，4妄缝840将阳4及808与冷却4反812分开，在所示 出的实施方式中，阳极与冷却板一起有助于限定冷却剂腔814的尺 寸。然而，应该理解的是，阳极表面可以仅是平坦的或冷却板812 可以〗又是平—反，乂人而4吏一个构4牛无助于;令却剂力空814的额外体积4旦 尽管如此仍有助于形成该腔。该离子源的其4也构件包括石兹体818、底部820、侧壁822、》兹才及 片824、阴极826、气体管道828、气体分配器830、纟色缘体832、 支架842、以及绝纟彖垫片834。阳才及808 一皮i殳定呈正电势(例如， 但并不限于75-300伏特)，而f兹才及片824、石兹体818、冷却才反812、 底部820、及侧壁822祐j妄地。气体分配器830电浮动。同才羊通过 该组件，在气体分配器830后面形成由冷却板812、 ^磁体818、绝 缘体832、及气体分配器830完全地或部分地界定的封闭气体分布 高压间846。该布置的有利点在于，穿过气体分配器830至电离区 844的气体通道850朝向阳4及808的底部开口 848且由此^是高了总 气体利用。图9示出了示例性流体冷却离子源900的4黄截面图。此处相对 于轴线901对该离子源构件的位置进4亍描述。离子源卯0具有类似 于关于图2-图8所描述的离子源的结构。在图9所示出的实施方式 中尤其值得注意的是离子源900的子组件结构，该子组件结构-使于 离子源900的拆卸及组装。
具体地，在所示出的实施方式中，离子源900包括》兹^f及片903 及插入到螺紋孔904内并将阳极子组件与底部子组件保持在一起的 一个或多个子组件附件卯2 (例如，螺4丁)。在一些实施方式中，阳 极子组件包括阳才及并可进一步包括》兹才及片、传热界面构件、及气体 分配器，尽管其他构造也是能设想出的。同样，在一些实施方式中， 底部子组件包括;兹体及冷却板并且可进一步包括底部、冷却剂管 道、及气体管道，尽管其他构造也是能设想出的。侧壁可以是任一 子组件的构件或是在拆卸过程中可以暂时移除的单独构件。在所示出的实施方式中， 一个或多个阳才及子组件附件卯6 (例 如，螺4丁)通过穿过一个或多个绝乡彖体908》走拧到》兹才及片903内而 将阳极子组件保持在一起。子组件附件卯6可以被移除以拆卸阳极 子组件并移除传热界面构件，从而可以容易地实现气体分配器的移 除及插入。图10示出了图9的示例性流体冷却离子源的局部分解的横截 面图。此处相对于轴线1001对该离子源构件的位置进4亍描述。底部子组件iooo已通过旋开子组件螺4:r 1004而与阳极子组件1002分开。在所示出的实施方式中，》兹体子组件1000包括冷却4反1006。图11示出了图9的示例性流体冷却离子源的另一分解的横截 面图。此处相对于轴线1101对该离子源构件的位置进4亍描述。底 部子组件1100已与阳极子组件1102分开(如关于图10所描述的)， 并且传热界面构件1103已通过旋开阳极子组件螺钉1104而与阳极 子组件1102的其余部分分开，从而可以接近气体分配器1106以进 行维护。图12描述了用于拆卸示例性流体冷却离子源的操作1200。松 开操作1202旋开将阳极子组件与底部子组件保持在一起的一个或 多个子组4牛螺4丁。》兹体及冷却才反^立于底部子纽 f牛中。 一种实施方式
中的子组件螺4丁从》兹极片穿过阳极延伸到冷却板中的螺紋孔内，尽管其他构造也是能设想出的。分离操作1204将阳极子组件与磁体 子组件分开，如图10中所例示的。在所示出的实施方式中，另一+>开才乘作1206 ^走开将传热界面 构件保持在阳极上的一个或多个阳才及子组件螺4丁。分离才喿作1208 将传热界面构件与阳极分开，以可以接近气体分配器。然而，在可 替代的实施方式中，气体分配器沿中心轴线位于传热界面构件下方 且因此仅通过移除阳极子组件就能接近。这样，在一些实施方式， 可以省去+>开才喿作1206及分离操作1208。在维护梯:作1210中，将 气体分配器从阳极子组件移除，并拆卸阳极及绝缘体以进行维护。图13描述了用于组装示例性流体冷却离子源的操作1300。维 护操作1302将绝缘体、阳极、及气体分配器结合到阳极子组件内。 在所示出的实施方式中，结合操作1304将传热界面构件与阳极相 结合，以将气体分配器保持在阳极子组件中。连接步骤1306旋拧 一个或多个阳极子组件螺4丁，以将传热界面构件保持在阳4及上。然 而，在可替代的实施方式中，气体分配器沿中心轴线位于传热界面 构件下方且因此仅通过移除阳极子组件就能接近。这样，在一些实 施方式中，可以省去结合才喿作1304及连4妄步骤1306。结合操作1308将阳极子组件与磁体子组件相结合。磁体及冷 却才反位于底部子组件中。连4妄:操作1310 S走柠一个或多个子组件螺 钉，以将阳极子组件与底部子组件保持在一起。在一种实施方式中， 子组件螺钉从磁极片穿过阳极延伸到冷却板中的螺紋孔内，尽管其 他构造也是能设想出的。图14描述了再一示例性流体冷却离子源1400的示意图。此处 相对于轴线1401对该离子源构件的位置进4亍描述。离子源1400具 有类似于关于图2-图11所描述的离子源的结构。在图14所示出的
实施方式中尤其偵J寻注意的是冷却4反1402的结构，该冷却^反与阳 极1408导热接触。图14中所示的实施方式的一个优点在于，阳极 1408在其发热时膨胀至更大的直径。因此，冷却板1402与阳极1408 之间的导热接触往往会在阳才及1408的膨力长压力下增强。应该理解 的是，冷却板1402与阳极1408之间的接触界面无需是平面且无需 平行于轴线1401。其他界面形状(例如，具有位于不同方位处的多 个导热接触效力的互锁界面)也是能设想出的。注意冷却板1402纟皮构造为形成冷却剂腔1414。这样，冷却剂 就可以流过冷却剂管道1416及冷却剂力空1414以吸收来自阳才及1408 的热。在可替代的实施方式中，可以用阳一及1408的外表面来智4戈 冷却一反1402的内侧，与密去于阳才及1408及冷却才反1402的O形环相 结合以形成冷却剂月空1414 (与图8中的结构相4以)。该离子源的其他构件包括》兹体1418、底部1420、侧壁1422、 》兹才及片1424、阴才及1426、气体管道1428、气体分配器1430、绝*彖 体1432、支架1442、以及绝缘垫片1434。 P日极1408及冷却板1402 被设定呈正电势(例如，但并不限于75-300伏特)，而f兹极片1424、 i兹体1418、底部1420、及侧壁1422净皮接地。气体分配器1430是 绝纟彖的且因此电浮动。通过该组件，在气体分配器1430后面形成 由冷却板1412、绝缘体1432、及气体分配器1430完全地或部分地 界定的封闭气体分布高压间1436, 乂人而将流过气体分配器1430中 的气体通道1442的输入气体注入到阳才及1408的中心底部开口 1438 内以进入电离区1440。在所示出的实施方式中，冷却々反1402与阳才及1408电4妄触且因 此与阳极1408处于相同的电势。这样，冷却剂管道1416通过绝缘 体1440与冷却板1402的正电势绝缘。在可替代的实施方式中，在 冷却板1402与阳极1408之间可以设置有导热的传热界面构件(未 示出)以便于传热。如果传热界面构件是导电材料(诸如石墨箔或 导热的弹性体片)，则冷却板1402将处于与阳极1408相同的电势。 可替代地，如果传热界面构件是电绝缘材料(诸如氮化硼、氮化铝、 或氮化硼/氮化铝复合材料)，则冷却^反1402与阳极1408上的电势 电绝缘。这样，冷却板1402可以被接地并且无需绝缘体1440。在 以上两种情况的任一种中，无^仑冷却才反1402与阳4及1408是处于直 接的物理接触还是在其间存在传热界面构件(无i仑是导电还是绝 缘)，由于热乂人阳4及1408 ^皮传导至冷却才反1402,古文阳4及和冷却^反仍 处于导热4妄触。关于图15-图18，对具有可拆卸的阳^l组件1550的离子源1500 的另一种实施方式进行描述。类似于此处所描述的在前实施例，离 子源1500建立于底部1502之上，该底部支撑大体为圓柱形的J兹体 1504。具有中心开口的环形锚固板1505被设置在底部1502上方且 环绕》兹体1504并一皮连4妄至冷却寺反1506的底部。冷却^反1506 (该冷 却才反是如图15、图17及图18中所描述的流体冷却4反)由支架 (standoff) 1541支撑。阳极组件1550主要包括热控制板1508、气 体分配器1510、阳才及1512、及f兹才及片1514。热控制才反1508由冷却 板1506支撑，该冷却板被看作是离子源1500的底部组件1552的 一部分。热控制板1508还支撑气体分配器1510及阳极1512。》兹才及 片1514安装在阳极1512上方并与该阳极分开以确保阳极1512与 磁极片1514之间的电绝缘，带有与阳极1512相反的电荷的阴极 1540安装于该箱象才及片。除这些主要构件之外，多个构件之间可以插入有一 系列传热 片。如图16-图18中所描述的，冷却板1506与热控制板1508之间 可以插入有第一传热片1516。类似地，阳极1512的底部与热控制 板1508的顶部之间可以设置有第二传热片1518。气体分配器1510 与热控制板1508的顶部之间可以插入有第三传热片1520。传热片 1516、 1518、 1520中的每个均可以由具有物理柔度及4专热特性的材
料(例如，石墨箔或导热的弹性体片)制成，以与冷却寺反1506、热 控制板1508、气体分配器1510、及阳极1512枳』械地接合，同时允 许热从阳极1512及气体分配器1510通过电绝纟彖的热控制板1508 传递至冷却板1506。在可替代的实施方式中，传热片1516、 1518、 1520也可以由导电或电绝纟彖的材津+制成。如图16-图18中所描述的，气体分配器1510通过一iE的三个 气体分配器螺4丁 1542及相应的螺母1544连4妄至热控制4反1508。气 体分配器1510限定出螺钉1542从中穿过的三个螺钉孔1548。螺钉 孔1548的上部可以具有比螺4丁孔1548的下部更大的直4圣，以形成 圆柱形凹槽或沉孑L 1549 (参见图23 ),螺母1544位于该圓柱形凹 槽或沉孔。第三传热片1520夹在气体分配器1510与热控制一反1508 的顶部之间。第三传热片1520环绕其外围限定出螺钉1542从中穿 过的三个冲曹口 1554、开口、或孑L。阳才及1512大体上为界定出中心孑L 1572的圆柱形环。阳才及1512 的环形底面1556限定环形凹4曹1558，该环形凹4曹的直4圣大于形成 阳极1512的环形形状的中心孑L 1572的最窄直径。环形凹槽1558 的直径还大于气体分配器1510的外径且深于气体分配器1510的高 度。在如下所述将阳才及1512连4妻至热控制4反1508时，与中心孔1572 结合的环形凹槽1558因此在阳极1512与气体分配器1510之间的 提供了补偿空间。阳极1512利用一组的四个内螺4丁 1522固定于热控制4反1508 及石兹极片1514。石兹才及片1514限定出一组的四个螺紋孔1528，这些 螺紋孔被设计以容纳内螺钉1522的螺紋端。阳极1512类似地限定 出一组的四个孑L 1564 (同样参见图25),内螺4丁 1522穿过这四个 孔以4妻合f兹极片1514。在内螺4丁 1522穿过阳才及1512中的孑L 1564 时，管状的绝缘支柱1526可以围绕每个内螺4丁 1522的一部分。孔 1564的直径大于内螺钉1522的直径，但内螺钉1522紧密地配合在
绝纟彖支4主1526的轴内。如此，内螺钉1522居中于孔1564内并与 穿过阳极1512的孔1564的内壁分开且因此绝缘。内螺4丁 1522与 阳极1512中的孔1564的绝缘及分开有助于维持阳极1512与磁极 片1514之间的电势差，该,兹才及片通常祐j妄地。阳极1512中的孔1564可以包括不同直径的两个或多个部分。 在图16-图18中，阳极1512包括上部1566、短中间部1565、及下 部1561。下部1561的直径可以稍大于内螺4丁 1522的轴。少豆中间部 1565可以由与绝纟彖支柱1526的外径基本相等的直径形成，以将绝 缘支柱1526紧密地保持在孔1564内。类似地，螺紋孔1528的位 于磁极片1514中的短中间部1585可以由与绝缘支柱1526的外径 基本相等的直径形成，以将绝缘支柱1526紧密地保持在螺紋孔1528 内。孑L 1564的上部1566的直径可以稍大于绝纟彖支4主1526的直4圣。类似地，石兹极片1514中的孔1528可以包括不同直径的两个或 多个部分。在图16-图18中，箱t极片1514包括上部1587、短中间 部1585、及下部1583。上部1587限定出接合内螺4丁 1522的螺紋 端的螺乡丈。短中间部1585可以由与绝乡彖支柱1526的外径基本相等 的直径形成，以一夺绝桑彖支柱1526紧密地保持在螺乡丈孔1528内。螺 紋孔1528的位于》兹;敗片1514中的下部1583的直径可以稍大于绝 纟彖支柱1526的直径。如所注意的，孑L 1564的位于阳才及1512中的上部1566及螺纟丈 孑L 1528的位于万兹才及片1514中的下部1583所具有的直径可以稍大 于邻近f兹极片1514与阳极1512之间的界面的绝缘支柱1526的直 径。该稍大的直径可以用来4是供方向性屏蔽，以限制或防止可能导 电的喷賊材并+在绝纟彖支^主1526上的一见线看4寻到的(line-of-sight) 沉积。绝》彖支柱1526还可以具有大于孔1564的位于阳极1512中 的上部1566及中间部1565的结合深度以及大于孑L 1528的位于箱t 极片1514中的中间部1585及下部1583的结合深度的高度。如此，
绝缘支柱1526在阳才及1512与》兹极片1514之间提供了分隔距离， 以进一步使阳极1512与支撑阴极1540的磁极片1514绝缘。第二传热片1518同才羊限定出一组的四个3L 1562，四个内螺4丁 1522只寸应穿过这四个孑L。第二传热片1518夹在阳才及1512的底面 1556与热控制板1508之间。如所注意的，阳极1512大体上是环形 的且因此第二传热片1518^皮定形成扁平的环。第二传热片1518的 环的内径稍大于第三传热片1520的外径，从而在组装阳极组件1550 时，在第二传热片1518与第三传热片1520之间限定出分隔距离。第一传热片1516大体上为圓盘状且设置在热控制板1508的底 部表面1560上。第一传热片1516限定出一组的三个孑L 1594,螺4丁 1542穿过这些孔且将气体分配器1510连接至热控制板1508。将气 体分配器1510连接至热控制板1508的螺钉1542穿过热控制板1508 中的孔1596。第一传热片1516中的孔1594可以大于螺4丁 1542的 头。螺4丁 1542的头因此穿过第一传热片1516中的孔1594固定于 ^U空帝J才反1508的底部表面1560。内螺4丁 1522还向上穿过热控制板1508中的孔1570。第一传热 片1516同样限定出一组的四个孔1563，四个内螺4丁 1522对应穿过 这四个孑L。邻近内螺钉1522的头可以i殳置有垫圈1530。内螺钉1522 的头连同垫图1530 —起与第一传热片1516接合于热控制板1508 的底部表面1560上。当一夺内螺4丁 1522在磁极片1514内柠紧时， 内螺钉1522因此将连接有气体分配器1510、卩日极1512、及》兹才及片 1514的热控制板1508与插入的传热片1516、 1518、 1520保持在一 起，以形成阳才及《且4牛1550。阳极组件1550通过一组的四个外螺4丁 1524连4妄至离子源底部 组件1552。外螺钉1524穿过围绕磁极片1514的周向等距离地间隔 开的一组的四个孔1532延伸。孔1532形成有位于上部1589 (参见 图26B )中且通向》兹极片1514的顶面1574的沉孑L,以容纳外螺4丁 1524的头。外螺钉1524的头与由孔1532形成的环形边^彖1577相 接合且因此可以相对于f兹极片1514的顶部表面1574凹入。外螺4丁 1524邻近阳才及1512的外壁^f旦与该外壁间隔开地向下延伸。冷却^反1506内限定出一组的四个孔1538，并且这些3L围绕冷 却板1506的周向等-巨离地间隔开。每个孔1538均形成有邻近冷却 板1506的顶部表面的平截头体形沉孔1533,以有助于引导外螺4丁 1524穿过孔1538。设置在冷却板1506下面的锚固板1505还限定 出相应的一组的四个螺纟丈孔1545,每个螺紋孔均相对于冷却4反1506 中的对应孑L 1538对准地i殳置。每个外螺4丁 1524均穿过对应的一个 孑L 1538并固定在锚固板1505内的对应的一个螺紋孔1545内，由 此将阳极组件1550固定于离子源底部组件1552。冷却斗反1506还限定出一组的四个孑L 1536，这些孔围绕冷却4反 1506等距离地间隔开，邻近且位于稍小于螺紋孔1538的半径处。 孑L 1536 #皮形成为容纳热控制4反1508的底部表面1560上的内螺4丁 1522的头。这些孔还限定出通向热控制板1508的顶面1576的更大 直径的沉孔1551。孔1536中的沉孔1551被设置成容纳内螺钉1522 上的垫圈1530的直径。冷却板1506还限定出一组的三个腔1546,这些腔与气体分配 器螺钉1542的头对齐且尺寸被设计成容纳气体分配器螺钉的头， 这些气体分配器螺钉与热控制板1508的底部表面1560相接合。排 气孔1578可以/人每个腔1546的底部穿过冷却—反1506,以允许在才喿 作过程中离子源1500处于真空下时排出气体。容纳内螺钉1522的 头的孔1536及容纳气体分配器螺钉1542的头的腔允许热控制板 1508及第一传热片1516齐平地位于冷却斧反1506的顶部表面1576 上，以提供用于冷却板1506与热控制板1508之间的传热的最大表 面面积接触。
一旦阴极1540(如图15-图18中所描述的丝状阴极或中空阴极 (未示出))被移除，则可通过4又/人锚固板1505卸下阳极组件1550 并从底部组件1552提升阳极组件1550而容易地接近阳极组件 1550。阳极组件1550包括有在离子源1500操作的正常寿命中通常 可能需要替换的所有消耗物件。消耗构件可以包括热控制板1508、 气体分配器1510、卩日才及1512、及中间4专热片1516、 1518、 1520以 及相关的五金紧固件。图19中更详细地描述了冷却4反1506。该冷却4反大体上为由铣 过的铜或不锈刚制成的圓盘，该圓盘从中心至周向具有基本不变的 厚度。如上所述，冷却板1506限定出用于容纳内螺钉1522的头的 多个孔(即， 一组的四个孔)1536、夕卜螺钉1524穿过其中的一组 的四个i里头孔1538、以及用于容纳固定气体分配器1510的螺4丁 1542的头的一组的三个腔1546及相应的排气孔1578。冷却板1506还限定出用作各种功能的多个另外的孔或腔。这 包括围绕冷却板1506的周边等距离地设置的一組的三个孔1592， 以用于容纳支撑底部1502上方的锚固板1505及冷却^反1506的相 应的一组支柱1541 (参见图15、图17及图18)。支柱1541通过延 伸穿过孑L 1592及锚固板1505内的相应孔的螺4丁 1543固定于冷却 板1506。冷却板1506中还形成有第一电极孔15卯，以用于容纳乂人 阳极1512向下延伸进而与阳极电源接头1531接合的电极1529(参 见图16及图18)。冷却板1506还限定出居中于冷却板1506的底侧上的圓柱形凹 口 1586，该凹口为》兹体1504提供间隙。凹口 1586的深度为使得存 在小的、受控的轴向间隙以防止冷却4反1506支承在磁体上。因此， 冷却纟反1506的所有支撑及最终阳4及组件1550的所有支撑都在支柱 1541上。腔1546及相应的排气孔1578被设置在沿径向距离冷却才反 1506的中心超过圓斗主形凹口 1586的直4圣的3巨离处。穿过冷却^反1506还形成有气体口 1582。气体口 1582类似i也i殳 置在沿径向距离冷却板1506的中心超过圆柱形凹口 1586的直径的 距离处。气体口 1582还被设置在两个腔1546之间。向离子源1500 供给气体以用于电离的气体管道1534与气体口 1582接合。如图17 中所示，气体口 1582的下部可以具有比上部更大的直径，乂人而4吏 气体管道1534可以插入到气体口 1582的下部中，直到气体管道 1534的端部与气体口 1582的台肩在直径改变的位置处接合。此夕卜， 气体管道1534的内径可以与气体口 1582在冷却^反1506中的上部 的直径相等，以维持用于气体流动的恒定直径。冷却一反1506的顶部表面1576中还可以形成有气体通道1584。 气体通道1584在第一端处与气体口 1582相连并沿径向延伸至冷却 才反1506的中心。此外，图20中详细示出了圆盘状的第一传热片1516。第一传 热片1516密封气体通道1584的顶部，因此引导气体沿气体通道 1584流动至冷却^反1506的中心。第一传热片1516可以由可压缩的 石墨箔或其他机械柔顺的导热材料制成。在该实施例中，石墨箔是 导电的。然而，可以采用其他电绝缘或导电材料，包括导热弹性体。 第一传热片1516的厚度可以是0.005英寸至0.030英寸级，^旦可以 更大或更小。除容纳内螺钉1522的孔1563及容纳固定气体分配器 1510的螺钉1542的孔1594之外，第一传热片1516还限定出位于 第一传热片1516的中心的第一气体管道1599。第一气体管道1599 与气体通道1584的位于第一传热片1516的中心的第二端对齐，以 允许气体通过第一传热片1516至热控制4反1508。第一传热片1516 还限定出容纳从阳极1512向下延伸以与阳极电源接头1531 (参见 图16及图18)接合的电极1529的第二电极孔1593。此外，图21中详细示出了热控制才反1508。热控制4反1508大体上为圓盘状并可以由陶瓷材料制成，例如，氮化硼及具有高导热系 数及热应力阻抗的氮化硼复合材料(诸如氮化硼/氮化铝复合材料)。热控制一反1508的厚度范围可以在0.100英寸与0.375英寸之间，但 其厚度可以更大或更小。而且，热控制—反1508可以用于将阳极1512 与冷却板1506电绝缘。热控制板1508因此是导热且电绝缘的。如上所注意的，热控制板1508限定出多组孔，即，内螺4丁1522 穿过其中的 一组的四个孔1570以及气体分配器螺4丁 1542穿过其中 的一组的三个孔1596。在热控制板1508中且邻近热控制板1508的 外缘还限定有第三电极孔1595，从阳极1512穿过该第三电极孔向 下延伸的电极1529延伸以与安装在底部1502上的阳极电源插头 1531接合。在热控制板1508的中心还限定出第二气体管道1598并且该第 二气体管道与来自第一传热片1516的第一气体管道1599对齐。在 热控制々反1508的顶部表面1521中限定出环绕第二气体管道1598 并居中于热控制才反1508的环形凹槽或凹口 1523。环形凹口 1523的 外径可以稍大于气体分配器1510的直径，而环形凹口 1523的内径 可以稍小于气体分配器1510的直径。在可*# 的实施方式中，热 控制板1508可以才艮本不具有环形凹口 。一组的六个径向通道1525从第二气体管道1598等角地向外延 伸以与环形凹口 1523 4妄合，尽管可以采用更多或更少lt量的通道。 径向通道1525可以具有与环形凹口 1523相等的深度，并且第二气 体管道1598的出口平面可以处于与同其相交的径向通道1525相等 的高度处。径向通道1525与环形凹口 1523—起划分出具有与热控 制板1508的顶部表面1521相等的高度的六个楔形岛1527。 一组的 三个孔1596延伸穿过三个岛1527，这三个岛通过具有实心表面的 另三个岛1527之一4皮此分开。在可替^f戈的实施例中，三个孔1596 可以具有螺紋以将气体分配器螺4丁 1542紧固在其中。在这种构造 中，离开第二气体管道1598的气体沿气体分配器1510下方的径向 通道1525径向地散开至环形凹口 1523，在该环形凹口处气体最终 ,人气体分配器1510的周边下方流出。在热控制板1508内可以形成用于输入气体传导的其他布置。 例如，气体管道1598可以与热控制^反1508内的圆盘状凹口 (未示 出)相连通，而不是与气体通道或环形凹口相连通，在离子源完全 组装好时这将允许气体环绕离子源的气体分配器的边缘或离子源 的气体分配器内的通孔流动。这才羊，在气体分配器1510后面将形 成气体分布高压间(类似于图14中的气体高压间1436),这将有助 于将输入气体注入到阳极1512的中心底部开口内。图22详细示出了第三传热片1520。第三传热片1520大体上为 由可压缩的石墨箔或其他机械柔顺的导热材料制成的薄圆盘。在该 实施例中，石墨箔是导电的。然而，可以采用其他电绝纟彖或导电材 泮+,包括导热弹性体。如同第一传热片1516，如果第三传热片1520 由可压缩的石墨箔制成，则第三传热片的厚度可以是0.005英寸至 0.030英寸级，j旦可以才艮据:没计考虑所指示的更大或更小。第三传 热片1520的周向边缘中形成有三个槽口 1554、凹口、或孔。这些 槽口 1554围绕第三传热片1520的周向等距离地间隔开并与气体分 配器1510中的螺4丁孔1548对齐。气体分配器螺4丁 1542穿过第三 传热片1520中的凹口 1554以接合气体分配器1510。图23A中更详细地示出了气体分配器1510。气体分配器1510 是可以由高温的非导磁材料(诸如不锈钢、钼、钛、硅、金刚砂或 石墨)或高温的绝纟彖材料(诸如石英、氧化铝、氮化铝、氮化硼、 或氮化硼/氮化铝复合材津十)制成的圆盘并且可以具有0.100英寸至 0.250英寸级的厚度，但根据设计考虑可以更大或更小。对用于气 体分配器1510的任何一种材料的优先选4,取决于材料与离子源 1500的操作化学性质的兼容性、对特定夹紧五金工具的选择或夹紧 五金工具的类型、以及形成的材冲+污染的类型。在离子源1500的
操作过程中，如果来自分配器1510的表面的材^H皮支撑在阳才及1512 的中心孔1572内的等离子体喷賊，则一些材料污染是可允许的。气体分配器1510的顶部周向边缘1547可以是如所示的圓形或 斜角形。如上所注意的，气体分配器1510内限定出三个螺4丁孔1548 并且这些螺4丁孔围绕气体分配器1510的周向等3巨离；也间隔开且邻 近气体分配器的周向。如所希望的可以存在更多或更少的螺4丁孔， 以将气体分配器1510固定于热控制板1508。围绕每个螺4丁孔1548 形成有直径大于螺4丁孔1548的沉孑L 1549,以产生尺寸被设计成容 纳将气体分配器螺4丁 1542固定于气体分配器1510的螺母1544的 圓柱形凹槽。沉孔1549的深度足以容纳螺母1544的厚度，从而使 螺母1544不会在气体分配器1510的顶部表面上方延伸。气体分配器1510的直径以及围绕周边的螺4丁孔1548及相关沉 孑L 1549的设置可以相对于阳极1512的环形凹槽1558来选才奪。气 体分配器1510的直径可以是使得螺4丁孔1548及相关沉孔1549被 阳极1512的环形凹槽1558阴影屏蔽。通过将螺4丁孔1548及沉孔 1549 i殳置在阳才及1512的凹槽1558下方，可以使螺4丁免受涂覆、賊 射沉积、侵蚀及污染(这可能导致等离子体产生电弧)、气体分配 器1510与热控制板1508的枳4成连4妄的劣化、或其他问题。可替代地，在其中气体分配器螺4丁 1542 ^皮旋拧到热控制4反内 的螺紋孔中或者气体分配器螺钉被紧固于热控制板的底侧上的螺 母的实施例中，沉孔1549的深度可以足以容纳气体分配器螺4丁1542 的头的厚度。在另一种可替代的实施方式中，螺钉孔1548可以具 有螺紋，而气体分配器螺4丁 1542可以直4妻紧固于气体分配器1510。 在这种设计中，螺钉孔1548可以是攻丝盲孔或攻丝通孔，并且顶 部表面中无需沉孑L 1549。 在一些实施方式中，可能有利的是，将气体分配器1510'分成 包括如图23B中所示的消耗构件及紧固构件的分离构件系统。在多 数应用中，靠近离子源阳极及气体分配器形成的气体放电通常将通 过离子溅射侵蚀气体分配器的中心顶部区域，而随着时间的过去在 气体分配器的中心表面区域中留下不断加深的"碗状"磨损痕迹。 通过将气体分配器1510'分成如所示的消耗中心板构件1510a'及外 围的夹紧环1510b'，可以具有包4舌气体分配器1510'的子症且件或系 统，其中，中心才反构^f牛1510a'可^皮消库毛并在定期安4非的子贞防性维护 过程中净皮替换，而保留外夹紧环1510b'以重复性4吏用。中心4反构件1510a'可以形成为在顶面与底面之间的具有不同 直径的圓形圆盘。中心才反构4牛1510a'的具有第一厚度的顶部1591a 所具有的直径可以小于第二厚度的底部1591b的直径，/人而形成环 绕中心;j反构件1510a'的周向的第一周向凸*彖1547'。夹紧环1510b'可以形成为外径大于中心^^构件1510a'的底部 1591b的直径的环形环。夹紧环1510b'的内径可以^v顶部处的较小 直径成梯状地变化至底部处的4交大直径，以形成第二周向凸缚^ 1549'。夹紧环1510b'的较小内径的尺寸可以被设计成容纳中心板构 件1510a'的顶部1591a的直径，而夹紧环1510b'的较大内径的尺寸 可以被设计成容纳中心板构件1510a'的底部1591b的直径。因此， 中心板构件1510a'的第一周向凸缘1547'沿周向界面与夹紧环 1510b'的第二周向凸缘1549'相匹配。周向夹紧环1510b'可以限定出具有用于凹入紧固螺4丁上的螺 母的沉孔的安装孔以及类似于以上关于图23A的气体分配器所论 述的那些的周向边缘特征。然而，夹紧环1510b'可以可替代地限定 出螺紋通孔1548'以容纳安装螺钉，这些安装螺钉通过夹紧环1510b' 将气体分配器固定于下方的热控制板。
中心^反构件1510a'与夹紧环1510b'之间的周向界面可以具有刮-角或重叠特征以及紧^>差。这些特征及7>差可以有助于应付任何才几 械干扰及相关的径向材料应力，当用在离子源组件中时这些径向材 料应力可能由于气体分配器1510'构件的热循环而产生。机械接合 特可以 一皮设计成维持夹紧力或者可以 一皮i殳计成由于部件的热膨 胀而将源于任何径向机械干扰的力转换成向下的轴向力。该轴向力 有助于维持中心板构件1510a'与外夹紧环1510b'之间及任何下方的 传热片或热控制板之间的良好热接触。在中心板构件1510a'及外夹 紧环1510b'由可以具有不同热膨胀特性的不同材料制成时，接合边 界处的这些机械夹紧特征有助于维持夹紧力。这种气体分配器组件1510'或系统还可以根据所使用的中心板 构件1510a'的费用及特性提供设计灵活性。可以通过将可分离的周 向夹紧环1510b'制成可再次使用的构件来实现费用节省。与可以由 相对而言较昂贵的材料(例如，钽、钛、鴒、热解石墨、及罕有的 烧结陶瓷)制成的消耗中心板构件1510a'相比，周向夹紧环1510b' 可以由更廉价的材料制成，例如，非》兹性的不锈钢。图24中更详细地示出了第二传热片1518。第二传热片1518 大体上为由可压缩的石墨箔或其他导热的械柔顺材料制成的薄 的环形圓盘。在该实施例中，石墨箔是导电的。然而，可以采用其 他电绝缘或导电材料，包括导热弹性体。如同其他传热片，如果第 二传热片1518由可压缩的石墨箔制成，则第二传热片的厚度可以 是0.005英寸至0.030英寸级，或更大或更小，这取决于设计考虑。 邻近第二传热片1518的周向边缘可以形成有四个孔1562。这些孔 1562可以围绕第二传热片1518的周向等^巨离:^也间隔开并与阳拟_ 1512中的钻孔1564对齐。当内螺钉1522延伸穿过热控制板1508 及阳极1512时内螺4丁 1522穿过第二传热片1518中的孑L 1562，以 最终接合磁极片1514。第二传热片1518还限定出容纳从阳极1512
向下延伸的电才及1529的第四电才iUL 1597,以与阳才及电源4矣头1531相接合。图25A及图25B更详细i也描述了阳才及1512。阳才及1512是由导 电的非磁性材料(例如，不锈钢、铜、钼、钛、硅、金刚砂或石墨) 形成的厚的、圓柱形的环。阳极1512的中心孔1572可以通过一种 或多种形状^皮限定成阳才及1512的内壁1575 乂人阳才及1512的顶部向 底部过渡。内壁1575的顶部1571的表面可以是平截头体形，并从 阳极1512的顶部处的较宽直径开口向平截头体形顶部1571的底部 处的4交窄直径开口过渡。内壁1575的表面特4正可以是平滑且连续 的或者可以沿其长度具有变化的表面4仑廓(轴向和/或周向)。内壁1575的中间部1573的表面可以是具有与平截头体形顶部 1571的底部的较窄直径相等的直径的圓柱形。中间部1573的直径 可以稍小于或等于内接于气体分配器1510中的圓柱形凹槽1549的 内边纟彖中的圓的直径。内壁1575的底部1559的表面可以是乂人圓斗主形的中间部1573 向外且向下延伸至比气体分配器1510的直径更大的直径的圆面或 斜面，以形成上述的环形凹槽1558。底部1559的深度1557大于气 体分配器1510的厚度，从而使得在气体分配器1510的顶部与阳极 1512之间存在分隔距离1555 (参见图18)。阳才及1512的底部表面1556稍孩史凹入，以形成由阳才及1512的 外周向处的唇纟彖1579界定的环形圓盘。底部表面1556的周长大体 上等于热控制板1508的周长，从而使阳极1512的唇缘1579邻近 热控制才反1508的外壁向下延伸。阳极1512的底部表面1556因此 与热控制才反1508的顶部表面1521相4妄合，并且唇纟彖1579 4妾合热 控制板1508的外壁，以对齐阳极1512与热控制板1508并防止其 间的一黄向移动。 如图25A及图25B中所示以及以上所述，卩日才及1512卩艮定出一 组的四个孔1564，内螺4丁 1522穿过这些孑L。孔1564的上部1566 的直径可以大于下部1561的直径，以容纳绝纟彖支4主1526的4交大直 径。上部1566的直径还可以大于绝》彖支柱1526的直径。在孑L 1564 的上部1566与下部1561之间可以形成有直径与绝纟彖支柱1526的 直;f圣大体相等的中间部1565，绝纟彖支4主1526紧密i也配合在该中间 部内。中间部1565的直径因此小于上部1566的直径^旦大于下部 1561的直径，/人而在孔1564内形成一组成梯状的凸舌彖。孑L 1564的下部1561的直径还大于内螺4丁 1522的直径，4旦内 螺钉1522紧密地配合在绝缘支柱1526的轴内。如此，内螺4丁 1522 居中于孔1564内，并与穿过阳才及1512的孑L 1564的内壁分开且因 J:匕纟色舌彖。内螺4丁 1522与阳才及1512中的孔1564绝纟彖并分开，以防 止阳极1512与呈相反电荷与极性的磁极片1514之间出现短3各，这 些磁极片支撑连接有螺钉1522的阴极1540。孔的同心的中间部及 上部1565、 1566在绝纟彖支柱1526的外表面与阳才及1512的上孔部 1566之间形成具有较大的长度与分隔距离纵横比的梯状内环形空 间1553,该高乡人一黄比的环形空间1553用作阴影屏蔽，以防止沿绝 缘支柱1526的长度出现导电涂层，这在正常操作过程中可能发生， 并因此会导致处于不同电势的阳极1512与磁极片1514之间出现导 电通道。阳才及1512还限定出通向阳才及1512的底部表面1556且邻近卩曰 才及1512的外周向并一皮i殳置在两个钻孔1564之间的电才及座1567。图 18中有利地示出了电极座1567。电极座1567可以设置在一对相邻 钻孔1564之间的任何地方。在图18及图25A中所描述的示例性实 施例中，电才及座1567祐 没置成，与相邻的一对钻孔中的一个钻孔 相比靠近另一个钻孔。电极座1567可以具有螺紋以允许阳极电极 1529净皮S走柠到电才及座1567中。电才及座1567可以^f又部分地穿过阳才及 1512的厚度。与电极座1567流体连通的较小直径的电极排气孔 1569可以在电才及座1567上方延伸，以在阳才及1512的顶部表面中形 成开口。在操作过程中，当离子源1500被设置在真空下时，电极 排气孔1569允许空气或气体从电极座1567排出。图26A及图26B更详细地描述了^兹极片1514。类似于阳极 1512,》兹才及片1514是圆柱形的环，^f旦与阳才及1512不一样厚。该石兹 极片可以由导石兹材泮牛形成，例如，400系歹'J不4秀钢。i兹才及片1514的 中心孑L 1509由》兹极片1514的内壁1515来限定，该中心孔是平截 头体形的，并/人^t才及片1514的顶部处的專交宽直径开口向石兹才及片1514 的底部处的4交窄直径开口过渡。中心孔1509在f兹才及片1514的底部 处的直径的尺寸可以接近中心孑L 1572在阳极1512的顶部处的直 径。该箱^及片的顶部表面1574延伸超过箱t才及片1514的圓柱形外壁 1511以形成唇缘1517。唇缘1517突出在离子源1500的覆盖阳极 部1550及底部1552的构4牛的侧壁(图中未示出)之外。在外壁1511 处测量到的；兹才及片1514的外径稍大于冷却^反1506及锚固^反1505 的直径。如图26A及图26B中所示及以上所述，石兹才及片1514限定出其 中固定有内螺4丁 1522的一组的四个螺紋孔1528。螺紋孔1528围绕 内壁1515的顶部边缘等距离地间隔开并邻近该内壁的顶部边缘， 该内壁在》兹才及片1514中限定出中心开口 1509。螺紋孑L 1528的螺紋 上部1587的直4圣可以小于下部1583的直4圣。下部1583的直径还 可以大于绝纟彖支柱1526的直径。在每个螺紋孔1528的上部1587 与下部1583之间可以形成有直径与绝缘支柱1526的直径大体相等 的中间部1585,绝^彖支一主1526紧密i也配合在该中间部内。中间部 1585的直径可以大于上部1587的直径^f旦小于下部1583的直径，乂人 而在螺紋孔1528内形成一组梯状凸缘。
孑L的同心的中间部及下部1585、 1583在绝纟彖支柱1526的外表 面与孑L 1528的位于》兹极片1514中的下部1583之间形成具有專交大 的长度与分隔距离纵横比的梯状内环形空间1568。该高纵横比的环 形空间1568用作阴影屏蔽，以防止沿绝缘支柱1526的长度出现导 电涂层，这在正常操作过程中可能发生，并因此会导致处于不同电 势的阳极1512与》兹极片1514之间出现导电通道。磁极片1514还限定出围绕磁极片1514的周向等距离地间隔开 的第二组的孔1532。每个孑L 1532可以沿径向与如图26A及图26B 中所描述的对应的一个螺紋孔1528对齐，^f旦孔1532与螺紋孔1528 无需这样对齐。孔1532在大于阳才及1512的外径的直径处间隔开， 以将外螺4丁 1524 i殳置在阳才及1512的外壁外。孑L 1532形成有穿过 上部1589通向箱t才及片1514的顶部表面1574的4交大直径的沉孑L。 上部1589的直径及深度的尺寸被设计成允许插入到孔1532内的外 螺4丁 1524的头凹入到》兹才及片1514内。上部1589的沉孔形式在孔 1532内产生凸缘1577,外螺钉1524的头固定在该凸缘上。万兹才及片1514还限定出与支撑阴才及件1540的阴才及支柱1539 4妻 合的一对支柱孔1513。支柱孔1513可以相对于4皮此对称地i殳置在 》兹才及片1514上且在大于阳才及1512的外径的直径处4皮此分开。支4主 孔1513可以在如图26A中所描述的相邻的孔1532之间等距离地间 隔开，或者支柱孑L 1513可以围绕^兹极片1514 i殳置。,兹极片1514还可以限定出用于将中空的阴极电子源(未示出) 连才妄于离子源1500而不是阴才及件1540的一对安装孔1519。如图 15及图16中所示，当^f吏用阴^l件1540时，安装孔1519可以^又通 过一，t帽螺4丁 1507去于闭。安装3L 1519可以i殳置在4壬^r两个相邻的 所述的孔1532之间，但安装孑L 1519也可以设置在单个的孔1532 的每一侧上。可以期望将安装孔1519设置在两个相邻的孔1532之 间，这两个孔不一定是一对侧面支柱孔，4旦也不需要非是这样。可
替代地，安装孔可以位于底部1502上以支撑中空的阴才及电子源， 在维修阳极组件1550时该中空的阴极电子源可以保持在原位置。图27以横截面描述了具有可拆卸的阳极组件1650的低功率形 式离子源1600的实施方式。离子源1600建立于支撑大体为圓柱形 的磁体1604的底部1602之上。注意，与图15-图18的高功率离子 源相反，低功率离子源1600不具有冷却板而是具有隔热板1606。 隔热3:反1606 "i殳置在底部1602上方且围绕^兹体1604并由多个支架 1641支撑。阳极组件1650支撑在隔热板1606上。本体1603环绕 底部组件1652及阳才及组件1650并在顶部处与^兹才及片1614相3妾合 且在底部处与底部1602相接合。低功率离子源1600的阳极组件1650主要包括热控制板1608、 气体分配器1610、阳才及1612、及》兹才及片1614。阳才及组件1650由隔 热板1606支撑，该隔热板被看作是离子源1600的底部组件1652 的一部分。热控制板1608还支撑气体分配器1610及阳极1612。；兹 极片1614安装在阳极1612上并与该阳极分开，以确保阳4及1612 与》兹才及片1614之间电绝纟彖。并非主动地冷却阳一及，隔热一反1606作为热障以降^f氐乂人阳^L 1612至》兹体1604的传热。隔热才反1606因此用来可靠地限制该^f氐功 率形式离子源1600中的^兹体1604的温度，而无需额外的费用以及 与用于图15-图18的高功率主动冷却离子源1500中的冷却才反及4专 热片相关的复杂性。低功率离子源1600的热控制板1608、气体分配器1610、阳极 1612、及箱玄极片1614具有与图15-图18的高功率离子源1500的相 应构件相同的i殳计并以相同的方式组装。然而，在^f氐功率离子源 1600中，这些构件之间没有插入传热片。没有机械柔顺的传热片来 ^是高从阳极1612穿过热控制板1608至隔热板1606的热传导以及 从气体分配器1610穿过热控制板1608至隔热板1606的热传导， 可以一及大地限制热通过热传导传递至石兹体1604的传热。隔热纟反1606 因此在阳极1612与》兹体1604之间有效地提供了热分离或热障。注意热控制板1608的一项功能是在高正电势的阳极1612与位 于接地电势的隔热板1606之间提供电绝缘。热控制板1608的另一 目的是防止工作气体在阳极1612与热控制板1608之间泄漏。通过 完全填充阳才及1612与隔热^反1606之间的间隙，热控制才反1608还 确保通过气体管道1634注入的工作气体不会经过阳极1612的外侧 后面及周围。这些功能类似于类似构件(即，图15-图18中的离子 源1500中的热^空制4反1508)的功能。然而，与类合乂的热4空制才反1508 相反，该低功率离子源1600中的热控制板1608事实上更多地是用 来限制传热而不是#是高传热。隔热板1606可以由非磁性材料(诸如不锈钢或铜)制成并还 限定出居中于隔热才反1606的底侧的圆柱形凹口 1686。此夕卜，石兹体 1604及支架1641的长度为使得在已组装时在石兹体1604端部与凹槽 1686之间形成有小的腔1688。腔1688处于^兹体1604的顶端处而 不是底部，这是由于底部1602由f兹性材冲+形成，并JU兹体1604因 此被吸引至底部1602且保持与底部直接接触。圓柱形的凹口 1686 及所形成的腔1688因此用来进一步限制从隔热板1606至磁体1604 的传热。(注意，在高功率离子源1500中也是这样的。)隔热板1606的设计及其在没有如上所述的机械柔顺的传热片 情况下的使用仅是对于低功率离子源1600所想象出的隔热构造的 一个实施例。其他实施例可以包4^f旦并不限于，4吏用隔热一反1606 、 热控制板1608和/或阳极1612上的表面结构和/或机械加工图案， 以通过减小可用于热传导的表面面积来进一步限制而不是4是高这 些构件之间的热传导。
另外的实施例包括但并不限于，使用由电绝缘材料制成的两个或更多个堆叠的片或层1608a'、 1608b'，以形成如图28的卩曰才及^H/f牛 1650'中所示的合成组件的热控制板1608',而不是其他实施例中的 单一的热控制板。形成层1608a'、 1608b'的材料例如可以是高温陶 瓷、石英、或金刚砂片或板(如上所述)和/或熔融的云母片或硅石 片。用于热控制板1608'的任何这种合成组件可以与气体分配器 1610'结合使用，以在气体分配器1610'后面形成气体高压间(例如， 类似于图14中的气体高压间1436),该气体分配器将引导气体流且 便于将输入气体注入到阳极1612'的中心底部开口中。层1608a'、 1608b'的顶层1608a'可以限定出凹口或者可以是环形的以限定出用 以在热控制译反1608'与气体分配器1610'之间产生气体高压间的空 间。在该实施例中，气体分配器1610'可以4又配合在阳才及1612'的底 部中的凹口内并可以夹在阳才及1612'与热控制才反1608'之间的适当 <立 置。热控制板1608的该可替代的合成结构在4氐功率形式的离子源 (即，没有流体冷却)中工作良好。在该低功率离子源中，热控制 板1608'的合成组件可以提供用于引导围绕或穿过任何类型的电浮 动气体分配器1610'(例如，穿过气体分配器1610'中的气体通道孔 1611')的气体所需的结构，从而将输入气体引导至阳极1612',但 限制从阳极1612'及气体分配器1610'至隔热板的能量的热传导或热 辐射。在另一实施例中，辐射挡玲反可以单独4吏用、与上述传热片一起 使用、或者与上述传热片形成一体。这种辐射挡板可以用来限制从 阳极1612及磁体1604穿过包括热控制板1608、气体分配器1610、 及隔热才反1606的各种中间构4牛的辐射4专热。这些辐射挡4反可以包 括但并不限于，标准的辐射隔热:技术，诸如这些中间构件的任4可表
面上的薄的有紋理的金属箔辐射屏蔽件和/或高反射率、低发射率的表面。这种辐射屏蔽件的特定实施例可以是薄的反射金属箔片的形式，该金属箔片尺寸和形状可以是图20、图22、图24中的任何一 个中所示的任何一种传热片的尺寸和形状。这些反射片可以具有有 压痕的、有凹痕的、或其他凸起的有紋理的表面，以限制表面4妄触 且进而使穿过片的热传导最小化。每个这种辐射屏蔽件通常可以将 辐射传热减小约50%。此外，这种金属箔辐射屏蔽件可以包含在腔 1688中。可以想象出各种方法来^皮动地增强对^磁体1604和/或底部 1602的冷却，例如，通过在本体1603上打孔、通过增大》兹体1604 的表面的辐射率、和/或通过向底部1602添力。辐射翼来增强辐射冷 却。如图27中所描述的，气体分配器1610通过一组的三个螺4丁 1642及相应的螺母1644连4妄于热控制板1608。阳4及1612利用一 组的四个内螺4丁 1622固定于热控制4反1608及》兹才及片1614。 i兹4及片 1614限定出一组的四个螺紋孔1628，这些螺紋孔,皮"i殳计成容纳内 螺钉1622的螺乡丈端。阳极1612类似地限定出一组的四个孔1664, 内螺钉1622穿过这些孔以接合》兹极片1614。当内螺4丁 1622穿过阳 极1612中的孑L时，管状的绝缘支柱1626可以环绕每个内螺钉1622 的一部分。孑L 1664的直径大于内螺钉1622的直径，但内螺4丁1622 紧密地配合在绝^彖支柱1626的轴内。如此，内螺4丁 1622 #皮居中于 孑L 1644并与穿过阳才及1612的孑L 1664的内壁隔开且因此绝纟彖。内螺钉1622还向上穿过热控制板1608中的孔1670。内螺4丁 1622的头与热控制板1608的底部表面1660相接合。当内螺钉1622 在》兹极片1614内被柠紧时，内螺钉1622因此将热控制板1608与 相连的气体分配器1610、阳才及1612及石兹才及片1614<呆持在一起，以 形成阳极组件1650。尽管热控制板1608是导热的，^旦其还是电绝 缘的，因此与绝缘支柱相结合使阳极1612与》兹才及片1614纟色缘，该 》兹才及片以別的方式由连4妻所有阳才及组件1650构件的内螺4丁 1622电 4妄合。示例性的热控制纟反1608可以是主要由氮化硼构成的陶瓷制口 口CT o阳才及组件1650通过一组的四个外螺4丁 1624连4妄于离子源底部 组件1652。外螺钉1624延伸穿过围绕磁极片1614的周向等距离地 间隔开的一组的四个孑L 1632。外螺4丁 1624邻近阳才及1612的外壁4旦 与其间隔开;也向下延伸。隔热板1606内限定出一组的四个孔1638,并且这些孔围绕隔 热*反1606的周向等距离地间隔开。每个孑L 1638均形成有邻近隔热 板1606的顶部表面的平截头体形沉孔1633，以有助于引导外螺4丁 1624穿it孑匕1638。 #个孑匕1638的下4卩1645均J!r，虫累纟丈。^r+夕卜 螺4丁 1624均固定在隔热才反1606内的对应的一个螺4丁孔1645中， 因此将阳才及组件1650固定于底部组件1652。虽然已经以 一 定的特定性或者参照 一 个或更多的个体实施例 描述了本发明的不同实施例，4旦是本领域普通才支术人员仍然能够在 不脱离本发明精神的范围内对所披露的实施例做出多种更改。所有 的方向性参照(例i口，远、近、上、下、向上、向下、左、右、才黄 向、前、后、顶部、底部、上方、下面、竖直、水平、顺时针和逆 时针)都只是用于帮助读者理解本发明的识别目的，并不因此产生 尤其对于位置、方向或者发明使用的限制。连接参考(例如，附着、 接合、连接和结合)应当广义地解释，且除非另有指明外，可能包参考并不必然表示两个元件直4妄相连并且相对于4皮此处于固定的 关系。上文包括的或者附图中所示的所有内容都应该^皮解释为^f又是 例证性的，而非限制性的。在不脱离权利要求书所限定的本发明基 本元件的基础上，可以啦文出细节或者结构上的改变。
权利要求
1. 一种用于具有底部组件的离子源的可拆卸的阳极组件，所述阳极组件包括磁极片，可拆卸地连接于所述底部组件；热控制板；气体分配器，可拆卸地连接于所述热控制板；以及阳极，可拆卸地连接于所述热控制板及所述磁极片并与所述磁极片电绝缘；其中当从所述底部组件移除所述磁极片时，所述磁极片、所述热控制板、所述气体分配器、及所述阳极作为一个整体组件与所述离子源分开。
2. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括导热的 板之间。
3. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括导热的 传热片，所述导热的传热片介于所述阳才及与所述热控制外反之间。
4. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括导热的 传热片，所述导热的传热片介于所述热控制4反与所述底部部分 之间。
5. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述控制板 进一步包括电绝缘材料，并且所述阳极组件进一步包括 导热的第一传热片，介于所述气体分配器与所述热控制板之间；导热的第二传热片，介于所述阳才及与所述热控制一反之间；以及导热的第三传热片，介于所述热控制板与所述组件部分 之间。
6. 根据权利要求5所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括阳极电 才及，所述阳才及电才及可拆卸i也连4妄在所述阳才及中的凹口内，并在 所述阳才及的底面下方延伸穿过所述第二传热片内限定的第一 电极孔、穿过所述热控制才反内限定的第二电才及孔、且穿过所述 第三传热片中限定的第三孔。
7. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括，适于 将所述阳 一及组件连4妄于所述底部组件的至少两个外螺4丁 ，其 中，所述石兹才及片限定出至少两个外孔，所述至少两个外螺4丁 穿过所述至少两个外孔。
8. 4艮据权利要求7所述的可拆卸的阳才及组件，其中，所述热控制 *反限定出至少两个孔，所述至少两个外螺4丁穿过所述至少两个 孑L。
9. 根据权利要求7所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述;兹极片 内的至少两个内孑L具有螺纟丈。
10. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，其中，在从所述阳 极的开口端出来的气体加速之前，所述阳极、所述气体分配器、阳极、所述气体分配器、及所述热控制板界定的体积中漏出而 进入到所述阳才及组件中的4壬4可气体，
11. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括电绝缘且导热的第一传热片，介于所述气体分配器与所 述热控制板之间；电绝纟彖且导热的第二传热片，介于所述阳才及与所述热控 制才反之间；电绝缘且导热的第三传热片，介于所述热控制板与所述 组件部分之间。
12. 根据权利要求11所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括阳极 电才及，所述阳才及电才及可拆卸地连4妄在所述阳才及中的凹口内，并 在所述阳才及的底面下方延伸穿过所述第二传热片内限定的第 一电极孔、穿过所述热控制板内限定的第二电极孔、且穿过所 述第三传热片内限定的第三孔。
13. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括，适于 将所述阳极连接于所述》兹极片及所述热控制板的至少两个内 螺钉；其中，所述阳才及包括至少两个通孔，所述至少两个内螺4丁对应 穿过所述至少两个通孔；所述热控制才反包4舌至少两个孔，所述至少两个内螺4丁对 应穿过所述至少两个3L;并且所述;兹才及片限定出至少两个内孑L,所述至少两个内螺4丁 对应才妄合在所述至少两个内孑L内。
14. 根据权利要求9所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括至少两 个绝纟彖支片主，所述至少两个绝纟彖支4主适于分别环绕所述至少两 个内螺钉的至少一部分，其中，所述至少两个绝》彖支柱^吏所述 阳极与所述至少两个内螺钉绝缘。
15. 根据权利要求14所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述至少 两个绝缘支柱在所述阳极与所述磁极片之间产生分隔距离。
16. 根据权利要求3所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述热控制板进一步限定出具有顶部表面及底部表面的 圓盘；所述圓盘限定出气体管道，所述气体管道被设置成与所 述离子源的底部组件中的邻近所述圆盘的底部表面的气体口 相接合，并且所述气体管道进一步被设置成在所述阳极组件内 的邻近所述圓盘的顶部表面的所述传热片下面离开所述圆盘 的顶部表面；并且所述圆盘在所述顶部表面内限定出至少一个通道，所述 通道/人所述气体管道延伸至所述气体管道的径向向外的一4立置。
17. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括至少两 个紧固螺4丁，其中，所述气体分配器限定出至少两个孔，所述至少两个紧固 螺钉分别穿过所述至少两个孔；所述圆盘限定出至少两个内孑L,所述至少两个内^^皮i丈 置成分别与所述气体分配器中的^f皮所述至少两个紧固螺^t丁穿 过的所述至少两个孔4妄合；并且 所述至少两个紧固螺4丁将所述气体分配器连接于所述热控制板。
18. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述气体分配器进一步包括具有顶部表面及底部表面的 圓盘；所述圓盘限定出用于容纳紧固螺4丁的至少两个孔； 所述阳才及是环形的；并且所述圓盘中的所述至少两个孔相对于环形阳相j皮i殳置成 4吏4f所述至少两个3l^皮i殳置在所述环形阳4及的内径外。
19. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述阳4及是环形；所述气体分配器的尺寸净皮i殳计成配合在环形阳4及的内径 内并在所述阳极组件中被固定于所述环形阳极与所述热控制 板之间；所述热控制板限定出气体管道，所述气体管道被设置成与 所述离子源的底部组件中的邻近所述热控制才反的底部表面的 气体口相接合，并且所述气体管道进一步被设置成在所述气体分配器下方离开所述热控制板的顶部表面；并且在所述气体分配器及所述热控制^反的顶部表面的下方形 成有气体高压间。
20. 根据权利要求19所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述热控 制板的顶部表面限定出凹口 ，以在所述热控制板与所述气体分 配器之间产生所述气体高压间。
21. 根据权利要求19所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述气体 分配器限定出一个或多个气体通道孔，气体可以乂人所述气体高 压间穿过所述气体通道孔到达由所述环形阳极限定的中心腔。
22. 根据权利要求1所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述热控制 板由 一种或多种电绝缘材料制成的两层或多层形成。
23. —种用于具有底部组件的离子源的可拆卸的阳^l组件，所述阳 才及组件包括》兹才及片，卩艮定出四个内孑L及四个外孑L;热控制才反，限定出四个外孔；气体分配器，可拆卸地连接于所述热控制板；阳极，限定出设置在所述磁极片与所述热控制板之间的 四个通孑U导热的第一传热片，介于所述气体分配器与所述热控制板 之间；导热的第二传热片，介于所述阳才及与所述热控制板之间；导热的第三传热片，介于所述热控制板与所述底部组件 之间；四个内螺4丁，适于穿过所述阳极中的所述四个通孔、所 述磁极片中的四个内孔、及所述热控制板中的四个外孔，以将 所述阳4及可拆卸地连4妄于所述》兹4及片及所述热控制4反；以及四个外螺4丁，适于穿过所述》兹才及片中的四个外孔，以将 所述磁极片可拆卸地连接于所述底部组件，其中 当将所述四个外螺钉从与所述底部组件的连接中移除 时，所述万兹才及片、所述热控制板、所述气体分配器、及所述阳 极作为 一个整体组件与所述离子源分开。
24. 根据权利要求23所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述磁极 片中的所述四个外螺4丁净皮i殳置于所述阳极的外径以外。
25. 根据权利要求23所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括阳极 电才及，所述阳才及电4及可拆卸地连^妄在所述阳才及中的凹口内，并 在所述阳才及的底面下方延伸穿过所述第二传热片内限定的第 一电极孔、穿过所述热控制板内限定的第二电极孔、且穿过所 述第三传热片中限定的第三孔。
26. 根据权利要求23所述的可拆卸的阳极组件，其中，所述第一 传热片、所述第二传热片、及所述第三传热片中的每个进一步 包括电绝缘的材料。
27. 根据权利要求23所述的可拆卸的阳极组件，进一步包括三个 紧固螺4丁，其中所述气体分配器限定出所述三个紧固螺钉分别穿过的三 个孔；所述第二传热片限定出被设置成分别与所述气体分配器 中的,皮所述三个紧固螺4丁穿过的三个孔相4妾合的三个孔；所述热控制 一反进一 步限定出三个内孔，所述三个内孔#皮 设置成分别与所述第二传热片中的三个孔及所述气体分配器 中的被所述三个紧固螺钉穿过的三个孔相接合；并且所述三个紧固螺钉将所述气体分配器连接于所述热控制板。
28. 根据权利要求23所述的可拆卸的阳极组件，其中，在从所述 阳极的开口端出来的气体加速之前，所述阳极、所述气体分配 器、所述热控制板、及所述第一传热片、所述第二传热片和所极、所述气体分配器、所述热控制板、及所述第一传热片、所 述第二传热片、及所述第三传热片界定的体积中漏出而进入到 所述阳极组件中的任4可气体。
29. —种用于结合到离子源的阳极组件中的热控制才反，所述热控制 板包括具有顶部表面及底部表面的圓盘，其中所述圓盘限定出气体管道，所述气体管道^C设置成与所 述离子源的底部组件中的邻近所述圆盘的底部表面的气体口 相接合，并且所述气体管道进一步被设置成在所述阳极组件内 的邻近所述圓盘的顶部表面的所述气体分配器下面离开所述 热控制板的顶部表面；所述圓盘P艮定出至少两个内孔，所述至少两个内孔一皮"i殳 置成与将所述气体分配器连接于所述热控制板的顶部表面的至少两个紧固螺4丁相接合；所述圓盘限定出至少两个外3L,所述至少两个外孔^皮"i殳 置成与在所述阳极组件的磁极片和所述圆盘的底部表面之间 延伸的至少两个内螺钉相接合；并且所述圆盘在所述顶部表面内限定出至少一个通道，所述 至少-外的一^f立置，
30.4艮据才又利要求29所述的热控制才反，其中，所述至少一个通道 包4舌多个通道。
31. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述气体管道居中于所述圓盘内。
32. 才艮据一又利要求31所述的热控制4反，其中，所述至少一个通道 包括从所述气体管道径向地延伸的多个通道。
33. 根据权利要求32所述的热控制板，其中，所述多个通道中的 每一个均与每个相邻通道等距离地间隔开。
34. 根据权利要求33所述的热控制板，其中，所述多个通道包括 六个通道。
35. 根据权利要求32所述的热控制板，其中，所述圓盘进一步限定出环形通道，所述环形通道的外径稍 大于所述气体分配器的直径，而所述环形通道的内径稍小于所 述气体分配器的直径；并且所述环形通道与所述多个通道中的每个都相交。
36. 根据权利要求34所述的热控制板，其中，所述圓盘进一步限定出环形通道，所述环形通道的外径稍 大于所述气体分配器的直径，而所述环形通道的内径稍小于所 述气体分配器的直径；并且所述环形通道与所述六个通道中的每个都相交。
37. 根据权利要求36所述的热控制板，其中，所述环形通道与所 述气体管道同心。
38. 根据权利要求36所述的热控制板，其中， 所述环形通道与所述六个气体通道的相交形成六个楔形 岛；并且至少两个内孔分别形成在所述六个楔形岛中的两个中。
39. 根据权利要求36所述的热控制板，其中，所述至少两个内包4舌三个内孑L;所述环形通道与所述六个气体通道的相交形成六个楔形岛；所述三个内孔分别形成在所述六个楔形岛中的第 一组的 三个楔形岛内；并且所述六个楔形岛中的第二组的三个楔形岛中的每一个均 将所述六个楔形岛中的所述第一组的三个楔形岛中的每一个 与所述第 一组的三个楔形岛中的相邻一个分开。
40. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述热控制板的外 径稍小于由所述热控制板支撑的相邻阳极的外径。
41. 根据权利要求29所述的热控制板，进一步包括用于穿过阳极 电才及的电4及孑L。
42. 根据权利要求41所述的热控制板，其中，所述电极孔邻近所 述圆盘的外周向i殳置。
43. 根据权利要求42所述的热控制板，其中，所述电极孔邻近所 述至少两个外孔之一而i殳置。
44. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述至少两个外孔 邻近所述圆盘的外周向i殳置。
45. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述热控制板是导 热的。
46. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述热控制板是电 绝纟彖的。
47. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述热控制板既是 导热且电绝纟彖的。
48. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述热控制板包括 陶瓷材料。
49. 根据权利要求48所述的热控制板，其中，所述热控制板包括 氮4匕硼。
50. 根据权利要求29所述的热控制板，其中，所述热控制板由一 种或多种电绝缘材料制成的两层或多层形成。
51. —种用于结合到离子源的阳4及组件中的热控制^反，所述热控制 板包括具有顶部表面及底部表面的圓盘，其中所述圓盘限定出气体管道，所述气体管道被设置成与所述离子源的底部 组件中的邻近所述圓盘的底部表面的气体口相4妄合，并且所述 气体管道进一步被设置成在所述阳极组件内的邻近所述圓盘 的顶部表面的气体分配器下面离开所述热控制板的顶部表面；-f立于所述顶部表面内的六个通道，所述六个通道/人所述 气体管道径向地延伸至所述气体管道的径向向外的 一位置；环形通道，所述环形通道的外径稍大于所述气体分配器 的直径，而所述环形通道的内径稍小于所述气体分配器的直径，所述环形通道围绕所述气体管道同心地J殳置，并与所述六 个通道的每个相交以形成六个楔形岛；三个内孔，所述三个内孔i殳置在所述六个楔形岛中的4皮此不邻近的三个楔形岛内，以与将所述气体分配器连接于所述热控制板的顶部表面的三个紧固螺4丁相4妄合；以及四个外孔，所述四个外孔邻近所述圓盘的外周向i殳置， 以与在所述阳才及组件的,兹才及片和所述圆盘的底部表面之间延 伸的四个螺^T相接合。
52. —种用于结合到离子源的阳极组件中的热控制板，所述热控制 板包括具有顶部表面及底部表面的圆盘，其中所述圓盘限定出气体管道，所述气体管道被设置成与所 述离子源的底部组件中的邻近所述圆盘的底部表面的气体口 相接合，并且所述气体管道进一步被设置成在所述阳极组件内 的邻近所述圆盘的顶部表面的气体分配器下面离开所述热控 制才反的顶部表面进入气体高压间；所述圓盘限定出至少两个外，所述至少两个外孔^皮^殳 置成与在所述阳极组件的》兹极片和所述圓盘的底部表面之间 延伸的至少两个内螺钉相接合；
53. 根据权利要求52所述的热控制板，其中，所述圓盘在所述顶 部表面中限定出至少一个通道，所述至少一个通道乂人所述气体 管道延伸至所述气体管道的径向向外的一位置。
54. 根据权利要求52所述的热控制板，其中，所述圓盘的顶部表 面限定出凹口 ，以在所述热控制板与所述气体分配器之间产生 所述气体高压间。
55. 根据权利要求52所述的热控制板，其中，所述热控制板由一 种或多种电绝缘材料制成的两层或多层形成。
56. 根据权利要求55所述的热控制板，其中，所述两层或多层中 的顶层限定凹口 ，以在所述热控制4反与所述气体分配器之间产 生气体高压间。
57. —种用于结合到离子源的阳极组件中的气体分配器，所述气体 分配器包括具有顶部表面及底部表面的圓盘，其中所述圓盘限定出至少两个孔，以用于容纳相应的紧固螺 钉；并且所述至少两个孔相对于所述阳才及组件中的环形阳招j皮"i殳 置成4吏所述至少两个孔^皮i殳置在所述环形阳才及的内径外。
58. 根据权利要求57所述的气体分配器，其中，所述至少两个孔 是所述圓盘内的通孔。
59. 根据权利要求58所述的气体分配器，其中，所述至少两个孔 进一步包4舌所述顶部表面内的沉孔。
60. 根据权利要求59所述的气体分配器，其中，所述沉孔的凹口 具有的深度基本等于或稍大于旋拧在对应的 一个紧固螺4丁上 的螺母的厚度。
61. 4艮据—又利要求59所述的气体分配器，其中，所述沉孔的凹口 具有的深度基本等于或稍大于对应的 一个紧固螺钉的头的厚度。
62. 根据权利要求57所述的气体分配器，其中，所述圆盘的邻近 所述顶部表面的周向边缘是有斜角的。
63. 才艮据权利要求57所述的气体分配器，其中，所述圆盘的邻近 所述顶部表面的周向边^彖是圓形的。
64. 根据—又利要求57所述的气体分配器，其中，所述至少两个孔 包4舌三个孔。
65. 根据片又利要求64所述的气体分配器，其中，所述三个孔围绕 所述气体分配器的外周向等距离地间隔开且邻近所述气体分 配器的外周向。
66. 根据权利要求57所述的气体分配器，其中，所述至少两个孔 具有螺纟丈。
67. 根据权利要求66所述的气体分配器，其中，所述至少两个孔 是形成在所述圆盘的底部表面中的盲孔。
68. 根据权利要求57所述的气体分配器，其中，所述圆盘的底部 表面基本是平坦的。
69. 根据权利要求57所述的气体分配器，其中，所述气体分配器 包括选自由不锈钢、石墨、钼、钛、钽、石英、及陶瓷组成的 组中的至少一种才才津+。
70. 根据权利要求57所述的气体分配器，其中，所述气体分配器 在顶部表面与底部表面之间具有0.100英寸与0.250英寸之间的厚度。
71. —种用于结合到离子源的阳极组件中的气体分配器，所述气体 分配器包括具有顶部表面及底部表面的圓盘，其中所述圓盘限定出围绕所述气体分配器的外周向等距离地 间隔开且邻近所述气体分配器的外周向的三个孔，以用于容纳 对应的紧固螺钉；所述三个孔中的每一个均包括一个沉孔，所述沉孔具有 的深度基本等于或稍大于旋拧在对应的一个紧固螺钉上的螺 母的厚度；并且所述三个孔相对于所述阳4及组件中的环形阳拟j皮^殳置成 4吏所述三个^4皮i殳置在所述环形阳4及的内径外。
72. 根据权利要求71所述的气体分配器，其中，所述圓盘的邻近 所述顶部表面的周向边缘是有斜角的。
73. 根据权利要求71所述的气体分配器，其中，所述圓盘的邻近 所述顶部表面的周向边纟彖是圆形的。
74. —种用于结合到离子源的阳极组件中的气体分配器，所述气体 分配器包括环形夹紧环；以及固定在所述环形夹紧环内的^反构件。
75. 根据权利要求74所述的气体分配器，其中，所述环形夹紧环进一步限定出至少两个孔，以用于容纳 对应的紧固螺4丁；并且所述至少两个孔相对于所述阳4及组件中的环形阳招j皮"i殳 置成4吏所述至少两个孔一皮i殳置在所述环形阳才及的内径外。
76. 才艮据4又利要求75所述的气体分配器，其中，所述至少两个孔 具有螺紋。
77. 根据权利要求74所述的气体分配器，其中，所述环形夹紧环限定出形成第 一周向凸缘的第 一 内径及 第二内径；所述板构件限定出形成第二周向凸缘的第 一外径及第二 外径；并且所述第一周向凸纟彖与所述第二周向凸缘相匹配。
78. 根据权利要求74所述的气体分配器，其中，所述板构件限定 出气体可以通过的一个或多个气体通道孑L。
79. —种用于结合到离子源的阳才及组件中的气体分配器，所述气体 分配器包括环形紧固构件，所述环形紧固构件的尺寸相对于所述阳 极组件中的环形阳相j皮i殳计成4吏所述环形紧固构件^皮i殳置在 所述环形阳极的内径外；以及消耗构件，所述消库毛构件的尺寸^皮，没计成配合在所述环 形阳才及的内径内并通过所述环形紧固构件固定在所述阳极组 件内。
80. 根据权利要求79所述的气体分配器，其中，所述消耗构件的 尺寸^皮"i殳计成配合在所述环形紧固构件的内径内。
81. 根据权利要求79所述的气体分配器，其中，所述消耗构件限 定出气体可以通过的一个或多个气体通道孔。
82. —种用于结合到离子源的阳极组件中的气体分配器与热控制 板之间的传热片，所述传热片包括导热圓盘，所述导热圓盘限定出位于所述圆盘的周向边 缘内且围绕所述圓盘的周向边缘等距离地间隔开的三个开口； 其中所述圓盘的第一直径小于所述气体分配器的第二直径及 所述热控制板的相邻表面内的环形凹口的第三直径。
83. 根据权利要求82所述的传热片，其中，所述三个开口中的每 一个均是大体上为U形的切口 。
84. 根据权利要求82所述的传热片，其中，所述传热片进一步是 电绝纟彖的。
85. 根据权利要求82所述的传热片，其中，所述传热片具有的厚 度在0.005英寸与0.030英寸之间。
86. 根据权利要求82所述的传热片，其中，所述传热片由柔性的 石墨片形成。
87. —种用于结合到离子源的阳4及组件中的环形阳才及与热控制—反 之间的传热片，所述传热片包才舌导热扁平环，所述扁平环具有稍小于所述环形阳的底面的外径的外径，以及与所述环形阳极的底面的内径基本相等且大于所述 热控制板的相邻表面中的环形凹口的直径的内径，其中，所述扁平环进一步限定出 四个^L,邻近所述扁平环的外周向且围绕所述扁平 环的外周向等距离地间隔开，以及电才及孔，邻近所述四个孔之一而"i殳置。
88. 根据权利要求87所述的传热片，其中，所述传热片进一步是 电绝纟彖的。
89. 根据权利要求87所述的传热片，其中，所述传热片具有的厚 度在0.005英寸与0.030英寸之间。
90. 根据权利要求87所述的传热片，其中，所述传热片由柔性的 石墨片形成。
91. 一种用于结合到离子源的热控制板与底部组件之间的传热片， 所述传热片包括导热圓盘，所述圓盘的直径与所述热控制才反的直径基本 相等，其中所述圓盘进一步限定出四个外孔，邻近所述圓盘的周向且围绕所述圆盘的 周向等3巨离地间隔开；电才及孔，邻近所述四个孔之一而i殳置；气体管道，居中于所述圓盘；以及三个内孔，距离所述气体管道同一径向距离地_没置 且围绕所述气体管道等角度地间隔开，乂人而4吏所述三个内 孔中的每一个均与将气体分配器保持于所述阳极组件内 的热控制板的对应紧固螺钉相对齐。
92. 根据权利要求91所述的传热片，其中，所述传热片进一步是 电绝纟彖的。
93. 根据权利要求91所述的传热片，其中，所述传热片具有的厚 度在0.005英寸与0.030英寸之间。
94. 根据权利要求91所述的传热片，其中，所述传热片由柔性石 墨片形成。
95. —种用于结合到离子源的阳极组件中的传热片的集合，所述集 合包括用于设置在气体分配器与热控制板之间的第 一 传热片， 其中，所述第一传热片进一步包括导热的第一圆盘，所述第一圆盘的第一直径小于所 述气体分配器的第二直径且大于所述热控制板的相邻表 面中的环形凹口的第三直4圣，其中所述第一圓盘进一步限定出位于所述圓盘的周向边 *彖内且围绕所述圆盘的周向边*彖等距离地间隔开的三个开口 ；用于设置在阳极与所述热控制板之间的第二传热片，其 中，所述第二传热片进一步包括导热扁平环，所述扁平环具有稍d、于所述环形阳^J勺底面外径的外径，以及与所述环形阳极的底面的内径基本相等且大于所述 热控制板的相邻表面中的环形凹口的直径的内径，其中， 所述扁平环进一步限定出四个孔，邻近所述扁平环的外周向且围绕所述 扁平环的外周向等3巨离;也间隔开；以及电才及孑L,邻近所述四个孑L之一而i殳置；以及用于i殳置在所述热控制4反与所述离子源的底部组件之间 的第三传热片，其中，所述第三传热片进一步包括导热的第二圆盘，所述第二圓盘的直径与所述热控制 板的直径基本相等，其中所述第二圆盘进一步限定出四个外孔，邻近所述第二圆盘的周向且围绕所 述第二圓盘的周向等距离地间隔开；电极孔，邻近所述四个孔之一而设置；气体管道，居中于所述第二圓盘内；以及三个内孔，距离所述气体管道同一径向距离地 设置且围绕所述气体管道等角度地间隔开。
96. 根据权利要求95所述的集合，其中，所述集合中的第三传热 片进一步是电绝缘的。
97. 根据权利要求95所述的集合，其中，所述集合中的每个传热 片进一步是电绝缘的。
98. 根据权利要求95所述的集合，其中，所述集合中的每个传热 片均由柔性的石墨片形成。
99. 根据权利要求95所述的集合，其中，所述集合中的每个传热 片具有的厚度在0.005英寸与0.030英寸之间。
100. 根据权利要求95所述的集合，进一步包括所述集合中的气体分配器。
101. 根据权利要求IOO所述的集合，其中，所述气体分配器进一步 包括具有顶部表面及底部表面的圓盘，其中所述圆盘限定出至少两个孔，以用于容纳对应的紧固螺4丁；并且所述至少两个孔相对于所述阳极组件中的环形阳极被设 置成^f吏所述至少两个孔^C没置在所述环形阳才及的内径外。
102. —种用于结合到离子源的阳极组件中的消耗构件的替换集合， 包括热控制板，所述热控制板进一步包括导热圓盘，所述圓 盘限定出位于所述圓盘的周向边缘内且围绕所述圓盘的周向 边缘等距离地间隔开的三个开口；以及气体分配器，所述气体分配器进一步包括具有顶部表面及底部表面的圓盘，其中所述圓盘限定出至少两个孔，以用于容纳对应的紧固 螺钉；并且所述至少两个孔相对于所述阳才及组件中的环形阳 #皮设置成4吏所述至少两个孔一皮i殳置在所述环形阳才及的内 径外；并且其中所述圆盘具有的第一直径小于所述气体分配器的第二直 径且大于所述阳极组件内的所述热控制板的相邻表面中的环 形凹口的第三直^圣。
全文摘要
一种具有可拆卸的阳极组件(1550)的离子源(1500)，该阳极组件可与底部组件(1552)分开，以允许容易地维修阳极组件(1550)的消耗构件。这些消耗件易于拆卸及替换并可以包括气体分配器(1510)、热控制板(1508)、阳极(1512)、以及介于其他构件(1516、1518、1520)之间的一个或多个传热片(1516、1518、1520)。磁极片(1514)及阴极(1540)也可以是阳极组件(1550)的一部分。阳极组件(1550)可以通过磁极片(1514)连接至底部组件(1552)。热控制板(1508)可以具有用于使工作气体从热控制板(1508)的一侧流向另一侧的口(1598)。热控制板(1508)上的接合表面(1521)可以具有凹口图案，以允许工作气体散布到气体分配器(1510)下面。气体分配器(1510)可以通过多个固定螺钉(1542)安装至阳极组件(1550)中的热控制板(1508)。气体分配器(1510)可以是在一表面中具有沉孔(1548)的圆盘状，以使固定螺钉(1542)的螺母(1544)凹入。可替代地，气体分配器(1510)可以通过离子源(1500)的其他结构或构件夹紧或保持在适当位置。阳极组件(1550)内的消耗构件之间可以插入有传热片(1516、1518、1520)。传热片(1516、1518、1520)可以是导热的且是电绝缘的或导电的。
文档编号H01J61/52GK101401185SQ200780008535
公开日2009年4月1日 申请日期2007年1月15日 优先权日2006年1月13日
发明者丹尼尔·E·西格弗里德, 戴维·M·伯特内尔, 斯科特·A·汤森 申请人:威科仪器有限公司