特許 6948468 イオン源および傍熱型陰極イオン源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6948468

(24)【登録日】2021年9月22日

(45)【発行日】2021年10月13日

(54)【発明の名称】イオン源および傍熱型陰極イオン源

(51)【国際特許分類】

   H01J 27/20 20060101AFI20210930BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20210930BHJP

【ＦＩ】

   H01J27/20

   H01J37/08

【請求項の数】15

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2020-531588(P2020-531588)

(86)(22)【出願日】2018年11月14日

(65)【公表番号】特表2021-506081(P2021-506081A)

(43)【公表日】2021年2月18日

(86)【国際出願番号】US2018061000

(87)【国際公開番号】WO2019118120

(87)【国際公開日】20190620

【審査請求日】2020年6月26日

(31)【優先権主張番号】62/597,736

(32)【優先日】2017年12月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】509146975

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】クラウス ベッカー

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル アルヴァラード

(72)【発明者】

【氏名】マイケル セント ピーター

(72)【発明者】

【氏名】グラハム ライト

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−１７５８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０２８８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１７８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４６６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２３８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５９９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２５０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２１６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２８９１９７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２７／２０

Ｈ０１Ｊ ３７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アークチャンバの第１の端部と第２の端部とを接続する複数の導電性側壁を備える前記アークチャンバと、
前記アークチャンバの前記第１の端部に配置される傍熱型陰極と、
前記アークチャンバの前記第２の端部に配置されるるつぼと、を備え、
前記るつぼは、その中に供給材料が配置される凹部空洞を有するターゲットホルダを備える、傍熱型陰極イオン源。

【請求項2】

前記複数の導電性側壁の１つに配置される電極をさらに備え、
電圧は、前記アークチャンバの前記複数の導電性側壁に印加される電圧に対して、前記電極に印加される、請求項１に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項3】

前記るつぼに配置される供給材料をさらに備え、
前記アークチャンバは、重力が前記供給材料を前記るつぼに保持するように、配向される、請求項１に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項4】

前記るつぼは、供給材料が配置されて加熱される凹部空洞を有する加熱るつぼを備える、請求項１に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項5】

前記供給材料を加熱するためにフィラメントが使用される、請求項４に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項6】

アークチャンバの第１の端部と第２の端部とを接続する複数の導電性側壁を備える前記アークチャンバと、
前記アークチャンバの前記第１の端部に配置される傍熱型陰極と、
前記複数の導電性側壁の第１の側壁の反対側にある前記複数の導電性側壁の第２の側壁に配置されるるつぼと、を備え、
前記るつぼは、その中に供給材料が配置される凹部空洞を有するターゲットホルダを備える、傍熱型陰極イオン源。

【請求項7】

前記第１の側壁に配置される電極をさらに備え、
電圧は、前記アークチャンバの前記複数の導電性側壁に印加される電圧に対して、前記電極に印加される、請求項６に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項8】

前記るつぼに配置される供給材料をさらに備え、
前記アークチャンバは、重力が前記供給材料を前記るつぼに保持するように、配向される、請求項６に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項9】

前記るつぼは、供給材料が配置されて加熱される凹部空洞を有する加熱るつぼを備える、請求項６に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項10】

前記供給材料を加熱するためにフィラメントが使用される、請求項９に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項11】

前記第２の側壁に配置される第２のるつぼをさらに備える、請求項６に記載の傍熱型陰極イオン源。

【請求項12】

プラズマが生成される複数の壁を有するアークチャンバと、
供給材料を保持するために、前記複数の壁の１つに配置されたるつぼと、を備え、
前記アークチャンバは、重力が前記供給材料を前記るつぼに保持するように、配向されて、
前記るつぼは、その中に供給材料が配置される凹部空洞を有するターゲットホルダを備え、
前記るつぼの上面は、前記複数の壁の１つと面一である、イオン源。

【請求項13】

前記るつぼは、前記供給材料が配置されて加熱される凹部空洞を有する加熱るつぼを備える、請求項１２に記載のイオン源。

【請求項14】

前記供給材料を加熱するためにフィラメントが使用される、請求項１３に記載のイオン源。

【請求項15】

前記プラズマは、傍熱型陰極またはＲＦイオン源を用いて生成される、請求項１２に記載のイオン源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、イオン源に関し、より詳細には、固体供給材料用のるつぼを備えるイオン源に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体処理装置で使用されるイオンを生成するために、様々なタイプのイオン源が使用され得る。例えば、傍熱型陰極（ＩＨＣ）イオン源は、陰極の後方に配置されたフィラメントに電流を供給することによって動作する。フィラメントは熱電子を放出し、それが陰極に向かって加速されて陰極を加熱し、次に、陰極に電子をイオン源のアークチャンバに放出させる。陰極は、アークチャンバの一端部に配置される。反射電極は、典型的には陰極の反対側のアークチャンバの端部に配置される。陰極および反射電極は、電子を反発させ、アークチャンバの中心に向けて戻すように、バイアスをかけることができる。いくつかの実施形態において、電子をアークチャンバ内にさらに閉じ込めるために、磁場が使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

特定の実施形態において、電極は、また、アークチャンバの１つ以上の側壁に配置される。これらの電極は、イオンおよび電子の位置を制御するように正または負にバイアスされ、アークチャンバの中心付近のイオン密度を増加させ得る。抽出開口部は、アークチャンバの中心に近接して、別の側面に沿って配置され、イオンはこの開口部を通って抽出され得る。

【0004】

特定の実施形態において、ドーパント種として固体形態である供給材料を利用することが望ましい場合がある。しかし、ＩＨＣイオン源で固体供給材料を使用することに関連する問題がある。例えば、イオン源で使用される気化器は、１２００℃を超える温度で操作することが困難である。また、気化器とアークチャンバとを接続するチューブの熱遮蔽および凝縮の問題があり得る。多くの固体の蒸気圧が１２００℃では低すぎるため、これらの問題によって気化器でそれらの固体を使用できない場合がある。

【0005】

したがって、これらの制限なしに固体供給材料と共に使用できるイオン源は有益であろう。また、イオン源が固体供給材料によって汚染されないならば利点となり得る。

【課題を解決するための手段】

【0006】

るつぼを備えるイオン源が開示される。いくつかの実施形態において、るつぼは陰極の反対側のイオン源の端部の１つに配置される。他の実施形態において、るつぼは側壁の１つに配置される。固体形態であってよい供給材料は、るつぼ内に配置される。特定の実施形態において、供給材料はプラズマ中のイオンおよび電子によってスパッタされる。他の実施形態において、供給材料は気化するように加熱される。イオン源は、重力が供給材料をるつぼに保持するように、るつぼが最も低い壁に配置されるように配向されてよい。

【0007】

一実施形態によれば、傍熱型陰極（ＩＨＣ）イオン源が開示される。ＩＨＣイオン源は、アークチャンバの第１の端部と第２の端部とを接続する複数の導電性側壁を備えるアークチャンバと、アークチャンバの第１の端部に配置される傍熱型陰極と、アークチャンバの第２の端部に配置されるるつぼと、を備える。特定の実施形態において、イオン源は、複数の導電性側壁の１つに配置される電極を備え、電圧は、アークチャンバの複数の導電性側壁に印加される電圧に対して、電極に印加される。いくつかの実施形態において、供給材料がるつぼ内に配置され、アークチャンバは、重力が供給材料をるつぼに保持するように、配向される。特定の実施形態において、るつぼは、その中に供給材料が配置される凹部空洞を有するターゲットホルダを備える。特定の実施形態において、るつぼは、供給材料が配置されて加熱される凹部空洞を有する加熱るつぼを備える。いくつかの実施形態において、小さな開口部を有するカバーが、凹部空洞の上部に配置される。特定の実施形態において、供給材料を加熱するためにフィラメントが使用される。

【0008】

別の実施形態によれば、傍熱型陰極（ＩＨＣ）イオン源が開示される。ＩＨＣイオン源は、アークチャンバの第１の端部と第２の端部とを接続する複数の導電性側壁を備えるアークチャンバと、アークチャンバの第１の端部に配置される傍熱型陰極と、第１の側壁の反対側の第２の側壁に配置されるるつぼと、を備える。特定の実施形態において、イオン源は、第１の側壁に配置される電極を備え、電圧は、アークチャンバの複数の導電性側壁に印加される電圧に対して、電極に印加される。いくつかの実施形態において、供給材料がるつぼ内に配置され、アークチャンバは、重力が供給材料をるつぼに保持するように、配向される。特定の実施形態において、るつぼは、その中に供給材料が配置される凹部空洞を有するターゲットホルダを備える。特定の実施形態において、るつぼは、供給材料が配置されて加熱される凹部空洞を有する加熱るつぼを備える。いくつかの実施形態において、小さな開口部を有するカバーが、凹部空洞の上部に配置される。特定の実施形態において、供給材料を加熱するためにフィラメントが使用される。特定の実施形態において、第２のるつぼが第２の側壁に配置される。

【0009】

別の実施形態によれば、イオン源が開示される。イオン源は、プラズマが生成される複数の壁を有するアークチャンバと、供給材料を保持するために、複数の壁の１つに配置されたるつぼと、を備え、アークチャンバは、重力が供給材料をるつぼに保持するように、配向される。特定の実施形態において、るつぼは、その中に供給材料が配置される凹部空洞を有するターゲットホルダを備える。特定の実施形態において、るつぼは、供給材料が配置されて加熱される凹部空洞を有する加熱るつぼを備える。いくつかの実施形態において、供給材料を加熱するためにフィラメントが使用される。特定の実施形態において、プラズマは、ＲＦイオン源の傍熱型陰極を用いて生成される。

【0010】

本開示のより良い理解のために、参照により本明細書に組み込まれる添付図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態による、るつぼを備える傍熱型陰極（ＩＨＣ）イオン源である。

【図2】一実施形態によるるつぼである。

【図3】別の実施形態によるるつぼである。

【図4】別の実施形態によるるつぼを備える傍熱型陰極（ＩＨＣ）イオン源である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

上述のように、気化器は、凝縮と低い蒸気圧のために、非常に高い温度で問題となる場合がある。

【0013】

図１は、これらの問題を克服するるつぼを備えるＩＨＣイオン源１０を示す。ＩＨＣイオン源１０は、２つの向かい合った端部、および、これらの端部に接続する側壁１０１を備えるアークチャンバ１００を含む。アークチャンバ１００は、また、底部の壁および頂部の壁を含む。アークチャンバ１００の壁は導電性材料で構成されてよく、互いに電気的に連通してよい。陰極１１０は、アークチャンバ１００の第１の端部１０４において、アークチャンバ１００内に配置される。フィラメント１６０は陰極１１０の後方に配置される。フィラメント１６０は、フィラメント電源１６５と連通している。フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０が熱電子を放出するように、電流をフィラメント１６０に流すように構成される。陰極バイアス電源１１５は、フィラメント１６０を陰極１１０に対して負にバイアスするため、これらの熱電子は、フィラメント１６０から陰極１１０に向かって加速されて、熱電子が陰極１１０の背面に当たると陰極１１０を加熱する。陰極バイアス電源１１５は、例えば、陰極１１０の電圧より例えば２００Ｖから１５００Ｖ負である電圧であるように、フィラメント１６０をバイアスしてよい。そのため、陰極１１０は、その前面で熱電子をアークチャンバ１００内に放出する。

【0014】

このように、フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０に電流を供給する。陰極バイアス電源１１５は、フィラメント１６０をバイアスして、陰極１１０よりも負になるようにし、その結果、電子がフィラメント１６０から陰極１１０に引き付けられる。特定の実施形態において、陰極１１０は、バイアス電源１１１などによって、アークチャンバ１００に対してバイアスされ得る。他の実施形態において、陰極１１０は、アークチャンバ１００の側壁と同じ電圧になるように、アークチャンバ１００と電気的に接続され得る。これらの実施形態において、バイアス電源１１１は使用されなくてよく、陰極１１０は電気的にアークチャンバ１００の側壁と接続されてよい。特定の実施形態において、アークチャンバ１００はアースに接続されてよい。

【0015】

本実施形態において、るつぼ１２０は、アークチャンバ１００において陰極１１０の反対側にある第２の端部１０５に配置される。るつぼ１２０は、導電性材料から作られ、アークチャンバ１００の側壁に電気的に接続されてよい。

【0016】

特定の実施形態において、磁場１９０はアークチャンバ１００内で生成される。この磁場は、一方向に沿って電子を閉じ込めることを目的としている。磁場１９０は、典型的には、第１の端部１０４から第２の端部１０５まで側壁１０１に平行に及ぶ。例えば、電子は、陰極１１０からるつぼ１２０への方向（すなわち、ｙ方向）に平行な列に閉じ込められ得る。したがって、電子は、ｙ方向に動かすためのどんな電磁力も受けない。しかし、他の方向への電子の動きは、電磁力を受け得る。

【0017】

図１に示す実施形態において、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂは、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂがアークチャンバ１００内にあるように、アークチャンバ１００のそれぞれの対向する側壁１０１に配置され得る。第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂは、側壁１０１から電気的に絶縁されるように構成され得る。第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂは、それぞれの電源によってそれぞれバイアスされ得る。特定の実施形態において、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂは、共通の電源と連通していてよい。しかし、他の実施形態において、ＩＨＣイオン源１０の出力を最大限に調整する柔軟性および能力を可能にするために、第１の電極１３０ａは第１の電極電源１３５ａと連通していてよいし、第２の電極１３０ｂは第２の電極電源１３５ｂと連通していてよい。

【0018】

第１の電極電源１３５ａおよび第２の電極電源１３５ｂは、それぞれ、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂを、アークチャンバ１００の側壁に対してバイアスするように機能する。特定の実施形態において、第１の電極電源１３５ａおよび第２の電極電源１３５ｂは、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂを、アークチャンバ１００の側壁１０１に対して、正または負にバイアスし得る。特定の実施形態において、電極の少なくとも１つは、アークチャンバ１００の側壁１０１に対して、４０Ｖから５００Ｖの間でバイアスされ得る。

【0019】

陰極１１０、るつぼ１２０および電極のそれぞれは、金属またはグラファイトなどの導電性材料で作られる。

【0020】

頂部の壁１０３と呼ばれるアークチャンバ１００の別の側面に配置されるのは、抽出開口部１４０であり得る。図１に示すように、抽出開口部１４０は、ＸＹ平面に平行な（紙面に平行な）側面に配置される。さらに、ＩＨＣイオン源１０は、また、イオン化されるガスがアークチャンバ１００へ導入されるガス注入口１０６を備える。

【0021】

コントローラ１８０は、これらの電源によって供給される電圧または電流を変更できるように、１つ以上の電源と通信することができる。コントローラ１８０は、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、専用コントローラ、または、別の適切な処理装置などの処理装置を含み得る。コントローラ１８０は、また、半導体メモリ、磁気メモリ、または、別の適切なメモリなどの非一時的な記憶素子を含み得る。この非一時的な記憶素子は、コントローラ１８０に、本明細書において説明される機能を実行させることを可能にする命令および他のデータを含み得る。

【0022】

インジウム、アルミニウム、アンチモンまたはガリウムなどの供給材料１２５は、るつぼ１２０内に配置されてよい。供給材料１２５は、るつぼ１２０内に配置されるとき、固体の形態であってよい。しかし、特定の実施形態において、供給材料１２５は溶融して液体になり得る。したがって、特定の実施形態において、イオン源１０はるつぼ１２０が最も低い側面（すなわち、地面に最も近い側面）に位置するように構成され、その結果、溶融した供給材料がるつぼ１２０からアークチャンバ１００に流れずに、るつぼ１２０内に留まる。換言すれば、イオン源１０は、供給材料１２５が重力によってるつぼ１２０内に保持されるように配向される。

【0023】

動作中、フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０に電流を流し、これにより、フィラメント１６０が熱電子を放出する。これらの電子は、フィラメント１６０よりも正であり得る陰極１１０の背面に衝突し、陰極１１０を加熱させて、これにより、陰極１１０が電子をアークチャンバ１００内に放出する。これらの電子は、ガス注入口１０６を介してアークチャンバ１００内に供給されるガス分子と衝突する。アルゴンなどのキャリアガスまたはフッ素などのエッチングガスが、適切に配置されたガス注入口１０６を介して、アークチャンバ１００内に導入されてよい。陰極１１０からの電子、ガスおよび正電位の組み合わせがプラズマ１５０を生成する。プラズマ１５０は、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂによって生成された電場によって閉じ込められ、操作され得る。また、特定の実施形態において、電子および正イオンは、磁場１９０によっていくらか閉じ込められ得る。特定の実施形態において、プラズマ１５０は、抽出開口部１４０に近接して、アークチャンバ１００の中心付近に閉じ込められる。いくつかの実施形態において、プラズマ１５０は、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂに印加される電圧の平均に近い電圧でバイアスされ得る。プラズマ１５０による化学エッチングまたはスパッタリングは、供給材料１２５を気相に変化させて、イオン化を引き起こす。そして、イオン化された供給材料は、抽出開口部１４０を介して抽出されて、イオンビームを準備するために使用され得る。

【0024】

特定の実施形態において、陰極１１０の電圧は、プラズマ１５０の電圧よりも正ではない。例えば、一実施形態において、陰極１１０は、アークチャンバ１００の側壁と同じ電圧であり得る。第１の電極１３０ａは１５０Ｖでバイアスされ得る。一方、第２の電極１３０ｂは０Ｖまたは２０Ｖでバイアスされ得る。したがって、陰極１１０によって生成された電子は、プラズマ１５０に向かって引き付けられる。いくつかの実施形態において、これらの放出された電子または他の粒子は、また、供給材料１２５に衝突し、供給材料１２５をスパッタさせ得る。

【0025】

プラズマ１５０はるつぼ１２０よりも正の電圧に維持されるので、供給材料１２５からスパッタされた、または、他の方法で放出された負イオンおよび中性原子は、プラズマ１５０に向かって引き付けられる。

【0026】

図１は２つの電極を示しているが、いくつかの実施形態において、第２の電極１３０ｂおよびそれに関連する第２の電極電源１３５ｂのような、これらの電極の１つは省略できることを理解されたい。別の実施形態において、第２の電極１３０ｂは、アークチャンバ１００内に配置されるが、アークチャンバ１００の側壁１０１と電気的に接続される。このように、本実施形態において、第２の電極電源１３５ｂは省略され得る。

【0027】

図２は、るつぼの第１の実施形態を示す。本実施形態において、るつぼはターゲットホルダ２００を備える。ターゲットホルダ２００は、凹部空洞２１０を備え、その中に供給材料を配置することができる。凹部空洞２１０は、ターゲットホルダ２００がアークチャンバ１００に取り付けられたときにアークチャンバ１００の内部と連通している上面２０１に配置される。ターゲットホルダ２００は、グラファイト、タングステンまたはタンタルのような導電性材料で作られる。また、ターゲットホルダ２００は、アークチャンバ１００の側壁１０１に電気的および機械的に接続される。

【0028】

図２のターゲットホルダ２００がアークチャンバ１００と共に使用される場合に、供給材料１２５は、プラズマ１５０内の電子およびイオンによって駆動されるスパッタリングまたは化学エッチングの作用によってアークチャンバ１００内に移送される。供給材料１２５に加えられる電気バイアスまたは熱の他の発生源はない。

【0029】

図３は、るつぼの第２の実施形態を示す。本実施形態において、るつぼは加熱るつぼ３００である。加熱るつぼ３００は、第１の表面３１０に凹部空洞３０２を有するターゲットボディ３０１を備える。凹部空洞３０２は、供給材料１２５を保持するために使用される。ターゲットボディ３０１は、グラファイト、タングステンまたはタンタルのような導電性材料とすることができる。

【0030】

ターゲットフィラメント３０４は、典型的には第１の表面３１０の反対側の第２の表面３２０にある第２の空洞３１５内に配置される。ターゲットフィラメント３０４は、ターゲットフィラメント電源３０３と連通している。ターゲットフィラメント電源３０３は、ターゲットフィラメント３０４に電流を流すように構成されて、ターゲットフィラメント３０４が熱電子を放出するようにする。ターゲットバイアス電源３０５は、ターゲットフィラメント３０４をターゲットボディ３０１に対して負にバイアスするので、これらの熱電子は、ターゲットフィラメント３０４からターゲットボディ３０１に向かって加速され、ターゲットボディ３０１の第２の空洞３１５の内面に当たったときにターゲットボディ３０１を加熱する。ターゲットバイアス電源３０５は、ターゲットボディ３０１の電圧より例えば２００Ｖから１５００Ｖ負である電圧であるように、ターゲットフィラメント３０４をバイアスしてよい。ターゲットボディ３０１は、供給材料が気化するような温度に加熱されてよい。特定の実施形態において、ターゲットバイアス電源３０５によって印加される電圧は、ターゲットボディ３０１の温度を制御するように調整可能であり得る。

【0031】

このように、ターゲットフィラメント電源３０３は、ターゲットフィラメント３０４に電流を供給する。ターゲットバイアス電源３０５は、ターゲットフィラメント３０４をバイアスして、ターゲットボディ３０１よりも負になるようにし、その結果、電子がターゲットフィラメント３０４からターゲットボディ３０１に引き付けられる。特定の実施形態において、ターゲットボディ３０１は、アークチャンバ１００の側壁と同じ電圧になるように、アークチャンバ１００に電気的に接続され得る。電子はターゲットボディ３０１を加熱し、ターゲットボディ３０１がプラズマを生成するのに十分な蒸気圧に達するまで供給材料１２５を加熱する。加熱るつぼ３００は、高温で固体を直接気化させるために使用され得る。これは、キャリアガスが望ましくない場合、または、適切なキャリアガスが利用できない場合に利用し得る。

【0032】

図３に示す加熱るつぼ３００はスパッタリングに依存しない。したがって、供給材料１２５をプラズマ１５０から隔離するために、小さな開口部３０７を備えるカバー３０６が、凹部空洞３０２の上に配置され得る。特定の実施形態において、開口部は、加熱るつぼ３００からの供給材料１２５の急速な枯渇を回避するような寸法で形成され得る。特定の実施形態において、開口部の寸法は、るつぼの最大内部寸法の２５％未満であってよい。カバー３０６は、ターゲットボディ３０１と同じ材料で構成されてよいし、ターゲットボディ３０１に使用される材料に関係なくグラファイトであってよい。カバー３０６の使用は、加熱るつぼ３００が使用されない場合に、供給材料１２５によるプラズマ１５０の汚染を低減する。したがって、イオン源１０は、１つの供給材料のみの専用でなく、依然として複数の供給材料に使用され得る。

【0033】

また、ターゲットボディ３０１は、ターゲットフィラメント３０４に対してバイアスされるが、ターゲットボディ３０１は、イオン源１０の壁に対してバイアスされない。供給材料１２５に加えられる電気バイアスの他の発生源はない。

【0034】

図１のイオン源１０は、図２のターゲットホルダ２００または図３の加熱るつぼ３００と共に利用されてよい。両方の実施形態において、図１に示すように、重力がるつぼ内に供給材料を保持するように、るつぼが側面に取り付けられることが好ましい。特定の実施形態において、図１に示すように、ターゲットホルダ２００の上面は、第２の端部１０５と面一であってよい。他の実施形態において、ターゲットホルダ２００は、単に第２の端部１０５に載っていてよい。同様に、特定の実施形態において、加熱るつぼ３００の上面は、第２の端部１０５と面一であってよい。他の実施形態において、加熱るつぼ３００は、単に第２の端部１０５に載っていてよい。

【0035】

本実施形態において、るつぼ１２０は、従来、反射電極が設置されるアークチャンバ１００の端部に配置されることに留意されたい。また、本実施形態において、反射電極は使用されない。

【0036】

１つの試験の間、図２のターゲットホルダ２００は、インジウムを含むイオンビームを生成するために使用された。固体のインジウムがターゲットホルダ２００に配置され、イオン源１０が作動された。インジウムは溶融したが、イオン源１０を汚染しなかった。換言すれば、液体のインジウムがるつぼ１２０内に残る。第２の試験の間、図２のターゲットホルダ２００は、アルミニウムの供給材料を保持するように形成された。この場合も、アルミニウムは溶融したが、イオン源１０を汚染しなかった。

【0037】

図１は、陰極１１０がアークチャンバ１００に電気的に接続され、第１の電極１３０ａおよび第２の電極１３０ｂが、それぞれ第１の電極電源１３５ａおよび第２の電極電源１３５ｂを用いて、アークチャンバ１００に対して個別にバイアスされる、ＩＨＣイオン源１０の実施形態を示す。図４は、別の実施形態によるＩＨＣイオン源１１を示す。同様の構成要素には同じ参照記号が与えられている。本実施形態において、ＩＨＣイオン源１１は、アークチャンバ１００に電気的に接続された陰極１１０を有する。しかし、アークチャンバ１００の側壁１０１に対して陰極１１０をバイアスするために、バイアス電源１１１が使用され得ることが理解される。また、第２の電極１３０ｂは除去されている。磁場１９０を使用することもできる。

【0038】

本実施形態において、第１の電極１３０ａのみがアークチャンバ１００に対してバイアスされる。第１の電極１３０ａは、第１の電極電源１３５ａを用いて、アークチャンバ１００に対して４０Ｖから５００Ｖ正にバイアスされ得る。また、アークチャンバ１００は、側壁１０１の１つが地面に最も近くなるように回転されている。具体的には、第１の電極１３０ａの反対側の側壁が地面に最も近い。

【0039】

本実施形態において、るつぼ１２０は、第１の電極１３０ａの反対側の側壁に配置される。また、特定の実施形態において、この側壁は、図４に示すように、複数のるつぼ１２０を支持するのに十分な長さであり得る。例えば、この側壁に沿って２つ以上のるつぼ１２０を設置することができる。図２および図３に示するつぼのいずれかが、本実施形態において、使用され得る。特定の実施形態において、図４に示すように、ターゲットホルダ２００の上面は、側壁１０１と面一であってよい。他の実施形態において、ターゲットホルダ２００は、単に側壁１０１に載っていてよい。同様に、特定の実施形態において、加熱るつぼ３００の上面は、側壁１０１と面一であってよい。他の実施形態において、加熱るつぼ３００は、単に側壁１０１に載っていてよい。

【0040】

図２のターゲットホルダ２００が複数使用される場合に、汚染を防止するため、全てのターゲットホルダ２００が同じ供給材料を含むことが好ましい場合がある。複数のターゲットホルダ２００を使用することによって、プラズマ１５０中の固体材料の濃度を増加させることができる。したがって、複数のるつぼを使用することによって、所望するイオンのより高いビーム電流を可能にすることができる。

【0041】

図３の加熱るつぼ３００が複数使用される場合に、加熱るつぼ３００のそれぞれに異なる供給材料を配置することが可能である。例えば、２つの加熱るつぼ３００は、異なる供給材料で満たされ得る。第１の供給材料が使用されるとき、第１の加熱るつぼ３００のターゲットフィラメント３０４が作動され、一方、第２の加熱るつぼのターゲットフィラメント３０４は無効にされる。このようにして、第１の加熱るつぼからの気体はアークチャンバ１００に入ることができるが、第２の加熱るつぼからの供給材料はアークチャンバ１００に入らない。その後、ＩＨＣイオン源１１は、第２の加熱るつぼ内のターゲットフィラメント３０４を作動させ、第１の加熱るつぼ内のターゲットフィラメントを無効にすることによって、第２の加熱るつぼ３００からの供給材料を用いてイオンビームを生成してよい。

【0042】

図１および図４は、るつぼ１２０が、陰極１１０が配置される側面および第１の電極１３０ａが配置される側面とは異なるアークチャンバ１００の側面に配置され得ることを示す特定の実施形態を示す。

【0043】

上述の開示は、傍熱型陰極イオン源とともにあるるつぼの使用を説明しているが、本開示はこの実施形態に限定されないことが理解される。イオン源は、ＲＦイオン源、ベルナスイオン源または他の任意のタイプなどの任意のタイプのイオン源であり得る。

【0044】

また、特定の実施形態において、図４に示す実施形態は、反射電極と組み合わせて使用されてよい。特定の実施形態において、図４の陰極は、アークチャンバの側壁に対して正にバイアスされ得る。特定の一実施形態において、陰極はバイアス電源１１１を用いて側壁に対してバイアスされており、反射電極がある。本実施形態において、第１の電極１３０ａおよび第１の電極電源１３５ａは省略されてよい。

【0045】

本願において上述した実施形態は、多くの利点を有し得る。第１に、本システムは、従来技術に関連する問題なしに、固体供給材料をドーパント材料として使用可能にする。第２に、地面に最も近い壁にるつぼを配置することによって、液体形態であっても、供給材料はるつぼ内に保持される。このようにして、イオン源は、液体形態の供給材料によって汚染またはダメージを受けない。第３に、このるつぼを使用すると、イオンビーム中のドーパントの濃度は、従来の気化器と比べて、はるかに高くなり得る。１つの実験において、イオンビームのドーパント濃度は、従来の気化器と比べて２倍以上であった。また、特定の実施形態において、複数のるつぼを１つのアークチャンバ内に配置することができる。これにより、高濃度の供給材料をイオン化することができる。他の実施形態において、これにより、るつぼを交換する必要なしに、１つのアークチャンバで異なる供給材料を使用することができる。

【0046】

本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態および変更は、上述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本開示の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本開示は、特定の環境における特定の目的のための特定の実装の文脈にて本明細書中で説明したけれども、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでないことを認識するであろう。本開示の実施形態は任意の数の環境における任意の数の目的のために有益に実装し得る。従って、以下に記載する特許請求の範囲は本明細書に記載された本開示の全範囲および精神に鑑みて解釈しなければならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】