CN103069537A - 溅镀标靶馈入系统 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括电弧室外壳(2O3)及馈入系统(210)。电弧室外壳定义电弧室(204)。馈入系统经组态以馈入溅镀标靶(212)至电弧室。一种方法，包括馈入溅镀标靶至电弧室以及离子化溅镀标靶的一部分，其中电弧室藉由电弧室外壳定义。

Description

溅镀标靶馈入系统
技术领域
本发明涉及溅镀标靶，尤其涉及一种用于溅镀标靶的馈入系统。
背景技术
溅镀标靶(sputter target)是一种可设置在用于溅镀标靶的溅镀的电弧室(arc chamber)内的固体材料。溅镀是一种能量粒子与溅镀标靶碰撞而使溅镀标靶的粒子离开溅镀标靶的制程。溅镀标靶可用于不同用途下的不同的构件及工具。一种所述构件为用于束线离子植入器(beam lineion imlanter)的离子源。其它使用溅镀标靶的工具包括沉积工具，诸如物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工具，但不限于此。
束线离子植入器用的离子源包含定义电弧室的电弧室外壳，电弧室外壳也具有萃取孔隙(extraction aperture)，定义明确的离子束通过萃取孔隙而被萃取。离子束通过束线离子植入器的束线且被传送至工件。要求离子源针对各种不同的离子物种产生稳定的、定义明确的及均匀的离子束。希望也可以在生产设备中长时间操作离子源，而没有保养或维修的要求。
常见的具有溅镀标靶的离子源会把溅镀标靶的固体材料完全地置放于离子源的电弧室中。在操作中，可提供溅镀气体到电弧室。溅镀气体可以是例如氩(Ar)、氙(Xe)或氪(Kr)等惰性气体，或是例如氯(Cl)、三氟化硼(BF3)等反应性气体。电弧室中的溅镀气体可藉由从电子源发射的电子而被离子化以形成电浆。电子可藉由金属丝线(filament)、阴极(cathode)或任何其他电子源所提供。电浆接着溅镀蚀刻来自溅镀标靶的材料，再经由在电浆中的电子而被离子化。离子接着经由萃取孔隙被萃取成定义明确的离子束。
一个缺点是离子源的操作寿命时间或其他工具会被完全地置放于电弧室中的溅镀标靶材料的数量所限制。电弧室具有有限的尺寸，并且能配合在电弧室中的溅镀标靶材料的数量必须有所限制。另一缺点是溅镀标靶是不动的，且当需要更换溅镀标靶时会有耗损图样(wear pattern)的倾向。就其本身而论，倾向在未完全被消耗之前更换不动的溅镀标靶。再一缺点是关于束线离子植入器用的离子源，常见的溅镀标靶离子源不能在不同的非溅镀模式下被操作，因此限制了操作的模式及光束物种。
于是，提供一种馈入系统来克服上述不足及缺点是需要的。
发明内容
根据本发明的第一观点，提供一种装置。此装置包含电弧室外壳及馈入系统。电弧室外壳定义电弧室。馈入系统经组态以馈入溅镀标靶至电弧室。
根据本发明的再一观点，提供一种方法。此方法包括馈入溅镀标靶至电弧室，以及蚀刻溅镀标靶的一部分。其中电弧室由电弧室外壳定义而成。
现在将参考如所伴随的附图所示的例示性实施例来更完整地描述本发明。然而，以下描述本发明的参考的实施例应被理解为本发明不限制于此所提出的实施例。本领域普通技术人员经由本技术应当理解额外的实现、修改、实施例及用于在其他领域的用途都将在本发明所描述的范畴内，并且本发明对于其会有重大的功效。
附图说明
为了更清楚理解本发明，伴随图示来做为参考，其中相同的元件以相同的标号来表示。
图1为离子植入器的简化系统方框图。
图2为符合本发明的一实施例的离子源的示意图。
图3为馈入速率对应磨损速率的标绘图。
图4为图2的离子源的剖视端面图，其面向图2的阴极。
图5为图2的离子源外壳的后壁的端面图。
图6为符合揭示的一实施例的离子源的另一实施例的剖视平面图。
图7为图6的后壁沿着图5的线7-7的端面图。
具体实施方式
在此，关于符合本发明的馈入系统将以其使用在束线离子植入器100的离子源中来详述。本领域普通技术人员将理解馈入系统可用于任何数量的目的在任何数量的环境中有利地执行，包括沉积工具(例如物理气相沉积(PVD)或是化学气相沉积(CVD)工具)，但其并不限于此。
参照图1，显示离子植入器100的简化系统方框图。离子植入器100包含符合本发明的一实施例的离子源102、束线构件(beam linecomponents)104以及支撑一个或多个工件(诸如工件110)的终端站106。离子源102产生离子束105，经由束线构件104将离子束105引导至工件110。
束线构件104可包含本领域普通技术人员所熟知的构件，以控制并导引离子束105朝向工件110。所述束线构件104的一些实例包含质量分析磁铁(mass analyzing magnet)、解析孔隙(resolving aperture)、离子束加速管(ion beam acceleration column)和/或离子束减速管(ion beamdeceleration column)、能量滤波器(energy filter)以及视准校正器磁铁(collimator magnet)或平行化透镜(parallelizing lens)，但其并不限于此。本领域普通技术人员将理解可以在离子植入器100中利用替代的和/或额外的束线构件104。
终端站106在离子束105的路径中支撑一个或多个工件(例如工件110)，因而使期望物种的离子撞击工件110。举例来说，工件110可以是半导体晶圆(semiconductor wafer)、太阳能电池(solar cell)、磁性媒介(magnetic medias)或其他用于材料改性(material modification)而接收离子处理的目标物。终端站106可包含平台112，以支撑工件110。平台112可使用静电力而牢固工件110。终端站106也可包含扫描器(scanner)(未显示)，以在期望的方向中移动工件110。
终端站106也可包含本领域普通技术人员所熟知的额外的构件。举例来说，终端站106典型地包含自动化工件输送设备(automatedworkpiece handling equipment)，以将工件传入离子植入器100中，且在离子处理之后用于移除工件。本领域普通技术人员将了解在离子处理期间，净空离子束横越的整个路径。离子植入器100也可具有控制器(controller)(图1中未显示)，以控制各种的子系统及离子植入器100的构件。
参照图2，显示符合本发明的一实施例的离子源102的概要剖面图。为了简化描述，一些不需要在本发明所要理解的离子源102的构件将不说明。离子源102包含定义电弧室204的电弧室外壳203。电弧室外壳203亦包含面板(face plate)256、与面板256相对设置的后壁257及侧壁253。面板256进一步地定义，定义明确的离子束105经由萃取孔隙215被萃取。
离子源102亦包括馈入系统210，其经组态以馈入溅镀标靶212至电弧室204。盖体262可以是在开启位置中，以暴露在后壁257中的孔隙，溅镀标靶212通过此孔隙而可被馈入。馈入系统210可包含致动器(actuator)214，以驱动与溅镀标靶212耦接的转轴(shaft)216。致动器214可包含马达(motor)、齿轮轮系(gear train)、连动装置(linkages)等，以驱动转轴216。馈入系统210也可包含控制器218。控制器218可以是或包含一般用途电脑(general-purpose computer)或一般用途电脑的网路(network)，其可被编程(programmed)以执行所期望的输入/输出功能。控制器218也可包含其他电子电路(electronic circuitry)或构件，诸如特殊应用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)、其他硬线接线式(hardwired)或是可编程电子元件(programmableelectronic device)、离散元件电路(discrete element circuits)等。控制器218可提供信号至致动器214，并且从致动器214接收信号。控制器218也可以发出及接收来自其他构件(诸如感测器(sensor)及例如盖体262、电源供应器(power supplies)、束电流感测器(beam current sensors)等构件)的信号，以监控离子源、离子植入器及控制离子植入器的构件。
依照所期望的掺杂物种，溅镀标靶212可以是各种不同的固体材料。当期望的掺杂物种是硼(B)时，溅镀标靶212可以是含硼的固体材料，诸如硼合金(boron alloy)、硼化物(boride)或其混合物。当期望的掺杂物种是磷(P)时，溅镀标靶212可以是含磷的固体材料。依照固体材料的类型，溅镀标靶212可具有在400℃至3000℃之间的熔点。蒸气点也可依照固体材料的类型来改变。
离子源102也可包含设置于电弧室204内的阴极(cathode)224以及反射极(repeller)222。反射极222可以是电性绝缘的。阴极绝缘体(未显示)可以与阴极224对应设置，以电性且热性隔绝电弧室外壳203与阴极224。金属丝线250可以设置于电弧室204外且邻近于阴极224，以加热阴极224。支撑杆252可支撑阴极224及金属丝线250。气体源260可提供气体至电弧室204而用于离子化。
萃取电极总成(extraction electrode assembly)(未显示)设置于接近萃取孔隙215，用以定义明确的离子束105的萃取。也可提供一或多个电源供应器(未显示)，诸如金属丝线电源供应器(filament powersupply)与电弧电源供应器(arc power supply)。金属丝线电源供应器提供电流至金属丝线250而用于对其加热。电弧电源供应器提供偏压至电弧室外壳203。
在操作中，可以在第一溅镀模式中操作离子源102。在此模式中，将盖体262移动至开启位置，以暴露后壁257中的孔隙。盖体262可包含响应控制器218的驱动机构，以在开启及关闭位置之间移动。馈入系统210最初将溅镀标靶212的部分274置于电弧室204中，溅镀标靶212的其余部分276位于电弧室204外。气体源260可提供溅镀气体至电弧室204。溅镀气体可以是惰性气体(诸如氩(Ar)、氙(Xe)或氪(Kr)等)，或是反应性气体(诸如氯(Cl)、三氟化硼(BF3)等)。
金属丝线250藉由相连的电源供应器加热到热离子发射温度(thermionic emission temperatures)。来自金属丝线250的电子轰击阴极224，以藉此加热阴极224到热离子发射温度。由阴极224所发射的电子可被加速，且离子化来自气体源260的气体分子以产生电浆放电(plasma discharge)。反射极222施加负电荷，以排斥电子返回至电弧室204来产生额外的离子化碰撞。虽然在图2的实施例中藉由阴极224提供电子，本领域普通技术人员当理解其他形式的离子源(例如柏纳源(Bernas source)等)会具有不同的电子源。
不管任何电子源，在电弧室204中形成的电浆接着溅镀蚀刻来自溅镀标靶212的材料，且藉由在电浆中的电子来离子化。离子接着通过萃取孔隙215后被萃取成定义明确的离子束105。溅镀标靶212，且特别是在电弧室204中面对电浆的溅镀标靶的暴露面，因而作为在溅镀蚀刻时侵蚀的材料。
馈入系统210藉由馈入溅镀标靶212至电弧室204内而有助于补充溅镀标靶212。馈入系统210可允许溅镀标靶的手动机械式馈入控制或是经由控制器218的自动馈入控制。就自动控制来说，对应溅镀标靶212的侵蚀速率来选择用以驱动溅镀标靶212至电弧室204的经选择的馈入速率。
图3显示溅镀标靶212至电弧室204的经选择的馈入速率对溅镀标靶212的暴露部分的侵蚀速率的标绘图。一般来说，当侵蚀速率增加而馈入速率也跟着增加，反之亦然。侵蚀速率可能受到许多参数所影响。一种参数是挑选溅镀标靶212用的固体材料的类型。一些材料有比其他材料侵蚀较快的倾向。不同的熔点以及蒸气点也影响侵蚀速率。另一种参数为离子束105的束电流。一般来说，在其他所有参数条件相等下，相对于较小的束电流，较大的束电流会产生较快的侵蚀效率。不同的感测器(诸如在本领域中熟知的法拉第杯(Faraday cups))可以提供回馈信号给控制器218，以代表离子束105的实际束电流。又另一种可能影响侵蚀速率的参数为由气体源260提供到电弧室204的气体类型。控制器218可分析这些与或许其他参数，以选择用以馈入溅镀标靶212至电弧室204中期望的馈入速率。
馈入系统210可进一步地经组态以固定地将溅镀标靶212耦接到转轴216。在一实施例中，转轴216可以为藉由致动器214驱动的旋转转轴。因此，转轴与溅镀标靶212可绕着轴217旋转。当溅镀标靶212设置在电弧室204中且不被进一步地驱动至电弧室204内时，溅镀标靶212可旋转。另外，当溅镀标靶212在箭头278的方向中直线地驱动进入电弧室204时，馈入系统210可进一步地经组态以旋转溅镀标靶212。溅镀标靶212绕着轴217的旋转倾向助于更均匀地耗损溅镀标靶暴露在电浆的表面。
参照图4，显示沿着电弧室204面向阴极224的纵轴的剖视图。从如图2类似的观点，显示溅镀标靶212靠近电弧室204。在电弧室204中的电浆403倾向在阴极224及反射极222之间具有圆柱形的形状。溅镀标靶212倾向在近似电浆403的形状的图样中耗损或侵蚀。因此，若是溅镀标靶212没有旋转且电浆403在阴极224及反射极222之间具有此圆柱形的形状，溅镀标靶212可显现出耗损图样410。较佳地，若是溅镀标靶212绕着轴217旋转，溅镀标靶212将会更均匀地耗损，且能显现出耗损图样408。在相对均匀的模式中侵蚀溅镀标靶212的暴露部分可改善离子源的稳定度与增加从离子源萃取的离子束的束电流准位(beam current levels)。
就图2的实施例而言，也可在非溅镀模式(non-sputtering mode)中或是间接加热阴极模式(indirectly heated cathode mode)中操作离子源102。在间接加热阴极模式中，馈入系统210可完全地从电弧室204撤回溅镀标靶212，且将盖体262设置在关闭位置中以堵住在后壁257中相关的孔隙。藉由气体源260提供的掺杂气体并且以从阴极发射出的电子将其离子化，而后可如同常见的间接加热阴极(IHC)源来操作离子源102。因此，离子源102可以是多重模式类型的离子源，其能在溅镀及非溅镀的两种模式下操作。
图5是离子源102的后壁257的一实施例的示意图，离子源102具有可在开启位置262’与关闭位置262”之间移动的盖体262。在开启位置262’中，盖体262以轴点504为轴来旋转，以暴露在离子源102的后壁257中的孔隙502。馈入系统210接着可驱动溅镀标靶212穿过孔隙502进入至电弧室204。依照溅镀标靶212的剖面形状，孔隙可以是各种不同的形状。在图5的实施例中，孔隙502具有圆形形状，以接受圆柱状的溅镀标靶212。这些形状也促进溅镀标靶212的旋转。
参照图6，显示离子源602的另一实施例的剖视平面图。图7为电弧室外壳203的后壁257沿着图6的线7-7的端面图。相同的元件是用相同的标号来表示，且为了清楚因此任何重复叙述在此省略。相较于图2的实施例，图6及图7的实施例包含两个溅镀标靶，或是一个第一溅镀标靶612与一个第二溅镀标靶613。在图6所显示的位置中，从电弧室204移出第一溅镀标靶612，且盖体662是在关闭位置以覆盖如在图7中更清楚显示的孔隙702。第二溅镀标靶613具有设置于电弧室204中的用以溅镀的一部分。
馈入系统610包括第一旋转转轴616与第二旋转转轴617，第一旋转转轴616耦接于第一溅镀标靶612，第二旋转转轴617耦接于第二溅镀标靶613。转轴616与617可包括螺纹623、624，其啮合于驱动机构630。驱动机构630可以是旋转的驱动，以驱动转轴，且因此当分别绕着第一轴648与第二轴650旋转第一溅镀标靶612与第二溅镀标靶613时，溅镀标靶612与613直线地进及出至电弧室204。
经由耦接于旋转转轴616的旋转接点642与导电转轴材料，电源供应器640可以电性耦接于第一溅镀标612。旋转接点642可以不同的导电材料所制成。电源供应器640可提供偏压信号至第一溅镀标612，藉由增加大量与吸引至第一溅镀标612的粒子的强度(其可增加离子束105的束电流)，以增加材料的溅镀速率。虽然在图6中未显示，相同的偏压方案也可应用在第二溅镀标613。
在操作中，可以多种模式的一种来操作离子源602。在第一溅镀模式中，第一盖体662可在开启位置，且馈入系统610经组态以穿过后壁257中的第一孔隙702而馈入第一溅镀标靶612。当第二溅镀标靶613完全地位在电弧室204外时，第二盖体(未显示)可在关闭位置以覆盖第二孔隙703。在第二溅镀模式中，当完全地移除第一溅镀标靶612且第一盖体662在关闭位置时(如图6中显示)，可以反向操作溅镀标靶，使得第二溅镀标靶613被馈入至电弧室204。在另一种操作模式中，第一溅镀标靶612与第二溅镀标靶613两者可用同样的固体材料制成，并且同时馈入至电弧室204。在另一种操作模式中，可完全地从电弧室204移除第一溅镀标靶612与第二溅镀标靶613两者，各自的盖体关闭，且可在间接加热阴极模式中操作离子源。
因此，提供一种馈入系统以馈入溅镀标靶至电弧室。在一实施例中，电弧室可以是束线离子植入器用的离子源的电弧室。相较于没有馈入系统而完全地位在电弧室中的溅镀标靶，馈入系统可增加操作寿命时间，且经侵蚀的溅镀标靶可以被持续地补充。藉由使用馈入系统，也可在电弧室中的电浆呈现溅镀用的经补充的区域与轮廓，且因此可提供经补充区域的轮廓控制。另外，对于束线离子植入器的离子源，相对于馈入气体至电弧室，也可提供溅镀标靶的溅镀，用于多种电荷物种的准位(level)与二聚体(dimer)状态的增加。举例来说，常见的离子源馈入掺杂气体(诸如三氟化硼(BF3))至电弧室，从溅镀含硼的溅镀标靶获得的期望的硼(B)物种通常比常见的离子源而导致更多的二倍电荷(B++)及三倍电荷(B+++)状态。当将一个或多个溅镀标靶插入以及从电弧室移除一个或多个溅镀标靶时，馈入系统藉由在不同的操作模式也容许灵活性(flexibility)。另外，对于束线离子植入器的离子源，许多不同类型的离子束(具有不同的物种、束电流等)都可以藉由相同的离子源提供。
在此藉由描述特定的实施例并非对本发明的范畴的限定。更确切地，除了那些在此的描述之外，本发明的其他各种实施例以及对本发明的改良，于此领域中普通技术人员藉由前述描述及所伴随的附图将为显而易见。因此，其他实施例及修改被认为落入本发明的范畴内。更者，虽然本文是针对特定的环境和特定的用途以特定的实施方式来描述本发明，然而于此技术领域具有通常知识可了解其有效地并非限于此，且本发明为了任何数量的目的可在任何数量的环境下有利地执行。因此，本发明的完整范围与精髓当视所附的权利要求所定义者为准。

Claims (17)

1.一种装置，包括：
电弧室外壳，定义电弧室；以及
馈入系统，经组态以馈入溅镀标靶至所述电弧室。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述馈入系统经组态以在经选择的的馈入速率下馈入所述溅镀标靶至所述电弧室，所述经选择的馈入速率对应所述溅镀标靶的侵蚀速率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述馈入系统经组态以馈入所述溅镀标靶的一部分至所述电弧室，而所述溅镀标靶的剩余部分位于所述电弧室外。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述馈入系统包括耦合于所述溅镀标靶的转轴，且其中所述转轴经组态以在经选择的馈入速率下驱动所述溅镀标靶的一部分至所述电弧室，所述经选择的馈入速率对应所述部分的侵蚀速率。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述转轴包括固定地耦合于所述溅镀标靶的旋转转轴，且其中在驱动所述溅镀标靶至所述电弧室时，所述馈入系统进一步地经组态以旋转所述溅镀标靶。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述馈入系统还包括耦合于所述旋转转轴的旋转接点，其中所述旋转接点提供电性接点，所述电性接点用于施加偏压于所述溅镀标靶的偏压信号。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述电弧室外壳包括第一孔隙及第一盖体，其中当正在第一溅镀模式操作所述离子源时，所述第一盖体在开启位置，且其中所述馈入系统经组态以馈入所述溅镀标靶通过所述第一孔隙至所述电弧室。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述电弧室外壳还包括第二孔隙及第二盖体，其中当正在第二溅镀模式操作所述离子源时，所述第二盖体在开启位置且所述第一盖体在关闭位置，且其中所述馈入系统经组态以馈入第二溅镀标靶通过所述第二孔隙至所述电弧室。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述溅镀标靶具有圆柱形形状，且所述第一孔隙具有圆形形状以接收所述圆柱形形状。
10.根据权利要求7所述的装置，还包括设置在所述电弧室一端的阴极与设置在所述电弧室相对端的反射极，其中所述馈入系统经组态以从所述电弧室移出所述溅镀标靶，且其中当正在间接加热阴极模式操作所述装置时，所述第一盖体在关闭位置。
11.一种方法，包括：
馈入溅镀标靶至电弧室，所述电弧室由电弧室外壳定义而成；以及
蚀刻来自所述溅镀标靶的粒子。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括离子化来自所述溅镀标靶的所述粒子。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括当离子化来自所述溅镀标靶的所述粒子时，将所述溅镀标靶的一部分置于所述电弧室内，以及将所述溅镀标靶的其余部分置于所述电弧室外。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括萃取来自萃取孔隙的离子束，所述萃取孔隙藉由所述电弧室外壳定义。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括在经选择的馈入速率下馈入所述溅镀标靶至所述电弧室，所述经选择的馈入速率对应于所述溅镀标靶的侵蚀速率。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括当馈入所述溅镀标靶至所述电弧室时，旋转所述溅镀标靶。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括施加偏压于所述溅镀标靶。
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