JP2023500912A - 固体ドーパント材料の安定性及び性能を高めるための挿入可能なターゲットホルダ - Google Patents

Abstract

固体ドーパント材料を保持するための挿入可能なターゲットホルダを備えたイオン源が開示される。挿入可能なターゲットホルダは、固体ドーパント材料が配置される中空内部を含む。ターゲットホルダは、第１の端部に多孔性表面を有しており、それを通じて固体ドーパント材料からの蒸気がアークチャンバに入ることができる。多孔性表面は、アークチャンバ内への液体又は溶融ドーパント材料の通過を抑制する。ターゲットホルダはまた、中空内部内のドーパント材料が消費されたときに、ドーパント材料を再充填できるように構築される。多孔性表面は、穿孔されたるつぼの一部、穿孔された保持キャップの一部、又は多孔性インサートでありうる。
【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、イオン源及びターゲットホルダに関し、より詳細には、固体ドーパント材料を保持するためのターゲットホルダに関する。

半導体処理装置で用いられるイオンを生成するために、さまざまなタイプのイオン源を使用することができる。例えば、間接的に加熱されるカソード（ＩＨＣ）イオン源は、カソードの後ろ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、これがカソードに向かって加速されて該カソードを加熱し、次にカソードがイオン源のアークチャンバ内に電子を放出する。カソードは、アークチャンバの一端に配置される。カソードとは反対側のアークチャンバの端にはリペラが配置されうる。カソード及びリペラは、電子をはじくようにバイアスされて、電子をアークチャンバの中心に戻るように方向づけることができる。幾つかの実施形態では、電子をアークチャンバ内にさらに閉じ込めるために、磁場が用いられる。アークチャンバの両端を接続するために、複数の側面が用いられる。

抽出開孔が、アークチャンバの中心に近接して、これらの側面の１つに沿って配置され、それを介してアークチャンバで生成されたイオンを抽出することができる。

ある特定の実施形態では、ドーパント種として固体形態の材料を利用することが望ましい場合がある。しかしながら、ＩＨＣイオン源とともに固体ドーパント材料を使用することに関して、問題が存在する。例えば、ＩＨＣイオン源の高温環境では、金属スパッタターゲットが溶融し、滴り落ち、概して、液体金属がアークチャンバ内を流れてプールされる際にアークチャンバを劣化及び破壊させる傾向がある。結果として、溶融温度が高いために、対象のドーパントを含むセラミックが、固体ドーパント材料として一般的に用いられる。しかしながら、これらのセラミック材料では、通常、対象のドーパントのビーム電流の生成量が少なくなる。金属スパッタターゲットが溶融時に滴り落ちたり変形したりすることなく、その形状を維持することができれば、ドーパントビーム電流の大幅な増加を実現することができる。

したがって、ある特定の金属など、融点が低い固体ドーパント材料とともに使用することができるターゲットホルダが有益であろう。さらには、イオン源が固体ドーパント材料によって汚染されなければ有利であろう。加えて、アークチャンバが固体材料なしに他のプロセスに利用することができれば有利であろう。

固体ドーパント材料を保持するための挿入可能なターゲットホルダを備えたイオン源が開示される。挿入可能なターゲットホルダは、固体ドーパント材料が配置される中空内部を含む。ターゲットホルダは、第１の端部に多孔性表面を有しており、それを通して、固体ドーパント材料からの蒸気がアークチャンバ内に入ることができる。多孔性表面は、アークチャンバへの液体又は溶融ドーパント材料の通過を抑制する。ターゲットホルダはまた、中空内部内のドーパント材料が消費されたときに、ドーパント材料を再充填できるように構築される。多孔性表面は、穿孔されたるつぼの一部、穿孔された保持キャップの一部、又は多孔性インサートでありうる。

一実施形態によれば、間接的に加熱されるカソードイオン源が開示される。イオン源は、複数の壁を含む、アークチャンバ；該アークチャンバ内に配置された、間接的に加熱されるカソード；及び、固体ドーパントを保持するためのターゲットホルダを含み、該ターゲットホルダは、固体ドーパントを保持するように適合された中空内部、第１の端部、及び第２の端部を有するるつぼを含み、第１の端部は、固体ドーパント材料からの蒸気が中空内部からアークチャンバへと多孔性表面を通って通過するように、多孔性表面を含む。幾つかの実施形態では、第２の端部は閉鎖される。ある特定のさらなる実施形態では、るつぼの内表面は、第１の端部の近くの内径が第２の端部の近くの内径より大きくなるように、第１の端部に向かって傾斜している。ある特定のさらなる実施形態では、イオン源は、多孔性インサート、並びに第１の端部に近接して配置され、かつるつぼに固定されて中空内部内に多孔性インサートを保持する保持キャップをさらに含み、該保持キャップは開放面を含み、多孔性インサートは多孔性表面として機能する。ある特定のさらなる実施形態では、イオン源は、第１の端部に近接して配置された、穿孔された保持キャップをさらに含み、該穿孔された保持キャップは、るつぼに固定されており、多孔性表面として機能する。ある特定の実施形態では、イオン源は、第２の端部の孔と、該第２の端部の孔内に挿入されるエンドプラグとを含む。ある特定のさらなる実施形態では、孔はねじ孔であり、エンドプラグの外表面は、エンドプラグが第２の端部にねじ込まれるようにねじ形成されている。ある特定のさらなる実施形態では、イオン源は、中空内部に配置された多孔性インサートをさらに含み、リップが第１の端部に配置されており、該リップがるつぼの中空内部に多孔性インサートを保持し、多孔性インサートは多孔性表面として機能するように中心軸に向かって突き出ている。ある特定のさらなる実施形態では、第１の端部は複数の開口部を含む閉鎖面を含んでおり、該閉鎖面は多孔性表面として機能する。幾つかの実施形態では、イオン源は、ターゲットホルダをアークチャンバの内外へと移動させるためのアクチュエータ；該アクチュエータに固定されたターゲットベースであって、その外表面がねじ形成されている、ターゲットベース；及び、ターゲットベースにねじ込まれる保持ファスナであって、ターゲットベースに対してるつぼを保持する保持ファスナをさらに含む。

別の実施形態によれば、イオン源と共に使用するためのターゲットホルダが開示される。該ターゲットホルダは、中空内部、第１の端部、及び第２の端部を有するシリンダとして形成されたるつぼであって、第１の端部が多孔性表面を含み、第２の端部がねじ孔を含み、かつ、固体ドーパント材料が中空内部に配置されるように構成されており、固体ドーパント材料からの蒸気が中空内部から多孔性表面を通って通過することができる、るつぼ；並びに、ねじ孔にねじ込まれる、外表面がねじ形成されているエンドプラグを含む。ある特定の実施形態では、ターゲットホルダは、中空内部に配置された多孔性インサートを含み、るつぼの第１の端部は、シリンダの中心軸に向かって突き出ているリップを含み、該リップは多孔性インサート（inset）を保持し、かつ第１の端部に開口部を画成し、多孔性インサートは多孔性表面として機能する。ある特定の実施形態では、多孔性インサートの外径は開口部の内径より大きい。他の実施形態では、第１の端部は、複数の開口部を有する閉鎖面を含み、該閉鎖面は多孔性表面として機能する。

別の実施形態によれば、イオン源と共に使用するためのターゲットホルダが開示される。ターゲットホルダは、中空内部、第１の端部、及び第２の端部を有するシリンダとして形成されたるつぼであって、第２の端部が閉鎖されており、固体ドーパント材料が中空内部に配置されるように構成されており、多孔性表面が第１の端部に近接して配置されており、固体ドーパント材料からの蒸気が中空内部から多孔性表面を通って通過することができる、るつぼ；並びに、第１の端部に近接して配置された保持キャップを含む。ある特定の実施形態では、第１の端部に近接したるつぼの外表面はねじ形成されており、保持キャップは、るつぼの第１の端部にねじ込まれる。ある特定の実施形態では、ターゲットホルダは、中空内部に配置された多孔性インサートを含み、保持キャップは、開口部を形成するるつぼの中心軸に向かって突き出ているそのフロントエッジに開放面及びリップを含み、保持キャップの開口部の内径は、多孔性インサートを保持するために多孔性インサートの外径より小さくなっている。ある特定の実施形態では、保持キャップは、複数の開口部を有する閉鎖面を含み、該閉鎖面は多孔性表面として機能する。ある特定の実施形態では、るつぼの内表面は、第２の端部に近い中空内部の内径が、第１の端部に近い中空内部の内径より小さくなるように、第１の端部に向かって傾斜している。

本開示をよりよく理解するために、参照することによって本明細書に組み込まれる添付の図面を参照する。

一実施形態による挿入可能なターゲットホルダを備えた、間接的に加熱されるカソード（ＩＨＣ）イオン源を示す図 挿入可能なターゲットホルダが抜去された、図１のＩＨＣイオン源を示す図 一実施形態によるターゲットホルダを示す図 別の実施形態によるターゲットホルダを示す図 第３の実施形態によるターゲットホルダを示す図 第４の実施形態によるターゲットホルダを示す図 図５～６のターゲットホルダ用の開口部の２つの可能な構成を示す図

上記のように、低融点の固体ドーパント材料は、液体へと変化し、滴り落ち、液体が流れてアークチャンバ内にプールされるとアークチャンバを劣化させる傾向がある。

図１は、これらの問題を克服するターゲットホルダを備えたＩＨＣイオン源１０を示している。ＩＨＣイオン源１０は、２つの対向する端部と、これらの端部に接続する壁１０１とを備えたアークチャンバ１００を含む。アークチャンバ１００の壁１０１は、導電性材料で構成されてよく、互いに電気的に連絡することができる。幾つかの実施形態では、ライナが、壁１０１の１つ以上に近接して配置されうる。カソード１１０が、アークチャンバ１００の第１の端部１０４において該アークチャンバ１００に配置される。フィラメント１６０がカソード１１０の後ろに配置される。フィラメント１６０は、フィラメント電源１６５と連絡している。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、フィラメント１６０に電流を流すように構成される。カソードバイアス電源１１５は、フィラメント１６０をカソード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からカソード１１０に向かって加速され、カソード１１０の裏面に衝突するときにカソード１１０を加熱する。カソードバイアス電源１１５は、例えば、カソード１１０の電圧よりも負の２００Ｖから１５００Ｖの間の電圧を有するように、フィラメント１６０にバイアスをかけることができる。次に、カソード１１０は、その前面において熱電子をアークチャンバ１００内へと放出する。

したがって、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。カソードバイアス電源１１５は、フィラメント１６０にバイアスをかけて、それがカソード１１０よりも負になるようにし、その結果、電子は、フィラメント１６０からカソード１１０の方へと引き付けられる。ある特定の実施形態では、カソード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うる。他の実施形態では、カソード１１０は、アークチャンバ１００の壁１０１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うる。これらの実施形態では、バイアス電源１１１は使用しなくてもよく、カソード１１０は、アークチャンバ１００の壁１０１に電気的に接続されうる。ある特定の実施形態では、アークチャンバ１００は、電気的接地に接続される。

第１の端部１０４とは反対側の第２の端部１０５には、リペラ１２０を配置することができる。リペラ１２０は、リペラバイアス電源１２３によって、アークチャンバ１００に対してバイアスされうる。他の実施形態では、リペラ１２０は、アークチャンバ１００の壁１０１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うる。これらの実施形態では、リペラバイアス電源１２３は用いられなくてもよく、リペラ１２０は、アークチャンバ１００の壁１０１に電気的に接続されうる。さらに他の実施形態では、リペラ１２０は用いられない。

カソード１１０及びリペラ１２０はそれぞれ、金属又はグラファイトなどの導電性材料でできている。

ある特定の実施形態では、アークチャンバ１００内に磁場が生成される。この磁場は、電子を一方向に沿って閉じ込めることを目的としている。磁場は、典型的には、第１の端部１０４から第２の端部１０５まで壁１０１に平行に走る。例えば、電子は、カソード１１０からリペラ１２０への方向（すなわち、ｙ方向）に平行なカラム内に閉じ込められうる。したがって、電子はｙ方向に移動する電磁力を経験しない。しかしながら、他の方向への電子の移動は、電磁力を経験する可能性がある。

抽出プレート１０３と呼ばれるアークチャンバ１００の片側には、抽出口１４０が配置されうる。図１では、抽出口１４０は、Ｙ－Ｚ平面に平行な（ページに垂直な）側面上に配置される。さらには、ＩＨＣイオン源１０は、イオン化されるガスをアークチャンバ１００に導入することができるガス入り口１０６も含む。

ある特定の実施形態では、第１の電極及び第２の電極は、該第１の電極及び第２の電極が抽出プレート１０３に隣接する壁上のアークチャンバ１００内になるように、アークチャンバ１００のそれぞれの対向する壁１０１上に配置されうる。第１の電極及び第２の電極は各々、それぞれの電源によってバイアスされうる。ある特定の実施形態では、第１の電極及び第２の電極は、共通の電源と連絡していてもよい。しかしながら、他の実施形態では、ＩＨＣイオン源１０の出力を調整する最大限の柔軟性及び能力を可能にするために、第１の電極は第１の電極電源と連絡してもよく、第２の電極は第２の電極電源と連絡してもよい。

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又は電流を変更することができるように、１つ以上の電源と連絡されうる。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、又は別の適切な処理ユニットなどの処理ユニットを含みうる。コントローラ１８０はまた、半導体メモリ、磁気メモリ、又は別の適切なメモリなどの非一時的な記憶素子も含みうる。この非一時的な記憶素子は、コントローラ１８０が本明細書に記載される機能を実行することを可能にする命令及び他のデータを含みうる。

ＩＨＣイオン源１０はまた、アークチャンバ１００を挿入及び抜去することができるターゲットホルダ１９０も含む。図１の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、アークチャンバ１００の壁１０１の１つに沿ってアークチャンバ内に入る。ある特定の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、第１の端部１０４と第２の端部１０５との間にあるミッドプレーンにおいてアークチャンバ１００内に入ることができる。別の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、ミッドプレーンとは異なる位置でアークチャンバ１００内に入ることができる。図１に示される実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、抽出開孔１４０とは反対側の側面を通ってアークチャンバ１００内に入る。しかしながら、他の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、抽出プレート１０３に隣接する側面を通って入ってもよい。

ターゲットホルダ１９０は、その中にドーパント材料１９５が配置されうる、中空内部１９１を有する。中空内部１９１は、中空の円筒形るつぼの内部として定義することができる。

インジウム、アルミニウム、アンチモン、又はガリウムなどのドーパント材料１９５は、ターゲットホルダ１９０の中空内部１９１内に配置されうる。ドーパント材料１９５は、中空内部１９１に配置されるときに固体の形態でありうる。これは、材料のブロック、ヤスリ粉、削りくず、ボール、又は他の形状の形態であってもよい。ある特定の実施形態では、ドーパント材料１９５は溶融し、液体となってもよい。

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、それにより、フィラメント１６０に熱電子を放出させる。これらの電子は、フィラメント１６０よりも正でありうるカソード１１０の裏面に衝突し、カソード１１０を加熱させ、これにより、カソード１１０はアークチャンバ１００内へと電子を放出する。これらの電子は、ガス入り口１０６を通ってアークチャンバ１００に供給されるガスの分子と衝突する。アルゴンなどのキャリアガス、又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入り口１０６を通ってアークチャンバ１００内に導入されうる。カソード１１０からの電子、ガス、及び正の電位の組み合わせにより、プラズマが生成される。ある特定の実施形態では、電子及び陽イオンは、磁場によって幾らか閉じ込められうる。ある特定の実施形態では、プラズマは、抽出開孔１４０に近接したアークチャンバ１００の中心近くに閉じ込められる。化学エッチング、温度上昇、又はプラズマによるスパッタリングは、ドーパント材料１９５を気相へと変換し、イオン化を生じさせる。次に、イオン化された供給材料は、抽出開孔１４０を通して抽出され、イオンビームを準備するために用いられうる。

プラズマがターゲットホルダ１９０よりもさらに正の電圧に維持されるため、蒸気、負イオン、及び中性原子（これらはドーパント材料１９５からスパッタされるか、さもなければ放出される）は、プラズマの方へと引き付けられる。

ある特定の実施形態では、ドーパント材料１９５は、プラズマによって生成された熱によって加熱され、気化される。しかしながら、他の実施形態では、ドーパント材料１９５は、追加の手段によっても加熱することができる。例えば、ドーパント材料１９５をさらに加熱するために、加熱素子がターゲットホルダ１９０内に配置されてもよい。加熱素子は、抵抗加熱素子又は他のタイプのヒータでありうる。

ある特定の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、導電性材料でできていてもよく、接地されてもよい。異なる実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、導電性材料でできていてもよく、電気的に浮かせてもよい。異なる実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、導電性材料でできていてもよく、壁１０１又はアクチュエータ２００と同じ電圧に維持されうる。他の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は絶縁材料でできていてもよい。

さらに別の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、アークチャンバ１００に対して電気的にバイアスされうる。例えば、ターゲットホルダ１９０は、導電性材料から作られてもよく、壁１０１とは異なる電圧になるように独立した電源（図示せず）によってバイアスされうる。この電圧は、壁１０１に印加される電圧よりも正又は負でありうる。このようにして、ドーパント材料１９５をスパッタリングするために、又はドーパント材料を加熱する追加の手段として、電気的バイアスを使用することができる。

ターゲットホルダ１９０は、アクチュエータ２００の一端と連絡している。アクチュエータ２００の反対側の端部は、支持体２１０と連絡することができる。ある特定の実施形態では、この支持体２１０は、ＩＨＣイオン源１０の筐体でありうる。ある特定の実施形態では、アクチュエータ２００は、その全変位を変更することが可能でありうる。例えば、アクチュエータ２００は、テレスコーピング設計でありうる。

図２は、アクチュエータ２００が抜去位置にあるＩＨＣイオン源１０を示している。この位置では、中空内部１９１は、完全にアークチャンバ１００の外側にある。ある特定の実施形態では、ターゲットホルダ１９０がアークチャンバ１００の外側にあるとき、ドーパント材料１９５は冷却する。このように、アクチュエータ２００が抜去位置にあるときは、ドーパント材料１９５はいずれも、アークチャンバ内に入っていない。

図１は完全にアークチャンバ１００内にある中空内部１９１を示しており、図２は完全にアークチャンバ１００の外側にある中空内部１９１を示しているが、他の位置も可能でありうる。ターゲットホルダ１９０がアークチャンバ１００内に挿入される距離を制御することによって、ターゲットホルダ１９０及びドーパント材料１９５の温度を制御することができる。

これらの因子は、ドーパント材料１９５から達成されるドーパントビーム電流の量を決定しうる。さらには、ターゲットホルダ１９０が完全に抜去されると、ドーパントビーム電流はゼロになりうる。これにより、相互汚染のリスクなしに、他のドーパント種をＩＨＣイオン源１０で使用することができる。言い換えれば、アクチュエータ２００が抜去されると、中空内部１９１に配置されたドーパント材料１９５からの汚染なしに、異なるドーパント種がガス入り口１０６を通して導入され、イオン化されうる。

ある特定の実施形態では、アークチャンバ１００には挿入されていないが、ドーパント材料１９５が加熱されて、その蒸気がアークチャンバ１００に入るように、十分に近くに位置づけられたターゲットホルダ１９０を有することが可能でありうる。例えば、ターゲットホルダ１９０は、熱伝導率の高い材料でできていてもよい。このように、ターゲットホルダ１９０
がアークチャンバ１００の近くにある場合、図２に示されるように、プラズマからの熱は、ドーパント材料１９５に伝達され、気化したドーパント材料は、ターゲットホルダ１９０が抜去されている場合でさえも、アークチャンバ１００に入りうる。

この実施形態では、ターゲットホルダ１９０が依然としてアークチャンバ１００と熱的に連絡しており、かつドーパント材料１９５が気化される、第１の抜去位置が存在しうる。ドーパント材料１９５が気化しないように、ターゲットホルダ１９０がアークチャンバ１００からさらに移動された第２の抜去位置も存在しうる。この第２の抜去位置では、相互汚染のリスクなしに、異なるドーパントをアークチャンバ内に導入することができる。

言い換えれば、ある特定の実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、中空内部１９１の少なくとも一部がアークチャンバ１００内に配置される第１の位置；中空内部１９１がアークチャンバ１００の外側に配置される第２の位置；及び、中空内部１９１がアークチャンバ１００の外側に配置されるが、ドーパント材料１９５が気化されるように依然としてアークチャンバ１００と熱的に連絡している第３の位置の少なくとも３つの異なる位置に配置されうる。

図３は、ターゲットホルダ１９０の一実施形態をより詳細に示している。この実施形態では、ターゲットホルダ１９０は、るつぼ３００を含む。るつぼ３００は、第１の端部３０１に開放面を有し、第２の端部３０２に孔３０３を備えた、中空のシリンダでありうる。第１の端部３０１の開放面は、シリンダの中心軸３０５に向かって延びるリップ３０４を有しうる。したがって、第１の端部３０１にある開口部３０６は、リップ３０４に起因して、中空のシリンダの内径よりも小さくなりうる。開口部３０６の直径もまた、第２の端部３０２の孔３０３の直径よりも小さくなりうる。るつぼ３００は、グラファイト、耐火材料、酸化アルミニウム、炭化物、又は別の適切な材料で構成することができる。

ディスクの形状でありうる多孔性インサート３１０が、第２の端部３０２にある孔３０３を通してるつぼ３００の内部に挿入される。多孔性インサート３１０の外径は、るつぼ３００の内径の内径とほぼ同じであってよく、開口部３０６の直径より大きい。ある特定の実施形態では、るつぼ３００の内径は、締まり嵌めを作り出すために、多孔性インサート３１０の外径よりわずかに小さくなりうる。幾つかの実施形態では、多孔性インサート３１０の外径は、開口部３０６の直径よりも０．１インチ大きくなりうる。したがって、挿入されると、多孔性インサート３１０は、取り外されたり、開口部３０６から落下したりすることができないように、リップ３０４によって所定の位置に保持される。多孔性インサート３１０は、グラファイトフォーム、グラファイト又は耐火メッシュ、炭化ケイ素、アルミナ泡、若しくは別の適切な材料でありうる。ポアサイズ及び多孔性は、多孔性インサート３１０を通る液体の流れに抵抗しつつ、蒸気の通過を可能にするように選択することができる。液体アルミニウムなどの液体金属は、非常に高い表面張力を有していることがわかっている。したがって、溶融アルミニウムからの蒸気は多孔性インサート３１０を通過することができる一方、液体材料は表面張力によらない。

エンドプラグ３２０がるつぼ３００の第２の端部３０２に取り付けられる。ある特定の実施形態では、孔３０３はねじ孔であってよく、エンドプラグ３２０は、該エンドプラグ３２０がるつぼ３００の第２の端部３０２にねじ込まれるようにねじ形成されうる。エンドプラグ３２０は、グラファイト又は別の適切な材料で構成することができる。エンドプラグ３２０は、液体材料が孔３０３を通って出ることを防ぐのに役立ち、るつぼ３００の補充を可能にする。

ターゲットホルダ１９０はまた、ターゲットベース３３０も含むことができる。ターゲットベース３３０はアクチュエータ２００に固定することができる。ターゲットベース３３０は、保持ファスナ３４０によってるつぼに取り付けられる。例えば、一実施形態では、エンドプラグ３２０の一部は、るつぼ３００の外径より大きい直径を有する。このように、エンドプラグ３２０がるつぼの第２の端部３０２にねじ込まれると、エンドプラグ３２０の一部がるつぼ３００よりも中心軸からさらに外側に延び、突起３２１を生成する。

別の実施形態では、るつぼ３００は、その外径に沿って、第２の端部３０２に近接して突起を有する。

保持ファスナ３４０を使用して、るつぼ３００をターゲットベース３３０に固定することができる。保持ファスナ３４０は、リングの形状をしていてよく、その内表面がねじ形成されていてよい。さらには、保持ファスナ３４０は、突起３２１より小さい直径を有するリップ３４１を有する。したがって、次に、保持ファスナ３４０をるつぼ３００の第１の端部３０１の上に取り付けることができる。保持ファスナ３４０は、その外表面がねじ形成されていてよいターゲットベース３３０にねじ込まれうる。保持ファスナ３４０の回転は、リップ３４１が突起３２１に接触するまで続く。この圧力が、るつぼ３００をターゲットベース３３０に固定する。

この実施形態では、ドーパント材料１９５は、以下のようにターゲットホルダ１９０に挿入されうる。まず、多孔性インサート３１０が、るつぼ３００の第２の端部３０２にある孔３０３内に挿入される。多孔性インサート３１０は、それがリップ３０４を押すように、るつぼ３００の内部を通って移動する。次に、ドーパント材料１９５が、第２の端部３０にある孔３０３を通ってるつぼ３００内に配置されうる。多孔性インサート３１０の存在は、ドーパント材料１９５をるつぼ内に保持し、それが開口部３０６を通過するのを防ぐ。ドーパント材料１９５が追加されると、エンドプラグ３２０を第２の端部３０２内にねじ込むことによって、るつぼ３００を閉鎖することができる。次に、るつぼ３００、エンドプラグ３２０、及び多孔性インサート３１０を含むるつぼアセンブリが、ターゲットベース３３０に対して位置づけられる。保持ファスナ３４０は、るつぼ３００の第１の端部３０１上を摺動され、第２の端部３０２に向かって移動し、そこで、ターゲットベース３３０内にねじ込まれる。これで、ターゲットホルダ１９０は、使用することができる状態になる。

したがって、この実施形態では、るつぼ３００の第１の端部３０１は開放面を含んでおり、多孔性インサート３１０は開放面に近接して配置される。この多孔性インサート３１０は、蒸気が中空内部からアークチャンバへと通過することができる多孔性表面として機能する。第２の端部３０２は、エンドプラグ３２０がるつぼ３００に取り外し可能に取り付けられうるように、孔３０３を含む。例えば、エンドプラグ３２０は、第２の端部３０２のねじ孔にねじ込まれうる。このように、固体ドーパント１９５は、ターゲットホルダ１９０内の材料が消費された後に補充することができる。言い換えれば、るつぼ３００は、保持ファスナ３４０をねじって外すことによってターゲットベース３３０からるつぼアセンブリを取り外すことにより、補充することができる。こうすると、エンドプラグ３２０を、るつぼ３００からねじって外すことができる。次に、追加のドーパント材料１９５をるつぼ３００内に堆積させることができる。

図４は、別の実施形態によるターゲットホルダ１９０を示している。この実施形態では、第１の端部３０１のみが解放されるように、るつぼの第２の端部３０２は閉鎖されている。るつぼ３００は、第２の端部３０２に近接して突起３０９を有している。この突起３０９は、保持ファスナ３４０によって、るつぼ３００をターゲットベース３３０に固定するために用いられる。上記のように、保持ファスナ３４０は、ターゲットベース３３０にねじ込むことができる。

この実施形態では、保持キャップ３５０は、るつぼ３００の第１の端部３０１に近接して配置されている。保持キャップ３５０は、そのフロントエッジにリングの中心に向かって突き出たリップ３５１を備えた、開放面を有するリングの形状をしている。保持キャップ３５０の内表面は、ねじ形成されうる。さらには、この実施形態では、第１の端部３０１の近くのるつぼ３００の外表面もまたねじ形成されていてよい。このようにして、保持キャップ３５０は、るつぼ３００の第１の端部３０１にねじ込まれうる。

多孔性インサート３１０は、第１の端部３０１の開口部を通して挿入される。例えば、多孔性インサート３１０の直径は、るつぼ３００の内径とほぼ同じサイズでありうるが、リップ３５１の近くの保持キャップ３５０の開放面の内径よりも大きくなりうる。ある特定の実施形態では、るつぼ３００の内径は、締まり嵌めを作り出すために、多孔性インサート３１０の外径よりわずかに小さくなりうる。幾つかの実施形態では、多孔性インサート３１０の外径は、開放面の内径よりも０．１インチ大きくなりうる。

したがって、この実施形態では、第１の端部３０１は、多孔性インサート３１０が配置される位置と、固体ドーパント材料がるつぼ３００に追加される位置の両方である。具体的には、この実施形態では、ドーパント材料１９５は、以下のようにターゲットホルダ１９０に挿入されうる。まず、ドーパント材料１９５が第１の端部３０１を通してるつぼ３００内に堆積されうる。ドーパント材料１９５が追加されると、第１の端部３０１の開口部の近くに多孔性インサート３１０を位置決めすることによって、るつぼを閉じることができる。次に、保持キャップ３５０がるつぼ３００の第１の端部にねじ込まれ、多孔性インサート３１０を適所に保持する。次に、るつぼ３００、保持キャップ３５０、及び多孔性インサート３１０を含むるつぼアセンブリが、ターゲットベース３３０に対して位置づけられる。保持ファスナ３４０がるつぼ３００の第１の端部３０１上に挿入され、第２の端部３０２に向かって摺動され、そこでターゲットベース３３０にねじ込まれる。これで、ターゲットホルダ１９０は、使用することができる状態になる。

保持キャップ３５０を使用することにより、ターゲットホルダ１９０内の材料が消費された後に、るつぼの内部にアクセスして、ドーパント材料１９５を補充することができる。言い換えれば、るつぼ３００は、保持ファスナ３４０をねじって外すことによってターゲットベース３３０からるつぼアセンブリを取り外すことにより、補充することができる。こうすると、保持キャップ３５０を、るつぼ３００からねじって外すことができる。次に、追加のドーパント材料１９５をるつぼ３００内に堆積させることができる。

さらには、図４に示されるように、第１の端部３０１の近くのるつぼ３００の内径が第２の端部３０２の近くの内径よりも大きくなるように、るつぼ３００の内部表面を傾斜させるか、又は勾配を付けることができる。これにより、ドーパント材料がるつぼの第１の端部３０１に向かって流れることができる。これは、ドーパント材料の温度を上昇させて、多孔性インサート３１０の近くでの蒸気の生成を高めるのに役立ちうる。

図３及び４の実施形態は、蒸気を通過させるが液体を通過させない多孔性インサート３１０を利用する。言い換えれば、多孔性インサート３１０は、るつぼの第１の端部に配置され、るつぼ３００の中空内部をアークチャンバ１００から分離する、多孔性表面として機能する。他の手段を使用して、この多孔性表面を生成することもできる。

例えば、図５は、多孔性インサート３１０を使用していない、図３のターゲットホルダ１９０の変形例を示している。むしろ、図３のるつぼ３００は、穿孔されたるつぼ４００に置き換えられている。穿孔されたるつぼ４００は、第１の端部４０１に閉鎖面４０５及び第２の端部４０２に孔４０３を備えた、中空のシリンダでありうる。閉鎖面４０５は、該閉鎖面４０５を通って延びる複数の開口部４１０を含んでいてよく、穿孔されたるつぼ４００の内部と穿孔されたるつぼ４００の外部との間の連絡を可能にする。言い換えれば、穿孔されたるつぼ４００の閉鎖面は、多孔性表面として機能する。開口部４１０のサイズは、液体ドーパントの表面張力が開口部４１０を介した液体の通過を抑制するが、蒸気の通過は可能にするように選択することができる。穿孔されたるつぼ４００は、グラファイト、耐火材料、酸化アルミニウム、炭化物、又は別の適切な材料で構成することができる。

エンドプラグ３２０、ターゲットベース３３０、及び保持ファスナ３４０は、図３に関して上述した通りである。

この実施形態では、ドーパント材料１９５は、以下のようにターゲットホルダ１９０に挿入されうる。まず、ドーパント材料１９５は、第２の端部４０２にある孔４０３を通って穿孔されたるつぼ４００内に配置されうる。第１の端部４０１に閉鎖面が存在することにより、穿孔されたるつぼ４００内にドーパント材料１９５が保持される。ドーパント材料１９５が追加されると、エンドプラグ３２０を第２の端部４０２内にねじ込むことによって、穿孔されたるつぼ４００を閉鎖することができる。次に、穿孔されたるつぼ４００及びエンドプラグ３２０を含むるつぼアセンブリが、ターゲットベース３３０に対して位置づけられる。保持ファスナ３４０は、穿孔されたるつぼ４００の第１の端部４０１上を摺動され、第２の端部４０２に向かって移動し、そこで、ターゲットベース３３０内にねじ込まれる。これで、ターゲットホルダ１９０は、使用することができる状態になる。

図６は、多孔性インサート３１０を使用していない、図４のターゲットホルダ１９０の変形例を示している。むしろ、図４の保持キャップ３５０は、穿孔された保持キャップ４５０に置き換えられている。

この実施形態では、穿孔された保持キャップ４５０は、るつぼ３００の第１の端部３０１に近接して配置されている。穿孔された保持キャップ４５０は、閉鎖面を備えたシリンダである。閉鎖面は、複数の開口部４１０を含む。穿孔された保持キャップ４５０の円筒部分の内表面は、ねじ形成されうる。さらには、この実施形態では、第１の端部３０１の近くのるつぼ３００の外表面もまたねじ形成されていてよい。このようにして、穿孔された保持キャップ４５０は、るつぼ３００の第１の端部３０１にねじ込まれうる。

したがって、この実施形態では、第１の端部３０１は、多孔性表面が配置される位置と、固体ドーパント材料がるつぼ３００に追加される位置の両方である。具体的には、この実施形態では、ドーパント材料１９５は、以下のようにターゲットホルダ１９０に挿入されうる。まず、ドーパント材料１９５が第１の端部３０１を介してるつぼ３００内に堆積されうる。ドーパント材料１９５が追加されると、穿孔された保持キャップ４５０をるつぼ３００の第１の端部内にねじ込むことによって、るつぼを閉鎖することができる。次に、るつぼ３００及び穿孔された保持キャップ４５０を含むるつぼアセンブリが、ターゲットベース３３０に対して位置づけられる。保持ファスナ３４０がるつぼ３００の第１の端部３０１上に挿入され、第２の端部３０２に向かって摺動され、そこでターゲットベース３３０にねじ込まれる。これで、ターゲットホルダ１９０は、使用することができる状態になる。

穿孔された保持キャップ４５０を使用することにより、ターゲットホルダ１９０内の材料が消費された後に、るつぼの内部にアクセスして、ドーパント材料１９５を補充することができる。言い換えれば、るつぼ３００は、保持ファスナ３４０をねじって外すことによってターゲットベース３３０からるつぼアセンブリを取り外すことにより、補充することができる。こうすると、穿孔された保持キャップ４５０を、るつぼ３００からねじって外すことができる。次に、追加のドーパント材料１９５をるつぼ３００内に堆積させることができる。

さらには、図６に示されるように、第１の端部３０１の近くのるつぼ３００の内径が第２の端部３０２の近くの内径よりも大きくなるように、るつぼ３００の内部表面を傾斜させるか、又は勾配を付けることができる。これにより、ドーパント材料がるつぼの第１の端部３０１に向かって流れることができる。これは、ドーパント材料の温度を上昇させて、穿孔された保持キャップ４５０の近くでの蒸気の生成を高めるのに役立ちうる。

穿孔された保持キャップ４５０及び穿孔されたるつぼ４００の開口部は、複数の構成で配置することができる。図７は、開口部４１０のこのような２つの構成を示している。本開示はこれらの実施形態に限定されない。

本出願における上記の実施形態は、多くの利点を有しうる。るつぼは中空のシリンダとして形成されており、したがって、ドーパント材料を熱カソードへの直接の視線から保護する。ターゲットホルダはまた、外部環境からのるつぼから内部を分離する多孔性表面も含む。この多孔性表面は、気化したドーパント材料からの蒸気をるつぼの内部からアークチャンバ内へと通過させることができる。しかしながら、溶融したドーパント材料の高い表面張力に起因して、多孔質表面は、アークチャンバ内への液体ドーパントの通過を抑制する。加えて、幾つかの実施形態では、るつぼの内部表面は、液体ドーパント材料をるつぼのより高温の端部に向けて流し込むために、多孔性表面に向かって傾斜している。これにより、ドーパント材料の気化を促進することができる。

加えて、るつぼは再利用できるように設計される。幾つかの実施形態では、ねじ形成されたエンドプラグを使用して、るつぼの第２の端部を密封する。必要に応じて、エンドプラグを取り外し、るつぼ内のドーパント材料を補充することができる。他の実施形態では、保持キャップを取り外して、ドーパント材料を補充可能にすることができる。したがって、ターゲットホルダは、複数回、再利用することができる。

本開示は、本明細書に記載される特定の実施形態によって範囲を限定されるべきではない。実際、本明細書に記載されたものに加えて、本開示の他のさまざまな実施形態及び修正は、前述の説明及び添付の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及び修正は、本開示の範囲内に入ることが意図されている。さらには、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実施の文脈で本明細書に記載されているが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が任意の数の目的のために任意の数の環境で有益に実施されうることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される本開示の全容及び趣旨を考慮して解釈されるべきである。

Claims (15)

1. 間接的に加熱されるカソードイオン源であって、
   複数の壁を含む、アークチャンバ、
   前記アークチャンバ内に配置された間接的に加熱されるカソード、及び
   固体ドーパントを保持するためのターゲットホルダであって、
   前記固体ドーパントを保持するように適合された中空内部、第１の端部、及び第２の端部を有する、るつぼにおいて、前記第１の端部が、固体ドーパント材料からの蒸気が前記多孔性表面を通って前記中空内部から前記アークチャンバへと通過するように多孔性表面を含む、るつぼ
   を備えたターゲットホルダ
   を含む、間接的に加熱されるカソードイオン源。
2. 前記第２の端部が閉鎖されており、多孔性インサートと、前記第１の端部に近接して配置され、かつ前記るつぼに固定されて前記中空内部内に前記多孔性インサートを保持する保持キャップとをさらに含み、前記保持キャップが開放面を含み、前記多孔性インサートが前記多孔性表面として機能する、請求項１に記載の間接的に加熱されるカソードイオン源。
3. 前記第２の端部が閉鎖されており、前記第１の端部に近接して配置された、穿孔された保持キャップをさらに含み、該穿孔された保持キャップが、前記るつぼに固定されており、前記多孔性表面として機能する、請求項１に記載の間接的に加熱されるカソードイオン源。
4. 前記第２の端部にある孔と、前記第２の端部の前記孔内に挿入されるエンドプラグとをさらに含む、請求項１に記載の間接的に加熱されるカソードイオン源。
5. 前記中空内部に配置された多孔性インサートをさらに含み、リップが前記第１の端部に配置されて、前記リップが前記るつぼの前記中空内部に前記多孔性インサートを保持し、前記多孔性インサートが前記多孔性表面として機能するように前記るつぼの中心軸に向かって突き出ている、請求項４に記載の間接的に加熱されるカソードイオン源。
6. 前記第１の端部が、複数の開口部を含む閉鎖面を含み、該閉鎖面が前記多孔性表面として機能する、請求項４に記載の間接的に加熱されるカソードイオン源。
7. 前記ターゲットホルダを前記アークチャンバの内外へと移動させるためのアクチュエータ、
   前記アクチュエータに固定されたターゲットベースであって、該ターゲットベースの外表面がねじ形成されている、ターゲットベース、及び
   前記ターゲットベースにねじ込まれる保持ファスナであって、前記ターゲットベースに対して前記るつぼを保持する、保持ファスナ
   をさらに含む、請求項１に記載の間接的に加熱されるカソードイオン源。
8. イオン源とともに使用するためのターゲットホルダであって、
   中空内部、第１の端部、及び第２の端部を有するシリンダとして形成されたるつぼであって、
   前記第１の端部が多孔性表面を含み、前記第２の端部がねじ孔を含み、かつ固体ドーパント材料が前記中空内部に配置されるように構成されており、
   前記固体ドーパント材料からの蒸気が、前記中空内部から前記多孔性表面を通って通過することができる、
   るつぼと、
   前記ねじ孔にねじ込まれるように外表面がねじ形成されている、エンドプラグと
   を含む、ターゲットホルダ。
9. 前記中空内部に配置された多孔性インサートをさらに含んでおり、前記るつぼの前記第１の端部が、前記シリンダの中心軸に向かって突き出ているリップを含んでおり、前記リップが前記多孔性インサートを保持し、かつ前記第１の端部に開口部を画成しており、前記多孔性インサートが前記多孔性表面として機能する、請求項８に記載のターゲットホルダ。
10. 前記第１の端部が、複数の開口部を有する閉鎖面を含み、前記閉鎖面が前記多孔性表面として機能する、請求項８に記載のターゲットホルダ。
11. イオン源とともに使用するためのターゲットホルダであって、
    中空内部、第１の端部、及び第２の端部を有するシリンダとして形成されたるつぼであって、
    前記第２の端部が閉鎖されており、固体ドーパント材料が前記中空内部に配置されるように構成されており、多孔性表面が前記第１の端部に近接して配置されており、
    前記固体ドーパント材料からの蒸気が、前記中空内部から前記多孔性表面を通って通過することができる、
    るつぼと
    前記第１の端部に近接して配置された保持キャップと
    を含む、ターゲットホルダ。
12. 前記第１の端部に近接した前記るつぼの外表面がねじ形成されており、前記保持キャップが前記るつぼの前記第１の端部にねじ込まれる、請求項１１に記載のターゲットホルダ。
13. 前記中空内部に配置された多孔性インサートをさらに含み、前記保持キャップが、開口部を形成する、前記るつぼの中心軸に向かって突き出ているそのフロントエッジに開放面及びリップを含み、前記保持キャップの前記開口部の内径が、前記多孔性インサートを保持するために前記多孔性インサートの外径より小さい、請求項１１に記載のターゲットホルダ。
14. 前記保持キャップが、複数の開口部を有する閉鎖面を含み、該閉鎖面が前記多孔性表面として機能する、請求項１１に記載のターゲットホルダ。
15. 前記るつぼの内表面が、前記第２の端部に近い前記中空内部の内径が前記第１の端部に近い前記中空内部の内径より小さくなるように、前記第１の端部に向かって傾斜している、請求項１１に記載のターゲットホルダ。

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