JP7455857B2 - 液体金属イオン源 - Google Patents
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Description
本出願は「液体金属イオン源」と題する、2019年3月22日に出願された米国仮出願第62/822,313号の利益を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は一般に、イオン注入システムに関し、より具体的には、イオン源のための原料を供給するための装置、システムおよび方法に関する。
金属イオンを用いたイオン注入に対する要求が高まっている。例えば、アルミニウム注入は、電力装置市場にとって重要視されており、小規模ではあるものの、非常に急速に成長している市場である。アルミニウムを含む多くの金属に関して、イオン源への原料供給が問題となる。アルミニウムまたは他の金属を含有するガス分子を利用することができるが、金属原子は炭素および/または水素に付着する傾向があり、イオン源に問題を引き起こすおそれがある。イオン源のアークチャンバの外部にある小さなオーブンである気化器を利用し、金属塩を加熱して適切な蒸気圧を生成してイオン源に蒸気を供給するシステムが従前から提供されている。しかしながら、オーブンはアークチャンバから離れており、所望の温度まで加熱し、蒸気流を確立し、プラズマを開始し、イオンビームを開始するまでに時間を要する。さらに、1つの金属種から他の種への変更が望まれる場合、そのような種の変更のためにオーブンが十分に冷却されるのを待つ際に時間がかかる。
本発明の態様は、予防保守サイクルと次の予防保守サイクルとの間のイオン注入システムのイオン源の使用期間を長期化させるためのイオン注入プロセスを提供し、イオン注入システムの全体的な生産性および長寿命を実現する。
図1は、本開示のいくつかの態様による代表的な真空システムのブロック図である。
本開示は、概して、ワークピースへのイオンの注入に関連する様々な装置、システム、および方法を対象とする。より具体的には、本開示は、アークチャンバからイオンを抽出するためにアークチャンバ内に液体金属を提供するように構成されたイオン源を対象とする。
ガリウム原子ガス中の個数密度= 5.9x 1019 m-3 。
Claims (15)
- イオンビームを形成するように構成されたイオン源であって、
アークチャンバ環境を概して囲むアークチャンバと、
前記アークチャンバ環境に液体金属を提供するように構成された貯蔵機器と、
前記アークチャンバに対して前記貯蔵機器を電気的にバイアスするように構成されたバイアス電源と、
を備え、
前記貯蔵機器は、前記液体金属を概して収容するように構成された凹部を含むカップを備え、
前記貯蔵機器は、キャップをさらに備え、
前記キャップは、前記カップと選択的に係合し、前記貯蔵機器の上部を概して囲んで、前記液体金属に関連する貯蔵環境を画定し、
前記キャップは、前記凹部内に延在する1つ以上の機構部をさらに含み、
前記1つ以上の機構部は、前記凹部内の前記液体金属と接触し、毛管作用によって前記アークチャンバ環境に向けて前記液体金属を供給するように構成されている、
イオン源。 - 前記カップは、前記液体金属を重力によって概して収容するように構成されている、
請求項1に記載のイオン源。 - 前記液体金属は、前記貯蔵環境内に存在しており、
前記貯蔵機器は、貯蔵している前記液体金属の少なくとも一部を選択的に蒸発させるようにさらに構成されている、
請求項1に記載のイオン源。 - 前記貯蔵機器は、熱源を介して当該貯蔵機器を選択的に加熱することによって、前記液体金属の少なくとも一部を選択的に蒸発させるように構成されている、
請求項3に記載のイオン源。 - 前記熱源は、前記アークチャンバ内で生成されたプラズマ、前記貯蔵機器に衝突する前記プラズマからのイオンに関連するエネルギー、および補助ヒーターのうちの1つ以上を含む、
請求項4に記載のイオン源。 - 前記キャップは、その中に画定された1つ以上の孔を含み、
前記1つ以上の孔は、前記貯蔵環境と前記アークチャンバ環境との間の流体連通を提供する、
請求項1に記載のイオン源。 - 前記1つ以上の機構部は、前記毛管作用を提供するように構成された、所定の表面積、表面粗さ、および表面材料のうちの1つ以上を含む、
請求項1に記載のイオン源。 - 前記1つ以上の機構部は、
前記キャップから前記凹部内に延在する環状機構部と、
前記凹部から前記キャップに向かって延在する貯蔵機構部と、
前記キャップの中央部分から前記凹部内の前記液体金属内に延在する細長機構部と、のうちの1つ以上を含む、
請求項1に記載のイオン源。 - 前記液体金属が、アルミニウム、ガリウム、およびインジウムのうちの1つからなる、請求項1に記載のイオン源。
- イオンビームを形成するためのアークチャンバであって、
アークチャンバ環境を概して囲むハウジングと、
前記アークチャンバ環境内に配置されており、当該アークチャンバ環境内において、液体金属を収容するように構成され貯蔵機器と、
前記貯蔵機器を電気的にバイアスし、前記アークチャンバ環境内にプラズマを形成するように構成されたバイアス電源と、
を備え、
前記貯蔵機器は、カップと、キャップとを含み、
前記カップは、前記液体金属を少なくとも部分的に収容するように構成された凹部を含み、
前記キャップは、前記カップと選択的に係合し、前記貯蔵機器の上部を概して囲んで、前記液体金属に関連する貯蔵環境を画定しており、
前記液体金属は、前記貯蔵環境内に存在し、
前記貯蔵機器は、前記液体金属の少なくとも一部を選択的に蒸発させるようにさらに構成され、
前記キャップは、前記カップ内に延在する1つ以上の機構部を含み、
前記1つ以上の機構部は、前記凹部内の前記液体金属と接触し、毛管作用によって前記アークチャンバ環境に向けて前記液体金属を供給するように構成されている、
アークチャンバ。 - 前記貯蔵機器は、熱源を介して当該貯蔵機器を選択的に加熱することによって前記液体金属の少なくとも一部を選択的に蒸発させるように構成されている、
前記熱源は、前記アークチャンバ内で生成されたプラズマ、前記イオンビームに関連するエネルギー、および補助ヒーターのうちの1つ以上を含む、
請求項10に記載のアークチャンバ。 - 前記キャップは、その中に1つ以上の孔を含み、
前記1つ以上の孔は、前記貯蔵環境と前記アークチャンバ環境との間の流体連通を提供し、
前記1つ以上の孔は、1つ以上の直径を有し、
前記1つ以上の孔は、前記アークチャンバ内のプラズマが前記凹部内の前記液体金属と直接接触しないように配向されている、
請求項11に記載のアークチャンバ。 - 前記1つ以上の機構部は、前記キャップ内に画定された1つ以上の環状リングを含み、
前記環状リングは、前記キャップの主要部分から前記凹部内の前記液体金属内に延在する、
請求項10に記載のアークチャンバ。 - 前記1つ以上の機構部は、前記キャップの主要部分から前記凹部内の前記液体金属内に延在する細長機構部を含む、
請求項10に記載のアークチャンバ。 - イオンビームを形成するための方法であって、
元素金属を、請求項10から14の何れか1項に記載のアークチャンバの内部環境に向かう液体状態へと加熱するステップと、
前記元素金属を気化させるステップと、
前記アークチャンバ内において金属イオンを形成するために前記元素金属を励起するステップと、を含む、
方法。
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