KR20130102563A - 스퍼터 타겟 이송 시스템 - Google Patents

스퍼터 타겟 이송 시스템 Download PDF

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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

장치는 아크 챔버(204)를 정의하는 아크 챔버 하우징(203), 및 스퍼터 타겟(212)을 아크 챔버 내로 이송하도록 구성된 이송 시스템(210)을 포함한다. 방법은 스퍼터 타겟을 아크 챔버 하우징에 의해 정의된 아크 챔버 내로 이송하는 단계, 및 스퍼터 타겟의 부분을 이온화하는 단계를 포함한다.

Description

스퍼터 타겟 이송 시스템{SPUTTER TARGET FEED SYSTEM}
본 발명은 전반적으로 스퍼터 타겟들에 관한 것이며, 보다 구체적으로 스퍼터 타겟에 대한 이송 시스템에 관한 것이다.
스퍼터 타겟은 스퍼터 타겟의 스퍼터링(sputtering)을 위해 아크 챔버(arc chamber) 내에 위치될 수 있는 고체(solid) 재료이다. 스퍼터링은, 스퍼터 타겟으로부터 스퍼터 타겟의 입자들을 벗어나게(dislodge) 하기 위하여, 활성 입자들이 스퍼터 타겟과 충돌하는 프로세스이다. 스퍼터 타겟은 상이한 목적들을 위한 툴(tool)들 및 상이한 컴포넌트들에 사용될 수 있다. 이러한 컴포넌트 중 하나가 빔 라인 이온 주입기 툴(tool)에 사용되는 소스(source)이다. 스퍼터 타겟을 사용하는 다른 툴들은, 물리 기상 증착(PVD) 또는 화학 기상 증착(CVD) 툴들과 같은, 증착 툴들을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
빔 라인 이온 주입기를 위한 이온 소스는 아크 챔버를 정의(define)하는 아크 챔버 하우징을 포함하며, 아크 챔버 하우징은 또한 이를 통해 명확한(well-defined) 이온 빔이 추출되는 추출 개구를 가진다. 이온 빔은 빔 라인 이온 주입기의 빔 라인을 통해 이동하며 작업물(workpiece)로 전달된다. 이온 소스는 다양하고 상이한 이온 종들에 대하여 안정적이고, 명확하며, 균일한 이온 빔을 생성하도록 요구된다. 또한 유지 및 보수에 대한 필요성 없이 연장된 시간 기간 동안 제조 설비의 이온 소스를 동작시키는 것이 바람직하다.
스퍼터 타겟을 갖는 종래의 이온 소스는 고체 재료의 스퍼터 타겟을 이온 소스의 아크 챔버 내에 완전히 위치시킨다. 동작 중, 스퍼터 가스가 아크 챔버로 제공될 수 있다. 스퍼터 가스는 아르곤(Ar), 제논(Xe), 또는 크립톤(Kr)과 같은 비활성 가스, 또는 염소(Cl), BF3, 등과 같은 반응성 가스일 수 있다. 스퍼터 가스는, 아크 챔버 내에서 플라즈마를 형성하기 위하여, 전자(electron) 소스로부터 방출되는 전자들에 의해 이온화될 수 있다. 전자들은 필라멘트, 음극, 또는 임의의 다른 전자 소스들에 의해 제공될 수 있다. 플라즈마는 그 뒤 스퍼터 타겟으로부터의 재료를 스퍼터 에칭(sputter etch)하며, 이는 결과적으로, 플라즈마 내의 전자들에 의해 이온화된다.
하나의 단점은 이온 소스 또는 다른 툴의 동작 수명이 아크 챔버 내에 완전히 위치될 수 있는 스퍼터 타겟의 양에 의해 제한된다는 것이다. 아크 챔버는 한정된 크기를 가지며, 아크 챔버 내에 맞을 수 있는 스퍼터 타겟의 양은 필연적으로 제한된다. 다른 단점은, 스퍼터 타겟이 고정적(stationary)이며, 마모 패턴(wear pattern)들이 스퍼터 타겟이 재위치될 것이 요구되는 때에 영향을 주는 경향이 있다는 것이다. 이와 같이, 고정식 스퍼터 타겟은 완전히 소모되기 전에 재위치되는 경향이 있다. 빔 라인 이온 주입기와 관련함에 따른 또 다른 단점은 종래의 스퍼터 타겟 이온 소스가 다른 비 스퍼터 동작 모드들에서 동작될 수 없으며, 따라서 동작 모드들 및 빔 종이 제한된다는 것이다.
따라서, 이상에서 기술된 부적당함들 및 단점들을 극복하는 이송 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면 장치가 제공된다. 장치는 아크 챔버를 정의하는 아크 챔버 하우징, 및 스퍼터 타겟을 아크 챔버 내로 이송하도록 구성된 이송 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 방법이 제공된다. 방법은 스퍼터 타겟을 아크 챔버 하우징에 의해 정의된 아크 챔버 내로 이송하는 단계, 및 스퍼터 타겟의 부분을 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명은 이제 첨부된 도면들에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다. 본 발명이 이하에서 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서의 가르침들에 접근할 수 있는 당업자들은, 본 명세서에 기술되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있고, 이와 관련하여 본 발명이 상당한 유용성을 가질 수 있는, 추가적인 구현예들, 변형예들, 및 실시예들뿐만 아니라, 다른 분야들에서의 사용들을 인식할 수 있을 것이다.
본 발명의 더 양호한 이해를 위하여, 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어지며, 도면들 내에서 동일한 구성요소들은 동일한 번호로 참조된다:
도 1은 이온 주입기의 간략화된 개략적인 블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온 소스의 도면;
도 3은 이송률(feed rate) 대 침식률(erosion rate)의 플롯(plot);
도 4는 도 2의 음극을 바라보는 도 2의 이온 소스의 단면의 단면도;
도 5는 도 2의 이온 소스 하우징의 후벽(rear wall)의 단면도;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이온 소스의 다른 실시예의 단면의 평면도; 및
도 7은 도 5의 선(7-7)을 따라 취한 도 6의 후벽의 단면도.
본 발명에 따른 이송 시스템이 빔 라인 이온 주입기(100)의 이온 소스 내에서의 그 사용에 관하여 이하에서 상세화된다. 당업자들은 이송 시스템이, 물리 기상 증착(PVD) 또는 화학 기상 증착(CVD) 툴들과 같은 증착 툴들을 포함하지만 이에 한정되는 않는 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 이온 주입기(100)의 간략화된 개략적인 블록도가 예시된다. 이온 주입기(100)는 본 발명의 실시예에 따른 이온 소스(102), 빔 라인 컴포넌트들(components)(104), 및 작업물(110)과 같은 하나 이상의 작업물들을 지지하는 엔드 스테이션(end station)(106)을 포함한다. 이온 소스(102)는 빔 라인 컴포넌트들(104)을 통해 작업물(110)로 보내지는 이온 빔(105)을 생성한다.
빔 라인 컴포넌트들(104)은 이온 빔(105)을 제어하고, 이온 빔을 작업물(110)을 향해 보내기 위하여 당업자들에게 공지된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이러한 빔 라인 컴포넌트들(104)의 일부 예들은 질량 분석 자석(mass analyzing magnet), 분해 개구(resolving aperture), 이온 빔 가속 및/또는 감속 컬럼(column)들, 에너지 필터, 및 콜리메이터 자석(collimator magnet) 또는 평행 렌즈(parallelizing lens)를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 당업자들은 이온 주입기(100)에서 사용될 수 있는 대안적인 및/또는 추가적인 빔 라인 컴포넌트들(104)을 인식할 수 있을 것이다.
엔드 스테이션(106)은 희망되는 종의 이온들이 작업물(110)과 충돌할 수 있도록 이온 빔(105)의 경로 내에서, 작업물(110)과 같은 하나 이상의 작업물들을 지지한다. 작업물(110)은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 솔라 셀, 자기 매체, 또는 재료 개질(material modification)을 위해 이온 처리를 받는 다른 물체일 수 있다. 엔드 스테이션(106)은 작업물(110)을 지지하기 위한 플래튼(platen)(112)을 포함할 수 있다. 플래튼(112)은 정전기력(electrostatic force)들을 사용하여 작업물(110)을 고정시킨다. 엔드 스테이션(106)은 또한 희망되는 방향으로 작업물(110)을 이동시키기 위한 스캐너(scanner)(미도시)를 포함할 수 있다.
엔드 스테이션(106)은 또한 당업자들에게 공지된 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔드 스테이션(106)은 전형적으로 작업물들을 이온 주입기(100) 내로 도입하고, 이온 처리 후 작업물들을 제거하기 위한 자동화 작업물 처리 장비를 포함한다. 이온 빔에 의해 횡단되는 전체 경로가 이온 처리 동안 진공배기된다는(evacuated) 것이 당업자들에게 이해될 것이다. 이온 주입기(100)는 또한 이온 주입기(100)의 다양한 서브시스템들 및 컴포넌트들을 제어하기 위한 제어기(도 1에 미도시)를 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이온 소스(102)의 개략적인 단면도가 예시된다. 예시의 명료성을 위하여, 본 발명의 이해에 필수적이지 않은 이온 소스(102)의 일부 컴포넌트들은 예시되지 않는다. 이온 소스(102)는 아크 챔버(204)를 정의(define)하는 아크 챔버 하우징(203)을 포함한다. 아크 챔버 하우징(203)은 또한 페이스 플레이트(face plate)(256), 페이스 플레이트(256)와 대향되어 위치되는 후벽(rear wall)(257), 및 측벽(253)을 포함한다. 페이스 플레이트(256)는 이를 통해 명료한(well defined) 이온 빔(105)이 추출되는 추출 개구(215)를 더 정의한다.
이온 소스(102)는 또한 스퍼터 타겟(212)을 아크 챔버(204) 내로 이송하도록 구성된 이송 시스템(210)을 포함한다. 커버(262)는 이를 통해 스퍼터 타겟(212)이 이송될 수 있는 후벽(257)의 개구를 노출시키기 위하여 개방 위치(open position)에 있을 수 있다. 이송 시스템(210)은 스퍼터 타겟(212)에 연결된 축(shaft)(216)을 구동하기 위한 액추에이터(actuator)(214)를 포함할 수 있다. 액추에이터(214)는 축(216)을 구동하기 위한 모터, 기어 트레인(gear train), 연결장치(linkage)들을 포함할 수 있다. 이송 시스템(210)은 또한 제어기(218)를 포함할 수 있다. 제어기(218)는 희망되는 입력/출력 기능들을 수행하도록 프로그래밍될 수 있는 범용 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터들의 네트워크일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 제어기(218)는 또한 응용 특정 집적 회로들과 같은 다른 전자 회로부 또는 컴포넌트들, 다른 하드웨어에 내장된(hardwired) 프로그램가능 전자 디바이스들, 이산 엘러먼트 회로들, 등을 포함할 수 있다. 제어기(218)는 신호를 액추에이터(214)로 제공하고, 액추에이터로부터 신호들을 수신할 수 있다. 제어기(218)는 또한 이온 소스 및 이온 주입기를 모니터링하고 이들의 컴포넌트들을 제어하기 위하여, 예를 들어 커버(262), 전력 공급장치들, 빔 전류 센서들, 등과 같은 센서들 및 컴포넌트들과 같은 다른 컴포넌트들로 신호들을 전달하고 수신할 수 있다.
스퍼터 타겟(212)은 희망되는 도펀트(dopant) 종에 따른 다양하고 상이한 고체 재료들일 수 있다. 붕소(B)가 희망되는 도펀트 종일 때, 스퍼터 타겟(212)은 붕소 합금(boron alloy), 붕소화물(boride), 및 이들의 혼합물과 같은 붕소-함유 고체 재료일 수 있다. 인(P)이 희망되는 도펀트 종일 때, 스퍼터 타겟(212)은 인-함유 고체 재료일 수 있다. 스퍼터 타겟(212)은 고체 재료의 유형에 따라 약 400℃에서 3,000℃ 사이의 녹는점(melting point)을 가질 수 있다. 기화점(vaporization point)이 또한 고체 재료의 유형에 따라 변화할 수 있다.
이온 소스(102)는 또한 아크 챔버(204) 내에 위치된 음극(cathode)(224) 및 반사전극(repeller)(222)을 포함할 수 있다. 반사전극(222)은 전기적으로 절연될 수 있다. 음극 절연체(미도시)가 음극(224)을 아크 챔버 하우징(203)으로부터 전기적으로 열적으로 절연시키기 위하여 음극(224)과 관련하여 위치될 수 있다. 필라멘트(250)는 음극(224)을 가열하기 위하여 음극(224)에 대단히 인접하게 아크 챔버(204) 외측에 위치될 수 있다. 지지 로드(support rod)(252)가 음극(224) 및 필라멘트(250)를 지지할 수 있다. 가스 소스(260)는 이온화를 위하여 아크 챔버(204)로 가스를 제공할 수 있다.
추출 전극 어셈블리(미도시)가 명료한 이온 빔(105)의 추출을 위하여 추출 개구(215)에 인접하게 위치된다. 필라멘트 가열을 위해 전류를 필라멘트(250)에 제공하는 필라멘트 전력 공급장치 및 아크 챔버 하우징(203)을 바이어스(bias)하기 위한 아크 전력 공급장치와 같은 하나 이상의 전력 공급장치들(미도시)이 또한 제공된다.
동작 중, 이온 소스(102)는 제 1 스퍼터링 모드로 동작될 수 있다. 이러한 모드에서, 커버(262)가 후벽(257)의 개구를 노출시키기 위하여 개방 위치로 이동된다. 커버(262)는 개방 및 폐쇄(close) 위치 사이에서 이동하기 위하여 제어기(218)에 응답하는 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 이송 시스템(210)은 처음에 스퍼터 타겟(212)의 부분(274)을 아크 챔버(204) 내에 위치시키며, 나머지 부분(276)은 아크 챔버(204) 외측에 위치된다. 가스 소스(260)는 스퍼터 가스를 아크 챔버(204)로 제공할 수 있다. 스퍼터 가스는 Ar, Xe, 또는 Kr, 등과 같은 비활성 가스 또는 Cl, BF3, 등과 같은 반응성 가스일 수 있다.
필라멘트(250)는 연관된 전력 공급장치에 의해 열이온 방출(thermionic emission) 온도들까지 가열된다. 필라멘트(250)로부터의 전자들은 음극(224)에 충돌하며, 그럼으로써 음극(224) 또한 열이온 방출 온도들까지 가열된다. 음극에 의해 방출된 전자들이 가속될 수 있으며, 플라즈마 방전을 생성하기 위하여 가스 소스(260)로부터의 가스 분자들을 이온화할 수 있다. 반사전극(222)은 네거티브(negative) 전하를 추가적인 이온화 충돌들을 야기하는 아크 챔버(204)를 통해 되돌아 오는 반발(repel) 전자들에 증가시킨다. 도 2의 실시예에 있어 전자들이 음극(224)에 의해 제공되지만, 당업자들은, 예를 들어, 버나스 소스(Bernas source)와 같은, 상이한 전자 소스들을 가질 수 있는 다른 유형의 이온 소스들을 인식할 수 있을 것이다.
전자 소스와 무관하게, 아크 챔버(204) 내에 형성된 플라즈마는 그 후 스퍼터 타겟(212)으로부터 재료를 스퍼터 에칭(sputter etch)하며, 이는 결과적으로 플라즈마 내의 전자들에 의해 이온화된다. 이온들은 그 후 추출 개구(215)를 통해 명료한 이온 빔(105)으로 추출된다. 스퍼터 타겟(212), 및 특히 아크 챔버(204) 내에서 플라즈마를 접하는 스퍼터 타겟의 노출된 면(face)은, 따라서 재료가 그것으로부터 스퍼터 에칭되는 것을 이용함으로써 침식(erode)한다.
이송 시스템(210)은 바람직하게 스퍼터 타겟을 아크 챔버(204) 내로 이송함으로써 스퍼터 타겟(212)을 보충(replenish)한다. 이송 시스템(210)은 스퍼터 타겟(212)의 수동적 기계 이송 제어 또는 제어기(218)를 통한 자동화 이송 제어를 가능하게 할 수 있다. 자동화 제어를 위하여, 아크 챔버(204) 내로의 스퍼터 타겟(212)을 밀어 넣기(drive) 위하여 선택된 이송률(feed rate)이 스퍼터 타겟(212)의 침식률(erosion rate)에 응답하여 선택된다.
도 3은 아크 챔버(204) 내로의 스퍼터 타겟(212)의 선택된 이송률 대(versus) 스퍼터 타겟(212)의 노출된 부분의 침식률의 플롯을 예시한다. 전반적으로, 침식률이 증가함에 따라 이송률도 증가하며, 침식률이 감소함에 따라 이송률도 감소한다. 침식률은 몇몇 파라미터들에 의해 영향을 받을 수 있다. 하나의 파라미터는 스퍼터 타겟(212)을 위해 선택된 고체 재료의 유형이다. 상이한 녹는점들 및 기화점들은 또한 침식률에도 영향을 준다. 다른 파라미터는 이온 빔(105)의 빔 전류이다. 일반적으로, 상대적으로 더 큰 빔 전류는 모든 파라미터들이 동일할 때 더 작은 빔 전류보다 더 빠른 침식률을 초래할 수 있다. 당업계에서 공지된 패러데이 컵(Faraday cup)들과 같은 상이한 센서들은 이온 빔(105)의 실제 전류를 나타내는 피드백 신호를 제어기(218)로 제공할 수 있다. 침식률에 영향을 주는 또 다른 파라미터는 가스 소스(260)에 의해 아크 챔버(204) 내로 제공되는 가스의 유형이다. 제어기(218)는, 스퍼터 타겟(212)을 아크 챔버(204) 내로 이송하기 위한 희망되는 이송률을 선택하기 위하여, 이들 및 어쩌면 다른 파라미터들을 분석할 수 있다.
이송 시스템(210)은 스퍼터 타겟(212)을 축(216)에 고정되게 연결하도록 더 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어, 축(216)은 액추에이터(214)에 의해 구동되는 회전축(rotating shaft)일 수 있다. 따라서, 축과 스퍼터 타겟(212)은 중심축(axis)(217)에 대하여 회전할 수 있다. 스퍼터 타겟(212)은, 스퍼터 타겟이 아크 챔버(204) 내에 위치해 있으며 아크 챔버 내로 더 밀어 넣어지지 않는 동안, 회전할 수 있다. 또한, 이송 시스템(210)은, 스퍼터 타겟이 화살표들(278)의 방향으로 아크 챔버(204) 내로 직선으로 밀어 넣어질 때, 스퍼터 타겟(212)을 회전시키도록 더 구성될 수 있다. 중심축(217)에 대한 스퍼터 타겟(212)의 회전은 플라즈마에 노출된 스퍼터 타겟의 표면을 더 고르게(evenly) 마모(wear)하는데 도움을 주는 경향이 있다.
도 4를 참조하면, 음극(224)을 향하고 있는 아크 챔버(204)의 세로축(longitudinal axis)을 따른 단면도가 예시된다. 스퍼터 타겟(212)은, 도 2와 같은 유사한 관점에서 아크 챔버(204)로 접근하는 것으로서 예시된다. 아크 챔버(204) 내의 플라즈마(403)는 음극(224)과 반사전극(222) 사이에서 원통형 형태(cylindrical shape)를 갖는 경향이 있다. 스퍼터 타겟(212)은 플라즈마(403)의 형태와 비슷한 패턴으로 마모 또는 침식되는 경향이 있다. 따라서, 스퍼터 타겟(212)이 회전되지 않고 플라즈마(403)가 음극(224)과 반사전극(222) 사이에서 원통형 형태를 갖는 경우, 스퍼터 타겟(212)은 마모 패턴(410)을 보인다. 바람직하게, 스퍼터 타겟(212)이 중심축(217)에 대하여 회전되는 경우, 스퍼터 타겟(212)은 더 고르게 마모될 것이며, 마모 패턴(408)을 보일 수 있다. 비교적 균일한 방식으로 스퍼터 타겟(212)의 노출된 부분을 침식하는 것은 이온 소스의 안정성을 개선하고 이온 소스로부터 추출되는 이온 빔의 전류 레벨들을 증가시킬 수 있다.
이온 소스(102)는 또한 도 2의 실시예에 대하여 간접 가열식 음극 모드(indirectly heated cathode mode) 또는 비-스퍼터링 모드(non-sputtering mode)에서 동작될 수 있다. 이러한 간접 가열식 음극 모드에서, 이송 시스템(210)은 스퍼터 타겟(212)을 아크 챔버(204)로부터 완전히 빼낼(withdraw) 수 있으며, 후벽(257)의 연관된 개구를 차단하기 위하여 커버(262)를 폐쇄 위치에 위치시킬 수 있다. 이온 소스(102)는 그 후, 가스 소스(260)로부터 도펀트 가스를 공급하고 음극(224)으로부터 방출되는 전자들을 이용하여 도펀트 가스를 이온화함에 의해, 종래의 간접 가열식 음극(IHC) 소스로서 동작될 수 있다. 따라서, 이온 소스(102)는 스퍼터링 모드 및 비-스퍼터링 모드 모두에서 동작될 수 있는 다중-모드 유형의 이온 소스일 수 있다.
도 5는 개방 위치(262')와 폐쇄 위치(262'') 사이에서 움직일 수 있는 커버(262)를 갖는 이온 소스(102)의 후벽(257)의 일 실시예의 도면이다. 개방 위치(262')에서 커버(262)는 이온 소스(102)의 후벽(257) 내의 개구(502)를 노출시키기 위하여 중심점(pivot point)에 대하여 회전된다. 이송 시스템(210)은 그 뒤 스퍼터 타겟(212)을 개구(502)를 통해 아크 챔버(204) 내로 밀어 넣을 수 있다. 개구는 스퍼터 타겟(212)의 단면 형태에 따라 상이한 형태들을 가질 수 있다. 도 5의 실시예에 있어, 개구(502)는 원통형 형태의 스퍼터 타겟(212)을 수용하기 위하여 원형의 형태를 갖는다.
도 6을 참조하면, 이온 소스(602)의 다른 실시예의 단면의 평면도가 예시된다. 도 7은 도 6의 선(7-7)을 따라 자른 아크 챔버 하우징(203)의 후벽(257)의 단면도이다. 동일한 구성요소들은 동일한 도면부호들을 가지며, 따라서 반복되는 설명은 명료성을 위하여 이하에서 생략된다. 도 2의 실시예와 비교하면, 도 6 및 도 7의 실시예는 2개의 스퍼터 타겟들 또는 제 1 스퍼터 타겟(612) 및 제 2 스퍼터 타겟(613)을 포함한다. 도 6의 예시된 위치에 있어, 제 1 스퍼터 타겟(612)이 아크 챔버(204)로부터 제거되고, 커버(662)는 개구(702)를 커버하기 위하여 폐쇄 위치에 있으며, 이는 도 7에 보다 명료하게 예시되어 있다. 제 2 스퍼터 타겟(613)은 제 2 스퍼터 타겟의 스퍼터링을 위해 아크 챔버(204) 내에 위치된 부분을 갖는다.
이송 시스템(610)은 제 1 스퍼터 타겟(612)에 연결된 제 1 회전축(616) 및 제 2 스퍼터 타겟(613)에 연결된 제 2 회전축(617)을 포함한다. 축들(616, 617)은 구동 메커니즘(630)과 계합(engage)하는 쓰레드(thread)들을 포함할 수 있다. 구동 메커니즘(630)은 축들을 구동하고, 그에 따라 축들이 제 1 중심축(648) 및 제 2 중심축(650)에 대하여 각각 회전하는 동안 스퍼터 타겟들(612, 613)이 아크 챔버(204) 내로 직선으로 들어가고 나오도록 구동하기 위한 회전 구동장치(rotating drive)일 수 있다.
전력 공급장치(640)는 회전축(616) 및 전도성 축 재료에 연결된 회전 컨택(rotating contact)(642)을 통해 제 1 스퍼터 타켓(612)에 전기적으로 연결될 수 있다. 회전 컨택(642)은 상이한 전도성 재료로 제조될 수 있다. 전력 공급장치(640)는, 결과적으로 이온 빔(105)의 빔 전류를 증가시킬 수 있는, 제 1 스퍼터 타켓(612)로 끌어 당겨지는 입자들의 양과 밀도를 증가시킴으로써, 재료의 스퍼터링 레이트(sputtering rate)를 증가시키기 위하여 제 1 스퍼터 타겟(612)으로 바이어스 신호를 제공할 수 있다. 비록 도 6에 도시되지는 않았으나, 유사한 바이어싱 기법이 제 2 스퍼터 타겟(613)에 적용될 수 있다.
동작 중, 이온 소스(602)는 몇몇 모드들 중 하나의 모드로 동작될 수 있다. 제 1 스퍼터링 모드에서, 제 1 커버(662)가 개방 위치에 있을 수 있으며, 이송 시스템(610)은 후벽(257)의 제 1 개구(702)를 통해 제 1 스퍼터 타겟(612)을 이송하도록 구성된다. 제 2 커버(미도시)는, 제 2 스퍼터 타겟(613)이 완전히 아크 챔버(204)의 외측에 위치됨에 따라, 제 2 개구(703)를 커버하기 위하여 폐쇄 위치에 있을 수 있다. 제 2 스퍼터링 모드에서, 스퍼터 타겟들은, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 스퍼터 타겟(613)이 아크 챔버(204) 내로 이송되며, 반면 제 1 스퍼터 타겟(612)이 완전히 제거되고 제 1 커버(662)가 폐쇄 위치에 있도록, 역전될 수 있다. 또 다른 동작 모드에서, 제 1 및 제 2 스퍼터 타겟들(612, 613) 모두가 동일한 고체 재료로 제조되며, 그 둘 모두가 동시에 아크 챔버(204) 내로 이송될 수 있다. 또 다른 동작 모드에서, 제 1 및 제 2 스퍼터 타겟들(612, 613) 모두가 아크 챔버로부터 완전히 제거될 수 있으며, 각각의 커버들이 폐쇄되고, 이온 소스가 간접 가열식 음극 모드에서 동작할 수 있다.
따라서, 아크 챔버 내로 스퍼터 타겟을 이송하기 위한 이송 시스템이 제공된다. 일 실시예에 있어, 아크 챔버는 빔 라인 이온 주입기를 위한 이온 소스의 아크 챔버일 수 있다. 이송 시스템은, 침식된 스퍼터 타겟이 지속적으로 보충됨에 따라, 어떠한 이송 시스템도 없이 스퍼터 타겟이 아크 챔버 내에 완전히 위치되는 것에 비하여 증가된 동작 수명을 가능하게 한다. 이송 시스템을 사용함으로써, 스퍼터링을 위하여 보충되는 영역(area) 및 프로파일이 또한 아크 챔버 내의 플라즈마에 제공될 수 있으며, 그에 따라 보충된 영역의 프로파일 제어가 제공될 수 있다. 또한, 빔 라인 이온 주입기의 이온 소스에 대하여, 스퍼터 타겟의 스퍼터링은 또한, 가스를 아크 챔버 내로 공급하는 것에 비하여 다이머 상태(dimer state)들과 대전된 종의 곱(multiply)의 증가된 레벨을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 붕소를 함유하고 있는 스퍼터 타겟으로부터 획득된 희망되는 붕소(B) 종은 일반적으로, 삼불화붕소(boron trifluoride)(BF3)와 같은 도펀트 가스를 아크 챔버 내로 공급하는 종래의 이온 소스에 비하여, 2배로 대전된(B++) 상태 및 3배로 대전된(B+++) 상태들을 초래할 수 있다. 이송 시스템은 또한, 하나 이상의 스퍼터 타겟들이 아크 챔버 내로 삽입되고 및 이로부터 제거되는 것과 같은 상이한 동작 모드들을 가능하게 함으로써, 유연성을 허용한다. 또한, 빔 라인 이온 주입기에 대하여, 상이한 종, 빔 전류들, 등을 이용하는 많은 상이한 유형의 이온 빔들이 동일한 이온 소스에 의해 제공될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예들에 의해 그 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에 기술된 이러한 실시예들에 더하여, 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이전의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들은 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 본 발명이 본 명세서에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 기술되었지만, 당업자들은 본 발명의 유용성이 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본 명세서에 기술된 바와 같이 본 발명의 완전한 폭 및 사상의 관점에서 이해되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 아크 챔버를 정의(define)하는 아크 챔버 하우징(housing); 및
    스퍼터 타겟(sputter target)을 상기 아크 챔버 내로 이송(feed)하도록 구성된 이송 시스템을 포함하는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송 시스템은 상기 스퍼터 타겟의 침식률(erosion rate)에 응답하여 선택된 이송률(feed rate)로 상기 스퍼터 타겟을 상기 아크 챔버 내로 이송하도록 구성되는, 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송 시스템은, 상기 스퍼터 타겟의 나머지 부분(remaining portion)이 상기 아크 챔버의 외부에 위치되는 동안, 상기 스퍼터 타겟의 일 부분(portion)을 상기 아크 챔버 내로 이송하도록 구성되는, 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송 시스템은 상기 스퍼터 타겟에 연결된 축(shaft)을 포함하며,
    상기 축은, 상기 스퍼터 타겟의 일 부분의 침식률에 응답하여 선택된 이송률로, 상기 스퍼터 타겟의 일 부분을 상기 아크 챔버 내로 밀어 넣도록(drive) 구성되는, 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 축은 상기 스퍼터 타겟에 고정적으로 연결된 회전축(rotating shaft)을 포함하며,
    상기 이송 시스템은, 상기 스퍼터 타겟이 상기 아크 챔버 내로 밀어 넣어짐에 따라, 상기 스퍼터 타겟을 회전시키도록 더 구성되는, 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이송 시스템은 상기 회전축에 연결된 회전 컨택(rotating contact)을 더 포함하며,
    상기 회전 컨택은 상기 스퍼터 타겟을 바이어싱(bias)하기 위한 바이어스 신호에 대한 전기적 컨택을 제공하는, 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 아크 챔버 하우징은 제 1 개구(aperture) 및 제 1 커버(cover)를 포함하며,
    상기 제 1 커버는 상기 이온 소스가 제 1 스퍼터링 모드에서 동작할 때 개방 위치(open position)에 있으며, 상기 이송 시스템은 상기 제 1 개구를 통해 상기 스퍼터 타겟을 상기 아크 챔버 내로 이송하도록 구성되는, 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 아크 챔버 하우징은 제 2 개구 및 제 2 커버를 더 포함하고,
    상기 이온 소스가 제 2 스퍼터링 모드에서 동작할 때, 상기 제 2 커버는 개방 위치에 있고 상기 제 1 커버는 폐쇄 위치(closed position)에 있으며, 상기 이송 시스템은 상기 제 2 개구를 통해 제 2 스퍼터 타겟을 상기 아크 챔버 내로 이송하도록 구성되는, 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 스퍼터 타겟은 원통형 형태(cylindrical shape)를 가지며, 상기 제 1 개구는 상기 원통형 형태를 수용(accept)하기 위하여 원형 형태(circular shape)를 갖는, 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 아크 챔버의 일 말단(end)에 위치된 음극(chatode) 및 상기 아크 챔버의 대향하는 말단에 위치되는 반사전극(repeller)을 더 포함하며,
    상기 이송 시스템은 상기 스퍼터 타겟을 상기 아크 챔버로부터 제거하도록 구성되며, 상기 제 1 커버는 상기 장치가 간접 가열식 음극 모드(indirectly heated cathode mode)에서 동작할 때 폐쇄 위치에 있는, 장치.
  11. 스퍼터 타겟을 아크 챔버 하우징에 의해 정의된 아크 챔버 내로 이송하는 단계; 및
    상기 스퍼터 타겟으로부터의 입자(particle)들을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 스퍼터 타겟으로부터의 상기 입자들을 이온화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 스퍼터 타겟으로부터의 상기 입자들을 이온화할 때, 상기 스퍼터 타겟의 일 부분을 상기 아크 챔버 내부에 위치시키고, 상기 스퍼터 타겟의 나머지 부분을 상기 아크 챔버 외부에 위치시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 아크 챔버 하우징에 의해 정의된 추출 개구로부터 이온 빔을 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 스퍼터 타겟의 침식률에 응답하여 선택된 이송률로 상기 스퍼터 타겟을 상기 아크 챔버 내로 이송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 스퍼터 타겟을 상기 아크 챔버 내로 이송하는 동안 상기 스퍼터 타켓을 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 스퍼터 타겟을 바이어싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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