KR20210142662A

KR20210142662A - 액상 금속 이온 소스

Info

Publication number: KR20210142662A
Application number: KR1020217032406A
Authority: KR
Inventors: 네일 바솜; 네일 콜빈; 체-젠 시에; 마이클 아민
Original assignee: 액셀리스 테크놀러지스, 인크.
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-11-25
Also published as: CN113632197A; US20200303154A1; JP2022525891A; JP7455857B2; WO2020197938A1; TW202109590A; CN113632197B; US11170967B2

Abstract

이온 소스는 이온 빔을 형성하도록 구성되고 아크 챔버 환경을 둘러싸는 아크 챔버를 가진다. 저장 장치는 리펠러로 구성될 수 있고 상기 아크 챔버 환경에 액상 금속을 공급한다. 바이어싱 전력 공급장치는 상기 아크 챔버 환경 내에 플라즈마를 형성하기 위해 상기 액상 금속을 기화하기 위해 상기 아크 챔버에 대해 상기 저장 장치를 전기적으로 바이어스한다. 상기 저장 장치는 상기 액상 금속을 위한 저장 환경을 규정하는 컵과 캡을 가지고 이는 상기 캡의 구멍에 의해 상기 아크 챔버 환경과 유체 연통한다. 특징부는 상기 컵으로부터 상기 저장소로 연장되고 모세관 작용에 의해 상기 액상 금속을 상기 아크 챔버 환경으로 공급하기 위해 상기 액상 금속에 접촉한다. 구조, 표면적, 거칠기 및 물질은 상기 모세관 작용을 수정한다. 상기 특징부는 상기 액상 금속으로 연장하는 환형 링, 막대, 또는 튜브일 수 있다.

Description

액상 금속 이온 소스

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이온 소스용 소스 물질을 제공하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이 출원은 2019.03.22에 "LIQUID METAL ION SOURCE(액상 금속 이온 소스)"라는 명칭으로 출원된 U.S. 가출원 No. 62/822,313의 이익을 주장하며, 그 내용의 전체가 여기에 참조로 포함된다.

금속 이온을 이용한 이온 주입에 대한 요구가 증가하고 있다. 예를 들면, 알루미늄 주입은 전력 장치 시장에서 중요한데, 이는 작지만 매우 빠르게 증가하는 시장의 분야이다. 알루미늄을 비롯한 많은 금속에 대해, 공급 재료를 상기 이온 소스에 제공하는 것이 문제이다. 알루미늄 또는 다른 금속을 포함하는 기체 분자가 이용될 수 있지만, 금속 원자(들)는 탄소 및/또는 수소에 부착되려는 경향이 있기 때문에, 이는 상기 이온 소스에 문제를 일으킬 수 있다. 상기 이온 소스의 상기 아크 챔버의 외부에 있는 작은 오븐인 증발기를 사용하는 시스템이 이전에 제공되었는데, 그에 의해 상기 이온 소스에 증기를 공급하기 위한 적절한 증기압을 생성하기 위해 금속 염(metal salts)이 가열된다. 상기 오븐은, 하지만, 상기 아크 챔버로부터 떨어져 있고 원하는 온도로 가열하고, 증기 흐름을 설정하고, 플라즈마가 시작되고, 상기 이온빔이 시작되는 등을 위해 시간이 걸린다. 게다가, 만일 한 금속 종에서 다른 종으로의 변화가 필요하면, 그러한 종의 변화를 위한 오븐의 적절한 냉각을 기다리는데 시간이 걸린다.

다른 종래의 기술은 알루미늄이나 다른 금속과 같은 금속 함유 물질을 상기 아크 챔버 내부에 위치시킨다. 일루미늄의 경우, 상기 금속 함유 물질은 산화 알루미늄(aluminum oxide), 불화 알루미늄(aluminum fluoride), 또는 질화 알루미늄(aluminum nitride)을 포함할 수 있으며, 이들 모두는 상기 플라즈마 챔버의 약 800

온도를 견딜 수 있다. 그러한 시스템에서, 이온은 플라즈마 내부의 재료에서 직접 스퍼터링된다(sputtered). 다른 기술은 금속의 화학적 에칭(etching)을 달성하기 위해 불소(fluorine)과 같은 에칭제(etchant)를 포함하는 플라즈마를 사용하는 것이다. 이러한 다양한 기술을 이용하여 받아들일만한 빔 전류가 얻어질 수 있지만, 모두가 좋은 전기 절연체인 산화 알루미늄, 염화 알루미늄, 및 질화 알루미늄의 화합물은 비교적 짧은 시간 동안(예를 들면, 5-10시간) 상기 이온 소스에 인접한 전극에 증착되는 경향이 있다. 따라서, 다양한 다양한 유해한 효과가 관찰되는데, 고전압 불안정성 및 주입되는 이온의 선량에서 관련된 변동과 같은 것이 그것이다.

한 예에 따르면, 이온 소스가 제공되고 이온 빔을 형성하도록 구성되는데, 상기 이온 소스는 아크 챔버 환경을 대체로 둘러싸는 아크 챔버를 포함한다. 저장 장치가 추가로 제공되고 상기 아크 챔버 환경에 액상 금속을 공급하도록 구성된다. 바이어싱 전력 공급장치가 상기 아크 챔버에 대해 상기 저장 장치를 전기적으로 바이어스하도록 추가로 구성된다. 상기 저장 장치는, 예를 들면, 그 내부에 상기 액상 금속을 대체로 수용하도록 구성된 컵을 포함한다. 상기 컵은, 예를 들면, 그 안에 중력에 의해 상기 액상 금속을 대체로 수용하도록 구성된다.

한 예시 측면에서, 상기 저장 장치는 캡을 더 포함하고, 상기 캡은 상기 컵과 선택적으로 관련되고 상기 저장 장치의 상단부를 대체로 감싸고, 그 내부에 상기 액상 금속과 연관된 저장 환경을 규정한다. 상기 액상 금속은, 예를 들면, 상기 저장 환경 내에 존재하고, 상기 저장 장치는 그 내부의 상기 액상 금속의 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 추가로 구성된다. 상기 저장 장치는, 예를 들면, 열원(heat source)을 통해 상기 저장 장치의 선택적 가열에 의해 상기 액상 금속의 상기 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 구성된다.

한 예에서, 상기 열원은 상기 아크 챔버 내에서 생성된 플라즈마, 상기 저장 장치에 충돌하는 상기 플라즈마로부터의 이온과 연관된 에너지, 및 보조 히터 중 하나 이상을 포함한다.

다른 예에서, 상기 캡은 그 내부에 규정된 하나 이상의 구멍을 포함하고, 상기 하나 이상의 구멍은 상기 저장 환경과 상기 아크 챔버 환경 사이에 유체 연통을 제공한다. 한 예에서, 상기 캡은 상기 저장소로 연장되는 하나 이상의 특징부를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 특징부는 상기 저장소 내의 상기 액상 금속과 접촉하고 모세관 작용을 통해 상기 액상 금속을 상기 아크 챔버 환경으로 공급하도록 구성된다. 상기 하나 이상의 특징부는, 예를 들면, 상기 모세관 작용을 제공하도록 구성된 미리 정해진 표면적, 표면 거칠기, 및 표면 물질 중 하나 이상을 포함한다. 다른 예에서, 상기 하나 이상의 특징부는 상기 캡으로부터 상기 저장소로 연장되는 환형(annular) 특징부, 상기 저장소로부터 상기 캡으로 연장되는 저장 특징부, 상기 캡의 중앙부로부터 상기 저장소 내의 상기 액상 금속으로 연장되는 긴 특징부 중 하나 이상을 포함한다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 아크 챔버가 이온 빔 형성을 위해 제공되고, 상기 아크 챔버는 아크 챔버 환경을 대체로 둘러싸는 하우징을 포함한다. 저장 장치는, 예를 들면, 상기 아크 챔버 환경 내에 위치하고, 상기 저장 장치는 상기 아크 챔버 환경 내에 액상 금속을 수용하도록 구성된다. 또한, 바이어싱 전력 공급장치가 제공되고 상기 저장 장치를 전기적으로 바이어스하고 상기 아크 챔버 환경 내에 플라즈마를 형성하도록 구성된다.

한 예에서, 상기 저장 장치는 컵 및 캡을 더 포함하고, 상기 컵은 그 내부에 상기 액상 금속을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성되고, 상기 캡은 상기 컵과 선택적으로 관련되고 상기 저장 장치의 상단부를 대체로 감싸고, 그 내부에 상기 액상 금속과 연관된 저장 환경을 규정한다. 상기 액상 금속은, 예를 들면, 상기 저장 환경 내에 존재하고, 상기 저장 장치는 그 내부의 상기 액상 금속의 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 추가로 구성된다.

다른 예에서, 상기 저장 장치는 열원을 통해 상기 저장 장치의 선택적 가열에 의해 상기 액상 금속의 상기 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 구성되고, 상기 열원은 상기 아크 챔버 내에서 생성된 상기 플라즈마, 상기 이온 빔과 연관된 에너지, 및 보조 히터 중 하나 이상을 포함한다.

상기 캡은, 예를 들면, 그 내부에 하나 이상의 구멍을 포함하고, 상기 하나 이상의 구멍은 상기 저장 환경과 상기 아크 챔버 환경 사이에 유체 연통을 제공하고, 상기 하나 이상의 구멍은 하나 이상의 직경을 가지고, 상기 하나 이상의 구멍은 상기 아크 챔버 내의 상기 플라즈마가 상기 우묵한 부분 내의 상기 액상 금속과 직접 접촉하지 않도록 배향된다.

다른 예에서, 상기 캡은 상기 저장소로 연장되는 하나 이상의 특징부를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 특징부는 상기 저장소 내의 상기 액상 금속과 접촉하고 모세관 작용을 통해 상기 액상 금속을 상기 아크 챔버 환경으로 공급하도록 구성된다. 상기 하나 이상의 특징부는, 예를 들면, 상기 캡 내에 규정된 하나 이상의 환형 링을 포함할 수 있고, 상기 환형 립은 상기 캡의 주요부로부터 상기 저장소 내의 액상 금속으로 연장된다. 다른 예에서, 상기 하나 이상의 특징부는 상기 캡의 주요부로부터 상기 저장소 내의 상기 액상 금속으로 연장하는 긴 특징부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 예시 측면에서, 이온 빔을 생성하는 방법이 제공되고, 금속 원소가 아크 챔버의 내부 환경에 제공되어 액체 상태로 가열된다. 상기 금속 원소는 상기 아크 챔버 내에서 금속 이온을 형성하기 위해 추가로 기화되고 에너지를 공급받는다.

위의 요약은 단지 본 발명의 일부 실시예의 일부 특징의 간단한 개요를 제공하기 위함이며, 다른 실시예는 추가적인 및/또는 위에서 언급된 것과는 다른 특징을 포함할 수 있다. 특히, 이 요약은 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 따라서, 전술한 및 관련된 목적의 달성을 위해, 본 발명은 이후에 설명되고 특히 청구범위에서 지적되는 특징들을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정 도시적인 실시예를 상세히 설명한다. 이들 실시예는, 하지만, 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 다양한 방식들 중 몇몇을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 측면은 예방적 유지보수 사이클 사이에 이온 주입 시스템의 이온 소스의 사용의 길이를 증가시키기 위한 이온 주입 공정을 용이하게 하고, 따라서 상기 이온 주입 시스템의 전체적 생산성과 수명을 증가시킨다.

도 1은 본 발명의 여러 측면에 따른 예시 진공 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 예에 따른 이온 소스의 구조적 표현이다.
도 3a는 본 발명의 다양한 예에 따른 액상 금속을 수용하기 위한 저장 장치의 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 다양한 예에 따른 도 3a의 상기 저장 장치의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 예에 따른 이온 소스의 아크 챔버의 부분 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 다양한 예에 따른 캡(cap)을 가지는 저장 장치의 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 다양한 예에 따른 도 5a의 상기 저장 장치의 측면도이다.
도 5c는 본 발명의 다양한 예에 따른 도 5a의 상기 저장 장치의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 다양한 예에 따른 캡을 가지는 다른 저장 장치의 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 다양한 예에 따른 도 6a의 상기 저장 장치의 측면도이다.
도 6c는 본 발명의 다양한 예에 따른 도 6a의 상기 저장 장치의 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 다양한 예에 따른 저장 장치의 캡의 사시도이다.
도 7b는 본 발명의 다양한 예에 따른 도 7a의 상기 캡의 측면도이다.
도 7c는 본 발명의 다양한 예에 따른 도 7a의 상기 캡의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 예에 따른 액상 금속 소스로부터 이온을 형성하는 예시 방법을 도시하는 흐름도이다.

본 발명은 일반적으로 공작물(workpiece)로의 이온 주입과 연관된 다양한 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이온을 추출하기 위한 아크 챔버 내에 액상 금속을 제공하도록 구성된 이온 소스에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은 도면을 참조하여 이제 설명될 것인데, 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 지칭하기 위해 사용된다. 이러한 측면들의 설명은 단지 도시적인 것이고 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다는 것이 이해될 것이다. 다음의 설명에서, 설명을 위해, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부사항이 설명된다. 하지만, 본 발명은 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부된 도면을 참조하여 이후에 설명된 실시예 또는 예제에 의해 제한하려는 의도가 아니고, 첨부된 청구항 및 그 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

도면은 본 발명의 실시예의 일부 측면의 도시를 제공하기 위해 제공되고, 따라서 단지 개략적인 것으로 간주됨을 또한 유의한다. 특히, 도면에 보여진 구성요소들은 반드시 서로 축척에 맞는 것은 아니고, 도면에서 다양한 구성요소의 배치는 각 실시예의 명확한 이해를 제공하기 위해 선택되며, 본 발명의 실시예에 따른 구현에서의 다양한 구성요소들의 실제 상대적인 위치를 반드시 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 특별히 다르게 언급되지 않는 한 여기에 설명된 다양한 실시예 및 예제의 특징들은 서로 결합될 수 있다.

다음의 설명에서, 도면에서 보여지거나 여기 설명된 기능 블록, 장치, 구성요소, 회로 요소 또는 다른 물리적 또는 기능 유닛 사이의 어떤 직접적인 연결 또는 결합은 간접적인 연결 또는 결합에 의해 또한 구현될 수 있음이 또한 이해될 것이다. 또한, 도면에 보여진 기능 블록 또는 유닛은 한 실시예에서 분리된 특징 또는 회로로 구현될 수 있고, 또한 또는 대안적으로 완전히 또는 부분적으로 다른 실시예에서 범용 특징 또는 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 여러 기능 블록은 시그널 프로세서와 같은 범용 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 다음의 명세서에서 유선 기반으로 설명된 어떤 연결도, 반대로 언급되지 않는 한 무선 통신으로 구현될 수 있음이 또한 이해될 것이다.

반도체 장치의 제조에서, 이온 주입은 불순물로 반도체를 도핑하기 위해 사용된다. 이온 주입 시스템은 종종 반도체 웨이퍼와 같은 공작물(workpiece)을 이온 빔의 이온으로 도핑하기 위해 이용되는데, 이는 n형 또는 p형 도핑 물질을 생성하거나, 집적 회로의 제조 동안 패시베이션(passivation) 층을 형성하기 위함이다. 그러한 빔 처리는 미리 정해진 에너지 수준과 제어된 농도에서 특정 도펀트(dopant) 물질의 불순물을 상기 공작물에 선택적으로 주입하여, 집적 회로의 제조 동안 반도체 물질을 생성하기 위해 종종 사용된다. 반도체 웨이퍼를 도핑하기 위해 사용될 때, 상기 이온 주입 시스템은 선택된 종류의 이온을 상기 공작물에 주입하여 원하는 외부 물질을 생성한다. 예를 들면, 안티몬(antimony), 비소(arsenic), 또는 인(phosphorus)과 같은 소스 물질로부터 생성된 이온의 주입은 "n-형" 외부 물질 웨이퍼를 생성하는 반면, "p-형" 외부 물질 웨이퍼는 종종 붕소(boron), 갈륨(gallium), 또는 인듐(indium)과같은 소스 물질로 생성된 이온으로부터 생성된다.

이온 주입기는 이온 소스, 이온 추출 장치, 질량 분석 장치, 빔 전송 장치 및 공작물 처리 장치를 포함한다. 상기 이온 소스는 원하는 원자 또는 분자 도펀트 종의 이온을 생성한다. 이러한 이온은 상기 이온 소스로부터 전극 세트와 같은 추출 시스템에 의해 추출되는데, 이는 상기 이온 소스로부터의 이온의 흐름에 에너지를 공급하고 방향을 정하여, 이온 빔을 형성한다. 원하는 이온은 일반적으로 상기 추출된 이온 빔의 질량 분산 및 분리를 수행하는 자기 쌍극자(magnetic dipole)와 같은 질량 분석 장치에서 상기 이온 빔으로부터 분리된다. 일련의 집속(focusing) 장치를 포함하는 진공 시스템과 같은, 상기 빔 전송 장치는 상기 이온 빔의 원하는 특성을 유지하면서 상기 이온 빔을 상기 공작물 처리 장치로 전송한다. 마지막으로, 반도체 웨이퍼와 같은 공작물은 공작물 핸들링 시스템을 통해 상기 공작물 처리 장치의 안팎으로 전송되는데, 이는 처리될 공작물을 상기 이온 빔 앞에 위치시키고 처리된 공작물을 상기 이온 주입기로부터 제거하기 위한 하나 이상의 로봇 팔을 포함할 수 있다.

본 발명은, 예를 들면, 상기 종래의 이온 소스 내에서 스퍼터 타겟(sputter targets)으로 또는 요오드화 알루미늄(aluminum iodide), 불화 알루미늄, 또는 다른 금속 화합물을 사용하는 기화기의 공급물로 알루미늄 또는 다른 금속 요소 또는 화합물을 사용하는 종래의 이온 소스에 비해 이점을 제공하는 반면에, 그러한 종래의 접근은 낮은 빔 전류를 가지며 원하는 도펀트가 아닌 원자를 상기 종래 이온 소스 내의 상기 플라즈마 내로 도입한다.

일반적으로, 이온 주입기는 다양한 종을 주입하는데 이용된다. 만일 기체 전구체(gaseous precursors)가 이용 가능하다면, 그러한 전구체는 일반적으로 선호되는데, 그들은 종 사이에 비교적 빠른 전환을 제공할 뿐 아니라, 다른 종이 실행될 때 교차 오염의 위험이 있는 아크 챔버 내부의 물질의 증착을 최소화하기 때문이다. 갈륨, 인듐, 및 알루미늄과 같은 일부 물질에 대해, 하지만 편리한 기체 전구체는 일반적으로 이용 가능하지 않다. 그러한 경우에, 기화기 시스템은 상기 이온 소스에 타겟 원자를 포함하는 증기를 공급하는데 사용된다. 대략 100℃-800℃ 범위의 온도에서 대략 1mtorr - 1torr 범위의 증기압을 가지는 물질이 선택되고, 상기 물질은 일반적으로 상기 이온 소스의 아크 챔버 외부 오븐에서 가열된다. 상기 오븐은 노즐을 통해 상기 아크 챔버와 연통 상태이고, 그에 의해 상기 증기가 상기 오븐으로부터 상기 아크 챔버로 흐른다. 그러한 시스템은, 하지만, 상기 오븐과 노즐 시스템이 높은 열 질량과 긴 세팅 시간을 가짐에 따라 기화되는 종 사이의 전환 시간이 오랜 기간을 나타내는 경향이 있다.

대안으로서, 상기 원자를 포함하는 고체 타겟이 상기 아크 챔버 내부의 리펠러 말단(repeller end) 및/또는 측벽에 배치될 수 있으므로, 상기 아크 챔버 내부에 형성된 플라즈마가 상기 고체 타겟으로부터 상기 플라즈마로 물질을 스퍼터링한다. 그러한 스퍼터링은 불소 함유 가스 또는 다른 반응성 가스를 상기 플라즈마 내부에 도입함으로써 화학적 효과가 향상될 수 있다. 하지만, 이용 가능한 물질의 범위가 제한되는데, 용융 또는 승화(subliming) 없이 상기 아크 챔버 내에서 관찰되는 600℃-1000℃ 온도를 견뎌야 하기 때문이다. 그러한 물질 대부분은, 특히 기술적으로 관심있는 금속 갈륨 및 알루미늄에 대해, 예를 들면, 산화물(oxides), 불화물(fluorides), 또는 질화물(nitrides)이다. 이러한 물질은, 반응성 가스와 결합될 때, 상기 이온 소스로부터 끌어내어질 상기 이온빔을 추출하고 형성하는데 사용되는 고전압 전극 상에 절연 화합물의 증착을 초래할 수 있다. 그러한 증착은 상기 이온 소스의 고전압 불안정성과 수명 단축을 야기할 수 있다. 게다가, 상기 고체 타겟은 다른 종이 추출되는 때 조차도 상기 플라즈마에 노출되어, 상기 추출된 빔의 오염과 상기 고체 타겟의 소모되는 결과를 낳는다. 본 발명은, 하지만, 상기 이온 소스를 켜고 끄는데 비교적 짧은 시간을 제공하기 위해 상기 플라즈마에 상기 도펀트 종의 순수한 소스를 제공하는 데 있어서의 이점을 현재 인식한다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 도 1은 예시 진공 시스템(100)을 도시한다. 본 예의 상기 진공 시스템(100)은 이온 주입 시스템(101)을 포함하지만, 플라즈마 처리 시스템, 또는 다른 반도체 처리 시스템과 같은 다양한 다른 유형의 진공 시스템 또한 고려된다. 상기 이온 주입 시스템(101)은, 예를 들면, 터미널(102), 빔라인 조립체(104), 및 종단 스테이션(106)을 포함한다.

일반적으로 말해서, 상기 터미널(102) 내의 이온 소스(108) 전력 공급장치(110)에 연결되는데, 그에 의해 소스 물질(112, 또한 도펀트 물질이라고도 불리움)이 아크 챔버(114)에 공급되고 복수의 이온으로 이온화되어 추출 개구(117)를 통해 이온 빔을 형성하고 추출한다. 본 예에서 상기 이온 빔(116)은 빔 조향(beam-steering) 장치(118, 또한 마그넷(magnet)이라고도 불리움)를 통과하여, 상기 종단 스테이션(106)을 향해 개구(120) 밖으로 향한다. 상기 종단 스테이션(106)에서, 상기 이온 빔(116)은 상기 공작물(122, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼, 디스플레이 패널 등과 같은 반도체)에 충돌하는데, 이는 척(chuck)(124, 예를 들면 정전 척(electrostatic chuck) 또는 ESC)에 선택적으로 클램핑되거나 결합된다. 일단 상기 공작물(122)의 격자 내에 들어가면, 상기 주입된 이온은 상기 공작물의 물리적 및/또는 화학적 특성을 변화시킨다. 이때문에, 이온 주입은 반도체 장치 제조 및 금속 마감뿐 아니라 재료 과학 연구의 다양한 응용에 사용된다.

본 발명의 상기 이온 빔(116)는 펜슬 또는 스팟 빔, 리본 빔, 스캔된 빔, 또는 이온이 종단 스테이션(106)을 향하는 다른 어떤 형태와 같이 어떤 형태도 취할 수 있고, 그러한 모든 형태는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다.

한 예시 측면에 따라, 상기 종단 스테이션(106)은 진공 챔버(128)와 같은 공정 챔버(126)를 포함하는데, 공정 환경(130)은 상기 공정 챔버와 연관된다. 상기 공정 환경(130)은 일반적으로 상기 공정 챔버(126) 내에 존재하고, 한 예에서, 상기 공정 챔버와 연결된 진공 소스(132, 예를 들면, 진공 펌프)에 의해 생성된 진공을 포함하고, 상기 공정 챔버를 실질적으로 비우도록 구성된다. 또한, 제어기(134)가 상기 진공 시스템(100) 및 그 구성요소의 전체적인 제어를 위해 제공된다.

본 발명의 상기 장치는 CVD, PVD, MOCVD, 에칭 장비, 및 다양한 다른 반도체 공정 장치와 같은 다른 반도체 공정 장치에 구현될 수 있고, 그러한 모든 구현은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 상기 장치는 유리하게 예방적 유지보수 주기 사이의 상기 이온 소스(108)의 사용 길이를 증가시키고, 따라서 상기 시스템 진공(100)의 전체적 생산성과 수명을 증가시킨다.

상기 이온 소스(108, 또한 이온 소스 챔버라고도 불리움)는, 예를 들면, 적절한 고온 성능을 제공하기 위해 내화(refactory) 금속(텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 등) 및 흑연(graphite)을 사용하여 구성될 수 있는데, 그러한 재료들은 반도체 칩 제조사에 의해 일반적으로 허용된다. 본 발명에 따르면, 상기 소스 물질(112)은 액체 상태로 상기 이온 소스(108, 예를 들면, 상기 아크 챔버(114)) 내에 유리하게 제공되는 금속(예를 들면, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 또는 다른 금속)을 포함하거나 이로 구성된다.

상기 이온 소스(108)의 상기 아크 챔버(114)는, 예를 들면, 도 2에 구조적으로 도시되는데, 본 발명의 상기 이온 소스는 알루미늄, 인듐, 갈륨, 안티몬(antimony), 또는 다른 금속과 같은 금속 소스 물질(136)로부터의 기화를 이용함으로써 높은 빔 전류를 가지는 상기 이온 빔(116)을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 금속 소스 물질(136)은 상기 아크 챔버(114) 내에서 가열되어 액체 상태를 형성하거나 아니면 유지하여, 그 내부에 액상 금속(138)을 규정하고, 상기 액상 금속은 플라즈마(140)를 형성하기 위해 상기 아크 챔버 내에서 추가로 기화된다. 상기 액상 금속(138)은, 예를 들면, 그 내부에서 상기 플라즈마(140)가 형성되는 아크 챔버 환경(142)에 직접 노출될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 본 발명은 상기 플라즈마(140)에 노출되기 위해 상기 액상 금속(138)을 끌어내기 위한 모세관 작용(capillary action)을 제공할 수 있는데, 이는 물리적 또는 화학적 작용을 통해 상기 플라즈마에 통합될 수 있고, 아래에서 추가로 논의될 것이다. 상기 메탈 소스 물질(136, 예를 들면, 상기 액상 금속(138))은, 예를 들면, 저장 장치(144)에 보유되거나 아니면 포함되거나 유지될 수 있다. 상기 저장 장치(144)는, 예를 들면, 상기 이온 소스(108)의 리펠러(148) 내에 규정된 컵(146)을 포함하는데, 상기 컵은 리펠러 전력 공급장치(152)에 의해 제공된 바이어스 전압(150, 예를 들면 0-500V)에 의해 상기 아크 챔버(114)에 대해 음으로 바이어스된다. 예를 들면, 상기 바이어스 전압(150, 예를 들면, 리펠러 공급 전압)은 상기 아크 전류, 추출 전류, 또는 제어 목적의 다른 요소들의 변화에 대응하여 변할 수 있다. 도 3a-3b는 예시 저장 장치(144)를 도시하는데, 상기 금속 소스 물질(136)은 상기 컵(146)의 리세스부(154, recess) 내에 수용될 수 있다. 한 예에서, 도 2의 상기 이온 소스(108)의 상기 아크 챔버(114)의 기하학적 구조가 제공됨으로써 상기 액상 금속(138)이 중력에 의해 상기 컵(146)에 유지되고 상기 이온 소스(108)의 동작 동안 기울어지거나 쏟아지지 않는다.

한 예에 따르면, 상기 바이어스 전압(150), 도 1의 상기 소스 자석(118)에 대한 입력 파라미터, 및/또는 도 2의 상기 플라즈마(140)와 연관된 다른 파라미터를 변화시킴으로써, 상기 플라즈마로부터의 전력의 양이 제어되고 상기 액상 금속(138)에 제공될 수 있어서, 상기 아크 챔버(114) 내의 상기 플라즈마를 유지하기 위한 증기압을 위해 그 온도를 충분히 높이 상승시킨다. 지지(support) 가스(156)는, 예를 들면, 상기 플라즈마(140)를 추가로 유지하기 위해 상기 아크 챔버(114)에 선택적으로 도입될 수 있는데, 상기 지지 가스는 불활성(inert)(예를 들면, 아르곤)이거나 상기 소스 물질(136)과 화학적으로 반응성(예를 들면, 불소, 염소)일 수 있다. 상기 바이스 전압(150)은, 예를 들면, 상기 지지 가스(156)에 의한 충격(bombardment)을 통해서와 같이 상기 소스 물질(136)의 직접적인 스퍼터링을 제공하는 역할을 또한 할 수 있다. 상기 지지 가스(156)는, 예를 들면, 대체로 상기 아크 챔버(114)를 둘러싸고 상기 스퍼터링된 물질을 상기 플라즈마(140)로 다시 변환하는 하나 이상의 벽(158, 또한 측벽(sidewalls)이라고도 불리움)에 응축된 재료를 스퍼터링 함으로써 상기 이온 소스(108)의 효율을 추가로 증가시킬 수 있다. 상기 바이어스 전압(150)은, 예를 들면, 상기 이온 소스(108)의 캐소드(162, cathode)에 적용된 아크 전압(160, 예를 들면, 0-150V)에 의해 추가로 제공, 제어, 또는 증가될 수 있거나, 선택적으로 캐소드 전력 공급장치(164)에 의해 제공될 수 있다.

본 발명의 상기 저장 장치(144, 예를 들면, 도가니(crucible))는 따라서 종래 시스템에 비해 이점을 제공하는데, 상기 저장 장치는, 예를 들면, 상기 리펠러(148)와 연관된 리펠러 위치(166) 및 상기 이온 소스(108)의 상기 아크 챔버(114)의 측벽(158) 중 하나 이상에 제공될 수 있고, 상기 저장 장치는 위에서 설명된 상기 액상 금속(138) 형태로 상기 소스 물질(136)을 대체로 유지하거나 수용하도록 구성된다.

도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 상기 아크 챔버(114)의 다른 예를 도시한다. 도 4에 보여진 예에서, 상기 아크 챔버(114) 내의 상기 저장 장치(144)는 대체로 상기 컵(146)을 덮는 캡(168, 또한 뚜껑이라고도 불리움)을 추가로 포함하는데, 상기 저장 장치는 상기 아크 챔버의 상기 리펠러 위치(166)에 위치한다. 도 4에 보여진 상기 저장 장치(144)는, 예를 들면, 도 2를 참조하여 위에서 설명되었듯이 상기 리펠러(148)로 이용되거나, 대안적으로 상기 저장 장치는 전력 공급장치에 연결되지 않고 구현될 수 있으나, 상기 아크 챔버(114)의 상기 리펠러 위치(166)에 단순히 위치할 수 있다. 도 4의 상기 아크 챔버(114)는, 예를 들면, Beverly, Massachusetts의 Axcelis Technologies, Inc. 에 의해 제조된 "Purion" 이온 주입 시스템에서 유리하게 구현될 수 있는데, 상기 저장 장치(144)는 수직으로 정렬된 이온 소스의 바닥에 수직 방향일 수 있다. 상기 캡(168)은, 예를 들면, 하나 이상의 구멍(170)을 포함할 수 있는데, 상기 구멍은 도 2의상기 이온 소스(108) 내의 상기 플라즈마(140)가 상기 컵(146)에 유지된 상기 소스 물질(136)과 직접 접촉하지 않도록 구성되고 배향된다.

예를 들면, 도 5a-5c는 저장 장치(200)를 도시하는데, 상기 저장 장치는 상기 저장 장치(144)와 비슷한 방식으로 구성될 수 있다. 도 5a-5c의 상기 저장 장치(200)는, 예를 들면, 거기에 동작적으로 연결된 캡(204)을 가지는 컵(202)을 포함하는데, 도 5c에 보여진 리세스부(206)는 도 2에 보여진 상기 액상 금속(138, 예를 들면, 파우더 형태인 고체 알루미늄과 같이 원래 고체 형태인)을 일반적으로 유지하거나 한정하도록 구성된다. 도 5a-5c의 상기 캡(204)은, 예를 들면, 상기 컵 및 캡 중 하나 이상과 연관된 하나 이상의 고정 특징부(208, 예를 들면, 하나 이상의 슬롯, 핀, 클램프, 등)를 통해 상기 컵(202) 상에 놓이거나 아니면 고정되고, 그에 의해 상기 리세스부(206)를 대체로 덮는다. 상기 리세스부(206)는 다양한 직경을 가질 수 있다. 상기 저장 장치(200)는, 예를 들면, 도 2의 액체 상태의 상기 하나 이상의 소스 물질(136)로 채워지거나 아니면 수용할 수 있어서, 상기 하나 이상의 소스 물질은 상기 리펠러(148)에 의해 경험되는 온도(예를 들면, 대략 800

에서 낮은 증기압을 가진다. 다시, 그러한 물질은, 예를 들면, 알루미늄, 갈륨, 및 인듐을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.

도 5a-5c의 상기 캡(204)은, 예를 들면, 상기 캡에 규정된 하나 이상의 구멍(210)을 더 포함할 수 있는데, 상기 하나 이상의 구멍은 도 2의 상기 아크 챔버 환경(142)에 상기 리세스부(206)의 노출을 제공하도록 구성된다. 도 5a-5c의 상기 캡(204) 내의 상기 하나 이상의 구멍(210)의 배치 및 구성은, 예를 들면, 도 5c에 보여진 하나 이상의 직경(212)을 가지는 것과 같이, 어떤 수, 위치, 및 크기로 선택될 수 있어서, 상기 배치 및 구성은 상기 하나 이상의 구멍을 통해 전송될 수 있는 증기의 원하는 양에 기반할 수 있다. 상기 저장 장치(200)는, 예를 들면, 도 2의 상기 금속 소스 물질(136)이 대체로 한 수준(214)으로 유지되도록 구성될 수 있으므로, 상기 액상 금속(138)이 상기 컵(202)의 상기 리세스부(206)를 상기 수준까지 대체로 채운다. 그와 같이, 상기 금속 소스 물질(136)의 상기 수준(214) 위의 도 5c에 보여진 캐비티(216, cavity)는, 예를 들면, 도 2의 상기 플라즈마(140)을 형성하기 위해 상기 캡(204) 상의 상기 하나 이상의 구멍(210) 밖으로 증기압이 형성되고 이어서 확산하기 위한 헤드 공간(head space)을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 컵(202) 및 캡(204) 각각은, 예를 들면, 측벽(218, 220)을 따르는 흡수(wicking) 및/또는 상기 캐비티(216) 내의 기화를 제공하도록 추가로 구성된다.

도 6a 내지 6c에 보여진 다른 예에서, 저장 장치(300)의 다른 예가 도시되는데, 상기 저장 장치는 도 2의 상기 저장 장치(144)와 비슷한 방식으로 또다시 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 6a 내지 6c의 상기 저장 장치(300)는 도 2의 상기 리펠러(148)로서 구현될 수 있는데, 그에 의해 상기 금속 소스 물질(136)는 액화되고 이어서 기체 상태로 전환된다. 예를 들면, 도 6c의 상기 저장 장치(300)는 컵(302) 및 캡(304)를 포함하는 것으로 도시되는데, 상기 캡은 하나 이상의 구멍(306)을 포함한다. 도 6c의 상기 예에 보여진 상기 하나 이상의 구멍(306)은 추가로 기울어진다. 또한, 상기 캡(304)은, 예를 들면, 상기 컵(302)의 상기 리세스부(310)로 연장되는 하나 이상의 특징부(308)를 포함한다. 도 6c에 도시된 상기 예에서, 상기 하나 이상의 특징부(308)는 도 2의 상기 금속 소스 물질(136)이 대체로 유지되는 수준(312) 아래로 연장되어, 상기 하나 이상의 특징부가 상기 액상 금속(138) 내로 연장된다. 상기 하나 이상의 특징부(308)는, 예를 들면, 환형 링(316)을 포함한다. 보여지지는 않지만, 상기 환형 링 또는 실린더(316)는, 예를 들면, 상기 컵(302)의 바닥(318)(또는 상기 바닥 근처)으로 연장될 수 있고, 선택적으로 상기 실린더 내의 방사형(radial) 구멍(미도시)을 포함할 수 있어서, 상기 컵 내의 상기 액상 금속의 상기 수준(312)이 감소할 때, 아래에서 논의되듯이, 추가적인 모세관 작용을 위해 상기 캡과의 접촉이 계속해서 이루어진다.

다시, 상기 금속 소스 물질(136)의 상기 수준(312) 위의 도 6c에 보여진 캐비티(314)는, 예를 들면, 상기 캡(304) 상의 상기 하나 이상의 구멍(306) 밖으로 증기압이 형성되고 이어서 확산하기 위한 헤드 공간을 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 상기 각각의 캡(304)은, 예를 들면, 측벽(320)을 따르는 흡수 또는 모세관 작용 및/또는 상기 캐비티(314) 내의 기화를 제공하도록 추가로 구성된다.

도 7a 내지 7c는 캡(400)의 다른 예를 도시하는데, 상기 캡은 다양한 직경(404a, 404b)를 가지는 복수의 구멍(402)뿐 아니라, 위에서 설명되었듯이, 상기 액상 금속의 상기 수준 아래로 연장되도록 구성된 하나 이상의 특징부(406, 예를 들면 환형 링(408))를 포함한다. 도 6c 및 7c의 예에서 보듯이, 상기 각각의 캡(304, 400)은 상기 컵(302)을 덮고 측벽(409)을 따른 흡수 및/또는 상기 컵 내의 상기 액상 금속의 상부 사이의 상기 캐비티 내의 기화를 제공하도록 구성된다.

다시 일반적으로 도 4의 상기 예를 참조하면, 상기 소스 금속(136, 예를 들면, 원래 고체 또는 가루 형태인)이 가열되어 녹아서 상기 액상 금속(138)으로 될 때, 상기 액화된 금속 소스 물질은 상기 리펠러(148)의 상기 캡(168) 내의 상기 하나 이상의 구멍(170)으로 모세관 작용을 통해 흡수되도록 허용된다. 본 발명은, 예를 들면, 상기 액화된 금속 소스 물질을 상기 캡(168) 내의 상기 하나 이상의 홀(170)로 전달하는 것을 돕기 위해 모세관 작용을 고려하는데, 그에 의해 상기 금속 소스 물질은 추가로 기체 상태로 전환된다. 기체 상태로의 상기 전환은, 예를 들면, 상기 리펠러(148)상의 상기 음의 바이어스에 의해 유도된 상기 이온 전류로 인해 상기 저장 장치(144)에서 가장 뜨거운 표면인 상기 캡(168)에 의해 달성된다.

본 발명은, 예를 들면, 상기 아크 챔버(114) 내부에(예를 들면, 상기 리펠러 근처에, 또는 대신하여) 액상 금속을 도입하고 상기 액상 금속에 적용되는 전력량을 제어하기 위해 상기 액상 금속을 전기적으로 바이어싱하도록 구성된 도입 장치를 제공한다. 상기 아크 챔버(114) 내의 대략 800℃의 온도에서, 예를 들면, 상기 증기압은 일반적으로 어떤 금속에 대해서는 플라즈마를 유지하기에 너무 낮다. 하지만, 만일 상기 금속이 1000℃와 1200℃사이로 가열된다면, 상기 증기압은 상기 플라즈마가 순수한 금속(예를 들면, 분자 형태의 금속이 아닌 원소 금속)으로부터 직접 얻어질 수 있도록 충분할 수 있다. 종래 기술과 비교하여 보다 나은 빔 전류가 따라서 얻어질 수 있는데, 분자의 형태로 제공되는 금속 소스의 다양한 다른 성분들과 달리, 상기 금속 이온만 상기 플라즈마(또는 아르곤과 같은 가스와 사용될 경우 금속 이온) 내에 있기 때문이다. 그러한 장치는 따라서 상기 시스템을 켜고 끄기 위한 더 빠른 응답을 제공하는데, 상기 증기압 대 온도 곡선은 대체로 지수적(exponential)이고 본 발명의 상기 리펠러형 구조는 종래의 기화기보다 훨씬 작은 열 용량을 가지기 때문이다. 따라서, 적절한 증기압에서의 온도 변화는 예를 들면 30-50℃만 감소할 수 있는데, 그에 의해 상기 증기압은 결과적으로 진폭이 1 또는 2배 감소하여, 따라서 상기 아크 챔버(114) 내에서의 상기 금속 기화를 빠르게 "차단(turning off)"한다. 그러한 빠른 전환은 오염을 최소화할 수 있을 뿐 아니라 다른 이점도 가진다.

본 발명은, 상기 액상 금속의 표면이 플라즈마에 직접 노출될 때, 불안정한 방식으로 작용하는 경향이 있고, 그에 의해 상기 액상 금속의 한 위치에서 수직으로 높은 플라스마 밀도가 그 위치의 금속을 국소적으로 가열하고, 따라서 증기를 더 배출하고 상기 플라즈마를 더 조밀하게 만들고, 추가로 그 자체로 피드백하여, 빠르고 불안정한 가열에 이른다는 것을 인식한다.

본 발명은 따라서 컵이나 상기 컵 위에 캡이나 뚜껑을 가지는 액상 금속 도가니를 가지는 저장 장치를 제공하는데, 상기 컵은 거기에 형성된 하나 이상의 구멍을 가지고, 상기 저장 장치 내부의 상기 액상 금속과 이온 형성을 위한 상기 아크 챔버의 부피 사이에 영역이 제공된다. 따라서, 알루미늅 주입을 위한 이전의 이온 소스에서 관찰되듯이 단지 5-10시간의 동작 시간을 가지는 대신에, 본 발명의 상기 액상 금속 소스는 안정되고 40시간 이상 작동할 수 있고, 동시에 종래 시스템보다 더 큰 빔 전류를 추가로 제공한다.

본 발명은 기화 및 플라즈마 형성을 위한 두 잠재적인 메커니즘을 고려한다: 한 메커니즘은 상기 액상 금속의 순수한 기화를 제공하는 반면, 나머지는 상기 액상 금속과 상기 컵(예를 들면, 텅스텐으로 형성된)의 내부 표면 사이에 발생할 수 있는 흡수 효과를 제공한다. 상기 컵의 측벽 또는 특징부 위로 액상 금속을 흡수하거나 당겨서, 모세관 작용에 의해 상기 캡의 구멍 밖으로 빼내서, 일단 상기 액상 금속이 상기 구멍을 통과(또는 그 전에)하면, 상기 액상 금속은 상기 플라즈마와 만나 기화되어 상기 플라즈마로 들어간다. 본 발명은 반응 효과로서 상기 기화 및 흡수를 모두 제공하고, 상기 컵 및/또는 캡의 재료 구성, 상기 금속 소스 물질, 상기 컵 및/또는 캡의 표면 처리, 및/또는 상기 저장 장치의 온도와 같은 다양한 파라미터에 대해 인식하며, 상기 기화 및 모세관 작용 사이의 상호작용은 다를 수 있고, 그에 의해 상기 파라미터들은 다양한 주입 종에 대해 맞춰질 수 있다. 예를 들면, 상기 표면 구조, 질감, 재료 구성, 및 흡수를 위해 사용가능한 영역, 등의 변화는 상기 플라즈마를 제어하기 위한 물질의 기화 및 흡수를 제어하기 위해 변경될 수 있고, 그러한 모든 변경은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.

도 7c의 상기 캡(400)은, 예를 들면, 양초와 비슷하게 구성될 수 있고, 그에 의해 상기 캡의 중앙 영역(410)은 상기 컵(미도시) 내에 수용된 상기 액상 금속으로 돌출된 하나 이상의 긴 특징부(412)를 포함함으로써, 상기 액상 금속(예를 들면, 액상 알루미늄)이 상기 하나 이상의 긴 특징부 위로 끌어올려질 수 있다. 상기 하나 이상의 긴 특징부는, 예를 들면, 기둥, 튜브, 막대 또는 다른 구조 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 6c 및 7c의 각 환형 링(316, 408), 및/또는 도 7c의 상기 하나 이상의 긴 특징부(412)는 상기 컵의 리세스부의 바닥 근처로 연장될 수 있어서, 상기 컵의 상기 액상 금속의 수준이 감소할 때, 추가적인 모세관 작용을 위해 상기 캡과의 접촉이 계속해서 이루어진다. 그러한 모세관 작용으로, 홈(grooves), 물질 구성의 변화, 소결(sintered) 물질 제공, 등과 같은 변경은 상기 모세관 효과를 추가로 증가시키거나 아니면 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 컵 또는 캡의 구멍의 크기 및 수는 상기 플라즈마에 대한 상기 액상 금속 또는 증기의 다양한 노출 정도를 제공하도록 변경될 수 있다. 상기 모세관 작용은, 예를 들면, 상기 컵의 측벽에서 상기 캡의 상기 구멍까지, 상기 캡과 상기 저장 장치의 캐비티 사이에 및 상기 액상 금속 내부로(예를 들면, 양초 또는 복수의 기둥 같은 중앙 구조) 연장되는 하나 이상의 기둥, 상기 캐비티 내로 연장되도록 구성된 립(lip)을 가지는 상기 캡 내에 정의된 실린더, 및/또는 상기 캡의 경사진 구멍을 따라 발생할 수 있고, 그에 따라 상기 캡 및 컵의 형상 및 구성은 상기 구멍을 통한 상기 액상 금속의 노출(예를 들면, 상기 구멍을 통한 흡수)을 제공한다. 또한, 상기 액상 금속은 상기 캐비티 내에서 역시 증기 상(phase)을 얻을 수 있다.

도 7a 내지 7c의 상기 캡(400)은, 예를 들면, 볼록한 상부(414)를 더 포함하는데, 상기 볼록한 상부는 상기 구멍(402)을 통해 흡수되는 어떤 넘치는 물질을 상기 중앙 영역(410)으로 제공하고, 그에 의해 상기 넘치는 물질은 상기 중앙 영역에 존재하는 더 높은 온도로 인해 유리하게 기화될 수 있다. 상기 볼록한 상부(414)를 제공함으로써, 예를 들면, 상기 구멍(402)을 통해 흡수되는 상기 넘치는 물질이 상기 캡(400)의 측면(416)으로 떨어지거나 흘러내리는 것을 방지하고, 따라서 일반적으로 상기 캡과 다른 구성요소의 전기적 단락을 방지한다.

본 발명은, 예를 들면, 상기 하나 이상의 소스 물질을 상기 저장 장치로부터 상기 아크 챔버 또는 이온 소스로 도입하는 두 메커니즘, 즉, 기화와 모세관 작용을 제공한다. 첫번째 경우, 상기 플라즈마와 연관된 상기 파라미터(예를 들면, 아크 전류, 상기 소스 자석과 연관된 파라미터, 등)를 조절함으로써, 또는 상기 리펠러를 전기적으로 바이어싱 함으로써, 상기 저장 장치의 온도는 상기 이온 소스를 적절하게 동작시키기에 충분한 증기압을 제공하기 위한 증기 범위(예를 들면, 1000℃-1200℃)까지 상승될 수 있다. 본 발명의 상기 저장 장치는 상기 이온 소스의 입력 전력이 감소될 때, 예를 들면, 상기 저장 장치의 온도가 빠르게 감소하는 것을 추가로 유리하게 제공하여, 그에 의해 단지 수십 도의 온도 강하는 상기 증기압의 진폭을 몇배 또는 그 이상 줄이기에 충분해서, 물질의 손실이 최소화되고 교차 오염이 제거된다. 상기 기화 작용, 예를 들면, 상기 저장 장치에 대한 열 입력 및 손실과 저장 장치 및 상기 이온 소스의 아크 챔버 사이의 컨덕턴스(conductance)를 제어함으로써 따라서 제어될 수 있다.

본 발명의 다른 예에 따르면, 액상 물질이 상기 저장 장치와 연관된 측벽 또는 특징부로 끌어올려지도록 모세관 작용이 이용될 수 있고, 그에 의해 상기 액상 물질은 상기 캡의 구멍을 통과하여, 상기 액상 물질을 상기 플라즈마에 노출하고, 그에 의해 상기 액상 물질이 상기 플라즈마에 의해 기화된다. 그러한 모세관 작용 또는 "흡수(wicking)"의 속도는, 예를 들면, 저장 장치의 내부 표면 넓이, 기둥, 튜브, 또는 중앙 심지(wick) 또는 상기 캡과 연관된 다른 특징부와 같은 특징의 존재 또는 부재, 그 표면의 홈 또는 줄무늬 제공과 같은 상기 컵 및 캡 중 하나 이상의 표면 처리, 및 상기 컵 및 캡의 다양한 특징의 물질 선택에 의해 영향을 받거나 아니면 제어될 수 있다.

상기 컵 및 캡 중 하나 이상과 연관된 기화와 모세관 작용 사이의 상호작용은, 예를 들면, 따라서 기하학적 구조, 물질 선택, 표면 처리, 또는 상이한 열 특성을 가지는 중앙 및 외부 영역으로 형성된 상기 캡과 같은 다른 고려사항에 따라 변할 수 있다. 텅스텐으로 구성된(또는 포함하는) 저장 장치는, 예를 들면, 액상 알루미늄과 같은 금속 소스 물질과 함께 사용되기에 아주 적합할 수 있다. 본 발명은 상기 저장 장치의 형성에 대안적으로 사용되는 몰리브덴(molybdenum), 흑연(graphite), 질화붕소(boron nitride), 질화알루미늄(aluminum nitride), 알루미나(alumina), 및 탄탈륨(tantalum)과 같은 다른 내화 물질을 추가로 고려한다.

상기 아크 챔버 내의 상기 저장 장치 내에 유지 또는 보유되는 금속 소스 물질의 부피는, 예를 들면, 상기 아크 챔버의 상기 기하학적 구조에 의해 대체로 제한된다. 상기 저장 장치 내에 제공되는 소스 물질의 상기 부피는, 예를 들면, 상기 아크 챔버 내의 상기 저장 장치와 유체 연통중인 보조 공급장치(예를 들면, 액세서리 저장조, 탱크, 또는 다른 부피)를 제공함으로써 증가 또는 보충될 수 있는데, 그에 의해 상기 보조 공급장치는 튜브와 같은 도관(conduit)을 통해 상기 저장 장치의 상기 컵에 더 많은 양의 상기 금속 소스 물질을 제공한다. 상기 보조 공급장치는, 예를 들면, 상기 플라즈마 챔버 및/또는 외부 히터로부터 수집된 열에 의해 상기 금속 소스 물질의 융점 이상으로 상기 금속 소스 물질의 온도를 유지하도록 구성된다.

다른 예에 따르면, 본 발명의 저장 장치는 이온 소스에서 40시간보다 긴 기간 동안 10mA의 GA+ 및 Al의 이온 빔 전류, 2mA보다 큰 Al+ 및 1mA의 Al++의 이온 빔 전류를 제공하기에 적합하고, 그에 의해 상기 저장 장치를 이용하는 상기 이온 소스는 실질적인 유지보수 없이 40시간 초과의 시간 동안 유리하게 동작할 수 있다. 비교를 위해, 상기 아크 챔버 내의 AIN 스퍼터 타겟을 사용하는 기존의 이온 소스의 동작은 대략 10시간의 일반적인 수명을 제공하고, 그에 의해 상기 수명은 종종 상기 이온 소스 추출 전극에 형성된 증착에 의해 제한된다.

다른 예에서, 본 발명의 상기 이온 소스는 갈륨 이온의 주입을 위해 구성될 수 있고 그에 의해 액상 갈륨을 포함하는 상기 금속 소스 물질은 상기 이온 소스 내의 리펠러로서 제공된 저장 장치에 수용된다. 상기 리펠러는, 예를 들면, 상기 캐소드보다 더 음으로 바이어스되어 상기 플라즈마에서 상기 금속 소스 물질로 전송되는 에너지가 증가되고 제어될 수 있다. 그와 같이, 상기 금속 소스 물질의 상기 온도는 1300K-1400K로 유리하게 증가될 수 있고, 이는 갈륨에 대해 상기 플라즈마를 유지하기에 충분히 높은 증기압을 초래할 것이다. 본 발명은 다양한 다른 금속 소스 물질이 그러한 상기 리펠러 컵의 가열로부터 이익을 얻을 수 있음을 추가로 인식하고, 그러한 모든 물질은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려한다.

예를 들면, 계산은 갈륨이 대략 1200K에서 1mtorr 및 1320K에서 10mtorr의 증기압을 가짐을 보여준다. 격리된 리펠러 구조에서, 예를 들면, 대략 1000

의 온도를 얻을 수 있고, 그에 의해 상기 캐소드보다 더 음으로 상기 리펠러를 바이어싱하면 원하는 증기압을 위한 이러한 증가된 온도를 얻을 수 있다.

필요한 갈륨 면적에 대해, 만일 상기 소스와 타겟이 1300K에서 평형 상태이면, 8mtorr 압력에 대해 운동 이론은:

갈륨 원자의 가스 밀도 수=5.9 x 10¹⁹ m^-3.

(1),

여기서 Flux = 9.2 x 10²¹ atoms/m²/s이고, 이는 5.5 x 10²³ atoms/m²/min, 0.92 mol/m²/min, 또는 20600 sccm/m²와 같다. 따라서, 예시된 주입을 위해 5sccm의 유량을 유지하기 위해, 2.4 x 10^-4 m² 또는 한 변당 15mm인 정사각형의 넓이가 적당한 것으로 고려된다.

차세대 PMOS S/D에 대해, 예를 들면, 낮은 접촉 저항이 갈륨 도핑에 의해 실현될 수있음을 알 수 있다. 갈륨-69는, 예를 들면, 융점 302.91°K(29.76 °C 또는 85.57 °F)를 가지는 금속이다. 갈륨-69는, 예를 들면, 실온 바로 위의 온도에서 대체로 액체 상태이다. 아르곤과 같은 가스는, 예를 들면, 상기 갈륨을 기화하기 위해 필요한 온도를 생성하기 위한 소스 가스로서 사용될 수 있다.

상기 저장 장치 내의 상기 액상 금속은, 예를 들면, 상기 아크 챔버 내의 상기 플라즈마에 의해 가열됨에 따라 액체 상태로 유지될 수 있고, 가열의 양은 상기 플라즈마의 밀도의 변경 또는 제어, 상기 아크 전류의 변경 또는 제어, 및/또는 상기 소스 마그넷의 상기 파라미터의 변경 또는 제어에 의해 변경될 수 있다. 리펠러 형태를 취하는 상기 캡 및 컵의 경우에, 그러한 제어는 그 가열을 추가로 제어하기 위해 상기 플라즈마를 상기 리펠러에 집중시킬 수 있다. 또한, 복사 차폐(radiation shield, 미도시)는 상기 캡과 컵 주변에서 이를 더 뜨겁게 하거나 아니면 가열을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 노치 및/또는 홈은 열 손실을 줄이기 위해 상기 컵으로부터 연장되는 스템(stem) 부분에 구현될 수 있는데, 상기 스템은 열 전달을 감소 또는 제어하도록 유사하게 구성될 수 있는 단면을 가지는 클램프에 유지된다.

다른 예에서, 상기 캡의 중앙은 더 두꺼울 수 있고 여기에서 이온 충격이 발생한다. 상기 플라즈마 컬럼의 가장 밀도 높은 부분은, 예를 들면, 상기 이온의 대부분이 충돌하고 스퍼터링 하는 곳인데, 그에 의해 상기 리펠러는 상기 리펠러의 가열을 추가로 제어하기 위해 상기 이온이 그 표면에 충돌하는 에너지를 증가시키거나 감소시키기 위한 다른 전압으로 추가로 바이어스될 수 있다. 상기 캡을 도 2에 보여진 상기 리펠러 전력 공급장치에 의해 바이어싱 함으로써, 예를 들면, 상기 리펠러와 캡 및/또는 컵에 적용되는 전력의 양을 제어하기 위해 전력이 거의 순간적으로 전기적으로 제어될 수 있다.

상기 캡의 상기 구멍의 구성, 크기, 수, 위치, 등은 수정될 수 있을뿐 아니라, 상기 실린더, 기둥, 또는 다른 특징부의 수 및 구성이 특정 주입의 특정 요구에 맞게 수정될 수 있다. 위에서 논의되었듯이, 본 발명은, 예를 들면, 상기 컵으로부터 상기 액상 금속이 상기 플라즈마를 만나는 위치로 상기 액상 금속의 흡수를 제공한다. 상기 물질 온도를 제어함으로써, 예를 들면, 상기 액상 금속의 상기 흡수의 흐름 속도는 상기 플라즈마를 유지하거나 제어하기 위해 일정한 소스의 상기 액상 금속이 제공될 수 있도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속은 상기 컵에서 상기 구멍으로 및 상기 캡의 외부 표면으로 흡수될 수 있고, 그 다음 상기 플라즈마의 전체 힘을 마주함으로써 기화될 수 있다.

본 발명은, 갈륨 주입과 같은 직접 기화가 달성될 수 있고, 그에 의해 대략 1100℃의 온도가 상기 증기압 단독으로 상기 플라즈마를 유지하도록 한다는 것을 추가로 인식한다. 그러한 경우, 흡수가 여전히 달성될 수 있지만, 상기 컵 내의 상기 액상 금속의 기화가 상기 구멍을 통해 상기 기화된 금속을 "누출(leak)"하도록 허용할 수 있으므로, 필요하지 않을 수 있다. 예를 들면, 측벽 위의 캡(상기 컵 내부로 연장하는 특징부가 없이)을 보여주는 도 9a-9c에 도시되었듯이, 상기 컵 내부의 부피는 상기 측벽과 함께 가능한 한 많이 증가되고, 그에 의해 그 내부에 규정된 상기 캐비티는 일부 기화된 금속을 수용하기 위한 헤드 공간을 가진다.

일부 실험에서, 여기에 설명된 상기 액상 금속 공급을 사용하여 100시간이 넘는 작동 시간이 달성되었다. 게다가, 상기 리펠러 장치(예를 들면, 상기 컵 및 캡)가 도 2에 보여진 수직 방향으로 이온 소스 아크 챔버의 상기 바닥에 제공될 때, 예를 들면, 상기 컵이 상기 아크 챔버의 상기 바닥에 종래 기술에 의해 단순하게 지지되므로, 중력이 추가적인 이점을 제공하고, 따라서 상기 액상 금속을 위한 충분한 크기의 저장소를 제공한다. 하지만, 본 발명은 튜브나 다른 도관을 통해서와 같이, 상기 아크 챔버 내에 캡과 같은 구조에 동작적으로 결합되거나 연결되는 외부 저장소를 제공하는 것을 추가로 고려한다. 예를 들면, 상기 외부 저장소가 상기 금속의 융점 이상으로 유지되는 한, 상기 액상 금속은 다양한 방식으로 상기 아크 챔버 내부에 공급될 수 있고, 따라서 상기 아크 챔버의 구성요소의 수명을 훨씬 더 잠재적으로 연장한다. 마찬가지로, 일정한 수준의 액상 금속은 아르키메데스 원리에 의해 상기 컵 내에 추가로 유지될 수 있고, 그에 의해 액상 금속은 상기 아크 챔버의 상기 동작 시간을 연장하기 위해 상기 저장 장치에 공급될 수 있다. 보조 저장소는, 예를 들면, 상기 아크 챔버 주변에 제공되고(예를 들면, 600-700℃로 유지됨) 상기 금속을 액체 상태로 유지하기 위한 온도로 유지될 수 있다. 본 발명은 갈륨이 실온에서 녹는 반면, 인듐은 130℃에서 녹으므로, 다양한 정도의 능동 가열이 또한 제공될 수 있음을 인식한다.

본 발명은 상기 액상 금속이 상기 아크 챔버에 다른 방식으로 제공될 수 있고, 반드시 리펠러를 통한 도입을 제공할 필요는 없다는 것을 추가로 인식한다. 예를 들면, 본 발명은 상기 아크 챔버 내부에 액상 금속을 제공하도록 구성된 상기 아크 챔버 내의 어떤 바이어스된 또는 바이어스 되지 않은 구조를 고려한다. 예를 들면, 일부 이온 소스에서, 상기 이온 소스 아크 챔버는 수평 위치에 제공되고, 그에 의해 흡수 작용은 상기 액상 금속을 제공, 및/또는 상기 금속 기화를 제공하기 위해 상기 액상 금속을 가열하기 위한 본 발명의 장치에 의해 구현될 수 있다. 그러한 장치는, 예를 들면, 상기 이온 소스의 측면에 위치할 수 있고(예를 들면, 상기 아크 챔버가 수평 방향일 때), 그에 의해 열원이 상기 장치에 제공될 수 있다(예를 들면, 상기 장치 주변에 히터가 공급될 수 있음). 또한, 만일 수평 구조가 제공되면, 상기 컵은, 예를 들면, 중력이 상기 액상 금속을 상기 컵 내에 유지하도록 배향될 수 있고, 그에 의해 상기 캡은 상기 컵에 대해 경사질 수 있으며(예를 들면, 90도 또는 다른 각도로), 그에 의해 흡수 작용 및/또는 직접 기화가 달성될 수 있다. 샤워헤드 스타일 또는 다른 구성이 상기 아크 챔버의 측면에 유사하게 제공될 수 있다.

다시, 리펠러가 본 발명의 여러 예에 제공되었지만, 본 발명의 개념은 리펠러에 제한되지 않는다. 또한, 여기에 논의된 금속 선택, 온도, 및 구성을 제어함으로써, 상기 액상 금속은 상기 플라즈마에 항상 노출되는 것은 아니다. 만일 액상 금속의 용기(bath)가 상기 이온 소스의 상기 측면을 따라 배치되면, 상기 액상 금속은 상기 플라즈마가 활성화될 때마다 상기 플라즈마에 노출될 수 있다. 본 발명은 상기 플라즈마에 대한 상기 액상 금속의 노출을 켜고 끄는 능력을 추가로 제공한다. 본 발명은, 예를 들면, 따라서 상기 이온 소스의 상기 내부 영역에 액상 금속을 제공하기 위한 저장소 또는 다른 장치를 제공한다.

다른 예시 측면에 따르면, 방법(800)이 공작물로의 이온 주입을 위한 이온 빔 형성을 위해 액상 금속을 이온 소스에 제공하기 위해 도 8에 제공된다. 예시 방법이 일련의 동작 및 이벤트로 여기에 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 일부 단계가 여기 보여지고 설명된 것과 별개로, 본 발명에 따라, 다른 단계와는 다른 순서 및/또는 동시에 발생되기 때문에, 그러한 동작 및 이벤트의 도시된 순서에 의해 제한되지 않음이 이해되어야 함을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해 모든 도시된 단계들이 필요한 것은 아니다. 더욱이, 상기 방법은 여기 도시되고 설명된 상기 시스템 뿐 아니라 도시되지 않은 다른 시스템과 연관하여 구현될 수 있음이 이해될 것이다.

도 1의 상기 제어부(134)는 도 6의 상기 방법(500)을 수행하도록 구성될 수 있고, 그에 의해 위에서 논의된 다양한 구성요소의 제어가 여기 설명된 방식으로 달성될 수 있음을 유의해야 한다. 도 8에 도시되었듯이, 상기 예시된 방법(500)은 동작 502에서 시작되는데, 원소 형태의 금속과 같은 금속이 이온 소스에 고체 형태로 제공된다. 상기 금속은 가루 또는 다른 고체 형태일 수 있다. 상기 금속은, 예를 들면, 위의 여러 예에서 설명되었듯이 아크 챔버 내에 위치한 저장 장치의 컵에 제공된다.

동작 504에서, 상기 금속은 액체 상태로 가열되고, 동작 506에서, 상기 액화된 금속은 상기 아크 챔버의 내부 영역에 제공된다. 동작 504 및 506은 다양한 순서로 순서대로 또는 동시에 수행될 수 있다. 한 예에서, 상기 금속은 동작 504의 상기 아크 챔버 외부에서 상기 액체 상태로 가열되어 이어서 동작 506의 상기 아크 챔버의 상기 내부 영역에 제공될 수 있다. 동작 508에서, 상기 액상 금속은 플라즈마를 형성하기 위해 기화된다.

본 발명이 어떤 실시예 또는 실시예들에 대해 보여지고 설명되었지만, 위에서 설명된 실시예들은 본 발명의 일부 실시예의 구현을 위한 예시일 뿐이고, 본 발명의 적용은 이러한 실시예로 제한되지 않음을 유의해야 한다. 특히 위에서 설명한 구성요소들(조립체, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 그러한 구성요소를 설명하기 위해 사용된 용어들("수단(means)"에 대한 참조를 포함하여)은, 달리 지시되지 않는 한, 상기 설명된 구성요소의 특정한 기능을 수행하는 어떤 구성요소에 대응하고(예를 들면, 즉 기능적으로 동등한), 여기 도시된 본 발명의 예시적인 구현들에서의 기능을 수행하는 상기 개시된 구조들에 구조적으로 동등하지 않더라도 마찬가지이다. 또한, 본 발명의 특정 기능이 여러 실시예들 중 하나에 대해서만 개시되었더라도, 그러한 기능은 어떤 주어진 또는 특정한 응용에 대해 바람직하거나 유리할 수 있는 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들로 제한되는 것은 아니고, 첨부된 청구항 및 그 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims

이온 빔을 형성하도록 구성된 이온 소스로서,
상기 이온 소스는:
아크 챔버 환경을 대체로 둘러싸는 아크 챔버;
상기 아크 챔버 환경에 액상 금속을 공급하도록 구성된 저장 장치; 및
상기 아크 챔버에 대해 상기 저장 장치를 전기적으로 바이어스하도록 구성된 바이어싱 전력 공급장치;를 포함하는, 이온 소스.
제1항에 있어서,
상기 저장 장치는, 상기 액상 금속을 그 안에 대체로 수용하도록 구성된 리세스부(recess)를 가지는 컵을 포함하는, 이온 소스.
제2항에 있어서,
상기 컵은, 그 안에 중력에 의해 상기 액상 금속을 대체로 수용하도록 구성되는, 이온 소스.
제2항에 있어서,
상기 저장 장치는 캡(cap)을 더 포함하고,
상기 캡은 상기 컵과 선택적으로 관련되고 상기 저장 장치의 상단부를 대체로 감싸고, 그 내부에 상기 액상 금속과 연관된 저장 환경을 규정하는, 이온 소스.
제4항에 있어서,
상기 액상 금속은 상기 저장 환경 내에 존재하고,
상기 저장 장치는 그 내부의 상기 액상 금속의 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 추가로 구성되는, 이온 소스.
제5항에 있어서,
상기 저장 장치는 열원(heat source)을 통해 상기 저장 장치의 선택적 가열에 의해 상기 액상 금속의 상기 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 구성되는, 이온 소스.
제6항에 있어서,
상기 열원은 상기 아크 챔버 내에서 생성된 플라즈마, 상기 저장 장치에 출돌하는 상기 플라즈마로부터의 이온과 연관된 에너지, 및 보조 히터 중 하나 이상을 포함하는, 이온 소스.
제4항에 있어서,
상기 캡은 그 내부에 규정된 하나 이상의 구멍을 포함하고, 상기 하나 이상의 구멍은 상기 저장 환경과 상기 아크 챔버 환경 사이에 유체 연통을 제공하는, 이온 소스.
제8항에 있어서,
상기 캡은 상기 리세스부로 연장되는 하나 이상의 특징부를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 특징부는 상기 우묵한 부분 내의 상기 액상 금속과 접촉하고 모세관 작용을 통해 상기 액상 금속을 상기 아크 챔버 환경으로 공급하도록 구성되는, 이온 소스.
제9항에 있어서,
상기 하나 이상의 특징부는 상기 모세관 작용을 제공하도록 구성된 미리 정해진 표면적, 표면 거칠기, 및 표면 물질 중 하나 이상을 포함하는, 이온 소스.
제9항에 있어서,
상기 하나 이상의 특징부는 상기 캡으로부터 상기 리세스부로 연장되는 환형(annular) 특징부, 상기 리세스부로부터 상기 캡으로 연장되는 저장 특징부, 상기 캡의 중앙부로부터 상기 리세스부 내의 상기 액상 금속으로 연장되는 긴 특징부 중 하나 이상을 포함하는, 이온 소스.
제1항에 있어서,
상기 액상 금속은 알루미늄, 갈륨, 및 인듐 중 하나를 포함하는, 이온 소스.
이온 빔을 형성하는 아크 챔버로서,
상기 아크 챔버는:
아크 챔버 환경을 대체로 둘러싸는 하우징; 및
상기 아크 챔버 환경 내에 위치한 저장 장치 - 상기 저장 장치는 상기 아크 챔버 환경 내에서 액상 금속을 수용하도록 구성됨 -; 및
상기 저장 장치를 전기적으로 바이어스하고 상기 아크 챔버 환경 내에 플라즈마를 형성하도록 구성된 바이어싱 전력 공급장치;를 포함하는, 아크 챔버.
제13항에 있어서,
상기 저장 장치는 컵 및 캡을 포함하고,
상기 컵은 상기 액상 금속을 그 내부에 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된 리세스부를 가지고,
상기 캡은 상기 컵과 선택적으로 관련되고 상기 저장 장치의 상단부를 대체로 감싸고, 그 내부에 상기 액상 금속과 연관된 저장 환경을 규정하고,
상기 액상 금속은 상기 저장 환경 내에 존재하고,
상기 저장 장치는 그 내부의 상기 액상 금속의 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 추가로 구성되는, 아크 챔버.
제14항에 있어서,
상기 저장 장치는 열원을 통해 상기 저장 장치의 선택적 가열에 의해 상기 액상 금속의 상기 적어도 부분을 선택적으로 기화하도록 구성되고,
상기 열원은 상기 아크 챔버 내에서 생성된 상기 플라즈마, 상기 이온 빔과 연관된 에너지, 및 보조 히터 중 하나 이상을 포함하는, 아크 챔버.
제15항에 있어서,
상기 캡은 그 내부에 하나 이상의 구멍을 포함하고,
상기 하나 이상의 구멍은 상기 저장 환경과 상기 아크 챔버 환경 사이에 유체 연통을 제공하고,
상기 하나 이상의 구멍은 하나 이상의 직경을 가지고,
상기 하나 이상의 구멍은 상기 아크 챔버 내의 상기 플라즈마가 상기 리세스부 내의 상기 액상 금속과 직접 접촉하지 않도록 배향되는, 아크 챔버.
제15항에 있어서,
상기 캡은 상기 컵으로 연장되는 하나 이상의 특징부를 포함하고,
상기 하나 이상의 특징부는 상기 리세스부 내의 상기 액상 금속과 접촉하고 모세관 작용을 통해 상기 액상 금속을 상기 아크 챔버 환경으로 공급하도록 구성되는, 아크 챔버.
제17항에 있어서,
상기 하나 이상의 특징부는 하나 이상의 상기 캡 내에 규정된 환형 링을 포함하고,
상기 환형 링은 상기 캡의 주요부로부터 상기 리세스부 내의 상기 액상 금속으로 연장되는, 아크 챔버.
제17항에 있어서,
상기 하나 이상의 특징부는 상기 캡의 주요부로부터 상기 리세스부 내의 상기 액상 금속으로 연장하는 긴 특징부를 포함하는, 아크 챔버.
이온 빔을 형성하는 방법으로서,
상기 방법은:
금속 원소를 아크 챔버의 내부 환경으로 액체 상태로 가열하는 단계;
상기 금속 원소를 기화하는 단계; 및
상기 아크 챔버 내에서 금속 이온을 형성하기 위해 상기 금속 원소에 에너지를 공급하는 단계;를 포함하는, 방법.