JP2019145517A - イオン源の温度制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
先権を主張するものであり、その開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる
。
度を動的に変更する装置に関する。
型的には、イオン源はチャンバを画定する複数の壁を有する。ガスはこのチャンバ内に導
入される。チャンバはイオン生成機構も有する。一部の例では、このイオン生成機構は間
接加熱陰極とすることができ、この陰極はチャンバ内のガスをイオン化する働きをする電
子を放出する。
小さいイオンより大きい分子イオンが生成されるように、より低い温度でイオン化される
のが好ましい。同様に、炭素ベースの種のような他の種は高い温度で最も良くイオン化さ
れる。さらに、イオン源の温度はイオン源の寿命又はビーム電流にも影響を与え得る。炭
素のような種は低い温度でイオン化される場合にチャンバ内に残渣を生成し得る。
とができる装置を得るのが有利である。
バを画定する複数の壁を含む。前記イオン源の温度を制御するために一つ以上の熱シール
ドが前記チャンバの外部に配置される。前記熱シールドは熱を前記イオン源の方へ反射し
て戻すように設計された高温材料及び/又は耐熱材料で作られる。第1の位置において、
これらの熱シールドは第1の量の熱を前記イオン源の方へ反射して戻すように配置される
。第2の位置において、これらの熱シールドは前記第1の量より少ない第2の量の熱を前
記イオン源の方へ反射して戻すように配置される。いくつかの実施形態では、前記熱シー
ルドは第1及び第2の位置の間に位置する一つ以上の中間位置に配置することができる。
イオン源と、前記チャンバの外部に前記壁の少なくとも一つに近接して配置された可動熱
シールドとを備え、前記可動熱シールドは第1の量の熱を前記チャンバの方へ反射して戻
す第1の位置及び前記第1の量より少ない第2の量の熱を反射して戻す第2の位置を有す
る。
るイオン源を備え、前記複数の壁は底壁、開口を有する上壁、2つの端壁及び2つの側壁
を有し、陰極が前記2つの端壁の一つに近接して配置され、前記チャンバの外部に前記2
つの側壁のそれぞれに近接して配置された2つの可動熱シールドを備え、前記2つの可動
熱シールドの各々は第1の量の熱を前記チャンバの方へ反射して戻す第1の位置及び前記
第1の量より少ない第2の量の熱を反射して戻す第2の位置を有し、且つ前記可動熱シー
ルドの各々と連動し、前記可動熱シールドを前記第1の位置と前記第2の位置の間で前記
側壁の平面に平行な方向に移動させるアクチュエータを備え、前記第1の位置において、
前記可動熱シールドが前記側壁の一部分とオーバラップし、前記第2の位置において、前
記可動熱シールドが前記側壁のより小さい部分とオーバラップするよう構成されている。
備え、前記複数の壁は底壁、開口を有する上壁、2つの端壁及び2つの側壁を有し、陰極
が前記2つの端壁の一つに近接して配置され、前記チャンバの外部に前記2つの側壁のそ
れぞれに近接して配置された2つの可動熱シールドを備え、前記2つの可動熱シールドの
各々は第1の量の熱を前記チャンバの方へ反射して戻す第1の位置及び前記第1の量より
少ない第2の量の熱を反射して戻す第2の位置を有し、且つ前記可動熱シールドの各々と
連動し、前記可動熱シールドの各々をそれぞれの枢支点を中心に回転させるアクチュエー
タを備え、前記第1の位置において、前記可動熱シールドはそれぞれの側壁と第1の角度
を成し、前記第2の位置において、前記可動熱シールドはそれぞれ側壁と第1の角度より
小さい第2の角度を成すように構成されている。
して説明する。
態では、一以上のガスをチャンバ内に導入し、イオン化する。他の実施形態では、個体材
料をチャンバ内に置き、スパッタリングしてイオンを生成し得る。これらの各実施形態で
は、イオンはチャンバ内で生成される。チャンバの壁の一つに設けられた開口によってイ
オンを抽出しワークピースへ向けることができる。
の熱シールド170,175を含む。イオン源100はチャンバ120を画定する複数の
壁を有する。イオン源100は高さ、長さ及び幅を有する直方体の形状とし得る。イオン
源100は底壁111、対向上壁112、2つの対向側壁113,114(図2A参照)
及び2つの対向端壁115,116を有する。これらの壁はチャンバを画定し得る。他の
実施形態では、チャンバは複数の区画に分離してもよい。「上」、「底」、「側」及び「
端」という語を使用するが、それらはイオン源が所定の向きに配置されることを意味しな
い。それらは説明の便宜上使用されている。
がある(図示せず)。これらの電極は正イオンをイオン源100内から開口130を経て
ワークピース(図示せず)に向け引き出すように電気的にバイアスされる。
はチャンバ120の残部から分離するために陰極140の背後に配置される。フィラメン
トは給電され、フィラメントから熱イオン電子を発生する。これらの電子は陰極140を
叩き、陰極から電子を発生させチャンバ120内に放出させる。陰極140は電子をチャ
ンバ120の方へ反発させるために負にバイアスし得る。
ンバ120の中心の方へ反発させて戻すために負にバイアスし得る。このようにして、放
出された電子が両端壁115,116で反発され、各電子がガス分子と衝突しイオンを形
成する確率を最大にする。
イオン化に影響を与え得る。図1Aはアクチュエータ180と連動する2つの可動熱シー
ルド170,175を備える装置100を示す。第1の可動熱シールド170は陰極14
0を有する端壁115に近接して配置される。第2の可動熱シールド175はリペラ15
0を有する端壁116に近接して配置される。
5は低い熱伝導率を有する高耐熱材料を用いて製造し得る。例えば、可動熱シールド17
0,175はタングステン、モリブデン、ニッケル、タンタル、その合金、又は同種の材
料で製造し得る。代わりに、プロセスを高めるために電子放出材料と熱伝導性材料の積層
を用いてもよい。これらの材料は単独で用いても、効率を向上させるために基板にマウン
トしてもよい。これらの材料は単一のシート又は複数の層の形にしてもよい。タングステ
ン、チタン及びステンレススチール等の材料をアセンブリとして使用しても、基板に固着
してもよい。他の構成も可能であること勿論である。熱シールドは任意の高温高反射性材
料からなり、熱をイオン源100の方へ反射して戻すために使用することができる。加え
て、これらの材料は必要に応じ積層にしても、基板に固着してもよい。
、この場合には熱シールドは第1の量の熱をイオン源100の方へ反射して戻すように配
置されている。この配置は、可動熱シールド170,175がそれぞれの端壁115,1
16の大部分又は全体と近接もしくはオーバラップするときに起こり得る。図1Aはそれ
ぞれの端壁115,116の全体を覆う又はオーバラップする可動熱シールド170,1
75を示すが、他の実施形態も可能である。例えば、可動熱シールド170,175は第
1の位置においてそれぞれの端壁115,116の一部分のみを覆う又はオーバラップす
ることができる。この第1の位置はイオン源100の最大所望温度を達成するために選択
することができる。
の間のオーバラップの量に基づく。これは端壁115,116と可動熱シールド170,
175との間の距離にも基づき得る。端壁とその対応する可動熱シールドとの間の間隙が
小さいほど、反射される熱の量が大きくなる。更に、端壁115,116と可動熱シール
ド170,175の成す角度が小さいほど、反射され得る熱の量が大きくなる。言い方を
変えれば、最大熱反射は端壁の平面とその対応する可動熱シールドの平面が互いに平行で
あるときに生じる。しかしながら、これらの構成要素が正確に平行である必要はない。実
際には、端壁と対応する可動熱シールドとが若干の角度を成してもよい。しかしながら、
角度が大きくなるほどチャンバの方へ反射されて戻る熱量が小さくなり得る。
オン源100の方へ反射されて戻され、チャンバ120は第1の動作温度にされる。いく
つかの実施形態では、この第1の動作温度は最大所望温度にし得る。
の量より少ない第2の量の熱をイオン源100の方へ反射するために選択される。この第
2の位置では、第1の位置の場合よりオーバラップが少ない。いくつかの実施形態では、
端壁115,116と可動熱シールド170,175が殆ど又は全くオーバラップしない
。これは反射される熱を減少する。この第2の位置では、チャンバ120の温度を最小所
望温度にし得る。言い換えれば、第1の位置では可動熱シールド170,175はそれぞ
れの端壁115,116の一部分とオーバラップするが、第2の位置では可動熱シールド
170,175はそれぞれの端壁115,116のより小さい部分とオーバラップする。
の間で移動させるためにアクチュエータ180を使用する。このアクチュエータ180は
任意の通常のモータ、例えばステップモータ、サーボモータ、又は固定のストローク又は
複数のストロークを有する空気圧シリンダーとし得る。シリンダーの場合には、第1の位
置及び第2の位置はストロークの終点に決めてよい。
ブッシュと連携し、熱シールドが所望の通路に沿って移動できるようにする。例えば、図
1A−1Dにおいて、熱シールドが所望の通路に沿って摺動するように一組のレール又は
ブッシュを各可動熱シールド170,175の両側に配置することができる。
、歯車式又はステップモータ式とし得る。よって、アクチュエータ180は可動熱シール
ド170,175を所望の通路に沿って平行移動し得る任意の装置とし得る。
の実施形態では、アクチュエータ180を使用しないで、可動熱シールド170,175
を手動で移動するようにしてもよい。
の位置は図1A−Bに示されている。いくつかの実施形態では、2つの可動熱シールド1
70,175は一致して移動される。加うるに、他の実施形態では、第1の可動熱シール
ド170と第2の可動熱シールド175は、それらを異なる位置にし得るように、独立に
移動可能にしてもよい。
ールド175が第2の位置にある装置10の配置を示す。この配置では、チャンバ120
の温度は図1Aの配置で達成される温度と図1Bの配置で達成される温度の間の温度にな
る。また、別の配置では、第1の可動熱シールド170を第2の位置にし、第2の可動熱
シールド175を第1の位置にすることができる。従って、2つの独立に制御され且つそ
れぞれ正確に2つの動作位置を有する可動熱シールドを用いることによって、4つの異な
る配置を生成することができる。
間に位置する少なくとも一つの中間位置に移動させることができる。図1Dは、可動熱シ
ールド170,175が第1の位置(図1A)と第2の位置(図1B)の間の中間位置に
配置されている配置を示す。この配置では、チャンバ120は図1Aで達成される温度と
図1Bで達成される温度の中間温度を達成することができる。いくつかの実施形態では少
なくとも一つのこのような中間位置が存在する。他の実施形態では、複数の中間位置が存
在し、チャンバ120の温度をより細かく制御することができる。例えば、ステップモー
タを用いて、可動熱シールド170,175を第1の位置と第2の位置の間の任意の位置
に移動させることができる。これらの中間位置において、可動熱シールド170,175
はそれぞれの端壁115,116の一部分とオーバラップし、その部分は第1の位置でオ
ーバラップされる部分より小さいが第2の位置でオーバラップされる部分より大きい。
ルド170,175を用いる装置10を示すが、他の実施形態も可能である。例えば、い
くつかの実施形態では、一つの可動熱シールドのみが端壁115,116の一つに近接し
て配置される。一実施形態では、リペラ150の配置される端壁116は対向端壁115
より低い温度になり得るので、可動熱シールド175がこの端壁116の近くに配置され
る。別の実施形態では、可動熱シールド170が陰極140の位置する端壁115の近く
に配置される。
化させることによってイオン源100の温度を制御する装置10を示す。この制御は可動
熱シールドを端壁115,116の平面に平行又はほぼ平行な方向に移動させることによ
って達成される。図1A−1Dに示す配置では、可動熱シールド170,175は垂直方
向に移動される。
することもできる。例えば、図2A−2Cに示す別の実施形態では、装置20は端壁とそ
の対応する熱シールドとの間の距離が変化される。言い換えれば、オーバラップ量を変化
させるために装置20の可動熱シールド170,175を(図1A−1Dに示すように)
垂直方向に移動させる代わりに横方向に移動させる。言い換えれば、可動熱シールド17
0,175は端壁115,116の平面に直角の方向に移動される。
示す第1の位置にあるとき、第1の量の熱がイオン源の方へ反射されて戻される。これに
対し、端壁115,116と対応する可動熱シールド170,175との間の距離が図2
Bに示す第2の位置にあるとき、第1の量より少ない第2の量の熱がイオン源の方へ反射
されて戻される。上述したように、いくつかの実施形態では、図2Cに示すように第1の
位置と第2の位置の間の中間位置がある。
6とのオーバラップ量を制御する代わりにそれらの間の距離間隔が制御される。
得るように独立に制御可能にし得る。例えば、一方の熱シールドを第1の位置にするとと
もに、他方の熱シールドを第2の位置にすることができる。別の実施形態では、上述した
ように、一つの熱シールドのみを存在させてもよい。更に別の実施形態では、熱シールド
を縦方向及び横方向の両方向に移動可能にしてもよい。
シールドのみを使用する他の実施形態もある。
5,116に近接して配置されている装置20を示すが、他の実施形態も可能である。例
えば、図3A−3Dは可動熱シールド200,205がそれぞれの側壁113,114に
近接して配置されている装置30を示す。いくつかの実施形態では、側壁113,114
は端壁115,116より大きい表面積を有し得る。従って、これらの実施形態では可動
熱シールドの効果がより顕著になり得る。
源100の方へ反射されて戻される装置30を示す。図3Bは、可動熱シールド200,
205が第2の位置にあり、第1の量より少ない第2の量の熱がイオン源100の方へ反
射されて戻される装置30を示す。可動熱シールド200,205はそれぞれの側壁11
3,114とオーバラップし、第1の位置におけるオーバラップの量の方が第2の位置に
おけるオーバラップの量より大きい。図1A−1D及び図2A−2Cの実施形態と同様に
、アクチュエータ180を用いて可動熱シールド200,205を第1の位置と第2の位
置の間で移動させることができる。上述したように、可動熱シールド200,205の移
動はそれぞれの側壁113,114の平面に平行もしくはほぼ平行にし得る。
に制御可能であるため、第1の可動熱シールド200を第1の位置にするとともに、第2
の可動熱シールド205を第2の位置にすることができる。代わりに、第2の可動熱シー
ルド205を第1の位置にするとともに、第1の可動熱シールド200を第2の位置にす
ることができる。
間位置にある装置30を示す。上述したように、いくつかの実施形態では、少なくとも一
つのこのような中間位置がある。他の実施形態では、複数の中間位置があり、チャンバ1
20の温度をより細かく制御し得る。
同様に、横方向に(又は側壁113,114の平面に対して直角方向に)移動させてもよ
い。
用してもよい。
ルドを端壁115,116及び側壁113,114に近接して設けてもよい。一実施形態
では、これらの可動熱シールド170,175,200,205はすべて独立に移動可能
にし得る。別の実施形態では、これらの熱シールドは対として移動可能にし、可動熱シー
ルド170,175が一致して移動されるとともに可動熱シールド200,205が一致
して移動されるようにすることができる。一代替実施形態では、これらの熱シールドは端
壁及び側壁の平面に平行な方向(すなわち、図1A−1D及び3A−3Dに示すように垂
直方向)に移動可能にし得る。別の実施形態では、これらの熱シールドは端壁及び側壁の
平面に直角の方向(すなわち、図2A−2Cに示すように横方向)に移動可能にし得る。
熱シールドと同様に、この熱シールドも底壁111の平面に平行に、又はその平面に直角
に移動可能にしてよい。
路に沿って移動する熱シールドを示している。しかしながら、他の実施形態も可能である
。例えば、図4A−4Dは可動熱シールド300,305が回転可能に枢支されている装
置40を示す。図4Aにおいて、装置40はその可動熱シールド300,305が第1の
位置にあり、この位置では第1の量の熱がイオン源100の方へ反射されて戻される。一
実施形態では、可動熱シールド300,305は側壁113,114に平行であるが、他
の角度にすることもできる。更に、図4A−4Dは可動熱シールド300,305が側壁
113,114に近接して配置されている装置40を示すが、これらの熱シールドは端壁
115,116に近接して配置してもよい。別の実施形態では、熱シールドは必要に応じ
これらの4つの壁のすべてに近接して配置してもよい。
置では第1の量より少ない量の熱がイオン源100の方へ反射されて戻される。これは、
側壁113,114と対応する可動熱シールド300,305との成す角度を大きくする
ことによって達成される。図4Bは約45°の角度を示すが、他の角度も可能である。第
2の位置の角度は所望の最低温度を達成するように選択し得る。
3,114と第1の角度を成す。第2の位置では、可動熱シールド300,305はそれ
ぞれの側壁113,114と第1の角度より大きい第2の角度を成す。
て達成される。可動熱シールド300,305の各々はそれぞれの枢支点に回転可能に枢
支し得る。これは車軸、ヒンジ又は他のピボット機構で構成し得る。角度が大きくなると
、より多量の熱がチャンバ120に到達しない方向に反射される。従って、角度の増大は
チャンバ120の方へ反射して戻す熱量を減少し、温度の低下をもたらす。
よい。図4Cでは、第1の可動熱シールド300が第1の位置に位置するが、第2の可動
熱シールド305は第2の位置に位置する。代わりに、第1の可動熱シールド300は第
2の位置に位置するが、第2の可動熱シールド305は第1の位置に位置するようにして
もよい。
1の位置と第2の位置の間の中間位置に移動可能にしてもよい。上述したように、いくつ
かの実施形態では、複数の中間位置があり、チャンバ120の温度をより細かく制御し得
る。中間位置では、可動熱シールド300,305とそれぞれの側壁113,114との
成す角度は第1の角度と第2の角度の間になる。
ある。
い場合に有益である。可動熱シールドを移動させることによって、イオン源100を複数
の温度で動作させることができる。加えて、可動熱シールドの使用は、比較的低い温度か
ら比較的高い温度への転移に要する時間を他の場合より大幅に短くすることができる。更
に、これはイオン源の変更なしに実施可能である。
形態に限定されない。イオンがチャンバ内で生成される場合には他のタイプのイオン源も
本装置とともに用いてよい。例えば、いくつかの実施形態では、イオン源内でイオンを生
成するためにRFエネルギーを用いてもよい。この実施形態においても可動熱シールドを
一以上の壁に近接して配置してもよい。
。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態および
変更例が前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このよ
うな他の実施形態および変更例は、本発明の範囲内に含まれることを意図している。さら
に、本発明は、特定の目的のための、特定の環境における、特定の実施形態の文脈で本明
細書に記載されているが、その有用性は特定の実施形態に限定されるものでなく、本発明
は多くの目的のために多くの環境で有益に実装し得ることは当業者に認識されよう。従っ
て、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神に
鑑みて解釈されるべきものである。
Claims (15)
- チャンバを画定する複数の壁を有するイオン源と、
前記チャンバの外部に前記壁の少なくとも一つに近接して配置された可動熱シールドと
を備え、前記可動熱シールドは第1の量の熱を前記チャンバの方へ反射して戻す第1の位
置及び前記第1の量より少ない第2の量の熱を反射して戻す第2の位置を有する、
装置。 - 前記複数の壁は底壁、開口を有する上壁、2つの端壁及び2つの側壁を備え、陰極が前
記2つの端壁の一つに近接して配置され、且つ前記可動熱シールドが前記2つの端壁の一
つに近接して配置されている、請求項1記載の装置。 - 前記可動熱シールドは前記2つの端壁の内の第1の端壁の平面に平行な方向に移動し、
前記第1の位置において、前記可動熱シールドは前記第1の端壁の一部分とオーバラップ
し、前記第2の位置において、前記可動熱シールドは前記第1の端壁のより小さい部分と
オーバラップする、請求項2記載の装置。 - 前記可動熱シールドは前記2つの端壁の内の第1の端壁に近接する枢支点を中心に回転
し、前記第1の位置に置いて、前記可動熱シールドは前記第1の端壁と第1の角度を成し
、前記第2の位置において、前記可動熱シールドは前記第1の端壁と前記第1の角度より
大きい第2の角度を成す、請求項2記載の装置。 - 前記複数の壁は底壁、開口を有する上壁、2つの端壁及び2つの側壁を備え、陰極が前
記2つの端壁の一つに近接して配置され、且つ前記可動熱シールドが前記2つの側壁の一
つに近接して配置されている、請求項1記載の装置。 - 前記可動熱シールドは前記2つの側壁の内の第1の側壁の平面に平行な方向に移動し、
前記第1の位置において、前記可動熱シールドは前記第1の側壁の一部分とオーバラップ
し、前記第2の位置において、前記可動熱シールドは前記第1の側壁のより小さい部分と
オーバラップする、請求項5記載の装置。 - 前記可動熱シールドは前記2つの側壁の内の第1の側壁に近接する枢支点を中心に回転
し、前記第1の位置に置いて、前記可動熱シールドは前記第1の側壁と第1の角度を成し
、前記第2の位置において、前記可動熱シールドは前記第1の側壁と前記第1の角度より
大きい第2の角度を成す、請求項5記載の装置。 - 前記可動熱シールドを前記第1の位置と前記第2の位置の間で移動させるために前記可
動熱シールドと連動するアクチュエータを更に備える、請求項1記載の装置。 - チャンバを画定する複数の壁を有するイオン源を備え、前記複数の壁は底壁、開口を有
する上壁、2つの端壁及び2つの側壁を有し、陰極が前記2つの端壁の一つに近接して配
置され、
前記チャンバの外部に前記2つの側壁のそれぞれに近接して各々が配置された2つの可
動熱シールドを備え、前記2つの可動熱シールドの各々は第1の量の熱を前記チャンバの
方へ反射して戻す第1の位置及び前記第1の量より少ない第2の量の熱を前記チャンバの
方へ反射して戻す第2の位置を有し、且つ
前記可動熱シールドの各々と連動し、前記可動熱シールドの各々を前記第1の位置と前
記第2の位置の間で前記側壁の平面に平行な方向に移動させるアクチュエータを備え、前
記第1の位置において、前記可動熱シールドが前記側壁の一部分とオーバラップし、前記
第2の位置において、前記可動熱シールドが前記側壁のより小さい部分とオーバラップす
る、
装置。 - 前記アクチュエータが前記可動熱シールドを独立に移動させる、請求項9記載の装置。
- 前記アクチュエータが前記可動熱シールドの各々を前記第1の位置と前記第2の位置の
間の少なくとも一つの中間位置に移動させる、請求項9記載の装置。 - 前記可動熱シールドを前記第1の位置と前記第2の位置の間の所望の通路に沿って案内
するレールを更に備える、請求項9記載の装置。 - チャンバを画定する複数の壁を有するイオン源を備え、前記複数の壁は底壁、開口を有
する上壁、2つの端壁及び2つの側壁を有し、陰極が前記2つの端壁の一つに近接して配
置され、
前記チャンバの外部に前記2つの側壁のそれぞれに近接して各々が配置された2つの可
動熱シールドを備え、前記2つの可動熱シールドの各々は第1の量の熱を前記チャンバの
方へ反射して戻す第1の位置及び前記第1の量より少ない第2の量の熱を前記チャンバの
方へ反射して戻す第2の位置を有し、且つ
前記可動熱シールドの各々と連動し、前記可動熱シールドの各々をそれぞれの枢支点を
中心に回転させるアクチュエータを備え、前記第1の位置において、前記可動熱シールド
はそれぞれの側壁と第1の角度を成し、前記第2の位置において、前記可動熱シールドは
それぞれの側壁と第1の角度より大きい第2の角度を成す、
装置。 - 前記アクチュエータは前記可動熱シールドを独立に回転させる、請求項13記載の装置
。 - 前記アクチュエータは前記可動熱シールドの各々を前記第1の位置と前記第2の位置の
間の少なくとも一つの中間位置に回転させる、請求項13記載の装置。
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