DE102021115731B3

DE102021115731B3 - Ladungsträgererzeugungsquelle

Info

Publication number: DE102021115731B3
Application number: DE102021115731.5A
Authority: DE
Inventors: Enrico Loos; Matthias Nestler
Original assignee: Scia Systems GmbH
Current assignee: Scia Systems GmbH
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2041-06-18
Also published as: CN115497789A; US20220406559A1; JP2023001063A

Abstract

Es wird eine Ladungsträgererzeugungsquelle bereitgestellt, aufweisend einen Ladungsträgererzeugungsraum eingerichtet Ladungsträger bereitzustellen; und eine Gitterelektrode, wobei die Gitterelektrode ein elektrisch leitfähigen Träger aufweist, wobei der Träger eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite direkt an den Ladungsträgererzeugungsraum angrenzt, wobei der Träger eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweist, die sich von der ersten Seite durch den Träger zu der zweiten Seite erstrecken, wobei die Durchgangsöffnungen an der ersten Seite jeweils eine erste Öffnungsfläche aufweisen und die Durchgangsöffnungen an der zweiten Seite eine zweite Öffnungsfläche aufweisen, wobei die erste Öffnungsfläche größer ist als die zweite Öffnungsfläche.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladungsträgererzeugungsquelle.
In der Industrie werden Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines beschichteten Halbleiters oder einer anderen Bauteiloberfläche angewendet, beispielsweise wenn die Oberfläche eines Bauelements Unebenheiten aufweist und die Oberfläche von einer Zielform (target), d.h. von einer Ziel-Oberfläche, abweicht, beispielsweise zu viel oder zu wenig Material aufweist.
Verschiedene Oberflächenbehandlungen basieren beispielsweise auf gerichteten Ladungsträgerstrahlen. Ladungsträgerstrahlen bestehen aus elektrischen Ladungsträgern, bspw. Ionenstrahlen oder Elektronenstrahlen.
1 veranschaulicht schematisch einen Ausschnitt aus einer herkömmlichen Ladungsträgerstrahlquelle 10. Ladungsträgerstrahlen 12 werden in einer Ladungsträgerstrahlquelle 10 durch die Extraktion von elektrischen Ladungsträgern, beispielsweise Ionen oder Elektronen, aus einem Ladungsträgererzeugungsraum 20, beispielsweise einem Plasma, erzeugt. Die Ladungsträger bewegen sich nach Verlassen des Ladungsträgererzeugungsraumes 20 gerichtet und strahlförmig (gekrümmt oder gradlinig) im Raum in eine Ladungsträgeraustrittsrichtung.
Die Ladungsträgerstrahlquelle 10 weist eine erste Elektrode 16 und eine zweite Elektrode 14 zur Extraktion von elektrischen Ladungsträgern auf, um die Ladungsträger aus dem Ladungsträgererzeugungsraum 20 zu extrahieren, zu beschleunigen und optional in eine vorgegebene Richtung abzulenken. Die Elektroden 14, 16 weisen zumindest in einigen Bereichen ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise Graphit, auf. Die Elektroden 14,16 können mit einem elektrischen Potential Vt beaufschlagt werden, so dass Ladungsträger extrahiert und beschleunigt oder Ladungsträger(teil)strahle(n) gesperrt werden können. Bei einer Potentialbeaufschlagung der einzelnen Elektroden können Ladungsträger als Ladungsträger(teil)strahlen durch die Durchgangsöffnungen der Elektroden hindurchtreten. Üblicherweise sind mindestens zwei Elektroden in hintereinander angeordneten Lagen vorgesehen. Die Elektroden werden als Plasma-, Screen- oder Beamelektrode 16, als Beschleunigungs- oder Accelerationselektrode 14 bezeichnet. Die optionale dritte Elektrode wird als Gitter 3 oder Masseelektrode (nicht veranschaulicht) entsprechend ihrer Funktion bezeichnet.
Die zweite Elektrode 14 ist in einem Abstand I_g von der ersten Elektrode 16 angeordnet. Die Elektroden 14, 16 weisen jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung auf, durch die die zu extrahierenden Ladungsträger hindurchtreten. Die Durchgangsöffnungen der Elektroden 14, 16 korrespondieren zueinander. Die Elektroden 14, 16 sind meist flächige Bauteile, deren laterale Abmessung um ein Vielfaches größer ist als deren Dicke. Wie in 1 veranschaulicht ist, weist die erste Elektrode 16, die dem Ladungsträgererzeugungsraum 20 am nächsten ist, eine Dicke t_s auf und die mindestens eine Durchgangsöffnung weist einen Durchmesser d_s auf. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich in Dickenrichtung über die gesamte Dicke der Elektrode 14, 16 und ermöglicht einen Durchtritt von Ladungsträgern durch die Elektrode 14, 16. Die Elektrode 14, 16 können eine Gitterform mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisen, die durchlässig für Ladungsträger sind - die Elektroden werden dann auch als Gitterelektroden bezeichnet.
Die mindestens eine Durchgangsöffnung in der ersten Elektrode 16 weist in der bezogenen Technik über die gesamte Dicke t_s der ersten Elektrode 16 eine im Wesentlichen gleichmäßige, zylinderförmige Form auf. Mit anderen Worten, die Durchgangsöffnung in der ersten Elektrode 16 weist in der bezogenen Technik den gleichen Flächeninhalt in allen Dickenebenen senkrecht zur Ladungsträgeraustrittsrichtung auf.
Das Plasma bildet bei Kontakt zur ersten Elektrode 16 aufgrund der Ladungsträgerbeweglichkeiten eine Plasmarandschicht definierter Dicke aus. Die Plasmarandschichtdicke hängt von der Energie (Elektronentemperatur) und der Ladungsträgerdichte ab (Child-Langmuir-Gleichung). Aus der Plasmarandschicht, die sich auch hinter den Gitterlöchern fortsetzt, starten die Ladungsträger auf ihrem Weg durch die Gitterlöcher. Entsprechend der Plasmadichte startet eine gewisse Anzahl Ladungsträger pro Fläche, der Ladungsträgerstrom durch eine Durchgangsöffnung, und ist ungefähr proportional zur Fläche der Durchgangsöffnung. Ebenso ist der Ladungsträgerstrom proportional zur Extraktionsfeldstärke.
Beim Ladungsträgererzeugungsraum 20 wird durch Verschleiß, beispielsweise durch die auf die Oberfläche der ersten Elektrode 16 (nachfolgend als Plasmaelektrode 16 bezeichnet) auftreffenden Ladungsträger an der Plasmagrenze 18 oder durch Sauerstoff, Material von der Oberfläche der Plasmaelektrode 16 abgetragen. Durch den Verschleiß reduziert sich mit der Zeit die Dicke t_s der Plasmaelektrode 16 oder der Durchmesser d_s der Durchgangsöffnung(en) der Plasmaelektrode 16. Dadurch kann sich die Feldstärke an der Plasmagrenze 18 der Plasmaelektrode 16 verändern. Dies kann bewirken, dass sich der Ladungsträgerstrom der Ladungsträger(teil)strahlen 12 erhöhen kann, wodurch die Stabilität der Ladungsträger(teil)strahlen reduziert wird und eine Regulierung der Ladungsträgerstromdichte zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Ladungsträgerstromes erforderlich ist.
Mit anderen Worten: Bei einer herkömmlichen erster Elektrode 16 mit zylinderförmigen Durchgangsöffnungen kommt es durch die Abnutzung der ersten Elektrode zu einer Verringerung des Abstandes I_e zwischen der Plasmarandschicht 18 und der zweiten Elektrode 14. Bei konstanter Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 14, 16 kommt es dadurch zu einer Erhöhung der elektrischen Feldstärke (Spannung/Abstand). Der Verschleiß bewirkt somit eine Erhöhung des Ladungsträgerextraktionsstromes.
Weitere Ladungsträgerquellen sind aus DE 696 15 804 T2 und V.Burdovitsin et al. „Hollow-cathode plasma electron gun for beam generation at forepump gas pressure" in Review of Scientific Instruments Bd. 70 (1999) S. 2975-2978 bekannt, die jedoch die gleichen oder ähnliche Probleme aufweisen wie die zuvor beschriebene Ladungsträgerquelle.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Ladungsträgererzeugungsquelle bereitgestellt, welche zumindest einige der oben genannten Nachteile mildert oder sogar gänzlich vermeidet.
In einem Aspekt wird eine Ladungsträgererzeugungsquelle bereitgestellt, aufweisend einen Ladungsträgererzeugungsraum eingerichtet Ladungsträger bereitzustellen; und eine Gitterelektrode, wobei die Gitterelektrode ein elektrisch leitfähigen Träger aufweist, wobei der Träger eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite direkt an den Ladungsträgererzeugungsraum angrenzt, wobei der Träger eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweist, die sich von der ersten Seite durch den Träger zu der zweiten Seite erstrecken, wobei die Durchgangsöffnungen an der ersten Seite jeweils eine erste Öffnungsfläche aufweisen und die Durchgangsöffnungen an der zweiten Seite eine zweite Öffnungsfläche aufweisen, wobei die erste Öffnungsfläche größer ist als die zweite Öffnungsfläche.
Die Durchgangsöffnungen können derart eingerichtet sein, dass ein Verlauf der Querschnittsfläche der Durchgangsöffnungen durch den Träger an einen Verschleiß der Gitterelektrode angepasst ist. Die Durchgangsöffnungen können somit derart eingerichtet sein, dass die verschleißbedingt zeitabhängige erste Öffnungsfläche sich durch den Verschleiß derart verkleinert, dass der feldstärkebedingte Anstieg des resultierenden Ladungsträgerextraktionsstroms im Wesentlichen kompensiert wird.
Die mindestens eine Durchgangsöffnung kann in einer Ebene, die senkrecht zur Ladungsträgeraustrittsrichtung verläuft, eine beliebige Form aufweisen. So kann die Form kreisrund, oval, elliptisch, drei- oder mehreckig oder unregelmäßig und für unterschiedliche Durchgangsöffnungen verschieden sein. Beispielsweise ändert sich die Form einer Durchgangsöffnung über deren Ausdehnung von der ersten Seite zur zweiten Seite der Gitterelektrode nicht wesentlich. Die Querschnittsfläche kann jedoch im Verlauf durch den Träger von der ersten Seite zu der zweiten Seite hin abnehmen. Dabei bedeutet „nicht wesentlich“ beispielsweise, dass eine elliptische Form der Durchgangsöffnung zwar erhalten, das Verhältnis der Längen von Haupt- und Nebenachse aber über die Ausdehnung der Durchgangsöffnung in Ladungsträgerstrahlaustrittsrichtung hinweg variieren kann.
Die Reduzierung der Dicke der Gitterelektrode der Ladungsträgererzeugungsvorrichtung durch Verschleiß an der Plasmagrenze kann mittels beispielsweise konisch geformter Durchgangsöffnungen in der Gitterelektrode kompensiert werden. Dadurch kann der Ladungsträgerstrom aus der Ladungsträgererzeugungsvorrichtung konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten werden. Konisch geformte Durchgangsöffnungen können neben zylinderförmigen Durchgangsöffnungen auf einfache Weise ausgebildet werden. Eine beliebige Verschleißkompensation kann mittels entsprechend (komplex) geformter Durchgangsöffnungen realisiert werden. Ungleichmäßiger Verschleiß der ersten Elektrode (Plasmaelektrode) kann berücksichtigt, beispielsweise kompensiert, werden, indem der Winkel (Konizität) und der Durchmesser der Durchgangsöffnung(en) angepasst werden.
Die Ladungsträgererzeugungsquelle kann mehrere Elektroden aufweisen. Die Elektroden weisen zueinander korrespondierende Durchgangsöffnungen auf. Unter „korrespondierenden Durchgangsöffnungen“ in verschiedenen Elektroden werden im Sinne der Anmeldung Durchgangsöffnungen verstanden, die in unterschiedlichen Lagen senkrecht zur Ladungsträgeraustrittsrichtung angeordnet sind und bei einer entsprechenden Potentialbeaufschlagung der einzelnen Elektroden geeignet sind, Ladungsträger als Ladungsträgerstrahl bzw. Ladungsträgerteilstrahl durch die miteinander korrespondierenden Durchgangsöffnungen der verschiedenen Elektroden hindurchtreten zu lassen. Dabei sind die weiteren Elektroden in Ladungsträgeraustrittsrichtung hinter der Gitterelektrode (auch als erste Elektrode bezeichnet) angeordnet.
Die Ladungsträgererzeugungsquelle kann mindestens eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf, die mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen während des Betriebes der Vorrichtung beaufschlagt werden. So kann die erste Elektrode (Plasmaelektrode bzw. Gitterelektrode), die den Ladungsträgererzeugungsraum abschließt und abschirmt, mit einem hohen und der Ladung der elektrischen Ladungsträger entsprechenden Potential beaufschlagt werden. Als Beispiel, wenn die elektrischen Ladungsträger, die mittels der Ladungsträgererzeugungsquelle aus dem Ladungsträgererzeugungsraum extrahiert werden sollen, positiv geladene Ionen sind, so ist das Potential der Gitterelektrode ein positives Potential, während das Potential der Gitterelektrode für negative Ionen oder Elektronen als Ladungsträger ein negatives Potential ist.
Die zweite Elektrode kann zur Beschleunigung der Ladungsträger aus dem Ladungsträgererzeugungsraum in Ladungsträgeraustrittsrichtung (Accelerationelektrode) dienen. Die zweite Elektrode kann im Betrieb bezüglich der ersten Elektrode mit einem der Ladung der Ladungsträger entgegengesetzten Potential beaufschlagt werden. Dadurch kann es zu einem großen Potentialunterschied zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode kommen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Vorrichtung gemäß der bezogenen Technik;
2A und 2B eine Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
3A, 3B und 3C Diagramme zur Veranschaulichung des Effekts der Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
4 eine Elektrode einer Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
2A und 2B stellen schematisch eine Ladungsträgererzeugungsquelle 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Die Ladungsträgererzeugungsquelle 100 kann eine Ladungsträgererzeugungsvorrichtung aufweisen. Die Ladungsträgererzeugungsvorrichtung ist eingerichtet, ein Ladungsträgerplasma in dem Ladungsträgererzeugungsraum 120 zu erzeugen. Das Ladungsträgerplasma ist in 2A und 2B mittels der Plasmagrenze 108 veranschaulicht.
Eine solche Ladungsträgererzeugungsquelle 100 ist beispielsweise geeignet, um die Oberfläche eines Substrats mittels eines Ladungsträgerstrahls zu bearbeiten. Die Ladungsträgererzeugungsquelle 100 ist beispielsweise eingerichtet, einen Ladungsträgerstrahl zu emittieren, welcher in einem Gebiet (auch Auftreffgebiet genannt) auf einen Bereich der Oberfläche des Substrats auftrifft. Die Ladungsträgererzeugungsquelle 100 ist eingerichtet, die Oberfläche des Substrates mit einem Ladungsträgerstrahl zu bearbeiten, beispielsweise ein Material des Substrats abzutragen oder ein Material auf der Oberfläche des Substrats abzuscheiden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Ladungsträgererzeugungsquelle 100 eine Ionenstrahlquelle und der Ladungsträgerstrahl beispielsweise ein fokussierender Ionenstrahl mit einer Gauß-förmigen Ladungs-Stromverteilungsdichte. Der Ionenstrahl wird in diesem Beispiel dafür benutzt, eine dünne Schicht von einem Substrat abzutragen. Die Ionenstrahlquelle kann als eine Breitstrahl-Ionenstrahlquelle eingerichtet sein.
Die Ladungsträgererzeugungsquelle 100 weist einen Ladungsträgererzeugungsraum 120 auf. Der Ladungsträgererzeugungsraum 120 ist eingerichtet Ladungsträger bereitzustellen. Ladungsträger sind beispielsweise Ionen oder Elektronen.
Die Ladungsträgererzeugungsquelle 100 weist ferner eine erste Elektrode106 auf. Die erste Elektrode 106 wird auch als Gitterelektrode 106, Plasmaelektrode 106, oder Screenelektrode 106 bezeichnet.
Die Gitterelektrode 106 weist einen elektrisch leitfähigen Träger auf. Der Träger weist eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite auf. Die erste Seite grenzt direkt an den Ladungsträgererzeugungsraum 120 an, beispielsweise an die Plasmagrenze 108.
Der Träger weist eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 116 auf. Die Durchgangsöffnungen 116 erstrecken sich von der ersten Seite durch den Träger zu der zweiten Seite. Die Durchgangsöffnungen 116 weisen an der ersten Seite jeweils eine erste Öffnungsfläche (in 2A veranschaulicht mittels des Durchmessers d_s1) auf und die Durchgangsöffnungen 116 weisen an der zweiten Seite eine zweite Öffnungsfläche (in 2A veranschaulicht mittels des Durchmessers d_s2) auf. Die erste Öffnungsfläche ist größer als die zweite Öffnungsfläche.
Die Gitterelektrode 116 weist eine Dicke t_s auf. Die Gitterelektrode 116 ist derart eingerichtet, dass der Durchmesser d_s der Öffnung bzw. die Öffnungsfläche der Öffnung an der ersten Seite des Trägers eine Funktion von der Dicke t_s des Trägers ist, wobei die Dicke t_s bedingt durch Verschleiß eine Funktion der Zeit t ist (d_s1 = f(ts(t))), wie in 2B veranschaulicht ist.
Eine zweite Elektrode 104 mit Durchgangsöffnungen 114, die zu den Durchgangsöffnungen 116 der Gitterelektrode 106 korrespondieren, ist in einem Abstand I_g zu der Gitterelektrode 106 angeordnet. Der Abstand I_e1, I_e2 der Plasmagrenze 108 zur zweiten Elektrode 104 ändert sich durch den Verschleiß der ersten Elektrode 106 (I_e1 > I_e2 und d_s1 > d_s3). Mit anderen Worten: durch Abnahme der Dicke t_s der ersten Elektrode durch Verschleiß verschiebt sich die Plasmagrenze 108 in Richtung der zweiten Elektrode 104.
Die zweite Elektrode 104 kann eine zweite Gitterelektrode 104 sein. Die zweite Gitterelektrode 104 kann in einem Abstand I_g zu der zweiten Seite der ersten Gitterelektrode 106 angeordnet sein. Die zweite Gitterelektrode 104 kann eine Durchgangsöffnung 114 oder eine Vielzahl an Durchgangsöffnungen 114 aufweisen.
Die Durchgangsöffnungen 114 der zweiten Gitterelektrode 104 können derart zu den Durchgangsöffnungen 116 der ersten Gitterelektrode 106 angeordnet sein, dass Ladungsträger aus dem Ladungsträgererzeugungsraum 120 durch die Durchgangsöffnungen 116 der ersten Gitterelektrode 106 und durch die Durchgangsöffnungen 114 der zweiten Gitterelektrode 104 gelangen.
Die Durchgangsöffnungen sind derart eingerichtet, dass die Änderung der Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung in dem Träger derart eingerichtet ist, dass es bei Abnahme der Dicke des Trägers (anschaulich eine Verschiebung der ersten Seite in Richtung der zweiten Seite) von der ersten Seite her zu einer „selbständigen“ Reduzierung der Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung an der ersten Seite des Trägers kommt. Dadurch kann ein Drift des Ladungsträgerextraktionsstroms kompensiert werden. Bei optimaler Auslegung der Durchgangsöffnungen an den Verschleiß ist eine aktive Steuerung des Ladungsträgerextraktionsstromes nicht mehr erforderlich. Alternativ wird der Regelaufwand verringert. Ein konstanter oder im Wesentlichen konstanter Ladungsträgerstrom kann somit dadurch bewirkt werden, dass die Öffnungsfläche an der ersten Seite des Trägers reduziert wird, wenn sich die Dicke t_s des Trägers mit der Zeit reduziert.
Dabei sind folgende Zusammenhänge zu berücksichtigen: $J_{m a x} = \frac{4 \cdot ε_{0}}{9} \sqrt{\frac{2 \cdot e}{M}} \frac{V_{t}^{\frac{3}{2}}}{l_{e}^{2}}$
$I_{m a x} = J_{m a x} \cdot \frac{π}{4} d_{s}^{2}$
mit I_e als Abstand der zweiten Elektrode zur Plasmagrenze, wobei sich I_g aus der Dicke t_s der ersten Elektrode und dem Abstand zwischen erster Elektrode und zweiter Elektrode ergibt , e als Ladung des Elektrons, ε₀ der Vakuumpermittivität, J_max der Raumladung-begrenzte Ladungsträgerstrom je Durchgangsloch, und d_s dem Durchmesser der Durchgangsöffnung, V_t der Spannung an der Gitterelektrode und M der Masse des Ladungsträgers.
Bei einer zylinderförmigen Durchgangsöffnung würde sich der Ladungsträgerstrom Jmax mit abnehmender Dicke t_s der ersten Elektrode erhöhen, wie im Diagramm 310 in 3A veranschaulicht ist.
In verschiedenen Ausführungsformen weisen die Durchgangsöffnungen 116 jedoch eine von der ersten Seite zu der zweiten Seite sich verjüngende Form auf. In verschiedenen Ausführungsformen können die Durchgangsöffnungen 116 eine konische Form aufweisen. Beispielsweise können die erste Öffnungsfläche und/oder die zweite Öffnungsfläche eine Kreisform oder eine im Wesentlichen kreisförmige Form aufweisen. Beispielsweise kann die Durchgangsöffnung derart eingerichtet sein, beispielsweise derartige Querschnittsveränderung (d_s(t_s)) aufweisen, dass es genau oder im Wesentlichen genau zu einer Kompensation der Verschleiß-bedingten Verschiebung des Ladungsträgerstromes kommt. Die Öffnungsfläche an der der ersten Seite des Trägers der Gitterelektrode 106 wird durch Verschleiß-bedingte abnehmende Dicke t_s somit verkleinert, wie im Diagramm 320 in 3B veranschaulicht ist. Dadurch kann ein konstanter oder im Wesentlichen konstanter Strom an Ladungsträgern je Öffnung bei Abnehmen der Dicke der ersten Elektrode 106 eingestellt werden, wie im Diagramm 330 in 3C veranschaulicht ist.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Ladungsträgererzeugungsquelle 100 eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, an der Gitterelektrode 106 ein elektrisches Potential auszubilden. Die Steuervorrichtung kann ferner eingerichtet sein, einen Ladungsträgerstrom aus dem Ladungsträgererzeugungsraum 120 durch die Durchgangsöffnungen zu steuern.
Die Steuervorrichtung kann ferner eingerichtet sein, an die erste Gitterelektrode 106 ein erstes elektrisches Potential anzulegen und an die zweite Gitterelektrode 104 ein zweites Potential, das sich von dem ersten unterscheidet, anzulegen.
Die Steuervorrichtung kann ferner zum Steuern des Ladungsträgerstrahls eingerichtet sein. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, die Parameter und Eigenschaften des Ladungsträgerstrahls automatisch oder manuell oder mit einer entsprechenden Kombination zu verändern, zu steuern, zu pausieren, abzubrechen und/oder nachzuregeln. Dies kann beispielsweise die Position oder die elektrischen Betriebsströme für verschiedene Bauteile der Ladungsträgererzeugungsquelle betreffen. Ebenso kann diese Steuervorrichtung direkte oder indirekte Parameter des Ladungsträgerstrahls betreffen, beispielsweise Eigenschaften einer Strahlneutralisierungseinrichtung, Zusammensetzung und Dosis für Ausgangsgase für die Ladungsträgererzeugungsquelle und/oder Temperaturen von verschiedenen Bauteilen. Beispielsweise kann eine Beschleunigungsspannung verändert werden, welche sich auf die kinetische Energie der geladenen Ladungsträger im Ladungsträgerstrahl auswirkt. Die Steuervorrichtung kann außerdem eine Gaszufuhr (nicht dargestellt) oder eine Plasmaanregung (nicht dargestellt) zur Ladungsträgererzeugungsquelle enthalten und steuern oder regeln, so dass die Anzahl der Ladungsträger im Ladungsträgerstrahl geregelt werden kann. Eine Gaszufuhr kann allgemein für Ladungsträgererzeugungsquellen benötigt werden, um einen Ladungsträgerstrahl aufrecht zu erhalten. Eine Plasmaanregung wird allgemein für Ladungsträgererzeugungsquellen benötigt, die mit geladenen Ladungsträger betrieben werden, um aus dem zugeführten Gas die notwendigen Ladungsträger (z.B. Ionen) für einen geladenen bzw. nicht-neutralen Ladungsträgerstrahl zu erzeugen.
Die Steuervorrichtung kann einen Prozessor, einen Computer oder eine sonstige Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen (nachfolgend als Prozess-Modul-Computer PMC bezeichnet), welche die einzelnen Signale der Komponenten und Module der Vorrichtung empfängt und auswertet und dieselben steuert oder regelt.
Der PMC kann ein frei programmierbarer Prozessor (beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein Nanoprozessor) sein oder eine hartverdrahtete Logik, oder eine Firmware oder beispielsweise ein applikationsspezifischer Schaltkreis (application specific integrated circuit, ASIC) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (field-programmable gate array, FPGA) sein. Mit dem PMC ist unter anderem ein Achsensystem verbunden, dass mit einem Ladungsträgerstrahl-Schaltkreis (beam) und einem Beschleunigung-Schaltkreis (auch bezeichnet als Accelerator-Schaltkreis) mittels eines Schalterschaltkreises verbunden ist, um den Ladungsträgerstrahl der Strahlquelle und dessen Strahlprofil zu steuern. Der Ladungsträgerstrahl-Schaltkreis und der Beschleunigung-Schaltkreis können jeweils eine Spannungsversorgung aufweisen, die zueinander grundsätzlich technisch gleich ausgeprägt sein können. Der Schalterschaltkreis kann jeweils einen elektrisch schaltbaren Schalter, beispielsweise einen Leistungstransistor, zwischen der Strahlungsquelle und dem Ladungsträgerstrahl-Schaltkreis und/oder zwischen der Strahlungsquelle und dem Accelerator-Schaltkreis aufweisen. Der Schalterschaltkreis kann derart eingerichtet sein, dass das elektrische Potential des Ladungsträgerstrahl-Schaltkreises bzw. des Accelerator-Schaltkreises elektrisch auf die Strahlungsquelle aufgeschaltet werden kann bzw. alternativ kann ein Massepotential oder ein anderes, elektrisches Potential auf die Strahlungsquelle aufgeschaltet werden.
4 veranschaulicht eine erste Elektrode 106 einer Ladungsträgererzeugungsquelle 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Durchgangsöffnungen 116 eine erste Vielzahl 402 von Durchgangsöffnungen sein und der Träger kann mindestens eine zweite Vielzahl 404, 406, 408, 410 von Durchgangsöffnungen aufweisen. Die Durchgangsöffnungen der zweiten Vielzahl 404, 406, 408, 410 können sich von der ersten Seite durch den Träger zu der zweiten Seite erstrecken. Die Durchgangsöffnungen der zweiten Vielzahl 404, 406, 408, 410 können an der ersten Seite jeweils eine dritte Öffnungsfläche aufweisen und die Durchgangsöffnungen 404, 406, 408, 410 der zweiten Vielzahl können an der zweiten Seite eine vierte Öffnungsfläche aufweisen. Die dritte Öffnungsfläche kann größer sein als die vierte Öffnungsfläche. Die erste Öffnungsfläche kann unterschiedlich zu der dritten Öffnungsfläche sein und/oder die zweite Öffnungsfläche kann unterschiedlich zu der vieren Öffnungsfläche sein. Die Durchgangsöffnungen 402 der ersten Vielzahl und die Durchgangsöffnungen 404, 406, 408, 410 der zweiten Vielzahl können konzentrisch zueinander angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Vielzahlen von Durchgangsöffnungen 406, 408, 410 vorgesehen sein. Die Vielzahlen weisen zueinander unterschiedliche Öffnungsflächen an der ersten Seite und der zweiten Seite des Trägers der ersten Elektrode 106 auf. Dadurch kann ein räumliches Verschleißprofil der ersten Elektrode 106 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die erste Elektrode eingerichtet sein, dass die Konizität von der Mitte der ersten Elektrode zum Rand hin abnimmt, beispielsweise von (nahezu-) kegelförmigen Durchgangsöffnung(en) 402 in der Mitte der ersten Elektrode hin zu (nahezu-) zylinderförmigen Durchgangsöffnungen 410 am Rand der ersten Elektrode, wobei unterschiedlich geformte kegelstumpf-förmige Durchgangslöcher 404, 406, 408 lateral dazwischen angeordnet sein können. Dies ermöglicht über die Fläche der ersten Elektrode positionsunabhängigen, konstanten Ladungsträgerstrom (3C) einzustellen. Beispielsweise bei einem positionsabhängigen Verschleiß der Elektrode. Als Beispiel, der Verschleiß der ersten Elektrode 106 kann in der Mitte stärker ausgeprägt sein als am Rand der ersten Elektrode 106. Dieser positionsabhängige Verschleiß kann mittels positionsabhängig unterschiedlich geformter Durchgangsöffnungen berücksichtigt werden.

Claims

Ladungsträgererzeugungsquelle (100), aufweisend einen Ladungsträgererzeugungsraum (120) eingerichtet Ladungsträger bereitzustellen; und eine Gitterelektrode (106), wobei die Gitterelektrode (106) einen elektrisch leitfähigen Träger aufweist, wobei der Träger eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite direkt an den Ladungsträgererzeugungsraum (120) angrenzt, wobei der Träger eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (116) aufweist, die sich von der ersten Seite durch den Träger zu der zweiten Seite erstrecken, wobei die Durchgangsöffnungen (116) an der ersten Seite jeweils eine erste Öffnungsfläche aufweisen und die Durchgangsöffnungen (116) an der zweiten Seite eine zweite Öffnungsfläche aufweisen, wobei die erste Öffnungsfläche größer ist als die zweite Öffnungsfläche.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Durchgangsöffnungen (116) derart eingerichtet sind, dass ein Verlauf der Querschnittsfläche der Durchgangsöffnungen (116) durch den Träger an einen Verschleiß der Gitterelektrode (106) angepasst ist.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Durchgangsöffnungen (116) eine von der ersten Seite zu der zweiten Seite sich verjüngende Form aufweisen.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei die Durchgangsöffnungen (116) eine konische Form aufweisen.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Öffnungsfläche und/oder die zweite Öffnungsfläche eine Kreisform oder eine im Wesentlichen kreisförmige Form aufweisen.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: eine Ladungsträgererzeugungsvorrichtung, die eingerichtet ist, ein Ladungsträgerplasma in dem Ladungsträgererzeugungsraum (120) zu erzeugen.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, an der Gitterelektrode (106) ein elektrisches Potential auszubilden.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, einen Ladungsträgerstrom aus dem Ladungsträgererzeugungsraum (120) durch die Durchgangsöffnungen (116) zu steuern.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gitterelektrode (106) eine erste Gitterelektrode (106) ist und die Ladungsträgererzeugungsquelle (100) ferner eine zweite Gitterelektrode (104) aufweist, wobei die zweite Gitterelektrode (104) in einem Abstand (I_g) zu der zweiten Seite der ersten Gitterelektrode (106) angeordnet ist, wobei die zweite Gitterelektrode (104) eine Durchgangsöffnung (114) oder eine Vielzahl an Durchgangsöffnungen (114) aufweist.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Durchgangsöffnungen (114) der zweiten Gitterelektrode (104) derart zu den Durchgangsöffnungen (116) der ersten Gitterelektrode (106) angeordnet sind, dass Ladungsträger aus dem Ladungsträgererzeugungsraum (120) durch die Durchgangsöffnungen (116) der ersten Gitterelektrode (106) und durch die Durchgangsöffnungen (114) der zweiten Gitterelektrode (104) gelangen.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, an die erste Gitterelektrode (106) ein erstes elektrisches Potential anzulegen und an die zweite Gitterelektrode (106) ein zweites Potential, das sich von dem ersten unterscheidet, anzulegen.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vielzahl von Durchgangsöffnungen eine erste Vielzahl von Durchgangsöffnungen (402) ist und der Träger eine zweite Vielzahl von Durchgangsöffnungen (404, 406, 408, 410) aufweist, wobei sich die Durchgangsöffnungen (404, 406, 408, 410) der zweiten Vielzahl von der ersten Seite durch den Träger zu der zweiten Seite erstrecken, wobei die Durchgangsöffnungen (404, 406, 408, 410) der zweiten Vielzahl an der ersten Seite jeweils eine dritte Öffnungsfläche aufweisen und die Durchgangsöffnungen (404, 406, 408, 410) der zweiten Vielzahl an der zweiten Seite eine vierte Öffnungsfläche aufweisen, wobei die dritte Öffnungsfläche größer ist als die vierte Öffnungsfläche, und wobei die erste Öffnungsfläche unterschiedlich zu der dritten Öffnungsfläche ist und/oder wobei die zweite Öffnungsfläche unterschiedlich zu der vieren Öffnungsfläche ist.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß Anspruch 12, wobei die Durchgangsöffnungen (402) der ersten Vielzahl und die Durchgangsöffnungen (404, 406, 408, 410) der zweiten Vielzahl konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Ladungsträgererzeugungsquelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend: mehrere Vielzahlen (402, 404, 406, 408, 410) von Durchgangsöffnungen, wobei die Vielzahlen zueinander unterschiedliche Öffnungsflächen an der ersten Seite und der zweiten Seite aufweisen.