KR101626082B1 - 증가된 고유 주파수를 갖는 하이브리드 정전 렌즈 - Google Patents

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Abstract

복합 정전 로드(302a)는 길이 L 및 단면적 A를 갖는 몸체를 포함할 수 있다. 몸체는 제 1 재료를 포함하는 외부 부분, 및 제 1 재료와 상이한 제 2 재료를 포함하며, 외부 부분에 의해 둘러싸인 코어를 포함할 수 있으며, 여기에서 복합 정전 로드의 고유 주파수는 길이 L 및 단면적 A를 갖는 흑연 로드의 고유 주파수보다 더 크다.

Description

증가된 고유 주파수를 갖는 하이브리드 정전 렌즈{HYBRID ELECTROSTATIC LENS WITH INCREASED NATURAL FREQUENCY}
본 발명은 이온 빔 주입 시스템들에 관한 것으로서, 더 구체적으로, 빔-라인 이온 주입 시스템의 정전 렌즈들 및 정전 렌즈에 사용되기 위한 복합 정전 로드(rod)에 관한 것이다.
정전 렌즈는 다른 동작들 중에서도 특히 빔 에너지, 포커싱, 및 방향을 제어하기 위해 이온 주입과 같은 애플리케이션들에서 사용된다. 도 1은, 이온 소스(102), 추출 전극들(104), 90°자석 분석기(106), 제 1 감속(D1) 스테이지(108), 자석 분석기(110), 및 정전 렌즈(112)를 포함하는 종래의 이온 주입 장치(이온 주입기)(100)를 도시한다. D1 감속 스테이지(또한 "감속 렌즈"로서도 알려진)는 이온 빔(114)이 이를 통과하도록 하기 위해 규정된(defined) 개구를 갖는 복수의 전극들로 구성된다. 복수의 전극들에 상이한 조합들의 전압 전위들을 인가함으로써, D1 감속 렌즈가 이온 에너지들을 조작할 수 있고, 이온 빔이 희망되는 에너지로 목표 웨이퍼(116)에 충돌하게 할 수 있다. 정전 렌즈(112)는, 이온 빔이 이를 통과할 때 이온 빔(114)을 조작하기 위해 상이한 조합들의 전압 전위들이 이에 인가될 수 있는 로드 형태의 다수의 전극들을 가질 수 있다. 이상에서 언급된 감속 스테이지(108) 및 정전 렌즈(112)는 전형적으로 정전 감속 렌즈들이다.
도 2a는 로드형(rod-shaped) 전극들을 사용하는 종래의 정전 렌즈(200)의 측면도를 도시한다. 로드형 전극들을 사용하는 정전 렌즈(200)의 렌즈 구성이 입구 전극들(202)의 세트, 하나 이상의 억제/포커싱 전극들(204)의 세트, 및 출구 전극들(206)의 세트와 같은 몇몇 세트들의 전극들을 또한 포함할 수 있다. 전극들의 각각의 세트는 이온들이 이온 빔(210)의 중심 광선 궤적(central ray trajectory: "c.r.t" 또는 "crt")을 가지고 편향 각도(95°)로 이를 통과하게 하는 간격/간극(gap)을 가질 수 있다. 로드-형상의 전극들은 흑연, 유리 탄소, 및/또는 다른 비-오염(non-contaminating) 재료와 같은 비-오염 재료로 만들어질 수 있다. 전극들이 또한 낮은 열 팽창 계수들을 갖는 재료들로 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다.
도 2a에 예시된 바와 같이, 출구 전극(206)에서의 이온 빔(210)에 대한 개구부(opening)가 입구 전극(202)에서의 이온 빔(210)에 대한 개구부보다 더 클 수 있도록, 로드형 전극들을 사용하는 렌즈(200) 내의 전극들이 "플레어(flare)"될 수 있다. 따라서, 억제/포커싱 전극들(204)의 각각의 세트에서의 개구부들이 점진적으로 증가되거나 또는 "플레어" 오픈될 수 있다. 또한, 대칭성이 이온 빔(210)에 대해 유지될 수 있다. 로드형 전극 로드들이 이온 주입 프로세스 동안 편향, 감속, 및/또는 포커스의 독립적인 제어를 효과적으로 제공할 수 있다. 도 2a에 더 도시된 바와 같이, 펌프(212)가 하우징(214)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어, 펌프(212)는 고-진공 환경 또는 다른 제어된 환경을 제공하기 위한 진공 펌프일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 하우징(214)은 하나 이상의 부싱(bushing)들(216)을 포함할 수 있다. 이러한 부싱들(216)은 하우징(214)을 다른 컴포넌트들로부터 전기적으로 절연하는데 사용될 수 있다.
동작시, 입구 전극(202), 억제/포커싱 전극들(204), 및 출구 전극(206)이 이온 빔(20)의 에너지 및/또는 형상이 다음의 방식으로 조작될 수 있도록 독립적으로 바이어싱된다. 이온 빔(210)이 입구 전극(202)을 통해 정전 렌즈(200)에 진입할 수 있으며, 예를 들어, 10~20 KeV의 초기 에너지를 가질 수 있다. 이온 빔(210) 내의 이온들이 입구 전극(202)과 억제/포커싱 전극들(204) 사이에서 가속될 수 있다. 억제 전극들(204)에 도달할 때, 이온 빔(210)은, 예를 들어, 약 30 KeV 이상의 에너지를 가질 수 있다. 이온 빔(210)이 억제/포커싱 전극들(204)과 출구 전극(206) 사이에서 전파함에 따라, 이온 빔(210) 내의 이온들이 전형적으로 목표 웨이퍼의 이온 주입에 사용되는 에너지에 더 가까운 에너지까지 감속될 수 있다. 일 예에 있어, 이온 빔이 정전 렌즈(200)를 빠져나올 때 이온 빔(210)은 약 3~5 KeV 이하의 에너지를 가질 수 있다.
특정 애플리케이션들, 특히 주입 목표로서 300 mm 웨이퍼들 또는 더 큰 웨이퍼들과 같은 큰 작업물들의 주입을 요구하는 애플리케이션들에 있어, 도 2b에 예시된 바와 같이 빔의 단면이 하나의 치수 W가 다른 치수 H보다 훨씬 더 크도록 큰 종횡비들을 갖는 리본형 빔들의 형태로 이온 빔들을 생성하는 것이 유리하다. 이러한 리본 빔들은 일반적으로, 실리콘 웨이퍼 또는 평면 패널 디스플레이와 같은 단일 작업물이 이온 빔을 통과해 단일 차원으로 이동되는 이온 주입 장치 및 이온 주입 시스템에서 사용된다. 이러한 사례들에 있어, 이온 빔 단면의 더 긴 치수인 리본 이온 빔의 폭 W의 단면이 길이 H보다 훨씬 더 크다.
안정적인 이온 빔을 생성하기 위하여, 정전 렌즈와 같은 빔라인 컴포넌트들이 안정적인 방식으로 동작하는 것이 중요하다. 종래의 정전 렌즈 컴포넌트들은 흑연과 같은 재료로 구성되며, 이는 정전 렌즈를 통과하는 빔에 낮은 오염물(contamination)을 제공한다. 그러나, 때때로, 흑연 로드들이 재료의 길이의 특성인 고유 주파수에서 진동할 수 있다. 고유 주파수는, 로드 또는 빔과 같은 엘러먼트가 움직이게 되는 엘러먼트가 진동하는 주파수를 지칭한다.
다시 도 2a를 참조하면, 전극들(204)이 흑연 로드들이 경우, 이러한 진동이 전극들(202~206)의 세트들 사이를 지나가는 이온 빔(210)의 전파 방향(Z)에 수직인 방향(Y)에서 전극들(204)의 간격의 변동(fluctuation) dS를 초래한다. 간격 S의 변동 dS는 결과적으로 정전 렌즈를 통과하는 이온 빔(210)이 겪게 되는 전기장 강도의 변동들을 초래한다. 구체적으로, 정전 렌즈의 전기장 변동이 정전 렌즈 전극들의 진동 주파수에 따라 발생할 수 있다. 또한 도 2b를 참조하면, 전기장의 이러한 변동들이 덜 균일한 이온 빔을 야기하는 Y-방향에서의 이온 빔(210)의 공간적 변동들을 초래하는 방식으로 이온 빔(210)을 동요시킨다.
이온 주입 동안, 웨이퍼가 이온 빔에 대해 이동될 수 있으며, 이러한 변동들에 의해 야기된 이온 빔 내의 임의의 비-균일성이 결과적으로 평균화될 수 있고, 이는 균일하게 주입된 웨이퍼를 야기한다. 그러나, 때때로, 정전 렌즈 내의 진동들에 의해 초래된 이온 빔의 비-균일성이 웨이퍼 상의 마이크로-스트라이핑(micro-striping)으로써 자신을 표현할 수 있으며, 이는 웨이퍼 상의 비-균일한 이온 도우즈의 생성을 나타내고, 여기에서 각각의 스트라이프(stripe)는 인접한 영역과 상이한 이온 도우즈의 영역을 나타낸다. 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 웨이퍼가 이온 빔(210)에 대해 Y-방향을 따라서 경로(220)를 따라 이동되는 경우, 마이크로-스트라이핑이 스트라이프들(222)을 형성할 수 있고, 여기에서 이온 도우즈가 상이한 스트라이프들 사이에서 변화한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 스트라이프들의 장축은 이온 빔(210)의 장축과 평행할 수 있고, 즉, X-방향과 평행할 수 있다. 이러한 효과가 전극들의 진동 주파수가 상대적으로 낮고 웨이퍼 이동의 레이트(rate)가 상대적으로 높을 때 특히 관찰될 수 있다. 원칙적으로, 마이크로-스트라이핑 효과는, 주입되는 기판의 각각의 영역 내에서 이온 빔 변동들이 서로 소거시키는 것을 가능하게 하기에 충분히 낮은 레이트로 웨이퍼를 이온 빔에 대해 이동시킴으로써 감소되거나 또는 제거될 수 있다. 그러나, 마이크로스트라이핑을 제거하기 위해 요구되는 감소된 레이트의 웨이퍼의 움직임이 기판들에 대한 감소된 스루풋 레이트를 야기할 수 있다. 또한, 기판들의 치수가 증가함에 따라, 더 넓은 리본 빔들 및 이러한 빔들을 프로세싱하기 위한 더 넓은 정전 렌즈들을 제공하는 것이 유용할 수 있으며, 이는 1 미터를 넘어 연장하는 길이의 로드들을 야기한다. 이러한 치수에서, 로드 진동에 의해 초래되는 마이크로-스트라이핑 문제가 로드들의 더 낮은 진동 주파수 및/또는 더 큰 변동 dS에 기인하여 악화될 수 있다. 이상을 고려할 때, 정전 렌즈 구성의 개선들이 요구된다는 것이 자명할 것이다.
일 실시예에 있어, 복합 정전 로드는 길이 L 및 단면적 A를 갖는 몸체를 포함할 수 있다. 몸체는 제 1 재료를 포함하는 외부 부분, 및 제 1 재료와 상이한 제 2 재료를 포함하며, 외부 부분에 의해 둘러싸인 코어를 포함할 수 있으며, 여기에서 복합 정전 로드의 고유 주파수는 길이 L 및 단면적 A를 갖는 흑연 로드의 고유 주파수보다 더 크다.
다른 실시예에 있어, 정전 레즈는 정전 로드들의 제 1 세트 및 정전 로드들의 제 2 세트를 포함할 수 있다. 정전 로드들의 제 1 세트 및 제 2 세트는 그들 사이에 이온 빔을 전달하기 위한 간극(gap)을 규정할 수 있다. 정전 로드들의 제 1 및 제 2 세트의 하나 이상의 정전 로드들은, 제 1 재료를 포함하는 코어 및 제 1 재료와 상이한 제 2 재료를 포함하며 코어를 둘러싸는 외부 부분을 갖는 복합 정전 로드일 수 있다. 복합 정전 로드의 고유 주파수는 길이 L 및 단면적 A를 갖는 흑연 로드의 고유 주파수보다 더 클 수 있다.
본 발명의 더 양호한 이해를 위하여, 본 명세서에 참조로써 포함된 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 공지된 이온 주입 시스템을 도시한다.
도 2a는 공지된 정전 렌즈의 측면도를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 정전 렌즈의 단면도를 도시한다.
도 2c는 도 2a의 정전 렌즈에 따라 프로세싱된 기판을 도시한다.
도 3은 본 실시예들에 따른 정전 렌즈를 도시한다.
도 4a는 본 실시예들에 따른 다른 정전 렌즈를 도시한다.
도 4b는 본 실시예들에 따른 또 다른 정전 렌즈를 도시한다.
도 5는 복합 정전 로드의 일 실시예를 도시한다.
도 6은 복합 정전 로드의 다른 실시예를 도시한다.
도 7a는 일 실시예에 따른 복합 정전 로드의 분해 사시도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 어셈블링된 복합 정전 로드의 단면 사시도를 도시한다.
도 7c는 도 7a의 어셈블링된 복합 정전 로드의 단부 단면도를 도시한다.
도 7d는 도 7a의 어셈블링된 복합 정전 로드의 단부 단면 사시도를 도시한다.
도 8은 복합 정전 로드의 예시적인 배열을 도시한다.
본 명세서에 개시되는 실시예들이 개선된 정전 렌즈들을 제공한다. 일부 실시예들에 있어, 정전 렌즈들이 빔 라인 주입기에서 이용되며, 정전 렌즈는 빔 라인 주입기에서 이온 소스가 이온 빔을 생성할 때 이온 빔이 이를 통해 지나갈 수 있는 개구 또는 간극을 규정(define)한다. 일부 실시예들에 있어, 정전 렌즈는 리본 이온 빔에 전기장을 인가하도록 구성된다.
다양한 실시예들에 있어, 정전 렌즈의 개선된 로드 컴포넌트가 제공된다. 개선된 로드 컴포넌트, 또는 정전 로드는 흑연과 같은 전기 전도성 재료를 포함하는 길쭉한(elongated) 구조이다. 다양한 실시예들에 따르면, 정전 렌즈의 정전 로드는, 흑연 또는 다른 적절한 재료가 금속 재료로 이루어진 내부 부분을 둘러싸는 외부 부분을 형성하는 복합 구조를 포함한다. 일부 실시예들에 있어, 정전 렌즈 로드는 중공 부분을 포함하며, 중공 부분이 또한 외부 부분에 의해 둘러싸인다. 복합 정전 렌즈 로드는 종래의 흑연 로드에 비해 더 큰 비강성(specific stiffness)을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 있어, 복합 정전 렌즈 로드와 동일한 치수들 및 형상을 갖는 종래의 흑연 로드에 비해 더 높은 고유 주파수를 갖는 복합 정전 렌즈 로드가 제공된다. 특정 실시예들에 있어, 고유 주파수가 75 Hz보다 더 크다. 더 높은 고유 주파수는, 복수의 복합 정전 렌즈 로드들의 어셈블리로 구성된 정전 렌즈를 가로지르는 이온 빔에 인가되는 전기장의 더 급격한 변동을 야기한다.
도 3은 본 실시예들에 따른 정전 렌즈(300)의 사시도를 도시한다. 정전 렌즈(300)는 상부 로드 어셈블리(304) 및 하부 로드 어셈블리(306)에 배열된 복수의 정전 로드들(302)을 포함한다. 렌즈의 로드 어셈블리들과 관련하여 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어들 "상부" 및 "하부"는 임의적이며, 이온 빔(308)이 로드들의 세트들 사이를 통과하도록 배치된 로드들의 세트들(어셈블리들)을 구별하기 위해 사용된다. 일반적으로, 각각의 정전 로드(302)가 다른 로드들과 독립적으로 전원에 연결될 수 있다. 그러나, 일부 경우들에 있어, 전반적으로 서로 대향되며 상이한 로드 어셈블리들에 공통적으로 배치된 정전 로드들의 쌍이 공통 전압에 연결될 수 있다. 이온 빔에 인가될 희망되는 필드에 따라 정전 로드들(302)의 이러한 각각의 쌍에 공급되는 전압이 정전 로드들의 다른 쌍들에 인가되는 전압과 상이할 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 정전 로드들(302) 중 하나 이상이 이하에서 추가적으로 논의되는 바와 같은 종래의 정전 로드보다 더 높은 고유 주파수를 나타내는 복합 정전 로드일 수 있다. 이러한 방식으로, Y 방향, 즉, 이온 빔의 전파 방향에 대체로 수직인 방향에서의 정전 로드의 진동 주파수가, 그렇지 않으면 작업물(기판) 상의 비-균일 주입을 초래할 수 있는, 특히 이온 빔(308)에 노출되는 동안 작업물이 주어진 방향(웨이퍼가 Y 방향을 따라 이동되어 상이한 이온 도우즈의 스트라이프들을 야기하는 도 2c를 참조)을 따라 스캔될 때 비-균일 주입을 초래할 수 있는 이온 빔 비-균일성들을 감소시키기에 충분히 높을 수 있다.
도 3에 구체적으로 예시된 실시예에 있어, 정전 로드들(302a)의 한 쌍이 복합 정전 로드들인 것으로 예시된다. 그러나, 다른 정전 로드들(302)이 필수적이지는 않지만 복합 정전 로드들일 수 있다. 일 실시예에 있어, 정전 로드들(302)의 하나 이상의 쌍들이 정전 로드들에 인가될 전압에 기초하여 복합 정전 로드들로써 배열될 수 있다. 예를 들어, 감속 렌즈에 있어, 정전 로드 쌍들의 연속적인 세트들에 인가될 전압이 위치 1로부터 위치 5까지 감소할 수 있다. 따라서, 상대적으로 높은 전압이 제 1 억제 전극들일 수 있는 위치 2에 배치된 정전 로드들(302a)에 인가될 수 있다. 정전 로드들(302a)에 인가되는 상대적으로 높은 전압 때문에, 임의의 공간적 변위(displacement), 특히 Y 방향에서의 공간적 변위가, 예를 들어, 더 낮은 전압이 인가될 수 있는 위치 4에서의 유사한 공간적 변위보다 정전 렌즈(300)를 가로지르는 이온 빔(308)에 더 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서, 정전 로드들(302a)은 높은 고유 주파수를 갖는 복합 정전 로드들로 선택된다. 이러한 방식으로, 정전 로드들(302a)의 진동이 이온 빔(308)의 큰 변동을 초래하는 경우에도, 이러한 진동의 주파수가 작업물 표면에서의 이온 빔 변동들이 작업물에서의 균일한 이온 도우즈를 제공하도록 평균화(average out)되기에 충분히 높을 수 있다. 위치들 3~5에서의 정전 로드들과 같은 더 낮은 전압이 공급되는 정전 로드들(302)의 다른 쌍들로부터의 빔 변동들은 이온 빔의 더 적은 외란(disturbance)을 생성할 수 있다. 따라서, 위치들 3~5에 배치된 정전 로드들은 더 낮은 고유 주파수를 갖는 종래의 정전 로드들일 수 있다.
각각의 정전 로드(302)는 지지 구조들(310) 사이에서 연장하는 길이 L을 갖는 길쭉한 구조로 구성될 수 있으며, 여기에서 L은 약 20 cm 내지 200 cm이다. 명시적으로 도시되지는 않았지만, 정전 로드(302)가 지지 구조(310)를 관통해 연장할 수 있으며, 지지 구조(310)의 외측 대향면(facing surface)을 넘어 연장할 수 있다. 각각의 로드의 단면은 일반적으로 타원형이거나, 또는 더 복잡한 단면을 가질 수도 있다. 일부 실시예들에 있어, 외부 치수들 및 단면 형상은, 본 명세서에서 달리 개시되는 경우를 제외하면, 종래의 정전 렌즈 로드의 외부 치수들 및 단면 형상과 유사할 수 있다. 예를 들어, Y 및 Z 방향들에서의 정전 로드(302)의 치수가 종래의 정전 로드의 각각의 치수들의 2 배 이내에 있을 수 있다. X 방향을 따른 정전 로드들(302)의 길이 L은, 정전 로드들(302)이 종래의 정전 렌즈 어셈블리 내에서 하나 이상의 위치들에 상호교환될 수 있도록 종래의 정전 로드들의 비슷한 길이의 약 10% 이내에 있을 수 있다.
도 4a는 정전 렌즈(400)의 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 이러한 실시예에 있어, 정전 로드들(402)은 전압이 정전 로드들(402)에 인가될 때 이온 빔(404)의 방향이 도시된 바와 같이 편향될 수 있도록 배열된다. 입구 전극들(402a) 및 출구 전극들(402b)을 제외하면, 정전 로드들(402)의 상부 세트(406)가 전반적으로 평면 내에 배열될 수 있으며, 반면 정전 로드들(402)의 하부 세트(408)는 아크를 따라 배열된다. 도 4a의 실시예에 있어, 전극 로드들(402c)의 쌍이 더 높은 고유 주파수를 제공하기 위해 복합 정전 로드들로써 구성된다. 그러나, 다양한 실시예들에 따르면, 정전 로드들(402) 중 임의의 로드 또는 모든 로드들이 복합 정전 로드들로써 구성될 수 있다.
도 4b는 정전 렌즈(450)의 또 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 이러한 실시예에 있어, 입구 전극들(402a) 및 출구 전극들(402b)을 제외하고, 전극들의 상부 세트(454) 및 하부 세트(456) 각각 내의 정전 렌즈들의 그룹이 정전 로드들(452)로써 배열된다. 복합 정전 로드(452)는 예를 들어 억제 전극들과 같이 기능할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어, 하나의 정전 로드가 상부 로드 어셈블리에 위치되고 쌍의 대응 정전 로드가 하부 로드 어셈블리에 위치되는 경우에서, 한쌍의 대향하는 정전 로드들의 사이의 간격이 약 5 내지 30 센티미터이다. 따라서, 30 cm 또는 그 이상의 길이 L에 의해 특징지어지는 정전 로드들에 대해, 정전 로드들의 길이가 대향하는 정전 로드들 사이의 간격보다 훨씬 더 길 수 있다. Y 방향을 따른 상대적으로 긴 이러한 정전 로드의 진동은 대향하는 정전 로드들의 간격에서 뚜렷한 변화를 초래하기에 충분할 수 있으며, 그럼으로써 동작 동안 정전 로드들에 의해 규정되는 정전 필드에 상당한 영향을 줄 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명은, 진동들을 제거하지는 않지만, 전기장 변동들의 주파수를 증가시켜 이온 빔에 대한 요동(perturbation)들의 주파수를 증가시키기 위해 정전 로드들의 고유 주파수를 증가시키는 개선된 복합 정전 로드들을 제공한다.
복합 구조는 정전 로드에 강도를 부여하는 내부 부분 및 내부 부분을 전반적으로 둘러싸고 감싸는 외부 부분을 포함한다. 내부 부분, 또는 코어는 정전 로드의 고유 주파수를 동일한 치수의 종래의 흑연 정전 로드들의 특성 이상으로 증가시키기에 충분한 강성을 정전 로드에 부여하는 금속과 같은 재료로 구성될 수 있다.
도 5는 본 실시예들에 따른 복합 정전 로드(500)의 사시도를 도시한다. 정전 로드(500)는 코어(502) 및 외부 부분 또는 쉘(shell)(504)을 포함한다. 다양한 실시예들에 있어, 이온 빔에 낮은 오염(contamination) 소스를 제공하는 정전 로드(500)의 외부 표면(506) 상의 재료를 제공하도록 외부 부분(504)이 선택된다. 일부 실시예들에 있어, 외부 부분(504)은 종래의 정전 로드들에서 사용되는 흑연 재료와 같은 흑연으로 만들어진다. 다른 실시예들에 있어, 외부 부분(504)은 실리콘 재료이다.
다양한 실시예들에 있어, 코어(502)는, 동일한 치수들의 흑연 로드보다 더 큰 강성을 정전 로드(500)에 부여하는 알루미늄, 강철, 탄소 조성물, 또는 전극에 대해 적절한 다른 구조적 재료와 같은 재료를 포함한다. 이러한 방식으로, 정전 로드(500)의 고유 주파수가 이하에서 더 논의되는 바와 같이 증가된다.
도 6은 정전 로드의 다른 실시예를 도시한다. 정전 로드(600)는 흑연 쉘(604) 및 금속 코어(602)를 포함한다. 정전 로드(600)는 일반적으로 흑연 쉘(604)과 금속 코어(602) 사이에 배치된 중공 부분(606)을 더 포함한다. 정전 로드(600)는 흑연 쉘(604)과 금속 코어(602) 사이에서 연장하는 커넥터 부분들(608)을 포함할 수 있다. 커넥터 부분들(608)은 정전 로드(600)에 대한 단일 경식(rigid) 구조를 생성하기 위해 금속 코어(602)와 접촉하고 이를 유지한다. 다양한 실시예들에 있어, 커넥터 부분들(608)은 큰 체적의 중공 부분(606)을 제공하기 위해 넓게 이격될 수 있다. 이러한 방식으로, 정전 로드(600)의 총 중량이 정전 로드(600)의 주어진 총 크기 및 금속 코어(602)의 주어진 총 크기에 대해 최소화될 수 있다. 정전 로드(600)의 중량을 최소화함으로써, 정전 로드(600)의 고유 주파수가 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이 최대화될 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 복합 정전 로드가 가역적으로 어셈블링되고 디셈블링될 수 있는 복수의 부분들을 포함할 수 있으며, 반면 다른 실시예들에 있어 복수의 부분들이 최초 어셈블리 후 어셈블링된 채로 유지되도록 배열될 수 있다. 도 7a는 추가적인 실시예들에 따른 정전 로드(700)의 분해 사시도를 도시한다. 도 7b는 A'-A'를 따른 어셈블링된 정전 로드(700)의 단면 사시도를 도시하며, 반면 도 7c는 B'-B'를 따른 어셈블링된 정전 로드(700)의 단면도를 도시한다.
정전 로드(700)는 상부 쉘(702), 하부 쉘(704), 및 코어(706)를 포함하며, 여기에서 용어들 "상부" 및 "하부"는 단지 쉘들(704, 706)을 구분하기 위해 사용된다. 상부 쉘(702) 및 하부 쉘(704)은 흑연으로 제조된다. 도 7a의 실시예에 있어, 상부 쉘(702), 하부 쉘(704), 및 코어(706)가 스크류(screw) 및 와셔(washer)일 수 있는 파스너(fastener)들(708 및 710)을 사용하여 단일 로드를 형성하기 위해 결합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 코어(706)는 홀들(712)을 포함할 수 있으며, 코어는 도 7c 및 도 7d에 예시된 바와 같이 길이 L에 의해 규정되는 코어의 긴 방향에 수직으로 대문자 "I"-형 단면을 가질 수 있다. 어셈블링될 때, 상부 및 하부 쉘(702, 704)이 코어(706)를 둘러싼다. 어셈블링된 구조는 코어(706)와 둘러싸는 상부 및 하부 쉘(702, 704) 사이에 복수의 중공 영역들(710)을 규정한다. 정전 로드(700)의 3개의 부분 구조가 코어(706)의 총 치수 및 형상이 최소화되는 한 코어(706)로서 상이한 코어 재료들이 사용될 수 있게 한다. 따라서, 코어(706)의 속성을 변경하기 위해, 알루미늄 로드가 강철로 만들어진 로드, 또는 복합 로드 재료와 교환될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 정전 로드의 고유 주파수는 종래의 흑연 로드들에 비해 정전 로드의 비강도(specific strength)의 비율을 증가시킴으로써 증가된다. 도면들에 예시된 바와 같이, 정전 렌즈의 정전 로드들이 2개의 단부들 상에 고정되며, 그 결과 그들의 거동이, 도 7a에 또한 도시된 바와 같이, 둘 모두의 단부들 상에 고정되며 중량 m을 지지하는 길이 L 및 단면적 A인 빔(beam)의 거동으로 근사화될 수 있다. 이러한 빔의 진동에 대한 고유 주파수 F가 F=(k/m)1/2로서 표현될 수 있으며, 여기에서 k는 빔 강성이다. 파라미터 k가 결과적으로 AE/L과 동일하며, 여기에서 E는 빔을 구성하는 재료의 탄성 계수이다. 따라서, 흑연보다 더 강도가 센 코어 재료를 갖는 복합 로드의 제조가 순수 흑연 빔의 탄성 계수에 비해 복합 빔의 평균 탄성 계수 EAV를 증가시키는 경향이 있을 수 있다. 반면, 빔의 질량이 복합 빔 내에서 증가하는 경우, 고유 주파수는 감소하는 경향이 있다.
따라서, 일부 실시예들에 있어, 코어 재료가 흑연에 비해 더 큰, E/m으로 주어지는 강도 대 질량 비율을 갖도록 코어 재료가 선택될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 복합 정전 로드의 코어 재료가 흑연보다 더 큰 탄성 계수를 가질 수 있지만, 흑연보다 더 큰 E/m 비율을 갖도록 요구되지는 않는다. 오히려, 비할만한 체적의 흑연 로드보다 더 큰 총 유효 E/m 비율을 제공하기에 충분한 중공 부분들이 복합 정전 로드에 구비될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 복합 정전 로드의 길이 L은 약 60 내지 90 cm일 수 있으며, 로드의 단면이 도 4a 및 도 7c에 전반적으로 예시된 바와 같이 빔 이동의 방향에 대해 수직인 방향으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 복합 정전 로드의 높이 t는 약 3 cm 내지 약 5 cm일 수 있으며, 도 7c에 전반적으로 예시된 바와 같이, 단면은 약 2 cm 내지 4 cm의 폭 D를 야기하는 약 1 cm 내지 약 2 cm의 반경을 갖는 굽은 부분들 R을 포함할 수 있다. 이는 70 Hz 이상의 전체 고유 주파수를 복합 정전 로드에 부여할 수 있다.
일 실시예에 있어, 흑연 외부 부분 및 알루미늄 코어를 갖는 복합 정전 로드는 75 cm 길이의 로드에 대해 적어도 75~80 Hz의 고유 주파수를 나타낸다. 다른 실시예에 있어, 코어는 알루미늄 합금, 강철, 또는 훨씬 더 큰 강도-대-중량 비율을 제공하여 더 높은 고유 주파수를 제공하는 조성물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어, 복합 정전 로드는 실리콘을 함유하는 얇은 외부 부분에 의해 감싸진 금속 코어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 실리콘 부분은 임의의 종래 기술에 의해 금속 코어에 도포된 실리콘의 코팅일 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 이온 주입 시스템이 이온 주입 프로세스의 균일성을 개선하기 위해 복합 정전 렌즈를 이용할 수 있다. 특히 복합 정전 렌즈는, 흑연 정전 로드들을 사용하는 종래의 정전 렌즈에서 나타나는 변동들보다 적어도 20% 더 빠른 전기장 변동들을 야기하는 증가된 고유 주파수를 나타낼 수 있다. 결과적으로, 정전 렌즈를 통과하는 이온 빔의 이온 밀도의 변동이 더 빠르며, 이는 작업물의 표면에서 이온 빔의 더 빠른 변동들을 가져온다. 작업물 표면에서의 이온 빔의 더 빠른 변동들은 작업물 표면에서 빔 전류(이온) 밀도의 더 빠른 변동들로서 나타날 수 있다. 리본 이온 빔과 같은 이온 빔이 웨이퍼에 걸쳐 스캔될 때, 이온 밀도의 더 빠른 변화가 이온 빔 하에서 스캔되는 웨이퍼의 각각의 영역에서 수신되는 이온 플럭스를 평균화할 수 있으며, 그 결과 이온 빔에 의한 웨이퍼 마이크로-스트라이핑이 감소되거나 또는 제거된다. 본 실시예들에 의해 제공되는 기판의 감소된 마이크로-스트라이핑의 결과는 스캔 속도, 및 그에 따른 기판 스루풋이 증가될 수 있다는 것이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 정전 렌즈(800)의 일 부분의 사시도를 도시한다. 정전 렌즈(800)는 상부 및 하부 정전 로드 어셈블리들(802, 804) 둘 모두에 배열될 수 있는 전술된 정전 로드들(600)을 포함한다. 동작시, 이온 빔(806)을 조작하기 위한 전기장을 규정하기 위해 전압 전위가 각각의 정전 로드(600)에 인가된다. 각각의 정전 로드(600)가 하나 이상의 진동 모드들에 특유한 고유 주파수에서 진동할 수 있다. 일 진동 모드는 Z 방향을 따른 주파수 FZ에 의해 규정될 수 있으며, 다른 진동 모드는 Y 방향을 따른 주파수 FY에 의해 규정될 수 있다. Y 방향에서 일어나는 진동들이 이상에서 언급된 바와 같이 이온 빔 균일성에 특히 문제가 될 수 있다. 그러나, Z 방향에서 일어나는 진동들이 또한 이온 빔(806)을 제어하는 전기장들을 동요시킬 수 있다. 본 실시예들에 따르면, 정전 로드들(600)이 흑연 로드에서의 고유 주파수보다 더 높은 Y 방향의 진동들에 대한 고유 주파수 FY를 제공하도록 구성된다. 알루미늄 코어를 이용하는 특정 실시예들에 있어, 고유 주파수들 FY 및 FZ가 70 Hz보다 더 크며, 일부 실시예들에 있어서 100 Hz보다 더 크고, 이는 흑연 정전 로드들에 의해 제공되는 고유 주파수보다 약 20~50%의 고유 주파수의 증가를 제공할 수 있다.
정전 렌즈 로드들의 고유 주파수의 증가의 결과는 이온 빔(806)의 변동의 주파수에서의 비례적인 증가이다. 이는 작업물에서의 이온 도우즈의 균일성이 유지되게 하고, 복합 정전 로드들에 의해 제공되는 고유 주파수의 증가와 동일한 퍼센트만큼 스캔 레이트를 증가시킨다. 작업물에서 마이크로스트라이핑을 생성하는 종래의 흑연 정전 로드들만을 포함하는 정전 렌즈를 통과하는 이온 빔의 스캔 레이트들에 대하여, 본 발명의 복합 정전 로드들에 의해 제공되는 증가된 고유 주파수가 마이크로스트라이핑을 감소시키거나 또는 제거할 수 있다.
본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 실시예들에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 본 발명에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자에게 자명해질 것이다.
따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들은 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 본 발명이 특정한 목적을 위한 특정한 환경에서의 특정한 구현예의 맥락에서 본 명세서에 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 유용성이 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 본 발명의 완전한 폭과 사상을 고려하여 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 이온 주입에 대한 이온 빔을 제어하기 위한 정전 렌즈의 복합 정전 로드(composite electrostatic rod)로서,
    그들 사이에 이온 빔을 전달하기 위한 간극(gap)을 규정하는 제 1 및 제 2 정전 로드들을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 정전 로드들 중 적어도 하나는 길이 L 및 단면적 A를 갖는 몸체를 포함하며,
    상기 몸체는:
    함께 고정된 상부 쉘(shell) 및 별개의 하부 쉘을 포함하는 외부 부분으로서, 상기 상부 및 하부 쉘들은 제 1 재료로 형성되는, 상기 외부 부분; 및
    상기 제 1 재료와 상이한 제 2 재료로 형성되며, 상기 외부 부분에 의해 둘러싸인 코어로서, 상기 복합 정전 로드의 고유 주파수는 상기 길이 L 및 단면적 A를 갖는 흑연 로드의 고유 주파수보다 더 큰, 상기 코어를 포함하는, 복합 정전 로드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 길이 L 및 단면적 A를 갖는 상기 흑연 로드보다 더 큰 강도-대-중량(strength-to-weight) 비율을 포함하는, 복합 정전 로드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 부분은 흑연을 포함하는, 복합 정전 로드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 부분은 흑연을 포함하며, 및
    알루미늄을 포함하는 상기 코어가 상기 코어와 상기 외부 부분 사이에 배치된 중공 부분을 더 포함하는, 복합 정전 로드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 외부 부분으로부터 상기 코어로 연장하며, 상기 코어를 상기 외부 부분에 고정하는 복수의 파스너(fastener)들을 더 포함하는, 복합 정전 로드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 및 하부 쉘들은 어셈블링될 때 상기 복합 정전 로드 내에 하나 이상의 중공 영역들을 규정(define)하는, 복합 정전 로드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전 로드는 75 cm의 길이 및 70 Hz보다 더 큰 고유 주파수를 갖는, 복합 정전 로드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    3 내지 5 cm의 높이 및 2 내지 4 cm의 폭을 갖는 길쭉한(elongated) 단면을 포함하는, 복합 정전 로드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 길쭉한 단면은 서로 대향하여 배치되며, 각각 1 내지 2 cm의 반경을 갖는 굽은 부분들을 포함하는, 복합 정전 로드.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어는 "I"형 단면 및 복수의 홀들을 포함하는, 복합 정전 로드.
  11. 정전 렌즈로서,
    정전 로드들의 제 1 세트를 포함하는 전극들의 제 1 세트; 및
    정전 로드들의 제 2 세트를 포함하는 전극들의 제 2 세트를 포함하고,
    정전 로드들의 상기 제 1 및 제 2 세트들은 그들 사이에 이온 빔을 전달하기 위한 간극(gap)을 규정하며;
    정전 로드들의 상기 제 1 및 제 2 세트의 하나 이상의 정전 로드들은 제 1 재료를 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸도록 함께 고정된 상부 쉘 및 별개의 하부 쉘을 포함하는 외부 부분을 갖는 복합 정전 로드를 포함하고, 상기 상부 및 하부 쉘들은 상기 제 1 재료와 상이한 제 2 재료로 형성되며;
    상기 복합 정전 로드는 길이 L 및 단면적 A를 가지고, 상기 복합 정전 로드의 고유 주파수는 상기 길이 L 및 단면적 A를 갖는 흑연 로드의 고유 주파수보다 더 큰, 정전 렌즈.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합 정전 로드는 흑연 외부 부분 내에 배치된 중공 부분을 포함하는, 정전 렌즈.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 외부 부분은 상기 길이 L 및 단면적 A를 갖는 상기 흑연 로드보다 더 높은 강도-대-중량 비율을 갖는 금속을 포함하는, 정전 렌즈.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합 정전 로드는 제 1 길이에 의해 특징지어지는 장축을 가지며, 각각의 복합 정전 로드는 상기 제 1 길이를 갖는 흑연 로드보다 더 높은 고유 진동 주파수를 갖는, 정전 렌즈.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합 정전 로드는 75 cm의 길이 및 70 Hz보다 더 큰 고유 주파수를 갖는, 정전 렌즈.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 간극은 리본 이온 빔을 전달하기 위한 형상을 규정하는, 정전 렌즈.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합 정전 로드의 상기 외부 부분은 실리콘을 포함하는, 정전 렌즈.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합 정전 로드는 알루미늄 코어 및 흑연 외부 부분을 포함하는, 정전 렌즈.
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