KR102332684B1 - 간접 가열식 이온 소스 및 버나스 이온 소스 - Google Patents

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Abstract

개선된 수명을 갖는 이온 소스가 개시된다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는, 챔버를 포함하며, 복수의 전기 전도성 벽들을 가지고, 이온 소스의 벽들에 전기적으로 연결된 캐소드를 갖는 IHC 이온 소스이다. 전극들은 이온 소스의 하나 이상의 벽들 상에 배치된다. 챔버의 벽들에 대하여, 전극들 중 적어도 하나에 바이어스 전압이 인가된다. 특정 실시예들에 있어서, 더 적은 포지티브 이온들이 캐소드로 끌어 당겨져서 캐소드에 의해 경험되는 스퍼터링의 양을 감소시킨다. 유익하게는, 캐소드의 수명이 이러한 기술을 사용하여 개선된다. 다른 실시예에 있어서, 이온 소스는, 필라멘트의 하나의 리드가 이온 소스의 벽들에 연결되는 필라멘트를 갖는 챔버를 포함하는 버나스 이온 소스이다.

Description

간접 가열식 이온 소스 및 버나스 이온 소스{INDIRECTLY HEATED CATHODE ION SOURCE AND BERNAS ION SOURCE}
본 개시의 실시예들은 이온 소스에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 이온 소스의 수명을 개선하기 위하여 챔버의 벽들에 전기적으로 연결된 캐소드를 갖는 이온 소스에 관한 것이다.
다양한 유형들의 이온 소스들이 반도체 프로세싱 장비에서 사용되는 이온들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 버나스(Bernas) 이온 소스들은 챔버 내에 배치된 필라멘트를 통해 전류를 통과시킴으로써 동작한다. 필라멘트는, 챔버 내로 도입되는 가스를 여기시키는 전자들을 방출한다. 전자들의 경로를 국한시키기(confine) 위하여 자기장이 사용될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 전극들은 또한 챔버의 하나 이상의 벽들 상에 배치된다. 이러한 전극들은, 챔버의 중심 근처의 이온 밀도를 증가시키기 위하여 이온들 및 전자들의 위치를 제어하기 위해 포지티브하게 또는 네거티브하게 바이어싱될 수 있다. 추출 개구가 챔버의 중심 근처에서 다른 측면을 따라 배치되며, 이를 통해 이온들이 추출될 수 있다.
버나스 이온 소스와 연관된 하나의 문제는 필라멘트의 수명이다. 필라멘트가 챔버 내에서 노출되기 때문에, 이는 그것의 수명을 감소시키는 스퍼터링 및 다른 현상을 겪는다. 일부 실시예들에 있어서, 버나스 이온 소스의 수명은 필라멘트의 수명에 의해 좌우된다.
제 2 유형의 이온 소스는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC) 이온 소스이다. IHC 이온 소스들은 캐소드 뒤에 배치된 필라멘트에 전류를 공급함으로써 동작한다. 필라멘트는 열이온 전자들을 방출하며, 이들은 캐소드를 향해 가속되어 캐소드를 가열하여 결과적으로 캐소드가 이온 소스의 챔버 내로 전자들을 방출하게끔 한다. 필라멘트가 캐소드에 의해 보호되기 때문에, 그것의 수명은 버나스 이온 소스에 비하여 연장될 수 있다. 캐소드는 챔버의 일 단부에 배치된다. 반사 전극(repeller)은 전형적으로 캐소드에 대향되는 챔버의 단부 상에 배치된다. 캐소드 및 반사 전극은 전자들을 반사하여 이들을 다시 챔버의 중심을 향해 보내기 위하여 바이어싱될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전자들을 챔버 내에 추가로 국한시키기 위하여 자기장이 사용된다.
특정 실시예들에 있어서, 전극들은 또한 챔버의 하나 이상의 측벽들 상에 배치된다. 이러한 전극들은, 챔버의 중심 근처의 이온 밀도를 증가시키기 위하여 이온들 및 전자들의 위치를 제어하기 위해 포지티브하게 또는 네거티브하게 바이어싱될 수 있다. 추출 개구가 챔버의 중심 근처에서 다른 측면을 따라 배치되며, 이를 통해 이온들이 추출될 수 있다.
IHC 이온 소스들과 연관된 하나의 문제는 캐소드가 제한된 수명을 가질 수 있다는 것이다. 캐소드는 그것의 후방 표면 상에 전자들로부터의 충격, 및 그것의 전방 표면 상에 포지티브하게 대전된 이온들에 의한 충격을 겪는다. 이러한 이온 충격은 스퍼터링을 야기하며 이는 캐소드의 부식을 야기한다. 다수의 실시예들에 있어서, IHC 이온 소스의 수명은 캐소드의 수명에 의해 좌우된다. 특정 실시예들에 있어서, 플라즈마로부터의 화학 기상 증착이 네거티브하게 대전된 캐소드가 이온 소스의 접지된 벽들에 전기적으로 연결되게끔 할 수 있으며, 이는 이온 소스의 고장을 초래한다.
따라서, 증가된 수명을 갖는 이온 소스가 유익할 수 있다. 추가로, 이온 소스가 전자 생성을 위하여 사용되는 컴포넌트들 상에 더 적은 스퍼터링을 경험하는 경우 유익할 것이다.
개선된 수명을 갖는 이온 소스가 개시된다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는, 복수의 전기 전도성 벽들을 가지고, 이온 소스의 벽들에 전기적으로 연결된 캐소드를 갖는, 챔버를 포함하는 IHC 이온 소스이다. 전극들은 이온 소스의 하나 이상의 벽들 상에 배치된다. 챔버의 벽들에 대하여, 전극들 중 적어도 하나에 바이어스 전압이 인가된다. 특정 실시예들에 있어서, 더 적은 포지티브 이온들이 캐소드로 끌어 당겨져서 캐소드에 의해 경험되는 스퍼터링의 양을 감소시킨다. 유익하게는, 캐소드의 수명이 이러한 기술을 사용하여 개선된다. 다른 실시예에 있어서, 이온 소스는, 필라멘트의 일 측면이 이온 소스의 벽들에 연결되는 필라멘트를 갖는 챔버를 포함하는 버나스 이온 소스이다.
일 실시예에 따르면, 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 개시된다. 간접 가열식 캐소드 이온 소스는, 그 안으로 가스가 도입되는 복수의 전기 전도성 벽들을 포함하는 챔버; 챔버의 일 단부 상에 배치되는 캐소드; 캐소드 뒤에 배치되는 필라멘트; 챔버를 통과하는 자기장; 추출 개구를 갖는 상단 벽; 및 챔버의 벽을 따라 챔버 내에 배치되는 전극을 포함하며, 여기에서 전압이 챔버에 대하여 전극에 인가되고, 캐소드가 챔버에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에 있어서, 전극은 자기장에 평행한 측벽 상에 배치된다. 추가적인 실시예에 있어서, 제 2 전극이 전극에 대향되는 측벽 상에 배치되며, 여기에서 전극과 제 2 전극 사이의 전기장 및 자기장은 서로에 대하여 수직이다. 특정 실시예들에 있어서, 전극은 추출 개구의 대향되는 측면들 상에서 상단 벽 상에 배치된다.
제 2 실시예에 있어서, 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 개시된다. 간접 가열식 캐소드 이온 소스는, 그 안으로 가스가 도입되는 복수의 전기 전도성 벽들을 포함하는 챔버; 챔버의 하나의 벽 상에 배치되는 캐소드; 캐소드 뒤에 배치되는 필라멘트; 챔버를 통과하는 자기장; 및 추출 개구를 갖는 상단 벽; 및 캐소드에 대향된 벽 상에서 챔버 내에 배치되는 전극을 포함하며, 여기에서 캐소드는 자기장에 평행한 벽 상에 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, 캐소드는 챔버에 전기적으로 연결된다. 특정 실시예들에 있어서, 전극은 챔버에 대하여 포지티브하게 바이어싱된다.
제 3 실시예에 있어, 버나스 이온 소스가 개시된다. 버나스 이온 소스는, 그 안으로 가스가 도입되는 복수의 전기 전도성 벽들을 포함하는 챔버; 챔버의 일 단부 상에 배치되는 필라멘트; 챔버를 통과하는 자기장; 추출 개구를 갖는 상단 벽; 및 챔버의 벽을 따라 전극을 포함하고, 여기에서 전압이 챔버에 대하여 전극에 인가되며, 필라멘트의 하나의 리드(lead)가 챔버에 전기적으로 연결된다. 특정 실시예들에 있어서, 전극은 자기장에 평행한 측벽 상에 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, 제 2 전극이 전극에 대향된 측벽 상에 배치되며, 여기에서 전극과 제 2 전극 사이의 전기장 및 자기장은 서로에 대하여 수직이다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 일 실시예에 따른 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 소스이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 IHC 이온 소스이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 IHC 이온 소스이다.
도 4는 도 1의 IHC 이온 소스의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 IHC 이온 소스의 단면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 IHC 이온 소스이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 이온 소스이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 이온 소스들은 스퍼터링의 영향, 특히 전자들을 생성하기 위하여 사용되는 컴포넌트들에 대한 스퍼터링의 영향에 기인하여 수명이 단축될 수 있다. 전형적으로, 시간이 경과함에 따라, 이러한 컴포넌트들이 고장이 난다. 특정 실시예들에 이어서, IHC 이온 소스의 고장은, 이온 소스의 벽들과 캐소드 사이의 전기적 단락 회로에 의해 또는 이온 소스의 벽들과 반사 전극 사이의 전기적 단락 회로에 의해 초래된다. 유사하게, 버나스 이온 소스들은 필라멘트에 대한 스퍼터링의 영향에 기인하여 수명이 단축될 수 있다.
도 1은 이러한 문제들을 극복하는 IHC 이온 소스(10)를 도시한다. 도 4는 IHC 이온 소스(10)의 단면도이다. IHC 이온 소스(10)는 2개의 대향되는 단부들 및 이러한 단부들을 연결하는 측벽들(101)을 갖는 챔버(100)를 포함한다. 챔버(100)는 또한 하단 벽(102) 및 상단 벽(103)을 포함한다. 챔버의 벽들은 전기 전도성 재료로 구성될 수 있으며, 서로 전기적으로 연통할 수 있다. 캐소드(110)는 챔버(100)의 제 1 단부(104)에서 챔버(100) 내에 배치된다. 필라멘트(160)는 캐소드(110) 뒤에 배치된다. 필라멘트(160)는 필라멘트 전원 공급장치(165)와 연통한다. 필라멘트 전원 공급장치(165)는 필라멘트(160)를 통해 전류를 통과시키도록 구성되며, 그 결과 필라멘트(160)가 열이온 전자들을 방출한다. 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)는 필라멘트(160)를 캐소드(110)에 대하여 네거티브하게 바이어싱하며, 따라서 필라멘트(160)로부터의 이러한 열이온 전자들이 캐소드(110)를 향해 가속되고 이들이 캐소드(110)의 후방 표면에 충돌할 때 캐소드(110)를 가열한다. 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)는, 필라멘트가, 예를 들어, 캐소드(110)의 전압보다 200V 내지 1500V 더 네거티브한 전압을 갖도록 필라멘트(160)를 바이어싱할 수 있다. 그러면, 캐소드(110)는 챔버(100) 내로 그것의 전방 표면 상에 열이온 전자들을 방출한다.
따라서, 필라멘트 전원 공급장치(165)는 필라멘트(160)로 전류를 공급한다. 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)는 필라멘트가 캐소드(110)보다 더 네거티브하게 되도록 필라멘트(160)를 바이어싱하며, 그 결과 전자들이 필라멘트(160)로부터 캐소드(110)를 향해 끌어 당겨진다. 추가적으로, 캐소드(110)는, 챔버(100)의 벽들과 동일한 전압이 되도록 하기 위하여 챔버(100)에 전기적으로 연결된다. 특정 실시예들에 있어서, 챔버(100)는 전기적 접지에 연결된다.
이러한 실시예에 있어서, 반사 전극(120)은 캐소드(110)에 대향되는 챔버(100)의 제 2 단부(105) 상에서 챔버(100) 내에 배치된다. 반사 전극(120)은 반사 전극 전원 공급장치(125)와 연통할 수 있다. 명칭에서 제시하는 바와 같이, 반사 전극(120)은 캐소드(110)로부터 방출된 전자들을 다시 챔버(100)의 중심을 향해 반사하도록 역할한다. 예를 들어, 반사 전극(120)은 전자들을 반사하기 위하여 챔버(100)에 대해 네거티브 전압으로 바이어싱될 수 있다. 예를 들어, 반사 전극 전원 공급장치(125)는 0 내지 -150V의 범위 내의 출력을 가질 수 있지만, 다른 전압들이 사용될 수도 있다. 특정 실시예들에 있어서, 반사 전극(120)은 챔버(100)에 대하여 0 내지 -150V 사이로 바이어싱된다. 특정 실시예들에 있어서, 반사 전극(120)은 챔버(100)에 대하여 플로팅(float)될 수 있다. 다시 말해서, 플로팅될 때, 반사 전극(120)은 반사 전극 전원 공급장치(125) 또는 챔버(100)에 전기적으로 연결되지 않는다. 이러한 실시예에 있어서, 반사 전극(120)의 전압은 캐소드(110)의 전압에 가까운 전압으로 드리프트(drift)하는 경향이 있다.
특정 실시예들에 있어서, 자기장(190)이 챔버(100) 내에 생성된다. 이러한 자기장은 전자들을 일 방향을 따라서 국한시키도록 의도된다. 자기장(190)은 전형적으로 제 1 단부(104)로부터 제 2 단부(105)까지 측벽들(101)에 평행하게 이어진다. 예를 들어, 전자들은 캐소드(110)로부터 반사 전극(120)까지의 방향(즉, y 방향)에 평행한 컬럼 내에 국한될 수 있다. 따라서, 전자들은 y 방향으로 움직이기 위한 임의의 전자기력을 경험하지 않는다. 그러나, 다른 방향들에서의 전자들의 움직임은 전자기력을 경험할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 전극들(130A, 130B)은, 전극들(130A, 130B)이 챔버(100) 내에 존재하도록 챔버(100)의 측벽들(101) 상에 배치될 수 있다. 전극들(130A, 130B)은 전원 공급장치에 의해 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 전극들(130A, 130B)은 공통 전원 공급장치와 연통할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, IHC 이온 소스(10)의 출력을 튜닝(tune)하기 위한 최대 유연성 및 능력을 가능하게 하기 위하여, 전극들(130A, 130B)이 각기 개별적인 전원 공급장치(135A, 135B)와 연통할 수 있다.
반사 전극 전원 공급장치(125)와 유사하게, 전극 전원 공급장치들(135A, 135B)은 전극들(130A, 130B)을 챔버(110)에 대하여 바이어싱하도록 역할한다. 특정 실시예들에 있어서, 전극 전원 공급장치들(135A, 135B)은 챔버(100)에 대하여 전극들(130A, 130B)을 포지티브하게 또는 네거티브하게 바이어싱할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 전극들(130A, 130B) 중 적어도 하나는 챔버(100)에 대하여 40 내지 500 볼트 사이로 바이어싱될 수 있다.
캐소드(110), 반사 전극(120) 및 전극들(130A, 130B)의 각각은 금속과 같은 전기 전도성 재료로 만들어진다.
상단 벽(103)으로 지칭되는 챔버(100)의 다른 측면 상에는 추출 개구(140)가 존재할 수 있다. 도 1에서, 추출 개구(140)는 X-Y 평면에 평행한(페이지에 평행한) 측면 상에 배치된다. 추가로, 도시되지는 않았지만, IHC 이온 소스(10)는 이를 통해 이온화될 가스가 챔버(100)로 도입되는 가스 입구를 또한 포함한다.
제어기(180)는, 이러한 전원 공급장치들에 의해 공급되는 전압 또는 전류가 수정될 수 있도록 전원 공급장치들 중 하나 이상과 연통할 수 있다. 제어기(180)는 프로세싱 유닛, 예컨대 마이크로제어기, 개인용 컴퓨터, 특수 용도 제어기, 또는 다른 적절한 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 제어기(180)는 또한 비-일시적인 저장 엘리먼트, 예컨대 반도체 메모리, 자기 메모리, 또는 다른 적절한 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 비-일시적인 저장 엘리먼트는, 제어기(180)가 본원에서 설명되는 기능들을 수행하는 것을 가능하게 하는 명령어들 및 다른 데이터를 포함할 수 있다.
제어기(180)는, 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115), 필라멘트 전원 공급장치(165), 전극 전원 공급장치(135A, 135B), 및 반사 전극전원 공급장치(125)에 의해 공급되는 초기 전압 또는 전류를 선택하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 초기 전압은 사용되는 가스의 유형, 또는 IHC 이온 소스(10)로부터 추출될 이온들의 유형에 기초할 수 있다. 추가로, 특정 실시예들에 있어서, 제어기는 또한 추출되는 이온 빔의 전류를 모니터링할 수 있다. 모니터링되는 추출 전류에 기초하여, 제어기(180)는 희망되는 추출 전류를 달성하기 위하여 적어도 필라멘트 전원 공급장치(165)에 의해 공급되는 전류를 변화시킬 수 있다.
동작 동안, 필라멘트 전원 공급장치(165)는 필라멘트(160)를 통해 전류를 통과시키며, 이는 필라멘트(160)가 열이온 전자들을 방출하게끔 한다. 이러한 전자들은 필라멘트(160)보다 더 포지티브할 수 있는 캐소드(110)의 후방 표면에 충돌하며, 이는 캐소드(110)가 가열되어 결과적으로 캐소드(110)가 챔버(100) 내로 전자들을 방출하게끔 한다. 이러한 전자들은 가스 입구를 통해 챔버(100) 내로 공급되는 가스의 분자들과 충돌한다. 이러한 충돌들이 플라즈마(150)를 형성하는 포지티브 이온들을 생성한다. 플라즈마(150)는 반사 전극(120), 및 전극들(130A, 130B)에 의해 생성되는 전기장들에 의해 국한되고 조작될 수 있다. 추가로, 특정 실시예들에 있어서, 전자들 및 포지티브 이온들은 자기장(190)에 의해 어느 정도 국한될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 플라즈마(150)는 추출 개구(140) 근처의 챔버(100)의 중심 가까이에 국한된다.
캐소드(110)가 챔버(100)에 대하여 바이어싱되지 않기 때문에, 더 적은 포지티브 이온들이 캐소드(110)로 끌어 당겨지고 이러한 이온들이 더 낮은 에너지를 가지며, 따라서 이들이 더 적게 스퍼터링한다. 따라서, 스퍼터링의 양이 감소될 수 있으며, 캐소드(110)의 수명이 연장될 수 있다. 추가로, 심지어 스퍼터링의 존재 시에도, 캐소드(110)가 챔버(100)의 벽들과 동일한 전압이기 때문에 전기적 단락 회로의 위험성이 제거된다.
이러한 실시예에 있어서, 전자들은, 챔버(100)에 대하여 포지티브하게 바이어싱될 수 있는 전극(130A)으로 끌어 당겨진다. 그러나, 전자들은 자기장(190)을 가로지르기 위하여 전자기력을 극복해야만 한다. 따라서, 전극 전원 공급장치(135A)에 의해 인가되는 포지티브 전압 및 자기장(190)의 강도의 선택이 전자들이 전극(130A)을 향해 끌어 당겨질 때의 전자들의 속도 및 에너지를 결정한다. 전극(130A)에 인가되는 낮은 포지티브 바이어스 전압과 함께 더 큰 자기장이 자기장(190)을 가로지를 수 있는 전자들의 양을 감소시킬 것이다. 그에 반해서, 전극(130A)에 인가되는 더 큰 바이어스 전압과 결합된 약한 자기장이 더 많은 전자들이 더 높은 속도로 이동하면서 전극(130A)을 향해 이동하게끔 할 것이다.
따라서, 전극 전원 공급장치(135A)에 의해 인가되는 전압 및 자기장(190)의 강도를 변화시킴으로써, 전자들의 속도 및 에너지가 조작될 수 있다. 이는, IHC 이온 소스(10)가 다중 대전된 이온들, 모노머(monomer)들, 및 이온화된 분자들에 대하여 유용해 지는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 단일 대전된 이온들에 대하여, 리치 가스(rich gas)가 약한 자기장과 함께 사용될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 전극 전원 공급장치(135A)에 의해 제 1 전압이 인가될 수 있다. 다중 대전된 이온들에 대하여, 린 가스(lean gas)가 강한 자기장과 함께 사용될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 전극(130A)에 인가되는 전압은 제 1 전압보다 더 클 수 있다. 더 강한 자기장은 더 많은 충돌들이 발생하게끔 하여 다중 대전된 종을 생성할 수 있다.
도 1은 IHC 이온 소스(10)의 일 실시예를 도시하며, 여기에서 캐소드(110)는 챔버(100)에 전기적으로 연결되며, 반면 반사 전극(120), 및 전극들(130A, 130B)은 각기 반사 전극 전원 공급장치(125), 및 전극 전원 공급장치(135A, 135B)를 사용하여 챔버(100)에 대하여 개별적으로 바이어싱된다. 도 2는 다른 실시예에 따른 IHC 이온 소스(11)를 도시한다. 유사한 컴포넌트들에는 동일한 참조 지시자들이 주어졌다. IHC 이온 소스(11)는 둘 모두가 챔버(100)에 전기적으로 연결된 캐소드(110) 및 반사 전극(120)을 갖는다. 추가로, 전극들(130B) 중 하나가 또한 챔버(100)에 전기적으로 연결된다. 다시 말해서, 캐소드(110), 반사 전극(120), 전극(130B) 및 챔버(100)의 벽들이 모두 동일한 전압이다. 따라서, 전극 전원 공급장치(135B) 및 반사 전극 전원 공급장치(125)가 제거될 수 있다.
이러한 실시예에 있어서, 오로지 전극(130A)만이 챔버(100)에 대하여 바이어싱된다. 전극(130A)은 챔버(100)에 대하여 40 내지 500 볼트 사이로 포지티브하게 바이어싱될 수 있다. 따라서, 챔버(100) 내의 전기장은 오로지 전극(130A)에 의해서 생성된다. 추가로, 전극들(130A, 130B) 사이의 전기장은 자기장(190)에 수직한다. 구체적으로, 자기장(190)은 Y 방향이며, 반면 전극들(130A, 130B) 사이의 전기장은 X 방향이다. 따라서, 전자기력은 주로 Z 방향에 존재한다. 일부 실시예들에 있어서, 전자기력은 추출 개구(140)를 향해 위쪽 방향이다.
도 3은 도 2에 예시된 IHC 이온 소스(11)의 변형예를 도시한다. 도 3에서, IHC 이온 소스(12)의 반사 전극이 제거되었다. 도 2에 도시된 반사 전극(120)이 챔버(100)와 동일한 전압이기 때문에, 도 3에서의 이의 제거는 IHC 이온 소스(12)의 동작을 변경하지 않는다. 다시 말해서, 캐소드(110)에 대향되는 제 2 단부(105)는 실시예들 둘 모두에 있어서 챔버(100)의 벽들과 동일한 전압으로 바이어싱된다.
도 4는 도 1의 라인 AA를 따라 취한 도 1의 IHC 이온 소스(10)의 단면도를 도시한다. 이러한 도면에서, 캐소드(110)는 IHC 이온 소스(10)의 제 1 단부(104)에 붙여 있는 것으로서 도시된다. 전극들(130A 및 130B)은 챔버(100)의 대향되는 측벽들(101) 상에 있는 것으로 도시된다. 자기장(190)은 Y 방향으로 페이지 밖으로 지향되는 것으로 도시된다. 특정 실시예들에 있어서, 전극들(130A, 130B)은 각기 절연체들(133a, 133b)의 사용을 통해 챔버(100)의 측벽들(101)로부터 분리될 수 있다. 전극 전원 공급장치들(135A, 135B)로부터 전극들(130A, 130B)로의 전기적인 연결들은 챔버(100)의 외부로부터 절연체들(133a, 133b)을 통해 개별적인 전극들(130A, 130B)까지 전도성 재료를 전달(pass)함으로써 이루어질 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 전극(130B)은 챔버(100)와 전기적으로 연통할 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 절연체(133b)는 이용되지 않을 수 있으며, 전극(130B)은 측벽(101)에 붙여 배치될 수 있다. 추가로, 특정 실시예들에 이어서, 전극(130B)이 측벽(101)과 동일한 전압에 있기 때문에, 이것이 제거될 수 있다.
추가로, 특정 실시예들에 있어서, 절연체들(133a, 133b)이 이용되지 않는다. 오히려, 전극(130A)이 챔버(100)에 상대적으로 바이어싱되는 경우, 전극(130A)은 챔버(100)의 벽으로부터 이격될 수 있다.
도 1 내지 도 4 모두가 챔버(100)의 대향되는 측벽들(101)을 따라 배치된 전극들(130A, 130B)을 도시하지만, 다른 실시예들이 또한 가능하다. 도 5는 이러한 일 실시예를 도시한다. 도 5는 IHC 이온 소스(14)의 단면도이다. 이러한 IHC 이온 소스(14)는, 전극(230)의 위치를 제외하면, 대부분의 사항들에 있어서 다른 IHC 이온 소스들과 유사하다. 이러한 실시예에 있어서, 전극(230)은, 추출 개구(140)가 배치되는 챔버(100)의 상단 벽(103) 상에 배치된다. 전극(230)은 절연체(233)를 사용하여 상단 벽(103)으로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전극(230)은 챔버(100) 내에 배치되고 추출 개구(140)의 전체를 둘러쌀 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 전극(230)은 추출 개구(140)의 대향되는 측면들 상에서 챔버(100) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 전기장은 추출 개구(140) 근처에서 가장 강하다. 이러한 구성은 도 4의 구성에 비하여 이온 빔 전류 또는 에너지를 증가시킬 수 있다.
도 6은 IHC 이온 소스(15)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 캐소드(210) 및 필라멘트(160)는 IHC 이온 소스(15)의 단부로부터 전극(130A)에 대향되는 측벽(101)으로 이동되었다. 다시 말해서, 캐소드(210)는 자기장(190)에 평행한 측벽(101) 상에 배치된다. 따라서, 이전의 실시예들과는 달리, 캐소드(210)로부터 방출된 전자들이 즉시 자기장(190)을 만난다. 따라서, 전극 전원 공급장치(135A)에 의해 전극(130A)에 인가되는 전압은 자기장(190)에 걸쳐 방출된 전자들을 끌어 당기기에 충분히 클 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 자기장(190)은, 전자들이 전극(130A)을 향해 자기장을 가로지르는 것을 허용하기 위하여 상대적으로 약할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 전형적으로 캐소드 및 반사 전극을 포함하는 IHC 이온 소스(15)의 2개의 단부들이 채워지지 않을 수 있다.
본 출원에서 이상에서 설명된 실시예들은 다수의 이점들을 가질 수 있다. 첫째, 캐소드가 챔버에 전기적으로 연결되기 때문에, 캐소드와 챔버의 벽 사이의 단락 회로들이 문제가 되지 않아서 IHC 이온 소스 고장의 공통 원인을 제거한다. 둘째, 캐소드가 챔버에 전기적으로 연결되기 때문에, 더 적은 포지티브 이온들이 캐소드로 끌어 당겨져서 캐소드가 노출되는 스퍼터링의 양을 감소시킨다. 셋째, 소스 전력이 동등한 추출 전류에 대하여 통상적인 IHC 이온 소스들에 비해 감소되며, 이는 더 긴 이온 소스 수명에 또한 기여한다. 추가로, 본원에서 설명된 실시예들에 따른 이온 소스들은 다중-대전, 모노머, 및 분자 종에 대해서도 동등하게 잘 동작한다. 경험적인 데이터는, 본원에서 설명된 이온 소스들이 30%에 이르는 더 적은 소스 전력에서 40%에 이르는 더 많은 빔 전류를 제공한다는 것을 보여주었다.
전자 생성을 위하여 사용되는 컴포넌트들을 챔버의 전압으로 또는 그 근처로 유지하는 개념은 다른 이온 소스들에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 도 7은 일 실시예에 따른 버나스 이온 소스(300)를 도시한다.
도 3에 도시된 IHC 이온 소스와 유사하게, 버나스 이온 소스(300)는 복수의 전기 전도성 벽들을 갖는 챔버(310)를 포함한다. 버나스 이온 소스(300)는 반사 전극을 가질 수 있거나 또는 갖지 않을 수 있다. 추가적으로, 전극들(330a, 330b)은 대향되는 측벽들(301) 상에 배치될 수 있다. 버나스 이온 소스(300)는, 필라멘트 전원 공급장치(365)와 연통하는 필라멘트(360)를 포함한다. 필라멘트 전원 공급장치(365)의 포지티브 단자는 필라멘트(360)의 하나의 리드와 연통하며, 또한 챔버(310)의 벽들과 연통한다. 필라멘트 전원 공급장치(365)의 네거티브 단자는 필라멘트(360)의 다른 리드와 연통한다. 필라멘트(360)의 리드들에 걸친 전압은 10 볼트 미만일 수 있다. 필라멘트(360)는 챔버(310)의 제 1 단부(304)에 배치될 수 있다.
자기장(390)이 또한, 제 1 단부(304)에 대향되는 제 2 단부(305)를 향해 버나스 이온 소스(300)의 제 1 단부(304)로부터 인가될 수 있다. 이상에서 설명된 IHC 이온 소스들과 유사하게, 전자들은 Y 방향으로 배향된 컬럼들에 어느 정도 국한될 수 있다. 전극(330a)은 챔버(310)에 비하여 포지티브하게 바이어싱될 수 있으며, 측벽(301) 상에 배치될 수 있다.
동작 동안, 필라멘트 전원 공급장치(365)는 필라멘트(360)를 통해 전류를 통과시키며, 이는 필라멘트(360)가 열이온 전자들을 방출하게끔 한다. 이러한 전자들은 가스 입구를 통해 챔버(310) 내로 공급되는 가스의 분자들과 충돌한다. 이러한 충돌들이 플라즈마(350)를 형성하는 포지티브 이온들을 생성한다. 플라즈마(350)는 전극들(330a, 330b)에 의해 생성되는 전기장들에 의해 국한되고 조작될 수 있다. IHC 이온 소스들과 유사하게, 전극(330a)은 전극 전원 공급장치(335a)와 연통할 수 있다. 추가로, 특정 실시예들에 있어서, 전자들 및 포지티브 이온들은 자기장(390)에 의해 어느 정도 국한될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 플라즈마(350)는 추출 개구(340) 근처의 챔버(310)의 중심 가까이에 국한된다.
제어기(180)의 기능은 이상에서 설명된 바와 같을 수 있다.
필라멘트(360)의 하나의 리드가 챔버(310)에 전기적으로 연결되기 때문에, 더 적은 포지티브 이온들이 필라멘트(360)로 끌어 당겨진다. 따라서, 스퍼터링의 양이 감소될 수 있으며, 필라멘트(360)의 수명이 연장될 수 있다.
도 7이 반사 전극이 없으며 전극(330b)이 챔버(310)에 전기적으로 연결되는 버나스 이온 소스(300)를 도시하지만, 다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 캐소드(110), 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115), 필라멘트(160) 및 필라멘트 전원 공급장치(165)는 도 7에 도시된 필라멘트(360) 및 필라멘트 전원 공급장치(365)로 대체될 수 있다. 다시 말해서, 특정 실시예들에 있어서, 버나스 이온 소스는 챔버에 접지될 수 있는 반사 전극 또는 반사 전극 전원 공급장치와 연통하는 반사 전극을 포함할 수 있다. 추가적으로, 특정 실시예들에 있어서, 전극(330b)은 전극 전원 공급장치와 연통할 수 있다.
추가적으로, 도 7의 버나스 이온 소스(300)는, 도 5에 도시된 바와 같이 전극(330a)을 상단 벽 상에 배치함으로써 수정될 수 있다.
이전에 설명된 IHC 이온 소스들과 유사하게, 본 출원의 이상에서 설명된 버나스 이온 소스는 다수의 이점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 필라멘트의 하나의 리드가 챔버에 전기적으로 연결되기 때문에, 더 적은 포지티브 이온들이 필라멘트로 끌어 당겨져서 필라멘트가 노출되는 스퍼터링의 양을 감소시킨다. 스퍼터링에서의 이러한 감소는 필라멘트의 수명을 연장할 수 있다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (21)

  1. 간접 가열식 캐소드 이온 소스로서,
    2개의 대향되는 단부들 및 상기 2개의 대향되는 단부들을 연결하는 2개의 측벽들을 포함하는 챔버;
    상기 챔버의 상기 2개의 대향되는 단부들 중 하나의 단부 상에 배치되는 캐소드;
    상기 캐소드와 상기 캐소드가 배치되는 상기 챔버의 상기 하나의 단부 사이에 배치되는 필라멘트;
    상기 측벽들에 평행하게 상기 챔버를 통과하는 자기장; 및
    상기 챔버 내에 그리고 상기 챔버의 상기 2개의 측벽들 중 제 1 측벽 상에 배치되는 전극을 포함하며,
    상기 전극이 상기 챔버에 대하여 전기적으로 바이어싱되도록 전압이 상기 전극에 인가되며, 상기 캐소드는 상기 챔버에 전기적으로 연결되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반사 전극이 상기 챔버의 상기 2개의 대향되는 단부들 중 제 2 단부 상에 배치되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 반사 전극은 상기 챔버에 전기적으로 연결되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    반사 전극이 상기 챔버 내에 배치되지 않는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극은 상기 챔버에 대하여 포지티브하게 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 2개의 대향되는 단부들은 높이 방향 및 폭 방향으로 연장하며, 상기 2개의 측벽들은 상기 높이 방향 및 길이 방향으로 연장하고, 상기 챔버 내의 전기장 및 상기 자기장에 의해 생성되는 전자기력은 상기 높이 방향에 존재하는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  7. 간접 가열식 캐소드 이온 소스로서,
    2개의 대향되는 단부들 및 상기 2개의 대향되는 단부들을 연결하는 2개의 측벽들을 포함하는 챔버;
    상기 챔버의 상기 2개의 대향되는 단부들 중 하나의 단부 상에 배치되는 캐소드;
    상기 캐소드와 상기 캐소드가 배치되는 상기 챔버의 상기 하나의 단부 사이에 배치되는 필라멘트;
    상기 챔버 내에 그리고 상기 챔버의 상기 2개의 측벽들 중 제 1 측벽 상에 배치되는 제 1 전극;
    상기 챔버 내에 그리고 상기 챔버의 상기 2개의 측벽들 중 제 2 측벽 상에 배치되는 제 2 전극을 포함하며,
    상기 제 1 전극이 상기 챔버에 대하여 전기적으로 바이어싱되도록 전압이 상기 제 1 전극에 인가되며, 상기 캐소드는 상기 챔버에 전기적으로 연결되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 챔버에 대하여 전기적으로 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 공통 전원 공급장치를 사용하여 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 2개의 전원 공급장치들을 사용하여 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  11. 청구항 7에 있어서,
    반사 전극이 상기 챔버의 상기 2개의 대향되는 단부들 중 제 2 단부 상에 배치되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반사 전극은 상기 챔버에 전기적으로 연결되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  13. 청구항 7에 있어서,
    반사 전극이 상기 챔버 내에 배치되지 않는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  14. 간접 가열식 캐소드 이온 소스로서,
    2개의 대향되는 단부들 및 상기 2개의 대향되는 단부들을 연결하는 2개의 측벽들을 포함하는 챔버로서, 각각의 단부는 X 방향 및 Z 방향으로 연장하고, 각각의 측벽은 Y 방향 및 상기 Z 방향으로 연장하는, 상기 챔버;
    상기 챔버의 상기 2개의 대향되는 단부들 중 하나의 단부 상에 배치되며 상기 챔버에 전기적으로 연결되는 캐소드;
    상기 캐소드와 상기 캐소드가 배치되는 상기 챔버의 상기 하나의 단부 사이에 배치되는 필라멘트;
    상기 Y 방향에서 상기 챔버를 통과하는 자기장; 및
    상기 챔버 내에 그리고 상기 챔버의 상기 2개의 측벽들 중 제 1 측벽 상에 배치되는 제 1 전극을 포함하며,
    상기 제 1 전극이 상기 챔버에 대하여 전기적으로 바이어싱되도록 전압이 상기 제 1 전극에 인가되며, 전자기력이 상기 Z 방향에서 생성되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  15. 청구항 14에 있어서,
    반사 전극이 상기 챔버의 상기 2개의 대향되는 단부들 중 제 2 단부 상에 배치되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 반사 전극은 상기 챔버에 전기적으로 연결되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  17. 청구항 14에 있어서,
    반사 전극이 상기 챔버 내에 배치되지 않는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 간접 가열식 캐소드 이온 소스는 상기 챔버 내에 그리고 상기 챔버의 상기 2개의 측벽들 중 제 2 측벽 상에 배치되는 제 2 전극을 더 포함하는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 챔버에 대하여 전기적으로 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 공통 전원 공급장치를 사용하여 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 2개의 전원 공급장치들을 사용하여 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
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