KR102461903B1 - 이온 소스의 동적 온도 제어 - Google Patents

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Abstract

이온 소스를 위한 페이스 플레이트의 온도를 변화시키기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 페이스 플레이트는 복수의 파스너들에 의해 이온 소스의 챔버 벽들에 맞닿아 유지된다. 이러한 파스너들은 인장 스프링 또는 압축 스프링을 포함할 수 있다. 하중을 받을 때 인장 스프링 또는 압축 스프링의 길이를 변경함으로써, 스프링의 스프링 힘이 증가될 수 있다. 이 증가된 스프링 힘은 페이스 플레이트와 챔버 벽들 사이의 압축력을 증가시켜 열전도율을 개선시킨다. 특정 실시예에서, 스프링의 길이는 전자식 길이 조절기에 의해 조절된다. 이 전자식 길이 조절기는 원하는 스프링 길이를 나타내는 전기 신호를 출력하는 제어기와 통신한다. 스프링의 길이를 조절하기 위한 다양한 메커니즘이 개시된다.

Description

이온 소스의 동적 온도 제어
본 발명의 실시예는 이온 소스의 온도, 보다 상세하게는 이온 소스의 페이스 플레이트(faceplate)를 동적으로 변화시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조는 복수의 이산적이고 복잡한 프로세스를 포함한다. 그러한 하나의 프로세스는 이온 소스로부터 추출될 수 있는 이온 빔을 이용할 수 있다. 이온 소스에서, 공급 가스(feed gas)는 이온을 형성하기 위해 에너자이즈된다(energized). 그런 다음 이들 이온은 페이스 플레이트 상에 배치된 추출 개구를 통해 이온 소스로부터 추출된다. 이온들은 전극, 가속 및 감속 스테이지 및 질량 분석기를 포함하는 다양한 컴포넌트에 의해 다운 스트림에서 조작된다.
공급 가스로부터의 이온이 이온 소스로부터 추출될 때, 이들 이온들 중 일부는 페이스 플레이트 상에 침전(settle)될 수 있다. 추가로, 중성 가스가 페이스 플레이트 상에 침전될 수 있다. 이들 이온들 및 중성 입자들은 응축되어 증착을 형성할 수 있다. 특정 실시예에서, 증착은 추출 개구를 따라 형성된다. 이들 실시예에서, 추출 개구를 통해 추출된 이온 빔의 균일성이 손상될 수 있다. 다른 실시예들에서, 증착은 페이스 플레이트의 전면(front)에 형성될 수 있어, 아킹(arcing)를 증가시킨다.
페이스 플레이트의 온도 및 공급 가스의 종(species)은 페이스 플레이트 상의 증착 량 및 증착 속도(rate of deposition)를 결정하는 요인일 수 있다. 예를 들어, 불소계 종 예컨대, BF3 및 GeF4에 대하여, 더 뜨거운 표면들 상에서 증착이 증강될 수 있다. 반대로, 일산화탄소 가스의 경우, 더 뜨거운 표면 상에서 증착이 감소될 수 있다.
따라서, 페이스 플레이트의 온도를 동적으로 변화시키는 시스템 및 방법이 있다면 유익할 것이다. 더구나, 이용된 공급 가스의 종에 기초하여 동적 변화가 수행되는 것이 유익할 것이다.
이온 소스를 위한 페이스 플레이트(faceplate)의 온도를 변화시키기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 페이스 플레이트는 복수의 파스너(fastener)들에 의해 상기 이온 소스의 챔버 벽에 맞닿아(against) 유지된다. 이들 파스너들은 인장 스프링(tension spring)들 또는 압축 스프링(compression spring)들을 포함할 수 있다. 하중을 받을 때 상기 인장 스프링 또는 압축 스프링의 길이를 변경함으로써, 상기 스프링의 스프링 힘(spring force)이 증가될 수 있다. 이 증가된 스프링 힘은 상기 페이스 플레이트와 상기 챔버 벽 사이의 압축력(compressive force)을 증가시켜 열 전도율(thermal conductivity)을 향상시킨다. 특정 실시예에서, 스프링의 길이는 전자식 길이 조절기(electronic length adjuster)에 의해 조절된다. 이 전자식 길이 조절기는 원하는 스프링 길이를 나타내는 전기 신호를 출력하는 제어기와 통신한다. 스프링의 길이를 조절하기 위한 다양한 메커니즘이 개시된다.
일 실시예에 따라, 이온 소스가 개시된다. 이온 소스는 복수의 챔버 벽들; 압축력을 사용하여 상기 챔버 벽들에 맞닿은 페이스 플레이트(faceplate); 및 상기 챔버 벽들에 맞닿은 상기 페이스 플레이트를 고정하기 위한 하나 이상의 파스너들을 포함하고; 상기 파스너들에 의해 상기 페이스 플레이트에 인가되는 상기 압축력은 전자적으로 변화될 수 있다. 특정 실시예에서, 이온 소스는 간접적으로 가열된 캐소드를 포함한다. 특정 실시예에서, 파스너들은 체결 디바이스(fastening device) 및 힘 조절기(force adjuster)를 포함한다. 특정 실시예에서, 힘 조절기는 스프링 및 하중을 받을 때 스프링의 길이를 조절하기 위한 전자식 길이 조절기를 포함한다. 전자식 길이 조절기는 압전 액추에이터; 솔레노이드; 공압 실린더; 서보 모터 및 볼 스크류; 및 서보 모터 및 암(arm)을 포함하고, 상기 암의 근위 단부는 상기 서보 모터의 회전 부분에 부착된다. 스프링은 인장 스프링 또는 압축 스프링일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 장치가 개시된다. 장치는 이온 소스를 포함하고, 상기 이온 소스는 복수의 챔버 벽들; 상기 챔버 벽들에 맞닿은 페이스 플레이트; 및 상기 챔버 벽들에 맞닿은 상기 페이스 플레이트를 고정하기 위한 하나 이상의 파스너들; 및 상기 파스너들에 의해 페이스 플레이트에 인가되는 압축력을 조절하기 위해 파스너들과 통신하는 제어기를 포함한다. 특정 실시예에서, 파스너들은 스프링, 및 하중을 받을 때 스프링의 길이를 조절하기 위해 제어기와 통신하는 전자식 길이 조절기를 포함한다. 특정 실시예에서, 제어기는 이온 소스로 도입된 공급 가스의 종에 기초하여 압축력을 조절한다. 특정 실시예에서, 제어기는 입력 디바이스를 포함하고, 상기 제어기는 입력 디바이스로부터 수신된 입력에 기초하여 압축력을 조절한다.
다른 실시예에 따르면, 이온 소스가 개시된다. 이온 소스는 복수의 챔버 벽들; 및 상기 챔버 벽들에 배치된 페이스 플레이트를 포함하고; 상기페이스 플레이트의 온도는 상기 페이스 플레이트와 상기 챔버 벽들 사이의 열 전도율을 변화시킴으로써 전자적으로 조절 가능하다. 특정 실시예에서, 이온 소스는 또한 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 페이스 플레이트와 챔버 벽들 사이의 압축력을 수정함으로써 열 전도율을 조절한다. 특정 실시예에서, 페이스 플레이트는 스프링 및 전자식 길이 조절기에 의해 챔버 벽들에 맞닿아 유지되며, 상기 전자식 길이 조절기는 하중을 받을 때 상기 스프링의 길이를 조절하고, 상기 제어기는 전자식 길이 조절기를 사용하여 압축력을 수정한다. 일부 실시예에서, 상기 압축력은 상기 이온 소스로 도입된 공급 가스에 기초하여 선택된다.
본 개시의 더 나은 이해를 위해, 본 출원에 참고로 통합된 첨부된 도면에 대한 참조가 이루어진다 :
도 1은 일 실시예에 따른 이온 소스의 도면이다.
도 2는 도 1의 이온 소스의 내부 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 힘 조절기이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 힘 조절기이다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 힘 조절기이다.
도 6은 제 4 실시예에 따른 힘 조절기이다.
도 7은 제 5 실시예에 따른 힘 조절기이다.
도 8은 제 6 실시예에 따른 힘 조절기이다.
도 9는 도 4의 실시예를 도시하고, 여기서는 압축 스프링이 사용된다.
도 10은 일 실시예에 따른 제어기의 동작을 도시한다.
전술한 바와 같이, 증착은 이온 소스의 페이스 플레이트에서 발생할 수 있다. 이러한 증착은 이온 소스의 수명을 단축시키거나, 이온 빔의 균일성에 영향을 미치거나, 글리치 속도(glitch rate)를 증가시키거나, 그렇지 않으면 이온 소스에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
이온 소스의 페이스 플레이트의 온도를 동적으로 변화시킴으로써, 증착량 및 증착 속도에 영향을 줄 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 페이스 플레이트의 온도 변화를 허용하는 이온 소스를 도시한다. 이온 소스(10)는 이온 소스 챔버를 정의하는 복수의 챔버 벽들(11)을 포함한다. 추출 개구(41)를 갖는 페이스 플레이트(40)가 챔버 벽들(11)에 맞닿아 배치될 수 있다. 페이스 플레이트(40)는 단일 컴포넌트일 수 있거나 복수의 컴포넌트들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 페이스 플레이트(40)는 외부 페이스 플레이트 아래에 배치되고, 추출 개구(41)를 정의하는데 도움이 되는 페이스 플레이트 인서트(insert)를 포함한다. 따라서, 본 개시에서 사용되는 용어 "페이스 플레이트(faceplate)"는 이온이 제거되는 추출 개구를 포함하는 구조를 구성하는 임의의 컴포넌트 또는 컴포넌트들을 지칭한다. 이온 소스 챔버 내에는 이온을 생성하는 메커니즘이 있을 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 간접적으로 가열된 캐소드(IHC)가 이온 소스 챔버 내에 배치될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 기기들 및 이온 소스(10)의 내부를 도시한다. 본 실시예에서, 이온 소스(10)는 2 개의 대향 단부들을 포함하는 챔버(200) 및 이들 단부들에 연결되는 챔버 벽들(11)을 포함한다. 챔버(200)는 또한 바닥벽 및 페이스 플레이트(40)을 포함한다. 챔버 벽들(11)은 전기적으로 그리고 열적으로 전도성 재료로 구성될 수 있고, 서로 전기적으로 통신될 수 있다. 캐소드(210)는 챔버(200)의 제 1 단부에서 챔버(200)에 배치된다. 필라멘트(260)가 캐소드(210) 뒤에 배치된다. 필라멘트(260)는 필라멘트 파워 서플라이(265)와 통신한다. 필라멘트 파워 서플라이(265)는 전류가 필라멘트(260)를 통과하도록 구성되어, 필라멘트(260)가 열이온 전자(thermionic electron)를 방출한다. 캐소드 바이어스 파워 서플라이(215)는 캐소드(210)에 대비하여 필라멘트(260)를 음으로 바이어스하므로, 이들 열이온 전자는 필라멘트(260)로부터 캐소드(210)를 향해 가속되고 그것들이 캐소드(210)의 후면에 부딪칠 때 캐소드(210)를 가열한다. 캐소드 바이어스 파워 서플라이 (215)는 필라멘트 (260)가 캐소드 (210)의 전압 보다 예를 들어 200V 내지 1500V 더 음의 전압을 갖도록 필라멘트를 바이어스할 수 있다. 캐소드 (210)는 그런 다음 그 전면의 열이온 전자를 챔버 (200)로 방출한다.
따라서, 필라멘트 파워 서플라이(265)은 필라멘트(260)에 전류를 공급한다. 캐소드 바이어스 파워 서플라이 (215)는 캐소드 (210)보다 더 음이 되도록 필라멘트 (260)를 바이어싱하여, 전자들이 필라멘트 (260)로부터 캐소드 (210)를 향해 끌어 당겨진다. 추가적으로, 캐소드 (210)는 캐소드 파워 서플라이 (270)를 사용하여 챔버 (200)에 대비하여 전기적으로 바이어스된다.
본 실시예에서, 리펠러(repeller) (220)가 캐소드 (210) 반대쪽 챔버 (200)의 제 2 단부 상의 챔버 (200)에 배치된다. 리펠러 (220)는 리펠러 파워 서플라이 (225)와 통신할 수 있다. 이름에서 알 수 있듯이, 리펠러 (220)는 캐소드 (210)로부터 방출된 전자들을 챔버 (200)의 중심을 향해 다시 반발시키는 역할을 한다. 예를 들어, 리펠러 (220)는 전자들을 반발시키기 위해 챔버 (200)에 대비하여 음의 전압에서 바이어스될 수 있다. 예를 들어, 리펠러 파워 서플라이 (225)는 다른 전압이 사용될 수 있지만 0 내지 -150V 범위의 출력을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 리펠러 (220)는 챔버 (200)에 대비하여 0 내지 -150V로 바이어스된다. 다른 실시예에서, 캐소드 파워 서플라이(270)는 리펠러(220)에 전압을 공급하는데도 사용된다. 다른 실시예에서, 리펠러 (220)는 접지되거나 플로팅(float)될 수 있다.
작동시에, 가스가 챔버(200)에 공급된다. 캐소드(210)로부터 방출된 열이온 전자는 가스가 플라즈마(250)를 형성하게 한다. 이 플라즈마(250)로부터의 이온들은 그런 다음 페이스 플레이트(40)에 추출 개구(41)를 통해 추출된다. 이온들은 그런 다음 작업물을 향하여 지향된 이온 빔을 형성하도록 조작된다.
이온을 생성하기 위한 다른 메커니즘이 사용될 수 있음에 유의한다. 이러한 다른 메커니즘은 버나스(Bernas) 이온 소스, RF 안테나 및 용량성으로 결합된 소스가 포함되지만 이에 한정되지는 않는다.
도 1로 돌아가서, 이온 소스(10)는 베이스 플레이트(30)에 부착될 수 있다. 특정 실시예에서, 베이스 플레이트(30)는 온도 제어될 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(30)는 열 싱크(heat sink)에 부착되거나 열 싱크 자체일 수 있다. 따라서, 챔버 벽들(11)은 베이스 플레이트(30)와 직접 열 컨택한다. 이는 챔버 벽들(11)을 냉각시키는 역할을 할 수 있다.
페이스 플레이트(40)는 복수의 파스너(50)들에 의해 챔버 벽들(11)의 최상부에 맞닿아 배치된다. 각각의 이들 파스너들은 페이스 플레이트(40)의 최상부에 부착되는 체결 디바이스(51) 예컨대, 후크, 및 체결 디바이스(51)와 베이스 플레이트(30)에 부착된 힘 조절기(52) 포함한다. 다른 실시예에서, 힘 조절기(52)는 체결 디바이스(51) 및 다른 정지 표면 예컨대, 챔버 벽들(11)에 부착될 수 있다. 파스너들(50)은 페이스 플레이트(40)들 챔버 벽들(11)에 맞닿게 고정시키는 역할을 한다.
힘 조절기(52)는 제어기(70)와 통신할 수 있다. 제어기(70)는 프로세싱 유닛(71) 및 관련 메모리 디바이스(72)를 갖는다. 이 메모리 디바이스(72)는 프로세싱 유닛(71)에 의해 실행될 때, 제어기(70)가 본 출원에 설명된 기능을 수행할 수 있게 하는 명령을 포함한다. 이 메모리 디바이스(72)는 예컨대, 플래시 롬(FLASH ROM), 전기적으로 소거 가능한 ROM 또는 다른 적절한 디바이스와 같은 비 휘발성 메모리일 수 있다. 다른 실시예에서, 메모리 디바이스(72)는 RAM 또는 DRAM과 같은 휘발성 메모리일 수 있다. 프로세싱 유닛(71)은 범용 컴퓨터, 특수 용도 컴퓨터, 마이크로 제어기 또는 다른 유형의 전기 회로일 수 있다. 제어기(70)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 하나 이상의 전기 신호들을 힘 조절기(52)에 출력할 수 있다. 제어기(70)는 또한 사용자 인터페이스 또는 다른 입력 디바이스(73)와 통신할 수 있다. 제어기(70)는 후술하는 바와 같이 입력 디바이스(73)로부터 입력을 수신할 수 있다.
힘 조절기(52)는 페이스 플레이트(40)와 챔버 벽들(11)의 최상부 사이의 압축력을 변화시키기 위해 사용된다. 특정 실시예에서, 힘 조절기(52)는 인장 스프링 사용을 통해 페이스 플레이트(40) 상에 체결 디바이스(51)에 의해 가해지는 힘을 변화시킬 수 있다. 인장 스프링이 신장되면, 스프링의 힘이 길이에 따라 선형으로 증가한다. 따라서, 인장 스프링을 신장시킴으로써, 페이스 플레이트(40) 상에 체결 디바이스(51)에 의해 가해지는 하향 힘(downward force)이 변화될 수 있다. 다른 실시예에서, 인장 스프링이 사용 되지 않을 수 있다.
모든 실시예에서, 시스템은 복수의 챔버 벽들(11) 및 챔버 벽들(11)의 최상부 상에 배치된 페이스 플레이트(40)를 갖는 이온 소스(10)를 포함한다. 복수의 파스너들(50)은 페이스 플레이트(40)를 챔버 벽(11)들에 맞닿아 유지하는데 사용된다. 파스너들(50)은 일 단부에서 페이스 플레이트(40)에 그리고 대향 단부에서 베이스 플레이트(30) 또는 다른 정지 물체에 부착될 수 있다. 파스너들(50)은 페이스 플레이트(40)에 가해지는 압축력을 동적으로 변화시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(70)는 파스너들(50)에 의해 가해지는 압축력을 제어하기 위해 파스너(50)와 통신된다.
상기에서 언급한 바와 같이, 특정 실시예에서, 제어기(70)는 터치 스크린, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 디바이스(73)와 통신한다. 특정 실시예에서, 입력 디바이스(73)는 다른 제어기에 대한 인터페이스일 수 있다. 본 실시예에서, 사용자 또는 운영자는 입력 디바이스(73)를 사용하여 원하는 압축력을 선택할 수 있다. 입력에 기초하여, 제어기(70)는 페이스 플레이트(40)에 가해지는 압축력을 변화시키기 위해 하나 이상의 전기 신호들을 힘 조절기(52)에 출력할 수 있다.
예를 들어, 특정 실시예에서, 공급 가스가 불소 함유 종인 경우, 페이스 플레이트(40)를 더 낮은 온도로 하는 것이 바람직할 수 있다. 챔버 벽들(11)이 베이스 플레이트(30)에 부착되기 때문에, 챔버 벽들(11)은 페이스 플레이트(40)보다 낮은 온도에 있을 수 있다. 페이스 플레이트(40)에 가해지는 압축력을 증가시킴으로써, 페이스 플레이트(40)와 챔버 벽들(11) 사이의 열 컨택이 개선될 수 있다. 열 컨택의 이러한 개선은 열 전도율을 증가시켜서 페이스 플레이트(40)의 온도를 낮춘다. 다른 실시예에서, 페이스 플레이트(40)의 온도를 증가시키는 것이 유익할 수 있다. 페이스 플레이트(40)에 가해지는 압축력을 감소시킴으로써, 페이스 플레이트(40)와 챔버 벽들(11) 사이의 열 전도율이 감소되어 페이스 플레이트(40)의 온도가 상승하게 한다.
전기적으로 제어되는 힘 조절기(52)의 사용을 통해, 페이스 플레이트(40)에 대한 이러한 온도 변화는 진공을 끊거나 임의의 컴포넌트에 물리적으로 액세스할 필요없이 동적으로 이루어질 수 있다.
특정 실시예에서, 최소 허용 압축력이 있을 수 있다. 이 최소 허용 압축력은 오정렬의 위험없이 제 위치에 페이스 플레이트(40)를 유지하는데 필요한 최소 힘일 수 있다. 유사하게, 최대 허용 압축력이 있을 수 있다. 예를 들어, 이 최대 허용 압축력보다 큰 힘은 페이스 플레이트(40)와 챔버 벽들(11) 사이의 열 전도율을 개선하지 못할 수 있다.
따라서, 특정 실시예에서, 전기적으로 제어되는 힘 조절기(52)는 최소 허용 압축력과 최대 허용 압축력 사이의 힘을 달성할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기적으로 제어되는 힘 조절기(52)는 이들 두 극값(extreme) 사이에 있는 복수의 압축력들을 인가할 수 있다.
도면들 3-7은 인장 스프링을 이용한 힘 조절기의 실시예들을 예시한다. 인장 스프링은 전자식 길이 조절기와 함께 사용되는데, 이는 하중을 받을 때 인장 스프링의 길이를 변경하여 스프링 힘을 변경한다.
도 3은 전자식 길이 조절기(300)가 하나 이상의 압전 액추에이터(310)를 포함하는 제 1 실시예를 도시한다. 전자식 길이 조절기(300)는 그 단부들 중 하나 상의 인장 스프링(330)에 부착된다. 대향 단부는 베이스 플레이트(30) 또는 다른 정지 물체에 부착된다. 본 실시예에서, 제어기(70)는 압전 액추에이터(310)의 전극(320)에 하나 이상의 전압들을 인가한다. 이들 전압들은 압전 액추에이터(310)의 길이를 변경하게 하는 전기장을 생성한다. 압전 액추에이터의 길이의 변화는 전극들(320)에 인가된 전압에 관련된다. 전자식 길이 조절기(300)는 전극들(320)에 인가될 수 있는 최저 전압이 최대 허용 압축력으로 귀결되도록 구성될 수 있다. 더 높은 전압은 압전 액추에이터(310)의 길이를 확장시켜 압축력을 감소시킨다. 본 실시예에서 전자식 길이 조절기(300)에 의해 달성될 수 있는 최대 길이 변화를 증가시키기 위해 다수의 압전 액추에이터들(310)이 직렬로 연결될 수 있다. 길이의 변화는 인가된 전압과 관련되기 때문에, 본 실시예의 전자식 길이 조절기(300)는 다양한 스프링 힘을 제공할 수 있다.
도 4는 전자식 길이 조절기(400)가 공압 실린더(410)를 포함하는 제 2 실시예를 도시한다. 공압 실린더(410)는 베이스 플레이트(30) 또는 다른 정지 물체에 부착될 수 있다. 공압 실린더(410)의 피스톤(411)은 인장 스프링(430)에 부착될 수 있다. 제어기(70)는 공압 실린더(410)와 가스 컨테이너(420) 사이에 배치된 밸브(415)와 통신할 수 있다. 밸브(415)가 개방되면, 가스 용기(420)로부터의 압축된 가스가 공압 실린더(410) 내의 체적으로 유동한다. 이 압축된 가스는 피스톤(411)이 인장 스프링(430)으로부터 멀어지게 하여 인장 스프링(430)의 길이를 증가시킨다. 압축된 가스가 체적으로부터 제거되면, 피스톤(411)은 베이스 플레이트(30)로부터 멀어져서 인장 스프링(430)의 길이를 감소시킨다. 밸브(415)는 제어기(70)에 의해 제어될 수 있다. 도 4는 단일 작동 실린더(single-acting cylinder)로서 공압 실린더(410)를 도시하지만, 특정 실시예에서, 이중 작동 실린더가 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 피스톤(411)의 위치는 체적에서의 압축된 가스의 양과 관련되기 때문에, 본 실시예에서 전자식 길이 조절기(400)는 다양한 스프링 힘을 제공할 수 있다.
도 5는 전자식 길이 조절기(500)가 솔레노이드(510)를 포함하는 제 3 실시예를 도시한다. 솔레노이드의 일단은 베이스 플레이트(30) 또는 다른 정지 물체에 부착된다. 솔레노이드(510)의 대향 단부는 인장 스프링(530)에 부착될 수 있다. 제어기(70)는 솔레노이드(510)에 전기 신호를 제공할 수 있다. 일 상태에서, 솔레노이드(510)는 인장 스프링(530)의 길이를 감소시키는 팽창 상태로 이동한다. 이것은 스프링 힘을 낮추고, 결과적으로 페이스 플레이트(40)의 압축력을 낮춘다. 제 2 상태에서, 솔레노이드(510)는 인장 스프링(530)의 길이를 증가시키는 수축 상태로 이동한다. 이는 스프링 힘을 증가시키고, 페이스 플레이트(40)에 인가되는 압축력을 증가시킨다. 솔레노이드는 정확히 2 개의 상태를 갖기 때문에, 본 실시예에서, 전자식 길이 조절기(500)는 2 개의 상이한 길이를 달성할 수 있다.
도 6은 전자식 길이 조절기(600)가 서보 모터(servo motor)(610)를 포함하는 제 4 실시예를 도시한다. 서보 모터(610)의 회전 부분은 회전 가능한 암(rotatable arm)(611)의 근위 단부와 통신할 수 있다. 서보 모터(610)는 베이스 플레이트(30) 또는 다른 정지 물체 상에 장착될 수 있다. 회전 가능한 암(611)의 원위 단부는 인장 스프링(630)에 부착될 수 있다. 제어기(70)는 서보 모터(610)와 통신하여 서보 모터(610)가 그 회전축을 중심으로 회전하게 할 수 있다. 이는 결국 회전 가능한 암(611)을 회전시킨다. 회전가능한 암(611)의 원위 단부가 베이스 플레이트(30)로부터 가장 얼리 있을 때, 인장 스프링(630)의 길이가 최소화되고, 결과적으로 페이스 플레이트(40)상의 압축력이 감소된다. 회전 가능한 암(611)이 회전할 때, 원위 단부는 베이스 플레이트(30)에 근접하여 인장 스프링(630)의 길이를 증가시킨다. 길이의 변화는 회전 가능한 암(611)의 회전 각도와 관련되기 때문에, 전자식 길이 조절기(600)는 본 실시예에서 다양한 스프링 힘을 제공할 수 있다.
도 7은 전자식 길이 조절기(700)가 서보 모터(710), 볼 스크류(715) 및 볼 스크류 너트 브라켓(720)을 포함하는 제 5 실시예를 도시한다. 서보 모터(710)는 제어기(70)와 통신할 수 있다. 서보 모터(710)는 수직으로 배향될 수 있는 볼 스크류(715)를 회전시킬 수 있다. 볼 스크류 너트 브라켓(720)은 볼 스크류(715) 상에 장착되고, 볼 스크류(715)의 회전에 기초하여 수직 방향으로 이동한다. 볼 스크류(715)는 챔버 벽(11)과 같은 벽에 의해 지지될 수 있다. 인장 스프링(730)이 볼 스크류 너트 브라켓(720)에 부착될 수 있다. 이러한 방식으로, 볼 스크류 너트 브라켓(720)이 수직 방향에서 하향으로 이동될 때, 인장 스프링(730)의 길이가 증가하여 스프링 힘이 증가된다. 반대로, 볼 스크류 너트 브라켓(720)이 상향으로 이동될 때, 인장 스프링(730)의 길이는 감소되어 스프링 힘을 감소시킨다. 길이의 변화는 볼 스크류(715)의 회전과 관련되기 때문에, 본 실시예의 전자식 길이 조절기(700)는 다양한 스프링 힘을 제공할 수 있다.
도 8은 힘 조절기가 인장 스프링을 사용하지 않는 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 힘 조절기(800)는 권취 가능한(windable) 코일 스프링(810)을 포함한다. 권취 가능한 코일 스프링(810)의 내측 단부는 제어기(70)에 의해 회전될 수 있는 로드(rod)(811)에 부착된다. 권취 가능한 코일 스프링(810)의 외측 단부는 체결 디바이스(51)에 부착될 수 있다. 권취 가능한 코일 스프링(810)은 더 타이트(tight)하게 감기면, 권취 가능한 코일 스프링(810)에 장력이 증가하고, 페이스 플레이트(40)상의 압축력을 증가시킨다. 권취 가능한 코일 스프링 (810)이 풀리면, 장력이 감소하여 페이스 플레이트 (40)의 압축력을 감소시킨다. 특정 실시예에서, 권취 가능한 코일 스프링(810)은 베이스 플레이트(30) 또는 다른 정지 물체에 부착된 하우징(820) 내에 배치될 수 있다. 장력의 변화가 로드(811)의 회전 각도와 관련되어 있기 때문에, 힘 조절기(800)는 본 실시예에서 다양한 압축력을 제공할 수 있다.
도 3 내지 도 7은 모두 인장 스프링의 사용을 도시하지만, 압축 스프링이 이들 실시예 중 임의의 것에서 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 상기 실시예들 모두를 재현하지 않고, 도 4 의 실시예에 따른 압축 스프링을 사용이 일 예로서 제시된다. 당업자는 압축 스프링이 다른 실시예에서 어떻게 사용될 수 있는지를 쉽게 이해할 수 있다.
도 9는 도 4의 실시예를 도시하고, 여기서 압축 스프링(930)이 사용된다. 도 4의 실시예와 공통인 엘리먼트는 동일한 참조 부호가 부여되어 있다. 본 실시예에서, 체결 디바이스(51)는 피스톤(411)에 부착된다. 압축 스프링(930)이 공압 실린더(410)와 고정 벽과 같은 강성 구조물(940) 사이에 배치된다. 피스톤(411)이 이동함에 따라, 압축 스프링(930)의 길이가 변화된다.
따라서, 인장 스프링을 이용하는 도 3 내지 도 7의 실시예들과 같이, 본 출원에 기술된 전자식 길이 조절기는 압축 스프링과 함께 사용될 수도 있다.
더욱이, 특정 실시예에서, 도 3 내지 도 7에 도시된 실시예는 스프링의 사용없이 채용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 전자식 길이 조절기는 힘 조절기(52)로서 동작한다(도 1 참조). 예를 들어, 도 3에서, 하나 이상의 압전 액추에이터 (310)는 페이스 플레이트 (40)에 가해지는 힘을 변화시키는 힘 조절기로서 작동할 수 있다. 도 4에서, 공압 실린더 (410)는 힘 조절기로서 작동할 수 있다. 도 5에서, 솔레노이드 (510)는 힘 조절기로서 작동할 수 있다. 도 6에서, 서보 모터 (610)는 힘 조절기로서 작동할 수 있다. 마지막으로, 도 7에서, 서보 모터 (710), 볼 스크류 (715) 및 볼 스크류 너트 브라켓 (720)은 힘 조절기로서 작동할 수 있다.
작동시에, 사용자 또는 운영자는 챔버(200) 내로 도입될 공급 가스의 종을 결정할 수 있다. 공급 가스의 선택은 페이스 플레이트 (40)에 대하여 특정 온도가 바람직하다는 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 불소 함유 종은 더 차가운 페이스 플레이트(40)로부터 이익을 얻을 수 있다. 따라서, 이 경우에, 페이스 플레이트(40)에 가해지는 압축력이 증가되어 챔버 벽들(11)과의 열 컨택이 개선된다. 이는 페이스 플레이트(40)의 온도를 감소시킨다. 반대로, 일산화탄소 가스는 더 뜨거운 페이스 플레이트(40)로부터 이익을 얻을 수 있다. 따라서, 이 경우에, 페이스 플레이트(40)에 가해지는 압축력이 감소되어 챔버 벽들(11)과의 열 컨택이 열화된다. 일 실시예에서, 제어기 (70)는 공급 가스의 선택에 기초하여 하나 이상의 전기 신호를 파스너 (50), 보다 상세하게는, 힘 조절기 (52)에 출력한다. 다른 실시예에서, 사용자 또는 운영자는 원하는 설정을 제어기(70)에 표시할 수 있다. 일 실시예에서, 뜨거운(hot) 및 차가운(cool)의 두 가지 설정이 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 설정이 있을 수 있다. 제어기 (70)는 그런 다음 입력된 설정에 기초하여 적절한 전기 신호들을 출력한다.
도 10은 이 시퀀스를 예시하는 흐름도를 도시한다. 박스 (1000)에 도시된 바와 같이, 제어기 (70)는 입력 디바이스(73)로부터 입력을 수신한다. 이 입력은 페이스 플레이트(40)의 원하는 작동 온도 또는 사용될 공급 가스의 종일 수 있다. 이 입력에 기초하여, 제어기 (70)는 박스 (1010)에 도시된 바와 같이 페이스 플레이트 (40)에 인가될 압축력을 결정한다. 이 압축력은 박스(1020)에 도시된 바와 같이 전압으로 변환된다. 특정 실시 예에서, 제어기는 힘 및 대응 전압을 포함하는 테이블을 이용할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 제어기 (70)는 힘을 전압으로 변환하기 위해 등식을 사용할 수있다. 특정 실시예에서, 제어기(70)는 압축력을 결정하는 중간 프로세스없이 입력 디바이스(73)로부터의 입력을 전압으로 직접 변환할 수 있다. 전압이 결정된 후, 이 전압은 그런 다음 박스(1030)에 도시된 바와 같이 힘 조절기(52)에 인가된다.
본 출원에 기술된 시스템 및 방법은 많은 장점을 갖는다. 전술한 바와 같이, 이온 소스의 페이스 플레이트상의 증착은 공급 가스의 종 및 페이스 플레이트의 온도의 함수일 수 있다는 것이 밝혀졌다. 페이스 플레이트의 온도를 변화시킴으로써, 증착이 감소될 수 있다. 추가적으로, 본 시스템은 진공을 파괴하거나 임의의 컴포넌트에 물리적으로 접근하지 않고 온도를 변화시킬 수 있게 한다. 한 시험에서, 인장 스프링의 스프링 힘이 2 배가 되면 페이스 플레이트의 온도가 70℃ 만큼 감소한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 챔버 벽들과 페이스 플레이트 사이의 압축력을 변화시킴으로써, 페이스 플레이트의 온도가 조작될 수 있어서, 예방 유지 보수 프로세스들 사이에서 개선된 성능 및 더 긴 작동으로 이어진다. 더욱이, 본 시스템은 이온 소스의 구성을 물리적으로 변경할 필요없이 이온 소스 내의 공급 가스가 변경될 수 있게 한다.
본 개시는 본 출원에서 설명된 특정 실시예들에 의해 그 범위가 한정되지 않아야 한다. 실제로, 본 출원에 설명된 것들에 추가하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예 및 수정예는 전술한 설명 및 첨부 도면으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예 및 수정예들은 본 개시의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 비록 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정한 구현의 맥락에서 본 개시 내용이 설명되었지만, 당업자는 그 이용 가능성이 이에 한정되지 않으며 본 발명은 여러 가지 목적으로 여러 가지 환경에서 유리하게 구현된다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 개시되는 청구항들은 본 출원에서 설명되는 본 발명의 전체 효과와 취지에서 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 동적으로 조절가능한 페이스 플레이트 온도를 이용하는 이온 소스에 있어서,
    복수의 챔버 벽들;
    압축력(compressive force)을 사용하여 상기 챔버 벽들에 맞닿아 배치된 페이스 플레이트(faceplate); 및
    상기 페이스 플레이트를 상기 챔버 벽들에 맞닿게 고정하기 위한 하나 이상의 파스너(fastener)들로서, 상기 파스너들에 의해 상기 페이스 플레이트에 가해지는 압축력은 상기 페이스 플레이트의 온도를 조절하기 위해 전자적으로 변화될 수 있는, 상기 하나 이상의 파스너들을 포함하는, 이온 소스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파스너들은 체결 디바이스(fastening device) 및 힘 조절기(force adjuster)를 포함하고, 상기 힘 조절기는 스프링 및 하중(load)을 받을 때 상기 스프링의 길이를 조절하기 위한 전자식 길이 조절기를 포함하는, 이온 소스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전자식 길이 조절기는 압전 액추에이터를 포함하는, 이온 소스.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전자식 길이 조절기는 솔레노이드를 포함하는, 이온 소스.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 전자식 길이 조절기는 서보 모터 및 암(arm)을 포함하고, 상기 암의 근위 단부는 상기 서보 모터의 회전 부분에 부착되는, 이온 소스.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 전자식 길이 조절기는 공압 실린더를 포함하는, 이온 소스.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 전자식 길이 조절기는 서보 모터 및 볼 스크류(ball screw)를 포함하는, 이온 소스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 파스너들은 체결 디바이스 및 힘 조절기를 포함하고, 상기 힘 조절기는 권취 가능한(windable) 코일 스프링; 압전 액추에이터; 솔레노이드; 공압 실린더; 서보 모터 및 볼 스크류; 및 서보 모터 및 암으로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 상기 암의 근위 단부는 상기 서보 모터의 회전 부분에 부착되는, 이온 소스.
  9. 동적으로 조절가능한 페이스 플레이트 온도를 이용하는 이온 소스를 갖는 장치에 있어서,
    상기 이온 소스는,
    복수의 챔버 벽들;
    상기 챔버 벽들에 맞닿아 배치된 페이스 플레이트(faceplate); 및
    상기 페이스 플레이트를 상기 챔버 벽들에 맞닿게 고정하기 위한 하나 이상의 파스너들; 및
    상기 파스너들에 의해 상기 페이스 플레이트에 가해지는 압축력을 조절하기 위해 상기 파스너들과 통신하는 제어기를 포함하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 파스너들은 스프링, 및 하중을 받을 때 상기 스프링의 길이를 조절하기 위해 상기 제어기와 통신하는 전자식 길이 조절기를 포함하는, 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 이온 소스로 도입된 공급 가스 종에 기초하여 상기 압축력을 조절하는, 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제어기는 입력 디바이스를 포함하고, 상기 제어기는 상기 입력 디바이스로부터 수신된 입력에 기초하여 압축력을 조절하는, 장치.
  13. 동적으로 조절가능한 페이스 플레이트 온도를 이용하는 이온 소스에 있어서,
    복수의 챔버 벽들; 및
    상기 챔버 벽들에 맞닿아 배치된 페이스 플레이트로서, 상기 페이스 플레이트의 온도는 상기 페이스 플레이트와 상기 챔버 벽들 사이의 열 전도율을 변화시킴으로써 전자적으로 조절 가능한, 이온 소스.
  14. 제 13 항에 있어서, 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 페이스 플레이트와 상기 챔버 벽들 사이의 압축력을 수정함으로써 열 전도율을 조절하는, 이온 소스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 페이스 플레이트는 스프링 및 전자식 길이 조절기에 의해 상기 챔버 벽들에 맞닿아 유지되며, 상기 전자식 길이 조절기는 하중을 받을 때 상기 스프링의 길이를 조절하고, 상기 제어기는 상기 전자식 길이 조절기를 사용하여 압축력을 수정하는, 이온 소스.

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