KR102646737B1 - 간접 가열식 캐소드 이온 소스 및 이를 동작시키는 방법 - Google Patents

간접 가열식 캐소드 이온 소스 및 이를 동작시키는 방법 Download PDF

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Abstract

전기적으로 분리된 추출 플레이트를 갖는 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 개시된다. 구체적으로, 간접 가열식 캐소드 이온 소스 및 이를 동작시키는 방법이 개시된다. 추출 플레이트를 분리함으로써, 아크 챔버의 몸체와는 상이한 전압이 추출 플레이트에 인가될 수 있다. 추출 플레이트에 더 포지티브한 전압을 인가함으로써, 더 높은 플라즈마 밀도를 가지고 더 효율적인 이온 소스 동작이 달성될 수 있다. 이러한 모드에서, 플라즈마 전위가 증가되며, 정전 쉬스(sheath)는 챔버 벽들로의 전자들의 손실을 감소시킨다. 더 네거티브한 전압을 인가함으로써, 추출 개구에 인접한 이온 풍부 쉬스가 생성될 수 있다. 이러한 모드에서, 추출 플레이트의 컨디셔닝(conditioning) 및 세정은 이온 충돌을 통해 달성된다. 추가로, 특정 실시예들에 있어서, 추출 플레이트에 인가되는 전압은 이온 추출 및 세정이 동시에 발생하는 것을 가능하게 하기 위해 펄스화될 수 있다.

Description

간접 가열식 캐소드 이온 소스 및 이를 동작시키는 방법
본 개시의 실시예들은 이온 소스에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 아크 챔버의 몸체와 독립적으로 바이어싱될 수 있는 전기적으로 분리된 추출 플레이트를 갖는 간접 가열식 캐소드에 관한 것이다.
다양한 유형들의 이온 소스들이 반도체 프로세싱 장비에서 사용되는 이온들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC) 이온 소스는 캐소드 뒤에 배치된 필라멘트에 전류를 공급함으로써 동작한다. 필라멘트는 열이온 전자들을 방출하며, 이들은 캐소드를 향해 가속되어 캐소드를 가열하여 결과적으로 캐소드가 이온 소스의 아크 챔버 내로 전자들을 방출하게끔 한다. 캐소드는 아크 챔버의 일 단부에 배치된다. 반사 전극(repeller)은 캐소드에 대향되는 아크 챔버의 단부 상에 배치된다. 캐소드 및 반사 전극은 전자들을 반사하여 이들을 다시 아크 챔버의 중심을 향해 보내기 위하여 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 콜드 캐소드는 아크 챔버의 대향되는 단부 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전자들을 아크 챔버 내에 추가로 국한시키기 위하여 자기장이 사용된다. 복수의 측면들이 아크 챔버의 2개의 단부들을 연결하기 위해 사용된다.
추출 개구는 챔버의 중심 근처에서 이러한 측면들 중 하나를 따라 배치되며, 이를 통해 아크 챔버 내에서 생성된 이온들이 추출될 수 있다.
IHC 이온 소스들은 어떤 단점들을 겪을 수 있다. 예를 들어, 특정 이온 종이 추출 개구 근처에 증착될 수 있으며, 이는, 추출되는 빔의 비-균일성을 초래할 수 있는 위스커(whisker)들을 형성할 수 있다. 추가적으로, IHC 이온 소스는, 아크 챔버의 중심으로부터 추출 개구로 이동하면서 플라즈마 밀도가 감소하기 때문에 비효율적일 수 있다.
따라서, 이러한 문제를 극복하는 IHC 이온 소스가 존재하는 경우 유익할 것이다. 추가로, IHC 이온 소스가 상이한 동작 모드들 사이에서 용이하게 전환할 수 있는 경우 유익할 것이다.
전기적으로 분리된 추출 플레이트를 갖는 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 개시된다. 추출 플레이트를 분리함으로써, 아크 챔버의 몸체와는 상이한 전압이 추출 플레이트에 인가될 수 있다. 추출 플레이트에 더 포지티브한 전압을 인가함으로써, 더 높은 플라즈마 밀도를 가지고 더 효율적인 이온 소스 동작이 달성될 수 있다. 이러한 모드에서, 플라즈마 전위가 증가되며, 정전 쉬스(sheath)는 챔버 벽들로의 전자들의 손실을 감소시킨다. 추출 플레이트에 더 네거티브한 전압을 인가함으로써, 추출 개구에 인접한 이온 풍부 쉬스가 생성될 수 있다. 이러한 모드에서, 추출 플레이트의 컨디셔닝(conditioning) 및 세정은 이온 충돌을 통해 달성된다. 추가로, 특정 실시예들에 있어서, 추출 플레이트에 인가되는 전압은 이온 추출 및 세정이 동시에 발생하는 것을 가능하게 하기 위해 펄스화될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 개시된다. 간접 가열식 캐소드 이온 소스는, 제 1 단부 및 제 2 단부를 연결하는 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 및 몸체로부터 전기적으로 분리된, 이를 통해 이온들이 추출되는 추출 개구를 포함하는 추출 플레이트로서, 몸체 및 추출 플레이트는 폐쇄된 체적을 형성하는, 추출 플레이트; 및 아크 챔버의 제 1 단부 상에 배치되는 간접 가열식 캐소드를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 추출 플레이트와 연통하는 추출 전원 공급장치를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 추출 전원 공급장치는 바이폴라 전원 공급장치이다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 전원 공급장치는 추출 플레이트에 펄스형 DC 전압을 공급한다. 특정 실시예들에 있어서, 제어기는 추출 전원 공급장치와 통신한다. 특정 실시예들에 있어서, 간접 가열식 캐소드는 몸체에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에 있어서, 추출 플레이트는 몸체와는 상이한 전위로 바이어싱된다.
다른 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 간접 가열식 캐소드 이온 소스를 동작시키는 방법이 개시된다. 방법은, 아크 챔버 내에서 공급가스를 이온화하는 단계; DC 전압을 추출 플레이트에 인가하는 단계; 추출 개구를 통해 이온들을 추출하기 위해 추출 개구에 인접하여 아크 챔버 외부에 배치된 전극에 네거티브 전압을 인가하는 단계; 및 아크 챔버를 세정하기 위해, DC 전압과는 상이한 세정 전압을 추출 플레이트에 인가하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, DC 전압은 아크 챔버의 몸체에 인가되는 전압과 동일하다. 일부 실시예들에 있어서, DC 전압은 아크 챔버의 몸체에 인가되는 전압보다 더 포지티브하다. 일부 실시예들에 있어서, 세정 전압은 아크 챔버의 몸체에 인가되는 전압보다 더 네거티브한 DC 전압이다. 일부 실시예들에 있어서, 세정 전압은, 네거티브 전압과 제 2 전압 사이에서 전환되는 펄스형 DC 전압을 포함하며, 여기에서 제 2 전압은 아크 챔버의 몸체에 인가되는 전압과 동일하거나 또는 이보다 더 크다. 특정 실시예들에 있어서, 네거티브 전압은, 아크 챔버가 세정되고 있는 동안 이온들이 추출되도록 세정 전압이 추출 플레이트에 인가되는 동안 전극에 인가된다.
다른 실시예에 따르면, 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 개시된다. 이온 소스는, 제 1 단부 및 제 2 단부를 연결하는 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 및 몸체로부터 전기적으로 분리된, 이를 통해 이온들이 추출되는 추출 개구를 포함하는 추출 플레이트로서, 몸체 및 추출 플레이트는 폐쇄된 체적을 형성하고는, 추출 플레이트를 포함하는, 아크 챔버; 아크 챔버의 제 1 단부 상에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 추출 플레이트와 연통하는 추출 전원 공급장치; 및 이온 소스가 복수의 모드들로 동작하는 것을 가능하게 하기 위해 추출 전원 공급장치와 통신하는 제어기를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 복수의 모드들 중 하나는 세정 모드를 포함하며, 여기에서 세정 모드 동안, 아크 챔버 내로부터의 이온들이 추출 플레이트와 충돌한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온들은 세정 모드 동안 추출 개구를 통해 추출된다. 특정 실시예들에 있어서, 복수의 모드들 중 하나는 향상된 동작 모드를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 추출 개구에서의 플라즈마 밀도는 향상된 동작 모드 동안 적어도 100%만큼 증가된다.
다른 실시예에 따르면, 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 개시된다. 이온 소스는, 제 1 단부 및 제 2 단부를 연결하는 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 및 몸체로부터 전기적으로 분리된, 이를 통해 이온들이 추출되는 추출 개구를 포함하는 추출 플레이트로서, 몸체 및 추출 플레이트는 폐쇄된 체적을 형성하고는, 추출 플레이트를 포함하는, 아크 챔버; 및 아크 챔버의 제 1 단부 상에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 추출 플레이트와 연통하는 추출 전원 공급장치로서, 추출 전원 공급장치는 펄스형 DC 전압을 추출 플레이트에 공급하며, 펄스형 DC 전압은 네거티브 전압으로부터 제 2 전압으로 전환되고, 제 2 전압은 몸체에 인가되는 전압과 동일하거나 또는 더 큰, 추출 전원 공급장치를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 전극은 아크 챔버 외부에 그리고 추출 개구에 인접하여 배치되며; 여기에서 네거티브 전압이 전극에 인가되어, 펄스형 DC 전압이 추출 플레이트에 인가되는 동안 이온들이 추출 개구를 통해 추출된다.
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 일 실시예에 따른 상이한 동작 모드들을 보여주는 타이밍도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 IHC 이온 소스의 세정을 보여주는 타이밍도를 도시한다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 IHC 이온 소스의 세정을 보여주는 타이밍도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른, 이온들이 추출되는 동안의 IHC 이온 소스의 세정을 보여주는 타이밍도를 도시한다.
도 6은 제 2 실시예에 따른, 이온들이 추출되는 동안의 IHC 이온 소스의 세정을 보여주는 타이밍도를 도시한다.
도 7은 다른 실시예에 따른, 이온들이 추출되는 동안의 IHC 이온 소스의 컨디셔닝을 보여주는 타이밍도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에서 IHC 이온 소스를 세정하는 방법을 도시한다.
도 9는 도 1의 IHC 이온 소스를 사용하는 이온 주입 시스템을 도시한다.
도 1은 일 실시예에 따른 IHC 이온 소스(10)를 도시한다. IHC 이온 소스(10)는 아크 챔버(100)를 포함한다. 아크 챔버(100)는 2개의 대향되는 단부들 및 이러한 단부들을 연결하는 벽들(101)을 갖는 몸체를 갖는다. 아크 챔버(100)의 단부들 및 벽들(101)은 전기 전도성 재료로 구성될 수 있으며, 서로 전기적으로 연통할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 라이너(liner)가 벽들(101) 중 하나 이상의 근처에 배치될 수 있다. 캐소드(110)는 아크 챔버(100)의 제 1 단부(104)에서 아크 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 아크 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 끌어당겨진다. 특정 실시예들에 있어서, 캐소드(110)는, 예컨대 바이어스 전원 공급장치(111)에 의해 아크 챔버(100)에 대해 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 캐소드(110)는, 아크 챔버(100)의 벽들(101)과 동일한 전위에 있도록 아크 챔버(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 바이어스 전원 공급장치(111)가 이용되지 않을 수 있으며, 캐소드(110)는 아크 챔버(100)의 벽들(101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 아크 챔버(100)는 전기적 접지에 연결된다.
반사 전극(120)은 제 1 단부(104)에 대향되는 제 2 단부(105) 상에 배치될 수 있다. 반사 전극(120)은 반사 전극 바이어스 전원 공급장치(123)에 의해 아크 챔버(100)에 대해 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 반사 전극(120)은, 아크 챔버(100)의 벽들(101)과 동일한 전위에 있도록 아크 챔버(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 반사 전극 바이어스 전원 공급장치(123)가 이용되지 않을 수 있으며, 반사 전극(120)은 아크 챔버(100)의 벽들(101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 반사 전극(120)이 이용되지 않는다.
또 다른 실시예들에 있어서, 콜드 캐소드는 제 2 단부(105) 상에 배치될 수 있다.
캐소드(110) 및 반사 전극(120)은 각기 금속 또는 흑연과 같은 전기 전도성 재료로 만들어진다.
아크 챔버(100)의 몸체를 구성하는 컴포넌트들은 모두 서로 전기적으로 그리고 기계적으로 결합된다. 다시 말해서, 제 1 단부(104), 제 2 단부(105) 및 벽들(101)은 모두 동일한 전기적 전위에 있다.
특정 실시예들에 있어서, 자기장(190)이 아크 챔버(100) 내에 생성된다. 이러한 자기장(190)은 전자들을 일 방향을 따라서 국한시키도록 의도된다. 자기장(190)은 전형적으로 제 1 단부(104)로부터 제 2 단부(105)까지 벽들(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.
추가로, IHC 이온 소스(10)는, 이를 통해 이온화될 공급 가스가 아크 챔버(100)로 도입되는 가스 입구(106)를 또한 포함한다.
아크 챔버(100)의 일 측면은 추출 플레이트(103)로서 지칭된다. 추출 플레이트(103)는 추출 개구(140)를 포함한다. 도 1에서, 추출 개구(140)는 X-Y 평면에 평행한(페이지에 수직한) 측면 상에 배치된다. 추출 플레이트(103)는 금속 또는 흑연과 같은 전기 전도성 재료로 만들어진다.
추출 플레이트(103)는 절연체들(141)의 사용을 통해 아크 챔버(100)의 몸체로부터 전기적으로 분리된다. 이상에서 언급된 바와 같이, 제 1 단부(104), 제 2 단부(105) 및 벽들(101)은 공통 전위로 유지된다. 이것은 접지일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 이러한 컴포넌트들은 전원 공급장치를 사용하여 바이어싱될 수 있다. 본원에서 사용되는 구절 "아크 챔버의 몸체"는, 제 1 단부(104), 제 2 단부(105) 및 챔버 벽들(101)을 지칭한다.
이상에서 언급된 바와 같이, 추출 플레이트(103)는 절연체들(141)의 사용을 통해 아크 챔버(100)의 몸체로부터 전기적으로 분리된다. 구체적으로, 절연체들(141)은 챔버 벽들(101), 제 1 단부(104) 및 제 2 단부(105) 중 2개로부터 추출 플레이트(103)를 분리할 수 있다. 이러한 절연체들(141)은 붕소 질화물(BN), 알루미나(Al2O3) 및 다른 재료들과 같은 유전체 대료로 구성될 수 있다.
조립될 때, 아크 챔버(100)의 추출 플레이트(103) 및 몸체는 폐쇄된 체적을 형성한다. 공급 가스는 가스 입구(106)를 통해 이러한 폐쇄된 체적에 진입하며, 이러한 폐쇄된 체적 내에서 이온화되고 이온들이 추출 개구(140)를 통해 이러한 폐쇄된 체적을 빠져나온다.
추출 플레이트(103)는 추출 전원 공급장치(145)를 사용하여 독립적으로 바이어싱된다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 전원 공급장치(145)는 아크 챔버(100)의 몸체를 기준으로 한다. 추출 전원 공급장치(145)는, 아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 포지티브하거나 또는 네거티브한 전압들을 추출 플레이트(103)에 공급할 수 있는 바이폴라 직류(direct current; DC) 전원 공급장치일 수 있다.
아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 포지티브하게 바이어싱된 추출 플레이트(103)는 더 높은 플라즈마 밀도에서 효율적인 이온 소스 동작을 제공한다. 이러한 모드에서, 플라즈마 전위가 증가되며, 정전 쉬스는 챔버 벽들로의 전자들의 손실을 감소시킨다.
반대로, 아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 네거티브하게 바이어싱된 추출 플레이트(103)는 추출 개구(140)에 인접한 이온 풍부 쉬스의 생성을 가능하게 한다. 그러면, 추출 플레이트의 컨디셔닝 및 세정은 이온 충돌을 통해 달성된다. 비제한적으로 -50 V 내지 -200 V와 같은 상대적으로 낮은 DC 네거티브 바이어스 전압들이 추출 플레이트(103) 상의 증착물들의 제거를 위해 사용될 수 있다. 최대 -1000 V 및 그 이상에 이르는 더 높은 네거티브 DC 전압들에서, 추출 플레이트(103)의 온도 제어가 가능하다.
특정 실시예들에 있어서, 추출 전원 공급장치(145)는 펄스형 DC 전압을 제공할 수 있다. 이러한 특수 케이스에서, 추출 플레이트(103)의 동시 이온 추출 및 세정은 DC 이온 빔 추출과 동기화된 펄싱을 사용하는 균일한 펄싱에 의해 실현된다.
다른 실시예에 있어서, 복수의 상이한 전원 공급장치들이 하나 이상의 스위치들의 사용을 통해 추출 플레이트(103)와 전기적으로 연통할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치는 아크 챔버(100)의 몸체에 추출 플레이트(103)를 직접적으로 연결하기 위해 사용될 수 잇다. 추가적인 스위치들은 추출 플레이트(103)에 하나 이상의 전원 공급장치들을 전기적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다.
하나 이상의 전극(200)은 추출 개구(140) 근처에서 아크 챔버(100) 외부에 배치될 수 있다. 네거티브 전압이 전극들(200)에 인가될 때, IHC 이온 소스(10) 내부로부터의 포지티브 이온들이 추출 개구(140)를 통해 그리고, 전극들(200)로부터 하류측에 위치된 작업물을 향해 가속된다. 각각의 전극은 그 안에 배치된 개구를 갖는 단일의 전기 전도성 컴포넌트일 수 있다. 전극들(200)은 텅스텐, 몰리브데넘 또는 티타늄과 같은 금속일 수 있다. 전극 전원 공급장치(201)는 추출 개구(140)를 통해 이온들을 끌어당기기 위하여 아크 챔버(100)의 몸체에 대하여 전극들(200) 중 하나 이상을 바이어싱하기 위해 사용될 수 있다.
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. 예를 들어, 제어기(180)는, IHC 이온 소스(10)가 이하에서 설명되는 모드들에 진입하는 것을 가능하게 하기 위해 추출 전원 공급장치(145)와 통신할 수 있다. 제어기(180)는 또한, 본원에서 설명되는 바와 같이 전극들을 바이어싱하기 위해 전극 전원 공급장치(201)와 통신할 수 있다.
도 9는 도 1의 IHC 이온 소스(10)를 사용하는 이온 주입 시스템을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 전극들(200)은 이온 소스(10)의 추출 개구 외부에 그리고 이에 근접하여 배치된다.
질량 분석기(210)가 전극들(200)로부터 하류측에 위치된다. 질량 분석기(210)는 추출된 이온들(1)의 경로를 가이드하기 위하여 자기장을 사용한다. 자기장은 그들의 질량 및 전하에 따라 이온들의 비행 경로에 영향을 준다. 분해(resolving) 개구(221)를 갖는 질량 분해 디바이스(220)는 질량 분석기(210)의 출력, 또는 원위 단부에 배치된다. 자기장의 적절한 선택에 의해, 선택된 질량 및 전하를 갖는 이러한 이온들(1)만이 분해 개구(221)를 통해 보내질 것이다. 다른 이온들은 질량 분해 디바이스(220) 또는 질량 분석기(210)의 벽에 충돌할 것이며, 시스템 내에서 추가로 이동하지 않을 것이다.
콜리메이터(collimator)(230)는 질량 분해 디바이스(220)로부터 하류측에 배치될 수 있다. 콜리메이터(230)는 분해 개구(221)를 통과하는 이온들(1)을 받고, 복수의 평행한 또는 거의 평행한 빔렛(beamlet)들로 형성된 리본 이온 빔을 생성한다. 질량 분석기(210)의 출력 또는 원위 단부 및 콜리메이터(230)의 입력 또는 근위 단부는 고정된 거리로 이격될 수 있다. 질량 분해 디바이스(220)는 이러한 2개의 컴포넌트들 사이의 공간 내에 배치된다.
가속/감속 스테이지(240)가 콜리메이터(230)로부터 하류측에 위치될 수 있다. 가속/감속 스테이지(240)는 에너지 퓨리티 모듈(energy purity module)로 지칭될 수 있다. 에너지 퓨리티 모듈은, 이온 빔의 편향, 감속, 및 포커싱을 독립적으로 제어하도록 구성된 빔-라인 렌즈 컴포넌트이다. 예를 들어, 에너지 퓨리티 모듈은 수직 정전 에너지 필터(vertical electrostatic energy filter; VEEF) 또는 정전 필터(electrostatic filter; EF)일 수 있다. 작업물(250)은 가속/감속 스테이지(240)로부터 하류측에 위치된다.
도 1로 돌아가면, 전기적으로 분리된 추출 플레이트(103) 및 추출 전원 공급장치(145)의 포함은 복수의 상이한 모드들로 IHC 이온 소스(10)를 동작시키는 능력을 가능하게 한다.
통상적인 동작 모드로 지칭되는 제 1 모드에서, 추출 플레이트(103)는 아크 챔버(100)의 몸체와 동일한 전위로 유지된다. 추가로, 전극(200)은 IHC 이온 소스(10)로부터 이온들을 추출하기 위해 이러한 모드에서 네거티브하게 바이어싱된다.
통상적인 동작 모드와 연관 일부 단점들이 존재할 수 있음이 밝혀졌다. 예를 들어, 테스트는, IHC 이온 소스(10)가, 플라즈마 밀도가 Z-방향을 따라 추출 개구(140)를 향해 아크 챔버(100)의 중심(108)으로부터 움직이는 가파른 구배(gradient)를 나타내기 때문에 비효율적임을 보여주었다. 예를 들어, 추출 개구(140)에서의 이온 밀도는 아크 챔버(100)의 중심(108)에서의 이온 밀도의 10%일 수 있다.
추가로, 반사 전극(120) 및 챔버 벽들(101) 상의 증착물은 캐소드(110)와 챔버 벽들(101) 사이에 단락-회로를 초래할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 통상적인 동작 모드에서 플라즈마 전위는 약 4 eV이며, 한편 전자 온도는 약 8 eV이다. 이는, 전자들이 자기장을 따라 용이하게 이동하고 제 1 단부(104) 및 제 2 단부(105)로 손실되는 것을 가능하게 한다.
추가로, 추출 개구(140) 상의 위스커 성장이 이온 빔 균일성을 열화시킨다. 위스커 성장은, 공급 가스가 탄소 또는 탄소-함유 종일 때 발생할 수 있다. 이러한 조건들은 IHC 이온 소스(10)의 수명을 제한하며, 글리칭(glitching)의 가능성을 증가시킨다.
전기적으로 분리된 추출 플레이트(103) 및 추출 전원 공급장치(145)의 포함은 이상에서 언급된 단점들을 해결하는 동작 모드들을 가능하게 한다.
제 2 동작 모드는 향상된 동작 모드로 지칭된다. 향상된 동작 모드에서, 추출 플레이트(103)는 아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 포지티브 전압으로 바이어싱된다. 이러한 모드는 주어진 소스 전력에서 더 효율적인 빔 동작, 향상된 플라즈마 밀도 및 도펀트 분별화를 가능하게 한다.
향상된 동작 모드에서, 추출 플레이트(103)는 아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 약 50V 내지 100V로 바이어싱될 수 있다. 물론, 다른 전압들이 또한 사용될 수 있다. 이러한 바이어스는 플라즈마 전위를 증가시키도록 역할한다. 이는 특히 추출 개구(140) 근처에 전자 풍부 쉬스를 생성하도록 역할한다. 정전 쉬스가 또한 제 1 단부(104) 및 제 2 단부(105)로의 전자들의 상실을 감소시킬 것이다. 그 대신, 전자들은 추출 플레이트(103)를 향해 끌어당겨질 것이다. 그러나, 전자들은 자기장(190)에 기인하여 이러한 방향에서 다소 제한된다.
추출 플레이트(103)를 향한 향상된 전자 확산은 추출 개구(140) 근처에 플라즈마 밀도를 증가시키도록 역할한다. 구체적으로, 전자 확산은 추출 플레이트(103) 근처의 공급 가스의 이온화를 향상시킨다. 하나의 테스트에서, 아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 60V의 전압이 추출 플레이트(103)에 인가되었다. 100%가 넘는 플라즈마 밀도의 증가가 추출 개구(140) 근처에서 측정되었다. 30%의 플라즈마 밀도의 증가가 아크 챔버(100)의 중심(108)에서 측정되었다.
향상된 동작 모드는 모노머 이온 산물에 대하여 더 낮은 소스 전력 및 더 높은 플라즈마 밀도에서의 더 높은 분별화를 야기한다. 추가로, 향상된 동작 모드에서, 전극(200)은 IHC 이온 소스(10)로부터 이온들을 추출하기 위해 네거티브하게 바이어싱된다.
향상된 동작 모드에서 사용할 적절한 포지티브 전압의 선택은 다수의 인자들의 고려 사항을 포함할 수 있다. 구체적으로, 포지티브 전압이 증가됨에 따라, 추출 개구(140) 근처의 플라즈마 밀도가 계속해서 증가한다. 그러나, 포지티브 전압이 증가함에 따라, 더 많은 전자들이 추출 플레이트(103)와 충돌할 수 있으며, 이는 이것의 온도를 상승시킨다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 플레이트(103)의 최대 온도는 추출 플레이트(103)의 물리적인 속성들에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 온도는 추출 플레이트(103)의 용융점 아래의 온도로 유지될 수 있다. 추가로, 추출 플레이트(103)의 증가된 온도는 플라즈마 자체의 증가된 온도를 야기할 수 있다. 이는 형성되는 이온 종 및 이온들의 분별화에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 향상된 동작 모드에 대한 적절한 포지티브 전압은 공급 가스, 추출 플레이트 재료, 희망되는 이온 종 및 다른 고려 사항들의 함수일 수 있다.
제 3 모드는 세정 모드로 지칭된다. 세정 모드에서, 추출 플레이트(103)는 아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 네거티브하게 바이어싱된다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 플레이트(103)는 아크 챔버(100)의 몸체에 비하여 100V 내지 500V 사이로 네거티브하게 바이어싱될 수 있지만, 다른 전압들이 사용될 수 있다.
세정 모드에서, 이온 풍부 쉬스가 추출 개구(140) 근처에 생성된다. 추출 플레이트(103)의 세정은 이온 충돌을 통해 달성된다. 구체적으로, 추출 플레이트(103)가 아크 챔버(100)의 몸체 및 플라즈마 전위에 비하여 네거티브하게 바이어싱되기 때문에, 포지티브 이온들이 추출 플레이트(103)를 향해 가속된다. 포지티브 이온들의 충돌은 추출 플레이트(103)로부터 재료를 스퍼터링하도록 역할한다. 추가로, 포지티브 이온들의 충돌은 또한 추출 플레이트(103)의 온도를 증가시키도록 역할한다. 따라서, 추출 플레이트(103)에 인가되는 네거티브 전압은, 희망되는 경우, 위스커 성장 및/또는 증착물을 억제하기 위한 추가 제어 노브(knob)로서 역할한다.
세정 모드에서 사용할 적절한 네거티브 전압의 선택은 다수의 인자들의 고려 사항을 포함할 수 있다. 구체적으로, 네거티브 전압이 더 네거티브해짐에 따라, 추출 플레이트(103)에 충돌하는 포지티브 이온들의 수 및 속도가 증가한다. 충분히 네거티브한 전압은 포지티브 이온들이 추출 플레이트(103) 상의 증착물들이 아니라 추출 플레이트 자체를 스퍼터링하게끔 할 수 있다. 추가로, 추출 플레이트(103)의 충돌은 또한 추출 플레이트(103)의 온도를 상승시킨다. 따라서, 네거티브 전압의 크기 및 이것의 지속 기간은, 세정 모드 동안 추출 플레이트(103)가 손상되지 않음을 보장하기 위해 고려되는 기준이다.
특정 실시예들에 있어서, 전극(200)은 IHC 이온 소스(10)로부터의 이온들의 추출을 억제하기 위해 세정 모드에서 아크 챔버(100)의 몸체에 비해 포지티브하게 바이어싱된다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 전극은, 세정 모드에서 IHC 이온 소스로부터 포지티브 이온들이 추출될 수 있도록 네거티브하게 바이어싱된다.
이러한 다양한 모드들은 다양한 방식들로 호출될 수 있다. 예를 들어, 도 2는, 아크 챔버(100)의 몸체를 기준으로 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압이 수직 축 상에 도시되는 타이밍도를 도시한다. 수평 축은 시간을 나타낸다. 이러한 대표적인 도면에서, IHC 이온 소스(10)는 지속기간 T1 동안 통상적인 동작 모드로 동작하기 시작한다. 이러한 모드는 특정 이온 종의 추출을 위해 유용할 수 있다. 이러한 시간의 지속 기간 이후에, 추출 플레이트(103)를 세정하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 지속 기간 T2 동안 네거티브 전압을 추출 플레이트(103)에 인가함으로써 달성될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 네거티브 전압은 아크 챔버(100) 내부로부터의 포지티브 이온들이 추출 플레이트(103)를 향해 가속되는 것을 초래할 수 있으며, 이는 추출 플레이트(103) 상의 이전에 증착된 재료의 스퍼터링을 야기한다.
세정 프로세스가 완료된 이후에, IHC 이온 소스(10)는 동작 모드들 중 하나로 복귀할 수 있다. 예를 들어, IHC 이온 소스(10)는 지속 기간 T3 동안 향상된 동작 모드에 진입할 수 있다. 이는 추출 플레이트(103)에 포지티브 전압을 인가함으로써 달성된다. 상이한 실시예에 있어서, IHC 이온 소스(10)는 통상적인 동작 모드로 복귀할 수 있다. 지속 기간 T3 이후에, IHC 이온 소스(10)는 다시 세정될 수 있다. 지속 기간 T3은 지속 기간 T1과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 그런 다음, 네거티브 전압이 지속 기간 T4 동안 다시 추출 플레이트(103)에 인가된다.
동작 모드 다음에 세정 모드가 이어지는 이러한 시퀀스가 무한하게 계속될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제어기(180)는, 마지막 세정으로부터 경과된 시간의 양을 모니터링하고 세정 모드를 호출할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 세정 모드는, IHC 이온 소스(10)에 의해 사용되는 레시피가 변화될 때 호출될 수 있다. 물론, 다른 기준이 또한 세정 모드가 호출될 때를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
추가로, 이상에서 설명된 바와 같이, 특정 실시예들에 있어서, 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압이 펄스화될 수 있다. 본원에서 설명되는 모드들은, 펄스형 DC 전원 공급장치를 사용하여 다양한 시점들에 호출될 수 있다. 일부 예들이 도 3 내지 도 7에 도시된다. 이러한 도면들의 각각에서, 수직 축은 아크 챔버(100)의 몸체를 기준으로 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압을 나타낸다. 수평 축은 시간을 나타낸다.
특정 실시예들에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 세정 모드는 프로세스들 사이에서 호출될 수 있다. 일 실시예에 있어서, IHC 이온 소스(10)는 시간 기간 동안 통상적인 동작 모드로 동작될 수 있다. 이러한 시간 기간 이후에, IHC 이온 소스(10)의 내부가 세정될 것이 결정될 수 있다. 따라서, 세정 모드는, 아크 챔버의 몸체에 비하여 펄스형 네거티브 전압을 추출 플레이트(103)에 인가함으로써 호출된다. 세정이 완료된 이후에, IHC 이온 소스(10)는 통상적인 또는 향상된 동작 모드로 복귀한다. 세정 모드 이후에 수행되는 프로세스는 세정 모드 이전에 사용되었던 것과 동일한 레시피를 사용할 수 있거나, 또는 상이한 레시피를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어기(180)는, 마지막 세정으로부터 경과된 시간의 양을 모니터링하고 세정 모드를 호출할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 세정 모드는, IHC 이온 소스(10)에 의해 사용되는 레시피가 변화될 때 호출될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 세정 모드는, 도 2에 도시된 바와 같이, 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압이 네거티브로 남아 있는 동안의 연장된 시간 기간일 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 세정 모드는, 네거티브 전압과 아크 챔버(100)의 몸체에 인가되는 전압과 동일할 수 있는 제 2 전압 사이에서 전환하기 위해 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압이 펄스화되는 연장된 시간 기간일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 세정 모드는, 네거티브 전압과 아크 챔버(100)의 몸체에 인가되는 전압보다 더 큰 제 2 전압 사이에서 전환하기 위해 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압이 펄스화되는 연장된 시간 기간일 수 있다. 이러한 제 2 전압은 최대 100V 또는 그 이상일 수 있다. 이러한 바이폴라 펄스들은, 포지티브 펄스들 동안 플라즈마 개구를 가열하기 위해 전자들을 가속하기 위하여 그리고 네거티브 펄스 동안 플라즈마 개구로부터 증착물들을 스퍼터링하기 위해 이온들을 가속하기 위하여 사용된다. 펄스들의 진폭, 주파수, 및 및 듀티 사이클은 특정 플라즈마 조건들에 의존하여 튜닝되고 조정될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 주입은 세정 모드 동안 수행되지 않는다. 다시 말해서, 추출 개구(140) 외부에 배치된 전극들(200)에 대한 전압은 이온들의 추출을 억제하기 위하여 IHC 이온 소스(10)에 대하여 중성이거나 또는 포지티브일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 펄스형 DC 전압은 -100V 내지 -1000V와 같은 네거티브 전압과 제 2 전압 사이에서 전환될 수 있다. 제 2 전압은 아크 챔버(100)의 몸체에 인가되는 것과 동일할 수 있거나, 또는 그 전압보다 더 클 수 있다. 이러한 펄스형 전압의 주파수는 0.1 kHz보다 더 클 수 있으며, MHz 범위 내일 수 있다. 추출 플레이트(103)가 경험하는 부식의 양은 펄스형 DC 전압의 진폭, 주파수 및 듀티 사이클의 함수이다.
다른 실시예들에 있어서, 이온 주입은 세정 모드 동안 수행된다. 다시 말해서, 추출 개구(140) 외부에 배치된 전극들(200)에 대한 전압은 IHC 이온 소스(10)에 대하여 네거티브일 수 있다.
펄스형 DC 전압의 사용은 세정 모드 동안 이온들의 추출이 계속되는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에 있어서, 펄스형 DC 전압은 -100V 내지 -1000V와 같은 네거티브 전압과 제 2 전압 사이에서 전환될 수 있다. 제 2 전압은 아크 챔버(100)의 몸체에 인가되는 것과 동일할 수 있거나, 또는 그 전압보다 더 클 수 있다. 이러한 펄스형 전압의 주파수는 0.1 kHz보다 더 클 수 있으며, MHz 범위 내일 수 있다. 전자들의 질량이 포지티브 이온들의 질량보다 훨씬 더 작기 때문에, 전자들은 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압의 변화에 훨씬 더 빠르게 반응하다. 따라서, 이러한 전압의 빠른 전환들은 IHC 이온 소스(10) 내의 포지티브 이온들에 최소로 영향을 줄 수 있다. 따라서, 이온 빔은, 심지어 세정 모드가 사용될 때에도 IHC 이온 소스(10)로부터 추출될 수 있다. 도 5는, 전극(200)에 인가되는 전압이 심지어 세정 모드 동안에도 이온들을 추출하기 위해 네거티브로 남아 있다는 점을 제외하면 도 4와 유사하다. 추가로, 펄스형 DC 전압의 주파수는, 세정 모드 동안 이온들이 추출될 때 더 클 수 있다. 예를 들어, 세정 모드에 대하여 1 MHz보다 더 큰 것과 같은 매우 높은 주파수의 펄스들의 사용은, 이온들의 추출이 중단되지 않는다는 것 및 짧은 펄스들이 이온 빔의 추출에 대해 그리고 소스 동작에 대해 투명(transparent)하다는 것을 보장한다.
도 6에 도시된 다른 실시예에 있어서, 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압은 향상된 동작 모드를 이용하기 위해 포지티브일 수 있다. 그런 다음 네거티브 DC 펄스들이 향상된 동작 동안 추출 플레이트(103)를 세정하기 위해 인가된다. 예를 들어, 추출 플레이트(103)에 대한 약 +60V의 전압의 인가는 추출 개구(140)에서 전자 풍부 쉬스들을 생성하기 위한 짧은 마이크로초 펄스들과 함께 사용될 수 있다. 이러한 방법은 추출 플레이트(103)의 향상된 가열을 생성하며, 이는 코팅 및 위스커 성장을 방지할 수 있다. 이러한 열은 주변 가스로 전달되며, 이는 결과적으로 이온-중성입자 및 전자-중성입자 충돌들에 영향을 준다. 추가적인 가열은 시스템의 열적 부하를 증가시키지 않고 발생한다. 짧은 네거티브 펄스들을 추가한 포지티브 전압의 인가는 추출 개구(140) 근처의 아크 챔버 내의 전자들의 교차-확산을 향상시킨다. 펄스형 전압의 주파수 및 듀티 사이클은, dc 추출이 동요되지 않도록 해야 하는 것이다. 나노초 펄스들(<10 ns 상승 시간)이 사용될 때, 증착이 제어될 수 있다. 나노초 펄스들은 이온화 대 해리의 비율 및 다른 플라즈마 파라미터들을 조절할 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압은 네거티브일 수 있으며, 이는 추출 플레이트의 연속적인 세정을 제공한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 짧은 포지티브 펄스들은 IHC 이온 소스(10)를 컨디셔닝하기 위해 사용될 수 있다.
이상에서 언급된 바와 같이, 세정 모드 동안 사용되는 펄스형 DC 전압들은, 이온들이 아크 챔버(100)로부터 추출되는 동안 제공될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 전극(200)에 인가되는 전압은, 이온들이 세정 모드 동안 아크 챔버(100)로부터 추출되지 않도록 수정된다.
IHC 이온 소스(10)의 동작은 도 8에서 설명된다. 먼저, 프로세스(800)에 도시된 바와 같이 공급 가스가 아크 챔버(100) 내에서 이온화된다. 프로세스(810)에 도시된 바와 같이, DC 전압이 추출 플레이트(103)에 인가된다. 특정 실시예들에 있어서, 이는 공급 가스의 이온화 이전에 수행된다. 이러한 DC 전압은 몸체에 대하여 0 V(즉, 통상적인 동작 모드)일 수 있거나, 또는 포지티브 전압(즉, 향상된 동작 모드)일 수 있다. 그런 다음, 프로세스(820)에 도시된 바와 같이, 추출 개구(140)를 통해 이온들을 추출하기 위해 네거티브 전압이 전극(200)에 인가된다. 이러한 시점에, IHC 이온 소스(10)는, 추출 개구(140)를 통해 추출되며 이온 주입을 위해 사용되는 이온들을 생성한다.
시간의 간격 이후에, 세정 프로세스가 희망될 수 있다. 이는, 프로세스(830)에 도시된 바와 같이, 추출 플레이트(103)에 세정 전압을 인가함으로써 달성된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 특정 실시예들에 있어서, 세정 전압은 네거티브 DC 전압이다. 다른 실시예들에 있어서, 세정 전압은, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, -100V 내지 -1000V 사이일 수 있는 네거티브 전압과 제 2 전압 사이에서 전환되는 펄스형 DC 전압이다. 이러한 제 2 전압은, 도 3에 도시된 바와 같이, 아크 챔버의 몸체에 인가되는 것과 동일한 전압일 수 있다. 대안적으로, 이러한 제 2 전압은, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 포지티브 전압일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이러한 제 2 전압은, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 프로세스(810) 동안 추출 플레이트(103)에 인가되는 전압이다.
전극에 인가되는 네거티브 전압이 수정되지 않는 경우, 이온들은 프로세스(830) 동안 계속해서 추출될 것이다. 그러나, 이온 주입이 세정 모드 동안 억제되어야 하는 경우, 전극(200)에 인가되는 전압은 프로세스(830) 이전에 수정될 수 있다.
세정 모드가 완료될 때, 프로세스(840)에 도시된 바와 같이, DC 전압이 다시 추출 플레이트(103)에 인가된다. 이전에 이온 주입이 억제된 경우, 네거티브 전압은 프로세스(840) 이후에 전극(200)으로 복원된다.
본 출원에서 이상에서 설명된 실시예들은 다수의 이점들을 가질 수 있다. 먼저, 아크 챔버 내의 플라즈마 밀도는, 아크 챔버(100)의 중심(108)으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소하는 것으로 알려져 있다. 추출 플레이트를 전기적으로 분리함으로써, 포지티브 전압이 추출 플레이트(103)에 인가될 수 있다. 이러한 포지티브 전압은 추출 플레이트(103) 근처의 영역들에서 증가된 충돌들을 야기한다. 이는 추출 플레이트(103) 근처에 증가된 플라즈마 밀도를 야기한다. 이상에서 언급된 바와 같이, 하나의 테스트에서, 추출 플레이트(103)가 아크 챔버(100)의 몸체에 대하여 60V로 바이어싱되었을 때, 100%가 넘는 플라즈마 밀도의 증가가 측정되었다.
추가적으로, 추출 플레이트에 대한 네거티브 전압의 인가는 이온들이 추출 플레이트(103)와 충돌하게끔 한다. 이는 추출 플레이트의 온도를 증가시키며 또한 추출 플레이트 상에 증착된 임의의 증착물들을 스퍼터링한다.
추가로, 전기적으로 분리된 추출 플레이트에 대한 펄스형 전압의 인가를 통해, 아크 챔버의 내부를 세정하면서 또한 아크 챔버로부터 이온들을 추출하는 것이 가능하다.
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 (15)

  1. 간접 가열식 캐소드 이온 소스로서,
    아크 챔버로서,
    상기 아크 챔버의 제 1 단부 및 제 2 단부를 연결하는 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 및
    상기 몸체로부터 전기적으로 분리된, 이온들이 추출되는 추출 개구를 포함하는 추출 플레이트로서, 상기 몸체 및 상기 추출 플레이트는 폐쇄된 체적을 형성하는, 상기 추출 플레이트를 포함하는, 상기 아크 챔버;
    상기 아크 챔버의 상기 제 1 단부 상에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 및
    상기 추출 플레이트와 연통하는 추출 전원 공급장치를 포함하며,
    상기 추출 전원 공급장치는 상기 추출 플레이트에 펄스형 DC 전압을 공급하고, 상기 펄스형 DC 전압은 네거티브 전압으로부터 제 2 전압으로 전환되며, 상기 제 2 전압은 상기 몸체에 인가되는 전압과 동일하거나 또는 더 큰, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추출 전원 공급장치는 바이폴라 전원 공급장치인, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 간접 가열식 캐소드는 상기 몸체에 전기적으로 연결되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 간접 가열식 캐소드 이온 소스는 복수의 모드들로 동작하도록 구성되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 모드들 중 하나 이상에서, 상기 추출 플레이트는 상기 몸체와는 상이한 전위로 바이어싱되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  6. 간접 가열식 캐소드 이온 소스로서,
    아크 챔버로서,
    상기 아크 챔버의 제 1 단부 및 제 2 단부를 연결하는 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 및
    상기 몸체로부터 전기적으로 분리된, 이온들이 추출되는 추출 개구를 포함하는 추출 플레이트로서, 상기 몸체 및 상기 추출 플레이트는 폐쇄된 체적을 형성하는, 상기 추출 플레이트를 포함하는, 상기 아크 챔버;
    상기 아크 챔버의 상기 제 1 단부 상에 배치되는 간접 가열식 캐소드;
    상기 추출 플레이트와 연통하는 추출 전원 공급장치; 및
    상기 간접 가열식 캐소드 이온 소스가 복수의 모드들로 동작하는 것을 가능하게 하기 위해 상기 추출 전원 공급장치와 통신하는 제어기를 포함하고,
    상기 복수의 모드들 중 하나는 세정 모드를 포함하며, 상기 세정 모드 동안, 상기 아크 챔버 내로부터의 이온들이 상기 추출 플레이트와 충돌하고,
    이온들이 상기 세정 모드 동안 상기 추출 개구를 통해 추출되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 모드들 중 하나는 향상된 동작 모드를 포함하며, 상기 추출 개구에서의 플라즈마 밀도는 상기 향상된 동작 모드 동안 적어도 30%만큼 증가되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  8. 청구항 6의 상기 간접 가열식 캐소드 이온 소스를 동작시키는 방법으로서,
    상기 아크 챔버 내에서 공급 가스를 이온화하는 단계;
    DC 전압을 상기 추출 플레이트에 인가하는 단계;
    상기 추출 개구를 통해 이온들을 추출하기 위해 상기 추출 개구 근처에서 상기 아크 챔버 외부에 배치된 전극에 네거티브 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 아크 챔버를 세정하기 위하여 상기 DC 전압과는 상이한 세정 전압을 상기 추출 플레이트에 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 DC 전압은 상기 아크 챔버의 상기 몸체에 인가되는 전압과 동일하거나 또는 더 포지티브한, 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 세정 전압은, 상기 아크 챔버의 상기 몸체에 인가되는 전압보다 더 네거티브한 DC 전압인, 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 세정 전압은, 네거티브 전압과 제 2 전압 사이에서 전환되는 펄스형 DC 전압을 포함하며, 상기 제 2 전압은 상기 아크 챔버의 상기 몸체에 인가되는 전압과 동일하거나 또는 더 큰, 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 네거티브 전압은, 상기 아크 챔버가 세정되고 있는 동안 이온들이 추출되도록 상기 세정 전압이 상기 추출 플레이트에 인가되는 동안 상기 전극에 인가되는, 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 간접 가열식 캐소드 이온 소스는,
    추출 개구 근처에서 상기 아크 챔버 외부에 배치되는 전극을 더 포함하며, 상기 펄스형 DC 전압이 상기 추출 플레이트에 인가되는 동안 이온들이 상기 추출 개구를 통해 추출되도록 네거티브 전압이 상기 전극에 인가되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  14. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 모드들 중 하나는 향상된 동작 모드를 포함하며, 상기 추출 개구에서의 플라즈마 밀도는 상기 향상된 동작 모드 동안 적어도 30%만큼 증가되는, 간접 가열식 캐소드 이온 소스.
  15. 삭제
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