KR20030001555A - 가동부를 갖는 센서 구조물을 사용하여 입자를 검출하는방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

입자 검출을 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 검출된 입자들은 전하를 띠거나 전하를 띠지 않을 수 있으며 이동하는 입자들로부터 센서 구조물로의 운동량 전달 및/또는 센서 구조물 상에 대전된 입자들의 축적에 기인하는 센서 구조물의 정전 편향에 기초하여 검출될 수 있다. 센서 구조물은 고정 단부와 자유 단부를 갖는 외팔보 아암이거나 이를 포함할 수 있다. 자유 단부의 이동은 외팔보 아암 상에 입자가 충돌하는 것에 기인할 수 있다. 자유 단부의 이동은 외팔보 아암에 의해 반사되는 광 비임의 방향의 변경을 측정하는 방법, 외팔보 아암의 이동에 기인하는 전자 절환 요소의 활성화를 검출하는 방법, 아암의 이동에 기인하는 축전기의 정전용량의 변화를 검출하는 방법 등을 포함하여 다양한 방법으로 검출될 수 있다.

Description

가동부를 갖는 센서 구조물을 사용하여 입자를 검출하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PARTICLE DETECTION USING A SENSOR STRUCTURE HAVING A MOVEABLE PORTION}

작은 이동 입자, 예를 들어, 단일 원자로부터 대략 0.1 마이크로미터의 크기로 된 입자의 검출은 많은 다양한 장치에서 유용할 수 있다. 이와 같은 장치의 하나가 활동하는 이온을 반도체 웨이퍼와 같은 비교적 큰 가공편 상에 주입하는 이온 주입 시스템이다. 이온 주입법 또는 도핑(doping) 기술의 숙련자에게 공지된 바와 같이, 이온 또는 다른 입자들을 반도체 재료에 주입하는 것은 반도체 소자를 제조하는 데 널리 사용된다.

이온 주입법에 있어서 2가지 중요한 요인은 가공편 표면 상의 이온 주입의 균일성과 이온들이 일정한 또는 거의 일정한 입사각으로 입사되는 것을 보장하는 것이다. 주입의 균일성을 측정하는 한 방법은 본문에 참고로 수록된 베리안 등(Berrian et al.)의 미국 특허 제4,922,106호에 개시된 바와 같이 주입 중에 반도체 웨이퍼가 위치되는 평면을 따라 주사되는 패러데이 프로파일러(Faraday profiler)를 사용한다. 이온 비임의 세기 변화는 프로파일러에 의해 검출되며 비임에 균일성 조정을 수행하는 데 사용된다. 이와 같은 기술들이 만족스러운 결과를 제공하지만, 통상적으로 느리며 비교적 고가의 특수 목적의 장비를 요구한다. 따라서 대전된 입자 비임과 같은 비임 내의 입자들을 검출하기 위해 보다 간단하면서 보다 비용 효과적인 기술이 요구된다.

본 발명은 가동부를 갖는 센서 구조물을 사용하여 이동하는 입자들을 검출하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 반도체 웨이퍼에 불순물을 도입하는 데 사용되는 이온 비임 내의 대전된 입자들을 검출하는 데 유용할 수 있다.

이하 본 발명을 동일한 참조 번호가 동일한 요소를 지칭하고 있는 다음의 도면들과 연계하여 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 입자 검출 장치의 개략적 블록 선도이다.

도2는 예시적인 외팔보 아암 구성의 평면도이다.

도3은 예시적인 외팔보 아암 배열의 평면도이다.

도4는 하부의 기판 내의 공동 상에 위치되는 외팔보 아암의 측면도이다.

도5는 2개의 자유 단부를 갖는 외팔보 아암의 측면도이다.

도6은 하부 기판 내의 각 공동들 상에 위치되는 2개의 자유 단부를 갖는 외팔보 아암의 측면도이다.

도7은 기판 내의 공동 상에 위치되는 센서 구조물의 측면도이다.

도8은 센서 구조물 배열 내의 이동을 검출하는 레이저 검출 장치의 개략적인 블록 선도이다.

도9는 다른 레이저 검출 장치의 개략적인 블록 선도이다.

도10은 전자 스위치를 사용하는 아암 이동 검출기의 개략도이다.

도11은 이동을 검출하기 위해 정전용량 변화를 사용하는 아암 이동 검출기의 개략도이다.

도12는 2차 전자 방출을 사용하여 입자 충돌을 검출하는 입자 검출 장치의 개략도이다.

도13은 비임 내의 입자들을 검출하는 방법의 단계들의 흐름도이다.

본 발명은 입자들, 특히 입자 비임 내의 입자들을 검출하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 구조물이 이동하는 입자와 충돌할 때 편향되거나 이동되는 가동부를 갖는 센서 구조물을 제공한다. 입자들은 대전되거나 대전되지 않은 입자들일 수 있으며 다양한 크기와 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 입자들은 예를 들어, 크기가 최대 0.1 마이크로미터를 초과하는 단일한 원자이거나 복수개의 원자 집단일 수 있다. 구조물 가동부 상의 입자 충돌은 충돌하는 입자들의 운동량 전달(momentum transfer)이나 전하 전달에 기초하여 구조물의 적어도 일부분이 편향되게 한다.

센서 구조물은 다른 기술 및 대형 센서 구조물이 가능하지만 바람직하게는 종래의 포토리소그래피 기술을 사용하여 제조되는 마이크로 기계 가공된 장치이다. 일 예로서, 센서 구조물은 기판에 고정된 고정부와 이 고정부에 연결되지만 기판으로부터 이격되고 달리 연결되지 않는 가동부를 갖는 외팔보 아암일 수 있다. 외팔보 아암의 가동부는 입자 또는 입자들에 의해 충돌될 때 입자로부터 아암으로의 운동량 전달에 기초하거나 입자 또는 입자들로부터 아암으로의 전하 전달에 기초하여 아암이 편향되도록 구성된다. 아암이 매우 작은 입자들의 존재를 검출하고자 하면, 아암은 이와 같은 작은 입자들의 존재가 검출될 수 있도록 충분히 유연하게 제조되어야 한다. 그러나 아암이 보다 큰 입자들을 검출하고자 하면, 아암을 손상시키지 않으면서 보다 큰 입자들의 존재가 검출될 수 있도록 가동부는 보다 튼튼하게, 예를 들어, 보다 단단하게 제조될 수 있다. 추가로, 보다 튼튼한 아암 구조는 보다 작은 입자들의 검출 경향을 막거나 줄일 수 있다.

아암의 편향은 레이저 비임과 같은 비임을 아암의 가동부의 반사면에 향하게 하는 방법을 포함한 다양한 방식으로 검출될 수 있다. 아암에 의해 반사된 비임의 부분은 광검출기 또는 다른 감광 요소에 의해 검출될 수 있다. 아암이 입자 또는 입자들의 충돌에 의해 편향되면, 반사된 비임의 방향 변화가 광검출기에 의해 검출된다. 반사된 비임의 방향 변화를 검출함으로써, 검출기는 아암의 편향량 및/또는 편향 방향을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 아암의 이동 검출은 소정량의 검출된 이동이 특정 크기 및/또는 에너지의 입자가 아암에 충돌하여 전하의 총량이 아암 등에 쌓인다는 것을 나타내도록 조정될 수 있다.

아암의 이동은 다른 방식으로 검출될 수 있다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 아암의 이동은 전기 스위치가 폐쇄되게 하여, 검출된 스위치 상태에 기초하여 아암의 이동을 검출할 수 있게 한다. 일례로서, 아암 상에 입자 또는 입자들이 충돌하는 것은 아암이 하부의 기판을 향해 하방으로 편향되게 할 수 있다. 아암의 이동이 충분하면, 아암의 하나 이상의 부분들이 기판 상의 전기 접점과 접촉하여,전기 스위치를 폐쇄한다. 전기 스위치의 폐쇄는 제어기 또는 다른 장치에 의해 검출될 수 있으며 특정 크기의 입자, 입자 개수, 총 전하량 등이 아암 상에 충돌하거나 아암 상에 존재하는 것을 나타낸다.

아암의 이동은 기판 상에 형성된 해당 축전판과 같은 아암의 부분 및 장치에 의해 형성되는 축전기의 정전용량(capacitance) 변화를 검출하는 방법을 포함한 다른 방식으로 검출될 수 있다. 따라서 아암이 입자 또는 입자들의 충돌 및/또는 아암 상의 전하의 축적의 결과로서 이동하면, 이에 상응하는 정전용량 변화가 검출될 수 있다. 물론, 다른 검출 기술이 필요하다면 사용될 수도 있다.

외팔보 아암이 양호하게는 입자 또는 입자들의 존재를 검출하는 데 사용될 수 있지만, 다른 센서 구조물이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 태양에 있어서, 브리지 타입 또는 다이어프램형 구조물이 입자 또는 입자들을 검출하는 데 사용된다. 브리지형 센서 구조물에 있어서, 가요성 비임의 2개의 단부가 기판에 부착되어 비임의 중심부가 입자 또는 입자들에 의해 충돌될 때 이동한다. 중심부의 이동은 상술한 방법들을 포함하여 임의의 원하는 방식으로 검출될 수 있다. 다이어프램형 센서 구조물에 있어서, 원형 디스크 또는 다른 형태의 대략 편평한 구조물이 기판에 부착되어 구조물의 중심부가 기판 내에 형성된 공동 상부에 위치된다. 이리하여, 센서 구조물의 중심부는 입자 또는 입자들에 의해 충돌할 때 자유롭게 이동한다. 중심부의 이동은 상술한 방법들을 포함하여 임의의 원하는 방식으로 검출될 수 있다.

본 발명은 또한 이동 가능한 구조물을 사용하지 않고 충돌하는 입자들을 검출하는 방법 및 장치를 포함한다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 반도체 기판은 반도체 기판 상에 분포된 복수개의 금속 또는 다른 전도성 전극을 포함한다. 전극들은 입자가 기판에 충돌할 때 반도체 기판 내의 2차 전자 방출에 기인하여 전극으로부터 제어기 또는 다른 검출 장치를 통과하는 전류의 변화를 검출하는 제어기 또는 다른 검출 장치에 연결된다. 즉, 입자가 기판과 충돌하면, 하나 이상의 전자들이 기판 재료로부터 방출되고 전극에 의해 견인된다. 견인된 전자들은 제어기 또는 다른 검출 장치에 의해 검출되는 전극으로부터의 전류를 일으킨다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 비교적 큰 입자(예를 들어, 최대 0.1 마이크로미터)는 이온 주입 공정 중의 비교적 작은 이온들과 비교할 때 충돌 시 큰 전류 변화를 일으킨다. 따라서 장치는 이온 주입 공정에 악영향을 미칠 수 있는 큰 입자들을 검출할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 태양들은 다음의 설명으로부터 명백 및/또는 명료해질 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 입자 검출 장치(100)의 개략적 블록 선도를 도시한다. 이 실시예에서, 센서 구조물(10)은 고정부(11)와 가동부(12)를 갖는 외팔보 아암이다. 고정부(11)는 기판(14)에 고정된 스페이서(13)에 고정된다. 센서 구조물(10)은 필요하면 다른 반도체, 도체 또는 절연 재료가 사용될 수 있지만 양호하게는 폴리실리콘으로 제조된다. 그러나 센서 구조물(10)은 양호하게는 하나 이상의 입자들에 의해 충돌될 때 센서 구조물(10)이 탄성 변형되게 하는 재료이다.스페이서(13)는 양호하게는 이산화규소와 같은 절연 재료층으로 제조될 수 있지만, 다른 재료도 가능하다. 기판(14)은 양호하게는 단일 결정성 실리콘과 같은 실리콘 재료이지만, 다른 구조물과 같이, 다른 재료도 가능하다.

센서 구조물(10)은 양호하게는 주지의 포토리소그래피 기술, 에칭 및 마이크로 기계 가공된 구조물을 제조하는 데 통상적인 다른 제조 기술을 사용하여 제조된다. 예를 들어, 절연층은 포토레지스트(photoresist)의 층과 함께 기판(14) 상에 증착된다. 포토레지스트는 소정 패턴의 전자기 방사에 노출되어 스페이서(13)를 형성하도록 에칭된다. 다음은, 하나 이상의 층이 포토레지스트와 함께 증착될 수 있으며, 층들은 광 패턴에 노출되어 센서 구조물(10)을 형성하도록 에칭된다. 물론, 다른 기술이 센서 구조물(10)을 형성하는 데 사용될 수 있다.

입자 검출 장치(100)는 또한 비임 방출기(21)와 검출기(22)의 작동을 제어하고 및/또는 그로부터 정보를 수용하는 제어기(20)를 포함한다. 본 실시예에서 비임 방출기(21)는 레이저 비임 방출기이지만, 필요하다면 다른 광원이 사용될 수도 있다. 제어기(20)는 비임 방출기(21)의 작동을 제어하는 것으로 도시되어 있으나, 이와 같은 제어는 선택적이다. 즉, 비임 방출기(21)는 제어기(20)에 의해 제어되지 않는 독립적인 장치일 수 있다. 추가로, 제어기(20)는 필요하면 어떤 제어 기능도 수행할 필요가 없다. 대신에, 제어기(20)는 검출기(22)로부터 신호를 받아서 신호를 처리하고, 예를 들어, 디스플레이를 생성하고, 신호를 저장하고, 센서 구조물(10)이 이동하였는 지 여부를 결정하고, 센서 구조물(10)이 이동하게 한 입자 크기를 측정하는 등의 기능만을 수행할 수 있다. 비임 방출기(21)는 검출기(22)의센서 구조물(10)의 가동부(12)에 의해 반사되는 조사 비임(23)을 방출한다. CCD 어레이, 실리콘 포토다이오드 또는 다른 감광 장치와 같은 다른 장치들이 검출기(22)로서 사용될 수 있지만, 본 실시예에서, 검출기(22)는 비디오카메라이다. 센서 구조물(10)이 이동하면, 반사된 비임(23)은 검출기(22)에 대하여 이동한다. 검출기(22)는 제어기(20)에 신호를 출력하는데, 이는 검출기(22)로부터의 신호에 기초하여 센서 구조물(10)의 가동부(12)의 편향량을 결정할 수 있다. 본 실시예에서, 제어기(20)는 가동부(12)의 편향량을 결정하기 위해 검출기(22)로부터의 신호 상에 화상 분석을 수행한다. 그러나 이와 같은 화상 분석은 예를 들어 비디오카메라가 검출기(22)로서 사용되지 않고 대신에 특정 센서가 비임(23)에 의해 조사될 때를 표시하는 이산 신호를 각각 출력하거나 검출기(22)에 대하여 반사된 비임(23)의 이동량을 나타내는 신호를 출력하는 선형 또는 2차원 센서 어레이를 포함할 수 있다. 이와 같은 정보는 검출기(22)에 대한 비임(23)의 상대 위치를 측정하여 가동부(12)의 편향량을 측정하도록 제어기(20)에 의해 사용될 수 있다.

제어기(20)는 양호하게는 범용 컴퓨터이거나 범용 컴퓨터의 네트워크와, 통신 장치, 모뎀 및/또는 원하는 입출력 또는 다른 기능을 수행하는 데 필요한 다른 회로 또는 요소를 포함한 다른 관련 장비일 수 있는 범용 정보 처리 시스템이다. 예를 들어, 제어기(20)는 이온 주입 장치 제어기의 일부일 수 있다. 제어기(20)는 또한 전체의 메인 또는 중앙 처리부, 시스템 수준 제어 및 다양한 구체적 계산, 기능 및 중앙 처리부의 제어 하에서 다른 처리들을 수행하기 위해 전용되는 별도의 부분들을 각각 갖는 주문형 집적 회로(예를 들어, ASIC) 또는 ASIC들의 어레이로서적어도 부분적으로 구현된다. 제어기(20)는 또한 복수개의 별도의 전용 프로그램 가능한 집적된 또는 다른 전자 회로 또는 장치, 예를 들어, 이산 회로와 같은 배선에 의한 전자 또는 논리 회로 또는 프로그램 가능한 논리 장치를 사용하여 구현될 수 있다. 제어기(20) 또한 모니터, 디스플레이, 프린터, 키보드, 사용자 지적 장치, 터치스크린 등과 같은 사용자 입출력 장치와 같은 임의의 다른 요소 또는 장치를 포함할 수 있다.

작동 시, 도면의 상부로부터 하부로 전파되는 것으로 도1에 도시된 입자 비임은 센서 구조물(10)의 가동부(12)의 적어도 일부 상에 입사한다. 크기가 최대 0.1 마이크로미터이고 가능하게는 이를 초과하는 개별 원자와 같은 개별 입자 또는 원자들의 큰 집단이 가동부(12)와 충돌한다. 가동부(12)는 적어도 2가지 방식으로 충돌하는 입자에 의해 편향될 수 있다. 첫 번째 방식은 가동부(12)가 순간적으로 기판(14)을 향해 하방으로 굽히도록 입사하는 입자들이 가동부(12)에 운동량을 전달하는 것이다. 양호하게는, 가동부(12)는 입자들로부터의 운동량 전달로 인하여 탄성적으로 변형된다. 이리하여, 가동부(12)가 입자 충돌 시 하방으로 편향하지만, 가동부(12)는 이후에 편향되지 않은 상태로 복귀한다. 도1에서 볼 수 있는 바와 같이, 편향되지 않은 위치로부터의 가동부(12)의 편향은 비임(23)이 다른 방향으로 가동부(12)에 의해 반사되게 하여 검출기(22)의 다른 부분을 조사하게 한다.

운동량 전달로 인한 가동부(12)의 이동은 가동부(12)와 충돌하는 입자 또는 입자들의 크기, 충돌 입자(들)의 운동 에너지, 특정 크기의 충돌 입자의 진동수 등을 나타낼 수 있다. 이러한 정보는 허용하기 어려울 정도의 큰 입자들이 이온 주입 비임 내에 존재하는 지 여부 및/또는 존재하는 장소와 입자의 발생 빈도를 결정하는 것과 같은 다양한 방식으로 사용될 수 있다.

가동부(12)가 기판(14)을 향해 하방으로 또는 기판(14)으로부터 멀리 편향될 수 있는 두 번째 방식은 비임 내의 이온과 같은 충돌 대전 입자들이 가동부(12) 상에 축적되고 가동부(12)를 양 또는 음으로 대전하는 것이다. 가동부(12) 상의 이러한 전하는 가동부(12)가 정전기적으로 기판(14) 쪽으로 이끌리거나 기판(14)으로부터 반발하게 할 수 있다. 가동부(12)가 정전기적으로 기판(14) 쪽으로 이끌리거나 기판(14)으로부터 반발하면, 가동부(12)의 적어도 일부분과 기판(14)은 양호하게는 전기적으로 도전성이거나 전기적으로 절연된다. 통상적으로, 가동부(12) 상의 전하와 반대되는 전하가 기판(14) 내에 축적될 것이므로, 가동부(12)는 가동부(12) 상의 전하의 극성과 무관하게 기판(14)에 이끌리게 된다. 그러나 기판(14)이 가동부 상의 전하와 동일한 극성으로 대전되어, 가동부(12)가 기판(14)으로부터 반발할 수도 있다.

가동부(12)가 정전기적으로 이동하면, 가동부(12)가 그 휴지 위치, 예를 들어 대전되지 않거나 중성 전하 위치로부터의 편향량은 가동부(12)와 충돌하는 입자의 개수 및/또는 전하를 나타낸다. 이와 같은 정보는 예를 들어 단위 면적 당 비임 내의 대전된 입자의 밀도, 임의의 시간 동안에 소정 면적 내에 침착된 대전된 입자들의 개수, 입자 비임 균일성, 이온 비임 전류 등을 결정하는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서 구조물(10)은 입자 비임의 경로를 가로질러 주사될 수 있으며(또는 입자 비임이 센서 구조물(10)을 가로질러 주사될 수 있다),비임의 균일성, 예를 들어, 비임 세기의 일정성은 센서 구조물(10)의 검출된 편향에 기초하여 만들어질 수 있다. 검출된 비임 특성에 기초하여, 비임 또는 다른 시스템 작동, 예를 들어, 이온 주입 시스템 내에서의 웨이퍼의 주사율에 대한 조정이 수행될 수 있다.

센서 구조물(10)은 검출된 입자들의 성질, 검출 환경, 검출 장치의 요구 감도에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다. 도2는 이온 주입 장치 내에서 대전될 입자들을 검출하는 데 사용되는 센서 구조물(10)의 평면도를 도시한다. 본 실시예에서, 센서 구조물(10)은 고정부(11)로부터 연장되는 한 쌍의 아암(16)을 포함한다. 아암(16)은 패드(17)를 지지한다. 본 장치에 있어서, 센서 구조물(10)은 실리콘 웨이퍼와 같은 가공편이 이온 주입을 위해 위치된 평면을 따라 위치된다. 실제로, 센서 구조물(10)은 이온 주입 시스템 내에 적재되어 웨이퍼가 이식되는 것처럼 위치된 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 이러한 위치에 있는 동안에, 웨이퍼(이제는 입자 검출기)는 비임 균일성, 입자 크기 균일성, 비임 내에 비교적 큰 입자들의 존재 등을 포함한 이온 비임의 다양한 양상을 측정하는 데 사용될 수 있다. 센서 구조물(10)은 이온 주입 중에 실제 반도체 웨이퍼에 인접하여 위치되어 이온 비임에 관한 실시간 정보를 제공할 수도 있다.

아암(16)의 폭, 두께 및 길이는 장치에 따라 변화될 수 있다. 이와 유사하게, 패드(17)의 크기와 두께도 변화할 수 있다. 이온 비임과 사용하기 위한 바람직한 실시예에 있어서, 아암(16)은 폴리실리콘으로 제조되며 2.5 내지 10 마이크로미터의 폭과, 0.5 내지 5 마이크로미터의 두께와, 40 내지 80 마이크로미터의 길이를 가지며, 패드는 1000 내지 6250 제곱 마이크로미터의 총면적을 갖는다. 물론, 아암(16, 17)은 본 발명의 범주 내에서 다른 치수를 가질 수 있다. 일반적으로, 구성 재료의 선택, 구조 및 치수를 포함한 센서 구조물(10) 디자인은 원하는 가동부(12)의 민감도, 가요성 또는 내구성에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 센서 구조물(10)이 극도로 민감하고 튼튼해야(예를 들어, 비교적 큰 입자들의 충돌을 견딜 수 있는) 하면, 가동부(12)가 비교적 작은 입자들에 의해 충돌될 때는 검출 가능한 크기로 이동하지만, 비교적 큰 입자들에 의해 충돌되거나 달리 거칠게 취급될 때는 소성 변형 또는 파단되지 않도록 가동부(12)는 고도로 탄성인 재료로 제조될 수 있으며 비교적 작은 치수로 제조될 수 있다. 가동부(12)가 그 탄성 또는 다른 한계를 넘어서 이동하는 것을 막는 가동부(12) 이동 멈춤부와 같은 다른 디자인 특징이 사용될 수도 있다.

도3은 센서 구조물(10)의 다른 구성을 도시한다. 본 실시예에서, 4개의 센서 구조물(10) 배열은 가동부(12)들이 공통 고정부(11)들로부터 배열의 중심을 향해 연장되도록 배열된다. 도2의 구성과 유사하게, 각 센서 구조물(10)은 삼각형 패드(17)를 지지하는 한 쌍의 아암(16)을 포함한다. 도2의 구성에서와 같이, 구체적인 입자 검출 장치에 따라서, 센서 구조물(10)은 단일 아암 또는 2개 이상의 아암(16)을 포함할 수 있고, 패드(17)는 임의의 소정 형태를 가질 수 있으며, 아암(16, 17)은 임의의 소정 치수를 가질 수 있다. 도4의 구성이 갖는 하나의 장점은 4개의 센서 구조물(10)의 측정된 편향량의 평균을 내어 센서 구조물(10)과 충돌하는 입자의 개수 또는 입자의 총 전하량의 잠재적인 보다 정확한 측정치를 제공할 수 있다는 것이다.

도4는 센서 구조물(10)의 다른 구성을 도시한다. 본 실시예에서, 센서 구조물(10)의 고정부(11)는 임의의 개재된 스페이서가 없이 기판에 직접 고정되며, 가동부(12)는 기판(14) 내에 형성된 공동(15) 상에 위치된다. 이러한 구성을 통해, 센서 구조물(10)은 도1에 도시된 구성에 비해 보다 낮은 프로파일을 가질 수 있으며, 스페이서(13)와 기판(14)이나 고정부(11) 사이의 연결부 내의 파손으로 인해 기판(14)으로부터 분리될 가능성을 피할 수 있다. 센서 구조물(10)이 기판(14)으로부터 전기적으로 절연되면, 개재된 절연층(도시되지 않음)은 고정부(11)와 기판(14) 사이에 구비될 수 있다. 이와는 다르게, 기판(14)의 상부는 이산화규소 층과 같은 절연층을 기판(14)의 상부면 상에 형성하도록 가공되거나 처리될 수 있다. 물론, 이상 논의된 바와 같이, 기판(14)은 필요하다면 절연 재료로 제조될 수 있다.

도4에 도시된 센서 구조물(10)의 평면도는 도2에 도시된 것과 매우 유사한 외관을 갖거나, 센서 구조물(10)은 다른 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 가동부(12)는 도2에 도시된 바와 같은 임의의 패드(17) 없이 간단히 직사각형 아암부를 포함할 수 있다. 센서 구조물(10)은 통상적으로 포토리소그래피 기술로 제조되므로, 센서 구조물(10)은 본문에 도시되거나 기재된 임의의 특정한 구성으로 제한되지 않는다. 대신에, 센서 구조물(10)은 센서 구조물(10)의 일부가 비임 내의 입자들에 의한 충돌에 반응하여 이동할 수 있다면 임의의 소정 구성을 가질 수 있다.

도5는 센서 구조물(10)의 다른 구성을 도시한다. 본 실시예에서, 센서 구조물(10)은 기판(14) 상의 스페이서(13)에 부착된 고정부(11)를 갖는다. 2개의 가동부(12)는 고정부(11)로부터 반대 방향으로 연장된다. 이리하여, 본 실시예에서, 센서 구조물(10)은 공통 고정부(11)로부터 연장되는 2개 이상의 가동부(12)를 가질 수 있다. 즉, 센서 구조물(10)은 고정부(11)로부터 연장되는 2개의 가동부(12)를 갖는 비임형 구조를 가질 수 있다. 추가로, 센서 구조물(10)은 휠 상의 중심 허브로부터 연장되는 살(spokes)과 같이 중심 고정부(11)로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 가동부(12)를 가질 수 있다. 당해 분야의 기술자라면 다른 형태도 가능할 수 있다.

도6은 센서 구조물(10)의 다른 구성을 도시한다. 본 실시예는 스페이서(13)가 기판(14) 내의 공동(15) 내에 설치된 것을 제외하고는 도5에 도시된 것과 유사하다. 그 결과, 센서 구조물(10)은 예를 들어 기판(14)의 상부면과 정렬될 수 있다. 도5의 실시예에서와 같이, 2개 이상의 가동부(12)들은 임의의 원하는 구성으로 중심 또는 공통 고정부(11)로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 센서 구조물(10)은 상이한 길이, 두께, 폭 등을 갖는 방사상으로 연장되는 아암을 포함할 수 있으며, 그러므로 상이한 검출 민감도를 가질 수 있다. 따라서 단일 센서 구조물(10)은 상이한 크기 또는 전하의 입자들을 검출하거나 상이한 대전 입자 밀도를 갖는 비임을 검출하는 데 사용될 수 있다.

도7은 센서 구조물(10)의 다른 구성을 도시한다. 본 실시예에서, 센서 구조물(10)은 공동(15)의 반대 측면 상에서 기판(14)에 부착된 2개의 고정부(11)를 갖는다. 이리하여, 가동부(12)는 2개의 고정부(11)들 사이에 위치된다. 물론, 센서구조물(10)은 공동(15) 상에 위치될 필요는 없으며, 대신에 기판(14)에 고정된 2개의 스페이서(13)에 부착될 수 있다. 센서 구조물(10)은 비임형 구조, 예를 들어, 직사각형 단면을 갖는 긴 비임 또는 다른 임의의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 센서 구조물(10)은 원형 공동(15) 상에서 기판(14)에 외주부가 부착되는 원형 디스크일 수 있다. 이러한 다이어프램형 구성에 있어서, 디스크형 센서 구조물(10)의 중심 가동부(12)는 충돌하는 입자들에 반응하여 기판(14)을 향해 그리고 그로부터 이동할 수 있다. 다이어프램형 구성에 있어서, 센서 구조물(10)은 원형일 필요는 없으며, 대신에, 직사각형, 등각등변 또는 비등각등변 다각형 또는 임의의 다른 형태일 수 있다. 추가로, 센서 구조물(10)의 두께는 충돌하는 입자에 반응하여 임의의 소정 이동을 제공하도록 원하는 대로 변경할 수 있다. 또한 상술한 센서 구조물(10)은 단일한 재료로 제조될 필요는 없다. 대신에, 센서 구조물(10)은 상이한 입자 검출 반응 특성, 내구성 요건 등을 달성하도록 2개 이상 이상의 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 센서 구조물(10)은 원하는 지역, 예를 들어, 센서 구조물(10)의 가동부(12)가 도전성 재료로 도포되는 절연 재료로 제조될 수 있다. 추가로, 구조물(10)의 민감도 또는 다른 특성을 조정하기 위해 슬롯, 홈 또는 다른 물리적 특징부들이 센서 구조물(10) 내에 형성될 수 있다.

이상 논의된 바와 같이, 센서 구조물(10)의 편향은 다양한 방식으로 검출될 수 있다. 도8은 비임 방출기(21)에 의해 생성되는 비임(23)이 센서 구조물(10)의 편향을 검출하기 위해 복수개의 센서 구조물(10)을 가로질러 주사되는 일 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 비임(23)은 제1 위치(23-1)로부터 제2 위치(23-2)로 주사되어 제1 센서 구조물(10-1)과 제2 센서 구조물(10-2)의 이동을 검출할 수 있다. 센서 구조물(10-1)의 가동부(12)가 도8의 화살표(31)에 의해 도시된 바와 같이 하방으로 이동하면, 제1 위치(23-1) 내의 비임(23)은 검출기(22)의 중심에 보다 근접하게 검출기의 부분들을 조사하도록 반사된다. 이와 유사하게, 도8의 화살표(32)로 표시된 바와 같이 센서 구조물(10-2)의 가동부(12)가 하방으로 이동하는 것은 제2 위치(23-2) 내의 비임(23)이 검출기(22)의 중심 부근의 검출기(22)의 부분들을 조사하도록 반사되게 한다. 따라서 센서 구조물(10-1, 10-2)이 하방으로 이동하면, 검출기(22) 상의 조사된 부분들은 서로 근접하게 이동한다. 이러한 구성을 사용하면, 검출기(22) 상의 조사된 부분들 사이의 거리는 센서 구조물(10-1, 10-2)의 실제 또는 평균 편향을 측정하는 데 사용될 수 있다.

도9는 한 쌍의 센서 구조물(10)의 이동을 검출하기 위한 다른 구성을 도시한다. 본 실시예에 있어서, 2개의 비임 방출기(21)는 비임(23-1, 23-2)을 방출한다. 비임(23-1, 23-2)은 각 센서 구조물(10)에 의해 반사되며 검출기(22) 상에 입사된다. 센서 구조물(10)이 도9에 도시된 변형되지 않은 상태에 있으면, 비임(23-1, 23-2)은 검출기(22) 상의 지점을 조사한다. 그러나 센서 구조물이 입자의 충돌에 반응하여 하방으로 편향되면, 비임(23-1, 23-2)은 도9의 화살표들에 의해 표시된 바와 같이 검출기(22)의 중심부로부터 이동한다. 도8에 도시된 실시예에서와 같이, 검출기(22) 상의 조사된 부분들 사이의 거리는 센서 구조물(10)의 실제 또는 평균 편향을 측정하는 데 사용될 수 있다. 도9에 도시된 구성은 검출기(22)가 마이크로 기계 가공된 구조물의 일부, 예를 들어, 센서 구조물(10)을 제조하는 공정의 일부로서 형성되지 않으면 구현되기 어려울 수 있다. 비임(23-1, 23-2)은 또한 편향되지 않은 상태에서 가동부(12)에 대하여 수직과 같이 상이한 각도로 가동부(12)를 향해 유도될 수도 있다. 따라서 검출기(22)는 가동부(12)가 기판(14)을 향해 편향될 때에만 비임(23-1, 23-2)을 검출할 수 있다.

도10은 입자에 의한 충돌에 반응하여 하방으로 편향되는 센서 구조물(10)을 도시한다. 센서 구조물(10)이 충분한 거리로 하방으로 편향되면, 센서 구조물(10)은 기판(14) 내에 또는 상에 형성된 스위치 요소(25)를 활성화시킨다. 스위치 요소(25)는 도전성 금속과 같은 임의의 도전성 재료로 제조될 수 있다. 따라서 센서 구조물(10)이 하방으로 편향되어 스위치 요소(25)와 접촉하면, 제어기(20)는 센서 구조물(10)에 의해 형성된 스위치를 검출하고 스위치 요소(25)는 폐쇄된다. 즉, 제어기(20)는 스위치 요소(25)와 센서 구조물(10) 모두에 도전성 신호 라인에 의해 연결된다. 센서 구조물(10)은 센서 구조물(10)이 스위치 요소(25)와 접촉할 때 스위치가 폐쇄되도록 도전성 재료로 제조되거나, 도전성 재료를 포함할 수 있다. 센서 구조물(10)은 제어기(20)가 센서 구조물(10)의 이동을 검출할 수 있도록 실제로 물리적으로 스위치 요소(25)와 접촉할 필요는 없다. 예를 들어, 스위치 요소(25)는, 센서 구조물(10)이 대전되고 게이트 전극으로서 작용하여 트랜지스터를 작동시키기는 데 충분하게 스위치 요소(25)에 근접하게 이동할 때 작동되는 전기장 효과 트랜지스터일 수 있다. 제어기(20)는 센서 구조물(10)과 연통되고 그 구조물(10)이 변형되지 않은 상태로 복귀되게 하는 도체선을 통해 센서 구조물(90)을 방전시킴으로써 입자 검출 장치를 리셋할 수 있다. 당해 분야의 숙련자라면 이해되는 바와 같이, 스위치 요소(25)는 센서 구조물(10)에 의해 물리적으로 또는 전기적으로 작동되는 다른 마이크로 스위치 장치를 포함할 수 있다.

도11은 센서 구조물(10)의 편향을 검출하기 위한 다른 구성을 도시한다. 본 실시예에 있어서, 제어기(20)는 축전기 요소(26)와 센서 구조물(10) 사이의 정전용량의 변화를 검출함으로써 센서 구조물(10)의 이동을 검출한다. 축전기 요소(26)는 기판(14) 내에 또는 상에 형성된 금속층 또는 다른 도전성 재료로 형성되는 제1 축전판일 수 있다. 센서 구조물(10)은 제2 축전판으로서 작용하거나 이를 포함할 수 있다. 즉, 센서 구조물(10) 또는 센서 구조물(10)의 일부는 도전성 재료로 제조되거나 센서 구조물(10)과 축전기 요소(26)가 함께 축전기로서 기능하도록 도전성 재료로 포함할 수 있다. 주지된 바와 같이, 센서 구조물(10)이 축전기 요소(26)를 향해 또는 그로부터 멀리 이동하면, 이에 해당하는 정전용량의 변화는 제어기(20)에 의해 검출될 수 있다. 검출된 정전용량 변화는 센서 구조물(10)의 편향 정도 및 방향을 측정하는 데 사용될 수 있으며, 이리하여 센서 구조물(10)과 충돌하는 입자의 개수, 입자의 크기, 대전된 입자 밀도 등을 나타낼 수 있다.

도12는 대전된 입자를 검출하기 위한 다른 구성을 도시한다. 폴리실리콘 또는 단일 결정성 실리콘 기판과 같은 반도체 기판(14)은 기판(14)보다 높은 도전성을 갖는 금속 또는 다른 도전성 재료로 제조될 수 있는 도전성 접점(27)을 포함한다. 대전된 입자들이 기판(14)에 충돌하면, 대전된 입자들은 기판(14) 재료로부터 2차 전자 방출을 일으킨다. 방출된 전자들은 접점(27)에 의해 수집되며 제어기(20)에 의해 검출된다. 도12에 도시된 바와 같이, 접점(27)들은 함께 공통리드(lead)에 의해 제어기(20)에 접속될 수 있다. 이와는 다르게, 각각의 접점(27)은 제어기에 개별적으로 접속되어 제어기(20)가 입자 충돌뿐만 아니라 입자가 충돌되는 기판(14) 상의 위치도 검출할 수 있다. 제어기(20)는 또한 비교적 작은 입자와 비교적 큰 입자의 충돌 간의 구별이 이루질 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 주로 개별 이온들을 포함하는 이온 비임은 접점(27)에 의해 2차 전자 방출에 의해 방출되는 비교적 일정한 수준의 전자들이 검출되게 할 것이다. 그러나 비교적 큰 입자, 예를 들어, 수천 개의 이온 집단이 기판(14)에 충돌하면, 많은 수의 전자들이 방출될 것이며 접점(27)에 의해 검출될 것이다. 따라서 접점(27)을 통한 전류의 급증이 검출되면, 비교적 큰 입자가 기판(14)에 충돌된 것이다. 제어기(20)는 접점(27)들의 배열을 개별적으로 또는 하나 이상의 집단으로 공지의 전류 감지 회로를 통해 접지 연결함으로써 전류의 변화를 검출한다.

도13은 비임 내의 입자들을 검출하는 방법의 단계들의 흐름도이다. 단계 S10에서, 센서 구조물이 마련된다. 센서 구조물은 전술한 바와 같은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 센서 구조물은 기판에 부착된 고정부와 가동부에 충돌하는 입자에 반응하여 이동하는 가동부를 가질 수 있다. 센서 구조물의 특정 크기와 형태는 검출되는 입자의 크기 및/또는 전하, 센서 구조물의 민감도, 센서 구조물이 전개되는 특정 환경 등을 포함한 인자에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 비교적 민감한 센서 구조물은 개별 원자 또는 원자의 집단과 같이 비교적 작은 입자들의 충돌을 검출하기 위해 마련될 수 있다. 이와 유사하게, 입자 또는 입자들의 존재가 센서 구조물로의 입자 또는 입자들의 운동량 전달에 의해 검출된다면,센서 구조물 상에 전달 및 축적되는 전하량에 기초하여 입자들을 검출하도록 된 센서 구조물에 비해 보다 많은 민감한 센서 구조물이 통상적으로 마련된다.

단계 S20에서, 비임은 센서 구조물을 향해 유도된다. 비임은 대전된 입자 비임, 대전되지 않은 입자 비임 등을 포함한 임의의 종류의 비임일 수 있다. 비임을 센서 구조물을 향해 유도하는 것은 통상적으로 비임 내의 하나 이상의 입자들이 센서 구조물에 충돌하게 한다. 하나 이상의 입자들이 센서 구조물에 충돌하는 것은 입자로부터 센서 구조물로의 운동량 전달 및/또는 센서 구조물로의 전기 전하 전달을 일으킬 수 있다.

단계 S30에서, 하나 이상의 입자들의 충돌에 반응한 센서 구조물의 이동이 검출된다. 구조물의 이동은 센서 구조물에 의해 반사되는 레이저 비임과 같은 광 비임의 반사 방향의 변화를 검출하거나, 센서 구조물의 이동에 의해 일어나는 절환 장치의 개폐를 검출하거나, 구조물의 이동에 의해 일어나는 축전기의 정전용량의 변화를 검출하는 등을 포함하여 다양한 방식으로 검출될 수 있다. 센서 구조물과 관련된 응력 게이지의 저항 변화를 검출하거나, 센서 구조물과 관련된 압전 요소에 의한 신호 출력을 검출하거나 당해 분야의 숙련자에 의해 이해되는 다른 가능성을 포함하여 센서 구조물의 이동을 검출하기 위한 다른 가능성이 존재한다. 구조물의 이동을 검출하는 것은 구조물에 충돌한 입자들의 개수, 구조물에 충돌한 입자의 특정 종류 및/또는 크기, 구조물에 전달된 총 전하량, 비임 내의 입자의 전하 밀도, 이온 비임 내에 존재하는 비교적 큰 입자들의 개수 등을 측정하는 데 사용될 수 있다.

본 발명을 구체적인 실시예와 연계하여 설명하였으나, 많은 대안, 수정 및 변경이 당해 분야의 숙련자에게 자명할 것임이 명백하다. 따라서 본문에 기재된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예들은 설명을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있다.

Claims (27)

1. 하나 이상의 이동하는 입자를 검출하기 위한 방법이며,

   기준면에 대하여 상대적으로 고정된 부분을 갖는 센서 구조물을 제공하는 단계와,

   하나 이상의 이동하는 입자를 센서 구조물을 향해 유도하는 단계와,

   센서 구조물과 충돌하는 하나 이상의 입자와 반응하여 기준면에 대해 상대적인 센서 구조물 일부의 이동을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 센서 구조물을 제공하는 단계는 외팔보 아암 구조물을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 하나 이상의 이동하는 입자를 유도하는 단계는 입자 비임을 센서 구조물을 향해 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 하나 이상의 이동하는 입자를 유도하는 단계는 이온 비임을 구조물을 향해 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 이동 검출 단계는 센서 구조물의 가동부에 의해 반사되는광 비임의 방향 변화를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 이동 검출 단계는 절환 요소의 활성화를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 활성화 검출 단계는 센서 구조물과 접촉 패드 사이의 회로부의 폐쇄를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 활성화 검출 단계는 절환 요소와 충분히 근접한 부근 내에서 이동하는 센서 구조물의 가동부에 의해 활성화된 전자 절환 요소의 개폐를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 이동 검출 단계는 센서 구조물 가동부의 정전 편향에 기초하여 센서 구조물의 이동을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 이동 검출 단계는 하나 이상의 입자로부터 가동부로의 운동량 전달에 반응하여 센서 구조물의 가동부의 이동을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 이온 비임 내의 이온을 검출하는 방법이며,

    기판에 대해 상대적으로 고정된 고정부와 기판에 대해 상대적으로 이동 가능한 가동부를 갖는 하나 이상의 외팔보 아암을 제공하는 단계와,

    이온 비임을 외팔보 아암을 향해 유도하는 단계와,

    외팔보 아암과 충돌하는 이온 비임 내의 이온들에 반응하여 기판에 대해 상대적인 가동부의 이동을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 이동 검출 단계는 아암의 정전 편향에 기초하여 외팔보 아암의 가동부의 이동을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제11항에 있어서, 이동 검출 단계는 가동부로의 이온의 운동량 전달에 기초하여 외팔보 아암의 가동부의 이동을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제11항에 있어서, 이동 검출 단계는 외팔보 아암의 일부에서 광 비임을 유도하는 단계와, 반사된 광 비임의 방향 변화를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제11항에 있어서, 이동 검출 단계는 상당하는 제1 외팔보 아암에서 제1 광 비임을 유도하고 상당하는 제2 외팔보 아암에서 제2 광 비임을 유도하는 단계와, 반사된 광 비임에 의해 조사되는 검출기의 부분들 사이의 거리 변화를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 기준면에 대하여 상대적으로 고정된 고정부와 가동부를 각각 갖는 하나 이상의 센서 구조물과,

    센서 구조물과 충돌하는 입자에 반응하여 센서 구조물의 가동부의 이동을 검출하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
17. 제16항에 있어서, 센서 구조물은 하나 이상의 외팔보 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
18. 제16항에 있어서, 센서는 센서 구조물의 가동부의 정전 편향에 기초하여 센서 구조물의 이동을 검출하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
19. 제16항에 있어서, 센서는 센서 구조물로의 적어도 하나의 입자의 운동량 전달에 반응하여 센서 구조물의 가동부의 이동을 검출하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
20. 제16항에 있어서, 센서는 센서 구조물의 일부를 향해 광 비임을 방출하는 광 비임 방출기와, 센서 구조물에 의해 반사되는 광 비임의 방향 변화를 나타내는 신호를 출력하는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
21. 제16항에 있어서, 센서는 2개 이상의 센서 구조물로 광 비임을 유도하는 광 비임 방출기와, 2개 이상의 센서 구조물에 의해 반사되는 광 비임에 의해 조사되는 광검출기의 부분들 사이의 거리 변화를 나타내는 신호를 출력하는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
22. 제16항에 있어서, 센서는 센서 구조물의 가동부의 이동에 의해 활성화될 때 신호를 출력하는 절환 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
23. 제16항에 있어서, 센서는 축전기를 형성하도록 센서 구조물의 일부와 함께 작용하는 축전기 요소를 포함하고, 축전기의 정전용량은 센서 구조물의 이동에 의해 변화하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
24. 제16항에 있어서, 센서 구조물은 기판에 대하여 상대적으로 고정된 고정 단부와 자유 단부를 각각 갖는 2개 이상의 외팔보 아암과, 2개 이상의 외팔보 아암의 자유 단부들에 의해 지지되는 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
25. 제16항에 있어서, 센서 구조물은 기판의 상부면 내에 형성된 공동을 갖는 기판과; 공동의 대향 단부들에서 기판의 상부면에 고정된 브리지 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.
26. 제16항의 입자 검출기와,

    이온 비임 발생기를 포함하고,

    센서 구조물은 이온 비임 발생기에 의해 생성되는 이온 비임 내의 입자들을 검출하도록 가공편 평면 부근에 위치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
27. 반도체 기판과,

    반도체 기판 내에 또는 그 위에 형성된 하나 이상의 도전성 접점과,

    반도체 기판 상의 입자 충돌에 기인하는 2차 전자 방출로 인해 하나 이상의 도전성 접점으로부터의 전류 변화를 검출하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 검출기.