KR20140078747A

KR20140078747A - 균일한 플라즈마를 생성하기 위해 변환되는 전자 빔 플라즈마 소스 어레이

Info

Publication number: KR20140078747A
Application number: KR1020147013085A
Authority: KR
Inventors: 레오니드 도르프; 샤히드 라우프; 케니스 에스. 콜린스; 니푼 미스라; 제임스 디. 칼두치; 개리 리레이; 카르틱 라마스와미
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-06-25
Also published as: TW201320144A; US20130098872A1; CN103766005A; WO2013059132A1

Abstract

전자 빔 전파 방향을 변경하고 불균일성들을 제거하거나 줄이기 위해, 플라즈마 반응기의 처리 영역을 둘러싸고 있는 전자 빔 소스들의 어레이가 주기적으로 변환된다.

Description

균일한 플라즈마를 생성하기 위해 변환되는 전자 빔 플라즈마 소스 어레이{SWITCHED ELECTRON BEAM PLASMA SOURCE ARRAY FOR UNIFORM PLASMA PRODUCTION}

본 발명의 실시예들은 균일한 플라즈마를 생성하기 위해 변환되는 전자 빔 플라즈마 소스 어레이에 관한 것이다.

피가공물을 처리하기 위한 플라즈마 반응기는 플라즈마 소스로서 전자 빔을 채용할 수 있다. 이러한 플라즈마 반응기는, 전자 빔 내의 전자 밀도 및/또는 운동 에너지의 불균일한 분포로 인하여, 불균일한 처리 결과들의 분포(예컨대, 피가공물의 표면에 걸친 에칭률 분포)를 나타낼 수 있다. 이러한 불균일성들은 빔의 전파 방향을 따라 분포될 수 있으며, 빔 전파 방향에 대해 횡방향으로 분포될 수도 있다.

플라즈마 반응기는 측벽, 바닥 및 천장을 포함하는 처리 챔버와, 피가공물 지지면을 갖고 상기 피가공물 지지면과 상기 천장 사이에 처리 영역을 정의하는, 상기 챔버 내의 피가공물 지지 페데스탈을 포함한다. 상기 처리 영역을 향하는 개별 빔 방출 축선들을 갖는 전자 빔 소스들의 어레이가 제공되며, 상기 전자 빔 소스들의 어레이는 상기 챔버의 외부에 배치되고, 상기 측벽은 상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들과 일치하는 개별 통공들을 포함한다. 빔 덤프들(전자 전류 수집기들)의 어레이가 더 제공되며, 상기 빔 덤프들의 어레이는 상기 전자 빔 소스들의 어레이 및 상기 빔 덤프들 중 개별 빔 범프들에 커플링된 개별 서보(servo)들과 정렬되고, 상기 빔 덤프들은 각각 빔 차단 위치와 비차단 위치 사이로 개별적으로 이동가능하다. 상기 개별 서보들에는 제어기가 커플링된다.

다른 양태에서, 상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들과 정렬된 빔 구속 자기장 소스들의 어레이와, 상기 빔 구속 자기장 소스들 중 개별 빔 구속 자기장 소스들에 커플링되며 가역적인 전류 극성들을 갖는 개별 전류 소스들이 제공된다. 상기 제어기는 상기 개별 전류 소스들에 더 커플링된다. 일 실시예에서, 상기 전자 빔 소스들의 대향하는 쌍들은 상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들을 공유하며, 상기 제어기는 상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들을 따라 전자 빔 전파 방향의 반전을 주기적으로 유발하도록 프로그램된다.

본 발명의 예시적 실시예들을 달성하고 상세하게 이해할 수 있는 방식으로, 첨부 도면들에 도시된 본 발명의 예시적 실시예들을 참조하여, 위에서 약술한 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명을 모호하게 하지 않도록 하기 위해, 어떤 공지된 공정들은 본원에서 설명되지 않음을 이해하여야 한다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 빔 방출 축선을 따라 빔 전파 방향이 원하는 속도로 가역적인, 한 쌍의 대향하는 빔 소스들을 갖는 플라즈마 반응기의 정면도들이다. 빔 소스들은 제 1 실시예에서 플라즈마 소스로서 DC 방전들을 채용한다.
도 2 및 도 3은 빔 전파 방향이 2차원들에서 변화될 수 있는, 플라즈마 반응기 챔버의 외부 주위에 전자 빔 소스들의 어레이를 갖는 플라즈마 반응기의 평면도들이다.
도 4a 내지 도 4e는 도 2 및 도 3의 플라즈마 반응기를 작동시키기 위한 모드의 일례를 도시하고 있는 동시간대의 타이밍도들이다.
도 5a 및 도 5b는 환형 플라즈마 소스를 채택하고 있는, 도 1a 또는 도 2의 플라즈마 반응기를 위한 전자 빔 소스를 도시하고 있다.
도 6은 용량적으로 결합된 플라즈마 소스를 채택하고 있는, 도 1a 또는 도 2의 플라즈마 반응기를 위한 전자 빔 소스를 도시하고 있다.
도 7a 및 도 7b는 유도적으로 결합된 플라즈마 소스를 채택하고 있는, 도 1a 또는 도 2의 플라즈마 반응기를 위한 전자 빔 소스를 각각 도시한 측면도와 단부도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들은 가능한 한 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 일 실시예의 요소들과 특징들은 구체적인 언급 없이 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나, 첨부 도면들은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시하고 있을 뿐이며, 본 발명은 다른 동등한 효과를 갖는 실시예들을 포함할 수 있으므로, 그 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 아니됨을 유의하여야 한다.

도 1a는 전자 빔 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 반응기를 도시하고 있다. 반응기는 원통형 측벽(102), 바닥(104) 및 천장(106)에 의해 밀폐된 처리 챔버(100)를 포함한다. 피가공물 지지 페데스탈(108)은 반도체 웨이퍼와 같은 피가공물(110)을 지지하며, 페데스탈(108)은 축(예컨대, 수직) 방향으로 이동가능하다. 가스 분배판(112)이 천장(106)과 통합되거나 천장에 탑재되며, 처리 가스 공급기(114)로부터 처리 가스를 수득한다. 진공 펌프(116)는 바닥(104)을 통해 챔버를 배기시킨다. 피가공물(110)과 가스 분배판(112) 사이에 처리 영역(118)이 정의된다. 처리 영역(118) 내에서, 처리 가스는 피가공물(110)을 처리하기 위한 플라즈마를 생성하도록 이온화된다.

플라즈마는 전자 빔에 의해 처리 영역(118)에서 생성된다. 도 1a에서, 제 1 전자 빔 소스(120-1)는, 처리 챔버(100) 외부에 배치되며 도전성 인클로저(124)를 갖는 플라즈마 생성 챔버(122)를 포함한다. 제 1 전자 빔 소스(120-1)는 도 1b의 확대도에 가장 잘 도시되어 있다. 도전성 인클로저(124)는 목부 또는 가스 입구(125)를 갖는다. 가스 입구(125)에는 전자 빔 소스 가스 공급기(127)가 커플링된다. 도전성 인클로저(124)는 처리 챔버(100)의 측벽(102)에 있는 개구(102a)를 통해 처리 영역(118)을 향하고 있는 개구(124a)를 갖는다.

제 1 전자 빔 소스(120-1)는 개구(124a)와 플라즈마 생성 챔버(122) 사이의 추출 격자(126)와, 추출 격자(126)와 처리 영역(118) 사이의 가속 격자(128)를 포함한다. 추출 격자(126)와 가속 격자(128)는, 예컨대, 분리된 도전성 메쉬들로 형성될 수 있다. 추출 격자(126)와 가속 격자(128)는 서로로부터 그리고 도전성 인클로저(124)로부터 전기적으로 절연되도록 각각 절연체(130, 132)들에 의해 장착된다. 그러나, 가속 격자(128)는 챔버(100)의 측벽(102)과 전기적으로 접촉되어 있다. 개구(124a, 102a)들과 추출 및 가속 격자(126, 128)들은 일반적으로 서로 합동(合同)이며, 처리 영역(118)으로 전자 빔을 위한 얇고 넓은 유동 경로를 정의한다. 유동 경로의 폭은, 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 피가공물(110)의 직경(예컨대, 100 내지 500㎜)인 반면, 유동 경로의 높이는 약 2인치 미만이다. 전자들은 추출 격자(126)를 통해 챔버(122) 내의 플라즈마로부터 추출되며, 가속 격자와 추출 격자 사이의 전압차로 인하여 가속 격자(128)를 통해 가속되어, 처리 챔버(100)로 유입되는 전자 빔을 생성한다.

제 1 전자 빔 소스(120-1)는, 제 1 전자 빔 소스(120-1)와 정렬되어 전자 빔의 방향에 대해 평행한 자기장을 생성하는 전자석(134-1, 134-2)들의 제 1 쌍을 더 포함한다. 전자 빔은 피가공물(110) 위의 처리 영역(118)을 가로질러 흐르며, 제 1 빔 덤프(136-1)에 의해 처리 영역(118)의 반대 측에서 흡수된다. 제 1 빔 덤프(136-1)는 넓고 얇은 전자 빔을 포획하기에 적합한 형상을 갖는 도전체이다.

플라즈마 DC 방전 전압 공급기(140-1)의 음극 단자는 도전성 인클로저(124)에 커플링되며, 전압 공급기(140-1)의 양극 단자는 추출 격자(126)에 커플링된다. 그 다음, 전자 빔 가속 전압 공급기(142-1)의 음극 단자는 추출 격자(126)에 연결되며, 전압 공급기(142-1)의 양극 단자는 처리 챔버(100)의 접지된 측벽(102)에 연결된다. 코일 전류 공급기(146-1, 146-2)들의 제 1 쌍은 전자석(134-1, 134-2)들의 제 1 쌍에 커플링된다.

도 1a의 반응기는 처리 영역(118)을 통한 전자 빔의 유동 방향을 반전시킬 수 있다. 이러한 특징은 전파 방향(길이 방향)을 따라 전자 빔의 밀도 분포에서의 불균일성을 줄이거나 교정할 수 있다는 장점이 있다. 이를 위해, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 전자 빔 소스(120-1)와 구조적으로는 동일하지만 반대 방향을 향하고 있으며 챔버(100)의 반대 측에 배치된 제 2 전자 빔 소스(120-2)가 제공된다. 제 2 전자 빔 소스(120-2)는 전자석(134-1, 134-2)들의 제 1 쌍, DC 방전 전압 공급기(140-1), 가속 전압 공급기(142-2) 및 코일 전류 공급기(146-1, 146-2)들을 포함하여, 제 1 전자 빔 소스(120-1)와 관련하여 상술한 요소들에 대응하는 요소들을 포함한다. 또한, 제 1 빔 덤프(136-1)의 반대 측에 제 2 빔 덤프(136-2)가 제공되며, 제 1 및 제 2 빔 덤프(136-2, 136-1)들의 축 방향 위치를 각각 승강시키기 위한 각각의 서보(152)들이 제공된다.

전자석(134-1, 134-2)들이 동일한 방향으로 자기장들을 생성하도록, 코일 전류 공급기(146-1, 146-2)들이 제어될 수 있다. 제어기(150)는 원하는 빔 방향에 따라 빔 덤프(136-1, 136-2)들의 위치를 결정하기 위해 각각의 서보(152)들을 통제한다. 구체적으로, 도 1a의 우측에서 좌측으로 전자 빔이 전파하는 경우, 제 1 빔 덤프(136-1)는 제 1 전자 빔 소스(120-1)로부터 전자 빔의 경로 속으로 상승하게 되는 반면, 제 2 빔 덤프(136-2)는 전자 빔 경로 아래로 하강하게 된다.

전자 빔의 방향을 반전시키기 위하여, 제 1 빔 덤프(136-1)는 하강한 반면 제 2 빔 덤프(136-2)는 상승된, 도 1c에 도시된 구성이 채택된다. 이에 따라, 빔 덤프(136-1, 136-2)들이 교대로 상승하게 됨으로써, 하나의 빔 덤프가 상승하여 가장 가까운 전자 빔 소스로부터의 전자 빔의 흐름을 차단하는 반면, 반대 측 빔 덤프는 하강하여 반대 측 전자 빔 소스로부터의 전자 빔의 흐름을 허용하게 된다.

전술한 바와 같이, 도 1a 및 도 1c의 실시예들은 전술한 바와 같이 하나의 축선을 따라 전자 빔 전파 방향을 반전시킬 수 있는 한 쌍의 대향하는 전자 빔 소스(120-1, 120-2)들을 포함한다. 다른 실시예에서는, 서로 다른 축선들을 따라 처리 영역(118)을 가로질러 서로를 향하고 있는 대향하는 전자 빔 소스들의 적어도 2개(또는 그 이상)의 쌍들이 제공된다. 이러한 특징은 전자 빔 흐름에 대해 횡방향을 따라 전자 빔의 밀도 분포에서의 불균일성을 줄이거나 교정할 수 있다는 장점이 있다.

예컨대, 도 2는 대향하는 전자 빔 소스들의 2개의 쌍들이 제공된 실시예를 도시하고 있으며, 여기서, 대향하는 전자 빔 소스(120-1, 120-2)들의 제 1 쌍은 제 1("x") 축선을 따라 가역적인 전자 빔 흐름을 제공하는 반면, 대향하는 전자 빔 소스(120-3, 120-4)들의 제 2 쌍은 제 1("x") 축선에 대해 직교하는 제 2("y") 축선을 따라 가역적인 전자 빔 흐름을 제공한다. 대향하는 전자 빔 소스들의 쌍들은 도 1a 및 도 1b와 관련하여 전술한 전자 빔 소스들과 구조적으로 동일하다. 전자 빔 소스(120-1, 120-2)들의 제 1 쌍은 전자석(134-1, 134-2)들의 제 1 쌍을 채용하고 있는 반면, 전자 빔 소스(120-3, 120-4)들의 제 2 쌍은 전자석(134-3, 134-4)들의 제 2 쌍을 채용하고 있다. 전자석(134-3, 134-4)들의 제 2 쌍은 각각의 코일 전류 공급기(146-3, 146-4)들에 의해 급전된다. 또한, 빔 차단(상승) 위치들과 비차단(하강) 위치들 사이에서의 각각의 빔 덤프(136-1, 136-2, 136-3, 136-4)들의 개별적인 이동들을 통제하는 각각의 빔 덤프 서보들이 제공된다.

제어기(150)는 2개의 축선들 각각을 따라 전자 빔의 흐름을 선택적으로 가능하게 하고 반전시키기 위해 각각의 서보(152)들을 통제한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 측벽(102)의 피가공물 반송 개구(420)에는 반송 포트(410)를 통해 메인프레임 반송 챔버(400)가 커플링된다. 반송 포트(410)는 도 2에 도시된 방식으로 전자석(134-2) 내에 끼워진다.

도 3은 대향하는 빔 소스(120-1 내지 120-4)들의 2개의 쌍들을 위해 생성되는 자기장들을 도시하고 있다. "x" 축선에 대해 평행한 제 1 및 제 2 전자 빔 소스(120-1, 120-2)들의 전자석(134-1, 134-2)들에 의해 생성된 자기장을 "x-자기장"이라 표시한다. 마찬가지로, "y" 축선에 대해 평행한 제 3 및 제 4 전자 빔 소스(120-3, 120-4)들의 전자석(134-3, 134-4)들에 의해 생성된 자기장을 "y-자기장"이라 표시한다. 2개의 축선들을 따르는 전자 빔의 흐름이 교대로(비동기적으로) 제어기(150)에 의해 가능해질 수 있다. 각 축선을 따르는 유동 방향이 사용자가 선택한 속도로 주기적으로 반전될 수 있으며, 각 축선을 따르는 방향 반전의 속도가 상이하거나, 모든 축선들에 대해 동일한 속도일 수 있다.

비동기 모드로 작동하는 한 가지 방법은 4개의 빔 덤프(136-1 내지 136-4)들을 그들의 상승 또는 "차단" 위치들에 유지하고, 그들 각각을 한번에 하나씩 차례로 (그들의 "비차단" 위치로) 하강시키는 것이다. 그러한 비동기 모드에서의 빔 소스들의 작동의 일례가 도 4a 내지 도 4e에 도시되어 있다. 도 4a 내지 도 4e는 전자 빔 전파 방향(도 4a)과 빔 덤프(136-1 내지 136-4)들의 위치들(도 4b 내지 도 4e)의 동시간대의 타이밍도들이다. 도 4a 내지 도 4e는, 빔 덤프(136-1)가 "하강" 위치에 있을 때는 빔 방향이 x-축선을 따라 양의 방향이고, 빔 덤프(136-2)가 "하강" 위치에 있을 때는 x-축선을 따라 음의 방향이며, 빔 덤프(136-3)가 "하강" 위치에 있을 때는 y-축선을 따라 양의 방향이고, 빔 덤프(136-4)가 "하강" 위치에 있을 때는 y-축선을 따라 음의 방향이라는 것을 보여주고 있다.

도 4a 내지 도 4e에 도시된 시퀀스에서, 전자 빔 전파 방향은 x-축선을 따른 다음, 빔 방향이 반전되어, 음의 x-축선을 따르게 된다. 그 후, x-축선을 따른 빔의 흐름이 정지되는 대신, 빔의 방향이 사실상 90°회전한 y-축선을 따른 빔의 흐름이 확립된다. 그 다음, 빔의 방향이 음의 y-축선을 따르도록 반전되며, 전체 시퀀스가 반복된다. 전술한 시퀀스는 하나의 축선을 따라 전자 빔을 전파시키고, 상기 하나의 축선을 따라 빔의 방향을 반전시킨 다음, 다른 축선과 정렬되도록 빔의 방향을 회전시킨 후, 상기 다른 축선을 따라 빔의 흐름을 반전시키는 것으로 구성된다. 제 1 축선과 정렬되도록 빔의 방향이 다시 회전되며, 전체 시퀀스가 반복된다.

선택적인 실시예에서, 반전 및 회전 시퀀스는 일련의 연속적인 빔의 회전들이며, 여기서, 빔의 방향은 하나의 축선(예컨대, 양의 x-축선)을 따라 먼저 확립된 다음, 다른 축선(예컨대, 양의 y-축선)을 따르도록 회전된 후, 제 1 축선이지만 음의 방향(예컨대, 음의 x-축선)을 따르도록 다시 회전된 다음, 제 2 축선이지만 음의 방향(예컨대, 음의 y-축선)을 따르도록 또 다시 회전된다.

각각의 전자 빔 소스(120-4 내지 120-1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 DC 가스 방전 타입일 수 있다. 그러나, DC 가스 방전에 한정되지 않고, 임의의 적당한 플라즈마 생성 모드가 채택될 수 있다. 예컨대, 전자 빔 소스는 환형 플라즈마 소스, 유도적으로 결합된 플라즈마 소스, 또는 용량적으로 결합된 플라즈마 소스를 포함할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 가스 입구(125)에 커플링된 재진입 도관(125-1)을 둘러싼 페라이트 링(160)과, 링(160)을 둘러싸는 코일(162)과, 임피던스 정합기(164)를 통해 코일(162)에 커플링된 RF 전력 생성기(163)를 포함한 환형 플라즈마 소스 전력 인가기를 채용하도록 변형된 도 1a의 전자 빔 소스(120-1)를 도시하고 있다. 도 5b는 재진입 도관(125-1)이 환형 플라즈마 소스 방식으로 한 쌍의 포트(125-2, 125-3)들에서 챔버 인클로저(124)에 커플링된 것을 도시하고 있다.

도 6은 챔버(122)와 통합된 용량적으로 결합된 RF 플라즈마 소스를 포함하도록 변형된 도 1a의 전자 빔 소스(120-1)를 도시하고 있다. 용량적으로 결합된 RF 플라즈마 소스는 상부 인클로저(170-1)와 하부 인클로저(170-2)로 구성된 도전성 인클로저를 갖는다. 챔버(122)의 일단부에서, 상부 인클로저(170-1)는 유전체 스페이서(171)에 의해 하부 인클로저(170-2)로부터 분리된다. 챔버(122)의 반대 측 단부에서, 상부 및 하부 인클로저(170-1, 170-2)들은 추출 격자(126)를 향하고 있는 방출 통공(172)에 의해 분리된다. RF-핫(hot) 소스 전극(173)이 상부 인클로저(170-1)에 인접하여 제공되며, 유전체 층(174)에 의해 상부 인클로저(170-1)로부터 분리되어 있다. RF-콜드(cold) 전극(411)(접지 리턴)이 하부 인클로저(170-2) 위에 놓이며, 유전체 층(413)에 의해 하부 인클로저로부터 분리되어 있다. RF 소스 전력 생성기(175)는 임피던스 정합기(176)를 통해 RF 소스 전극(173)에 커플링된다. 상부 인클로저(170-1)와 하부 인클로저(170-2)에는 각각의 초크 인덕터(178-1, 178-2)들을 통해 DC 고전압 공급기(177)의 음극 단자가 연결된다. 대안적으로, 초크 인덕터를 통해 추출 격자(126)에 DC 고전압 공급기(177)의 음극 단자가 연결될 수 있다. DC 고전압 공급기(177)의 양극 단자는 접지에 연결된다. DC 저전압 공급기(179)의 음극 단자는 DC 고전압 공급기(177)의 음극 단자에 연결된다. DC 저전압 공급기(179)의 양극 단자는 초크 인덕터(178-3)를 통해 추출 격자(126)에 연결된다. RF 소스 전력 생성기(175)는 챔버(122) 내에서 용량적으로 결합된 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 제공한다. 초크 인덕터(178-1, 178-2, 178-3)들은 RF 소스 전력 생성기(175)가 용량 방전에 필요한 하부 및 상부 인클로저(170-1, 170-2)들 간의 RF 전압차를 유지할 수 있도록 하며, DC 전압 공급기들을 통해 생성기의 RF 단락을 방지한다. 일례에서, RF 소스 전력 생성기(175)의 주파수는 60㎒일 수 있으며, 초크 인덕터(178-1, 178-2, 178-3)들의 인덕턴스는 1μH일 수 있다. DC 고전압 공급기(177)는 약간 내지 수 ㎸ 범위의 전압을 제공할 수 있다. DC 저전압 공급기(179)는 약간 내지 수백 V 범위의 전압을 제공할 수 있다. DC 고전압 공급기(177)와 DC 저전압 공급기(179)의 전압들 간의 차이가 순 전자 추출 전위이다. 본 실시예에서는, 전자 빔 소스 챔버(122) 내의 플라즈마의 메인 소스가 용량적으로 결합된 방전이라는 사실에도 불구하고, 추출 격자(126)의 방전 측에서 전자 축출 피복을 제거하여 전자들이 추출 격자를 통해 전자 빔 방전 챔버를 떠날 수 있도록 보장하기 위해, 저전압 공급기(179)가 여전히 필요하다. 일 실시예에서, 도 1의 가스 공급기(127)로부터 전자 빔 소스 가스가 메인 챔버(100)에 도입될 수 있으며, 상기 메인 챔버로부터 도 6의 전자 빔 소스 챔버(122) 속으로 확산됨에 따라, (도 6에 도시된 바와 같은) 전자 빔 소스 챔버(122)에 직접 연결된 가스 배관이 반드시 필요한 것은 아니다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전자 빔 소스 가스 공급기(127)가 전자 빔 소스 챔버(122)에 직접 연결되는 일 실시예에서는, 도 1a의 메인 챔버 진공 펌프(116)로부터 분리된 진공 펌프(미도시)를 도 6의 챔버(122)에 연결하는 것이 바람직할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 인클로저(124)에 인접한 코일 안테나(180)와 RF 임피던스 정합기(184)를 통해 코일 안테나(180)에 커플링된 RF 전력 생성기(182)를 포함하는 유도적으로 결합된 RF 플라즈마 소스를 포함하도록 변형된 도 1a의 전자 빔 소스(120-1)를 도시하고 있다. 코일(180)은 페라이트 또는 유전체일 수 있는 지지 로드(180a) 주위에 감겨있다. 유전체 튜브(180B)가 코일(180)을 둘러싸고 있다.

대안적인 실시예에서, 기계적으로 위치 결정될 수 있는 빔 덤프(136-1 내지 136-4)들이 제거될 수 있다. 이러한 대안적인 실시예에서는, 전자 빔 소스들 중 특정 전자 빔 소스가 반대 측 빔 소스가 될 수 있으며, 그 플라즈마 소스 전력이 일시적으로 스위치 오프되었을 때, 그 챔버 인클로저(124)가 접지에 일시적으로 연결된다. 예컨대, 전자 빔 소스(120-1)가 전자 빔을 생성할 때, 반대 측 전자 빔 소스(120-2)는 (예컨대, 그 방전 전압 공급기(140-2)와 그 가속 전압 공급기(142-2)를 비활성화함으로써) 일시적으로 턴 오프되며, 반대 측 빔 소스(120-2)의 플라즈마 소스 인클로저(124)는 접지에 일시적으로 연결된다. 따라서, 각각의 전자 빔 소스(120-1 내지 120-4)는 기계적으로 위치 결정될 수 있는 빔 덤프(136-1 내지 136-4)들과 관련하여 전술한 주기적인 방식으로 서로 다른 시간들에서 빔 덤프로서의 기능을 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것이나, 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 다른 추가적인 실시예들이 안출될 수 있으며, 그 범위는 하기된 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims

플라즈마 반응기로서,
측벽, 바닥 및 천장을 포함하는 처리 챔버;
피가공물 지지면을 갖고 상기 피가공물 지지면과 상기 천장 사이에 처리 영역을 정의하는, 상기 챔버 내의 피가공물 지지 페데스탈;
상기 처리 영역을 향하는 개별 빔 방출 축선들을 갖는 전자 빔 소스들의 어레이로서, 상기 전자 빔 소스들의 어레이는 상기 챔버의 외부에 배치되고, 상기 측벽은 상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들과 일치하는 개별 통공들을 포함하는, 상기 전자 빔 소스들의 어레이와,
빔 덤프들의 어레이로서, 상기 빔 덤프들의 어레이는 상기 전자 빔 소스들의 어레이 및 상기 빔 덤프들 중 개별 빔 범프들에 커플링된 개별 서보들과 정렬되며, 상기 빔 덤프들은 각각 빔 차단 위치와 비차단 위치 사이로 개별적으로 이동가능한, 상기 빔 덤프들의 어레이; 및
상기 개별 서보들에 커플링된 제어기를 포함하는,
플라즈마 반응기.
제 1 항에 있어서,
상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들과 정렬된 빔 구속 자기장 소스들의 어레이; 및
상기 빔 구속 자기장 소스들 중 개별 빔 구속 자기장 소스들에 커플링되며 가역적인 전류 극성들을 갖는 개별 전류 소스들을 더 포함하며,
상기 제어기는 상기 개별 전류 소스들에 더 커플링되는,
플라즈마 반응기.
제 2 항에 있어서,
상기 전자 빔 소스들의 대향하는 쌍들은 상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들을 공유하는,
플라즈마 반응기.
제 3 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들을 따라 전자 빔 전파 방향의 반전을 주기적으로 유발하도록 프로그램되는,
플라즈마 반응기.
제 4 항에 있어서,
상기 제어기는 서로 다른 시간들에서 상기 빔 방출 축선들 중 서로 다른 빔 방출 축선들을 따라 전자 빔 전파를 가능하게 하도록 더 프로그램되는,
플라즈마 반응기.
플라즈마 반응기로서,
측벽, 바닥 및 천장을 포함하는 처리 챔버;
피가공물 지지면을 갖고 상기 피가공물 지지면과 상기 천장 사이에 처리 영역을 정의하는, 상기 챔버 내의 피가공물 지지 페데스탈;
상기 챔버의 외부에서 상기 처리 영역의 대향하는 측면들에 배치되어 제 1 축선을 따라 서로 대면하고 있는 전자 빔 소스들의 제 1 쌍으로서, 상기 전자 빔 소스들의 제 1 쌍은 각각 상기 제 1 축선에 대해 평행한 전자 빔 전파 방향과 전자 빔 방출 통공을 갖고, 상기 측벽은 상기 전자 빔 소스들의 제 1 쌍의 전자 빔 방출 통공들 중 개별 전자 빔 방출 통공들을 향하고 있는 개별 개구들을 포함하는, 상기 전자 빔 소스들의 제 1 쌍;
상기 전자 빔 방출 통공들 중 개별 전자 빔 방출 통공들에 인접한 제 1 및 제 2 빔 덤프들로서, 상기 제 1 및 제 2 빔 덤프들은 각각 전자 빔 차단 위치와 비차단 위치 사이로 이동가능하며, 상기 제 1 및 제 2 빔 덤프들에는 제 1 및 제 2 서보들이 각각 커플링되는, 상기 제 1 및 제 2 빔 덤프들;
상기 제 1 축선에 대해 평행한 자기장 방향을 갖는 제 1 자석과, 상기 제 1 자석에 커플링되며 변환가능한 극성을 갖는 제 1 전류 공급기; 및
상기 제 1 및 제 2 서보들과 상기 제 1 전류 공급기에 커플링된 제어기를 포함하는,
플라즈마 반응기.
제 6 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 제 1 및 제 2 빔 덤프들을 그들 각각의 차단 위치와 비차단 위치 사이로 이동시키고 상기 제 1 전류 공급기의 전류 극성을 변환시킴으로써 상기 제 1 축선을 따라 전자 빔 전파 방향을 반전시키도록 프로그램되는,
플라즈마 반응기.
제 6 항에 있어서,
상기 챔버의 외부에서 상기 처리 영역의 대향하는 측면들에 배치되어 상기 제 1 축선에 대해 횡방향인 제 2 축선을 따라 서로 대면하고 있는 전자 빔 소스들의 제 2 쌍으로서, 상기 전자 빔 소스들의 제 2 쌍은 각각 상기 제 2 축선에 대해 평행한 전자 빔 전파 방향과 전자 빔 방출 통공을 갖고, 상기 측벽은 상기 전자 빔 소스들의 제 2 쌍의 전자 빔 방출 통공들 중 개별 전자 빔 방출 통공들을 향하고 있는 개별 개구들을 포함하는, 상기 전자 빔 소스들의 제 2 쌍;
상기 전자 빔 소스들의 제 2 쌍의 상기 전자 빔 방출 통공들 중 개별 전자 빔 방출 통공들에 인접한 제 3 및 제 4 빔 덤프들로서, 상기 제 3 및 제 4 빔 덤프들은 각각 전자 빔 차단 위치와 비차단 위치 사이로 이동가능하며, 상기 제 3 및 제 4 빔 덤프들에는 제 3 및 제 4 서보들이 각각 커플링되는, 상기 제 3 및 제 4 빔 덤프들; 및
상기 제 2 축선에 대해 평행한 자기장 방향을 갖는 제 2 자석과, 상기 제 2 자석에 커플링되며 변환가능한 극성을 갖는 제 2 전류 공급기를 더 포함하며,
상기 제어기는 상기 제 2 및 제 3 서보들과 상기 제 2 전류 공급기에 더 커플링되는,
플라즈마 반응기.
제 6 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 제 3 및 제 4 빔 덤프들을 그들 각각의 차단 위치와 비차단 위치 사이로 이동시키고 상기 제 2 전류 공급기의 전류 극성을 변환시킴으로써 상기 제 2 축선을 따라 전자 빔 전파 방향을 반전시키도록 프로그램되는,
플라즈마 반응기.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 축선들은 서로에 대해 직교하는,
플라즈마 반응기.
제 6 항에 있어서,
상기 전자 빔 소스들은 각각 (a) 환형 플라즈마 소스, (b) DC 가스 방전 플라즈마 소스, (c) 유도적으로 결합된 플라즈마 소스, 및 (d) 용량적으로 결합된 플라즈마 소스와 같은 타입들 중 하나의 타입의 플라즈마 소스를 포함하는,
플라즈마 반응기.
제 6 항에 있어서,
상기 전자 빔 소스들은 각각,
소스 인클로저, 상기 소스 인클로저 내의 개구와 상기 전자 빔 방출 통공 내의 절연된 추출 격자와 상기 절연된 추출 격자와 상기 처리 챔버 사이의 절연된 가속 격자를 포함하는 상기 전자 빔 방출 통공, 및 상기 소스 인클로저 내의 가스 입구를 포함하는,
플라즈마 반응기.
전자 빔 소스를 갖는 플라즈마 반응기를 작동시키기 위한 방법으로서,
상기 플라즈마 반응기의 처리 영역 속으로 처리 가스를 도입하는 단계;
개별 반경 방향들을 따라서 연장하는 개별 빔 방출 축선들을 따라 상기 플라즈마 반응기의 상기 처리 영역 속으로 전자 빔들을 도입하는 단계; 및
상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들을 따라 전자 빔 전파 방향을 주기적으로 반전시키는 단계를 포함하는,
전자 빔 소스를 갖는 플라즈마 반응기를 작동시키기 위한 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들을 따라 개별 빔 구속 자기장들을 생성하는 단계; 및
상기 빔 방출 축선들 중 개별 빔 방출 축선들을 따른 전자 빔 전파 방향의 반전과 협력하여 상기 개별 자기장들의 방향들을 반전시키는 단계를 더 포함하는,
전자 빔 소스를 갖는 플라즈마 반응기를 작동시키기 위한 방법.
제 14 항에 있어서,
서로 다른 시간들에서 상기 개별 빔 방출 축선들 중 서로 다른 빔 방출 축선들을 따라 전자 빔 전파를 가능하게 하는 단계를 더 포함하는,
전자 빔 소스를 갖는 플라즈마 반응기를 작동시키기 위한 방법.