KR20140108258A - 작업물 프로세싱 동안의 전하 중성화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

작업물 프로세싱 동안의 전하 중성화를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20140108258A
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피터 에프. 쿠룬찌
크리스토퍼 제이 레비트
다니엘 디스타소
티모시 제이 밀러
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

프로세싱 시스템은 플라즈마를 제공하기 위한 플라즈마 소스 및 플라즈마로부터 이온들을 수취하도록 배치된 작업물 홀더를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템은 플라즈마 소스에 전기적으로 결합되고 그리고 플라즈마 소스가 접지에 대하여 파저티브로 바이어스되는 고전압 상태 및 플라즈마 소스가 접지에 대하여 네거티브로 바이어스되는 저전압 상태 사이에서 플라즈마 소스에 공급되는 바이어스 전압을 스위치하도록 동작 가능한 펄스 바이어스 회로를 포함한다.

Description

작업물 프로세싱 동안의 전하 중성화를 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CHARGE NEUTRALIZATION DURING PROCESSING OF A WORKPIECE}
본 발명은 작업물들의 이온 처리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작업물의 이온 처리 동안에 전하 중성화를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
작업물들 (기판들) 플라즈마 프로세싱 및 이온 빔은 이온 주입, 표면 텍스쳐링(texturing), 및 표면 에칭을 포함한 여러 가지 용도들을 위해 수행될 수 있다. 이온 주입(ion implantation)은 특별히 기판들에 성질-전환(property-altering) 불순물들을 도입하기 위한 표준 기술이다. 원하는 불순물(impurity) 물질이 플라즈마 소스(plasma source)로 이온화되고, 이온들은 미리 규정된(prescribed) 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속되고, 그리고 이온 빔은 기판의 표면으로 향하게 된다. 빔의 활성 이온들은 기판 물질의 서브-표면(sub-surface)를 투과하고 원하는 전도성 영역 또는 물질 성질(material property) 영역을 형성하기 위해 기판 물질의 결정질 격자(crystalline lattice)에 내장된다.
이온 빔 프로세싱에 대한 하나의 난제는 작업물에서 전하를 소산시키는 것을 요구하고, 이는 이온들이 기질 캐리 전하(nature carry charge)에 의해 기판 위에 부딪치기 때문에 작업물의 이온 주입 동안에 일어날 수 있다. 파저티브(positive) 이온들을 포함하는 이온 빔들의 경우에서, 이온 빔에 대한 노광 후에 파저티브 전하가 작업물 위에 빌드 업 될 수 있다. 소산될 이 전하에 대한 상태에서, 작업물 홀더는 접지될 수 있고, 그렇게 함으로써 작업물 표면으로부터 전하를 전도하기 위한 전도성 경로를 제공한다. 그러나, 만약 작업물 그 자체가 열악한 도전체 또는 전기적 절연체라면, 작업물 표면 위의 전하는 접지로의 전도성 경로를 가질 수 없고, 그렇게 함으로써 전하가 소산되는 것을 방해할 수 있다.
이온 빔에 대한 노광에 기인한 작업물 표면 위에 빌드업 되는 전하의 중성화는 작업물 위 전하에 반대 극성의 대전된 종들을 제공함으로써 또한 성취될 수 있다. 플라즈마 잠입 이온 주입을 포함하는, 파저티브 이온들을 이용하여 펄스 이온 주입을 채용하는 전형적으로 알려진 이온 주입 시스템들에서, 플라즈마는 작업물 홀더에 근접하여 수립될 수 있고 주기적인 바이어스가 플라즈마 및 작업물 홀더 사이에서 펄스들로 인가될 수 있다. “온” 기간들 동안에 파저티브 이온들은 플라즈마 및 작업물 홀더 사이에서 바이어스를 제공함으로써 작업물로 유인될 수 있고, 작업물 홀더에서의 포텐셜은 플라즈마에 대하여 네거티브이다. 동시에, 플라즈마내 전자들은 플라즈마에 대하여 그것의 상대적인 네거티브 포텐셜에 기인하여 작업물 홀더로부터 반발될 수 있다. “오프” 기간들 동안에 주입 시스템이 작업물 홀더를 플라즈마에 대하여 더 이상 네거티브 포텐셜에 설정하지 않을 때, 전자들은 작업물을 향하여 표류할 수 있다. 그러나, 이들 “오프” 기간들 동안의 전자들의 플럭스는 작업물의 표면을 중성화하기에 불충분할 수 있고 과잉 파저티브 전하가 잔존할 수 있다.
도 1a는 “오프” 기간들 (104)에 의해 중단된 일련의 “온” 기간들 (102)을 포함하는 전압 펄스 트레인 (100)을 예시한다. “온” 기간들(102) 동안에 파저티브 고전압이 플라즈마 소스로 인가될 수 있고, 동시에 작업물이 접지되고, 그에 의해 작업물을 플라즈마에 대하여 하이 네거티브 포텐셜 (전압)에 설정한다. 따라서, 파저티브 이온들은 도 1a에 도시된 예의 약 10 kV의 하이 에너지에서 작업물로 유인될 수 있다. “오프” 기간들(104) 동안에, 플라즈마 소스의 DC 전압이 명목상 접지 포텐셜에 있을 때, 원칙적으로 플라즈마 및 작업물 사이의 전압은 대략 제로(0)이다. 따라서 일부 전자들은 플라즈마로부터 “오프” 기간들(104) 동안에 작업물을 향하여 표류할 수 있고, 그렇게 함으로써 작업물을 중성화하는 경향이 있다.
도 2는 전압 펄스 트레인 (100)을 창출하기 위해 사용될 수 있는 회로부 (202)의 예시를 제공한다. 도 2에 도시된 것처럼, 플라즈마 소스 (210)는 작업물 홀더 (212)로 펄스 이온 빔들 (214)을 제공하기 위해 회로부 (202)에 결합된다. 회로부 (202)는 고전압 파워 서플라이 (204) 및 고전압 파워 서플라이 (204)를 플라즈마 소스 (210)에 연결하거나 연결 해제할 수 있는 고전압 스위치 (206)를 포함한다. 플라즈마가 플라즈마 소스 (210)에서 창출될 때, 플라즈마 소스 (210)는 고전압 스위치 (206)를 클로우징함으로써 예컨대 도 1a에 예시된 +10 kV 하이 파저티브 포텐셜로 바이어스 될 수 있다. 이 하이 파저티브 포텐셜은 플라즈마 소스 (210)로부터 파저티브 이온들 (214)을 추출하고 파저티브 이온들 (214)을 작업물 홀더쪽으로 가속시키는 역할을 한다. 고전압 스위치 (206)가 오픈 되고 및 제 2 스위치 (208)가 클로우즈될 때, 플라즈마 소스는 접지되고 파저티브 이온들은 더 이상 작업물 홀더 (212)쪽으로 유인되지 않는다. 따라서, 스위치들 (206,208) 중 하나의 스위치는 오픈 되고 다른 것은 클로우즈되는 구성들간 교번에 의해, 펄스 이온 빔들 (214)이 “온” 기간들 (202) 동안에 창출될 수 있다.
회로부 (202)는 전압 펄스 트레인에 의해 도시된 바와 같이 일반적으로 파형을 생성할 수 있지만, 실제 전압 파형은 전압이 “오프” 기간들 동안에 제로(0)인 희망하는 파형과 다를 수 있다. 예를 들어, 고전압 스위치 (206) 및 제 2 스위치 (208)는 작은 전압 강하로 귀결되는 내부 임피던스를 가질 수 있다. 따라서, 플라즈마 소스가 제 2 스위치 (208)를 통하여 접지에 연결되는 “오프” 기간들 동안에 (104) , 제 2 스위치 (208)의 작은 내부 임피던스는 직접 접지되지 않고 제로(0) 위 몇 볼트 일 수 있는 포텐셜에서 플로팅되는 플라즈마 소스 (210)로 될 수 있다. 하나의 “오프” 기간 (104)의 보다 확대된 뷰를 보여주는 도 1b에 예시된 바와 같이, 플라즈마 소스는 내부 임피던스 때문에 실제로 몇 볼트 파저티브 만큼의 포텐셜을 취득할 수 있다. “오프” 기간들 동안에 (104), 작업물 홀더 포텐셜은 플라즈마 소스 포텐셜 보다 몇 볼트 네거티브이기 때문에 작업물 홀더 (212)에 대하여 플라즈마 소스 (210)의 결과적인 파저티브 바이어스가 작업물 홀더 (212)로의 전자들의 플로우를 저해한다. 따라서, 이들 “오프” 기간들 동안에 작업물의 네거티브 포텐셜을 극복하기에 충분한 최초 에너지를 가지는 플라즈마로부터의 전자들의 플럭스는 작업물의 표면을 중성화하기에 불충분하여서 과잉 파저티브 전하가 잔존할 수 있다.
상기의 점을 고려하여, 지배적인 극성의 대전된 종들을 제공하는 시스템들에서, 예컨대 이온 빔 시스템들에서 전하의 중성화에 대한 개선들을 제공하는 것이 유용할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
이 요약은 이하 상세한 설명에 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 내용의 핵심 특징부들 또는 필수 특징부들을 식별하도록 의도되지 않고, 청구된 내용의 범위를 결정하는 데에 보조하는 것으로 의도되지 않는다.
일 실시예에서, 플라즈마 프로세싱 시스템은 플라즈마를 제공하기 위한 플라즈마 소스, 상기 플라즈마로부터 이온들을 수취하도록 배치된 작업물 홀더, 및 상기 플라즈마 소스 및 작업물 홀더 사이에서 공급되는 바이어스 전압을 상기 플라즈마 소스가 상기 작업물에 대하여 파저티브로 바이어스되는 고전압 상태 및 상기 플라즈마 소스가 상기 작업물에 대하여 네거티브로 바이어스되는 저전압 상태 사이에서 스위치 하도록 동작 가능한 펄스 바이어스 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 프로세싱 시스템 내 작업물을 취급하는 방법은 플라즈마 소스를 이용하여 플라즈마를 점화하는 단계, 상기 플라즈마 소스로부터 이온들을 수취하기 위해 작업물을 제공하는 단계, 및 상기 플라즈마 소스에 전압 펄스 트레인을 인가하는 단계를 포함하고 상기 전압 펄스 트레인은 상기 플라즈마 소스가 상기 작업물에 대하여 파저티브로 바이어스되는 고전압 상태 및 상기 플라즈마 소스가 상기 작업물에 대하여 네거티브로 바이어스되는 저전압 상태를 포함한다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 참조로서 본원에 통합된 첨부 도면들에 도면번호가 제공된다.
도 1a는 통상의 전압 펄스 트레인을 예시한다;
도 1b는 도 1a의 전압 펄스 트레인의 확대된 뷰를 보여준다;
도 2는 도면들 1a, 1b의 전압 펄스 트레인을 창출하기 위해 사용될 수 있는 회로부의 예시를 제공한다;
도 3은 본 실시예들에 따르는 프로세싱 시스템을 도시하는 블럭 다이어그램이다;
도 4는 펄스 바이어스 회로의 일 실시예를 도시한다;
도 5는 대표적인 펄스 바이어스 회로의 일 동작 모드를 도시한다;
도 6은 대표적인 펄스 바이어스 회로의 다른 동작 모드를 구체적으로 도시한다;
도 7은 대표적인 펄스 바이어스 회로의 다수의 동작 모드들의 합성 예시를 제공한다;
도 8a은 전압 펄스 트레인의 일 실시예를 도시한다;
도 8b는 전압 펄스 트레인의 다른 실시예를 도시한다; 및
도 8c는 전압 펄스 트레인의 추가 실시예를 도시한다.
시스템 및 방법의 실시예들이 작업물들 (기판들)의 이온 프로세싱과 관련하여 본 출원에서 설명된다. 다양한 실시예들에서, 이 시스템은 예를 들어, 반도체 기판들, 비트 패턴화된 매체들, 고체-상태 배터리들, 또는 플랫 패널들, 또는 다른 기판들과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에서 기술되는 특정 실시예들에 한정되지 않는다.
다양한 실시예들에서, 프로세싱 시스템은 플라즈마 소스 및 작업물 홀더에 대하여 플라즈마 소스의 펄스 바이어싱을 제공하기 위한 스위치 회로부를 포함한다. 스위치 회로부는 다양한 실시예들에서 작업물 (홀더)로 이온 빔들 및 전자들의 교번하는 펄스들을 제공하는 펄스 바이어싱을 제공할 수 있다. 새로운 펄스 바이어싱 회로 배열을 제공함으로써, 파저티브 이온들의 펄스 이온 프로세싱에 의해 이온들에 노출된 작업물은 펄스 주입 프로세스의 오프 기간들 동안에 공급되는 전자들에 의해 효율적으로 중성화될 수 있다. 이하의 논의에서, 본문 및 도면들의 도면부호는 작업물에 명시된 도면부호 없이 작업물 홀더에 대하여 제공될 수 있다. 그러나, 만약 다른 식으로 표시되지 않는다면, 작업물은 단지 작업물 홀더를 도시하거나 설명하는 시나리오들 또는 배열들로 제공될 수 있다는 것을 암시하는 것으로 이해되어야 한다.
다양한 실시예들에서, 플라즈마 기반 이온 주입 시스템들은 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스 및 플라즈마 및 작업물 사이의 바이어싱을 제어하기 위한 개별 회로부를 채용할 수 있다. 더욱이 플라즈마 잠입 이온 주입 시스템들에서의 사용을 위해, 본 실시예들은 고유한 셋의 특성들을 가지는 제어 가능한 이온 빔을 제공하기 위해서 플라즈마 및 작업물 사이에 추출 플레이트를 위치시키는 프로세싱 시스템들에 채용될 수 있다.
도 3은 작업물로 다수의 각도들에서 이온들을 제공하는 프로세싱 시스템을 도시하는 블럭 다이어그램이다. 프로세싱 시스템 (10)은 플라즈마 소스 (12), 추출 플레이트 (14) (또는 시스 엔지니어링 플레이트), 및 프로세스 챔버 (16)를 포함한다. 가스 소스 (18)는 플라즈마 챔버 (16)에 연결된다. 플라즈마 소스(12) 또는 프로세싱 시스템(10)의 다른 컴포넌트들은 터보 펌프와 같은 펌프(미도시)에 또한 연결될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 플라즈마 소스(12)는 RF 플라즈마 소스, 유도 결합 플라즈마(inductively-coupled plasma)(ICP) 소스, 방열 음극(indirectly heated cathode)(IHC), 헬리콘, 글로우 방전 소스 또는 당업자들에 알려진 다른 플라즈마 소스들일 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 예에서, 플라즈마 소스 (12)는 RF 생성기 (20), RF 정합 네트워크 (22), 및 안테나 (23)를 포함하는 RF 플라즈마 소스일 수 있다. 플라즈마 소스 (12)는 인클로저 (24)에 의해 둘러 싸여지고 및 절연체 (26)가 인클로저 (24)를 플라즈마 챔버 (16)와 따로 분리시킨다. 예시된 바와 같이, 작업물 홀더 (28)는 접지될 수 있다.
추출 플레이트 (14)는 작업물 (기판) (40)으로의 주입을 위해 이온들 (30)을 추출하기 위해 사용되고, 예시된 바와 같이 접지될 수 있다. 추출 플레이트 (14)는 냉각될 수 있다. 플라즈마 소스 (12)는 바이어스 될 수 있고 그리고 이하에서 설명될 바이어스 회로는 이온들 (30)을 유인하기 위해서 플라즈마 소스 (12)로 연속적이거나 또는 펄스 바이어스를 제공하기 위해서 제공될 수 있다. 추출 플레이트 (14)는 적어도 하나의 개구 (34)를 가질 수 있고, 이를 통하여 이온들 (30)이 작업물 (40)에 제공된다.
프로세싱 시스템 (10)을 이용하여 플라즈마로부터 추출된 이온 빔은 복잡한 마스킹 또는 리소그래피 절차들을 필요로 하지 않고서 희망하는 각도들의 범위에 걸쳐서 이온들 (30)을 작업물들 (40)로 동시에 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 이온들의 넓은 각도 분포를 창출하는 이 능력이 3차원 특징부들을 가지는 작업물들의 프로세싱을 가능하게 하고 이것은 상이한 방향들로부터 특징부들 위로 입사하는 이온들을 동시에 제공하기에 바람직할 수 있다. 게다가, 작업물 (40)에 제공되는 이온들 (30)의 정확한 각도 분포는 프로세싱 시스템 (10)의 특정 셋의 이온 빔 광학계 상태들 (파라미터들)에 따라 수립될 수 있다. 이온들 (30)의 각도 분포에 영향을 미칠 수 있는 파라미터들은 개구 (34)의 형상 및 크기, 주입 전압, 추출 플레이트 (14) 및 작업물 (40)사이의 간격, 및 플라즈마 밀도를 포함한다. 따라서, 특정 셋의 파라미터들은 이온들 (30)의 특정 이온 각도 분포를 수립할 수 있다.
프로세싱 시스템 (10)은 또한 이하에서 상세하게 설명될 작업물(들)(40)로 향하는 대전된 입자들의 창출된 펄스들에 대한 전압 펄스들을 제공하는 펄스 바이어스 회로 (42)를 포함한다. 본 실시예들에 따르는, 펄스 바이어스 회로 (42)는 펄스의 “오프” 기간들 동안에 작업물 (40)을 중성화시키는 역할을 하는 전자들 뿐만 아니라 펄스의 “온” 기간들 동안에 작업물로 펄스 이온 빔을 제공하는 전압 파형을 생성할 수 있다. 또한 이하에서 설명될 펄스 바이어스 회로 (42)의 동작을 제어하는 제어 신호들을 설정할 수 있는 제어기 (44)가 도 3에 예시된다. 일부 실시예들에서, 메커니즘 (46), 예컨대 이동 가능한 스테이지는 하나 이상의 상호간에 직교하는 방향들 (48, 50, 52)을 따라서 작업물 홀더 (28)을 움직이기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어 작업물 홀더 (28)의 위치는 추출 플레이트 (14) 및 작업물 홀더 (28)사이의 분리 간격을 조정하기 위해서 방향 (50)을 따라서 변화될 수 있다. 작업물 홀더 (28)는 또한 작업물(들) (40)의 희망하는 영역들에 대한 커버리지를 제공하기 위해서 이온들 (30)에 노출되는 동안 방향 (48) 및/또는 방향 (52) 따라서 스캔 될 수 있다.
도 4는 도 3에 개괄적으로 도시된 펄스 바이어스 회로 (42)의 일 실시예 (400)를 도시한다. 펄스 바이어스 회로 (400)는 펄스 바이어스 회로 (400)의 동작을 통제하는 제어 신호들을 수신하기 위해서 예시된 바와 같이 제어기 (44)에 결합될 수 있다. 펄스 바이어스 회로 (400)의 출력 (402)은 플라즈마 소스 (12) 및 작업물 홀더 (28) 사이에 인가되는 전압을 제어하기 위해서 플라즈마 소스 (12)에 결합된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 작업물 홀더 (28)는 작업물 홀더 (28) 및 플라즈마 소스 (12) 사이의 전압 차이가 펄스 바이어스 회로 (400)에 의한 전압 셋에 동등하도록 하기 위해서 접지에 연결될 수 있다.
고전압 회로 (404) 및 저전압 회로 (406)가 펄스 바이어스 회로 (400)내에 포함된다. 고전압 회로 (404)는 예를 들어, 고전압 파워 서플라이 (408), 고전압 스위치 (412), 및 커패시터 (416)를 포함할 수 있고 그리고 저전압 회로 (406)는 저전압 서플라이 (410), 저전압 스위치 (414), 및 커패시터 (418)를 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따라, 고전압 회로 (404)는 플라즈마 소스 (12)의 전압을 작업물 홀더(28)에 대하여 하이 파저티브 포텐셜에 있도록 설정할 수 있다. 예시된 바와 같이, 고전압 회로 (404)는 약 100 V 또는 그 이상의 파저티브 전압을 출력할 수 있는, 특별히 500 V 내지 50 kV의 파저티브 전압을 출력할 수 있는 고전압 (HV) 파워 서플라이 (408)를 포함한다. 따라서, 고전압 서플라이 (408)가 고전압 스위치 (412)를 통하여 플라즈마 소스 (12)에 연결된 때, 플라즈마 소스 (12)는 단일하게 대전된 이온들에 대하여 100 eV로부터 50 keV 에 달하는 에너지들에서 플라즈마 소스 (12)로부터 추출된 파저티브 이온들을 작업물 홀더 (28)쪽으로 가속되도록 하는 약 +100V 내지 +50 kV 포텐셜에 이를 수 있다. 이하에서 상세하게 설명될, 고전압 회로(404)는 플라즈마 소스 (12)로부터 고전압 서플라이 (408)를 간헐적으로 전기적 연결 및 연결 해제하도록 동작할 수 있고, 그렇게 함으로써 작업물 홀더 (28) 쪽으로 이온들의 펄스들을 유도할 수 있는 고전압에서 플라즈마 소스 (12)를 간헐적으로 펄스화할 수 있다.
본 실시예들에 따라, 저전압 회로 (406)는 플라즈마 소스 (12)의 전압을 작업물 홀더(28)에 대하여 낮은 네거티브 포텐셜에 있도록 설정할 수 있다. 예시된 바와 같이, 저전압 회로 (406)는 약 -2 V 또는 그 이상의 네거티브 전압을 출력할 수 있는, 특별히 -2 V 내지 -100 V의 네거티브 전압을 출력할 수 있는 저전압 서플라이 (410)를 포함한다. 따라서, 저전압 서플라이 (410)가 저전압 스위치 (414)를 통하여 플라즈마 소스 (12)에 연결될 때 플라즈마 소스는 저 에너지들, 즉, 약 100 eV이하의 에너지들에서 작업물 홀더 (28)쪽으로 플라즈마 소스 (12)내의 전자들을 가속시킴과 동시에 플라즈마 소스 (12)내의 이온들이 작업물 홀더 (28)을 향하여 가속되는 것을 막는 약 -2 V 내지 -100 V의 포텐셜에 이를 수 있다. 이하에서 상세하게 설명될, 저전압 회로(406)는 플라즈마 소스 (12)로부터 저전압 서플라이 (410)를 간헐적으로 전기적 연결 및 연결 해제하도록 동작할 수 있고, 그렇게 함으로써 작업물 홀더 (28) 쪽으로 펄스들의 전자들(미도시)를 유도할 수 있는 낮은 전압에서 플라즈마 소스 (12)를 간헐적으로 펄스화할 수 있다.
이제 도 5와 관련하여, 작업물 홀더 (28)를 향하여 파저티브 이온들을 향하게 하는 펄스 바이어스 회로 (400)의 일 동작 모드가 도시된다. 도 5에 도시된 시나리오에서, 고전압 스위치 (412)는 클로우즈되고 그렇게 함으로써 플라즈마 소스 (12)로 고전압 서플라이 (408)를 결합한다. 도 5에 도시된 동작모드에서, 저전압 스위치 (414)는 오픈되고 그렇게 함으로써 플라즈마 소스 (12)로부터 저전압 서플라이 (410)를 결합 해제한다. 이 시나리오에서, 플라즈마 소스 (12)는 고전압 서플라이 (408)에 의해 공급되는 파저티브 포텐셜 (전압)까지 충전될 수 있다. 따라서, 이온들 (420)은 작업물 홀더 (28)를 향하여 가속될 수 있다. 플라즈마 소스 (12)의 다양한 실시예들에서, 이온들 (420)은 임의 범위의 각도들에 걸쳐서 작업물 홀더 (28)로 향하는 이온들을 포함하는 빔, 예컨대 빔 (430)을 형성할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 제어기 (44)는 이온들의 펄스들로서 이온들 (420)을 작업물 홀더 (28)에 주기적으로 제공하기 위해서 오픈 및 클로우즈하도록 고전압 스위치 (412)를 통제할 수 있다.
과잉 파저티브 전하가 작업물 홀더 (28)위에 빌드업 되는 것을 방지하기 위해서, 펄스 바이어스 회로 (400)는 도 6에 예시된 바와 같이 제 2 동작 모드로 간헐적으로 스위치 될 수 있다. 도 6은 고전압 스위치가 오픈되고 그렇게 함으로써 플라즈마 소스 (12)로부터 고전압 서플라이 (408)를 연결 해제하는 시나리오를 도시한다. 더욱이, 저전압 스위치 (414)는 클로우즈되고 전압 서플라이 (410)를 플라즈마 소스 (12)에 연결하고 따라서 상기에서 논의된 바와 같이 플라즈마 소스 (12)에 낮은 네거티브 바이어스를 제공할 수 있다. 이 시나리오에서, 플라즈마 소스는 전자들 (422)을 플라즈마 소스 (12)로부터 가속시키고 도시된 바와 같이 접지될 수 있는 작업물 홀더 (28)에 부딪치게 하는 저전압 서플라이 (410)에 의해 네거티브 전압 셋에 이를 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제어기 (44)는 네거티브 전압 (- 100 V 내지 약 - 2V)의 일련의 펄스들 사이에 산재된 파저티브 전압 (>100 V)의 일련의 펄스들이 플라즈마 소스 (12)에 인가되도록 하기 위해서 도면들 5 및 6에 도시된 구성들 사이에서 교번하도록 펄스 바이어스 회로 (400)를 제어할 수 있다. 따라서, 펄스 바이어스 회로는 교번하여 고전압 스위치 (412)를 클로우즈시키고 동시에 저전압 스위치 (414)를 오픈시키고, 그리고 저전압 스위치 (414)를 클로우즈시키는 동안에 고전압 스위치 (412)를 오픈시킨다. 이것이 전자들 (422)의 펄스들 사이에 산재된 일련의 이온들 (420)의 펄스들을 생성할 수 있고, 도 7에 예시된 바와 같이 둘 모두의 종들은 플라즈마 소스로부터 가속되고 작업물 홀더 위에 입사된다.
도 7은 이온들 (420) 및 전자들 (422)의 교번하는 펄스들에 의한 작업물(명백하게 도시되지 않은)의 프로세싱의 예시를 제공한다. 언급된 바와 같이, 이온들 (420)은 고전압 스위치 (412)가 클로우즈 (그리고 저전압 스위치 (414)는 오픈)될 때 가속될 수 있고, 반면에 전자들 (422)은 고전압 스위치 (412)가 오픈 (그리고 저전압 스위치 (414)는 클로우즈)될 때 가속될 수 있다. 따라서, 비록 다수의 이온들 (420) 및 전자들 (422)의 펄스들이 도 7의 도면에서 도시되지만, 임의의 주어진 순간에 이온들 (420) 또는 전자들 (422)의 펄스가 작업물 홀더 (28) 위에 입사될 수 있는 것으로 쉽게 이해될 것이다.
이온들 (420) 및 전자들 (422)의 펄스들을 교번시킴으로써, 펄스 바이어스 회로 (400)와 함께 동작하는 프로세싱 시스템, 예컨대 프로세싱 시스템 (10)은 과잉 파저티브 전하 빌드업을 방지하면서 이온들 (420)의 도우즈로 작업물 홀더 (28)위에 위치된 작업물 (도 3에 작업물들 (40)을 보면)을 효율적으로 프로세스 할 수 있다. 다양한 실시예들에서 전자들 (422) 및/또는 이온들 (420)의 펄스들의 지속기간은 몇 밀리 세컨드 또는 미만의 차수(order)에 있을 수 있고, 특별히 약 1 ms 내지 10 ms의 차수에 있을 수 있다. 이온들 (420)에 의한 작업물 홀더 (28) 위에 배치된 파저티브 전하의 도우즈, 저전압 서플라이 (410)에 의한 네거티브 전압 셋, 및 저전압 스위치 (414)가 클로우즈된 채로 유지되는 지속기간을 포함하는 하나 이상의 요인들에 의존하는 전자들 (422)의 펄스는 이하의 도면들 8에 대하여 추가로 설명되는 바와 같이 각 이온들(420)의 도우즈 사이에서 작업물 홀더 위에 임의의 파저티브 전하의 일부 또는 전부를 중성화할 수 있다.
고전압 스위치 (412)가 클로우즈되는 “온” 상태들 및 고전압 스위치 (412)가 오픈되는 “오프” 상태들 사이에서 왔다 갔다하는 효율적인 스위칭을 보장하기 위해서, 펄스 바이어스 회로는 또한 고전압 회로 커패시터 (416) 및 저전압 회로 커패시터 (418)를 포함한다. 고전압 회로 커패시터 (416)는 고전압 스위치 (412)가 클로우즈될 때 플라즈마 소스 (12)로 빠른 펄스로서 방전될 수 있는 전하를 저장할 수 있다. 이 방식에서, 플라즈마 소스를 고전압 서플라이 (408)에 의한 실제 전압 셋으로 빠르게 이끌기 위한 고전압 서플라이 (408)의 능력을 가능하게 하는 전압이 플라즈마 소스 (12)에 빠르게 빌드업 될 수 있다. 이것은 특별히 플라즈마 소스 (12)의 컴포넌트들이 상대적으로 거대하고 및 포텐셜을 희망하는 전압으로 조정하기 위해서 상당한 전하를 필요로 하는 프로세싱 시스템들에서 유용할 수 있다.
반면에, 저전압 회로 커패시터 (418)는 저전압 스위치 (414)가 클로우즈되고 고전압 스위치가 오픈 될 때 플라즈마 소스 (12)의 방전을 가능하게 할 수 있다. “온” 기간 동안에 상대적으로 큰 전하가 플라즈마 소스 (12)의 컴포넌트들 위에 존재할 수 있기 때문에, 저전압 서플라이 (410)에 의한 네거티브 전압 셋을 적절한 방식으로 효율적으로 수립하기 위해서 플라즈마 소스 (12) 컴포넌트들을 빠르게 방전시키 것이 유리할 수 있다.
"오프” 기간들 동안에 플라즈마 소스 (12)에 의해 도달하는 실제 전압은 저전압 서플라이 (410)에 의한 전압 셋과는 다를 수 있다. 따라서, 내부 회로 임피던스 때문에, 플라즈마 소스 (12)는 상기에서 논의된 바와 같이 공칭 전압에 대하여 약간 파저티브인 포텐셜에 잔존할 수 있다. 따라서, 본 실시예들은 저전압 서플라이 (410)를 플라즈마 소스 (12)에 대하여 실제로 희망하는 것 보다 큰 네거티브 전압에 설정함으로써 이것에 대하여 조정할 수 있다. 예를 들어, 작업물 (40) 위에 입사할 때 약 5 eV의 에너지를 갖는 전자들을 제공하는 것을 희망한다면, 플라즈마 소스 (12)상에 도달된 전압과 셋 전압 사이에 존재할 수 있는 +5 V 오프셋을 해명하기 위해서 저전압 서플라이 (410)는 - 10 V에 설정될 수 있다. 이 방식에서 플라즈마 소스 (12)의 포텐셜은 실제로 약 - 5V에 도달하고, 그렇게 함으로써 플라즈마 소스 (12) 및 작업물 홀더 (28)에서의 접지 포텐셜 사이의 5 V의 필드(field)를 통하여 네거티브로 대전된 전자들을 가속한다.
다양한 실시예들에서, 펄스 바이어스 회로 (400)는 작업물의 프로세싱을 최적화하기 위해서 다른 요인들 중에서 “온” 기간들, “오프” 기간들, 및 “오프” 기간들 동안에 네거티브 전압 셋을 조정할 수 있다. 예를 들어, 작업물은 컴포넌트들 예컨대 제 1 “온” 기간, 제 1 “오프” 기간, 및 제 1 네거티브 전압을 포함하는 제 1 전압 펄스 트레인을 이용하여 프로세스 될 수 있고, 그 이후에 작업물에 축적된 전하가 모니터링 될 수 있다. 전압 펄스 트레인의 임의의 전술한 컴포넌트들은 모니터링된 축적된 전하를 기초로 하여 조절될 수 있다. 도 8a는 펄스 바이어스 회로, 예컨대 펄스 바이어스 회로 (400)에 의해 출력될 수 있는 전압 펄스 트레인 (802)의 일 실시예를 도시한다. 전압 펄스 트레인 (802)은 플라즈마 소스에 인가되는 파저티브 바이어스에 해당할 수 있는 파저티브 바이어스가 출력되는 “온” 부분들 (804)을 포함한다. “온” 부분들 (804)은 낮은 네거티브 바이어스 전압이 출력되는 “오프” 부분들 (806)에 의해 산재된다. 이 예에서, “온” 부분들 (806)의 듀티 사이클은 “온” 부분들 및 “오프” 부분들 (806)이 동일한 지속기간인 것을 의미하는 50%일 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 펄스 바이어스 회로 (400)는 플라즈마 소스 (12)의 충전 및 방전을 가능하게 하는 커패시터들을 포함할 수 있고, 전압 펄스 트레인 (802)은 반드시 꼭 같은 것은 아니지만, 플라즈마 소스 (12) 상의 실제 전압 변화에 개략적으로 상응할 수 있다. 따라서, 플라즈마 소스 (12)에서 전압은 마루(top)들이 하이 파저티브 전압에 해당하고, 골(trough)들이 낮은 네거티브 전압에 해당하는 일련의 구형파 펄스들을 구성할 수 있다. 50% 듀티 사이클에 따를 때, 작업물은 따라서 전체 프로세싱 시간의 1/2동안은 이온 프로세싱에 노출될 수 있고, 전체 프로세싱 시간의 1/2동안은 전자들에 노출될 수 있다. 희망하는 이온 처리를 보다 빠르게 완성하기 위해서 듀티 사이클을 증가하는 것이 바람직할 수 있지만, 작업물이 이온들에 노출되는 시간의 퍼센티지를 증가시키는 것은 작업물 위에 과잉 파저티브 전하 빌드 업으로 귀결될 수 있다. 따라서, 일부 프로세싱 상태들 하에서, “온” 부분들 (804) 동안에 발전된 파저티브 전하는 “오프” 부분들 (806) 동안에 불완전하게 중성화될 수 있다.
이 상황을 다루기 위해서, “오프” 부분들 (806)동안에 인가된 네거티브 전압은 플라즈마 소스로부터 더 높은 전자들의 플럭스를 유인하기 위해서 증가될 수 있고, 그렇게 함으로써 작업물 위의 파저티브 전하의 보다 빠른 중성화를 제공할 수 있다. 그러나, 만약 작업물이 전자 디바이스들을 건조하기 위한 반도체 기판이면 이것은 증가된 전자 에너지가 일으킬 수 있는 가능한 손상과 균형되어야 한다.
도 8b는 작업물의 중성화를 증가시키는 다른 방법을 예시한다. 도 8b의 실시예에서, 전압 펄스 트레인 (812)은 지속기간이 “온” 부분들 (814)의 지속기간보다 더 긴 “오프” 부분들 (816)에 의해 산재된 일련의 “온” 부분들 (814)을 포함한다. 따라서, 고전압 펄스 듀티 사이클은 도 8a의 시나리오에서 보다 더 낮고, 그렇게 함으로써 전자 에너지를 증가시킬 필요 없이 전자들에 대하여 “오프” 부분들 (816) 동안에 작업물 위의 파저티브 전하를 중성화하기 위해 상대적으로 더 많은 시간을 제공한다.
도 8c는 전압 펄스 트레인 (822)이 도 8a에서 처럼 동일한 듀티 사이클 (50%)을 포함할 수 있고 그렇게 함으로써 전체 프로세싱 시간에 대하여 이온 프로세싱 시간의 동일한 비율을 유지함으로써 도 8a에서 처럼 동일한 작업물 스루풋을 제공하는 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 전압 펄스 트레인 (822)의 주파수가 다른 전압 펄스 트레인 (802)의 주파수보다 더 낮기 때문에 “온” 부분들 (824) 및 “오프” 부분들 (826)의 지속기간은 전압 펄스 트레인 (802)의 대응하는 부분들에서 보다 더 길다. 설사 “오프” 부분들 (806 및 826)의 시간 비율이 동일하다 할지라도, 더 긴 “오프” 부분들 (826)은, 특별히, “오프” 부분들 (806)보다 파저티브 전하를 중성화하는데 보다 효율적일 수 있다. 이것은 하이 파저티브 전압로부터 스위칭 후에 희망하는 네거티브 포텐셜에 이르기 위해서는 플라즈마 소스에 대하여 수백 내지 수천 나노초의 차수에 있을 수 있는 전압 감쇠 커브 (830)에 의해 도시된 감쇠 시간이 요구된다는 사실로부터 기인할 수 있다. 이것은 따라서 도 8a에 도시된 바와 같이 플라즈마 소스가 희망하는 네거티브 포텐셜에 있고 전자들이 “오프” 부분들 (826)동안에 작업물을 향하여 가속되는 실제 시간 t네거티브를 단축시킨다. 도 8c의 경우에 있어서, t네거티브는 희망하는 “오프” 부분 (806)의 비율에 비교되었을 때 “오프” 부분 (826)의 보다 큰 비율을 차지할 수 있고 전압 감쇠 커브 (830)는 전체 “오프” 부분 (806)의 더 큰 비율을 소비한다.
그러나, 만약 네거티브 전압이 플라즈마 소스에 인가되는 “오프” 부분의 지속 기간이 충분하게 길면, 작업물 (40)은 전자들에 대한 과잉 노광 때문에 네거티브 전하를 발전시킬 수 있고, 그 후에 전자들은 플라즈마 소스로부터 더 이상 가속되지 않을 수 있다. 따라서, 플라즈마 파워, 가스 압력 및 플라즈마 소스 전압을 포함하는 다양한 다른 동작 파라미터들에 의존하여, 전압 펄스 트레인의 “오프” 부분의 지속기간에 대한 최적의 레인지가 정의될 수 있다.
본 출원에서 설명된 방법들은 예를 들어 명령들을 실행하는 것이 가능한 기계에 의해 판독되는 것이 가능한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체상에 명령들의 프로그램을 유형(tangibly) 구체화함으로써 자동화될 수 있다. 범용 컴퓨터가 이런 기계의 일 예이다. 관련 기술 분야에서 잘 알려진 적절한 저장 매체의 비제한적인 예시 목록은 판독 가능한 또는 기입 가능한 CD, 플래시 메모리 칩들 (예를 들어, 썹 드라이브(thumb drive)들), 다양한 자기 저장 매체, 및 유사한 것과 같은 디바이스들을 포함한다.
특별히, 플라즈마 소스에 전압 펄스 트레인들을 제공하는 단계들은 적어도 부분적으로 전자 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 메모리, 및/또는 컴퓨터 판독 가능한 프로그램의 조합에 의해 수행될 수 있다. 컴퓨터 메모리는 플라즈마 시스템의 동작과 관련되고 저장된 전압 값들에 의해 예증된 프로세스 이력 정보를 저장 및 디스플레이, 수신하도록 추가로 구성될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예들에 의해 한정되지 않는다. 실제로, 본 발명에 기술된 실시예들에 더하여, 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 변형예들이 전술한 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 명백해 질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 변형예들은 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 본 발명이 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 본 명세서에 기술되었으나, 당업자들은 본 발명의 유용성이 이에 한정되지 않으며 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 바람직하게는, 이하에서 개시된 청구항들은 명세서에서 서술된 본 발명의 모든 효과 및 취지의 관점에서 이해되어야 한다.

Claims (18)

  1. 프로세싱 시스템에 있어서,
    플라즈마를 제공하기 위한 플라즈마 소스,
    상기 플라즈마로부터 이온들을 수취하도록 배치된 작업물 홀더; 및
    상기 플라즈마 소스에 전기적으로 결합된 펄스 바이어스 회로로서, 상기 펄스 바이어스 회로는 상기 플라즈마 소스에 공급되는 바이어스 전압을 상기 플라즈마 소스가 접지에 대하여 파저티브(positive)로 바이어스되는 고전압 상태 및 상기 플라즈마 소스가 상기 접지에 대하여 네거티브(negative)로 바이어스되는 저전압 상태 사이에서 스위치하도록 동작 가능한, 상기 펄스 바이어스 회로를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 플라즈마 소스 및 상기 작업물 홀더 사이에 배치된 추출 플레이트를 더 포함하고, 상기 추출 플레이트는 상기 고전압 상태 동안에 이온 빔을 정의하기 위해서 배열되는, 프로세싱 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 펄스 바이어스 회로는 상기 바이어스 전압이 상기 고전압 상태로 스위치된때 상기 플라즈마 소스로 전류를 방전하기 위한 커패시터를 포함하는 고전압 회로를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 고전압 회로는 파저티브 전압을 공급하기 위한 고전압 파워 서플라이 및 상기 고전압 파워 서플라이를 상기 플라즈마 소스에 교번하여 연결 및 연결 해제하도록 동작 가능한 고전압 스위치를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    네거티브 전압을 출력하는 저전압 파워 서플라이; 및
    상기 저전압 서플라이를 상기 플라즈마 소스에 교번하여 연결 및 연결 해제하도록 동작가능한 저전압 스위치를 포함하는 저전압 회로를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 고전압 상태는 상기 작업물 홀더에 대하여 100 V 파저티브 보다 더 큰 포텐셜을 가지는 상기 플라즈마 소스에 의해 정의되는, 프로세싱 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 펄스 바이어스 회로는 상기 바이어스 전압이 상기 저전압 상태로 스위치된때 상기 플라즈마 소스로부터 전류를 방전시키기 위한 커패시터를 포함하는 저전압 회로를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 저전압 상태는 상기 작업물 홀더에 대하여 약 2V 및 100 V 네거티브 사이의 포텐셜을 가지는 상기 플라즈마 소스에 의해 정의되는, 프로세싱 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 고전압 상태 및 저전압 상태의 교번하는 부분들을 포함하는 전압 펄스 트레인을 출력하기 위해서 상기 펄스 바이어스 회로를 통제하는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 전압 펄스 트레인의 듀티 사이클을 가변하도록 동작 가능한, 프로세싱 시스템.
  10. 프로세싱 시스템에서 작업물을 취급하는 방법에 있어서,
    플라즈마 소스를 이용하여 플라즈마를 점화하는 단계;
    상기 플라즈마로부터 이온들을 수취하기 위한 작업물 홀더를 접지시키는 단계; 및
    상기 플라즈마 소스에 전압 펄스 트레인을 인가하는 단계로서, 상기 전압 펄스 트레인은 상기 플라즈마 소스가 접지에 대하여 파저티브로 바이어스되는 고전압 부분 및 상기 플라즈마 소스가 상기 접지에 대하여 네거티브로 바이어스되는 저전압 부분을 포함하는, 상기 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
    청구항 10에 있어서, 상기 플라즈마 소스 및 상기 작업물 홀더 사이에 배치된 추출 플레이트를 통하여 이온들을 통제하는 단계로서, 상기 이온들은 상기 작업물 홀더를 향하여 임의의 각도 범위에 걸쳐 입사하는 이온들을 포함하는 이온 빔을 정의하는, 상기 통제하는 단계를 포함하는, 방법
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 바이어스 전압이 고전압 상태로 스위치 된 때 커패시터로부터 상기 플라즈마 소스로 전류를 방전하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 바이어스 전압이 저전압 상태로 스위치 된 때 상기 플라즈마 소스로부터 커패시터로 전류를 방전시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 작업물 홀더에 대하여 100 V 파저티브 보다 더 큰 상기 고전압 상태로 플라즈마 소스 포텐셜을 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 작업물 홀더에 대하여 약 2V 및 100 V 네거티브 사이의 상기 저전압 상태로 플라즈마 소스 포텐셜을 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 청구항 10 에 있어서,
    상기 전압 펄스 트레인이 상기 플라즈마 소스에 인가된 후에 상기 작업물에서 전하를 모니터링 하는 단계; 및
    상기 전하에 대응하여 상기 고전압 상태의 셋 전압, 상기 저전압 상태의 셋 전압, 상기 고전압 상태의 지속기간, 및 상기 저전압 상태의 지속기간 중 하나 이상을 변화시킴으로써 제 2 전압 펄스 트레인을 설정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 이온 주입 시스템에 있어서,
    플라즈마 소스;
    이동 가능한 작업물 홀더로서 상기 작업물 홀더를 움직이는 동안 상기 플라즈마 소스에 의해 공급되는 플라즈마로부터 이온들을 수취하기 위해 접지에 결합되는 상기 작업물 홀더;
    상기 작업물 홀더를 향하여 임의의 각도 범위에 걸쳐서 이온들을 통제하도록 배열되고 상기 플라즈마 소스 및 상기 작업물 홀더 사이에 배치된 추출 플레이트; 및
    상기 플라즈마 소스 및 상기 작업물 홀더에 공급되는 바이어스 전압을 상기 플라즈마 소스가 접지에 대하여 파저티브로 바이어스되는 고전압 상태 및 상기 플라즈마 소스가 접지에 대하여 네거티브로 바이어스되는 저전압 상태 사이에서 스위치하도록 동작 가능한 펄스 바이어스 회로;를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  17. 청구항 17 에 있어서, 상기 펄스 바이어스 회로는
    상기 바이어스 전압이 상기 고전압 상태로 스위치된때 상기 플라즈마 소스로 전류를 방전하기 위한 커패시터를 포함하는 고전압 회로; 및
    상기 바이어스 전압이 상기 저전압 상태로 스위치된때 상기 플라즈마 소스로부터 전류를 방전시키기 위한 커패시터를 포함하는 저전압 회로;를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  18. 청구항 18에 있어서, 상기 고전압 상태는 접지에 대하여 100 V 파저티브 보다 더 큰 포텐셜을 가지는 상기 플라즈마 소스에 의해 정의되고 및 상기 저전압 상태는 접지에 대하여 약 2V 및 100V 사이의 포텐셜을 가지는 상기 플라즈마 소스에 의해 정의되는, 이온 주입 시스템.
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