KR20170052638A - 히든 편향 전극을 이용한 이온 빔들의 이온 각도 분포의 제어 - Google Patents

히든 편향 전극을 이용한 이온 빔들의 이온 각도 분포의 제어 Download PDF

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Abstract

프로세싱 장치는: 플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트로서, 추출 플레이트는 제 1 개구와 제 2 개구, 및 제 1 및 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 제 1 및 제 2 개구는 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 및 제 2 이온 빔을 획정하도록 구성되는, 추출 플레이트; 플라즈마 챔버 외부에서 중간 부분에 인접하여 배치되며 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든 편향 전극; 및 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하기 위한 히든 편향 전극 전원 공급장치로서, 바이어스 전압은 제 1 및 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및/또는 입사의 평균 각도 근처에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위를 수정하도록 구성되는, 히든 편향 전극 전원 공급장치를 포함할 수 있다.

Description

히든 편향 전극을 이용한 이온 빔들의 이온 각도 분포의 제어{CONTROL OF ION ANGULAR DISTRIBUTION OF ION BEAMS WITH HIDDEN DEFLECTION ELECTRODE}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2014년 09월 10일자로 출원되어 계류중인 미국 가특허 출원 일련번호 제62/048584호에 대한 정규 출원이며, 이러한 출원의 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
기술분야
본 실시예들은 플라즈마 프로세싱 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 히든 포커싱 전극(hidden focusing electrode)과 함께 히든 편향 전극(hidden deflection electrode)을 사용하여 플라즈마 소스로부터 추출되는 리본 이온 빔들의 각도 분포(평균 각도 및 각도 확산)를 제어하는 방법에 관한 것이다.
이온들로 기판을 처리하기 위해 사용되는 통상적인 장치들은 빔라인 이온 주입기들 및 플라즈마 잠입 이온 주입(plasma immersion ion implantation) 툴들을 포함한다. 이들 둘 모두가 에너지들의 범위에 걸쳐 이온들을 주입하기에 적절하다. 빔라인 이온 주입기들에 있어서, 이온들이 소스로부터 추출되고, 질량 분석되며, 그 후 기판 표면으로 전달된다. 플라즈마 잠입 이온 주입 장치에 있어서, 기판은, 플라즈마가 생성되는 동일한 챔버 내에서 플라즈마에 인접하여 위치된다. 기판이 플라즈마에 대하여 네거티브(negative) 전위로 설정되며, 기판의 전방에서 플라즈마 쉬스(plasma sheath)를 가로지르는 이온들이 수직 입사 각도로 기판 상에 충돌한다. 최근에 추출되는 이온 각도 분포(ion angular distribution; IAD)의 제어를 가능하게 하는 새로운 프로세싱 장치가 개발되었다. 이러한 장치에 있어서, 이온들이 플라즈마 챔버로부터 추출되지만, 기판이 이온 소스로부터 멀리 위치되는 빔라인과 달리, 기판이 플라즈마 챔버에 인접하여 위치된다. 이온들은, 플라즈마에 인접하여 배치된 추출 플레이트 내의 특별한 기하구조의 개구를 통해 추출된다. 개구의 기하구조를 변화시키는 것이, 이온 각도 분포, 즉, 이온 분포의 평균 각도 및 각도 확산의 변화를 가능하게 한다. 이는, 3D 구조체들을 갖는 기판들, 즉, 주입, 에칭, 또는 다른 프로세싱을 위하여 그것들의 측벽들이 이온들에 노출될 표면 특징부들이 존재하는 기판들을 처리하기에 적합할 수 있다. 이러한 측벽들을 처리하기 위하여, 이온들은 이온 빔 폭 및 이온 각도 분포를 생성하기 위한 특정 형상 및 크기의 개구를 통해 추출된다. 일반적으로, 개구는, 3-30 mm의 높이들 및 350-400 mm의 폭들을 갖는 리본 이온 빔들이 추출될 수 있도록 세장형(elongated) 형상을 갖는다. 이온 빔이 프로세싱될 기판보다 더 넓은 경우에 있어서(예를 들어, 300 mm Si 기판의 경우에 있어서), 프로세싱 단계는 리본 빔의 전면에서 기판을 한번 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 더 많은 프로세싱이 바람직한 경우, 기판은 필요한 횟수만큼 빔의 전면에서 앞뒤로 통과된다.
반면, 빔 형상 및 빔 전류에 더하여, 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 이온 각도 분포(IAD)에 대한 추가적인 제어를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 그리고 다른 고려사항들이 본 개선들이 요구되는 것에 관한 것이다.
본 요약은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구되는 내용의 핵심 특징들 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며, 청구되는 내용의 범위를 결정하는데 도움을 주는 것으로서 의도되지도 않는다.
일 실시예에 있어서, 프로세싱 장치는, 플라즈마 챔버의 일 측(side)을 따라 배치되는 추출 플레이트로서, 추출 플레이트는 제 1 개구와 제 2 개구, 및 제 1 개구와 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 제 1 개구 및 제 2 개구는 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔을 획정(define)하도록 구성되는, 추출 플레이트; 플라즈마 챔버 외부에서 중간 부분에 인접하여 배치되며 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든 편향 전극; 및 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하기 위한 히든 편향 전극 전원 공급장치로서, 바이어스 전압은 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 입사의 평균 각도 근처에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 히든 편향 전극 전원 공급장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 프로세싱 시스템은, 플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 플라즈마 챔버에 결합된 플라즈마 소스; 플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트로서, 추출 플레이트는 제 1 개구와 제 2 개구, 및 제 1 개구와 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔을 획정하도록 구성되는, 추출 플레이트; 플라즈마 챔버 외부에서 중간 부분에 인접하여 배치되며 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든 편향 전극; 및 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하기 위한 히든 편향 전극 전원 공급장치로서, 바이어스 전압은 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 입사의 평균 각도 근처에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 히든 편향 전극 전원 공급장치를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 히든 편향 전극을 사용하여 기판에 제공되는 이온 빔을 제어하는 방법은, 기판을 포함하는 프로세싱 챔버에 인접한 플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계; 플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트를 제공하는 단계로서, 추출 플레이트는 제 1 개구와 제 2 개구, 및 제 1 개구와 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 제 1 개구 및 제 2 개구는 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔을 획정하도록 구성되는, 단계; 플라즈마 챔버 외부에서 중간 부분에 인접하여 배치되며 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든 편향 전극을 배열하는 단계; 및 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 바이어스 전압은 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 입사의 평균 각도 근처에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 단계를 포함한다.
도 1a는 본 개시의 실시예들에 따른 프로세싱 장치의 수직 단면(Oyz 평면)을 나타낸다.
도 1b는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1a의 프로세싱 장치의 추출 광학부(optics)의 평면도를 나타낸다.
도 1c는 예시적인 이온 각도 분포를 나타낸다.
도 1d는 다른 예시적인 이온 각도 분포를 나타낸다.
도 1e는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1a의 프로세싱 장치의 이온 추출 영역의 분해 단면도(Oyz 평면)를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 2 kV 추출 전압 및 0, -200, 및 -400 볼트의 바이어스 전압들에 대한 도 1a의 프로세싱 장치에 대한 동작 시나리오들을 도시하며, 추출 구역에서의 빔렛(beamlet)들, 형상들, 및 정전기 전위 분포들을 예시한다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a의 프로세싱 장치 및 도 2a 내지 도 2c의 동작 시나리오들에 대한 이온 빔 방사율의 모델링 결과들을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1a의 프로세싱 장치 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 동작 시나리오들에 대한 이온 각도 분포들을 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1a의 다양한 실시예들에 따른 히든 편향 전극들 및 포커싱 전극을 갖는 프로세싱 장치의 3개의 상이한 동작 시나리오들에 대한 전극 배열, 빔렛 형상들 및 정전기 전위 분포들을 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5a 내지 도 5c의 시스템에 대한 히든 편향 및 포커싱 전극들 상의 바이어스 전압들의 다양한 조합들에 대한 웨이퍼 평면에서의 리본 이온 빔 각도 분포의 모델링 결과들을 나타낸다.
도 7a 내지 도 7b는 도 1a의 프로세싱 장치의 다양한 실시예들에 따른 추출 기하구조들을 갖는 복수의 히든 편향 전극들을 갖는 이온 주입기의 전극 배열, 빔렛 형상들 및 정전기 전위 분포들을 나타낸다.
도 8a 내지 도 8b는 도 1a의 프로세싱 장치의 다양한 실시예들에 따른 복수의 히든 편향 전극들 및 포커싱 전극을 갖는 이온 주입기의 전극 배열, 빔렛 형상들 및 정전기 전위 분포들을 나타낸다.
이제 이하에서 본 실시예들이, 일부 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 개시의 내용이 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 본원의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 도면들에서, 유사한 도면번호들이 전체에 걸쳐 유사한 엘리먼트를 지칭한다.
본원에서 설명되는 실시예들은 히든 편향 전극을 사용하여 기판으로 보내지는 이온들의 각도 분포를 제어하기 위한 장치, 시스템들 및 방법들을 제공한다. 구체적으로, 본 실시예들은, 플라즈마로부터 이온 빔들을 생성하고 그들의 이온 각도 분포(IAD)를 제어하기 위한 신규한 추출 시스템을 제공한다. 용어 "이온 각도 분포"는, 기판에 대한 수선과 같은 기준 방향에 대한 이온 빔 내의 이온들의 입사의 평균 각도뿐만 아니라, 짧게 "각도 확산"으로 지칭되는 평균 각도 주변에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 또는 분포의 폭을 나타낸다. 본원에 개시되는 실시예들에 있어서, 신규한 추출 시스템은, 플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트로서, 추출 플레이트는 제 1 세장형 개구와 제 2 세장형 개구, 및 제 1 개구와 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 리본 이온 빔 및 제 2 리본 이온 빔을 획정하도록 구성되는, 추출 플레이트, 플라즈마 챔버 외부에서 중간 부분에 인접하여 배치되며 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든 편향 전극, 및 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하기 위한 편향 전극 전원 공급장치로서, 바이어스 전압은 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 평균 각도 근처에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 편향 전극 전원 공급장치를 포함할 수 있다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 이온 빔들의 입사의 각도는, 추출 시스템에 인가되는 전압들을 조정함으로써 및/또는 추출 시스템의 다양한 컴포넌트들의 위치결정(positioning)을 조정함으로써, 플라즈마 밀도(즉, 가스 압력 및/또는 rf 파워)를 조정함으로써 또는 이들 모두에 의해 제어된다. 히든 편향 전극은, 메니스커스(meniscus)를 통해 플라즈마로부터 추출되는 이온들이 히든 편향 전극과 충돌하지 않을 때 플라즈마 챔버로부터 또는 플라즈마로부터 "숨겨지는(hidden)" 것으로서 간주될 수 있다.
고 종횡비 반도체 구조체들의 플라즈마 프로세싱을 위하여, 제공되는 장치, 시스템들, 및 방법들은, 그들의 이온 각도 분포(IAD)가 추출 광학부 구성요소들에 충돌하지 않으면서 인 시튜(in situ)로 제어되고 조향될 수 있는 이온 빔들을 갖는 이점을 제공한다.
이는, 추출 전극 내에 제공되는 추출 개구에 인접하여 플라즈마 내에 잠입되는 바이어싱된 편향 전극을 사용함으로써 이온 각도 분포를 제어하는 프로세싱 시스템들과 대조된다. 이러한 경우에 있어서, 플라즈마 내의 바이어스 전극들의 위치 때문에, 동작 동안에 특히 높은 바이어 전압들에서 바이어스 전극은 고-에너지 이온 충돌에 노출된다. 결과적으로, 바이어스 전극의 재료가 스퍼터링(sputter)될 수 있다. 스퍼터링된 원자들이 응고될 수 있으며, 이는 프로세싱되는 기판 상에 증착하고 프로세스에 부정적인 영향을 주는 작은 입자들을 형성한다.
플라즈마로부터 포지티브(positive) 이온들을 추출하기 위하여, 기판을 접지시키고 플라즈마 챔버를 포지티브 전위로 상승시키거나, 또는 플라즈마 챔버를 접지시키고 기판을 네거티브 전위로 배치함으로써, 추출 전압이 기판과 플라즈마 챔버의 전기적으로 전도성인 부분들 사이에 인가될 수 있다. 바이어스 전극은 플라즈마 챔버에 대하여 네거티브 전위(예를 들어, 0 V 내지 -1000 V)로 바이어싱되는 전도성 재료로 구성될 수 있으며, 그 결과 바이어스 전극이 IAD에 대한 상당한 제어를 제공한다(예를 들어, 30°의 입사의 평균 각도에 있어서의 변화, 및 4° 내지 25° 범위의 각도 확산을 제공함).
그러나, 플라즈마 내의 바이어스 전극들의 위치 때문에, 동작 동안에 특히 높은 바이어 전압들에서 바이어스 전극은 고-에너지 이온 충돌에 노출된다. 결과적으로, 바이어스 전극의 재료가 스퍼터링된다. 스퍼터링된 원자들이 응고될 수 있으며, 이는 프로세싱되는 기판 상에 증착하고 기판 재료의 품질을 감소시키는 작은 입자들을 형성한다.
이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 실시예들에 있어서, 장치, 시스템들, 및 방법들은, 플라즈마 내에 잠입되는 것이 아니라 플라즈마 챔버 내의 벌크(bulk) 플라즈마로부터 감춰지거나 또는 숨겨진 편향 전극을 사용하여 그것의 이온 각도 분포(IAD)가 전극 스퍼터링 없이 인 시튜 방식으로 제어될 수 있는 이온 빔들을 생성하는 이점을 제공한다. 이러한 이점은, 인 시튜 제어가능 IAD의 특성을 유지하면서 동시에 전극 스퍼터링의 유해한 효과를 완화시키는 이온 빔 추출 광학 시스템을 사용하여 제공된다. 이에 더하여, 본원에 개시되는 장치 및 시스템들은 편향 전극이 전극 스퍼터링을 겪지 않게 하면서 평균 각도 및 각도 확산의 독립적인 제어를 제공한다.
다양한 실시예들에 따르면, 이온 빔 IAD 특성들(평균 각도 및 각도 확산)의 변경은, 다양한 파라미터들의 변화들의 임의의 조합의 변경에 의해 달성될 수 있다. 평균 입사 각도 및 각도 확산과 함께, 이온 빔 형상의 변경이 프로세싱 장치의 진공을 깨지 않고 달성이 가능할 수 있다. 이러한 이유로, 본 실시예들은, 소위 말하는, 이온 평균 입사 각도, 각도 확산, 다시 말해서 기판으로 제공되는 이온 각도 분포(IAD)의 인-시튜 제어를 가능하게 한다. 다양한 실시예들에 따르면, 이온 각도 분포의 변경을 생성하는 인 시튜 제어는, 히든 편향 전극 및 히든 포커싱 편향 전극의 위치의 변화들; 하나 이상의 개구 크기들의 변경; 플라즈마에 전달되는 RF 전력의 변화들; 가스 압력의 변화들; 또는, 히든 편향 전극, 기판 홀더/기판, 추출 플레이트, 또는 플라즈마 챔버에 인가되는 전압을 포함하여, 프로세싱 장치의 컴포넌트들에 인가되는 전압들의 변화들에 의해 수행될 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.
도 1a는 본 개시의 실시예들에 부합하는 프로세싱 장치(100)를 도시한다. 프로세싱 장치(100)는 본 개시의 다양한 실시예들에 부합하는 히든 편향 전극(102)을 갖는다. 프로세싱 장치(100)는 플라즈마 챔버(109) 내에 플라즈마(108)를 생성하기 위하여 플라즈마 소스를 사용한다. 플라즈마 챔버(109)는, 희망되는 이온 빔 폭을 갖는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들을 획득하기 위하여 100-200 mm만큼 초과하는 "X" 차원(dimension) 크기를 가질 수 있다.
(106A, 106B, 및 106C로서 예시되는) 추출 플레이트(106)는 플라즈마 챔버(109)의 일 측을 따라 배열된다. 도 1a에서, 추출 플레이트(106)(이하에서 설명되는 바와 같이 106A, 106B, 및 106C로서 예시되는 도 1a의 106)는 플라즈마 챔버(109)의 하단(109A)에 배열된다. 추출 플레이트(106)는 플라즈마 챔버(109)의 챔버 벽의 일 부분을 획정할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 추출 플레이트(106)는 이를 통해 이온들이 (예를 들어, 리본 이온 빔들로서 지칭될 수 있는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)으로서 정의되는 이온 빔들의 쌍으로서 도 1a에 예시되는) 이온 빔들로서 추출될 수 있으며, 기판 홀더(121) 내의 기판(122)을 향해 보내질 수 있는 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)를 획정한다. X 차원에서의 추출 개구의 길이는 희망되는 리본 빔 폭을 50-100 mm만큼 초과할 수 있다. 예를 들어, 300 mm Si 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 리본 빔이 희망되는 경우, X 방향에서의 추출 슬릿 길이는 350-400 mm이어야만 한다. Y 방향에서의 추출 개구 개구부는 3 mm 내지 15 mm 사이일 수 있다. 추출 플레이트(106)는, 추출 플레이트(106)의 중간 부분(106B)의 각 측면 상의 추출 플레이트(106)의 제 1 외측 부분(106A) 및 제 2 외측 부분(106C)과 같은 추출 플레이트(106)의 외측 부분 사이에 획정되는 중간 부분(106B)을 갖는 하나의 플레이트일 수 있다. 추출 플레이트(106)는, 제 1 개구(130) 외부의 추출 플레이트(106)의 제 1 외측 부분(106A), 제 1 외측 부분(106A)과 동일 평면인 제 2 개구(132) 외부의 추출 플레이트(106)의 제 2 외측 부분(106C)을 포함한다. 제 1 외측 부분(106A), 중간 부분(106B), 및 제 2 외측 부분(106C)은 전기적으로 전도성이다. 제 1 외측 부분(106A), 중간 부분(106B), 및 제 2 외측 부분(106C)은 Z-축에 평행한 방향을 따라 서로에 대하여 이동이 가능하다. 중간 부분(106B)은 제 1 외측 부분(106A) 및 제 2 외측 부분(106C)과 동일 평면이 아니다. 중간 부분(106B)은 제 1 개구(130)와 제 2 개구(132) 사이에 배치되며, 플라즈마(108)가 플라즈마 챔버(109) 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)을 획정하도록 구성된다. 추출 플레이트(106)는 제 1 플라즈마 메니스커스(140) 및 제 2 플라즈마 메니스커스(142)를 형성한다. 이러한 메니스커스들은 X 방향에서 모든 개구 길이를 연장하는 만곡된 2D 형상을 갖는다. 이는 추출 정전기장 외부와 플라즈마(108) 사이의 정전기 평형의 결과이며, 플라즈마(108)와 진공(미도시) 사이의 경계를 나타낸다. 메니스커스의 배향, 형상 및 면적이 각기, 이온 빔이 추출되는 자연적인 각도, 이온 빔 방사율, 및 어느 정도의 이온 빔 전류를 정의한다. 제 1 외측 부분(106A), 제 2 외측 부분(106C) 및 중간 부분(106B)이 추출 플레이트(106)를 획정하며, 이들은 예로서 3개의 별개의 컴포넌트들로 도시되지만 하나의 단일한 전기적으로 연결된 시스템으로서 고려될 수 있다. 도 1a의 평면(150)은, 제 1 외측 부분(106A) 및 제 2 외측 부분(106C)이 서로 동일 평면이라는 것을 예시한다. 평면(105), 또는 "기판 평면"은 또한 기판(122)의 평면에 평행할 수 있다. 수직 평면(152)은 도 1a의 Z-평면을 따른 평면(150)에 수직하는 평면 또는 라인(또는 움직임)을 예시한다.
히든 편향 전극(102)은 플라즈마 챔버(109) 내에 위치된 플라즈마(108)의 외부에서 그리고 추출 플레이트(106)의 중간 부분(106B)에 인접하여 배치되며, 추출 플레이트(106)로부터 전기적으로 분리된다. 히든 편향 전극(102)은, 플라즈마(108)로부터 제 1 플라즈마 메니스커스(140) 또는 제 2 플라즈마 메니스커스(142)를 통해 추출되는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온들이 히든 편향 전극과 충돌하지 않을 때 플라즈마 챔버(109)로부터 또는 플라즈마(108)로부터 "감춰지는(concealed)" 것으로 간주될 수 있다.
더 구체적으로, 히든 편향 전극(102)은, 추출 플레이트(106)가 히든 편향 전극(102)을 가리기 때문에 플라즈마 챔버로부터 "숨겨지는" 것으로 간주될 수 있다. 히든 편향 전극(102)은 플라즈마 챔버(109)의 외부에 존재한다. 히든 편향 전극은 숨겨지며, 이는 히든 편향 전극(102)이 제 1 개구(130) 및/또는 제 2 개구(132)와 같은 개구들 중 하나를 통한 플라즈마(108)로부터의 시선(line of sight)으로부터 벗어나기 때문에 아니라, 히든 편향 전극(102)이 추출 플레이트(106d)의 중간 부분(106B)에 의해 플라즈마(108)로부터 가려지기 때문이다. 이는, 히든 편향 전극(102)이 반드시 플라즈마(108)로부터의 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온들의 시선을 벗어나야만 할 필요 없이, 중간 부분(106B)이 플라즈마(108), 또는 더 구체적으로는 플라즈마 챔버(109)와 히든 편향 전극(102) 사이에 배치되기 때문이다. 따라서, 히든 편향 전극(102)은 플라즈마(108)로부터 전체적으로 및/또는 부분적으로 "숨겨지는" 것으로 간주될 수 있다.
히든 편향 전극 전원 공급장치(115)는 히든 편향 전극(102)에 바이어스 전압을 인가한다. 바이어스 전압은 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B) 내의 이온들의 입사의 평균 각도 및 평균 각도 주변에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성된다. 히든 편향 전극 전원 공급장치(115)로부터 히든 편향 전극(102)에 인가되는 바이어스 전압은 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)을 독립적으로 제어하도록 구성된다. 히든 편향 전극(102)은 추출 플레이트(106)의 중간 부분(106B)에 수직인 방향에서 움직이도록 구성된다. 전극은 Y 및 Z 방향에서 충분히 작으며, 추출 플레이트(106)에 대한 그것의 위치는 전극에 최고 바이어스 전압들이 인가되는 경우에도 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)이 추출될 때 전극이 이온들에 의해 충돌되지 않도록 하는 것이다. 다시 말해서, 히든 편향 전극(102)은 추출 광학부의 중심 부분 뒤에 숨겨진다. 간단히 말해서, 히든 편향 전극(102)은 제 1 개구(130)를 통한 제 1 이온 빔(112A)의 추출 및 제 2 개구(132)를 통한 제 2 이온 빔(112B)의 추출의 광학부를 조정하도록 기능할 수 있다. 도 1a에 예시된 바와 같이, 예를 들어, 히든 편향 전극(102)이 추출 플레이트의 중간 부분(106B) 근처에 위치될 때, 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132) 사이에 가장 근처에 위치된다. 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)은, 상이한 2개의 빔들, 예컨대 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)으로서 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)를 통해 추출될 수 있다. 포지티브 이온들로 구성될 수 있는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들은 플라즈마(108)가 기판(122)에 대하여 상승된 전위로 홀딩될 때 추출된다. 도 1a에 도시된 특정 실시예에 있어서, 플라즈마 전위는 추출 전원 공급장치(114)로부터 추출 플레이트로 추출 전압을 인가함으로써 상승될 수 있다. 히든 편향 전극(102)에 인가되는 네거티브 바이어스 전압은 추출 플레이트에 인가되는 추출 전압을 기준으로 하며, 즉, 바이어스 전압이 추출 전압의 상단 상에 존재한다. 다른 실시예에 있어서, 추출 플레이트는 접지되고, 히든 편향 전극 전원 공급장치(115)는 접지를 기준으로 한다. 포지티브 이온들을 추출하기 위하여, 이러한 경우에 있어서, 기판이 기판 홀더에 전기적으로 연결된 전원 공급장치(미도시)에 의해 접지에 대하여 네거티브 전위로 홀딩된다.
이러한 실시예들에 있어서, 플라즈마(108)로부터 추출되는 빔렛들의 IAD는 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이 상이한 컴포넌트들에 인가되는 바이어스를 제어함으로써 변경될 수 있다. 도 1c 및 도 1d는 본 실시예들에서 제어되는 이온 빔들의 특징들을 예시하는 이온 빔들의 쌍의 예시적인 IAD 특성을 제공한다.
추출 개구에 인접하여 그리고 플라즈마(108) 외부에 히든 편향 전극(102)과 같은 바이어스 전극을 가짐으로써, 그리고 바이모달(bi-modal) 추출 기하구조를 사용함으로써, 즉, 추출 슬릿을 2개의 동일한 슬릿들로 분할함으로써, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 2개의 이온 빔렛들이 추출될 수 있다. 빔렛들은 기판 상의 법선에 대하여 대칭적인 입사 각도들 및 동일한 각도 확산들을 갖는다. 플라즈마 밀도, z 간극 길이, 추출 전압, 및 바이어스 전압 값들에 의존하여, 상이한 이온 각도 분포들이 웨이퍼 평면에서 획득될 수 있다. 따라서, 작은 입사 각도들 및 큰 각도 확산(135, 136)을 갖는 분포 또는 큰 입사 각도 및 좁은 각도 확산(145, 146)을 갖는 분포들을 획득하는 것이 가능하다. 다른 조합들, 즉, 작은 입사 각도들 및 작은 각도 확산, 및 큰 입사 각도 및 큰 확산이 또한 가능하다. 도 1c는 평균 각도가 +/- 20 도이고 반치전폭(full width at half maximum; FWHM)이 10 도인 IAD를 도시하며, 도 1c는 평균 각도가 30 도이며 FWHM이 2 도인 IAD를 도시한다.
이러한 구성의 자연적인 기하학적 각도 때문에, 큰 평균 각도들에 의해 특징지어지는 이온 각도 분포들이 획득될 수 있다. 플라즈마(108)가 플라즈마 챔버(109) 내에 생성되고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때, 제 1 플라즈마 메니스커스(140)는 제 1개구(130)를 획정하는 중간 부분(106B)의 에지들과 제 1 외측 부분(106A) 사이에 형성된다. 플라즈마(108)가 플라즈마 챔버(109) 내에 생성되고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때, 제 2 플라즈마 메니스커스(142)는 제 2개구(132)를 획정하는 중간 부분(106B)의 에지들과 제 2 외측 부분(106C) 사이에 형성된다. 추출 플레이트(106)는 추출 전원 공급장치(114)에 의해 바이어싱될 수 있으며, 히든 편향 전극(102)은 추출 전원 공급장치를 기준으로 하는 별개의 히든 편향 전극 전원 공급장치(115)에 의해 바이어싱될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 전기적으로 기판(122)과 연결된 기판 홀더(121)가 접지 전위로 홀딩된다. 상승된 전위의 플라즈마(108)와 기판 사이의 전위 차이는, 비스듬한 입사각으로, 즉, 도시된 바와 같이 Z-축에 대하여 0이 아닌 각도를 형성하는 궤적들을 따라 기판(122)으로 보내지는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)의 형성을 야기한다. 이러한 비스듬한 입사는, 그들의 표면들이 X-Y 평면에 대해 평행하지 않게 배열될 수 있는 특징부들의 표면들을 처리하는데 유용할 수 있다. 이러한 종류의 특징부들이 3D 반도체 구조체들에 대해 일반적이다. 다양한 실시예들에 있어, 추출 광학 시스템의 상이한 컴포넌트에 인가되는 전압들뿐만 아니라, 추출 플레이트(106)에 대한 기판의 z 위치, 추출 플레이트(106)에 대한 히든 편향 전극(102)의 위치와 같은 파라미터들이 기판(122)과 같은 기판으로 보내지는 이온 빔(들)의 입사의 각도(들) 및 각도 확산을 제어하거나, 조향하거나, 변화시키거나, 지시하거나, 및/또는 조정하기 위하여 조정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 둘 모두가 포지티브 일 수 있으며 기판(122)에서 희망되는 에너지를 가질 수 있는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)를 생성하기 위하여, 기판 홀더는 상이한 전원 공급장치(미도시)에 의해 접지에 대하여 네거티브하게 바이어싱될 수 있으며, 반면 플라즈마(108)는 추출 페이스플레이트(faceplate)를 접지에 연결함으로써 접지 전위로 홀딩된다.
다양한 실시예들에 있어, 기판 홀더(121)는, 도시된 직교 좌표계의 Y-축에 평행한 방향을 따라 기판 홀더(121)를 움직이도록 구성된 구동부(미도시)에 연결될 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어, 기판 홀더(121)는 Z-축에 평행한 방향을 따라 이동가능할 수 있다. 이는, 프로세싱 장치(100)에 2 자유도(degree of freedom)들을 제공하며, 즉, 기판(122) 대 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)의 상대적인 위치가 수정되는 것을 가능하게 하고, 일부 경우들에 있어서, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)이 기판(122)의 전체 표면 위에 제공될 수 있도록 기판(122)이 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)에 대하여 스캐닝되는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에 있어서, Y-방향에서, 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)는 20-50 밀리미터(mm)만큼 분리되며, 중간 부분은 추출 플레이트(106)의 평평한 부분을 획정한다. 히든 편향 전극(102)은 이러한 중간 부분(106B)의 전방에 위치되며, 중간 부분(106B)과 동일 평면이 아니다. Z-방향에서, 히든 편향 전극(102)은, 히든 편향 전극(102)과 중간 부분(106B) 사이에서 발생할 수 있는 파셴 항복 현상들(Paschen breakdown phenomena)을 방지하기 위하여 중간 부분으로부터 대략 5-25 mm에 배치되고 위치된다. Y-방향에서, 히든 편향 전극(102) 에지들의 상단 및 하단은, 히든 전극과 충돌하지 않고 이온 빔 추출을 가능하게 하기 위하여 중간 부분(106B)보다 3-5 mm만큼 더 짧다.
히든 편향 전극(102) 상에 네거티브 바이어스 전압을 인가함으로써, 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)의 추출 구역들 내의 정전기 전위 분포가 변경된다. 따라서, 주어진 추출 전압, z 간극 길이 및 (가스 압력 및 rf 전력에 의해 설정되는) 플라즈마 밀도에 대하여, 바이어스 전압의 값에 의존하여, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 히든 편향 전극(102)을 향하여 또는 이로부터 멀어지도록 굽어지거나 만곡되며, 결과적으로 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)의 이온 각도 분포들이 변화된다. 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들은, 이온들이 다음과 같은 봄 속도(Bohm velocity)를 가지고 메니스커스를 가로지르기 때문에 상대적으로 낮은 운동 에너지를 가지고 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)를 떠난다:
Figure pct00001
(1)
여기에서 mi는 이온 질량이고, vB는 다음의 방정식에 의해 주어지는 붐 속력(이온 음향 속도)이다:
Figure pct00002
(2)
여기에서, kB는 볼쯔만 상수이고, Te는 전자 온도이다. 따라서, 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)에 매우 가깝게 위치되면, 히든 편향 전극(102)에 인가되는 바이어스 전압이 효율적으로 추출 구역 내의 정전기 전위 토폴로지(topology)를 조정하며, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)의 이온 각도 분포(IAD)를 은근히 성형한다.
히든 편향 전극(102)의 크기, 형상, 위치 및 배향은, 최저 추출 전압과 결합된 편향 전극(102)에 최고 네거티브 바이어스 전압이 인가되는 가장 바람직하지 않는 경우에 조차도 플라즈마(108)로부터 추출되는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 히든 편향 전극(102)에 도달할 수 없게 하는 그런 것이다. 히든 편향 전극(102)에 충돌하는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 없으면, 어떠한 스퍼터링 효과들도 일어나지 않을 것이다. 플라즈마(108)와 플라즈마 챔버(109)의 벽과 같은 플라즈마 챔버(109)와 추출 플레이트(106) 사이의 전위 차이는 일반적으로 대략 수 볼트이며, 이는 스퍼터링 문턱값 아래이다. 이러한 방식으로, 입자 생성의 유해한 효과는 완화되지만, IAD의 인 시튜 제어는 계속해서 유지된다.
도 1e는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1a의 프로세싱 장치의 이온 추출 영역의 분해 단면도를 나타낸다. 도 1e가 도 1a의 부분 단면도이며, 도 1e의 임의의 참조가 도 1a의 전체 부분에 동등하게 적용된다는 것을 주의해야만 한다. 예를 들어, 언급이 제 1 이온 빔(112A)에 관한 것인 경우, 동일한 설명 및 참조가 제 2 이온 빔(112B)에 적용될 수 있다. 예시된 바와 같이, 히든 편향 전극(102)은 추출 플레이트(106)의 중간 부분(106B)에 인접하여 배치되며, 플라즈마 챔버(109) 내에 위치된 플라즈마(108)로부터 감춰진다. 히든 편향 전극(102)은 추출 플레이트(106)로부터 전기적으로 분리된다. 히든 편향 전극 전원 공급장치(115)는 히든 편향 전극(102)에 바이어스 전압을 인가한다. 히든 편향 전극(102)에 인가될 수 있는 바이어스 전압은 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B) 내의 이온들의 입사의 평균 각도 및 평균 각도 주변에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 변화시키도록 구성된다. 히든 편향 전극 전원 공급장치(115)로부터 히든 편향 전극(102)에 인가되는 바이어스 전압은 제 1 이온 빔(112A) 및/또는 제 2 이온 빔(112B)을 독립적으로 제어하도록 구성된다.
도 1e에 더 명확하게 예시된 바와 같이, 기판(도 1e에 미도시됨)이 플라즈마(108)에 대하여 바이어싱되는 것과 동시에 전기장들이 플라즈마(108)와 기판 사이에 전개되며, 이는 제 2 외측 부분(106C)의 에지들과 중간 부분(106B)의 에지들 사이에 형성되는 제 2 플라즈마 메니스커스(142)와 같은 플라즈마 메니스커스를 야기한다. 또한, 도 1a에 도시된 바와 같이 제 1 플라즈마 메니스커스(140)와 같은 플라즈마 메니스커스가 제 1 외측 부분(106A)의 에지들과 중간 부분(106B)의 에지들 사이에 형성된다. 바이어스 전압이 히든 편향 전극(102)에 인가될 때, 제 2 플라즈마 메니스커스(142) 및 히든 편향 전극(102) 근처의 추출 영역(153)으로서 전반적으로 도시되는 영역 내를 포함하는 플라즈마(108)와 기판 사이의 전기장들의 형상이 변경될 수 있다. 전기장 형상의 이러한 변화는 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이 제 1 이온 빔(112A) 내의 이온들의 각도 확산뿐만 아니라 입사의 평균 각도의 변화를 야기할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 2 kV 추출 전압 및 0, -200, 및 -400 볼트의 바이어스 전압들에 대한 도 1a의 프로세싱 장치에 대한 동작 시나리오들을 도시하며 추출 구역에서의 빔렛들, 형상들, 및 정전기 전위 분포들을 예시한다. 도 2a 내지 도 2c는, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 쌍이 조건들의 제 1 세트 하에서 플라즈마(108)로부터 추출되는 프로세싱 장치(100)에 대한 3개의 동작 시나리오들을 도시한다. 단순화를 위하여, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 각각 내의 이온들이 기판(122)에 대한 수선에 대하여 동일한 평균 각도를 형성하고 입사의 각도들의 동일한 각도 범위를 형성하는 것으로 가정될 수 있으며, 여기에서 평균 각도는 달리 언급되지 않는 한 기판 상의 수선에 대한 각도의 절대 값에 의해 정의된다. 따라서, 기판 표면 상의 수선(Z-축 방향)에 대한 각도 + θ 및 기판 표면 상의 수선에 대한 각도 - θ는 동일한 평균 각도를 구성하는 것으로 여겨질 수 있다. 도 2a 내지 도 2c에 추가로 도시되는 바와 같이, 중간 부분(106B)의 에지들 및 제 1 외측 부분(106A) 및 제 2 외측 부분(106C)의 에지들은 기판 평면(도 1의 평면(150) 참조)에 대하여 0이 아닌 각도를 형성하는 개구를 획정하기 위하여 굽혀질 수 있다. 다시 말해서, 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)는 각기 기판의 평면에 대하여 0이 아닌 각도를 형성하는 개별적인 제 1 개구 평면 및 제 2 개구 평면(예를 들어, 개별적인 개구 평면들)을 획정하도록 배열된다. 이러한 방식으로, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)를 통해 추출될 때 수직 평면(152)에 대하여 0이 아닌 각도를 형성하는 경향이 있다.
또한, 도 2a 내지 도 2c에 적용이 가능한, 2 킬로볼트(kV)의 동일한 추출 전압이 추출 플레이트(106)의 제 1 외측 부분(106A), 제 2 외측 부분(106C) 및 중간 부분(106B)에 인가된다.
도 2a는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 이온 각도 분포들을 제어, 조향, 및 조정하기 위하여 히든 편향 전극(102)을 사용하는 것의 추출 기하구조의 예시적인 예시를 나타내며, 이는 제로(0V) 바이어스 전압이 히든 편향 전극(102)에 인가될 때 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 쌍의 각도 분포들을 나타낼 수 있다. 도 2b는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 이온 각도 분포들을 제어, 조향, 및 조정하기 위하여 히든 편향 전극(102)을 사용하는 것의 추출 기하구조의 예시적인 예시를 나타내며, 이는 네거티브 200(-200V) 바이어스 전압이 히든 편향 전극(102)에 인가될 때 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 쌍의 각도 분포들을 나타낼 수 있다. 도 2c는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 이온 각도 분포들을 제어, 조향, 및 조정하기 위하여 히든 편향 전극(102)을 사용하는 것의 추출 기하구조의 예시적인 예시를 나타내며, 이는 네거티브 400(-400V) 바이어스 전압이 히든 편향 전극(102)에 인가될 때 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 쌍의 각도 분포들을 나타낼 수 있다.
도 2a에 도시된 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 히든 편향 전극(102)을 이용한 추출 기하구조는 높은 네거티브 전위(희망되는 이온 빔 에너지)의 기판(122) 및 접지 전위로 홀딩되는 플라즈마 챔버(109)를 포함한다. 플라즈마 챔버(109)가 높은 포지티브 전위이며, 기판(122)이 접지 전위로 홀딩되는 반대의 접근방식이 적용될 수 있으며, 이는 마찬가지로 유효하다. 이온 추출 광학부에 대해 중요한 것은 단지 플라즈마 챔버(109)와 기판(122) 사이의 전위 차이(전압)이다. 도 2a는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 추출되는 이온 빔들, 형상, 및 전극-간 간극 내의 정전기 등전위 라인들(220)을 예시한다. 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)에 의해 획정된 추출 구역에서, 중간 부분(106B)은 추출 슬릿들이 미리 결정된 각도로 대칭적으로 배향되는 것을 가능하게 하기 위하여 (플라즈마(108)를 향한) 내향 굽음(bend) 또는 커브를 갖는다. 이러한 기하구조는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 기판(122) 평면(z-축) 상의 법선에 대하여 "자연적인" 틸팅(tilting) 각도들 +θ 또는 -θ로 추출되는 것을 가능하게 한다. 도 2b 및 도 2c는 히든 편향 전극(102) 상의 증가하는 바이어스 전압의 절대 값에 대한 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 추출되는 이온 빔들, 형상 및 정전기 등전위 라인들(220)을 예시한다. 증가된 바이어스 전압의 효과는 더 넓은 등전위 라인들의 간격이며, 이는 추출 구역에서의 더 약한 정전기 전위 구배(gradient)(전기장)를 의미한다. 이러한 사실은 추출되는 이온 빔들의 입사의 평균 각도 및 각도 확산 둘 모두에 영향을 준다.
도 3a 내지 도 3c는, 도 2a 내지 도 2c의 3개의 테스트 동작들에 대한, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 쌍에 대한 (기판 표면에서의 각도 대 위치를 도시하는) 예시적인 대칭적인 방사율 커브들을 나타낸다. 도 3a 내지 도 3c의 플롯(plot)들은 기판 표면에서의 방사율이 히든 편향 전극(102) 상에 인가되는 0V, -200V, 및 -400V 바이어스 전압들 및 2 kV 추출 전압에 대하여 어떻게 변화하는지를 예시한다. 추출 광학부의 기하구조의 대칭성 때문에, 방사율 커브들이 마찬가지로 대칭적이며, 즉, 기판 표면 상의 대칭적인 각도들 및 대칭적인 위치들이다. 도 3a는, 히든 편향 전극(102)에 인가되는 제로(0) 바이어스 전압에 대한, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 방사율들, 즉, 기판 표면에서의 Oy 방향의 각도 빔 특성 대 빔 위치를 도시한다. 보여질 수 있는 바와 같이, 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 10 도 내지 17 도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면에 충돌하며, 이는 ~14 도의 평균 각도 및 ~2 도의 각도 확산을 야기한다. 빔들은 기판 표면 상에서 17 mm만큼 분리되며, 기판 표면 상에서의 그들의 풋프린트(footprint)는 대략 3 mm이다. 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 배향, 방사율 커브들은 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 수렴성이라는 것을 보여준다.
도 3b는, 히든 편향 전극(102)에 인가되는 (-200 V) 바이어스 전압에 대한, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 방사율들, 즉, Oy 방향에서의 각도 빔 특성 대 빔 위치를 도시한다. 보여질 수 있는 바와 같이, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 대부분이 ~17도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면에 충돌한다. 빔들은 기판 표면 상에서 14 mm만큼 분리되며, 기판 표면 상에서의 그들의 풋프린트는 대략 3 mm이다. 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 배향, 방사율 커브들은 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 평행하다는 것을 보여주며, 이는 제로 발산을 의미한다.
도 3c는, 히든 편향 전극(102)에 인가되는 (-400 V) 바이어스 전압에 대한, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 방사율들, 즉, Oy 방향에서의 각도 빔 특성 대 빔 위치를 도시한다. 보여질 수 있는 바와 같이, 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 20-23 도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면에 충돌하며, 이는 대략 ~21 도의 평균 각도 및 ~2 도의 각도 확산을 야기한다. 빔들은 기판 표면 상에서 12 mm만큼 분리되며, 기판 표면 상에서의 그들의 풋프린트는 대략 4 mm이다. 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 배향, 방사율 커브들은 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 약간 발산성이라는 것을 보여준다.
도 4a 내지 도 4c는, 동일한 추출 전압(2kV) 및 도 2a 내지 도 2c의 3개의 동작 시나리오들에 대응하는 바이어스 전압들에 대한 이온 각도 분포들의 모델링 결과들을 도시한다. 도 4a는, 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 10 도 내지 17 도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면에 충돌하며, 이는 ~14 도의 평균 각도 및 ~2 도의 각도 확산을 야기하는 상태의 이온 빔 전류 밀도 분포를 도시한다. 도 4b는 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 ~17 도의 각도를 가지고 기판(122)의 표면에 충돌하는 상태의 이온 전류 밀도 분포를 도시한다. 이러한 경우에 대하여, 각도 확산은 매우 작으며, 분수 도(fraction of degree) 아래이다. 도 4c는, 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 20 도 내지 23 도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면에 충돌하며, 이는 ~21 도의 평균 각도 및 ~2 도의 각도 확산을 야기하는 상태의 이온 빔 전류 밀도 분포를 도시한다. 도 4a 내지 도 4c는, 도 1a에 도시된 기하구조 및 주어진 추출 전압(이러한 경우에 있어서 2 kV)에 대하여, 바이어스 전압을 0 V로부터 -400 V까지 변화시킴으로써 평균 각도가 10°로부터 22°까지 변화될 수 있다는 것을 예시한다. 그에 따라서 플라즈마 밀도 및 추출 전압을 조정함으로써, 및/또는 히든 편향 전극(102)의 위치를 조정함으로써 더 큰 각도들이 또한 가능하다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 히든 편향 전극(102) 및 히든 포커싱 전극(508)을 가진 이온 주입기를 갖는 프로세싱 장치(500)의 블록도를 나타낸다. 일부 정밀 재료 수정(precision material modification; PMM) 애플리케이션들이 IAD 특성들의 독립적인 제어, 즉, 평균 각도 및 각도 확산의 직교 제어(orthogonal control)를 요구하기 때문에, 추출 플레이트(106)와 기판(122) 사이에 제 2 바이어스-가능 전극(예를 들어, 히든 포커싱 전극(508))을 도입하는 것이 포커싱 효과, 또는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 평균 각도 및 각도 확산의 "미세 튜닝(fine tuning)"을 가능하게 한다. 도 5a 내지 도 5c는, 동일한 추출 전압(2kV) 및 바이어스 전압들 및 포커싱 전압들의 상이한 조합을 사용하는 프로세싱 장치(100)의 3개의 동작 시나리오들을 예시한다. 도 5a 내지 도 5c에서, 히든 포커싱 전극(508)은 플라즈마 챔버(109)의 외부에서 히든 편향 전극(102)에 인접하여 배치되며, 추출 플레이트(106) 및 히든 편향 전극(102)으로부터 전기적으로 분리된다. 일 실시예에 있어서, 히든 포커싱 전극(508)은 중간 부분(106B)에 인접하여 배치되는 제 3 개구(510)를 포함한다. 제 3 개구(510)는, 도 1a에 예시된 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 제 3 개구(510)를 통과하는 것을 가능하게 하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 제 2 히든 포커싱 전극 전원 공급장치(미도시)는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들을 포커싱, 조정, 및/또는 미세 튜닝하기 위하여 히든 포커싱 전극(508)에 제 2 바이어스 전압을 인가하며, 제 2 히든 포커싱 전극 전원 공급장치가 또한 추출 전원 공급장치(114)를 기준으로 한다. 히든 포커싱 전극(508)에 인가되는 제 2 바이어스 전압이 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)의 형상 및 각도 특성들 둘 모두를 포커싱하거나 또는 조정한다. 히든 포커싱 전극(508)은 추출 플레이트(106)와 기판(122) 사이에 위치될 수 있으며, 이는 히든 편향 전극(102)과 독립적으로 그렇지만 추출 전압의 상단 상에서 바이어싱된다. 히든 포커싱 전극(508) 상의 전압을 변화시킴으로써, 추출 구역 내의 정전기 등전위 라인들(220)의 토폴로지가 변화되며, 따라서 추출 플레이트(106)의 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)를 통해 추출되는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 IAD가 변경된다.
히든 편향 전극(102)과 함께, 히든 포커싱 전극(508)이 바이어싱될 때, 히든 포커싱 전극(508)은 플라즈마 챔버(109)로부터 추출되는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들에 대한 포커싱 효과를 가져오며, 따라서 결과적인 각도 확산이 더 타이트해지거나 또는 이온 각도 분포가 더 포커싱될 것이다. 또한, 일 실시예에 있어서, 포지티브 바이어스에 대한 포커싱 효과들이 또한 획득될 수 있다. 따라서, 히든 포커싱 전극(508)은 포커싱 전극으로서 역할하며, 이는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)(도 1 참조)의 평균 각도 주변에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위를 좁힌다. 히든 포커싱 전극(508)은 또한, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 방향을 제어, 조향, 포커싱, 및/또는 가이드하는데 있어서 히든 편향 전극(102)을 보조한다. 일 실시예에 있어서, 히든 편향 전극(102) 및 히든 포커싱 전극(508)은 서로 독립적으로 입사의 각도들의 범위 및 입사의 평균 각도들 조정하도록 상호동작한다.
도 5a에서, 2kV의 추출 전압, -400 V의 바이어스 전압 및 0 V의 포커싱 전압을 사용하면, 추출 구역 내의 정전기 등전위 라인들(220)의 토폴로지는, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 기판(122)의 표면과 교차하기 바로 이전에 서로 넘어가게(cross over) 하는 그런 것이다. 도 5b에서, 2kV의 동일한 추출 전압, 그러나 -200 V의 바이어스 전압 및 -200 V의 포커싱 전압을 사용하면, 정전기 등전위 라인들(220)의 토폴로지는 더 적은 포커싱이 발생하며 기판 표면 상에서 이온 빔들이 서로 교차하도록 변화된다. 도 5c에서, 2kV의 동일한 추출 전압, 그러나 0 V의 바이어스 전압 및 -400 V의 포커싱 전압을 사용하면, 정전기 전위 분포는, 정전기 등전위 라인들(220)이 더 적은 포커싱을 생성하도록 덜 만곡되도록 변경된다. 히든 편향 전극(102) 및 히든 포커싱 전극(508)은, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들이 기판 뒤에 위치된 위치에서 가상으로 교차하도록 이온 빔의 방향을 조향한다.
도 6a 내지 도 6c는, 2kV의 동일한 추출 전압 및 도 5a 내지 도 5c에 표현된 3개의 동작 시나리오들에 대응하는 바이어스 전압들 및 포커싱 전압들에 대한 이온 각도 분포들의 모델링 결과들을 도시한다. 도 6a 내지 도 6c는 도 5a 내지 도 5c에서 설명된 시스템에 대한 히든 편향 전극(102) 및 히든 포커싱 전극(508) 상의 다양한 바이어스 전압들에 대한 기판(122)의 표면 상의 이온 각도 분포의 모델링 결과들을 나타낸다. 더 구체적으로, 도 6a는 히든 편향 전극(102) 상의 -400 V의 바이어스 전압 및 포커싱 전극 상의 0V에 의해 주어지는 동일한 각도 대칭 이온 분포들에 노출되는 기판(122)의 표면을 예시한다. 도 6b는 히든 편향 전극(102) 상의 -200 V의 바이어스 전압 및 포커싱 전극 상의 0V에 의해 주어지는 상이한 각도 대칭 이온 분포들에 노출되는 기판(122)의 표면을 예시한다. 도 6c는 히든 편향 전극(102) 상의 0 V의 바이어스 전압 및 포커싱 전극 상의 -400V에 의해 주어지는 상이한 각도 대칭 이온 분포들에 노출되는 기판(122)의 표면을 예시한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 히든 편향 전극(102) 및 히든 포커싱 전극(508) 상의 -200 V의 바이어싱 전압 및 0 V의 포커싱 전압의 조합에 대하여, 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 19 내지 25 도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면과 충돌한다. 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 이온 각도 분포는 ~ 6 도에 걸친 이온 각도 분포 폭을 가지고서 넓다. 도 6b에 예시된 바와 같이, 바이어스 전압이 -200V로 고정된 채로 남아 있고 포커싱 전압이 -200V로 감소될 때, 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 24 내지 29 도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면과 충돌한다. 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 이온 각도 분포는 ~ 5 도에 걸친 이온 각도 분포 폭을 가지고서 더 좁으며, 다시 말해서, 더 타이트하고 더 포커싱된다.
도 6c에 예시된 바와 같이, 바이어스 전압이 0V이고 포커싱 전압이 -400V일 때, 빔들(112) 내의 이온들의 대부분이 20 내지 24 도 사이의 각도를 가지고 기판(122)의 표면과 충돌한다. 넓지만, 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 이온 각도 분포는 이러한 경우에 있어서 ~ 4 도에 걸친 이온 각도 분포 폭을 가지고서 더 좁다.
이온 에칭 애플리케이션들에 있어서, 희망되지 않는 현상은 프로세싱되는 기판의 에칭된 재료의 원자들 및 분자들이 소스를 향해 역류(stream back)하는 것이다. 이러한 원자들 및 분자들은 이들이 벽들 및/또는 추출 슬릿 에지들 상에 증착할 수 있는 플라즈마 소스로 이동할 수 있으며, 이는 플라즈마(108) 및 추출되는 이온 빔 특성들을 변화시킨다. 이러한 관점으로부터, 히든 포커싱 전극(508)에 의해 야기되는 다른 이점은, 이것이 역류할 수 있는 재료의 양을 극적으로 감소시킨다는 것이다. 추출 플레이트(106)의 제 1 개구(130)와 기판(122) 및 제 2 개구(132)와 기판(122) 사이의 시선들이 각각의 개구에 의해 보여지는 입체 각도를 빠져 나오며, 이는 극도로 작다. 결과적으로, 기판(122)으로부터 에칭되는 재료의 대부분이 히든 포커싱 전극(508) 상에 증착할 것이며, 다시 플라즈마 챔버(109)로 이동하지 않을 것이다.
일 실시예에 있어서, 프로세싱 장치(100)는 또한 히든 편향 전극(102) 및/또는 히든 포커싱 전극(508)을 사용함으로써 생산성 측면들에 대한 추가적인 이점들을 제공한다. 예를 들어, 이온 유도형 손상 때문에 다수의 반도체 플라즈마 프로세스들이 낮은 이온 에너지를 필요로 한다. 도 2에 도시된 이온 추출의 유형에 대한 칠드-랑뮈에 법칙에 따르면, 추출되는 이온 빔 전류는 다음과 같이 공간-전하 제한된다:
Figure pct00003
(3)
여기에서 j는 빔 전류 밀도이며, ε0은 진공의 유전체 유전율이고, e는 원소 전하의 일반적인 의미를 가지며, m은 이온 질량이고, d는 전극-간 간극(이러한 경우에 있어서 추출 플레이트(106) - 기판(122) 간극) 길이며, V는 추출 전압이다. 따라서, 1 kV보다 작은 추출 전압들에 대하여, 추출되는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)과 같은 이온 빔들의 양, 즉, 총 전류가 수 mA 아래가 되는 것이 가능하며, 이는 시스템을 생산성의 관점에서 경쟁력이 없게 만든다.
임의의 이온 빔 전류 제한을 보상하기 위하여, 일 실시예에 있어서, 프로세싱 장치 추출 시스템은 복수의 추출 광학부들을 포함할 수 있다. 도 7a 내지 도 7b는, 히든 편향 전극(712) 및 히든 편향 전극(714)과 같은 개별적인 복수의 히든 편향 전극들과 연관된 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)와 같은 추출 개구들의 복수의 쌍들이 추출 플레이트(700)에 구비되는 프로세싱 장치(750)의 일 실시예를 도시한다. 도 7a 및 도 7b의 특정 예시에 있어서, (2x2의 대칭적인) 4개의 추출 슬릿들을 갖는 4중(quad) 추출 시스템이 도시되며, 여기에서 추출부는 각각의 히든 편향 전극에 대하여 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)로서 도시된다. 대안적인 실시예에 있어서, 히든 편향 전극(712) 및 히든 편향 전극(714)와 같은 복수의 히든 편향 전극들에 대한 기하구조들은, 예를 들어, 6, 8, 10, 등등의 유형의 대칭적인 슬릿들과 같은 다양한 대칭적인 슬릿들에서 사용될 수 있다.
도 7a는 이온 빔들, 즉, 이온 빔(704) 및 이온 빔(706)의 제 1 쌍이 이온 빔들, 즉, 이온 빔(708) 및 이온 빔(710)의 제 2 쌍과 동일한 IAD를 갖는 구성을 갖는 프로세싱 장치(750)를 예시한다. 이는, 히든 편향 전극(714)에 인가되는 것과 동일한 정전기 전위(전압)를 히든 편향 전극(712)에 인가함으로써 달성될 수 있다.
도 7b는 이온 빔들, 즉, 이온 빔(722) 및 이온 빔(724)의 제 1 쌍이 이온 빔들, 즉, 이온 빔(726) 및 이온 빔(728)의 제 2 쌍에 비하여 상이한 IAD를 갖는 구성을 갖는 프로세싱 장치(750)를 예시한다. 이는, 히든 편향 전극(714)에 인가되는 것에 비하여 상이한 전압이 히든 편향 전극(712)에 인가될 수 있도록 히든 편향 전극(712)을 제 1 전압 공급장치에 결합하고 히든 편향 전극(714)을 제 2 전압 공급장치에 결합함으로써 달성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 플라즈마 챔버(109)로부터 추출되는 제 1 이온 빔(112A) 및 제 2 이온 빔(112B)(도 1a)의 이온 전류의 양은, 로컬 플라즈마 밀도, 각각의 히든 편향 전극(102) 사이의 간격 거리, 및 추출 전압을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 정전기 등전위 라인들(220)은 바이어스 전압이 동일한 경우에 각각의 히든 편향 전극(102)에 대하여 유사한 패턴들을 따르지만, 각각의 히든 편향 전극(102)에 인가되는 바이어스 전압들이 상이한 경우 상이할 수 있다. 애플리케이션에 의존하여, 이러한 복수의 추출 광학부들은, 각각의 슬릿을 통해 추출되는 이온 빔들이 동일한 양의 전류를 운반하고, 도 7a에 도시된 바와 같이 동일한 이온 각도 분포들을 가질 수 있도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 도 7b에 도시된 다른 실시예에 있어서, 기판(122)이 상이한 대칭적인 이온 각도 분포들에 노출될 수 있다. 이는 유익하게는 3D 구조체 수직 표면들을 프로세싱하기 위하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 기판(122)이 Y-축에 평행한 방향을 따라 추출 광학부의 전면에서 스캐닝될 때, X-축에 평행한 방향을 따른 기판(122)의 세장형 부분이 먼저 (Z-축에 대한) 큰 입사의 평균 각도를 갖는 이온 빔들에 노출될 수 있으며, 이는 이온 빔이 예를 들어 Z-축을 따라 배향된 기판(122) 내의 트렌치(trench)(미도시)의 측벽들을 프로세싱하는 것을 가능하게 할 수 있다. 기판(122)이 Y-축을 따라 계속해서 스캐닝됨에 따라, 기판(122)의 동일한 세장형 부분이 Z-축에 대하여 작은 입사의 평균 각도를 갖는 이온 빔들에 노출될 수 있으며, 이는 이온들이 그것의 측벽들이 Z-축에 대하여 평행하게 배향된 동일한 트렌치들의 하단에 충돌하는 것을 가능하게 한다.
도 8a 내지 도 8b는, 프로세싱 장치(800)가 이온 빔들의 복수의 쌍들을 제공하기 위하여 복수의 개구들을 포함하는 다중-개구 히든 포커싱 전극들 및 복수의 히든 편향 전극들을 포함하는 실시예들을 예시한다. 도 8a 및 도 8b에 전반적으로 예시되는 일 실시예에 있어서, 복수의 히든 편향 전극들 및 다중-개구 히든 포커싱 전극은 추출 플레이트(700) 내에 제공된 (2x2의 대칭적인) 4개의 추출 슬릿들과 함께 배열된다. 예시된 바와 같이, 제 1 개구(130) 및 제 2 개구(132)는 각각의 히든 편향 전극, 즉, 히든 편향 전극(712) 및 히든 편향 전극(714)에 대하여 제공된다. 다중-개구 히든 포커싱 전극(802)은, 포커싱 전극 개구(804)로 지칭되며 이온 빔들, 즉, 이온 빔(812) 및 이온 빔(814)의 제 1 쌍을 수용(accommodate)하도록 배열되는 개구를 가지고 배열될 수 있다. 다중-개구 히든 포커싱 전극(802)은 이온 빔들, 즉, 이온 빔(816) 및 이온 빔(818)의 제 2 쌍을 수용하기 위한 제 2 포커싱 전극 개구(806)를 가지고 배열된다. 다중-개구 히든 포커싱 전극(802)은 또한, 포커싱 전극 개구(804)로 지칭되며 이온 빔들, 즉, 이온 빔(822) 및 이온 빔(824)의 제 1 쌍을 수용하도록 배열되는 개구를 가지고 배열될 수 있다. 다중-개구 히든 포커싱 전극(802)은 이온 빔들, 즉, 이온 빔(826) 및 이온 빔(828)의 제 2 쌍을 수용하기 위한 제 2 포커싱 전극 개구(806)를 가지고 배열된다.
대안적인 실시예들에 있어서, 복수의 히든 편향 전극들 및 다중-개구 히든 포커싱 전극들에 대한 기하구조들은, 예를 들어, 6, 8, 10 유형의 대칭적인 슬릿들과 같은 다양한 대칭적인 슬릿들에서 사용될 수 있다. 플라즈마 챔버(109)와 같은 플라즈마 챔버로부터 추출되는 이온 빔들의 이온 전류는 로컬 플라즈마 밀도, 각각의 히든 편향 전극 사이의 분리 거리, 및 추출 전압에 의존할 수 있다. 도 8a의 예에 있어서, 정전기 등전위 라인들(220)은 이온 빔들의 각각의 쌍의 영역 내에서 동일한 패턴들을 따른다. 이는, 바이어스 전압의 동일한 조합들이 히든 편향 전극에 인가되고 포커싱 전압이 히든 포커싱 전극에 인가될 때 생성될 수 있다. 결과적으로, 이온 빔(812), 이온 빔(814), 이온 빔(816), 이온 빔(818), 이온 빔(822), 이온 빔(824), 이온 빔(826), 및 이온 빔(828)과 같은 동일한 IAD를 갖는 이온 빔들이 추출될 수 있다.
히든 편향 전극에 인가되는 바이어스 전압 및 히든 포커싱 전극에 인가되는 포커싱 전압의 상이한 조합들이 상이한 양의 전류를 가지며 상이한 IAD들을 갖는 추출되는 이온 빔들을 야기할 수 있다. 애플리케이션에 의존하여, 이러한 시스템들은, 동일하거나 또는 상이한 양의 전류를 운반하고, 동일하거나 또는 상이한 이온 각도 분포들을 가질 수 있도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 도 8a에서 예증되는 바와 같이, 기판(122)은 동일한 이온 각도 분포들에 노출된다.
도 8b에서, 기판(122)은, 다른 한편의 이온 빔(826) 및 이온 빔(828)에 비하여, 한편의 이온 빔(822) 및 이온 빔(824)에서 상이한 이온 각도 분포들이 발견되는 이온 빔들의 2개의 쌍들에 노출된다. 이는, 히든 편향 전극(714)에 인가되는 것에 비하여 상이한 전압이 히든 편향 전극(712)에 인가될 수 있도록 히든 편향 전극(712)을 제 1 전압 공급장치에 결합하고 히든 편향 전극(714)을 제 2 전압 공급장치에 결합함으로써 달성될 수 있다. 히든 포커싱 전극(802)은 제 3 전압 공급장치에 결합될 수 있으며, 히든 편향 전극(712)(제 1 히든 편향 전극) 및 히든 편향 전극(714)(제 2 히든 편향 전극) 둘 모두에 대하여 독립적으로 바이어싱될 수 있다.
따라서, 본원에서 설명된 다양한 실시예들이 다양한 범위 각도들 및 각도 확산들 걸친 IAD의 제어, 조정, 및 조향의 이점을 제공한다. 히든 편향 전극(102) 및/또는 히든 편향 전극(508)을 사용함으로써, 프로세싱 장치(100) 또는 다른 유사한 프로세싱 장치는, 입자 생성의 완화, 실시간 IAD의 제어, 및 기판으로부터의 재료들이 플라즈마(108)에 도달하는 것의 방지를 가능하게 하는 이점을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 프로세싱 장치는, 플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트로서, 추출 플레이트는 제 1 개구 및 제 2 개구, 및 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔을 획정하도록 구성되는 제 1 개구와 제 2 개구 사이의 중간 부분을 갖는, 추출 플레이트, 플라즈마 챔버 외부에서 중간 부분에 인접하여 배치되며 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든 편향 전극, 및 히든 편향 전극에 편향 전압으로서 역할하는 바이어스 전압을 인가하기 위한 히든 편향 전극 전원 공급장치로서, 바이어스 전압은 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 평균 각도 근처에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 히든 편향 전극 전원 공급장치를 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들은, 동일한 추출 플레이트 상에 배열되고 상이한 IAD들을 갖는 다수의 이온 빔렛들을 제공하기 위하여 상이한 정전기 전위들의 히든 편향 전극을 가질 수 있는, 본원에서 설명된 바와 같은 다수의 프로세싱 장치들로 구성된 프로세싱 시스템들 내에서 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 추출 플레이트는 제 3 개구와 제 4 개구 및 제 3 개구와 제 4 개구 사이에 배열되는 제 2 중간 부분을 포함하며, 제 3 개구 및 제 4 개구는 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 3 이온 빔 및 제 4 이온 빔을 획정하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 프로세싱 장치는, 플라즈마 챔버의 외부에서 제 2 중간 부분에 인접하여 배치되며 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 제 2 히든 편향 전극; 및 히든 편향 전극에 인가되는 바이어스 전압과 독립적으로 제 2 히든 편향 전극에 제 2 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 2 히든 편향 전극 전원 공급장치를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 프로세싱 장치는, 플라즈마 챔버로부터 감춰지며 추출 플레이트 및 히든 편향 전극 및 제 2 히든 편향 전극으로부터 전기적으로 분리되는 다중-개구 히든 포커싱 전극으로서, 히든 포커싱 전극은 히든 편향 전극에 인접한 제 1 포커싱 전극 개구 및 제 2 히든 편향 전극에 인접한 제 2 포커싱 전극 개구를 갖는, 다중-개구 히든 포커싱 전극, 및 히든 편향 전극 및 제 2 히든 편향 전극에 인가되는 전압과 독립적으로 히든 편향 전극에 포커싱 전압을 인가하기 위한 히든 포커싱 전극 전압 공급장치를 더 포함한다.
또한, 다양한 실시예들은, 동일한 추출 플레이트 상에 배열되고 동일한 IAD들을 갖는 다수의 이온 빔렛들을 제공하기 위하여 동일한 방식(편향 전극 바이어스 전압 및 포커싱 전극 바이어스 전압의 동일한 조합들)으로 바이어싱되는 히든 편향 전극 및 히든 포커싱 전극을 가질 수 있는, 본원에서 설명된 바와 같은 다수의 프로세싱 장치들로 구성된 프로세싱 시스템들 내에서 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 프로세싱 시스템들은, 동일한 추출 플레이트 상에 배열되고 상이한 IAD들을 갖는 다수의 이온 빔렛들을 제공하기 위하여 상이한 방식(편향 전극 바이어스 전압 및 포커싱 전극 바이어스 전압의 상이한 조합들)으로 바이어싱되는 히든 편향 전극 및 히든 포커싱 전극을 가질 수 있는 다수의 프로세싱 장치들을 포함할 수 있다.
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. 프로세싱 장치로서,
    플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트로서, 상기 추출 플레이트는 제 1 개구와 제 2 개구, 및 상기 제 1 개구와 상기 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구는 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 상기 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔을 획정(define)하도록 구성되는, 상기 추출 플레이트;
    상기 플라즈마 챔버의 외부에서 상기 중간 부분에 인접하여 배치되며, 상기 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든(hidden) 편향 전극; 및
    상기 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하기 위한 히든 편향 전극 전원 공급장치로서, 상기 바이어스 전압은 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 상기 입사의 평균 각도 주변에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 상기 히든 편향 전극 전원 공급장치를 포함하는, 프로세싱 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추출 플레이트는 이로부터 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔이 각기 형성되는 제 1 플라즈마 메니스커스(meniscus) 및 제 2 플라즈마 메니스커스를 형성하는, 프로세싱 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 추출 플레이트는 상기 제 1 개구 외부의 상기 추출 플레이트의 제 1 외측 부분, 상기 제 1 외측 부분과 동일 평면인 제 2 개구 외부의 상기 추출 플레이트의 제 2 외측 부분을 더 포함하며, 상기 중간 부분은 상기 제 1 외측 부분 및 상기 제 2 외측 부분과 동일 평면이 아닌, 프로세싱 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세싱 장치는, 상기 플라즈마 챔버의 외부에서 상기 히든 편향 전극에 인접하여 배치되며, 상기 추출 플레이트 및 상기 히든 편향 전극으로부터 전기적으로 분리되는 히든 포커싱(focusing) 전극을 더 포함하는, 프로세싱 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 히든 포커싱 전극은 상기 중간 부분에 인접한 제 3 개구를 포함하며, 상기 제 3 개구는 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔이 이를 통과하는 것을 가능하게 하도록 구성되는, 프로세싱 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 프로세싱 장치는, 상기 히든 포커싱 전극에 제 2 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 2 히든 편향 전극 전원 공급장치를 더 포함하며, 상기 히든 포커싱 전극에 인가되는 상기 제 2 바이어스 전압은 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔의 상기 입사의 평균 각도 및 상기 입사의 각도들의 범위 중 하나 이상을 조정하도록 구성되는, 프로세싱 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 추출 플레이트는 제 3 개구와 제 4 개구 및 상기 제 3 개구와 상기 제 4 개구 사이에 배열되는 제 2 중간 부분을 포함하며, 상기 제 3 개구 및 상기 제 4 개구는 상기 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 상기 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 3 이온 빔 및 제 4 이온 빔을 획정하도록 구성되고,
    상기 프로세싱 장치는,
    상기 플라즈마 챔버의 외부에서 상기 제 2 중간 부분에 인접하여 배치되며, 상기 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 제 2 히든 편향 전극; 및
    상기 히든 편향 전극에 인가되는 상기 바이어스 전압과 독립적으로 상기 제 2 히든 편향 전극에 제 2 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 2 히든 편향 전극 전원 공급장치를 더 포함하는, 프로세싱 장치.
  8. 플라즈마 프로세싱 시스템으로서,
    플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위해 상기 플라즈마 챔버에 결합되는 플라즈마 소스;
    상기 플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트로서, 상기 추출 플레이트는 제 1 개구와 제 2 개구, 및 상기 제 1 개구와 상기 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 상기 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 상기 추출 플레이트와 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔을 획정하도록 구성되는, 상기 추출 플레이트;
    상기 플라즈마 챔버의 외부에서 상기 중간 부분에 인접하여 배치되며, 상기 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 히든 편향 전극; 및
    상기 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하기 위한 히든 편향 전극 전원 공급장치로서, 상기 바이어스 전압은 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 상기 입사의 평균 각도 주변에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 상기 히든 편향 전극 전원 공급장치를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 추출 플레이트는 상기 제 1 개구 외부의 상기 추출 플레이트의 제 1 외측 부분, 상기 제 1 외측 부분과 동일 평면인 제 2 개구 외부의 상기 추출 플레이트의 제 2 외측 부분을 더 포함하며, 상기 중간 부분은 상기 제 1 외측 부분 및 상기 제 2 외측 부분으로부터 멀어지도록 상기 플라즈마 챔버 내로 연장하고, 상기 중간 부분은 상기 제 1 외측 부분 및 상기 제 2 외측 부분과 동일 평면이 아니며 상기 제 1 외측 부분 및 상기 제 2 외측 부분과 동일 평면이 아닌, 프로세싱 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은, 상기 플라즈마 챔버 외부에서 상기 히든 편향 전극에 인접하여 배치되며, 상기 추출 플레이트 및 상기 히든 편향 전극으로부터 전기적으로 분리되는 히든 포커싱 전극을 더 포함하고, 상기 히든 포커싱 전극은 상기 히든 편향 전극에 인접하여 배치되는 제 3 개구를 포함하며, 상기 제 3 개구는 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔이 이를 통과하는 것을 가능하게 하도록 구성되고, 상기 히든 편향 전극 및 상기 히든 포커싱 전극 각각은 상기 추출 플레이트의 상기 중간 부분에 수직하는 방향으로 독립적으로 움직이도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은, 상기 히든 포커싱 전극에 제 2 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 2 히든 편향 전극 전원 공급장치를 더 포함하며, 상기 히든 포커싱 전극에 인가되는 상기 제 2 바이어스 전압은 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔의 상기 입사의 평균 각도 및 상기 입사의 각도들의 범위 중 하나 이상을 조정하도록 구성되고, 상기 히든 편향 전극 및 상기 히든 포커싱 전극은 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔의 상기 입사의 평균 각도 및 상기 입사의 각도들의 범위를 서로 독립적으로 조정하기 위하여 상호동작하는, 프로세싱 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은, 복수의 히든 편향 전극들 및 다중-개구 히든 포커싱 전극을 더 포함하며,
    상기 복수의 히든 편향 전극들은 서로 독립적으로 편향 전압을 수신하도록 구성되고,
    상기 다중-개구 히든 포커싱 전극은 상기 개별적인 복수의 히든 편향 전극들에 인접하는 복수의 개구들을 포함하며, 및
    상기 복수의 히든 편향 전극들 및 상기 다중-개구 히든 포커싱 전극은, 제 1 포커싱 전극 개구를 통해 보내지는 이온 빔들의 제 1 쌍의 제 1 이온 각도 분포가 제 2 포커싱 전극 개구를 통해 보내지는 이온 빔들의 제 2 쌍의 제 2 이온 각도 분포와 상이한 이온 빔들의 복수의 쌍들을 생성하도록 구성되는, 프로세싱 시스템.
  13. 히든 편향 전극을 사용하여 기판으로 제공되는 이온 빔을 제어하는 방법으로서,
    상기 기판을 포함하는 프로세스 챔버에 인접한 플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계;
    플라즈마 챔버의 일 측을 따라 배치되는 추출 플레이트를 제공하는 단계로서, 상기 추출 플레이트는 제 1 개구와 제 2 개구, 및 상기 제 1 개구와 상기 제 2 개구 사이의 중간 부분을 가지며, 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구는 상기 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 상기 추출 플레이트와 상기 기판 사이에 인가될 때 제 1 이온 빔 및 제 2 이온 빔을 획정하도록 구성되는, 단계;
    상기 플라즈마 챔버의 외부에서 상기 중간 부분에 인접하며, 상기 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 상기 히든 편향 전극을 배열하는 단계; 및
    상기 히든 편향 전극에 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 상기 바이어스 전압은 상기 제 1 이온 빔 및 상기 제 2 이온 빔의 이온들의 입사의 평균 각도 및 상기 입사의 평균 각도 주변에 중심이 맞추어진 입사의 각도들의 범위 중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는, 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 방법은, 각기 상기 기판의 평면에 대하여 0이 아닌 각도를 형성하는 개별적인 제 1 개구 평면 및 제 2 개구 평면을 획정하도록 상기 제 1 개구 및 제 2 개구를 배열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 방법은,
    제 3 개구와 제 4 개구 및 상기 제 3 개구와 상기 제 4 개구 사이에 배열되는 제 2 중간 부분을 제공하는 단계로서, 상기 제 3 개구 상기 및 제 4 개구는 상기 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하고 추출 전압이 상기 추출 플레이트와 상기 기판 사이에 인가될 때 제 3 이온 빔 및 제 4 이온 빔을 획정하도록 구성되는, 단계;
    상기 플라즈마 챔버의 외부에서 상기 제 2 중간 부분에 인접하여 배치되며, 상기 추출 플레이트로부터 전기적으로 분리되는 제 2 히든 편향 전극을 제공하는 단계; 및
    상기 플라즈마 챔버로부터 감춰지며, 상기 추출 플레이트 및 상기 히든 편향 전극 및 상기 제 2 히든 편향 전극으로부터 전기적으로 분리되는 다중-개구 히든 포커싱 전극을 제공하는 단계로서, 상기 다중-개구 히든 포커싱 전극은 상기 히든 편향 전극에 인접한 제 1 포커싱 전극 개구 및 상기 제 2 히든 편향 전극에 인접한 제 2 포커싱 전극 개구를 갖는, 단계를 더 포함하며,
    상기 히든 편향 전극, 제 2 히든 편향 전극, 및 상기 다중-개구 히든 포커싱 전극은, 상기 제 1 포커싱 전극 개구를 통해 보내지는 이온 빔들의 제 1 쌍의 제 1 이온 각도 분포가 상기 제 2 포커싱 전극 개구를 통해 보내지는 이온 빔들의 제 2 쌍의 제 2 이온 각도 분포와 상이한 이온 빔들의 복수의 쌍들을 생성하도록 구성되는, 방법.
KR1020177009398A 2014-09-10 2015-08-28 플라즈마 프로세싱 장치 및 시스템 및 이온 빔을 제어하는 방법 KR101835654B1 (ko)

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