KR20190103445A - 억제 전극의 열적 뒤틀림을 제어하고 이온 빔의 균일성을 제어하기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
이온 빔의 균일성을 개선하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 억제 전극으로부터 가장 멀리에 위치된 억제 전극의 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트를 포함한다. 동작 시에, 억제 전극에 가장 가까운 억제 전극의 에지는 이온 빔에 의해 가열될 수 있다. 이러한 가열은 억제 전극이 뒤틀리게끔 할 수 있으며, 이는 이온 빔의 균일성에 영향을 준다. 억제 전극의 원위 에지를 가열함으로써, 억제 전극의 열적 뒤틀림이 제어될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 억제 전극의 원위 에지는 더 균일한 이온 빔을 생성하기 위하여 가열된다. 예컨대 빔 균일성 프로파일러(profiler)의 사용에 의해 억제 전극으로부터 하류측의 이온 빔의 균일성을 모니터링함으로써, 제어기는 희망되는 이온 빔 균일성을 달성하기 위하여 원위 에지에 인가되는 열을 조정할 수 있다.
Description
실시예들은 이온 소스에 인접한 전극들의 열적 뒤틀림(thermal distortion)을 최소화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 추출되는 이온 빔에 의해 생성되는 열을 보상하기 위하여 전극들의 부분들을 가열하기 위한 장치에 관한 것이다.
이온들은 주입, 비정질화, 증착 및 에칭 프로세스들과 같은 복수의 반도체 프로세스들에서 사용된다. 이러한 이온들은 이온 소스 챔버 내에서 생성되고 이온 소스 챔버 내의 추출 개구를 통해 추출될 수 있다.
이온들은 이온 소스 챔버 외부에 그리고 그 근처에 배치된 광학 시스템들에 의해 추출 개구를 통해 끌어 당겨질 수 있다. 이온 소스에 대한 전형적인 광학 엘리먼트들은 추출 전극을 포함하며, 이는 추출 개구를 포함하는 이온 소스 챔버의 벽일 수 있다. 다른 광학 엘리먼트들은 억제 전극 및 접지 전극을 포함한다. 억제 전극은 이온 소스 챔버 내에서 생성된 이온들을 끌어 당기도록 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 예를 들어, 억제 전극은 이온 소스 챔버 내부로부터 포지티브 이온들을 끌어 당기기 위하여 네거티브 전압으로 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 포커싱 렌즈 및 추가적인 접지 전극이 추가되어 최대 5개의 전극들이 존재할 수 있다.
전극들은 각기 그 안에 배치된 개구를 갖는 단일의 전기 전도성 컴포넌트일 수 있다. 대안적으로, 각각의 전극은 2개의 컴포넌트들 사이에 개구를 생성하기 위하여 이격된 2개의 컴포넌트들로 구성될 수 있다. 실시예들 둘 모두에 있어서, 이온 빔은 각각의 전극 내의 개구를 통과한다. 개구 근처에 배치되는 전극의 부분은 광학 에지로서 지칭될 수 있다. 개구로부터 가장 멀리에 있는 전극의 부분은 원위 에지로서 지칭될 수 있다.
이온 소스 챔버로부터 추출되는 이온 빔의 일부 부분들이 억제 전극에 충돌하여 이를 광학 에지를 따라 가열하는 것이 드물지 않은 일이다. 그러나, 억제 전극의 모든 부분들이 추출되는 이온들에 의해 동일하게 충돌되는 것은 아니다. 결과적으로, 억제 전극은 이러한 추출되는 이온들에 의해 불균일하게 가열될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 억제 전극의 불균일한 가열이 문제가 될 수 있다. 이러한 문제는, 억제 전극의 길이가 증가함에 따라 악화될 수 있다. 따라서, 이러한 불균일한 가열에 의해 초래되는 열적 뒤틀림을 보상하거나 또는 제어하기 위한 장치 및 방법이 존재하는 경우 유익할 것이다.
이온 빔의 균일성을 개성하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 억제 전극으로부터 가장 멀리에 위치된 억제 전극의 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트를 포함한다. 동작 시에, 억제 전극에 가장 가까운 억제 전극의 에지는 이온 빔에 의해 가열될 수 있다. 이러한 가열은 억제 전극이 뒤틀리게끔 할 수 있으며, 이는 이온 빔의 균일성에 영향을 준다. 억제 전극의 원위 에지를 가열함으로써, 억제 전극의 열적 뒤틀림이 제어될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 억제 전극의 원위 에지는 더 균일한 이온 빔을 생성하기 위하여 가열된다. 예컨대 빔 균일성 프로파일러(profiler)의 사용에 의해 억제 전극으로부터 하류측의 이온 빔의 균일성을 모니터링함으로써, 제어기는 희망되는 이온 빔 균일성을 달성하기 위하여 원위 에지에 인가되는 열을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 억제 전극의 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 이온 소스 챔버를 획정(define)하며 추출 개구를 갖는 복수의 챔버 벽들을 갖는 이온 소스; 이온 소스 챔버 외부에 배치되며, 억제 개구, 억제 개구 근처에 배치된 광학 에지 및 억제 개구로부터 가장 멀리에 배치된 원위 에지를 갖는 억제 전극; 억제 전극의 원위 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트; 가열 엘리먼트에 전력을 제공하기 위한 히터 전원 공급장치; 및 억제 전극의 원위 에지의 온도를 제어하기 위하여 히터 전원 공급장치와 연통하는 제어기를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 제어기는 억제 전극의 원위 에지의 온도를 제어하기 위하여 개방 루프 제어를 사용한다. 특정 실시예들에 있어서, 가열 엘리먼트는 억제 전극 상에 배치된다. 다른 실시예들에 있어서, 가열 엘리먼트는 억제 전극과 직접 접촉하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 가열 엘리먼트는 LED들 또는 가열 램프들을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 장치는 억제 전극의 적어도 일 부분의 온도를 측정하기 위한 제어기와 연통하는 열 센서들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 열 센서는 광학 에지의 온도를 측정하기 위하여 사용될 수 있으며, 제어기는 광학 에지의 온도에 기초하여 원위 에지의 온도를 제어한다. 일부 실시예들에 있어서, 열 센서는 광학 에지 및 원위 에지의 온도를 측정하기 위하여 사용되며, 제어기는 광학 에지와 원위 에지의 온도 차이에 기초하여 원위 에지의 온도를 제어한다. 특정 실시예들에 있어서, 열 센서는 억제 전극 상에 배치된다. 다른 실시예들에 있어서, 열 센서들은 억제 전극과 직접 접촉하지 않는다.
다른 실시예에 따르면, 이온 빔의 균일성을 제어하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 이온 소스 챔버를 획정하며 이를 통해 이온 빔이 추출되는 추출 개구를 갖는 복수의 챔버 벽들을 갖는 이온 소스; 이온 소스 챔버 외부에 배치되며, 억제 개구, 억제 개구 근처에 배치된 광학 에지 및 억제 개구로부터 가장 멀리에 배치된 원위 에지를 갖는 억제 전극; 억제 전극의 원위 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트; 가열 엘리먼트에 전력을 제공하기 위한 히터 전원 공급장치; 억제 전극으로부터 하류측에 배치되는 빔 균일성 프로파일러; 및 히터 전원 공급장치와 연통하는 제어기로서, 제어기는 억제 전극의 원위 에지를 가열함으로써 이온 빔의 균일성을 제어하기 위하여 빔 균일성 프로파일러로부터의 정보를 사용하는, 상기 제어기를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 빔 균일성 프로파일러는 X-Y 위치의 함수로서 이온 빔의 전류 또는 전하를 결정하기 위하여 배열된 복수의 전류 또는 전하 수집기(collector)를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 이온 빔의 균일성을 제어하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 이온 소스 챔버 외부에 배치되며, 이온 소스로부터의 이온 빔이 억제 개구를 통과하도록 억제 개구, 억제 개구 근처에 배치된 광학 에지 및 억제 개구로부터 가장 멀리에 배치된 원위 에지를 갖는 억제 전극; 억제 전극의 원위 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트; 및 가열 엘리먼트에 전력을 제공하기 위한 히터 전원 공급장치를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 가열 엘리먼트는 저항성 엘리먼트를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 가열 엘리먼트는 LED 또는 가열 램프를 포함한다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 일 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 2a는 추출 이전의 억제 전극을 도시하며, 도 2b는 추출된 이온 빔에 의해 충돌된 이후의 억제 전극을 도시한다.
도 3은 다른 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 4는 제 3 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 5는 제 4 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 1은 일 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 2a는 추출 이전의 억제 전극을 도시하며, 도 2b는 추출된 이온 빔에 의해 충돌된 이후의 억제 전극을 도시한다.
도 3은 다른 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 4는 제 3 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 5는 제 4 실시예에 따른 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치를 도시한다.
도 1은 억제 전극(200)의 열적 뒤틀림을 제어하기 위하여 사용될 수 있는 장치의 제 1 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, RF 이온 소스(100)가 예시된다. RF 이온 소스(100)는 이온 소스 챔버(110)를 획정하는 복수의 챔버 벽들(111)을 포함한다. RF 안테나(120)는 이온 소스 챔버(110) 내에 배치될 수 있다. RF 안테나(120)는 구리와 같은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. RF 안테나(120)는 석영과 같은 유전체 재료로 만들어질 수 있는 중공형 튜브(125) 내에 케이싱(encase)될 수 있다. RF 전원 공급장치(130)는 RF 안테나(120)와 전기적으로 연통한다. RF 전원 공급장치(130)는 RF 안테나(120)에 RF 전압을 공급할 수 있다. RF 전원 공급장치(130)에 의해 공급되는 전력은 .5 내지 60 kW 사이일 수 있으며, 임의의 적절한 주파수 예컨대 5 내지 15 MHz 사이일 수 있다. 추가로, RF 전원 공급장치(130)에 의해 공급되는 전력이 펄스화될 수 있다.
도면들이 이온 소스 챔버(110) 내에서 중공형 튜브(125) 내에 케이싱된 RF 안테나(120)를 도시하지만, 다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 챔버 벽들(111) 중 하나가 유전체 재료로 만들어질 수 있으며, RF 안테나(120)는 유전체 벽 근처에서 이온 소스 챔버(110)의 외부에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 플라즈마가 상이한 방식으로, 예컨대 버나스(Bernas) 이온 소스 또는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC)에 의해 생성된다. 플라즈마가 생성되는 방식은 본 개시에 의해 제한되지 않는다.
특정 실시예들에 있어서, 챔버 벽들(111)은 전기 전도성일 수 있으며, 금속으로 구성될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 이러한 챔버 벽들(111)은 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 챔버 벽들(111)은 접지될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 챔버 벽들(111)은 바이어스 전원 공급장치(140)에 의해 소정의 전압으로 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 바이어스 전압은 정(DC) 전압일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 바이어스 전압은 펄스화될 수 있다. 챔버 벽들(111)에 인가되는 바이어스 전압은 이온 소스 챔버(110) 내의 플라즈마의 전위를 수립한다. 플라즈마의 전기 전위와 억제 전극(200)의 전기 전위 사이의 차이가 추출되는 이온들이 소유하는 에너지를 결정할 수 있다.
추출 전극(112)으로 지칭되는 하나의 챔버 벽이 추출 개구(115)를 포함한다. 추출 개구(115)는 이를 통해 이온 소스 챔버(110) 내에서 생성되는 이온들이 추출되고 작업물(10)을 향해 보내지는 개구부일 수 있다. 추출 개구(115)는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 개구(115)는, 높이로서 지칭되는 제 2 치수보다 훨씬 더 클 수 있는 길이로서 지칭되는 하나의 치수를 갖는 타원형 또는 직사각형 형상일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 개구(115)의 길이는 2 미터 이상만큼 클 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 오로지 추출 전극(112)만이 전기 전도성이며 바이어스 전압 공급장치(140)와 연통한다. 나머지 챔버 벽들(111)은 유전체 재료로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 추출 전극(112) 및 챔버 벽들(111)의 전부가 전기 전도성일 수 있다. 바이어스 전원 공급장치(140)는 추출 전극(112)을 1kV 내지 5kV 사이의 전압으로 바이어싱할 수 있지만, 다른 전압들이 또한 본 개시의 범위 내에 속한다.
억제 전극(200)은 추출 개구(115) 근처에서 추출 개구 외부에 배치된다. 억제 전극(200)은 그 안에 배치된 억제 개구(205)를 갖는 단일의 전기 전도성 컴포넌트일 수 있다. 대안적으로, 억제 전극(200)은 2개의 컴포넌트들 사이에 억제 개구(205)를 생성하기 위하여 이격된 2개의 전기 전도성 컴포넌트들로 구성될 수 있다. 억제 전극(200)은 티타늄과 같은 금속일 수 있다. 억제 전극(200)은 억제 전원 공급장치(220)에 의해 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 억제 전극(200)은 추출 전극(112)보다 더 네거티브하게 되도록 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 억제 전극(200)은 -3kV 내지 -15kV 사이의 전압으로와 같이 억제 전원 공급장치(220)에 의해 네거티브하게 바이어싱된다.
접지 전극(210)이 억제 전극(200) 근처에 배치될 수 있다. 억제 전극(200)과 마찬가지로, 접지 전극(210)은 그 안에 배치된 접지 개구(215)를 갖는 단일의 전기 전도성 컴포넌트일 수 있거나, 또는 2개의 컴포넌트들 사이에 접지 개구(215)를 생성하기 위하여 이격된 2개의 컴포넌트들로 구성될 수 있다. 접지 전극(210)은 접지에 전기적으로 연결될 수 있다. 물론, 다른 실시예들에 있어서, 접지 전극(210)은 별개의 전원 공급장치를 사용하여 바이어싱될 수 있다. 추출 개구(115), 억제 개구(205) 및 접지 개구(215)가 모두 정렬된다.
작업물(10)은 접지 전극(210)으로부터 하류측에 위치된다. 특정 실시예들에 있어서, 작업물(10)은 도 1, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 접지 전극(210) 바로 다음에 위치된다. 다른 실시예들에 있어서, 질량 분석기들, 콜리메이팅(collimating) 자석들, 가속 및 감속 스테이지들과 같은 추가적인 컴포넌트들이 접지 전극(210)과 작업물(10) 사이에 배치될 수 있다.
동작 시에, 가스 저장 컨테이너(150)로부터의 공급 가스가 가스 주입구(151)를 통해 이온 소스 챔버(110)로 도입된다. RF 안테나(120)는 RF 전원 공급장치(130)에 의해 에너지가 공급된다. 이러한 에너지는 공급 가스를 여기시켜서 플라즈마의 생성을 초래한다. 이러한 플라즈마 내의 이온들은 전형적으로 포지티브하게 대전된다. 억제 전극(200)이 추출 전극(112)보다 더 네거티브하게 바이어싱되기 때문에, 이온들은 이온 빔(1)의 형태로 추출 개구(115)를 통해 빠져 나온다. 이온 빔(1)은 추출 개구(115), 억제 개구(205) 및 접지 개구(215)를 통과하며, 작업물(10)을 향해 이동한다.
높이 치수에서 억제 개구(205) 근처에 배치되는 억제 전극(200)의 부분은 광학 에지로서 지칭될 수 있다. 높이 치수에서 억제 개구(205)로부터 가장 멀리에 있는 억제 전극(200)의 부분은 원위 에지로서 지칭될 수 있다.
추출 개구(115)를 통해 추출되는 이온 빔(1)으로부터의 이온들은 전형적으로 광학 에지 근처에서 억제 전극(200)에 충돌할 수 있다. 억제 전극(200)의 광학 에지가 이온들의 충돌에 기인하여 가열됨에 따라, 억제 전극(200)의 길이가 증가할 수 있다. 이러한 길이의 증가는 억제 전극(200)을 생성하기 위하여 사용된 재료의 열 팽창 계수에 기초하여 결정될 수 있다. 그러나, 길이의 증가가 억제 전극(200)의 전체에 걸쳐 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 억제 전극(200)을 구성하기 위하여 사용된 재료의 열적 비저항에 기인하여, 이온들이 직접적으로 충돌하지 않는 억제 전극(200)의 원위 에지는 억제 전극(200)의 광학 에지만큼 뜨겁지 않을 수 있다. 이는 억제 전극(200)의 광학 에지가 원위 에지보다 더 많이 팽창하게끔 하며, 이는 억제 전극(200)이 휘거나 또는 뒤틀리게끔 한다.
도 2a는 2개의 컴포넌트들(201a, 201b)로 만들어진 억제 전극(200)을 도시한다. 2개의 컴포넌트들(201a, 201b) 사이의 공간이 억제 개구(205)를 획정한다. 이온 빔(1)이 추출되기 이전에, 이러한 2개의 컴포넌트들(201a, 201b)은 뒤틀리지 않으며, 그 결과 2개의 컴포넌트들(201a, 201b)의 광학 에지들(202a, 202b)은 각기 서로 평행하다.
이온 빔(1)이 추출됨에 따라, 이온들이 컴포넌트들(201a, 201b)의 광학 에지들(202a, 202b)에 충돌하며, 이는 이러한 광학 에지들이 팽창하게끔 한다. 그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 컴포넌트들(201a, 201b)의 원위 에지들(203a, 203b)은 온도의 차이에 기인하여 동일한 정도로 팽창하지 않을 수 있다. 결과적으로, 억제 전극(200)은 도 2b에 도시된 바와 같이 뒤틀리게 된다. 이러한 뒤틀림은 예시의 목적들을 위하여 과장되었다. 이러한 도면에서, 광학 에지들(202a, 202b)이 팽창되었으며 이는 각각의 컴포넌트(201a, 201b)가 휘게끔 한다. 특정 실시예들에 있어서, 각각의 광학 에지(202a, 202b)의 중간 부분은 길이 치수에서 다른 광학 에지(202a, 202b)를 향해 구부러진다. 이는 억제 개구(205)의 형상이 불규칙하게 되는 것을 초래하며, 그 결과 억제 개구(205)는 길이 치수에 있어서 중간 부분에서 외측 부분들에서 보다 더 좁을 수 있다. 따라서, 이온 빔(1)의 빔 전류가 길이의 함수로서 비-균일하게 되며, 이는 문제가 될 수 있다. 추가로, 억제 전극(200)의 길이가 증가함에 따라, 열적 팽창에 의해 초래되는 뒤틀림이 악화될 수 있다.
이러한 원치 않는 뒤틀림을 보상하기 위하여, 가열 엘리먼트들(310)이 억제 전극(200)의 원위 에지들을 가열하기 위하여 사용될 수 있다.
도 1은, 가열 엘리먼트들(310)이 저항성 엘리먼트들일 수 있는 일 실시예를 도시한다. 이러한 저항성 엘리먼트들은 억제 전극(200)의 원위 에지들 상에 배치된다. 이러한 저항성 엘리먼트들은 히터 전원 공급장치(300)와 연통할 수 있다. 저항성 엘리먼트들은 가열 엘리먼트(310)의 일 유형이지만, 본 개시가 이러한 실시예에 한정되지는 않는다. 억제 전극(200)의 원위 에지에 열을 공급할 수 있는 임의의 디바이스가 사용될 수 있다.
히터 전원 공급장치(300)가 또한 제어기(350)와 연통할 수 있다. 제어기(350)는 프로세싱 유닛 및 저장 엘리먼트를 포함할 수 있다. 저장 엘리먼트는 임의의 적절한 비-일시적인 메모리 디바이스, 예컨대 반도체 메모리(즉, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 RAM, DRAM, 등), 자기 메모리(즉, 디스크 드라이브들), 또는 광학적 메모리(즉, CD ROM들)일 수 있다. 저장 엘리먼트는 명령어들을 포함하기 위하여 사용될 수 있으며, 명령어들은 제어기(350) 내의 프로세싱 유닛에 의해 실행될 때 가열 엘리먼트(310)가 억제 전극(200)의 열적 뒤틀림을 제어하는 것을 가능하게 한다.
특정 실시예들에 있어서, 하나의 가열 엘리먼트(310)가 억제 전극(200) 상에 배치된다. 다른 실시예들에 있어서, 복수의 가열 엘리먼트들(310)이 억제 전극(200) 상에 배치될 수 있다. 다수의 가열 엘리먼트들(310)이 사용되는 실시예들에 있어서, 이러한 가열 엘리먼트들(310)은, 예컨대 다수의 히터 전원 공급장치들의 사용을 통해서 제어기(350)에 의해 독립적으로 제어될 수 있거나, 또는 공통적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예들에 있어서, 길이 치수에서 억제 전극(200)의 중심 근처에 위치된 가열 엘리먼트들(310)은 길이 치수에서 외측 에지 근처에 배치된 가열 엘리먼트들(310)보다 더 큰 정도까지 가열될 수 있다.
제어기(350)는 가열 엘리먼트들(310)을 제어하기 위하여 다양한 기술들을 사용할 수 있다. 제 1 실시예에 있어서, 시간의 함수로서 억제 전극(200)의 온도를 매핑하는 경험적 데이터가 수집된다. 예를 들어, 데이터는 시간의 함수로서 광학 에지의 온도를 설명하는 테이블을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 데이터는 시간의 함수로서 광학 에지와 원위 에지 사이의 온도 차이를 설명하는 테이블을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 데이터는 시간의 함수로서 가열 엘리먼트들(310)에 공급하기 위한 전력의 양을 정의하는 테이블을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 그러면, 이러한 정보는 제어기(350)의 저장 엘리먼트 내에 저장될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 제어기(350)는 가열 엘리먼트들(310)에 인가되는 전력을 제어하기 위하여 히터 전원 공급장치(300)에 명령들을 제공한다. 제어기(350)로부터 히터 전원 공급장치(300)로의 명령들은 시간의 함수로서 변화할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예는 억제 전극(200)의 열적 뒤틀림을 제어하기 위하여 개방 루프 제어를 사용한다.
다른 실시예에 있어서, 열 센서들(320)이 억제 전극(200) 상에 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 열 센서들(320)은 광학 에지 및 원위 에지 둘 모두의 근처에 배치된다. 다른 실시예들에 있어서, 열 센서들(320)은 오로지 이러한 2개의 에지들 중 하나 근처에만 배치된다. 이러한 열 센서들(320)은 열전쌍(thermocouple)들, 저항 온도 검출기(resistance temperature detector; RTD)들, 또는 다른 유형들의 열 센서들일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 열 센서들(320)은 억제 전극(200) 상에 배치되지 않을 수 있다. 예를 들어, 열 센서(320)는 적외선 카메라일 수 있으며, 이는 억제 전극(200)의 온도가 원격으로 측정될 수 있도록 하는 위치에 배치될 수 있다. 적외선 카메라는 이러한 실시예들 중 임의의 실시예에서 RTD들 또는 열전쌍들과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
이러한 실시예들 전부에 있어서, 열 센서들(320)은 제어기(350)와 연통할 수 있으며, 그 결과 제어기(350)는 억제 전극(200)의 실제 온도에 대한 정보를 획득한다. 일부 실시예들에 있어서, 제어기(350)는 가열 엘리먼트들(310)에 제공될 전력을 결정하기 위하여 광학 에지의 온도와 원위 에지의 온도 사이의 차이를 사용한다. 다른 실시예들에 있어서, 제어기(350)는 가열 엘리먼트들(310)에 제공될 전력을 결정하기 위하여 광학 에지 및 원위 에지의 실제 온도들을 사용한다. 특정 실시예들에 있어서, 제어기(350)는 가열 엘리먼트들(310)에 제공하기 위한 전력을 결정하기 위하여 광학 에지 및 원위 에지 중 하나에 대한 실제 온도 데이터를 사용한다.
그러면, 제어기(350)는 가열 엘리먼트들(310)에 인가될 전력을 결정하기 위하여 이러한 실제 온도 데이터를 사용한다. 제어기는(350)는 억제 전극(200)의 온도의 연속적인 모니터링에 기초하여 연속적으로 히터 전원 공급장치(300)에 명령들을 제공할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 제어기(350)는, 주기적인 단위로 예컨대 1분 당 한번 또는 임의의 다른 적절한 간격으로 히터 전원 공급장치(300)로의 명령들을 업데이트한다. 추가로, 특정 실시예들에 있어서, 억제 전극(200)은 특정한 시간(분) 후에 정상 상태 조건에 도달할 수 있으며, 이러한 발생 이후에 제어기(350)로부터의 업데이트들이 더 이상 제공되지 않을 수 있다.
도 4는, 가열 엘리먼트들(310)이 억제 전극(200) 상에 배치되지 않는 다른 실시예를 도시한다. 예를 들어, 가열 엘리먼트들(310)은 LED들 또는 가열 램프들일 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 가열 엘리먼트들(310)은, 가열 엘리먼트들(310)로부터의 열이 억제 전극(200)의 원위 에지들을 목표로 하여 이에 도달할 수 있도록 억제 전극(200) 근처에 배치된다. 제어기(350)는, LED들 또는 가열 램프들에 제공될 전력 레벨을 제공하기 위하여 히터 전원 공급장치(300)와 연통할 수 있다. 이러한 LED들 또는 가열 램프들은 이러한 실시예들 중 임의의 실시예에서 저항성 엘리먼트들 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 LED들 또는 가열 램프들은 개방 루프 구성으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 LED들 또는 가열 램프들은 억제 전극(200) 상에 배치된 열 센서들(320)과 함께 사용될 수 있다. 추가적으로, 이러한 LED들 또는 가열 램프들은, 도 3에 도시된 것들과 같은 억제 전극(200) 상에 배치되지 않은 열 센서들과 함께 사용될 수 있다. 따라서, LED들 또는 가열 램프들은 도 1 및 도 3에 도시된 저항성 엘리먼트들과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
따라서, 도 1, 도 3 및 도 4는, 억제 전극(200)과 직접 접촉할 수 있거나 또는 억제 전극(200) 근처에 배치될 수 있는 열 센서(320)가 억제 전극(200)의 하나 이상의 에지들의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 실시예들을 도시한다. 그러면, 이러한 열 센서들(320)로부터의 정보는 가열 엘리먼트들(310)에 인가하기 위한 전력의 양을 결정하기 위하여 제어기(350)에 의해 사용된다. 열 센서들(320)과 마찬가지로, 가열 엘리먼트들(310)은 억제 전극(200)과 직접 접촉할 수 있거나 또는 억제 전극(200) 근처에 배치될 수 있다. 따라서, 열 센서들(320), 제어기(350), 히터 전원 공급장치(300) 및 가열 엘리먼트들(310)은 억제 전극(200)의 열적 뒤틀림을 제어하기 위하여 사용될 수 있는 폐 제어 루프를 형성한다.
이러한 도면들 내의 실시예들은 억제 전극(200)의 하나 이상의 에지들의 측정된 온도에 기초하는 억제 전극의 폐 루프 제어를 도시한다. 그러나, 폐 루프 제어는 다른 방식들로도 또한 달성될 수 있다.
도 5는 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 열 센서들(320)이 사용되지 않는다. 오히려, 제어기(350)는 가열 엘리먼트들(310)을 제어하기 위하여 이온 빔(1)의 균일성에 대한 정보를 사용한다. 예를 들어, 복수의 전류 또는 전하 수집기들(361)을 포함할 수 있는 빔 균일성 프로파일러(360)가, 작업물(10)이 전형적으로 제공되는 스테이션 근처에 배치될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 빔 균일성 프로파일러는 이온 빔(1)의 전체 길이를 가로질러 연장할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 전류 또는 전하 수집기들(361)이 이온 빔(1)의 길이를 가로질러 스캔할 수 있다.
특정 시간들에서, 작업물(10)은, 이온 빔(1)이 빔 균일성 프로파일러(360)와 충돌하도록 제거될 수 있다. 전류 또는 전하는 이온 빔의 X-Y 위치의 함수로서 수집될 수 있다. 따라서, 억제 전극(200)의 열적 뒤틀림이 존재하지 않는 경우, 전류 또는 전하는 이온 빔(1)의 길이 및 높이에 걸쳐 균일할 수 있다. 그러나, 억제 전극(200)이 뒤틀리게 됨에 따라, 전류 또는 전하가 균일하게 되는 것이 중단될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 억제 전극(200)의 사용은 이온 빔(1)의 단부들에서의 더 큰 전류 또는 전하 및 이온 빔(1)의 중심에서의 감소된 전류 또는 전하를 야기할 수 있다.
빔 균일성 프로파일러(360)에 의해 수집되는 전류 또는 전하 정보는 가열 엘리먼트들(310)에 인가될 전력의 양을 결정하기 위하여 제어기(350)에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 도 5는, 빔 균일성 프로파일러(360), 제어기(350), 히터 전원 공급장치(300) 및 가열 엘리먼트들(310)로 이루어진 폐 제어 루프를 사용한다. 이러한 실시예에 있어서, 열적 뒤틀림은 억제 전극(200)으로부터 하류측의 이온 빔(1)을 관찰함으로써 모니터링된다. 따라서, 이러한 실시예는, 도 1, 도 3 및 도 4에서 이루진 것과 같이 억제 전극(200)의 광학 및 원위 에지들의 온도를 균일화하도록 시도하는 것이 아니라 이온 빔(1)을 모니터링한다.
빔 균일성 프로파일러(360)를 사용하기 위하여, 작업물(10)이 장치로부터 제거된다. 따라서, 이온 빔(1)의 균일성이 측정될 때, 작업물들(10)이 프로세싱될 수 없으며 이는 효율 및 스루풋의 감소를 야기한다. 따라서, 이러한 실시예에 있어서, 빔 균일성 프로파일러(360)는 오로지 간헐적으로만, 예컨대 규칙적인 간격들로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔 균일성 프로파일러(360)는 매 N개의 작업물들이 프로세싱된 이후에 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 빔 균일성 프로파일러(360)는 고정된 시간 간격들로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 스루풋의 감소를 최소화하면서 열적 뒤틀림이 제어될 수 있다.
본 장치는 다수의 이점들을 갖는다. 먼저, 하나의 실험에서, 억제 전극(200)의 광학 에지의 휨을 측정함으로써 결정되는 열적 뒤틀림의 양이 85% 이상 감소되었다. 열적 뒤틀림의 이러한 감소가 이온 빔 균일성을 개선한다. 따라서, 억제 전극(200)의 가열은 이온 빔 균일성을 제어하기 위한 다른 튜닝 메커니즘이 된다.
제어기(350)로의 입력을 제공하기 위한 수단으로서 빔 균일성 프로파일러(360)를 사용하는 것은 다른 이점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에 있어서, 추출 개구(115)로부터 추출되는 이온 빔(1)이 길이 치수에서 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 빔 전류는 이온 빔(1)의 중심에서 더 클 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 있어서, 이온 빔(1)의 중심에서의 빔 전류를 감소시키기 위한 특정한 양의 열적 뒤틀림을 갖는 것이 유익할 수 있다. 따라서, 가열 엘리먼트들(310) 및 제어기(350)와 함께 빔 균일성 프로파일러(360)가 또한 장치의 다른 컴포넌트들에 의해 초래되는 이온 빔(1)의 비-균일성들을 보상하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 기술은 또한 억제 전극(200)으로부터 하류측에 도입되는 비-균일성들을 보상하기 위하여 사용될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 복수의 독립적으로 제어되는 가열 엘리먼트들(310)이 억제 전극(200)의 열적 뒤틀림에 걸쳐 더 미세한 제어를 가하기 위하여 사용될 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)
- 억제 전극의 열적 뒤틀림을 제어하기 위한 장치로서,
이온 소스 챔버를 획정하며 추출 개구를 갖는 복수의 챔버 벽들을 갖는 이온 소스;
상기 이온 소스 챔버 외부에 배치되며, 억제 개구, 상기 억제 개구 근처에 배치된 광학 에지 및 상기 억제 개구로부터 가장 멀리에 배치된 원위 에지를 갖는 억제 전극;
상기 억제 전극의 상기 원위 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트;
상기 가열 엘리먼트에 전력을 제공하기 위한 히터 전원 공급장치; 및
상기 억제 전극의 상기 원위 에지의 온도를 제어하기 위하여 상기 히터 전원 공급장치와 연통하는 제어기를 포함하는, 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 상기 억제 전극의 상기 원위 에지의 온도를 제어하기 위하여 개방 루프 제어를 사용하는, 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 가열 엘리먼트는 상기 억제 전극 상에 배치되는, 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 가열 엘리먼트는 상기 억제 전극과 직접 접촉하지 않는, 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 장치는, 상기 억제 전극의 적어도 일 부분의 온도를 측정하기 위한 상기 제어기와 연통하는 열 센서들을 더 포함하는, 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 열 센서들은 상기 광학 에지의 온도를 측정하기 위하여 사용되며, 상기 제어기는 상기 광학 에지의 온도에 기초하여 상기 원위 에지의 온도를 제어하는, 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 열 센서들은 상기 광학 에지 및 상기 원위 에지의 온도를 측정하기 위하여 사용되며, 상기 제어기는 상기 광학 에지와 상기 원위 에지의 온도 차이에 기초하여 상기 원위 에지의 온도를 제어하는, 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 열 센서들은 상기 억제 전극 상에 배치되는, 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 열 센서들은 상기 억제 전극과 직접 접촉하지 않는, 장치.
- 이온 빔의 균일성을 제어하기 위한 장치로서,
이온 소스 챔버를 획정하며, 이온 빔이 추출되는 추출 개구를 갖는 복수의 챔버 벽들을 갖는 이온 소스;
상기 이온 소스 챔버 외부에 배치되며, 억제 개구, 상기 억제 개구 근처에 배치된 광학 에지 및 상기 억제 개구로부터 가장 멀리에 배치된 원위 에지를 갖는 억제 전극;
상기 억제 전극의 상기 원위 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트;
상기 가열 엘리먼트에 전력을 제공하기 위한 히터 전원 공급장치;
상기 억제 전극의 하류측에 배치되는 빔 균일성 프로파일러(profiler); 및
상기 히터 전원 공급장치와 연통하는 제어기로서, 상기 제어기는 상기 억제 전극의 상기 원위 에지를 가열함으로써 상기 이온 빔의 균일성을 제어하기 위하여 상기 빔 균일성 프로파일러로부터의 정보를 사용하는, 상기 제어기를 포함하는, 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 가열 엘리먼트는 상기 억제 전극 상에 배치되는, 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 가열 엘리먼트는 상기 억제 전극과 직접 접촉하지 않는, 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 빔 균일성 프로파일러는 X-Y 위치의 함수로서 상기 이온 빔의 전류 또는 전하를 결정하도록 배열된 복수의 전류 또는 전하 수집기(collector)를 포함하는, 장치.
- 이온 빔의 균일성을 제어하기 위한 장치로서,
이온 소스 챔버 외부에 배치되며, 상기 이온 소스로부터의 이온들이 억제 개구를 통과하도록 상기 억제 개구, 상기 억제 개구 근처에 배치된 광학 에지 및 상기 억제 개구로부터 가장 멀리에 배치된 원위 에지를 갖는 억제 전극;
상기 억제 전극의 상기 원위 에지를 가열하기 위한 가열 엘리먼트; 및
상기 가열 엘리먼트에 전력을 제공하기 위한 히터 전원 공급장치를 포함하는, 장치.
- 청구항 14에 있어서,
상기 장치는 상기 억제 전극의 온도를 측정하기 위한 열 센서들을 더 포함하는, 장치.
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