KR20220038411A - 광각 이온 빔에 대한 추출 어셈블리를 갖는 장치 및 시스템 - Google Patents
광각 이온 빔에 대한 추출 어셈블리를 갖는 장치 및 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
장치는 플라즈마 챔버, 및 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트를 포함할 수 있으며, 여기에서 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정한다. 장치는, 플라즈마 챔버 내에 배치되며 추출 개구를 향한 빔 차단기를 포함할 수 있다. 장치는, 빔 차단기에 인접하여 그리고 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극; 및 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 더 포함할 수 있다.
Description
본 실시예들은 플라즈마 프로세싱 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 신규한 이온 추출 광학부를 사용하여 플라즈마 소스로부터 추출되는 각진 이온 빔들에 관한 것이다.
복잡한 3D 반도체 구조체들의 제조는 흔히 이온 보조 플라즈마 프로세스들을 이용한다. 이러한 프로세스들 중 다수는 기판 평면에 대한 법선에 대해 0 또는 작은 입사각을 갖는 이온 빔을 사용한다. 그러나, 법선에 대해 높은 평균 각도(>50°)를 특징으로 하는 이온 각도 분포(ion angular distribution; IAD)를 갖는 이온 빔들이 요구되는 트렌치 측벽들의 제어형 에칭과 같은 프로세스들이 존재한다. 이러한 높은 입사각들은, 빔을 (웨이퍼가 기본 "수평" 배향으로 배향될 때 웨이퍼 법선에 대해) 0 도로 빔을 추출하고 희망되는 각도로 웨이퍼를 틸팅(tilt)함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 프로세싱될 기판의 면적보다 더 작은 단면을 갖는 이온 빔은, 순차적인 방식으로 기판의 전체를 이온 빔에 노출시키기 위해 (수평 평면에 대해) 틸팅된 기판이 수평 방향을 따라 스캔되는 동안 전반적으로 법선 방향을 따라 기판 평면에 충돌하도록 보내질 수 있다. 이러한 접근 방식의 단점은 웨이퍼 표면에 걸친 프로세스 비-균일성이며; 고유 빔 발산이 주어지면, 웨이퍼(기판)가 빔의 전방에서 스캔될 때 이온 빔 도우즈에서 변동이 존재할 것이다.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여, 본 개시가 제공된다.
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, 본 요약이 청구되는 내용의 범위를 결정하는데 도움을 주는 것으로서 의도되지도 않는다.
일 실시예에 있어서, 이온 빔 프로세싱 장치가 제공된다. 장치는 플라즈마 챔버, 및 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트를 포함할 수 있으며, 여기에서 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정(define)한다. 장치는, 플라즈마 챔버 내에 배치되며 추출 개구를 향한 빔 차단기를 포함할 수 있다. 장치는, 빔 차단기에 인접하여 그리고 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극; 및 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 이온 빔 프로세싱 시스템은 플라즈마 챔버, 및 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배치된 추출 어셈블리를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리는 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트를 포함할 수 있으며, 여기에서 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정한다. 추출 어셈블리는, 플라즈마 챔버 내에 배치되며 추출 개구를 향한 빔 차단기, 빔 차단기에 인접하여 그리고 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극; 및 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템은 또한, 추출 플레이트와 플라즈마 챔버 사이에 바이어스 전압을 생성하기 위해 플라즈마 챔버 및 추출 플레이트에 전기적으로 결합된 추출 전압 시스템을 포함할 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 방법은, 플라즈마 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계, 및 플라즈마 챔버의 측면을 따라 추출 어셈블리를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리는 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트를 포함할 수 있으며, 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정한다. 추출 어셈블리는 또한, 플라즈마 챔버 내에 배치되며 추출 개구를 향한 빔 차단기, 빔 차단기에 인접하여 그리고 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극; 및 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 포함할 수 있다. 방법은, 이온 빔을 추출하기 위해 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 이온 빔은, 플라즈마 플레이트, 빔 차단기, 비-평면 전극 및 추출 플레이트에 의해 획정된 개구들의 쌍을 통해 빔렛(beamlet)들의 쌍으로 추출되는, 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 바이어스 전압을 인가하는 단계는, 플라즈마 챔버에 제1 전압을 인가하는 단계 및 플라즈마 챔버 외부에 배치된 기판 및 추출 플레이트에 제2 전압을 인가하는 단계를 수반할 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 프로세싱 장치의 수직 단면을 나타낸다.
도 2a 내지 도 2d는 본 개시의 실시예들에 따른 시간의 함수로서 전자 및 이온 분포들의 변화를 집합적으로 도시한다.
도 3은, 본 개시의 실시예들에 따라 배열된 프로세싱 장치에 대한 동작 시나리오를 도시하며, 추출 영역에서의 빔렛들, 형상들, 및 정전 전위 분포들을 예시한다.
도 4a 내지 도 4d는 다른 프로세싱 장치의 추가적인 동작 시나리오들을 도시하며, 이러한 도면들은 추출 플레이트의 상이한 구성들, 및 추출 영역에서의 수반되는(concomitant) 빔렛들, 형상들, 및 정전 전위 분포들을 보여준다.
도 5a 내지 도 5b는 프로세싱 시스템의 추가적인 동작 시나리오들을 도시하며, 이러한 도면들은, 등전위 라인 분포들, 및 이온 빔 궤적들을 포함하여 추출 어셈블리의 비-평면 전극을 독립적으로 바이어싱하는 것의 효과를 보여준다.
도 6a는 본 개시의 실시예들에 따른 추출 어셈블리의 정면도를 예시한다.
도 6b는 도 6a의 추출 어셈블리의 세부사항을 예시한다.
도 6c는 도 6a의 추출 어셈블리의 측면 단면도를 예시한다.
도 7은 예시적인 프로세스 흐름을 나타낸다.
도 2a 내지 도 2d는 본 개시의 실시예들에 따른 시간의 함수로서 전자 및 이온 분포들의 변화를 집합적으로 도시한다.
도 3은, 본 개시의 실시예들에 따라 배열된 프로세싱 장치에 대한 동작 시나리오를 도시하며, 추출 영역에서의 빔렛들, 형상들, 및 정전 전위 분포들을 예시한다.
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도 5a 내지 도 5b는 프로세싱 시스템의 추가적인 동작 시나리오들을 도시하며, 이러한 도면들은, 등전위 라인 분포들, 및 이온 빔 궤적들을 포함하여 추출 어셈블리의 비-평면 전극을 독립적으로 바이어싱하는 것의 효과를 보여준다.
도 6a는 본 개시의 실시예들에 따른 추출 어셈블리의 정면도를 예시한다.
도 6b는 도 6a의 추출 어셈블리의 세부사항을 예시한다.
도 6c는 도 6a의 추출 어셈블리의 측면 단면도를 예시한다.
도 7은 예시적인 프로세스 흐름을 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 요소들을 지칭한다.
본원에서 설명되는 실시예들은, 숨겨진 편향 전극을 사용하여 기판으로 보내지는 이온들의 각도 분포를 제어하기 위한 장치들, 시스템들, 및 방법들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 콤팩트한 이온 빔 소스에서 큰 온-웨이퍼(on-wafer) 입사각들을 갖는 이온 빔들의 생성을 용이하게 하는 장치가 개시된다. 높은 입사각들을 갖는 이온 빔들의 추출에 더하여, 본 실시예들은 이온들 및 고 반응성 라디칼들을 생성하기 위해 화학 반응성 플라즈마들(공급원료 가스들: CxFy, SF6, H2, O2, Cl2, I2, Br2, 및/또는 이들의 혼합물들)의 경우에 사용될 수 있다. 특히, 높은 온-웨이퍼 입사각들(>50°) 및 수 십 mA의 빔 전류들을 갖는, 수 백 eV 내지 수 keV 범위의 이온 빔들이 추출될 수 있다. 디바이스 프로세싱의 일 예로서, 본 실시예들에 의해 제공되는 대칭적 리본 빔렛 추출의 사용은, 기판이 추출 어셈블리와 평행하게 스캔될 때 복잡한 반도체 구조체들의 수직 트렌치 벽들의 동시 프로세싱을 가능하게 한다.
다음의 실시예들에서, 이온 빔 프로세싱 장치는 플라즈마 챔버 및 추출 어셈블리를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리는 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배치되는 플라즈마 플레이트를 포함할 수 있으며, 여기에서 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 포함한다. 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 플라즈마 플레이트는 절연체 재료로 형성될 수 있다. 추출 어셈블리는, 추출 개구를 향하면서 플라즈마 챔버 내에 배치되는 빔 차단기를 포함할 수 있다. 이와 같이, 빔 차단기는 추출 개구를 2개의 별개의 서브-개구들로 분할하도록 역할할 수 있다. 추출 어셈블리는, 빔 차단기에 인접하여 그리고 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극뿐만 아니라 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 포함할 수 있다. 다음의 실시예들에서 설명되는 바와 같이, 이러한 배열은 서브-개구들을 통한 높은 각도의 이온 빔들의 생성을 용이하게 하며, 여기에서 높은 각도의 이온 빔들은, 30 도 또는 그 이상과 같이 플라즈마 플레이트의 평면에 대한 수선에 대하여 큰 입사각을 획정한다.
이하에서 상세화되는 바와 같이, 다양한 실시예들에서 추출 어셈블리는, 전기 절연체 본체를 갖는 플라즈마 플레이트 및 전기 절연체 본체를 갖는 빔 차단기를 포함할 수 있다. 동시에, 비-평면 전극은 전기 전도성 내부 전극을 포함할 수 있으며, 추출 플레이트는 전기 전도성 내부 플레이트 부분을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 비-평면 전극은 전기 전도성 내부 전극을 둘러싸는 제1 유전체 코팅을 포함하며, 추출 플레이트는 전기 전도성 내부 플레이트 부분 상에 배치되는 제2 유전체 코팅을 포함한다.
유익하게는, 비-평면 전극은 제1 방향을 따라 단면에서 삼각형 형상을 가질 수 있으며, 여기에서 제1 방향은 플라즈마 플레이트의 평면에 수직이다. 이하에서 상세화되는 추가적인 실시예들에서, 추출 어셈블리는 하나 또는 더 많은 방향들을 따라 플라즈마 플레이트에 대해 이동할 수 있는 이동가능 추출 플레이트를 포함할 수 있다. 플라즈마 플레이트의 제1 추출 개구 및 추출 플레이트의 제2 추출 개구는 각기 세장형 형상을 가질 수 있으며, 이는, 리본 이온 빔들 또는 리본 이온 빔렛들의 쌍의 추출 및 예를 들어, 플라즈마 플레이트의 평면에 평행하게 정렬된 기판에 대해 넓은 각도들로 리본 이온 빔렛들을 보내는 것을 용이하게 한다. 비제한적으로, 본원에서 사용되는 용어 "기판에 대한 넓은 각도(들)"는, 예를 들어, 기판의 평면에 대한 법선(수선)에 대해 30 도보다 더 클 수 있거나, 법선에 대해 40 도보다 더 클 수 있거나, 또는 법선에 대해 50 도보다 더 클 수 있다. 특정 실시예들에서, 추출 플레이트는, 제2 추출 개구의 크기를 변경하기 위해 스캔 방향을 따라 서로에 대해 상호 이동할 수 있는 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 본 개시의 실시예들에 따른 프로세싱 장치의 수직 단면이 도시된다. 프로세싱 시스템(100)은 이하에서 더 상세하게 설명되는 플라즈마 챔버(102), 프로세스 챔버(103), 및 추출 어셈블리(130)를 포함한다. 프로세싱 시스템(100)은, 추출 플레이트(114)와 플라즈마 챔버(102) 사이에 바이어스 전압을 생성하기 위해 전기적으로 결합된 추출 전압 시스템(124)을 더 포함한다. 이와 같이, 프로세싱 시스템(100)은 추출 플레이트(114) 근처에 배열된 기판(122)을 프로세싱하기 위한 이온 빔들을 생성하기 위한 이온 빔 프로세싱 시스템으로서 역할한다. 플라즈마 챔버(102)는 임의의 적절한 접근 방식에 의해 플라즈마 챔버(102)에서 플라즈마(132)를 생성하기 위한 플라즈마 소스로서 역할할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(102)는 전기 전도성 벽(134)을 통해 접지 전위를 기준으로 할 수 있다. 관심이 있는 이온성(이온) 종은 rf 전력 소스(별도로 도시되지 않음)에 의해 생성되는 rf 전력을 유전체 윈도우(104)를 통해 rf 안테나(136)로부터 작업 가스로 유도 결합함으로써 플라즈마(132)에서 생성될 수 있다. 그러나, 플라즈마를 생성하는 다른 알려진 수단이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 추출 어셈블리(130)는 플라즈마 챔버(102)의 측면을 따라 배치되는 플라즈마 플레이트(106)를 포함할 수 있으며, 여기에서 플라즈마 플레이트(106)는 전기 절연체, 예컨대 Al2O3(알루미나), 석영, AlN 또는 다른 적절한 전기 절연 재료로 형성될 수 있다. 플라즈마 플레이트(106)는 제1 추출 개구(138)를 획정할 수 있으며, 이러한 개구는 도시된 직교 좌표계의 X-축을 따라 연장될 수 있다(x-축은 일반적으로 페이지의 평면 내로 수직으로 연장하지만, 예시의 목적을 위해 소정의 각도로 도시됨을 유의해야 한다). 이와 같이, 제1 추출 개구(138)는 공간을 획정할 수 있으며, 이러한 공간을 통해 플라즈마 챔버(102)로부터의 이온들이 통과할 수 있다. 추출 어셈블리(130)는 플라즈마 챔버(102) 외부에 배치되며 전기 전도성 재료로 형성되는 추출 플레이트(114)를 더 포함할 수 있다. 추출 어셈블리(130)는 또한, 예를 들어, 절연 재료로 형성된 빔 차단기(108)를 포함할 수 있다. 도 1의 배열에서, 플라즈마(132)가 존재하는 상태에서, 플라즈마 챔버(102)에 대해 네거티브 전압이 기판(122)(또는 기판 플레이트(120))에 인가될 때, 플라즈마 메니스커스(meniscus)들이 추출 개구(138)와 빔 차단기(108) 사이에 형성된 슬릿들(서브-개구들)에 형성된다. 다양한 실시예들에서, 빔 차단기(108)는, 이온 빔들(112)로 도시된 2개의 대칭적인 이온 빔렛들의 형성 및 추출을 가능하게 하기 위해 추출 개구(138) 위에 대칭적으로 배열될 수 있다. 기판(122)의 이온 빔 프로세싱은 y 방향으로 기판(122)을 스캔함으로써 발생하며, 또한 z 축 주위로 기판을 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 비-제한적인 실시예들에서, 기판(122)(두꺼운 또는 얇은 산화물)의 전기 전도율에 따라, 이온 빔들(112)은 펄스형 이온 빔들로서 추출될 수 있으며, 여기에서 펄싱 주파수 및 듀티 사이클은 기판이 충전되지 않도록 각기 10-50 kHz 범위 및 10-100% 범위에서 목표 값으로 조정될 수 있다. 유익하게는, 추출 플레이트(114) 및 빔 차단기(108)에 대한 유전체 재료들의 사용은 이온성 종 및 라디칼 종을 생성하기 위해 사용되는 고 반응성 플라즈마에서의 사용을 용이하게 한다.
추출 어셈블리(130)는 또한 비-평면 전극(110)으로 도시된 바이어스가능 차단기 전극을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 비-평면 전극(110)은 플라즈마 챔버(102) 외부에서 빔 차단기(108)에 부착된다. 도 1에 전반적으로 예시된 바와 같이, 빔 차단기(108) 및 플라즈마 플레이트(106)는 동일-평면은 아니지만 하부 측면 상에서 플라즈마 챔버(102)의 내부와 플라즈마 챔버(102)의 외부 사이의 경계를 획정하는 것으로 여겨질 수 있다. 따라서, 플라즈마 플레이트(106) 위에 배치되는지 여부와 무관하게, 비-평면 전극(110)은 플라즈마 챔버(102) 외부에 있는 것으로 여겨질 수 있다. 일부 비-제한적인 실시예들에서, 비-평면 전극(110)은 (Z-축에 평행한) Z-방향을 따라 볼 때 단면에서 삼각형-유사 또는 포물선-유사 형상을 가질 수 있다. 전기 전도성인 경우, 전극 형상은 등전위 필드 라인들의 분포를 몰딩(mold)하고 결과적으로 추출되는 이온 빔렛들의 각도 분포(평균 각도 및 각도 확산)를 조정하는 역할을 갖는다. 보다 구체적으로, 전기장의 등전위 라인들이 전기 전도성 전극의 형상을 따르기 때문에, 필드 라인들의 더 양호한 분포가 이러한 전극 형상들에 의해 실현될 수 있다. 특히, 삼각형 또는 포물선 형상은, 플라즈마 에지에서 형성되는 플라즈마 메니스커스가 더 작은 반경을 가져서 추출되는 이온 빔렛들의 더 양호한 포커싱을 야기하도록 추출 영역에서 필드 라인들을 성형하도록 역할한다.
본 개시의 일부 실시예들에 따르면, 추출 플레이트(114)는 도시된 바와 같이 제2 추출 개구(140)를 획정할 수 있다. 추출 플레이트(114) 및 제2 추출 개구(140)는 따라서 플라즈마 플레이트(106)와 기판(122) 사이에 배치된다. 일부 비-제한적인 실시예들에서, 제2 추출 개구(140)는 y 방향에서 30-50 mm의 높이를 가질 수 있다. 물론, 이하에서 논의되는 특정 실시예들에서, y 방향을 따른 추출 개구의 높이는 변화할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시예들에서, 플라즈마 플레이트(106), 추출 플레이트(114), 및 기판(122)은 서로 상호 평행할 수 있으며, X-Y 평면에 평행하게 놓일 수 있다. 따라서, 플라즈마 플레이트(106)의 평면은 X-Y 평면에 평행하고 전반적으로 기판(122)의 스캔 방향(y-방향)에 평행한 평면으로 여겨질 수 있다.
제1 추출 개구(138) 및 제2 추출 개구(140)는 비-평면 전극(110) 및 빔 차단기(108)에 대해 완전히 대칭적인 방식으로 정렬될 수 있으며, 그 결과 빔 차단기(108)와 플라즈마 플레이트(106) 사이의 슬릿들로부터 추출되는 2개의 이온 빔렛들(이온 빔들(112))의 대칭성이 수립된다. 일부 실시예들에서, 빔 차단기(108), 비-평면 전극(110), 제1 추출 개구(138) 및 제2 추출 개구(140)는, (x-방향에서) 300 mm 폭의 균일한 리본 빔렛들이 추출될 수 있도록 x-방향에서 350 mm-400 mm 연장되도록 늘려질 수 있다.
다양한 비-제한적인 실시예들에 따르면, 비-평면 전극(110) 및 추출 플레이트(114)와 같은 추출 어셈블리(130)의 바이어스가능 요소들은 기판(122)과 동일한 전기 전위로 설정될 수 있으며, 이러한 구성은, 기판이 유익하게는 추출 광학부의 부분이 아니라는 것을 의미한다. 특히, 기판(122)이 비-평면 전극(130) 및 추출 플레이트(114)와 동일한 전위에 있기 때문에, 전위 차이가 존재하지 않으며 결과적으로 추출 플레이트(114) 또는 비-평면 전극(110)과 기판(122) 사이의 전기장이 존재하지 않는다.
따라서, 추출 플레이트(114) 및 플라즈마 플레이트(106)와 같은 추출 광학부에 대한 기판(122)의 상대적인 위치는 추출 어셈블리(130)를 통해 추출되는 이온 빔들의 이온 각도 분포에 영향을 주지 않는다. 이러한 조건 하에서, Z-축을 따른 기판 위치는, 기판으로부터 스퍼터링되는 재료에 의한 플라즈마 챔버 오염이 상당히 감소될 수 있도록 5 mm로부터 20 mm 이상까지 변화될 수 있다. 다시 말해서, 필요할 때, 기판은 오염을 감소시키기 위해 Z-축을 따라 추출 어셈블리로부터 더 큰 간격으로 위치될 수 있으며, 이는, 간격이 증가됨에 따라 추출 개구들이 웨이퍼를 "보는" 입체 각도가 더 작아져서 오염이 감소하기 때문이다.
전기적으로 바이어스가 가능하게 하기 위해, 비-평면 전극(110) 및 추출 플레이트(114)는, 이상에서 언급된 바와 같이, 전기 전도성 재료들로 구성될 수 있다(예를 들어, 금속들, 예컨대 알루미늄, 티타늄, 또는 구리, 흑연, 도핑된 Si, 도핑된 SiC가 일부 비-제한적인 실시예들에서 이러한 컴포넌트들에 대해 사용될 수 있다). 이하에서 상세화되는 바와 같이 이러한 부분들이 이온 빔 충돌에 노출되지 않기 때문에, 금속 및/또는 탄소 오염이 감소된다. 그러나, 일부 실시예들에 따르면, 오염에 대한 더 완전한 보호를 위해, 전기 바이어스가능 부분들은 전기 전도성인 내부 본체 또는 부분을 둘러싸는 얇은 유전체 필름으로 코팅될 수 있다. 비제한적인 일 실시예에서, 적절한 유전체 코팅은 이트륨, 알루미늄, 및 지르코늄 산화물들의 혼합물로 만들어지며, 100 마이크로미터의 두께를 갖는다. 에칭에 대한 저항을 제공하기 위한 이러한 유전체 재료가 알려져 있다. 다른 실시예들에서, Al2O3, AlFO, 이트륨 산화물(Y2O3), 또는 지르코늄 산화물(ZrO2)이 유전체 코팅으로 사용될 수 있다. 비-평면 전극(110) 및 추출 플레이트(114)가 실리콘 또는 실리콘 탄화물 재료들로 형성되는 실시예들에서, 유전체 코팅은 선택적으로 생략될 수 있으며, 이는, Si 또는 탄소가, 예를 들어, 실리콘에 기반하는 반도체 디바이스들에 대한 전기적 오염물로서 간주되지 않을 수 있기 때문이다.
알려진 바와 같이, 이온 빔 추출의 메커니즘 및 플라즈마 메니스커스의 형상 및 위치는 플라즈마(132)와 같은 플라즈마에서의 플라즈마 밀도의 상대적인 값들에 의존하며, 추가로 추출 전기장에 의존한다. 그러나, 유전체들과 같은 비-전기 전도성 재료들이 이온 추출 광학부를 만들기 위해 사용될 때, 이온 빔 추출에 대한 물리학이 상당히 변화한다. 플라즈마(132)와 이온 추출 광학부 벽들(본 실시예들에서, 빔 차단기(108) 및 플라즈마 플레이트(106)) 사이의 계면인 플라즈마 쉬스는 벽의 성질: 절연성 또는 전도성의 함수이기 때문에 이러한 변화가 발생한다. 펄싱 주파수(f)가 이온 플라즈마 주파수(fpi)보다 더 높은 펄스형 플라즈마들에 대해
여기에서 n, e0, 및 mi는 플라즈마 밀도, 전기 소량(elementary charge), 진공의 유전 상수, 및 이온 질량이며, 우리는, 이온들이 이동할 수 없고 전자들이 벽으로부터 멀어지도록 푸시되는 소위 매트릭스 쉬스를 갖는다. 이러한 경우에 쉬스 두께는 다음에 의해 주어진다
여기에서 V0, kB, 및 Te는 각기 쉬스에 걸친 전압 강하, 볼츠만 상수, 및 전자 온도를 나타낸다. λD에 의해 표시되는 수량은 다음에 의해 주어지는 디바이(Debye) 길이이다
벽의 전압의 값들에 따라, 매트릭스 쉬스의 경우에, 쉬스 두께는 수 십 디바이 길이로부터 1/100 디바이 길이까지의 범위일 수 있다. 그러나, 5x109 내지 5x1011 cm-3 사이의 일반적인 플라즈마 밀도들에 대해, 이온 플라즈마 주파수는 추출 전압의 펄싱 주파수(10 내지 50 kHz)보다 훨씬 더 높은 2 MHz 내지 25 MHz 사이이다. 이온들이 쉬스에서 전기장에 의해 가속될 충분한 시간을 가지며 이들의 운동에 충돌이 없다는 것을 가정하는 경우, 쉬스 두께는 차일드의 법칙(Child's law)에 의해 주어진다:
3.5 eV의 전자 온도를 가정하면, 쉬스 두께는 전압에 따라 그리고 플라즈마 밀도의 역수에 따라 증가하며, 관심이 있는 범위들에 대해 몇 분의 몇 밀리미터로부터 약 20 밀리미터까지 변화한다.
다양한 실시예들에 따르면, 본 실시예들의 이온 빔들은 이상에서 언급된 바와 같이 펄스형 이온 빔들로 추출될 수 있다. 추출 전압 시스템은, 예를 들어, 목표 펄스 기간(period) 및 듀티 사이클에 따라 추출 전압을 온하고 오프하도록 펄싱하기 위한 회로부와 같은 펄스 컴포넌트를 포함할 수 있다. 그러나, 작은 이온 빔 전류들의 경우에, 펄싱 듀티 사이클은 100%일 수 있으며, 즉, 이온들이 연속적으로 추출된다. 특히, 펄스 기간 및 듀티 사이클은 이하에서 논의되는 바와 같이 각진 이온 빔들의 추출을 용이하게 하도록 배열될 수 있다. 빔 차단기 및 플라즈마 플레이트 컴포넌트들이 유전체 재료로 형성될 수 있기 때문에, 이온 빔의 펄싱은 플라즈마 쉬스들의 시간-종속 변화를 고려하도록 배열될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 개시의 실시예들에 따른 시간의 함수로서 전자 및 이온 분포들의 변화가 X-Y 공간에 도시된다. 도시된 시뮬레이션에서, 기판(이의 위치는 x=2.5 cm에서의 수직 라인에 의해 표현됨) 상의 전압은 20 kHz 펄싱 주파수 및 50% 듀티 사이클을 가지고 -1 kV 전압으로 펄싱된다. 빔 차단기 및 플라즈마 플레이트 컴포넌트들은 밝은 수직 세장형 직사각형들에 의해 개략적으로 도시되며, 여기에서 이러한 컴포넌트들의 배향은 도 1에 대해 90 도 회전된다. 빔 차단기 및 플라즈마 플레이트는 유전체 재료(석영)로 만들어진 것으로 모델링되며, 이러한 재료는 정전기로 충전될 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 각기, 인가된 네거티브 전압 펄스의 시작 이후의 1 μs에서의 전자 및 이온 분포들을 도시한다. 석영이 전기장 라인들의 투과를 허용하기 때문에, 펄스의 시작(1 μ초)에서 높은 전압 강하가 쉬스에서 발생하며, 이러한 상황은 결과적으로 상당한 두께(~ 6 mm)의 쉬스를 발생시킨다. 이러한 경우에, 도 2a 및 도 2b 둘 모두에 도시된 바와 같이, 추출 슬릿 부근의 전기장은 (x-방향을 따라) 플라즈마 플레이트 및 빔 차단기에 수직으로 배향되며, 결과적으로, 존재하더라도 아주 적은 이온들만이 추출된다(도 2b의 이온 분포 참조).
이제 도 2c 및 도 2d를 참조하면, 플라즈마 쉬스가 시간에 따라 변화하고, 이온들은 계속해서 플라즈마 플레이트 및 플라즈마 차단기의 내부 벽들에 도착한다. 접지로의 경로가 없는 경우에, 이온들은 플라즈마 밀도에서의 불균형을 생성할 것이며, 이러한 상황은 2극성 전기장의 형성으로 이어질 것이다. 이러한 경우에, 전자들 및 이온들의 동일한 플럭스가 내부 벽들을 향해 보내질 것이다.
여기에서 
은 페이스플레이트 및 차단기 벽들에 수직인 방향(x 방향)에서의 플라즈마 밀도의 구배이며, Da는 2극성 확산 계수이다.
여기에서 μe,i 및 De,i는 각기 전자들 및 이온들의 이동도 및 확산 계수들이다. 2극성 확산의 결과로서, 플라즈마 메니스커스들이 추출 슬릿들에 형성되고 이온 빔렛들이 추출되기 시작되는 지점까지 쉬스 두께가 감소한다(붕괴한다). 쉬스 두께의 이러한 감소는 도 4c 및 도 4d에서 보일 수 있으며, 여기에서 네거티브 전압 펄스의 개시 이후의 4 μ초에서의 전자들 및 이온들에 대한 x-y 위상 공간이 도시된다. 이러한 순간에, 도 4d에 도시된 바와 같이, 이온 빔렛들은 용이하게 추출되고, 기판 위치로 보내진다.
따라서, 다양한 실시예들에 따르면, 전압 펄스들의 듀티 사이클 및 주파수는, 이온 빔의 추출의 시작 및 플라즈마 쉬스 붕괴(플라즈마 쉬스 붕괴 기간)에 대해 요구되는 시간을 초과하는 주어진 펄스에 대한 지속 기간을 제공하도록 설정될 수 있다. 이상의 예에서, 4 μ초의 최소 플라즈마 쉬스 붕괴 기간을 가정하면, 10 μs 이상의 펄스 지속 기간이 이온 빔의 적절한 추출을 보장하기에 적절할 수 있다. 50% 듀티 사이클에서 이러한 펄스 지속 기간은 20 μs 이상의 펄스 기간과 동일하며, 이는, 전압 펄스 주파수가 도 2a 내지 도 2d의 시나리오에서 이온들을 효과적으로 추출하기 위해 50 kHz 이하로 설정될 수 있음을 의미한다.
도 3은, 본 개시의 추가적인 실시예들에 따라 배열된 프로세싱 장치에 대한 동작 시나리오를 도시하며, 추출 영역에서의 빔렛들, 형상들, 및 정전 전위 분포들을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 3은 모두 전도성 추출 어셈블리 컴포넌트들인 경우에 대한 OPERA 모델링의 결과들을 도시한다. 도 3에서, 차단기(208)로 도시된 빔 차단기(108)의 전기 전도성 변형예, 및 플라즈마 플레이트(206)로 도시된 플라즈마 플레이트(106)의 전기 전도성 변형예를 포함하는 추출 어셈블리(200)가 도시된다. 특히, 플라즈마 플레이트(206)는 높이(H) 및 400 mm 길이(종이의 평면에 수직인 방향)의, 추출 개구(224)로 도시된, 직사각형 형상의 추출 개구를 갖는다. 빔 차단기(208)는 높이(H)와 대략 동일한 높이(D)를 가지며, 반면 (페이지 내로의) 길이는 플라즈마 플레이트(206)와의 기계적 연결을 허용하기 위해 추출 개구(224) 길이의 길이보다 약간 더 길 수 있다. 빔 차단기(208) 및 플라즈마 플레이트(206) 둘 모두가 접지(0 전기 전위)로 유지된다. 플라즈마 플레이트(206)와 평행하게 그리고 갭(Δz)에 의해 플라즈마 플레이트(206)로부터 분리되어 추출 플레이트(214)로 도시된 바이어스가능 추출 플레이트가 존재한다. 추출 플레이트(214)는, 플라즈마 플레이트(206)에서 추출 개구(224)로 도시된 x-방향에서 동일한 길이 및 높이(h)의 추출 개구(226)로 도시된 직사각형 추출 개구를 갖는다. 추출 개구(226) 전방에, h와 동일할 수 있는 치수인 높이(d)를 가지며 추출 개구(226)의 직사각형 개구부를 커버하기 위해 (X-축을 따라) 페이지 내로 충분하게 연장하는 비-평면 전극(212)으로 도시된 바이어스가능 차단기 전극이 위치된다. 추출 플레이트(214) 및 비-평면 전극(212) 둘 모두는 기판(122)과 동일한 전위로 바이어싱되며, 도시된 경우에 대해 이러한 전위는 -1 kV이다.
이러한 배열의 결과로서, 정전기장 라인들(230)은, 이온 빔렛들(232)이 높은 추출 각도로 비-평면 전극(212)과 추출 플레이트(214) 사이의 공간들을 통해 추출되도록 성형되며, 여기에서 추출 각도는 Z-축을 의미하는 추출 플레이트(214)의 평면(X-Y 평면)에 대한 법선에 대해 정의된다. 따라서, 이러한 시뮬레이션은 (Z-축을 의미하는 기판 평면 상의 법선에 대해) +/- 60°의 2개의 상이한 빔렛들에 대한 기판 평면에서의 매우 높은 평균 각도를 산출한다. 정전 등전위 라인들은 추출 플레이트(214)를 넘어 연장하지 않으며, 이러한 결과는, 기판(122)이 사실상 추출 어셈블리(200)의 부분이 아님을 의미한다. 이러한 결과는, 기판(122) 표면에서 이온 충돌에 의해 생성되는 2차 전자들이 추출 어셈블리(200)를 향해 가속되지 않을 것이라는 점에서 큰 이점을 제공한다. 추가로, 바이어스가능 전극들이 플라즈마와 기판(122) 사이의 가시선을 차단한다는 것을 고려하면, 더 적은 에칭 부산물들이 기판(122)으로부터 플라즈마 챔버로(도면에서 좌측으로) 확산할 것이며 이는 더 적은 플라즈마 챔버 오염을 야기한다. 큰 평균 각도로 이온 빔들을 제공하는 것은 Z-축을 따라 배향된 기판(122) 상의 구조체들의 표면들을 포함하는 3D 표면들의 프로세싱을 용이하게 한다. 큰 입사각은 또한 큰 온-기판 빔 풋 프린트, 또는 Y-방향을 따라 약 36 mm을 수반한다. 이러한 Y-축을 따른 상대적으로 큰 풋프린트는, 300 mm 웨이퍼를 균일하게 프로세싱하기 위해, y-방향에서의 웨이퍼 스캐닝 범위가, 웨이퍼의 상단 부분 및 하단 부분이 빔에 노출될 수 있도록 적어도 372 mm(300 mm + 2x36 mm)이어야 한다는 것을 의미한다.
도 4a 내지 도 4d는 다른 프로세싱 장치의 추가적인 동작 시나리오들을 도시하며, 이러한 도면들은 추출 플레이트의 상이한 구성들, 및 추출 영역에서의 수반되는(concomitant) 빔렛들, 형상들, 및 정전 전위 분포들을 보여준다. 언급된 바와 같이, 고 반응성 플라즈마의 경우에, 플라즈마 챔버의 유용한 속성은, 벽들로부터 오는 금속들 또는 탄소에 의한 플라즈마의 오염이 존재하지 않도록 플라즈마와 접촉하게 되는 벽들이 유전체 재료들로 만들어질 때이다. 따라서, 도 4a 내지 도 4d의 추출 어셈블리(250)에는, 플라즈마(미도시)와 접촉하는 유전체 재료를 제공하는 컴포넌트들이 제공된다. 도 3의 전술한 컴포넌트들에 더하여, 추출 어셈블리(250)는 각기 유전체 재료로 형성된 빔 차단기(258) 및 플라즈마 플레이트(256)를 포함한다. 전술한 추출 플레이트들과 유사한 추출 플레이트(254)는 전기 전도성 재료로 형성되며, 제2 추출 개구(260)를 획정한다. 다양한 실시예들에 따르면, 추출 플레이트(254)는, 제2 추출 개구(260)의 크기를 변경하기 위해, 스캔 방향(Y-축)을 따라 서로에 대해 상호 이동할 수 있는 제1 부분(254A) 및 제2 부분(254B)을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 추출 플레이트(254)는 Z-축을 따라 플라즈마 플레이트(256)에 대해 이동가능할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는, 플라즈마 플레이트(256) 및 빔 차단기(258)가 유전체 재료(이러한 경우에 석영)로 만들어지는 추출 플레이트(254)의 4개의 상이한 구성들 하에서의 시뮬레이션들을 도시한다. 도 3에서 그리고 다음의 도 5a 내지 도 5b에서 이러한 실시예에 대한 치수들은 mm로 도시된다. 특히, 부분적으로 전기 전도성 컴포넌트로 형성되는 추출 플레이트(254) 및 비-평면 전극(252)은 얇은 유전체 필름으로 코팅된 전도성 내부 부분으로 이루어진다. 도 4a 및 도 4c에서, 추출 플레이트(254)의 제2 추출 개구(260)는 h1의 값을 가지며, 반면 도 4b 및 도 4d에서, 추출 플레이트(254)의 제2 추출 개구(260)는 h2의 값을 갖는다. 도 4a 및 도 4b에서, 추출 플레이트(254)는 플라즈마 플레이트(256)와 접촉하며, 반면 도 4c 및 도 4b에서, 추출 플레이트(254)는 갭(Δz)에 의해 플라즈마 플레이트(256)로부터 분리된다. 모든 구성들에 대해, 비-평면 전극(252)은 삼각형 또는 포물선 형상이며, 빔 차단기(258)와 접촉한다. 이온 빔들(262), 이온 빔들(264), 이온 빔들(266), 및 이온 빔들(268)로 도시된 개별적인 이온 빔들에 대해 방사율 커버들이 시뮬레이션되었으며, 이는 24 mm(도 4a); 38 mm(도 4b); 20 mm(도 4c); 및 42 mm(도 4c)의 Y-축을 따른 총 온-기판 풋프린트를 산출한다. 도시된 구성들에 대응하는 빔렛들의 대응하는 이온 각도 분포(ion angular distribution; IAD)들은 도 4a에서: 평균 각도 44°, 각도 확산 ~ 14°이며; 도 4b에서: 평균 각도 55°, 각도 확산 ~ 10°이고; 도 4c에서: 평균 각도 42°, 각도 확산 ~ 13°이며; 도 4d에서: 평균 각도 53°, 각도 확산 11°이다. 따라서, 평균 각도 및 풋프린트는 추출 플레이트(254)의 구성을 변경함으로써 상당히 변화될 수 있다.
본 개시의 추가적인 실시예들에 따르면, 바이어스 전압 시스템은 기판 또는 추출 플레이트에 대한 것과는 대조적으로 비-평면 전극에 개별적으로 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 도 5a 내지 도 5b는 프로세싱 시스템(300)의 추가적인 동작 시나리오들을 도시하며, 이러한 도면들은, 등전위 라인 분포들, 및 이온 빔 궤적들을 포함하여 추출 어셈블리의 비-평면 전극을 독립적으로 바이어싱하는 것의 효과를 보여준다. 프로세싱 시스템(300)은 도 4a 내지 도 4d에 대해 전반적으로 이상에서 설명된 추출 어셈블리(250)를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(300)에서, 추출 플레이트(254), 기판(122), 및 플라즈마 챔버(별도로 도시되지 않음)에 대해 비-평면 전극(252)을 개별적으로 바이어싱하도록 배열된 컴포넌트들을 갖는 바이어스 전압 시스템(302)에 제공된다. 도 5a에서, 기판(122) 및 추출 플레이트(254)는 -1 kV와 동일한 전압(V2)으로 바이어싱되며, 반면 비-평면 전극(252)은 이러한 전위보다 + 100 V 높게, 즉, 접지 전위 아래 -900 V로 바이어싱되는 시나리오가 도시된다. 도 5b에서, 기판(122) 및 추출 플레이트(254)는 -1kV로 바이어싱되며, 반면 비-평면 전극(252)은 이러한 값보다 -100 V 낮으며, 즉, 접지에 대해 -1.1 kV이다.
도 5a 및 도 5b의 구성들에 대해 시뮬레이션된 방사율 커브들 및 이온 각도 분포들은 다음의 결과들을 산출한다. 도 5a에 도시된 구성에 대해, 이온 빔들(304)의 총 온-기판 풋프린트는 Y-축을 따라 17 mm이고, 이온 빔들(304)의 평균 각도는 39°이며, 각도 확산은 11°이다. 도 4b에 도시된 구성에 대해, 이온 빔들(306)의 총 온-기판 풋프린트는 28 mm이고, 평균 각도는 42°이며, 각도 확산은 14°이다. 따라서, 추출 플레이트(254) 및 기판(122)에 대한 비-평면 전극(252)의 독립적인 바이어싱에 의해 인가되는 상대적인 전압에서의 적당한 변화들이 풋프린트 및 각도 확산과 같은 이온 빔 속성들에서의 상당한 변화들을 야기할 수 있다.
도 6a는 본 개시의 실시예들에 따른 추출 어셈블리(330)의 정면도를 포함하는 프로세싱 시스템(350)의 일 부분을 예시한다. 도 6b는 도 6a의 추출 어셈블리의 세부사항을 예시하며, 한편 도 6c는 도 6a의 추출 어셈블리의 측면 단면도를 예시한다. 추출 어셈블리(330)는 플라즈마 챔버 하우징(320)의 하나의 측면 상에 배열된다. 추출 어셈블리(330)는 플라즈마 플레이트(310), 빔 차단기(308), 추출 플레이트(314), 및 삼각형 형상으로 성형된 비-평면 전극(312)을 포함한다. 특히, 도 6c에 도시된 바와 같이, 빔 차단기(308)는 받침대(318)를 사용하여 플라즈마 챔버에 유지될 수 있다.
전술한 도면들의 직교 좌표계를 참조하면, 추출 플레이트(314)는 x 방향을 따라 측면이 연장된 직사각형 형상의 추출 개구(316)를 포함하며, 여기에서 플라즈마 플레이트(310)에 대한 (바이어스가능) 추출 플레이트(314)의 상대적인 배치가 가능하다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 비-평면 전극(312)은 빔 차단기(308) 전방에 위치된다. 도 6b에 도시된 확대도는 또한, 비-평면 전극이 추출 플레이트(314) 상에 고정된 홀더들(318)에 의해 제 위치에 유지된다는 것을 보여준다. 도 6c에 도시된 단면도는, 추출 플레이트(314) 및 플라즈마 플레이트(310)의 직사각형 개구부들이 Y-축을 따라 동일한 높이를 가질 수 있으며, 추출 플레이트(314) 및 플라즈마 플레이트(310)가 서로 접촉한다는 것을 보여준다. 비-평면 전극(212)은 Y-축을 따라 빔 차단기(308)보다 더 짧으며, 빔 차단기(308) 및 비-평면 전극(312)은 서로 접촉한다.
도 7은 프로세스 흐름(700)으로 도시된 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 블록(710)에서, 플라즈마가 플라즈마 챔버에서 생성된다. 플라즈마는 당업계에서 알려진 바와 같은 임의의 적절한 여기 수단, 전원, 및 가스들의 조합을 사용하여 생성될 수 있다. 플라즈마 챔버는 외부 바이어스 또는 접지 전압을 수신하기 위해 적어도 하나의 전도성 부분일 수 있다.
블록(720)에서, 추출 어셈블리가 플라즈마 챔버의 측면을 따라 제공된다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 플라즈마 챔버의 측면은 수평 표면과 같은 플라즈마 챔버의 하단일 수 있거나, 또는 플라즈마 챔버의 수직 측면일 수 있다. 추출 어셈블리는 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트를 포함할 수 있으며, 여기에서 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정한다. 일부 실시예들에서, 제1 추출 개구는 제1 방향을 따라 연장될 수 있다. 추출 어셈블리는 또한, 추출 개구를 향하고 플라즈마 챔버 내에 배치되는 빔 차단기를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 빔 차단기는, 제1 추출 개구를 향하고 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 컴포넌트들을 플라즈마 챔버 내의 플라즈마로의 가시선으로부터 적어도 부분적으로 차단하기 위해 적어도 부분적으로 플라즈마 챔버 내에 배치될 수 있다. 추출 어셈블리는 빔 차단기에 인접하여 그리고 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 비-평면 전극은 전기 전도성 본체를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리는 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 더 포함할 수 있다. 추출 플레이트는 전기 전도성 본체를 포함할 수 있다.
블록(730)에서, 이온 빔을 추출하기 위해 펄스형 바이어스 전압이 인가되며, 여기에서 펄스형 바이어스 전압의 인가는 플라즈마 챔버에 제1 전압을 인가하는 것 및 플라즈마 챔버 외부에 배치된 기판 및 추출 플레이트에 제2 전압을 인가하는 것을 수반한다. 일부 실시예들에서, 제1 전압은 플라즈마 챔버에 인가되는 접지 전위일 수 있으며, 반면 제2 전압은 플라즈마 챔버로부터 포지티브 이온들을 추출하기 위해 인가되는 네거티브 전압이다. 일부 실시예들에서, 제2 전압은 또한 비-평면 전극에 인가될 수 있으며, 반면 다른 실시예들에서, 제3 전압이 비-평면 전극에 인가될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 펄스형 바이어스 전압은 소정의 주파수 및 듀티 사이클로 인가될 수 있으며, 여기에서 펄스 지속 기간은 이상에서 정의된 바와 같이 쉬스 붕괴 지속 기간을 초과한다.
블록(740)에서, 기판은 스캔 방향을 따라 이온 빔에 대해 스캔되며, 이러한 방향은 제1 추출 개구 및 제2 추출 개구의 연장의 제1 방향에 수직일 수 있다.
본 실시예들은 적어도 다음의 장점들을 제공한다: 제1 장점은 절연성-전기 전도성 전극들의 신규한 조합을 갖는 추출 어셈블리에서 발견되며, 이러한 어셈블리는 높은 온-웨이퍼 입사각들(>50°)을 갖는 이온 빔렛들의 추출을 허용한다. 다른 장점은, 콤팩트한 이온 빔 시스템들에 대해, 단순한 다이오드 정전 추출 프로세스를 유지하면서 기판이 추출 광학부 구성으로부터 제거된다는 점이다. 추가적인 장점은, 기판 및 바이어스가능 전극들을 동시에 바이어싱하기 위한 동일한 전원 공급장치의 사용으로서 이는 비용 및 설계 복잡성을 단순화한다. 본 실시예들의 장점들의 추가적인 예는, 추출 플레이트 및 기판에 대해 비-평면 전극에 상이한 바이어싱을 제공하기 위해 고전압 전원 공급장치 상에서 플로팅(float)하는 단순한 저전압 공급 장치를 사용하는 능력이다.
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 (20)
- 이온 빔 프로세싱 장치로서,
플라즈마 챔버;
상기 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트로서, 상기 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정하는, 상기 플라즈마 플레이트;
상기 플라즈마 챔버 내에 배치되며 상기 추출 개구를 향하는 빔 차단기;
상기 빔 차단기에 인접하여 그리고 상기 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극; 및
상기 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며, 상기 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 포함하는, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 플레이트는 전기 절연체 본체를 포함하며, 상기 빔 차단기는 전기 절연체 본체를 포함하는, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 비-평면 전극은 전기 전도성 내부 전극을 둘러싸는 제1 유전체 코팅을 포함하며, 상기 추출 플레이트는 전기 전도성 내부 플레이트 부분 상에 배치되는 제2 유전체 코팅을 포함하는, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 비-평면 전극은 제1 방향을 따라 삼각형 형상의 단면을 포함하며, 상기 제1 방향은 상기 플라즈마 플레이트의 평면에 수직인, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는 제1 방향을 따라 상기 플라즈마 플레이트에 대해 이동가능하며, 상기 제1 방향은 상기 플라즈마 플레이트의 평면에 수직인, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 추출 개구 및 상기 제2 추출 개구는 세장형 형상을 포함하는, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는, 상기 제2 추출 개구의 크기를 변경하기 위해 스캔 방향을 따라 서로에 대해 상호 이동가능한 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 빔 차단기, 비-평면 전극, 플라즈마 플레이트, 및 추출 플레이트는, 상기 플라즈마 플레이트의 평면에 대한 법선에 대해 30 도 이상의 값을 갖는 추출 각도를 특징으로 하는 이온 빔렛들의 쌍으로서 이온 빔을 추출하도록 상호 배치되는, 이온 빔 프로세싱 장치.
- 이온 빔 프로세싱 시스템으로서,
플라즈마 챔버;
상기 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배치되는 추출 어셈블리로서,
상기 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트로서, 상기 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정하는, 상기 플라즈마 플레이트;
상기 플라즈마 챔버 내에 배치되며 상기 추출 개구를 향하는 빔 차단기;
상기 빔 차단기에 인접하여 그리고 상기 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극; 및
상기 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며, 상기 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 포함하는, 상기 추출 어셈블리; 및
상기 추출 플레이트와 상기 플라즈마 챔버 사이에 바이어스 전압을 생성하기 위해 상기 플라즈마 챔버 및 상기 추출 플레이트에 전기적으로 결합되는 추출 전압 시스템을 포함하는, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 추출 전압 시스템은 상기 추출 플레이트와 상기 플라즈마 챔버 사이에 펄스형 바이어스 전압을 생성하기 위한 펄스 컴포넌트를 갖는, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 플라즈마 플레이트는 전기 절연체 본체를 포함하며, 상기 빔 차단기는 전기 절연체 본체를 포함하는, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 비-평면 전극은 전기 전도성 내부 전극을 둘러싸는 제1 유전체 코팅을 포함하며, 상기 추출 플레이트는 전기 전도성 내부 플레이트 부분 상에 배치되는 제2 유전체 코팅을 포함하는, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 비-평면 전극은 제1 방향을 따라 삼각형 형상의 단면을 포함하며, 상기 제1 방향은 상기 플라즈마 플레이트의 평면에 수직인, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 추출 플레이트는 제1 방향을 따라 상기 플라즈마 플레이트에 대해 이동가능하며, 상기 제1 방향은 상기 플라즈마 플레이트의 평면에 수직인, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 추출 플레이트는, 상기 제2 추출 개구의 크기를 변경하기 위해 스캔 방향을 따라 서로에 대해 상호 이동가능한 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 이온 빔 프로세싱 시스템은 기판을 하우징하기 위한 프로세스 챔버를 더 포함하며, 상기 추출 전압 시스템은 제1 측면 상에서 상기 플라즈마 챔버에 전기적으로 결합되고, 제2 측면 상에서 상기 추출 플레이트, 상기 비-평면 전극, 및 상기 기판에 전기적으로 결합되는, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 청구항 16에 있어서,
상기 제1 추출 개구 및 상기 제2 추출 개구는 제1 방향을 따라 연장되며, 상기 이온 빔 프로세싱 시스템은 상기 제1 방향에 수직인 스캔 방향을 따라 상기 기판을 스캔하도록 배치된 기판 스테이지를 더 포함하는, 이온 빔 프로세싱 시스템.
- 이온 빔을 생성하는 방법으로서,
플라즈마 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계;
상기 플라즈마 챔버의 측면을 따라 추출 어셈블리를 제공하는 단계로서, 상기 추출 어셈블리는,
상기 플라즈마 챔버 옆에 배치되는 플라즈마 플레이트로서, 상기 플라즈마 플레이트는 제1 추출 개구를 획정하는, 상기 플라즈마 플레이트;
상기 플라즈마 챔버 내에 배치되며 상기 추출 개구를 향하는 빔 차단기;
상기 빔 차단기에 인접하여 그리고 상기 플라즈마 챔버 외부에 배치되는 비-평면 전극; 및
상기 플라즈마 플레이트 외부에 배치되며, 상기 제1 추출 개구와 정렬된 제2 추출 개구를 획정하는 추출 플레이트를 포함하는, 단계; 및
상기 이온 빔을 추출하기 위해 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 상기 이온 빔은, 상기 플라즈마 플레이트, 상기 빔 차단기, 상기 비-평면 전극 및 상기 추출 플레이트에 의해 획정된 개구들의 쌍을 통해 빔렛들의 쌍으로 추출되는, 단계를 포함하며,
상기 바이어스 전압을 인가하는 단계는, 상기 플라즈마 챔버에 제1 전압을 인가하는 단계 및 상기 플라즈마 챔버 외부에 배치된 기판 및 상기 추출 플레이트에 제2 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 18에 있어서,
상기 방법은,
펄스 기간을 포함하는 펄스형 바이어스 전압으로서 상기 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 상기 펄스 기간은 상기 개구들의 쌍에 인접한 상기 플라즈마에 대한 플라즈마 쉬스 붕괴 기간보다 더 큰, 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 18에 있어서,
상기 방법은,
상기 비-평면 전극에 제3 전압을 인가하는 단계로서, 상기 제3 전압은 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압과는 상이한, 단계를 포함하는, 방법.
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