KR20240004864A - 할로겐 사이클의 능동 관리에 의한 연장된 캐소드 및 리펠러 수명 - Google Patents
할로겐 사이클의 능동 관리에 의한 연장된 캐소드 및 리펠러 수명 Download PDFInfo
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Abstract
IHC 이온 공급원의 캐소드 및 리펠러의 수명을 연장하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은, 파라미터들의 알려진 세트를 사용하여 작동시키고, 아크 전압 전력 공급부로부터 원하는 전류 또는 원하는 추출된 빔 전류를 생성하는 데 사용되는 바이어스 전력을 측정함으로써, 캐소드의 건전성을 모니터링한다. 측정된 바이어스 전력에 기초하여, 시스템은, 캐소드가 너무 얇아지고 있는지 여부를 결정할 수 있고, 보정 액션을 취할 수 있다. 이러한 보정 액션은 조작자에게 경고하거나; 파라미터들의 미리 결정된 세트를 사용하여 IHC 이온 공급원을 작동시키거나; IHC 공급원 내에서 사용되는 희석물을 변경하는 것일 수 있다. 이러한 액션들을 수행함으로써, 캐소드의 수명은 2배 초과일 수 있다.
Description
본 출원은 2021년 5월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 17/308,732의 우선권을 주장하고, 상기 미국 특허 출원의 개시내용은 그 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 개시내용은 이온 공급원의 캐소드 및 리펠러 수명을 연장하기 위한, 더 구체적으로, 이러한 구성요소들의 수명을 연장하기 위해 할로겐 사이클을 능동적으로 관리하기 위한 시스템들 및 방법들을 설명한다.
반도체 디바이스들은 복수의 프로세스들을 사용하여 제조되고, 프로세스들 중 일부는 이온들을 작업물 내에 주입한다. 이온들을 생성하는 데 사용될 수 있는 하나의 메커니즘은 방열형 캐소드(IHC) 이온 공급원이다. IHC 이온 공급원은 캐소드 뒤에 배치된 필라멘트를 포함한다. 캐소드는 필라멘트보다 더 양의 전압으로 유지될 수 있다. 전류가 필라멘트를 통과함에 따라, 필라멘트는 더 양으로 하전된 캐소드를 향해 가속되는 열이온 전자들을 방출한다. 이러한 열이온 전자들은 캐소드를 가열하는 역할을 하고, 차례로, 캐소드가 이온 공급원의 챔버 내로 전자들을 방출하게 한다. 캐소드는 챔버의 일 단부에 배치된다. 리펠러는 전형적으로, 캐소드에 대향하는, 챔버의 단부 상에 배치된다.
특정 실시예들에서, 이온 공급원은 단일-하전된 이온들을 생성하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 이온 공급원은 다중-하전된 이온들, 예컨대, P2+ 또는 P3+를 생성하도록 구성된다. 다중-하전된 이온들의 생성은 캐소드의 부식 및 결과적으로 천공에 기여할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 구체적으로, 하전된 이온들은 캐소드를 향해 가속되고, 캐소드가 스퍼터링되게 한다. 유사한 현상이 또한, 리펠러에 대해 발생할 수 있다. 그 결과, 캐소드 및 리펠러 수명은 다중-하전된 이온들을 생성하는 구성들에 대한 공급원 수명의 제한 인자일 수 있다.
그러므로, 캐소드의 수명을 연장시킬 수 있는 시스템 및 방법이 있다면 유익할 것이다. 또한, 이러한 시스템 및 방법이, 임의의 새로운 또는 재설계된 구성요소들을 활용하지 않고, 기존의 IHC 이온 공급원들에 용이하게 채택될 수 있다면 유리할 것이다.
IHC 이온 공급원의 캐소드 및 리펠러의 수명을 연장하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은, 파라미터들의 알려진 세트를 사용하여 작동시키고, 아크 전압 전력 공급부로부터 원하는 전류 또는 원하는 추출된 전류를 생성하는 데 사용되는 바이어스 전력을 측정함으로써, 캐소드의 건전성을 모니터링한다. 측정된 바이어스 전력에 기초하여, 시스템은, 캐소드가 너무 얇아지고 있는지 여부를 결정할 수 있고, 보정 액션을 취할 수 있다. 이러한 보정 액션은 조작자에게 경고하거나; 파라미터들의 미리 결정된 세트를 사용하여 IHC 이온 공급원을 작동시키거나; IHC 공급원 내에서 사용되는 희석물을 변경하는 것일 수 있다. 이러한 액션들을 수행함으로써, 캐소드의 수명은 2배 초과일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이온 공급원이 개시된다. 이온 공급원은, 복수의 벽들을 포함하는 챔버; 챔버의 일 단부 상에 배치된 캐소드; 챔버 내로의 하나 이상의 가스의 도입을 허용하기 위한 가스 유입구; 및 제어기를 포함하고, 제어기는 알려진 레시피를 사용하여 이온 공급원을 작동시키고, 제2 파라미터를 미리 결정된 값으로 유지하기 위해 이온 공급원의 제1 파라미터를 조정하고, 제1 파라미터의 값은 캐소드의 두께를 나타내고; 제어기는 두께에 기초하여 액션을 개시한다. 특정 실시예들에서, 제2 파라미터는 챔버로부터의 총 추출된 전류를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이온 공급원은 챔버에 대해 캐소드를 바이어싱하기 위한 아크 전압 전력 공급부를 포함하고, 제2 파라미터는 아크 전압 전력 공급부로부터 인출되는 전류를 포함한다. 특정 실시예들에서, 제1 파라미터는 바이어스 전력을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 파라미터는, 바이어스 전류, 바이어스 전압, 바이어스 임피던스, 필라멘트 전력, 필라멘트 전류, 필라멘트 전압, 및 필라멘트 저항으로 구성된 군으로부터 선택된다. 특정 실시예들에서, 액션은 조작자에 대한 경고를 포함한다. 일부 실시예들에서, 액션은 이온 공급원을 특정 레시피로 작동시키는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 특정 레시피는 낮은 아크 전압 레시피를 포함한다. 특정 실시예들에서, 낮은 아크 전압 레시피는 희석물 없이 작동된다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 초과인 것으로 결정되는 경우, 특정 레시피는 높은 아크 전압 레시피를 포함한다. 특정 실시예들에서, 액션은 챔버 내로의 희석 가스의 유량을 조정하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 희석 가스의 유량이 감소된다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 초과인 것으로 결정되는 경우, 희석 가스의 유량이 증가된다.
다른 실시예에 따르면, 방열형 캐소드(IHC) 이온 공급원의 캐소드의 수명을 모니터링하고 연장하는 방법이 개시된다. 방법은 알려진 레시피를 사용하여 IHC 이온 공급원을 작동시키는 단계; 제2 파라미터를 미리 결정된 값으로 유지하는 데 사용되는 제1 파라미터를 모니터링하는 단계 - 제1 파라미터의 값은 캐소드의 두께를 나타냄 -; 제1 파라미터를 미리 결정된 상한 및 하한과 비교하는 단계; 및 비교에 기초하여 액션을 수행하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에서, 제2 파라미터는 IHC 이온 공급원로부터의 총 추출된 전류를 포함한다. 일부 실시예들에서, IHC 이온 공급원은 IHC 이온 공급원의 챔버에 대해 캐소드를 바이어싱하기 위한 아크 전압 전력 공급부를 포함하고, 제2 파라미터는 아크 전압 전력 공급부로부터 인출되는 전류를 포함한다. 특정 실시예들에서, 제1 파라미터는 바이어스 전력을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 파라미터는, 바이어스 전류, 바이어스 전압, 바이어스 임피던스, 필라멘트 전력, 필라멘트 전류, 필라멘트 전압, 및 필라멘트 저항으로 구성된 군으로부터 선택된다. 특정 실시예들에서, 액션은 조작자에게 경고하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 액션은 이온 공급원을 특정 레시피로 작동시키는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 특정 레시피는 낮은 아크 전압 레시피를 포함한다. 특정 실시예들에서, 낮은 아크 전압 레시피는 희석물 없이 작동된다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 초과인 것으로 결정되는 경우, 특정 레시피는 높은 아크 전압 레시피를 포함한다. 특정 실시예들에서, 액션은 챔버 내로의 희석 가스의 유량을 조정하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 희석 가스의 유량이 감소된다. 일부 실시예들에서, 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 초과인 것으로 결정되는 경우, 희석 가스의 유량이 증가된다.
본 개시내용의 더 양호한 이해를 위해, 유사한 요소들이 유사한 번호들로 참조되는 첨부 도면들이 참조되고, 첨부 도면들에서:
도 1은 일 실시예에 따른 IHC 이온 공급원을 도시하는 블록도이고;
도 2는 도 1의 IHC 이온 공급원을 사용하는 이온 주입 시스템의 블록이고;
도 3은 작동 시간과 비교한 바이어스 전력의 변화를 예시하고;
도 4는 제1 실시예에 따라 캐소드의 건전성을 확인하는 순서를 도시하는 흐름도이고;
도 5는 제2 실시예에 따라 캐소드의 건전성을 확인하는 순서를 도시하는 흐름도이다.
도 1은 일 실시예에 따른 IHC 이온 공급원을 도시하는 블록도이고;
도 2는 도 1의 IHC 이온 공급원을 사용하는 이온 주입 시스템의 블록이고;
도 3은 작동 시간과 비교한 바이어스 전력의 변화를 예시하고;
도 4는 제1 실시예에 따라 캐소드의 건전성을 확인하는 순서를 도시하는 흐름도이고;
도 5는 제2 실시예에 따라 캐소드의 건전성을 확인하는 순서를 도시하는 흐름도이다.
도 1은 이러한 문제들을 극복하는 IHC 이온 공급원(10)을 도시한다. IHC 이온 공급원(10)은, 2개의 대향 단부들, 및 이러한 단부들에 연결되는 벽들(101)을 포함하는 챔버(100)를 포함한다. 이러한 벽들(101)은 측벽들, 추출 플레이트(103), 및 추출 플레이트(103)에 대향하는 바닥 벽을 포함한다. 추출 플레이트(103)는 추출 애퍼쳐(140)를 포함하고, 추출 애퍼쳐를 통해 이온들이 추출된다. 챔버(100)의 벽들(101)은 전기 전도성 물질로 구성될 수 있고, 서로 전기적으로 연통할 수 있다. 캐소드(110)는 챔버(100)에서 챔버(100)의 제1 단부(104)에 배치된다. 필라멘트(160)는 캐소드(110) 뒤에 배치된다. 필라멘트(160)는 필라멘트 전력 공급부(165)와 연통한다. 필라멘트 전력 공급부(165)는 필라멘트(160)가 열이온 전자들을 방출하도록 필라멘트(160)를 통해 전류를 통과시키도록 구성된다. 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)는 필라멘트(160)를 캐소드(110)에 대해 음으로 바이어싱하고, 이러한 열이온 전자들은 필라멘트(160)로부터 캐소드(110)를 향해 가속되고, 이들이 캐소드(110)의 후면 표면을 타격할 때 캐소드(110)를 가열한다. 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)는, 필라멘트(160)가, 예를 들어, 캐소드(110)의 전압보다 더 음인, 200 V 내지 1500 V인 전압을 갖도록 필라멘트를 바이어싱할 수 있다. 그 다음, 캐소드(110)는 열이온 전자들을 자신의 전방 표면으로부터 챔버(100) 내로 방출한다.
따라서, 필라멘트 전력 공급부(165)는 필라멘트(160)에 전류를 공급한다. 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)는 필라멘트가 캐소드(110)보다 더 음이도록 필라멘트(160)를 바이어싱하고, 전자들은 필라멘트(160)로부터 캐소드(110)를 향해 끌어당겨진다. 캐소드(110)는 아크 전압 전력 공급부(111)와 연통한다. 아크 전압 전력 공급부(111)는 챔버(100)에 대해 캐소드에 전압을 공급한다. 이러한 아크 전압은 중성 가스를 이온화하기 위해 캐소드에서 아크 챔버 내로 방출되는 열이온 전자들을 가속시킨다. 이러한 아크 전압 전력 공급부(111)에 의해 인출되는 전류는 플라즈마를 통해 구동되는 전류의 양의 측정치이다. 특정 실시예들에서, 벽들(101)은 다른 전력 공급부들에 대한 접지 기준을 제공한다.
이 실시예에서, 리펠러(120)는 챔버(100)에서, 캐소드(110)에 대향하는, 챔버(100)의 제2 단부(105) 상에 배치된다. 리펠러(120)는 리펠러 전력 공급부(123)와 전기적으로 연통할 수 있다. 이름이 암시하는 바와 같이, 리펠러(120)는 캐소드(110)로부터 방출되는 전자들을 다시 챔버(100)의 중앙을 향해 밀어내는 역할을 한다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 리펠러(120)는 전자들을 밀어내기 위해 챔버(100)에 대해 음의 전압으로 바이어싱될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 리펠러(120)는 챔버(100)에 대해 0 내지 -150 V로 바이어싱된다. 특정 실시예들에서, 리펠러(120)는 챔버(100)에 대해 플로팅될 수 있다. 다시 말해서, 플로팅될 때, 리펠러(120)는 리펠러 전력 공급부(123) 또는 챔버(100)에 전기적으로 연결되지 않는다. 이 실시예에서, 리펠러(120)의 전압은 캐소드(110)의 전압에 가까운 전압으로 드리프트하는 경향이 있다. 대안적으로, 리펠러(120)는 벽들(101)에 전기적으로 연결될 수 있다.
특정 실시예들에서, 자기장(190)이 챔버(100)에 생성된다. 이 자기장은 한 방향을 따라 전자들을 한정하도록 의도된다. 자기장(190)은 전형적으로, 제1 단부(104)로부터 제2 단부(105)까지 벽들(101)과 평행하게 이어진다. 예를 들어, 전자들은 캐소드(110)로부터 리펠러(120)로의 방향(즉, y 방향)에 평행한 열로 한정될 수 있다. 따라서, 전자들은 y 방향으로 이동하는 전자기력을 경험하지 않는다. 그러나, 다른 방향들의 전자들의 이동은 전자기력을 경험할 수 있다.
하나 이상의 가스 컨테이너(108)는 가스 유입구(106)를 통해 챔버(100)와 연통할 수 있다. 각각의 가스 컨테이너(108)는 각각의 가스 컨테이너로부터의 가스의 유동을 조절하기 위해 질량 유동 제어기(MFC)를 포함할 수 있다.
IHC 이온 공급원(10)을 빔 라인의 성분들의 나머지에 대하여 바이어싱하기 위해 추출 전력 공급부(170)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 플래튼(260)(도 2 참고)은 제1 전압, 예컨대, 접지에 있을 수 있는 반면, IHC 이온 공급원(10)이 플래튼(260)보다 더 양으로 바이어싱되도록, 양의 전압이 IHC 이온 공급원(10)에 인가된다. 따라서, 추출 전압으로 지칭되는, 추출 전력 공급부(170)에 의해 공급되는 전압은 IHC 이온 공급원(10)으로부터 추출되는 이온들의 에너지를 결정한다. 또한, 추출 전력 공급부(170)에 의해 공급되는 전류는 총 추출된 빔 전류의 측정치이다.
특정 실시예들에서, 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)와 추출 전력 공급부(170) 사이에 피드백 루프가 존재한다. 구체적으로, 추출된 빔 전류를 일정한 값으로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 추출 전력 공급부(170)로부터 공급되는 전류가 모니터링될 수 있고, 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)의 출력은 일정한 추출 전류를 유지하도록 조정될 수 있다. 이러한 피드백 루프는 제어기(180)에 의해 수행될 수 있거나, 다른 방식으로 수행될 수 있다.
제어기(180)는, 이러한 전력 공급부들에 의해 공급되는 전압 또는 전류가 모니터링되고/거나 수정될 수 있도록 전력 공급부들 중 하나 이상과 연통할 수 있다. 추가적으로, 제어기(180)는 챔버(100) 내로의 각각의 가스의 유동을 조절하기 위해 각각의 가스 컨테이너(108)의 MFC들과 연통할 수 있다. 제어기(180)는 처리 유닛, 예컨대, 마이크로제어기, 개인용 컴퓨터, 특수 목적 제어기, 또는 다른 적합한 처리 유닛을 포함할 수 있다. 제어기(180)는 또한, 비일시적 저장 요소, 예컨대, 반도체 메모리, 자기 메모리, 또는 다른 적합한 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 비일시적 저장 요소는 제어기(180)가, 본원에 설명된 기능들을 수행할 수 있게 하는 명령어들 및 다른 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(180)는 IHC 이온 공급원(10)이, 필라멘트(160)에 대해 캐소드에 인가되는 전압을 변화시키는 것을 허용하기 위해 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)와 연통할 수 있다. 제어기(180)는 또한, 리펠러를 바이어싱하기 위해 리펠러 전력 공급부(123)와 연통할 수 있다. 또한, 제어기(180)는 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)에 의해 공급되는 전압, 전류 및/또는 전력을 모니터링할 수 있다.
도 2는 도 1의 IHC 이온 공급원(10)을 사용하는 이온 주입 시스템을 도시한다. 하나 이상의 전극(200)이 IHC 이온 공급원(10)의 추출 애퍼쳐 외부에, 추출 애퍼쳐에 근접하여 배치된다.
질량 분석기(210)가 전극들(200)로부터 하류에 위치된다. 질량 분석기(210)는 추출된 이온들(1)의 경로를 안내하기 위해 자기장들을 사용한다. 자기장들은 이온들의 질량 및 전하에 따라 이온들의 비행 경로에 영향을 미친다. 분해 애퍼쳐(221)를 갖는 질량 분해 디바이스(220)가 질량 분석기(210)의 출력 또는 말단부에 배치된다. 자기장들의 적절한 선택에 의해, 선택된 질량 및 전하를 갖는 이온들(1)만이 분해 애퍼쳐(221)를 통해 지향될 것이다. 다른 이온들은 질량 분해 디바이스(220) 또는 질량 분석기(210)의 벽을 타격할 것이고, 시스템에서 더 이상 이동하지 않을 것이다.
시준기(230)가 질량 분해 디바이스(220)로부터 하류에 배치될 수 있다. 시준기(230)는 분해 애퍼쳐(221)를 통과하는 이온들(1)을 수용하고, 복수의 평행 또는 거의 평행한 빔렛들로 형성된 리본 이온 빔을 생성한다. 질량 분석기(210)의 출력 또는 말단부 및 시준기(230)의 입력 또는 근단부는 고정된 거리만큼 떨어져 있을 수 있다. 질량 분해 디바이스(220)는 이러한 2개의 구성요소들 사이의 공간에 배치된다.
가속/감속 스테이지(240)가 시준기(230)로부터 하류에 위치될 수 있다. 가속/감속 스테이지(240)는 에너지 순도 모듈로 지칭될 수 있다. 에너지 순도 모듈은 이온 빔의 편향, 감속, 및 초점을 독립적으로 제어하도록 구성된 빔 라인 렌즈 구성요소이다. 예를 들어, 에너지 순도 모듈은 수직 정전 에너지 필터(VEEF) 또는 정전 필터(EF)일 수 있다. 플래튼(260)이 가속/감속 스테이지(240)로부터 하류에 위치된다. 작업물은 처리 동안 플래튼(260) 상에 배치된다.
레시피로 또한 지칭되는, 작동 파라미터들의 특정 세트가, 원하는 전하의 이온들을 생성하기 위해 활용될 수 있다. 예를 들어, 더 낮은 아크 전압을 포함하는 레시피는, 저속의 캐소드 부식, 또는 심지어는 일부 경우들에서는 캐소드 성장을 생성하는, 하전된 이온들의 제1 분포를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 그러한 레시피의 경우 아크 전압은 80 V 이하이다. 이는 낮은 아크 전압 레시피로 지칭될 수 있다. 고속의 캐소드 부식을 생성하는, 하전된 이온들의 제2 분포를 생성하기 위해, 더 높은 아크 전압을 포함하는 레시피가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 아크 전압은 80 V보다 클 수 있다. 이는 높은 아크 전압 레시피로 지칭될 수 있다. 특정 실시예들에서, 제1 분포와 제2 분포 사이의 하나의 차이는 다중-하전된 이온들의 백분율일 수 있다.
따라서, 특정 실시예들에서, 높은 아크 전압 레시피는 미리 결정된 임계치 위의 아크 전압을 활용하는 레시피로서 정의될 수 있는 반면, 낮은 아크 전압 레시피는 이러한 미리 결정된 임계치 아래의 아크 전압을 활용한다. 특정 실시예들에서, 이러한 미리 결정된 전압은 80 V일 수 있지만, 특정 임계치는 IHC 이온 공급원 상에서 실행되고 있는 레시피들 및 종들의 유형들에 의존할 수 있다.
다중-하전된 이온들을 생성하는 데 사용될 수 있는 일부 높은 아크 전압 레시피들은 할로겐계 가스를 활용한다. 예를 들어, PF3를 사용하여 인이 주입될 수 있다. 질소는 NF3을 사용하여 주입될 수 있다. 붕소는 BF3를 사용하여 주입될 수 있다. 알루미늄은 원소 알루미늄 및 NF3을 사용하여 주입될 수 있다. 갈륨은 원소 갈륨 및 BF3를 사용하여 주입될 수 있다. 안티모니는 SbF5를 사용하여 주입될 수 있다. 물론, 다른 종들이, 할로겐계 가스들을 사용하여 주입될 수 있다.
이러한 높은 아크 전압 레시피들은 또한, 캐소드(110)로부터 물질을 스퍼터링하는 경향이 있을 수 있고, 이는 캐소드(110)가 시간에 따라 더 얇아지게 한다. 이는, 이온들이 캐소드(110)와 충돌하여 캐소드가 스퍼터링되게 하고, 아크 전압 및 전하 상태에 의해 결정되는 바와 같이, 이온들의 에너지가 높을수록 스퍼터링 속도가 높아진다는 사실에 기인한다. 이를 확인되지 않은 상태로 두면, 결과적으로, 홀이 캐소드(110)를 완전히 통해 생성되는 캐소드 펀치쓰루로 이어질 수 있다. 이러한 일이 발생하면, 캐소드(110)가 교체되고, 이는 IHC 이온 공급원(10)이 소정 기간 동안 작동불가능하게 한다. 특정 실시예들에서, 이는, 다중-하전된 이온들을 생성하는 레시피들을 이용한 100 시간 미만의 작동 후에 발생할 수 있다.
추가적으로, 낮은 아크 전압 레시피들, 특히, 주로 단일-하전된 이온들을 생성하는 데 사용될 수 있는 할로겐을 포함하는 레시피들은 IHC 이온 공급원(10)의 벽들로부터 텅스텐을 제거하고 이 텅스텐을 캐소드(110) 및 리펠러(120) 상에 퇴적시키는 경향이 있다. 예를 들어, 이온화된 플루오린은 이온 공급원의 벽들과 반응하여 육플루오린화텅스텐을 형성할 수 있고, 육플루오린화텅스텐은 그 다음, 캐소드(110) 상에 퇴적된다. 이를 완화시키기 위해, 이러한 레시피들은 종종, 희석물과 함께, 예컨대, 챔버(100) 내로의 수소의 도입을 통해 작동된다. 수소는 이온화된 플루오린의 일부와 반응하고, 플루오린 이온들과 텅스텐 벽들 사이의 상호작용을 감소시킨다.
다시 말해서, 할로겐 기반의 높은 아크 전압 레시피가 연속적으로 사용되는 경우, 캐소드(110)는 부식될 것이고, 결과적으로 펀치쓰루로 인해 고장날 것이다. 반대로, 할로겐 기반의 낮은 아크 전압 레시피가 희석물 없이 연속적으로 사용되는 경우, 캐소드(110)는 더 많은 텅스텐이 캐소드 상에 퇴적됨에 따라 더 두꺼워질 것이다. 소정 시점에서, 캐소드(110)의 두께는 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)에 의해 적절하게 조절되기에는 너무 두껍게 된다.
캐소드(110)가 더 얇아짐에 따라, 원하는 추출된 빔 전류를 달성하기 위한 바이어스 전력의 양이 감소되는 것을 밝혀냈다. 바이어스 전력은 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)에 의해 공급되는 전압과 그 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)에 의해 공급되는 전류를 곱한 것으로서 정의된다. 반대로, 캐소드(110)가 더 두꺼워짐에 따라, 원하는 추출된 빔 전류를 달성하기 위한 바이어스 전력의 양이 증가한다. 이것의 예가 도 3에 도시된다. 추출된 전류는 이 시간 동안 일정하게 유지된다. 작동 시간의 67%인 제1 기간(300) 동안, 이온 공급원은 높은 아크 전압 레시피들로 작동되었다는 점을 주목한다. 이러한 높은 아크 전압 할로겐 기반의 레시피는 물질이 캐소드(110)로부터 제거되게 한다. 이 기간 동안 캐소드가 얇아짐에 따라 바이어스 전력이 감소한다는 점을 주목한다. 작동 시간의 단지 42%인 제2 기간(310) 동안, 이온 공급원은 높은 아크 전압 레시피로 작동되었고, 작동 시간의 나머지는 낮은 아크 전압 레시피들이다. 이 기간 동안 바이어스 전력이 증가한다는 점을 주목한다. 이는, 낮은 아크 전압 레시피들로부터의 할로겐 사이클에 기인하고, 여기서, 벽들로부터의 텅스텐은 플라즈마의 할로겐들에 의해 제거되고 캐소드(110) 및 리펠러(120) 상에 재퇴적되고, 그러한 구성요소들을 더 두껍게 만든다.
따라서, 캐소드(110)의 건전성을 결정하기 위한 하나의 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 바이어스 전력을 모니터링하는 것에 의한 것일 수 있다.
이 실시예에서, 박스(400)에 도시된 바와 같이, 알려진 레시피가 IHC 이온 공급원(10)에서 사용된다. 이러한 알려진 레시피는 일반적으로 사용되는 레시피일 수 있거나, 유휴 시간들 동안 사용되는 레시피일 수 있다. 이 레시피는 할로겐 기반의 레시피일 수 있거나, 할로겐을 포함하지 않는 레시피일 수 있다. 이러한 알려진 레시피는 또한, 캐소드 건전성 레시피로 지칭될 수 있다. 레시피는 사용될 종들, 종들의 유량, 원하는 추출 전압, 원하는 아크 전압, 및 다른 파라미터들을 포함할 수 있다.
그 다음, 박스(410)에 도시된 바와 같이, 제어기(180)는, 예컨대, 추출 전력 공급부(170)의 사용에 의해, 총 추출된 빔 전류를 모니터링한다. 박스(420)에 도시된 바와 같이, 제어기(180)는, 총 추출된 전류가, 미리 결정된 값을 유지하도록 캐소드 바이어스 전력 공급부(115)로부터의 출력을 수정함으로써 바이어스 전력을 변화시킨다. 그 다음, 제어기(180)는, 박스(430)에 도시된 바와 같이, 미리 결정된 추출된 전류를 생성하는 데 사용된 바이어스 전력을 기록한다. 대안적으로, 공급원의 총 아크 또는 플라즈마 전류를, 아크 전압 전력 공급부, 또는 챔버 접지에 대하여 캐소드를 바이어싱하는 전력 공급부를 통한 바이어스 전류에 대한 피드백으로서 또한 사용할 수 있다. 이는 도 5에 도시된다.
그 다음, 제어기(180)는, 박스(440)에 도시된 바와 같이, 이 바이어스 전력을 미리 결정된 상한 및 하한 임계치들과 비교한다. 이러한 상한 및 하한 임계치들은 경험적으로 또는 다른 기법을 사용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 하한 임계치는 펀치쓰루가 발생하는 바이어스 전력을 결정하고, 이 값에 안전 마진을 더함으로써 설정될 수 있다. 상한 임계치는 추출 전류를 조절하는 것이 더 이상 가능하지 않은 바이어스 전력을 결정하고, 그 값으로부터 안전 마진을 뺌으로써 설정될 수 있다. 이러한 상한 및 하한 임계치들은 캐소드 건전성 레시피의 함수일 수 있다.
이 비교의 결과에 기초하여, 제어기(180)는, 박스(450)에 도시된 바와 같이, 액션을 개시할 수 있다. 구체적으로, 바이어스 전력이 하한 임계치 근처 또는 미만이거나, 상한 임계치 근처 또는 초과인 경우, 액션이 개시될 수 있다. 대안적으로, 박스(460)에 도시된 바와 같이, 바이어스 전력이 2개의 임계치들 사이에 있는 경우 어떠한 액션도 취해지지 않을 수 있다. 도 4에 도시된 순서는, 예컨대, 8시간마다를 포함하여 규칙적인 시간 간격들로, 또는 특정 레시피 전이들로 반복될 수 있다. 이러한 방식으로, 캐소드(110)의 건전성이 시간에 따라 모니터링될 수 있다. 이러한 모니터링의 이상적인 빈도는 이온 공급원에서 활용되는 레시피 혼합물의 함수일 것이다.
따라서, 본 개시내용은, 미리 결정된 추출된 빔 전류를 전달하기 위해, 알려진 레시피를 사용하면서 바이어스 전력을 추적함으로써 캐소드(110)의 상태를 모니터링하는 시스템 및 방법을 제시한다. 상기 개시내용은 캐소드 건전성을 모니터링하기 위해 바이어스 전력의 사용을 설명하지만, 다른 파라미터들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 파라미터들, 예컨대, 바이어스 전압, 바이어스 전류, 바이어스 임피던스(바이어스 전압을 바이어스 전류로 나눈 것으로서 정의됨), 필라멘트 전력, 필라멘트 전류, 필라멘트 전압, 또는 필라멘트 저항이 캐소드 건전성을 추적하는 데 사용될 수 있다.
캐소드(110)의 건전성을 결정하기 위한 제2 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 아크 전압 전력 공급부(111)로부터 인출되는 일정한 전류를 유지하면서 바이어스 전력을 모니터링하는 것에 의한 것일 수 있다. 이 실시예에서, 일정한 추출된 빔 전류를 유지하려고 시도하기 보다는, 아크 전압 전력 공급부(111)로부터의 전류가, 일정한 값으로 유지된다.
따라서, 이 순서는 도 4에 도시된 것과 매우 유사하다. 그러나, 추출된 빔 전류를 모니터링하는 대신에, 제어기(180)는, 박스(470)에 도시된 바와 같이, 아크 전압 전력 공급부(111)에 의해 인출되는 총 전류를 모니터링한다. 순서의 나머지는 위에서 설명된 바와 같다.
따라서, 양쪽 실시예들 모두에서, 제어기는 제2 파라미터를 미리 결정된 값으로 유지하기 위해 제1 파라미터를 조정하고, 여기서 제1 파라미터의 값은 캐소드의 두께를 나타낸다. 도 4 및 도 5가 제1 파라미터를 바이어스 전력으로서 도시하지만, 이는 이러한 파라미터로 제한되지 않는다. 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 제1 파라미터는 바이어스 전류, 바이어스 전압, 바이어스 임피던스, 필라멘트 전력, 필라멘트 전류, 필라멘트 전압, 또는 필라멘트 저항일 수 있다. 제2 파라미터는 아크 전압 전력 공급부로부터 인출된 전류 또는 총 추출된 전류일 수 있다.
캐소드(110)의 건전성을 모니터링하는 이러한 기법은 복수의 방식들로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 박스(450)에서 개시된 액션은, 캐소드(110)가 고장에 가깝고 보정 액션이 취해져야 한다는 것을 조작자에게 통지하는, 조작자에 대한 경고일 수 있다. 예를 들어, 바이어스 전력이 하한 임계치 근처에 있는 경우, 보정 액션은 낮은 아크 전압 레시피를 사용하여 이온 공급원을 작동시킬 것을 조작자에게 통지하는 것일 수 있다. 반대로, 바이어스 전력이 상한 임계치 근처에 있는 경우, 보정 액션은 높은 아크 전압 레시피를 사용하여 작동시키는 것일 수 있다. 이러한 보정 액션을 기간, 예컨대, 1시간 이상, 예컨대, 1시간 내지 6시간 동안 실행하는 것은, 바이어스 전력을 허용가능한 범위로 다시 복귀시키기 위해, 물질을 캐소드(110)에 추가하거나 물질을 캐소드(110)로부터 제거함으로써 건전성을 개선하는 역할을 할 수 있다. 이 접근법은 보정 액션을 수행할 때를 결정하는 데 있어서 조작자의 최대 유연성을 허용한다.
다른 실시예에서, 박스(450)에서 개시된 액션은, 제어기(180)가, 미리 정해진 보정 액션을 자동으로 수행하는 것을 허용하는 것일 수 있다. 예를 들어, 모니터링된 바이어스 전력이 하한 임계치에 접근하는 경우, 제어기(180)는 캐소드(110)를 재성장시키기 위해 낮은 아크 전압 레시피를 개시할 수 있다. 가장 빠른 성장을 달성하기 위해, 이러한 할로겐 기반의 낮은 아크 전압 레시피는 캐소드(110)의 할로겐 성장을 최대화하기 위해 희석물 없이 작동될 수 있다. 반대로, 모니터링된 바이어스 전력이 상한 임계치에 접근하는 경우, 제어기(180)는 캐소드(110)를 박형화하기 위해 높은 아크 전압 레시피를 개시할 수 있다. 이러한 보정 액션은 즉시 시작될 수 있거나, 제어기(180)는 조작자에게 편한 시간에 보정 액션을 스케줄링하기 위한 옵션을 허용할 수 있다.
제3 실시예에서, 박스(450)에서 개시된 액션은 제어기(180)에 의한 할로겐 사이클의 능동 조정일 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 희석물은 종종, 더 적은 물질이 벽들로부터 제거되고 캐소드(110) 상에 퇴적되도록 할로겐 사이클을 감소시키는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 희석 가스는 수소, 또는 수소를 함유하는 가스, 예컨대, PH3 또는 NH3일 수 있다. 특정 실시예들에서, 수소는, 예를 들어, 대략 0.5 sccm일 수 있는 제1 유량으로 추가되지만, 다른 유량들이 가능하다. 수소의 도입은 할로겐 기반의 낮은 아크 전압 레시피들에 대한 할로겐 사이클을 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 일 실시예에서, 제어기(180)는, 예컨대, 도 4 또는 도 5에 설명된 바와 같이, 캐소드(110)의 두께를 모니터링할 수 있다. 그 다음, 제어기(180)는 응답하여 희석 가스의 유량을 능동적으로 조정한다. 예를 들어, 캐소드(110)가 (두께 또는 바이어스 전력의 측면에서) 그의 하한에 가깝거나 하한에 도달할 때, 제어기(180)는 할로겐 기반의 낮은 아크 전압 레시피들에 대해 희석 가스의 유량을 감소시키거나 비활성화하도록 선택할 수 있다. 이러한 액션은 캐소드(110) 상에 물질을 성장시키는 경향이 있을 것이다. 반대로, 캐소드가 (두께 또는 바이어스 전력의 측면에서) 그의 상한에 가깝거나 상한에 도달하는 경우, 제어기(180)는 할로겐 사이클을 더 느리게 하기 위해 희석 가스의 유량을 증가시키도록 선택할 수 있고, 따라서 바이어스 전력이 계속 증가하는 것을 방지한다. 특정 실시예들에서, 희석 가스의 유량은, 캐소드가 상한 또는 하한 임계치에 도달하지 않도록 캐소드 두께의 함수로서 변화된다. 희석 가스의 유량은, 제어기(180)로부터의 제어 신호들을 희석 가스와 연관된 MFC에 제공함으로써 제어기(180)에 의해 수정될 수 있다.
본 시스템 및 방법은 많은 장점들을 갖는다. 현재, IHC 이온 공급원이, 연장된 기간 동안 높은 아크 전압 레시피들로 작동될 때, 캐소드의 두께가 감소된다. 이를 확인되지 않은 상태로 두면, 캐소드는 고장날 것이고, 복구 절차를 필요로 한다. 캐소드의 건전성을 모니터링함으로써, 캐소드의 수명을 연장하기 위한 사전 조치들이 취해질 수 있다. 유리하게, 본원에 설명된 시스템 및 방법은 하드웨어 구성에 대한 어떠한 수정도 필요로 하지 않는다. 오히려, 이러한 향상들은 전적으로 소프트웨어로 구현될 수 있고, 이러한 시스템 및 방법이 기존 시스템들에 개장되는 것을 허용한다. 캐소드의 건전성을 모니터링하고 이온 공급원에서 사용되는 레시피들을 조정함으로써, 캐소드의 수명은 2배 초과일 수 있다.
본 개시내용은 본원에 설명된 특정 실시예들에 의해 범위가 제한되어서는 안 된다. 실제로, 본 개시내용의 다른 다양한 실시예들 및 본 개시내용에 대한 수정들은, 본원에 설명된 것들에 더하여, 전술한 설명 및 첨부 도면들로부터 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 그러한 다른 실시예들 및 수정들은 본 개시내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 또한, 본 개시내용이 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 본원에 설명되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 그의 유용성이 이에 제한되지 않으며, 본 개시내용이 임의의 개수의 목적을 위해 임의의 개수의 환경에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이에 따라, 아래에 제시되는 청구항들은 본원에 설명되는 바와 같은 본 개시내용의 전체 범위 및 사상을 고려하여 해석되어야 한다.
Claims (20)
- 이온 공급원으로서,
복수의 벽들을 포함하는 챔버;
상기 챔버의 일 단부 상에 배치된 캐소드;
하나 이상의 가스의 상기 챔버 내로의 도입을 허용하기 위한 가스 유입구; 및
제어기 - 상기 제어기는 알려진 레시피를 사용하여 상기 이온 공급원을 작동시키고, 제2 파라미터를 미리 결정된 값으로 유지하기 위해 상기 이온 공급원의 제1 파라미터를 조정하고, 상기 제1 파라미터의 값은 상기 캐소드의 두께를 나타냄 -
를 포함하고,
상기 제어기는 상기 두께에 기초하여 액션을 개시하는, 이온 공급원. - 제1항에 있어서,
상기 제2 파라미터는 상기 챔버로부터의 총 추출된 전류를 포함하는, 이온 공급원. - 제1항에 있어서,
상기 챔버에 대해 상기 캐소드를 바이어싱하기 위한 아크 전압 전력 공급부를 포함하고, 상기 제2 파라미터는 상기 아크 전압 전력 공급부로부터 인출되는 전류를 포함하는, 이온 공급원. - 제1항에 있어서,
상기 제1 파라미터는 바이어스 전력을 포함하는, 이온 공급원. - 제1항에 있어서,
상기 제1 파라미터는, 바이어스 전류, 바이어스 전압, 바이어스 임피던스, 필라멘트 전력, 필라멘트 전류, 필라멘트 전압, 및 필라멘트 저항으로 구성된 군으로부터 선택되는, 이온 공급원. - 제1항에 있어서,
상기 액션은 조작자에 대한 경고를 포함하는, 이온 공급원. - 제1항에 있어서,
상기 액션은 상기 이온 공급원을 특정 레시피로 작동시키는 것을 포함하는, 이온 공급원. - 제7항에 있어서,
상기 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 상기 특정 레시피는 낮은 아크 전압 레시피를 포함하는, 이온 공급원. - 제7항에 있어서,
상기 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 초과인 것으로 결정되는 경우, 상기 특정 레시피는 높은 아크 전압 레시피를 포함하는, 이온 공급원. - 제1항에 있어서,
상기 액션은 상기 챔버 내로의 희석 가스의 유량을 조정하는 것을 포함하는, 이온 공급원. - 제10항에 있어서,
상기 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 상기 희석 가스의 유량이 감소되는, 이온 공급원. - 제10항에 있어서,
상기 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 초과인 것으로 결정되는 경우, 상기 희석 가스의 유량이 증가되는, 이온 공급원. - 방열형 캐소드(IHC) 이온 공급원의 캐소드의 수명을 모니터링하고 연장하는 방법으로서,
알려진 레시피를 사용하여 상기 IHC 이온 공급원을 작동시키는 단계;
제2 파라미터를 미리 결정된 값으로 유지하는 데 사용되는 제1 파라미터를 모니터링하는 단계 - 상기 제1 파라미터의 값은 상기 캐소드의 두께를 나타냄 -;
상기 제1 파라미터를 미리 결정된 상한 및 하한과 비교하는 단계; 및
상기 비교에 기초하여 액션을 수행하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제2 파라미터는 상기 IHC 이온 공급원의 챔버로부터의 총 추출된 전류를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 IHC 이온 공급원은 상기 캐소드를 상기 IHC 이온 공급원의 챔버에 대해 바이어싱하기 위한 아크 전압 전력 공급부를 포함하고; 상기 제2 파라미터는 상기 아크 전압 전력 공급부로부터 인출되는 전류를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 파라미터는 바이어스 전력을 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 액션은 조작자에게 경고하는 것을 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 액션은 특정 레시피를 이용하여 상기 IHC 이온 공급원을 작동시키는 것을 포함하고; 상기 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 상기 특정 레시피는 낮은 아크 전압 레시피를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 액션은 특정 레시피를 이용하여 상기 IHC 이온 공급원을 작동시키는 것을 포함하고; 상기 캐소드의 두께가 미리 결정된 두께 초과인 것으로 결정되는 경우, 상기 특정 레시피는 높은 아크 전압 레시피를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서, 상기 액션은 상기 IHC 이온 공급원의 챔버 내로의 희석 가스의 유량을 조정하는 것을 포함하는, 방법.
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