KR20240070577A

KR20240070577A - 연장된 수명의 이중 간접-가열된 캐쏘드 이온소스

Info

Publication number: KR20240070577A
Application number: KR1020247012452A
Authority: KR
Inventors: 윌헴 플라토우; 네일 바솜; 조나단 데이비드
Original assignee: 액셀리스 테크놀러지스, 인크.
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-05-21
Also published as: US20230100805A1; TW202316476A; CN117981037A; WO2023055451A1; JP2024537671A; US11798775B2

Abstract

이온소스(ion source)은 제1 단부(end) 및 제2 단부를 갖는 아크 챔버(arc chamber)를 갖는다. 상기 아크 챔버의 상기 제1 단부에 있는 제1 캐쏘드는 제1 캐쏘드 본체(cathode body) 및 상기 제1 캐쏘드 본체 내에 배치된 제1 필라멘트를 갖는다. 상기 아크 챔버의 상기 제2 단부에 있는 제2 캐쏘드는 상기 제 2 캐쏘드 본체 및 상기 제2 캐쏘드 본체 내에 배치된 제2 필라멘트를 갖는다. 필라멘트 스위치는 상기 필라멘트 스위치의 위치에 기초하여 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트 각각에 필라멘트 전원을 선택적으로 전기적으로 연결한다. 제어기(controller)는 미리 결정된 기준(predetermined criteria)에 기초하여 복수의 스위칭 사이클(switching cycles) 동안 상기 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트 사이에서 필라멘트 전원의 상기 전기적 연결(coupling)이 교번(alternate)하도록 상기 필라멘트 스위치의 상기 위치를 제어한다. 상기 미리 결정된 기준은 상기 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트의 작동 기간일 수 있다.

Description

연장된 수명의 이중 간접-가열된 캐쏘드 이온소스

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템(ion implantation systems), 보다 특히 이온소스의 수명을 증가시키기 위해 필라멘트 전원(filament power supply)에 선택적으로 전기적으로 연결된 다중 간접-가열된 캐쏘드(multiple indirectly-heated cathodes)를 갖는 이온소스(ion source)에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조에서, 불순물로 반도체를 도핑하기 위해 이온 주입이 사용된다. 이온 주입 시스템은 흔히 n-형 또는 p-형 재료 도핑을 생성하거나 집적 회로의 제조 중 패시베이션 층(passivation layers)을 형성하기 위해 반도체 웨이퍼와 같은 공작물(workpiece)을 이온 빔(ion beam) 유래의 이온으로 도핑하는데 사용된다. 이러한 빔 처리는 흔히 미리 결정된 에너지 수준으로 및 제어된 농도로 특정 도펀트 재료의 불순물을 웨이퍼에 선택적으로 주입하여 집적 회로의 제조 중 반도체 재료를 생성하는데 사용된다. 반도체 웨이퍼를 도핑하는데 사용되는 경우, 상기 이온 주입 시스템은 선택된 이온종(ion species)을 상기 공작물에 주입하여 원하는 외인성 재료(extrinsic material)를 생성한다. 예를 들어 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소스 재료(source materials)로부터 생성된 이온을 주입하면 'n-형' 외인성 재료 웨이퍼가 생성되는 반면, 'p-형' 외인성 재료 웨이퍼는 붕소, 갈륨 또는 인듐과 같은 소스 재료로부터 생성된 이온이 생성된다.

전형적인 이온 주입기는 이온소스, 이온 추출 장치(ion extraction device), 질량 분석 장치(mass analysis device), 빔 수송 장치(beam transport device) 및 웨이퍼 가공 장치(wafer processing device)를 포함한다. 상기 이온소스는 원하는 원자 또는 분자 도펀트 종의 이온을 생성한다. 이들 이온은 추출 시스템, 전형적으로는 일련의 전극에 의해 상기 소스로부터 추출되며, 이는 상기 이온소스로부터의 이온의 흐름에 에너지를 공급하고 지시하여 이온 빔을 형성한다. 원하는 이온은 질량 분석 장치, 전형적으로는 상기 추출된 이온 빔의 질량 분산 또는 분리를 수행하는 자기 쌍극자(magnetic dipole)에서 상기 이온 빔으로부터 분리된다. 상기 빔 수송 장치, 전형적으로는 일련의 집속 장치(focusing device)를 포함하는 진공 시스템은 상기 이온 빔의 원하는 특성을 유지하거나 또는 향상시키면서 상기 이온 빔을 웨이퍼 가공 장치로 수송한다. 마지막으로, 반도체 웨이퍼는 피처리 웨이퍼를 상기 이온 빔의 전방에 위치시키고 상기 이온 주입기로부터 처리된 웨이퍼를 제거하기 위한, 하나 이상의 로봇 암(robotic arms)을 포함할 수 있는, 웨이퍼 취급 시스템(wafer handling system)을 통해 상기 웨이퍼 가공 장치의 안과 밖으로 이송된다.

이온소스(통상적으로 '아크 방전 이온소스'로 언급됨)은 주입기에 사용되는 이온 빔을 생성하며, 웨이퍼 처리를 위해 적절한 이온 빔으로 형상화된 이온을 생성하기 위한 가열된 필라멘트 캐쏘드(heated filament cathodes)를 포함할 수 있다. 예를 들어 Sferlazzo 등의 미국 특허 제5,497,006호는 베이스(base)에 의해 지지되고 가스 속박 챔버(gas confinement chamber)로 이온화 전자를 분사하기 위한 가스 속박 챔버에 대해 위치하는 캐쏘드를 갖는 이온소스가 개시되어 있다. 상기 Sferlazzo 등의 캐쏘드는 상기 가스 속박 챔버로 부분적으로 연장하는 엔드캡(endcap)을 갖는 관형 전도성 본체(tubular conductive body)이다. 필라멘트는 관형 본체 내에 지지되어 전자 충격(electron bombardment)을 통해 상기 엔드캡을 가열하는 전자를 방출함으로써 이온화 전자를 상기 가스 속박 챔버로 열적으로 방출한다.

통상적으로, 상기 필라멘트는 상기 챔버의 일측에 위치된다. 다수의 널리 사용되는(popular) 이온소스에서, 간접적으로 가열된 캐쏘드(indirectly heated cathode; IHC)가 구현되되, 상기 필라멘트 위로 텅스텐 캡(tungsten cap)이 위치되고, 그에 의해서 상기 필라멘트는 상기 캡을 가열하는 한편, 상기 캡은 상기 필라멘트를 보호하여 상기 이온소스의 수명을 증가시킨다. 그러나 상기 캡 또는 캐쏘드는 시간 경과에 따라 스퍼터링된다. 이와 같이 캡의 두께가 두꺼워져서 필라멘트가 고온으로 가열되어 상당한 양의 전자를 방출하게 된다. 따라서 이 경우 상기 캡은 필라멘트처럼 작용하여 전자를 방출하게 되지만, 상당한 두께 때문에 더 긴 수명을 얻을 수 있다.

이온소스의 수명은 이온 주입기의 상당한 관심사이며, 상기 이온소스의 고장으로 인해 원하지 않는 일정한 유지 보수 및 정지 시간이 초래될 수 있다. 예를 들어 캐쏘드의 고장은 전형적으로 특히 다중-충전된 비소 이온 빔(multi-charged arsenic ion beams)을 형성할 때 이온소스 수명의 주요 요인이다.

따라서, 본 발명은 이온소스의 효율 및 수명을 증가시키기 위한 다양한 시스템 및 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 일부 측면에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위하여 본 개시의 간략한 요약을 제시한다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 본 발명의 핵심적 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하고자 하는 것은 아니다. 그 목적은 본 발명의 일부 개념들을 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서문으로서 간략화된 형태로 제시하는 것이다.

본 개시의 한 측면에 따르면, 이온 주입 시스템(ion implantation system)을 위한 이온소스(ion source)가 제공되되, 상기 이온소스는 제1 단부(end) 및 제 2 단부를 갖는 아크 챔버(arc chamber)를 포함한다. 상기 아크 챔버의 제1 단부와 결합된(associated) 제1 캐쏘드는, 예를 들어, 제1 캐쏘드 본체 및 상기 제1 캐쏘드 본체 내에 배치된 제1 필라멘트를 포함한다. 상기 제1 캐쏘드는, 예를 들어, 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드를 규정한다. 상기 아크 챔버의 제2 단부와 결합된 제2 캐쏘드는, 예를 들어, 제2 캐쏘드 본체 및 상기 제2 캐쏘드 본체 내에 배치된 제2 필라멘트를 포함한다. 상기 제2 캐쏘드는, 예를 들어, 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드를 규정한다.

한 예에 따르면, 필라멘트 전원(filament power supply)이 제공되고, 필라멘트 스위치가 상기 필라멘트 스위치의 위치에 기초하여 상기 필라멘트 전원을 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성된다. 제어기(controller)가 더 제공되고, 상기 제어기는, 예를 들어, 상기 필라멘트 스위치의 위치를 제어하여 하나 이상의 미리 결정된 기준(predetermined criteria)에 기초하여 복수의 스위칭 사이클(switching cycles) 동안 상기 제1 필라멘트와 상기 제2 필라멘트 사이에서 상기 필라멘트 전원의 선택적 전기적 연결이 교번(alternate)하도록 구성된다.

상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은, 예를 들어, 상기 제1 필라멘트에 대한 상기 필라멘트 전원의 전기적 연결의 각각의 제1 미리 결정된 기간 및 상기 제 2 필라멘트에 대한 필라멘트 전원의 전기적 연결의 제2 미리 결정된 기간을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은, 예를 들어, 상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제1 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제1 총 시간(total time) 및 상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제 2 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제2 총 시간을 더 포함할 수 있다. 한 예에서, 상기 제1 필라멘트의 제1 미리 결정된 전기적 연결 기간과 상기 제2 필라멘트의 제2 미리 결정된 전기적 연결 기간은 상기 복수의 스위칭 사이클 중의 적어도 하나에 대해 서로 상이할 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 총 시간과 제2 총 시간은 대략적으로 동일하다. 또 다른 예에서, 상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은 제1 캐쏘드 본체 및 제2 캐쏘드 본체의 하나 이상의 각각의 벽의 미리 결정된 두께를 포함할 수 있다.

또 다른 예시적인 측면에 따르면, 상기 제1 캐쏘드 본체와 제2 캐쏘드 본체는 동일하다. 또 다른 예시적인 측면에서, 상기 제1 캐쏘드 본체는 상기 아크 챔버의 제2 단부를 향하는(facing) 제1 단부 벽(end wall)을 포함하고, 상기 제2 캐쏘드 본체는 상기 아크 챔버의 제1 단부를 향하는 제2 단부 벽을 포함한다. 상기 제1 단부 벽은 제1 벽 두께를 갖고, 상기 제2 단부 벽은 제 2 벽 두께를 가지며, 상기 제2 벽 두께는 상기 제1 벽 두께보다 크다.

또 다른 예에 따르면, 상기 필라멘트 스위치는 릴레이(relay)를 포함하고, 상기 제어기는 상기 릴레이의 제어를 통해 상기 제1 필라멘트와 상기 제2 필라멘트 사이에서 상기 필라멘트 전원의 전기적 연결이 교번하도록 구성된다.

또 다른 예에서, 상기 이온소스는, 상기 캐쏘드 스위치의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 캐쏘드 전원을 상기 제1 캐쏘드 및 상기 제2 캐쏘드 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성된 캐쏘드 스위치 및 캐쏘드 전원을 더 포함한다. 상기 제어기는 추가로, 예를 들어, 상기 필라멘트 스위치의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 캐쏘드 스위치의 위치를 제어하도록 구성될 수 있다.

또 다른 예시적인 측면에 따르면, 이온 주입 시스템을 위한 이온소스가 제공되되, 상기 이온소스는 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제 2 단부를 갖는 아크 챔버를 포함한다. 예를 들어 제1 캐쏘드는 상기 아크 챔버의 제1 단부에 근접하게 위치되되, 상기 제1 캐쏘드는 상기 아크 챔버의 제 2 단부를 향하는 제1 단부 벽을 갖는 제1 캐쏘드 본체, 및 상기 제1 캐쏘드 본체 내에 배치된 제1 필라멘트를 포함한다. 예를 들어 제2 캐쏘드는 상기 아크 챔버의 제2 단부에 근접하여 위치되되, 상기제 2 캐쏘드는 상기 아크 챔버의 제1 단부를 향하는 제2 단부 벽을 갖는 제2 캐쏘드 본체, 및 상기 제2 캐쏘드 본체 내에 배치된 제2 필라멘트를 포함한다.

본 발명의 예에서, 필라멘트 전원 및 필라멘트 스위치가 더 제공되되, 상기 필라멘트 스위치는, 상기 필라멘트 스위치의 위치에 기초하여, 상기 필라멘트 전원을 상기 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성된다. 제어기는 추가로, 상기 필라멘트 스위치의 위치를 제어하여 하나 이상의 미리 결정된 기준에 기초하여, 복수의 스위칭 사이클 동안 상기 제1 필라멘트와 상기 제2 필라멘트 사이에서 상기 필라멘트 전원의 전기적 연결이 교번하도록 구성된다.

상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은, 예를 들어, 상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제1 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제1 총 시간 및 상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제2 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제2 총 시간을 포함할 수 있으되, 상기 제1 총 시간과 상기 제2 총 시간은 대략적으로 동일하다.

예를 들어 상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은 상기 복수의 스위칭 사이클 중의 적어도 하나에 대한 상기 제1 필라멘트의 각각의 제1 미리 결정된 작동 기간 및 상기 복수의 스위칭 사이클 중의 적어도 하나에 대한 상기 제2 필라멘트의 제2 미리 결정된 작동 기간을 포함할 수 있으되, 상기 제1 필라멘트의 제1 미리 결정된 작동 기간과 상기 제2 필라멘트의 제2 미리 결정된 작동 기간은 서로 상이하다. 그러나, 한 예에서, 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐, 상기 제1 총 시간 및 제2 총 시간은 상기 복수의 스위칭 사이클 각각에 대한 상기 제1 및 제2 미리 결정된 작동 기간을 제어함으로써 대략적으로 동일하게 될 수 있다.

또 다른 예에서, 상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은 상기 제1 단부 벽 및 제 2 단부 벽 중의 하나 이상의 제1 총 시간 및 제 2 총 시간 중의 하나 이상에 걸쳐 미리 결정된 박형화(predetermined thinning)를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 제1 단부 벽은 초기에는 제1 벽 두께로 규정될 수 있고, 상기 제2 단부 벽은 초기에는 제2 벽 두께로 규정될 수 있으며, 상기 제2 벽 두께는 상기 제1 벽 두께보다 크다.

또 다른 예에서, 캐쏘드 전원이 더 제공될 수 있으되, 캐쏘드 스위치는, 상기 필라멘트 스위치의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 캐쏘드 전원을 상기 제1 캐쏘드 및 상기 제2 캐쏘드 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 더 구성된다.

본 발명의 또 다른 예시적인 측면에 따르면, 이온소스의 수명을 증가시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 예를 들어, 아크 챔버에 소스 재료(source material)를 제공하는 단계, 상기 아크 챔버 내에 배치된 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드의 제1 필라멘트에 필라멘트 전원을 전기적으로 연결하는 단계, 및 상기 필라멘트 전원을 통해 상기 제1 필라멘트에 에너지를 공급함으로써, 상기 아크 챔버 내의 상기 소스 재료로부터 플라즈마를 형성하는 것을 조력하도록 상기 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드를 가열하는 단계,를 포함한다. 상기 필라멘트 전원은, 예를 들어, 상기 제1 필라멘트로부터 전기적으로 분리(decoupling)될 수 있고, 상기 필라멘트 전원은 상기 아크 챔버 내에 배치된 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드의 제2 필라멘트에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제2 필라멘트는 상기 필라멘트 전원을 통해 에너지가 공급될 수 있으며, 이에 의해 상기 아크 챔버 내에서 플라즈마를 형성하는 것을 조력하도록 상기 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드를 가열할 수 있다. 이어서, 상기 필라멘트 전원은 상기 제2 필라멘트로부터 전기적으로 분리된다. 상기 제1 및 제2 필라멘트 각각에 대한 상기 필라멘트 전원의 연결하고 분리하는 단계 및 상기 제1 및 제2 필라멘트 각각에 에너지를 공급하는 단계는, 예를 들어, 하나 이상의 미리 결정된 기준이 충족될 때까지 임의의 반복 횟수(any number of iterations)로 재현될(repeated) 수 있다.

상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은, 예를 들어, 상기 필라멘트 전원이 상기 제1 필라멘트에 전기적으로 연결된 제1 총 시간 및 상기 필라멘트 전원이 상기 제2 필라멘트에 전기적으로 연결된 제2 총 시간 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 제1 총 시간과 상기 제2 총 시간은 대략적으로 동일하다. 또 다른 예에서, 상기 제1 필라멘트는 상기 필라멘트 전원을 통해 제1 미리 결정된 기간 동안 에너지를 공급받고, 상기 제2 필라멘트는 상기 필라멘트 전원을 통해 제2 미리 결정된 기간 동안 에너지를 공급받되, 상기 제1 미리 결정된 기간 및 상기 제2 미리 결정된 기간은 재현의 반복(iteration of repetition)에 기반하여 선택적으로 가변적일 수 있다.

전술한 및 관련된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하에서 충분히 기술되고 청구범위에서 특정하여 언급된 특징을 포함한다. 하기 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 특정한 예시적 구현예를 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 구현예들은 본 발명의 원리가 채용될 수 있는 다양한 방식들 중 몇 가지를 가리키는 것이다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 특징들은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 여러 측면에 따른 이온소스를 이용한 예시적인 진공 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 여러 측면에 따른 예시적인 아크 챔버의 측면도의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 여러 측면에 따른 예시적인 이온소스의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 여러 측면에 따른 또 다른 예시적인 이온소스의 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 측면에 따른 이온소스의 수명을 향상시키는 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 여러 측면에 따른 다양한 두께의 캐쏘드를 이용하여 달성된 다양한 이온소스 수명을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템 및 그와 관련된 이온소스에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 상기 이온소스의 이온 빔 전류 및 수명을 증가시키기 위한 시스템 및 장치에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 동일한 참조 번호는 전반에 걸쳐 동일한 구성요소를 지칭하는 것으로 사용될 수 있다. 이러한 측면의 설명은 단지 예시적인 것일 뿐, 제한적인 의미로 해석되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다. 하기 설명에서, 설명의 목적상, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 다수의 구체적인 세부사항이 제시된다. 그러나, 이러한 구체적인 세부사항 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명되는 구현예 또는 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항 및 그의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

또한, 도면은 본 발명의 실시예의 일부 측면을 예시하기 위해 제공된 것이며, 따라서 개략적인 것으로만 간주되어야 하는 것으로 인식되어야 한다. 특히, 도면에 도시된 요소는 반드시 서로 축척에 맞게 도시된 것은 아니며, 도면 내의 다양한 구성요소의 배치는 각각의 구현예의 명확한 이해를 제공하기 위하여 선택되는 것이며, 본 발명의 구현예에 따른 실시에서 다양한 구성요소의 실제 상대적인 위치를 반드시 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본원에서 설명되는 다양한 구현예 및 실시예의 특징은 특별히 달리 언급하지 않는 한, 서로 조합될 수 있다.

또한, 이하의 설명에서, 도면에 도시되거나 또는 본원에서 설명되는 기능적 블록, 장치, 구성요소, 회로 요소 또는 다른 물리적 또는 기능적 유닛 사이의 임의의 직접적인 연결 또는 결합은 간접적인 연결 또는 연결에 의해서도 구현될 수 있음을 이해되어야 한다. 또한, 도면에 도시된 기능적 블록 또는 유닛은 한 구현예에서 별개의 특징 또는 구성요소로서 실시될 수 있으며, 다른 구현예에서 공통된 특징 또는 구성요소 내에서 완전히 또는 부분적으로 실시될 수 있음을 이해하여야 한다.

이제 도면을 참조하면, 본 발명의 다양한 측면을 보다 잘 이해하기 위하여, 도 1은 본 발명의 다양한 장치, 시스템 및 방법을 실시할 수 있는 예시된 진공 시스템(100)을 도시한다. 본 발명의 실시예에서 진공 시스템(100)은 이온 주입 시스템(101)을 포함하지만, 플라즈마 처리 시스템 또는 다른 반도체 처리 시스템과 같은 다양한 다른 유형의 진공 시스템도 고려된다. 상기 이온 주입 시스템(101)은, 예를 들어, 단자(102), 빔라인 어셈블리(beamline assembly)(104) 및 단부 스테이션(end station)(106)을 포함한다.

일반적으로 말하면, 상기 단자(102) 내의 이온소스(108)는 전원(110)에 연결되며, 이에 의해서 거기에 공급된 소스 가스(source gas)(112)(도펀트 가스라고도 함)는 복수의 이온으로 이온화되어 이온 빔(114)을 형성한다. 본 실시예의 이온 빔(114)은 빔-조향 장치(beam-steering apparatus)(116)를 통해 지향되어 단부 스테이션(106) 쪽으로 개구(118)를 빠져나간다. 상기 단부 스테이션(106)에서, 상기 이온 빔(114)은 척(chuck)(122)(예를 들어 정전척(electrostatic chuck) 또는 ESC)에 선택적으로 클램핑되거나 탑재되는 공작물(120)(예를 들어 실리콘 웨이퍼, 디스플레이 패널 등의 반도체)에 충격을 가한다. 일단 상기 공작물(120)의 격자에 투입(embedding)되면 상기 주입된 이온은 상기 공작물의 물리적 및/또는 화학적 특성을 변화시킨다. 이로 인해, 이온 주입은 반도체 장치 제조 및 금속 마감(metal finishing)뿐만 아니라 재료 과학 연구에서의 다양한 응용에 사용된다.

본 발명의 이온 빔(114)은 펜슬(pencil) 또는 스폿 빔(spot beam), 리본 빔(ribbon beam), 스캔 빔(scanned beam), 또는 이온이 단부 스테이션(106) 쪽으로 지향하는 임의의 다른 형태와 같은 임의의 형태를 취할 수 있으며, 이러한 모든 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 고려된다.

한 예시적인 측면에 따르면, 상기 단부 스테이션(106)은 진공 챔버(126)와 같은 프로세스 챔버(124)를 포함하되, 공정 환경(128)은 상기 프로세스 챔버와 결합된다. 상기 공정 챔버(124) 내의 상기 공정 환경(128)은, 예를 들어, 상기 공정 챔버에 연결되어 상기 공정 챔버를 실질적으로 배기하도록 구성된 진공 소스(vacuum source)(130)(예를 들어 진공 펌프)에 의해 생성된 진공을 포함한다. 또한, 상기 진공 시스템(100)의 총괄 제어를 위한 제어기(132)가 제공된다.

본 발명은 위에서 논의한 상기 이온 주입 시스템(101)에서 상기 이온소스의 정지 시간(downtime)을 감소시키면서, 빔 전류 및 상기 이온소스(108)의 활용을 증가시키도록 구성된 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 다양한 반도체 가공 장비, 예를 들어 CVD, PVD, MOCVD, 식각 장비, 및 기타 다양한 반도체 가공 장비에서 실시될 수 있으며, 이러한 모든 실시는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 고려된다. 본 발명의 장치는 예방적 유지 보수 사이클(preventive maintenance cycles) 사이에 상기 이온소스(108)의 사용 기간을 더욱 유리하게 증가시켜 상기 시스템 진공(100)의 총괄 생산성 및 수명을 증가시킨다.

상기 이온소스(108)는 예를 들어 상기 이온 주입 시스템(101)에서 큰 역할을 한다. 이와 같이, 상기 이온소스(108)의 성능은, 예를 들어 처리량(throughput), 가동 시간(uptime), 결함율(glitch rate) 뿐만 아니라 원하는 이온종의 에너지 상태와 같은 원하는 주입 파라미터와 같은 상기 이온 주입 시스템(101)과 관련된 메트릭스(metrics)에서 큰 역할을 할 수 있다.

예를 들어 비소(As) 이온을 상기 공작물(120)에 주입할 때, 다중-충전된 비소 이온은 상기 이온소스(108)로부터 추출되어 상기 이온 빔(114)을 형성한다. 그러나, 비소는 일반적으로 원자 질량이 크기 때문에 이온소스 내에서 높은 스퍼터링 속도(sputter rate)를 나타낸다. 높은 아크 전압 및 아크 전류는 또한 다중-충전된 조작을 위한 상기 전원(110)에 의해 제공되고, 따라서 상기 이온소스(108) 내의 캐쏘드(도 1에 도시되지 않음)와 같은 구성요소에서 보여지는 스퍼터링 속도를 더욱 증가시킨다. 종래 시스템에서, 이러한 스퍼터링은 상기 이온소스의 캐쏘드의 수명을 감소시킬 수 있다. 어느 정도까지는 상기 캐쏘드의 두께를 증가시켜 수명을 증가시킬 수 있으나, 이러한 두꺼워진 캐쏘드의 가열 및 조작의 제어와 관련된 어려움으로 인해 수명을 연장하기 위해 캐쏘드의 두께를 증가시킬 수 있는 정도는 제한적이다.

본 발명은 이온소스 내에 복수의 캐쏘드를 제공함으로써 상기 이온소스(108)의 수명을 증가시키는 신규한 방법을 제공하며, 여기서 전력(power)은 복수의 캐쏘드에 교번하는 방식으로(alternating manner) 선택적으로 인가된다. 도 2에 도시된 제1 실시예에 나타낸 바와 같이, 이온소스 챔버(200)가 도시되어 있으며, 여기서 아크 챔버(202)는 이온을 형성하기 위한 밀폐 영역(enclosed region)(204)을 정의하며, 상기 아크 챔버에 규정된 추출 개구(extraction aperture)(206)를 통해 도 1의 이온 빔(114)이 추출된다. 도 2의 아크 챔버(202)는, 예를 들어, 제1 단부(208) 및 제 2 단부(210)를 가지되, 상기 아크 챔버의 제1 단부에 근접하여 제1 캐쏘드(212)가 위치된다. 제1 캐쏘드(212)는, 예를 들어, 제1 캐쏘드 본체(214)를 포함하고, 상기 제1 캐쏘드 본체 내에 제1 필라멘트(216)가 배치된다. 본 실시예에서, 상기 제1 캐쏘드 본체(214)는 일반적으로 중공(hollow)이며, 제1 본체 벽 두께(222)를 갖는 제1 본체 벽(220)(예를 들어 아크 챔버(202)의 제2 단부(210)를 향하는 제1 단부 벽(221))을 포함하되, 상기 제1 필라멘트(216)는 일반적으로 상기 제1 본체 벽에 의해 둘러싸인다. 따라서, 도 2에 도시된 배열에서, 상기 제1 캐쏘드(212)는 일반적으로 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드(224)를 규정한다.

예를 들어, 아크 챔버(202)의 제2 단부(210)에 근접하여 제2 캐쏘드(226)가 더 위치되며, 상기 제2 캐쏘드는 제2 캐쏘드 본체 내에 제2 필라멘트(230)가 배치된 제2 캐쏘드 본체(228)를 포함한다. 상기 제2 캐쏘드 본체(228)는, 예를 들어, 일반적으로 중공이며, 제2 본체 벽 두께(234)를 갖는 제2 본체 벽(232)(예를 들어 아크 챔버(202)의 제1 단부(208)를 향하는 제2 단부 벽(233))을 포함하되, 상기 제2 필라멘트(230)는 일반적으로 제2 본체 벽에 의해 둘러싸인다. 따라서, 도 2에 도시된 배열에서, 상기 제2 캐쏘드(226)는 일반적으로 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드(236)를 규정한다.

도 2에 도시된 본 실시예에서, 제1 캐쏘드(212)와 제2 캐쏘드(226)은 실질적으로 동일하며, 제1 본체 벽 두께(222)는 제2 본체 벽 두께(234)와 대략적으로 동일하다. 그러나, 제1 캐쏘드(212)의 구성, 크기 및 형상은 제2 캐쏘드(226)의 구성, 크기 및 형상과 상이할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어 제1 본체 벽 두께(222)는 (예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이) 제2 본체 벽 두께(234)보다 작을 수 있고, 그 반대도 가능하며, 이에 대해서는 아래에서 추가로 설명한다.

도 3에 도시된 예시적인 이온소스(250)에서 나타낸 바와 같이, 본원 발명은 필라멘트 전원(252)을 더 제공하며, 필라멘트 스위치(254)는 상기 필라멘트 스위치(254)의 위치에 기초하여 상기 필라멘트 전원을 제1 필라멘트(216) 및 제2 필라멘트(230) 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 필라멘트 스위치(254)는 상기 필라멘트 전원(252)으로부터 제2 캐쏘드(226)의 제2 필라멘트(230)로 전력을 공급하도록 위치된다. 상기 필라멘트 스위치(254)가 수동으로 제어될 수 있는 한편, 본 발명은 상기 필라멘트 스위치의 위치를 제어하여 상기 제1 필라멘트(216)와 제2 필라멘트(230) 사이에서 상기 필라멘트 전원(252)의 선택적 전기적 연결이 교번하도록 구성된 제어기(256)를 더 제공한다. 상기 필라멘트 스위치(254)는, 예를 들어, 릴레이(258)를 포함하되, 상기 제어기는 상기 릴레이의 제어를 통해 제1 필라멘트(216)와 제2 필라멘트(230) 사이에서 상기 필라멘트 전원(252)의 전기적 연결이 교번하도록 구성된다.

상기 제어기(256)는, 예를 들어, 상기 이온소스(250)의 국부적 제어를 위한 독립형 제어기(stand-alone controller)일 수 있다. 한 예에서, 상기 제어기(256)는 진공 시스템(100)의 다양한 다른 구성요소의 총괄적 제어를 제공하는 도 1에 도시된 제어기(132) 내에 통합될 수 있다. 이러한 모든 제어기는 관련된 소프트웨어 및 로직뿐만 아니라 조작자에 의한 수동 제어를 포함하는 것으로, 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.

본 실시예에 따르면, 도 3의 제어기(256)는, 예를 들어, 필라멘트 전원(252)을 각각의 제1 필라멘트(216) 및 제 2 필라멘트(230)에 복수회 교대로 전기적으로 연결하도록 구성되어, 복수의 스위칭 사이클을 규정한다. "스위칭 사이클"은, 예를 들어, 필라멘트 전원(252)의 전기적 연결을 제1 필라멘트(216)로부터 제 2 필라멘트(230)로, 그리고 다시 제1 필라멘트로 스위칭하는 것을 포함한다.

상기 제어기(256)에 의한 상기 제1 필라멘트(216)와 제2 필라멘트(230) 사이의 상기 필라멘트 전원(252)의 전기적 연결의 교번은, 예를 들어, 하나 이상의 미리 결정된 기준에 기초한다. 한 예에서, 상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은 임의의 주어진 스위칭 사이클에 대해 필라멘트 전원(252)이 제1 필라멘트(216)에 전기적으로 연결되는 각각의 제1 미리 결정된 기간 및 필라멘트 전원이 제 2 필라멘트(230)에 전기적으로 연결되는 제2 미리 결정된 기간을 포함한다. 작동 시, 상기 제1 미리 결정된 기간 동안, 예를 들어, 제1 필라멘트(216)는 아크 챔버(202)의 밀폐된 영역(enclosed region)(204) 내에 플라즈마(도시되지 않음)를 형성하고 추출 개구(206)를 통한 이온을 후속적으로 추출하는 것을 조력하도록 제1 캐쏘드(212)를 가열한다. 마찬가지로, 상기 제2 미리 결정된 기간 동안, 제2 필라멘트(230)는 아크 챔버(202)의 밀폐 영역(204) 내에 플라즈마를 형성하고 추출 개구(206)를 통해 이온을 후속적으로 추출하는 것을 조력하도록 제2 캐쏘드(226)를 가열한다.

상기 제1 미리 결정된 기간과 제2 미리 결정된 기간이 동일할 수 있는 반면, 한 예에서, 제1 미리 결정된 기간과 제2 미리 결정된 기간은 복수의 스위칭 사이클 중의 적어도 하나에 대해 서로 상이할 수 있다. 하나의 비제한적 예에서, 제1 스위칭 사이클에서, 제1 필라멘트(216)가 필라멘트 전원(252)에 전기적으로 연결되는 제1 미리 결정된 기간은 60분인 반면, 제 2 필라멘트(230)가 상기 필라멘트 전원에 전기적으로 연결되는 제2 미리 결정된 기간은 80분이다. 제2 스위칭 사이클에서, 제1 필라멘트(216)가 필라멘트 전원(252)에 전기적으로 연결되는 제1 미리 결정된 기간은 90분인 반면, 제2 필라멘트(230)가 상기 필라멘트 전원에 전기적으로 연결되는 제 2 미리 결정된 기간은 70분이다. 2개의 스위칭 사이클이 일례로서 본 명세서에 제공되지만, 임의의 수의 스위칭 사이클과 제1 및 제 제2 미리 결정된 기간은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다는 것을 알아야 한다.

선행 실시예에서, 필라멘트 전원(252)이 2개의 스위칭 사이클에 걸쳐 제1 필라멘트(216)에 전기적으로 연결되는 제1 총 시간은 필라멘트 전원이 제2 필라멘트(230)에 전기적으로 연결되는 제2 총 시간과 동일하다는 것으로 알려진다(예를 들어 150분). 본 발명은 제1 필라멘트(216)와 제2 필라멘트(230)가 필라멘트 전원(252)에 전기적으로 연결되는 제1 총 시간과 제 2 총 시간을 대략적으로 동일하게 제공하는 것은 제1 캐쏘드(212) 및 제 2 캐쏘드(226) 둘 다에 실질적으로 균등한 마모를 제공할 수 있다는 것을 인식한다. 이와 같이, 제1 필라멘트(216)와 제2 필라멘트(230) 사이의 필라멘트 전원(252)의 전기적 연결의 교번이 기초가 되는 상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은 필라멘트 전원이 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 제1 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제1 총 시간과 필라멘트 전원이 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 제2 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제 2 총 시간을 포함할 수 있다. 한 예에서, 제1 필라멘트(216)와 제2 필라멘트(230) 사이의 스위칭에 소요되는 시간(예를 들어 공작물에 대한 주입이 수행되지 않는 시간)을 고려하여 연속적인 사이클에서 보상될 수 있다.

다른 예시적인 측면에 따르면, 본 발명은 상기 하나 이상의 미리 결정된 기준이 제1 및 제2 캐쏘드 본체(214, 228)의 제1 및 제2 벽(222, 234) 중의 하나 이상의 미리 결정된 두께를 더 포함할 수 있는 것으로 더 이해되어야 한다. 예를 들어 상기 미리 결정된 두께는 플라즈마의 임의의 형성 이전의 시작 두께, 또는 플라즈마 형성과 후속 스퍼터링 및 침식 이후의 각각의 제1 및 제2 벽(222, 234)의 감소된 두께와 연관될 수 있다. 예를 들어 제1 및 제2 캐쏘드 본체(214, 228)의 제1 및 제2 벽(222, 234) 중의 하나 이상의 주어진 초기 두께에 대해, 제어기(256)는 필라멘트 전원(252)과 제1 및 제2 필라멘트(216, 230) 사이의 전기적 연결의 스위칭을 미리 결정된 수의 스위칭 사이클 동안 제어하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 제1 및 제2 총 시간은 대략적으로 동일하다. 이러한 제어는, 도 1의 진공 시스템(100)과 연관된 미리 결정된 파라미터에서 공작물(120)의 주어진 배치(batch)가 처리되는 시간의 길이와 같은, 도 1의 진공 시스템(100)의 공정 파라미터에 더 기초할 수 있다.

도 3에 도시된 실시예에서, 캐쏘드 전원(260)은 제1 캐쏘드(212)와 제 2 캐쏘드(226) 둘 다에 전기적으로 연결되며, 이에 의해 상기 캐쏘드 전원은 아크 전원(262)에 대해 제1 및 제2 캐쏘드를 편향(biase)시키며, 이에 의해 상기 아크 전원은 접지에 대해 아크 챔버(202)를 편향시킨다. 도 3에 도시된 캐쏘드 전원(260)은, 예를 들어, 제1 캐쏘드(212) 및 제 2 캐쏘드(226) 둘 다에 전력을 동시에 공급하며, 이에 의해 캐쏘드들 사이에서 스위칭되는 유일한 전력만이 제1 필라멘트(216)와 제2 필라멘트(230) 사이의 스위칭으로부터 나온다. 따라서 캐쏘드/대-캐쏘드(anti-cathode)('반사전극(repeller)'이라고도 함) 관계는 일반적으로 제1 및 제2 캐쏘드(212, 226)의 제1 및 제2 필라멘트(216, 230) 사이의 필라멘트 전원(252)의 스위칭에 의해 결정된다.

도 4에 도시된 이온소스(264)의 또 다른 실시예에서, 캐쏘드 스위치(266)가 더 제공되고 캐쏘드 전원(260)을 제1 캐쏘드(212) 및 제2 캐쏘드(226)에 대해 각각 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성된다. 상기 캐쏘드 전원(260)을 제1 캐쏘드(212) 및 제2 캐쏘드(226) 각각에 대한 선택적인 전기적 연결은, 예를 들어, 캐쏘드 스위치(266)의 위치에 기초하되, 여기서 제어기(256)는 추가로 적어도 부분적으로 필라멘트 스위치(254)의 위치에 기초하여 캐쏘드 스위치의 위치를 제어하도록 구성된다. 본 실시예에서, 상기 캐쏘드 스위치(266)는 제1 캐쏘드(212)가 부유(float)하도록 하면서 캐쏘드 전원(260)을 제2 캐쏘드(226)에 전기적으로 연결하는 것으로 도시되어 있다.

본 발명은 예를 들어 종래의 시스템에 비해 이온소스의 수명을 최대 4배까지 증가시킬 수 있다. 필라멘트 전원(252)으로부터 제1 및 제2 캐쏘드(212, 226)와 관련된 제1 및 제2 필라멘트(216, 230)로의 전력의 스위칭은 현재 각각의 제1 및 제2 캐쏘드를 세정하거나 그렇지 않으면 리프레시하는 데 긍정적인 효과를 가질 것으로 예상된다. 본 발명자들은 실험적으로 제1 캐쏘드(212)의 제1 필라멘트(216)에 전력을 공급할 때(제2 필라멘트(230)에 전력을 공급하지 않으면서), 제1 캐쏘드로부터의 텅스텐이 제2 캐쏘드(226)에 증착될 수 있고, 그 반대의 경우, 상기 제2 캐쏘드의 제2 필라멘트에 전력을 공급할 때(제1 필라멘트에 전력을 공급하지 않으면서), 상기 제 2 캐쏘드로부터의 텅스텐이 상기 제1 캐쏘드에 증착될 수 있음을 보여주었다. 이와 같이, 제1 및 제2 필라멘트(216, 230)로 전력을 스위칭함으로써, 텅스텐은 반복적으로 제1 및 제2 캐쏘드(212, 226)로부터 성장 및 스퍼터링되고, 그에 의해서 종래의 시스템에 비해 이온소스의 수명이 더욱 길어질 수 있다. 전술한 스위칭 사이클을 제공함으로써, 준-세정 공정(quasi-cleaning process)이 달성되는 것으로 여겨지고, 제1 및 제2 캐쏘드(212, 226)에 대한 마모가 종래의 시스템에 비해 더욱 균일하게 유지된다.

또 다른 예시적인 측면에 따르면, 이온소스의 수명을 개선하기 위한 방법(300)이 도 5에 제공되어 있다. 예시적인 방법이 일련의 동작(act) 또는 사건(event)으로서 본원에서 예시하고 설명하고 있지만, 본 발명에 따르면 일부 단계는 본원에서 도시하고 설명한 것과는 다른 순서로 및/또는 다른 단계와 동시에 발생할 수 있으므로, 이러한 동작 또는 사건의 예시된 순서에 의해 본 발명이 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위해 예시된 단계들이 모두 필요한 것은 아니다. 또한, 본원에서 도시하고 설명한 시스템과 관련하여 뿐만 아니라 다른 시스템과 관련하여서도 이 방법이 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 동작(302)에서 시작하고, 그에 의해서 소스 재료(예를 들어 As, B, P 등)가 아크 챔버에 제공된다. 동작(304)에서, 필라멘트 전원은 상기 아크 챔버 내에 배치된 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드의 제1 필라멘트에 전기적으로 연결되고, 동작(306)에서, 제1 필라멘트는 상기 필라멘트 전원을 통해 에너지를 공급받고, 그에 의해서 상기 아크 챔버 내의 소스 재료로부터 플라즈마를 형성하는 것을 조력하도록 상기 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드를 가열한다.

동작(308)에서, 상기 필라멘트 전원은 상기 제1 필라멘트로부터 전기적으로 분리되고, 상기 필라멘트 전원은 아크 챔버 내에 배치된 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드의 제2 필라멘트에 전기적으로 연결된다. 동작(310)에서, 상기 제2 필라멘트는 상기 필라멘트 전원을 통해 에너지를 공급받고, 그에 의해서 상기 아크 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 것을 조력하도록 상기 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드를 가열한다. 동작(312)에서, 상기 필라멘트 전원은 상기 제 2 필라멘트로부터 분리되고, 동작 (304) 내지 (312)는 상술한 바와 같이 동작(314)에서 하나 이상의 미리 결정된 기준이 충족될 때까지 반복된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 도 6은 도 2 내지 도 4 중의 어느 것의 제1 및 제2 캐쏘드(212, 226)의 다양한 구성에 대한 그래프(400)를 도시한다. 본 발명은, 예를 들어, (예를 들어 캐쏘드와 동일한 전위로 유지되지만 열이온 방출을 통해 전자를 방출하기 위해 가열되지 않은) 반사전극 또는 대-캐쏘드로 사용될 때 캐쏘드가 동일한 부분이 가열되어 캐쏘드가 될 때 관찰되는 속도보다 대략 50% 낮은 속도로 스퍼터링되는 것으로 이해된다.

그러나, 본 발명은 추가로 스퍼터링 속도에 기초하여 혼합종(mixed species)을 실행할 때 스위칭 사이클 및 시간이 더욱 달라질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 상기 반사전극(예를 들어 불활성 캐쏘드(inactive cathode))는 붕소를 실행할 때 두께가 더욱 커질 수 있다. 따라서, 본체 벽 두께의 변화 및 종의 변화는 상술한 스위칭 방식과 함께 고려될 때 이온소스의 수명을 더욱 증가시킬 수 있다.

본 발명의 이온소스는, 예를 들어, 붕소, 인 및 비소뿐만 아니라 다른 종의 이온을 생성하도록 구성될 수 있다. 그러나, 이러한 구체적인 예시적 종 중의 비소는 가장 높은 스퍼터링 속도 계수(sputter rate coefficient)를 갖는 가장 무거운 것(heaviest)이다. 더 높은 하전 상태(charge states)(예를 들어 As 4+)에서, 높은 아크 전압 또한 실시되며, 이는 이온소스의 수명에 더욱 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 BF₃를 사용하여 붕소 이온을 주입할 때, 할로겐 사이클 또는 다른 효과는 불소(F)가 제1 캐쏘드의 텅스텐(W)과 반응하도록 하여 상기 텅스텐이 더욱 차가워질 수 있는 이온소스 내의 다양한 표면으로 인입되되, 상기 텅스텐은 해리되고 이러한 표면에 후속적으로 증착되거나 "성장(grown)"된다. 본 실시예에서, 상기 제1 캐쏘드에 전력을 인가할 때, 텅스텐은 제2 캐쏘드에 다공성 방식으로 증착될 수 있다.

그러나, 제1 캐쏘드로부터 제2 캐쏘드로 아크 전력을 스위칭하는 경우, 제 2 캐쏘드를 출발할 때 문제가 발생할 수 있으며, 이에 의해서 다공성 텅스텐의 증착으로 변하는 제2 캐쏘드의 표면 특성으로 인해 방출이 낮아질 수 있다(예를 들어 텅스텐은 인, 붕소, 또는 비소와 같은 다른 원소와 더 혼합될 수 있다). 이와 같이, 이러한 텅스텐의 증착물을 세정하거나 스퍼터링하는 데에는 상당한 시간이 필요할 수 있다.

본 발명은 상기 제1 및 제2 캐쏘드에 공급되는 전력이 복수 회 교번하도록 상기 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트에 공급되는 필라멘트 전력을 복수 회 스위칭함으로써 제 2 캐쏘드를 세정하거나 스퍼터링하는 상당한 시간을 유리하게 회피할 수 있다.

본 발명은 미국 매사추세츠 비버리 소재의 액셀리스 테크놀로지스, 인코포레이티드(Axcelis Technologies, Inc)의 공-계류중인 미국 출원 제17/330,801호에서 논의된 바와 같은 단차형 캐쏘드(stepped cathode)를 포함할 수 있으며, 상기 출원의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함되어 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어 전술한 본 발명의 제1 및 제2 캐쏘드 중의 하나 이상은 이러한 단차형 캐쏘드를 포함할 수 있다.

본 발명은 특정한 구현예(들)와 관련하여 나타내고 기술되었지만, 상술한 구현예들은 본 발명의 일부 구현예들의 실시를 위한 예시로서 기능하는 것일 뿐, 본 발명의 적용이 이들 구현예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 구성요소(어셈블리, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 이들 구성요소를 설명하기 위해 사용되는 용어("수단"에 대한 언급을 포함함)는 본원에 예시된 본 발명의 예시적인 구현예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동등하지 않더라도, 달리 지시되지 않는 한, 전술한 구성요소들의 특정한 기능을 수행하는 임의의 구성요소(즉, 기능적으로 동등한 구성요소)에 상응하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 특정한 특징은 여러 구현예들 중의 하나에 대해서만 개시되어 있을 수 있지만, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정한 적용에 바람직하고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 구현예들의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 구현예들에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구항 및 그의 등가물에 의해서만 한정되는 것으로 의도된다.

Claims

이온 주입 시스템(ion implantation system)을 위한 이온소스(ion source)으로서,
상기 이온소스는:
제1 단부(end) 및 제2 단부를 갖는 아크 챔버(arc chamber);
상기 아크 챔버의 상기 제1 단부와 결합된(associated) 제1 캐쏘드 -상기 제1 캐쏘드는 제1 캐쏘드 본체(cathode body) 및 상기 제1 캐쏘드 본체 내에 배치된 제1 필라멘트를 포함함 - ;
상기 아크 챔버의 상기 제2 단부와 결합된 제2 캐쏘드 - 상기 제2 캐쏘드는 제2 캐쏘드 본체 및 상기 제2 캐쏘드 본체 내에 배치된 제2 필라멘트를 포함함 - ;
필라멘트 전원(filament power supply);
필라멘트 스위치(filament switch) - 상기 필라멘트 스위치는 상기 필라멘트 스위치의 위치에 기초하여 상기 필라멘트 전원을 상기 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트 각각에 선택적으로 전기적으로 연결(coupling)하도록 구성됨 - ; 및
제어기(controller) - 상기 제어기는 하나 이상의 미리 결정된 기준(predetermined criteria)에 기초하여 상기 필라멘트 스위치의 위치를 제어하여 복수의 스위칭 사이클(switching cycles) 동안 상기 제1 필라멘트와 상기 제2 필라멘트 사이에서 상기 필라멘트 전원의 선택적 전기적 연결이 교번(alternate)하도록 구성됨 - ;
를 포함하는, 이온소스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은,
각각의 스위칭 사이클과 관련된 제1 미리 결정된 기간 및 제 2 미리 결정된 기간을 포함하되,
상기 필라멘트 전원은 상기 각각의 스위칭 사이클에서 상기 제1 미리 결정된 기간 동안 상기 제1 필라멘트에 전기적으로 연결되고,
상기 필라멘트 전원은 상기 각각의 스위칭 사이클에서 상기 제 2 미리 결정된 기간 동안 상기 제2 필라멘트에 전기적으로 연결되는, 이온소스.
제 2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은,
상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제1 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제1 총 시간(total time); 및
상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제2 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제2 총 시간;
을 더 포함하는, 이온소스.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 총 시간과 상기 제2 총 시간은 대략적으로 동일한 것인, 이온소스.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 미리 결정된 기간과 상기 제2 미리 결정된 기간은 상기 복수의 스위칭 사이클 중의 적어도 하나 동안 서로 상이한 것인, 이온소스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은,
상기 제1 캐쏘드 본체 및 상기 제2 캐쏘드 본체의 하나 이상의 각각의 벽의 미리 결정된 두께를 포함하는, 이온소스.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 캐쏘드 본체와 상기 제2 캐쏘드 본체는 동일한 것인, 이온소스.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 캐쏘드 본체는 상기 아크 챔버의 상기 제2 단부를 향하는(facing) 제1 단부 벽(end wall)을 포함하고,
상기 제2 캐쏘드 본체는 상기 아크 챔버의 상기 제1 단부를 향하는 제2 단부 벽을 포함하되,
상기 제1 단부 벽은 제1 벽 두께를 갖고, 상기 제2 단부 벽은 제2 벽 두께를 가지되, 상기 제2 벽 두께는 상기 제1 벽 두께보다 큰 것인, 이온소스.
제 1 항에 있어서,
상기 필라멘트 스위치는 릴레이(relay)를 포함하고,
상기 제어기는 상기 릴레이의 제어를 통해 상기 제1 필라멘트와 상기 제2 필라멘트 사이에서 상기 필라멘트 전원의 상기 전기적 연결이 교번하도록 구성되는, 이온소스.
제 1 항에 있어서,
캐쏘드 전원; 및
캐쏘드 스위치 - 상기 캐쏘드 스위치는 상기 캐쏘드 스위치의 위치에 기초하여, 상기 캐쏘드 전원을 상기 제1 캐쏘드 및 상기 제2 캐쏘드 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성됨 - ;
를 더 포함하되,
상기 제어기는 상기 필라멘트 스위치의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 캐쏘드 스위치의 위치를 제어하도록 더 구성되는, 이온소스.
이온 주입 시스템을 위한 이온소스로서,
상기 이온소스는:
제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖는 아크 챔버;
상기 아크 챔버의 상기 제1 단부에 근접하여 위치된 제1 캐쏘드;
상기 아크 챔버의 상기 제2 단부에 근접하여 위치된 제2 캐쏘드;
필라멘트 전원;
필라멘트 스위치 - 상기 필라멘트 스위치는 상기 필라멘트 스위치의 위치에 기초하여 상기 필라멘트 전원을 상기 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성됨; 및
제어기 - 상기 제어기는 하나 이상의 미리 결정된 기준에 기초하여 상기 필라멘트 스위치의 위치를 제어하여 복수의 스위칭 사이클 동안 상기 제1 필라멘트와 상기 제2 필라멘트 사이에서 상기 필라멘트 전원의 상기 전기적 연결이 교번하도록 구성됨 - ;
를 포함하되,
상기 제1 캐소드는,
상기 아크 챔버의 상기 제2 단부를 향하는 제1 단부 벽을 갖는 제1 캐쏘드 본체; 및
상기 제1 캐쏘드 본체 내에 배치된 제1 필라멘트;
를 포함하고,
상기 제2 캐소드는,
상기 아크 챔버의 제1 단부를 향하는 제2 단부 벽을 갖는 제2 캐쏘드 본체; 및
상기 제2 캐쏘드 본체 내에 배치된 제2 필라멘트;
를 포함하는, 이온소스.
제 11 항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은,
상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제1 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제1 총 시간; 및
상기 필라멘트 전원이 상기 복수의 스위칭 사이클에 걸쳐 상기 제2 필라멘트에 전기적으로 연결되는 제2 총 시간;
을 포함하되,
상기 제1 총 시간 및 제2 총 시간은 대략적으로 동일한 것인, 이온소스.
제 11 항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은,
상기 복수의 스위칭 사이클 중의 적어도 하나 동안 상기 제1 필라멘트의 각각의 제1 미리 결정된 작동 기간; 및
상기 복수의 스위칭 사이클 중의 적어도 하나 동안 상기 제2 필라멘트의 제2 미리 결정된 작동 기간;
을 포함하되,
상기 제1 필라멘트의 상기 제1 미리 결정된 작동 기간과 상기 제2 필라멘트의 상기 제2 미리 결정된 작동 기간은 서로 상이한 것인, 이온소스.
제 11 항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은 상기 제1 단부 벽 및 상기 제2 단부 벽 중의 하나 이상의 미리 결정된 두께를 포함하는, 이온소스.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 단부 벽은 제1 벽 두께를 갖고,
상기 제2 단부 벽은 제2 벽 두께를 가지되,
상기 제2 벽 두께는 상기 제1 벽 두께보다 큰 것인, 이온소스.
제 11 항에 있어서,
캐쏘드 전원; 및
캐쏘드 스위치 - 상기 캐쏘드 스위치는 상기 필라멘트 스위치의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 캐쏘드 전원을 상기 제1 캐쏘드 및 상기 제2 캐쏘드 각각에 선택적으로 전기적으로 연결하도록 구성됨 - ;
를 더 포함하는, 이온소스.
이온소스의 수명을 증가시키는 방법으로서,
상기 방법은:
(a) 아크 챔버에 소스 재료(source material)를 제공하는 동작;
(b) 상기 아크 챔버 내에 배치된 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드(indirectly heated cathode)의 제1 필라멘트에 필라멘트 전원을 전기적으로 연결하는 동작;
(c) 상기 필라멘트 전원을 통해 상기 제1 필라멘트에 에너지를 공급함으로써, 상기 아크 챔버 내의 상기 소스 재료로부터 플라즈마를 형성하는 것을 조력하도록 상기 제1 간접적으로 가열된 캐쏘드를 가열하는 동작;
(d) 상기 제1 필라멘트로부터 상기 필라멘트 전원을 전기적으로 분리(decoupling)하고 상기 필라멘트 전원을, 상기 아크 챔버 내에 배치된 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드의 제2 필라멘트에 전기적으로 연결하는 동작;
(e) 상기 필라멘트 전원을 통해 상기 제2 필라멘트에 에너지를 공급함으로써, 상기 아크 챔버 내에 상기 플라즈마를 형성하는 것을 조력하도록 상기 제2 간접적으로 가열된 캐쏘드를 가열하는 동작;
(f) 상기 제2 필라멘트로부터 상기 필라멘트 전원을 전기적으로 분리하는 동작; 및
(g) 하나 이상의 미리 결정된 기준이 충족될 때까지 동작 (b) 내지 (f)를 반복하는 동작;
를 포함하는, 방법.
제 17 항에 있어서,
동작 (c)는 제1 미리 결정된 기간 동안 수행되고,
동작 (e)는 제2 미리 결정된 기간 동안 수행되되,
상기 제1 미리 결정된 기간 및 제2 미리 결정된 기간은 동작 (g)에서 반복 수행에 기초하여 선택적으로 가변적일 수 있는 것인, 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 하나 이상의 미리 결정된 기준은,
상기 필라멘트 전원이 상기 제1 필라멘트에 전기적으로 연결된 제1 총 시간; 및
상기 필라멘트 전원이 상기 제 2 필라멘트에 전기적으로 연결된 제2 총 시간;
중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 제1 총 시간과 상기 제2 총 시간은 대략적으로 동일한 것인, 방법.