KR-102960212-B1 - 토로이드 모션 향상된 이온 소스

Abstract

증가된 플라즈마 전위를 갖는 IHC 이온 소스가 개시된다. 특정 실시예들에서, 추출 플레이트는, 더 높은 플라즈마 전위를 달성하기 위해 아크 챔버의 몸체보다 더 높은 전압으로 바이어싱된다. 바이어싱된 추출 플레이트와 플라즈마 사이의 상호작용을 제거하기 위해 차폐 전극들이 활용될 수 있다. 아크 챔버의 단면은, 챔버에서의 전자들의 회전을 용이하게 하기 위해 원형 또는 거의 원형일 수 있다. 다른 실시예에서, 바이어싱된 전극들이 높이 방향으로 추출 애퍼쳐의 대향하는 측들 상에서 챔버 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극들 중 하나만이 아크 챔버의 몸체보다 큰 전압으로 바이어싱된다.

Inventors

• 김, 준 영
• 최, 진 영
• 황, 용-석
• 정, 경-재
• 구, 본-웅

Assignees

• 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20221129

Priority Date

20211215

Claims (19)

1. 이온 소스로서, 챔버를 포함하며, 상기 챔버는, 제1 단부, 제2 단부, 최하부 및 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 상기 챔버의 제1 단부에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 폭 및 높이를 갖는 추출 애퍼쳐를 포함하며 상기 몸체로부터 전기적으로 격리되는 추출 플레이트 ― 상기 추출 애퍼쳐를 통해 이온들이 추출되고, 상기 몸체 및 상기 추출 플레이트는 폐쇄 용적을 형성함 ―; 상기 추출 플레이트에 인접하지만 상기 추출 플레이트와 물리적으로 접촉하지 않게 상기 폐쇄 용적 내에 배치되고 상기 몸체에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 차폐 전극; 및 상기 추출 플레이트와 연통하는 추출 전력 공급부 ― 상기 추출 플레이트는 상기 몸체에 대해 양으로 바이어싱됨 ― 를 포함하고, 상기 몸체 및 상기 하나 이상의 차폐 전극은 상기 챔버의 일부분을 따라 상기 챔버 내에서 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성하는, 이온 소스.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 차폐 전극은 상기 추출 애퍼쳐의 폭을 따라 상기 추출 애퍼쳐의 위 및 아래에 배치되는, 이온 소스.
3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 차폐 전극의 내부 표면은 만곡되는, 이온 소스.
4. 제3항에 있어서, 상기 최하부 및 상기 복수의 벽들은 일체형 구성요소이며, 상기 일체형 구성요소는, 상기 일체형 구성요소 및 상기 하나 이상의 차폐 전극의 내부 표면이 상기 챔버의 일부분을 따라 상기 챔버 내에서 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성하도록, 만곡된 내부 표면을 갖는, 이온 소스.
5. 제4항에 있어서, 상기 원형 또는 거의 원형의 단면은 상기 추출 애퍼쳐의 폭을 따라 연장되는, 이온 소스.
6. 제3항에 있어서, 상기 최하부 및 상기 복수의 벽들은 별개의 구성요소들이고, 상기 최하부와 각각의 벽 사이에 형성된 코너들에 배치되는 만곡된 전극들을 더 포함하며, 상기 만곡된 전극들은 상기 몸체에 전기적으로 연결되는, 이온 소스.
7. 제6항에 있어서, 상기 최하부, 상기 복수의 벽들, 상기 만곡된 전극들, 및 상기 하나 이상의 차폐 전극의 내부 표면의 노출된 부분들은 상기 챔버의 일부분을 따라 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성하는, 이온 소스.
8. 제7항에 있어서, 상기 원형 또는 거의 원형의 단면은 상기 추출 애퍼쳐의 폭을 따라 연장되는, 이온 소스.
9. 제1항에 있어서, 상기 추출 플레이트는 상기 몸체의 전압보다 10 V 내지 100 V 더 큰 전압으로 바이어싱되는, 이온 소스.
10. 이온 주입 시스템으로서, 제1항의 이온 소스; 질량 분석기; 및 가속/감속 스테이지 를 포함하는, 이온 주입 시스템.
11. 이온 소스로서, 챔버를 포함하며, 상기 챔버는, 제1 단부, 제2 단부, 최하부 및 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 상기 챔버의 제1 단부에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 상기 몸체에 전기적으로 연결되며 폭 및 높이를 갖는 추출 애퍼쳐를 포함하는 추출 플레이트 ― 상기 추출 애퍼쳐를 통해 이온들이 추출되고, 상기 몸체 및 상기 추출 플레이트는 폐쇄 용적을 형성함 ―; 상기 추출 플레이트에 인접하게 상기 폐쇄 용적 내에 배치되는 2개의 전극 ― 하나의 전극은 높이 방향으로 상기 추출 애퍼쳐 위에 배치되고, 하나의 전극은 상기 높이 방향으로 상기 추출 애퍼쳐 아래에 배치됨 ―; 및 상기 2개의 전극 중 제1 전극과 연통하는 전극 전력 공급부 ― 상기 제1 전극은 상기 몸체로부터 전기적으로 격리되고 상기 몸체에 대해 양으로 바이어싱되고, 제2 전극은 상기 몸체에 전기적으로 연결됨 ― 를 포함하는, 이온 소스.
12. 제11항에 있어서, 상기 2개의 전극은, 평면형 내부 표면 및 평면형 후방 표면을 갖고 상기 추출 플레이트와 평행하게 배열되는 플레이트들을 포함하는, 이온 소스.
13. 제11항에 있어서, 상기 2개의 전극은, 평면형 내부 표면 및 평면형 후방 표면을 갖고 상기 추출 플레이트에 대해 비스듬히 배치되는 플레이트들을 포함하는, 이온 소스.
14. 이온 소스로서, 챔버를 포함하며, 상기 챔버는, 제1 단부, 제2 단부, 최하부 및 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 상기 챔버의 제1 단부에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 상기 몸체에 전기적으로 연결되며 폭 및 높이를 갖는 추출 애퍼쳐를 포함하는 추출 플레이트 ― 상기 추출 애퍼쳐를 통해 이온들이 추출되고, 상기 몸체 및 상기 추출 플레이트는 폐쇄 용적을 형성함 ―; 상기 폐쇄 용적 내에 배치되는 하나 이상의 전극 ― 상기 하나 이상의 전극은 높이 방향으로 상기 추출 애퍼쳐 위에 그리고 상기 추출 애퍼쳐 아래에 배치됨 ―; 및 상기 하나 이상의 전극 중 적어도 하나와 연통하는 전극 전력 공급부 ― 상기 하나 이상의 전극의 내부 표면은 만곡되고, 상기 하나 이상의 전극은 상기 몸체와 상기 추출 플레이트 사이의 접합부들에 형성된 코너들에 또는 상기 코너들에 인접하게 배치됨 ― 를 포함하는, 이온 소스.
15. 제14항에 있어서, 상기 최하부 및 상기 복수의 벽들은 일체형 구성요소이며, 상기 일체형 구성요소는, 상기 일체형 구성요소 및 상기 하나 이상의 전극의 내부 표면이 상기 챔버의 일부분을 따라 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성하도록, 만곡된 내부 표면을 갖는, 이온 소스.
16. 제14항에 있어서, 상기 최하부 및 상기 복수의 벽들은 별개의 구성요소들이고, 상기 최하부와 각각의 측벽 사이에 형성된 코너들에 배치되는 만곡된 전극들을 더 포함하며, 상기 만곡된 전극들은 상기 몸체에 전기적으로 연결되는, 이온 소스.
17. 제16항에 있어서, 상기 최하부, 상기 복수의 벽들, 상기 만곡된 전극들, 및 상기 하나 이상의 전극의 내부 표면의 노출된 부분들은 상기 챔버의 일부분을 따라 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성하는, 이온 소스.
18. 제14항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 2개의 전극을 포함하고, 상기 2개의 전극은 상이한 전압들로 바이어싱되는, 이온 소스.
19. 이온 주입 시스템으로서, 제14항의 이온 소스; 질량 분석기; 및 가속/감속 스테이지 를 포함하는, 이온 주입 시스템.

Description

토로이드 모션 향상된 이온 소스 본 출원은 2021년 12월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제17/551,849호를 우선권으로 주장하며, 상기 특허 출원의 개시내용은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. 본 개시내용의 실시예들은 이온 소스에 관한 것으로, 더 상세하게는, 플라즈마 전위가 증가되도록 적어도 하나의 바이어싱된 구성요소가 챔버 내에 배치되는 간접 가열식 캐소드 이온 소스에 관한 것이다. 반도체 처리 장비에서 사용되는 이온들을 생성하기 위해 다양한 유형들의 이온 소스들이 사용될 수 있다. 예컨대, 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 소스는 캐소드 뒤에 배치된 필라멘트에 전류를 공급함으로써 동작한다. 필라멘트는 열이온 전자들을 방출하고, 열이온 전자들은 캐소드를 향해 가속되어 캐소드를 가열하며, 이는 차례로, 캐소드가 이온 소스의 아크 챔버 내로 전자들을 방출하는 것을 야기한다. 캐소드는 아크 챔버의 하나의 단부에 배치된다. 캐소드에 대향하는 아크 챔버의 단부 상에 리펠러(repeller)가 배치될 수 있다. 캐소드 및 리펠러는 전자들을 반발시켜 그 전자들을 아크 챔버의 중심을 향해 다시 지향시키도록 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예들에서, 콜드 캐소드가 아크 챔버의 대향하는 단부 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자들을 아크 챔버 내로 추가로 국한시키기 위해 자기장이 사용된다. 아크 챔버의 2개의 단부를 연결하기 위해 복수의 측부들이 사용된다. 추출 애퍼쳐가 아크 챔버의 중심에 근접하게 이러한 측부들 중 하나를 따라 배치되고, 이를 통해, 아크 챔버에서 생성된 이온들이 추출될 수 있다. IHC 이온 소스에 다양한 관심 파라미터들이 존재한다. 이들은, 추출된 빔 전류, 도펀트 분율화(fractionalization), 및 플라즈마 안정성을 포함한다. 그러나, 이러한 파라미터들 전부를 최적화하는 것은 어려울 수 있다. 예컨대, 높은 추출 전류들은 플라즈마 안정성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이러한 문제들을 극복하는 IHC 이온 소스가 존재한다면 유익할 것이다. 구체적으로, 개선된 플라즈마 안정성을 갖는 IHC 이온 소스가 심지어 높은 추출 전류들에서 존재한다면 유리할 것이다. 증가된 플라즈마 전위를 갖는 IHC 이온 소스가 개시된다. 특정 실시예들에서, 추출 플레이트는, 더 높은 플라즈마 전위를 달성하기 위해 아크 챔버의 몸체보다 더 높은 전압으로 바이어싱된다. 바이어싱된 추출 플레이트와 플라즈마 사이의 상호작용을 감소시키기 위해 차폐 전극들이 활용될 수 있다. 아크 챔버의 단면은, 챔버에서의 전자들의 회전을 용이하게 하기 위해 원형 또는 거의 원형일 수 있다. 다른 실시예에서, 바이어싱된 전극들이 높이 방향으로 추출 애퍼쳐의 대향하는 측들 상에서 챔버 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극들 중 하나만이 아크 챔버의 몸체보다 큰 전압으로 바이어싱된다. 일 실시예에 따르면, 이온 소스가 개시된다. 이온 소스는 챔버를 포함하며, 챔버는, 제1 단부, 제2 단부, 최하부 및 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 챔버의 제1 단부에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 폭 및 높이를 갖는 추출 애퍼쳐를 포함하며 몸체로부터 전기적으로 격리되는 추출 플레이트 ― 추출 애퍼쳐를 통해 이온들이 추출되고, 몸체 및 추출 플레이트는 폐쇄 용적을 형성함 ―; 추출 플레이트에 인접하지만 추출 플레이트와 물리적으로 접촉하지 않게 폐쇄 용적 내에 배치되고 몸체에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 차폐 전극; 및 추출 플레이트와 연통하는 추출 전력 공급부 ― 추출 플레이트는 몸체에 대해 양으로 바이어싱됨 ― 를 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 차폐 전극은 추출 애퍼쳐의 폭을 따라 추출 애퍼쳐의 위 및 아래에 배치된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 차폐 전극의 내부 표면은 만곡된다. 일부 실시예들에서, 최하부 및 복수의 벽들은 일체형 구성요소이며, 일체형 구성요소는, 일체형 구성요소 및 하나 이상의 차폐 전극의 내부 표면이 챔버의 일부분을 따라 챔버 내에서 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성하도록, 만곡된 내부 표면을 갖는다. 일부 실시예들에서, 원형 또는 거의 원형의 단면은 추출 애퍼쳐의 폭을 따라 연장된다. 특정 실시예들에서, 최하부 및 복수의 벽들은 별개의 구성요소들이고, 최하부와 각각의 벽 사이에 형성된 코너들에 배치되는 만곡된 전극들을 더 포함하며, 만곡된 전극들은 몸체에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, 최하부, 복수의 벽들, 만곡된 전극들, 및 하나 이상의 차폐 전극의 내부 표면의 노출된 부분들은 챔버의 일부분을 따라 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성한다. 일부 실시예들에서, 원형 또는 거의 원형의 단면은 추출 애퍼쳐의 폭을 따라 연장된다. 일부 실시예들에서, 추출 플레이트는 몸체의 전압보다 10 V 내지 100 V 더 큰 전압으로 바이어싱된다. 다른 실시예에 따르면, 이온 주입 시스템이 개시된다. 이온 주입 시스템은, 위에서 설명된 이온 소스, 질량 분석기, 및 가속/감속 스테이지를 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 이온 소스가 개시된다. 이온 소스는 챔버를 포함하고, 챔버는, 제1 단부, 제2 단부, 최하부 및 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 챔버의 제1 단부에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 몸체에 전기적으로 연결되며 폭 및 높이를 갖는 추출 애퍼쳐를 포함하는 추출 플레이트 ― 추출 애퍼쳐를 통해 이온들이 추출되고, 몸체 및 추출 플레이트는 폐쇄 용적을 형성함 ―; 추출 플레이트에 인접하게 폐쇄 용적 내에 배치되는 2개의 전극 ― 하나의 전극은 높이 방향으로 추출 애퍼쳐 위에 배치되고, 하나의 전극은 높이 방향으로 추출 애퍼쳐 아래에 배치됨 ―; 및 2개의 전극 중 제1 전극과 연통하는 전극 전력 공급부 ― 제1 전극은 몸체로부터 전기적으로 격리되고 몸체에 대해 양으로 바이어싱되고, 제2 전극은 몸체에 전기적으로 연결됨 ― 를 포함한다. 일부 실시예들에서, 2개의 전극은, 평면형 내부 표면 및 평면형 후방 표면을 갖고 추출 플레이트와 평행하게 배열되는 플레이트들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 2개의 전극은, 평면형 내부 표면 및 평면형 후방 표면을 갖고 추출 플레이트에 대해 비스듬히 배치되는 플레이트들을 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 이온 소스가 개시된다. 이온 소스는 챔버를 포함하며, 챔버는 제1 단부, 제2 단부, 최하부 및 복수의 벽들을 포함하는 몸체; 챔버의 제1 단부에 배치되는 간접 가열식 캐소드; 몸체에 전기적으로 연결되며 폭 및 높이를 갖는 추출 애퍼쳐를 포함하는 추출 플레이트 ― 추출 애퍼쳐를 통해 이온들이 추출되고, 몸체 및 추출 플레이트는 폐쇄 용적을 형성함 ―; 폐쇄 용적 내에 배치되는 하나 이상의 전극 ― 하나 이상의 전극은 높이 방향으로 추출 애퍼쳐 위에 그리고 추출 애퍼쳐 아래에 배치됨 ―; 및 하나 이상의 전극 중 적어도 하나와 연통하는 전극 전력 공급부 ― 하나 이상의 전극의 내부 표면은 만곡되고, 하나 이상의 전극은 몸체와 추출 플레이트 사이의 접합부들에 형성된 코너들에 또는 그에 인접하게 배치됨 ― 를 포함한다. 일부 실시예들에서, 최하부 및 복수의 벽들은 일체형 구성요소이며, 일체형 구성요소는, 일체형 구성요소 및 하나 이상의 전극의 내부 표면이 챔버의 일부분을 따라 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성하도록, 만곡된 내부 표면을 갖는다. 일부 실시예들에서, 최하부 및 복수의 벽들은 별개의 구성요소들이고, 최하부와 각각의 측벽 사이에 형성된 코너들에 배치되는 만곡된 전극들을 더 포함하며, 만곡된 전극들은 몸체에 전기적으로 연결된다. 특정 실시예들에서, 최하부, 복수의 벽들, 만곡된 전극들, 및 하나 이상의 전극의 내부 표면의 노출된 부분들은 챔버의 일부분을 따라 원형 또는 거의 원형의 단면을 형성한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 전극은 2개의 전극을 포함하고, 2개의 전극은 상이한 전압들로 바이어싱된다. 다른 실시예에 따르면, 이온 주입 시스템이 개시된다. 이온 주입 시스템은, 위에서 설명된 이온 소스, 질량 분석기, 및 가속/감속 스테이지를 포함한다. 본 개시내용의 더 양호한 이해를 위해, 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어지며, 첨부된 도면들은 참조로 본원에 포함된다. 도 1은 일 실시예에 따른 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 소스이다. 도 2a는 일 실시예에 따른, 도 1의 IHC 이온 소스의 사시도를 도시한다. 도 2b는 다른 실시예에 따른, 도 1의 IHC 이온 소스의 사시도를 도시한다. 도 3a 내지 도 3b는 2개의 실시예에 따른, 도 1의 IHC 이온 소스의 단면도를 도시한다. 도 4는 다른 실시예에 따른 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 소스이다. 도 5a 내지 도 5e는 다양한 실시예들에 따른, 도 4의 IHC 이온 소스의 단면도를 도시한다. 도 6은 도 1 또는 도 4의 IHC 이온 소스를 활용하는 이온 주입 시스템을 도시한다. 플라즈마 전위가 조작되는 IHC 이온 소스의 다양한 실시예들이 개시된다. 플라즈마 전위는, 아크 챔버의 몸체의 나머지보다 더 높은 전압으로 플라즈마에 노출되는 아크 챔버 내의 하나 이상의 구성요소를 바이어싱함으로써 증가될 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 IHC 이온 소스(10)를 도시한다. IHC 이온 소스(10)는 아크 챔버(100)를 포함한다. 아크 챔버(100)는 2개의 대향하는 단부, 최하부 및 이러한 단부들에 연결되는 벽들(101)을 포함하는 몸체를 갖는다. 2개의 대향하는 단부 사이의 방향은 X 방향으로 지칭된다. 벽들(101) 사이의 방향은 Y 방향으로 지칭된다. 최하부와 추출 플레이트(103) 사이의 방향은 Z 방향으로 지칭된다. 아크 챔버(100)의 단부들 및 벽들(101)은 전기 전도성 물질로 구성될 수 있고, 서로 전기적으로 연통할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽들(101) 중 하나 이상에 근접하게 라이너가 배치될 수 있다. 아크 챔버(100)의 제1 단부(104)에서 아크 챔버(100) 내에 캐소드(110)가 배치된다. 캐소드(110) 뒤에 필라멘트(160)가 배치된다. 필라멘트(160)는 필라멘트 전력 공급부(165)와 연통한다. 필라멘트