KR100226381B1 - 자기이온빔 스캐닝 및 침착 시스템 - Google Patents

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야스이 사다죠
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Abstract

기판의 표면위에서 2차원으로 비임의 급속한 주사에의해 전자 또는 분자 이온으로 기판의 표면에 빛을 비추기 위한 장치에 관한 것이다. 주사장치는 참고 축선에 대하여 2차원으로 비임을 굽히기 위한 것이며, 주사장치의 다음에 있는 마그네틱 이온 비임 이송장치는 주사장치의 2차원 만곡의 범위를 너머 주사장치로 부터 이온 비임을 받도록 배치되며, 축선으로부터 비임의 소정의 순간적인 2차원 변위에 2차원으로 축선과 미리 결정된 소정의 관계를 가진 방향으로 2차원적으로 만곡된 비임을 새로 발생시키기 위해 선택된 특성의 비임경로를 따라 자기장 상태를 부여하도록 구성되어 기판위에서 비임의 소정의 주사를 행한다.
하나의 주사장치는 연속된 제1 및 제2 시변수장 마그네틱 수캐너를 가지고 있으며, 상기 제1 스캐너는 제2 스캐너 보다 더 빨리 이온비임을 주사하도록 구성되며, 제2스캐너의 매크네틱 깊보다 더 작은 볼륨의 마그네틱 깊을 가지고 있다. 다른 장치에서 스캐너는 겹쳐진다. 바람직한 마그네틱 이온 비임 이송장치는 일련의 4중극에의해 제공된 일련의 셋 또는 1이상의 4중극장을 만드는 장치이다. 변경된 구조가 개시되어 있다. 상기 장치는 일정하고 조정할 수 있는 스포트 크기 및 작은 비임 퍼짐으로 0.02/M [amu]1/2 (mA/keV3/2) 이상의 퍼비언스를 포함하는 넓은 범위의 퍼비언스에 결쳐 소정의 각도 및 위치적인 균일성을 가진 전자 또는 분자 이온을 놓을수 있도록 한다.

Description

자기이온빔 스캐닝 및 침착 시스템
제1(a)도는 이온빔의 2차원 자기 스캐닝을 이용하며, 그 다음에 3개의 쿼드라폴셋트를 이용하는 이온 주입 시스템의 평면 개략도.
제1(b)도는 제1(a)도의 쿼드라폴의 부분 측면도.
제2도는 제1도의 시스템에 사용된 적층 스캐너 자석의 개략적 사시도.
제3(a)도는 제1도의 시스템의 제2스캐너 자석의 특수형태의 자극 단면도.
제3(b)도는 제3(a)도의 3b-3b선을 따라 절취한 단면도.
제4(a)도는 스캐너 자석의 양호한 적층구조의 개략 단면도.
제4(b)도는 적층체의 표면지역에서 자속의 집중도를 도시한 도면.
제5(a)도는 스캐너 자석에 얇은 적층체를 사용하여 10KHZ 까지의 주파수에서 상당한 갭 필드[0.1 텔사 보다 더 큰]가 형성될 수 있다는 것을 도시한 그래프.
제5(b)도는 적층자석에 의해 발생된 삼각형 발전성 필드의 진폭이 동일주파수의 정현파의 진폭보다 약간 작다는 것을 나타낸 도면.
제5(c)도는 기본 주파수에 대해 홀수배의 고조파의 첨가를 나타내는 삼각형 발진성 자기장 파형을 도시한 도면.
제5(d)도는 적층 스캐닝 자석으로 달성될 수 있는 스캔속도는 스캔시의 80% 보다 더 큰 것에 대해 0.2% 보다 더 양호한 상태로 일정한 것을 도시한 도면.
제6(a)도는 제1(a)도의 시스템에서 사용된 쿼드라폴의 단면도.
제6(b)도는 상기 쿼드라폴의 측면도.
제7도는 스캔 싸이클 동안 타겟트에서 빔 크기의 일정도를 도시한 다이어 그램.
제8(a)도 및 제8(b)도는 각각 서로 간격을 두고 분리된 X 및 Y 스캐너에 의해 편향된 다음, 제1(a)도에 도시된 3개의 쿼드라폴의 자기 필드를 통과한 후 서로 다른 시점에서 주 빔의 Z - X와 Y - Z 평면상에서의 투영도.
제9(a)도는 텔레센트릭 조건을 유지하기 위해 제2쿼드라폴의 필드의 조정이 이루어진 제1(a)도의 제1 및 제3쿼드라폴을 위해 필요한 서로 다른 필드의 전형적인 실시예에 대한 그래프.
제9(b)도는 제2쿼드라폴의 필드에서 변화가 있는 1/2 크기와 1/2 각도의 빔에서의 변화를 제9(a)도의 조건에 맞추어 도시한 그래프.
제10(a) 및 제10(b)도는 각각 21 및 41 까지의 고조파에 대한 상대적인 조사 주입량과 유한한 빔 크기가 타겟트상의 주입량 균일도에 영향을 완만하게 미치는 것을 도시한 도면.
제11도는 제1(a)도의 스캐너 자석의 자기장을 여기 및 제어하는데 사용되는 전자회로의 개략도.
제12(a)도는 X 및 Y 스캐닝을 위한 단일 구조를 이용하는 또 다른 실시예의 스캐닝 시스템의 개략적 투시도.
제12(b), 12(c) 및 12(d)도는 각각 서로 다른 여기 코일[116a,116b]로 이루어질 수 있는 다양한 스캔 패턴을 도시한 도면.
제13도는 제12(a)도의 스캐닝 시스템을 갖는 자기 이온 전달 시스템으로서 유용한 솔레노이드의 단면도.
제14도는 도시된 3개의 쿼드라폴을 대체하기위해 제1(a)도의 시스템을 갖는 예를들어 쿼드라폴이 전방에 있는 2개의 솔레노이드로 구성된 자기 이온 빔 전달 시스템의 단면도.
제15(a)도는 굴곡 자석을 빔의 축을 따라 절취한 단면도.
제15(b)도는 상기 시스템을 15b -15b선을 따라 절취한 단면도.
제15(c)도는 쿼드라폴 대신에 제1(a)도 시스템을 사용하여 유용한 자기 이온 전달 시스템으로서의 역할을 하는 쿼드라폴 필드를 발생하도록 구성된 굴곡자석의 단면도.
제16도는 높은 빔 전류에서 균일한 주입속도를 달성하기 위해 높은 공간전하 제한 전류 원자와 분자 이온 빔을 사용하는 등의 본 발명에 따른 시스템의 능력을 도시하는 공간전하 제한전류 대 질량의 관계를 도시한 도면.
제17(a)도는 최종 쿼드라폴 다음에 그리고 스캔영역의 모서리 부근에 장치된 개구 셋트의 어레이를 사용하며, 각 셋트의 개구는 각 쌍을 통과하는 전형적인 축이 소정의 방향이 되도록 하는 형태로 배치된 형태를 도시한 도면.
제17(b)도는 라스터 형태로 개구를 가로지르는 빔과 같이 개구 쌍으로부터 얻어진 검출밀도 대 시간신호를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
7 : 진공 하우징 10 : 타겟트
17 : 중성필터 19 : 전극
26 : 스캐너자석 100 : 전류증폭기
200 : 컴퓨터
본 발명은 이온 주입기에서와 같이 이온 빔을 이용하는 시스템에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼와 같이, 반도체의 가공은 이온 주입에 의해 이루어진다. 통상적으로 균일한 조사[irradiation]는, 웨이퍼 표면상에서 2차원적으로 시간에 따라 변하는 전기장을 이용하여 라스터 패턴[raster pattrn] 형태를 스캔하는 이온 빔을 신속하게 편향시켜서 이루어진다. 각각의 차원방향에 대해 서로 반작용하는 평향형태는 웨이퍼의 평행 스캐닝을 가능하게 한다. 이러한 형태의 주입기에 있어서, 빔 전류 및 웨이퍼가 처리되는 속도는 시간에 따라 변하는 전기장 [이하 "시간 변수 전기장" 이라함]의 영역에서 존재하며, 빔 블로우-업[blow-up]을 발생 시키는 공간전하력에 의해 심하게 제한된다.
일반적인 변형으로서 시간변수 전기장을 사용하여 한 축을 따라 빔을 전후로 편향시키는 동안, 웨이퍼는 직교축을 따라 기계적으로 왕복운동을 한다. 많은 경우, 빔 전류 및 웨이퍼 가공량은 공간전하력에 의해 지나치게 제한된다. 또한 웨이퍼의 기계적 이동이 비교적 느리며 이는 전체 조사가 느린 경우, 웨이퍼 가공량을 제한하게 된다.
고주파에서 사용되는 시간변수 자기장이 원자 및 분자이온의 빔 스캐닝을 위해 제한 되었다. 그러나, 단일 대전 브론[B+], 인[P+], 비소[As+] 및 안티몬[Sb+]과 같은 웨이퍼 처리에 자주 사용되는 중이온에 대해서 필요한 스캐너 필드에너지는 전기편향과 비교하여 자기편향에 있어서 10,000배에서 100,000정도까지 더 크다.
주입 이온의 질량의 1/10,000 보다 더 적은 전자의 신속한 자기 스캐닝을 위해 개발도니 기술은 이온 주입기용으로서 적합한 구조로 만들 수 있도록 크기를 줄일 수 없다. 이 전까지 이온 주입기에 사용된 자기 스캐닝 기술은 단지 몇 Hz 의 스캔 주파수 까지로만 제한되었으며, 그리고 이러한 구조는 사용할 수도 없었으며, 빠른 스캔 주파수 즉, 약 100 Hz 이상에서 1000 Hz 까지 그리고 그 이상에서 중사하는 2차원 라스터를 만들 수 있도록 크기가 조정될 수 없었다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 본 발명은 시간 변수 자기장 다음 정자기장인 또 다른 자기장을 조합하여 발생시키며, 적당한 장치에 의해 광범위한 에너지에 걸쳐서 높은 스캔 주파수로 2개의 직각방향에서 고전류의 중이온 빔이 스캔될 수 있게 하는 2가지가 동시에 이루어지는 구조에 관한 것이다.
본 발명은 예를 들어, 100 Kev 이하 5 Kev 에너지와 10 마이크로 암페어에서 20밀리 암페어 및 그 이상까지의 이온 전류를 갖는 그 이하에너지에서, 그리고 그 이상의 광범위한 이온에 대해 작동할 수 있는 이온 주입기를 만드는 방법을 제공한다.
본 발명의 한 가지 중요한 특징으로는 높은 공간전하 제한전류원자 또는 분자 이온 빔의 위한 2차원 스캐닝 시스템과 타겟트 상에 투사를 위해 원하는 조건대로 2차원형태의 빔을 재배치하는 자기이온 전달 시스템이라는 것이다.
상기 특징으로 예를 들어, 웨이퍼 표면에 의해 만들어지는 X-Y 평면에서 Y방향인 제1방향으로 스캐닝하는 하나의 편향기와 Y방향 스캐닝 다음 X방향으로 스캐닝 하기위한 다른 편향기인 축상으로 별개인 한쌍의 자기 편향기로 이루어 지는 것이다.
시간변수필드 발생 전자석인 스캐너 자석은 2차원에서 빔을 편향 시키는데 필요한 전력을 최소화 할 수 있도록 장치된다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 2개의 스캐너의 작동을 위해 필요한 전력을 최소화 하는 한편, 주입된 타겟트의 높은 가공량을 달성하기 위해 보다 작은 갭 크기를 가지며, 보다 적은 편향을 필요로 하는 Y 스캐너는 약 1000Hz 또는 그 보다 더 높은 정도의 빠른 스캔 주파수로 작동하는 한편, 보다 큰 갭 크기를 가지며, 더 큰 편향각을 필요로 하는 X 스캐너는 50 Hz 또는 더 높은 정도의 보다 느린 주파수로 스캔한다.
발명의 여러 가지 실시예에서, 스캐너를 감당하는 이온 빔 전달 또는 변한 시스템은 타겟트에서 이온빔의 소정관계를 달성하기 위해 2차원 모두에서 효과적인 정적인 필드를 발생한다. 바람직하게도 상기 시스템은 웨이퍼에서 평행 빔을 발생하는 텔레센트릭 트랜스포트 시스템[Telecentric Transfort System : TTS]이다.
상기 TTs 시스템은 스캔된 빔을 텔레센트릭 빔 즉, 빔의 모든 선들이 경로를 따라 부과하는 것에 의해 거의 평행한 소정의 정자기장이 된다.
X 스캐너 다음의 이온 빔 전달 시스템은 2개의 스캐너에 의해 부과된 빔 편향을 수용하기 위해 비교적 큰 개구를 갖는다. 또한 이는 조정 가능한 렌즈 구실을 하며, 초점 거리는 빔 스포트 크기와 웨이퍼에서 빔 내의 고유 편이를 최적화 시키도록 사전에 선정된다. 자기 전달 시스템의 매개변수를 적당하게 셋팅하여, 웨이퍼에서 빔 스포트 크기는 예를 들어, 오버 스캔을 최소화 하고 빔의 사용을 효율적으로 하기위해 낮은 빔 전류에 대해서는 아주 작게 만들어 지며, 높은 빔 전류에 대해서는 크게 만들어 질 수도 있다. 왜냐하면, 높은 전류 밀도에서 좁은 초점의 스포트는 웨이퍼 표면에 손상을 가할수도 있기 때문이다.
바람직하게는 서로 간격을 두고 있는 별개의 자기 스캐너를 사용하는 스캐너 시스템에 있어서, 이온 빔 전달 시스템은 최소한 2개의 이온 광학 전달 소자를 포함한다. 텔레센트릭 빔을 한정하기 위해, 상기 결합 소자의 초점은 스캐너의 중심에 있도록 선택된다.
본 발명의 다른 특징은 스캐너와 자기 이온 빔 전달 시스템에서 찾아 볼 수 있다.
본 발명은 또 다른 특징을 살펴보면, 본 발명은 스캐닝 시스템과 관련된 자기장 검출 소자를 이용하는 2차원 자기 스캔 시스템과, 2차원에 대해 이미 계산된 이온 주입량 형태를 만들기 위해 스캐닝 시스템을 제어하는 검출된 자기장 값에 따라 제어되는 폐쇄 루프 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 기판 상에서 2차원의 신속한 빔 스캐닝에 의해 원자 또는 분자를 기판의 표면을 조사하기 위한 시스템을 제공한다.
상기 시스템은 빔에 기판을 제공하는 단말 스테이션[end station], 이온 소스 및 원자 또는 분자 이온 빔을 발생하기 위한 관련 빔 형성 장치와 기준축에 대해 2차원 적으로 빔을 편향 시키기 위한 자기 스캐닝 시스템을 포함하는 것이다. 상기 스캐닝 시스템은 각 스캔 방향에 대해서 자성재질의 요크 및 자극과 관련활성 코일로 형성된 단일 스캐닝 자석 수단을 이용한다. 상기 시스템은 또한, 상기 스캐닝 시스템 다음에 자기 이온 빔 전달 수단을 포함한다. 상기 전달 시스템은 스캐닝 시스템의 2차원 편향 범위에 대해 스캐닝 시스템으로부터 빔을 수신 하도록 장치되어 있으며, 기판상에서 빔의 소정 스캔을 달성하기 위해 축으로부터 빔의 순간적 2차원 변위 상태로 2차원의 축과 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 2차원적으로 편향된 빔을 재배치 하도록 선택된 특성의 빔 경로를 따라 자기장 조건을 부과 하도록 구성되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 최소한 1차원 스캔을 위한 자기 스캐닝 수단은 100 Hz 이상의 주파수에서 기판의 표면상에 빔을 스캔하도록 구성되어 있으며, 상기 자기 이온 전달 시스템은 감결합 형태로 2차원 편향 빔을 재배치하는 특성을 갖는다. 그리고, 상기 스캐닝 시스템은 제1차원으로 빔을 스캐닝 하기 위한 제1시간 변수 필수 자기 스캐너와 상기 스캐너로부터 축 방향으로 하부에 위치되며, 빔을 2차원으로 스캐닝 하기 위해 제1스캐너로부터 자기적으로 분리된 제2시간변수 필드 자기 스캐너를 포함한다. 상기 스캐너는 기판상에서 빔의 순간적 변위에 의해 결정되는 각 차원의 각각의 각도에서 감결합 형태로 기준 축으로부터 빔을 편향시키는 순간마다 효율적으로 사용된다.
본 발명의 또 다른 특징은 기판의 표면상에 0.02/M[amu]1/2(ma/Kev3/2)이상의 공간전하 제한전류를 포함하는 광범위한 공간전하 제한 전류에 걸쳐 빠른 빔 스캐닝에 의해, 원하는 균일도로 원자 또는 분자를 침착 시키기 위한 시스템이다. 상기 시스템은 기판을 지지하는 엔드 스테이션, 원자 또는 분자이온 빔을 발생하는 이온 소스 빔으로부터 원치 않는 이온의 질량 또는 에너지를 제거하기 위해 모멘트 분석기를 포함하는 원자 또는 분자 질량의 빔을 발생하는 빔 형성 장치와 원하는 이온 최종속도를 만들기 위한 가속기를 포함한다. 자기 스캐닝 시스템은 기준 축에 대해 2차원적으로 빔을 편향 시키도록 되어 있다.
상기 스캐닝 시스템은 각 방향으로 빔을 연속적으로 편향 시키기 위해 시스템의 축을 따라 제1 및 제2 위치에서 제1 및 제 2 시간 변수 필수 자기 스캐너를 포함한다. 상기 제 1 스캐너는 제1 방향으로 빔을 빠르게 스캔하도록 구성되어 있으며, 자기 갭을 갖고 있고, 이 갭을 통해 빔은 제 2 스캐너의 자기 갭의 체적보다 더 작은 체적으로 통과한다. 그리고 제2스캐너 보다 더 빨리 빔을 스캐닝 하도록 구성되어 있다. 상기 스캐너는 기판상의 빔의 원하는 순간적 변위에 의해 결정된 각 방향으로 각각의 각도에서 감결합 형태로 기준축으로부터 빔을 편향시키는데 있어서 효과적이다. 각각의 자기 스캐너는 자성재질의 요크 및 자극과 관련 코일로 구성되며, 각각 편향회로와 시간변수 전류를 코일에 인가하기 위해 전원 공급부를 갖는다. 자기이온 빔 전달 시스템은 스캐너의 2차원 편향범위에 대해 상기 스캐너로부터 빔을 수신하도록 구성되어 있으며, 각 방향으로 감결합되는 형태로 2차원 편향 빔을 축으로부터 빔의 원하는 순간적 2차원 변위 형태인 2 방향에서 축과 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 재 배치 시키도록 선택된 특성의 빔 경로를 따라 정자기장을 인가 하도록 구성되어 있으며, 기판에 상에서 유한한 이온분배 크기의 빔 스포트의 원하는 스캔을 달성할 수 있도록 구성되어 있다. 자기 이온 빔 전달 시스템은 기판에 거의 일정한 빔 크기의 빔을 제공하도록 구성되어 있으며, 여기서 이온의 주행 방향은 스캔 범위에 대해 원하는 방향으로부터 약 2도 이하 정도로 편차가 난다.
본 원에 기술된 본 발명의 다양한 실시 예에서, 상기 스캐너 사이에 삽입된 빔에 영향을 받는 광학 소자가 없이 제1스캐너에 아주 인접하여 배치되며, 상기 제1스캐너는 제2스캐너의 스캐닝 주파수의 정상적인 배수가 아닌 약 10배 이상의 높은 정도의 스캐닝 주파수에서 동작하도록 구성되어 있으며, 상기 시스템은 스캐닝 시스템에 대해 리본형 이온 빔을 제공하도록 구성되어 있으며, 상기 리본형의 단면의 짧은 방향은 제1스캐너의 갭의 두께의 방향과 일치하며, 그리고 제2스캐너의 갭은 제1스캐너에 의해 발생된 편향 포락성의 발산에 대응하는 형태의 방향 및 축 방향으로 발산하며, 한편 제2자기 스캐너의 자극의 폭[상기 갭에 수직방향]은 축 방향으로 점차적으로 대응하여 증가한다.
상기 시스템의 여러 가지 실시예에서, 스캐너 코일과 관련 자기 회로는 양쪽 방향으로 감결합 형태로서 빔을 편향시키기 위해 필드를 발생시키는데 효과적이며, 빔 경로를 따라 동일한 인근에 위치하게 된다.
바람직하게도, 상기 시스템은 원형 철, 요크, 상기 요크의 축을 향하여 내측으로 그리고 주변에 배치된 다수의 자극 및 상기 자극과 연관된 별도의 X 및 Y 방향 편향 코일을 포함한다. 각 편향 방향에 대해 자극상의 코일 권취형태는 각 편향방향에 대해 자극의 각도위치에 따라 수가 변하며, 각 방향으로의 편향을 위해 단일의 각각 활성화 전류에 의해 순차적으로 구동되도록 각 코일 셋트를 연결시키는 수단이 제공된다.
상기 시스템의 여러 가지 양호한 실시예에 있어서, 빔 형성 장치는 이온 소스의 공액이온 광학 영상을 형상하며, 상기 스캐너 시스템은 상기 스캐닝 시스템의 자기갭을 비교적 적게 유지하도록 하기 위해, 상기 영상의 영역내에 배치된다. 상기 자기 스캐닝 시스템의 자극 및 요크 구조는 1mm 보다 적은 두께의 자성재질의 절연된 적층 형태로 구성된다. 상기 적층형태의 두께는 0.5mm 정도이다. 이온 빔 전달 시스템은 빔이 타겟트상에 충돌하는 최종위치 및 각도가 이온 빔 전달 시스템으로 들어가는 빔의 각도방향 및 변위의 선형함수가 되도록 2차원 적으로 편향된 빔의 효과적인 선형변환이 가능한 정자기장을 발생하기 위한 전자석 시스템이다. 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 각 이온의 각도 방향이 스캔 범위에 대해 원하는 방향으로부터 약 2도보다 더 작은 정도로 편이되도록 이온 빔을 발생하는데 충분한 빔 경로를 따라 정자기장 조건을 부과하도록 구성되어 있다. 상기 자기이온 전달 시스템은 발산, 평행 및 수렴값의 범위에 대해 기판상에 빔의 각도록 조정하기에 조정 가능한 매개변수를 갖는다. 상기 자기이온 빔 전달시스템 2차원에서 기준축과 평행인 빔을 발생하기 위한 정자기장 조건을 부과한다. 자기 이온 빔 전송 시스템은 스캔의 범위에 대해 기판에서 거의 일정한 이온 분배 스포트 크기를 갖는 빔을 발생하기 위해 빔 경로를 따라 정자기장 조건을 부과 하도록 구성되어 있다. 상기 자기 이온 전달 시스템은 기판에서 빔의 크기를 조정하기 위해 조정가능한 매개 변수를 갖는다.
상기 시스템의 양호한 여러 가지 실시예에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 스캐너의 서로 다른 축 위치의 수용을 가능하게 하는 한편, 빔의 소정 각도관계와 변위로 편향된 빔의 선형 변환이 가능하도록 구성된 다수의 축 방향으로 간격을 두고 분리된 정자기장 인가소자를 포함한다. 상기 자기이온 빔 전달 시스템은 최소한 하나의 스태틱 쿼드라폴 필드를 인가하는 수단과 2방향으로의 편향에 효과적인 정자기장을 인가하는 제2자기 수단을 포함한다. 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 극성을 한정하는 최소한 3개의 쿼드라폴 필드를 순차적으로 인가하는 수단을 포함한다. 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 순차적으로 최소한 3개의 쿼드라폴 자석을 포함한다. 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 교번 극성의 각각의 쿼드라폴 필드를 발생하도록 구성되어 있는 길이를 따라 최소한 3개의 다른 부분을 갖는 굴곡자석을 포함한다. 쿼드라폴 필드 시스템의 X와 Y방향 물체 지점은 텔레센트릭 조건을 만족 시키는 형태로 X와 Y 방향 자기 스캐너에서 각각 생긴다.
상기 이온 빔 전달 시스템은 본 명세서의 부록에 있는 표 I 에 기술된 바와 같이 거의 배치된 쿼드라폴을 갖는 바람직하게도 상기 쿼드라폴의 매개변수는 스캔시에 거의일정한 상태로 유지되는 기관에서 빔 스포트 크기의 이온 분재 스포트 크기를 변화시키기 위해 조정 가능하다. 쿼드라폴 시스템의 매개변수는 수렴, 평행 및 발산 관계의 범위에 대해서 기판에서 빔 각도를 변화시키도록 조정되며, 상기 선택된 관계는 스캔시에 그대로 유지된다. 제2자기 수단은 솔레노이드 수단을 포함한다. 상기 솔레노이드 수단은 반대극성의 인접 솔레노이드를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에서 있어서, 이온 빔 전달 시스템은 솔레노이드 시스템을 포함한다. 상기 솔레노이드 시스템 다수의 솔레노이드를 가지며, 솔레노이드에서 흐르는 전류는 빔 회전을 제어한다. 상기 시스템은 또한 서로에 대해, 솔레노이드의 전류를 조정하는 수단을 포함하여 원하는 만큼의 제어된 회전량을 제공한다. 상기 솔레노이드 시스템은 전류가 반대로 흐르는 한 쌍의 솔레노이드를 포함하며, 이에 의해 상기 제2 솔레노이드는 제1솔레노이드에 의한 빔의 회전을 보상한다. 상기 솔레노이드에서의 전류의 크기는 빔의 회전을 방지할 수 있도록 같아진다. 상기 스캐닝 시스템은 서로 다른 축 위치로 배치된 제1 및 제2스캐너를 포함하며, 상기 이논 빔 전달 시스템은 또한 솔레노이드 시스템에 제공되는 X 및 Y방향 빔의 가물체를 중첩시키는 자기장치를 포함한다. 제1 및 제2방향을 위한 스캐너는 중첩되며, 그리고 자기장 인가를 위한 이온 빔 전달 시스템은 굴곡자석과 쿼드라폴을 포함한다. 자기장을 인가하기 위한 자기이온 빔 전달 시스템은 굴곡자석과 최소한 하나의 솔레노이드를 포함한다. 상기 스캐닝 시스템은 또한, 소정의 삼각형전류여기 파형으로 상기 스캐닝 시스템의 자기 코일을 여기시키도록 구성된 전력 증폭기를 포함한다. 상기 전력 증폭기는 스캔 싸이클의 1/2의 양 80% 걸쳐서 스캐닝 시스템에 인가된 전류의 거의 선형변화를 초래하는 서지전압 파형을 발생하도록 구성되어 있다.
본 발명의 다른 실시에에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 1000Hz 또는 그 이상의 스캔 주파수에서 한 방향으로 그리고 50 Hz 또는 그이상의 스캔 주파수에서는 다른 방향으로 빔을 편향시키도록 구성되 있다.
상기 시스템은 0.02/M[amu]1/2{mA/Kev3/2} 이상과 이하 모두에서 공간전하 제한전류를 포함하는 광범위한 공간전하 제한전류 범위에 걸쳐 빔의 스캐닝을 가능하게 하도록 구성된다. 상기 시스템은 100Kev 이하 5Kev 까지의 낮은 에너지에서 약 20mA 의 비소빔과 같은 높은 전류를 갖는 빔의 스캐닝을 가능하게 한다. 상기 시스템은 100 내지 400 Kev 까지의 높은 에너지에서 10 내지 20mA 까지 범위의 높은 빔 전류를 갖는 빔의 스캐닝을 가능하게 한다. 상기 시스템은 브톤, 인, 비소 및 안티몬의 이온을 포함하는 웨이퍼에서 이온의 주입을 위한 이온 주입기와 같이 동작한다. 상기 시스템은 12인치 직경까지 갖는 면적에 대해 스캔을 한다. 상기 시스템은 기판에서 약 10내지 80mm의 빔 직경을 발생한다. 상기 시스템은 전체 웨이퍼에 대해 보다 양호한 조사 균일도가 10초 이내에 이루어지는 형태로 12인치 직경의 웨이퍼까지 다중 스캔을 이루어 지도록 구성되어 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 시스템은 스캐닝 시스템의 자기 스캐너를 구동시키는 전력 증폭기수단을 포함하며 상기 전력 증폭기수단은 특성 전압 리플을 발생하며, 상기 스캐너의 스캔 주파수는 특성 전압 리플의 적당한 정수배가 되지 않도록 선택된다. 상기 이온 빔 전달 시스템은 라스터 스캔을 발생 하도록 구성된 스캐너 시스템을 포함한다. 상기 자기 이온빔 전달 시스템은 회전하는 라스터 스캔을 실행하도록 구성되어 있다. 상기 이온 빔 전달 시스템은 리사쥬[Lissajous]모형을 발생하도록 구성되어 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 시스템은 다이나믹 피드백 제어 시스템을 포함한다. 상기 피드백 제어 시스템은 이온빔의 스캐닝 동안 빔에 영향을 미치는 필드를 표시하는 신호를 발생하며, 상기 스캐닝 시스템의 자기장을 검출하는 자기장 검출 수단을 포함하며, 상기 검출수단에 응답하여 폐쇄된 루프형태로 2방향 각각으로 소정의 자기장 형태를 발생하기 위해 스캐닝 시스템을 제어하기위한 피드백 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 양호한 다른 실시예에서, 상기 시스템은 스캐닝 시스템의 타겟트에서 주입량을 검출하는 이온 주입량 검출 수단을 포함하는 다이나믹 피드백 제어 시스템과 상기 주입량 검출 수단에 응답하여 폐쇄 루프 형태로 2방향의 소정이온 주입량을 만들기 위해 스캐닝 시스템을 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징은 기판상에 원하는 균일도로 원자 또는 분자 이온을 이용하여 기판의 표면상에 조사하며, 0.02/M[amu]1/2{mA/Kev3/2} 이상의 공간전하 제한전류를 포함한 광범위한 전류에 대해, 신속한 빔 스캐닝이 가능하도록 구성된 시스템이다. 상기 시스템은 빔내로 기판을 제공하는 엔드 스테이션과, 이온소스와 원자 또는 분자 이온빔을 발생하기 위한 관련 빔 형성 장치와, 상기 기판의 표면상에 2방향으로 빔을 스캐닝 할 수 있는 자기 스캐닝 시스템과, 각 방향으로의 스캔을 위해 자성 재질의 요크 및 자극과 관련 활성 코일로 형성된 단일 스캐닝 자석 수단을 이용하는 시스템과, 소정의 이온 주입량 형태를 만들기위해 빔의 소정위치를 나타내는 신호를 제공하는 수단과, 다이나믹 폐쇄 루프 피드빅 제어 시스템을 포함한다. 상기 피드백 시스템은 스캐닝 시스템의 자기장을 검출하며, 빔의 스캐닝 동안 빔에 영향을 미치는 필드를 표시하는 신호를 발생하는 자기장 검출 수단과, 상기 필드 검출 수단에 응답하여 폐쇄 루프 형태로 2방향의 소정의 자기장 형태를 발생하는 스캐닝 시스템을 제어하기 위한 시드백 제어 시스템을 형성한다.
본 발명의 또 다른 특징은 기판상에서 소정의 균일도로 원자 또는 분자 이온을 기판의 표면상에 조사하며, 0.02/M[amu]1/2{mA/Kev3/2} 이상의 공간전하 제한전류의 범위에서, 신속한 빔의 스캐닝을 가능하게 하도록 구성되어 있다. 상기 시스템은 기판을 빔내에 제공하는 엔드 스테이션과 이온 소스 및 원자 또는 분자이온의 빔을 발생하는 관련 빔 발생 장치와, 기판의 표면상에서 2방향으로 빔을 스캐닝 할수 있는 자기 스캐닝 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 각 방향의 스캔을 위해 자성 재질의 요크 및 자극과 관력 활성 코일로 구성된 단일 스캐닝 자석 수단을 이용하며, 소정의 이온 주입 형태를 만들기 위해 빔의 소정 위치를 나타내는 신호를 제공하는 수단과 다이나믹폐쇄 루프 피드백 제어 시스템을 포함한다. 상기 피드백 시스템은 스캐닝 시스템을 위한 타겟트에서의 주입량을 검출하며, 빔의 스캐닝 동안 주입량을 표시하는 신호를 발생하는 이온 주입량 검출수단과 상기 주입량 검출수단에 응답하여, 폐쇄루프 형태로 2방향의 소정 주입량을 제공하기 위해 스캐닝 시스템을 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 필드 검출수단은 자기 스캐닝 시스템 내부에 유도성 코일을 포함하며, 상기 제어 시스템은 자기장 검출 수단으로 부터의 신호를 퓨리에성분 및/ 또는 위상 멱급수 해석으로의 해석을 실행하는 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징은 기준축에 대해 제1 및 제2방향으로 원자 EH는 분자이온의 빔을 편향시키도록 구성된 자기 스캐닝 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 각 방향으로 빔을 연속적으로 편향시키기 위해 상기 시스템의 축을 따라 제1 및 제2 위치에서 제1 및 제2시간 변수 자기 스캐너를 갖는다. 각각의 자기 스캐너는 자성재질의 요크 및 자극과 관련 활성 코일을 구비한다. 그리고 각각은 코일에 시간변수 전류를 인가하기 위해 전원 공급부와 각각의 편향 회로를 갖는다. 제1시간 변수 자기 스캐너는 자기 갭을 가지며, 상기 갭을 통과하는 빔 경로의 크기는 제2 스캐너의 자기 갭의 크기보다 더 작으면, 제2스캐너에 의해 이루어지는 것보다 더 크고 신속하게 각 방향으로 빔을 스캐닝하여 제1스캐너를 위해 고주파로 인가된 전력 조건은 스캐너의 보다 작은 갭 크기에 의해 개선된다. 상기 스캐너는 이온 빔의 소정 순간 변위에 의해 결정되는 각 방향으로의 각각의 각도에서 감결합 되는 형태로 기준축으로부터 이온 빔을 편향 시키는 각 순간에 유효하게 작용한다.
본 발명의 또 다른 특징은 기준 축에 대해, 제1 및 제2방향으로 원자 또는 분자의 빔을 편향시키는 자기 스캐닝 시스템이다. 상기 시스템은 자성재질의 요크 및 자극과 관련 코일로 형성된 제1 및 제2시간 변수 자기 스캐닝 자석수단을 이용한다. 각각은 시간 변수 전류를 코일에 인가하기위해 각각의 편향회로와 전원공급부를 갖는다. 상기 스캐너와 관련 자기 회로는 양 방향으로 감결합 되는 형태의 빔을 편향시키는 필드를 발생하는데 효과적이며, 빔 경로를 따라 같은 인근에서 위치된다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 시스템은 스캐닝 시스템의 2방향 편향 범위에 대해 스캐닝 시스템으로부터 빔을 수신하도록 장치되어 있으며, 스캐닝 시스템 다음에 있는 이온 빔 전달 시스템을 포함하며, 원하는 빔 스캔을 발생하기 위해 축으로부터 빔의 소정의 순간적 2방향 변위 시에 2방향에서 축과 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 2 방향 편향 빔의 재배치 하도록 선택된 특성의 빔 경로를 따라 조건을 부과하도록 구성되어 있다. 본 발명의 또 다른 특징은 2방향으로 원자 또는 분자이온 빔의 스캐닝을 위한 시스템에 있다. 상기 시스템은 기준 축에 대해 2방향으로 이온 빔을 편향시키기 위한 스캐닝 시스템과, 축 상으로 간격을 두고 있는 여러개의 정자기장 인가소자를 가지며, 스캐닝 시스템 다음에 배치된 자기 이온 빔 전달 시스템을 포함하여 유한한 이온 분포 크기의 이온 빔 스포트의 원하는 스캔을 이룩하도록 축으로 부터의 이온 빔의 원하는 순간적 2방향 변위시에 2방향에서 축과, 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 2방향 편향 이온 빔을 재배치하도록 선택된 특성의 빔 경로를 따라 정자기장의 조건을 부과하도록 구성되어 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 스캔된 빔은 서로 다른 축 위치에 배치된 제1 및 제2스캐너로 구성된 시스템에 의해 스캔되며, 전달 시스템은 각 방향에서 초점평면이 제1 및 제2스캐너의 중심위치에서의 차이를 수용하도록 구성되어 있다.
상기에서 논의된 이외의 본 발명의 특징과 장점은 다음의 설명에서 보다 쉽게 알 수 있을 것이다.
제1(a) 및 제1(b)도에는 본 발명에 따른, 2차원 이온 빔 스캐닝 시스템의 구성 요소들이 도시되어 있으며, 각각 X 스캐너 자석[28]과 Y 스캐너 자석[28]에서 발생된 2개의 직교 시간 변수 자기 편향부와 3개의 동축 자기 쿼드라폴[54, 56, 58]을 이용한다. X 및 Y 방향으로 위치되어 있으며 이온에 대해 작용하는 방진성 자기장은 각각 통상 1000 Hz의 주파수로 Y 스캐너 자석[26]j 의해 발생되며, 100 Hz의 주파수에서는 X 스캐너에 의해 발생된다. 제한된 X 및 Y 방향의 빔[31]형태로 다소 Z 축을 따르는 경로에서 주행하는 정극성 이온은 스캐닝 시스템내로 들어가며, 대응하는 주파수로 Y-Z 평면에서 Y 스캐너 자석[26]에 의거 발진성 각도 편향이 이루어지며, 다음 X-Z 평면에서 X 스캐너 자석[28]에 의해 상기 각도 편향이 이루어진다. 적당한 순간에, X 스캐너 자석[28]에 의해 상기 각도 편향이 이루어진다. 적당한 순간에, X 스캐너 자석[28]으로부터 발생된 이온은 빔 형태로 유지되지만, 그러나 빔의 대각선 축[33]은 X 및 Y 스캐너 자석에 의해 이온에 작용되는 각도 편향의 결과로서 Z축에 대해 어떠한 각도로 위치된다.
제1쿼드라폴 자석[54]에 도달하게 되면, 이온 빔의 중심은 X 스캐너 자석[28]을 통과하는 경로상에서 이루어진 각도 편향에 비례하는 X 방향으로 일정한 거리만큼 Z 축[32]으로부터 변위되고, Y 스캐너 자석을 통과하는 경로상에서 이루어진 각도 편향에 비례하는 Y방향으로 일정한 거리만큼 Z 축으로 부터 변위된다. 3각의 쿼드라폴 자석[54, 56, 58]각각은 Z축[32] 대해 이온 빔의 추가 재배치 및 위치 변위를 일으키는 정 자기장을 갖는다. 본 발명의 양호한 실시예에서 한가지 중요한 특징은 3개의 쿼드라폴[54, 56, 58]에서의 자기장은 상기 타겟트[34] 상에 있는 대각선 축[34]이 X - Y평면에 있는 빔의 위치[즉, 이온 빔이 텔레센트릭 상태일 때]에 관계 없이 Z축[32]에 대해 평행하다. 그러나 타겟트[10]에서 이온 빔의 위치는 X 및 Y 스캐너의 각 주파수에서 X 및 Y 방향으로급속하게 변하며, 상기 이온 빔의 순간적인 X와 Y 위치는 각각 X와 Y 스캐너 자석[28, 26]에 의해 이온에 작용하는 각도 편향에 각각 비례하고, 상기 빔 크기는 빔 위치에 관계 없이 거의 일정하다. 상기 2차원 평행 스캐닝 기술은 제1(a) 및 1b도에서 굵은선으로 표시된 빔 포락성[60]으로 도시되어 있으며, 한 순간에 스캐닝 시스템에 들어가는 이온에 의해 이루어지는 포락선과 또 다른 순간에 들어가는 이온에 대해 생기는 포락선[61]을 나타낸다.
본 발명의 양호한 실시예에서 또 다른 중요한 특징은 모든 스캐너 소자가 본질적으로 단지 자성된 필드를 만들어 내는 것이다. 전기장이 없는 그러한 경우, 잔여 전자는 빔 포락선 내에서 유지된다. 상기 이온 빔은 전기적으로 중성이며, 반발 공간전하력이 생기지 않는다. 그래서 평행 스캐닝 기술은 이온 빔의 세기가 증가하지 않기 때문에 제한이 없이 효과적이다.
이 전까지는 약 0.001/M1/2보다 큰 공간전하 제한전류 I/E3/2[I=q 빔 전류 mA, E= 이온에너지 Kev]를 갖는 중이온 빔[M=1에서 1000까지 원자 질량단위]를 가지고 빠르게 스캐닝 하는 것[1KHZ 이상까지]이 불가능 하였다. 이점에 있어서 기존의전기 편향 기술로 이루어졌던 작동체계와 비교하여 본 발명의 커다란 범용성이 제16도에 예시되어 있다.
본 발명의 유용한 한가지 실시예는 X 및 Y 방향으로 거의 크기가 같은 타겟트[10][제1(a)도]를 20mA까지 그리고 이를 초과하는 전류 빔과 400Kev에서부터 5Kev 까지 낮은 에너지에서 브론[M=11], 인[M=31], 비소[M=75] 및 안티몬 [M=121,123]과 같은 이온 빔으로 균일하고 빠르게 조사하기 위한 반도체 이온 주입기에서 사용될 수 있다.
제1(a) 및 제1(b)도는 브론, 인, 비소 또는 안티몬과 같은 약간의 선택된 종류의 정극성 대전 이온이 이온소스[2]의 플라즈마 챔버[3]에서 발생되며, 장방형 또는 원형의 오리피스[5][또는 오리피스어레이]로부터 발생되는 이온 주입기의 양호한 실시예를 도시한다. 상기 이온은 추출전극[4]에 의해 추출되며, 상기 오리피스[7]는 플라즈마 챔버[3]의 오리피스에 대응하여 배치 정렬되고, 상기 이온은 전력 공급부[16]에 의해 플라즈마 챔버에서 유지되는 에너지보다 더 부극성인 전위, 5내지 80KV로 유지된다. 플라즈마 챔버 오리피스[5]에 관련된 추출전극의 형태와 위치는 양호하게 한정된 빔이 추출전극[4]으로부터 나오는 형태로 선택되며, 상기 이온 구궤적의 각도 분포는 전형적으로 2。이하이다. 상기 이온은 냉각 리졸빙 슬릿[Cooled Resolving Slit][24]과 중성필터자석[14]과 상호 작용하는 분석기 자성[6]에 의해 전하[Q] 대질량[M]의 비에 따라 정제된다.
상기 양호한 실시예는 제1스캐너의 갭 방향으로 놓여있는 짧은 길이를 갖는 리본형 빔을 발생한다. 따라서, 상기 갭이 최소화될 수 있다. 플라즈마 챔버 오리피스[5]와 추출전극[4]사이에 위치된 억제전극[9]은 추출전극[4]보다 더 부극성인 전위로 유지되며, 따라서 이온소스 플라즈마 챔버[3]에 도달하여 손상을 주는 후방 흐름 전자가 생기는 것을 방지한다. 또한 상기 억제 전극[9]은 또한, 이온이 모멘트 분석기[6]를 통과할 때 전자가 이온 빔으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 상기 이온 빔 엔벨로프내에 포함된 저에너지 전자는 빔 이온 사이에서 전기적 상호작용에 의해 발생되는 반발력[공간 전하력]의 크기를 감소시키는데 도움을 준다.
전원 공급부[18]에 의해 서로 다른 전위로 유지되는 2개 이상의 전극으로 구성된 후가속기[post-accelerator][8]에서는 제2단계 가속이 이루어진다. 상기 제1 전극[13]은 추출 전극[4]과 같은 전위로 유지된다. 상기 빔에서의 이온은 최종전극[15]이 제1전극[13]보다 더 부극성 전위[전형적으로 0에서 -400Kv]상태를 갖는다. 또한, 아주 낮은 최종 이온 에너지를 발생하기 위해서, 전원공급부[18]의 극성은 반전되고, 부극성 값[감속]의 가속이 후가속기 구조물[8]에서 이루어진다. 후가속기[8]에는 각 단부에서 전자억제 전극[19]이 끼워져 이온의 반대 방향으로 가속되는 것을 방지하여, 전원공급수[18]의 불필요한 전류부하를 방지한다. 또한, 후가속기[18]의 어느 한 측에 있는 영역에서 빔 포락선으로부터 전자가 흘러나오지 않으므로서 이온 빔 내에서 공간전하력의 발산 효과를 감소시킨다. 전원 공급부[16,18]의 결합된 출력 전압의 결과로서 이온 전하상태당 5내지 400 Kev의 범위에서 선택 가능한 에너지를 갖는 이온이 후가속기로부터 나오게 된다.
모멘트 분석기[6]는 후가속기[8]의 전방에 배치되어, 보다 낮은 자기 에너지에서 동작하는 것이 가능하다. 또한, 이온 소스로부터 원치 않는 종류의 이온이 후가속기[8]에 들어가는 것을 방지하여, 전원공급부[18]의 전기 전류 및 전원 조건을 최소화 시킨다. 후가속기[8] 다음의 중성입자 필터[14]는 모멘트 분석기[6] 또 후가속기[8] 중의 어느 하나에서 형성된 중성입자로부터 이온을 분리시키는 굴곡 자석이다.
중성필트[14]를 통해 편향되지 않은 상태로 통과 하는 중성입자는 이온 빔으로부터 분리된다. 따라서, 거의 순수한 이온입자는 스캐너 자석 내로 들어간다. 냉각 리졸빙 슬릿[24]은 모멘트 분석기[6]의 중간평면[Z-X 평면]에 있는 추출전극 오리피스[7]의 크기의 이온 광학적 공액상[optical conjugate image]이 있는 지점에 위치된다. 상기 공액상 지점[22]은 모멘트 분석기[6]와 후가속기[8]의 이온 광학적 특성에 따라 다르며, 수 밀리미터 정도의 공액영상의 X 방향을 만들 수 있도록 선택된다. 이러한 방식으로, 냉각 리졸빙 슬릿{24}의 폭은 대응하여 작아지고, 따라서, 원치않는 이온입자와 많은 중성입자는 냉각 리졸빙 슬릿[24] 구조물의 본체에 의해 차단된다. 소스[2]로부터 타겟트[10]까지 빔은 진공 하우징[12, 44]을 통해 전달된다. 상기 타겟트는 엔드 스테이션[47]에 들어 있으며, 역시 진공상태로 유지된다. 통상적으로, 도시하지 않은 진공 밀폐 구조물과 적당한 웨이퍼 공급장치를 이용하여 공지된 기술에 따른 연속적 처리와 웨이퍼 전달을 가능하게 한다.
제1(a) 및 1(b)도에 도시된 본 발명의 양호한 실시예의 한 가지 특징에 따르면, 모든 자기소자 즉, 분석기 자석[6], 중성필터[14], X 및 Y 스캐너[26, 28]와 3개의 쿼드라폴[54, 56, 68]은 전자석으로서, 자기장의 크기는 여기코일[11, 17, 78, 42]에서 전류를 조정하여 좌표에서 조정된다. 로렌쯔 힘[REFI]에 따르면, 자기소자에 의해 발생된 편향각도[라디안]는 이온의 자기 경도[K]로 나눈 이온경로를 따라 적분된 자기장 세기와 같다.
여기서 M,E 및 Q는 이온 질량, 에너지 및 전하량이다. 이온의 자기 경도 K에 비례하여 각 자기소자의 코일 전류를 조정하여, 특정 이온 종류와 에너지에 관계없이 상술된 이온의 기하학적 편향이 이루어진다.
상기 특징의 유용성은 광범위하게 선택된 특정 입자 종류와 에너지 범위에 걸쳐 이온 주입 시스템에서 소정의 2차원 평행 스캐닝 시스템을 이용할 수 있다.
제2도에 있어서, 본 발명의 양호한 실시예에서의 구조체 도시하며, 여기서 발진성 자기장[80]은 한쌍의 코일[78]의 권선을 통과하는 발진성 전류[77]에 의해 여기되는 자기 회로에서 발생되며, 상기 각 코일은 고투자율의 얇은 강자성 적층체[70]로 구성된 자극[71]을 둘러싸고 있으며, 역시 고투자율의 얇은 강자성 적층체로된 요크[73]에 의해 서로 자기적으로 접속된다. 상기 2개의 자극[71]의 서로 마주보는 표면[82]은 갭[74]에 의해 분리되며, 상기 갭을 통해 이온 빔이 통과한다.
상기 갭내에서, 힘은 자기장의 방향과 이온의 속도 벡터의 방향에 대해 수직 방향으로 이온에 대해 작용한다. 적당히 양호하게 제한된 자기장 [B]은 자극 갭 [74]의 크기 정도의 약 3배로 자극 폭[79]의 크기[w]를 만들어 자극 갭에서 만들어진다.
본 발명의 양호한 실시예에서 스캐너 자석의 중요한 특징은 높은 자기 투자율 자극[71]과 요크[73] 구조체로 구성되어 있어서, 자극갭[74]의 영역에서 자기 에너지를 거의 모두 접속시켜 여기력을 최소화 시킬수 있다는 것이다. 상기와 같은 구조체에 있어서 주파수 f에서 자기 경도 K를 갖는 이온에 대해 진폭 α의 정현적 발진 형태의각도 편향을 이룩하는데 필요한 여기전력[P]은 MKS 단위계에서 다음과 같다.
여기서, L은 스캐너 필드의 유효길이 [제 1 스캐너[26]에 대해 약 150mm와 제 2 스캐너[28]에 대해 300 내지 400mm]이다. 상기 최종 결과는 작은 갭 크기 [G]의 장점을 나타낸다.
본 발명의 양호 실시예에서 또다른 중요한 특징은 스캐너 자석의 상대적 정도와 물리적 위치를 들 수 있다. 제1(a) 및 1(b)도에 있어서, 고주파 Y 스캐너 자석[26]은 냉각 리졸빙 슬릿[24] 바로 다음의 모멘트 분석기[6]의 가속기[8]의 공액초점 부근에 위치된다. 여기서, 양호한 리본형 빔의 X 방향 크기는 작다. 따라서, Y 스캐너의 갭 즉, X 방향으로의 갭은 대응하여 작아진다. [약 10 mm]. X 스캐너[28]는 Y 방향으로의 갭이 Y 스캐너에 의해 이루어지는 발진성 편향 범위를 수용할 수 있을 정도로 커져야 하기 때문에 [약 50mm], Y 스캐너 바로 다음에 위치된다. 그러나, 필요한 여기 전력은 X 스캐너[28]가 저주파수에서 동작하기 때문에 마찬가지이다. 비교를 해보면, 제1위치보다 제2위치에 고주파 스캐너를 위치시키면, 현재 크기의 약 1배 정도로 2개의 스캐너를 위한 작동전력을 증가 시킨다.
본 발명의 양호한 실시예의 또다른 특징에 있어서, 제2스캐너의 작동전력은 제3도에 도시된 바와 같은 자극의 형태로 구성하여 감소될 수 있다. 상기 자극 갭은 제2스캐너의 입부에서 출구 까지의 제1 스캐너에 의해 발생된 빔의 편향 범위가 증가하는 정도로 출구 [76]에서 보다 입구[75]에서 더 작다. 또한, 입구에서 자극폭[W]은 제3도를 참고로 하여보면, 방정식[2]에 일치하는 형태로 출구[W]에서 보다 더 작다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서,자극 갭은 입구에 있는 G'로부터 출구의 G까지 Z축을 따라 일정한 거리를 갖고 선형으로 증가한다. 또한, 자극폭은 방정식[2]에 따라 Z축[32]을 따라 일정한 거리를 두고 선형으로 증가한다. 그러한 자극 형태에 대해서 동작 전력은 다음과 같다.
여기서, 1β=G'/G이며, P는 같은 편향을 일으키면서 같은 길이를 갖지만, 출구 자극 갭과 같은 균일한 갭을 점유하는 동작 전력이다. 양호한 실시예에 있어서, β=0.5이며, 이 경우 P'=0.52P이다. 바꾸어 말하자면, 제2스캐너 자석에서 자극의 굴곡 외형 구성은, 동일한 기능을 수행하는 상기와 같은 외형구성을 갖지 않으며, 일정한 갭의 스캐너 자석과 비교하여 약 2 정도의 인수만큼 작동전력을 감소시킨다.
제4(a) 및 4(b)도는 적층형 자석의 양호한 구조를 예시하며, 여기서 적층체[70]는 절연 재질층[69]에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다. 그래서 적층체[70] 내에서 시간 변수 자기장으로부터 발생된 와류[68]는 각 적층체의 경계부내에서 흐르며, 자극과 요크의 경계부 둘레에서 통과하는 것을 방지한다. 상기 와류는 코일 전류와 반대 방향이며, 그리고 제4(b)도에 도시된 바와같이 적층체의 표면영역에서 집중된다. 상기 자기장은 표면으로부터 거리에 따라, 거의 지수적으로 감소한다.
표피 길이라 불리는 깊이 δ에서, 자기장은 표면에서 크기의 1/e[e2.7183]이다. 자속은 자극 표면[8]에서 연속적이어야 하기 때문에, 갭[74]에서의 자장 B는 다음식에 따라 적층체 표면[81]에서 자기장 Bs보다 항상 작다.
B/Bs(δ/d)·{2[cosh(d/δ)-cos(d/δ)]/[cosh(d/δ)+cos(d/δ)]}1/2
여기서, d는 적층체 두께이며, δ=1/(πμ6f)1/2이고, μ는 적층 재질의 투자율이며, σ는 전기 전도도이고, 그리고 f는 자기장 B의 주파수이며, 단위는 모두 MKS 단위이다.
제5(a)도는 본 발명의 중요한 특징을 도시하며, 여기서 10KHZ 이상까지의 주파수에서 0.1 테슬라보다 더 큰 갭 자기장은 적층체의 두께가 충분히 작게 만들어 졌을 때, 즉 1mm 보다 더 작을 때, 바람직하기로는 0.5mm 정도 또는 그 이하 일 때 얻어질 수 있다. 제5(a)도에서의 곡선은 d=0.36, 0.50 및 0.64mm, δ=2.5 × 106s/m
및 μ=7000μ0값에 대해 적용되며, 여기서 μ = 4π×10-7이 자유공간의 자기 투자율이다. 요크 적층체에서의 인덕션 Bs는 요크 포화를 피하기 위해 1 테슬라 정도로 제한되더라도, 고주파에서는 상당한 갭 자기장이 생기며, 기본 주파수와 마찬가지로 보다 높은 고조파를 이루어진 파형을 갖는 2KHZ 까지의 발진성 자기장을 발생가능하게 한다.
퓨리에 변환 이론에 따라서, 기본 정현파 주파수에 높은 고조파 성분을 더하면 연속적인 반복 파형이 발생 가능하게 된다. 예를들어, 기본주파수에 적은 양의 홀수차 고조파를 가해주면 제5(c)도에 도시된 바와 같은 삼각파형을 갖는 발진성 자기장을 발생한다. 상기와 같은 파형은 예를들어 빔을 일정한 속도로 전후방으로 스캐닝 시켜 타겟트(10)에 균일한 조사가 이루어 지도록 하기 때문에 반도체 이온 주입기에서 유리한 점이 많다. 제5(b)도는, 1테슬라의 제한 요크 자기장 Bs과 0.5mm 두께의 적층체에 대해서 기본주파수의 함수로서 삼각파 발진 자기장의 진폭은 같은 주파수의 정현파 자기장[65]의 진폭보다 약간 작다. 실제로, 2KHZ의 스캔 주파수에 대해서, 약 3 테슬라에서 자기적으로 포화되는 현재의 페라이트 또는 자석을 만드는데 사용되는 대체물질 정도로 높은 갭내의 삼각파 자기장 진폭을 달성하는 것이 가능하다. 제5(b)도에서 굵은 곡선[66]을 구성하는데 사용되는 삼각파형은 스캔 싸이클의 83%에 대응하는 -75°에서 75°까지의 스캔 위상각에 대해 거의 일정한 스캔 속도를 갖는 진폭으로서 21차까지의 홀수차수 고조파를 포함한다. 제5(c)도는 삼각파형을 도시하며, 실제 톱니파형의 시작은 고조파의 차수를 21까지 제한하는 결과로서 진폭[64]의 최끝단에서 이루어진다. 제5(d)도는 상기 고조파 범위에 대해서, 스캔 속도는 스캔 싸이클의 150도[스캔시간의 83% 정도]에 대해, 0.2%보다 더 양호하게 일정하다. 실제로, 스캔 진폭은 스캔속도가 제로를 통과하여 부호가 바뀌는 시간[17%] 동안 빔이 타겟트 주변의 외부에 있도록 상당히 크게 만들어진다. 고조파의 수를 2배로 해주면 스캔속도에서 같은 이러정함에 대해 약 2의 인수정도[17%에서 9%까지] 정도로 스캔 시간을 감소시킨다. 본 발명의 양호한 실시예에서의 적층된 스캐너 자석은 21차 이상의 고조파를 수용할 수 있으며, 현재 시중에서 구입할 수 있는 전형적인 전력 증폭기는 20내지 40KHZ의 주파수 범위로 고조파를 제한한다.
제6(a)도는 자기 쿼드라폴[54,56,58]의 기본 구조를 도시하는 X-Y평면에서의 단면도이다. 4개의 자극 [40]은, 제1(a)와 제1(b)도에 도시된 구성에 대해 Z축[32]과 일치하도록 대칭축[38]에 대해 대칭으로 배치된다. 상기 자극의 축[41]은 X 및 Y 축에 대해 45도로 배치된다. 각 자극은 코일[42]로 둘러 싸인다. 주어진 쿼드라폴의 모든 코일은 물리적 형태와 권취수에 대해 동일 하지만, 연속적으로 자극 팁상에서 자주 NSNS를 발생하도록 전기적으로 여기된다. 상기 자극은 인접 자극쌍 사이에서 자속 회귀를 제공하는 요크[36]에서와 같이 높은 자기투자율의 금속 합금으로 구성된다. 이온 빔은 진공 튜브[44] 내부의 쿼드라폴 내부의 중심 영역을 통과 한다. 적당한 형태의 자극편[REF2]으로 중심 영역에서의 자기장은 근본적으로 순수한 쿼드라폴 형태이다.
여기서 ij는 X와 Y방향으로의 단위 벡터이며, Bo는 대칭축[38]으로부터 거리 ro만큼 떨어진 곳에서 자극 끝단으로부터 나오는 자기장의 크기이다. 위치[X,Y]에서 정으로 대전된 이온 상에 작용하는 로렌쯔힘[REFI]은 다음과 같다.
여기서, Bo>0에 대해서는 X방향으로 수렴하고, Y 방향으로 발산하며, X 및 Y 방향으로의 힘의 성분은 Z 축[32]으로부터 이온 변위 X 와 Y에 따라 선형으로 변한다. 중심 쿼드라폴[54]은 한극성을 가지며, 제1 및 제3 쿼드라폴[54,58]은 반대 극성을 가지고, 제1(a) 및 제1(b)도에 도시된 빔 엔벨로프[60,61] 특성에 의해 예시된 바와 같이 X 발산 및 Y 수렴을 일으킨다.
이온이 타겟트에 충돌하는 Z 축에 대한 최종 위치 및 각도[32]는 3개의 쿼드라폴[54,56,58]에서 이루어지는 방정식[6]으로 나타낸 바와 같은 힘의 종합적인 효과와 2개의 스캐너[26,28]에서 이루어지는 각도 편향에 따라 다르다. 특히, 시간 t에서 Z축[32]을 따라 주행하며, 제1스캐너[26]에 들어가는 이온을 살펴보기로 한다. 상기 이온에 의해 이루어지는 경로는 이하 "시간 t에서의 주빔"으로 칭하기로 한다. 물리적으로, 주빔은 시간 t에서 전체이온 빔의 중심에 있는 빔을 의미한다. 제1스캐너에서 발생된 주빔의 각 도 편향 α[t]은 스캐너를 통과한, 이온 비행 시간에 대해 평균된 것으로서, 발진성 자기장의 값에 따라 다르다. 제2 스캐너를 통과하는 이온 비행시간은 스캐너의 발진 주기보다도 훨씬 적다. 이 경우, 시간 평균 자기장이 스캐너를 통과하는 1/2정도의 경로에 있을 때, 이온에 작용되는 1차 정도, 즉 순간적 자기장이다. 이에 관계없이 α[t]와 β[t]는 서로 독립적이다. 왜냐하면 이들은 물리적으로 독립적 발진 자기장에서 발생되기 때문이다. 빔 경로를 따라 어떤 점에서, 주 빔의 위치와 방향은 4가지 좌표로 특징이 지워진다.
X : Z 축[32]에 대한 X 위치
X` : Z 축[32]과 Z-X 평면상의 빔 투영상 사이의 각도
Y : Z 축[32]에 대한 Y 위치
Y` : Z 축[32]과 Z-X 평면상의 빔 투영상 사이의 각도.
만약 X와 Y 스캐너의 중심이 제1쿼드라폴[54]의 입구 경계부 전에 각각의 거리 p와 q에 있는 경우, 시간 t에서 입구 경계부에 있는 주빔의 매개변수는 다음의 근축 빔 근사치와 같다.
방정식[6]은 쿼드라폴에서 힘 성분 Fx 와 Fy가 각각 X와 Y에 따라 선형으로 변한다. 결과적으로, 쿼드라폴의 출구에서 빔의 매개변수는 입구에서 매개변수의 1차 선형 변환인 것을 도시 한다. 또한, 방정식[6]에 따르면, X 방향으로의 힘 Fx는 입자의 Y 위치와는 무관하며, 따라서 Fy는 입자의 X위치와 무관하다. 그 결과, 입자운동의 X 및 Y 투영상은 서로 감결합된다. 3개의 쿼드라폴[54,56,58], 쿼드라폴 사이에서 자기장이 없는 표류 공간을 통과하는 이온의 X-Y 감결합 선형 변환의 결과로 간주될 수 있다. 그래서, 타겟트에서 주 빔의 매개변수는 다음과 같은 형태로 표현될 수 있다.
각 계수 Mrs는 3개 쿼드라폴의 자극 끝 자기장 B1,B2,B3
정밀한 함수 형태는 각 쿼드라폴의 길이 및 자극 끝단 반경 및 쿼드라폴 사이의 간격에 따라 다르다. 또한, M1,M12,M33 및 M34의 함수의 형태는 최종 쿼드라폴[58]로부터 타겟트[10]까지의 거리에 따라 다르다. Liouville [REF. 3]의 이론에 따르면, X,X`,Y,Y` 위상 공간에서의 입자 밀도는 쿼드라폴을 통한 전달동안 유지되어야 한다. 다음, X 와 Y 운동이 강결합되기 때문에 X,X`와 Y,Y` 변환의 해열식은 서로 등식이 되어야 한다.
따라서, 8개 변환계수 Mrs 중의 단지 6개의 서로 독립적이다. 이들 계수는 시간에 대해 변동이 없기 때문에, 방정식[8a 내지 8d]는 주 빔의 타겟트 매개변수 X,X` 및 Y,Y`는 α[t] 와 β[t]에 대해서 이루어지는 바와 같은 방법으로 시간에 따라 빠르게 발진한다는 것을 도시한다.
제7도는 빠르게 변하는 빔의 위치에 관계 없이 타겟트[10]에서 빔 크기 δx, δy의 불변성과 관련이 있는 또 다른 특징을 예시한다. 주 빔과 동일시간에, 그러나 크기 δXo, δYo 만큼 주 빔으로부터 변위되어 Z 축[32]에 대해 δX'o, δY'o 만큼의 각 도 방향을 갖는 경로를 그리면서 제1 스캐너 자석[26]으로 입사되는 이온은 다음의 매개변수를 가지면서 제1 쿼드라폴에 대한 입구에 도달한다.
상기 방정식[8a 내지 8d]에 따라 쿼드라폴을 통한 변환을 응용하면, 주 빔으로부터 다음 크기만큼 변위된 빔으로부터 타겟트[10] 까지의 매개변수를 제공한다.
빔 크기는 상기 변위가 α[t]와 β[t]에 독립적이고 따라서, 시간[t]에 독립적이기 때문에 일정하다. 변하는 빔 크기에 따라 커지는 타겟트[10]의 조사에서 세기 불균일성은 피할 수 있다. 이는 예를들어, 높은 정도의 주입량 균일도가 요구되는 경우의 반도체 이온 주입기에서 장점이 된다. 빔 크기의 불변성은 직접 방정식[6]으로 표현된 바와 같이 쿼드라폴 작용의 선형성의 직접 원인이 된다는 사실에 유의하여야 한다. 쿼드라폴이 4극 대칭성을 갖은 경우, 단일 빔[monochromatic beam] [즉, 모멘트 분포를 무시할 수 있는]의 통상적인 경우에 대해서는 방정식[6]에서 2차항이 없다. 자극의 모양을 적당히 만들고[REF. 2], 가장자리 자기장을 제어하면 허용된 고차원 멀티폴 성분[예를들어 12 및 20극]을 최소화 할 수 있다. 이용 가능한 쿼드라폴 개구의 80% 대해서는 2% 정도만큼 적게 선형상태로부터 벗어나는 것은 상업적 제조규격[REF. 4]에 따라 실제 쉽게 실시하는 것을 가능하게 한다.
제8(a) 및 8(b)도는 본 발명의 또 다른 특징을 도시하며, 여기서, 2개의 스캐너[26,28]와 3개의 쿼드라폴[54,56,58]은 타겟트[10] 상에서 빠른 발진위치에 관계없이 Z축에 평행하게 최종 쿼드라폴로부터 주빔이 발생되게 한다. 제8(a)도는 대표적인 주빔[45]의 Z-X 평면상에서의 투영 상태를 도시하며, 5가지 서로 다른 시간 t1 내지 t5에서 생긴다. 제8(b)도는 대표적인 주빔의 Y-Z 평면상에서의 투영상태를 도시하며, 5가지의 서로 다른시간 t`1 내지 t`5에서 생긴다. 평행 스캐닝 모드는 3개의 쿼드라폴의 각각에서 자기장 B1, B2, B3는 쿼드라폴 변환계수를 다음 식에 따라 X 및 Y 스캐너 위치 p와 q에 대해 관련되도록 조정될 수 있기 때문에 가능하다.
상기식을 방정식 [8b, 8d]에 대입하면 평행 스캐닝을 위해 필요한 2차원 텔레센트릭 조건을 다음과 같이 제공한다.
8인치 이상의 실리콘 웨이퍼 상에서 평행 스캐닝을 발생할 수 있는 한 셋트의 쿼드라폴 설계와 작동 매개변수는 부록 표 1에 제공되어 있다.
제9(a) 및 9(b)도, 평행 스캐닝을 실행할 수 있을 뿐 만 아니라, 타겟트[10]에서 빔 크기 각도 분포 δx, δx`, δy, δy`의 선택성과 제어정도를 동시에 제공하기 위해, 3개의 쿼드라폴의 각각에서 자기장 B1, B2, B3가 각각 조정될 수 있는 것을 도시한다. 제9(a)도는 표 1에 기술된 구성에 대해 방정식[13a, 13b]의 텔레센트릭 조건을 유지하기 위해 제1 및 제3 쿼드라폴에서 자기장 B1과 B3와 제2 쿼드라폴에 대해서는 자기장B2의 다른 값을 제공한다. 다른 이온 종류와 에너지에 대해서 쿼드라폴 자기장은 방정식[1]에 정의된 바와 같이 이온의 자기 경도에 비례하여 크기가 조정될 수 있다. 제9(b)도는 냉각 리졸빙 슬릿[24]에서 이온의 변위 δxo, δx'o, δyo, δy'o가 다음 식의 1/2 만큼의 크기와 각도 분포로서 빔 포락선 내에 구속될 때의 경우에 대해 타겟트에서 대응하는 빔 크기와 각도 분포를 제공한다.
그리고 타원형 방출 형태로 제한된다.
타겟트에서의 최종 빔 크기와 각도 분포는 방출형태 방정식 [16] 상에서와 마찬가지로 최초 빔 크기를 한정하는 방정식 [15]에서의 매개 변수에 따라 다르다. 다음, 이는 이온 소스[2]의 방출에 따라 다르며, 모멘트 분석기[6], 후가속기[8] 및 중성입자 필터[14]의 특성에 따라 다르다. 일반적으로, 입자 종류와 에너지가 바뀔 때 변화가 생긴다. 쿼드라폴 길이, 간격 및 스캐너 위치 p와 q와 같은 쿼드라폴 이동 시스템의 고정 매개변수는 특정 초기빔에 대해 타겟트에서 빔을 최적화 시키도록 선택된다. 서로 다른 초기 빔에 대해서 3개의 쿼드라폴의 자기장을 조정하여 타겟트에서 빔 크기와 각도 범위를 최적화 시킨다. 상기 양호한 실시예에서 기술한 바와 같이 타겟트에서 빔 특성을 제어할 수 있는 능력은 예를 들어 반도체 이온 주입에서 유리하다. 빔이 웨이퍼상에 스캔 될 때, 스캔속도는, 조사 세기의 불균일성[또는 주입량 균일성]을 피하기 위해 빔이 외부에 있는 동안의 어느 시간에 스캔주변부에서 방향을 변화시킨다. 작은 빔 크기로는 스캐닝과 주입과정에서 시간이 덜 소비되며, 따라서 높은 효율을 갖는다. 다른 한 편으로, 고전류 이온 빔의 경우, 빔크기는 너무 작아서는 안된다. 왜냐하면, 높은 전력 밀도는 웨이퍼 표면에 손상을 가하기 때문이다. 빔 크기 및 위치에 관계없이, Z축[32]으로부터 웨이퍼 상에서의 입사 각도에서의 편이는 채널링 효과를 피하거나 이용하기 위해, 그리고 웨이퍼 표면 상에서의 벽 및 트렌치 새도우잉 [trench shadowing]을 피하기 위해 통상적으로 10미리 라디안 이하여야 한다.
표 1 에 정의된 쿼드라폴 구성에 있어서, 제9(a) 및 9(b)도는 방정식[15, 16]에 정의된 바와 같은, 평행 스캐닝과 초기 빔을 위해, 그리고 0.325T[200 Kev 비소]의 값에서 제2쿼드라폴의 자기장 B2를 셋팅하기 위해, Z 축[32]로 부터의 최대 각도 편이는밀리 라디안이다는 것을 도시한다. 웨이퍼에서 빔 형태는 약의 직경을 갖는 거의 둥근형이다. 이는, 웨이퍼에 5까지 또는 10mA까지의 빔 전류로서 연속적으로 주입되는 이온 주입기에서도 만족스럽게 사용된다. 웨이퍼상의 입사 각도는 Z 축[32]에 대해 웨이퍼 표면을 적당히 재배치하여 선택될 수 있다는 사실에 유의하여야 한다. 본 원에서 기술된 양호한 실시예는 상기와 같은 높은 빔 전류가 저에너지[5Kev]의 이온에 대해서도 웨이퍼상에 빠르고 평행으로 스캔될 수 있게 한다. 왜냐하면, 스캐닝 및 변환소자는 모두 자성이며, 빔 내의 공간 전하력의 결과로서 존재하는 전류 제한을 없애기 때문이다.
제10(a) 및 10(b)도는 타겟트 주입량 균일도에 대해서 유한 빔 크기의 효과를 도시한다. 점과 같은 빔[아주 높은 전력 밀도 때문에 실용적이지 못 함]으로는 유한 개의 고조파가 스캐너 자석에서 삼각 자기장을 구성할 때 주입량 균일도 [제 10a 및 10b도에서 점선 곡선]는 완만한 고주파 변동을 나타낸다. 적층 스캐너 자석의 자기 주파수 응답에 관계 없이 일반적으로 시중에서 이용 가능한 전원공급부의 유한 대역폭의 결과로서 유한한 고조파 성분이 발생되게 된다. 제10(a) 및 10b도 에서의 굵은 곡선은 본 경우 15°의 위상 각도와 합리적인 전력 밀도에 대한 전형적인 실제 빔 크기에 대응하는 웨이퍼상의 빔 스포트 크기를 평균한 후, 어떻게 고주파 변동이 상당하게 감쇄되는 가를 도시한다. 결과적으로 유한개수의 고차 고조파는 180° 중에서 170°에 달하는 [94%] 많은 부분에 대해 고주파 변동으로 부터는 벗어난 일정 속도 스캔이 이루어 지게 한다. 제10(a) 및 10(b)는 15°의 1/2 대역 폭의 유한개 빔을 평균한 후, 각각 21 및 41 차 까지의 고조파를 위한 스캔 1/2 싸이클의 140°와 145°에 대해 0.2% 이하의 주입량 변동이 이루어지는 것을 도시한다. 15° 빔 1/2 대역폭에 대한 초대 가능한 균일 주입량 유한 주파수 응답폭에 대해서도 150도이다. 그래서, 양호한 실시예에 있어서, 유한 주파수 대역폭의 결과로서 2D 스캐닝을 위한 빔 사용에서의 손실은 단지 7내지 13%[스캔축당 3.5내지 6.5%]이다.
양호 실시예의 또다른 작동모드에 있어서, 쿼드라폴은 다음과 같이 조정될 수 있다.
이 경우, 타겟트의 주 빔은 Z-X와 Y-Z 평면에서 곡율 Cx와 Cy를 갖는 표면에 수직이다. 특히, Cx=Cy로 선택하면 구면[Cx의 부호에 따라 볼록 또는 오목]의 수직 조사를 가능하게 한다. 제로에 대한 C계수의 하나 또는 다른 것의 셋팅은 원통 표면의 수직 조사를 가능하게 한다. 수직 또는 거의 수직 조사의 장점은 롤러 베어링 및 볼 베어링의 이온 주입에서 스퍼터링을 최소화 시킨다.
제17도는 쌍으로 배열된 쿼드라폴[58] 다음에 위치된 8개 개구[201]의 어레이의 사용을 도시하며, 한쌍은 스캔 영역의 각각의 모서리 부근에 위치된다. 한 쌍의 개구의 축[202]은 Z축[32]에 대해 기술된 방향을 갖는다. 슨캔 싸이클 동안의 시점 한 순간에 이온은, 상기 시점에서의 주빔[204]이 개구축[202]과 일치하는 방식으로 쿼드라폴[54,56,58]이 여기되는 경우에만 한 쌍의 개구를 통과한다. 이 경우, 최대 전기신호[206]는 제17(a)도에 도시한 바와 같이 패러데이 컵[208]에서 검출되며, 상기 도면은 단일 개구 쌍으로부터 얻어진 신호를 도시한다. 상기 최대 전기신호는 방정식[17]과 관련하여 앞서 논의한 바와 같이 평행, 수렴 또는 발산하는 것과 같은 특정 조사 각도에 대응한다. 상기 컵에서 측정된 단일 전기신호의 지속시간 t1은 Y 빔 폭[제1스캔방향]에 비례하며, 한편, 연속적인 순차의 펄스에서 제1 펄스와 최종 펄스 사이의 시간 간격 t2는 X 빔 폭[저속 스캔 방향]의 측정치이다. 최종적으로 전기 신호 값이 사라질 때까지 한 쌍의 통과거리 δX[또는 δY]의 한 개구를 이동시키는 것은 빔에서 X`= δX와 Y`= δy/L의 고유 각도 편이의 측정치를 제공한다. 여기서 L은 한쌍의 개구사이의 간격이고, 원칙적으로 단지 한쌍의 개구만이 필요하다. 그러나 제17도에 도시된 바와 같이 4쌍으로도 상하좌우 스캔대칭을 만들어서 변형이 가능하다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 좁은 갭을 갖는 제1y 스캐너 자석[26]은 넓은 갭을 갖는 제2X 스캐너 자석[28]보다도 더 높은 주파수로 스캔된다. 앞에서 논의한 바와 같이, 상기 장치는 스캐너 자석을 여기 시키기 위해 상당한 동작 전력을 최소화 한다. 본 실시예에 있어서, Y 스캐너[26]는 500 내지 1000 HZ의 주파수로 동작하며, X스캐너[28]는 50 내지 100 HZ의 주파수로 동작한다. 따라서, 상기 빔은 라스터 패턴 형태로 타겟트[10]를 통과한다. 제5(c)도에 도시된 형태의 삼각형 발진 자기장으로 스캐너 자석을 여기 시키면은 균일한 스캔 속도를 얻을 수 있고, 따라서 제5(d)도에 도시된 바와 같이 모든 부분에서 균일한 조사 주입이 이루어지지만, 중복 스캔 영역에서는 그러하지 못하다. 리스터 스캔 빔에서 불균일 세기 형태로부터 기인하는 패턴 변형은 2개 스캐너 자석의 주파수 비율에 대해 조사 수를 선택하여 여러번 X 스캔한 후 [전형적으로 100 정도] 거의 제로로 시간 평균한다. 예를 들어, fy= 200πHZ["C628 HZ]와 fx= 79HZ는 십진수로 표시하면 fy/fx=7.9533991.
제11도는 제1(a)도의 스캐너 자석 [26,28]에서 발진성 자기장을 여기 시키는데 사용되는 전자 제어 회로를 개략적으로 도시한다. 별도의 회로와 픽업 코일이 각 스캐너 자석을 위해 사용된다. 상기 회로는 발진 자기장의 진폭, 위상 및 파형이 제1(a)도의 빔으로 하여금 타겟트[10]를 전후방으로 스캔하도록 제어하는 피드백 루프를 포함하여, 타겟트 주변부 외부의 상술한 중복 스캔 영역에 대해서는 상술한 조사 주입량을 만들어 낸다.
제11도에 제어회로[200]는 다음과 같은 기능을 한다. 예를 들어 스캐너 자석[26]의 갭에 위치된 픽업 코일[90]을 통과하는 시간변수 자기장에서 발생된 전압 신호는 신호조건 조절기[92]에 제공되며, 다음 위상 비교기[94]에 제공되고, 상기 결과적인 신호는 기준파형 신호[96]로부터 감산이 되어 기판에 인가된 주입량의 에러를 반영하는 에러 전압을 발생한다. 상기 에러전압은 합산이 되고 증폭기[98]에 의해 적당한 이득 G으로 증폭되며, 결과적인 신호는 기준신호에 가산되어 전류 I[102]를 스캐너 자석[26]의 코일에 인가하는 전력 증폭기[100]의 입력 단자에 인가된다. 상기 기준 신호는 스캐너 자석[26]의 코일 통해 흐르는 전압을 위해 필요한 소정의 파형을 나타낸다. 상기 픽업 코일[90]은 다음식과 같이 픽업코일[90]을 통해 흐르는 자속 연결[fluxlinkage]의 변화율에 비례하는 신호 조건조절기[92]에 전압 신호를 전달한다. 즉,
여기서 A는 픽업코일[90]의 면적이고 n은 픽업코일[90]에서 권선 권취수이다.
제11도에 도시된 바와 같이 전력 증폭기[100]는 주어진 신호 입력의 전압을 증폭하기 때문에 전압 증폭기로서 작동한다. 상기 증폭기가 스캐너 자석[26]의 코일에 전달하는 전압 V은 다음 방정식에 따라 스캐너 자석[26]의 코일[78]을 통해 흐르는 전류[102]와 관련된다.
여기서 R은 적층체와 요크에서 와류 및 자기 히스테리시스로부터 생기는 스캐너 자석[26]의 적층체에서 전력 손실을 나타내는 부하 저항에다 스캐너 자석[26] 코일의 오옴 저항을 합한 것이다. 그리고 L은 스캐너 자석[26]의 전기적 인덕턴스 이다.
스캐너 자석[26]의 갭에서 자기장은 자석의 요크 구조체의 작은 자기 릴럭턴스와 모멘트를 무시하고 스캐너 자석[26]의 코일[78]을 통해 흐르는 전류[102]에 비례한다. 이에 대응하여, 자기장의 변화의 비율은 코일을 통한 전류의 변화의 비율에 비례한다. 즉,
여기서, N은 갭[G]으로 나눈 자석 코일[78]에서의 권선수이다. G는 자석의 갭[74]이다. 방정식[19]에서 인덕티브항 범위에 대해서는 저항항보다 훨씬 크다. 코일을 통해 흐르는 전압 V는 다음과 같다.
방정식[21]에 방정식[18]을 대입하면 방정식[21]은
그래서, 균일한 주입을 달성하기 위해 증폭기[100]에 의해 코일[78]에 인가되어야 하는 전압을 픽업 코일[90]에 의해 검출된 전압 Vc에 비례한다.
상기 간단한 관계는 거의 근사값이며, 신호조건 조절기[92]와 위상 비교기[94]는 코일[78]에 인가되어야 하는 전압에 정확히 관련되는 신호를 전력증폭기[100]에 인가하기 위해 필요하다. 신호조건 조절기[92]는 신호의 이득 및 형태를 조정하여 신호조건을 조절하며, 회로와 관련된 신호의 어떤 왜곡을 제거한다. 상기 위상 비교기[94]는 지연시간으로부터 생기는 위상 변위기가 항상 있기 때문에 필요하다. 요크 재질의 유한한 투자율의 결과로서 스캐너 자석의 자기장의 전류 사이에서 위상변위가 있다.
픽업 코일[90]로 부터의 신호는 자석[26]에서의 자기장의 변화의 시간 비율에 비례한다. 타겟트[10] 상에서의 빔의 스캔 속도는 스캐너 자석[26]에서의 자기장의 변화의 비율에 직접 비례한다. 실제로, 미분방정식[18a 내지 18d]는 dx/dt에 비례하며, 다음 dB/dt에 비례하는 것을 도시한다. 그래서, 픽업코일[90]로 부터의 신호는 타겟트[10]상의 빔의 스캔속도의 직접적인 측정치가 된다. 단위 시간당 타겟트에 인가된 주입량은 스캔속도에 반비례 하며, 그래서, 픽업코일[90]에서 측정된 전압신호[Vc]의 역수에 비례한다. 이온에 제공되는 편향이 자기장으로 부터의 발생되기 때문에 존재하지 않는 전기장은 상기 조건의 변동을 일으키지 않으며, 주입량의 균일성이 제11도의 회로에 의해 정밀하게 제어될 수 있다는 사실이 본 발명의 중요한 특징이다. 원하는 주입량 형태로 부터의 편이에 대응하고 기준 신호[96]를 조정하여 동작동안 연속적으로 보정될 수 있다.
전력 증폭기[100]는 전압 증폭기라기 보다는 전류증폭기로서 동작하며, 입력 전류에 비례하는 전류를 스캐너 자석[26]에 전달한다. 오히려, 구형파 전압인 기준신호[96]가 제11도에 도시되어있으며, 제5(c)도에서의 형태의 삼각형 파형은 기준신호로서 사용된다. 방정식[18]에 따라 신호조건 조절기[92]는 픽업코일[90]로 부터의 신호를 적분하여 기준신호와 비교될 수 있는 파형을 발생한다. 전기적 편향 시스템을 사용하여 주로 전기 편향판에 인가된 전압의 변화율을 측정하여, 스캔 속도가 모니터 될 수 있다. 그러나. 빔 전류가 높아지고, 공간 전하력이 커질 때, 상기 편향기판으로부터 측정된 전압신호는 상기 판사이에서 전기장을 빔으로 발생시키는 스캔속도에 더 이상 간단하게 관련되어 있지 않다. 실제로, 어떤 전류에서 스캐닝 작용은 완전히 질을 저하시킨다. 높은 공간전하 제한 전류[I/E3/2]에 대해서는 주입량 균일도가 신뢰성있게 제어 되었던 제11도에 도시된 것과 유사한 피드백 시스템을 갖는 것이 가능하지 않을 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시 예는 제11도에 도시된 바와 같이 피드백 루프를 구성하기 위해 최근의 고속 디지털 전자부품을 이용한다. 픽업 코일부터의 아날로그 신호는 디지털화 되어야 하며, 위상 보상 및 신호 조건 조절이 다음에 디지털적으로 실행된다. 디지탈적 구성은 순수 아날로그 회로에서 때때로 생기는 불안정성을 피하면서 정밀한 수학적 방법으로 피드백 루프를 동작 시킬 수 있는 장점이 있다.
실제로, 전력 증폭기[100]와 스캐너 자석[26]은 유한한 주파수 응답을 갖는다. 어떤 주파수 이상의 고조파 성분은 전력증폭기[100]에서 주파수 응답 제한의 결과로서 코일전류[102]에 전송되지 않으며, 전력 증폭기[100]와 스캐너 자석[26] 모드의 주파수 응답 제한의 결과로서 자기장에도 전달되지 않는다. 그러나, 제10(a) 및 10b도에 도시된 바와 같이, 약 20 내지 40KHZ 이하의 것들을 포함하는 퓨리에 급수에서 주파수 성분을 버리면 제5(c)도에 도시된 바와 같이 약간 둥근 톱니파가 된다. 스캐너 자석[26]의 주파수 성분은 이미 논의 되었으며, 제5(a)도 및 5(b)도에 도시되어 있다. 시중에서 구입 가능한 전력 증폭기는 완전한 톱니 파형을 발생하지 못하는 2가지 제한요인을 갖고 있고, 그 중 하나는 이들 증폭기의 고유한 대역폭 때문이며, 다른 하나는 톱니파형을 발생함에 있어서, 제11도의 기준신호[96]에서 도시된 바와 같이 구형파와 유사한 전압이 자석코일에 인가되어야 하는 점이다. 상기 구형파와 유사한 전압이 자석코일에 인가되어야 하는 점이다. 상기 구형파는 1/2 스캔주기의 마지막에서 전압의 크기가 급격히 반전되어야 하는 특징을 갖는다. 시중에서 구입 가능한 전력 증폭기 제한 전압 슬류 비율[slew rate], 즉 상기 전압이 반전될 수 있는 비율로 제한되는 한계를 갖는다. 전압이 반전되는 시간 동안, 빔은 타겟트상의 오버스캔 위치에 있게 되어 정밀한 파형은 더 이상 중요한 것이 될 수 없다. 가장 높은 가능한 슬루, 비율은 바람직한 것이다. 시중의 증폭기는 완전한 정극성 전압으로부터 완전한 부극성 전압까지는 약 40 마이크로초의 슬류비율을 가지며, 이는 2KHZ 까지의 스캔 주파수를 위해 약 500 마이크로초의 스캔주기의 아주 작은 부분이다.
참고 번호 5는 시중의 전원공급의 기준을 제공한다. 이들은 아주 높은 효율과 내부 전력 손실이 거의 없는, 스캐너 자석에서와 같이 높은 유도성 부하를 여기시킬 수 있다. 그러나, 펄스폭 변조 동작은 전력 증폭기로 부터의 전압 출력에서 높은 주파수 리플을 통상적으로 40내지 80KHZ로서 1내지 3%의 크기로 발생시킨다. 상기 소스로부터 코일을 통해 인가된 리플전압은 방정식[19,20]에 따라 주입량 균일도에서 직접 리플을 발생시킨다. 그러나, 빔이 타겟트에서 유한 크기를 갖기 때문에, 그리고 리플 주파수는 스캔 주파수보다 훨씬 크기 때문에 통상 2차 크기정도로 주입량 균일도에서의 리플은 훨씬 감소된다. 보다 높은 고차수 고조파의 제한된 수로부터 주입량 균일도에서의 변동과 같이 제10a 및 10b도에 도시된 바와 같이 빔 폭에 의해 감쇄될 수 있으며, 전력 증폭기에서의 전압 리플로부터 발생하는 리플성분에 대해서도 동일하다. 실제로 3% 정도로 높은 리플 전압 진폭에 대해서 그리고 15°의 스캔 위상각도 범위에 대응하는 전형적인 빔 폭 크기에 있어서, 주입량 균일도에서 리플이 미치는 효과는 0.1% 이하이다.
타겟트에서 빔이 쿼드라폴[54,56,58]에 의해 접속되어 특성이 점과 같이 되도록 되어 있는 경우[이온 주입에서 사용되지 않았던 조건], 웨이퍼의 표면에서의 단일 스캔시 전력증폭기[100]와 관련된 리플과 전력증폭기[100]의 대역폭 제한의 결과로서 생기는 파형에서의 제한된 수의 고조파의 연관된 변동이 주입량 균일도에서 반드시 생긴다. 여러번의 스캔 싸이클 후 리플은 스캔 주파수의 사전 선택에 의해 크게 감쇄되어 리플 주파수는 스캔 주파스의 정수배가 되지 않는다.
제12도는 2개의 스캐너 자석에 대한 다른 실시예를 도시하며, 여기서, 하나는 X 방향으로 타겟트에서 빔이 발진 운동을 일으키게 하고, 다른 하나는 Y 방향으로 타겟트에서 빔이 발진운동을 일으키게 하는 2개의 별도의 스캐너자석으로 이미 발생된 빔의 타겟트에서 2차원 스캐닝이 같은 결과를 달성하는 단일 구조체로 대체된다.
요크[112]를 통해 모두 자기적으로 연결된 다수의 자극[110]이 있다. 와류를 감소시키기 위해, 요크[112]와 자극[110] 모두는 강자성 적충체[114]로 구성된다. 코일[116],[코일[116b]는 Bx를 위한 것이고, 코일[116]은 By를 위한 것임]은 각 자극을 둘러싸며, 요크와 자극 구조체로 둘러싸인 지역[118] 내에서 발진 자기장을 발생한다. 주변에 많은 수의 독립적인 자극이 있기 때문에, 각 코일[116] 에서의 여기 전류는 위상과 진폭이 조정되어, X-Y 평면에서 어떤 각도로 위치되지만, Z 축[32]에 대해 수직인 횡 자기장[120]을 발생 시킨다. X-Y평면에서 동일 간격의 각도 θ1, θ2, θ3로 위치된 짝수개의 자극이 있는 경우 그리고 각도 θr로 자극상에 위치된 코일[116a]의 권선의 수가 Cosθr의 절대값에 비례하는 경우, 그리고 모든 상기 코일이 직렬로 연결되어 여기될 때, Y 방향으로 발진 자기장이 발생된다. 각 도 θr에서의 자극상의 권선수가 Sinθr의 절대 값에 비례하도록 또 다른 셋트의 코일[116b]이 상기 자극 상에 위치되어 있고, 이들 코일이 모두 직렬로 연결되어 있는 경우, X 방향으로 발진 자기장이 발생된다. 2개 셋트의 코일이 여기되어 여러 가지 스캔 패턴을 발생한다.
가] 두셋트의 코일에서의 여기 전류가 서로 독립적이고, 상당히 다른 주파수를 갖는 경우, 제12(a) 도에서와 같이 라스터 스캔이 발생된다.
나] 고저 주파수 전류가 2개의 코일의 각각에서 중첩되어 있고, 성분 전류의 진폭이 시간에 따라 천천히 변조되는 경우, 제12(b)도에서와 같이 Z축에 대해 천천히 회전하는 배치 각도에 있는 타겟트[10]에서 라스터 스캔이 다시 발생된다. 그러나,
다] 2개의 코일에서의 전류의 여기 주파수는 동일하지만, 그러나, 상대적 위상이 0이 아니고 서로 다른 경우, 타겟트[10]에서의 빔으니루사쥬 운동을 행하며, 제12(c)도에서와 같이 Z축[32]에 중심을 두고 있는 타원형 경로 [126]를 따라 진행한다. 상대적 위상이 90도인 경우와 같이 특수한 경우에서와 같이, 정타원형 또는 원형궤적이 발생된다. 타겟트[10]가 Z축[32]에 대해 회전 하면서 주입되는 경우에 대해서는 [나]에서 기술된 마찬가지 결과가 얻어진다. X-Y 평면에서 스캔 위치를 변화시키는 것은 제1(a) 및 1(b)도에 도시된 바와 같이 고정된 X와 Y스캐너 자석[26,28]으로는 가능하지 않다. 2개의 스캐너 자석이 하나의 단일체로 결합된 본 실시예에는 그러나 별도의 스캐너 자석에 의해 제공된 바와 같이 여기전력을 최소화 시킬 수 있는 가능성을 제공하지는 않는다. 쿼드라폴[54,56,58]의 여기는 제12도에 도시된 바와 같은 스캐너가 사용될 때, 제8(a) 및 제8(b)도의 거리 p와 q가 같아 지도록 조정되어야 하는 점에 유의 하여야 한다.
제13도는 스캐너 자극의 영역으로부터 타겟트[10] 까지의 변환을 제공하기 위해 텔레센트릭 전달 시스템으로서의 역할을 할 수 있는 자기 솔레노이드[131]을 사용하는 것을 도시한다. 상기 솔레노이드는 Z축[32]에 대해 대칭인 전류 전달 코일[130]과 자기 효율을 개선하기 위해 강자성 재질로 구성된 판형단부편[134]를 갖는 원통형 요크[132]로 구성된다. 자기장[36]은 빔이 솔레노이드[136] 내로 들어가도록 하면서, Z축[32]으로 부터의 추가 각도 배치 및 변위가 이루어지도록 하기위해 스캐너 자석의 작용 결과로서 Z축[32]으로 부터 변위되도록 렌즈로서의 역할을 한다. 솔레노이드는 쿼드라폴과 같이 선형소자이며, 빔이 타겟트[10]상에 충돌하는 최종 위치 및 각도는 쿼드라폴의 경우에서와 같이 솔레노이드에 들어갈 때, 빔의 각도 방향과 변위의 선형 함수이다. 솔레노이드의 효과를 기술하는 방정식은, 솔레노이드가 Z 축에 대해 축 대칭 형태이기 때문에 32M11이 M33과 동일하고, M22가 M44와 같고, M12는 M34와 같으며, M21이 M43과 같은 것을 제외하고는 방정식[8a 내지 8d]의 것과 유사하다. 상기와 같은 솔레노이드는 X 및 Y 스캔을 위한 중심이 Z 축[32]상에서 동일 위치가 되기 때문에 제12(a)도에 도시된 형태의 스캐너와 함께 사용된다. 빔[138]의 접속을 형성하는 이 외에도, 솔레노이드는 X와 Y이동의 결합으로부터 생기는 Z축[32]에 대해 빔[138]의 회전을 동시에 일으킨다.
만약 단일 솔레노이드가 서로 반대로 배치된 2개의 코일에서 여기 전류가 흐르며, 유사한 구조의 2개의 솔레노이드로 대체되는 경우, 2개의 솔레노이드를 통과한 후의 순수한 회전은 제로가 된다. 그러나, 집속작용은 유지되며, 2개의 솔레노이드의 결합길이와 동일한 길이 단일 솔레노이등의 집속 작용과 거의 동일하다. 상기 2개의 솔레노이드는 물리적으로 분리되어 있다. 제1 솔레노이드의 중심에서의 자기장은 제2 솔레노이드의 자기장의 방향에 반대이다. 각도 위치는 상기 자기장에의 방향에 따라 다르며, 2개의 솔레노이드에서 크기는 같지만, 방향은 반대이다. 다른 한편, 집속 작용은 자기장의 크기에 따라서만 다르며, 방향에는 관계가 없다.
제14도에 있어서, 한 쌍의 솔레노이드[131a, 131b][또는 도시하지 않았지만, 단일 솔레노이드]는 스캐너 자석의 중심이 제14도에 도시된 바와 같이 Z 축[32] 상의 위치에서 분리될 수 있도록 쿼드라폴 싱글렛트[Singlet]와 결합될 수 있다. 쿼드라폴 Q 및 솔레노이드 S 여기는 제1(a) 및 1(b)도의 3개의 쿼드라폴[54,56,58]로서 이루어 질 수 있는 방법과 동일한 방법으로 평행한 스캔 빔이 타겟트[10]에서 발생될 수 있도록 조정될 수 있다.
제15(a), 15(b) 및 15(c)도는 3개의 자기 쿼드라폴[54,56,58]이 굴곡자석[140]으로 대체된 실시예이다. 상기 굴곡 자석[140]은 코일[140]로 둘러싸인 2개의 자극[142,144]을 갖는다. 상기 자극 사이의 갭은 다이폴항에 중첩된 쿼드라폴항을 갖는 자기장이 발생되도록 자극 표면상에서 위치가 변하게 만들 수 있다. 상기 자석의 작용은 개별적인 쿼드라폴[54,56,58]이 기능을 수행하는 것과 동일한 기능을 상기 쿼드라폴이 실행하도록 만들 수 있다. 자기장에서 다이폴 성분은 주 빔[Pr]이 제15도에 도시된 바와 같이 굴곡되게 한다. 이 경우, 출구 빔 축[150]은 입구축[152]으로부터 다른 각도에 있다. 만약 자석[148] 제1부분과 자석[154]의 제3부분에서의 자극갭이 외부로 향해 급속히 증가하고, 한 편, 자석[156]의 중심부분에서 자극 갭이 급속히 감속하는 경우, 자석에서 쿼드라폴 성분은 제1(a)도에 도시된 바와 개별 쿼드라폴[54,56,58]의 작용을 복제하게 된다. 그러한 굴곡자석은 큰 타겟트가 필요할 때 아주 큰 구조가 된다. 왜냐하면, 자극 갭은 타겟트[10] 만큼 커야 하며, 자극 폭은 자극 갭의 폭보다 최소 3배는 되어야 한다. 다른 한편으로, 굴곡 자기 장치[140]는 자석의 입구에 있는 빔 내에서 아직도 존재하는 원치않는 입자가 타겟트[10]에 도달하는 것을 방지하는 장점을 제공한다. 상기 굴곡 자석[140]은 다이폴 필드 성분을 갖기 때문에, 모멘트 분산을 제공하며, 원치않는 입자 종류의 오염으로부터 타겟트[10]에 인가되는 빔을 정화 할 수 있다.
자기 전달 시스템의 다른 실시예는 굴곡 자석 다음에 있는 쿼드라폴 또는 솔레노이드[도시하지 않았음]를 포함할 수 있으며, 이는 기판에서 빔의 스포트 크기와 축에 대한 빔의 수렴, 평행, 발산관계를 조정하는 데 사용될 수 있다.
양호한 실시예에 대한 상기 기술된 다른 실시예의 다른 조합을 이용하여 동일한 결과를 얻을 수 있다. 실제로 4개의 쿼드라폴을 3의 위치에 사용할 수 있으며, 이는 타겟트[10]에서 빔 크기의 큰 제어가 필요한 경우에 유리하다.
약 150mm 이상의 직경의 웨이퍼 상에서 균일한 주입을 제공하기 위해 X 방향으로 30π94.2478 HZ와 Y방향으로 1000 HZ의 주파수에서 라스터 스캔이 이루어지도록 하는 200 Kev 단일 비소 이온 빔의 특정 경우를 살펴보기로 한다.
쿼드라폴은 본 명세서의 부록으로 첨부되어 있는 표 1에 기술된 매개변수를 갖는 셋트이다. 이는 상기 변수의 셋팅시에 3개 쿼드라폴 결합체에 대한 X와 Y 물체지점이 X 스캐너자석[28]과 Y스캐너 자석[26]의 중심에서 각각 생기도록 즉, 방정식[13a, 13b]으로 표현된 켈텔센트릭 조건이 만족 되도록 3개의 쿼드라폴[54,56,58]이 협력하기 때문에 웨이퍼상에서 빔의 평행 스캐닝을 달성한다. 일반적으로 쿼드라폴 자기장은 쿼드라폴 자기장을 측정하기 위한 홀 효과 소자와 같은 자기 프로브를 사용하여, 제17도에 도시된 바와 같은 개구를 통해 전송된 빔으로부터 전기 신호를 관찰하여 셋트될 수 있다.
전형적인 이온 소스[2], 분석기 자석[6], 후가속기[8] 및 중성필터[14]에 있어서, 이온 빔의 방출은 방정식[15,16]으로 표시된다. 이 경우 웨이퍼에서 빔의 크기 및 각도 매개변수는 B2 = 0.321T[쿼드라폴[56]의 폴 끝단의 자기장]에 대해 제9(a) 및 9b도에 제공되어 있다. 웨이퍼에서 다른 빔 크기가 선택될 수 있으며, 제9(a) 및 9(b)도에 주어진 데이터에 따른 좌표에서 3개의 쿼드라폴의 자기장을 조정하여 평행 스캐닝 조건이 유지될 수 있다.
X 및 Y 방향으로 웨이퍼에서의 스캔 범위는 방정식[8a, 8b]으로 주어지며, 스캐너 자석[28,26] 각각에서 편향각도 α와 β에 따라 다르다. 예를 들어 150mm 직경의 웨이퍼를 오버스캐닝 하는데 충분하며, 방정식[10]과 방정식[13a, 13b]의 텔레센트릭 조건의 이용한 90mm 스캔 범위에 대해서 α와 β는 다음과 같다.
이와 같은 편향 진폭을 만들기 위해 방정식[3]으로 주어진 바와 같은 실효치[rms] 전력으로 여기 되어야 하며, 균일한 주입을 실현하기 위해 정현파 보다는 삼각파형으로 수정되어야 한다. 상기 크기는 방정식[3]에서 7.5×5.0의 상수를 대체한 만큼에 해당한다. 갭이 0.02m이고 길이가 0.15m이라고 가정한 경우, 100 HZ에서 동작하고 방정식[1]으로부터 계산된 바와 같이 200Kev 단일 대전 비소이온에 대해 K = 0.577 T-m의 자기 경도를 사용하는 제1 스캐너 자석[26]에 대해서 실효치 동작 전력은 다음과 같다.
입구 갭이 0.03m, 출구 갭이 0.06m 그리고 길이가 0.4m 인 경우, 94,2478 HZ에서 동작하는 제2스캐너 자석[28]에 대해서 실효치 전력은 다음과 같다.
스캐너의 적당한 여기 전력은 상술한 바와 같이 픽업코일 및 적분기를 모니터 하여 실험적으로 셋트될 수 있다. 2개 스캐너의 유효 길이가 각각 L1과 L2인 경우 각각의 피크 자기장은 다음 값으로 셋트된다.
다른 이온 종류 및 에너지에 대해서 쿼드라폴 및 스캐너 여기 필드는 방정식[1]로 주어진 바와 같이 이온의 자기 경도에 비례하여 조정될 수 있다.
전기장은 스캐너 자석과 쿼드라폴에 존재하지 않기 때문에 공간 전하력도 존재하지 않고, 이온 빔 공간 전하 제한전류[I/E3/2]에서 어떤 제한도 없다. 특정 용도와 목적 및 재질 비용등을 고려하여 본 원의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들어 낮은 또는 중간 정도의 공간전하 제한전류 범위에서 동작할 때, 본 발명에 따른 전달 시스템은 정전기 스캐너와 결합하여 사용될 수 있다.

Claims (95)

  1. 기판상에서 2차원적으로 빔을 빠르게 스캐닝하여 원자 또 분자 이온을 기판의 표면상에 조사(照射)하는 시스템에 있어서, 빔 내로 기판을 제공하는 엔드 스테이션과 원자 또는 분자 이온의 빔을 발생하기 위한 이온소스와 관련 빔 형성 장치와, 기준축에 대해 2차원적으로 빔을 편향시키는 자기 스캐닝 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 각 차원의 스캔을 위해, 자성 재질의 요크와 폴 및 관련 활성코일로 형성된 단일 스캐닝 자석을 이용하며, 상기 스캐닝 시스템 다음에 있는 자기 이온 빔 전달 시스템을 포함하고, 기판상에서 원하는 스캔을 달성하기위해 상기 전달 시스템은 상기 스캐닝 시스템의 2차원 편향 범위에 대해 스캐닝 시스템으로 부터 빔을 수신하도록 장치되어 있으며, 축으로 부터 빔의 원하는 순간적 2차원 변위시에 상기 두 차원에서 축과 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 2차원 편향 빔을 재배치 하기 위해 선택된 특성의 빔 경로를 따라 자기장 조건을 인가하도록 구성되어 있는 기판 표면 조사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 최소한 1차원 스캔을 위한 자기 스캐닝 수단은 100HZ 보다 큰 주파수로 상기 기판의 표면상에 빔을 스캐닝 하도록 구성되어 있는 기판 표면 조사 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기 이온 전달 시스템은 차원별로 감결합 형태의 2차원 편향 빔을 재배치 하는 특성을 갖는 기판 표면 조사 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 : 1차원으로 빔을 스캐닝 하며, 축 방향으로 하부에 위치된 제1시간 변수 자기 스캐너와, 2차원으로 빔을 스캐닝 하기위해 상기 제1스캐너로 부터 자기적으로 분리된 제2시간 변수 자기 스캐너와 상기 스캐너는 기판상의 빔의 순간적 소정변위에 의해 결정되는 각 차원의 각각의 각도에서 감결합 되는 형태로 상기 기준축으로 부터 빔을 편향시키는 각 순간마다 효과적으로 동작하는 기판 표면 조사 시스템.
  5. 기판 표면상에서 0.02/M [amu]1/2(mA/keV3/2) 이상의 공간전하 제한전류를 포함하는 넓은 범위에 걸쳐 빔의 빠른 스캐닝에 의해 원하는 균일도로 원자 또는 분자이온을 침착시키는 시스템에 있어서, 기판을 지지하는 엔드 스테이션과, 원자 또는 분자 이온의 빔을 발생하는 이온 소스와, 빔으로부터 원치 않는 모멘트의 이온을 제거하기 위해, 모멘트 분석기와 이온의 소정 최종속도를 달성하기 위한 가속기를 포함하여 원자 또는 분자이온을 발생하는 빔 형성소자와, 기준축에 대해 2차원으로 빔을 편향 시키기 위한 자기 시스템을 포함하며, 상기 스캐닝 시스템은 각 방향으로 빔을 연속적으로 편향 시키기위해 시스템의 축을 따라 제1 및 제2 위치에 배치된 제1 및 제2시간변수 자기장 자기 스캐너를 포함하고, 상기 제1 스캐너는 상기 제2스캐너의 자기 갭의 크기보다 더 작은 크기로 빔이 통과하는 자기 갭을 가지며, 상기 스캐너는 기판상의 빔의 순간적 소정 변위에 의해 결정되는 각 차원의 각각의 각도에서 감결합되는 형태로 상기 기준축으로 부터 빔을 편향시키는 순간마다 효과적으로 동작하며, 상기 각각의 스캐너는 자성재질의 요크와 풀 수단 및 관련 활성 코일로 구성되고, 상기 각각은 각각의 편향 회로와 상기 코일에 대해 시간 변수 전류를 공급하는 전원공급부를 가지며, 상기 자기 스캐너 뒤에 있는 이온 빔 전달 시스템을 포함하며, 기판상에서 유한 이온, 이온 분배 크기의 빔 스포트의 원하는 스캔을 달성하기위해 상기 전달 시스템은 상기 스캐너의 2차원 편향 범위에 대해 스캐너로 부터 빔을 수신하도록 장치되어 있으며, 축으로 부터 빔의 원하는 순간적 2차원 변위시에 축과 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 차원별 감결합 형태의 2차원 편향 빔을 재배치하기위해 선택된 특성의 빔 경로를 따라 정자기장 조건을 인가하도록 구성되어 있으며, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 거의 일정한 빔 크기를 기판상에 제공하도록 구성되어 있으며, 여기서 스캔 범위에 대해 원하는 방향으로 부터 약 2도 이하 정도로 이온이 편이 되는 원자 또는 분자이온 침착 시스템.
  6. 제4 또는 5항에 있어서, 상기 제2스캐너는 제1 스캐너와의 사이에 배치된 광학소자에 빔 영향을 미치지않고 상기 제1스캐너에 인접하여 배치되는 원자 또는 분자 이온 침착 시스템.
  7. 제4 또는 5항에 있어서, 상기 제1스캐너는, 정확한 정수배가 아닌 상기 제2스캐너의 스캐닝 주파수보다 10배 이상 큰 정도의 스캐닝 주파수에서 동작하도록 구성되어 있는 원자 또는 분자이온 이온 침착 시스템.
  8. 제4 또는 5항에 있어서, 상기 시스템은 상기 스캐닝 시스템에 리본형 이온 빔을 제공하도록 구성되어 있으며, 상기 리본의 단면의 더 짧은 길이는 상기 제1스캐너의 갭의 두께 방향과 일치하는 원자 또는 분자이온 침착 시스템.
  9. 제4 또는 5항에 있어서, 상기 제2스캐너는 제1스캐너에 의해 발생된 편향포락선의 발산에 대응하는 형태와 방향으로 발산하며, 반면, 상기 제2 자기스캐너의 폴의 [갭에 수직인]은 축 방향으로 대응하여 서서히 증가하는 원자 또는 분자이온 침착 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 2방향의 감결합 형태로 빔을 편향 시키기 위해 자기장을 발생하는 데 효과적인 스캐너 코일과 관련 자기 회로는 일반적으로 빔 경로를 따라 주변에 배치되는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 시스템은 원형 철, 요크, 상기 요크의 축을 향해 내측 방향으로 그리고 주변에 분포된 다수의 폴과, 상기 폴과 연관된 별개의 X 및 Y 차원 편향 코일을 구비하는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 각 편향 방향을 위한 폴상의 코일의 권선수는 각 편향 축에 대해 상기 폴의 각도 위치에 따라 변하며, 각 방향으로의 편향을 위해 단일 활성전류로 구동되는 일련의 코일을 연결시키는 수단에 따라 달라지는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  13. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 빔 형성 장치는 상기 이온소스의 공액 이온 광학 영상을 형성하며, 상기 스캐너 시스템은 상기 스캐닝 시스템의 자기 갭을 비교적 작게 유지하기 위해 상기 영상의 영역에 배치되는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  14. 제1, 4, 5 또는 11항에 있어서, 자기 스캐닝 시스템의 폴 및 요크 구조체는 1mm이하 두께의 자성재질의 절연 적층체로 구성되는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적층체의 두께는 0.5mm 정도인 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  16. 제1, 3, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은, 타겟트 상의 이온 빔이 충돌하는 최종 위치와 각도가 이온 빔 전송 시스템에 들어가는 빔의 각도 방향과 변위의 선형 함수가 되도록, 2차원 편향 빔의 선형변환에 영향을 줄수 있는 정자기장을 발생하기위한 전자기 시스템인 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 각 이온의 각도 방향이 스캔 범위에 대해 원하는 방향으로 부터 약 21이하로 편이 되도록 이온 빔을 발생하는데 충분하게 빔 경로를 따라, 정자기장을 인가하도록 구성되어 있는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 자기 이온을 발산, 평행 및 수렴 값의 범위에 대해 상기 기판상에서 상기 빔의 각도를 조정하기 위해 조정 가능한 매개변수를 갖는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 상기 2차원으로 상기 기준축과 평행한 빔을 발생하기 위해 정자기장을 인가하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 스캔 범위에 대해 상기 기판에서 거의 일정한 이온 분배 스포트 크기를 갖는 빔을 발생하기 위해 빔 경로를 따라 정자기장 조건을 인가하도록 구성되어 있는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 자기 이온 전달 시스템은 상기 기판에서 상기 빔의 크기를 조정하기 위해 조정 가능한 매개변수를 갖는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  22. 제4 또는 5항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 상기 스캐너의 서로 다른 축 위치를 수용할수 있으며, 한 편으로 빔의 소정의 각도 관계와 변위로 편향 빔의 선형 변환을 발생 가능하도록 구성된 축 방향으로 간격을 두고 분리되어 있는 다수의 자기장 인가 소자를 구비하는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 2차원 편향에서 효과적인 정자기장을 인가하는 제2 자기 수단 앞에서 최소한 하나의 쿼드라폴 정자기장을 인가하는 수단을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 극성이 교대로 바뀌는 최소한 3개의 쿼드라폴 자기장을 인가하는 수단을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 순차적으로 최소한 3개의 쿼드라폴을 구비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 극성이 교대로 바뀌는 각각의 쿼드라폴 자기장을 발생하도록 구성된 각 쿼드라폴의 길이를 따라 최소한 3개의 서로 다른 부분을 갖는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  27. 제24항에 있어서, 상기 쿼드라폴 자기장 시스템의 X 및 Y 방향의 대상 지점은 텔레센트릭 조건을 만족 시키는 형태로 X 및 Y 차원 자기 스캐너에 의해 이루어지는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 본 명세서의 부록에 있는 표 1에 기술된 바와 같이 위치된 쿼드라폴을 갖는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  29. 제24항에 있어서, 상기 쿼드라폴의 매개변수는 기판에서 빔 스포트 크기 중에서 이온 분배 스포트 크기를 변화 시키도록 조정 되며, 그다음에는 스캔시에 거의 일정하게 유지되는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  30. 제24항에 있어서, 상기 쿼드라폴 시스템의 매개변수는 수렴, 평행 및 발산관계의 범위에 대해 상기기판에서 빔 각도를 변화시키기 위해 조정이 가능하고, 상기 선택된 관계는 스캔시에 유지되는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  31. 제23항에 있어서, 상기 제2 자기 수단은 솔레노이드 수단을 구비하는 분자 또는 원자 이원 침착 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 솔레노이드 수단은 반대 극성의 인접한 솔레노이드를 구비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  33. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 솔레노이드를 부비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 상기 솔레노이드 시스템은 여러개의 솔레노이드를 가지며, 상기 솔레노이드에 흐르는 전류는 빔 회전을 제어하기 위해 제어되는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 제어된 소정 크기의 회전을 제공하기 위해, 서로에 대해 상기 솔레노이드의 전류를 조정하기 위한 수단을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  36. 제34항에 있어서, 상기 솔레노이드 시스템은 반대 방향의 전류 흐름을 갖는 한 쌍의 솔레노이드를 구비하여, 제2 솔레노이드는 상기 제1 솔레노이드에 의해 상기 빔의 회전을 보상하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 솔레노이드에 흐르는 전류 크기는 상기 빔의 회전을 방지하기 위해 같아지는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  38. 제33항에 시스템에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 서로 다른 축 위치에 배치된 제1 및 제2 스캐너를 구비하며, 상기 이온 빔 전달 시스템은 상기 솔레노이드 시스템에 제공된 X 및 Y 시스템의 실제대상에 중첩 시키기 위한 자기 장치를 구비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  39. 제33항에 있어서, 제1 및 제2차원을 위한 스캐너는 거의 중첩되며, 상기 이온 빔 전달 시스템은 단지 솔레노이드 수단만을 구비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  40. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 자기장을 인가하기 위한 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 굴곡 자석과 그 다음에 있는 쿼드라폴을 구비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  41. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 자기장을 인가하기 위한 상기 자기 이온 ㎈ 전달 시스템은 굴곡 자석과 최소한 하나의 솔레노이드를 구비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  42. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 소정의 거의 삼각형 전류 여기 파형으로 상기 스캐닝 시스템의 자기 코일을 여기 시키도록 구성된 전력 증폭기를 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  43. 제42항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 스캔 싸이클의 1/2의 약 80%에 걸쳐서 상기 스캐닝 시스템에 인가되는 전류의 거의 선형 변화를 유발하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  44. 제1, 4, 5, 10 또는 제11항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 100 HZ 또는 그 부근 정도의 스캔 주파수에서는 한 방향으로 빔을 편향시키고, 50HZ 또는 그 이상의 스캔 주파수에서는 다른 방향으로 빔을 편향 시키도록 구성되어 있는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  45. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 시스템은 0.02/M[amu]1/2[mA/ke V3/2] 이상 그리고 그 이하의 공간전하 제한전류를 포함하는 넓은 범위의 상기 전류에 대해 빔 스캐닝을 가능하게 하는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  46. 제45항에 있어서, 상기 시스템은 100 Kev 5 Kev까지의 낮은 에너지에서 약 20mA의 비소 빔과 같은 높은 빔 전류를 갖는 빔의 스캐닝을 가능하게 하는 분자 또는 원자이온 침착 시스템.
  47. 제45항에 있어서, 100 내지 400 Kev 정도의 높은 에너지에서 10 내지 20mA 범위의 높은 빔 전류를 갖는빔의 스캐닝을 가능하게 하도록 구성된 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  48. 제45항에 있어서, 상기 시스템은 브론, 인, 비소 및 안티몬을 포함한 웨이퍼에서 이온 주입을 위한 이온 주입기로서 동작할 수 있는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  49. 제48항에 있어서, 직경이 12인치까지의 직경을 갖는 면적에 대해서도 스캔되도록 구성되어 있는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  50. 제48항에 있어서, 기판에서 약 10 내지 80mm의 빔 직경이 만들어지도록 구성된 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  51. 제50항에 있어서, 전체 웨이퍼에 대해서 0.5% 이상 더 좋은 조사균일도가 10초 미만에 이루어질 수 있도록 직경이 12인치 까지의 웨이퍼에 대해 다중 스캔이 이루어지도록 구성된 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  52. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템의 자기 스캐너를 구동하기 위한 전력 증폭기 수단을 포함하며, 상기 전력 증폭기 수단은 특성 전압 리플을 발생하고, 상기 스캐너의 스캔 주파수는 상기 특성 전압 리플의 배수가 되지 않도록 선택되는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  53. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 라스터 스캔을 발생하도록 구성된 스캐너 시스템을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  54. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 회전하는 라스터 스캔을 발생하도록 구성된 스캐너 시스템을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  55. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 리사류 운동을 일으키도록 구성된 스캐너 시스템을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  56. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 시스템은 다이나믹 피드백 제어 시스템을 포함하며, 상기 피드백 제어 시스템은: 상기 스캐닝 시스템의 자기장을 검출하며, 상기 이온 빔의 스캐닝 동안 상기 빔에 영향을 미치는 필드를 나타내는 신호를 발생하는 자기장 검출 수단과, 상기 필드 검출 수단에 응답하여 폐쇄 루프에 있는 상기 두차원의 각각에서 상술된 자기장 형태를 발생하도록 스캐닝 시스템을 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  57. 제56항에 있어서, 상기 자기장 검출 수단은 상기 자기 스캐닝 시스템 내부에서 유도성 코일을 구비하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  58. 제56항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 자기장 검출 수단으로 부터의 신호를 퓨리에 성분 및/ 또는 위상 멱급수로 해석을 수행하는 수단을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  59. 제1, 4, 5, 10 또는 11항에 있어서, 상기 시스템은 다이나믹 피드백 제어 시스템을 포함하며, 상기 제어 시스템은: 상기 이온 빔의 스캐닝 동안 상기 스캐닝 시스템의 타겟트에서 주입량을 검출하고 상기 주입량을 표시하는 신호를 발생하는 이온 주입량 검출 수단과, 상기 주입량 검출수단에 응답하여 폐쇄 루프 형태로 상기 2차원에서 상술된 이온 주입량을 만들도록 상기 스캐닝 시스템을 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함하는 분자 또는 원자 이온 침착 시스템.
  60. 0.02/M [amu]1/2[mA/keV3/2] 이상의 공간저하 제한 전류를 포함하는 넓은 범위의 상기 전류에 대해 빔의 빠른 스캐닝이 가능하도록 구성되어 기판상에 소정의 균일도로 원자 또는 분자 이온을 사용하여 기판 표면을 조사하는 시스템에 있어서, 기판을 빔 내로 제공하는 엔드 스테이션과, 원자 또는 분자 이온의 빔을 발생하기 위해 이온 소스와 관련 빔 형성 장치와 기판의 표면상에 2차원으로 상기 빔을 스캐닝 할 수 있는 자기 스캐닝 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 각 차원의 스캔을 위해 자성 재질의 요크 및 폴 수단과 관련 활성 코일로 구성된 단일 스캐닝 자석 수단을 이용하며, 소정의 이온 주입량 특성을 만들기위해 상기 빔의 소정 위치를 표시하는 신호를 제공하는 수단과, 다이나믹 폐쇄 루프 피드백 제어 시스템을 포함하며, 상기 제어 시스템은, 상기 빔의 스캐닝동안 상기 빔에 영향을 미치는 상기 자기장을 표시하는 신호를 발생하고 상기 스캐닝 시스템의 자기장을 검출하기 위한 자기장 검출 수단과, 상기 필드 검출 수단에 응답하여 폐쇄 루프 형태로 2차원적인 상기 자기 필드를 발생하기 위해 상기 스캐닝 시스템을 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함하는 기판 표면 조사 시스템.
  61. 제60항에 있어서, 상기 필드 검출 수단은 상기 자기 스캐닝 시스템 내부에 유도성 코일을 포함하는 기판 표면 조사 시스템.
  62. 제60항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 자기장 검출 시스템으로 부터의 신호를 퓨리에 성분 및 / 또는 위상 멱급수로 해석을 실행하는 수단을 포함하는 기판 표면 조사 시스템.
  63. 0.02/M [amu]1/2[mA/keV3/2] 이상의 공간전하 제한전류를 포함하는 넓은 범위의 상기 전류에 대해 빔의 빠른 스캐닝이 가능하도록 구성되어 기판상에 소정의 균일도로 원자 또는 분자 이온을 사용하여 기판 표면을 조사하는 시스템에 있어서, 기판을 빔 내로 제공하는 엔드 스테이션과 원자 또는 분자 또는 분자 이온의 빔을 발생하기 위해 이온 소스와 관련된 빔 형성 장치와, 기판의 표면상에 2차원으로 상기 빔을 스캐닝 할수 있는 자기 스캐닝 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 각 차원의 스캔을 위해 자성 재질의 요크 및 폴 수단과 관련 활성 코일로 구성된 단일 스캐닝 자석 수단을 이용하며, 소정의 이온 주입량 특성을 만들기 위해 상기 빔의 소정 위치를 표시하는 신호를 제공하는 수단과, 다이나믹 폐쇄 루프 피드백 제어 시스템을 포함하며, 상기 제어 시스템을 포함하며, 상기 제어 시스템은 이온 빔의 스캐닝 동안 스캐닝 시스템의 타켓트에서의 주입량을 검출하여 상기 주입량을 표시하는 신호를 발생하며, 상기 주입량에 응답하여 폐쇄 루프 형태로 2차원의 소정이온 주입량을 설정하도록 스캐닝 시스템을 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함하는 기판 표면 조사 시스템.
  64. 기준축에 대해 제1 및 제2 방향으로 원자 분자 이온의 빔을 편향 시키는 자기 스캐닝 시스템에 있어서, 상기 시스템은 각 방향으로 빔을 연속적으로 편향시키기위한 시스템의 축을 따라 제1 및 제2위치에서 제1 및 제2시간 변수 자기장 자기 스캐너를 구비하며, 각각의 자기 스캐너는 자성 재질의 요크와 풀, 및 관련 활성 코일을 구비하고, 각각은 또한, 시간 변수 전류를 상기 코일에 인가하는 전력 공급부와 각 편향 회로를 구비하며, 상기 제1시간 변수 자기장 자기 스캐너는 상기 제2 스캐너의 자기 갭의 크기보다 더 작은 크기의 빔이 통과하는 자기갭을 가지며, 제2 스캐너가 행하는 것보다 더 빨리 각 방향으로의 빔을 스캔하도록 구성되어 상기 제1 스캐너를 위한 보다 높은 주파수에 의해 부과되는 전력 조건이 개선되고, 상기 스캐너는 이온 빔의 소정 순간 변위에의해 결정된 각 방향에서 각각의 각도를 감결합 형태인 상기 기준축으로 부터 이온 빔을 편향 시키는 각 순간에 유효하게 동작하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  65. 제64항에 있어서, 상기 제2 스캐너는, 제1 스캐너와의 사이에 배치된 빔에 영향을 받는 소자가 없이 상기 제1 스캐너에 아주 인접하여 위치되는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  66. 제64항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템에 리본형 빔을 제공하는 수단을 포함하며, 상기 리본형 빔의 단면이 짧은 쪽 길이는 상기 제1 스캐너의 갭의 두께방향과 일치하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  67. 제64항에 있어서, 상기 제2 스캐너의 갭은 상기 제1 스캐너에 의해 발생된 편향 엔벨로프의 발산에 대응하는 형태로 빔 경로의 방향으로 발산하며, 상기 제2 자기 스캐너의 폴의 폭[갭에 수직인 방향]은 축 방향으로 대응하여 서서히 증가하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  68. 제64 또는 65항에 있어서, 최소한 한 방향의 스캔에 있어서, 상기 자기 스캐닝 수단은 100 Hz 이상의 주파수에서 상기 기판의 표면상에 빔을 주사하도록 구성된 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  69. 제64항에 있어서, 상기 제1 스캐너는 정수배가 아니면서 제2 스캐너의 스캐닝 주파수 보다 10배 정도 큰 스캐닝 주파수에서 동작하도록 구성된 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  70. 제64, 65 또는 69항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은, 100Hz 또는 그 이상의 스캔 주파수에서는 제1 방향으로 50Hz 또는 그 이상의 주파수에서는 제2 방향으로 빔을 편향 시키도록 구성된 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  71. 기준축에 대해 제1 및 제2 방향으로 원자 또는 분자 이온의 빔을 편향시키는 자기 스캐닝 시스템에 있어서, 상기 시스템은 자성 재질의 요크와 폴 수단과 관련 활성 코일로 구성된 제1 및 제2 시간 변수 자기장 자기 스캐닝수단을 이용하고, 상기 자석 각각은 각각의 편향 회로와 상기 코일에 시간 변수 전류를 인가하는 전원 공급부를 포함하며, 상기 스캐너 코일 및 관련 자기 회로는 2방향에서 감결합 형태로 빔을 편향시키는데 효과적이며, 빔 경로를 따라 일반적으로 같은 주변에 배치되는 자기 스캐닝 시스템.
  72. 제71항에 있어서, 원형 철 요크, 상기 요크의 축 주변에 분포되고 축을 향해 내부로 연장된 다수의 폴 및 상기 폴과 관련된 개별 X 와 Y 방향으로 편향 코일을 구비하는 자기 스캐닝 시스템.
  73. 제72항에 있어서, 각각의 편향 방향에 해당하는 코일 상의 권선수는 각 편향축에 대한 폴의 각도 위치와, 상기 각 코일 셋트를 직렬로 연결되게하여 각 방향으로의 편향을 위한 단일 활성전류에 의해 구동하게 하는 수단의 위치에 다라 변하는 자기 스캐닝 시스템.
  74. 제64 또는 71항에 있어서, 스캔될 원자 또는 분자의 빔을 발생하는 빔 형성 장치와 결합되어 사용되고, 상기 스캐너 시스템은 시스템의 자기 갭을 비교적 작게 유지하도록 하기 위해 상기 빔 형성 장치의 공액 이온 광학 영상의 영역에 위치되는 자기 스캐닝 시스템.
  75. 제64 또는 71항에 있어서, 상기 자기 스캐너의 폴과 요크 구조는 1mm이하 두께의 자성 재질의 절연 적층제로 구성되는 자기 스캐닝 시스템.
  76. 제75항에 있어서, 상기 적층체의 두께는 0.5mm인 자기 스캐닝 시스템.
  77. 제64 또는 71항에 있어서, 상기 시스템은 다이나믹 피드백 제어 시스템을 포함하며, 상기 제어 시스템은, 상기 빔의 스캐닝 동안 상기 스캐닝 시스템의 자기장을 검출하여 상기 이온빔에 영향을 미치는 자기장을 표시하는 신호를 발생하는 자기장 검출 수단과, 상기 자기장 검출 수단에 응답하여 폐쇄 루프 형태로 상기 2방향 소정 이온 주입량 특징을 만들어 내기 위해 스캐닝 시스템을 제어하는 피드백 제어 시스템을 구비하는 자기 스캐닝 시스템.
  78. 제64 또는 71항에 있어서, 원하는 빔 스캔을 달성하기위해, 상기 스캐닝 시스템의 2방향 편향 범위에 대해 스캐닝 시스템으로 부터 빔을 받아들이도록 장치되어 있으며, 상기 축으로 부터 빔의 소정 2방향 순간 변위시에 상기 2방향의 축과 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 2 방향 편향 빔을 재배치 시키도록, 선택된 특성의 빔을 따라 조건을 부과하도록 구성된 스캐닝시스템 다음의 이온 빔 전달 시스템을 구비하는 자기 스캐닝 시스템.
  79. 2차원으로 원자 또는 분자 이온의 빔을 스캐닝하는 시스템에 있어서, 기준축에 대해 2차원으로 이온 빔을 편향시키는 스캐닝 시스템과, 유한의 이온 분배 크기의 이온 빔 스포트의 원하는 스캔을 달성하기위해, 축으로 부터 이온 빔의 소정의 순간적 2방향 변위시에 2방향으로 축과 소정의 각도 관계를 갖는 방향으로 2방향 편향 이온빔을 재배치 시키도록 선택된 특성의 정자기장조건을 부과하도록 구성된 다수의 축 방향으로 간격을 두고 분리된 정자기장 인가 소자 다음의 자기 이온 빔 전달 시스템을 포함하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  80. 제79항에 있어서, 상기 자기 이온 전달 시스템은 방향별 감결합 형태로 2방향 편향 빔을 재배치하는 특성을 갖는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  81. 제79항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 타켓트 상에 빔이 충돌하는 최종 위치 및 각도가 이온 빔 전달 시스템에 들어 가는 빔의 각도 방향과 변위의 함수가 되도록 2방향 편향 빔의 선형 변환에 영향을 미칠수 있는 정자기장을 만들 수 있도록 구성된 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  82. 제81항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 각 이온의 방향이 스캔 범위에서 원하는 방향으로 부터 약 2°이하 정도 벗어나도록 이온 빔을 발생하기 위해 충분한 빔 경로를 따라 정자기장 조건을 부과하도록 구성된 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  83. 제81항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 발산, 평행 및 수렴값의 범위에 대해 기판상에서 빔의 각도를 조정하기 위해 조정 가능한 매개 변수를 갖는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  84. 제81항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 상기 2방향으로 상기 기준축과 평행한 빔을 발생하기 위해 정자기장 조건을 부과하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  85. 제81항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 시스템은 스캔 범위에 대해, 상기 기판상에서 거의 일정한 이온 분배 스포트를 갖는 빔을 발생하기 위해 빔 경로를 따라 정자기장 조건을 부과하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  86. 제79항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 2방향 편향에 효과적인 정자기장을 인가하는 제2자석 수단 앞에서 최소한 하나의 정자기 쿼드라폴 자기장을 인가하는 수단을 포함 자기 이온빔 스캐닝 시스템.
  87. 제86항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 최소한 3개의 쿼드라폴 자석을 순차적으로 포함하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  88. 제86항에 있어서, 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 각각의 쿼드라폴 자기장을 발생하도록 구성된, 길이 방향으로 최소한 3개의 다른 부분을 갖는 굴곡 자석을 구비하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  89. 제86항에 있어서, 상기 시스템의 축을 따라 서로 간격을 두고 있는 X와 Y 스캐너를 사용하며, 상기 쿼드라폴의 X와 Y 방향 대상지점은 텔레센트릭 조건을 만족 시키는 방법으로 X 및 Y 방향 자기 스캐너에서 형성되는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  90. 제89항에 있어서, 상기 이온 빔 전송 시스템은 본 원 명세서에 첨부된 부록의 표 1에 기술된 바와 같이 배치된 쿼드라폴을 갖는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  91. 제86항에 있어서, 상기 제2 자기 수단은 솔레노이드 수단을 구비하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  92. 제79항에 있어서, 상기 이온 빔 전송 시스템은 여러개의 솔레노이드를 갖는 솔레노이드를 구비하며, 상기 솔레노이드에서 흐르는 전류는 빔을 회전 시키도록 제어되는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  93. 제79항에 있어서, 자기장을 인가하는 상기 자기 이온 빔 전달 시스템은 쿼드라폴에 의해 수반되는 굴곡 자석을 구비하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  94. 제79항에 있어서, 상기 이온 빔 전달 시스템은 최소 하나의 솔레노이드 앞에 의해 수반되는 굴곡 자석을 구비하는 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
  95. 제79 내지 94항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스캔 빔은 서로 다른 축 위치에 배치된 제1 및 제2 스캐너로 구성된 시스템에 의해 스캔되며, 상기 전달 시스템은 각 차원에 해당하는 초점 평면이 상기 제1 및 제2 스캐너의 중심 위치에서의 차이를 수용할 수 있도록 구성된 자기 이온 빔 스캐닝 시스템.
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