KR100247666B1 - 이온주입시스템을위한전하중화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양이온빔이 작업물에 적용되는 시스템내의 반도체 웨이퍼와 같은 작업물의 중화방법 및 장치에 관한 것이다. 장치는 전자빔 발생용 전자 소스와, 전자빔을 작업물로 안내하기 위해 자기장을 발생시키는 자석 조립체를 포함한다.

전자빔 경로는 전자 소스와 이온빔 사이의 제1부분과, 이온빔과 일치한 제2부분을 포함한다. 자석 조립체는 전자빔 경로를 따라 자기장의 축방향 성분을 발생시킨다. 자석 조립체는 또한 전자빔 경로의 제1부분과 제2부분 사이의 엘보우내에 자기장의 횡방향 성분을 발생시킨다. 전자 소스는 대형 면적 란타늄 헥사보라이드 캐소드와, 캐소드에 인접 위치한 추출 그리드를 포함한다. 장치는 작업물상의 전하 형성을 중화시키는 고전류 저에너지 전자빔을 제공한다.

Description

[발명의 명칭]

이온 주입 시스템을 위한 전하 중화 장치

[전후 출원 관계]

본 출원은 1990년 3월 2일 출원된 출원번호 제07/488.278호의 연속 출원이다.

[발명의 분야]

본 발명은 양이온빔으로 작업물을 처리하는 것에 관한 것으로서, 특별하게는 양이온빔에 의해 발생되는 작업물상의 전하 형성을 중화시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전하 중화방법 및 장치는 반도체 웨이퍼의 이온 주입에 주로 사용되지만 그 사용이 그에 한정되는 것은 아니다.

[발명의 배경]

이온 주입은 교번성 도전 불순물(conductivity-altering impurities)을 반도체 웨이퍼내로 전도시키기 위한 표준적인 상업성 기술로 되어 있다. 소정의 불순물 물질은 이온소스내에서 이온화되고, 이온은 예정된 에너지의 이온빔을 형성하도록 가속화되며, 그리고 이온빔은 웨이퍼의 표면으로 직접 향해진다. 빔내의 에너지화 이온은 반도체 물질의 벌크내로 관통되어 소정의 도전성 구역을 형성하도록 반도체 물질의 결정 격자체내에 묻혀진다. 또한, 이온빔 밀링과 반응 이온 에칭을 함유하는 다른 공정은 반도체 웨이퍼로의 이온빔의 적용을 포함한다.

이온 주입과 다른 이온빔 공정에서 사용되는 이온빔은 일반적으로 양이온빔이다. 양이온은 작업물상의 양전극 전하의 형성을 일으킨다. 작업물이 도전성일때, 전극 전하는 접지와 같은 적절한 전위로 작업물을 전기 접속하여 제거시킬 수 있다. 그런데, 반도체 웨이퍼와 같은 비도전 및 저도전 작업물인 경우에는, 양전하가 작업물상에 남게 되며 이온빔이 적용되는 수에 따라 증가한다. 이온빔 전류, 이온 전이 존속기간, 및 작업물의 도전성에 따라서, 양성 전위는 작업물상에서 형성된다. 상기 전위는 반도체 웨이퍼상에 고감성인 최소형 기구를 손상시킬 수 있다. 따라서, 이온 주입과 다른 이온빔 공정동안에 발생하는 전하 형성을 제한하기 위한 수단을 제공하는 것은 중요하다.

주입 동안에 작업물의 중화를 위한 다양한 기술이 이미 종래 기술로써 기술되어져 있다. 중화를 수행하도록 반도체 기구로 직접 향해지는 저에너지 전자빔이, 보워에게 1970년 4월 21일 허여된 미합중국 특허 제3,507,709호에 기재되어 있다. 전자빔은, 적어도 부분적으로라도 이온빔에 의해 유도되는 양전하를 옵셋 또는 중화하는 음 전하를 가지고 있다.

이러한 기술은 전자 범람(electron flooding)으로 알려져 있다. 전자빔은 가열된 필라멘트에 의해 생성된다. 공지된 설비의 한 결점은 필라멘트로부터 방출되는 물질에 의해 작업물의 오염이 있다는 것이다. 또한, 작업물의 불필요한 가열이 가열 필라멘트에 의해 나타난다.

필라멘트로부터 이온빔내로의 전극이 향해져 작업물상의 전위를 중화시키기 위한 장치는, 멕켄나 등에게 1978년 10월 3일 허여된 미합중국 특허 제4,118,630호와, 포트네리스 등. 등에게 1979년 1월 16일 허여된 미합중국 특허 제4,135,097호에 기재되어 있다. 상기 공개된 장치는 전자 발생 필라멘트와 작업물사이에 사이트의 직선을 배제하였다. 이러한 특허 물품에 따라서 전자는 이온빔에 트랩되어 작업물로 양이온을 전달한다. 공지된 기술에서는, 전자들이 상당한 고에너지를 가지며, 작업물로의 전송이 효과적이지 못하다.

주 전자빔이 이온빔에 인접 위치된 제2전자 타겟에서 이온빔을 통해 직접 향해지는 중화 장치는, 로베르트선 등에게 1984년 7월 31일 허여된 미합중국 특허 제4,463,255호에 기재되어 있다. 주 전자빔에 의해 자극되는 제2전자들은 저에너지를 가지며 이온빔내에 효과적으로 포획된다.

전자빔을 편향시키기 위하여 자석을 활용하는 전하 억제 개구는, 사까이에게 1990년 7월 3일 허여된 미합중국 특허 제4,939,360호에 기재되어 있다. 자기장은 전자빔의 초기 방향으로의 각도로 향해지며 전자빔 통로의 한정된 부분에 걸쳐 전자빔에 영향을 미친다.

반도체 웨이퍼상의 전하 형성을 중화시키기 위한 이온빔내로의 저에너지 전자 유도용 범람 건은, 르나우 등에게 1989년 4월 25일 허여된 미합중국 특허 제4,825,087호에 기재되어 있다.

샘플의 표면이 주 전자빔에 의해 충격이 가해지는 절연 샘플의 이온 분석을 위한 기구는, 슬로드지안 등에게 1986년 1월 14일 허여된 미합중국 특허 제4,564,758호에 기재되어 있다. 샘플에 의해 방출되는 음이온은 샘플의 이온 이미지를 생성키위하여 사용된다. 샘플 표면에서 제로에 이르는 수직 속도 성분을 가진 전자빔은 자기 프리즘을 통해 샘플로 수직적으로 향해진다.

이온빔 중화에 대한 다른 기술은 1981. 7. 14일자 특허된 그루엔(Gruen) 등외 몇명의 미합중국 특허 제4,278,890호, 1971. 11. 23일자 특허된 스미드외 몇명의 미합중국 특허 제3,622,782호, 1974. 11. 12일자 특허된 티-쉬바(Tashbar)의 미합중국 특허 제3,847,115호와 1979. 9월에 특허된 일본국 특허 제 54-124879호에 공지되어 있다. 저에너지의 양극 이온을 가진 전자빔에 의해 방사되는 타겟의 중화는 1981. 2. 3일자 특허된 그라우포드(crawford)의 미합중국 특허 제4,249,077호에 공지되어 있다. 중화 이온빔 발사 장치는 1968. 1. 9일자 특허된 벤수산(Bensussan) 등외 몇명의 미합중국 특허 제3,363,124 호에 공지되어 있다.

시편으로부터 방출된 제2전자가 솔레노이드 코일에 의해 탐지기에 안내되는 스켄링 전자 현미경은 1969. 10. 21일자 특허된 키무라(Kimura) 등외 몇명의 미합중국 특허 제3,474,245호에 공지되어 있다.

작업물의 중화에 대한 모든 종래 기술은 전자 소스에 의한 작업물의 오염, 여기된 전자에 의한 작업물의 손상, 전자에너지의 제어의 결핍, 작업물의 표면위에 중화 전자의 불규칙한 분포와 작업물을 중화하는 전자빔 전류의 부족등의 하나 혹은 그이상의 단점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 작업물의 이온빔 처리를 위한 개선된 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이온빔 시스템에 작업물의 중화용 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 반도체 웨이퍼에서 고전류, 저에너지 전자빔을 유도하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 전자빔이 전자 소스에서 작업물까지 자기적으로 안내되는 전하 중화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 작업물의 오염을 최소화하는 전하 중화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 전자 에너지가 작업물에 손상을 막는데 충분히 낮은 전하 중화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 전자 소스에서 타겟까지 고전류, 저에너지 전자빔을 효과적으로 전송하기 위한 수단과 이온빔에서 떨어져 배치되어 있는 전자 소스를 포함하는 이온 주입 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이온소스가 이온빔의 영역에서 진공을 방해하지 않고 수선 혹은 교란을 할 수 있는 이온빔 시스템내에 전하 중화 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 상술한 목적 및 다른 목적과 장점들은 양이온의 빔이 작업물에 적용되는 시스템에서 작업물의 중화를 위한 방법과 장치에 의해 성취된다.

본 장치는 전자빔을 발생하기 위한 전자 소스와 전자 소스사이의 전자빔 통로를 따라 자기장을 발생하기 위한 자기 수단과 작업물로 전자빔을 안내하기 위한 작업물을 포함한다. 이온빔 통로와 전자빔 통로는 작업동안 고 진공으로 유지된다. 본 장치는 반도체 웨이퍼의 이온 주입을 위한 시스템에 보통 쓰인다. 그러나, 본 장치는 이런 용도에 국한되지 않는다.

전자 소스는 이온빔에 인접하게 위치될 수 있거나 이온빔에서 떨어져 위치할 수 있다. 양호한 실시예에서, 전자 소스는 이온빔과 작업물을 에워싸는 주 진공 챔버에서 고립될 수 있도록 이온빔에서 떨어져 위치된다.

이 형상은 주 진공 챔버내의 진공을 방해하지 않고 전자 소스의 서비스를 제공한다. 또한 전자 소스의 먼 위치는 전자 소스에서 나온 열과 오염이 작업물에 미칠 수 있는 위험을 감소한다.

전자빔 통로는 전자 소스와 이온빔사이에 연장하는 제1부분과 이온빔과 일치하는 제2부분을 포함한다. 제2부분에서, 전자빔과 이온빔은 서로 함께 작업물을 향해 활주한다. 전자빔은 0°보다는 다소 크고 180°보다 다소 적은 범위의 각으로 이온빔을 횡단할 수 있다. 적합하게는, 전자빔은 약 90°내지 180°보다 적은 범위의 각도로 이온빔을 횡단하므로 전자 소스에서 나온 열과 오염이 작업물에 미칠 수 있는 위험을 감소한다. 전자빔 통로의 제1 및 제2부 사이의 엘보우 영역에서, 전자빔은 전자빔과 이온빔의 차단각에 대응하는 각을 거쳐 만곡된다.

자기 수단은 전자빔 통로에 평행한 자기장의 축선 성분을 발생시키는 수단과, 엘보우 영역에서 자기장의 횡축 성분을 발생시키는 수단을 포함한다. 횡축 성분은 전자빔 통로에 연직된다. 축선 성분은 전자 소스에서 작업물까지 전자빔의 전체 통로를 따라 거의 연장된다. 자기장은 멀리 떨어진 전자 소스으로부터 작업물까지 전송되도록 저에너지 전자빔, 고전류가 필요하다.

양호한 실시예에서, 자기장의 축선 성분을 발생시키는 수단은 전자빔을 둘러싸는 통상의 나선형 도체를 포함하는 스티어링 코일로 구성된다. 스티어링 코일은 전자 소스와 이온빔사이로 연장되는 제1부, 작업물의 영역에 연장된 제2부와, 제1 및 제2부를 연결시키는 엘보우부를 포함한다.

스티어링 코일은 이온빔을 수용하기 위해 엘보우부에 개구를 구비한다. 전자빔과 이온빔은 제2부와 일치하고 스티어링 코일의 제2부로 둘러쌓인다. 자기장의 축선 성분은 엘보우부에서 만곡된다. 자기장의 횡방향 성분을 발생시키는 수단은 자기장의 축선 성분이 만곡되는 엘보우 영역 위, 아래에 위치된 헬름홀쯔(Helmholtz) 코일과 같은 코일 수단으로 구성된다.

전자 소스는 대형 영역의 캐소드와 이 캐소드으로부터 저에너지 전자를 추출하는 수단을 포함한다. 양호하게도, 전자빔에서의 전자는 30e 또는 그 이하의 에너지를 가진다. 양호한 실시예에서 캐소드는 란타늄 헥사보라이드(LaB₆)로 구성된다.

전자를 추출하는 수단은 캐소드에 인접하게 위치된 추출 그리드와, 추출 그리드에 추출 전압을 적용시키는 수단으로 구성될 수 있다. 캐소드는 작업물위로 전자를 균일하게 분배하도록 충분한 영역을 구비한다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 양이온의 빔이 작업물에 적용되는 시스템에서 작업물을 중화하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 전자 소스에서 전자를 발생시키는 단계와, 작업물에 전자빔을 안내하는 작업물 및 전자 소스사이의 전자빔 통로를 따라 자기장을 발생시키는 단계로 구성된다.

본 발명의 또다른 측면을 따르면, 중화 장치는 자기 수단을 냉각시키는 수단을 포함한다. 냉각 수단은 전자 소스으로부터 방열된 열에너지를 흡수하고, 전자소스 및 자기 수단에 의해 발생된 오염물을 위한 게터(getter)로서 작동된다.

상술된 바와 같이, 자기 수단은 전자빔을 둘러싸는 통상의 나선형 도체를 포함하는 스티어링 코일로 구성된다.

스티어링 코일은 양호하게도 관형 도체로 구성된다. 냉각 수단은 양호하게도 관형 도체를 통해 냉각 유체를 순환시키기 위한 수단을 포함하고, 스티어링 코일내에 위치되고 스티어링 코일과 열적으로 연결된 비자성 튜브를 또한 포함한다.

패러데이 전하 측정 시스템은 이온빔이 패러데이 시스템을 통해 작업물을 통과하도록 작업물의 전면에 위치될 수 있다. 이런 구조에서, 전자 소스으로부터의 전자빔은 패러데이 전하 측정 시스템에 관련된다. 비자성 튜브는 전자 소스에 인접한 영역으로부터 패러데이 전하 측정 시스템의 개구에 연장된다.

스티어링 코일의 제1부는 비자성 튜브를 둘러싸고, 스티어링 코일의 제2부는 패러데이 전하 측정 시스템을 둘러쌓는다.

전자빔은 자기적으로 페러데이 시스템에 안내되고, 이때 패러데이 시스템을 통해 자기적으로 작업물에 안내된다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 보다 양호한 이해를 돕기 위하여, 본원과 합체되는 실시예가 첨부도면을 참조하여 하기에 기술될 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 전하 중화 장치와 합체되는 이온 주입 시스템의 개략적인 다이어그램.

제2도는 제1도의 전하 중화 장치에 이용되는 전자 소스의 확대되고 단순화된 평면도.

제3도는 본 발명의 전하 중화 장치의 한 실시예의 사시도.

제3a도는 제3도에 도시된 코일에 공급되는 파워를 나타내는 개략도.

제4도는 제3도의 전하 중화 장치에서 자기장라인을 도시하는 개략도.

제5도는 본 발명에 따른 실험적인 전하 중화 장치의 개략도.

제6도는 제5도의 장치에서 다른 이면 가스 압력을 위한 추출 전압의 기능으로서 전자 전류의 그라프.

제7도는 제5도의 장치를 위한 캐소드 온도의 기능으로서 전자 전류의 그라프.

제8도는 제5도의 장치를 위한 솔레노이드 전류의 기능으로써 전자 전류의 그라프.

제9도는 제3도의 장치에서의 방사 위치의 기능으로서 전자 밀도의 그라프.

제10a도 내지 제10c도는 전자빔 및 이온빔사이의 상호 교차의 다른 각도를 도시하는 개략도.

제11도는 본 발명에 따른 주입 시스템의 양호한 실시예의 부분 단면도.

제12도는 본 발명의 다른 양호한 실시예의 부분 단면도.

[발명의 상세한 설명]

본 발명에 따른 전하 중화 장치를 주입 시스템의 개략도는 제 1 도에 도시된다. 이온빔 소스(10)는 반도체 웨이퍼와 같은 소재(14)쪽으로 이온빔(12)을 가리킨다.

전형적인 이온 주입 시스템에서의 이온빔 원(10)은 이온소스, 원치않은 이온종류를 제거하기 위한 질량분석기 및, 100-400keV의 범위에서 전형적으로 에너지를 이온빔에 가속시키기 위한 이온 가속기를 포함한다. 이온빔(12)에서의 전류는 배취 이온 주입 시스템의 경우에 10 내지 50mA의 범위내에 있을 것이다. 상기 이온주입 시스템은 또한 전형적으로 웨이퍼(14)와 관련되어 이온빔(12)을 주사시키기 위한 수단을 포함한다. 스캐닝은 스캐닝 기술의 조합 또는 정전기, 자기, 기계적일 것이다. 또한 상기 이온 주입 시스템은 전형적으로 표적 위치에서의 웨이퍼(14)를 유지시키며, 웨이퍼를 교환시키는 수단을 포함하며 이온 주입동안 웨이퍼(14)를 냉각시키기 위한 수단을 포함한다.

상기 이온소스 사이의 전구역 및 웨이퍼(14)는 이온 주입동안 고진공에서 유지된다. 다수의 다른 이온 주입 시스템은 통상 이용 가능하며 기술에 있어서 잘알려져 있다. 본 발명의 전하 중화 장치는 전자 소스(20) 및 웨이퍼(14) 사이의 기술된 전자빔 통로를 따라서 자기장을 발생시키기 위한 전자빔(22)과 전자빔(22)을 발생시키기 위한 전자 소스(20)을 포함한다. 상기 자기장은 전자 소스(20)으로부터 웨이퍼(14)까지 전자빔 통로를 따라서 전자빔(22)을 안내한다. 상기 자기장은 이온빔(12)에서 포지티브 이온의 궤도 섭동이 매우 작아지게 되므로 상대적으로 약하다. 이후에 상세히 기술한 바와 같이, 상기 자기장(24)은 기술된 전자빔 통로의 실제로 전길이를 따라서 축선의 자기장에 여기되며 전자 소스(20)으로부터 웨이퍼(14)까지 연장되는 적어도 스티어링 코일(30)을 포함한다. 상기 전자 소스(20)은 이온빔(12)으로부터 원격적으로 위치될 수 있거나 이온빔(12)에 인접하게 위치될 수 있다. 아래에 기술된 바와 같이, 상기 전자 소스(20)의 원격 위치는 실질적인 이온 주입 시스템에 있어서 다수의 이점을 제공한다.

상기 전자 소스(20)은 전자빔(22)이 이온빔(12)쪽으로 최초로 방향지어지도록 위치한다. 제 1 도의 실시예에 있어서, 상기 전자빔(22)은 90°의 각도로 이온빔(12)쪽으로 최초로 방향 지어지며 대략 90°에서 이온빔(12)과 교차된다. 아래에 기술된 바와 같이, 상기 전자빔(22)은 90°와 다른 각도로 이온빔(12)을 교차시킬 수 있다. 전자빔(22) 및 이온빔(12)사이의 교차각은, 전자빔(22)이 전자 소스(22)으로부터 나온 것과 같은 최초 방향으로부터 이온빔(12)에 평행한 최종 방향까지 굴곡된 통로를 따라감으로서 접근된다. 전자빔(22)은 영역(26)에서 이온빔(12)과 교차되고, 제 1 도의 예에서 대략 90°의 각을 통하여 굴곡되며 그후 웨이퍼(14) 내지 이온빔(12)으로서 같은 통로를 따라서 안내된다. 상기 전자빔(22)에 의하여 수행된 통로는 이온빔(12)과 일치하는 제2부재(36) 및 이온빔(12) 일반적으로 수직인 제1부재(34)를 포함하며 상기 이온빔같은 각도로 웨이퍼(14)상에 발생된다. 상기 웨이퍼(14)가 전형적으로 이온빔(12)에 수직일때, 이는 반도체 재료의 수정 구조의 이온 채널링을 축소하는 이온빔(12)과 관련되어 기술한 각도로 웨이퍼(14)에 경사지도록 본 기술에 공지된 것이다. 배플(28)은 전자 소스(20) 및 웨이퍼(14)사이의 시계의 방향 라인을 방지하는데 사용된다.

전자빔(22)은 이온빔(12)에 의하여 웨이퍼(14)에 분배된 양 전하를 중화시키는데, 상기 전자빔(22)은 낮은 에너지와, 고전류 이온빔이 사용될때 조차도 중화를 확보하는 고전류를 구비하며, 웨이퍼(14)를 넘어 공평하게 분배된다. 패러데이 전하 측정 시스템과 함께 사용될때, 공급된 파워를 포함하는 전하 중화 장치의 모든 부재는, 도즈 측정 오차를 방지하는 패러데이 시스템을 참조하여야 한다.

전자 소스(20)은 양호하게는 큰 면적과 낮은 에너지의 전자빔(22)을 발생하는 것이다. 전자빔(22)의 횡단면적은 양호하게는 웨이퍼(14)의 면적과 거의 동일하다. 전자 에너지는 양호하게는 30 전자 볼트 이하이다. 전자 소스(20)의 양호한 실시예는 제 2 도에 도시되어 있다. 전자 소스는 평탄한 유출면(42)을 갖는 큰 면적의 직접되는 캐소드(40)과 유출면(42)의 전방에 배치되는 인발그리드(44)를 구비한다.

캐소드(40)은 캐소드 전원(46)에 의해 직접 가열된다. 인발 그리드(44)는 인발 그리드(44)와 캐소드(40) 사이에 접속된 인발 전원에 의해 에너지를 공급받는다. 캐소드(40)은 양호하게는 본원에 참고로 인용되는 1989년 1월 3일 륭 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,795,940호에 기재된 란타늄 헥사보라이드(LaB₆) 공축 캐소드 구조이다. 공축 구조에서 캐소드 가열기의 전류에 의해 발생되는 자기장은 상쇄되고, 그럼으로써 낮은 에너지의 전자가 캐소드에서 나온다.

전자 소스(20)의 일례에서 인발 그리드(44)는 유출면(42)으로부터 약 2mm 이격 배치되고 캐소드(40)에 대해 +15 내지 +50 볼트의 범위로 편향된 74%의 투명도를 갖는 텅스텐 와이어의 망이다. 본 예에서의 유출면(42)은 약 5cm의 직경을 갖는다.

란타늄 헥사보라이드는 그것이 교용융점과 화학적 불활성 및 이온 충격하에서의 내식성을 갖기 때문에 캐소드 재료로서 선택된다. 란타늄 헥사보라이드는 1600°K 이상에서 고유출 전류 밀도를 갖고, 매우 낮은 증발율을 갖는다. 5cm의 직경을 갖는 란타늄 헥사보라이드 캐소드는 약 1400°K의 온도에서 작동될때 약 100mA의 전자 흐름(전류)을 발생시킨다.

웨이퍼(14)에 대해 전자빔(22)은 안내하는 자기 수단(24)의 일례가 제 3 도에 도시되어 있다. 자기장의 방향은 제4도에 개략 도시되어 있다. 전자 소스는 제 1 도 및 제 2 도에 도시되고 앞서 설명한 전자 소스(20)과 동일한 것일 수 있다.

자기 수단(24)은 전자 소스(20)과 이온빔(12)의 경로사이에서 연장하는 제1섹션(52)과 웨이퍼(14) 근처의 영역까지 연장하는 제2섹션(54)을 갖는 거의 나선형인 스티어링 코일(50)을 구비한다. 제1섹션(52)은 본 예에서는 제2섹션(54)에 거의 수직이다. 스티어링 코일 섹션(52,54)은 엘보우 영역(56)에서 교차한다. 전자빔(22)과 이온빔(12)도 엘보우 영역(56)에서 교차한다. 스티어링 코일(50)은 예정된 전자빔의 경로를 따라 축방향의 자기장을 발생시킨다.

제1스티어링 코일 섹션(52)은 전자빔(22)을 위한 틈새를 감싸고 제공하기에 충분한 크기의 직경을 갖는다.

스티어링 코일 섹션(54)은 전자빔(22)과 이온빔(12)을 위한 틈새를 감싸고 제공하기에 충분한 크기의 직경을 갖는다. 5cm 직경의 캐소드 유출면(42)인 경우에 8.9cm 직경의 스티어링 코일(50)은 필요한 자기장 및 필요한 틈새를 제공한다. 5cm 직경의 전자빔을 위한 스티어링 코일(50)의 일례에서 스티어링 코일(50)은 ¼인치 직경의 동관형태로 횐선 사이의 간격이 2 내지 3cm를 갖고 제작된다. 냉각수는 동관 형태의 스티어링 코일(50)을 통하여 회전한다.

자기 수단(24)의 엘보우 영역(56)은 수개의 조건을 충족해야 한다. 전자빔(22)은 이온빔(12)과 엘보우 영역(56)에서 협쳐지므로 자기 수단(24)은 이온빔(12)을 수용하는 장치를 가져야 한다. 스티어링 코일(50)은 전자빔(22)과 이온빔(12)사이의 교차각에 의존하여 엘보우 영역(56)에서 예각 턴을 이룬다. 자기 수단(24)에 의해 발생된 자기장은 스티어링 코일 섹션(52)으로부터 엘보우 영역(56)의 턴을 통하여 스티어링 코일 섹션(54)으로 전자빔(22)을 안내해야 한다.

제 3 도를 다시 보면 이온빔(12)을 수용하는 장치(60)가 스티어링 코일(50)의 엘보우 영역(56)에 제공된다.

스티어링 코일(50)의 턴(62,64)은 이온빔(12)에 대해 45의 방향을 가져 제1 및 제2스티어링 코일(52,54)사이에 전이부를 제공한다. 또한, 별도의 트림코일(66)이 이온빔(12)에 수직한 그 평면에 배치되어 이온빔(12)이 엘보우 영역(56)으로 들어가는 개구(60)를 형성한다. 별도의 트림 코일(68)이 이온빔(12)의 방향과 평행하게 배치되고 스티어링 코일 섹션(50)으로부터 이온빔(12)의 대향측에 배치된다.

트림 코일(66,68)은 자기장을 발생시키고 그것은 스티어링 코일(50)에 의해 발생된 자기장을 조절하여 축방향 자기장이 엘보우 영역(56)을 통해 매끈하게 전이되고 전자빔(22)이 스티어링 코일 섹션(52)에서 스티어링 코일 섹션(54)으로 안내되게 한다.

축방향 합성 자기장은 제 4 도에서 필드 라인(70)으로 지시된다.

필드 라인(70)은 엘보우 영역(56)에서 약 90°로 방향 전환하여 이온빔(12)에 직각인 전자빔(22)이 이온빔(12)과 일치하는 통로로 안내되며, 이온빔(12)과 함께 웨이퍼(14)로 이동한다.

또한, 자기 수단(24)은 엘보우 영역(56)위에 위치하는 코일(74)과 엘보우 영역(56) 아래에 위치하는 코일(76)을 구비한다. 코일(74,76)은 코일사이의 영역에서 균일한 횡방향 자기장을 발생시키는 헬름홀쯔 코일을 포함한다. 횡방향 자기장의 방향은 코일(50)을 조향시키므로서 발생된 축방향 자기장에 직각이며 전자빔(22)의 평면에 직각이다. 그래서, 자기 수단(24)에 의하여 발생된 총 자기장은 코일(50,66)에 의하여 발생된 축방향 성분과 코일(74,76)에 의하여 발생된 횡방향 성분을 구비한다. 축방향 성분은 전자 소스(20)으로부터 웨이퍼(14)까지 전자빔(22)의 통로를 따라 연장한다. 자기장의 축방향 성분은 100G 이하이며 일반적으로 약 30G 정도이다. 횡방향 성분은 엘보우 영역(56)에서만 필요하다.

코일(74,76)이 없을때는, 전자빔(22)은 엘보우 영역에 도착하는 순간 통로에서 웨이퍼(14)로 표류하며 적은 전자류만이 웨이퍼(14)에 이른다. 엘보우 영역(56)내의 자기장의 축방향 만곡부에 의하여 표류가 발생된다. 코일(74,76)에 의하여 발생된 자기장의 횡방향 성분은 전자빔(22)을 웨이퍼(14)를 향하여 조향시킨다. 코일(74,76)에 의하여 발생된 횡방향 자기장 성분의 크기는 빔(22)에서 전자의 에너지에 의존한다. 일반적으로, 자기장의 횡방향 성분은 코일(50)을 조향시키므로서 발생된 축방향 자기장 성분보다 약할 수 있다.

제 3 도에 도시되고 상술된 실시예에서, 코일(74,76)은 각각 22.5cm의 직경과, 4회 권선 그리고 10 내지 30A의 전류를 갖는다. 코일(74,76)은 15cm로 분리되어 있다.

제 1 도에 도시된 바와 같이, 자기 수단(24)은 전자 소스(20)의 영역으로부터 웨이퍼(14)까지 연장하고 전자 소스(20)과 웨이퍼(14) 사이를 연장하는 축방향 자기장 라인에 대한 귀환 통로를 제공하는 자기 투과성 요크(80)를 구비한다. 자기 수단(24)을 여기시키는 동력원이 제3a도에 도시되어 있다.

조향 코일 동력원(82)이 조향 코일(50)에 연결된다. 헬름홀쯔 코일 동력원(84)이 코일(74,76)의 연속 결합부에 연결된다.

트림 코일 동력원(86)이 트림 코일(66,68)의 평행 결합부에 연결된다. 일반적인 자기장 강도는 하기에 기술된다. 동력원(82,84,86)의 전류 및 전압 레벨은 필요한 자기장을 제공하기 위하여 선택된다.

전하 중화 장치의 간단한 수정이 제 5 도에 도시된 바와 같이 이루어져 있다. 큰 영역의 캐소드(104)과 추출 그리드(106)를 구비하는 전자 소스(102)이 타겟(108)에서 직선 통로를 따라 배향된다. 타겟(108)은 타겟(108)의 중심으로부터 상이한 방사 거리에서 전자류를 측정하는 분리된 동심 구리링을 구비한다. 헬리컬 조향 스프링(110)이 전자 소스(102)로부터 타겟(108)까지 연장한다. 캐소드 동력원(112)이 캐소드(104)에 연결되며, 추출 동력원(114)이 캐소드(104)과 추출 그리드사이에 연결된다. 약 60A를 갖는 조향 코일(110)내의 전류는 낮은 에너지의 전자빔(116)을 타겟(108)까지 전달하기에 적절한 약 30G를 갖는 자기장을 제공한다.

제 5 도의 장치는 진공실내에서 작동한다.

타겟(108)에 의하여 수집된 전체 전류는 여러가지 배경가스 압력에 대하여 추출 그리드(106)와 캐소드(104) 사이에서 추출 전압 함수로서 제 6 도에서 도시되어 있다.

약 1×6^-6의 가스 압력에 대하여 약 3mA의 전자류가 타겟(108)까지 전달된다. 소량의 크세논 가스가 상기 챔버에 주입되면, 전자류는 급격히 증가하였다. 제 6 도에 도시된 바와 같이, 약 100mA의 전자류가 55V의 추출 전압과 1×10^-4토르의 크세논 압력을 얻는다. 이것은 양이온이 공간 전하 중화를 위하여 필요한 것을 지시한다. 양의 크세논 이온은 추출 전압이 크세논의 이온 포텐셜보다 클때 전자빔에 의하여 발생된다. 이온 주입 시스템에 있어서, 필요한 양이온은 이온빔(12)에 의하여 제공된다.

캐소드(104)은 란타늄 헥사보라이드 캐소드 물질을 통하여 공급원(112)으로부터 히터 전류를 통과시키므로서 직접 가열된다. 캐소드(104)의 표면 온도는 광파이로미터에 의하여 감지된다. 약 54V로 유지되는 추출 전압과 5×10^-5토르의 크세논 압력을 갖는 캐소드 온도의 함수로서 수집된 전자류의 도면이 제 7 도에 도시되어 있다. 캐소드 온도가 1300℃를 초과할때는 100mA 이상의 총 전류가 얻어진다.

스티어링 코일(110)내의 전류 함수로서의 집전 전류의 그래프가 제 8 도에 도시되어 있다. 상기 측정에 있어서, 추출 전압은 54V로 유지되었고 크세논 가스의 압력은 5×10^-6토르였다. 대략 60A의 스티어링 코일 전류가 보통이며 이는 타겟(108)에서 일반적으로 균일한 빔 프로파일을 제공한다. 집전된 전자의 에너지 분포를 측정하기 위해서, 소형의 평면 랭뮈어(Langmuir) 탐침이 타겟(108)의 전방에 위치된다.

상기 측정결과 타겟(108)에 도달하는 전자의 대부분은 10V 이하의 에너지를 갖는 것으로 나타났다.

제 3 도에 도시되어 있듯이 직각 스티어링 코일의 측정은 제 9 도에 그래프로 나타나 있다. 전류 밀도는 반경방향 위치 함수로 도시되어 있다. 상기 측정에서는 96.2mA의 총 전류를 제공하기 위해 30.8V의 추출 전압이 사용되었다. 스티어링 코일(50)에 의해 제공되는 운송 필드는 32G이며, 코일(74,76)에 의해 제공되는 스티어링 필드는 5G이다. 집전기에서의 전류 밀도는 제 9 도에 도시되어 있듯이 직경 5cm 이내로 매우 균일하다. 제 3 도 형상의 랭뮈어 탐침 측정 결과 타겟에 충돌하는 대부분의 전자는 그 에너지가 10V 이하인 것으로 나타났다.

요약하면, 제 3 도에 도시되고 상기 기술된 형상은 타겟 웨이퍼에 100mA 정도의 총 전류를 제공한다. 저전압 추출과 공간 전하 중립화에는 양이온이 필요하다. 웨이퍼에 도달하는 대부분의 전자는 10V 이하의 에너지를 갖는다.

상기 전자는 캐소드와 거의 직경이 동일한 영역에 걸쳐 균일하게 분포한다. 전원은 캐소드와 타겟 웨이퍼(14) 사이의 눈에 띄는 직접 라인을 방지하도록 위치될 수 있고, 자기장은 전원으로부터 타겟 웨이퍼로 전자를 효과적으로 공급한다.

상기 기재된 제 1 도, 3 도 및 4 도에 도시되어 있는 실시예는 전자빔(22)과 이온빔(12)사이의 교차각을 대략 90°로 한다. 본 발명에 따르면 전자빔(22)과 이온빔(12)사이의 교차각은 0°이상 180°이하의 범위일 수 있다.

전자빔(22)과 이온빔(12)사이의 교차각(θ)가 제10a도에서 90°로 도시되어 있다. 이는 제1도, 3도 및 4도에 대응한다. 제 10a 도 내지 10c 도에서, 전자빔(22)을 타겟 웨이퍼(14)로 안내하기 위한 자기 수단은 단순화를 위해 생략되었다. 상기 자기 수단은 통상, 전자 소스(20)으로부터 이온빔(12)의 통로로 연장되고 이온빔(12)의 통로를 따라 웨이퍼(14)로 연장되는 스티어링 코일을 구비한다. 상기 전자빔(22)은 제10a도 내지 10c도에 개략 도시된 방향으로의 급격한 변화보다는 이온빔(12)과의 교차부 부근의 곡선로를 따라 이동한다. 상기 각도(θ)는 전자빔(22)이 이온빔(12)과 교차할 때 전자빔(22) 방향으로의 변화를 근접시키는데 사용된다.

제10b도에서, 전자빔(22)과 이온빔(12) 사이의 교차각(θ)은 90°이상이다. 상기 각도(θ)는 180° 정도로 클 수 있다. 90° 이상의 각도에서는 전자 소스(20)에 의한 열과 오염물질이 웨이퍼(14)로부터 제거되는 장점이 있다. 전자 소스(20)의 캐소드와 웨이퍼(14) 사이에 일체의 직선이 보이지 않으므로, 전자 소스으로부터의 열과 오염물질이 웨이퍼에 도달하는 경향이 감소된다. 또한, 전자빔내의 전자의 평균 에너지는 전원과 웨이퍼사이의 상대적으로 긴 전자빔 통로에 존재할 수도 있는 기체 원자와의 충돌에 의해 감소된다.

상술한 바와 같이, 진공실내에는 웨이퍼에 전자빔을 이동시키는 것을 보조하기 위해 가스가 도입될 수도 있다.

필요하다면, 패러데이 시스템은 이온빔(12)내에 저에너지 전자를 유지시키는 것을 돕기 위해 약 5볼트 정도의 작은 음전압으로 바이어스 될 수 있다.

제10c도에서, 전자빔(22)과 이온빔(22)사이의 교차 각도(θ)는 90°보다 적다. 각도(θ)는 0°보다 약간 클 수 있다. 90°이하의 각도(θ)는 전자빔(22)이 웨이퍼(14)로 거의 배향되어 이동중에 손실되는 전자가 거의 없으며 높은 전자류가 웨이퍼(14)에 도달하는 장점이 있다. 그러나, 제10c도의 형상은 전자 소스(20)으로부터의 오염물질과 열이 웨이퍼(14)에 도달할 수 있는 높은 가능성을 제공한다.

요약하면, 전자빔(22)과 이온빔(12)사이의 교착 각도(θ)는 0°보다 약간 크며 180°보다 약간 작게 선택될 수 있다. 상술한 이유로, 상기 각도 θ는 90°내지 180°의 범위이다.

본 발명에 따른 이온 주입의 양호한 실시예를 제 11 도에 도시했다. 진공실(200)은 고진공 구역(202)을 한정한다.

진공실(200)은 종래의 진공 펌프 시스템(203)에 의해 진공화된다. 이온빔(204)은 이온소스(도시않음)로부터 타겟(206)으로 향한다. 타겟(206)은 통상적으로 반도체 웨이퍼이다. 이온빔(204)은 패러데이 케이지(210)와 편향 링(212) 및 접지 마스크(214)를 포함하는 패러데이 전하 측정 시스템(208)을 통과한다. 패러데이 시스템은 타겟(206)에 가해진 이온빔의 정밀 측정을 가능하게 한다. 패러데이 시스템은 공지된 기술이다.

전자 소스(220)은 외부 진공실(200)에 위치하는 프레임 부재(222)에 장착된다. 전자 소스(220)은 벽(224)과 프레임 부재(222)를 포함하는 진공 하우징내에 내장되어 있다. 진공 하우징(223)은 진공 펌프(225)에 의해 진공화되고 게이트 밸브(226)에 의해 고진공 구역(202)에 선택적으로 연결된다.

게이트 밸브(226)가 폐쇄되면, 전자 소스(220)은 진공 구역(202)과 격리된다. 게이트 밸브(226)가 개방되면, 진공 하우징(223)은 고진공 구역(202)에 직접 연결되며 전자 소스(220)은 전자빔을 고진공 구역(202) 내부로 향하게 한다. 패러데이 시스템(203)에 의해 정밀 전하 측정을 가능하게 하기 위해, 전자 소스(220)은 진공실(200)과 전기 절연된다. 이것은 게이트 밸브(226)를 진공실(200)에 절연되게 장착함으로써 성치할 수 있다. 전하 중화 장치의 모든 부품은 선량 측정 에러를 방지하도록 패러데이 시스템에 연관되어 있다.

제 11 도에 도시한 바와 같이, 전자 소스(220)의 존재로 전자 주입 시스템의 작동에 몇몇 이점을 제공한다. 전자 소스(220)을 변환 또는 수리할 필요가 있을 때, 게이트 밸브(226)는 폐쇄되고 전자 소스(220)도 고진공 구역(202)내의 진공을 방해하지 않고 수리될 수 있다. 또한, 전자 소스(220)이 타겟(206)으로부터 이격해 제위치에 있게 되므로 전자 소스(220)에 의해 생성된 오염물과 열은 타겟(206)에 영향을 주지 않는다. 상술한 자기 수단은 전자(230)가 전자 손실없이 전자 소스(220)으로부터 타겟(206)으로 전달되게 한다. 전자 소스(220)은 수선이 편한 위치에 장착될 수 있다. 비교하면, 종래의 중화용 전자 소스는 이온빔이나 타겟에 근접해 장착시킬 필요가 있었다.

전자빔(230)은 전자 소스(220)에 의해 개구(232)를 통해 패러데이 케이지(210) 내부로 향한다. 전자빔(230)은 진공 하우징(223)을 에워싸는 제1스티어링 코일(234)과, 게이트 밸브(226) 구역으로부터 패러데이 케이지(210)로 연장하는 제2스티어링 코일(236)과, 패러데이 케이지(210)를 에워싸고 개구(232)로부터 타겟(14)으로 연장하는 제3스티어링 코일(237)과, 타겟(206)으로부터 진공실(200)의 벽으로 연장하는 제4스티어링 코일(238) 및, 코일(238) 구역내의 진공실(200)로부터 제1스티어링 코일(234)로 연장하는 자기 투과 요오크(240)를 포함하는 자기 수단에 의해 타겟(206)으로 안내된다. 자기 수단은 전자 소스(220)과 타겟(206) 사이의 전자빔을 전체 길이를 따라 축방향 자기장을 제공한다.

상기 제2스티어링 코일(236)은 비자성 튜브(250)를 에워싸고 있다. 비자성 튜브(250)는 전자 소스(220)과 인접한 구역으로부터 패러데이 케이지(210)내부의 개구(232)로 연장한다. 상기 튜브(250)는 전하 측정에 악영향을 끼치는 전하손실을 방지하도록 패러데이 케이지(210)로 밀봉되어 있다. 자기 수단은 전자빔(230)과 이온빔(204)사이의 중간 구역에 횡 자기장을 생성하도록(제 11 도에 도시않고 제 3 도 및 제 4 도에 도시하여 설명한) 헬름홀쯔 코일같은 수단을 포함한다. 상기 횡자기장은 전자빔(230)을 타겟(206)으로 안내하는 것을 돕는다. 제 11 도에서, 헬름홀쯔 코일은 전자빔(230)이 이온빔(204)의 통로와 평행하게 안내되는 구역인, 개구(232)와 인접한 패러데이 케이지(210)의 상하부에 위치한다. 이는 튜브(250) 및 패러데이 케이지(210)가 알루미늄같은 비자성 재료로 조립되어야 함을 의미한다.

간략하게 도시하기 위해 제 11 도로부터 분리하여 도시한 요오크(240)는 스티어링 코일(234,236,237,238)에 의해 생성된 자기장용 복귀 통로를 제공하는 어떤 편리한 형체를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 냉각 장치가 스티어링 코일(234,236,237)용으로 제공될 수 있다. 양호한 실시예로, 스티어링 코일(234,236,237)은 동 튜브를 포함하며 이 동 튜브를 통해 냉각 유체를 순환시키는 수단이 제공될 수 있다.

냉각 유체로는 탈 이온화된 물이 적합하다. 제2스티어링 코일(236)의 턴은 열적으로 튜브(250)에 연결되어 있고, 스티어링 코일(237)의 턴온 패러데이 케이지(10)에 연결되어 있으며, 스티어링 코일(234)의 턴은 벽(224)에 연결되어 있따.

튜브(250)가 알루미늄과 같은 전도성 재료일때 스티어링 코일(236)과 튜브(250)간의 열 접속은 전기적으로 절연된다. 적합한 재료의 실시예는 열 전도 실리콘 고무와 열 전도 에폭시이다.

튜브(250)와 패러데이 케이지(210)는 냉각 시스템의 부분을 구성하며 자기 수단으로부터 떨어진 열을 전도한다.

제 11 도에 도시된 냉각 설비는 타겟(206)에 도달하는 전자 소스(220)으로부터 방사되는 타겟(206)에 도달하는 전자 소스(220)으로부터 방사되는 열 에너지의 분산을 허용한다.

상술한 바와 같이, 전자 소스(220)은 1400k 까지의 온도에서 작동한다. 진공에서 고전류 이온빔으로 조사된 반도체 웨이퍼의 냉각은 전자 소스으로부터 열에너지가 없으므로 어려운 작업이 된다. 따라서, 이것은 많은 열에너지를 제거하는 장점이 있다. 제 11 도에 도시된 다른 냉각 설비의 장점은 튜브(25)와 패러데이 케이지(210)의 냉각 표면이 전자 소스(220)의 캐소드으로부터 발광된 재료와 스티어링 코일로부터 발광된 구리의 압축에 의해 작동하는 것이며, 이에 의하여 타겟 오염의 가능성을 감소시킨다.

교류 이온 주입 시스템 배열이 제 12 도에 도시되어 있다. 이온빔(302)은 타겟(306)을 향한다. 전자 소스(308)은 진공 하우징(310)에 장착되어 있다. 진공 챔버(312)는 이온 원(도시않음)으로부터 타겟(306)까지 연장되는 고진공부(314)를 에워싼다. 게이트 밸브(316)는 고 진공부(314)로부터 전자 소스(308)을 선택적으로 절연한다. 전자빔(315)은 전자 소스(308)에 의해 고진공부(314)로 향하여 자기 안내 수단(318)에 의해 타겟(306)으로 안내된다. 자기 안내 수단(318)은 진공 하우징(310)을 에워싸는 제1스티어링 코일(320)과, 안내 튜브(324)를 에워싸는 제2스티어링 코일(322)과, 패러데이 케이지(328)를 에워싸는 제3스티어링 코일(326)과, 타겟(306)으로부터 진공 챔버(312)의 벽까지 연장되는 제4스티어링 코일(330) 및 스티어링 코일(330)로부터 스티어링 코일(320)까지 연장되는 자기 침투성 요우크(332)를 포함한다.

전자 소스(308)으로부터 발광된 전자빔(315)의 초기 방향은 이온빔(302)의 방향에 대향한다. 전자빔(315)은 타겟(306) 방향에서 180°으로 스티어링 코일에 의해 안내된다. 제12도의 배열은 전자 소스(308)으로부터의 열과 오염물질이 타겟(306)에 도달할 가능성을 최소화 한다.

전자 소스(308)은 진공 챔버(3R)상에 장착되어 제공된 용이성을 배치한다. 제 11 도에 도시된 냉각 수단은 제 12 도의 배열을 적합하게 사용한다. 제 11 도의 전자 소스(220)과 제 12 도의 전자 소스(308)은 제2도와 관련하여 상술된 바와같은 큰 면적의 란타늄 6가 붕화물 캐소드를 사용한다.

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 작업물의 중화물에 의한 저에너지 전자의 고전류 전자빔을 제공한다. 전자 소스는 주 진공챔버의 표면과 같은 양 위치에 배치된다. 이동 위치는 또한 열 에너지원과 반도체 웨이퍼의 영역으로부터의 오염물을 제거시키는 장점을 제공한다. 전자빔은 이동 전자 소스으로부터 전자의 손실없는 웨이퍼까지 자기적으로 안내된다.

본 발명의 적합한 실시예가 상술한 바와같이 기술되고 도시된 반면에, 본 발명의 다양한 변경과 수정은 첨부된 청구범위의 한정된 바와같이 본 발명의 정신으로부터 벗어남없이 본 기술 분야의 숙련자에 의해 가능하다.

Claims (48)

1. 시스템내의 작업물을 중화하는 장치로서, 양이온빔이 상기 작업물에 인가되는 상기 작업물 중화 장치에 있어서, 비교적 넓은 단면적을 가진 전자빔을 발생하는 전자 소스와, 상기 전자 소스로부터의 상기 전자빔을 상기 작업물로 운반하여 상기 전자빔을 상기 작업물상에 실질적으로 균일하게 분배하는 전자빔 운반 수단으로서, 상기 운반 수단은 상기 전자 소스와 상기 작업물간의 소정의 전자빔 경로를 따라 자기장을 발생함으로써 상기 전자빔을 상기 작업물로 안내하는 자기 수단을 포함하며, 상기 자기장은 상기 전자빔 경로의 실질적인 전길이에 걸쳐 상기 전자빔 경로와 평행한 축방향 성분을 가지고, 상기 전자빔의 공간 전하 중화(space charge neutralization)를 위해 상기 전자빔 경로를 따라 양이온을 공급하는 상기 전자빔운반 수단을 포함하는 작업물 중화 장치.
2. 상기 자기 수단은, 일반적으로 상기 전자 소스와 상기 작업물간에 연장되어 상기 자기장의 축방향 성분을 발생하는 스티어링 코일을 포함하는 작업물 중화 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 자기 수단은, 상기 전자빔을 둘러싼 나선형 도체와, 상기 스티어링 코일을 통해 전류를 제공하여 상기 빔 경로와 일반적으로 평행한 상기 자기장의 축방향 성분을 발생하는 전류 제공 수단을 포함하는 작업물 중화 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 스티어링 코일은 제1부분과 제2부분을 포함하고, 상기 스티어링 코일은 상기 이온빔을 수용하도록 상기 제1 및 제2부분간에 개구를 가지며, 상기 전자빔 및 상기 이온빔은 상기 제2부분내에서 일치하는 작업물 중화 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 스티어링 코일은 상기 전자 소스에 인접한 영역으로부터 상기 작업물에 인접한 영역까지 연장되는 작업물 중화 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 자기 수단은, 상기 제1 및 제2부분간의 엘보우 영역(elbow region)에서 상기 전자빔에 수직한 상기 자기장의 횡방향 성분을 발생하는 수단을 더 포함하는 작업물 중화 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 자기장의 횡방향 성분을 발생하는 상기 수단은 상기 엘보우 영역의 상측 및 하측에 배치된 코일 수단을 포함하는 작업물 중화 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 자기 수단은 상기 자기장의 축방향 성분을 수정하도록 상기 제1 및 제2부분간의 상기 엘보우 영역에 제1 및 제2트림 코일을 더 포함하고, 상기 제1 트림 코일은 상기 이온 빔에 수직한 평면을 가지고 상기 제2트림 코일은 상기 이온빔에 평행한 평면을 가지는 작업물 중화 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 자기 수단은, 상기 스티어링 코일로 자기 회로를 이루도록 상기 작업물과 상기 전자 소스간에 투자 소자를 더 포함하는 작업물 중화 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 전자빔내의 전자는 30eV 이하의 에너지를 가지는 작업물 중화 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 전자 소스는, 넓은 면적의 캐소드와, 상기 캐소드로부터 저에너지 전자를 추출하는 수단을 포함하는 작업물 중화 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 캐소드는 란타늄 헥사보라이드를 포함하는 작업물 중화 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 자기장은 100G보다 작으며 상기 전자빔의 방향으로 축방향 성분을 가지는 작업물 중화 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 캐소드는 상기 작업물의 면적과 근사적으로 동일한 면적을 가지는 작업물 중화 장치.
15. 시스템내의 작업물을 중화하는 방법으로서, 양이온빔이 상기 작업물에 인가되는 상기 작업물 중화 방법에 있어서, 전자 소스를 이용하여 비교적 큰 단면적을 가진 전자빔을 발생하는 단계와, 상기 전자 소스로부터 상기 전자빔을 상기 작업물로 운반하여 상기 전자빔을 상기 작업물상에 실질적으로 균일하게 분배하는 전자빔 운반 단계로서, 상기 전자빔 운반 단계는 상기 전자 소스와 상기 작업물간의 소정의 전자빔 경로를 따라 자기장을 발생함으로써 상기 전자빔을 상기 작업물로 안내하는 자기장 발생 단계를 포함하며, 상기 자기장은 상기 전자빔 경로의 실질적인 전길이에 걸쳐 상기 전자빔 경로와 평행한 축방향 성분을 가지며, 상기 전자빔 운반 단계는 상기 전자빔의 공간 전하 중화(space charge neutralization)를 위해 상기 전자빔 경로를 따라 양이온의 공급을 제공하는 단계를 포함하는 상기 전자빔 운반 단계를 포함하는 작업물 중화 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 자기장 발생 단계는, 상기 전자 소스와 작업물간에 연장된 스티어링 코일을 제공함으로써 자기장의 상기 축방향 성분을 발생하는 스티어링 코일 제공 단계를 포함하는 작업물 중화 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 전자빔 경로는 일반적으로 상호 수직한 제1부분과 제2부분을 포함하고, 상기 제1 및 제2부분은 엘보우 영역에서 교차되며, 상기 자기장 발생 단계는 상기 엘보우 영역에서 상기 전자빔 경로와 수직한 상기 자기장의 횡방향 성분을 발생하는 단계를 더 포함하는 작업물 중화 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 전자빔 발생 단계는, 캐소드에 매우 인접하게 위치한 추출 그리드를 가진 넓은 면적의 란타늄 헥사보라이드 캐소드로부터 저에너지 전자를 추출하는 단계를 포함하는 작업물 중화 방법.
19. 이온 주입 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼의 처리를 위해 양이온빔을 발생하는 수단과, 비교적 넓은 단면적을 가진 전자빔을 발생하는 전자 소스와, 상기 전자 소스로부터의 상기 전자빔을 상기 반도체 웨이퍼로 운반하여 상기 전자빔을 상기 반도체 웨이퍼상에 실질적으로 균일하게 분배하는 전자빔 운반 수단으로서, 상기 운반 수단은 상기 전자 소스와 상기 반도체 웨이퍼간의 소정의 전자빔 경로를 따라 자기장을 발생함으로써 상기 전자빔을 상기 반도체 웨이퍼로 안내하는 자기 수단을 포함하며, 상기 자기장은 상기 전자빔 경로의 실질적인 전길이에 걸쳐 상기 전자빔과 평행한 축방향 성분을 가지며, 상기 전자빔의 공간 전하 중화(space charge neutralization)을 위해 상기 전자빔 경로를 따라 양이온을 공급하는 상기 전자 운반 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 자기 수단은, 상기 전자빔을 둘러싼 일반적으로 나선형 도체를 포함하는 스티어링 코일과, 상기 스티어링 코일을 통해 전류를 제공함으로써 상기 빔통로와 일반적으로 평행한 상기 자기장의 상기 축방향 성분을 발생하는 전류 제공 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 스티어링 코일은 제1부분 및 제2부분을 포함하고, 상기 스티어링 코일은 상기 이온빔을 수납하도록 상기 제1 및 제2부분간의 개구를 구비하며, 상기 전자빔 및 상기 이온빔은 상기 제2부분내에서 일치하는 이온 주입 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 스티어링 코일은 상기 전자 소스에 인접한 영역으로부터 상기 작업물에 인접한 영역까지 연장되는 이온 주입 장치.
23. 제21항에 있어서, 상기 자기 수단은 상기 제1 및 제2부분간의 엘보우 영역에서 상기 전자빔과 수직한 상기 자기장의 횡방향 성분을 발생하는 수단을 더 포함하는 이온 주입 장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 자기장의 횡방향 성분을 발생하는 상기 수단은 상기 엘보우 영역의 상측 및 하측에 배치된 코일 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
25. 제19항에 있어서, 상기 전자 소스는 넓은 영역의 캐소드와 상기 캐소드로부터의 저에너지 전자를 추출하는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 캐소드는 란타늄 헥사보라이드를 포함하는 이온 주입 장치.
27. 이온 주입 장치에 있어서, 양이온의 이온빔을 발생하고 상기 이온빔을 이온빔 경로를 따라 반도체 웨이퍼로 향하게 하는 수단과, 비교적 넓은 단면적을 가진 전자빔을 발생하는 전자 소스와, 상기 전자 소스로부터의 상기 전자빔을 상기 반도체 웨이퍼로 운반하여 상기 전자빔을 상기 반도체 웨이퍼상에 실질적으로 균일하게 분배하는 전자빔 운반 수단으로서, 상기 운반 수단은 상기 전자 소스와 상기 반도체 웨이퍼간의 소정의 전자 빔 경로를 따라 자기장을 발생함으로써 상기 전자빔을 상기 반도체 웨이퍼로 안내하는 자기 수단을 포함하며, 상기 자기장은 상기 전자빔 경로의 실질적인 전길이에 걸쳐 상기 전자빔 경로와 평행한 축방향 성분을 가지고, 상기 전자빔의 공간 전하 중화를 위해 상기 전자빔 경로를 따라 양이온을 공급하는 상기 전자빔 운반 수단과, 상기 이온빔 경로, 상기 전자빔 경로 및 상기 반도체 웨이퍼를 에워싸는 진공 챔버로서, 고진공 영역을 한정하는 상기 진공 챔버와, 상기 진공 챔버를 진공 펌핑하는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 전자 소스는 상기 이온빔 경로로부터 멀리 떨어져 위치하며, 상기 전자 소스를 상기 고진공 영역으로부터 선택적으로 격리시키는 수단을 더 포함하는 이온 주입 장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 전자 소스를 선택적으로 격리시키는 수단은 상기 전자 소스와 상기 고진공 영역간에 위치한 진공 밸브 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
30. 제29항에 있어서, 상기 자기 수단은, 상기 전자빔을 둘러싼 일반적으로 나선형 도체를 포함하는 스티어링 코일과, 상기 스티어링 코일을 통해 전류를 제공하는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
31. 제27항에 있어서, 상기 이온빔 및 상기 전자빔은 0°보다 약간 크고 180°보다 약간 작은 범위의 각도로 교차되는 이온 주입 장치.
32. 제27항에 있어서, 상기 이온빔 및 상기 전자빔은 약 90°로부터 180°보다 약간 작은 범위까지의 각도로 교차되는 이온 주입 장치.
33. 이온 주입 장치에 있어서, 양이온의 이온빔을 발생하고 상기 이온빔을 이온빔 경로를 따라 반도체 웨이퍼로 향하게 하는 수단과, 전자빔을 발생하는 전자 소스와, 상기 전자 소스와 상기 반도체 웨이퍼간의 소정의 전자빔 경로를 따라 자기장을 발생함으로써 상기 전자빔을 상기 반도체 웨이퍼로 안내하는 자기 수단으로서, 상기 자기장은 상기 전자빔 경로의 실질적인 전길이에 걸쳐 상기 전자빔 경로와 평행한 축방향 성분을 가지는 상기 자기 수단과, 상기 이온빔 경로, 상기 전자빔 경로 및 상기 반도체 웨이퍼를 에워싸는 진공 챔버로서, 고진공 영역을 한정하는 상기 진공 챔버와, 상기 진공 챔버를 진공 펌핑하는 수단으로서, 상기 이온빔 및 상기 전자빔은 90°보다 약간 크고 180°보다 약간 작은 범위의 각도로 교차함으로써 상기 전자 소스로부터의 오염 물질이 상기 반도체 웨이퍼로부터 이탈되게 하는 상기 진공 펌핑 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
34. 제27항에 있어서, 상기 전자 소스에 의해 발생된 열에너지를 제거하고 상기 전자 소스에 의해 방사된 물질을 응축하도록 상기 전자빔 경로를 따라 배치된 냉각 수단을 더 포함하는 이온 주입 장치.
35. 제34항에 있어서, 상기 자기 수단은, 상기 전자빔을 둘러싼 일반적으로 나선형 도체를 포함하는 스티어링 코일과, 상기 스티어링 코일을 통해 전류를 제공하는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
36. 제35항에 있어서, 상기 스티어링 코일은 튜브형 도체를 포함하며, 상기 냉각 수단은 상기 튜브형 도체를 통해 냉각 유체를 순환시키는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
37. 제36항에 있어서, 상기 냉각 수단은 상기 스티어링 코일내에 위치하고 상기 스티어링 코일에 열접속된 비자성 튜브를 더 포함하는 이온 주입 장치.
38. 제27항에 있어서, 상기 이온빔 발생 수단과 상기 반도체 웨이퍼간에 위치한 패러데이 전하 측정 시스템을 더 포함하며, 상기 전자빔은 상기 패러데이 전하 측정 시스템으로 안내되는 이온 주입 장치.
39. 제38항에 있어서, 상기 자기 수단은, 상기 전자빔을 둘러싼 일반적으로 나선형 도체를 포함하는 스티어링 코일과, 상기 스티어링 코일을 통해 전류를 제공하는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
40. 제39항에 있어서, 상기 전자 소스에 의해 발생된 열에너지를 제거하고 상기 전자 소스에 의해 방사된 물질을 응축하도록 상기 전자빔 경로를 따라 배치된 냉각 수단을 더 포함하는 이온 주입 장치.
41. 제40항에 있어서, 상기 냉각 수단은 상기 스티어링 코일내에 위치하고 상기 스티어링 코일에 열접속된 비자성 열전도 튜브를 포함하며, 상기 열전도 튜브는 상기 전자 소스에 인접한 영역으로부터 패러데이 전하 측정 시스템까지 연장되는 이온 주입 장치.
42. 제41항에 있어서, 상기 스티어링 코일은 튜브형 도체를 포함하며, 상기 냉각 수단은 상기 튜불러 도체를 통해 냉각 유체를 순환시키는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
43. 제27항에 있어서, 상기 전자 소스는 넓은 면적의 캐소드와 상기 캐소드로부터 저에너지 전자를 추출하는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
44. 제43항에 있어서, 상기 캐소드는 란타늄 헥사보라이드를 포함하는 이온 주입 장치.
45. 제27항에 있어서, 상기 자기 수단은 상기 전자빔이 상기 이온빔과 교차하는 엘보우 영역에서 상기 자기장의 횡방향 성분을 발생하는 수단을 더 포함하며, 상기 횡방향 성분은 상기 전자빔 및 상기 이온빔과 수직하는 이온 주입 장치.
46. 제45항에 있어서, 상기 자기장의 횡방향 성분을 발생하는 상기 수단은 상기 이온빔의 대향 측부에 위치한 헬름홀쯔 코일을 포함하는 이온 주입 장치.
47. 제43항에 있어서, 상기 넓은 면적의 캐소드는 상기 반도체 웨이퍼의 면적과 근사적으로 동일한 면적으로 가지는 이온 주입 장치.
48. 제27항에 있어서, 상기 전자 소스는 100mA까지의 전류를 가진 전자빔을 발생하는 이온 주입 장치.