KR100295627B1 - 이온주입기에서 이온비임을 형성하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
저에너지 이온주입기(10)는 이온(14)을 방출하는 이온소오스(12)와 이온이 이온소오스에서 주입실로 이동하는 이온비임 통로에 의해 이온 소오스로부터 공간을 둔 주입실(17)을 지닌다. 질량분해 자석은 이온소오스와 주입실 사이의 비임통로를 따라 위치하여 제어된 아치 모양의 통로를 통해 이온을 편향시켜서 이온비임으로 부터 이온을 여과시키고 나머지 이온을 이온주입실에 들어가게 한다. 자석은 강자성처리로된 다중자극편(110, 112)를 포함하고 이온편향영역(120)의 부분과 접한 안쪽으로 마주한 극표면(114, 116)을 지닌다.
하나 이상의 전류운반 코일(122, 123)은 쌍극자자계(BO)를 극편 주변의 편향영역에서 설정한다. 부가적인 코일(130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)은 편향영역에 4극장(Q1, Q2, Q3, Q4)를 설정하는데 도움이 된다.
제어기(100)는 자계를 극편 주위에 편향영역에 발생시키기 위해 하나 이상의 전류 운반코일을 통해 상기 자석 제어전류의 하나 이상의 코일에 전기적으로 접속되어 있다.
Description
제1도는 이온소오스, 비임형성, 성형구조 및 주입실을 포함하는 이온비임 주입기를 도시한 측면도.
제2도는 이온소오스로 부터 주입실까지 질량비 입자에 대한 적절한 전하 전송을 제어하는데 이용되는 자석의 사시도.
제3도는 제2도의 자석의 개략도.
제4도는 제2도의 자석의 확대도.
제5도는 자계가 제어되는 자석의 자계영역에서 봐서 제2도의 자석의 확대된 크기의 측면도.
제6도는 제2도의 자석의 부분을 형성하는 쌍극자장 발생코일의 상평면도.
제7도는 제6도의 평면(7-7)에서 봐서 쌍극자장 발생코일의 측면도.
제8도는 제6도의 선(8-8)에서 보았을 때 쌍극자장 발생코일의 평면도.
제9도는 제2도의 자석과 함께 사용하기 위한 4 극장 발생코일의 측면도.
제10도는 제9도의 선(10-10)에서 보았을 때 4 극장 발생코일의 평면도.
제11도는 제9도의 선(11-11)에서 보았을 때 4 극장 발생코일의 평면도.
제12도는 제2도의 지식을 구성하는데 이용되는 다수의 극편중 하나의 평면도.
제13도는 제12도의 평면(13-13)에서 보았을 때 극편이 도면.
제14도는 제12도의 평면(14-14)에서 보았을 때 극편의 도면.
제15도는 4 극 코일 및 자석 극편에 대해 위치한 쌍극자 코일의 부분을 도시한 자석의 부분의 사시도.
제16도는 코일의 제어된 통선에 의해 발생한 극편 사이의 장을 도시한 장발생 코일 및 극편의 개략도.
제17도는 본 발명에 따라 구조된 새그먼트 된 자석의 3 개의 새그먼트를 통한 이온 궤적의 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
4a : 분해판 14 : 이온비임
16 : 이온주입장소 120 : 자계영역
122, 123 : 쌍극자장 발생코일 100 : 제어기
110A, 110B, 110C : 아치형극 새그먼트
130, 131, 132, 134, 135, 136, 137 : 4 극장 발생코일
Q1, Q3, Q3, Q4 : 4 극 자계 150 : 출입개구부
152 : 탈출개구부
본 발명은 이온비임 주입기에서의 이온비임 발생을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이고 특히, 이온비임으로부터 원하지 않는 이온종류를 제거하기 위해 이온비임의 량을 조절하기 위해 자계를 이용하는 방법에 관한 것이다.
이온비임 주입기는 이온비임으로 실리콘 웨이퍼를 제거하는데 이용된다.
이러한 처리는 n 또는 p 형 외인성물체 도핑을 생성하는데 이용되거나 집적회로를 제조하는 동안 패스베이션층(passivation layers) 을 형성하는데 이용된다.
이온비임 주입기가 반도체를 도핑하는데 이용될 때, 이 이온비임 주입기는 선택된 이온 종류를 주입시켜서 바람직한 외인성 물체를 생성한다. 인티몬, 비소 또는 인과 같은 소오스 재료로 부터 발생한 주입 이온에 의해 'n형'외인성 물체 웨이퍼가 된다. 'p형'외인성 물체 웨이퍼가 바람직한 경우, 붕소 갈륨 또는 인듐과 같은 소오스 재료로 부터 발생한 이온이 주입된다.
이온비임 주입기는 이온화 소오스 재료로 부터 양으로 대전된 이온들을 발생시키는 이온 소오스를 포함한다. 발생한 이온은 비임으로 형성되어 소정의 비임통로를 따라 주입장소에 가속된다. 이온비임 주입기는 이온소오스와 주입장소 사이에 연장한 비임형성 및 성형구조를 포함한다. 비임 형성 및 성형구조는 이온 비임을 유지하고 신장된 내부 중공 또는 영역에 충돌시키고 이 중공을 통해 비임이 주입실에 들어간다. 주입기를 작동할 때 이 내부영역이 진공되어야만 공기 분자와의 충돌로 인한 이온이 소정의 비임 영역으로 부터 편향된 확률이 감소한다.
고전류 이온주입기(약 5 미리 암폐어 비임전류)의 경우에, 주입장소에 있는 웨이퍼가 회전 지지대의 표면에 설치되어 있다. 지지대가 회전함에 따라, 웨이퍼는 이온비임을 통과한다. 비임통로를 따라 이동하는 이온은 회전하는 웨이퍼와 충돌하여 주입된다. 로버트팔은 처리해야할 웨이퍼를 웨이퍼 카셋트로 부터 회수한다. 처리후, 로버트팔은 웨이퍼 지지표면으로 부터 웨이퍼를 제거하여 처리된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트에 축적한다.
본 발명의 양수인인 이턴 코오퍼레이션(Eaton Corporation)은 제품표시 NV 10, NV-GSD/200, NV-GSD/160 및 NV-GSD/80의 고전류 주입기를 현재 시판한다. 이 모델의 이온주입기의 현재 버젼은 이온 종류 선택용 색터 자석(sector magnet)를 포함한다. 다른 종류 이온이 이온 소오스로 부터 방출된다. 이들 이온은 전하는 같지만 질량이 다르다. 전류 색터 자석은 바람직한 이온 종류의 궤도를 분리시키기 위해 다른 모멘트대 전하의 입자를 분산시키는 쌍극자계를 발생시킨다. 쌍극자계자외에, 이 자석에서 4 극 계자를 발생시켜야 한다. 4 극 계자는 실제 엔벨로프내에 한정하여 분해구멍을 포함하는 비임선을 따른 위치의 중앙부(waist)에 비임의 초점을 맞춘다. 정량의 질량을 지닌 이온만이 중앙부 하류의 비임내에 유지된다.
정확한 4 극 자계 강도는 부분적으로 자신의 전하 밀도의 영양하에서 비임 분리 경향에 부분적으로 의존하는데 이 자신의 공간 전하 밀도는 비임 전류 에너지, 질량과 같은 피라미터는 물론 전류가스 합성물, 및 압력과 같은 비임선 파라미터에 의존한다. 기존의 고전류 주입기는 여러 파리미터로 작동해야 하므로 이온비임을 최적으로 전송하고 질량선택을 최적으로 하기 위해 상이한 량의 촛점을 요한다.
이온주입기에 설치된 전류 색터 자석은 비임 파라미터의 공칭 집합과 최상으로 작동하도록 선택된 고정된 4 극 촛점 강도로 설계 되어 있다. 공칭 상태 밖에서, 특히 매우 약한 에너지(10 kvolt 이하) 및 고전류에서 이들 시스템의 수행이 매우 크게 손상된다.
본 발명은 기타 이온주입 파라미터에 따라 쉽게 조절될 수 있는 일차 촛점 4 극 계자를 발생시킨다. 본 발명에 따라 구조된 이온주입기는 이온을 방출하는 이온 소오스와 이온이 이온 소오스로 부터 주입실에 이동하는 이온비임통로 형성하는 이온주입 구조에 의해 이온 소오스로 부터 공간을 둔 주입실을 포함한다.
이온주입실은 이온소오스와 주입실 사이의 비임통로를 따라 위치하여 아치모양의 통로를 통해 이온을 편향시켜서 이온비임으로 부터 원하지 않는 입자를 여과하는 자석을 포함한다. 이 자석은 강자성체로된 제 1 및 제 2 자극편을 지니고 이 강자성체는 이온비임이 이동하는 자계영역의 대향측에서 안쪽으로 마주한 극표면을 지닌다. 또한 이 자석은 극편 가까이 설치된 하나 이상의 일차 전류 운반 코일을 포함한다. 이 일차코일은 제 1 및 제 2 자극편의 안쪽으로 마주한 극표면 사이의 자계 영역에 일차 쌍극자 자계를 발생시키고 이 일차 쌍극자자계 아치형 통로를 따라 자계 영역을 통해 대전된 입자를 굴절시킨다.
4 극 촛점은 이온이 굴절하는 아치형 통로에 충돌하는 전류를 제공하는 하나 이상의 부가 전류 운반 코일에 의해 수행된다. 이 4 극 계자는 극편간의 영역의 쌍극자계자에 중첩된다.
4 극과 쌍극자계 모두의 강도는 상기 자석의 일차 및 부가 전류 운반코일에 전기적으로 커플된 제어기에 의해 제어된다.
본 발명에 따라 구성된 자석은 주입기에 굴절률을 더한다. 이 굴절률에 의해 이온주입기가 저에너지 레벨에서 상이한 종류의 이온에서 이용할 수 있다. 본 발명의 목적, 장점 및 특징을 수반한 도면을 참고로 하면서 설명한 것이다.
제 1 도는 이온주입기(10)를 도시한 것으로 비임통로에서 주입장소(16)을 이동하는 이온비임(14)을 형성하는 이온을 제공하는 이온소오스(12)를 포함한다. 제어전자장치(도시되지 않음)는 주입장소(16)의 주입실(17)내의 웨이퍼(도시하지 않음)에 의해 받아들여지는 이온선량을 감지하여 제어하기 위해 제공되어 있다. 이온비임의 이온은 제 1 도이 소정의 바람직한 비임통로 "D" 를 추종한다. 이온비임은 이온 소오스(12)와, 주입장소(16)사이의 거리를 이동할 때 비임통로(D)는 여러 발산량을 갖는다. 비임 발산에 의해 야기된 소정의 비임통로(b)의 한계는 제1도의 D' 및 D" 이다.
이온소오스(12)는 소오스 재료가 주입되는 내부영역을 형성하는 플라즈마실 (18)를 포함한다. 고체형의 소오스 재료는 증발기에 퇴적된 다음 플라즈마실 (18)에 주입된다. n형 외인성 웨이퍼 재료가 바람직한 경우, 붕소, 갈륨 또는 인듐이 사용된다. 갈륨 및 인듐은 고체 소오스 재료인 반면, 붕소증압은 너무 낮아 이를 간단히 가열함으로써 실용 압력이 되기 때문에 붕소가 가스 일반적으로 붕소트리플루오리드 또는 디보런스로 플라즈마실(18)에 주입된다.
p 형 외인성 재료를 생성하기 위해선, 안티몬 비소 또는 인 고체 소오스 재료로 선택된다. 에너지가 소오스 재료에 가해져서 플라즈마실(18)에서 양으로 대전된 입자를 발생시킨다. 양으로 대전된 이온은 플라즈마실(18)의 개방측 위에 있는 타원형호 슬릿을 통해 플라스마실 내부를 탈출한다.
마이크로 웨이브 에너지를 이용하여 소오스 재료를 이온화하는 이온 소오스가 1994 년 9 월 24 일에 제출한 미합중국 특허 출원 일련번호 08/312,142 호에 개시되어 있고 이는 바로 출원의 양수인에게 양도 되었다. 미합중국 특허 출원 일련번호 08/312,142 호는 참고로 여기에 포함했다. 이온비임(14)은 진공통로를 통해 이온소오스(12)로 부터 주입실(17)로 이동하여 이곳에서 진공된다. 이온비임 통로의 진공은 진공펌프(21)에 의해 수행된다.
한세트의 전극(24)은 플라즈마실 내부로 부터 이온을 추출하여 이온을 질량분해 또는 해석 자석(22)과 인접한 영역으로 가속시킨다.
이온비임(14)을 구성하는 이온들은 이온소오스(12)로 부터 질량분해 자석(22)에 의해 설정된 자계로 이동한다. 자석(22)에 의해 발생한 자계의 강도와 방위는 자석이 계자 권선을 통해 전류를 조절함으로써 제어전자장치(100)에 의해 제어된다.
질량분해자석(22)은 적절한 질량을 가진 이들 이온들만을 이온주입장소(16)에 도달하는 비율로 대전시킨다. 플라즈마실(18)에서의 소오스 재료의 이온화는 바람직한 원자량을 지닌 양으로 대전된 이온의 종류를 발생시킨다.
그러나, 바람직한 종류의 이온외에 이온화 과정은 적절한 원자량외의 원자량을 갖는 이온 비율을 발생시킨다. 적절한 원자량 이상 또는 이하의 원자량을 지닌 이온은 주입에 알맞지 않다.
질량분해자석(22)에 의해 발생한 자계는 이온비임의 이온을 만곡된 궤도로 이동시킨다. 바람직한 이온 종류의 원자량과 같은 원자량을 지닌 원자만이 비임통로를 통해 주입장소실(17)에 이동하도록 자계가 전자제어장치(100)에 의해 설정된다.
자석으로 부터 하류에 분해판(40)이 위치되어 있다. 이 분해판(40)을 유리 석영으로 되어 있고, 신장된 구멍을 포함하고 이 구멍을 통해 이온비임(14)의 이온이 통과 한다. 분해판(40)에서 앤벨로프(D' ),(D" )의 폭이 한정되어 있기 때문에 이온비임 분산이 최소값이 된다.
분해판(40)은 바람직한 종류의 이온에 근접하지만 동일하지는 않은 원자량을 지닌 이온비임(14)으로부터 바람직하지 않은 이온 종류를 제거하기 위해 질량분해 자석(22)과 연관하여 기능을 한다. 상술되었듯이, 바람직한 종류의 원자량과 같은 원자량을 지닌 이온만이 소정의 바람직한 이온비임통로(D)를 통해 주입실(16)에 이송하도록 질량분해 자석의 강도와 방위가 제어회로에 의해 설정된다. 바람직한 이온 원자량 보다 크거나 작은 원자량을 지닌 바람직하지 않은 종류의 이온은 예리하게 편향되어 분해판(40)에 의해 형성된 비임 가이드 또는 슬릿경계선과 충돌한다.
제 1 도에 도시되어 있듯이, 패레데이 프레그는 (42)가 분해구멍(40)과 이온비임 중화기(44)사이에 위치되어 있다. 패레데이 프레그는 하우징(50)에 피벗할 수 있게 커플되어서 이온비임 특성을 측정하기 위해 이온비임(14)과 교차하는 위치에 피벗하고 측정이 만족스러울때 주입실(17)에서의 웨이퍼 주입을 방해하지 않도록 비임선을 피벗시킨다.
비임 형성구조(13)은 전자 샤워라고 하는 이온비임 중화장치(44)를 포함한다. Benveniste 의 1992 년 11 월 17 일 제출한 미합중국 특허 제 5,164, 599 호는 이온비임 주입기의 전자샤워장치를 개시하고 참조로 여기에 포함했다. 플라즈마(18)로부터 추출된 이온은 양으로 대전된다. 이온상의 양의 전하 웨이퍼 주입전에 중성화되지 않으면, 도프된 웨이퍼는 앞짜양의 전하가 나타난다. '599 특허에 설명되어 있듯이, 웨이퍼상의 앞짜양의 전하가 바람직하지 않은 특성을 한다.
중성장치 익스텐선 튜우브(52)하류끝이 웨이퍼가 이온으로 주입되는 주입실(17)에 인접해 있다. 처리해야할 웨이퍼는 웨이퍼 지지대의 주변모서리 부근에 위치해 있고, 지지대가 모우터(도시하지 않음)에 의해 약 1200 RPM 으로 회전된다. 이온비임(14)은 웨이퍼가 원형통로에서 회전할 때 웨이퍼와 충돌하여 처리한다. 주입장소(16)는 하우징(50)에 대해 피벗할 수 있다. 가용성 벨로우(60)(제 1 도)에 의해 하우징(50)에 접속되어 있다. 주입실(16)을 피벗할 수 있는 능력은 웨이퍼 상의 이온비임(14)의 입사각에 대한 조절을 허락 한다.
섹터자석(22)
제 2 도∼제 15 도를 참조하면, 자석(22)은 이온을 아치형통로를 통해 편향시켜서 부정확한 전하는 갖는 입자를 이온비임으로 부터의 질량비로 여과시킨다. 자석은 강자성체로 구성된 제 1 및 제 2 다중 새그먼트 자극편(110)(112)(제 2 도 및 제 3 도)을 포함한다. 극편은 이온비임(14)이 이동하는 측이 4 개인 자계영역 (120)(제 3 도)에 의해 공간을 둔 안쪽으로 마주한 극표면(114),(116)을 지닌다. 극편은 이온이 이온주입실에 이동하는 진공영역을 형성하는 비임가이드(26)밖에 있다. 비임 가이드 영구자계 재료, 즉 알루미늄으로 되어 있기 때문에 이 가이드의 존재는 영역(120)의 자계에 악영향을 주지 않는다.
이온 소오스(12)를 탈출한 이온은 이온을 자석(22)에 가속시키는 추출전극(24)에 의해 설정된 강략한 전계를 받는다. 극편은 이온주입기 베이스에 대해 공간을 둔 수직 평면에서 안쪽으로 마주한 극표면(114), (116)쪽으로 지향한다. 2 개의 일차 전류 운반코일(122, 123)은 자계영역(120)을 양분하는 자석 중앙 평면(125)의 대향측상의 아치형 이온비임 통로와 충돌한다. 이 견해에서, y = 0좌표상의 점들은 이 중앙 평면(125)상에 위치한다. 강자성 극편 (110), (112) 및 코일(122), (123)을 통하는 전류는 제 1 및 제 2 자석 극편의 안쪽으로 마주한 수직으로 지향하는 극표면(114),(116)사이의 자계영역(120)에 일차 쌍극자자계(BO)를 설정한다. 이 자계(BO)는 아치형 통로를 따라 직각으로 지향하는 극편표면(114),(116) 사이의 자계영역(120)을 통해 대전된 입자를 굴절시킨다.
6 개의 부가적인 코일이 제 2 도에 도시된 6 개의 코일(130-135)에 대해 평면 대형 위치와 방위로 비임 중앙 평면(125)의 대향측에 위치한다. 이들 부가적인 6 개의 코일중 두개(136,137)가 제 2 도에 도시되어 있다.
이들 코일의 전류는 극편 사이의 영역(120)에 쌍극자계자(BO)외에 4 극 계좌성분을 설정한다.
제어전자장치(100)는 자석(22)의 두개의 일차코일(122,123)과 12개의 부가적인 전류 운반코일에 전기적으로 커플되어 있다. 코일의 적당한 통전은 극편 표면(114 ; 116)사이의 자계영역(120)사이에 쌍극자와 4 극 소자를 지닌 자계를 발생시킨다.
제 5 도에 도시되어 있듯이, 자석(22)은 자석의 입구측(150)으로부터 자석(22)의 탈출쪽으로 약 135。의 아치형 색터를 따라 연장해 있다. 극편이 이온비임의 아치통로를 따라 공간을 둔 전류운반 코일에 의해 분할된 다중부분 또는 새그먼트로 구성되어 있기 때문에 새그먼트로 설명한다. 극편(110)은 세개의 중간 자석 새그먼트(110A),(110B),(110C) 및 출입구 새그먼트(110D)와 출구 새그먼트(110E)로 구성되어 있다.
3 개의 자석극편(110A),(110B),(110C)는 자석(22)의 방사상 내부상의 좁은 부분에서 부터 자석의 방사상 바깥부상의 매우 넓은 부분까지 폭이 넓은 다중극편으로 새그먼트되어 있다.
5 개의 극편 새그먼트(110A∼110E)와 극편(112)의 해당 5 개의 새그먼트가 두 개의 피이스 허브(piece hub)에 의해 지지되어 있다. 두개의 허브 피이스 (154,155)는 두개의 자극편의 방사상의 내부를 지지하고 두개의 요오크편 (156,157)을 포함하는 두개의 피이스 요오크는 자석 극편의 방사상 외부를 지지한다.
허브와 요오크 모두는 자석(22)과 이온소오스를 지지하는 접지된 하우징(32)에 전기적으로 접속되어 있다. 자석이 자석 중앙 평면의 대항측에 극편을 지니고 이 자석이 수직으로 향하기 때문에 자계영역(120)의 좌, 우 상의 자석부라고 하는 것이 편리하다.
제 6 도 및 ∼제 8 도는 입구(150)으로부터 자석(22)로 까지 알 수 있듯이 중앙평면(125)의 우측상의 코일(122)을 표시한다. 코일(122)는 통상 안장 모양을 하고 색터 자석(22)의 전체 135。아크를 통해 연장한 방사상 내부 및 외부 새그먼트(214),(216)을 포함한다. 자석의 입구(150)에서, 코일(122)을 이온이 자계 영역에 들어가는 입구통로(212)를 형성하기 위해 자계영역(120)으로 부터 구브러진 엔드(end) 새그먼트(218)를 지닌다. 이 코일 새그먼트(218)는 영역(120)에서 자계의 존재에 의해 이온비임이 굴절하는 같은 아크를 따라 일반적으로 구브러진 두개이 방사상으로 연장한 내부부 외부 코일 새그먼트(214, 216)을 함께 연장한다. 코일의 탈출끝에서 코일 새그먼트(214, 216)을 함께 연결한다.
탈출 새그먼트(220)는 전류 흐름을 제어하기 위해 전자제어 시스템(100)에 전기적으로 커플된 두개의 커넥터(222, 224)를 지지한다. 집속장소 사이에서 코일(122)는 단면이 통상적으로 사각인 동(copper)튜빙의 다중층(230) ( 본 발명의 바람직한 실시예에서 8 개의 층)으로 구성되어 있다. 나란한 소정의 다층(바람직하기로는 14)내에서 상이한 반경의 아크모양의 새그먼트가 자석의 길이를 따라 배열되어 있다.
동 튜빙은 중앙통로를 지니고 이 중앙통로를 통해 액체냉매가 이온주입기의 작동중 전달되어 코일(122)로 부터 열을 제거한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 냉매는 물이고 두개의 커넥터(222, 224)중 하나를 통해 코일에 보내어 제 2 커넥터를 통해 밖으로 보내어진다.
코일(122)은 코일의 다층 및 다중 아크모양의 새그먼트를 형성하기 위해 구브러진 단일 동 튜우브로 구성되어 있다. 동 튜빙은 중앙통로를 포함하도록 하는 돌출 과정에 의해 구조되고 신장된 새그먼트에 제공된다. 절연 테이프가 튜빙을 절연하기 위해 튜빙의 길이 주변에 감겨져 있다. 다음, 절연된 튜빙의 코일(122)의 다중 절연권선을 형성하기 위해 구브러져 있다.
직류 전류 바이어스가 전기접속장소(222, 224)에 인가된다. 전류가 아치모양의 새그먼트(214, 216)중 하나에 흐르고 새그먼트(218)를 통해 비임 중앙선을 통과하고 다시 새그먼트(214, 216)중 나머지를 통해 자석이 탈출단에 복귀한다. 코일(122)이 연속 동 튜브로 구성되어 있기 때문에 전류가 커넥터에서 나머지 커넥터로 흐른다.
제 2 일차코일(123)이 코일(122)와 우선하게 구성되어 있다. 코일(123)에 전기적으로 커플된 전자 커넥터는 제어전자장치(100)에 접속되어서 제어된 전류가 코일(123)를 통해 보내질 수 있다. 자석의 아크를 따르는 점에서 자석영역(120)에 대한 두개의 코일(122),(123)의 위치를 제 6 도에 도시되어 있다.
부가적인 전류운반코일(133)중 하나는 제 9 도∼제 11 도에 상세히 도시되어 있다. 코일(133)은 자극편(110B)를 묶는다. 코일(133)은 또한 안장 모양을 한다. 두 개의 아치 모양으로 연장한 새그먼트(250,252)는 적절한 접착제에 의해 극편(110B)의 안쪽으로 마주한 표면에 부착되어 있다.
반원 새그먼트(260, 262)는 아치 모양으로 연산한 새그먼트(250, 252)를 접속시킨다.
코일(133)의 구조방법은 일차코일(123)의 구조방법과 유사하다.
신장된 튜우브는 길이를 따라 절연체로 감겨진 다음 코일(133)을 형성하기 위해 구브러져 있다. 제 9 도 ∼ 제 11 도에 도시된 코일은 자석영역(120)을 묶기 위해 극편(110B)의 표면을 따라 나란한 연장한 12 개의 아치모양의 새그먼트를 지닌 두 개의 층을 지닌다. 나머지 일차 코일이 유사한 방식으로 구성되어 있고 극편(110A, 110B 및 110C)의 안쪽으로 마주한 표면에 부착되어 있다.
코일(133)은 코일을 통하는 전류를 제어하기 위해 제어전자장치(100)에 의해 전기적으로 통전되는 입력 커넥터(264,266)을 지닌다. 또한 코일을 구조하는 튜빙을 이용하면, 냉매가 코일로부터 코일을 때리는 이온에 의해 발생한 열을 전달하기 위해 코일은 구성하는 튜빙의 중심을 통해 펌프된다.
제 16 도는 극편(110B)의 영역에서 일차코일(122, 123) 및 이차코일(132, 133)의 도면을 도시한다. (극편(110B)를 통해 단면의 평면으로 및 밖으로)이들 코일을 통해 흐르는 전류의 방향이 이 도면에 도시되어 있다. 이 전류방향은 전류의 크기와 방향은 표시하는 제어전자장치(100)에 의해 제어된다.
제어회로(100)에 의해 제어된 코일 통전을 통해 성취되는 개시된 전류 방향은 영역(120)에 일차 자계(BO)를 제공한다. 4 극 계좌를 나타내는 4 개의 계자선(Q1 ∼ Q4)는 제 16 도에 도시되어 있다.
자계영역(120)을 통과하는 이온은 힘을 받는다. 입자에 미치는 힘의 크기는 입자의 속도 및 전하에 정비례하고 자계 및 속도벡터에 수직한 방향을 한다.(qV × B) 제 16 도에서 이 도면에 도시된 평면으로 이동하는 양으로 대전된 입자는 자석의 아크를 추종하도록 쌍극자장(BO)에 의해 직각으로 편향된다.
이동하는 대전된 입자가 받는 자계 벡터는 쌍극자와 4 극장의 포개짐이다. 이장에서 이동하는 입자에 대한 벡터힘을 결정하기 위해 입자의 전하와 속도를 알아야 한다. 예를 들어, 입자가 받는 힘을 알기 위해 자석 중앙평면(125)의 측이 어디인가를 아는 것은 충분치 않다. 입자가 이동하는 방향을 알아야 한다.
제 16 도에 도시된 자계 형상에 대해 자석은 열 하나이 평면에서 입자에 촛점을 맞추고 수직평면에서는 입자에 촛점을 맞추지 않는다. 각각의 제어 가능한 자석코일의 다중 새그먼트를 지닌 새그먼트된 자석을 이용할지라고 즘렌즈 효과가 가능하다. 이것은 구멍(40)이 영역에서 비임 웨스트를 통과하는 이용가능한 이온비를 크게 발생시킨다.
제 17 도는 새그먼트 된 자석의 즘렌즈를 도시한다. 3 개의 자석 새그먼트(A, B 및 C)는 도면의 위에 표시되어 있다. 이들 3 개의 새그먼트는 제 2도에 도시된 극편 새그먼트(110A, 110B 및 110C)의 영역에 설정된 장에 해당한다.
제 17 도는 소오스 아크 슬릿의 중심으로 부터 오스셋된 입자에 대한 두개의 상이한 제어된 편향을 도시한다. 이 표시에서 x 평면은 좌석중앙평면(125)의 평면에 해당한다. y 평면은 자석을 통해 통과하는 중앙 광선 궤도를 따라 실질적으로 만곡되어 있다.
제 17 도의 위에 도시된 편향 통로에서 2 개의 대전된 이온은 자석 중앙평면으로 부터 25㎜ 변위된 소오스를 떠나고 속도 벡터가 다르다. 이 속도 벡터에 의해 이온들이 허용 가능한 궤도(T1, T2)에서 이동하는 자석에 들아가서 이온들이 비임 웨스트(beam waist)에 들어가서 주입실의 목표물을 때린다. 위에서 설명했듯이, 선행 기술의 고에너지 주입기는 고정된 기계적 4 촛점을 지니지만 저 에너지에 대해 조절할 수 없고 소오스에 의해 전달된 선량을 쉽게 동조할 수 없다.
제 17 도에서 A, B 및 C 는 촛점을 바꾼다. 즘렌즈 효과는 인접한 단면의 코일 전류의 방향을 바꾸므로서 성취된다. 제 16 도에 도시되어 있듯이, 코일(132, 133, 136 및 137)에 대한 전류는 자계영역(120)에 인접한 도면의 평면 속으로 흐른다. 이 코일은 ' B' 영역에서 4 극 자계를 형성하는데 도움이 된다. 'A' 영역에서, 영역(120)과 인접하는 코일(130, 131)은 "A" 영역에 대한 제 16 도 표시와 유사한 표시가 두개의 코일(130, 131)에 대한 도면의 평면으로 전류를 나타나게 하는 반대의 전류를 갖는다.
제 17 도는 x = 25 ㎜, y = 0의 소오스에서 시작하는 한쌍의 궤도와 y = 25 ㎜ 및 x = 0에서 시작하는 또 다른 쌍의 궤도를 도시한다.
제 17 도의 바닥의 y 궤도는 x = 0에 유지되고 영역 A, B 및 C 에서의 각각의 촛점, 촛점 및 비촛점의 역효과를 도시한다. 이 축에서 가장 멀리 떨어진 광선은 비임 엔벨로프의 경계를 표시하기 위해 점선(270)에 의해 가깝게 징계되어 있다.
코일의 전류 크기 및 방향 모두에 대한 선택적인 제어에 의해 적절한 이온종류의 최대 관통 입력이 목표물에 도달하도록 소오스를 떠나는 비임 촛점 맞출수 있다. 이것은 이온비임의 경험적 감지와 전류를 최소화 하기 위해 코일 전류를 조절하므로서 일반적으로 성취된다.
제 17 도는 x = 0 또는 중앙평면 좌로 P1, P2 에서 두개의 궤도를 이동하는 이온을 도시한다. ' x' 와 ' y' 평면에 관한 대칭 때문에 반평에 궤도를 도시하는 것이 보통이지만 이온은 실질적으로 비임 중앙 평면을 통과한다.
예를 들어서, 궤도(T2)를 추종하는 입자는 점(P1)의 자석을 탈출한 후 바로 중앙 평면을 통과한다. 두개의 나머지 궤도(T3), (T4)는 제 17 도에 표시되어 있다. 이들 두개의 궤도는 소오스의 ' y' 중심으로 부터 상이한 속도로 이동하는 25㎜ 까지의 이온 변위에 해당한다.
본 발명은 청구범위내에서 여러 수정과 변경이 가능하다.
Claims (33)
- (가) 이온비임을 자계영역 (120)을 통해 이동시키는 단계와 ;(나) 하나 이상의 쌍극자장 발생코일 (122, 123)을 통전시켜서 쌍극자자계(B0)를 자계영역에 발생시키는 단계와 ;(다) 하나 이상의 4 극장 발생코일(130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)을 통전시켜서 4 극 자계(Q1, Q2, Q3, Q4)를 발생시키게 하는 단계와 ;(라) 하나 이상의 쌍극자장 발생코일과 하나 이상의 4 극장 발생코일의 통전을 제어하여 이온비임이 전계 영역을 통해 이동할 때 이온비임으로 부터 입자를 여과 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 이동단계(가)는 자계영역을 이동하는 투자 비임 가이드 (26)를 통해 이온비임을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 통전단계(b)는 (i) 이 자계영역을 이등분하는 평면의 제 1 측에 위치한 제 1 쌍극자장 발생코일(122)를 통전시키는 단계와 ; (ii) 제 1 측에 대항하는 이등분 평면의 제 2 측에 위치하나 제 2 쌍극자장 발생 코일(123)을 통전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, (i) 자계영역을 이등분하는 평면(25)의 제 1 측에 위치한 제 1 한쌍의 4 극장 발생코일(130, 131)을 통전시키는 단계와 ; (ii) 제 1 측에 대향하는 이등분 평면이 제 2 측에 위치한 제 2 한쌍의 4 극장발생코일(136, 137)을 통전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 쌍극자장 발생코일과 하나 이상의 4 극장발생코일을 통해 냉매를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 분해판(40)의 구멍을 통해 여과된 이온비임을 통과시켜서 여과된 이온비임으로 목표물을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 이동단계(가)는 자계영역의 두개 이상의 순차영역(A, B, C)을 통해 이온비임을 이동시키는 단계를 포함하고 통전단계(다)는 (i) 제 1 세트의 하나 이상의 4 극장(130, 131, 136, 137)발생코일을 통전시켜서 4 극 자계를 자계영역의 영역중 하나 (A)에 발생시키는 단계와 ;(ii) 제 2 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일(132,133)을 통전 시켜서 4 극 자계를 자계영역의 영역중 나머지 하나(13)에 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제7항에 있어서, 제어단계(라)는 제 1 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일의 통전과 제 2 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일의 통전을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제8항에 있어서, 통전단계(c)는 제 3 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일(134, 135)를 통전하여 자계영역의 나머지 영역(c)에 4 극 자계를 발생시키는 단계를 포함하고 제어단계(라)는 제 3 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일의 통전을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임 (14)으로부터 입자를 여과하는 방법.
- 제1항에 있어서, 이온소오스(12)로부터 이온을 방출시키는 이온비임을 형성하기 위해 이온소오스에서 이온을 가속시키는 단계와 ; 제 1 및 제 2 아치모양으로 연장한 극편(110, 112)을 이온비임의 아치모양의 이동통로의 당측에 위치시켜서 안쪽으로 마주한 표면(114, 116)이 자계 중앙평면(125)의 대향측에 위치시키는 단계와 ; 아치모양으로 연장한 극편을 따라 하나 이상의 쌍극자장 발생코일을 위치시켜서 상기 제 1 및 제 2 아치모양으로 연장한 극편으로 부터 나머지 상기 제 1 및 제 2 아치 모양으로 연장한 극편을 발생시키는 단계와 ; 제 1 및 제 2 아치모양 극편 및 자계영역의 안쪽으로 마주한 표면 사이에 다수의 하나 이상의 4 극장 발생코일을 위치시키는 단계를 포함하고 ; 제어단계(라)는 하나 이상의 쌍극자장 발생코일과 4 극장 발생코일과 4 극장 발생코일을 선택적으로 통전시켜서 제어된 4극 자계를 극편 사이의 영역에 제공하는 단계를 포함하고 ; 자계 영역의 자계는 이온비임으로 부터의 대전비에 대한 고유질량외의 질량을 지닌 이온을 선택적으로 여과하기 위해 소오스를 탈출하는 이온비임이 이온을 차단하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로부터 입자를 여과하는 방법.
- 제10항에 있어서, 각각의 제 1 및 제 2 극편은 다중아치형극 새그먼트(110A, 110B, 110C)에 배열되어 있고 ; 극편의 각각의 극 세그먼트는 하나 이상의 4 극장 발생코일중 하나를 지지하여 극 새그먼트의 면을 따라 전류를 설정하고 ; 통전단계(다)는 대향극 새그먼트에 부착된 4 극장 발생코일을 통전시켜서 제 1 극편과 제 2 극편사이의 순차적으로 만나는 자계영역(A, B, C)를 통해 이동하는 이온을 촛점을 맞추거나 촛점을 맞추지 않는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제11항에 있어서, 제어단계(라)는 제 1 및 제 2 쌍의 극편에 부착된 4극장 발생코일의 통전을 제어하여 제 1 쌍의 자극편 새그먼트에 의해 경계하는 제 1 자계영역내의 특정 평면쪽으로 이온을 촛점 맞추고 이온이 제 1 자계 영역 다음에 들어오는 제 2 쌍의 자극편에 의해 경계지어진 제 2 자극영역내의 특정 평면으로부터 이온을 디포커스(defocus)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- (가) 이온비임이 이동하는 자계영역(120)을 형성하는 구조(26, 110, 112) 와;(나) 자계영역에 대해 구조와 배열되어 이온비임이 자계영역을 통해 이동할 때 이온비임으로 부터 입자를 여과하기 위해 자계영역에서 쌍극자자계(130)와 4 극 자계(Q1, Q2, Q3, Q4)모드를 발생시키는 다수의 전도코일(122, 123, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137) ;(다) 다수의 전도코일을 통전시켜서 쌍극자자계와 이 쌍극자자계에 중첩된 4극 자계를 발생시키는 제어기(100)를 구비한 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 이 구조는 자계영역을 형성하기 위해 서로에 대해 배열된 두개의 자극편(110,112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 자계영역을 이동시키도록 위치한 자기적으로 투과 가능한 가이드(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제15항에 있어서, 비임 가이드는 이온비임이 이동하는 저압영역을 유지하기 위해 포위된 용적과 경계지는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 다수의 전도코일은 자계영역을 이등분하는 평면(125)의 제 1 극에 위치한 제 1 쌍극자장 발생코일(122)과 이 제 1 층에 대향하는 이등분 평면의 제 2 측에 위치한 제 2 쌍극자장 발생코일(123)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 다수의 전도코일은 자계영역을 이등분하는 평면(125)의 제 1 측에 위치한 제 1 쌍의 4 극장 발생코일(130, 131)과 제 1 측에 대향하는 이등분 평면의 제 2 측에 위치한 제 2 쌍의 4 극장 발생코일(136, 137)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 다수의 전도코일중 하나는 제 1 방사상 새그먼트(214, 252) 와 제 2 방사상 새그먼트(216, 250)을 포함하고, 각각은 이온비임이 아치형 이동통로를 따라 연장한 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 다수의 전도코일중 하나는 다수층(230)에 배열된 전도튜빙을 포함하고, 각각의 층은 반경이 다른 다수의 아치형 새그먼트를 포함하는 것을 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 다수의 전도코일은 냉매를 전달하는 통로를 지닌 튜빙을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 이온을 발생하여 이온비임 형성하는 이온소오스(12)와 여과된 이온비임이 통과하는 구멍을 지닌 분해판(40)과 여과된 이온비임으로 목표물을 처리하는 이온주입장소(16)의 결합을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 방법.
- 제13항에 있어서, 다수의 전도코일로 배열된 구조는 이온비임이 이동하는 자계영역의 두개의 순차적영역(A, B, C)를 형성하고, 다수의 전도코일은 4 극자계를 자계영역의 하나의 제 1 영역(A)에 발생시키기 위한 제 1 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일(130, 131, 136, 137)과, 자계 영역의 또 다른 하나의 영역(B)에 4 극 자계를 발생시키기 위한 제 2 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일(132, 133)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제23항에 있어서, 구조는 자계 영역이 제 1 영역을 형성하기 위해 제 1 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일과 서로에 대해 배열된 한쌍의 자극편(110, 112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제23항에 있어서, 제어기는 제 1 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일의 통전과 제 2 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일의 통전을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제25항에 있어서, 다수의 전도코일은 자계영역의 또 다른 영역(C)에 4 극 자계를 발생시키기 위한 제 3 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일(134, 135)를 포함하고 ; 제어기는 제 3 세트의 하나 이상의 4 극장 발생코일의 통전을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제13항에 있어서, 이온을 방출하여 이온비임을 형성하는 이온소오스(12)와 장치가 이온이 이온소오스로 부터 주입실까지 이동하는 이온비임 통로를 형성하도록 이온소오스에 대해 공간을 둔 관계로 설치된 주입실(17)에 결합하여 ; 구조와 다수의 전도코일이 이온소오스와 주입실 사이의 이온비임 통로를 따라 위치한 자석을 형성하여 아치모양의 통로를 통해 이온을 편향시켜 이온비임으로부터 원하지 않는 입자를 여과시키고 ; 구조는 강자성체로된 제 1 및 제 2 자극편(110, 112)를 포함하고 상기 극편은 이온비임이 이동하는 자계영역에 의해 공간을 둔 안쪽으로 마주한 극표면(114, 116)을 지니고 ; 다수의 전도코일은 (i) 자극편 주위에 위치하여 쌍극자자계를 제 1 및 제 2 자극편의 안쪽으로 마주한 극표면 사이의 자계영역에 발생시켜서 아치형 통로를 따라 자계영역을 통해 이온비임을 구성하는 대전된 입자를 굴절시키는 하나 이상의 쌍극자당 발생코일(122, 123)과, (ii) 이온비임이 추종하는 아치형 통로를 따라 연장한 전기전류를 제공하여 극편 사이의 자계영역의 쌍극자자계에 4 극 자계를 중첩시키는 하나 이상의 자계에 4 극 자계를 중첩시키는 하나 이상의 4 극 자계를 중첩시키는 하나 이상의 4 극장 발생코일(130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)를 구비하는 것을 특징으로 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제27항에 있어서, 하나 이상의 4 극장 발생코일은 자극편에 부착되어 있고 자석극편 및 자계영역의 안쪽으로 마주한 극표면 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제27항에 있어서, 안쪽으로 마주한 극표면은 평면이고 자석의 자계 중앙 평면의 대항측에 공간을 두고 ; 두개 이상의 쌍극자장 발생코일(122, 123)은 폐쇄된 자계영역을 형성하기 위해 자계 중앙 평면의 대항측에 서로 접한 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제27항에 있어서, 제 1 및 제 2 자극편은 다중 극편 새그먼트(110A, 110B, 110C)로 새그먼트 되어 있고 하나 이상의 4 극장 발생코일은 극편 새그머트와 접한 영역에 4 극 자계를 설정하는 특정 자극편 새그먼트에 부착된 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제30항에 있어서, 두개 이상의 쌍극장 발생코일은 자석을 통해 이온비임이동통로의 아치모양의 길이의 측을 따라 연장한 안장 모양의 코일을 형성하고 이동통로로 부터 구브러져 이온이 자석에 뜬어가는 출입구와 탈출 개구부(150, 152)를 형성하는 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제27항에 있어서, 두개 이상의 쌍극자 발생코일은 자석을 통해 이온비임 이동통로의 아치 모양의 길이 측을 따라 연장한 아치 모양의 코일부를 형성하고, 2 개 코일의 아치 모양이 부분(214, 216)은 자계 영역을 이등분하는 비임중앙 평면을 따라 서로 접한 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
- 제27항에 있어서, 제 1 및 제 2 자극편은 자석의 방사상 내부항의 협부로 부터 자석의 방사상 외부 상의 광부로 폭이 넓어지는 다중 극편 새그먼트(110A, 110B, 110C)로 새그먼트된 것을 특징으로 하는 이온비임(14)으로 부터 입자를 여과하는 장치.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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