KR100439936B1 - 리본빔을발생시키는이온주입장치,상기이온주입장치에사용하기위한플라즈마전극,및가공물을이온빔으로처리하는방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대량의 평판 디스플레이를 빠르고 효율적으로 처리하는 높은 처리량의 이온 주입 시스템에 관한 것이다. 상기 이온 주입 시스템은, 이온 스트림을 발생시키는 이온 챔버, 상기 이온 스트림을 리본 빔으로 형성하기 위한 높은 종횡비를 갖는 신장 슬롯을 구비하는 플라즈마 전극, 및 이온 스트림을 가공물 쪽으로 향하게 하는 전극 어셈블리를 포함한다. 상기 플라즈마 전극은 서로 평행하게 향하는 복수의 신장 슬롯을 갖는 분할 추출 시스템을 포함할 수 있다. 또한 상기 이온 주입 시스템은 이온 스트림을 균일화하는 확산 시스템을 가질 수 있다. 예시적인 다양한 확산 시스템은 개구 배열을 갖는 구멍 뚫린 판, 확산 자석, 확산 전극 및 디더링 자석을 포함한다.

Description

리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치, 상기 이온 주입 장치에 사용하기 위한 플라즈마 전극, 및 가공물을 이온 빔로 처리하는 방법
이온주입은 제어된 신속한 방법으로 반도체 웨이퍼 또는 유리기판 등의 가공물에 전도율이-변하는 불순물(conductivity-altering dopant)을 주입하기 위한 상업적으로 받아들여진 표준 기술이다. 종래의 이온주입 시스템은 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하도록 가속되는 원하는 불순물 엘리먼트(dopant element)를 이온화하는 이온원(ion source)을 포함한다. 이 빔은 가공물의 표면으로 안내된다. 일반적으로, 이온 빔의 활성화 이온이 가공물의 대부분으로 침투하고, 상기 재료의 결정 격자 내로 박혀, 원하는 전도율의 영역을 형성한다. 이러한 이온 주입 공정은 일반적으로 웨이퍼 핸들링 어셈블리 및 이온원을 수용하는 고 진공 기밀 공정 챔버에서 수행된다. 이러한 고 진공 환경은 가스 분자와의 충돌에 의한 이온 빔의 분산을 방지하고, 또한 공기중의 부유 입자에 의해 가공물이 오염될 위험성을 최소화한다.
일반적으로 상기 공정 챔버는 밸브 어셈블리를 경유하여 자동화 웨이퍼 핸들링 및 처리 엔드 스테이션(end station)에 결합된다. 이 엔드 스테이션은 진공 펌핑 시스템에 의해 대기압 아래로 펌프 다운(pump down)될 수 있는 중간 챔버 또는 압력 로크(lock)를 포함할 수 있다. 이 챔버는 바람직하게는 한 단부에서, 하나 이상의 카세트(cassette)로부터 중간 챔버로 가공물을 전달하는 엔드 이펙터(end effector)와 통한다. 가공물이 엔드 이펙터에 의해 중간 챔버내로 로딩되면, 챔버는 펌프를 통해 공정 챔버와 일치하는 고 진공 상태로 진공화된다. 다음으로, 상기 중간 챔버의 하향 단부에 있는 밸브가 개방되고, 상기 공정 챔버 내에 장착된 웨이퍼 핸들링 어셈블리는 상기 챔버로부터 가공물을 제거한다. 상기 가공물은 이온원에 배치된 후, 이온원에 의해 이온주입될 수 있다.
종래의 이온주입 시스템의 일반적인 이온 빔 경로는 이온원, 전극, 분석 자석 장치(analyzing magnet arrangement), 광분해 엘리먼트 및 웨이퍼 처리시스템을 포함한다. 전극은 이온원에서 발생된 이온을 추출하고 가속화하여 분석 자석 장치쪽으로 향하는 빔을 발생시킨다. 이 분석 자석 장치는 이온 빔내의 이온을 그것의 전하 대 질량비에 따라 분류하고, 웨이퍼 처리시스템은 이온 빔 경로에 관련한 2개의 축을 따라 가공물의 위치를 조절한다.
특히, 각 개별 이온이 전극을 떠나 분석 자석에 들어갈 때, 이온의 플라이트 라인(line of flight)은 이온의 질량의 제곱근에 비례하는 반경을 가진 경로로 구부러진다. 광분해 엘리먼트와 함께 분석 자석 장치내의 분해 슬릿(resolving slit)이, 선택된 전하 대 질량비를 갖는 이온을 포커싱(focusing)하여 이 이온이 상기가공물을 향하도록 한다. 선택된 전하 대 질량비를 갖지 않는 이온은 분해 슬릿의 왼쪽 또는 오른쪽 중에서 한 쪽으로 포커싱되고, 상기 목표 가공물에 충돌하는 최종 이온 빔 중에서 선택된다.
초기의 이온주입 기계에 있어서, 이온원 개구는 일반적으로 전형적으로 점원(point source)에 근접한 작은 구멍이었다. 더 높은 이온 빔 전류를 얻기 위해, 원형 플라즈마 개구의 크기는 커졌지만, 수용가능한 품질의 이온 빔을 제공하는 원형 개구의 크기를 증가시키는 것은 한계가 있다는 것을 곧 알게 되었다. 이온원 개구의 수직 및 수평 크기가 동시에 증가하면, 불안정한 플라즈마 메니스커스(meniscus)로 인한 빔의 불안정한 상태가 나타났다. 그러나, 원형 구멍을 직사각형 슬릿으로 늘림으로써, 빔의 불안정한 상태를 가지지않은 높은 빔 전류가 얻어질 수 있다는 것을 알았다. 직사각형 슬릿은 분석 자석의 디스버시브 플레인(disbursive plane)에 대하여 수직방향으로 향하여, 분석 자석의 폴 피스(pole piece)와 동일한 방향으로 이온원 출구 슬릿을 이용한 동위원소 분리기(isotope separator)에서 평행하게 진행하여 높은 전류를 얻는다.
더욱 더 높은 이온 빔 전류를 얻기 위해서, 이온 출구 개구의 길이가 길어질 수 있다. 현재의 실시에까지는, 안정된 플라즈마 메니스커스를 유지할 수 있는 개구는 1～3mm 범위의 폭으로 형성되었다. 분석 크기를 더욱 증가시키고자 시도한 종래의 기술은, 큰 슬릿과 함께 분석 자석을 사용함으로써 야기되는 빔 확대(blow-up) 현상으로 인해 실패하였다. 이 외에도, 큰 슬릿과 함께 분석 자석을 이용하는 초기 시스템은, (1) 분석 자석 장치의 크기, 비용 및 전력 조건을 상당히 증가시키거나, 또는 (2) 상기 분석 자석으로부터 이온원을 좀더 멀리 떨어지게 할 것을 요구한다. 이러한 접근방법 각각은 바람직하지않은 부수적인 결과를 초래할 수 있다.
예컨대, 이온 빔 원이 더 멀리 이동하면, 이온 빔의 대부분이 이온원과 분석 자석 사이의 더 길어진 플라이트 영역 라인에서 중성화됨으로써, 긴 이온 출구 슬릿으로부터의 부가적인 빔 전류에 있어서의 어느 정도의 이득이 손실된다. 이것을 방지하기 위해서는, 분석될 수 없는 중성화된 종류로 이온이 변환하는 것을 피하기 위한 보다 크고 보다 고가의 진공 펌프가 필요하다. 따라서, 분석 자석으로부터 이온원을 더 멀리 이동시키는 것은 이에 상응하여 기계의 전체 크기 및 복잡성의 증가를 일으키는데, 이는 설비를 제조함에 있어서 비용이 더욱 높아진다는 것과 직결된다.
Atkin에게 허여된 미국 특허 제4,847,504호는 이온 전류원을 증가시키기 위한 선택된 분석 자석의 기하학적 구조를 갖는 이온 주입 시스템을 개시한다. Aiken에 따르면, 분석 자석에 대하여 규정된 방향으로 정렬되는 직사각형의 이온 출구 개구를 이용하여 더욱 높은 이온 빔 전류가 얻어질 수 있다. Aitken 시스템은 3mm보다 더 넓은, 예컨대 최대 5mm 또는 6mm에 달하는 이온 출구 슬릿을 이용하였다.
또한, Robinson 등에 의한 미국특허 제4,258,266호는 웨이퍼 휠로 향하는 리본 형상의(ribbon shaped) 이온 빔을 가진 이온 주입 시스템을 개시한다. 이 이온 주입 시스템은 내부에 자석 분석기를 가진 이온원을 포함한다. 상기 Robinson 등에 의한 시스템의 리본 형상의 이온 빔은 상기 폭보다 최대 50배 더 긴 길이를 사용하는 이온 빔을 생성하는데 이용된다.
유럽 공개 특허 제0428319호는 이온 주입 장치를 개시하고 있다. 상기 이온 주입 장치는 플라즈마를 수용하는 이온화 챔버(16), 이 이온화 챔버를 폐쇄하는 정면 벽(52), 및 이 정면 벽(52)내의 타원형 개구(50)를 포함한다. 또한, 상기 이온 주입 장치는 개구(50)에 도달하는 이온을 가속화하는 전기적으로 바이어스된 추출 전극 어셈블리(20)를 포함한다.
오늘날 급성장하고 있는 반도체 및 주입 기술은 판매 시장에서 널리 보급되어 수용되고 있음을 알 수 있다. 이러한 수용으로, 대량의 주입 제품을 경쟁력있는 가격으로 생산하는 것이 필요하게 되었다. 최신 주입 시스템의 공통 목표는 시스템의 처리량을 증가시킴으로써 상기 요구를 충족하는 것이다, 그러나, 현재 존재하는 시스템은 이러한 제조 및 비용 요구를 충족하는데 그다지 적합하지가 않다.
따라서, 큰 면적의 평판 가공물에 대해 높은 처리량을 나타내는 개선된 이온 주입 시스템에 대한 종래의 요구가 여전히 존재한다. 대량의 평판 디스플레이를 신속하게 생산할 수 있는 이온 주입 시스템은 종래 기술을 더욱 개선한다.
본 발명은 큰 면적의 가공물(workpiece)용 이온주입 시스템에 관한 것으로서, 특히 평판 디스플레이에 주입하기 위해 큰 면적의 이온 빔을 형성하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이온 주입 시스템의 사시도.
도 2는 도 1의 이온주입 시스템의 일부분에 대한 상면도.
도 3은 도 1에 도시된 이온원의 사시도.
도 4는 도 3의 이온원을 사용하여 발생된 리본 빔의 상부 단면도.
도 5는 2개의 슬롯을 가진 플라즈마 전극과 리본 빔의 사시도.
도 6A 및 6B는 도 1의 시스템에서 발생될 수 있는 불균일성을 나타내는 도면.
도 7은 도 6A에 도시된 불균일성의 분해도.
도 8은 3개의 슬롯을 갖는 도 5의 플라즈마 전극을 나타내는 도면.
도 9는 도 8의 플라즈마 전극의 대표적인 개구의 분해도.
도 10은 도 8의 플라즈마 전극에 있어서의 대표적인 개구의 원근법에 의한 분해도.
도 11은 도 8의 플라즈마 전극에 대한 선택적인 실시예를 나타내는 도면.
도 12는 디더링 자석을 갖는 도 1의 이온원예 대한 개략도.
도 13은 확산 전극을 갖는 도 1의 이온원에 대한 개략도.
도 14는 확산 자석을 갖는 도 1의 이온원에 대한 개략도.
본 발명의 이온 주입 시스템은 높은 종횡비를 갖는 전극으로부터 리본 빔을 형성함으로써 처리량을 증가시킨다. 특히, 상기 이온주입 시스템은 플라즈마를 수용하는 이온 챔버 및 이 이온 챔버의 벽에 있는 개구와 결합하는 플라즈마 전극을 갖는다. 이 플라즈마 전극은 슬롯 폭의 적어도 50배 긴 길이를 갖는 신장된(elongated) 슬롯으로 형성된다. 상기 신장된 플라즈마 전극은 이온 챔버를 빠져나가는 이온 스트림(stream)을 형성한다. 이 외에도, 상기 이온 주입 시스템은플라즈마 전극 아래쪽에 전극 어셈블리를 포함한다. 이 전극 어셈블리는 이온 챔버를 빠져나가는 이온 스트림을 플라즈마 전극을 통해 가공물로 향하게 한다. 상기 가공물 방향으로 향한 이온 스트림이 리본 빔을 형성한다.
여기서 사용되는 용어 "리본 빔" 은 신장 축을 따라 연장하는 길이 및 이 신장 축을 가로지르는 제2경로를 따라 연장하는 폭을 갖는 신장된 이온 빔을 포함한다. 리본 빔은, 사전에 선택된 조사량을 얻는데 필요한 이온 빔을 통과하는 가공물의 수를 줄일 수 있기 때문에, 큰 면적의 가공물의 주입에 효과적임이 판명되었다. 예컨대, 종래의 기술에서는, 가공물을 완전히 커버하기 위해서 가공물위에 2개의 직교방향으로 이온 빔을 주사할 필요가 있었다. 이와 비교하여, 리본 빔이 적어도 하나의 가공물 크기를 초과하는 길이를 가지면, 리본 빔을 통해 가공물을 단 한번 주사하여 가공물을 완전히 커버할 수 있다. 여기서 사용되는 높은 종횡비라는 용어는 적어도 50:1의 종횡비를 갖는 리본 빔을 설명하기 위해 사용된다. 100:1의 훨씬 더 높은 종횡비를 갖는 전극으로부터 형성된 리본 빔이 여기에 개시된 이온 주입 시스템을 사용하여 생산될 수 있다. 이러한 리본 빔은 550mm×650mm를 초과하는 크기를 갖는 가공물과 같이 큰 가공물의 주입에 유용한 것으로 판명되었다.
본 발명의 제1양상에 따르면, 이온 주입 시스템은 질량 분석되지 않은(non-mass analyzed) 리본 빔을 사용한다. 큰 면적의 가공물을 효율적으로 처리하는데 필요한 리본 빔은 이온 빔을 형성하는데 일반적으로 사용되는 분석 자석을 제거함으로써 빔 확대없이 형성될 수 있다는 것이 발견되었다.
본 발명의 또 다른 특징은 이온 빔의 전류 밀도 및 전력을 넓은 범위로 제공한다. 종래에 공지된 기술은 전류 밀도 및 전력에 있어서 동일한 범위로 여기에 개시된 바와 같은 리본 빔을 생성할 수 없다. 본 발명은 서로 평행하게 향하는 플라즈마 전극에, 50:1을 초과하는 종횡비를 각각 갖는 2개 이상의 슬롯을 제공함으로써 상기 목적을 달성한다. 따라서, 상기 슬롯은 가공물의 표면에서 중첩되는 리본 빔, 즉, 누적 리본 빔을 생성하는 분할 추출 시스템(split extraction system)을 형성한다.
이 분할 추출 시스템에 의해 생성된 누적 리본 빔은 제곱 센티미터 당 0.02 내지 100 마이크로암페어 범위의 전류 밀도를 갖는다. 이 외에도, 상기 누적 리본 빔은 1내지 100킬로와트 범위의 전력을 갖는다. 상기 누적 리본 빔은 또한 가공물의 크기에 있어서, 길이가 25 센티미터에서 1000센티미터 범위로 변화하고 폭이 1밀리미터에서 250밀리미터 범위로 변화하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 누적 리본 빔의 폭은 가공물의 표면에서 10~15센티미터의 범위로 변화한다.
또한, 여기에 개시된 시스템에 의해 발생된 리본 빔은 상당히 시준된다는(collimate) 것을 알았다. 이러한 상당히 시준된 이온 빔은 상기 이온 빔의 경로에서의 외란에 특히 민감하다. 부유 에너지 필드(stray energy field), 플라즈마 메니스커스의 곡선, 또는 입자 오염과 같은 외란은 가공물의 표면에서 리본 빔의 전류 밀도에 불균일성(non-uniformities)을 야기시킨다. 예컨대, 전극의 가장자리를 오염시키는 입자는 이온 스트림을 이온원으로부터 가공물로 향하는 그것의 원 경로를 변경시킬 수 있다. 상기 변경된 이온 스트림의 경로는 그 후 가공물의 한 점에서 전류 밀도를 증가시키고 가공물의 다른 점에서 전류 밀도를 감소시킬 수 있다. 이온 주입 시스템을 통하여 전파될 때의 상기와 같은 사소한 변화는 불균일성을 초래한다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명은 확산 시스템을 더 포함할 수 있다.
확산 시스템은 리본 빔을 형성하는 이온 스트림을 균일화한다. 이온 스트림을 균일화함으로써, 전체의 리본 빔은 리본 빔의 적어도 한 축을 따라 전류 밀도의 균일성이 증가된다. 예컨대, 이온 스트림이 매우 시준된다면, 약간의 외란이 리본 빔의 균일성에 영향을 미칠 수 있다. 이와 비교하여, 리본 빔을 형성하는 이온 스트림이 균일화되면, 상기 이온 스트림은 의도적으로, 이온원으로부터 가공물로 향하는 산란된, 즉 평행하지 않은 경로를 따라 이동하는 이온을 포함한다. 이러한 의도적으로 변경된 이온 경로는 빔 경로의 외란에 의해 야기되는 영향을 감소시킴으로써, 가공물에서 발생하는 불균일성을 감소시킨다.
확산 엘리먼트(diffusing element)는 개구 배열을 가짐과 아울러, 리본 빔을 형성하는 이온 스트림의 경로에 배치되는 구멍 뚫린 판(apertured plate)을 포함할 수 있다. 이온 스트림은 상기 구멍 뚫린 판의 개구 배열을 통과할 때 균일화된다. 일반적으로, 상기 구멍 뚫린 판은 이온 챔버의 개구내에 장착된다. 이러한 환경에서, 상기 구멍 뚫린 판은 이온 스트림을 균일화하기 위한 개구 배열을 갖는 플라즈마 전극이 되도록 형성된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 구멍 뚫린 판은 복수의 배열을 포함할 수 있으며, 각 배열은 일군의 개구로 형성된다. 이온 빔의 균일성을 향상시키는 상기 배열과 관련된 기하학적 구조는와 같은 식에 의해 결정된다.
여기서,
L = 구멍 뚫린 판의 개구 사이의 거리,
g = 0 내지 1 범위의 상수,
N = 구멍 뚫린 판내의 배열의 수,
l = 구멍 뚫린 판과 가공물 사이의 거리,
= 구멍 뚫린 판의 적어도 한 개의 개구에 존재하는 이온 스트림의 각 폭(angular wtdth).
구멍 뚫린 판의 균일화 작용을 향상시키는 다른 특징들이 발견되었다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 구멍 뚫린 판에 포함되는 개구들은 바람직하게는 신장된 슬롯의 길이와 거의 평행한 축을 따라 연장하는 배열 방향으로 향한다. 본 발명의 또 다른 특징은 타원형 또는 계란형의 복수의 개구를 갖는 개구 배열을 제공하는데, 각 타원형 또는 계란형 개구는 서로에 대해 거의 평행하게 향한다. 타원형 개구는 식 D = kL에 따라 결정되는 거리(D)만큼 분리되는데, 여기서 L은 축을 지나는 각 타원형 개구의 길이이고, k는 1/2 내지 3/4 범위의 상수이다. 다른 경우에 있어서는, 구멍 뚫린 판의 개구 배열이 원형으로 형성될 수도 있고, 복수의 엇갈리는 선으로 향할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양상은, 리본 빔을 형성하는 이온 스트림을 균일화할 수 있는 선택적인 확산 시스템(alternative diffusing system)을 제공된다. 예컨대, 이 확산 시스템은 이온 스트림의 경로에 근접한 발진 자기장을 발생시키는 자석을 포함할 수 있고, 상기 확산 시스템은 이온 스트림에 근접하여 발진 전기장을 발생시키는 전극을 포함할 수 있으며, 또는 상기 확산 시스템은 플라즈마를 발진시키기 위한 이온 챔버와 결합된 디더링 자석(dithering magnet)을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 설명으로부터 분명해 질 것이고, 상이한 도면을 통해 동일 부분에 동일 참조 번호를 붙인 첨부 도면으로부터 분명해질 것이다. 도면은 본 발명의 원리를 예시하며, 정확한 축척은 아니지만 상대적인 크기를 나타낸다.
본 발명의 이온 주입 시스템(10)은 한 쌍의 패널 카세트(panel cassette)(26), 엔드 이펙터(end effector)(24), 로드락 어셈블리(loadlock assembly)(12), 공정 챔버(process chamber)(16)를 규정하는 하우징(14), 및 빔 개구(20)를 통해 공정 챔버(16)와 통하는 이온원(18)을 포함한다. 엔드 이펙터(24)는 카세트(26)에 쌓인 패널(P)을 로드락 어셈블리(12)에 전달한다.
상기 도시된 엔드 이펙터(24)는 이 엔드 이펙터에 전력을 제공하고, 패널 이동의 속도와 순서를 제어하는 통상적인 구동 및 제어 메커니즘(control mechanism)에 결합된다. 상기 패널 카세트(26)는 통상적인 구조이며, 패널용의 편리한 저장설비를 제공한다.
로드락 어셈블리(12)는 또한 선형 베어링 시스템(linear bearing system) 및 선형 구동 시스템(linear drive system)에 결합되는데, 아래에 상세히 설명된 바와 같이, 이 선형 베어링 시스템 및 선형 구동 시스템은 로드락 어셈블리(12)의 원하는 수직 이동을 제공할 뿐 아니라, 이 로드락 어셈블리가 공정 챔버 하우징(14)과 밀착 접촉(sealing contact)하도록 배치하고 유지한다. 선형 구동 시스템은 리드 스크류(lead screw)(22) 및 모터 어셈블리(23)를 포함한다. 모터 어셈블리(23)가 리드 스크류(22)를 구동하며, 상기 리드 스크류는 파선으로 도시된 바와 같이, 로드락 어셈블리(12)를 선택된 수직 위치로 배치한다. 선형 베어링 시스템은 원형 축(29)을 따라 슬라이드(slide)하는 상기 로드락 어셈블리에 장착된 한 쌍의 고정 선형 베어링(28)을 포함한다.
바람직하게는, 트랜스레이션 어셈블리(translation assembly)가 공정 챔버(16)내에 장착된다. 이 트랜스레이션 어셈블리는 엔드 이펙터(24)와 그 설계와 기능이 유사한 픽업 암(pickup arm)(27)을 포함한다. 픽업 암(27)은 처리하는 동안 패널(P)을 취급한다. 픽업 암(27)이 초기에 로드락 어셈블리(12)로부터 패널(P)을 제거할 때, 이것은 거의 수평위치(P1)로 향한다. 다음으로, 픽업 암은 화살표(13)로 표시된 바와 같이, 거의 수직위치(P2)로 상기 패널을 수직으로 뒤집는다. 다음으로, 트랜스레이션 어셈블리는, 이온원(18)에 의해 발생되며 개구(20)로부터 빠져나오는 이온 빔의 경로를 가로질러, 패널을 주사 방향으로, 즉 도시된 실시예에서 왼쪽에서 오른쪽으로 이동시킨다.
도 1 및 도 2를 참조하여 보면, 공정 챔버 하우징(14)은 정면 하우징부(14A) 및 좁은 신장부(14B)를 포함한다. 상기 정면 하우징부는 로드락 어셈블리(12)로부터 패널(P)을 수평위치로 제거할 수 있게 하는 크기로 되어 있다. 패널은 도 2에 화살표(32)로 표시된 바와 같은 주사 방향을 따라 이동하기 전에 원래의 수평 위치(P1)로부터 수직 위치(P2)로 이동된다. 하우징부(14B)는 패널이 이온원(18)에 의해 발생된 리본 빔(ribbon beam)을 완전히 통과할 수 있게 하는 주사방향을 따르는 축 방향 크기(axial dimension)를 갖는다. 챔버 부분(14B)의 폭이 비교적 좁으므로, 패널이 수직 위치(P2)로 배치되었을 때에만 이것을 따라 이동할 수 있어, 공정 챔버(16)의 전체 체적을 줄일 수 있다. 이러한 챔버 체적의 감소는 공정 챔버가 더 신속하게 진공화될 수 있게 한다. 챔버를 진공시키는데 필요한 시간을 줄이는 것은 주입 시스템(10)의 전체 처리량을 증가시키는데 도움이 된다.
상기 예시된 로드락 어셈블리(12)는 바람직하게는 챔버 하우징(14)의 정면 챔버 벽(34)에 밀봉 결합된다. 로드락 어셈블리(12)는 이 로드락 어셈블리(12)의 수직 이동 중에 챔버 벽(34)과 비교적 압력-밀봉 및 유체-밀봉을 유지한다. 이러한 슬라이딩 밀봉 배치는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 이온원(18)은 처리될 패널의 적어도 작은 크기를 초과하는 긴 크기를 갖는 리본 빔을 형성한다. 더욱 상세하게는, 상기 이온원은 패널의 좁은 크기를 초과하는 길이를 갖는 리본 빔을 발생시킨다. 본 발명의 이온 주입 시스템(10)에 리본 빔을 사용하는 것은, (1) 동일한 시스템에 상이한 치수의 패널 크기를 처리할 수 있다는 것, (2) 이온 빔의 샘플링된 전류에 응답하여 패널의 주사속도를 제어함으로써 균일한 조사량을 얻는 것, (3) 이온원의 크기가 감소됨으로써 비용이 절감되고 서비스하기 용이하다는 것, 및 (4) 이온원이 연속적으로 동작될 수 있다는 것을 포함하는 여러 가지 장점을 제공한다. 이온원의 연속 동작은, 종래의 접근방법에서와 같이, 이온원을 온/오프시키는 것과 관련된 문제점을 제거함으로써 더욱 균일한 주입을 행할 수 있기 때문에 시스템(10)의 효율을 증가시킨다. 일반적으로, 상기 문제점들은 이온원의 개시 동작시 발생하는 빔 전류 밀도 과도현상을 포함한다.
도 3은 이온 챔버(82) 및 전극 어셈블리(91)를 포함하는 이온원(18)의 사시도를 도시한다. 이온 챔버(82)는 플라즈마(84)를 보유하기 위한 밀폐 용기를 형성한다. 상기 이온 챔버(82)는 그 한 단부에 개구(60)를 가진다. 이 개구에 의해 이온들이 이온 챔버를 빠져나가 이온 스트림(141)을 형성할 수 있다. 이온 스트림(141)은 전극 어셈블리(91)에 의해 가공물(174)쪽으로 향한다.
이온 챔버의 개구(60)는 플라즈마 전극(94)으로 덮인다. 이 플라즈마 전극은 개구(60)와 맞닿도록 되어 있고, 이온 챔버를 빠져나가는 이온 스트림을 형성하기 위해 형성되는 개구를 구비한다. 특히, 상기 플라즈마 전극은 축(248)을 따라 신장된 슬롯을 가진다. 신장된 슬롯은 이온 챔버(82)를 빠져나가는 이온 스트림을 리본 빔으로 형성하기 위해 높은 종횡비를 가진다.
상기 신장된 슬롯은 높은 종횡비를 갖는데, 즉 축(248)을 지나는 슬롯의 길이가 가로 축을 지나는 슬롯의 폭을 상당히 초과한다. 이러한 높은 종횡비의 슬롯은 높은 전류 밀도 및 높은 에너지 레벨을 가진 이온 빔아래에 위치된 가공물을 처리할 수 있는 이온 빔을 제공한다. 일반적으로, 슬롯의 길이는 슬롯 폭의 적어도 50배이다. 바람직하게는, 축(248)을 따른 슬롯의 길이는 가로 축을 따른 슬롯 폭의 적어도 100배이다. 이러한 매우 높은 종횡비, 예컨대 100:1의 종횡비는 큰 면적의 가공물을 주입하는데 특히 이용될 수 있는 리본 빔을 형성한다.
이온 주입 시스템(10)에 있어서, 슬롯의 길이는 가공물의 폭에 대한 함수로서 결정된다. 플라즈마 전극(94)의 신장된 슬롯의 길이는 2 방향의 가공물 주사 시스템이 필요없도록 가공물의 폭보다 더 길어야 한다. 더욱이, 플라즈마 전극의 폭과 길이 사이의 종횡비는 이온원으로부터의 이온 흐름에 대해서 수용될 수 있는 제어 레벨을 얻기 위해, 바람직하게는 50:1을 초과한다.
예컨대, 플라즈마 개구의 슬롯이 신장되어 이 슬롯이 넓게 유지되면, 이온은 제어되지않는 방식으로 슬롯을 통과하여 흐른다. 이와 비교하여, 슬롯이 길고, 슬롯이 좁은 상태로 유지되면, 이온은 제어되는 방식으로 슬롯을 통과하여 흐른다. 큰 종횡비를 갖는 슬롯은 이온원으로부터의 가스 흐름을 줄여 상기 이온원이 주어진 양에 대해 높은 플라즈마 밀도로 동작할 수 있게 한다. 이와 같이 함으로써, 이온원은 더 넓은 범위의 전류 밀도에 걸쳐 동작할 수 있다. 따라서, 50:1을 초과하는 종횡비, 바람직하게는 100:1을 초과하는 종횡비를 갖는 슬롯이 넓은 면적의 가공물을 주입하는데 가장 적합하다.
플라즈마 전극(94)의 아래쪽에 배치된 전극 어셈블리(91)는 추출전극(96), 억제전극(suppression electrode)(98) 및 접지전극(100)을 포함한다. 상기 전극 어셈블리는 이온 스트림(141)의 이온들을 가공물 쪽으로 향하게 하고 가속시킨다. 일반적으로, 한 세트의 가변 전압원(도시되지 않음)이 전극(94, 96, 98, 100)사이의 전압을 조정한다. 이 가변 전압원 세트는, 플라즈마 전극, 추출전극 및 억제전극이 접지전극에 대해 선택된 전압이 되도록 조절된다. 예컨대, 억제전극(98)은 -3kv, 추출전극은 90kv, 그리고 플라즈마 전극은 일반적으로 95kv가 되도록 각각 조절된다. 이들 전압이 조절되어, 이온 스트립(141)의 에너지 및 초점을 조정할 수 있다.
도 4는 가공물(174)의 표면에서의 리본 빔(141)의 상부 단면도를 도시한다. 이 가공물은 가공물 플랫폼(platform)에 의해 지지된다. 도시된 바와 같이, 이 가공물 플랫폼은 2개의 평행 레일(244a 및 244b) 및 이 레일(244a 및 244b)에 장착된테이블(242)을 포함한다. 테이블(242)은 선형 베어링 또는 에어 베어링 등의, 종래에 공지된 슬라이딩 장착을 이용하여 레일에 장착된다. 테이블(242)은, 테이블이 축(246)을 따라 이동할 수 있게 하고 모터(도시되지 않음)를 축(246)의 방향을 따라 구동할 수 있게 하는 형태로 장착된다.
바람직하게는, 이온원(18)은 도 4에 도시된 바와 같은 단면적을 가지는 리본 빔(141)을 발생한다. 이 리본 빔은 한 축을 따라 신장된 이온 빔이다. 리본 빔의 신장 축은 축(248)으로 표시되고, 이것은 축(246)을 따르는 가공물(174)의 운동방향에 거의 직교하도록 도시되어 있다.
축(248)을 따른 리본 빔(141)의 길이는 적어도 가공물(174)의 좁은 치수를 초과한다. 이러한 특징에 의해, 축(246)을 따라 이동하며 리본 빔의 거의 중심에 위치한 가공물이 리본 빔을 적어도 한번 통과하는 동안 이온 스트림에 완전히 노출될 수 있다. 따라서, 리본 빔은 주사 방향 및 직교 방향을 따라 가공물을 이동시키는 복잡한 2방향 주사 시스템을 필요로하지 않는다.
도 5는 이온 챔버(82)의 개구와 맞닿도록 되어 있는 플라즈마 전극(94')의 사시도이다. 이 플라즈마 전극(94' )은 제1슬롯(60) 및 제2슬롯(62)을 가지며, 이 2개의 슬롯 모두 축(248)에 거의 평행한 축을 따라 신장된다. 이온 챔버(82)로부터의 이온 스트림은 제1슬롯(60) 및 제2슬롯(62) 모두를 통과하여 가공물(174)을 처리한다.
제1슬롯(60)을 통과하는 제1이온 스트림은 리본 빔의 형상으로 이온 빔(61)을 형성한다. 제2슬롯(62)을 통과하는 제2이온 스트림은 리본 빔의 형상으로 제2이온 빔(63)을 형성한다. 슬롯(60 및 62)이 신장된 형상으로 이루어짐에 따라, 이온 빔은 축(248)을 따라 연장하는 리본 빔(61) 형상으로 형성된다.
바람직하게는, 슬롯(60 및 62)은 리본 빔(61 및 63)이 가공물(174)의 표면에서 최소로 중첩되게 하는 거리만큼 분리된다. 제1 및 제2리본 빔(61, 63)은 누적 리본 빔(65)을 형성한다. 이 누적 리본 빔(65)은 2개 이상의 리본 빔으로 형성될 수 있다.
누적 리본 빔(65)은 단일의 개별 리본 빔이 일반적으로 얻는 것보다 큰 범위의 전류 밀도와 에너지를 갖는다. 예컨대, 누적 리본 빔(65)은 0.02 내지 100μAmps/㎠ 범위의 전류 밀도를 가질 수 있다. 상기 누적 리본 빔의 이온 에너지는 1～100킬로일렉트론 볼트(keV)의 범위에서 변할 수 있다.
더욱이, 플라즈마 전극(94')에 복수의 슬롯(60, 62)을 사용하면, 가공물(174)의 표면에서 리본 빔의 크기를 더욱 크게 변화시킬 수 있다. 예컨대, 단일 리본 빔은 축(246)을 따라 얻어질 수 있는 리본 빔의 폭이 제한될 수 있다. 이에 비교하여, 축(248)에 평행하게 배열된 다수의 리본 빔으로 형성된 누적 리본 빔은 이론상으로 축(246)을 따라 연장하는 무한한 폭의 누적 리본 빔을 얻을 수 있다. 이러한 리본 빔의 증가된 폭은 단위 시간당 도핑속도를 증가시킨다.
누적 리본 빔(65)은 가공물의 표면에서 25에서 1000cm까지 변하는 길이를 가질 수 있다. 또한, 이 누적 리본 빔은 가공물의 표면에서 1mm에서 250mm 까지 변하는 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 축(246)을 따른 누적 리본 빔의 폭은 가공물의 표면에서 10cm와 30cm 사이에서 변한다. 10cm와 30cm 사이의 상기 바람직한 리본 빔의 폭은 가공물을 과열시키거나 전류 밀도에 있어서의 불균일함이 없이 가공물 효과적으로 및 유리하게 주입하는 이온 스트림을 제공한다.
도 6A 및 6B는 이온 주입 시스템을 사용하여 가공물(174)에서의 전류 밀도에서 발생할 수 있는 불균일성을 도시한다. 특히, 도 6A는 가공물의 표면에서 축(248)과 평행한 경로에 걸친 전류 밀도를 나타내는 그래프를 도시하고, 도 6B는 가공물의 표면에서 축(246)과 평행한 경로에 걸친 전류 밀도를 나타내는 그래프를 도시한다. 불균일성의 표시는 도 6A에서 참조 번호(69)로 표시된다. 완벽한 이온 주입 시스템에 있어서, 가공물에서의 전류 밀도는 항상 공칭 값(J1)과 일치한다.
이온 주입 시스템(10)에 있어서, 축(248)과 평행한 경로를 따라 거의 일정한 전류 밀도를 유지하는 것이 축(246)과 평행한 경로를 따라 거의 일정한 전류 밀도를 유지하는 것보다 더욱 중요하다는 것이 판명되었다. 전류 밀도가 도 6B에 도시된 바와 같이 축(246)을 따라 변한다면, 임의의 시점에서 축(246)을 지나는 가공물상의 다양한 점들은 각기 다른 이온 조사량을 받게 된다. 그러나, 가공물이 축(246)을 따라 진행하기 때문에, 가공물상의 각 점은 높은 전류 밀도를 갖는 이온 빔의 영역 및 낮은 전류 밀도를 갖는 이온 빔의 영역을 통과하게 된다. 따라서, 가공물상의 각 점은 이온 빔을 완전히 통과한 후에 동일한 총 조사량을 받는다. 전류 밀도가 도 6A에 도시된 바와 같이, 예컨대 축(248)을 따라 변화한다면, 임의의 시점에서 축(248)을 지나는 가공물상의 다양한 점은 높은, 낮은 또는 공칭 중 어느 하나의 각기 다른 이온 조사량을 받는다. 가공물이 축(246)을 따라 진행하면, 각 점은 높은, 낮은 또는 공칭의 어느 하나의 동일한 조사량을 계속해서 받는다. 따라서, 축(246)과 거의 평행하게 진행하는 가변하는 조사량의 스트립(strip)이 가공물상에 형성되는데, 상기 각 스트립은 높은, 낮은 또는 공청의 조사량 영역에 상응한다.
본 발명은, 아래에 논의된 바와 같이 전류 밀도에 있어서의 불균일성을 제거하기 위해 이온 스트림을 균일화하는 시스템을 제공한다. 이온 빔의 균일성을 제어하는 시스템은 도 6A 또는 6B에 도시된 바와 같은 불균일성을 줄이거나 제거하기 위하여 이용될 수 있다. 그러나, 균일화 시스템은 상기 논의된 이유로 인해 도 6A에 도시된 불균일성을 제거하는데 주로 사용된다.
도 7은 대표적인 불균일성(69)의 분해도를 도시하고, 불균일성(69)의 한 가지 가능한 원인을 개략적으로 나타낸다. 특히, 플라즈마 전극(94)은 이온 챔버의 개구 전체에 걸쳐 배치된다(도시되지 않음). 플라즈마 전극은 플라즈마 메니스커스(70)의 형성을 유발하는 슬롯(60)을 가진다. 이 메니스커스는 메니스커스의 거의 중심에 위치된 볼록 험프(convex hump)(71)를 가진다. 도시한 이온 경로(72, 74, 76, 78, 80, 82)는 플라즈마 메니스커스(70)로부터 가공물(174)쪽으로 투영하는 것으로 도시되어 있다.
도 7의 하부 절반은 가공물(174)에 따른 위치에 대한 전류 밀도의 그래프를 도시하는 것이다. 이 그래프 상에는 대표적인 불균일성(69)이 도시되어 있다. 또한, 상기 불균일성(69)과 이온 빔(72, 74, 76, 78 및 80)사이의 관계가 가공물(174)로부터 그래프로 연장하는 파선으로 도시되어 있다. 예컨대, 전류 밀도에 있어서의 상대적인 극소값(86)은 플라즈마 메리스커스(70)의 볼록 험프(71)와관련된다. 전류 밀도에 있어서의 상대적인 제1극대값(84)은 이온경로(74 및 76)와 관련되고, 전류 밀도에 있어서의 상대적인 제2극대값(88)은 이온경로(78, 80)와 관련된다. 전류 밀도의 공칭 값(85 및 87)은 이온경로(72 및 82)와 각각 관련된다.
도 7은 이온 빔의 경로에서의 외란이 가공물(174)에서의 전류 밀도의 균일성에 어떠한 역효과를 미칠 수 있는지를 도시한다. 예컨대, 플라즈마 메니스커스(70)의 험프(71)는 골(valley)(86) 및 2개의 피크(peak)(84, 88)로 이루어진, 가공물에서의 전류 밀도에 흔들림(wiggle)을 유발할 수 있다. 전극(94)의 개구(60)를 통해 이온원을 빠져나가는 이온 스트림은 매우 시준된 이온 스트림인 것으로 이해된다. 그 결과, 상대적으로 적은 수의 이온들의 경로에 있어서의 변화가 가공물에서의 전류 밀도의 균일성에 매우 영향을 미칠 수 있다.
예컨대, 이온경로(72, 74, 80 및 82)는 전극(94)의 개구(60)를 빠져나갈 때 거의 평행한 이온경로이다. 이러한 경로는 가공물(174)에 거의 균일한 전류 밀도를 생성한다. 이에 비교하여, 험프(71)는 이온경로(76 및 78)를 다른 이온 빔의 거의 평행한 이온경로로부터 변하게 한다. 그러나, 이 이온 빔(76 및 78)은 가공물(174)쪽으로 진행할 때 똑바로 향한다. 그 결과, 이온 빔(76)은 이온 빔(74)의 경로와 중첩되고, 이온 빔(78)은 이온 빔(80)의 경로와 중첩된다. 이와 같은 경로의 중첩은 피크(84, 88)에서 비교적 높은 전류 밀도를 생성하고, 골(86)에서 비교적 낮은 전류 밀도를 생성한다. 플라즈마 메니스커스의 험프(71)에 의해 야기된 빔(76 및 78)의 경로 변화는 결과적으로 불균일한 전류 밀도로 나타난다.
이러한 예는 플라즈마 밀도의 약간의 국소적인 변화가 가공물(174)의 전류밀도에 어떻게 불균일성을 야기할 수 있는지를 확인시켜준다. 이온 주입 시스템에서 다른 사소한 결점도 전류 밀도에 상기와 유사한 효과를 가질 수 있다. 예컨대, 전극상에 만들어진 오염물질 또는 입자는 이 전극에서 발생된 전기장에 약간의 변화를 생성하고, 전극으로부터 이온 스트림으로의 사소한 기계적인 돌출을 유발한다. 그러나, 이러한 사소한 외란은 도 7에 도시된 것과 유사한 불균일성을 생성하기에 충분할 수 있다.
상기 기술된 것과 같은 형태의 전류 밀도의 불균일성은 가공물(174)의 처리시에 문제가 될 수 있다. 특히, 축(248)을 따른 전류 밀도의 변화는 가공물(174)에 있어서 변화하는 조사량의 스트립을 생성할 수 있다, 축(248)을 따른 비교적 높은 전류 밀도는 축(246)을 따르는 가공물(174)에 높은 조사량 스트립을 생성하게 된다. 축(248)을 따르는 비교적 낮은 전류 밀도는 축(246)을 따르는 가공물에 낮은 조사량의 스트립을 생성한다.
도 8은 이온 스트림에 있어서의 불균일성을 감소시키기 위한 확산 시스템을 가진 플라즈마 전극(95)을 도시한다. 본 발명자는 도 7에서 논의된 바와 같은 외란에 의해 도입된 전류 밀도에 있어서의 불균일성을 감소시키는 다수의 예시적인 확산 시스템을 발견하였다. 각각의 확산 시스템은 이온 스트림을 균일화함으로써 가공물의 적어도 한 개의 축을 따라 전류 밀도의 균일성을 개선한다. 바람직하게는, 확산 시스템은 이온 주입 시스템으로 하여금 가공물의 적어도 한 개의 축을 따라 0.5% 미만만큼 변하는 전류 밀도를 얻을 수 있게 한다.
도 8은 이온 스트림을 균일화하는 확산 엘리먼트로서 이용될 수 있는 구멍뚫린 판(95)을 도시한다. 이 구멍 뚫린 판(95)은 이온원(18)과 가공물(174)사이의 어디든지 이온 스트림에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 구멍 뚫린 판은 이온 챔버(82)의 개구(60)내에 장착된다. 예컨대, 구멍 뚫린 판(95)은 이온 챔버(82)의 개구(60)와 맞닿도록 형성되어 적응될 수 있으며, 이는 플라즈마 전극(94)이 이온 챔버(82)의 개구(60)와 맞닿도록 적응되게 하는 기술과 유사하다.
상기 구멍 뚫린 판(95)은 제1개구 배열(110), 제2개구 배열(112) 및 제3개구 배열(114)을 가진다. 개구 배열(110, 112 및 114)은 모두 축(124)에 거의 평행한 축을 따라 연장한다. 본 발명의 다른 양상은 배열(110)과 같이, 축(124)을 따라 연장하는 개구의 배열을 단 하나만 갖는 구멍 뚫린 판(95)을 제공할 수 있다. 이 구멍 뚫린 판(95)은 이온 스트림에 배치되어, 이온 스트림이 구멍 뚫린 판의 개구를 통과함으로써, 이온 스트림을 균일화하여 적어도 한 축을 따라 거의 균일한 전류 밀도를 제공하도록 할 수 있다.
구멍 뚫린 판이 이온 챔버(82)의 개구(60)에 장착되는 바람직한 실시예에 있어서, 이 구멍 뚫린 판(95)은 플라즈마 전극으로서 작용한다. 이 구멍 뚫린 판은 제1신장 슬롯(111), 제2신장 슬롯(113) 및 제3신장 슬롯(115)을 제공한다. 슬롯(111)은 제1개구 배열(110)을 포함하고, 슬롯(113)은 제2개구 배열(112)을 포함하며, 슬롯(115)은 제3개구 배열(114)을 포함한다. 대표적인 개구 그룹이 참조 번호(121)로 식별된다. 각각의 슬롯(111, 113, 115)은 이온 스트림을 개별적으로 통과시켜 개별적인 리본 빔을 형성하도록 한다. 슬롯(111, 113, 115)에 의해 형성된 각 리본 빔은 가공물(174)의 표면에서 중첩되어 누적 리본 빔을 형성한다. 또한, 각 슬롯의 개구 배열로 인해, 형성된 각 리본 빔은 적어도 하나의 축을 따라 거의 균일한 전류 밀도를 갖는다.
또한, 본 발명의 상기 양상에 따르면, 도 3의 전극 어셈블리(91)는 플라즈마 전극(95)과 상이한 전극(96, 98 및 100)을 포함한다. 특히, 개시된 플라즈마 전극은 개구 배열을 각각 갖는 하나 이상의 슬롯을 포함하는 반면, 전극(96, 98, 100)은 개구 배열을 포함하지 않는다. 오히려, 전극(96, 98 및 100)은 구멍 뚫린 판을 가지지않은 신장된 슬롯으로 형성된다. 전극(96, 98 및 100)은 단지 높은 종횡비를 갖는 신장된 슬롯으로 형성된다.
도 9는 도 8에 도시된 대표적인 개구 그룹의 분해도를 도시한다. 이 개구 그룹은 제1개구(116), 제2개구(117) 및 제3개구(119)를 포함한다. 상기 개구(116, 117, 119)는 축(124)을 따라 연장하는 배열을 형성한다. 배열의 각 개구는 타원형 형상이다. 이 외에도, 타원형 형상의 각 개구는 배열의 다른 개구와 거의 평행하게 향한다. 개구(121)는 가공물의 표면에서 축(124)과 거의 평행한 축을 따르는 이온 빔의 전류 밀도를 균일화하는데 특히 도움을 준다고 판명되었다. 이러한 확산 시스템은 가공물의 표면에서 축(124)을 따라 0.5% 미만으로 변하는 전류 밀도를 얻는다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 축(124)을 따라 연장하는 타원형 개구의 배열은, 상기 배열이 이온 빔의 불균일성을 줄이도록 하는 소정의 수학식에 의해 결정된다. 이하의 수학식을 따르는 개구는 불균일성을 줄이는데, 이는 각 개구에 의해 형성되는 빔릿(beamlet)이 가공물의 표면에서 중첩되기 때문이다. 특히, 개구에 다음 식에 의해 결정된다.
여기서 "k"는 1/2 내지 3/4 범위의 상수이다.
도 9는 개구의 배열에 대해 식 A에서 "D" 및 " L"의 도식적인 표현을 도시한다. 특히, "D"는 배열(112)에서 인접한 타원형 개구의 초점 사이의 거리이고, "L"은 배열(112)의 신장 축을 따르는 각 타원형 개구의 길이이다. 즉, " L"은 배열(112)의 축(124)에 걸친 구멍(117)의 거리와 동일하다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 대표적인 개구 그룹(121)의 원근법에 의한 분해도를 도시한다. 개구(121)는 구멍 뚫린 판(95)에 위치된다. 이 구멍 뚫린 판(95)의 대표적인 개구(121)가 축(124)을 따라 연장하는 배열을 형성하고, 도시된 배열은 개구(116), 개구(117) 및 개구(119)를 포함한다.
또한, 도 10은 구멍 뚫린 판(95) 아래에 위치되고 플라즈마 전극으로부터 거리 "l"만큼 떨어져 있는 가공물(174)을 원근법으로 도시한다. 개구(117)를 통해 투영하는 이온 빔은 각 폭 " θ"을 가지며, 개구(117)를 통해 투영하는 이온 빔은 가공물(174)의 표면에 폭 " d"를 갖는 빔을 형성한다.
또한, 본 발명자는 도 8의 슬롯(111, 113, 115)과 같은 다수의 슬롯을 가진 구멍 뚫린 판이 구멍 뚫린 판내의 슬롯의 기하학적 구조에 따라 균일성의 정도를 변화시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 다음 식을 따르는 개구를 갖는 구멍 뚫린 판은 가공물(174)의 표면에 균일성 레벨이 개선된 리본 빔을 형성하게 된다. 다음 수학식을 따르는 개구들은, 각 개구에 의해 발생된 빔릿이 가공물의 표면에중첩되기 때문에 불균일성을 감소시킨다.
식 B를 참조하여 보면, "L"은 축(124)에 걸친 개구 사이의 거리이고, " g"는 0 내지 1의 범위에 있는 상수이고, "l"은 구멍 뚫린 판(95)과 가공물(174) 사이의 거리이며, " N"은 개구내의 슬롯의 수이다. 예컨대, 개구(95)의 도 8에 도시된 슬롯수 "N"은 3이다. 식 B를 더욱 참조하여 보면, " θ"는 개구를 빠져나가는 빔릿의 각 폭이고, " d"를 " l"로 나눔으로써 근사화될 수 있다. 일반적으로, 빔릿의 각 폭은 축(124)의 방향을 따라 측정된다. 식 A와 비교하여 식 B가 더 일반적이다. 식 B는 형상에 상관없이 모든 개구에 적용되는 반면, 식 A는 타원형 개구가 사용되는 경우에 더 적합하다.
도 11은 제1슬롯(111 '), 제2슬롯(113' )및 제3슬롯(115 ')을 갖는 구멍 뚫린 판(95' )을 도시한다. 제1슬롯(111 ')은 제1개구 배열(110' )을 갖고, 제2슬롯(113 ')은 개구 배열(112' )을 가지며, 제3슬롯(115')은 개구 배열(114')을 가진다. 각 개구 배열(110' , 112' , 114' )은 축(124)에 거의 평행한 축을 따라 연장한다. 구멍 뚫린 판(95 ')은 이온 스트림의 경로에 놓일 때 이온 스트림을 균일화하는 확산 엘리먼트로서 작용한다. 구멍 뚫린 판이 이온 스트림에 위치하면, 이온 스트림이 구멍 뚫린 판의 개구를 통과하여, 이온 스트림이 균일화되고, 적어도 하나의 축을 따라 거의 균일한 전류 밀도를 갖는 이온 빔을 형성한다. 바람직한 실시예에 있어서, 구멍 뚫린 판(95' )은 이온 챔버(82)의 개구(60)에 장착되고, 플라즈마 전극으로서 작용한다.
각 슬롯(111 ', 113' 및 115 ')은 이온 스트림의 경로에 위치될 때 신장된 리본 빔을 개별적으로 형성한다. 각각의 리본 빔은 가공물(174)의 표면에서 중첩되어 누적 리본 빔을 형성한다. 이 외에도, 각 슬롯내의 개구 배열로 인해, 형성된 각 리본 빔은 적어도 한 개의 축을 따라 거의 균일한 전류 밀도를 갖는다.
도 11은, 개구 배열(110 ', 112', 114 ')이 원형 개구의 제1행(118) 및 원형 개구의 제2행(120)으로 형성된다는 것을 도시하고 있다. 2개의 행(118 및 120) 모두 축(124)에 거의 평행한 경로를 따라 연장된다. 또한, 행(120)내의 각각의 개별적인 개구는 행(118)의 각 개구의 오른쪽 및 아래쪽으로 향하고 있다, 행(118 및 120)에 있어서의 각 개구의 방향은 축(124)에 거의 평행한 경로를 따라 연장하는 엇갈리는 개구 배열을 갖는 전체 구조를 형성한다.
도 12는 이온 스트림을 균일화하는 확산 엘리먼트의 다른 특징을 도시한다. 특히, 도 12는 이온 스트림을 균일화하여 거의 균일한 전류 밀도를 가진 리본 빔을 형성하도록 하는 디더링 자석 시스템을 도시한다. 이온 챔버(82)는 플라즈마(84)를 포함한다. 이온 챔버(82)는 또한, 이온 스트림이 빠져나가서 이온 빔(141)을 형성하는 개구(60)를 포함한다. 플라즈마 전극(94)이 개구 전체에 걸쳐 배치되어, 이온 챔버(82)를 빠져나가는 이온을 제어하는데 도움이 된다. 전극 어셈블리(91)는 추출전극(96), 억제전극(98) 및 접지전극(100)을 구비한다. 전극 어셈블리는 이온 빔(141)을 가공물(174) 쪽으로 향하게 한다.
또한, 도 12는 이온 챔버(82)에 장착된 제1디더링 자석(130A), 제2디더링 자석(130B), 제3디더링 자석(130C) 및 제4디더링 자석(130D)을 도시한다. 디더링 자석들은 일반적으로 금속성 코어 주위에 감긴 코일로 형성됨으로써 제1단 및 제2단을 갖는 전자석을 형성한다. 디더링 자석들은 도 12에 도시된 바와 같은 방식으로 교류 전류원(134)에 전기적으로 결합된다. 특히, 전류원의 출력은 자석(130B)의 제1단에 결합되고, 자석(130B)의 제2단은 자석(130A)의 제2단에 접속된다. 자석(130A)의 제1단은 자석(130C)의 제1단에 접속되고, 자석(130C)의 제2단은 자석(130D)의 제2단에 접속된다. 자석(130D)의 제1단은 상기 전류원(134)의 리턴(return)에 접속된다.
전류원(134)은 가변적이고, 디더링 자석(130A, 130B, 130C, 130D)을 발진시키게 한다. 디더링 자석(130 및 132)의 발진은 플라즈마(84)내에 발진 자기를 생성한다. 플라즈마내의 발진 자기장이 이온 스트림(141)내의 이온들을 균일화시킨다. 이 균일화는 가공물(174)에서 전류 밀도의 불균일성을 형성할 수 있는 외란에 대한 이온 스트림의 감수율(susceptibility)을 약화시킨다.
도 13은 이온 스트림을 균일화하는 확산 엘리먼트 다른 특징을 도시한다. 특히, 도 13은 이온 스트림을 균일화하여 거의 균일한 전류 밀도를 가지는 리본 빔을 생성할 수 있게 하는 디더링 전극 시스템을 도시한다. 이온 챔버(82)는 플라즈마(84)를 포함한다. 또한, 상기 이온 챔버(82)는 이온 스트림이 빠져나가 이온 빔(141)을 형성하는 개구(60)를 포함한다. 플라즈마 전극(94)은 개구(60) 전체에 걸쳐 배치되어 이온 챔버(82)를 빠져나가는 이온들을 제어하는데 도움이 된다. 전극 어셈블리(91)는 추출전극(96), 억제전극(98) 및 접지전극(100)을 가진다. 이 전극 어셈블리는 이온 빔(141)을 가공물(174)쪽으로 향하게 한다.
상기 디더링 전극 시스템은 디더링 전극(135)에 접속된 교류 전류원(134)을 포함한다. 디더링 전극이 이온원(82)에 장착된다. 일반적으로, 디더링 전극(135)은 플라즈마(84) 근처에 위치된다. 교류 전류원(134)과 함께 결합된 디더링 전극은 플라즈마(84) 근처에 발진 전기장을 형성한다. 이 발진 전기장은 이온 스트림(141)내의 이온들을 균일화시킨다. 이러한 균일화는 가공물(174)에서 전류 밀도의 불균일성을 형성할 수 있는 외란에 대한 이온 스트림의 감수율을 약화시킨다.
바람직하게는, 디더링 전극의 발진 주파수는 다음 식에 의해 결정된다.
식 C를 더욱 참조하여 보면, "F"는 디더링 전극에 의해 발생된 발진 전기장의 주파수이고, " n"은 10 내지 100 범위의 상수이고, "Vscan"은 리본 빔(141)을 통과하는 가공물의 이동 속도이며, " W"는 가공물에서의 리본 빔의 폭이다.
도 14는 이온 스트림을 균일화하는 확산 엘리먼트의 다른 특징을 도시한다. 특히, 도 14는 이온 스트림을 균일화하여 거의 균일한 전류 밀도를 갖는 리본 빔을 생성하도록 하는 확산 자석 시스템을 도시한다. 이온 챔버(82)는 플라즈마(84)를 포함한다. 상기 이온 챔버(82)는 또한, 이온 스트림이 빠져나가 이온 빔(141)을 형성하는 개구(60)를 포함한다. 플라즈마 전극(94)은 개구(60) 전체에 걸쳐 배치되어 이온 챔버(82)를 빠져나가는 이온들을 제어하는데 도움이 된다. 전극 어셈블리(91)는 추출전극(96), 억제전극(98) 및 접지전극(100)을 가진다. 전극 어셈블리는 이온 빔(141)을 가공물(174)쪽으로 향하게 한다.
확산 자석 시스템은 제1확산 자석(136A), 제2확산 자석(136B), 제3확산 자석(136C) 및 제4확산 자석(136D)을 포함한다. 일반적으로, 확산 자석들은 금속 코어 주위에 감긴 코일로 형성됨으로써, 제1단 및 제2단을 갖는 전자석을 형성한다. 확산 자석은 도 12에 도시된 방식으로 교류 전류원(134)에 전기적으로 결합된다. 특히, 전류원의 출력은 자석(136A)의 제1단에 접속되고, 자석(136A)의 제2단은 자석(136B)의 제2단에 접속된다. 자석(136B)의 제1단은 자석(136C)의 제1단에 접속되고, 자석(136C)의 제2단은 자석(136D)의 제2단에 접속되며, 자석(136D)의 제1단은 전류원(134)의 리턴에 접속된다.
상기 교류 전류원(134)은 가변적이고, 확산 자석(136A, 136B, 136C, 136D)을 발진시키게 한다. 가변 전류원과 함께 확산 자석(136)은 이온 빔을 형성하는 이온 스트림 근처에 발진 자기장을 형성한다. 이 발진 자기장은 이온 스트림(141)내의 이온들의 균일화시킨다. 이러한 균일화는 가공물(174)에서 전류 밀도의 불균일성을 형성할 수 있는 외란에 대한 이온 스트림의 감수율을 약화시킨다.
바람직하게는, 확산 자석의 발진 주파수는 다음 식에 의해 결정된다.
식 D를 더욱 참조하여 보면, "F"는 확산 자석에 의해 발생된 발진 자기장의 주파수이고, " n"은 10 내지 100 범위의 상수이고, "Vscan"은 리본 빔(141)을 통과하는 가공물의 이동 속도이며, " W"는 가공물에서의 리본 빔의 폭이다.
문자 "B" 및 3개의 평행한 화살표로 표시된 B-필드(field)가 도 14에 도시되어 있다. 이 B-필드는 도 14에 도시된 바와 같이 높이 " dB"를 가진다. 바람직하게는, 확산 자석에 의해 발생된 B-필드는 리본 빔의 길이를 따라 리본 빔에 있어서의 불균일성을 감소시킨다. 예컨대, B-필드는 가공물의 표면에서 축(248)과 거의 평행한 경로를 따라 전류 밀도에 있어서의 불균일성을 줄인다.
더욱이, 상기 확산 자석 시스템의 바람직한 실시예에 따르면, B-필드는 이온 빔(141)을 통과하여 축(246)과 거의 평행한 경로를 따라 향한다. 이러한 경로를 따라 향해진 B-필드는 이온 빔(141)내의 이온들이 축(248)의 방향을 따라 디더링(dithering)하게 한다. 이러한 디더링은 리본 빔의 길이, 즉 축(248)을 따라 이온 빔의 균일성을 증가시킨다.
이온 빔을 균일화하는데 필요한 B-필드의 강도는 도 10에 도시된 바와 같이, 추출전극(96)에 인가된 추출전압, 이온 질량 및 이온 빔(141)의 각 폭(θ)에 대한 함수로서 변한다. 따라서, B-필드의 강도는 dB당 500～3000 가우스-센티미터의 범위에 있고, 바람직하게는 dB당 2800 가우스-센티미터이다.
따라서, 본 발명이 상기 상세한 설명으로부터 명백해진 것들 중에서 상기 설명된 목적들을 효율적으로 달성한다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 상기 구조에 있어서 어떠한 변경이 이루어질 수 있으므로, 첨부 도면에 도시되거나 상기 상세한 설명에 포함된 모든 사항이 예시적인 것이지 제한하고자하는 것이 아니라는 것을 알아야 한다.
또한, 청구범위는 본 발명의 모든 특징들을 포함하고 있음을 알 수 있다.

Claims (40)

  1. 가공물 처리하기 위한 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치로서,
    이온화된 물질로 형성된 플라즈마를 포함하고, 개구를 가지는 이온 챔버(18),
    상기 챔버의 개구와 맞닿아 상기 챔버를 빠져나가는 이온 스트림을 형성하도록 적응되며(adapt), 신장 슬롯(60)을 가지는 플라즈마 전극(94),
    상기 이온 스트림을 균일화하여 하나 이상의 축을 따라 균일한 전류 밀도를 가지는 리본 빔을 제공하도록 하는 확산기(95), 및
    상기 이온 스트림을 가공물(174)쪽으로 향하게 하는 전극 어셈블리(91)를 포함하며 ,
    상기 가공물을 처리하는 이온 스트림은 리본 빔의 형상인 것을 특징으로 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산기는 리본 빔을 형성하는 이온 스트림의 경로에 위치되고 개구 배열(110)을 갖는 구멍 뚫린 판(apertured plate)(95)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구멍 뚫린 판(95)은 플라즈마 전극(94)에 장착되는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구멍 뚫린 판(95)은 식을 따르는데,
    여기서, L = 축을 따른 각 개구의 길이,
    g = 0 내지 1 범위의 상수,
    l = 상기 구멍 뚫린 판과 가공물 사이의 거리,
    = 상기 구멍 뚫린 판의 하나 이상의 개구를 빠져나가는 이온 스트림의 각 폭인 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구멍 뚫린 판(95)은 이온 스트림의 경로에 하나 이상의 추가 개구 배열(112)을 포함하고, 상기 구멍 뚫린 판은 식을 따르는데, 여기서 N = 상기 구멍 뚫린 판의 개구 배열의 수인 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 개구 배열(110)은 신장 슬롯과 평행한 축을 따라 연장하여 상기 이온스트림이 신장 슬롯과 평행한 방향을 따라 확산되도록 하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 개구 배열(110)은 복수의 타원형 개구를 포함하며, 상기 각 개구는 다른 개구와 평행한 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인접한 타원형 개구의 초점은 식 D = kL에 따라 거리 D 만큼 분리되는데,
    여기서, L은 축을 따른 각 타원형 개구의 길이이고,
    k는 1/2 내지 3/4 범위의 상수인 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 개구 배열(110)은 복수의 엇갈리는 행내에 배치된 복수의 원형 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산기(95)는 리본 빔을 형성하는 이온 스트림의 경로에 근접하게 위치한 확산 자석(136A)을 포함하고, 상기 확산 자석(136A)은 발진 자기장을 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발진 자기장은이 되도록 주파수 F를 갖는데,
    여기서, n은 10 내지 100인 범위의 상수이고,
    Vscan은 리본 빔을 통과하는 가공물의 이동 속도이며,
    w는 가공물에서의 리본 빔의 폭인 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 발진 자기장은 0.05T ~ 0.3T(500 ~ 3000가우스) 범위의 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산기(95)는 상기 이온 챔버와 전기적으로 결합된 디더링 전극(135)을 포함하여, 이 디더링 전극이 플라즈마를 발진시키게 하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디더링 전극(135)은이 되도록 주파수 F를 갖는 발진 전기장을 형성하는데,
    여기서, n은 10 내지 100 범위의 상수이고,
    Vscan은 리본 빔을 통과하는 가공물의 이동 속도이며,
    w는 가공물에서의 리본 빔의 폭인 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산기(95)는 이온 챔버와 자기적으로 결합된 디더링 자석(130A)을 포함하여 이 디더링 자석(130A)이 플라즈마를 발진시키게 하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산기(95)는 상기 이온 스트림을 균일화하여, 상기 리본 빔이 이 리본 빔의 신장 축을 따라 0.5% 미만으로 변화하는 전류 밀도를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯(60)은 10cm 내지 2m 범위의 길이를 가지며, 1mm내지 20mm 범위의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 전극(94)은 신장 슬롯(60)과 평행하게 향하는 하나 이상의 추가 슬롯(62)을 포함하며, 상기 하나 이상의 추가 슬롯은, 리본 빔을 중첩하여 누적 리본 빔을 형성하도록 하는 제2빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 누적 리본 빔은 가공물의 표면에서 25cm 내지 1000cm까지 변하는 길이를 가지며, 상기 가공물의 표면에서 1mm 내지 250mm까지 변하는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 신장 슬롯(60)은 가공물(174)의 주사 방향을 가로지르는 방향으로 향하고, 상기 리본 빔의 길이는 가공물의 폭을 초과하여, 이 가공물의 전체 영역이 리본 빔을 통해 가공물을 한 번 주사하는 동안 처리되는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 누적 리본 빔의 폭은 가공물에 표면에서 10 ~ 30cm 사이에서 변하는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 누적 리본 빔을 형성하는 이온 스트림의 각도는 플라즈마 전극을 빠져나간 후에 5 ~ 15 도 만큼 갈라지는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 누적 빔의 전류 밀도는 제곱 센티미터 당 0.02 내지 100 마이크로 암페어의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 누적 빔내의 이온의 에너지는 1 내지 100 킬로일렉트론 볼트 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 슬롯(60)과 상기 하나 이상의 추가 슬롯(62)은 각각 100:1을 초과하는종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  26. 제 3 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리(91)는 플라즈마 전극(94) 아래쪽에 위치한 제2전극을 포함하고, 상기 제2전극은 이온 스트림을 통과하는 신장 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제2전극은 50:1 미만의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치.
  28. 가공물을 처리하기 위한 리본 빔을 발생시키는 이온 주입 장치에 사용하기 위한 플라즈마 전극으로서, 상기 이온 주입 장치가, 이온화된 물질로 형성된 플라즈마를 포함하여 이온이 빠져나갈 수 있는 개구를 가진 이온 챔버, 및 이온 스트림을 가공물 쪽으로 향하게 하는 전극 어셈블리를 포함하도록 되어 있는, 상기 플라즈마 전극에 있어서,
    상기 플라즈마 전극은 챔버의 개구에 배치될 수 있으며, 상기 플라즈마 전극은,
    상기 챔버를 빠져나가는 리본 빔의 형상으로 이온 스트림을 형성하는 신장 슬롯(60), 및
    리본 빔을 형성하는 이온 스트림의 경로에 배치되며, 이온 스트립을 확산시키기 위한 타원형 개구 배열(110)을 가진 구멍 뚫린 판(95)을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전극.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 구멍 뚫린 판(95)은 이온 스트림의 경로에 하나 이상의 추가 개구 배열(112)을 포함하고, 상기 구멍 뚫린 판은 식을 따르는데, 여기서 N = 상기 구멍 뚫린 판의 개구 배열의 수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 전극.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 개구 배열(110)은 신장 슬롯(60)과 평행한 축을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전극.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 인접한 타원형 개구의 초점은 식 D = kL에 따라 거리 D 만큼 분리되는데,
    여기서, L은 축을 따르는 각 타원형 개구의 길이이고,
    k는 1/2 내지 3/4 범위의 상수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 전극.
  32. 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법으로서,
    플라즈마 전극(94)을 갖는 이온 챔버(18)에 이온화된 물질의 플라즈마를 형성하는 단계,
    상기 플라즈마를, 플라즈마 전극의 신장 슬롯(60)을 통해 이온 스트림(141)으로서 상기 이온 챔버(18)를 빠져나갈 수 있게 하는 단계,
    이온 스트림이 하나 이상의 축을 따라 균일한 전류 밀도를 갖도록, 이온 스트림(141)을 균일화하는 단계, 및
    리본 형상의 이온 빔이 가공물(174)에 충돌하도록 상기 이온 스트림(141)을 향하게 하는 단계를 포함하는, 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 균일화 단계는 이온 스트림의 경로에 구멍 뚫린 판(95)을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 구멍 뚫린 판(95)을 플라즈마 전극(94)에 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 신장 슬롯에 평행한 축을 따라 연장하는 개구 배열(110)을 갖는 구멍 뚫린 판(95)을 제공함으로써, 상기 신장 슬롯(60)에 평행한 방향을 따라 상기 이온스트림(141)의 경로를 확산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 균일화 단계는 이온 스트림의 경로에 타원형 개구 배열(110)을 갖는 구멍 뚫린 판(95)을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  37. 제 32 항에 있어서,
    상기 균일화 단계는 리본 형상의 빔이 이 리본 빔의 신장 축을 따라 0.5% 미만만큼 변하는 전류 밀도를 갖도록 이온 스트림을 확산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  38. 제 32 항에 있어서,
    제2이온 스트림이 발생되도록 신장 슬롯과 평행한 방향으로 플라즈마 전극(94)에 추가 슬롯(62)을 제공하는 단계를 더 포함하는데, 상기 제2이온 스트림은 리본 형상의 이온 빔을 중첩하여 누적 리본 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  39. 제 32 항에 있어서,
    상기 가공물(174)의 주사 방향을 가로지르는 방향으로 신장 슬롯(60)을 향하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
  40. 제 32 항에 있어서,
    상기 이온 스트림(141)을 향하게 하는 단계는 상기 플라즈마 전극(94) 아래쪽에 배치된 추가 전극을 통해 리본 형상의 이온 빔을 향하게 하는 단계를 더 포함하며, 상기 추가 전극은 이온 스트림을 통과시키는 신장 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 가공물을 이온 빔으로 처리하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100509964B1 (ko) * 2003-03-07 2005-08-24 엘지.필립스 엘시디 주식회사 이온도핑장치
JP5477652B2 (ja) * 2010-09-07 2014-04-23 日新イオン機器株式会社 イオン注入方法及びイオン注入装置
JP5863153B2 (ja) * 2012-10-29 2016-02-16 日新イオン機器株式会社 イオン注入装置
CN114724910A (zh) * 2022-06-10 2022-07-08 浙江中科尚弘离子装备工程有限公司 一种带状离子束注入系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4902898A (en) * 1988-04-26 1990-02-20 Microelectronics Center Of North Carolina Wand optics column and associated array wand and charged particle source
US4952843A (en) * 1989-03-08 1990-08-28 Brown Ian G High current ion source
US5026997A (en) * 1989-11-13 1991-06-25 Eaton Corporation Elliptical ion beam distribution method and apparatus

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