KR100615533B1

KR100615533B1 - 이온 빔 가이드에서 플라즈마의 마이크로파 여기용 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100615533B1
Application number: KR1020010044818A
Authority: KR
Inventors: 벤베니스트빅터모리스; 디버길리오윌리엄프랭크; 신클레어프랭크
Original assignee: 액셀리스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2006-08-25
Also published as: KR20020009503A; EP1176624B1; US20020014587A1; TW511114B; DE60130945D1; JP2002134049A; SG98451A1; EP1176624A2; US6414329B1; EP1176624A3; DE60130945T2; US6759665B2; JP5057196B2

Abstract

이온 주입 애플리케이션에 저 에너지 고 전류 이온 빔을 제공하는 장치 및 방법이 개시된다. 상기 장치는 이온 빔(128)의 경로(129)를 따라 통로(139)에 장착되는 질량 분석 자석(114), 통로(139)에서 전기 필드를 제공하도록 적응되는 전원(174), 및 통로(139)에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응되는 자기 장치(170)를 포함하며, 상기 자기 장치는 통로(139)의 적어도 일부를 따라 장착된 다수의 자석(220)을 포함할 수 있다. 전원(174) 및 자석(220)은 통로(139)의 적어도 일부(234)를 따라 전자 싸이클로트론 공명(ECR) 조건을 제공하도록 협조적으로 상호작용할 수 있다. 다중 커스프 자기 필드는 질량 분석기 통로의 영역에서 특정 필드 세기로 다이폴 필드 상에서 중첩되어 소정의 저 에너지 이온 빔용의 공지된 RF 또는 마이크로파 주파수의 전기 필드와 상호 작용할 수 있다. 본 발명은 질량 분석기 통로의 길이를 따라 일관되게 빔 플라즈마에 전기 필드를 연결함으로써, ECR 조건의 생성을 개선시키도록 적응된 질량 분석기 도파관(250)을 더 포함한다. 따라서, 본 발명은 외부에서 생성된 플라즈마의 도입 없이 저 에너지 이온 빔을 위한 질량 분석기 다이폴 자기 필드 내에서 빔 플라즈마를 강화시킨다. 본 발명은 이온 주입 시스템 뿐만 아니라, 아니라 저 에너지 이온 주입 시스템에서 이온 빔 봉쇄를 제공하는 방법(300)을 더 포함한다.

이온 주입 시스템, 질량 분석기, ECR 조건

Description

이온 빔 가이드에서 플라즈마의 마이크로파 여기용 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR MICROWAVE EXCITATION OF PLASMA IN AN ION BEAM GUIDE}

도 1a는 본 발명의 빔 봉쇄 장치 및 방법이 사용될 수 있는 질량 분석기를 갖는 전형적인 저 에너지 이온 주입 시스템을 도시한 개략적인 블록도.

도 1b는 본 발명에 따른 빔 봉쇄 장치를 포함하는, 워크피스의 이온 빔 처리를 위한 이온 주입기의 개략도.

도 2는 본 발명의 일 특징에 따르는 예시적인 질량 분석기 빔 가이드의 상면도;

도 3a는 본 발명의 다른 양상에 따른 다중 커스프 자기 필드를 생성하기 위한 다수의 자석을 가지는 도 2에 도시한 예시적인 질량 분석기의 정면도.

도 3b는 도 3a의 3B-3B선을 따라 취해진 예시적인 질량 분석기의 단면도.

도 4는 도 2의 4-4선을 따라 취해진 예시적인 질량 분석기의 단면도.

도 5는 도 2의 5-5선을 따라 취해진 예시적인 질량 분석기의 단면도.

도 6은 도 5의 예시적인 질량 분석기에서의 예시적인 다중 커스프 자기 필드를 도시한 측면도.

도 7a는 본 발명의 다른 양상에 따른 도파관을 갖는 다른 예시적인 질량 분석기의 단면도.

도 7b는 도 7a의 예시적인 질량 분석기와 도파관의 다른 측면도.

도 8a는 본 발명의 다른 양상에 따른 다중 커스프 자기 필드를 생성하기 위한 질량 분석기 내의 예시적인 도파관과 자석의 일부를 도시한 단면도.

도 8b는 도 8a의 예시적인 도파관과 자석을 도시한 일부의 상면도.

도 8c는 도 8a와 8b의 예시적인 도파관의 일부를 도시한 도 8b의 8C-8C선을 따라 취해진 정단면도.

도 8d는 도 8a 내지 8c의 예시적인 도파관의 일부를 나타낸 도 8b의 8D-8D선을 따라 취해진 다른 정단면도;

도 9는 본 발명의 다른 양상에 따른 다중 커스프 자기 필드를 생성하기 위한 자석을 갖는 예시적인 질량 분석기를 도시한 상단면도.

도 10은 본 발명의 다른 양상에 따른 예시적인 도파관을 도시한 상면도.

도 11은 본 발명의 다른 양상에 따른 이온 주입 시스템에서 이온 빔 봉쇄를 제공하는 방법을 설명하는 개략적인 흐름도.

삭제

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 특히 이온 빔 가이드에서 플라즈마의 마이크로파 여기를 위한 개선된 방법 및 시스템에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조에서, 이온 주입은 불순물로 반도체를 도핑하는데 사용된다. 이온 빔 주입기는 집적 회로를 제조하는 동안 n형 또는 p형 불순물 도핑을 생성하거나 패시베이션 층(passivation layer)을 형성하기 위하여 이온 빔으로 실리콘 웨이퍼를 처리하는데 사용된다. 반도체를 도핑하기 위해 사용될 때, 이온 빔 주입기는 선택된 이온 종을 주입하여 원하는 불순물을 생성한다. 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소스 물질로부터 생성된 주입 이온은 "n형" 불순물 웨이퍼를 발생시키는 반면, "p형" 불순물 웨이퍼기 요구되는 경우, 붕소, 갈륨 또는 인듐이 주입될 수 있다.

전형적인 이온 빔 주입기는 이온화될 수 있는 소스 물질로부터 양으로 대전된 이온을 생성하는 이온 소스를 포함한다. 생성된 이온은 빔의 형태가 되어 소정의 빔 경로를 따라 주입 스테이션으로 지향된다. 이온 빔 주입기는 이온 소스와 주입 스테이션 사이에서 확장하는 빔 형성 및 조성 구성을 포함할 수 있다. 빔 형성 및 조성 구성은 이온 빔을 유지하며, 이온 빔이 도중에 주입 스테이션으로 통과하는 긴 내부 공동 또는 통로의 경계를 이룬다. 주입기를 작동시킬 때, 상기 통로는 이온이 공기 분자와 충돌하여 소정의 빔 경로로부터 편향될 가능성을 감소시키기 위하여 진공이 되어야만 한다.

상부의 전하에 대한 이온의 질량(예를 들어, 전하-대-질량비(charge-to-mass ratio))은 이온이 정전기 필드 또는 자기 필드에 의해 축방향 및 횡단방향 둘 모두로 가속되는 정도에 영향을 준다. 그러므로, 바람직하지 않은 분자 중량의 이온이 빔으로부터 떨어진 위치로 편향되어 바람직한 물질 이외의 주입이 피해질 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 또는 다른 타겟의 원하는 에어리어에 도달하는 빔은 매우 순수해질 수 있다. 바람직하고 바람직하지 않은 전하-대-질량비의 이온을 선택적으로 분리하는 공정은 질량 분석으로 공지되어 있다. 질량 분석기는 전형적으로 다이폴 자기 필드를 생성하는 질량 분석 자석을 사용하여, 상이한 전하-대-질량비의 이온을 효과적으로 분리시키는 궁형의 통로 내의 자기 편향을 통해 이온 빔 내의 여러 이온을 편향시킨다.

얕은 깊이의 이온 주입의 경우에, 고 전류, 저 에너지 이온 빔이 바람직하다. 이러한 경우에, 이온의 감소된 에너지는 동일한 전하를 지니는 이온들의 상호 반발로 인하여 이온 빔의 수렴을 유지하는데 어떤 어려움을 초래한다. 높은 전류 이온 빔은 전형적으로 상호 반발로 인해 분산되는 경향이 있는 유사하게 대전된 이온의 높은 농도를 포함한다.

저압에서 저 에너지, 고 전류 이온 빔 무결성을 유지하기 위하여, 이온 빔 주위를 둘러싸도록 플라즈마가 생성될 수 있다. 고 에너지 이온 주입 빔은 전형적으로 잔류 또는 배경 가스와 빔의 상호작용의 부산물인 약한 플라즈마를 통해 전파된다. 이 플라즈마는 이온 빔에 기인한 공간 전하를 중화시킴으로써, 제거하지 않으면 빔을 분산시키는 횡단 전기 필드를 거의 제거하는 경향이 있다. 그러나, 저 이온 빔 에너지에서, 배경 가스와의 이온화 충돌의 가능성은 매우 낮다. 더구나, 질량 분석기의 다이폴 자기 필드에서, 자기 필드 라인 주위의 플라즈마 확산은 매우 감소되는 반면, 필드의 방향에 따른 확산은 제한되지 않는다. 결과적으로, 질량 분석기 내의 저 에너지 빔 봉쇄를 개선하기 위하여 부가적인 플라즈마를 도입하는 것은 도입된 플라즈마가 다이폴 자기 필드 라인을 따라 경로 챔버 벽으로 고속으로 전환되기 때문에 큰 효과가 없다.

이온 주입 시스템에서, 저압으로 작동될 수 있고, 질량 분석기 빔 가이드의 전체 길이를 따라 균일한 빔 봉쇄를 제공하는 고 전류, 저 에너지 이온 빔과 함께 사용하기 위한 빔 봉쇄 장치 및 방법이 필요로 된다.

본 발명은 이온 주입 어플리케이션에 저 에너지, 고 전류 이온 빔을 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 보조적인 플라즈마의 도입 없이 이온 빔 봉쇄를 제공하며, 그 대신에 빔 가이드 내의 배경 가스를 사용하여 적절한 빔 봉쇄를 위해 필요로 되는 부가적인 전자를 생성함으로써 이온 빔과 관련된 빔 플라즈마를 강화한다. 이것은 이하에 도시되고 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제어된 방식으로 ECR 조건을 생성하기 위해 빔 가이드 통로 내에 다중 커스프 자기 필드(multi-cusped magnetic field)과 RF 또는 마이크로파 에너지를 제공함으로써 달성된다.

잔류 가스 또는 배경 가스와 빔 상호작용에 의해 생성된 빔 플라즈마와 같은 플라즈마를 통해 전파되는 이온 빔은 정상 상태 평형에 도달하며, 여기서 이온화 및 전하 교환에 의해 생성되는 전하가 빔 가이드에서 손실된다. 남아 있는 플라즈마 밀도는 이온화 충돌의 가능성으로 인한 전하 형성 및 나머지 공간 전하에 의한 양 전하의 반발과 운동 에너지의 결과로 생기는 전자 탈출로 인한 빔 부피로부터의 손실 사이의 균형에 기인한다.

외부에서 생성된 플라즈마의 도입을 통한 플라즈마 강화 또는 빔 플라즈마의 강화가 없는 경우, 매우 낮은 이온 빔 에너지에서의 배경 가스와의 이온화 충돌의 가능성은 낮다. 이와 같은 방식으로 생성된 전자는 빔의 큰 포텐셜 웰(well)에서 포획되고, 빔 센터 주위 및 상기 빔 센터를 통하여 선회하며, 쿨롱 충돌(Coulomb collision)에 의해 서로 상호작용하여, 전자 에너지 분포의 열중성자화를 발생시킨다. 잔류 가스 분자의 이온화 포텐셜보다 큰 에너지를 가지는 분포에서의 이러한 전자는 분자와 같은 이온화 가능성을 갖는다. 이온화 가능성은 전자 에너지가 감소함에 따라 감소한다.

저 에너지 빔 플라즈마에서, 이온화의 대다수는 포획된 전자에 의해 생성된다. 이 전자는 자신의 에너지를 중앙-대-에지 빔 포텐셜 차이로부터 도출하는데, 이것은 빔 "블로우-업(blow-up)"을 초래하는 동일한 파라미터이다. 따라서, 외부에서 생성된 플라즈마 또는 빔 플라즈마의 강화 없이 저 에너지 이온 빔을 전송하는 것이 어렵다. 질량 분석기는 본래 자기 필드를 포함하기 때문에, 외부에서 생성된 플라즈마는 질량 분석기 빔 가이드의 궁형의 길이를 따라 적절하게 확산하지 못하고, 그 대신에 자기 필드 라인의 방향을 따라 고속으로 확산한다. 본 발명에 따라 다중 커스프 자기 필드와 함께 질량 분석기 빔 가이드 통로에서 RF 또는 마이크로파 에너지를 사용하면 통로에서 ECR 조건의 제어된 생성을 통해 저압, 저 에너지, 고 전류 이온 빔 시스템에서 빔 플라즈마의 강화가 제공된다. 부가적으로, 다중 커스프 자기 필드는 자기 미러 효과(magnetic mirror effect)에 의해 플라즈마 밀도를 강화한다.

따라서, 부가적인 플라즈마가 RF 또는 마이크로파 주파수에서의 전기 필드에 의해 이온 빔 공간 내에서 생성될 수 있다. 이 RF 또는 마이크로파 에너지는 적절한 자기 필드가 존재하는 경우 ECR 조건을 조성할 정도의 크기로 플라즈마 전자에 효과적으로 전달된다. RF 또는 마이크로파 에너지는 임의의 수의 연결 방법(예를 들어, 윈도우, 안테나 등)을 통해 빔 가이드 내의 적절한 포트에서 통로 내로 도입될 수 있다. ECR 조건의 생성을 위해 다이폴 자기 필드만이 사용될 수 있을지라도, 질량 분석 자석에 대한 다이폴 자기 필드의 세기의 선택은 주입을 위해 선택된 입자의 운동량에 의해 결정된다. 결과적으로, RF 또는 마이크로파 전원 주파수는 다이폴 자기 필드의 세기에 따른 ECR 조건을 제공하는 것으로 조정될 필요가 있을 것이다.

예를 들어, 매우 낮은 에너지 붕소 빔의 경우에, 다이폴 자기 필드는 보통 2.45 ㎓ 마이크로파 주파수에서 ECR 조건에 적당하다. 더 낮은 주파수 에너지 소스(또는 가변 주파수 소스)가 사용될 수 있으나, 고가이다. 게다가, 플라즈마 밀도 한계가 사용된 주파수의 제곱에 비례하기 때문에, 최고의 사용 가능한 주파수를 사용하는 것이 장점이 있다. 따라서, 제어된 다중 커스프 자기 필드의 선택적인 사용을 통해 저 에너지 빔 애플리케이션에서 높은 주파수 전원을 사용하는 성능은 플라즈마 밀도를 높게 할 뿐만 아니라, 비용을 감소하도록 한다.

본 발명의 한 양상에 따르면, 장치는 이온 빔의 경로를 따라 통로 주위에 장착된 질량 분석 자석, 상기 통로에서 전기 필드를 제공하도록 적응된 RF 전원, 상기 통로에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응된 자기 장치를 포함한다. 따라서, 경로는 도파관 뿐만 아니라 빔 가이드의 역할을 한다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 자기 장치는 통로의 적어도 일부를 따라 장착된 다수의 자석을 포함함으로써, 상기 전원 및 상기 자석이 통로의 적어도 일부를 따라 전자 싸이클로트론 공명(ECR) 조건을 제공하도록 협조적으로 상호작용한다.

다중 커스프 자기 필드는 질량 분석기 통로의 영역에서 특정된 필드 세기로 다이폴 필드 상에 중첩되어 소정의 저 에너지 이온 빔용의 공지된 RF 또는 마이크로파 주파수의 전기 필드와 상호 작용한다. 이러한 방식으로, 질량 분석기 다이폴 자기 필드 내의 빔 플라즈마는 외부에서 생성된 플라즈마의 도입 없이 저 에너지 이온 빔에 대해 강화된다. RF 또는 마이크로파 에너지는 ECR 조건을 조성하는 자기 필드 앞의 플라즈마 전자에 효율적으로 전달된다. 본 발명의 한 양상에 따르면, 특정 이온 빔 유형에 대한 ECR 조건은 전기 필드 주파수 및 자기 필드의 세기 둘 모두에 의존한다. 그러나, 질량 분석 자석의 다이폴 자기 필드는 전형적으로 타겟 웨이퍼로 지향되는 빔 에너지의 크기 및 이온 전하-대-질량비의 바람직한 선택에 따라 고정된다.

따라서, 다른 ECR 조건 변수가 고정되며, 전기 필드 에너지 소스 주파수가 결정된다. 본 발명에 따라 질량 분석기의 통로에서 다중 커스프 자기 필드가 생성되면 유용하게도 통로 내의 자기 필드 세기에 대한 부분적인 제어가 제공되며, 이것은 통상적이거나 상업적으로 사용 가능한 주파수(예를 들어, 2.45 ㎓)에서 RF 또는 마이크로파 에너지 소스의 사용을 허용한다. 적절한 주파수에 대한 ECR 조건을 만족시키는 자기 필드 세기의 영역을 제공하는 것 이외에, 다중 커스프 자기 필드가 또한 자기 미러 효과를 통한 플라즈마 제한을 증가시키며, 이것은 손실을 줄임으로써 플라즈마 밀도를 현저하게 강화시킨다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 자기 장치는 질량 분석기 빔 가이드 통로의 상부 및 하부 측에 배치된 길이 방향으로 이격되고 측 방향으로 확장하는 다수의 자석을 포함할 수 있다. 자석은 반대의 자기 극성을 갖는 길이 방향으로 반대의 자극을 포함하며, 인접한 자석 상의 동일한 극성의 극이 서로 마주봄으로써, 다중 커스프 자기 필드가 통로에서 생성된다. 이러한 방식으로, ECR 조건은 적어도 2개의 인접한 자석의 적어도 2개의 길이 방향으로 마주보는 자극 근처에서 설정되며, 상부면 및 하부면 중 하나로부터 소정의 거리만큼 이격될 수 있다. 따라서, 다중 커프스 필드를 생성하는 자석은 통로 벽 중 하나 이상으로부터 이격된 ECR 영역을 생성하도록 설계되어, 통과하는 이온 빔의 제어된 제한 또는 봉쇄를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 이온 주입 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 경로를 따라 이온 빔을 생성하도록 적응된 이온 소스 및 내부 통로를 갖는 질량 분석기를 포함한다. 질량 분석기는 고 주파수 전원, 내부 통로 내에 장착되는 질량 분석 자석, 및 내부 통로 내에 장착되는 자기 장치를 포함하며, 여기서 질량 분석기는 이온 소스로부터 이온 빔을 수용하고 적절한 전하-대-질량비의 이온을 경로를 따라 웨이퍼 쪽으로 지향시키도록 적응된다. 고 주파수 전원은 내부 통로에서 RF 또는 마이크로파 전기 필드를 제공하도록 적응되며, 자기 장치는 내부 통로에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응된다. 자기 장치는 다중 커스프 자기 필드를 생성하는, 통로의 적어도 일부를 따라 장착된 다수의 자석을 포함할 수 있다. 자기 필드 및 전기 필드는 빔 플라즈마를 유용하게 개선시키는 ECR 조건을 질량 분석기 내에서 형성하도록 상호작용함으로써, 이온 빔의 공간 전하를 중화시킨다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 저 에너지 이온 주입 시스템에서 이온 빔 봉쇄를 제공하는 방법이 제안된다. 상기 방법은 이온 소스를 사용하여 길이 방향 경로를 따라 이온 빔을 생성하는 단계, 내부 통로 및 상기 내부 통로를 따라 장착된 질량 분석 자석을 가지는 질량 분석기를 제공하는 단계, 및 상기 질량 분석기에서 상기 이온 소스로부터 이온 빔을 수용하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 질량 분석기로부터 상기 경로를 따라 웨이퍼 쪽으로 에너지 및 적절한 전하-대-질량비의 이온을 지향시키는 단계, 고 주파수 전원을 사용하여 통로에서 전기 필드를 형성하는 단계, 및 통로를 따라 장착된 자기 장치를 사용하며 통로의 적어도 일부에서 다중 커스프 자기 필드를 생성하는 단계를 더 포함한다. 게다가, 상기 방법은 전기 필드 및 자기 필드를 사용하여 통로 내의 적어도 한 영역에서 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성하는 단계를 더 포함한다.

플라즈마 강화 및 결과적인 빔 제한은 질량 분석기의 통로 내의 제어된 전기 필드 에너지의 제어된 제공에 의해 더 원조될 수 있다. 통로에서 전기 필드를 생성하는 것은 제어된 방식으로 통로 내에 전기 필드 에너지를 일관되게 분포시키기 위한 개별적인 도파관을 사용하여 촉진될 수 있다. 이 방식으로, 에너지 분포가 빔 가이드의 길이 방향 통로를 따라 더 균일하게 되어 그 전체 길이에 걸쳐 전자 싸이클로트론 공명 영역이 생성될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 전원으로부터의 마이크로파 에너지를 이온 빔 질량 분석기 빔 가이드의 통로 내의 빔 플라즈마와 연결하기 위한 도파관이 제공된다. 상기 도파관은 전원으로부터 빔 가이드 통로의 길이에 걸쳐 마이크로파 에너지를 전파하도록 적응된 금속 코팅에 의해 둘러싸인 제1유전체 층을 포함한다. 따라서, 금속 코팅은 제1층의 상부 및 하부 측 상에 제2 및 제3층을 형성한다. 제1층은 길이 방향으로는 제1평면에서 궁형의 경로를 따라 입구단에서 출구단으로, 그리고 측 방향으로는 내경측과 외경측 사이에 확장한다. 도파관은 빔 가이드 통로를 향하는 측 상의 금속 코팅을 통하여 측 방향으로 확장하며 길이 방향으로 이격된 있는 포트 또는 슬롯을 더 포함한다. 길이 방향으로 이격된 포트 또는 슬롯은 정재파의 노드에 대응하도록 도파관을 따라 유용하게 위치됨으로써, 빔 가이드로의 효율적인 전력 전송을 행한다.

이 점에서, 도파관을 따라 다수의 측 방향으로 확장되고 길이 방향으로 이격된 자석이 제공될 수 있고, 상기 자석은 빔 가이드 통로에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응된다. 이 방법으로, 다중 커스프 자기 필드 및 전원으로부터의 마이크로파 에너지는 빔 봉쇄를 위해 통로의 적어도 일부를 따라 전자 싸이클로트론 공명 조건을 형성하도록 협조적으로 상호작용하고, 플라즈마는 자기 미러 효과를 통해 더 강화될 수 있다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면, 이온 주입 시스템에서 경로를 따라 이온 빔을 조절하기 위한 질량 분석기 빔 가이드 장치가 제공된다. 이 장치는 통로 내의 경로를 따라 장착되는 질량 분석 자석, 통로에 전기 필드를 제공하도록 적응된 전원, 이온 빔과 관련된 빔 플라즈마와 전기 필드를 결합시키도록 적응된 도파관, 및 통로에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응된 자기 장치를 포함한다. 따라서, 전원, 도파관, 및 자기 장치는 통로의 적어도 일부에서 이온 빔의 봉쇄를 제공하도록 협조적으로 적응될 수 있다. 빔 봉쇄는 유용하게도 통로의 내부에 다중 커스프 자기 필드를 생성할 수 있는 자기 장치 및 전원에 의해 전력이 공급되는 RF 또는 마이크로파 전기 필드의 통로에서의 협조적인 상호적용을 통해 설정된 전자 싸이클로트론 공명 조건을 통하여 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 이온 빔 질량 분석기 통로에서 플라즈마와 전기 필드를 결합하기 위해 도파관이 제공된다. 상기 도파관은 마이크로파 에너지를 전원으로부터 전파하도록 적응되는 제1평면에 위치된 베이스 층을 포함하며, 이 베이스 층은 상부, 하부 및 길이 방향으로는 입구단으로부터 출구단으로 궁형의 경로를 따라서 그리고 측 방향으로는 내경측과 외경측 사이에서 확장한다. 하부 층은 통로의 내부와 베이스 층 사이에서 자신을 통해 다수의 측 방향으로 확장하고 길이 방향으로 이격된 포트 또는 슬롯을 포함할 수 있다. 베이스 층을 따라 전파되는 전원으로부터의 마이크로파 에너지는 측 방향으로 확장하며 길이 방향으로 이격된 포트 또는 슬롯 부근의 통로 내부의 플라즈마와 결합된다.

상기 및 관련 목적을 달성하기 위해, 발명은 이하에서 충분히 설명되고 특히 청구항에서 지적된 특성을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 특정한 예시적인 양상.을 상세히 설명한다. 그러나, 이러한 양상은 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다수의 방법 중 몇 가지를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 새로운 특성은 도면과 함께 고려시 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용한 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명은 질량 분석기 내의 ECR 조건을 생성하기 위해 RF 또는 마이크로파 에너지와 함께 다중 커스프 자기 필드를 사용하여 빔 플라즈마를 강화함으로써 외부에서 생성된 플라즈마의 도입을 필요로 함이 없이 저압에서 저 에너지, 고 전류 이온 주입 시스템에서 빔 봉쇄를 제공한다. 그러나, 본 발명이 본원에 도시되고 설명된 것 이외의 애플리케이션에서 유용하게 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

이제 도면을 참조하면, 도 1a에 단자(12), 빔라인 어셈블리(14) 및 엔드 스테이션(16)을 갖는 저 에너지 이온 주입기(10)가 도시되어 있다. 단자(12)는 고 전압 전원(22)에 의해 전력이 공급되는 이온 소스(20)를 포함한다. 이온 소스(20)는 빔라인 어셈블리(14)에 제공되는 이온 빔(24)을 생성한다. 이온 빔(24)은 질량 분석 자석(26)에 의해 조절된다. 질량 분석 자석(26)은 적절한 전하-대-질량비의 이온만 웨이퍼(30)로 통과시킨다. 그 다음, 조절된 이온 빔(24)은 엔드 스테이션(16)에 있는 타겟 웨이퍼(30)로 지향된다.

또한, 도 1b를 참조하면, 이온 주입기(100)가 본 발명의 예시적인 양상에 따라 더 상세히 도시되어 있고, 상기 이온 주입기는 이온 소스(112), 질량 분석 자석(114), 빔라인 어셈블리(115), 및 타겟 또는 엔드 스테이션(116)을 포함한다. 빔라인 어셈블리(115)에 대한 엔드 스테이션(116)의 운동을 허용하는 신장 가능한 스테인레스 강 벨로우즈 어셈블리(118)는 엔드 스테이션(116)과 빔라인 어셈블리(115)를 연결한다. 도 1b가 초 저 에너지(ultra low energy: ULE) 이온 주입기를 도시하고 있을지라도, 본 발명은 다른 유형의 주입기에도 또한 적용될 수 있다.

이온 소스(112)는 플라즈마 챔버(120) 및 이온 추출 어셈블리(122)를 포함한다. 이온화될 수 있는 도펀트 가스에 에너지가 부여되어 플라즈마 챔버(120) 내에서 이온을 발생시킨다. 일반적으로, 음이온이 소스(112)에 의해 생성되는 시스템에 본 발명이 적용될 수 있을지라도, 양 이온이 생성된다. 양 이온은 플라즈마 챔버(120) 내의 슬릿을 통해 다수의 전극(127)을 구비한 이온 추출 어셈블리(122)에 의해 추출된다. 따라서, 이온 추출 어셈블리(122)는 플라즈마 챔버(120)로부터 양이온의 빔(128)을 추출하고 추출된 이온을 질량 분석 자석(114) 내로 가속시키는 기능을 한다.

질량 분석 자석(114)은 적절한 전하-대-질량비를 갖는 이온만을 리졸버 하우징(resolver housing)(123)과 빔 중화기(124)를 포함하는 빔라인 어셈블리(115)로 통과시키는 기능을 한다. 질량 분석 자석(114)은 측벽(130)을 갖는 알루미늄 빔 가이드에 의해 규정된 통로(139) 내의 곡선의 빔 경로(129)를 포함하며, 이것의 진공은 진공 펌프(131)에 의해 제공된다. 이 경로(129)를 따라 전파되는 이온 빔(128)은 질량 분석 자석(114)에 의해 생성된 자기 필드에 의해 영향을 받아 부적절한 전하-대-질량비를 갖는 이온을 방출한다. 이 다이폴 자기 필드의 세기 및 방향은 자석 커넥터(133)를 통해 자석(114)에 계자권선을 통해 전류를 조절하는 제어 전자 장치(132)에 의해 제어된다.

다이폴 자기 필드는 이온 빔(128)이 곡선의 빔 경로(129)를 따라 이온 소스(112) 부근의 제1 또는 입구 궤도(134)로부터 리졸버 하우징(123) 부근의 제2 또는 출구 궤도(135)로 이동하도록 한다. 부적절한 전하-대-질량비를 갖는 이온으로 구성된 빔(128)의 부분(128', 128")은 곡선의 궤도로부터 떨어져 알루미늄 빔 가이드(130)의 벽 내로 편향된다. 이런 방법으로, 자석(114)은 빔(128) 내에서 바람직한 전하-대-질량비를 갖는 이온만을 리졸버 하우징(123)으로 통과시킨다.

통로(139)는 빔 경로(129)를 따라 측방향으로 배치된 하나 이상의 자석(170)을 갖는 자기 장치를 더 포함한다. 자석(170)은 빔 경로(129)의 위아래에 장착되어 통로(139) 내에 다중 커스프 자기 필드(도 1b에 도시되지 않음)을 형성한다. 고 주파수 전기 필드(도 1b에 도시하지 않음)이 전원(174)을 통로(139)와 결합시키는 마이크로파 주입 포트(172)를 통해 통로(139) 내에 제공된다. 통로(139) 내의 다중 커스프 자기 필드 및 고 주파수 전기 필드는 아래에 상세히 설명된 바와 같이, 협조적으로 상호 작용하여 통로의 적어도 한 영역(도 1b에 도시하지 않음) 내에 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성해서 이온 빔(128)의 빔 봉쇄를 제공한다.

리졸버 하우징(123)은 단자 전극(137), 이온 빔(128)을 포커싱하기 위한 정전 렌즈(138), 및 패러데이 플래그(Faraday flag)와 같은 선량 표시자(142)를 포함한다. 빔 중화기(124)는 양 전하를 중화하기 위한 플라즈마 샤워(145)를 포함하는데, 이것은 이렇게 하지 않으면 양으로 대전된 이온 빔(128)의 주입으로 인하여 타겟 웨이퍼 상에 축적된다. 빔 중화기와 리졸버 하우징은 진공 펌프(143)에 의해 진공이 된다.

빔 중화기(124)의 하류에는 엔드 스테이션(116)이 있는데, 이것은 처리될 웨이퍼가 장착되는 디스크-형 웨이퍼 지지부(144)를 포함한다. 웨이퍼 지지부(144)는 일반적으로 주입 빔의 방향에 수직 방향인 타겟 평면 내에 존재한다. 엔드 스테이션(116)에 있는 디스크-형 웨이퍼 지지부(144)는 모터(146)에 의해 회전한다. 따라서, 이온 빔은 웨이퍼가 원형 경로로 이동할 때, 지지부에 장착된 웨이퍼에 충돌한다. 엔드 스테이션(116)은 이온 빔과 웨이퍼(W)의 경로(164)가 교차하는 점(162)을 중심으로 피벗해서, 타겟 평면이 이 점을 중심으로 조절될 수 있다.

도 2는 저 에너지 이온 주입 시스템(예를 들어, 도 1b의 저 에너지 이온 주입기(10))에서 사용하기 위한 예시적인 질량 분석기 빔 가이드(200)를 도시한 것인데, 상기 가이드는 이온 빔 경로(208)를 따라서 궁형의 내부 및 외부 측벽(204, 206)에 의해 규정된 궁형의 길이 방향 통로(202)를 갖는다. 빔 가이드(200)는 경로(208)를 따라 입구단(210)으로부터 출구단(212)으로 예를 들어, 대략 135°인 아크 각(θ)으로 길이 방향으로 확장한다. 빔 가이드(200)는 케이블(218)을 통해 전원(216)의 RF 또는 마이크로파 에너지의 통로(202)와의 연결을 제공하는 마이크로파 주입 포트(214)를 더 포함한다. 빔 가이드는 질량 분석 자석을 더 포함하는데, 이 자석은 선택된 전하-대-질량비의 이온이 경로(208)를 따라 출구단(212)에 도달하도록 하는 통로(202) 안의 다이폴 자기 필드를 제공하기 위해 2개의 궁형 자석 극(도 2에 도시되지 않음)을 포함한다.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 한 양상에 따른 다중 커스프 자기 필드를 형성하기 위해 자신과 관련된 다수의 자석(220)을 가지는 도 2의 예시적인 질량 분석기 빔 가이드(200)의 정면도 및 단면도를 각각 나타낸다. 자석(220)은 예를 들어, 5.326°일 수 있는 각도 간격(θ2)으로, 경로(208)를 따라 길이 방향으로 이격된 관계로 통로(202) 내의 내경(R1) 및 외경(R2) 사이에서 측방향으로 확장한다. 본 발명의 하나의 예시적인 주입기에서, 내경(R1)은 약 300 ㎜이며, 외경(R2)은 약 500 ㎜이다. 통로(202)는 상부 및 하부 벽(222, 224)에 의해 각각 더 규정된다. 다이폴 필드는 전자석(도시되지 않음)에 의해 빔가이드(200) 외부로 발생될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 자석(220)은 그 외측으로부터 머시닝된 슬롯 내에서 빔 가이드 벽(222, 224) 중 하나 또는 둘 모두 내로 삽입되어, 자석(220)이 진공 챔버 외측에 남아 있게 된다. 게다가, 자석(220)은 상부 및 하부 벽(222, 224) 중 하나 또는 둘 모두 내에 각각 제공되거나, 측 벽(204, 206) 중 하나 또는 둘 모두 상에 각각 제공되거나, 이들의 조합으로 제공될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

도 4와 도5는 도 2의 4-4선과 5-5선을 따라 절취한 길이 방향 및 측 방향 단면으로 질량 분석기 빔 가이드(200)를 각각 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 자석(220)은 이온 빔 경로(208)가 전파 방향을 따라 길이 방향으로 자화되며, 서로 엇걸리게 되어 인접한 자석이 서로 대향하는 동일한 극성의 극을 갖는다. 명확하게 하기 위하여, 빔 가이드(200)의 입구단(210) 쪽으로 향하는 S극을 갖는 자석(220)은 '220A'로 표시되며, 가이드(200)의 출구단(212) 쪽으로 향하는 S극을 갖는 자석(220)을 '220B'로 표시된다. 질량 분석 기능을 용이하게 하기 위해, 다이폴 자기 필드가 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은 수직 필드 라인(230)을 갖는 외부 전자석(도시하지 않음)을 통해 통로(206)에서 설정된다.

도 6을 또한 참조하면, 예시적인 양극 자석(220A, 220B)은 협조하여 통로(206)에서 상부 및 하부 벽(222, 224) 부근에 그리고 상기 상부 및 하부 벽으로부터 이격된 다중 커스프 자기 필드를 각각 형성하는 예시적인 필드 라인(232A, 232B)으로 간략하게 도시된 개별적인 자기 필드를 생성한다. 여러 도면에 도시된 자석(220A, 220B)의 예시적인 배치는 수직으로 정렬된 유사하게 방향이 맞춰진 자석을 나타낸다(예를 들어, 자석(220A)은 자석(220A)의 바로 위에, 자석(220B)은 자석(220B)의 바로 위에). 그러나, 본원에서 이러한 특정하여 도시되고 설명된 것 이외의 방향이 가능하며 이것이 본 발명의 범위 내에 존재하는 것으로 간주된다는 것이 이해될 것이다.

예를 들어, 도 5와 도6에 도시한 자석(220A, 220B)의 방향은 이것이 본 발명에 필요한 것은 아닐지라도, 인접 자석(220) 사이의 에어리어에서 부가적인 필드 라인을 제공하는 것이 유용하다. RF 또는 마이크로파 에너지가 (예를 들어, 도 2의 전원(216) 및 마이크로파 주입 포트(214)를 통해) 통로(206)에 제공되는 경우, 자기 필드와 전기 필드의 협조적인 상호 작용은 자석(220)으로부터 거리(236A, 236B) 만큼 이격된 영역(234)에서 전자 싸이클로트론 공명(ECR) 조건을 생성시킨다.

영역(234)에서의 ECR 조건은 유용하게도 경로(208)를 따라 통로(206)를 통해 이동하는 이온빔과 관련된 빔 플라즈마의 강화를 제공함으로써, 빔 무결성이 질량 분석기 빔 가이드(200)의 길이 방향의 길이를 따라 개선된다. 이온 빔 주위의 하나 이상의 영역(234)에서 ECR 조건이 생성되면 빔을 둘러싸는 플라즈마로의 에너지의 전달이 용이하게 되어 빔 "블로우-업(blow-up)"이 방지됨으로써, 플라즈마가 강화된다. 전자 싸이클로트론 공명 조건은 교류 전기 필드가 정자기 필드 내의 대전된 입자에 인가될 때 발생하여, 전기 필드의 주파수가 정자기력선 주위에서 대전된 입자의 회전의 고유 진동수와 정합하게 된다. 이러한 공명 조건이 달성되는 곳에서(예를 들어, 영역(234)에서), 단일 주파수 전자기 파가 대전된 입자를 매우 효과적으로 가속시킬 수 있다.

통로(206) 내의 자석(220)의 크기, 방향 및 간격은 ECR 영역(234)의 위치가 원하는 이온 빔 봉쇄 목표에 따라 생성되도록 한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 자석(220)의 세기는 자석(220)의 내부면과 ECR 영역(234) 사이의 거리(236A 및/또는 236B)를 변화시키기 위해 변경될 수 있다. 이러한 방법에서, 거리(236A 및 236B)는 통로의 크기 및/또는 원하는 이온 빔 크기에 따라 조절될 수 있다. 게다가, 자석들(220) 사이의 간격은 인접한 ECR 영역들(234) 사이의 간격을 변화시키기 위해 변경될 수 있다. 더구나, 인접한 자석의 자극 표면의 상대적 방향은 인접하는 자석들(220) 사이에 부가적인 필드 라인을 제공하기 위해 변경될 수 있다. 많은 다른 자석 크기, 방향 및 간격이 가능하며 이것이 본 발명의 범위 내에 존재하는 것으로 간주된다.

본 발명에 따르면, ECR 조건을 달성하기 위하여 사용된 다중 커스프 자기 필드는 다이폴 필드의 에지 부근에 성공적으로 중첩될 수 있다. 정확한 자기 필드 세기 값이 얻어지는 공명 표면에서 생성된 플라즈마는 필드 기울기(field gradient)의 반대 방향으로, 다이폴 자기 필드 라인을 따라 이온 빔의 중앙 쪽으로 확장한다. 빔 가이드 통로(202) 내로의 전기 필드의 도입은 아래에서 상세히 예시되고 설명되는 바와 같이 통로 내의 도파관의 사용에 의해 더 원조될 수 있다.

이제 도 7a와 도 7b를 참조하면, 본 발명의 다른 양상이 질량 분석기 빔 가이드(200)와 관련되어 도시되어 있으며, 여기서 측 단면도가 제공된다. 빔 가이드(200)는 이온 빔(도시되지 않음)이 경로(208)에 따라 전파되는 통로(202)를 규정하는 각각의 상부 및 하부 벽(222, 224), 외부 측벽(206), 및 내부 측벽(도시되지 않음)을 포함한다. 다수의 자석(220A 및 220B)(총괄하여 220으로 나타냄)은 인접한 자석(220)의 길이 방향으로 반대의 자석 극이 서로 대향하도록 서로 이격된 관계로 내부 측벽과 외부 측벽(206) 사이에서 측 방향으로 확장하는 도 3a 내지 도 6의 자석(220)과 유사한 방식으로 제공된다. 이 방식으로 방향이 맞춰지기 때문에, 자석(220)은 상부 및 하부 벽(222, 224) 부근의 통로(202)에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하는데, 이 필드는 예시적인 필드 라인(232A 및 232B)에 의해 도시되어 있다. 빔 가이드 외측의 질량 분석 전자석(도시되지 않음)은 상술된 질량 분석 기능을 제공하기 위해 적응된 다이폴 자기 필드(도시되지 않음)을 제공할 수 있다.

이전 도면의 질량 분석기 구현예와 달리, 도 7a와 도 7b의 빔 가이드(200)는 하나 이상의 도파관(250)을 더 포함한다. 도파관은 모든 측면에 얇은 코팅(예를 들어, 알루미늄)에 의해 금속화되는 석영과 같은 적절한 전파 매체를 포함한다. 2.54 ㎓에서의 투과 깊이가 1 마이크로미터보다 작기 때문에, 몇 미크론의 금속화 층 코팅 두께가 적절하다. 측 방향으로 확장한 포트 또는 슬롯(254)이 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 도파관(250)으로부터 빔 가이드(200)의 통로(202) 내로 RF 또는 마이크로파 에너지를 연결하기 위해 인접한 자석들(220) 사이에서 도파관(250)의 내부로 향하는 금속 층에 제공된다. 도파관(250)은 임의의 공지된 방법(예를 들어, 윈도우, 안테나 등)를 통해 RF 또는 마이크로파 전원(예를 들어, 도 2의 소스(216))에 결합됨으로써, 지속적인 파 공명이 그 길이 방향의 길이를 따라 도파관(250) 내에 설정될 것이다. 2개의 도파관(예를 들어, 상부 및 하부)(250)이 도면에 도시되어 있을지라도, 단일 도파관(250)을 포함하는 다른 구성이 본 발명에 따라 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

RF 또는 마이크로파 에너지는 도 7b에서 예시적인 전기 필드 라인(256A, 256B)로 나타낸 통로(202) 내의 전기 필드를 제공하는데, 이 전기 필드는 자석(220)에 의해 생성된 다중 커스프 자기 필드와 협조적으로 상호 작용하여 상부 및 하부 벽(222, 224)으로부터 떨어진 ECR 영역(234)을 제공한다. 상술된 바와 같이, ECR 조건은 경로(208)를 따라 빔 가이드(200)의 통로(202)를 통해 전파하는 이온 빔(도시하지 않음)과 관련된 빔 플라즈마의 강화를 촉진함으로써, 빔 "블로우-업"의 감소 또는 제거에 의해 빔의 무결성이 유지된다. 도파관(250) 내의 포트 또는 슬롯(254)은 내부 측벽(도 7a와 도 7b에 도시되지 않음)과 외부 측벽(206) 사이에 측 방향으로 확장하고 폭(260)을 가지며, 인접한 포트 및 슬롯(254)은 자석(220)의 피치 간격인 각 피치 거리(262)에 의해 길이 방향으로 이격된다.

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도 8A와 도 8b를 또한 참조하면, 벽(222)과 다중 커스프 자기 필드 자석(220) 사이에 장착된 다른 예시적인 도파관(250)이 여기서 설명된다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 도파관(250)은 빔 가이드(200)의 통로(202) 내로 도입하기 위한 RF 또는 마이크로파 에너지를 전파하도록 적응되는 베이스 층(284)의 위아래에 각각 상부 및 하부 금속화된 층(280, 282)을 포함한다. 측면으로 확장하는 포트 및 슬롯(254)은 통로(202)의 내부로 베이스 층(284)을 노출시키는 하부 지지 층(282)에 제공된다. 게다가, 진공 영역으로부터 자석을 밀봉하기 위해 슬롯(254)을 둘러싸는 O-링(286)이 제공될 수 있다. 본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 베이스 층(284)은 석영으로 이루어질 수 있고, 상부 및 하부 금속화된 층(280, 282)은 각각 알루미늄으로 이루어질 질 수 있으며, O-링(286)은 적절한 엘라스토머로 이루어질 수 있으며 빔 가이드 커버(288)는 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 그러나, 대안으로, 다른 재료가 사용될 수 있고 이것이 본 발명의 범위 내에 존재하는 것으로 간주된다.

이제 도 8c와 8D를 참조하면, 예시적인 빔 가이드(200)와 도파관(250)의 측단면도가 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 상부 벽(222)은 슬롯(254) 주위에 O-링(286)을 압축하기 위한 장착 표면(seating surface) 뿐만 아니라 도파관(250)을 지지하기 위한 리세스를 포함한다. 빔 가이드(200)는 상부 벽(222)에서 도파관(250)의 제거 가능한 장착 허용하는 상부 커버(290)를 더 포함할 수 있다. 도 8d를 또한 참조하면, 상부 벽(222)은 자석(220)이 장착되는 리세스 또는 포켓을 또한 포함할 수 있다. 따라서, 슬롯(254) 주변의 O-링(286)이 내부 통로(202)의 진공으로부터 자석을 격리하기 위해 제공된다.

이제 도 9를 참조하면, 빔 가이드(200) 내에 설치된 도파관(250)이 도시되어 있는데, 여기서 도파관(250)은 이온 빔 전파의 경로(208)를 따라 확장한다. 자석(220)의 피치 간격은 도파관 포트 또는 슬롯(254)의 피치 간격과 동일하며, θ2의 각도 값, 예를 들어, 5.326°를 가지며, θ1의 각도 빔 가이드 길이, 예를 들어, 약 135°를 따라 25개의 등거리로 이격된 자석(220)을 제공한다.

작동시에, (예를 들어, 케이블(218)과 마이크로파 주입 포트(214)를 통해 전원(216)에 의하여 제공되는) RF 또는 마이크로파 에너지가 다중 커스프 자기 필드 발생 자석(220)의 뒤에 위치된 도파관(250)에서 전파된다. 에너지가 주기적으로 분배되는 포트 또는 슬롯(254)을 통해 빔 플라즈마(도시하지 않음)와 결합되어, 빔 봉쇄를 위해 사용된 플라즈마 강화를 행하는 ECR 조건(예를 들어, 도 7a와 도 7b의 영역(234))을 생성한다.

도 10에 더 도시된 바와 같이, 도파관(250)은 빔 전파 경로(208)를 따라 많은 위치(예를 들어, 도 7a와 도 7b의 영역(234))에서 고정된 자기 필드에 직교하는 충분한 크기의 RF 또는 마이크로파 전기 필드의 발생을 촉진한다. 이를 위하여, 도파관(250)의 길이가 RF 또는 마이크로파 전원 주파수(예를 들어, 2.45 ㎓)에 대응하는 복수의 파장(예를 들어, nλ/2, 여기서 n은 정수)으로 설정될 것이며, 결합 포트 또는 슬롯(254)은 1/2 파장 위치에 위치된다. 따라서, 도파관(250)은 E 필드(E field)가 최소이고 H 필드(H field)이 최대인 곳(예를 들어, "H" 결합)에 위치된 포트 또는 슬롯(254)으로 내부에 정재파(standing wave)가 생성될 수 있는 공명 구조를 구성할 수 있다. 도파관(250) 내의 포트 또는 슬롯(254)의 길이는 최대화될 수 있고(예를 들어, 슬롯(254)은 거의 도파관(250)의 폭만큼 측 방향에서 길다), 폭은 공칭 임피던스 정합(nominal impedance matching)을 위해 최적화될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 도파관(250)에서, 각도 슬롯 간격(즉, 자석(220)의 간격)은 약 5.326°이며, 내경(R1)은 약 370 ㎜이며, 외경(R2)는 약 430 ㎜이다. 이 예에서 포트 또는 슬롯(254)의 길이는 약 50 ㎜이며 그 폭은 약 5 ㎜이다.

빔 가이드(200)에서 일관적인 전기 필드 패턴을 얻기 위하여, 단일 우세 전파 모드를 여기시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 직사각형 단면의 도파관용의 TE10 전파 모드는 브로드월(broadwall)의 중앙의 (1) 피크를 갖는 가이드의 브로드월에 통상적인 전기 필드를 제공한다. 필드의 크기는 좁은 벽에 평행한 방향을 따라 일정하다(예를 들어, "0" 피크). 이 TE10 은 가장 작은 컷-오프(cut-off) 주파수를 갖는다. TEx0 모드에 대한 컷-오프 주파수는 브로드월 치수에만 의존한다. 최고 차수 모드 TEn0는 진보적으로 더 높은 컷-오프 주파수를 갖는다. 본 발명의 한 양상에 따르면, TE20 모드에 대한 컷-오프 주파수가 작동 주파수(예를 들어, 2.45 ㎓)보다 약간 크도록 브로드월의 크기를 선택함으로써, 단일 TE10 모드만을 전파하게 될 가능한 가장 넓은 도파관(250)이 선택된다. 도파관의 치수가 그렇게 선택되면, 전파 파장이 결정된다.

전기 필드가 빔 가이드 통로(202)의 내부에서 도파관(250)의 외측 포트 또는 슬롯(254)에 걸쳐 전개되며, 이것은 이온 빔 전파 방향(예를 들어, 경로(208))을 따라 방향이 맞춰진다. 통로(202)의 영역(234)에서 ECR 공명 조건을 생성하는데 적절한 크기로 전기 필드에 수직으로 자기 필드(예를 들어, 다중 커스프 필드)가 발생된다. 예를 들어, 에너지가 1.19 keV인 BF2+ 이온 빔은 ECR 조건을 생성하기 위한 공칭 400 ㎜의 휨 반경의 질량 분석기에서 적절한 궤도를 따르기 위해서 873 가우스의 자기 필드 세기를 필요로 한다. ECR 영역(234)은 유용하게는, 높은 전기 필드 세기로부터 이익을 얻도록 도파관(250) 내의 슬롯(254)에 충분히 가깝게 위치될 수 있지만, 플라즈마 손실을 최소화하기 위해 임의의 표면(예를 들어, 자석(220), 도파관(250) 등)으로부터 충분히 이격된다. 예를 들어, 도 7a와 도 7b의 ECR 영역(234)은 자석(220)로부터 떨어진 거리(236)에 위치될 수 있고, 이는 약 4 내지 6 ㎜의 범위일 수 있고, 적절한 동작을 제공하는 공칭 간격은 약 5 ㎜이다.

이제 도 11을 참조하면, 저 에너지 이온 주입 시스템에서 이온 빔 봉쇄를 제공하는 방법(300)이 도시되어 있다. 상기 방법은 302 단계에서 시작되며, 여기서 이온 소스를 사용하여 길이 방향 경로를 따라 이온 빔이 생성된다. 304 단계에서 내부 통로, 고 주파수 전원, 내부 통로 내에 장착되는 질량 분석 자석, 및 내부 통로 내에 장착되는 자기 장치를 포함하는 질량 분석기가 제공된다. 306 단계에서, 이온 빔이 질량 분석기에서 이온 소스로부터 수신되고, 308 단계에서 적절한 전하-대-질량비의 이온이 질량 분석기로부터 경로를 따라 이온으로 주입될 웨이퍼 또는 다른 타겟 쪽으로 지향된다. 310 단계에서, 고 주파수 전원을 사용하여 통로에서 전기 필드가 발생된다. 312 단계에서, 통로 내에 장착된 자기 장치를 사용하여 다중 커스프 자기 필드가 형성되는데, 이것은 유용하게도 ECR 조건을 생성할 수 있다.

본 발명이 특정 애플리케이션 및 구현예와 관련하여 도시되고 설명되었을지라도, 본 명세서와 첨부 도면을 판독하여 이해할 때, 등가 수정 및 변경이 당업자에 의해 행해질 것이라는 것이 이해될 것이다. 특히, 상술된 구성요소(어셈블리, 장치, 회로, 시스템 등)에 의해 수행되는 여러 기능과 관련하여, 이와 같은 구성요소를 설명하는데 사용된 ("수단"에 대한 참조를 포함하는)용어는 다르게 나타내지 않는다면, 본원에서 설명된 본 발명의 예시적인 구현예의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가가 아닐지라도, 설명된 구성요소의 특정 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 등가인) 임의의 구성요소에 대응하도록 의도된다.

게다가, 본 발명의 특정 특성은 여러 구현예들 중 단지 하나에 대해서 개시되었지만, 이와 같은 특성은 임의의 소정의 또는 특정 장치에 유익하고 바람직한 경우에, 다른 구현예의 하나 이상의 특성과 조합될 수 있다. 더구나, "포함한다", "포함하는", "갖는다", "갖는"이라는 용어 및 및 그의 변형이 상세한 설명 또는 청구항에서 사용된다는 점에서, 이러한 용어는 "포함하는"과 유사한 방식으로 포괄적인 의도로 사용되었다.

본 발명의 설비 및 방법은 이온 빔 가이드에서 플라즈마의 마이크로파 여기를 제공하기 위해 이온 주입과 같은 반도체 공정 분야에 사용될 수 있다.

Claims

이온 주입 시스템에서 경로를 따라 이온 빔을 조절하기 위한 질량 분석 장치로서:

상기 경로를 따른 통로(139)를 따라 장착되는 질량 분석 자석(114);

상기 통로(139)에서 전기 필드를 제공하도록 적응된 전원(174); 및

상기 통로(139)에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응된 자기 장치(170)를 포함하며,

상기 전원(174) 및 상기 자기 장치(170)가 상기 통로(139)의 적어도 일부에서 이온 빔(128)의 봉쇄를 제공하도록 협조적으로 적응되는 질량 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 자기 장치(170)는 상기 통로(139)의 적어도 일부를 따라 장착된 다수의 자석(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원(174)과 상기 자기 장치(170)는 상기 통로(139)의 적어도 일부(234)를 따라 전자 싸이클로트론 공명 조건을 제공하도록 협조적으로 적응되는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 통로(139)를 규정하는 상부(222), 하부(224), 및 측 방향으로 대향하는 제1 및 제2 측면(204, 206)을 더 포함하며, 여기서 상기 상부(222), 하부(224), 제1 및 제2 측(204, 206)은 입구단(210)과 출구단(212) 사이의 경로(129)를 따라 길이 방향으로 확장하며, 상기 자기 장치(170)는 상기 입구단(210)과 출구단(212) 사이에서 상기 상부(222) 및 하부(224) 측 중 하나 상에 통로(139) 내에 배치된 다수의 길이 방향으로 이격되고 측 방향으로 확장하는 자석(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제4항에 있어서, 상기 입구단(210)과 상기 출구단(212) 사이의 경로(129)를 따라 길이 방향으로 확장하며, 길이 방향으로 이격된 자석(220)과 상기 상부(222)과 상기 하부(224) 중 하나의 사이에 있고 인접한 자석(220)들 사이에 위치된 다수의 측 방향으로 확장하는 다수의 슬롯(254)을 가지는 도파관(250)을 더 포함하며, 상기 도파관(250)은 상기 전원(174)으로부터 상기 통로(139)의 내부로 전기 필드의 형태로 에너지를 연결하도록 적응됨으로써, 상기 전기 필드와 상기 다중 커스프 자기 필드는 협조적으로 상호 작용하여 상기 통로(139)의 적어도 일부(234)를 따라 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성하는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제4항에 있어서, 2개 이상의 자석(220A, 220B)은 반대의 자기 극성을 갖는 길이 방향으로 반대의 자극을 가지며, 동일한 극성을 갖는 극이 서로 마주보며 서로 인접하게 위치됨으로써, 상기 다중 커스프 자기 필드가 상기 통로(139)에서 발생되는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제6항에 있어서, 상기 전원(174)과 상기 자기 장치(170)는 상기 통로(139)의 적어도 일부(234)를 따라 전자 싸이클로트론 공명 조건을 제공하도록 협조적으로 적응되는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제4항에 있어서, 상기 자기 장치(170)는 상기 입구단(210)과 상기 출구단(212) 사이에서 상부(222) 및 하부(224) 측 상에 통로(139) 내에 배치된 다수의 길이 방향으로 이격되고 측 방향으로 확장하는 자석(220)을 포함하며, 상기 전기 필드와 상기 자기 필드는 상기 통로(139) 내의 하나 이상의 영역(234)에서 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성하도록 협조적으로 적응되며, 상기 하나 이상의 영역(234)은 2개 이상의 인접한 자석(220A, 220B)의 2개 이상의 길이 방향으로 마주보는 자극들 부근에 있고, 상기 2개 이상의 인접한 자석 중 하나로부터 4 내지 6 ㎜의 범위의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제8항에 있어서, 상기 통로(139)는 길이 방향으로 궁형의 측면 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 영역(234)은 상기 2개 이상의 인접한 자석(220A, 220B)의 2개 이상의 길이 방향으로 마주보는 자극들 부근에 있으며, 상기 2개 이상의 인접한 자석 중 하나로부터 5 ㎜의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제8항에 있어서, 상기 전원(174)은 2.45 ㎓의 고정된 주파수로 상기 통로(139)에서 전기 필드 에너지를 공급하며, 상기 통로 안의 상기 하나 이상의 영역(234)에서의 자기 필드의 세기는 873 가우스이며, 상기 이온 빔은 1.19 keV의 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
제8항에 있어서, 상기 입구단(210)과 상기 출구단(212) 사이에서 경로(129)를 따라 길이 방향으로 확장하며, 다수의 길이 방향으로 이격된 자석(220)과 상기 상부(222) 및 상기 하부(224) 중 하나의 사이에 있고, 인접한 자석들(220) 사이에 위치된 다수의 측 방향으로 확장하는 슬롯(254)을 가지는 도파관(250)을 더 포함하며, 상기 도파관(250)은 상기 전원(174)으로부터 상기 통로(139)의 내부로 전기 필드의 형태로 에너지를 연결하도록 적응됨으로써, 상기 전기 필드 및 상기 다중 커스프 자기 필드는 상기 통로(139)의 적어도 일부(234)를 따라 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성하도록 협조적으로 상호작용하는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치.
이온 주입 시스템으로서:

경로(129)를 따라 이온 빔(128)을 생성하도록 적응된 이온 소스; 및

내부 통로(139), 전원(174), 상기 내부 통로(139) 내에 장착되는 질량 분석 자석(114), 및 상기 내부 통로(139) 내에 장착되는 자기 장치(170)를 가지는 질량 분석기를 포함하며,

상기 질량 분석기는 상기 이온 소스(112)로부터 이온 빔(128)을 수용하고 적절한 전하-대-질량비의 이온을 상기 경로(129)를 따라 웨이퍼 쪽으로 지향시키도록 적응되며, 상기 전원(174)은 상기 내부 통로(139)에서 전기 필드를 제공하도록 적응되며, 상기 자기 장치(170)는 상기 내부 통로(139)에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응되며, 상기 전기 필드 및 상기 다중 커스프 자기 필드는 상기 내부 통로(139)의 적어도 일부에서 이온 빔 봉쇄를 제공하도록 협조적으로 상호작용하는 이온 주입 시스템.
제13항에 있어서, 상기 자기 장치(170)는 상기 통로(139)의 적어도 일부를 따라 장착되는 다수의 자석(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제13항에 있어서, 상기 전원(174)은 상기 통로(139)에서 전기 필드를 제공하며, 상기 전기 필드는 상기 통로(139)의 적어도 한 부분(234)을 따라 전자 싸이클로트론 공명 조건을 제공하도록 다중 커스프 자기 필드와 협조적으로 상호작용하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제13항에 있어서, 상기 질량 분석기는 상기 통로(139)를 규정하는 상부(222), 하부(224), 및 측 방향으로 대향하는 제1 및 제2 측(204, 206)을 더 포함하며, 여기서 상기 상부(222), 하부(224), 제1 및 제2 측(204, 206)은 입구단(210)과 출구단(212) 사이의 경로(129)를 따라 길이 방향으로 확장하며, 상기 자기 장치(170)는 상기 입구단(210)과 출구단(212) 사이에서 상기 상부(222) 및 하부(224) 측 중 하나 상에 통로(139) 내에 배치된 다수의 길이 방향으로 이격되고 측 방향으로 확장하는 자석(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제16항에 있어서, 2개 이상의 자석(220A, 220B)은 반대의 자기 극성을 갖는 길이 방향으로 반대의 자극을 가지며, 동일한 극성을 갖는 극이 서로 마주보며 서로 인접하게 위치됨으로써, 상기 다중 커스프 자기 필드가 상기 통로(139)에서 발생되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제17항에 있어서, 상기 자기 장치(170)는 상기 입구단(210)과 상기 출구단(212) 사이에서 상부(222)와 하부(224) 측 둘 모두 상에 통로(139) 내에 배치된 다수의 길이 방향으로 이격되고 측 방향으로 확장하는 자석(220)을 포함하며, 상기 전기 필드와 상기 자기 필드는 통로(139) 내의 하나 이상의 영역(234)에서 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성하도록 협조적으로 적응되며, 상기 하나 이상의 영역(234)은 2개 이상의 인접한 자석(220A, 220B)의 2개 이상의 길이 방향으로 마주보는 자극들 부근에 있고, 상기 상부(222)와 하부(224) 측 중 하나로부터 4 내지 6 ㎜의 범위의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제18항에 있어서, 상기 입구단(210)과 상기 출구단(212) 사이에서 경로를 따라 길이 방향으로 그리고 다수의 길이 방향으로 이격된 다수의 자석(220) 뒤에서 확장하며, 인접한 자석들(220) 사이에 위치된 다수의 측 방향으로 확장하는 슬롯(254)을 가지는 도파관(250)을 더 포함하며, 상기 도파관(250)은 고 주파수 전원(174)으로부터 통로(139, 202)의 내부로 전기 필드의 형태로 에너지를 연결하도록 적응됨으로써, 상기 전기 필드 및 상기 다중 커스프 자기 필드는 상기 통로(139, 202)의 적어도 일부(234)를 따라 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성하도록 협조적으로 상호작용하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 영역(234)은 2개 이상의 인접한 자석(220A, 220B)의 2개 이상의 길이 방향으로 마주보는 자극들 부근에 있으며, 상기 상부(222)와 상기 하부(224) 중 하나로부터 5 ㎜의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제20항에 있어서, 상기 전원(174)은 2.45 ㎓의 주파수로 상기 통로(139)에서 전기 필드 에너지를 공급하며, 상기 통로 내의 상기 하나 이상의 영역(234)에서의 자기 필드의 세기는 873 가우스이며, 상기 이온 빔은 1.19 keV의 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
이온 주입 시스템에서 경로를 따라 이온 빔을 조절하기 위한 질량 분석 장치로서:

상기 경로를 따라 통로(139) 내에 장착되는 질량 분석 자석(114);

상기 통로(139)에서 전기 필드를 제공하도록 적응된 고정 주파수 전원(174); 및

상기 통로(139)에서 다중 커스프 자기 필드를 제공하도록 적응되는 자기 장치(170)를 포함하며,

상기 고정 주파수 전원(174) 및 상기 자기 장치(170)는 상기 통로(139)의 적어도 일부에서 이온 빔(138)의 봉쇄를 제공하도록 협조적으로 적응되는 질량 분석 장치.
이온 주입 시스템에서 이온 빔 봉쇄를 제공하기 위한 방법(300)으로서:

이온 소스를 사용하여 길이 방향 경로를 따라 이온 빔을 생성하는 단계(302);

내부 통로 및 상기 내부 통로 내에 장착되는 질량 분석 자석을 갖는 질량 분석기를 제공하는 단계(304);

질량 분석기에서 상기 이온 소스로부터 이온 빔을 수용하는 단계(306);

상기 질량 분석기로부터 상기 경로를 따라 상기 웨이퍼 쪽으로 적절한 전하-대-질량비를 갖는 이온을 지향시키는 단계(308); 및

상기 내부 통로의 적어도 일부에서 전자 싸이클로트론 공명 조건을 발생시키는 단계(310, 312)를 포함하며, 상기 전자 싸이클로트론 공명 조건은 그곳에서 이온 빔 봉쇄를 제공하는 이온 빔 봉쇄를 제공하기 위한 방법.
제23항에 있어서, 상기 내부 통로의 적어도 일부에서 전자 싸이클로트론 공명 조건을 발생시키는 단계는:

상기 통로 내에 장착된 고 주파수 전원을 사용하여 상기 통로에서 전기 필드를 생성하는 단계(310); 및

상기 통로 내에 장착되는 자기 장치를 사용하여 상기 통로의 적어도 일부에서 다중 커스프 자기 필드를 생성하는 단계(312)를 포함하며,

상기 전기 필드 및 상기 다중 커스프 자기 필드는 상기 내부 통로의 적어도 일부에서 전자 싸이클로트론 공명 조건을 생성하도록 협조적으로 상호작용하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 봉쇄를 제공하기 위한 방법.
제24항에 있어서, 상기 자기 장치는 입구단과 출구단 사이에서 상부 및 하부 측 상에 통로 내에 배치된 다수의 길이 방향으로 이격되며 측 방향으로 확장하는 자석을 포함하며, 상기 이온 빔 봉쇄를 제공하기 위한 방법은 상기 전기 필드 및 상기 자기 필드를 이용하여 상기 통로 내의 하나 이상의 영역에서 전자 싸이클로트론 공명 조건을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 영역은 2개의 인접한 자석의 2개 이상의 길이 방향으로 마주보는 자극들 부근에 있으며 상기 상부 및 상기 하부 측 중 하나로부터 4 내지 6 ㎜의 범위의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 봉쇄를 제공하기 위한 방법.