KR100714928B1 - 이온 주입기를 위한 고 전달, 저 에너지 빔라인 장치 - Google Patents
이온 주입기를 위한 고 전달, 저 에너지 빔라인 장치 Download PDFInfo
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Abstract
이온 빔 장치는 이온 소스, 제1 마그넷 조립체, 분해구를 형성하는 구조물 및 제2 마그넷 조립체를 포함한다. 이온 소스는 리본 이온 빔을 발생시키기 위한 장형 추출구를 가지고 있다. 제1 마그넷 조립체는, 리본 이온 빔 내의 다른 이온 종이 분리되도록, 리본 이온 빔을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 수직하게 굴절시키기 위한 제1 자기장을 제공한다. 제2 마그넷 조립체는 소정의 이온 궤적을 생성하기 위하여 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 평행하게 굴절시키기 위한 제2 자기장을 제공한다. 리본 이온 빔의 폭은 빔라인의 대부분에 결쳐 증가한다. 결국, 저 에너지 성능은 강화된다.
이온 주입, 빔라인 구성, 저 에너지, 반도체 웨이퍼, 공간 전하 효과
Description
본 발명은 작업편에 이온 주입(ion implantation)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 저에너지 이온으로 반도체 웨이퍼에 이온 주입하게 하는 빔라인 구성(beamline architecture)에 관한 것이다.
이온 주입은 전도성을 변환시키는 불순물을 반도체 웨이퍼로 주입하기 위한 표준 기술이 되어 왔다. 소정의 불순물 재료는 이온 소스에서 이온화되고, 이온은 미리 설정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속되며, 이온 빔은 웨이퍼의 표면으로 안내된다. 상기 빔 내의 에너지가 왕성한 이온은 반도체 재료의 체적 내로 침투하고 소정의 전도성 영역을 형성하기 위하여 반도체 재료의 결정 격자 내로 주입된다.
이온 주입 시스템은 통상적으로 기체 또는 고형물 재료를 양호하게 형성된 이온 빔으로 변환시키기 위한 이온 소스를 포함한다. 상기 이온 빔은 바람직스럽지 못한 이온 종(species)을 제거하기 위해 질량 분석되고, 소정의 에너지로 가속되며, 대상면 상으로 안내된다. 상기 빔은 빔 스캐닝, 대상물 이동 또는 빔 스캐닝과 대상물 이동의 결합에 의해 대상 영역으로 분배된다. 종래 기술의 이온 주입 기의 예는 1981년 6월 30일자로 엔지(Enge)에게 허여된 미국 특허 제4,276,477호와, 1981년 8월 11일자로 터너(Turner)에게 허여된 미국 특허 제4,283,631호와, 1990년 2월 6일자로 프레이치스 등(Freytsis et el)에게 허여된 미국 특허 제4,899,059호 및 1990년 5월 1일자로 버라이언 등(Berrian et el)에게 허여된 미국 특허 제4,922,106호에 개시되어 있다.
반도체 산업에서 잘 알려진 추세는 소형화, 고속화 장치를 지향하고 있다. 특히, 반도체 장치에서 측면 치수 및 형상 깊이는 모두 감소하고 있다. 반도체 장치 기술의 상황은 1000 옹스트롬보다 작은 접합부 깊이(junction depth)를 요구하고 결국 약 200 옹스트롬 이하의 접합부 깊이를 요구하게 될 수 있다.
도핑 재료(dopant material)의 주입 깊이는, 적어도 부분적으로는, 반도체 웨이퍼 내로 주입되는 이온의 에너지에 의해 결정된다. 얕은(shallow) 접합부는 낮은 주입 에너지에서 얻어진다. 이온 주입기는 대체로 상대적으로 높은 주입 에너지, 예를 들면 50 KeV 내지 400 Kev의 범위에서의 효율적인 작동을 위해 설계되고, 얕은 접합부 주입에 요구되는 에너지에서는 효율적으로 기능하지 못할 수 있다. 2 KeV 이하의 에너지와 같은 낮은 주입 에너지에서, 웨이퍼로 전달되는 전류는 소정의 경우보다 훨씬 작고 어떤 경우에는 거의 제로에 가까울 수 있다. 결국, 극단적으로 긴 주입 시간이 특정 선량(dose)을 획득하는 데 필요하지만 처리량에는 불리하게 작용한다. 이러한 처리량의 감소는 제조 비용을 증가시키며 반도체 장치 제조업자에게 받아들여질 수 없다.
고 전류 리본 빔을 생성하기 위한 이온 주입기 구성이 1994년 9월 27일자로 화이트 등(White et el)에게 허여된 미국 특허제5,350,926호에 개시되어 있다. 이온 소스는 수평 면으로 발산하는 이온 빔을 발생시킨다. 분석 마그넷(analyzing magnet)은 이온 빔 내의 소정의 종을 분해 슬릿(resloving slit)으로 굴절시키고 이온 빔 내의 소정의 종을 분해 슬릿으로 집중시킨다. 제2 마그넷은 평행한 이온 궤적(trajectory)을 생성하기 위하여 분해 슬릿을 통과하는 빔을 굴절시킨다. 개시된 이온 주입기는 다양한 조건에서 충분히 만족스런 성능을 가진다. 그러나 저 에너지에서는, 공간 전하 효과(space charge effect)가, 특히 빔이 집중되는 고 전류 밀도 영역에서, 빔을 확산시키며 저 에너지에서의 성능은 만족스럽지 못할 수 있다. 유사한 결함을 가지는 다른 빔라인 구성이 1992년 6월 30일자로 화이트(White)에게 허여된 미국 특허 제5,126,575호에 개시되어 있다.
따라서, 저 에너지에서 고 이온 빔 전류를 전달할 수 있는 이온 주입기용의 향상된 빔라인 구성이 필요하다.
본 발명의 제1 태양에 따라, 이온 빔 장치가 제공된다. 상기 이온 빔 장치는 이온 소스, 제1 마그넷 조립체, 분해구(resolving aperture)를 형성하는 구조물 및 제2 마그넷 조립체를 포함한다. 상기 이온 소스는 리본(ribbon) 이온 빔을 발생시키기 위한 장형 추출구(elongated extraction aperture)를 가진다. 제1 마그넷 조립체는 리본 이온 빔을 리본 이온 빔 단면의 장경(long dimension)에 대해 수직하게 굴절시키기 위한 제1 자기장을 제공하는데, 여기서 리본 이온 빔 내의 다른 이온 종이 분해된다. 분해구는 분해된 이온 빔으로부터 소정의 이온 종을 선택한 다. 제2 마그넷 조립체는 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종이 소정의 이온 궤적을 생성하도록 하기 위하여 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 수평하게 굴절시키기 위한 제2 자기장을 제공한다. 바람직하게는, 소정의 이온 궤적들은 실질적으로 평행하다. 리본 이온 빔의 폭은 빔라인의 대부분을 따라 증가한다. 결국, 저 에너지 성능은 강화된다.
제1 마그넷 조립체는 리본 이온 빔이 통과하는 제1 갭(gap)에 의해 분해된 제1 극편(polepiece)들을 가지는 분해 마그넷(resolving magnet)을 포함하는 것이 바람직하다. 제2 마그넷 조립체는 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온이 통과하는 제2 갭에 의해 분해된 제2 극편들을 가지는 각도 교정 마그넷(angle corrector magnet)을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 제1 마그넷 조립체에 의해 생성된 제1 자기장은 실질적으로 수평이고 제2 마그넷 조립체에 의해 생성된 제2 자기장은 실질적으로 수직이다. 제1 마그넷 조립체는 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 약 20° 내지 90° 범위의 각도로 굴절시키는 것이 바람직하고 약 60°의 각도가 보다 바람직하다. 제2 마그넷 조립체는 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 약 20° 내지 90° 범위의 각도로 굴절시키는 것이 바람직하고 약 70°의 각도가 보다 바람직하다.
일 실시예에서, 분해구를 형성하는 구조물은 제1 및 제2 마그넷 조립체 사이에 위치하는 마스크(mask)를 포함한다. 다른 실시예에서, 분해구를 형성하는 구조물은 제2 마그넷 조립체의 제2 극편들을 포함하고, 제2 갭의 입구가 분해구를 구성한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 이온 빔을 생성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 장형 추출구를 가지는 이온 소스 내에서 리본 이온 빔을 발생시키는 단계, 리본 이온 빔 내의 다른 이온 종이 분해되도록 상기 리본 이온 빔을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 수직하게 굴절시키는 단계, 분해된 리본 이온 빔으로부터 하나의 이온 종을 선택하는 단계 및 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종이 소정의 이온 궤적을 생성하도록 하기 위하여 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 리본 이온 빔의 장경에 대해 수평하게 굴절시키는 단계들을 포함한다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 첨부된 첨부도면을 참고 자료로서 참조한다.
도1 및 도2는 각각 본 발명에 따른 이온 빔 장치의 실시예의 평면도 및 측면도이다.
도3은 도1 및 도2의 이온 빔 장치 내의 리본 이온 빔의 형상도이다.
도4는 이온 소스로부터의 거리의 함수로서 리본 이온 빔의 폭 및 높이의 그래프이다.
도5는 도1 및 도2에 도시한 분해 마그넷의 정면 단면도이다.
도6은 도5의 6-6선을 따라 취한 분해 마그넷의 단면도이다.
도7은 도5 및 도6의 분해 마그넷에 의해 생성된 자기장의 형상도이다.
도8은 도1 및 도2에 도시한 이온 소스의 실시예의 개략적인 블록도이다.
본 발명에 따른 이온 빔 장치의 실시예를 단순화한 개략적인 블록도가 도1 및 도2에 도시되어 있다. 도1은 평면도이고 도2는 측면도이다. 도면에서 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 가지고 있다. 도1 및 도2의 이온 빔 장치는 이온 주입기에 채용되어 사용될 수 있는 빔라인 구성을 구현한다.
이온 소스(10)는 이온을 발생시키고 이온 빔(12)을 공급한다. 아래에 서술한대로, 이온 빔(12)은 수평 방향을 가지는 빔 단면의 장경을 갖는, 장형 단면을 가지고 있으며 리본형이다. 도1 및 도2의 실시예에서, 이온 소스(10)는 이온 빔(12)이 수평면에 대하여 거의 60˚의 각도로 장형 출구를 통과해 이온 소스(10)를 방출되도록 지향된다. 질량 분석기(20)는, 분해구(26)를 가지는 마스크(24)와 분해 마그넷(22)을 포함할 수 있고, 이온 소스(10)에 의해 발생된 입자들로부터 소정의 이온 종을 선택한다. 소정의 이온 종의 이온은 분해구(26)를 통과해 각도 교정 마그넷(40)까지 지난다. 각도 교정 마그넷(40)은 소정의 이온 종의 이온을 굴절시키고 이온 빔을 발산하는 이온 빔에서 실질적으로 평행한 이온 궤적을 가지는 리본 이온 빔(42)으로 변환시킨다.
말단 스테이션(50)은 소정의 이온 종의 이온이 반도체 웨이퍼 내로 주입되도록 하나 이상의 반도체 웨이퍼를 웨이퍼(52)와 같은 리본 이온 빔(42)의 경로 내에 지지한다. 스캐너(60)는 이온을 웨이퍼(52)의 표면 위로 분배하기 위하여 리본 이온 빔(42) 단면의 장경에 대해 수직한 웨이퍼(52)를 이동시킨다.
이온 주입기는 당해 기술의 숙련자에게 알려진 부가적인 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 말단 스테이션(50)은 대체로 웨이퍼를 이온 주입기 내로 인도하 높은 주입 후에는 웨이퍼를 제거하기 위한 자동 웨이퍼 처리 장치를 포함한다. 또한, 말단 스테이션(50)은 선량 측정 시스템, 전자 플러드 건 및 다른 공지의 요소를 포함할 수 있다. 상기 이온 빔이 가로지르는 전체 경로는 이온 주입하는 동안 진공 처리된다는 것은 알 수 있을 것이다.
분해 마그넷(22)은 극편(22a)과 극편(22b) 사이의 갭(72) 내에 자기장(70)을 생성시키는 쌍극(dipole) 마그넷일 수 있다. 도1 및 도2의 실시예에서, 자기장(70)은 수평이다. 특히, 자기장(70)은 리본 이온 빔(12)의 단면의 장경에 대해 평행하고 이온 빔 이동 방향에 대해 수직하다. 당해 기술에서 공지된대로, 상기 이온 빔의 이온은 자기장에 의해 이온 빔 이동 방향에 대해 수직하고 자기장 방향에 대해 수직한 방향으로 굴절된다. 따라서, 이온 빔(12)의 이온은 수평 자기장(70)에 의해 리본 이온 빔의 단면의 장경에 대해 수직한 수직 평면으로 굴절된다.
쌍극 자기장에서, 이온은 이온 질량과 전자 볼트의 에너지에 관계되는 경로를 따른다. 따라서, 동일한 전하를 가지나 다른 질량을 가지는 이온은 분해 마그넷(22)에 의해 다른 각도로 굴절된다. 소정의 질량 및 에너지를 가지는 이온은 분해 마그넷(22)에 의해 분해구(26)를 통과하도록 굴절된다. 도1 및 도2의 실시예에서, 분해 마그넷(22)은 소정의 질량 및 에너지의 이온을 약 60˚로 굴절시켜, 이온 빔(12)은 분해구(26)를 통과할 때 실질적으로 수평이 된다. 도2에서 빔(12a) 및 빔(12b)으로 표시된, 소정의 이온 종과 다른 이온은 상이한 각도로 굴절되고 마스크(24) 또는 빔라인 내의 다른 구조물에 의해 차단된다. 따라서, 분해 마그넷(22) 은 상기 빔 내의 이온의 질량에 따라 이온 빔(12)을 분리한다.
분해 마그넷(22)은 약 30 내지 40 범위의 분해능(resolving power)을 가지는 것이 바람직하지만, 이 범위로 제한되지는 않는다. 상기 분해능은 상이한 질량, 보다 정확하게는, 상이한 운동량의 빔을 분리하는 분석 마그넷 능력의 측정치이다. 상기 분해능은 통상 질량 분석에 대한 M/DM, 또는 운동량 분해능에 대한 p/Dp와 동일하게 정의된다. 이는 분석되는 질량(가로 좌표)에 대한 전달된 빔의 편차(세로 좌표)를 측정하는 데 사용되는, 예를 들면 차트 레코더에 의해 생성될 수 있는 스펙트럼의 측정치를 나타낸다. DM은 스펙트럼 피크의 전체 폭의 절반 최대폭이고, M은 그 평균 질량이다. 유사한 정의가 운동량 분석에 대해 적용된다. 또한, 분해 마그넷(22)은 이온 소스(10)의 출구에 대해 실용적일 만큼 근접하게 위치된다. 갭(72)은 리본 이온 빔(12)을 통과시키기 위한 충분한 폭을 가지고 있다. 일 예에서, 갭(72)은 100 밀리미터(mm)이다. 분해 마그넷(22)는 소정의 종의 이온을 약 20˚ 내지 90˚ 범위의 각도로 굴절시키도록 설계될 수 있다.
분해 마그넷(22)은 이온 빔(12)을 수직하게 집중시켜, 상기 빔은 각도 교정 마그넷(40)의 내부 또는 이의 근접부에서 최소 높이를 가지게 된다. 그러나, 이온 빔(12)은 수평 방향으로는 집중되지 않고 분해 마그넷(22) 및 각도 교정 마그넷(40)의 적어도 일부를 통과하여 계속 확산된다. 따라서, 전류 밀도는 분해구에서 이온 빔을 집중시키는 전형적인 질량 분석기의 경우에 있어서는 결코 급격히 증가하지 않는다. 전류 밀도는 빔라인을 통해 감소하기 때문에, 저 에너지에서 공간 전하 효과는 제한되고 조절되지 않는 빔 확산이 방지된다.
각도 교정 마그넷(40)은 자기장(80)이 극편(40a)과 극편(40b) 사이의 갭(82) 내에서 생성되는 쌍극 마그넷일 수 있다. 도1 및 도2의 실시예에서, 갭(82) 내의 자기장(80)은 수직이다. 갭(82)을 통한 이온 빔 이동 방향은 수평이기 때문에, 도1에서 도시한 바와 같이, 이온 빔(12)은 자기장(80)에 수직하고 이온 빔 이동 방향에 수직한 수평 평면으로 굴절된다. 따라서 상기 이온 빔은 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 평행하게 굴절된다. 각도 교정 마그넷(40)의 극편(40a) 및 극편(40b)은 리본 이온 빔(12)의 폭을 가로질러 상이한 굴절을 생성하도록 설계되어, 각도 교정 마그넷(40)에 의한 리본 이온 빔(42) 출력의 이온은 소정의 궤적, 바람직하게는 실질적으로 평행한 궤적을 가진다. 바람직하게는, 리본 이온 빔(42)의 모든 이온은 실질적으로 동일한 각도로 웨이퍼(52)의 표면에 투사된다. 도1 및 도2의 예에서, 각도 교정 마그넷(40)은 리본 이온 빔(12)에서 약 70˚의 수평 굴곡부를 생성한다. 보다 일반적으로는, 각도 교정 마그넷(40)은 약 20˚ 내지 90˚ 범위의 각도로 리본 이온 빔(12)을 굴곡시키도록 설계된다.
각도 교정 마그넷(40)의 디자인은 입력부 이온 빔의 특징 및 출력 이온 빔의 소정의 궤적에 따라 달라진다. 각도 교정 마그넷의 디자인은 당해 기술의 숙련자에게 잘 알려져 있다. 예를 들면, 70˚ 각도 교정 마그넷은 베리안 어소시에이츠, 인크.(Varian Associates, Inc.)에 의해 제조 및 판매되는 SHC 80 이온 주입기에 사용된다.
전술한대로, 분해구(26)를 가지는 마스크(24)는 이온 소스(10)에 의해 발생되고 분해 마그넷(22)에 의해 분리된 이온 빔으로부터 소정의 이온 종을 선택하기 위해 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 마스크(24)는 사용되지 않는다. 대신, 각도 교정 마그넷(40)에서 갭(82)의 입구(90)가 분해구로서의 기능을 한다. 바람직스럽지 못한 이온 종은 극편(40a) 및 극편(40b), 또는 상기 빔라인의 다른 구조물에 의해 차단된다.
전술한 빔라인 구성을 통과하는 경우, 리본 이온 빔(12)의 3차원적 형상이 도3에 도시되어 있다. 도면 부호 110으로 나타낸 바와 같이, 리본 이온 빔(12)은 수평면에 대해 60˚의 각도로 이온 소스(10)로부터 방출된다. 상기 리본 이온 빔은 수평 방향의 장경을 갖는 장형 단면을 가진다. 도면 부호 112로 나타낸 바와 같이, 분해 마그넷(22)은 리본 이온 빔을 60˚의 바람직한 각도로 수직 평면으로 굴절시키기 위한 수평 자기장을 생성한다. 도면 부호 114로 나타낸 바와 같이, 분해 마그넷(22)으로부터 방출되는 리본 이온 빔은 실질적으로 수평이다. 그 후, 상기 빔은 각도 교정 마그넷(40)을 통과하고 도면 부호 116으로 나타낸 바와 같이, 수평 평면으로, 바람직하게는 약 70˚의 각도로 굴곡된다. 각도 교정 마그넷(40)으로부터의 리본 이온 빔(42) 출력은 실질적으로 평행한 이온 궤적을 가지고 있다.
상기 리본 이온 빔은 이온 소스(10)의 출구에서는 거의 50 mm에서, 웨이퍼(52) 상에 투사되는 곳에서는 300 mm보다 큰 폭으로 증가할 수 있다. 상기 리본 이온 빔은 폭(W), 또는 장경 및 높이(H)에 의해 특징지워지는 단면(120)을 가지고 있다. 상기 실시예에서, 폭(W)는 상기 빔이 웨이퍼(52) 상에 투사되는 곳에서 300 mm보다 클 수도 있다. 상기 리본 이온 빔이 본 발명의 범위 내에서 상이한 단면 치수를 가질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 분해 마그넷(22)에 의해 생성되는 소정의 이온 종의 수직 굴곡 및 각도 교정 마그넷(40)에 의해 생성되는 수평 굴곡은 본 발명의 범위 내에서 변화할 수 있다. 상기 빔라인 구성이 수평 자기장을 생성하는 분해 마그넷(22) 및 수직 자기장을 생성하는 각도 교정 마그넷(40)에 대해 서술되었지만, 상기 설명한 빔라인 구성은 분해 마그넷이 빔을 제1 평면으로 굴곡시키고 각도 교정 마그넷이 빔을 제1 평면과 직교하는 제2 평면으로 굴곡시키는 소정의 방향을 가질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
이온 소스(10)로부터의 거리의 함수로서 리본 이온 빔의 폭 및 리본 이온 빔의 높이의 그래프가, 본 발명의 예로서 도4에 도시되어 있다. 곡선(150)은 이온 소스(10)로부터의 거리의 함수로서, 수평 방향으로 리본 이온 빔의 폭의 1/2을 나타난다. 곡선(154)는 이온 소스(10)로부터의 거리의 함수로서, 리본 이온 빔의 높이의 1/2를 나타난다. 상기 그래프의 영역(160)은 분해 마그넷(22)의 갭(72)에 상응하고, 그래프의 영역(162)는 각도 교정 마그넷(40)의 갭(82)에 상응한다. 곡선(15)로 나타낸 바와 같이, 각도 교정 마그넷(40)의 출력 전에 이온 소스(10)로부터 소정의 지점까지 이온 빔의 폭은 증가한다는 것을 관찰할 수 있다. 곡선(150)의 세그먼트(150a)로 나타낸 바와 같이, 상기 빔은 각도 교정 마그넷(40)의 출력부와 웨이퍼(52) 사이에 폭이 일정하게 유지된다. 빔라인을 통해 곡선(154)로 나타낸 바와 같이, 리본 이온 빔은 높이가 거의 일정하게 유지되며, 최소 높이는 각도 교정 마그넷(40)의 출력부 부근에서 발생한다.
분해 마그넷(22)의 일 실시예의 단면도가 도5에 도시되어 있다. 도5의 라인 6-6을 따라 취해진, 분해 마그넷의 단면이 도6에 도시되어 있다. 분해 마그넷(22), 극편(22a, 22b)들은 리본 이온 빔(12)이 통과하는 갭(72)에 의해 분리된다. 분석 마그넷(22)은 코일(200, 202) 및 자석 부재(210, 212, 214, 216)를 포함하는 리턴 요크(return yoke)를 더 포함한다. 코일(200, 202)을 흐르는 전류는 극편(22a, 22b) 및 갭(72)에서 자기장을 생성한다. 자석 부재(210, 212, 214, 216)는 극편(22a, 22b)들을 상호 연결시키고 갭(72)에서 발생된 자기장의 복귀 경로를 제공한다.
한 디자인에서, 분해 마그넷(22)은 400 밀리미터의 굴곡 반경, 60˚의 굴곡 각, 100 밀리미터의 극갭(pole gap) G 및 159 밀리미터의 극폭(pole width)을 가지고 있다. 분해 마그넷(22)에 의해 생성되는 최대 자기장은 0.885 테슬라(Tesla)이다. 코일(200, 202)들은 각각 310 회전 및 0.214 옴(Ohm)의 총 코일 저항을 가질 수 있다. 상기 마그넷은 26.8 볼트의 코일 전압 및 125 암페어의 최대 전류에서 작동될 수 있다.
이 디자인에 의해 생성되는 자기장의 컴퓨터 해석이 도7에 도시되어 있다. 자기장은 도7에 도시된 라인 A-A 및 B-B를 중심으로 대칭이기 때문에, 분석 마그넷의 1/4을 도시한다. 극편(22a) 상의 돌출부(230)가 리본 이온 빔이 통과하는 갭(72)의 영역 내에서 보다 균일한 자기장을 생성한다는 것이 측정되었다. 대칭식 돌출부가 극편(22a)의 대향 모서리부 상에 형성될 수 있고 유사한 돌출부들이 극편(22b) 상에 형성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기 예는 리본 이온 빔이 형성된 영역 내에서 1% 더 나은 자기장 균일도를 제공한다. 본 발명의 범위 내에서 다양한 다른 분해 마그넷 구성이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
적절한 이온 소스(10) 및 관련 요소가 도8에 도시되어 있다. 프리맨(Freeman), 버나스(Bernas), 또는 마이크로웨이브 이온 소스를 포함하는 다양한 이온 소스가 사용될 수 있다. 프리맨 이온 소스는 도8에 도시되어 있다. 이온 빔(12)은 리본 형상이고 이온 소스(10) 내의 곡선 슬롯(slot)을 방출할 때 초기에는 50 내지 75 밀리미터 넓이 및 2 내지 5 밀리미터 높이 사이일 수 있다.
이온 소스(10)는 장형, 슬롯형의 구멍을 가로질러 공간적으로 균일한 이온 분포를 제공한다. 이온 소스(10)는 전류가 소스 챔버 내의 고온 필라멘트를 통과하도록 하기 위한 동력 소스(325)를 포함한다. 자석(310)은 소스 챔버 내의 가스 분자들이 충분하고도 균일하게 이온화되도록 방출 전자를 제한하기 위하여 자기력 공급기(324)에 의해 충전된다. 3개의 슬롯 그리드(311, 312, 313)의 배치는 소스로부터 이온을 감금, 추출 및 가속시킨다. (도시되지 않은) 가스 소스는 소정의 종의 가스를 이온 소스 챔버로 공급한다. 추출 그리드(311)는 빔 내의 이온이 추출 그리드(311)의 후방 약 150 밀리미터에 위치한 곡률 반경으로부터 발산하고 ±5˚보다 큰 각도로 발산하는 궤적을 따라 표면에 대해 수직하게 초기 가속화되도록 외향으로 볼록하게 굴곡될 수 있다. 그리드(312)는 그리드(311)의 윤곽에 대해 나란한 후방면을 가지고 있어, 방출 전자가 그리드(311)의 표면 윤곽에 대해 수직하게 가속된다. 고압 추출 소스(320)에 의해 충전되는 그리드(313)는 그리드(312)의 전면에 대해 평행한 평판이다. 억제력 공급기(322)는 그리드(312)를 이온 소스에 대해 보다 높은 전위차로 유지하기 위하여, 그리드(312, 313)들 사이에 연결되는데, 이온 빔의 에너지는 그리드(312)에서 그리드(313)를 지나는 동안 감소하고, 빔 은 조금 평행하게 된다. 이온 소스(10)에 관한 추가적인 세부 설명은 미국 특허 제5,350,926호에 설명되어 있는데, 본 명세서에서 참고한다.
따라서, 분해 마그넷(22)은 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 평행한 자기장(70)을 생성하고 리본 이온 빔을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 수직하게 굴절시킨다. 각도 교정 마그넷(40)은 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 수직한 자기장을 생성하고 리본 이온 빔을 리본 이온 빔의 장경에 대해 평행하게 굴절시킨다. 또한, 상기 분해 마그넷 및 각도 교정 마그넷에 의해 생성된 자기장은 서로에 대해 직교한다. 상기 리본 이온 빔의 폭은 빔라인의 대부분에 걸쳐 증가한다. 결국, 공간 전하 효과에 의해 야기되는 빔 확산은 제한되고, 저 에너지 성능은 강화된다.
현재 본 발명의 바람직한 실시예로 간주된 것들을 도시하고 설명하는 동안, 여기에는 첨부된 청구항에 의해 규정된대로 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서 다양한 변경과 개조가 이루어질 수 있다는 것이 당해 기술의 숙련자에게는 명백할 것이다.
Claims (19)
- 이온 빔 장치에 있어서,장경을 갖춘 단면을 갖는 리본 이온 빔을 발생시키기 위한 장형 추출구를 구비한 이온 소스와,상기 리본 이온 빔 내의 다른 이온 종은 분리되도록, 리본 이온 빔을 그 장경에 대해 평행하게 집중시키지 않으면서 상기 리본 이온 빔을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 수직하게 굴절시키기 위한 제1 자기장을 제공하는 제1 마그넷 조립체와,상기 분리된 리본 이온 빔으로부터 하나의 이온 종을 선택하기 위한 분해구를 형성하는 구조물과,상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 소정의 이온 궤적을 생성하기 위해 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 평행하게 굴절시키기 위한 제2 자기장을 제공하는 제2 마그넷 조립체를 포함하고, 상기 이온 소스에 의해 발생된 리본 이온 빔은 그 장경에 대해 평행하게 발산하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 60˚의 각도로 굴절시키기 위한 상기 제1 자기장을 제공하는 분해 마그넷을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 70˚의 각도로 굴절시키기 위한 상기 제2 자기장을 제공하는 각도 교정 마그넷을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 마그넷 조립체에 의해 생성된 소정의 이온 궤적은 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔이 통과하는 제1 갭에 의해 분리된 제1 극편들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온이 통과하는 제2 갭에 의해 분리된 제2 극편들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 자기장은 실질적으로 수평이고 상기 제2 자기장은 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 분해구를 형성하는 구조물은 상기 제1 및 제2 마그넷 조립체 사이에 위치되는 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제6항에 있어서, 분해구를 형성하는 구조물은 상기 제2 마그넷 조립체의 제2 극편들을 포함하고, 상기 제2 갭의 입구는 상기 분해구를 구성하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 20˚ 내지 90˚ 범위의 각도로 굴절시키는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 20˚ 내지 90˚ 범위의 각도로 굴절시키는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 이온 빔 생성 방법에 있어서,(a) 장경을 갖춘 단면을 갖는 리본 이온 빔을 장형 추출구를 갖는 이온 소스 내에서 발생시키는 단계와,(b) 상기 리본 이온 빔 내의 다른 이온 종은 분리되도록, 리본 이온 빔을 그 장경에 대해 평행하게 집중시키지 않으면서 상기 리본 이온 빔을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 수직하게 굴절시키는 단계와,(c) 상기 분리된 리본 이온 빔으로부터 하나의 이온 종을 선택하는 단계와,(d) 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 소정의 이온 궤적을 생성하기 위해 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 리본 이온 빔 단면의 장경에 대해 평행하게 굴절시키는 단계들을 포함하고, 상기 이온 소스에 의해 발생된 리본 이온 빔은 그 장경에 대해 평행하게 발산하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 방법.
- 제12항에 있어서, 단계 (b)는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 20˚ 내지 90˚ 범위의 각도로 굴절시키는 것을 포함하고, 단계 (d)는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 20˚ 내지 90˚ 범위의 각도로 굴절시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 방법.
- 제12항에 있어서, 단계 (b)는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 60˚로 굴절시키는 것을 포함하고, 단계 (d)는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 70˚로 굴절시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 방법.
- 제12항에 있어서, 단계 (d)는 선택된 이온 종의 이온을 실질적으로 평행한 이온 궤적을 생성하도록 굴절시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 방법.
- 제12항에 있어서, 단계 (b)는 상기 리본 이온 빔을 실질적으로 수평인 제1 자기장으로 굴절시키는 것을 포함하고, 단계 (d)는 상기 리본 이온 빔에서 선택된 이온 종의 이온을 실질적으로 수직인 제2 자기장으로 굴절시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 생성 방법.
- 이온 빔 장치에 있어서,리본 이온 빔을 발생시키기 위한 장형 추출구를 가지는 이온 소스와,상기 리본 이온 빔 내의 다른 이온 종이 분리되도록 리본 이온 빔을 수평인 자기장에 대해 실질적으로 평행인 평면으로 집중시키지 않으면서 상기 리본 이온 빔을 굴절시키기 위한 실질적으로 수평인 자기장을 제공하는 분해 마그넷 조립체와,상기 분리된 리본 이온 빔으로부터 하나의 이온 종을 선택하기 위한 분해구를 형성하는 구조물과,상기 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 소정의 이온 궤적을 생성하기 위해 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 굴절시키기 위한 실질적으로 수직인 자기장을 제공하는 각도 교정 마그넷 조립체를 포함하고, 상기 이온 소스에 의해 발생된 리본 이온 빔은 추출구의 장경에 대해 평행인 평면으로 발산하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 분해 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 60˚로 굴절시키고, 상기 각도 교정 마그넷 조립체는 상기 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 70˚로 굴절시키는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
- 이온 빔 장치에 있어서,장경을 갖춘 단면을 갖는 리본 이온 빔을 발생시키기 위한 장형 추출구를 가지는 이온 소스와,상기 리본 이온 빔 내의 서로 다른 이온 종이 분리되도록, 상기 리본 이온 빔을 굴절시키기 위해 리본 이온 빔의 장경에 대해 평행하게 지향된 제1 자기장을 제공하는 제1 마그넷 조립체와,상기 분리된 리본 이온 빔으로부터 하나의 이온 종을 선택하기 위한 분해구를 형성하는 구조물과,상기 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종이 소정의 이온 궤적을 생성하기 위하여 상기 리본 이온 빔 내의 선택된 이온 종의 이온을 굴절시키기 위해 리본 이온 빔의 장경에 대해 수직하게 지향된 제2 자기장을 제공하는 제2 마그넷 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 장치.
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