KR100913445B1 - 이온 주입기 장치 및 연속 이온 비임의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하는 방법 - Google Patents

이온 주입기 장치 및 연속 이온 비임의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

연속 이온 비임에 적용되는 연속 자기장을 생성하기 위한 전자기 조절기 조립체가 설명된다. 조립체는 이동하는 연속 리본형 비임의 균일성을 제어하기 위한 구조로 되며, 전류 균일성을 증가시키기 위해 파라미터로서 자기장의 자기장 변화도를 직접 조절하는 것을 가능하게 한다.
비임, 자극, 전류, 전자기, 조절기, 강자성체

Description

이온 주입기 장치 및 연속 이온 비임의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하는 방법 {ION IMPLANTER APPARATUS AND METHOD FOR ADJUSTING AND CONTROLLING UNIFORMITY OF CHARGED PARTICLES IN CONTINUOUS ION BEAM}
본 발명은 2003년 3월 28일에 "이온 비임 조절 배열체"라는 제목으로 출원된 미국 특허 가출원 제60/458,672호의 주제로 처음 출원되었다.
본 발명은 일반적으로 이온 비임 내에 대전된 입자의 균일성을 제어하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 더 균일한 리본형 연속 이온 비임의 생성에 관한 것이며, 이러한 연속 비임 내의 대전된 입자의 전류 밀도를 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공하며, 준비된 작업편(workpiece)을 대전된 이온으로 처리하기 위한 타겟면으로 지향되는 평행한 리본형 연속 비임의 일 횡방향을 따르는 전류 균일성을 제어하기 위한 조립체를, 예를 들어, 이온 빔 균일성이 고도 정밀도로 제어되어야만 하는 규소 웨이퍼 또는 플랫-패널 디스플레이 기판을 도핑(doping)하기 위한 이온 주입기를 제공한다.
이온 비임으로 재료를 처리하는 분야에서, 제어된 전류 균일성을 가지는 크고, 대략 평행한 리본형 이온 비임을 생성하기 위해 다양한 기술이 개발되어 왔다. 이 명세서에서, "제어된"이란 용어는, 균일할 (즉, 균질이거나, 대칭이거나 또는 규칙적일) 수 있으며 또는 미리 정해진 방식이나 [좌우 선형 램프(left-right linear ramp)와 같은] 미리 선택된 패턴으로 가변적이고 불균일할 수 있는 소정의 프로파일에 비임의 긴 횡방향 치수(타겟 방향 또는 이동 축)를 따르는 전류 밀도가 충실하다는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
연속 리본형 비임을 이용하지만 균일성을 제어하는 어떠한 유효한 수단을 생략한 이온 주입기의 예들을 찾아낼 수 있다. 이들의 대부분은 오염 종(species)을 제거하기 위해 이온 비임을 분석하는 어떠한 수단도 생략하고 있다. 예컨대, 아르미니(Armini) 등이 저술한 "비-질량체 분석 솔라 셀 이온 주입기(Non-Mass-Analyzed Solar Cell Ion Implanter)"[노스홀란드, 엘스비어(Elsevier)지, B6판(1985년), 94쪽, Nucl.Instr. and Meth 발행]를 참조할 수 있다.
이온 비임의 전류 밀도 균일성을 제어하기 위한 종래의 이용가능한 조립체 및 기술은 다음과 같다.
(i) 미국 특허 제5,350,926호에 개시된 발명은 비임의 균일성을 제어하기 위한 (굽힘 자석 내에 통합된 또는 개별 조립체로서의) 다극 요소를 사용하는 방법 뿐만 아니라 이온 비임을 분석하고, 형태를 만들고 평행하게 하기 위한 자석을 사용하는 방법을 교시한다.
(ⅱ) 베리언 반도체 기기 협회(Varian Semiconductor Equipment Associate Inc.)에 의해 판매되는 (VIISta-80으로 알려진) 상용 주입 시스템에서는, 편향 자석 내에 이산 세트(discrete set)의 폴 피스(pole piece)의 물리적 운동이 리본 비임의 긴 치수 및 그 이동 방향에 수직으로(직교하게) 놓이는 국부 쌍극자계 성분의 편차(variation)를 발생시킨다.
(ⅲ) 미쯔이 엔지니어링(Mitsui Engineering) 및 쉽빌딩(Shipbuilding, MDI-100)에 의해 판매되는 상용 주입기에서는, 이온 비임을 둘러싸는 요우크 상에 장착된 아이언 폴 피스(iron pole piece)의 직사각형 어레이로서 이산 다극 장치(discrete multipole device)가 제공된다. 각각의 폴 피스는 그 주위에 감겨진 분리 코일에 의해 개별적으로 여기된다. 결과로 얻은 자기장은 리본형 이온 비임이 관통하여 통과하는 중앙 직사각형 개구 내에 적용되는데, 이 자기장은 공간적으로 변하는 쌍극 성분으로 구성되며 이온들이 통과하기 위한 궤적들의 국부적 미소 편향을 야기한다. 이어서, 다극 장치보다 하류측의 처리면에서, 궤적 편향이 이온 비임에 대한 전류 밀도 내에서의 특징적인 편차를 발생시키며, 여기서 이온 비임 내의 한 영역이 통상 주변 영역은 이온 밀도의 증가를 보이는 반면 이온 밀도의 감소를 나타낸다. 이러한 배열의 추가적인 세부 사항을 위해서는, 예를 들어 미국 특허 제5,834,786호 및 제5,350,926호를 참조할 수 있다.
(ⅳ) 더 고도의 전류 밀도 균일성을 달성하기 위해 다극 장치를 조절하는 알고리즘은 다이아몬드 반도체 그룹(Diamond Semiconductor Group Inc.)에 의해 개발되어 왔고, 그 상용 제품의 제조에 통상적으로 사용된다. 그러나, 이 알고리즘은 그 특성이 매우 복잡하고, 이온 주입 시스템의 기능적인 부분으로서 실행하는데 다소 어려움이 있다.
(ⅴ) 다극 렌즈의 종래 공지된 하나의 포맷(format)[예를 들어, 1960년, 스폰(Spon)의 대전된 입자 비임의 수송]은 종래 기술 도12a에 도시된다. 도시된 바와 같이, 다극 렌즈는 회전 대칭으로 수용된다(conceived). 그 속에 생성된 자기장은 원통형 배음(cylindrical harmonics)으로 표현될 수 있으며, 극좌표계를 사용하여 가장 잘 설명된다. 이러한 렌즈들은 시스템 광학계의 수차를 제어할 수 있는 전자 현미경 및 가속기 등의 대체로 원통형인 이온 비임의 여러 적용들에 사용된다.
(ⅵ) (1960년, 스폰의 대전된 입자 비임의 수송에서) 반포드에 의해 설명되고 종래 기술 도12b에 도시된 "파놉스키(Panofsky)" 4중극 렌즈 설계(quadrupole lens design)에 대해 알아본다. 이 다극 포맷은 높은 종횡비(aspect ratio)를 위한 4중극 렌즈를 만들기 위해 철로 된 폐쇄 직사각형 요우크를 사용한다. 한 방향으로 연장하는, 요우크의 2개의 긴 부재 피스 상의 권선(winding)들은 요우크를 폐쇄하고 다른 방향으로 지향하는 짧은 부재 피스 상의 2개의 권선과 동일한 (그러나, 반대 의미(opposite sense)로] 암페어 횟수(ampere turn)를 가져야만 한다. 두쪽 모두의 권취 쌍은 중앙 영역 내에서 균일한 장 변화도(field gradient)를 생성하도록 단면이 균일해야 한다. 요크의 대향 위치측 상의 권취가 전기적으로 여기되어 선형으로 변하는, 즉, dBy/dx = -dBx/dy 인 자기장 영역을 형성하는데, 이 값은 코일에 의해 경계지어진 공간 내에서 대략 일정하다.
(ⅶ) 종래 공지된 다른 포맷은 리본 비임의 형상에 부합하는 화이트(White) 등의 "직교 좌표계(Cartesian)" 다극 렌즈[IEEE에 의해 공개된 IIT '98년 컨퍼런스에서 개시]이며, 이는 종래 기술 도12c 및 도12d에 각각 도시되어 있다. 이 장치(도12c의 단면도 및 도12d의 상세 단면도에 도시됨)는 비임의 균일성을 제어하기 위해 리본형 비임의 형상과 부합하는 직사각형 다극 렌즈이며, 극좌표계보다는 직교 좌표계에서 가장 잘 표현되기 때문에 직교 좌표계 다극으로 자주 불려진다. 따라서, 이 다극 렌즈는 장 성분(field component) "By"를 생성하는데, x-축을 따르는 이 장 성분의 편차는 상이한 x-좌표값들에서의 코일의 전류를 변화시킴으로써 코일 및 극(pole)의 피치에 의해 결정되는 해상도로 직접 제어될 수 있다. 종래 기술 도12e는 다른 균일한 이온 비임 상의 이러한 "직교 좌표계" 다극 내에 단일 쌍의 코일을 여기하는 효과를 도시한다.
연속 리본 비임을 사용하는 대부분의 형태의 시스템에서는, 정확한 이온의 주입량을 달성하기에 유효한 제어된 속도로 이온 주입될 작업편을 이온 비임의 짧은 치수 방향으로 이온 비임을 통과하게 이동하도록 마련된다. 일부 시스템에서는, 단일 통로가 사용되고, 다른 시스템에서는 각각의 작업편이 이온 비임을 관통하여 여러번 이동한다. 이 기술에 의해 제공되는 장점은 y축 방향의 작은 비임 크기 변동이 처리의 균일성에 최종적 영향(net effect)을 갖지 않는다는 것이다.
그러므로, 이러한 이미 공지된 많은 구조들 및 종래 이온 주입 시스템들 중 다수가 상용적으로 이용되어 왔으며, 기술적으로 의미있는 정도로 성공하였고, 이들의 사용법 및 작동 방식에 대한 완전한 설명이 기술 문헌에 게재되어 왔다. 그러나, 모든 이러한 공지된 시스템 내의 모든 다극 구조는 흐르는 이온 비임의 x 좌표값/치수의 함수로써 강도가 제어되는 자기장을 제공하도록 설계되어 왔다. 또한, 이 시스템들은 작동시키기 위한 소프트웨어 알고리즘이 포함될 것을 자주 요구하는데, 일반적으로 이들 소프트웨어 알고리즘을 효과적으로 제어하고 완전히 이해하는 것은 당업자들의 능력 이상의 것이다.
이러한 이유로, 성가신 부작용을 최소한으로 가지면서 (비임의 나머지 영역의 전류 밀도에 대한) 단일 형성 영역의 전류 밀도를 마음대로 상승 또는 낮추기 위해 사용자에게 단일 작동 제어를 조절하는 능력을 제공할 수 있는 조립체의 개발에 대한 충분히 인식되었으며, 오래 계속되어 온 필요가 남아 있다. 또한 바람직하게는, 연속 이온 비임의 전류 밀도 균일성을 조절하기 위한 이러한 향상된 조립체가 작동시키기에 간단하고 직관적일 것이고 단순화된 설계 및 구조일 것이며, 리본형, 대전 입자 연속 비임을 생성하는 이온 주입기의 열 부하 및 전력 소비를 상당히 절감할 것이다.
본 발명은 다수의 태양을 갖는다. 제1 태양은, 연속 이온 비임으로서 대전 입자를 발생하기 위한 공급원과, 연속 이온 비임을 일 방향으로 지향시키기 위한 수단과, 연속 이온 비임의 대전 입자를 준비된 작업편 안으로 주입하기 위한 표면과, 연속 이온 비임 내의 대전 입자의 균일성을 조절하고 제어하기 위한 전자기 조절기 조립체를 포함하는 이온 주입기 장치를 제공하는데, 상기 전자기 조절기 조립체는, (ⅰ) 강자성 재료를 포함하는 지지 로드와, (ⅱ) 상기 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에 개별적으로, 직교식으로 그리고 인접하게 배치되고, 각각이 전기 도전성 물질로 형성된 적어도 2개의 와이어 코일로 이루어지는 다극 코일 어레이와, 상기 다극 코일 어레이로부터의 간극 거리에서 이에 평행하게 놓이게 위치 설정된 표면을 제공하고, 강자성 재료를 포함하는 경계판과, 전기 에너지를 상기 지지 로드 상에 배치된 각 와이어 코일에 개별적으로 도입시키는 수단과, 상기 다극 코일 어레이의 상기 지지 로드 상에 배치된 각 와이어 코일에 개별적으로 도입되는 전기 에너지를 독립적으로 조절 및 제어하기 위한 전류 제어기와, 통과 이동하는 연속 이온 비임에 맞춤 자기장 변화도(customized magnetic field gradient)를 갖는 상기 연속 자기장을 적용시키기 위한 한정된 공간 통로를 포함하고, 전압 인가된 각각의 와이어 코일은 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도를 생성하고, 복수의 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도가 맞춤 자기장 변화도를 갖는 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장의 상기 맞춤 자기장 변화도의 적용은 연속 이온 비임의 대전 입자의 균일성을 증가시키게 되며, 상기 공간 통로는 상기 다극 코일 어레이의 길이만큼 x-축 방향으로 그리고 상기 다극 코일 어레이를 상기 경계판의 표면으로부터 분리시키는 상기 간극 거리만큼 y-축 방향으로 치수적으로 한정되고, 연속 이온 비임의 대전 입자에 대한 균일성의 정도가 증가된다.
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본 발명의 제2 태양은, 연속 이온 비임으로서 대전 입자를 발생하기 위한 공급원과, 연속 이온 비임을 일 방향으로 지향시키기 위한 수단과, 연속 이온 비임 내의 대전 입자를 준비된 작업편 안으로 주입하기 위한 표면과, 연속 이온 비임 내의 대전 입자의 균일성을 조절하고 제어하기 위한 전자기 조절기 조립체를 포함하는 이온 주입기 장치를 제공하며, 상기 전자기 조절기 조립체는, (ⅰ) 강자성 재료를 포함하는 제1 지지 로드와, (ⅱ) 상기 제1 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에서 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취되며, 각각이 전기 도전성 물질로 형성되며 상기 제1 지지 로드에 대해 직교하게 놓이도록 권취된 적어도 2개의 와이어 코일을 포함하는 제1 다극 코일 어레이와, 상기 제1 다극 코일 어레이와 평행하게 위치 설정되고 제1 다극 코일 어레이의 와이어 코일과 대응하며 제1 다극 코일 어레이로부터 간극 거리로 놓이는 제2 다극 코일 어레이로서, (a) 강자성 재료를 포함하는 제2 지지 로드와, (b) 상기 제2 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에서 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취되며, 각각이 전기 도전성 물질로 형성되며 상기 제2 지지 로드에 대해 직교하게 놓이도록 권취된 적어도 2개의 와이어 코일을 포함하는 제2 다극 코일 어레이와, 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이의 각각의 상기 제1 및 제2 지지 로드 상의 각각 인접하게 위치 설정된 와이어 코일을 통해 가변 전류의 전기 에너지를 독립적이고도 동시에 통과시키는 온-디맨드 수단과, 연속 자기장을 적용하기 위해 그리고 통과하여 이동하는 연속 이온 비임을 위해 적용된 연속 자기장의 자기장 변화도를 조절 및 제어하기 위해, 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에 존재하는, 한정된 공간 통로를 포함하며, 인접하게 위치 설정되고 전압 인가된 각각의 와이어 코일은 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에서 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도를 독립적이고도 동시에 생성하고, 복수의 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도는 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에서 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각각의 자기장 변화도는 개별적으로 그리고 동시에 변경될 수 있어서 상기 연속 자기장에 걸친 조절 가능하고 제어가능한 자기장 변화도를 형성하며, 상기 공간 통로는 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이의 길이만큼 x-축 방향으로 그리고 상기 제1 다극 코일 어레이를 상기 제2 다극 코일 어레이로부터 분리시키는 상기 간극 거리만큼 y-축 방향으로 치수적으로 한정되고, 연속 이온 비임의 대전 입자에 대한 균일성의 정도가 조절되고 제어된다.
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도1a는 본 발명의 조절기 조립체를 위한 단순한 구조의 사시도이다.
도1b는 도1a의 조절기 조립체의 단일 다극 코일 어레이의 사시도이다.
도2는 다르게 균일하고 평행한 이온 비임에서 도1의 조절기 조립체의 개별 코일 권선을 여기하는 영향을 도시한 도면이다.
도3은 평행하지만 균일하지 않은 비임이 평행을 희생하여 균일하게 된 도1의 조절기 조립체의 영향을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 선형 다극 어레이의 2개의 전압 인가된 와이어 코일에 의해 생성된 개별 자기장들 사이의 분리를 도시한 도면이다.
도5는 코일 전류, 자기장 및 자기장 변화도 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도6은 장 변화도와 비임 균일성 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도7은 본 발명의 바람직한 구조를 도시한 사시도이다.
도8은 이온 비임의 방향으로부터 보여지는 바와 같은 도7의 바람직한 구조의 다른 도면을 도시한다.
도9는 강자성 스페이서가 인접하게 위치된 선형 다극 어레이의 와이어 코일을 각각 분리시키도록 이용되는 배열을 도시한다.
도10은 종래의 공지된 이온 주입기 장치 안으로의 본 발명의 합체를 도시한다.
도11은 본 발명의 직교하게 권취되고 위치된 와이어 코일과 도12c 및 도12d의 종래 기술의 구조의 코일 사이의 구조적인 차이점을 도시한다.
도12a는 이온 비임을 위한 종래 6중극 렌즈를 도시하는 종래 기술의 도면이다.
도12b는 '파놉스키' 4중극을 도시하는 종래 기술 도면이다.
도12c는 비임 균일성을 제어하는데 사용되는 화이트 등의 '직교 좌표계' 다극의 단면도를 도시하는 종래 기술의 도면이다.
도12d는 도12c의 '직교 좌표계' 다극의 평면 상세 단면도를 도시하는 종래 기술의 도면이다.
도12e는 다른 균일한 이온 비임 상에 도12c의 '직교 좌표계' 다극의 단일 쌍의 코일을 여기하는 효과를 도시하는 종래 기술의 도면이다.
본 발명은 연속 이온 비임 내에서 이동하는 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어할 수 있는 전자기 조절기 조립체이다. 본 발명은 이러한 연속 이온 비임에서 운반되는 대전 입자의 농도(concentration)를 조절하기 위한 방법 및 제조된 물품을 포함한다. 따라서, 본 발명은 작업편의 일면 전체에 주입되도록 비임의 길이 방향에 직교하게 비임을 통과하는 (규소 웨이퍼 등의) 준비된 작업편 안으로 대전 이온을 놓기 위해 작업 표면 또는 주입 평면에 조준되는, 리본형 연속 비임의 횡방향을 따르는 이온 전류의 균일성을 제어하기 위한 효율적인 배열 및 수단을 제공한다.
Ⅰ. 정의
용어의 불일치를 방지하고, 지시하는 의미와 암시하는 의미의 모호성을 제거하고, 명료하게 하며, 인식 및 이해의 완전함을 위해, 자세하게 열거된 정의들이 아래에 제공된다. 이들 용어 및 전문어는, 본 발명이 무엇인지 그리고 어떻게 제조되고 사용되는지에 대해서 뿐만 아니라, 어떻게 본 발명의 주제와 본 발명의 주제가 아닌 것을 구별하고 식별하는지를 설명하는 방식으로 본 명세서에서 일관되고도 반복적으로 사용되어 본 발명을 설명하고 본 발명의 권리를 주장할 것이다.
이온 비임: 전자, 양이온 또는 음이온, 분자, 클러스터 또는 아원자 입자를 포함하는 대전된 입자의 임의 비임.
리본 비임: 긴 치수와 짧은 치수를 갖고 긴 치수는 적어도 짧은 치수의 두 배이고 보통은 짧은 치수의 적어도 5배인 것으로 특징지워지는 단면을 갖는 이온 비임. 긴 치수는 일반적으로 비임으로 처리되는 작업편의 면의 치수보다 크다.
연속 리본 비임: 적어도 하나의 작업편을 처리하는데 필요한 시간 동안 임의의 지점에서 차단되지 않는 전류이다. [이에 반해, 주사된 리본 비임은 리본형 인벨로프(envelope) 내에서 주사되는 작은 비임이고, 인벨로프 내의 임의의 한 지점에서 비임은 각 주사에서 두 번 차단될 것이다.]
x, y 및 z 좌표(또는 축): z 좌표(또는 축)는 이온 비임을 위해 의도된 이동 방향이다. x축은 의도된 비임의 보다 큰 단면 치수와 정렬된다. y축은 의도된 비임의 보다 작은 단면 치수와 정렬된다.
하류: 이온 비임의 이동 경로 또는 타겟 각도 및 방향.
상류: 이동 경로에 반대이거나 또는 이온 비임의 타겟 각도와 방향으로부터 180도.
이온 비임의 조절: 바람직한 프로파일을 갖도록 비임의 긴 치수(타겟 방향 또는 이동 경로축)를 따라 전류 밀도를 교호시킴.
이온 비임의 제어: 바람직한 프로파일을 갖도록 비임의 긴 치수(타겟 방향 또는 이동 경로축)를 따라 바림직한 전류 밀도를 유지함.
균일 이온 비임: 단면 프로파일에서 사실상 일정하거나, 균질이거나, 대칭이거나 또는 규칙적인 이온 비임 내의 대전된 입자들의 농도.
불균일 이온 비임: 단면 프로파일에서 사실상 일정하지 않거나, 균질이 아니거나, 비대칭이거나 또는 불규칙적인 이온 비임 내의 대전된 입자들의 농도.
Ⅱ. 종래의 공지된 다극 렌즈와 비교한 본 발명의 실질적인 차이
첫째로, 본 발명을 이루는 조절기 조립체를 이용하면, 자기장 값(By)을 직접적으로 제어할 필요가 없으며 또는 직접적 제어가 바람직하지 않으며, 대신에 본 발명의 요구 조건은 자기장 변화도 파라미터(dBy/dx)의 효율적 제어를 위한다는 것이다. 이는 종래 공지된 구조들로부터 주목할 만한 차이이며 변경이다.
이온 및 전자 광학계에서, 균일한 장의 영역은 비임을 전체적으로 편향시킨다. 따라서, 불균일 자기장은 비임의 서로 다른 부분을 상이한 양으로 편향시키고, 포커싱(focusing) 또는 디포커싱(defocusing)을 일으킨다. 포커싱 강도를 결정하는 것은 자기장 변화도이다. 이온 비임의 약간의 포커싱을 야기하는 장의 영역은 하류 위치에서의 이온 밀도의 증가를 일으킬 것이다. 역으로, 디포커싱 영역은 하류의 이온 밀도의 감소를 야기한다.
둘째로, 자기장 변화도 dBy/dx가 균일한 영역은 동일하고 반대의 크기인 대응 항 dBx/dy도 가져야만 한다는 것은 공지되어 있다(맥스웰의 컬 방정식). 이러한 수학적 방정식으로부터, x축 방향의 비임을 포커싱하도록 구성된 불균일한 장의 영역은 y축 방향의 비임도 동시에 디포커싱해야만 한다는 것은 당연하다.
이러한 직교 방향(x축 및 y축)의 불가피한 관련성은 두 차원, 즉 x축과 y축에서 이온 비임의 균일성을 제어하려는 시도를 실패하게 해 왔으며, 결국 1차원 시스템 구성이 되었는데, 이러한 1차원 시스템 구성에서는, 주입된 작업편이 그 당시에 비임을 통과하여 y축 방향으로 이동되어 그 단일 차원에서의 비임 전류를 효율적으로 조정할 것이기 때문에 y축 차원에서의 비임의 대응하는 편차(및 대응하는 이온 밀도)가 재료와 관련되지 않다고 생각되었다. 그러나, 현재까지의 종래의 어떤 다극 구조도 이온 주입 처리 동안 작동 파라미터로서 자기장의 장 변화도를 효율적으로 조절하거나 또는 제어할 수 있도록 이용되지 않았다.
셋째로, 이온 비임의 포커싱이 요구될 경우, dBy/dx 파라미터(parameter)를 직접 제어하는 것이 가장 유리한 것으로 고려된다. 예를 들어, 이온 전류 수차(ion current aberration)의 제어가(또는 역으로, 의도적 생성이) 요구될 경우, 주어진 공간 구역 내에서 dBy/dx의 편차를 직접 조절하는 것이 가장 좋다.
유사하게, 단일 축 또는 차원을 따라 이온 전류 균일성의 효율적인 유지 및 제어를 위해, x축 방향의 한 라인을 따르는 복수의 상이한 지점 또는 공간 구역에서 dBy/dx를 제어하는 것이 바람직하고, 구조적 조립체는 dBy/dx가 임의의 두 구역들 사이에서, 그리고 이온 비임이 이동하는 공간 통로의 모든 상이한 영역 지점들에 걸쳐 매끄럽게 변화하도록 설계된다. 이온 비임의 예측 중심(estimated center) 또는 근사 중심(approximate center)에서 Bx 및 By의 값이 각각 제로(0)가 되도록 하는 것은 이러한 목적을 위해서 매우 바람직하지만 필수적인 것은 아니다.
본 발명은 독특한 구조적 배열을 통해 작동 파라미터로서 자기장 변화도 dBy/dx의 직접 조절 및 제어 능력을 달성하며, 이를 사용자에게 최초로 제공한다. 또한, 조절기 조립체의 고유한 배열은 구조의 실질적인 단순화와 단일 조립체를 제공하는데, 이는 종래 기술의 도12a, 도12b 및 도12c로 본 명세서에서 설명된 종래 장치들과 상당히 상이하고 다르며, 또 많은 경우에, 비임 내의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하여 유용한 프로파일을 달성하기 위해 실질적으로 더 적은 전류를 필요로 할 것이다. 또한, 자기장 강도와 자기장 변화도의 통상적인 내부적 편차는 제어되며, 이러한 제어가 이전에는 종래 기술의 직교 좌표계 다극 장치(Cartesian Multipole devices)에 의해 가능하였지만 단부 대 단부로 접촉하는 코일 어레이에 의해 더욱 더 원활하게 이루어진다.
Ⅲ. 본 발명을 이루는 전자기 조절기 조립체
전자기 조절기 조립체를 전체로서 포함하는 주제는 종래 기술의 장치에서 이용되는 좌표계와 본 명세서에서 기술된 본 발명의 좌표 프레임웍(coordinate framework) 사이의 차이를 특히 참조하여 가장 쉽게 이해된다. 독자의 편의를 위해, z축은 비임이 의도된 통로를 따라 이동함에 따라 이온 비임의 근사 중심에 존재 및 하류로 이어지는(run down) 것으로 가정하고, 용어 "하류"는 비임의 공급원(source)으로부터 표적이 된 작업편 쪽으로 비임이 이동함에 따른 연속 이온 비임의 통로와 이동 방향의 위치를 의미한다.
조절기 조립체와 그 이용 방법은 전체로서의 본 발명의 주제를 구성한다. 조립체는 이미 알고 있는 강도와 프로파일의 연속 자기장의 발생을 위해 적어도 하나의 선형 다극 어레이를 제공하며, 통상적으로 직사각형 형상이며 공간 치수들을 설정하고 (그 다음에 z축으로 이동되는) 연속 이온 비임의 전체를 둘러싸고 (x축 및 y축 좌표값들을 이용하여) 이를 경계 설정하는 한정된 공간 통로를 포함한다. 미리 설정된 강도로 생성된 연속 자기장은 한정 공간 통로의 경계와 치수 내에서 발생되고 정렬된다. 그러나, 종래 기술의 장치와 달리, 본 발명은 연속 자기장의 자기장 변화도 dBy/dx가 마음대로(at will) 직접 조절 및 제어될 수 있도록 구성 및 설계되고, 자기장 변화도의 자의적(at will) 조절 및 제어는 선형 다극 어레이의 개별적인 그리고 상이한 부분으로의 전류(들)를 변화시킴으로써 달성되고, 그 결과 한정 공간 통로에 의해 둘러싸여진 전체 체적 내에서 주의깊게 선택된 공간 구역 및/또는 영역 내에서의 자기장 변화도의 강도를 교호시킨다.
A. 가장 단순한 구성
구조의 구조적 요소
본 발명의 가장 단순한 실시예가 각각 도1a 및 1b의 조립체로 구체화되고 도시되어 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 조절기 조립체(10)는 편평면(62)을 갖는 경계판(60)으로부터 미리 설정된 간극 거리로 경계판에 대해 평행하게 놓여지도록 지향되며, 제어될 연속 이온 비임의 x축 치수보다 길이가 다소 길게 치수 설정된 고정된 길이 및 둘레를 갖는 직선 강자성 로드(20)를 포함한다. 직선 강자성 로드(20)는 복수의 개별 와이어 코일(22)이 개별적이고 독립적으로 직교하게 권취되는 지지 바아의 역할을 한다. 이 직교하게 권취된 와이어 코일(22)들은 지지 로드(20)의 길이의 대부분에 걸쳐 균일하게 이격된 미리 결정되고 다른 다수의 위치에서 독립적이고도 인접하게 직렬로 위치되어, 다극 코일 어레이(30)를 위한 x축을 따라 정렬되는 개별적이며 분리되고 인접하게 위치된 일련의 단일 와이어 코일(22)을 집합적으로 구성한다.
경계판(60)은 다극 코일 어레이(30)에 평행하게 장착되며 다극 코일 어레이(30)의 x축 방향으로 지향되는데, 이 경계판은 편평면에 제공하며 다극 코일 어레이에 평행하게 그리고 다극 코일 어레이(30)로부터 미리 설정된 간극 거리(44)로 놓여지도록 위치 설정된다. 경계판(60)은 미리 정해진 치수와 형상을 가지며, 강자성 재료로 이루어진다.
통과하는 연속 이온 비임을 한정하는 공간 통로(40)가 다극 코일 어레이(30)와 경계판(60) 사이에 놓여지며, 자기장을 적용시키기 위한 그리고 연속 이온 비임에 적용되는 연속 자기장의 자기장 변화도를 조절 및 제어하기 위한 한정 구역을 제공한다. 공간 통로(40)는 다극 어레이(30)의 선형 길이만큼 x축 방향으로 폭 치수(42)가 제한되고, 경계판(60)의 편평면(62)으로부터 선형 다극 어레이(30)의 지지 로드(20)를 분리시키는 미리 설정된 간극 거리(44) 만큼 y축 방향으로 치수적으로 한정된다. 한정된 공간 통로(40) 내에서 제어된 자기장이 생성 및 적용되며, 자기장의 변화도가 개별 구역 및 영역에 의해 조절될 수 있고, 연속 이온 비임의 대전된 입자의 균일성의 정도가 조절 및 제어되게 된다.
전체 조절기 조립체의 구성품 부분은 지지 로드(20)의 고정된 길이를 따라 직교하게 배치된 각각의 개별 와이어 코일(22)을 통해 독립적으로 가변 전류의 전기 에너지를 도입하기 위한 (도시되지 않은) 온-디맨드식 수단(on-demand means)이다. 적절한 전류의 전기 에너지가 공급되면, 인접하게 위치되고 전압 인가된(energized) 각각의 와이어 코일(22)은 직교하여 연장되고 개별적으로 조절가능한 자기장을 독립적으로 발생시키고, 복수의 직교하게 연장되는 제한된 폭의 자기장이 연속 자기장을 집합적으로 형성하며, 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각각의 자기장의 강도가 연속 자기장 전체에 걸쳐 조절 가능하며 제어가능한 자기장 변화도를 (전류를 변화시킴으로써) 마음대로 형성하도록 개별적으로 교호될 수 있다. 조절 방법은 이하에서 전체적으로 설명된다.
도1b에 도시된 바와 같이, 정렬된 일련의 다중 개별 와이어 코일(22)은 다극 어레이(30)를 구성하는데, 이 다극 어레이 내에는 각각의 와이어 코일이 직교식으로 권취되며 강자성 지지 로드의 치수 결정된 길이를 따라 그리고 그 위에 상이한 고정 위치에서 직교식으로 설정되며, 도1b에 도시된 바와 같이, 연속 이온 비임이 원위치로(in-situ) 관통하여 이동하는 공간 통로(40)의 폭 치수(42)와 일치하고(즉, 겹쳤을 때 정확하게 일치하고) 이를 에워싸는 어레이(30)를 구성함을 알 것이다. 따라서, 도1a 및 도1b에 도시된 개별 와이어 코일(22)을 직교식으로 권취 및 위치 설정하는 특징은 독창적이고 뛰어난 방침이며, 이는 각기 종래 기술의 도12c 및 도12d에서 이미 공지된 다극 렌즈 구조의 코일식 권취와는 상당히 다르며 구별이 분명한 것이다. 본 명세서에서 도11은 각기 종래 기술의 도12c 및 도12d의 종래 다극 구조에서의 코일의 다른 방향 및 권취와 비교하여 본 발명의 직교식으로 권취되며 위치 설정된 코일의 주목할 만한 차이를 알기 쉽게 도시하고 있다.
또한, 다극 코일 어레이(30)는 경계판(60)의 편평면(62)에 평행하게 놓여지도록 비자성 지지부에 의해 장착되는 것이 바람직하며, 미리 설정된 간극 거리(44)가 와이어 코일(22)과 편평면(62) 사이에 존재한다. 이러한 미리 설정된 간극 거리(44)는 자기장이 지향되는 통로(40)의 직각 형상 공간 체적의 두개의 측면을 형성한다. 편평면(62) 및 경계판(60)의 강자성 재료는 자기장 라인이 x-축 다극 코일 어레이에 대해 직교하여 구속되는 설정 경계 한계를 제공한다. 따라서, 연속 이온 비임이 (z-축 방향으로) 관통하여 이동하는 개재된 공간 체적은 x-축 치수를 나타내는 폭 거리(42) 및 y-축 치수를 나타내는 간극 거리(44)에 의해 한정되며 그 내부에 포함된다.
조절기 조립체를 사용하기 위한 방법의 기초
본 명세서에서 이미 알아본 바와 같이, 도1은 경계판(60)의 편평면(62)이 y=0 평면에 평행하게 놓여진 것을 도시하고 있다. 다극 코일 어레이(30)는 강자성 로드(20) 둘레에 직교식으로 권취되고 로드의 선형 길이 위에 미리 정해진 위치들에서 분리되지만 서로 인접하게 위치되는 개별 와이어 코일(22)을 갖는다. 각각의 와이어 코일(22)을 통해 상이한 전류가 통과하면, 편평면(62)에 근접하는 자기장 변화도는 부드럽게 변할 것이지만, 코일에 근접한 자기장 변화도에 대해서는, 그 편차가 보다 덜 부드럽다. 전류 밀도의 변화 및 결과로 얻은 자기장 변화도의 변화가 더 부드럽게 되도록 와이어 코일(22)의 맞닿는 영역들을 형상화하는 것이 가능하지만, 실제로는 이러한 노력이 유용하지 않은 것으로 판단된다.
오히려, 이온 비임 공급원으로부터 유동하는 연속 이온 비임 내의 대전 입자가 x-치수 거리(42) 및 y-축 치수 간극 거리(44)에 의해 제한되는 공간 통로(40)의 한정된 체적을 통해 z-축 방향으로 통과되게 제조하는 것이 더 실용적이고 충분하다. 자기장의 성분 Bx가 평면에서 0이 되도록 강자성 평면에 의해 구속되기 때문에, Bx는 틀림없이 이온 비임의 중심에서 0이 아닐 것이며, 따라서 하류측으로 얼마간의 거리에서 비임의 형상이 y-방향으로 약간 휘는 것을 나타낼 것이다. 이는 비임 내의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하기 위해 그 사용을 방지하기에는 충분하지 않을 것이다.
도1a 및 도1b에 도시된 배열의 특별한 특징은 코일이 지지 로드로부터 외향으로 연장하고 방해가 없는(unobstructed) 공간 통로(40)의 치수를 물리적으로 제한하도록, 각각의 와이어 코일(22)이 강자성 지지 로드(20) 상에 권취된다는 것이다. 한정된 폭의 복수의 개별 자기장 변화도는 각각의 단일 코일식 권선을 독립적으로 전압 인가함으로써 생성되고, 각각의 독립적으로 생성된 자기장은 간극 거리(44) 안으로 (즉, 이동하는 이온 비임의 경로 안으로) y-축 차원에서 공간적으로 외향으로 직교하게 연장한다.
도1의 배치된 배열의 주요한 이득 및 장점은 직렬로 정렬되고 연속하는 평행한 자기장을 집합적으로 형성하는 한정된 폭의 인접하지만 개별적으로 제어가능한 자기장 변화도의 형성이다. 각각의 와이어 코일은 한정된 폭의 자기장 변화도의 한 구역을 형성하지만, 이들은 공간 통로(40)의 전체 폭 거리(42)에 걸쳐 덮을 수 있고 유효한 연속하는 자기장을 누적하여 집합적으로 형성한다.
코일의 두께 및 이러한 두께가 방해가 없는 통로 내에서 야기하는 이러한 감소는 필요한 크기의 자기장 변화도를 생성하게 로드의 단위 길이당 충분한 암페어 횟수(ampere turn)를 생성시키기 위해 필요하다. 코일의 두께를 감소시키는 것은 암페어 횟수의 수를 유지하고 주어진 자기장 변화도를 얻어내기 위해 코일 내 전류 밀도를 상승시키는 것을 필요로 할 것이다. 코일 내 전력 밀도(power density)는 코일의 두께가 감소함에 따라 매우 신속하게 상승한다. 코일의 두께는 임의의 기본적인 전자기적 또는 이온 광학적 고려로부터가 아니라 이러한 고려에 의해 결정된다.
도2는 전류 밀도는 균일하지 않으나 대전 입자 궤적에 평행한 이온 비임 내에서 x-축 방향을 따르는 전류 밀도 분포 상에 가지는 개별 코일식 권취(22)의 여기가 효과를 도시한다. 그러나, 도2는 이온 비임의 균일성 및 평행성 사이에 존재하는 오래 동안 인식되어온 관계의 단순한 예시이다.
그러나, 본 발명의 방법은 반대 상황에서 시작하고 도2의 처리의 반대를 의도한다. 이러한 반대 효과 및 더욱 큰 균일성의 획득이 도3에 도시되 있는데, 여기서 평행하지만 불균일한 비임이 타겟면에서 더 균일하게 되도록 조절 및 조정되고, 이러한 전류 밀도의 더 큰 균일성은 비임의 평행성을 희생하여 달성된다.
도3에 의해 밝혀진 바와 같이, 비임의 실제 편향은 작으며, 국부 초점 길이가 다극 어레이로부터 타겟면까지의 간극 거리보다 더 크게 되도록, 포커싱 또는 디포커싱 효과는 항상 작아야만 한다. 다르게는, 비임 내부의 대전 입자의 개별 궤도들이 교차할 것이며, 이러한 대전 입자들의 교차는 유동하는 비임 내에서 회복 불가능한 불균일 특징을 일으킬 것이다.
가장 간단한 구성의 특징 및 한정
(전술한 바와 같은 단일 다극 코일 어레이, 경계판 및 편평면을 포함하는) 조절기 조립체의 가장 간단한 실시예가 사용되고 규소 웨이퍼가 주입되어야 하는 타겟면으로부터 500 mm의 이동 거리에 위치되는 것을 가정하면, 전류 밀도에 있어서의 첨점(cusp) 및 특이점(singularity)이 발생하는 것을 방지하도록 조절기 조립체의 임의 부분의 초점 길이는 이러한 이동 거리 보다 현저히 커야만 한다.
또한, 이에 기초하여, 표준 전자기 이론을 사용하여 다음의 관계가 언급될 수 있다.(각각 도4, 도5 및 도6을 참조)
비임 내부의 (모든 코일이 동일한 여기 전류를 수용하는 걸로 가정하는) 장치 중심에서의 자기장 변화도는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112006076166343-pct00001
여기서, g는 2개의 강자성 바아(또는 단일 강자성 바아 및 강자성 경계면) 사이의 간극이고, Js는 x-방향에서 단위 길이당 코일 내 암페어 횟수의 수이다. 단지 하나의 와이어 코일이 여기될 때, 코일 폭이 g를 초과한다면 이 식은 이러한 코일에 의해 야기되는 피크 변화도(peak gradient)에 근접한다. 코일이 더 좁아지는 경우, 제공된 수 개의 인접 코일이 여기된다면 이러한 관계는 유지될 것이다. 반경 ρ를 가진 궤도 상에서 질량 M, 대전 q, 운동 에너지 U인 이온을 편향시키는데 필요한 자기장은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112006076166343-pct00002
다극 장치의 z-범위가 코일의 전체 z-범위에 의해 한정되는 것을 가정해보면, 이는 실제로 약간 더 작으며 정확성을 위해 유한 요소 컴퓨터 코드로서 모델링되어야만 한다. 이러한 치수는 Lm으로 명명되며 엄격하게 구속되지는 않는다. 실제 이유로는 100 mm의 값을 할당할 수 있다. 따라서, 주어진 자기장(B)이 유효 길이 Lm의 장치를 통과하는 질량 M의 이온을 편향시키는 각도는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112006076166343-pct00003
또, 초점 길이는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112006076166343-pct00004
최소 초점 길이를 다극의 중심으로부터 타겟면까지의 거리 Lt의 약 2배로 가정하면, 비임 파라미터 및 물리적 배치(layout)에만 기초하여, 코일 내 전류 밀도의 최대 크기를 한정하도록 부등식을 작성할 수 있다. 이온 전하량이 일정하고 이온이 전체 DC 전위(V)를 통해 가속되는 것을 추가로 가정하면,
Figure 112008013645685-pct00005
이며,
g=0.06 m, Lm=0.2 m, Lt=0.5 m에 대해서, 그리고 100 keV에서의 비소에 대해서, Js=94178 미터 당 암페어 횟수 또는 약 94 밀리미터 당 암페어 횟수이다.
이것은 부등식이며, 전류 밀도의 적어도 +/- 25%의 변조를 제공하기에 충분한 전류 밀도는 이의 절반보다 작아도 얻어질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 15 mm의 코일 깊이를 가정하면, 요구되는 전류 밀도는 mm2 당 3 암페어이고, 이는 실제 제조용으로는 약간 높은 것이다. 따라서, 전술된 바와 같은 가장 간단한 실시예는 인용된 치수 내에서 100 keV의 비소 이온 비임의 비균일성을 보정하기 위한 능력을 제한하였다.
B. 양호한 구성
양호한 구성의 구조적 요소
본 발명의 양호한 실시예가 도7 및 도8에 도시되어 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 조절기 조립체는 2개의 강자성 바아(120, 220)를 포함하는데, 이들 바아의 선형 길이는 제어되어야 할 이동하는 이온 비임의 x-치수보다 다소 길게 각각 치수 설정되며, 서로 평행하게 놓이게 그리고 상호간 미리 선택된 간극 거리(144)로 놓이도록 지향된다. 각각의 강자성 바아(120, 220)는 복수의 개별 와이어 코일(122, 222)이 미리 정해지고 상이한 다수의 위치에서 직교식으로 권취되는 직선의 지지 로드 역할을 하며, 축방향으로 정렬된 일련의 독립적이고 분리되어 있으며 인접하여 위치된 코일식 권선을 집합적으로 형성하며, 제1 다극 코일 어레이(130)와 제2 다극 코일 어레이(230)를 각각 형성한다. 따라서, 조절기 조립체(110)는 공통으로 공유되는 x-축 방향을 따라 지향되는 동안 서로에 대응하여 평행하게 놓여지도록 위치 설정되는 제1 및 제2 다극 어레이(130, 230)를 포함한다.
전체 조절기 조립체의 구성품 부분은 지지 로드(120, 220)들의 고정된 길이를 따라 직교하게 배치된 각각의 독립적이며 인접하게 위치 설정된 와이어 코일(122, 222)들을 통해 독립적으로 가변 전류(암페어)의 전기 에너지를 도입하기 위한 (도시되지 않은) 온-디맨드식 수단이다. 적절한 전류의 전기 에너지가 흐르면, 인접하게 위치 설정되고 전압 인가된 각각의 와이어 코일(22)은 직교하게 연장되고 개별적으로 조절가능한 제한된 폭의 자기장을 독립적으로 발생시키고, 복수의 직교하게 연장되고 개별적으로 조절가능한 제한된 폭의 자기장은 집합적으로 합쳐져서 연속 자기장을 형성하며, 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각각의 자기장의 강도는 (전류를 변화시킴으로써) 마음대로 개별적으로 변경되어 연속 자기장에 걸쳐 조절 가능하고 제어가능한 자기장 변화도를 생성할 수 있다.
제1 및 제2 다극 코일 어레이(130, 230)를 각각 포함하는 개별적인 강자성 로드(120, 220) 상에 독립하게 그리고 인접하게 배치된 정렬된 일련의 와이어 코일(122, 222)은 연속 이온 비임이 원위치로 관통하여 이동하는 한정된 공간 통로(140)의 폭 치수(142)와 일치하고 (즉, 겹쳤을 때 정확하게 일치하고) 이를 에워싼다. 다극 코일 어레이(130, 230)는 비자성 지지부에 의해 전형적으로 위치 설정되어, 복수의 와이어 코일(122, 222) 사이에 미리 설정된 간극 거리(144)가 존재 및 유지되도록 평행하고도 대응하게 놓여진다. 미리 설정된 간극 거리(144) 안으로 소정의 자기장이 발생하고 적용되는 직사각형 형상의 통로(140)의 측면들 중 2개를 형성한다. 각각의 다극 코일 어레이(130, 230)는 자기장 라인이 직교하게 구속되는 고정된 강자성 한정부 및 경계부를 제공한다. 따라서, 연속 이온 비임의 대전 입자가 관통하여 (z축 방향으로) 이동하는 공간 체적은 공간 통로(140)의 (x축 치수를 나타내는) 폭 거리(142)와 (y축 치수를 나타내는) 설정 간극 거리(144)에 의해 한정되며 그 안에 포함된다.
필요하면, (도시되지 않은) 비강자성 재료의 진공 벽이 이온 비임과 제1 및 제2 선형 다중 어레이 사이에 개재될 수 있다. 이런 진공 벽의 배치는 종래에 공지된 것이며, 이 위치에 진공 벽을 사용하는 것은 선택적이라고 판단되지만, 종종 본 발명의 조절기 조립체가 의도하는 목적을 수행하고 달성하도록 된 이온 주입 환경의 바람직한 특징으로 판단된다.
따라서, 도7 및 도8 각각의 양호한 구성에서는, 구조는 양측 상에 비임의 폭을 가로질러 장착되고, y=0 평면상에 거의 중심에 위치되는 2개의 강자성 바아를 포함한다. 인접하게 위치된 와이어 코일의 규칙적인 어레이는 2개의 이온 바아의 각각의 둘레에 직교식으로 권취되고, 제1 바아 상에 배치된 각각 직교식으로 지향된 와이어 코일은 제2 바아 상에서 직교식으로 권취된 다른 분리된 와이어 코일(discrete wire coil)과 대향하고도 대응하게 놓이도록 위치되고 정렬된다. 대향하게 놓인 코일의 쌍들은 정밀하게 일치하는 정렬로 (정확한 상호 대응) 위치되는 것이 바람직하며, 또는 대향하게 놓인 코일 쌍은 엇갈리는 형태의 정렬 위치로 (오프셋 상호 대응) 대안으로서 그리고 선택적으로 배치될 수 있다. 어레이를 형성하는 와이어 코일의 전체 수는 변할 것이고 이온 비임의 예상 원주 또는 둘레에 따를 것이지만, 적어도 수치적으로 4회 권취 코일이어야 하고, 강자성 바아 상에 배치된 인접하게 위치 설정된 종종 30회를 초과할 것이다.
통상적으로 각각의 와이어 코일(122)이 정밀하게 일치하는 정렬로 위치될 때 대응하는 와이어 코일(222)과 바로 대향하게 공통으로 전기적으로 접합되지만, 대향하게 위치된 코일은 와이어 코일 쌍이 엇갈리는 방식으로 대응하게 배치된 다른 실시예에서는 직접 전기적으로 함께 접합될 수 없다. 그렇지만, 어떤 경우라도, 대향하게 위치된 와이어 코일의 각각의 이격된 세트는 동일한 각도의 의미(angular sense) 또는 방향에서 짝을 이루는 쌍(matched pair)의 각각의 코일 둘레로 흐르는 전류로 공간 통로(140)의 각 측면 상의 하나인 하나의 짝을 이룬 쌍으로서 동일하게 전압 인가될 (즉, 동일한 양의 전류를 수용하게 될) 것이다. 공간 통로(140)의 폭 치수(42)를 가로지르는 와이어 코일의 피치는 dBy/dx의 최적 제어를 위해 g/2 미만이어야 하지만, 와이어 코일의 피치가 감소함에 따라 독립 전원의 수가 증가하기 때문에, 조립체를 위한 배선의 전체 비용 및 복잡성이 결정적인 요인 및 실제적인 고려 사항이 된다.
도7 및 도8의 구성된 조절기 조립체를 사용하면, 대향하게 위치된 (그리고 그 후에 각각의 제1 및 제2 다극 코일 어레이 상에 배치되는) 와이어 코일의 전기적으로 접합된 각 쌍 안으로 통과하는 암페어수 전류(amperage current)는 독립적으로 조정되고 개별적으로 제어될 수 있다. 따라서, 보통 어레이 당 4 내지 30개의 와이어 코일을 채용하는 본 발명의 다극 어레이 실시예에서는, 공통되게 전기적으로 접합된 대향하게 위치된 와이어 코일의 짝을 이루는 4 내지 30개의 쌍이 있을 것이고, 어레이 상에 배치된 대향하게 위치된 코일의 각각의 짝을 이루는 쌍에 상이한 개별적인 전류량을 제공하는 4 내지 30개의 개별 전기 접속이 있을 것이다.
또한, 강자성 로드의 단부에 가장 근접하게 위치되는 대향하게 위치된 와이어 코일의 개별 쌍들은 이온 비임 폭의 한정부 바로 너머에 놓일 수 있고, 각각의 다극 어레이 내의 지지 로드의 단부는 이온 비임에 인가된 자기장의 분포 상에 로드 단부의 효과가 미미하게 되는 것을 보장하기에 충분한 신장량만큼 와이어 코일의 끝을 넘어 길이가 증가될 수 있다. 이 로드 단부 신장량의 크기는 보통 제1 및 제2 다극 어레이를 분리하는 설정 간극 거리의 크기의 적어도 2배이다.
또한, 강자성 재료가 개별 단부에서 2개의 강자성 로드를 연결하여 (종래에 알려진 장치와 같은) 완전 자성 요우크를 형성하도록 사용되면, 각각의 다극 코일 어레이 내에 전류의 대수적 합과 같은 그러나 전기적으로 반대의 의미로 또는 전기장 방향으로 전류(전류량)를 운반하게 될 추가적으로 큰 와이어 코일을 이들 짧은 로드 단부 상에 배치시키는 것이 필수적이다. 지지 로드 단부 상에 추가적인 큰 와이어 코일이 이온 비임의 실제 폭을 훨씬 넘어 충분히 연장되면, 중앙 자기장 프로파일 상의 영향은 미미하다. 배열된 구조로부터 일정 거리에서 발생될 수 있는 빗나간 자기장은 사실상 다소 더 크지만, 이러한 단점은 자기장 차폐(본 발명의 범위 밖의 논의임)로 제어될 수 있다.
따라서, 조절기 조립체의 중앙 영역 내의 자기장 변화도의 일관성(consistency)은 대향하게 위치된 와이어 코일의 각 쌍에 주어진 전류 암페어수(current amperage)의 일관성 및 균등함(equality)에 의해 결정된다. 각 어레이의 단부 근처에서, 자기 변화도는 제로로 떨어진 후 역전되고, 따라서 이런 이유로 각 어레이 상의 와이어 코일의 배치는 소정의 장 프로파일이 유지되어야만 하는 영역 너머로 연장되어야만 한다. 이 전제는 이 재료가 자기적으로 포화되지 않도록 어레이의 2개의 로드 길이 내에 충분한 철이나 강이 존재한다는 것을 가정하는 것이며, 이는 다시 조절기 조립체를 구성하는 제1 및 제2 어레이의 여기 레벨 및 최대 x치수 길이를 결정한다.
다른 특성
본 명세서에 기술된 양호한 실시예에서는, 가장 간단한 구조의 편평면 및 강자성 경계판이 분배되어 있고, 다수의 독립적이고 인접하게 위치된 와이어 코일을 갖는 제2 다극 코일 어레이가 제1 다극 코일 어레이와 평행하고도 대응하게 놓이도록 위치된다. 제1 및 제2 다극 코일 어레이는 전체 거리(2g)만큼 분리되고, 가장 간단한 구조에 대해 전술하였던 동일한 방정식이 적용된다.
그러나, 도7 및 도8의 바람직한 실시예는, 비임용으로 동일한 이동 공간이 이용 가능하다면 간극 거리 "g"가 보다 작고 각 와이어 코일 내의 암페어수 전류가 보다 작다는 장점을 갖는다. 더 많은 와이어 코일이 필요하지만, 각 어레이의 중앙면(midplane) 내에는 자기장 성분 Bx가 0이며, 이것은 비임 형상에 바람직하지 않은 영향을 최소화한다. 대향하는 코일 내의 전류의 센스(sense)를 반전하는데 주의한다면, 대응하는 코일은 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 양호한 실시예 및/또는 가장 간단한 실시예에 대해, 어떤 특징 및 특성은 매우 바람직한 것으로 간주된다. 이 특징에는, 다극 코일 어레이의 와이어 코일에 도입되는 전류가 약 50 내지 10,000 암페어 횟수 범위에 있으며, 공간 통로의 미리 설정된 간극 거리가 약 25 내지 250 mm에서 변하는 치수이고, 공간 통로의 폭 치수가 약 200 내지 2,000 mm의 크기에서 변한다는 것을 포함한다.
C. 다른 구조
본 발명의 다른 구조 및 실시예는 더 높은 자기적 강도(magnetic rigidity)의 연속 이온 비임용으로 더 높은 자기장에 제공하여 제조될 수 있다. 이러한 다른 포맷은 다음에 근거한다.
단위 길이당 요구되는 전류 밀도는 조립체 내에 제1 및 제2 다극 코일 어레이를 지지하는 대향하게 위치된 2개 세트의 강자성 로드 사이의(또는 가장 간단한 실시예의 경우, 편평면을 갖는 강자성 경계판과 하나의 강자성 로드 사이의) 간극 거리에 비례한다. 필요한 전류 밀도가 너무 높으면, 어레이의 로드 상에 배치된 각각의 와이어 코일을 보다 두껍게 권취되도록 할 것이고, 이어서 강제로 강자성 구성품들 사이에 적절한 간극 거리를 증가시킨다. 각각의 와이어 코일 권선이 공간 통로의 설정된 간극 거리보다 훨씬 더 얇게 제공된다면, 자기장 내에 증가가 있지만, 와이어 코일이 더 두껍게 권취되기 때문에 수확 체감(diminishing return)의 경향이 있다. 이 문제는 이하의 기술을 사용함으로써 자기장 변화도 내의 부드러움을 희생하여 부분적으로 해결될 수 있다.
이상적으로는, 다극 코일 어레이의 코일은 간극에 의해 분리되지 않는다. 그러나, 코일 사이에 도입된 간극의 실제적인 필요성은 불가피하지만, 의도적으로 이러한 간극을 강 또는 다른 강자성 재료로 충전하는 것은 강자성 구성품들 사이의 간극 거리를 증가시키지 않으면서도 로드가 이격되게 이동하는 것을 허용한다. 이러한 시도는 와이어 코일에 대해 더 많은 공간을 허용하면서, 자기장을 직접 증가시킬 것이다. 따라서, 지지 로드 상에 배치된 각각의 와이어 코일은 다음으로 인접하게 위치 설정된 어레이의 와이어 코일의 에지 쪽으로 연장하는 개재된 강 스페이서에 의해 의도적으로 분리된다. 도9는 제1 및 제2 어레이의 지지 로드 상에 배치된 와이어 코일에 대해 개재된 강 스페이서 배열을 도시하고 있다.
또한, 도9에 도시된 다른 실시예의 유형은 가장 높은 자기적 강도의 연속 이온 비임에 대해 효과적인 것으로 판단된다. 이들 경우에는, 스페이서로 사용된 강자성 재료(보통 강)는 포화되지 않기에 충분한 두께를 가져야만 하고, 스페이서의 피치는 직선 지지 로드와 스페이서의 유한 두께에 의해 생성되는 자기적 불균일성이 과도하지 않을 정도로 충분히 짧고 작아야만 한다. 따라서, 자기적 불균일성은 개재된 스페이서의 두께의 제곱 및 와이어 코일의 피치의 제곱에 비례한다.
IV. 연속 리본 비임의 균일성을 향상시키기 위한 방법의 조절 단계
연속 리본 비임의 균일성을 향상시키기 위한 이하의 방법은 전술한 화이트 AIP 참고 문헌에 기재된 방법보다 훨씬 더 간단하다. 이 단계들은 이온 비임을 통해 작업편을 통과시키기 전에 수행된다. 이 방법은 명확하게 하기 위해 바람직한 실시예에 대해서만 설명되지만, 다른 실시예들에서 사용하는데 있어서 쉽게 적용될 수 있다.
비임 전류 밀도 프로파일을 측정하는 방법이 논의되고 있는데, 여기서는 이해를 쉽게 하기 위해 동일한 패러데이 컵의 어레이가 타겟면에 위치된 것으로 가정한다. 에러를 제거하기 위해, 각각의 패러데이 컵은 사각형 형상의 접지된 도입 개구에 의해 진행되고, 각각의 개구의 폭은 정확하게 동일하고, 다극 어레이의 각각의 코일의 폭의 일부인 폭을 갖는다. 각 개구의 높이 및 패러데이 컵의 높이는 이온 비임의 높이를 초과해야만 하며, 그렇지 않으면 측정이 유효하지 않을 것이다. 하나의 패러데이 컵은 코일 또는 코일 쌍이 다극 조립체 내에 중심에 설정되는 각각의 모든 x좌표값 상에 중앙에 위치 설정된다. x좌표값에서의 전류 밀도는 측정된 이온 비임 전류를 개구의 폭으로 나누어 얻어지지만, 모든 개구들이 동일하다면 이 단계는 생략될 수 있고, 측정된 전류가 바로 사용될 수 있다.
측정이 완료된 후에, 패러데이 컵 내의 측정된 전류의 평균값이 계산된다. 소정의 비임 프로파일이 균일하다면, 각 측정 지점에서의 에러는 측정값과 평균 사이의 차이이다. 소정의 비임 프로파일이 균일하지 않다면, 에러값은 소정의 함수에 적합하도록 계산되어야 한다.
이 방법은 아래 단계들로 구성된다.
(i) 소정의 종, 에너지, 및 근사 전류를 갖는 안정된 이온 비임이 이온 주입기에 의해 타겟면에 의도된 경로 상으로 지향된다.
(ⅱ) 이온 비임의 프로파일이 측정된다.
(ⅲ) 제1 패러데이 컵을 시작하면, 소정의 전류(균일한 프로파일의 경우 평균값)와 대등(match)할 때까지 제1 패러데이 컵 상에 관찰된 전류를 변경하도록 제1 코일 또는 코일들을 통과하는 전류가 조절된다. 필요한 변화 크기 및 적절한 방향을 예측하기 위해 제어 파라미터(코일 내 전류)에 작은 변화를 주는 표준 실험적 방법에 의해 조절이 이루어질 것이다. 그러나, 시스템이 시험되고 눈금 조정(calibrate)되자 마자, 이들 양들은 알려져야만 하고, 이온 종 및 에너지에 대한 이들의 의존도 또한 잘 알려진다. 제1 코일을 조절한 후에, 제2 패러데이 컵 내의 이온 비임 전류가 제2 코일 등 내의 전류에 의해 조절된다.
(ⅳ) 필요하면, 단계 (ⅱ) 및 (ⅲ)이 반복된다.
평균값의 계산과는 별도로 이 절차(procedure)가 변수의 측정이 소정 값이 될 때까지 하나의 제어 파라미터를 동시에 조절하는 단계를 포함한다는 것을 알 것이다. 이는 선형 처리이며, 수동으로 쉽게 달성될 수 있다. 균일 제어를 위한 종래 다극에 대한 인용된 종래 방법은 상당한 연산(intensive computation)을 수반하고, 수동으로 수행하기에는 대부분의 조작자의 능력을 벗어났었다.
선형적이고 확장 축소가 가능하기 때문에, 이 처리는 쉽게 자동화된다. 인접한 코일간에 약간의 혼선(crosstalk)이 있을 것인데, 처리의 각각의 반복이 관찰된 에러들을 근사 교정하도록(undercorrect) 처리를 반복할 것을 또는 심지어 혼선을 수정할 것을 요한다. 따라서, 자동적으로 실행될 때 매우 빨라질 수 있다.
V. 조절기 조립체의 추가적인 세부 사항 및 특성
1. 100 keV까지의 에너지로 실리콘 웨이퍼 내부로 (비소 및 경량 종을 포함하는) 이온 종을 주입하기 위해 구성된 장치에 있어서, 이온 비임은 x-축 치수에서 300 mm보다 조금 크고(오늘날 사용하는 상용 규소 웨이퍼에 대한 최대 표준 직경은 300 mm이기 때문), y-축 치수에 있어서 약 30 mm인 것이 바람직하다. 웨이퍼는 y-치수의 비임을 통해 완전히 횡단되어야만 한다. 너무 작은 y-축 치수는 비임 내의 전력 밀도와 전류를 바람직하지 않은 레벨까지 상승시킬 것인 반면, 너무 큰 y-축 치수는 비임의 주연 에지를 깨끗하게 하도록 웨이퍼가 이동되어야만 하는 필요한 거리를 증가시킬 것이며 시스템의 생산성을 감소시킬 것이다. 이러한 이유로, 최적 비임 높이는 비임 폭의 10% 및 20% 사이에 있는 것으로 판단된다.
2. 자기장 변화도가 와이어 코일의 x-치수 피치보다 작은 거리에 걸쳐 제어될 수 없다는 것은 당연하다. 또한, 비임의 y-치수는 장 변화도가 신뢰성 있게 제어될 수 있는 조립체를 위한 최소 간극 거리와 비슷한 크기라는 것을 인식해야 한다. 특별한 경우에는, 포아송(POISSON)[로스 알라모스(Los Alamos)의 LAACG FTP 서버로부터 입수 가능한 포아송 슈퍼피시 버전 7(Poisson Superfish Version 7)]과 같이 무료로 입수 가능한 코드를 사용한 모델링이 이러한 설명에 대해 더욱 큰 정밀도를 제공하는데 사용될 수 있다.
3. 또한, 비임의 y-치수와 비슷하게 되도록 와이어 코일의 피치를 기대할 수 있다. 유사하게, 보통 와이어 코일의 권선 두께는 피치보다 상당히 작아야만 한다. 그러나, 몇몇 다른 실시예는 특별한 적용 및 주입 시스템에 대해 실질적으로 더 큰 코일링된 권선을 이용할 것이다.
4. 과거에는, 장치가 이온 비임의 둘레에 완전한 자기 경로를 형성했다. 본 발명의 기본 특징은 코일링된 권선의 어레이를 지지하는 강자성 바아의 단부가 강과 같은 강자성 금속에 의해 연결되지 않는 것이다. 이러한 특징은 0이 아닌 장 성분이 각 다극 어레이의 단부에 존재할 수 있게 한다. 결론적으로, 이 조립체로부터의 표류장(stray field)이 종래 기술의 장치에 대한 것보다 클 수 있지만, 그러나 표류장은 각 단부에 대해 g에 더욱 가깝지 않은 본 발명의 다극의 단부들 근방의 강 분로(steel shunt)를 배치함으로써 상당히 감소될 수 있다.
5. 본 발명의 실시예는 도10에서 항목 200으로 나타내어 도시된 바와 같이 종래에 공지된 특허 제5,834,786호에 도시된 것과 같은 임의의 이온 주입기 안에 통합될 수 있다. 바람직하게는, 비임 폭이 약간 크게 개시된 다극 위치로부터 자석(3')의 다른 측면 상에 배치될 수 있을 것이지만, 여전히 타겟면 WI로부터 가능한 떨어져 있다. 발산하는 이온 비임(1)은 이온 공급원(2)에 의해 생성되고 자석에 의해 약 0.2도 내에서 평행하게 된다. 그 후, 다극 어레이된 조립체는 비임으로부터 제거된 주입 타겟을 가지고 각각의 패러데이 컵 내의 전류를 같게 하도록 프로필러 및 다극 제어(Profiler and Multipole control)에 의해 조절될 수 있다.
6. 이온 비임 균일성은 이동중인 패러데이 컵에 의해 또는 이산된 패러데이 컵의 어레이에 의해 측정될 수 있다. 그러나, 단순성을 위해, 코일의 수의 절반과 동일하며 코일과 정렬된 패러데이 컵의 어레이가 타겟면 내에 또는 그 바로 뒤에 배치될 수 있다. 각각의 컵의 개구가 정확하게 동일하며, 그 결과 컵 내의 동일한 측정이 균일한 이온 비임을 나타낸다. y-방향으로의 측정 장치의 허용이 전체 비임을 수용한다는 것은 중요하다. 측정 장치의 형성 개구가 타겟면 내에 있지 않으면 정확성이 손상된다. 일단, 작업편과 프로필러 하드웨어(profiler hardware) 사이의 충돌을 방지하도록 상호 체결 기구(interlocked mechanism)가 요구되는 경우에 프로필러 하드웨어를 타겟면 내에 직접 배치하는 것, 또는 프로필러 하드웨어를 타겟면 바로 뒤에 배치하여 균일성에 있어서 약간의 열화를 허용하는 것 사이에서 선택할 수 있다. 에러는 다극 조정기(multipole adjuster)에 의해 발생된 가장 강한 4중극 장 성분(quadrupole field component)에 비례한다.
7. 또한, 본 발명의 실시예는 규소 웨이퍼를 위한 이온 주입기에 통합될 수 있다. (미국특허 제5,350,926호에 개시된 것을 포함하는) 종래 기술의 시스템과 비교해 보면, 비임 트리머, 가동 극 피스(movable pole piece) 및 관련 제어부 모두가 제거되었다. 그 대신에, 상술한 유형의 다극 어레이된 조립체가 있고, 작업편이 타겟면으로부터 제거될 때 비임 균일성을 측정하기 위한 패러데이 컵의 정렬된 어레이가 있다. 이온 공급원에 의해 생성된 발산하는 이온 비임은 자석에 의해 질량 분석되고 자석에 의해 약 0.2도 내에서 평행하게 된다. 다극 어레이된 조립체는 실제로 약 +/- 0.3도 정도까지 평행도를 열화시킬 수 있다. 패러데이 컵 대신에 본래 이동하는 패러데이 컵 프로필러 시스템을 이용하는 것이 가능할 것이며, 또한 더욱 정확하고 저렴할 수도 있지만 다중 패러데이 컵을 사용하는 실용적인 작동은 사용하기에 훨씬 간단하다는 것을 알아야 한다.
8. 종래 기술(특히 미국특허 제5,834,786호에 예시됨)은 제어가능한 2중극 전자석의 직교좌표계 어레이(Cartesian array)를 통해 전류 밀도를 조절하는 방법을 제공했다. 이것은 다극 시스템 내의 각 코일 전류의 설정 및 결과로 얻은 균일성 사이에 어떤 단순한 관계가 없기 때문에 필수적이었다. 이 시스템은 1999년 IEEE의 IIT-98에서 화이트(White) 등에 의해 작성된 "평면-패널 디스플레이의 주입을 위해 리본 비임 내의 균일성의 적극 제어(Positive Control of Uniformity in Ribbon Beams for Implantation of Flat-Panel Displays)"에 더 충분히 기재되어 있다.
그러나, (가장 간단한 구조인) 개별 와이어 코일 내의 전기 에너지 또는 (바람직한 구조인) 다극 코일 어레이의 대향하게 위치된 와이어 코일의 짝을 이루는 쌍들과 타겟면에서의 비임의 이온 밀도 사이에 직접적인 관계가 현재 존재하기 때문에, 본 발명은 전류 균일성 조절 처리를 단순화한다. 비임의 전류 균일성의 조절은, 대응하는 패러데이 컵 내의 전류가 소정값, 보통은 조절 전의 프로파일의 평균값을 가질 때까지 차례로 제1 및 제2 다극 어레이의 길이에 걸쳐 배치된 짝을 이루는 와이어 코일의 각 쌍을 조절함으로써 달성될 수 있다. 조립체 내의 각 다극 어레이 영향의 유한 영역 때문에, 수 회 반복의 튜닝(tuning)이 필요할 것이다. 전체 프로파일이 요구되는 것보다 넓거나 좁은 경우에, 타겟값은 비례하는 양만큼 각각 상승되거나 하강될 수 있다.
9. 또 다른 포맷으로, 코일의 피치의 1/4만큼 양의 x 방향으로 하나의 바아 상의 코일들을 오프셋하고, 동일한 양만큼 음의 x 방향으로 다른 바아 상의 코일들을 오프셋함으로써, 바람직하지 않은 Bx 성분의 매우 미소한 증가를 희생하여 코일의 전체 숫자를 감소시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 하나의 바아 상의 코일의 중심이 대향 바아 상의 코일의 에지와 대향하고, 그 역도 또한 같다. 모든 코일이 개별적으로 조절될 수 있다면, 장 변화도가 수정될 수 있는 해상도를 상당히 감소하지 않으면서 각 코일의 폭이 2배로 될 수 있다.
발명은 본 명세서에 첨부된 청구범위에 의해서만 범위가 한정되고 형태가 제한된다.

Claims (13)

  1. 연속 이온 비임으로서 대전 입자를 발생하기 위한 공급원과, 연속 이온 비임을 일 방향으로 지향시키기 위한 수단과, 연속 이온 비임의 대전 입자를 준비된 작업편 안으로 주입하기 위한 표면과, 연속 이온 비임 내의 대전 입자의 균일성을 조절하고 제어하기 위한 전자기 조절기 조립체를 포함하는 이온 주입기 장치이며,
    상기 전자기 조절기 조립체는,
    (ⅰ) 강자성 재료를 포함하는 지지 로드와, (ⅱ) 상기 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에 개별적으로, 직교식으로 그리고 인접하게 배치되고, 각각이 전기 도전성 물질로 형성된 적어도 2개의 와이어 코일로 이루어지는 다극 코일 어레이와,
    상기 다극 코일 어레이로부터의 간극 거리에서 이에 평행하게 놓이게 위치 설정된 표면을 제공하고, 강자성 재료를 포함하는 경계판과,
    전기 에너지를 상기 지지 로드 상에 배치된 각 와이어 코일에 개별적으로 도입시키는 수단과,
    상기 다극 코일 어레이의 상기 지지 로드 상에 배치된 각 와이어 코일에 개별적으로 도입되는 전기 에너지를 독립적으로 조절 및 제어하기 위한 전류 제어기와,
    통과 이동하는 연속 이온 비임에 맞춤 자기장 변화도를 갖는 연속 자기장을 적용시키기 위한 한정된 공간 통로를 포함하고,
    전압 인가된 각각의 와이어 코일은 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도를 생성하고, 복수의 상기 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도가 맞춤 자기장 변화도를 갖는 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장의 상기 맞춤 자기장 변화도의 적용은 연속 이온 비임의 대전 입자의 균일성을 증가시키게 되며,
    상기 공간 통로는 상기 다극 코일 어레이의 길이만큼 x-축 방향으로 그리고 상기 다극 코일 어레이를 상기 경계판의 표면으로부터 분리시키는 상기 간극 거리만큼 y-축 방향으로 치수적으로 한정되고, 연속 이온 비임의 대전 입자에 대한 균일성의 정도가 증가되는 이온 주입기 장치.
  2. 연속 이온 비임으로서 대전 입자를 발생하기 위한 공급원과, 연속 이온 비임을 일 방향으로 지향시키기 위한 수단과, 연속 이온 비임 내의 대전 입자를 준비된 작업편 안으로 주입하기 위한 표면과, 연속 이온 비임 내의 대전 입자의 균일성을 조절하고 제어하기 위한 전자기 조절기 조립체를 포함하는 이온 주입기 장치이며,
    상기 전자기 조절기 조립체는,
    (ⅰ) 강자성 재료를 포함하는 제1 지지 로드와, (ⅱ) 상기 제1 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에서 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취되며, 각각이 전기 도전성 물질로 형성되며 상기 제1 지지 로드에 대해 직교하게 놓이도록 권취된 적어도 2개의 와이어 코일을 포함하는 제1 다극 코일 어레이와,
    상기 제1 다극 코일 어레이와 평행하게 위치 설정되고 제1 다극 코일 어레이의 와이어 코일과 대응하며 제1 다극 코일 어레이로부터 간극 거리로 놓이는 제2 다극 코일 어레이로서, (a) 강자성 재료를 포함하는 제2 지지 로드와, (b) 상기 제2 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에서 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취되며, 각각이 전기 도전성 물질로 형성되며 상기 제2 지지 로드에 대해 직교하게 놓이도록 권취된 적어도 2개의 와이어 코일을 포함하는 제2 다극 코일 어레이와,
    상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이의 각각의 상기 제1 및 제2 지지 로드 상의 각각 인접하게 위치 설정된 와이어 코일을 통해 가변 전류의 전기 에너지를 독립적이고도 동시에 통과시키는 온-디맨드 수단과,
    연속 자기장을 적용하기 위해 그리고 통과하여 이동하는 연속 이온 비임을 위해 적용된 연속 자기장의 자기장 변화도를 조절 및 제어하기 위해, 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에 존재하는, 한정된 공간 통로를 포함하며,
    인접하게 위치 설정되고 전압 인가된 각각의 와이어 코일은 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에서 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도를 독립적이고도 동시에 생성하고, 복수의 상기 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도는 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에서 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각각의 자기장 변화도는 개별적으로 그리고 동시에 변경될 수 있어서 상기 연속 자기장에 걸친 조절 가능하고 제어가능한 자기장 변화도를 형성하며,
    상기 공간 통로는 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이의 길이만큼 x-축 방향으로 그리고 상기 제1 다극 코일 어레이를 상기 제2 다극 코일 어레이로부터 분리시키는 상기 간극 거리만큼 y-축 방향으로 치수적으로 한정되고, 연속 이온 비임의 대전 입자에 대한 균일성의 정도가 조절되고 제어되는 이온 주입기 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연속 이온 비임은 리본형 비임인 이온 주입기 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 각각의 지지 로드 상의 미리 선택된 장소에서 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취된 상기 와이어 코일의 수는 4 내지 30 사이의 범위에 있는 이온 주입기 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다극 코일 어레이의 각각의 코일과 동일한 x 좌표를 갖는 위치를 포함하는 복수의 위치에서 전류를 측정함으로써 작업편이 주입될 표면에서 긴 치수에서의 이온 비임의 전류 밀도의 프로파일을 측정하는 수단을 더 포함하고, 상기 측정 수단은 이온 비임의 짧은 치수의 방향(y축 방향)에서는 비임 에지 너머로 연장되지만 이온 비임의 긴 치수의 방향(x축 방향)에서는 다극 코일 어레이의 코일들 중 하나의 폭보다 작도록 제한되는 이온 주입기 장치.
  6. 제5항에 있어서, 전류 밀도가 원하는 프로파일에 일치될 때까지 타겟면 내의 대응하는 위치에서 관찰된 이온 비임 전류 밀도 프로파일을 수정하도록, 가변 전류를 통과시키는 수단이 전류 밀도 프로파일의 측정치에 응답하여 조절되는 이온 주입기 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다극 코일 어레이의 상기 와이어 코일에 도입된 전류는 50 내지 10,000 암페어 횟수의 범위에 있는 이온 주입기 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 간극 거리는 25 내지 250 밀리미터로 변하는 치수인 이온 주입기 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공간 통로의 상기 폭 치수는 200 내지 2,000 밀리미터로 변하는 이온 주입기 장치.
  10. 연속 이온 비임에서 대전 입자의 균일성을 조절하고 제어하기 위한 방법이며,
    전자기 조절기 조립체를 얻는 단계와,
    상기 전자기 조절기 조립체의 공간 통로를 통해 연속 이온 비임을 지향시키는 단계와,
    가변 전류의 전기 에너지를 지지 로드 상의 각각의 인접하게 위치 설정된 와이어 코일을 통해 독립적으로 통과시키는 단계와,
    상기 전자기 조절기 조립체를 관통하는 연속 이온 비임의 대전 입자에 대한 균일성 정도를 조절하고 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 전자기 조절기 조립체는,
    (ⅰ) 강자성 재료를 포함하는 지지 로드와, (ⅱ) 상기 지지 로드 상의 미리 선택된 장소에 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취되며, 각각이 상기 지지 로드에 직교하게 놓이도록 권취된 그리고 전기 도전성 물질로 형성된 적어도 2개의 와이어 코일로 이루어지는 다극 코일 어레이와,
    상기 다극 코일 어레이로부터의 간극 거리에서 그리고 다극 코일 어레이와 평행하게 놓이도록 위치 설정된 표면을 제공하고, 강자성 재료를 포함하는 경계판과,
    인접하게 위치 설정되고 전압 인가된 각각의 와이어 코일이 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도를 독립적으로 생성할 수 있도록 상기 지지 로드 상의 인접하게 위치된 각각의 와이어 코일을 통해 가변 전류의 전기 에너지를 독립적으로 통과시키기 위한 온-디맨드 수단과,
    이온 비임에 연속 자기장을 적용하기 위한, 그리고 관통해서 이동하는 연속 이온 비임에 대해 적용된 연속 자기장의 자기장 변화도를 조절 및 제어하기 위해 한정된 공간 통로를 포함하고,
    복수의 상기 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도가 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각각의 자기장 변화도는 개별적으로 변경되어 상기 연속 자기장에 걸쳐 조절가능하고 제어가능한 자기장 변화도를 형성할 수 있고,
    상기 공간 통로는 상기 다극 코일 어레이의 길이만큼 x-방향으로 그리고 상기 경계판의 상기 표면으로부터 상기 다극 코일 어레이를 분리하는 상기 간극 거리만큼 y-축 방향으로 치수적으로 한정되며,
    인접하게 위치 설정되고 전압 인가된 각각의 와이어 코일은 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장을 독립적으로 생성하고, 복수의 상기 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장은 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각 자기장은 개별적으로 변경되어 상기 연속 자기장에 걸쳐 조절가능하고 제어가능한 자기장 변화도를 형성할 수 있는, 연속 이온 비임의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하는 방법.
  11. 연속 이온 비임 내의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하는 방법이며,
    전자기 조절기 조립체를 얻는 단계와,
    상기 전자기 조절기 조립체의 공간 통로를 통해 연속 이온 비임을 지향시키는 단계와,
    제1 및 제2 다극 코일 어레이의 각각의 제1 및 제2 지지 로드 상에 인접하게 위치 설정된 각각의 와이어 코일을 통해 가변 전류의 전기 에너지를 독립적이고도 동시에 통과시키는 단계와,
    상기 전자기 조절기 조립체를 관통하는 연속 이온 비임의 대전 입자에 대한 균일성 정도를 조절하고 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 전자기 조절기 조립체는,
    (ⅰ) 강자성 재료를 포함하는 제1 지지 로드와, (ⅱ) 상기 제1 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취되며, 각각이 전기 도전성 물질로 형성되며 상기 제1 지지 로드에 대해 직교하게 놓이도록 권취되는 적어도 2개의 와이어 코일로 이루어지는 제1 다극 코일 어레이와,
    상기 제1 다극 코일 어레이에 평행하게 위치 설정되고 제1 다극 코일 어레이의 와이어 코일에 대응하며 제1 다극 코일 어레이로부터 간극 거리에 놓이는 제2 다극 코일 어레이로서, (a) 강자성 재료를 포함하는 제2 지지 로드와, (b) 상기 제2 지지 로드 상에서 미리 선택된 장소에 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취되며, 각각이 전기 도전성 물질로 형성된 그리고 상기 제2 지지 로드에 대해 직교하게 놓이도록 권취된 적어도 2개의 와이어 코일로 이루어지는 제2 다극 코일 어레이와,
    상기 각각의 제1 및 제2 다극 코일 어레이의 상기 제1 및 제2 지지 로드 상에 각각 인접하게 위치 설정된 와이어 코일을 통해 가변 전류의 전기 에너지를 독립적이고도 동시에 통과시키기 위한 온-디맨드 수단과,
    연속 자기장을 적용하기 위해 그리고 통과하여 이동하는 연속 이온 비임을 위해 적용된 연속 자기장의 자기장 변화도를 조절 및 제어하기 위해, 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에 존재하는, 한정된 공간 통로를 포함하며,
    인접하게 위치 설정되고 전압 인가된 각각의 와이어 코일은 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에서 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도를 독립적이고도 동시에 생성할 수 있도록 되며, 복수의 상기 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장 변화도는 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에서 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각각의 자기장 변화도는 개별적으로 그리고 동시에 변경되어 상기 연속 자기장에 걸쳐 조절 가능하고 제어가능한 자기장 변화도를 형성할 수 있으며,
    상기 공간 통로는 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이의 상기 제1 및 제2 지지 로드의 길이만큼 x-축 방향으로 그리고 상기 제1 다극 코일 어레이를 상기 제2 다극 코일 어레이로부터 분리시키는 상기 간극 거리만큼 y-축 방향으로 치수적으로 한정되며,
    인접하게 위치 설정되고 전압 인가된 각각의 와이어 코일은 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에서 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장을 독립적이고도 동시에 생성하고, 복수의 상기 직교하게 연장되고 조절가능한 제한된 폭의 자기장은 제1 및 제2 다극 코일 어레이 사이에 집합적으로 연속 자기장을 집합적으로 형성하고, 상기 연속 자기장 내의 제한된 폭의 각 자기장은 개별적으로 그리고 동시에 변경되어 상기 연속 자기장에 걸쳐 조절가능하고 제어가능한 자기장 변화도를 형성할 수 있는, 연속 이온 비임의 대전 입자의 균일성을 조절 및 제어하는 방법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 다극 코일 어레이의 상기 와이어 코일에 도입된 전류는 50 내지 10,000 암페어 횟수의 범위에 있는 이온 주입기 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 지지 로드 상의 미리 선택된 장소에서 인접하게 위치 설정되고 독립적으로 권취된 상기 와이어 코일의 수는 4 내지 30 사이의 범위에 있는 이온 주입기 장치.
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