KR100926398B1

KR100926398B1 - 리본 모양의 주입기 이온 빔의 특성 제어

Info

Publication number: KR100926398B1
Application number: KR1020057000863A
Authority: KR
Inventors: 케니스 에이취. 퍼서; 해럴드 에이. 엔지; 노먼 엘. 터너
Original assignee: 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2009-11-12
Also published as: US20040097058A1; US6933507B2; US20060169924A1; US7897943B2; WO2004008476A1; US20050242294A1; JP4509781B2; US7301156B2; US20070023697A1; US20070181832A1; US7888660B2; US7351984B2; KR20050048589A; JP2005533353A; AU2003251973A1; EP1532650A1

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼에 충격을 가하는 주입 이온의 입사각 정밀도와 웨이퍼들이 이온빔을 통과할 때 웨이퍼의 균일한 도핑을 위해 리본 이온 빔의 정밀도의 향상을 위한 요구들을 만족시키는 방법과 장치에 관한 것이다. 상기 방법과장치는 이온 주입을 위해 새로운 자기 이온-광학 전달 부재의 구조를 가지며 이들과 결합된다. 광학 부재들의 구조는: (1) 작업물에서 리본 빔 폭의 넓은 범위의 조절; (2) 리본 빔의 폭에 대한 세기 분포의 부정확성 보정; (3) X축과 Y축 둘레의 독립적인 조정; (4) 작업물에서의 입사각 보정; (5) 공간 전하로부터 발생하는 빔 확장 효과에 대한 근사적인 보정을 가능하게 한다. 실제로, 조합된 부재들은 양호한 균일성과 각도 정확성을 가지면서 소스와 작업물 간에 리본 빔을 350 밀리미터까지 확장시킨다. 또한, 방법과 장치는 빔 라인을 따라 4중극 자기장을 도입시키는데 사용될 수 있다.

Description

리본 모양의 주입기 이온 빔의 특성 제어{CONTROLLING THE CHARACTERISTICS OF RIBBON-SHAPED IMPLANTER ION-BEAMS}

본 발명은 자기 포커싱의 구성과 사용 및 리본 빔 내의 이온의 세기 분포를 바꾸기 위한 보정 부재에 관한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 주입 및 도핑에 사용되는 이온 입사각의 정밀한 보정에 관한 것이다.

소정의 속도로 차례로 선택된 불순물 원자들을 유도하여 원자들이 표면층들을 관통하고 표면 아래 특정 깊이에 안착하게 함으로써 실리콘 웨이퍼의 웰-형성 영역에 전기적인 특성을 바꿀 수 있기 때문에 이온 주입 프로세스는 반도체 제조시에 유용하다. 이는 3차원의 전기 회로를 만들 수 있으며 정밀도를 높이고 반복하여 생산할 수 있게 한다.

이온 주입을 이렇게 유용한 프로세스 과정으로 만드는 특징은 세 가지로 나누어진다: 첫째로, 유도된 도펀트 원자들의 농도는 웨이퍼를 가격하는 하전 이온들에 의해 전달된 인커밍 전하들의 직진 방향의 결정에 의해 정확하게 측정될 수 있다. 둘째로, 상기 도펀트 원자들이 삽입되는 영역들은 실온에서 정밀한 도펀트 패터닝이 가능한 포토 레지스트 마스크에 의해 정밀하게 형성될 수 있다. 마지막으로, 도펀트 원자들이 안착하는 깊이는 이온 에너지를 변화시킴으로써 조절될 수 있으며, 이로써 층 구조를 제조할 수 있다. 이온 주입 프로세스를 향상시킨 시스템과 방법이 요구된다.

현재 실리콘 이온 주입에 사용된 이온 종들은 1 keV 이하부터 80 keV 이상까지 범위의 에너지를 갖는 비소, 인, 게르마늄, 붕소 및 수소를 포함한다. 수 마이크로 암페어부터 수 밀리 암페어 범위의 이온 전류가 필요하다. 일반적으로 5 mA 보다 큰 이온 주입 전류를 제공하는 장치는 '고전류' 이온 주입기로 불린다. 반도체 산업의 추세는 1 keV 이하의 에너지를 가지며 1° 이하로 입사각을 제어하는 이온 주입 기술로 이동중이다.

통상적으로, 이러한 도펀트 물질을 실리콘 웨이퍼 및 기타 작업물 안으로 주입시키기 위한 이온 주입기는 4 개의 주요 시스템으로 모델링될 수 있다: 첫째로, 주입될 하전 이온이 생성되는 이온 소스. 둘째로, 이온 에너지가 특정 이온 주입 과정에 필요한 만큼 증가되는 가속 영역. 셋째로, 소스를 떠난 이온 집단이 원하는 이온 주입 밀도 패턴을 형성하도록 모양을 갖추고 원치않는 입자들을 제거하는 광학 이온 전달 시스템. 마지막으로, 개별 웨이퍼가 인커밍 이온 빔에 의해 스캐닝되는 정전기 척 또는 회전 디스크의 표면 상에 장착되고 로봇이 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 이온 주입 스테이션. 본 발명의 일 특징은 이온 빔 전달 시스템을 향상 또는 개선시키고자 한 것이다.

최근 이온 주입기 구조에 개선된 사항은 리본 빔 기술을 도입한 것이다. 본 명세서에서 작업물에 도달하는 이온은 이온 빔의 형태로 작업물을 통과하기 때문에 작업물을 균일하게 코팅하는 스트라이프로 구성된다. 이러한 리본 빔 기술을 사용하는 것은 비용상으로 상당한 장점을 갖는다: 디스크-타입의 이온 주입기에 있어서, 리본-빔 기술은 이온 빔에 대해 디스크의 스캐닝 움직임을 필요로 하지 않는다. 단일-웨이퍼 이온 주입기에 있어서, 웨이퍼는 일차원으로 인커밍 리본 빔 아래에서만 이동하면 되기 때문에, 단부-스테이션의 기계적인 구조를 매우 간단하게 하고 횡단하는 전자기 스캐닝을 필요로하지 않는다. 올바른 모양의 리본 빔을 사용하면, 한번에 선형적으로(one-demension) 통과시킴으로써 작업물에 대한 입사량(dose) 밀도를 균일하게 할 수 있다.

리본 빔을 생성하고 다루는 기술 개발은 리본 빔/단부 스테이션 배치가 1%보다 우수한 입사량 균일도를 가지며, 1 도보다 우수한 각도 정확성을 갖고 1keV 이하의 이온 에너지를 이용하여 동작해야 하기 때문에 쉽지 않다. 화이트(White) 등에게 부여된 두 개의 특허, "고전류 리본 빔 이온 주입기"란 제목의 미국 특허 제5,350,926호와 "밀집형 고전류 광역 빔 이온 주입기"란 제목의 미국 특허 제5,834,786호에는 리본 빔 기술의 몇 가지 특징이 개시되어 있다.

또한 화이트 등은 미국 물리학 연구소(American Institute of Physics)에서 발간하고 제이.엘. 듀간(J.L. Dugan)과 엘 모건(L Morgan)이 편집한 "1999 연구소 및 업계의 가속기 분야 협회 회보(1999 Conference Proceedings of Applications of Accelerators in Research and Industry)"(1-56396-825-8/99)의 830쪽에 개시된 "24인치의 크기에 이르는 평행 리본 이온 빔의 균일성 제어"란 제목의 논문에서 리본 빔이 갖는 몇 가지 문제점들을 검토하였다.

본질적으로, 리본 빔은 큰 폭/높이 종횡비를 갖는다. 따라서, Z-축을 따라 이동하는 빔을 유효하게 둘러싸기 위해서, 이러한 빔을 위한 포커싱 렌즈는 X-축을 따라 연장하는 슬롯을 갖는 슬롯형 특성과 리본의 높이(Y-방향)를 가로지르는 짧은 디멘션(dimension)을 가져야 한다. 이는 각각의 디멘션에서 자기 4중극 렌즈의 초점 길이가 동일하지만 부호가 반대이고, 폭과 높이 디멘션으로 리본 경계의 광선의 각도 편향이 매우 상이해야 한다는 것이 중요하다. 게다가, 렌즈의 자기장 경계는 이온 빔에 인접하여 이러한 경계를 따라 유도된 국부적인 섭동(perturbation)이 리본 빔의 작은 영역으로 유효하게 제한된 편향 결과를 갖게 할 수 있다.

원칙적으로는 이온 소스로부터 직접 원하는 모양의 리본 빔을 형성하는 것이 편리하지만, 실제로는 전체 길이의 리본 추출이 편리하지 않을 수 있다. 종종 소스에서 적절한 길이의 리본을 형성하고 이온-광학 확장기를 사용하여 이온 주입에 필요한 폭으로 리본 빔을 확장시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 특징은 중앙 궤적들이 평행하고 선형 방식으로 배치된 다수의 개별 빔렛 형태로 이온 소스로부터 이온을 추출하는 것에 관한 것이다. 이러한 구조는 각각의 빔렛(beamlet)에 대해 고유 특징과 각도 특징을 정밀하게 제어한다. 당업자는 다수의 평행한 가로열의 빔렛들이 사용되거나 빔렛이 소스 영역을 떠날 때 빔렛의 중앙 궤적들이 평행하지 않거나 슬릿-구조가 이온 추출을 위해 사용되더라도 이러한 원리가 유효하다는 것을 알 것이다.

또한, 당업자는 포커싱 부재와 편향 부재가 이온 소스 및 입자들이 주입될 작업물 사이에서 이온을 전달하는데 필요하다는 것을 알 것이다. 이상적인 포커싱 부재로서 동작하는 포커싱 렌즈에 있어서, 먼저 개별 빔렛의 궤적에 도입된 각도 편향이 렌즈 대칭 축으로부터 빔렛 거리에 비례하는 것이 바람직하다; 즉, 편향 자기장의 크기는 이온 빔의 중앙 궤적의 거리에 선형적으로 증가해야 한다.

예컨대, 상기 설명한 선형 조건을 만족시키고 높은 종횡비의 큰 길이를 갖는 4중극 렌즈는 더블유.케이. 파노프스키(W.K. Panofsky) 등이 과학 연구소의 저널 리뷰 30호(the journal Review of Scientific Instuments volume)(1959) 927쪽에 개시하였다. 기본적으로, 이러한 구조는 프레임의 각각의 긴 측부들이 균일하게 감긴 단일 코일을 지지하는 긴 디멘션의 고투자율 강철 프레임으로 이루어진다. 4중극 자기장을 형성하기 위하여, 상부 및 하부 코일은 상기 강철 프레임 부재의 각각의 긴 측부들을 따라 동일하게 이격되어 감겨지며 코일을 통과하는 전류는 장방형 어레이의 일 단부에서 볼 때 마주하는 방향으로 여기된다. 하나의 막대의 단부에서의 n극은 s극에 면하도록 마주한다. 장방형 프레임의 짧은 측부에서, 추가의 코일들이 단부-막대를 통과하는 자기 단락 회로를 방지하는 각각의 긴 측부의 두 개의 단부에서 정자기 전위를 제지시키는데(buck) 사용된다. 4중극 자기장을 형성하기 위하여, 각각의 수직 막대에서 마주하는 암페어-횟수는 각각의 긴 막대를 따라 암페어-횟수에 동일하다. 이들 두 개의 제지 코일을 통과하는 전류는 동일하지만 마주하는 방향으로 자기장을 형성한다.

많은 포커싱 어플리케이션에 있어서, 낮은 에너지 빔의 수차(aberration) 보정과 비선형 확산 보정은 중앙으로부터 떨어진 자기장의 선형 성장을 바람직하게 편향시키는데 중요하다. 필수적인 다중극 성분을 자기장에 도입시키는 방법은 미국 특허 3,541,328의 엔지(Enge)의 328에 의해 개시되었으며, 특히 이온이 통과하는 두 개의 철심 사이의 공간에서 다중극 포커싱 자기장을 형성하는 방법이 상기 문헌에 개시되어 있다. 각각이 특정 다중극을 형성하기에 적합한 코일 배치를 갖는 일련의 독립적인 여기가능한 권선들이 각각의 철심을 따라 감겨 있다. 저널 뉴클리어 인스트루먼트 앤드 메소드(the journal Nuclear Instruments and Methods) 통권 136호(1976), 213-224쪽에, 에이취.제이. 쉬어러(H.J. Scheerer)는 미국 특허 3,541,328의 설명에 따라 이중 러드 구조의 포커싱 특징을 개시한다. 특히, 상기 특허 도 6에는 각각의 다중극들이 직렬로 연결되고 단일 유닛으로서 전력이 공급되는 코일들이 개시되어 있다.

파노프스키의 4중극과 엔지의 다중극 발생기는 이온 전달 부재의 파라미터들이 단일 실험 또는 측정을 위해 고정된 빔 전달 시스템을 통해 이온을 전달하는 구조를 갖는다. 이들은 편향 자기장을 실제로 제어할 때 빔 파라미터를 수정해야 하는 단점을 갖는다. 먼저, B-자기장이 직사각형의 종축을 따라 이중극 자기장을 형성하는 구조를 갖지 않는다. 두번째로, 대칭점(x=0)은 코일과 조정 요크의 구조로 형성되기 때문에 렌즈-자기장 분포를 이동시킴으로써 y-축 둘레를 조정하는 것이 용이하지 않다.

본 발명의 일 실시예에서, 장방형 강철 윈도우 프레임 구조는 원하는 편향 자기장을 형성하는데 필요한 자기 지지 구조물을 제공한다. 본 발명의 특징은 종축 막대의 권선들이 독립적으로 여기된 다수의 짧은 부분으로 이루어진다는 것이다. 이러한 개념은 전용 권선들을 사용하지 않고 고도의(high-order) 다중극을 형 성할 수 있으며 다중극의 중심점이 횡단하는 x-축을 따라 이동할 수 있다. 단부 막대에 감긴 추가 코일들은 다중극 성분들을 형성할 때 자기 단락 회로를 제거하는데 필수적이다. 그러나, 이들 단부-막대 코일은 직사각형의 길이 디멘션의 오른쪽 각도에 있는 종축 막대들 간의 순수한 이중극 자기장을 형성하는 방식으로 독립적으로 여기될 수 있다. 마지막으로, 단부 막대의 코일이 스위칭 오프될 때 이중극 자기장은 윈도우 프레임의 종축을 따라 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 소스 출구의 이온 밀도의 국부적인 변화 또는 리본 빔의 모양은 편향 자기장을 국부적으로 변화시킴으로써 보정된다. 이러한 보정은 컴퓨터 제어로 이루어질 수 있으며 강철의 와전류 감쇠율에 의해서만 제한되는 시간 척도(scale) 상에서 이루어진다. 제어에 필요한 입력 빔 파라미터들은 상기 리본 빔 내의 이온들의 세기 및 각도 분포를 측정하기 위한 위치-감도 패러데이 컵을 포함하며 편향 자기장을 변화시킴으로써 원하는 분포와의 불일치를 보정한다.

이러한 렌즈 변화의 각각의 어플리케이션이 추가로 설명되겠지만 자유 공간 내 자기장의 선형 중첩으로 인해, 특정 타입의 보정을 위해 필요한 전류가 독립적으로 계산될 수 있다. 이러한 프로세스는 중첩에 의해 완성된 해결책이 필요한 각각의 타입의 보정에 반복될 수 있다. 선택된 그룹의 다중극 자기장을 단일 빔 전달 부재에 동시에 도입시키는 것은 저널 뉴클리어 인스트루먼트 앤드 메소드 통권 A258호(1987), 437-442쪽에 "이중극 자기장 성분을 갖지 않는 자석 구조"란 제목으로 화이트(White) 등이 개시하였다.

본 발명의 기본적인 개념은 리본 빔을 포함하는 모든 궤적을 둘러싸는 자기 장으로 채워진 영역을 형성하는 것이다. d.c. 자기장은 리본 빔을 구성하는 모든 빔렛의 원하는 편향을 도입시키기에 적절한 영역 전체의 크기와 방향을 갖는다. 맥스웰 방정식에 의한 제한 내에서, 자기장 구조는 빔렛의 각도 좌표 변화를 제어하고 중첩된 보정:(1) 각도 에러, (2) 차동 세기 에러, (3) 두 개의 (y₀,z₀)과 (x₀,z₀) 평면에 수직인 축을 중심으로 한 균일한 조정, (4) 선형 포지티브 및 네거티브 포커싱의 도입, (5) 수차 보정을 위한 특정 편향 자기장을 제공하도록 선택된다.

기타 목적과 장점들은 하기 설명과 도면에서 자명하게 나타날 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 빔 좌표 시스템을 도시한다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된 광학 확장기용 확장 광을 도시한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 보정기의 구조를 도시한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 정자기 전위 전달 플레이트가 어떻게 전위를 리본 빔의 영역에 전달하는지를 도시하는 도 3의 X-방향 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 보정기용 인클루져를 도시한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포커싱 렌즈 및 보정기 어셈블리를 도시한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 4중극 동작을 도시한다.

도 8은 본 발명의 실시예에서 4중극 자기장을 형성하는데 필요한 정자기 전 위를 도시한다.

도 9a는 본 발명의 실시예에서 정자기 전위의 변화와 이에 따른 리본 빔의 빔 폭 변화를 도시한다.

도 9b는 본 발명의 실시예에서 도 9a에 도시된 정자기 전위 분포와 관련한 리본 빔의 확장/수렴을 도시한다.

도 10a는 본 발명의 실시예에서 국부적인 리본 밀도의 변화와 관련한 정자기 전위 보정을 도시한다.

도 10b는 본 발명의 실시예에서 y-축을 중심으로 한 조정(steering)과 관련하여 국부적인 리본 빔 세기 보정을 도시한다.

도 11a는 본 발명의 실시예에서 리본 빔의 y-조정을 유도하기 위한 정자기 전위를 도시한다.

도 11b는 본 발명의 실시예에서 웨이퍼 조정시 x 방향의 빔 이동 또는 y-축을 중심으로 한 리본 빔의 조정을 도시한다.

도 12는 본 발명의 실시예에서 y-축을 중심으로 한 리본 빔 조정 모드를 도시한다.

도 13a는 본 발명의 실시예에서 x-축을 중심으로 편향될 수 있는 모드와 관련하여 두 개의 막대를 따른 정자기 분포를 도시한다.

도 13b는 본 발명의 실시예에서 리본 빔의 x-축을 중심으로 한 조정을 도시한다.

도 14는 본 발명의 실시예에서 렌즈/조정기 보정기 부재에 대한 형상적으로 등가인 구조를 도시한다.

도 15는 본 발명의 실시예에서 설계된 수소 이온 주입기의 원리를 도시한다.

도 16은 본 발명의 실시예에서 혼합된 막대의 단면을 도시한다.

본 발명에 대한 이해를 돕기 위해, 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 시스템의 고유한 특성은 실시예를 참조로 더 명확하게 설명된다. 이러한 예에서, 한 쌍의 4중극 렌즈는 초기 평행한 세트의 빔렛을 넓은 세트의 평행한 빔렛 궤적으로 확장시키는데 사용된다.

도 1은 하기 설명에 사용되는 빔 좌표 시스템을 도시한다. 리본 빔을 가로지른 3개의 대표 단면(120)이 도시되어 있다. X-축은 리본 빔을 포함하는 빔렛(130)의 오른쪽 각도에서 표면의 종축을 따라 항상 표면(120)과 정렬한다. Z-축(110)은 리본 빔의 중앙 궤적에 접하고 이온 광학 전달 시스템의 전체 길이에서 중앙 궤적과 동심을 이루어, 중앙 궤적(110)의 방향 변화에 따라 방향을 바꾸게 한다. 빔 경로를 따른 각각의 포인트에서, 데카르트 Y-축은 표면(120)에서 리본 빔의 좁은 디멘션의 오른 각도에 놓인다.

도 2는 선형 왕복 이동(221)을 이용하여, 웨이퍼(220)의 하나의 횡단면으로 전체 웨이퍼 폭을 가로질러 동시에 리본 빔이 주입될 수 있도록 작업물 또는 웨이퍼(220)에서 리본 높이를 생성하기 위해, 좁은 폭을 갖는 이온 소스(201)에 광학적으로 결합된 이온 빔 확장기(200)의 기본적인 구조를 도시한다. 선형 어레이(210) 내에 배치된 빔렛 그룹의 형태로, 이온 소스(201)에 의해 생성된 짧은 리본 빔은 수렴 렌즈(250)에서의 폭이 이온 주입될 작업물(220)에 필요한 폭과 매칭하도록 확장된다. 또한 빔 확장기(200)는 빔렛이 큰 폭의 수렴 렌즈(250)에 의해 평행하게 그 뒤로 시준되기 전에 개별 이온 빔렛들이 떨어져 드리프트되는 발산 렌즈(230)를 포함하며, 발산 렌즈의 뒤에는 자유-공간 드리프트 영역(240)이 위치한다.

바람직한 실시예에서, 작업물(220)은 일정한 속도로 확장된 리본 빔 패턴(260) 아래를 통과하고, 입사각은 충격각(θ)을 바꾸기 위해 축(270)을 중심으로 웨이퍼를 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 웨이퍼가 축(270)을 중심으로 큰 각도로 회전할 때, 빔 폭은 빔의 낭비를 최소화시키기 위해 확장 비율을 바꿈으로써 조절될 수 있다. 도 2의 구조에 있어서, 이온 밀도는 리본 빔의 폭에 대해 일정해야 한다. 그러나, 회전하는 디스크 타입의 이온 주입기와 같은 구조에서는, 리본 빔의 이온 밀도는 이온 주입 반경에 의해 바뀌어야 한다. 이 경우, 작업물의 도핑 균일성을 얻기 위해 리본 빔 이온 밀도는 리본 빔에 대해 능동적인 보정이 필요하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 보정기의 기본적인 특징부를 도시한다. 리본 빔(320)의 폭과 평행하게 종축(X-좌표)과 정렬되고 리본 빔의 구조적 중심과 동심인 구조적 중심을 갖는 고투자율 장방형 강철 구조물(310)은 갭(312) 내에 원하는 자기장을 생성하는데 사용되는 코일(330,340)을 지지하며, 이러한 갭을 통해 리본 빔(320)을 형성하는 이온이 지향된다. 개략적으로 도시된 개별 코일(330,340)은 장방형 강철 구조물(310)의 두 개의 종축 막대(314,316)를 따라 분포되며, 개별적으로 제어가능한 전력 공급이 회로(350 및 351)를 경유하여 각각의 코 일을 통해 전류를 형성한다. 간략히 하기 위해, (330 및 340)으로 지칭된 개별 코일은 현저하게 분리되어 있는 것으로 보이지만, 실제로 코일은 빔 영역(322)의 축 상에 자기장이 매우 매끄럽게 만들어지도록 서로 밀집해 있다. 코일(330 및 340)은 전력 소모를 최소화하기 위해 큰 단면을 가져야 하는 몇몇 어플리케이션에 있어서, 얇은 강자성판(도시 안됨)은 개별 코일을 분리시키고 이온 빔 경계 부근의 스칼라 전위들을 연결한다. 선택적으로, 코일(330 및 340)은 연속된 코일로서 함께 연결될 수 있다.

도 3에 도시된 단부 코일(332 및 342)은 다수의 엘리먼트로 반드시 분할될 필요는 없다. 단부 코일들의 주요 기능은 상부 및 하부 강철 막대(314 및 316) 사이에서 자기장이 회로를 단락시키는 것을 방지하도록 적절한 정자기 전위를 형성하는 것이다. 4중극의 동작 동안 동일하고 반대되는 암페어-횟수는 암페어 횟수가 장방형 구조물의 종축을 따라 인가되도록 코일에 의해 형성되어야 한다. 여러 편향 모드를 발생시킬 수 있기 위해서, 단부 코일(332 및 342)을 통해 지향된 전류는 역전될 수 있어야 하고 정밀하게 제어되어야 한다. X-축을 따른 2중극 자기장의 생성동안, 코일(332 및 342)은 턴오프될 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 x-방향으로 A-A' 선을 따라 바라 본 단면도이다. 이미 언급한 작은 고투자율 강철 탭(420 및 422)은 각각의 막대(314 및 316)를 따라 생성된 정자기 전위를 이온 빔 영역(322)의 경계에 전달하는 것을 볼 수 있다. 강철 탭(420 및 422)의 직선 부분은 보정 자기장 성분의 위치 해상도를 국한시키기 위해 가능한 이온 빔에 인접하게 위치해야 한다.

실제로 도 5에 도시된 투영도는 렌즈-보정기 인클루져의 바람직한 실시예를 도시한다. 인클루져의 설계 목적은 코일이 진공 환경에 노출되는 것을 방지하고 코일의 절연을 제공하는 것이다. 또한, 전력 공급을 위한 공기 공급-스루와 수냉 채널이 진공화되는 것을 방지하는 것도 그 목적이다. 기본적으로, 자기 렌즈/보정기는 이러한 인클루져(510) 내부의 주위 대기압에서 동작할 수 있다. 인클루져는 외부(500)에 진공부를 갖고 내부(510)에는 대기압 또는 액체 냉각제를 갖는다. 인클루져는 Z-축을 따라 도 3과 4에 개시된 코일 구조물을 수용하기에 적합한 깊이 및 이온이 원하는 보정 각도로 편향될 수 있게 이온 빔을 따라 충분한 자기 경로 길이를 가져야 한다. 본 실시예에서 인클루져(510)를 제조하는 많은 방법들은 당업자에게 자명하지만, 인클루져는 알루미늄 지그-플레이트의 적절한 블록으로부터 머시닝된다. 동작 동안, 인클루져(510)는 이온 주입 시스템의 진공 인벨로프(530)의 일부인 하우징에 볼트로 결합된다. 이러한 구조는 이온 주입에 사용된 빔 전달 부품들의 일부인 다른 광학 부재들과 관련하여 보정기 부재의 위치를 한정하는 기능을 한다. 도 3과 4에 도시된 보정기 렌즈는 연결 홀(540 및 542)을 경유하여 주위 환경에 연결될 수 있다. 이러한 홀(540 및 542)을 통해, 각각의 코일을 위한 전력 리드와 코일을 위한 공기 또는 액체 냉각제가 통과한다. 인클루져(510)는 단순한 플레이트(550)를 O-링(552)으로 밀봉된 평면(560)에 부착시킴으로써 기밀하게 진공화된다.

도 6의 단면은 통상적인 렌즈-보정기(600)의 조립된 구조물을 도시하며, 유사한 부재들은 이전의 실시예에서 개시되었다. 장방형 고투자율 막대 구조물(314 및 316)은 장방형 윈도우 프레임의 기본을 이룬다. 배선과 냉각을 용이하게 하기 위해 강철 막대는 배선과 냉각 라인을 위한 액세스가 용이한 적절한 강철관으로 제조될 수 있다. 리본 빔 플레인의 Z-축은 보정기의 개방된 중심(322)을 관통한다. 전력과 냉각제는 관통구(542)를 통해 도입된다. 전기적인 연결부는 분배 판넬(610)을 사용하여 배치된다.

도 7은 장방형 막대(314 및 316) 사이의 영역 내에 4중극 자기장을 생성하는 배경을 도시하며, 수차를 보정하기 위해 분배가 어떻게 변경되는지를 보여준다. 균일한 전류 시트, j_z(x)(701,702)가 각각의 막대 표면 주위의 모듈로 예시된 것처럼 제조되었다고 가정하면, 이러한 전류 시트는 하기에 주어진 권선의 인접 표면의 자기장, B_x(x)를 발생시킨다.

B_x(x)=μ₀.j_z(x) (1)

순수한 4중극 자기장을 발생시키기 위해, j_z(x)는 모든 x 값에 대해 일정하다. 암페어 이론을 적용하면

B_y(x)=(μ_0/d).j(x).x (2)

이 되며, 여기서 d는 각각의 막대로부터 중앙 라인(710)까지의 거리이다. 따라서, 도 7의 화살표로 도시된 방식으로 균일한 전류 흐름을 위해서, 하나의 막대의 단부에 생성된 n극은 인접한 강철 막대의 인접하여 마주하는 s극을 보여주며 자기장 B_y(x)는 수직의 강철 연결 막대(721,722) 사이에서 측정된 x-디멘션의 중앙에서 0이 며 중앙으로부터 각각의 단부까지 중앙의 부호와 다른 부호로 선형적으로 증가한다.

당업자는 중첩으로 인해 구조의 해상도 제한 내에서 강철이 포화되지 않은 것으로 가정하여 다중극에 필요한 것은 무엇이든지 전류 밀도,j(x)의 적절한 분포를 선택함으로써 여기될 수 있다는 것을 알 것이다. 분명히, 일정한 전류와 변할 수 있는 피치를 갖는 개별 권선들은 US 3,541,328에 개시된 것처럼 j(x)의 필요한 변수들을 제공한다. 그러나, 도 3에 도시된 것처럼 단일 권선층이 다수의 짧은 개별적인 여기 코일(330 및 340)로 분할되는 경우 다중극에 필요한 것은 무엇이든지 단일 그룹의 권선을 사용함으로써 여기될 수 있다.

몇가지 특정 구조

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 렌즈 보정기에 의해 도입될 수 있는 다중극 자기장 형성을 설명하는 그림이다. 여기 전류는 직류이거나, 빠른 시간 안에 변하지 않기 때문에, 자기장 설명에 있어서 벡터 전위를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이와 같이 간단하기 때문에 자기장-B(자기장 유도)를 계산하기 위해 정자기 전위 하나만을 사용하면 된다. 이러한 방법이 갖는 유용함은 이러한 조건하에서 동일한 방정식이 정전기장에 충족되듯이 정자기장에도 충족된다는 것이며, 이 때 정자기장의 구동 전위는 볼트보다는 암페어-횟수이다. 그러나, 이러한 분석은 개별 강철 막대를 둘러싸는 전류 여기 영역을 포함하지 않아야 한다는 것이 중요하다. 방정식(2)와 관련하여, 4중극 발생을 위해 각각의 막대를 따라 발생한 자기 전위들 간의 차이는 렌즈의 일 단부로부터 먼 단부까지 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 균일하게 이격된 권선들과 각각의 권선에 동일한 전류를 가정하면, 각각의 막대를 따라 관련된 정자기 등전위들의 반경은 대칭성으로 인해 각각의 막대의 중앙에서 0을 통과하는 직선들이다. 도 3에 도시된 막대(314 및 316) 사이에 형성된 자기장 B_y(x)는 정자기 전위차의 네거티브 기울기에 의해 여기된다. 도 4에 도시된 고투자율 강철 탭(420 및 422) 사이의 거리가 렌즈/보정기의 폭을 따라 일정하기 때문에, 각각의 막대의 정자기 전위간의 차이를 이용하여 B_y(x)를 바로 계산할 수 있다.

동일한 표현을 사용하여, 도 9a와 9b는 리본 빔 집합의 확장(또는 수렴)을 얻는 방식을 개략적으로 도시한다. 도 9a에서, 도 9a의 발산 렌즈(930)와 관련한 정자기 등전위(910 및 912)는 등전위(920 및 922)에 의해 형성된 완전히 확장된 빔(960)으로부터 시작하는 감소된-크기의 리본 빔(950)을 형성한다. 모든 기본 코일(330 및 340)을 통과하는 모든 전류의 선형 변화는 리본 빔이 웨이퍼(970)에 충격을 가하기 전에 리본 빔의 폭을 적절한 크기로 확장시킬 수 있다.

도 10a와 10b에서, 개별 빔렛(980)은 빔렛의 나머지에 대해 예측된 것보다 낮은 세기를 가지며 이온 소스(901)를 떠나는 것으로 가정된다. 리본 빔의 감소된 국부적인 이온 밀도를 보상하기 위하여, 발산 렌즈(930)에 의해 형성된 산개 패턴(fan-out pattern)은 궤적(982 및 984)들 간의 각도 이격을 감소시킴으로써 가늘어진 빔렛(980) 주위에서 국부적으로 압축된다. 만족되는 균일성이 렌즈(940)에 진입할 때 얻어지는 경우, 도 9a와 9b에 도시된 것처럼 산개 패턴의 전체 펼쳐짐은 전체 작업물의 균일한 이온 주입을 위해 바뀐다. 발산 렌즈(930)를 형성하는 두 개의 막에 있어서, 궤적(984)에서 편향각을 비선형적으로 도입시키고 리본 빔의 폭을 따라 이온 주입 세기의 균일성이 되돌아 가지 않게 정자기 전위(924 및 926)가 (925 및 927)에서 국부적으로 감소하기 보다는 각각의 막대 중앙으로부터 선형으로 증가하는 것을 정자기 전위 그림로부터 볼 수 있다. 필요하다면, 이러한 비선형 편향을 보상하기 위한 각도 보정은 렌즈(940)에 도입될 수 있다.

최종 리본 빔을 따른 위치와 제1 4중극 막대를 따른 코일 위치 간의 일대일 대응이 존재하며, 이는 컴퓨터 보정 알고리즘을 단순하고 간단하게 수행시킨다.

도 11a와 11b는 x-방향을 따라 리본 빔을 시프트하고 도 11b의 X-Z평면에 수직인 y-축을 중심으로 회전시키는 방법을 도시한다. 기본적으로, 병렬로 시프트시키기 위해서, 렌즈/보정기(930)의 두 개의 막대를 따라 모든 개별 코일에는 0(990)을 발생시키도록 전기적으로 에너지가 공급되며, 이는 렌즈(930)의 공칭 중앙으로부터 오프셋된다. 렌즈(990)를 보상하기 위한 보정이 필요하다. y-축을 중심으로 회전시키기 위해, 렌즈(940)를 통과하는 시준 전류는 소스(901)를 떠난 이온에 평행한 출력 궤적들에 복귀하지 않도록 적절하게 조절되어야 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서 상기 오프셋을 만드는데 사용되는 원리는 도 12에 도시되어 있다. 막대(314 및 316)를 따라 배치된 도 3의 코일(330 및 340)에는 에너지가 공급되지 않으며 혼동을 없애기 위해 도면에 도시하지 않았다. 제지 코일(332,342)은 중앙 평면이 y-축 방향에 완전히 평행한 B_y-자기장(328)의 균일한 스트립을 형성한다. 따라서, X-Z 평면의 외부로 이동할 수 없게 하기 위하여 x-방향으로는 B_x-자기장이 존재하지 않는다. Y-방향을 중심으로 한 조정(steer)은 렌즈 동작 및 X-방향의 조정과 완전히 분리된다.

도 13a와 13b는 x-방향을 따라 균일한 B-자기장을 형성하는 방법을 도시한다. 도 13a에서, 한 쌍의 정자기 전위(1310 및 1316)는 일 단부로부터 개별 막대들을 따라 각각 동일한 크기와 방향을 가지며 형성된다. 이는 도 3에 도시된 것처럼 균일하고 동일한 방식으로 코일 집합(330 및 340)에 에너지를 공급함으로써 달성될 수 있다. 두 개의 막대가 정자기 전위에 기여하는 것은 이상적으로는 동일하지만, 도 13a에 도시된 것처럼 이들 막대가 동일하지 않은 것도 가능하다.

실제로, 예외없이, 중첩은 이미 설명한 이들 자기장 배치 모두가 서로 더해져 포커싱, 수차 보정, 소스 출력의 차이 변화 보정, 및 X축과 Y축 모두를 중심으로 리본 이온 빔의 국부적인 조정을 형성하는 조합된 편향 구조물을 형성한다. 포화는 강자성체 부재에서 최소화되어야 한다는 것이 제한된다.

유용한 렌즈/보정기 외관

도 14는 두 개의 독립된 부재(1430 및 1431)로 이루어진 렌즈/보정기 어셈블리의 구조를 도시하는데, 이들 부재 사이에서 리본 빔이 슬롯(322)을 통해 지향된다. 도 3에 도시된 장방형 강철 막대 구조물과 외관이 동일한 렌즈/보정기 어셈블리는 도 3에서 장방형 막대 구조물(310)의 수직 강철 부분이 편향 자기장을 형성하는 극의 회로를 단락시키는 빔-이동 파이프의 진공 영역과 자기 편향기의 가장자리 자기장 영역으로 삽입되기 위한 유용한 특징을 갖는다.

원칙적으로, 도 3에 도시된 수직 막대(312)와 관련된 권선(332 및 334)은 각각의 제지 권선의 중앙 대칭점에서 분리되었다. 도 14를 참조하면, 절단된 상부 막대와 관련한 제지 권선은 (1400,1401)로 표시되었다. 포커싱 자기장을 형성하는 권선은 (1410)으로 표시되었다. 분리 후에 동일한 전류가 '하프-권선'(1400,1401)을 계속해서 통과하여, 렌즈/보정기가 렌즈 모드에서 사용될 때 각각의 하프 권선이 도 3에 도시된 원래의 권선(332 및 334)과 같은 암페어 횟수의 절반을 형성하도록 배치된다. 각각의 엘리먼트는 필요한 경우 도 3에 도시된 것처럼 독립된 코일(330) 집합으로 감겨져 다중극 보정 자기장을 형성할 수 있는 독립적으로 감겨진 세 개의 여기 코일을 갖는다. 전체 막대 구조물 주위의 암페어-횟수가 0으로 통합되어야 하는 도 3에 개시된 구조물과 같이, 독립된 엘리먼트 어레이(1430 및 1431)는 각각의 엘리먼트를 따라 전체 정자기 전위가 0으로 통합되도록 대칭될 필요가 있다.

도 14는 상기 설명에 따른 구조의 4중극의 단면을 도시한다. 강자성체 막대는 각각의 엘리먼트 중앙에 위치한다. 상기 막대는 원주형 막대를 가질 필요는 없지만, 단면 영역이 포화되지 않아야 한다는 것은 당업자에게 자명하다. 세 개의 독립된 권선 부분(1400,1401, 1410)은 각각의 막대를 감싼다. 다중극을 형성하고 수차를 보정하기 위해서, 개별 권선 부분은 도 3에 도시된 부품(item)(330)과 같이 독립적으로 여기된 코일 그룹으로 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 방법으로 형성된 강자성체 확장 탭(420)은 중앙의 강철 막대의 길이를 따라 형성된 정자기 전위 를 리본 이온 빔 경계에 인접하게 이동시킨다. 이는 형성되어야 하는 자기장의 부피와 필요한 암페어 횟수를 최소화시키는 효과를 갖는다. 또한, 렌즈 구경의 이온 빔 경계에서 렌즈/보정기 자기장의 공간 해상도를 향상시키는 효과를 갖는다. 사실상, 막대와 관련된 코일 구조물은 장방형 단면을 갖는 적절한 비자성체로 제조된 밀폐된 관(1430,1435)으로 둘러싸인다. 이러한 코일 구조물을 둘러싸는 관 구조물은 관의 외벽이 진공이 될 수 있게 하면서 코일의 전력 리드와 공냉 또는 수냉이 단부(1460 및 1461)를 통해 용이하게 접근하게 한다.

도 14에 개시된 렌즈/보정기의 유용한 특징부는 각각의 엘리먼트를 따라 형성된 전체 정자기 전위을 0으로 만들지만, 엘리먼트(1430 및 1431) 내의 권선을 통과하는 전류가 반드시 동일할 필요는 없다. 두 개의 엘리먼트 사이의 전류비의 불균형은 렌즈의 중간 축의 위치를 변화시켜 렌즈를 Y-방향으로 이동시킴으로써 X-축 둘레에서 이온 빔을 조정한다.

수소 이온 주입기

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예로서 이미 개시한 이온 전달 부재를 사용하여 이온들을 큰 직경의 반도체 웨이퍼에 주입시키기 위한 고전류 H⁺ 이온 주입기의 원리를 도시한다. 적절한 이온 소스(10)는 모든 빔렛이 10keV 내지 100keV 사이에서 동일한 에너지를 갖는 빔렛(12)의 리본 어레이를 형성한다. 다중극 보정 발산 렌즈(20)는 필수 리본 폭을 형성하기 위해 빔렛의 발산 각도를 어레이(22) 내로 유도시킨다. 발산 빔렛의 평면으로 B-자기장 벡터를 가지며 어레이의 중앙 빔 렛의 대략 오른쪽 각도에 있는 모멘텀-분산 자기장(30)은 상기 리본 빔의 평면의 오른쪽 각도로 이온들을 편향시켜 H⁺보다 무거운 이온들이 컵(40) 안으로 수집되게 한다; 이러한 배치는 중수소 및 기타 분자단위의 성분(contribution)들을 제거한다. 제 2 다중극-보정 렌즈(50)는 발산 빔렛의 어레이를 시준하고 빔렛들을 평행하게 복귀시킨다. 플래튼은 웨이퍼(60)를 지지하고 빔이 웨이퍼를 균일하게 스캐닝하게 한다. 본 발명의 새롭고 간단한 시스템은 전자기 빔 스캐닝을 사용하지 않는다. 이는 길이를 짧게 하고, 비용을 줄이며, 광학 경로를 간단하게 하며 풋프린트를 작게 하는 장점을 갖는다.

도 16은 다용도 코일이 몇몇 편향 모드에 필요한 큰 크기의 암페어-횟수를 제공하기 위해 고투자율 막대(1617) 중 하나의 짧은 단면을 따라 장착될 수 있는 방법을 도시한다. 연속하는 고전류 커패시티 수냉 코일(1616)은 원주형 자기 코어(1617)의 바로 주위에 있는 하부층으로서 감싸진다. 또한, 도 3에 도시된 부품(330 및 340)으로 도시된 것처럼 개별적으로 여기될 수 있는 코일(1618)은 포커싱 수차 보정을 위해 고투자율 강철 막대(1615)를 둘러싼다. 각각의 강철 탭(420)은 정자기 전위를 빔 부근 영역으로 전달한다.

당업자라면 본 명세서에서 개시되고 예시된 부분들의 세부적인 부품, 재료 및 배치가 추가로 바꿀 수 있다. 따라서, 하기 청구항들은 본 명세서에 예시된 실시예로 한정되지 않고 법적으로 허용되는 범위 내에서 넓게 해석될 수 있다.

Claims

다수의 하전 입자들을 반도체 재료들에 주입하여 상기 반도체 재료들의 특성들을 바꾸는데 사용되는 하전입자들의 가변 포커싱을 위한 장치로서,

상부 자기 코어 부재;

상기 상부 자기 코어 부재로부터 이격되고, 상기 상부 자기 코어 부재의 축과 실질적으로 평행한 축으로 배향된 하부 자기 코어 부재;

상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 다수의 포커싱 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 대응하는 포커싱 코일 유닛들 - 각각의 상기 포커싱 코일 유닛은 개별 자기 코어 부재를 둘러싸는 단일 연속 전기 회로를 포함함 - ; 및

상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 포커싱 코일 유닛들을 여기시켜 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 다수의 여기된 포커싱 코일 유닛들 각각의 전류의 방향이 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들의 일 단부에서 보았을 때 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 포커싱 코일 유닛의 전류의 방향에 반대되게 구성된, 전류 제어기

를 포함하는 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들은 균일하게 이격된, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들은 동일한 수의 코일 턴(turn)들을 갖는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전류 제어기는 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들 또는 상기 대응하는 포커싱 코일 유닛을 통과하는 전류를 독립적으로 바꾸어 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 사이의 제어가능한 자기장 구성을 생성하도록 구성된, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 각각에 대해 선형 어레이로 부착된 자기 코어 연장 유닛들을 더 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 1 항에 있어서, 장방형 프레임을 형성하도록 각각의 자기 코어 부재의 일 단부와 각각 통신하는 두 개의 크로스(cross) 부재들을 더 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 크로스 부재들은 비자성 재료를 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 크로스 부재들은 자성 재료를 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 크로스 부재들 각각을 따라 분산된 적어도 하나의 코일 유닛을 더 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들과 상기 상부 자기 코어 부재의 각각의 단부 사이의 상기 상부 자기 코어 부재 상에 위치한 단부 코일 유닛들 및 상기 다수의 대응하는 포커싱 코일 유닛들과 상기 하부 자기 코어 부재의 각각의 단부 사이의 상기 하부 자기 코어 부재에 위치한 단부 코일 유닛들을 더 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 상부 자기 코어 부재에 위치한 상기 단부 코일 유닛들의 전류는 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들의 일 단부에서 보았을 때 상기 하부 자기 코어 부재에 위치한 상기 단부 코일 유닛들의 전류로부터 반대 방향에 있는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들 각각의 전류는 동일한 방향인, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
다수의 하전 입자들을 반도체 재료들에 주입하여 상기 반도체 재료들의 특성들을 바꾸는데 사용되는 하전 입자들의 가변 포커싱을 위한 장치로서,

상부 자기 코어 부재;

상기 상부 자기 코어 부재로부터 이격되고, 상기 상부 자기 코어 부재의 축과 실질적으로 평행한 축으로 배향된 하부 자기 코어 부재;

상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 다수의 포커싱 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 대응하는 포커싱 코일 유닛들 - 상기 각각의 포커싱 코일 유닛은 개별 자기 코어 부재를 둘러싸는 단일 연속 전기 회로를 포함함 - ; 및

상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 포커싱 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 대응하는 포커싱 코일 유닛 중 하나를 여기시켜 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 여기된 포커싱 코일 유닛의 전류 방향이 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들의 일 단부로부터 보았을 때 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 포커싱 코일 유닛의 전류의 방향에 반대가 되도록 구성된, 전류 제어기

를 포함하는 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들은 균일하게 이격된, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들은 동일한 수의 코일 턴들을 갖는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 전류 제어기는 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 포커싱 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 포커싱 코어 유닛 중 하나를 통과하는 전류를 독립적으로 바꾸어 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 사이의 제어가능한 자기장 구성을 형성하도록 구성된, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 각각에 대해 선형 어레이로 부착되는 자기 코어 연장 유닛들을 더 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 13 항에 있어서, 장방형 프레임을 형성하기 위해 각각의 자기 코어 부재의 일 단부와 각각 통신하는 두 개의 크로스 부재들을 더 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 크로스 부재들은 비자성 재료를 포함하는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
반도체 소자를 제조하기 위한 방법으로서,

a) 상기 반도체 소자에 주입될 이온들을 포함하는 이온 빔을 형성하는 단계;

b) 상부 자기 코어 부재 및 상기 상부 자기 코어 부재와 이격된 하부 자기 코어 부재 사이로 상기 이온 빔을 통과시킴으로써 상기 이온 빔을 포커싱하는 단계 - 상기 하부 자기 코어 부재는 상기 상부 자기 코어 부재의 종축과 실질적으로 평행한 종축으로 배향되고, 다수의 포커싱 코일 유닛들이 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산되고 대응하는 포커싱 코일 유닛이 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산되며, 각각의 상기 포커싱 코일 유닛은 개별 자기 코어 부재를 둘러싸는 단일 연속 전기 회로를 포함함 - ;

c) 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 포커싱 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 포커싱 코일 유닛들을 여기시켜 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 여기된 포커싱 코일 유닛들 각각의 전류의 방향이 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들의 일 단부에서 보았을 때 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 포커싱 코일 유닛들의 전류의 방향의 반대가 되게 하는 단계; 및

d) 상기 반도체 소자 위로 상기 포커싱된 빔을 지향시키는 단계

를 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들 및 상기 상부 자기 코어 부재의 각각의 단부 사이의 상기 상부 자기 코어 부재에 위치한 단부 코일 유닛들, 및 상기 다수의 대응하는 포커싱 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재의 각각의 단부 사이의 상기 하부 자기 코어 부재에 위치한 단부 코일 유닛들을 더 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 하부 자기 코어 부재에 위치한 상기 단부 코일 유닛들의 전류와 반대 방향으로 상기 상부 자기 코어 부재에 위치한 상기 단부 코일 유닛들을 여기시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 포커싱 코일 유닛들 각각의 전류는 동일한 방향인, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
반도체 소자를 제조하기 위한 방법으로서,

a) 상기 소자에 주입될 이온들을 포함하는 이온 빔을 형성하는 단계;

b) 자신의 단부들 사이에 제 1 치수를 갖는 상부 자기 코어 부재, 자신의 단부들 사이에 상기 제 1 치수를 가지며 상기 상부 자기 코어 부재로부터 이격된 하부 자기 코어 부재, 및 장방형 프레임을 형성하도록 상기 자기 코어 부재들의 상기 단부들을 연결하는 크로스 부재들 사이로 상기 이온 빔을 통과시킴으로써 상기 이온 빔을 포커싱하는 단계 - 상기 하부 자기 코어 부재는 상기 상부 자기 코어 부재의 종축과 실질적으로 평행한 종축으로 배향되고, 다수의 독립적인 전류 유도된 코일 유닛들이 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 모두를 따라 분산되고, 상기 코일 유닛 각각은 개별 자기 코어 부재를 둘러싸는 단일 연속 전기 회로를 구성함- ;

c) 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 코일 유닛들 및 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 코일 유닛들을 여기시켜 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 여기된 포커싱 코일 유닛들 각각의 전류의 방향이 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들의 일 단부에서 볼 때 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 코일 유닛들의 전류의 방향에 반대가 되게 하는 단계; 및

d) 상기 장치 위로 상기 포커싱된 빔을 지향시키는 단계

를 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 크로스 부재들 각각에 분산된 적어도 하나의 코일 유닛을 더 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 25 항에 있어서, 일 방향으로 상기 크로스 부재들 중 하나에 있는 적어도 하나의 코일 유닛 및 반대 방향으로 상기 마주하는 크로스 부재에 있는 상기 적어도 하나의 코일 유닛을 여기시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
반도체 소자를 제조하기 위한 방법으로서,

a) 상기 반도체 소자에 주입될 이온들을 포함하는 이온 빔을 형성하는 단계;

b) 상부 자기 코어 부재 및 상기 상부 자기 코어 부재로부터 이격된 하부 자기 코어 부재 사이에 상기 이온 빔을 통과시킴으로써 상기 이온 빔을 포커싱하는 단계 - 상기 하부 자기 코어 부재는 상기 상부 자기 코어 부재의 종축에 실질적으로 평행한 종축으로 배향되고 다수의 포커싱 코일 유닛들은 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산되고 대응하는 포커싱 코일 유닛들은 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산되며, 각각의 상기 포커싱 코일 유닛은 개별 자기 코어 부재를 둘러싸는 단일 연속 전기 회로를 포함함 - ;

c) 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 포커싱 코일 유닛들의 하나와 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 이에 대응하는 포커싱 코일 유닛을 여기시켜서 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 여기된 포커싱 코일 유닛의 전류의 방향이 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들의 일 단부에서 볼 때 상기 하부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 대응하는 포커싱 코일 유닛들의 전류의 방향에 반대가 되게 하는 단계; 및

d) 상기 반도체 소자 위로 상기 포커싱된 빔을 지향시키는 단계

를 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 27 항에 있어서, 상기 다수의 포커싱 코일 유닛들과 상기 상부 자기 코어 부재의 각각의 단부 사이에 상기 상부 자기 코어 부재에 위치한 단부 코일 유닛들, 및 상기 다수의 대응하는 포커싱 코일 유닛들과 상기 하부 자기 코어 부재의 각각의 단부 사이의 상기 하부 자기 코어 부재에 위치한 단부 코일 유닛들을 더 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 하부 자기 코어 부재에 위치한 상기 단부 코일 유닛들의 전류와 반대 방향으로 상기 상부 자기 코어 부재에 위치한 상기 단부 코일 유닛들을 여기시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 27 항에 있어서, 상기 상부 자기 코어 부재를 따라 분산된 상기 포커싱 코일 유닛들 각각의 전류는 동일한 방향인, 반도체 소자를 제조하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 전류 제어기는 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들에 의해 정의된 갭을 통과하는 이온 빔의 수차 보정을 위하여 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 사이의 상기 제어가능한 자기장을 생성하도록 추가로 구성되는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 전류 제어기는 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들에 의해 정의된 갭을 통과하는 이온 빔의 조건에 응답하여 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 사이의 상기 제어가능한 자기장을 능동적으로 조정하도록 추가로 구성되는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 이온 빔의 상기 조건은 상기 이온 빔의 이온 밀도인, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 이온 빔이 상기 조건은 상기 이온 빔의 형상인, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들에 의해 정의된 갭을 통과하는 이온 빔의 세기 및 각 분포를 측정하기 위한 패러데이 컵을 더 포함하며, 상기 전류 제어기는 상기 패러데이 컵에 의해 측정된 상기 이온 빔의 상기 세기 및 상기 각 분포에 응답하여 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들 사이의 상기 제어가능한 자기장을 능동적으로 조정하도록 추가로 구성되며, 상기 전류 제어기는 상기 상부 및 하부 자기 코어 부재들의 와전류의 감쇠율에 의해서만 제한되는 고속 시간 척도 상에서 조정을 행하도록 구성되는, 하전 입자들의 가변 포커싱 장치.