KR100950736B1 - Ion implanter - Google Patents
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Abstract
본 발명의 이온 주입기는, 이온 빔을 발생시키는 이온 소스와, 이온 소스에 Y 방향으로 스캔되는 전자 빔을 방사하는 전자 빔 소스와, 전자 빔 소스용의 전원과, 주입 위치의 부근에서 이온 빔의 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 측정하는 이온 빔 모니터와, 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는, 이온 빔 모니터의 측정 데이터를 기초로 전자-빔 전원을 제어하면서, 상기 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 큰 모니터 지점에 대응하는 위치에서 전자 빔의 스캔 속도를 증가시키는 것과, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 작은 모니터 지점에 대응하는 위치에서 전자 빔의 스캔 속도를 상대적으로 감소시킴으로써, 상기 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 기능을 갖는다. The ion implanter of the present invention includes an ion source for generating an ion beam, an electron beam source for radiating an electron beam scanned in the Y direction to the ion source, a power source for the electron beam source, and an ion beam in the vicinity of the injection position. An ion beam monitor for measuring the ion beam current density distribution in the Y direction, and a control device. The control device increases the scanning speed of the electron beam at a position corresponding to the monitor point at which the ion beam current density measured by the ion beam monitor is relatively large, while controlling the electron-beam power supply based on the measurement data of the ion beam monitor. Ion beam current density in the Y direction measured by the ion beam monitor by reducing the scanning speed of the electron beam at a position corresponding to a monitor point where the ion beam current density measured by the ion beam monitor is relatively small. Has the function of homogenizing the distribution.
Description
본 발명은, 기판에 리본 형상의 이온 빔을 입사시키는 것과, 이온 빔의 주면과 교차하는 방향으로 기판을 이동시키는 것을 조합하여 사용함으로써 기판에 이온 주입을 실시하는 이온 주입기에 관한 것이다. The present invention relates to an ion implanter which implants an ion into a substrate by using a combination of injecting a ribbon-shaped ion beam into the substrate and moving the substrate in a direction intersecting with the main surface of the ion beam.
이러한 종류의 이온 주입기에 있어서는, 기판상에서 이온 빔의 균질화를 개선하기 위해서, 리본 형상(이는 시트형 또는 띠형으로도 지칭되며, 이하의 설명에도 동일하게 적용됨)의 이온 빔의 길이 방향(명세서에서는 Y 방향)으로 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선하는 것이 중요하다. In this type of ion implanter, in order to improve the homogenization of the ion beam on the substrate, the length of the ion beam in the ribbon shape (which is also referred to as sheet or band shape and also applies to the following description) (in the Y direction in the specification) It is important to improve the homogenization of the ion beam current density distribution.
리본 형상의 이온 빔의 길이 방향으로 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선하기 위한 기술로서, 예컨대 특허 문헌 1은, 복수의 필라멘트를 갖는 이온 소스의 필라멘트 전류를 제어하여, 이온 빔이 기판에 입사하는 주입 위치의 근처에서 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선하는 기술을 개시하고 있다. As a technique for improving the homogenization of the ion beam current density distribution in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam, for example, Patent Document 1 controls the filament current of an ion source having a plurality of filaments so that the ion beam is incident on the substrate. Techniques for improving the homogenization of the ion beam current density distribution in the vicinity of the implantation location are disclosed.
특허 문헌 2는, 1차원으로 스캔되는 전자 빔이 이온 소스의 플라즈마 용기 내로 입사되고, 가스가 전자 빔에 의해 이온화되어 플라즈마를 생성하며, 이로써 이온 소스에서 인출된 이온 빔의 이온 빔 전류 밀도 분포를 개선하는 기술을 개시 하고 있다.
[특허 문헌 1] JP-A-2000-315473(단락 0012 내지 0015, 도 1)[Patent Document 1] JP-A-2000-315473 (paragraphs 0012 to 0015, Fig. 1)
[특허 문헌 2] JP-A-2005-38689(단락 0006 및 0008, 도 1)[Patent Document 2] JP-A-2005-38689 (paragraphs 0006 and 0008, Fig. 1)
특허 문헌 1에서 개시하고 있는 기술에 있어서는, 복수의 필라멘트가 이온 빔의 길이 방향으로 배치되어 있을 때에도, 필라멘트 사이에 공간이 불가피하게 존재하게 되므로, 플라즈마 밀도와 이온 빔 전류 밀도가 필연적으로 낮아진다. 따라서 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선하는 데에 한계가 있다. In the technique disclosed in Patent Document 1, even when a plurality of filaments are arranged in the longitudinal direction of the ion beam, a space is inevitably present between the filaments, so that the plasma density and the ion beam current density are inevitably lowered. Therefore, there is a limit to improving the homogenization of the ion beam current density distribution.
특허 문헌 2에서 개시하고 있는 기술에 있어서는, 이온 소스에서 인출된 이온 빔의 균질화가 개설될 수 있는 때에도, 이온 빔의 진행 중에 균질화가 손상될 경우가 있다. 결과적으로, 주입 위치에서 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 반드시 우수하게 할 수는 없다. In the technique disclosed in
본 발명의 예시적인 실시예는, 기판상의 주입 위치에서 길이 방향(Y 방향)으로 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선할 수 있는 이온 주입기를 제공한다. An exemplary embodiment of the present invention provides an ion implanter capable of improving the homogenization of the ion beam current density distribution in the longitudinal direction (Y direction) at the implantation location on the substrate.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 본 발명의 제1 이온 주입기는 According to the first aspect of the present invention, the first ion implanter of the present invention
이온 빔의 진행 방향이 Z 방향으로서 설정되고, Z 방향에 실질적으로 직교하는 평면에서 서로 실질적으로 직교하는 두 방향이 각각 X 및 Y 방향으로서 설정되며, Y 방향의 치수가 X 방향의 치수보다 큰 리본형 이온 빔이 기판을 조사하도록 전달되어, 이온 주입을 행하는 이온 주입기이다. 이러한 이온 주입기는, Ribbon traveling direction of the ion beam is set as the Z direction, two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are set as the X and Y directions, respectively, and the dimension in the Y direction is larger than the dimension in the X direction A type ion beam is transmitted to irradiate a substrate, and is an ion implanter which performs ion implantation. Such an ion implanter,
가스가 내부로 도입되는 플라즈마 용기에 아크 방전을 발생시키는 하나 이상의 필라멘트를 구비하고, Y 방향의 치수가 기판의 Y 방향의 치수보다 큰 리본형 이온 빔을 발생시키는 이온 소스와, An ion source having at least one filament for generating arc discharge in a plasma vessel into which gas is introduced, wherein the ion source generates a ribbon ion beam having a dimension in the Y direction greater than the dimension in the Y direction of the substrate;
이온 빔이 기판에 입사하도록 되어 있는 주입 위치에서, 이온 빔의 주면(主面)과 교차하는 방향으로 기판을 이동시키는 기판 구동 장치와, A substrate driving device which moves the substrate in a direction intersecting with a main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam is to enter the substrate;
전자 빔을 발생시키고, 전자 빔을 상기 이온 소스의 플라즈마 용기 내로 방사하여 가스를 이온화시켜, 플라즈마를 생성하고, 전자 빔을 Y 방향으로 플라즈마 용기 내에 스캔하는 하나 이상의 전자 빔 소스와, One or more electron beam sources for generating an electron beam, ionizing the gas by radiating the electron beam into a plasma vessel of the ion source to generate a plasma, and scanning the electron beam into the plasma vessel in the Y direction;
전자 빔의 발생량을 제어하기 위한 인출 전압과, 스캔을 위한 스캔 전압을 전자 빔 소스에 공급하는 하나 이상의 전자-빔 전원과, A drawing voltage for controlling the generation amount of the electron beam, at least one electron-beam power supply for supplying a scan voltage for scanning to the electron beam source;
주입 위치 또는 그 근처에서, Y 방향으로 복수의 모니터 지점에서 이온 빔의 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 측정하는 이온 빔 모니터와, An ion beam monitor measuring an ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam at a plurality of monitor points in the Y direction, at or near the injection position;
전자 빔 소스로부터 발생한 전자 빔의 양을 실질적으로 일정한 값으로 유지하도록 이온 빔 모니터의 측정 데이터를 기초로 전자-빔 전원을 제어하면서, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 큰 모니터 지점에 대응하는 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 스캔 속도를 상대적으로 증가시키는 것과, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 작은 모니터 지점에 대응하는 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 스캔 속도를 상대적으로 감소시키는 것 중 적어도 하나를 실행함으로써, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 기능을 갖는 제어 장치를 포함한다. Monitor points with a relatively high ion beam current density measured by the ion beam monitor while controlling the electron-beam power source based on the measurement data of the ion beam monitor to maintain a substantially constant value of the electron beam generated from the electron beam source. Increasing the scanning speed of the electron beam at the position of the ion source corresponding to the scanning speed of the electron beam at the position of the ion source corresponding to the monitor point where the ion beam current density measured by the ion beam monitor is relatively small. And a control device having a function of homogenizing the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor by performing at least one of relatively decreasing.
제1 이온 주입기에 있어서는, 주입 위치 또는 그 근처에서, 이온 빔의 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 이온 빔 모니터에 의해 측정한다. 그 후, 제어 장치는 이온 빔 모니터의 측정 데이터를 기초로 하여 전자-빔 전원을 제어하고, 이온 소스의 플라즈마 용기 내에서 전자 빔의 스캔 속도를 제어하여 전자 빔에 의해 생성된 플라즈마의 밀도를 제어한다. 구체적으로, 전자 빔 소스로부터 발생한 전자 빔의 양을 실질적으로 일정한 값으로 유지하면서, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 큰 모니터 지점에 대응하는 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 스캔 속도를 상대적으로 증가시키는 것과, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 작은 모니터 지점에 대응하는 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 스캔 속도를 상대적으로 감소시키는 것 중 적어도 하나를 실행하고, 이 로써 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 제어를 실행할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 주입 위치에서 Y 방향으로의 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선할 수 있다. In the first ion implanter, the ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam is measured by the ion beam monitor at or near the implantation position. The control device then controls the electron-beam power source based on the measurement data of the ion beam monitor, and controls the density of the plasma generated by the electron beam by controlling the scan rate of the electron beam in the plasma vessel of the ion source. do. Specifically, the scan rate of the electron beam at the position of the ion source corresponding to the monitor point at which the ion beam current density measured by the ion beam monitor is relatively high while maintaining the amount of the electron beam generated from the electron beam source at a substantially constant value. And relatively reducing the scanning speed of the electron beam at the position of the ion source corresponding to the monitor point where the ion beam current density measured by the ion beam monitor is relatively small, and As a result, control for homogenizing the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor can be executed. According to this structure, the homogenization of the ion beam current density distribution in the Y direction at the injection position can be improved.
본 발명의 제2 및 제3 양태에 따르면, (a) 상기 제어 장치는, 전자-빔 전원으로부터 전자 빔 소스로 공급되는 스캔 전압의 근원인 스캔 신호를 상기 전자-빔 전원에 공급하는 기능; 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향 분포의 이온 빔 전류 밀도의 평균값을 계산하는 기능; 계산된 평균값이 미리 설정된 특정의 이온 빔 전류 밀도와 실질적으로 동일하도록 이온 소스의 상기 필라멘트를 통하여 흐르는 필라멘트 전류를 균일하게 제어하는 기능; 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향 분포의 이온 빔 전류 밀도와 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도 사이의 차이인 Y 방향 분포의 에러를 계산하는 기능; 계산된 에러가 예정된 허용 가능한 에러보다 큰 모니터 지점과, 이 모니터 지점에서의 에러의 사인을 결정하는 기능; 예정된 모니터 지점에 대응하는 스캔 전압을 결정하는 기능; 에러의 결정된 사인을 기초로 하여, 측정된 이온 빔 전류 밀도가 큰 모니터 지점에 대응하는 스캔 전압에서 전자 빔의 스캔 속도를 에러의 정도(degree)에 비례하여 증가시키고, 측정된 이온 빔 전류 밀도가 작은 모니터 지점에 대응하는 스캔 전압에서 전자 빔의 스캔 속도를 에러의 정도에 비례하여 감소시켜, 이온 빔이 충돌하는 실질적으로 모든 모니터 지점에서 에러가 허용 가능한 에러와 동일하거나 그보다 작도록 스캔 신호의 파형을 형상화하는 기능; 형상화된 스캔 신호의 데이터와 필라멘트 전류의 데이터를 저장하는 기능을 가질 수 있고, (b) 상기 전자-빔 전원은 상기 제어 장치로부터 공급되는 스캔 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하여 스캔 전압을 생성할 수 있다. According to the second and third aspects of the present invention, (a) the control device includes: a function of supplying a scan signal which is a source of a scan voltage supplied from an electron-beam power source to an electron beam source, to the electron-beam power source; Calculating an average value of the ion beam current densities of the Y-direction distribution measured by the ion beam monitor; A function of uniformly controlling the filament current flowing through the filament of the ion source such that the calculated average value is substantially equal to a predetermined specific ion beam current density; Calculating an error of the Y direction distribution, which is a difference between the ion beam current density of the Y direction distribution and the preset ion beam current density measured by the ion beam monitor; Determining a monitor point at which the calculated error is larger than a predetermined allowable error and a sign of the error at this monitor point; Determining a scan voltage corresponding to a predetermined monitor point; Based on the determined sine of the error, the scan rate of the electron beam is increased in proportion to the degree of error at the scan voltage corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is large, and the measured ion beam current density is At the scan voltage corresponding to the small monitor point, the scan speed of the electron beam is reduced in proportion to the extent of the error, so that at all substantially the monitor points at which the ion beam collides, the waveform of the scan signal is equal to or less than the allowable error. Shaping; (B) the electron-beam power source may include an amplifier for amplifying the scan signal supplied from the control device to generate a scan voltage; have.
명세서에 있어서, "실질적으로 모든 모니터 지점"은 모든 모니터 지점이 바람직하지만, 일부 중요하지 않은 모니터 지점은 배제될 수도 있다는 것을 의미하는 것이다. In the specification, "substantially all monitor points" means that all monitor points are preferred, but some non-critical monitor points may be excluded.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 본 발명의 이온 주입기는, 이온 빔의 진행 방향이 Z 방향으로서 설정되고, Z 방향에 실질적으로 직교하는 평면에서 서로 실질적으로 직교하는 두 방향이 각각 X 및 Y 방향으로서 설정되며, Y 방향의 치수가 X 방향의 치수보다 큰 리본형 이온 빔이 기판을 조사하도록 전달되어, 이온 주입을 행하는 이온 주입기이다. 이 이온 주입기는, 가스가 내부로 도입되는 플라즈마 용기에 아크 방전을 발생시키는 하나 이상의 필라멘트를 구비하고, Y 방향의 치수가 기판의 Y 방향의 치수보다 큰 리본형 이온 빔을 발생시키는 이온 소스; 이온 빔이 기판에 입사하도록 되어 있는 주입 위치에서, 이온 빔의 주면과 교차하는 방향으로 기판을 이동시키는 기판 구동 장치; 전자 빔을 발생시키고, 전자 빔을 상기 이온 소스의 플라즈마 용기 내로 방사하여 가스를 이온화시켜, 플라즈마를 생성하고, 전자 빔을 Y 방향으로 상기 플라즈마 용기 내에 스캔하는 하나 이상의 전자 빔 소스; 전자 빔의 발생량을 제어하기 위한 인출 전압과, 스캔을 위한 스캔 전압을 상기 전자 빔 소스에 공급하는 하나 이상의 전자-빔 전원; 주입 위치 또는 그 근처에서, Y 방향으로 복수의 모니터 지점에서 이온 빔의 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 측정하는 이온 빔 모니터; 전자 빔 소스에 의해 발생한 전자 빔의 스캔 속도를 실질적으로 일정한 값으로 유지하도록 상기 이온 빔 모니터의 측정 데이터를 기초로 상기 전자-빔 전원을 제어하면서, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 큰 모니터 지점에 대응하는 상기 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 발생량을 상대적으로 감소시키는 것과, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 작은 모니터 지점에 대응하는 상기 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 발생량을 상대적으로 증가시키는 것 중 적어도 하나를 실행함으로써, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 기능을 갖는 제어 장치를 포함한다. According to the fourth aspect of the present invention, the ion implanter of the present invention has an advancing direction of the ion beam set as the Z direction, and two directions substantially perpendicular to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are respectively the X and Y directions. And a ribbon-shaped ion beam whose dimension in the Y direction is larger than the dimension in the X direction is transmitted to irradiate the substrate, thereby performing ion implantation. The ion implanter includes an ion source having one or more filaments for generating arc discharge in a plasma vessel into which gas is introduced, and for generating a ribbon-shaped ion beam having a dimension in the Y direction greater than a dimension in the Y direction of the substrate; A substrate driving device for moving the substrate in a direction intersecting with a main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam is to enter the substrate; One or more electron beam sources for generating an electron beam, ionizing a gas by radiating the electron beam into a plasma vessel of the ion source to generate a plasma, and scanning the electron beam into the plasma vessel in a Y direction; At least one electron-beam power supply for supplying a drawing voltage for controlling an amount of generation of an electron beam and a scan voltage for scanning to the electron beam source; An ion beam monitor measuring an ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam at a plurality of monitor points in the Y direction, at or near the injection position; While controlling the electron-beam power source based on the measurement data of the ion beam monitor to maintain the scan rate of the electron beam generated by the electron beam source at a substantially constant value, the ion beam current density measured by the ion beam monitor is Relatively reducing the amount of generation of the electron beam at the location of the ion source corresponding to the relatively large monitor point, and electrons at the location of the ion source corresponding to the monitor point having a relatively small ion beam current density measured by the ion beam monitor. And a control device having a function of homogenizing the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor by performing at least one of relatively increasing the amount of generation of the beam.
제2 이온 주입기에 있어서는, 주입 위치 또는 그 근처에서, 이온 빔의 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 이온 빔 모니터에 의해 측정한다. 그 후, 제어 장치는 이온 빔 모니터의 측정 데이터를 기초로 하여 전자-빔 전원을 제어하고, 전자 빔 소스로부터의 전자 빔의 발생량을 제어하여, 플라즈마 용기 내에서 전자 빔에 의해 생성된 플라즈마의 밀도를 제어한다. 구체적으로, 전자 빔 소스에 의해 발생한 전자 빔의 Y 방향 스캔 속도를 실질적으로 일정한 값으로 유지하면서, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 큰 모니터 지점에 대응하는 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 발생량을 상대적으로 감소시키는 것과, 이온 빔 모니터에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도가 비교적 작은 모니터 지점에 대응하는 이온 소스의 위치에서 전자 빔의 발생량을 상대적으로 증가시키는 것 중 적어도 하나를 실행하고, 이로써 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 제어를 실행할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 주입 위치에서 Y 방향으로의 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선할 수 있다. In the second ion implanter, the ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam is measured by the ion beam monitor at or near the implantation position. Then, the control device controls the electron-beam power supply based on the measurement data of the ion beam monitor, and controls the generation amount of the electron beam from the electron beam source, so that the density of the plasma generated by the electron beam in the plasma vessel To control. Specifically, the electron at the position of the ion source corresponding to the monitor point where the ion beam current density measured by the ion beam monitor is relatively high while maintaining the Y-direction scan speed of the electron beam generated by the electron beam source at a substantially constant value. At least one of relatively reducing the amount of generation of the beam and relatively increasing the amount of generation of the electron beam at the location of the ion source corresponding to the monitor point where the ion beam current density measured by the ion beam monitor is relatively small; Thus, control to homogenize the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor can be performed. According to this structure, the homogenization of the ion beam current density distribution in the Y direction at the injection position can be improved.
본 발명의 제5 및 제6 양태에 따르면, (a) 상기 제어 장치는, 전자-빔 전원으로부터 상기 전자 빔 소스로 공급되는 인출 전압의 근원인 인출 신호를 상기 전자-빔 전원에 공급하는 기능; 상기 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향 분포의 이온 빔 전류 밀도의 평균값을 계산하는 기능; 계산된 평균값이 미리 설정된 특정의 이온 빔 전류 밀도와 실질적으로 동일하도록 상기 이온 소스의 상기 필라멘트를 통하여 흐르는 필라멘트 전류를 균일하게 제어하는 기능; 상기 이온 빔 모니터에 의해 측정된 Y 방향 분포의 이온 빔 전류 밀도와 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도 사이의 차이인 Y 방향 분포의 에러를 계산하는 기능; 계산된 에러가 예정된 허용 가능한 에러보다 큰 모니터 지점과, 이 모니터 지점에서의 에러의 사인을 결정하는 기능; 예정된 모니터 지점에 대응하는 스캔 전압을 결정하는 기능; According to the fifth and sixth aspects of the present invention, (a) the control device comprises: a function of supplying a drawing signal which is a source of a drawing voltage supplied from an electron-beam power source to the electron beam source; Calculating an average value of the ion beam current densities of the Y-direction distribution measured by the ion beam monitor; Uniformly controlling the filament current flowing through the filament of the ion source such that the calculated average value is substantially equal to a predetermined specific ion beam current density; Calculating an error of the Y direction distribution, which is a difference between the ion beam current density of the Y direction distribution and a preset ion beam current density measured by the ion beam monitor; Determining a monitor point at which the calculated error is larger than a predetermined allowable error and a sign of the error at this monitor point; Determining a scan voltage corresponding to a predetermined monitor point;
에러의 결정된 사인을 기초로 하여, 측정된 이온 빔 전류 밀도가 큰 모니터 지점에 대응하는 스캔 전압에서 인출 전압을 에러의 정도(degree)에 비례하여 감소시키고, 측정된 이온 빔 전류 밀도가 작은 모니터 지점에 대응하는 스캔 전압에서 인출 전압을 에러의 정도에 비례하여 증가시켜, 이온 빔이 충돌하는 실질적으로 모든 모니터 지점에서 에러가 허용 가능한 에러와 동일하거나 그보다 작도록 인출 신호의 파형을 형상화하는 기능; 형상화된 인출 신호의 데이터와 필라멘트 전류의 데이터를 저장하는 기능을 가질 수 있고, (b) 전자-빔 전원은 제어 장치로부터 공급되는 인출 신호를 증폭시키는 증폭기를 구비하여 인출 전압을 생성할 수 있다. Based on the determined sine of the error, the draw voltage is reduced in proportion to the degree of error at the scan voltage corresponding to the monitor point with the measured ion beam current density high, and the monitor point with the measured ion beam current density small Increasing the draw voltage in proportion to the degree of error at a scan voltage corresponding to to shape the waveform of the draw signal such that the error is less than or equal to an acceptable error at substantially all monitor points at which the ion beam collides; And may store the data of the shaped outgoing signal and the data of the filament current, and (b) the electron-beam power source may comprise an amplifier for amplifying the outgoing signal supplied from the control device to generate the outgoing voltage.
이온 주입기는, 이온 소스와 주입 위치 사이에 배치되어 있고, 이온 소스로부터의 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하여 운동량을 분석하는 분석 전자석을 더 포함할 수 있다. The ion implanter may further comprise an analytical electromagnet disposed between the ion source and the implantation position and analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction.
이온 주입기는, 분석 전자석과 주입 위치의 사이에 배치되고, 이온 빔을 정전기장에 의해 X 방향으로 구부러지게 하며, 이온 빔을 가속 또는 감속시키는 가속/감속 장치를 더 포함할 수 있다. The ion implanter may further include an acceleration / deceleration device disposed between the analysis electromagnet and the injection position, causing the ion beam to be bent in the X direction by an electrostatic field, and accelerating or decelerating the ion beam.
제5 및 제6 양태에 설명되어 있는 본원 발명은 전술한 구조를 갖는다. 따라서 기판상의 주입 위치에서 Y 방향으로 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화를 개선할 수 있다. 그 결과, 기판 상에서 이온 주입의 균질화를 개선할 수 있다. The present invention described in the fifth and sixth aspects has the above-described structure. Therefore, it is possible to improve the homogenization of the ion beam current density distribution in the Y direction at the injection position on the substrate. As a result, the homogenization of ion implantation on the substrate can be improved.
또한, 필라멘트를 이용한 플라즈마 생성과, 전자 빔 소스를 이용한 플라즈마 밀도 분포 제어에 기인한 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질화가 조합적으로 사용된다. 따라서 큰 전류를 갖는 이온 빔으로 기판을 조사하면서 고균질도의 이온 주입을 용이하게 실시할 수 있다. In addition, plasma generation using filament and homogenization of ion beam current density distribution due to plasma density distribution control using an electron beam source are used in combination. Therefore, high-density ion implantation can be easily performed while irradiating the substrate with an ion beam having a large current.
또한, 본 발명의 제7 양태에 따르면, 이온 주입기는, 이온 소스와 주입 위치 사이에 배치되어 있고, 이온 소스로부터의 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하여 운동량을 분석하는 분석 전자석을 더 포함할 수 있고, In addition, according to the seventh aspect of the present invention, the ion implanter may further include an analysis electromagnet disposed between the ion source and the implantation position and analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction. There is,
분석 전자석은, Analysis electromagnet,
이온 빔이 통과하는 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부와, 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 적어도 한 세트의 연결부를 구비하며, 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하는 자기장을 발생시키는 코일과, A set of body parts opposed to each other in the X direction across the beam path through which the ion beam passes, and at least one set of connecting portions connecting the ends of the body parts to each other in the Z direction while avoiding the beam path, the ion A coil that generates a magnetic field that bends the beam in the X direction,
코일의 본체부의 외측을 집합적으로 둘러싸는 요크를 포함하며, A yoke collectively surrounding the outside of the body portion of the coil,
코일은, 상기 본체부와 상기 연결부를 남겨둔 상태로 팬 형상의 통형 스택 코일(stacked coil)에 노치부가 배치되어 있는 구조를 가지며, 상기 스택 코일은, 적층된 절연체의 외주면(外周面)에, 주면(主面)이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선(turn)으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성함으로써 구성된다. The coil has a structure in which a notch portion is arranged in a fan-shaped stacked coil while leaving the main body portion and the connecting portion, and the stack coil has a main surface on an outer circumferential surface of the laminated insulator. Winding the lamination with a plurality of turns, stacking the lamination of the conductor sheet and the insulating sheet in which the main sheet extends along the Y direction; It is comprised by forming the insulator laminated | stacked on the outer peripheral surface of a stack.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 이온 주입기는, 이온 소스와 주입 위치 사이에 배치되어 있고, 이온 소스로부터의 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하여 운동량을 분석하는 분석 전자석을 더 포함하고, According to the eighth aspect of the present invention, the ion implanter further comprises an analysis electromagnet disposed between the ion source and the implantation position, the analyte electromagnet analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction,
분석 전자석은, Analysis electromagnet,
이온 빔이 통과하는 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하고 Y 방향으로 이온 빔의 일측의 대략 절반 또는 그 이상을 덮는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부를 구비하는 새들 형상의 코일이며, 제2 코일과 협력하여 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하는 자기장을 발생시키는 제1 코일과, A set of body portions opposed to each other in the X direction across the beam path through which the ion beam passes and covering approximately half or more of one side of the ion beam in the Y direction, and the body in the Z direction while avoiding the beam path A saddle-shaped coil having a set of connecting portions connecting the ends of the portions to each other, the first coil generating a magnetic field in cooperation with the second coil to bend the ion beam in the X direction;
빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하고 Y 방향으로 이온 빔의 타측의 대략 절반 또는 그 이상을 덮는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부를 구비하는 새들 형상의 코일이며, Y 방향으로 상기 제1 코일과 중첩되게 배치되며, 상기 제1 코일과 협력하여 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하는 자기장을 발생시키는 상기 제2 코일과, A set of body portions that oppose each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and connect the ends of the body portions in the Z direction while avoiding the beam path A second saddle-shaped coil having a set of connecting portions, the second coil being disposed to overlap the first coil in the Y direction, and generating a magnetic field to cooperate with the first coil to bend the ion beam in the X direction; Coils,
제1 코일 및 제2 코일의 상기 본체부의 외측을 집합적으로 둘러싸는 요크를 포함하며, A yoke collectively surrounding the outside of the body portion of the first coil and the second coil,
제1 및 제2 코일 각각은, 상기 본체부와 상기 연결부를 남겨둔 상태로 팬 형상의 통형 스택 코일에 노치부가 배치되어 있는 구조를 가지며, 상기 스택 코일은, 적층된 절연체의 외주면에, 주면이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성함으로써 구성된다. Each of the first and second coils has a structure in which a notch portion is arranged in a fan-shaped cylindrical stack coil while leaving the main body portion and the connecting portion, and the stack coil has a main surface Y on its outer circumferential surface. Winding the lamination with a plurality of windings, stacking the lamination of the conductive sheet and the insulating sheet extending along the direction; It is comprised by forming the insulator laminated | stacked on the outer peripheral surface of a stack.
본 발명의 제9 양태에 따르면, 이온 주입기는, 이온 소스와 주입 위치 사이에 배치되어 있고, 이온 소스로부터의 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하여 운동량을 분석하는 분석 전자석을 더 포함할 수 있고, According to the ninth aspect of the present invention, the ion implanter may further include an analytical electromagnet disposed between the ion source and the implantation position and analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction,
분석 전자석은, Analysis electromagnet,
이온 빔이 통과하는 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 연결부를 구비하고, 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하는 메인 자기장을 발생시키는 내부 코일과, A set of body parts opposed to each other in the X direction across the beam path through which the ion beam passes, and a connecting portion connecting the ends of the body parts to each other in the Z direction while avoiding the beam path, wherein the ion beam is X An internal coil that generates a main magnetic field that bends in a direction;
내부 코일의 외측에 있고 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부를 구비하는 새들 형상의 코일이며, 상기 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시키는 하나 이상의 제1 외부 코일과, Saddle shape with a set of body parts outside the inner coil and opposed to each other in the X direction across the beam path and a set of connections connecting the ends of the body parts to each other in the Z direction while avoiding the beam path. At least one first external coil, the coil of which generates a sub-magnetic field that supports or corrects the main magnetic field;
내부 코일의 외측에 있고 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부를 구비하는 새들 형상의 코일이며, Y 방향으로 상기 제1 외부 코일과 중첩되게 배치되며, 상기 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시키는 하나 이상의 제2 외부 코일과, Saddle having a set of body parts outside the inner coil and facing each other in the X direction across the beam path and a set of connections connecting the ends of the body part to each other in the Z direction while avoiding the beam path. At least one second outer coil, wherein the coil is shaped to overlap with the first outer coil in a Y direction and generates a sub magnetic field that supports or corrects the main magnetic field;
내부 코일, 상기 제1 및 제2 외부 코일의 상기 본체부의 외측을 집합적으로 둘러싸는 요크를 포함하고, A yoke collectively surrounding an outer side of said body portion of said inner coil and said first and second outer coils,
내부 코일, 제1 및 제2 외부 코일 각각은, 본체부와 연결부를 남겨둔 상태로 팬 형상의 통형 스택 코일에 노치부가 배치되어 있는 구조를 가지며, 상기 스택 코일은, 적층된 절연체의 외주면에, 주면이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성하고; 스택의 외주면에, 주면이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성함으로써 구성된다. Each of the inner coil, the first and the second outer coils has a structure in which notches are disposed in a fan-shaped cylindrical stack coil while leaving the main body portion and the connecting portion, and the stack coil has a main surface on an outer circumferential surface of the laminated insulator. Winding the lamination with a plurality of windings, stacking the lamination of the conductor sheet and the insulating sheet extending along the Y direction; Forming laminated insulators on the outer circumferential surface of the stack; Winding the lamination with a plurality of windings, stacking the lamination of the conductor sheet and the insulating sheet, the main surface of which extends along the Y direction, on the outer circumferential surface of the stack; It is comprised by forming the insulator laminated | stacked on the outer peripheral surface of a stack.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 이온 주입기는, 이온 소스와 주입 위치 사이에 배치되어 있고, 이온 소스로부터의 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하여 운동량을 분석하는 분석 전자석을 더 포함할 수 있고, According to a tenth aspect of the present invention, the ion implanter may further include an analytical electromagnet disposed between the ion source and the implantation position and analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction,
분석 전자석은, Analysis electromagnet,
이온 빔이 통과하는 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하고 Y 방향으로 이온 빔의 일측의 대략 절반 또는 그 이상을 덮는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결 부를 구비하는 새들 형상의 코일이며, 제2 내부 코일과 협력하여 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하는 메인 자기장을 발생시키는 제1 내부 코일과, A set of body portions opposed to each other in the X direction across the beam path through which the ion beam passes and covering approximately half or more of one side of the ion beam in the Y direction, and the body in the Z direction while avoiding the beam path A saddle-shaped coil having a set of connecting portions connecting the ends of the portions to each other, the first inner coil cooperating with the second inner coil to generate a main magnetic field to bend the ion beam in the X direction;
빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하고 Y 방향으로 이온 빔의 타측의 대략 절반 또는 그 이상을 덮는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부를 구비하고, Y 방향으로 상기 제1 내부 코일과 중첩되게 배치되며, 상기 제1 내부 코일과 협력하여 이온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하는 메인 자기장을 발생시키는 상기 제2 내부 코일과, A set of body portions that oppose each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and connect the ends of the body portions in the Z direction while avoiding the beam path The second internal coil having a set of connecting portions, the second internal coil being disposed to overlap the first internal coil in the Y direction, and generating a main magnetic field to cooperate with the first internal coil to bend the ion beam in the X direction. and,
제1 내부 코일의 외측에 있고 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부를 구비하는 새들 형상의 코일이며, 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시키는 하나 이상의 제1 외부 코일과, A set of main body portions that are outside of the first inner coil and opposed to each other in the X direction across the beam path, and a set of connections that connect the ends of the main body portions to each other in the Z direction while avoiding the beam path; One or more first external coils that are saddle shaped coils and generate a sub magnetic field that supports or corrects the main magnetic field,
제2 내부 코일의 외측에 있고 빔 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부와, 상기 빔 경로를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부를 구비하는 새들 형상의 코일이며, Y 방향으로 상기 제1 외부 코일과 중첩되게 배치되며, 상기 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시키는 하나 이상의 제2 외부 코일과, A set of main body portions that are outside of the second inner coil and opposed to each other in the X direction across the beam path, and a set of connections that connect the ends of the main body portions to each other in the Z direction while avoiding the beam path; At least one second outer coil disposed to overlap with the first outer coil in a Y-direction, and generating a sub magnetic field that supports or corrects the main magnetic field;
제1 및 제2 내부 코일과, 제1 및 제2 외부 코일의 상기 본체부의 외측을 집합적으로 둘러싸는 요크를 포함하며, A yoke collectively surrounding the outside of the body portion of the first and second inner coils and the first and second outer coils,
제1 내부 코일 및 제1 외부 코일 각각은, 상기 본체부와 상기 연결부를 남겨 둔 상태로 팬 형상의 통형 스택 코일에 노치부가 배치되어 있는 구조를 가지며, 상기 스택 코일은, 적층된 절연체의 외주면에, 주면이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성하고; 스택의 외주면에, 주면이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성함으로써 구성되고, Each of the first internal coil and the first external coil has a structure in which a notch part is disposed in a fan-shaped cylindrical stack coil while leaving the main body part and the connecting part, and the stack coil is formed on an outer circumferential surface of the laminated insulator. Winding the lamination with a plurality of windings, stacking the lamination of the conductor sheet and the insulating sheet whose main surface extends along the Y direction; Forming laminated insulators on the outer circumferential surface of the stack; Winding the lamination with a plurality of windings, stacking the lamination of the conductor sheet and the insulating sheet, the main surface of which extends along the Y direction, on the outer circumferential surface of the stack; Is formed by forming an insulator laminated on the outer circumferential surface of the stack,
제2 내부 코일 및 제2 외부 코일 각각은, 상기 본체부와 상기 연결부를 남겨둔 상태로 팬 형상의 통형 스택 코일에 노치부가 배치되어 있는 구조를 가지며, 상기 스택 코일은, 적층된 절연체의 외주면에, 주면이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성하고; 스택의 외주면에, 주면이 Y방향을 따라 연장하는 도체 시트와 절연 시트의 라미네이션을 스택하면서, 라미네이션을 복수의 권선으로 권취하고; 스택의 외주면에 적층된 절연체를 형성함으로써 구성된다. Each of the second internal coil and the second external coil has a structure in which a notch portion is disposed in a fan-shaped cylindrical stack coil while leaving the main body portion and the connecting portion, and the stack coil is formed on an outer circumferential surface of the laminated insulator, Winding the lamination with a plurality of windings, stacking the lamination of the conductor sheet and the insulating sheet whose main surface extends along the Y direction; Forming laminated insulators on the outer circumferential surface of the stack; Winding the lamination with a plurality of windings, stacking the lamination of the conductor sheet and the insulating sheet, the main surface of which extends along the Y direction, on the outer circumferential surface of the stack; It is comprised by forming the insulator laminated | stacked on the outer peripheral surface of a stack.
본 발명의 제11 양태에 따르면, 분석 전자석은, 빔 경로를 가로질러 Y 방향으로 서로 대향하도록 상기 요크로부터 내측으로 돌출된 한 세트의 자극을 더 포함할 수 있다. According to an eleventh aspect of the invention, the analysis electromagnet may further comprise a set of magnetic poles projecting inwardly from the yoke such that they face each other in the Y direction across the beam path.
본 발명의 제7 내지 제11 양태에 따른 발명은 전술한 분석 전자석을 포함하므로, 이하의 효과를 얻는다. Since the invention according to the seventh to eleventh aspects of the present invention includes the above-described analytical electromagnet, the following effects are obtained.
분석 전자석의 각 코일은 본체부와 연결부를 남겨둔 상태로 전술한 바와 같이 팬 형상의 통형 스택 코일에 노치부가 배치되도록 구성되어 있으므로, 연결부는 그 부분이 본체부의 단부로부터 실질적으로 평행하게 Y 방향으로 연장하는 상태로 있다. 본체부의 Y 방향의 치수가 증가하는 경우에 대해서는, 연결부의 Y 방향의 치수를 상응하게 증가시킴으로써 대처한다. 그 결과, 빔의 입사 및 방사 방향으로 연결부의 돌출 거리는 증가하지 않는다. 이러한 구조에 따르면, 코일의 연결부가 빔의 입사 및 방사 방향으로 요크로부터 돌출하는 거리를 줄일 수 있다. Each coil of the analysis electromagnet is configured such that the notch portion is arranged in the fan-shaped cylindrical stack coil as described above with the main body portion and the connecting portion left, so that the portion extends in the Y direction substantially parallel to the end of the main body portion. I am in a state to do it. In the case where the dimension in the Y direction of the main body portion increases, it is coped by correspondingly increasing the dimension in the Y direction of the connecting portion. As a result, the protruding distance of the connection portion in the incident and radial directions of the beam does not increase. According to this structure, it is possible to reduce the distance that the connecting portion of the coil protrudes from the yoke in the incident and radial directions of the beam.
따라서 분석 전자석의 사이즈를 줄일 수 있으므로, 분석 전자석을 설치하는데 필요한 면적을 줄일 수 있다. 또한 분석 전자석의 중량을 줄일 수 있다. 또한, 코일의 연결부에 의해 발생된 자기장이 이온 빔의 형태를 동요시킬 가능성이 줄어든다. Therefore, the size of the analysis electromagnet can be reduced, thereby reducing the area required for installing the analysis electromagnet. In addition, the weight of the analytical electromagnet can be reduced. In addition, the possibility of the magnetic field generated by the connection of the coils shaking the shape of the ion beam is reduced.
이에 따라서, 각 코일의 연결부의 돌출 거리를 감소시킬 수 있고, 또한 연결부의 길이를 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 연결부에서의 쓸데없는 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 각각의 코일은 사이에 절연 시트가 개재되게 도체 시트가 스택되는 구조를 갖는다. 따라서 피복 도체가 복수회 권취되어 있는 다중 권선 코일과 비교할 때, 도체의 점적율이 높고, 전력 소모가 상응하게 낮다. 결과적으로, 전력 소모를 줄일 수 있다. Accordingly, the protruding distance of the connecting portion of each coil can be reduced, and the length of the connecting portion can be shortened, thereby reducing unnecessary power consumption at the connecting portion. In addition, each coil has a structure in which a conductor sheet is stacked with an insulating sheet interposed therebetween. Thus, when compared with a multi-wound coil in which the sheathed conductor is wound multiple times, the area ratio of the conductor is high and the power consumption is correspondingly low. As a result, power consumption can be reduced.
그 결과, 분석 전자석의 소형화에 따라, 이온 주입기의 사이즈를 줄일 수 있고, 이에 따라 이온 주입기를 설치하는 데 필요한 면적을 줄일 수 있다. 또한, 이온 주입기의 중량을 줄일 수 있다. 또한, 분석 전자석의 전력 소모의 감소에 따라 서, 이온 주입기의 전력 소모를 줄일 수 있다. As a result, as the analytical electromagnet becomes smaller, the size of the ion implanter can be reduced, thereby reducing the area required to install the ion implanter. In addition, the weight of the ion implanter can be reduced. In addition, as the power consumption of the analysis electromagnet is reduced, the power consumption of the ion implanter can be reduced.
본 발명의 제8 양태에 따른 발명은 다음의 추가의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 분석 전자석이 제1 및 제2 코일을 구비하고 있으므로, 큰 Y 방향 치수를 갖는 이온 빔에 용이하게 대처할 수 있다. The invention according to the eighth aspect of the present invention can obtain the following additional effects. That is, since the analysis electromagnet is provided with the 1st and 2nd coil, it can cope easily with the ion beam which has a large Y direction dimension.
제9 양태에 따른 본 발명은 이하의 추가의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 분석 전자석이 내부 코일에 추가하여 제1 및 제2 코일을 포함하기 때문에, 이온 빔의 빔 경로에, Y 방향으로 자속 밀도 분포의 균질도가 높은 자기장을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 방사 시에 이온 빔의 형태의 동요를 낮은 수준으로 억제할 수 있다. 이러한 효과는 이온 빔의 Y 방향의 치수가 큰 경우에 더욱 현저하다. The present invention according to the ninth aspect can obtain the following additional effects. That is, since the analysis electromagnet includes the first and second coils in addition to the internal coils, it is possible to generate a magnetic field with high homogeneity of magnetic flux density distribution in the Y direction in the beam path of the ion beam. As a result, fluctuations in the form of ion beams can be suppressed to a low level during radiation. This effect is more pronounced when the dimension in the Y direction of the ion beam is large.
제10 양태에 따른 본 발명은 이하의 추가의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 분석 전자석이 제1 및 제2 내부 코일에 추가하여 제1 및 제2 외부 코일을 포함하기 때문에, Y 방향의 치수가 큰 이온 빔에 용이하게 대처할 수 있고, 이온 빔의 빔 경로에, Y 방향으로 자속 밀도 분포의 균질도가 높은 자기장을 또한 발생시킬 수 있다. 그 결과, 방사 시에 이온 빔의 형태의 동요를 낮은 수준으로 억제할 수 있다. 이러한 효과는 이온 빔의 Y 방향의 치수가 큰 경우에 더욱 현저하다. The present invention according to the tenth aspect can obtain the following additional effects. That is, since the analysis electromagnet includes the first and second external coils in addition to the first and second internal coils, it is possible to easily cope with the ion beam having a large dimension in the Y direction, and to the beam path of the ion beam, It is also possible to generate a magnetic field with high homogeneity of magnetic flux density distribution in the direction. As a result, fluctuations in the form of ion beams can be suppressed to a low level during radiation. This effect is more pronounced when the dimension in the Y direction of the ion beam is large.
제11 양태에 따른 본 발명은 이하의 추가의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 분석 전자석이 자극을 더 포함하기 때문에, 자기장은 자극 사이의 간극에 용이하게 집중될 수 있고, 이에 따라 빔 경로에 높은 자속 밀도의 자기장을 용이하게 발생시킬 수 있다. The present invention according to the eleventh aspect can obtain the following additional effects. That is, since the analytical electromagnet further includes a stimulus, the magnetic field can be easily concentrated in the gap between the stimuli, thereby easily generating a high magnetic flux density magnetic field in the beam path.
본 발명의 제12 양태에 따르면, 이온 주입기는, 상기 이온 소스로부터의 이 온 빔을 X 방향으로 구부러지게 하여 운동량을 분석하는 분석 전자석과, 주입 위치의 사이에 배치되고, 이온 빔을 정전기장에 의해 X 방향으로 구부러지게 하며, 이온 빔을 가속 또는 감속시키는 가속/감속 장치를 더 포함할 수 있고, According to a twelfth aspect of the present invention, an ion implanter is disposed between an analytical electromagnet which analyzes a momentum by bending an ion beam from the ion source in the X direction, and distributes the ion beam to an electrostatic field. It may further include an acceleration / deceleration device to be bent in the X direction by the acceleration or deceleration of the ion beam,
상기 가속/감속 장치는 상류측에서 시작하여 이온 빔 진행 방향으로 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극의 순서로 배치되어 있는 제1 내지 제3 전극을 구비하고, 이온 빔을 제1 전극과 제2 전극 사이, 그리고 제2 전극과 제3 전극 사이의 두 스테이지에서 가속 또는 감속시키며, The acceleration / deceleration device includes first to third electrodes arranged in the order of the first electrode, the second electrode, and the third electrode in the ion beam traveling direction starting from the upstream side, and the ion beam is connected to the first electrode. Accelerate or decelerate at two stages between the second electrode and between the second and third electrodes,
상기 제2 전극은, 이온 빔의 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하고 이온 빔을 X 방향으로 편향시키도록 상이한 전위가 인가되는 2개의 전극 부재에 의해 구성되며, 상기 제3 전극은 편향 후에 특정 에너지(specific energy)를 갖는 이온 빔의 궤도를 따라 배치되어 있다. The second electrode is constituted by two electrode members which are opposed to each other in the X direction across the path of the ion beam and are applied with different potentials to deflect the ion beam in the X direction, the third electrode being specified after deflection. It is arranged along the trajectory of the ion beam with specific energy.
제12 양태에 따른 발명은 전술한 가속/감속 장치를 구비하므로, 이하의 추가의 효과를 얻는다. The invention according to the twelfth aspect has the acceleration / deceleration device described above, and thus the following additional effects are obtained.
즉, 즉, 가속/감속 장치에 있어서, 이온 빔은 2개의 전극 부재로 분리되게 구성되는 제2 전극의 부분에 의해 편향될 수 있으며, 이로써 에너지 분배의 효과를 얻을 수 있다. 제3 전극의 존재로 인하여, 특정의 에너지를 갖는 이온 빔을 효율적으로 유도할 수 있고, 이온 빔 이외의 이온과 중성 입자를 제3 전극에 의해 효율적으로 차단할 수 있다. 따라서 에너지 오염을 효율적으로 억제할 수 있다. 특히, 감속 모드에서, 제1 전극과 제2 전극의 사이에서 이온 빔의 감속 시의 전하 변환에 의해 중성 입자가 용이하게 발생하는 것은 경험적으로 알려져 있다. 많은 중 성 입자가 발생하더라도, 이들 입자는 직선으로 진행하여 전극에 충돌하여 차단된다. 따라서 중성 입자는 가속/감속 장치에서 효과적으로 제거될 수 있다. That is, in the acceleration / deceleration apparatus, the ion beam can be deflected by the part of the second electrode which is configured to be separated into two electrode members, whereby the effect of energy distribution can be obtained. Due to the presence of the third electrode, an ion beam having a specific energy can be induced efficiently, and ions and neutral particles other than the ion beam can be efficiently blocked by the third electrode. Therefore, energy pollution can be suppressed efficiently. In particular, it is empirically known that in the deceleration mode, neutral particles easily occur by charge conversion during deceleration of the ion beam between the first electrode and the second electrode. Although many neutral particles occur, these particles travel in a straight line and impinge on the electrode and are blocked. Thus, neutral particles can be effectively removed from the acceleration / deceleration device.
또한, 이온 빔은 두 스테이지에서 가속될 수 있고, 이중 후속 스테이지에서의 가속 전에 편향될 수 있다. 따라서 편향이 용이하게 된다. 또한, 원치 않는 이온의 충돌에 의해 발생된 전자는 제2 전극에 의해 구부러져서 전자가 제1 전극에 도달하는 것이 방지된다. 따라서 전자의 충돌에 의해 발생된 X선의 에너지가 낮아질 수 있다. In addition, the ion beam may be accelerated in two stages and may be deflected before acceleration in a dual subsequent stage. Therefore, deflection becomes easy. In addition, electrons generated by the collision of unwanted ions are bent by the second electrode to prevent electrons from reaching the first electrode. Therefore, the energy of X-rays generated by the collision of electrons may be lowered.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명, 첨부도면 및 클레임으로부터 명확하게 될 것이다. Other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description, the accompanying drawings and the claims.
(1) 전체 이온 주입기에 대하여(1) About all ion implanters
도 1은 본 발명의 이온 주입기의 실시예를 도시하는 개략적인 평면도이다. 명세서 및 도면에 있어서는, 이온 빔(50)의 진행 방향이 항상 Z 방향으로 설정되고, Z 방향에 실질적으로 직교하는 평면에서 서로 실질적으로 직교하는 두 방향이 각각 X 방향 및 Y 방향으로서 설정된다. 예컨대, X 방향과 Z 방향은 수평 방향이고, Y 방향은 수직 방향이다. Y 방향은 일정한 방향이지만, X 방향은 절대적인 방향이 아니고, 경로 상의 이온 빔(50)의 위치에 따라 변경된다(예컨대, 도 1 참조). 명세서에서는, 이온 빔(50)을 구성하는 이온이 양 이온인 경우를 예로서 설명하기로 한다. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the ion implanter of the present invention. In the specification and the drawings, the advancing direction of the
이온 주입기는 리본형 이온 빔(50)으로 기판(60)을 조사하여 이온 주입을 행 하는 장치로서, 리본형 이온 빔(50)을 발생시키는 이온 소스(100); 이 이온 소스(100)로부터의 이온 빔(50)을 X 방향으로 구부러지게 하여 운동량(예컨대, 질량 분석, 이하에도 동일하게 적용됨)을 분석하고, 소정 운동량의 이온 빔(50)의 초점(56; X 방향의 초점이며, 이하에도 동일하게 적용됨)을 하류측에 형성하는 분석 전자석(200); 분석 전자석(200)을 통과한 이온 빔이 기판(60)에 입사하게 되어 있는 주입 위치에서, 기판(60)을 이온 빔(50)의 주면(52; 도 2 및 도 3 참조)과 교차하는 방향으로 이동시키는 기판 구동 장치(500)를 구비한다. 예컨대, 이동은 왕복 직선 운동이다. 기판 구동 장치(500)는 기판(60)을 유지하는 홀더(502)를 구비한다. The ion implanter is an apparatus for ion implantation by irradiating the
이온 소스(100)로부터 기판(60)으로의 이온 빔(50)의 경로는 진공 분위기로 유지되는 진공 용기(도시 생략) 내에 있다. The path of the
명세서에 있어서, "주면(主面)"은 리본형 또는 시트형 부재[예컨대, 후술하는 이온 빔(50), 절연 시트(266, 267) 및 도체 시트(268, 269)]의 단부면을 의미하는 것이 아니라, 부재의 넓은 면을 의미한다. "하류측" 또는 "상류측"은 이온 빔(50)의 진행 방향(Z)으로 하류측 또는 상류측을 의미한다. 이온 소스(100)로부터 발생한 이온 빔(50)과 분석 전자석(200)으로부터 유도된 이온 빔(50)은 개념이 서로 상이하다. 즉, 전자는 운동량 분석 이전의 이온 빔이고, 후자는 운동량 분석 이후의 이온 빔이다. 이온 빔 사이의 차이는 명백하다. 따라서 명세서에 있어서는, 이온 빔은 서로 구분되지 않으며, 양자가 모두 이온 빔(50)으로서 표시되어 있다. In the specification, "main surface" means an end face of a ribbon-like or sheet-like member (e.g.,
이온 소스(100)로부터 발생하여 기판(60)으로 전달된 이온 빔(50)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 예컨대 Y 방향의 치수(Wy)가 X 방향의 치수(Wx)보다 큰, 즉 Wy>Wx인 리본 형상을 갖는다. 이온 빔(50)이 리본 형상을 갖기는 하지만, 이것이 X 방향의 치수(Wx)가 종이 또는 천만큼 얇다는 것을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 기판(60)의 치수에 따라 다르기는 하지만, 이온 빔(50)의 X 방향의 치수(Wx)는 약 30 내지 80 mm이고, Y 방향의 치수(Wy)는 약 300 내지 500 mm이다. 이온 빔(50)이 더 큰 평면, YZ 평면을 따른 평면이 주면(52)이다. The
이온 소스(100)는, 도 3에 도시된 예에서와 같이, Y 방향의 치수(Wy)가 기판(60)의 Y 방향의 두께(Ty)보다 큰 리본형 이온 빔(50)을 발생시킨다. 예컨대 두께(Ty)를 300 내지 400 mm로 하면, Y 방향의 치수(Wy)는 약 400 내지 500 mm이다. 그러한 치수 관계 및 기판(60)의 전술한 이동 때문에, 기판(60)을 이온 빔(50)에 의해 조사하여 이온 주입을 행할 수 있다. The
예컨대, 기판(60)은 반도체 기판, 유리 기판, 또는 그 외의 기판이다. 기판의 평면 형상은 원형 또는 사각형 형상이다. For example, the
분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)의 초점(56) 근처에는, 분석 전자석(200)과 협력하여 이온 빔(50)의 운동량을 분석하는 슬릿(70)이 배치되어 있다. 분석 슬릿(70)은 Y 방향에 실질적으로 평행하게 연장하는 슬릿(72)을 갖는다. 분석 슬릿(70)을 이온 빔(50)의 초점(56) 근처에 배치하는 이유는, 이온 빔(50)의 전달 효율과 운동량 분석 능력 모두가 향상되기 때문이다. Near the
후술하는 분석 전자석(200), 분석 슬릿(70) 및 가속/감속 장치를 필요에 따 라 배치할 수 있다. The
이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 복수의 전자 빔 소스(Gn)가 이온 소스(100)에 배치되어 있다[구체적으로, 이온 소스를 구성하는 플라즈마 용기(118)]. 전자 빔의 발생량을 제어하기 위한 인출 전압과, Y 방향으로의 스캔을 위한 스캔 전압이 대응 전자-빔 전원(114)으로부터 각각의 전자 빔 소스(Gn)에 공급된다. 실시예에 따르면, 전자 빔 소스(Gn)와 전자-빔 전원(114)의 개수는 2개이다. 개수가 2개로 한정되는 것은 아니다. 각각의 수는 하나일 수도 있고, 2를 초과하는 복수 개일 수도 있다. 즉, 이들의 개수는 모두 하나 또는 이상으로 임의적이다. As will be described in detail below, a plurality of electron beam sources Gn are disposed in the ion source 100 (specifically, the
이온 빔(50)의 Y방향 이온 빔 전류 밀도 분포를 측정하는 이온 빔 모니터(80)가 이온 빔(50)이 기판(60) 상에 입사되는 주입 위치 또는 그 위치 근방에서 Y방향으로 복수 개의 모니터 지점에 배치된다. 빔 전류 밀도 분포를 나타내는 측정 데이터(D1)가 이온 빔 모니터(80)로부터 출력되어, 제어 장치(90)에 제공된다.An ion beam monitor 80 for measuring the ion beam current density distribution in the Y direction of the
예컨대, 도 1에 도시한 예에서와 같이, 이온 빔 모니터(80)는 주입 위치의 후방측(다시 말해, 하류측)의 근방에 배치될 수 있다. 대안적으로, 모니터는 주입 위치의 전방측(다시 말해, 상류측)의 근방에 배치되거나, 주입 위치로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 이온 빔 모니터(80), 기판(60) 및 홀더(502)는 서로 간섭하지 않도록 배치될 필요가 있다. 이온 빔 모니터(80)가 측정 중에 주입 위치의 후방측의 근방에 배치되는 경우, 기판(60) 및 홀더(502)는 측정에 대한 간섭을 초래하지 않는 위치로 이동될 수 있다. 이온 빔 모니터(80)가 측정 중에 주입 위치 의 전방측의 근방에 배치되는 경우, 이온 빔 모니터(80)는 측정에 대한 간섭을 초래하지 않는 위치로 이동될 수 있다. For example, as in the example shown in FIG. 1, the ion beam monitor 80 may be disposed near the back side (ie, downstream) of the implantation position. Alternatively, the monitor may be arranged near the front side (ie upstream side) of the injection position or configured to be able to move to the injection position. The
이온 주입기는 또한 이온 빔 모니터(80)로부터 제공되는 측정 데이터(D1)에 기초하여 전자 빔 전원(114)을 제어하는 제어 장치(90)를 포함한다. 이 실시예에서, 제어 장치(90)는 아래에서 설명할 필라멘트 전류(If)도 제어할 수 있다.The ion implanter also includes a
(2) 이온 소스(100), 전자 빔 소스(Gn) 등 및 이들의 제어에 대하여(2)
도 4에 도시한 바와 같이, 이온 소스(100)는 플라즈마를 생성하기 위한 가스(증기의 경우도 포함)(120)가 가스 도입 포트(119)를 통해 도입되고, 하나 이상의 필라멘트(122)(본 실시예에서는 3개)가 예컨대 직육면체 형상을 갖는 플라즈마 용기(118) 내에 배치되고, 아크 방전이 필라멘트(122)와 애노드로서도 기능을 하는 플라즈마 용기(118) 사이에 생성되어, 가스(120)가 이온화됨으로써 플라즈마(124)를 생성하여, 전술한 바와 같은 리본형 이온 빔(50)이 인출 전극 시스템(126)에 의해 플라즈마(124)로부터 인출되는 구성을 갖고 있다. As shown in FIG. 4, the
가스(120)는 원하는 원소(예컨대, B, P 및 As와 같은 도펀트)를 함유하는 가스이다. 가스의 특정 예로는 BF3, PH3, AsH3 또는 B2H6과 같은 소스 가스를 함유한 가스가 있다.
필요에 따라, 가스 도입 포트(119)는 Y방향으로 복수 개가 배치될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 플라즈마 용기(118) 내에서 가스 농도 분포를 용이하게 균질하게 할 수 있어, 플라즈마 밀도 분포의 균질화를 촉진시키게 된다.If necessary, a plurality of
인출 전극 시스템(126)은 하나 이상의 전극(도시된 예에서는 3개)을 구비한다. 이들 전극은 해당 위치에 각각 이온 인출 홀(128)을 갖고 있다. 인출 전극 시스템(126)의 이온 인출 홀(128)의 형상, 배열 등은 인출된 이온 빔(50)의 선택 형상에 따라 적절히 결정된다. 도 5에 도시한 예에서와 같이, 이온 인출 홀(128)은 Y방향으로 배열된 복수(다수) 개의 작은 구멍이거나, Y방향으로 연장하는 슬릿일 수 있다. 이온 빔(50)의 X 방향으로의 치수(WX)에 따라, 복수 개의 그러한 이온 인출 홀(128)로 이루어진 복수 개의 열(예컨대, 2열 또는 3열)이 X 방향으로 배열될 수도 있다.The
필라멘트(122)의 개수는 하나의 이상의 임의의 수이다. Y방향 치수(WY)가 크고 고도로 균질화된 이온 빔(50)을 생성하기 위해, Y방향으로 복수 개의 필라멘트를 배열하는 것이 바람직할 수 있다.The number of
필라멘트(122)는 도 4 및 도 5에 도시한 예에서와 같이 U자 형상을 갖거나, 도 6에 도시한 예에서와 같이 Y방향으로 연장하는 직선형 형상을 가질 수 있다. 필라멘트는 다른 형상을 가질 수도 있다.The
U자형 필라멘트(122)는 도 4에 도시한 바와 같이 YZ 평면에서 굴곡된 형상이거나, 도 5에 도시한 바와 같이 XZ 평면에서 굴곡된 형상일 수 있다. The
도 4에 도시한 바와 같이, 각 필라멘트(122)는 가변 전압의 필라멘트 전원(134)으로부터 필라멘트 전류(If)를 받아들여 열전자를 방출하도록 가열된다. 아크 방전을 생성하기 위한 DC 아크 전원(136)이 각 필라멘트(122)의 일단부와 플 라즈마 용기(118) 사이에 연결된다. 이 실시예에서, 필라멘트 전원(134)은 제어 장치(90)로부터 제공되는 필라멘트 전류 제어 신호(Sf)에 따라 필라멘트 전류(If)를 변화(증가 또는 감소)시킬 수 있다. As shown in FIG. 4, each
이 예에서, 각 필라멘트(122)에 하나의 필라멘트 전원(134)이 배치된다. 그러나, 복수 개의 필라멘트 전원(134)을 개별적으로 배치할 필요는 없다. 필라멘트 전원은 하나의 유닛으로 조립되거나, 필라멘트 전류(If)가 각 필라멘트(122)를 통해 독립적으로 흐를 수 있게 하는 하나의 필라멘트 전원으로서 구성될 수 있다. 이 예에서, 아크 전원(136)은 모든 필라멘트(122)에 의해 공유된다. 대안적으로, 하나의 아크 전원이 각 필라멘트(122)마다 배치될 수도 있다. 공유된 전원의 경우, 구조를 단순화시킬 수 있다.In this example, one
플라즈마(124)를 생성 유지하는 데에 사용되는 다극 자기장(다중 커스프 자기장; multi-cusp magnetic fields)을 형성하기 위한 자석이 플라즈마 용기(118)의 둘레에 배열될 수 있다. 전술한 구조를 갖는 이온 소스는 또한 버킷형 이온 소스(또는 다극 자기장형 이온 소스)로도 불린다.Magnets for forming a multi-pole magnetic field (multi-cusp magnetic fields) used to generate and maintain the
복수 개의 필라멘트(122) 사이에, 구체적으로는 중간 지점에 전자 빔 소스(Gn)가 각각 배치된다. 이 실시예에서, 도 7에 도시한 바와 같이, 각 전자 빔 소스(Gn)는, 전자(열전자)를 방출하는 필라멘트(140)와, 전자를 전자 빔(138)으로서 인출하는 애노드(144)와, 이들 두 구성 요소(140, 144) 사이에 배치되어, 전자 빔(138)의 에너지를 변화시키지 않으면서 전자 빔의 발생량을 제어하는 인출 전극(142)과, 외부로 인출될 전자 빔(138)을 Y방향으로 스캐닝하는 한 쌍의 스캔 전 극(146)을 구비한다.Between the plurality of
이러한 구성에 따르면, 각 전자 빔 소스(Gn)는 전자 빔(138)을 생성하고, 그 전자 빔을 이온 소스(100)의 플라즈마 용기(118) 안으로 방사함으로써, 전자 빔(138)에 의해 가스(120)를 이온화시켜 플라즈마(124)를 생성한다. 게다가, 전자 빔(138)은 이온 소스(100)[구체적으로는 플라즈마 용기(118)]에서 1차원적으로 Y방향으로 스캐닝될 수 있다. 스캔 궤적의 예가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 간단히 말해, 전자 빔 소스(Gn)는 필라멘트(122)에 의해 생성된 플라즈마(124)의 밀도 분포를 교정하는 데에 사용된다. 이 실시예에서는 2개의 전자 빔 소스(Gn)를 구비한다. 그러나, 전자 빔 소스의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니다. 그 개수는 1개이거나, 2개 이외의 복수 개일 수 있다. 즉, 개수는 하나 이상의 임의의 수일 수 있다.According to this configuration, each electron beam source Gn generates an
도 7에 도시한 예에서, 각 전자 빔 전원(114)은, 필라멘트(140)를 가열하는 필라멘트 전원(150)과, 전자 빔(138)의 양을 제어하기 위해 필라멘트(140)와 인출 전극(142) 사이에 DC 인출 전압(Ve)을 인가하는 인출 전원(152)과, 필라멘트(140)와 애노드(144) 사이에 DC 애노드 전압(Va)을 인가하는 에너지 제어 전원(154)과, 한쌍의 스캔 전극(146) 사이에서 Y방향 스캐닝을 위한 스캔 전압(Vy)을 인가하는 증폭기(156)를 구비한다. 이 실시예에서, 필라멘트 전원(150)은 DC 전원이다. 대안적으로, 필라멘트 전원은 AC 전원일 수도 있다.In the example shown in FIG. 7, each electron
예컨대, 제어 장치(90)는 스캔 전압(Vy)의 근원인 스캔 신호(Sy)를 제공하는 기능을 하며, 증폭기(156)는 제어 장치(90)에서 제공된 스캔 신호(Sy)를 증폭(전압 증폭)하여, 스캔 전압(Vy)을 생성(출력)한다. 이 예에서, 스캔 전압(Vy)은 애노드(144)의 전위에 따라 ± 방향으로 변동한다. 이러한 구성에 따르면, 전자 빔 전원(114)은 전자 빔(138)의 양을 제어하기 위한 인출 전압(Ve), Y방향 스캐닝을 위한 스캔 전압(Vy) 등을 해당 전자 빔 소스(Gn)에 공급할 수 있다. For example, the
간단히 말해, 각 전자 빔 소스(Gn)로부터 인출된 전자 빔(138)의 에너지는 애노드 전압(Va)의 수준으로 결정되어, Va[eV]로 된다. 전자 빔(138)의 에너지는 플라즈마 용기(118) 내에서 전자 충돌에 의해 가스(120)를 이온화시킬 수 있는 수준으로 정해진다. 예컨대, 가스(120)가 전술한 종류의 가스이라면, 그 에너지는 약 500 eV 내지 3 keV로, 구체적으로는 약 1 keV로 설정될 수 있다.In short, the energy of the
이온 빔 모니터(80)는 이온 빔(50)의 Y방향 이온 빔 전류 밀도 분포를 Y방향으로 배열된 복수 개의 지점에서 측정한다. 예컨대, 도 9에 도시한 예에서와 같이 이온 빔 모니터(80)는 Y방향으로 배열된 복수(다수) 개의 빔 전류 측정 장치(82)(예컨대, 페러데이 컵)를 구비하고 있다. 복수 개의 빔 전류 측정 장치(82)의 배열 길이는 이온 빔(50)의 Y방향 치수(WY)보다 약간 클 수 있다. 이러한 구성에 따르면, Y방향으로의 전체 이온 빔(50)을 측정할 수 있다. 빔 전류 측정 장치(82)는 모니터 지점에 각각 대응한다. 도 9는 개략적으로 도시한 것이다. 빔 전류 측정 장치(82)의 개수, 형상, 배열 등은 도 9에 도시한 것에 한정되지 않는다.The ion beam monitor 80 measures the Y-direction ion beam current density distribution of the
예컨대, 각 빔 전류 측정 장치(82)는 도 9에서 도시한 예에서와 같은 원형 형상 대신에 X 방향으로 연장하는 직사각형 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우 각 빔 전류 측정 장치(82)는 X 방향 치수가 그 장치에 입사되는 이온 빔(50)의 X방향 치수(WX)보다 크도록 되어, 그 장치가 X방향에서 전체 이온 빔(50)을 받아들일 수 있게 구성될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 이온 빔(50)의 X방향 이온 빔 전류 밀도 분포로 인한 영향을 제거할 수 있다. 다시 말해, X방향에 있어서의 평균 이온 빔 전류 밀도가 측정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판(60)은 X방향을 따라 이동한다(X방향에 평행한 이동에 한정되지 않음). 빔 전류 측정 장치(82)가 전술한 바와 같이 구성되는 경우, 기판(60)에 대한 실제 이온 주입과 보다 유사한 상태에서 이온 빔(50)의 이온 빔 전류 밀도 분포를 측정할 수 있다. For example, each beam
이온 빔 모니터(80)는 하나의 빔 전류 측정 장치(82)가 이동 기구에 의해 Y 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다.The ion beam monitor 80 may be configured such that one beam
본 명세서에서, 모니터 지점은 소정 면적을 갖지 않는 수학적 점이 아니라, Y-방향 치수가 이온 빔(50)의 Y-방향 치수(WY)에 비해 충분히 작고 소정 면적을 갖는 소규모의 측정 장소이다.In this specification, the monitor point is not a mathematical point that does not have a predetermined area, but is a small measuring place having a predetermined area in which the Y -direction dimension is sufficiently small compared to the Y -direction dimension W Y of the
각 모니터 지점의 면적은 이미 알려져 있다. 따라서, 각 모니터 지점에 있어서 이온 빔(50)의 빔 전류의 측정값은 모니터 지점에 있어서 빔 전류 밀도의 측정값과 실질적으로 동일하다. 모니터 지점에 있어서 빔 전류 밀도는 모니터 지점에서 얻어지는 빔 전류를 면적으로 나눔으로써 얻어질 수 있다.The area of each monitor point is already known. Thus, the measured value of the beam current of the
도 8은 도 1에 도시된 시스템의 단순화하여 보여주는 것으로, 이온 공급원(100)으로부터 이온 빔 모니터(80)까지를 보여준다. 도면 부호 170은 이온 빔 수송 시스템 전체를 표시한다. 이온 공급원(100)의 Y-방향은 이온 빔 모니터(80)의 Y-방향에 대해 실질적으로 평행하게 설정될 수 있다. 그러나, 이온 빔 수송 시스템(170)이 항상 선형인 것은 아니며(도 1 참조), 이온 공급원(100)의 X-방향과 이온 빔 모니터(80)의 X-방향은 도 8에 도시된 바와 같이 항상 서로에 대해 평행한 것은 아니다. 이는 문제를 일으키지 않는다.FIG. 8 shows a simplified view of the system shown in FIG. 1, from the
실시예에서, 제어 장치(90)는 CPU, 저장 장치, 입력 AD 컨버터, 출력 DA 컨버터 등을 구비하는 컴퓨터로 구성된다. 제어 장치(90)는 후술하는 제어(A)와 제어(B) 중 하나를 수행하는 기능을 갖고, 제어(A)와 제어(B)를 동시에 모두 수행하지는 않는다.In an embodiment, the
(A) 전자 빔의 주사 속도 제어(A) Scanning speed control of the electron beam
이 경우에, 전자 빔 공급원(Gn)에서 발생되는 이온 빔(138)의 양을 실질적으로 일정한 값으로 유지하기 위해 이온 빔 모니터(80)의 측정 데이터(D1)에 기초하여 전자-빔 전력 공급원(114)을 제어하는 동시에, (a) 이온 빔 모니터(80)로 측정한 이온 빔 전류 밀도가 상대적으로 큰 모니터 지점에 대응하는 이온 공급원 내의 위치에 있어서 전자 빔(138)의 주사 속도를 상대적으로 높이는 것과, (b) 측정한 이온 빔 전류 밀도가 상대적으로 작은 모니터 지점에 대응하는 이온 공급원 내의 위치에 있어서 전자 빔(138)의 주사 속도를 상대적으로 낮추는 것을 모두 수행함으로써, 제어 장치(90)는 이온 빔 모니터(80)가 측정한 Y-방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 기능을 갖는다.In this case, the electron-beam power source based on the measurement data D 1 of the ion beam monitor 80 to keep the amount of the
(B) 전자 빔의 양 제어(B) the amount of electron beam control
이 경우에, 전자 빔 공급원(Gn)에서 발생되는 이온 빔(138)의 Y-방향 주사 속도를 실질적으로 일정한 값으로 유지하기 위해 이온 빔 모니터(80)의 측정 데이터(D1)에 기초하여 전자-빔 전력 공급원(114)을 제어하는 동시에, (a) 이온 빔 모니터(80)로 측정한 이온 빔 전류 밀도가 상대적으로 큰 모니터 지점에 대응하는 이온 공급원 내의 위치에 있어서 전자 빔(138)의 발생량을 상대적으로 줄이는 것과, (b) 측정한 이온 빔 전류 밀도가 상대적으로 작은 모니터 지점에 대응하는 이온 공급원 내의 위치에 있어서 전자 빔(138)의 발생량을 상대적으로 늘리는 것을 모두 수행함으로써, 제어 장치(90)는 이온 빔 모니터(80)가 측정한 Y-방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 기능을 갖는다.In this case, electrons are based on the measurement data D 1 of the ion beam monitor 80 to maintain the Y-direction scanning speed of the
전술한 제어(A)와 제어(B) 중 어느 경우라도, 제어 장치(90)는 전술한 제어(a) 및 제어(b) 중에서 적어도 하나를 수행할 수 있다. 그러나, 이온 빔 전류 밀도의 분포의 균질화 제어는 보다 빠르기 때문에, 제어 장치는 상기 두 제어 모두를 수행하는 것이 바람직하다. "기능"이라는 용어는 "수단"으로 바꿔 사용할 수 있다. 이는 후술하는 다른 기능에도 동일하게 적용될 것이다.In any of the above-mentioned control (A) and control (B), the
제어(A)와 제어(B)의 구체적인 예를 후술한다.Specific examples of the control A and the control B will be described later.
(A) 전자 빔의 주사 속도 제어(A) Scanning speed control of the electron beam
이 경우에, 도 7에 도시된 전력 공급원이 전자 빔 전력 공급원(114)으로서 사용된다. 이 예에서, 인출 전력 공급원(152)으로부터 출력되는 인출 전압(Ve)은 일정하게 설정되고, 전자 빔 공급원(Gn)에서 발생되는 이온 빔의 양은 일정하게 설정된다. 또한, 에너지 제어 전력 공급원(154)으로부터 출력되는 애노드 전압(Va)은 일정하게 설정되고, 전자 빔(138)의 에너지는 일정하게 설정되는 것이 바람직하다. 실시예에서, 이들 값은 일정하게 설정된다. 도 10 내지 도 12는 이러한 경우에 제어 장치(90)를 사용하여 수행되는 제어의 흐름도를 보여준다.In this case, the power supply shown in FIG. 7 is used as the electron
이러한 제어에 앞서, 이온 빔 모니터(80) 상의 모니터 지점(Py)과, 이 모니터 지점(Py)에 있어서 이온 빔 전류 밀도의 증가/감소를 분담하는 전자 빔 공급원(Gn), 그리고 전자 빔 공급원(Gn)에 공급되는 주사 전압(Vy) 사이의 대응 관계를 미리 체크하고, 제어 장치(90)에 저장한다. 단 하나의 전자 빔 공급원(Gn)만을 사용하는 경우에, 전자 빔 공급원(Gn)은 유일하게 정해진 것이므로, 전자 빔 공급원(Gn)을 체크하고 저장할 필요가 없다. 또한, 전자 빔 공급원(Gn)은 후술하는 대응 관계에 포함될 필요가 없다.Prior to this control, the monitor point Py on the
이온 빔 모니터(80) 상의 임의의 모니터 지점(Py)에 주의를 집중해 보면, 상기 대응 관계는, 전자 빔 공급원(Gn)이 모니터 지점(Py)에서의 이온 빔 전류 밀도를 증가/감소시키고 있다는 것과, 전자 빔 공급원(Gn)에 공급되는 주사 전압(Vy)의 값을 보여주는데, 이 대응 관계는 이하의 식 1로 표현될 수 있다. 첨자 i, j 및 k는 소정 위치를 나타내고, 정수이다. 예컨대, 상기 대응 관계는 전자 빔 공급원(Gn)과, 주사 전압(Vy), 그리고 이온 빔 전류 밀도가 소정 전압에서 증가되거나 감소되는 모니터 지점(Py)을 체크하는 것을 통해 결정될 수 있다. 상기 대응 관계는 이온 주입기의 구성에 의해서만 결정된다. 따라서, 일단 결정되면 이온 주입기 의 구성이 변경되지 않는 한 바뀌지 않는다. 상기 대응 관계를 나타내는 데이터는 제어 장치(90)(구체적으로 저장 장치)에 저장될 수 있다.Focusing attention on any monitor point Py on the
[식 1][Equation 1]
Pyi ↔ (Gnj, Vyk)Py i ↔ (Gn j , Vy k )
도 10 등을 참조하여 후속 절차를 기술한다. 기판(60)에 부딪히는 이온 빔(50)의 바람직한 이온 빔 전류 밀도(Iset)와, 이 밀도의 허용 오차(ε)를 제어 장치(90)에 설정한다(단계 900). 설정된 이온 빔 전류 밀도(Iset)는 기설정 이온 빔 전류 밀도라 한다. 허용 오차(ε)는 실제 이온 빔 전류 밀도, 구체적으로 이온 빔 모니터(80)에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)가 기설정 이온 빔 전류 밀도(Iset)로부터 벗어날 수 있는 정도를 나타낸다.The following procedure is described with reference to FIG. 10 and the like. The preferred ion beam current density Iset of the
이어서, 필라멘트 조건을 대략적으로 설정한다(단계 901). 이는 플라즈마(124)의 생성시에 이온 빔(50)은 전자 빔 공급원(Gn)을 사용하지 않고서 그리고 필라멘트(122)만을 사용하여 이온 공급원(100)으로부터 인출된다는 것을 의미하며, 이온 빔 모니터(80)에 의해 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)는 수동으로 대략 설정된다. 구체적으로, 필라멘트 전력 공급원(134)을 조정하고, 이온 공급원(100)의 필라멘트(122)를 통해 흐르게 될 필라멘트 전류(If)를 대략 설정한다. 이때, 아크 전력 공급원(136)으로부터 공급되는 아크 전류의 조정이 추가적으로 수행될 수 있다. 대개, 이온 공급원(100) 또는 이온 주입기의 구성이 바뀌지 않는다면, 이러한 대략적인 설정도 1회만 수행하면 된다.Then, the filament condition is approximately set (step 901). This means that upon generation of the
필라멘트 조건의 대략적인 설정이 보다 정교하게 실시된다면, 이후의 제어[예컨대, 단계(905) 이후의 제어]는 보다 신속하게 완료될 수 있다. 이는 도 16에 도시된 예의 경우에도 적용될 수 있다.If the coarse setting of the filament conditions is performed more precisely, subsequent control (eg, control after step 905) can be completed more quickly. This may also apply to the case of the example shown in FIG. 16.
예컨대, 모든 모니터 지점(Py)에 있어서 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)가 기설정 이온 빔 전류 밀도(Iset)와 유사하고 그 분포가 어느 정도가 균질화되도록 대략적인 설정을 수행하는 것이 바람직하다. 도 13 및 도 14a는 이러한 설정이 수행된 예를 개략적으로 보여준다. 도 13은 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)가 기설정 이온 빔 전류 밀도(Iset)보다 약간 작게 설정되어 있는 예를 보여주고, 도 14a는 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)가 기설정 이온 빔 전류 밀도(Iset)보다 약간 크게 설정되어 있는 예를 보여준다. 이러한 설정 중 어느 것을 채용하여도 무방하다.For example, it is preferable to make a coarse setting so that the measured ion beam current density Imon at all the monitor points Py is similar to the preset ion beam current density Iset and the distribution is homogenized to some extent. 13 and 14A schematically show an example in which this setting is performed. FIG. 13 shows an example in which the measured ion beam current density Imon is set slightly smaller than the preset ion beam current density Iset, and FIG. 14A shows that the measured ion beam current density Imon is the preset ion beam. An example is shown that is set slightly larger than the current density (Iset). Any of these settings may be employed.
도 13에 도시된 바와 같이, 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)의 피크 위치는 필라멘트(1222)의 위치에 거의 대응한다. 도면에서, AG1은 어느 한 전자 빔 공급원(Gn)의 영향을 받는 영역을 나타내고, AG2는 다른 전자 빔 공급원(Gn)의 영향을 받는 영역을 나타낸다. 그러나, 이 도면은 단지 개략적인 도면이다.As shown in FIG. 13, the peak position of the measured ion beam current density Imon corresponds almost to the position of the filament 1222. In the figure, AG 1 represents an area affected by one electron beam source Gn, and AG 2 represents an area affected by another electron beam source Gn. However, this drawing is only a schematic drawing.
이어서, 제어 장치(90)는 소정의 초기 파형을 갖는 주사 신호(Sy)를 전자 빔 전력 공급원(114)[구체적으로, 전자 빔 전력 공급원의 증폭기(156)]에 공급하여 동일 파형을 갖는 주사 전압(Vy)을 출력한다(단계 902). 예컨대, 초기 파형은 삼각 파형이다. 주파수는 예컨대 10 kHz이다. 주파수는 이에 한정되지 않는다.Subsequently, the
전자 빔 공급원(Gn)은 Y-방향으로 초기 파형으로 주사되는 전자 빔(138)을 발생시킨다. 이러한 전자 빔 공급원과 필라멘트(122)를 이용하면, 이온 공급원(100)에서 플라즈마(124)가 생성되고, 이온 빔(50)이 인출된다(단계 903). 이온 빔 모니터(80)는 이온 빔(50)을 받아들이고, 이온 빔 전류 밀도(Imon)를 측정한다(단계 904). 이러한 예가 도 13 및 도 14a에 도시되어 있다. 이하에서는 도 14a의 예를 기술한다.The electron beam source Gn generates an
또한, 제어 장치(90)는 연산 등과 같은 후속 프로세스를 수행한다. 이온 빔 모니터(80)로부터 공급되는 측정 데이터(D1)에 기초하여, 이온 빔 모니터(80)에 의해 측정된 Y-방향 분포에 있어서의 이온 빔 전류 밀도(Imon)의 평균값(Iave)을 연산한다(단계 905). 이는 소정의 값이다.In addition, the
이어서, 평균값(Iave)을 기설정 빔 전류 밀도(Iset)와 비교하고, 두 값이 실질적으로 서로 동일한가의 여부를 결정한다(단계 905). 두 값이 실질적으로 서로 동일하다면, 프로세스는 단계(908)로 진행되고, 만약 그렇지 않다면 프로세스는 단계(907)로 진행된다. "실질적으로 동일하다"라는 표현은 값들이 서로 동일하거나, 소정의 작은 오차 범위 내에 있다는 것을 의미한다. 이 표현은 "거의 동일하다"라는 표현으로 바꿔 사용할 수 있다.Then, the average value Iave is compared with the preset beam current density Iset, and it is determined whether the two values are substantially equal to each other (step 905). If the two values are substantially equal to each other, the process proceeds to step 908, if not the process proceeds to step 907. The expression "substantially the same" means that the values are equal to each other or within a certain small error range. This expression can be used interchangeably with the expression "almost the same".
단계(907)는 필라멘트 전류 제어의 서브 루틴이다. 도 11은 서브 루틴의 내용을 보여준다. 이 서브 루틴에서는, 먼저 평균값(Iave)이 기설정 이온 빔 전류 밀도(Iset)에 비해 큰 값인가의 여부를 결정한다(단계 920). 만약 더 크다면 프로 세스는 단계(921)로 진행되고, 그렇지 않다면 프로세스는 단계(922)로 진행된다.Step 907 is a subroutine of filament current control. 11 shows the contents of the subroutine. In this subroutine, first, it is determined whether the average value Iave is a large value compared to the preset ion beam current density Iset (step 920). If larger, the process proceeds to step 921, otherwise the process proceeds to step 922.
단계(921)에서, 필라멘트 전원(134)은 제어 장치(90)로부터 공급되는 필라멘트 전류 제어 신호(Sf)에 의해 제어되고, 이온 공급원(100)의 모든 필라멘트를 통해 유동될 필라멘트 전류(If)는 예정량 만큼(바꿔 말하면, 동일하게 또는 동일량 만큼, 이하 동일하게 적용됨) 균일하게 감소된다. 단계(922)에서는, 상기와 반대로, 모든 필라멘트(122)를 통해 유동될 필라멘트 전류(If)는 예정량 만큼 균일하게 증가된다. 예컨대, 예정량은 필라멘트 상태의 대략적인 설정이 종료된 타이밍(단계 901)에 필라멘트 전류(If)의 약 1% 내지 2%이다. 예정량이 큰 경우에, 제어가 급속하게 수행되지만, 제어가 수렴되지 않을 가능성이 크다. 반대로, 예정량이 작은 경우에, 제어가 느리지만, 상기 가능성이 제거된다. 따라서, 예정량은 양쪽의 경우를 고려하여 결정될 수 있다. In
그러나, 필라멘트 전류 제어 서브루틴(단계 907)과, 후술하는 전자 빔 주사 속도 제어 서브루틴(단계 910)을 포함하는 단계(900 내지 911)의 제어는 기판(60) 상의 이온 빔 주입 공정에서 실시간으로 수행되지 않고, 예컨대 중단시에 기판(60)의 처리 전의 적절한 타이밍에 수행된다. 제어 속도는 거의 논점이 되지 않는다. 따라서, 속도가 중요하지 않고 안정성 및 확실성이 중요한 제어가 수행될 수 있다. 예컨대, 제어는 분 단위의 시간을 필요로 할 수 있다. 이것은 또한 도 16 및 도 17에 도시된 제어에도 적용될 수 있다. However, the control of
단계(907)에서의 필라멘트 전류 제어 서브루틴 후에, 공정은 단계(905)로 복귀되고, 단계(906)에서의 결정이 YES일 때까지 전술한 제어가 반복된다. 이로 인 해, 평균값(Iave)이 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도(Iset)와 거의 동일하게 된다. 도 14b는 이 상태의 개략적인 예를 도시한다. 이어서, 공정은 단계(908)로 진행한다. After the filament current control subroutine in
단계(908)에서는, Y방향 분포에서의 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)와 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도(Iset) 간의 차이인 Y방향 분포에서의 에러(Ierr)가, 예컨대 다음의 수학식에 따라 계산된다. In
[식 2][Equation 2]
Ierr = Imon - IsetIerr = Imon-Iset
이어서, 이온 빔(50)이 충돌하는 모든 모니터 지점(Py)에서 에러의 크기(절대값) │Ierr│가 허용 에러(ε) 미만인지 아닌지가 결정된다. 크기가 허용 에러 미만인 하나의 지점이 존재하더라도, 공정은 단계(910)로 진행한다. 그렇지 않으면, 공정은 단계(911)로 진행한다. Then, it is determined whether or not the magnitude (absolute value) Ierr | of the error at every monitor point Py where the
실시예에서와 같이, 이온 빔(50)이 충돌하는 모든 모니터 지점(Py)에 대해 결정이 수행되는 것이 바람직하다. 그러나, 중요하지 않은 몇몇 모니터 지점에 대한 결정을 생략할 수도 있다. 이온 빔(50)이 충돌하지 않는 모니터 지점(Py)에 대한 결정을 수행할 필요는 없다. 즉, 실질적으로 이온 빔(50)이 충돌하는 모든 모니터 지점(Py)에 대해 결정이 수행될 수 있다. As in the embodiment, the determination is preferably performed for all monitor points Py where the
단계(910)는 전자 빔 주사 속도 제어 서브루틴이다. 도 12는 서브루틴의 내용을 도시하고 있다. 서브루틴에서는, 먼저 에러의 크기 │Ierr│가 허용 에러(ε)보다 큰 모니터 지점(Py)이 결정되고(바꿔 말하면, 확인되고, 이하 동일하게 적 용됨), 에러가 큰 모니터 지점(Py)에서의 에러(Ierr)의 신호가 결정된다(단계 930). 상기 수학식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 있어서, 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)가 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도(Iset)보다 큰 경우가 양이고, 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)가 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도(Iset)보다 작은 경우가 음이다. 또한, 도 14b를 참조한다. 전술한 바와 같이 결정된 모니터 지점(Py)의 개수는 제어의 초기 단계에서 일반적으로 크고, 단계(905 내지 908)의 제어가 더욱 진행됨에 따라 작아진다. Step 910 is an electron beam scan rate control subroutine. 12 shows the contents of the subroutine. In the subroutine, first the monitor point Py whose magnitude of error | Ierr | is greater than the allowable error [epsilon] is determined (in other words, checked and applied the same below), and at the monitor point Py where the error is large A signal of an error Ierr is determined (step 930). As can be seen from
이어서, 결정된 모니터 지점(Py)에 대응하는 전자 빔 공급원(Gn)과, 상기 지점의 주사 전압(Vy)이 결정된다(단계 931). 이 단계는 전술한 대응 관계를 이용하여 수행될 수 있다(수학식 1과 그 설명 참조). 그러나, 단하나의 전자 빔 공급원(Gn)을 사용하는 경우에, 전자 빔 공급원(Gn)이 특유하게 결정되어, 전자 빔 공급원(Gn)을 결정하는 것이 불필요해진다. Subsequently, the electron beam source Gn corresponding to the determined monitor point Py and the scanning voltage Vy of the point are determined (step 931). This step can be performed using the above-described correspondence (see Equation 1 and its description). However, in the case of using only one electron beam source Gn, the electron beam source Gn is uniquely determined, and it becomes unnecessary to determine the electron beam source Gn.
이어서, 주사 신호(Sy)의 파형은, 에러(Ierr)가 양의 모니터 지점(Py)에 대응하는 주사 전압(Vy)인 타이밍에서의 전자 빔(138)의 주사 속도가 에러의 크기 │Ierr│에 비례하여 증가되고, 에러(Ierr)가 음의 모니터 지점(Py)에 대응하는 주사 전압(Vy)인 타이밍에서의 전자 빔(138)의 주사 속도가 에러의 크기 │Ierr│에 비례하여 감소되도록 형성된다(단계 932). 그 결과, 주사 신호(Sy)의 파형은 초기의 삼각형 파형으로부터 약간 왜곡된 파형으로 변화된다. 간략하게 말해서, 주사 속도가 증가 또는 감소되는 지점에서의 경사도가 초기 파형 또는 삼각형 파형으로부터 증가 또는 감소되는 파형이 얻어진다. Subsequently, the waveform of the scanning signal Sy is such that the scanning speed of the
제어를 보다 정밀하게 수행하기 위하여, 상이한 주사 속도의 2 지점 간의 주사 속도를 2 지점의 주사 속도를 보간(補間)하여 얻어지는 주사 속도로 설정하는 것이 바람직하다. In order to perform control more precisely, it is preferable to set the scanning speed between two points of different scanning speeds to the scanning speed obtained by interpolating the scanning speeds of two points.
전자 빔(138)의 주사 속도가 증가되는 경우에, 속도가 증가되는 지점에서의 전자 빔(138)으로 인해 플라스마(124)의 발생이 감소되고(드물어지고), 그 지점으로부터 인출되는 이온 빔(50)의 빔 전류 밀도가 증가된다. 전자 빔(138)의 주사 속도가 증가되는 경우에, 속도가 증가되는 지점에서의 전자 빔(138)으로 인해 플라스마(124)의 발생이 증가되고(빈번해지고), 그 지점으로부터 인출되는 이온 빔(50)의 빔 전류 밀도가 증가된다. In the case where the scanning speed of the
전자 빔(138)의 주사 속도의 증가는 주사 신호(Sy)의 시간-편차율(dSy/dt), 이에 따라 주사 전압(Vy)의 시간-편차율(dVy/dt)가 증가되는 것을 의미하고, 주사 속도의 감소는 시간-편차율(dSy/dt), 이에 따라 시간-편차율(dVy/dt)이 감소되는 것을 의미한다. Increasing the scanning speed of the
전자 빔(138)의 주사 속도가 에러의 크기│Ierr│에 비례하여 증가 또는 감소되는 경우의 비례 상수는 적절하게 결정될 수 있다. 비례 상수가 증가되는 경우에, 제어가 급속하게 수행되지만, 제어가 수렴되지 않을 가능성이 높아진다. 반대로, 비례 상수가 감소되는 경우에, 제어가 느려지만, 상기 가능성이 제거된다. 따라서, 비례 상수는 양쪽의 경우를 고려하여 결정될 수 있다. The proportional constant when the scanning speed of the
이어서, 전술한 파형이 형성된 주사 신호(Sy)를 이용함으로써, 전자 빔 공급원(Gn)으로부터 발생된 전자 빔(138)이 주사된다(단계 933). 즉, 전자 빔(138)은 증폭기(156)에서 파형 형성된 주사 신호(Sy)를 증폭시킴으로써 얻어지는 주사 전압(Vy)을 이용함으로써 주사된다. 그 결과, 에러(Ierr)가 감소되고, 에러가 허용 에러(ε)보다 큰 모니터 지점(Py)의 개수가 감소된다. 그러나, 파형 형상에 따라 이온 빔 전류 밀도(Imon)의 평균 전압(Iave)이 변화되는 경우가 일어날 수 있다. 도 14c는 이 상태의 개략적인 예를 도시하고 있다. Subsequently, by using the scan signal Sy in which the above-described waveform is formed, the
따라서, 단계(910)의 전자 빔 주사 속도 제어 서브루틴 후에, 공정은 단계(905)로 복귀된다. 전술한 제어는 단계(909)에서의 결정이 YES일 때까지 반복된다. 그 결과, 이온 빔(50)이 충돌하는 모든(거의 모든) 모니터 지점(Py)에서, 에러의 크기│Ierr│가 허용 에러(ε) 미만이 되고, 평균값(Iave)이 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도(Iset)에 거의 동일하게 된다(단계 906 참조). 도 14d는 이 상태의 개략적인 예를 도시하고 있다. Thus, after the electron beam scan rate control subroutine of
단계(909)에서의 결정이 YES이면, 파형 형성된 주사 신호(Sy)의 데이터, 필라멘트 전류(If)의 데이터 및 필요에 따라 다른 데이터가 제어 장치(90)(구체적으로, 저장 장치)에 저장된다. 그 결과, 제어 장치(90)를 이용함으로써 Y방향 이온 빔 전류 밀도 분포를 균일화하는 제어가 종료된다. If the determination in
균일화 제어가 종료된 후에, 필요에 따라 저장된 데이터를 이용함으로써, 이온 빔(50)이 이온 공급원(100)으로부터 인출되고, 이온 주입이 기판(60) 상에 수행된다. After the equalization control is finished, by using the stored data as necessary, the
전술한 바와 같이, 이온 주입기에 따라서, 기판(60) 상의 주입 위치에서 Y방향으로 이온 빔 전류 밀도 분포의 균일화가 개선될 수 있다. 그 결과, 기판(60) 상의 이온 주입의 균일화가 향상될 수 있다. As described above, according to the ion implanter, the uniformity of the ion beam current density distribution in the Y direction at the implantation position on the
더욱이, 필라멘트(122)를 이용한 플라스마 생성과, 전자 빔 전원(Gn)을 이용한 플라스마 밀도 분포 제어로 인한 이온 빔 전류 밀도 분포의 균일화가 조합하여 이용된다. 따라서, 이온 주입은 전류가 크고 균일성이 높은 이온 빔(50)으로 기판(60)을 조사하여 쉽게 수행될 수 있다. 이것은 또한 다음의 실시예에도 적용될 수 있다. Furthermore, plasma generation using the
(B) 전자 빔의 양 제어(B) the amount of electron beam control
이 경우의 예를 도 15 내지 도 17을 주로 참조하여 설명한다. 이들 도면에서, 상기 (A)의 제어 부분과 동일하거나 대응하는 부분은 동일한 참조 번호로 지시한다. 이하의 설명에 있어서는, 상기 (A)의 제어와의 차이에 대해서 강조한다. An example of this case will be described with reference to Figs. 15 to 17 mainly. In these figures, parts that are the same as or correspond to the control part of (A) are indicated by the same reference numerals. In the following description, the difference with the control of said (A) is emphasized.
이 경우에, 전자 빔 전원(114)과 같이, 도 15에 도시된 전원이 이용된다. 전자 빔 전원(114)은 DC 인출 전원(152) 대신에 필라멘트(140)와 인출 전극(142) 사이에 전자 빔(138)의 발생량을 제어하기 위한 인출 전압(Ve)을 인가하는 증폭기(162)를 갖는다. 이 실시예의 경우에, 제어 장치(90)는 인출 전압(Ve)의 원형인 인출 신호(Se)를 공급하는 기능을 갖는다. 증폭기(162)는 인출 전압(Ve)을 발생(출력)하기 위하여 제어 장치(90)로부터 공급되는 인출 신호(Se)를 증폭(전압 증폭)시킨다. 증폭기(156) 대신에, 전자 빔 전원은 삼각형 주사 전압(Vy)을 간단하게 출력하는 주사 전원(166)을 갖는다. In this case, like the electron
이 실시예에 있어서, 즉 주사 전압(Vy)의 파형 및 크기는 일정하게 설정되고, 전자 빔 공급원(Gn)으로부터 발생된 전자 빔(138)의 주사 속도는 일정하 게 설정된다. 또한, 에너지 제어 전원(154)으로부터 출력된 애노드 전압(Va)이 일정하게 설정되고, 전자 빔(138)의 에너지가 일정하게 설정된다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 값들이 일정하게 설정된다. 예컨대, 주사 전압(Vy)의 주파수는 10 kHz이다. 주파수는 이 값으로 제한되지 않는다. In this embodiment, that is, the waveform and magnitude of the scanning voltage Vy are set constant, and the scanning speed of the
도 16 및 도 17은 이 경우에 제어 장치(90)를 이용하여 수행되는 제어의 흐름도를 도시하고 있다. 도 16에 있어서, 도 10에 도시된 단계(902)는 단계(912)로 대체되고, 단계(910)는 단계(913)로 대체된다. 필라멘트 전류 제어 서브루틴(단계 907)의 내용은 도 1에 도시된 것과 동일하므로, 도 1을 참조한다. 16 and 17 show flowcharts of the control performed using the
단계(912)에 있어서, 제어 장치(90)는 초기의 파형을 갖는 주사 신호(Sy)를 전자 빔 전원(114)[구체적으로, 그 증폭기(162)]로 공급하고, 동일한 파형을 갖는 인출 전압(Ve)을 출력한다. 예컨대, 초기 파형은 일정한 전압을 갖는 DC 전압이다. In step 912, the
단계 913은 전자 빔의 양(quantity) 제어 서브루틴이다. 도 17은 서브루틴의 내용을 도시한다. 단계 930, 931은 도 12에 도시된 것과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다. Step 913 is a quantity control subroutine of the electron beam. 17 shows the contents of the subroutine.
단계 931에 후속하는 단계 934에서, 인출 신호(Se)의 파형은, 에러(Ierr)가 포지티브 모니터 지점(Py)에 대응하는 스캔 전압(Vy)인 타이밍에 인출 전압(Ve)이 에러의 사이즈 │Ierr│에 비례하여 감소하고, 에러(Ierr)가 네가티브 모니터 지점(Py)에 대응하는 스캔 전압(Vy)인 타이밍에 인출 전압(Ve)이 에러의 사이즈 │Ierr│에 비례하여 증가하도록 형상화된다. 그 결과, 인출 신호(Se)의 파형은 초 기의 일정한 값으로부터 약간 왜곡된 파형으로 변경된다. 요약하면, 전자 빔의 양이 증가하거나 감소하는 위치에서의 전압 값이 초기의 일정한 값의 파로부터 증가하거나 감소하는 파형이 얻어진다. In step 934 subsequent to step 931, the waveform of the drawing signal Se is such that the drawing voltage Ve is at the timing when the error Ierr is the scan voltage Vy corresponding to the positive monitor point Py. It decreases in proportion to Ierr and is shaped such that the withdrawal voltage Ve increases in proportion to the size of the error | Ierr | at a timing where the error Ierr is the scan voltage Vy corresponding to the negative monitor point Py. As a result, the waveform of the outgoing signal Se is changed from the initial constant value to a slightly distorted waveform. In summary, a waveform is obtained in which the voltage value at a position where the amount of the electron beam increases or decreases increases or decreases from an initial constant wave.
인출 신호(Se)와 인출 전압(Ve)이 증가할 때, 신호가 증가하는 위치에서의 전자 빔의 양은 증가하고, 그 위치에서의 전자 빔(138)에 기인하여 플라즈마(124)의 생성이 증가하며(두꺼워지며), 그로부터 인출된 이온 빔(50)의 빔 전류 밀도가 증가한다. 인출 신호(Se)와 인출 전압(Ve)이 감소할 때, 신호가 감소하는 위치에서의 전자 빔의 양은 감소하고, 그 위치에서의 전자 빔(138)에 기인하여 플라즈마(124)의 생성이 감소하며(얇아지며), 그로부터 인출된 이온 빔(50)의 빔 전류 밀도가 감소한다. When the extraction signal Se and the extraction voltage Ve increase, the amount of the electron beam at the position where the signal increases increases, and the generation of the
인출 전압(Ve)이 에러의 사이즈 │Ierr│에 비례하여 증가하거나 감소할 경우의 비례 상수를 적절하게 결정할 수 있다. 비례 상수가 증가할 때에는, 제어를 신속하게 실행하지만, 제어가 수렴하지 않을 가능성이 크다. 이와 달리, 비례 상수가 감소할 때에, 제어는 느리지만, 그러한 가능성은 배제된다. 따라서 양 경우를 고려하여 비례 상수를 결정할 수 있다. The proportionality constant when the draw voltage Ve increases or decreases in proportion to the error size | Ierr | may be appropriately determined. When the proportional constant increases, control is executed quickly, but the control is likely not to converge. In contrast, when the proportional constant decreases, the control is slow, but such a possibility is excluded. Therefore, the proportional constant can be determined by considering both cases.
그 후에, 전술한 바와 같은 파형으로 형상화된 인출 신호(Se)를 사용함으로써, 전자 빔 소스(138)로부터 전자 빔(138)이 발생한다(단계 935). 그 결과, 에러(Ierr)가 감소하고, 또한 에러가 허용 가능한 에러(ε)보다 큰 모니터 지점의 수가 감소한다. 이 경우에는, 파형 형상화에 따라, 측정된 이온 빔 전류 밀도(Imon)의 평균값(Iave)이 변경되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 상태의 개략적인 예 는 도 14C에 도시된 것과 동일하다. Thereafter, the
따라서 단계 913의 전자 빔 양 제어 서브루틴 후에, 공정은 단계 905로 복귀한다. 전술한 제어는 단계 909에서의 결정이 YES로 될 때까지 반복된다. 그 결과, 이온 빔(50)이 충돌하는 모든(실질적으로 모든) 모니터 지점(Py)에 있어서, 에러의 사이즈 │Ierr│는 허용 가능한 에러(ε)와 동일하거나 그보다 작고, 평균값(Iave)은 미리 설정된 이온 빔 전류 밀도(Iset)와 실질적으로 동일하다(단계 906 참조). 이러한 상태의 개략적인 예는 도 14D에 도시된 것과 동일하다. Thus, after the electron beam quantity control subroutine of
단계 909에서의 결정이 YES로 결정되면, 파형 형상화된 인출 신호(Se)의 데이터와 필라멘트 전류(If)의 데이터, 그리고 필요에 따라 다른 데이터가 제어 장치(90)(구체적으로 저장 장치)에 저장된다(단계 911). 그 결과, 제어 장치(90)를 이용함으로써 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균일화하는 것에 대한 제어가 종료된다. If the determination in
또한 본 실시예에 따르면, 기판(60) 상의 주입 위치에서 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포의 균질도를 개선할 수 있다. 그 결과, 기판(60) 상에서 이온 주입의 균질도를 개선할 수 있다. In addition, according to the present embodiment, it is possible to improve the homogeneity of the ion beam current density distribution in the Y direction at the injection position on the
도 18에 도시된 예에서와 같이, 대안으로, 전자 빔 소스(Gn)는 플라즈마 용기(118)의 내부로부터 개별적으로 배기되는 실린더(172)에 내장될 수 있고, 전자 빔 소스(Gn)는 화살표 Q로 표시된 바와 같이 상이하게 배기될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 전자 빔 소스(Gn)의 진공도를 개선할 수 있으므로, 플라즈마 용기(118) 내로 도입된 가스(120)에 의해 전자 빔 소스(Gn)의 성능이 낮아지는 것을 방지할 수 있다(도 4 참조). As in the example shown in FIG. 18, alternatively, the electron beam source Gn may be embedded in a
도 18에 도시된 예에서와 같이, 실린더(172)의 전면 부근에 메시 전극(174)을 배치할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 메시 전극(174)에 의해 플라즈마(124)가 차폐될 수 있다. 따라서 플라즈마(124)가 전자 빔 소스(Gn)에 들어가서 전자 빔 소스(Gn)의 성능을 저하시키는 것을 방지할 수 있다. As in the example shown in FIG. 18, the
실린더(172) 또는 메시 전극(174)의 배치와는 상관없이, 전자 빔 소스(Gn)는 플라즈마 용기(118)의 근처에서 외부에 배치될 수 있고, 전자 빔(138)은 소스로부터 플라즈마 용기(118)로 방사된다. Regardless of the arrangement of the
전술한 바와 같이, 필라멘트(122), 전자 빔 소스(Gn) 등의 개수는 전술한 실시예에서의 숫자로 제한되지 않고, 이온 빔(50)의 필요한 Y 방향 치수(Wy) 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 필라멘트(122)와 전자 빔 소스(Gn)를 배치하는 방식은 전술한 실시예의 방식으로 제한되지 않고, 이온 빔(50)의 필요한 Y 방향 치수(Wy) 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다. As described above, the number of
(3) 전체 분석 전자석에 대하여(3) About the whole analysis electromagnet
분석 전자석(200)을 설명한다. 설명에 앞서, 비교를 위하여, 종래의 분석 전자석을 설명한다. The
(3-1) 종래의 분석 전자석(3-1) Conventional Analysis Electromagnets
예컨대, 특허 문헌 3은 리본형 이온 빔의 운동량 분석에 관련한 분석 전자석의 예를 개시하고 있다. For example, Patent Document 3 discloses an example of an analytical electromagnet related to the momentum analysis of a ribbon ion beam.
특허 문헌 3 : JP-A-2004-152557(단락 0006 내지 0022, 도 1 및 도 21)Patent document 3: JP-A-2004-152557 (paragraph 0006-0022, FIG. 1 and FIG. 21)
특허 문헌 3에 개시된 종래의 분석 전자석을 도 43을 참고로 설명한다. 도면에서는, 코일(12, 18)의 형상에 대한 이해를 돕기 위하여, 요크(26)를 2점쇄선으로 표시하고 있다. 이온 빔(2)의 진행 방향이 Z 방향으로 설정되고, Z 방향에 실질적으로 직교하는 평면에서 서로 실질적으로 직교하는 두 방향이 각각 X 및 Y 방향으로서 설정된다. 그 후, Y 방향으로 연장하는 리본형 이온 빔(2)이 분석 전자석(40)의 입구(24)에서 입사하고, 출구(26)로부터 방사된다. The conventional analytical electromagnet disclosed in Patent Document 3 will be described with reference to FIG. 43. In the figure, the
분석 전자석(40)은, 특허 문헌 3의 도 1에 도시된 것과 같은 상부 및 하부 코일, 즉 2개의 코일(12, 18)이 특허 문헌 3의 도 21에 도시된 요크에 대응하는 요크(36)와 조합되어 있는 구조를 갖는다. The
코일은 새들 형상 코일(특허 문헌 3에서는, 바나나 형상 코일로서 지칭됨)이며, 이온 빔(2)의 경로(빔 경로)를 가로질러 서로 대향하는 한 세트의 본체부(특허 문헌 3에서는, 코일 메인부로서 지칭됨)(14); 빔 경로를 회피하도록 경사지게 상승하고 Y 방향으로 본체부(14)의 단부 부분을 서로 연결하는 한 세트의 연결부(특허 문헌 3에서는, 단부 상승부로서 지칭됨)(16)를 포함한다. 연결부(16)는 이온 빔(2)이 그 부분에 충돌하는 것을 방지하도록 입구(24) 및 출구(26)에서 경사지게 상승하여, 빔 통과 영역이 확보된다. The coil is a saddle-shaped coil (referred to as a banana-shaped coil in Patent Document 3), and a set of main body portions (coil mains in Patent Document 3) opposed to each other across the path (beam path) of the
또한 코일(18)은 코일(12)과 유사한 구조를 갖는 새들 형상 코일[그러나, 코일(12)에 대하여 면 대칭인 형상을 가짐]이며, 한 세트의 본체부(20)와 한 세트의 연결부(22)를 구비한다. In addition, the
각각의 코일(12, 18)은 둘레가 절연체에 의해 피복되어 있는 도체(피복 도 체)가 복수회 감겨 있는 다중-권선(multi-turn) 코일이며, 평면도로 팬형인 코일을 양단부의 근처에서 구부려서 연결부(16, 22)를 형성하는 방법에 의해 형성된다. 도체로서는, 일반적으로, 냉각 매체(예컨대, 냉각수)가 통과하여 흐를 수 있는 중공 도체가 사용된다. 명세서에서, "절연(insulation)"은 전기 절연을 의미한다. Each of the
요크(36)는 코일(12, 18)의 본체부(14, 20)의 외측을 집합적으로 둘러싼다. The
분석 전자석(40)은 다음의 문제점을 갖는다. The
(A) 입구(24) 및 출구(26)에서, 연결부(16, 22)가 빔의 입사 및 방사 방향으로 요크(36)로부터 돌출하는 돌출 길이(L1)가 크다. 이는 주로 다음과 같은 이유에 기인한다. (A) At the
(a) Y 방향으로 긴 리본형 이온 빔(2)을 가능한 한 균일하게 편향시킬 수 있도록 하기 위하여, 코일(12, 18)의 본체부(14, 20)는 Y 방향의 치수 a를 증가시킴으로써 수직으로 길게(도 43에 도시된 예보다 수직방향으로더 길게) 설정되어야 한다. 전술한 바와 같이, 코일(12, 18)에 있어서, 팬형 코일에 벤딩 공정을 적용하여 연결부(16, 22)를 형성한다. 따라서 치수 a가 돌출 길이(L1)에 실질적으로 직접적으로 반영된다. 치수 a가 더 증가함에 따라서, 돌출 길이(L1)도 더 증가한다. (a) In order to be able to deflect the ribbon-shaped
(b) 코일(12, 18)에서, 연결부(16, 22)는 전술한 바와 같이 팬형 코일에 벤딩 공정을 적용함으로써 형성된다. 벤딩 공정에 대한 제한 때문에, 본체부(14, 20)와 연결부(16, 22) 사이의 경계 부근에 비교적 큰 절곡부(30, 32)가 불가피하게 발생한다. 이러한 절곡부(30, 32)의 존재로 인하여, 요크(36)의 단부 부분과 연결 부(16, 22)의 단부 부분 사이의 거리(L2)가 증가하게 된다. 거리(L2)가 돌출 거리(L1)에 포함되기 때문에, 돌출 거리(L1)가 증가한다. 벤딩 공정에 대한 제한 때문에, 치수 a가 더 증가함에 따라, 벤딩부(30, 32)의 곡률 반경은 더욱 증가되어야 하고, 거리(L2)와 돌출 거리(L1)가 더욱 길어진다. (b) In the
돌출 거리(L1)는 다음의 식으로 표시될 수 있다. The protruding distance L1 can be expressed by the following equation.
[식 3][Equation 3]
L1 = a + L2 L 1 = a + L 2
(c) 연결부(16, 22)는 경사지게 상승한다. 따라서 이 역시도 돌출 거리(L1)를 증가시킨다. (c) The connecting
전술한 바와 같이, 요크(36)로부터 연결부(16, 22)의 돌출 길이(L1)가 큰 때에, 분석 전자석(40)은 상응하게 커지고, 또한 분석 전자석(40)을 설치하는데 필요한 면적도 증가한다. 따라서, 이온 주입기가 대형화되고, 또한 이온 주입기를 설치하는 데 필요한 면적도 증가한다. 또한, 분석 전자석(40)의 중량도 증가한다. 요크(36)의 외측에 있는 연결부(16, 22)에 의해 발생된 자기장(프린지 필드로도 지칭됨)이 이온 빔(2)의 형태(형상 및 자세, 이하에도 동일하게 적용됨)를 동요시킬 가능성이 커진다. As described above, when the protruding length L 1 of the connecting
(B) 코일(12, 18)의 전력 소모가 커진다. 이는 주로 다음의 이유에 의해 초래된다. (B) The power consumption of the
(a) 연결부(16, 22)는 이온 빔(2)을 편향시키는 자기장을 발생시키지 않는다. 전술한 바와 같이, 연결부(16, 22)의 돌출 거리(L1)가 크다. 따라서 연결부(16, 22)의 길이가 상응하게 길어지고, 연결부(16, 22)에서의 전력 소모가 쓸데없이 커진다. 이로 인하여, 코일(12, 18)의 전력 소모가 증가한다. (a) The connecting
(b) 전술한 바와 같이, 코일(12, 18)은 피복 도체의 다중 권선 코일(multi-turn coil)이다. 따라서 코일(12, 18)의 단면에서 도체 영역의 비율[즉, 도체의 점적율(space factor)]을 증가시키는 것이 곤란하다. 이에 따라, 전력 손실이 상응하게 커지고, 전력 소모가 증가한다. 피복 도체가 중공 도체인 경우에, 도체의 점적율은 더욱 감속하므로, 전력 손실이 더욱 커진다. 따라서 전력 소모가 더욱 증가한다. (b) As described above, the
전술한 바와 같이, 코일(12, 18)의 전력 소모가 큰 경우에는, 분석 전자석(40)의 전력 소모가 커지고, 그에 따라 이온 주입기의 전력 소모가 커진다. As described above, when the power consumption of the
종래의 분석 전자석(40)의 전술한 문제는 이하에서 설명하는 분석 전자석(200)에 의해 해결될 수 있다. 이하에서는, 분석 전자석(200)의 전체 구성, 코일의 구조, 코일의 방법, 분석 전자석(200)의 특징, 제어 방법 및 다른 예 등을 차례대로 설명한다. The above-described problem of the
(3-2) 분석 전자석(200)의 전체 구조(3-2) Overall structure of the
분석 전자석(200)의 예가 도 19 내지 도 21 등에 도시되어 있다. 도 21은 진공 용기(246)를 생략한 상태의 분석 전자석을 도시한다. 분석 전자석(200)은, 리본형 이온 빔(50)이 전자석에 충돌하고, 이온 빔(50)이 통과하는 빔 경로(202)에 Y 방향을 따른 자기장이 발생하며, 이온 빔(50)이 X 방향으로 구부러져 운동량 분석을 실시하도록 구성되어 있다. 자기장은 도 20 등에 자력선(204)에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 이온 빔(50)이 분석 전자석(200)에 충돌할 때, 진행 중인 이온 빔(50)은 자기장에 의하여, 진행 방향(Z)으로 보았을 때 우측을 향하는 로렌츠의 힘(Fx)을 받고, 이로써 우측으로 편향된다. 그 결과, 운동량 분석이 실시된다. 이온 빔(50)의 중심 궤도는 도 19에 일점쇄선으로 표시되어 있고, 그 곡률반경은 R로 표시되어 있다. 이온 빔(50)이 분석 전자석(200)에 의해 편향되는 각도(편향각)는 α로 표시된다. Examples of
예컨대, 곡률 반경(R)은 300 내지 1,500 mm이고, 편향각(α)은 60 내지 90도이다. 도 19는 편향각(α)이 90도인 경우를 예시적으로 도시하고 있다. For example, the radius of curvature R is 300 to 1500 mm and the deflection angle α is 60 to 90 degrees. 19 exemplarily illustrates a case where the deflection angle α is 90 degrees.
또한 도 22를 참조하면, 분석 전자석(200)은 제1 내부 코일(206), 제2 내부 코일(212), 하나 이상(본 실시예에서는 3개)의 제1 외부 코일(218), 하나 이상(본 실시예에서는 3개)의 제2 외부 코일(224), 요크(230), 그리고 한 세트의 자극(232)을 포함한다. 빔 경로(202)는, 비자성 물질로 제조되고 진공 분위기로 유지된 진공 용기(236)로 둘러싸여 있다. 진공 용기(236)는 분석기 튜브로도 지칭된다. Referring also to FIG. 22, the
제1 및 제2 내부 코일(206, 212)이 추출되고, 도 23에 도시되어 있다. 도면을 참고하면 코일을 보다 용이하게 이해할 수 있다. The first and second
본 예에서, 코일(206, 212, 218, 224)은, 빔 경로(202)의 Y 방향으로 중심을 통과하고 XZ 평면에 평행한 대칭면(234; 도 20 등 참조)을 중심으로 Y 방향으로 실 질적으로 면대칭인 형상을 갖는다. 후술하는 코일(320; 도 37 및 도 39 등 참조), 제1 코일(326) 및 제2 코일(328; 도 25 참조)은 유사한 방식으로 구성되어 있다. 그러한 면대칭 구조를 채용하는 경우에, Y 방향으로의 대칭성이 높은 자기장을 빔 경로(202)에 용이하게 발생시킬 수 있다. 이는, 분석 전자석(200)으로부터의 방사 시에 이온 빔(50)의 형태를 동요시키는 것을 억제하는 데에 기여한다. In this example, the
이하에서는, 도 20, 도 24 및 도 28 등에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 외부 코일(218)과 복수의 제2 외부 코일(224)을 서로 구별해야 할 때에는, 제1 외부 코일(218)은 Y 방향으로 상측으로부터 시작하여 제1 외부 코일(218a, 218b, 218c)로서 지칭되고, 제2 외부 코일(224)은 Y 방향으로 하측으로부터 시작하여 제2 외부 코일(224a, 224b, 224c)로서 지칭되는데, 그 이유는 제2 외부 코일이 전술한 바와 같이 제1 외부 코일(218)에 대하여 면대칭이기 때문이다. Hereinafter, as illustrated in FIGS. 20, 24, 28, and the like, when the plurality of first
구성 요소를 지시하는 부호, 예컨대 코일(206)이 도면에서 밑줄이 그어져 있는 경우에, 그러한 부호는 코일과 같은 구성 요소 전체를 나타내는 것이다. In the case where a sign indicating a component, for
주로 도 23 및 도 27을 참조하면, 제1 내부 코일(206)은, 빔 경로(202)를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하고 Y 방향으로 이온 빔(50)의 일측(실시예에서는 상측)의 대략 절반 또는 그 이상(달리 말하면, 실질적으로 절반 또는 그 이상)을 덮는 한 세트의 본체부(208)와, 상기 빔 경로(202)를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부(208)의 단부[달리 말하면, 분석 전자석(200)의 입구(238)측의 단부와 출구(240)의 단부를 말하며, 이는 다른 코일에도 또한 적용될 수 있음]를 서로 연결하는 한 세트의 연결부(210)를 구비하는 새들 형상의 코일이다. 제1 내부 코일은 제2 내부 코일(212)과 협력하여 이온 빔(50)을 X 방향으로 구부러지게 하는 메인 자기장을 발생시킨다. 메인 자기장은, 이온 빔(50)을 실질적으로 예정된 곡률 반경(R)으로 구부러지게 하는 자기장이다. Referring primarily to FIGS. 23 and 27, the first
제1 내부 코일(206)은 새들 형상 코일로서 지칭되는데, 그 이유는 전체적으로 보았을 때, 코일이 새들과 유사한 형상을 갖기 때문이다. 동일한 것이 다른 코일(212, 218, 224)과, 후술하는 코일(326, 328)에 적용된다. The first
이온 빔(50)이 연결부(210)에 충돌하는 것을 방지하고, 그 연결부에 의해 발생된 자기장이 이온 빔(50)에 끼치는 영향을 줄이기 위하여, 연결부는 Y 방향으로 상측을 향하여 빔 경로(202)로부터 분리되어 있다. 위와 동일한 목적으로, 다른 코일의 연결부는 Y 방향으로 상측 또는 하측을 향하여 빔 경로(202)로부터 분리되어 있다. In order to prevent the
주로 도 23을 참고하면, 제2 내부 코일(212)은, 빔 경로(202)를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하고 Y 방향으로 이온 빔(50)의 타측(실시예에서는 하측)의 대략 절반 또는 그 이상(달리 말하면, 실질적으로 절반 또는 그 이상)을 덮는 한 세트의 본체부(214)와, 상기 빔 경로(202)를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부(214)의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부(216)를 구비하는 새들 형상의 코일이다. 제2 내부 코일은 Y 방향으로 상기 제1 내부 코일(206)과 중첩되게 배치되며, 상기 제1 내부 코일(206)과 협력하여 이온 빔(50)을 X 방향으로 구부러지게 하는 메인 자기장을 발생시킨다. 즉, 제2 내부 코일(212)은 제1 내부 코일(206)과 방향이 동일한 자력선(204)을 발생시킨다. Mainly referring to FIG. 23, the second
제2 내부 코일(212)은 제1 내부 코일(206)과 유사한 치수 및 구조를 갖는다. 일반적으로, 도체[구체적으로는 도체 시트(268), 도 25 등 참조]의 권선의 수도 제1 내부 코일(206)의 권선 수와 동일하다. 그러나 전술한 바와 같이, 제2 내부 코일은 제1 내부 코일(206)에 대하여 대칭면(234)을 중심으로 면대칭인 형상을 갖는다. 연결부(216)는 빔 경로(202)를 가로질러 연결부(210)에 대하여 Y 방향으로 반대측(즉, 하측)에 배치되어 있다. The second
도 23에 선으로 지시되어 있지만, 제1 내부 코일(206)과 제2 내부 코일(212) 사이에는 작은(예컨대, 약 20 mm) 간극(242)이 형성되어 있다. 간극에는, 후술하는 총 2개의 냉각판(312; 도 34 참조)이 배치될 수 있는데, 즉 하나의 냉각판은 제1 내부 코일(206)측에, 하나의 냉각판은 제2 내부 코일(212)측에 있다. Although indicated by lines in FIG. 23, a small (eg, about 20 mm)
주로 도 22를 참조하면, 제1 외부 코일(218) 각각은, 제1 내부 코일(206)의 외측에 있고 빔 경로(202)를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부(220)와, 빔 경로(202)를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부(220)의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부(222)를 구비하는 새들 형상의 코일이다. 상기 제1 외부 코일은 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시킨다. 제1 외부 코일(218)은 Y 방향으로 서로 중첩되게 배치되어 있다. Referring primarily to FIG. 22, each of the first
구체적으로, 각각의 제1 외부 코일(218)의 본체부(220)와 연결부(222)의 측방향 부분[도 27에 도시된 측방향 부분(284)에 대응하는 부분]은 Y 방향으로 서로 중첩되게 배치되어 있다. 엄밀하게 말하면, 연결부(222)의 수직 부분[도 27에 도시된 수직 부분(282)에 대응하는 부분]이 전술한 바와 같이 중첩되게 배치되어 있 다고 말하기는 어렵지만, 전체적으로 보았을 때에는, 제1 외부 코일(218)이 Y 방향으로 서로 중첩되게 배치되어 있다고 말할 수 있다. 제2 외부 코일(224)이 유사하게 구성되어 있다. Specifically, the
제1 외부 코일(218)은 제1 내부 코일(206)과 실질적으로 유사한 구조를 갖는다. 그러나 Y 방향의 치수는 제1 내부 코일(206)의 치수보다 작으며, 도체의 권선의 수도 일반적으로 제1 내부 코일(206)의 수보다 작다. 제1 외부 코일(218)은 동일한 수의 도체[구체적으로, 도체 시트(269), 도 25 등 참조] 권선(turn)을 갖는다. 실시예에서, 제1 외부 코일(218)은 상이한 Y 방향 치수를 갖는다. 대안으로, 제1 외부 코일들은 동일한 Y 방향 치수를 갖는다. 제2 외부 코일(224)이 유사하게 구성된다. The first
예컨대, 제1 내부 코일(206)과 제2 내부 코일(212)에 있어서 본체부와 연결부의 Y 방향 치수는 약 230 mm이며, 제1 외부 코일(218a)과 제2 외부 코일(224a)에 있어서의 치수는 약 50 mm이며, 제1 외부 코일(218b)과 제2 외부 코일(224b)에 있어서의 치수는 약 60 mm이며, 제1 외부 코일(218c)과 제2 외부 코일(224c)에 있어서의 치수는 약 100 mm이다. For example, in the first
도 22에 선으로 지시되어 있지만, 제1 외부 코일(218)들 사이, 제2 외부 코일(224)들 사이, 그리고 최하측 제1 외부 코일(218; 218c)과 최상측 제2 외부 코일(224; 224c)에는 각각 작은 간극(244, 246, 248)이 형성되어 있다(또한 도 24 참조). 간극에는, 후술하는 냉각판(312; 도 34 참조)이 배치될 수 있다. 예컨대, 간극(244, 246)의 치수는 약 10 mm이고, 간극(248)의 치수는 간극(242)의 치수와 대응하거나, 약 20 mm이다. 간극(244, 246)은 각각의 외부 코일(218, 224)을 따라 전체 둘레에 배치되어 있다. Although indicated by lines in FIG. 22, between the first
제1 외부 코일(218)은 제1 내부 코일(206)과 제2 내부 코일(212)에 의해 발생된 자기장과 동일한 방향 또는 반대 방향의 자기장을 발생시킬 수 있다. 대안으로, 자기장의 방향은 제어에 의해 역전될 수 있다. 제2 외부 코일(224)은 유사한 방식으로 구성된다. 제1 외부 코일(218)의 본체부(220)에 의해 발생된 자력선(자기장)의 일부는 빔 경로(202)를 향하여 퍼져서(달리 말하면, 누설되어), 메인 자기장이 영향을 받는다. 따라서 제1 외부 코일(218)은 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시킬 수 있다. 이 경우에, 각각의 제1 외부 코일(218)은 코일의 내측 근처의 영역에서의 자기장을 지원하거나 교정하는 효과를 부여한다. 제2 외부 코일(224)은 유사한 방식으로 구성된다. The first
주로 도 22를 참고하면, 각각의 제2 외부 코일(224)은, 제2 내부 코일(212)의 외측에 있고 빔 경로(202)를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부(226)와, 상기 빔 경로(202)를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부(226)의 단부를 서로 연결하는 한 세트의 연결부(228)를 구비하는 새들 형상의 코일이다. 제2 외부 코일은 상기 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시킨다. 제2 외부 코일(224)은 Y 방향으로 서로 중첩되게, 그리고 Y 방향으로 제1 외부 코일(218)과 중첩되게 배치된다. Referring primarily to FIG. 22, each second
제2 외부 코일(224)은 제2 내부 코일(212)과 실질적으로 유사한 구조를 갖는다. 그러나 Y 방향의 치수는 제2 내부 코일(212)의 치수보다 작고, 또한 도체의 권선 수도 일반적으로 제2 내부 코일(212)의 권선 수보다 작다. 도체[구체적으로는 도체 시트]의 권선의 수와 제2 외부 코일(224)의 Y 방향 치수는 전술한 바와 같다. The second
각 도체의 권선 수에 대한 예를 설명하기로 한다. 제1 내부 코일(206)과 제2 내부 코일(212)의 권선의 수는 약 110 터언(turn)이며, 제1 외부 코일(218)과 제2 외부 코일(224)의 권선의 수는 약 85 터언이다. An example of the number of turns of each conductor will be described. The number of turns of the first
코일의 각 본체부(208, 214, 220, 226)가 실질적으로 전체적으로 요크(230)에 배치되어 있으므로, 본체부는 빔 경로(202)에 소정의 자기장(메인 자기장 또는 서브 자기장)을 발생시키는 부분이라고 말할 수 있다. 후술하는 코일(320)의 본체부(322)는 유사하게 구성되어 있다. Since the
코일의 연결부(210, 216, 222, 228)는, Z 방향으로 한 세트의 본체부 각각의 단부를 서로 전기적으로 연결하고, 본체부와 협력하여 루프형 도전 경로를 형성하는 부분이라고 말할 수 있다. 후술하는 코일(320)의 연결부(324, 325)는 유사하게 구성되어 있다. The connecting
도 20은 도 19의 선 A-A를 따라 취한 종단면도로서, 코일(206, 212, 218, 224)의 본체부(208, 214, 220, 226)를 도시한다. 또한 후술하는 도 39 내지 도 41도 코일의 본체부를 도시한다. FIG. 20 is a longitudinal cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 19 showing the
요크(230)는 강자성 재료로 제조되고, 코일(206, 212, 218, 224)의 본체부(208, 214, 220, 226)의 외측을 집합적으로 둘러싼다. 이와 같이 구성된 요크(230)는 또한 외측으로의 자기장 누설을 감소시킬 수 있는 효과를 부여한다. 요 크(230)는 도 19에 도시된 바와 같이 소위 팬형의 평면도 형상을 갖는다. 요크(230)의 단면(XY 평면을 따른 단면) 형상은 사각형 프레임 형태의 형상이다. 이와 같이 구성된 요크(230)는 창틀형 요크로도 지칭된다. The
실시예에 있어서, 요크(230)를 구성하는 상부 요크(231)는 탈착 가능하다. 상부 요크(231)를 사용하는 방식을 후술하기로 한다. In an embodiment, the
한 세트의 자극(232)은 강자성 재료로 제조되고, 빔 경로(202)를 가로질러 Y 방향으로 서로 대향하도록 요크(230)로부터 예컨대 약 15 mm만큼 내측으로 돌출한다. 각 자극(232)의 평면도 형상은, 도 4에 도시된 이온 빔(50)의 중앙 궤도(54)를 따라 연장하는 아치 형상이다. 이 형상은 팬과 유사한 형상(fan-like shape)으로도 지칭된다. 자극(232) 사이의 간극 길이(G)는 이온 빔(50)의 Y 방향으로의 치수(Wy)보다 어느 정도(예컨대, 100 내지 150 mm만큼) 크다. 자극(232)은 필수적인 것은 아니다. 그러나 자극이 배치되어 있으면, 자력선(204)이 자극(232) 사이의 간극에 용이하게 집중될 수 있으므로, 빔 경로(202)에 높은 자속 밀도를 갖는 자기장을 발생시키는 것이 용이하다. The set of
예컨대, 자극(232) 사이의 간극 길이(G)는 곡률 반경(R)의 1/2과 동일하거나 그보다 작은 사이즈를 갖는다. 구체적으로 곡률 반경(R)이 800 mm이면, 간극 길이(G)는 예컨대 500 mm이다. 일반적으로, 간극 길이(G)는 자극(232)의 폭(WG)보다 크다. 즉, G≥WG 이다. 그러한 치수 관계에 따르면, 자극(232)과 요크(230)가 불필요하게 확대되는 것을 방지할 수 있다. For example, the gap length G between the
도 20 내지 도 22에 있어서, 제1 내부 코일(206)과 제1 외부 코일(218) 사이에, 그리고 제2 내부 코일(212)과 제2 외부 코일(224) 사이에 간극이 존재하는 것으로 보인다. 실시예에 있어서, 도 24 및 도 25에 도시된 스택 절연체(262)가 간극에 개재되어 있다. 20-22, it appears that a gap exists between the first
(3-3) 코일의 구조 등(3-3) coil structure
다음으로, 코일의 구조 등을 상세하게 설명하기로 한다. 도 24는 도 22의 선 D-D를 따라 취한 제1 내부 및 외부 코일의 단면을 확대하여 도시하는 개략도이고, 도 25은 도 24에 도시된 제1 내부 코일과 최상측 제1 외부 코일을 분해하여 도시하는 단면도이다. Next, the structure of the coil and the like will be described in detail. 24 is an enlarged schematic view of a cross section of the first inner and outer coils taken along the line DD of FIG. 22, and FIG. 25 is an exploded view illustrating the first inner coil and the uppermost first outer coil shown in FIG. 24. It is a cross section.
제1 내부 코일(206)과 제1 외부 코일(218)은, 본체부(208, 220)와 연결부(210, 222)를 남겨둔 상태로 팬 형상의 통형 스택 코일(stacked coil; 290)(도 29 참조)에 노치부(272 내지 275; 도 22 참조)가 배치되어 있는 구조를 갖는다. 팬 형상의 통형 스택 코일에 있어서는, 주면(266a)이 Y 방향을 따라 연장하는 절연 시트(266)와 주면(268a)이 Y 방향을 따라 연장하는 도체 시트(268)의 라미네이션(세트 264)이 제1 스택 절연체(261)[Y 방향과 교차하는 화살표 270의 방향으로 스택되며, 이는 이하에도 동일하게 적용됨]의 외주면에 여러 개의 권선으로 감긴 상태로 스택되고, 제2스택 절연체(262)가 라미네이션의 외주면에 형성되고, 주면(267a)이 Y 방향을 따라 연장하는 절연 시트(267)와 주면(269a)이 Y 방향을 따라 연장하는 도체 시트(269)의 라미네이션(세트 265)이 절연체의 외주면에 여러 개의 권선으로 감긴 상태로 스택되고, 제3 스택 절연체(263)가 라미네이션의 외측에 형 성된다. The first
노치부(272 내지 275)에 대한 이해를 용이하게 하기 위하여, 제1 내부 코일(206)의 노치부(272 내지 275)가 도 27에 도시되어 있다. 유사한 노치부(272 내지 275)가 제1 외부 코일(218)에도 배치되어 있다. In order to facilitate understanding of the notches 272-275, notches 272-275 of the first
요크(230)는 곡률 반경(R)의 외측 및 내측 방향에 위치되어 있는 2개의 노치부(272, 273) 내로 끼워진다. 즉, 이들 노치부는 요크(230)의 형상에 대응하는 형상을 갖는다. 후술하는 코일(320)의 노치부(276 내지 279)는 유사하게 구성되어 있다. 이온 빔(50)의 진행 방향(Z)측에 있는 2개의 노치부(274, 275)는 각각 입구(238) 및 출구(240)의 상측 절반을 형성한다. The
제2 스택 절연체(262)는 제1 내부 코일(206)을 구성할 수도 있고(도 25가 이 경우를 도시함), 제1 외부 코일(218)을 구성할 수도 있으며, 코일(206, 218)에 의해 공유될 수도 있다. The
도 30는 도 29에 도시된 스택 코일(290)의 단면 구조를 도시한다. 도 30에 도시된 바와 같이, 스택 코일은 도 25에서와 동일한 단면 구조를 갖는 내부 및 외부 코일(292, 294)에 의해 구성된다. 이 경우에도, 제2 스택 절연체(262)는 내부 코일(292)을 구성할 수도 있고(도 30이 이 경우를 도시함), 외부 코일(294)을 구성할 수도 있으며, 코일(292, 294)에 의해 공유될 수도 있다. 30 shows a cross-sectional structure of the
스택 코일(290)에 있어서, 노치부(272 내지 275)에 각각 대응하는 부분(272a 내지 275a)이 절단 공정 등에 의해 절결 제거되어 노치부(272 내지 275)를 형성한다. 그 후, 내부 코일(292)이 제1 내부 코일(206)로서 구성되고, 외부 코일(294) 이 제1 외부 코일(218)로서 구성된다. In the
또한, 본 실시예는, 제1 외부 코일(218)을 3개의 부분(3개의 스텝)으로 분리하기 위하여, 절단 공정 등에 의하여 스택 코일(290)의 외부 코일(294)에 간극이 배치되어 있는 구조를 갖는다. In addition, the present embodiment has a structure in which a gap is arranged in the
스택 코일(290)의 각각의 스택 절연체(261, 262, 263)는, 예컨대 프리프레그 시트(prepreg sheet)를 복수의 권선으로 권취함으로써 형성된다. 도 31의 프리프레그 시트(300)가 프리프레그 시트이다. 프리프레그 시트는, 절연성 및 내열성을 갖는 지지 부재에 절연성 수지를 침지하여 반경화 상태로 처리한 시트이다. Each
지지 부재는 예컨대 유리 섬유 또는 탄소 섬유에 의해 구성된다. 수지는 예컨대 에폭시 수지 또는 폴리이미드 수지에 의해 구성된다. 그러한 프리프레그 시트를 이용하여 형성된 스택 절연체(261 내지 263)는 섬유 보강 플라스틱(FRP)으로 지칭될 수 있다. 스택 절연체(261 내지 263)의 두께는 구조적 부재로서 필요한 강도에 따라서 적절하게 선택될 수 있다. The support member is constituted by, for example, glass fibers or carbon fibers. The resin is composed of, for example, an epoxy resin or a polyimide resin. Stack insulators 261-263 formed using such a prepreg sheet may be referred to as fiber reinforced plastic (FRP). The thickness of the
각각의 절연 시트(266, 267)는 예컨대 Nomex(등록 상표), Lumilar(등록 상표), 또는 Kapton(등록 상표), 또는 다른 절연 시트에 의해 구성된 시트이다. 절연 시트(266, 267)의 두께는 요구되는 절연 강도 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예컨대, 두께는 약 75㎛이거나, 또는 이보다 작을 수도 있다. Each insulating
각각의 도체 시트(268, 269)는 예컨대 구리 시트 또는 알루미늄 시트에 의해 구성된다. 두께는 통과하는 전류에 따라서 적절하게 선택될 수 있다. 예컨대, 구리 시트의 경우에, 두께는 약 0.4 mm이고, 알루미늄 시트의 경우에는, 두께가 약 0.5 mm이다. 이들 시트의 Y 방향에 대응하는 방향의 폭은 요구되는 코일의 Y 방향 치수에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 예컨대 약 230 mm이다(예컨대, 후술하는 공정 전의 폭이 약 234 mm임). 또한, 스택 절연체(261 내지 263)와 절연 시트(266, 267)의 폭도 상기 값에 따라 적절하게 설정될 수 있다. Each
절연 시트(266)와 도체 시트(268)는 이하에서 설명하는 바와 같이 도 25와는 반대의 방식으로 중첩될 수 있다. 도체 시트(268)는 제1 내부 코일(206)의 내측[도 25의 좌측, 즉 스택 절연체(261)측]에 배치될 수 있고, 절연 시트(266)는 외측과 중첩되게 배치될 수 있다. 필요에 따라, 절연 시트(266)를 도체 시트(268)의 양측과 각각 중첩되게 배치할 수 있다. 제1 외부 코일(218)의 절연 시트(267)와 도체 시트(269)는 유사하게 구성되어 있다. Insulating
평면도로 나타낸 바와 같이, 제1 내부 코일(206)의 도체 시트(268)는, 도 26에 도시된 바와 같이 팬과 유사한 형상으로 복수의 권선으로 권취되는 구조를 갖고, 단자(340)가 시트의 단부에 연결되어 있다. 그러나 권선의 수는 도시된 것으로 한정되지 않는다. 도체 시트(268)를 통하여 전류(IM)가 흐를 때, 메인 자기장을 형성하는 자력선(204)이 발생될 수 있다. 동일한 전류(IM) 및 자력선(204)이 도 27에도 도시되어 있다. As shown in a plan view, the
평면도로 나타낸 바와 같이, 제1 외부 코일(218)의 도체 시트(269)도 도 26에서와 유사한 구조를 갖는다. As shown in plan view, the
제2 내부 코일(212) 및 제2 외부 코일(224)은 제1 내부 코일(206) 및 제1 외부 코일(218)과 유사하게 구성된다. 전술한 바와 같이, 코일은 제1 내부 코 일(206) 및 제1 외부 코일(218)에 대하여 대칭면(234)을 중심으로 면대칭 형상을 갖는다. The second
필요에 따라, 코일을 보강하기 위한 부재 등이 외부 스택 절연체(263)[도 38에 도시된 코일의 경우에는, 스택 절연체(262)]의 외주에 추가로 배치될 수 있다. If necessary, a member or the like for reinforcing the coil may be further disposed on the outer circumference of the outer stack insulator 263 (in the case of the coil shown in FIG. 38, the stack insulator 262).
예로서 제1 내부 코일(206)을 취하여, 도 27을 참고로 코일의 연결부의 구조에 대한 예를 보다 상세하게 설명하기로 한다. Taking the first
제1 내부 코일(206)의 각각의 연결부(210)는, Z 방향으로 본체부(208)의 단부에 실질적으로 수직으로 연결되고 Y 방향에 실질적으로 평행하게 연장하는 2개의 수직 부분(282)과, 수직 부분(282)에 실질적으로 수직으로 연결되고 XZ 평면에 실질적으로 평행하게 연장하는 측방향 부분(284)을 구비한다. 즉, 수직 부분(282)은 측방향 부분(284)에 의해 서로 연결되어 있다. 따라서 제1 내부 코일(206)은, Y 방향에 실질적으로 수직인 측방향 도전 경로(286)와, Y 방향에 실질적으로 평행한 수직 도전 경로(288)를 구비한다. 즉, 제1 내부 코일(206)의 도전 경로의 대부분은 에지 부분을 배제하고 도전 경로(286, 288)의 조합으로 구성되어 있다. 도전 경로(286, 288)의 모든 위치에서의 전류 밀도는 서로 동일하게 설정된다. Each connecting
다른 코일(212, 218, 224)의 연결부(216, 222, 228)는 연결부(210)와 유사하게 구성되어 있다. 따라서 각각의 다른 코일(212, 218, 224)은 Y 방향에 실질적으로 수직인 측방향 도전 경로와, Y 방향에 실질적으로 평행한 수직 도전 경로를 구비한다. 즉, 코일의 도전 경로의 대부분은 에지 부분을 배제하고 측방향 도전 경로와 수직 도전 경로의 조합으로 구성되어 있다. 측방향 및 수직 도전 경로의 모 든 위치에서의 전류 밀도는 서로 동일하게 설정된다. 후술하는 코일(320)은 유사하게 구성되어 있다. The
코일의 연결부는 전술한 바와 같이 구성되는 것이 바람직하다. 그 구조에 따르면, 빔의 입사 및 방사 방향으로 분석 전자석(200)으로부터 연결부의 돌출 거리를 확실하게 단축시킬 수 있다. 돌출 거리에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다. The connection portion of the coil is preferably configured as described above. According to the structure, the protruding distance of the connection portion from the
코일의 전원에 대한 구조적 예가 도 28에 도시되어 있다. 예에서는, DC 메인 전원(250)이 제1 내부 코일(206) 및 제2 내부 코일(212)에 각각 연결되어 있다. 메인 전원(250)은 서로 실질적으로 동일한 레벨의 전류(IM)를 제1 내부 코일(206) 및 제2 내부 코일(212)에 각각 공급할 수 있다. 2개의 메인 전원(250)이 개별적으로 배치될 필요는 없고, 단일의 조합된 메인 전원으로서 구성될 수 있다. A structural example of the power supply of the coil is shown in FIG. In the example, DC
또한 이 예에서는, DC 서브 전원(252)이 제1 외부 코일(218; 218a 내지 218c)과 제2 외부 코일(224; 224a 내지 224c)에 각각 연결되어 있다. 서브 전원(252)은 제1 외부 코일(218) 및 제2 외부 코일(224)에 각각 전류(IS)를 공급할 수 있고, 제1 외부 코일(218) 및 제2 외부 코일(224)을 통하여 흐르는 전류(IS)는 독립적으로 제어될 수 있다. 복수의 서브 전원(252)은 개별적으로 배치될 필요는 없고, 각각 제1 외부 코일(218) 및 제2 외부 코일(224)을 통하여 흐르는 전류(IS)를 독립적으로 제어할 수 있는 단일의 조합된 서브 전원으로서 구성될 수 있다. Also in this example, the DC
(2-3) 코일 제조 방법 등 (2-3) coil manufacturing method
다음으로, 제1 내부 코일(206)과 제1 외부 코일(218)을 예로서 하여 코일 제 조 방법의 예를 설명하기로 한다. Next, an example of a coil manufacturing method will be described using the first
먼저, 도 29에 도시된 팬 형상의 통형 스택 코일(290)을 제조한다. 이러한 제조 방법은 이하의 방식으로 실시된다. First, a fan-shaped
먼저 도 31에 도시된 바와 같이, 도 29에 도시된 스택 코일(290)의 예리한 부분(291)과는 반대로 외측으로 돌출하는 예리한 부분(297)을 갖는 굴대(296)를 화살표 299로 표시된 바와 같이 축(298)을 중심으로 일정한 방향으로 회전시켜, 전술한 바와 같은 프리프레그 시트(300)를 복수의 권선으로 권취한다. 그 결과, 도 30 및 도 32에 도시된 스택 절연체(261)를 형성한다. First, as shown in FIG. 31, the
다음으로, 도 32에 도시된 바와 같이, 굴대(296)를 전술한 바와 동일한 방식으로 회전시켜 절연 시트(266)와 도체 시트(268)를 서로 중첩된 상태에서 스택 절연체(261)의 외주면 상에 복수의 권선으로 권취하고 적층한다. 그 결과, 도 30에 도시된 절연 시트(266)와 도체 시트(268)의 라미네이션을 형성한다. Next, as shown in FIG. 32, the
다음으로, 도 31의 경우와 마찬가지로, 프리프레그 시트(300)를 절연 시트(266)와 도체 시트(268)의 라미네이션의 외주면에 복수의 권선으로 권취하여, 도 30에 도시된 스택 절연체(262)를 형성한다. Next, as in the case of FIG. 31, the
다음으로, 도 32의 경우와 마찬가지로, 절연 시트(267)와 도체 시트(269)를 서로 중첩된 상태에서 스택 절연체(262)의 외주면 상에 복수의 권선으로 권취하여, 도 30에 도시된 절연 시트(267)와 도체 시트(269)의 라미네이션을 형성한다. Next, as in the case of FIG. 32, the
다음으로, 도 31의 경우와 마찬가지로, 프리프레그 시트(300)를 절연 시트(267)와 도체 시트(269)의 라미네이션의 외주면에 복수의 권선으로 권취하여, 도 30에 도시된 스택 절연체(263)를 형성한다. Next, as in the case of FIG. 31, the
상기 단계 후에, 굴대(296)를 제거한 후에, 내부 코일(292)과 외부 코일(294)에 의해 구성되지만, 예리한 부분(291a)이 예리한 부분(291)과는 반대로, 즉 외측으로 돌출하는 스택 코일(290a)을 얻는다. After the step, after removing the
도체 시트(268)의 권취 시작 및 종료 부분에 리드판(lead plate)이 배치되어 있으면, 리드판을 이용하여 도체 시트(268)를 단자(340)에 연결할 수 있다. 도체 시트(269)는 유사하게 구성되어 있다. When a lead plate is disposed at the start and end portions of the
권취 공정 전에, 바람직하게는 금속 그레인과 같은 연마 입자(숏)를 도체 시트(268, 269)의 전후측의 주면(268a, 269a)에 송풍하여 표면을 거칠게 한다(즉, 숏 블라스트 공정을 적용한다). 이러한 구조에 따르면, 표면적이 증가할 수 있고, 절연 시트(266, 267) 등에 대한 긴밀한 접촉을 개선할 수 있다. 각각의 도체 시트(268, 269)의 하나의 주면에만 숏 블라스트 공정을 적용한 경우에도, 효과를 얻을 수 있다. 그러나 양측 주면에 공정을 적용하는 것이 바람직하다. 이는 절연 시트(266, 267)에도 적용될 수 있다. Before the winding step, preferably, abrasive particles (shots) such as metal grains are blown to the
마찬가지로, 절연 시트(266, 267)의 전후측의 주면(266a, 267a)에 숏 블라스트 공정을 적용하여 표면을 거칠게 하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따르면, 표면적이 증가할 수 있고, 도체 시트(268, 269) 등에 대한 긴밀한 접촉을 더욱 개선할 수 있다. Similarly, it is preferable to apply a shot blasting process to the
다음으로, 스택 코일(290a)의 외주 둘레에 열수축성 테이프(도시 생략)를 권취한 후에, 도 33에 화살표 302로 표시된 바와 같이 예리한 부분(291a)을 프레스하 여 예리한 부분(291)을 형성하는 몰딩 공정을 실행한다. 결과로 얻은 물품을 가열 경화한다. 그 결과, 도 26에 도시된 스택 코일(290)을 형성하는 스택 코일(290b)을 얻는다. 열수축성 테이프의 권취로 인하여 구조의 강도가 향상된다. 열수축성 테이프 대신에, 전술한 프리프레그 시트와 유사하게 구성되는 프리프레그 테이프를 권취할 수 있다. Next, after winding a heat shrinkable tape (not shown) around the outer circumference of the
다음으로, 스택 코일(290b)에 수지를 진공 침투시킨 후에, 가압 상태하에서 가열 경화한다. 간략하게 말하면, 이는 수지 몰딩 공정을 실시한다는 것을 의미하는 것이다. 그 결과, 도 29에 도시된 스택 코일(290)을 얻는다. 수지 몰딩 공정은 스택 코일(290)의 층 사이의 접착 강도를 증가시켜 코일의 강도와 전기 절연성을 향상시킬 수 있다. Next, after vacuum infiltrating resin into the
다음으로, 스택 코일(290)의 축방향(달리 말하면, 높이 방향)의 양단부면에 절단 공정을 실시하여 평탄면으로서 형성한다. 그 후에, 노치부에 대응하는 부분(272a 내지 275a)에 절단 공정을 실시하여 노치부(272 내지 275)를 형성한다. Next, a cutting process is performed to both end surfaces of the
외부 코일(294)이 복수의 제1 외부 코일(218)로서 구성되는 경우에, 간극(244)에 대응하는 외부 코일(294)의 부분에 홈 가공 공정을 적용하여 간극(244)을 형성한다. In the case where the
다음으로, 절단 공정 및 홈 가공 공정을 적용한 스택 코일(290c)을, 도체 시트(268, 269)의 재료(전술한 바와 같이, 구리 또는 알루미늄)를 에칭하는 에칭 용액에 침지하여, 에칭 공정을 실시한다. 그 결과, 절단 공정 및 홈 가공 공정 중에 가공면에 발생하는 도체 시트(268, 269)의 버 등이 제거되어 도체 시트(268, 269) 사이의 층 사이의 단락(층 단락)이 발생하는 것을 방지하며, 도체 시트(268, 269)의 단부면은 절연 시트(266, 267)의 단부면보다 더 둥글게 오목하게 되어 도체 시트(268, 269)에서 층 절연의 연면 거리(creepage distance)를 증가시키며, 이로써 절연 성능을 개선할 수 있다. Next, the stack coil 290c to which the cutting process and the grooving process are applied is immersed in an etching solution for etching the material of the
전술한 에칭 공정을 적용한 전체 스택 코일(290d)의 둘레에 열수축성 테이프를 권취한 후에, 가열 경화한다. 그 결과, 도 19 내지 도 25 등에 도시된 제1 내부 코일(206)과 제1 외부 코일(218)이 서로 합체되어 있는 팬 형상의 통형 스택 코일을 얻을 수 있다. 열수축성 테이프의 권취로 인하여 구조의 강도가 향상된다. 코일이 후술하는 강제 냉각 구조를 갖는 경우에는, 열수축성 테이프를 권취하기 전에 다음과 같은 방식으로 냉각판(312)을 부착할 수 있다. 열수축성 테이프 대신에, 전술한 프리프레그 시트와 유사하게 구성되어 있는 프리프레그 테이프를 권취할 수 있다. After winding a heat shrinkable tape around the
도 34에 도시된 바와 같이, 냉매 통로(314)를 갖는 냉각판(312)이 절연체(316)를 통하여 상단부면(306) 및 하단부면(307)과, 제1 내부 코일(206) 및 제1 외부 코일(218)의 간극(244)에 각각 가압 접촉하여 부착된다. 바람직하게는, 냉각판(312)은 코일(206, 218)의 본체부(208, 220)의 Y 방향의 상단부면 및 하단부면 뿐 아니라, 연결부(210, 222)의 Y 방향의 상단부면과 하단부면에도 배치되어 있다. 즉, 가능한 한 넓은 영역에 냉각판이 배치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 냉각수가 냉매 통로(314)를 통하여 흐른다. 예에서, 냉각판(312)의 둘레에 절연체(316)가 권취되어 있다. 그러나 절연체를 권취하는 것이 필수적인 것은 아니다. As shown in FIG. 34, a
코일(206, 218)은 냉각판(312)에 의하여 단부면을 통해 강제 냉각될 수 있다. 이러한 냉각 구조는 단부 냉각 시스템으로도 지칭된다.
전술한 경우에, 열전도율이 높은 열확산 성분(예컨대 실리콘 그리스)이 냉각판(312)과 절연체(316) 사이에, 그리고 절연체(316)와 코일(206, 218)의 단부면 사이에 개재(예컨대 적용)되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 공기 공간을 가능한 한 제거할 수 있고, 열전도율 성능과 냉각 성능을 개선할 수 있다. In the above case, a high thermal conductivity thermal diffusion component (such as silicon grease) is interposed between the
각각의 간극(244)은, 코일(218)의 내측(도 34의 좌측)을 향하여 진행할수록 폭이 협소하게 되는 쐐기와 유사한 형상으로서 구성될 수 있다. 또한 간극에 부착되는 냉각판(312)도 마찬가지로 쐐기와 유사한 형상으로 구성될 수 있으므로, 냉각판(312)이 간극 내로 가압 삽입된다. 이러한 구성에 따르면, 코일(218)의 단부면과 냉각판(312) 사이에 형성된 간극이 작게 될 수 있어서, 긴밀한 접촉을 향상시킬 수 있다. 따라서 냉각 성능을 더욱 개선할 수 있다. Each
냉각판(312)이 전술한 바와 같이 배치되어 있는 경우에는, 열수축성 테이프 또는 프리프레그 테이프를 도 34에 도시된 상태로 전체 코일의 둘레에 권취된 후에, 가열 경화한다. 이로 인하여 냉각판(312)의 고정 및 긴밀한 접촉을 실현할 수 있다. When the
마지막으로, 필요에 따라, 냉각판(312)이 배치되어 있는 경우와, 냉각판이 배치되어 있지 않은 경우 모두에 있어서, 제1 내부 코일(206)과 제1 외부 코일(218)을 포함한 전체 코일은 수지로 몰딩될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 코일의 내습성, 절연성, 기계적 강도 등을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 경우에, 5 내 지 30 wt%의 필러(충전제)를 수지와 혼합할 수도 있다. 이러한 구성에 따르면, 수지의 내균열성 등을 향상시킬 수 있다. Finally, as needed, in both the case where the
전술한 바와 유사한 방식으로, 제2 내부 코일(212)과 제2 외부 코일(224)을 이들 코일이 합체되어 있는 코일로서 제조할 수 있다. 후술하는 코일, 즉 도 37 내지 도 39에 도시된 코일(320), 도 40에 도시된 제1 및 제2 코일(326, 328), 도 41에 도시된 내부 코일(330)과 제1 및 제2 외부 코일(218, 224)을 전술한 바와 유사한 방식으로 제조한다. 내부 및 외부 코일은 서로 일체로 제조될 수 있다. In a manner similar to that described above, the second
코일(206, 212, 218, 224)을 이용하여, 도 19 및 도 20에 도시된 분석 전자석(200) 등을 예컨대 이하의 절차에 따라 조립할 수 있다. 즉, 요크(230)의 상부 요크(231)를 제거하여 분리한 상태에서, 제2 내부 코일(212)이 제2 외부 코일(224)과 합체되어 있는 부재를 상측으로부터 요크(230) 내로 삽입한 후에, 상측으로부터 진공 용기(236)를 삽입하고, 제1 내부 코일(206)이 제1 외부 코일(218)과 합체되어 있는 부재를 상측으로부터 삽입한다. 마지막으로, 상부 요크(231)를 부착한다. Using the
(3-5) 분석 전자석(200) 등의 특징(3-5) Characteristics of the
분석 전자석(200)에 있어서, 제1 내부 코일(206)과 제1 외부 코일(218)은, 본체부(208, 220)와 연결부(210, 222)를 남겨둔 상태로 팬 형상의 통형 스택 코일(290)에 노치부(272 내지 275)가 배치되어 있는 구조를 가지므로, 연결부(210, 222)는 본체부(208, 220)의 단부로부터 Y 방향으로 실질적으로 평행하게 연장하는 상태로 있다. 따라서 본체부(208, 220)의 Y 방향의 치수가 증가하는 경우라도, 연결부(210, 222)의 Y 방향의 치수가 상응하게 증가함으로써 그러한 경우에 대처된 다. 그 결과, 빔 입사 및 방사 방향으로 연결부(210, 222)의 돌출 거리는 증가하지 않는다. In the
도 23을 참고로 제1 내부 코일(206)을 예로서 하여 이상의 사항을 설명하기로 한다. 본체부(208)의 Y 방향의 치수 a가 증가하는 경우에는, 연결부(210)의 Y 방향의 치수 b를 상응하게 변경시킴으로써 대처된다. 구체적으로, 치수 a 및 c가 실질적으로 서로 동일하다. 따라서 치수 a가 증가하는 경우라도, 이온 빔(50)의 입사 및 방사 방향으로 연결부(210)의 돌출 거리(L3; 도 19 참조)는 증가하지 않는다. 돌출 거리(L3)는 요크(230)의 단부면과 연결부(210)의 단부면 사이의 거리(L5)와 연결부(210)의 두께(b)에 의해 결정된다. 즉, 돌출 거리(L3)는 다음과 같은 식으로 표시될 수 있다. 제1 내부 코일(206)의 구조에 대한 설명으로부터 알 수 있듯이, 본체부(208)도 두께 b를 갖는다. The above items will be described with reference to FIG. 23 by using the first
[식 4][Equation 4]
L3 = b + L5 L 3 = b + L 5
종래의 분석 전자석(40)의 돌출 거리(L1)를 나타내는 전술한 식 1과 달리, 상기 식 2는 Y 방향의 치수 a를 포함하지 않는다. 이것이 종래의 분석 전자석(40)과 크게 상이한 특징이다. Unlike Equation 1 described above, which represents the protruding distance L1 of the
또한, 거리 L5는 종래의 분석 전자석(40)의 길이 L2보다 작을 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 종래의 코일(12)과는 달리, 연결부(210)는 벤딩 공정에 의해 연결부(16)를 경사지게 상승시킴으로써 형성되는 것이 아니고, 전술한 바와 같이 팬 형상의 통형 스택 코일(290)에 노치부(272 내지 275)를 배치함으로써 형성되며, 연결부(210)는 Y 방향으로 실질적으로 평행하게 연장한다. 또한, 본체부(208)와 연결부(210) 사이의 에지부(254)는, 이들 부분이 절단 공정 등에 의하여 덜 둥글게 또는 실질적으로 수직으로 있는 상태로 될 수 있다. In addition, the distance L 5 may be smaller than the length L 2 of the
위와 같은 이유로, 빔의 입사 및 방사 방향으로 요크(230)로부터의 연결부(210)의 돌출 거리(L3)는 감소할 수 있다. For the same reason as above, the protruding distance L 3 of the
제2 내부 코일(212)과 제2 외부 코일(224)은 유사하게 구성되어 있다. The second
Y 방향의 치수 a가 동일한 값, 즉 250 mm로 설정되는 경우에, 종래의 분석 전자석(40)의 돌출 거리(L1)는 약 300 mm이고, 이와 달리 분석 전자석(200)의 돌출 거리(L3)는 약 110 mm이다. When the dimension a in the Y direction is set to the same value, that is, 250 mm, the protrusion distance L 1 of the
위에서 설명한 것과 동일한 이유로, 내부 코일(206, 212)과 외부 코일(218, 224)이 분석 전자석(200)에서와 같이 2중으로 배치될 경우라도, 빔의 입사 및 방사 방향으로 요크(230)로부터의 외부 코일(218)의 돌출 거리(L4)가 감소할 수 있다. 종래의 분석 전자석(40)에 있어서는, 코일이 내측 및 외측에 2중으로 배치되어 있으면, 연결부의 돌출 거리가 크게 증가한다. For the same reasons as described above, even when the
위와 같은 이유로, 분석 전자석(200)은 소형화될 수 있으므로, 분석 전자석(200)을 설치하는 데 필요한 면적을 줄일 수 있다. 또한 분석 전자석(200)의 중량도 줄일 수 있다. 또한, 코일(206, 212, 218, 224)의 연결부에 의해 발생한 자기장이 이온 빔(50)의 형태를 방해할 가능성이 감소한다. For the same reason as above, since the
이러한 구성에 따르면, 코일(206, 212, 218, 224)의 연결부의 돌출 거리를 줄일 수 있고, 또한 연결부의 길이를 단축시킬 수 있으므로, 연결부에서의 전력 낭비를 감소시킬 수 있다. According to this configuration, the protruding distance of the connecting portion of the
또한 코일(206, 212, 218, 224)은, 전술한 바와 같이, 절연 시트(266, 267)를 사이에 개재한 상태로 도체 시트(268, 269)가 스택되는 구조를 갖는다. 따라서 피복 도체가 다수 회에 걸쳐 권취되어 있는 다중-권선(multi-turn) 코일과 비교할 때, 도체의 점적율(space factor)이 높고, 전력 손실이 상응하게 낮아진다. 결과적으로, 전력 소비를 줄일 수 있다. As described above, the
예컨대, 각 코일의 Y 방향으로의 치수 a가 250 mm로 설정되는 경우를 고려한다. 종래의 기술에 있어서 피복 도체의 다중-권선 코일의 도체의 점적율은 도체가 중공이 아닌 경우(중공 도체가 아닌 경우)라도 약 60 내지 70%이며, 중공 도체인 경우에는 더욱 감소한다. 이와 달리, 코일(206, 212, 218, 224)의 도체의 점적율은 약 84 내지 85%로 설정될 수 있다. For example, consider the case where the dimension a in the Y direction of each coil is set to 250 mm. In the prior art, the dripping rate of the conductor of the multi-winding coil of the sheathed conductor is about 60 to 70% even when the conductor is not hollow (not the hollow conductor), and further decreases in the case of the hollow conductor. Alternatively, the droplet rate of the conductors of the
그 결과, 분석 전자석(200)에 있어서는, 종래의 분석 전자석(40)에서보다 작은 전력 소모로, 요구되는 강도의 자기장을 발생시킬 수 있다. 동일한 전력 소모에서는, 종래의 분석 전자석(40)에 의해 발생된 것보다 강한 자기장을 발생시킬 수 있다. 후자의 경우에, 이온 빔 편향의 곡률 반경(R)이 감소할 수 있으므로, 분석 전자석(200)을 더욱 소형화할 수 있다. As a result, in the
각 코일의 Y 방향의 치수 a가 250 mm이고, 종래의 분석 전자석(40)과 동일한 방식으로 2개의 코일(206, 212; 코일 218, 224는 사용되지 않음)에 의해 0.2 테슬 라의 자기장이 발생하는 경우에, 종래의 분석 전자석(40)의 전력 소모는 약 67 kW인데 비하여, 분석 전자석(200)의 전력 소모는 단지 약 24 kW이다. The magnetic field of 0.2 Tesla is generated by two
도 1에 도시된 이온 주입기는 전술한 특징을 갖는 분석 전자석(200)을 구비한다. 따라서 분석 전자석(200)의 소형화에 따라, 전체 이온 주입기를 소형화할 수 있으므로, 이온 주입기를 설치하는 필요한 면적을 줄일 수 있다. 이온 주입기의 중량도 또한 줄일 수 있다. 또한, 분석 전자석(200)의 전력 소비의 감소에 따라서, 전체 이온 주입기의 전력 소비도 줄일 수 있다. The ion implanter shown in FIG. 1 has an
아울러, 분석 전자석(200)이 전술한 바와 같은 제1 내부 코일(206)과 제2 내부 코일(212)을 구비하고 있으므로, 상측 및 하측 각각에 하나의 코일이 사용되는 경우에 비하여, Y 방향의 치수(Wy)가 큰 이온 빔(50)에 용이하게 대처할 수 있다. In addition, since the
또한, 제1 외부 코일(218)과 제2 외부 코일(224)은 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시킬 수 있다. 서브 자기장 때문에, 메인 자기장을 교정할 수 있고, Y 방향으로 자속 밀도 분포의 균질도를 개선할 수 있다. 외부 코일(218, 224)에 의해 발생된 서브 자기장(218, 224)은 메인 자기장보다 약할 수 있으므로, 용이하게 제어될 수 있다. In addition, the first
전술한 메인 자기장 및 서브 자기장으로 인하여, 빔 경로(202)에 Y 방향의 자속 밀도 분포의 균질도가 높은 자기장을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 분석 전자석(200)으로부터의 방사 시에 이온 빔(50)의 형태의 동요(굴곡, 경사 등, 이하에도 동일하게 적용됨)를 낮은 수준으로 억제할 수 있다. 이러한 효과는, 이온 빔(50)의 Y 방향의 치수(Wy)가 큰 경우에 더욱 현저하다. Due to the above-described main and sub magnetic fields, it is possible to generate a magnetic field with high homogeneity in the magnetic flux density distribution in the Y direction in the
하나의 제1 외부 코일(218)과 하나의 제2 외부 코일(224)을 사용할 경우에도, 메인 자기장을 교정하는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 예에서와 같이 복수의 제1 외부 코일(218)과 복수의 제2 외부 코일(224)을 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 이들 외부 코일(218, 224)에 의하여, 빔 경로(202)에 발생된 자기장의 Y 방향으로의 자속 밀도 분포를 더욱 미세하게 교정할 수 있다. 따라서 Y 방향으로의 균질도가 더욱 높은 자기장을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 방사 시에 이온 빔(50)의 형태의 동요를 더 낮은 수준으로 억제할 수 있다. Even when one first
(2-5) 분석 전자석(200)의 제어 방법(2-5) Control Method of
분석 전자석(200)의 제어 방법의 예를 설명하기로 한다. 제1 외부 코일(218)과 제2 외부 코일(224)을 통하여 흐르는 전류를, 분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)의 형태가 입사 시의 이온 빔(50)의 형태에 접근하도록 제어할 수 있다. An example of a control method of the
구체적으로, 분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)의 형태는, 분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)에 있어서 곡률 반경(R)의 내측을 향하여 중심축에 대하여 과도하게 구부러진 부분에 대응하는 제1 외부 코일(218) 및 제2 외부 코일(224)을 통하여 흐르는 전류를 감소시키는 것과, 내측을 향한 구부러짐이 부족한 부분에 대응하는 제1 외부 코일(218) 및 제2 외부 코일(224)을 통하여 흐르는 전류를 증가시키는 것 중 적어도 하나를 실시함으로써, Y 방향에 실질적으로 평행한 예정된 중심축[도 35 및 도 36에 도시된 중심축(318)]에 평행한 형태에 접근하도록 되어 있다. 이로 인하여, 분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50) 은, 경사지지 않은 직선이며 입사 시의 형태에 근접한 형태를 갖게 된다. Specifically, the shape of the
도 35 및 도 36은 분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)의 형태의 예를 각각 도시하고 있다. 도면에서, Y 방향에 실질적으로 평행한 예정된 중심축으로 318로 표시되어 있고, 대칭면은 234로 표시되어 있으며, 이온 빔(50)의 중심 궤도는 54로 표시되어 있고, 곡률 반경은 R로 표시되어 있다. 35 and 36 show examples of the shape of the
도 35에 도시된 형태의 경우에, 이온 빔(50)의 형태는 이온 빔(50)의 진행 방향으로 보았을 때 동요되지 않으므로, 제1 외부 코일(218a 내지 218c)과 제2 외부 코일(224a 내지 224c)을 통하여 흐르는 전류의 값이 유지될 수 있다. In the case of the form shown in FIG. 35, the shape of the
도 36에 도시된 형태의 경우에, 이온 빔(50)은 진행 방향(Z)으로 보았을 때 L 형상과 유사한 아치 형상으로 왜곡(굴곡)되는데, 즉, Y 방향으로 상측을 향하여 더욱 진행함에 따라 곡률 반경(R)의 내측을 향하여 더 과도하게 구부러지고, 하측을 향하여 더욱 진행함에 따라 내측을 향하여 더욱 과도하게 구부러진다. 따라서 제1 외부 코일(218a)을 통하여 흐르는 전류가 크게 감소하고, 제1 외부 코일(218b)을 통하여 흐르는 전류는 약간 감소하며, 제1 외부 코일(218c) 및 제2 외부 코일(224c)을 통하여 흐르는 전류는 현재의 값으로 유지되며, 제2 외부 코일(224b)을 통하여 흐르는 전류는 약간 감소하고, 제2 외부 코일(224a)을 통하여 흐르는 전류는 크게 감소한다. 그 결과, 분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)의 중심 궤도(54)의 위치를 유지하면서, 이온 빔의 형태를 중심축(318)에 평행한 형태에 근접하게 할 수 있다. 즉, 형태를 도 35에 도시된 형태에 근접하게 할 수 있다. In the case of the form shown in FIG. 36, the
분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)의 형태가 도 36에 도시된 형 태와 다른 형태로 동요되면, 전수한 바와 동일한 개념으로 교정을 실시하여, 형태를 도 35에 도시된 형태에 근접하게 할 수 있다. If the shape of the
분석 전자석(200)으로부터 방사된 이온 빔(50)의 형태가 동요되면, 주로 다음과 같은 문제가 발생한다. 제어 방법에 따르면, 그러한 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. When the shape of the
일반적으로, 도 1에 도시된 분석 슬릿(71)은 분석 전자석(200)의 하류측에 배치되어 있다. 분석 슬릿(70)의 슬릿(72)은 선형이다. 따라서 이온 빔(50)의 형태가 동요되면, 분석 슬릿(70)에 의해 절단되는 부분이 발생하고, 분석 슬릿(70)을 통과하는 소정 이온 종의 이온 빔(50)의 양이 감소한다. 절단부가 발생하기 때문에, 이온 빔(50)의 균질화가 손상된다. 그러한 절단이 발생하는 것을 방지하기 위하여 슬릿(72)의 X 방향의 폭을 증가시키면, 분해능이 낮아진다. In general, the analysis slit 71 shown in FIG. 1 is disposed downstream of the
분석 슬릿(70)의 전술한 문제에 추가로, 형태가 동요된 이온 빔(50)을 이용하여 기판(60)에 이온 주입을 실시할 때에는, 균질한 주입이 손상된다는 문제가 발생한다. In addition to the above-described problem of the analysis slit 70, when ion implantation is performed to the
(2-6) 분석 전자석(200)의 다른 예(2-6) Another Example of
다음으로, 분석 전자석(200)의 다른 예를 설명하기로 한다. 도 19 내지 도 22 등에 도시된 이전의 예와 동일하거나 그에 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하여, 중복되는 설명을 피한다. 이하의 설명에서는, 이전의 예와 다른 점에 중점을 두고 설명한다. Next, another example of the
또한 도 37을 참조하면, 도 39에 도시된 분석 전자석(200)은, 빔 경로(202) 를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 한 세트의 본체부(322)와, 빔 경로(202)를 피하면서, Z 방향으로 상기 본체부(322)의 단부를 서로 연결하는 두 세트의 연결부(324, 325)를 구비하는 코일(320)을 구비하며, 이 코일은 이온 빔(50)을 X 방향으로 구부러지게 하는 자기장을 발생시킨다. 도 37의 상측에 있는 2개의 연결부(324)가 한 세트의 연결부이고, 하측에 있는 2개의 연결부(325)가 다른 세트의 연결부이다. Referring also to FIG. 37, the
코일(320)의 단면 구조를 도시하는 도 38에서 알 수 있듯이, 코일은 제1 내부 코일(206; 도 25 참조)과, 스택 코일(290)의 내부 코일(292; 도 30 참조)과 동일한 단면 구조를 갖는다. 즉, 코일(320)은 본체부(322)와 연결부(324, 325)를 남겨둔 상태로 내부 코일(292)과 동일한 구조를 갖는 팬 형상의 통형 스택 코일에 노치부(276 내지 281)가 배치되어 있는 구조를 갖는다. 또한, 코일(320)은 전술한 바와 동일한 제조 방법으로 제조될 수 있다. As shown in FIG. 38 showing the cross-sectional structure of the
코일(320)은 전술한 제1 및 제2 내부 코일(206, 212; 도 23 참조)이 서로 수직으로 합체된 하나의 코일로서 구성되어 있다. The
노치부(276, 277)의 형상은 전술한 노치부(272, 273)의 형상과 유사하다. 노치부(278, 279)는 노치부(276, 277)에 대하여 대칭면(도 39 참조)을 중심으로 면대칭의 형상을 갖는다. 구체적으로, 노치부(280, 281)는 관통 구멍으로, 입구(238) 및 출구(240)를 각각 형성하며, 이온 빔(50)이 노치부를 통과할 수 있다. 보다 구체적으로, 이온 빔(50)은 진공 용기(236)를 통하여 노치부를 통과할 수 있다. The shape of the
진공 용기(236)는 진공 용기(236)를 노치부(280, 281)를 통하여 Z 방향으로 삽입함으로써 코일(320)을 통과할 수 있다. 이 경우에, 플랜지 등이 진공 용기(236)에 배치되어 방해를 하는 때에는, 일단 플랜지 등을 분리한다. 유사한 방법에 의해 분석 전자석(200)을 조립할 수 있다. The
연결부(324)는 제1 내부 코일(206)의 연결부(210)와 유사한 구조로 되어 있다. 연결부(325)는 연결부(324)에 대하여 대칭면(234)을 중심으로 면대칭의 형상을 갖는다. The
본체부의 Y 방향의 치수(a1)는 연결부(324)의 Y 방향의 치수(c1)와 연결부(325)의 Y 방향의 치수(c1)의 합(즉, 2c1)과 실질적으로 동일하다. The dimension a1 in the Y direction of the main body portion is substantially equal to the sum of the dimension c1 in the Y direction of the connecting
예의 분석 전자석(200)에서도, 코일(320)은 전술한 제1 및 제2 내부 코일(206, 212)이 서로 합체된 하나의 코일로서 구성되어 있다. 따라서 위에서 설명한 것과 동일한 이유로, 요크(230)로부터 코일(320)의 연결부(324, 325)의 돌출 거리가 감소하여, 분석 전자석(200)을 소형화하고 전력 소모를 줄일 수 있는 효과를 얻는다. In the
도 40에 도시된 분석 전자석(200)은, 서로 협력하여 이온 빔(50)을 X 방향으로 구부러지게 하는 자기장을 발생시키는 제1 및 제2 코일(326, 328)을 포함한다. 코일(326, 328)은 제1 및 제2 내부 코일(206, 212; 도 23 참조)과 각각 유사한 구조로 되어 있다. 따라서 제1 및 제2 코일(326, 328)도 위에서 설명한 것과 동일한 제조 방법으로 제조될 수 있다. The
예의 분석 전자석(200)에서도, 제1 및 제2 코일(326, 328)은 제1 및 제2 내 부 코일(206, 212)과 유사한 구조로 되어 있다. 따라서 위에서 설명한 것과 동일한 이유로, 요크(230)로부터 코일의 연결부의 돌출 거리가 감소하여, 분석 전자석(200)을 소형화하고 전력 소모를 줄일 수 있는 효과를 얻는다. In the
분석 전자석이 제1 및 제2 코일(326, 328)을 구비하기 때문에, Y 방향의 치수(Wy)가 큰 이온 빔(50)에 용이하게 대처할 수 있다. Since the analysis electromagnet includes the first and
도 41에 도시된 분석 전자석(200)은, 코일(320)과 유사한 구조를 갖고 이온 빔(50)을 X 방향으로 구부러지게 하는 메인 자기장을 발생시키는 내부 코일(330)과, 전술한 바와 같이 구성되고 내부 코일(330)의 외측에 있으며, 메인 자기장을 지원하거나 교정하는 서브 자기장을 발생시키는 제1 및 제2 외부 코일(218, 224)을 포함한다. 즉, 도 20 등에 도시된 제1 및 제2 내부 코일(206, 212) 대신에, 분석 전자석은 내부 코일(330)을 포함한다. 따라서 위에서 설명한 것과 동일한 제조 방법으로 내부 코일(330)과 제1 및 제2 외부 코일(218, 224)을 제조할 수 있다. The
이들 코일을 제조하는 경우의 특징적인 사항을 설명한다. 축방향 치수(높이)가 소정의 값으로 설정되어 있는 스택 코일(290; 도 29 참조)을 이용하여, 도 37의 노치부(276 내지 281)와 유사한 노치부를 절단 공정 등에 의하여 내부 및 외부 코일(292, 294)에 배치한다. 외부 코일(294)에 있어서는, 절단 공정 등에 의해 도 22에 도시된 간극(248)과 유사한 간극을 마련하고, 이로써 제1 및 제2 외부 코일(218, 224)을 형성한다. 도 22의 경우와 유사한 방식으로, 제1 및 제2 외부 코일(218, 224) 각각은 복수의 코일로 구성되어 있다. The characteristic matters at the time of manufacturing these coils are demonstrated. Using the stack coil 290 (see FIG. 29) in which the axial dimension (height) is set to a predetermined value, a notch similar to the
도 41에 도시된 예에서는, 제1 외부 코일(218)의 수가 2개지만, 2개로 한정 되는 것은 아니다. 제1 외부 코일의 수는 하나 이상의 임의의 개수이다. 제2 외부 코일(224)은 유사하게 구성되어 있다. In the example shown in FIG. 41, the number of the first
예의 분석 전자석(200)도 내부 코일(330)과 전술한 바와 같이 구성된 제1 및 제2 외부 코일(218, 224)을 포함한다. 따라서 위에서 설명한 것과 동일한 이유로, 요크(230)로부터 코일의 연결부의 돌출 거리가 감소하여, 분석 전자석(200)을 소형화하고 전력 소모를 줄일 수 있는 효과를 얻는다. The
분석 전자석은, 내부 코일(330)에 추가하여, 전술한 바와 같이 구성된 제1 및 제2 외부 코일(218, 224)을 포함한다. 따라서 이온 빔(50)의 빔 경로(202)에 Y 방향으로의 자속 밀도 분포의 균질도가 높은 자기장을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 방사 시에 이온 빔(50)의 형태의 동요를 낮은 수준으로 억제할 수 있다. 이러한 효과는, 목적 이온 빔(50)의 Y 방향의 치수(Wy)가 큰 경우에 더욱 현저하다. The analysis electromagnet, in addition to the
복수의 제1 외부 코일(218)과 복수의 제2 외부 코일(224)이 배치되어 있기 때문에, 이들 외부 코일(218, 224)에 의하여, 빔 경로(202)에 발생한 자기장의 Y 방향으로의 자속 밀도 분포를 더욱 미세하게 교정할 수 있다. 따라서 Y 방향으로의 균질도가 더욱 높은 자기장을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 방사 시에 이온 빔(50)의 형태의 동요를 더 낮은 수준으로 억제할 수 있다. Since the plurality of first
또한 도 1에 도시된 이온 주입기가 각각의 예의 분석 전자석(200)을 구비할 경우에는, 분석 전자석(200)의 소형화에 따라, 전체 이온 주입기를 소형화할 수 있으므로, 이온 주입기를 설치하는 데 필요한 면적을 줄일 수 있다. 분석 전자석의 중량도 또한 줄일 수 있다. 또한, 분석 전자석(200)의 전력 소모의 감소에 따라, 전체 이온 주입기의 전력 소모를 줄일 수 있다. In addition, in the case where the ion implanter shown in FIG. 1 includes the
(4) 가속/감속 장치(400)에 대하여(4) About the acceleration /
도 1에 도시된 가속/감속 장치(400)는 분석 슬릿(70)을 통과한 이온 빔(50)을 정전기장에 의해 X 방향으로 편향시키고, 정전기장에 의해 이온 빔(50)을 가속 또는 감속시킨다. 바람직하게는, 가속/감속 장치(400)는 후술하는 에너지 오염을 억제하는 효과를 유효하게 발휘하도록 가능한 한 멀리 하류측에 배치된다. 도 1에 도시된 예에서, 가속/감속 장치는, 분석 슬릿(70)과 주입 위치 사이에, 즉 분석 슬릿(70)과 기판 구동 장치(500) 사이에 배치되어 있다. The acceleration /
가속/감속 장치(400)를 제공하는 때에, 가속/감속 장치(400)는 이온 빔(50)을 가속/감속시킬 수 있을 뿐 아니라 이온 빔(50)을 X 방향으로 편향시킬 수도 있다. 따라서 소정 에너지의 이온 빔(50)을 선택적으로 유도할 수 있고, 에너지 오염(원치 않는 에너지 이온의 혼합)을 억제할 수 있다. 또한, 이들 효과를 하나의 가속/감속 장치(400)에 의해 실현할 수 있다. 따라서 에너지 분석기가 별도로 배치되어 있는 경우에 비교하여, 이온 빔(50)의 전달 경로를 단축시킬 수 있다. 따라서 이온 빔(50)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 이온 빔(50)이 낮은 에너지 및 큰 전류를 갖는 경우에, 전달 중의 이온 빔(50)은 공간 전하 효과에 의해 용이하게 발산된다. 따라서 전달 거리를 단축시키는 효과가 현저하게 된다. In providing the acceleration /
도 40은 가속/감속 장치(400)의 보다 특정의 예를 도시하고 있다. 가속/감속 장치(400)는 상류측에서 시작하여 진행 방향으로 제1 전극(402), 제2 전극(404) 및 제3 전극(406)의 순서로 배치되어 있는 제1 내지 제3 전극(402, 404, 406)을 구 비한다. 예에서, 각각의 전극은 Y 방향으로 연장하는 개구(412, 416)를 구비하고, 이들 개구를 통하여 이온 빔(50)이 흐른다. 예에서, 전극(402)은 하나의 전극으로 구성된다. 대안으로, 전극은, 이온 빔(50)의 경로가 X 방향으로 사이에 개재되고 동일한 전위로 있는 2개의 전극으로 구성될 수도 있다. 동일한 것이 전극(406)에 도 적용될 수 있다. 전극(404)은 Y 방향으로 연장하는 간극(414)을 갖고, 이 간극을 통하여 이온 빔(50)이 흐른다. 40 shows a more specific example of an acceleration /
그라운드 전위에 대한 전위(V1)가 제1 전극(402)에 인가된다. 일반적으로, 전위(V1)는 양(가속 모드) 또는 음(감속 모드)의 고전위이다. A potential V1 with respect to the ground potential is applied to the
전극(402, 404, 406) 또는 후술하는 전극 부재(404a, 404b)에 전위가 인가되는 경우에, 전위가 O V 이외의 값이면, 전극에 대응하는 전압 인가 수단[예컨대, DC 전원, DC 전원으로부터의 전압을 분배하는 전압 분배 레지스터 등(도시 생략), 이하에도 동일하게 적용됨]으로부터 전위가 공급된다. 전위가 0 V인 때에, 대응 전극은 접지된다. When the potential is applied to the
일반적으로, 제2 전극(404)은 제1 전극(402)과 제3 전극(406) 사이의 수준인 전위로 설정된다. 공지의 정전기 가속 튜브의 경우에, 제2 전극(404)은 단일의 전극으로 구성된다. 이 예에서, 제2 전극은, 이온 빔(50)의 경로를 가로질러 X 방향으로 서로 대향하는 2개의 전극 부재(404a, 404b)로 분리되게 구성된다. 또한, 서로 상이한 전위(V2a, V2b; V2a≠V2b)가 전극 부재(404a, 404b)에 각각 인가되어, 이온 빔(50)이 X 방향으로 편향된다. 구체적으로, 이온 빔(50)이 편향되는 측에 있는 전극 부재(404b)에는, 상대 전극(404a; counter electrode)의 전위(V2a)보다 낮은 전위(V2b)가 인가되거나, V2b<V2a로 설정된다. 그러한 전위를 인가하는 수단은 전술한 바와 같다. In general, the
이온 빔(50)이 통하여 흐르는 간극(414)이 전극(404)을 구성하는 두 전극 부재(404a, 404b) 사이에 배치되어 있다. 바람직하게는, 간극(414)은 본 예에서와 같이 이온 빔(50)의 편향 방향으로 구부러진다. 구체적으로, 간극은 편향 후에 특정의 에너지, 즉 구체적으로 원하는 에너지를 갖는 이온(418)의 궤도를 따라 구부러진다. 이러한 구조에 따르면, 원하는 에너지를 갖는 이온(418)으로 구성되는 이온 빔(50)을 효율적으로 유도할 수 있다. A
일반적으로 0 V인 전위(V3)가 제3 전극(406)에 인가된다. 즉, 제3 전극이 접지된다. A potential V3, which is generally 0 V, is applied to the
바람직하게는, 제2 전극(404)의 하류측에 있는 제3 전극(406)은 전극(404)에 의한 편향 후에 특정의 에너지, 구체적으로 원하는 에너지를 갖는 이온(418)의 궤도를 따라 배치된다. 이러한 구조에 따르면, 원하는 에너지를 갖는 이온(418)을 효율적으로 유도할 수 있고, 원하는 에너지 이외의 에너지를 갖는 이온(420, 422)과, 중성 입자(424)를 전극(406)에 의해 효율적으로 차단될 수 있다. 따라서 에너지 오염을 더욱 효율적으로 억제할 수 있다. Preferably, the
전극(404)을 구성하는 전극 부재(404a, 404b)에 인가되는 전위(V2a, V2b) 사이의 차이는, 원하는 (목표) 에너지를 갖는 이온(418)이 가속/감속 장치(400)의 중앙 궤도, 구체적으로 편향 기능을 갖는 제2 전극(404)을 포함하고 이에 후속하는 전극(404, 406)의 중앙 궤도[보다 구체적으로, 간극(414)과 개구(416)]를 통과하도 록 설정된다. The difference between the potentials V2a and V2b applied to the
표 1은 전극과 전극에 인가되는 전위의 예를 집합적으로 도시한다. 예 1 및 2는 이온 빔(50)이 가속/감속 장치(400)에 의해 가속되는 가속 모드로 있는 것이고, 예 3은 이온 빔(50)이 감속되는 감속 모드로 있는 것이다. 예 1의 경우에는, 30 keV의 가속 에너지를 실현할 수 있고, 예 2의 경우에는, 130 keV의 가속 에너지를 실현할 수 있다. 예 3의 경우에는, 8 keV의 가속 에너지를 실현할 수 있다. 어떤 경우에든, 제2 전극(404)을 구성하는 하나의 전극인 전극 부재(404b)의 전위(V2b)는 상대 전극(404a)의 전위(V2a)보다 낮게 설정된다. Table 1 collectively shows an example of the electrode and the potential applied to the electrode. Examples 1 and 2 are in an acceleration mode in which the
가속/감속 장치(400)에 따르면, 이온 빔(50)은 2개의 전극 부재(404a, 404b)로 구성되고 상이한 전위(V2a, V2b)가 인가되는 제2 전극(404)에 의해 편향될 수 있다. 이 때에, 편향량은 편향 시의 이온 빔(50)의 에너지에 의존하므로, 원하는 에너지를 갖는 이온(418)은 다른 에너지를 갖는 이온(420, 422)으로부터 분리될 수 있다. 이온(420)은 원하는 에너지보다 낮은 에너지를 갖는 이온이고, 이들 이온의 편향량은 이온(418)의 편향량보다 크다. 이온(422)은 원하는 에너지보다 높은 에너지를 갖는 이온이고, 이들 이온의 편향량은 이온(418)의 편향량보다 작다. 중성 입자(424)는 편향되지 않고 직선으로 진행하므로, 분리될 수 있다. 즉, 가속/감속 장치(400)는 에너지 분리 기능을 발휘하므로, 원하는 에너지를 갖는 이온(418)으로 구성되는 이온 빔(50)을 선택적으로 유도할 수 있고, 에너지 오염을 억제할 수 있다. 예에서, 원하는 에너지를 갖는 이온(418) 이외의 이온(420, 422)과 중성 입자(424)는 제2 전극(404)의 하류측에 있는 전극(406)에 충돌하며, 이로써 이들 이온은 차단되어 제거된다. According to the acceleration /
또한, 가속/감속 장치(400)는 전술한 에너지 분리 기능에 추가하여, 이온 빔(50)을 가속 또는 감속시키는 원래의 기능을 또한 발휘한다. 이들 기능이 단일의 가속/감속 장치(400)에 의해 실현될 수 있으므로, 에너지 분리기를 별도로 배치할 필요는 없다. 에너지 분리기가 별도로 설치되어 있는 경우에 비교할 때, 이온 빔(50)의 전달 경로를 단축할 수 있다. 따라서 이온 빔(50)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, the acceleration /
또한, 이온 빔(50)은 두 스테이지, 즉 전극(402, 404) 사이에서, 그리고 전극(404, 406) 사이에서 가속될 수 있다. 표 1의 예 2가 그러한 경우의 예를 나타낸다. 후속 스테이지(즉, 에너지가 낮은 기간 동안)에서의 가속 전에, 이온 빔(50)은 전극(404)에 의해 편향될 수 있다. 전체 가속(full acceleration) 후에 편향을 실시하는 경우에 비교할 때, 이온 빔(50)이 용이하게 편향될 수 있다. 구체적으로, 전극(404)을 구성하는 두 전극 부재(404A, 404B)에 인가된 전위(V2a, V2b) 사이의 차이는 작게 될 수 있다. 결과적으로, 전극(404)의 근처에서 전기 절연이 용이하게 되는 이점이 있다. In addition, the
원하는 에너지를 갖는 이온(418) 이외의 이온 및 중성 입자는 전극(404)의 하류측에 있는 전극(406)에 의해 차단되어 제거될 수 있다. 따라서 에너지 오염을 더욱 효율적으로 억제할 수 있다. 특히, 감속 모드(표 1의 예 3 참조)에서, 전극(402)과 전극(404)의 사이에서 이온 빔(50)의 감속 시에 전하 변환에 의해 중성 입자(424)가 용이하게 발생하는 것은 경험적으로 알려져 있다. 많은 중성 입자(424)가 발생할 때에도, 이들 입자는 직선으로 진행하여 전극(406)에 충돌하여 차단된다. 따라서 중성 입자(424)는 가속/감속 장치(400)에서 효과적으로 제거될 수 있다. Ions and neutral particles other than
가속 모드에서는 일반적으로, 전자가 방사되고, 원하는 에너지 이외의 에너지를 갖는 이온이 충돌하는 전극의 위치로부터 더 높은 전위측으로 가속되고, 그러한 가속된 전자에 대응하는 고에너지를 갖는 X-선이 가속된 전자가 충돌하는 전극의 일부로부터 발생한다. 공지의 정전기 가속 튜브는 편향 기능을 갖지 않는다. 따라서 가속된 전자는 구부러지지 않고 고전위의 전극[전극(404)에 대응하는 전극]에 도달할 수 있으며, 더 고전위의 전극의 전위에 대응하는 큰 에너지에 의해 가속되어 더 고전위의 전극에 충돌하므로, 그로부터 고에너지를 갖는 X선이 발생한다. In the acceleration mode, electrons are generally radiated, ions with energies other than the desired energy are accelerated from the location of the colliding electrode to the higher potential side, and X-rays with high energy corresponding to those accelerated electrons are accelerated. The electrons arise from the part of the electrode that collides. Known electrostatic acceleration tubes do not have a deflection function. Thus, the accelerated electrons can reach the high potential electrode (the electrode corresponding to the electrode 404) without being bent, and are accelerated by the large energy corresponding to the potential of the higher potential electrode to the higher potential electrode. Since they collide, X-rays having high energy are generated therefrom.
이와 달리, 가속/감속 장치(400)에서와 같이, 제2 전극(404)은 2개의 전극 부재(404a, 404b)로 구성되고, 상이한 전위가 전극 부재에 인가되며, 이로써 편향 기능을 갖는 전극이 제공된다. 이러한 구조에 따르면, 원치 않는 에너지를 갖는 이온이 충돌하는 위치로부터 방사된 전자는 전극(404)에 의해 구부러져서 보다 고전위의 전극(402)에 도달할 수 없다. 구체적으로, 전자는 전극(404)을 구성하는 2개의 전극 부재(404a, 404b) 중에서 더 고전위를 갖는 전극 부재(404a)를 향하여 구부러진 후, 전극 부재(404a)에 충돌한다. 이 때에, 전자의 가속 에너지는 전극 부재(404a)의 전위에 대응하는 에너지이며, 전자가 보다 더 고전위의 전극(402)에 충돌하는 경우보다 낮다. 예컨대 표 1의 예 1에서와 같이, 충돌하는 전자의 에너지는 약 0 eV이고, X-선은 실질적으로 발생되지 않는다. 예 2의 경우에, 에너지는 약 100 keV이고, 전자가 전극(402)에 충돌하는 경우의 약 130 keV보다 낮다. 따라서 어떤 경우에든, 발생된 X-선의 에너지는 공지의 정전기 가속 튜브에서의 에너지보다 낮을 수 있다. Alternatively, as in the acceleration /
필요에 따라, 전극(402)의 상류측 또는 전극(406)의 하류측에 다른 전극을 배치할 수 있다. 예컨대, 이온 빔(50)을 가속 또는 감속시키기 위한 고전위의 전극을 전극(402)의 상류측에 배치할 수 있다. 역전된 전자를 억제하기 위한 음전위의 전극을 전극(406)의 하류측에 배치할 수 있다. If necessary, other electrodes can be arranged upstream of the
도 1은 본 발명의 이온 주입기의 실시예를 도시하는 개략적인 평면도이고, 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the ion implanter of the present invention,
도 2는 리본형 이온 빔의 예를 부분적으로 도시하는 개략적인 사시도이고, 2 is a schematic perspective view partially showing an example of a ribbon ion beam,
도 3은 이온 빔과 기판 사이에 있어서 Y 방향으로의 치수 관계의 예를 도시하는 도면이고, 3 is a diagram showing an example of the dimensional relationship in the Y direction between the ion beam and the substrate,
도 4는 도 1에 도시된 이온 소스의 구조의 예를 도시하는 개략적인 단면도이고, 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the ion source shown in FIG. 1,
도 5는 도 4에 도시된 이온 소스에 있어서 필라멘트와 전자 빔 소스의 배치의 예와, 전자 빔의 스캔 위치 등을 도시하는 개략적인 평면도이고, FIG. 5 is a schematic plan view showing an example of the arrangement of the filament and the electron beam source, the scanning position of the electron beam, and the like in the ion source shown in FIG. 4;
도 6은 필라멘트의 배치의 다른 예를 도시하는 개략적인 평면도이고, 6 is a schematic plan view showing another example of the arrangement of the filaments,
도 7은 도 1에 도시된 전자 빔 소스와 전자-빔 전원의 구조의 예를 도시하는 도면이고, FIG. 7 is a diagram showing an example of the structure of the electron beam source and the electron-beam power source shown in FIG. 1,
도 8은 도 1에 도시된 이온 소스로부터 이온 빔 모니터에 이르는 시스템을 단순화하여 도시하는 도면이고, FIG. 8 is a simplified illustration of a system from the ion source shown in FIG. 1 to the ion beam monitor,
도 9는 도 1에 도시된 이온 빔 모니터의 예를 도시하는 개략적인 정면도이고, FIG. 9 is a schematic front view showing an example of the ion beam monitor shown in FIG. 1;
도 10은 도 1에 도시된 제어 장치를 이용하여 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 것을 제어하는 내용의 구체적인 예를 도시하는 흐름도이고, FIG. 10 is a flowchart showing a specific example of the content for controlling homogenizing the ion beam current density distribution in the Y direction using the control device shown in FIG. 1,
도 11은 도 10에 도시된 필라멘트 전류 제어 서브루틴의 예를 도시하는 흐름도이고, FIG. 11 is a flowchart showing an example of the filament current control subroutine shown in FIG. 10;
도 12는 도 10에 도시된 전자 빔 스캔 속도 제어 서브루틴의 예를 도시하는 흐름도이고, FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of the electron beam scan rate control subroutine shown in FIG. 10;
도 13은 도 10에 도시된 필라멘트 상태에 대한 개략적인 세팅을 실행한 후의 이온 빔 전류 밀도 분포의 예를 도시하는 개략도이고, FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of an ion beam current density distribution after carrying out the rough setting for the filament state shown in FIG. 10;
도 14a 내지 도 14d는 도 10에 도시된 필라멘트 전류 제어와 전자 빔 스캔 속도 제어를 실행함으로써 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 공정을 도시하는 개략도이고, 14A to 14D are schematic diagrams showing a process of homogenizing the ion beam current density distribution in the Y direction by executing the filament current control and the electron beam scan speed control shown in FIG.
도 15는 도 1에 도시된 전자 빔 소스와 전자-빔 전원의 구조의 다른 예를 도시하는 도면이고, FIG. 15 is a diagram showing another example of the structure of the electron beam source and the electron-beam power source shown in FIG. 1;
도 16은 도 1에 도시된 제어 장치를 이용하여 Y 방향의 이온 빔 전류 밀도 분포를 균질화하는 것을 제어하는 내용의 다른 특정의 예를 도시하는 흐름도이고, FIG. 16 is a flowchart showing another specific example of the content of controlling homogenizing the ion beam current density distribution in the Y direction using the control device shown in FIG. 1;
도 17은 도 16에 도시된 전자 빔의 양 제어 서브루틴의 예를 도시하는 흐름도이고, 17 is a flowchart showing an example of the amount control subroutine of the electron beam shown in FIG. 16;
도 18은 이온 소스의 플라즈마 용기에 대하여 전자 빔 소스를 배치하는 방식의 다른 예를 도시하는 개략적인 단면도이고, 18 is a schematic cross-sectional view showing another example of a method of disposing an electron beam source with respect to a plasma vessel of an ion source,
도 19는 도 1에 도시된 분석 전자석의 예를 도시하는 평면도이고, 19 is a plan view illustrating an example of the analysis electromagnet shown in FIG. 1;
도 20은 도 19의 선 A-A를 따라 취한 단면도이고, 20 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 19,
도 21은 진공 용기를 생략한 상태로, 도 19에 도시된 분석 전자석을 도시하는 사시도이고, 21 is a perspective view illustrating the analysis electromagnet shown in FIG. 19 with the vacuum container omitted;
도 22는 도 19에 도시된 분석 전자석을 도시하는 사시도이고, FIG. 22 is a perspective view illustrating an analysis electromagnet shown in FIG. 19;
도 23은 도 22에 도시된 제1 및 제2 내부 코일을 도시하는 사시도이고, FIG. 23 is a perspective view illustrating the first and second internal coils shown in FIG. 22;
도 24는 도 22의 선 D-D를 따라 취한 제1 내부 및 외부 코일의 단면을 확대하여 도시하는 개략도이고, FIG. 24 is a schematic diagram showing an enlarged cross section of the first inner and outer coils taken along the line D-D of FIG. 22;
도 25는 도 24에 도시된 제1 내부 코일과 최상측의 제1 외부 코일을 분해하여 도시하는 단면도이고, FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating an exploded view of the first inner coil and the uppermost first outer coil shown in FIG. 24;
도 26은 도 25에 도시된 도체 시트를 권취하는 방식을 나타내는 개략적인 평면도이고, FIG. 26 is a schematic plan view showing a manner of winding the conductor sheet shown in FIG. 25;
도 27은 도 23에 도시된 제1 내부 코일을 도시하는 사시도이고, FIG. 27 is a perspective view illustrating the first internal coil illustrated in FIG. 23;
도 28은 도 19에 도시된 분석 전자석의 코일을 위한 전원 구조의 예를 도시하는 도면이고, FIG. 28 is a diagram showing an example of a power supply structure for the coil of the analysis electromagnet shown in FIG. 19;
도 29는 도 22에 도시된 원래의 제1 및 제2 내부 코일인 스택 코일의 예를 도시하는 사시도이고,FIG. 29 is a perspective view showing an example of a stack coil that is the original first and second internal coils shown in FIG. 22;
도 30은 도 29의 선 F-F를 따라 취한, 내부 및 외부 코일의 단면을 분해하여 도시하는 도면이고, 30 is an exploded view illustrating cross sections of the inner and outer coils taken along the line F-F of FIG. 29;
도 31은 굴대(mandrel)를 이용하여 프리프레그 시트를 권취하는 방식의 예를 도시하는 평면도이고, FIG. 31 is a plan view illustrating an example of a method of winding a prepreg sheet using a mandrel;
도 32는 굴대를 이용하여 절연 시트와 도체 시트를 권취하는 방식의 예를 도시하는 평면도이고, 32 is a plan view illustrating an example of a method of winding an insulating sheet and a conductor sheet using a mandrel,
도 33은 굴대를 이용하여 권취한 스택 코일의 예를 도시하는 평면도이고, 33 is a plan view illustrating an example of a stacked coil wound using a mandrel,
도 34는 제1 및 제2 내부 코일에 냉각판을 부착하는 예를 도시하는 단면도이 고, 34 is a cross-sectional view illustrating an example of attaching a cooling plate to first and second internal coils;
도 35는 분석 전자석으로부터 방사된 직후의 통상의 형태를 갖는 이온 빔의 예를 도시하는 도면이고, 35 is a diagram illustrating an example of an ion beam having a conventional form immediately after being emitted from an analytical electromagnet,
도 36은 분석 전자석으로부터 방사된 직후의 왜곡된 형태를 갖는 이온 빔의 예를 도시하는 도면이고, 36 is a diagram showing an example of an ion beam having a distorted shape immediately after being emitted from an analytical electromagnet,
도 37은 분석 전자석의 코일의 다른 예를 도시하는 사시도이고, 37 is a perspective view illustrating another example of a coil of an analysis electromagnet,
도 38은 도 37의 선 J-J를 따라 취한 코일의 단면도를 분해하여 도시하는 도면이고, FIG. 38 is an exploded view illustrating a cross-sectional view of the coil taken along the line J-J of FIG. 37;
도 39는 도 20에 대응하는 분석 전자석의 다른 예를 도시하는 단면도이고, 39 is a cross-sectional view showing another example of the analysis electromagnet corresponding to FIG. 20,
도 40은 도 20에 대응하는 분석 전자석의 또 다른 예를 도시하는 단면도이고, 40 is a cross-sectional view showing still another example of the analysis electromagnet corresponding to FIG. 20;
도 41은 도 20에 대응하는 분석 전자석의 또 다른 예를 도시하는 단면도이고, 41 is a cross-sectional view showing still another example of the analysis electromagnet corresponding to FIG. 20,
도 42는 도 1에 도시된 가속/감속 장치의 예를 도시하는 단면도이고, 42 is a cross-sectional view showing an example of the acceleration / deceleration device shown in FIG. 1,
도 43은 코일의 형상에 대한 이해를 돕기 위하여 요크가 2점쇄선으로 표시되어 있는 종래의 분석 전자석의 예를 도시하는 사시도이다. Fig. 43 is a perspective view showing an example of a conventional analytical electromagnet in which yokes are indicated by dashed-dotted lines to help understand the shape of the coil.
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