KR101110997B1 - 이온 주입 시스템에서의 플라스마 발생용 마그네트론구조체 - Google Patents

이온 주입 시스템에서의 플라스마 발생용 마그네트론구조체 Download PDF

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Abstract

이온 빔의 공간 전하 중화를 위한 플라스마 발생기가 개시되고, 이온 빔을 생성시켜, 빔선 경로를 따라 이온 빔을 지향시키도록 동작할 수 있는 이온 주입 시스템 내에 위치된다. 이 플라스마 발생기는, 빔선 경로의 일부에 전기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 전기장 생성 시스템 및, 빔선 경로의 일부에 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 자기장 생성 시스템을 포함하며, 자기장은 전기장에 수직이다. 플라스마 발생기는 전기장 및 자기장이 차지하는 영역 내에 가스를 도입하도록 동작할 수 있는 가스원을 더 포함한다. 이 영역 내의 전자는 제각기 전기장 및 자기장으로 인해 이 영역 내로 이동하며, 전자의 적어도 일부는 가스의 일부를 이온화시킬 영역 내의 가스와 충돌하여, 이 영역 내에 플라스마를 발생시킨다.
Figure R1020057023949
이온 빔, 플라스마 발생기, 이온 주입 시스템, 전기장 생성 시스템, 자기장 생성 시스템, 가스원.

Description

이온 주입 시스템에서의 플라스마 발생용 마그네트론 구조체{THIN MAGNETRON STRUCTURES FOR PLASMA GENERATION IN ION IMPLANTATION SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로서, 특히, 이온 빔과 관련된 공간 전하를 중화시키는 플라스마 발생 시스템 및 그와 관련된 방법에 관한 것이다.
이온 주입 시스템은, 집적 회로를 제조할 시에 불순물로 반도체를 도핑하기 위해 이용된다. 이와 같은 시스템에서는, 이온원이 원하는 도펀트 요소를 이온화하며, 이 도펀트 요소는 이온 빔의 형태로 이온원으로부터 추출된다. 이온 빔은, 통상적으로 원하는 전하 대 질량비의 이온을 선택하기 위해 질량 분석되어, 도펀트 요소를 웨이퍼에 주입하기 위해 반도체 웨이퍼의 표면에 지향된다. 빔의 이온은, 예컨대, 웨이퍼 내에 트랜지스터 장치를 제작할 시에, 원하는 전도율의 영역을 형성하기 위해 웨이퍼의 표면을 통과한다. 통상의 이온 주입기는, 이온 빔을 생성시키는 이온원, 자기장을 이용하여 이온 빔을 질량 분해하는 질량 분석 장치를 포함하는 빔선 조립체 및, 이온 빔에 의해 주입되는 반도체 웨이퍼 또는 공작물(workpiece)을 포함하는 타겟실(target chamber)을 포함한다.
통상의 이온 빔 주입기는, 이온화원 물질로부터 양 전하 이온을 생성시키는 이온원을 포함한다. 생성된 이온은 빔 내에 형성되어, 미리 정해진 빔 경로를 따라 주입 스테이션(station)으로 지향된다. 이온 빔 주입기는, 이온원과 주입 스테이션 사이로 연장하는 빔 형성 및 형상 구조체를 포함할 수 있다. 빔 형성 및 형상 구조체는, 이온 빔을 유지하여, 빔이 도중에 주입 스테이션으로 통과하는 연장된 내부 공동부 또는 통로를 바운드(bound)한다.
전하에 대한 이온의 질량(즉, 전하 대 질량비)은, 정전기장 또는 자기장에 의해 축 방향 또는 횡 방향으로 가속화되는 정도에 영향을 준다. 그래서, 원하지 않은 분자량의 이온이 빔에서 떨어진 위치로 편향되고, 원하는 물질과 다른 물질의 주입이 회피될 수 있으므로, 반도체 웨이퍼 또는 다른 타겟의 원하는 영역에 도달하는 빔은 매우 순수하게 형성될 수 있다. 원하는 전하 대 질량비 및 원하지 않는 전하 대 질량비의 이온을 선택적으로 분리하는 프로세스는 질량 분석법으로서 알려져 있다. 질량 분석기는, 통상적으로, 쌍극자 자기장을 생성시키는 질량 분석 자석을 이용하여, 상이한 전하 대 질량비의 이온을 효율적으로 분리하는 아치형 통로로 자기 편향을 통해 이온 빔의 여러 이온을 편향시킨다.
소정의 응용을 위한 원하는 주입을 달성하기 위해, 주입된 이온의 선량 및 에너지는 변화될 수 있다. 이온 선량은 소정의 반도체 재료를 위한 주입된 이온의 농도를 조절한다. 통상적으로, 고 전류 주입기는 고 선량 주입을 위해 이용되지만, 중간 전류 주입기는 저 선량 응용에 이용된다. 이온 에너지는 반도체 장치의 접합 깊이를 조절하기 위해 이용되며, 여기서, 빔 이온의 에너지 레벨은 이온이 주입되는 정도, 또는 반도체 또는 다른 기판 재료 내의 주입된 이온의 깊이를 결정한다. 반도체 장치의 소형화를 향한 계속적인 추세에 의해, 저 에너지에서 고 빔 전류를 전달하는 역할을 하는 메카니즘이 필요로 된다. 고 빔 전류는 필요한 선량 레벨을 제공하지만, 저 에너지는 얕은 주입을 가능하게 한다.
얕은 깊이의 이온 주입을 위해, 고 전류, 저 에너지 이온 빔이 바람직하다. 이 경우에, 이온의 저감된 에너지는, 동일한 전하를 지닌 이온의 상호 반발(repulsion)로 인해, 이온 빔의 수렴(convergence)을 유지할 시에 약간의 곤란을 유발시킨다. 고 전류 이온 빔은, 통상적으로, 상호 반발로 인해 발산(diverge)하는 경향이 있는, 유사한 전하를 띤 이온의 고 농도를 포함한다. 저압에서 저 에너지의 고 전류 이온 빔 일체성(integrity)을 유지하기 위해, 플라스마는 이온 빔을 둘러싸기 위해 생성될 수 있다. 고 에너지 이온 주입 빔은, 통상적으로, 잔류 또는 백그라운드 가스와 빔의 상호 작용의 부산물인 약한 플라스마를 통해 전달한다. 이런 플라스마는, 이온 빔에 의해 유발된 공간 전하를 중화시키는 경향이 있어, 빔을 분산하는 횡 방향 전기장을 주로 제거한다. 그러나, 저 이온 빔 에너지에서, 백그라운드 가스와의 이온화 충돌의 가능성은 더욱 낮다. 더욱이, 질량 분석기의 쌍극자 자기장에서, 자기장 선에 걸친 플라스마 확산은 크게 감소되지만, 자기장의 방향을 따른 확산은 제한되지 않는다. 결과적으로, 질량 분석기 내의 저 에너지 빔 봉쇄(containment)를 개선하는 부가적인 플라스마의 도입은 매우 무익한데, 그 이유는, 도입된 플라스마가 쌍극자 자기장 선을 따라 통로실벽으로 전환되기 때문이다.
공간 전하 중화를 위한 플라스마와 관련된 다른 문제는, 플라스마원이 미해결로 광 소자 내의 공간을 차지하여, 플라스마원 및 이온 빔의 양방을 위해 충분할 공간이 구성되어야 한다는 것이다. 이와 같은 부가적인 공간은, 광 소자에 대한 전력 소비에 의해 비용이 증가하고, 또한 구현의 곤란성을 증대시킨다.
이온 주입 시스템에서는, 저압에서 조작될 수 있고, 고 에너지 시스템뿐만 아니라, 이 시스템의 질량 분석기의 빔 가이드 또는 다른 부분의 전체 길이를 따라 균일한 빔 봉쇄를 제공하는 고 전류의 저 에너지 이온 빔을 포함하는 이온 주입 시스템과 함께 사용하는 빔 봉쇄 장치 및 방법의 필요성이 있다.
다음에는, 본 발명의 하나 이상의 양태에 대한 기본적 이해를 제공하기 위해 간략화된 요약을 제공한다. 이런 요약은, 본 발명의 광범한 개요가 아니며, 본 발명의 키 또는 중요한 요소를 식별하는 것이 아니고, 본 발명의 범주를 서술하는 것도 아니다. 오히려, 이 요약의 주 목적은, 나중에 제공되는 더욱 상세한 설명에 대한 서문으로서 본 발명의 일부 개념을 간략화된 형식으로 제공하는 것이다.
본 발명은 이온 주입 시스템에 이용하기 위한 플라스마 발생 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 한 예시적인 양태에 따르면, 플라스마 발생 시스템은 전기장 발생 시스템 및 자기장 발생 시스템을 포함한다. 발생된 전기장 및 자기장은 서로에 수직인 부분을 가져, 이와 같은 영역 내의 전자가 트랩(trap)되거나 순환하도록 한다. 이동하는 전자의 적어도 일부는 이온화를 유발시키는 영역 내의 가스와 충돌하여, 플라스마를 발생시킨다.
한 예에 따르면, 플라스마 발생 시스템은, 질량 분석 시스템 내에 전극을 형성함으로써 이온 주입 시스템 내에 공간을 거의 차지하지 않는다. 이들 전극은, 바이어스할 시에, 이미 질량 분석 시스템 내에 존재하는 쌍극자 자기장에 수직인 방향을 가진 전기장이 발생되도록 구성된다. 상기 방식으로, 자기장 발생 시스템은 단지 질량 분석기이며, 이에 의해, 질량 분석되는 플라스마의 발생에 필요한 공간이 최소화된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이온 빔 주입 시스템은, 펜슬 형상 또는 리본 형상의 이온 빔의 질량 분석을 위해 구성되는 질량 분석 시스템을 갖는다. 리본 빔에 대한 한 예에서, 질량 분석기는, 빔의 폭 방향으로 연장하는 한 쌍의 횡 방향 연장 코일을 구비하며, 이 코일의 횡 방향 단부는 질량 분석기의 대향 측면을 형성한다. 전류가 코일을 통해 도통하면, 자기장은 질량 분석기의 빔 가이드를 통해 리본 빔의 전달 방향과 수직으로 발생된다. 본 발명은 또한 질량 분석기의 측면 중 하나에 배치되고, 실질적으로 코일 사이에 배치되는 한 쌍의 전극을 포함한다. 이들 전극은 그 사이에 전기장을 발생시키도록 구성되며, 이 전기장은 일반적으로, 코일에 의해 발생되는 질량 분석기 내의 쌍극자 전기장과 수직이며, 이에 의해, 마그네트론 타입의 효과를 생성시켜, 국소 영역 내에 약간의 전자를 트랩시킨다. 트랩된 전자는 이 영역 내로 이동하고, 이들 전자의 적어도 일부는 이 영역 내의 가스와 충돌하여, 결과적으로 플라스마의 발생을 위해 이온화시킨다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 리본 이온 타입의 질량 분석기는, 그의 대향 측면 중 하나에 전기장 발생 시스템을 갖는다. 전기장 발생 시스템은 2개의 아치형 연장 도전 세그먼트를 포함하며, 여기서, 각 세그먼트는, 그와 관련되어, 아치형 통로를 따라 연장하는 다수의 전극을 가지며, 2개의 세그먼트는 서로 전기적으로 절연된다. 각각의 세그먼트와 관련된 2개의 그룹의 전극은 서로에 대해 바이어스되어, 그 사이에 전기장을 발생시킨다.
한 예에서, 발생되는 전기장은 질량 분석기 내의 쌍극자 자기장과 수직으로 지향된다. 다른 예에서, 자기장은, 전기장과 관련된 분석기의 측벽 상의 아치형 통로를 따라 연장하는 다수의 멀티커스프(multi-cusp) 자석에 의해 발생된다. 이 자석은, 측면에 국소의 통로를 따라 다수의 멀티커스프 자기장을 발생시키고, 이의 적어도 일부는 전기장과 수직이다. 또 다른 예에서, 도전 세그먼트를 따라 아치형으로 연장하는 다수의 도전 전극은 멀티커스프 자기장의 발생을 위한 자석이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 이온 주입 시스템에서 빔선 경로의 일부를 따라 플라스마를 발생시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 일반적으로 서로 수직인 방향을 가진 전기장 및 자기장을 발생시키는 단계를 포함한다. 수직인 전기장 및 자기장은 국소 영역 내에 전자를 트랩하여, 전자가 이온화를 위해 가스와 충돌하는 영역으로 전자가 이동하도록 한다.
상기 및 관련단을 달성하기 위해, 다음의 설명 및 첨부한 도면이 본 발명의 어떤 설명적인 양태 및 구현에서 상세히 설명된다. 이들은 본 발명의 원리가 이용될 수 있는 여러 방식 중 몇몇 만을 나타낸다. 본 발명의 다른 양태, 이점 및 신규 특징은 도면과 관련하여 고려될 시에 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 예시적인 이온 주입 시스템의 구 성 요소를 도시한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 여러 양태가 실행될 수 있는 저 에너지 타입의 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 여러 양태가 실행될 수 있는 중간 전류 타입의 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 양태에 따른 예시적인 질량 분석기의 빔 가이드의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 양태에 따라 쌍극자 자기장을 발생시키는 자석을 가진 도 4의 예시적인 질량 분석기의 끝면도이다.
도 6은 도 4의 라인 6-6을 따라 취해진 예시적인 질량 분석기의 단면도이다.
도 7은 도 4의 라인 7-7을 따라 취해진 예시적인 질량 분석기의 부분 측면도이다.
도 8은 도 4의 라인 8-8을 따라 취해진 예시적인 질량 분석기의 부분 측면도이다.
도 9A는 멀티커스프 자기장을 이용한 본 발명의 원리의 확장을 설명한 간략화된 개략도이다.
도 9B는 본 발명의 예시적인 양태에 따른 전극으로서 자석의 이용을 설명한 간략화된 개략도이다.
도 10은 본 발명의 다른 양태에 따른 리본 빔을 위한 예시적인 질량 분석기의 사시도이다.
도 11은 도 10의 예시적인 질량 분석기의 제 1 횡 방향 측면의 측면도이다.
도 12는 도 10의 질량 분석기의 제 2 횡 방향 측면의 측면도이다.
도 13A는 도 12의 라인 13A-13A를 따라 취해진 리본 빔을 위한 예시적인 질량 분석기의 단면도이다.
도 13B는 도 10의 라인 13B-13B를 따라 취해진 리본 빔을 위한 예시적인 질량 분석기의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 양태에 따라 이온 주입 시스템에서 공간 전하의 중화를 위해 플라스마를 발생시키는 방법을 도시한 플로우 챠트이다.
이하, 본 발명은 도면을 참조로 기술되며, 여기서, 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타내는데 사용된다. 이 도면 및 다음의 설명은 사실상 예시적이고, 제한하는 것은 아니다. 따라서, 도시된 시스템 및 방법 및, 여기에 도시된 것과 다른 구성의 변형은 본 발명의 범주 및 첨부한 청구범위 내에서 고려될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 이온 주입 시스템에서 플라스마를 형성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이 시스템 및 관련 방법은, 서로 수직인 전기장 및 자기장을 발생시켜, 형성된 영역 내로 이동하는 전자를 생성시키는 것을 포함한다. 이동하는 전자는, 이 영역 내의 가스와 충돌하여, 가스의 이온화를 유발시켜, 결과적으로 이온 빔의 공간 전하 중화 시에 이용하는 플라스마를 생성시킨다. 본 발명의 추가적인 이해는, 그의 여러 양태와 함께, 아래의 상세한 설명에 따라 이해될 것이다.
도 1에서, 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는데 적절한 이온 주입 시스템(10)은 블록도의 형태로 도시된다. 시스템(10)은 빔 경로를 따라 이온 빔(14)을 생성시키는 이온원(12)을 포함한다. 이온 빔원(12)은, 예컨대, 관련된 전원(18)을 가진 플라스마원(16)을 포함한다. 플라스마원(16)은, 예컨대, 이온 빔이 추출되는 플라스마 제한(confinement)실을 포함할 수 있다. 추출된 빔은 펜슬 또는 리본형 이온 빔일 수 있다. 본 발명과 함께 사용될 수 있는 한 예시적인 리본 빔원은, 2002년 5월 1일자로 출원되고, 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 출원 제10/136,047호에 개시되어 있고, 이는 여기서 전적으로 참조로 포함된다.
빔선 조립체(11)는 이온원(12)의 하류에 제공되어, 그로부터 빔(14)을 수신한다. 빔선 조립체(11)는, 질량 분석기(22), 스캐너(24), 감속 시스템(26) 및 편향 시스템(28)을 포함할 수 있다. 빔선 조립체(11)는 경로를 따라 위치되어 빔(14)을 수신한다. 질량 분석기(22)는, (도시되지 않은) 자석과 같은 자기장 발생 부품을 포함하고, 전하 대 질량비를 따라 변화하는 궤적에서 이온 빔(14)으로부터 이온을 편향시키기 위해 빔 경로에 걸쳐 자기장을 제공하도록 동작한다. 자기장을 통해 이동하는 이온은, 빔 경로를 따라 원하는 질량의 개별 이온을 지향시켜, 빔 경로로부터 원하지 않는 질량의 이온을 멀리 편향시키는 힘을 경험한다.
스캐너(24)는 빔선 축의 방향을 조정하도록 동작하여, 제어 형식으로 공작물에 걸쳐 빔을 지향시키거나 "스캔"한다. 스캐너는 정전 또는 자기 및 임의의 이와 같은 스캔 메카니즘일 수 있거나, 다른 타입의 시스템이 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 빔선(11)은, 빔과 관련된 에너지를 변경하기 위해 제어 가능하고, 선택적으 로 동작 가능한 감속 모듈(26)을 더 포함한다. 예컨대, 중간 에너지에서는, 빔 에너지의 실질적 변화가 필요치 않을 수 있으며, 모듈은 실질적 변화없이 빔이 통과하도록 한다. 선택적으로, (예컨대,반도체 본체 내에 얕은 접합의 형성을 위한) 저 에너지 응용 시에, 빔의 에너지는 감속될 필요가 있을 수 있다. 이와 같은 상황에서, 감속 모듈(26)은 빔의 에너지를 감속에 의해 원하는 에너지 레벨까지 감소시키기 위해 동작할 수 있다.
빔선은, 예컨대, 공작물 내로 주입하기 전에 감속을 사용하는 저 에너지 시스템에 사용하기 위한 편향 시스템(28)을 더 포함할 수 있다. 편향 시스템(28)은, 예컨대, 빔선 축으로부터 이온 빔을 멀리 편향시켜, 또한 에너지 오염물로서 역할을 하는 중성 입자를 제거하는 편향 전극을 포함한다.
도 1에서, 또한, 종단국(30)이 분석된 질량을 수용하기 위한 시스템(10) 내에 제공되어, 빔선 조립체(11)로부터 오염된 이온 빔(14)을 실질적으로 제거한다. 종단국(30)은, 리본 이온 빔(14)을 이용하여 주입하기 위해 (편향기(28)로 인해 원래의 빔선 축으로부터 오프셋된) 빔 경로를 따라 (도시되지 않은) 반도체 웨이퍼와 같은 하나 이상의 공작물을 지지한다.
도 2에서, 본 발명의 여러 양태를 인식하기 위해 예시적인 저 에너지 이온 주입기(100)가 더욱 상세히 도시되어 있다. 주입기(100)는, 이온원(112), 질량 분석 자석(114), 빔선 조립체(115) 및 타겟 또는 종단국(116)을 갖는다. 빔선 조립체(115)에 대해 종단국(116)을 이동시키는 벨로스(bellows) 조립체(118)는 종단국(116) 및 빔선 조립체(115)를 연결한다. 알 수 있는 바와 같이, 도 2가 초저 에너 지(ULE) 이온 주입기를 도시하지만, 본 발명은 또한 다른 타입의 주입기에도 적용한다.
이온원(112)은 플라스마실(120) 및 이온 추출기 조립체(122)를 포함한다. 이온화 가능 도펀트 가스에 에너지를 공급하여, 플라스마실(120) 내에 이온을 생성시킨다. 일반적으로, 양 이온이 생성되지만, 본 발명은 이온원(112)에 의해 음 이온이 생성되는 시스템에도 적용 가능하다. 양 이온은, 다수의 전극(127)을 포함하는 이온 추출기 조립체(122)에 의해 플라스마실(120) 내의 슬릿(slit)을 통해 추출된다. 따라서, 이온 추출기 조립체(122)는, 플라스마실(120)로부터 양 이온의 빔(128)을 추출하여, 추출된 이온을 질량 분석 자석(114)으로 가속화시키는 기능을 한다.
질량 분석 자석(114)은, 리졸버(resolver) 하우징(123) 및 빔 중화기(124)를 포함하는 빔선 조립체(115)로 적절한 전하 대 질량비의 이온만을 통과시키는 기능을 한다. 질량 분석 자석(114)은, 측벽(130)을 가진 빔 가이드에 의해 형성되는 통로(139) 내의 만곡된(curved) 빔 경로(129)를 포함하며, 이 통로의 진공은 진공 펌프(131)에 의해 제공된다. 경로(129)를 따라 관통하는 이온 빔(128)은, 질량 분석 자석(114)에 의해 생성된 자기장에 의해 영향을 받아, 부적절한 전하 대 질량비의 이온을 거부한다. 이 쌍극자 자기장의 세기 및 방위는 자석 커넥터(133)를 통한 자석(114)의 자기장 권선을 통해 전류를 조절하는 제어 전자 장치(132)에 의해 제어된다.
이 쌍극자 자기장에 의해, 이온 빔(128)이, 만곡된 빔 경로(129)를 따라, 이 온원(112)의 근처의 제 1 또는 입구 궤적(134)에서 분해 하우징(123)의 근처의 제 2 또는 출구 궤적(135)으로 이동된다. 부적절한 전하 대 질량비를 가진 이온으로 구성되는 빔(128)의 부분(128' 및 128')은, 만곡된 궤적으로부터 알루미늄 빔 가이드(130)의 벽으로 멀리 편향된다. 이런 식으로, 자석(114)은, 원하는 전하 대 질량비를 가진 빔(128) 내의 이온들만을 분해 하우징(123)으로 통과시킨다.
분해 하우징(123)은, 단자 전극(terminal electrode)(137), 이온 빔(128)을 집속하는 정전 렌즈(138) 및, 패러데이 플래그(142)와 같은 선량 측정(dosimetry) 지시기를 포함한다. 빔 중화기(124)는, 양 전하 이온 빔(128)에 의해 주입되는 결과로서, 타켓 웨이퍼 상에 축적된 양 전하를 중화시키는, (아래에 더욱 상세히 기술된 바와 같은) 본 발명에 의한 플라즈마 샤워(shower)(145) 또는 플라스마 발생기를 포함한다. 빔 중화기 및 분해 하우징은 진공 펌프(143)에 의해 진공 상태로 된다.
빔 중화기(124)의 하류에는 종단국(116)이 배치되며, 이 종단국(116)은, 처리될 웨이퍼와 같은 공작물이 설치되는 디스크 형상의 웨이퍼 지지대(144)를 포함한다. 웨이퍼 지지대(144)는, 일반적으로 주입 빔의 방향에 수직으로 지향되는 타겟면에 위치한다. 종단국(116)에서의 디스크 형상의 웨이퍼 지지대(144)는 모터(146)에 의해 회전된다. 따라서, 이온 빔은, 웨이퍼가 원형 경로로 이동할 시에 지지대에 설치되는 웨이퍼에 충돌한다. 종단국(116)은, 이온 빔의 경로(164) 및 웨이퍼(W)의 교차점인 포인트(162)의 주변에 피벗(pivot)함으로써, 타겟면이 이 포인트의 주변에서 조정 가능하다. 도 2는 배치(batch) 타입의 처리 시스템을 도시하지 만, 본 발명은 또한 단일 웨이퍼 타입의 처리 시스템에도 적용 가능함을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양태를 실시하는데 적절한, 예컨대, 중간 전류 시스템과 같은 또 다른 이온 주입 시스템(262)을 도시한 것이다. 시스템(262)은, 모듈러 가스 박스(264), 보조 가스 박스(266) 및 가스 박스 원격 퍼지(purge) 제어 패널(268)을 포함한다. 가스 박스(264, 268)는, 특히, 도펀트 기질의 하나 이상의 가스를 포함하고, 가스 박스(264, 268)는, 가스를 시스템(262) 내에서 연장된 수명(extended life)의 이온원(282)으로 선택적으로 전달하는 것을 용이하게 하며, 여기서, 가스는, 시스템(262) 내에 선택적으로 제공되는 웨이퍼 또는 공작물 내로 주입하는데 적절한 이온을 발생시키도록 이온화될 수 있다. 가스 박스 원격 제어 패널(268)은, 필요하거나 바라는 바대로, 시스템(262)에서 가스 또는 다른 기질의 배기 또는 퍼지를 용이하게 한다.
고전압 단자의 배전부(272) 및 고전압 분리(isolation) 변압기(274)는, 특히, 가스로부터 이온을 발생시키기 위해 에너지를 전기적으로 여기하여 도펀트 가스에 공급하도록 포함된다. 이온 빔 추출 조립체(276)는, 이온원(282)으로부터 이온을 추출하여, 질량 분석 자석(280)을 포함하는 빔선(278)으로 가속화시키기 위해 포함된다. 질량 분석 자석(280)은, 부적절한 전하 대 질량비의 이온을 분류하거나 거부하도록 동작할 수 있다. 특히, 질량 분석 자석(280)은, 바람직하지 않은 질량 대 전하비의 이온이 질량 분석 자석(280)의 자석에 의해 생성되는 하나 이상의 자기장을 경유하여 빔가이드를 통해 전달될 시에 충돌하는 만곡된 측벽을 가진 빔가 이드를 포함한다.
구성 요소(284)는, 스캔된 이온 빔의 각도를 조절하는 것을 돕기 위해 포함될 수 있다. 이것은, 특히, 스캔 각도 보정 렌즈를 포함할 수 있다. 가속/감속 칼럼(286)은, 속도의 조절 및 조정, 및/또는 이온 빔 내의 이온의 집속을 용이하게 한다. 최종 에너지 필터와 같이 오염 입자를 여과하기 위해 동작 가능한 구성 요소(288)는, 에너지 오염 입자가 웨이퍼 또는 공작물과 충돌하는 것을 완화시키도록 포함될 수 있다.
웨이퍼 또는 공작물(290)은, 이온을 선택적으로 주입하기 위해 종단국 챔버(chamber)(292) 내에 적재된다. 기계적 스캔 구동부(294)는, 빔과의 선택적인 충돌을 용이하게 하기 위해 챔버(292) 내의 웨이퍼를 조종한다(maneuver). 웨이퍼 또는 공작물(290)은, 예컨대, 하나 이상의 기계적 또는 로봇 암(297)을 포함할 수 있는 웨이퍼 처리 시스템(296)에 의해 종단국 챔버(292) 내로 이동된다. 조작원 콘솔(298)은, 조작원이 시스템(262)의 하나 이상의 구성 요소를 선택적으로 제어함으로써 주입 프로세스를 조절하도록 한다. 최종으로, 배전 박스(299)는 전력을 전체 시스템(262)에 공급하기 위해 포함된다.
도 4는, 이온 주입 시스템에 사용하기 위한 예시적인 질량 분석기의 빔 가이드(300)(예컨대, 도 1의 분석기(12), 도 2의 분석기(114) 또는 도 3의 분석기(280))를 도시하며, 이 질량 분석기의 빔 가이드(300)는, 제각기 이온 빔 경로(308)를 따라 내부 및 외부 아치형 측벽(304 및 306)에 의해 형성된 길이 방향의 아치형 통로(302)를 갖는다. 빔 가이드(300)는, 예컨대, 대략 135 도일 수 있는 아 크 각도를 통해 경로(308)를 따라 입구단(310)에서 출구단(312)으로 길이 방향으로 연장한다. 빔 가이드(300)는, 선택된 전하 대 질량비의 이온이 경로(308)를 따라 출구단(312)에 도달하도록 하는 통로(302) 내에 쌍극자 자기장을 제공하기 위해, (도 4에 도시되지 않은) 2개의 아치형 자극 또는 한 쌍의 코일을 더 포함한다. 이온 주입 시스템의 타입에 따라, 빔 가이드(300)는, 아래에 더 기술되는 바와 같이, 펜슬형 빔 또는 리본형 빔을 편향시킬 수 있다.
도 5 및 6은, 제각기, 도 4의 예시적인 질량 분석기의 빔 가이드(300)의 끝면도 및 단면도를 도시하며, 이 빔 가이드(300)는, 그와 관련되어, 본 발명의 양태에 따라 통로(302) 내에 쌍극자 자기장(330)을 발생시키는 코일을 갖는다. 도시된 바와 같이, 코일은, 아치형 방식으로 경로(308)를 따라 길이 방향으로 연장한다. 그러나, 어떤 경우에는, 자석(320)이 사용된다. 선택적으로, 빔 가이드는, 바라는 바대로, 영구 자석 및 코일의 조합을 사용할 수 있고, 이와 같은 변동은 본 발명에 의해 고려된다. 아치형 통로(302)는, 제각기, 상부 및 하부 벽(322 및 324)에 의해 형성된다.
도 5 및 6의 질량 분석기의 빔 가이드(300)는, 자극편 간의 갭이 너무 크지 않을 필요가 있으므로, 펜슬형 이온 빔과 관련하여 사용되는 것이 바람직하다. 기술되는 바와 같이, 질량 분석기의 가이드는, 상이한 타입의 이온 빔, 예컨대, 리본 형상의 이온 빔에 대해 상이하게 구성될 수 있다.
도 7에서는, 빔가이드(300)의 적어도 일부 내에 2개 이상의 전극(340)이 사용된다. 도시된 바와 같이, 전극(340)은, 바이어스원(342), 예컨대, RF원 내에 사 용된다. RF원은, 전극(340) 간의 전위차를 생성시켜, 그 사이에 전기장(344)을 생성시키도록 동작 가능하다. 전기장(344)은, 통로(302) 내에서 자기장(330)에 수직으로 지향되는 적어도 일부를 갖는다. 상기 방식으로, 전극(340)은 전기장 생성기로서 동작하는 반면에, 자석(320)은 자기장 생성기로서 동작한다. 교차장(crossing fields)은 마그네트론 효과를 발생시키며, 여기서, 전자가 트랩(trap)되어 일반적으로 사이클로이드(cycloidal) 형식으로 이동하는 영역이 존재한다. 이 영역 내로 이동하는 전자는 가스의 부분을 이온화하기에 충분한 에너지를 가져, 플라스마를 발생시킨다. 상기 예에서, 질량 분석을 위해 이미 존재하는 백그라운드 자기장(330)을 이용함으로써, 전극(340)을 부가하여, 생성된 전기장이 자기장에 수직인 적어도 일부를 갖는 전극을 구성함으로써, 비교적 간단한 방식으로, 플라스마 발생기가 제공된다.
도 8은 도 7의 라인 8-8을 따라 취해진 통로(302) 내의 섹션의 내부를 도시한 평면도이다. 도 8에서, 전극(340)은 한 쌍의 서로 맞물린 전극(340a 및 340b)을 형성하도록 구성된다. 상기 배치에 의해, 전원(342)이 더욱 단순화된 결합 배치를 갖게 된다. 도 8의 예시적인 구조는 또한, 통로(302)를 따라 여러 영역으로 분배되는 전자를 위한 트랩 영역을 고려한다. 또한, 도 8의 구조는, 아치형 통로(302)를 횡단하여 연장될 수 있으며, 여기서, 전극 쌍(340a 및 340b)은 또한 빔 경로(308)의 전체 길이를 따라 플라스마를 발생시키기 위해 아치형으로 구성될 수 있다.
상술한 플라스마 발생기의 구조는 종래의 플라스마원에 비해 많은 이점을 갖고 있다. 하나의 이점은, 전극(340)이 분석기의 벽을 따라 매우 작은 공간을 차지 한다. 따라서, 이 발생기는 자기 갭의 작은 부분이도록 형성될 수 있으며, 이 부분은 첫째로 갭이 비교적 작은 펜슬형 빔에 매우 유리할 수 있다. 갭을 작게 유지함으로써, 광학 요소에 필요로 하는 전력이 감소된다. 게다가, 본 발명의 플라스마 발생기는, 이점으로, 빔선 길이를 따라 플라스마를 발생시켜, 자기장선을 따라 확산시킴으로써, 빔가이드에 플라스마를 제공하기 위해 동작할 수 있다. 일반적으로, 플라스마는 자기장선에 걸친 실질적인 저항을 인식하지만, 이와 같은 자기장선을 따라 쉽게 확산할 수 있다. 따라서, 가이드의 벽을 따라 발생되는 플라스마는 대향하는 가이드로 쉽게 확산하여, 비교적 균일한 플라스마를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라스마 발생기가 질량 분석 시스템과 관련하여 상술되었지만, 본 발명은 이것에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 오히려, 본 발명은 공간 전하 중화가 유익할 수 있는 빔선의 여러 부분 내에 이용될 수 있다. 예컨대, 저 에너지의 이온 주입 시스템의 감속 부분에서, 빔 수송은 종종 수송 효율을 위해 비교적 고 에너지에서 행해져, 공작물에 주입하기 전에 감속된다. 이와 같은 감속에 의해, 빔 퍼비언스(perveance)는 증가하고, 여기에서 공간 전하 중화는 빔 폭발(blow-up)을 방지하는데 유리할 수 있다. 본 발명의 플라스마 발생기는, 빔선을 따라 이 문맥(context) 또는 다른 영역에서 이용될 수 있고, 이와 같은 대안은 본 발명의 범주 내에서 고려된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 질량 분석기와 다른 영역, 예컨대, 빔 경로를 따른 드리프트(drift) 영역 내에 이용될 수 있다. 이와 같은 경우에, 플라스마 발생기는 도 9A의 것과 유사한 형식을 취할 수 있으며, 여기서는 자기장이 광학 목적 을 위해 제공되지 않는다. 이 영역에서, 멀티커스프 자기장은 대향극을 가진 다수의 자석을 이용하여 생성될 수 있다. 예컨대, 도 9A에 도시된 바와 같이, 제 1 자석(370)은 제 1 극 및 제 2 극을 가질 수 있는 반면에, 이웃하는 자석(374)은 역전되는 제 2 극 및 제 1 극을 갖는다. 도시된 바와 같이, 이와 같은 배치는, 결과적으로 다수의 멀티커스프 자기장(378)을 생성시킨다.
도 9A에서, 멀티커스프 자석은, 상술한 바와 같이 바이어스할 시에, 전기장(382)을 생성시키는 전극(380)과 인터레이스(interlace)되며, 여기서, 자기장 및 전기장(378,382)의 적어도 부분은 서로 수직이다. 자석에 의해 생성된 멀티커스프 자기장(378)이 자석으로부터 떨어진 거리에서 약화하거나 급속히 쇠퇴하므로, 자기장은 이온 빔 궤적에 영향을 주지 않는다.
도 9A의 예는, 상이한 평면에 있는 전극 및 자석으로 도시되지만, 이와 같은 것은 예시적이다. 선택적으로, 이런 자석 및 전극은 빔 경로와 관련된 벽을 따라 교번하는 형식으로 형성될 수 있다. 다른 선택적인 사항에서, 자석은 자신이 또한 전극일 수 있고, 도 9B에 관련하여 아래에 기술되는 바와 같이, 사용될 수 있다. 최종으로, 상기에 제공된 예는 수직 전기장과 함께 멀티커스프 자기장을 플라스마 발생만을 위해 제공하지만, 본 발명은 자기장 발생기를 위해 쌍극자 자기장과 함께 멀티커스프 자기장을 사용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 9B에서, 빔선의 구성 요소(390)는 멀티커스프 자석(392)을 전극으로서 이용하여, 이에 의해, 도시된 바와 같이, 자기장(394) 및 전기장(396)이 생성된다. 이 구조에서, 석영 덮개(398)는 자석/전극(392) 위에 위치하고, 다수의 구성 요소 는, 바라는 바대로, 유전체 재료 내에 매립된다. 이와 같은 배치는 플라스마를 발생시키는데 반드시 필요하지는 않지만, 이 배치는, 어떤 점에서, 빔 가이드 수명을 증진시켜, 빔 가이드 내의 오염을 감소시키는데 도움을 주므로, 유익하다.
도 10-13B에서, 질량 분석 시스템(400)이 도시되며, 여기서, 이 시스템은 리본 형상의 이온 빔을 질량 분석하기 위해 구성된다. 한 예에서, 리본 빔은 상술한 이온원과 같은 이온원으로부터 수신된다. 본 예의 질량 분석기(400)는, 300 mm의 반도체 웨이퍼에 대한 리본 빔을 질량 분석하도록 구성되어, 리본 빔은 약 400 mm의 폭을 가질 수 있고, 질량 분석기는 약 600 mm의 폭을 가질 수 있다.
본 예의 질량 분석기(400)는 한 쌍의 코일(402)을 포함하는데, 여기서, 제 1 코일(또는 상부 코일(402a))은 제 2 코일(또는 하부 코일)(402b) 위에 위치하며, 빔 경로(404)는 그 사이에 배치되어, 제각기 그것을 통해 입구단(403a)에서 출구단(403b)으로 연잔한다. 각 코일(402)은, 폭 방향(406)으로, 리본 빔까지, 바람직하게는, 리본 빔의 폭보다 더 멀리 연장한다. 도 11 및 13A-13B에서, 각 코일(402)은 아치형의 요크(408)를 포함할 수 있으며, 이 아치형의 형상의 요크(408)는, 그 주변에서, 예컨대, 이 요크의 아치형의 형상을 따라 길이 방향으로 감겨지고, 일반적으로 빔 경로(404)에 평행한 하나 이상의 도체를 갖는다. 코일(402)을 통해 전류가 흐를 시에, (일반적으로 아치형 빔 경로(404)와 일치하는) 리본 빔의 전달 방향과 수직인 방향으로 코일 간의 갭(412) 내에, 쌍극자 자기장(410)이 생성된다.
도 10 및 11에서, 횡 방향으로 연장하는 코일(402)은, 질량 분석기(400)의 다수의 횡 방향 대향측(414)을 형성한다. 아치형으로 연장하는 전기 절연 측벽 (420)은 다수의 대향측(414a) 중 하나 상에 배치되고, 코일(402 및 402b) 사이에 위치된다. 측벽(420) 상에는, 아치형으로 연장하는 도전 세그먼트(422a 및 422b)가 배치된다. 세그먼트(422)의 자체가 도전적이지만, 세그먼트는 서로 전기적으로 절연된다. 각 세그먼트(422) 상에는, 다수의 전극(424a, 424b)이 아치형 경로를 따라 길이 방향으로 연장하며, 여기서, 전극(424)은 그를 따라 결합된다. 전극(424)이 각각의 세그먼트(422)를 통해 서로 전기적으로 접속되는 다수의 개별 요소로서 도시되지만, 각 전극(424)은 아치형으로 연장하는 단일의 도전 요소뿐만 아니라 다른 구조도 포함할 수 있으며, 이와 같은 선택적인 사항은 본 발명의 범주 내에서 고려된다.
전극(424a 및 424b)은 RF 전원과 같은 (도시되지 않은) 전원에 결합됨으로써, 바이어스할 시에, 전기장이 일반적으로 빔 경로(404)에 수직인 방향으로 전극(424a 및 424b) 사이에 형성한다. 한 예에서, 전극(424)은, (전기장에 수직인) 갭(412) 내의 쌍극자 자기장(410)과 관련하여 사용되어, 마그네트론 구조와 유사한 전자 트랩 영역을 생성시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 이동하는 전자는 그의 이온화를 위한 가스(크세논과 같은 입력원 가스 또는 잔류원 가스)와 충돌하여, 플라스마를 발생시킨다.
본 발명의 다른 양태에서, 전극(424)은 또한 자석이며(도 11 참조), 여기서, 각 자석(424)은 그와 관련된 북극 및 남극을 갖는다. 예컨대, 확장된 영역(423) 내의 제 1 세그먼트(422a)에서, 자석은, 각 자석의 북극이 다른 도전 세그먼트(422b) 상의 자석(424b)을 향해 내부로 직면하고, 다른 자석(424b)로부터 떨어져 외부로 직면하는 남극을 갖도록 정렬된 극을 갖는다. 또한, 제 2 세그먼트(422b)에서, 마찬가지로, 자석은 정렬된 극을 갖지만, 각 자석(424b)의 북극은 제 1 도전 세그먼트(422a) 상의 자석(424a)을 향해 내부로 직면하고, 자석(424a)로부터 떨어져 외부로 직면하는 남극을 갖는다. 이와 같은 구성에 의하면, 자석은, 빔 경로(404)를 향해 아치형 통로로 연장하는 멀티커스프 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 멀티커스프 자석으로서 작용한다. 한 구성이 도 11에 도시되지만, 자석 극 방위는 선택적으로 역전될 수 있으며, 여기서, 남극은 내부로 직면하고, 북극은 외부로 직면하며, 이와 같은 변동은 본 발명에 의해 고려되는 것으로 이해되어야 한다.
자석(424)에 의해 생성된 멀티커스프 자기장은, 전극(424)에 의해 생성된 전기장에 수직인 부분을 갖는다. 자석으로서 전극을 사용하고, 자기장 생성기로서 멀티커스프 자기장을 사용함으로써, 멀티커스프 자기장은, 기술되는 바와 같이, 자기 쌍극자장(410)의 질량 분석 기능에 충격을 주지 않고 이온화 효율을 최대화시키도록 생성될 수 있다. 게다가, 자석(전기장 생성기 및 자기장 생성기의 양방에 대해 유사한 구조)으로서 전극을 사용함으로써, 설계가 간소화될 수 있다.
질량 분석기(400) 내에 발생되는 플라스마는, 쌍극자장(410)과 관련된 자기장선과 같은 자기장선을 따라 쉽게 흐를 수 있으며, 이 자기장선은, 도 11에서, 페이지(page)내로 지향되고, 리본 빔에 수직이다. 따라서, 발생된 플라스마는, 비교적 균일한 방식으로 아치형 통로를 따라 형성되어, 리본 빔의 폭에 걸쳐 실질적으로 균일한 플라스마를 제공하도록 쌍극자장선을 따라 빔 가이드의 폭(406)에 걸쳐 쉽게 확산할 수 있다. 따라서, 리본 빔의 공간 전하 중화는 이점으로 그의 폭에 걸 쳐 균일하게 일어날 수 있다.
도 10 및 12에서, 제 1 측벽(414a)으로부터의 빔 가이드(400)의 대향측 상에는, 전기 절연된 제 2 측벽(414b)이 제 1 및 2 코일(402a, 402b) 사이로 연장한다. 제 2 측벽(414b)은 아치형으로 연장하는 세그먼트(430)를 포함하며, 이 세그먼트(430)는 그를 따라 배치된 다수의 자석(432)을 갖는다. 자석(432)은, 자석이 제 1 측벽(420) 상에서 세그먼트(422)의 자석(424)에 대해 대략 90도만큼 회전되는 구성으로 세그먼트(430)를 따라 배치된다. 게다가, 도 12에 도시된 바와 같이, 자석(432)은 한 자석의 북극이 이웃하는 자석의 남극 다음으로 지향되도록 배치된다. 제 2 세트의 자석(432)을 자석(424)에 대해 회전함으로써, 이점으로, 대향측상에서 멀티커스프 자기장의 위상이 변경된다. 플라스마가, 자석(432)에 의해 형성된 멀티커스프 자기장을 향해 쌍극자장선(410)을 따라 리본 빔에 걸쳐 확산할 시에, 대향측 간의 위상 변동에 의해, 데드 존(dead zone)이 형성하지 못하게 되거나 실질적으로 완화되며, 여기서, 플라스마 불균일성이 일어날 수 있다. 따라서, 도 10-13B의 본 발명의 구성은, 이점으로, 리본 형상의 이온 빔의 공간 전하 중화를 위해 빔 가이드(400)에 균일한 플라스마를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 도 14에 도시된 바와 같이, 이온 주입 시스템에서 플라스마를 발생시키는 방법이 제공되며, 참조 번호(500)로 표시된다. 방법(500)이 일련의 동작 또는 이벤트(event)로서 아래에 도시되고 기술되지만, 본 발명은 이와 같은 동작 또는 이벤트의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다. 예컨대, 어떤 동작은, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 도시되고 기술된 것과는 별 도로, 상이한 순서로 및/또는 다른 동작 또는 이벤트와 동시에 일어날 수 있다. 게다가, 설명된 모든 단계가 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 필요하지 않을 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법은, 여기에 도시되고 기술된 구조체의 형성 및/또는 처리와 관련할 뿐만 아니라 설명되지 않은 다른 구조체와도 관련하여 구현될 수 있다.
방법(500)은, 빔선을 따른 영역 내에 자기장을 생성시키는 (502)에서 개시하고 나서, (504)에서 영역 내의 자기장에 수직인 전기장을 생성시킨다. 이 방법은, 영역에 가스를 제공하는 (506)에서 종료하며, 여기서, 수직한 자기장 및 전기장으로 인해 영역 내에 트랩된 전자는 가스와 충돌하여, 결과적으로 영역 내에서 가스를 이온화시키고 플라스마를 발생시킨다.
소정의 형식의 자기장 생성 시스템 및 전기장 생성 시스템을 이용하여, 본 발명의 (502) 및 (504)에서 자기장 및 전기장을 생성시킬 수 있다. 예컨대, 빔선의 영역은 질량 분석기를 포함할 수 있다. 이와 같은 예에서, 자기장 생성기는, 쌍극자장을 생성시키는데 이용되는 질량 분석 자석을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상술한 바와 같이, 멀티커스프 자기장을 생성시키기 위해 구성된 다수의 멀티커스프 자석을 이용하여 자기장을 생성시킬 수 있다. 마찬가지로, 소정의 형식의 전기장 생성기는 전기장을 생성시키기 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 전극은 이것에 결합되는 전원과 함께 이용되어, 전극을 바이어스시켜, 그 사이에 전기장을 생성시킬 수 있다. 또한, 자석은 또한 동일한 구조체가 제각기 자기장 생성기 및 전기장 생성기로서 이용되는 전극일 수 있다.
빔선을 따른 영역은 질량 분석기, 또는 질량 분석기의 하류에 위치된 드리프트(drift) 영역을 포함할 수 있다. 최종으로, 이 영역 내에 제공된 가스는 잔류원 가스일 수 있거나, (도시되지 않은) 포트를 통해 영역에 임의적으로 입력될 수 있다. 바람직하게는, 사용된 가스는 쉽게 이온화되어, 고 이온화 효율, 예컨대, 크세논을 산출할 수 있다. 그러나, 다른 가스가 사용될 수 있고, 이와 같은 선택적인 사항은 본 발명의 범주 내에서 고려된다.
본 발명이 어떤 양태 및 구성에 대해 도시되고 상술되었지만, 등가의 변경 및 수정이 본 명세서 및 첨부한 도면의 판독 및 이해로부터 본 기술 분야의 다른 숙련자에게 행해질 수 있음을 알 수 있다. 특히, 상술한 구성 요소(조립체, 장치, 회로, 시스템 등)에 의해 실행된 여러 기능에 대해, 이와 같은 구성 요소를 기술하는데 이용된 ("수단"에 대한 참조를 포함하는) 용어는, 달리 지시되지 않으며, 여기에 도시된 본 발명의 예시적인 구성에서의 기능을 실행하는 개시된 구조체와 구조적으로 등가가 아닐지라도, 기술된 구성 요소의 특정 기능(즉, 기능적으로 등가임)을 실행하는 임의의 구성 요소에 대응한다. 게다가, 수개의 구성 중 하나만에 대해 본 발명의 특정의 특징이 개시되었지만, 이와 같은 특징은 어느 소정 또는 특정 응용에 바람직하고 유리한 대로 다른 구성의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다. 더욱이, 용어, "포함하는", "포함한다", "가진", "갖는다", "갖는" 또는 그의 변형은 상세한 설명 및 청구범위 내에 이용되는 범위까지, 이들 용어는 용어 "구비하는"과 유사한 방식으로 포함된다. 또한, 여기서 이용된 바와 같은 용어 "예 시적인"는 가장 좋은 실행이기보다는 단지 예를 의미한다.

Claims (47)

  1. 이온 빔의 공간 전하 중화를 위한 플라스마 발생기로서,
    이온 빔을 생성시켜, 빔선 경로를 따라 이온 빔을 지향시키도록 동작할 수 있는 이온 주입 시스템,
    상기 빔선 경로의 일부에서 전기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 전기장 생성 시스템으로서, 상기 전기장은 제 1 방향으로 지향되는 일부를 갖는 전기장 생성 시스템,
    상기 빔선 경로의 일부에서 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 자기장 생성 시스템으로서, 상기 자기장은 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 지향되는 일부를 갖는 자기장 생성 시스템 및,
    상기 전기장 및 상기 자기장이 차지하는 영역 내에 가스를 도입하도록 동작할 수 있는 가스원을 포함하는데, 상기 영역 내의 전자는 상기 전기장 및 상기 자기장으로 인해 이동하며, 상기 전자의 적어도 일부는 상기 가스의 일부를 이온화시킬 영역 내의 가스와 충돌하여, 상기 빔선 경로의 부분과 관련된 영역 내에 플라스마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기장 생성 시스템은 RF 전원에 결합된 하나 이상의 쌍의 전극을 포함하여, 상기 영역 내의 전극 사이에 교번하는 전기장을 생성시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 쌍의 전극은 서로 맞물린 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 쌍의 전극의 각각은 대향측, 상부면 및 하부면을 가지며, 상기 하나 이상의 쌍의 전극의 대향측 및 하부면은 유전체 재료에 의해 둘러싸이고, 상기 전극 간의 교번하는 전기장은 상기 상부면으로부터 연장하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 쌍의 전극의 상부면의 위에 위치한 석영층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔선 경로의 부분은 질량 분석 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 질량 분석 시스템은 한 쌍의 코일 사이에 배치된 빔선 경로를 가진 한 쌍의 코일을 더 포함하는데, 상기 코일은 그를 통해 전류가 흐를 시에 리본 이온 빔의 전달 방향에 실질적으로 수직으로 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있고, 상기 쌍의 코일은 자기장 생성 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기장 생성 시스템은 한 쌍의 바이어스된 전극을 포함하여, 그 사이에 전기장을 생성시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기장 생성 시스템은 상기 쌍의 바이어스된 전극에 결합된 RF원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 쌍의 코일은 상기 리본 이온 빔의 폭 방향으로 연장하여, 상기 코일의 어느 한 단부 상에 상기 질량 분석 시스템의 제 1 및 2 대향측 부분을 형성하며, 상기 쌍의 전극은 상기 제 1 측 부분 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 쌍의 바이어스된 전극의 각각은 일반적으로 상기 질량 분석 시스템의 등고선(contour)에 후행하는 아치형 도전 세그먼트 및, 아치형 도전 부재를 따라 전기적으로 결합되고, 연관되는 다수의 도전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 도전 부재는 자석을 더 포함하며, 상기 자석의 각각은 제 1 단부와 관련된 북극 및, 제 2 단부와 관련된 남극을 갖는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 도전 세그먼트의 한 도전 세그먼트 상의 자석은 북극 및 남극이 제 1 방위로 배치되도록 배치되며, 자석의 북극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 남극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하며, 다른 도전 세그먼트 상의 자석은 제 2 방위로 배치되며, 자석의 북극은 한 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 남극은 한 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 도전 세그먼트의 한 도전 세그먼트 상의 자석은 북극 및 남극이 제 1 방위로 배치되도록 배치되며, 자석의 남극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 북극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하며, 다른 도전 세그먼트 상의 자석은 제 2 방위로 배치되며, 자석의 남극은 한 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 북극은 한 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 자석은 상기 질량 분석 시스템의 제 1 측 부분을 따라 멀티커스프 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있고, 상기 멀티커스프 자기장은 전기장과 상호 작용하여 거기에 국소 영역 내에 전자를 이동시키도록 동작할 수 있으며, 이동하는 전자의 적어도 일부는 가스를 이온화시켜, 플라스마를 발생시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 측 부분 상의 상기 아치형 도전 세그먼트에 대향하는 상기 질량 분석 시스템의 제 2 측 부분 상의 빔선 경로를 따라 연장하는 다수의 자석을 더 포함하는데, 상기 자석의 각각은 그와 관련된 북극 및 남극을 가지며, 상기 다수의 자석은 상기 아치형 도전 세그먼트 상의 자석에 대해 90 도로 지향되어, 상기 질량 분석 시스템의 상기 제 2 측 부분을 따라 멀티커스프 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔선 경로의 부분은 질량 분석 시스템의 하류의 드리프트 영역을 포함하고, 상기 빔선 경로의 부분의 플라스마는 그를 통과하는 이온 빔에 공간 전하 중화를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템은 리본 이온 빔을 생성시키도록 동작 가능한 이온원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템은 리본형 이온 빔을 생성시키기 위해 빔을 스캔하도록 동작 가능한 스캔 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생기.
  20. 이온 주입 시스템에 있어서,
    이온 빔을 생성시키도록 동작 가능한 이온원,
    상기 이온 빔을 수신하여, 바람직한 전하 대 질량비를 가진 빔 내의 이온을 소정의 경로를 따라 편향시키도록 동작 가능한 질량 분석 시스템으로서, 상기 이온 빔과 관련된 공간 전하의 중화를 위해 플라스마를 발생시키도록 동작할 수 있는 플라스마 발생기를 더 포함하는 질량 분석 시스템 및,
    상기 이온 빔을 통해 주입을 위해 공작물을 지지하도록 동작 가능한 상기 질량 분석 시스템의 하류의 종단국을 구비하는데,
    상기 플라스마 발생기는,
    제 1 방향으로 지향되는 일부를 가진 전기장을 상기 질량 분석 시스템 내에 생성시키도록 동작할 수 있는 전기장 생성 시스템 및,
    상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 지향되는 일부를 가진 자기장을 상기 질량 분석 시스템 내에 생성시키도록 동작할 수 있는 자기장 생성 시스템을 포함하며, 전자는 전기장 및 자기장으로 인해 이동하고, 상기 전자의 적어도 일부는 내부에서 잔류 가스와 충돌하여 상기 가스의 일부를 이온화시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전기장 생성 시스템 및 자기장 생성 시스템은 한 영역 내에서 각각의 전기장 및 자기장을 생성하도록 동작 가능하고, 상기 전기장 생성 시스템은 RF 전원에 결합된 하나 이상의 쌍의 전극을 포함하여, 상기 영역 내의 전극 사이에 교번하는 전기장을 생성시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 쌍의 전극은 서로 맞물린 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 쌍의 전극의 각각은 대향측, 상부면 및 하부면을 가지며, 상기 하나 이상의 쌍의 전극의 대향측 및 하부면은 유전체 재료에 의해 둘러싸이고, 상기 전극 간의 교번하는 전기장은 상기 상부면으로부터 연장하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 쌍의 전극의 상부면의 위에 위치한 석영층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 이온 빔은 리본 형상의 이온 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 질량 분석 시스템은 한 쌍의 코일 사이에 배치된 빔선 경로를 가진 한 쌍의 코일을 더 포함하고, 상기 코일은 그를 통해 전류가 흐를 시에 리본 이온 빔의 전달 방향에 실질적으로 수직으로 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 쌍의 코일은 자기장 생성 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 전기장 생성 시스템은 한 쌍의 바이어스된 전극을 포함하여, 그 사이에 전기장을 생성시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 전기장 생성 시스템은 상기 쌍의 바이어스된 전극에 결합된 RF원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 쌍의 코일은 상기 리본 이온 빔의 폭 방향으로 연장하여, 상기 코일의 어느 한 단부 상에 상기 질량 분석 시스템의 제 1 및 2 대향측 부분을 형성하며, 상기 쌍의 전극은 상기 제 1 측 부분 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 쌍의 바이어스된 전극의 각각은 일반적으로 상기 질량 분석 시스템의 등고선에 후행하는 아치형 도전 세그먼트 및, 아치형 도전 부재를 따라 전기적으로 결합되고, 연관되는 다수의 도전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 전기장 생성 시스템은 상기 아치형 도전 부재에 결합되어, 제각기 한 아치형 도전 세그먼트 상에 위치하는 도전 부재와, 다른 아치형 도전 세그먼트 상에 위치하는 도전 부재 사이에 RF 전기장을 생성시키는 RF원을 더 포함하고, 상기 RF 전기장의 방향은 일반적으로 상기 빔선 경로 내의 자기장에 수직인 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 다수의 도전 부재는 자석을 더 포함하며, 상기 자석의 각각은 제 1 단부와 관련된 북극 및, 제 2 단부와 관련된 남극을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 도전 세그먼트의 한 도전 세그먼트 상의 자석은 북극 및 남극이 제 1 방위로 배치되도록 배치되며, 자석의 북극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 남극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하며, 다른 도전 세그먼트 상의 자석은 제 2 방위로 배치되며, 자석의 북극은 한 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 남극은 한 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 도전 세그먼트의 한 도전 세그먼트 상의 자석은 북극 및 남극이 제 1 방위로 배치되도록 배치되며, 자석의 남극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 북극은 다른 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하며, 다른 도전 세그먼트 상의 자석은 제 2 방위로 배치되며, 자석의 남극은 한 도전 세그먼트 상의 자석을 향해 내부로 직면하고, 북극은 한 도전 세그먼트 상의 자석으로부터 멀리 외부로 직면하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 자석은 상기 질량 분석 시스템의 제 1 측 부분을 따라 멀티커스프 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있고, 상기 멀티커스프 자기장은 전기장과 상호 작용하여 거기에 국소 영역 내에 전자를 이동시키도록 동작할 수 있으며, 이동하는 전자의 적어도 일부는 가스를 이온화시켜, 플라스마를 발생시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 1 측 부분 상의 상기 아치형 도전 세그먼트에 대향하는 상기 질량 분석 시스템의 제 2 측 부분 상의 빔선 경로를 따라 연장하는 다수의 자석을 더 포함하는데, 상기 자석의 각각은 그와 관련된 북극 및 남극을 가지며, 상기 다수의 자석은 상기 아치형 도전 세그먼트 상의 자석에 대해 90 도로 지향되어, 상기 질량 분석 시스템의 상기 제 2 측 부분을 따라 멀티커스프 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  38. 이온 주입 시스템에 플라스마를 발생시키는 방법에 있어서,
    전기장 및, 영역 내에 전자를 이동시키도록 상기 영역 내의 전기장의 일부에 수직인 부분을 가진 자기장을 생성시키는 단계 및,
    상기 영역 내에 가스를 제공하는 단계를 포함하는데, 이동하는 전자의 적어도 일부는 가스를 이온화하기 위해 가스의 부분과 충돌하여, 상기 영역 내에 플라스마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    일반적으로 수직인 전기장 및 자기장을 생성시키는 단계는,
    상기 이온 주입 시스템 내의 이온 빔의 전달 방향에 수직으로 지향되는 자기장을 가진 질량 분석 가이드 내에 한 쌍의 전극을 배치하는 단계 및,
    상기 쌍의 전극을 바이어스시켜, 그 사이에 전기장을 생성시키는 단계를 포함하는데, 상기 쌍의 전극은 생성된 전기장의 방향이 질량 분석 시스템 내의 자기장에 일반적으로 수직이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    일반적으로 수직인 전기장 및 자기장을 생성시키는 단계는,
    2개의 도전적인 전기 절연 세그먼트를 따라 다수의 도전 자석 부재를 구성하는 단계로서, 상기 도전 자석 부재의 각각은 그와 관련된 북극 및 남극을 가지며, 상기 자석 부재는 그 사이에 멀티커스프 자기장을 생성시키도록 동작할 수 있는 상기 단계 및,
    한 세그먼트 상에 다수의 도전 자기 부재를 바이어스시키고, 다른 세그먼트 상에 다수의 도전 부재를 바이어스시켜, 그 사이에 전기장을 생성시키는 단계를상기 쌍의 전극을 바이어스시켜, 그 사이에 전기장을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 플라스마는 상기 이온 주입 시스템 내의 질량 분석 시스템 내에서 발생되고, 상기 질량 분석 시스템은 아치형 통로를 따라 연장하는 제 1 및 2 대향측을 가진 아치형 통로를 포함하며, 상기 2개의 도전적인 전기 절연 세그먼트는 서로 떨어진 제 1 측 부분을 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    한 도전 세그먼트와 관련된 상기 도전 자기 부재는 상기 아치형 통로를 따라 연장하도록 구성되며, 각 부재의 남극은 상기 아치형 통로의 중심부로부터 떨어져 외부로 직면하고, 각 부재의 북극은 상기 아치형 통로의 중심부를 향해 내부로 직면하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    다른 도전 세그먼트와 관련된 상기 도전 자기 부재는 상기 아치형 통로를 따라 연장하도록 구성되며, 각 부재의 남극은 상기 아치형 통로의 중심부로부터 떨어져 외부로 직면하고, 각 부재의 북극은 상기 아치형 통로의 중심부를 향해 내부로 직면하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  44. 제 38 항에 있어서,
    상기 전기장을 생성시키는 단계는,
    상기 이온 주입 시스템의 빔선 경로를 따라 한 쌍의 서로 맞물린 전극을 구성하는 단계 및,
    상기 쌍의 서로 맞물린 전극을 바이어스시켜, 그 사이에 전기장을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 쌍의 서로 맞물린 전극은 질량 분석 시스템 내에 위치되고, 상기 서로 맞물린 전극은 질량 분석 시스템을 통해 관통하는 이온 빔을 편향시키는데 이용되는 상기 질량 분석 시스템 내에서 자기장에 일반적으로 수직인 방위를 가진 전기장을 생성시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 질량 분석 시스템은 제 1 및 2 대향측을 가진 아치형 통로를 포함하고, 상기 서로 맞물린 전극은 상기 제 1 및 2 대향측 중 하나 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
  47. 제 38 항에 있어서,
    가스를 제공하는 단계는 상기 영역 내의 소정의 잔류 가스를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 방법.
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