KR101126324B1 - 빔 공간전하 중화장치 및 이를 구비한 이온주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온빔을 웨이퍼에 조사하여 처리를 수행하는 이온빔 처리장치에 구비된 각도에너지 필터에 적용되는 빔 공간전하 중화장치에 관한 것이다. 이 빔 공간전하 중화장치는 각도에너지 필터의 빔 가이드 챔버에 설치된 플라즈마 샤워를 포함한다. 플라즈마 샤워는 플라즈마용 열전자를 생성하는 필라멘트를 구비한 아크챔버를 포함한다. 아크챔버는 열전자를 인출하기 위한 인출홀을 구비한다. 플라즈마 샤워는, 인출홀이 자장의 이온빔 진행방향에 수직인 자장의 자력선상에 위치하며, 필라멘트의 중심축과 상기 인출홀의 중심축이 자장의 이온빔 진행방향에 수직인 자력선과 일치하도록 설치된다.

플라즈마, 이온빔, 공간전하, 중화장치

Description

빔 공간전하 중화장치 및 이를 구비한 이온주입장치{Beam space-charge compensation device and ion implantation system having the same}

도 1은 배치식 이온주입장치에 사용되는 종래의 플라즈마 샤워의 모식도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명이 적용된 이온주입장치의 개략 구성을 각각 표시하는 평면도와 측면도.

도 3은 본 발명이 적용된 이온주입장치에서 각도에너지 필터의 구조와 그 주변 구조를 나타내는 종단면도.

도 4는 도 3에 표시된 각도에너지 필터의 내부 구조를 확대하여 나타내는 종단면도.

도 5는 도 3에 표시된 각도에너지 필터의 동작을 설명하기 위해 각도에너지 필터의 구조를 모식적으로 나타내는 도면.

도 6a 및 도 6b는 도 3에 표시된 각도에너지 필터의 내부 구성요소들이 함께 일체화 되어, 각도에너지 필터의 챔버에 대하여 착탈가능한 구조를 설명하는 도면.

도 7은 도 6a 및 도 6b에 표시된 각도에너지 필터의 내부 구성요소를 빔 가이드 챔버에 대하여 착탈가능하도록 하는 유닛 구조를 설명하기 위한 도면.

도 8은 본 발명이 도 3에 표시된 각도에너지 필터에 적용된 제1 실시예를 모식적으로 나타내는 횡단면도.

도 9는 도 8에 표시된 실시예와는 다른 본 발명의 제2 실시예를 모식적으로 나타내는 횡단면도.

도 10은 도 9에 표시된 실시예와는 다른 본 발명의 제3 실시예를 모식적으로 나타내는 횡단면도.

도 11은 본 발명의 제4 실시예의 플라즈마 샤워 근방만을 모식적으로 나타내는 횡단면도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 10´: 플라즈마 샤워 10-1, 10-2, 10-4 : 아크챔버

10-3 : 필라멘트 10-5 : 인출홀

10-9 : 제2 인출홀 17 : 각도에너지 필터(AEF)

20 : 영구자석 22 : 편향자석

23 : 빔 가이드 챔버 (AEF 챔버) 24-1, 24-2 : 편향전극

31-1, 31-2 :서프레션 전극 32-1 내지 32-4 : 그라운드 전극

본 발명은, 전장(電場)과 자장(磁場) 중 적어도 일방에 의해 이온빔을 편향시키는 각도에너지 필터를 가진 이온주입장치 및 그것에 적용하기에 적합한 빔 공간전하 중화장치에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 제조공정에 있어서, 이온주입장치는 표면의 미세한 영역에 고 정밀도로 불순물을 주입하는 것이 가능하기 때문에, 널리 사용되고 있다. 이온주입장치에서는 전하를 가진 이온을 처리 대상인 웨이퍼에 주입하므로, 웨이퍼에 전하의 축적(대전현상; charge-up)이 문제로 된다. 나아가, 빔 라인 내에 생성된 공간전하에 의한 이온빔의 발산도 문제가 된다.

주입되는 이온은 통상적으로 양의 전하를 가지고 있으므로, 대전현상의 완화, 이온빔 발산의 억제를 위해 음의 전하(전자)를 공급하는 것이 행해진다. 예로서는, 이온이 빔 라인의 벽에 충돌하는 것에 의해 발생하는 전자를 적극적으로 공급하는 방법이나, 웨이퍼 근방에서 전자총을 사용해서 2차 전자를 발생시켜서 공급하는 방법 등이 있다. 그 중에서, 플라즈마 샤워(plasma shower)(또는, 플라즈마 플러드 건(plasma flood gun))는 비교적 저에너지의 전자를 공급할 수 있는 방법으로서 널리 사용되고 있다.

배치(batch)식의 이온주입장치에서는, 직선왕복운동이 가능한 회전 디스크 상에 웨이퍼를 설치함으로써, 웨이퍼 전면(全面)으로의 이온주입을 가능하게 하고 있다. 이 때에, 이온빔 궤적은 빔 라인에 대하여 고정되어 있고, 플라즈마 샤워는 이온빔의 궤적 근방에 설치되어 이온빔의 포텐셜에 의해 플라즈마 샤워로부터 전자가 인출된다.

여기에서, 일예로서, 도 1은, 대전현상 완화를 위해 배치식 이온주입장치에서 사용되는 종래의 플라즈마 샤워의 모식도이다.

도 1에 있어서, 아크챔버(215)에 플라즈마 형성용 가스(216)를 도입하고, 필라멘트(217)를 전원(218)에 의해서 가열해서, 아크챔버(215)와의 사이에 아크전압(219)을 인가하는 것에 의해서 플라즈마가 형성된다. 아크챔버(215)의 근방에 이온빔(228)이 위치하도록 설정하면, 이온빔(228)에 의해 생성된 포텐셜에 의해 전자가 인출되고, 이온빔(228)에 의한 대전현상이 억제된다. 여기서 이온빔(228)은 도 1의 종이 앞면으로부터 종이 뒷면 쪽으로 진행하는 것으로 가정된다. 샤워 튜브(237)를 배치하고, 여기에 전위(238)를 인가함으로써, 아크챔버(215)로부터 이온빔(228)으로의 전자의 공급을 촉진시키는 것도 가능하게 된다.

한편, 이온빔 자체를 직선적으로 왕복운동시킴으로써 스캔하는 편향주사기구를 가지는 이온주입장치에서는, 이온빔과 플라즈마 샤워 사이의 상대적 위치가 항상 변화하게 되어, 안정한 전자의 공급이 어려워지게 된다. 이 때문에, 플라즈마 샤워로부터 인출되는 전자를 스캔되는 이온빔에 공급하기 위해 다양한 방법이 고려되고 있다.

예로서, 이온빔의 전하중화장치에 있어서, 광범위의 이온빔에 대해서 전자공급을 촉진하기 위해, 이온빔의 스캔영역에 자장을 인가하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 공개특허공보 평09-147785호). 이 방법에 있어서, 플라즈마 아크챔버를 빔 스캔 영역의 중앙에 빔과 직교하도록 취부되며, 중심으로부터 빔 스캔영역 전체로 확장하는 자장을 코일에 의해 인가하고 있다.

그러나, 1개소로부터 인출한 전자를 자장에 의해 이온빔의 스캔영역으로 확장하는 방법에서는, 이온빔 라인중에 누설 자장이 존재하기 때문에, 이온빔이 굴절되어, 이온빔의 분포나 주입각도에 악영향을 미친다.

또한, 종래의 플라즈마 샤워에서는, 이하와 같은 방법이 채용되고 있다.

(a) 전자는 자장에 감기도록 운동하므로, 플라즈마 샤워 주위에 전자의 인출이나 이온빔으로의 공급을 방해나 전자의 인출을 방해하는 자장이 있는 경우는, 그 자장이 작아지도록 전기 쉴드를 설치한다.

(b) 자장발생수단을 설치함으로써, 아크챔버 내에서 플라즈마 생성효율이나 아크챔버로부터의 전자인출효율을 상승하도록 하는 자장을 발생시킨다.

(c) 이온빔 라인에 또 자장발생수단을 설치하고, 이온빔 라인 중에 인출된 전자를 효율 좋게 폐입하는 자장을 발생시킨다.

또한, 이온주입장치에 있어서는, 상술한 편향주사장치의 하류측에 각도에너지 필터(이후 간략하게 "AEF(Angular Energy Filter)"라 함)라 불리우는 편향수단이 구비되는 것이 보통이다. 후술되는 바와 같이, AEF는 AEF 챔버를 가지며, 이 AEF 챔버 내에서는, 이온빔을 굴절시키기 위한 강한 전장 또는 자장(이후, "AEF 자장"이라 함)이 생성된다.

여기에서, AEF 자장의 존재 하에서 플라즈마를 생성하기 위하여 플라즈마 샤워를 AEF 챔버 내에 설치하는 것을 고려한 경우, 상기 (a)와 같이 AEF 자장을 타쇄시키는 기구를 구비할 필요가 있다. 혹은 또한 상기 (b), (c)와 같이 플라즈마 샤워에 유효한 자장을 발생시키는 기구를 구비할 필요가 있다. 그러나, 어느 경우에 있어서도, 새로운 기구를 설치하는 것은, 이온주입장치의 복잡화, AEF 자장의 교란 등의 염려가 있어, 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명은, 플라즈마 샤워에 의한 플라즈마의 생성, 인출, 폐입의 강화에 AEF 자장을 적극적으로 이용함으로써, 특별한 자장발생수단이나 자장차폐수단을 사용함 없이 빔 공간전하 중화를 효율 좋게 행할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 구체적인 과제는, 이온빔 공간전하를 중화해서 이온빔의 발산을 억제하고, 빔 운송효율을 향상시켜서 빔 전류를 증대시키는 것이 가능하도록 한 빔 공간전하 중화장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또, 상기 빔 공간전하 중화장치를 구비하는 이온주입장치를 제공하는 것이다.

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본 발명에 따른 빔 공간전하 중화장치는, 이온빔을 웨이퍼에 조사함으로써 처리를 수행하는 이온빔 처리장치에서 빔 경로의 도중에 설치되어, 전장, 자장중의 적어도 자장에 의해서 이온빔으로부터 필요한 에너지종의 이온 만을 선택하는 각도에너지 필터(이하, AEF라고 한다)에 있어서, AEF 챔버 내에 빔 공간전하 중화용 플라즈마 샤워를 설치하고, 상기 플라즈마 샤워는 그 아크챔버 인출홀의 위치가 이온빔 진행방향에 직교하는 AEF 자장의 자력선상에 있고, 게다가 그 필라멘트 및 아크챔버 인출홀의 축방향을 AEF 자장의 방향과 일치시키도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는, 이온빔을 사이에 두었던 AEF 챔버의 양측에 상기 플라즈마 샤워를 설치하여도 좋다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 AEF 챔버를 플라즈마 샤워실로 겸용하도록 하여도 좋다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 AEF 챔버에 있어서 빔 라인의 상하좌우의 내벽에 플라즈마 폐입용의 콘파인먼트 자장을 형성하기 위한 복수의 자석을 설치하도록 하여도 좋다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 AEF 챔버에 있어서 빔 라인의 좌우 내벽의 콘파인먼트 자장은, AEF에 의한 빔의 굴곡에 대응하도록 빔 라인에 따라서 복수의 자석을 설치한 것에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 AEF 챔버에 있어서 빔 라인의 상하 내벽의 콘파인먼트 자장은, 빔 라인의 상하 내벽의 좌우방향에 따라서 복수의 자석을 설치한 것에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 플라즈마 샤워를 AEF 자장에 의한 이온빔의 굴곡점 부근에 대응한 개소에 설치하는 것이 바람직하다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 AEF 자장이 존재하는 AEF 챔버 내부에서 플라즈마가 생성되는 것이 바람직하다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는, 상기 AEF는 자장 또는 전장에 의해서 이온빔으로부터 필요한 에너지종의 이온만을 선택하여도 좋고，이 경우, 전장 생성을 위해 이온빔에 관해서 상측 및 하측에 배치된 한쌍의 편향전극 및 이온빔에 관해서 상류측 및 하류측에 배치된 서프레션 전극 및 그라운드 전극을 구비한다. 그리고, 상기 플라즈마 샤워는 상기 한쌍의 편향전극의 사이와, 상류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극과 하류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극과의 사이에서 규정된 개소에 설치되고, 자장에 의한 AEF의 사용시에, 상기 아크챔버와 상기 편향전극 및 서프레션 전극과의 사이에 아크전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 AEF 챔버 내부의 플라즈마 생성영역을, 상기 플라즈마 샤워의 상류측 및 하류측에 배치된 필요 최소한의 개구를 갖는 그라운드 전극으로 구분하는 것에 의해 구성하여도 좋다.
본 빔 공간전하 중화장치에 있어서는 또, 상기 플라즈마 샤워, 상기 한쌍의 편향전극, 상류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극, 하류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극을 일체적으로 상기 AEF 챔버에 대해서 착탈자재한 구조로 하여도 좋다.
본 발명에 따르면 또, 어느 하나에 의한 빔 공간전하 중화장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치가 제공된다.
우선, 도 2a 및 도 2b를 참조해서, 본 발명에 따른 빔 공간전하 중화장치의 적용예에 대해 설명한다. 본 적용예는, 본 발명을 하전 입자 빔에 의한 빔 처리장치 중, 특히 매엽식 이온주입장치에 적용한 예이다. 도 2a는 매엽식 이온주입장치의 개략 구성을 평면도로 표시하고, 도 2b는 도 2a의 측면도이다.

예시된 이온주입장치는, 이온소스(11)와, 질량분석 자석장치(12)와, 빔 정형장치(13)와, 편향주사장치(14)와, P(평행) 렌즈(15)와, 가속/감속 전극(A/D 컬럼)(16)과, 각도에너지 필터(AEF)(17)와, 진공처리실(18)을 포함한다.

이러한 이온주입장치에서, 이온소스(11)에서 발생된 이온은, 인출 전극(미도시)에 의해 이온빔(이하 “빔”이라고 칭함)으로서 인출된다. 인출된 빔은 질량분석 자석장치(12)에서 질량분석되어, 필요한 이온종류만이 선택된다. 필요한 이온종류만으로 구성된 빔은, 빔 정형장치(13)에 의해 소망의 단면형상이 정형된다. 빔 정형장치(13)는 Q(Quadrant)-렌즈 등에 의해 구성된다. 정형된 단면형상을 가지는 빔은, 편향주사장치(14)에 의해 도 2a의 면에서 평행한 방향으로 스캔된다. 편향주사장치(14)는, 상류측 및 하류측의 편향주사장치(14) 부근에 각각 배치된, 적어도 하나의 차폐 전극(14-1)과 적어도 하나의 차폐 전극(14-2)을 구비한다. 편향주사 전극이 본 실시예에서 편향주사장치(14)로서 사용되고 있지만, 이 편향주사 전극 대신에 편향주사 자석이 사용될 수도 있다.

스캔된 빔은, P-렌즈(15)에 의해 재평행화 되고, 편향각 0°의 축에 평행하게 된다. 도 2a에서는, 편향주사장치(14)에 의한 빔의 스캔범위를 굵은 실선과 파선으로 표시되어 있다. P-렌즈(15)로부터의 빔은 1개 이상의 가속/감속 전극(16)을 경유해서 각도에너지 필터(17)로 보내진다. AEF(17)에서는 빔의 에너지에 관한 분석이 행하여지고, 필요한 에너지를 가지는 이온종류만이 선택된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, AEF(17)에서는 선택된 이온종류만이 약간 하방으로 편향된다. 이렇게 선택된 이온종류만으로 이루어진 빔이 진공처리실(18)에 도입된 피조사물인 반도체 웨이퍼(19)에 조사된다. 반도체 웨이퍼(19)에 조사되지 않은 빔은, 진공처리실(18)에 설치된 빔 스토퍼(18-1)로 입사해서 에너지가 소비된다. 통상, 이온소스(11)로부터 반도체 웨이퍼(19)가 수용되어 있는 진공처리실(18)까지의 구성이 이온빔 라인이라고 불려진다.

또, 도 2a에 있어서, 반도체 웨이퍼(19)에 인접해서 표시한 화살표는 빔이 이들 화살표 방향으로 편향되는 것을 나타낸다. 한편, 도 2b에 있어서, 반도체 웨이퍼(19)에 인접해서 표시한 화살표는, 반도체 웨이퍼(19)가 진공처리실(18)에 설치된 플래튼(platen)장치에 의해서 이들 화살표의 방향으로 왕복이동, 즉 기계조사되는 것을 나타내고 있다. 구체적으로, 빔이 예를 들면 일축 방향으로 왕복스캔된다고 하면, 반도체 웨이퍼(19)는 플래튼장치에 의해 상기 일축 방향에 수직한 방향으로 왕복되도록 이동된다. 이것에 의해 반도체 웨이퍼(19)의 표면 전체에 빔을 조사할 수 있게 된다.

전술된 바와 같이, 도 2a 및 도 2b에 도시된 이온주입장치에 있어서, 일 방향으로 길이가 긴 타원형이나 달걀형의 연속하는 횡단면을 가지는 빔은, 원형의 횡단면이나 타원형 또는 달걀형의 횡단면을 가지는 빔을 편향시켜 얻을 수 있으며, 이후 후단계 에너지 분석기로서 동작하는 각도에너지 필터를 사용하여 빔의 주사 영역 내 임의의 위치에서 균일한 각도로 굴절될 수 있으며, 그 다음에 반도체 웨이퍼(19) 내에 주입될 수 있다.

이제도 3 내지 도 7을 참조해서, 본 발명이 적용된 AEF(17)에 대해 설명한다.

AEF(17)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 한쌍의 자기 실드(magnetic shield; 21-1, 21-2)와, 자기 실드(21-1)와 자기 실드(21-2) 사이에 배치된 편향자석(분석 전자석)(22)과, 편향자석(22)의 중공부에 배치된 AEF 챔버("진공 챔버" 또는 "빔 가이드 챔버"라고도 칭함)(23)와, AEF 챔버(23) 내에 배치된 한쌍의 편향전극(AEF전극; 24-1, 24-2)을 포함한다.

자기 실드(21-1, 21-2)는, 모두 중앙부에 빔을 통과시키기 위한 개구(예를 들어, 도 3의 종이면에 수직인 방향으로 길이가 긴 직사각형 개구)를 가지며, 가속/감속 전극(16)과 프로세스 챔버(진공처리실; 18)에 각각 고정되어 있다. 이들의 자기 실드(21-1, 21-2)는 편향자석(22)이 생성하는 AEF자장을 차폐하고, AEF자장이 빔에 부여되는 영향을 조정한다.

편향자석(22)은, 후술하는 바와 같이, 대략 사각형(프레임 형상)의 코어와, 코어의 일부에 있는 상부 요크(22-1)와 하부 요크(22-2)에 각각 감겨있는 하나 이상의 코일(22-3, 22-4)을 포함한다. 나아가, 도 3에 파선으로 도시된 바와 같이, 누설 자장 상쇄를 위해 보정 코일(단 하나만 도시됨)(22-5)이 상부 및 하부 요크(22-1, 22-2)의 양 측면을 커버하기 위하여 (도 3의 종이 앞면과 뒷면에 있는) 코일(22-3, 22-4) 외부의 코어에 감겨 있을 수 있다. 누설 자장 상쇄를 위한 보정 코일(22-5)은 코일(22-3, 22-4)에 의해 생성된 자장의 원치 않는 부분(누설 자장)을 상쇄시키는데 사용된다.

편향자석(22)은, 동작시에 있어서, 중공부 내에 도 3의 표리방향(예를 들면, 이면방향)의 AEF자장을 발생하고, 도 3의 좌방으로부터 우방으로 진행하는 빔을 약간 하방으로 편향시킨다. 그 결과, 이 빔은 그의 하류측(도 3의 우측)에 배치되어 있는 프로세스 챔버(18) 내에 설치된 에너지 슬릿(18-2)을 통과해서, 프로세스 챔버(18) 내에 도입되어 유지되어 있는 웨이퍼(19)에 조사된다. 또, 빔은 도 3의 표리방향으로 긴 긴원형 혹은 타원형의 연속단면을 가지는 빔이다.

편향자석(22)의 중공부 내에 설치된 AEF 챔버(23)는, 그의 하류측이 지지 볼트(25-1, 25-2)에 의해서 자기 실드(21-2)와 함께 프로세스 챔버(18)에 고정되어 있다. 또, AEF 챔버(23)의 상류측(도 3의 좌측)은 하류측으로부터 지지봉(26)에 의해 보조적으로 지지되어 있다. 이와 같이, AEF 챔버(23)를 프로세스 챔버(18)에 고정하고, 필요에 따라 지지봉(26)에 의해 지지하는 지지고정구조로 한 것에 의해서, AEF 챔버(23)가 편향자석(22)의 코어나 코일, 또 그 외의 구성부품에 의해서 주위를 둘러싸여 있음에도 불구하고 확실히 위치고정하는 것이 가능하다.

AEF 챔버(23)의 내부에는, 도 4에 확대되어 표시한 바와 같이, 상술한 편향전극(24-1, 24-2) 이외에, 편향전극(24-1, 24-2)의 상류측과 하류측에 각각 위치된 서프레션(suppression) 전극(31-1, 31-2)과, 또 서프레션 전극(31-1, 31-2)의 각각의 상류측과 하류측에 위치하는 그라운드 전극(32-1 내지 32-4)과, 최하류측에 위치하는 빔 덤프(33; beam dump)가 설치되어 있다.

편향전극(24-1, 24-2), 서프레션 전극(31-1, 31-2) 및 그라운드 전극(32-1 내지 32-4)은, 이들 전극을 사용하여 생성한 전장에 의해 빔을 편향시킬 때의 편향점(궤적)이 편향자석(22)을 사용하여 빔을 편향키킬 때의 편향점(궤적)과 실질적으로 동일하게 되거나 중복되도록 배치되고, 동시에 전원공급된다. 즉, 이들 전극은, 도 5에 모식적으로 표시된 바와 같이, 생성한 전장에 의해 편향된 빔의 궤적(41)이 편향자석(22)에 의해서 생성한 AEF자장에 의해 편향된 빔의 궤적(42)과 적어도 AEF 챔버(23)(즉, AEF(17))의 입사측과 출사측에서 중복하도록 설치된다. 서프레션 전극(31-1, 31-2) 및 그라운드 전극(32-1 내지 32-4)을 설치함으로써, 편향전극(24-1, 24-2) 사이에 높은 전압을 인가하는 것이 가능하게 되고, 빔의 지속하는 에너지가 더욱 커지는 경우에도, 소망의 궤적을 실현하는 것이 가능하다. 또한, 편향전극(24-1, 24-2)의 단면형상은, 빔의 곡률 반경에 맞추어 커브(편향전극(24-1)은 오목 형상, 편향전극(24-2)은 볼록 형상)가 형성되며, 이것에 의해 효율 좋게 빔을 편향시키는 것이 가능하다.

빔 덤프(33)는 AEF자장 또는 전장에 의해 편향된 빔을 통과시키는 개구를 가지며, 소망의 에너지나 전하수를 가지는 이온을 통과시킨다. 또한, 빔 덤프(33)는 중성화한 빔이나, 에너지나 전하수가 소망의 값과 다른 빔을 받는다.

편향전극(24-1, 24-2), 서프레션 전극(31-1, 31-2), 그라운드 전극(32-1 내지 32-4) 및 빔 덤프(33)를 포함하는 AEF 챔버(23) 내의 구성부품은, 후술하는 플라즈마 샤워와 함께 단일의 유닛(AEF 유닛)으로 구성된다. 즉, 플라즈마 샤워, 전극(24-1, 24-2, 31-1, 31-2, 및 32-1 내지 32-4)와 빔 덤프(33)는 그 외의 부품과 함께 공통의 플레이트 등에 고정되어 일체화 된다.

AEF 유닛의 일 실시예는 도 7에 표시되어 있다. 도 7은, AEF 유닛(50)을 편향전극(24-1, 24-2)의 각각의 중심선을 포함하는 평면에서 절단한 단면도로서, 빔의 출사측에서 본 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, AEF 유닛(50)은, 상부 서포트(support)(51), 하부 서포트(52), AEF 챔버(23)의 일부(커버)로 이루어진 프론트 플레이트(53) 및 리어 플레이트(54)를 가지고 있다. 편향전극(24-1, 24-2)은, 각각 절연성 마운트 플레이트(55, 56)에 취부되며, 복수의 애자(57)를 개재해서 상부 서포트(51) 또는 하부 서포트(52)에 고정되어 있다.

플라즈마 샤워, 서프레션 전극 등의 기타의 AEF 챔버(23) 내의 부품도 또, 상부 서포트(51), 하부 서포트(52), 프론트 플레이트(53) 및 리어 플레이트(54)에 직접 혹은 보조 서포트(58-1, 58-2) 등을 개재해서 고정되어, 일체화 된다.

또, 도 6b에 표시된 바와 같이, 프론트 플레이트(53)의 상측 모서리에는, AEF 챔버(23)의 외측 상면에 위치된 한쌍의 슬라이드 레일(36)의 선단(front end)이 고정되어 있다. 이것에 의해서, AEF 유닛(50)은, AEF 챔버(23)에 대하여 출입자재하게 지지된다. AEF 유닛(50)이 AEF 챔버(23) 내에 삽입된 때, 그의 위치를 소정위치에 위치결정하기 위해, 리어 플레이트(54)에 위치결정부(예를 들어, 돌기부)를 설치해도 된다.

다음에, 편향자석(22)에 대해서 설명한다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 편향자석(22)은, 대략 "コ"자 형상의 제1 코어(61)와 대략 "I" 형상의 제2 코어(62)를 가지며, 이들을 서로 맞댄 상태에서 위치고정함으로써, 중앙에 중공부가 형성된 대략 사각형(프레임 형상)의 코어를 구성하고 있다. 그래서, 제1 코어(61)의 일부가 상부 요크(22-1) 및 하부 요크(22-2)를 구성하며, 거기에 코일(22-3, 22-4)이 각각 감겨서, 전자석을 구성하고 있다.

또, 도 3으로부터 이해되는 바와 같이, 상부 요크(22-1)는 빔 진행방향(도 3의 좌우방향)으로 길고, 하부 요크(22-2)는 빔 진행방향에 수직한 방향(도 3의 상하방향)으로 긴 형상으로 이루어지며, 코어의 측면은 상부 요크(22-1) 측이 넓고, 하부 요크(22-2) 측이 좁고, 면각(facial angle)이 없는 대략 팬(fan) 형상으로 이루어진다. 또, 상부 요크(22-1)의 횡단면적과 하부 요크(22-2)의 횡단면적은, 동일하게 하는 편이, AEF 자장의 설계가 용이하게 이루어지므로 바람직하다.

다시 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 코어(61)는, 기대(63)에 복수의 지주(64-1 내지 64-3)를 개재해서 고정되어 있다. 제2 코어(62)는 수평방향으로 이동가능한 제1 리니어 가이드(65) 상에 설치된, 수직방향으로 이동가능한 제2 리니어 가이드(66)에 취부되어 있다. 제1 리니어 가이드(65) 및 제2 리니어 가이드(66)를 조작함으로써, 제1 코어(61)에 대해 제2 코어(62)를 수평방향과 수직 방향으로 이동(슬라이딩)시켜서, 도 6a에 표시된 상태로부터 도 6b에 표시된 상태로 변화시키며, 또 반대로 도 6b에 표시된 상태로부터 도 6a에 표시된 상태로 하는 것이 가능하다.

한편, 플라즈마 샤워, 편향전극(24-1, 24-2), 그 외의 전극 등은, 상술한 바와 같이 일체화되어, AEF 유닛(50)을 구성하고 있다. 그리고, AEF 유닛(50)은, 슬라이드 레일(36)에 의해 AEF 챔버(23)에 대해서 압입/인출 자재하게 지지되고 있다.

도 6a에 도시된 상태에서 리니어 가이드(65, 66)를 동작시켜서 제1 코어(61)로부터 제2 코어(62)를 분리하면, 프론트 플레이트(53)가 외부로 노출된다. 이 상태에서 AEF 유닛(50)을 인출하면, 도 6b에 도시된 상태, 즉 편향전극(24-1, 24-2) 등이 AEF 챔버(23) 외부에 위치되어 노출하는 상태로 하는 것이 가능하다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 편향전극(24-1, 24-2) 등을 AEF 챔버(23)로부터 용이하게 취출하여, 외부에 노출시킬 수 있기 때문에, 이의 유지보수나 부품교환이 용이하게 될 수 있다.

유지보수나 부품교환을 종료한 후, AEF 유닛(50)을 AEF 챔버(23) 내에 압입하고, 프론트 플레이트(53)를 AEF 챔버(23)에 밀봉고정시키면, 플라즈마 샤워, 편향전극(24-1, 24-2) 등을 AEF 챔버(23) 내의 소정의 위치에 설치할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 AEF(17)에 대하여, 제어부(도시안함)는, 웨이퍼에 조사하는 이온빔(하전입자 빔)의 특성에 따라서, 편향자석(22) 또는 편향전극(24-1, 24-2) 중 어느 하나에 대해서 선택적으로 전원공급을 행한다. 즉, 제어부는 AEF(17)의 자장/전장의 전환 장치로서 역할을 한다. 또, 제어부는 편향전극(24-1, 24-2)에 대해서 전원을 공급할 경우에는, 서프레션 전극(31-1, 31-2)의 전원공급도 동시에 행한다.

제어부가 편향자석(22)에 대해서 전원공급을 행할지, 편향전극(24-1, 24-2)에 대해서 전원공급을 행할지는, 이온종류(이온 원) 등에 의해서 달라지나, 빔의 에너지가 대략 십 내지 수십 KeV인 임계값보다도 낮은 경우는, 편향자석(22)에 대해서 전원공급을 행하고, 높은 경우는, 편향전극(24-1, 24-2)(및 서프레션 전극(31-1, 31-2))에 대해서 전원공급을 행하는 것이 고려된다.

이렇게, 이온주입장치에서는, 빔 조건(특성)에 따라 AEF(17)에서 빔의 편향 방법으로서 AEF자장을 사용할지 아니면 전장을 사용할지를 선택하는 것이 가능하다. 그런데, AEF에서 빔의 편향 방법으로서 자장을 선택하여도, 전장을 선택하여도 빔의 궤적은 변하지 않으므로, 특정한 궤적 보정 수단이 필요치 않고 구성이 간단해 진다.

AEF 챔버(23)의 내부 구조를 상방에서 바라본 모식도로서 표시한 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 빔 공간전하 중화장치의 제1 실시예에 대해 설명한다.

전술된 바와 같이, AEF 챔버(23) 내에는 편향전극(24-2)(도 8에서 상부 편향전극(24-1)은 도시생략)과, 서프레션 전극(31-1, 31-2)과, 그라운드 전극(32-1 내지 32-4)이 설치되어 있다. 편향전극은 빔 진행방향에 대하여 상하측에 적어도 1쌍으로 설치되며, 서프레션 전극과 그라운드 전극은, 빔 진행방향에 대하여 상류측과 하류측에 설치되어 있다.

본 실시예에 있어서는, AEF 챔버(23) 내에 또 플라즈마 샤워(10)가 설치되는데, 본 실시예의 일 특징은 플라즈마 샤워(10)를 이하와 같은 방식으로 설치된다는 점에 있다. 플라즈마 샤워(10)는 편향전극(24-1, 24-2) 사이에 그리고 상류측 서프레션 전극(31-1) 및 그라운드 전극(32-1, 32-2)과 하류측 서프레션 전극(31-2) 및 그라운드 전극(32-3, 32-4)과의 사이에 한정된 위치에 배치된다. 특히, 플라즈마 샤워(10)에 있는 필라멘트(10-3)의 중심축 및 아크챔버(10-4)의 인출홀(10-5)의 개구축이, AEF 자장(10-6)의 자력선이 빔 진행방향과 직교하고 있는 위치(10-7)에서 또 AEF자장의 방향과 일치하도록 플라즈마 샤워(10)를 설치한다. 이에 대해서, 플라즈마 샤워의 인출홀의 개구축이 AEF자장의 방향과 일치하지 않는다면, 전자의 인출 효율이 저감한다. 또 아크챔버(10-4)에는 1개 이상의 인출홀이 설치되어 있다. 나아가, 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 플라즈마 샤워(10)는 AEF(17)에 의해 야기된 빔 편향점 부근에 대응하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

도 8에서는 또, AEF 챔버(23) 내에서의 전자의 폐입효율을 향상시키기 위해, AEF 챔버(23)의 내벽(빔의 진행방향에 수평한 좌우면 및 상하면)에 컨파인먼트 자장(도 4에 일부를 화살표로 표시함)을 형성하기 위한 복수의 영구자석(20)이 설치되어 있다. 또, 컨파인먼트(confinement) 자장을 형성하기 위해서는, 영구자석(20)은 그의 자극이 AEF 챔버(23) 내를 향하도록 하고, 또, 인접한 영구자석(20)의 자극은 서로 반대로 되도록 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, AEF 챔버(23)의 상하부 내벽 각각에 설치된 영구자석(20)은 빔의 진행방향에 수직한 방향으로 연장하도록 된다. 한편, 도 8에 도시된 바와 같이, AEF 챔버(23)의 좌우의 내벽에 설치되는 영구자석(20)은 상하방향으로 연장하도록 된다. 그러나, 이들의 영구자석(20)은 생략되어도 좋다.

또, 도 8에서 명백한 바와 같이, 자장에 의한 AEF의 사용시에, AEF 챔버(23) 내에서는 아크챔버(10-4)의 상류측 및 하류측이 필요한 최소한의 개구를 가지는 그라운드 전극(혹은 서프레션 전극(31-1, 31-2))에 의해 분할되므로, 플라즈마 샤워(10)에 의해 형성된 플라즈마 생성영역의 가스 압력은 비교적 높게 유지될 수 있다. 다시 말해, AEF 챔버(23)는 플라즈마 샤워 챔버로도 동작한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예를 표시하며, 다른 1개의 플라즈마 샤워(10´)를 AEF 챔버(23) 내에서 빔의 주사 영역(SA)을 차지했던 반대측의 위치에 설치되어 있다. 도 3 및 도 4는 제2 실시예가 적용된 예에 대해서 표시하고 있다. 또한, 다른 1개의 플라즈마 샤워(10´) 대신에 반발(repeller) 전극을 취부해도 된다. 반발 전극은, 주지와 같이, 전자를 반사시키기 위한 전극이며, AEF 챔버(23)의 내벽에 절연 상태로 배치하나, 음전압을 인가하도록 해도 좋다. 도 9에서는, AEF 전극, 서프레션 전극, 그라운드 전극이나 컨파인먼트 자장 형성용 영구자석 등은 도시를 생략하고 있다.

또, 편의상, 도 8에서는, 도시설명을 생략하지만, 플라즈마 샤워(10)의 전원의 접속상태는 도 9와 마찬가지로 된다. 즉, 도 9에서 설명하는 바와 같이, 필라멘트(10-3)에는 필라멘트 전원(E17)에 의한 필라멘트 전압이 인가되고, 필라멘트(10-3)와 아크챔버(10-4) 사이에는 제1 아크 전원(E18)에 의한 제1 아크전압이 인가된다. 또, 아크챔버(10-4)와 접지 사이에는 아크챔버(10-4)로부터 빔 측으로의 전자의 공급을 촉진시키기 위한 전원(E19)가 접속된다. 이러한 접속상태는 다른 1개의 플라즈마 샤워(10´)에서도 마찬가지이다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예의 상태를 표시한다. 본 실시예에서는, 도 9의 상태에 2개의 변형을 추가하고 있다. 제1 변형은 아크챔버(10-4)로부터 전자의 인출 효율을 향상시키기 위해 편향전극(24-1(도 3 참조), 24-2) 및 그라운드 전극(32-2, 32-3)과 아크챔버(10-4)와의 사이에 새로이 제2 아크 전원(E14)으로부터 제2 아크전압이 인가되도록 하고 있다. 이 제1 변형에서는, 편향전극(24-1, 24-2) 및 그라운드 전극(32-2, 32-3)은 제2 아크 전원(E14)의 양의 측 및 그라운드에 접속되어 있다. 이의 변형예로서, 편향전극(24-1, 24-2) 및 그라운드 전극(32-2, 32-3)을 제2 아크 전원(E14)의 음의 측에만 접속해서 음의 전압을 인가하도록 해도 된다.

제2 변형은, 플라즈마 샤워(10)에 있는 인출홀(10-5)의 출구측 근방에, 인출홀(10-5)에 대응하는 홀을 가진 인출 전극(15)을 설치하고 있다. 그리고, 아크챔버(10-4)와 인출 전극(15)과의 사이에는 인출 전원(E16)에 의한 인출 전압을 인가하도록 하고 있다. 이러한 연결 방식은 다른 1개의 플라즈마 샤워(10´)에 있어서도 상기와 마찬가지의 각종 전원이 접속된다. 당연히, 이들의 제1 및 제2 변형은, 도 9의 상태에 개별로 적용되어도 좋다. 또, 도 10에 있어서도, 컨파인먼트 자장 형성용의 영구자석(20)은 도시를 생략하고 있다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예를 표시한다. 본 실시예에 있어서는, 플라즈마 샤워(10)를, 필라멘트(10-3), 가스 유입 포트(미도시) 및 하나 이상의 인출홀(10-5)을 구비한 제1 아크실(10-1)(도 8의 아크챔버(10-4)와 동일함)과, 제2 아크실(10-2)에 의해서 구성되어 있다. 제1 아크실(10-1)과 제2 아크실(10-2)과의 경계 부분에는, 인출홀(10-5)에 대응하는 개소에 홀을 가지는 인출 전극(15)이 설치된다. 필라멘트(10-3), 제1 아크실(10-1) 및 인출 전극(15)에 대한 전원접속은 도 9 또는 도 10에서 설명한 접속상태중 어느 하나이어도 된다. 한편, 제2 아크실(10-2)에 플라즈마를 생성하기 위해 제1 아크실(10-1)과 제2 아크실(10-2) 사이에 아크전압을 인가하는 것이 바람직하다. 제2 아크실(10-2)은 AEF 챔버(23) 내측으로 향한 제2 인출홀(10-9)을 가진다. 특히, 제2 인출홀(10-9)은 도 8에서 설명한 플라즈마 샤워(10)의 설치개소와 동일하게 이루어지게 된다.

다음에, 도 8, 도 9에 표시된 실시예에 따른 빔 공간전하 중화장치의 작용에 대해서 설명한다.

아크챔버(10-4) 내에 아르곤(Ar) 등의 가스가 도입된다.

아크챔버(10-4)에 설치된 필라멘트(10-3)에 필라멘트 전원(E17)에 의해 전류를 공급해서 고온으로 함으로써, 열전자를 발생시킨다.

열전자는 필라멘트(10-3)와 아크챔버(10-4) 사이에 인가된 제1 아크 전원(E18)에 의한 제1 아크전압에 의해 가속되고, 도입된 가스와 충돌하여 아크챔버(10-4) 내에서 플라즈마를 생성한다.

빔이 아크챔버(10-4)의 인출홀(10-5)의 부근을 통과할 때, 빔이 가진 양의 전위에 의해 아크챔버(10-4)로부터 전자가 인출된다.

인출된 전자는 아크챔버(10-4)에서 이온화되지 않고 인출홀(10-5)로부터 배출된 중성 가스와 충돌하여, 인출홀(10-5)과 빔 사이에 플라즈마(플라즈마 브리지)가 형성된다.

아크챔버(10-4) 내의 전자는, 플라즈마 브리지를 통해 빔에 대해 자발적으로 공급되어, 빔의 양 전하를 중화한다.

이상의 작용은 종래의 플라즈마 샤워와 동일하다.

본 발명에 있어서는, 플라즈마 샤워(10)가 필라멘트(10-3)의 중심축, 인출홀(10-5)의 개구축이 AEF자장과 동일한 방향으로 이루어지도록 설치되어 있다.

전자는, 자장 둘레에 감기도록 운동하므로, 아크챔버(10-4) 내에서의 플라즈마의 생성, 아크챔버(10-4)로부터의 전자의 인출, 플라즈마 브리지의 형성, 플라즈마 브리지의 폐입은, 이의 AEF 자장에 의해 강화된다.
또, 빔이 편향주사장치에 의해서 스캔되어, 아크챔버(10-4)의 인출홀(10-5)과의 거리가 증가하게 되면, 인출되는 전자의 양은 저감한다. 그러나, 도 9에 표시된 바와 같이, 빔의 스캔영역을 좁혀도, 다른 1개의 플라즈마 샤워(10´)의 아크챔버를 취부하면, 일측의 아크챔버(10-4)와의 거리가 멀어짐에 따라 타측의 아크챔버와의 거리가 좁아지므로, 인출전자량의 스캔위치 의존성을 감소시킬 수 있다.
또한, AEF 챔버(23)의 내벽에 형성된 컨파인먼트 자장에 의해서, AEF 챔버(23)의 내벽면에의 전자의 손실이 억제된다.

AEF 챔버(23)에 입사한 이온빔에 대해, AEF 챔버(23) 내의 플라즈마로부터 자율적으로 전자가 공급됨으로써, 빔의 공간전하는 중화(보상)되어, 빔의 발산이 억제된다.

이제, 도 10에 표시된 제3 실시예의 작용에 대해서 설명한다.

아크챔버(10-4)와 편향전극(24-1(도 3 참조), 24-2) 및 그라운드 전극(32-2, 32-3) 사이에 제2 아크 전원(E14)에 의해 제2 아크전압이 인가됨으로써, 아크챔버(10-4)로부터 전자가 인출된다. 여기서, AEF 챔버(23) 내의 상하의 편향전극(24-1, 24-3)과 상류측 및 하류측 그라운드 전극(32-2, 32-3)에 의해 둘러싸인 영역이, 유사 아크챔버로서 작용하여, 전자량을 증폭시키는 것이 가능하다. 이 때, AEF 자장은 소스 자석으로서 이용되고 있는 것으로 된다. 다만, 플라즈마 샤워의 사용시에는, 편향전극(24-1, 24-2) 및 서프레션 전극(31-1, 31-2), 그라운드 전극(32-1 내지 32-4)은 AEF 전장 및 서프레션 전장을 생성하기 위해 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이것은 도 8 및 도 9의 실시예에도 마찬가지이다.

부가적으로, 아크챔버(10-4)의 인출홀(10-5) 근방에 인출 전극(15)이 설치되어 아크챔버(10-4)와의 사이에 인출 전원(E16)에 의해 인출 전압이 인가되므로, 전자의 인출 효율이 향상된다.

아크챔버(10-4)로부터 AEF 챔버(23) 내로 인출된 전자는 제2 아크전압에 의해 가속되며, 아크챔버(10-4) 내에서 이온화되지 않고 인출홀(10-5)로부터 배출된 중성 가스와 충돌하여, AEF 챔버(23) 내에서 다시 플라즈마가 생성된다.

AEF 챔버(23) 내의 상류측 및 하류측에 있는 그라운드 전극(32-3, 32-3)의 개구에 의해, 플라즈마 생성영역에 있는 가스 압력은 비교적 높게 유지되어, 플라즈마 생성 효율이 향상된다.

AEF 챔버(23) 내에 입사한 이온빔에 대해, AEF 챔버(23) 내의 플라즈마로부터 자율적으로 전자가 공급됨으로써, 이온빔의 공간전하는 중화되어, 그 결과, 빔의 발산이 억제된다.

다음에, 제4 실시예의 작용에 대해서 설명한다.

제1 아크실(10-1) 내에는 도입구로부터 아르곤(Ar) 등의 가스가 도입된다. 제1 아크실(10-1)에 설치된 필라멘트(10-3)에 필라멘트 전원으로부터 전류가 공급되어 고온으로 함으로써, 열전자를 발생시킨다. 열전자는 필라멘트(10-3)와 제1 아크실(10-1) 사이에 인가된 제1 아크 전원의 제1 아크전압에 의해 가속되어, 도입된 가스와 충돌해서 제1 아크실(10-1) 내에서 플라즈마(이온과 전자로 구성됨)를 생성한다. 제1 아크실(10-1)에는 1개 이상의 인출홀(10-5)이 설치되어 있고, 그 외측에 인출 전극(15)이 설치되어 있다. 인출 전극(15)과 제1 아크실(10-1)의 사이에 제1 인출 전원의 제1 인출 전압을 인가해서, 제1 아크실(10-1)로부터 전자를 인출한다.

제2 아크실(10-2)에는, 제1 아크실(10-1) 내에서 이온화시키지 않고 인출홀(10-5)로부터 분출하는 중성 가스와, 제1 아크실(10-1)로부터 인출된 전자가 도입된다. 만약, 증발 등에 의해 필라멘트(10-3)의 재료가 비산되어도, 인출홀(10-5)의 사이즈가 작기 때문에 제1 아크실(10-1) 내에 그대로 남아있어, 제2 아크실(10-2)에는 도입되지 않는다.

제2 아크실(10-2) 내에 도입된 전자는, 제2 아크실(10-2)과 인출 전극(15)과의 사이에 인가된 제2 아크 전원의 제2 아크전압에 의해 가속되고, 제1 아크실(10-1)로부터 도입된 가스와 충돌해서 제2 아크실(10-2) 내에서 진한 플라즈마를 생성한다.

제2 아크실(10-2)에 있어서 빔의 통과 영역에 대응하는 개소에는, 제2 인출홀(10-9)이 설치되어 있다. 제2 아크실(10-2)은 제2 인출홀(10-9) 이외로부터 가스가 누출하지 않는 구성으로서, 제2 아크실(10-2) 내의 가스 압력의 저하를 방지하고, 플라즈마 생성 효율을 향상시킨다.

이온빔이 제2 인출홀(10-9) 근처를 통과할 때, 빔이 가진 양 전위에 의해서 제2 아크실(10-2)로부터 전자가 인출된다. 인출된 전자는, 제1 및 제2 아크챔버(10-1, 10-2) 내에서 이온화되지 않고 제2 인출홀(10-9)로부터 분출하는 중성 가스와 충돌하여, 빔과 제2 아크실(10-2)(정확하게는 제2 인출홀(10-9))과의 사이에 플라즈마(플라즈마 브리지)가 형성된다. 제2 아크실(10-2) 내의 전자는, 플라즈마 브리지를 통해 이온빔에 대해 자율적으로 공급된다.

제2 아크실(10-2)은, 접지 전위와의 사이에 제2 인출 전원의 제2 인출 전압을 인가할 수 있는 구조로 이루어지므로, 이에 의해 빔의 전자 공급량이나 공급되는 전자의 에너지를 조정하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 제1 아크실(10-1)에 의한 플라즈마 생성과 제2 아크실(10-2)에 의한 플라즈마 생성의 상승작용에 의해 빔에 대해서 플라즈마가 효율 좋게 공급되어, 빔의 발산을 보다 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

본 발명의 각각의 실시예를 전장와 자장에 의거하여 빔 편향을 수행하는 AEF에 적용한 경우에 대해 상세한 설명을 제공하였지만, 본 발명은 자장 만에 의하여 빔 편향을 행하는 AEF에도 적용할 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이 경우에, 도 3에 도시되어 있는 편향전극, 서프레션 전극 및 그라운드 전극 등은 생략된다. 나아가, 상기 각 실시예에서는, 스캔에 의해 빔의 연속적인 횡단면을 긴원형이나 타원형으로 형성하는 실시예에 대해 상세한 설명을 제공하였지만, 본 발명은 스캔을 행하지 않는 경우, 혹은 빔의 단면형상이 원형, 긴원형 또는 타원형일 경우에도 적용될 수 있다.

본 발명에 따라, 플라즈마 샤워에 의해 플라즈마의 생성, 전자의 인출 및 전자의 제한을 향상시키는 AEF 자장을 명확히 사용함으로써, 특정 자장 생성 장치나 특정 자장 차폐 장치를 사용하지 않고 빔 공간전하 보상을 효과적으로 수행하는 것도 가능하다. 이러한 구성에 의하면, 공간전하에 의해 유발된 이온빔의 발산을 억제시켜 빔 전달 효율을 향상시킴으로써 빔 전류를 증가시키는 것이 가능하다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예와 연관하여 설명하였지만, 이 기술 분야에 숙련된 자라면 본 발명을 다양한 다른 방식으로 실시하는 것도 용이하게 할 수 있을 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명은, 공간전하에 의해 유발된 이온빔의 발산을 억제시켜 빔 전달 효율을 향상시킴으로써 빔 전류를 증가시킬 수 있는 등의 효과를 제공한다.

Claims (12)

1. 이온소스로부터 인출된 이온빔을 빔 경로를 통하여 진공처리실 내에 배치된 웨이퍼에 조사(照射)하여 처리하도록 구성하고, 상기 빔 경로에는, 이온빔으로부터 필요한 이온종류만을 선택하는 질량분석 자석장치, 원하는 단면형상으로 이온빔을 정형하는 빔 정형장치, 이온빔을 직선적으로 왕복운동시킴으로써 스캔하는 편향주사장치 및 스캔된 이온빔을 재(再)평행화하는 P-렌즈와 이온빔의 가속 감속을 하는 가속 감속 전극을 각각 설치하고, 상기 가속 감속 전극의 하류측에는, 상기 스캔 및 재평행화된 스캔폭의 이온빔의 스캔영역을 가지는 이온빔 전체를, 전장 및 자장에 의하여 소정의 각도로 편향하여 굴곡시켜서 이온빔으로부터 필요한 에너지종의 이온만을 선택하는 각도에너지 필터를 설치하고, 상기 각도에너지 필터를 상기 진공처리실의 상류에 배치한 이온빔 처리장치에 있어서의 이온빔의 발산의 억제를 위한 빔 공간전하 중화장치에 있어서,

   상기 각도에너지 필터의 상기 자장을 구성하는 편향자석의 중공(中空)부 내에 설치된 빔 가이드 챔버와, 상기 빔 가이드 챔버 내에 배치된 상기 전장을 구성하는 한쌍의 편향전극에 의하여, 상기 각도에너지 필터를 구성하고, 상기 가속 감속 전극과 상기 진공처리실에 각각 연결 설치되어 있는 상기 빔 가이드 챔버의 내부에 이온빔의 발산의 억제를 위한 빔 공간전하 중화용의 플라즈마 샤워를 설치함으로써 상기 빔 가이드 챔버를 플라즈마 샤워가 작용하는 챔버로 겸용하는 구성으로 하고,

   상기 플라즈마 샤워는, 그 아크챔버 인출홀의 위치가 이온빔 진행방향에 직교하는 각도에너지 필터 자장의 자력선 상에 있고, 또한 그 필라멘트 및 상기 아크챔버 인출홀의 개구 축방향을, 상기 각도에너지 필터 자장의 자력선이 빔 진행방향과 직교하고 있는 위치이고 또한 상기 각도에너지 필터 자장의 방향과 일치시키도록 설치되고, 이온빔의 스캔영역을 사이에 끼운 상기 빔 가이드 챔버의 적어도 일방 쪽에 상기 플라즈마 샤워를 설치하고, 상기 플라즈마 샤워로부터 인출되는 전자를, 스캔되고 있는 이온빔에 상기 이온빔의 직선적 왕복운동의 스캔방향의 적어도 일방의 빔 진행방향과 직교한 측방 쪽의 상기 아크챔버 인출홀로부터 공급하도록 구성한 것

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   이온빔을 사이에 끼운 상기 빔 가이드 챔버의 양측에 상기 플라즈마 샤워를 설치하고, 이온빔에 이온빔의 직선적 왕복운동의 스캔방향의 양측으로부터 전자를 공급하도록 구성하고, 한쪽의 플라즈마 샤워와의 거리가 멀어짐에 따라서 다른 쪽의 플라즈마 샤워와의 거리를 작게 함으로써, 인출전자량의 스캔위치 의존성을 작게 함

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 빔 가이드 챔버에 있어서의 빔 라인의 상하좌우의 내벽에 플라즈마 폐입용의 콘파인먼트 자장을 형성하기 위하여, 상기 상하좌우의 내벽에 각각 복수의 자석을 설치함

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 빔 가이드 챔버에 있어서의 빔 라인의 상기 좌우의 내벽의 콘파인먼트 자장은, 상기 각도에너지 필터에 의한 빔의 굴곡에 대응하도록 빔 라인을 따라서 복수의 자석을 설치함으로써 구성함

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 빔 가이드 챔버에 있어서의 빔 라인의 상기 상하의 내벽의 콘파인먼트 자장은, 빔 라인의 상하 내벽의 좌우방향을 따라서 복수의 자석을 설치함으로써 구성함

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 플라즈마 샤워를 상기 각도에너지 필터 자장에 의한 이온빔의 굴곡점 부근에 대응한 개소에 설치함

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 각도에너지 필터 자장이 존재하는 상기 빔 가이드 챔버 내부에서 플라즈마가 생성됨

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 각도에너지 필터는, 자장 및 전장에 의해서 이온빔으로부터 필요한 에너지종의 이온만을 선택하는 것으로서，전장 생성을 위해 이온빔에 관해서 상측 및 하측에 배치된 상기 한쌍의 편향전극 및 이온빔 진행방향에 관해서 상류측 및 하류측에 배치된 서프레션 전극 및 그라운드 전극을 구비하고,

   상기 플라즈마 샤워는 상기 한쌍의 편향전극의 사이, 및 상류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극과 하류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극의 사이로 규정되는 개소에 설치되고,

   상기 각도에너지 필터 자장에 의한 상기 각도에너지 필터의 사용시에, 상기 아크챔버와 상기 한쌍의 편향전극 및 서프레션 전극의 사이에 아크전압을 인가함

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 빔 가이드 챔버 내부의 플라즈마 생성영역을, 상기 플라즈마 샤워의 상류측 및 하류측에 배치된 필요 최소한의 개구를 가지는 상기 그라운드 전극으로 칸막이함으로써 형성함

   을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 플라즈마 샤워, 상기 한쌍의 편향전극, 상류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극, 하류측의 상기 서프레션 전극 및 그라운드 전극을 일체적으로 상기 빔 가이드 챔버에 대해서 착탈 가능한 구조로 함

    을 특징으로 하는 빔 공간전하 중화장치.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 빔 공간전하 중화장치를 구비함

    을 특징으로 하는 이온주입장치.
12. 삭제

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