KR101176239B1 - 이온 빔용 정전 렌즈 - Google Patents

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액셀리스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 발명은 이온 빔 주입기에 사용하기 위한 렌즈 구조물에 관한 것이다. 렌즈 구조물은 이온 이동 방향을 따라 이격된 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 렌즈 구조물은 렌즈 구조물로 들어가는 이온을 편향시키기 위해서 이온빔의 폭을 가로질러 신장한다. 렌즈 구조물은 이온을 감속시키는 제1 전극 및 이온을 가속시키는 제2 전극을 포함한다. 렌즈 구조물 모드 제어기는 선택적으로 감속 전극 또는 가속 전극을 활성화시켜 이온이 렌즈 구조물로 들어가는 궤적에 관계없이 렌즈 구조물로 들어가는 이온이 희망하는 궤적으로 이온 구조물을 빠져나가도록 한다.
이온 빔 주입기, 렌즈 구조물, 전극, 렌즈 구조물 모드 제어기

Description

이온 빔용 정전 렌즈{ELECTROSTATIC LENS FOR ION BEAMS}
관련된 명세서 상호 참조
본원은 2003년 6월 26일자로 출원된 이전 US 특허 출원 일련 번호 제 10/607,239호의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 이온 빔 주입기에 관한 것이고, 특히 이온 및 워크피스 간에 제어되는 충돌 각을 형성하기 위해서 이온 빔을 구성하는 이온이 통과하는 렌즈를 갖는 이온 빔 주입기에 관한 것이다.
본 발명의 양수인인 Axcelis Technologies는 집적 회로 제작 동안 실리콘 웨이퍼를 처리하기 위한 제품을 판매한다. 하나의 이런 제품 또는 도구는 이온 빔 내에 위치된 웨이퍼의 물리적 특성을 바꾸는 이온 빔을 생성한다. 이런 프로세스는 예를 들어 처리되지 않은 웨이퍼가 반도체 물질을 제조하도록 만들어지는 실리콘을 도핑하는데 사용될 수 있다. 종래 이온 주입에서 레지스트 물질로 마스킹하는 것뿐만 아니라 웨이퍼 내의 다른 도펀트 패턴의 레이어링하는 것의 사용이 제어되어 다수의 애플리케이션 중 하나에 사용하기 위한 집적 회로를 제조한다.
종래 King 등에게 허여된 미국 특허 제 5,177,366호 및 Dykstra 등에게 허여된 미국 특허 제 5,091,655호는 평행 이온 빔을 발생시키기 위한 두 쌍의 정전 주사 전극을 사용하는 방법을 개시한다. '366호 특허는 이온 빔 주입 시스템을 고려하며, 여기서 제어 회로에 의해서 바이어스되는 이격된 평행 플레이트를 통과할 때 제어할 수 있도록 이온 빔이 개시 궤적으로부터 편향된다. 일단 편향되면, 이온 빔은 일단 편향된 이온 빔을 재편향시켜 이온을 희망하는 최종 에너지로 가속시키는 빔 이동 경로를 따라 위치된 전극을 통과한다. 빔 내의 이온은 가속기를 빠져나가고 주사 평면 및 직교 교차 평면에서 이온 포커싱(ion focusing)으로 인해 동일하며 제어되는 충돌각으로 워크피스에 충돌한다.
'655호 특허는 이온 빔에 관한 것인데, 상기 이온 빔은 제어 회로에 의해서 바이어스되는 이격된 평행한 플레이트를 통과할 때, 제어할 수 있는 개시 궤적으로부터 편향된다. 일단 편향되면, 이온 빔은 일단 편향된 이온 빔을 재편향시키고 희망하는 최종 에너지로 이온을 가속시키는 가속기로 들어간다. 빔이 가속기를 빠져나올 때, 워크피스에 충돌하는 궤적을 따라 이동한다. 이온 빔을 구성하는 이온들은 동일하며, 제어되는 충돌각으로 워크피스에 모두 충돌한다.
Nagai 등에게 허여된 "The Nissin NH-20SP medium-current ion implanter"라는 명칭의 공보는 중간 전류 이온 주입기를 개시한다. 주입기는 개시 세트의 전극에 의해서 도입되는 측면으로부터 측면으로의 주사를 보완하는 한 쌍의 소위 킥백 전극(kickback electrodes)(H2)을 갖는다. H1 및 H2 전극에 인가되는 스윕-전압 파장(sweep-voltage waveform)은 디지털-파장 발생기 또는 파장 제어기에 의해서 발생된다.
이온 주입기는 소스 재료로부터 발생된 이온을 방출하는 이온 소스 및 이온이 소스를 빠져나가도록 하는 구조물을 갖는다. 주사 전극은 제어되는 방법으로 측면으로부터 측면으로(from side to side) 이온을 주사하여 폭을 갖는 이온 빔을 형성한다. 이온이 렌즈로 들어감에 따라 렌즈 구조물은 이온이 주사 전극으로부터의 다운스트림의 개시 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 편향시키도록 통과하는 영역을 한정한다.
렌즈 구조물은 이온 이동 방향을 따라 이격되어 떨어진 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는데, 이런 이동 방향은 렌즈 구조물로 들어가는 이온을 편향시키기 위해서 이온 빔의 폭을 가로지르는 빔 경로의 대향하는 측면 상으로 신장한다. 렌즈 구조물의 한 실시예는, 이온이 먼저 이온을 감속시키는 제1 전극과 만나고, 그 후에 이온을 가속시키는 제2 전극과 만난다. 이런 전극에 대한 결합된 작용은 이온이 렌즈 구조물에 들어감에 따라 렌즈로 들어가는 이온이 이온 궤적에 관계없이 거의 동일한 출구 궤적으로 렌즈 구조물을 빠져나가도록 한다. 대안적인 구성에서, 렌즈 구조물은 이온을 가속시키는 이온 경로를 따라 제1 전극 및 제1 전극으로부터의 다운스트림에 있는 이온을 감속시키는 제2 전극을 포함한다. 이런 대안적인 실시예는 또한 이온이 렌즈 구조물에 들어감에 따라 렌즈 구조물로 들어가는 이온이 이온의 궤적에 관계없이 거의 동일한 출구 궤적으로 렌즈 구조물을 빠져나가도록 한다.
다른 실시예는 일련의 전극에서 각각의 전극이 제어되어 예컨대, 단지 하나의 가속 전극 또는 단지 하나의 감속 전극이 이온 빔 상에서 동작하기 위해서 전극의 서브 세트가 불활성화된다.
본 발명의 이런 목적 및 다른 목적, 이점 및 특징이 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 사용되는 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도1은 본 발명을 사용하는 이온 주입기의 개략도;
도2는 본 발명의 예시적인 실시예에 사용되는 렌즈 구조물의 평면도;
도3은 본 발명의 대안적인 예시적인 실시예와 함께 사용되는 대안적인 렌즈 구조물의 평면도;
도4는 렌즈 구조물의 수직 포커싱 효과를 도시하는, 도2 렌즈 구조물에 대한 단면도;
도5는 독립적인 전압원을 포함하는 도2의 렌즈 구조물의 대안적인 실시예를 도시하는, 도2 렌즈 구조물에 대한 단면도; 및
도6은 도5의 렌즈 구조물에 대한 전압 제어 회로의 개략적인 다이어그램.
도1은 본 발명의 양수인에 의해서 판매되는 Axcelis 모델 MC-3 중간 전류 이온 주입기와 같은 이온 주입기(10)의 개략적인 도면이다. 이런 주입기는 실리콘 웨이퍼의 선택적인 도핑을 위해서 실리콘 웨이퍼와 같은 워크피스의 이온 빔 처리에 사용된다. 이런 이온 주입기에서, 양이온은 소스로부터 이온 주입기 스테이션으로 빔 경로를 가로지른 후에 워크피스에 부딪힌다. 도1에 도시된 이온 주입기(10)가 중간 전류 이온 주입기를 도시할지라도, 이온 빔의 이온을 가속시키는 선형 가속기를 갖는 고에너지 주입기를 포함하는 다른 유형의 주입기에서 본 발명을 이용한다.
이온 주입기(10)는 소스 재료로부터 발생한 이온을 방출하는 이온 소스(12)를 포함한다. 전형적인 이온 재료는 소스 하우징(housing) 내에 삽입된 가스이거나 소스 하우징 내에 이온의 플라즈마를 생성하기 위해 증발되는 고체이다. 종래 기술에 공지된 바와 같이, 이런 소스(12)는 전형적으로 이온이 소스로부터 떨어져 빔 경로를 따라 하우징(14)을 빠져나가도록 하는 추출 전극을 포함한다.
도1에 도시된 주입기는 또한 이온 소스로부터 다운스트림의 이온 이동 경로를 따른 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 굽히는 질량 구별 자석(mass discriminating magnet)(20) 이후의 이온을 인터셉트(intercept)하고 폭을 갖는 이온 빔을 형성하기 위해서 제어되는 방법으로 측면으로부터 측면으로 이온을 주사하도록 위치 지정된 빔 주사 구조물(30)을 포함한다. 주사 구조물(30)은 도시된 바와 같이 주사 전극이거나 자기 주사기(magnetic scanner)일 수 있다. 주사 전극은 길이가 거의 20cm이고 2.5cm 정도 이격되어 있는 두 개의 주사 플레이트를 갖는다. 이런 간격은 두 개의 주사 전극의 출구 단부에서 거의 7.5cm의 간격으로 바깥쪽으로 확장된다. 제어된 크기의 +/- 20 킬로볼트에 이르는 전압이 각각의 플레이트에 결합된 적합한 증폭기에 인가되어 총 플레이트 전압 간격(voltage separation)을 성취한다.
도2에서 더 상세히 도시된 렌즈 구조물은 두 개의 주사 전극으로부터의 다운 스트림에 위치 지정된다. 렌즈 구조물(40)은 발산 경로를 따라 이동하는 이온을 허용하고 렌즈 구조물(40)을 떠나는 이온에 대해 평행한 이온 궤적을 생성하도록 이온을 굽힌다. 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 렌즈 구조물은 주사 전극(30)의 영역을 빠져나간 후에 이온이 움직이는 영역(42)을 한정한다. 렌즈 구조물(40)에 의해서 설정된 전기장은 이온이 최종 궤적으로 렌즈 구조물에 들어감에 따라 이온이 이동하는 개시 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 편향시킨다.
도2의 렌즈 구조물은 이온이 이동하는 방향을 따라 이격된 제1 및 제2 전압 갭(44,46)을 포함한다. 이런 갭은 제 1 갭 상의 전극(61,62) 및 제2 갭 상의 전극(63,64) 사이에 형성된다. 이런 전극은 빔이 통과하도록 허용하는 슬롯형 개구를 갖는다. 전극(62,63)은 전기적으로 동일한 구조물의 부분이고, 전원 장치(110)에 의해 결정된 동일한 전위로 된다. 전극(61,64)은 접지 전위일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전극은 알루미늄으로 구성된다. x-y 좌표계는 도2에 도시되어 렌즈 구조물의 구성을 설명하는 것을 돕는다. 각각의 전극은 주사된 이온 빔의 폭을 가로지르는 중앙 빔 경로의 대향하는 측면 상의 'y' 방향으로 신장한다. 도시된 실시예에서, 각각의 전극은 주사 평면(종이의 평면) 위 아래의 z방향으로 신장한다. 전극에서 슬롯형 개구(z 방향의 내로(narrow) 및 y 방향의 폭)는 주사된 빔이 네 개의 전극을 지나가도록 허용한다. 전극(61-64)은 빔 중앙선(48)에 대해 대칭이다. 도2의 렌즈 구조물은 이온을 감속시키는 제1 갭(44) 및 이온을 가속시키는 제2 갭(46)을 포함한다. 네 개의 전극에 의해 설정된 전기장의 결합된 작용은, 렌즈 구조물(40)로 들어가는 이온이 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하므로, 모든 궤적이 일반적으로 중심축(48)에 평행하게 된다.
도3의 렌즈 구조물(40')는 이온이 이동하는 방향을 따라 이격된 제1 및 제2 전압 갭(44',46')을 포함한다. 각각의 갭은 렌즈 구조물로 들어가는 이온을 편향시키는 이온 빔의 폭을 가로지르는 빔 경로의 대향하는 측면 상에서 신장한다. 도3의 렌즈 구조물은 이온을 가속시키는 제1 갭(44') 및 이온을 감속시키는 제2 갭(46')을 포함한다. 이런 실시예에서는, 이온이 여기 전극을 통과한 후, 갭(44')의 접지 전극을 이온 빔 내의 이온이 통과하므로, 양의 'x'방향의 (이온 가속을 위한) 전기장의 성분이 있게 된다. 입사 궤적이 주사 정점의 근접한 위치에서 발생한다면, 두 개의 갭에 의해 설정된 전기장의 결합된 작용은 렌즈 구조물(40)로 들어가는 이온이 중앙선(48)에 거의 평행하게 렌즈 구조물을 빠져나가도록 한다.
도2 및 도3의 렌즈 구조물(40,40')을 떠난 후에, 빔을 형성하는 이온은 일반적으로 평행한 방향으로 이동하고 이온 주입 챔버(50)로 들어간다. 이온 주입 챔버(50) 내에 둘러싸여진 것은 웨이퍼 지지대(52)이다. 웨이퍼는 로드 로크(load lock)(54)에 의해서 챔버(52) 내에 삽입된다. 챔버(50) 외부에서, 웨이퍼는 저장 카세트(58)로부터 처리되지 않은 웨이퍼를 추출하고 제2 카세트(60)로 처리된 웨이퍼를 되돌려 보내거나 대안적으로 이온이 회수되는 동일한 카세트로부터 처리된 이온을 되돌려 보낼 수 있는 로봇(56)에 의해 조작된다.
도2의 실시예에서, 제1 전극 또는 입구 전극은 렌즈 구조물로 들어가는 이온에 대한 전기장의 제1 영역을 생성한다. 입구 전극은 렌즈로 들어가는 이온의 영역으로부터 보이는 바와 같이 오목형이다. 제2 전극 또는 출구 전극은 입구 전극을 통과하는 이온에 대한 제2 전기장을 생성한다. 출구 전극은 입구 전극에 의해 경계가 지어지는 영역으로부터 보여지는 바와 같이 볼록형이다.
렌즈 구조물(40)은, 빔 에너지를 변경시킬 필요 없이 이온이 렌즈 구조물을 빠져나가는 각으로 변경시킨다. 각각의 전극(62,63)은 공통 전원 장치(110)에 연결되는데, 이 공통 전원 장치(110)는 컨덕터(112,114)에 결합된 출력을 갖고, 이 컨덕터(112,114)는 절연체(116,118)를 통과하며, 이 절연체(116,118)는 빔에 대해서 전극(62,63)을 지지하며 전기적으로 전극을 여기(energizing)하기 위해 전극(62,63)에 결합된다. 렌즈 구조물(40)은 150kV보다 작은 전원 장치로부터의 d.c. 신호의 애플리케이션으로 주사된 600keV 빔의 주사 각을 정정할 수 있다. 본 발명의 도시된 실시예에서, 주사 구조의 중심으로부터 제1 또는 입구 전극으로의 거리는 거의 97cm이다. 두 개의 갭(44,46)의 형태는 개략적으로 포물선형이고, 두 개의 얇은 렌즈의 2*S 초점 길이 형태에 근접한데, 여기서 S는 주사 정점까지의 거리이고, 이런 예에서 제1 전극(62)에 대해서 97cm이다. 전극(61,62) 및 전극(63,64)에 의해 형성되는 감속 갭 및 가속 갭의 이상적인 형태는 빔 방향에 대한 최상의 수정을 성취하기 위해서, 필드 및 궤적의 정전형 모델링을 겪는다. 빔 중앙선을 따라 공간은 각각의 갭에서 전극에 대해 거의 5cm의 간격이고, 중앙선에서 전극(62,63) 사이에서 거의 10cm이다.
117kV의 렌즈 전극 전압은 600keV 빔에 적합하다. 감속 갭에 대해서, Ep=Ein-R*Ein인데, Ep는 갭들 간의 에너지이고, R*Ein은 갭을 통과한 후의 에너지 변화이고, 이런 예에서, R=0.195=117/600이다. 가속 갭에 대해서, Ein=Ep+R*Ein이다. 전극(61)의 전연(leading edge)을 갖는 공동-입사 지점으로부터 전극(62)의 후연(trailing edge)으로 렌즈 구조물을 통과하는 경로 길이는 빔 내의 이온의 'y'방향에 따라 25cm에서 43cm 사이로 변한다. 전극에 의해 형성된 z 방향으로의 수직 개구는 거의 5cm이다. 억제 장치(suppressor)(도시되지 않음)는 이온 빔에서 전자를 추출하는 것으로부터 이런 장치에 인가된 양전위를 유지하기 위해서 렌즈 구조물 및 주사 플레이트의 입구 및 출구 상에서 필요한데, 이는 증가된 공간 전하 효과가 증가하도록 한다.
도3의 실시예에서, 접지된 전극(61)과 공동으로 제1 전극 또는 입구 전극(62)은 렌즈 구조물로 들어가는 이온에 대한 전기장의 제1 영역을 생성한다. 입구 전극은 렌즈로 들어가는 이온의 영역으로부터 보여지는 바와 같이 볼록형이다. 제2 전극(63) 또는 출구 전극은 입구 전극을 통과하는 이온에 대한 전기장의 제2 영역을 생성한다. 출구 전극은 입구 전극에 의해 경계가 지어지는 영역으로부터 보여지는 바와 같이 오목형이다.
도1 또는 도2와 같은 일련의 두 개 이상의 어셈블리를 사용하여 (갭 상에서 더 작은 전압을 갖는) 각각의 갭에서 발생하는 더 작은 수정으로 각도 수정을 성취함으로써, 렌즈 구조물상에서 적당한 전압을 갖는 더 높은 에너지 빔에 대한 평행한 궤적을 성취한다는 것을 주의해야만 한다.
또한, 이온 빔이 이런 전극을 통과함에 따라 전극의 프린지 필드(fringe field)로 인한 주사 평면에 직교하는 평면으로 포커싱(집속 또는 수렴) 하게 된다. 도4를 참조하자. 초점 길이는 빔 에너지, (z 방향으로의) 개구 높이, 및 (이동 방향(x)을 따르는) 갭의 폭에 관련된 갭 상의 전압에 의해 결정된다. 구조물의 정전형 모델링은 렌즈 다음의 모든 장소(y)에서 거의 동일한 수직 포커싱을 성취하는데 사용될 수 있다. 수직 포커싱이 갭에 대해 발생하는데, 여기서 전극(61,62 및 63,64)이 실질적으로 서로 평행하다는 것을 또한 주의해야만 한다. 이는 주사된 빔 또는 리본 빔에 대해 수직 포커싱을 갖는 렌즈를 생산할 것이다.
두 개의 대안적인 실시예의 각각은 두 개의 여기 전극 및 두 개의 접지 전극을 도시하는데, 이들은 이온이 통과하는 가속 갭 및 감속 갭을 형성하기 위해서 빔 이동 경로를 따라 위치 지정된다. 더 낮은 전압에서 더 많은 전극을 사용하여 두 개 이상의 갭을 생성할 수 있다. 그러므로 예컨대 구조물이 더 낮은 전압의 전극에 의해서 구현될 수 있는데, 이는 유사한 포물선 형태의 적절한 전극으로 구현되는 제2 가속 갭 및 그 후의 제2 감속 갭에 의해 따르는 감속 갭을 한정하는 전극에 의해서 빔 경로를 따라 즉시 따르게 되는 감속 갭을 한정한다.
이런 발명의 다른 실시예는 렌즈 구조물 모드 제어기(도6에 개략적으로 도시됨)를 포함함으로써 성취되는데, 이는 도5에서 도시되는 바와 같이 두 개의 전압 갭의 각각에 인가될 바이어싱 전압을 제어하여 단지 하나의 갭이 어떤 소정의 시간에 활성화된다. 한 구성에서, 빔 각은 제1 갭(44)에서 감속하거나 제2 갭(46)에서 가속함으로써 주사 각으로부터 빔 축(48)에 평행한 방향으로 바뀔 수 있다. 단지 하나의 갭이 어떤 소정의 시간에 그것을 가로지르는 전압을 갖고, 다른 갭은 도6에서 윤곽이 그려진 세트의 동시 작동되는 중계 접속(ganged relay connection)에 의해 단락된다. 렌즈가 이런 단일 갭 모드에서 동작될 경우에, 전극 형태는 두 개의 전극 대신 하나의 전극에서 평행성을 성취하도록 디자인될 것이다. 렌즈가 감속보다는 오히려 가속하는 대안적인 모드에서 동작하는 것이라면, 전극은 대안적인 구성에 의해 필요로 되는 에너지 변화에 적합한 형태로 바뀔 것이다. 이런 동작 모드를 가능하게 하는 전위(V1)에서 단말기 내에 위치된 전원 장치 및 계전기가 도6에 도시된다.
단일 갭 실시예는 더 높은 에너지 빔에 대한 가속 갭의 사용을 허용하는데, 여기서 주사 각이 보정되기 때문에 에너지를 획득하는데 이득이다. 대안에서, 감속 갭은 더 낮은 최종 에너지의 빔에 사용될 수 있다. 도1에서, 예컨대 가속 갭은 2.7 팩터(factor) 만큼 이온 소스(12)로부터 빔 에너지를 증가시켜 렌즈(40) 이후에 약 110keV의 에너지의 결과를 가져올 수 있다. 렌즈 이후에 부가적인 전압 갭은 필요로 된다면 빔 에너지가 더 높은 레벨로 증가되는 것을 허용할 것이다.
가속 렌즈만을 갖는 현재 주입기가 렌즈(40) 이후에 큰 감속 비율을 필요로 하여 약 5keV보다 작은, 저 에너지 주입을 위한 최종 에너지에 도달한다. 필요한 큰 감속 비율을 갖는 감속 갭은 종종 강한 포커싱 특성을 가지며 가장 적은 에너지로 빔을 트랜스포트하기 어렵게 만드는 작은 각의 다이버전스(divergence)를 확대한다. 빔을 포커싱하기 위해 렌즈(40)의 감속 부분을 사용하면 가속 렌즈보다 빔 에너지를 감소시키는 반면 주사 각을 보정한다. 예를 들어, 감속 렌즈는 3 팩터만큼 이온 소스로부터 에너지를 감소시켜, 렌즈 이후에 15keV 또는 그보다 작은 에너지의 결과를 가져오는데 사용될 수 있다. 렌즈 이후에 부가적인 감속 갭은 더 작은 감속 비율 및 제어하기 더 쉬운 포커싱 특성을 갖는 매우 낮은 에너지를 성취할 수 있다.
도5를 참조하면, 여러 전극 상에서 관련된 바이어싱 전압이 감속 모드 및 가속 모드에 대해서 아래의 표1과 같이 도시된다. 감속 모드에서, 접촉부(K2,K4)가 도6에 도시된 바와 같이 닫힌다. 이런 예에서 보여지는 바와 같이, 이는 V1이 접지되어 V2=V3=+30kV인 결과를 가져온다. 그러므로 감속 갭(44)의 납 전극(61)이 접지이고 제 2 전극(뿐만 아니라 가속 갭(46)의 두 개의 전극(63,64))은 이런 예에서 더 높은 전압(+30kV)이다. 양이온 빔이 전위(V1)에서의 영역으로부터 에너지(Ein)에서 렌즈로 들어간다. 갭(44)이 V2>V1으로 갭을 가로지르는 전압(V2-V1)을 갖기 때문에, 양이온은 Eout=C1*Ein 팩터에 의해서 감속된다(여기서 C1은 특정한 렌즈 형태에 대해서 거의 1/3일 수 있다). 이온의 감속 외에도, 모든 이온 궤적은 이런 갭을 통과한 후에 빔 축에 평행하게 만들어진다. 이런 경우에, 두 개의 전극(63,64)이 동일한 전위이기 때문에 가속 갭(46)을 가로지르는 전압 강하가 없다.
가속 모드에서, 도6의 접촉부는 모든 접촉부에 교차하는 점선으로 개략적으로 도시된 동시에 작동되는 연결부에 의해서 도5에 도시된 대향하는 장소에서 스위치된다. K1 및 K3은 닫히고 K2 및 K4는 열린다. 이런 스위치 결합은 V1=V2으로 만들고, V3는 -75kV이다. 감속 갭(44)의 두 개의 전극(61,62)은 V1이다. 가속 갭(46)의 납 전극(63)도 또한 V1이다. 가속 갭(64)에서 제2 전극은 더 낮은 전압, 이런 예에서 -75kV이다. 양이온 빔은 전위(V1)에서의 영역으로부터 에너지(Ein)에서 렌즈로 들어가고, 어떠한 전압 강하도 갭(44)에 걸쳐 발생하지 않는다. 갭(46)이 전압(V3-V2)을 갖기 때문에(여기서 V2=V1, V3<V1), 양이온은 Eout=C2*Ein 팩터에 의한 에너지를 획득한다(여기서 C2는 특정한 렌즈 형태에 대해서 거의 2.7일 수 있다). 이온의 가속 외에도, 모든 이온 궤적은 이런 갭을 통과한 후에 빔 축에 평행하게 만들어진다.
모드 갭 상태 관련된 전압
감속 44-활성, 46 단락됨 V2>V1, V2=V3
가속 46-활성, 44 단락됨 V3<V1, V1=V2
도시되지는 않은 다른 실시예는 두 개의 분리된 전원 장치가 도3에 도시된 대안적인 렌즈 구성이 도5에 대해 상술된 예에서와 같이 주사 보정을 제공하기 위해서 단지 가속 갭 또는 감속 갭의 활성을 허용하는 방법으로 접속되도록 허용할 것이다.
상기 설명은 이온을 포커싱하기 위해서 일련의 "슬릿 렌즈"(이온 빔이 통과하는 슬릿 개구를 갖는 구부러진 평면에 의해 형성된 정전 전압 갭에 의해 형성된 렌즈)의 사용을 고려하는데, 이는 렌즈 이후에 평행한 광선을 형성하도록 한 평면에 주사된다. 이런 경우에, 렌즈는 슬릿의 평면에서 무한원(infinity)에 물체(주사 정점)를 포커싱한다. 이런 개념의 더 일반적인 사용은, 유한 거리에 물체 및 이미지를 포커싱(또는 집속)하는 렌즈를 사용하는 것이다. 이런 렌즈 구성은 빔을 포커싱하는데, 이는 한 평면에서 넓은 포락선이고 직교 평면에서 상대적으로 좁다. 이런 슬릿 렌즈는 빔이 리본 형태를 유지하도록 하는 반면, 다음의 빔 라인 틈을 통과하기 위해서 필요로 되는 바와 같이 포커싱된다.
본 발명의 몇몇 예시적인 실시예가 특수성의 정도를 함께 설명했을지라도, 본 발명은 첨부된 청구항의 정신 또는 범위 내에 존재하는 개시된 예시적인 디자인으로부터 모든 수정 및 변경을 포함하도록 한다.

Claims (32)

  1. 이온 주입 장치에 있어서:
    소스 재료로부터 발생된 이온을 방출하는 이온 소스;
    상기 이온 소스로부터 다운스트림의 이온 이동 경로를 따른 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 굽히는 질량 구별 자석;
    상기 질량 구별 자석 이후의 이온을 인터셉트하도록 위치 지정되어, 폭을 갖는 이온 빔을 형성하기 위해서 제어되는 방법으로 측면으로부터 측면으로 이온을 주사하는 이온 주사기;
    상기 이온이 렌즈 구조물로 들어감에 따라 상기 주사기로부터 다운스트림의 개시 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 편향시키는 상기 이온이 지나가는 영역을 한정하는 렌즈 구조물로서, 상기 이온을 가속시키거나 감속시키는 렌즈 전극 쌍을 포함하고, 상기 렌즈 전극 쌍의 전극이 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온을 편향시키기 위해서 상기 이온 빔의 폭을 가로질러 신장하는 이온 이동 방향을 따라 이격되는, 렌즈 구조물; 및
    상기 렌즈 구조물에 인가되는 바이어싱 전압을 이온 가속 전압과 이온 감속 전압 사이로 스위치하여, 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온이 출구 궤적으로 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하는 렌즈 구조물 모드 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 주사기가 주사 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 주사기가 자기 주사기(magnetic scanner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은 두 개의 렌즈 전극 쌍을 포함하는데, 상기 전극 쌍들 중 하나는 가속 렌즈 전극 쌍이고, 다른 하나는 감속 렌즈 전극 쌍인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어기가, 활성화된 렌즈 전극 쌍의 전극들 중 하나를 제1 바이어싱 전압에 접속시키고, 활성화된 렌즈 전극 쌍의 전극들 중 다른 하나 및 다른 전극 쌍들로부터의 양쪽 전극을 제2 바이어싱 전압에 접속시킴으로써, 단일 렌즈 전극을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제어기가, 가속 렌즈 전극 쌍 및 감속 렌즈 전극 쌍의 각각의 전극을 하나 이상의 전원 장치에 의해 인가되는 바이어싱 전압에 선택적으로 접속하는 다수의 계전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 궤적은, 이온이 다른 이온과 평행하게 이동하는 빔 경로로, 모든 이온이 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 궤적은, 유한 거리에서 집속하게 되는 빔 경로로 모든 이온 빔이 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 가속 렌즈 전극 쌍에 의해 야기된 이온 가속이 상기 감속 렌즈 전극 쌍에 의한 이온 감속에 의해 감소되도록, 상기 제어기가 양쪽 렌즈 전극 쌍을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 감속 렌즈 전극 쌍은 상기 렌즈 구조물에 들어가는 이온에 대한 전기장의 제1 영역을 생성하는 입구 전극을 포함하고, 상기 입구 전극은 상기 렌즈에 들어가는 이온의 영역으로부터 보여지는 바와 같이 오목형이며; 가속 렌즈 전극은 상기 입구 전극을 통과하는 이온에 대한 전기장의 제2 영역을 생성하는 출구 전극을 포함하고, 상기 출구 전극은 상기 입구 전극에 의해서 경계가 지어지는 영역으로부터 보여지는 바와 같이 볼록형인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  11. 제 4항에 있어서,
    이온 빔 경로를 따라 이동하는 이온에 의해 만나게 되는 제1 렌즈 전극 쌍은 가속 전극 렌즈 쌍이고, 상기 이온에 의해 만나게 되는 제2 렌즈 전극 쌍은 감속 전극 렌즈 쌍인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  12. 제 4항에 있어서,
    이온 빔 경로를 따라 이동하는 이온에 의해 만나게 되는 제1 렌즈 전극 쌍은 감속 전극 렌즈 쌍이고, 상기 이온에 의해 만나게 되는 제2 렌즈 전극 쌍은 가속 전극 렌즈 쌍인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  13. 워크피스를 처리하기 전에 측면으로부터 측면으로 편향되는 이온 빔을 갖는 이온 주입기와 함께 사용하기 위한 렌즈 구조물로서,
    상기 렌즈 구조물은, 이온이 렌즈 구조물에 들어감에 따라 개시 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 편향시키기 위해서 이온이 통과하는 영역을 한정하고;
    상기 렌즈 구조물은, 이온 이동 방향을 따라 이격된 전극을 갖는 제1 여기 전극 쌍을 포함하는데, 상기 이온 이동 방향은 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온을 편향시키기 위해서 상기 이온 빔의 폭을 가로질러 신장하며,
    렌즈 구조물 모드 제어기가 상기 렌즈 구조물에 인가되는 바이어싱 전압을 이온 가속 전압과 이온 감속 전압 사이로 스위치하여, 이온이 상기 렌즈 구조물로 들어가는 상기 궤적에 관계없이, 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온이 출구 궤적으로 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하며;
    상기 렌즈 구조물 모드 제어기가, 가속 렌즈 전극 쌍 및 감속 렌즈 전극 쌍의 각각의 전극을 하나 이상의 전원 장치에 의해 인가되는 바이어싱 전압에 선택적으로 접속하는 다수의 계전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 구조물.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물이 두 개의 렌즈 전극 쌍을 포함하는데, 이들 중 하나는 가속 렌즈 전극 쌍이고, 다른 하나는 감속 렌즈 전극 쌍인 것을 특징으로 하는 렌즈 구조물.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제어기가, 활성화된 렌즈 전극 쌍의 전극들 중 하나를 제1 바이어싱 전압에 접속시키고, 활성화된 렌즈 전극 쌍의 전극들 중 다른 하나 및 다른 전극 쌍들로부터의 양쪽 전극을 제2 바이어싱 전압에 접속시킴으로써, 단일 렌즈 전극을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 렌즈 구조물.
  16. 삭제
  17. 이온 주입기와 함께 사용하기 위한 이온 빔을 형성하는 방법에 있어서,
    이온 빔을 생성하기 위해서 소스 재료로부터 생성된 이온을 가속시키는 단계;
    폭을 갖는 신 이온 빔(a thin ion beam)을 형성하기 위해서, 제어되는 방법으로 측면으로부터 측면으로 상기 빔 내의 이온을 주사하는 단계;
    렌즈를 형성하기 위해서, 이온 이동 방향을 따라 이격되어 위치 지정된 제1 전극 쌍을 포함하는 렌즈 구조물을 선택적으로 여기시킴으로써, 상기 편향 영역에 들어가는 이온을 편향시키는 전기장을 생성하여, 이온이 편향 영역에 들어감에 따라 개시 궤적으로부터 벗어나 상기 신 이온 빔을 구성하는, 이온을 편향시키는 단계; 및
    상기 이온이 상기 편향 영역에 들어가는 개시 궤적에 관계없이, 상기 편향 영역에 들어가는 이온이 동일한 출구 궤적으로 상기 편향 영역을 빠져나가도록 하기 위해서, 상기 이온을 가속시키는 전기장을 생성하는 바이어싱 전압과 상기 이온을 감속시키는 전기장을 생성하는 바이어싱 전압 사이에서 선택하도록 상기 렌즈 구조물에 인가되는 바이어싱 전압을 스위치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기에 사용하기 위한 이온을 형성하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 전극 쌍의 전극이 상기 신 이온 빔의 폭을 가로지르는 방향으로 구부러져서, 상기 빔의 폭을 가로지르는 균일하지 않은 전기장을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기에 사용하기 위한 이온을 형성하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    제1 전극 쌍 또는 제2 전극 쌍들 중 하나가 상기 이온을 가속시키는 가속 전극 쌍이고, 상기 제1 전극 쌍 또는 상기 제2 전극 쌍들 중 다른 하나가 상기 이온을 감속시키는 감속 전극 쌍이 되도록 상기 이온 빔 경로를 따라 제2 전극 쌍을 위치 지정하는 단계 및,
    상기 제1 전극 쌍 또는 상기 제2 전극 쌍들 중 하나를 활성화시키고, 상기 다른 전극 쌍을 비활성시키는 상기 바이어싱 전압을 스위치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기에 사용하기 위한 이온을 형성하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 활성화된 렌즈 전극 쌍의 전극들 중 하나를 제1 바이어싱 전압에 접속하고, 상기 활성화된 렌즈 전극 쌍의 전극들 중 다른 하나 및 상기 다른 전극 쌍으로부터의 전극들 양쪽을 제2 바이어싱 전압에 접속함으로써, 상기 바이어싱 전압이 스위치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기에 사용하기 위한 이온을 형성하는 방법.
  21. 이온 주입 장치에 있어서,
    소스 재료로부터 발생된 이온을 방출하는 이온 소스;
    상기 이온 소스로부터의 다운스트림의 이온 이동 경로를 따른 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 굽히는 질량 구별 자석;
    질량 구별 자석 이후에 이온을 인터셉트하도록 위치 지정되어, 폭을 갖는 이온 빔을 형성하기 위해서 제어되는 방법으로 측면으로부터 측면으로 이온을 주사하는 이온 주사기;
    상기 이온이 렌즈 구조물에 들어감에 따라 상기 이온이 상기 주사 전극으로부터의 다운스트림의 개시 궤적으로부터 벗어나도록 이온을 편향시키기 위해 이온이 통과하는 영역을 한정하는 렌즈 구조물로서; 상기 렌즈 구조물이 이온 이동 방향을 따라 이격되어 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는데, 상기 이온 이동 방향은 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온을 편향시키기 위해서 상기 이온빔의 폭을 가로지르는 빔 경로의 대향하는 측면들 상으로 신장하며; 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온이 제어되는 출구 궤적으로 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하기 위해서, 하나의 이온 가속 전극 및 하나의 이온 감속 전극을 포함하는, 렌즈 구조물; 및
    상기 렌즈 구조물에 인가되는 바이어싱 전압을 이온 가속 전압과 이온 감속 전압 사이로 스위치하여, 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온이 출구 궤적으로 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하는 렌즈 구조물 모드 제어기를 포함하는 것을 특징으로 이온 주입 장치
  22. 제 21항에 있어서,
    부가적으로 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각에 고정 전압을 인가하는 전원 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 전원 장치가 동일한 전압을 각각의 전극에 인가하는 것을 특징으로 하 는 이온 주입 장치.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 전극이 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온에 대한 전기장의 제1 영역을 생성하는 입구 전극을 포함하고, 상기 입구 전극은 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온의 영역으로부터 보여지는 바와 같이 오목형이고; 상기 제2 전극은 상기 입구 전극을 통과하는 이온에 대한 전기장의 제2 영역을 생성하는 출구 전극을 포함하고, 상기 출구 전극은 상기 입구 전극에 의해 경계가 지어지는 영역으로부터 보여지는 바와 같이 볼록형인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  25. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 전극이 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온에 대한 전기장의 제1 영역을 생성하는 입구 전극을 포함하고, 상기 입구 전극은 상기 렌즈 구조물로 들어가는 이온의 영역으로부터 보여지는 바와 같이 볼록형이고; 상기 제2 전극이 상기 입구 전극을 통과하는 이온에 대한 자기장의 제2 영역을 생성하는 출구 전극을 포함하고, 상기 출구 전극은 상기 입구 전극에 의해 경계가 지어지는 영역으로부터 보여지는 바와 같이 오목형인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  26. 제 21항에 있어서,
    이온 빔 경로를 따라 이동하는 이온에 의해서 만나게 되는 제1 전극이 가속 전극이고, 상기 이온에 의해 만나게 되는 제2 전극은 감속 전극인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  27. 제 21항에 있어서,
    이온 빔 경로를 따라 이동하는 이온에 의해서 만나게 되는 제1 전극이 감속 전극이고, 상기 이온에 의해 만나게 되는 제2 전극은 가속 전극인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  28. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 상기 이온이 이동하는 갭을 한정하는 제1 전기장 및 제2 전기장을 생성하기 위해서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 이격된 제1 및 제2 고정, 저전위 전극에 관하여 위치 지정되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  29. 제 21항에 있어서,
    상기 이온 주사기가 주사 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  30. 제 21항에 있어서,
    상기 이온 주사기가 자성 주사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  31. 제 21항에 있어서,
    상기 제어되는 궤적은, 이온이 다른 이온에 평행하게 이동하는 빔 경로로, 모든 이온이 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  32. 제 21항에 있어서,
    상기 제어되는 궤적은, 유한 거리에서 수렴되는 빔 경로로, 모든 이온이 상기 렌즈 구조물을 빠져나가도록 하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
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