KR101225804B1 - 이온 주입 균일도를 개선하는 이온 빔 주사 시스템 및 방법 - Google Patents

이온 주입 균일도를 개선하는 이온 빔 주사 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

집속 조정 장치가 제공되는 이온 주입 시스템 및 그에 대한 주사 시스템은 스캐너의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상하도록 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정한다. 주사된 이온 빔을 공작물에 제공하는 방법은, 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계, 이온 빔을 주사하여 주사된 이온 빔을 생성하는 단계 및, 주사된 이온 빔을 공작물로 지향시키는 단계를 포함한다.
이온 주입 시스템, 공작물, 이온원, 질량 분석기, 집속 조정 장치, 스캐너

Description

이온 주입 균일도를 개선하는 이온 빔 주사 시스템 및 방법{ION BEAM SCANNING SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVED ION IMPLANTATION UNIFORMITY}
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로서, 특히, 공작물(workpiece)에 걸쳐 이온 빔을 균일하게 주사하는 개선된 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 및 다른 제품의 제조 시에는, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 또는 불순물을 가진 다른 공작물을 도핑하기 위해 이온 주입을 사용한다. 이온 주입기 또는 이온 주입 시스템은 공작물을 이온 빔으로 처리하여, n형 또는 p형 도핑 영역을 형성하거나, 공작물 내에 비활성화층(passivation layer)을 형성한다. 반도체 도핑에 이용되면, 이온 주입 시스템은 선택된 이온종을 분사하여, 원하는 외인성 물질(extrinsic material)을 생성하며, 여기서, 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소스 물질로부터 생성된 주입 이온은 결과적으로 n형 외인성 물질 웨이퍼를 생성시키고, 붕소, 갈륨 또는 인듐과 같은 주입 물질은 반도체 웨이퍼 내에 p형 외인성 물질 부분을 생성시킨다.
도 1A는 단말기(12), 빔라인 조립체(14) 및 종단국(16)을 가진 예시적인 이온 주입 시스템(10)을 도시한 것이다. 단말기(12)는, 이온 빔(24)을 생성시켜 빔라 인 조립체(14)로 지향시키는 고전압 전원(22)에 의해 가동되는 이온원(20)을 포함한다. 빔라인 조립체(14)는 빔가이드(32) 및 질량 분석기(26)로 구성되며, 여기서, 쌍극자 자기장이 확립되어, 빔가이드(32)의 출구단에서 분해 개구(34)를 통해 적절한 전하 대 질량비의 이온만을 종단국(16) 내의 공작물(30)(예컨대, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 등)로 통과시킨다. 이온원(20)은, 이온원(20)으로부터 추출되어 이온 빔(24) 내에 형성되는 전하 이온을 생성시키며, 이온 빔(24)은 빔라인 조립체(14) 내의 빔 경로를 따라 종단국(16)으로 지향된다. 이온 주입 시스템(10)은 이온원(20)과 종단국(16) 사이로 연장하는 빔 형성 및 형상 구조체를 포함할 수 있으며, 이 구조체는, 이온 빔(24)을 유지하여, 빔(24)이 종단국(16) 내에 지지되는 하나 이상의 공작물(30)로 수송되는 신장된 내부 공동부 또는 통로를 바운드(bound)한다. 이온 빔 수송 통로는 통상적으로 진공 상태로 되어, 공기 분자와의 충돌을 통해 빔 경로로부터 편향되는 이온의 확률을 감소시킨다.
저 에너지 주입기는 통상적으로 수천 전자 볼트(keV)의 이온 빔을 약 80-100 KeV 까지 제공하도록 설계되는 반면에, 고 에너지 주입기는 질량 분석기(26)와 종단국(16) 간의 (도시되지 않은) 선형 가속 (linac) 장치를 이용하여, 질량 분석된 빔(24)을 더욱 고 에너지, 통상적으로 수백 keV로 가속화시킬 수 있으며, 여기서, DC 가속이 또한 가능하다. 고 에너지 이온 주입은 일반적으로 공작물(30) 내에 깊은 주입을 위해 사용된다. 역으로, 고전류, 저 에너지 이온 빔(24)은 통상적으로 고 선량, 얕은 깊이의 이온 주입을 위해 사용되며, 이 경우에, 이온의 저 에너지로 인해 일반적으로 이온 빔(24)의 수렴을 유지하는 것이 어렵게 된다.
집적 회로 장치 및 다른 제품을 제조할 시에는, 전체 공작물(30)에 걸쳐 도펀트 종을 균일하게 주입하는 것이 바람직하다. 종단국(16)의 상이한 형태는 종래의 주입기에서 발견된다. "배치(batch)"형의 종단국은 회전 지지 구조체 상에 다수의 공작물(30)을 동시에 지지할 수 있으며, 여기서, 공작물(30)은 모든 공작물(30)이 완전히 주입될 때까지 이온 빔의 경로를 통해 회전된다. 한편, "시리얼(serial)"형 종단국은 주입을 위한 빔 경로를 따라 단일의 공작물(30)을 지지하며, 여기서, 다수의 공작물(30)은 시리얼 형식으로 하나씩 주입되고, 각 공작물(30)은 다음 공작물(30)의 주입이 개시하기 전에 완전히 주입된다.
도 1A의 주입 시스템(10)은 시리얼 종단국(16)을 포함하며, 여기서, 빔라인 조립체(14)는 측면 스캐너(lateral scanner)(36)를 포함하고, 이 측면 스캐너는 비교적 좁은 프로파일을 가진 이온 빔(24)(예컨대, "펜슬" 빔)을 수신하여, 빔(24)을 X 방향 전후로 주사하여, 빔(24)을, 적어도 공작물(30)만큼 넓은 유효 X 방향 폭을 가진 연장된 "리본" 프로파일로 확산시킨다. 그 후, 리본 빔(24)은 병렬화기(parallelizer)(38)를 통해 통과되고, 이 병렬화기는, 이 리본 빔을, (예컨대, 일반적으로 공작물 표면과 수직인) Z 방향과 일반적으로 병렬인 공작물(30)로 지향시킨다. 단말기(12), 빔라인 조립체(14) 및 종단국(16)이 개별 또는 이산 시스템으로서 도시되어 있지만, 이들 중 하나 이상은, 예컨대 결합될 수 있거나, 그의 부품이 공유될 수 있으며, 여기서, 단말기(12)는 빔가이드(32) 및, 병렬화기(38)를 통한 다른 빔라인 조립체 부품을 포함하도록 연장할 수 있다.
도 1B-1E에서도, 빔 경로의 어느 한 횡방향측 상의 한쌍의 주사판 또는 전 극(36a 및 36b) 및, 도 1C의 파형 다이어그램(60)에 도시된 바와 같이 교번 전압(alternating voltage)을 전극(36a 및 36b)에 제공하는 전압원(50)을 가진 스캐너(36)가 도 1B에 도시되어 있다. 주사 전극(36a 및 36b) 간의 시변(time-varying) 전압 전위는 그 사이에서 빔 경로에 걸쳐 시변 전기장을 생성하며, 이에 의해, 빔(24)은 주사 방향(예컨대, 도 1A, 1B 및 1C-1J에서 X 방향)을 따라 구부려지거나 편향된다. 스캐너 전기장이 전극(36a)에서 전극(36b)으로의 방향에 있으면(예컨대, 전극(36a)의 전위가 도 1C의 시간 "a" 및 "c"에서와 같이 전극(36b)의 전위보다 더 양이면), 빔(24)의 양 전하 이온은 음의 X 방향으로(예컨대, 전극(36b)을 향해) 횡력(lateral force)을 받는다. 전극(36a 및 36b)이 동일한 전위(예컨대, 도 1C의 시간 "e"에서와 같이 스캐너(36) 내의 0 전기장)에 있으면, 빔(24)은 수정되지 않고 스캐너(35)를 통과한다. 전기장이 전극(36b)에서 전극(36a)으로의 방향에 있으면(예컨대, 도 1C의 시간 "g" 및 "i"), 빔(24)의 양 전하 이온은 양의 X 방향으로(예컨대, 전극(36a)을 향해) 횡력을 받는다.
도 1B는, 병렬화기(38)에 입력하기 전에 주사 동안 시간적으로 예시적인 수개의 이산점에서 스캐너(36)를 통과하는 주사된 빔(24)의 편향을 도시하고, 도 1D는 도 1C에 나타낸 대응하는 시간에서 공작물(30)에 충돌하는 빔(24)을 도시한 것이다. 도 1D에서 주사 및 병렬화된 이온 빔(24a)은 도 1C의 시간 "a"에서 인가된 전극 전압에 대응하며, 후속하여, 빔(24b-24i)은, 도 1D에서, X 방향으로 공작물(30)에 걸쳐 일반적으로 단일의 수평 주사를 위한 도 1C의 대응하는 시간 "c", "e", "g" 및 "i"에서 주사 전압에 대해 도시되어 있다. 도 1E는 공작물(30)에 걸쳐 빔(24)의 단순한 주사를 도시하며, 여기서, (도시되지 않은) 기계적 동작은, 스캐너(36)에 의해 X 방향 주사 중에 양의 Y 방향으로 공작물(30)을 병진시켜, 빔(24)이 공작물(30)의 완전 노출면 상에 충돌된다.
스캐너(36) 내에 주사하기 전에, 이온 빔(24)은 통상적으로 제각기 0이 아닌 X 및 Y 치수의 폭 및 높이 프로파일을 가지며, 완전 대칭이 아닐 수 있으며(예컨대, Y/X 치수의 1이 아닌 종횡비(non-unity aspect ratio)를 가질 수 있으며), 여기서, 빔의 X 및 Y 치수의 하나 또는 양방은 수송 중에 변화한다. 빔(24)이 빔 경로를 따라 공작물(30)로 수송될 시에, 빔(24)은 각종 전기장 및/또는 자기장 및, 빔 폭 및/또는 높이를 변경할 수 있는 장치와 충돌한다. 게다가, 양의 전하 빔 이온의 상호 반발 작용을 포함하는 공간 전하 효과는 대응책이 없이 빔을 발산하는 경향이 있다(예컨대, X 및 Y 치수의 증대).
실제로 공작물에 제공되는 빔(24)에 대해, 스캐너(36)의 기하학 및 동작 전압은 이온 빔(24)에 대해 어떤 집속 특성을 제공한다. 완전 대칭 빔(24)(예컨대, 펜슬 빔)이 스캐너(36)에 입력하는 것을 추정할 시에도, 스캐너 집속 특성이 스캐너(36) 및 병렬화기(38)의 집속 거리가 스캐너(36)의 유효 꼭지점(effective vertex)에서 X 방향의 최외부 주사된 에지에 있는 공작물(30)까지의 거리와 동일한 집속 거리를 제공하도록 하면, 스캐너(36)에 의한 빔(24)의 휨은 빔 집속을 변화시키며, 여기서, 입사 빔은 통상적으로 X 방향의 횡방향 에지(예컨대, 도 1D의 24a 및 24i)에서만 집속되고, 횡방향 에지(예컨대, 도 1D의 24c, 24e 및 24g) 간의 포인트에 대한 X 치수에서는 집속되지 않을 것이다(예컨대, 더 넓거나 더 발산함).
도 1F-1J는 제각기 주사된 사례(24a, 24c, 24e, 24g 및 24i)에 대응하는 입사 빔(24)을 도시한다. 빔(24)이 X 방향으로 웨이퍼(30)에 걸쳐 주사될 시에, 스캐너(36)의 X 방향 집속은 변화하여, 빔(24)이 중심으로 이동할 시에 입사 빔(24)의 횡방향 발산을 증대시켜, 빔(24)이 다시 다른 횡방향 에지에 도달할 시에 집속을 개선한다. 이 경우에, 스캐너(36)의 집속 길이는 본질적으로, 빔(24)이 스캐너(36)의 꼭지점에서 X 방향의 최외부 에지(예컨대, 빔(24a 및 24i) 중 어느 하나까지 이동하는 거리로 설정된다. 이 경우에, 주사하지 않을 경우, 빔(24e)은, 입사 빔(24e)이 도 1H에 도시된 바와 같이 X 방향 폭 Wc을 갖는 공작물(30)의 중심으로 바로 진행한다. 그러나, 빔(24)이 그 중심에서 떨어진 어느 한 방향에서 횡방향으로 주사될 시에, 스캐너(36)의 시변 집속 특성은 입사 빔의 횡방향 집속을 더욱 강하게 한다. 예컨대, 공작물(30)의 최외부 에지에서, 도 1F에는 입사 빔(24a)이 제 1 좌측 폭 WL1을 가지며, 우측 상에서, 도 1J에는 입사 빔(24i)이 제 1 우측 폭 WR1을 갖는다. 도 1G 및 1I는, 제각기 입사 빔 폭 WL2 및 WR2을 가지고, 공작물(30)의 에지 및 중심 간의 X 방향 집속 변동을 도시한 2개의 중간 빔(24c 및 24g)을 도시한다.
주사 방향을 따라 스캐너(36)의 집속 변동을 저지하기 위해, 통상의 이온 주입 시스템의 설계는 종종 스캐너(36)와 웨이퍼(30) 간에 상당히 긴 거리를 제공하여, 주사 방향 빔 치수(예컨대, X 치수)의 치수 변동이 작다. 그러나, 주입 균일도 사양(specification)이 이온 주입기에 대해 증가될 시에, 이와 같은 집속 변동은 점점 더 허용할 수 없게 된다. 더욱이, 고 전류, 저 에너지 이온 빔(24)에 대해, 스캐너(36)와 공작물(30) 간의 긴 드리프트(drift) 거리는 빔 이온의 상호 반발로 인해 더욱 빔 블로업(beam blowup)되기 쉽다. 그래서, 빔 주사 장치의 시변 집속 특성이 제어되거나 개선될 수 있는 개선된 이온 주입 시스템 및 주사 시스템에 대한 필요성이 계속되어 왔다.
다음에는, 본 발명의 어떤 양태의 기본적 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간략화된 요약이 제공된다. 이 요약은 본 발명의 광범한 개요가 아니고, 본 발명의 중요한 요소를 식별하도록 의도된 것도 아니고, 본 발명의 범주를 서술하는 것도 아니다. 오히려, 이 요약의 목적은, 간략화된 형식으로 본 발명의 어떤 개념을, 나중에 제공되는 더욱 상세한 설명에 대한 서두로서 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 주사된 이온 빔을 공작물에 제공하는 이온 주입 시스템, 주사 시스템 및 방법에 관계되며, 여기서, 이온 빔의 하나 이상의 집속 특성은 주사 메카니즘의 시변 집속 특성을 보상하도록 동적으로 조정되거나 정정된다. 본 발명은 어떤 타입의 이온 주입 응용에 유용하며, 이점으로, 주사 방향을 따라 입사 빔 변동을 완화시켜, 공작물을 주입할 시에 주입 균일도를 개선하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 양태에 따르면, 이온원, 질량 분석기 및, 질량 분석기로부터 빔 경로를 따라 이온 빔을 수신하는 집속 조정 장치를 포함하는 이온 주입 시스템이 제공된다. 이 시스템은, 주사된 이온 빔을 공작물로 지향시키는 집속 조정 장치로부터 집속 조정된 이온 빔을 수신하는 스캐너를 더 포함한다. 집속 조정 장치는, 스캐너의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상하도록 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정한다. 한 구성에서, 집속 조정 장치는, 시변 스캐너 집속 특성을 저지하거나 보상하는 시변 전기장을 생성시키는 스캐너의 업스트림에 빔 경로를 둘러싸는 단일의 전극(예컨대, Einzel 렌즈)을 포함한다. 다른 구성은, 집속 특성 보상을 위해 하나 이상의 시변 전기장을 생성하도록 스캐너의 업스트림에 다수의 전극의 집속 조정 장치를 제공한다. 또 다른 가능 구성에서, 집속 조정 장치는, 주사 중에 스캐너의 집속 특성 변동을 정정하도록 빔 근처에 시변 자기장을 생성시키는 스캐너의 업스트림에 위치된 전자석을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 주사된 이온 빔을 이온 주입 시스템 내의 공작물에 제공하는 주사 시스템에 관계한다. 주사 시스템은, 빔 경로를 따라 이온 빔을 수신하고, 주사된 이온 빔을 공작물로 지향시키는 스캐너 및, 스캐너의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상하도록 주사된 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 집속 조정 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 주사된 이온 빔을 공작물에 제공하는 방법에 관계한다. 이 방법은, 빔 경로를 따라 이온 빔을 제공하는 단계, 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계, 이온 빔을 주사하여 주사된 이온 빔을 생성하는 단계 및, 주사된 이온 빔을 공작물로 지향시키는 단계를 포함한다.
아래의 설명 및 부착된 도면은 본 발명의 어떤 예시적인 양태 및 구성을 상세히 설명한다. 이들은, 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 여러 방식 중 몇몇을 나타낸다.
도 1A는 통상의 스캐너 및 병렬화기를 가진 이온 주입 시스템을 도시한 개략도이다.
도 1B는 도 1B의 주입 시스템의 스캐너 및 수개의 예시적인 주사된 이온 빔을 도시한 부분 평면도이다.
도 1C는 도 1A 및 1B의 스캐너 내의 주사판 전압 파형을 도시한 그래프이다.
도 1D는 시간적으로 수개의 이산점에서 도 1A 및 1B의 시스템 내의 공작물에 충돌하는 주사된 이온 빔을 도시한 사시도이다.
도 1E는 공작물에 걸친 이온 빔의 주사를 도시한 측입면도이다.
도 1F-1J는 도 1A 및 1B의 이온 주입 시스템 내의 스캐너의 시변 집속 특성으로 인해 공작물에 충돌하는 이온 빔 폭의 변동을 도시한 부분 정면도이다.
도 2A는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 스캐너 또는 집속 조정 장치를 가진 주사 시스템을 갖는 예시적인 이온 주입 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2B는 예시적인 주사 시스템 및, 도 2A의 이온 주입 시스템에서 주사 방향을 따라 주사되는 이온 빔을 도시한 상부 평면도이다.
도 2C는 본 발명에 따라 도 2A 및 2B의 스캐너 내에서 주사판 전압 파형 및 집속 조정 장치의 전압 파형을 도시한 그래프이다.
도 2D는 시간적으로 수개의 이산점에서 도 2A 및 2B의 이온 주입 시스템 내의 공작물에 충돌하는 주사된 이온 빔을 도시한 사시도이다.
도 2E는 도 2A 및 2B의 이온 주입 시스템 내의 공작물에 걸친 이온 빔의 주 사를 도시한 측입면도이다.
도 2F-2J는, 본 발명의 예시적인 집속 조정 장치의 동작을 통해 시간적으로 수개의 이산점에서 도 2A 및 2B의 이온 주입 시스템 내의 공작물에 충돌할 시에 더욱 균일한 이온 빔 폭을 도시한 부분 정면도이다.
도 2K는 도 2A 및 2B의 예시적인 집속 조정 장치 내의 이온 빔 경로의 대향측 상에 배치된 2개의 예시적인 집속 조정 전극을 도시한 간략화된 사시도이다.
도 2L은 이온 빔 경로를 둘러싸는 Einzel 렌즈를 포함하는 본 발명의 다른 집속 조정 장치를 도시한 사시도이다.
도 2M은 이온 빔 경로 주변에서 서로 떨어져 있는 4개의 집속 조정 전극을 가진 전기 사중극자(quadrupole)를 포함하는 본 발명의 다른 집속 조정 장치를 도시한 간략화된 측입면도이다.
도 2N은 솔레노이드를 포함하는 본 발명의 다른 집속 조정 장치를 도시한 간략화된 측입면도이다.
도 2O는 이온 빔 경로 주변에서 서로 떨어져 있는 4개의 전자석을 가진 자기 사중극자를 포함하는 본 발명의 다른 집속 조정 장치를 도시한 간략화된 측입면도이다.
도 3A 및 3B는, 본 발명에 따라 시변 공통 모드 전압을 주사 전극에 제공하는 2개의 주사 전극 및 집속 조정 장치를 가진 스캐너를 포함하는 다른 예시적인 주사 시스템을 가진 이온 주입 시스템을 도시한 간략화된 상부 평면도이다.
도 3C는 본 발명에 따라 도 3A 및 3B의 주사 시스템 내에서 주사판 전압 파 형을 도시한 그래프이다.
도 4A는 2개의 주사 전극 및 2개의 개별 전원을 포함하는 본 발명의 다른 주사 시스템을 도시한 상부 평면도이다.
도 4B는 도 4A의 주사 시스템 내의 주사판 전압 파형을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 하나 이상의 피드백 신호를 제어 시스템에 제공하는 빔 프로파일러 및 집속 제어 장치를 가진 예시적인 주사 시스템을 도시한 상부 평면도이다.
이하, 본 발명은 도면을 참조로 기술될 것이며, 여기서, 동일한 참조 번호는 동일한 소자를 나타내는데 이용되고, 도시된 구조체는 반드시 일정한 비례로 확대되어 도시되지 않았다. 본 발명은, 스캐너의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상하는 이온 주입 시스템용 집속 조정 장치뿐만 아니라, 주사된 이온 빔을 공작물에 제공하는 방법을 제공한다. 예시적인 저 에너지 이온 주입 시스템과 관련하여 아래에 도시되고 기술되지만, 본 발명은 선택적으로 가속화 구성 요소를 포함할 수 있는 고 또는 중간 에너지 이온 주입기 내에 사용될 수 있다. 게다가, 소위 시리얼 종단국을 가진 시스템에 대해 아래에 설명되지만, 본 발명은 또한 배치 종단국을 가진 이온 주입 시스템 내에서도 사용될 수 있으며, 이와 같은 모든 상이한 구성은 본 발명의 범주 및 첨부한 청구범위 내에서 고려된다.
도 2A, 2B 및 2K는 본 발명에 따라 스캐너(136) 및 집속 정정 또는 조정 장치(135)를 가진 예시적인 저 에너지 이온 주입 시스템 또는 이온 주입기(110)를 도 시한다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 이온 주입 시스템(110)은 단말기(112), 빔라인 조립체(114) 및 종단국(116)을 포함한다. 단말기(112) 내의 이온원(120)은 전원(122)에 의해 가동되어, 추출된 이온 빔(124)을 빔라인 조립체(114)에 제공하며, 이온원(120)은, 이온원실로부터 이온을 추출하여, 추출된 이온 빔(124)을 빔라인 조립체(114)에 제공하도록 (도시되지 않은) 하나 이상의 추출 전극을 포함한다.
빔라인 조립체(114)는 이온원(120) 근처의 입구 및 출구 개구(134)의 출구를 가진 빔가이드(132) 뿐만 아니라 질량 분석기(126)를 포함하며, 이 질량 분석기(126)는, 추출된 이온 빔(124)을 수신하여, 쌍극자 자기장을 생성시켜, 분해 개구(134)를 통해 적절한 전하 대 질량비 또는 그의 범위의 이온(예컨대, 원하는 질량 범위의 이온을 가진 질량 분석된 이온 빔(124))만을 종단국(116) 내의 공작물(130)로 통과시킨다. (도시되지 않은) 각종 빔 형성 및 형상 구조체는, 이온 빔(124)을 유지하도록 빔라인 조립체 내에 제공될 수 있고, 빔(124)이 빔 경로를 따라 종단국(16) 내에 지지되는 하나 이상의 공작물(130)로 수송되는 신장된 내부 공동부 또는 통로를 바운드한다. 도시된 종단국(116)은 주입을 위한 빔 경로를 따라 단일의 공작물(130)(예컨대, 빔(124)으로부터 이온이 주입되는 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 또는 다른 공작물)을 지지하는 "시리얼" 타입의 종단국이지만, 배치 또는 다른 타입의 종단국은 선택적으로 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다.
빔라인 조립체(114)는, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 스캐너(136) 및 집속 조정 또는 정정 장치(135)를 가진 주사 시스템뿐만 아니라 병렬화기(138)를 더 포함한다. 동작 시에, 집속 조정 장치(135)는, 질량 분석기(126)로부터 빔 경로 를 따라 질량 분석된 이온 빔(124)을 수신하여, 빔 경로를 따라 집속 조정된 이온 빔(124)을 스캐너(136)에 제공한다.
스캐너(135)는 비교적 좁은 프로파일을 가진 집속 조정된 빔(124)(예컨대, 도시된 시스템(110) 내의 "펜슬" 빔)을 수신한다. 스캐너는 빔(124)을 X 방향의 전후로 주사하여, 빔(124)을 연장된 "리본" 프로파일로 확산시켜(예컨대, 주사된 빔(124), 적어도 공작물(130)만큼 넓은 효율적인 X 방향 폭을 갖는다. 그 후, 리본 빔(124)은 병렬화기(138)를 관통되며, 이 병렬화기(138)는 리본 빔을 (일반적으로 공작물 표면과 수직인) 일반적으로 Z 방향과 평행하게 공작물(130)을 향해 지향되지만, 각을 이룬 주입이 또한 본 발명에 의해 고려된다.
본 발명에 따르면, 집속 조정 장치(135)는 집속 조정된 이온 빔(124)의 집속 특성을 동적으로 조정하여, 스캐너(136)의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상한다. 이런 식으로, 이하, 도 2F-2J에서 설명되는 바와 같이, 횡 방향 (예컨대, X 방향) 빔 폭은 횡 방향으로 주사된 공작물(130)에 걸쳐 일반적으로 균일하게 유지한다. 도 2A-2J의 예에서, 집속 조정 장치(135)는 질량 분석된 이온 빔(124) 근처에 시변 전기장을 생성시키며, 이 시변 전기장은 스캐너(136)에 제공되는 집속 조정된 이온 빔(124)의 집속 특성을 동적으로 조정하도록 동작한다.
도 2B에 도시된 바와 같이, 예시적인 집속 조정 장치(135)는, 빔 경로의 어느 한 횡 방향측 상에 배치되어, 일반적으로 빔 경로와 평행하게 연장하는 한 쌍의 도전적 집속 조정 전극 또는 판(135a)을 포함한다. 집속 조정 장치(135)는 또한 전극(135a 및 135b)과 결합된 전원(151)을 포함하며, 이 전원(151)은 시변 (예컨대, 공통 모드) 전위를 집속 조정 전극에 제공하여, 도 2C의 파형도(160)에 도시된 바와 같이, 판(135a 및 135b)과 그의 접지된 인클로저(enclosure) 또는 하우징 간에 전기장을 생성시킨다. 전원 V1(151)은 프로그램 가능하고, 제어 시스템(154)에 의해 제어되어, 아래에 도시되고 기술되는 전압 파형을 제공할 수 있다. 집속 조정 전극(135a 및 135b)의 입구단 및 출구단에서, 전기장은 접지된 집속 조정 장치의 하우징과 전극(135a 및 135b) 사이로 연장하며, 전기장은, 빔(124)이 전극(135a 및 135b) 간의 빔 경로의 부분에 들어갈 시에는 초기에 빔(124)을 발산시키고, 빔(124)이 전극(135a 및 135b)을 이탈할 시에는 빔(124)을 수렴하도록 동작한다.
도시된 구성에서, 집속 조정 전극(135a 및 135b)은, 외부 환경에 대해 (예컨대, 접지된 하우징에 대해) 전원(151)에 의해 시변 집속 조정 전압(도 2C의 V1)으로 음으로 바이어스되어, 이온이 음의 보정판으로 흡인(attract)되고, 빔은 입구에서 X 방향으로 발산하는 경향이 있다. 그 후, 출구에서, 빔은, 이 환경으로부터 음으로 바이어스된 집속 조정 전극(135a 및 135b)으로 반발(repel)되기 때문에 수렴할 것이다. 이 예에서, 전극 바이어싱 및 생성된 입구 및 출구 전기장은, 장치(135)의 집속 조정이 시변하도록 시간에 따라 변화한다.
그 후, 생성된 집속 조정된 빔(124)은 빔 경로를 따라 집속 조정 장치(135)의 다운스트림의 스캐너(136)에 제공된다. 그리고 나서, 스캐너(136)는, 일반적으로 빔 경로에 수직인 주사 방향 축(예컨대, 도시된 시스템(10)의 X 방향)을 따라 집속 조정된 이온 빔을 주사하며, 스캐너(136)는, 도 2C에 도시된 바와 같이, 빔(124)을 주사 주파수에서 주사한다. 도시된 구성에서, 스캐너(136)는, 도 2C의 파형도(160)에 도시된 바와 같이, 빔 경로의 어느 한 횡 방향측 상의 한 쌍의 주사판 또는 전극(136a 및 136b) 뿐만 아니라 교번 전압을 전극(136a 및 136b)에 제공하는 전압원(152)을 포함한다.
주사 전극(136a 및 136b) 간의 시변 주사 전압은 전극(136a 및 136b) 간의 빔 경로에 걸쳐 시변 전기장을 생성시키며, 이에 의해 빔(124)은 주사 방향을 횡단하여 휘어지거나 편향(예컨대, 주사)되어, 리본형 주사된 이온 빔(124)을 병렬화기(138)에 제공한다(도 2A). 주사 전기장이 전극(136a)에서 전극(136b)으로의 방향에 있으면(예컨대, 전극(136a)의 전위가 도 2C의 시간 "a" 및 "c"에서와 같이 전극(136b)의 전위보다 더 양이면), 빔(124)의 양 전하 이온은 음의 X 방향으로(예컨대, 전극(136b)을 향해) 횡력을 받으며, 주사 전기장이 대향 방향에 있을 시에는 그 역도 가능하다.
또한, 도 2D 및 2E에서, 집속 조정된 빔(124)은 스캐너(136) 및 병렬화기(138)에서 제각기 주사되고 병렬화되어, 공작물(130)이 양의 Y 방향으로 병진될 시에 공작물(130)을 주입하도록 종단국(116)에 제공된다. 도 2D는, 공급 전압 V2(152)의 예시적인 삼각형 주사 전극 파형의 절반 사이클 동안 수개의 이산 시간 "a", "c", "e", "g" 및 "i"에서 공작물(130)에 충돌하는 주사 및 병렬화된 이온 빔(124)을, 도 2C의 파형도에 나타낸 대응하는 시간과 함께 도시한다. 전극(136a 및 136b)이 동일한 전위(예컨대, 도 2C의 시간 "e"에서와 같이 스캐너 내의 0 전기장)에 있으면, 빔(124)은 본질적으로 수정되지 않고 스캐너(135)를 관통한다. 전기장이 전극(136b)에서 전극(136a)으로의 방향(예컨대, 도 2C의 시간 "g" 및 "i")에 있으면, 빔(124)의 양 전하 이온은 양의 X 방향으로(예컨대, 전극(136a)을 향해) 횡력을 받는다. 주사 전기장이 전극(136a)에서 전극(136b)으로의 방향(예컨대, 도 2C의 시간 "a" 및 "c")에 있으면, 빔(124)의 이온은 음의 X 방향으로(예컨대, 전극(136b)을 향해) 횡력을 받는다.
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상술한 바와 같이, 스캐너(136)의 기하학 및 동작 전압은 이온 빔(124)에 대해 어떤 집속 특성을 제공하며, 스캐너(136)의 집속 거리는, 스캐너(136)의 유효 꼭지점에서 공작물(130)까지의 거리와 거의 동일한 집속 거리를 제공하도록 설계될 수 있다. 그러나, 본 발명의 집속 조정 기술 및/또는 장치가 없을 시에는, 주사 동작은 빔 집속을 변화시키는데, 여기서, 보정되지 않은 빔은, 예컨대, 도 1F-1J에서 상술한 바와 같이, 빔 경로의 하나 또는 둘의 선택 부분에만 집속된다.
상기 예에서, 스캐너(135)는, 본 발명의 집속 조정이 없을 시에, 주사된 이온 빔이 선택적으로 공작물(130)의 횡방향 에지(예컨대, 도 2D의 124a 및 124i)에서 집속되고, 최악의 경우의 X 방향 집속이 그 중심(예컨대, 도 1D의 124e)에서 일어나도록 설계되는 것으로 추정되는 것을 알 수 있다. 선택적으로, 주사로 인해 빔집속이 이런 예시적인 관계와 상이하면, 주사 전극(136a 및 136b)에서의 시변 주사 전압과 조정 전극(135a 및 135b)에서의 시변 집속 조정 전압 간의 위상 관계는 도 2C에 도시된 것에서 적당량만큼 시프트될 수 있으며, 이와 같은 모든 변형 구성은 본 발명의 범주 및 첨부한 청구범위 내에서 고려된다.
또한, 도 2F-2J에서, 본 발명의 예시적인 집속 조정 장치(135)는 스캐너(136)의 시변 집속 해제(defocusing) 특성을 방지하는 작용을 하며, 그것에 의해 입사 빔(124)은 주사 방향(X 방향)에 걸쳐 일관된 일반적 균일한 폭 W을 가진 공작물(130)에 제공된다. 도 2F-2J는, 초기에 원형의 빔(124)(예컨대, X 및 Y 치수는 집속 조정 장치(135)에 입력하기 전에 거의 동일함)의 추정된 경우에, 제각기 주사된 사례(124a, 124c, 124e, 124g 및 124i)에 대응하는 입사 빔(124)을 도시한 것이다.
일반적으로 대칭인 원형의 질량 분석된 이온 빔(124)(예컨대, 펜슬 빔)의 상태에 대해 도시되었지만, 본 발명은 어떤 초기 및 최종 프로파일의 빔(124)과 관련하여 사용될 수 있다. 더욱이, 단일의 주사 방향 축의 경우에 대해 도시되었지만, 본 발명은, 이온 주입 시스템 및, 빔(124)이 하나 이상의 축을 따라 주사되는 주사 시스템 내에 사용될 수 있으며, 여기서, 적절한 집속 조정 장치 및 기술이 주사 시스템의 하나 이상의 집속 특성을 보상하여, 하나의 방향 및/또는 다수의 방향으로 집속 조정을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 이와 같은 모든 변형 구성은 본 발명의 범주 및 첨부한 청구범위 내에서 고려된다.
도시된 예에서, 주사 전극(136a 및 136b)의 주사 전압(예컨대, 도 2B, 2C 및 2K)에서의 전원(152)으로부터의 V2) 및 집속 조정 전압(전원(151)으로부터의 V1)의 양방은 삼각파형이며, 여기서, 시변 주사 전압(V2)은 공작물(130)에 걸쳐 빔(124)의 일반적 선형 주사를 제공하도록 주사 주파수에서 제공된다. 다른 시변 파형은 본 발명의 범주 내에서 가능하며, 여기서, 주사 전압 파형 및 집속 조정 파형은 형상, 크기 등이 동일할 수 있지만, 동일할 필요는 없다. 더욱이, 집속 조정 전원(151)은, 도 2C에 도시된 바와 같이, 주사 주파수의 두배에서 시변 전위(V1)를 제공하지만, 이것은 본 발명의 엄격한 요구 조건이 아니다. 더욱이, 집속 조정 전압 파형은 대칭일 필요가 없다.
도 2C에 도시된 바와 같이, 예시적인 집속 조정 파형(V1)은, 집속 조정 전극(135a 및 135b)의 양방에 제공된 시변 삼각형 전압이며, 여기서, 조정 전압(V1)의 크기 또는 진폭은 집속량(예컨대, 빔(124)이 집속 조정 장치(135)를 통과할 시의 수렴량)을 결정한다. 조정 장치(135)는, 전압(V1)에 의해 결정되는 조정 또는 보정된 집속 거리, 조정 전극(135a 및 135b)의 길이 및 기하학 및, 장치(135)의 입구 및 출구 근처의 주변 전압 전위(예컨대, 이 예에서의 접지)를 효과적으로 제공한다.
더욱이, 도시된 예에서, 조정 전압(V1)은 주사 전압(V2)과 일시 상관됨으로써, 주사 전압(V2)이 어느 한 방향에서(예컨대, 도 2C의 시간 "a" 및 "i"에서) 최대일 시에, 조정 전극에서의 집속 조정 전압(V1)은 최소이며(예컨대, 주변 전위에 근접하거나 동일함), 주사 전압(V2)이 최소(예컨대, 시간 "e"에서 0과 동일함)일 시에, 집속 조정 전압(V1)은 최대이다. 따라서, 도 2A-2J의 도시된 시스템에서, 스캐너(136)가 X 축을 따라 빔(124)을 주사할 시에, 주어진 시간에서 집속 조정 장치(135)의 시변 전기장의 크기 또는 진폭은 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔(124)의 위치에 관계된다. 최소 집속 조정 전압이 도 2C의 예에서 0 볼트로 나타나지만, 이것은 본 발명의 요구 조건이 아니다. 더욱이, 집속 조정 전압(V1)은 음일 필요가 없다.
또한, 도 5에서, 시스템(110)은 또한 피드백을 사용하여, 조정 전압(V1)을 측정된 빔 프로파일로 조정할 수 있다. 도 5에서, 리본 빔 프로파일러(140)는 주사 및 병렬화된 이온 빔(124)의 경로를 따라 설치되어, 공작물(130)이 보통 종단국(116) 내에 설치되는 위치에 입사 빔 사이즈 및 각을 측정한다. 어떤 적당한 빔 특성 측정 장치(140)가 사용될 수 있는데, 여기서, 적당한 빔 프로파일러(140)의 일례는 Berrian에 의해 국제 공개 번호 WO 01/51183 A1에 기재되어 있으며, 이는 전적으로 여기에 설명된 바와 같이 참조로 포함된다. 도 5의 시스템(110)의 동작에서, 프로파일러(140)는 리본 빔(124)의 하나 이상의 특성을 측정하여, 하나 이상의 피드백 신호 또는 피드백 정보를 제어 시스템(154)에 제공할 수 있으며, 이는 이때 적절한 조정을 집속 조정 공급원(151)에 제공하여, 공작물(130)을 주입하기 위해 이용될 시에 어떤 원하는 최종 빔을 제공할 수 있다.
도 2L-2O는 예시적인 이온 주입 시스템(110) 내에서 본 발명의 집속 조정 장치의 수개의 다른 가능한 구성을 도시한 것이다. 도 2L에서, 집속 조정 장치(135)는, 이온 빔 경로의 주변으로 연장하는 도전성 Einzel 렌즈(예컨대, 단일의 렌즈 전극)(135d)뿐만 아니라, 시변 전위를 Einzel 렌즈(135d)에 제공하는 전원 V1(151)을 포함한다. 상기 도 2B 및 2K의 이중 조정 전극 예와 같이, Einzel 렌즈(135d)는 도 2C에 도시된 바와 같이 시변 전압(V1)으로 활성화되어, 그의 입구 및 출구에서 시변 전기장을 생성시켜, 스캐너(136)에 제공되는 집속 조정된 이온 빔(124)의 집속 특성을 동적으로 조정한다.
또한, 도 2M에서, 시변 집속 조정 전기장은 스캐너(136)의 업스트림의 조정 장치(135) 내의 어떤 수의 활성화된 전극에 의해 선택적으로 생성될 수 있다. 도 2M의 예에서, 집속 조정 장치(135)는, 빔 경로의 주변에서 서로 이격된 4개의 집속 조정 전극(162a-162d)을 가진 전기 사중극자(quadrupole)(162)를 포함한다. 전원 V1(161)은 도시된 바와 같이 결합되어, 시변 전위를 2 이상의 전극(162a-162d)에 제공한다. 예컨대, 도 2M에서, 사중극자 전극(162a 및 162c)은 함께 활성화되고, 전극(162b 및 162d)은 함께 활성화되는데, 여기서, 인접한 전극 간의 전압 전위(V1)는 도 2C의 파형도(160)에 도시된 바와 같다. 이 점에서, 한 쌍의 대향 전극은 접지 또는 어떤 다른 고정된 전위에 유지될 수 있는 반면에, 나머지 쌍에는 전원(161)에 의해 시변 전위가 제공되거나, 선택적으로, 모든 전극(162a-162d)은 시변 전위로 활성화될 수 있는데, 여기서, 인접한 전극 간의 집속 조정 전압(V1)은, 도 2C의 파형도(160)에 도시된 바와 같이, 주사 주파수의 두 배에서 시변 삼각형 파형이다. 도 2M의 예에서, 전극(162a 및 162c)이 전극(162b 및 162d)에 대해 음이면, 빔(124)은 Y 방향으로 수렴하고, X 방향으로 발산하는 경향이 있고, 공급된 전압 전위가 역일 시에는 그 역으로 행한다.
도 2N 및 2O를 참조하면, 본 발명의 다른 양태에서, 집속 조정 장치(135)는 질량 분석된 이온 빔(126)의 근처에 하나 이상의 시변 자기장을 생성시켜, 집속 조정된 이온 빔(124)의 집속 특성을 동적으로 조정하여, 스캐너(136)의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상한다. 도 2N은 이와 같은 집속 조정 장치(135)의 한 구성을 도시하며, 이 집속 조정 장치(135)는 시변 자기장을 생성하도록 동작하는 빔 경로를 둘러싸는 권선을 가진 솔레노이드(172)를 포함하며, 여기서, 전원(171)은 솔레노이드와 결합되어, 시변 전류를 이 솔레노이드에 제공한다. 상기 시변 전기장 예 들과 같이, 전원(171)은 시변 전류를 솔레노이드(172)에 제공하며, 여기서, 전원(171)은, 스캐너(136)의 주사 주파수의 두배로 솔레노이드(172)에 공급된 전류를 반전(reverse)시키는 일반적 삼각형 전압 파형을 인가할 수 있다.
다른 예시적인 구성이 도 2O에 도시되며, 여기서, 집속 조정 장치(135)는, 빔 경로의 주변에서 서로 이격된 4개의 전자석(182a-182d)을 가진 사중극자 자석(182) 뿐만 아니라, 스캐너(136)의 주사 주파수의 두배에서 시변 전류를 전자석(182a-182d)에 제공하는 전원(181)을 포함한다. 상기 전기장 구성과 같이, 도 2N 및 2O에서 전원(171 및 181)에 의해 공급되는 전자석 전류는, 주사 주파수의 두 배에서의 삼각형 파형과 같이 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔(124)의 위치에 관계되는 소정의 시간에서의 크기를 갖는 하나 이상의 시변 자기장을 제공하도록 조정된다.
전자석(182a-182d)을 통하는 전류의 극성은, 자기 북극이 자석(182a 및 182c)으로부터 빔(124)에 직면하고, 자기 남극이 자석(182b 및 182d)으로부터 빔(124)에 직면하도록 하면, 사중극자(182)는 Y 방향으로 빔(124)을 발산하고, X 방향으로 수렴할 것이다. 전원(181)으로부터의 전류가 자석(182b 및 182d)에서는 자기 북극을 제공하고, 자석(182a 및 182c)에서는 자기 남극을 제공하면, 빔(124)은 Y 방향으로 수렴하고, X 방향으로 발산한다. 도시된 예에서, 전원(181)은 도 2C에 도시된 바와 같이(도 2C의 V2 교번 파형) 일반적으로 시변 전압을 전자석(182a-182d)의 코일에 제공하여, 주사 주파수의 두 배에서 시변 코일 전류를 확립하며, 이에 의해, 생성된 시변 자기장은 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔(124)의 위 치에 관계되는 소정의 시간에서의 크기를 갖는다.
본 발명의 집속 조정 장치는 어떤 타입의 주사 장치와 함께 사용될 수 있다. 예컨대, 예시적인 시스템(110) 내의 스캐너(136)가 전기장 변조를 이용하여 주사된 이온 빔(124)을 생성하는 전기 스캐너이지만, 자기장 변조 스캐너 또는 다른 주사 메카니즘도 가능하며, 여기서, 이와 같은 스캐너의 모든 선택적 구성은 본 발명의 범주 내에서 고려된다.
본 발명의 다른 양태는 주사된 이온 빔을 공작물에 제공하는 방법을 제공하며, 이 방법은 여기에 도시되고 기술된 시스템뿐만 아니라 다른 시스템에서도 실시될 수 있다. 이 방법은, 빔 경로를 따라 이온 빔을 제공하는 단계, 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계, 이온 빔을 주사하여 주사된 이온 빔을 생성하는 단계 및, 주사된 이온 빔을 공작물을 향해 지향시키는 단계를 포함한다. 예컨대, 도 2A 및 2B의 예시적인 시스템(110)에서, 질량 분석된 이온 빔(124)은 질량 분석기(126)에 의해 집속 조정 장치(135)에 제공되며, 이 집속 조정 장치(135)는, 상술한 바와 같이, 예컨대, 빔(124)의 근처에 시변 전기장 및/또는 자기장을 제공함으로써, 빔(124)의 X 방향 집속을 동적으로 조정한다. 그 후, 집속 조정된 빔(124)은 스캐너(136)에 제공되고, 이 스캐너(136)는 빔을 주사하여 주사된 이온 빔(124)을 생성하여, 스캐너(136) 또는 스캐너(136) 및 병렬화기(138)에 의해 공작물(130)로 지향된다.
도 3A-3C를 참조하면, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 집속 조정 장치는 스캐너와 결합되어, 시변 공통 모드 전위를 스캐너 전극에 제공하는 전원을 포함할 수 있다. 도 3A는 본 발명에 따른 다른 예시적인 저 에너지의 이온 주입 시스템(210)을 도시하며, 이 시스템(210)은 이온원(220) 및 전원(222)을 가진 단말기(212)를 구비하여, 추출된 이온 빔(224)을 빔라인 조립체(214)에 제공하며, 이 빔라인 조립체(214)는, 출구단 분해 개구(234)를 가진 빔가이드(232), 질량 분석기(226), 스캐너(236) 및 병렬화기(238)를 포함한다. 시스템(210)은 주입을 위해 하나 이상의 공작물(230)을 지지하는 종단국(216)을 더 포함한다.
도 3B 및 3C에 더 도시된 바와 같이, 빔라인 조립체(214) 내의 주사 시스템은, 빔 경로의 어느 한 횡방향측 상에 제 1 및 2 주사 전극(236a 및 236b)을 구비하는 스캐너(236) 및, 주사 주파수에서 시변 주사 전압을 전극(236a 및 236b)에 제공하는 주사 전원 V2(252)을 포함한다. 주사 시스템은 집속 조정 장치를 더 포함하는데, 집속 조정 장치는, 이 예에서, 주사 주파수의 두 배에서 시변 공통 모드 전위를 스캐너 전극(236a 및 236b)에 제공하는 다른 전원 V1(251)을 포함한다.
도 3C는 도 3A 및 3B의 시스템(110) 내의 예시적인 파형을 도시한 파형도(260)이다. 전극(236a 및 236b) 간의 전압 전위차(예컨대, 도 3C의 (V1-V2))는, 주사 주파수에서 이온 빔(224)을 X 방향으로 주사하기 위해 전극(236a 및 236b) 사이에 시변 전기장을 제공하는 시변 삼각형 파형이다. 집속 조정 전원(251)은, 전극(236a)(예컨대, 도 3C의 V1)에서 주사 주파수의 두 배에서 삼각형 오프셋 또는 공통 모드 전압을 생성시키며, 이 전압은 또한 전원(252)을 오프셋하기 위해 이용되며, 이에 의해, 제 2 주사 전극(236b)에서의 전압(V1 + V2)은 또한 주사 주파수의 두 배에서 삼각형 파형이다. 이 점에서, 접지(예컨대, (V1+V2)/2)에 대해 양방 의 전극(236a 및 236b)의 평균 전압은 시변 집속 길이 조정을 제공하는 삼각형 파형이지만, 전극(236a 및 236b) 간의 전위차(예컨대, 도 3C의 (V1-V2))는, 주사 기능을 실행하는 주사 주파수에서의 시변 삼각형 파형이다.
시변 오프셋 또는 공통 모드 전압을 주사 전극(236a 및 236b)에 제공함으로써, 스캐너(236)의 하나 이상의 집속 특성을 보상하기 위해 빔(224)의 하나 이상의 집속 특성을 조정하는 스캐너(236)의 입구 및 출구 영역에서 빔(224)의 근처에 (예컨대, 또한 주사 주파수의 두 배에서) 시변 전기장을 생성하도록 동작된다. 더욱이, 상기 예들에서와 같이, 전원(251)은, 오프셋 또는 공통 모드 조정 전압을 제공하여, 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔(124)의 위치에 관계되는 소정의 시간에서의 크기를 갖는 시변 집속 조정 전기장을 생성하도록 제어 시스템(254)에 의해 프로그램되거나 제어될 수 있다.
또한, 도 4A 및 4B에서, 본 발명의 다른 가능한 구성이 도시되며, 여기서, 제 1 및 2 전원(251 및 252)은 제각기 주사 전극(236a 및 236b)에 결합되고(도 4A), 제각기 파형(V1 및 V2)을 제공하도록 구성되거나 제어된다(도 4B). 이 구성에서, 집속 조정 장치는 전원(251 및 252)을 포함하며, 이 전원(251 및 252)은, 주사 주파수의 두 배에서 스캐너(236)의 입구 및 출구에서, X 축을 따라 주사된 이온 빔(124)의 위치에 관계되는 크기를 갖는 시변 집속 조정 전기장을 제공하도록 동작하고, 또한, X 방향을 따라 빔(224)의 시변 전기 주사를 위해 전극(236a 및 236b) 사이에 주사 주파수에서의 시변 주사 전위를 제공한다.
본 발명이 하나 이상의 구성에 대해 도시되고 기술되었지만, 첨부한 청구범위의 정신 및 범주 내에서 예시된 예들에 대한 변경 및/또는 수정이 행해질 수 있다. 특히, 상술한 구성 요소 또는 구조체(블록, 유닛, 엔진, 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 않으면, 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 실시예 중 하나만에 대해 본 발명의 특정의 특징이 개시되었지만, 이와 같은 특징은 어느 소정 또는 특정 응용에 바람직하고 원하는 대로 다른 구성의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다. 더욱이, 용어 "포함한다", "포함하는", "갖는다", "갖는", "가진" 및 이들의 변형이 이용된다는 점에서, 이들 용어는 용어 "구비하는"과 유사한 방식으로 포괄적으로 의도된다.

Claims (45)

  1. 이온 주입 시스템에 있어서,
    추출된 이온 빔을 생성하도록 동작 가능한 이온원;
    상기 이온원으로부터 추출된 이온 빔을 수신하여, 원하는 질량 범위의 이온을 포함하는 질량 분석된 이온 빔을 제공하는 질량 분석기;
    빔 경로의 주변에서 서로 이격된 4개의 집속 조정 전극을 가진 전기 사중극자, 및 상기 집속 조정 전극과 결합되어, 시변 전위를 2 이상의 상기 집속 조정 전극에 공급하는 전원을 포함하는 집속 조정 장치로서, 상기 집속 조정 장치는 상기 질량 분석기로부터 빔 경로를 따라 질량 분석된 이온 빔을 수신하여, 상기 빔 경로를 따라 집속 조정된 이온 빔을 제공하기 위해 상기 집속 조정된 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 질량 분석된 이온 빔의 근처에 하나 이상의 시변 전기장을 생성하는 집속 조정 장치 및;
    상기 집속 조정 장치로부터 상기 집속 조정된 이온 빔을 수신하여, 주사된 이온 빔을 공작물을 향해 지향시키는 스캐너를 포함하는데;
    상기 집속 조정 장치는 상기 스캐너의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상하도록 집속 조정된 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집속 조정 장치는,
    Einzel 렌즈 및;
    상기 Einzel 렌즈와 결합되어, 시변 전위를 상기 Einzel 렌즈에 공급하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집속 조정 장치는,
    상기 빔 경로의 대향측 상에서 서로 이격된 2 이상의 집속 조정 전극 및;
    상기 집속 조정 전극과 결합되어, 시변 전위를 상기 집속 조정 전극에 공급하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캐너는 상기 빔 경로에 수직인 주사 방향 축을 따라 상기 집속 조정된 이온 빔을 주사하고, 상기 집속 조정 전극은 상기 빔 경로와 병렬인 방향을 따라 연장하여, 상기 주사 방향 축과 병렬인 방향으로 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐너는 주사 주파수에서 상기 집속 조정된 이온 빔을 주사하고, 상기 집속 조정 장치는 상기 주사 주파수의 두 배에서 하나 이상의 시변 전기장을 생성시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐너는 상기 빔 경로에 수직인 주사 방향 축을 따라 상기 집속 조정된 이온 빔을 주사하고, 소정의 시간에서의 상기 시변 전기장의 크기는 상기 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔의 위치에 관계되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐너는 상기 빔 경로에 수직인 주사 방향 축을 따라 상기 집속 조정된 이온 빔을 주사하고, 상기 집속 조정 장치는 상기 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔의 위치에 관계된 량만큼 상기 집속 조정된 이온 빔의 집속 특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 집속 조정 장치는 상기 집속 조정된 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 질량 분석된 이온 빔의 근처에 하나 이상의 시변 자기장을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 집속 조정 장치는 솔레노이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 집속 조정 장치는,
    상기 빔 경로의 주변에서 서로 이격된 4개의 전자석을 가진 사중극자 자석 및;
    상기 전자석과 결합되어, 시변 전류를 상기 전자석에 공급하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 스캐너는 주사 주파수에서 상기 집속 조정된 이온 빔을 주사하고, 상기 집속 조정 장치는 상기 주사 주파수의 두 배에서 하나 이상의 시변 자기장을 생성시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 스캐너는 상기 빔 경로에 수직인 주사 방향 축을 따라 상기 집속 조정된 이온 빔을 주사하고, 소정의 시간에서의 상기 시변 자기장의 크기는 상기 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔의 위치에 관계되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐너는 주사 방향 축을 따라 이온 빔을 주사하도록 빔 경로의 일부를 따라 시변 주사 전기장을 공급하는 빔 경로의 대향측 상에서 서로 이격된 2 이상의 주사 전극을 포함하고, 상기 집속 조정 장치는 시변 공통 모드 전위를 양방의 주사 전극에 공급하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 하나 이상의 특성을 측정하여, 하나 이상의 피드백 신호를 상기 집속 조정 장치에 제공하도록 구성된 빔 특성 측정 장치를 더 포함하는데, 상기 집속 조정 장치는 상기 빔 특성 측정 장치로부터의 상기 하나 이상의 피드백 신호에 따라 집속 조정된 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
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  34. 이온 주입 시스템에서 공작물에 주사된 이온 빔을 제공하는 주사 시스템에 있어서,
    빔 경로를 따라 이온 빔을 수신하여, 주사된 이온 빔을 공작물을 향해 지향시키는 스캐너 및;
    상기 스캐너의 하나 이상의 시변 집속 특성을 보상하도록 주사된 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 수단을 포함하는데, 상기 수단은:
    상기 주사된 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 시변 전기장을 생성하도록 동작 가능한 집속 조정 장치를 포함하며, 상기 집속 조정 장치는:
    상기 빔 경로의 주변에서 서로 이격된 4개의 집속 조정 전극을 가진 전기 사중극자; 및
    상기 집속 조정 전극과 결합되어, 시변 전위를 2 이상의 상기 집속 조정 전극에 공급하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 시스템.
  35. 공작물에 주사된 이온 빔을 제공하는 방법에 있어서,
    빔 경로를 따라 이온 빔을 제공하는 단계;
    집속 조정 장치를 이용하여 이온 빔 주사 위치에 따라 상기 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계로서, 상기 집속 조정 장치는 상기 빔 경로의 주변에서 서로 이격된 4개의 집속 조정 전극을 가진 전기 사중극자, 및 상기 집속 조정 전극과 결합되어, 시변 전위를 2 이상의 상기 집속 조정 전극에 공급하는 전원을 포함하는 상기 조정하는 단계;
    상기 이온 빔을 주사하여 주사된 이온 빔을 생성하는 단계 및;
    상기 주사된 이온 빔을 공작물을 향해 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계는 상기 이온 빔의 근처에서 하나 이상의 시변 전기장을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 이온 빔을 주사하는 단계는 주사 주파수에서 행해지고, 상기 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계는 상기 주사 주파수의 두 배에서 하나 이상의 시변 전기장을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 이온 빔은 주사 방향 축을 따라 주사되고, 상기 시변 전기장의 크기는 상기 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔의 위치에 관계되는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  39. 제 35 항에 있어서,
    상기 이온 빔을 주사하는 단계는 주사 주파수에서 행해지고, 상기 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계는 상기 주사 주파수의 두 배에서 행해지는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  40. 제 35 항에 있어서,
    상기 이온 빔은 주사 방향 축을 따라 주사되고, 상기 이온 빔의 집속 특성은 상기 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔의 위치에 관계되는 량만큼 동적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  41. 제 35 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계는 상기 이온 빔의 근처에서 하나 이상의 시변 자기장을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 이온 빔을 주사하는 단계는 주사 주파수에서 행해지고, 상기 이온 빔의 집속 특성을 동적으로 조정하는 단계는 상기 주사 주파수의 두 배에서 하나 이상의 시변 자기장을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 이온 빔은 주사 방향 축을 따라 주사되고, 상기 시변 자기장의 크기는 상기 주사 방향 축을 따라 주사된 이온 빔의 위치에 관계되는 것을 특징으로 하는 주사된 이온 빔 제공 방법.
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