KR101226505B1 - 이온 빔, 하전입자 빔 조사 시스템 - Google Patents

이온 빔, 하전입자 빔 조사 시스템 Download PDF

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Abstract

에너지 필터를 가지는 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 에너지 필터는, 전환되어 사용될 수 있는 편향 전극 및 편향 자석에 의하여 형성된다. 편향 자석은, 통상의 창틀 형상을 가지며, 그 중심부에 공간부를 가지도록 형성된다. 편향 전극은, 편향 자석의 공간부 내에 배치된 진공 챔버 내에, 억제 전극을 따라서 배치된다. 편향 전극은, 자계에 의하여 야기된 빔의 편향 궤도와, 전계에 의하여 야기된 빔의 편향 궤도가, 서로 오버랩되도록, 편향 자석에 대하여 배치된다. 편향 전극과 편향 자석이 전환적으로 사용될 수 있기 때문에, 빔 상태의 보다 넓은 영역을 취급할 수 있어서, 보다 널리 사용될 수 있다.
Figure R1020050099010
이온 빔, 하전입자 빔, 조사, 이래디에이션

Description

이온 빔, 하전입자 빔 조사 시스템{Irradiation system with ion beam/charged particle beam}
도 1(a) 및 도 1(b)는, 각각 본 발명의 실시예에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템의 개략 구성을 나타내는, 평면도 및 측면도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 포함되는 각도 에너지 필터의 배치 및 구조를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 3(a)는, 도 2에 나타낸 편향 자석의 (메인)코일에 의하여 생성되는 자계의 방향을 나타내는 다이어그램, 도 3(b)는, 보정 코일을 소거함에 의하여 생성되는 자계의 방향을 나타내는 다이어그램이다.
도 4는, 도 2에 나타낸 각도 에너지 필터에 포함되는 AEF 진공 챔버의 내부 구조를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 AEF 진공 챔버 내의 편향 전극의 배치를 설명하기 위한 다이어그램으로서, 편향 자석과 편향 전극이 개별적으로 사용되었을 때의 빔의 궤도를 나타내는 설명용 다이어그램이다.
도 6(a)는, 빔 센터 궤도에 수직인 AEF 편향 전극 유닛의 단면도(정면도)로서, 편향 전극의 중심선을 포함하는 면을 따라서 취한 것이고, 도 6(b)는, AEF 편향 전극 유닛의 단면도(평면도)로서, 주사된 빔의 중심 궤도를 포함하는 면을 따라 서 취한 것이며, 도 6(c)는, AEF 편향 전극 유닛의 다이어그램으로서, AEF 진공 챔버의 빔 입사측에서 본 것이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는, 도 2에 나타낸 각도 에너지 필터에 포함되는 편향 전극의 유지 기능을 할 수 있는, 편향 자석 및 AEF 진공 챔버의 구조를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 8은, 도 2에 나타낸 각도 에너지 필터에 포함되는 편향 자석의 제2 코어(측면 요크)의 형상을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 9는, 제2 코어(측면 요크)에 형성된 구멍을 통한 고전압 공급의 구조에 대한 편향 전극에 연결된 외부 연결 터미널의 구조를 설명하기 위한 다이어그램이다.
본 출원은, 선행 일본국 특허출원 JP-2004-346309호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 공개 내용은, 여기에 참고로 통합되어 있다.
본 발명은, 이온 빔/하전입자 빔 조사(照射; irradiation) 시스템에 관한 것으로서, 특히, 여기에 사용되는 에너지 필터에 관한 것이다.
이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템(또한 이온 주입(implantation) 시스템이라고도 불리운다; 이하 간단히 "빔 조사 시스템"이라 함)은, 빔 소스(source)로부터 인출된 이온이나 하전입자에 대하여 질량 분석을 가하고, 이로써, 필요로 하는 이온 종(種)이나 필요로 하는 하전입자를 선택하여, 그 빔을 웨이퍼에 조사(照射)하기 위한 시스템이다.
이 타입의 빔 조사 시스템 중에서, 이온이나 하전입자를 웨이퍼에 보다 정확하게 주입하기 위하여, 질량 분석기 뿐만 아니라, 각도 에너지 필터(Angular Energy Filter; AEF)라 불리우는 에너지 필터를 가지는 것이 있다.
각도 에너지 필터는, 그것을 통과하는 이온 빔/하전입자 빔에 대하여 자계 또는 전계를 가하여, 이를 로렌츠(Lorentz) 힘에 의하여 편향시켜서, 각각 소정 에너지를 가지는 그런 이온이나 하전입자만을 웨이퍼에 조사한다.
종래의 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템은, 각도 에너지 필터로서, 사용 목적(조사 조건 등)에 따라서, 자계를 생성하는 편향 자석 또는 전계를 생성하는 편향 전극 중의 어느 하나로 구성된다. 예컨대, 편향 전극으로 구성되는 시스템이, 일본국 특허공개 제2003-288857호에 공개되어 있다.
종래의 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템은, 에너지 필터로서, 다이폴 자계를 생성하는 편향 자석 또는 다이폴 전계를 생성하는 편향 전극 중의 어느 하나로 구성된다. 따라서, 종래의 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템은 그 용도(빔 조건 등)에 있어서 한계가 있다는 문제가 있다.
본 발명은, 그 용도(빔 조건 등)에 있어서 한계가 없는, 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템은, 빔 정형장치에 의하여 원형 단면 또는 타원형 또는 달걀형 단면에서, 스캐닝을 위한 편향 후에 스캐닝 방향으로 긴 타원형 또는 달걀형 단면으로 변환된 빔은, 그 스캐닝-편향 영역 전반의 어느 위치에서도 균일한 각도로 빔을 굴곡시키도록 구성된 에너지 필터에 의하여 에너지 분석을 받고, 그 후 조사 대상에 입사되도록 구성되는데, 여기서, 에너지 필터는, 편향 전극과 편향 자석으로 구성되고, 이온 빔/하전입자 빔의 사용 조건에 따라서, 편향 전극과 편향 자석 및 이들 양자 모두로 전환하는 전환장치가 구비되고, 편향 전극에 의하여 굴곡된 이온 빔/하전입자 빔의 궤도의 전환점과, 편향 자석에 의하여 굴곡된 이온 빔/하전입자 빔의 궤도의 전환점이 동일하다.
본 발명의 제2 관점에 의하면, 제1 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 전극은, 편향 자석의 요크(yoke)의 공간(中空; hollow)부에 배치된 AEF 진공 챔버 내에 설치된다.
본 발명의 제3 관점에 의하면, 제1 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 자석의 요크는, 그 중심에 공간부를 가지는 일반적인 창틀 형상으로 형성되어, 빔 라인이 그 공간부를 통과하도록 구성되고, 요크의 공간부 내에는 AEF 진공 챔버가 구비되고, AEF 진공 챔버 내에는 편향 전극이 설치된다.
본 발명의 제4 관점에 의하면, 제2 또는 제3 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 자석의 각 측면 요크의 측면 형상은, 면(面) 회전 각도가 없는 거의 부채꼴 형상을 가지고, 상부요크는, 진행 방향으로 길며, 하부요크는, 진행 방향에 수직인 방향으로 길다.
본 발명의 제5 관점에 의하면, 제2, 제3 또는 제4 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, AEF 진공 챔버는, 편향 자석의 하류측에 설치된 프로세스 진공 챔버에 의하여 고정적으로 지지된다.
본 발명의 제6 관점에 의하면, 제5 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, AEF 진공 챔버는, 그 상류측이 지지봉(rod)에 의하여 지지된다.
본 발명의 제7 관점에 의하면, 제2 내지 제6 관점 중 어느 하나에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 전자 억제 전극이, AEF 진공 챔버 내의 편향 전극의 상류측 및 하류측에 각각 설치되고, 편향 전극의 상측 및 하측 전극 양자는, 고전압이 공급된다.
본 발명의 제8 관점에 의하면, 제2 내지 제7 관점 중 어느 하나에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 전극은, 유닛화되어 형성되어, 레일의 사용에 의하여, AEF 진공 챔버에 대하여 밀어넣고, 끌어낼 수 있다.
본 발명의 제9 관점에 의하면, 제8 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 자석의 자극의 측면 요크의 하나는, 상부요크 및 하부요크로부터 분리되어 움직일 수 있도록 지지되어, 편향 전극이 AEF 진공 챔버에 대하여 밀어넣고, 끌어낼 수 있게 된다.
본 발명의 제10 관점에 의하면, 제1 내지 제9 관점 중 어느 하나에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 관통공이 편향 자석의 자극들(측면 요크들) 양자에 형성되어, 관통공을 통하여 편향 전극에 대한 전력 공급을 수행한다.
본 발명의 제11 관점에 의하면, 제1 내지 제10 관점 중 어느 하나에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 각 편향 전극의 내측면은, 빔의 중심 궤도의 곡률반경과 매치되는 곡률을 가진다.
본 발명의 제12 관점에 의하면, 제1 내지 제11 관점 중 어느 하나에 의한 이온 빔, 하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 에너지 필터는, 중성화된 빔 및 다른 에너지를 가지는 빔이나 다른 하전 상태의 이온을 받는, 빔 덤프로 구성된다.
본 발명의 제13 관점에 의하면, 질량 분석 전자석에 의하여 분석된 이온 빔/하전입자 빔은, 스캐닝을 위하여 편향 전극 또는 편향 자석으로 유도되고, 그 후 전극 또는 자석에 의하여 형성된 빔 평행화 장치를 통과하게 되고, 그 후 가속 또는 감속되고, 그 후 그 스캐닝-편향 영역 내 전반에 걸쳐서 어느 위치에서도 균일한 각도로 빔을 굴곡시키도록 구성된 에너지 필터에 의하여 에너지 분석을 받고, 그 후 조사 대상에 입사되도록 구성된, 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템이 제공되며, 여기서, 에너지 필터는, 편향 전극과 편향 자석으로 구성되고, 이온 빔/하전입자 빔의 사용 조건에 따라서 편향 전극 및 편향 자석 및 이들 양자 사이에서 전환하기 위하여 전환장치가 구비되고, 편향 전극에 의하여 굴곡된 이온 빔/하전입자 빔의 궤도의 전환점과 편향 자석에 의하여 굴곡된 이온 빔/하전입자 빔의 궤도의 전환점이 동일하도록, 편향 전극이 편향 자석에 대하여 설치된다.
본 발명의 제14 관점에 의하면, 제13 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 전극에 의한 에너지 분석에 있어서의 이온 빔/하전입자 빔의 궤도와, 편향 자석에 의한 에너지 분석에 있어서의 이온 빔/하전입자 빔의 궤도가, 에너지 필터의 빔 입사 측면과 빔 출사 측면에 있어서 서로 오버랩된다.
본 발명의 제15 측면에 의하면, 질량 분석에 의하여 정제되어, 스캐닝 방향으로 긴 타원형 또는 달걀형 단면을 가지는 이온 빔/하전입자 빔은, 그 스캐닝-편향 영역 내 전반적으로 어느 위치에서도 균일한 각도로 빔을 굴곡시키도록 구성된 에너지 필터에 의하여 에너지 분석을 받고, 그 후 조사 대상에 입사되도록 구성된, 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템이 제공되며, 여기서, 에너지 필터는, 편향 전극과 편향 자석으로 구성되고, 이온 빔/하전입자 빔의 사용 조건에 따라서 편향 전극, 및 편향 자석 및 이들 양자 사이에서 전환하도록 하는 전환장치가 구비되며, 편향 전극에 의하여 굴곡된 이온 빔/하전입자 빔의 궤도의 전환점과, 편향 자석에 의하여 굴곡된 이온 빔/하전입자 빔의 궤도의 전환점이 동일하게 되도록, 편향 전극이 편향 자석에 대하여 설치된다.
본 발명의 제16 관점에 의하면, 제15 관점에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 전극에 의한 에너지 분석에 있어서의 이온 빔/하전입자 빔의 궤도와, 편향 자석에 의한 에너지 분석에 있어서의 이온 빔/하전입자 빔의 궤도가, 에너지 필터의 상류측 및 하류측에 있어서 서로 오버랩된다.
< 실시예 >
이제, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실행하기 위한 실시예를 상세히 설명한 다.
도 1(a) 및 도 1(b)는, 본 발명의 실시예에 의한 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템(이하 "빔 조사 시스템"이라 약칭함)의 개략 구조를 나타내는, 각각, 평면도 및 측면도이다.
예시된 빔 조사 시스템은, 이온 소스(11), 질량 분석 자석 장치(12), 빔 정형장치(13), 스캐닝을 위한 편향기(14), P(평행화)-렌즈(15), 가속/감속 전극(A/D 컬럼 내의)(16), 각도 에너지 필터(AEF)(17), 및 프로세스 진공 챔버(18)로 구성된다.
본 빔 조사 시스템에 있어서, 이온 소스(11) 내에서 생성된 이온 또는 하전입자는, 이온 빔 또는 하전입자 빔(이하 "빔"이라 함)으로서 인출 전극(미도시)을 통하여 인출된다. 인출된 빔은, 질량 분석 자석 장치(12) 내에서 질량 분석을 받아서, 소정 이온 종(種)만이 선택된다. 소정 이온 종만으로 구성된 빔은, 빔 정형장치(13)에 의하여 단면이 변형된다. 빔 정형장치(13)는, Q(Quadrupole; 4극)-렌즈 등으로 이루어진다. 적절한 단면 형상을 가지는 빔은, 스캐닝을 위한 편향기(14)에 의하여, 도 1(a)의 중심 궤도에 수직인 방향으로 왕복 스윙된다. 스캐닝을 위한 편향기(14)는, 각각, 스캐닝을 위한 편향기(14)의 상류측 및 하류측에 배치된 전자 억제 전극(14-1, 14-2)을 가진다. 본 실시예에 있어서는 스캐닝을 위한 편향 전극이 스캐닝을 위한 편향기(14)로서 사용되지만, 그 대신에 스캐닝을 위한 편향 자석이 사용되어도 좋다.
스캐닝을 위한 편향기(14)에 의하여 왕복 스윙되는 빔은, 전극 또는 자석에 의하여 형성되는 P-렌즈(15)에 의하여 평행화되어, 모든 스윙된 궤도가 0(제로) 도의 편향각의 스캔 중심축에 평행하게 된다. 도 1(a)에, 스캐닝용 편향기(14)에 의한 빔의 스윙 범위가, 굵은 검정선과 이중 쇄선에 의하여 표시되어 있다. P-렌즈(15)로부터의 빔은, 하나 이상의 가속/감속 전극(16)에 의하여 가속 또는 감속되어, 각도 에너지 필터(17)에 보내진다. 각도 에너지 필터(17)는, 소정 에너지를 가지는 이온 종만을 선택하기 위하여, 빔의 에너지에 대한 분석을 수행한다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 선택된 에너지를 가지는 선택된 이온 종만이, 각도 에너지 필터(17)에 의하여 올바르게 하향으로 편향된다. 웨이퍼(19)는, 조사 대상으로서, 프로세스 진공 챔버(18)에 도입되는 이렇게 선택된 이온 종만으로 구성되는 빔에 의하여 조사된다. 웨이퍼(19)에 입사되지 않는 빔은, 프로세스 진공 챔버(18) 내에 구비된 빔 스토퍼(18-1)에 주사되어, 그 에너지가 소진된다.
도 1(a)에 있어서, 웨이퍼(19) 근방에 표시된 화살표는, 빔이 이 화살표 방향(횡방향)으로 스캐닝을 위하여 편향됨을 나타내는 한편, 도 1(b)에 있어서, 웨이퍼(19) 근방에 표시된 화살표는, 웨이퍼(19) 자체가 이 화살표 방향(종방향)으로 움직임을 나타낸다. 특히, 예컨대, x축 방향으로 웨이퍼가 빔으로 왕복 스캔된다고 가정하면, 웨이퍼(19)도 또한, 균일하게 조사되도록, 드라이브 메카니즘(미도시)에 의하여 x축 방향에 수직인 y축 방향으로 왕복으로 움직인다. 이는, 대상 웨이퍼(19)가 전 표면에 걸쳐서 균일하게 빔에 조사될 수 있도록 한다.
상기 설명된 방식으로, 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 빔 조사 시스템에 있어서, 스캐닝 방향(도 1(a)에 있어서 횡방향)으로 긴 타원형 또는 달걀형 단면을 가 지는 빔이 얻어질 수 있고, 에너지 필터로서 기능하는 각도 에너지 필터의 사용에 의하여, 그 스캐닝-편향 영역 내 전반적인 어느 위치에서도 균일한 각도로 굴곡되어, 웨이퍼가 균일한 입사각으로 빔에 조사되게 된다.
이제, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 실시예에 의한 빔 조사 시스템에 사용되는 각도 에너지 필터(17)에 대하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각도 에너지 필터(17)는, 한쌍의 마그네틱 실드(21-1, 21-2), 마그네틱 실드(21-1, 21-2) 사이에 배치된 편향 자석(창틀 타입 다이폴 자석)(22), 편향 자석(22)의 공간부에 설치된 AEF 챔버(AEF 진공 챔버 또는 빔 라인 가이드라고도 함)(23), 및 AEF 진공 챔버(23) 내에 설치된 한쌍의 편향 전극(24-1, 24-2)으로 구성된다.
마그네틱 실드(21-1, 21-2)는 각각, 그 중심 부분에, 빔이 통과할 수 있는 구멍(예컨대, 도 2의 지면에 수직인 방향으로 긴 사각 구멍)을 가지며, 각각 가속/감속 컬럼(16) 및 프로세스 진공 챔버(18)에 고정된다. 마그네틱 실드(21-1, 21-2)는, 편향 자석(22)에 의하여 생성되는 자계를 차폐하는 역할을 하여, 웨이퍼 대전 보상을 위하여 빔 및 전자에 작용하는 자계의 영향을 감소시킨다.
편향 자석(22)은, 후에 설명되는 바와 같이 대략 4각인(창틀 타입) 코어, 및 코어의 부분인 상부요크(22-1) 및 하부요크(22-2)에 각각 감긴, 하나 이상의 메인 코일(22-3, 22-4)로 구성된다. 또한, 도 2에 파선으로 도시된 바와 같이, 상측 및 하부요크(22-1, 22-2) 및 측면 요크의 양 측면을 커버하도록, 요크누설자계 상쇄용의 상쇄 보정 코일들(하나만 나타냄)(22-5)이, 코일(22-3, 22-4)의 외측의 코어(도 2의 종이의 앞면 및 뒷면에 있음)에 감겨도 좋다. 누설 자계 상쇄용 상쇄 보정 코일(22-5)은, 코일(22-3, 22-4)에 의하여 생성되는 대상 웨이퍼에서의 자계의 원치 않는 부분(누설 자계)를 상쇄시키기 위하여 사용된다. 코일(22-3, 22-4)에 의하여 생성되는 자계의 방향은, 도 3(a)에 도시되어 있는 한편, 상쇄 보정 코일(22-5)에 의하여 생성되는 자계의 방향은, 도 3(b)에 도시되어 있다.
도 3(a) 및 도 3(b) 사이의 비교에서 알 수 있는 바와 같이, 코일(22-3, 22-4)에 의하여 편향 자석(22)의 공간부(22-6) 내에 생성되는 자계와, 상쇄 보정 코일(22-5)에 의하여 공간부(22-6) 내에 또한 생성되는 자계는, 동일 방향을 가진다. 그러나, 코일(22-3, 22-4)에 의하여 편향 자석(22) 주위에 생성되는 자계와, 상쇄 보정 코일(22-5)에 의하여 편향 자석(22) 주위에 생성되는 자계는, 반대 방향을 가진다. 따라서, 각 코일에 공급되는 전류를 적절히 제어(밸런싱)함으로써, 편향 자석(22)의 공간부(22-6) 내에 소망하는 자속밀도를 가지는 균일 자계를 형성하고, 나아가서 편향 자석(22) 주위에 생성되는 자계를 서로 상쇄시킬 수가 있다. 즉, 상쇄 보정 코일(22-5)에 공급되는 전류를 제어함으로써, 자계 분포의 퍼짐을 제어하여, 누설 자계를 억제할 수 있다. 나아가서, 코일(22-3, 22-4) 및 상쇄 보정 코일(22-5)에 공급되는 전류를 조절함으로써, 공간부(22-6) 내에서 빔이 어느 곳을 통과하더라도, 동일 편향각으로 빔이 굴곡(즉 편향)되는, 균일 자계 분포, 즉 BL 적(product)이 균일한 자계를 생성할 수 있다. 따라서, 편향 자석(22)은, 그 스캐닝-편향 영역 내의 전반적인 어느 위치에서도 균일 각도로 빔을 굴곡시키거나 편향시킨다.
마그네틱 실드(21-1, 21-2)는, 자계 분포를 조정하며, 공간부(22-6) 내의 빔 통과 위치에 관계없이 빔의 동일 편향각의 달성을 위하여, 각 코일에 공급되는 전류의 조정을 도모한다. 즉, 마그네틱 실드(21-1, 21-2)는, BL 적이 일정한 자계 분포를 실현하도록 한다. 마그네틱 실드(21-1, 21-2)에 의한 자계 분포의 조정은, 이온 종에 따른 각 마그네틱 실드의 구멍의 형상, 빔 단면 형상(예컨대, 원형, 달걀형, 타원형, 등), 스캔 범위, 주입 에너지, 등을 결정함으로써 수행된다.
도 2로 되돌아가서, 작동에 있어서, 편향 자석(22)은, 도 2의 지면에 수직인 방향(예컨대, 도 2의 뒷장을 향하여)의 공간부에, 자계를 생성하여, 도면의 좌에서 우로 진행하는 빔이 하방으로 편향된다. 그 결과, 빔은, 편향 자석(22)의 하류측(도 2의 우측)에 배치된 프로세스 진공 챔버(18) 내에 구비되는 에너지 슬릿(18-2)을 통과하여, 프로세스 진공 챔버(18) 내에 도입되어 지지되는 대상 웨이퍼(19) 상에 입사된다. 빔의 스캐닝-편향 영역은, 도 2의 지면에 수직인 방향으로 길다는 점을 염두에 두어야 한다. 각도 에너지 필터(17)는, 그 스캐닝-편향 영역 전반에 걸친 어느 위치에서도 균일한 각도로, 빔을 굴곡 또는 편향시킨다.
편향 자석(22)의 공간부 내에 구비되는 AEF 진공 챔버(23)는, 그 하류측이, 마그네틱 실드(21-2)를 따라서, 지지 볼트(25-1, 25-2)의 사용에 의하여, 프로세스 진공 챔버(18)에 고정된다. AEF 진공 챔버(23)의 상류측(도 2의 좌측)은, 하측으로부터 지지봉(rod)(26)에 의하여 보조적으로 지지된다. 이러한 방식으로, AEF 진공 챔버(23)가, 지지봉(26)에 의하여 보조적으로 지지되는 한편 프로세스 진공 챔버(18)에 고정되는, 지지 및 고정 구조를 채용함으로써, AEF 진공 챔버(23)는, 편향 자석(22)의 코어 및 코일 뿐 아니라, 다른 컴포넌트에 의하여 둘러싸여 있더라도, 위치에 있어서 정확하게 정렬될 수 있다.
AEF 진공 챔버(23)에 있어서, 확대 축척으로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 편향 전극(24-1, 24-2) 뿐만 아니라, 편향 전극(24-1, 24-2)의 상류측 및 하류측에 각각 위치되는 전자 억제 전극(31-1, 31-2), 전자 억제 전극(31-1)의 상류측 및 하류측에 각각 위치되는 접지 전극(32-1, 32-2), 전자 억제 전극(31-2)의 상류측 및 하류측에 각각 위치되는 접지 전극(32-3, 32-4), 및 가장 하류측에 위치되는 빔 덤프(33)가 구비된다.
편향 전극(24-1, 24-2), 전자 억제 전극(31-1, 31-2), 및 접지 전극(32-1 내지 32-4)은, 이들 전극의 전계에 의하여 빔이 편향될 때 얻어지는 전환점(AEF 전후의 빔 중심 궤도인 2개의 직선의 교점)이, 편향 자석(22)의 자계에 의하여 빔이 편향될 때 형성되는 전환점과, 동일하게 되도록, 배치되고 전원이 공급된다. 특히, 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 생성된 전계에 의하여 편향된 빔의 궤도(41)가, 편향 자석(22)의 사용에 의하여 생성된 자계에 의하여 편향된 빔의 궤도(42)와, 적어도 AEF 진공 챔버(23)의 입사 및 출사측, 즉 각도 에너지 필터(17)에서 오버랩되도록, 이들 전극이 배치된다. 전자 억제 전극(31-1, 31-2) 및 접지 전극(32-1 내지 32-4)을 구비함으로써, 편향 전극(24-1, 24-2) 사이에 보다 높은 전압을 인가할 수 있게 되고, 따라서, 빔의 에너지가 더 클 때에도, 소망하는 궤도가 실현될 수 있다. 게다가, 각 편향 전극(24-1, 24-2)의 단면 형상은 굴곡되어(편향 전극(24-1)은, 오목 형상을 가지는 반면, 편향 전극(24-2)은, 볼록 형상을 가짐), 빔의 곡률 반경을 매칭시키고, 이로써 빔이 효율적으로 편향될 수 있도록 된다.
빔 덤프(33)는, 자계 또는 전계에 의하여 바르게 편향된 빔이 통과하기 위한 구멍을 가지며, 필요한 에너지 및 하전 상태를 각각 가지는 이온이 이를 통과하도록 허용한다. 한편, 빔 덤프(33)는, 중성화된 빔이나 그 에너지 또는 하전 상태가 소망하는 값과 상이한 빔을 받아들인다.
편향 전극(24-1, 24-2), 전자 억제 전극(31-1, 31-2), 접지 전극(32-1 내지 32-4), 및 빔 덤프(33)를 포함하는 AEF 진공 챔버(23)의 구성요소는, 단일 유닛(AEF 유닛)으로 형성된다. 특히, 전극(24-1, 24-2, 31-1, 31-2 및 32-1 내지 32-4)과 빔 덤프(33)는, 다른 구성요소들과 함께, 공통 플레이트 등에 고정되어 함께 일체화된다.
AEF의 일례를 도 6(a), 6(b), 및 6(c)에 나타낸다. 도 6(a)는, 각 편향 전극(24-1, 24-2)의 센터라인을 포함하는 평면을 따라 취해진 단면 정면도로서, 빔 출사측(하류측)에서 본, AEF 유닛(50)의 다이어그램이다. 도 6(b)는, 입사 빔의 경로를 따라 취해진 단면 평면도로서, 상측에서 본, AEF 유닛(50)의 다이어그램이다. 도 6(c)는, 빔 주사측(상류측)에서 본, AEF 진공 챔버(23)의 다이어그램이다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, AEF 유닛(50)은, 상부 서포트(51), 하부 서포트(52), AEF 진공 챔버(23)의 부분(좌측벽)으로서 기능하는 좌측 플레이트(53), 및 우측 플레이트(54)로 구성된다. 편향 전극(24-1, 24-2)은, 절연 탑재 플레이트(55, 56)에 각각 탑재되어, 복수의 절연체(57)를 통하여 상부 및 하부 서포트(51, 52)에 고정된다.
도 6(b) 및 6(c)에 도시된 바와 같이, 전자 억제 전극 등을 포함하는, AEF 진공 챔버(23) 내의 다른 구성요소들도, 각각 상부 서포트(51), 하부 서포트(52), 좌측 플레이트(53), 및 우측 플레이트(54)에, 직접 또는 보조 서포트(58-1, 58-2 등)를 통하여 고정되고, 함께 일체화된다.
더욱이, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, AEF 진공 챔버(23)의 내측 상면에 위치된 한쌍의 슬라이드 레일(36)의 좌측단이, 그 상단부에서 좌측 플레이트(53)에 고정된다. 이 구성으로 인하여, AEF 유닛(50)은, AEF 진공 챔버(23)에 대하여 내외로 움직일 수 있도록 지지된다. AEF 유닛(50)이 AEF 진공 챔버(23) 내에 삽입될 때, 미리 정해진 위치에 AEF 유닛(50)을 정렬하기 위하여, 우측 플레이트(54)에 위치결정부(예컨대, 수용체를 위한 돌출부)가 구비되어도 좋다.
이제, 편향 자석(22)에 대하여 설명한다. 도 7(a) 및 7(b)을 참조하면, 편향 자석(22)은, 거의 역 "C"자 형상의 제1 코어(61) 및 거의 "I"자 형상의 제2 코어(62)로 구성된다. 그 중심에 공간부를 가지는 창틀 타입(4각형) 코어는, 고정된 제1 코어(61)에 움직일 수 있는 제2 코어(62)를 고정시킴으로써 이루어진다. 각각, 제1 코어(61)의 횡방향으로 긴 상부는 상부요크(22-1)이고, 코어(61)의 횡방향으로 긴 하부는 하부요크(22-2)이며, 코일(22-3, 22-4)이 각각 이들 둘레에 감겨서, 전자석을 형성한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 편향 전극(24-1, 24-2)에 고전압을 공급하기 위한 쓰루 홀(71)은, 자극으로 기능하는 제2 코어(62)의 일부 내에 만들어진다. 편향 전극(24-1, 24-2)에 연결되는 외부 연결 단자(67)가, 비록 도 7(a)에서 쓰루 홀(71) 내에 수용되는 것처럼 보일 정도로 도시되었지만, 실제로는 도 9에 도시된 바와 같이, 각 외부 연결 단자(67)는, 적어도 그 커넥터 헤드가 고전압 공급 쓰루 홀(71)의 외부에 노출되는 크기를 가진다.
한편, 다른 자극으로서도 기능하는 제1 코어(61)의 일부는, 고전압 공급 쓰루 홀(71)(도 7(a) 및 7(b)에서 파선으로 도시됨)과 동일 형상을 가지는 쓰루 홀을 가져서, 자극들 사이에 균일 자계가 생성된다.
도 2 및 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 상부요크(22-1)는, 빔 진행 방향(진행 방향, 즉, 도 2 또는 8에서 좌측/우측 방향)으로 긴 단면 형상을 가지는 한편, 하부요크(22-2)는, 빔 진행 방향에 수직인 방향(종방향, 즉, 도 2 또는 8에서 상측/하측 방향)으로 긴 단면 형상을 가진다. 진행 방향에 있어서, 코어의 형상은, 상부요크(22-1) 측이 넓고, 반면에 하부요크(22-2) 측이 좁은, 면각(面角)이 없는 부채꼴이다. 상부요크(22-1)의 단면적과 하부요크(22-2)의 단면적은, 종방향으로 균일 자계를 생성하기 위하여, 서로 동일함이 바람직하다.
다시 도 7(a) 및 7(b)를 참조하면, 제1 코어(61)는, 복수의 지지 컬럼(64-1 내지 64-3)을 통하여, 베이스(63)에 고정된다. 제1 리니어 가이드(65)는, 횡방향으로 이동 가능하고, 제2 리니어 가이드(66)는, 제1 리니어 가이드(65)에 탑재되어, 종방향으로 이동 가능하다. 제2 코어(62)는, 제1 리니어 가이드(65)에 구비된 제2 리니어 가이드(66)에 고정된다. 제1 및 제2 리니어 가이드(65, 66)를 작동시킴으로써, 제2 코어(62)는, 제1 코어(61)에 대하여 횡방향 및 종방향으로 이동(슬라이드)되어, 도 7(a)에 도시된 상태로부터 도 7(b)에 도시된 상태로, 또는 역으로, 도 7(b)에 도시된 상태로부터 도 7(a)에 도시된 상태로의 변화를 달성할 수 있게 된다.
게다가, 편향 전극(24-1, 24-2), 기타 전극, 등은, 상기와 같이, 함께 일체화되어, AEF 유닛(50)을 형성한다. AEF 유닛(50)은, 슬라이드 레일(36)의 사용에 의하여, AEF 진공 챔버(23) 내에 밀어넣을 수 있고, 이로부터 끌어낼 수 있도록 지지된다.
도 7(a)에 도시된 상태에서, 리니어 가이드(65, 66)를 작동시킴으로써 제2 코어(62)가 제1 코어(61)로부터 분리될 때, 좌측 플레이트(53)가 외부에 노출된다. 이 상태에서 AEF 유닛(50)이 끌어내어지면, 도 7(b)에 도시된 상태, 즉 편향 전극(24-1, 24-1) 등이 AEF 진공 챔버(23)의 외부에 위치되어 노출되는 상태를 달성할 수 있다. 이런 방식으로, 본 실시예에 있어서, 편향 전극(24-1, 24-2) 등이 쉽게 AEF 진공 챔버(23)로부터 꺼내져서 외부에 노출되기 때문에, 그 유지보수 및 교환이 용이하게 달성될 수 있다.
구성요소의 유지보수 또는 교환을 행한 후에, AEF 유닛(50)은 AEF 진공 챔버(23) 내에 밀어넣어지고, 좌측 플레이트(53)가 기밀하게 AEF 진공 챔버(23)에 고정되어, 편향 전극(24-1, 24-2) 등이 AEF 진공 챔버(23) 내의 미리 정해진 위치에 위치될 수 있게 된다.
상기 설명된 바와 같이 구성된 각도 에너지 필터(17)에 대하여, 본 실시예의 이온 빔 조사 시스템의 컨트롤러(미도시)는, 대상 웨이퍼 상에 입사되는 이온 빔/하전입자 빔의 상태에 따라서, 편향 자석(22) 또는 편향 전극(24-1, 24-2) 중 어느 하나에 대하여, 선택적으로 전력을 공급한다. 즉, 이온 빔 조사 시스템의 컨트롤러는, 각도 에너지 필터(17)의 자계 및 전계 사이의 전환장치로서 기능한다. 여기서, 전기 전력을 편향 전극(24-1, 24-2)에 공급할 때는, 빔 조사 시스템의 컨트롤러는, 동시에 전기 전력을 전자 억제 전극(31-1, 31-2)에도 공급한다.
빔 조사 시스템의 컨트롤러가 전기 전력을 편향 자석(22)에 공급할지 또는 편향 전극(24-1, 24-2)에 공급할지는, 이온 종 등에 따라서 다르다. 그러나, 빔의 에너지가, 대략 10 내지 수10 keV의 범위 내의 어떤 역치보다 낮을 때, 전기 전력은 편향 자석(22)에 공급되는 반면, 빔의 에너지가, 역치보다 높을 때, 전기 전력이 편향 전극(24-1, 24-2)(및 전자 억제 전극(31-1, 31-2))에 공급된다는 것이 고려되어야 한다.
상기 설명된 바와 같이, 본 실시예에 의한 이온 빔 조사 시스템에 있어서, 편향 자석, 편향 전극에 대한 에너지 필터, 및 이들을 전환하기 위한 전환장치를 구비함으로써, 빔 상태(특성)에 따라서, 각도 에너지 필터(17) 내의 빔의 편향 방법으로서, 자계를 사용할 것인지 또는 전계를 사용할 것인지를 선택하는 것이 가능하게 된다. 이 구성에 의하여, 본 실시예에 의한 조사 시스템은, 보다 넓은 범위의 빔 상태를 처리할 수 있어서, 그 용도가 확장된다. 게다가, 본 실시예에 의한 조사 시스템에 있어서, 각도 에너지 필터(17) 내의 빔의 편향 방법으로서, 자계가 선택되어도, 전계가 선택되어도, AEF의 외부에 있어서의 빔의 궤도는 변치 않는다. 따라서, 특정 궤도 보정 수단이 불필요하여, 구조가 간단하다.
상기 실시예에 있어서, 횡방향으로 긴 영역이 이온 빔으로 스캔되는 예에 대 하여 설명되었다. 하지만, 본 발명은, 스캐닝이 행하여지지 않을 때, 또는 빔의 단면 형상이 원형, 타원형 또는 달걀형일 때에도 적용 가능하다.
본 발명에 의하면, 그 용도(빔 조건 등)에 있어서 한계가 없는, 이온 빔/하전입자 빔 조사 시스템이 제공된다.

Claims (16)

  1. 빔 정형장치에 의하여 정형된 빔 단면이 원형 혹은 일방향으로 긴 장원(長圓)형 혹은 타원형인 이온 빔/하전입자 빔, 또는 빔의 연속단면이 일방향으로 긴 장원형상 혹은 타원형상이 되도록 전단(前段)의 질량분석장치 및 빔 정형장치에 의하여 정형(整形)된 후 편향주사(走査)됨과 함께 P-렌즈에 의하여 다시 평행화된 이온 빔/하전입자 빔을, 빔의 길이방향에 관하여 편향주사의 범위에 걸쳐서 전체에 균일한 각도로 굴곡시키도록 구성한 후단 에너지 분석장치에 의하여 에너지분석을 행한 후, 기판에 조사(照射)되도록 구성한 이온 빔/하전입자 빔 조사장치에 있어서,
    상기 후단 에너지 분석장치를, 편향전극 및 편향자석에 의하여 구성하고, 상기 편향전극 또는 상기 편향자석의 전환장치를 설치하며, 상기 편향주사됨과 함께 다시 평행화된 이온 빔/하전입자 빔의 특성에 따라서 전환되도록 구성하고,
    상기 편향자석은, 중앙에 공간부를 가지고, 상기 공간부에 빔 라인이 통과하도록 구성된 사각형상의 요크를 포함하며, 상기 공간부에는 빔 라인 가이드가 설치되고,
    상기 편향전극은, 상기 빔 라인 가이드 내부에 그라운드전극 및 억제전극과 함께 배치되고, 상기 억제전극을 상기 빔 라인을 따르는 방향에 관하여 상기 편향전극의 전후에 위치시키며, 상기 편향전극에 고전압을 인가하여 행하는 에너지분석시의 이온 빔/하전입자 빔의 궤도가, 상기 편향자석에 의한 에너지분석시의 이온 빔/하전입자 빔의 궤도와, 상기 후단 에너지 분석장치의 입사측과 출사측에서 겹치도록 구성한 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 편향자석의 요크는, 상부요크 측이 빔 진행방향으로 길고, 하부요크 측이 빔 진행방향과 수직인 방향으로 길며, 상기 편향주사의 방향의 외측에서 보아 면각(面角)이 없는 부채꼴형상으로 구성되어 있는 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 빔 라인 가이드는, 진공챔버를 구성하고, 상기 편향자석의 하류측에 배치된 프로세스챔버에 고정지지되어 있는 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 빔 라인 가이드는, 그 상류측이 지지봉에 의하여 지지되어 있는 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 편향전극을 유닛화하고, 상기 빔 라인 가이드에 대하여 레일에 의하여 밀어넣기/끌어내기를 가능하게 하는 구성으로 한 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 편향전극의 밀어넣기/끌어내기를 가능하게 하기 위하여, 상기 편향자석의 자극을 요크로부터 분리하여 움직일 수 있도록 지지한 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 편향자석의 자극에 관통공을 마련하고, 상기 관통공을 통하여 상기 편향전극에의 전원공급을 행하도록 한 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 편향전극의 형상은, 빔의 곡률반경에 준하는 커브를 갖춘 형상인 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 후단 에너지 분석장치는, 중성화된 빔이나, 에너지 또는 전하 수가 상이한 빔을 받기 위한 빔 덤프를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 이온 빔/하전입자 빔 조사장치.
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