KR101236563B1 - 하전된 빔 덤프 및 입자 어트랙터 - Google Patents

Abstract

이온 주입 동안 오염을 완화시키는 시스템, 방법 및 장치가 제공된다. 이온 소스, 최종 스테이션, 및 상기 이온 소스와 최종 스테이션 사이에 배치된 질량 분석기가 제공되며, 여기서 이온 빔은 이온 소스로부터 형성되고 질량 분석기를 통하여 최종 스테이션으로 이동한다. 집진기, 입자 어트랙터, 및 차폐물을 포함하는 이온 빔 덤프 어셈블리는 질량 분석기와 관련되며, 상기 입자 어트랙터의 전위는 오염 입자를 끌어당겨서 집진기 내에서 제한하도록 동작 가능하며, 상기 차폐물은 질량 분석기 내의 이온 빔의 전위로부터 입자 어트랙터의 전위를 차폐하도록 동작 가능하다.

이온 주입 시스템, 이온 소스, 최종 스테이션, 집진기, 입자 어트랙터.

Description

하전된 빔 덤프 및 입자 어트랙터{CHARGED BEAM DUMP AND PARTICLE ATTRACTOR}

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 그 전체가 본원에 완전하게 설명된 바와 같이 참조되어 있는 명칭이 PARTICULATE PREVENTION IN ION IMPLANTATION이고, 2005년 6월 3일자로 출원된 미국 가출원 일련 번호 60/687,514에 대한 우선권 및 상기 미국 가출원 일련 번호 60/687,514의 이점을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 이온을 워크피스 내로 주입하는 이온 주입 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 일반적으로 이온 빔과 관련된 미립자 오염을 방지하는 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조에서, 반도체 웨이퍼 또는 다른 워크피스를 불순물로 도핑하기 위하여 이온 주입 시스템이 사용된다. 이와 같은 시스템에서, 이온 소스는 이온 빔의 형태로 소스로부터 추출되는 희망하는 도펀트 원소를 이온화한다. 이온 빔은 전형적으로 희망하는 전하-대-질량 비의 이온을 선택하기 위하여 질량 분석되고 나서, 웨이퍼에 도펀트 원소를 주입하기 위하여 반도체 웨이퍼의 표면에 지향된다. 빔의 이온은 웨이퍼에서 트랜지스터 디바이스의 제조에서와 같이 희망하는 전도성의 영역을 형성하기 위하여 웨이퍼의 표면을 통과한다. 전형적인 이온 주입기는 이온 빔을 발생시키는 이온 소스, 자기 필드를 사용하여 이온 빔을 질량 분석하는 질량 분석 장치를 포함하는 빔라인 어셈블리, 및 이온 빔이 주입될 반도체 웨이퍼 또는 워크피스를 포함하는 타겟 챔버를 포함한다.

전형적으로, 이온 소스에 의해 발생된 이온은 빔 내로 형성되고 소정의 빔 경로를 따라 주입 스테이션으로 지향된다. 이온 빔 주입기는 이온 소스 및 주입 스테이션 사이에서 확장되는 빔 형성 및 쉐이핑 구조(beam forming and shaping structure)를 더 포함한다. 빔 형성 및 쉐이핑 구조는 이온 빔을 유지하고 빔이 도중에 주입 스테이션으로 통과되는 긴 내부 캐비티 또는 통로의 경계를 짓도록 시도한다. 이온 주입기를 동작시킬 때, 이 통로는 전형적으로 공기 분자와의 충돌의 결과로서 이온이 소정의 빔 경로로부터 편향될 가능성을 감소시키기 위하여 비워진다.

상부의 전하에 대한 이온의 질량(즉, 전하-대-질량 비)은 이온이 정전기 또는 자기 필드에 의해 축방향 및 횡방향 둘 모두에서 가속되는 정도에 영향을 준다. 그러므로, 반도체 웨이퍼 또는 다른 타겟의 희망하는 에어리어에 도달하는 빔은 바람직하지 않은 분자 중량의 이온이 빔으로부터 떨어진 위치로 편향되기 때문에, 상당히 순수하게 이루어질 수 있고, 희망하는 재료 이외의 이온의 주입이 피해질 수 있다. 희망하고 희망하지 않은 전하-대-질량 비의 이온을 선택적으로 분리하는 공정은 질량 분석으로서 공지되어 있다. 질량 분석기는 전형적으로 상이한 전하-대-질량 비의 이온을 효율적으로 분리하는 아치형 통로에서 자기 편향을 통하여 이온 빔 내의 여러 이온을 편향시키기 위하여 다이폴 자기 필드를 생성하는 질량 분석 자석을 사용한다.

이온 빔은 전형적으로 워크피스의 희망하는 표면 영역에서 포커싱되고 지향된다. 일반적으로, 이온 빔의 강력한 이온은 소정의 에너지 레벨로 가속되어 워크피스의 벌크(bulk) 내로 침투한다. 이온은 예를 들어, 재료의 결정 격자 내로 임베딩되어 희망하는 전도성의 영역을 형성하며, 상기 이온 빔의 에너지는 일반적으로 주입의 깊이를 결정한다. 이온 주입 시스템의 예로는 메사추세스 비버리 소재의 액셀리스 테크놀로지로부터 입수 가능한 것들이 있다

그러나, 전형적인 이온 주입기 또는 다른 이온 빔 장비(예를 들어, 선형 가속기)의 동작은 각종 소스로부터 오염 입자의 생성을 초래할 수 있다. 오염 입자는 예를 들어, 크기가 약 1μm보다 더 적을 수 있지만, 주입된 워크피스에 악영향을 미칠 것이다. 오염 입자는 예를 들어, 이온 빔 내에 인트레이닝(entraining)되어 빔과 함께 워크피스 쪽으로 운송되므로, 워크피스에서 희망하지 않는 오염을 초래할 수 있다.

전형적인 이온 주입 시스템에서, 예를 들어, 오염 입자의 한 소스는 질량 분석기를 통한 통로와 관련된 재료이다. 예를 들어, 질량 분석기의 통로는 전형적으로 그래파이트(graphite)로 커버되거나 코팅되며, 여기서 바람직하지 않은 이온은 일반적으로 통로에 라이닝(lining)된 그래파이트와 충돌하고, 일반적으로 그래파이트 코팅에 인트레이닝된다. 그러나, 시간이 지남에 따라, 이온이 그래파이트 코팅과 지속적으로 충돌하기 때문에, 그래파이트 코팅의 입자는 통로로부터 제거되고 나서, 이온 빔 내에 인트레이닝될 수 있다. 그 후, 이온 빔 내의 이러한 오염 입자는 이온 주입 동안 워크피스 또는 다른 기판과 충돌하여 상기 워크피스 또는 다른 기판에 부착되고, 결과적으로 처리된 워크피스 상에 극미소 패턴 규정을 필요로 하는 반도체 또는 다른 디바이스의 제조에서 수율 손실의 원인이 될 수 있다.

반도체 디바이스가 보다 큰 정확도와 함께 감소된 크기로 제조됨에 따라, 이와 같은 반도체 디바이스를 제조하는 장치의 더 높은 정확도 및 효율이 필요로 된다. 따라서, 워크피스 오염을 완화하기 위하여 워크피스 상부의 여러 위치에서 이온 빔 내의 오염 입자의 레벨을 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 워크피스 상부의 여러 위치에서 이온 빔과 관련된 오염을 제어하는 장치, 시스템, 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 한계를 극복한다. 결과적으로, 다음은 본 발명의 일부 양상의 기본적인 이해를 제공하기 위하여 본 발명의 간소화된 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 이 요약은 본 발명의 핵심 및 중요 요소를 식별하고자 하는 것도 아니며 본 발명의 범위를 서술하고자 하는 것도 아니다. 이 요약의 목적은 이후에 제공되는 보다 상세한 설명에 대한 서문으로서 본 발명의 일부 개념을 간소화된 형태로 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 예시적인 양상에 따르면, 빔 덤프 어셈블리는 이온 주입 시스템에서 이온 빔의 오염을 감소시키기 위하여 제공되며, 상기 빔 덤프 어셈블리는 집진기, 입자 어트랙터, 및 차폐물을 포함한다. 입자 어트랙터의 전위는 일반적으로 이온 주입 시스템에 의해 형성된 웨이스트 이온 빔(waste ion beam)을 끌어당기고 늦추도록 동작 가능하며, 여기서 상기 웨이스트 이온 빔과 관련된 오염 입자는 일반적으로 집진기 내에서 억제된다. 예를 들어, 입자 어트랙터의 전위는 일반적으로 이온 빔의 전위의 반대이며, 여기서 웨이스트 이온 빔은 일반적으로 집진기 내의 입자 어트랙터로 끌어당겨진다.

차폐물은 일례에서, 이온 주입 시스템의 질량 분석기의 내부 영역 내에서와 같이, 집진기 외부의 이온 빔으로부터 입자 어트랙터와 관련된 전위를 차폐하도록 동작 가능하다. 차폐물은 또한 천공되며, 여기서 상기 차폐물은 일반적으로 이온 주입 시스템의 나머지로부터 입자 어트랙터의 전위를 차폐하면서, 대부분의 웨이스트 이온 빔이 집진기 내로 들어가도록 한다. 예를 들어, 차폐물은 전기적으로 접지되거나, 질량 분석기의 벽과 동일한 전위이며, 여기서 질량 분석기 내의 이온 빔은 상기 이온 빔이 차폐물을 통과하지 않는다면, 입자 어트랙터의 전위에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 일단 웨이스트 이온 빔이 (천공된 차폐물을 통과하여) 입자 어트랙트에 진입하면, 웨이스트 이온 빔과 관련된 입자 오염은 일반적으로 입자 어트랙터 및 웨이스트 이온 빔 사이의 전위차를 통하여 집진기 내에서 억제된다.

본 발명에 따르면, 집진기는 일반적으로 오목한 하우징을 포함할 수 있는데, 여기서 내부 영역은 일반적으로 그래파이트와 같은 탄소-함수 재료로 라이닝된다. 집진기의 라이닝은 예를 들어, 웨이스트 이온 빔과 관련된 더 무겁거나 고체의 입자를 실질적으로 억제하도록 동작 가능하다. 또 다른 예에 따르면, 펌프가 제공되는데, 상기 펌프는 집진기의 집진 영역과 유체 연통되어 있고, 집진 영역 내의 가스 및/또는 부유 입자는 빔 덤프 어셈블리의 외부로 펌핑되거나 배출될 수 있으므로, 입자 오염을 더 감소시킨다.

본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 빔 덤프 어셈블리는 일반적으로 집진기, 입자 어트랙터, 차폐물, 및 이온 주입 시스템의 벽과 같은 이온 주입 시스템의 하나 이상의 구성요소를 서로 전기적으로 절연시키는 절연체를 더 포함한다.

상기 목적 및 관련 목적의 성취를 위하여, 본 발명은 이하에 충분히 설명되고 특히 청구항에서 나타내는 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 어떤 예시적인 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 원리가 이용될 수 있는 여러 다양한 방식을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1은 본 발명의 제1 양상에 따른 예시적인 이온 주입 시스템의 평면도.

도2는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 예시적인 이온 빔 덤프 어셈블리를 포함하는 예시적인 이온 주입 시스템의 평면도.

도3은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 예시적인 이온 빔 덤프 어셈블리의 부분적인 사시도.

도4는 본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따른 이온 주입 시스템에서 오염을 제어하는 방법의 블록도.

본 발명은 일반적으로 이온 빔을 겪게 되는 워크피스의 미립자 오염을 완화시키는 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 이제 전체에 걸쳐 동일한 요소에는 동일한 참조 번호가 병기될 수 있는 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이러한 양상의 설명이 단지 설명을 위한 것이며, 제한하는 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 설명에서, 설명을 위하여, 다수의 특정 세부사항이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부사항 없이 실행될 수 있다는 것이 당업자들에게는 명백할 것이다.

이제 도면을 참조하면, 도1은 예시적인 이온 주입 시스템(100)의 간소화된 사시도이다. 도1의 이온 주입 시스템(100)은 본 발명의 보다 양호한 이해를 제공하기 위하여 도시되며, 반드시 크기대로 도시되어 있지는 않다는 점에 주의해야 한다. 따라서, 여러 구성요소는 명확화를 위하여 도시되거나 도시되지 않을 수 있다. 도1은 질량 분석기(106)(또한 "자석"이라 칭해짐)의 주 자기 필드(104) 내부에 있는 진공 챔버(102)의 상면도를 도시하며, 여기서 자기 필드의 중심(108)이 또한 도시되어 있다. 이온 빔(110)이 이온 소스(112)로부터 질량 분석기의 입구(114)를 통해 질량 분석기(106)에 진입하며, 자석은 적어도 부분적으로 이온 빔을 포함하는 원소의 분자 중량에 기초하여 이온 빔을 분리하기 시작한다. 질량 분석기(106)는 이온 빔(110)으로부터 선택된 원소(예를 들어, 붕소)의 빔(115) 또는 선택된 선을 추출하도록 동작 가능하며, 여기서 선택된 빔의 이온은 바람직하게는 최종 스테이션(117) 내에 배치된 워크피스(116)(예를 들어, 반도체 기판) 내로 주입된다. 선택 된 원소보다 더 낮은 분자 중량을 갖는 더 가벼운 원소(예를 들어, 수소)는 제1 영역(118)을 향해 회전하는 경향이 있는 반면, 선택된 원소보다 분자 중량이 더 무거운 원소들은 제2 영역(119)을 향해 회전하는 경향이 있다. 제1 영역(118)과 충돌하는 가장 가벼운 원소는 진공 챔버의 벽(120)과 충돌할 시에 진공 챔버(102)에 손상을 초래하는 경향이 있는 반면, 제2 영역(119)에서 챔버의 벽(120)에 충돌하는 더 무거운 원소는 적어도 부분적으로 이들의 더 무거운 질량으로 인해 훨씬 더 많은 손상을 초래할 수 있다.

선택된 분자 중량으로 이루어지지 않은 원소(즉, 선택된 빔(115) 내에 존재하지 않는 바람직하지 않은 원소)는 웨이스트 빔(122)이라 칭해지는데, 그 이유는 이 원소가 최종 스테이션(117)에 배치된 워크피스(116) 내로 주입되도록 의도되지 않은 재료로 이루어지는 빔이기 때문이다. 챔버(102)의 벽(120)은 그래파이트(128)로 라이닝되며, 여기서 웨이스트 빔(122)이 벽과 충돌할 시에, 페이스트 빔을 포함하는 원소는 그래파이트에 인트레이닝된다. 그러나, 웨이스트 빔(122)이 벽(120)의 그래파이트(128)에 충돌하는 각도, 뿐만 아니라, 웨이스트 빔의 화학적 및/또는 물리적 특성에 따라, 웨이스트 빔의 원소는 벽 내에 매립되지 못할 수 있고, 벽으로부터 떨어진 그래파이트의 일부를 또한 스퍼터링할 수 있다. 많은 경우에, 이온 빔(110)은 불소와 같은 고도의 반응성 재료 또는 원소를 포함할 수 있고, 상기 고도의 반응성 재료는 벽(120)으로부터 재료를 더 제거할 수 있다. 그러므로, 웨이스트 빔(122)은 오염 입자(예를 들어, 고도의 화학적으로 반응성 입자)의 클라우드(cloud)(130)가 진공 챔버(102) 내부에서 러프팅(lofting)되도록 할 수 있다. 시간이 지남에 따라, 오염물의 클라우드(130)가 증강되므로, 벽(120) 및 다른 내부 구성요소 상에 해로운 재료의 플레이크(flake)(132)가 형성되고 두꺼워질 수 있다. 궁극적으로, 플레이크(132)는 벽(120) 및 다른 내부 구성요소를 쪼갤 수 있고, 선택된 이온 빔 내에 인트레이닝됨으로써, 워크피스(116) 상에 오염을 초래한다. 더구나, 클라우드(130)는 진공 챔버(102) 내에서 확산될 수 있다. 클라우드(130)는 또한 시스템(100) 내에서 이온 빔과 충돌하여 "하전된" 클라우드, 또는 플로팅 하전된 입자가 될 수 있다. 이러한 하전된 입자는 그 후에 워크피스(116)에 도달하도록 빔에 의해 "푸시"되어, 워크피스 상에서 부가적인 입자 오염을 초래할 수 있다.

본 발명은 이온 소스(112)가 일반적으로 선택된 이온 빔을 제공하기 위하여 이온 빔(110)의 회전을 필요로 하고, 여기서 상기 회전이 일반적으로 이온 소스가 동작하는 동안(예를 들어, 전력 및 가스가 이온 소스에 공급되어, 이온 빔(110)이 형성되는 동안) 수행된다는 것을 고려한다. 예를 들어, 이온 빔(110)은 상기 이온 빔의 모든 성분이 존재하는 질량 분석기(106)의 입구(114)에서 분화되지 않거나 분석되지 않는다. 이온 빔(110)은 질량 분석기(106)에 진입하기 전에 붕소(B), 불소(F), 이불화 붕소(BF₂), 및 다른 원소를 함유하는 가스 또는 재료를 포함할 수 있고, 이온 소스(112)를 조정할 시에, 가스 및 재료의 혼합물 및 전위가 제어기(134)를 통하여 바람직하게 설정되거나 "맞추어져서", 결과적인 희망하는 이온 빔(115)은 실질적으로 안전하고 워크피스(116) 내로 이온을 주입하기 전에 희망하는 량을 소유한다. 하루의 시작에서 이온 주입 시스템(100)을 콜드-스타팅할 때와 같이, 이 온 소스(112)를 조정하는 동안, 결과적인 이온 빔(110)은 일반적으로 "오반응(misbehave)"하는 경향이 있고, 여기서 스파크, 플러처(flutter), 및 다양한 다른 해로운 반응이 발생할 수 있다. 조정 동안의 이온 빔(110)의 이와 같은 오반응은 해롭게 진공 챔버(102) 내에서 오염 입자의 클라우드(130)의 발생을 두드러지게 할 수 있다. 이러한 오염 입자는 질량 분석기(106)를 통과할 수 있고, 질량 분석기의 출구(138)에서 선택된 이온 빔(115)을 선택적으로 차단하기 위하여 배치되는 셋업 플래그 패러데이(set up flag faraday)(136)에서 포획될 수 있다. 그러나, 셋업 패러데이(136)가 이온 빔(115)가 워크피스(116)로 통과하도록 배치될 때, 이러한 오염 입자는 궁극적으로 주입 동안 워크피스로 나아가서, 결과적인 주입된 워크피스의 성능 및 제품 수율에 악영향을 줄 수 있다.

본 발명은 질량 분석기(106)를 빠져나가는 오염물의 량을 최소화하여, 워크피스의 오염을 최소화하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 한 양상에 따르면, 예시적인 이온 주입 시스템(200)이 도2에 도시되어 있고, 여기서 상기 이온 주입 시스템은 본 발명의 여러 독창적인 양상을 나타낸다. 도시된 다수의 양상이 다수의 형상 및 크기로 이루어지거나 전적으로 제외되고, 모든 이와 같은 형상, 크기, 및 제외가 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다는 것이 이해될 것이다. 도1의 이온 주입 시스템(100)과 유사하게, 도2의 이온 주입 시스템(200)은 질량 분석기(204) 내에 배치된 진공 챔버(202)를 포함하며, 여기서 이온 빔(206)은 이온 소스(208)로부터 질량 분석기의 입구(210)를 통해 질량 분석기에 진입하도록 동작 가능하다. 질량 분석기(204)는 이온 빔(206) 중 선택된 이온 빔(212)을 추출하고, 상기 선택 된 이온 빔을 일반적으로 내부에 워크피스가 존재하는 최종 스테이션(214) 쪽으로 지향시킨다. 선택된 이온 빔(212)과 동일한 종으로 이루어지지 않은 이온 빔(206)의 원소는 일반적으로 선택된 이온 빔보다 더 크거나 더 작은 각도의 아크(arc)를 형성하므로, 다수의 웨이스트 빔 경로(218)를 따른다.

본 발명에 따르면, 도1과 관련하여 상술된 바와 같은 선택된 이온 빔의 바람직하지 않은 입자 오염은 이제 논의되는 바와 같이, 오염을 도2의 질량 분석기(204) 내에서로 제한함으로써 개선될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이온 주입 시스템(200)은 일례에서, 일반적으로 웨이스트 빔 경로(218)와 관련된 바람직하지 않은 오염 입자(222)를 빔 덤프 어셈블리 내에서 제한하도록 동작 가능한 빔 덤프 어셈블리(220)를 포함한다. 선택된 이온 빔(212)의 입자 오염을 효율적으로 감소시키기 위하여 이온 주입 시스템(200) 내의 다수의 소정 위치에 다수의 덤프 어셈블리(220)가 배치될 수 있다는 점이 주의되어야 한다. 예를 들어, 다수의 빔 덤프 어셈블리(220)는 일반적으로 희망하지 않는 웨이스트 빔 경로(218)가 상기 빔 덤프 어셈블리 중 하나 이상과 교차하도록 배치된다. 따라서, 상술된 도1의 플레이크(132) 및 오염 입자의 해로운 클라우드(130)는 유용하게도 후술되는 바와 같이, 빔 덤프 어셈블리(220)를 통하여 도2의 이온 주입 시스템(200)으로부터 제한되고/되거나 제거된다.

본 발명의 하나의 예시적인 양상에 따르면, 각각의 빔 덤프 어셈블리(220)는 집진기(224)(또한 "재료 덤프"라 칭해짐), 입자 어트랙터(226), 및 차폐물(228)을 포함하며, 여기서 상기 빔 덤프 어셈블리는 오염 입자(222)를 정전기적으로 끌어당 겨서 상기 오염 입자(222)를 내부에서 제한하도록 동작 가능하다. 일례에서, 집진기(224)는 일반적으로 바람직하지 않은 웨이스트 이온 빔 경로(218)(예를 들어, 선택된 이온 빔(212)의 질량보다 더 높은 질량을 갖는 이온) 중 하나 이상이 일반적으로 향하게 되는 질량 분석기(204)의 벽(230)을 따라 배치된다. 집진기(224)는 예를 들어, 일반적으로 오목한 하우징(232)을 포함하며, 집진 영역(234)이 일반적으로 그 내부에 규정된다. 하우징(232)은 예를 들어, 금속 또는 그래파이트와 같은 전기 전도성 하우징 재료로 구성되고, 여기서 상기 하우징 재료는 이온 빔(206)의 화학적 특성(예를 들어, 이온 빔(206)의 형성에 사용된 이온 소스 가스(236)와 일반적으로 반응하지 않는 화학적으로 적절한 금속)에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 절연체(238)가 또한 하우징(232) 및 질량 분석기(204)의 벽(230) 사이에 제공되며, 여기서 상기 절연체(238)는 일반적으로 하우징을 벽으로부터 전기적으로 절연시킨다. 절연체(238)는 예를 들어, 또한 집진기(224), 입자 어트랙터(226), 차폐물(228), 및 이온 주입 시스템(200)의 벽(230)을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 하우징(232)은 예를 들어, 상기 하우징의 내부면(242)을 전체적으로 커버하는 라이닝(240)을 더 포함하며, 여기서 상기 라이닝은 탄소(예를 들어, 그래파이트)와 같은 이온-흡수성 재료로 구성된다. 대안적으로, 라이닝(240)은 탄화 실리콘과 같은 다양한 다른 재료로 구성될 수 있다.

입자 어트랙터(226)는 일반적으로 집진기(224)의 집진 영역(234) 내에 존재하고, 여기서 입자 어트랙터는 각각의 웨이스트 빔 경로(218)와 관련된 오염 입자(222)를 자신으로 정전기적으로 끌어당기도록 동작 가능하다. 예를 들어, 입자 어트랙터(226)는 억제 전극(244)을 포함하며, 상기 억제 전극은 입자(222)의 관점에서 전위 또는 전기적 환경의 차이를 제공하도록 동작 가능하다. 예를 들어, 이온 주입 시스템(200)의 동작 동안, 오염 입자(222)는 일반적으로 이온 빔(206)의 전하와 유사하게 하전된다(예를 들어, 오염 입자는 이온 빔의 양전하에 의해 양으로 하전된다). 따라서, 입자 어트랙터(226)는 이온 빔(206)의 전하와 반대(예를 들어, 입자 어트랙터에 대해 음 전하)로 하전될 수 있고, 여기서 전위차는 일반적으로 입자 어트랙터 및 오염 입자(222) 사이의 정전기 끌어당김을 발생시킨다.

따라서, 각각의 빔 덤프 어셈블리(220)는 집진 영역(234) 내에서 억제 전극(244)을 통하여 전기 필드를 제공하여, 상기 전기 필드가 일반적으로 웨이스트 빔 경로(218)를 따라 오염 입자(222)를 끌어당겨서 상기 오염 입자를 늦추며, 또한 일반적으로 상기 입자가 질량 분석기(204)의 내부 영역(246)으로 재-진입하지 않게 하도록 동작 가능하다. 전위는 또한 오염 입자(222)가 심지어 "공중에" 부유될 수 있도록 조정될 수 있다. 일단 오염 입자(222)가 집진기(224)의 집진 영역(234) 또는 "재료 덤프" 내에 있다면, 상기 오염 임자는 펌프(248)를 통하여 멀리(예를 들어, 입자가 가스이거나 일반적으로 가스로 부유되는 경우에) 펌핑될 수 있다. 대안적으로, 입자(222)가 고체 상태인 경우, 상기 입자는 일반적으로 하우징(232)의 내부면(242)의 라이닝(240)과 충돌할 것이며, 여기서 상기 입자는 유용하게도 일반적으로 라이닝 내에서 제한되거나 라이닝에 "고정"될 것이다.

그러므로, 억제 전극(244)(예를 들어, 정전기 집진장치 또는 "감속 전극")은 일단 입자가 재료 덤프의 집진 영역(234) 내에 있다면 상기 입자(222)가 재료 덤 프(224)를 떠나지 않도록 하기 위하여 선택되는 전기 필드를 제공하도록 동작 가능하다. 본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 차폐물(228)은 일반적으로 억제 전극(244)에서 전압을 보는 것으로부터 진공 챔버(202)의 내부 영역(246)에 있는 선택된 이온 빔(212) 및 웨이스트 빔(218) 둘 모두를 차폐하기 위하여 제공된다. 차폐물(228)은 예를 들어, 전기적으로 접지되므로, 이온 빔(206)으로부터 빔 덤프 어셈블리(220)에 의해 생성된 정전기 필드를, 그리고 상기 정전기 필드로부터 상기 이온 빔을 차폐한다. 일례에 따르면, 차폐물(228)은 일반적으로 천공되고, 접지 그리드를 포함하며, 여기서 상기 접지 그리드는 일반적으로 웨이스트 빔(218) 내의 대부분의 입자(222)가 상기 접지 그리드(250)를 통과하도록 하며, 일단 입자가 접지 그리드를 통과하면, 상기 입자는 재료 덤프(224) 내의 전기 필드에 의해서만 영향을 받는다. 웨이스트 빔(218)의 입자(222)에 의해 보이는 전기 필드의 이와 같은 변화는 일반적으로 입자가 집진기(224)(재료 덤프)의 집진 영역(234) 내에서 "트랩"되도록 한다.

도3은 집진기(224)를 포함하는 예시적인 빔 덤프 어셈블리(220)를 도시하며, 여기서 웨이스트 빔(218)의 입자(222)는 일반적으로 접지 그리드(250)를 통과하며, 일반적으로 억제 전극(244)으로 끌어당겨진다. 일반적으로 고체 형태인 입자(222)(예를 들어, 고체 입자(222A))는 일반적으로 더 높은 관성을 가지며, 하우징(232)의 라이닝(240) 내에 인트레이닝된다. 그러나, 이러한 고체 입자(222A)는 일반적으로 (도2의 제어기(252)를 통하여) 억제 전극(244)에 인가된 전위(V)를 통하여 늦추어지므로, 라이닝(240)에 대한 입자의 충격력을 최소화한다. 가스 형태이 거나 중량이 실질적으로 가벼운 입자(222)(예를 들어, 도3의 가스 입자(222B))는 일반적으로 집진기(224)의 집진 영역(232) 내에서 부유되며, 도2의 펌프(248)에 유체 결합되는 포트(254)를 통하여 집진 영역 외부로 펌핑될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 도2의 진공 챔버(202)의 벽(230)은 전기적으로 접지되며, 여기서 차폐물(228)(예를 들어, 접지 그리드(250))은 희망하는 빔(및 웨이스트 빔(218))이 진공 챔버의 내부 영역(246) 내에서 전위의 차이를 보이지 않기 때문에, 챔버 내에서 선택된 이온 빔(212)에 영향을 주지 않는다. 따라서, 접지 그리드(250)는 클램프로서 동작하며, 여기서 질량 분석기(204)와 관련된 다른 전압으로부터의 전기 필드는 일반적으로 접지 그리드를 관통하지 못하게 된다. 접지 그리드(250)는 메시(mesh), 천공된 플레이트, 와이어 펜스(wire fence), 병렬 와이어, 또는 웨이스트 빔(218)이 일반적으로 진공 챔버(202)의 내부 영역(246) 내로 재진입하는 것을 방지하면서, 집진기(224) 내로 진입하도록 동작 가능한 임의의 다른 재료 또는 구성과 같은 다수의 천공된 재료를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 빔 덤프 어셈블리(220)는 진공 챔버(202) 내 또는 외부의 다양한 다른 위치와 관련될 수 있다. 예를 들어, 빔 덤프 어셈블리(220)는 질량 분석기(204)의 입구(210) 또는 출구(258)에서의 개구(256)와 관련될 수 있고, 여기서 상기 빔 덤프 어셈블리는 일반적으로 입자(222) 또는 바람직하지 않은 이온을 인트레이닝하도록 동작하므로, 일반적으로 선택된 이온 빔(212)의 오염을 방지한다. 따라서, 빔 덤프 어셈블리는 선택된 이온 빔(212)의 오염이 근심인 이온 주입 시스템(200) 내의 임의의 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 도4는 도2의 이온 주입 시스템(200)과 같은 이온 주입 시스템 내에서 입자 오염을 제어하는 방법을 도시한 예시적인 방법(300)의 개략적인 블록도이다. 예시적인 방법이 일련의 동작 또는 이벤트로서 본원에 도시되고 설명되지만, 본 발명은 일부 단계가 본 발명에 따라서 상이한 순서로 및/또는 본원에 도시되고 설명된 것과 별도의 다른 단계와 동시에 발생할 수 있기 때문에, 이와 같은 동작 또는 이벤트의 도시된 순서에 국한되지 않는다는 것이 인식될 것이다. 게다가, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위하여 모든 도시된 단계가 필요로 되지는 않을 수 있다. 더구나, 상기 방법이 본원에 도시되고 설명된 시스템, 뿐만 아니라, 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 구현될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 방법(300)은 동작(305)에서 자신과 관련된 빔 덤프 어셈블리를 갖는 이온 주입 시스템에서 이온 빔을 형성하는 것에서 시작한다. 동작(310)에서, 빔 덤프 어셈블리와 관련된 입자 어트랙터에 전위가 제공되며, 여기서 상기 전위는 일반적으로 이온 빔의 전위와 반대이다. 입자 어트랙터에 전위 인가 시에, 빔 덤프 어셈블리에 진입하는 이온 또는 입자(도2의 웨이스트 이온 빔(218))는 일반적으로 동작(315)에서 빔 덤프 어셈블리 내에 인트레이닝된다. 동작(320)에서, 빔 덤프 어셈블리 내에서 가스로 부유되는 이온 또는 입자는 또한 빔 덤프 어셈블리 외부로 펌핑되어, 이온 주입 시스템 내에서 오염을 실질적으로 완화시킨다.

따라서, 본 발명은 이온 주입 산업에서 현재 보이지 않는 입자 제어 레벨을 제공한다. 본 발명이 어떤 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 도시되고 설명되었을지라도, 본 명세서 및 첨부 도면을 판독 및 이해할 시에 등가의 변화 또는 변경이 발생할 것이라는 것이 당업자들에게는 명백하다. 특히, 상술된 구성요소(어셈블리, 디바이스, 회로, 등)에 의해 수행된 다양한 기능과 관련하여, 이와 같은 구성요소를 설명하는데 사용된 ("수단"에 대한 참조를 포함한) 용어는 본 발명의 본원에 설명된 예시적인 실시예에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가는 아닐지라도, 다르게 나타내지 않는다면, 설명된 구성요소의 규정된 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 등가인) 임의의 구성요소에 대응한다. 게다가, 본 발명의 특정 특성이 여러 실시예 중 단지 하나와 관련하여 개시될 수 있지만, 이와 같은 특성은 임의의 소정 또는 특정 애플리케이션에 바람직하고 유용할 수 있는 바와 같은 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특성과 결합될 수 있다.

Claims (28)

1. 이온 주입 시스템의 질량 분석기에서 오염을 감소시키는 장치에 있어서:

   내부에 규정된 집진 영역을 갖는 집진기;

   상기 집진기의 집진 영역 내에 배치된 입자 어트랙터; 및

   상기 입자 어트랙터와 관련된 전위를 상기 집진기의 집진 영역 내로 제한하도록 동작 가능한 차폐물을 포함하는 오염 감소 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 집진기는 오목한 하우징을 가지며, 상기 하우징의 내부 영역은 집진 영역을 규정하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하우징은 전기 전도성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전기 전도성 재료는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 하우징은 상기 하우징의 내부면을 커버하는 라이닝을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 라이닝은 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 라이닝은 그래파이트 및 탄화 실리콘 중 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
8. 제1항에 있어서,

   절연체를 더 포함하며, 상기 절연체는 집진기, 입자 어트랙터, 차폐물, 및 이온 주입 시스템의 벽 중 하나 이상을 서로 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 입자 어트랙터는 억제 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 억제 전극은 그리드, 메시, 천공된 플레이트, 와이어 펜스, 및 병렬 와이어 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 차폐물은 전기적으로 접지되고 천공된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 차폐물은 그리드, 메시, 천공된 플레이트, 와이어 펜스, 및 병렬 와이어 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 감소 장치.
13. 이온 주입 시스템에 있어서:

    이온 소스;

    최종 스테이션; 및

    이온 소스 및 최종 스테이션 사이에 배치된 질량 분석기를 포함하며,

    상기 질량 분석기는 이온 빔 덤프 어셈블리를 포함하고, 상기 이온 빔 덤프 어셈블리는 집진기, 상기 집진기 내에 배치된 입자 어트랙터, 및 상기 입자 어트랙터의 전위를 상기 집진기 내로 제한하도록 동작 가능한 차폐물을 포함하는 이온 주입 시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상기 입자 어트랙터는 억제 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
15. 제13항에 있어서,

    상기 차폐물은 전기적으로 접지되고 천공된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
16. 제15항에 있어서,

    상기 천공된 재료는 탄소를 포함한 접지 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
17. 제13항에 있어서.

    상기 이온 빔 덤프 어셈블리는 질량 분석기의 하나 이상의 벽과 관련되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
18. 제13항에 있어서,

    상기 집진기는 내부에 규정된 집진 영역을 갖는 전기 전도성의, 오목한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
19. 제18항에 있어서,

    상기 하우징은 상기 하우징의 내부면을 커버하는 탄소 라이닝을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
20. 제13항에 있어서,

    빔 덤프 어셈블리 및 질량 분석기의 벽 사이에 배치되어, 빔 덤프 어셈블리를 질량 분석기로부터 전기적으로 절연시키는 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
21. 제13항에 있어서,

    상기 빔 덤프 어셈블리에 유체 결합되는 펌프를 더 포함하며, 상기 펌프는 빔 덤프 어셈블리 내로부터 오염 입자를 배출하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
22. 이온 주입 시스템에서 오염을 제어하는 방법에 있어서:

    희망하는 이온 빔 및 하나 이상의 웨이스트 이온 빔이 규정되는, 이온 빔을 질량 분석하는 단계;

    웨이스트 이온 빔 중 하나 이상의 경로를 따라 배치된 집진기 내에 전위를 인가하는 단계;

    상기 집진기를 전기적으로 차폐하는 단계로서, 상기 집진기 내의 전위는 희망하는 이온 빔의 경로에 영향을 미치지 않는, 차폐 단계; 및

    하나 이상의 웨이스트 이온 빔이 집진기에 진입한 후에, 집진기 내의 전위를 통하여 하나 이상의 웨이스트 이온 빔과 관련된 오염 입자를 인트레이닝하는 단계를 포함하는 오염 제어 방법.
23. 제22항에 있어서,

    상기 집진기 내에 인가된 전위는 이온 빔의 전위에 반대인 것을 특징으로 하는 오염 제어 방법.
24. 제22항에 있어서,

    상기 집진기로부터 오염 입자를 펌핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제어 방법.
25. 제22항에 있어서,

    집진기를 전기적으로 차폐하는 상기 단계는 하나 이상의 웨이스트 이온 빔의 경로를 따라 집진기 앞에 배치된 차폐물을 전기적으로 접지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제어 방법.
26. 제22항에 있어서,

    상기 집진기 내에 배치된 입자 어트랙터에 전위를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제어 방법.
27. 제26항에 있어서,

    상기 집진기 내에 인가된 전위는 상기 입자 어트랙터에 인가된 전위와 상이한 것을 특징으로 하는 오염 제어 방법.
28. 제26항에 있어서,

    상기 집진기 내에 그리고 상기 입자 어트랙터에 인가된 전위 중 하나 이상은 범위가 이온 빔의 에너지까지인 것을 특징으로 하는 오염 제어 방법.

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