KR101401278B1 - Ion implantation apparatus - Google Patents

Ion implantation apparatus Download PDF

Info

Publication number
KR101401278B1
KR101401278B1 KR1020120128026A KR20120128026A KR101401278B1 KR 101401278 B1 KR101401278 B1 KR 101401278B1 KR 1020120128026 A KR1020120128026 A KR 1020120128026A KR 20120128026 A KR20120128026 A KR 20120128026A KR 101401278 B1 KR101401278 B1 KR 101401278B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion beam
ion
mass analysis
plane
solenoid coil
Prior art date
Application number
KR1020120128026A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130103287A (en
Inventor
유타카 이노우치
Original Assignee
닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛신 이온기기 가부시기가이샤 filed Critical 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Publication of KR20130103287A publication Critical patent/KR20130103287A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101401278B1 publication Critical patent/KR101401278B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/026—Means for avoiding or neutralising unwanted electrical charges on tube components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/14—Lenses magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/14—Lenses magnetic
    • H01J37/141—Electromagnetic lenses
    • H01J37/1416—Electromagnetic lenses with superconducting coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

종래 구성에 비해 분해능을 용이하게 조정할 수 있는 이온주입장치를 제공한다.
이온주입장치(IM)는 진행방향을 Z방향으로 하고, Z방향과 실질적으로 직교하는 2방향을 X방향 및 Y방향으로 하면, Y방향의 치수보다 X방향의 치수가 큰 리본형상의 이온빔(2)을 생성하는 이온원(1)과 적어도 1개의 솔레노이드 코일(4)을 가지는 질량분석 마그넷(3)과 분석 슬릿(5)을 구비하고 있다. 그리고 XZ평면에서는 솔레노이드 코일(4)에서 발생되는 자장(B)의 방향과 질량분석 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(2)의 진행방향이 비스듬히 교차하고 있다. Provided is an ion implantation apparatus capable of easily adjusting the resolution compared to the conventional configuration.
The ion implanting apparatus IM has a ribbon-shaped ion beam 2 having a larger dimension in the X direction than the dimension in the Y direction when the advancing direction is the Z direction and the two directions substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction And a mass analysis magnet (3) having at least one solenoid coil (4) and an analysis slit (5). In the XZ plane, the direction of the magnetic field (B) generated by the solenoid coil (4) and the direction of advance of the ion beam (2) entering the mass analysis magnet (3) diagonally cross each other.

Description

이온주입장치{ION IMPLANTATION APPARATUS}[0001] ION IMPLANTATION APPARATUS [0002]

본 발명은 질량분석 마그넷 내에 솔레노이드 코일(solenoid coil)을 구비한 이온주입장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ion implantation apparatus having a solenoid coil in a mass analysis magnet.

이온주입장치에서는 원하는 질량을 가지는 이온을 반도체 기판(실리콘 웨이퍼나 유리 기판)에 주입하기 위해 질량분석 마그넷이 이용되고 있다. In the ion implantation apparatus, a mass analysis magnet is used to inject ions having a desired mass into a semiconductor substrate (silicon wafer or glass substrate).

이 질량분석 마그넷의 예로는 특허문헌 1에 기재된 질량분석 마그넷이 있다. 구체적으로, 특허문헌 1에 기재된 질량분석 마그넷은 자기 요크(magnetic yoke) 내에 한 쌍의 솔레노이드 코일을 구비하고 있다. 그리고 질량분석 마그넷의 입구측에 배치된 솔레노이드 코일에서 발생되는 자장의 방향에 대하여, 분석 마그넷에 입사하는 리본형상 이온빔의 짧은 변 방향이 비스듬히 교차하도록 구성되어 있다. 한편, 여기서 말하는 리본형상 이온빔이란, 이온빔의 진행방향에 수직인 면으로 이온빔을 절단했을 때, 그 단면이 대략 직사각형상을 이루는 이온빔을 의미한다. 또한 이온빔의 짧은 변 방향이란 대략 직사각형상의 이온빔의 단면에서의 짧은 변의 방향을 의미하고, 이온빔의 긴 변 방향이란 대략 직사각형상의 이온빔의 단면에서의 긴 변의 방향을 의미한다. An example of this mass analyzing magnet is the mass analyzing magnet described in Patent Document 1. Specifically, the mass analysis magnet described in Patent Document 1 has a pair of solenoid coils in a magnetic yoke. And the short side direction of the ribbon-shaped ion beam incident on the analysis magnet crosses obliquely with respect to the direction of the magnetic field generated by the solenoid coil disposed at the entrance side of the mass analysis magnet. On the other hand, the ribbon-shaped ion beam referred to herein means an ion beam whose cross section has a substantially rectangular shape when the ion beam is cut by a plane perpendicular to the traveling direction of the ion beam. The short side direction of the ion beam means the direction of the short side of the substantially rectangular ion beam, and the long side direction of the ion beam means the direction of the long side of the substantially rectangular ion beam.

질량분석 마그넷 내부를 통과하는 리본형상 이온빔은 로렌츠힘(Lorentz's force)에 의해 편향되고, 최종적으로 질량분석 마그넷의 하류측에 배치된 분석 슬릿에 의해 그 짧은 변 방향에서 질량 분석된다. The ribbon-shaped ion beam passing through the inside of the mass analysis magnet is deflected by Lorentz's force and finally mass-analyzed in its short side direction by the analysis slit disposed on the downstream side of the mass analysis magnet.

미국 특허출원공개 제2010/0116983호 명세서(FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 2A, FIG. 3)FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 2A, FIG. 3) disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2010/0116983

특허문헌 1의 질량분석 마그넷에서는 리본형상 이온빔을 짧은 변 방향으로 편향시켜서 질량 분석을 하는 타입의 질량분석 마그넷인 점에서, 질량분석 마그넷의 분해능의 크기를 조정함에 있어, 짧은 변 방향에서의 편향 작용을 조정할 필요가 있다. In the mass analysis magnet disclosed in Patent Document 1, in adjusting the magnitude of the resolution of the mass analysis magnet in that it is a mass analysis magnet of a type in which the ribbon-shaped ion beam is deflected in the short side direction and subjected to mass analysis, .

특허문헌 1의 질량분석 마그넷에서는 리본형상 이온빔을 그 짧은 변 방향을 향해 편향시킬 경우, 먼저 긴 변 방향으로 편향시키고나서 짧은 변 방향으로 편향시키고 있다. 보다 상세하게는, 질량분석 마그넷에 이온빔이 입사할 때에 처음으로 받는 힘의 방향은 이온빔의 긴 변 방향이며, 그로 인해 발생한 이온빔의 속도성분과 자장에 의해 이온빔의 짧은 변 방향으로 힘이 발생한다. 즉, 단적으로 말하면 2단계로 이온빔을 편향시키고 있다. In the mass analysis magnet of Patent Document 1, when the ribbon-shaped ion beam is deflected toward its short side direction, it is first deflected in the long side direction and then deflected in the short side direction. More specifically, when the ion beam enters the mass analysis magnet, the direction of the first force is the direction of the long side of the ion beam, and a force is generated in the short side direction of the ion beam by the velocity component and the magnetic field of the generated ion beam. That is to say, the ion beam is deflected in two steps.

이 편향 작용에 대하여 설명한다. 도 9(A)~(D)에는 특허문헌 1에 기재된 이온주입장치와 마찬가지로, 질량분석 마그넷 내에 입사하는 리본형상 이온빔의 짧은 변 방향에 대하여, 질량분석 마그넷 내에서 발생하는 자장의 방향이 비스듬히 교차하는 구성의 이온주입장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1의 이온주입장치에서는 질량분석 마그넷 내에 한 쌍의 솔레노이드 코일을 마련한 예가 개시되어 있지만, 여기서는 설명을 간략화하기 위해 질량분석 마그넷 내에 1개의 솔레노이드 코일이 마련되어 있는 예를 이용한다. This deflection action will be described. 9 (A) to 9 (D), like the ion implantation apparatus described in Patent Document 1, with respect to the short side direction of the ribbon-shaped ion beam entering into the mass analysis magnet, the direction of the magnetic field generated in the mass analysis magnet diagonally intersects The ion implantation apparatus of the present invention is described. In the ion implantation apparatus of Patent Document 1, an example in which a pair of solenoid coils are provided in the mass analysis magnet has been disclosed. Here, for simplification of description, an example in which one solenoid coil is provided in the mass analysis magnet is used.

도 9(A)에는 이온주입장치(IM)를 위에서 보았을 때의 단면의 모습이 그려져 있다. 이 이온주입장치(IM)에서는 이온원(1)에서 생성된 이온빔(2)이 질량분석 마그넷(3)에서 편향되고, 그 하류에 마련된 분석 슬릿(5)을 통과함으로써 질량 분석이 이루어진다. 그 후, 기판(6)(반도체 기판으로, 예를 들면 실리콘 웨이퍼나 유리 기판 등)에 이온빔(2)이 조사됨으로써 기판(6)에 대한 이온 주입 처리가 실시된다. 한편, 도 9(C)에는 이온주입장치(IM)를 옆에서 보았을 때의 단면의 모습이 그려져 있으며, 이 도 9(C)와 도 9(A)에서는 보고 있는 단면의 방향이 90도 다르다. Fig. 9 (A) shows a cross-sectional view of the ion implanter IM when viewed from above. In the ion implantation apparatus IM, the ion beam 2 generated in the ion source 1 is deflected in the mass analysis magnet 3, and mass analysis is performed by passing through the analysis slit 5 provided downstream thereof. Thereafter, the ion beam 2 is irradiated to the substrate 6 (for example, a semiconductor wafer such as a silicon wafer or a glass substrate), thereby performing the ion implantation treatment on the substrate 6. [ 9 (C) shows a cross-sectional view of the ion implanter IM when viewed from the side. In FIG. 9 (C) and FIG. 9 (A), the direction of the cross section seen is different by 90 degrees.

이 예에서 이용되는 이온빔(2)은 특허문헌 1과 마찬가지로 리본형상의 이온빔이며, 도시되는 X, Y, Z방향은 이온원(1)에서 생성된 이온빔(2)의 긴 변 방향, 짧은 변 방향, 진행방향에 각각 대응하고 있다. 그리고 이 도면들에 그려져 있는 화살표 G는 중력방향을 나타내고 있다. 한편 X, Y, Z방향은 이온빔(2)의 비행 경로에 있어서 적절히 변경된다. The ion beam 2 used in this example is a ribbon-shaped ion beam in the same manner as in Patent Document 1. The X, Y, and Z directions shown in the drawing are the long direction of the ion beam 2 generated in the ion source 1, , And the traveling direction, respectively. The arrow G in these drawings shows the direction of gravity. On the other hand, the X, Y and Z directions are appropriately changed in the flight path of the ion beam 2.

이온원(1)에서 생성된 이온빔(2)의 짧은 변 방향에 대하여, 질량분석 마그넷(3)에 구비된 솔레노이드 코일(4)에서 발생하는 자장(B)의 방향이 비스듬히 교차할 경우, 이온빔(2) 내에 포함되는 이온은 질량분석 마그넷(3) 내에서 나선궤도를 그리면서 편향된다. 단, 여기서는 도시 및 설명을 간략화하기 위해, 나선궤도에 관한 상세한 설명은 생략하고, 이온빔(2)의 편향에 관한 개요를 기술하는 것에 그친다. When the direction of the magnetic field B generated by the solenoid coil 4 provided in the mass analysis magnet 3 diagonally intersects the short side direction of the ion beam 2 generated in the ion source 1, 2) are deflected while drawing a spiral orbit in the mass analysis magnet (3). However, in order to simplify the illustration and explanation, a detailed description of the helical track will be omitted, and the outline of the deflection of the ion beam 2 will be described.

도 9(B)에는 도 9(A)의 질량분석 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(2)의 모습이 그려져 있다. 이 도면에서 이온빔(2)은 파선으로 이온빔(IB)으로서 그려져 있다. 도시되는 바와 같이, 이온빔(IB)은 자장(B)의 방향에 대하여 평행한 속도성분(IB//B)과 수직인 속도성분(IB⊥B)으로 나눌 수 있다. 자장(B)의 방향에 대하여 수직인 이온빔(IB)의 속도성분에 의해, 이온빔(IB)에는 로렌츠힘(F1)이 작용한다. 그 결과, 이온빔(IB)은 X방향으로 편향된다. Fig. 9 (B) shows the shape of the ion beam 2 passing through the inside of the mass analysis magnet 3 of Fig. 9 (A). In this figure, the ion beam 2 is drawn as a dotted line as an ion beam IB. As shown, the ion beam IB can be divided into a velocity component (IB // B) parallel to the direction of the magnetic field (B) and a velocity component (IB⊥B) perpendicular to the direction of the magnetic field. The Lorentz force F1 acts on the ion beam IB by the velocity component of the ion beam IB perpendicular to the direction of the magnetic field B. [ As a result, the ion beam IB is deflected in the X direction.

이온빔(2)이 X방향으로 편향되면, 도 9(C)에 그려진 단면에서도 이온빔(2)에 로렌츠힘이 작용하게 된다. 이 모습이 도 9(D)에 그려져 있다. 도 9(D)에는 도 9(C)의 질량분석 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(2)의 모습이 그려져 있다. When the ion beam 2 is deflected in the X direction, the Lorentz force acts on the ion beam 2 also in the cross section drawn in Fig. 9 (C). This state is shown in Fig. 9 (D). 9 (D) shows the shape of the ion beam 2 passing through the inside of the mass analysis magnet 3 of Fig. 9 (C).

도 9(C)에 그려져 있는 바와 같이, 이 예에서 이온빔(2)은 질량분석 마그넷(3)에 대하여, 솔레노이드 코일(4)에서 발생하는 자장(B)의 방향과 평행하게 입사하기 때문에 자장(B)에 의한 편향 작용을 받지 않는다. 그러나 도 9(B)에서 설명한 로렌츠힘(F1)이 작용함으로써 X방향으로의 편향이 생기면, 자장(B)에 대한 이온빔(2)의 진행방향이 변화되기 때문에, 도 9(D)에 그려져 있는 바와 같이 자장(B)의 방향에 대하여 수직인 이온빔의 속도성분(IB⊥B)이 나타난다. 이로 인해 도 9(D)에 그려져 있는 바와 같이 이온빔(IB)에는 로렌츠힘(F2)이 작용하고, 이온빔(IB)은 Y방향을 향해 편향되게 된다. The ion beam 2 is incident on the mass analysis magnet 3 in parallel with the direction of the magnetic field B generated in the solenoid coil 4 as shown in Fig. 9 (C) B). However, when the deflection in the X direction is caused by the Lorentz force F1 described in Fig. 9 (B), the advancing direction of the ion beam 2 with respect to the magnetic field B is changed. Therefore, The velocity component (IB⊥B) of the ion beam perpendicular to the direction of the magnetic field (B) appears. As a result, as shown in Fig. 9D, the Lorentz force F2 acts on the ion beam IB, and the ion beam IB is deflected toward the Y direction.

이렇게 해서 2단계로 편향된 이온빔(2)이 분석 슬릿(5)을 통과함으로써, Y방향에 있어서 질량 분석이 이루어진다. 이 질량 분석의 능력(분해능)을 조정함에 있어서 다음 두 가지 방법을 생각할 수 있다. Thus, the ion beam 2 deflected in two steps passes through the analysis slit 5, and mass analysis is performed in the Y direction. The following two methods can be considered in adjusting the capacity (resolution) of this mass spectrometry.

그 중 하나는 솔레노이드 코일(4)에 흘리는 전류량을 많게 하여, 질량분석 마그넷(3) 내에서 발생하는 자장(B)의 자속밀도의 강도를 조정하는 방법이다. 이러한 수법을 이용함으로써 상술한 로렌츠힘(F2)에 의한 편향 작용을 조정하여, 분해능의 크기를 원하는 것으로 설정할 수 있다. One of them is a method of adjusting the intensity of the magnetic flux density of the magnetic field (B) generated in the mass analysis magnet (3) by increasing the amount of current flowing through the solenoid coil (4). By using this technique, it is possible to adjust the deflection action by the Lorentz force F2 described above, and to set the magnitude of the resolution to a desired value.

그러나 이온빔(2)에 대한 편향 작용은 2단계로 발생한다. 두번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘(F2)은 첫번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘(F1)에 기인하여 간접적으로 발생한다. 로렌츠힘(F1)의 크기는 이온빔(2)이 통과하는 질량분석 마그넷(3) 내의 자장 분포, 질량분석 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(2)의 공간 분포(입사 위치나 방향) 및 이온빔의 속도성분에 따라 변화된다. 그렇기 때문에, 이러한 로렌츠힘(F1)을 제어하면서, 로렌츠힘(F1)에 의해 발생하는 로렌츠힘(F2)의 크기를 제어하기는 매우 어렵다. However, the biasing action for the ion beam 2 occurs in two stages. The Lorentz force (F2) occurring in the second phase occurs indirectly due to the Lorentz force (F1) occurring in the first phase. The magnitude of the Lorentz force F1 depends on the magnetic field distribution in the mass analysis magnet 3 through which the ion beam 2 passes, the spatial distribution (incidence position and direction) of the ion beam 2 incident on the mass analysis magnet 3, It is changed according to the velocity component. Therefore, it is very difficult to control the magnitude of the Lorentz force F2 generated by the Lorentz force F1 while controlling the Lorentz force F1.

한편, 다른 방법으로서 자장(B)의 방향에 대하여 리본형상 이온빔(2)의 짧은 변 방향이 교차하는 각도를 조정하는 방법을 생각할 수 있다. 이러한 수법을 이용함으로써 자장(B)의 방향에 대한 이온빔(2)의 수직성분의 크기를 변화시켜, 이온빔(2)에 생기는 편향 작용을 조정하여, 분해능의 크기를 원하는 것으로 설정할 수 있다. On the other hand, as another method, a method of adjusting the angle at which the short side direction of the ribbon-shaped ion beam 2 intersects the direction of the magnetic field B can be considered. By using such a technique, the magnitude of the vertical component of the ion beam 2 with respect to the direction of the magnetic field B can be changed, and the bias action caused in the ion beam 2 can be adjusted to set the resolution to a desired value.

그러나 이 방법에서도 두번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘(F2)은 첫번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘(F1)에 기인하여 간접적으로 발생한다. 상술한 것과 같이 로렌츠힘(F1)의 크기는 이온빔(2)이 통과하는 질량분석 마그넷(3) 내의 자장 분포, 질량분석 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(2)의 공간 분포(입사 위치나 방향) 및 이온빔의 속도성분에 따라 변화된다. 그렇기 때문에, 이 방법을 이용했다고 해도 로렌츠힘(F2)의 크기를 제어하기는 매우 어렵다. In this method, however, the Lorentz force (F2) occurring in the second stage occurs indirectly due to the Lorentz force (F1) occurring in the first stage. As described above, the magnitude of the Lorentz force F1 depends on the magnetic field distribution in the mass analysis magnet 3 through which the ion beam 2 passes, the spatial distribution of the ion beam 2 incident on the mass analysis magnet 3 ) And the velocity component of the ion beam. Therefore, even if this method is used, it is very difficult to control the magnitude of the Lorentz force (F2).

상기한 이유에 의해, 특허문헌 1의 질량분석 마그넷으로 분해능을 조정할 경우, 첫번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘(F1)에 기인하여 간접적으로 발생하는 로렌츠힘(F2)의 크기를 제어할 필요가 있지만, 이것을 제어하기가 매우 곤란하기 때문에 분해능을 조정하기가 용이하지 않았다. For the above reason, when the resolution is adjusted by the mass analysis magnet of Patent Document 1, it is necessary to control the magnitude of the Lorentz force F2 indirectly generated due to the Lorentz force F1 generated in the first stage, Since it is very difficult to control this, it is not easy to adjust the resolution.

그러므로 본 발명에서는 상술한 종래 구성에 비해 분해능을 용이하게 조정할 수 있는 이온주입장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다. Therefore, the main object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus which can easily adjust the resolution as compared with the above-described conventional configuration.

본 발명에 따른 이온주입장치는 이온빔의 진행방향을 Z방향으로 하고, Z방향과 실질적으로 직교하는 2방향을 X방향 및 Y방향으로 하면, Y방향의 치수보다 X방향의 치수가 큰 리본형상의 이온빔을 생성하는 이온원과, 내부에 적어도 1개의 솔레노이드 코일을 구비하고, 상기 솔레노이드 코일에 의해 발생되는 자장에 의해 상기 이온빔을 편향시키는 질량분석 마그넷과, 상기 질량분석 마그넷을 통과한 상기 이온빔 중 원하는 이온을 포함하는 이온빔만 통과시키는 분석 슬릿을 가지는 이온주입장치로서, XZ평면에 있어서, 상기 솔레노이드 코일에서 발생되는 자장의 방향과 상기 질량분석 마그넷에 입사하는 상기 이온빔의 진행방향이 비스듬히 교차하는 것을 특징으로 하고 있다. The ion implantation apparatus according to the present invention is characterized in that when the advancing direction of the ion beam is the Z direction and the two directions substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, A mass analyzing magnet having an ion source for generating an ion beam and at least one solenoid coil inside and deflecting the ion beam by a magnetic field generated by the solenoid coil; Wherein the direction of the magnetic field generated by the solenoid coil and the traveling direction of the ion beam incident on the mass analysis magnet diagonally cross each other in the XZ plane .

이러한 이온주입장치라면, 첫번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘에 의한 편향 작용이 질량 분석시의 편향 작용으로서 직접 작용하므로 분해능을 용이하게 조정할 수 있다. With such an ion implantation apparatus, the resolution can be easily adjusted because the biasing action by the Lorentz force generated in the first step acts directly as a biasing action in mass analysis.

또한 상기 솔레노이드 코일에는 상기 이온빔을 통과시키기 위한 개구부가 형성되어 있는 동시에, 상기 개구부의 대략 중앙을 상기 이온빔이 통과하는 것이 바람직하다. It is preferable that the solenoid coil has an opening for allowing the ion beam to pass therethrough and the ion beam passes through the center of the opening.

개구부의 대략 중앙부는 자장 분포가 균일하기 때문에, 여기를 통과하는 이온빔의 편향량을 용이하게 제어할 수 있다. Since the magnetic field distribution is uniform in the approximately central portion of the opening, the amount of deflection of the ion beam passing through the excitation can be easily controlled.

또한 XZ평면에 있어서 중력방향에 대하여 상기 개구부가 비스듬해지도록 상기 질량분석 마그넷 내에 상기 솔레노이드 코일이 지지되어 있는 것이 바람직하다. It is also preferable that the solenoid coil is supported in the mass analysis magnet so that the opening is slanted with respect to the gravity direction in the XZ plane.

이러한 구성이면, 대형 이온원을 채용할 경우에 이온원 전체를 중력방향에 대하여 비스듬히 설치할 필요가 없으므로, 이온원의 유지 보수 작업을 종래와 마찬가지로 원활하게 실시할 수 있다. With such a configuration, it is not necessary to obliquely provide the entire ion source relative to the gravity direction when a large ion source is employed, so that the ion source maintenance operation can be performed smoothly as in the conventional art.

또한 상기 질량분석 마그넷은 2개의 솔레노이드 코일을 가지고 있는 동시에, XZ평면에 있어서 각 솔레노이드 코일에 마련된 개구부는 중력방향에 대하여 서로 같은 방향으로 경사져 있는 동시에, 상기 개구부에서 발생되는 자장의 방향은 서로 대략 평행하도록 구성되어 있어도 된다. In addition, the mass analysis magnet has two solenoid coils. In the XZ plane, the openings provided in the solenoid coils are inclined in the same direction with respect to the gravity direction, and the directions of the magnetic fields generated in the openings are substantially parallel .

이러한 구성을 채용하면, 이온빔의 경로를 되굽힘으로써, 장치의 외형을 개략 직선형상으로 할 수 있다. By adopting such a configuration, the outer shape of the apparatus can be made substantially linear by bending the path of the ion beam.

한편, 상기 질량분석 마그넷은 2개의 솔레노이드 코일을 가지고 있는 동시에, XZ평면에 있어서 각 솔레노이드 코일에 마련된 개구부는 중력방향에 대하여 서로 다른 방향으로 경사져 있는 동시에, 상기 개구부에서 발생되는 자장의 방향은 서로 비스듬히 교차하도록 구성되어 있어도 된다. On the other hand, the mass analysis magnet has two solenoid coils, the openings provided in the respective solenoid coils in the XZ plane are inclined in different directions with respect to the gravity direction, and the directions of the magnetic fields generated in the openings are inclined And may be configured to cross each other.

이러한 구성을 채용하면 분해능을 높일 수 있다. Adoption of such a configuration can increase the resolution.

또한 상술한 이온주입장치는 상기 분석 슬릿의 하류측에 X방향으로 상기 이온빔을 편향시키는 편향 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다. Further, it is preferable that the above-described ion implantation apparatus has deflection means for deflecting the ion beam in the X direction on the downstream side of the analysis slit.

이러한 구성을 채용하면, XZ평면에서의 이온빔의 진행방향을 조정한 뒤에 기판에 이온빔을 조사할 수 있다. With this configuration, the substrate can be irradiated with the ion beam after adjusting the traveling direction of the ion beam in the XZ plane.

XZ평면에 있어서, 솔레노이드 코일에서 발생되는 자장의 방향과 질량분석 마그넷에 입사하는 이온빔의 진행방향이 비스듬히 교차하도록 했으므로, 첫번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘에 의한 편향 작용이 질량 분석시의 편향 작용으로서 직접 작용한다. 그 결과, 분해능을 용이하게 조정할 수 있다. Since the direction of the magnetic field generated by the solenoid coil and the direction of the ion beam incident on the mass analysis magnet diagonally intersect in the XZ plane, the deflection by the Lorentz force generated in the first step is directly . As a result, the resolution can be easily adjusted.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 이온주입장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 기재된 이온주입장치의 단면도와 각 단면에서 이온빔에 작용하는 로렌츠힘의 설명도이다. (A)는 XZ평면에서의 이온주입장치의 단면도이고, (B)는 (A)에 기재된 질량분석 마그넷 내에서 이온빔에 작용하는 로렌츠힘의 설명도이다. (C)는 YZ평면에서의 이온주입장치의 단면도이고, (D)는 (C)에 기재된 질량분석 마그넷 내에서 이온빔에 작용하는 로렌츠힘의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온주입장치의 단면도이다. (A)는 XZ평면에서의 단면도를 나타내고, (B)는 YZ평면에서의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 기재된 이온주입장치의 변형예이다. (A)는 XZ평면에서의 단면도를 나타내고, (B)는 YZ평면에서의 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온주입장치의 단면도이다. (A)는 XZ평면에서의 단면도를 나타내고, (B)는 YZ평면에서의 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 기재된 이온주입장치의 변형예이다. (A)는 XZ평면에서의 단면도를 나타내고, (B)는 YZ평면에서의 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 2에 기재된 이온주입장치의 변형예이다. (A)는 XZ평면에서의 단면도를 나타내고, (B)는 YZ평면에서의 단면도를 나타낸다.
도 8은 분석 슬릿 하류에 편향 수단을 구비한 이온주입장치의 예를 나타낸다. (A)는 XZ평면에서의 단면도를 나타내고, (B)는 YZ평면에서의 단면도를 나타낸다.
도 9는 종래의 이온주입장치에 따른 단면도와 각 단면에 있어서 이온빔에 작용하는 로렌츠힘의 설명도이다. (A)는 XZ평면에서의 단면도를 나타내고, (B)는 (A)에 기재된 질량분석 마그넷 내에서 이온빔에 작용하는 로렌츠힘의 설명도이며, (C)는 YZ평면에서의 단면도를 나타내고, (D)는 (C)에 기재된 질량분석 마그넷 내에서 이온빔에 작용하는 로렌츠힘의 설명도이다. 1 is a perspective view of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view of the ion implantation apparatus shown in Fig. 1 and an explanatory view of Lorentz force acting on the ion beam in each cross section. Fig. (A) is a cross-sectional view of the ion implantation apparatus in the XZ plane, and (B) is an explanatory diagram of the Lorentz force acting on the ion beam in the mass analysis magnet described in (A). (C) is a cross-sectional view of the ion implanting apparatus in the YZ plane, and (D) is an explanatory diagram of the Lorentz force acting on the ion beam in the mass analysis magnet described in (C).
3 is a cross-sectional view of an ion implantation apparatus according to another embodiment of the present invention. (A) is a cross-sectional view in the XZ plane, and (B) is a cross-sectional view in the YZ plane.
Fig. 4 is a modification of the ion implantation apparatus described in Fig. (A) is a cross-sectional view in the XZ plane, and (B) is a cross-sectional view in the YZ plane.
5 is a cross-sectional view of an ion implantation apparatus according to another embodiment of the present invention. (A) is a cross-sectional view in the XZ plane, and (B) is a cross-sectional view in the YZ plane.
6 is a modification of the ion implantation apparatus described in Fig. (A) is a cross-sectional view in the XZ plane, and (B) is a cross-sectional view in the YZ plane.
7 is a modification of the ion implantation apparatus described in Fig. (A) is a cross-sectional view in the XZ plane, and (B) is a cross-sectional view in the YZ plane.
Fig. 8 shows an example of an ion implantation apparatus having a deflection means at the downstream of the analysis slit. (A) is a cross-sectional view in the XZ plane, and (B) is a cross-sectional view in the YZ plane.
9 is a cross-sectional view of a conventional ion implantation apparatus and an explanatory view of Lorentz force acting on an ion beam in each cross section. (A) is a cross-sectional view in the XZ plane, (B) is an explanatory diagram of a Lorentz force acting on the ion beam in the mass analysis magnet shown in (A), (C) D) is an explanatory diagram of the Lorentz force acting on the ion beam in the mass analysis magnet described in (C).

본 발명에서 각 도면에 기재되는 X, Y, Z방향은 각각 이온원에서 생성된 이온빔의 긴 변 방향, 짧은 변 방향, 진행방향에 대응하고 있으며, 화살표 G는 중력방향을 나타내고 있다. 한편 X, Y, Z방향은 이온빔의 비행 경로에 따라 적절히 변경된다. In the present invention, the X, Y, and Z directions described in the drawings correspond to the long side direction, the short side direction, and the traveling direction of the ion beam generated by the ion source, respectively, and the arrow G indicates the gravity direction. On the other hand, the X, Y, and Z directions are appropriately changed according to the flight path of the ion beam.

도 1에는 본 발명에 따른 이온주입장치(IM)의 전체를 나타내는 사시도가 기재되어 있다. 파선으로 그려진 평면(P1, P2)은 이온빔(2)의 경로를 따라 마련된 서로 직교하는 평면이며, 각각 XZ평면, YZ평면에 대응하고 있다. 1 is a perspective view showing the entirety of an ion implantation apparatus IM according to the present invention. Planes P1 and P2 drawn by dashed lines are mutually orthogonal planes provided along the path of the ion beam 2 and correspond to the XZ plane and the YZ plane, respectively.

이온원(1)에서 생성된 이온빔(2)은 Y방향의 치수보다 X방향의 치수가 큰 리본형상의 이온빔이다. 이 이온빔(2)은 질량분석 마그넷(3)을 통과함으로써 Y방향으로 편향되고, 그 하류측에 배치된 분석 슬릿(5)으로 질량 분석된다. 이 질량분석 마그넷(3)에는 특허문헌 1과 마찬가지로 도시되지 않은 솔레노이드 코일이 마련되어 있지만, 이것에 대해서는 후술한다. 분석 슬릿(5)을 통과한 이온빔(2)은 기판(6)에 조사된다. 이 때, 기판(6)은 도시되는 화살표의 방향을 따라 반송됨으로써 기판(6)의 전면(全面)에 이온빔(2)이 조사된다. The ion beam 2 generated in the ion source 1 is a ribbon-shaped ion beam having a larger dimension in the X direction than the dimension in the Y direction. The ion beam 2 is deflected in the Y direction by passing through the mass analysis magnet 3, and is mass-analyzed with the analysis slit 5 disposed on the downstream side thereof. The mass analysis magnet 3 is provided with a solenoid coil not shown in the same manner as in Patent Document 1, which will be described later. The ion beam 2 having passed through the analyzing slit 5 is irradiated to the substrate 6. At this time, the substrate 6 is transported along the direction of the arrow shown in the figure, whereby the ion beam 2 is irradiated to the entire surface of the substrate 6. [

도 2에는 도 1의 평면(P1, P2)에 의한 이온주입장치의 절단면의 모습이 그려져 있다. 도 2(A)는 평면(P1)에 있어서의 절단면의 모습을 나타내고, 도 2(B)는 도 2(A)에 기재된 질량분석 마그넷(3) 내에서 이온빔(2)이 편향되는 모습을 나타내고 있다. 또한 도 2(C)는 평면(P2)에 있어서의 절단면의 모습을 나타내고, 도 2(D)는 도 2(C)에 기재된 질량분석 마그넷(3) 내에서 이온빔(2)이 편향되는 모습을 나타내고 있다. 이 도면들을 바탕으로, 본 발명에서 이온빔(2)에 작용하는 편향 작용에 대하여 설명한다. 한편, 실제로는 이온빔(2) 중에 포함되는 이온은 질량분석 마그넷(3) 내에서 나선궤도를 그리면서 편향되는데, 여기서는 도시 및 설명을 간략화하기 위해 나선궤도에 관한 상세한 내용은 생략하고, 이온빔(2)의 편향에 관한 개요를 기술하는 것에 그친다. Fig. 2 is a cross-sectional view of the ion implantation apparatus according to the planes P1 and P2 in Fig. 1. 2B shows a state in which the ion beam 2 is deflected in the mass analysis magnet 3 shown in Fig. 2A, and Fig. 2B shows a state in which the ion beam 2 is deflected in the mass analysis magnet 3. Fig. 2A shows a state of a cut surface in the plane P1, have. Fig. 2 (D) shows a state in which the ion beam 2 is deflected in the mass analysis magnet 3 shown in Fig. 2 (C) Respectively. Based on these drawings, the deflection action acting on the ion beam 2 in the present invention will be described. Actually, ions included in the ion beam 2 are deflected while drawing a spiral orbit in the mass analysis magnet 3. Here, in order to simplify the illustration and explanation, details of the spiral orbit will be omitted and the ion beam 2 ) To describe the outline of the deflection of a person.

도 2(A)의 질량분석 마그넷(3)에는 솔레노이드 코일(4)이 마련되어 있다. 이 솔레노이드 코일(4)은 특허문헌 1에 그려져 있는 것과 마찬가지로 환상(環狀) 코일이며, 코일의 중심부에는 이온빔(2)이 통과하는 개구부(8)가 형성되어 있다. 이 예에서 솔레노이드 코일(4)은 중력방향(G)에 대하여 이온빔(2)이 입사하는 면이 비스듬해지도록 질량분석 마그넷(3) 내에 지지되어 있다. 그렇기 때문에 XZ평면에 있어서, 솔레노이드 코일(4)에서 발생하는 자장(B)의 방향과 이온빔(2)의 진행방향은 비스듬히 교차하는 위치 관계가 된다. A solenoid coil 4 is provided in the mass analysis magnet 3 of Fig. 2 (A). This solenoid coil 4 is an annular coil as shown in Patent Document 1 and an opening 8 through which the ion beam 2 passes is formed in the center of the coil. In this example, the solenoid coil 4 is supported in the mass analysis magnet 3 such that the plane on which the ion beam 2 is incident with respect to the gravity direction G is slanted. Therefore, in the XZ plane, the direction of the magnetic field (B) generated by the solenoid coil (4) and the advancing direction of the ion beam (2) are in a positional relationship intersecting obliquely.

도 2(B)에는 XZ평면에서 솔레노이드 코일(4)을 통과하는 이온빔(2)에 작용하는 로렌츠힘(F1)이 그려져 있다. 종래 기술의 설명과 마찬가지로, 이온빔(2)은 여기서는 파선으로 이온빔(IB)으로서 그려져 있다. 상술한 것과 같이, 자장(B)의 방향과 이온빔(2)의 진행방향은 비스듬히 교차하고 있다. 이 경우, 이온빔(IB)을 자장(B)과 평행한 속도성분(IB//B)과 자장(B)에 수직인 속도성분(IB⊥B)으로 나눌 수 있다. 그리고 자장(B)에 수직인 속도성분(IB⊥B)에 의해 로렌츠힘(F1)이 발생하고, 이온빔(IB)은 Y방향으로 편향된다. 2 (B) shows a Lorentz force F1 acting on the ion beam 2 passing through the solenoid coil 4 in the XZ plane. As in the description of the prior art, the ion beam 2 is depicted here as a beam IB in broken lines. As described above, the direction of the magnetic field B and the advancing direction of the ion beam 2 are obliquely intersected. In this case, the ion beam IB can be divided into a velocity component (IB // B) parallel to the magnetic field (B) and a velocity component (IB⊥B) perpendicular to the magnetic field (B). The Lorentz force F1 is generated by the velocity component IB⊥B perpendicular to the magnetic field B and the ion beam IB is deflected in the Y direction.

이 로렌츠힘(F1)에 의해, 이온빔(2)이 Y방향으로 편향되는 모습이 도 2(C)에 그려져 있다. 이 도 2(C)에는 평면(P2)에 있어서의 이온주입장치(IM)의 단면의 모습이 그려져 있으며, 이 단면에 있어서 질량분석 마그넷(3)을 통과하는 이온빔(2)에는 도 2(D)에 기재된 로렌츠힘(F2)이 발생한다. A state in which the ion beam 2 is deflected in the Y direction by the Lorentz force F1 is shown in Fig. 2 (C). 2 (C) shows a cross-sectional view of the ion implanting apparatus IM on the plane P2, and the ion beam 2 passing through the mass analyzing magnet 3 on this plane is shown in Fig. 2 (D The Lorentz force F2 is generated.

도 2(D)에 그려져 있는 바와 같이, 이온빔(IB)은 질량분석 마그넷(3)에 입사할 때 자장(B)의 방향에 대하여 대략 평행하기 때문에, 이온빔(IB)에는 로렌츠힘이 거의 작용하지 않는다. 한편, 도 2(B)에 기재된 로렌츠힘(F1)이 발생하면, 이온빔(IB)은 Y방향으로 편향되므로, 자장(B)에 대하여 비스듬히 교차하는 방향으로 그 진행방향이 변화된다. 그 결과, 이온빔(IB)에는 자장(B)에 대하여 수직인 속도성분(IB⊥B)이 발생하고, 이로 인해 로렌츠힘(F2)이 발생한다. 그리고 도 2(A)에 그려져 있는 바와 같이, 이 로렌츠힘(F2)에 의해 이온빔(IB)은 X방향으로 편향된다. 한편, 여기서 말한 대략 평행이란, 평행한 상태에서 약간 벗어난 상태도 포함하고 있다. 2 (D), since the ion beam IB is substantially parallel to the direction of the magnetic field B when it is incident on the mass analysis magnet 3, the Lorentz force hardly acts on the ion beam IB Do not. On the other hand, when the Lorentz force F1 shown in Fig. 2 (B) is generated, the ion beam IB is deflected in the Y direction, and thus the direction of its progress is changed in the direction obliquely intersecting the magnetic field B. As a result, a velocity component IB⊥B perpendicular to the magnetic field B is generated in the ion beam IB, thereby generating the Lorentz force F2. As shown in Fig. 2 (A), the ion beam IB is deflected in the X direction by the Lorentz force F2. On the other hand, the term "substantially parallel" as used herein includes a state slightly deviated from a parallel state.

상술한 것과 같이, 본 발명에서는 XZ평면에 있어서 솔레노이드 코일(4)에서 발생되는 자장(B)의 방향과 질량분석 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(2)의 진행방향이 비스듬히 교차하는 위치 관계에 있으므로, 첫번째 단계에서 발생하는 로렌츠힘에 의한 편향 작용이 질량 분석시의 편향 작용으로서 직접 작용한다. 그 결과, 분해능을 용이하게 조정할 수 있다. As described above, in the present invention, in the XZ plane, the direction of the magnetic field B generated in the solenoid coil 4 and the direction in which the advancing direction of the ion beam 2 incident on the mass analysis magnet 3 intersect obliquely Therefore, the biasing action by the Lorentz force generated in the first step acts directly as a biasing action in the mass analysis. As a result, the resolution can be easily adjusted.

본 발명의 구성은 이것에 한하지 않고 다양한 변형을 생각할 수 있다. 예를 들어 특허문헌 1에서 예로 든 것과 같이 솔레노이드 코일을 2개 마련해도 된다. 이 솔레노이드 코일을 2개 마련한 예가 도 3~도 6에 그려져 있다. 이 예들에 대하여 이하에 설명한다. The configuration of the present invention is not limited to this, and various modifications can be considered. For example, two solenoid coils may be provided as exemplified in Patent Document 1. An example in which two solenoid coils are provided is shown in Figs. 3 to 6. These examples are described below.

도 3(A)와 도 4(A)에는 질량분석 마그넷(3) 내에 배치된 각 솔레노이드 코일(4)에 형성된 개구부(8)가 중력방향(G)에 대하여 같은 방향으로 경사져 있는 구성이 개시되어 있다. 각 도면에서 각 솔레노이드 코일(4)의 대략 중앙부에서 발생하는 자장(B)의 방향은 서로 대략 평행이며, 방향이 약 180도 다르다. 또한 질량분석 마그넷(3)의 이온빔(2)의 입사측에 배치된 솔레노이드 코일(4)과 방사측에 배치된 솔레노이드 코일(4)에서 발생하는 자장(B)의 방향을, 도 3(A)와 도 4(A)의 구성으로 비교했을 때, 그 방향은 약 180도 다르다. 이 자장(B)의 방향 차이로 인해, 도 3(B)와 도 4(B)에 기재되어 있는 바와 같이 YZ평면에서 이온빔(2)의 경로를 되굽히는 방향이 반대방향이 된다. 3 (A) and 4 (A), an opening 8 formed in each solenoid coil 4 disposed in the mass analysis magnet 3 is inclined in the same direction with respect to the gravity direction G have. In each drawing, the directions of the magnetic fields B generated in the substantially central portions of the respective solenoid coils 4 are approximately parallel to each other, and the direction is approximately 180 degrees different. The direction of the magnetic field B generated from the solenoid coil 4 disposed on the incident side of the ion beam 2 of the mass analysis magnet 3 and the solenoid coil 4 disposed on the radiation side is shown in Fig. And Fig. 4 (A), the direction is different by about 180 degrees. Due to the difference in direction of the magnetic field B, the direction of bending the path of the ion beam 2 in the YZ plane is reversed as shown in Figs. 3 (B) and 4 (B).

이러한 솔레노이드 코일(4)의 배치 구성을 이용함으로써, 이온빔(2)의 경로를 XZ평면과 YZ평면에서 되굽혀, 대체로 직선형상으로 할 수 있게 된다. By using the arrangement configuration of the solenoid coil 4, the path of the ion beam 2 can be bent in the XZ plane and the YZ plane, so that the ion beam 2 can be made generally linear.

한편, 도 5와 도 6에 개시되어 있는 예를 이용하는 방법도 생각할 수 있다. 도 5(A)와 도 6(A)에는 각 솔레노이드 코일(4)에 형성된 개구부(8)가 중력방향(G)에 대하여 다른 방향으로 경사져 있는 구성이 개시되어 있다. 각 도면에서 각 솔레노이드 코일(4)의 대략 중앙부에서 발생하는 자장(B)의 방향은 서로 비스듬히 교차하고 있다. 또한 질량분석 마그넷(3)의 이온빔(2)의 입사측에 배치된 솔레노이드 코일(4)과 방사측에 배치된 솔레노이드 코일(4)에서 발생하는 자장(B)의 방향을 도 5(A)와 도 6(A)의 구성으로 비교했을 때, 그 방향은 약 180도 다르다. 이 자장(B)의 방향 차이로 인해, 도 5(B)와 도 6(B)에 기재되어 있는 바와 같이 YZ평면에서 이온빔(2)의 경로가 구부러지는 방향이 반대방향이 된다. On the other hand, a method using the example shown in Fig. 5 and Fig. 6 may be considered. 5A and 6A disclose a configuration in which the openings 8 formed in the solenoid coils 4 are inclined in different directions with respect to the gravity direction G. [ In the drawings, the directions of the magnetic fields B generated at the substantially central portions of the solenoid coils 4 cross each other at an angle. The directions of the magnetic field B generated in the solenoid coil 4 disposed on the incident side of the ion beam 2 of the mass analysis magnet 3 and the solenoid coil 4 disposed on the radiation side are shown in Figs. When compared with the configuration of Fig. 6 (A), the direction differs by about 180 degrees. Due to the difference in direction of the magnetic field B, the direction in which the path of the ion beam 2 is bent in the YZ plane is reversed as shown in Figs. 5 (B) and 6 (B).

이러한 솔레노이드 코일(4)의 배치 구성을 이용함으로써, 이온빔(2)의 경로를 XZ평면에서 되굽히는 동시에, YZ평면에서 크게 한 방향으로 굽힐 수 있다. 이러한 구성이면, 질량 분석의 분해능을 향상시킬 수 있게 된다. 특히 유리 기판에의 이온 주입시에 이용되는 치수가 비교적 큰 이온빔을 취급할 경우, 도 3과 도 4에 개시된 예에 비해서 도 5와 도 6에 개시된 예를 이용하는 것이 바람직하다. By using the arrangement configuration of the solenoid coil 4, the path of the ion beam 2 can be bent back in the XZ plane and in one direction that is large in the YZ plane. With this configuration, the resolution of mass analysis can be improved. Particularly, when handling an ion beam having a relatively large dimension used for ion implantation into a glass substrate, it is preferable to use the example disclosed in Figs. 5 and 6 in comparison with the example shown in Figs. 3 and 4.

지금까지의 실시형태에서는 XZ평면에 있어서 질량분석 마그넷(3) 내의 솔레노이드 코일(4)의 개구부(8)를 중력방향(G)에 대하여 경사시키는 예에 대해서 기술해 왔지만, 이것에 한하지 않고 본 발명은 도 7(A)에 나타내는 바와 같이 솔레노이드 코일(4)의 개구부(8)를 중력방향(G)에 대하여 평행하게 배치한 구성이어도 된다. 도 7(A)와 도 7(B)는 도 2(A)와 도 2(C)에 기재된 구성을 Y방향 둘레로 회전시킨 구성이다. 그렇기 때문에, 이온빔(2)에 작용하는 로렌츠힘에 의한 편향 작용은 도 2에서 설명한 것과 같아진다. In the embodiments described so far, an example has been described in which the opening 8 of the solenoid coil 4 in the mass analysis magnet 3 in the XZ plane is inclined with respect to the gravity direction G. However, The invention may be configured such that the opening 8 of the solenoid coil 4 is arranged parallel to the gravity direction G as shown in Fig. 7 (A). Figs. 7A and 7B show a configuration in which the configurations shown in Figs. 2A and 2C are rotated around the Y direction. Fig. Therefore, the biasing action by the Lorentz force acting on the ion beam 2 becomes the same as that described in Fig.

상술한 것과 같은 도 7(A), 도 7(B)에 기재된 구성을 본 발명에 적용할 수도 있지만, 이온원(1)의 유지 보수를 고려하면, 도 2에 기재된 구성을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 이온원(1)에 마련된 필라멘트나 방착판(防着板)을 교환할 때, 지상에서 높은 위치에 이온원(1)이 고정되어 있으면 교환 작업의 효율이 나빠질 것으로 생각된다. 7 (A) and 7 (B) as described above may be applied to the present invention, but it is preferable to use the configuration shown in Fig. 2 in consideration of the maintenance of the ion source 1. Fig. For example, when the filament or the anti-adhesion plate provided in the ion source 1 is exchanged, it is considered that the efficiency of the exchange operation will deteriorate if the ion source 1 is fixed at a high position on the ground.

또한 본 발명의 이온주입장치(IM)는 XZ평면에서의 이온빔(2)의 진행방향을 보정하기 위한 편향 수단을 구비하고 있어도 된다. 편향 수단으로서는 정전 편향판이나 전자석 혹은 영구 자석 등을 이용하는 것을 생각할 수 있다. 도 8(A)와 도 8(B)에는 이러한 편향 수단을 구비한 이온주입장치(IM)가 기재되어 있다. Further, the ion implantation apparatus IM of the present invention may be provided with deflection means for correcting the traveling direction of the ion beam 2 in the XZ plane. As the deflection means, it is conceivable to use an electrostatic deflection plate, an electromagnet, a permanent magnet, or the like. 8 (A) and 8 (B) show an ion implanter IM equipped with such a deflecting means.

이 도 8에 기재되어 있듯이, 분석 슬릿(5)의 하류측에 이온빔(2)의 XZ평면에서의 진행방향을 제어하기 위한 전자석(7)을 마련해 둔다. 예를 들어 이 전자석(7)은 Y방향에 있어서 이온빔(2)을 사이에 끼워서 마련된 한 쌍의 자극을 가지고 있으며, 각 자극 둘레에 코일이 권회(卷回;winding)된 것을 생각할 수 있다. 8, an electromagnet 7 for controlling the proceeding direction of the ion beam 2 in the XZ plane is provided on the downstream side of the analyzing slit 5. As shown in Fig. For example, it can be considered that the electromagnet 7 has a pair of magnetic poles sandwiching the ion beam 2 in the Y direction, and the coil is wound around each magnetic pole.

지금까지의 실시형태에 기재되어 있듯이, 이온빔(2)이 솔레노이드 코일(4)의 대략 중앙부를 통과하도록 구성해 두면, 이온빔(2)의 편향량을 보다 간단하게 제어할 수 있다는 효과를 발휘한다. 이 이유는 솔레노이드 코일(4)의 대략 중앙부에서는 발생되는 자장(B)의 분포가 대체로 균일해지기 때문이다. 자장(B)의 분포가 불균일한 솔레노이드 코일(4)의 단부영역을 이용해서 이온빔(2)을 질량 분석했을 경우, 불균일한 자장 분포에 의해 이온빔(2)이 전체에 걸쳐 불균일하게 편향되어 버린다. 이 불균일한 자장 분포에 의한 영향은 치수가 큰 이온빔일수록 크게 나타난다. 예를 들어 이온빔(2)의 짧은 변 방향의 치수가 큰 폭이 넓은 이온빔을 취급할 경우, 자장이 불균일한 솔레노이드 코일(4)의 단부영역을 이용해서 질량 분석을 했을 경우, 이온빔(2)에 큰 뒤틀림이 생겨, 원하는 질량 분석을 할 수 없게 될 우려가 있다. 또한 기판(6)에 대하여 전류밀도 분포가 균일한 이온빔을 조사할 경우에는, 상기한 것과 같은 뒤틀림의 영향을 보정하기 위해서 특별한 렌즈 요소를 마련할 필요가 있을 것으로 생각된다. 단, 상기한 점을 고려하지 않는다면, 솔레노이드 코일(4)의 단부를 이온빔(2)이 통과하도록 구성해 두어도 된다. As described in the foregoing embodiments, when the ion beam 2 is configured to pass through the substantially central portion of the solenoid coil 4, it is possible to control the amount of deflection of the ion beam 2 more easily. This is because the distribution of the magnetic field B generated at the substantially central portion of the solenoid coil 4 is substantially uniform. When the ion beam 2 is mass-analyzed using the end region of the solenoid coil 4 having a non-uniform distribution of the magnetic field B, the ion beam 2 is unevenly deflected all over by the uneven magnetic field distribution. The effect of this uneven magnetic field distribution is larger for an ion beam having a larger dimension. For example, in the case of handling a wide ion beam having a large dimension in the short side direction of the ion beam 2, when mass analysis is performed using the end region of the solenoid coil 4 in which the magnetic field is uneven, There is a fear that a large distortion occurs and the desired mass analysis can not be performed. In addition, when irradiating the substrate 6 with an ion beam having a uniform current density distribution, it is considered necessary to provide a special lens element for correcting the influence of the twist as described above. However, if the above-mentioned points are not taken into consideration, the end portion of the solenoid coil 4 may be configured so that the ion beam 2 passes through it.

또한 지금까지의 실시형태에서는 YZ평면에 있어서 솔레노이드 코일(4)에서 발생되는 자장(B)의 방향과 질량분석 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(2)의 진행방향이 서로 대략 평행한 관계가 되도록 설정되어 있었지만, 본 발명의 구성은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 XZ평면에서의 솔레노이드 코일(4)에서 발생되는 자장(B)의 방향과 질량분석 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(2)의 진행방향이 비스듬히 교차하는 관계가 되도록 설정되어 있으면 되고, YZ평면에서의 양자의 방향에 관해서는 어떠한 관계여도 된다. In the embodiments described so far, the direction of the magnetic field B generated in the solenoid coil 4 in the YZ plane and the advancing direction of the ion beam 2 incident on the mass analysis magnet 3 are in a substantially parallel relationship However, the configuration of the present invention is not limited to this. In the present invention, the direction of the magnetic field B generated in the solenoid coil 4 in the XZ plane and the traveling direction of the ion beam 2 incident on the mass analysis magnet 3 may be set so as to intersect at an oblique angle, Any relationship may be established with respect to the directions of the two in the YZ plane.

상술한 것 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 해도 되는 것은 물론이다. It goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

1 이온원
2 이온빔
3 질량분석 마그넷
4 솔레노이드 코일
5 분석 슬릿
6 기판
7 전자석
8 개구부 1 ion source
2 ion beam
3 mass analysis magnet
4 solenoid coil
5 Analysis slit
6 substrate
7 Electromagnets
8 opening

Claims (8)

이온빔의 진행방향을 Z방향이라고 하고, Z방향과 직교하는 2방향을 X방향 및 Y방향이라고 하면, Y방향의 치수보다 X방향의 치수가 큰 리본형상의 이온빔을 생성하는 이온원과,
내부에 적어도 1개의 솔레노이드 코일을 구비하고, 상기 솔레노이드 코일에 의해 발생되는 자장에 의해 상기 이온빔을 편향시키는 질량분석 마그넷과,
상기 질량분석 마그넷을 통과한 상기 이온빔 중 원하는 이온을 포함하는 이온빔만 통과시키는 분석 슬릿을 가지는 이온주입장치로서,
XZ평면에 있어서, 상기 솔레노이드 코일에서 발생되는 자장의 방향과 상기 질량분석 마그넷에 입사하는 상기 이온빔의 진행방향이 비스듬히 교차하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치. An ion source that generates a ribbon-shaped ion beam having a larger dimension in the X direction than a dimension in the Y direction and an ion source that generates a ribbon-like ion beam having a larger dimension in the X direction than the dimension in the Y direction, when the advancing direction of the ion beam is referred to as Z direction and the two directions orthogonal to the Z direction are referred to as X direction and Y direction,
A mass analyzing magnet having at least one solenoid coil therein and deflecting the ion beam by a magnetic field generated by the solenoid coil;
And an analysis slit for passing only an ion beam containing a desired ion among the ion beams passing through the mass analysis magnet,
Wherein a direction of a magnetic field generated in the solenoid coil and an advancing direction of the ion beam incident on the mass analysis magnet diagonally intersect in an XZ plane. 제1항에 있어서,
상기 솔레노이드 코일에는 상기 이온빔을 통과시키기 위한 개구부가 형성되어 있는 동시에, 상기 개구부의 중앙을 상기 이온빔이 통과하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치. The method according to claim 1,
Wherein the solenoid coil has an opening for allowing the ion beam to pass therethrough and the ion beam passes through the center of the opening. 제2항에 있어서,
XZ평면에 있어서 중력방향에 대하여 상기 개구부가 비스듬해지도록 상기 질량분석 마그넷 내에 상기 솔레노이드 코일이 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치. 3. The method of claim 2,
Wherein the solenoid coil is supported in the mass analysis magnet so that the opening is oblique with respect to the gravity direction in the XZ plane. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질량분석 마그넷은 2개의 솔레노이드 코일을 가지고 있는 동시에, XZ평면에 있어서 각 솔레노이드 코일에 마련된 개구부는 중력방향에 대하여 서로 같은 방향으로 경사져 있는 동시에, 상기 개구부에서 발생되는 자장의 방향은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 이온주입장치. 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The mass analysis magnet has two solenoid coils, the openings provided in the solenoid coils in the XZ plane are inclined in the same direction with respect to the gravity direction, and the directions of the magnetic fields generated in the openings are parallel to each other Ion implantation device. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질량분석 마그넷은 2개의 솔레노이드 코일을 가지고 있는 동시에, XZ평면에 있어서 각 솔레노이드 코일에 마련된 개구부는 중력방향에 대하여 서로 다른 방향으로 경사져 있는 동시에, 상기 개구부에서 발생되는 자장의 방향은 서로 비스듬히 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치. 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the mass analysis magnet has two solenoid coils, the openings provided in the respective solenoid coils in the XZ plane are inclined in different directions with respect to the gravity direction, and the directions of the magnetic fields generated in the openings cross each other at an angle Wherein the ion implantation apparatus comprises: 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분석 슬릿의 하류측에 X방향으로 상기 이온빔을 편향시키는 편향 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And deflecting means for deflecting the ion beam in the X direction on the downstream side of the analysis slit. 제4항에 있어서,
상기 분석 슬릿의 하류측에 X방향으로 상기 이온빔을 편향시키는 편향 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.5. The method of claim 4,
And deflecting means for deflecting the ion beam in the X direction on the downstream side of the analysis slit. 제5항에 있어서,
상기 분석 슬릿의 하류측에 X방향으로 상기 이온빔을 편향시키는 편향 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.6. The method of claim 5,
And deflecting means for deflecting the ion beam in the X direction on the downstream side of the analysis slit.
KR1020120128026A 2012-03-09 2012-11-13 Ion implantation apparatus KR101401278B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012052605A JP5800286B2 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Ion implanter
JPJP-P-2012-052605 2012-03-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130103287A KR20130103287A (en) 2013-09-23
KR101401278B1 true KR101401278B1 (en) 2014-05-29

Family

ID=49136168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120128026A KR101401278B1 (en) 2012-03-09 2012-11-13 Ion implantation apparatus

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5800286B2 (en)
KR (1) KR101401278B1 (en)
CN (1) CN103311083B (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103681191B (en) * 2013-11-26 2016-03-09 中国电子科技集团公司第四十八研究所 A kind of ion implantor wide beam uniformity adjusting device
CN115763310B (en) * 2022-11-16 2023-06-30 浙江鑫钰新材料有限公司 Ion implantation device and method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3371754B2 (en) * 1997-04-25 2003-01-27 日新電機株式会社 Ion implanter
KR20060018240A (en) * 2003-06-13 2006-02-28 액셀리스 테크놀로지스, 인크. A hybrid magnetic/electrostatic deflector for ion implantation systems

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5132544A (en) * 1990-08-29 1992-07-21 Nissin Electric Company Ltd. System for irradiating a surface with atomic and molecular ions using two dimensional magnetic scanning
US7078714B2 (en) * 2004-05-14 2006-07-18 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion implanting apparatus
JP4345895B2 (en) * 2005-10-20 2009-10-14 日新イオン機器株式会社 Ion source operation method and ion implantation apparatus
JP2008047491A (en) * 2006-08-21 2008-02-28 Nissin Ion Equipment Co Ltd Bending magnet, and ion implantation device equipped therewith
US7619228B2 (en) * 2006-09-29 2009-11-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improved ion beam transport
JP4305499B2 (en) * 2006-11-27 2009-07-29 日新イオン機器株式会社 Ion implanter
JP2009032580A (en) * 2007-07-27 2009-02-12 Kobe Steel Ltd Ion beam device and beam stabilization method
US8003956B2 (en) * 2008-10-03 2011-08-23 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and apparatus for controlling beam current uniformity in an ion implanter
US8263941B2 (en) * 2008-11-13 2012-09-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Mass analysis magnet for a ribbon beam

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3371754B2 (en) * 1997-04-25 2003-01-27 日新電機株式会社 Ion implanter
KR20060018240A (en) * 2003-06-13 2006-02-28 액셀리스 테크놀로지스, 인크. A hybrid magnetic/electrostatic deflector for ion implantation systems

Also Published As

Publication number Publication date
CN103311083A (en) 2013-09-18
KR20130103287A (en) 2013-09-23
JP5800286B2 (en) 2015-10-28
JP2013187102A (en) 2013-09-19
CN103311083B (en) 2015-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4793696B2 (en) Method and apparatus for selective pre-dispersion of an extracted ion beam in an ion implantation system
JPH11126576A (en) Ion implantation device
TWI699815B (en) Ion implanter
KR101169963B1 (en) Irradiation system with ion beam/charged particle beam
JP5655881B2 (en) Ion beam deflection magnet for ribbon-like ion beam and ion beam irradiation apparatus including the same
JP2011253775A (en) Ion implantation apparatus
KR101423772B1 (en) Ion implantation apparatus and method of converging/shaping ion beam used therefor
KR20170101191A (en) Systems and methods for beam angle adjustment in ion implanters with beam deceleration
JP2005535097A (en) Symmetric beamline apparatus and method for generating a mass-analyzed ribbon ion beam
KR101401278B1 (en) Ion implantation apparatus
KR102517459B1 (en) Combined multipole magnet and dipole scanning magnet
JP5149203B2 (en) Electromagnet, ion implantation system, filtering system for ion implantation system, electromagnet used for mass spectrometry, and method for confining magnetic field of aperture frame type electromagnet
JP4414988B2 (en) Ion beam implantation apparatus and method
JP2008047491A (en) Bending magnet, and ion implantation device equipped therewith
KR101248126B1 (en) Ion source
US11114270B2 (en) Scanning magnet design with enhanced efficiency
KR101468578B1 (en) Ion implantation apparatus
JP2006147244A (en) Ion implanting device
JP5585788B2 (en) Ion implanter
JP5863153B2 (en) Ion implanter
JP2006140053A (en) Ion implantation apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170420

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180427

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 6