KR101603196B1

KR101603196B1 - 조정가능한 통공을 구비한 이온 소스

Info

Publication number: KR101603196B1
Application number: KR1020107026323A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 티거; 윌리엄 디버길리오; 에드워드 아이스너; 마이클 그라프
Original assignee: 액셀리스 테크놀러지스, 인크.
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2016-03-14
Also published as: TW200952021A; US8089052B2; KR20110015573A; TWI457967B; CN102007564A; JP2011519137A; EP2266127A1; WO2009131693A1; US20090266997A1; JP5452586B2

Abstract

이온 주입기 시스템은 이온의 비임 또는 스트림을 생성하는데 이용하기 위한 이온 소스를 포함한다. 이온 소스는 챔버 하우징 내의 고 밀도 농도를 생성하기 위한 이온화 영역의 경계를 적어도 부분적으로 형성하는 이온 소스 챔버 하우징을 가진다. 원하는 특성의 이온 추출 통공(340, 342)은 아크 챔버의 이온화 영역을 커버한다. 일 실시예에서, 가동 이온 추출 통공판(310)은 이온 비임 프로파일을 변형하기 위해 하우징에 대해 가동된다. 일 실시예는 적어도 긴 통공(340, 342)을 가지는 통공판을 포함하며 상이한 이온 비임 프로파일을 형성하는 적어도 제 1 및 제 2 위치 사이로 이동한다. 통공판으로 결합되는 구동부 또는 액츄에이터는 통공판을 제 1 및 제 2 위치 사이로 이동시킨다. 선택적인 일 실시예는 조정가능한 통공의 경계를 형성하는 두 개의 가동판 부분을 가진다.

Description

조정가능한 통공을 구비한 이온 소스 {ION SOURCE WITH ADJUSTABLE APERTURE}

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 본 명세서에서 모든 목적을 위해 참조되고 발명의 명칭이 "조정가능한 통공을 구비한 이온 소스"이고 2008년 4월 24일에 출원한 미국 가 출원 제 61/047,528호를 우선권으로 청구한다.

발명의 분야

본 발명은 가공물(workpiece)의 비임 처리를 위한 이온 비임을 형성하도록 이온을 방출하는 이온 발생 소스를 가지는 이온 주입기에 관한 것이다.

이온 주입기는 이온 비임으로 웨이퍼에 충격을 가함으로써 실리콘 웨이퍼를 처리하기 위해 이용될 수 있다. 이 같은 비임 처리의 하나의 이용은 집적 회로의 제조 동안 반도체 재료를 생산하기 위해 제어된 농도의 불순물로 웨이퍼를 선택적으로 도핑(dope)하는 것이다.

통상적인 이온 주입기는 이온 소스, 이온 추출 장치, 질량 분석 장치, 비임 운반 장치 및 웨이퍼 처리 장치를 포함한다. 이온 소스는 원하는 원자 또는 분자 도펀트(dopant) 종의 이온을 발생한다. 이러한 이온은 추출 시스템, 통상적으로 소스로부터의 이온의 유동을 통전시켜 지향시키는 한 세트의 전극에 의해 소스로부터 추출된다. 원하는 이온은 질량 분석 장치, 통상적으로 추출된 이온 비임의 질량 분석을 수행하는 자기 쌍극자 내의 이온 소스의 부산물로부터 분리된다. 비임 운반 장치, 통상적으로 포커싱 장치의 광학 트레인을 포함하는 진공 시스템은 이온 비임의 원하는 광학 특성을 유지하면서 이온 비임을 웨이퍼 처리 장치로 운반한다. 최종적으로, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 처리 장치 내에 주입된다.

배치(batch) 이온 주입기는 이온 비임을 통하여 다중 실리콘 웨이퍼를 가동하기 위한 회전 디스크 지지부를 포함한다. 기판이 이온 비임을 통하여 웨이퍼를 회전시킬 때 이온 비임은 웨이퍼 표면에 충격을 가한다.

시리얼(serial) 주입기는 한 번에 하나의 웨이퍼를 처리한다. 웨이퍼는 카세트 내에 지지되고 한 번에 하나씩 철회되어 지지부 상에 배치된다. 이어서 웨이퍼는 주입 배향으로 배향되어 이온 비임이 단일 웨이퍼와 충돌하도록 한다. 이러한 시리얼 주입기는 초기 궤도로부터 비임을 편향하도록 세이핑 일렉트로닉스(shaping electronics)를 이용하고 종종 전체 웨이퍼 표면을 선택적으로 도핑 또는 처리하도록 조정된 웨이퍼 지지 운동과 관련하여 이용된다.

현존 주입기에 이용되는 이온 비임을 발생하는 이온 소스는 웨이퍼 처리를 위해 적절한 이온 비임으로 세이핑되는 이온을 생성한다. 스페라쪼(Sferlazzo) 등의 미국 특허 제 5,497,006호는 하나의 이 같은 이온 소스에 관련된다. 미국 특허 제 5,497,006호의 내용은 모든 목적을 위해 본 명세서에서 참조된다.

챔버 내의 이온은 긴 이온 추출 통공의 형태일 수 있는 통공을 통하여 챔버 내부로부터 이동한다. 현존 주입기는 이온 소스의 일 측부를 다른 제 1 추출 통공을 제 2의 상이하게 형성된 이온 추출 통공으로 대체함으로써 슬릿의 크기가 변경되는 것을 허용한다.

이온의 스트림을 생성하는데 이용하기 위한 이온 소스를 포함하는 이온 주입기 시스템이 공개된다. 이온 소스는 챔버 하우징 내에 고 밀도의 이온을 한정하는 이온 소스 챔버 하우징을 가진다. 적절히 구성된 통공은 이온이 소스 챔버로부터 방출되는 것을 허용한다. 일 실시예에서, 가동 아크(arc) 슬릿 통공판은 이온 비임 프로파일을 변형하기 위해 하우징에 대해 이동된다.

하나의 제시된 바람직한 실시예에서, 두 개 이상의 개구 또는 통공을 가지는 판이 상이한 이온 비임 프로파일을 형성하는 적어도 제 1 및 제 2 위치 사이에서 가동된다. 판에 결합되는 구동부 또는 액츄에이터는 제 1 및 제 2 위치 사이로 이동한다.

현대의 반도체 처리에서는, 몇 keV 또는 그 미만의 비임 에너지 및 수십 밀리암페어의 비임 전류를 요구하는 주입 단계가 공통된다. 통상적인 단량체 주입 종은 비소, 인 및 붕소이다. 이러한 퍼비언스(perveance) 비임에 대한 추출 및 가속 광학의 적절한 작동은 이온 추출 통공의 폭이 약 4 mm 보다 작을 것을 요구한다. 50 mm의 통상적인 통공 높이, 및 50 mA의 추출 전류에 대해, 이온 추출 전류 밀도는 약 0.25 mA/mm²이다. 데카보레인(decaborane) 및 옥타데카보레인(octadecaborane)과 같은, 대(large) 분자 비임의 경우, 분자가 고 밀도 플라즈마에서 해리될 때 이온 소스는 이 같은 고 전류 밀도에서 작동되지 않는다. 차라리, 최대 이온 추출 전류 밀도는 약 0.01 mA/mm²이라는 것이 밝혀 졌다. 상술된 이온 추출 통공에 대해, 대 분자 종 비임에 대한 추출 전류는 약 2 mA이다. 그러나, 이러한 종들에 대한 통상적인 비임 에너지는 수 십의 keV이다. 이러한 저 퍼비언스 비임에 대해 가속 광학 및 추출의 적절한 작동은 매우 큰 통공 폭, 예를 들면, 12 mm로 유지될 수 있다. 이러한 예에 대해, 추출 전류는 따라서 6 mA로 증가되어, 주입기의 생산성을 3배로 한다. 상기 시스템은 단량체 종 또는 대 분자 종으로 효과적인 소스 작동을 위해 통공 크기가 원위치에서(in situ) 변경되는 것을 허용한다.

본 발명의 추가의 특징은 첨부된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명에 관련된 본 기술분야의 기술자에게 명백하게 될 것이다.

도 1은 회전 지지부 상에 장착된 실리콘 웨이퍼와 같은 가공물의 이온 비임 처리를 위한 이온 주입기의 개략도이며,
도 2는 이온 소스의 사시도이며,
도 3은 이온 주입기 소스의 추출 벽의 개략적인 측면도이며,
도 4는 하나의 선택적인 이온 방출 통공 형성 판의 개략도이며,
도 5는 부가의 선택적인 이온 방출 통공 형성 판을 보여주는 사시도이며,
도 6은 두 개의 가동 판들 사이의 분리가 추출 통공을 형성하는 본 발명의 부가의 선택적인 일 실시예이다.

도면을 참조하면, 도 1은 이온 비임(14)을 형성하는 이온을 생성하기 위한 이온 소스(12)를 가지는 이온 비임 주입기(10)의 개략도를 도시하며, 이온 비임은 비임 경로를 마지막 또는 주입 스테이션(20)으로 횡단하도록 형성 및 선택적으로 편향된다. 주입 스테이션은 내부 영역을 형성하는 진공 또는 주입 챔버(22)를 포함하며 내부 영역에서 반도체 웨이퍼와 같은 가공물(24)이 이온 비임(14)을 형성하는 이온에 의해 주입되기 위해 위치설정된다. 제어기(24)로서 개략적으로 표시된 제어 일렉트로닉스는 가공물(24)에 의해 수용되는 이온 주입량(ion dosage)을 모니터링 및 제어하기 위해 제공된다. 제어 일렉트로닉스로의 조작자 입력은 마지막 스테이션(20) 근처에 위치된 이용자 제어 콘솔(console; 26)을 경유하여 수행된다. 비임이 소스와 주입 챔버 사이의 영역을 횡단할 때 이온 비임(14) 내의 이온이 발산하는 경향이 이다. 이러한 발산을 감소시키기 위해, 상기 영역은 하나 또는 둘 이상의 진공 펌프(27)에 의해 저압으로 유지된다.

이온 소스(12)는 소스 재료가 주입되는 내부 영역을 형성하는 플라즈마 챔버를 포함한다. 소스 재료는 이온가능 가스 또는 증기화된 소스 재료를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버 내에 발생된 이온은 이온 가속 전기장을 생성하기 위한 다수의 금속 전극을 포함하는 이온 비임 추출 조립체(28)에 의해 챔버로부터 추출된다.

비임 경로(16)를 따라 위치된 것은 이온 비임(14)을 구부러지게 하여 비임 셔터(32)를 통하여 이온 비임을 지향시키는 분석 자석(30)이다. 비임 셔터(32)에 후속하여, 비임(14)은 비임(14)을 포커싱하는 4극자(quadrupole) 렌즈 시스템(36)을 통과한다. 이어서 비임은 제어기(41)에 의해 제어되는 편향 자석(40)을 통과한다. 제어기(41)는 교류 전류 신호를 자석(20)의 전도성 권선부로 제공하고 이어서 이온 비임(14)이 수 백 Hertz의 주파수에서 반복적으로 편향 또는 측부로부터 측부로 스캔되도록 한다. 하나의 공개된 실시예에서, 200 내지 300 Hertz의 스캐닝 주파수가 이용된다. 이러한 편향 및 측부 내지 측부 편향은 얇은, 팬형 리본 이온 비임(14a)을 발생시킨다.

팬형 리본 비임 내의 이온은 이온들이 자석(40)을 떠난 후 발산 경로를 따른다. 이온은 병렬 자석(42)으로 들어가며 여기에서 비임(14a)을 구성하는 이온들이 양을 변화함으로써 구부러져 이온들이 일반적으로 평행한 비임 경로를 따라 이동하는 평행하게 놓인 자석(42)으로부터 방출된다. 이어서 이온은 이온의 전하에 의해 이온을 하방(도 1에서 y-방향)으로 편향시키는 에너지 필터(44)로 유입된다. 이는 발생되는 상류 비임 세이핑(shaping) 동안 비임에 들어가는 중성 입자를 제거한다.

평행하게 놓이는 자석(42)으로부터 방출된는 리본형 이온 비임(14a)은 필수적으로 매우 좁은 직사각형을 형성하는 단면을 구비한 이온 비임이다, 즉 하나의 방향으로 연장하는 비임이 예를 들면 제한되는(예를 들면 약 1/2 인치) 수직 크기 를 가지고 자석(40)으로 발생되는 스캐닝 또는 편향에 의해 외측으로 넓어지는 직교 방향으로 크기를 가져서 실리콘 웨이퍼와 같은 가공물의 직경을 완전히 덮도록 한다.

일반적으로, 리본 이온 비임(14a)의 크기는 웨이퍼가 y 방향으로 상방 및 하방으로 스캐닝될 때 이온은 가공물(24)의 전체 표면과 충돌하도록 한다. 가공물(24)이 300 mm의 수평방향 크기(또는 300 mm의 직경)를 가지는 것을 추정한다. 자석(40)은, 주입 챔버(22) 내의 가공물(24)의 주입 표면과 충돌할 때, 리본형 이온 비임(14a)의 수평 크기가 300 mm 이상이 되도록 비임을 편향시키게 된다.

가공물 지지 구조물(50)은 주입 동안 리본 이온 비임(14)에 대해 가공물(24)(y 방향으로 상방 및 하방으로)을 지지 및 이동시킨다. 주입 챔버 내부 영역이 비워지기 때문에, 가공물은 로드록(60)을 통하여 챔버로 들어가고 방출된다. 주입 챔버(22) 내에 장착된 로보틱 아암(62)은 로드록(60)으로 그리고 로드록으로부터 웨이퍼 가공물을 자동적으로 이동시킨다. 가공물(24)은 도 1에 도시된 로드 록(60) 내의 수평 위치에 도시된다. 아암(62)은 가공물(24)을 호형 경로를 통하여 가공물을 회전함으로써 로드 록(60)으로부터 지지부(60)로 이동시킨다. 주입 전에, 가공물 지지 구조물(50)은 가공물(24)을 주입을 위한 수직 또는 거의 수직 위치로 회전시킨다. 가공물(24)이 수직인 경우, 즉, 이온 비임(14)에 대해 수직한 경우, 가공물 표면에 대한 수직선과 이온 비임 사이의 주입 각도 또는 입사 각도는 0도이다.

통상적인 주입 작동에서, 도핑되지 않은 가공물(통상적으로 반도체 웨이퍼)은 가공물(24)을 배향기(orienter; 84)로 이동시키는 두 개의 로봇들(80, 82) 중 하나에 의해 다수의 카세트(70-73)들 중 하나로부터 회수되며, 배향기로부터 가공물(24)이 특별한 배향으로 회전된다. 로봇 아암은 배향된 가공물(24)을 회수하여 이 가공물을 로드 록(60) 내로 이동시킨다. 로드 록은 페쇄되어 원하는 진공으로 펌핑 다운되고, 이어서 주입 챔버(22) 내로 개방된다. 로보틱 아암(62)은 가공물(24)을 파지하여, 가공물을 주입 챔버(22) 내로 이동시키고 가공물을 가공물 지지 구조물(50)의 정전 클램프 또는 척에 배치한다. 정전 클램프는 주입 동안 가공물(24)을 제 위치에 유지하도록 통전된다. 적절한 정전 클램프는 1995년 7월 25일에 블래이크(Blake) 등에게 발행된 미국 특허 제 5,436,790호 및 1995년 8월 22일에 블래이크 등에게 발행된 미국 특허 제 5,444,597호에 공개되며, 이 두 개의 미국 특허는 본 발명의 출원인에게 양도되었다. 두 개의 미국 특허 제 5,436,790호 및 제 5,444,597호는 본 명세서에서 전체적으로 참조된다.

가공물(24)의 이온 비임 처리 후, 가공물 지지 구조물(50)은 가공물(24)을 수평 위치로 회수하고 정전 클램프는 가공물을 해제하도록 재-통전된다. 아암(62)은 이 같은 이온 비임 처리 후 가공물(24)을 파지하고 가공물을 지지 구조물(50)로부터 역으로 로드 록(60)으로 이동시킨다. 선택적인 설계에 따라, 로드 록은 독립적으로 배기 및 가압되는 상부 및 바닥 영역을 가지며 이러한 선택적인 실시예에서, 주입 스테이션(20)에서 제 2 로보틱 아암(도시안됨)은 주입된 가공물(24)을 파지하여 이 가공물을 주입 챔버(22)로부터 역으로 로드 록(60)으로 이동시킨다. 로드 록(60)으로부터, 로봇들 중 하나의 로보틱 아암은 가공물(24)을 역으로 카세트들(70 내지 73) 중 하나로 그리고 가장 통상적으로 가공물이 초기에 철회되는 카세트로 이동시킨다.

이온 소스(12)

도 2에 더 상세하게 도시된 이온 발생 소스(12)는 핸들(83)을 가지는 플랜지(82)에 의해 지지된 소스 블록(120)을 포함하며 핸들에 의해 소스(12)가 유닛으로서 파지될 수 있고 주입기로부터 제거될 수 있다. 소스 블록(120)은 이온 소스 챔버(76)를 지지한다. 전자 방출 캐쏘오드(124)는 이온 소스 챔버(76)에 의해 지지되지만 이로부터 전기적으로 절연된다. 커넥터는 챔버(76) 상의 장착 블록(252, 256) 및 소스 블록(120) 내의 개구(255)를 통하여 나사결합되어 아크 챔버(76)를 소스 블록(120)으로 부착하도록 한다.

소스 자석(도시안됨)은 이온 소스 챔버(76)의 내부 내의 타이트하게 억제된 이동 경로로 플라즈마 발생 전자를 제한하도록 이온 소스 챔버(76)를 둘러싼다. 소스 블록(120)은 또한 가스로 증발되고 이어서 전달 노즐(126, 128)에 의해 이온 소스 챔버(76)로 주입되는 비소와 같은 증발가능한 고체로 채워질 수 있는 증발기 오븐을 수용하는 공동을 형성하는데, 전달 노즐은 열 차폐부(130)를 통과한다. 일 실시예에서, 이온 소스 챔버(76)는 알루미늄 합금으로 제조된 긴 금속 하우징이다.

기상 재료는 소스 블록(120) 내의 개구를 통하여 연장하는 전달 노즐(126, 128)에 의해 이온 소스 챔버(76)의 내부로 주입될 수 있다. 챔버(76)의 후방 측부 상에, 통로가 챔버 바디를 통하여 이온 소스 챔버(76) 내의 개구를 통하여 연장하여 이온 소스 챔버(76)의 내부로 개방된다. 노즐(126, 128)은 증발기 오븐으로부터 기상 소스 재료를 전달하도록 이러한 통로에 대한 입구에 접한다. 또한, 가스는 아크 챔버(76)의 후방 벽 내의 포트 또는 개구에 의해 이온 소스 챔버로 직접 발송된다. 소스 블록을 통하여 연장하는 전달 튜브(도시안됨)는 가스를 소스 또는 이온 소스 외부의 공급원으로부터 이온 소스 챔버(76)로 직접 주입한다.

전형적인 실시예에서, 이온 소스 챔버의 단부 벽은 캐쏘오드(124)가 챔버 벽과 접촉하지 않고 이온 소스 챔버(76)의 내부로 연장하도록 하는 크기의 개구를 형성한다. 캐쏘오드(124)는 이온 소스 챔버의 후방에 결합되는 절연 장착 블록에 의해 지지된다. 개구 내로 조립되는 캐쏘오드 바디는 절연 장착 블록에 의해 지지되는 전도성 장착판에 장착된다.

캐쏘오드(124)는 실질적으로 클로우티어(Cloutier) 등의 US 특허 제 5,763,890호의 공개에 따라 구성되는데, 이 특허는 본 발명의 출원인에게 양도되었으며, 본 명세서에서 참조된다. 간단하게, 텅스텐 와이어 필라멘트(178)가 전력 공급부(feedthrough)를 거쳐 전위차의 도입에 의해 통전될 때, 필라멘트는 캐쏘오드(124)의 단부 캡을 향하여 가속되어 단부 캡에 충돌하는 전자를 방출한다. 캡이 전자 충격에 의해 충분히 가열될 때, 이어서 가스 분자와 충돌하여 챔버(76) 내에 이온을 생성하는 이온 소스 챔버(76) 내로 전자를 방출한다. 고 농도의 이온은 이온 소스 챔버 내부에 형성되어 챔버 내의 이온이 후술되는 바와 같이 다수의 가능한 개구 중 선택된 하나로 방출된다. 통공의 선택은 웨이퍼의 주어진 흐름(run) 또는 시퀀스를 주입하기 위해 이용된 이온 비임(14)의 원하는 특성을 기초로 한다. 캡(도시안됨)은 필라멘트가 챔버 내의 이온과 접촉하는 것을 차폐하여 필라멘트의 수명을 연장한다.

가스 이온화 영역 내의 가스 모듈과 결합하지 않는 이온 소스 챔버(76) 내로 방출되는 캐쏘오드(124)에 의해 발생된 전자는 리펠러(repeller; 180)의 근처로 이동한다. 리펠러(180)는 전자가 가능하게는 가스 모듈과 충돌하는 가스 이온화 영역 내로 전자를 역으로 편향시키는 이온 소스 챔버(76) 내에 위치된 금속 부재를 포함한다. 리펠러의 금속 부재는 내화 재료로 제조된다. 세라믹 절연체는 이온 소스 챔버(76)의 단부 벽의 전위로부터 리펠러(180)를 절연한다. 캐쏘오드(124) 및 리펠러(180)는 따라서 챔버 벽으로부터 전기적 및 열적으로 격리된다.

이온 소스 챔버(76)의 벽은 국부적 접지 또는 기준 전위에 유지된다. 캐쏘오드 단부 캡(164)을 포함하는, 캐쏘오드는 챔버 벽의 국부적 접지 아래의 50 내지 150 volts의 전위로 유지된다. 도 2에 도시된 공급부(182)는 전력을 캐쏘오드로 공급한다. 이러한 공급부(182)로부터 캐쏘오드로의 연결은 도면에 도시되지 않는다. 필라멘트(178)는 캐쏘오드의 전압 아래 200 내지 600 volts의 전압으로 유지된다. 필라멘트와 캐쏘오드 사이의 큰 전압차는 단부 캡을 가열하기에 충분하고 전자를 챔버(76) 내로 열이온적으로 방출하는 필라멘트로부터 나오는 전자로 높은 에너지를 전달한다. 리펠러 부재(180)는 챔버(180) 내의 가스 플라즈마의 전위에서 부동(float)하도록 한다.

이온 추출 통공

이온 소스(12)의 조립체(300)가 도 3에 도시된다. 조립체는 챔버(76)의 이온화 영역을 부분적으로 둘러싸는 이온 추출 통공판(310)을 포함한다. 베어링 지지부(320)는 상이한 이온 비임 프로파일을 형성하는 제 1 및 제 2 위치 사이의 통공판(310)을 가동하기 위한 아크 챔버에 대해 방출 통공판(310)을 지지한다. 회전 구동부 또는 액츄에이터(도시안됨)는 통공판을 제 1 및 제 2 위치 사이에서 후방 및 전방으로 이동하기 위해 통공판(310)에 결합되는 랙(328)을 구동하는 기어(326)에 결합된다.

도 3 실시예에서, 통공판은 서로 다음에 일반적인 나란한 구성으로 정렬되는 두 개의 긴 추출 개구 또는 통공(340, 342)을 가진다. 이러한 실시예에서, 아크 챔버(76)와 접하는 고정 장착판(330)은 챔버로부터 돌출되는 이온의 비임 폭을 한정하도록 두 개의 개구들(340, 342) 중 하나 또는 다른 하나에 의해 중복되는 확장 개구(346)(아크 챔버에서 외향 개구와 동일한 크기)를 형성한다. 이는 두 개의 상이한 형상 이온 비임이 생성되게 한다.

기어(326)가 회전함으로써 통공판을 일반적인 선형 경로로 이동시켜 판(310)을 배치하여, 두 개의 일반적으로 정렬된 슬릿(340, 342) 중 하나 또는 다른 하나가 비임 폭을 한정하도록 한다. 도 3 실시예에서, 조립체(300)는 스프링(148)에 의해 이온 소스 챔버(76)로부터 멀어지게 편향되는 긴 로드(149)에 의해 인가되는 결합력에 의해 이온 소스 챔버에 대해 접하게 장착된다. 로드는 챔버의 전방면을 넘어 챔버(76) 내의 개구(257)를 통하여 장착판(330)에서 슬롯(344) 내로 연장한다. 판을 장착하도록, 로드는 슬롯(344)을 통하여 가압되고 커넥터는 스프링(148)의 편향 텐션(tension)을 유지하기 위해 부착된다.

도 4는 일 실시예를 보여주며, 여기에서 소스(12)는 챔버(76)의 이온화 영역을 선택적으로 둘러싸기 위해 두 개의 이온 추출 통공판(352, 354)으로 이루어진 이온 추출 통공 조립체(350)를 포함한다. 판(352)은 이온 추출 통공(356)을 형성하고 판(354)은 이온 추출 통공(358)을 형성한다. 이러한 실시예에서, 두 개의 판(352, 354)은 상이한 이온 비임 프로파일을 형성하는 제 1 및 제 2 위치 사이에서 통공판을 이동시키기 위해 하우징에 대해 제 2 방출 통공판을 가동되게 지지하기 위한 공통 지지 구조물에 의해 지지된다. 도 4의 실시예에서, 구동부(도시안됨)는 이온화 챔버의 개방 벽을 덮는 이온 추출 통공을 구비한 두 개의 통공판 중 하나 또는 다른 하나를 위치시키도록 축선(351)에 대해 공통 지지부를 회전시킨다. 도 3 및 도 4의 실시예에서 구동부는 구동부의 긴 크기와 정렬되고 전기 모터로부터 구동부로 원동력을 전달하기 위해 구동부의 일 단부로 부착되는 트랜스미션 또는 커플링(coupling)을 가지는 구동 모터(도시안됨)의 출력 샤프트에 결합된다. 이 같은 구동 모터는 예를 들면 이온 주입기의 비워진 영역 외부의 소스(12)의 플랜지(82)에 의해 지지된다.

지금부터 도 5를 보면, 이온 소스 챔버(76)가 두 개의 상이한 폭의 이온 추출 통공(366, 368)을 가지는 두 개의 피봇적으로 장착된 금속 아크 슬릿판(362, 364)에 의해 전방측 벽 상에 경계를 형성하는 본 발명의 제 2의 선택적인 이온 추출 통공 조립체(360)를 볼 수 있다. 더 넓은 이온 추출 통공(366)을 가지는 하나의 판(362)이 축선(361)을 중심으로 피봇되어 이온 소스 챔버를 선택적으로 덮으며 소스의 비임 특성을 한정하도록 구동부(도시안됨)에 의해 선택적으로 회전될 수 있도록 한다. 제 2 이온 추출 통공 형성판(364)은 더 좁은 슬릿(368)을 가지며 제 2의 더 좁은 비임을 선택적으로 형성하도록 축선(363)에 대해 선택된다. 이러한 실시예에서, 판의 폭은 판들이 소스(12)에 남아 있는 하전된 이온을 가속화하기 위해 하류부의 추출 전극의 작동과 간섭되지 않도록 한다.

이온 소스(12)의 선택적인 하나의 조립체(400)가 도 6에 도시된다. 조립체는 챔버(76)의 이온화 영역을 부분적으로 둘러싸는 두 개의 이온 추출 통공 형성판(410, 420)을 포함한다. 베어링 지지부(320)는 아크 챔버에 대해 일반적으로 선형 운동을 위해 두 개의 판들(410, 420)을 가동되게 지지한다. 주입기 제어기는 상이한 이온 비임 프로파일을 가지는 상이한 추출 통공을 형성하는 상이한 위치로 각각 동시에 통공판들(410, 420)을 이동시키기 위해 적절한 구동부에 결합된다. 전형적인 실시예에서, 판들(410, 412)은 통공의 중앙선이 이동하지 않도록 동일한 양으로 이동한다. 회전하는 구동부 또는 액츄에이터(도시안됨)는 판들 사이의 폭 또는 간격을 변화시키도록 통공판을 후방 및 전방으로 이동하기 위해 통공판(410, 420)에 결합되는 랙을 구동시키는 두 개의 회전가능한 기어들(326a, 326b)에 결합된다. 두 개의 상이한 폭들(W1, W2)은 도 6에 도시된다.

도 6 실시예에서, 통공판(410, 420)은 아크 챔버(76)와 접하고 확장된 개구(346)를 적어도 부분적으로 덮는다. 판들이 서로에 대해 이동할 때 추출 통공은 좁아지고 판들이 멀어지게 이동할 때 통공이 확장된다. 이러한 구성은 다수의 상이한 형상의 이온 비임이 생성되도록 한다. 도 3 실시예에서와 같이, 조립체(400)는 스프링(148)에 의해 이온 소스 챔버(76)로부터 멀어지게 편향되는 긴 로드(149)에 의해 인가되는 결합력에 의해 이온 소스 챔버에 대해 접하게 장착된다.

2 mm 내지 15 mm의 긴 이온 추출 통공의 폭의 범위가 상이한 소스 재료 및 상이한 타겟 에너지로 상이한 타입의 비임을 발생시키는데 이용되는 것이 현재 고려된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예의 상술된 설명으로부터, 본 기술분야의 기술자는 개선, 변화, 및 변형을 이해할 것이다. 하나의 예는 두 개의 개별 이온 소스 챔버(76)가 포함되고 벽 구조를 형성하는 선택적인 아크 슬릿을 가지는 일 실시예이다. 이온 추출 통공의 특성은 챔버 내부로 주입되는 소스 이온화 재료에 따라 변화될 것이다. 이온 주입 작동 동안, 아크 챔버들 중 하나 또는 다른 하나가 방출 위치에 위치되고 나머지는 측부에 위치된다. 본원 발명의 기술 분야에서 이 같은 개선, 변화 및 변형은 다음의 청구범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

이온의 스트림을 생성하기 위해 이용되는 이온 소스로서,
이온 소스 챔버로서, 상기 이온 소스 챔버 내에 고 밀도의 이온을 생성하기 위한 이온화 영역(ionization region)의 경계를 적어도 부분적으로 형성하는, 이온 소스 챔버;
상기 이온 소스 챔버의 이온화 영역을 부분적으로 둘러싸기 위한 벽으로써 기능하도록 작동될 수 있는 이온 추출 통공 조립체로서, 상기 조립체는 상이한 폭의 복수 개의 세장형 추출 통공을 포함하는, 이온 추출 통공 조립체;및
원하는 이온 비임 프로파일을 제공하기 위해 상기 이온 소스 챔버 내의 이온이 상기 복수 개의 세장형 추출 통공 중 하나 이상을 통하여 방출되도록 상기 이온 소스 챔버에 대해 작동 위치로 상기 이온 추출 통공 조립체를 이동시키기 위한 구동부를 포함하는,
이온 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 벽은 상이한 폭의 복수 개의 세장형 이온 추출 통공을 가지는 가동 벽을 포함하는,
이온 소스.
제 2 항에 있어서,
상기 가동 벽은 이온 주입기의 비워진 영역 내에서 선형 운동을 위해 장착되는,
이온 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 벽은 상기 이온 소스 챔버에 대한 위치 내로 및 위치로부터 벗어나는 운동을 위해 장착된 상이한 이온 추출 통공을 가지는 제 1 셔터 및 제 2 셔터를 포함하는,
이온 소스.
제 4 항에 있어서,
상기 셔터들은 이온이 상기 이온 소스 챔버의 이온화 영역으로부터 방출되도록 하기 위한 위치 내로 상기 셔터들 중 선택된 하나의 셔터를 회전시키는 공통 지지부에 장착되는,
이온 소스.
이온의 스트림을 생성하기 위해 이용되는 이온 소스로서,
이온 소스 챔버 하우징으로서, 상기 이온 소스 챔버 하우징 내에 고 밀도의 이온을 생성하기 위한 이온화 영역의 경계를 적어도 부분적으로 형성하는, 이온 소스 챔버 하우징;
아크 챔버의 이온화 영역을 부분적으로 둘러싸기 위한 이온 추출 통공판;
상이한 이온 비임 프로파일을 형성하는 적어도 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 상기 이온 추출 통공판을 이동시키기 위해, 상기 이온 소스 챔버 하우징에 대해 상기 이온 추출 통공판을 가동되게 지지하기 위한 지지 구조물; 및
상기 이온 추출 통공판을 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치 사이에서 이동시키기 위해 상기 이온 추출 통공판에 결합되는 구동부를 포함하고,
상기 이온 추출 통공판은 서로에 대해 나란한 구성으로 정렬되는 두 개의 세장형 개구를 포함하고,
상기 챔버의 고정된 벽은 상기 챔버로부터 돌출되는 비임 폭이 좁아지도록 상기 두 개의 세장형 개구에 의해 선택적으로 겹쳐지는 제 3 개구를 형성하는,
이온 소스.
제 6 항에 있어서,
상기 지지 구조물은 상기 이온 추출 통공을 형성하는 조정가능한 갭에 의해 이격되는 제 1 통공판 및 제 2 통공판을 포함하는,
이온 소스.
제 6 항에 있어서,
상기 구동부는 상기 두 개의 정렬된 긴 개구들 중 하나 또는 다른 하나가 비임 폭을 형성하도록 상기 이온 추출 통공판을 선형 경로로 이동시키는,
이온 소스.
이온의 스트림을 생성하기 위해 이용되는 이온 소스로서,
이온 소스 챔버 하우징으로서, 상기 이온 소스 챔버 하우징 내에 고 밀도의 이온을 생성하기 위해 이온화 영역의 경계를 적어도 부분적으로 형성하는, 이온 소스 챔버 하우징;
아크 챔버의 이온화 영역을 부분적으로 둘러싸기 위한 이온 추출 통공판;
상이한 이온 비임 프로파일을 형성하는 적어도 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 상기 이온 추출 통공판을 이동시키기 위해 상기 이온 소스 챔버 하우징에 대해 상기 이온 추출 통공판을 가동되게 지지하기 위한 지지 구조물; 및
상기 이온 추출 통공판을 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치 사이에서 이동시키기 위해 상기 이온 추출 통공판에 결합되는 구동부를 포함하고,
상기 이온 추출 통공판을 통해서 제 1 추출 통공이 연장하고
상기 이온 소스가, 상기 아크 챔버의 이온화 영역을 부분적으로 둘러싸기 위한 제 2 추출 통공을 가지는 제 2 이온 추출 통공판을 더 포함하며,
상기 지지 구조물은 상이한 이온 비임 프로파일을 형성하도록 상기 이온 소스 챔버 하우징에 대해 제 1 이온 추출 통공판 및 제 2 이온 추출 통공판을 가동되게 지지하는,
이온 소스.
제 9 항에 있어서,
상기 구동부는 상기 제 1 이온 추출 통공판 및 상기 제 2 이온 추출 통공판을 나란히 이동시키는,
이온 소스.
이온 주입기와 함께 이용하기 위한 이온 비임을 발생시키기 위한 방법으로서,
a) 이온 소스의 영역에서 압력을 낮추고, 낮은 압력 이온 비임 이동 경로를 따라 이온화 영역으로부터 이온의 비임을 생성하기 위해 상기 이온화 영역에 고 농도의 이온을 제공하도록 소스 챔버 내에서 소스 재료를 이온화하는 단계;
b) 상기 이온 주입기의 저압 영역 내의 이온 이동 경로를 따라 이온을 상기 이온화 영역으로부터 방출하도록 하기 위해 한정된 형상의 조정가능한 이온 추출 통공을 형성하도록 상기 고 농도의 이온에 대한 구조물을 장착하는 단계로서,
상기 구조물은,
i) 두 개의 이온 추출 통공을 가지는 이온 추출 판으로서, 이온이 상기 두 개의 이온 추출 통공 중 하나 또는 다른 하나를 통하여 선택적으로 유동하도록 상기 고 농도의 이온과 관련하여 이동할 수 있는, 이온 추출 판; 또는
ii) 제 1 이온 추출 통공 및 제 2 이온 추출 통공을 각각 가지는 제 1 판 및 제 2 판으로서, 상기 제 1 이온 추출 통공 및 제 2 이온 추출 통공은 상이한 형상을 가지며, 상기 판들 중 하나 또는 다른 하나가 소스 하우징에 대하여 위치될 수 있도록 회전 가능한, 제 1 판 및 제 2 판;을 포함하는,
상기 고 농도의 이온에 대한 구조물을 장착하는 단계;
c) 상기 비임 경로를 재-가압(re-pressurizing)하지 않고, 상기 이온 비임의 프로파일을 변경하도록 상기 이온 추출 통공의 형상을 변경시키는 단계;
d) 비임 경로를 따라 상기 이온 비임을 이동시키는 단계, 그리고 상기 이온 비임을 질량 분석 자석(mass analysis magnet)에 통과시킴으로써 상기 이온 비임을 구부리는(bending) 단계; 및
e) 피가공물의 표면에 상기 이온 비임으로부터 이온을 주입하도록 상기 피가공물에 대하여 상기 이온 비임을 스캔하는 단계;를 포함하는,
이온 주입기와 함께 이용하기 위한 이온 비임을 발생시키기 위한 방법.
제 11항에 있어서,
상이한 형상의 이온 추출 통공을 가지는 상기 제 1 판 및 제 2 판은 이온 비임 프로파일을 형성하기 위한 작동 위치로 이동을 위해 공통 지지부로 장착되는,
이온 주입기와 함께 이용하기 위한 이온 비임을 발생시키기 위한 방법.
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