KR101640171B1

KR101640171B1 - 리본 이온 빔을 위한 질량 분석 자석

Info

Publication number: KR101640171B1
Application number: KR1020117010640A
Authority: KR
Inventors: 빅터 엠. 벤베니스트; 제임스 에스. 버프; 프랭크 싱클레어; 죠셉 씨. 올슨
Original assignee: 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2016-07-15
Also published as: TW201027588A; US20100116983A1; JP5433014B2; CN102203914B; CN102203914A; KR20110093997A; JP2012508957A; US8263941B2; TWI451467B; WO2010056823A2; WO2010056823A3

Abstract

제1 및 제2 솔레노이드 코일들 및 강철 요크 배열을 가지는 질량 분석기 자석가 개시된다. 각 솔레노이드 코일들은 하나의 리본 이온 빔이 관통하는 공간을 형성하여 실질적으로 '경주 트랙' 모양을 가진다. 상기 솔레노이드 코일들은 리본 이온 빔의 이동 방향을 따라 이격하여 위치한다. 각 솔레노이드 코일들은 하나의 이온 소스로부터 생성된 이온들의 희망하는 이미지를 생산하기 위한 넓은 리본 이온 빔들의 질량 분해를 수용하기 위해 균일한 자기장을 생성한다.

Description

리본 이온 빔을 위한 질량 분석 자석{MASS ANALYSIS MAGNET FOR A RIBBON ION BEAM}

본 발명은 반도체 장치 제조 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 반도체 및 다른 장치 제조를 위해 사용되는 이온 주입기에 이용되는 리본 이온 빔들을 위한 질량 분석 자석들에 관한 것이다.

일반적으로, 빔라인 이온 주입기는 희망하는 장치 특성들을 얻기 위해 작업물(workpiece)을 처리하기 위한 이온 빔을 제공한다. 한 가지 적용 예로서, 작업물은 반도체 웨이퍼이며, 이온 빔은 그 반도체 웨이퍼에 특정한 희망하는 불순물들을 도핑한다. 다른 적용 예들로서, 이온 빔은 작업물에 대한 정확한 물질 변형을 위해 제공될 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 추가하여, 작업물은 또한 플랫 패널(flat panel)들, 솔라 패널(solar panel)들 및 폴리머 기판(polymer substrate)들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

이온 주입기는 일반적으로 플라즈마를 생성하는 이온 소스 챔버를 포함하며, 이온 빔은 추출 전극 어셈블리(extraction electrode assembly)에 의해 플라즈마로부터 추출된다. 그런 다음, 이온 빔은 희망하는 비전하(전하 대 질량비; charge to mass ratio)를 가지는 이온들만을 질량 분석기로 통과시키기 위해 특정 자기장을 가지도록 구성된 질량 분석 자석을 향하여 진행될 수 있다. 그런 다음, 질량 분석된 이온 빔은 작업물의 표면을 향하여 빔을 진행시키기 위해 보정기 자석(corrector magnet)과 가속 및 감속 렌즈들을 포함하는 당업자에게 알려진 다른 빔 라인 구성요소들(elements)에 의해 조작될 수 있다. 이온 빔은 이온 빔의 이동, 작업물의 이동, 또는 두 이동의 조합에 의해 작업물의 표면을 가로질러 분배될 수 있다. 이온들이 작업물에서 전자들 및 핵들과 충돌하고, 가속 에너지에 기초하여 작업물 내에서 원하는 깊이로 멈출 때 이온들은 에너지를 잃게 된다.

도 12는 이온 빔(4)이 통과하는 갭(gap)(3)을 형성하는 한 쌍의 자극편들(pole pieces)(2)을 가지는 전형적인 질량 분석 자석(1)을 도시한다. 상기 두 개의 자극편들(2)은 갭을 통해 이동하는 이온 빔(4)에 휘어지는 힘을 제공하는 쌍극자 자기장(dipole magnetic field)을 생성한다. 휘어지는 정도는 전하(charge) 상태, 에너지, 및 이온들의 질량에 따른 빔의 상이한 이온 종들(species)에 대해 다소 차이가 있다. 전형적인 자석의 자극편들(2) 사이에 생성되는 자기장은 자석에 의해 형성되는 이미지(image)/초점(focus)의 방향에 평행하다. 이온의 전하에 대한 이온의 질량은 이온이 두 자극편들 사이에서 형성되는 자기장에 의해 횡으로 가속되는 정도에 영향을 준다. 그러므로, 이온 소스로부터의 이온 빔이 전형적인 질량 분석 자석을 통해 이동할 때, 상이한 이온 종들은 상이한 궤도들로 이동하며, 질량 분석 자석은 희망하는 비전하와 관련된 궤도들을 가지는 이온들을 선택한다. 질량 분석 자석으로부터 하부(downstream)에 위치하는 질량 분해 슬릿(slit)은 희망하지 않는 종들이 질량 분해 슬릿을 둘러싸는 도전판(conductive plate)에 의해 수집되는 동안, 희망하는 종들(예컨대, B+)을 선택한다. 상대적으로 다소 낮은 이온 질량을 가지는(보다 큰 각으로 편향된) 이온들 또는 상대적으로 다소 큰 질량을 가지는(보다 작은 각으로 편향된) 이온들은 전송되지 않는다. 또한, 다수의 이러한 자기들은 리본 이온 빔의 긴 방향이 쌍극자 필드에 평행하게 되도록 방위가 정해진다. 그러나, 이러한 질량 분석 자석들에 의해 수용되는 이온 빔의 크기는 자극 갭(pole gap)의 크기에 의해 제한된다.

일부 작업물들의 크기가 계속 증가(예컨대, 반도체 웨이퍼 디스크 크기들은 지름이 300mm에서 450mm까지, 심지어는 더 큰 크기로 증가할 수 있다)함에 따라, 그리고 상이한 크기들을 가지는 작업물들을 처리하기 위한 유연성을 허용하기 위하여, 이온 빔의 폭을 리본 이온 빔까지 증가시키는 것은 장점이 있다. 리본 이온 빔은 리본 모양, 또는 하나의 방향에 따른 리본 이온 빔의 제1 치수(dimension)가 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 상기 빔의 제2 치수보다 더 큰 모양을 가지는 이온 빔이다. 리본 이온 빔은 일반적으로 리본 이온 빔의 폭이 높이보다 적어도 3배 이상 큰 직사각형 단면 모양(rectangular cross sectional shape)을 가질 수 있다.

상이한 이온들을 상이한 궤도들로 휘어지게 하는 전형적인 질량 분석 자석은 자석의 자극 갭이 증가함에 따라 감소하는 제한된 자기장 세기를 가진다. 바꾸어 말하면, 자기장은 빔의 폭에 반비례한다. 빔의 폭을 가로지르는 필드의 균일성은 또한 자극 갭을 증가시킴으로써 낮아진다. 구부러지는 정도는 빔의 상이한 이온 종들에 대해 약간 변동하기 때문에, 불균일 자기장은 상이한 이온 종들이 상기 자기장을 통해 이동할 때 이온 궤도들의 질량 분석에 영향을 주며, 그에 따라 원하지 않는 질량 분석 결과들을 야기시킨다. 동일한 질량과 에너지의 폭이 더 넓은 리본 이온 빔들을 수용하기 위하여, 이러한 통상적인 질량 분석 자석은 넓은 굽힘 반지름(bend radius)을 필요로 하며, 그에 따라 더 긴 경로 길이를 필요로 한다. 이는 갭을 가로지르는 특정 자기장 세기를 제공하기 위하여 자석을 통해 원하는 전류를 구동하도록 더 많은 파워 서플라이 전압을 필요로 하는 물리적으로 더 큰 자석을 초래한다. 그러나, 일정 크기에서 자석은 포화되고, 자기장은 불균일하게 된다. 결론적으로, 전형적인 질량 분석 자석의 크기, 비용, 전력 소모가 증가되었다. 질량 분석 장치의 또 다른 형태로서 미국 특허 제6,498,348호에서 발견될 수 있고, 이 질량 분석 장치는 자석 폴들이 배열의 연장 방향에 대해 평행하게 이동하는 이온 빔에 수직인 평면에 형성되도록 연장된 마그네틱 폴들의 배열을 채용한다. 그러므로, 자기장은 리본 이온 빔의 폭(X축)과 빔 이미지의 방향(Z축) 모두에 수직이다. 그러나, 자석의 이러한 형태는 자석을 통해 이동하는 리본 이온 빔의 높이(Y축) 주위를 감싸며, 동작을 위해 리본 이온 빔의 큰 측면 운동들(sideways motions)을 필요로 한다. 이는 자석의 크기를 증가시키고, 또한 이온 빔이 이동해야 하는 거리를 증가시켜 이온 빔 전류에서 손실이 증가되도록 한다.

따라서, 상술한 부적절함과 단점을 극복하기 위해 증가하는 리본 이온 빔 폭들에 대해 양호하게 축척이 조정되는 개선된 질량 분석 자석이 당업계에서 요구된다. 또한, 리본 이온 빔의 폭 방향에 가로질러 불변하는 균일한 자기장을 제공하는 질량 분석 자석 구조가 당업계에서 요구된다.

본 발명에 개시된 예시적인 실시예들은 이동하는 리본 이온 빔 내에서 상이한 이온 종들의 질량 분석을 수행하기 위한 빔 라인 이온 주입기들에 사용되는 질량 분석 자석에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 질량 분석기는 리본 이온 빔을 받아들이도록 구비된 입구 공간과 리본 이온 빔을 출력하도록 구비된 출구 공간을 형성하는 제1 솔레노이드 코일을 포함한다. 제1 솔레노이드 코일은 각 이온들의 개별 질량에 기초하여 제1 솔레노이드 코일을 통해 이동하는 리본 이온 빔 내에서 이온들의 궤도를 변화시키기 위해 인가된 전류에 따라 제1 자기장을 생성하도록 구성된다. 질량 분석기는 리본 이온 빔의 이동 경로를 따라 상기 제1 솔레노이드 코일로부터 거리 'd'만큼 이격된 제2 솔레노이드 코일을 포함한다. 제2 솔레노이드 코일은 제1 솔레노이드 코일의 출구 공간으로부터 리본 이온 빔을 받아들이도록 구비된 입구 공간을 형성한다. 제2 솔레노이드 코일은 제2 자기장이 상기 제1 자기장으로부터 반대 방향에 있도록 인가된 전류에 응답하여 상기 제2 자기장을 생성하도록 구성된다. 제2 솔레노이드 코일은 각 이온들의 개별 질량에 기초하여 리본 이온 빔 내에서 이온들의 궤도를 휘게 한다. 질량 분석기는 또한 제1 리세스(recess) 및 제2 리세스를 가지는 적어도 하나의 요크(yoke)를 포함한다. 제1 리세스는 제1 솔레노이드 코일의 일부를 받아들이도록 설계되고, 제2 리세스는 제2 솔레노이드 코일의 일부를 받아들이도록 구성된다. 요크는 상기 요크, 상기 제1 솔레노이드 코일 및 상기 제2 솔레노이드 코일 사이에 형성된 회로와 접촉하고 이 회로를 완성한다.

다른 예시적인 실시예에서, 이온 주입 시스템은 이온 소스, 질량 분석기 및 종단 스테이션(end station)을 포함한다. 이온 소스는 리본 이온 빔을 생성하도록 동작 가능하다. 질량 분석기는 입구 및 출구를 가지며, 이온 소스로부터 상기 입구를 통해 이동하는 리본 이온 빔을 받아들여 질량 분석기의 출구로의 출력을 위해 기결정된 경로를 따라 희망하는 비전하를 가지는 리본 이온 빔 내의 이온들을 편향시키도록 구성된다. 질량 분석기는 리본 이온 빔의 이동 방향을 따라 특정 거리만큼 이격되어 위치하는 제1 및 제2 솔레노이드 코일들을 포함한다. 각 솔레노이드 코일들은 리본 이온 빔이 통과하는 공간을 형성한다. 요크는 제1 솔레노이드 코일의 제1 부분을 받아들이도록 구비된 제1 리세스와, 제2 솔레노이드 코일의 제1 부분을 받아들이도록 구비된 제2 리세스를 가진다. 종단 스테이션은 질량 분석기의 하부에 위치하며, 리본 이온 빔을 통해 그 속에 주입을 위해 작업물을 지지하도록 구성된다.

본 개시 내용을 더욱 양호하게 이해하기 위하여, 동일한 구성요소들이 동일한 번호들로 참조된 첨부 도면들을 참조한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석기 자석를 가지는 빔 라인 이온 주입기의 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 리본 이온 빔의 이동 방향으로 하부를 향하면서 도 1a의 1B-1B 라인을 따라 절단된 도 1a의 리본 이온 빔의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 질량 분석기 자석의 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 도 2에 도시된 2A-2A 라인을 따라 절단된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 제1 솔레노이드 코일의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 리턴 요크의 측면도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 리턴 요크의 단부면도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 분석기의 입구단의 단부면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 궤도를 나타내는 도 2의 분석기의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기울어진 솔레노이드 코일들을 가지는 질량 분석기 자석의 다른 실시예의 측면도이다.
도 8은 도 7의 실시예에 해당하는 리턴 요크의 사시도이다.
도 9는 상호 기울어진 솔레노이드 코일들을 가지며, 리본 이온 빔의 일측에만 리턴 요크를 가지는 질량 분석기 자석의 또 다른 실시예의 측면 단면도이다.
도 10은 분석기의 각 절반의 축에 위치하는 추가적인 리턴 플레이트들과 코일들을 가지는 질량 분석기 자석의 또 다른 실시예의 측면 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 질량 분석기 자석를 가지는 하나의 이온 주입기의 평면도이다.
도 12는 종래의 분석기 자석의 측면도이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예들이 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 아래 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 발명이 철저하고 완전하게 되며, 당업자들에게 본 발명의 범위를 완전히 이해시키도록 하기 위해 제공된다. 도면에서 동일한 번호들은 전반에 걸쳐 동일한 구성요소들을 지칭한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 질량 분석기 자석(106)를 가지는 빔 라인 이온 주입기(100)의 단순화된 블록 다이어그램의 평면도이다. 빔 라인 이온 주입기(100)는 챔버로 유입되는 특별한 공급 가스에 기초하여 희망하는 종들의 이온들을 생성하는 이온 소스 챔버(102)를 포함한다. 미도시된 추출 어셈블리(extraction assembly)는 전기장을 생성하도록 구성된 다수의 전극들을 포함한다. 전기장의 세기는 이온 소스 챔버(102)에서 생성되는 이온들로부터 특정한 유형의 리본 이온 빔(104)을 추출하기 위해 희망하는 빔 전류로 조정된다. 질량 분해 슬릿(116)은 이온들이 질량 분석기 자석(106)을 나갈 때 특정 궤도를 가지는 이온들을 선택하도록 구성되는 질량 분석기 자석(106)로부터 하부(downstream)에 위치한다. 종단 스테이션(156)은 리본 이온 빔(104)에 의해 처리되는 작업물(110)을 지지하기 위해 척(chuck)(112)을 가지는 처리 챔버(process chamber)를 포함할 수 있다. 작업물(110)은 일실시예로 디스크 모양의 반도체 웨이퍼가 될 수 있다. 작업물(110)은 또한 플랫 패널들, 솔라 패널들, 및 폴리머 기판들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 종단 스테이션(156)은 또한 원하는 방향으로 작업물(110)을 구동시키기 위한 스캐닝 시스템(미도시)을 포함할 수 있다.

종단 스테이션(156)은 또한 당업자에게 알려진 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예컨대, 종단 스테이션(156)은 전형적으로 이온 주입기(100)로 작업물들을 안내하고, 이온 주입 이후에 작업물들을 제거하기 위한 자동 작업물 조종 장비(automated workpiece handling equipment)를 포함한다. 리본 이온 빔(104)에 의해 가로지르는 전체 경로가 이온 주입 동안 비워진다는 것은 당업자들에게 이해될 것이다. 또한, 주입기(100)는 주입기(100)의 다양한 부시스템들(subsystems) 및 구성요소들을 제어하기 위해 컨트롤러(미도시)를 구비할 수 있다.

빔(104)은 리본 형태를 가지거나 한 방향에 따른 빔의 제1 치수(dimension)가 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 따른 빔의 제2 치수보다 더 큰 모양을 가진다. 본 명세서에서 설명된 실시예들에서 리본 이온 빔(104)의 중심이 Z축으로 규정되는 데카르트 좌표(Cartesian coordinate)를 규정하는 것이 도움이 된다. X축 및 Y축에 의해 규정되는 X-Y 평면은 도 1a의 좌표 시스템에 의해 도시된 바와 같이 Z축에 직교한다.

도 1b는 상기 규정된 좌표계에 더 관련하여 리본 이온 빔(104)의 이동 방향으로 하부를 향하면서 도 1a의 1B-1B 라인을 따라 절단된 도 1a의 리본 이온 빔(104)의 단면도이다. 이 경우에, 리본 이온 빔(104)은 일반적으로 직사각 단면 모양을 가진다. 당업자들은 일반적으로 리본 이온 빔의 단면 모양이 도 1b에 도시된 대략적으로 불규칙적인 모양일 수도 있음을 인식할 것이다. 리본 이온 빔(104)은 X축 방향으로 폭(W)을 가지고, Y축 방향으로 높이(H)를 가진다. 리본 이온 빔(104)의 중심(180)은 Z축으로 규정되고, 빔은 소스(102)에서부터 종단 스테이션(156)을 향해 Z축 방향으로 이동한다. 비록 리본 이온 빔의 폭(W)이 상술한 실시예들에서는 X축 방향으로 위치하지만, 리본 이온 빔의 폭(W) 또는 긴 치수는 어떤 방향으로도 위치할 수 있다. 예컨대, 리본 이온 빔(104)의 긴 치수는 또한 Y축으로 위치하고, 다른 구성 요소들은 이에 따라 다시 위치될 수 있다.

작동시에, 이온 소스(102)의 구경에 근접하여 위치하는 추출 전극 어셈블리(미도시)는 이온 소스(102) 내에서 플라즈마로부터 리본 이온 빔(104)을 추출한다. 예컨대, 추출 전극 어셈블리는 이온 소스(102)에서 생성된 이온들로부터 특정 유형의 이온 빔을 추출하기 위해 원하는 빔 전류로 조정되는 특정 세기를 가지는 전기장을 생성하는 아크 슬롯 전극(arc slot electrode), 서프레션 전극(suppression electrode) 및 접지 전극(ground electrode)을 포함한다. 리본 이온 빔(104)은 질량 분석기 자석(106)에 의해 수용될 수 있는 X축 방향으로의 폭(W)을 가질 수 있다. 질량 분석기 자석(106)는 보다 상세히 설명되는 바와 같이 질량 분해 슬릿(116)이 리본 이온 빔으로부터 원하는 이온들을 선택하기 위해 리본 이온 빔(104)의 질량 분석을 수행한다. 그런 다음, 질량 분석된 리본 이온 빔(104)은 작업물(110) 쪽으로 진행될 수 있다. 작업물(110)은 리본 이온 빔(104)의 긴 치수에 직교하는 방향으로 또는 이 경우에 Y축 방향으로 종단 스테이션(156)에 위치하는 스캐닝 시스템에 의해 구동될 수 있다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 일반적으로 입구단(250) 및 출구단(252)을 가지는 도 1의 질량 분석기 자석(106)의 측면도이다. 질량 분석기 자석(106)는 거리 'd'만큼 떨어져 있고, 상부 리턴 요크(202) 및 하부 리턴 요크(204)에 의해 지지되는 제1 솔레노이드 코일(208) 및 제2 솔레노이드 코일(210)을 포함한다. 상기 요크들(202, 204)은 분석기 자석을 위한 리턴 회로(return circuit)를 제공하기 위해 강철(steel)과 같은 강자성(ferromagnetic) 물질들로 제조될 수 있다. 각각의 코일들(208, 210)은 도 3에 도시된 코일(208)의 사시도에서 더 잘 나타내고 있는 바와 같이 '경주트랙' 모양을 가질 수 있다. 코일들(208, 210)은 이하에서 보다 상세히 설명하고 있는 바와 같이 자석을 통해 이동하는 이온 빔의 편향/변위를 조절하기 위한 반대로 향하는 자기장들을 생성하기 위해 반대 방향들로 X축 주위에 감겨져 있다.

솔레노이드 코일들(208 및 210)은 동일한 일반적인 모양을 가지거나, 특정 질량대 전하비(mass to charge ratio)를 가지는 이온들을 선택하기 위해 원하는 자기장에 따라 달라질 수 있다. 리본 이온 빔(104)을 위한 입구 개구부(260)(도 3 참조)는 제1 솔레노이드 코일(208)의 모양에 의해 형성될 수 있고, 출구 개구부(252)는 제2 솔레노이드 코일(210)의 모양에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 파워 서플라이(미도시)는 화살표(233, 235)로 표시되는 바와 같이 그것을 통해서 반대 방향들로 흐르는 코일들(208, 210)을 통해 전류를 구동하기 위해 필요한 전압을 제공한다. 요크들(202 및 204)은 각각의 개별 코일들과 관련된 방향들(233, 235)에서 반대의 전류 흐름의 결과로서 원하는 자기장들을 생성하기 위해 코일들(208 및 210) 사이에 자기장 라인들의 분리를 제공한다. 일반적으로, 두 개의 솔레노이드 코일들(208, 210)은 질량 분해 슬릿(116)에 의해 형성된 개구부(240)가 희망하는 질량을 갖는 이미지(image)를 선택하도록 하고 다른 질량들의 이미지(image)들을 거부하도록 하여 질량 분해를 달성하기 위하여, 질량 의존적인 이미지를 생성하기 위한 렌즈들로서 역할을 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 질량 분석기 자석(106)가 중앙 평면(midplane; 280)에서 축에 평행한 이온들의 궤도들을 바꾸지 않기 때문에 리본 이온 빔(104)은 질량 분석기 자석(106)의 중앙 평면(280)으로부터 떨어지도록 향하게 된다. 바꾸어 말하면, 질량 분해가 중앙 평면에 있는 이온들에는 발생하지 않는다. 중앙 평면(280)에 대한 리본 이온 빔(104)의 각도(θ)는 이온 궤도들의 원하는 변경을 제공하기 위해 바뀔 수 있다. 하나의 실시예로서, 각도(θ)는 대략 7.5 내지 8.0도 사이가 될 수 있다. 작동중에, 리본 이온 빔(104)은 질량 분석기 자석(106)의 중앙 평면(280)으로부터 수직각(θ)에서 제1 솔레노이드 코일(208)에 의해 형성된 개구부(260)를 통해 진행된다. 화살표(233)로 표시되는 방향으로 제1 솔레노이드 코일(208)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장은 리본 이온 빔(104)을 위한 X축 방향으로 제1 이동/편향을 제공한다. 화살표(235)로 표시되는 방향으로 제2 솔레노이드 코일(210)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장은 X축 방향으로 또한 제2 편향을 제공하지만, 제1 솔레노이드 코일(208)로부터의 이동/편향으로서는 반대 방향이다. 그러므로, 각 솔레노이드 코일들에 의해 야기되는 X축 방향으로의 편향들은 질량 분석기 자석(106)를 통해 서로를 상쇄한다.

자기장 및 관련된 편향들은 질량 의존적인 리본 이온 빔의 이미지(image)를 제공한다. 예컨대, 리본 이온 빔의 제1 부분(222)은 제1 질량의 이온들을 포함하고, 리본 이온 빔의 제2 부분(224)은 제2 질량의 이온들을 포함하며, 제3 부분(226)은 제3 질량의 이온들을 포함한다. 그런 다음, 원하는 질량을 가지는 리본 이온 빔의 특정 부분에 대응하는 질량 분해 슬릿(116)의 개구부(240)를 위치시킴으로써 원하는 이온들이 선택될 수 있다. 도 2의 실시예에서, 질량 분해 슬릿(116)은 Z 위치에 고정될 수 있고, 개구부(240)는 Y축을 따라 선택된 위치로 이동 가능할 수 있다. 도 2에 도시된 분석기의 또 다른 실시예에서, 질량 분해 슬릿(116)의 중심은 Y축 및 Z축 방향들로 고정될 수 있으며, 코일들(208, 210)에서의 전류들은 개구부(240) 내에 원하는 질량을 가지는 이온들을 위치시키기 위해 증가 또는 감소될 수 있다.

도 2의 실시예에서, 개구부(240)는 질량 분석된 리본 이온 빔의 제1 부분(222)을 선택하기 위해 Y축을 따라 위치된다. 개구부(240)의 크기는 또한 다른 크기의 빔들을 수용하기 위해 다양하게 변경될 수 있다. 개구부(240)는 또한 리본 이온 빔의 원하는 부분의 최대 통과를 허용하기 위해 개구부의 하나 이상의 측면에서 경사진 모서리(242)에 의해 형성될 수 있다. 질량 슬릿(116)의 상부(116A) 및 하부(116B)는 또한 질량 분해를 개선하기 위해 다른 Z 위치들에 위치시킬 수 있다. 예컨대, 도 2에서 질량 분석된 리본 이온 빔의 제2 부분(224)으로부터 제1 부분(222)의 최대 분리는 제3 부분(226)으로부터 제2 부분(224)의 최대 분리와 다른 Z 위치에서 발생한다. 하나 이상의 엑츄에이터(미도시)가 원하는 위치로 그것을 구동하고 개구부(240)의 크기를 변경하기 위해 질량 분해 슬릿(116)에 기계적으로 결합될 수 있다. 대안적으로, 질량 분해 슬릿은 동일한 효과를 얻기 위해 X축 둘레로 기울어질 수 있다. 도 8은 이러한 방법으로 기울어진 질량 슬릿을 나타낸다.

도 2a는 도 2에 도시된 질량 분석기 자석(106)의 2A-2A 라인을 따라 절단된 간략화된 단면도이다. 요크(202)는 제1 리세스(202A) 및 제2 리세스(202B)를 포함한다. 마찬가지로, 요크(204)는 제1 리세스(204A) 및 제2 리세스(204B)를 포함한다. 제1 솔레노이드(208)는 각각의 요크(202) 및 요크(204)의 리세스(202A) 및 리세스(204A) 내에 부분적으로 배치된다. 제2 솔레노이드(210)는 각각의 요크(202) 및 요크(204)의 리세스(202B) 및 리세스(204B) 내에 부분적으로 배치된다. 질량 분석기 자석(106)은 중앙 평면(280)에 대해 Z축 방향으로 빔(104)의 경로를 따라 베젤 벽들(walls)(135)에 의해 형성되는 진공 베젤(vacuum vessel)을 포함한다. 스크랩퍼(scraper; 130)는 Y축 방향으로 도 2에 도시된 중앙 평면(280) 위로 기결정된 거리만큼, 그리고 X축 방향으로 빔(104)의 폭을 가로질러 진공 베젤 벽(135)으로부터 확장된다. 스크랩퍼(130)는 몇 가지 기능들을 가진다. 첫째, 질량 분석기 자석(106)이 중앙 평면(280)에서는 축과 평행한 이온들의 궤도들을 변화시키지 않기 때문에, 스크랩퍼(130)는 중앙 평면을 따라 위치한 이온들이 질량 슬릿(116) 방향으로 출구단(252)을 빠져나가는 것을 막는다. 추가로, 솔레노이드들(208, 210)의 광학은 이온들이 질량 분석기 자석(106)을 통해 이동하여 의도보다 중앙 평면(280)으로부터 다소 더 많이 휘어져 초점에 약간의 수차(aberration)를 가져오기 때문에 이온들이 Y축 방향으로 빔을 가로질러 휘어진다는 점이다. 전형적으로, 비교적 더 가벼운 질량을 가지는 이온들이 중앙 평면에 더 가까이 있는 반면, 가장 큰 질량을 가지는 이온들은 질량 분석기 자석(106)에 의해 덜 휘어지게 되어 중앙 평면(280)으로부터 멀리 떨어져서 이동한다. 그러나, 제1 솔레노이드(208)가 빔(104)에서 이온들의 궤도를 휘어지게 할 때, 중앙 평면으로부터 가장 멀리 떨어진 무거운 이온들은 수차 때문에 다소 큰 구부러짐 각도를 경험하며, 심지어 이러한 더 무거운 이온들은 원하는 빔에 관련된 질량을 가지고 있지 않더라도, 희망하는 빔 궤도를 향해 다시 구부러져서 결과적으로 질량 슬릿(116)에 의해 선택된다. 스크랩퍼(130)는 질량 슬릿(116)에 도달하기 전에 이러한 더 무거운 이온들을 제거함으로써 이러한 수차를 조정한다. 마찬가지로, 더 무거운 이온들보다 중앙 평면으로부터 더 가까운 더 가벼운 이온들은 질량 분석기 자석(106) 내에서 적은 구부러짐 각도를 겪게 되어 이러한 더 가벼운 이온들이 원하는 질량의 궤도를 향해 다시 이동하도록 한다. 스크랩퍼(130)는 질량 슬릿(116)에 도달하기 전에 이러한 더 가벼운 이온들을 제거한다. 게다가, 스크랩퍼(130)의 추가적인 부분(미도시)은 또한 무거운 이온들이 Z축 방향으로 빔 경로를 따라 이동하는 것을 방지하기 위해 그 사이에 구성된 개구부를 제공하는 상부 베젤 벽(135)으로부터 확장될 수 있다. 마지막으로, 원하는 질량을 가지지 않는 이온들은 전형적으로 흑연으로 선이 그어진 베젤 벽들(135)에 놓여진다. 시간이 지나면서, 베젤 벽들(135)에서 이온들의 폭격이 종단 스테이션(156) 방향으로 이동할 수 있는 파편(예컨대, 베젤 벽(135)의 조각들)을 생성한다. 스크랩퍼(130)는 흑연으로 표시된 베젤 벽들(135)로부터 이러한 원치 않는 파편들이 종단 스테이션으로 이동하고, 그에 의해 작업물(110)의 원하는 도핑 프로파일(profile)이 오염될 가능성을 줄이기 위해 위치된다.

도 3은 제1 솔레노이드 코일(208) 및 상부 요크(202) 절단부의 사시도이다. 설명의 편의를 위해, 요크(204)는 생략되었다. 솔레노이드 코일(208)은 리본 이온 빔(104)을 받아들이기 위해 X축 방향으로 충분한 폭을 가지는 개구부(260)를 형성하는 '경주트랙' 모양을 구성하기 위해 한 쌍의 굽은 종단 구역들(208A) 및 가로로 배치되는 한 쌍의 직선 구역들(208B)로 정의된다. 각 직선 구역들(208B)은 극단적으로 넓은 리본 이온 빔들을 수용하기 위해 규격화된 하나의 치수(X1)를 가진다. 예컨대, 치수 X1은 약 60cm가 될 수 있고, Y축 방향으로 개구부(260)를 형성하는 직선 구역들(208B) 사이에 길이는 26cm이다. 전술한 바와 같이, 코일(208)은 원하는 자기장을 생성하기 위해 Z축 둘레로 감겨진다. 요크(202)는 Y축 방향으로 연장되는 한 쌍의 벽들(211)과, 내부에 코일(208)이 배치되는 리세스(202A)를 형성하기 위해 벽들(211)과 일체로 형성되는 Z 방향으로 연장되는 가로 방향의 벽(212)에 의해 형성된다.

도 4는 명확한 예를 위해 생략된 코일들(208, 210)을 가지는 상부 리턴 요크(202) 및 하부 리턴 요크(204)의 측면도이다. 상부 요크(202)는 코일들(208, 210) 사이의 이격 거리에 대응하는 폭 'd'를 가지는 분리 벽(seperation wall)(211A)을 포함하는 벽들(211)과, 하나의 가로 벽(212)으로 형성된다. 마찬가지로, 요크(204)는 코일들(208, 210) 사이의 이격 거리에 대응하는 폭 'd'를 가지는 분리 벽(seperation wall)(213A)을 포함하는 벽들(213)과, 하나의 가로 벽(214)으로 형성된다. 리세스들(202A 및 204A)은 코일(208)의 대응하는 직선 부분들을 받아들이도록 정렬된다. 리세스들(202B 및 204B)은 코일(210)의 대응하는 직선 부분들을 받아들이도록 정렬된다. 비록 벽들(211, 213)의 각 외부 부분들은 개별적인 분리 벽들(211A 및 213A)을 향해 각도가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 각 요크들(202, 204)에 대한 벽 구조의 대안적인 형태들이 코일들(208, 210) 주변에서 회로를 완성하도록 사용될 수 있다.

도 5a는 상부 리턴 요크(202) 및 하부 리턴 요크(204)를 도시하는 도 1a의 1B-1B 라인들로부터의 단부면도이다. 도 5a에 도시된 도면에서의 차이는 X, Y 및 Z 좌표에서의 변화에 대응된다. 벽(211)은 상부 요크(202)의 폭(X축 방향) 거리 X2를 연장시키고, 벽(213)은 상부 요크(202)의 폭(X축 방향) 동일한 거리 X2를 연장시킨다. 바람직한 예로서, 치수 X2는 약 92cm일 수 있다. 거리 'd2'는 각 코일들(208, 210)의 직선 구역들(및 도 3에 도시된 개구부(260)) 사이의 거리에 대응되는 상부 요크(202) 및 하부 요크(204) 사이로 정의된다.

도 5b는 가상선으로 상부 리턴 요크(202)를 보여주는 도 1의 1B-1B 라인들을 따라 다시 절단된 질량 분석기 자석(106) 입구의 평면도 및 빔(104)의 횡단면도이다. 제1 솔레노이드 코일(208)은 X축 방향으로 폭을 가지고, Y축 방향으로 높이를 가지며, Z축 방향으로 질량 분석기 자석(106)을 통해 이동하는 리본 이온 빔(104)을 받아들이는 개구부(260)를 형성한다. 이용 가능한 부피 또는 개구부(260) 내에 X축에 따른 '충전 비(fill factor)'는 이상적으로 최대가 되어야 한다. 반면에 리본 이온 빔(104)의 폭을 제한하는 개구부(260)의 자기장에 대한 종단 효과들(end effects)을 최소화하기 위해, 코일(208)에 대한 상부 리턴 요크(202) 및 하부 리턴 요크(미도시)의 폭(W2)은 개구부(260) 내에 최대 이용 가능 부피를 제공하기 위해 최적화될 수 있다. 리턴 요크들의 치수들을 넘어서 확장된 폭(W3)을 가지는 코일들(208, 210)의 부분을 허용하기 위해 리턴 요크들(202, 204)의 폭(W2)을 선택함으로써, 리본 이온 빔의 X 폭 치수에서의 코일들(208, 210)의 이용 가능 부피가 최대화될 수 있다는 것이 밝혀졌다.

도 6은 코일(208)에 의해 형성되는 질량 분석기 자석(106)의 전반부(first half)에서 리본 이온 빔(104)의 (X 방향으로) 수평적 변위 및 코일(210)에 의해 형성되는 질량 분석기 자석(106)의 후반부(second half)에서 (X 방향으로) 반대의 수평적 변위를 나타내는 질량 분석기 자석(106)의 평면도이다. 그런 다음, 빔(104)은 도 2에서 설명한 바와 같이 Y 방향에서 이온들의 각 궤도들에 기초한 특정 질량을 가지는 원하는 이온들을 선택하기 위해 질량 슬릿에 의해 받아들여진다. 이러한 방법으로, 거리 'd'만큼 솔레노이드들(208 및 210)의 사용을 이격시킴으로써 생성되는 분석기 전반부 및 후반부에서 X 방향으로 변위들의 미러링(mirroring) 및 상쇄(cancellation)가 질량 분석기 자석(106)로부터 원하는 리본 이온 빔의 출력을 가능하게 한다. 게다가, X 방향으로 빔의 변위를 미러링 또는 상쇄시킴으로써, 코일들 내에서 균일한 자기장을 계속 유지시키면서 코일들(208, 210)의 전체적인 폭과 결과적으로 질량 분석기 자석(106)이 최소화된다.

도 7은 리본 이온 빔(104)의 특정 형태를 형성하기 위해 추출되는 원하는 종들의 이온들을 생성하는 이온 소스 챔버(102)를 포함하는 단순화된 빔 라인 이온 주입기(700)의 블록 다이어그램 측면도이다. 질량 분석기 자석(706)은 한 쌍의 솔레노이드 코일들(708, 710)을 포함하는 이온 소스 챔버(102)의 하부에 배치된다. 질량 분해 슬릿(116)은 이온들이 질량 분석기 자석(706)을 벗어날 때, 특정 궤도들을 가지는 이온들을 선택하도록 구성된다. 종단 스테이션(156)은 리본 이온 빔(104)에 의해 처리되는 작업물(110)을 지지하기 위해 척(112)을 가지는 처리 챔버를 포함한다. 작업물(110)은 일실시예에서 디스크 모양의 반도체 웨이퍼가 될 수 있다.

도 1 내지 도 6에 도시된 이전 실시예와 비교하여, 이러한 대안적인 실시예에서의 질량 분석기 자석(706)은 리본 이온 빔(104)의 경로에 더 근접하게 일치시키기 위해 서로 관련된 β1 및 β2의 각도로 기울어진 솔레노이드 코일들(708, 710)을 포함한다. 각각의 코일들(708, 710)은 위에서 설명한 코일들(208, 210)로서 유사한 '경주 트랙' 모양을 가진다. 이는 질량 분석기 자석(706)가 휘게 하고 분해할 수 있는 질량-에너지 곱(mass-energy product)을 증가시킨다. 특히, 빔(104)의 경로에 일치시키기 위해 솔레노이드 코일들을 기울이는 것은, 빔이 자석 또는 진공 베젤의 상부 벽을 때리지 않고 중앙 평면으로부터 보다 먼 거리에서 질량 분석기 자석(706)를 통해 이동하도록 한다. 전술한 바와 같이, 솔레노이드 렌즈의 휘어지는 작동은 중앙 평면으로부터 멀리 떨어진 거리에서 증가한다. 그러므로, 기울어진 코일(708, 710) 배열은 질량 분석기 자석(706)의 휘어지는 힘을 증가시켜, 분석기가 휘게 하고 분해할 수 있는 질량-에너지 곱이 증가하게 되는 결과를 가져온다.

도 8은 도 7에 도시된 질량 분석기 자석(706)의 부분을 라인들 8-8을 따라 절단한 단면 사시도이다. 제1 솔레노이드 코일(708)은 상부 리턴 요크(702) 및 하부 리턴 요크(704) 사이에 배치된다. 상부 리턴 요크(702)는 가로 벽(transverse wall; 712)에 의해 연결되어 Y 방향으로 연장되는 벽들(711)로 형성된다. 리세스(702A)는 벽들(711, 712)의 내부 표면들에 형성되고, 코일(708)의 상부를 수용하도록 구성된다. 마찬가지로, 하부 리턴 요크(704)는 가로 벽(714)에 의해 연결되어 Y 방향으로 연장되는 벽들(713)로 형성된다. 리세스(704A)는 벽들(713, 714)의 내부 표면들에 형성되고, 코일(708)의 하부를 수용하도록 구성된다. 코일(708) 내에 표시된 화살표들의 방향은 코일 둘레로 X 방향에서 자기장의 방향을 나타낸다.

도 9로 넘어가서, 질량 분석기 자석의 또 다른 실시예의 측면 단면도는 본 발명과 일치한다. 도 9는 도 7의 실시예와 유사한 방법으로 상호 Y축으로 휘어지고 기울어진 솔레노이드 코일들(908, 910)을 가지는 질량 분석기 자석(906)을 나타낸다. 그러나, 도 9의 실시예는 하부 리턴 요크가 없이 단지 상부 리턴 요크(902)만을 포함한다. 솔레노이드 코일(908)은 리세스(902A) 내에 배치되고, 솔레노이드 코일(910)은 리세스(902B) 내에 배치된다. 이러한 구성은 빔(104)이 질량 분석기 자석(906)을 통해 이동할 때, 높은 질량 에너지 곱뿐만 아니라 수용 가능한 빔 광학 특성(optics) 및 질량 분해를 제공한다. 하부 리턴 요크가 없으면, 강철(steel)과 같은 철 함유 물질이 덜 필요하여 구성 요소 비용과 설치가 절약된다. 추가로, 내부 진공 베젤들로의 접근이 개선된다. 그러나, 하부 리턴 요크의 제거는 그렇지 않을 경우 자기장이 하부 리턴 요크 내에서 이동할 수 있는 영역에서 더 높은 자기장들을 허용한다. 이것은 분석기 자석 주위의 적절한 차폐 설치 및/또는 자기장 주위에 안전한 표준들을 만족하도록 보장하기 위한 주입기 자체의 인클로저(enclosure)에 의해 보상될 수 있다.

도 10은 분리된 솔레노이드들(1008A 및 1008B)을 포함하는 질량 분석기 자석(1006)의 또 다른 실시예의 측면 단면도이다. 질량 분석기 자석(1006)은 각 솔레노이드들(1008A 및 1008B)이 '경주 트랙' 모양을 가지는 도 2에 도시된 실시예의 측면 단면도와 유사하다. 그러나, 질량 분석기 자석(1006)은 리턴 플레이트(return plate)(예컨대, 강철 플레이트들(steel plates)) 및 질량 분석기 자석(1006)의 각 절반의 축상에 위치하는 코일 어셈블리들을 포함한다. 특히, 요크(1002)는 제1 리세스(1002A) 및 제2 리세스(1002B)를 포함하고, 요크(1004)는 제1 리세스(1004A) 및 제2 리세스(1004B)를 포함한다. 제1 솔레노이드(1008A)는 부분적으로 각 요크들(1002 및 1004)의 리세스(1002A 및 1004A) 내에 배치된다. 제2 솔레노이드(1008B)는 부분적으로 각 요크들(1002 및 1004)의 리세스(1002B 및 1004B) 내에 배치된다. 질량 분석기 자석(1006)은 솔레노이드(1008A)에 형성된 공간 내에서 중앙 평면 축에 위치하는 강철 플레이트(1010) 주위의 코일(1012)로 구성된다. 코일(1022)은 솔레노이드(1008B)에 형성된 공간 내에서 중앙 평면 축에 위치하는 강철 플레이트(1020) 주위에 형성된다. 중앙 평면 축에서의 코일 및 강철 어셈블리들은 각각의 개별 솔레노이드들(1008A, 1008B)의 내에서 자기장들을 재분배하는 기능을 한다. 이것은 광학적 수차들을 줄이고, 위치 의존적인 이미지(image)의 질을 향상시키며, 그에 의해 상이한 질량들을 가지는 이온들의 분리를 개선시킨다.

도 11은 본 발명에 따라 이온 소스(1102), 질량 분석기 자석(106) 및 종단 스테이션(1156)을 포함하는 단순화된 이온 주입기(1100)의 평면도이다. 이온 소스(1102)는 원하는 종들의 이온들을 가지는 아크 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 이러한 이온들은 리본 이온 빔(104)의 특정 유형을 형성하기 위해 소스(1102)로부터 추출된다. 리본 이온 빔(104)을 구성하는 이온들은 전술한 바와 같이 한쌍의 이격된 솔레노이드 코일들(208, 210)을 가지는 질량 분석기 자석(106)에 의해 질량 분석된다. 솔레노이드 코일들(208, 210)은 적어도 하나의 요크(미도시)에 의해 형성되는 강철 리턴 회로에 설치된다. 솔레노이드(208)는 솔레노이드(210)와 비교할 때, 반대 방향으로 유도되는 자기장을 생성하도록 감겨진다. 질량 분석기 자석(106)는 보다 넓은 리본 이온 빔들을 수용하기 위해 리본 이온 빔(104)의 폭을 가로질러 균일한 자기장을 제공한다. 소스(1102)로부터 추출되는 이온들의 질량에 기초하여 특정 이온 종(specie)은 질량 분석기 자석(106)에 의해 선택될 수 있으며, 종단 스테이션(1156) 방향으로 구동될 수 있다. 질량 분석기 자석(106)의 하부에 위치한 종단 스테이션은 특정 종들의 이온들을 포함하는 리본 이온 빔(104)에 의한 처리를 위해 하나 이상의 작업물들(1110)을 지지하도록 구성된다.

본 개시 내용은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의해 범위가 제한되지 않는다. 실제로, 본 명세서에서 설명된 것들에 부가하여, 본 개시 내용의 다른 다양한 실시예들 및 본 개시 내용에 대한 변형들은 전술한 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 변형들은 본 개시 내용의 범위 내에 속하도록 의도된 것이다. 또한, 본 개시 내용은 특정 목적을 위한 특정 환경에서 특정 구현예를 고려하여 본 명세서에서 설명되었지만, 당업자들은 그 유용성이 그것으로 한정되지 않으며 본 개시 내용은 임의의 수의 목적들을 위해 임의의 수의 환경들에서 유리하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims

이동하는 리본 이온 빔 내에서 상이한 이온 종들의 질량 분석을 수행하고 이미지를 생성하는 이온 질량 분석기로서,
리본 이온 빔이 통과하는 공간을 형성하는 제1 솔레노이드 코일로서, 각 이온들의 개별 질량에 기초하여 상기 제1 솔레노이드 코일의 상기 공간을 통해 이동하는 상기 리본 이온 빔 내에서 이온들과 관련된 궤도들을 변경시키기 위해 인가된 전류에 응답하여 제1 방향으로 제1 자기장을 생성하도록 구성되는, 상기 제1 솔레노이드 코일;
상기 이동하는 리본 이온 빔의 방향으로 상기 제1 솔레노이드 코일로부터 거리 'd'만큼 하부에 위치하는 제2 솔레노이드 코일로서, 상기 제1 솔레노이드 코일로부터 수신된 상기 리본 이온 빔이 통과하는 공간을 형성하고, 상기 제1 자기장으로부터 반대 방향으로 인가된 전류에 응답하여 제2 자기장을 생성하도록 구성되며, 각 상기 이온들의 개별 질량에 기초하여 상기 제1 솔레노이드 코일로부터 상기 리본 이온 빔 내에서 수신된 이온들의 궤도를 휘게 하도록 더 구성되는, 상기 제2 솔레노이드 코일; 및
제1 리세스 및 제2 리세스를 가지는 적어도 하나의 요크로서, 상기 제1 리세스는 상기 제1 솔레노이드 코일의 일부를 수용하도록 구성되고, 상기 제2 리세스는 상기 제2 솔레노이드 코일의 일부를 수용하도록 구성되며, 상기 요크는 상기 요크, 상기 제1 솔레노이드 코일 및 상기 제2 솔레노이드 코일 사이에서 형성되는 회로를 완성하기 위하여 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들에 연결되는, 상기 요크를 포함하는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 솔레노이드 코일은 상기 공간 내에서 형성되는 중앙 평면을 가지며,
상기 리본 이온 빔은 상기 중앙 평면으로부터 이격된 거리에 위치하는 상기 제1 솔레노이드 코일의 상기 공간에서 수신되는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 솔레노이드 코일은 상기 공간 내에서 형성되는 중앙 평면을 가지며,
상기 리본 이온 빔은 상기 중앙 평면으로부터 이격된 거리에 위치하는 상기 제1 솔레노이드 코일로부터 상기 제2 솔레노이드 코일에 의해 수신되는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
각각의 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들은 각각 상부 및 하부를 가지며,
상기 요크의 상기 제1 및 제2 리세스는 각각의 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들의 상기 상부를 수용하도록 구성되는, 이온 질량 분석기.
청구항 4에 있어서,
상기 요크는 제1 요크이며,
상기 질량 분석기는 각 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들의 각각의 하부를 수용하도록 구성되는 제1 및 제2 리세스를 가지는 제2 요크를 더 포함하는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 솔레노이드 코일은 제1 및 제2 곡선부들 및 상기 제1 및 제2 곡선부들과 연결된 제1 및 제2 실질 직선부들을 가지며, 상기 제1 및 제2 곡선부들 및 상기 제1 및 제2 실질 직선부들은 입구 및 출구 공간들을 형성하는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 솔레노이드 코일은 제1 및 제2 곡선부들 및 상기 제1 및 제2 곡선부들과 연결된 제1 및 제2 실질 직선부들을 가지며, 상기 제1 및 제2 곡선부들 및 상기 제1 및 제2 실질 직선부들은 상기 제2 솔레노이드 코일의 입구 공간을 형성하는, 이온 질량 분석기.
청구항 6에 있어서,
상기 리본 이온 빔은 일정한 폭을 가지며, 상기 제1 솔레노이드 코일의 상기 제1 및 제2 실질 직선부들은 상기 리본 이온 빔의 폭 보다 더 큰 길이를 가지는, 이온 질량 분석기.
청구항 7에 있어서,
상기 리본 이온 빔은 일정한 폭을 가지며, 상기 제2 솔레노이드 코일의 상기 제1 및 제2 실질 직선부들은 상기 리본 이온 빔의 폭 보다 더 큰 길이를 가지는, 이온 질량 분석기.
청구항 6에 있어서,
상기 요크는 상기 제1 솔레노이드 코일의 상기 제1 및 제2 실질 직선부들의 길이와 실질적으로 동일한 일정한 폭을 가지는, 이온 질량 분석기.
청구항 9에 있어서,
상기 요크는 상기 제2 솔레노이드 코일의 상기 제1 및 제2 실질 직선부들의 상기 길이와 실질적으로 동일한 일정한 폭을 가지는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 질량 분석기는,
상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들에 의해 형성되는 공간들을 통해 상기 리본 이온 빔의 경로를 따라 배치되는 적어도 하나의 베젤 벽을 가지는 진공 베젤; 및
상기 적어도 하나의 베젤 벽으로부터 직교하는 방향으로 거리를 연장하며, 특정 질량을 가지는 이온들이 상기 제2 솔레노이드 코일의 상기 공간을 통해 통과하지 못하도록 구성되는 스크랩퍼를 더 포함하는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 리본 이온 빔은 제1 방향으로 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들의 각 공간들을 통해 이동하며, 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들은 상기 제1 방향에 대하여 직교하는 방향으로 구성되는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 리본 이온 빔은 제1 방향 및 기준 각을 가지고 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들의 각 공간들을 통해 이동하며, 상기 제1 솔레노이드 코일은 상기 기준 각에 따라 β1의 각도로 기울어지는, 이온 질량 분석기.
청구항 1에 있어서,
상기 리본 이온 빔은 제1 방향 및 기준 각을 가지고 상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들의 각 공간들을 통해 이동하며, 상기 제2 솔레노이드 코일은 상기 기준 각에 따라 β2의 각도로 기울어지는, 이온 질량 분석기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 솔레노이드 코일에 의해 형성되는 공간 내에서 중앙 평면을 따라 위치하는 제1 플레이트 및 코일 어셈블리; 및
상기 제2 솔레노이드 코일에 의해 형성되는 공간 내에서 중앙 평면을 따라 위치하는 제2 플레이트 및 코일 어셈블리를 더 포함하는, 이온 질량 분석기.
리본 이온 빔을 생성하도록 동작하는 이온 소스;
입구 및 출구를 가지며, 상기 입구를 통해 상기 이온 소스로부터 이동하는 리본 이온 빔을 수신하고, 질량 분석기의 상기 출구로의 출력을 위해 기결정된 경로를 따라 원하는 비전하를 가지는 리본 이온 빔 내의 이온들을 편향시키도록 구성된 질량 분석기; 및
상기 질량 분석기의 하부에서 상기 리본 이온 빔을 통해 상기 리본 이온 빔의 주입을 위해 작업물을 지지하도록 구성된 종단 스테이션을 포함하며,
상기 질량 분석기는,
특정 거리만큼 이격되어 위치하고, 각각이 상기 리본 이온 빔이 이동하는 공간을 형성하는 제1 및 제2 솔레노이드 코일들; 및
상기 제1 솔레노이드 코일의 제1 부분을 수용하도록 구비된 제1 리세스 및 상기 제2 솔레노이드 코일의 제1 부분을 수용하도록 구비된 제2 리세스를 가지는 요크를 포함하는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들은 상기 리본 이온 빔이 통과하는 균일한 자기장을 생성하는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 솔레노이드 코일은 상기 리본 이온 빔이 통과하는 제1 공간을 형성하는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 제2 솔레노이드 코일은 상기 리본 이온 빔이 통과하는 제1 공간을 형성하는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 요크는 제1 요크이며,
상기 이온 주입 시스템은,
상기 제1 솔레노이드 코일의 제2 부분을 수용하도록 구성되는 제1 리세스 및 상기 제2 솔레노이드 코일의 제2 부분을 수용하도록 구성되는 제2 리세스를 가지는 제2 요크를 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 솔레노이드 코일은 상기 공간 내에 형성되는 중앙 평면을 가지며, 상기 리본 이온 빔은 상기 중앙 평면으로부터 이격된 거리에 배치되는 상기 제1 솔레노이드 코일의 상기 공간에서 수신되는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 질량 분석기는,
상기 제1 및 제2 솔레노이드 코일들에 의해 형성되는 공간들을 통해 리본 이온 빔의 경로를 따라 배치되는 적어도 하나의 베젤 벽을 가지는 진공 베젤; 및
상기 적어도 하나의 베젤 벽으로부터 직교하는 방향으로 거리를 연장하며, 특정 질량을 가지는 이온들이 상기 제2 솔레노이드 코일의 공간을 통해 통과하지 못하도록 배치되는 스크랩퍼를 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 질량 분석기 및 상기 종단 스테이션 사이에 배치되며, 상기 이온들이 상기 질량 분석기를 벗어날 때 특정 질량 및 궤도를 가지는 상기 리본 이온 빔으로부터 이온들을 선택하도록 구성되는 질량 슬릿을 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 솔레노이드 코일은,
각 상기 이온들의 개별 질량에 기초하여 상기 제1 솔레노이드 코일의 상기 공간을 통해 이동하는 상기 리본 이온 빔 내의 이온들과 관련된 궤도들을 변경시키기 위해 인가된 전류에 따라 제1 방향으로 제1 자기장을 생성하도록 구성되는, 이온 주입 시스템.
청구항 25에 있어서,
상기 제2 솔레노이드 코일은,
상기 제1 자기장과 반대 방향이 되도록 인가된 전류에 대응하여 제2 방향으로 제2 자기장을 생성하도록 구성되며, 상기 리본 이온 빔이 제2 솔레노이드 코일을 통과하여 이동할 때, 각 상기 이온들의 개별 질량에 기초하여 상기 제1 솔레노이드 코일로부터 상기 리본 이온 빔 내에서 수신된 상기 이온들의 궤도를 휘게 하도록 더 구성되는, 이온 주입 시스템.
청구항 23에 있어서,
적어도 하나의 베젤 벽은 제1 베젤 벽이며,
상기 진공 베젤은 제2 베젤 벽을 더 포함하며,
상기 스크랩퍼는 상기 적어도 하나의 베젤 벽으로부터 연장되는 제1 부분 및 상기 제2 베젤 벽으로부터 연장되는 제2 부분을 포함하며,
상기 제1 및 제2 부분들은 특정 질량들을 가지는 이온들이 상기 제2 솔레노이드 코일의 공간을 통해 통과하지 못하도록 사이에 개구부를 형성하는, 이온 주입 시스템.