KR101838585B1 - 개선된 효율을 갖는 자기 스캐닝 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 몇몇 양상들은 그 사이에 빔 경로 영역을 갖는 제 1 및 제 2 자기 엘리먼트들을 포함하는 자기 빔 스캐너(106, 300)를 이용함으로써 이온 주입을 용이하게 한다. 하나 또는 둘 이상의 자기 엘리먼트들(140a, 140b, 302, 304)은 제 1 자기 엘리먼트와 제 2 자기 엘리먼트 사이에 그리고 빔 경로 영역에 인접하게 배치된다. 동작 동안, 제 1 및 자기 엘리먼트들은 제때 전후로 이온 빔을 스캐닝하기 위해 빔 경로 영역 내에 진동형 시변 자계를 협력가능하게 생성한다. 하나 또는 둘 이상의 자기 플럭스 압축 엘리먼트들은 제 1 및 제 2 자기 엘리먼트들에 의해 제공된 자기 플럭스를 압축하여, 이에 따라 빔을 전후로 자기적으로 스캐닝하는데 요구되는 전력의 양을 (이전 구현예들에 비해) 감소시킨다. 다른 스캐너들, 시스템들, 및 방법들이 또한 개시된다.

Description

개선된 효율을 갖는 자기 스캐닝 시스템{MAGNETIC SCANNING SYSTEM WITH IMPROVED EFFICIENCY}
이온 주입 시스템들에서, 이온 빔은 워크피스(예를 들어, 반도체 웨이퍼, 또는 디스플레이 패널)를 향해서 지향되어, 그 격자에 이온들을 주입한다. 워크피스의 격자에 임베딩되면, 주입된 이온들은 워크피스의 물리적 및/또는 화학적 특징들을 변화시킨다. 이 때문에, 재료 과학 연구에서의 다양한 적용을 위해 반도체 디바이스 제조에서 금속 마감(metal finishing) 시에 이온 주입이 이용된다.
사실상, 이온 주입 적용 공간은 낮은 도즈(중간 전류), 높은 에너지 및 높은 도즈(높은 전류) 적용들로 분할된다.
높은 전류 적용들에서, 높은 전류 이온 빔의 단면적은 다른 요인들 중 빔 내에서 발생하는 자기-중성화의 범위에 의존하여 변화할 수 있다. 자계의 결여 시에 발생하는 자기-중성화에서, 이온 빔은 빔 경로 근처에 자유 전자들을 끌어당길 수 있다. 이는 빔 "확대(blow-up)"를 제한하고, 이에 따라 빔의 단면적을 제한하여 빔을 "타이트(tight)"하게 유지하도록 돕는 경향이 있다.
대부분의 예시들에서, 빔의 단면적은 워크피스의 단면적보다 작고, 이는 워크피스를 적절하게 주입하기 위해 워크피스에 걸쳐서 빔을 스캐닝하도록 돕는다. 일반적으로, 이에 대해 전기 또는 자기 스캐너가 이용된다.
전기 스캐너들에 대한 하나의 결점은, 이들이 자계를 생성한다는 이들의 성질에 의해, 이에 따라 이들은 포지티브 전극들로 전자들을 끌어당기거나 또는 전자들을 네거티브 전극들로부터 멀리 쫓아버린다. 전극들이 빔 경로에 통상적으로 가깝기 때문에, 이는 빔 경로 근처로부터 자유 전자들을 제거하는 경향이 있다. 이는 빔이 확대하도록 야기하여, 종종 관리불가능하게 큰 빔 인벨롭을 초래할 수 있다. 궁극적으로, 이러한 큰 빔 인벨롭은 빔 전류 손실을 초래할 수 있다.
빔 확대를 제한하거나 또는 회피하고 이온 빔의 부분적인 자기-중성화를 허용하기 위해, 자기 스캐너들이 바이어싱된 전극들을 이용하지 않기 때문에, 자기 스캐너들은 빔을 스캐닝하는데 이용될 수 있다. 자기 스캐너들은 이온 빔이 통과하는 시변 자계를 생성한다. 시변 자계는 이온 빔의 경로를 제때 전후로 우회시키거나 또는 변경한다.
자기 스캐너는 전기 스캐너와 같이 공간-충전 확대를 겪지 않지만, 자기 스캐너들은 동작시키기 위해 높은 전력을 요구하는 경향이 있다. 일반적으로, 더 높은 동작 전력은, 더 고가의 전력 소스를 필요로 하고 그리고 이에 대해 더 많이 케어해야 한다. 따라서, 본 개시물의 양상들은 자기 스캐너들에 필요한 전력을 감소시키기 위한 기술들에 관한 것이다.
이하는 본 발명의 몇몇 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간략한 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요는 아니며, 본 발명의 주요한 또는 중요한 엘리먼트들을 식별하거나 또는 본 발명의 범위를 기술하도록 의도되지 않는다. 오히려, 이 요약의 목적은 이후에 제공되는 더욱 상세한 설명에 대한 서론으로서 본 발명의 몇몇 개념들을 간략화된 형태로 제시하는 것이다.
본 발명의 양상들은, 이들 사이에 빔 경로 영역을 갖는 제 1 자기 엘리먼트 및 제 2 자기 엘리먼트를 포함하는 자기 빔 스캐너를 이용함으로써 이온 주입을 용이하게 한다. 빔 경로 영역에 인접하여 그리고 제 1 자기 엘리먼트와 제 2 자기 엘리먼트 사이에 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트가 배치된다.
동작 동안, 제 1 자기 엘리먼트 및 제 2 자기 엘리먼트는 제때 전후로 이온 빔을 스캐닝하기 위해 이온 경로 영역 내에 진동형 시변 자계를 협력가능하게 생성한다. 하나 또는 둘 이상의 자기 플럭스 압축 엘리먼트들은 빔 영역 내의 자계와 연관된 자기 플럭스를 압축하여, 이에 따라 전후로 빔을 자기적으로 스캐닝하는데 요구되는 전력의 양을, 이전 구현예들에 비해 감소시킨다.
이하의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정 예시적인 양태들 및 구현예들을 상세하게 설명한다. 이들은, 본 발명의 원리들이 채용될 수 있는 다양한 방식들 중 몇몇 만을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 양상에 따라서 예시적인 이온 주입 시스템을 예시한다.
도 2a는 플럭스 압축 엘리먼트들을 채용하지 않는 자기 스캐너의 요크 어셈블리의 단부 도면이다.
도 2b는 그 주변에 코일들이 감긴(wrapped) 도 2의 요크 어셈블리의 사시도이다.
도 2c는 일 실시예에 따라서 자기 스캐너의 코일들에 공급된 시변 전류의 일례의 파형 도면이다.
도 2d는, 이온 빔이 제때 전후로 스캐닝됨에 따른 도 2b의 요크 어셈블리의 단면 평면도이다.
도 2e 및 도 2f는, 한 번에 스캐닝된 이온 빔을 예시하는 도 2b의 요크 어셈블리의 단면 측면도 및 단면 평면도를 각각 나타낸다.
도 2g 및 도 2h는, 따로 스캐닝된 이온 빔을 예시하는 도 2b의 요크 어셈블리의 단면 측면도 및 단면 평면도를 각각 나타낸다.
도 3a는 일 실시예에 따라서 제 1 및 제 2 자기 플럭스 압축 엘리먼트들을 포함하는 자기 스캐너의 요크 어셈블리의 단부 도면이다.
도 3b는 도 3a와 일치하는 일 실시예에 따라서 제 1 및 제 2 자기 플럭스 압축 엘리먼트들을 포함하는 자기 스캐너의 사시도이다.
도 3c는 도 3b의 자기 스캐너의 단면 측면도이다.
도 3d는 도 3b의 자기 스캐너의 단면 평면도이다.
도 4는 중공형(hollow) 자기 플럭스 압축 엘리먼트들을 포함하는 다른 자기 스캐너의 단면 평면도이다.
도 5는 하나의 자기 플럭스 압축기를 포함하는 단극성 스캐너의 단면 평면도이다.
이하, 본 발명은 도면들을 참조하여 설명되고, 여기서 동일한 참조 부호들은 전체에 걸쳐서 동일한 엘리먼트들을 지칭하도록 이용되며, 예시된 구조들은 반드시 일정한 비율로 스케일링된 것은 아니다.
도 1은, 원하는 투여량(dosing) 프로파일에 따라서 워크피스(110)의 격자로 이온들(도펀트들)을 주입하도록 집합적으로 배열된, 소스 단자(102), 빔라인 어셈블리(104), 자기 스캔 시스템(106), 및 종단 스테이션(108)을 갖는 이온 주입 스테이션(100)을 예시한다. 특히, 도 1은 하이브리드-스캔 이온 주입 시스템(100)을 예시하고, 여기서 이동가능한 스테이지(112)는 (예를 들어, 도 1의 페이지의 평면으로)제 1 축을 따라서 워크피스(110)를 병진이동하도록 동작가능하고, 자기 스캔 시스템(106)은 제 1 축에 수직하는 제 2 축을 따라서 스캐닝된 이온 빔(114)을 제공한다. 이러한 방식으로 워크피스에 대해 이온 빔을 스캐닝함으로써, 워크피스의 전체 표면은, 원하는 도핑 프로파일이 충족될 때까지, 주입될 수 있다.
더욱 구체적으로, 동작 동안, 소스 단자(102) 내의 이온 소스(116)는 도펀트 분자들(예를 들어, 도펀트 가스 분자들)을 이온화하여 이에 따라 펜슬 이온 빔(120)을 형성하기 위해 고전압 전력 공급부(118)에 커플링된다.
워크피스(110)를 향해서 소스 단자(102)로부터의 펜슬 빔(120)을 조종하기 위해, 빔 라인 어셈블리(104)는, 쌍극자 자계가 분해 애퍼쳐(124)를 통해서 적절한 전하 대 질량비의 이온들만을 통과시키도록 확립된 질량 분석기(122)를 갖는다. 부적합한 전하 대 질량비를 갖는 이온들은 측벽(126a, 126b)과 충돌하고; 이에 따라 분해 애퍼쳐(124)를 통해서 워크피스(110)로 통과하기 위해 적합한 전하 대 질량비를 갖는 이온들만이 통과한다. 또한, 빔 라인 어셈블리(104)는 이온 소스(116)와 종단 스테이션(108) 사이에서 연장하는 다양한 빔 형성 및 형상화 구조물들을 포함할 수 있고, 이 구조물들은 이를 통해서 펜슬 빔(120)이 워크피스(110)에 이송되는 세장형 내부 캐비티 또는 패시지웨이 내에 펜슬 빔(120)을 유지한다. 통상적으로, 진공 펌핑 시스템(128)은 에어 분자들과의 충돌들을 통해서 빔 경로로부터 편향되는 이온들의 확률을 감소시키기 위해 이온 빔 이송 패시지웨이를 진공에서 유지시킨다.
펜슬 빔(120)을 수신할 때, 자기 스캔 시스템(106)은 제때 전후로(예를 들어, 수평 방향으로) 펜슬 빔을 측면으로 우회시키거나 또는 "스캐닝"하여 스캐닝된 이온 빔(114)을 제공한다. 일부 문맥에서, 이러한 유형의 스캐닝된 펜슬 빔은 리본 빔으로서 지칭될 수 있다. 자기 스캔 시스템 내의 병렬화기(130)는, 이온들이 워크피스의 전체 표면에 대해 동일한 입사각으로 워크피스(110)의 표면을 스트라이크하도록, 스캐닝된 이온 빔(114)을 재지향시킬 수 있다.
제어 시스템(132)은 워크피스(110)에 대한 원하는 도핑 프로파일을 달성하기 위해 (예를 들어, 자기 스캔 시스템(106)을 통해서) 스캐닝된 이온 빔(114) 및 (예를 들어, 이동가능한 스테이지(112)를 통해서) 워크피스(110)에 전해진 상대적인 움직임들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(132)은 시변 전류 또는 전압을 제 1 및 제 2 자기 엘리먼트들(134a, 134b)에 전달하기 위해 하나 또는 둘 이상의 가변 전력 소스들(138)을 제어하도록 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 자기 엘리먼트들 각각은 극 피스 주위를 감는(wrap) 코일을 포함할 수 있다. 이러한 시변 전류 또는 전압은 빔 경로 영역 내에 진동형 시변 전계를 유도하여 이에 따라 제때 이온 빔을 스캐닝한다. 전력 소스들(118 및 138)은 도 1의 별도의 엘리먼트들로서 도시되지만, 이들 전력 소스들(118, 138)은 몇몇 실시예들에서 단일의 전력 발생기 내에 상주할 수 있다.
본 명세서에서 추가적인 더욱 상세한 설명에서 이해되는 바와 같이, 본 발명의 몇몇 양상들에 따라서, 자기 스캔 시스템(106)은 몇몇 양상들에서 스캐닝 효율을 개선시키기 위해 하나 또는 둘 이상의 자기 플럭스 압축 엘리먼트들(예를 들어, 140a, 140b)을 포함할 수 있다. 종종, 자기 플럭스 압축 엘리먼트(들)은 앞서 설명된 바와 같이 그 중성화 전자들의 이온 빔을 스트라이핑(stripping)함으로써 빔 확대를 제한 또는 방지하기 위해 고정형 전압(142)(예를 들어, 접지)에 커플링된다.
효율이 개선될 수 있는 일 방식을 명백하게 하기 위해, 자기 스캐닝 동안, 도 2a 내지 도 2d에 예시되고, 몇몇 결점들을 경험하는, 자기 스캐너(200)에 대한 참조가 이하 이루어진다. 도 2a(코일이 제자리에 없는 자기 스캐너(200)의 단부 도면)에 도시된 바와 같이, 자기 스캐너(200)는 제 1 요크(204) 및 제 2 요크(206)로 형성된 요크 어셈블리(202)를 포함한다. 빔 경로 영역(212)은 제 1 요크(204)와 제 2 요크(206) 사이에서 통과하고, 일반적으로 요크 어셈블리의 내부 표면(211)에 의해 방사상으로 제한된다(radially bounded). 제 1 및 제 2 요크들(204, 206)은 빔 경로 영역(212)을 향해서 각각 연장하는 제 1 및 제 2 강자성 극 피스들(214, 216)을 포함한다.
도 2b(그 자리에 코일을 갖는 자기 스캐너(200)의 사시도)에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 극 피스들(214, 216) 각각은 그 주위에 감긴 제 1 및 제 2 코일들(218, 220)을 갖는다. 제 1 및 제 2 코일들(218, 220)은 가변 전력 소스(예를 들어, 도 2에는 도시되지 않은, 도 1의 가변 전력 소스)에 커플링된다. 이 가변 전력 소스는 도 2c에 도시된 것과 같이 코일들 내에 시변 전류를 제공하며, 차례로 극 피스들(214, 216)로부터 빔 경로 영역(212)으로 연장하는 진동형 시변 자계를 유도한다. 이러한 진동형 시변 자계는 도 2d의 화살표(230)에 의해 도시된 바와 같이 제때 전후로 이온 빔을 스캐닝한다.
예를 들어, 도 2e 및 도 2f에 도시된 바와 같이 처음에, 전류는 제 1 및 제 2 코일들을 통해서 시계 방향으로 흐를 수 있다. 따라서, (비오사바르의 법칙으로서 지칭될 수 있는)오른손 법칙에 따라서, 이 전류 컨디션은, 도 2e에 도시된 바와 같이, (예를 들어, 북극으로서 작용하는) 제 1 극 피스(214)의 빔-대면 표면(224)으로부터 (예를 들어, 남극으로서 작용하는) 제 2 극 피스(216)의 빔-대면 표면(226)으로 자계 라인(222)을 초래한다. 이온 빔이 이러한 자계를 통해서 이동하는 충전된 입자들로 형성되기 때문에, 충전된 입자들은 로렌츠의 힘의 법칙, 또는 종종 도 2f 에 도시된 것과 같은 "오른손 법칙"으로 지칭될 수 있는 것에 따라서, 자계에 의해 편향될 것이다.
도 2g 및 도 2h는, 전류가 시계 반대 방향으로 플립될 때의 자기 스캐너를 도시한다. 따라서, 이 전류 컨디션은, 도 2g에 도시된 바와 같이, (예를 들어, 북극으로서 작용하는) 제 2 극 피스(216)의 빔-대면 표면(226)으로부터 (예를 들어, 남극으로서 작용하는) 제 1 극 피스(214)의 빔-대면 표면(224)으로 연장하는 자계 라인(222)을 초래한다. 이러한 자계하에서, 충전된 입자들은 도 2h에 도시된 바와 같이 로렌츠의 힘의 법칙에 따라서 편향될 것이다.
도 2의 실시예는 진동 방식으로 전후로 이온 빔(228)을 스캐닝할 수 있지만, 발명자들은 진동형 자계에 전력을 공급하도록 진행하는 많은 에너지가 어느 측면으로는 "낭비된"다는 것을 인식했다. 예를 들어, 진동형 자계는 빔에 의해 지장을 받지 않은 영역들(예를 들어, 도 2d의 영역들(250A, 250B))에 걸쳐 전력공급되지만, 이온 빔은 이러한 영역들 내의 자계 라인과 직접적으로 상호작용하지 않는다.
따라서, 발명자들은 이전 구현예들에 비해 자기 에너지 요구사항들을 줄이는 자기 플럭스 압축 엘리먼트들의 용도를 형성하는 개선된 자기 빔 스캐너들을 고안했다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 자기 스캐너(300)의 예시를 나타낸다. 도 2와 관련하여 논의된 이전 컴포넌트들뿐만 아니라, 이하 논의되는 바와 같이 자기 스캐너(300)는 하나 또는 둘 이상의 자기 플럭스 압축 엘리먼트들을 포함한다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 자기 플럭스 압축 엘리먼트들(302, 304 각각)이 빔 경로 영역(212)을 방사상으로 제한된 요크 어셈블리의 내부 표면(211) 내에 위치된다.
동작 동안, 라미네이팅되지 않은 도전성 보디들을 통상적으로 포함하는 제 1 및 제 2 자기 플럭스 압축 엘리먼트들(302, 304)은 반자성(diamagnetic)인 유도된 와류 전류들(310)의 대상이다(도 3d 참조). 따라서, 이러한 유도된 전류들(310)은 제 1 및 제 2 자기 플럭스 압축 엘리먼트들(302, 304)에 의해 이제 충진된 볼륨 내에 이와 다르게 생성될 수 있는 자계를 상쇄시킨다. 또한, 이러한 유도된 전류들(310)은 제 1 및 제 2 플럭스 압축 엘리먼트들(302, 304)의 외부의 자계에 부가한다. 이러한 방식으로, 와류 전류들(310)이 일부 전력 손실을 야기한다고 할지라도, 자기 플럭스 압축 엘리먼트들은 빔 영역(212) 내의 전체 자화된 볼륨을 감소시키고, 이에 따라 빔 영역 내에 소정의 자계를 생성하도록 요구되는 전력을 감소시킨다. 따라서, 자기 플럭스 압축 엘리먼트들은 이전 구현예들에 비해 자기 스캐너(300)를 위한 전력 공급기를 제조하는데 있어서 더욱 경제적이 되도록 하는 경향이 있다.
수많은 실시예들에서, 자기 플럭스 압축 엘리먼트는 와류 전류들이 이를 통해서 흐름에 따른 전력 손실을 제한하도록 돕기 위해 높은 도전성을 갖는 금속성 재료를 포함한다. 예를 들어, 자기 플럭스 압축 엘리먼트는 금 또는 은 코팅을 갖는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있고, 또는 다른 매우 도전성인 금속들(예를 들어, 백금)을 포함할 수 있다. 높은 도전성을 갖는 임의의 재료가 이용될 수 있지만, 열거된 것들은 아마도 가장 일반적인 예시들이라는 것을 인식할 것이다. 층을 이룬 재료들, 코팅된 벌크 금속 또는 합금들의 형태로 이러한 재료들의 조합들이 존재할 수 있다. 비용 및 중량도 또한 재료의 선택에 영향을 미친다. 예를 들어, 중실형 금 플럭스 압축기(solid gold flux compressor)들이 우수한 기능을 제공하지만, 이들은 구현하기에 매우 고가일 수 있다.
예시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 자기 플럭스 압축 엘리먼트들(302, 304)은 제 1 및 제 2 도전성 보디들을 각각 포함한다. 이러한 도전성 보디들은 일반적으로 웨지-형상(wedge-shaped)이며, 여기서 웨지-형상화된 보디들의 넓은 단부들은 스캐너의 입구 단부(208) 근처에 있고, 웨지-형상화된 보디들의 좁은 단부들은 스캐너의 출구 단부(210) 근처에 있다. 더욱 정밀하게, 제 1 도전성 보디(302)는 스캐너의 입구 단부(208) 근처로부터 스캐너의 출구 단부(210) 가까이로 계속해서 연장하는 제 1 길이 Li를 갖는 것으로서 예시된다. 또한, 제 1 도전성 보디(302)는 스캐너의 입구 단부(208) 근처의 제 1 폭 w1 및 스캐너의 출구 단부(210) 근처의 제 2 폭 w2 을 갖는 것으로 도시되며, 여기서 제 1 폭 w1은 스캐닝된 이온 빔(228)을 수용하는 테이퍼링된 표면(312)을 정의하기 위해 제 2 폭 w2 보다 크다.
도 3c의 예시된 실시예는, 제 2 도전성 보디(304)의 제 2 길이 L2에 대략적으로 동일한 제 1 도전성 보디(302)의 제 1 길이 L1; 제 2 도전성 보디(304) 의 제 3 폭 W3와 대략적으로 동일한 제 1 도전성 보디(302)의 제 1 폭 W1; 및 제 2 도전성 보디(304)의 제 4 폭 W4와 대략적으로 동일한 제 1 도전성 보디(302)의 제 2 폭 W2 을 나타내고; 다른 실시예들에서 이러한 길이들 및 폭들은 상이할 수 있다.
수많은 실시예들에서, 제 1 및 제 2 도전성 보디들(302, 304)은 그 내부에 캐비티가 없는 실질적으로 연속적인 중실형 보디들이다. 이는 주어진 자계를 생성하기 위해 요구되는 전력의 양을 제한하도록 돕는다. 그러나, 중실형 연속 보디는 요구되지 않는다. 통상적으로, 플럭스 압축 엘리먼트들 내에 포함된 도전성 재료의 볼륨이 클수록, 플럭스 압축 엘리먼트들에 의해 제공되는 전력 절감이 크다. 이에 의해, 플럭스 압축 엘리먼트들 또는 그 자신의 부품들 중 일부는 빔 경로 영역(212) 주위에 폐쇄 전기적 루프를 제공하지 않아야만 하고; 플럭스 압축 엘리먼트 또는 그 자신의 부품들 중 일부가 플럭스 압축 엘리먼트 내에서 유도된 와류 전류들이 빔 경로 내의 자계를 감소시키거나 또는 제거하도록 형성된 경우, 플럭스 압축 엘리먼트는 의도된 스캐닝에 대해 해로울 수 있다는 것에 주목한다.
그러나, 도 4에 도시된 것과 같은 다른 실시예들에서, 예를 들어, 제 1 및 제 2 전기 플럭스 압축 엘리먼트들(402, 404) 각각은 그 내부에 하나 또는 둘 이상의 보이드들(406, 408)을 갖는 (예를 들어, 중공형(hollow) 구조물을 형성하는) 외부 쉘을 갖는다. 이러한 실시예들에서, 외부 쉘은 주어진 주파수에서 자기 플럭스 압축 엘리먼트의 도전성 재료와 연관된 스킨-깊이보다 크거나 또는 이와 동일한 벽-두께를 갖는다. 당업계에 공지된 바와 같이, 표피 깊이는, 자신의 진폭이 표면에서 진폭의 1/e(e는 자연 로그의 기초 = 2.718...임)로 감소될 때까지 전자기파가 재료에 침투할, 깊이로서 정의된 재료 특성이다. 표피 깊이는, 이하의 식에 의해 재료의 도전율 σ, 자기 투자율 μ 및 전자기파의 주파수의 함수로서 표현된다.
Figure 112012098144115-pct00001
1-100Hz의 범위의 빔 스캔 주파수들에 대해, 예를 들어, 구리의 표피 깊이는 대략적으로 수 센티미터들로부터 수 밀리미터들의 범위에 있다. 이러한 "중공형" 자기 플럭스 압축기들은, 이들이 중실형 구현예들에 비해 필요한 재료의 양을 감소시키는 점에서 유리할 수 있다. 이에 대응하여, 이는 자기 플럭스 압축기들의 비용 및 중량을 제한하고 이와 관련하여 생산 및 설치를 개선시킨다.
자기 플럭스 압축 엘리먼트들 및 그들의 각각의 기하학적 형상들의 정확한 수는 특정 구현예에 의존하여 광범위하게 변화할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 3은 스캔 경로(228)에 대해 대칭으로 배치된 2개의 플럭스 압축 엘리먼트들(302, 304)만을 나타내지만, 다른 구현예들은 단일의 플럭스 압축 엘리먼트만을 포함할 수 있거나 또는 많은 수의 플럭스 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 도 5는 단극 스캐닝 시스템(500)의 이러한 일 예시를 나타내고, 여기서 빔은 빔 경로(228)로부터 오직 단일 방향으로만 스캐닝된다. 이 예시에서, 단일의 자기 플럭스 압축 엘리먼트(502)만이 요크 어셈블리 내에 포함된다. 앞서 논의된 자기 플럭스 압축 엘리먼트들과 유사하게, 자기 플럭스 압축 엘리먼트(502)는 중실형(solid) 또는 중공형(hollow)일 수 있고, 종종 접지에 커플링되며, 다양한 형상들 및 조성들을 가질 수 있다.
통상적으로, 플럭스 압축 엘리먼트들에 의해 취해진 볼륨이 더 크면 클수록, 플럭스 압축 엘리먼트들은 더 큰 전력을 절감을 제공할 수 있다. 따라서, 최대 전력 절감을 제공하기 위해, 플럭스 압축 엘리먼트들은 일반적으로 요크 어셈블리의 내부 표면과 빔 경로 영역 사이의 볼륨을 채울 수 있다. 그러나, 이들이 더 적은 전력 절감을 제공하는 경향이 있다고 하더라도, 더 작은 플럭스 압축 엘리먼트들을 이용할 수 있다.
플럭스 압축기들이 스캐닝 시스템의 전체 전력 요구조건을 감소시킨다고 할지라도 시스템에 의해 전달된 전력의 일부분이 플럭스 압축기들 내에서 소멸되며, 예를 들어, 유도된 와류 전류들이 플럭스 압축기 내에서 저항 손실을 야기한다. 플럭스 압축기들을 제어된 동작 온도에서 유지하기 위해, 에어 냉각이 이용불가한 진공 내에 플럭스 압축기들이 상주하는 경우에는 특히, 당업계에 공지된 기술들을 이용하여 플럭스 압축기들을 능동적으로 냉각하기 위한 이점이 있을 수 있다. 일 실시예에서, 플럭스 압축기들로 천공된 채널들을 통해서 냉각제를 유동시킴으로써 냉각이 야기될 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각 튜브들은 플럭스 압축기들 내에서 발생된 열이 그 튜브들을 통해서 유동하는 냉각제를 통해서 제거되도록 플럭스 압축기 어셈블리에 부착될 수 있다.
본 발명은 하나 또는 둘 이상의 구현예들과 관련하여 예시되고 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 예시된 예시들에 대한 변경들 및/또는 변형들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 다양한 유형들의 종단 스테이션(108)이 이온 주입 시스템(100) 내에 채용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, "배치" 유형 종단 스테이션은 회전하는 지지 구조물 상에서 다수의 워크피스들을 동시에 지지할 수 있고, 여기서 워크피스들(110)은 모든 워크피스들(110)이 완전하게 주입될 때까지 이온 빔의 경로를 통해서 회전된다. 한편, "직렬"형 종단 스테이션은 다른 실시예들에서 이용될 수 있다. 직렬형 종단 스테이션들은 주입을 위해 빔 경로를 따라서 단일 워크피스를 지지하고, 여기서 다수의 워크피스들은 직렬 방식으로 한 번에 하나만 주입되며, 각각의 워크피스(110)는 다음 워크피스(110)의 주입이 시작하기 전에 완전하게 주입된다. 또한, 워크피스(110)가 제 1 (Y 또는 느린 스캔) 방향에서 기계적으로 병진이동되는 동안 빔이 전체 워크피스(110)에 걸쳐서 스캐닝된 이온 빔(114)을 부여하기 위해 제 2(X 또는 빠른 스캔) 방향으로 스캔되는, 하이브리드 시스템을 예시했지만; 다른 시스템들은 기계적 병진이동을 이용하는 것 이외에 2 개의 상이한 축들을 따라서 이온 빔을 자기적으로 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다.
특히, 앞서 설명된 컴포넌트들 또는 구조물들(블록들, 유닛들, 엔진들, 어셈블리들, 디바이스들, 회로들, 시스템들 등)에 의해 수행된 다양한 기능들과 관련하여, 이러한 컴포넌트들을 설명하는데 이용된 용어들("수단"에 대한 참조를 포함)은, 다르게 지시되지 않는 한, 본 발명의 본원에 예시된 예시적인 구현예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조물과 구조적으로 동일하지 않다고 할지라도 (예를 들어, 기능적으로 동등한)설명된 컴포넌트의 특정 기능을 수행하는 임의의 컴포넌트 또는 구조물에 대응하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 구현예들 중 하나의 구현예에만 관련하여 개시되었을 수 있지만, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 어플리케이션에 대한 원하는 그리고 이로울 수 있기 때문에, 다른 구현예들의 하나 또는 둘 이상의 특징들과 조합될 수 있다. 본원에 이용된 것과 같이, 용어 "예시적인"은 가장 좋은 또는 우월한 것과는 대조적으로, 예시를 함축하도록 의도된다. 또한, 용어들 "including", "includes", "having", "has", "with", 또는 이들의 변형들이 상세한 설명 및 청구항들 중 하나에서 이용되는 범위의 거의 대부분에서, 이러한 용어들은 용어 "comprising"과 유사한 방식으로 포괄적인 것으로서 의도된다.

Claims (22)

  1. 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템으로서,
    입구 단부(entrance end) 및 출구 단부(exit end)를 갖는 요크 어셈블리 ― 상기 요크 어셈블리는 상기 입구 단부와 상기 출구 단부 사이에서 연장하는 빔 경로 영역을 가지며, 상기 빔 경로 영역은 일반적으로 상기 요크 어셈블리의 내부 표면에 의해 방사상으로 제한됨(radially bounded) ― ;
    서로를 향하여 그리고 상기 빔 경로 영역을 향하여 상기 요크 어셈블리로부터 연장하는 제 1 극 피스 및 제 2 극 피스 ― 상기 제 1 극 피스와 상기 제 2 극 피스 사이에 상기 빔 경로 영역에 인접하게 극 갭 영역이 정의됨 ― ;
    각각, 상기 제 1 극 피스 및 상기 제 2 극 피스 주위로 감긴 제 1 코일 및 제 2 코일 ― 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일을 통해서 시변 전류(time-varying current)를 통과시키기 위해 전류원에 커플링되도록 구성되어, 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일이 상기 극 갭 영역 내에 진동형 시변 자계(oscillatory time-varying magnetic field)를 생성함 ― ; 및
    상기 요크 어셈블리의 내부 둘레 내에 그리고 상기 빔 경로 영역의 외부에 배치된 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는 고정된 전압에 커플링되는,
    이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 침대틀 형상인(bedstead shaped), 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는: 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 플럭스 압축 엘리먼트는 능동적으로(actively) 냉각되는, 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는:
    상기 빔 경로 영역의 제 1 측 주위에 배치된 제 1 도전성 보디, 및
    상기 빔 경로 영역의 제 2 측 주위에 배치된 제 2 도전성 보디를 포함하고,
    상기 제 2 측은 상기 빔 경로 영역에 대해 상기 제 1 측에 대향하는, 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 보디 및 상기 제 2 도전성 보디는 각각 일반적으로 웨지-형상(wedge-shaped)이고,
    상기 제 1 도전성 보디 및 상기 제 2 도전성 보디의 넓은 단부들은 상기 요크 어셈블리의 상기 입구 단부에 인접하며,
    상기 제 1 도전성 보디 및 상기 제 2 도전성 보디의 좁은 단부들은 상기 요크 어셈블리의 상기 출구 단부에 인접하는, 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 보디 및 상기 제 2 도전성 보디는 실질적으로 중실형 볼륨의(solid volumetric) 보디들인, 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 보디 및 상기 제 2 도전성 보디 각각은 각각의 도전성 보디들 내에 하나 또는 둘 이상의 보이드(void)들을 정의하는 외부-쉘(outer-shell)을 포함하는, 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 보디 및 상기 제 2 도전성 보디는 고정된 전압에 커플링되는, 이온 빔을 스캐닝하기 위한 자기 편향 시스템.
  10. 이온 주입 시스템으로서:
    빔 경로를 따라서 이온 빔을 생성하는 이온 소스;
    상기 이온 빔에 대한 질량 분석을 수행하는, 상기 이온 소스의 다운스트림에 있는 질량 분석 컴포넌트;
    상기 질량 분석 컴포넌트의 업스트림 또는 다운스트림 둘 중 하나에 있는 자기 편향 시스템을 포함하고,
    상기 자기 편향 시스템은:
    입구 단부 및 출구 단부를 갖는 요크 어셈블리 ― 상기 입구 단부 및 상기 출구 단부를 통하여 상기 빔 경로가 연장하고, 상기 요크 어셈블리 내의 상기 빔 경로는 상기 요크 어셈블리의 내부 표면에 의해 일반적으로 제한됨 ― ;
    상기 요크 어셈블리 내의 상기 빔 경로를 향해서 상기 요크 어셈블리로부터 연장하는 제 1 극 피스 및 제 2 극 피스;
    각각, 상기 제 1 극 피스 및 상기 제 2 극 피스 주위로 감긴 제 1 코일 및 제 2 코일 ― 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일을 통해서 시변 전류를 통과시키도록 구성된 전류원에 커플링되어, 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일이 상기 요크 어셈블리 내의 상기 빔 경로 내에 진동형 시변 자계를 생성함 ―; 및
    상기 요크 어셈블리의 내부 둘레 내에 그리고 상기 빔 경로의 외부에 배치된 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는 고정된 전압에 커플링되는,
    이온 주입 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    스캐닝된 이온 빔을 공통 축에 평행하게 재지향시켜서 이에 따라 병렬화된 이온 빔을 제공하는, 자기 스캐너의 다운스트림에 있는 병렬화기(parallelizer); 및
    상기 병렬화된 이온 빔을 수신하는, 상기 병렬화기의 다운스트림에 위치된 종단 스테이션을 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는 능동적으로 냉각되는, 이온 주입 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는:
    상기 빔 경로의 제 1 측 주위에 배치된 제 1 도전성 보디, 및
    상기 빔 경로의 제 2 측 주위에 배치된 제 2 도전성 보디를 포함하고,
    상기 제 2 측은 상기 빔 경로에 대해 상기 제 1 측에 대향하는, 이온 주입 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 보디 및 상기 제 2 도전성 보디는: 합금들 또는 코팅된 벌크 금속들의 형태로, 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는 실질적으로 중실형(solid) 도전성 보디인, 이온 주입 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트는, 상기 적어도 하나의 자기 플럭스 압축 엘리먼트 내에 하나 또는 둘 이상의 보이드들을 정의하는 외부-쉘을 포함하는, 이온 주입 시스템.
  17. 자기 스캐너로서:
    진동형 시변 플럭스를 빔 경로 영역으로 협력가능하게 가이드하기 위한 제 1 극 피스 및 제 2 극 피스;
    상기 제 1 극 피스 및 상기 제 2 극 피스에 의해 제공된 자기 플럭스를 압축하기 위한, 상기 빔 경로 영역에 인접한 플럭스 압축 수단을 포함하고,
    상기 플럭스 압축 수단은 고정된 전압에 커플링되는,
    자기 스캐너.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 플럭스 압축 수단은: 합금들 또는 코팅된 벌크 금속들의 형태로, 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 자기 스캐너.
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