KR102353625B1 - 이온주입장치 및 이온주입방법 - Google Patents

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Abstract

피처리물로의 주입각도 오차를 저감한다.
이온주입장치(100)의 빔라인부는, 스티어링 전자석(30)과, 빔주사기(34)와, 빔평행화기(36)를 구비한다. 빔라인부는 이온빔의 기준궤도를 포함하고, z방향은 기준궤도를 따르는 방향을 나타내며, x방향은 z방향에 직교하는 일방향을 나타낸다. 스티어링 전자석(30)은 이온빔을 x방향으로 편향한다. 빔주사기(34)는 이온빔을 x방향으로 왕복적으로 편향함으로써 이온빔을 주사한다. 빔평행화기(36)는, 주사된 이온빔을 z방향으로 평행화하도록 구성되어 있는 평행화 렌즈를 구비하고, 평행화 렌즈는 빔주사기(34)의 주사 원점에 초점을 가진다. 제어부(104)는, 편향된 이온빔의 실궤도가 xz면에 있어서 주사 원점에서 기준궤도와 교차하도록, 스티어링 전자석(30)에 있어서의 x방향의 편향각도를 보정한다.

Description

이온주입장치 및 이온주입방법{ION IMPLANTING DEVICE AND ION IMPLANTING METHOD}
본 출원은, 2014년 4월 23일에 출원된 일본 특허출원 제2014-089281호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.
에너지분석용 전자석을 엔드 스테이션의 바로 앞에 가지는 메카니컬스캔 방식의 이온주입장치가 알려져 있다. 이 이온주입장치에 있어서는, 에너지분석용 전자석이 그 이온빔 편향에 의하여, 웨이퍼에 대한 이온빔 주입 틸트 각도를 부여하도록 구성되어 있다.
일본 실용신안공개공보 평7-3131호
이온주입장치의 빔라인에는, 이온빔을 이온원으로부터 웨이퍼 등의 피처리물로 적정하게 수송하기 위하여 다양한 빔라인 구성요소가 구비되어 있다. 이온주입장치를 제조할 때에, 이러한 빔라인 구성요소는 설계상의 위치에 가능한 한 정확하게 설치된다. 그러나, 그럼에도 실제로는, 몇 개의 구성요소가 그 설치 위치에 약간의 오차를 가지고 배치될지도 모른다. 이러한 설치 오차에 의하여, 수송되는 이온빔의 실제 중심궤도(이하, 실궤도라고도 함)에는, 이온빔의 설계상의 중심궤도(이하, 기준궤도라고도 함)에 대한 오차(이하, 궤도 오차라고도 함)가 발생할 수 있다.
예를 들면, 이온빔의 수렴 또는 발산을 조정하기 위한 빔조정요소(예를 들면 4중극 렌즈)가, 기준궤도에 수직인 방향으로 기준궤도로부터 약간 어긋나 설치되어 있는 경우를 생각할 수 있다. 이 빔조정요소로 기준궤도를 따라 이온빔이 입사할 때, 이온빔은 빔조정요소의 중심으로부터 약간 벗어난 장소를 통과하게 된다. 그 결과, 빔조정요소의 수렴 또는 발산의 작용에 의하여, 이온빔은 기준궤도로부터 약간 편향된다.
이러한 궤도 오차는, 피처리물을 향하여 이온빔이 수송되는 동안에 확대될 수 있다. 예를 들면, 궤도 오차의 발생 위치로부터 피처리물까지의 거리가 길수록, 궤도 오차는 수송 중에 확대될 수 있다. 또, 복수의 빔라인 구성요소가 각각 설치 오차를 가지는 경우에는, 개개의 오차가 약간이라고 하더라도, 이들이 누적됨으로써, 궤도 오차는 커질 수 있다. 궤도 오차가 크면, 피처리물로의 이온빔의 주입위치 또는 주입각도의 정밀도에 대한 영향을 무시할 수 없다.
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 피처리물로의 주입각도 오차를 저감하는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 빔편향기와, 상기 빔편향기의 하류에 배치되어 있는 빔주사기와, 상기 빔주사기의 하류에 배치되어 있는 빔평행화기를 구비하는 빔라인부와, 상기 빔라인부의 적어도 상기 빔편향기를 제어하도록 구성되어 있는 제어부를 구비하고, 상기 빔라인부는 이온빔의 기준궤도를 포함하며, z방향은 상기 기준궤도를 따르는 방향을 나타내고, x방향은 z방향에 직교하는 일방향을 나타내며, 상기 빔편향기는, 상기 이온빔을 x방향으로 편향 가능하도록 구성되고, 상기 빔주사기는, 상기 이온빔을 x방향으로 왕복적으로 편향함으로써 상기 이온빔을 주사하도록 구성되며, 상기 빔평행화기는, 주사된 이온빔을 z방향으로 평행화하도록 구성되어 있는 평행화 렌즈를 구비하고, 상기 평행화 렌즈는, 상기 빔주사기의 주사 원점에 초점을 가지며, 상기 제어부는, 상기 빔편향기에 의하여 편향된 이온빔의 실궤도가 xz면에 있어서 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록, 상기 빔편향기에 있어서의 x방향의 편향각도를 보정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온빔을, 빔편향기를 사용하여 x방향으로 편향하는 단계와, 편향된 이온빔을, 빔주사기를 사용하여 x방향으로 주사하는 단계와, 주사된 이온빔을, 평행화 렌즈를 사용하여 z방향으로 평행화하는 단계를 구비하고, x방향은 z방향에 직교하는 일방향이며, z방향은 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향이고, 상기 빔주사기는, 상기 편향된 이온빔을 x방향으로 왕복적으로 편향함으로써 상기 편향된 이온빔을 주사하며, 상기 평행화 렌즈는, 상기 빔주사기의 주사 원점에 초점을 가지고 있고, 상기 빔편향기에 있어서의 x방향 편향각도는, 상기 편향된 이온빔이 xz면에 있어서 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록 보정되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입방법이 제공된다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 피처리물로의 주입각도 오차를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 2에 있어서, 도 2(a)는, 도 1에 나타내는 빔수송라인유닛의 일부의 개략 구성을 나타내는 평면도이며, 도 2(b)는, 빔주사기의 주사 원점을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 빔주사기와 그 상류에 배치된 스티어링 전자석을 사용하는 수평 방향의 주입각도 보정을 설명하기 위한 도이다.
도 4에 있어서, 도 4(a) 및 도 4(b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 스티어링 전자석에 의한 주입각도 보정을 나타내는 모식도이며, 도 4(c)는, 스티어링 전자석에 있어서의 빔궤도를 예시하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 주입각도 보정방법을 나타내는 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 아무 것도 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(100)를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 1에는, 이온주입장치(100)의 빔라인부의 구성요소의 레이아웃이 나타나 있다. 이온주입장치(100)의 빔라인부는, 이온원(10)과, 피처리물을 위한 처리실을 구비하고 있으며, 이온원(10)으로부터 피처리물(예를 들면 기판 또는 웨이퍼(40))을 향하여 이온빔(B)을 수송하도록 구성되어 있다.
본 명세서에 있어서는 설명의 편의상, 빔라인부에 있어서의 기준궤도를 따르는 방향을 z방향으로 하고, z방향에 직교하는 방향을 x방향으로 나타낸다. 또, z방향 및 x방향에 직교하는 방향을 y방향으로 나타낸다. 본 실시형태에서는 x방향은 수평 방향이며, y방향은 연직방향이다.
또, 본 명세서에 있어서는, "어느 면(예를 들면 xz면)에 있어서 빔 실궤도가 기준궤도에 교차한다"라는 언급을 하는 경우가 있다. 이러한 언급에 있어서의 "교차"란, 당해 면에 직교하는 방향(예를 들면 y방향)으로부터 보아 교차하는 것을 말한다. 따라서, 빔 실궤도와 기준궤도는 y방향으로는 다소 어긋나 있어도 된다. "교차"가 빔주사기에서 발생하는 실시형태에 있어서는, 빔 실궤도와 기준궤도는, 빔주사기의 편향 전장의 강도가 y=0(기준궤도의 y방향 위치)에서의 강도와 동일하다고 간주되는 범위에서, y방향으로는 다소 어긋나 있어도 된다. 일 실시형태에 있어서는, 편향 전장의 어긋남 비율이, 예를 들면 0.8% 미만, 또는 0.4% 미만인 경우에는, 편향 전장의 강도가 동일하다고 간주할 수 있다.
이온주입장치(100)는, 이른바 고에너지 이온주입장치에 적합하다. 고에너지 이온주입장치는, 고주파 선형 가속 방식의 이온 가속기와 고에너지 이온 수송용 빔라인을 가지는 이온주입장치이다. 고에너지 이온주입장치는, 이온원(10)에서 발생한 이온을 고에너지로 가속하고, 그렇게 하여 얻어진 이온빔(B)을 빔라인을 따라 피처리물까지 수송하여, 피처리물에 이온을 주입한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이온주입장치(100)는, 이온을 생성하여 질량 분석하는 이온빔생성유닛(12)과, 이온빔을 가속하여 고에너지 이온빔으로 하는 고에너지 다단직선가속유닛(14)과, 고에너지 이온빔의 궤도를 U자 형상으로 굽히는 빔편향유닛(16)과, 고에너지 이온빔을 웨이퍼(40)까지 수송하는 빔수송라인유닛(18)과, 수송된 고에너지 이온빔을 균일하게 반도체 웨이퍼에 주입하는 기판처리공급유닛(20)을 구비한다.
이온빔생성유닛(12)은, 이온원(10)과, 인출전극(11)과, 질량분석장치(22)를 가진다. 이온빔생성유닛(12)에서는, 이온원(10)으로부터 인출전극(11)을 통하여 빔이 인출됨과 동시에 가속되고, 인출 가속된 빔은 질량분석장치(22)에 의하여 질량분석된다. 질량분석장치(22)는, 질량분석자석(22a), 질량분석슬릿(22b)을 가지고 있다. 질량분석슬릿(22b)은, 질량분석자석(22a)의 바로 뒤에 배치하는 경우도 있지만, 실시예에서는, 그 다음의 구성인 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 입구부 내에 배치하고 있다.
질량분석장치(22)에 의한 질량분석의 결과, 주입에 필요한 이온종만이 선별되고, 선별된 이온종의 이온빔은, 다음의 고에너지 다단직선가속유닛(14)에 유도된다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 고에너지 이온주입용의 기본적인 복수단의 고주파 공진기를 구비하는 제1 선형가속기(15a)를 구비한다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 초고에너지 이온주입용의 추가 복수단의 고주파 공진기를 구비하는 제2 선형가속기(15b)를 구비해도 된다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)에 의하여 가속된 이온빔은, 빔편향유닛(16)에 의하여 방향이 변화된다.
이온빔을 고가속하는 고주파(교류 방식)의 고에너지 다단직선가속유닛(14)을 나온 고에너지 이온빔은, 소정 범위의 에너지 분포를 가지고 있다. 이로 인하여, 후단의 고에너지의 이온빔을 빔주사 및 빔평행화시켜 메커니컬하게 주사이동 중인 웨이퍼에 조사하기 위해서는, 사전에 높은 정밀도의 에너지분석과, 중심궤도 보정, 및 빔 수렴 발산의 조정을 실시해 두는 것이 필요하다.
빔편향유닛(16)은, 고에너지 이온빔의 에너지분석, 중심궤도 보정, 에너지 분산의 제어를 행한다. 빔편향유닛(16)은, 적어도 2개의 고정밀도 편향전자석과 적어도 1개의 에너지폭 제한 슬릿과 에너지분석슬릿, 및, 적어도 하나의 가로수렴기기를 구비한다. 복수의 편향전자석은, 고에너지 이온빔의 에너지분석과 이온주입각도의 정밀한 보정, 및, 에너지 분산의 억제를 행하도록 구성되어 있다.
빔편향유닛(16)은, 에너지분석 전자석(24)과, 에너지 분산을 억제하는 가로수렴 4중극 렌즈(26)와, 에너지분석슬릿(28)과, 스티어링(궤도 보정)을 제공하는 스티어링 전자석(30)을 가진다. 에너지분석 전자석(24)은, 빔편향유닛(16)의 복수의 편향전자석 중 최상류측의 1개이다. 스티어링 전자석(30)은, 빔편향유닛(16)의 복수의 편향전자석 중 최하류측의 1개이다. 다만, 에너지분석 전자석(24)은, 에너지 필터 전자석(EFM)이라고 불리는 경우도 있다. 고에너지 이온빔은, 빔편향유닛(16)에 의하여 방향 전환되어, 웨이퍼(40)의 방향을 향한다.
빔편향유닛(16)의 각 편향전자석을 통과 중인 이온에는, 원심력과 로렌트력이 작용하고 있으며, 그들이 균형을 이뤄, 원호 형상의 궤적이 그려진다. 이 균형을 식으로 나타내면 mv=qBr이 된다. m은 이온의 질량, v는 속도, q는 이온 가수, B는 편향전자석의 자속밀도, r은 궤적의 곡률 반경이다. 이 궤적의 곡률 반경(r)이, 편향전자석의 자극 중심의 곡률 반경과 일치한 이온만이, 편향전자석을 통과할 수 있다. 바꾸어 말하면, 이온의 가수가 동일한 경우, 일정한 자장(B)이 걸려 있는 편향전자석을 통과할 수 있는 것은, 특정의 운동량(mv)을 가진 이온뿐이다. EFM은, 에너지분석 전자석으로 불리고 있지만, 실제로는, 이온의 운동량을 분석하는 장치이다. BM이나, 이온생성유닛의 질량분석 전자석도, 모두 운동량 필터이다.
또, 빔편향유닛(16)은, 복수의 자석을 이용함으로써, 이온빔을 180° 편향시킬 수 있다. 이로써, 빔라인이 U자 형상의 고에너지 이온주입장치를 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 빔편향유닛(16)은, 이온원에서 발생한 이온을 가속하여 웨이퍼까지 수송하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과 빔수송라인유닛(18)과의 사이에 있어서, 이온빔의 180°의 편향을 복수의 전자석으로 행하고 있다. 에너지분석 전자석(24) 및 스티어링 전자석(30)은, 각각 편향각도가 90도가 되도록 구성되어 있고, 그 결과, 합계 편향각도가 180도가 되도록 구성되어 있다. 다만, 하나의 자석으로 행하는 편향량은 90°에 한정되지 않고, 이하의 조합이어도 된다.
(1) 편향량이 90°인 자석이 1개＋편향량이 45°인 자석이 2개
(2) 편향량이 60°인 자석이 3개
(3) 편향량이 45°인 자석이 4개
(4) 편향량이 30°인 자석이 6개
(5) 편향량이 60°인 자석이 1개＋편향량이 120°인 자석이 1개
(6) 편향량이 30°인 자석이 1개＋편향량이 150°인 자석이 1개.
에너지분석 전자석(24)에는 높은 자장 정밀도가 필요하므로, 정밀한 자장 측정을 행하는 고정밀도의 자장측정기(86)가, 장착되어 있다. 자장측정기(86)는, MRP(자기공명 프로브)라고도 불리는 NMR(핵자기공명) 프로브와 홀프로브를 적절히 조합한 것으로, MRP는 홀프로브의 교정에, 홀프로브는 자장이 일정한 피드백 제어에 각각 사용된다. 또, 에너지분석 전자석(24)은, 자장의 불균일성이 0.01% 미만이 되도록, 엄격한 정밀도로 제작되어 있다. 스티어링 전자석(30)에도 마찬가지로, 자장측정기(86)가 설치되어 있다. 다만 스티어링 전자석(30)의 자장측정기(86)에는, 홀프로브만 장착되어 있어도 된다. 또한, 에너지분석 전자석(24) 및 스티어링 전자석(30)의 각각에는, 전류 설정 정밀도와 전류 안정도가 1×10－4 이내인 전원과 그 제어기기가 접속되어 있다.
빔수송라인유닛(18)은, 빔편향유닛(16)으로부터 나온 이온빔(B)을 수송하는 것이며, 수렴/발산렌즈군으로 구성되는 빔정형기(32)와, 빔주사기(34)와, 빔평행화기(36)와, 정전식의 최종 에너지 필터(38)(최종 에너지분석슬릿을 포함)를 가진다. 빔수송라인유닛(18)의 길이는, 이온빔생성유닛(12)과 고에너지 다단직선가속유닛(14)과의 길이에 맞추어 설계되어 있다. 빔수송라인유닛(18)은, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과 빔편향유닛(16)에 의하여 연결되어, 전체적으로 U자 형상의 레이아웃을 형성한다.
도 2(a)는, 빔수송라인유닛(18)의 일부의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 빔편향유닛(16)(도 1 참조)에 의하여 필요한 이온종만이 분리되고, 필요한 에너지값의 이온만이 된 빔은, 빔정형기(32)에 의하여 원하는 단면 형상으로 정형된다. 도시되는 바와 같이, 빔정형기(32)는, Q(4중극) 렌즈 등(전장식 혹은 자장식)의 수렴/발산렌즈군에 의하여 구성된다. 정형된 단면 형상을 가지는 빔은, 빔주사기(34)에 의하여 도 2(a)의 지면(紙面)에 평행한 방향으로 주사된다. 예를 들면, 가로수렴(세로발산)렌즈(QF)/가로발산(세로수렴)렌즈(QD)/가로수렴(세로발산)렌즈(QF)로 이루어지는 트리플렛 Q렌즈군으로서 구성된다. 빔정형기(32)는, 필요에 따라, 가로수렴렌즈(QF), 가로발산렌즈(QD)를 각각 단독으로, 혹은 복수 조합하여 구성할 수 있다.
빔주사기(34)는, 주기적으로 변화하는 편향각도로 주사 원점(S)에서 이온빔을 x방향으로 편향함으로써 이온빔을 주사하도록 구성되어 있다. 도 2(b)에 나타나는 바와 같이, 주사 원점(S)은, 빔주사기(34)로의 입사빔궤도(35a)의 연장선과 빔주사기(34)로부터의 출사빔궤도(35b)의 연장선과의 교점이다.
빔주사기(34)는, 주기 변동하는 전장에 의하여, 이온빔의 진행방향과 직교하는 수평 방향으로 이온빔을 주기적으로 왕복 주사시키는 편향 주사장치이다. 도 2(a)에 나타나는 바와 같이, 빔주사기(34)는, 빔 진행방향에 관하여, 이온빔의 통과 영역을 사이에 두도록 하여 대향 배치된 한 쌍(2개)의 주사 전극(34a, 34b)(양극식 편향 주사 전극)을 구비하고, 0.5Hz~4000Hz 범위의 일정한 주파수에서 정부로 변동하는 삼각파에 근사하는 주사 전압이, 2개의 주사 전극(34a, 34b)에 각각 역부호로 인가된다. 이 주사 전압은, 2개의 주사 전극(34a, 34b)의 갭 내에 있어서, 거기를 통과하는 빔을 편향시키는 변동하는 전장을 생성한다. 그리고, 주사 전압의 주기적인 변동에 의하여, 갭을 통과하는 빔이 수평 방향으로 주사된다.
빔주사기(34)의 하류측에는, 이온빔의 통과 영역에 개구를 가지는 서프레션 전극(74)이 2개의 그라운드 전극(78a, 78b)의 사이에 배치되어 있다. 상류측에는, 주사 전극의 전방에 그라운드 전극(76a)을 배치하고 있지만, 필요에 따라 하류측과 동일한 구성의 서프레션 전극을 배치할 수 있다. 서프레션 전극은, 정전극으로의 전자의 침입을 억제한다.
스캔 하우징 내에 있어서, 빔주사기(34)의 하류측에는, 빔주사 공간부(34c)가 긴 구간에 있어서 형성되어, 빔주사 각도가 좁은 경우에도 충분한 주사폭을 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 빔주사 공간부(34c)의 하류에 있는 스캔 하우징의 후방에는, 편향된 이온빔을, 빔주사 편향 전의 이온빔의 방향이 되도록 조정하는, 즉, 빔라인(L1)에 평행이 되도록 다시 펴는 빔평행화기(36)가 설치되어 있다.
빔평행화기(36)에서 발생하는 수차(빔평행화기의 중심부와 좌우 단부의 초점거리의 차)는, 빔주사기(34)의 편향각의 2승에 비례하므로, 빔주사 공간부(34c)를 길게 하여 편향각을 작게 하는 것은, 빔평행화기(36)의 수차를 억제하는 것에 크게 기여한다. 수차가 크면, 반도체 웨이퍼에 이온빔을 주입할 때에, 웨이퍼의 중심부와 좌우 단부에서 빔 사이즈와 빔 발산각이 상이하기 때문에, 제품의 품질에 편차가 발생하는 경우가 있다.
또, 이 빔주사 공간부(34c)의 길이를 조정함으로써, 빔수송라인유닛의 길이를, 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 길이에 맞출 수 있다.
빔평행화기(36)는, 빔주사기(34)로부터 입사하는 이온빔을 평행화하도록 구성되어 있으며, x방향(수평 방향)을 따라 확산되는 빔 통과 영역을 빔평행화기(36)의 하류에 형성한다. 빔평행화기(36)는, 예를 들면, 정전식의 빔평행화기이다.
빔평행화기(36)에는, 전장식의 평행화 렌즈(84)가 배치되어 있다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 평행화 렌즈(84)는, 대략 쌍곡선 형상의 복수의 가속 전극쌍과 감속 전극쌍으로 구성되어 있다. 각 전극쌍은, 방전이 일어나지 않을 정도의 넓이의 가속·감속갭을 통하여 마주보고 있으며, 가속 감속갭에는, 이온빔의 가감속을 일으키는 축방향의 성분과, 기준축으로부터의 거리에 비례하여 강해지고, 이온빔에 가로방향의 수렴 작용을 미치는 가로성분을 겸비하는 전계가 형성된다.
가속갭을 사이에 두는 전극쌍 중 하류측의 전극과, 감속갭의 상류측의 전극, 및, 감속갭의 하류측의 전극과 다음의 가속갭의 상류측의 전극은, 동일 전위가 되도록, 각각 일체의 구조체를 형성하고 있다.
평행화 렌즈(84)의 상류측으로부터 최초의 전극(입사 전극)과 최후의 전극(출사 전극)은, 접지 전위로 유지되어 있다. 이로써, 평행화 렌즈(84) 통과 전후로, 빔의 에너지는 변화하지 않는다.
중간의 전극 구조체에 있어서, 가속갭의 출구측 전극과 감속갭의 입구측 전극에는, 가변식 정전압의 부전원(90)이, 감속갭의 출구측 전극과 가속갭의 입구측 전극에는, 가변식 정전압의 정전원이 접속되어 있다(n단일 때는 부정부정부…). 이로써, 이온빔은 가속·감속을 반복하면서, 빔라인의 기준궤도와 평행한 방향으로 단계적으로 향하여 간다. 그리고, 최종적으로 편향 주사 전의 이온빔 진행방향(빔라인 궤도방향)에 평행한 궤도에 실린다.
도 2(a)에 나타나는 바와 같이, 빔평행화기(36)는, 기준궤도(예를 들면, 도 2(a)에 나타내는 빔라인(L1)) 상에 초점(Fo)을 가진다. 빔평행화기(36)에 입사하는 복수의 빔궤도(37a, 37b, 37c)는 각각 기준궤도에 대하여 상이한 각도를 가진다. 빔평행화기(36)는, 복수의 빔궤도(37a, 37b, 37c)의 각각을 입사각도에 따라 상이한 편향각도로 편향하고, 이로써 복수의 빔궤도(37a, 37b, 37c)가 기준궤도와 평행화되도록, 설계되어 있다. 빔평행화기(36)는, 주어진 이온주입 조건(예를 들면 목표빔에너지를 포함)에 따라 미리 정해진 전기적 입력(예를 들면 전압)을 받아 작동한다.
복수의 빔궤도(37a, 37b, 37c)는, 기준궤도를 포함하는 일 평면 상에 있으며, 이 평면에 있어서 초점(Fo)으로부터 빔평행화기(36)로 각각 상이한 입사각도로 방향지어진다. 본 실시형태에 있어서는 복수의 빔궤도(37a, 37b, 37c)는 빔주사기(34)에 의한 주사의 결과이기 때문에, 이 평면은, 빔주사기(34)의 주사면(xz면)에 상당한다. 이들 빔궤도 중 어느 것(도 2(a)에 있어서는 빔궤도(37b))이 기준궤도에 일치하고 있어도 된다. 도 2(a)에 나타내는 실시형태에 있어서는 기준궤도는 빔평행화기(36)에 있어서 편향되지 않고 빔평행화기(36)를 직진한다.
본 실시형태에 관한 이온주입장치(100)는, 빔평행화기(36)의 초점(Fo)이 빔주사기(34)의 주사 원점(S)에 일치하도록 구성되어 있다. 따라서, 주사 원점(S)에 있어서 빔주사기(34)에 의하여 주사된 빔은, 전장 평행화 렌즈 등을 포함하는 빔평행화기(36)에 의하여 수렴되어, 주사 전의 이온빔 진행방향(빔라인 궤도방향)에 평행한 편향각 0도의 축(기준축)에 대하여 평행이 된다. 이 때, 주사 영역은, 기준축에 관하여 좌우 대칭이 된다.
이와 같이 하여, 빔수송라인유닛(18)은, 고에너지의 이온빔의 빔주사 및 빔평행화를 행한다. 평행화된 이온빔은, 최종 에너지 필터(38)를 통하여 기판처리공급유닛(20)에 공급된다. 평행화된 이온빔은, 메커니컬하게 주사이동 중인 웨이퍼(40)에 고정밀도로 조사되어, 웨이퍼(40)에 이온이 주입된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 빔수송라인유닛(18)의 하류측의 종단에는, 기판처리공급유닛(20)이 설치되어 있고, 주입 처리실 중에, 이온빔(B)의 빔 전류, 위치, 주입각도, 수렴 발산각, 상하 좌우 방향의 이온 분포 등을 계측하는 빔 모니터(102), 이온빔(B)에 의한 웨이퍼(40)의 대전을 방지하는 대전 방지 장치, 웨이퍼(40)를 반입 반출하여 적정한 위치·각도에 설치하는 웨이퍼 반송 기구, 이온주입 중 웨이퍼(40)를 유지하는 ESC(Electro Static Chuck), 주입 중 빔 전류의 변동에 따른 속도로 웨이퍼(40)를 빔주사 방향과 직각 방향으로 작동시키는 웨이퍼 스캔 기구가 수납되어 있다. 기판처리공급유닛(20)은, 웨이퍼(40)의 메카니컬스캔을 제공하도록 구성되어 있다.
빔 모니터(102)는, 피처리물로의 이온빔(B)의 x방향 주입각도를 측정하도록 구성되어 있다. 빔 모니터(102)는, 예를 들면 0.1° 이하의 측정 오차로 빔 각도를 측정하는 고정밀도의 각도 모니터이다. 또, 빔 모니터(102)는, 피처리물로의 이온빔(B)의 x방향 주입위치를 측정하도록 구성되어 있다. 따라서, 빔 모니터(102)는 이온빔의 위치 모니터이기도 하다. 빔 모니터(102)는, 피처리물의 위치 또는 그 근방의 측정 위치에서 이온빔(B)을 사전에 측정하여, 주입 처리 중에는 측정 위치로부터 대피하여 측정을 정지하거나 또는 측정 위치의 근방에서 빔을 모니터한다.
빔 모니터(102)는, 이미 알려진 위치를 가지는 슬릿과, 슬릿의 하류에 배치된 빔 검출기를 구비해도 된다. 빔 검출기는 예를 들면, 일차원 또는 이차원으로 배열된 빔 검출 소자를 가진다. 빔 검출기에 의하여 검출된 빔 수광점과 슬릿과의 상대 위치로부터 이온빔(B)의 진행방향을 취득할 수 있다. 빔 모니터(102)는, 기준궤도에 수직인 면 내에서(예를 들면 빔주사 방향으로) 이동 가능해도 되고, 당해 면 내의 임의의 위치에서 빔 각도를 측정해도 된다.
다만, 빔 모니터(102)는, 빔평행화기(36)와 피처리물과의 사이에 배치되어, 피처리물의 상류에서 이온빔(B)을 측정해도 된다. 혹은, 빔 모니터(102)는, 피처리물의 배후에 배치되어, 피처리물의 하류에서 이온빔(B)을 측정해도 된다.
또, 이온주입장치(100)는, 이온주입장치(100)의 전체 또는 그 일부(예를 들면 빔라인부의 전체 또는 그 일부)를 제어하기 위한 제어부(104)를 구비한다. 제어부(104)는, 빔 모니터(102)의 측정 결과에 근거하여 스티어링 전자석(30)에 있어서의 편향 자장을 보정하도록 구성되어 있다.
이와 같이 하여, 이온주입장치(100)의 빔라인부는, 대향하는 2개의 긴 직선부를 가지는 수평의 U자 형상의 굴곡형 빔라인으로 구성되어 있다. 상류의 긴 직선부는, 이온원(10)에서 생성한 이온빔(B)을 가속하는 복수의 유닛으로 이루어진다. 하류의 긴 직선부는, 상류의 긴 직선부에 대하여 방향 전환된 이온빔(B)을 조정하여 웨이퍼(40)에 주입하는 복수의 유닛으로 이루어진다. 2개의 긴 직선부는 대략 동일한 길이로 구성되어 있다. 2개의 긴 직선부의 사이에, 메인터넌스 작업을 위하여 충분한 넓이의 작업 스페이스(R1)가 형성되어 있다.
이와 같이 각 유닛을 U자 형상으로 배치한 고에너지 이온주입장치는, 설치 면적을 억제하면서 양호한 작업성이 확보되어 있다. 또, 고에너지 이온주입장치에 있어서는, 각 유닛이나 각 장치를 모듈 구성으로 함으로써, 빔라인 기준 위치에 맞추어 착탈, 장착이 가능하게 되어 있다.
또, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과, 빔수송라인유닛(18)이 굴곡하여 배치되기 때문에, 고에너지 이온주입장치의 전체 길이를 억제할 수 있다. 종래 장치에서는 이들이 대략 직선 형상으로 배치되어 있다. 또, 빔편향유닛(16)을 구성하는 복수의 편향전자석의 곡률 반경은, 장치폭을 최소로 하도록 최적화되어 있다. 이로써, 장치의 설치 면적을 최소화함과 함께, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과 빔수송라인유닛(18)과의 사이에 끼워진 작업 스페이스(R1)에 있어서, 고에너지 다단직선가속유닛(14)이나 빔수송라인유닛(18)의 각 장치에 대한 작업이 가능해진다. 또, 메인터넌스 간격이 비교적 짧은 이온원(10)과, 기판의 공급/취출이 필요한 기판처리공급유닛(20)이 인접하여 배치되기 때문에, 작업자의 이동이 적어진다.
이러한 U자 형상의 빔라인 레이아웃에 의하여, 이온주입장치(100)는 적정한 사이즈를 가진다. 그러나, U자 형상 레이아웃은, 이온원(10)으로부터 기판처리공급유닛(20)까지의 빔라인의 전체 길이를 짧게 하는 것은 아니다. 오히려, U자 형상의 편향에 필요한 길이와, 그 후단의 빔수송라인유닛(18)의 길이를 고에너지 다단직선가속유닛(14)에 맞추기 위한 길이가 더해지므로, 전체적으로는 직선 형상의 레이아웃보다 길어진다.
긴 빔라인에서는, 각 기기의 설치 오차가 적층됨으로써, 종단에서의 빔의 위치나 입사각의 설계치로부터의 어긋남이 커진다. 예를 들면, 수렴 4중극 렌즈(예를 들면, 가로수렴 4중극 렌즈(26))의 설치 위치가 가로로 어긋나 있는 경우, 기준궤도를 날아 온 빔은, 렌즈 중심으로부터 벗어난 위치에서 4중극 렌즈에 입사하기 때문에, 수렴 작용을 받아 내측으로(4중극 렌즈가 어긋나 있는 방향으로) 궤도가 굽혀져 버린다. 하나 하나의 기기에서의 궤도의 어긋남은 작아도, 다수의 기기를 통과하여, 긴 거리를 비행하는 동안에, 기준궤도로부터의 각도와 위치의 어긋남은 커진다. 중심궤도 어긋남을 억제하기 위해서는, 먼저 빔라인 기기를 고정밀도로 설치하는 것이 중요하지만, 거기에도 한계가 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 이러한 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 일 실시형태는, 다수의 수렴 요소가 삽입되어 있는 U자 형상의 긴 빔라인에 있어서, 그들 수렴 요소의 설치 오차에 의한 빔 편향 작용을 없애고, 최종적으로 주입각도 오차 ±0.1° 이하의 높은 각도 정밀도로 이온주입을 할 수 있는 고에너지 이온주입장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 일 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치에서는, 이온원(10)에서 생성된 이온빔을 가속하는 복수의 유닛으로 이루어지는 긴 직선부와, 주사 빔을 조정하여 웨이퍼(40)에 주입하는 복수의 유닛으로 이루어지는 긴 직선부를 평행하게 배치함으로써, 수평의 U자 형상의 굴곡형 빔라인이 구성된다. U자 형상의 편향부는 복수의 편향전자석으로 구성된다.
복수의 편향전자석 중 하류측의 적어도 1대가, 수평 방향(주사면 내)의 이온주입각도의 정밀 조정용의 편향전자석으로서 사용된다. 웨이퍼(40) 바로 근처에서 측정된 수평 방향의 빔의 위치와 입사각(주입각)으로부터, 보정 후의 궤도가 빔주사기(34)의 주사 원점을 지나도록(상하 방향의 궤도 위치는 상관없음), 편향전자석의 출력치가 설정된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(40)로의 주입각도 오차가 ±0.1° 이하가 되도록, 편향전자석에 있어서의 편향각도가 보정된다.
도 3을 참조하여, 빔주사기(34)와 그 상류에 배치된 스티어링 전자석(30)을 사용하는 수평 방향의 주입각도 보정의 상세를 이하에 서술한다. 스티어링 전자석(30)은, 90°의 편향과 중심궤도 보정(스티어링 기능)을 동시에 행한다.
스티어링 전자석(30)의 중심(C)에 있어서의 빔 실궤도의 기준궤도에 대한 수평 방향의 위치를 Xs, 기울기를 Xs’라고 표기한다. 즉, 기기의 설치 오차에 기인하여, 빔 실궤도는 스티어링 전자석(30)의 중심(C)에 있어서, 위치오차(Xs) 및 각도오차(Xs’)의 x방향 궤도 오차를 가진다. 이러한 궤도 오차는 예를 들면, 정전 Q렌즈, Q전자석(4중극 전자석), 편향전자석의 면각과 같은 수렴 요소가 빔편향유닛(16)에 삽입되어 있는 경우에 발생할 수 있다.
웨이퍼 위치에서의 x방향 궤도 오차, 즉 주입위치 오차(Xw) 및 주입각도 오차(Xw’)는, 빔 수송행렬을 이용하여 다음의 (1)식과 같이, 스티어링 전자석(30)에 있어서의 x방향 궤도 오차에 관련지어진다.
[수 1]
Figure 112015029573253-pat00001
여기에서,
[수 2]
Figure 112015029573253-pat00002
은, 스티어링 전자석(30)으로부터 빔주사기(34)까지의 x방향의 빔 수송행렬이다. 이것을 이하에서는, "제1 빔 수송행렬"이라고 하는 경우가 있다. 또,
[수 3]
Figure 112015029573253-pat00003
은, 빔주사기(34)로부터 웨이퍼(40)까지의 x방향의 빔 수송행렬이다. 이것을 이하에서는, "제2 빔 수송행렬"이라고 하는 경우가 있다.
빔 수송행렬이란, 빔라인을 구성하는 다양한 기기에서의 이온의 운동을 나타내는 운동 방정식의 해를 행렬 형식으로 표현한 것이다. 빔라인의 소정 구간 내의 기기에 대응하는 빔 수송행렬을 모두 곱함으로써, 그 구간에서의 운동 방정식의 해를 얻을 수 있다.
주입위치 오차(Xw) 및 주입각도 오차(Xw’)는, 빔 모니터(102)에 의하여 측정되는 웨이퍼(40) 상에서의 빔 위치 및 각도로서 얻어진다. 이들 측정치로부터 (1)식을 역산한다. 그러면, 웨이퍼(40) 상에서의 빔 측정 위치 및 측정 각도에 대응하는 스티어링 전자석(30)의 중심(C)에서의 위치오차(Xs) 및 각도오차(Xs’)가 구해진다. (1)식을 역산하려면, (1)식에 왼쪽으로부터 역행렬을 곱하면 된다. 빔 수송행렬의 행렬식은 항상 1인 것에 유의하면, (1)식으로부터 다음의 (2)식이 얻어진다.
[수 4]
Figure 112015029573253-pat00004
이 계산에 의하여, 주입점에서의 x방향 궤도 오차의 측정치(Xw, Xw’)로부터, 보정점에서의 x방향 궤도 오차(Xs, Xs’)가 구해지게 된다.
이들 값을 이용하여, 스티어링 전자석(30)에 있어서의 편향각도의 보정량이 계산된다. 편향의 보정각(Δs)은, 스티어링 전자석(30)의 규정의 편향각도인 90°에 가산된다. 스티어링 전자석(30)에서 보정각(Δs)이 빔 실궤도에 부여됨으로써, 실궤도의 기준궤도에 대한 기울기가 Xs’로부터 (Xs’＋Δs)로 바뀐다.
이 각도 보정의 결과로서, 주사 원점(S)에서 실궤도가 기준궤도와 각도(Xsc’)로 교차했다고 가정한다. 그러면, 주사 원점(S)에 있어서의 실궤도의 x방향 위치 및 각도는, 제1 빔 수송행렬을 이용하여, 보정 후의 스티어링 전자석(30)에 있어서의 x방향 궤도 오차와 다음의 (3)식과 같이 관련지어진다. 여기에서, 주사 원점(S)에 있어서의 실궤도의 x방향 위치는, 실궤도가 기준궤도와 교차하고 있기 때문에, 제로이다.
[수 5]
Figure 112015029573253-pat00005
따라서, 빔 실궤도를 주사 원점(S)에서 기준궤도와 교차시키기 위한, 스티어링 전자석(30)에 있어서의 x방향의 보정각(Δs)은, (3)식의 제1행으로부터, 다음의 (4)식으로 나타나는 바와 같이, 구해진다.
[수 6]
Figure 112015029573253-pat00006
다음으로, 주사 원점(S)에서 실궤도가 기준궤도와 교차할 때 웨이퍼(40) 상에서 x방향의 주입각도 오차가 제로가 되는 것을 설명한다. 이것은, 제2 빔 수송행렬을 구체적으로 고찰함으로써, 이론적으로 증명된다.
제2 빔 수송행렬은, 다음의 3개의 수송행렬, 즉, 빔주사기(34)로부터 빔평행화기(36)까지의 수송행렬, 빔평행화기(36)의 수송행렬, 및 빔평행화기(36)로부터 웨이퍼(40)까지의 수송행렬의 곱으로 나타난다. 빔주사기(34)로부터 빔평행화기(36)까지의 수송행렬은, 주사 원점(S)로부터 평행화 렌즈(84)의 중심(D)까지의 거리를 F로 하면,
[수 7]
Figure 112015029573253-pat00007
이다. 평행화 렌즈(84)는 상기 서술한 바와 같이, 이 거리(F)를 초점거리로 하는 렌즈이며, 따라서, 주사 원점(S)을 통과하는 모든 궤도를 기준궤도와 평행으로 한다. 평행화 렌즈(84)의 수송행렬은,
[수 8]
Figure 112015029573253-pat00008
이다. 최종 에너지 필터(38)는, y방향으로 궤도를 편향하기 때문에, x방향에는 영향을 주지 않는다. 따라서, 평행화 렌즈(84)의 중심(D)으로부터 웨이퍼(40)까지의 거리를 L2로 하면, 이 구간의 수평면 내 수송행렬은,
[수 9]
Figure 112015029573253-pat00009
이다. 따라서, 제2 빔 수송행렬은, 다음의 (5)식으로 나타난다.
[수 10]
Figure 112015029573253-pat00010
(3)식 및 (4)식으로 부여되는 보정각(Δs)의 스티어링에 의하여 보정된 빔 실궤도가, 웨이퍼(40) 상에서 주입위치 오차(Xw2) 및 주입각도 오차(Xw2’)를 가진다고 가정한다. 이 때, 보정각(Δs)의 스티어링에 의하여 빔 실궤도는 주사 원점(S)에서 기준궤도를 각도(Xsc’)로 횡단하기 때문에, 주입위치 오차(Xw2) 및 주입각도 오차(Xw2’)는, (5)식의 제2 빔 수송행렬을 이용하여, 다음의 (6)식에 의하여 계산된다.
[수 11]
Figure 112015029573253-pat00011
(6)식의 제2행으로부터, 주입각도 오차(Xw2’)는, 제로이다. 이것은, 빔 실궤도가 주사 원점(S)을 통과하도록 스티어링 전자석(30)에 있어서의 편향각도를 보정함으로써, 주입각도 오차가 없어지는 것을 나타내고 있다.
(5)식으로부터, 제2 빔 수송행렬에 있어서, B2=F, D2=0이다. 따라서, 보정각(Δs)을 부여하는 (4)식은, 다음의 (7)식과 같이 단순화된다.
[수 12]
Figure 112015029573253-pat00012
또한, 스티어링 전자석(30)으로부터 빔주사기(34)까지의 구간에 다른 빔라인 구성요소가 아무것도 없고, 그 구간의 거리가 L1인 경우에는, B1=L1이기 때문에, (7)식은, 다음의 (8)식이 된다.
[수 13]
Figure 112015029573253-pat00013
(8)식에 의하여 보정각(Δs)의 기준이 부여된다. (8)식에 있어서 보정각(Δs)은, 웨이퍼 위치에서 측정된 미보정의 주입각도 오차(Xw’)와 상수(－F/L1)와의 곱이다. 이 상수는, 빔주사기(34)로부터 빔평행화기(36)까지의 거리(F)와, 스티어링 전자석(30)으로부터 빔주사기(34)까지의 거리(L1)와의 비를 나타낸다.
도 4(a) 및 도 4(b)는, (8)식을 이용하는 스티어링 전자석(30)에 의한 주입각도 보정을 나타내는 모식도이다. 도 4(a)는 미보정 상태를 나타내고, 도 4(b)는 보정된 상태를 나타낸다. 도 4(c)는, 스티어링 전자석(30)에 있어서의 빔궤도를 예시하는 모식도이다. 또, 도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 주입각도 보정방법을 나타내는 플로차트이다.
도 4(a)에 나타나는 바와 같이, 스티어링 전자석(30)에 있어서 빔 실궤도(106)가 기준궤도(108)로부터 x방향으로 벗어나 있어, 그 결과, 빔 실궤도(106)가 주사 원점(S)으로부터 x방향으로 벗어나 있는 경우에는, 빔평행화기(36)에 의하여 평행화된 이온빔(110)은 주입각도 오차(Xw’)를 가진다.
도 5에 나타나는 주입각도 보정방법에 있어서는, 주입각도 오차(Xw’)가 빔 모니터(102)에 의하여 웨이퍼 위치에서 측정된다(S10). 제어부(104)는, 측정된 주입각도 오차(Xw’)가 규격 내에 있는지 아닌지를 판정한다(S12). 예를 들면, 제어부(104)는, 측정된 주입각도 오차(Xw’)가 미리 정해진 허용 범위 내에 있는지 아닌지를 판정한다. 측정된 주입각도 오차(Xw’)가 규격 내에 있다고 판정되는 경우에는(S12의 Y), 주입각도 보정은 필요하지 않게 된다. 그 경우, 제어부(104)는, 주입각도 오차(Xw’)의 측정을 정기적으로 반복한다.
측정된 주입각도 오차(Xw’)가 규격 외라고 판정되는 경우에는(S12의 N), 제어부(104)는, 스티어링 전자석(30)의 자장을 보정한다(S14). 제어부(104)는, 측정된 주입각도 오차(Xw’)에 대응하는 보정각(Δs)이 스티어링 전자석(30)의 편향각도에 부가되도록, 스티어링 전자석(30)을 제어한다.
이 경우, 보정 후의 주입각도 오차(Xw2’)가 측정되고(S10), 제어부(104)는 재차, 측정된 주입각도 오차(Xw2’)가 규격 내에 있는지 아닌지를 판정한다(S12). 측정된 주입각도 오차(Xw2’)가 규격 내에 있다고 판정되는 경우에는(S12의 Y), 추가적인 보정은 행해지지 않는다. 통상은 1회의 보정에 의하여, 주입각도 오차(Xw2’)가 규격 내에 들어간다. 그러나, 측정된 주입각도 오차(Xw2’)가 규격 외라고 판정되는 경우에는(S12의 N), 스티어링 전자석(30)에 있어서의 편향각도가 다시 보정된다(S14). 이후, 동일한 처리가 반복된다.
도 4(b)에 나타나는 바와 같이, 스티어링 전자석(30)에 있어서 보정각(Δs)을 부여함으로써, 빔 실궤도(106)는 주사 원점(S)에서 기준궤도(108)와 교차한다. 상기 서술한 바와 같이 주사 원점(S)을 통과하는 빔궤도는 빔평행화기(36)에 의하여 기준궤도(108)와 평행화된다. 따라서, 빔평행화기(36)에 의하여 평행화된 이온빔(110)은 주입각도 오차를 가지지 않는다.
이와 같이 하여, 빔 실궤도가 주사 원점(S)으로부터 벗어나 있을 때 웨이퍼로의 주입각도가 측정되어, 주입각도 오차를 상쇄하도록 빔편향기에 있어서의 보정량이 결정된다. 본 실시형태에 관한 주입각도 보정방법은, 이온주입의 준비 단계에서 행해져도 되고, 이온주입 중에 정기적으로 행해져도 된다.
바람직하게는, 빔주사기(34)는, 빔 실궤도와 기준궤도와의 교차각(Xsc’)에 상당하는 편향각도로 빔 실궤도를 편향하도록 구성되어 있어도 된다. 이로써, 이하에 설명하는 바와 같이, 주입각도 오차(Xw2’)뿐만 아니라, 주입위치 오차(Xw2)도 제로로 할 수 있다.
(6)식의 제1행으로부터, Xw2=FXsc’이다. 주입위치 오차(Xw2)는, 빔주사기(34)에서의 실궤도와 기준궤도와의 교차각(Xsc’)에 비례한다. 이 교차각(Xsc’)은, 실궤도가 빔주사기(34)로 편향되지 않고 직선적일 때(즉, 주사 전극(34a, 34b) 사이의 주사 전압이 제로일 때)의 빔주사기(34)의 출구에 있어서의 기준궤도에 대한 실궤도의 각도에 상당한다. 따라서, 교차각(Xsc’)을 상쇄하도록 주사 전압에 직류성분을 부가함으로써(이른바 오프셋 전압을 주사 전압에 가함으로써), 주입위치 오차(Xw2)를 제로로 할 수 있다. 오프셋 전압은, 빔주사기(34)의 주사 전극(34a, 34b) 사이에서 이온빔에 -Xsc’(=－Xw2/F)의 편향각도를 부여하도록 설정된다.
다만, 여기까지의 주입각도 보정의 설명에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위하여, 빔 수송행렬을 단순화하고 있다. 실제로는 예를 들면, 스티어링 전자석(30)과 빔주사기(34)와의 사이에 빔정형기(32)가 존재하지만, 상기의 검토에서는 이것을 고려하고 있지 않다. 또, 여기에서는 박육근사(薄肉近似)로 불리는 수법을 이용했지만, 실제의 빔 수송행렬의 계산은, 더욱 복잡하다.
또, 도 4(a) 및 도 4(b)에 있어서는, 스티어링 전자석(30)에 있어서의 이온빔의 편향의 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 4(a)에 있어서는, 스티어링 전자석(30)으로의 입사측과 출사측에서 궤도 오차가 동일하도록 단순화하고 있지만, 일반적으로는 그렇지 않다. 예를 들면, 도 4(c)에 예시되는 바와 같이, 스티어링 전자석(30)으로의 입사측에 있어서의 기준궤도(108)에 대한 실궤도(106)의 어긋남은, 스티어링 전자석(30)으로부터의 출사측에 있어서의 기준궤도(108)에 대한 실궤도(106)의 어긋남과는 상이하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 이온주입장치(100)의 빔라인부는, 빔라인 상류부분과, 빔라인 상류부분의 하류에 배치되어 있는 빔라인 중간 부분과, 빔라인 중간 부분의 하류에 배치되어 있는 빔라인 하류부분을 구비한다. 빔라인 상류부분은, 이온빔을 생성하는 이온빔생성유닛(12)과, 이온빔을 가속하는 고에너지 다단직선가속유닛(14)을 구비한다. 빔라인 중간 부분은 빔편향유닛(16)을 구비하고, 빔편향유닛(16)은 복수의 편향전자석을 구비한다. 복수의 편향전자석은, 적어도 1개의 에너지분석 전자석(24)과, 그 하류에 배치되어 있는 적어도 1개의 스티어링 전자석(30)을 구비한다. 빔라인 하류부분은, 빔주사기(34)와, 빔주사기(34)의 하류에 배치되어 있는 빔평행화기(36)를 구비한다.
이온주입장치(100)의 빔라인부는, 이온빔을 x방향으로 편향 가능하도록 구성되어 있는 빔편향기를 구비한다. 빔편향기는, 예를 들면, 빔편향유닛(16)의 적어도 1개의 스티어링 전자석(30)이다. 혹은, 빔편향기는, 스티어링 전자석(30)과는 상이한 빔편향유닛(16)의 편향전자석이어도 된다. 예를 들면, 빔편향기는, 스티어링 전자석(30)의 상류 또는 하류에 배치되어 있는 편향전자석이어도 된다. 혹은, 빔편향기는, 빔수송라인유닛(18)에 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 빔편향기는, 빔정형기(32)와 빔주사기(34)와의 사이에 배치되어 있어도 된다.
빔주사기(34)는, 빔편향기의 하류에 배치되어 있다. 빔주사기(34)는, 기준궤도 상에 주사 원점(S)을 가지고, 주사 원점(S)에 있어서 x방향으로 이온빔을 주사하도록 구성되어 있다. 따라서 x방향은 빔주사기(34)의 주사방향이다. 빔평행화기(36)는, 이온빔을 z방향으로 평행화하도록 구성되어 있는 평행화 렌즈(84)를 구비한다. 평행화 렌즈(84)의 초점(Fo)은, 주사 원점(S)에 실질적으로 일치한다.
빔편향기는, 빔주사기(34)에 있어서의 기준궤도에 대한 빔 실궤도의 x방향에 대한 위치오차 및 각도오차가, 빔편향기에 있어서의 기준궤도에 대한 빔 실궤도의 x방향에 대한 위치오차 및 각도오차에 관련지어지도록 빔주사기(34)의 상류에 배치되어 있다. 구체적으로는 예를 들면, 빔편향기에 있어서의 x방향 위치오차 및 x방향 각도오차는, 빔 수송행렬을 이용하여, 빔주사기(34)에 있어서의 x방향 위치오차 및 x방향 각도오차에 관련지어진다.
또, 빔라인부는, 피처리물에 있어서의 기준궤도에 대한 빔 실궤도의 x방향에 대한 위치오차 및 각도오차가, 빔주사기(34)에 있어서의 기준궤도에 대한 빔 실궤도의 x방향에 대한 위치오차 및 각도오차에 관련지어지도록 구성되어 있다. 구체적으로는 예를 들면, x방향의 주입위치 오차 및 주입각도 오차는, 빔 수송행렬을 이용하여, 빔주사기(34)에 있어서의 x방향 위치오차 및 x방향 각도오차에 관련지어진다.
제어부(104)는, 빔주사기(34)에 있어서의 빔 실궤도의 원하는 x방향 각도오차(및/또는 x방향 위치오차)를 발생시키도록, 빔편향기에 있어서의 x방향에 대한 편향각도를 보정한다. 빔주사기(34)에 있어서의 원하는 x방향 각도오차(및/또는 x방향 위치오차)는, 피처리물로의 원하는 x방향 주입각도 및/또는 x방향 주입위치에 관련지어져 있다. 이와 같이 하여, x방향의 이온주입각도의 정밀 조정을 행할 수 있다.
예를 들면, 제어부(104)는, 주사면에 있어서 빔 실궤도가 주사 원점(S)에서 기준궤도와 교차하도록, 빔편향기에 있어서의 x방향의 편향각도를 보정하도록 구성되어 있다. 상기 서술한 바와 같이, 빔 실궤도가 주사 원점(S)에서 기준궤도와 교차할 때, 피처리물로의 x방향의 주입각도 오차를 실질적으로 제로로 할 수 있다. 빔편향기로서 스티어링 전자석(30)이 이용되는 경우, x방향의 90°의 빔 편향과 동시에, x방향의 정밀한 빔 각도 조정이 행해진다.
제어부(104)는, 예를 들면 빔 모니터(102)에 의하여 측정된 x방향 주입각도에 근거하여, 빔 실궤도가 주사 원점(S)에서 기준궤도와 교차하도록 스티어링 전자석(30)에 있어서의 자장을 보정해도 된다. x방향 주입각도의 측정치로부터 x방향 주입각도 오차가 얻어진다. 주사 원점(S)에서의 실궤도와 기준궤도와의 교차에 의하여, 주입각도 오차를 상쇄하도록 스티어링 전자석(30)에 있어서의 자장이 보정된다. 이와 같이 하여, 바람직하게는 1회의 자장 보정에 의하여 주입각도 오차를 제로로 할 수 있다.
스티어링 전자석(30)에 있어서의 자장을 측정하는 자장측정기(86)는, 이온빔의 실궤도가 주사 원점(S)에서 기준궤도와 교차하도록 스티어링 전자석에 있어서의 자장이 보정된 상태로, 교정되어도 된다.
빔편향유닛(16)이 2개의 90° 편향전자석으로 이루어지고, 상류측이 에너지분석 전자석(24), 하류측이 스티어링 전자석(30)인 경우, 에너지분석 전자석(24)을 통과한 이온의 질량과 에너지는 이미 알려져 있다. 이 때, 스티어링 전자석(30)의 평균 자장(자속밀도) B[T]와 이온의 에너지 E[keV] 및 질량 m[amu]와의 사이에는 이하의 관계식이 성립된다. 여기에서, n은 이온의 전가수, r[m]은 편향전자석의 곡률 반경이다.
[수 14]
Figure 112015029573253-pat00014
한편, 지금까지 설명해 온 순서로 이온빔의 주입각도를 대략 0°로 했을 때의 스티어링 전자석(30)의 자장 측정치(독출치)가 Bm이었다고 하면, 이 측정치에 계수 B/Bm를 곱함으로써 자장 측정치의 교정을 행할 수 있다. 이러한 교정을 장치의 설치 시에 한 번 행해 두면, 그 후에는, 단순히 자장 측정치를 (9)식으로 나타나는 값으로 조정함으로써, 항상 높은 주입각도 정밀도를 얻을 수 있다.
빔편향기에 있어서의 x방향의 편향각도의 보정범위는 예를 들면, 빔편향기에 있어서의 설계상의 편향각도의 많아도 1% 이내 또는 0.5% 이내이다. 즉, 이온빔을 설계상 α° 편향하도록 구성되어 있는 빔편향기가, (1±0.01)α°의 범위 또는 (1±0.005)α°의 범위로부터 선택되는 편향각도로 이온빔을 편향하도록 보정된다. 이러한 의미에서, 빔편향기는, 이온빔을 약 α° 편향하도록 구성되어 있다.
예를 들면, 빔편향유닛(16)의 복수의 편향전자석은, 고에너지 다단직선가속유닛(14)에 의하여 가속된 이온빔을 약 180° 편향하도록 구성되어 있다. 또, 빔편향유닛(16)의 복수의 편향전자석은, 1개의 에너지분석 전자석(24)과 1개의 스티어링 전자석(30)이며, 에너지분석 전자석(24) 및 스티어링 전자석(30)은 각각 이온빔을 약 90° 편향하도록 구성되어 있다.
스티어링 전자석(30)은, 이온빔(B)을 x방향으로 90° 편향함과 함께, 이온빔(B)의 x방향 주입각도를 정밀하게 조정한다. 이 정밀 조정을 위하여 설정되는 편향각도 보정량은, 스티어링 전자석(30)의 편향각도 90°의 예를 들면 1% 미만 또는 0.5% 미만의 크기이다. 스티어링 전자석(30)에 있어서의 보정된 편향각도는, 규정의 편향각도 90°와 보정량과의 합으로 부여되어, 약 90°가 된다.
빔편향유닛(16)이 2개의 90° 편향전자석으로 이루어지고, 상류측이 에너지분석 전자석(24), 하류측이 스티어링 전자석(30)인 경우, 스티어링 전자석(30)은, 1×10－4(=0.05/90×0.20) 정도의 설정 정밀도와 안정도를 가지는 전원과 그 제어기기가 접속되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 스티어링 전자석(30)은, 1×10－4 이내의 자장 설정 정밀도 및 자장 안정도를 가지는 전원부를 구비해도 된다. 이와 같이 하면, 사양상 최저 에너지를 가지는 가벼운 이온이 최대 자장의 20% 정도로 90°의 편향이 가능한 경우, 0.05°의 정밀도로 보정각(Δs)을 설정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 빔라인을 굴곡하기 위한 복수의 편향전자석의 1개인 스티어링 전자석(30)과, 빔주사기(34)와, 각도 모니터로서의 빔 모니터(102)가 이온주입장치(100)에 설치되어 있고, 빔 실궤도가 주사 원점(S)을 통과하도록 스티어링 전자석(30)의 자장이 보정된다. 이와 같이 하여, 주입각도 오차를 없애, 높은 주입각도 정밀도를 보증할 수 있다. 예를 들면, 설치 오차를 가지고 설치될 수 있는 다수의 기기로 구성되는 빔 수송 거리가 긴 빔라인에 있어서, 주입각도 오차를 0.1° 미만으로 억제할 수 있다. 높은 각도 정밀도를 가지는 정전식의 빔주사기(34) 및 정전식의 최종 에너지 필터(38)를 유효하게 활용할 수 있다.
다만, 여기에서는 수평 방향(주사면 내)의 보정에 대해서만 설명했지만, 이온주입장치(100)는, 이것과 직교하는 방향에 대해서도, 주입각도의 측정과, 그에 맞추어 웨이퍼의 틸트각을 미조정하는 기계 시스템에 의하여, 역시 오차 0.1° 미만의 이온주입이 가능하게 되어 있다.
일 실시형태에 있어서는, 스티어링 전자석(30)은, 궤도 편향용의 주코일과, 편향각도 보정용의 부코일을 구비해도 된다. 주코일은 주코일 전원을 구비한다. 주코일은 90°의 편향을 행하기 위하여 설치되어 있다. 부코일은, 주코일 전원으로부터 독립하여 제어 가능한 부코일 전원을 구비한다. 부코일의 감김수는 주코일에 비해 적다. 제어부(104)는, 이온빔의 실궤도가 주사 원점(S)에서 기준궤도와 교차하도록, 부코일을 제어해도 된다.
상술한 실시형태와 같이 90° 편향의 전자석을 사용하여 미소 자장을 제어하는 경우에는, 높은 분해능을 가지는 전자석 전원을 설치하는 것이 요망된다. 이에 대하여, 부코일(일반적으로는 트림코일이라고도 함)을 사용하여 그 감김수를 주코일과 비교하여 적게 하고, 그것을 별도의 전원으로 여자하면, 전원의 분해능을 올릴 필요가 없다. 이 경우, 부코일 전원(스티어링 전원)의 설정 정밀도와 안정도는 1×10－2 정도이면 된다.
상술한 실시형태에서는 빔편향유닛(16)의 하류측의 편향전자석이 스티어링 전자석(30)을 겸하고 있지만, 일 실시형태에 있어서는, 빔편향유닛(16)의 마지막 편향전자석의 하류에, 단독으로 스티어링 전자석을 설치해도 된다. 이 경우에도, 스티어링 전자석의 전원 정밀도는 1×10－2 정도이면 된다.
상술한 실시형태에서는 고에너지 이온주입장치에 적합한 이온주입장치(100)를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은, 빔편향기, 빔주사기, 및 빔평행화기를 가지는 다른 이온주입장치에도 적용할 수 있다. 일 실시형태에 있어서는, 예를 들면, 도 6에 나타나는 바와 같이, 고에너지 다단직선가속유닛(14)을 가지지 않는 이온주입장치(200)에 있어서, x방향의 이온주입각도의 정밀 조정이 행해져도 된다.
도 6은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(200)의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 이온주입장치(200)는, 도시되는 바와 같이 복수의 빔라인 구성요소를 구비한다. 이온주입장치(200)의 빔라인 상류부분은, 상류측으로부터 순서대로, 이온원(201), 질량분석장치(202), 빔덤프(203), 리졸빙 애퍼추어(204), 및, 전류억제기구(205)를 구비한다. 이온원(201)과 질량분석장치(202)와의 사이에는, 이온원(201)으로부터 이온을 인출하기 위한 인출전극(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 전류억제기구(205)는, 일례로서 CVA(Continuously Variable Aperture)를 구비한다. CVA는, 구동 기구에 의하여 개구 사이즈를 조정할 수 있는 애퍼추어이다.
이온주입장치(200)의 빔라인 하류부분은, 상류측으로부터 순서대로, 제1 XY수렴 렌즈(206), 제2 XY수렴 렌즈(208), 빔주사기(209), Y수렴 렌즈(210), 빔평행화기(211), AD(Accel/Decel) 칼럼(212), 및 에너지 필터(213)를 구비한다. 빔라인 하류부분의 최하류부에 웨이퍼(214)가 배치되어 있다. 이온원(201)으로부터 빔평행화기(211)까지의 빔라인 구성요소는, 터미널(216)에 수용되어 있다. 다만, 예를 들면 제1 XY수렴 렌즈(206)와 제2 XY수렴 렌즈(208)의 사이에, 이온빔의 경로에 대하여 출입 가능한 빔전류계측기(도시하지 않음)가 설치되어 있어도 된다.
제1 XY수렴 렌즈(206), 제2 XY수렴 렌즈(208), 및, Y수렴 렌즈(210)는, 종횡 방향의 빔 형상(XY면 내의 빔 단면)을 조정하기 위한 빔정형기를 구성한다. 이와 같이, 빔정형기는, 질량분석장치(202)와 빔평행화기(211)와의 사이에서 빔라인을 따라 배치되어 있는 복수의 렌즈를 구비한다. 빔정형기는, 이들 렌즈의 수렴/발산 효과에 의하여, 광범위한 에너지·빔 전류의 조건으로 하류까지 적절히 이온빔을 수송할 수 있다.
제1 XY수렴 렌즈(206)는 예를 들면 Q렌즈이고, 제2 XY수렴 렌즈(208)는 예를 들면 XY방향 아인젤렌즈이며, Y수렴 렌즈(210)는 예를 들면 Y방향 아인젤렌즈 또는 Q렌즈이다. 제1 XY수렴 렌즈(206), 제2 XY수렴 렌즈(208), 및 Y수렴 렌즈(210)는, 각각 단일 렌즈여도 되고, 렌즈군이어도 된다. 이와 같이 하여, 빔 정형 장치는, 빔 퍼텐셜이 커 빔의 자기 발산이 문제가 되는 저에너지/고빔 전류의 조건부터, 빔 퍼텐셜이 작아 빔의 단면 형상 제어가 문제가 되는 고에너지/저빔 전류의 조건까지, 이온빔을 적절히 제어할 수 있도록 설계되어 있다.
에너지 필터(213)는 예를 들면, 편향전극, 편향전자석, 또는 그 양방을 구비하는 AEF(Angular Energy Filter)이다.
이온원(201)에서 생성된 이온은, 인출 전장(도시하지 않음)에 의하여 가속된다. 가속된 이온은, 질량분석장치(202)에서 편향된다. 이렇게 하여, 소정의 에너지와 질량 전하비를 가지는 이온만이 리졸빙 애퍼추어(204)를 통과한다. 이어서, 이온은, 전류억제기구(CVA)(205), 제1 XY수렴 렌즈(206), 및 제2 XY수렴 렌즈(208)를 경유하여, 빔주사기(209)로 유도된다.
빔주사기(209)는, 주기적인 전장 또는 자장(또는 그 양방)을 인가함으로써 이온빔을 가로방향(세로방향 또는 경사방향이어도 된다)에 왕복 주사한다. 빔주사기(209)에 의하여, 이온빔은 웨이퍼(214) 상에서 가로방향으로 균일한 주입을 할 수 있도록 조정된다. 빔주사기(209)로 주사된 이온빔(215)은, 전장 또는 자장(또는 그 양방)의 인가를 이용하는 빔평행화기(211)로 진행방향을 정렬할 수 있다. 그 후, 이온빔(215)은, 전장을 인가함으로써 AD칼럼(212)으로 소정의 에너지까지 가속 또는 감속된다. AD칼럼(212)을 나온 이온빔(215)은 최종적인 주입 에너지에 이르고 있다(저에너지 모드에서는, 주입 에너지보다 높은 에너지로 조정하여, 에너지 필터 내에서 감속시키면서 편향시키는 것도 행해진다.). AD칼럼(212)의 하류의 에너지 필터(213)는, 편향전극 또는 편향전자석에 의한 전장 또는 자장(또는 그 양방)의 인가에 의하여 이온빔(215)을 웨이퍼(214)쪽으로 편향한다. 이로써, 목적으로 하는 에너지 이외의 에너지를 가지는 오염 성분이 배제된다. 이렇게 하여 정화된 이온빔(215)이 웨이퍼(214)에 주입된다.
이와 같이 하여, 이온주입장치(200)의 빔라인 상류부분은, 이온원(201) 및 질량분석장치(202)를 구비하고, 이온주입장치(200)의 빔라인 하류부분은, 빔주사기(209)의 상류에 배치되어 이온빔의 수렴 또는 발산을 조정하는 빔정형기와, 빔주사기(209)와, 빔평행화기(211)를 구비한다. 빔정형기는, 제1 XY수렴 렌즈(206)여도 된다.
웨이퍼(214)의 근방에는, 빔 모니터(217)가 설치되어 있다. 빔 모니터(217)는, 빔평행화기(211)의 하류에 배치되어, 웨이퍼(214)로의 x방향 주입각도를 측정한다. 빔 모니터(217)는, 도 1을 참조하여 설명한 빔 모니터(102)와 동일하게 구성되어 있다.
또, 이온주입장치(200)는, 이온주입장치(200)의 전체 또는 그 일부(예를 들면 빔라인부의 전체 또는 그 일부)를 제어하기 위한 제어부(218)를 구비한다. 제어부(218)는, 빔 모니터(217)의 측정 결과에 근거하여 빔편향기를 제어하도록 구성되어 있다. 빔편향기는, 빔정형기에 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 빔정형기는 이른바 스티어링 기능을 제공하도록 구성되어 있다.
빔정형기는, 적어도 1개의 4중극 렌즈를 구비하고, 4중극 렌즈는, x방향으로 대향하는 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극 각각에 상이한 전위를 부여하는 전원부를 구비한다. 제어부(218)는, 빔 모니터(217)에 의하여 측정된 x방향 주입각도에 근거하여, 이온빔(215)의 실궤도가 주사 원점에서 기준궤도와 교차하도록, 빔정형기의 한 쌍의 전극 간의 전위차를 보정한다. 이와 같이 하여, x방향의 이온주입각도의 정밀 조정을 행할 수 있다.
이온주입장치(200)에 있어서는 빔편향기가 빔정형기의 일부를 구성하지만, 일 실시형태에 있어서는, 빔편향기가 빔정형기와는 별도로 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 빔편향기는, 질량분석장치와 빔주사기와의 사이(예를 들면, 질량분석장치와 빔정형기와의 사이, 또는, 빔정형기와 빔주사기와의 사이)에 배치되어 있어도 된다.
이상, 본 발명을 실시형태에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 다양한 설계 변경이 가능하고, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.
12 이온빔생성유닛
14 고에너지 다단직선가속유닛
16 빔편향유닛
18 빔수송라인유닛
20 기판처리공급유닛
22 질량분석장치
24 에너지분석 전자석
26 가로수렴 4중극 렌즈
30 스티어링 전자석
32 빔정형기
34 빔주사기
36 빔평행화기
37a, 37b 빔궤도
38 최종 에너지 필터
40 웨이퍼
84 평행화 렌즈
86 자장측정기
100 이온주입장치
102 빔 모니터
104 제어부
200 이온주입장치

Claims (16)

  1. 빔편향기와, 상기 빔편향기의 하류에 배치되어 있는 빔주사기와, 상기 빔주사기의 하류에 배치되어 있는 빔평행화기를 구비하는 빔라인부와,
    상기 빔라인부의 적어도 상기 빔편향기를 제어하도록 구성되어 있는 제어부를 구비하고,
    상기 빔라인부는 이온빔의 기준궤도를 포함하며, z방향은 상기 기준궤도를 따르는 방향을 나타내고, x방향은 z방향에 직교하는 일방향을 나타내며,
    상기 빔편향기는, 상기 이온빔을 x방향으로 편향 가능하도록 구성되고,
    상기 빔주사기는, 상기 이온빔을 x방향으로 왕복적으로 편향함으로써 상기 이온빔을 주사하도록 구성되며,
    상기 빔평행화기는, 주사된 이온빔을 z방향으로 평행화하도록 구성되어 있는 평행화 렌즈를 구비하고, 상기 평행화 렌즈는, 상기 빔주사기의 주사 원점에 초점을 가지며,
    상기 제어부는, 상기 빔편향기에 의하여 편향된 이온빔의 실궤도가 xz면에 있어서 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록, 상기 빔편향기에 있어서의 x방향의 편향각도를 보정하고,
    상기 빔편향기의 x방향 편향각도 보정량(ΔS)은 상기 빔주사기에서 상기 빔평행화기까지의 거리를 F, 상기 빔편향기에서 상기 빔주사기까지의 거리를 L1, 상기 빔평행화기에 의해 평행화된 이온빔의 미보정 주입각도 오차를 Xw'로 나타낼 때,
    Figure 112020143354994-pat00021

    에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔라인부는, 빔라인 상류부분과, 상기 빔라인 상류부분의 하류에 배치되어 있는 빔라인 중간 부분과, 상기 빔라인 중간 부분의 하류에 배치되어 있는 빔라인 하류부분을 구비하고,
    상기 빔라인 상류부분은, 상기 이온빔을 생성하는 이온빔생성유닛과, 상기 이온빔을 가속하는 고에너지 다단직선가속유닛을 구비하며,
    상기 빔라인 중간 부분은, 복수의 편향전자석을 구비하고, 상기 복수의 편향전자석은, 적어도 1개의 에너지분석 전자석과, 상기 적어도 1개의 에너지분석 전자석의 하류에 배치되어 있는 적어도 1개의 스티어링 전자석을 구비하며,
    상기 빔라인 하류부분은, 상기 빔주사기와, 상기 빔평행화기를 구비하고,
    상기 빔편향기는, 상기 적어도 1개의 스티어링 전자석인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 빔평행화기의 하류에 배치되어, 피처리물로의 x방향 주입각도를 측정하는 빔 모니터를 더욱 구비하고,
    상기 제어부는, 측정된 x방향 주입각도에 근거하여, 상기 이온빔의 실궤도가 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록, 상기 스티어링 전자석에 있어서의 자장을 보정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 1개의 스티어링 전자석은, 1×10－4 이내의 자장 설정 정밀도 및 자장 안정도를 가지는 전원부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 1개의 스티어링 전자석은, 주코일 전원을 구비하는 궤도 편향용의 주코일과, 부코일 전원을 구비하는 편향각도 보정용의 부코일을 구비하고, 부코일 전원은 주코일 전원으로부터 독립하여 제어 가능하며,
    상기 제어부는, 상기 이온빔의 실궤도가 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록, 상기 부코일을 제어하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 편향전자석은, 상기 고에너지 다단직선가속유닛에 의하여 가속된 상기 이온빔을 180° 편향하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  7. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 편향전자석은, 1개의 에너지분석 전자석과 1개의 스티어링 전자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 에너지분석 전자석 및 상기 스티어링 전자석은 각각 이온빔을 90° 편향하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  9. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 스티어링 전자석에 있어서의 자장을 측정하는 자장측정기를 더욱 구비하고,
    상기 자장측정기는, 상기 이온빔의 실궤도가 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록 상기 스티어링 전자석에 있어서의 자장이 보정된 상태로, 교정되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔라인부는, 빔라인 상류부분과, 상기 빔라인 상류부분의 하류에 배치되어 있는 빔라인 하류부분을 구비하고,
    상기 빔라인 상류부분은, 이온원 및 질량분석장치를 구비하며,
    상기 빔라인 하류부분은, 상기 빔주사기의 상류에 배치되어 상기 이온빔의 수렴 또는 발산을 조정하는 빔정형기와, 상기 빔주사기와, 상기 빔평행화기를 구비하고,
    상기 빔정형기는, 상기 빔편향기를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 빔정형기는, 적어도 1개의 4중극 렌즈를 구비하고, 상기 4중극 렌즈는, x방향으로 대향하는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극 각각에 상이한 전위를 부여하는 전원부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 빔평행화기의 하류에 배치되어, 피처리물로의 x방향 주입각도를 측정하는 빔 모니터를 더욱 구비하고,
    상기 제어부는, 측정된 x방향 주입각도에 근거하여, 상기 이온빔의 실궤도가 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록, 상기 한 쌍의 전극간의 전위차를 보정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  13. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔라인부는, 빔라인 상류부분과, 상기 빔라인 상류부분의 하류에 배치되어 있는 빔라인 하류부분을 구비하고,
    상기 빔라인 상류부분은, 이온원 및 질량분석장치를 구비하며,
    상기 빔라인 하류부분은, 상기 빔편향기와, 상기 빔주사기와, 상기 빔평행화기를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  14. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔편향기에 있어서의 x방향의 편향각도의 보정량은, 피처리물로의 x방향 주입각도 오차를, 1회의 보정에 의하여 규격 내에 들어가도록 설정되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  15. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔주사기는, 상기 이온빔의 실궤도와 상기 기준궤도와의 교차각에 상당하는 일정한 편향각도와 주사를 위하여 주기적으로 변화하는 편향각도와의 합계의 편향각도로 상기 이온빔을 왕복적으로 편향함으로써 상기 교차각을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  16. 이온빔을, 빔편향기를 사용하여 x방향으로 편향하는 단계와,
    편향된 이온빔을, 빔주사기를 사용하여 x방향으로 주사하는 단계와,
    주사된 이온빔을, 빔평행화기를 사용하여 z방향으로 평행화하는 단계를 구비하고,
    x방향은 z방향에 직교하는 일방향이며, z방향은 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향이고,
    상기 빔주사기는, 상기 편향된 이온빔을 x방향으로 왕복적으로 편향함으로써 상기 편향된 이온빔을 주사하고,
    상기 빔평행화기는, 상기 빔주사기의 주사 원점에 초점을 가지고 있으며,
    상기 빔편향기에 있어서의 x방향 편향각도는, 상기 편향된 이온빔이 xz면에 있어서 상기 주사 원점에서 상기 기준궤도와 교차하도록 보정되고,
    상기 빔편향기의 x방향 편향각도 보정량(ΔS)은 상기 빔주사기에서 상기 빔평행화기까지의 거리를 F, 상기 빔편향기에서 상기 빔주사기까지의 거리를 L1, 상기 빔평행화기에 의해 평행화된 이온빔의 미보정 주입각도 오차를 Xw'로 나타낼 때,
    Figure 112020143354994-pat00022

    에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
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