KR102521604B1 - 넓은 빔 전류 동작 범위에서의 이온 빔 제어 - Google Patents

넓은 빔 전류 동작 범위에서의 이온 빔 제어 Download PDF

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Abstract

가속기/감속기 내에서 이온 빔을 제어하기 위한 접근 방식들이 본원에 제공된다. 예시적인 접근 방식에 있어서, 이온 주입 시스템은 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스, 및 터미널에 결합된 터미널 억제 전극을 포함하며, 여기에서 터미널 억제 전극은 터미널 억제 전극의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키고 제 1 전압 공급부로부터 제 1 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된다. 시스템은 터미널 억제 전극에 인접하여 배치되며 터미널에 결합되는 렌즈를 더 포함하며, 여기에서 렌즈는 렌즈의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키며 제 2 전압 공급부로부터 제 2 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된다. 예시적인 접근 방식에 있어서, 렌즈는 터미널 억제 전극으로부터 전기적으로 절연되고 독립적으로 구동되며, 따라서 이는 증가된 빔 전류 동작 범위를 가능하게 한다.

Description

넓은 빔 전류 동작 범위에서의 이온 빔 제어{CONTROLLING AN ION BEAM IN A WIDE BEAM CURRENT OPERATION RANGE}
본 개시는 전반적으로 전자 디바이스들을 제조하기 위한 기술들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 빔라인 이온 주입기들에서 이온 빔들을 제어하기 위한 컴포넌트들 및 방법들에 관한 것이다.
이온 주입은 충돌을 통해 도펀트들 또는 불순물들을 기판 내로 도입하는 프로세스이다. 반도체 제조에 있어, 도펀트들은 전기적, 광학적, 또는 기계적 속성들을 변경하기 위하여 도입된다. 예를 들어, 도펀트들은 기판의 전도성의 유형 및 레벨을 변경하기 위하여 진성 반도체 기판 내로 도입될 수 있다. 집적 회로(integrated circuit; IC)의 제조에 있어, 보통 정밀한 도핑 프로파일이 개선된 IC 성능을 제공한다. 의도되는 도핑 프로파일을 달성하기 위하여, 하나 이상의 도펀트들이 상이한 도우즈(dose)로 그리고 상이한 에너지 레벨들로 이온들의 형태로 주입될 수 있다.
통상적인 이온 주입 시스템은 이온 소스 및 일련의 빔-라인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이온 소스는 의도되는 이온들이 생성되는 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스는 또한 전원 및 챔버 근처에 배치되는 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들은, 예를 들어, 질량 분석기, 제 1 가속 또는 감속 스테이지, 콜리메이터(collimator), 및 제 2 가속 또는 감속 스테이지를 포함할 수 있다. 광 빔을 조작하기 위한 일련의 광학적 렌즈들과 매우 유사하게, 빔-라인 컴포넌트들은 의도되는 종, 형상, 에너지 및 다른 수량들을 갖는 이온들 또는 이온 빔을 필터링하고, 포커싱하며, 조작할 수 있다. 이온 빔은 빔-라인 컴포넌트들을 통과하여, 플래튼(platen) 또는 클램프(clamp) 상에 장착된 기판을 향해 보내질 수 있다. 기판은, 때때로 로플랫(roplat)으로 지칭되는 장치에 의해 하나 이상의 차원들에서 이동(예를 들어, 병진이동, 회전, 및 틸팅(tilt))될 수 있다.
일부 애플리케이션들에 있어서, 예를 들어, 주입될 기판의 스루풋(throughput)을 증가시키기 위하여 빔 전류를 증가시키는 것이 유용할 수 있다. 빔라인 이온 주입기들은 에너지들의 범위에 걸쳐, 예를 들어, 1 keV 내지　300 keV 사이의 에너지들의 범위에 걸쳐 기판들을 주입하기 위하여 이용될 수 있다. 이는 상이한 이온 에너지들로 다양한 주입들이 계획된 실리콘 웨이퍼들과 같은 기판들을 프로세싱하기 위한 유연성을 제공한다. 주입 에너지를 정의하기 위하여, 이온 빔은 이온 소스와 주입될 기판 사이의 빔라인 이온 주입기 내의 다양한 컴포넌트들(예를 들어, 가속기)에 의한 가속 및/또는 감속을 겪을 수 있다.
기존의 가속기들은 터미널 전극(terminal electrode), 포커스 전극 및 접지 전극에 한정될 수 있으며, 여기에서 가속기는 터미널로부터 이온 빔을 수용한다. 기존의 가속기들 이외에, 빔 전류가 너무 높을 때, 예를 들어, 195keV As+ 빔에 대하여 9mA 이상일 때, 빔은 언더-포커싱(under-focus)될 수 있으며 그에 따라서 빔 송신 손실에 기인하여 빔-라인을 통해 전달되지 못할 수 있다. 따라서, 웨이퍼를 주입하기 위하여 이용할 수 있는 빔 전류가 제한되며, 이는 열악한 생산 스루풋을 야기한다. 반면, 빔 전류가 너무 낮을 때, 예를 들어, 300keV B+ 빔에 대하여 0.5mA 아래일 때, 빔은 오버-포커싱되며 그에 따라서 웨이퍼로 적절하게 전달되지 못할 수 있다.
이상을 고려하여, 예를 들어, 가속기에서 이온 빔을 제어하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 제공된다. 예시적인 접근 방식에 있어서, 이온 주입 시스템은 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스, 및 터미널에 결합된 터미널 억제 전극을 포함하며, 여기에서 터미널 억제 전극은 터미널 억제 전극의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키고 제 1 전압 공급부로부터 제 1 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된다. 시스템은 터미널 억제 전극에 인접하여 배치되며 터미널에 결합되는 렌즈를 더 포함하며, 여기에서 렌즈는 렌즈의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키며 제 2 전압 공급부로부터 제 2 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된다. 예시적인 접근 방식에 있어서, 렌즈는 터미널 및 터미널 억제 전극으로부터 전기적으로 절연되고 독립적으로 구동되며, 따라서 이는 증가된 빔 전류 동작 범위를 위하여 렌즈가 독립적으로 구동되는 것을 가능하게 한다. 시스템은, 렌즈로부터 이온 빔을 받아 들이도록 구성된 포커스 전극으로서, 포커스 전극은 제 3 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성되는, 포커스 전극, 및 포커스 전극으로부터 이온 빔을 받아 들이도록 구성된 접지 전극 어셈블리를 더 포함한다.
본 개시에 따른 예시적인 장치는 제 1 전극의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키고 제 1 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된 제 1 전극을 포함할 수 있다. 장치는 제 1 전극에 인접한 렌즈를 더 포함하며, 렌즈는 렌즈의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키며 제 2 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성되고, 제 2 전위는 제 1 전위와는 독립적으로 인가된다. 장치는 렌즈로부터 이온 빔을 받아 들이도록 구성된 제 2 전극 및 제 2 전극으로부터 이온 빔을 받아 들이도록 구성된 제 3 전극 어셈블리를 더 포함한다.
본 개시에 따른 예시적인 시스템은 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스, 및 터미널에 연결된 터미널 억제 전극을 포함할 수 있다. 터미널 억제 전극은 터미널 억제 전극의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키고 제 1 전압 공급부로부터 제 1 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성될 수 있다. 시스템은 터미널 억제 전극에 인접하여 배치되며 터미널에 결합되는 렌즈를 더 포함하며, 여기에서 렌즈는 렌즈의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키며 제 2 전압 공급부로부터 제 2 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 전위들은 각기 독립적으로 제어될 수 있으며, 렌즈는 터미널 억제 전극으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 시스템은, 렌즈로부터 이온 빔을 받아 들이도록 구성된 포커스 전극으로서, 포커스 전극은 제 3 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성되는, 포커스 전극, 및 포커스 전극으로부터 이온 빔을 받아 들이도록 구성된 접지 전극 어셈블리를 더 포함한다.
본 개시에 따른 예시적인 방법은, 이온 빔을 이온 빔-라인을 따라서 그리고 제 1 전극의 개구를 통해서 전도시키기 위하여 제 1 전극에 제 1 전위를 인가하는 단계, 렌즈의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키기 위해 렌즈에 제 2 전위를 인가하는 단계로서, 렌즈는 제 1 전극에 인접하여 배치되며, 제 1 전위 및 제 2 전위는 각기 상이한 전압 공급부들에 의해 생성되는, 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제 2 전극에서 이온 빔을 받아 들이는 단계, 및 제 3 전극 어셈블리에서 제 2 전극으로부터 이온 빔을 받아 들이는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 이온 주입 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2는 본 개시에 따른 도1에 도시된 이온 주입 시스템의 가속기를 예시하는 측면 단면도이다.
도 3은 본 개시에 따른 도 1에 도시된 이온 주입 시스템의 가속기를 예시하는 전면 단면도이다.
도 4는 본 개시에 따른 도 1에 도시된 가속기의 렌즈의 정면도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 개시에 따른 도 1에 도시된 가속기 및 이온 빔을 예시하는 측면 단면도들이다.
도 6은 본 개시에 따른 도 1에 도시된 이온 주입 시스템의 가속기의 다른 실시예를 예시하는 측면 단면도이다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적인 방법을 예시하는 순서도이다.
도면들이 반드시 축적이 맞추어져야 하는 것은 아니다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 표현하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 묘사하도록 의도되며, 따라서 범위를 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 도면들 내에서, 유사한 번호들이 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
또한, 도면들 중 일부 도면들에서 예시적인 명료성을 위하여 특정 엘리먼트들이 생략되거나 또는 축적이 맞추어지지 않고 예시된다. 단면도들은, 예시적인 명료성을 위하여, "실제" 단면도에서는 보일 수 있는 특정 배경 라인들을 생략하는, "슬라이스(slice)들" 또는 "근시(near-sighted)" 단면도들의 형태일 수 있다. 또한, 명료성을 위하여, 일부 참조 번호들이 특정 도면들에서 생략될 수 있다.
본 개시에 따른 시스템 및 방법이 이제 이하에서 시스템 및 방법의 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 시스템 및 방법은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 시스템 및 방법의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다.
편의성 및 명료성을 위하여, "상단", "하단", "상부", "하부", "수직", "수평", "측방" 및 "길이 방향"과 같은 용어들은 본원에서, 그 각각이 도면들에서 나타날 때 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트의 기하구조 및 배향에 대하여 이러한 컴포넌트들 및 그들의 구성 부분들의 상대적인 배치 및 배향을 설명하기 위하여 사용될 것이다. 이러한 용어는 특별히 언급되는 단어들, 그 파생어들, 및 유사한 의미의 단어들을 포함할 것이다.
본원에서 사용될 때, 단수로 언급되고 및 단어 "일" 또는 "하나"가 선행되는 엘리먼트 또는 동작은 이러한 배제가 명백하게 언급되지 않는 한 복수의 엘리먼트들 또는 동작들을 포함하는 것으로 이해되어야만 한다. 또한, 본 개시의 "일 실시예"에 대한 언급들은 제한적으로 의도되지 않는다. 추가적인 실시예들이 또한 나열된 특징들을 통합할 수 있다.
이상에서 언급된 바와 같이, 예를 들어, 이온 주입 시스템의 가속기 내에서 이온 빔을 제어하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 본원에 제공된다. 예시적인 접근 방식에 있어서, 이온 주입 시스템은 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스, 및 터미널에 결합된 터미널 억제 전극을 포함하며, 여기에서 터미널 억제 전극은 터미널 억제 전극의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키고 제 1 전압 공급부로부터 제 1 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된다. 시스템은 터미널 억제 전극에 인접하여 배치되며 터미널에 결합되는 렌즈를 더 포함하며, 여기에서 렌즈는 렌즈의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키며 제 2 전압 공급부로부터 제 2 전위를 이온 빔에 인가하도록 구성된다.
예시적인 접근 방식에 있어서, 렌즈는 터미널 억제 전극으로부터 전기적으로 절연되고 독립적으로 구동되며, 따라서 이는 증가된 빔 전류 동작 범위를 가능하게 한다. 특히, 조정가능 렌즈로부터 터미널 억제 전극을 분리함으로써, 시스템은 빔 전류 동작 범위를, 예를 들어, 0.1mA 내지 25.7mA로 증가시킬 수 있으며, 그에 따라서 중간 전류 이온 주입기가 전력 디바이스 제조와 같은 고 도우즈(dose)(예를 들어, 60keV 내지 300keV 빔 에너지 범위의) 애플리케이션들에 대하여 사용되는 것을 가능하게 한다.
본원에서 실시예들은 본원에서 가속기/감속기로도 또한 지칭되는 감속/가속 컬럼(column)과 관련하여 설명된다. 가속기/감속기는 기판에 대하여 의도되는 이온 빔을 제어하기 위하여 빔라인 이온 주입기에 제공되는 장치일 수 있다. 가속기/감속기는 각기 이온 빔을 송신하고 이온 빔에 전위를 인가하여 그에 따라서 접지와 같은 기준에 대하여 이온 빔의 전위(전압)를 증가시키는 것 또는 감소시키는 것을 야기하도록 구성된 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 따라서, 가속기/감속기는, 이온 빔이 이온 소스로부터 추출된 이후에 이온 빔을 의도되는 주입 에너지와 같은 목표 에너지까지 가속하거나 또는 감속하도록 기능할 수 있다. 가속기/감속기는 또한 이온 빔의 빔 전류들 및 이온 에너지들에 걸쳐 의도되는 빔 광학부들을 제공하도록 기능할 수 있다. 따라서, 가속기/감속기는, 각기 용인할 수 있는 범위 내에 남아 있는 의도되는 형상, 크기, 콜리메이션, 발산 또는 수렴을 갖는 이온 빔을 출력하도록 동작할 수 있다. 가속기/감속기는 이하에서 더 상세하게 설명되는 조정가능 렌즈를 더 포함한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 이온 주입기(100)로서 도시된 빔라인 이온 주입기의 상단 평면도를 블록도 형태로 도시한다. 이온 주입기(100)는 이온 빔(104)을 생성하도록 구성된 이온 소스(102)를 포함한다. 이온 빔(104)은 스팟 빔 또는 (Y-방향을 따른) 빔 높이보다 더 큰 (도시된 직교 좌표계의 X-방향을 따른) 빔 폭을 가진 단면을 갖는 리본 빔으로서 제공될 수 있다. 본원에서 사용되는 약속에 있어서, Z-방향은 이온 빔(104)의 중심 광선 궤적에 대하여 평행인 축의 방향을 지칭한다. 따라서, Z-방향뿐만 아니라 (Z-방향에 수직하는) X-방향의 절대적인 방향이 도시된 바와 같이 이온 주입기(100) 내의 상이한 지점들에서 변화할 수 있다.
이온 소스(102)는 이온 챔버로 공급되는 공급 가스가 이온화되는 이온 챔버를 포함할 수 있다. 이러한 가스는 수소, 헬륨, 다른 희가스들, 산소, 질소, 비소, 붕소, 인, 알루미늄, 인듐, 안티모니, 카르보레인, 알칸들, 다른 대 분자 화합물, 또는 다른 p-형 또는 n-형 도펀트들이거나 또는 이를 포함할 수 있거나 또는 함유할 수 있다. 생성된 이온들은 이온 빔(104)을 형성하기 위하여 일련의 추출 전극들(미도시)에 의해 이온 챔버로부터 추출될 수 있다. 이온 빔(104)은, 기판 스테이지(114) 상에 배치된 기판(116)에 충돌하기 이전에 분석기 자석(106), 질량 분해 슬릿(108), 및 콜리메이터(112)를 통해 이동할 수 있다. 기판 스테이지(114)는 일부 실시예들에 있어서 적어도 Y-방향을 따라 기판(116)을 스캐닝하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 예에 있어서, 이온 빔(104)은, 기판(116)의 폭 W에 비할만한 폭을 갖는 스캔되는 이온 빔을 제공하기 위하여 X-방향을 따라 스캐너(110)에 의해 스캔되는 스팟 빔으로서 제공될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 빔(104)은 리본 빔으로서 제공될 수 있다. 도 1의 예에 있어서, 당업자들에게 명백할 바와 같이 이온 주입기(100)의 동작에 대하여 유용한 다른 빔라인 컴포넌트들이 명료성을 위하여 생략된다.
이온 주입기(100)는 가속기/감속기(118)를 더 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가속기/감속기(118)는 이온 소스(102)와 분석기 자석(106) 사이의 지점 A에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 가속기/감속기(118)는 지점 B 또는 지점 C와 같은 이온 주입기(100) 내의 다른 위치들에 배치될 수 있다. 가속기/감속기(118)는 다른 전극(들)에 대하여 가속기/감속기(118) 내의 전극의 위치를 조정하도록 동작할 수 있는 구동 시스템(120)에 결합될 수 있다. 이는, 다른 것들 중에서도 특히, 이온 빔(104) 내의 빔 전류가 이온 빔(104)의 주어진 이온 에너지에서 조정되는 것을 가능하게 한다.
다양한 실시예들에 있어서, 이온 주입기(100)는, 단일 대전 이온들에 대하여 60 keV 내지 300 keV의 주입 에너지 범위에 대응하는, 60 kV 내지　300 kV의 전압 범위 또는 "중간" 에너지 이온 주입을 위한 이온 빔들을 전달하도록 구성될 수 있다. 이하에서 논의되는 바와 같이, 가속기/감속기(118)의 렌즈는 터미널 억제 전극으로부터 전기적으로 절연되고 독립적으로 구동되며, 따라서 이는 이온 주입기(100)의 증가된 빔 전류 동작 범위를 가능하게 한다.
도 2 내지 도 3은 각기 다양한 실시예들에 따른 가속기/감속기(118)의 측면도 및 정면도를 도시한다. 일 실시예에 있어서, 가속기/감속기(118)는 제 1 전극(122) 및 제 1 전극(122)에 인접하여 배치되는 렌즈(130)를 하우징하는 터미널(124)을 포함하며, 터미널(124)은 이온 소스(102)(도 1)로부터 이온 빔(104)을 받아 들이도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 제 1 전극(122)은 터미널(124)에 결합되며 그 안에 형성된 개구(126)를 통해 이온 빔(104)을 전도시키도록 구성된 터미널 억제 전극일 수 있다. 제 1 전극(122)은, 제 1 전극(122)의 하류측에/인접하여 위치된 렌즈(130)로 이온 빔-라인을 따라 이온 빔(104)을 전달하기 위하여 이온 빔(104)에 제 1 전압 공급부(123)로부터의 제 1 전극 전위(Vsupp)를 인가하도록 구성된다. 렌즈(130)가 또한 터미널에 결합되며, 렌즈는 렌즈(130)의 개구(134)를 통해 이온 빔(104)을 전도시키며 제 2 전압 공급부(125)로부터 제 2 전위(Vlens)를 이온 빔(104)에 인가하도록 구성된다.
도시된 바와 같이, 가속기/감속기(118)는 각기 터미널(124)을 통해 연장하는 제 1 커넥터(140) 및 제 2 커넥터(142)를 포함하는 절연체(138)를 더 포함한다. 제 1 커넥터(140)는 제 1 전극(122) 및 제 1 전압 공급부(Vsupp)에 결합되며, 제 2 커넥터(142)는 렌즈 및 제 2 전압 공급부(Vlens)에 결합되어, 그에 따라서 제 1 및 제 2 전위들의 독립적인 제어를 가능하게 하기 위해 렌즈(130)가 터미널(124) 및 제 1 전극(122)으로부터 전기적으로 절연되는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 커넥터들(140, 142)은 터미널을 통해 형성된 개구들의 세트를 통해 가속기/감속기(118)의 내부 캐비티(cavity) 내로 연장한다.
가속기/감속기(118)는 렌즈(130)로부터 이온 빔(104)을 받아 들이도록 구성된 포커스(focus) 전극과 같은 제 2 전극(144)을 더 포함하며, 여기에서 제 2 전극(144)은 제 3 전압 공급부(127)로부터 제 3 전위(Vfocus)를 인가하도록 구성된다. 제 2 전극(144)은 이온 빔(104)을 접지 전극 어셈블리와 같은 제 3 전극 어셈블리(148)에 공급할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 3 전극 어셈블리(148)는 그 안에 형성된 개구를 갖는 접지 전극(152), 접지 억제 전극(154), 및 접지 컴포넌트(156)를 포함한다. 제 3 전극 어셈블리는 가속기/감속기(118)를 이온 주입기(100) 내의 인접한 컴포넌트들에 고정하기 위한 커플러(coupler)(158)를 더 포함한다. 접지 전극(152), 접지 억제 전극(154), 및 접지 컴포넌트(156)가 함께 제 4 전압 공급부(129)로부터 제 4 전위(Vaccel)를 이온 빔(104)에 인가하도록 구성된다.
가속기/감속기(118)의 동작의 일 예에 있어서, 이온 빔(104)은 50 kV와 같은 목표 추출 전압에서 추출 전극(미도시)을 사용하여 이온 소스(102)(도 1)로부터 추출될 수 있다. 이는 목표 빔 전류 또는 빔 도우즈를 기판(116)(도 1)으로 전달하기 위하여 이온 소스(102)에 바로 인접하여 이온 빔(104)에 대해 적절한 추출되는 빔 전류를 제공할 수 있다. 가속기/감속기(118)는, 주입을 위하여 이온 빔(104)에 의도된 에너지를 부여하기 위해 추출되는 이온 빔의 전압(전위)을 변경시킴으로써 추출 전극에 의해 생성되는 이온 빔(104)의 초기 빔 전위를 조정할 수 있다.
이제 도 3 내지 도 4를 참조하여, 예시적인 렌즈가 이제 더 상세하게 설명될 것이다. 일 실시예에 있어서, 렌즈(130)는 이온 소스(102)(도 1)로부터의 이온 빔(104)과 같은 이온 빔을 제공하기 위한 터미널 렌즈이다. 용어 "터미널"은 이온 빔(104)을 노출시키는 마지막 렌즈를 지칭하기 위해 사용된다. 이온 빔(104)은 일반적으로 터미널 렌즈(130)에서 발원하지 않으며, 그 대신에 터미널 렌즈(130)로부터 출력되어 제 2 전극(144)과 같은 다른 디바이스 또는 컴포넌트로 전달된다. 예를 들어, 렌즈(130)의 정확한 동작이 변화할 수 있지만, 렌즈(130)는 일반적으로 렌즈(130)를 통해 제 2 전극(144) 상으로 의도된 종을 보내거나 또는 선택하기 위하여 이온 빔(104)을 전기장 및/또는 자기장에 노출시키도록 동작할 수 있다. 이로부터 방출되는 이온 빔(104)은 포커싱되거나, 평행하게 랜더링(render)되거나, 또는 달리 특정한 방식으로 출력될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 렌즈(130)는 이온 빔(104) 내의 이온 또는 전자가 개구(134)를 가로지르는 시간 동안 특정 전압(Vlens)으로 홀딩된다. 다른 실시예들에 있어서, 렌즈(130)는 가속기/감속기(118)로부터 의도된 출력을 제공하기 위해 이온 주입기(100)의 다른 컴포넌트들 및 하나 이상의 추가적인 렌즈들과 함께 동작할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 터미널 렌즈(130)의 전위(Vlens)는 고전압 전원 공급장치(123)에 의해 터미널(124)에 대하여 -50kV 내지 +50kV의 범위 내로 설정될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(130)의 전위가 터미널(124) 및 제 1 전극(122)에 대하여 포지티브(positive)일 때, 이온 빔(104)은 먼저 제 1 전극(122)으로부터 렌즈(130)까지 감속되며, 그런 다음 렌즈(130)로부터 제 2 전극(144)까지 가속된다. 결과적으로, 가속기/감속기(118)의 초점력이 유익하게 증가된다.
일 실시예에 있어서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 렌즈 전압(Vlens)이 (터미널(124)에 대하여) +32kV로 설정되고, 제 2 전극(144)으로의 포커스 전압(Vfocus)은 (터미널(124)에 대하여) -125kV로 설정되며, 제 1 전극(122)으로의 억제 전압(Vsupp)이 (터미널(124)에 대하여) -2.4kV로 설정될 때, 가속기/감속기(118)는 25.7mA As+ 빔을 70keV로부터 195keV로 가속할 수 있다. 따라서, 이온 빔(104)은, 예를 들어, 시뮬레이션된 이온 빔(104)에 의해 도시되는 바와 같이, 이온 빔(104)이 가속기/감속기(118)를 빠져 나올 때 가속기/감속기(118)의 길이 방향(lengthwise) 축(160)에 평행하게 또는 거의 평행하게 생성된다.
다른 예에 있어서, 렌즈(130)의 전위가 터미널(124) 및 제 1 전극(122)에 대하여 네거티브(negative)일 때, 이온 빔(104)은 먼저 제 1 전극(122)으로부터 렌즈(130)까지 가속되며, 그런 다음 렌즈(130)로부터 제 2 전극(예를 들어, 포커스 전극)(144)까지 다시 가속된다. 결과적으로, 가속기/감속기(118)의 초점력이 크게 감소된다. 일 실시예에 있어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 렌즈(130)에 대한 렌즈 전압(Vlens)이 -7kV로 설정되고, 제 2 전극(144)에 대한 포커스 전압(Vfocus)이 -70V로 설정되며, 제 1 전극(122)에 대한 억제 전압(Vsupp)이 (터미널(124)에 대하여) -7kV로 설정될 때, 가속기/감속기(118)는 0.5mA B+ 빔을 80keV로부터 300keV까지 가속하도록 구성되며, 동시에 이온 빔(104)이 가속기/감속기(118)를 빠져 나갈 때 시뮬레이션된 이온 빔(104)에 의해 도시되는 바와 같이 길이 방향 축(160)에 대하여 평행하거나 또는 대략적으로 평행하게 되는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 가속기/감속기(118)는 훨씬 더 넓은 빔 전류 동작 범위, 예를 들어, 약 0.1mA 내지 25.7mA의 빔 전류 동작 범위를 갖는다.
다양한 추가적인 실시예들에 있어서, 가속기는 도 2에 예시된 것들에 대한 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 렌즈(130)와 제 2 전극(144) 사이에 배치된 제 4 전극(예를 들어, 터미널 전극)(166)을 포함하는 가속기/감속기(118)를 예시한다. 제 4 전극(166)은 그 사이의 상호-전달(cross-communication)을 방지함으로써 포커스 전원 공급장치(127)(즉, 제 3 전압 공급부)와 제 1 전압 공급부(123)에 대한 보호를 제공할 수 있다. 도 6에 도시된 가속기/감속기(118)는 유사하게 제 1 전극(122), 렌즈(130), 및 터미널(124)을 통해 연장하는 제 1 및 제 2 커넥터들(140, 142)을 포함하는 절연체(138)를 포함할 수 있다. 제 1 커넥터(140)는 제 1 전극(122) 및 제 1 전압 공급부(123)에 결합되며, 제 2 커넥터(142)는 렌즈(130) 및 제 2 전압 공급부(125)에 결합되어, 그 결과 제 1 및 제 2 전위들, 즉 Vsupp 및 Vlens의 독립적인 제어를 가능하게 하기 위해 렌즈(130)가 터미널(124) 및 제 1 전극(122)으로부터 전기적으로 절연된다.
이제 도 7를 참조하면, 본 개시의 추가적인 실시예들에 따른 이온 빔을 제어하기 위한 예시적인 방법(170)을 예시하는 순서도가 도시된다. 방법(170)은 도 1 내지 도 6에 도시된 표현들과 관련하여 설명될 것이다.
방법(170)은 블록(172)에 도시된 바와 같이 제 1 전극에서 이온 소스로부터 이온 빔을 받아 들이는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 이온 소스는 이온 주입기의 부분으로서 제공된다.
방법(170)은, 블록(174)에 도시된 바와 같이, 제 1 전극의 개구를 통해 그리고 이온 빔-라인을 따라 이온 빔을 전도시키기 위하여 제 1 전극에 제 1 전위를 인가하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 제 1 전극은 터미널 억제 전극이다.
방법(170)은, 블록(176)에 도시된 바와 같이, 렌즈의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키기 위하여 렌즈에 제 2 전위를 인가하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 렌즈는 제 1 전극에 인접하여 배치되며, 여기에서 제 1 전위 및 제 2 전위는 각기 상이한 전압 공급부들에 의해 생성된다. 일 실시예에 있어서, 제 1 전극은 절연체를 통해 연장하는 제 1 커넥터를 통해 제 1 전압 공급부에 결합되며, 렌즈는 절연체를 통해 연장하는 제 2 커넥터를 통해 제 2 전압 공급부에 결합되고, 여기에서 절연체는 제 1 전극을 렌즈로부터 전기적으로 절연한다.
방법(170)은, 블록(178)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극에서 렌즈로부터 이온 빔을 받아 들이는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제 2 전극은 포커스 전극이다. 일 실시예에 있어서, 제 3 전위는 제 2 전극의 개구를 통해 이온 빔을 전도시키기 위하여 제 2 전극에 인가된다.
방법(170)은, 블록(180)에 도시된 바와 같이, 제 3 전극 어셈블리에서 제 2 전극으로부터 이온 빔을 받아 들이는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제 3 전극 어셈블리는 접지 전극, 접지 억제 전극, 및 접지를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제 3 전극 어셈블리를 통해 이온 빔을 전도시키기 위하여 제 4 전위가 제 3 전극 어셈블리에 인가된다.
이상을 고려하면, 적어도 다음의 이점들이 본원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 첫째로, 넓은 빔 전류 동작 내에서 이온 빔을 가속하여 개선된 제조 스루풋을 야기하기 위한 구성이 제공된다. 구체적으로, 터미널 억제 전극과 포커싱 전극 사이에 배치된 터미널 렌즈를 제공하고, 렌즈에 대한 독립적인 전원 공급장치를 제공함으로써, 중간 전류 이온 주입기의 생산 성능이 약 60kV 내지 300keV의 에너지 범위에서 약 0.1mA 내지 25mA의 전류 동작 범위를 갖는 전력 디바이스들의 제조까지 확장될 수 있다. 이는 1mA 내지 9mA의 상대적으로 좁은 빔 전류 동작 범위를 갖는 종래 기술의 가속기들을 뛰어 넘는 개선이다.
둘째로, 이온 주입기의 전체 구조에 대한 최소한의 컴포넌트 변경들만을 가지며 그에 따라 비용을 감소시키고 스루풋을 개선하거나 또는 유지하면서 중간 전류 이온 주입기가 전력 디바이스들의 제조까지 확장될 수 있다.
셋째로, 3개의 전극들, 즉, 터미널 전극, 포커스 전극, 및 접지 전극을 가지며, 오로지 포커스 전극 상의 전압만을 조정할 수 있는 종래 기술의 이온 빔 가속기/감속기와는 달리, 본원의 실시예들은 유익하게는 5개의 전극들을 갖는 가속기/감속기를 제공한다. 구체적으로, 본 실시예들의 가속기/감속기는 터미널 전극, 렌즈 억제 전극, 렌즈, 포커스 전극, 및 접지 전극을 포함하며, 그에 따라서 3개의 전압들(예를 들어, 렌즈 억제 전극 상의 전압, 렌즈 상의 전압, 및 포커스 전극 상의 전압)을 가능하게 한다. 이러한 전압들의 각각이 독립적으로 조정될 수 있으며, 그에 따라서 이온 빔 가속기/감속기가 빔 광학부에 대한 더 큰 제어를 갖는 것을 가능하게 한다.
전술한 것에 기초하여, 당업자들은 본 개시가 광범위한 유용성 및 애플리케이션을 허용한다는 것을 인식할 것이다. 본원에서 구체적으로 설명된 것들 이외의 본 개시의 다수의 실시예들 및 적응예들뿐만 아니라 다수의 변형예들, 수정예들 및 균등 배열들이 본 개시 및 본 개시의 전술한 설명들로부터 자명하거나 또는 합리적으로 제안될 것이다. 따라서, 본 개시가 예시적인 실시예들에 대하여 본원에서 상세하게 설명되었지만, 당업자들은 본 개시가 예시적이며 본 개시의 예시물들이 단지 본 개시의 완전하고 가능한 개시를 제공하기 위한 목적으로만 만들어 졌다는 것을 이해할 것이다. 이상의 개시는 본 개시를 제한하거나 또는 달리 임의의 이러한 다른 실시예들, 적응예들, 변형예들, 수정예들 또는 등가 배열들을 배제하도록 해석되도록 의도되지 않으며; 본 개시는 오로지 여기에 첨부된 청구항들 및 그 등가물들에 의해서만 제한된다. 특정 용어들이 본원에서 이용되었지만, 용어들은 단지 포괄적이고 설명적인 의미로 사용될 수 있으며, 제한의 목적을 위하여 사용되지 않는다.

Claims (7)

  1. 터미널 렌즈로서,
    개구를 포함하는 렌즈 몸체로서, 상기 렌즈 몸체는 터미널로부터 전기적으로 절연되며, 상기 렌즈 몸체는 터미널 억제 전극의 하류측에 배치되고, 상기 렌즈 몸체는 상기 터미널 억제 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 렌즈 몸체는, 상기 렌즈 몸체가 상기 터미널 억제 전극과 독립적으로 구동되도록 상기 터미널 억제 전극이 결합되는 제 1 전압 공급부와는 다른 제 2 전압 공급부에 결합되며, 상기 렌즈 몸체는 상기 개구를 통해 이온 빔을 전도시키고 상기 제 2 전압 공급부로부터의 전위를 상기 이온 빔에 인가하도록 구성되고, 상기 렌즈 몸체는 분석기 자석과 질량 분해 슬릿 사이에서 빔라인을 따라 위치가능한, 상기 렌즈 몸체를 포함하는, 터미널 렌즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 몸체는 제 2 메인 측면에 대향되는 제 1 메인 측면을 가지며, 상기 이온 빔은 상기 제 1 메인 측면 또는 상기 제 2 메인 측면에 의해 정의되는 평면에 수직인 방향을 따라 전도되는, 터미널 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구는 상기 렌즈 몸체의 주변부에 대하여 중심에 위치되는, 터미널 렌즈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 몸체는 원형 프로파일을 갖는, 터미널 렌즈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전위는 -50kV 내지 +50kV 사이인, 터미널 렌즈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 몸체는 커넥터에 결합되며, 상기 커넥터는 상기 터미널을 통해 연장하는, 터미널 렌즈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 몸체는, 상기 이온 빔이 상기 개구를 통해 전도될 때 일정한 전압을 받아들이는, 터미널 렌즈.
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