KR19980018332A

KR19980018332A - 이온 빔 중성화 방법 및 장치

Info

Publication number: KR19980018332A
Application number: KR1019970037130A
Authority: KR
Inventors: 첸 지옹; 모리스 벤베니스테 빅터
Original assignee: 레슬리 제이 카스퍼; 이턴 코오포레이숀
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-02
Publication date: 1998-06-05
Also published as: JP4239116B2; CN1179003A; EP0822571A3; US5703375A; CN1132227C; CA2210383A1; KR100354992B1; JPH1083783A; TW350974B; EP0822571A2

Abstract

이온 소스(12)로부터 공작물을 이온 빔으로써 처리하는 주입 스테이션(16)까지의 빔 경로를 따라 이온 빔(14)을 유지하는 방법 및 장치. 이온 빔 중서화기(44)는 이온 처리 스테이션으로부터 업스트림을 위치시키고 이온 빔 경로를 바운드하는 한정 구조(120)를 포함한다. 전자 소스(126)는 전자를 이온 빔으로 방출하는 한정 구조내에 위치된다. 한정 구조에 의해 지지된 자석(124) 배열은 한정 구조내에서 이동하는 전자를 한정시키는 자기장을 발생시킨다. 내부 필터 자기장은 이온 빔에 바운드하고 이온 빔 경로에 일반적으로 평행하게 방향지워진 캡슐화된 자석(224)을 갖는 복수의 축방향으로 길다란 필터 로드(208)에 의해 한정 구조 내부에 발생된다. 상기 내부 자기장은 더 높은 에너지 전자(300)를 이온 빔 경로에 남기도록 한정하고 더 낮은 에너지 전자(301)를 이온 빔을 따라 표류하도록 한다.

Description

이온 빔 중성화 방법 및 장치

본 발명은 공작물의 빔 처리에서 사용된 이온 빔을 중성화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이온 빔 주입기는 실리콘 웨이퍼를 이온 빔으로써 처리하기 위해 사용된다.

그런 처리는 n 또는 p형 외인성 재료 도핑을 발생할 수 있거나 집적 회로의 제조동안 패시베이션(passivation)층을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

반도체를 도핑하기 위해 사용될 때, 이온 빔 주입기는 선택된 이온 종류를 주입하여 바람직한 외인성 재료를 제조한다. 안니몬, 비소 또는 인 등의 소스 재료로부터 발생된 이온을 주입한 결과로 'n형' 외인성 재료 웨이퍼가 만들어진다.

'p형'외인성 재료 웨이퍼가 바람직하다면, 붕소, 갈륨 또는 인듐 등의 소스 재료로써 발생된 이온이 주입된다.

이온 빔 주입기는 이온화 소스 재료로부터 양 전하 이온을 발생하는 이온 소스를 포함한다. 상기 발생된 이온은 빔으로 형성되고 설정된 빔 경로를 따라 주입 스테이션으로 가속된다. 이온 빔 주입기는 이온 소스 및 주입 스테이션간에 있는 빔 형성 및 정형 구조를 포함한다. 빔 형성 및 정형 구조는 이온 빔을 유지하고 빔을 통과시켜 주입 스테이션 루트를 만드는 기다란 내부 공동(cavity) 또는 영역을 바운드(bound)한다. 주입기를 동작할 때, 상기 내부 영역이 공기 분자와 충돌하는 결과로서 설정된 빔 경로로부터 편향되는 이온의 가능성을 감소시키기 위해 진공으로 되야 한다.

본 발명의 양수인인 이턴 코오포레이션은 제품 명칭 NV10, NV-GSD/200, NV-GSD/160, 및 NV-GSD/80으로 현재 최근의 주입기를 판매한다. 하나의 문제는 상기 종래의 기술의 주입기 어드레스는 웨이퍼 충전(charging)의 문제이다. 이온이 웨이퍼와 접촉하도록 향하게 될 때, 웨이퍼는 양 전하 이온을 웨이퍼 표면에 부딪히게 함으로써 충전한다. 상기 충전은 일정하지 않고 웨이퍼에 손상을 입힐 수 있는 웨이퍼 표면에서 큰 전기장을 발생시킬 수 있어 그것의 반도체 재료로서 사용하기에는 부적절하다.

종래 기술의 주입 시스템에서, 전자 샤워 장치가 사용되어 이온 빔의 공간 전하를 중성화한다. 기존의 전자 샤워 장치는 활성 전자를 금속 표면에 부딪히게 할 때 발생된 제2전자 방출을 사용한다. 금속 표면으로부터 방출된 저에너지 전자는 이온 빔에 트랩(trap)되거나 웨이퍼 표면에 충격을 가하기 위해 향하게 된다.

금속 표면으로부터 제2방출에 의해 얻어진 현재의 전자 밀도는 이온 빔 및 방출 표면간의 전위차에 의해 제한된다. 기존의 이온 주입기 중성화기는 이온빔 외부의 영역으로부터 전자를 그들이 이온 빔에 포획될 수 있는 빔으로 운반하기 위해 전기장에 의존한다. 일단 그들이 이온 빔에 의해 포획되면, 전자는 그들이 양 이온 빔 전류를 제거할 수 있는 목표물로 빔을 따라 자유롭게 이동될 수 있다.

전자를 이온 빔으로 운반할 수 있는 전기장은 포커스된 빔 경로롭터 빔 이온을 멀리 외향으로 불행하게도 편향시킨다. 전자를 빔에 의해 포획하기 위해, 전자 및 빔 플라즈마 입자(중성 및 이온화)간의 충돌이 요구된다. 그 충돌이 발생하지 않으면 전자는 빔을 통해 그리고 빔 주위에서 비행 운동으로 간단히 발진한다. 이온 및 전자간의 충동율이 충돌 가능성을 결정하는 전자 밀도에 의해 제한된다. 통상적으로, 전자 및 이온간의 충돌율은 결과적으로 중성화를 불완전하게 하고 양 전하 이온 빔의 잔여 공간 전하 효과가 중요하게 된다.

플라즈마 브릿지로 공지된 전자 홍수의 형태는 상기 컨스트레인트(constraints)를 부분적으로 어드레스한다. 이온 및 전자의 플라즈마는 이온빔에 인접한 공동에서 발생된다. 공동은 높은 가스 밀도를 공동에서 사용되도록 이온 빔으로부터 통상적으로 분리하여 플라즈마의 발생을 증진한다. 플라즈마는 적은 개구를 통해 공동으로부터 외부로 누출하도록 된다. 큰 전자 전류는 개구로부터 이온 빔 플라즈마로 흐른다. 큰 전자 전류는 플라즈마 브릿지에서 근사(approximate) 전하 중성화에 기인해서 공동으로부터 빔으로 흐른다.

플라즈마 브릿지를 사용하는 경우에도 전류를 유지하기 위해 브릿지를 따라 전기장이 요구된다. 플라즈마 브릿지가 플라즈마를 발생케하는 공동의 개구로 부터 확장하고 전자 확산은 전자 운반의 1차 모드처럼 비행 운동에 의해 대치된다.

기존의 이온 빔 중성화 시스템이 전기장을 전자 발생의 영역으로부터 전자를 빔으로 주입하는 영역까지 전기장을 사용한다는 점에서, 상기 전기장은 전자의 운동 에너지를 증가시키고 그러므로 전자를 이온 빔내의 포획을 발진 및 방지한다.

본 발명은 양 전하 이온으로써 하나 이상의 공작물의 처리하는 이온 주입기에 관계한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 이온 주입기는 이온 소스, 빔 형성 구조, 이온 빔 중성화기, 및 이온 처리 스테이션을 포함한다. 이온 소스는 빔 형성 구조에 의해 이온 빔으로 형성되는 양 전하 이온을 방출한다. 이온 처리 스테이션은 하나 이상의 공작물을 위치시켜 그들이 이온 처리 스테이션으로 들어갈 때 이온 빔으로부터 이온을 가로챈다.

이온 빔 중성화기는 이온 빔 경로를 따라 이온 처리 스테이션으로부터 업스트림에 위치된다. 본 발명에 따라, 이온 빔 중성화기는 이온 빔 경로에 바운드하는 한정 구조를 포함한다. 상기 구조는 입구판 및 출구판을 형성하여 이온 빔으로 하여금 처리 스테이션에서 하나 이상의 공작물에 부딪히기전에 중성화 영역을 통해 통과하게 한다. 프라즈마 소스는 한정 구조내에 위치하여 전자를 중성화 영역내에 제공한다. 한정 구조는 전자 소스로부터 방출된 전자를 한정하려는 중성화 영역에서 자기장을 만듬으로써 중성화 영역내의 전자 농도를 증가시키는 자석 배열을 부가적으로 지지한다.

중성화 영역내에서, 전기장은 일반적으로 낮고 전자는 높은 밀도 영역으로부터 낮은 빔 자체내에서 발생되거나 전기장에서 신뢰성 없이 둘러싸인 영역으로 부터 빔으로 확산한다. 일단 전저가 빔에 의해 포획되면, 큰 전자 전류는 이온 빔 궤적상에서 부정적인 전기장 효과없이 이온 처리 스테이션에서 하나 이상의 공작물을 이온 빔을 따라 흐른다.

이온 빔 중성화기는 확산 과정으로 하여금 전자 운동을 지배하게 하는 이온 빔 플라즈마 밀도보다 사실상 더 높은 플라즈마 밀도를 가져야 한다. 이온 빔 중성화기는 이온 빔의 지나친 감쇠를 피하기 위해 저개스 압력에서 동작되어야 한다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 이온 빔 중성화기는 한정 구조내에서 복수의 자석을 지지하는 복수의 축 방향으로 된 금속 필터를 갖는 필터 로드 어셈블리를 구비한다. 필터 로드는 이온 빔을 일반적으로 바운드하고 이온 빔을 따라 있는 자기 필터를 형성한다. 필터 로드 어셈블리는 이온 빔을 나가게 하는 것으로부터 많은 활성 전자를 한정하고 저에너지 전자를 이온 빔 플라즈마를 따라 표류하도록 한다. 필터 로드 어셈블리는 이온 빔 어셈블리에서 몇개의 장점을 제공한다. 필터 로드는 하나 이상의 목표 공작물의 최대 가능 네가티브 충전을 제한한다. 더구나, 필터 로드 어셈블리는 이온 빔 중성화기의 업스트림 부분 까지에서 이온 빔 플라즈마 히팅을 최소화하다.

전자 홍수의 성능 측정은 절연 목표물로부터 이온 빔 업스트림의 중심에서의 전압이다. 저전압은 불완전한 중성화기로 인해 이온 빔에서 낮은 잔여 공간 전하에 대응한다. 이온 빔 중성화기는 약 5 내지 7볼트의 빔 전압을 결과로 한 양호한 실시예에서 개시되고, 거기에서 비슷한 이온 빔을 사용하는 다른 종래의 전자 홍수가 15 내지 60볼트의 빔 전압을 갖는다.

도 1은 회전 지지체상에 실장된 실리콘 웨이퍼 등의 공작물의 이온 빔 처리용 이온 주입기의 개략도.

도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 이온 중화기의 확대된 투시도.

도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 한정(confinement) 몸체를 도시하는 입면도.

도 4는 도 3에 라인 4-4에 의해 형성된 평면으로부터의 도시도.

도 5는 도 3에서 라인 5-5에 의해 형성된 평면으로부터의 단면도.

도 6은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 제1한정 몸체 커버의 정면 입면도.

도 7은 도 6의 커버의 후면 입면도.

도 8은 도 6에서 라인 8-8에 의해 형성된 평면으로부터 도시도.

도 9는 도 6에서 라인 9-9에 의해 형성된 평면으로부터의 단면도.

도 10은 도 6에서 라인 10-10에 의해 형성된 평면으로부터의 단면도.

도 11은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 제2한정 몸체 커버의 후면 입면도.

도 12는 도 11의 커버의 정면 입면도.

도 13은 도 11에서 라인 13-13에 의해 형성된 평면으로부터의 도시도.

도 14는 도 11에서 라이 14-14에 의해 형성된 평면으로부터의 단면도.

도 15는 도 11에서 라인 15-15에 의해 형성된 평면으로부터 단면도.

도 16은 한정 몸체에 실장된 자석의 투시도.

도 17은 제1 및 2커버에 실장된 자석의 투시도.

도 18은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 복수의 자기 필터 로드(roads)를 포함하는 필터 로드 어셈블리의 정면 입면도.

도 19는 도 18에서 라인 19-19에 의해 형성된 평면으로부터의 도시도.

도 20은 도 19에서 라이 20-20에 의해 형성된 평면으로부터 보이는 하나의 필터로드의 단면도.

도 21은 한정 몸체상의 장소에 자석을 유지하기 위해 사용된 리테이너(retainer) 로드의 도시도.

도 22는 출구 플랜지의 후면 입면도.

도 23A-23B는 한정하는 자기장 및 자기장 필터를 도시하는 이온 빔 중성화기의 실시예의 개략도.

도 23C-23D는 한정하는 자기장을 도시하는 이온 빔 중성화기의 대안적인 실시예의 개략도.

도 1은 빔 경로를 횡단하는 이온 빔(14)을 형성하는 이온을 주입 스테이션(16)에 제공하는 L자형 지지체(15)에 실장된 이온 소스(12)를 포함하는 10으로 도시된 이온 빔 주입기를 도시한다. 제어 전자 장치(도시 안된)는 주입 스테이션(16)에서 주입 체임버(17)내의 웨이퍼(도시안된)에 의해 수신된 이온 투여량을 조절 및 제어하기 위해 구비된다. 이온 빔의 이온은 빔이 이온 소스(12) 및 주입 스테이션(16)간의 거리를 횡단함에 따라 분기하는 설정되고 빔 경로를 따른다.

이온 소스(12)는 소스 재료를 주입하는 내부 영역을 형성하는 플라즈마 채임버(18)를 포함한다. 소스 재료는 이온화 개스 또는 증발된 소스 재료를 포함한다. 고체 형태의 소스 재료는 플라즈마 채임버(18)로 주입되는 증발기로 퇴적된다. n형 외인성 웨이퍼 재료가 바람직하다면, 붕소, 갈륨 또는 인듐이 사용된다. 갈륨 및 인듐이 고체 소스 재료인 반면에 붕소는 개스, 통상적으로 붕소 삼중플루오르화물 또는 2중붕소로서 플라즈마 체임버(18)로 주입되는데, 왜냐하면 붕소의 증기 압력이 너무 낮아서 그것을 간단히 열처리함으로써 사용할 수 있는 압력으로 되지 못한다. p형 외인성 재료가 발생되면, 안티몬, 비소 또는 인이 고체 소스 재료로서 선택된다. 에너지는 플라즈마 체임버(18)에서 양 전하 이온을 발생시키기 위해 소스 재료에 인가된다. 양 전하 이온은 플라즈마 체임버(18)의 개방측위에 놓인 커버판에서 타원 원호 슬릿을 통해 플라즈마 채임버로 나간다.

이온 빔(14)은 이온 소스(12)로부터 진공 경로를 통해 진공으로 되는 주입 체임버(17)로 이동 한다. 빔 경로의 진공은 진공 펌프(21)에 의해 구비된다. 본 발명에 따라 구성된 이온 소스의 하나의 응용기기는 저 에너지가 주입기용이다. 상기 주입기 형태의 이온 빔(14)은 그 빔 경로를 통해 확산하고 주입기는 소스(12)로부터 주입 체임버(17)까지의 상대적으로 짧은경로를 갖도록 설계된다.

플라즈마 채임버(18)의 이온 플라즈마 채임버 커버판에서 원호 슬릿을 통해 추출되고 지지체(15)에 고정된 질량 분석 자석(22)을 향해 인접한 플라즈마 채임버를 일련의 전극(24)에 의해 가속된다. 일련의 전극(24)은 플라즈마 채임버 내부로부터 이온을 추출하고 질량 분석 또는 분해 자석(22)에 의해 바운드된 영역으로 이온을 가속시킨다. 자석을 통한 이온 빔 경로는 알루미늄 빔 가이드(26)에 의해 바운드된다.

이온 빔(14)을 형성하는 이온은 이온 소스(12)로부터 질량 분석 자석(22)에 의해 세트업된 자기장으로 이동한다. 자석(22)에 의해 발생된 자기장의 강도 및 방향이 자기장 권선을 통해 전류를 조절하는 자석 컨넥터(90)에 결합된 제어 전자 장치(80)에 의해 제어된다.

질량 분석 자석(22)은 전하율로 근사 질량을 갖는 그 이온만으로 하여금 이온 주입 스테이션(16)에 도달하게 한다. 플라즈마 채임버(18)에서 소스 재료의 이온화는 바람직한 원자 잘량을 갖는 양 전하 이온 종류를 발생시킨다. 그러나, 바람직한 이온 종류의 부가해서, 이온화 과정은 알맞은 원자 질량을 갖는 것을 제외한 비율을 발생시킨다. 알맞은 원자 질량 이상 또는 이하의 원자 질량을 갖는 이온이 주입에는 적절치 않다.

질량 분석 자석(22)에 의해 발생된 자기장은 이온 빔의 이온으로 하여금 곡선 궤적에서 이동하도록한다. 제어 전자 장치(80)에 의해 설정되는 자기장에서 바람직한 이온 종류의 원자 질량과 같은 원자 질량을 갖는 이온만이 곡선으로 된 빔 경로를 통해 주입 스테이션 체임버(17)로 횡단한다.

분해판(40)은 자석으로부터 다운스트림에 위치된다. 분해판(40)은 유리질 흑연으로 구비되고 이온 빔(14)의 이온을 통과시키는 길다란 개구를 형성한다. 분해판(40)에서 이온 빔이 분산하고, 빔 봉입부의 폭은 최소로 된다.

분해판(40)은 바람직한 이온 종류의 이온 질량에 가까우나 동일하지 않은 원자 질량을 갖는 이온 빔(14)으로부터 바람직하지 않은 이온 종류를 제거하기 위해 질량 분석 자석(22)과 결부되어 기능한다. 상설했듯이, 질량 분석 자석의 자기장의 강도 및 방향이 제어 전자 장치(80)에 의해 설정되어 바람직한 종류의 원자 무게와 같은 원자 무게를 갖는 이온만이 설정되고 바람직한 빔 경로를 통해 주입 스테이션(16)으로 횡단한다. 바람직한 이온 원자 질량보다 많이 크거나 많이 적은 원자 질량을 갖는 바람직하지 못한 이온 종류는 예리하게 편향되고 빔 가이드(26) 및 분해판(40)에 의해 형성된 슬릿 경계에 충돌한다.

조절가능한 분해 슬릿(41) 및 파라데이 플래그(42)는 분해 개구(40) 및 이온 빔 중성화기(44)간에 위치된다. 파라데이 플래그(42)는 빔 라인을 바운드하는 하우징(50)에 이동되게 결합된다. 파라데이 플래그(42)는 이온 빔 (14)을 교차시키기 위한 위치로 선형적으로 이동되게 할 수 있어 빔 특성을 측정하고, 그 측정이 만족할 때, 주입 체임버(17)에서 웨이퍼 주입과 간섭하지 않기 위해 빔 라인 외부로 스윙(swing) 될 수 있다.

빔 형성 구조는 전자 샤워로 일반적으로 언급되는 빔 중성화기(44)를 또한 포함한다. 1992년 11월 17일에 발간되고 Benveniste에 의한 미국 특허 제5,164,599호는 이온 빔 주기에서 전자 샤워 장치를 개시하고 전적으로 참고로 본원에서 결부된다. 플라즈마 채임버(18)로 부터 추출된 이온 양 전하로 된다. 양 전하 이온이 웨이퍼의 주입에 앞서서 중성화되지 않는다면, 도핑된 웨이퍼는 네트(net) 양 전하를 보여준다. '599특허에서 설명했듯이, 웨이퍼상의 네트 양전하는 바람직하지 못한 특징을 갖는다.

중성화기(44)의 다운스트림 단부는 웨이퍼가 이온으로써 주입되는 주입 체임버(17)에 인접한다. 디스크형 웨이퍼 지지체(60)가 주입 체임버내에서 지지된다. 처리되는 웨이퍼는 웨이퍼 지지체의 외부 에찌에 가깝게 위치되고 지지체는 모터(62)에 의해 회전된다. 모터(62)의 출력 샤프트는 벨트(66)에 의해 지지체 구동 샤프트(64)에 결합된다. 이온 빔(14)은 그들이 원형 경로에서 회전함에 따라 웨이퍼에 부딪친다. 주입 스테이션(16)은 중성화기(44)에 대해 선회 할 수 있고 유연성 벨로우즈(bellows)(70)에 의해 하우징(50)에 연결된다(도 1).

도 2-23은 본 발명에 따라 구성된 이온 빔 중성화기(44)의 양호한 실시예를 도시한다. 도 2는 빔 중성화기(44)의 확대 투시도이다. 빔 중성화기(44)는 도 1에 도시된 위치로 주입기(10)에 함께 연결되고 실장된 금속 제1커버(100), 금속 한정 몸체(120), 및 금속 제2커버(140)를 포함하여 빔(14)은 한정 몸체(120)를 통해 통과한다. 한정 몸체(120)는 한정 몸체(120)의 주변 주위에서 일정한 간격으로 이격된 길다란 외부 자석(124)의 배열을 지지한다. 커버(100,140)는 이온 빔(14)으로 하여금 커버(100,140) 및 몸체(120)를 통해 지나가도록 하는 일반적인 길다란 사각형 구멍(105,145) 각각을 포함한다. 커버(100,140)는 복수로 일정하게 이격된 외부 자석(164)을 지지한다. 한정 몸체(120), 커버(100,140) 및 자석(124,164)은 그 전자들로 하여금 이온 빔의 전기적 전위에 포획되도록 하기 위해 커버(100,140) 및 한정 몸체(120)에 의해 바운드된 영역내에서 이동하는 전자를 한정하려는 한정한 자기장을 형성한다.

양호한 실시예의 도 3에서, 금속(통상적으로 알루미늄) 한정 몸체(120)는 내부 영역(130)을 갖는 원통 구조이다. 양호한 실시예에서, 몸체(120)는 그 원주를 둘러싼 릿지(ridges)(122)의 배열을 형성한다. 릿지(122)는 길다란 자석(124)을 위치시킨 홈(123)에 의해 이격된다(도 16에 도시). 개념적으로 도 23A에 도시했듯이, 자석(124)은 방향지워져서 자기 극이 몸체(120)의 원주 주변에서 교변한다. 최종 한정 자기장(191)이 도 23A에서 점선으로 일반적으로 표시된다. 자석(124)에 대해 같은 길이인 리테이너 로드(127)(도 21에 도시)는 자석(124)에 인접해서 실장된다. 로드(127)의 단부는 커버(100,140)의 주변 주위에 배치된 호올(121)을 통해 삽입된 패스터(fastener)(128)(도 2에 도시)를 수용하기 위해 나삿니로 된 구멍(129)을 형성한다. 패슨된(fastened) 리테이너 로드(127)는 인접한 자석(124)으로 하여금 외부 방향으로 방사상으로 이동하지 못하게 한다.

도 4 및 5에 도시했듯이, 한정 몸체(120)는 구멍 쌍(125a,125b)을 형성하여 전자 소스(126)(도 23C) 또는 전자 여기 소스(199)쌍(그들중 하나만이 도 1에 도시)을 수용한다. 전자 소스 또는 여기 소스는 금속 한정 몸체(120)에 의해 바운드된 중성화 영역(130)으로 방사상 내부 방향으로 있다. 양호한 실시예에서 전자 여기 소스는 도 23B에 개념적으로 도시된 공진 주파수 안테나(199)와, 자유 전자가 이온 빔 플라즈마(14)의 전기적 전위에 의해 포획되는 중성화 영역(130)에서 자유 전자를 가속시키는 전자기 에너지를 방출하는 전력 소스(199a)를 구비한다.

대안적인 실시예는 한정 몸체(120)가 일반적으로 사각형인 도 23C 및 23D에 개념적으로 도시된다. 상기 실시예에서, 전자 소스(126)는 필라멘트 캐소드(299)와, 이온 빔(14)을 통과시키는 중성화 영역(130)으로 전자를 주입하는 전력 소스(299a)를 구비한다. 제2전원 소스(299b)는 접지된 중성화기 몸체(120) 및 필라멘트 캐소스(299)간의 바이어스 전압을 유지한다. 도 23D에 개념적으로 도시했듯이, 자석(124)은 방향지어져 그 자기 극은 몸체(120)의 주변 주위에서 교변한다. 최종 한정 자기장(291)은 도 23C 및 23D에서 점선으로 일반적으로 표시된다. 한정 자기장(291)은 활성 전자(300)를 한정하고 저 에너지 전자(301)로 하여금 이온 빔(14)을 따라 표류하도록 한다.

한정 몸체(120)는 o-링(136)을 수용하기 위한 홈(135)을 갖는 정면 및 후면 표면(120a 및 120a)과 복수의 패스너(138)를 수용하기 위한 나삿니로 된 구멍(139)을 더 형성한다. 금속 커버(100,140)는 커버(100,140)의 직경상에 배치된 호올(131)을 통해 삽입된 패스너에 의해 한정 몸체(120)의 각 표면(120a,120b)에 연결된다. 도 1에 일반적으로 도시했듯이, 한정 몸체(120) 및 이온 빔 중성화기(44)의 적어도 하나의 커버(100,140)의 외부 표면은 대기에 노출된다. 양호한 실시예에서, o-링(136)은 몸체(120) 커버(100,140)간에 압축되어 이온 빔 중성화기(44)내의 진공으로부터 대기압을 봉인한다.

도 6-10은 금속 입구 커버(100)를 도시하고 도 11-15는 금속 출구 커버(140)를 도시한다. 입구 커버(100) 및 출구 커버(140)는 한정 몸체(120)에 의해 한정 몸체(120)에 의해 한정 몸체(120)와 동심 관계로 축방향으로 이격된다. 커버(100,140)는 자석(164)과 짝을 이루는 관계를 형성하기 위한 크기로 되는 복수의 일정하게 이격된 슬롯(108,148)을 포함한다. 도 6에 일반적으로 도시했듯이, 슬롯(108)은 입구 커버(100)상의 슬롯(108)의 위치 및 자석(164)의 크기에 의존하는 하나 이상의 자석(164)을 지지한다. 그것은 출구 커버(140)용으로도 11에 비슷하게 도시된다. 도 23B에 개념적으로 도시했듯이, 자석(164)은 방향지워져 그 자기 극은 하나의 자석(164)으로부터 그 인접한 자석(164)으로 교번한다. 슬롯(108,148) 및 자석(164)은 도 23B에서 점선으로 일반적으로 표시된 자기 한정 벽(201)을 만들기 위해 위치되어 전자 소스(126)에 의해 방출되거나 여기 소스(199)에 의해 구비된 자유 활성 전자를 한정한다.

도 2에 도시했듯이, 자석 한정 판(111)은 입구 커버(100)에 부착되고, 제2자석 한정 판(151)은 커버(100,141)에서 나삿니로 된 구멍(169)으로 삽입된 패스너(168)에 의해 커버(140)에 부착된다. 판(111,151)은 커버(100,140)내에서 자석(164)을 고정시킨다. 구리 테이프 스트립(165)은 자석(164)의 외부 표면상에 실장되어 슬롯(108)내에서 자석(164)의 운동을 제거 또는 감소시키고 자석(164)으로부터 열 전달을 증진시킨다. 커버(100,140)는 커버(100,140)의 원주 주변에 냉각 액체를 루팅하는 냉각제 통로(도 8 및 13에 도시)를 형성하는 플랜지된 구조를 포함한다. 양호한 실시예에서, 냉각 액체는 커버(100,140) 및 한정 몸체(120)와 고에너지로 이온 충돌함으로서 발생된 열을 분산한다.

입구 커버(100)는 구멍(105)을 더 포함하여 필터 로드 어셈블리(200)를 지지한다. 필터 로드 어셈블리(200)는 커버(100)에서 나삿니로 된 구멍(179)으로 삽입된 패스너(도시 안된)에 의해 커버(100)에 부착된다. 양호한 실시에에서, o-링(236)은 커버(100) 및 필터 로드 어셈블리(200)간에 압축되어 이온 빔 중성화기(44)내의 진공으로부터 대기압을 봉인한다. 필터 로드 어셈블리(200)는 도 18, 19 및 20에 일반적으로 도시햇듯이 개구(205)를 갖는 금속 플랜지(202) 및 개구(205)의 주변에 가깝게 배치된 복수의 축방향으로 있는 금속 필터 로드(208)를 포함한다. 양호한 실시예에서, 플랜지(202) 및 필터 로드(208)는 알루미늄 등의 전도 재료로 제조된다. 필터 로드(208)는 한정 몸체(120)의 길이를 통해 있고, 그 다운스트림 단부(209)에서 테이퍼되고 커버(140)에서 카운터보어(counterbore)(149)(도 12)에 의해 지지된다. 필터 로드(208)는 전자 방출 소스(126)로부터 방사상 내부 방향으로 이격되고 이온 빔 경로(14)의 방향에 평행한 방향으로 일반적으로 된다. 도 20에 도시했듯이, 필터 로드(208)는 길다란 자석(224)(사마륨 코발트로 통상적으로 만들어진)을 한정하지 위한 내부 통로(206)를 포함하도록 접근된다. 도 23A에 개념적으로 도시했듯이, 자석(224)이 자체-정렬해서 하나의 자석(224)의 극이 필터 로드 어셈블리(200)의 주변 주위에서 그 이웃한 자석(224)의 대향 극을 향한다. 필터 로드(208)에서 나삿니로 된 구멍(229)은 패스너(228)(도 2에 도시)를 수용하여 로드(208)내에 자석(224)을 리테인한다. 개구(205) 및 필터 로드(208)는 이온 빔(14)을 바운드하는 필터 자기장(181)(도 23A에서 점선으로 일반적으로 표시된)을 형성한다. 필터 자기장(181)은 고에너지 전자를 이온 빔 영역으로부터 남도록 한정하고 저에너지로 하여 한정 몸체(120)내에서 및 이온 빔(14)을 따라 어떤 곳에서 표류하게 한다.

상기 현상은 본원에서 참고로 결부되는 A. J. T. Holmes, Rev. Sci. Instrum. 53(10), Oct. 1982, P1517에 의한 논문 Electron Flow Through Transverse Magnetic Fields in Magnetic Multipoie Arc Discharge에서 더 상세하게 설명된다.

필터 로드는 하나의 목표 공작물의 최대 가능 네가티브 충전을 제한한다. 또한, 필터 로드 어셈블리(200)는 이온 빔 중성화기(44)의 업스트림 부분가까이의 이온 빔 플라즈마(14)의 열을 최소화한다. 고 에너지전자는 쿨롱 충돌을 통해 빔 플라즈마 전자와 충돌하고, 운동 에너지를 변화시킨다. 결과적으로, 빔 플라즈마 전자는 더 높은 평균 에너지를 갖는다.

도 22에서, 출구 플랜지(250)는 출구 커버(140)에서 호올(251)를 통해 그리고 출구 플랜지(250)에서 나삿니로 된 구멍(259)으로 삽입된 패스너(도시안된)에 의해 출구 커버(140)에 실장된다. 출구 플랜지(250)(통상적으로 유리질 흑연으로 제조된)는 이온 충돌로부터 커버(140)를 차폐하는 동안 이온 빔(14)으로 하여금 출구 커버(140)를 통해 통과하도록 는 개구(255)를 형성한다.

본 발명의 양호한 상기 설명으로부터, 상기 기술에 숙련된 자는 개선, 변화 및 변경을 인식한다. 그런 개선, 변화 및 변경 모드는 첨부된 청구항의 정신 또는 범위내에 일치하도록 커버된다.

내용없음

Claims

이온 주입기로써 사용하는 이온 빔 중성화기(44)에 있어서,

a) 이온 빔 이동 경로에 관련해서 지지되고 이온 빔 이동 경로의 길이를 따라 있으며 이온 빔으로 하여금 금속 한정 몸체에 의해 바운드된 중성화 영역으로 들어가도록 입구 구멍을 갖는 입구 커버(100)를 포함하고 또한 이온 빔으로 하여금 중성화 영역으로부터 통과하도록 하고 하나 이상의 공작물을 부딪히게 하기 위해 한정 몸체를 나가게 하는 출구 구멍을 갖는 출구 커버(140)를 포함하는 측벽을 갖는 금속 한정 몸체(120)와,

b) 한정 몸체에 의해 지지되고 중성화 영역내에서 한정 자기장을 세트업하기 위한 한정 몸체의 입구 커버(100), 출구 커버(140) 및 측벽에 관련해서 이격된 복수의 자석(124,164)과,

c) 빔을 중성화 영역을 통해 통과함에 따라 이온 빔에 의해 포획용 중성화 영역내에서 전자를 중성화하는 고밀도를 집중시키는 중성화 대역내에 지지된 수단(126)을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서, 한정 몸체가 사실상 원통인 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 2에 있어서, 적어도 일부의 자석(124)이 상기 원통 한정 몸체의 원주주위에 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서, 각 입구 및 출구 커버에 부착된 입구판(111) 및 출구판(151)을 부가적으로 구비하며, 상기 판은 상기 입구 및 출구 커버의 구멍과 사실상 동심인 구멍을 갖고 한정 자기장을 형성하는데 도움을 주기 위해 입구 및 출구 커버(100,140)의 외부 방향으로 직면하는 표면에 대해 자석(164)을 유지하는 내부 방향으로 직면하는 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서, 입구 커버(100)는 개구를 갖는 금속 플랜지 및 한정 몸체의 측벽에 의해 지지되는 자석(124)에 방사상 내부 방향으로 복수의 자석(224)을 지지하고 이온 빔 경로를 따라 있는 상기 개구의 주변 가까이에 배치된 복수의 축방향으로 있는 금속 필터 로드(208)를 구비하는 필터 로드 어셈블리를 지지하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 5에 있어서, 필터 로드는 필터 로드 자석(224)을 수용하기 위해 접근되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 6에 있어서, 필터 로드(208)는 사실상 한정 몸체의 길이로 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서, 자석(124,164)은 영구 자석인 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서, 상기 커버(100,140) 각각은 고에너지 충돌에 의해 발생된 열을 커버 및 한정 몸체로써 분산시키기 위해 냉각 액체를 루팅하는 냉각제 통고를 형성하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서, 한정 몸체의 벽이 적어도 하나의 구멍을 형성하고 중성화 영역내에서 전자(126)를 집중시키는 수단이 전자를 중성화 영역으로 직접적으로 주입하기 위해 한정 몸체의 중성화 영역내에서 직접적으로 실장된 전자 소스를 전달하는 적어도 하나의 전류를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 10에 있어서, 전자 소스는 필라멘트 캐소드를 통해 전기적 전류를 통과시키는 필라멘트 캐소드 및 전력 소스(229a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서, 한정 몸체는 적어도 하나의 구멍을 형성하고 중성화 영역내에서 전자를 집중시키는 수단은 공진 주파수 안테나(199) 및 한정 몸체의 중성화 영역내에서 자유 전자를 활성화하는 전력 소스(199a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 1에 있어서,

a) 일반적으로 원통 금속 몸체(120)의 원주상에 일정하게 이격된 간격으로 지지된 복수의 축 방향으로 길다란 자석(124)과,

b) 몸체에 관련해서 일반적으로 동심 구멍을 갖고 이온 빔으로 하여금 커버 및 몸체를 통해 통과되도록 하는 크기로 되는 축방향으로 이격된 금속 커버 쌍(100,140)과,

c) 금속 커버에 의해 지지된 복수의 일정하게 이격된 자석(164)과,

d) 이온 빔을 바운드하고 이온 빔 경로 방향에 일반적으로 평행하는 방향으로 되는 복수의 축방향으로 길다란 금속 필터 로드(208)를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 13에 있어서, 필터 로드는 사실상 금속 몸체의 길이로 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 13에 있어서, 필터 로드는 적어도 하나의 필터 자석(224)을 캡슐화하기 위해 브로우치(broach)되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 13에 있어서, 금속 커버는 냉각제를 루팅시키는 플랜지된 구조를 형성하여 이온 충돌에 의해 발생된 열을 커버 및 몸체로써 분산시키는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
청구항 13에 있어서, 금속 몸체는 방사상 내부 방향으로 있는 전자 소스를 갖는 구멍(125a)을 형성하여 금속 몸체내의 고에너지 전자(300)를 공급하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.
소스 스위치로부터 양 전자 이온을 방출하는 이온 소스(12)와, 소스를 방출하는 양 전하 이온으로부터 이온 빔(14)을 형성하는 구조와, 이온을 이온 처리 스테이션으로 들어가게 할 때 이온 빔에서 이온을 가로채기 위해 하나 이상의 공작물을 위치시키는 이온 처리 스테이션(16)을 갖는 이온 주입기에 있어서, 하나 이상의 공작물의 빔 처리 위치로부터 이온 빔을 따라 위치 지정 업스트림에서 중성화 전자를 이온으로 주입하는 방법은, 처리 스테이션에서 하나 이상의 공작물을 부딪히게 하기 전에 이온 빔(14)으로 하여금 중성화 영역을 통해 통과하도록 하는 입구 및 출구를 포함하는 한정 구조(120)로써 이온 빔을 바운드하는 단계와, 이온 빔을 한정 구조를 통해 통과함에 따라 중성화 여역내에서 전자를 구비하는 단계와, 한정 구조내의 전자 소스(126)로부터 전자를 한정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 중성화기.