KR19990022867A - 고전류의 저에너지 이온 빔을 발생시키기 위한 개선된 평행이온 광학기 및 장치 - Google Patents

고전류의 저에너지 이온 빔을 발생시키기 위한 개선된 평행이온 광학기 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR19990022867A
KR19990022867A KR1019970709336A KR19970709336A KR19990022867A KR 19990022867 A KR19990022867 A KR 19990022867A KR 1019970709336 A KR1019970709336 A KR 1019970709336A KR 19970709336 A KR19970709336 A KR 19970709336A KR 19990022867 A KR19990022867 A KR 19990022867A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion
electrode
electrode sheet
holes
ion channel
Prior art date
Application number
KR1019970709336A
Other languages
English (en)
Inventor
제이. 키르흐너 니콜라스
지. 거트만 페릭스
브이. 알렉산드로프 오레그
에이. 디닌 에핌
Original Assignee
니콜라스 제이, 키르흐너
매시브리 패러렐 인스트루먼츠, 인코오포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=21693327&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR19990022867(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 니콜라스 제이, 키르흐너, 매시브리 패러렐 인스트루먼츠, 인코오포레이티드 filed Critical 니콜라스 제이, 키르흐너
Publication of KR19990022867A publication Critical patent/KR19990022867A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/4205—Device types
    • H01J49/422—Two-dimensional RF ion traps
    • H01J49/4235—Stacked rings or stacked plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221—Ion beam deposition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48—Ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002—Details
    • H01J37/3007—Electron or ion-optical systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/004—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn
    • H01J49/009—Spectrometers having multiple channels, parallel analysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/004—Charge control of objects or beams
    • H01J2237/0041—Neutralising arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

이온들을 평행 처리하기 위한 장치(1700)가 제공된다. 이 장치는 박막 증착 또는 이온 주입을 위해 사용될 수 있으며, 이온 공급원(1702), 저장 이온 광학기(1708), 질량 선택 이온 광학기(1706)을 포함할 수 있으며, 중성자 포획 요소, 추출 이온 광학기, 빔 중성화 기구, 증착 및 박막 성장이 일어나는 기판이 제공된다. 이온은 평행한 이온 안내 채널의 조밀히 적층된 어에이 내부에서 포획되고 저장된다. 이온 안내 채널은 기판 표적을 조사하기 위하여 이온 공급원으로부터 고전류의 저에너지 이온을 전송한다. 전송하는 동안, 이온은 질량 선택될 수 있고, 복수개의 공급원으로부터의 이온과 병합될 수 있으며, 가스 상태 충전 변화 이온 분자 반응을 겪는다. 또한, 이온 공급원, 이온-분자 반응 반응물 가스, 잔여 배경 가스 또는 이온들의 중성화에 따른 중성자가 터보 펌핑, 크라이오 펌핑, 그리고 몇몇 이온 광학기 요소 상에서의 저온 응축에 의해 제거될 수 있다. 이온 경로에 평행하거나 또는 수직한 요소들을 포함하여 다른 형태의 이온 광학기 요소들, 그리고 중성자 포획 요소들이 균일한 큰 기판 표면위로 박막 이온 증착을 달성하기 위해 다른 방식으로 결합될 수 있다.

Description

고전류의 저에너지 이온 빔을 발생시키기 위한 개선된 평행 이온 광학기 및 장치
전자 재료의 이온 보조 표면 처리(ion assisted surface processing)는 현대의 반도체 제조 기본 설비에서 중요한 역할을 한다. 큰 면적의 표면을 선택적으로 에칭하고 세정하기 위하여, 전기 전도성을 변화시키기 위하여, 그리고 표면과 흡수된 중성자 사이의 반응을 개시시키는 에너지 운반체로서 이온이 사용된다. 또한, 이온 자체는 단독으로 또는 증착된 다른 중성자와 함께 반응하는 종류의 것일 수 있다.
이온 빔 증착은 통상적으로 이온이 기판 상에 증착될 적절한 에너지를 갖도록 이온 공급원을 조종하는 공정을 포함한다. 이온 빔 증착의 기술적 중요성은 이것이 다른 어떤 방법, 예컨대 열 조사 또는 광자 조사(光子 照射, photon irradiation)보다도 좀 더 제어가능한 방식으로 에너지를 표면에 전달할 수 있다는 것이다. 이온들의 병진 에너지(translational energy)(운동 에너지라고도 한다)를 제어함으로써, 기판의 표면에서 발생하는 중요한 공정들에 대해 이용가능한 에너지 양을 매우 미세하게 제어할 수 있다. 궁극적으로, 이러한 에너지는 하층 재료에 존재하는 화학 구조를 파괴할 필요 없이 표면에서 화학 결합을 만들거나 또는 파괴하게 된다.
20년 이상, 놀랄만하고 혁신적인 성질(예컨대, 재료 과학 포럼, 52 53 1(1989)호의 에스. 아이센베르그(S. Aisenberg) 등의 논문 참조)을 갖는 독특하고 새로운 박막(thin film) 재료를 성형하기 위하여 저에너지 이온 빔이 사용되어 왔다. 이온 빔 증착에 대한 최근의 작업은 다이아몬드 박막, 질소의 준안정 화합물(탄소와 보론 질화물)과 같은 재료, 그리고 초박막의 Al/Si 복수층(multilayer)을 만들어내었다. 이러한 것들 및 유사한 박막의 응용 분야는 반도체 다이아몬드-기(基) 전자 공학, 단단한 광 코팅(optical coating), 절연체, 전도체, 마모제 및 윤활제를 포함해서 넓다. 사실 박막은 그 자체가 산업화되어 가고 있다.
박막을 성형하기 위한 많은 기술들이 공지되어 있다. 이러한 기술들은 비교적 인기 있는 초기 플라스마 기술(예컨대, CVD, PVD, 레이저 제거)에서부터 이온 보조 및 여과 이온 빔 방법, 그리고 최종적으로 정밀한 질량 선택된 이온 빔 방법에 이르기까지 광범위하다. 열거한 이러한 방법들은 연속체(continuum) 위에서 제어의 정도가 불량에서부터 양호로 진행되고, 동시에 큰 스케일의 제조 적용성은양호에서부터 불량으로 진행된다.
플라스마 기술에 있어서, 저에너지 이온들은 계속하여 표면에 충격을 가한다. 플라스마는 전기장에 의해 구동되고, 전기장과 접촉상태에 있는 표면에 의해 감금된다. 이온 종류, 이온 플럭스 그리고 이온 에너지의 패러미터들은 불완전하게 제어되지만, 많은 경우에 있어서 플라스마 처리는 현재 큰 면적의 기판을 대량으로 성형할 수 있는 유일한 방법을 제공한다.
이온 보조 처리에 있어서 통상, 특정 이온 공급원으로부터의 질량 선택되지 않은 빔은 표면을 향하거나 또는 가스와 병합되어 표면을 에칭, 세정, 스퍼터링 또는 증착시킨다. 이온 여과 빔 방법에 있어서, 특히 하전된(charged) 종류의 것들은 통상 이온 공급원으로부터 발산되는 중성의 입자들로부터 분리된다. 예컨대, 탄소 이온은 탄소 아크 공급원으로부터 또는 레이저 제거원으로부터 자기적으로 분산될 수 있다.
질량 선택된 이온 빔 방법은 정제의 정도가 크고, 특히 에너지, 원자의 종류, 그리고 상대 비(relative ratio)의 점에서 성장하는 기판에 대한 제어의 정도가 고도로 발휘되어야 한다. 에너지 분배가 좁고, 질량이 특정되어 있으며, 하전되어 있든지, 중성이든지 간에, 외부 오염원이 없고 내부 에너지의 정도가 변하는 이온 빔이 만들어질 수 있다. 강도(intensity), 이온 질량, 이온 운동 에너지, 이온 내부 에너지, 그리고 표면에의 도착 속도 및 도착 각도와 같은 빔 패러미터는 넓은 범위의 조건에 있어서 독자적으로 제어될 수 있다. 뚜렷한 비교에 있어서, 플라스마 기술 충격 조건은 잘 형성되지 않고, 플라스마 동력원, 가스 압력, 가스 조성, 유량, 그리고 시스템 형태와 같은 여러 패러미터를 통해 간접적으로만 제어가 발휘된다. 또한, 플라스마 기술의 고압(1 torr) 때문에, 박막의 질은 오염물질과 성장 물질 사이의 동적 경쟁에 지배된다.
질량 선택된 이온 빔 증착이 다른 박막 증착 방법보다 그 우월성을 갖게 되는 중요한 기구(mechanism)는, 이온 빔이 화학 반응, 확산, 원자 표면의 운동성 및/또는 결정화를 만들어내기 위하여 고에너지의 이온들을 표면에 운반할 수 있다는 것이다. 이러한 반응들은 종래의 열적 공정보다 훨씬 낮은 체적 온도에서 일어난다. 예컨대, C+증착(1 mA/cm2에서 100 eV 빔)에 의한 다이아몬드형 탄소 박막의 합성에 있어서, 박막 속으로 공급되는 유효 출력 밀도는 100만/cm3차수이다(에스. 아이센베르그 등 참조).
주어진 어느 순간에서, 충격 이온에 의해 가해지는 에너지는 표면에서 크게 집중되어서, 화학 결합을 깨뜨리거나 형성시킬 수 있는 에너지를 만들어 낸다. 화학 결합 분쇄/형성 작용은 빠르고 오랜 시간동안 국부적으로 남아 있는 에너지를 필요로 하지 않는다. 다행히, 과잉 에너지는 하층 격자가 여기됨으로써 국부화된 위치로부터 급속히 분산되어 없어진다. 이처럼 에너지가 급속히 분산되어 없어짐으로써 하층의 표면 구조가 파괴되는 것이 방지된다. 따라서, 충격 이온 빔의 에너지는 과도한 온도의 필요 없이 박막 증착에 유용한 반응을 일으킬 수 있다. 이온 에너지를 제어함으로써, 박막 성장에 이용할 수 있는 에너지를 직접적으로 제어할 수 있다.
비교하여, 열적 여기(thermal excitation)는 벌크(bulk)가 표면의 화학적 성질을 쉽게 구동시킬 수 있는 온도까지 가열되는 것을 필요로 한다. 그러나, 이러한 온도에서, 바람직한 화학 반응 및 바람직하지 않은 화학 반응은 대체로 열역학적 평형 상태에 있다. 결함의 형성을 감소시키는 바람직한 반응이 바람직하지 않은 반응보다 우세해지게 하는 특정 조건을 발견해야 한다. 열적 여기의 여러 상업적 응용에 있어서, 바람직한 반응과 바람직하지 않은 반응 사이의 경쟁은 절충물을 제공한다. 다른 많은 잠재적인 용도에 대하여, 박막의 상업적 성형은 배제되는데, 왜냐하면 열역학적 평형에 의해 용납되는 결함의 정도가 너무 크기 때문이다.
그럼에도 불구하고, CVD, PVD 그리고 레이저 제거 방법은 합성 산업에서 널리 응용되어 왔고, 박막을 제조할 수 있는 속도를 증가시켰다. 상업적으로 제조된 많은 박막은 고압의 증착 방법에서 존재하는 불순물의 정도 또는 형태에 민감하지 않다. 그러나, 이온 빔 방법에 의해서만 제조가능한 많은 박막은 현재 상업화되지 않고 있는데, 왜냐하면 이러한 박막을 신속하고도 상업적으로 제조할 수 있는 신뢰할만한 제조 방법이 없기 때문이다.
따라서, 다음과 같은 것들을 제공할 수 있는 질량 선택된 이온 빔 박막 증착 및 이온 주입용 장치 및 방법이 요구된다.
1) 저에너지에서 고전류의 빔을 빔의 분산 없이 이온 공급원으로부터 목적물까지 전송하는 것;
2) 원하지 않는 중성의 입자들을 증착 영역과 접촉하지 않도록 배제하는 것;
3) 질량 선택(연속하여 또는 비연속적으로)에 의한 이온 빔 질량 조성물의 제어;
4) 질량 선택된 이온들의 상대 비의 제어;
5) 이온 에너지, 이온들의 운동 에너지 및 내부 에너지의 제어;
6) 질량 선택된 이온 빔 기술에 의해 현재 얻을 수 있는 것보다 더 큰 표면적에 대해 질량 선택된 이온들을 균일하게 분배하는 것;
7) 상업적으로 중요한 표면적(예컨대, 12 반도체 웨이퍼 및 그 이상)에 대해 질량 선택된 이온들을 균일하게 분배하는 것;
8) 개선된 재료를 실용적으로 합성하기 위한 융통성 있는 방법.
본 발명은 통상 평행한 이온 광학기(parallel ion optics) 분야에 관한 것으로, 특히 매우 큰 면적의 표면 상에 이온 빔을 증착하고 주입하기 위한 평행한 이온 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 이온 처리 유닛의 분해도.
도 2는 박막 이온 증착 장치의 주요 구성 요소들을 나타낸다.
도 3A는 전극 시트를 도시하는 도면.
도 3B는 절연 스페이서를 도시하는 도면.
도 3C는 전극 시트 상에 적층된 절연 스페이서를 도시하는 도면.
도 4는 평면 전극 시트 상에 있는 절연 스페이서의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 적층된 평면 전극 시트 및 절연 스페이서를 구비한 이온 처리 유닛을 도시하는 도면.
도 6은 만곡된 이온 안내 채널을 구비한 이온 처리 유닛을 도시하는 도면.
도 7A는 단계식 충전 패턴을 갖는 이온 처리 유닛을 도시하는 도면.
도 7B는 도 7A에 도시한 이온 처리 유닛의 단면도.
도 8은 개별적으로 출입가능한 이온 안내 채널을 구비한 전극 시트를 도시하는 도면.
도 9는 두 개의 이온 안내 채널을 병합하는 이온 처리 유닛을 도시하는 도면.
도 10A는 가스를 이온 안내 채널 속으로 분사하기 위한 가스 매니폴드를 도시하는 도면.
도 10B는 가스를 이온 안내 채널 속으로 분사하기 위한 다른 가스 매니폴드를 도시하는 도면.
도 11은 두 종류의 가스를 이온 안내 채널 속으로 분사하기 위한 가스 매니폴드를 도시하는 도면.
도 12는 가스 매니폴드의 평면도 및 단면도.
도 13A는 단일의 이온 빔을 병진시키기 위한 4극자를 도시하는 도면.
도 13B는 복수의 이온 빔을 병진시키기 위한 4극자 어레이를 도시하는 도면.
도 13C는 복수의 이온 빔을 병진시키기 위한 4극자 어레이 유닛을 도시하는 도면.
도 14A 및 도 14B는 이온의 저장 용기로서 형성된 이온 처리 유닛을 도시하는 도면.
도 14C는 외부 이온 공급원을 포함하는 박막 증착 장치를 도시하는 도면.
도 14D는 외부 이온 공급원을 포함하는 이온 주입 장치를 도시하는 도면.
도 15A 내지 도 15D는 각각 전자 충격, 레이저 이온화, DC 방전, 그리고 Rf 방전을 이용하는 일체형의 이온 공급원을 위한 가스 기둥의 이온화를 도시하는 도면.
도 16은 일련의 전하 전송 반응을 도시하는 도면.
도 17은 이온 처리 유닛 및 4극자 어레이 유닛을 포함하는 박막 증착 장치를 도시하는 도면.
도 18은 시간 범위에서의 여기 파형을 도시하는 도면.
도 19는 주파수 범위에서의 여기 파형을 도시하는 도면.
도 20은 여기 파형이 가해진 후 시간적으로 질량의 상대적인 분배를 도시하는 질량 분광 연속도.
도 21A는 각운동량 보조 확산을 하는 이온 처리 유닛의 측면도.
도 21B는 도 21A에 도시한 이온 처리 유닛의 평면도.
도 22는 도 21A 및 도 21B에 도시한 이온 처리 유닛에서 전극 시트를 지지하고 전기 전압을 가할 수 있게 하는 중심 샤프트를 도시하는 도면.
도 23은 6°의 각도로 전개된 방사상 스페이서로 각운동량 보조 확산의 시간 의존성 소모 그래프.
도 24는 60°의 각도로 전개된 방사상 스페이서의 각운동량 보조 확산의 시간 의존성 소모 그래프.
도 25A는 입자가 탈출하는 것을 도와주는 형태의 전극 시트를 도시하는 도면.
도 25B는 입자가 이온 처리 유닛을 빠져나갈 때 입자의 궤도를 도시하는 도면.
도 26은 이온 처리 유닛과 함께 사용되는 저온 응축 장치를 도시하는 도면.
도 27은 이온 처리 유닛을 빠져나가는 이온들의 증착 과정을 도시하는 도면.
도 28은 기판 홀더를 도시하는 도면.
도 29는 복수의 이온 빔 증착의 이점을 도시하는 도면.
본 발명은 박막 증착(thin filn deposition) 및 이온 주입(ion implantation)을 위해 사용될 수 있는 질량 선택된 이온 빔을 평행 처리하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 복수개의 평행한 이온 안내 채널(또는 이온 채널)을 제공하는 이온 처리 유닛(ion processing unit)을 이용한다. 이온 처리 유닛은 홀(hole)을 갖는 평면 전극 시트(planar electrode sheet)를 포함하는데, 상기 홀을 통해서 이온 안내 채널을 형성한다. 전극 시트는 인접 전극 시트를 분리시키는 절연 스페이서로 적층되거나 또는 나란히 놓인다. 이온 안내 채널 내의 이온을 조종하기 위해 비균일한 Rf장(場, field)을 발생시키도록 전극 시트에 변하는 Rf 전압을 가할 수 있다.
일실시예에 있어서, (예컨대, 박막 또는 이온 주입을 위해) 이온을 기판 표면에 조사하는 방법은 가스 샘플을 이온 공급원에 도입하는 단계와, 이온을 만들어내기 위하여 가스를 이온화시키는 단계와, 이온을 이온 처리 유닛의 이온 안내 채널 속으로 향하게 하는 단계와, 이온 안내 채널 내의 이온에서 바람직하지 않은 종류의 이온을 제거하는 단계와, 이온 안내 채널 내의 이온을 충분한 에너지로 기판 표면으로 향하게 하여 기판 상에 이온을 증착시키는 단계를 포함한다. 다른 종류의 이온 혼합물 또는 한 화학 원소의 동위체(isotopes)는 원하는 원소들을 함유하는 재료의 혼합물을 이온 공급원으로 도입함으로써 쉽게 증착될 수 있다. 이러한 기술은 솔리드를 성장시키는 다른 방법(예컨대, n-형 다이아몬드의 증착)에 의해 이용할 수 없는 분량으로 도핑하고 증착하는데 유용하다.
기판 표면 근처에서의 이온 빔 에너지는 코팅을 만들어낼 수 있을 만큼 충분히 크지만, 증착된 피막 또는 기판 표면을 손상시키지 않는다는 점에서 충분히 낮다. 그러나, 충분히 큰 에너지를 갖는 이온 빔은 기판의 표면을 에칭하고, 표면을 부드럽게 하거나 표면층을 성장시키고, 그리고 표적물, 기판 또는 성장막에 이온을 주입하는데 사용될 수 있다. 추가하여, 본 발명에 따라서 막을 층으로 성장시킬 수 있어 복수층(multi-layered)의 구조로 발전시킬 수 있는데, 이 구조는 다른 물리적 성질(예컨대, 다른 형태의 전도성) 및 두께를 갖는 막으로 구성된다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 이온 처리 유닛 내의 전극 시트 사이에 개선된 절연 스페이서(insulating spacer)가 제공된다. 일실시예에 있어서, 절연 스페이서는 이온 처리 유닛 내의 이온 안내 채널에 대응하는 구멍을 포함하는 개개의 관통형 시트이다. 다른 실시예에 있어서, 절연 스페이서는 이온 처리 유닛에서 이온 안내 채널 사이의 전극 시트에 클래드된 개개의 스페이서 요소 또는 탭이다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 중성자, 분산 이온, 광자 그리고 전자 시선(視線, line of sight)이 보이지 않는 이온 처리 유닛이 제공된다. 이온 처리 유닛 내의 이온 안내 채널이 만곡되어 있어 중성자 및 다른 바람직하지 않은 입자들을 이온 채널로부터 제거할 수 있다. 통상적으로, 원하지 않는 많은 입자들이 펌핑 기구(pumping mechanism)에 의해 제거된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 다른 두 충전(充塡) 패턴(packing pattern) 사이에서 어댑터로서 기능을 하는 이온 처리 유닛이 제공된다. 이를 달성하기 위하여, 이온 처리 유닛의 각 단부에서 전극 시트의 충전 패턴은 다르고, 내부 전극 시트는 두 충전 패턴 사이에 원만한 변화를 제공한다. 예컨대, 이온 안내 유닛은 육각형 충전 패턴에서 직사각형 충전 패턴으로의 변화를 제공할 수 있다. 또한, 이온 처리 유닛은 좀더 조밀하게 적층된 이온 안내 채널에서 덜 조밀하게 적층된 이온 안내 채널로의 변화를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 이온 처리 유닛 내의 각각의 그리고 N 폴드(fold) 이온 안내 채널 그룹은 게이트 기능(gating) 또는 렌즈 기능(lensing)을 제공한다.
게이트 기능 또는 렌즈 기능은 이온 안내 채널에 대응하는 판금된 관통구(plated through hole)를 포함하는 전극 시트에 의해 제공된다. 다른 전기 전압이 판금된 관통구에 가해지는 경우, 판금된 관통구는 이온들을 통과시키거나 봉쇄하는 게이트로서의 역할을 할 수 있다. 선택적으로, 판금된 관통구는 이온 빔을 집중시키는 렌즈로서의 역할을 할 수 있다. 일실시예에 있어서, 전극 시트는 복수층의 프린트 회로판(multilayer printed circuit board)으로 구성되는데, 이 회로판에서 복수층은 회로판 내의 판금된 관통구에의 전기적 연결부를 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 이온 처리 유닛 내의 이온 안내 채널을 병합 및 분리시킨다. 한 전극 시트 내의 복수개의 홀은 인접 전극 시트 상의 단일 의 더 큰 홀로 개방될 수 있다. 이온들이 이온 처리 유닛을 통해 이동하는 방식에 따라서, 인접하는 두 전극 시트 사이의 접합부는 이온 안내 채널에서 이온 빔을 병합 또는 분리시킨다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 이온 처리 유닛용 가스 및 광자 광(光, optical) 매니폴드(manifold)가 제공된다. 가스 매니폴드는 일정한 압력에서 이온 처리 유닛의 이온 안내 채널 속으로 가스를 도입시킬 수 있다. 광자 광 매니폴드에 의해서, 이온 안내 채널 내의 이온에 의해 방사된 광자가 이온 처리 유닛을 빠져나갈 수 있고 수집되거나 측정될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 각운동량을 이용하여 중성자를 소모시킨다. 이온 처리 유닛은 이온 안내 채널에 평행한 축을 중심으로 비교적 고속으로 회전된다. 통상적으로, 이온 처리 유닛을 포함하는 평면 전극 시트는 회전하는 샤프트 상에 장착된다. 충돌이 일어나는 동안에, 이온 처리 유닛의 각운동량은 중성자의 접선 속도로 전달되어 중성 가스를 이온 처리 유닛으로부터 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 원하지 않는 입자들을 제거하기 위하여 저온 응축(cryocondensation)을 이용한다. 최소한 이온 처리 유닛의 일부분은 크라이오 헤드(cryo head)에 의해 극저온의 온도(예컨대, 20K)로 낮춰진다. 바람직하지 않은 입자들이 이온 처리 유닛(예컨대, 이온 안내 채널의 벽)과 충돌하는 경우, 입자들은 이온 처리 유닛 상에서 응축된다. 주기적으로, 이온 처리 유닛은 응축되는 입자들이 증대되는 것을 제거하기 위하여 열적으로 순환될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 다음의 설명과 도면을 통해 명백해질 것이다.
목차
I. 서두
II. 이온 처리 구성 요소들
A. 전극 시트 및 스페이서
B. 만곡된 채널
C. 충전 패턴
D. 이온 안내 채널의 게이트 기능 및 렌즈 기능
E. 채널의 병합 및 분할
F. 가스 및 광자의 광 매니폴드
G. 4극자 어레이
H. Rf 전자 구동 요소들
III. 이온 공급원
A. 외부 이온 공급원
B. 일체형 이온 공급원
IV. 이온 처리
V. 중성자 가스의 펌핑 및 포획
A. 각운동량 보조 확산
B. 저온 응축
VI. 박막 이온 증착 및 이온 주입
I. 서두
도 1은 종래의 이온 처리 유닛의 분해도이다. 이온 처리 유닛(10)은, x-축을 따라 종방향으로 배치되고 스페이서(24)에 의해 분리된 일련의 전극 시트(12a 내지 12g)를 포함한다. 각 전극 시트는 독자적으로 작동가능한 증폭기 어레이(array)(14)를 형성하는 고전압 증폭기(14a,14b,14c)에 연결된다. 프로그램이 가능한 디지털-아나로그 컨버터(digital-to-analog converter, DAC) 어레이(16)는 증폭기(14)의 작동을 지배하고, 중앙 처리 유닛(18)으로부터 데이터 버스(20)를 따라 프로그램 신호를 받는다. 이로 인해, 중앙 처리 유닛(18)은 각 전극 평면에서 가해진 전압을 완전히 제어하여, 이온 처리 유닛을 통해 이동하는 하전 입자(charged particle)에 의해 생기는 유효 전위장(potential field)을 빠르고 정확하게 변화시킬 수 있다.
각 평면 전극 시트는 육각형 형상의 홀(22) 어레이 내에 배치된 얇은 금속의 메시(mesh)를 포함한다. 육각형은 면적 대 둘레비(area-to-perimeter ratio)가 가장 큰 셀프-충전(self-packing) 다각형이다. 전극 시트는 지지 프레임(23)에 팽팽하게 고정되고, 각각의 전극 시트는 작은 세라믹 스페이서에 의해 분리되는 다음 전극 시트 위로 적층된다. 평면 전극 시트는 각 시트 내의 연속하는 홀이 서로 정렬되어 육각형의 처리 채널(26)을 형성하도록 적층된다. 이러한 채널(26)은 각각의 밝은 육각형 홀(26a) 등에 의해 나타내어진다. 진공 덮개는 어레이용 히트 싱크(heat sink) 기능을 하는 진공 하우징(17)의 기부(基部)로 어레이를 둘러싼다. 증폭기 제어 신호는 DAC 어레이(16)에 의해 작동되는 실드 버스(shielded bus)(28)를 통해 이동하고, 실드 버스는 차례로 전용(專用) 버스(20)에 의해 운반되고 중앙 처리 유닛(18)에 의해 발생된 신호로부터 작동된다.
도 1에 도시한 이온 처리 유닛은 본원에서 참고로 인용하는 니콜라스 제이. 키르히너(Nicholas J. Kirchner)의 1993년 4월 27일 미국 특허 제5,206,506호에 상세히 개시되어 있다. 이온 처리 유닛은 비록 이온 포획 및 전송을 포함하는 특성을 제공하기는 하지만, 본 발명은 이온 처리 유닛을 이용하여 비교적 큰 면적에 대해 박막을 증착하고 이온을 주입하는 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 시선 입자 제거, 충전 패턴의 변화, 이온 안내 채널 게이트 및 렌즈, 채널 병합 및 분리, 가스 및 광자 광 매니폴드, 이온 공급원 요소, 중성자 펌핑(pumping) 또는 포획, 그리고 다극 어레이(mulipole array)와의 인터페이스(interface)에 의한 질량 선택을 포함하는 개선된 이온 광학기를 제공한다.
이하에서, 본 발명의 많은 특징들을 박막 증착과 관련하여 설명한다. 박막 증착은 본 발명의 기술을 실용적으로 응용할 수 있는 중요한 분야이다. 그러나, 박막 증착은 예시를 위한 것이지 제한은 아니다. 당업자는 본 발명이 질량 분석, 이온 주입, 그리고 이온 충격에 의한 웨이퍼 세정을 포함하여 여러 분야에 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명은 원리를 세워나가는 방식으로 설명한다. 즉 개개의 구성 요소들을 설명하고 다음에 이들 구성 요소들을 더 큰 유닛 내부에 도시한다. 논리적인 방식으로 본 발명을 설명하는 것 이외에, 개개의 구성 요소들이 다른 복잡한 기능을 수행하도록 다른 방식으로 조립될 수 있다는 것을 도시한다. 따라서, 적용하는 용도에 따라서, 개개의 구성 요소들은 단독으로 또는 다른 구성 요소들과 함께 사용될 수 있다.
II. 이온 처리 구성 요소들
도 2에는 본 발명에 따른 박막 이온 증착 장치의 주요 구성 요소들이 도시되어 있다. 박막 증착 장치(100)는 이온 공급원(102), 이온 빔 처리 유닛(104), 그리고 이온 증착 유닛(106)을 포함한다. 이온 빔 처리 유닛은 이온 버퍼(ion buffer)(108), 이온 질량 선택 유닛(110), 그리고 이온 버퍼 중성자 포획 유닛(112)을 포함한다. 박막 증착 장치는 통상 진공 챔버 내에 내장되는데, 이 진공 챔버는 구조에 따라서, 이온 빔 처리 유닛 내의 이온 광학기 요소들의 펌핑 및 포획 특성의 도움을 받아 다르게 펌핑된다.
이온 공급원(102)의 구조를 달리할 수 있다. 한 구조에 있어서, 종래의 넓은 빔 이온 공급원이 사용되는데, 이 공급원으로부터 플라스마 또는 이온이 이온 버퍼(108)에 의해 포획된다. 넓은 빔 이온 공급원의 예가 본원에서 참고로 인용하는 이온 공급원에 대한 제5차 국제 회의, Rev, Sci. Instrum., Part II 65 1039 to 1482(1994)에 개시되어 있다. 다른 구조에 있어서, 개개의 이온 공급원이 이온 처리 유닛내의 각 이온 안내 채널과 정렬된다.
이온 처리 유닛의 각 이온 안내 채널에 의해 포획되거나 채널 내에 형성된 이온 또는 하전 입자는 추출 전에 그리고 박막으로서 표적 기판(target substrate) 상에 증착되기 전에 전송되는 동시에 처리된다. 이런 점에서 처리(processing)라는 것은 이온 빔의 특성을 제어가능하게 변화시키는 것을 의미한다. 예컨대, 이온 빔의 질량 조성은 많은 이온들의 빔으로부터 C+, P+이온들을 동시에 질량 선택함으로써 변화될 수 있다.
이온 처리 유닛의 전극들은 개개의 이온 안내 채널을 형성하고, 채널 축에 수직한 평면 전극 시트 및/또는 채널의 축과 평행한 전극들의 다극 어레이를 포함한다. 전극은 큰 면적에 대해 박막 증착시키기 위하여 필요한 성질들을 갖는 이온 광학기 요소들의 일부분이다. 예컨대, 중성 원자 및 분자들은 비교적 짧은 거리에서 이온 빔으로부터 효과적으로 제거되어야 한다. 이를 달성하기 위하여, 이온 광학기 요소들은 이러한 원자 및 분자들을 펌핑하고 포획하는 것을 직접적으로 그리고 간접적으로 도와주어야 한다.
어떤 환경에서는, 이온 광학기는 가스들을 분배하기 위한 매니폴드로서의 기능을 수행한다. 이온 광학기 요소들은 또한 하나의 이온 채널이 복수개의 채널로 분할 될 수 있도록, 그리고 복수개의 이온 채널들이 병합될 수 있도록, 또는 하나의 이온 채널의 전체 지름을 변화시킬 수 있도록 하는 이온 게이트 또는 스위치를 포함할 수 있다. 따라서, 이온 광학기 요소들은 이온들이 조종되고 처리되는 이온 안내 채널을 형성하는 전극을 포함할뿐만 아니라, 이온 채널이 이온 공급원으로부터 증착 유닛까지 진행함에 따라 이온 채널들의 상대적 공간 위치를 변화시킬 수 있다.
박막을 증착하기 위해서는, 이온 처리 유닛으로부터 빠져나오는 이온들이 원하는 운동 에너지, 조정된 각도로 가속 또는 감속되어야 하고, 중화될 수 있어야 한다. 이온 처리 유닛을 빠져나가는 이온 빔은 배경 입자(background particle)들로부터 가능한한 자유롭게 되는 것이 바람직하다. 이온 빔은 이온-이온 반발 작용이 빔을 과도하게 분산시키기 전에, 그러나 약간의 분산으로 인해 빔 혼합이 발생한 후에 에너지를 제어된 각도로 기판에 가하여 이격 채널에서 기인하는 이온 비균질성을 제거하게 된다. 이온은 또한 이온 주입을 위해 이온 처리 유닛 내에서 KeV의 범위까지 가속될 수 있다.
A. 전극 시트 및 스페이서
도 3A 내지 도 3C에는 본 발명의 일실시예에서 사용되는 평면 전극 시트 및 관련 절연 스페이서가 도시되어 있다. 도 3A에는 화학적 가공에 의해 형성된 0.003 두께의 스테인레스강 시트로 구성될 수 있는 전극 시트(300)가 도시되어 있다. 전극 시트는 복수개의 원형 구멍(302)을 포함한다. 전극 시트가 서로 인접하여 놓이는 경우, 원형 구멍은 이온 안내 채널의 벽을 형성하도록 정렬된다. 전기 전압이 연장부(304)를 통해 전극 시트(300)에 가해진다. 이온 안내 채널 내에서 이온을 조종(예컨대, 병진 또는 질량 선택)하기 위하여 비균일 Rf장을 만들어내도록 전극 시트 사이에서 변하는 Rf 전압을 이용할 수 있다. 원형 구멍은 육각형의 충전 패턴으로 도시되어 있다.
도 3B에는 전극 시트를 분리시키는 절연 스페이서가 도시되어 있다. 절연 스페이서(320)는 캡톤(Kapton)으로 구성될 수 있고 화학적 가공에 의해 형성될 수 있다. 절연 스페이서는 복수개의 육각형 구멍(322)을 포함한다.
도 3C에는 평면 전극 시트(300) 상에 적층된 절연 스페이서가 도시되어 있다. 전극 시트 및 절연 시트 내의 구멍은 정렬되어 구멍(342)을 형성한다. 평면 전극 시트 내의 각 원형 구멍은 여섯 개의 접촉점(344)에서 절연 스페이서와 접촉한다. 절연 스페이서는 절연 스페이서의 하전(charging)을 피하기 위하여 유니티(unity)의 종횡비(가장 큰 크기에서 가장 짧은 크기까지)만큼 이온 안내 채널로부터 이격되어 홈이져 있다. 절연 스페이서가 하전되면 이온 플럭스를 혼란시켜 다른 채널에 대한 한 채널에서의 이온 흐름을 불균일하게 하는 결과를 야기시킨다.
이온 안내 채널은 전극 시트 및 절연 스페이서를 교호(交互, alternating) 적층시킴으로써 형성된다. 전극 시트 내의 원형 구멍이 여섯 개의 접촉점에서만 절연 스페이서와 접촉하기 때문에, 이온 채널의 벽은 실질적으로 개방되어 있다. 외측의 방사상 경계에서, 실질적으로 개방된 방사상 경계를 제공하는 절연 스페이서는 노치되어 있거나 또는 바둑판 모양으로 되어 있다. 이온 채널이 실질적으로 개방되어 있기 때문에, 중성자 또는 바람직하지 않은 다른 입자들이 이온 채널로부터 방사상 방향으로 확산할 수 있다. 선택적으로, 외부의 반응 가스는 이온 안내 채널 내부의 이온과 이온-분자 반응하기 위하여 이온 처리 유닛 속으로 확산할 수 있다. 화살표(346)는 중성 입자의 방사상 확산의 한 예이다.
도 4에는 평면 전극 시트 상에 위치한 절연 스페이서의 다른 실시예가 도시되어 있다. 개개의 절연 탭(tab) 또는 스페이서 요소(402)에 의해 절연이 이루어진다. 절연 탭은 캡톤으로 구성될 수 있고, 적절한 위치에서 평면 전극 시트에 부착될 수 있다. 또한, 캡톤 클래드(clad) 스테인레스강 시트를 선택적으로 서로 에칭시킬 수 있다. 전극 시트(300)는 절연 탭을 지지하는 원형 부재를 추가한 것을 제외하고는 도 3A에 도시한 전극 시트와 유사하다. 도시한 것처럼, 중성 입자 또는 바람직하지 않은 다른 입자들이 절연 탭으로 인해 이온 채널로부터 실질적으로 개방 확산(open diffusion)할 수 있다. 전하 전송 이온화의 경우에, 실질적으로 개방된 구조로 인해 이온 처리 유닛의 외부의 반응 가스는 N 폴드 채널 각각이 기계적으로 서로 분리되어 있는 것보다 더욱 효과적으로 장치를 통해 확산할 수 있다.
전도성 전극 시트 및 절연 스페이서용 재료는 스테인레스강과 캡톤에 한정되지 않는다. 예컨대, 전도성 전극 시트는 Ti과 같은 다른 금속, 금속화된 또는 전도성 플라스틱, 또는 탄소 복합재로 성형될 수 있다. 또한, 절연 스페이서는 폴리카보네이트(polycarbonate), 테프론(Teflon), 세라믹, 그리고 Rf 범위에서 흡수되지 않고 원하는 진공과 적합한 다른 재료들로 성형될 수 있다.
도 5에는 적층된 전극 시트 및 절연 스페이서를 구비한 이온 처리 유닛이 도시되어 있다. 이온 처리 유닛(500)은 도시된 천개 이상의 전극 시트로 구성된다. 전기 전압이 각 전극 시트에 개별적으로 가해질 수 있지만, 어떤 용도에 있어서는 동일한 전기 전압을 i번째 전극 시트마다 가하는 것이 좋다. 도 5에서, 30번째 전극 시트(즉, i=30)마다 동일한 전기 전압을 가한다. 각 로드에 전기적으로 연결된 전극 시트에 전기 전압을 가하기 위해 전도성 로드(502)를 사용한다. 베이스 플레이트(504)가 이온 처리 유닛의 각 단부에 위치한다.
세 개의 볼트(506)가 단부판 사이에서 연장함으로써 이온 처리 유닛을 유지한다. 세라믹 스페이서(508)가 전도성 로드를 절연시킨다. 또한, 30번째 마다의 전극 시트의 연장부(304) 사이에 세라믹 스페이서(510)가 위치한다.
A-A 단면도에 도시된 것처럼, 이온 안내 채널은 육각형 패턴으로 충전된다. 30개의 전도성 로드가 이온 안내 채널의 주위에 위치하며, 각 육각형 측면에 다섯 개가 위치한다. 하나의 육각형 측면에 다섯 개의 안내 채널이 있지만, 전극 시트의 대칭성 때문에 3가지 형태의 전극 시트만을 구성하면 된다. 예컨대, 도 3A에 도시한 전극 시트는 연장부(304)를 구비한다. 이 동일한 전극 시트는 이온 처리 유닛을 구성하는 동안 전극 시트를 뒤집음으로써 육각형 측면 상의 다른 두 위치에 놓인다. 따라서, 30개의 전도성 로드에 연결하기 위해 단지 세 개의 독특한 전극 시트만을 구성하면 된다. 30개의 전도성 로드가 도시되었지만, 동일 기술은 다른 수의 전도성 로드에 대해 독특한 전극 시트의 수를 감소시킬 것이다.
B. 만곡된 채널(curved channels)
박막을 기판 상에 증착하기 위해 이온 처리 유닛을 사용하는 경우, 여러 오염원이 있을 수 있다. 이온 공급원으로부터의 시선 중성자들이 기판에 증착될 수 있다. 시선이라 함은 두 지점 사이의 공간을 통하는 직선을 의미한다. 이러한 중성자들은 전기적으로 기저상태(基底狀態, ground state) 또는 여기상태(勵起狀態, excited state)에 있을 수 있다. 다른 형태의 오염원은 고에너지의 분산 이온인데, 이 이온은 질량 선택하는 동안 불안정하게 되는 종류의 이온이거나 또는 이온 안내 채널을 구성하는 장으로 들어가는 것이 바람직하지 않은 이온들이다. 분산 이온의 에너지가 충분히 큰 경우, 전도성 표면과 충돌시 중성화가 일어나지 않거나 또는 이온은 중성화될 수 있지만 중성자들은 실질 운동 에너지를 보유하게 된다. 다른 오염원은 광자, 전자, 그리고 증착 영역(시선 중성자와 반대)에서의 배경 가스를 포함한다.
시선 중성자들은 만곡된 이온 안내 채널을 이용하여 이온 처리 유닛으로부터 제거된다. 도 6에는 만곡된 이온 안내 채널을 구비한 이온 처리 유닛이 도시되어 있다. 이온 처리 유닛(600)은 이온 안내 채널(602)을 구비한다. 만곡된 이온 안내 채널은 전극 시트 및 절연 스페이서를 편의(偏倚, offset)식으로 적층함으로써 형성된다. 이온 처리 유닛이 작동하는 동안, 전극 시트에 의해 형성된 장은 만곡된 채널을 통해 이온 구름(ion cloud)을 이동시킬 것이다. 시선 중성자들은 직선 경로를 따라 이온 안내 채널의 측면과 접촉한다. 이온 처리 유닛으로부터 확산해가는 중성자들은 통상 펌핑 장치(크라이오펌프(cryopump), 터보펌프(turbopump), 확산 펌프(diffusion pump))에 의해 진공 장치로부터 제거된다. 중성자들은 표면이 충분히 차가울 경우 이온 처리 유닛 표면 상에 저온 응축될 수도 있다.
충분한 횟수의 충돌이 일어난 후에, 광자와 전자는 채널의 만곡된 구조로 인해 제거된다. 전극과 충돌하는 이온들은 결국 중성화된다. 병진 에너지가 큰 중성자들은 결국 열운동 속도(thermal velocity)로 감쇠된다. 중성자들이 충분히 불안정한 경우에는, 중성자들은 이온 처리 유닛으로부터 확산하거나 또는 응축되어 이온 처리 유닛 구조 상에 고체를 형성할 수 있다.
C. 충전 패턴(packing pattern)
용도에 따라서, 이온 처리 유닛은 유사하지 않은 충전 패턴의 두 체제 사이에서 어댑터로서의 역할을 수행할 수 있다. 예컨대, 이온 처리 유닛은 고밀도의 이온 공급원과 질량 선택을 위한 4극자 어레이(quadrupole array) 사이에 인터페이스(interface)를 제공할 수 있다. 이러한 변화를 달성하기 위하여, 이온 안내 채널은 충전 패턴을 육각형 충전 패턴으로부터 직사각형 충전 패턴으로 변화시킬 필요가 있다.
도 7A에는 단계식(graduated) 충전 패턴을 갖는 이온 처리 유닛이 도시되어 있다. 이온 처리 유닛(700)은 이온 안내 채널(702)을 구비한다. 이온 안내 채널은 일단부에서 육각형 충전 패턴으로 되어 있고 4극자 어레이(710)와 인접한 타단부에서 직사각형 충전 패턴으로 되어 있다. 4극자 어레이는 평행한 전극(712)을 포함한다. 육각형 충전 패턴은 이온 공급원 또는 증착용 기판에 인접할 수 있다. 도시된 것처럼, 격자(grid) 전극의 전체 외경은 이온 안내 채널의 충전 패턴의 유효성이 감소함에 따라 증가한다. 연속되는 전극 시트 사이의 충분히 작은 변화를 이용함으로써, 이상적인 이온 채널 장의 전기적 혼란이 최소화될 수 있다.
도 7B는 도 7A에 도시한 이온 처리 유닛의 단면도이다. 이온 처리 유닛(700)을 따라 다양하게 증가되는 전극 시트가 도시되어 있다. 제1 격자는 육각형 충전 패턴이다. 다음의 전극 시트는 점차적으로 마지막 전극 시트에 도시된 직사각형 충전 패턴으로 전개된다. 마지막 전극 시트의 이온 안내 채널은 4극자 어레이의 평행 전극(712) 사이를 통과한다. 따라서, 연속되는 전극 시트는 충전 패턴과, 유닛 면적당 이온 안내 채널의 밀도 또는 도시된 것처럼 두 가지 모두를 변화시키기 위하여 변화될 수 있다.
연속되는 전극 시트 사이의 전기 용량(electrical capacitance)은 입자 엔지니어링에서 중요한 고려 사항이다. 전기 용량은 전극 시트를 실질적으로 가능한한 개방된 상태로 함으로써 최소화된다. 여섯 지점의 서스펜션(suspension)이 제1 전극 시트로부터 마지막 전극 시트까지 유지된다.
D. 이온 안내 채널의 게이트 기능 및 렌즈 기능
몇몇 예에 있어서, 특정 이온 안내 채널을 명백하게 제어하는 것이 바람직하다. 전술한 전극 시트 내에서, 이온 안내 채널은 개별적으로 출입할 수 없다. 본 발명에 따라서 개개의 이온 안내 채널 및/또는 N 폴드 채널의 서브그룹(subgroup)을 선택적으로 제어할 수 있다.
도 8에는 개별적으로 출입할 수 있는 이온 안내 채널을 갖는 평면 전극 시트가 도시되어 있다. 전극 시트(800)는 복수개의 원형 구멍(802)을 포함한다. 원형 구멍은 이온 안내 채널에 대응한다. 전극 시트는 복수개의 전기 패드(804)를 허용할 수 있는 복수층의 프린트 회로판으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 전극 시트는 복잡성에 따라서 단일 또는 이중 측면의 단일층 판 또는 복수층 판을 사용하여 성형될 수 있다. 전기 패드는 원형 구멍에 전기 전압을 제공하고, 각각의 전기 접촉부는 임의수의 원형 구멍과 연결될 수 있다.
복수개의 채널 서브셋(subset)은 패드(804)와의 전기적 연결을 통해 구동될 수 있다. 원형 구멍은 판금된 관통구(plated-through hole)일 수 있고, 하나 또는 그 이상의 전기 패드(804)로부터의 전기 전압을 받는다. A-A 단면도에는 전극 시트(800)가 어떻게 게이트 기능(gating function)을 제공하는지 도시되어 있다. 원형 구멍(806,808,810)이 도시되어 있다. 원형 구멍(806,808)에서 발생된 전기장으로 인해 이온들은 이온 안내 채널에서 각각 나아갈 수 있다. 그러나, 원형 구멍(808)에서 발생된 전기장은 이온들이 게이트를 가로질러 병진 운동할 수 있도록 하지 않는다. 따라서, 선택된 이온들(또는 이온 안내 채널)만이 나아갈 수 있고, 다른 이온 채널들이 서로 게이트될 수 있다.
전극 시트(800)는 또한 렌즈 기능(lensing function)을 제공할 수 있다. 전술한 게이트는 한 전기 전압은 이온들이 통과할 수 있도록 하고 다른 전기 전압은 이온들의 이동을 봉쇄하는 2원 게이트로서의 기능을 수행할 수 있다. 그러나, 이러한 두 극단 사이의 전기 전압은 이온들을 집중시키는(또는 분산시키는) 렌즈 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 전극 시트(800)의 원형 구멍은 가해진 전기 전압에 따른 이온 렌즈로서의 기능을 수행할 수 있다.
원형 구멍에 가해진 전기 전압은 DC 전압, Rf 전압 중 어느 하나일 수 있고, 또는 둘 모두일 수 있다. DC 전압을 가한다는 것은 정전기(electrostatic)를 의미하고, Rf 전압을 가한다는 것은 동전기(electrodynamic)를 의미한다.
정전기, 동전기 또는 혼합 정전기 및 동전기 게이트 기능이 이용될 수 있다. 정전기 및 동전기 게이트 기능의 혼합(mixing)은 몇몇 사실을 의미할 수 있다. 예컨대, 정전기 게이트는 N/i 채널의 한 서브셋에 대해 전개될 수 있고, 반면에 동전기 게이트는 다른 서브셋 위로 전개될 수 있다. 또한, 단일 게이트는 정전기 및 동전기 성분들을 구비할 수 있는데, 이들은 정전기 성분만을 갖는 인접 게이트, 동전기 성분만을 갖는 인접 게이트, 또는 정전기 및 동전기 성분을 구비한 인접 게이트, 어떤 성분도 구비하지 않는 인접 게이트와 독립적이다.
E. 채널의 병합 및 분리
본 발명은 복수개의 이온 안내 채널을 병합하거나 또는 하나의 이온 안내 채널을 복수개의 채널로 분리시킬 수 있다. 도 9에는 두 이온 안내 채널을 병합하는 이온 처리 유닛이 도시되어 있다. 절연 시트(902)는 이온 안내 채널에 대응하는 원형 구멍(904)을 구비한다. 전극 시트(906)가 절연 시트(902) 사이에 위치한다. 전극 시트(906)는 이온 안내 채널을 형성하는 원형 구멍(908)을 구비한다. 절연 시트(910)는 두 이온 안내 채널에 대응하는 타원형 구멍(912)을 구비한다. 전극 시트(914)는 절연 시트(910) 사이에 위치한다. 전극 시트는 이온 안내 채널을 형성하는 타원형 구멍을 구비한다. 바람직하게는, 절연 시트의 구멍의 지름은 전극 시트 내의 인접 구멍의 지름보다 크다. 이렇게 함으로써 절연 시트를 하전시키게 되는 이온과 절연 시트의 접촉 가능성을 줄일 수 있다.
도시한 바와 같이, 두 이온 안내 채널의 이온들은 단일의 이온 안내 채널 속으로 병합된다. 타원형 구멍(916)에 의해 형성된 이온 안내 채널을 두 이온 안내 채널로 분리시키기 위하여 동일한 전극 시트를 사용할 수 있다. 2:1 병합 및 분리를 도시하였지만, 다른 복수의 병합 및 분리도 가능하다.
어떤 게이팅 없이도 이온 안내 채널을 병합 및 분리할 수 있지만, 이들을 조합하면 추가 기능을 제공한다. 도시한 게이팅 전극 시트(920)는 도 8의 전극 시트와 유사하다. 병합 채널을 결합함으로써, 별개의 두 이온이 인접 이온 안내 채널 속으로 분사될 수 있다. 전극 시트(920)로 인해 어떠한 이온도 선택하지 않을 수 있고, 두 종류의 이온 중 하나, 또는 두 종류의 이온의 여러 조합을 선택할 수 있다.
F. 가스 및 광자 광 매니폴드
상기 단락에서, 인접 평면 전극 시트의 공간 방위는 변할 수 있고(즉, 만곡된 이온 채널), 인접 이온 안내 채널의 공간 방위가 변할 수 있으며(즉, 충전 패턴), 인접 이온 안내 채널에 가해지는 전기장이 변할 수 있고(즉, 게이팅), 이온 안내 채널이 병합 및 분리될 수 있음을 나타내었다. 이러한 것들은 이온 광학기를 현저히 개선시킨다. 그러나, 이온 처리는 또한 이온과 가스 상태의 입자들과의 화학 반응, 광자와의 상호 작용, 그리고 고체 표면과의 상호 작용을 포함한다.
이온의 발생 또는 특정 중성자와의 이온 충돌과 같은 몇몇 경우에 있어서, 특정 가스를 각 이온 안내 채널 속으로 흐르도록 하는 것이 유리하다. 도 10A에는 이온 안내 채널 속으로 가스를 분사하기 위한 가스 매니폴드가 도시되어 있다.
단부 판(1002,1004)은 이온 안내 채널용 입구 및 출구를 형성할뿐만 아니라 가스 매니폴드용 외벽을 형성한다. 단부 판은 각각 원형 구멍(1006,1008)을 포함한다. 가스 안내 판(1010,1012)이 단부 판에 인접한다. 가스 안내 판은 각각 원형 구멍(1014,1016)을 구비한다.
이온 안내 채널은 원형 구멍에 의해 형성된다. 가스 안내 판은 또한 가스 채널(1018,1020)을 포함한다. 가스 채널은 원형 구멍열 사이의 가스 안내 판 내의 구멍이다. 가스 안내 판의 구조는 같지만, 가스 매니폴드를 형성하는 동안, 가스 안내 판은 가스 채널이 60°각도가 있도록 위치한다.
가스 분사 판(1030)은 가스 안내 판 사이에 위치한다. 가스 안내 판처럼, 가스 분사 판은 원형 구멍열 사이에 가스 채널(1032)을 구비한다. 그리고, 가스 안내 판처럼, 가스 채널(1032)은 다른 가스 채널에 대해 60°의 각도로 위치한다. 그러나, 가스 분사 판에서, 원형 구멍(1034)은 가스가 인접 가스 안내 판내의 가스 채널로부터 이온 안내 채널 속으로 계량될 수 있도록 하는 노치(notch)를 구비한다. 가스 채널은 가스 매니폴드를 형성하는데, 이 매니폴드는 연속되는 가스 계량 오리피스 사이에서 매니폴드 압력을 현저히 강하시키는 악효과 없이 개개의 가스 계량 오리피스를 공급한다.
도 10B에는 이온 안내 채널 속으로 가스를 분사하기 위한 다른 가스 매니폴드가 도시되어 있다. 가스 매니폴드는 두 개의 가스 안내 판 대신에 단 하나의 가스 안내 판이 있다는 것을 제외하고는 도 10A에 도시한 가스 매니폴드와 동일하다.
단부 판(1052,1054)은 이온 안내 채널용 입구 및 출구를 형성할뿐만 아니라 가스 매니폴드용 외벽을 형성한다. 단부 판은 이온 안내 채널에 대응하는 원형 구멍을 포함한다. 가스 안내 판(1056) 및 가스 분사 판(1058)이 단부 판에 인접한다. 가스 안내 판 및 가스 분사 판은 또한 이온 안내 채널에 대응하는 구멍을 구비한다. 그러나, 가스 안내 판은 원형 구멍을 구비하고, 가스 분사 판은 도시된 것처럼 노치를 포함하는 원형 구멍을 구비한다.
가스 안내 판 및 가스 분사 판은 또한 구멍열 사이를 통하는 채널을 구비한다. 채널은 가스가 매니폴드를 가로질러 확산할 수 있도록 판 매니폴드가 구성되어 있는 경우에는 평행하지 않다(예컨대, 60°). 가스 분사 판 내의 원형 구멍의 노치는 가스가 이온 안내 채널 속으로 계량될 수 있도록 해준다.
판은 화학적으로 에칭될 수 있고, 전도성이거나 절연성이거나 또는 혼합된 성질을 가질 수 있다. 매니폴드를 기밀(氣密, gas tight)로 하기 위하여, 매니폴드 판의 내표면을 서로 직접적으로 또는 접착제를 사용하여 클래드할 수 있다. 또한, 판 사이의 가스가 가스 매니폴드로부터 누출되지 않도록 하기 위하여, 충분한 기계적 압력이 판의 표면을 가로질러 가해질 수 있다. 일실시예에 있어서, 가스 분사 판은 다공성 (소결) 재료로 제조될 수 있다. 따라서, 개개의 이온 안내 채널 속으로의 가스 계량은 정밀히 가해진 틈새(예컨대, 원형 구멍(1034) 내의 노치)를 통해서보다는 소결 매체를 통해 확산시킴으로써 달성될 수 있다.
일실시예에 있어서, 이온 처리 유닛은 가스 매니폴드이다. 따라서, 가스 매니폴드는 교호 전도성 전극과 절연 시트로 구성된다. 도 10A를 참조하면, 단부 판(1002,1004)은 금속제 전극 시트일 수 있다. 가스 안내 판(1010,1012)은 절연 시트(예컨대, 캡톤)일 수 있다. 가스 분사 판(1030)은 금속제 전극 시트일 수 있다. 단부 판(1002,1004)과 가스 분사 판(1030)은 도 3A에 도시한 연장부(304)와 같은 전기 접촉 연장부를 포함할 수 있다.
도 11에는 두 가스를 다른 이온 안내 채널 속으로 분사시키기 위한 가스 매니폴드가 도시되어 있다. 가스 매니폴드는 도 10A에 도시한 것과 같은 단부 판(1102,1104,1106)을 포함한다. 단부 판(1104)은 두 가스 매니폴드를 분리시킨다. 유사하게, 가스 매니폴드는 가스 안내 판(1120,1122,1124,1126)을 포함한다. 가스 분사 판(1130,1132)은 가스 안내 판 사이에 위치한다. 가스 분사 판은 원형 구멍을 포함하는데, 원형 구멍 중 절반만이 가스를 이온 안내 채널 속으로 분사하기 위한 노치(1140)를 포함한다. 노치를 갖는 원형 구멍을 엇갈리게 함으로써, 한 가스가 절반의 이온 안내 채널 속으로 주입될 수 있고, 다른 가스는 다른 절반의 이온 안내 채널 속으로 주입될 수 있다. 노치형 원형 구멍을 절반의 이온 안내 채널에 대해 도시하였지만, 임의 수의 원형 구멍을 노치시킬 수 있고, 가스를 동일한 이온 안내 채널 속으로 분사하도록 다른 가스 매니폴드를 구성할 수 있다는 것은 명백하다.
가스 매니폴드는 각 이온 안내 채널에서 가스 압력을 일정하게 유지하면서 가스를 이온 안내 속으로 분사시키는 방법을 제공한다. 또한, 가스 매니폴드는 가스를 유사한 시간에서 그리고 낮은 정체적(靜體積, dead volume)으로 이온 안내 채널로 송출한다.
도 12는 가스 매니폴드의 평면도 및 단면도이다. 가스 매니폴드(1200)는 가스 분사구(1202)를 포함한다. 가스는 가스 분사구를 통해 가스 매니폴드 속으로 분사된다. 복수개의 가스 분사구는 여러 가스를 가스 매니폴드 속으로 분사시키기 위해 사용될 수 있다. 가스가 일단 이온 안내 채널 속으로 분사되면, 전자들이 가스와 충돌하여 이온을 발생시킬 수 있다.
전술한 가스 매니폴드는 광자 광 매니폴드로 변형될 수 있다. 광자 광 매니폴드를 만들기 위하여, 가스 안내 판 및 가스 분사 판은 광투과성 재료로 성형된다. 도 10B에 있어서, 이온 안내 판(1056)과 이온 분사 판(1058)은 유리 또는 다른 광투과성 재료로 구성될 수 있다. 다음에, 예컨대 레이저 유도 방사(stimulated emmision), 형광(fluorescence), 또는 인광(phosphorescence)의 결과 이온에 의해 방사된 광자는 광 매니폴드 판을 빠져나가고, 광섬유 케이블 속으로 수집될 수 있다. 이런 식으로, 광 매니폴드 판의 평면과 광학적으로 인접한 또는 광학적으로 이 평면내의 이온으로부터의 광자는 모든 이온 안내 채널에서 수집된다. 1개 이상의 광 매니폴드는 이온 처리 유닛의 전 길이를 통해 전개될 수 있고, 매우 많은 수의 이온들로부터 광학 광자를 수집할 수 있다.
G. 4극자 어레이
도 13A에는 단일의 이온 빔을 병진시키기 위한 4극자가 도시되어 있다. 4극자의 전극(1302)은 통상 이온 채널과 수직한 전극을 포함하는 이온 처리 유닛과 달리 이온 채널에 평행하다. 4극자 어레이를 이용하여 질량 선택을 할 수 있다. 예컨대, 4극자를 이용하는 질량 선택이 본원에서 참고로 인용하는 폴 등의 1960년 6월 7일자 미국 특허 제2,939,952호에 개시되어 있다. 본 발명에 있어서, 임의 파형 발생기(Arbitrary Wave Form Generator, AWFG)(1304)는 가해진 Rf 전압 상단에 여기 파형(excitation waveform)을 부가한다. 부가된 여기 파형을 이용하는 질량 선택은 도 18 내지 도 20을 참고하여 상세히 설명한다.
도 13B에는 복수의 이온 빔을 병진시키기 위한 4극자 어레이가 도시되어 있다. 4극자 어레이는 복수개의 전극(1310)을 포함한다. 어레이에 의한 다극 포획 전위 기능은 이온 저장, 이온 전송 그리고 질량 선택의 역할을 수행한다. 본 발명에 있어서, 하나 또는 이상의 이온 질량의 동시 질량 선택을 위한 고전류 스루풋(throughput)을 달성하기 위하여 또는 다시 고이온 전류에서 질량 차단을 달성하기 위하여 이온 처리 유닛과 함께 4극자 어레이를 사용할 수 있다. 일반적으로 박막을 기판 상에 빠른 속도로 증착시키기 위하여 고이온 전류가 필요하다. 4극자 어레이로 질량 선택을 수행할 수 있지만, 질량 선택은 유사한 방식으로 이온 처리 유닛에 의해 수행될 수도 있다.
도 13C에는 복수의 이온 빔을 병진시키기 위한 4극자 어레이 유닛이 도시되어 있다. 4극자 어레이 유닛(1330)은 복수개의 전극(1332)을 포함한다. 4개의 전극 그룹은 이온 안내 채널(1334)을 형성한다. 4극자 어레이 유닛은 단부 판(1336)을 포함한다. 단부 판은 전극을 적소에 유지하고, 전기 전압을 단부 판을 통해 전극에 가할 수 있는 전도성 재료로 제조될 수 있다. 일실시예에 있어서, 단부 판은 전기 전압을 도 8에 도시한 것과 유사한 방식으로 전기 패드(1338)를 통해 전극 그룹에 가할 수 있는 프린트 회로판이다. 또한, 전기 전압이 판금된 관통구(1340)로서 형성된 이온 안내 채널의 입구 및 출구 렌즈에 유사한 방식으로 가해질 수 있다.
4극자 어레이 유닛은 추가하여 이온 처리 유닛에 이온 전송 및 이온 처리를 제공할 수 있다. 그러나, 4극자 어레이 유닛은 육각형 충전 패턴의 이온 처리 유닛보다는 본질적으로 덜 효과적인 충전 패턴, 즉 직사각형 충전 패턴을 구비한다. 따라서, 이온 처리 유닛은 도 7A 및 도 7B에 도시한 두 충전 패턴 사이의 인터페이스로서 이용될 수 있다.
H. Rf 전자 구동 구성 요소들
바람직한 실시예에 있어서, 이온 처리 유닛 또는 4극자 어레이(예컨대, 도 1 참조) 내의 전극에 가해진 전기 전압을 발생시키기 위하여 컴퓨터 시스템을 이용할 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에 있어서는 훨씬 단순화된 장치를 이용할 수 있다. 예컨대, 동적 이온 포집 및 전송 기구에 의해 전체 이온 스루풋을 최대로 할 필요가 없는 경우에는, 단순화된 전자 구동 회로이면 충분할 수 있다.
도 14A에는 이온용 공간 충전 저장 용기로서의 기능을 하는 이온 처리 유닛이 도시되어 있다. 오실레이터(1360)는 교류 전기 전압을 전극 시트(1362)에 가한다. 교류 전압은 이온을 이온 처리 유닛의 이온 안내 채널 내에 저장한다.
도 14B에는 이온용 공간 충전 저장 용기의 다른 실시예가 도시되어 있다. 오실레이터(1380)는 전극 시트(1382)에 가해질 교류 전기 전압을 발생시킨다. 전극에 변하는 전압을 제공하는 강하 레지스터(dropping resistor)(1384)가 전극 시트(1382) 사이에 위치한다. 교류 전압은 이온을 이온 처리 유닛의 이온 안내 채널 내에 저장한다. 따라서, 전극 시트에 가해지는 전기 전압을 발생시키기 위하여 오실레이터 및 다른 전자 장치가 사용될 수 있다.
III. 이온 공급원
이온 공급원은 여러 기술 분야에서 사용된다. 이온 공급원은 통상 이온 안내 채널 외부에 있는지 또는 이온 안내 채널과 일체되어 있는지에 따라서 분류된다. 외부 이온 공급원은 한 큰 무리의 이온 안내 채널에 공통된다. 대조하여, 개개의 일체형 이온 공급원은 이온 처리 유닛의 이온 안내 채널에 특유하다.
A. 외부 이온 공급원
도 14C에는 외부 이온 공급원을 포함하는 박막 증착 장치가 도시되어 있다. 박막 증착 장치(1400)는 이온 공급원(1402), 이온 처리 유닛(1404,1406,1408), 증착 유닛(1410)을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 이온 공급원은 넓은 빔 전자 사이클로트론 공진(Electron Cyclotron Resonance, ECR) 이온 공급원이다. 이러한 공급원은 본원에서 참고로 인용하는 진공 과학 기술 저널 A 7 883(1989) 제이. 아스무센(J. Asmussen), 진공 과학 기술 저널 A 10 3055(1992) 오. 에이. 파포프(O.A. Popov)에 개시되어 있다. 플라스마를 포함하여 하전된 종류의 것은 플라스마 감금 영역을 포함하는 자석의 상대적인 위치에 의해 구동되는 어떤 특징적인 이온 속도(V)로 이온 공급원을 빠져나간다. 플라스마는 이온 공급원을 빠져나가 이온 처리 유닛의 전방부와 충돌한다. 개개의 이온 안내 채널 속으로의 플라스마 침투는 플라스마 탈출 속도(Vi) 및/또는 공급원과 이온 처리 유닛 사이의 상대 전위에 의해 제어될 수 있다.
종래의 전형적인 시스템에 있어서, 플라스마로부터 이온을 추출하기 위해서는 큰 DC 전위가 필요하다. 그러나, 결과적으로 나타나는 이온 빔의 에너지가 커서 저에너지 제어에는 적절하지 않다. 본 발명에 있어서, 이온 처리 유닛의 전방부는 고전압으로 유지될 필요는 없고, 원자 및/또는 분자 이온의 포획 및 전송에 적당한 조건 하에서 작동하는 내부장과 접지되어 유지될 수 있다.
계속해서 도 14C를 참조하면, 이온 공급원 및 이온 처리 유닛 접합부의 평면 확대도에는 양(+)으로 그리고 음(-)으로 하전된 요소들을 포함하는 플라스마가 Rf 전기 드라이브가 꺼져 있는 단일의 이온 안내 채널 속으로 흐르는 것이 도시되어 있다. 전자들은 많은 플라스마중 주로 음으로 하전된 요소를 포함한다. Rf 전기 드라이브가 켜져 있는 경우에는, 전자들은 전기력장에서 불안정하기 때문에 플라스마로부터 선택적으로 가속된다. 이러한 과정이 이온 공급원 및 이온 처리 유닛 접합부의 저면 확대도에 도시되어 있다.
잔여 이온(양 및 음)은 안정되고 이온 처리 유닛 장에서 동반되어 이온 처리 유닛의 내부 속으로 전송된다. 따라서, 본 발명은 플라스마로부터 이온을 분리하기 위하여 고 DC 추출 전압의 필요성을 제거해준다.
이온 처리 유닛(1404)은 이온을 수집하고 이온 버퍼로부터의 이온 흐름을 조정하는 이온 버퍼로서의 기능을 수행할 수 있다. 이온 처리 유닛(1406)은 이온 안내 채널 내의 이온을 질량 선택할 수 있다. 이온 처리 유닛은 기판 상에 증착시키기 위한 이온 버퍼로서의 기능을 수행할 수 있다. 이온 버퍼는 통상적으로 장치의 이온 스루풋에 의해 수용될 수 있는 것보다 플라스마로부터 이용가능한 더 많은 수의 이온을 갖는다. 이러한 방식으로, 이온 버퍼는 균일한 밀도를 갖는 이온 스트림을 만들어낸다. 따라서, 입력시의 플라스마 밀도가 균일하지 않더라도, 이온 버퍼의 속도 제한 스루풋은 균일한 출력을 만들어낸다.
박막 증착을 위한 장치에서 이용되는 플라스마 이온 추출이 도시되어 있지만, 플라스마 이온 추출은 다른 장치 또는 독립형의(standalone) 장치에서 이용될 수 있다. 예컨대, 도 14D에는 외부 이온 공급원을 포함하는 이온 주입 장치가 도시되어 있다. 이온 주입 장치(1450)는 이온 공급원(1452), 이온 처리 유닛(1454), 그리고 주입 유닛(1456)을 포함한다.
이온 주입 장치(1450)는 이온 처리 유닛 상에만 있다는 것을 제외하고는 도 14C의 장치와 유사하다. 도 14C의 세 개의 이온 처리 유닛(1404,1406,1408)은 증착 유닛(1410) 내에 고진공(즉, 이온 스트림으로부터 제거된 중성자)을 만들어내기 위하여 박막 증착용으로 사용될 수 있다. 이온 주입을 위해, 고진공이 필요하지 않아 이온 주입용 장치가 단일의 이온 처리 유닛(예컨대, 이온 처리 유닛(1454))과 함께 제조될 수 있다.
B. 일체형 이온 공급원
개개의 일체형 이온 공급원은 이온이 이온 안내 채널에 의해 성공적으로 포획되거나 동반되는 공간 영역과 가까운 곳에만 가스 밀도를 제공한다. 일체형 이온 공급원은 도 10A 및 도 10B에 도시한 가스 매니폴드에 의해 이온 안내 채널 속으로 도입되는 이온화 가스 기둥(plume)을 포함할 수 있다. 가스 기둥(가스 매니폴드 압력으로부터 진공까지 충분히 확장되지 않은) 내부에서 이온화를 달성함으로써, 이온과 중성자 비율은 큰 체적에서 유사한 유량에 의해 지탱되는 가스의 이온화 이상으로 충분히 증가될 수 있다.
기둥 내부에서 가스의 직접적인 이온화는 도 15A 내지 도 15D에 도시된 기술을 이용하여 달성될 수 있다. 도 15A에는 전자 충격을 이용하여 가스 기둥을 이온화하는 것이 도시되어 있다. 전자들은 이온 안내 채널을 통해 이동하고 가스 기둥 내의 입자와 충돌하여 양으로 하전된 이온을 만들어낸다. 예컨대, 정렬된 필라멘트(1502).
도 15B에는 레이저 이온화를 이용하는 가스 기둥의 이온화가 도시되어 있다. 단일의 레이저 빛을 포함하는 레이저 빛, 복수개의 광자, 그리고 REMPI(Resonance Enhanced Multi-Photon Ionization)는 가스 기둥을 향하게 되어 이온 안내 채널 내에서 중성자를 이온화시킨다.
도 15C에는 DC 방전을 이용하는 가스 기둥의 이온화가 도시되어 있다. 가스 매니폴드의 단부 판 사이에 DC 전압 전위를 가함으로써 DC 방전(글로우)이 이루어진다.
도 15D에는 Rf 방전을 이용하는 가스 기둥의 이온화가 도시되어 있다. 가스 매니폴드의 단부 판을 가로질러 가스 기둥을 이온화함으로써 Rf장(예컨대, 마이크로파)이 만들어진다.
이온 안내 채널 내에서 가스 기둥을 이온화시키기 위한 종전의 기술을 각 채널에 적용할 수 있다. 어떤 조건하에서는 두 종류 또는 그 이상의 가스가 화학적으로 반응하는 가스 혼합물에서 이온화를 하는 것은 바람직하지 않으며 또는 안전하지 않다. 이온 안내 채널의 서브셋에 특유한 다른 종류의 이온화는 도 11에 도시한 복수의 매니폴드를 사용하여 달성될 수 있다. 다른 구조에 있어서, 도 9에 도시한 채널 병합 기술을 이용하여 독립적인 이온 집단을 결합할 수 있다. 따라서, 일체형 이온 공급원은 이온 처리 유닛의 이온 안내 채널 내에서 다른 종류의 이온을 만들어낼 수 있다.
질량 선택의 필요성은 이온 빔 플럭스로부터 원하지 않는 종류의 이온을 제거할 필요성에서 기인한다. 그러나, 몇몇 경우에 있어서는, 특정 화학 반응, 특히 다음과 같은 전하 운반 이온 분자 반응을 이용하여 충분히 순수한 이온 빔을 얻을 수 있다.
반응식 비율 온도
He++ N2--- N2 ++ He 0.40 300K
N++ N + He 0.60
He++ CO --- C++ O + He 1.00 300K
He++ NO --- N++ O + He 1.00 300K
Ne++ N2--- N2 ++ Ne 1.00 300K
Ne++ NO --- N++ O + He 1.00 300K
Ar++ N2--- N2 ++ Ar 1.00 300K
전하 전송 반응은 또한 이온 생성물의 내부 에너지를 제어한다. 내부 에너지 제어는 박막 다이아몬드 증착처럼 박막 증착에서 중요한 패러미터이다. 또한, 전하 전송 반응은 질량 선택을 수행할 필요성을 감소 또는 제거시켜준다.
전하 전송 반응에서 사용되는 반응물 가스는 생성되는 이온의 내부 에너지를 결정할 수 있다. 이러한 반응은 다음의 반응식으로 나타낼 수 있다.
He++ O2--- O+(4S0) + O
Ne++ O2--- O+(2D0) + O
Ar++ O2--- O+(2P0) + O
도시한 바와 같이, 반응물 가스는 생성되는 산소 이온들의 오비탈을 결정할 수 있다. 이러한 반응은 Rev. Sci. Instrum. 66 4 (1995)에 기재된 엑스. 리(X. Li) 등의 He+(Ne+, Ar+)+O2의 공진 해리 하전 전송 및 라디오 주파수 다극 이온 안내 기술을 이용하는 O+(4S0,2D0,2P0)의 상태 선택에서 논의된다.
도 16에는 연속적인 전하 전송 반응이 도시되어 있다. 제1 단계에서, He 가스는 Rf 방전으로 이온화된다. 양으로 하전된 He은 제2 단계에서 일산화탄소 기둥 속으로 분사된다. He은 다음의 반응식에 따라 일산화탄소와 반응한다.
He++ CO --- C+(2Pu) + O(4S) + He
양으로 하전된 탄소는 본질적으로, 추출되어 정렬된 이온 안내 채널 속으로 분사되는 유일한 생성물이다. 상기 식의 O+를 갖는 경우에 있어서, 이 반응식은 중요한데 왜냐하면 이온의 내부 에너지에 대한 정확한 제어가 또한 달성되기 때문이다. 이 반응식은 또한 Int. J. Mass. Spec. Ion Processes, 86 369 (1988)의 엠. 린컨(M. Lincon)에 개시되어 있다.
도 16에서의 반응식은 이온 처리 유닛을 통과하여 흐르는 제1 이온 빔(A+)을 포함하는 것으로 일반화될 수 있다. 중성자(B)는 국부 가스 매니폴드에 의해 1개 이상의 이온 안내 채널 속으로 분사되어 중성자 가스 기둥을 통과하는 이온들(A+)은 전하가 바뀐다.
상기 과정에서 몇몇 변화가 가능하다. 다른 과정은 다음의 것들을 포함한다.
1. 이온 처리 유닛은 제1 이온, 예컨대 He+으로 채워진다.
2. 펄스형 밸브(pulsed valve)는 중성의 반응물, 예컨대 일산화탄소를 이온 처리 유닛의 상호 영역(inter region) 속으로 분사한다.
3. A++ B --- A + B+반응은 이온 처리 유닛의 포획 전위 내에서 발생하여 원래의 이온(A)을 새로운 이온(B)으로 변화시킨다. 중성화된 A와 과잉 B는 시스템으로부터 펌핑된다.
4. 이온(B+)은 이온 처리 유닛으로부터 방출된다.
IV. 이온 처리
상기 단락에서는 이온 처리 유닛과 4극자 어레이 유닛을 설명하였다. 이러한 유닛들은 상당한 고도의 기능을 수행하도록 결합될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 이온의 포획 및 버퍼링(buffering), 질량 선택, 이온 전송, 증착 또는 질량 선택된 종류의 이온 주입과 같은 기능을 달성할 수 있다.
도 17에는 이온 처리 유닛 및 4극자 어레이 유닛을 포함하는 박막 증착 장치가 도시되어 있다. 박막 증착 장치(1700)는 이온 공급원(1702), 이온 처리 유닛(1704), 4극자 어레이(1706), 이온 처리 유닛(1708), 그리고 증착 유닛(1710)을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 이온 공급원은 넓은 빔 전자 사이클로트론 공진(ECR) 이온 공급원이다. 이온 처리 유닛(1704)은 이온 공급원과 4극자 어레이 사이의 인터페이스로서 작동하며, 모든 채널을 통해 균일한 이온 플럭스를 발생시키는 기능을 수행한다. 이러한 인터페이스는 도 7A 내지 도 7B를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
이온 처리 유닛(1704,1708)은 이온 버퍼로서 작동하며, 4극자 어레이(1706)는 이온의 질량 선택 및 전송을 수행한다. 이온 처리 유닛(1708)은 4극자 어레이로부터의 이온 빔을 받아 박막 증착을 위해 좀 더 조밀한 충전 패턴의 이온 빔을 발생시킨다.
이러한 작동시 발생하는 중요 공정은 이온 밀도의 균등화이다. 대개의 넓은 빔 이온 공급원은 원하는 빔 지름을 가로질러 균일한 분배(이온 또는 플라스마)를 제공하지 않는다. 버퍼 입구에서 얻을 수 있는 이온 플럭스가 출구에서보다 크기만 하다면, 각각의 버퍼 채널은 유사한 이온 밀도 분배로 채워질 것이다. 그 결과, 버퍼 이온 처리 유닛의 출구면을 가로질러 균등화가 이루어진다.
질량 선택의 한 형태는 이미 4극자 어레이와 관련하여 이미 설명하였다. 본 발명에 있어서, Rf장에서의 이온 경년 주파수에 대응하는 주파수를 가함으로써 원하지 않는 질량의 이온을 선택적으로 방출하는 질량 선택 양식이 개시된다. 이러한 기술은 4극자 어레이 및 이온 처리 유닛에서 선형 포획 장에 적용할 수 있다. 단순화하기 위해, 이러한 장치를 질량 선택 유닛이라 칭한다.
본 발명에 있어서, 질량 선택 유닛은 Rf 양식으로만 작동된다. 원하지 않는 이온을 방출하기 위하여, 여기 주파수가 Rf에 가해진다(도 13A 참조). 도 18 내지 도 20은 4극자 어레이로부터 임의의 이온 질량을 선택적으로 방출하는 것을 설명하기 위한 이론적인 계산을 포함한다. 도 18은 시간 영역에서의 여기 파형을 도시한다. Rf 및 포개진 여기 파형이 질량 선택을 수행하기 위하여 4극자 어레이에 가해진다. 도 19는 주파수 영역에서의 여기 파형을 도시한다. 도시된 바와 같이, 주파수에 P+및 C+노치가 있다. 여기 파형이 4극자 어레이의 전극에 가해지는 경우 안정한 이온들이 선택된다. 불안정한 이온들은 4극자 어레이로부터 제거된다(예컨대, 전극과의 충돌시 중성화된다). 도시한 바와 같이, 파형에는 두 개의 노치가 있다. 이러한 부재 주파수는 C+와 P+의 경년 주파수에 대응한다. 주파수 부재는 C+및 P+가 여기되지 않고 방출되지 않는다는 것을 의미한다.
도 20에는 도 18 및 도 19에서의 여기 파형에 대해 질량의 상대적인 분배를 시간 연속적으로 도시하는 질량 스펙트럼이 도시되어 있다. 주파수에서의 노치의 상대적인 폭은 특정 이온 비율로 질량 선택할 수 있도록 해준다. 이 예에 있어서, 몇몇, 그러나 전부는 아닌 P+이온이 노치가 협소하기 때문에 방출된다. C+노치는 넓고, 모든 C+이온들이 여기되지 않은 채로 통과한다. 제로의 시간에서, 지시된 이온 질량의 입자들이 이온 처리 유닛으로부터 4극자 어레이(도 17에서 각각 1704,1706) 속으로 분사된다. 여기 파형이 가해진 후에, 선택되지 않은 이온들의 양이 급격히 감소된다. 2.5 msec에서, 모든 탄소 이온 및 몇몇 인 이온들이 남아 있다. 따라서, 주파수 노치의 폭은 특정비의 이온들이 질량 선택될 수 있도록 해준다. 이러한 기술이 2D 4극자 장의 수자상으로 나타나는 모의 실험을 참조하여 논의되었지만, 이 기술은 질량 선택을 수행하기 위하여 이온 처리 유닛에서 3D 장에 유사하게 적용될 수 있다.
최종 이온 버퍼의 출구에서 정전기 가속이 가능하지만 질량 선택된 이온들을 이온 가속시킬 수 있다. 이온들은 이온 처리 유닛 내부에서 횡방향의 장벽을 이동시킴으로써 가속될 수도 있다. 따라서, 일정 속도 또는 일정 에너지의 이온들을 얻을 수 있다. 이온 처리 유닛에 의해 이온을 가속시키는 중요한 이점은 종래의 방법에서 통상적인 고 DC 전압 가속 요소들이 없다는 것이다.
V. 중성 가스의 펌핑 및 포획
박막 증착에 있어서, 증착 영역에 배경 가스가 존재하는 것은 바람직하지 않다. 도 14 및 도 17에 도시된 바와 같이, 바람직하지 않은 입자들을 제거하기 위하여 확산 펌프, 터보 펌프, 그리고 이온 광학 축에 수직한 크라이오 펌프를 포함하는 진공 펌프를 사용할 수 있다. 그러나, 이온 공급원과 기판 사이의 종횡비가 낮기 때문에, 진공 펌프는 압력(10-8torr의 압력, 그리고 더 낮은 압력이 통상 요구된다)을 충분히 낮추지 않을 수 있다. 따라서, 이온 처리 유닛 자체는 바람직하지 않은 입자를 제거하는 추가 기능을 제공할 수 있다.
A. 각운동량 보조 확산
도 21A는 각운동량 보조 확산(angular momentum assisted diffusion)의 이온 처리 유닛의 측면도이다. 이온 처리 유닛(2100)은 평면 전극 시트(2102)를 포함한다. 전극 시트는 중심 샤프트(2104) 상에 적층되어 전술한 것과 같은 이온 안내 채널(2106)을 형성한다. 이온들은 외부 또는 내부 이온 공급원으로부터 이온 처리 유닛 속으로 도입될 수 있다.
도 21B는 도 21A에 도시한 이온 처리 유닛의 평면도이다. 전극 시트는 중심 샤프트를 중심으로 회전함으로써 회전 이온 처리 유닛과의 충돌에 이은 연속되는 접선방향의 가속에 의해 원하지 않는 입자들이 이온 안내 채널을 빠져나간다. 도시한 것처럼, 원하지 않는 입자들은 터보 펌프에 의해 추출된다. 이온은 전극 시트에 가해진 전기 전압에 의해 발생된 전기장에 의해 이온 안내 채널 내에 유지된다.
각운동량 보조 확산은 중성 가스가 기판을 오염시키는 악효과 없이 고압의 압력 공급원 및 좀 더 밀한 이온 빔을 허용한다. 또한, 연속되는 전하 전송 반응에 의해 형성되는 좀 더 밀한 빔이 발생될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 전극 시트는 회전 강도를 위해 Ti으로 성형된다. Rf 전압을 이온 처리 유닛에 공급하기 위하여 특별한 샤프트 구조가 이용될 수 있다. 도 22에는 전극 시트를 지지하고 전기 전압을 가할 수 있게 하는 중심 샤프트가 도시되어 있다. 절연층(2204)으로 코팅된 금속제 코어 샤프트(2202)가 도시되어 있다. 금속제 스트립(2206)이 절연층 상의 샤프트를 따라 증착되고, 상단 절연층으로 덮인다. 평평한 금속제 링(2208)이 상단 절연층 상에 증착된다. 각 금속제 링은 절연층 내의 홀을 통해 대응 스트립(2206)의 단부에 연결된다. 각 스트립의 타단부는 절연층 내의 홀을 통해 1개 이상의 전극 시트(2102)에 연결된다.
볼 베어링(2210)이 금속제 링에 전기적으로 연결된다. Rf 증폭기 또는 다른 전자 장치로부터 전기 전압이 볼 베어링, 금속제 링, 그리고 스트립을 통해 전극 시트에 가해진다.
100,000 RPM의 회전 속도 및 15 cm의 반경에 대한 몇몇 패러미터들이 질량 28에 대해 다음 표에 주어진다.
반경(cm) 속도(m/sec) 에너지(eV) 접선/열 운동 속도
1 104 0.002 0.06
2 209 0.006 0.20
3 314 0.014 0.47
4 418 0.025 0.77
5 523 0.039 1.3
6 628 0.057 1.9
7 733 0.078 2.6
8 837 0.102 3.4
9 943 0.129 4.3
10 1046 0.158 5.3
11 1151 0.193 6.4
12 1256 0.229 7.6
13 1361 0.268 8.9
14 1465 0.310 10.3
15 1570 0.357 11.9
상기 표는 반경의 함수로서 회전 패러미터들을 나타낸다. 예컨대, 열 운동 속도(300K)에서 28AMU의 중성 입자에 대해, 5 cm 반경의 접선 속도는 가장 가능한 열 운동 속도(361K에 상응하는 523 m/sec)보다 약간 더 크다. 15 cm의 외측 반경 연부에서, 접선 속도는 1570 m/sec인데, 이는 열 운동 속도보다도 몇 차수 크다. 선회 표면과 부딪히는 중성자들은 표면의 열 온도 및 접선 성분(V=ω·r, 여기서 ω는 각속도(라디안/초), r은 그 점에서의 반경)에 상응하는 불규칙 진동 성분으로 표면을 떠날 것이다.
회전 이온 처리 유닛 외부의 중성자들은 선회 시스템에서 실질적으로 접선 속도를 얻지 않고서는 다시 들어갈 수 없다. 따라서, 중성자가 그 구조체를 일단 떠나면, 중성자는 통상 다시 들어갈 수 없다. 구조체 내부의 중성자들은 이용가능한 표면적 위로 통계적으로 계속 재분할된다. 이 표면적은 더 큰 각속도를 향해 비스듬해진다. 분자량 및 회전 속도에 의해 형성된 경계를 넘어서는, 접선 속도는 열 운동 속도보다 커진다. 따라서, 중성자들은 각운동량이 회전 시스템의 접선 방향의 선운동량으로 이전됨으로써 활동적으로 감소된다.
경계 내에서, 중성자들은 열 확산에 의해 감소된다. 예컨대, 확산 제어 범위는 656 cm2의 각운동량 고갈 범위와 비교하여 50 cm2이다. 도 23은 시간 의존 감소 그래프이다. 이 그래프는 각운동량 보조 확산을 0 회전/분(rpms)에서의 유사 곡선과 대조한다. 그래프는 100,000 rpms의 회전 속도가 큰 비율의 중성자들이 이온 처리 유닛으로부터 제거되는 속도를 현저히 증가시키는 것을 나타낸다.
도 23의 그래프는 회전 표면과의 충돌을 고려한 분자 역학 모의 실험에 의해 만들어진 것이다. 회전 표면은 Z 회전축에 평행한 평면으로 고려된다. 충돌 후에, 입자는 표면으로부터 향하는 불규칙 열 운동 속도 벡터를 얻고 회전 프레임에 절대 값을 고정한다. V의 불규칙 성분의 크기는 0.5 mV2=2/3E 조건으로부터 정의되는데, 여기서 m은 입자의 질량이고, E는 열 에너지(즉, 회전 이온 처리 유닛의 표면 온도)이다. 모의 실험에서 m은 28amu이고, E는 근사 열에너지(0.03eV)이며, x-y 평면에서 단지 2차원 영상만이 분석된다. 후자는 상기 평면에서 2/3의 계수를 설명한다.
초기에, 1000개의 입자들이 최대 반경 r=150 mm의 면적에서 균일한 속도 밀도로 불규칙하게 분배된다. 방출 결과, 입자의 반경이 r보다 커지는 경우 입자는 탈출된 것으로 고려된다. 모의 실험에서, 면적은 60°각도로 회전축을 통과하는 장벽선에 포함된다. 도 23은 휴지 위치에서의 평면에 대해 실선으로, 100,000rpms의 각진동수에 대한 점선으로 계산 결과를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 회전은 탈출 속도를 현저히 증가시킨다.
도 24는 각운동량 보조 확산에 의한 이온 처리 유닛으로부터의 시간 의존성 중성자 감소 그래프를 나타낸다. 이 모의 실험에서, 면적은 6°각도로 회전축을 통과하는 장벽선에 포함된다. 6°의 경우에 60°의 경우보다 더 많은 표면적을 이용할 수 있다. 도 24는 중성자가 더 큰 표면적 위로 통계적으로 분할되고 따라서 더 긴 시간 동안 이온 처리 유닛에 남아있는 것을 나타낸다.
도 25A에는 회전하는 동안 입자 탈출을 도와주는 다른 형태의 전극 시트가 도시되어 있다. 전극 시트(2502)는 이온 처리 유닛으로부터 중성 입자들을 감소시키는 절연 스페이서(2504)를 포함한다. 장치의 바닥에서 중심축과 가깝게 위치하는 가스는 실질적으로 중성 입자들의 접선 방향 제거를 도와주는 절연 스페이서와 연속되는 충돌에 의해 계단식으로 가속된다.
도 25B는 입자가 이온 처리 유닛을 빠져나가는 입자의 궤도를 도시한다. 단순화를 위해 절연 스페이서(2510)만을 도시한다. 입자의 제거는 입자가 이온 처리 유닛의 주위에 가까워짐에 따라 증가한다는 것을 증명하기 위하여 중성 입자 궤도를 나타낸다.
B. 저온 응축
마지막 이온 처리 유닛의 압력이 충분히 낮은 박막 증착 장치에 대해, 마지막 이온 처리 유닛은 충분히 낮은 온도에서 작동될 수 있어 적절한 중성자들이 이온 증착 영역 이전에 실질적인 압력 강하를 제공하는 전극 요소 상에 직접 저온응축된다. 도 17에는 저온 응축 장치와 함께 마지막 이온 처리 유닛(1708)이 도시되어 있다.
도 26에는 이온 처리 유닛과 함께 사용되는 저온 응축 장치가 도시되어 있다. 2단계 크라이오펌프는 열을 제거하기 위해 사용된다. 제1 단계에서는 이온 처리 유닛의 바깥 영역(2602)을 거의 액체 질소 온도로 냉각시킨다. 제2 단계에서는 이온 처리 유닛을 더욱 균등하게 냉각한다. 바람직한 실시예에 있어서, 금 판금 구리 렌즈 요소가 열적으로 20K 미만의 온도로 제2 단계에서 결합된다. 격자용 스페이서가 바람직하게는 유효 열전달 성질을 갖는 MT 캡톤(듀퐁)으로 형성된다.
VI. 박막 이온 증착
본 발명은 종래의 장치에 의해 만들 수 없는 박막 증착을 위한 이온 스트림을 만들기 위해 사용될 수 있다. 도 27은 이온 처리 유닛을 빠져나가는 이온의 증착 방법을 도시한다. 이온 처리 유닛을 빠져나가는 이온들은 도시된 것처럼 임으로 집중 및/또는 가속될 수 있다. 이온들을 기판 상에 박막으로 증착하기 전에 이온들을 중성화하기 위해 전자 빔을 또한 사용할 수 있다. 도 28에는 기판(2804)을 유지하는 기판 홀더(2802)가 도시되어 있다. 이온들이 이온 처리 유닛을 빠져나간 후에 이온들의 속도를 제어하는데 가속/감속 격자(2806)가 사용된다. 이온들이 기판 상에 증착되기 전에 또는 기판 속으로 주입되기 전에 필라멘트(2808)는 이온들을 중성화시키는 전자들을 만들어낸다. 필라멘트는 오염을 감소시키기 위하여 별도의 챔버 내에 위치한다.
도 29는 다중 이온 빔 증착의 이점을 도시한다. 도시한 것처럼, 단일의 이온 빔은 본 발명에 따른 다중 이온 빔이 제공하는 등각의(conformal) 코팅을 제공하지 않는다.
본원에서 언급된 논문 및 특허를 포함하는 모든 인용예들은 본원에서 참고로 인용된다.
상기한 여러 실시예들은 여러 방법으로 결합되어 적용하고자 하는 특정 장치를 구성한다. 질량 분석 등뿐만 아니라 박막 증착 및 이온 주입을 위한 용도도 포함된다. 상기에서 본 발명의 바람직한 실시예들을 완전히 설명하고 있지만, 여러 변형 및 수정들이 가능한다. 본 발명은 전술한 실시예들을 적절히 변형함으로써 또한 적용될 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 상기한 것들은 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 다음의 청구항에 의해서 경계지워지는 것에 의해 한정된다.

Claims (64)

  1. 이온 공급원과,
    구멍들을 구비하는 복수개의 제1 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고 각각의 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 제1 전극 시트와,
    인접 전극 시트 사이에 연결된 복수개의 스페이서와,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 이온 공급원, 상기 전극 시트, 상기 스페이서, 그리고 상기 기판 지지부를 둘러싸는 진공 덮개와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널 내의 이온을 병진시키기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하며,
    상기 이온 공급원으로부터의 이온은 상기 이온 채널을 통해 병진되어 상기 기판을 조사(照射, irradiation)하는 것을 특징으로 하는, 이온으로 기판을 조사하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온들은 상기 기판 상에 박막으로서 증착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이온들은 상기 기판 속으로 주입되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 구멍을 갖는 절연 시트이고 인접하는 이온 채널 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 인접하는 전극 시트 사이에 개개의 스페이서 요소를 포함하고 인접하는 이온 채널 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온 채널은 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이온 채널은 일단부에서 제1 충전 패턴을 갖고, 타단부에서 제2 충전 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 복수개의 전기 연결부를 갖는 1개 이상의 전극 시트를 추가로 포함하고, 각각의 전기 연결부는 상기 구멍의 서브셋을 경계지우는 상기 1개 이상의 전극 시트의 전도성 재료에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 1개 이상의 전극 시트는 상기 구멍을 경계지우는 판금된 관통구를 구비하는 복수층의 판인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 전극 시트 내의 복수개의 구멍들은 인접 전극 시트 내의 구멍들과 대응하고, 이로 인해 복수개의 이온 채널들은 단일의 이온 채널로 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 선택된 이온 채널 속으로의 구멍들을 갖는 가스 매니폴드를 추가로 포함하며, 이로 인해 상기 구멍을 통해 상기 선택된 이온 채널 속으로 가스가 분사되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가스 매니폴드는
    상기 이온 채널에 대응하는 구멍들과 제1 층 내의 상기 구멍열 사이의 가스 채널열을 갖는 제1 층과,
    상기 이온 채널에 대응하는 구멍들과 제2 층 내의 상기 구멍열 사이의 가스 채널열을 갖는 제2 층을 추가로 포함하며,
    상기 제2 층열은 상기 제1 층열과 평행하지 않고, 상기 제2 층내의 1개 이상의 상기 구멍들은 상기 제1 층열까지 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 전극 어레이를 추가로 포함하며, 상기 어레이의 전극은 실질적으로 상기 이온 채널과 평행하고 상기 이온 채널은 상기 어레이의 상기 전극 사이로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 구멍들을 갖는 복수개의 제2 전극 시트를 추가로 포함하며, 상기 제2 전극 시트는 상기 전극 어레이로부터의 상기 이온 채널이 상기 제2 전극 시트 내의 상기 구멍들 속으로 연장하도록 실질적으로 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극 시트에 의해 형성된 상기 이온 채널은 일단부에서 제1 충전 패턴을 갖고, 상기 전극의 어레이와 가까운 타단부에서 제2 충전 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 이온 채널은 타단부보다 일단부에서 더욱 조밀하게 충전되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제1항에 있어서, 복수개의 이온 공급원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 이온 공급원과 상기 이온 채널의 대응비는 1:1이고, 각각의 이온 공급원은 각 이온 채널에 이온을 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 제1 전극 시트가 연결되는 샤프트와, 이 샤프트를 회전시키는 모터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 제1 전극 시트의 온도를 낮추는 저온 응축 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 구멍들을 구비하는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 전극 시트와,
    인접 전극 시트 사이에 연결되고, 인접 이온 채널 사이에 위치하는 복수개의 스페이서와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널 내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 스페이서는 구멍들을 갖는 절연 시트인 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 스페이서는 인접 전극 시트 사이에 개개의 스페이서 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 스페이서는 캡톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 만곡된 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각각의 만곡된 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 만곡된 이온 채널 내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  26. 제25항에 있어서, 구멍들을 구비하고 인접하는 만곡된 이온 채널 사이에 위치하는 복수개의 절연 시트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제25항에 있어서, 인접하는 전극 시트 사이에, 그리고 인접하는 만곡된 이온 채널 사이에 위치하는 개개의 스페이서 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 상기 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널 내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하며,
    상기 이온 채널은 일단부에서 제1 충전 패턴을 갖고 타단부에서 제2 충전 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 이온 채널은 상기 타단부보다 상기 일단부에서 좀더 조밀하게 충전되는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제2 충전 패턴으로 인해 상기 이온 채널은 전극 어레이 속으로 연장할 수 있고, 상기 어레이의 상기 전극은 실질적으로 상기 이온 채널과 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되며, 상기 이온 채널은 타단부보다 일단부에서 좀더 조밀하게 충전되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널 내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 이온 채널은 상기 일단부에서 제1 충전 패턴을 갖고 상기 타단부에서 제2 충전 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제31항에 있어서, 상기 제2 충전 패턴으로 인해 상기 이온 채널이 전극의 어레이 속으로 연장할 수 있고, 상기 어레이의 상기 전극은 상기 이온 채널과 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    복수개의 전기 연결부를 구비하고, 각 전기 연결부는 구멍의 서브셋을 경계지우는 1개 이상의 전극 시트의 전도성 재료에 전기적으로 연결되는 1개 이상의 전극 시트와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널 내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 1개 이상의 전극 시트는 구멍들을 형성하는 판금된 관통구를 갖는 복수층의 판인 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    인접하는 전극 시트 내의 구멍과 대응하여 복수개의 이온 채널이 단일의 이온 채널로 되는 전극 시트 내의 복수개의 구멍들과,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  37. 제36항에 있어서, 복수개의 전기 연결부를 갖는 1개 이상의 전극 시트를 추가로 포함하며, 각 전기 연결부는 구멍의 서브셋을 경계지우는 상기 1개 이상의 전극 시트의 전도성 재료에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제37항에 있어서, 상기 1개 이상의 전극 시트는 구멍들을 형성하는 판금된 관통구를 갖는 복수층의 판인 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    선택된 이온 채널 속으로의 구멍들을 구비하여 가스가 이 구멍들을 통해 상기 선택된 이온 채널 속으로 분사되는 가스 매니폴드와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널 내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 가스 매니폴드는
    상기 이온 채널에 대응하는 구멍과 제2 층 내의 상기 구멍열 사이의 가스 채널열을 갖는 제1 층과,
    상기 이온 채널에 대응하는 구멍과 제2 층 내의 상기 구멍열 사이의 가스 채널열을 갖는 제2 층을 포함하며,
    상기 제2 층열은 상기 제1 층열과 평행하지 않고, 상기 제2 층 내의 1개 이상의 상기 구멍들은 상기 제1 층열로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 구멍들을 갖는 복수개의 제1 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 제1 전극 시트와,
    전극의 어레이로서, 이 어레이의 전극은 상기 이온 채널과 실질적으로 평행하고, 상기 이온 채널은 상기 어레이의 상기 전극 사이에서 연장하는, 상기 전극의 어레이와,
    상기 전극 시트 및 상기 어레이의 상기 전극과 연결되고, 상기 이온 채널의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트 및 상기 전극에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 전극 시트에 의해 형성되는 상기 이온 채널은 일단부에서 제1 충전 패턴을 갖고, 상기 전극의 어레이와 가까운 타단부에서 제2 충전 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  43. 제41항에 있어서, 상기 이온 채널은 타단부보다 일단부에서 좀더 조밀하게 충전되는 것을 특징으로 하는 장치.
  44. 제41항에 있어서, 구멍을 갖는 제2 전극 시트를 추가로 포함하고, 상기 제2 전극 시트는 실질적으로 평행하게 정렬되어 상기 전극 어레이로부터의 상기 이온 채널은 상기 제2 전극 시트 내의 상기 구멍들 속으로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 제2 전극 시트에 의해 형성되는 상기 이온 채널은 일단부에서 제1 충전 패턴을 갖고, 상기 전극 어레이와 가까운 타단부에서 제2 충전 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  46. 제44항에 있어서, 상기 이온 채널은 상기 제2 전극 시트의 타단부보다 상기 제2 전극 시트의 일단부에서 좀더 조밀하게 충전되는 것을 특징으로 하는 장치.
  47. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    회전가능한 샤프트로서, 상기 전극 시트가 이 샤프트에 연결되어 상기 이온 채널은 실질적으로 상기 샤프트에 평행한, 상기 회전가능한 샤프트와,
    상기 샤프트를 회전시키기 위하여 상기 샤프트에 연결되는 모터와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널이 상기 모터에 의해 회전될 때 상기 이온 채널 내에 선택된 이온을 유지하도록 상기 전극 시트에 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  48. 제47항에 있어서, 인접하는 전극 시트 사이에 연결된 복수개의 스페이서를 추가로 포함하고, 이 스페이서는 상기 이온 채널로부터 상기 선택된 이온 이외의 입자들의 제거를 용이하게 하는 패턴으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  49. 구멍들을 갖는 복수개의 전극 시트로서, 이 전극 시트는 상기 전극 시트 내의 상기 구멍들이 복수개의 이온 채널을 형성하도록 실질적으로 평행하게 정렬되고, 각 이온 채널은 상기 복수개의 전극 시트의 각 전극 시트 내의 구멍에 의해 형성되는, 상기 복수개의 전극 시트와,
    상기 전극 시트를 둘러싸는 진공 덮개와,
    상기 복수개의 전극 시트의 온도를 낮추는 저온 응축 장치와,
    상기 전극 시트에 연결되고, 상기 이온 채널 내의 이온을 조종하기 위하여 상기 전극 시트에 선택적으로 전압을 가하는 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 조종 장치.
  50. 복수개의 이온 채널을 제공하는 단계와,
    비균일한 Rf장을 발생시키기 위하여 상기 이온 채널을 따라 Rf 전압을 선택적으로 가하는 단계와,
    상기 Rf장은 기판을 이온으로 조사시키기 위하여 상기 이온 채널을 통해 상기 이온 공급원으로부터 상기 기판으로 이온을 병진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온으로 기판을 조사시키는 방법.
  51. 제51항에 있어서, 상기 이온 채널은 상기 이온 이온 채널에 수직한 복수개의 전극 시트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 이온 채널은 상기 전극 시트 내의 구멍들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제50항에 있어서, 상기 상기 병진시키는 단계는 만곡된 경로를 따라 상기 이온을 병진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제50항에 있어서, 이온 채널 주위에 전기장을 선택적으로 만드는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제50항에 있어서, 복수개의 이온 채널을 하나의 이온 채널로 병합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제50항에 있어서, 하나의 이온 채널을 복수개의 이온 채널로 분할시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제50항에 있어서, 상기 이온 채널 속으로 가스를 분사시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제50항에 있어서, 상기 이온 채널과 실질적으로 평행한 축 둘레로 상기 이온 채널을 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제50항에 있어서, 상기 충격시키는 단계는 상기 이온 공급원으로부터 상기 기판의 비교적 큰 면적 위로 이온을 충격시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 플라스마를 복수개의 이온 채널 속으로 도입하는 단계와,
    비균일한 Rf장을 발생시키기 위하여 상기 이온 채널을 따라 Rf 전압을 선택적으로 가하는 단계와,
    상기 Rf장이 상기 플라스마로부터 이온을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온 공급원으로부터 기판 위로 이온을 추출하는 플라스마 이온 추출 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 이온 채널은 상기 이온 채널과 수직한 복수개의 전극 시트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 이온 채널은 상기 전극 시트 내의 구멍들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제60항에 있어서, 전자들이 상기 Rf장에 의해서 상기 플라스마로부터 여기되는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제60항에 있어서, 상기 이온 채널 내에서 상기 플라스마로부터 중성자를 제거하기 위하여 진공을 이용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1019970709336A 1995-06-13 1996-06-12 고전류의 저에너지 이온 빔을 발생시키기 위한 개선된 평행이온 광학기 및 장치 KR19990022867A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US86095P 1995-06-13 1995-06-13
US60/000,860 1995-06-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19990022867A true KR19990022867A (ko) 1999-03-25

Family

ID=21693327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970709336A KR19990022867A (ko) 1995-06-13 1996-06-12 고전류의 저에너지 이온 빔을 발생시키기 위한 개선된 평행이온 광학기 및 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5811820A (ko)
EP (1) EP0846190A1 (ko)
JP (1) JP4097695B2 (ko)
KR (1) KR19990022867A (ko)
AU (1) AU6477496A (ko)
WO (1) WO1996041900A1 (ko)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6786998B1 (en) * 1995-12-29 2004-09-07 Cypress Semiconductor Corporation Wafer temperature control apparatus and method
US5858477A (en) * 1996-12-10 1999-01-12 Akashic Memories Corporation Method for producing recording media having protective overcoats of highly tetrahedral amorphous carbon
GB2355459B (en) * 1999-11-29 2001-09-26 Isis Innovation A dominant conditional lethal genetic system
AU2001251216A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-15 Tokyo Electron Limited Optical monitoring and control system and method for plasma reactors
JP4178741B2 (ja) * 2000-11-02 2008-11-12 株式会社日立製作所 荷電粒子線装置および試料作製装置
GB0028586D0 (en) * 2000-11-23 2001-01-10 Univ Warwick An ion focussing and conveying device
JP3641716B2 (ja) * 2001-05-23 2005-04-27 株式会社日立製作所 イオンビーム加工装置およびその方法
US6610986B2 (en) * 2001-10-31 2003-08-26 Ionfinity Llc Soft ionization device and applications thereof
US6891157B2 (en) * 2002-05-31 2005-05-10 Micromass Uk Limited Mass spectrometer
GB2394290A (en) * 2002-10-14 2004-04-21 Boris Zachar Gorbunov Method and apparatus for counting ions in a sample
JP2006517740A (ja) * 2003-01-17 2006-07-27 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ ウェーハ加工装置及びその製造方法
EP1639621A4 (en) * 2003-06-07 2008-01-09 Edward W Sheehan ION enrichment APERATURE ARRAYS
US20060043316A1 (en) * 2003-06-10 2006-03-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion implanter having enhanced low energy ion beam transport
US7087913B2 (en) * 2003-10-17 2006-08-08 Applied Materials, Inc. Ion implanter electrodes
US7495241B2 (en) * 2004-02-26 2009-02-24 Tdk Corporation Ion beam irradiation apparatus and insulating spacer for the same
KR100602090B1 (ko) * 2004-08-19 2006-07-14 동부일렉트로닉스 주식회사 이온 트랩을 갖는 이온 주입장치
DE102004048496B4 (de) * 2004-10-05 2008-04-30 Bruker Daltonik Gmbh Ionenführung mit HF-Blendenstapeln
US7081621B1 (en) * 2004-11-15 2006-07-25 Ross Clark Willoughby Laminated lens for focusing ions from atmospheric pressure
GB0426520D0 (en) 2004-12-02 2005-01-05 Micromass Ltd Mass spectrometer
DE102005004885B4 (de) * 2005-02-03 2010-09-30 Bruker Daltonik Gmbh Transport von Ionen ins Vakuum
US7573028B2 (en) * 2005-10-26 2009-08-11 Owlstone Nanotech, Inc. Ion drive and odor emitter
US20070245956A1 (en) * 2006-02-23 2007-10-25 Picodeon Ltd Oy Surface treatment technique and surface treatment apparatus associated with ablation technology
CN101063672A (zh) * 2006-04-29 2007-10-31 复旦大学 离子阱阵列
US7619228B2 (en) * 2006-09-29 2009-11-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improved ion beam transport
TWI370708B (en) * 2006-10-20 2012-08-11 Ind Tech Res Inst Architecture of complement of a mirrored design of a embedded planar resistor
GB0703682D0 (en) * 2007-02-26 2007-04-04 Micromass Ltd Mass spectrometer
GB2447330B (en) * 2007-02-26 2010-03-24 Micromass Ltd Helical ion guide
GB0718468D0 (en) 2007-09-21 2007-10-31 Micromass Ltd Mass spectrometer
US20090179158A1 (en) * 2008-01-16 2009-07-16 Varian Semiconductor Equpiment Associate, Inc. In-vacuum protective liners
US8884237B2 (en) * 2008-02-12 2014-11-11 Nova Scientific, Inc. Neutron detection
US8063382B2 (en) * 2009-12-18 2011-11-22 Intel Corporation Ozone-free ionic wind
DE102010001347A1 (de) * 2010-01-28 2011-08-18 Carl Zeiss NTS GmbH, 73447 Vorrichtung zur Übertragung von Energie und/oder zum Transport eines Ions sowie Teilchenstrahlgerät mit einer solchen Vorrichtung
US8592785B2 (en) * 2011-09-22 2013-11-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multi-ion beam implantation apparatus and method
US8507848B1 (en) * 2012-01-24 2013-08-13 Shimadzu Research Laboratory (Shanghai) Co. Ltd. Wire electrode based ion guide device
US8878127B2 (en) 2013-03-15 2014-11-04 The University Of North Carolina Of Chapel Hill Miniature charged particle trap with elongated trapping region for mass spectrometry
CN105144339B (zh) * 2013-04-23 2017-11-07 莱克公司 具有高吞吐量的多反射质谱仪
TWI500200B (zh) * 2014-04-21 2015-09-11 Amita Technologies Inc Ltd 用於電極片的貼膠方法及其裝置
US9711341B2 (en) 2014-06-10 2017-07-18 The University Of North Carolina At Chapel Hill Mass spectrometry systems with convective flow of buffer gas for enhanced signals and related methods
US10262845B2 (en) 2015-02-10 2019-04-16 Hamilton Sundstrand Corporation System and method for enhanced ion pump lifespan
US10665437B2 (en) * 2015-02-10 2020-05-26 Hamilton Sundstrand Corporation System and method for enhanced ion pump lifespan
WO2018183707A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Research Electro-Optics, Inc. Metal plating of grids for ion beam sputtering
US10242857B2 (en) 2017-08-31 2019-03-26 The University Of North Carolina At Chapel Hill Ion traps with Y-directional ion manipulation for mass spectrometry and related mass spectrometry systems and methods
GB2575342B (en) * 2018-05-17 2022-08-10 Thermo Fisher Scient Bremen Gmbh Ion guide
GB201810826D0 (en) * 2018-06-01 2018-08-15 Micromass Ltd Ion guide
US20220145447A1 (en) 2019-03-04 2022-05-12 Agc Glass Europe Fractioning device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3847115A (en) * 1973-05-02 1974-11-12 Nasa System for depositing thin films
JPH0682642B2 (ja) * 1985-08-09 1994-10-19 株式会社日立製作所 表面処理装置
KR910016054A (ko) * 1990-02-23 1991-09-30 미다 가쓰시게 마이크로 전자 장치용 표면 처리 장치 및 그 방법
JPH05326452A (ja) * 1991-06-10 1993-12-10 Kawasaki Steel Corp プラズマ処理装置及び方法
JP2987663B2 (ja) * 1992-03-10 1999-12-06 株式会社日立製作所 基板処理装置
KR100276093B1 (ko) * 1992-10-19 2000-12-15 히가시 데쓰로 플라스마 에칭방법

Also Published As

Publication number Publication date
US5811820A (en) 1998-09-22
JPH11507702A (ja) 1999-07-06
JP4097695B2 (ja) 2008-06-11
AU6477496A (en) 1997-01-09
WO1996041900A1 (en) 1996-12-27
EP0846190A1 (en) 1998-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR19990022867A (ko) 고전류의 저에너지 이온 빔을 발생시키기 위한 개선된 평행이온 광학기 및 장치
JP6513124B2 (ja) プラズマ源、及びプラズマ強化化学蒸着を利用して薄膜被覆を堆積させる方法
US5204144A (en) Method for plasma deposition on apertured substrates
TWI273625B (en) Ion beam mass separation filter and its mass separation method, and ion source using the same
US7327089B2 (en) Beam plasma source
US4980610A (en) Plasma generators
EP2405463A1 (en) Laser-ablation ion source with ion funnel
JPS6254078A (ja) 陰極スパツタリング処理により基板に薄層を被着する装置
WO1999019527A2 (en) Apparatus and method for utilizing a plasma density gradient to produce a flow of particles
JP3386175B2 (ja) ガスクラスターイオン援用による化合物薄膜の形成方法
US4601807A (en) Reactor for plasma desmear of high aspect ratio hole
US5637188A (en) Processing substrates with a photon-enhanced neutral beam
EP0969120A2 (en) Method and apparatus for plasma deposition
JP2843125B2 (ja) 薄膜形成装置
JP4093955B2 (ja) イオンビーム発生装置及び蒸着方法
JPH03138363A (ja) プラズマビームスパッタ装置
JP3525134B2 (ja) クラスターイオンビームの質量分離方法
JPH04165065A (ja) 薄膜形成装置
JPS62174375A (ja) 薄膜堆積装置
JPH01180971A (ja) 薄膜形成装置
AU602109B2 (en) Improvements in plasma generators
JPS62143418A (ja) 薄膜形成装置
JPS6126223A (ja) エツチング方法および装置
JPH01177365A (ja) 薄膜形成装置
JPS6167767A (ja) 膜形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid