KR19990078443A - Ion implantation apparatus and method, ion beam source, and variable slit mechanism - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이온을 저 에너지로 주입하기에 적합한 이온주입장치 및 방법과 이온 빔 소오스와, 이온주입장치용 가속전극으로서 사용될 수 있는 가변 슬릿 기구에 관한 것이다. 본 발명에 있어서는, 이온 소오스가 빔 전위가 인가된 공간 내에서 이온을 발생시키고, 가속전극이 상기 빔 전위보다 낮은 가속전위를 인가받아, 상기 이온 소오스에서 발생된 이온을 견인하고 가속시켜 이온 빔을 형성시키며, 질량 분광계가 상기 가속전극에 의해 가속된 이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하여, 상기 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하고, 감속전극이 상기 빔 전위와 가속전위 사이의 중간 값인 감속전위를 인가받아, 상기 질량 분광계에서 배출된 상기 이온 빔을 감속시키며, 필터 전자석이 상기 감속전극에 의해 감속된 이온 빔에서 소망하는 에너지를 가진 이온을 추출하여, 상기 소망하는 에너지를 가진 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하도록 되어 있다. 따라서, 이온 빔의 발산을 억제할 수 있고, 이온을 우수한 제어성을 가지면서 저 에너지로 주입할 수 있다.The present invention relates to an ion implantation apparatus and method suitable for implanting ions at low energy, an ion beam source, and a variable slit mechanism that can be used as an acceleration electrode for an ion implantation apparatus. In the present invention, an ion source generates ions in a space where a beam potential is applied, and an acceleration electrode is applied with an acceleration potential lower than the beam potential, thereby pulling and accelerating ions generated in the ion source to generate an ion beam. And a mass spectrometer extracts the desired ions from the ion beam accelerated by the accelerating electrode to discharge an ion beam containing substantially only the desired ions, and the deceleration electrode is halfway between the beam potential and the acceleration potential. A deceleration potential, which is a value, is applied to decelerate the ion beam discharged from the mass spectrometer, and a filter electromagnet extracts ions having desired energy from the ion beam decelerated by the deceleration electrode, thereby generating ions having the desired energy. The ion beam which substantially contains only a bay is discharged. Therefore, divergence of the ion beam can be suppressed, and ions can be implanted with low energy while having excellent controllability.

Description

이온주입장치 및 방법, 이온 빔 소오스와 가변 슬릿 기구 {ION IMPLANTATION APPARATUS AND METHOD, ION BEAM SOURCE, AND VARIABLE SLIT MECHANISM}ION IMPLANTATION APPARATUS AND METHOD, ION BEAM SOURCE, AND VARIABLE SLIT MECHANISM

본 발명은 이온주입장치 및 방법과 가변 슬릿 기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온을 저 에너지로 주입하기에 적합한 이온주입장치 및 방법과, 이온주입장치용 가속전극으로서 사용될 수 있는 가변 슬릿 기구에 관한 것이다.The present invention relates to an ion implantation apparatus and method and a variable slit mechanism, and more particularly to an ion implantation apparatus and method suitable for implanting ions at low energy, and to a variable slit mechanism that can be used as an acceleration electrode for ion implantation apparatus It is about.

최근, 반도체 집적회로가 미세화 되고 있기 때문에 이온주입을 저 에너지로 하는 것이 요망되고 있다. 종래의 이온주입장치에 있어서는, 정(positive) 전위가 인가되는 이온 소오스(ion source)에 의해 발생된 정 이온을, 접지 전위가 인가되는 가속전극에 의해 견인하여 이온 빔(ion beam)을 형성한다. 그후, 편향 자석을 구비한 질량 분광계(mass spectrometer)에 상기 이온 빔을 통과시킴으로써, 소망하는 이온만을 함유하는 이온 빔을 형성한다. 이어서, 상기 소망하는 이온만을 함유하는 이온 빔을 반도체 기판에 인가함으로써 그 기판에 이온을 주입한다.In recent years, since semiconductor integrated circuits have become finer, it is desired to make ion implantation low energy. In a conventional ion implantation apparatus, positive ions generated by an ion source to which a positive potential is applied are pulled by an acceleration electrode to which a ground potential is applied to form an ion beam. . The ion beam is then passed through a mass spectrometer equipped with a deflection magnet to form an ion beam containing only the desired ions. Next, ions are implanted into the substrate by applying an ion beam containing only the desired ions to the semiconductor substrate.

그런데, 이온 소오스에 인가되는 전위가 낮으면 이온 빔의 에너지도 낮아지게 된다.However, when the potential applied to the ion source is low, the energy of the ion beam is also lowered.

또, 이온 소오스와 가속전극 사이의 전위차가 낮은 경우에는 그들 사이의 간격을 좁힐 필요가 있다. 이온 소오스와 가속전극 사이에는, 빔 덕트(duct)내의 전자가 이온 소오스로 역류하는 것을 방지하기 위하여, 부(negative) 전위가 인가되는 억제전극(suppression electrode)이 배치된다. 상기와 같이 좁은 공간에 각각 배치되는 이온 소오스와 억제전극 및 가속전극의 위치를 제어하는 것은 어려운 일이다.In addition, when the potential difference between the ion source and the acceleration electrode is low, it is necessary to narrow the gap therebetween. Between the ion source and the accelerating electrode, a suppression electrode to which a negative potential is applied is disposed in order to prevent the electrons in the beam duct from flowing back into the ion source. As described above, it is difficult to control the positions of the ion source, the suppression electrode, and the acceleration electrode, which are disposed in the narrow space, respectively.

또한, 저 에너지를 가진 이온 빔을 사용하여, 고 에너지를 가진 이온 빔과 동일한 전류밀도를 유지하도록 하는 경우에는 이온 밀도를 증가시킬 필요가 있다. 이와 같이 이온 빔의 이온 밀도를 증가시키면 이온 사이의 반발력에 의해 이온 빔은 발산하게 된다.In addition, it is necessary to increase the ion density when using a low energy ion beam to maintain the same current density as the high energy ion beam. In this way, if the ion density of the ion beam is increased, the ion beam diverges due to the repulsive force between the ions.

저 에너지를 가진 이온빔에 의해서는 빔 경로에 존재하는 가스를 이온화 하는 것이 어려우므로, 이온 경로 내에 전자가 머무르지 않게 되고, 이에 따라 전자에 의해 유지되던 공간 하전(space charge)의 중립상태가 영향을 받게 된다. 따라서, 이온 빔은 발산하게 된다.Since ion beams with low energy make it difficult to ionize the gas present in the beam path, electrons do not stay in the ion path, thereby affecting the neutral state of space charge held by the electrons. Will receive. Thus, the ion beam is divergent.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이온 빔의 발산을 억제하면서 우수한 제어성을 가지고 저 에너지로 이온을 주입할 수 있는 이온주입장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ion implantation apparatus capable of implanting ions with low energy with excellent controllability while suppressing divergence of an ion beam.

본 발명은 이온 빔의 발산을 억제하면서 우수한 제어성을 가지고 저 에너지로 이온을 주입할 수 있는 이온주입방법을 제공하고자 함에 그 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an ion implantation method capable of implanting ions with low energy with excellent controllability while suppressing divergence of an ion beam.

본 발명은 이온주입장치의 가속전극으로 사용하기에 적합한 가변 슬릿 기구를 제공하고자 함에 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a variable slit mechanism suitable for use as an acceleration electrode of an ion implantation apparatus.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 이온주입장치를 나타낸 개략도,1 is a schematic view showing an ion implantation apparatus according to a first embodiment of the present invention,

도 2는 도 1에 도시한 이온주입장치를 나타낸 블록도와, 그 전위분포를 나타낸 그래프,FIG. 2 is a block diagram showing the ion implantation apparatus shown in FIG. 1, a graph showing the potential distribution thereof;

도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시한 이온주입장치의 이온 소오스에 대한 단면도 및 전면도,3A and 3B are cross-sectional views and front views of an ion source of the ion implantation apparatus shown in FIG. 1;

도 4는 도 1에 도시한 이온주입장치에 있어서 이온 발생 유니트의 가속 유니트를 나타낸 단면도,4 is a cross-sectional view showing an acceleration unit of an ion generating unit in the ion implantation apparatus shown in FIG. 1;

도 5는 도 1에 도시한 이온주입장치의 감속 유니트의 단면도,5 is a cross-sectional view of the reduction unit of the ion implantation apparatus shown in FIG. 1;

도 6은 도 1에 도시한 이온주입장치의 가속전극과 그 지지기구의 하류측면도,6 is a side view downstream of the acceleration electrode and the support mechanism of the ion implantation apparatus shown in FIG.

도 7은 도 1에 도시한 이온주입장치의 가속전극 지지기구의 단면도,7 is a cross-sectional view of the acceleration electrode support mechanism of the ion implantation device shown in FIG.

도 8은 도 1에 도시한 이온주입장치의 전원계통을 나타낸 도면,8 is a view showing a power system of the ion implantation apparatus shown in FIG.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온주입장치의 개략도이다.9 is a schematic diagram of an ion implantation apparatus according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 이온 발생 유니트 11 : 빔 덕트10 ion generating unit 11 beam duct

15 : 이온 소오스 30 : 억제전극15 ion source 30 suppression electrode

40 : 가속전극 50 : 질량 분광계40 acceleration electrode 50 mass spectrometer

51 : 편향 전자석 52 : 분해 공51: deflection electromagnet 52: decomposition ball

53 : 빔 덕트 54 : 내부 실드53 beam duct 54 inner shield

55 : 접지 실드 60 : 감속 유니트55: ground shield 60: reduction unit

61 : 접지 빔 덕트 62 : 억제전극61 ground beam duct 62 suppression electrode

63 : 감속전극 64 : 진공펌프63: reduction electrode 64: vacuum pump

70 : 가스 공급 유니트 80 : 전자 공급 유니트70: gas supply unit 80: electronic supply unit

90 : 빔 필터 유니트 91 : 편향 전자석90 beam filter unit 91 deflection electromagnet

92 : 슬릿 93 : 접지 빔 덕트92: slit 93: ground beam duct

95 : 이온주입 챔버 96 : 반도체 기판95 ion implantation chamber 96 semiconductor substrate

120 : 질량 분광계 121 : 편향 전자석120 mass spectrometer 121 deflection electromagnet

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이온주입장치는, 빔 전위가 인가된 공간 내에서 이온을 발생시키는 이온 소오스와; 상기 빔 전위보다 낮은 가속전위를 인가받아, 상기 이온 소오스에서 발생된 이온을 견인하고 가속시켜 이온 빔을 형성시키는 가속전극과; 상기 가속전극에 의해 가속된 이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하고, 상기 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하는 질량 분광계와; 상기 빔 전위와 상기 가속전위 사이의 중간 값인 감속전위를 인가받아, 상기 질량 분광계에서 배출된 상기 이온 빔을 감속시키는 감속전극과; 상기 감속전극에 의해 감속된 이온 빔에서 소망하는 에너지를 가진 이온을 추출하고, 상기 소망하는 에너지를 가진 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하는 필터 전자석을 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention, the ion source for generating ions in the space to which the beam potential is applied; An acceleration electrode applied with an acceleration potential lower than the beam potential to draw and accelerate ions generated in the ion source to form an ion beam; A mass spectrometer for extracting desired ions from the ion beam accelerated by the accelerating electrode and emitting an ion beam substantially containing only the desired ions; A deceleration electrode receiving a deceleration potential, which is an intermediate value between the beam potential and the acceleration potential, to decelerate the ion beam discharged from the mass spectrometer; And a filter electromagnet for extracting ions having desired energy from the ion beam decelerated by the deceleration electrode and discharging an ion beam substantially containing only the ions having the desired energy.

상기한 일 실시양태에 의하면, 질량 분광계를 통과한 이온 빔을 감속시킴으로써 저 에너지를 가진 이온 빔을 형성할 수 있다. 질량 분광계를 통과하기 전의 이온 빔의 에너지가 비교적 높기 때문에 이온 빔의 발산을 억제할 수 있다. 또한, 이온 빔을 감속시킨 후, 필터 전자석을 사용하여, 소망하는 에너지를 가진 이온만을 추출함으로써, 감속중에 소망하는 에너지로 감속되지 않은 이온이나 또는 초과 감속된 이온을 제거할 수 있다.According to one embodiment described above, an ion beam having low energy can be formed by slowing down the ion beam that has passed through the mass spectrometer. Since the energy of the ion beam before passing through the mass spectrometer is relatively high, the divergence of the ion beam can be suppressed. Further, after the ion beam is decelerated, only the ions having the desired energy can be extracted using the filter electromagnet to remove ions that have not been decelerated to the desired energy or excessively decelerated ions during deceleration.

본 발명의 다른 실시양태에 따른 이온주입방법은, 제 1에너지를 가진 제 1이온 빔을 방출하는 단계와; 상기 제 1이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하여, 상기 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 제 2이온 빔을 형성하는 단계와; 상기 제 2이온 빔을 감속시켜 제 3이온 빔을 형성하는 단계와; 상기 제 3이온 빔에서 소망의 에너지를 가진 이온을 추출하여, 상기 소망의 에너지를 가진 이온만을 실질적으로 함유하는 제 4이온 빔을, 처리될 기판에 주입하는 단계를 포함하여 이루어진다.An ion implantation method according to another embodiment of the present invention comprises the steps of: emitting a first ion beam having a first energy; Extracting desired ions from the first ion beam to form a second ion beam substantially containing only the desired ions; Slowing the second ion beam to form a third ion beam; Extracting ions with the desired energy from the third ion beam, and injecting a fourth ion beam containing substantially only the ions with the desired energy into the substrate to be processed.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이온 빔 소오스는, 한쪽 방향으로 긴 이온 발생 캐비티(cavity)를 규정하는 아크(arc) 챔버와; 상기 이온 발생 캐비티 내에서 상기 한쪽 방향의 거의 중앙에 배치되어, 열전자를 발생시키는 필라멘트와; 이온 소오스 재료를 상기 이온 발생 캐비티에 도입시키는 이온 소오스 재료 도입수단과; 상기 이온 발생 캐비티 내에서 상기 한쪽 방향으로 자계를 발생시키는 자석과; 상기 아크 챔버의 측벽을 통해 형성되어, 그 전면에서 보면 상기 한쪽 방향에서 연장된 빔 배출 슬릿을 포함하여 구성된다.An ion beam source according to another embodiment of the present invention comprises: an arc chamber defining an ion generating cavity elongated in one direction; A filament disposed almost in the one direction in the ion generating cavity to generate hot electrons; Ion source material introduction means for introducing an ion source material into the ion generating cavity; A magnet for generating a magnetic field in said one direction within said ion generating cavity; It is formed through the side wall of the arc chamber, and when viewed from the front side comprises a beam discharge slit extending in the one direction.

상기 또 다른 실시양태에 의하면, 이온 발생 캐비티의 거의 중앙에 필라멘트를 배치함으로써, 상기 필라멘트에서 발생된 열전자를 효율적으로 이용할 수 있다.According to another embodiment described above, by arranging the filament almost in the center of the ion generating cavity, the hot electrons generated in the filament can be efficiently used.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 가변 슬릿 기구는, 진공 용기와; 상기 진공용기에 대하여 설정된 xyz직교좌표계의 xy평면에서 x축 방향에서 연장된 슬릿을 규정하기 위하여, 상기 슬릿의 양측에 배치되는 제 1 및 제 2슬릿 규정부재와; 상기 진공 용기의 외측으로 통해 있는 내부 캐비티를 구비하고 상기 제 1슬릿 규정부재에 고정되어 있는 제 1지지부재와; 상기 제 2슬릿 규정부재에 고정되고 상기 제 1지지부재의 벽을 통해 상기 내부 캐비티로 연장되어 있는 제 2지지부재와; 상기 제 2지지부재가 상기 제 1지지부재의 벽을 통해서 연장되는 통과영역을 통하여 공기가 새지 않게 하는 진공 벨로우즈(bellows)와; 상기 제 1지지부재의 상기 내부 캐비티 내에서 상기 제 2지지부재를, 상기 제 1지지부재에 대하여 y축 방향에서 이동가능하게 지지하기 위한 슬릿 폭 가변 기구를 포함하여 구성된다.According to another embodiment of the present invention, a variable slit mechanism includes a vacuum container; First and second slit defining members disposed on both sides of the slit to define a slit extending from the xy plane of the xyz rectangular coordinate system set for the vacuum container in the x-axis direction; A first support member having an internal cavity extending outwardly of the vacuum container and fixed to the first slit defining member; A second support member secured to said second slit defining member and extending into said inner cavity through a wall of said first support member; Vacuum bellows which prevent the air from leaking through the passage region where the second support member extends through the wall of the first support member; And a slit width variable mechanism for movably supporting the second support member in the inner cavity of the first support member in a y-axis direction with respect to the first support member.

상기 또 다른 실시양태에 의하면, 제 1지지부재의 내부 캐비티가 진공 용기의 외측으로 통해 있으므로, 슬릿 폭 가변 기구를 외부에서 작동시킴으로써 슬릿 폭을 변화시킬 수 있다.According to this another embodiment, since the inner cavity of the first support member is outward of the vacuum vessel, the slit width can be changed by operating the slit width variable mechanism externally.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이온주입장치는, 빔 전위가 인가된 공간 내에서 이온을 발생시키는 이온 소오스와; 상기 빔 전위보다 낮은 가속전위를 인가받아, 상기 이온 소오스에서 발생된 이온을 견인하고 가속시켜 이온 빔을 형성시키는 가속전극과; 상기 가속전극에 의해 가속된 상기 이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하고, 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하는 질량 분광계와; 상기 빔 전위와 상기 가속전위 사이의 중간 값인 감속전위를 인가받아, 상기 질량 분광계에서 배출된 상기 이온 빔을 감속시키는 감속전극과; 상기 가속전극에 의해 가속된 상기 이온 빔의 경로를 둘러싸도록 상기 가속전극 상에 설치되고 상기 가속전위를 인가받는 제 1전압 실드(shield)부재와; 상기 제 1전압 실드부재를 둘러싸고 접지 전위를 인가받는 제 2전압 실드부재를 포함하여 구성된다.An ion implantation apparatus according to another embodiment of the present invention includes an ion source for generating ions in a space to which a beam potential is applied; An acceleration electrode applied with an acceleration potential lower than the beam potential to draw and accelerate ions generated in the ion source to form an ion beam; A mass spectrometer for extracting desired ions from the ion beam accelerated by the accelerating electrode and emitting an ion beam substantially containing only desired ions; A deceleration electrode receiving a deceleration potential, which is an intermediate value between the beam potential and the acceleration potential, to decelerate the ion beam discharged from the mass spectrometer; A first voltage shield member disposed on the acceleration electrode so as to surround a path of the ion beam accelerated by the acceleration electrode and receiving the acceleration potential; And a second voltage shield member surrounding the first voltage shield member and receiving a ground potential.

상기 또 다른 실시양태에 의하면, 제 1전압 실드부재가 이온 빔을 감싸도록 되어 있다. 따라서, 전체 이온 소오스를 감쌀 필요가 없으므로 장치를 소형화 할 수 있다.According to this further embodiment, the first voltage shield member is arranged to surround the ion beam. Therefore, it is not necessary to cover the entire ion source, so that the apparatus can be miniaturized.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이온주입장치를 나타낸 개략도이다. 본 실시예의 이온주입장치는, 이온 빔 발생 유니트(10), 질량 분광계(50), 감속 유니트(60), 빔 필터 유니트(90) 및 이온주입 챔버(95)로 구성되어 있다. 이들 구성요소들은 빔 경로(1)를 규정한다.1 is a schematic view showing an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. The ion implantation apparatus of this embodiment is composed of an ion beam generating unit 10, a mass spectrometer 50, a deceleration unit 60, a beam filter unit 90, and an ion implantation chamber 95. These components define the beam path 1.

상기 이온 빔 발생 유니트(10)는 이온 소오스(15), 억제전극(30) 및 가속전극(40)으로 구성되어 있다. 이들 구성요소들은 접지되어 있는 빔 덕트(11)에 배치되어 있다. 상기 빔 덕트(11)의 내부는 터보 분자 펌프(12)에 의해 배기되어 있다. 이온 소오스(15)의 전위는 빔 전위 VB로 설정되어 있고, 이온 빔 소오스(15)는 빔 전위 VB에 대응하는 전위 에너지를 가진 이온을 발생시킨다.The ion beam generating unit 10 is composed of an ion source 15, a suppression electrode 30, and an acceleration electrode 40. These components are arranged in the beam duct 11 which is grounded. The interior of the beam duct 11 is exhausted by the turbo molecular pump 12. The potential of the ion source 15 is set to the beam potential V B , and the ion beam source 15 generates ions having potential energy corresponding to the beam potential V B.

상기 가속전극(40)은 빔 전위 VB보다 낮은 가속전위(-VA), 예를 들면 -20kV를 인가받는다. 상기 억제전극(30)은 상기 가속전극의 전위(-VA)보다 전위 VS1, 예를 들면 1800V 만큼 낮은 억제전위(-VA-VS1)를 인가받는다. 상기 이온 소오스(15)에서 발생된 이온은 가속전극(40)에 의해 견인되어 빔 경로(1)를 따라서 이동하는 이온 빔을 형성한다. 상기 억제전극(30)은 빔 덕트에서 발생된 전자가 이온 소오스(15)쪽으로 되돌아가는 것을 방지한다.The acceleration electrode 40 receives an acceleration potential (-V A ) lower than the beam potential V B , for example, -20 kV. The suppression electrode 30 receives a suppression potential (-V A -V S1 ) lower by a potential V S1 , for example, 1800 V, than the potential (-V A ) of the acceleration electrode. The ions generated in the ion source 15 are attracted by the acceleration electrode 40 to form an ion beam moving along the beam path 1. The suppression electrode 30 prevents electrons generated in the beam duct from returning to the ion source 15.

상기 질량 분광계(50)는 편향 전자석(51), 분해 공(resolving aperture) (52), 빔 덕트(53), 내부 실드(54) 및 접지 실드(55)로 구성되어 있다. 상기 이온 빔 발생 유니트(10)에서 방출된 이온 빔은 빔 덕트 내에서 이동하고, 그 이동방향은 편향 전자석(51)에 의해 편향된다. 여기서, 상기 빔 궤도의 곡률 반경은 이온 질량, 전하량 및 에너지의 함수로 표현된다. 따라서, 소망하는 이온만이 편향 전자석(51)의 하류측에 배치된 분해 공(52)을 통과하게 된다. 이와 같이 하여, 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 형성한다. 여기서, "실질적으로"라는 용어는, 소망하는 이온 이외의 불순물 이온이 반도체 기판에 주입되어 형성된 반도체 소자의 동작에 문제를 일으키지 않는 정도로 불순물 이온을 배제하는 것을 의미한다.The mass spectrometer 50 is composed of a deflection electromagnet 51, a resolving aperture 52, a beam duct 53, an inner shield 54, and a ground shield 55. The ion beam emitted from the ion beam generating unit 10 moves in the beam duct, and the moving direction thereof is deflected by the deflecting electromagnet 51. Here, the radius of curvature of the beam trajectory is expressed as a function of ion mass, charge amount and energy. Therefore, only the desired ions pass through the decomposition hole 52 disposed downstream of the deflection electromagnet 51. In this way, an ion beam containing substantially only the desired ions is formed. Here, the term "substantially" means that impurity ions are excluded to the extent that impurity ions other than the desired ions are implanted into the semiconductor substrate so as not to cause problems in the operation of the semiconductor element formed.

상기 빔 덕트(53)의 전위는 가속전위(-VA)와 동일하다. 따라서, 가속전극(40)에서 분해 공(52)에 이르는 빔 경로의 내부는 가속전위(-VA)로 유지된다. 상기 편향 전자석(51) 및 그 전원 등은 전위(-VA)가 인가되는 내부 실드(54)의 내부에 배치되어 있다. 상기 내부 실드(54)는 접지 실드(55)내에 배치되어 있다.The potential of the beam duct 53 is equal to the acceleration potential (-V A ). Therefore, the inside of the beam path from the acceleration electrode 40 to the decomposition hole 52 is maintained at the acceleration potential (-V A ). The deflection electromagnet 51 and its power source and the like are arranged inside the inner shield 54 to which a potential (-V A ) is applied. The inner shield 54 is disposed in the ground shield 55.

상기 분해 공(52)을 통과한 이온 빔은 감소 유니트(60)에 진입한다. 상기 감속 유니트(60)에 진입한 이온 빔은 억제전극(62), 감속전극(63), 가스공급 유니트(70) 및 전자공급 유니트(80)를 경유하여 빔 필터 유니트(90)에 진입한다. 이들 구성요소들은 접지 빔 덕트(61)내에 배치되어 있다. 이 접지 빔 덕트(61)의 내부는 진공 펌프(64)에 의해 배기되어 있다.The ion beam passing through the decomposition hole 52 enters the reduction unit 60. The ion beam entering the deceleration unit 60 enters the beam filter unit 90 via the suppression electrode 62, the deceleration electrode 63, the gas supply unit 70, and the electron supply unit 80. These components are arranged in the ground beam duct 61. The interior of the ground beam duct 61 is exhausted by the vacuum pump 64.

상기 억제전극(62)은 상기 가속전극의 전위(-VA)보다 전위 VS2, 예를 들면 1800V 만큼 낮은 억제전위(-VA-VS2)를 인가받으며, 질량 분광계(50)내의 전자가 감속 유니트(60)의 빔 경로로 이동하는 것을 방지한다. 상기 감속전극(63)은 감속전위(VD)를 인가받는다. 본 실시예에서는 감속전위(VD)는 접지전위와 동일하다.The suppression electrode 62 receives a suppression potential (-V A -V S2 ) lower by a potential V S2 , for example, 1800 V, than the potential (-V A ) of the acceleration electrode, and the electrons in the mass spectrometer 50 The movement to the beam path of the deceleration unit 60 is prevented. The deceleration electrode 63 receives a deceleration potential V D. In this embodiment, the deceleration potential V D is equal to the ground potential.

상기 감속 유니트(60)에서 방출된 이온 빔의 이동방향은 빔 필터 유니트(90)의 편향 전자석(91)에 의하여 편향된다. 여기서, 상기 빔 궤도의 곡률 반경은 이온 질량, 전하량 및 에너지의 함수로서 표현된다. 따라서, 소망하는 에너지를 가진 이온만이 상기 편향 전자석(91)의 하류측에 배치된 슬릿(92)을 통과하여 이온주입 챔버(95)에 진입하게 된다. 상기 빔 필터 유니트(90)내에서의 빔 경로는 접지 빔 덕트(93)에 의해 둘러싸여 있다.The moving direction of the ion beam emitted from the deceleration unit 60 is deflected by the deflection electromagnet 91 of the beam filter unit 90. Here, the radius of curvature of the beam trajectory is expressed as a function of ion mass, charge amount and energy. Thus, only ions with the desired energy enter the ion implantation chamber 95 through the slit 92 disposed downstream of the deflection electromagnet 91. The beam path in the beam filter unit 90 is surrounded by a ground beam duct 93.

상기 이온주입 챔버(95) 내에는 이온 주입될 반도체 기판(96)이 배치되어 있다. 상기 이온주입 챔버(95)에 진입한 이온 빔이 상기 반도체 기판(96)에 조사됨에 따라 이온이 반도체 기판(96)에 주입된다.The semiconductor substrate 96 to be ion implanted is disposed in the ion implantation chamber 95. As the ion beam entering the ion implantation chamber 95 is irradiated onto the semiconductor substrate 96, ions are implanted into the semiconductor substrate 96.

이하의 설명에서는 z축이 이온 빔의 이동방향에 대응하고 x축이 상방 수직 방향에 대응하는 xyz직교좌표계를 사용한다.In the following description, the xyz rectangular coordinate system in which the z axis corresponds to the moving direction of the ion beam and the x axis corresponds to the upward vertical direction is used.

도 2는 도 1에 도시한 이온주입장치를 나타낸 블록도와, 빔 이동방향(z축 방향)에 따른 전위분포를 나타낸 그래프이다. 상기 이온 소오스(15)는 정(positive)의 빔 전위(VB)를 인가받고, 상기 억제전극(30)은 부(negative)의 억제전위(-VA-VS1)를 인가받으며, 상기 가속전극(40)은 부의 가속전위(-VA)를 인가받는다.2 is a block diagram showing the ion implantation apparatus shown in FIG. The ion source 15 is applied with a positive beam potential (V B ), the suppression electrode 30 is applied with a negative suppression potential (-V A -V S1 ), the acceleration The electrode 40 receives a negative acceleration potential (-V A ).

상기 가속전극(40)에서 분해 공(52)에 이르는 빔 경로의 전위는 가속전위(-VA)로 유지된다. 상기 억제전극(62)은 부의 억제전위(-VA-VS2)를 인가받으며, 감속전극(63)은 접지 전위를 인가받는다. 상기 감속전극(63) 하류측에 있어서의 빔 경로(1)의 전위는 접지 전위로 유지된다.The potential of the beam path from the acceleration electrode 40 to the decomposition hole 52 is maintained at the acceleration potential (-V A ). The suppression electrode 62 receives a negative suppression potential (-V A -V S2 ), and the deceleration electrode 63 receives a ground potential. The potential of the beam path 1 on the downstream side of the deceleration electrode 63 is maintained at the ground potential.

상기 이온 소오스(15)에서 방출되어 상기 가속전극(40)을 통과한 단일 하전 이온은 e(VA+VB)의 운동에너지를 갖는다(여기서, e는 하전 단위이다). 상기 감속전극(63)을 통과한 단일 하전 이온은 eVB의 운동에너지를 갖는다. 따라서, 운동에너지 eVB를 가진 이온이 반도체 기판에 주입된다.The single charged ions emitted from the ion source 15 and passing through the acceleration electrode 40 have a kinetic energy of e (V A + V B ), where e is a charged unit. The single charged ions passing through the deceleration electrode 63 have kinetic energy of eV B. Thus, ions with kinetic energy eV B are implanted into the semiconductor substrate.

상기 감속전극(63)의 상류측에서의 빔 속도는 감속 후의 빔 속도보다 더 빠르고, 빔 전류는 동일하더라도 상기 감속전극(63)의 상류측에서의 이온 밀도는 감속 후의 이온 밀도 보다 낮다. 이온 빔은 빔 경로에서의 가스를 이온화 하기에 충분히 큰 e(VA+VB)의 운동에너지를 갖는다. 이에 따라, 빔 경로내에서 전자를 유지시키는 것이 가능하여, 공간 하전을 중립상태로 만드는 것도 가능하다. 따라서, 빔의 발산을 억제할 수 있다.The beam speed at the upstream side of the deceleration electrode 63 is faster than the beam speed after deceleration, and the ion density at the upstream side of the deceleration electrode 63 is lower than the ion density after deceleration even if the beam current is the same. The ion beam has a kinetic energy of e (V A + V B ) large enough to ionize the gas in the beam path. Accordingly, it is possible to hold electrons in the beam path, and to make the space charge neutral. Therefore, the divergence of the beam can be suppressed.

상기 질량 분광계(50)에 진입하기 전의 이온 빔은 소망하는 이온과는 다른 다량의 이온을 함유하고 있다. 예를 들면, B+이온 빔이 사용되는 경우, 상기 질량 분광계(50)에 진입하기 전에는 B+이온의 개수가 총 이온 개수의 대략 20% 정도이다. 따라서, 상기 질량 분광계(50)에 진입하기 전의 이온 빔의 이온 밀도는 높고, 이에 따라 이온 빔이 발산하게 된다. 감속전극(63)의 하류측에서는 이온 빔이 소망하는 이온만을 함유하고 있으므로 이온 밀도는 상대적으로 낮다. 따라서, 감속전극(63)의 하류측에서는 이온 빔의 발산 성향이 약하게 된다.The ion beam before entering the mass spectrometer 50 contains a large amount of ions different from the desired ions. For example, when a B + ion beam is used, the number of B + ions is approximately 20% of the total number of ions before entering the mass spectrometer 50. Therefore, the ion density of the ion beam before entering the mass spectrometer 50 is high, thereby causing the ion beam to diverge. On the downstream side of the deceleration electrode 63, since the ion beam contains only desired ions, the ion density is relatively low. Therefore, the divergence propensity of the ion beam is weak on the downstream side of the reduction electrode 63.

빔 발산 성향이 강한 영역에서는 이온 빔의 운동에너지가 높게 설정되어 있으므로, 빔 발산은 효과적으로 억제할 수 있다.Since the kinetic energy of the ion beam is set high in the region where the beam divergence propensity is strong, the beam divergence can be effectively suppressed.

상기 가스공급 유니트(70)는 감속전극(63)의 하류측에서의 빔 경로에 AR 및 Xe와 같은 불활성 가스를 공급한다. 이 가스는 이온 빔과의 충돌시 이온화 되어, 공간 하전을 중립상태로 만들기 위한 전자를 발생시킨다. 상기 이온화된 가스 이온은 빔 덕트의 벽과 충돌하여 중립상태로 된다.The gas supply unit 70 supplies inert gases such as AR and Xe to the beam path on the downstream side of the reduction electrode 63. The gas ionizes upon collision with the ion beam, generating electrons to make the space charge neutral. The ionized gas ions collide with the walls of the beam duct and become neutral.

상기 전자공급 유니트(80)는 빔 경로내에 전자를 방출한다. 이들 전자는 빔 경로내에서의 공간 하전을 중립상태로 만든다. 상기 가스공급 유니트(70)에서 공급된 가스의 이온화에 의해 발생된 전자가 불충분한 경우에는, 전자공급 유니트(80)에서 전자를 공급하여 빔 발산을 억제한다. 상기 전자공급 유니트(80)와 동일한 전자공급 유니트가 상기 빔 필터 유니트(90)의 하류측에 배치되어 있어도 된다.The electron supply unit 80 emits electrons in the beam path. These electrons make the space charge in the beam path neutral. When electrons generated by ionization of the gas supplied from the gas supply unit 70 are insufficient, electrons are supplied from the electron supply unit 80 to suppress beam divergence. The same electron supply unit as the electron supply unit 80 may be disposed downstream of the beam filter unit 90.

상기 질량 분광계(50)에 의해 소망의 이온만이 추출된 후, 이들 이온의 일부가 중립상태로 되고, 이에 따라 소망하는 하전량과 다른 하전량을 갖는 이온이 형성되게 된다. 그러한 이온은 소망하는 에너지로 감소되지 않거나 또는 상기 감속전극(63)에 의해 초과 감속된다. 즉, 상기 감속전극(63)을 통과한 이온 빔은 소망하는 에너지와는 다른 에너지를 가진 입자, 특히 중립상태로 되고 적절히 감속되지 않은 입자를 함유한다.After only the desired ions are extracted by the mass spectrometer 50, some of these ions are in a neutral state, whereby ions having a charge amount different from the desired charge amount are formed. Such ions are not reduced to the desired energy or are over decelerated by the deceleration electrode 63. That is, the ion beam passing through the deceleration electrode 63 contains particles having energy different from the desired energy, in particular particles in a neutral state and not decelerated properly.

상기 빔 필터 유니트(90)는 상기 이온 빔에서 소망하는 에너지를 가진 이온만을 추출한다. 따라서, 소망하는 에너지를 가진 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 얻을 수 있게 된다.The beam filter unit 90 extracts only ions having desired energy from the ion beam. Thus, it is possible to obtain an ion beam containing substantially only ions with the desired energy.

도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시한 이온주입장치(15)의 이온 소오스에 대한 단면도 및 전면도이다. 아크 챔버(16)는 x축으로 긴 이온발생 캐비티(17)를 규정한다. 상기 아크 챔버(16)는 예를 들면 Mo로 이루어진다. 텅스텐(W) 필라멘트(18)는 이온발생 캐비티(17)내에서 x축을 따라 거의 중앙에 배치되어 있다. 상기 필라멘트(18)는 이온발생 캐비티(17)내에서 열전자를 방출한다. 이온 소오스 재료도입관(19,20)은 상기 아크 챔버(16)에 연결되어 있다. 상기 이온 소오스 재료도입관(19)은 고체 소오스 재료에서 증발된 소오스 가스를 이온발생 챔버(17)에 공급하고, 상기 이온 소오스 재료도입관(20)은 실온에서 가스상태에 있는 가스 소오스 재료를 공급한다.3A and 3B are cross-sectional views and front views of the ion source of the ion implantation apparatus 15 shown in FIG. The arc chamber 16 defines an ion generating cavity 17 that is long in the x axis. The arc chamber 16 is made of Mo, for example. The tungsten (W) filament 18 is disposed approximately in the center along the x axis in the ion generating cavity 17. The filament 18 emits hot electrons in the ion generating cavity 17. Ion source material introduction tubes 19 and 20 are connected to the arc chamber 16. The ion source material introduction tube 19 supplies the source gas evaporated from the solid source material to the ion generating chamber 17, and the ion source material introduction tube 20 supplies the gas source material in a gas state at room temperature. do.

상기 아크 챔버(16)의 양단 부근에서는 자석(21)이 배치되어 있다. 이 자석(21)은 상기 이온발생 캐비티(17)내에서 x축 방향을 따라서 자장을 발생시킨다.Magnets 21 are arranged near both ends of the arc chamber 16. The magnet 21 generates a magnetic field along the x-axis direction in the ion generating cavity 17.

상기 아크 챔버(16)의 앞벽에는 빔 배출 슬릿(22)이 형성되어 있다. 전방에서 보면, 상기 빔 배출 슬릿(22)은 x축 방향으로 연장되어 있으며, 필라멘트(18)가 위치하는 영역에는 연장되어 있지는 않다. 따라서, 상기 빔 배출 슬릿(22)은 앞벽의 거의 중앙에서 분리된 한 쌍의 서브 슬릿(sub-slit)으로 구성되어 있다.A beam discharge slit 22 is formed on the front wall of the arc chamber 16. As seen from the front, the beam discharge slit 22 extends in the x-axis direction and does not extend in the region where the filament 18 is located. Thus, the beam exit slit 22 is composed of a pair of sub-slits that are separated at approximately the center of the front wall.

x축 방향에 수직한 측방향을 따라서 보면, 즉 y축 방향을 따라서 보면, 상기 빔 슬릿(22)의 서브 슬릿은 x축 방향에 평행한 방향에 대한 대향 방향에서 약간 경사져 있다. 이러한 경사 방향은, 서브 슬릿에 수직한 가상 직선들이 xy평면에서의 이온발생 캐비티(17)의 외측에서 서로 교차하도록 설정되어 있다.When viewed along the lateral direction perpendicular to the x-axis direction, that is, along the y-axis direction, the sub slits of the beam slit 22 are slightly inclined in a direction opposite to the direction parallel to the x-axis direction. This inclination direction is set such that the virtual straight lines perpendicular to the sub slits intersect with each other on the outside of the ion generating cavity 17 in the xy plane.

상기 이온발생 캐비티(17)의 양단에는 전자 반사부재(25)가 배치되어 있다. 상기 전자 반사부재(25)는 전기적으로 부유상태(floating state)에 있다. 상기 필라멘트(18)에서 방출된 열전자는 x축 방향의 전장에서 선회하면서 정 및 부의 x축 방향을 따라서 이동한다. 이러한 열전자는 전자 반사부재(25)상에서 충전되고, 이에 따라 상기 전자 반사부재(25)의 전위는 낮아지게 된다. 전자 반사부재(25)의 전위가 낮아지는 경우, x축 방향에서 이동하는 열전자는 상기 전자 반사부재(25)에 의해 형성된 전위 배리어(barrier)에 의해 반사된다. 이와 같이 하여, 이온발생 캐비티(17)내에는 전자가 축적된다. 여기서, 전자 반사부재(25)는 전기적으로 바이어스(bias)되게 된다.Electron reflecting members 25 are disposed at both ends of the ion generating cavity 17. The electron reflecting member 25 is in an electrically floating state. The hot electrons emitted from the filament 18 move along the positive and negative x-axis directions while turning in the electric field in the x-axis direction. These hot electrons are charged on the electron reflection member 25, and thus the potential of the electron reflection member 25 is lowered. When the potential of the electron reflection member 25 is lowered, hot electrons moving in the x-axis direction are reflected by a potential barrier formed by the electron reflection member 25. In this way, electrons are accumulated in the ion generating cavity 17. Here, the electron reflection member 25 is electrically biased.

상기 이온발생 캐비티(17)내에 도입된 이온 소오스 가스는 전자에 의해 이온화되고, 이에 따라 이온이 발생된다. 상기 이온발생 캐비티(17)내에서 발생된 이온은 빔 배출 슬릿(22) 부근에서 발생된 전장에 의하여 빔 배출 슬릿(22)으로부터 추출된다.The ion source gas introduced into the ion generating cavity 17 is ionized by electrons, thereby generating ions. The ions generated in the ion generating cavity 17 are extracted from the beam emitting slit 22 by the electric field generated near the beam emitting slit 22.

상기 빔 배출 슬릿(22)이 x축 방향에 대하여 약간 경사져 있으므로, 빔 배출 슬릿(22) 근방에서 전장의 방향은 xz평면의 z방향에 대하여 약간 경사지게 된다. 따라서, 한 쌍의 서브 슬릿에서 배출된 한 쌍의 리본 형상의 이온 빔은 z축 방향을 따라 이동함에 따라 점차적으로 서로 근접하게 되고, 결국 단일 리본 형상의 이온 빔을 형성하게 된다.Since the beam discharge slit 22 is slightly inclined with respect to the x-axis direction, the direction of the electric field in the vicinity of the beam discharge slit 22 is slightly inclined with respect to the z direction of the xz plane. Therefore, the pair of ribbon-shaped ion beams discharged from the pair of sub slits gradually become close to each other as they move along the z-axis direction, thereby forming a single ribbon-shaped ion beam.

도 3a에 도시한 이온 소오스에 있어서, 상기 이온발생 캐비티 내에는 거의 중앙에 필라멘트(18)가 배치되어 있다. 상기 필라멘트(18)에서는 열전자가 정 및 부의 x축 방향에서 거의 동일한 양으로 방출된다. 필라멘트(18)가 이온발생 캐비티(17)의 대향 단부의 한쪽에 배치되는 경우에는 열전자의 대략 1/2만을 이용할 수 있다. 도 3a에 도시한 바와 같이 x축 방향에서 이온발생 캐비티(17)의 거의 중앙에 필라멘트(18)를 배치함으로써, 열전자의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.In the ion source shown in Fig. 3A, the filament 18 is disposed almost in the center of the ion generating cavity. In the filament 18, hot electrons are emitted in about the same amount in the positive and negative x-axis directions. When the filament 18 is disposed on one side of the opposite end of the ion generating cavity 17, only about half of the hot electrons can be used. As shown in FIG. 3A, by arranging the filament 18 near the center of the ion generating cavity 17 in the x-axis direction, the utilization efficiency of hot electrons can be improved.

도 4는 이온발생 유니트(10)의 가속 유니트에 대한, yz평면에 평행한 단면도이다. 억제전극(30)은 이온 소오스(15)를 마주보면서 xy평면을 따라 배치되어 있다. 가속전극(40)은 상기 억제전극(30)의 약간 하류측에 배치되어 있다. 상기 억제전극(30)과 상기 가속전극(40)은 예를 들면 스테인레스 스틸 또는 그래파이트(graphite)로 이루어져 있다. 상기 억제전극(30)은 알루미나, 질화붕소(BN) 등으로 이루어진 절연 스페이서(33)에 의하여, 상기 가속전극(40)에서 소정 간격 이격되어 있다. 상기 억제전극(30) 및 가속전극(40)은 각각 x축에 평행한 슬릿을 가지고 형성되어 있다. 상기 이온 소오스(15)에서 배출된 리본 형상의 이온 빔은 상기 슬릿을 통과한다.4 is a cross-sectional view parallel to the yz plane of the acceleration unit of the ion generating unit 10. The suppression electrode 30 is disposed along the xy plane facing the ion source 15. The acceleration electrode 40 is disposed slightly downstream of the suppression electrode 30. The suppression electrode 30 and the acceleration electrode 40 are made of, for example, stainless steel or graphite. The suppression electrode 30 is spaced apart from the acceleration electrode 40 by an insulating spacer 33 made of alumina, boron nitride (BN), or the like. The suppression electrode 30 and the acceleration electrode 40 are each formed with slits parallel to the x-axis. The ribbon-shaped ion beam discharged from the ion source 15 passes through the slit.

상기 가속전극(40)은 빔 덕트(11)내에서 가속전극 지지암(42A,42B)에 의하여 지지되어 있다. 이 지지 기구에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.The acceleration electrode 40 is supported by the acceleration electrode support arms 42A and 42B in the beam duct 11. This support mechanism will be described later in detail with reference to FIGS. 6 and 7.

관형상(tubular)의 제 1전압 실드부재(41)는 상기 가속전극(40)에서 하류측으로 연장되어 있다. 상기 제 1전압 실드부재(41)는 예를 들면 스테인레스 스틸로 이루어지고, 가속전극(40)에 의해 가속된 이온 빔의 경로를 감싸고 있다. 상기 제 1전압 실드부재(41)는 상기 가속전극(40)과 동일한 가속전압(-VA)을 인가받아, 이온빔을 빔 덕트(11)의 접지전위로부터 차폐시킨다The tubular first voltage shield member 41 extends downstream from the acceleration electrode 40. The first voltage shield member 41 is made of, for example, stainless steel and surrounds the path of the ion beam accelerated by the acceleration electrode 40. The first voltage shield member 41 receives the same acceleration voltage (-V A ) as the acceleration electrode 40 to shield the ion beam from the ground potential of the beam duct 11.

제 2전압 실드부재(53a)는 상기 제 1전압 실드부재(41)를 통과한 이온 빔의 경로를 에워싸도록 배치되어 있다. 상기 제 2전압 실드부재(53a)는 예를 들면 알루미늄, 스테인레스 스틸 등으로 이루어지고, 질량 분광계(50)의 빔 덕트(53)에 설치되어 상기 빔 덕트(53)의 전위와 동일한 전위를 갖는다.The second voltage shield member 53a is arranged to surround the path of the ion beam passing through the first voltage shield member 41. The second voltage shield member 53a is made of, for example, aluminum or stainless steel, and is provided in the beam duct 53 of the mass spectrometer 50 to have the same potential as that of the beam duct 53.

상기 제 2전압 실드부재(53a)는 그 이온 빔 도입단 부근의 영역이 상기 제 1전압 실드부재(41)의 이온 빔 배출단 부근의 영역과 z축 방향에서 겹쳐지도록 배치되어 있다. xy평면에서는 상기 제 2전압 실드부재(53a)가 그 사이의 일정 공간에서 제 1전압 실드부재(41)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 따라서, 상기 제 1전압 실드부재(41)의 이온 빔 배출단 부근의 영역과, 상기 제 2전압 실드부재(53a)의 이온 빔 도입단 부근의 영역사이에는 링(ring) 스페이스(34)가 형성되어 있다.The second voltage shield member 53a is arranged such that the region near the ion beam introduction end thereof overlaps with the region near the ion beam discharge end of the first voltage shield member 41 in the z-axis direction. In the xy plane, the second voltage shield member 53a is arranged to surround the first voltage shield member 41 in a predetermined space therebetween. Therefore, a ring space 34 is formed between the region near the ion beam discharge end of the first voltage shield member 41 and the region near the ion beam introduction end of the second voltage shield member 53a. It is.

전자 반사부재(32)는 상기 링 스페이스(34)를 따라서 배치되어 있다. 상기 전자 반사부재(32)는 지지 봉(31)을 통해서 억제전극(30)에 연결되어 있고, 상기 지지 봉(31)은 전자 반사부재(32)가 상기 억제전극(30)과 동일한 전위를 갖도록 가속전극(40)을 통하여 억제전극(30)으로 연장되어 있다. 상기 전자 반사부재(32)는 제 2전압 실드부재(53a) 내부의 전자가 링 스페이스(34)를 통해서 누출되는 것을 방지한다.The electron reflecting member 32 is disposed along the ring space 34. The electron reflection member 32 is connected to the suppression electrode 30 through the support rod 31, and the support rod 31 is such that the electron reflection member 32 has the same potential as the suppression electrode 30. It extends to the suppression electrode 30 through the acceleration electrode 40. The electron reflecting member 32 prevents electrons inside the second voltage shield member 53a from leaking through the ring space 34.

상기 제 2전압 실드부재(53a)의 내부 캐비티는 게이트 밸브(56)에 의하여 빔 덕트(53)의 내부 캐비티와 분리되어 있다. 상기 게이트 밸브(56)의 상류측에는 그래파이트로 이루어진 보호부재(57)가 상기 게이트 밸브(56)에서 약간 이격되어 배치되어 있다. 상기 보호부재(57)는 빔 경로를 이탈하여 이동하는 이온 빔이 빔 덕트의 내벽과 충돌하는 것을 방지한다.The inner cavity of the second voltage shield member 53a is separated from the inner cavity of the beam duct 53 by the gate valve 56. On the upstream side of the gate valve 56, a protective member 57 made of graphite is disposed slightly apart from the gate valve 56. The protection member 57 prevents the ion beam moving away from the beam path from colliding with the inner wall of the beam duct.

접지 덕트(11)와 가속전압(-VA)이 인가되는 빔 덕트(53)사이의 공간은 예를 들면 에폭시 수지로 이루어진 절연부재(58)에 의하여 공기가 새지 않게 되어 있다.The space between the ground duct 11 and the beam duct 53 to which the acceleration voltage (-V A ) is applied is prevented from leaking air by, for example, an insulating member 58 made of epoxy resin.

도 5는 도 1에 도시한 감속 유니트(60)의, yz평면에 평행한 단면도이다. 제 3전압 실드부재(52a)는 빔 덕트(53)에서 이온 빔 경로를 따라서 하류측으로 연장되어 있다. 분해 공(52)은 상기 제 3전압 실드부재(52a)의 하류단(down stream end)에 배치되어 있다. 상기 분해 공(52)에는 절연 스페이서(62a)를 통하여 제 2억제전극(62)이 설치되어 있다. 상기 제 2억제전극(62)은 리드선(62b)을 통하여 제 2억제전위(-VA-VB2)를 인가받는다.FIG. 5 is a cross-sectional view parallel to the yz plane of the reduction unit 60 shown in FIG. 1. The third voltage shield member 52a extends downstream from the beam duct 53 along the ion beam path. The decomposition hole 52 is disposed at the downstream end of the third voltage shield member 52a. The decompression hole 52 is provided with a second suppression electrode 62 via an insulating spacer 62a. The second suppression electrode 62 receives a second suppression potential (-V A -V B2 ) through the lead wire 62b.

상기 질량 분광계(50), 제 2전압 실드부재(53a) 및 제 3전압 실드부재(52a)에 전위(-VA)를 인가함으로써, 빔 덕트(11)를 접지 전위로 유지시킨 상태에서 이온 빔을 가속 및 감속할 수 있다. 실드부재를 이용하여 상기 이온 소오스(15)의 전체를 전위(-VA)로 감싸도록 할 필요가 없으므로, 장치를 소형이면서 간단하게 제작할 수 있다.By applying a potential (-V A ) to the mass spectrometer 50, the second voltage shield member 53a and the third voltage shield member 52a, the ion beam is maintained in a state where the beam duct 11 is maintained at ground potential. Can accelerate and decelerate. Since the whole of the ion source 15 is not required to be covered with the potential (-V A ) by using the shield member, the device can be made compact and simple.

상기 제 2억제전극(62)의 약간 하류측에는 감속전극(63)이 배치되어 있고, 상기 감속전극(63)의 하류측에는 가스공급 유니트(70)가 배치되어 있다. 상기 가스공급 유니트(70)는 상기 감속전극(63)에서 하류측으로 연장된 관형(tubular) 빔 경로 규정부재(71)와, 상기 빔 경로 규정부재(71)에 접속된 가스공급관(72)으로 구성되어 있다. 상기 가스공급관(72)은 상기 빔 덕트(61)의 벽을 통하여 외부로 연장되어 있다. 상기 가스공급관(72)이 상기 벽을 통해 연장되는 통과영역은 진공 벨로우즈(73)에 의하여 공기가 새지 않게 되어 있다.A deceleration electrode 63 is disposed slightly downstream of the second suppression electrode 62, and a gas supply unit 70 is disposed downstream of the deceleration electrode 63. The gas supply unit 70 includes a tubular beam path defining member 71 extending downstream from the deceleration electrode 63 and a gas supply pipe 72 connected to the beam path defining member 71. It is. The gas supply pipe 72 extends to the outside through the wall of the beam duct 61. The passage area where the gas supply pipe 72 extends through the wall is prevented from leaking air by the vacuum bellows 73.

상기 가스공급관으로부터는 가스가 빔 경로 규정부재(71)의 내부 캐비티에 공급되어 공간 하전을 중립상태로 만든다. 상기 감속전극(63)은 가스공급관(72) 및 빔 경로 규정부재(71)에 의하여 빔 덕트(61)내에서 지지된다.Gas is supplied from the gas supply pipe to the internal cavity of the beam path defining member 71 to make the space charge neutral. The reduction electrode 63 is supported in the beam duct 61 by the gas supply pipe 72 and the beam path defining member 71.

상기 가스공급 유니트(70)의 하류측에는 전자공급 유니트(80)가 배치되어 있다. 상기 전자공급 유니트(80)는 관형 빔 경로 규정부재(82), 플라즈마 챔버(83), 플라즈마 챔버(83)의 내부에 설치된 필라멘트(81)로 구성되어 있다. 상기 플라즈마 챔버(83)의 내부 캐비티 및 빔 경로 규정부재(82) 내부의 빔 경로는 슬릿을 통하여 서로 연결되어 있다.An electron supply unit 80 is disposed downstream of the gas supply unit 70. The electron supply unit 80 is composed of a tubular beam path defining member 82, a plasma chamber 83, and a filament 81 installed inside the plasma chamber 83. The inner cavity of the plasma chamber 83 and the beam path inside the beam path defining member 82 are connected to each other through slits.

상기 플라즈마 챔버(83)에는 가스 도입부(84)를 통하여 Ar과 같은 불활성 가스가 공급된다. 필라멘트(81)에서 열전자가 방출되면, 플라즈마 챔버(83)내에서는 Ar이온 및 전자가 발생된다. 상기 발생된 Ar이온 및 전자는 슬릿을 통하여 빔 경로에 전달된다. 이와 같이 하여 빔 경로에 전자를 공급할 수 있다.An inert gas such as Ar is supplied to the plasma chamber 83 through the gas introduction part 84. When hot electrons are emitted from the filament 81, Ar ions and electrons are generated in the plasma chamber 83. The generated Ar ions and electrons are transferred to the beam path through the slit. In this way, electrons can be supplied to the beam path.

도 6은 z축을 따라 하류측에서 본 가속전극(40) 및 그 가속전자 지지기구의 단면도이다. 가속전극(40)은 제 1 및 제 2슬릿 규정부재(40A, 40B)로 분리되어 있다. 이온 빔이 통과하는 슬릿은 제 1 및 제 2슬릿 규정부재(40A, 40B)사이에서 규정되어 있다.6 is a cross-sectional view of the accelerating electrode 40 and the accelerating electron supporting mechanism thereof viewed from the downstream along the z axis. The acceleration electrode 40 is separated into first and second slit defining members 40A and 40B. The slit through which the ion beam passes is defined between the first and second slit defining members 40A and 40B.

이온 빔 경로의 측부에는 내부 캐비티를 가진 제 1지지부재(100)가 배치되어 있다. 상기 제 1슬릿 규정부재(40A)는 가속전극 지지암(42A)을 통하여 제 1지지부재(100)에 고정되어 있다. 제 2지지부재(101)는 상기 제 1지지부재(100)의 내부 캐비티로부터 그 벽을 통하여 빔 덕트(11)의 내부 캐비티로 연장되어 있다. 상기 제 2지지부재(101)가 그 벽을 통하여 연장되는 통과영역은 제 1진공 벨로우즈(103)에 의하여 공기가 새지 않게 이루어져 있다.At the side of the ion beam path, a first support member 100 having an internal cavity is arranged. The first slit defining member 40A is fixed to the first supporting member 100 through the acceleration electrode supporting arm 42A. The second support member 101 extends from the interior cavity of the first support member 100 through the wall to the interior cavity of the beam duct 11. The passage region through which the second support member 101 extends through the wall is made free from air leakage by the first vacuum bellows 103.

상기 제 1지지부재(100)의 내부 캐비티에는 슬릿 폭 가변 기구(102)가 배치되어 있다. 상기 슬릿 폭 가변 기구(102)는 제 1지지부재(100)에 대하여 y축 방향을 따라서 이동가능하게 제 2지지부재(101)를 지지한다. 상기 제 2슬릿 규정부재(40B)는 가속전극 지지암(42B)을 통하여 제 2지지부재(101)에 고정되어 있다.The slit width variable mechanism 102 is disposed in the inner cavity of the first support member 100. The slit width varying mechanism 102 supports the second support member 101 so as to be movable along the y-axis direction with respect to the first support member 100. The second slit defining member 40B is fixed to the second supporting member 101 through the acceleration electrode supporting arm 42B.

상기 제 1지지부재(100)에 평행한 y축 방향을 따라서 상기 제 2지지부재(101)가 이동함에 따라, 제 1 및 제 2슬릿 규정부재(40A, 40B)에 의하여 규정되는 슬릿의 폭은 변화한다.As the second support member 101 moves along the y-axis direction parallel to the first support member 100, the width of the slit defined by the first and second slit defining members 40A and 40B is Change.

도 7은 가속전극(40)의 지지기구에 대한, yz평면에 평행한 단면도이다. 제 1지지부재(100)는 z축 방향에서 빔 덕트(11)의 벽을 통하여 연장되어 있고, 이에 따라 제 1지지부재(100)의 내부 캐비티가 빔 덕트(11)의 외측과 통해 있다. 상기 제 1지지부재(100)가 벽을 통하여 연장되는 통과영역은 제 2진공 벨로우즈(104)에 의하여 공기가 새지 않게 형성되어 있다. 이에 따라, 빔 덕트(11)의 외부에서 직접 상기 제 2지지부재(101)를 조작하여, 상기 제 2지지부재(101)를 y축 방향에서 구동하는 것이 가능하다.7 is a cross-sectional view parallel to the yz plane of the support mechanism of the accelerating electrode 40. The first support member 100 extends through the wall of the beam duct 11 in the z-axis direction, whereby the inner cavity of the first support member 100 passes through the outside of the beam duct 11. The passage region where the first support member 100 extends through the wall is formed by the second vacuum bellows 104 so that air does not leak. Accordingly, it is possible to operate the second support member 101 directly from the outside of the beam duct 11 to drive the second support member 101 in the y-axis direction.

상기 제 1지지부재(100)는 빔 덕트(11)의 외측에서 y축 방향 이동가능 지지기구(106)를 통하여 제 3지지부재(105)상에 설치되어 있다. y축 방향 이동가능 지지기구(106)는 제 1지지부재(100)를 제 3지지부재(105)에 평행한 y축 방향을 따라 이동가능하게 지지한다.The first support member 100 is provided on the third support member 105 via the y-axis movable member 106 in the outside of the beam duct 11. The y-axis direction movable support mechanism 106 movably supports the first support member 100 along the y-axis direction parallel to the third support member 105.

상기 제 3지지부재(105)는 θy방향 이동가능 지지기구(108)를 통하여 제 4지지기구(107)상에 배치되어 있다. 상기 θy방향 이동가능 지지기구(108)는 제 4지지부재(107)에 대하여 y축 방향 주위를 회전가능하게 제 3지지부재(105)를 지지한다.The third supporting member 105 is disposed on the fourth supporting mechanism 107 through the movable direction supporting mechanism 108 in the θy direction. The θy direction movable support mechanism 108 supports the third support member 105 to be rotatable about the y axis direction with respect to the fourth support member 107.

상기 제 4지지부재(107)는 z축 방향 이동가능 지지기구(109)를 통하여 빔 덕트(11)상에 설치되어 있다. z방향 이동가능 지지부재(109)는 빔 덕트(11)에 평행한 z축 방향을 따라서 이동가능하게 제 4지지부재(107)를 지지한다.The fourth supporting member 107 is provided on the beam duct 11 through the z-axis movable member 109. The z-direction movable support member 109 supports the fourth support member 107 to be movable along the z-axis direction parallel to the beam duct 11.

상기 슬릿 폭 가변 기구(102), y축 방향 이동가능 지지기구(106) 및 z방향 이동가능 지지기구(109)는 예를 들면 선형 볼 베어링을 사용하여 구성되어 있다. 상기 θy방향 이동가능 지지기구(108)는 예를 들면 볼 베어링을 사용하여 구성되어 있다.The slit width variable mechanism 102, the y-axis movable support mechanism 106 and the z-direction movable support mechanism 109 are configured using a linear ball bearing, for example. The θy direction movable support mechanism 108 is configured using, for example, a ball bearing.

상기 제 3지지부재(105)는 y축 방향에서 빔 덕트(11)에 대하여 고정 위치를 갖는다. 따라서, y축 방향 이동가능 지지기구(106)를 구동함으로써, 도 1에 도시한 가속전극(40)을 y축 방향에서 이동시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 이온 빔의 이동 방향을 yz평면에서 변화시킬 수 있다.The third support member 105 has a fixed position with respect to the beam duct 11 in the y-axis direction. Therefore, by driving the y-axis direction movable support mechanism 106, the acceleration electrode 40 shown in FIG. 1 can be moved in the y-axis direction. In this way, the moving direction of the ion beam can be changed in the yz plane.

상기 θy방향 이동가능 지지기구(108)를 구동함으로써, y축 방향에 대하여 가속전극(40)을 경사지게 할 수 있다. 이와 같이 상기 가속전극(40)을 경사시킴으로써, 이온 빔의 이동방향을 xz평면에서 변화시킬 수 있다. 상기 가속전극(40)의 경사시, 상기 가속전극(40)의 위치를 z축 방향에서 변화시키지 않기 위해서는, 상기 θy방향 이동가능 지지기구(108)의 회전 중심축이 가속전극(40)의 슬릿의 중심을 통과하도록 설정하는 것이 바람직하다.By driving the θy-direction movable support mechanism 108, the acceleration electrode 40 can be inclined with respect to the y-axis direction. By tilting the acceleration electrode 40 in this way, the moving direction of the ion beam can be changed in the xz plane. When the acceleration electrode 40 is inclined, in order not to change the position of the acceleration electrode 40 in the z-axis direction, the rotational center axis of the θy-direction movable support mechanism 108 is a slit of the acceleration electrode 40. It is desirable to set to pass through the center of.

상기 z축 방향 이동가능 지지기구(109)를 구동함으로써, 상기 가속전극(40) 및 상기 가속전극상에 설치된 억제전극(30)의 위치를 z축 방향에서 변화시키는 것이 가능하다. 도 4에 도시한 이온 소오스(15)와 억제전극(30)사이의 간격은 가속전압 및 빔 전류에 따라서 조정될 수 있다.By driving the z axis direction movable support mechanism 109, it is possible to change the position of the acceleration electrode 40 and the suppression electrode 30 provided on the acceleration electrode in the z axis direction. The distance between the ion source 15 and the suppression electrode 30 shown in FIG. 4 can be adjusted according to the acceleration voltage and the beam current.

도 8은 도 1에 도시한 이온주입장치의 전원계통에 대한 일예를 나타낸 도면이다. 상기 이온 소오스(15)는 스위치(SW1)를 통하여 전압 VB1을 가진 직류전원(DC2)의 정극(positive terminal)이나 또는 전압 VB2를 가진 직류전원(DC3)의 정극에 접속된다. 상기 직류전원(DC2)의 부극(negative)은 접지되어 있다. 상기 직류전원(DC3)의 부극은 스위치(SW2)를 통하여 전압 (-VA)를 가진 직류전원(DC1)의 부극이나 또는 접지전위에 접속된다. 상기 직류전원(DC1)의 정극은 접지되어 있다.8 is a diagram illustrating an example of a power system of the ion implantation apparatus shown in FIG. 1. The ion source 15 is connected via a switch SW1 to a positive terminal of a DC power supply DC2 having a voltage V B1 or to a positive terminal of a DC power supply DC3 having a voltage V B2 . The negative of the DC power supply DC2 is grounded. The negative electrode of the DC power source DC3 is connected to the negative electrode of the DC power source DC1 having the voltage (-V A ) or the ground potential through the switch SW2. The positive electrode of the DC power supply DC1 is grounded.

상기 가속전극(40), 빔 덕트(53) 및 분해 공(52)은 스위치(SW2)에 접속되어 있다. 이 스위치(SW2)의 접점을 절환함에 따라, 상기 가속전극(40), 빔 덕트(53) 및 분해 공(52)에는 전압 (-VA)나 접지전위가 인가된다.The acceleration electrode 40, the beam duct 53 and the decomposition hole 52 are connected to the switch SW2. As the contacts of the switch SW2 are switched, a voltage (-V A ) or a ground potential is applied to the acceleration electrode 40, the beam duct 53, and the decomposition hole 52.

직류전원(DC4)은 가속전극(40)에 대하여 억제전극(30)에 전압 (-VS1)을 인가한다. 직류전원(DC5)은 분해 공(52)에 대하여 억제전극(62)에 전압 (-VS2)를 인가한다. 상기 감속전극(63) 및 이온주입 챔버(95)에는 접지전위가 인가된다.The DC power supply DC4 applies a voltage (-V S1 ) to the suppression electrode 30 with respect to the acceleration electrode 40. The DC power supply DC5 applies a voltage (-V S2 ) to the suppression electrode 62 with respect to the decomposition hole 52. The ground potential is applied to the deceleration electrode 63 and the ion implantation chamber 95.

예를 들면 대략 100keV 정도의 고 에너지로 이온을 주입하는 경우에는, 스위치(SW2)를 접지전위측으로 절환하고, 스위치(SW1)를 직류전원(DC2)측으로 절환한다. 즉, 직류전원(DC2)으로부터 이온 빔 형성용 전류를 공급한다. 따라서, 직류전원(DC2)은 100kV 이상의 최대 출력전압을 필요로 한다.For example, when ions are implanted at a high energy of about 100 keV, the switch SW2 is switched to the ground potential side, and the switch SW1 is switched to the DC power supply DC2 side. That is, the ion beam forming current is supplied from the DC power supply DC2. Therefore, the DC power supply DC2 needs a maximum output voltage of 100 kV or more.

예를 들면 대략 5keV 정도의 저 에너지로 이온을 주입하는 경우에는, 스위치(SW2)를 직류전원(DC1)측으로 절환하고, 스위치(SW1)를 직류전원(DC3)측으로 절환한다. 즉, 직류전원(DC1)과 직류전원(DC3)의 직렬접속으로부터 이온 빔 형성용 전류를 공급한다. 이 경우에는 전압 VB2-VA는 5kV가 된다.For example, when ions are implanted at a low energy of about 5 keV, the switch SW2 is switched to the DC power supply DC1 side, and the switch SW1 is switched to the DC power supply DC3 side. That is, the ion beam forming current is supplied from the serial connection of the direct current power source DC1 and the direct current power source DC3. In this case, the voltages V B2 -V A become 5 kV.

일반적으로, 대략 100kV 정도의 최대 출력전압을 가진 전원을 사용하여 대략 5kV 정도의 저 전압을 정밀하게 출력하는 것은 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 이온 빔 형성 전원으로서 저 에너지 전원(DC3)과 고 에너지 전원(DC2)을 독립적으로 설치함으로써, 저 에너지에서 고 에너지까지의 전 범위를 통하여 이온 빔의 에너지를 정밀하게 제어할 수 있다.In general, it is difficult to accurately output a low voltage of about 5 kV using a power supply having a maximum output voltage of about 100 kV. Therefore, in the present invention, by separately installing the low energy power source (DC3) and high energy power source (DC2) as the ion beam forming power source, it is possible to precisely control the energy of the ion beam through the entire range from low energy to high energy have.

또한, 직류전원(DC3)의 최대 출력전압이 낮게 되어 있으므로, 비교적 큰 전류를 사용하더라도 최대 출력전력을 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 비교적 작은 전력용량을 가진 전원을 직류전원(DC3)으로 사용할 수 있다.In addition, since the maximum output voltage of the DC power supply DC3 is low, the maximum output power can be kept low even when a relatively large current is used. Therefore, a power source having a relatively small power capacity can be used as the direct current power source DC3.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온주입장치의 개략도이다. 이온 빔 발생기 유니트(10), 편향 전자석(51), 분해 공(52), 감속유니트(60) 및 필터링 편향 전자석(91)은, 도 1에 도시한 이온주입장치와 거의 마찬가지로 이온 빔 경로를 구성한다. 본 실시예의 이온주입장치는 또 다른 질량 분광계(120)를 포함하고 있다.9 is a schematic diagram of an ion implantation apparatus according to another embodiment of the present invention. The ion beam generator unit 10, the deflection electromagnet 51, the decomposing hole 52, the deceleration unit 60, and the filtering deflection electromagnet 91 constitute an ion beam path in almost the same way as the ion implanter shown in FIG. do. The ion implantation apparatus of this embodiment includes another mass spectrometer 120.

상기 편향 전자석(51)이 구동되지 않는 경우에는 이온 빔이 직진하여 상기 또 다른 질량 분광계(120)에 진입한다. 이 질량 분광계(120)의 편향 전자석(121)은 편향 전자석(51)보다 더 큰 곡률 반경을 가진 궤도를 규정한다. 즉, 상기 질량 분광계(120)는 고 에너지 이온 빔에 적합한 것이다. 상기 질량 분광계(121)를 통과한 이온 빔은 편향 전자석(91)에 의해 발생된 자장에 진입한다. 이 경우, 이온 빔은 감속 유니트(60)를 통과하지 않는다.When the deflection electromagnet 51 is not driven, the ion beam goes straight into the another mass spectrometer 120. The deflection electromagnet 121 of this mass spectrometer 120 defines an orbit with a larger radius of curvature than the deflection electromagnet 51. That is, the mass spectrometer 120 is suitable for high energy ion beams. The ion beam passing through the mass spectrometer 121 enters a magnetic field generated by the deflection electromagnet 91. In this case, the ion beam does not pass through the reduction unit 60.

예를 들면 대략 20keV 이상의 고 에너지로 이온을 주입하는 경우에는 질량 분광계(120)를 구동하는 반면, 예를 들면 대략 20keV 이하의 저 에너지로 이온을 주입하는 경우에는 질량 분광계(50)와 감속 유니트(60)를 구동한다. 이와 같이 함으로써, 저 에너지에서 고 에너지까지의 전체 범위를 통하여 이온을 주입할 수 있게 된다.For example, when injecting ions at a high energy of about 20 keV or more, the mass spectrometer 120 is driven. For example, when injecting ions at low energy of about 20 keV or less, the mass spectrometer 50 and the deceleration unit ( 60). In this way, ions can be implanted through the entire range from low energy to high energy.

한편, 본 발명은 상기한 바람직한 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above preferred embodiments, it can be carried out by various modifications and modifications within the scope not departing from the gist of the present invention.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 질량 분광계를 통과한 이온 빔을 감속시킴으로써 저 에너지를 가진 이온 빔을 형성할 수 있고, 질량 분광계를 통과하기 전의 이온 빔의 에너지가 비교적 높기 때문에 이온 빔의 발산을 억제할 수 있으며, 또한 이온 빔을 감속시킨 후, 필터 전자석을 사용하여, 소망하는 에너지를 가진 이온만을 추출함으로써, 감속중에 소망하는 에너지로 감속되지 않은 이온이나 또는 초과 감속된 이온을 제거할 수 있다.As described above, according to the present invention, the ion beam having a low energy can be formed by slowing down the ion beam passing through the mass spectrometer, and the ion beam diverges because the energy of the ion beam before passing through the mass spectrometer is relatively high. And decelerating the ion beam, and by using the filter electromagnet to extract only the ions having the desired energy, ions not decelerated to the desired energy or excess decelerated ions can be removed during deceleration. have.

또, 이온 발생 캐비티의 거의 중앙에 필라멘트를 배치함으로써, 상기 필라멘트에서 발생된 열전자를 효율적으로 이용할 수 있다. 또한, 제 1지지부재의 내부 캐비티가 진공 용기의 외측으로 통해 있으므로, 슬릿 폭 가변 기구를 외부에서 작동시킴으로써 슬릿 폭을 변화시킬 수 있다. 또, 제 1전압 실드부재가 이온 빔을 감싸도록 되어 있으므로, 전체 이온 소오스를 감쌀 필요가 없으므로 장치를 소형화 할 수 있다.Further, by arranging the filament almost in the center of the ion generating cavity, the hot electrons generated in the filament can be efficiently used. In addition, since the inner cavity of the first support member passes through the outside of the vacuum container, the slit width can be changed by operating the slit width variable mechanism from the outside. In addition, since the first voltage shield member surrounds the ion beam, it is not necessary to cover the entire ion source, so that the apparatus can be miniaturized.

Claims (21)

빔 전위가 인가된 공간 내에서 이온을 발생시키는 이온 소오스와;An ion source for generating ions in the space to which the beam potential is applied; 상기 빔 전위보다 낮은 가속전위를 인가받아, 상기 이온 소오스에서 발생된 이온을 견인하고 가속시켜 이온 빔을 형성시키는 가속전극과;An acceleration electrode applied with an acceleration potential lower than the beam potential to draw and accelerate ions generated in the ion source to form an ion beam; 상기 가속전극에 의해 가속된 이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하고, 상기 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하는 질량 분광계와;A mass spectrometer for extracting desired ions from the ion beam accelerated by the accelerating electrode and emitting an ion beam substantially containing only the desired ions; 상기 빔 전위와 가속전위 사이의 중간 값인 감속전위를 인가받아, 상기 질량 분광계에서 배출된 상기 이온 빔을 감속시키는 감속전극과;A deceleration electrode receiving a deceleration potential, which is an intermediate value between the beam potential and the acceleration potential, to decelerate the ion beam discharged from the mass spectrometer; 상기 감속전극에 의해 감속된 이온 빔에서 소망하는 에너지를 가진 이온을 추출하고, 상기 소망하는 에너지를 가진 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하는 필터 전자석을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.An ion implantation comprising a filter electromagnet extracting ions with desired energy from the ion beam decelerated by the deceleration electrode and discharging an ion beam substantially containing only the ions with the desired energy Device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감속전위는 접지 전위인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.The deceleration potential is an ion implantation device, characterized in that the ground potential. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온 소오스와 상기 가속전극 사이에 배치된 제 1억제전극을 더 포함하여 구성되고,It further comprises a first suppression electrode disposed between the ion source and the acceleration electrode, 상기 제 1억제전극은, 상기 이온 소오스에서 견인된 이온이 통과하는 통과영역을 가지고 형성되어 있고, 상기 가속전위보다 낮은 전위를 인가받는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And the first inhibitory electrode has a passage area through which ions pulled out of the ion source pass, and receives a potential lower than the acceleration potential. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질량 분광계와 상기 감속전극 사이에 배치된 제 2억제전극을 더 포함하여 구성되고,It further comprises a second suppression electrode disposed between the mass spectrometer and the deceleration electrode, 상기 제 2억제전극은, 상기 질량 분광계에서 배출된 이온이 통과하는 통과영역을 가지고 형성되어 있고, 상기 가속전위보다 낮은 전위를 인가받는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And the second suppression electrode is formed to have a passage area through which ions discharged from the mass spectrometer pass, and receives a potential lower than the acceleration potential. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감속전극과 상기 필터 전자석 사이의 상기 이온 빔의 경로에 가스를 공급하기 위한 가스공급수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And a gas supply means for supplying gas to a path of the ion beam between the deceleration electrode and the filter electromagnet. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감속전극과 상기 필터 전자석 사이의 상기 이온 빔의 경로에 전자를 공급하기 위한 전자공급수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And an electron supply means for supplying electrons to a path of the ion beam between the deceleration electrode and the filter electromagnet. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가속전극상에 설치되어, 상기 가속전극에 의해 가속된 상기 이온 빔의 경로를 감싸는 제 1전압 실드부재를 더 포함하여 구성되고,A first voltage shield member disposed on the acceleration electrode and surrounding a path of the ion beam accelerated by the acceleration electrode, 상기 제 1전압 실드부재는 상기 가속전위를 인가받는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And the first voltage shield member receives the acceleration potential. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1전압 실드부재와 상기 질량 분광계 사이의 상기 이온 빔의 경로를 감싸는 제 2전압 실드부재를 더 포함하여 구성되고,And a second voltage shield member surrounding the path of the ion beam between the first voltage shield member and the mass spectrometer, 상기 제 2전압 실드부재의 이온 빔 도입단부와 상기 제 1전압 실드부재의 이온 빔 배출부가, 상기 이온 빔의 이동방향에 직교하는 방향에서 서로 공간을 두고 배치되어 있으며,The ion beam introduction end of the second voltage shield member and the ion beam discharge portion of the first voltage shield member are disposed with a space in a direction orthogonal to the moving direction of the ion beam, 상기 제 2전압 실드부재가 상기 가속전위를 인가받는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And the second voltage shield member receives the acceleration potential. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제 2전압 실드부재의 상기 이온 빔 도입단부와 상기 제 1전압 실드부재의 상기 이온 빔 배출부 사이의 공간부에 배치된 전자 반사부재를 더 포함하여 구성되고,And an electron reflecting member disposed in a space portion between the ion beam introduction end of the second voltage shield member and the ion beam discharge portion of the first voltage shield member. 상기 전자 반사부재는 상기 가속전위보다 낮은 전위를 인가받는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And the electron reflecting member receives a potential lower than the acceleration potential. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질량 분광계의 비 구동시, 상기 가속전극에 의해 가속된 후 도입된 이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하고, 상기 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 상기 필터 전자석에 도입시키기 위한 또 다른 질량 분광계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이온주입장치.Another mass for extracting the desired ions from the ion beam introduced after being accelerated by the accelerating electrode and introducing an ion beam containing substantially only the desired ions to the filter electromagnet when the mass spectrometer is not driven. An ion implantation device, characterized in that further comprises a spectrometer. 제 1에너지를 가진 제 1이온 빔을 방출하는 단계와;Emitting a first ion beam having a first energy; 상기 제 1이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하고, 상기 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 제 2이온 빔을 형성하는 단계와;Extracting desired ions from the first ion beam and forming a second ion beam containing substantially only the desired ions; 상기 제 2이온 빔을 감속시켜 제 3이온 빔을 형성하는 단계와;Slowing the second ion beam to form a third ion beam; 상기 제 3이온 빔에서 소망의 에너지를 가진 이온을 추출하고, 상기 소망의 에너지를 가진 이온만을 실질적으로 함유하는 제 4이온 빔을, 처리될 기판에 주입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.Extracting ions with desired energy from the third ion beam and implanting a fourth ion beam containing substantially only the ions with the desired energy into the substrate to be processed. Injection method. 한쪽 방향으로 긴 이온 발생 캐비티를 규정하는 아크 챔버와;An arc chamber defining a long ion generating cavity in one direction; 상기 이온 발생 캐비티 내에서 상기 한쪽 방향의 거의 중앙에 배치되어 열전자를 발생시키는 필라멘트와;A filament disposed near the center of the one direction in the ion generating cavity to generate hot electrons; 이온 소오스 재료를 상기 이온 발생 캐비티내에 도입시키는 이온 소오스 재료 도입수단과;Ion source material introduction means for introducing an ion source material into the ion generating cavity; 상기 이온 발생 캐비티 내에서 상기 한쪽 방향으로 자계를 발생시키기 위한 자석과;A magnet for generating a magnetic field in said one direction within said ion generating cavity; 상기 아크 챔버의 측벽을 통해 형성되어, 그 전면에서 보면 상기 한쪽 방향으로 연장된 빔 배출 슬릿을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이온 빔 소오스.An ion beam source formed through a sidewall of the arc chamber and including a beam discharge slit extending in one direction when viewed from the front side thereof. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 이온 발생 캐비티의 내측 양 단부에 배치되고 전기적으로 부유상태로 설정되어 있는 전자 반사부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이온 빔 소오스.And an electron reflecting member disposed at both inner ends of the ion generating cavity and set in an electrically floating state. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 빔 배출 슬릿은 상기 필라멘트가 배치되는 위치에 대응하는 위치에서 한 쌍의 서브 슬릿으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 소오스.And the beam exit slit is divided into a pair of sub slits at a position corresponding to a position where the filament is disposed. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 한 쌍의 서브 슬릿은 상기 한쪽 방향에 대하여 대향 방향으로 경사져 있고,The pair of sub slits are inclined in opposite directions with respect to the one direction, 상기 서브 슬릿 쌍의 각 서브 슬릿에 수직한 가상 직선은, 상기 한쪽 방향에 수직한 측 방향을 따라서 보면, 상기 이온 발생 캐비티의 외측에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 소오스.An imaginary straight line perpendicular to each sub slit of the sub slit pair crosses each other outside the ion generating cavity when viewed along a lateral direction perpendicular to the one direction. 진공 용기와;A vacuum container; 상기 진공용기에 대하여 설정된 xyz직교좌표계의 xy평면의 x축 방향에서 연장된 슬릿을 규정하기 위하여, 상기 슬릿의 양측에 배치되는 제 1 및 제 2슬릿 규정부재와;First and second slit defining members disposed on both sides of the slit to define a slit extending in the x-axis direction of the xy plane of the xyz rectangular coordinate system set for the vacuum container; 상기 진공 용기의 외측으로 통해 있는 내부 캐비티를 구비하고 상기 제 1슬릿 규정부재에 고정되어 있는 제 1지지부재와;A first support member having an internal cavity extending outwardly of the vacuum container and fixed to the first slit defining member; 상기 제 2슬릿 규정부재에 고정되고 상기 제 1지지부재의 벽을 통해 상기 내부 캐비티로 연장되어 있는 제 2지지부재와;A second support member secured to said second slit defining member and extending into said inner cavity through a wall of said first support member; 상기 제 2지지부재가 상기 제 1지지부재의 벽을 통해서 연장되는 통과영역에서 공기가 새지 않게 하는 진공 벨로우즈와;A vacuum bellow which prevents air from leaking in the passage area where the second support member extends through the wall of the first support member; 상기 제 1지지부재의 상기 내부 캐비티 내에서 상기 제 2지지부재를, 상기 제 1지지부재에 대하여 y축 방향으로 이동가능하게 지지하기 위한 슬릿 폭 가변 기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 슬릿 기구.And a slit width variable mechanism for movably supporting the second support member in the y-axis direction with respect to the first support member in the inner cavity of the first support member. . 진공 용기와;A vacuum container; 상기 진공용기에 대하여 설정된 xyz직교좌표계의 xy평면의 x축 방향에서 연장된 슬릿을 규정하기 위한 슬릿 규정부재와;A slit defining member for defining a slit extending in the x-axis direction of the xy plane of the xyz rectangular coordinate system set for the vacuum container; 상기 진공 용기의 벽을 통하여 상기 진공용기의 외측으로 연장되어 있는 지지부재와;A support member extending out of the vacuum vessel through a wall of the vacuum vessel; 상기 지지부재가 상기 진공용기의 벽을 통해서 연장되는 통과영역에서 공기가 새지 않게 하는 진공 벨로우즈와;A vacuum bellows which prevents air from leaking in the passage area where the support member extends through the wall of the vacuum vessel; 상기 진공용기의 외측에서 상기 지지부재를, 상기 진공용기에 대하여 y축 방향으로 이동가능하게 지지하기 위한 y축 방향 이동가능 지지기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 슬릿 기구.And a y-axis moveable support mechanism for supporting the support member so as to be movable in the y-axis direction with respect to the vacuum container from the outside of the vacuum vessel. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 진공용기의 외측에서 상기 지지부재를, 상기 진공용기에 대하여 z축 방향으로 이동가능하게 지지하기 위한 z축 방향 이동가능 지지기구를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 슬릿 기구.And a z-axis direction movable support mechanism for supporting the support member so as to be movable in a z-axis direction with respect to the vacuum container on the outside of the vacuum container. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 진공용기의 외측에서 상기 지지부재를, 상기 진공용기에 대하여 y축 주위를 회전가능하게 지지하기 위한 θy방향 이동가능 지지기구를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 슬릿 기구.And a θy direction movable support mechanism for rotatably supporting the support member on the outside of the vacuum vessel about a y axis with respect to the vacuum vessel. 빔 전위가 인가된 공간 내에서 이온을 발생시키는 이온 소오스와;An ion source for generating ions in the space to which the beam potential is applied; 상기 빔 전위보다 낮은 가속전위를 인가받아, 상기 이온 소오스에서 발생된 이온을 견인하고 가속시켜 이온 빔을 형성시키는 가속전극과;An acceleration electrode applied with an acceleration potential lower than the beam potential to draw and accelerate ions generated in the ion source to form an ion beam; 상기 가속전극에 의해 가속된 이온 빔에서 소망하는 이온을 추출하고, 상기 소망하는 이온만을 실질적으로 함유하는 이온 빔을 배출하는 질량 분광계와;A mass spectrometer for extracting desired ions from the ion beam accelerated by the accelerating electrode and emitting an ion beam substantially containing only the desired ions; 상기 빔 전위와 상기 가속전위 사이의 중간 값인 감속전위를 인가받아, 상기 질량 분광계에서 배출된 상기 이온 빔을 감속시키는 감속전극과;A deceleration electrode receiving a deceleration potential, which is an intermediate value between the beam potential and the acceleration potential, to decelerate the ion beam discharged from the mass spectrometer; 상기 가속전극에 의해 가속된 상기 이온 빔의 경로를 둘러싸도록 상기 가속전극 상에 설치되고 상기 가속전위를 인가받는 제 1전압 실드부재와;A first voltage shield member provided on the acceleration electrode and receiving the acceleration potential so as to surround a path of the ion beam accelerated by the acceleration electrode; 상기 제 1전압 실드부재를 둘러싸고 접지 전위를 인가받는 제 2전압 실드부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이온주입장치.And a second voltage shield member surrounding the first voltage shield member and receiving a ground potential. 제 20항에 있어서,The method of claim 20, 상기 감속전위는 접지전위인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.The deceleration potential is an ion implantation device, characterized in that the ground potential.
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