KR19990082593A - 이온주입시스템에서 선량측정 제어를 위한 제어매카니즘 - Google Patents

이온주입시스템에서 선량측정 제어를 위한 제어매카니즘 Download PDF

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피터 에이취 로스
아담 에이 브레일러브
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레슬리 제이. 카스퍼
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Abstract

본 발명은 대량의 평면 패널디스플레이를 신속히 또한 효율적으로 프로세스하는 높은 생산성의 이온주입시스템에 관한 것이다. 이온주입시스템은 이온소오스, 전극어셈블리, 작업재를 착설하는 플랫폼, 및 이온빔측정 구조물을 포함한다. 전극어셈블리와 함께 이온소오스는 리본빔 형태의 이온빔을 형성한다. 이온빔의 제1부분은 작업재를 처리하는 동안 이온빔의 제2부분은 빔측정구조물에 의해 동시에 측정되도록 이온빔은 형성되고 직진된다. 제어기는 빔측정구조물로부터 이온빔의 변수들에 대한 데이터를 획득한 다음, 데이터에 응해 이온주입시스템에 대한 제어신호를 발생시킨다.

Description

이온주입시스템에서 선량측정 제어를 위한 제어매카니즘
이온주입은 글래스기재 또는 반도체 웨이퍼와 같은 작업재에 전도성을 변환시키는 도펀트(불순물)를 제어되고 또한 신속한 방식으로 도입시키기 위한, 표준적이고, 상업적으로 용인된 기술이 되었다. 통상적인 이온주입시스템은 규정된 에너지의 이온빔을 형성하기 위해 가속되게 되는 소망된 도펀트 원소를 이온화시키는 이온소오스를 포함한다. 이 이온빔은 작업재의 표면을 향해 간다. 전형적으로, 이온빔의 활성적인 이온들은 작업재의 벌크를 투과해 재료의 결정격자내에 파묻혀 소망된 전도성의 영역을 형성한다. 이 이온주입 프로세스는 전형적으로 웨이퍼처리 어셈블리와 이온소오스를 수용하는 고진공, 기밀(氣密)프로세스 챔버에서 수행된다. 이 고진공 환경은 가스분자들과의 충돌에 의한 이온빔의 분산을 방지하고 또한공기로 운반되는 입자에 의한 작업재의 오염위험성을 최소화한다.
프로세스챔버는 전형적으로 밸브어셈블리를 통해 자동화된 웨이퍼처리 및 프로세싱 말단스테이션(end station)과 연결된다. 말단스테이션은 진공펌핑시스템에 의해 대기압으로부터 펌프다운될 수 있는, 로드록(loadlock)챔버로 알져진 중간챔버 또는 압력록을 포함할 수 있다. 이 챔버는 바림직하게 한 말단에서, 하나 또는 그 이상의 카세트에서 중간챔버로 작업재를 이송하는 말단작동기(end effector)와 연통한다. 작업재가 말단작동기에 의해 중간챔버내에 로드되면, 챔버는 프로세스챔버에 필적하는 고진공으로 펌프를 통해 공기가 비워진다. 그런 다음, 중간챔버의 하류단에 있는 밸브가 개방되고 그리고 프로세스챔버내에 설치된 웨이퍼처리 어셈블리는 챔버로부터 작업재를 제거한다. 작업재가 챔버내에 위치된 후에, 작업재는 이온소오스에 의해 이온주입된다.
선행기술 이온주입시스템에서, 전형적인 이온빔 경로는 이온소오스, 전극, 분해자석장치, 광학적 분해소자 및 웨이퍼프로세싱 시스템을 포함한다. 전극은 이온소오스에서 발생된 이온들을 추출해 가속하여 분해자석장치를 향하는 빔을 생성한다. 분해자석장치는 이온빔내 이온들의 전하-대-질량비에 따라 이온들을 분류하고, 그리고 웨이퍼프로세싱 시스템은 이온빔 경로에 대한 두 개의 축을 따라 작업재의 위치를 조절한다.
특히, 각 개별적인 이온이 전극을 떠나 분해자석에 들어가면, 이온의 비행경로는 이온의 질량의 제곱근에 비례하는 반경을 가지는 경로로 휘어진다. 분해자석장치내 분해슬릿은 광학적 분해소자와 함께, 이온들이 작업재를 향해 진행하도록 선택된 전하-대-질량비를 가지는 이온들을 집속시킨다. 선택된 전하-대-질량비를 가지지 않는 이온들은 분해슬릿의 좌측 또는 우측으로 집속되어, 표적작업재와 충돌하는 최종 이온빔으로부터 솎아내여 진다.
그런 다음, 분해자석과 광학적 분해소자장치를 떠나는 선택된 이온들은 작업재를 가로질러 입자들을 확산시키기 위해 제어된 방식으로 작업재를 가로질러 이동한다. 반도체웨이퍼를 도핑할 때, 두 개의 직교방향을 따라, 선택된 이온들의 고정빔에 대해 웨이퍼들을 이동시키는 것이 보편적인 기술이다. 웨이퍼들은, 주사방향을 따라 고속으로 웨이퍼들을 이동시키고 또한 직교방향을 따라 저속으로 웨이퍼들을 이동시키는 가동표면상에 지지된다. 균일한 도핑밀도를 이루기 위하여, 빔밀도를 측정하여, 측정된 빔밀도에 따라 웨이퍼의 속도를 변경시키는 것이 통상적이다. 예컨대, 웨이퍼상의 이온빔의 밀도가 증가하면 웨이퍼의 속도를 증가시키고 그리고 이온빔이 밀도가 감소하면 웨이퍼의 속도를 늦추는 웨이퍼제어기가 포함될 수 있다.
로버트슨(Rpbertson)의 미국특허 제3,778,626호는 빔밀도를 측정하기 위하여 웨이퍼이온주입 간에 디스크형 웨이퍼지지대장치로부터 또는 장치로 흐르는 전류를 측정하였다. 디스크형 웨이퍼지지대장치는 이온주입장치의 다른 부분들과는 전기적으로 절연되고, 그리고 전류측정 리드가, 슬립-링을 포함하는 정교한 디자인을 통해 웨이퍼지지대장치에 연결된다. 측정된 전류는, 이온빔에 대한 디스크형 웨이퍼지지대장치의 반경방향 변위를 감지하는 제어시스템에 공급된다. 그런 다음, 제어시스템은 이온분포를 제어하기 위하여 디스크의 반경방향 이동을 제어한다.
라이딩(Ryding)의 미국특허 제4,234,797호는 슬립링 대신에, 웨이퍼지지디스크의 뒤에 설치되고 또한 회전하는 디스크의 개구가 이온빔에 케이지(cage)를 노출시킬 때 이온빔의 펄스들을 수신하도록 위치된 패러데이 검출기를 사용하는 전류측정장치를 채용하였다. 디스크가 회전하면, 매 회전마다 빔의 샘플이 개구를 통과하여, 패러데이 검출기를 타격한다. 각 디스크 회전 동안 측정된 빔전류의 샘플들은 제어전자장치에 공급된다. 라이딩의 기술은, 균일한 이온 선량을 이룰 목적으로 회전하는 디스크의 반경방향 속도를 제어하기 위하여 측정된 빔전류를 채용하였다.
로빈슨(Robinson) 외의 미국특허 제4,258,266호는 리본형 이온빔이 웨이퍼휠(wafer wheel)을 향해 가는 유사한 이온주입 제어시스템을 기재하여 놓았다. 웨이퍼휠은 리본빔을 지나 연속적으로 이동되는 다수의 웨이퍼들을 지지한다. 이온빔의 측정을 제공하기 위하여, 웨이퍼휠은, 주 빔이 웨이퍼휠을 통과하도록하여 웨이퍼휠의 개구 아래에 위치된 패러데이 컵과 충돌하도록 하는 개구를 가진다.
오늘날의 발전하는 반도체와 이온주입 기술은 시장에서 광범위하게 허용된것으로 판명되었다. 이러한 허용으로, 대량의 이온주입된 품목들을 경쟁력있는 가격으로 만들 필요가 생겼다. 최신 이온주입시스템이 공통적인 목표는 시스템의 생산성을 증가시켜 이러한 요구사항들을 충족시키는 것이다. 그러나, 현재 존재하는 시스템들은 이들 제조 및 가격요구사항에 적절히 충족시키지 못한다.
선행기술 선량측정 제어시스템은 큰 면적의 평평한 패널들을 형성하는 임무에 적절치 못하였다. 예컨대, 많은 선행기술 시스템들은 이온빔의 변수들을 측정하기 위하여 이온주입프로세스의 타임아웃(중간휴식)을 취함으로써 생산성을 감소시킨다. 전형적으로, 이들 시스템들은 규정된 수의 작업재들이 이온빔에 의해 처리된 후에 이온빔의 변수들을 측정하여, 이에 따라 작업재가 처리되는 전체 시간을 감소시킨다. 게다가, 이온빔의 변수들의 간헐적인 측정은 이온빔의 시간에 민감한 변수들에 전류 업데이터를 제공하지 못한다.
따라서, 본 발명의 목적은 큰 면적의 평평한 패널작업재에 대해 높은 생산성을 보이는 개선된 이온주입시스템을 제공하는 것이다. 대량의 평평한 패널디스플레이를 신속히 생산할 수 있는 이온주입시스템이 본 기술에서 주 개선사항이다.
본 발명은 큰 면적의 작업재를 위한 이온주입시스템에 관한 것이고 또한 큰 면적의 작업재의 이온주입 선량을 정확히 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 큰 면적의 작업재의 이온주입 선량을 정확히 제어하기 위해 큰 면적 이온빔들과 관련해 사용되는 피드백 제어매카니즘에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이온주입시스템의 사시도.
도 2는 도 1의 이온주입시스템의 일부의 상면도.
도 3은 도 1의 이온빔어셈블리와 프로세스챔버의 단면도.
도 4는 도 1의 이온주입시스템을 통해 작업재를 이동시키기 위한, 한 쌍의 레일에 설치된 플랫폼을 가지는 이송매카니즘의 상단면도.
도 4A는 도 1의 이온주입시스템을 통해 작업재를 이동시키기 위한, 한 쌍의 롤러에 설치된 무한벨트를 가지는 이송매카니즘의 상단면도.
도 4B는 도 1의 이온주입시스템을 통해 작업재를 이동시키기 위한, 축에 설치된 원형의 플랫폼을 가지는 이송매카니즘의 상단면도.
도 5는 중성빔 검출기광 질량분석기에 대한 대체 위치를 보여주는, 도 1의 이송매카니즘의 대체 상단면도.
도 6은 패러데이 검출기들의 열을 보여주는, 도 1의 이송매카니즘의 상단면도.
도 7은 영구히 위치된 패러데이 검출기와 가동 패러데이 검출기를 보여주는, 도 1의 이송매카니즘의 상단면도.
도 8은 도 3의 중성빔 검출기의 단면도.
도 9는 도 3의 질량분석기의 사시도.
도 10은 도 3의 제어기와 이온소오스 제어신호의 도면.
도 11-15는 도 3의 제어기의 소프트웨어 구현을 설명하는 흐름도.
도 16은 도 3의 제어기를 구현하기 위한 의사코드 리스팅을 보여주는 도면.
본 발명의 이온주입시스템은 작업재를 이온빔으로 동시에 처리하는 동안 이온빔의 변수들을 측정함으로써 생산성 향상을 달성한다. 용어 변수들은 이온빔의 전류밀도, 이온빔내 중성입자들의 수 및 이온빔내 입자들의 질량과 같은, 작업재에 이온들의 주입에 관련된 이온빔의 특성들을 말한다. 규정된 수의 작업재들의 이온주입 간에 이온빔의 전류밀도를 간헐적으로 측정하는 선행기술에 비해, 본 발명은 작업재의 이온주입 동안 이온빔의 측정을 수행한다. 따라서, 본 발명의 이온빔은 이온빔 측정치를 구할 때 이온주입시간을 낭비함이 없이 작업재를 지속적으로 이온주입할 수 있다.
이들 결과들은 이온빔을 생성하는 이온소오스와 표적 작업재를 향해 이온빔을 보내는 전극어셈블리를 가지는 이온빔시스템으로 이루어진다. 시스템은 또한 처리되고 있는 작업재를 지지하는 플랫폼을 포함한다. 플랫폼은, 이온빔의 제1부분이 표적 작업재와 충돌하여 작업재를 처리하고 그리고 이온빔의 제2부분이 작업재의 모서리를 지나 연장하도록 이온빔에 대해 지향된다. 또한, 본 발명에 따라, 시스템은, 작업재가 이온빔의 제1부분에 의해 처리되는 동안 이온빔의 제2부분이 빔측정시스템과 충돌하도록 플랫폼에 대해 지향된 빔측정시스템을 포함한다.
본 발명의 이온주입시스템은 또한, 50 대 1을 초과하는 형상비를 가지는 전극으로부터 리본빔을 형성함으로써 생산성 향상을 이룬다. 특히, 이온소오스는 플라즈마를 수용하는 이온챔버와 이온챔버의 벽내 개구와 맞물리는 플라즈마전극을 포함한다. 플라즈마전극은 슬롯의 폭 보다 적어도 50배 더 긴 길이를 가지는 신장된 슬롯으로서 형상이 이루어진다. 신장된 플라즈마전극은 이온챔버를 떠나는 이온들의 스트림을 형성한다. 부가적으로, 이온주입시스템은 플라즈마전극의 전극어셈블리 하류를 포함한다. 전극어셈블리는 이온빔을 떠나는 이온들의 스트림을 플라즈마전극을 통해 작업재를 향해 보낸다. 작업재를 향해 가는 이온들의 스트림은 리본빔을 형성한다.
여기에서 사용되는 용어 "리본빔"은 신장부의 축을 따라 연장하는 길이와 신장부 축을 가로지르는 제2경로를 따라 연장하는 폭을 가지는 신장된 이온빔을 포함한다. 리본빔들은 큰 면적의 작업재를 이온주입할 때 효과적인 것으로 판명되었는데, 리본빔들은 미리 선택된 선량을 구하기 위하여 필요한 이온빔을 통한 작업재의 통과횟수를 감수시킬 수 있기 때문이다. 예컨대, 선행기술은, 작업재를 완전히 커버하기 위하여 작업재 위에서 이온빔이 두 개의 직교방향을 따라 주사되는 것을 필요로 한다. 이에 비해, 리본빔이 적어도 작업재의 한 치수를 초과하는 길이를 가지면, 작업재를 완전히 커버하기 위하여 리본빔을 통한 작업재의 단지 한 주사만이 필요하다. 작업재는 전형적으로 리본빔의 단축에 평행한 방향으로 주사된다. 100:1의 높은 형상비를 가지는 전극으로부터 형성된 리본빔들이, 550mm x 650mm의 크기 또는 이 보다 더 큰 크기의 치수를 가지는 작업재와 같은 커다란 작업재들을 이온주입하기 위해 필요할 수 있다. 100:1의 형상비를 가지는 리본빔들은 균일성을 제어하고 유지하기가 어려운 것으로 판명되었다.
리본빔을 활용하는 이들 이온주입시스템들에서, 본 발명은 이온빔의 전류밀도를 측정하기 위해 빔경로에 위치된 패러데이 슬롯을 포함할 수 있다. 패러데이 슬롯은 전형적으로, 리본빔의 신장된 축을 가로지르는 경로를 따라 연장하도록 지향된다. 패러데이 슬롯은 또한, 패러데이 슬롯의 길이가 패러데이 슬롯에서 이온빔의 짧은 치수를 초과하도록 구성될 수 있다. 이는, 적절히 지향되면, 패러데이 슬롯이 리본빔의 전체 폭을 가로지르는 개별적인 스트립을 따라 이온빔의 전체 전류밀도를 측정할 수 있도록 해준다. 따라서, 이 패러데이 슬롯은 측정되는 특정 스트립을 따라 리본빔에 의해 발생된 전체 전류의 측정치를 제공한다.
패러데이 검출기는 또한 이온빔 전체를 통해 "핫 스폿(즉, 고전류밀도 영역)"을 확인하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 패러데이 검출기는 이온빔의 경로 전체를 통해 검출기를 이동시킬 수 있는 가동 지지어셈블리 위에 설치될 수 있다. 다른 형상으로는, 이온빔시스템은 이온빔의 전류밀도내 "핫 스폿" 또는 기울기를 확인하기 위해 이온빔의 길이 또는 폭을 따라 위치된 패러데이 검출기의 열(array)을 포함할 수 있다. 이온빔의 특성조사는 개시절차 동안, 작업재 처리절차 동안, 이온빔 유지절차 동안, 또는 개별적인 작업재들의 이온주입 간의 시간주기 동안에 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 작업재를 착설하여 이온빔의 경로를 통해 작업재를 이동시키는 가동 플랫폼을 제공한다. 본 발명의 이 특징에 따라, 빔측정시스템이 빔경로내에 고정되게 위치되어, 작업재가 이온빔을 통해 이동되는 동안 빔 변수들이 측정될 수 있다. 가동 플랫폼은, 작업재를 지지하여 이온빔을 통과 신장될 수 있는 로봇 픽업아암을 포함한, 다양한 구조로 형성될 수 있다. 플랫폼의 다른 실시예는 평행 레일에 설치되는 가동 테이블, 축에 의해 지지되어 축에 대해 회전하는 휠 및 두 개 또는 그 이상의 평행 롤러 둘레에 이동가능하게 설치되는 무한벨트를 포함한다.
본 발명의 가동 플랫폼형상은 플랫폼과 기계적으로 연결된 모터를 포함한다. 모터는 이온빔을 통해 플랫폼을 이동시키기 위해 필요한 힘을 제공한다. 모터는 이온빔을 통해 작업재를 가변속도로 이동시키기 위해 가변속도로 작동되는 것이 바람직하다. 모터제어기가 빔측정시스템과 모터와 결합될 수 있다. 모터제어기는 빔측정시스템으로부터 오는 데이터를 해독하여, 이온빔의 측정된 변수들에 따라 모터에 대한 모터제어신호를 생성한다. 모터제어신호는 모터의 속도를 지시하여, 이온빔에 대한 작업재의 속도를 제어한다.
본 발명의 다른 특징은 빔측정시스템을 형성하는 특정 검출기들을 형성한다. 그러한 한 검출기는 이온빔내 중성원자들의 수와 밀도를 측정하기 위해 설계된 중성빔 검출기이다. 다른 검출기는 이온빔내 입자들의 질량을 측정하기 위해 빔경로내에 위치된 질량분석기이다. 한편, 제3검출기는 전류밀도를 검출하기 위해 이온의 경로에 위치된 패러데이 검출기이다.
빔측정시스템의 부가적인 형상은 열로 형성된 다수의 패러데이 검출기를 제공한다. 패러데이 검출기의 열은, 다수의 검출기들이 이온빔의 단면 영역내에 위치되도록 이온빔의 크기에 대해 그 크기가 이루어지고 또한 이격된 패러데이 컵으로 형성될 수 있다. 패러데이 검출기들의 열은, 이온빔의 신장된 축에 평행하게 연장하도록 지향될 수 있거나 또는 열은, 이온빔의 폭 또는 협소한 방향을 따라 연장하도록 지향될 수 있다. 검출기들의 열은 열의 방향에 따라, 리본빔의 신장된 축 또는 짧은 가로방향 축을 따라 전류밀도의 변화를 확인한다. 검출기들의 열은 핫 스폿 또는 다른 비-균일성을 야기시킬 수 있는, 이온빔 전체를 통한 전류밀도의 작은 변화를 측정할 수 있다. 핫 스폿 또는 비-균일성이 검출되면, 핫 스폿과 다른 비-균일성들은 보상되거나 또는 제거될 수 있다.
본 발명은 또한, 빔측정시스템이 작업재를 직접 처리하는데 사용되는 이온빔의 제1부분에 위치된 단속(intermittent)검출기를 포함하도록 기도한다. 이들 단속검출기들은 작업재의 하류, 이온빔의 경로내에 위치되어, 따라서 작업재들의 처리 간에 이온빔에만 노출된다. 단속검출기들은 중성빔 검출기, 질량분석기, 또는 패러데이 검출기를 포함할 수 있다. 이온빔의 특정 변수들은 모든 상황하에서 급속히 변하지 않을 수 있어서, 따라서 이들 변수들은 지속적으로 측정되고 또한 갱신될 필요가 없다. 단속검출기들은 이들 인자들을 이용하기 위하여 이온빔의 제1위치내에 위치된다.
본 발명의 부가적인 특징은 검출기를 착설하는 가동 지지어셈블리를 포함한다. 한 실시예에서, 가동 지지어셈블리는 작업재를 처리하는 이온빔의 제1부분을 통해 검출기를 주사시키는 반면, 다른 실시예에서는, 가동 지지어셈블리는 작업재를 지나 연장하는 이온빔의 제2부분을 통해 검출기를 주사시킨다. 선택적으로, 가동 지지어셈블리는 이온빔의 제1 및 제2부분 둘다를 통해 검출기의 주사가 이루어질 수 있도록 만들어질 수 있다. 예컨대, 가동 검출기는 작업재의 처리와 동시에 이온빔의 제2부분내의 핫 스폿을 확인하기 위해 이온빔을 가로질러 주사할 수 있거나, 또는 가동 검출기는 작업재의 처리 간에 이온빔의 제1부분내의 핫 스폿을 확인하기 위하여 이온빔을 가로질러 주사될 수 있다.
본 발명의 다른 형상은 이온빔의 측정에 따라 이온빔의 변수들을 조절하기 위해 빔측정시스템과 결합된 변수제어기를 포함한다. 특히, 변수제어기는 측정된 이온빔의 변수들에 감응하는 제어신호들의 셋트를 발생시킨다. 제어신호는 이온주입시스템의 다양한 형상들을 조절하는데 사용된다. 예컨대, 변수제어기는 이온소오스에 전송되어 이온소오스에 공급되는 여기전력을 수정하는 전력제어신호를 발생시킬 수 있다. 변수제어기는 또한 이온소오스를 향해 가는 흐름제어신호를 발생시킬 수 있다. 흐름제어신호는 이온소오스내에 이온화가능한 물질의 흐름률을 규정한다. 변수제어기는 또한 전극어셈블리와 커플되는 전극제어신호를 발생시킬 수 있다. 이 제어신호는 전극어셈블리를 형성하는 다양한 전극들을 가로질러 인가되는 전압들을 어떻게 변경시킬지를 전극어셈블리에 명령한다.
본 발명은 빔경로를 따라 연장하는 이온빔을 생성하는 단계와, 작업재를 처리하기 위한 이온빔의 제1부분과 작업재의 모서리를 지나 연장하는 이온빔의 제2부분을 형성하기 위해 작업재를 향해 이온빔을 보내는 단계를 가지는 방법을 포함한다. 이 방법은 또한, 작업재의 처리와 동시에 작업재를 지나 연장하는 이온빔의 부분내 변수들을 측정하는 단계와 측정된 변수들을 기초로 작업재의 처리를 조절하는 단계를 더 포함한다.
이온빔 변수들은 이온빔의 전체 폭을 가로지르는 스트립을 따라 측정될 수 있거나, 또는 변수들은 이온빔의 길이를 따라 측정될 수 있다. 이외에도, 변수들은 이온빔의 스트립을 따라 이산적인 측정치를 구함으로써 측정될 수 있다. 본 발명의 한 다른 특징은 상이한 이온빔 변수들을 측정하기 위한 개별적인 방법들을 제공한다. 예컨대, 패러데이 검출기가 전류밀도를 측정하는데 사용될 수 있고, 중성빔 검출기가 이온빔내 중성원자들의 농도를 측정하는데 사용될 수 있고, 그리고 질량분석기가 이온빔내 입자들의 질량을 측정하는데 사용될 수 있다.
부가적으로, 본 발명은 측정된 변수들을 기초로 작업재를 처리를 변경시키는 것을 포함한다. 예컨대, 빔경로를 통한 작업재의 이동속도가 측정된 변수들을 기초로 조절될 수 있다. 다른 특징은 측정된 변수들을 기초로 이온소오스에 공급되는 여기전력을 변경시키는 것을 포함한다. 부가적으로, 이온화가능한 물질의 선택과 선택된 물질의 흐름률은 측정된 변수들에 따라 조절될 수 있다. 또 다른 특징은 측정된 변수들을 기초로 전극들에 인가되는 전압을 변경시키는 것을 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 설명과 첨부도면으로부터 명확히 알 수 있게 된다. 도면 전체를 통해 동일부분에는 동일한 참조번호가 부여된다. 도면은 본 발명의 원리를 보여주고, 상대 치수를 보여준다.
본 발명의 이온주입시스템(10)은 한 쌍의 패널카세트(26), 말단작동기(24), 로드록 어셈블리(12), 프로세스챔버(16)를 한정하는 하우징(14) 및 빔개구(20)를 통해 프로세스챔버(16)와 연통하는 이온소오스(18)를 포함한다. 말단작동기(24)는 카세트(26)내에 적층된 패널(P)을 로드록 어셈블리(12)로 이송한다.
설명된 말단작동기(24)는 말단작동기에 전력을 제공하고 또한 패널이동의 속도와 시퀀스를 제어하는 통상적인 구동 및 제어매카니즘들에 연결된다. 패널카세트(26)는 통상적인 구조이고 또한 패널들에 대한 용이한 저장성을 제공한다.
로드록 어셈블리(12)는, 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 프로세스챔버 하우징(14)과 밀봉접촉하도록 로드록 어셈블리(12)를 위치시켜 유지할 뿐만 아니라 로드록 어셈블리(12)의 소망된 수직운동을 제공하는, 선형 베어링시스템과 선형 구동시스템에 연결된다. 선형 구동시스템은 엄지나사(22)와 모터어셈블리(23)를 포함한다. 모터어셈블리(23)는 엄지나사(22)를 구동시켜, 엄지나사는 대쉬선으로 표시된 바와 같이 선택된 수직위치에 로드록 어셈블리(12)를 위치시킨다. 선형 베어링시스템은 원형 축(29)을 따라 활주하는, 로드록 어셈블리에 설치된 고정된 선형베어링(28) 쌍을 포함한다.
이송어셈블리는 프로세스챔버(16)내에 설치되는 것이 바람직하다. 이송어셈블리는 말단작동기(24)와 비슷하게 디자인되고 또한 기능하는 픽업아암(27)을 포함한다. 픽업아암(27)은 프로세싱 동안 패널(P)을 처리한다. 픽업아암(27)이 초기에 로드록 어셈블리(12)로부터 패널(P)을 제거하면, 픽업아암은 실질적인 수평위치(P1)를 향한다. 그런 다음 픽업아암은 화살표 13으로 표시된 바와 같이 패널을 실질적인 수직위치(P2)로 움직인다. 그런 다음, 이송어셈블리는 이온소오스(18)에 의해 발생된, 개구(20)로부터 나오는 이온빔의 경로를 가로질러 주사방향으로, 설치된 실시예에서는 좌측에서 우측으로, 패널을 이동시킨다.
도 1과 2를 참조하여 보면, 프로세스챔버 하우징(14)은 전면 하우징부(14A)와 협소한 신장부(14B)를 포함한다. 전면 하우징부는 로드록 어셈블리(12)로부터 패널(P)의 제거를 수평위치에서 수용하도록 그 크기가 이루어져 있다. 그런 다음, 패널은 화살표 32로 도 2에 표시된 주사방향을 따라 이동하기 전에 초기 수평위치(P1)에서 수직위치(P2)로 이동된다. 하우징부(14B)는 이온소오스(18)에 의해 발생된 리본빔을 패널이 완전히 통과할 수 있도록 하는, 주사방향을 따라 축방향 크기를 가진다. 챔버부(14B)의 비교적 협소한 폭은 패널이 수직위치(P2)에 위치될때만 폭을 따라 패널이 이동될 수 있도록 하여 프로세스챔버(16)의 전체 체적을 감소시킨다. 이 챔버체적의 감소는 프로세스챔버의 신속한 공기비움을 허용한다. 챔버의 공기를 비우기 위하여 필요한 시간을 감소시키는 것은 이온주입시스템(10)의 전체 생산성을 증가시키는데 일조한다.
설명된 로드록 어셈블리(12)는 챔버하우징(14)의 전면 챔버벽(34)에 밀봉되게 연결된다. 로드록 어셈블리(12)는 로드록 어셈블리(12)의 수직이동 동안 챔버벽(34)과 기밀 및 유밀(fluid-tight) 밀봉을 유지한다. 이 활주 밀봉구성은 아래에서 상세히 설명된다.
도 1을 다시 참조하여 보면, 이온소오스(18)는 개구(20)와 함께 프로세스되는 패널의 작은 치수를 초과하는 긴 치수를 가지는 리본빔을 형성한다. 보다 상세히 말하면, 이온소오스는 그 길이가 패널의 협소한 치수를 초과하는 리본빔을 발생시킨다. 본 발명의 이온주입시스템(10)과 관련해 리본빔을 사용하는 것은 다음을 포함한 여러 장점을 제공한다. (1) 동일 시스템으로 상이한 치수의 패널크기들을 프로세스하는 능력; (2) 이온빔의 샘플 전류에 응해 패널의 주사속도를 제어함으로써 균일한 이온주입 선량을 달성; (3) 이온소오스의 크기가 감소될 수 있어서 가격이 저렴하고 또한 서비스하기가 용이함; 및 (4) 이온소오스가 연속적으로 작동될 수 있음. 이온소오스의 연속작동은 시스템(10)의 효율성을 증가시키는데, 이는 이온소오스 턴온 및 턴오프와 관련된 문제점들을 제거함으로써 보다 균일한 이온주입을 이룰 수 있기 때문이다. 이들 문제점들은 전형적으로 소오스의 시작작동시에 발생하는 이온빔 전류밀도 과도현상을 포함한다.
도 3은 이온주입을 제어하기 위한 시스템을 보여준다. 특히, 도 3은 프로세스챔버(16) 위에 설치된 이온소오스(18)를 가지는 단면을 보여준다. 프로세스챔버(16)는 이온빔(241) 아래에 작업재(174)를 지지하기 위한 작업재 플랫폼을 포함한다. 작업재 플랫폼은 이온빔(241)을 통해 작업재를 이동시키기 위한 이송매카니즘으로서 특징지워질 수 있다. 설명된 이송매카니즘은 레일(244)들에 설치된 테이블(242)과 레일(244)들을 따른 테이블(242)의 이동을 제어하기 위한 모터(264)를 포함한다.
도 3은 또한 프로세스챔버(16)의 하측에 설치된 빔측정구조물을 보여준다. 빔측정구조물은 패러데이 검출기(250), 질량분석기(255) 및 중성빔 검출기(262)를 포함한다. 빔측정구조물은 제어기(262)에 연결되어 제어기와 통신한다. 제어기(262)는 모터 제어신호(110)와 이온소오스 제어신호(112)를 발생시킨다. 제어기는 모터 제어신호(110)로 모터(264)의 작동을 제어하고 또한 제어기는 제어신호(112)로 이온소오스(18)를 제어한다. 모터 제어신호(110)와 이온소오스 제어신호(112)는 규정된 상태도 또는 함수를 기초로 제어기(262)에 의해 발생될 수 있다. 택일적으로, 제어기는 패러데이 검출기(250), 질량분석기(255) 및 중성빔 검출기(260)에 의해 만들어진 측정치들에 응해 제어신호(110 및 112)들을 발생시킬 수 있다.
도 3에 도시된 제어시스템은 폐루프시스템이다. 제어시스템은 이온빔(241)을 발생시키는 이온소오스(18)와 시작되는 것으로 특징지워질 수 있다. 이온빔(241)의 변수들은 패러데이 검출기(250), 질량분석기(255) 및 중성빔 검출기(260)에 의해 검출된다. 제어기(262)는 검출기(250, 255, 260)에 의해 발생된 데이터를 수신하여, 이온빔의 측정된 변수들에 응해 모터 제어신호(110)와 이온소오스 제어신호(112)를 발생시킨다. 이온소오스 제어신호(112)는 이온소오스(18)로 가고 그리고 이온빔(241)의 변수들을 수정하고 또한 갱신하는데 사용되어, 이에 따라 이 제어시스템에서 루프를 폐쇄한다.
패러데이 검출기(250)는 케이지내에서부터 전자들의 탈출을 방지하고 또한 빔에 수반되는 전자들을 배제시키는 한편 이온빔 전류를 포획하여 측정하는 검출기의 형태이다. 패러데이 검출기들은 범용적으로 이온주입 선량을 측정하는데 사용된다. 패러데이 검출기는 이온빔(241)의 한 변수, 이온주입 선량을 측정하기 위한 장치를 구비한다. 측정된 이온주입 선량의 레벨은 제어기(262)에 대한 입력으로서 작용한다.
측정된 이온주입 선량을 부분적으로 기초하여, 제어기(262)는 이온들의 적절한 선량이 작업재(174)내로 주입되고 있는지를 결정한다. 만일 측정된 변수에 응해 제어기(262)에 의해 계산된 전체 선량이 소망된 선량의 레벨에 부합하지 않는다면, 제어기는 레벨을 조절하기 위하여 이온빔을 통과하는 작업재를 속도를 변경시킬 수 있다. 예컨대, 제어기(262)는 작업재에 도입되는 전체 도펀트를 감소시키기 위하여 작업재가 이온빔을 통과해 이동하는 속도를 증가시킬 수 있다. 비슷하게, 제어기(262)는 작업재에 도입되는 전체 도펀트를 증가시키기 위하여 작업재가 이온빔을 통과해 이동하는 속도를 감소시킬 수 있다.
게다가, 만일 측정된 변수에 응해 제어기(262)에 의해 계산된 선량이 소망된 선량의 레벨과 부합하지 않는다면, 제어기는 이온소오스(18)에 의해 공급되는 단위시간당 선량레벨을 변경시킬 수 있다. 작업재의 특정속도에서 이온빔에 의해 인가되는 선량의 비율을 증가시키는 것은 작업재에 도입되는 도핑을 증가시키게 된다. 비슷하게, 작업재의 속도를 일정하게 유지하면서 이온빔에 의해 인가되는 도펀트의 비율을 감소시키는 것은 작업재에 도입되는 전체 도펀트를 감소시키게 된다. 따라서, 만일 제어기가 작업재에 대해 바람직한 도펀트레벨, 이온빔(241)에 의해 발생된 주입의 속도와 주입을 통한 작업재의 속도를 안다면, 제어기(262)는 작업재가 소망된 도펀트의 레벨로 처리되는 것을 보장할 수 있다.
작업재(174)에 도입되는 도펀트의 레벨외에도, 작업재를 이온주입할 때 다른 중요한 요인은 이온주입 프로세스 동안의 작업재(174)의 온도이다. 전형적으로 작업재의 온도는 규정된 임계 온도레벨을 초과할 수 없다. 만일 작업재의 레벨이 임계온도를 초과한다면, 작업재는 원치 않은 결함을 야기시키는 열 적응력을 받게 된다. 입자들이 작업재를 타격함에 따라 작업재의 온도는 상승한다. 따라서, 작업재를 타격하는 입자들의 수와 관련 입자들의 에너지가 주어진다면, 작업재의 온도상승을 계산할 수 있다. 본 발명의 한 특징에서, 제어기(262)는 작업재가 임계온도레벨을 초과하는 것을 방지하는데 사용된다. 이러한 본 발명의 특징하에서, 제어기(262)는 측정된 이온빔의 변수를 기초로 작업재 표면에서 이론적인 온도상승을 결정하여, 작업재온도가 작업재의 임계온도를 초과하는 것을 방지하기 위하여 이온주입시스템(10)을 제어한다.
또한, 본 발명의 상기 특징에 따라, 제어기(262)는 패러데이 검출기(250), 질량분석기(255) 및 중성빔 검출기(260)의 측정치를 활용한다. 패러데이 검출기(250)는 작업재를 타격하는, 이온화된 입자들의 비율을 확인하는데 사용되지만, 패러데이 검출기는 중성이온들을 검출하지 못한다는 것은 기술분야에 공지되었다. 중성화된 원자들을 검출하는 것은 작업재의 온도상승을 결정하는 것에 관련되는데, 이는 중성화된 원자들은 이온들과 동일한 에너지를 가지고, 또한 주입선량이 관련되는 한 개별적으로 이온들과 등가이기 때문이다. 결국, 패레데이 검출기를 타격하는 빔은 중성원자들을 포함하고 그리고 이들 원자들은 패러데이 검출기에 의해 검출되지 않아, 작업재의 온도를 결정하는데 있어서의 에러들이 발생하게 된다. 따라서, 제어기(262)는 작업재의 온도상승을 계산할 때 패러데이 검출기에 의해 측정된 이온화된 입자들과 중성빔 검출기에 의해 측정된 중성화된 입자들 둘다를 고려한다.
도 3에 설명된 이온주입시스템은 또한 이온빔(241)의 변수들을 측정하는 질량분석기(255)를 포함한다. 질량분석기는 이온빔(241)내에 포함된 원소들의 종을 식별한다. 이온빔내 종을 식별하는 것은 작업재에 인가되는 선량의 정확한 궤적을 구하는데 관련된다. 따라서, 제어기(262)는 또한 작업재의 온도를 결정할 때 이온스트림내 입자들의 종을 고려한다.
제어기(262)는 검출기(250, 255 및 260)들의 측정된 변수들에 응해 모터 제어신호(110)와 이온소오스 제어신호(112)를 발생시킨다. 모터 제어신호(110)는 모터(264)와 커플되어 이온빔(241)을 통한 작업재(174)의 이동속도를 제어한다. 이온소오스 제어신호(112)는 이온소오스(18)와 커플되어 이온빔(241)의 변수들을 변경시킨다. 작업재의 이송속도를 변경시키거나 또는 이온소오스의 변수들을 변경시킴으로써, 제어기(262)는 작업재(174)의 도펀트레벨을 제어할 수 있고 또한 제어기(262)는 규정된 온도범위내로 작업재의 온도를 유지할 수 있다. 따라서, 여기에서 기술된 이온주입시스템은 소망된 도펀트레벨로부터 0.5%보다 작게 변화시키는 작업재의 도펀트레벨을 이룰 수 있다.
도 4는 이온빔(241) 아래에 작업재를 이동시키기 위한 작업재 플랫폼의 상면도이다. 도시된 바와 같이, 작업재 플랫폼은 두 개의 평행한 레일(224A 및 224B)과 레일(224A 및 224B)에 설치된 테이블(242)을 포함한다. 테이블(242)은 선형 베어링 또는 공기 베어링과 같은, 기술분야에서 공지된 활주가능한 마운트를 사용하여 레일에 설치될 수 있다. 테이블(242)은, 축(246)을 따라 테이블이 이동될 수 있도록 하는 형태로 설치되고, 그리고 모터(264)(도시되지 않음)는 축(246)의 방향을 따라 테이블(242)을 구동시킨다.
작동시에, 제어기(262)는 이온빔을 통한 작업재의 통과 횟수와, 작업재에서 소망된 전체 도펀트의 레벨을 이루기 위해 필요한, 각 통과 동안의 도펀트레벨을 결정한다. 그런 다음, 제어기(262)는 필요한 속도로, 작업재 플랫폼과 이에 결합된 작업재를 이온빔을 통해 필요한 통과횟수로 이동시키도록 모터를 제어한다. 도 4에 도시된 구조는 리본빔(241)을 통해 작업재(174)가 전후로 통과할 수 있는 능력을 제공한다.
도 4A 는 이온빔(241)을 통해 작업재를 이송시키기 위한 다른 구조이다. 작업재 플랫폼은 두 개의 평행한 롤러(126A 및 126B)와 롤러(126A, 126B)를 둘러싸는 무한벨트(128)를 포함한다. 작업재(174)가 이온빔을 통과하도록 벨트는 축(246)을 따라 이동할 수 있다. 모터(264)는 롤러(126B)와 기계적으로 결합되고, 그리고 모터(264)는 축(246)을 따라 벨트(128)를 이동시킬 수 있는 힘을 부여한다.
도 4B는 이온빔(241)을 통해 작업재를 이송시키기 위한 또 다른 구조이다. 도시된 바와 같이, 작업재 플랫폼은 원형 테이블(130)이 평면 외부로 돌출하는 축(132)에 설치된 원형 테이블(130)을 포함한다. 원형 테이블은 방향(134)으로 축 둘레를 회전할 수 있다. 모터(264)(도시되지 않음)는 작업재(174)가 리본빔(241)을 통과하도록 축(132) 둘레로 원형 테이블(130)을 구동시킨다.
도 4, 4A 및 4B를 더 참조하여 보면, 설명된 이온빔(241)은 작업재(174) 위에 놓이는 이온빔의 제1부분(120)과 작업재의 모서리를 지나 연장하는 이온빔의 제2부분(122)을 가진다. 이온빔(241)은 작업재(241)의 모서리들을 지나 연장하는 부가적인 부분(124)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 이온빔은 작업재의 양 모서리를 지나 5-20센티미터 연장한다. 작업재 위에 놓이는 이온빔의 제1부분(120)은 작업재를 처리하는 반면, 작업재를 지나 연장하는 이온빔의 부분들은 적극적으로 작업재를 처리하지 않는다. 작업재를 지나 연장하는 부분(122 및 124)과 같은 이온빔의 부분들은 차라리, 작업재의 처리와 동시에 이온빔의 변수들을 측정하는데 사용된다.
바람직하게, 이온소오스(18)는 도 4, 4A 및 4B에 도시된 바와 같은 단면을 가지는 리본빔을 발생시킨다. 리본빔은 한 축을 따라 신장된 이온빔이다. 리본빔의 신장부의 축은 도 4에서 248로 표시되고 그리고 축(246)을 따른 작업재(174)의 이동방향에 수직인 것으로 도시되어 있다. 이온스트림의 리본빔 구조는, 작업재(174)를 처리할 때 이온빔의 효율성을 불리하게 낮추는 일 없이, 이온빔의 변수들을 측정하는데 충분하도록 작업재를 지나 이온빔의 일부가 연장하도록 한다. 바람직하게, 리본빔은 작업재의 양 모서리를 지나 5-20센티미터 연장한다.
도 4는 또한, 이온빔의 변수들을 측정하는데 사용되는 검출기 그룹의 위치를 설명한다. 도시된 검출기들은 두 개의 패러데이 검출기(250A 및 250B), 질량분석기(255) 및 중성빔 검출기(260)들이다. 위치(122 및 124)내에 패러데이 검출기(250A 및 250B)들을 위치시키는 것은 작업재의 처리와 동시에 이온빔의 전류밀도가 측정될 수 있도록 해준다. 이에 비해, 이온빔의 제1부분내에 질량분석기(255)와 중성빔 검출기(260)를 위치시키는 것은 검출기(255 및 260)들이 작업재의 처리와 동시에 이온빔의 변수들을 측정하는 것을 방지한다. 이온빔(241) 아래에 아무런 작업재가 위치되지 않을 때에만 질량분석기(255)와 중성빔 검출기(260)는 이온빔의 변수들을 검출한다. 따라서, 질량분석기와 중성빔 검출기들은 위치되면, 간헐적인 바이어스에서만 작동한다.
설명된 패러데이 검출기(25A 및 250B)는 리본빔의 폭을 초과하는 길이를 가진다. 이외에도, 각 패러데이 검출기는, 리본빔의 폭에 걸치도록 위치된다. 도시된 바와 같이, 각 패러데이 검출기는 리본빔의 스트립을 따라 리본빔에 의해 주입되는 전체 전류를 측정한다. 패러데이 검출기는 리본빔의 폭에 걸치는 스트립상의 리본빔에 의해 인가되는 전류를 합하는 적분기로서 작용한다. 따라서, 패러데이 검출기는 검출기의 위치에서 빔의 선형 전류밀도를 측정한다. 이온빔(241)의 크기와 형상에 대해 패러데이 검출기의 크기를 정하고 위치시키는 것은, 작업재가 이온빔을 통과할 때 작업재에 인가되는 도펀트의 정확한 측정을 제공한다.
도 5는 모든 검출기들이 리본빔의 제1부분(120) 외측에 위치되는, 본 발명의 다른 실시예를 보여준다. 이 실시예 하에서, 모든 검출기들은 작업재의 처리와 동시에 이온빔의 변수들을 측정한다. 이 실시예는, 이온빔의 모든 변수들에 관한 실시간 데이터가 필요할 때 또는 이온빔 주입프로세스에서 엄격한 제약이 존재할 때 장점이 있는 것으로 판명되었다.
도 6은 패러데이 검출기들의 열을 가지는 본 발명의 다른 형상들 보여준다. 검출기들의 제1열은 신장축(248)을 따라 연장하고 또한 검출기(250A, 250B, 250C, 250D 및 250E)들을 포함한다. 검출기들의 제2열(250A)과 검출기들의 제3열(250B)들은 신장축(248)을 가로지르는 축을 따라 연장한다.
검출기들의 제1열은 전형적으로, 각각이 리본빔(241)의 폭에 걸치는 슬롯들의 열을 포함한다. 슬롯들의 열은 신장축(248)의 길이를 따라 연장하고 그리고 작업재를 처리하는 이온빔이 위치들로 연장하고 또한 작업재의 모서리를 지나 연장하는 이온빔의 부분들로 연장한다. 배열되면, 슬롯들은 리본빔의 길이를 따른 전류밀도의 변화성의 측정을 제공한다. 특히, 각 패러데이 슬롯(250A-250D)들은 리본빔의 길이를 따라 특정 지점에서 작업재에 인가되는 전체 도펀트를 나타내는 이산적인 데이터포인트를 제공한다.
이에 비해, 패러데이 검출기들의 제2열(252A)과 패러데이 검출기의 제3열(252B)들은 리본빔의 폭을 따른 전류밀도의 변화성의 측정을 제공한다. 예컨대, 패러데이 검출기의 제2열(252A)들은 축(248)을 가로지르는 축을 따라 정렬된 다수의 패러데이 컵들을 포함한다. 열(252A)을 형성하는 각 패러데이 컵들은 리본빔의 폭을 따라 연장하는 지점에서 전류밀도의 측정치를 제공한다. 검출기들의 열에서 측정치들의 관계는 리본빔(241)의 폭을 따라 전류밀도의 변화성을 나타낸다. 패러데이 검출기의 제3열(252B)은 또한 다수의 패러데이 컵들을 포함한다. 252A에서 검출기들의 열은 위치에 의해 252B의 검출기들의 열과 다르다. 즉, 열(252A)은 이온빔의 제1부분(120)에 위치되고, 열(252B)은 이온빔의 제2부분(122)에 위치된다.
도 7은 리본빔(241)의 길이를 따라 전류밀도의 변동을 측정하기 위한 부가적인 실시예를 보여준다. 도 7은 리본빔의 신장축(248)을 따라 이동가능한 패러데이 슬롯(250F)을 보여준다. 패러데이 검출기(258)는 축(248)을 따라 패러데이 검출기를 이동시키는 가동 지지구조물(도시되지 않음)에 설치된다. 본 발명의 한 특징에 따라, 패러데이 검출기(250F)는 리본빔의 제1부분(120)의 길이를 따라 이동가능하다. 본 발명의 다른 특징에서, 패러데이 검출기(250F)는 이온빔(241)의 제2부분(122)을 따라 이동가능하다. 다른 예에서, 패러데이 검출기(250F)는 이온빔의 제 1 및 제2부분들 둘다를 따라 또한 부분들 사이에서 이동가능하다.
도 8은 이온스트림(241)내 중성화된 입자들을 검출하는데 사용되는 중성빔 검출기의 개략적인 도면을 보여준다. 중성빔 검출기는 입자(70)들이 통과하는 구멍(63)을 가지는 유입개구(62)를 포함한다. 검출기는 또한 전압원(66)에 의해 활성화되는 한 쌍의 편향판(64)을 가진다. 이외에도, 중성빔 검출기는 편향판(64)을 통과하는 입자들의 수를 측정하기 위한 볼로미터(bolometer)(68)를 포함한다.
작동시에, 입자(70)들의 스트림은 개구(62)내 구멍(63)을 통과한다. 이들 입자들은 편향판(64) 사이를 향해 간다. 편향판들은, 이온화된 입자들의 비행경로선이 좌측에서 우측으로 구부러지고 그리고 중성입자들이 직선을 따라 진행하도록 활성화된다. 이온화된 입자들은 볼로미터의 좌측 또는 우측으로 집속되어 측정되지 않는다. 이에 비해, 중성입자들은 볼로미터를 향해 직선으로 진행하여 측정된다. 따라서, 볼로미터(68)는 이온빔(241)내 중성입자들의 측정을 제공한다.
도 9는 도 3에 도시된 질량분석기(255)의 개략적인 설명도이다. 질량분석기는 입자스트림(80)이 통과하는 구멍(74)을 가지는 유입개구(72)를 포함한다. 질량분석기는 또한 자기편향갭을 형성하는 한 쌍의 분해자석(76)과 입자검출기(78)를 포함한다. 자기장이 코일쌍에 의해 편향갭에서 발생된다. 코일들은 편향갭에 정적인, 균일한 자기장을 생성하기 위하여 전력원에 의해 활성화된다.
작동시에, 입자들의 스트림(80)은 구멍(74)을 통해 자기구조물에 들어가, 원형 궤적을 통해 자기편향갭에서 생성된 자기장에 의해 편향된다. 입자(80)들의 편향은 입자들의 질량과 자기장에 따른다. 그러므로, 선택된 그룹의 입자들만이 자기장에 의해 분해자석들을 나오기 위하여 필요한 정도로 방향이 바뀐다. 자석구조물(76)을 나오는 이들 선택된 입자들은 입자검출기(78)에 의해 검출된다. 반면에 선택되지 않은 입자들의 종들은 검출기(78)의 좌측 또는 우측으로 집속된다. 따라서, 질량분석기는 선택된 질량을 가지는 이온빔내 입자들의 농도를 결정하는 구조물을 제공한다.
도 10은 도 3의 제어기(262)와 이온소오스 제어신호(112) 간의 상호작용을 개략적으로 설명한다. 이온소오스 제어신호(112)는 전력신호(114), 흐름신호(116), 전압1 신호(118), 전압2 신호(120) 및 전압3 신호(122)를 포함한다. 제어기(262)는 패러데이 검출기(250), 중성빔 검출기(260) 및 질량분석기(255)로부터 수신된 입력신호들에 응해 출력신호(114, 116, 118, 120 및 122)를 발생시킨다.
도 10은 또한 제어기(262)에 의해 발생된 제어신호들에 감응하는, 이온빔주입시스템(10)의 구성요소를 보여준다. 특히, 도 10은 플라즈마(84)를 수용하기 위한 이온챔버(82)와 플라즈마(84)를 여기시키기 위한 이그니터(ignitor)(86)를 보여준다. 이온화가능한 재료를 유지하기 위한 컨테이너(88)가 도관(92)을 통해 이온챔버(82)에 연결된다. 컨테이너(88)에서 이온챔버(82)로 이온화가능한 재료의 흐름은 밸브(90)에 의해 제어된다. 이외에도, 플라즈마전극(94), 추출전극(96), 억제전극(98) 및 접지전극(100)을 포함하는 전극 셋트가 도 10에 도시되어 있다.
이그니터(86)는 기술분야에서 공지된 전자소오스 또는 플라즈마 이니쉬에이터(initiator)를 나타낸다. 예컨대, 이그니터(86)는 쿼츠플레이트를 통한 에너지전달을 투영하는 마이크로웨이브 전력원 또는 이온챔버에 전자들을 방출하는 텅스텐 필라멘트일 수 있다. 이그니터(86)에 의해 출력되는 전력은 선택가능하다. 특히, 제어기(262)는 전력신호(114)에 의해 이그니터(86)와 커플된다. 제어기(262)는 전력신호(114)를 통해 이그니터에 의해 출력되는 전력을 제어하여, 플라즈마챔버(82)를 떠나는 이온스트림의 전류밀도를 수정한다.
밸브(90)는 이온챔버(82)내로 이온화가능한 재료의 도입을 제어하고 그리고 밸브(90)는 선택가능하다. 제어기(262)는 흐름신호(116)에 의해 밸브(90)와 커플되어 밸브를 제어한다. 따라서, 제어기는 밸브(90)를 제어함으로써 이온챔버내로 이온화가능한 재료의 흐름율을 제어한다. 이온챔버내에 도입되는 이온화가능한 재료의 량과 유형을 제어함으로써, 제어기는 이온소오스에서 플라즈마상태에 대한 제어를 이룰 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 제어기(262)는 전압제어신호(118, 120 및 122)를 통해 전극(94, 96, 98 및 100)에 대한 제어를 실행한다. 특히, 플라즈마스트림은 플라즈마전극(94)을 통해 이온챔버(82)를 떠난다. 그런 다음, 이온스트림은 추출전극(96), 억제전극(98) 및 접지전극(100)을 포함하는 이온빔 어셈블리를 향해 가서 어셈블리에 의해 가속된다. 세 개의 가변전압 공급원은 전극(94, 96, 98 및 100) 사이의 전압들을 조절한다. 예컨대, 전압공급원(102)은 플라즈마전극(94)과 추출전극(96) 사이에 전압을 바이어스하고, 전압공급원(104)은 추출전극(96)과 억제전극(98) 사이에 전압을 바이어스하고, 그리고 전압공급원(106)은 억제전극(98)과 접지전극(100) 사이에 전압을 바이어스한다. 제어기(262)는 전압조절신호(118, 120 및 122)를 통해 전압공급원(102, 104 및 106)을 제어하여, 전극(94, 96, 98 및 100)에 대한 제어를 실행한다.
전극(94, 96, 98 및 100)들에 인가되는 전압들을 제어함으로써, 제어기는 플라즈마챔버(82)를 떠나는 이온빔의 폭을 조절할 수 있다. 전압공급원(102,104 및 106)들은 전형적으로, 플라즈마전극, 추출전극 및 억제전극이 접지전극에 대해 선택된 전압에 있도록 조절된다. 접지전극은 전형적으로 0볼트로 조절되고, 억제전극(98)은 -3킬로볼트가 되도록 조절되고, 추출전극은 90킬로볼트가 되도록 조절되고, 그리고 플라즈마전극은 전형적으로 95킬로볼트가 되도록 조절된다. 제어기는 플라즈마챔버(82)를 떠나는 이온스트림을 조절하기 위하여 전압공급원의 전압들을 그들의 정상값으로부터 멀어지게 조절할 수 있다. 특히, 제어기(262)는 리본빔의 폭을 조절하기 위하여 전압들을 조절할 수 있다. 리본빔의 폭을 수정함으로써, 이온스트림의 밀도는 작업재를 가로질러 전개될 수 있거나 또는 작업재상에 더 집중될 수 있다. 이온스트림의 폭의 조절은 작업재의 표면에서의 도상승율을 제어하는데 유용한 것으로 판명되었다. 이러한 방식으로, 작업재의 표면의 최대 온도가 조절될 수 있다.
도 11-15는 제어기(262)의 구현을 보여준다. 특히, 도 11-15는 일반적인 컴퓨터에서 실행될 수 있는 소프트웨어 명령들을 상술하는 소프트웨어 흐름도를 설명한다. 설명된 흐름도는 제어기(262)를 실행하는 명령들을 일반컴퓨터가 실행하도록 한다.
일반적으로, 작업재에 대한 선량제어는 두 개의 식에 의해 제어된다, 하나는 서브-선량을 계산하기 위한 것이고 그리고 다른 하나는 작업재의 온도상승을 계산하기 위한 것이다. 식은 빔의 속성들에 관련된 다수의 변수들, 온도모델, 주사속도, 서버-주입의 수 등을 포함한다. 본 발명의 한 특징에서, 최적의 생산성을 일으키게 되는 변수들의 조합을 결정하기 위하여 서브-주입의 수, 서브-주입당 주사의 수, 주사속도 및 전류밀도를 고려할 필요가 있다는 것이 판명되었다. 다른 변수들은 이온주입 동안 일정한 것으로 간주될 수 있다.
서브-선량(Di)은 다음과 같이 주어진다:
(식 1)
이때 D는 전체 선량이고, Np는 통과 서브-주입의 수이고, Ns는 서브-주입당 주사의 수이고(2에 고정되는 것이 바람직함), 그리고 Vs는 주사속도이다. Np를 풀기 위하여,
(식 2)
작업재 (초기 상태 위로)온도상승은 다음과 같이 주어진다:
(식 3)
용어 알파는 코어 온도상승에 대응하고 그리고 용어 베타는 표면 온도상승에 대응한다.
식 1과 2는:
(식 4)
ΔT = Di[k3 + k4J] (식 5)
식 2로부터, 주어진 선량에 대해 서브-주입의 수를 최소화하기 위하여, 주사속도는 최소가 되어야 하고 전류밀도는 최대가 되어야만 한다는 것을 알 수 있다. 식 4로부터, 작업재 온도는 주사속도가 증가함에 따라 감소되고 그리고 전류밀도가 감소함에 따라 감소한다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 제어기(262)의 목적은 온도상승의 제한과 그리고 전류밀도, 주사속도, 또는 서브-주입의 횟수에 부여된 다른 제한들과 일치하는 최대 전류밀도와 최소 주사속도로 작동되게 되는 것이다.
선량제어 제약으로 인해, 선량제어 식은 폐형(closed form)으로 해결될 수 없다. (어떠한 제약 경계에 종속되지 않는) 내부 해가 있을 수 있다 하더라도, 모든 서브-주입이 동일하게 되어야 한다는 요구사항은 반복 알고리즘이 필요하다는 것을 나타낸다. 반복절차는 규정되어야 할 개시값을 필요로 한다. 식 1로부터, 주 제어변수(서브-주입의 횟수, 빔 전류밀도 및 주사속도)들은 모두 독립적이지 않다는 것을 알 수 있고, 그리고 식 3과 5로부터, 온도상승 제약을 충족시키기 위해 필요한 서브-주입(서브-선량)의 횟수가 빔 전류밀도 또는 주사속도의 개시값으로부터 결정될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 것을 배경으로, 도 11-15는 상이한 주 제어변수들이 고정된 상황하에서 제어기(262)의 흐름도를 설명한다. 흐름도는 제어기(262)가 이온주입시스템(10)에 대한 초기 주 제어변수들을 어떻게 확립하는가를 설명한다. 이들 변수들은 패러데이 검출기, 중성빔 검출기 및 질량분석기로부터 획득된 데이터 측정치에 따라, 시스템(10)의 작동 동안 갱신되고 또한 수정될 수 있다.
도 11은 전류밀도가 사용자에 의해 고정된 상황하에서 제어기(262)에 대한 흐름도를 설명한다.
제어기(262)는 전류밀도가 고정되는 실행블록(136)에서 프로세싱을 시작한다. 초기화 루틴은 서브-주입 카운트가 1에 설정되는 블록(138)으로 진행한다. 블록(140)에서, 주입 서브-선량은 이온빔을 통한 통과의 최대수로 나뉘어진 최대 선량과 동일하게 설정된다. 블록(142)에서, 작업재 온도상승은 상기에서 설명된 바와 같이, 식 5에 따라 상수그룹으로 곱해진 서브-선량과 동일하게 되도록 설정된다. 블록(142) 이후에, 제어는 결정블록(144)으로 진행한다. 결정블록(144)에서, 만일 온도상승이 허용된 최대 온도상승 보다 낮다면 흐름도의 제어는 실행블록(146)으로 진행한다. 그렇지 않고, 만일 온도상승이 허용가능한 최대 온도상승 보다 낮지 않다면, 블록(160)으로 제어가 진행한다.
블록(146)에서, 주사속도는 상기에서 설명된 바와 같이, 식 2에 따라 설정된다. 블록(146) 후에, 논리적 흐름은 결정블록(148)으로 진행한다. 결정블록(148)에서, 만일 주사속도가 허용가능한 최대 주사속도 보다 낮은 것으로 결정된다면, 프로세스는 결정블록(154)으로 진행한다. 만일 주사속도가 허용가능한 최대 주사속도 보다 큰 것으로 판명되면, 제어는 실행블록(150)으로 진행한다.
실행블록(150)에서, 제어기(262)는 해가 주어진 현재 변수들에서 존재하지 않는다고 결정한다. 따라서, 제어는 제어기(262)가 허용가능한 최대 전류를 감소시키거나 또는 허용가능한 최대 주사속도를 증가시키는 실행블록(152)으로 진행한다.
결정블록(154)에서, 제어기(262)는 주사속도가 허용가능한 최소 주사속도를 초과하는지를 결정한다. 만일 주사속도가 허용가능한 최소 주사속도를 초과한다면, 제어는 실행블록(156)으로 진행한다.
실행블록(156)에서, 제어기(262)는 제어변수들에 대한 실현가능한 해에 도달하였다. 따라서, 제어기(262)는 주어진 전류 제어변수들로 주입프로세스를 시작한다.
실행블록(158)에서, 제어기(262)는 주어진 현재 변수들에서 해가 실현될 수 없다는 것을 결정한다. 따라서, 제어기(262)는 실현가능한 해를 구하기 위하여 허용가능한 최대 전류밀도를 감소시키거나, 또는 허용가능한 최대 주사속도를 증가시키게 된다. 실행블록(158) 이후에, 제어는 실행블록(160)으로 진행한다.
실행블록(160)에서, 제어기(262)는 서브-주입 카운터를 1씩 증분시킨다. 블록(160) 이후에, 제어는 결정블록(162)으로 진행한다. 결정블록(162)에서, 만일 현재 서브-주입 카운트가 허용가능한 최대 서브-주입 카운트 보다 적다면, 제어는 실행블록(140)으로 진행한다. 그렇지 않고, 만일 현재 서브-주입 카운트가 허용가능한 최대 서브-주입 카운트를 초과한다면, 제어는 실행블록(164)으로 진행한다.
실행블록(164)에서, 제어기는 주어진 변수들에서 실현될 수 있는 해가 없다고 결정한다. 따라서, 제어는, 실현가능한 해를 이루기 위하여 제어기가 허용가능한 최대 서브-주입 카운트를 증가시키거나 또는 전류밀도를 감소시키는 실행블록(166)으로 진행한다.
도 12는 주사속도가 사용자에 의해 고정된 상황하에서 제어기(262)에 대한 흐름도를 보여준다.
제어기는 주사속도가 설정되는 실행블록(270)에서 시작한다. 시스템의 초기화는 서브-주입 카운트가 1에 설정되는 실행블록(272)으로 진행하고 또한 서브-선량이 최대 주사횟수로 나뉘어진 최대 선량에 설정되는 실행블록(274)으로 진행한다. 블록(274) 이후에, 제어는 작업재 온도상승이 식 3에 따라 설정되는 블록(276)으로 진행한다. 실행블록(276) 이후에, 제어는 결정블록(278)으로 진행한다. 결정블록(278)에서, 제어기는 작업재 온도상승이 허용가능한 최대 온도상승 보다 낮은지를 판단한다. 만일 온도상승이 허용가능한 최대 온도상승 보다 낮다면, 제어는 결정블록(280)으로 진행한다. 그렇지 않다면, 제어는 실행블록(294)으로 진행한다.
실행블록(280)에서, 전류밀도는 식 1에 따라 결정된다. 실행블록(280) 이후에, 제어는 결정블록(282)으로 진행한다. 결정블록(282)에서, 제어기는 계산된 전류밀도가 허용가능한 최대 전류밀도 보다 낮은지를 판단한다. 만일 계산된 전류밀도가 허용가능한 최대 전류밀도를 초과한다면, 제어는 실행블록(292)으로 진행한다. 실행블록(292)에서, 제어기는 실현가능한 해를 이루어 얻기 위하여 허용가능한 최대 전류밀도를 증가시킨다.
결정블록(284)에서, 제어기는 전류밀도가 허용가능한 최소 전류밀도를 초과하는지를 판단한다. 만일 제어기가 계산된 전류밀도가 용인가능한 범위내에 있다고 판단하면, 논리적 제어는 제어기가 제어변수들의 결정을 완료하는 실행블록(286)으로 진행한다. 그러나, 만일, 계산된 전류밀도가 허용가능한 최소 전류밀도 보다 낮다면, 제어는 실행블록(288)으로 진행한다.
실행블록(288)에서, 제어기는 해가 실현가능하지 않다고 판단하여 실행블록(290)으로 진행한다. 실행블록(290)에서, 제어기는 실현가능한 해를 구하기 위하여 허용가능한 최대 주사속도를 증가시키거나 또는 허용가능한 최소 전류밀도를 감소시킨다.
결정블록(278) 다음에 오는 실행블록(294)에서, 서브-주입 카운터는 1 증분된다. 실행블록(294) 이후에, 논리흐름은 결정블록(296)으로 진행한다. 결정블록(296)에서, 만일 서브-주입 카운트가 허용가능한 최대 서브-주입 카운트 보다 낮다면, 제어는 블록(274)으로 진행한다. 만일 현재 서브-주입 카운트가 허용가능한 최대 서브-주입 카운트를 초과한다면, 제어는 실행블록(298)으로 진행한다. 실행블록(298)에서, 제어기는 해가 실현가능하지 않다고 판단하여, 제어는 실행블록(300)으로 진행한다. 실행블록(300)에서, 제어기는 실현가능한 해를 구하기 위하여 허용가능한 최대 서브-주입 카운트를 증가시키거나 또는 주사속도를 감소시킨다.
도 13은 주입의 횟수가 사용자에 의해 고정된 상황하에서 제어기(262)에 대한 흐름도를 보여준다.
제어기는 허용가능한 서브-주입의 최대 횟수를 설정하는 실행블록(302)에서 그의 초기화를 시작한다. 블록(304)에서, 제어기는 현재 선량은 서브-주입의 최대 횟수로 나뉘어진 최대 선량과 동일하도록 설정한다. 실행블록(304) 이후에, 제어는 주사속도가 계산되는 실행블록(306)으로 진행한다. 주사속도가 계산된 후에, 제어는 결정블록(308)으로 진행한다.
결정블록(308)에서, 제어기는 주사속도가 허용가능한 최대 주사속도 보다 낮은지를 판단한다. 만일 주사속도가 용인가능한 범위내에 있다면, 제어는 결정블록(314)으로 진행한다. 만일 주사속도가 허용가능한 최대 주사속도를 초과한다면, 제어는 실행블록(310 및 312)으로 진행한다. 실행블록(312)에서, 제어기는 해가 실현가능하지 않다고 판단하여, 따라서 실현가능한 해를 이루기 위하여 허용가능한 최대 주사속도를 증가시키거나 또는 허용가능한 최소 주사횟수를 감소시킨다.
결정블록(314)에서, 제어기는 주사속도가 허용가능한 최소 주사속도를 초과하는지를 판단한다. 만일 주사속도가 허용가능한 최소 주사속도를 초과한다면, 제어는 실행블록(320)으로 진행한다. 그렇지 않다면, 제어는 실행블록(316 및 318)으로 진행한다. 실행블록(318)에서, 제어기는 해가 실현될 수 없다는 것을 판단하여, 따라서 실현가능한 해를 이루기 위하여 허용가능한 최소 주사속도를 감소시키거나 또는 최대 서브-주입의 횟수를 증가시킨다.
실행블록(320)에서, 식 2에 따라 전류밀도가 계산된다. 실행블록(320) 이후에, 제어는 결정블록(321)으로 진행한다.
결정블록(321) 이후에, 제어기는 계산된 전류밀도가 허용가능한 최대 전류밀도 보다 낮은지를 판단한다. 만일 전류밀도가 용인가능한 범위내에 있다면, 제어는 결정블록(326)으로 진행한다. 만일 계산된 전류밀도가 허용가능한 최대 전류밀도를 초과한다면, 제어는 실행블록(322)으로 진행한다.
실행블록(322)에서, 제어기는 주어진 변수들에서 지금까지 해가 실현될 수 없다는 것을 판단하였다. 실행블록(324)에서, 제어기는 실현가능한 해를 생성하기 위하여 허용가능한 최대 전류밀도를 증가시키거나 또는 선량이 최대수를 증가시킨다.
결정블록(326)에서, 제어기는 계산된 전류밀도가 허용가능한 최소 전류밀도를 초과하는지를 판단한다. 만일 계산된 전류밀도가 허용된 최소 전류밀도를 초과하지 않는다면, 제어는 실행블록(330 및 332)으로 진행한다. 실행블록(320)에서, 제어기는 해가 실현가능하지 않다고 판단하여, 제어는 실행블록(322)으로 진행한다. 실행블록(322)에서, 실현가능한 해를 이루기 위하여 제어기는 허용가능한 최소 전류밀도를 감소시키거나 또는 허용가능한 주입의 최소 횟수를 감소시킨다.
실행블록(328)에서, 제어기(262)는 실현가능한 해를 이루었다고 판단한다. 따라서, 제어기는 주어진 결정 변수들에서 주입프로세스를 실행한다.
도 14는 아무런 변수들이 사용자에 의해 고정되지 않았지만, 그러나 전류밀도가 허용가능한 최대값으로 초기화되는 상황하에서 제어기(262)에 대한 흐름도를 설명한다.
실행블록(334)에서, 제어기는 전류밀도를 허용가능한 최대 전류밀도에 설정한다. 실행블록(336)에서, 제어기는 서브-주입 카운터를 1에 설정한다. 실행블록(338)에서, 서브-선량은 서브-주입의 최대 횟수로 나뉘어진 전체 선량과 동일하게 설정된다. 실행블록(340)에서, 작업재 온도상승이 상기에서 설명된 바와 같이 식 5에 따라 계산된다. 실행블록(340) 이후에, 제어는 결정블록(342)으로 진행한다.
결정블록(342)에서, 제어기는 작업재 온도상승의 변화가 허용가능한 작업재의 최대 온도상승 보다 작은지를 판단한다. 만일 온도상승이 허용된 범위내에 있지 않다면, 제어는 실행블록(356)으로 진행한다. 만일 온도가 허용된 온도범위내에 있다면, 제어는 실행블록(344)으로 진행한다.
실행블록(356)에서, 서브-주입 카운터가 증분되고 그리고 제어는 결정블록(358)으로 진행한다.
결정블록(358)에서, 만일 카운터가 허용가능한 최대수의 카운트 보다 작다면, 제어는 실행블록(338)으로 진행한다. 그러나, 만일 카운트가 허용가능한 최대수의 카운트를 초과한다면, 제어는 실행블록(360)으로 진행한다.
실행블록(360)에서, 제어기는 해가, 주어진 현재 변수들에서 실현가능하지 않다고 판단한다. 따라서, 제어기는 해가 실현가능하게 되도록 허용가능한 서브-주입의 최대 횟수를 증가시키거나 또는 허용가능한 최대 전류밀도를 감소시킨다.
실행블록(344)에서, 제어기는 식 2에 따라 주사속도를 판단한다. 실행블록(344)에서, 제어기는 결정블록(346)으로 진행한다. 결정블록(346)에서, 제어기는 주사속도가 허용가능한 최대 주사속도 보다 낮은지를 판단한다. 만일 주사속도가 용인가능한 범위내에 있다면, 제어는 결정블록(350)으로 진행한다. 그렇지 않다면, 제어는 실행블록(348)으로 진행한다.
실행블록(348)에서, 제어기는 이온주입프로세스에 대해 실현가능한 해를 구하기 위하여 주사속도를 허용가능한 최대 주사속도에 설정하거나 또는 허용가능한 최대 주사속도를 증가시킨다.
결정블록(350)에서, 제어기는 주사속도가 허용가능한 최소 주사속도를 초과하는지를 판단한다. 만일 주사속도가 허용가능한 최소 속도 보다 낮다면, 제어는 실행블록(352)으로 진행한다. 그렇지 않다면, 제어는 실행블록(354)으로 진행한다.
실행블록(352)에서, 제어기는 실현가능한 해가 없다고 결정하여, 따라서 실현가능한 해를 구하기 위하여 허용가능한 최대 전류밀도를 증가시키거나 또는 허용가능한 최소 주사속도를 감소시킨다.
실행블록(354)에서, 제어기는 실현가능한 해를 결정한다. 따라서, 제어기는 주어진 결정 변수들에서 이온주입프로세스를 실행한다.
도 15는 아무런 변수들도 사용자에 의해 고정되지 않았지만, 그러나 주사속도가 허용가능한 최대값으로 초기화되는 상황하에서 제어기(262)에 대한 흐름도를 보여준다.
실행블록(362)에서, 제어기는 주사속도를 허용가능한 최대 주사속도와 동일하도록 설정한다. 이후, 실행블록(364)에서 제어기는 서브-주입 카운터를 1에 설정한다. 실행블록(366)에서, 제어기는 서브-선량을 허용가능한 최대 서브-주입 카운트로 나뉘어진 전체 선량과 동일하게 설정한다. 실행블록(368)에서, 제어기는 식 3을 기초로 작업재 온도상승을 판단한다. 실행블록(368) 이후에, 논리흐름은 결정블록(370)으로 진행한다.
결정블록(370)에서, 제어기는 작업재 온도상승이 허용가능한 최대 작업재 온도상승 보다 작은지를 판단한다. 만일 작업재 온도상승이 허용된 최대 온도상승을 초과한다면, 제어는 실행블록(390)으로 진행한다. 그렇지 않고, 온도상승이 허용가능한 최대 온도 보다 낮다면, 제어는 실행블록(372)으로 진행한다.
실행블록(372)에서, 제어기는 식 2를 기초로 전류밀도를 계산한다. 실행블록(372) 이후에, 제어는 결정블록(374)으로 진행한다. 결정블록(374)에서, 제어기는 전류밀도가 허용가능한 최대 전류밀도 보다 작은지를 판단한다. 만일 전류밀도가 허용가능한 최대 전류밀도 보다 낮다면, 제어는 결정블록(376)으로 진행하고, 그렇지 않다면, 제어는 실행블록(382)으로 진행한다.
결정블록(376)에서, 제어기는 계산된 전류밀도가 허용가능한 최소 전류밀도를 초과하는지를 판단한다. 만일 계산된 전류밀도가 용인가능한 범위내에 있다면, 제어는 실행블록(386)으로 진행한다. 만일 전류밀도가 허용가능한 최소 전류밀도 보다 낮다면, 제어는 실행블록(378)으로 진행한다.
실행블록(378)에서, 제어기는 주어진 현 변수들에서 해가 실현가능하지 않다고 판단한다. 제어는, 실현가능한 해를 구하기 위하여 제어기가 허용가능한 최소 전류밀도를 감소시키거나 또는 허용가능한 최대 주사속도를 증가시키는 블록(380)으로 진행한다.
결정블록(374)로부터 진행되어 오는 실행블록(382)에서, 제어기는 주사속도를 계산한다. 제어기는 식 2를 기초로 주사속도를 계산한다. 주사속도를 계산한 후에, 논리흐름은 결정블록(384)으로 진행한다. 결정블록(384)에서, 제어기(262)는 주사속도가 허용가능한 최소 주사속도를 초과하는지를 판단한다. 만일 주사속도가 용인가능한 범위내에 있다면, 제어는 실행블록(386)으로 진행한다. 그렇지 않다면, 제어는 실행블록(388)으로 진행한다.
실행블록(386)에서, 제어기는 용인가능하고 또한 실현가능한 해를 구하였다. 따라서, 제어기는 주어진 결정 변수들로 이온주입프로세스를 실행한다.
실행블록(388)에서, 제어기는 실현가능한 해가 없다고 판단하여, 따라서 실현가능한 해를 구하기 위하여 서브-선량을 감소시키거나 또는 주사속도를 감소시킨다. 실행블록(388) 이후에, 제어는 실행블록(390)으로 진행한다.
실행블록(390)에서, 서브-주입 카운터는 증분되고 그리고 제어는 결정블록(392)으로 진행한다.
결정블록(392)에서, 만일 카운터가 허용가능한 최대수의 카운트 보다 작다면, 제어는 실행블록(366)으로 진행한다. 그러나, 만일 카운트가 허용가능한 최대수의 카운트를 초과한다면, 제어는 실행블록(394)으로 진행한다.
실행블록(394)에서, 제어기는 주어진 결정 변수들에서 실현가능한 해가 없다고 판단한다. 따라서, 제어는 실행블록(396)으로 진행한다. 실행블록(396)에서, 해가 실현가능해지도록 제어기는 허용가능한 서브-주입의 최대 횟수를 증가시킨다.
도 16은 본 발명의 다른 특징에 따라, 제어기(262)를 실행하기 위한 의사코드 리스트를 보여준다. 도 16에 도시된 시스템은 도 11-15에 도시된 실행과는 다르다.
의사코드 리스트는, 작업재의 서브-주입당 최소 선량과 작업재의 서브-주입당 최대 선량을 계산하고 또한 변수들을 판독함으로써 제어기가 그의 초기화프로세스를 시작한다는 것을 나타낸다.
의사코드 리스에 사용된 식은,
서브-선량
(식 6)
서브-주입 동안 기재 온도상승
(식 7)
Vscan에 대해 풀면:
(식 8)
의사코드의 라인에서 확인된 용어들은:
W 빔폭(cm)
D 필요한 전체 선량(이온/cm2)
Dn서브 선량(이온/cm2)
Jmax, Jmin 최대, 최소 선형 전류밀도(A/cm)
Vmax, Vmin 최대, 최소 주사속도(cm/s)
Nmax, Nmin 최대, 최소 서브 주입의 횟수
1 종의 비율/대전비율
E 주입에너지(V)
Ns서브 주입당 주사의 횟수(일반적으로 2)
DT 허용가능한 최대 기재 온도상승(C)
Cg글래스 면적 열용량(Joules/C/cm2)
Rg글래스 면적 열임피던스(cm2C/Watt)
TAOg글래스 열 시상수(sec)(Rg*Cg)
alpha 0.373(만일 수정되지 않은 RC 열모델이면 0.5)
q 1.6 e-19(전자 전하를 쿨롱으로)
Vscan주사속도(cm/sec)
초기화 단계 이후에, 제어기는 서브-주입의 최대 횟수와 서브-주입의 최대 횟수 사이에서 서브-주입의 각 횟수에 대한 최고의 생산성값을 계산한다. 서브-주입의 횟수에 대한 생산성값과 같은 제어기의 결정을 기초로, 제어기는 주 제어셋팅의 최고 조합을 결정한다. 주 제어셋팅의 바람직한 조합을 결정한 후에, 제어기(262)는 바람직한 셋팅의 조합으로 작업재 처리를 시작한다.
그러므로, 상기 설명으로부터 명확히 알 수 있듯이, 본 발명은 상기에서 주어진 목적을 효율적으로 이룬다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위를 이탈함이 없이 상기 구성에서 특정 변화들이 만들어질 수 있기 때문에, 첨부도면에 도시되거나 또는 상기 설명에 포함된 모든 사항들은 설명적인 의미로 해석되어야지 제한의 의미로서 해석되어서는 안된다.
또한 다음 청구범위들은 여기서 설명된 본 발명의 모든 일반적이고 또한 특정적인 특징을 포함하고, 그리고 본 발명의 범위에 대한 모든 진술들은 청구범위내에 포함되는 것으로 이해해야 한다.

Claims (37)

  1. 작업재에 이온빔을 보냄으로써 작업재를 처리하는 장치에 있어서,
    빔경로를 따라 연장하는 이온빔을 생성하기 위한 이온소오스와,
    작업재를 향해 이온빔을 보내기 위한 전극어셈블리와,
    이온빔의 제1부분이 작업재를 처리하고 또한 이온빔의 제2부분이 작업재의 모서리를 지나 연장하도록 지향되는, 작업재를 착설하기 위한 플랫폼과, 그리고
    작업재의 처리와 동시에 이온빔의 제2부분의 변수들을 측정하기에 적합한 빔측정수단을 포함하는 것이 특징인 작업재를 처리하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 높은 형상비를 가지고 또한 신장부의 축을 따라 연장하는 리본빔을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 것이 특징인 장치.
  3. 제2항에 있어서, 빔측정수단은 전류밀도를 측정하기 위해 빔경로에 위치되고, 신장부의 축을 가로지르는 경로를 따라 연장하는 패러데이 슬롯을 포함하는 것이 특징인 장치.
  4. 제3항에 있어서, 패러데이 슬롯이 리본빔의 전체 폭을 가로지르는 스트립을 따라 리본빔의 전체 전류밀도를 측정하도록, 경로를 따른 패러데이 슬롯의 길이는 리본빔의 폭을 초과하는 것이 특징인 장치.
  5. 제1항에 있어서, 빔경로를 통과해 작업재가 전진하도록 플랫폼은 이동가능하고 또한 빔측정수단은 정지되는 것이 특징인 장치.
  6. 제5항에 있어서, 플랫폼은 작업재를 지지하기 위한 픽업아암을 포함하고, 또한 플랫폼은 빔경로를 따라 신장될 수 있는 것이 특징인 장치.
  7. 제5항에 있어서, 플랫폼은:
    한 쌍의 평행 레일들과, 그리고
    레일에 이동가능하게 설치되는 테이블을 포함하는 것이 특징인 장치.
  8. 제5항에 있어서, 플랫폼은:
    지지축과, 그리고
    축에 이동가능하게 설치되는 휠을 포함하는 것이 특징인 장치.
  9. 제5항에 있어서, 플랫폼은:
    한 쌍의 평행 롤러들과, 그리고
    롤러들에 이동가능하게 설치되는 무한벨트를 포함하는 것이 특징인 장치.
  10. 제5항에 있어서, 플랫폼은 이온빔을 통해 작업재를 가변속도로 이동시키기 위한 모터를 더 포함하는 것이 특징인 장치.
  11. 제10항에 있어서, 빔측정수단과 모터와 연결된 모터제어기를 더 포함하고, 모터제어기는 측정된 이온빔의 변수들에 따라 모터에 대한 제어신호를 발생시키는 것이 특징인 장치.
  12. 제1항에 있어서, 빔측정수단은 이온빔내 중성원자들을 측정하기 위해 빔경로에 위치된 중성빔 검출기를 포함하는 것이 특징인 장치.
  13. 제1항에 있어서, 빔측정수단은 이온빔내 입자들의 질량을 측정하기 위하여 빔경로내에 위치된 질량분석기를 포함하는 것이 특징인 장치.
  14. 제1항에 있어서, 빔측정수단은 전류밀도를 측정하기 위해 빔경로에 위치된 패러데이 검출기를 포함하는 것이 특징인 장치.
  15. 제14항에 있어서, 패러데이 검출기는 작업재의 모서리를 지나 영구히 위치되는 것이 특징인 장치.
  16. 제14항에 있어서, 패러데이 검출기는 열의 길이를 따라 전류밀도의 변화를 측정하기 위해 열을 형성하는 다수의 패러데이 컵들인 것이 특징인 장치.
  17. 제1항에 있어서, 빔측정수단은 이온빔의 제1부분의 변수들을 측정하기 위해 빔경로에 위치된 검출기를 포함하고, 검출기는 중성빔 검출기, 질량분석기 및 패레데이 검출기로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것이 특징인 장치.
  18. 제17항에 있어서, 검출기가 이온빔의 제1 및 제2부분을 통해 이동하도록 검출기를 착설하는 가동 지지어셈블리를 더 포함하는 것이 특징인 장치.
  19. 제17항에 있어서, 검출기는 열의 길이를 따라 이온빔의 전류밀도의 변화를 측정하기 위해 열을 형성하는 다수의 패러데이 검출기인 것이 특징인 장치.
  20. 제1항에 있어서, 측정된 변수들에 응해 제어신호들을 발생시키기 위해 빔측정수단과 연결된 변수제어기를 더 포함하는 것이 특징인 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 변수제어기는 이온소오스와 연결되고 그리고 제어신호 들은 이온소오스에 대한 활성전력을 변화시키기 위한 전력신호를 포함하는 것이 특징인 장치.
  22. 제20항에 있어서, 변수제어기는 이온소오스와 연결되고 그리고 제어신호 들은 이온소오스로 이온화가능한 재료의 흐름을 변경시키기 위한 흐름신호를 포함하는 것이 특징인 장치.
  23. 제20항에 있어서, 변수제어기는 전극어셈블리와 연결되고 그리고 제어신호 들은 전극어셈블리에 인가되는 전압을 변경시키기 위한 전극신호를 포함하는 것이 특징인 장치.
  24. 작업재에 이온들을 보냄으로써 작업재를 처리하기 위한 장치에 있어서,
    리본빔의 형태로 이온스트림을 생성하기 위한 이온소오스와,
    작업재를 향해 리본빔을 보내기 위한 전극어셈블리와,
    리본빔의 제1부분은 작업재를 처리하고 그리고 리본빔의 제2부분은 작업재의 모서리를 지나 연장하도록 지향되는, 작업재를 착설하는 플랫폼과,
    리본빔을 통해 작업재를 이동시키기 위해 플랫폼과 연결된 모터와,
    작업재의 처리와 동시에 리본빔의 제2부분의 변수들을 측정하기에 적합한 빔측정수단과, 그리고
    빔측정수단과 모터와 연결되고, 또한 측정된 리본빔의 변수들에 따라 모터에 대한 제어신호를 발생시키는 모터제어기를 포함하는 것이 특징인 작업재를 처리하기 위한 장치.
  25. 직진 이온빔으로 작업재를 처리하기 위한 방법에 있어서,
    빔경로를 따라 연장하는 이온빔을 생성시키는 단계와,
    이온빔의 제1부분은 작업재를 처리하고 그리고 이온빔의 제2부분은 작업재의 모서리를 지나 연장하도록 작업재를 향해 이온빔을 직진시키는 단계와,
    작업재의 처리와 동시에 이온빔의 제2부분의 변수들을 측정하는 단계와, 그리고
    측정된 변수들을 기초로 작업재의 처리를 조절하는 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.
  26. 제25항에 있어서, 생성단계는 높은 형상비를 가지고 또한 신장부의 축을 따라 연장하는 리본빔의 형태로 이온스트림을 발생시키는 것이 특징인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 측정단계는 리본빔의 전체 폭을 가로지르는 스트립을 따라 전체 전류밀도를 측정하는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  28. 제26항에 있어서, 측정단계는 신장부의 축을 가로지르는 경로를 따라 전류밀도의 개별적인 측정치를 구하는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  29. 제25항에 있어서, 측정단계는 이온빔의 제1 및 제2부분중 적어도 하나에서 중성원자들을 측정하는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  30. 제25항에 있어서, 측정단계는 이온빔의 제1 및 제2부분들중 적어도 하나에서 입자들의 질량을 측정하는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  31. 제25항에 있어서, 측정단계는 이온빔의 제1 및 제2부분들중 적어도 하나에서 전류밀도를 측정하는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  32. 제25항에 있어서, 작업재를 향해 이온빔을 직진시키는 단계 이전에 이온빔의 제1부분의 변수들을 측정하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 방법.
  33. 제25항에 있어서, 조절단계는 측정된 변수들을 기초로 한 속도에서 빔경로를 통해 작업재를 이동시키는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  34. 제33항에 있어서, 조절단계는 작업재의 처리 동안 작업재를 이동시키는 속도를 변경시키는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  35. 제25항에 있어서, 조절단계는 측정된 변수들을 기초로 이온소오스에 대한 여기전력을 변경시키는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  36. 제25항에 있어서, 조절단계는 측정된 변수들을 기초로 이온소오스에 대한 이온화가능한 재료의 흐름을 변경시키는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
  37. 제25항에 있어서, 조절단계는 측정된 변수들을 기초로 전극어셈블리에 인가된 전압을 변경시키는 것을 포함하는 것이 특징인 방법.
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3082662B2 (ja) * 1996-03-28 2000-08-28 日本電気株式会社 荷電ビーム露光装置および露光方法
US6610150B1 (en) * 1999-04-02 2003-08-26 Asml Us, Inc. Semiconductor wafer processing system with vertically-stacked process chambers and single-axis dual-wafer transfer system
US6791094B1 (en) * 1999-06-24 2004-09-14 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and apparatus for determining beam parallelism and direction
US6452196B1 (en) 1999-12-20 2002-09-17 Axcelis Technologies, Inc. Power supply hardening for ion beam systems
US7276847B2 (en) 2000-05-17 2007-10-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Cathode assembly for indirectly heated cathode ion source
US6777686B2 (en) * 2000-05-17 2004-08-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Control system for indirectly heated cathode ion source
US6541781B1 (en) * 2000-07-25 2003-04-01 Axcelis Technologies, Inc. Waveguide for microwave excitation of plasma in an ion beam guide
US6703628B2 (en) 2000-07-25 2004-03-09 Axceliss Technologies, Inc Method and system for ion beam containment in an ion beam guide
WO2002043803A1 (en) * 2000-11-30 2002-06-06 Semequip, Inc. Ion implantation system and control method
US7064491B2 (en) 2000-11-30 2006-06-20 Semequip, Inc. Ion implantation system and control method
JP3692999B2 (ja) * 2001-10-26 2005-09-07 日新イオン機器株式会社 イオン注入方法およびその装置
US6797967B1 (en) * 2002-02-25 2004-09-28 Advanced Micro Devices, Inc. Method and system for dose control during an ion implantation process
DE10210270A1 (de) * 2002-03-08 2003-10-02 Infineon Technologies Ag Ionen-Implantierungsvorrichtung
US7138768B2 (en) 2002-05-23 2006-11-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Indirectly heated cathode ion source
US20040227106A1 (en) * 2003-05-13 2004-11-18 Halling Alfred M. System and methods for ion beam containment using localized electrostatic fields in an ion beam passageway
US7160742B2 (en) * 2003-07-21 2007-01-09 Qc Solutions, Inc. Methods for integrated implant monitoring
US6891174B2 (en) * 2003-07-31 2005-05-10 Axcelis Technologies, Inc. Method and system for ion beam containment using photoelectrons in an ion beam guide
US20050112853A1 (en) * 2003-11-26 2005-05-26 Raymond Kuzbyt System and method for non-destructive implantation characterization of quiescent material
FR2879625B1 (fr) * 2004-02-04 2007-04-27 Guernalec Frederic Dispositif de nitruration par implantation ionique d'une piece en alliage d'aluminium et procede mettant en oeuvre un tel dispositif
US7250617B2 (en) * 2004-02-12 2007-07-31 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam neutral detection
US20060022147A1 (en) * 2004-08-02 2006-02-02 Nanya Technology Corporation Method and device of monitoring and controlling ion beam energy distribution
US7442944B2 (en) 2004-10-07 2008-10-28 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam implant current, spot width and position tuning
US7109499B2 (en) * 2004-11-05 2006-09-19 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and methods for two-dimensional ion beam profiling
US7078707B1 (en) * 2005-01-04 2006-07-18 Axcelis Technologies, Inc. Ion beam scanning control methods and systems for ion implantation uniformity
US7598505B2 (en) * 2005-03-08 2009-10-06 Axcelis Technologies, Inc. Multichannel ion gun
JP2007123056A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd イオン注入装置とそのイオン注入制御方法
JP4822055B2 (ja) * 2006-03-30 2011-11-24 株式会社Ｉｈｉ イオン注入装置用の質量分析器
WO2008021501A2 (en) * 2006-08-18 2008-02-21 Piero Sferlazzo Apparatus and method for ultra-shallow implantation in a semiconductor device
US7479644B2 (en) * 2006-10-30 2009-01-20 Applied Materials, Inc. Ion beam diagnostics
EP2026373B1 (de) * 2007-08-07 2010-02-17 Micronas GmbH Positioniereinrichtung zum Positionieren einer Blende in einem lonenstrahl
US8329260B2 (en) * 2008-03-11 2012-12-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Cooled cleaving implant
US7687786B2 (en) * 2008-05-16 2010-03-30 Twin Creeks Technologies, Inc. Ion implanter for noncircular wafers
US8227763B2 (en) * 2009-03-25 2012-07-24 Twin Creeks Technologies, Inc. Isolation circuit for transmitting AC power to a high-voltage region
US7750323B1 (en) * 2009-05-13 2010-07-06 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Ion implanter and method for implanting a wafer
US8049192B2 (en) * 2009-12-24 2011-11-01 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and system for controlling ion ribbon beam uniformity in an ion implanter
EP2771907B1 (en) * 2011-10-26 2016-08-31 Exogenesis Corporation Diagnostic method and apparatus for characterization of a neutral beam and for process control therewith
JP5808706B2 (ja) * 2012-03-29 2015-11-10 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置及びその制御方法
US9490185B2 (en) * 2012-08-31 2016-11-08 Axcelis Technologies, Inc. Implant-induced damage control in ion implantation
US20160111254A1 (en) * 2014-10-16 2016-04-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Workpiece Processing Method And Apparatus
US9738968B2 (en) * 2015-04-23 2017-08-22 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and method for controlling implant process

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3778626A (en) * 1972-07-28 1973-12-11 Western Electric Co Mechanical scan system for ion implantation
US3954191A (en) * 1974-11-18 1976-05-04 Extrion Corporation Isolation lock for workpieces
US4229655A (en) * 1979-05-23 1980-10-21 Nova Associates, Inc. Vacuum chamber for treating workpieces with beams
US4228358A (en) * 1979-05-23 1980-10-14 Nova Associates, Inc. Wafer loading apparatus for beam treatment
US4234797A (en) * 1979-05-23 1980-11-18 Nova Associates, Inc. Treating workpieces with beams
US4258266A (en) * 1979-07-30 1981-03-24 Hughes Aircraft Company Ion implantation system
US4346301A (en) * 1979-07-30 1982-08-24 Hughes Aircraft Company Ion implantation system
JPS56126918A (en) * 1980-03-11 1981-10-05 Hitachi Ltd Injecting device for ion
US4433951A (en) * 1981-02-13 1984-02-28 Lam Research Corporation Modular loadlock
US4550239A (en) * 1981-10-05 1985-10-29 Tokyo Denshi Kagaku Kabushiki Kaisha Automatic plasma processing device and heat treatment device
US4514637A (en) * 1983-02-24 1985-04-30 Eaton Corporation Atomic mass measurement system
US4517465A (en) * 1983-03-29 1985-05-14 Veeco/Ai, Inc. Ion implantation control system
US4568234A (en) * 1983-05-23 1986-02-04 Asq Boats, Inc. Wafer transfer apparatus
US4553069A (en) * 1984-01-05 1985-11-12 General Ionex Corporation Wafer holding apparatus for ion implantation
US4539217A (en) * 1984-06-27 1985-09-03 Eaton Corporation Dose control method
US4587433A (en) * 1984-06-27 1986-05-06 Eaton Corporation Dose control apparatus
US4980562A (en) * 1986-04-09 1990-12-25 Varian Associates, Inc. Method and apparatus for high efficiency scanning in an ion implanter
US4705951A (en) * 1986-04-17 1987-11-10 Varian Associates, Inc. Wafer processing system
US4917556A (en) * 1986-04-28 1990-04-17 Varian Associates, Inc. Modular wafer transport and processing system
US4836733A (en) * 1986-04-28 1989-06-06 Varian Associates, Inc. Wafer transfer system
US4745287A (en) * 1986-10-23 1988-05-17 Ionex/Hei Ion implantation with variable implant angle
US4911103A (en) * 1987-07-17 1990-03-27 Texas Instruments Incorporated Processing apparatus and method
US4899059A (en) * 1988-05-18 1990-02-06 Varian Associates, Inc. Disk scanning apparatus for batch ion implanters
JPH077658B2 (ja) * 1989-05-15 1995-01-30 日新電機株式会社 イオン注入装置
US5026997A (en) * 1989-11-13 1991-06-25 Eaton Corporation Elliptical ion beam distribution method and apparatus
JP2799090B2 (ja) * 1991-09-09 1998-09-17 シャープ株式会社 イオン注入装置
JP3125384B2 (ja) * 1991-11-14 2001-01-15 日本電気株式会社 イオン注入装置
JP2751975B2 (ja) * 1991-12-20 1998-05-18 株式会社日立製作所 半導体処理装置のロードロック室
US5229615A (en) * 1992-03-05 1993-07-20 Eaton Corporation End station for a parallel beam ion implanter
US5404894A (en) * 1992-05-20 1995-04-11 Tokyo Electron Kabushiki Kaisha Conveyor apparatus
US5319212A (en) * 1992-10-07 1994-06-07 Genus, Inc. Method of monitoring ion beam current in ion implantation apparatus for use in manufacturing semiconductors
US5308989A (en) * 1992-12-22 1994-05-03 Eaton Corporation Fluid flow control method and apparatus for an ion implanter
US5486702A (en) * 1993-09-21 1996-01-23 Genus, Inc. Scan technique to reduce transient wafer temperatures during ion implantation
US5554853A (en) * 1995-03-10 1996-09-10 Krytek Corporation Producing ion beams suitable for ion implantation and improved ion implantation apparatus and techniques

Also Published As

Publication number Publication date
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WO1997032335A3 (en) 1997-11-13
EP0932911A2 (en) 1999-08-04
US5811823A (en) 1998-09-22
AU1960197A (en) 1997-09-16
WO1997032335A2 (en) 1997-09-04
JP4013081B2 (ja) 2007-11-28

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