KR20020084692A - 패러데이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 패러데이 장치는 개구부를 가지고 있어, 이 개구부를 통과하는 이온빔의 영역을 결정하는 마스크와; 이 마스크를 통과한 이온빔을 받는 패러데이 컵과; 이 패러데이 컵과 상기 마스크 사이에 설치되어 부전압이 인가되는 억제전극과; 이 억제전극과 상기 마스크 사이에 설치되어 정전압이 안가되는 정바이어스전극과; 상기 마스크의 개구를 횡단하는 방향의 자계를 해당 개구부 부근에 발생시키는 자석을: 구비한다.

Description

패러데이 장치{FARADAY DEVICE}

본 발명은 이온주입장치, 이온도핑장치(비질량분리형 이온주입장치), 이온빔 조사장치 등에 있어서, 이온빔의 빔전류를 계측하는 것에 이용되는 패러데이 장치(Faraday Device)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 빔 플라즈마 등의 플라즈마 속의 이온이 패러데이 컵(Faraday Cup)에 입사하여 빔전류계측에 오차가 발생하는 것을 억제하는 수단에 관한 것이다. 본 명세서에서 "이온"은 "정이온"을 의미한다.

이러한 종류의 패러데이 장치의 종래예를 도 5에 도시한다. 이 페러데이 장치는 개구부(6)를 가지고 통과하는 이온빔(2)의 영역(형상)을 결정하는 마스크(4)와, 이 마스크(4)의 개구부(6)를 통과한 이온빔(2)을 받아 그 빔전류를 계측하기 위한 패러데이 컵(12)의 근방에 설치한 억제전극(10)과의 사이에 설치된 정 바이어스 전극을 구비하고 있다.

마스크(4)는 통상 그라운드(접지전위부)에 접지되어 있다. 정 바이어스전극(8)에는 정바이어스전원(16)으로부터 그라운드에 대하여 정전압이 인가되어 있다. 억제전극(10)에는 억제전원(18)으로부터 그라운드에 대하여 부전압이 인가된다. 패러데이 컵(12)으로 흐르는 빔전류는 예를들면 그것에 접속된 전류계측기(14)에 의해 계측된다.

부전압이 인가되는 억제전극(10)은 상류측으로부터의, 즉 이온빔(2)의 빔 라인으로부터의 전자가 패러데이 컵(12)으로 진입하는 것을 방지하는 동시에, 이온빔(2)이 패레데이 컵(12)으로 입사하는 것에 의해 패러데이 컵(12)으로부터 방출되는 2차전자를 패러데이 컵(12)으로 복귀시키는 작용을 한다. 이것에 의해 이와같은 전자에 의해 본래의 빔전류계측으로 오차가 발생하는 것을 방지한다.

정전압이 인가되는 정바이어스 전극(8)은 이온빔(2)의 빔 라인에 저 에너지 이온이 무시할 수 없을 정도로 존재하는 경우에 설치된다. 그 정전압에 의해 저 에너지 이온을 상류측으로 복귀시키는 작용을 한다. 이것에 의해 이와같은 저 에너지 이온으로 본래의 빔전류계측으로 오차가 발생하는 것을 방지하게 된다.

이온빔(2)의 둘레에는 통상, 이온빔(2)과 잔류가스와의 충돌 등에 의해 전자나 이온이 생성되어, 플라즈마(20a)가 존재한다. 이것은 빔 플라즈마라고 칭한다.

이러한 빔 플라즈마(20a)는 이온 빔(2)의 빔 라인의 진공도가 낮아(즉 가스압이 높아) 농도가 높아진다. 예를들면 빔 라인의 진공도는 통상의 이온주입장치에서는 10-4Pa 정도이지만, 이온 소스로부터 인출된 이온 빔을 그대로(즉 질량분리기를 통하는 것 없이) 기판에 조사하는 이온 도핑 장치에서는 이온소스로부터의 가스유출의 영향을 받는 것이 쉬우므로 10^-2Pa 정도이다. 따라서 후자 쪽이 빔 플라즈마(20a)의 농도가 높다.

또, 마스크(4)의 표면 개구부(6) 부근에도 이온빔(2)이 마스크(4)에 충돌함으로써 방출되는 2차전자나 이온 등에 의해 플라즈마(20b)가 발생한다. 이 플라즈마(20b)도 매우 농도가 높은 플라즈마이다.

따라서, 상기와 같은 정 바이어스 전극(8)을 설치하여도 상기 빔 플라즈마(20a) 및 플라즈마(20b)로 구성되는 플라즈마(20)가 농도가 높으면 도 5에 나타낸 바와같이, 당해 플라즈마(20)가 정 바이어스 전극(8) 까지 진입할 수 있다. 그러면 이 플라즈마(20)에 억제전극(10)의 부전압 영향이 미치게 되며, 플라즈마(20) 속의 이온(22)(도 5는 다수의 이온(22) 중 1개를 예시한 것임)이 억제전극(10)의 부전압에 의해 플라즈마(20)로부터 패러데이 컵(12)으로 향하여 인출되고, 패러데이 컵(12)에 입사하게 된다.

그 결과, 본래 계측할 수 있는 이온 빔(2)의 빔 전류 외에 상기와 같은 플라즈마(20) 속의 이온(22)을 부분적으로 패러데이 컵(12)에서 계측하게 되어 빔전류계측에 오차가 발생한다.

여기서 본 발명은 상기와 같은 빔 플라즈마 및 마스크 표면 부근에 발생하는 플라즈마 속의 이온이 패러데이 컵으로 입사하는 것을 억제하여 빔 전류계측의 오차를 줄이는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 관한 패러데이 장치의 일예를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 관한 패러데이 장치의 일예를 나타내는 평면도.

도 3은 자석 배치의 다른 예를 나타낸내는 단면도.

도 4는 도 1의 자석 둘레의 확대단면도.

도 5는 종래의 패러데이 장치의 일예를 나타내는 단면도.

이러한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 패러데이 장치는 상기 마스크의 개구부를 횡단하는 방향의 자계를 해당 개구부 부근에 발생시키는 자석을 설치한 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 빔 플라즈마 및 이온 빔 충돌에 의해 마스크표면 부근에 발생하는 플라즈마는 플라즈마의 개구부 부근에 발생시키는 자계로 트랩(포착)되므로 정 바이어스 전극 까지 진입하는 것을 억제할 수 있다.

그 결과 상기 플라즈마 속의 이온이 억제전극의 부전압에 의해 인출되어 패러데이 컵으로 입사하는 것을 억제할 수 있으므로 빔전류계측의 오차를 작게할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 페러데이 장치의 일예를 나타내는 단면도이다. 평면도는 예를들면 도 2를 참조한다. 도 5에 나타낸 종래예와 동일 또는 그에 상당하는 부분에는 동일부호를 병기하고 이하에서는 상기 종래예와 다른 점을 위주로 설명한다.

이 패러데이 장치에 있어서는 상기 마스크(4)의 개구부(6)를 사이에 끼우고상호 극성배치를 역으로한 2개 1조의 자석(30)을 마스크(4) 내에 매입하고 있다. 이 자석(30)에 의해 마스크(4)의 개구부(6) 부근에 해당 개구부(6)를 횡단하는 방향의 자계를 발생시킨다. 이 자계의 모양을 자력선(32)으로 표시한다.

자석(30)을 마스크(4) 내에 매입하는 것은 필수적인 것은 아니지만 본 예와같이 매입하는 것이 바람직하며, 그와 같이 하면 자석(30)에 이온빔(2)이나 플라즈마(20)가 충돌하여 스패터가 행해지는 것 등을 방지할 수 있다.

각 자석(30)은 전자석도 사용가능하지만 영구자석 쪽이 간편하여 더 바람직하며 본 예에서는 영구자석을 이용하고 있다.

각 자석(30)은 본 예에서는 도 4에 도시한 바와같이, 2개의 자극(N, S)이 상하로(즉 이온빔(2)의 진행방향을 따르는 방향으로) 위치하도록 배치되어 있다. 그 이유는 후술한다. 단, 자력선(32)의 방향이 도시예와는 반대가 되도록 되어도 좋다(다른 예에 있어서도 마찬가지임).

자석(30)에 의해 발생되는 자계가 교란되지 않도록 하기위해 자석(30) 근방의 부재는 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 본 예에서는 일예로서 마스크(4), 정바이어스 전극(8), 억제전극(10) 및 패러데이 컵(12)을 비자성체로 형성하고 있다. 억제전극(10) 및 패러데이 컵(12) 등은 마스크(4)로부터의 거리가 큰 경우는 비자성체로 형성하지 않아도 좋은 경우도 있다. 비자성체는 예를들면 알루미늄, 비자성 스텐레스강, 몰리브덴 등이다.

이 패레데이 장치에 있어서는 상기 빔 플라즈마(20a) 및 이온빔 충돌에 의해 마스크(4)의 표면 부근에 발생하는 상기 플라즈마(20b)는 즉, 이들로 구성되는 플라즈마(20)는 마스크(4)의 개구부(6) 부근에 발생되는 상기 자계로 트랩(trap)이 된다. 보다 구체적으로는 당해 플라즈마(20)를 구성하는 전자 및 이온은 자력선(32)에 감겨지도록 라모아 운동(Karmor motion)을 하기 때문에 특히 전자는 작은 선회반경으로 감기게 되어 자력선(32)을 횡단하여 이동하게 된다. 전자가 트랩되면 이온도 이 전자에 전기적으로 흡인되므로 자력선(32)을 횡단하여 이동하게 된다. 이와 같은 작용에 의해 플라즈마(20)는 상기 자계에 트랩되고, 정 바이어스 전극(8) 까지 진입할 수 있게 된다. 플라즈마(20)가 높은 농도인 경우는 그것에 응하여 상기 자계를 강하게 하면 된다.

또, 정확하게 말하면, 개구부(6) 부근의 플라즈마(20) 속의 전자에는 정 바이어스 전극(8)의 정전압에 의해 정바이어스 전극(8) 측으로 인력이 작용하여도 전자는 선회반경이 작아져 자력선(32)에 감기는 작용이 강해지므로 상기 자계를 어느 정도 강하게 함으로써 해당 전자가 정 바이어스 전극(8)으로 인입되는 것을 억제할 수 있다.

상기와 같이 하여 플라즈마(20)가 정 바이어스전극(8) 까지 진입하는 것을 방지하면, 당해 플라즈마(20)에 대하여는 정바이어스 전극(8)의 정전압이 플라즈마(20) 속의 이온을 정 바이어스 전극(8) 보다도 상류측으로 복귀시키는 작용을 하므로 플라즈마(20) 속의 이온이 억제전극(10)의 부전압에 의해 인출되어 패러데이 컵(12)으로 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이온빔(2)의 빔 전류계측의 오차를 작게할 수 있다. 즉, 상기 정바이어스 전극(8)과 상기 자계와 함께 협동하여 이온빔(2)의 빔 전류계측 오차를 작게할 수 있다.

상기와 같은 효과는 이 패러데이 장치를 이온도핑장치 등과 같이 이온빔(2)의 빔 라인의 진공도가 낮아져 농도가 높은 빔 플라즈마(20a)가 발생하기 쉬운 상황에서 사용하는 경우에 보다 현저하게 된다.

또, 상기와 같은 패러데이 장치는 1개씩 설치하여도 좋지만 예를들면 도 2에 도시한 예와같이 복수개를 설치하여도(예를들면 병설하여도) 좋다. 도 2의 예에서는 1장의 마스크(4)에 복수의 슬릿 형의 개구부(6)를 상호 병설하여 설치하고 있으며, 이 각 개구부(6)를 협지하도록 상기 자석(30)을 배치하고(매입하고) 있다. 32는 상기 자력선이다. 각 개구부(6)의 후방에는 상기 패러데이 컵(12)을 각각 배치하고 있다(단 도 2에서는 1개만을 나타낸다). 상기 정바이어스전극(8) 및 억제전극(10)은 본 예에서는 각각 각 패러데이 컵(12)에 공통 판상의 것으로 하고 있다.

상기 자석(30)은 예를들면 도 3에 나타낸 예와같이, 2개의 자석(N, S)가 좌우로 (즉 이온빔(2)의 진행방향으로 교차하는 방향으로)위치하도록 배치되여도 좋다. 그러나 이 배치보다도 도 1에 나타낸 상하의 배치 쪽이 자력선(32)이 마스크(4)의 상류측으로 확대되는 정도가 크므로 플라즈마(20)를 마스크(4)로부터 보다 상류측으로 떨어진 장소에서 트랩할 수 있다. 이러한 배열이 플라즈마(20)가 정바이어스전극(8)으로 이동하는 것을 더욱 어렵게 하므로 바람직하다.

이상과 같은 구성을 통해 본 발명은 다음과 같은 작용효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 빔 플라즈마 및 이온 빔 충돌에 의해 마스크표면 부근에 발생하는 플라즈마는 플라즈마의 개구부 부근에 발생되는 상기 자계에 의해 트랩되어 정 바이어스 전극 까지 진입할 수 없게 되므로 해당 플라즈마 속의 이온이 억제전극의 부전압에 의해 인출되어 패러데이 컵으로 입사하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 빔전류계측의 오차를 작게할 수 있다.

Claims (7)

1. 개구부를 가지고 있어, 이 개구부를 통과하는 이온빔의 영역을 결정하는 마스크와;

   이 마스크를 통과한 이온빔을 받는 패러데이 컵과;

   이 패러데이 컵과 상기 마스크 사이에 설치되어 부전압이 인가되는 억제전극과;

   이 억제전극과 상기 마스크 사이에 설치되어 정전압이 안가되는 정바이어스전극과;

   상기 마스크의 개구를 횡단하는 방향의 자계를 해당 개구부 부근에 발생시키는 자석을:

   구비하는 것을 특징으로 하는 패러데이 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자석은 상기 마스크에 매입되는 동시에 상기 개구부를 횡단하여 배치되는 것을 특징으로 하는 패러데이 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 자석은 전자석인 것을 특징으로 하는 패러데이 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 자석은 영구자석인 것을 특징으로 하는 패러데이 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 각 자석의 양쪽 자극은 이온빔이 통과하는 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 패러데이 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 각 자석의 양쪽 자극은 이온빔이 통과하는 방향에 대해 수직방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 패러데이 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 개구는 슬릿형상인 것을 특징으로 하는 패러데이 장치.