KR20030084901A - 낮은 비임 발산성을 가진 저에너지 비임의 추출 및 감속 - Google Patents

낮은 비임 발산성을 가진 저에너지 비임의 추출 및 감속 Download PDF

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케이2 켈러 컨설팅, 엘엘씨.
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Abstract

이온 광학 방법 및 장치가 저에너지 이온 비임을 생성하기 위해 제공된다. 장치는 이온 비임을 가속시키기 위한 가속 전극, 비임 플라즈마 내의 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하기 위한 가속 전극 하류측의 감속 전극을 포함한다. 감속 전극은 열 이온이 가속 전극에 도달하는 것을 방지하기 위해 비임 플라즈마 내의 열 이온에 전위 차단을 제공하도록 선택된 전압에서 바이어스된다. 이온 광학 요소는 전자 반발 전극 또는 자기 요소로서 실시될 수도 있다. 가속 전극, 감속 전극 또는 양자는 개별적으로 제어 가능한 전극 세그먼트를 형성하도록 이온 비임에 측 방향으로 분할될 수도 있다. 이온 광학 장치는 이온원 추출 시스템 또는 감속 렌즈 시스템으로서 실시될 수도 있다.

Description

낮은 비임 발산성을 가진 저에너지 비임의 추출 및 감속 {EXTRACTION AND DECELERATION OF LOW ENERGY BEAM WITH LOW BEAM DIVERGENCE}
다수의 시스템이 작업편의 이온 비임 처리용으로 알려져 있다. 이들 중에서, 이온 주입은 전도성을 개선시키는 불순물을 반도체 웨이퍼에 주입시키기 위한 대표 기술이 되었다. 원하는 불순물의 재료는 이온원 내에서 이온화되고, 이온은 소정 에너지의 이온 비임을 형성하도록 가속되고 이온 비임은 웨이퍼의 표면을 향하게 된다. 비임 내의 활성 이온은 원하는 전도성의 영역을 형성하도록 반도체 재료의 벌크 내부로 침투하여 반도체 재료의 결정 격자 내부에 넣어진다.
이온 주입 시스템은 가스 또는 고체 재료를 잘 형성된 이온 비임으로 전환시키기 위한 이온원을 포함한다. 이온 비임은 원하지 않는 이온 종류를 제거하도록 질량 분석되고 원하는 에너지로 가속 및/또는 감속되어 목표 평면을 향해 방향을 취하게 된다. 비임은 비임 스캐닝, 목표물 이동 또는 비임 스캐닝 및 목표물 이동의 조합에 의해 목표물 영역에 걸쳐 분산된다.
반도체 산업분야에서 널리 알려진 경향은 소형의 고속 장치를 추구한다. 특히, 반도체 장치에 있어 형상의 측 방향 면적 및 깊이는 모두 감소하고 있다. 기술 분야에서 반도체 장치의 현상태는 1000 옹스트롬(Angstroms) 미만의 접합 깊이를 요구하고 어떤 경우에는 200 옹스트롬 미만 정도의 접합 깊이를 요구할 수도 있다.
도펀트 재료의 주입 깊이는 적어도 부분적으로는 반도체 웨이퍼 내부로 주입되는 이온의 에너지에 의해 결정된다. 얕은 접합은 낮은 주입 에너지에 의해 얻어진다. 그러나, 이온 주입은 대게 비교적 높은 주입 온도, 예를 들면, 20 keV 내지 400 keV 범위에서의 효율적인 작동을 위해 설계되고, 얕은 접합 주입용으로 요구되는 에너지에서는 효율적으로 기능하지 않을 수도 있다. 2 keV 이하의 에너지와 같은 낮은 주입 에너지에 있어서, 이온 비임은 주입기를 통해 이송됨에 따라 팽창하고, 웨이퍼로 전달되는 비임 전류는 원하는 것보다 훨씬 낮다. 그 결과로서, 극도로 긴 주입 시간이 특정 선량(dose)을 이루는데 요구되어 지고, 처리량은 악영향을 받게 된다. 처리량에 있어서의 이러한 감소는 제조 비용을 증가시키고 반도체 장치 제조에 있어 바람직하지 못하다.
이온 주입기에 있어서, 이온 비임은 이온원으로부터 추출되고 원하는 에너지로 가속 및/또는 감속되어 웨이퍼로 이송된다. 이온원으로부터 낮은 최종 에너지를 가진 이온 비임을 추출함에 있어서, 더 큰 가속 및 감속 전압이 사용되는 경우 더 큰 이온 전류가 추출될 수 있다고 알려져 있다. 이는 비임의 실제 이미지 크기를 증가시키고 비임 발산성을 감소시킨다. 최종 에너지의 감속은 비임 라인을 따른 몇몇 위치 중 한 곳에서 발생할 수도 있다. 그 위치는 이온 비임 팽창 및 에너지 훼손을 제한하도록 선택된다.
이온원용 전극 시스템에 있어서, 이또 히로유끼의 논문의 도5 내지 도9 및 브라이언 네일(Briyan Neil)의 IEEE(1997)지의 "자기장, 전기장 및 이온 광학의 측면에서의 저에너지 비임 추출" 페이지 383 내지 386에 도시된 바와 같이 최종 전극은 가속 전극에 비교하여 더 큰 것이 바람직하다. 그러나, 실험 데이터는 감속 또는 최종 전극부의 구멍은 가속 전극 구멍보다 더 큰 경우에 가속 전극 전류는 더 커지고, 작동은 "전류 순간 이상(glitchy)"을 나타내어, 예를 들면, 추출 및 감속 간극은 아크 현상(arcing)을 나타내기 쉽다. 가속 전극으로의 더 큰 전류는 전극 시스템 이후에 형성되는 비임 플라즈마로부터의 열 이온에 기인한다. 열 이온은 최종 감속 전극에 가까운 축 상의 더 큰 전기장에 의해 비임 플라즈마로부터 당겨진다.
1993년 3월 23일 자로 켈러(Keller) 등에게 허여된 미국 특허 제5,196,706호는 이온 비임 침전 장치용 추출 및 감속 렌즈를 개시한다. 1999년 8월 3일자로 잉글랜드(England) 등에게 허여된 미국 특허 제5,932,882호 및 1999년 10월 19일자로 잉글랜드 등에게 허여된 미국 특허 제5,969,366호는 포스트 매스(post mass) 선택 감속을 갖춘 이온 주입기를 개시한다. 1998년 5월 5일 자로 해리슨(Harrison) 등에에 허여된 미국 특허 제5,747,936호는 개선된 포스트 매스 선택 감속을 갖춘 이온 주입 장치를 개시한다.
저에너지 이온 비임을 생성하기 위한 모든 종래 기술의 시스템은 높은 전극 전류, 전류 순간 이상 작동 및 높은 빔 발산성을 포함하는 하나 이상의 단점을 가진다. 따라서, 저에너지 이온 비임을 제조하기 위한 개선된 방법 및 장치에 대한 수요가 존재한다.
본 발명은 이온 주입기와 같은 이온 비임 시스템에 관한 것이며, 더 구체적으로는 저에너지 이온 비임의 추출 및 감속을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도1a는 종래 기술의 이온원 추출 시스템의 개략도이다.
도1b는 다른 종래 기술의 이온원 추출 시스템의 개략도이다.
도2는 본 발명에 따른 이온원 추출 시스템의 제1 실시예의 개략도이다.
도3은 본 발명에 따른 이온원 추출 시스템의 제2 실시예의 개략도이다.
도4a는 본 발명에 따른 추출 시스템의 실시예에 대한 비임 궤도 및 등전위 선을 도시한 시뮬레이션 선도이다.
도4b는 도4a에 도시된 추출 시스템에 대한 위상 선도이다.
도4c는 도4a에 도시된 추출 시스템에 대한 전압 선도이다.
도4d는 도4a에 도시된 이온 비임의 에너지 선도이다.
도5a 및 도5b는 종래기술에 따라 재구성된 도4a의 추출 시스템에 대한 동일한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도6a는 본 발명에 따른 감속 렌즈의 실시예에 대한 비임 궤도 및 등전위선 을 도시한 시뮬레이션 선도이다.
도6b는 도6a에 도시된 이온 비임의 위상 선도이다.
도7은 이온 비임을 가로지르는 방향으로 분할된 전극을 도시한다.
일 태양에 있어서, 본 발명은 낮은 발산성의 높은 비임 전류를 가지는 저에너지 이온 비임을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 이온원 추출 시스템 또는 감속 렌즈 시스템으로서 실시될 수도 있다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은 추출 및 감속이 안정적이고 가속 전극으로의 낮은 전류를 가지는 저에너지 이온 비임을 제공한다. 이는 저에너지 비임 플라즈마 내의 이온이 가속 전극에 도달하는 것을 방지하도록 바이어스된 전극을 사용하고 비임 플라즈마 내의 전자가 비임 플라즈마 밖으로 당겨지는 것을 저지하기 위한 이온 광학 요소를 사용함으로써 이루어진다.
일실시예에 있어서, 감속 전극은 저에너지 이온 비임의 비임 플라즈마 전위보다 적어도 약간은 더 양위로 이루어지고, 전자 반발 전극은 비임 플라즈마 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하는데 사용된다. 비임 반발 전극은 비임 축상의 전위가 비임 플라즈마보다 더 음위가 되게 하기에 충분할 정도의 음위이고, 따라서 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지시킨다.
다른 실시예에 있어서, 전자 반발 전극은 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하기 위한 자기장을 생성하는 자기 요소에 의해 대체된다. 또한, 감속 전극에 가까운 축 상에서의 전기장은 감속 전극의 형상에 의해 작아질 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 가속 전극, 감속 전극 또는 양자는 이온 비임의 측방향으로 분할될 수도 있고, 더 균일한 비임 밀도 및 집속이 비임의 폭을 가로질러 얻어질 수 있도록 선택된 전압이 각각의 전극 세그먼트에 가해질 수도 있다.
본 발명의 태양에 따르면, 이온 광학 장치가 저에너지 이온 비임을 생성하기 위해 제공된다. 이온 비임은 최종 이온 비임 에너지에서 비임 플라즈마를 가진다. 장치는 이온 비임을 가속하기 위한 가속 전극, 이온 비임을 감속하기 위한 가속 전극 하류측의 감속 전극 및 비임 플라즈마 내의 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하기 위한 감속 전극 하류측의 이온 광학 요소를 포함한다. 감속 전극은 열 이온이 가속 전극에 도달하는 것을 저지하기 위해 비임 플라즈마 내의 열 이온으로의 전위 차단을 제공하도록 선택된 전압을 가진다. 감속 전극 전압은 감속 전극에 가까운 비임 축상의 전위가 비임 플라즈마의 전위에 대해 적어도 약간은 양위가 되도록 선택되는 것이 바람직하다.
일실시예에 있어서, 이온 광학 요소는 전자 반발 전극에 가까운 비임 축상의 전위가 비임 플라즈마의 전위에 대해 적어도 약간은 음위가 되도록 선택된 전압을 가지는 전자 반발 전극을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 이온 광학 요소는 비임 플라즈마 내의 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하기 위한 자기장을 생성하기 위한 자기 요소를 포함한다.
양호하게는, 감속 전극의 구멍은 낮은 비임 발산을 제공하도록 가속 전극의 구멍보다 더 크다.
다른 특징에 따르면, 가속 전극, 감속 전극 또는 양자는 개별적으로 제어 가능한 전극 세그먼트를 형성하도록 이온 비임에 측방향으로 분할된다. 분할된 전극은 비임 개별 부분의 비임 밀도 및 집속이 전극 세그먼트 상의 전압을 제어함으로써 조정되게 한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 저에너지 이온 비임을 생성하기 위한 방법이 제공된다. 이온 비임은 최종 이온 비임 에너지에서 비임 플라즈마를 가진다. 방법은 가속 전극으로 이온 비임을 가속시키는 단계, 가속 전극 하류측의 감속 전극으로 이온 비임을 감속시키는 단계, 열 이온이 가속 전극에 도달하는 것을 저지하기 위해 비임 플라즈마 내의 열 이온에 전위 차단을 제공하도록 선택된 전압에서 감속 전극을 바이어싱시키는 단계 및 감속 전극 하류측의 이온 광학 요소로서 비임 플라즈마 내의 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 이온 광학 장치는 저에너지 이온 비임을 생성하기 위해 제공된다. 장치는 이온 비임을 가속하기 위한 가속 전극 및 이온 비임을 감속하기 위한 가속 전극 하류측의 감속 전극을 포함한다. 가속 전극, 감속 전극 또는 양자는 개별적으로 제어 가능한 전극 세그먼트를 형성하도록 이온 비임의 측 방향으로 분할된다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위해 본 명세서에서 참조로서 첨가된 첨부도면이 참조되어 진다.
도1a 및 도1b는 종래기술의 추출 시스템의 개략도이다. 도1a의 추출 시스템은 저에너지의 상용 고전류 이온 주입 시스템과 유사하고, 도1b의 추출 시스템은 전술된 이또 히로유끼 등의 논문에 도시된다. 도1a 및 도1b 내의 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 가진다. 이온 비임(18)은 이온원(10)으로부터 추출된다. 각각의 추출 시스템은 제1 전극(11), 가속 전극(12) 및 감속 전극(13)을 포함한다. 또한 플라즈마(20)가 도시되어 있다. 플라즈마는 전자 및 양이온을 포함한다. 또한 최종 이온 비임 플러스 전자 및 열 양이온을 포함하는 최종 비임 플라즈마(21)를 포함한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 저에너지 이온 광학 시스템의 개략도이다. 도1a, 도1b 및 도2에서 유사한 요소는 동일한 도면 부호을 가진다. 시스템은 제1 전극(11), 가속 전극(12), 감속 전극(13), 전자 반발 전극(14) 및 최종 전극(15)을 포함한다. 플라즈마(20)는 이온원(10) 내에 위치한다. 이온 광학 시스템이 감속 렌즈 시스템으로서 실시되는 이하에서 설명될 실시예에 있어서, 플라즈마(20)는 전자, 열 이온 및 이온 비임 이온을 포함하는 비임 플라즈마로서 대체된다. 전자 및 이온의 밀도는 비임 플라즈마(21)가 가깝게 이격되어 중성으로 대전되는 정도이다. 이온 비임 광선(22)은 이온 광학 시스템 내에서의 이온 비임(18)의 일반적인 형상을 보인다.
이러한 실시예에 있어서, 비임 플라즈마(21) 내의 전자는 전자 반발 전극(14)에 가까운 비임 축(19) 상의 전위가 비임 플라즈마(21)의 전위보다 적어도 조금은 더 음위가 되도록 충분히 음위인 전자 반발 전극(14)에 의해 감속 전극(13)에 도달하는 것이 저지된다. 또한, 비임 플라즈마(21) 내의 열 이온은 감속 전극(13)에 가까운 비임 축(19) 상의 전위가 비임 플라즈마(21)의 전위보다 적어도 약간은 더 양위가 되도록 충분히 양위인 감속 전극(13)에 의해 가속 전극(12)에 도달하는 것이 저지된다. 동일하게, 감속 전극(13)은 열 이온의 대부분이 가속 전극(12)에 도달하는 것이 비임 플라즈마(21) 에지에서 야기되는 곡률에 의해 방지시키는 것처럼 보여질 수 있다.
비임 플라즈마(21) 내의 열 이온은 감속 전극(13) 상의 전위에 의해 가속 전극(12)에 도달하는 것이 저지되기 때문에, 감속 전극(13)의 구멍은 가속 전극(12)의 구멍보다 더 클 수도 있다. 따라서, 종래 기술 이온 추출 시스템에서 보다 더 큰 실제 이온 이미지가 형성되고, 그 결과 최종 저에너지 비임의 발산은 감소된다. 동시에, 비임 플라즈마(21)로부터 가속 전극(12)으로의 전류는 크게 감소되어서, 이온 광학 시스템의 아크 현상은 크게 감소된다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 광학 시스템의 개략도이다. 도1a, 도1b, 도2 및 도3에서의 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 가진다. 도3은 비임 플라즈마(21) 내의 전자가 감속 전극(13)에 도달하는 것을 저지하기 위해 전자 반발 전극(14)이 자기 요소(24)로 대체되는 것을 제외하고는 도2와 유사하다. 자기 요소(24)는 이온 비임(18)이 자기장을 통해 통과하도록 이온 비임(18)의 대향 측면 상에 위치한 반대 자기 극성의 자기 자극편(24a, 24b)을 포함할 수도 있다. 자기장은 비임 플라즈마(21) 내의 전자가 감속 전극(13)에 도달하는 것을 저지시킨다.
또한, 감속 전극(13)의 형상은 감속 전극(13)에 가까운 비임 축(19) 상의 전기장을 감소시키도록 선택될 수 있다. 일실시예에 있어서, 감속 전극(13)의 구멍은 가속 전극(12)을 향해 경사지고, 그 축방향 두께는 비임 축(19) 상의 전기장이 감소되도록 선택된다. 특히, 감속 전극(13)은 구멍 크기가 도3에 도시된 바와 같이 하류측 방향으로 감소되도록 형상을 취할 수 있다.
도2 및 도3의 이온 광학 시스템이 이온원(10)으로부터의 이온 비임(18)의 추출과 관련하여 전술되었다. 그러나, 본 발명은 이온원 추출 시스템에 제한되지 않는다. 특히, 전술되고 도2 및 도3에 도시된 것과 유사한 이온 광학 시스템은 비임라인을 따른 임의의 적절한 지점에서 이온 비임 감속 렌즈 시스템으로서 이용될 수도 있다. 감속 렌즈 시스템의 경우에 있어서, 플라즈마(20)는 감속 렌즈의 비임 플라즈마 하류측이다. 감속 렌즈 시스템에 있어서, 유사한 전극 구조 또는 전극/자기 요소 구성이 비임 플라즈마로부터 가속 전극(12)으로의 열 이온 전류가 감소되도록 렌즈 시스템의 상류측 단부에서 이용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 이온 광학 시스템은 이온원 추출 시스템 또는 감속 렌즈 시스템으로서 실시될 수도 있다.
도4a는 7 keV의 높은 전류의 붕소 이온 비임을 생성하기 위한 도2의 실시예의 2차원 시뮬레이션을 도시한다. 이러한 이온 비임은 이온 주입 시스템 내의 질량 분석 자석으로의 주입용으로 사용될 수 있다. 이러한 시뮬레이션은 질량 분석 자석으로의 주입을 위해 요구되는 적은 발산용으로 최적화된다. 시뮬레이션은 이러한 전형적인 고전류 이온원의 1 eV 이온에 기인한 열 발산을 포함한다.
도4a의 상부의 숫자는 이온원 플라즈마(20)에 대해 음위의 전극 전압이다. 도4a의 시뮬레이션에 있어서, 모두 이온원 플라즈마(20)의 전위에 특정화되어 제1 전극(11)은 -59.5 V로 설정되고, 가속 전극(12)은 -30.0 kV로 설정되고, 감속 전극(13)은 -3.4 kV로 설정되고, 전자 반발 전극(14)은 -8.4 kV로 설정되며 최종 전극(15)은 -7.0 kV로 설정된다. 이들 전압들은 대지 전위에 대해 상향 또는 하향으로 조정될 수 있다. 대지 전위(0 kV)의 최종 전극(15)을 가지는 7.0 keV의 이온비임을 생성하도록 선택된 전압이 도4c에 도시된다. 이러한 예에 있어서, 제1 전극(11)은 +7.0 kV로 바이어스되고, 가속 전극(12)은 -23 kV로 바이어스되고, 감속 전극(13)은 +3.6 kV로 바이어스되고, 전자 반발 전극(14)은 -1.4 kV로 바이어스되며, 최종 전극(15)은 대지 전위로 바이어스된다. 대응하는 비임 에너지가 도4d에 도시된다. 도4d에 있어서, 은선은 비임 외측에 대한 거리(그리고 전극 위치) 함수로서의 비임 에너지를 나타내고, 실선은 비임의 중심(또는 축)에 대한 비임 에너지를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이온 비임은 가속 전극(12) 가까이에서 25 keV 정도로 가속되고, 감속 전극(13) 가까이에서 6keV 정도로 감속되고, 전자 반발 전극(14) 가까이에서 8 keV 정도로 가속되며, 최종 전극(15) 가까이에서 7.0 keV 정도로 감속된다.
도4a의 시뮬레이션에 있어서, 감속 전극(13)의 전압 및 크기는 축(19) 상에서 비임 플라즈마(21)에 대해 양위인 전압을 생성하기에는 충분하지 못하다. 이는 비임 플라즈마(21)로부터 추출되는 열 이온의 대부분이 전자 반발 전극으로 이동하도록 메니스커스(meniscus, 25)의 곡률을 바꾸기에는 충분하다. 메니스커스(25)는 이온 비임이 실질적으로 중성이 되는 비임 라인을 따른 지점을 나타낸다. 따라서, 열 이온의 대부분이 가속 전극(12)으로 이동하는 것이 방지된다. 전자 반발 전극(14)은 가속 전극(12)보다 비임 플라즈마(21)에 대해 더 작은 전압(본 실시예에 있어서는 23 kV 대 1.4 kV)을 가지고 따라서 전류 순간 이상(아크 현상)은 방지된다.
도4b는 도4a의 이온 비임의 위상 선도를 나타낸다. 이온 비임은 비임의 대부분이 40 milliradians보다 현저하게 낮은 분산도를 가지므로 40 milliradians의 최대 분산도를 가진다. 도4a의 실시예에 있어서, 대지 전위에 대한 감속 전극(13) 및 전자 반발 전극(14) 상의 전압의 크기는 이온 비임 내의 더 크거나 작은 분산도를 이루기 위해 변화될 수도 있다.
도5a 및 도5b는 도1a 또는 도1b의 종래 기술의 시스템을 효율적으로 재구성한 이온 비임의 전위에서 감속 전극(13) 및 전자 반발 전극(14)을 갖춘 동일한 이온 광학 시스템을 도시한다. 특히, 전극(13, 14, 15)은 동일한 바이어스 전압을 가진다. 이러한 시뮬레이션은 도4a 및 도4b의 시뮬레이션의 2.5배 크기인 100 milliradians의 최대 분산도를 가지는, 도4a 및 도4b의 시뮬레이션로서 얻어지는 것보다 훨씬 더 큰 분산성의 비임을 도시한다. 전극(13, 14) 상의 이러한 대지 전압 구성에 있어서, 공급원 실트 크기를 감소시키고 공급원 전류를 감소시키는 것이 도4a 및 도4b의 시뮬레이션에서 도시된 낮은 분산도를 회복시키지는 않는다는 사실에 주목하여야 한다.
도6a 및 도6b는 본 발명의 실시예를 따른 감속 렌즈 시스템의 2차원 시뮬레이션을 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 도6a 및 도6b의 이온 광학 시스템은 이온원의 하류측에 위치한다. 도4a의 시뮬레이션과 같이, 각각의 전극 상부의 숫자는 비임 플라즈마에 대한 각각의 전극 전압의 음위를 나타낸다. 도6a의 실시예에 있어서, 모두 비임 공급원의 전위에 대해 특정화되어 제1 전극(11)은 -3.0 kV의 전압을 가지고, 가속 전극(12)은 -12.0 kVdml 전압을 가지고, 감속 전극(13)은 +700 kV의 전압을 가지고, 전자 반발 전극(14)은 -1.2 kV의 전압을 가지며, 최종전극(15)은 -800 V의 전압을 가진다.
우측면 상의 시뮬레이션 소프트웨어의 중성화 루틴에서의 에러는 메니스쿠스(25)에서의 에러를 발생시키고 또한 도6b에서의 날개부를 더 크게 만든다. 그러나, 여전히 낮은 분산도가 생성되는 것을 알 수 있다. 분산도는 이온원 내의 1 eV 이온에 기인한 열적 한계에 근접한다. 감속 전극(13) 및 전자 반발 전극(14) 상의 전위는 원하는 비임 집속을 이루기 위해 최종 비임 대지 전위에 대해 변화될 수 있다. 또한 전극(13, 14)의 사용은 주어진 집속에 대한 가속 전극(12) 상의 필요 전압을 감소시킨다. 낮은 비임 전류 또는 낮은 비임 전류를 가지는 비임의 일부분에 대해서, 감속 전극(13) 상의 전압은 집속을 감소시키도록 [전극(12, 14) 의 전압 사이에서] 음위로 만들어 질 수도 있다.
전술되고 도6a에 도시된 감속 렌즈 시스템에 있어서, 가속 전극(12), 감속 전극(13) 또는 양자는 이온 비임을 가로지르는 방향으로 분할될 수도 있다. 분할된 가속 전극(12)의 실시예가 도7에 도시된다. 가속 전극(12)은 이온 비임(18) 위의 전극 세그먼트(50, 51, 52, 53, 54) 및 이온 비임(18) 아래에 위치한 전극 세그먼트(60, 61, 62, 63, 64)를 포함할 수도 있다. 전극 세그먼트의 개수 및 크기는 특정 적용예에 따라 선택될 수도 있다. 또한, 몇몇 또는 전부가 동일하거나 다를 수도 있는 독립적인 전압이 원하는 결과를 달성하도록 전극 세그먼트 각각에 가해질 수도 있다. 분할된 전극을 사용하여, 비임의 개별 부분의 최종 비임 밀도 및 집속 모두가 조정될 수도 있다. 예를 들면, 전극(12)의 소정의 세그먼트가 두 개의 인접하는 전극 세그먼트보다 더 음위의 전압을 가지는 경우, 그 세그먼트를 통과하는 비임 전류 밀도는 증가되고 집속도 증가된다. 유사하게, 전극(13)의 소정의 세그먼트가 두 개의 인접하는 전극 세그먼트보다 더 양위인 전압을 가지는 경우, 세그먼트를 통과하는 비임 전류 밀도는 감소되고 집속은 증가될 것이다. 따라서, 세그먼트 상의 전압을 조정함으로써, 비임의 밀도 및 집속 모두가 꼭 맞게 설정될 수 있다. 전극(12, 13)의 세그먼트 상의 전압이 조정되는 경우에, 집속은 꼭 맞게 설정될 수 있다. 전극(13) 상의 전압이 최종 대지 전위에 대해 모두 음위인 경우에, 전자 반발 전극(14)은 제거될 수도 있다. 이온 비임(22)을 가로지르는 전극 세그먼트의 위치는 정렬되거나 엇갈리게 배치될 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예에서 고려되는 것들이 도시되고 설명되었지만, 다양기술 분야의 숙련자에 있어 첨부된 청구범위에서 한정되는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 이루어질 수도 있음은 명백하다.

Claims (28)

  1. 최종 이온 비임 에너지에서 비임 플라즈마를 가지는 저에너지 이온 비임을 생성하기 위한 이온 광학 장치이며,
    이온 비임을 가속시키기 위한 가속 전극과,
    이온 비임을 감속시키기 위한 상기 가속 전극 하류측의 감속 전극과,
    비임 플라즈마 내의 전자가 상기 감속 전극에 도달하는 것을 저지시키기 위한 상기 감속 전극 하류측의 이온 광학 요소를 포함하고,
    상기 감속 전극은 열 이온이 상기 가속 전극에 도달하는 것을 저지시키기 위해 비임 플라즈마 내의 열 이온으로의 전위 차단을 제공하도록 선택된 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 이온 비임은 비임 축을 가지고 감속 전극의 전압은 상기 감속 전극에 가까운 비임 축 상의 전위가 비임 플라즈마의 전위에 대해 적어도 약간은 양위가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이온 비임은 비임 축을 가지고 상기 이온 광학 요소는 전자 반발 전극에 가까운 비임 축 상의 전위가 비임 플라즈마의 전위에 대해 적어도 약간은 음위가 되도록 선택된 전압을 가지는 전자 반발 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이온 광학 요소는 자기장을 생성하기 위한 자기 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 감속 전극은 축상에서 전기장을 제한하도록 형상을 취하는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 감속 전극의 구멍은 상기 가속 전극의 구멍보다 더 큰 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가속 전극 및 상기 감속 전극 중 적어도 하나는 개별적으로 제어 가능한 전극 세그먼트를 형성하도록 이온 비임의 측 방향으로 분할되는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  8. 제1항에 있어서, 이온원 추출 시스템으로서 실시되는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  9. 제1항에 있어서, 감속 렌즈 시스템으로서 실시되는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  10. 최종 이온 비임 에너지에서 비임 플라즈마를 가지는 저에너지의 이온 비임을 생성하기 위한 방법이며,
    가속 전극으로서 이온 비임을 가속시키는 단계와,
    가속 전극 하류측의 감속 전극으로 이온 비임을 감속시키는 단계와,
    열 이온이 가속 전극에 도달하는 것을 저지하기 위해 비임 플라즈마 내의 열 이온으로의 전위 차단을 제공하도록 선택된 전압에서 감속 전극을 바이어싱시키는 단계와,
    비임 플라즈마 내의 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 감속 전극 하류측의 이온 광학 요소로서 저지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 이온 비임은 비임 축을 가지고 감속 전극을 바이어싱하는 단계는 감속 전극에 가까운 비임 축 상의 전위가 비임 플라즈마의 전위에 대해 적어도 약간은 양위가 되도록 감속 전극 전압을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 이온 비임은 비임 축을 가지고 비임 플라즈마 내의 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하는 단계는 전자 반발 전극에 가까운 비임 축 상의 전위가 비임 플라즈마의 전위에 대해 적어도 약간은 음위가 되도록 전자 반발 전극 전압을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 비임 플라즈마 내의 전자가 감속 전극에 도달하는 것을 저지하는 단계는 자기장을 생성하는 자기 요소로서 전자를 저지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 축 상에서 전기장을 제한하도록 감속 전극의 형상을 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제10항에 있어서, 가속 전극 및 감속 전극 중 적어도 하나를 이온 비임의 측 방향으로 분할시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 저에너지 이온 비임을 생성하기 위한 이온 광학 장치이며,
    이온 비임을 가속시키기 위한 가속 전극과,
    저에너지 이온 비임을 형성하도록 이온 비임을 감속시키기 위한 상기 가속 전극 하류측의 감속 전극을 포함하고,
    상기 가속 전극 및 상기 감속 전극 중 적어도 하나는 개별적으로 제어 가능한 전극 세그먼트를 형성하도록 이온 비임의 측 방향으로 분할되는 것을 특징으로 하는 이온 광학 장치.
  17. 저에너지 비임을 생성하기 위한 이온 추출 시스템 또는 감속 렌즈 시스템이며,
    가속 전극과,
    감속 전극과,
    최종 이온 비임 에너지에서 형성되고 열 양이온 및 전자를 포함하는 비임 플라즈마를 포함하고,
    가속 전극과 감속 전극 사이의 전압은 5 keV 이상이고, 상기 감속 전극은 상기 비임 플라즈마 내의 대부분의 열 양이온이 상기 가속 전극으로 이동하는 것을 방지하도록 최종 비임 에너지보다 더 양위인 전압을 가지고,
    상기 비임 플라즈마 내의 대부분의 전자가 가속 전극으로 이동하는 것을 방지하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 비임 플라즈마 내의 대부분의 전자가 감속 전극으로 이동하는 것을 방지하기 위한 수단은 감속 전극 하류측의 전자 반발 전극인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서, 전자가 감속 전극으로 이동하는 것을 방지하기 위한 수단은 자기인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항에 있어서, 감속 전극은 비임 라인에 대해 종방향으로 분할되고 그 세그먼트는 거기에 가해지는 다른 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제17항에 있어서, 가속 전극은 비임 라인에 대해 종방향으로 분할되고 그 세그먼트는 거기에 가해지는 다른 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 저에너지 비임을 생성하기 위한 이온 추출 시스템 또는 감속 렌즈 시스템이며,
    가속 전극과,
    감속 전극과,
    최종 이온 비임 에너지에서 형성되는 비임 플라즈마를 포함하고,
    가속 전극은 비임 라인을 가로지르는 방향으로 분할되고, 그 세그먼트는 거기에 가해지는 다른 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 저에너지 비임을 생성하기 위한 이온 추출 시스템 또는 감속 렌즈 시스템이며,
    가속 전극과,
    감속 전극과,
    최종 이온 비임 에너지에서 형성되는 비임 플라즈마를 포함하고
    상기 가속 전극과 상기 감속 전극 사이의 전압은 5 keV 이상이고, 상기 감속 전극은 가속 전극 및 최종 비임 에너지에 대해 양위인 전압을 가지고,
    감속 전극의 하류측의 전자 반발부를 더 포함하고,
    상기 전자 반발부는 감속 전극 전압 및 최종 이온 비임 에너지에 대해 음위이고 가속 전극 전압에 대해 양위인 전압을 가지는 전극 또는 이온 비임 내의 전자가 감속 전극으로 발산하는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된 자기장을 제공하는 자석인 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 가속 전극, 감속 전극 및 비임 라인을 포함하는 감속 렌즈 또는 추출 장치의 집속 특성을 증가시키거나 변화시키는 방법이며, 상기 감속 렌즈 또는 추출 장치의 집속 특성에 있어서의 증가 또는 변화를 이루도록 비임 라인에 대해 가로질러서 감속 전극 상의 전위를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 이온 주입 시스템 웨이퍼에서의 감소된 발산성의 이온 비임을 얻는 방법이며, 가속 전극 및 감속 전극을 포함하는 감속 렌즈 장치를 통해 비임을 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 전극 또는 전극들 상의 가속 및/또는 감속 전위는 상기 웨이퍼에서의 비임 발산성 또는 밀도를 수정하도록 비임 라인에 대해 가로질러 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 적어도 가속 전극 및 감속 전극을 포함하는 추출 또는 감속 이온 렌즈 장치이며, 상기 가속 및 감속 전극 중 적어도 하나는 분할되고 이온 비임에 더 나은 집속 및 밀도 특성을 제공하도록 세그먼트에 가해지는 다른 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제26항에 있어서, 가속 및 감속 전극 모두는 분할되는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제26항에 있어서, 전자 반발 전극 및 최종 비임 플라즈마를 더 포함하고, 상기 전자 반발 전극은 전자가 감속 전극을 향해 최종 비임 플라즈마 밖으로 당겨지는 것을 실질적으로 방지하도록 충분히 음위인 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
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