KR20050072469A - 자석의 이온 빔 중성화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

이온 빔에 사용하기 위한 자석 조립체가 제공된다. 자석 조립체는 이온 빔의 경로에 배치된 자석과 전자 공급원을 포함한다. 자석은 이온 빔이 이송되는 자석 간극을 형성하기 위해 서로 이격된 제1 및 제2 자극편을 포함한다. 전자 공급원은 자석 간극에서 저에너지 전자를 생성하기 위해 자극편들 중 적어도 하나에 또는 그 근방에 배치된다. 전자 공급원은 예컨대 일 이상의 선형 전자 방출원들 또는 전가 방출원의 일차원 또는 이차원 어레이를 포함할 수 있다. 자석 조립체는 자석 간극에서 이온 빔의 공간 대전 팽창을 제한하기 위해 이온 주입기에 사용될 수 있다.

Description

자석의 이온 빔 중성화를 위한 방법 및 장치 {METHODS AND APPARATUS FOR ION BEAM NEUTRALIZATION IN MAGNETS}
본 발명은 이온 주입 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특히 반도체 웨이퍼와 등의 이온 주입 대상물에 저에너지 이온 빔을 전달하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 질량 분석 자석 및 다른 빔 운반 구조에 사용되는 후속하는 자석에서 저에너지 이온 이송의 효율을 개선시킨다.
이온 주입은 반도체 웨이퍼내로 전도성 변화 불순물을 도입하는 표준 기술이다. 원하는 불순물 재료가 이온 공급원에서 이온화되고, 이온은 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하도록 가속되며, 이온 빔은 웨이퍼의 표면으로 유도된다. 빔의 에너지 이온은 반도체 재료의 부피내로 관통되어, 원하는 전도성의 영역을 형성하도록 반도체 재료의 결정 격자내로 매립된다.
이온 주입 시스템은 일반적으로 기체 또는 고체 재료를 잘 정의된 이온 빔으로 변환하도록 이온 공급원을 포함한다. 이온 빔은 원하지 않는 이온 종을 제거하도록 질량 분석되고, 원하는 에너지로 가속되어 대상물 면상으로 유도된다. 빔은 빔 스캐닝, 대상물 이동 또는 빔 스캐닝 및 대상물 이동의 조합에 의해 대상물 영역 위로 분포될 수 있다.
종래 기술에서, 고 흐름의 브로드 빔(broad beam) 이온 주입기는 고 흐름 밀도 이온 공급원, 분리 슬릿을 통해 원하는 종을 유도하기 위한 분리 자석 및 빔을 그 폭 치수를 따라 평행하고 균일하게 하면서 최종 빔을 편향하기 위한 각도 교정 자석을 사용한다. 리본형 이온 빔은 대상물으로 전달되며, 대상물은 대상물 위로 이온 빔을 분포시키도록 리본 빔의 길이 치수에 수직하게 이동된다.
반도체 산업에서 잘 알려진 경향은 소형 고속 장치이다. 특히, 반도체 장치의 특징부의 측방향 치수 및 깊이는 감소하고 있다. 불순물 재료의 주입된 깊이는 적어도 부분적으로 반도체 웨이퍼내로 주입된 이온의 에너지에 의해 결정된다. 얕은 결합은 저 주입 에너지에 의해 얻어진다. 그러나, 이온 주입기는 일반적으로 상대적으로 높은 주입 에너지에서 효율적인 작동을 위해 설계되며, 얕은 결합 이온 주입에 대해 요구되는 에너지에서는 효율적으로 작동하지 않는다. 저 주입 에너지에서, 웨이퍼에 전달되는 흐름은 원하는 것보다 휠씬 낮으며, 어떠한 경우, 대략 0 일 수 있다. 그 결과, 긴 주입 시간이 특정 양을 달성하도록 요구되며, 처리량이 악영향을 받게 된다. 이와 같은 처리량의 감소로 인해 제작 비용이 증가되고, 이는 반도체 제작에 대해 허용될 수 없다.
빔 흐름을 증가시키는 종래의 방법은 질량 분석하는 단계, 및 고에너지에서 이온 빔을 이송하는 단계, 및 주입되는 대상물으로부터 짧은 거리에서 빔을 그 최종 저에너지로 감속시키는 단계를 포함한다. 이 방법으로 인해 감속이 완료되기 전에 중성화되는 이온으로부터의 빔 에너지가 혼합된다. 이 혼합물은 원하는 주요 빔보다 높은 에너지에서 최종 에너지 오염물을 발생시키며, 이 오염물은 주요 빔보다 더 큰 깊이로 주입된다. 이러한 오염 및 이와 관련하여 주입된 원자의 깊이 분포의 뒤틀림은 최종 제품의 열화 또는 전체적 파손도 발생시킬 수 있다. 따라서, 감속 방법을 회피하고, 질량 분석 후 최종 의도된 에너지에서 빔을 이송하는 것이 바람직하다.
공간 대전 효과는 저에너지에서 빔 포락선(envelope)의 빠른 발산을 산출하여, 전송을 방해하고 목표에 전달된 극한의 빔 전류를 감소시킨다. 이온 빔은 양호한 전송을 위한 공간 대전 중성화를 유지하기 위해 전자 구름을 필요로 한다. 그러나, 전자들은 빔라인의 벽에서 소실되고, 이에 따라 전자들이 빔에 공급되지 않을 경우 공간 대전 중성화가 감소된다.
자석의 자극편들 사이에서, 자기장 주위의 전자 스핀은 그것들이 이옴 빔을 거쳐 드리프트됨(drift)에 따라 정렬되고, 이온 빔 상부 및 하부의 벽에 의해 포획될 수 있다. 보통 전자의 교환은 이온화를 생성하는 잔류 가스 원자를 갖는 빔 이온의 분산에 의존하여 수행된다. 빔 에너지가 감소됨에 따라, 이온화 교차는 감소하고 공간 대전 효과는 증가한다. 양쪽 효과는 빔 팽창 및 전송의 손실을 가져온다. 자석을 통과한 빔 경로가 상대적으로 길고 전자들이 전계선(field line)을 가로질러 이동되는 것이 자유롭지 않기 때문에, 공간 대전 팽창은 자석에서 특히 문제가 있다.
따라서, 자석 내의 이온 빔 공간 대전 중성화를 위한 향상된 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 본 명세서에 참조로 합체된 첨부된 도면을 참조하기로 한다.
도1은 이온 주입기의 실시예의 단순화된 개략적인 도면이다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 공급원을 합체한 자석의 단순화된 개략적인 도면이다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 빔 중성화를 위한 전계 방출원 어레이를 합체한 자석의 개략적인 평면도이다.
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 와이어를 합체한 자석의 개략적인 평면도이다.
도5는 자극편 라이너에 만입된 전자 방출 와이어의 제1 구성을 도시하는, 도4의 자석의 부분 단면도이다.
도6은 자극편 라이너에 만입된 전자 방출 와이어의 제2 구성을 도시하는, 도4의 자석의 부분 단면도이다.
도7은 자극편 라이너에 만입된 전자 방출 와이어의 제3 구성을 도시하는, 도4의 자석의 부분 단면도이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 이온 주입기(implanter)가 제공된다. 이온 주입기는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 공급원과, 이온 빔 내의 이온을 편향하기 위해 이온 빔의 경로에 배치된 적어도 하나의 자석과, 이온 빔이 이송되는 자석 간극을 형성하기 위해 이격된 제1 자극편 및 제2 자극편을 포함하는 적어도 하나의 자석과, 자석 간극 내에서 저에너지 전자를 생성하기 위한 자극편의 적어도 하나에 또는 그 하나에 인접되게 배치된 전자 공급원과, 이온 주입 목표물을 지지하기 위한 적어도 하나의 자석의 목표 위치 하류부를 포함하고, 이온 빔은 목표 위치에 전달된다. 적어도 하나의 자석은 하나의 자석 또는 복수의 자석들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이온 빔은 리본 빔 폭을 갖는 리본형 이온 빔을 포함하고, 전자 공급원은 리본 빔 폭을 가로질러 저에너지 전자들을 생성한다. 다른 실시예에서, 이온 빔은 유효한 스캔 폭을 생성하도록 스캐닝되고, 전자 공급원은 스캔 폭을 가로질러 저에너지 전자를 생성한다.
다양한 실시예에서, 전자 공급원은 하나 이상의 선형 전자 공급원과, 전자 방출원의 일차원 또는 이차원 어레이와, 이온 빔으로 전자의 이송을 최적화하기 위해 선택된 구성을 갖는 영역 전자 공급원 또는 이런 공급원의 조합을 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 전자 공급원은 자극편 중 적어도 하나에 장착되고, 자석 간극과 마주보는 전계 방출원의 어레이를 포함한다. 전계 방출원은 자석 간극 내에 저에너지 전자를 생성한다.
몇몇 실시예에서, 전자 공급원은 자극편들 중 적어도 하나에 인접하게 배치된 하나 이상의 전자 발산 와이어를 포함한다. 자석은 자극편 라이너를 포함하고, 하나 이상의 전자 방출 와이어는 자극편 라이너 내에 만입될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 자석을 거쳐 이온 빔을 전송하기 위한 방법은, 자석의 제1 자극편과 제2 자극편 사이의 자석 간극을 통해 이온 빔을 배향시키는 단계와, 자석의 제1 자극편과 제2 자극편 사이의 자석 간극을 통해 전송된 이온 빔에 저에너지 전자를 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 자석 조립체는 이온 빔을 갖는 작동을 제공한다. 자석 조립체는 이온 빔의 경로에 배치된 자석 및 하나 이상의 전자 공급원을 포함한다. 자석은 이온 빔이 관통 전송되는 자석 간극을 형성하도록 이격된 제1 자극편 및 제2 자극편을 포함한다. 하나 이상의 전자 공급원은 자석 간극 내에 저에너지 전자를 생성하기 위한 자극편의 적어도 하나에 또는 그 하나에 인접되게 배치된다.
이온 주입기의 실시예의 블록도가 도1에 도시된다. 이온 공급원(10)은 이온을 발생하여 이온 빔(12)을 공급한다. 이온 공급원(10)은 이온화될 가스를 함유하는 가스 박스와 이온 챔버를 포함할 수 있다. 가스는 상기 가스가 이온화되는 이온 챔버로 공급된다. 따라서, 형성된 이온은 이온 챔버로부터 추출되어 이온 빔(12)을 형성한다. 이온 빔(12)은 분리 자석(32)의 극들 사이로 유도된다. 제1 전력 공급기(12)는 이온 공급원(10)의 추출 전극에 연결되어 제1 양 전압(V0)을 제공한다. 제1 전압(V0)은 예를 들어, 약 0.2 내지 80 kV로 조절될 수 있다. 따라서, 이온 공급원(10)으로부터의 이온은 제1 전압(V0)에 의해 약 0.2 내지 80 KeV의 에너지로 가속될 수 있다.
이온 빔(12)은 억제 전극(20)과 접지 전극(22)을 통해 질량 분석기(30)로 들어간다. 질량 분석기(30)는 분리 개구(36)를 갖는 마스킹 전극(34)과 분리 자석(32)을 포함한다. 분리 자석(32)은 이온 빔(12)을 편향시켜, 원하는 이온종의 이온이 분리 개구(36)를 통과하게 하고, 원하지 않는 이온종은 분리 개구(36)를 통과하지 않고 마스킹 전극(34)에 의해 차단되게 한다. 일 실시예에서, 분리 자석(32)은 원하는 이온종의 이온을 90°만큼 편향시킨다.
원하는 이온종의 이온은 분리 개구(36)를 통과하여 질량 분석기(30)의 하류에 위치된 제1 감속 스테이지(50)로 들어간다. 감속 스테이지(50)는 상류 전극(52), 억제 전극(54) 및 하류 전극(56)을 포함할 수 있다. 이온 빔 내의 이온은 감속 스테이지(50)에 의해 감속된 후, 각도 교정 자석(60)을 통과한다. 각도 교정 자석(60)은 원하는 이온종의 이온을 편향시키고 이온 빔을 발산 이온 빔에서 대략 평행한 이온 궤적을 갖는 리본형 이온 빔(62)으로 전환시킨다. 일 실시예에서, 각도 교정 자석(60)은 원하는 이온종의 이온을 70°만큼 편향시킨다.
엔드 스테이션(70)은 리본 이온 빔(62) 경로의 웨이퍼(72)와 같은 하나 이상의 웨이퍼를 지지하여, 원하는 종의 이온이 반도체 웨이퍼 안으로 주입된다. 웨이퍼(72)의 면 위에 이온을 분배하기 위해, 엔드 스테이션(70)은 냉각 정전형 플래튼(cooled electrostatic platen)과, 리본 이온 빔(62) 단면의 길이 치수에 수직으로 웨이퍼(72)를 이동시키기 위한 (도시되지 않은) 스캐너를 포함할 수도 있다. 리본 이온 빔은 적어도 웨이퍼(72) 만큼 넓을 수 있다.
이온 주입기는 각도 교정 자석(60)의 하류에 위치된 제2 감속 스테이지(80)를 포함할 수 있다. 감속 스테이지(80)는 상류 전극(82)과, 억제 전극(84)과 하류 전극(86)을 포함할 수 있다.
이온 주입기는 당업자들에게 공지된 추가 부품들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통상 엔드 스테이션(70)은 웨이퍼를 이온 주입기 안으로 도입하고 이온 주입 후에 웨이퍼를 제거하기 위한 자동 웨이퍼 취급 장비를 포함한다. 엔드 스테이션(70)은 조사량 측정 장치(dose measuring system)와, 전자 범람 총(electron flood gun)과 다른 공지된 부품을 포함할 수도 있다. 이온 빔이 가로지르는 전체 경로는 이온 주입 동안 소기되는(evacuated) 것으로 이해될 것이다.
도1의 이온 주입기는 수 개의 모드 중 하나로 작동할 것이다. 드리프트 모드(drift mode)로 알려진 제1 작동 모드에서는, 감속 스테이지들(50, 80)이 접지되며, 이온 빔(12)은 이온 공급원(10)으로부터의 추출 후에 형성된 최종 빔 에너지로 빔라인을 통해 이송된다. 강화된 드리프트 모드로 알려진 제2 작동 모드에서는, 이온 빔(12)이 질량 분석기(30)를 통과하기 전의 전극(22)에서 중간 에너지로 가속되고 그 후 제1 감속 스테이지(50)에 의해 최종 빔 에너지로 감속된다. 이중 감속 모드로 알려진 제3 작동 모드에서는, 이온 빔이 질량 분석기(30)를 통과하기 전에 전극(22)에서의 제1 중간 에너지로 가속되고, 각도 교정기(60)를 통과할 때 제1 감속 스테이지(50)에 의해 제2 중간 에너지로 감속되고 그 후 제2 감속 스테이지(80)에 의해 최종 빔 에너지로 감속된다. 제4 작동 모드는 중간 에너지의 빔을 제2 감속 스테이지(80)로 관통 이송하며, 제1 감속 스테이지(50)의 간극은 단락 분로(short circuit shunt)와 작동된다. 더 높은 에너지의 빔라인의 일부분을 통해 이온 빔을 이송함으로써, 공간 대전 팽창이 소정의 최종 빔 에너지용 드리프트 모드에 비해 감소될 수 있다.
앞에서 살펴보았듯이, 자석 자극편들(polepieces) 사이의 간극은 통상 작고 자석을 통과하는 빔 경로는 통상 길기 때문에, 저에너지 이온 빔의 공간 대전 팽창은 자석 안에서 문제가 된다. 따라서, 도1의 이온 주입기에서, 이온 빔(12)이 분리 자석(32)과 각도 교정 자석(60)을 통해 이송될 때, 이온 빔은 공간 대전 팽창을 겪는다. 공간 대전 팽창은 이온 빔이 빔라인 부품들과 충돌하고, 그 결과 웨이퍼에 이송되는 빔 흐름을 저감시킨다.
본 발명의 제1 실시예에 따르는 자석 조립체가 도2에 도시되어 있다. 도2는 자석 조립체의 측면도이다. 자석 조립체는 분리 자석(32)으로써 또는 각도 교정 자석(60)으로써 또는 양자 모두로써 도1의 이온 주입기에 통합될 수 있고, 또는 이온을 편향시키기 위한 자석을 요구하는 임의의 이온 주입기에 통합될 수 있다. 자석 조립체의 기본 부품은 자석과 하나 이상의 전자 공급원을 포함한다. 자석은 자극편(100, 102)과, 자극편(100, 102) 둘레에 각각 배치된 자석 코일들(110, 112)과, 자석 코일(110, 112)에 결합된 자석 전원 공급기(120)를 포함한다. 이온 빔(12)은 자극편(100, 102) 사이의 자석 간극(124)을 통해 이송된다. 자석 전원 공급기(120)에 전류가 흐를 때, 자기장(130)이 자석 간극(124) 내에 생성된다. 자기장(130)은 이온 빔 이송 방향에 수직이고 당업계에 공지된 바와 같이 이온 빔(12)을 편향시킨다.
자석 조립체는 자석 간극(124) 내에 저에너지 전자를 생성하기 위해 자극편들(100, 102) 중 적어도 하나 상에 또는 그 근처에 배치되는 하나 이상의 전자 공급원을 더 포함한다. 전자 공급원의 목적은 적어도 부분적으로 이온 빔(12)의 양 공간 대전을 중성화하여 이온 빔(12)의 공간 대전 팽창을 제한하 는 저에너지 전자를 생성하는 것이다. 저에너지 전자가 자석 간극(124) 내에서 이온 빔(12)으로 공급되기 때문에, 빔이 자석 간극(124)을 통해 이송될 때, 이온 빔 공간 대전은 중성화된다.
도2의 실시예에서, 전자 공급원(140, 142, 144, 146, 148)은 자극편(100) 상에 배치된다. 전자 공급원(140, 142, 144, 146, 148)의 각각은 이온 빔(12)을 향해 유도되는 저에너지 전자를 생성한다. 전자는 자석 간극(124) 내의 자기장(130)으로 인해 나선 전자 궤적(150)을 따른다. 전자는 이온 빔(12)의 공간 대전을 중성화하고, 자석 간극(124) 내에서 이온 빔(12)의 공간 대전 팽창을 제한한다. 이온 빔 공간 대전 중성화의 효율은 이온 빔 내의 양 이온의 양에 대해 생성되는 전자의 양 및 에너지에 따라 좌우된다.
이온 빔(12)은 양으로 대전된 이온을 포함하고, 추가적인 대전 입자 없이 이송되는 공간에서 매우 양성을 띠는 전기 포텐셜을 생성한다. 이 “공간 대전”은 매우 높은 영역, 즉 빔 코어로부터 이온이 방출되게 한다. 영역 내의 전자의 존재는 공간 대전 포텐셜을 감소시키는 것을 촉진할 수 있다. 몇몇의 전자는 잔류 가스와의 충돌에 의해 정상적으로 생성된다. 전자 궤적(150)은 자기장(130)에 의해 나선으로 되며, 이온 빔의 양의 포텐셜로 끌린다. 전자가 잔류 가스 내의 원자와의 충돌에 의해 충분한 에너지를 잃는다면, 전자는 빔의 포텔셜 우물(potential well) 내에 포획될 수 있어서, 원자 포획, 우물 누출 또는 교차된 자기장 및 전기장(ExB) 이송에 의해 그들이 손실될 때까지 빔 경로를 가로질러 진동한다. 포센셜 우물 내의 전자의 밀도(population)는 공간 대전의 일부를 효율적으로 중성화시키고, 이온 빔은 그 결과로서 더 적은 공간 대전 팽창과 함께 이송된다. 이상적으로, 양의 빔 포텐셜에 대한 100 % 보정을 달성하는 것이 바람직하지만, 손실 및 낮은 전자 생성은 이 목적을 달성하는 것을 어렵게 한다.
자석 조립체는 하나 이상의 전자 공급원을 포함할 수도 있다. 전자 공급원은 자극편들(100, 102) 중 하나 또는 양자 상에, 또는 근처에 장착되거나, 또는 그 안에 만입될 수 있다. 이온 빔(12)의 공간 대전 팽창을 감소시키는 전자 공급원의 효율은 전자 공급원의 개수, 전자 공급원에 의해 생성되는 전자의 개수 및 에너지 및 이온 빔(12)에 대한 전자 공급원의 분포의 함수이다. 리본 빔 폭을 갖는 리본 이온 빔의 경우, 전자 공급원은 리본 빔 폭을 가로질러 자석 자극편들 사이에 분포될 수 있다. 또한, 전자 공급원은 빔 이송의 방향을 따라 자석 자극 편들 사이에 분포될 수 있다. 전자 공급원은 예를 들어 개별 전자 방출원, 하나 이상의 선형 전자 방출원 또는 영역 전자 방출원의 1 또는 2차원 어레이로서 실행될 수 있다. 적절한 치수, 형상 및 전자 생성 능력을 갖는 임의의 전자 공급원이 이용될 수 있다. 적절한 전자 공급원의 일 예가 하기에 설명된다. 양호하게는, 약 10 전자 볼트(eV) 이하의 에너지를 갖는다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 자석 조립체는 도3에 도시된다. 도3은 자석 조립체의 상부도이다. 도2 및 도3의 유사한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다. 도3의 자석 조립체는 도2의 자석 조립체와 동일한 자석 구조를 가질 수 있다.
도3의 실시예에서, 전자 공급원은 자석 간극(124)에 대향하는 자극편(100)의 표면에 배치되는 전계 방출원 어레이(200)를 포함한다. 전계 방출원 어레이(200)는 기판(212) 상에 형성되는 다중 전계 방출원(210)을 포함할 수 있다. 전계 방출원 어레이를 제조하기 위한 기술은 디. 킴(D. Kim) 등의 "다공성 실리콘 형성에 의한 실리콘 전계 방출원의 제조", J. Vac. Sci. Tech. B14(3), 1996년 5월/6월, 페이지 1906-1909에서, 그리고 아이. 킴(I. Kim)등의 "다결정 규소 상의 금속 전계 방출원 어레이의 제조", J.Vac. Sci. Tech. B15(2), 1997년 3월/4월, 페이지 468-471에서 기술된다. 규소 반도체 웨이퍼가 삽입되어 질 때 규소 전계 방출원 어레이는 오염에의 감소된 위험을 제공할 수 있다.
전계 방출원 어레이(200)는 임의 소정의 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 전계 방출원(210)은 열과 행의 패턴으로 배열될 수 있다. 도3의 전계 방출원 어레이는 세 개의 행과 여섯 개의 열을 갖는다. 실질적인 실시예는 많은 수의 열과 행을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 전계 방출원 어레이는 빔이 자석에 의해 편향될 때 이온 빔(12)의 궤적에 수직이 되는 하나 이상의 선형 어레이를 이용할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 복수의 선형 전계 방출원 어레이는 중앙점으로부터 발산될 수 있다. 전계 방출원 어레이(200)는 자극편(110) 및/또는 자극편(102)의 표면의 모든 부분 또는 선택된 부분을 커버할 수 있다. 어레이에서 전계 방출원 사이의 간격은 이온 빔(12)에 전달될 소정의 전자 흐름에 의존한다. 전계 방출원 어레이(200)는 이온 빔(12)의 비교적 균일한 중성화를 보장하기 위해 이온 빔(12)의 전체 폭을 가로질러 연장될 수 있다. 전계 방출원 어레이(200)는 전자 공급원 전원 공급기(220)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급기(220)는 저에너지 전자를 방출하기 위한 적절한 전압 및 전류를 전계 방출원 어레이(200)에 제공한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 자석 조립체는 도4에 도시되어 있다. 도4는 자석 조립체의 평면도이다. 도2 내지 도4의 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다. 도4의 자석 조립체는 도2의 자석 조립체와 동일한 자석 구조를 가질 수 있다.
도4의 실시예에서, 전자 공급원은 하나 이상의 전자-방출 와이어(300, 302, 304 등)를 포함한다. 전자-방출 와이어(300, 302, 304 등)는 자극편(100) 및/또는 자극편(102) 상에 또는 근처에 장착될 수 있다. 전자-방출 와이어(300, 302, 304 등)는 전자 공급원 전원 공급기(220)에 연결된다. 전원 공급기(220)는 전자 방출 온도로 전자-방출 와이어(300, 302, 304 등)를 가열하도록 적절한 전압 및 전류를 제공한다. 전자-방출 와이어(300, 302, 304 등)는 텅스텐 또는 몰리브덴과 같은 내화 금속일 수 있다. 전자-방출 와이어(300, 302, 304)는 이온 빔(12)의 이온 궤적에 수직으로 또는 평행하게 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 전자-방출 와이어(300, 302, 304 등)는 이온 빔(12)의 이온 궤적과 특별한 관계를 갖지 않는다.
전자-방출 와이어(300, 302, 304 등)를 장착하기 위한 제1 구성은 도5에 도시되어 있다. 도5는 자극편(100)의 확대 부분 단면도이다. 흑연으로 제조될 수 있는 자극편 라이너는 통상적으로 이온 빔(12)이 자극편(100)과 충돌하는 것을 방지하는데 이용된다. 도5에 도시된 바와 같이, 자극편 라이너(350)에는 각각의 전자-방출 와이어(300, 302, 304)를 수용하기 위한 홈(360, 362, 364)이 제공된다. 홈(360, 362, 364)은 장방형의 단면을 갖고 이온 빔(12)이 전자-방출 와이어(300, 302, 304) 상으로 입사되는 것을 방지하기 위한 충분한 깊이를 가질 수 있다.
전자 방출 와이어(300, 302, 304 등)를 장착하기 위한 제2 구성은 도6에 도시되어 있다. 도6은 자극편(100)의 확대된 단면도이다. 도6의 구성에서, 자극편 라이너(350)에는 전자 방출 와이어(300, 302, 304)를 각각 수납하기 위한 V-자형 홈(370, 372, 374)이 제공된다. 절연체(380, 382, 384)는 전자 방출 와이어 뒤에서 각각 상기 홈(370, 372, 374)에 제공된다. 절연체(380, 382, 384)의 표면은 전자 방출 와이어(300, 302, 304)에 의해 방출된 전자를 이온 빔(12)으로 반사시키는 대전체를 형성할 수 있다.
전자 방출 와이어(300, 302, 304 등)를 장착하기 위한 제3 구성은 도7에 도시되어 있다. 도7은 자극편(100)의 확대된 단면도이다. 도7의 구성은, 자극편 라이너(350)에는 전자 방출 와이어(300, 302, 304)를 각각 수납하기 위한 V-자형 홈(370, 372, 374)이 제공된다. 전기적으로 절연된 도체(390, 392, 394)는 전자 방출 와이어 뒤에서 각각 상기 홈(370, 372, 374)에 제공된다. 상기 도체(390, 392, 394)는 바이어스 전원 공급기(396)에 연결되어 있다. 도체(390, 392, 394)는 전자 방출 와이어(300, 302, 304)에 의해 방출된 전자를 이온 빔(12)으로 반사시키도록 편의된다. 바이어스 전원 공급기(396)는 전자 반사 효율을 제어하도록 조절될 수 있다.
전자 방출 와이어(300, 302, 304)는 상이한 구성을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 직선 와이어는 자극편(100)을 가로질러 연장하고 적절한 장착 요소에 고정된다. 또 다른 실시예에서, 와이어(300, 302, 304)는 그 길이를 따라 절연 요소에 의해 지지된다. 예컨대, 와이어(300, 302, 304)는 세라믹 지지체 주위로 권취될 수 있다. 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 전자 방출 와이어는 이온 빔(12)과 접촉을 피하기 위해 자극편 리니어에 만입될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전자 방출 와이어는 자극편 자체 내에 만입될 수 있다.
도1에 도시되어 있고 전술한 바 있는 이온 주입기는 리본형 이온 빔을 반도체 웨이퍼 또는 다른 작업편에 전달할 수 있다. 다른 공지된 이온 주입기의 구성은 스캐닝된 이온 빔을 이용한다. 예컨대, 이온 빔이 일 방향으로 스캐닝될 수 있고, 웨이퍼는 상기 이온 빔을 웨이퍼 위로 분배하기 위해 수직 방향으로 기계적으로 이송될 수 있다. 본 발명은 스캐닝된 이온 빔을 채용하는 이온 주입기에서 사용될 수 있다. 일 이상의 전자 공급원은 일 또는 양쪽 모두의 자석 자극편 상에 또는 그 근처에 위치될 수 있고, 전자 공급원은 스캔 폭을 가로질러 분배될 수 있다. 따라서, 본 발명은 정지 이온 빔 또는 스캐닝된 이온 빔으로 사용될 수 있다.
도1에 도시되어 있고 전술한 바 있는 이온 주입기는 분리 자석(32) 및 각도 교정 자석(60)을 포함한다. 상기 일 또는 양쪽 모두의 자석은 전술한 바와 같은 저에너지의 전자를 생성하는 적어도 하나의 자극편 상에 또는 그 근방에 배치된 전자 공급원을 포함할 수 있다. 다른 이온 주입기 형태는 일 이상의 자석을 포함할 수 있다. 상기 이온 주입기 형태에서, 일 이상의 자석은 전술한 바와 같은 저에너지의 전자를 생성하는 적어도 하나의 자극편 상에 또는 그 근방에 배치된 전자 공급원을 포함할 수 있다.
현재 고려될 수 있는 본 발명의 양호한 실시예가 도시되고 기술되었지만, 첨부된 청구항에 의해 한정되는 바와 같이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 다양한 개조예 및 변경예가 이루어질 수 있다는 것이 본 발명의 숙련자에게 명백하다.

Claims (26)

  1. 이온 주입기이며,
    이온 빔을 발생시키는 이온 공급원과,
    이온 빔 내의 이온을 편향 시키기 위해 이온 빔의 경로에 배치되고, 이온 빔이 이송되는 자석 간극을 형성하도록 분리 이격된 제1 및 제2 자극편을 포함하는 적어도 하나의 자석과,
    자석 간극 내의 저에너지 전자를 생성하기 위해 상기 자극편들 중 적어도 하나의 인근 또는 인근 상에 배치되는 전자 공급원과,
    이온 주입을 위해 대상물을 지지하는 적어도 하나의 자석 하류의 대상물 위치를 포함하며,
    이온 빔은 상기 대상물 위치로 전달되는 이온 주입기.
  2. 제1항에 있어서, 대상은 반도체 웨이퍼인 이온 주입기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자석은 하나의 자석을 포함하는 이온 주입기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자석은 복수의 자석을 포함하는 이온 주입기.
  5. 제1항에 있어서, 이온 빔은 리본 빔 폭을 갖는 리본형 이온 빔을 포함하고, 상기 전자 공급원은 리본 빔 폭을 가로질러 저에너지 전자를 생성하는 이온 주입기.
  6. 제1항에 있어서, 이온 빔은 효과적인 스캔 폭을 생성하도록 스캐닝 되고 상기 전자 공급원은 스캔 폭을 가로질러 저에너지 전자를 생성하는 이온 주입기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 이온 빔의 이송 방향에 수직으로 배치된 하나 이상의 선형 전자 공급원을 포함하는 이온 주입기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 일차원 어레이의 전자 공급원을 포함하는 이온 주입기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 이차원 어레이의 전자 공급원을 포함하는 이온 주입기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 영역 전자 공급원을 포함하는 이온 주입기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 상기 자극편 중 적어도 하나에 장착되고 자석 간극에 대면하는 전계 방출원의 어레이를 포함하는 이온 주입기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 상기 자극편의 적어도 하나의 부근에 배치되고 이온 빔의 이송 방향에 수직인 하나 이상의 전자 방출원 와이어를 포함하는 이온 주입기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 자석은 자극편 라이너를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 전자 방출 와이어는 자극편 라이너 내에 만입되는 이온 주입기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 전자 방출 와이어는 텅스텐 와이어를 포함하고, 상기 자극편 라이너는 그라파이트를 포함하는 이온 주입기.
  15. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 전자 방출 와이어는 적어도 하나의 자극편에 만입되는 이온 주입기.
  16. 제12항에 있어서, 상기 전자 공급원은 전자를 이온 빔을 향해 반사시키도록 상기 하나 이상의 전자 방출 와이어 각각의 후방에 배치된 절연기를 더 포함하는 이온 주입기.
  17. 제12항에 있어서, 상기 전자 공급원은 전자를 이온 빔을 향해 반사시키도록 상기 하나 이상의 전자 방출 와이어 각각의 후방에 배치된 전기 절연된 전도체를 더 포함하는 이온 주입기.
  18. 제17항에 있어서, 전자 반사 효율을 제어하기 위해 상기 전도체에 연결된 바이어스 전원 공급기를 더 포함하는 이온 주입기.
  19. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 자석 간극 내의 적어도 하나의 상기 자극편 상에 장착되는 이온 주입기.
  20. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 상기 제1 자극편과 제2 자극편 사이에 위치되는 이온 주입기.
  21. 제1항에 있어서, 상기 전자 공급원은 적어도 하나의 상기 자극편에 만입되는 이온 주입기.
  22. 자석을 통해 이온 빔을 이송하는 방법이며,
    자석의 제1 자극편과 제2 자극편 사이의 자석 간극을 통해 이온 빔을 유도하는 단계와,
    저에너지 전자를 자석의 제1 자극편과 제2 자극편 사이의 자석 간극을 통해 이송될 이온 빔으로 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 이온 빔을 자석으로부터 대상물 위치에 있는 대상물로 이송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 저에너지 전자 공급 단계는 이온 빔의 이송 방향에 수직으로 배치된 하나 이상의 전자 공급원으로부터 전자를 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제22항에 있어서, 저에너지 전자 공급 단계는 적어도 하나의 상기 자극편에 인접하게 배치된 하나 이상의 전자 방출 와이어로부터 전자를 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 이온 빔에 작동하는 자석 조립체이며,
    이온 빔의 경로에 배치된 자석과,
    자석 간극에서 저에너지 전자를 생성하도록 적어도 하나의 자극편 상에 배치되거나 적어도 하나의 자극편에 인접하여 배치된 하나 이상의 전자 공급원을 포함하고,
    상기 자석은 자석 간극을 형성하도록 이격된 제1 및 제2 자극편을 포함하여 이러한 간극을 통해 이온 빔이 이송되는 자석 조립체.
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