KR20060017638A - 강화된 저에너지 이온빔 전송을 갖는 이온 임플랜터 - Google Patents

강화된 저에너지 이온빔 전송을 갖는 이온 임플랜터 Download PDF

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KR20060017638A
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레우엘 비. 리에베르트
해롤드 퍼싱
제임스 버프
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

이온 임플랜터는, 이온빔을 생성하기 위한 이온 소오스, 이온 임플랜테이션을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 사이트, 이온 소오스와 타겟 사이트 사이의 빔 경로를 정의하는 빔라인을 포함한다. 일 태양에 있어서, 빔 경로에서 이온빔의 원치않는 이탈을 적어도 부분적으로 보정하기 위해 마그네틱 조종기가 이온 소오스와 타겟 사이트 사이에 배치된다. 마그네틱 조종기는 이온 광학 요소의 입구에 대해 이온빔의 위치를 결정할 수 있다. 다른 태양에 있어서, 빔라인은 제1 전송 에너지로부터 제2 전송 에너지까지 이온 빔을 감속시키기 위한 감속 스테이지를 포함한다. 감속 스테이지는 두개 이상의 전극들을 포함하되, 이 전극들 중 적어도 하나는 비 경로 내에 위치된 그리드 전극이다.
이온 임플랜터(ion implanter), 이온 빔(ion beam), 빔라인(beamline), 빔 경로(beam path)

Description

강화된 저에너지 이온빔 전송을 갖는 이온 임플랜터{ION IMPLANTER HAVING ENHANCED LOW ENERGY ION BEAM TRANSPORT}
본 발명은 이온 임플랜테이션(ion implantation)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저에너지, 단일에너지의(monoenergetic) 이온빔들(ion beams)을 반도체 웨이퍼와 같은 이온 임플랜테이션 타겟에 전달하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이온 임플랜테이션은 도전성 변경 불순물들을 반도체 웨이퍼에 주입하기 위한 표준 기술이 되었다. 바람직한 불순물 재료는 이온 소오스(source)에서 이온화되고, 이 이온들이 가속되어 소정 에너지의 이온빔을 형성하며, 이온 빔은 웨이퍼의 표면으로 인도된다. 빔 내에서 강력한 이온들은 반도체 물질의 대부분 내로 침투하고 반도체 물질의 결정 격자 내에 매립되어 요구되는 전도성 영역을 형성한다.
이온 임플랜테이션 시스템은 대개 가스 또는 고체 물질을 잘 정의된 이온빔으로 전환시키기 위한 이온 소오스를 포함한다. 상기 이온빔은 바람직하지 않은 이온 종류들을 제거하기 위해 질량분석되고, 바람직한 에너지로 가속되어 타겟 면 상으로 인도된다. 상기 빔은 빔 주사(scanning)에 의해, 타겟 이동에 의해 또는 빔 주사와 타겟 이동의 조합에 의해 상기 타겟 전체에 걸쳐 분포될 수 있다.
화이트 등(White et al.)의 1994년 9월 27일자 등록 미국특허 US5,350,926호는 고전류밀도 이온 소오스, 분해 구멍(resolving aperture)을 통해 바람직한 종류들을 인도하기 위한 분석 마그넷 및 두께 치수를 따라 평행하고 균일하게 하면서 결과적인 빔을 편향시키기 위한 각도 보정 마그넷을 채택하는 고전류, 대역빔(broad beam) 이온 임플랜터를 개시한다. 리본 모양의 빔이 타겟으로 전달되고, 상기 타겟은 상기 리본빔의 길이 치수에 수직하게 이동되어 상기 이온빔을 타겟 전체에 걸쳐 분포시킨다.
반도체 산업에서 공지된 경향은 더 작고 더 고속 소자들을 향한다. 반도체 소자들에서 형상들(features)의 옆으로의 치수들 및 깊이들은 모두 감소하고 있다. 이 기술분야의 현 상태에서 반도체 소자들은 300 옹스트롬 미만의 접합깊이들(junction depths)을 필요로하고, 결국 100 옹스트롬 대 또는 그 미만의 접합깊이들을 필요로 할 것이다.
도펀트(dopant) 물질의 임플랜트 되는 깊이는 적어도 부분적으로 반도체 웨이퍼 내로 임플랜트되는 이온들의 에너지에 의해 결정된다. 얕은 접합들(shallow junctions)은 낮은 임플랜트 에너지로 달성된다. 그러나, 이온 임플랜터들(ion implanters)은 전형적으로 상대적으로 높은 임플랜트 에너지, 예컨대 20 keV 내지 400 keV 범위 내에서 효율적으로 작동하도록 설계되며, 얕은 접합 임플랜테이션에 요구되는 에너지에서 효율적으로 작동하지 못할 수 있다. 낮은 임플랜트 에너지, 예컨대 2 keV 이하의 에너지에서 상기 웨이퍼에 전달되는 전류는 요구되는 것보다 훨씬 낮으며 어떤 경우에는 거의 제로일 수 있다. 그 결과, 특정 도즈(dose)를 달 성하기 위해 극단적으로 긴 임플랜트 시간이 요구되고, 양산성이 반대로 영향을 받는다. 양산성에서 이러한 감소는 제조비용을 증가시키어 반도체 소자 제조업자들에게 수용가능하지 않다.
저에너지 이온 임플랜테이션에 대한 하나의 종래기술의 시도에 있어서, 가속기를 턴오프하여 이온 임플랜터가 표류 모드(drift mode)에서 작동된다. 이온들은 저전압에서 상기 이온 소오스로부터 추출되고 상기 이온 소오스로부터 타겟 반도체 웨이퍼로 단순히 표류한다. 그러나, 상기 이온 소오스가 낮은 추출 전압에서 비효율적으로 작동하기 때문에 작은 이온 전류가 상기 웨이퍼에 전달된다. 더욱이, 상기 이온 임플랜터를 통해 전송됨에 따라 상기 빔이 팽창하고, 이온들은 타겟 반도체 웨이퍼보다는 오히려 빔라인(beamline)을 따라서 이온 임플랜터의 구성 요소들을 때릴 수 있다.
저에너지 이온빔을 위해 감속 모드들을 사용하는 이온 임플랜터들은 또한 질량 분석을 위해 단일의 절곡 마그넷 또는 두개의 마그넷들을 사용한다. 상기 두개의 마그넷 경우, 제1 마그넷이 질량 분석을 위해 사용되고 제2 마그넷이 상기 빔을 평행하게 하기 위해 사용된다. 이온빔 전송은 고에너지에서 효율적이며, 공간 전하 중성화 손실 및 빔 팽창의 효과들에 기인하여 저에너지에서 덜 효율적이다. 이들 효과들은 빔 생성 및 전송시의 초기 에너지로부터 바람직한 최종 저에너지로 빔을 감속시키기 위해 요구되는 감속 갭들(deceleration gaps)과 같은 전기장 영역들에서 특히 심각하다.
단일 마그넷에 따른 감속은, 빔이 최종 에너지로 감속되기 전, 잔존 가스 또 는 표면들로부터의 작은각 산란에 의해 중성화하는 빔에 기인하는 소정 수준의 빔 오염을 수반한다. 이 중성화된 빔은 바람직한 최종 빔 에너지보다 더 높은 에너지를 가지며, 임플랜트되고 있는 웨이퍼까지 직선의 조준 경로를 가질 수 있다. 그 결과, 상기 임플랜터를 사용하여 제조되는 소자의 전기적 성능이 손상된다.
제2 마그넷을 사용하는 것은 최종 절곡 전 상당한 감속을 달성할 수 있게 하고, 그것에 의해 감속 장(field) 또는 상기 감속 장의 상류부분에서 중성화된 이온들에 대한 직선 조준 경로를 제거할 수 있게 한다. 상기 이온빔은 또한 상기 제2 마그넷을 통해 상기 웨이퍼로 표류할 수 있으며, 또는 제2 감속이 상기 제2 마그넷 뒤에 사용될 수 있다. 첫번째 경우에, 에너지 오염은 거의 완전히 제거되나, 상기 빔이 최저 에너지로 상기 웨이퍼까지의 먼 거리를 전송되어야 한다. 두번째 경우에, 최종 감속은 훨씬 더 낮은 장(field)으로 그리고 에너지 오염 발생이 매우 적게 달성될 수 있다. 양호한 성능에 대한 주요한 장애는 제1 감속 뒤에 상기 제2 마그넷을 통해서 웨이퍼까지의 이온빔의 전송 효율이다. 전형적으로, 이러한 시스템에 적정한 이온빔은 상기 제1 마그넷 내 전송에 기인한 심각한 수차들(aberrations)을 가질 수 있으며, 상기 에너지가 낮고 마그넷들 사이에 감속 스테이지가 사용될 때, 비정상적인(aberrant) 빔들은 상기 제2 마그넷의 입구(entrance aperture)에 일치하기 어렵다.
상기 불일치는 이온 소오스 내 자기장들에 기인하는 중심에서의(분석 마그넷 중앙면에 수직한 면에서의) 작은 각도 에러들(small angle errors)에 의해 악화된다. 이온 소오스의 추출 장들을 상쇄하기 위해 추출 조작기들을 사용하여 이들 에 러들을 보정하는 것은 상기 각을 단지 대략 보정할 뿐이다. 상기 에러 방향으로 빔이 작을 때, 이 결함은 고에너지에서 사소하다. 그러나, 저에너지에서 그리고 긴 거리에 걸친 감속 및 전송 후에, 상기 각도 에러는 상기 제2 마그넷을 통한 완벽한 전달을 방해할 수 있다. 더욱이, 감속 영역 내에서 공간 전하 팽창에 기인한 빔 팽창은 상기 제2 마그넷 폴 갭(pole gap)을 초과할 수 있다. 그 결과로서, 빔 효율이 나빠진다.
따라서, 저에너지 이온빔 전송을 강화하기 위한 개선된 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 이온 임플랜터가 제공된다. 상기 이온 임플랜터는 이온빔을 생성하기 위한 이온 소오스, 이온 임플랜테이션을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 사이트, 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에서 빔 경로를 정의하는 빔라인, 및 상기 빔 경로로부터 상기 이온 빔의 원치않는 이탈(deviation)을 적어도 부분적으로 보정하기 위해 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에 배치된 마그네틱 조종기(magnetic steerer)를 포함한다.
상기 마그네틱 조종기는 상기 이온 빔을 통과시키기 위한 개구부를 갖는 폐루프 마그네틱 프레임 및 상기 개구부 내에 자기장을 발생시키기 위해 상기 프레임 상에 하나 이상의 전기 코일들을 포함할 수 있다. 상기 마그네틱 프레임은 위, 아래, 왼쪽 및 오른쪽 부분들을 포함할 수 있다. 상기 마그네틱 조종기는 상기 마그네틱 프레임의 위 및 아래 부분들 상에, 상기 마그네틱 프레임의 왼쪽 및 오른쪽 상에, 또는 양자 모두에 전기 코일들을 포함할 수 있다. 대향하는 코일들에 의해 유발된 상기 마그네틱 프레임 재료 내의 장들이 서로 대향하도록 그리고 상기 프레임 중앙의 자기장이 각 코일에 의해 공급되도록 상기 코일들이 활성화된다. 수평 대 수직 코일 전류들의 비율을 조정함으로써, x 및 y 방향 조종(steering)이 독립적으로 조정될 수 있다.
상기 빔라인은 분석 면에서 서로 다른 이온 종류들을 분리하기 위해 상기 마그네틱 조종기의 상류부분에 위치된 분석 마그넷 및 상기 마그네틱 조종기의 하류부분에 위치된 분해 구멍(resolving aperture)을 갖는 분해 마스크를 포함할 수 있다. 상기 마그네틱 조종기는, 중앙 빔라인 축에서 벗어난 빔이 바람직한 지점에서 상기 축 상에 되돌아오거나 그 축에 평행하게 조정될 수 있도록, 상기 빔의 각도들을 변경할 수 있다. 분석 마그넷과 조합하여, 두개 모두의 목적들이 상기 분석면에서 달성될 수 있다. 제2 조종 요소가 이러한 마그넷 전 또는 후에 사용될 때, 상기 빔은 중간 분해 면으로 올 수 있으며 바람직한 축에 평행하게 될 수 있다. 상기 빔라인은 상기 분해 마스크의 하류부분에 위치된 감속 스테이지 및 상기 감속 스테이지의 하류부분에 위치된 각도 보정 마그넷을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 이온 임플랜터가 제공된다. 상기 이온 임플랜터는 이온빔을 생성하기 위한 이온 소오스, 상기 이온빔으로부터 원치않는 성분들을 분리시키기 위한 것으로, 상기 이온빔이 그것을 통해 제1 전송 에너지로 전송되는 분석기, 상기 제1 전송 에너지로부터 제2 전송 에너지로 상기 이온빔을 감속시키기 위해 상기 분석기의 하류부분에 위치되고, 상류부분 전극 및 감속 전극을 포함하되, 상기 전극들 중 적어도 하나는 상기 빔 경로 내에 위치된 그리드 전극을 포함하는 감속 스테이지, 및 이온 임플랜테이션을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 사이트를 포함한다.
상기 그리드 전극은 상기 이온빔을 통과시키기 위한 개구부들을 정의하는 복수의 이격된 전도체들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 그리드 전극은 서로 이격된 평행한 전도체들의 제1 세트(set) 및 서로 이격된 평행한 전도체들의 제2 세트를 포함하고, 상기 제1 세트 내의 전도체들은 상기 제2 세트 내의 전도체들과 직교한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 그리드 전극은 평행한 서로 이격된 전도체들을 포함한다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 그리드 전극은 상기 이온빔을 통과시키기 위한 다수의 개구부들을 갖는 전도체를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 감속 전극은 그리드 전극을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 감속 스테이지는 상기 상류부분 및 감속 전극들 사이에 억제(suppression) 전극을 더 포함하고, 상기 억제 전극은 그리드 전극을 포함한다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 감속 스테이지의 전극들 각각은 그리드 전극을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 이온 임플랜터가 제공된다. 상기 이온 임플랜터는 이온빔을 생성하기 위한 이온 소오스, 이온 임플랜테이션을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 사이트, 및 상기 이온빔의 적어도 하나의 파라미터를 변경하기 위해 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에 배치되고, 상기 이온빔을 통과시키기 위한 다수의 개구부들을 갖는 그리드 전극을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 타겟에 이온들을 임플랜트하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 이온빔을 생성하고, 이온 임플랜테이션을 위해 타겟 사이트에서 타겟을 지지하고, 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이의 빔 경로를 따라 상기 이온 빔을 전송하고, 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에 배치된 마그네틱 조종기를 사용하여 상기 빔 경로로부터 상기 이온 빔의 원치않는 이탈을 적어도 부분적으로 보정하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 타겟에 이온들을 임플랜트하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 이온빔을 생성하고, 분석기에서 상기 이온빔으로부터 원치않는 성분들을 분리시키고, 제1 전송 에너지로 상기 분석기를 통해 상기 이온빔을 전송하고, 두개 이상의 전극들을 포함하되 상기 전극들 중 적어도 하나는 상기 빔 경로에 배치된 그리드 전극을 포함하는 감속 스테이지에서, 상기 이온빔을 상기 제1 전송 에너지로부터 제2 전송 에너지로 감속시키고, 상기 감속된 이온빔을 타겟 사이트에 전달하는 것을 포함하다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 다음의 도면들이 참조되며, 여기서 참고문헌으로 포함된다:
도 1은 이온 임플랜터의 일 실시예의 간략화된 개략적인 다이어그램이다;
도 2는 도 1의 이온 임플랜터에서 빔라인을 따른 거리의 함수로서의 빔 에너지 그래프이다;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 임플랜터 빔라인 부분의 평면도이 다;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 임플랜터 빔라인 부분의 평면도이다;
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이온 임플랜터 빔라인 부분의 평면도이다;
도 6은 이온빔 전송 방향에서 본 마그네틱 조종기 및 관련된 시스템 요소들의 일 실시예의 개략적인 다이어그램이다;
도 7은 그리드 전극들을 이용하는 감속 스테이지의 제1 실시예의 개략도이다;
도 8은 그리드 전극들을 이용하는 감속 스테이지의 제2 실시예의 개략도이다;
도 9는 이온빔 전송 방향에서 본 그리드 전극의 제1 실시예의 개략 다이어그램이다;
도 10은 이온빔 전송 방향에서 본 그리드 전극의 제2 실시예의 개략 다이어그램이다.
도 1에 이온 임플랜터의 일예의 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 이온 소오스(10)는 이온들을 생성하고 이온빔(12)을 공급한다. 이 기술분야에서 공지된 바와 같이, 이온 소오스(10)는 이온 챔버(chamber) 및 이온화될 가스를 담는 가스 박스를 포함할 수 있다. 상기 가스는 그것이 이온화되는 이온 챔버로 공급된다. 따라 서, 형성된 상기 이온들은 상기 이온 챔버로부터 추출되어 이온빔(12)을 형성한다. 이온빔(12)은, 바람직하게 수평 배향을 갖는 빔 단면의 긴 치수를 구비하여, 기다란 단면을 갖고 리본 모양(ribbon-shaped)이다. 제1 파워 서플라이(14)가 이온 소오스(10)의 추출 전극에 연결되고 양의 제1 전압 V0를 제공한다. 제1 전압 V0는 예컨대 약 0.2에서 80 keV까지 조정가능하다. 따라서, 이온 소오스(10)로부터 이온들이 제1 전압 V0에 의해 약 0.2 내지 80 keV의 에너지까지 가속된다. 이온 소오스들의 구성 및 작동은 이 기술분야에서 당업자에게 잘 알려져 있다.
이온빔(12)은 억제 전극(20) 및 접지 전극(22)을 통해 질량 분석기(30)까지 통과한다. 이온 소오스(10)는 가장자리(fringe) 영역이 전극(20)과 분석기(30) 사이 영역까지 연장할 수 있는 자기장을 사용할 수 있다. 이 장(field)은, 상기 이온빔을 마그넷(30) 내의 바람직한 절곡면으로부터 이동시킬 수 있거나 및/또는 바람직한 빔 경로와 관련하여 상기 이온빔을 중심으로부터 이동시킬 수 있는, 바람직하지 않은 이온빔 편향(deflection)을 유발할 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 전극들(20, 22)이 이동가능하게 제조되거나 그들의 정렬 위치로부터 의도적으로 이동되어 바람직하지 않은 편향들을 부분적으로 보상한다. 단일의 보상은 편향된 빔의 각도 및 위치 모두를 보정하기에 충분하지 않다. 질량 분석기(30)는 분석 마그넷(32) 및 분해 구멍(resolving aperture, 36)을 갖는 분해 마스크(34)를 포함한다. 분석 마그넷(32)은, 요구되는 이온 종류들(ion species)은 분해 구멍(36)을 통해 통과하고 요구되지 않는 이온 종류들은 분해 구멍(36)을 통해 통과하지 못하고 분해 마스크 (34)에 의해 차단되도록, 이온빔(12) 내 이온들을 편향시킨다. 바람직한 실시예에 있어서, 분석 마그넷(32)은 요구되는 종류들의 이온들을 90°까지 편향시킨다.
요구되는 이온 종류들의 이온들은 분해 구멍(36)을 통해 질량 분석기(30)의 하류부분에 위치된 제1 감속 스테이지(50)까지 통과한다. 감속 스테이지(50)는 상류부분 전극(52), 억제 전극(54) 및 하류부분 전극(56)을 포함할 수 있다. 이온빔 내의 이온들은 아래에서 설명되는 바와 같이 감속 스테이지(50)에 의해 감속되고, 그후 각도 보정 마그넷(60)을 통해 통과한다. 각도 보정 마그넷(60)은 요구되는 이온 종류들의 이온들을 편향시키고, 상기 이온빔을 발산하는 이온빔으로부터 실질적으로 평행한 이온 궤적들을 갖는 리본 이온빔(62)으로 변환시킨다. 리본 이온빔(62)은 상대적으로 큰 폭 및 상대적으로 작은 높이의 단면을 가지며 따라서 리본과 공통점이 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 각도 보정 마그넷(60)은 요구되는 이온 종류들의 이온들을 70°까지 편향시킨다.
종단 스테이션(70)은 하나 이상의 대상물, 예컨대 웨이퍼(72)를 리본 이온빔(62)의 경로 내에 지지하며, 그 결과 요구되는 종류들의 이온들이 반도체 웨이퍼들 내로 임플랜트 된다. 상기 종단 스테이션(70)은 냉각된 정전기 압반(platen) 형태의 타겟 사이트(target site) 및 웨이퍼(72)의 표면 전체에 걸쳐 이온들을 분포시키기 위해 상기 리본 이온빔(62) 단면의 긴 치수에 수직하게 웨이퍼(72)를 이동시키기 위한 주사기(scanner)를 포함할 수 있다. 상기 이온 임플랜터는 각도 보정 마그넷(60)의 하류부분에 위치된 제2 감속 스테이지(80)를 포함할 수 있다. 감속 스테이지(80)는 상류부분 전극(82), 억제 전극(84) 및 하류부분 전극(86)을 포함할 수 있다.
상기 이온 임플랜터는 이 기술분야의 당업자에게 공지된 추가적인 성분들을 포함할 수 있다. 예컨대, 종단 스테이션(70)은 전형적으로 상기 이온 임플랜터 내로 웨이퍼들을 공급하고 이온 임플랜테이션 후 웨이퍼들을 제거하기 위한 자동화된 웨이퍼 조작(handling) 장치를 포함한다. 종단 스테이션(70)은 또한 도즈(dose) 측정 시스템, 전자 투사총(electron flood gun) 및 다른 성분들을 포함할 수 있다. 상기 이온빔에 의해 통과되는 전 경로는 이온 임플랜테이션 동안 진공상태로 비워진다. 이온 소오스(10)와 상기 타겟 사이트 사이의 상기 임플랜터 구성 요소들은 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에서 빔 경로를 정의하는 빔라인을 구성한다.
질량 분석기(30), 접지 전극(22) 및 감속 스테이지(50)의 전극(52)를 포함하는 빔라인 모듈(100)은 제2 파워 서플라이에 결합된다. 억제 전극(20) 및 접지 전극(22)은 하나의 유닛으로 움직일 수 있다. 파워 서플라이(102)에 의해 생성된 제2 전압 V1은 빔라인 모듈(100)의 구성 요소들에 결합되고 과도한 빔 팽창 없이 전송에 충분한 에너지까지 이온빔(12)을 가속시킨다. 전형적으로, 파워 서플라이(102)는 접지 전위에 대해 -30 kV 까지의 음의 전송 전압을 제공하도록 조정된다. 파워 서플라이(102)에 달린 파워 서플라이(103)는, 이온빔 내에서 하나의 에너지 영역에서 다른 영역으로의 전자들의 흐름을 억제하기에 충분히 음인 전압 VS0 만큼 빔라인 모듈(100) 전위 V1(전극(22) 전위)보다 더 음으로, 억제 전극(20)을 바이어스시키기 위해 사용된다. 파워 서플라이(102)에 달린 파워 서플라이(104)는, 이온빔 내에서 하나의 에너지 영역에서 다른 영역으로의 전자들의 흐름을 억제하기에 충분히 음인 전압 VS1 만큼 빔라인 모듈(100) 전위 V1(전극(52) 전위)보다 더 음으로 억제 전극(54)을 바이어스시키기 위해, 그리고 상기 빔라인의 하류부분 요소들을 통해 상기 빔의 전송을 최대화하는데 필요한 빔 광학 초점(focusing)을 제공하기 위해 사용된다.
제2 빔라인 모듈(120)은 감속 스테이지(50)의 하류부분 전극(56), 각도 보정 마그넷(60) 및 감속 스테이지(80)의 전극(82)를 포함하고, 이들은 제3 파워 서플라이(122)에 결합된다. 파워 서플라이(122)는 전형적으로 -5 kV 까지의 음의 전압 V2를 생성한다. 파워 서플라이(122)에 달린 파워 서플라이(124)는, 이온빔 내에서 하나의 에너지 영역에서 다른 영역으로의 전자들의 흐름을 억제하기에 충분히 음인 전압 VS2 만큼 빔라인 모듈(120) 전위(전극(82) 전위)보다 더 음으로 억제 전극(84)을 바이어스시키기 위해, 그리고 상기 타겟 웨이퍼(72) 까지의 빔 전달을 최적화하기 위해 사용된다. 빔라인 모듈(120)의 구성 요소들에 인가된 공급 전압 V2는 빔라인 모듈(100)에 의해 설정된 에너지로부터 빔라인 모듈(120)에 의해 설정된 제2 전송 에너지까지 이온빔(12)을 감속시킨다. 감속 스테이지(80)의 하류부분 전극(86)은, 이온들이 웨이퍼(72) 내로 임플랜트되기 전, 상기 이온빔이 파워 서플라이(14)에 의해 설정된 최종 에너지 EF=qi(V0)까지 더 감속되도록, 접지된다.
도 2는 상기 빔라인을 따른 거리의 함수로서의 빔 에너지 그래프이다. 곡선(130)은 상기 이온 임플랜터 내의 빔 에너지를 나타내고, 참조번호들(20, 22, 52, 54, 56, 82, 84 및 86)은 상기 빔라인을 따른 대응하는 전극들의 위치들을 지시한다. 이온빔(12)은 파워 서플라이들(14, 102, 103)에 의해 각각 공급된 전위들의 합전위 V0+V1+VS0에 의해 이온 소오스(10)로부터 추출된다. 이온빔(12)은 그후 질량 분석기(30)로 진입하기 전에 제1 전송 에너지 E1T=qi(V0+V1)로 감속된다. 빔(12)은, 빔라인 모듈(100)을 빠져나감에 따라, 에너지 증가(132)에 의해 지시된 바와 같이, 억제 전극(54) 상의 바이어스에 의해 에너지 E=qi(V0+V1+VS1)으로 가속된다. 상기 이온빔은 그후 전극(56)에서 제2 전송 에너지 E2T=qi(V0+V2)로 감속되고, 여기서 V2는 파워 서플라이(122)에 의해 결정된다. 상기 빔은 제2 전송 에너지 E2T로 각도 보정 마그넷(60)을 통해 전송된다. 상기 빔은, 빔라인 모듈(120)을 빠져나감에 따라, 에너지 증가(134)에 의해 지시된 바와 같이, 억제 전극(84) 상의 바이어스에 의해 에너지 E=qi(V0+V2+VS2)로 가속된다. 이온빔(12)은 그후 전극(86)에서 최종 에너지 EF=qi(V0)로 감속되고, 상기 빔은 최종 에너지 EF로 종단 스테이션(70) 내의 웨이퍼(72)에 전달된다. 웨이퍼(72)에 전달된 최종 임플랜테이션 에너지는 이온 전하(qi)×추출 파워 서플라이(14)에 의해 설정된 이온 소오스 전위(V0)이다.
요약하면, 제1 파워 서플라이(14)는 제1 전압 V0을 제공하고, 제2 파워 서플 라이(102)는 제2 전압 V1을 제공하고, 제3 파워 서플라이(122)는 제3 전압 V2를 제공한다. 이온빔(12)은 제1 전송 에너지 E1T=qi(V0+V1)로 분석기(30)를 통해 전송되고, 제2 전송 에너지 E2T=qi(V0+V2)로 각도 보정 마그넷(60)을 통해 전송되고, 최종 에너지 EF=qi(V0)로 웨이퍼(72)에 전달된다.
상기 이온 임플랜터는, 폭(도 1에 도시된 면 내에서)을 가로질러 실질적으로 균일하도록 리본 이온빔(62)을 조정하기 위한 빔 감지 및 제어 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 상기 빔 감지 및 제어 어셈블리는 다극(multipole) 요소(106), 빔 프로파일러(108) 및 다극 제어기(110)를 포함한다. 다극 요소(106)는 다극 제어기(110)의 제어 신호들에 응답하여 리본 이온빔(62)의 균일성을 조정한다. 빔 프로파일러(108)는, 리본 이온빔(62)을 가로막도록 위치되어, 리본 이온빔(62)의 균일성을 감지하고 다극 제어기(110)에 감지신호를 제공한다.
앞에 기재된 바와 같이, 상기 이온빔의 공간 전하 팽창은 저에너지 이온빔들의 경우에 특히 심각하다. 상기 이온빔의 공간 전하 팽창을 제한하는 한가지 방법은, 구름을 형성하는 전자들을 제공하는 것인데, 상기 구름은 상기 이온빔의 통로 영역을 크게 중성화시키고 그것에 의해 공간 전하 팽창을 유발하는 전기장을 감소시킨다. 전자 소오스들 또는 플라즈마 투사총(PFG) 형태의 하나 이상의 전자 발생기들이 공간 전하에 의한 빔 팽창 효과를 감소시키기 위해 상기 이온 임플랜터에 이용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 투사총(112)은 웨이퍼(72)의 정면에 위치하여 공간 전하 팽창을 제한하고 웨이퍼(72)의 표면 상의 전하 축적을 제한할 수 있다. 플라즈마 투사총(114)는 분석 마그넷(32)의 입구에 위치할 수 있으며, 및/또는 플라즈마 투사총(116)은 분석 마그넷(32)의 출구에 위치할 수 있다. 플라즈마 투사총(118)은 각도 보정 마그넷(60)의 입구에 위치할 수 있다.
도 2에 도시되고 앞에서 설명된 이온 임플랜터의 동작 모드는 "이중 감속" 모드로 알려져 있다. "강화된 표류" 모드로 알려진 다른 동작 모드에 있어서, 파워 서플라이들(122, 124)은 턴오프 및/또는 차단되고, 빔라인 모듈(120) 및 억제 전극(84)은 접지에 연결된다. 이온빔(12)이 상대적으로 고에너지에서 빔라인 모듈(100)을 통해 전송되기 때문에, 빔 팽창이 제한된다. 도 1에 도시되고 앞서 설명된 구성의 특별한 경우인 또 다른 동작 모드에 있어서, 빔라임 모듈(100) 및 빔라인 모듈(120)은 서로 전기적으로 연결되어 단일의 스테이지 감속 시스템을 형성한다. "공정챔버 가속"을 알려진 이 동작 모드에 있어서, 빔라인 모듈들(100, 120)은 파워 서플라이들(102, 122) 중 하나에 의해 바이어스되고, 상기 이온빔의 감속은 감속 스테이지(80)에서 발생한다. "표류" 모드로 알려진 또 다른 동작 모드에 있어서, 빔라인 모듈들(100, 120)은 모두 접지도니다. 따라서, 이온빔(12)은 파워 서플라이(14)에 의해 설정된 최종 에너지 EF=qi(V0)로 상기 빔라인 구성 요소들을 통해 전송되고 최종 에너지 EF로 웨이퍼(72)에 전달된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 이온 임플랜터 빔라인 부분이 도 3에 도시되어 있다. 마그네틱 조종기(200)가 분해 구멍(36)의 상류부분에 위치되고, 이온빔(12)의 마그네틱 조종을 수행하도록 배열된다. 마그네틱 조종기(200)는 상기 빔 경로로부터 이온빔(12)의 원치않는 이탈을 적어도 부분적으로 보정할 수 있다. 상기 이온 임플랜터가 수용가능한 한계들 내에서 작동하고 있을 때, 상기 빔 경로는 이온 임플랜터의 이온 광학 요소들을 통해 이온 소오스(10)로부터 웨이퍼(72)까지 이온빔(12)에 의해 추종되는 명목상 경로이다. 마그네틱 조종기(200)는 상기 빔 경로를 따라 상대적으로 작은 삽입 길이에 의해 특징되고, 그것의 배열에 의존하여 수직 조종, 수평 조종 또는 양자 모두를 수행할 수 있다. 예컨대, 마그네틱 조종기(200)는 분해 구멍(36)을 통해서, 감속 스테이지(50)의 전극들(52, 54, 56)을 통해서 그리고 각도 보정 마그넷(도 1의 60)의 극부분들 사이에서 이온빔(12)을 조종할 수 있다. 상기 마그넷 내 절곡 각도에 수직한 면 내에서의 조종 보정들은 전형적으로 이온 소오스 근처의 추출 조작기에 의한 부분적인 보정과 조합하여 행해진다. 빔 분산 방향에서의 보정들은 질량 분해 슬릿의 각진 수용과 양립하는 상기 절곡 마그넷의 강도에서의 작은 변화들과 조합하여 행해진다. 마그네틱 조종기(200)는 아래에 상세하게 설명된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 임플랜터 빔라인 부분이 도 4에 도시되어 있다. 도 4의 실시예에 있어서, 감속 스테이지(50)는 적어도 하나의 그리드(grid) 전극과 함께 배열된다. 도 4에 도시된 감속 스테이지(50)는 상류부분 전극(210), 억제 전극(212), 및 감속 전극(214)을 포함하고, 이들 각각은 그리드 전극으로 형성된다. 일반적으로, 상기 그리드 전극은 상기 빔 경로를 따라 상대적으로 작은 치수를 갖고 이온빔(12)을 통과시키기 위한 다수의 개구부들을 갖는 전도체이다. 각 그리드 전극은 적합한 바이어스 전압에 전기적으로 연결된다.
상기 그리드 전극은 몇가지 장점들을 제공한다. 전위가 본질적으로 제로 길이 전극으로 정의될 수 있기 때문에, 전체 유효 렌즈 길이 및 비중성화(deneutralization) 영역이 최소로 감소될 수 있다. 상기 그리드 전극은 상기 갭(gap) 렌즈 장들의 발산 부분이 제거되게 하고 그 결과로서 상기 렌즈를 강력한 초점으로 변환하여, 공간 전하 탈보상(decompensation) 영역에 의해 생성된 발산을 극복하기 위해 상기 렌즈가 더 효과적으로 작동하게 한다. (적당한 집속을 제공하는 다른 요소들 때문에) 집속(focusing)이 요구되지 않을 때, 상기 렌즈 시스템의 모든 갭의 초점은 상기 갭의 바깥 전극에 그리드를 설치함으로써 턴오프될 수 있다. 초점 강도가 기본 구경 치수와 함께 변하기 때문에, 상기 바깥 전극들의 구경을 변화시킴으로써 단일의 그리드 전극 시스템에서 또 다른 초점 제어가 제공된다. 전위들이 상기 빔 에너지 및 전류와 무관하게 상기 갭 분리들에 대비하여 작은 그리드 개구부들을 위한 그리드 형상을 따르기 때문에, 단일 또는 이중 그리드들은 주입된 빔들의 몇몇 수차들을 보상하기 위해 3차원으로 형성될 수 있다. 이 유형의 렌즈 사용은 최종 병렬 마그넷의 주어진 극 기하(pole geometry)와 조화하는 능력을 최대화한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이온 임플랜터 빔라인 부분이 도 5에 도시되어 있다. 도 5의 실시예에 있어서, 마그네틱 조종기(200)는 분해 구멍(36)의 상류부분에 위치하고, 감속 스테이지(50)는 그리드 전극들(210, 212, 214)을 포함한다. 그 결과, 상기 이온 임플랜터를 통한 저에너지 이온빔 전송을 달성함에 있어서, 마그네틱 조종기(200) 및 그리드 전극들(210, 212, 214)의 장점들이 결합된다.
마그네틱 조종기(200) 및 관련된 시스템 요소들의 일 실시예의 개략 다이어그램이 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서 마그네틱 조종기(200)는 이온빔 전송 방향에서 본 것이다. 마그네틱 조종기(200)는 마그네틱 프레임(250) 및 마그네틱 프레임(250) 둘레를 감고있는 하나 이상의 전기적 코일들을 포함한다. 도 6의 실시예는 x-방향 자기장 Bx을 발생시키기 위한 코일들(252, 254), 및 y-방향 자기장 By을 발생시키기 위한 코일들(256, 258)을 포함한다.
마그네틱 프레임(250)은 상기 이온빔을 통과시키기 위한 중앙 개구부(260)를 갖는 스틸(steel) 또는 다른 자성 재료로된 폐루프(closed loop) 밴드일 수 있다.도 6의 실시예에 있어서, 마그네틱 프레임(250)은 위 부분(262), 아래 부분(264), 왼쪽 부분(266) 및 오른쪽 부분(268)을 포함하는 직사각형 모양을 갖는다. 코일(252)은 위 부분(262) 둘레에 감겨져 있고; 코일(254)은 아래 부분(264) 둘레에 감겨져 있고; 코일(256)은 외쪽 부분(266) 둘레에 감겨져 있고; 코일(258)은 오른쪽 부분(268) 둘레에 감겨져 있다.
코일들(252, 254)은 파워 서플라이(270)에 연결될 수 있고, 코일들(256, 258)은 파워 서플라이(272)에 연결될 수 있다. 코일들(252, 254)은 개구부(260) 내에 x-방향 자기장 Bx을 발생시키도록 연결되고, 코일들(256, 258)은 개구부(260) 내에 y-방향 자기장 By을 발생시키도록 연결된다. 특히, 코일들(252, 254)은 감겨져서 파워 서플라이(270)에 의해 활성화되어 마그네틱 프레임(250) 내에 대향하는 자기장들을 발생시킨다. 상기 대향하는 자기장들은 개구부(260)를 통해 귀환 경로를 갖 는다. 유사하게, 코일들(256, 258)은 감겨져서 파워 서플라이(272)에 의해 활성화되어 마그네틱 프레임(250) 내에 대향하는 자기장들을 발생시고, 상기 대향하는 자기장들은 개구부(260)를 통해 귀환 경로를 갖는다. 결과적인 자기장 Br는 자기장 Bx 및 자기장 By의 벡터합이다. 이 기술분야에서 공지된 바와 같이, x-방향 자기장 Bx는 상기 이온빔의 y-방향 조종을 발생시키고, y-방향 자기장 By는 상기 이온빔의 x-방향 조종을 발생시킨다.
도 6에 도시되고 위에 설명된 마그네틱 조종기는 x-방향 자기장 Bx 및 y-방향 장기장 By를 발생시킨다. 몇몇 응용에 있어서, 단지 x-방향 조종만이 요구되고, 코일들(252, 254)이 상기 마그네틱 조종기에서 생략될 수 있다. 다른 응용들에 있어서, 단지 y-방향 조종만이 필요하고, 코일들(256, 258)이 생략될 수 있다. 일방향 자기장을 충분한 경우, 마그네틱 프레임(250)은 영구자석 막대들을 가지어 상기 코일들에 의해 발생되는 자기장의 균일성 및 강도를 향상시킬 수 있다.
일 예에 있어서, 마그네틱 프레임(250)은 0.75 in.의 두께로 외형 치수 7.5 인치(in.)×7.5 인치(in.)×2 in.의 치수를 가졌으며 유형 1018 스틸로 제조되었다. 코일들(252, 254, 256, 258)은 각각 300턴의 No.16 AWG 와이어였으며, 파워 서플라이들(270, 272)은 0 내지 15A의 출력 전류를 가졌다. 마그네틱 조종기(200)는 상기 빔 경로를 따라 약 3인치의 치수를 가졌으며, 12 keV B+ 이온 빔에 대해서 1.2A의 코일 전류로 약 0.64°의 편향(deflections)을 방생시켰다. 다른 다양한 마 그네틱 프레임의 크기 및 재료들과 코일 배열들이 본 발명의 범위 내에서 이용될 수 있다. 일 예에 있어서, 마그네틱 프레임(250)의 부분들(262, 264, 266, 268)이 분리되어 제조되었고, 그 상에 코일들을 장착했으며, 그후 서로 볼트연결되어 마그네틱 조종기(200)를 형성하였다.
동작 조건들에 의존하여, 마그네틱 조종기(200)는 원활한 냉각을 필요로할 수 있다. 도 3, 5 및 6에 도시된 실시예에 있어서, 마그네틱 프레임(250)에는 유체 도관에 의해 냉각 유체 서플라이(286)에 연결된 유체 통로(도 3 및 5의 280)가 제공된다. 동작 동안, 냉각 유체, 예컨대 물이 마그네틱 조종기(200)의 온도 상승을 제한하기 위해 유체 통로(280)를 통해 순환될 수 있다. 냉각은 또한 속이 빈 마그넷 와이어들을 통해 냉각제(coolant)를 흐르게 하거나 상기 감겨진 코일들 가까이에 냉각 튜브를 감싸는 것에 의해 구체화될 수 있다.
마그네틱 조종기(200)는 상기 빔 경로로부터 이온빔(12)의 원치않는 이탈들을 적어도 부분적으로 보정하기 위해 배열된다. 마그네틱 조종기(200)는 이온빔(12)을 주사하거나 이온빔(12)의 큰 편향들을 생성하기 위해 전형적으로 이용되지는 않는다. 이온빔(12)의 원치않는 이탈은 예컨대 이온 소오스(10) 내의 자기장들 또는 분석 마그넷(32) 내의 수차들에 기인할 수 있다. 마그네틱 조종기(200)는 분해 구멍(36), 감속 스테이지(50) 내의 갭 및/또는 각도 보정 마그넷(60)의 입구와 고나련하여 이온빔(12)을 중심에 모으기 위해 이용될 수 있다. 마그네틱 조종기(200)는 분석 마그넷(32)의 분석면에 수직하거나, 상기 분석면에 평행하거나, 또는 양자 모두인 이온빔의 원치않는 이탈들을 보정하도록 배열될 수 있다.
상기 이온 임플랜터는 전형적으로 서로 다른 이온 종류들, 서로 다른 이온 에너지들 및 서로 다른 빔 전류들과 함께 다양한 시간들에서 동작할 필요가 있다. 이온빔(12)의 원치않는 이탈들은 서로 다른 이온빔 파라미터들(parameters) 때문에 달라지기 쉽다. 따라서, 이온빔 파라미터들이 변경될 때, 파워 서플라이들(270, 272) 중 하나 또는 양자 모두가 이온빔 방향의 바람직한 보정을 생성하도록 조정될 수 있다. 이온빔 파라미터들의 선택된 세트(set)로 동작하는 동안, 파워 서플라이들(270, 272)의 출력은 고정될 것이다.
마그네틱 조종기(200) 분해 구멍(36)의 상류부분에 위치된 것으로 도시 및 설명되었다. 다른 실시예들에 있어서, 마그네틱 조종기는 상기 빔 경로를 따라서 어느 지점에든 위치되어 빔 경로로부터의 상기 이온빔의 원치않는 이탈들을 적어도 부분적으로 보정할 수 있다. 상기 마그네틱 조종기는 입구를 갖는 이온 광학 요소의 상류부분에 위치될 수 있다. 조종기의 자기장들은 상기 입구에 대해 이온빔을 위치시키도록 조정될 수 있다. 예컨대, 상기 마그네틱 조종기는 각도 보정 마그넷(도 1의 60)과 같은 마그넷의 막대들(polepieces) 사이의 갭에 대해 이온빔을 중심에 모을 수 있다.
감속 스테이지(50)의 제1 실시예의 개략 다이어그램이 도 7에 도시되어 있다. 감속 스테이지(50)는 그리드 전극(210, 상류부분 전극), 그리드 전극(212, 억제 전극), 및 그리드 전극(214, 감속 전극)을 포함한다. 그리드 전극(210)은 전압 V1을 발생시키는 파워 서플라이(도 1의 102)에 연결된다. 파워 서플라이(104)는 파 워 서플라이(102)에 달려 있고, 그리드 전극(212)을 약 -1 kV 이상인 전압 VS1 만큼 전압 V1 보다 더 음으로 바이어스 시킬 수 있다. 그리드 전극(214)은 음의 전압 V2을 발생시키는 파워 서플라이(도 1의 122)에 연결된다. 전형적인 구성에 있어서, 그리드 전극들(210, 212) 사이의 간격 S1은 약 0.2 in. 내지 2 in.의 범위 내에 있고, 그리드 전극들(212, 214) 사이의 간격 S2는 약 0.5 in. 내지 3 in.의 범위 내에 있을 수 있다.
감속 스테이지(50)의 제2 실시예의 개략 다이어그램이 도 8에 도시되어 있다. 도 8의 실시예에 있어서, 감속 스테이지(50)는 통상의 상류부분 전극(300), 그리드 억제 전극(302) 및 통상의 감속 전극(304)을 포함한다. 상류부분 전극(300)은 전압 V1에 연결되고, 그리드 전극은 전압 VS1에 연결되고, 감속 전극(304)는 전압 V2에 연결된다. 도 8의 실시예에 있어서, 그리드 전극(302)은 공간 전하 제거 영역을 최소화하도록 전자들에 대한 억제 장벽을 제공하고 또한 시스템의 가속 및 감속 갭들 모두에서 강하게 집속하는 장점을 갖는다. 일반적으로, 감속 스테이지(50) 내 상기 전극들 중 하나 이상은 그리드 전극으로 배열될 수 있다.
빔 전송 방향을 따라서 보이는 그리드 전극의 제1 실시예가 도 9에 도시되어 있다. 그리드 전극(350)은, 이온빔(12)의 통로를 위한 개구부들(370, 372, 374, 376 등)의 어레이를 정의하는, 서로 이격된 x-방향 전도체들(352, 354, 356 등) 및 서로 이격된 y-방향 전도체들(362, 364, 366 등)을 포함할 수 있다. x-방향 전도체 들(352, 354, 356 등)은 서로 평행할 수 있다. y-방향 전도체들(362, 364, 366 등)은 서로 평행할 수 있으며, 상기 x-방향 전도체들에 직교할 수 있다. 상기 그리드 전극은 이 배열에 한정되지 않는다. 그리드 전극(350)의 전도체들은, 전체 전극이 하나의 전위로 되도록, 도전 프레임(380)에 의해 지지될 수 있다. 그리드 전극(350)의 파라미터들은 상기 전도체들의 직경들 및 전도체들 사이의 간격들을 포함한다. 이들 파라미터들은 개구부들(370, 372, 374, 376)의 치수들 및 이온빔(12_이 상기 그리드 전극의 전도체들에 의해 차단되는 양을 결정한다.
일반적으로, 전도체 크기 및 전도체 간격의 선택은, 이온빔(12)에 의해 통과되는 가능한한 많은 영역을 단일 전위에 있는 전도체들로 채우려는 요구와 상기 이온빔을 차단하는 것을 피하려는 요구 사이의 트레이드 오프(tradeoff)이다. 빔 차단은 상기 타겟에 전달되는 전체 전류를 감소시킨다. 더욱이, 상기 전도체들은 상기 타겟에 전달되는 이온빔 내에서의 공간적 불균일성을 잠재적으로 발생시키는 차단을 유발한다. 또한, 상기 그리드 전극의 전도체들은 강력한 이온빔에 의해 스퍼터될 수 있으며, 잦은 교체에 대한 필요를 제한하기 위해 충분한 크기를 가져야 한다. 상기 그리드 전극 전도체들의 스퍼터링(sputtering)은 약간의 빔 오염을 발생시킬 수 있다. 그러나, 오염물질들은 각도 보정 마그넷(도 1의 60)을 통해 통과할 때 이온빔으로부터 분리된다.
많은 응용에 대해서, 그리드 전극 전도체들(352, 254, 356, 362, 364, 366 등)은 약 0.001 in. 내지 0.02 in. 범위 내의 두께 및 약 0.02 in. 내지 0.5 in. 범위 내의 전도체들 사이의 간격들을 가질 수 있다. 적합한 재료는 텅스텐, 카본 및 탄탈(tantalum)을 포함한다.
빔 전송 방향을 따라서 보이는 그리드 전극의 제2 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 그리드 전극(400)은 도전 프레임(420)에 의해 지지되는 서로 이격된 전도체들(402, 404, 406 등)을 포함한다. 전도체들(402, 404, 406 등)은 x-방향 전도체들 또는 y-방향 전도체들일 수 있으며, 서로 평행할 수 있다. 도 10의 실시예는, 도 9에 도시되고 앞서 설명된 그리드 전극(350)과 대비하여, 적은 불균일성을 발생시키는 장점을 가질 수 있다. 일 응용에 있어서, 전극들(402, 404, 406 등)은 리본 이온빔 단면의 긴 치수에 평행하다. 전도체 직경 및 간격의 선택과 관련하여 위에서 언급된 고려사항들은 도 10의 실시예에 적용된다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 그리드 전극은 평평하고 이온빔 전송 방향에 수직하게 장착된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 그리드 전극은 바람직한 결과를 발생하도록 모양 또는 윤곽(contoured)을 이룬다. 예컨대, 상기 그리드 전극은 원통형 또는 구형 모양을 가지거나, 임의의 비평면 모양을 가질 수 있다. 비평면 모양들은, 이온빔의 서로 다른 영역들에 대해 서로 다른 집속 강도를 인가함으로써, 상기 이온빔 내의 비대칭성 수차들을 보정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 그리드 전극은 발산 또는 수렴하는 이온 궤적들에 수직하도록 윤곽을 이룰 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 그리드 전극들은 짜여진 배열을 가질 수 있으며, 스크린 형태일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 그리드 전극은 다수의 개구부들을 갖는 단일의 전도체를 포함할 수 있다.
상기 그리드 전극들은 감속 스테이지(50) 내에서의 사용과 연결하여 설명되 었다. 다른 실시예들에 있어서, 하나 이상의 그리드 전극들은 상기 빔 경로를 따라 다른 위치들에서 사용될 수 있다. 수용가능한 한계 내에서 타겟 오염, 빔 전류 감소 및 도즈 균일성 감소를 주의하여 제어하여야 한다.
상기 그리드 전극들은 공간 전하 중성화에 기인하는 빔 팽창 감소와 함께 강한 집속의 장점을 갖는다. 상기 빔 경로를 따라서 전극들 사이의 간격은 상대적으로 작을 수 있다. 따라서, 상기 이온빔과 전기장 상호작용 영역이 감소되고, 공간 전하 중성화가 감소된다.
따라서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다양한 태양들을 설명했듯이, 다양한 변경들, 변형들 및 개선들이 이 기술분야의 당업자에게 즉시 발생할 것임이 인식될 수 있다. 이러한 변경들, 변형들 및 개선들은 본 개시의 일부가 될 것이고, 본 발명의 사상 및 범위 내에 있게 될 것이다. 따라서, 앞선 설명 및 도면들은 단지 일종의 예일 뿐이다.

Claims (33)

  1. 이온빔을 생성하기 위한 이온 소오스;
    이온 임플랜테이션을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 사이트;
    상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에서 빔 경로를 정의하는 빔라인;
    및
    상기 빔 경로로부터 상기 이온 빔의 원치않는 이탈을 적어도 부분적으로 보정하기 위해 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에 배치된 마그네틱 조종기를 포함하는 이온 임플랜터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마그네틱 조종기는 상기 이온 빔을 통과시키기 위한 개구부를 갖는 폐루프 마그네틱 프레임 및 상기 개구부 내에 자기장을 발생시키기 위해 상기 프레임 상에 하나 이상의 전기 코일들을 포함하는 이온 임플랜터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마그네틱 프레임은 직사각형 모양을 갖는 이온 임플랜터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 마그네틱 프레임은 위, 아래, 왼쪽 및 오른쪽 부분들을 포함하는 이온 임플랜터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 마그네틱 조종기는 상기 마그네틱 프레임의 위 및 아래 부분들 상에 전기 코일들을 포함하는 이온 임플랜터.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 마그네틱 조종기는 상기 마그네틱 프레임의 왼쪽 및 오른쪽 부분들 상에 전기 코일들을 포함하는 이온 임플랜터.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 마그네틱 조종기는 상기 마그네틱 프레임의 위, 아래, 왼쪽 및 오른쪽 부분들 상에 전기 코일들을 포함하는 이온 임플랜터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 마그네틱 조종기는 상기 이온 빔을 통과시키기 위한 개구부를 갖는 마그네틱 재료의 직사각형 프레임 및 상기 직사각형 프레임의 적어도 두개의 대향측들 상에 전기 코일들을 포함하는 이온 임플랜터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔라인은 분석 면에서 서로 다른 이온 종류들을 분리하기 위해 상기 마그네틱 조종기의 상류부분에 위치된 질량 분석 마그넷 및 상기 종류들 중 하나를 선택하기 위해 상기 마그네틱 조종기의 하류부분에 위치된 분해 구멍을 갖는 분해 마스크를 포함하고, 상기 마그네틱 조종기는 상기 분해 구멍을 통해 상기 이온 빔을 인도하는 이온 임플랜터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 마그네틱 조종기는 상기 분석 면에 수직한 상기 이온 빔의 원치않는 이탈을 보정하도록 배열된 이온 임플랜터.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 빔라인은 상기 분해 마스크의 하류부분에 위치된 감속 스테이지를 더 포함하는 이온 임플랜터.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 빔라인은 상기 감속 스테이지의 하류부분에 위치된 각도 보정 마그넷을 더 포함하는 이온 임플랜터.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 이온 빔의 원치않는 이탈은 상기 이온 소오스에서 자기장들에 의해 발 생되는 이온 임플랜터.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 이온 빔의 원치않는 이탈은 상기 질량 분석 마그넷에서 수차들에 의해 발생되는 이온 임플랜터.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔라인은 입구를 갖는 이온 광학 요소를 포함하고, 상기 마그네틱 조종기는 상기 입구에 대해 상기 이온빔을 위치시키도록 배열된 이온 임플랜터.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 소오스는 상기 빔 경로로부터 상기 이온 빔의 원치않는 이탈을 발생시키는 요소를 포함하는 이온 임플랜터.
  17. 이온빔을 생성하기 위한 이온 소오스;
    상기 이온빔으로부터 원치않는 성분들을 분리시키기 위한 것으로, 상기 이온빔이 그것을 통해 제1 전송 에너지로 전송되는 분석기;
    상기 제1 전송 에너지로부터 제2 전송 에너지로 상기 이온빔을 감속시키기 위해 상기 분석기의 하류부분에 위치되고, 상류부분 전극 및 감속 전극을 포함하되, 상기 전극들 중 적어도 하나는 상기 빔 경로 내에 위치된 그리드 전극을 포함 하는 감속 스테이지; 및
    이온 임플랜테이션을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 사이트를 포함하는 이온 임플랜터.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 그리드 전극은 상기 이온빔을 통과시키기 위한 개구부들을 정의하는 복수의 이격된 전도체들을 포함하는 이온 임플랜터.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 그리드 전극은 서로 이격된 평행한 전도체들의 제1 세트 및 서로 이격된 평행한 전도체들의 제2 세트를 포함하고, 상기 제1 세트 내의 전도체들은 상기 제2 세트 내의 전도체들과 직교하는 이온 임플랜터.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 그리드 전극은 평평하고 상기 이온빔에 수직 배향된 이온 임플랜터.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 그리드 전극은 평평하지 않고 상기 감속 스테이지로 진입하는 상기 이온빔에서 수차들을 조정하도록 배열된 이온 임플랜터.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 감속 전극은 상기 빔 경로에 위치된 그리드 전극을 포함하는 이온 임플랜터.
  23. 청구항 17에 있어서,
    상기 감속 스테이지는 상기 상류부분 및 감속 전극들 사이에 억제 전극을 더 포함하고, 상기 억제 전극은 상기 빔 경로에 위치된 그리드 전극을 포함하는 이온 임플랜터.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 감속 스테이지의 전극들 각각은 그리드 전극을 포함하는 이온 임플랜터.
  25. 청구항 17에 있어서,
    상기 그리드 전극은 상기 이온빔을 통과시키기 위한 다수의 개구부들을 갖는 전도체를 포함하는 이온 임플랜터.
  26. 청구항 17에 있어서,
    상기 이온빔으로부터 중성 입자들을 분리시키기 위해 상기 감속 스테이지의 하류부분에 위치된 빔 필터를 더 포함하는 이온 임플랜터.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 빔 필터는 각도 보정 마그넷을 포함하는 이온 임플랜터.
  28. 청구항 17에 있어서,
    상기 분석기는 분석 마그넷 및 분해 구멍을 갖는 분해 마스크를 포함하고, 상기 이온 임플랜터는 상기 빔 경로로부터 상기 이온빔의 원치않는 이탈을 적어도 부분적으로 보정하기 위해 상기 분석 마그넷 및 상기 분해 구멍 사이에 위치된 마그네틱 조종기를 더 포함하는 이온 임플랜터.
  29. 청구항 17에 있어서,
    상기 그리드 전극은 스크린을 포함하는 이온 임플랜터.
  30. 청구항 17에 있어서,
    상기 그리드 전극은 상기 빔 경로에 배치된 복수개의 서로 이격된 평행한 전도체들을 포함하는 이온 임플랜터.
  31. 이온빔을 생성하기 위한 이온 소오스;
    이온 임플랜테이션을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 사이트;
    및
    상기 이온빔의 적어도 하나의 파라미터를 변경하기 위해 상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에 배치되고, 상기 이온빔을 통과시키기 위한 다수의 개구부들을 갖는 그리드 전극을 포함하는 이온 임플랜터.
  32. 이온빔을 생성하고;
    이온 임플랜테이션을 위해 타겟 사이트에서 타겟을 지지하고;
    상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이의 빔 경로를 따라 상기 이온 빔을 전송하고;
    상기 이온 소오스와 상기 타겟 사이트 사이에 배치된 마그네틱 조종기를 사용하여 상기 빔 경로로부터 상기 이온 빔의 원치않는 이탈을 적어도 부분적으로 보정하는 것을 포함하는 타겟에 이온들을 임플랜트하기 위한 방법.
  33. 이온빔을 생성하고;
    분석기에서 상기 이온빔으로부터 원치않는 성분들을 분리시키고;
    제1 전송 에너지로 상기 분석기를 통해 상기 이온빔을 전송하고;
    두개 이상의 전극들을 포함하되 상기 전극들 중 적어도 하나는 상기 빔 경로에 배치된 그리드 전극을 포함하는 감속 스테이지에서, 상기 이온빔을 상기 제1 전송 에너지로부터 제2 전송 에너지로 감속시키고;
    상기 감속된 이온빔을 타겟 사이트에 전달하는 것을 포함하는 타겟에 이온들을 임플랜트하기 위한 방법.
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