KR20070038032A - 이온주입장치 - Google Patents

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KR20070038032A
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Abstract

이온 빔의 발산을 억제하고, 세밀한 주사파형의 제어가 가능하며, 10°정도의 큰 주사각을 얻을 수 있는 이온주입장치를 제공한다.
이온주입장치에 있어서, 빔 라인 상의 소정 개소에 제1, 제2, 제3 챔버(12A, 14A, 16A)를 배치하고, 제2 챔버(14A)는, 제1, 제3 챔버(12A, 16A)에 대해 제1, 제2 갭(20A, 22A)을 개재하여 배치되며, 제2 챔버(14A)는, 제1, 제2 갭(20A, 22A)에 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26A, 28A)을 개재하여 제1, 제3 챔버(12A, 16A)에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26A, 28A)은, 이온 빔의 기준축(J)에 소정의 각도를 갖고 반대방향으로 사교하는 것과 함께, 제2 챔버(14A)에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원(40A)이 접속된 이온 빔 주사기구(10A)를 구비한 구성으로 하였다.

Description

이온주입장치{Ion implantation device}
본 발명은, 이온주입장치에 관한 것으로, 특히, 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비하고, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하며, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 큰 주사각을 얻는 것이 가능한 이온 빔 주사기구를 구비한 이온주입장치의 개량에 관한 것이다.
이온원으로부터의 이온을 원하는 에너지로 가속하고, 반도체 웨이퍼 등의 기판 표면에 주입하는 여러가지의 타입의 이온주입장치가 실용에 도움이 되고 있다(일본특허공개 평8-213339호 공보 참조).
이하, 종래의 이온주입장치의 일례에 대해서 도 11을 이용하여 설명한다.
도 11은, 종래의 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.
이온주입장치(100)의 주요구성은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 이온원(11O), 질량 분리기(120), 질량분리 슬릿(130), 가속관(140), 사중극렌즈(150), 주사기(160), 평행화장치(170)이다.
또, 동 도면 중 180은, 도시하지 않은 엔드 스테이션에 배치된 이온을 주입하는 타겟이 되는 기판이다.
또한, B는 이온인데, 이하 「이온 빔」 또는 「빔」이라고 하는 경우가 있 다.
이온원(110)은, 원자나 분자로부터 전자를 벗겨내어 이온을 생성하는 장치이다.
질량 분리기(120)는, 이온이나 전자 등의 하전입자가 자기장 또는 전기장 중에서 편향되는 성질을 이용하여 자기장 혹은 전기장 또는 그 쌍방을 발생하여, 기판(180)에 주입하고자 하는 이온종류를 특정하기 위한 장치이다.
가속관(140)은, 질량분리 슬릿(130)을 통과한 원하는 이온종류를 가속 또는 감소하는 장치인데, 도 11에 나타내는 바와 같이, 통상은 축 대상으로 복수의 전극쌍을 등간격으로 나열하고, 그들의 전극쌍에 같은 고전압을 인가하여, 정전계의 작용에 의해 이온 빔(B)을 원하는 주입 에너지로 가속 또는 감속한다.
주사기(160)는, 이온 빔(B)의 진행방향과 직교하는 방향으로 똑같은 외부전계를 발생시키고, 이 전계의 극성이나 강도를 변화시킴으로써, 이온의 편향각도를 제어하며, 도 11에 나타내는 바와 같이, 기판(180)의 주입면의 원하는 위치에 이온(B)을 주사하고 균일하게 주입한다.
또, 도 11에서는, 간략화를 위해서 수평방향으로 이온 빔(B)을 편향하는 주사기(160)의 한 쌍의 전극을 나타냈지만, 이 주사기(160)는 수직방향으로 편향시키는 것이어도 된다.
평행화장치(170)는, 하전입자인 이온(B)이 자기장 중에서 편향되는 성질을 이용하여 이온 빔(B)을 구성하는 각 이온의 경로의 차이에 따라 빔의 확산을 억제하고, 빔(B)을 기판(180)에 평행하게 입사시키는 전자석이다.
또, 도시는 생략하였지만, 고진공으로 유지된 챔버가 이온원(11O)부터 기판(180)까지 설치되고, 이온 빔(B)은 이 챔버 내를 이온원(110)부터 기판(180)까지 진행한다.
이상의 구성에 있어서, 다음에, 종래의 이온주입장치(100)의 기본동작을 도 11을 이용하여 설명한다.
종래의 이온주입장치(100)에서는, 기판(180)의 이온(B)의 주입 전면에 걸쳐 똑같은 밀도에서 소정의 이온종류를 소정의 에너지로 이온주입을 하기 때문에, 이온원(110)으로부터, 예를 들어 30keV정도의 에너지로 인출된 이온 빔(B)은 질량 분리기(120)에서 편향되고, 질량분리 슬릿(130)에서 소정의 이온종류만이 선별된다.
선별된 이온 빔(B)은 가속관(140)에서 10~500keV정도의 에너지로 가속 또는 감속되고, 상기한 수평방향 또는 수직방향으로 이온 빔(B)을 주사하는 2쌍의 전극을 갖는 정전타입의 주사기(160)에서, 예를 들어 1kHz정도의 주기의 외부전계를 인가하며, 기판(180)의 주사면에 주사된다.
또, 상기에서는, 외부전계에 의해 이온 빔(B)을 스캔하는 정전타입의 주사기(160)를 들었는데, 주사기(160)에는 정전타입 대신에 자기타입의 것이 사용되는 경우가 있다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 이온 빔(B)의 기판(180) 상에서의 빔 스폿 형상을 조정하기 위해서, 가속관(140)과 주사기(160)의 사이에 사중극렌즈(150) 등의 조정장치를 설치하는 경우가 많다.
이온(B)이 고체 내에 들어가는 깊이는, 이온(B)의 에너지로 정확하게 제어할 수 있으므로, 예를 들어 이온주입장치(100)의 상승시 등에서 이온 빔(B)의 도즈량의 분포를 모니터링하면, 기판(180)의 주사면에 이온 빔(B)을 주사함으로써, 원하는 이온종류의 균일한 이온주입처리를 용이하게 행할 수 있다.
다음에, 제2의 종래의 이온주입장치의 이온 빔의 주사기구에 대해서 간단히 설명한다.
제2의 종래의 이온주입장치의 주사기구는, 일본특허공개 평4-253149호 공보의 도 3에 나타나 있는데, 와전류에 의한 자기장의 감소를 피하기 위해서, 적층구조로 이루어지는 주사 전자석을 설치하고, 이 주사 전자석으로 흘려보내는 여자전류를 500Hz정도의 고속으로 변조시킴으로써, 이온 빔을 주사하고 있는 것에 특징을 갖고 있다.
다음에, 제3의 종래의 이온주입장치의 이온 빔의 주사기구에 대해서 간단히 설명한다.
제3의 종래의 이온주입장치의 주사기구는, 일본특허공개 소53-102677호 공보의 도 1에 나타나 있는데, 빔 라인 상에 이온 빔을 중심궤도인 기준축에 대해 소정의 면 내에서 편향시키기 위한 편향 전자석을 설치하고, 이온 빔이 통과하는 챔버 중에서 편향 전자석을 설치하고 있는 편향챔버 부분을 전기적으로 독립시키며, 이 편향챔버의 전위를 변조함으로써 이온 빔을 주사하고 있는 것에 특징을 구비하고 있다.
그런데, 반도체 디바이스의 미세화에 따라, 이온주입장치에 관하여 기판에 주입되는 이온의 주입효율의 관계에서 스루풋의 향상이 요구되고 있다.
또한, 이온주입장치에 있어서 스루풋을 올리기 위해서는, 빔 전류를 증가하는 것이 필수이다.
한편, 빔 전류를 제한하고 있는 큰 요인의 하나는, 공간전하 효과에 의한 빔의 발산이다.
여기서, 공간전하에 대해서 보충설명한다.
이온 빔은, 같은 전하를 갖는 입자군이 설계된 주사방향으로 진행하는 하나의 계이다.
따라서, 이온 빔 중의 각 이온에는 각각 쿨롱 척력이 작용하고, 그 정확한 운동을 정량적으로 해석하는 데는, 각 입자 간의 작용하는 쿨롱력을 고려해야만 하지만, 이온의 수가 방대해지면, 각각의 쿨롱력을 전부 계산하는 것은 불가능하게 된다.
그래서, 이온 빔을 연속적으로 공간전하가 분포되어 있는 계라고 생각하면, 공간전하에 의해 생기는 전계를 해석함으로써 이온 빔의 운동을 정량적으로 계산할 수 있게 된다.
일반적으로, 정전기장이 없는 영역에서는, 이온 빔은, 이온 빔 자신이 갖는 정전위에 의해 잔류가스와의 충돌로 발생한 전자나, 내벽과의 충돌로부터 발생한 이차전자가 이온 빔 중에 포착되고, 이온 빔의 공간전하가 중화된다.
그러나, 정전기장이 있는 영역에서는, 이 공간전하의 중화가 재촉받지 않기 때문에, 공간전하에 의한 이온 빔의 발산이 현저하게 된다.
따라서, 제1의 종래의 이온주입장치의 평행 평판형 주사기의 내부에서는, 공 간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산이 현저하고, 이에 의해 이온 빔 전류가 제한되어 버린다는 문제가 있다.
또한, 제2의 종래의 이온주입장치와 같이, 이온 빔을 전자석으로 주사하는 경우는, 주사기 내부에서의 공간전하 효과에 의한 빔의 발산은 피할 수 있지만, 전자석의 전류를 변조하고 있기 때문에, 주사파형의 세밀한 조정은 어렵다는 문제가 있다.
또, 제3의 종래의 이온주입장치에서는, 편향 전자석을 사용하고 있기 때문에, 공간전하 효과에 의한 빔의 발산은 피할 수 있고, 또한 주사파형의 세밀한 조정은 가능하기는 하다.
그러나, 이하와 같은 문제를 구비하고 있다.
제3의 종래의 이온주입장치의 문제점에 대해서, 수학식을 이용하여 설명한다.
제3의 종래의 이온주입장치의 주사기구의 구조에서의 이온 빔의 주사각은 S.Ogata et al. Proceedings of Int. Conf. on Ion Implatation Technology, IEEE 98EX144(1999)403-에 기재되어 있는 바와 같이, 다음 식(1)으로 표현된다.
Figure 112006075291015-PCT00001
여기서, δθ는 주사기구의 주사각, χ는 기준축의 편향각, V는 변조전압, φ는 입사하는 이온 빔의 정전 포텐셜, β는 경사 입사각이고, 변조전압(V)의 절대 값이 이온 빔의 정전 포텐셜(φ)보다도 충분히 작다고 가정하고 있다.
변조전압(V)은 20kV정도가 상한이고, 경사 출사각(β)도 광학적 특성에서 45°정도가 상한이다.
이 때문에, 정전 포텐셜(φ)이 200kV의 경우, 주사각(δθ)은 3°정도가 상한이다.
이와 같이, 제3의 종래의 이온주입장치에서는, 큰 정전 포텐셜(φ)의 이온 빔의 경우, 큰 주사각(δθ)이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하고, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하며, 세밀한 주사파형의 제어가 가능하고, 또한, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 10°정도의 큰 주사각을 얻는 것이 가능한 이온 빔의 주사기구를 구비한 이온주입장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이온 빔을 기준축에 대한 각도를 일정하게 유지한 채로 평행하게 주사하는 주사기구를 구비한 이온주입장치를 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명의 이온주입장치는, 청구항 1에 기재된 것에서는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하고, 상기 제2 챔버는, 상기 제1 챔버에 대해서는 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 제2 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제2 챔버는 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제1 또는 제2의 2개의 갭 중에서 어느 하나가 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 사교(斜交)하는 것과 함께, 상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
청구항 2에 기재된 이온주입장치는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1~제n~제N+2 챔버를 배치하고, 상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 챔버에 대해서는 제n-1 갭을 개재하여, 또한, 상기 제n+1 챔버에 대해서는 제n 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제n 챔버는 상기 제n-1 및 제n 갭을 개재하여 상기 제n-1 및 제n+1 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제n-1 또는 제n의 2개의 갭 중에서 어느 하나가 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 사교하는 것과 함께, 상기 제n 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
단, N은 자연수로 하고, n은 2부터 N+1까지 1씩 변동하는 자연수로 한다.
청구항 3에 기재된 이온주입장치는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하고, 상기 제2 챔버는, 상기 제1 챔버에 대해서는 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 제2 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제1 및 제2의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 반대방향으로 사교하는 것과 함께, 상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
청구항 4에 기재된 이온주입장치는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1~제n~제N+2 챔버를 배치하고, 상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 챔버에 대해서는 제n-1 갭을 개재하여, 또한 상기 제n+1 챔버에 대해서는 제n 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 및 제n 갭을 개재하여 상기 제n-1 및 제n+1 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제n-1 및 제n의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 반대방향으로 사교하는 것과 함께, 상기 제n 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
단, N은 자연수로 하고, n은 2부터 N+1까지 1씩 변동하는 자연수로 한다.
청구항 5에 기재된 이온주입장치는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하고, 상기 제2 챔버는, 상기 제1 챔버에 대해서는 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 제2 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제1 및 제2의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 동방향으로 사교하는 것과 함께, 상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
청구항 6에 기재된 이온주입장치는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1~제n~제N+2 챔버를 배치하고, 상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 챔버에 대해서는 제n-1 갭을 개재하여, 또한 상기 제n+1 챔버에 대해서는 제n 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 및 제n 갭을 개재하여 상기 제n-1 및 제n+1 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제n-1 및 제n의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 동방향으로 사교하는 것과 함께, 상기 제n 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
단, N은 자연수로 하고, n은 2부터 N+1까지 1씩 변동하는 자연수로 한다.
청구항 7에 기재된 이온주입장치는, 상기 제n+1 챔버에 인가하는 전위의 주사파형은, 상기 제n 챔버에 인가하는 전위의 주사파형과는 위상이 π만큼 다른 구성으로 하였다.
단, 이 경우, N은 2 이상의 자연수로 한다.
청구항 8에 기재된 이온주입장치는, 상기 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구성하는 적어도 하나의 챔버에 상기 이온 빔이 주사되는 면에 자속이 직교하도록 영구자석을 배치한 구성으로 하였다.
청구항 9에 기재된 이온주입장치는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 상기 이온주입장치의 빔 라인 상에 상기 이온 빔을 편향하기 위한 편향 전자석을 배치하고, 이 편향 전자석 근방의 빔 라인 상에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하며, 상기 제2 챔버는, 상기 편향 전자석의 자극간격으로 배치되고, 또한, 상기 제1 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 입사구 근방에 형성된 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 출사구 근방에 형성된 제2 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 편향 전자석의 입사구 근방의 상기 제1 갭은 상기 이온 빔의 기준축에 대해 상기 편향 전자석의 편향각과는 반대방향으로 사교하고, 또한, 상기 편향 전자석의 출사구 근방의 상기 제2 갭은 상기 이온 빔의 기준축에 대해 상기 편향 전자석의 편향각과 동방향으로 사교하며, 상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
청구항 1O에 기재된 이온주입장치는, 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 상기 이온주입장치의 빔 라인 상에 상기 이온 빔을 편향하기 위한 편향 전자석을 배치하고, 이 편향 전자석 근방의 빔 라인 상에 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하며, 상기 제2 챔버는, 상기 편향 전자석의 자극간격으로 배치되고, 또한, 상기 제1 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 입사구 근방에 형성된 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 출사구 근방에 형성된 제2 갭을 개재하여 배치되며, 상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 편향 전자석의 출사구 근방의 상기 제2 갭은 상기 이온 빔의 기준축에 대해 상기 편향 전자석의 편향각과는 반대방향으로 사교하며, 상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 구성으로 하였다.
청구항 11에 기재된 이온주입장치는, 상기 각 갭을 형성하는 챔버의 각 단면의 각각에 전극을 장착하도록 구성하였다.
청구항 12에 기재된 이온주입장치는, 상기 각 갭이 이온 빔의 기준축과 사교하는 각도를 45°정도로 하였다.
본 발명의 이온주입장치는, 상술한 바와 같이 구성하였기 때문에, 이하와 같은 우수한 효과를 갖는다.
(1) 청구항 1에 기재한 바와 같이 구성하면, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하고, 세밀한 주사파형의 제어가 가능하며, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 큰 주사각을 얻는 것이 가능하다.
(2) 청구항 2에 기재한 바와 같이 구성하면, 청구항 1과 같은 효과가 있는 것 외에, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 청구항 1보다도 N배 큰 주사각을 얻는 것이 가능하다.
(3) 청구항 3에 기재한 바와 같이 구성하면, 청구항 1과 같은 효과가 있는 것 외에, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 청구항 1보다도 2배 큰 주사각을 얻는 것이 가능하다.
(4) 청구항 4에 기재한 바와 같이 구성하면, 청구항 3과 같은 효과가 있는 것 외에, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 청구항 3보다도 N배 큰 주사각을 얻는 것이 가능하다.
(5) 청구항 5에 기재한 바와 같이 구성하면, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하고, 제2 챔버의 전위를 변조함으로써, 이온 빔의 평행도를 유지하면서 어느 면 내에서 주사할 수 있다.
(6) 청구항 6에 기재한 바와 같이 구성하면, 청구항 5와 같은 효과가 있는 것 외에, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 청구항 5보다도 N배 크게 기준축보다 변위하는 것이 가능하다.
(7) 청구항 7에 기재한 바와 같이 구성하면, 챔버를 다수 분할한 경우, 이온 빔의 주사각을 최대한으로 크게 하는 것이 가능하게 된다.
(8) 청구항 8에 기재한 바와 같이 구성하면, 챔버의 내부로부터 전자가 유실되는 것을 막고, 챔버 내에서의 이온 빔의 공간전하 효과에 의한 발산을 억제할 수 있다.
(9) 청구항 9에 기재한 바와 같이 구성하면, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하고, 세밀한 주사파형의 제어가 가능하며, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 3배 정도가 큰 주사각을 얻는 것이 가능하다.
(1O) 청구항 1O에 기재한 바와 같이 구성하면, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하고, 세밀한 주사파형의 제어가 가능하며, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 기준축에 평행하면서 기준축에서 떨어져서 출사시키는 것이 가능하게 된다.
(11) 청구항 11에 기재한 바와 같이 구성하면, 챔버 간의 갭으로 안정한 전기장을 형성할 수 있다.
(12) 청구항 12에 기재한 바와 같이 구성하면, 이온 빔의 주사각도를 최대한 인출하는 데에 유효하다.
<도면의 간단한 설명>
도 1은, 본 발명의 제1 기본원리를 설명하기 위해서 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 제2 기본원리를 설명하기 위해서 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 구성을 나타내는 외관 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 제3 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
도 7은, 본 발명의 제4 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
도 8은, 본 발명의 제5 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
도 9는, 본 발명의 제6 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
도 10은, 본 발명의 제7 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
도 11은, 종래의 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.
<부호의 설명>
10, 10A~10H : 이온 빔 주사기구
12, 12A~12H : 제1 챔버
14, 14A~14H : 제2 챔버
16, 16A~16H : 제3 챔버
18E : 제4 챔버
20A~20H : 제1 갭
22A~22H : 제2 갭
24E : 제3 갭
26A~26H : 제1 전극쌍
28A~28H : 제2 전극쌍
29E : 제3 전극쌍
30A~30H : 전극
32A~32H : 전극
34A~34H : 전극
36A~36H : 전극
37E, 38E : 전극
100 : 이온주입장치
B : 이온 빔
J : 기준축
이하, 본 발명의 이온주입장치의 제1 및 제2 기본원리와 제1 내지 제7 각 실시예에 대해서, 도 1 내지 도 10을 이용하고 도 11을 참조하여 순차적으로 설명한다.
우선, 본 발명의 이온주입장치의 각 실시예의 설명 전에, 각 실시예에 공통되는 본 발명의 기본적인 제1, 제2 원리를 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 기본원리를 설명하기 위해서 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 제2 기본원리를 설명하기 위해서 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 구성을 나타내는 평면도이다.
또, 후술하는 제1 내지 제7 각 실시예의 이온주입장치의 구성은, 도 11에 나타내는 이온주입장치(100)에 있어서, 주사기(160) 대신에 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비하도록 한 것으로, 그 이외의 구성은 동일한 것이므로, 이하, 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 중심으로 설명하고, 그 이외의 구성에 대해서는 다시 설명하지 않는다.
우선, 본 발명의 이온 빔 주사기구의 제1 원리에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 제1 기본원리를 설명하기 위한 이온 빔 주사기구(10A) 의 전체구성이 나타나 있다.
이 이온 빔 주사기구(10A)의 기본구성은, 우선, 이온주입장치에 있어서, 이온 빔(B)을 통과시키는 챔버의 원하는 개소에 제1, 제2, 제3 챔버(12A, 14A, 16A)를 배치하고, 제2 챔버(14A)는, 제1 챔버(12A)에 대해서는 제1 갭(20A)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16A)에 대해서는 제2 갭(22A)을 개재하여 배치된다.
다음에, 제2 챔버(14A)는, 제1 및 제2 갭(20A, 22A)을 형성하는 각 챔버(12A, 14A, 16A)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26A, 28A)을 개재하여 제1 챔버(12A) 및 제3 챔버(16A)에 대해 전기적으로 절연되어 있다.
여기서, 제1 전극쌍(26A)은, 제1 챔버(12A)의 단면에 장착된 전극(30A)과, 이것에 제1 갭(20A)을 개재하여 대향하고, 제2 챔버(14A)의 단면에 장착된 전극(32A)으로 구성된다.
마찬가지로, 제2 전극쌍(28A)은, 제2 챔버(14A)의 단면에 장착된 전극(34A)과, 이것에 제2 갭(22A)을 개재하여 대향하고, 제3 챔버(16A)의 단면에 장착된 전극(36A)으로 구성된다.
또, 후술하는 바와 같이, 각 전극(30A, 32A, 34A, 36A)은 이온 빔(B)이 통과할 수 있는 직사각형의 개구를 갖고 있다(도 3 참조).
또한, 제1 및 제2의 2개의 갭(20A, 22A)에 장착된 2쌍의 전극쌍(26A, 28A)은, 이온 빔(B)의 기준축(J)에 소정의 각도를 갖고 반대방향으로 사교한다.
여기서, 이온 빔(B)의 기준축(J)이란, 이온 빔(B)이 진행하는 중심궤도이고, 기판(180)의 중심에 주입되도록 설계된 설계궤도이다.
또한, 반대방향으로 사교한다는 것은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2의 2개의 전극쌍(26A, 28A)이 기준축(J)과 이루는 각으로 둔각과 예각의 위치관계가 반대방향인 것을 의미하는 것으로 한다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1, 제3 챔버(12A, 16A)는 접지전위로 하고, 제2 챔버(14A)에는 전원(40A)에 의해 소정의 전위가 인가되어 있다.
이상의 구성에서, 본 발명의 이온주입장치에 사용되는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10A)의 기본원리를 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10A)에서는, 기준축(J)에 대해 반대방향으로 사교하는 2쌍의 전극쌍(26A, 28A)을 개재하여 전위가 다른 챔버(12A, 14A, 16A)가 배치되어 있다.
여기서, 기준축(J)에 따라 입사하는 이온 빔(B)의 정전 포텐셜을 φ, 제1 및 제3 챔버(12A, 16A)가 접지전위, 제2 챔버(14A)의 전위를 -V, 제1 전극쌍(26A)이 기준축(J)과 이루는 각도를 θ+π/2라고 한다.
이 경우, 전극(30A, 32A) 사이에서의 전기장은, 기준축(J)에 대해 각도(θ)를 갖고 있기 때문에, 여기를 통과하는 이온(B)은 기준축(J)에 대해 경사의 역적(力積)을 받는다.
이 결과, 여기를 통과하는 이온 빔(B)의 편향각(δθ)은, 제2 챔버(14A)의 전위(V)의 절대값이 이온 빔(B)의 정전 포텐셜(φ)보다 충분히 작으면, 다음 식(2)으로 표현된다.
Figure 112006075291015-PCT00002
마찬가지로, 제2 전극쌍(28A)이 기준축(J)과 이루는 각을 π/2-θ라고 하면, 전극(34A, 36A) 사이에서의 전기장은, 기준축(J)에 대해 각도(π-θ)를 갖고 있기 때문에, 여기를 통과하는 이온(B)은 다시 기준축(J)에 대해 경사의 역적을 받는다.
이 결과, 제2 전극쌍(28A)을 통과하는 이온 빔(B)은 δθ만큼 더 편향된다.
제1, 제3 챔버(12A, 16A)는 접지전위이기 때문에, 2쌍의 전극쌍(26A, 28A)을 통과한 후의 이온 빔(B)은, 정전 포텐셜은 입사전과 같이 φ이지만, 기준축(J)과 이루는 각은 2δθ로 되어 있다.
예를 들어, 정전 포텐셜(φ)=200kV, 인가전압(V)=20kV, 기준축(J)과 이루는 각도(θ)=45°라고 하면, 편향각은 5.5°가 된다.
또한, 이 이온 빔 주사기구(10A)에서는, 이온 빔(B)이 통과할 때에 정전기장이 존재하는 것은 제1 전극쌍(26A)의 전극(30A, 32A) 사이 및 제2 전극쌍(28A)의 전극(34A, 36A) 사이뿐이고, 공간전하 효과에 의한 빔(B)의 발산은 매우 작다.
따라서, 본 발명의 제1 기본원리를 구비한 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10A)는, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하고, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 큰 주사각을 얻는 것이 가능하다.
다음에, 본 발명의 이온 빔 주사기구의 제2 원리에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다.
도 2에는, 본 발명의 제2 기본원리를 설명하기 위한 이온 빔 주사기구(10B)의 전체구성이 나타나 있다.
이 이온 빔 주사기구(10B)의 기본구성은, 상기 제1 기본원리에서의 설명에서 나타낸 것과 같이, 이온 빔(B)을 통과시키는 챔버의 원하는 개소에 제1, 제2, 제3 챔버(12B, 14B, 16B)를 배치하고, 제2 챔버(14B)는, 제1 챔버(12B)에 대해서는 제1 갭(20B)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16B)에 대해서는 제2 갭(22B)을 개재하여 배치된다.
다음에, 제2 챔버(14B)는, 제1 및 제2 갭(20B, 22B)을 형성하는 각 챔버(12B, 14B, 16B)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26B, 28B)을 개재하여 제1 챔버(12B) 및 제3 챔버(16B)에 대해 전기적으로 절연되어 있다.
여기서, 제1 전극쌍(26B)은 전극(30B, 32B), 제2 전극쌍(28B)은 전극(34B, 36B)으로 구성된다.
또한, 제1 및 제2의 2개의 갭(20B, 22B)에 장착된 2쌍의 전극쌍(26B, 28B)은, 이온 빔(B)의 기준축(J)에 소정의 각도를 갖고 동방향으로 사교한다.
여기서, 동방향으로 사교한다는 것은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2의 2개의 전극쌍(26B, 28B)이 기준축(J)과 이루는 둔각 및 예각의 위치관계가 동방향인 것을 의미하는 것으로 한다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1, 제3 챔버(12B, 16B)는 접지전위로 하고, 제2 챔버(14B)에는 전원(40B)에 의해 소정의 전위가 인가되어 있다.
이 구성의 것은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1, 제2 전극쌍(26B, 28B)이 같은 각도(π/2+θ)에서 각각 평행하게 기준축(J)에 사교하고, 제1 전극쌍(26B)부터 제2 전극쌍(28B)까지의 거리를 L이라고 하면, 이 영역을 통과한 후의 이온 빔(B)은 기준축(J)과 평행하면서 L×δθ만큼 기준축(J)으로부터 이동하고 있다.
따라서, 이러한 제2 기본원리에서 나타낸 이온 빔의 주사기구(10B)에서는, 제2 챔버(14B)의 전위를 변조함으로써, 이온 빔(B)의 평행도를 유지하면서 어느 면 내에서 주사할 수도 있다.
(제1 실시예)
다음에, 본 발명의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 제1 실시예에 대해서, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10C)의 구성을 나타내는 외관 사시도이다.
또한, 도 4는, 본 발명의 제1 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10C)의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
또, 이하, 제1 내지 제6 실시예의 설명에서는, 이온 빔의 기준축만을 도시하고, 실제의 이온 빔의 궤도의 도시는 생략하고 있다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10C)의 기본구성은, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 이온 빔을 통과시키는 챔버의 원하는 개소에 제1, 제2, 제3 챔버(12C, 14C, 16C)를 배치하고, 제2 챔버(14C)는, 제1 챔버(12C)에 대해서는 제1 갭(20C)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16C)에 대해서는 제2 갭(22C)을 개재하여 배치된다.
다음에, 제2 챔버(14C)는, 제1 및 제2 갭(20C, 22C)을 형성하는 각 챔 버(12C, 14C, 16C)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26C, 28C)을 개재하여 제1 챔버(12C) 및 제3 챔버(16C)에 대해 전기적으로 절연되어 있다.
여기서, 제1 전극쌍(26C)은 전극(30C, 32C), 제2 전극쌍(28C)은 전극(34C, 36C)으로 구성된다.
또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 전극(30C, 32C, 34C, 36C)은, 이온 빔이 통과할 수 있는 직사각형의 개구를 갖고 있고, 이하, 각 실시예에서는 동일하므로, 특히 코멘트하지 않는다.
또한, 제1 또는 제2의 2개의 갭(20C, 22C)에 장착된 2쌍의 전극쌍(26C, 28C)의 어느 한쪽은, 이온 빔의 기준축(J)에 소정의 각도(π/2+θ)를 갖고 사교한다.
또, 도 3 및 도 4에는, 제1 전극쌍(26C)이 기준축(J)에 대해 사교하고 있는 것이 나타나 있다.
또한, 제1, 제3 챔버(12C, 16C)는 접지전위로 하고, 제2 챔버(14C)에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원(40C)이 접속되어 있다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10C)에서는, 제1 전극쌍(26C)은, 기준축(J)에 대해 π/2+θ의 각도를 갖게 하고 있으므로, 주사전원(40C)에서 제2 챔버(14C)에 원하는 삼각파의 전위를 인가함으로써, 이온 빔은 기준축(J)에 대해 전위에 비례한 각도로 주사된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10C)는, 공간전하 효과에 의한 이온 빔의 발산을 억제하고, 또한 세밀한 주사파형의 제어가 가능하며, 큰 정전 포텐셜의 이온 빔에서도 큰 주사각을 얻는 것이 가능하다.
(제2 실시예)
다음에, 본 발명의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 제2 실시예에 대해서, 도 5를 이용하여 설명한다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10D)의 구성을 나타내는 평면도이다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10D)의 기본구성은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 이온 빔을 통과시키는 챔버의 원하는 개소에 제1, 제2, 제3 챔버(12D, 14D, 16D)를 배치하고, 제2 챔버(14D)는, 제1 챔버(12D)에 대해서는 제1 갭(20D)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16D)에 대해서는 제2 갭(22D)을 개재하여 배치된다.
다음에, 제2 챔버(14D)는, 제1 및 제2 갭(20D, 22D)을 형성하는 각 챔버(12D, 14D, 16D)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26B, 28D)을 개재하여 제1 챔버(12D) 및 제3 챔버(16D)에 대해 전기적으로 절연되어 있다.
여기서, 제1 전극쌍(26D)은 전극(30D, 32D), 제2 전극쌍(28D)은 전극(34D, 36D)으로 구성된다.
또한, 제1 및 제2의 2개의 갭(20D, 22D)에 장착된 2쌍의 전극쌍(26D, 28D)은, 이온 빔의 기준축(J)에 소정의 각도를 갖고 반대방향으로 사교한다.
또한, 제1, 제3 챔버(12D, 16D)는 접지전위로 하고, 제2 챔버(14D)에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원(40D)이 접속되어 있다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10D)에서는, 제1 전극쌍(26D)이 기준축(J)과 이루는 각도를 π/2+θ, 제2 전극쌍(28D)이 기준축(J)과 이루는 각도를 π/2-θ로 하고, 전기적으로 절연된 제2 챔버(14D)의 전위를 주사전원(40D)에 의해 부여함으로써, 이온 빔은, 상술한 제1 실시예의 이온 빔 주사기구(10C)의 2배의 각도로 주사된다.
즉, 본 실시예에 의하면, 제1 실시예의 것과 같은 효과가 있는 것 외에, 이온 빔의 주사각도를 더 증대할 수 있다.
(제3 실시예)
다음에, 본 발명의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 제3 실시예에 대해서, 도 6을 이용하여 설명한다.
도 6은, 본 발명의 제3 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10E)의 기본구성 및 기본동작을 설명하는 평면도이다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10E)의 기본구성은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 이온 빔(B)을 통과시키는 챔버의 원하는 개소에 제1, 제2, 제3, 제4 챔버(12E, 14E, 16E, 18E)를 배치하고, 제2 챔버(14E)는, 제1 챔버(12E)에 대해서는 제1 갭(20E)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16E)에 대해서는 제2 갭(22E)을 개재하여 배치된다.
또한, 제3 챔버(16E)는, 제2 챔버(14E)에 대해서는 제2 갭(22E)을 개재하여, 또한 제4 챔버(18E)에 대해서는 제3 갭(24E)을 개재하여 배치된다.
다음에, 제2 챔버(14E)는, 제1 및 제2 갭(20E, 22E)을 형성하는 각 챔버(12E, 14E, 16E)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26E, 28E)을 개 재하여 제1 챔버(12E) 및 제3 챔버(16E)에 대해 전기적으로 절연되어 있다.
또한, 제3 챔버(16E)는, 제2 및 제3 갭(22E, 24E)을 형성하는 각 챔버(14E, 16E, 18E)의 단면에 각각 장착된 제2, 제3의 2쌍의 전극쌍(28E, 29E)을 개재하여 제2 챔버(14E) 및 제4 챔버(18E)에 대해 전기적으로 절연되어 있다.
여기서, 제1 전극쌍(26E)은 전극(30E, 32E), 제2 전극쌍(28E)은 전극(34E, 36E), 제3 전극쌍(29E)은 전극(37E, 38E)으로 구성된다.
또한, 제1 내지 제3의 3개의 갭(20E, 22E, 24E)에 장착된 3쌍의 전극쌍(26E, 28E, 29E)은, 이온 빔의 기준축(J)에 소정의 각도를 갖고 각각 반대방향으로 사교한다.
또한, 제1, 제4 챔버(12E, 18E)는 접지전위로 하고, 제2, 제3 챔버(14E, 16E)에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원(40E, 42E)이 각각 접속되어 있다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10E)에서는, 제1 전극쌍(26E)이 기준축(J)과 이루는 각도를 π/2+θ, 제2 전극쌍(28E)이 기준축(J)과 이루는 각도를 π/2-θ, 제3 전극쌍(29E)이 기준축(J)과 이루는 각도를 π/2+θ라고 한다.
전기적으로 절연된 제2, 제3 챔버(14E, 16E)의 전위는 각각 주사전원(40E, 42E)에 의해 부여하는데, 이때, 주사전원(40E, 42E)에 위상이 π만큼 다른 주사파형의 삼각파를 인가함으로써, 이온 빔은, 상술한 제2 실시예의 이온 빔 주사기구(10D)의 2배의 각도로 주사된다.
동일한 수법에 의해, 주사전원에 의해, 전위가 변조되는 챔버를 3대 이상 나 열해도 된다.
이 경우, 홀수번째의 챔버와 짝수번째의 챔버에는, 각각 위상이 π만큼 다른 삼각파를 인가하는 것이 바람직하다.
전위가 변조되는 챔버가 N개라고 하면, 이온 빔은 제2 실시예의 이온 빔 주사기구(10D)의 N배의 각도로 주사된다.
(제4 실시예)
다음에, 본 발명의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 제4 실시예에 대해서, 도 7을 이용하여 설명한다.
도 7은, 본 발명의 제4 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10F)의 구성을 나타내는 평면도이다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10F)의 기본구성은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 이온 빔을 통과시키는 챔버의 원하는 개소에 제1, 제2, 제3 챔버(12F, 14F, 16F)를 배치하고, 제2 챔버(14F)는, 제1 챔버(12F)에 대해서는 제1 갭(20F)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16F)에 대해서는 제2 갭(22F)을 개재하여 배치된다.
다음에, 제2 챔버(14F)는, 제1 및 제2 갭(20F, 22F)을 형성하는 각 챔버(12F, 14F, 16F)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26F, 28F)을 개재하여 제1 챔버(12F) 및 제3 챔버(16F)에 대해 전기적으로 절연되어 있다.
여기서, 제1 전극쌍(26F)은 전극(30F, 32F), 제2 전극쌍(28F)은 전극(34F, 36F)으로 구성된다.
또한, 제1 및 제2의 2개의 갭(20F, 22F)에 장착된 2쌍의 전극쌍(26F, 28F) 은, 이온 빔의 기준축(J)에 소정의 각도(π/2+θ)를 갖고 동방향으로 사교한다.
또한, 제1, 제3 챔버(12F, 16F)는 접지전위로 하고, 제2 챔버(14F)에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원(40F)이 접속되어 있다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10F)에서는, 제1 및 제2 전극쌍(26F, 28F)이 기준축(J)과 이루는 각도를 π/2+θ로 평행하게 하고, 제2 챔버(14F)에 주사전원(40F)에서 원하는 주사파형의 삼각파를 인가함으로써, 도 2에 나타낸 제2 기본원리에 의해, 이온 빔이 기준축(J)과 이루는 각도를 일정하게 유지한 채로 기준축(J)으로부터 변이하여 주사된다.
(제5 실시예)
다음에, 본 발명의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 제5 실시예에 대해서, 도 8을 이용하여 설명한다.
도 8은, 본 발명의 제5 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10)의 구성을 나타내는 종단 측면도이다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10)의 기본구성은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 이온 빔 주사기구(10C~F)에 있어서, 이 이온 빔 주사기구(10C~F)를 구성하는 각 챔버(12, 14, 16)의 갭(20, 22)의 근방에, 자속이 이온 빔(B)의 주사되는 면에 직교하도록, 영구자석(50)을 설치하여 구성된다.
이 자기장에 의해, 각 챔버(12, 14, 16)의 내부로부터 전자가 유실되는 것을 막고, 각 챔버(12, 14, 16) 내에서의 이온 빔의 공간전하 효과에 의한 발산을 억제할 수 있다.
또, 이온 빔도 이 영구자석(50)이 만드는 자기장에 의해 약간 편향되므로, 영구자석(50)의 방향이, 도 8에 나타낸 바와 같이, NS극을 교대로 짝수쌍 배치하는 것이 바람직하다.
(제6 실시예)
다음에, 본 발명의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 제6 실시예에 대해서, 도 9를 이용하여 설명한다.
도 9는, 본 발명의 제6 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10G)의 구성을 나타내는 평면도이다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10G)의 기본구성은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 이온주입장치의 빔 라인 상에 이온 빔을 편향하기 위한 편향 전자석(60)을 배치하고, 이 편향 전자석(60) 근방에 상류부터 순서대로 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버(12G, 14G, 16G)가 배치된다.
제2 챔버(14G)는 편향 전자석(60)의 자극간격으로 배치되고, 이 제2 챔버(14G)는, 제1 챔버(12G)에 대해서는 편향 전자석(60)의 입사측 근방에 형성된 제1 갭(20G)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16G)에 대해서는 편향 전자석(60)의 출사측 근방에 형성된 제2 갭(22G)을 개재하여 배치된다.
또한, 제2 챔버(14G)는, 제1 및 제2 갭(20G, 22G)을 형성하는 각 챔버(12G, 14G, 16G)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26G, 28G)을 개재하여 제1 및 제3 챔버(12G, 16G)에 대해 전기적으로 절연된다.
여기서, 제1 전극쌍(26G)은 전극(30G, 32G), 제2 전극쌍(28G)은 전극(34G, 36G)으로 구성된다.
또한, 편향 전자석(60)의 입사구 근방의 제1 갭(20G)에 장착된 제1 전극쌍(26G)은, 이온 빔의 기준축(J)에 대해 편향 전자석(60)의 편향각(χ)과는 소정의 각도(π/2+θ)로 갖고 반대방향으로 사교한다.
또, 편향 전자석(60)의 출사구 근방의 제2 갭(22G)에 장착된 제2 전극쌍(28G)은, 이온 빔의 기준축(J)에 대해 편향 전자석(60)의 편향각(χ)과는 소정의 각도(π/2-θ)로 갖고 동방향으로 사교한다.
여기서, 도 9의 화살표로 나타내는 바와 같이, 편향각(χ)의 방향을 음의 방향으로 한 경우에, 동일하게 θ가 양의 방향으로 하면, 제1 전극쌍(26G)은 편향각(χ)과 반대방향으로 사교하고, 제2 전극쌍(28G)은 편향각(χ)과 동방향으로 사교하게 된다.
또한, 제2 챔버(14G)에는, 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원(40G)이 접속되어 있다.
이상의 구성에서, 제2 챔버(14G)에 주사전원(40G)에서 원하는 주사파형의 삼각파를 인가함으로써, 이온 빔이 편향면 내에서 주사된다.
편향 전자석(60)의 경사 출사각을 도 9에 나타내는 바와 같이 β라고 하면, 이온 빔의 편향각(δθ)은 다음 식(3)으로 주어진다.
Figure 112006075291015-PCT00003
식(1)과 비교하여 명백한 바와 같이, 제1, 제2 전극쌍(26G, 28G)의 사교각도(θ)를 45°정도로 한 경우, 종래의 구조에 비해, 주사전압(V)과 입사하는 이온의 정전 포텐셜(φ)의 비가 같아도, 이온 빔의 편향각(δθ)을 약 3배로 하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
(제7 실시예)
다음에, 본 발명의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구의 제7 실시예에 대해서, 도 10을 이용하여 설명한다.
도 10은, 본 발명의 제7 실시예의 이온주입장치에 사용하는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구(10H)의 구성을 나타내는 평면도이다.
본 실시예의 이온 빔 주사기구(10H)의 기본구성은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 이온주입장치의 빔 라인 상에 이온 빔(B)을 편향하기 위한 편향 전자석(60)을 배치하고, 이 편향 전자석(60) 근방에 상류부터 순서대로 이온 빔(B)을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버(12H, 14H, 16H)를 배치한다.
제2 챔버(14H)는 편향 전자석(60)의 자극간격으로 배치되고, 이 제2 챔버(14H)는, 제1 챔버(12H)에 대해서는 편향 전자석(60)의 이온 빔(B)의 입사구 근방에 형성된 제1 갭(20H)을 개재하여, 또한 제3 챔버(16H)에 대해서는 편향 전자석(60)의 이온 빔(B)의 출사구 근방에 형성된 제2 갭(22H)을 개재하여 배치된다.
또한, 제2 챔버(14H)는, 제1 및 제2 갭(20H, 22H)을 형성하는 각 챔버(12H, 14H, 16H)의 단면에 각각 장착된 제1, 제2의 2쌍의 전극쌍(26H, 28H)을 개재하여 제1 및 제3 챔버(12H, 16H)에 대해 전기적으로 절연된다.
여기서, 제1 전극쌍(26H)은 전극(30H, 32H), 제2 전극쌍(28H)은 전극(34H, 36H)으로 구성된다.
또한, 편향 전자석(60)의 출사구 근방의 제2 갭(22G)에 장착된 제2 전극쌍(28G)은, 이온 빔(B)의 기준축(J)에 대해 편향 전자석(60)의 편향각(χ)과는 소정의 각도(π/2-θ)를 갖고 반대방향으로 사교한다.
또한, 제2 챔버(14H)에는, 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원(40H)이 접속되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 편향 전자석(60)의 내부에서의 이온 빔(B)의 기준축(J)의 선회반경을 R이라고 한다.
또, 도 10에서는, 편향 전자석(60)의 편향각(χ) 및 제2 전극쌍(28H)의 경사각(θ)이 음의 경우를 나타내고 있다.
또한, 편향 전자석(60)의 경사 출사각을 도 9와 같이 β로 하고, 간단을 위해서, 석(60)의 입구측의 제1 전극쌍(26H)은 기준축(J)에 대해 직교하고 있다고 한다.
이때, 편향 전자석(60)의 출사구측의 제2 전극쌍(28H)을 통과한 후의 이온 빔(B)의 편향각(δθ)은 다음 식(4)으로, 기준축(J)으로부터의 어긋남(X)은 식(5)으로 주어진다.
Figure 112006075291015-PCT00004
Figure 112006075291015-PCT00005
여기서, 식(4)의 갈고리 괄호 안이 제로가 되도록 편향 전자석(60)의 경사 출사각(β), 편향 전자석(60)의 편향각도(χ), 제2 전극(28H)의 경사각도(θ)를 선택하면, 편향 전자석(60)의 출사구측의 제2 전극쌍(28H)을 통과한 후의 이온 빔(B)은, 도 10의 궤도에 나타내는 바와 같이, 주사전압(V)에 의존하지 않고, 기준축(J)에 평행하면서 주사전압(V)에 비례한 거리로 기준축(J)으로부터 떨어져서 출사한다.
예를 들어, 편향각도(χ)=90°, 경사각도(θ)=45°, 경사 출사각(β)=0°라고 하면, 상기 조건은 만족한다.
본 발명의 이온주입장치의 주사기는, 상기 각 실시예에는 한정되지 않고, 여러가지의 변경이 가능하다.
우선, 상기 실시예로서는, 주로 챔버를 3배치한 것으로 설명하였는데, 일반적으로 다수 배치하고, 주사전원을 접속한 챔버를 다수단 배치한 것도 본원 발명에 포함되는 것은 물론이다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 챔버의 갭 단면에 전극을 장착한 예로 설명하였는데, 챔버에 전극을 장착하지 않은 것도 본 발명에 포함된다.
또, 도 11에 나타낸 구성의 이온주입장치의 예로 설명하였는데, 이온 빔을 주사하여 기판에 이온을 주입하는 장치 전반에 본 발명이 적용될 수 있는 것은 물 론이다.
본 발명은 이온주입장치 및 이온 빔을 주사하여 기판에 이온을 주입하는 장치 전반에 본 발명이 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하고,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 챔버에 대해서는 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 제2 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제1 또는 제2의 2개의 갭 중에서 어느 하나가 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 사교(斜交)하는 것과 함께,
    상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1~제n~제N+2 챔버를 배치하고,
    상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 챔버에 대해서는 제n-1 갭을 개재하여, 또한, 상기 제n+1 챔버에 대해서는 제n 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 및 제n 갭을 개재하여 상기 제n-1 및 제n+1 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제n-1 또는 제n의 2개의 갭 중에서 어느 하나가 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 사교하는 것과 함께,
    상기 제n 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
    단, N은 자연수로 하고, n은 2부터 N+1까지 1씩 변동하는 자연수로 한다.
  3. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하고,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 챔버에 대해서는 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 제2 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제1 및 제2의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 반대방향으로 사교하는 것과 함께,
    상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1~제n~제N+2 챔버를 배치하고,
    상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 챔버에 대해서는 제n-1 갭을 개재하여, 또한 상기 제n+1 챔버에 대해서는 제n 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 및 제n 갭을 개재하여 상기 제n-1 및 제n+1 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제n-1 및 제n의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 반대방향으로 사교하는 것과 함께,
    상기 제n 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
    단, N은 자연수로 하고, n은 2부터 N+1까지 1씩 변동하는 자연수로 한다.
  5. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하고,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 챔버에 대해서는 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 제2 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제1 및 제2의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 동방향으로 사교하는 것과 함께,
    상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    이 이온주입장치의 빔 라인 상의 소정 개소에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1~제n~제N+2 챔버를 배치하고,
    상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 챔버에 대해서는 제n-1 갭을 개재하여, 또한 상기 제n+1 챔버에 대해서는 제n 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제n 챔버는, 상기 제n-1 및 제n 갭을 개재하여 상기 제n-1 및 제n+1 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 제n-1 및 제n의 2개의 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 소정의 각도를 갖고 동방향으로 사교하는 것과 함께,
    상기 제n 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
    단, N은 자연수로 하고, n은 2부터 N+1까지 1씩 변동하는 자연수로 한다.
  7. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제n+1 챔버에 인가하는 전위의 주사파형은, 상기 제n 챔버에 인가하는 전위의 주사파형과는 위상이 π만큼 다른 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
    단, 이 경우, 제2항 또는 제4항에 기재된 N은 2 이상의 자연수로 한다.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구성하는 적어도 하나의 챔버에, 상기 이온 빔이 주사되는 면에 자속이 직교하도록 영구자석을 배치한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  9. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너 지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    상기 이온주입장치의 빔 라인 상에 상기 이온 빔을 편향하기 위한 편향 전자석을 배치하고,
    이 편향 전자석 근방의 빔 라인 상에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하며,
    상기 제2 챔버는, 상기 편향 전자석의 자극간격으로 배치되고, 또한, 상기 제1 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 입사구 근방에 형성된 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 출사구 근방에 형성된 제2 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 편향 전자석의 입사구 근방의 상기 제1 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 대해 상기 편향 전자석의 편향각과는 반대방향으로 사교하고, 또한, 상기 편향 전자석의 출사구 근방의 상기 제2 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 대해 상기 편향 전자석의 편향각과 동방향으로 사교하며,
    상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  10. 이온을 생성하는 이온원으로부터 원하는 이온종류를 인출하고, 원하는 에너 지로 가속 또는 감속하며, 기판의 주입면에 이온 빔을 주사하여 주입하는 이온주입장치에 있어서,
    상기 이온주입장치의 빔 라인 상에 상기 이온 빔을 편향하기 위한 편향 전자석을 배치하고,
    이 편향 전자석 근방의 빔 라인 상에, 상류부터 순서대로 상기 이온 빔을 통과시키는 제1, 제2, 제3 챔버를 배치하며,
    상기 제2 챔버는, 상기 편향 전자석의 자극간격으로 배치되고, 또한, 상기 제1 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 입사구 근방에 형성된 제1 갭을 개재하여, 또한 상기 제3 챔버에 대해서는 상기 편향 전자석의 상기 이온 빔의 출사구 근방에 형성된 제2 갭을 개재하여 배치되며,
    상기 제2 챔버는, 상기 제1 및 제2 갭을 개재하여 상기 제1 및 제3 챔버에 대해 전기적으로 절연되고, 또한, 상기 편향 전자석의 출사구 근방의 상기 제2 갭은, 상기 이온 빔의 기준축에 대해 상기 편향 전자석의 편향각과는 반대방향으로 사교하며,
    상기 제2 챔버에는 원하는 주사파형의 전위를 인가하는 주사전원이 접속되어 이루어지는 챔버 분할형의 이온 빔 주사기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 갭을 형성하는 챔버의 각 단면의 각각에 전극을 장착하도록 한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 갭이 이온 빔의 기준축과 사교하는 각도를 45°정도로 한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
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