KR20080092298A - 이온주입장치 및 이에 이용되는 이온빔의 수렴 및 정형방법 - Google Patents

이온주입장치 및 이에 이용되는 이온빔의 수렴 및 정형방법 Download PDF

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KR20080092298A
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Abstract

이온빔의 단면형상에 불구하고, 빔 스캐너에 적합한 수렴과 정형을 실현할 수 있도록 한 이온주입장치를 제공한다.
이온주입장치는, 이온소스(10)로부터 인출된 이온빔을, 질량분석자석장치(22), 질량분석슬릿(28)을 경유시켜서, 빔 스캐너(36)에 의하여 왕복스캔시켜서 웨이퍼(58)에 조사한다. 질량분석자석장치의 출구로부터 질량분석슬릿 입사전의 빔라인 구간에, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)을 설치함과 함께, 질량분석슬릿의 출구로부터 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간에, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석보다도 유효자계효과가 큰 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)을 설치하여, 이온빔의 수렴과 정형을 행한다. 구체적으로는, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에 있어서의 이온빔 진행방향의 길이를, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 있어서의 길이보다도 길게 하고 있다. 그 결과, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 의한 자속밀도가, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 의한 자속밀도와 동일하더라도, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에 의한 이온빔의 수렴력은, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석에 의한 수렴력보다도 크게 된다.
Figure P1020080033403
이온, 주입, 수렴, 발산, 정형, 전자석

Description

이온주입장치 및 이에 이용되는 이온빔의 수렴 및 정형방법{Ion implantation apparatus and method of converging/shaping ion beam used therefor}
본 발명은 이온주입장치에 관한 것으로서, 특히 이온빔의 수속, 정형기술에 관한 것이다.
반도체웨이퍼에 n형 또는 p형 도전층을 형성하는 방법으로서, 이온소스에서 이온화한 도전형 도펀트를 전계로 가속하여 웨이퍼에 주입(implant)하는, 소위 이온주입기술이 이용되고 있다. 이온주입기술에 있어서는, 이온소스에 공급된 가스를 플라즈마 챔버에서 이온화함으로써 플라즈마를 발생시켜서, 인출전극에 소정 전압을 인가함으로써 플라즈마로부터 이온빔을 인출하고 있다. 이어서, 인출된 이온빔을 질량분석자석장치에 입사시킴으로써 원하는 질량을 가지는 이온으로 이루어지는 이온빔을 인출하여, 더욱 이 이온빔을 질량분석슬릿을 통과시킨 후, 빔 스캐너로 왕복스캔시켜서 웨이퍼에 조사(照射; irradiate)함으로써 이온주입을 행하고 있다(특허문헌 1 참조; 일본 특허공개 2006-156259 공보).
그런데, 이온주입을 양호하게 행하기 위한 하나의 요인으로서, 웨이퍼에 조 사되는 이온빔의 단면형상을 들 수 있으며, 이온빔은 조성의 수렴과 정형이 행하여진 상태로 웨이퍼에 조사될 필요가 있다. 이를 실현하기 위하여, 지금까지는, 질량분석자석장치와 빔 스캐너 사이의 빔라인 구간에, 같은 타입, 같은 성능의 4중극 수렴 전자석을 쌍으로 하여 배치하여 이온빔의 수렴, 정형을 행하여, 최적의 이온빔을 빔 스캐너에 입사시킬 수 있도록 하고 있다. 통상, 빔라인의 상류측에 배치되는 것은 상하(종)방향 수렴용 4중극 수렴 전자석이고, 하류측에 배치되는 것은 횡방향 수렴용 4중극 수렴 전자석이다.
상기와 같은 쌍의 4중극 수렴 전자석에 의하여 수렴, 정형을 행하는 방법은, 이온빔의 유효직경이 비교적 작은 때에는, 수렴과 정형에 지장은 생기지 않는다. 그러나, 이온빔의 유효직경이 상당히 큰 경우, 특히 횡방향으로 큰 직경을 가지는 단면 타원 혹은 플랫의 특수형상의 이온빔의 경우에는, 이온종, 빔량, 빔에너지 등의 주입조건의 차이에 대응하면서 원하는 수렴과 정형을 행하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 이온빔의 단면형상에 불문하고, 빔 스캐너에 적절한 수렴과 정형을 실현시킬 수 있도록 한 이온주입장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 이온주입장치는, 상하 또는 횡방향으로 큰 직경을 가지는 특수단면 형상의 이온빔을 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간에 있어서 특히 충분한 수렴과 정형을 실시하도록 한 것으로서, 질량분석자석장치의 출구로부터 질량분석슬릿 입사전의 빔라인 구간에 제1 4중극 수렴 전자석을 설치함과 함께, 질량분석슬릿의 출구로부터 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간에, 제1 4중극 수렴 전자석보다 유효자계효과가 큰 제2 4중극 수렴 전자석을 설치하여, 이온빔의 수렴과 정형을 행하도록 한 점에 특징을 가진다.
본 발명에 의한 이온주입장치는, 구체적으로는, 이하와 같은 실시예로 실현 되는 것이 바람직하다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석은, 빔라인 상에 있어서의 유효자계구간이 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다 길게 된다.
상기 유효자계효과는, 자속밀도 또는 균일자계의 유효자계구간의 길이(유효포텐셜 길이)로 주어진다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석의 자심(磁心)의 직경을 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 크게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 한다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석의 자심을 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 빔라인 방향으로 길게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 한다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석의 권선회수를, 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 많게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 한다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석의 여자전압 또는 전류를 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 크게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 한다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석의 상기 유효자계효과의 크기를 상기 제1 4중극 수렴 전자석의 2배 이상으로 한다.
상기 제1 4중극 수렴 전자석과 같은 타입의 것을 빔라인 방향으로 2개 나란히 배치함으로써 상기 제2 4중극 수렴 전자석으로 한다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석을 상하방향 수렴용 전자석으로 하여, 이온빔에 대한 상하방향 수렴의 범위를 넓게 한다.
상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 상하방 향 수렴용 전자석으로 한다.
상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 상하방향 수렴용 전자석, 횡방향 수렴용 전자석으로 한다.
상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 횡방향 수렴용 전자석, 상하방향 수렴용 전자석으로 한다.
상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 횡방향 수렴용 전자석으로 한다.
상기 질량분석슬릿의 출구로부터 상기 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간의 빔라인 상으로서, 이온빔의 수렴과 발산의 중간상태의 위치에 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 배치한다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석을 상하방향 수렴용 전자석으로 하고, 상기 빔 스캐너가, 이온빔을 사이에 두고 배치된 한 쌍의 스캐닝 전극과, 이 한 쌍의 스캐닝 전극의 상류측 근방, 하류측 근방에 각각 설치된 스캐너 억제전극과, 이들 스캐너 억제전극에 접속됨과 함께, 상기 한 쌍의 스캐닝 전극의 대향전극 면에 의하여 끼워지는 공간 내에 설치된 한 쌍의 전계보정전극을 포함하는 경우, 상기 빔 스캐너를, 상기 한 쌍의 스캐닝 전극에 의한 스캐닝 각도가 제로일 때의 제로전계효과에 의하여 상기 제2 4중극 수렴 전자석에 의한 상하방향 수렴을 완화시키는 횡방향 수렴수단으로서 작용시킬 수가 있다.
상기 제2 4중극 수렴 전자석의 입구에 가까운 상류측 위치에, 이온빔을 횡방향에 관하여 빔위치를 조정하는 스티어링 코일을 배치한다.
본 발명에 의하면 또한, 상기 질량분석자석장치의 출구로부터 상기 질량분석슬릿 입사전의 빔라인 구간에 배치된 제1 4중극 수렴 전자석에 의하여 이온빔에 대하여 상하방향의 수렴을 행하고, 상기 질량분석슬릿의 출구로부터 상기 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간에 배치된, 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 유효자계효과가 큰 제2 4중극 수렴 전자석에 의하여 이온빔에 대하여 더욱 상하방향의 수렴을 행함으로써, 이온빔을 상기 빔 스캐너에 적절한 단면형상으로 정형할 수 있도록 함을 특징으로 하는 이온주입장치에 있어서의 이온빔의 수렴 및 정형방법이 제공된다.
본 발명에 의한 이온주입장치에 있어서는, 제2 4중극 수렴 전자석에 의한 유효자계효과를 제1 4중극 수렴 전자석에 의한 유효자계효과보다 크게 함으로써, 제2 4중극 수렴 전자석에 있어서의 수렴력은, 제1 4중극 수렴 전자석에 있어서의 수렴력보다도 크게 된다. 따라서, 제2 4중극 수렴 전자석은, 제1 4중극 수렴 전자석보다도 이온빔을 수렴시킬 수가 있다. 따라서, 이온빔의 빔에너지, 이온종의 차이, 나아가서는 질량분석슬릿에 있어서의 슬릿 사이즈의 차이에 의하여 제2 4중극 수렴 전자석에 입사하는 이온빔의 단면형상이 다르더라도, 제2 4중극 수렴 전자석에서 이온빔을 수렴시킬 수가 있으므로, 빔 스캐너에 최적인 이온빔을 공급할 수가 있게 된다.
이하, 본 발명에 의한 이온주입장치의 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1a, 도 1b는, 본 발명을 싱글 웨이퍼형 이온주입장치에 적용하였을 경우의 모식도이며, 특히, 도 1a는 평면도이고, 도 1b는 측면도이다. 이온주입장치(1)의 구성에 대하여, 이온소스(10)를 기점으로 하는 빔라인의 최상류에서부터 설명한다. 이온소스(10)의 출구측에는, 이온 챔버 내에서 생성된 플라즈마로부터 이온빔을 인출하는 인출전극(12)이 설치되어 있다. 인출전극(12)의 하류측 근방에는, 인출전극(12)에서 인출된 이온빔 속에 포함되는 전자가 인출전극(12)을 향하여 역류하는 것을 억제하는 억제전극(14)이 설치되어 있다. 이온소스(10)에는, 이온소스 고압전원(16)이 접속되고, 인출전극(12)과 터미널(18) 사이에는, 인출전원(20)이 접속되어 있다.
인출전극(12)의 하류측에는, 입사하는 이온빔에서 원하는 이온이 아닌 이온을 분리하여, 원하는 이온으로 이루어지는 이온빔을 인출하기 위한 질량분석자석장치(22)가 배치되어 있다. 질량분석자석장치(22)의 하류측에는, 이온빔을 상하방향(종방향)으로 포커싱 또는 수렴시키는 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24), 이온빔을 빔궤도라인으로부터 편향시키는 파크전극(26), 이온빔 내에서 원하는 질량의 이온으로 이루어지는 이온빔을 통과시키는 질량분석슬릿(28), 및 이온빔을 상하방향으로 포커싱 또는 수렴시키는 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)이 배치되어 있다. 파크전극(26) 및 질량분석슬릿(28)은, 알루미늄 등의 크로스(cross) 오염이 거의 없는 재료로 구성되는 파크 하우징(27)에 수용되어 있다. 다만, 질량분석슬릿(28)은, 고정식의 전용 슬릿 이외에도, 복수 단의 스위칭 타입 질량분석슬릿을 이용하여도 좋다. 복수 단의 스위칭 타입 질량분석슬릿에 의하면, 예컨대 3단 슬릿 사이 즈의, 높은 빔전류용의 타원형 또는 긴 원형 슬릿, 낮은 빔전류용의 가늘고 긴 원형 슬릿, 및 빔궤도축 확인용의 극소 직경 슬릿을 기계적으로 스위칭한다.
제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 하류측에는, 이온빔을 필요에 따라 차단하고 빔전류를 계측하는 인젝터 플래그 패러데이 컵(32)과, 이온빔의 진행방향에 직교하는 수평방향으로 이온빔을 주기적으로 왕복스캔시키는 빔 스캐너(36)가 배치되어 있다. 빔 스캐너(36)의 상류측 및 하류측에는 각각, 이온빔의 단면사이즈의 크기도 제한할 수 있는 구멍을 가지고, 이온빔의 발산을 억제하며, 스캐닝 전계를 주변으로부터 차폐하기 위한, 스캐너 억제전극(34, 38)이 설치되어 있다. 여기서, 인젝터 플래그 패러데이 컵(32)은, 후술하는 바와 같이, 여기서는 상하방향의 구동기구에 의하여 빔라인에 대하여 삽입 제거 가능하게 되어 있다. 또한, 인젝터 플래그 패러데이 컵(32), 빔 스캐너(36) 및 스캐너 억제전극(34, 38)은, 알루미늄으로 이루어지는 스캐너 하우징(37)에 수용되어 있다.
인출전극(12)에서 스캐너 하우징(37)까지의 빔라인 상의 각 부재는, 터미널(18)에 수용되어 있다. 터미널(18)에는 터미널 전원(19)이 접속되어 있다. 따라서, 파크 하우징(27) 및 스캐너 하우징(37)의 전위는, 터미널(18)의 전위와 같으며, 터미널 전원(19)의 전위가 된다.
빔 스캐너(36)의 하류측에는, 중심궤도(빔 스캐너(36)로 스캔하기 전의 이온빔의 중심궤도)에 대하여 수평방향으로 각도를 가지도록 편향된 이온빔을, 중심궤도에 평행하게 되도록 재편향시키는 평행렌즈(40), 및 이온빔을 가속 또는 감속시키는 가속/감속 칼럼(42)이 배치되어 있다. 평행렌즈(40)는, 중앙에 이온빔이 통과 되는 구멍이 뚫린 원호 형상의 복수의 전극으로 구성되어 있다. 평행렌즈(40)의 상류측에서 첫 번째 전극은, 터미널 전위로 유지되어 있다. 두 번째 전극은, 억제전극이라 하며, 억제전원(44)에 접속되어 전자의 유입을 억제하고 있다. 세 번째 전극은, 평행렌즈 전원(46)에 접속되어, 두 번째 전극과 세 번째 전극 사이에 전계가 발생하여, 수평방향으로 편향된 이온빔이 편향 전의 이온빔 중심궤도에 평행한 이온빔이 된다. 평행렌즈(40)는, 전계를 이용하는 구조이며, 두 번째 전극과 세 번째 전극 사이의 전위차에 의하여, 이온빔은 감속된다. 즉, 빔 스캐너(36)에 의하여 편향된 이온빔이, 두 번째 전극과 세 번째 전극 사이의 전계에 의하여 편향 전의 이온빔 중심궤도에 평행한 방향으로 궤도수정됨과 함께 감속되는 것이 된다.
가속/감속 칼럼(42)은, 직선 형상의 하나 이상의 전극으로 구성되어 있다. 가속/감속 칼럼(42)의 상류측에서 첫 번째 전극에는, 평행렌즈(40)의 세 번째 전극과 마찬가지로, 평행렌즈 전원(46)이 접속되어 있다. 두 번째 및 세 번째 전극에는, 각각 제1 가속/감속 칼럼 전원(48) 및 제2 가속/감속 칼럼 전원(50)이 접속되어 있다. 이들 전원전압을 조정하여, 이온빔을 가감속시킨다. 또한, 네 번째 전극은, 접지전위에 접지되어 있다.
가속/감속 칼럼(42)의 하류측에는, 하이브리드형 각도에너지 필터(AEF; Angular Energy Filter, 이하, AEF라 함)(52)가 배치되어 있다. AEF(52)는, 목표로 하는 가속 에너지가 얻어지는 이온빔을 선별하는 에너지 필터이다. AEF(52)는, 자계 편향용의 마그네틱 편향 전자석과 스태틱 편향용의 스태틱 편향 전극을 구비하고 있다. 마그네틱 편향 전자석은, AEF 챔버(54)를 에워싸도록 배치되어 있고, AEF 챔버(54)의 상하좌우를 에워싸는 요크부재와 이 요크부재 둘레에 감긴 코일군으로 구성되어 있다. 또한, 상기 마그네틱 편향 전자석에는, 직류전압전원(도시생략)이 접속되어 있다.
한편, 스태틱 편향 전극은, 상하 한 쌍의 AEF 전극(56)으로 구성되어, 이온빔을 상하방향에서 사이에 두도록 배치되어 있다. 한 쌍의 AEF 전극(56) 중, 상측의 AEF 전극(56)에는 포지티브 전압을, 하측의 AEF 전극(56)에는 네가티브 전압을 각각 인가하고 있다. 자기에 의한 편향시에는, 마그네틱 편향 전자석으로부터의 자계에 의하여 이온빔을 하방으로 약 20도 편향시켜서, 목표로 하는 에너지의 이온빔만이 선택되는 것이 된다. 한편, 자계 및 전계, 또는 전계만에 의한 편향시에는, 마그네틱 편향 전자석으로부터의 자계와 한 쌍의 AEF 전극(56) 사이에서 발생되는 전계에 의한 병용작용, 또는 전계의 편향작용에 의하여, 이온빔을 하방으로 약 20도 편향시켜서, 목표로 하는 에너지의 이온빔만이 선택되는 것이 된다.
이와 같이 AEF(52)는, 필요에 따라서 각각 사용하는 자계, 전계, 및 자계와 전계 양쪽의 하이브리드 타입이므로, 저에너지 빔의 수송에는, 전자 한정효과가 높은 자계를 주로 사용하고, 고에너지 빔의 수송에는, 자계 편향 및 스태틱 편향의 양쪽을 이용할 뿐만 아니라, 전계만의 편향작용을 이용할 수도 있다. 다만, 자계를 상시 사용하는 경우, 또는 자계와 전계를 둘다 사용하거나 전계만을 사용하는 편향동작의 경우의 선택은, 에너지나 이온소스(10)의 가스의 종류에 따라 달라진다.
AEF(52)에는, 전자를 공급함으로써 이온빔의 발산을 억제하여, 웨이퍼(58)에 대한 이온빔의 수송효율을 향상시키는 AEF 플라즈마 샤워(60)가 설치되어 있다. 또 한, AEF(52)는, AEF 억제전극(62, 64)을 AEF 플라즈마 샤워(60)의 상류측 및 하류측에 각각 구비하고 있다. 이 AEF 억제전극(62, 64)은, 전자 장벽(barrier) 및 이온빔의 단면형상의 사이즈의 크기를 제한하는 것이 주된 역할이다.
AEF 챔버(54)의 벽면에는, 커스프(cusp)자계를 형성하는 복수의 영구자석(66)이 배치되어 있다. 이 커스프 자계의 형성에 의하여, 전자가 AEF 챔버(54) 내부로 한정되어 있다. 각 영구자석(66)은, 그 자극을 AEF 챔버(54) 내부로 향하게 하고, 또한, 그 이웃하는 자극이 서로 반대 극성이 되도록 배치되어 있다. 다만, AEF 챔버(54)의 출구측에는, AEF(52)로 편향되지 않고 직진하는 이온이 중성화한 중성입자 등을 받아들이는 스트라이커(striker) 플레이트(68)가 설치되어 있다.
프로세스 챔버(진공처리 챔버)(70)는, AEF 챔버(54)와 연결되어 있다. 프로세스 챔버(70) 내에는, 선택가능 에너지 슬릿(이하, SES라 함)(72)이 배치되어 있다. 선택가능 에너지 슬릿(72)은, 이온빔을 상하방향에서 사이에 두도록 배치되어 있다. 상하의 선택가능 슬릿은 각각, 4개의 슬릿면을 구비하고 있고, 이들 슬릿면의 선택 후, 또한 상하의 선택가능 슬릿의 축을 상하방향으로 조정하거나, 상기 축을 회전시킴으로써, 원하는 슬릿 폭으로 변경한다. 이들 4개의 슬릿면을 이온종에 따라서 순차 선택함으로써, 크로스 오염을 저감시키고 있다.
플라즈마 샤워(74)는, 저에너지 전자를 이온빔과 함께 웨이퍼(58)의 앞면에 공급하여, 이온주입으로 생기는 포지티브 전하의 대전을 중화시켜서 억제하고 있다. 플라즈마 샤워(74)의 좌우단에 각각 배치된 도즈컵(dose cup)(76)은, 도즈량을 계측한다. 구체적으로는, 전류계측회로에 접속되어 있는 좌우의 도즈컵에 들어오는 이온빔이, 그 회로를 흘러오는 전자에 의하여 중성화되므로, 이 전자의 흐름을 측정함으로써 이온빔의 측정을 행한다.
빔 프로파일러(78)는, 이온주입 위치에서의 빔전류의 강약 측정을 행하기 위한 빔 프로파일러 컵(도시생략)과, 빔 형상 및 빔 X-Y 위치를 계측하기 위한 버티컬 프로파일 컵(도시생략)을 구비하고 있다. 빔 프로파일러(78)는, 이온주입 전 등에 수평방향으로 이동시키면서, 이온주입 위치의 이온빔 밀도를 계측한다. 빔 프로파일 계측의 결과로서, 이온빔의 예상 불균일성(PNU; Predicted Non Uniformity)이 프로세스의 요건을 만족하지 않을 경우에는, 빔 스캐너(36)의 인가전압 등을 프로세스 조건에 만족하도록 자동적으로 조정한다. 버티컬 프로파일 컵은, 이온주입 위치에서의 빔 형상을 계측하여, 빔 폭이나 빔 중심위치의 확인을 행한다.
빔라인의 최하류에는, 패러데이 컵의 것과 유사한 빔전류 계측기능을 가지며, 최종 셋업 빔을 계측하는 트리플 서피스 빔 덤프(TSBD; Triple surface beam dump)(80)가 배치되어 있다. 트리플 서피스 빔 덤프(80)는, 이온소스(10)의 가스의 종류에 따라서 삼각 필라(pillar; 기둥)의 3면을 스위칭함으로써, 크로스 오염을 저감시키고 있다. 다만, 빔라인은 높은 진공으로 유지되고 있음은 말할 것도 없다.
지금까지의 이온주입장치에서는, 이온빔의 빔에너지의 고저, 이온종(예컨대 P, B, As 등)의 차이, 빔사이즈의 대소와 빔전류밀도의 대소, 나아가서는 질량분석슬릿에 있어서의 슬릿사이즈의 차이에 따라서 빔 스캐너에 입사하는 이온빔의 단면형상이 변화되어, 이온빔을 균일한 상태로 웨이퍼에 조사하는 것은 간단하지가 않았다.
이와 대비하여, 본 발명에 의한 이온주입장치(1)에 있어서는, 이온빔을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 의하여 상하방향으로 수렴시킴과 함께, 유효자계효과가 큰 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 의하여 더욱 상하방향으로 수렴시킴으로써, 빔 스캐너(36)에 최적의 이온빔, 즉 단면형상의 변화가 작은 균일한 이온빔을 입사시킬 수가 있다. 특히, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 유효자계효과를 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 유효자계효과의 2배 이상으로 하여 상하방향의 수렴 범위를 확대함으로써 다양한 이온빔에 대응할 수 있도록 하고 있다. 이하에서는, 이를 실현하기 위한 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 2a는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)을 나타내는 정면도이고, 도 2b는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24) 중 2개의 전자석의 개관을 상방에서 보인 도면(좌측 도면)과, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 있어서의 이온빔 진행방향의 길이와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면(우측 도면)이다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)은, 중앙에 이온빔을 통과시키는 공간(100)이 형성되고, 대략 8각형 형상으로 형성되어 있다. 또한 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)은, 서로 대향하는 2개의 N극 자심(102, 104)과 2개의 S극 자심(106, 108)을 구비하며, 파선 화살표로 나타내는 바와 같이, 2개의 N극 자심(102, 104)의 선단으로부터는 2개의 S극(106, 108)으로 향하는 자계를 발생시킨다. 이를 위하여, N극 자심(102, 104) 및 S극 자심(106, 108)에는 각각, 권선(112)이 권회되고, 각 자심의 후단은 요크(110)에서 결합되어 있다. 여기서, 빔전류의 방향은, 포지티브 전하의 이동방향으로 정의되어 있으므로, 이온빔이 도 면의 표면측에서 이면측을 향하여 진행하고 있는 경우에는, 빔전류가 표면측에서 이면측을 향하여 흐르고 있는 것과 동일하다. 도 2a에 있어서는, 표면측에서 이면측을 향하는 이온빔의 진행방향을 화살기호(○에 ×를 가한 기호)로 나타내고 있다.
도 2a에 나타내는 자극 배치에 의하면, 이온빔이 표면측에서 이면측을 향하여 진행하고 있는 경우에는, 플레밍의 왼손법칙에 의하여, 이온빔을 상하방향으로 수렴시키려 하는 힘이 작용한다. 즉, N극 자심(102)의 자극단에서 S극 자심(106)을 향하는 자계에 의하여 이온빔에는 하향으로 힘이 작용하고, N극 자심(104)의 자극단에서 S극 자심(108)을 향하는 자계에 의하여 이온빔에는 상향으로 힘이 작용한다. 한편, N극 자심(102)의 자극단에서 S극 자심(108)으로 향하는 자계에 의하여 이온빔에는 좌향으로 힘이 작용하고, N극 자심(104)의 자극단에서 S극 자심(106)으로 향하는 자계에 의하여 이온빔에는 우향으로 힘이 작용한다. 그 결과, 도 2a에 흰색 화살표로 나타내는 바와 같이, 이온빔에는, 상하방향으로 수속시키는 힘이 작용하고, 좌우(횡)방향으로 발산시키는 힘이 작용하는 것이 된다. 다만, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 있어서의 N극 자심(102, 104) 및 S극 자심(106, 108)은, 도 2b에 이점쇄선으로 나타내는 이온빔의 진행방향에 관하여 길이 L1의 뻗음 길이를 가진다. 이하의 설명에서는, 각 자심의 뻗음 길이 L1을, 이온빔의 진행방향에 있어서의 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 뻗음 길이라 부르는 경우가 있다.
도 3은, 이온빔이 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에서 상하방향으로 수렴되는 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 파선으로 나타 내는 세로로 긴 타원 형상의 단면을 가지는 이온빔이 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 공간(100)을 통과하면, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 작용에 의한 수렴력에 의하여 사선으로 나타내는 가로로 긴 타원 형상의 단면을 가지는 이온빔이 된다.
도 4a는, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)을 나타내는 정면도이고, 도 4b는, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30) 중 2개의 전자석의 개관을 상방에서 나타낸 도면(좌측 도면)과, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 있어서의 이온빔 진행방향의 길이와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면(우측 도면)이다. 도 4a에 나타내는 바와 같이, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)은, 중앙에 이온빔을 통과시키는 공간(200)이 형성되고, 대략 8각형 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)은, 2개의 N극 자심(202, 204)과 2개의 S극 자심(206, 208)을 구비하고 있고, 2개의 N극 자심(202, 204)의 자극단으로부터는 2개의 S극 자심(206, 208)을 향하는 자계를 발생시킨다. 이를 위하여, N극 자심(202, 204) 및 S극 자심(206, 208)에는 각각 권선(212)이 권회되고, 각 자심의 후단은 요크(210)에서 결합되어 있다. 다만, 도 4b에 있어서, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 있어서의 N극 자심(202, 204) 및 S극 자심(206, 208)은, 이점쇄선으로 나타내는 이온빔의 진행방향에 관하여 길이 L2의 뻗음 길이를 가진다. 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 있어서도, 각 자심의 뻗음 길이 L2를, 이온빔의 진행방향에 있어서의 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 뻗음 길이라 부르는 경우가 있다.
여기서, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 구성에 대하여 제1 4중극 버티 컬 수렴 전자석(24)의 구성과 비교하면서 설명한다. 도 4b에 나타내는 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 뻗음 길이 L2를, 도 2b에 나타내는 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 뻗음 길이 L1의 2배로 하고 있다. 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 권선(212)의 권수는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 권선(112)의 권수와 동일하다. 물론, 권선(112, 212)의 굵기도 동일하다. 또한, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 권선(212)에 흐르는 여자전류는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 권선(112)에 흐르는 여자전류와 동일하다. 그 결과, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 요크(210)를 관통하는 자속밀도는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 요크(110)를 관통하는 자속밀도와 동일하다. 그러나, 전술한 바와 같이, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 뻗음 길이 L2는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 뻗음 길이 L1의 2배이다. 이로 인하여, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 공간(100)과 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 공간(200)을 이온빔이 동일 속도로 통과하는 경우, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 공간(200)을 통과하는 시간은, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 공간(100)을 통과하는 시간의 2배가 된다. 이는, 도 2b(우측 도면), 도 4b(우측 도면)에 나타내는 바와 같이, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)은, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)과 동일 자속밀도 G1이더라도, 이온빔에 유효하게 작용하는 유효자계구간 L2', 환언하면 유효자계효과를 나타내는 균일자계의 유효자계구간의 길이(유효포텐셜 길이)가 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 유효자계구간 L1'의 2배가 되는 것을 의미한다. 여자전류에 비례하는 자속밀도 G와 유효자계구간 L의 곱은 GL적(積)이라 부르며, 전자 석의 유효자계효과를 나타내는 하나의 지표가 되고 있다.
어쨌든, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 공간(200)을 통과하는 동안에 이온빔이 받는 힘은, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 공간(100)을 통과하는 동안에 이온빔이 받는 힘의 2배가 된다. 그 결과, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 요크(210)를 관통하는 자속밀도가, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 요크(110)를 관통하는 자속밀도와 동일하더라도, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 있어서 이온빔에 작용하는 수렴력은, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 있어서 이온빔에 작용하는 수렴력의 2배가 된다. 따라서, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)은, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)보다도 이온빔을 수렴시킬 수가 있어서, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)보다도 이온빔에 대한 상하방향의 수렴의 범위를 넓게 할 수가 있다.
도 5는, 이온빔이 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에서 상하방향으로 수렴되는 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 파선으로 나타내는 세로로 긴 타원 형상의 단면을 가지는 이온빔이 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 공간(200)에 진행하여 왔을 경우에는, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 수렴력에 의하여 사선으로 나타내는 가로로 긴 타원 형상의 단면을 가지는 이온빔이 된다. 이때, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)으로 진행하여 온 이온빔이, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 공간(100)으로 진행하여 온 이온빔보다도 큰 타원 형상의 이온빔이었더라도, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 수렴력이 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 수렴력의 2배이기 때문에, 설계된 대로 수렴, 정 형된 이온빔을 얻을 수가 있어서, 빔 스캐너(36)에 최적인 이온빔을 입사시킬 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 이온주입장치(1)에서는, 질량분석자석장치(22)를 통과한 이온빔은, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 의하여 상하방향으로 수렴된다. 그 후, 파크전극(26)을 통과하여, 소정 질량의 이온으로 이루어지는 이온빔만이 질량분석슬릿(28)을 통과한다. 질량분석슬릿(28)을 통과한 이온빔은, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 의하여 상하방향으로 수렴된다. 전술한 바와 같이, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 뻗음 길이 L2는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 뻗음 길이 L1의 2배이므로, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)을 통과할 때에는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 수렴력의 2배의 수렴력으로 이온빔이 상하방향으로 수렴된다. 따라서, 이온빔의 빔에너지의 고저, 빔사이즈의 대소와 빔전류밀도의 대소, 이온종의 차이 등에 의하여 이온빔의 단면형상이 다른 경우, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 의한 수렴, 정형의 작용은 작지만, 유효자계효과가 보다 큰 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 의하여 설계된 대로의 이온빔으로 수렴, 정형할 수가 있어서, 빔 스캐너(36)에 최적인 이온빔을 입사시킬 수가 있다. 이는, 질량분석슬릿(28)에 있어서의 슬릿사이즈의 차이에 의하여 이온빔의 단면형상이 다른 경우에도 마찬가지이다.
도 6a, 도 6b를 참조하여, 이온소스(10)로부터 가속/감속 칼럼(42)까지의 이온빔의 수렴, 정형에 대하여 설명한다. 도 6a는 이온주입장치의 주된 구성요소와 이들을 통과하는 이온빔을 상방에서 본 도면이고, 도 6b는, 도 6a를 측방에서 본 도면이다. 다만, 이해를 쉽게 하기 위하여, 각 구성요소 사이에는 충분한 간격을 두고 나타내고 있다.
이온소스(10)로부터 인출전극(12)에 의하여 인출된 이온빔은 질량분석자석장치(22)에 출사된다. 인출전극(12)에 마련되어 있는 인출슬릿의 작용에 의하여 이온빔은 상하(종)방향으로 수렴하고, 횡방향으로 발산하는 이온빔으로서 출사된다. 질량분석자석장치(22)에서는 입사한 이온빔에 대한 질량분석이 행하여져 필요한 이온종만이 선택된다. 상술한 인출전극(12)의 극 버티컬 수렴렌즈작용 및 질량분석자석장치(22)의 횡방향에 있어서의 볼록렌즈작용에 의하여, 질량분석자석장치(22)에 입사한 이온빔은, 질량분석자석장치(22)의 중심위치에서 상하방향의 빔폭(직경)이 최소가 됨과 함께 횡방향의 빔폭(직경)이 최대가 되고, 질량분석자석장치(22)의 중심위치를 통과한 이온빔은, 상하방향에 대하여 빔폭이 발산함과 함께 횡방향에 대하여 빔폭이 수렴하도록 된다.
제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)은, 전술한 바와 같이, 질량분석자석장치(22)를 통과한 이온빔의 빔폭을 상하방향으로 수속시킴과 함께 횡방향으로 발산시키도록 작용한다. 즉, 도 3에 파선으로 나타내는 바와 같이, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에는 상하방향의 빔폭이 크고(상하방향으로 발산), 횡방향의 빔폭이 작은(횡방향으로 수렴) 세로로 긴 단면형상을 가지는 이온빔이 입사하지만, 이 이온빔의 빔폭을, 사선으로 나타내는 바와 같이 상하방향으로 수렴시킴과 함께 횡방향으로 발산시키도록 작용한다. 그 결과, 상하방향에 대하여 빔폭이 발산하고 있음과 함께 횡방향에 대하여는 빔폭이 수렴하고 있는 이온빔은, 질량분석슬릿(28)의 위치에서 상하방향의 빔폭이 최대, 횡방향의 빔폭이 최소가 된다. 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)이 질량분석슬릿(28)보다 상류측에 있으면, 보다 횡폭이 넓은 많은 이온빔을 질량분석슬릿(28)을 통과시킬 수가 있다. 또한, 상하방향의 발산을 억제할 수도 있어서, 상하방향에 대하여 보다 많은 이온빔을 통과시킬 수가 있다. 즉, 불필요한 커트, 불필요한 발산을 방지할 수가 있다.
질량분석슬릿(15)을 통과한 이온빔은, 수렴되어 있던 횡방향에 대하여는 빔폭이 발산으로 전환되기 때문에, 횡방향에 대하여 빔폭이 수렴되도록 된다.
제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)은, 질량분석슬릿(28)을 통과한 이온빔의 빔폭을 상하방향으로 수렴시킴과 함께 횡방향으로 발산시키도록 작용한다. 즉, 도 5에 파선으로 나타내는 바와 같이 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에는 상하방향의 빔폭이 크고(상하방향으로 발산), 횡방향의 빔폭이 작은(횡방향으로 수렴) 세로로 긴 단면형상을 가지는 이온빔이 입사한다. 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)은, 이 이온빔의 빔폭을, 사선으로 나타내는 바와 같이 상하방향으로 수렴시킴과 함께 횡방향으로 발산시키도록 작용한다. 이로써, 상하방향으로 강하게 수렴하고, 횡방향으로 발산한 이온빔, 즉 단면형상이 횡방향으로 긴 타원형상 또는 플랫 형상의 이온빔이 빔 스캐너(36)에 보내진다. 이로써, 이온빔은, 한 쌍의 스캐닝 전극(36a, 36b)을 가지는 빔 스캐너(36)의 입구 가까이(도 1a의 스캐너 억제전극(34) 근방)에서 상하방향의 빔폭이 최소, 횡방향의 빔폭이 최대가 된다. 이와 같은 관점에서, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 설치 위치는, 질량분석슬릿(28)의 출구에서 빔 스캐너(36)에 입사하기 전의 빔라인 구간의 빔라인 상이며, 이온빔의 수렴 과 발산의 중간상태의 위치인 것이 바람직하다. 이는, 이온빔에 대하여 상하방향으로 큰 수렴력을 작용시키기 위하여는 이온빔의 단면사이즈(상하방향의 사이즈)가 큰 쪽이 바람직하기 때문이다.
도 6a, 도 6b에는, 이해를 용이하게 하기 위하여, 질량분석자석장치(22)의 중심위치, 질량분석슬릿(28), 빔 스캐너(36), 평행렌즈(40)에 있어서의 이온빔의 단면형상을 인출선으로 인출하여 나타내고 있다. 이들 단면형상에 붙여진 X, Y는, X가 횡방향, Y가 상하(종)방향을 나타낸다.
빔 스캐너(36)는, 상기와 같이 하여 얻어진, 단면형상이 횡방향으로 긴 타원형상 또는 플랫 형상의 이온빔을 주기적으로 횡방향으로 왕복스캔시킨다.
이온빔은, 평행렌즈(40)에 의하여 빔 스캐너(36)로 입사하기 전의 빔라인에 평행하게 되도록 재평행화된다. 즉, 이온빔은 편향각 0도의 축에 평행하게 된다. 다만, 평행렌즈(40)의 위치에서의 이온빔은 원형에 가까운 단면형상이 된다. 평행렌즈(40)로부터의 이온빔은, 하나 이상의 전극으로 이루어지는 가속/감속 칼럼(42)을 경유하여 AEF(52)(도 1a)로 보내진다. AEF(52)에서는, 이온빔의 에너지에 관한 분석이 행하여져, 필요한 에너지의 이온종만이 선택된다.
그런데, 도 1a 및 도 1b에서는 도시를 생략하였지만, 이하와 같이 하여도 좋다. 도 6a, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 질량분석슬릿(28)과 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30) 사이, 바람직하게는 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 입구에 가까운 상류측 위치에 횡방향 조정용의 스티어링 코일(Cx)을 배치하여 이온빔을 횡방향에 관하여 빔위치를 조정하도록 하여도 좋다.
다음으로, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)과 빔 스캐너(36)의 조합에 의한 효과에 대하여 설명하는데, 그 전에 빔 스캐너(36)의 구성, 작용에 대하여 간단히 설명한다.
도 7a는, 빔 스캐너(36)의 구성을 사시도로 나타낸다. 빔 스캐너(36)는, 이온빔을 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 스캐닝 전극(36a, 36b)과, 한 쌍의 스캐닝 전극(36a, 36b)의 상류측 근방, 하류측 근방에 각각, 스캐닝 전극(36a, 36b)을 사이에 끼우듯이 하여 설치된 스캐너 억제전극(34, 38)을 가진다. 빔 스캐너(36)는 또한, 빔라인과 평행으로 뻗어서 스캐너 억제전극(34, 38)에 접속됨과 함께, 한 쌍의 스캐닝 전극(36a, 36b)의 대향전극면에 의하여 끼워지는 공간 내에 설치된 제로전계효과 억제용의 전계보정전극(36-1, 36-1)을 구비한다. 전계보정전극(36-1, 36-2)은 스캐너 억제전극(34, 38)과 동일 네가티브 전위가 된다.
도 8a 내지 도 8c는, 빔 스캐너(36)에 의한 제로전계효과 억제작용을 설명하기 위한 도면이려, 빔 스캐너(36)를 횡단면도로 나타내고, 전계보정전극은 도시를 생략하고 있다.
도 8a에 있어서는, 빔 스캐너(36)를 통과하는 포지티브 전하를 가지는 이온은, 네가티브 전압을 가지는 좌측의 스캐닝 전극(36a)에 끌려간다. 한편, 이온빔에 붙어있던 전자는, 포지티브 전압을 가지는 우측의 스캐닝 전극(36b)에 끌려간다. 이로써 빌 스캐너(36)를 통과하는 이온빔은 전자를 잃어서, 포지티브 전하를 가지는 이온끼리는 공간전하효과에 의하여 반발하기 때문에, 이온빔은 발산하는 경향에 있다. 전자는 이온보다도 질량이 가볍기 때문에, 이온보다도 편향각이 크다.
도 8c에 있어서도, 도 8a와 마찬가지 이유로 빔 스캐너(36)를 통과하는 이온빔은 발산하는 경향에 있다.
한편, 도 8b는, 교류스캐닝전원에 접속된 한 쌍의 스캐닝 전극(36a, 36b)에 인가되는 전압이 정확히 0인 순간에 있어서의 이온빔의 상태를 나타낸다. 이온빔에 붙어 있던 전자는 스캐닝 전극(36a, 36b)에 끌려가는 일은 없지만, 전계보정전극(36-1, 36-2)으로부터의 네가티브 전계의 작용에 의하여 이온빔 내에 잔존하지 않고 랜덤한 방향으로 비산한다. 이로써, 이온빔이 잔존전자에 의하여 수렴하는 경향이 억제된다.이와 같은 작용에 의하여, 전계보정전극(36-1, 36-2)은 제로전계전극이라고도 부르고 있다.
어쨌든, 전계보정전극(36-1, 36-2)의 상기의 작용에 의하여, 도 7b에 파선으로 나타내는 바와 같이, 빔 스캐너(36)의 하류측에 있어서의 스캐닝 단부, 스캐닝 중심부 중 어느 쪽에 있어서도 이온빔의 단면형상은 변화하지 않고, 균일하게 된다.
이와 같은 제로전계전극을 구비한 빔 스캐너(36)에 있어서는, 한 쌍의 스캐닝 전극(36a, 36b)에 의한 스캐닝 각도가 제로에서 좌우 스캐닝 전극의 전위의 차가 없을 때에 한하여, 그 제로전계효과에 의하여 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 의한 상하방향 수렴을 완화시키는 횡방향 수렴수단으로서 기능시킬 수가 있다.
이상, 본 발명에 의한 이온주입장치를 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명에 의한 이온주입장치는, 다음과 같이 변경하여 실현되어도 좋다.
이온빔의 진행방향에 있어서의 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 뻗음 길이 L2를 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 뻗음 길이 L1의 2배로 하기 위한 구성을, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)과 동일한 것을 이온빔의 진행방향으로 2개 나란히 배치하여, 대응하는 자심의 권선을 직렬 혹은 병렬접속함으로써 실현하여도 좋다.
이온빔의 진행방향에 있어서의 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 뻗음 길이 L2는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 뻗음 길이 L1의 2배 이상이어도 좋다.
상기 실시예에서는, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 있어서의 권선(212)의 권수는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 있어서의 권선(112)의 권수와 동일하였지만, 이 대신에, 이온빔의 진행방향에 있어서의 뻗음 길이는 동일하게 하고, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에 있어서의 권선의 권수를, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에 있어서의 권선의 권수의 2배 이상으로 함으로써 자속밀도를 증가시켜서 유효자계효과를 2배 이상으로 하여도 좋다.
상기 실시예에서는, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24) 및 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 권선에 흐르는 여자전압 또는 전류는 동일하였지만, 이 대신에, 이온빔의 진행방향에 있어서의 뻗음 길이는 동일하게 하고, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 권선에 흐르는 여자전압 또는 전류를, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)의 권선에 흐르는 여자전류의 2배 이상으로 함으로써 자속밀도를 증가시켜서 유효자계효과를 2배 이상으로 하여도 좋다.
제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)의 자심의 직경을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)보다도 크게 함으로써 자속밀도를 증가시켜서 유효자계효과를 2배 이상으로 하여도 좋다.
이온빔을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석(24)에서 상하방향으로 수속시키고, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석(30)에서 횡(좌우)방향으로 수속시킴으로써, 빔 스캐너(36)에 최적의 이온빔을 공급할 수가 있는 빔의 제 조건(이온종, 빔량, 빔에너지 등)에 있어서는, 이온빔을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 상하방향으로 수렴시키고, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 횡(좌우)방향으로 수렴시키는 구성으로 하여도 좋다.
이온빔을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 횡방향으로 수렴시키고, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 상하방향으로 수렴시킴으로써, 빔 스캐너(36)에 최적의 이온빔을 공급할 수가 있는 빔의 제 조건(이온종, 빔량, 빔에너지 등)에 있어서는, 이온빔을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 횡방향으로 수렴시키고, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 상하방향으로 수렴시키는 구성으로 하여도 좋다.
이온빔을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석 및 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 횡방향으로 수렴시킴으로써, 빔 스캐너(36)에 최적인 이온빔을 공급할 수가 있는 빔의 제조건(이온종, 빔량, 빔에너지 등)에 있어서는, 이온빔을 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석 및 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 횡방향으로 수렴시키는 구성으로 하여도 좋다.
상기 실시예에서는, 이온빔의 진행방향과 직교하는 수평방향으로 이온빔을 주기적으로 왕복스캔시키는 구성이었지만, 이 대신에, 이온빔을 수평방향 이외의 특정 방향, 예컨대 수직방향으로 주기적으로 왕복 스캔시키는 구성이어도 좋다.
상기 실시예는, 본 발명을 싱글 웨이퍼 타입의 이온주입장치에 적용하였지만, 본 발명을 배치 타입의 이온주입장치에 적용하여도 좋다.
본 출원은, 2007년4월10일 출원된 일본 특허출원 제2007-103142호에 기초하여 우선권의 이익을 주장하며, 그 개시된 내용은, 참조를 위하여 그 전체 내용이 여기에 통합되어 있다.
본 발명은 이온주입장치, 특히 이온빔의 수속, 정형기술에 이용된다.
도 1a는 본 발명을 싱글 웨이퍼 타입 이온주입장치에 적용하였을 경우의 구성을 모식적으로 나타낸 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 나타낸 이온주입장치를 측면에서 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1에 나타낸 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석을 나타내는 정면도, 도 2b는 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석 중 2개의 전자석의 개관을 상방에서 나타낸 도면(좌측 도면)과, 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석에 있어서의 이온빔 진행방향의 길이와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면(우측 도면)이다.
도 3은, 이온빔이 제1 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 상하방향으로 수렴되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 도 1에 나타낸 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석을 나타내는 정면도, 도 4b는 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석 중 2개의 전자석의 개관을 상방에서 본 도면(좌측 도면)과, 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에 있어서의 이온빔 진행방향의 길이와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면(우측 도면)이다.
도 5는 이온빔이 제2 4중극 버티컬 수렴 전자석에서 상하방향으로 수렴되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 도 1에 나타낸 이온소스로부터 가속/감속 칼럼까지의 이온빔의 수렴, 정형에 대하여 설명하기 위한 평면도, 도 6b는 도 6a를 측면에서 보고 나타낸 도면이다.
도 7a는 빔 스캐너의 구성을 사시도로 나타내고, 도 7b는 빔 스캐너에 구비 되어 있는 전계보정전극에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7a에 나타낸 빔 스캐너의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (19)

  1. 이온소스로부터 인출된 이온빔을, 질량분석자석장치 및 질량분석슬릿을 경유시켜서, 빔 스캐너에 의하여 왕복스캔시켜서 웨이퍼에 조사하여, 웨이퍼에 이온주입을 행하는 빔라인을 가지는 이온주입장치에 있어서,
    상기 질량분석자석장치의 출구로부터 상기 질량분석슬릿 입사전의 빔라인 구간에, 제1 4중극 수렴 전자석을 설치함과 함께, 상기 질량분석슬릿의 출구로부터 상기 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간에, 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 유효자계효과가 큰 제2 4중극 수렴 전자석을 설치하여, 이온빔의 수렴과 정형을 행하도록 구성함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석은, 빔라인 상에 있어서의 유효자계구간이 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다 긴 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유효자계효과는 자속밀도로 주어지는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유효자계효과는 균일자계의 유효자계구간의 길이로 주어지는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석의 자심의 직경을 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 크게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석의 자심을 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 빔라인 방향으로 길게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석의 권선회수를, 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 많게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석의 여자전압 또는 전류를 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 크게 함으로써 상기 유효자계효과를 크게 함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석의 상기 유효자계효과의 크기를 상기 제1 4중극 수렴 전자석의 2배 이상으로 함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 4중극 수렴 전자석과 같은 타입의 것을 빔라인 방향으로 2개 나란히 배치함으로써, 상기 제2 4중극 수렴 전자석으로 함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석을 상하방향 수렴용 전자석으로 하여, 이온빔에 대한 상하방향 수렴의 범위를 넓게 함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 상하방향 수렴용 전자석임을 특징으로 하는 이온주입장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 상하방 향 수렴용 전자석, 횡방향 수렴용 전자석임을 특징으로 하는 이온주입장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 횡방향 수렴용 전자석, 상하방향 수렴용 전자석임을 특징으로 하는 이온주입장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 4중극 수렴 전자석과 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 각각, 횡방향 수렴용 전자석임을 특징으로 하는 이온주입장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량분석슬릿의 출구로부터 상기 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간의 빔라인 상으로서, 이온빔의 수렴과 발산의 중간상태의 위치에 상기 제2 4중극 수렴 전자석을 배치함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  17. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석이 상하방향 수렴용 전자석이고, 상기 빔 스캐너는 이온빔을 사이에 두고 배치된 한 쌍의 스캐닝 전극과, 이 한 쌍의 스캐닝 전극의 상류측 근방, 하류측 근방에 각각 설치된 스캐너 억제전극과, 이들 스캐너 억제전극에 접속됨과 함께, 상기 한 쌍의 스캐닝 전극의 대향전극 면에 의하여 끼워지 는 공간 내에 설치된 한 쌍의 전계보정전극을 포함하며, 상기 빔 스캐너를, 상기 한 쌍의 스캐닝 전극에 의한 스캐닝 각도가 제로일 때의 제로전계효과에 의하여 상기 제2 4중극 수렴 전자석에 의한 상하방향 수렴을 완화시키는 횡방향 수렴수단으로서 작용시킴을 특징으로 하는 이온주입장치.
  18. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 4중극 수렴 전자석의 입구에 가까운 상류측 위치에, 이온빔을 횡방향에 관하여 빔위치를 조정하는 스티어링 코일을 배치함을 특징으로 하는 이온주입장치.
  19. 이온소스로부터 인출된 이온빔을, 질량분석자석장치 및 질량분석슬릿을 경유시켜서, 빔 스캐너에 의하여 왕복스캔시켜서 웨이퍼에 조사하여, 웨이퍼에 이온주입을 행하는 이온주입방법에 있어서,
    상기 질량분석자석장치의 출구로부터 상기 질량분석슬릿 입사전의 빔라인 구간에 배치된 제1 4중극 수렴 전자석에 의하여 이온빔에 대하여 상하방향의 수렴을 행하고,
    상기 질량분석슬릿의 출구로부터 상기 빔 스캐너 입사전의 빔라인 구간에 배치된, 상기 제1 4중극 수렴 전자석보다도 유효자계효과가 큰 제2 4중극 수렴 전자석에 의하여 이온빔에 대하여 더욱 상하방향의 수렴을 행함으로써, 이온빔을 상기 빔 스캐너에 적절한 단면형상으로 정형할 수 있도록 함을 특징으로 하는 이온주입 장치에 있어서의 이온빔의 수렴 및 정형방법.
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