KR20110008271A - 고 전류 이온 주입을 위한 저 오염, 저 에너지 비임라인 구성물 - Google Patents

고 전류 이온 주입을 위한 저 오염, 저 에너지 비임라인 구성물 Download PDF

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KR20110008271A
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Abstract

비임 경로를 따라 이온 비임을 발생하는 이온 소스, 이온 비임의 질량 분석 및 각도 정정을 수행하는 이온 소스의 하류부의 질량 분석기 부품, 선택된 질량 분해능 및 입사 궤적에 따른 크기 및 형상을 가지는 비임 경로를 따라 질량 분석기 부품의 하류부의 하나 이상의 전극을 포함하는 분해 통공 전극, 편형 소자로부터 방출되는 이온 비임의 경로를 변화시키는 분해 통공 전극의 하류부의 편향 소자, 하전된 이온으로 주입되는 공작물을 유지 및 위치시키기 위한 엔드 스테이션 내의 지지 플랫폼을 포함하며 엔드 스테이션은 편향된 이온 비임이 가공물에 대해 수직하도록 반시계방향으로 약 8도로 장착된다.

Description

고 전류 이온 주입을 위한 저 오염, 저 에너지 비임라인 구성물 {LOW CONTAMINATION, LOW ENERGY BEAMLINE ARCHITECTURE FOR HIGH CURRENT ION IMPLANTATION}
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고 전류 이온 주입기를 위한 저 오염, 저 에너지 비임라인 구성물(architecture)에 대한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에서, 이온 주입은 불순물 또는 도펀트(dopant)로 반도체를 도핑(dope) 하기 위해 이용된다. 이온 비임 주입기는 도핑된 n 또는 p 타입 진성 재료를 생산하도록 또는 집적 회로의 제조 동안 패시베이션 층(passivation layer)을 형성하도록, 실리콘 웨이퍼를 이온 비임으로 충돌시키기 위해 이용된다. 도핑된 반도체를 이용할 때, 이온 비임 주입기는 원하는 반도체 재료를 생성하도록 선택된 진성 이온 종을 주입한다. 도 1 의 종래 기술에서 초기에 지칭된 것은 종래의 이온 주입 시스템(100)이다. 안티몬, 비소, 또는 인과 같은 소스 재료로부터 발생된 주입 이온은 "n 타입" 진성 재료 웨이퍼인 반면, 만약 "p 타입" 진성 재료 웨이퍼를 원하는 경우, 붕소 또는 인듐과 같은 소스 재료로 발생된 이온이 주입될 수 있다.
이온 비임(104)(예를 들면, 펜슬형(pencil) 이온 비임, 리본형(ribbon) 이온 비임)을 형성하기 위한 이온 소스(102)는 종방향 비임 경로(106)를 따라 제공된다. 이온 비임 소스(102)는 관련된 전원 및 추출 장치(110)를 구비한 플라즈마 소스를 포함하며, 추출 장치는 예를 들면 이온 비임(104)이 추출되는 소정의 설계일 수 있다. 아래의 예는 본 발명을 충분히 설명하기 위해 제공되지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 구성되지 않는다. 예를 들면, 플라즈마 소스는 상대적으로 긴 플라즈마 제한(confinement) 챔버를 포함할 수 있으며, 이 챔버로부터 이온 비임(104)이 추출 장치(extraction apparatus; 110) 내의 추출 개구를 이용하여 추출될 수 있다. 펜슬, 리본 및 다른 타입의 이온 비임의 형성은 본 기술분야의 기술자에게 널리 알려져 있다.
이온을 생성하기 위해, 이온화되는 도펀트(dopant) 재료의 가스(도시안됨)는 이온 비임 소스(102)의 플라즈마 챔버 내에 위치된다. 도펀트 가스는 예를 들면 가스 소스(도시안됨)로부터 플라즈마 챔버로 공급될 수 있다. 전원에 부가하여, 소정의 개수의 적절한 메카니즘(도시되지 않음)이 RF 또는 마이크로파 여기(excitation) 소스, 전자 비임 주입 소스, 전자기 소스 및/또는 예를 들면 챔버 내에 아크 전하를 형성하는 캐쏘오드와 같이, 이온 발생 소스 내에 자유 전자를 여기시키기 위해 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 여기된 전자는 도펀트 가스 분자와 충돌하고 이온이 그 안에 형성된다. 통상적으로, 비록 본 명세서에서의 공개 내용이 또한 음의 이온이 발생되는 시스템에 적용가능하지만 양의 이온도 발생될 수 있을 것이다.
이온은 이러한 예에서, 이온 추출 조립체(도시안됨)에 의해 이온 비임 소스(102) 내의 추출 장치(110)를 통하여 제어가능하게 추출된다. 이온 추출 조립체는 다수의 추출, 접지 및 억제 전극을 포함할 수 있다. 추출 조립체는, 예를 들면, 이온 소스(102)로부터 이온을 가속하도록 추출 및/또는 억제 전극을 편향하기 위한 개별 추출 전원(도시안됨)을 포함할 수 있다. 이온 비임(104)이 동일한 하전된 입자를 포함하기 때문에, 동일한 하전된 입자가 서로 반발될 때 비임(104)이 확장(blow up)되거나 외측 방사상으로 팽창하는 경향을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한 확장된 비임이 저 에너지, 고 전류 비임에서 악화될 수 있는데, 상기 저 에너지, 고 전류 비임에서 다수의 동일한 하전된 입자(예를 들면, 높은 전류)가 상대적으로 느리게(예를 들면, 저 에너지) 동일한 방향으로 이동하여 입자들 가운데 많은 반발력이 있도록 하지만, 비임 경로(106)의 방향으로 이동하는 입자를 유지하기 위한 입자 모멘텀(particle momentum)이 거의 없다. 따라서, 추출 조립체(110)는 일반적으로 비임(104)이 고 에너지로 추출되어 비임(104)이 확장되지 않도록 구성된다(예를 들면, 입자들이 비임을 확장시킬 수 있는 반발력을 극복하기에 충분한 모멘텀을 가지도록). 더욱이, 이러한 예에서 비임(104)은 일반적으로 시스템을 통하여 상대적으로 높은 에너지로 전달되어 비임 봉쇄(beam confinement)를 조장하도록 가공물(116)과의 충돌 바로 전에 감소된다.
비임라인 시스템(112)은 비임(104)을 수용하도록 경로를 따라 위치되는 질량 분석기(114)를 포함하는 비임라인 시스템(112)이 이온 소스로부터 비임(104)을 수용하도록 이온 소스(102)의 하류부에 제공된다. 질량 분석기(108)는 도 1에 도시된 바와 같이 질량 분석된 이온 비임(104)을 제공하기 위하여 이온을 이온 비임으로부터 질량(예를 들면, 전하 대 질량 비율)에 따라 가변 궤도로 편향하기 위하여 경로에 걸쳐 자기장을 제공하도록 작동한다. 따라서 질량 분석기(114)는 이온 비임(104) 상의 질량 분석, 각도 정정/조정을 수행한다. 이러한 예에서, 질량 분석기(114)는 약 90도 각도로 형성되고 내부에 (이중극) 자기장을 설정하도록 기능하는 하나 또는 둘 이상의 자석(도시안됨)을 포함한다. 비임(104)이 질량 분석기(114)로 들어갈 때, 비임은 적절한 전하-대-질량 비율의 이온이 분리되도록 자기장에 의해 대응적으로 구부러진다. 더욱 상세하게는, 너무 크거나 너무 작은 전하-대-질량 비율을 가지는 이온은 질량 분석기(114)의 측벽 내로 편향된다. 이러한 방식으로, 질량 분석기(114)는 단지 원하는 전하-대-질량 비율을 가지는 비임(104) 내의 이온이 관통하여 분해 통공 전극 조립체(120)의 분해 통공(116)을 통하여 배출하록 한다.
질량 분석기(114)는 이중극 자기장의 크기를 제어 또는 조정함으로써 이온 비임(104) 상의 각도 정정을 수행할 수 있다. 자기장의 이러한 조정은 선택된 이온들이 상이한 또는 변경된 경로를 따라 이동하도록 원하는/선택된 전하-대-질량 비율을 가지도록 한다. 분해 통공 전극 조립체(110)는 질량 분석기 부품(114)의 하류부 및 비임 경로를 따라 위치된다. 분해 통공 전극 조립체(116)는 이온 비임의 선택된 질량 분해능(mass resolution) 및 입자 궤적(beam envelope)에 따른 크기 및 형상을 가진다.
하나 또는 둘 이상의 감속 전극(118)은 성분을 편향하는 이온 비임의 하류부에 위치될 수 있다. 감속 전극은 고 전류 이온 비임이 초-저 에너지 및 감소된 에너지 오염으로 발생되도록 고-전류, 초-저 에너지를 위해 직접 이용될 수 있다. 시스템(100) 내의 이러한 지점까지, 비임(104)은 일반적으로 비임 밀도가 예를 들면 스캔 정점(scan vortex)과 같이 상승되는 지점에서 특히 높을 수 있는, 본 기술분야에서 널리 알려진, 비임 확장에 대한 경향을 완화하도록 상대적으로 높은 에너지 수준으로 전달된다. 감속 전극은 비임(104)을 감속하도록 작동가능한 하나 또는 둘 이상의 전극을 포함한다. 전극은 통상적으로 비임(104)이 관통하여 이동하는 통공을 포함한다.
그럼에도 불구하고, 감속 전극(118)이 병렬로 그리고 동일한 평면에서 통공을 구비한, 각각 전형적인 시스템(100)에서 도시되지만, 이러한 전극들은 이온을 가속 및/또는 감속, 뿐 만아니라 전체적으로 본 명세서에서 참조되는 후앙(Huang) 등의 미국 특허 제 6,441, 382호에 제공된 바와 같이, 이온 비임을 포커싱, 벤딩, 편향, 수렴, 발산, 스캔, 병렬화 및/또는 오염제거를 하도록 배치되고 편향된 소정의 적절한 개수의 전극을 포함할 수 있다.
비임라인 시스템(112)으로부터 질량 분석된 이온 비임(104)을 수용하여 최종 질량 분석된 이온 비임(122)을 이용하여 주입을 위한 경로를 따라 반도체 웨이퍼와 같은 하나 또는 둘 이상의 공작물(110)을 지지하는, 엔드 스테이션(end station; 108)이 시스템(100) 내에 제공된다. 엔드 스테이션(108)은 하나 또는 둘 이상의 타겟 공작물(110) 및 이온 비임(104)을 서로에 대해 이동 또는 스캐닝하기 위한 타겟 스캐닝 시스템(126)을 포함한다. 타겟 스캐닝 시스템(126)은 배치(batch) 또는 시리얼(serial) 주입을 위해 제공될 수 있다. 시스템(100) 내의 다른 입자와 이온 비임 충돌이 비임 세기를 저하시킬 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 하나 또는 둘 이상의 펌프(도시안됨)가 적어도 비임가이드 및 질량 분석기(116)를 비우기 위해 포함될 수 있다.
통상적인 이온 주입 시스템은 이온화가능한 소스 재료로부터 양으로 하전된 이온을 발생시키기 위한 이온 소스(102)를 포함한다. 발생된 이온은 이온 비임(104) 내로 형성되고 주입 엔드 스테이션(108)으로 예정된 비임 경로(106)를 따라 지향된다. 이온 주입 시스템(100)은 이온 소스(102)와 주입 엔드 스테이션(108) 사이로 연장하는 비임 형성 및 세이핑(shaping) 구조물을 포함할 수 있다. 비임 형성 및 세이핑 구조물은 이온 비임(104)을 유지하고 긴 내부 공동 또는 통로의 경계를 형성하며, 이 공동 또는 통로를 통하여 비임이 도중에 주입 엔드 스테이션(108)로 통과한다. 주입기를 작동할 때, 이러한 통로는 가스 분자와의 충돌의 결과로서 예정된 비임 경로(106)로부터 편향되는 이온의 가능성을 감소시키기 위해 비워진다.
자기장에서 주어진 운동 에너지의 하전된 입자의 궤도는 이러한 입자들의 상이한 질량(또는 전하-대-질량 비율)에 대해 상이하게 된다. 따라서, 원하지 않는 분자량의 이온이 비임(104)으로부터 멀어지는 위치로 편향되고 원하는 재료를 제외한 주입이 회피될 수 있으므로, 반도체 가공물(110)의 원하는 영역이 도달하는 추출된 이온 비임(104)의 부분 또는 일정한 자기장을 통과한 후 다른 타겟은 상대적으로 순수하게 제조될 수 있다. 원하는 그리고 원하지 않는 전하-대-질량 비율의 이온을 선택적으로 분리하는 공정은 질량 분석으로서 공지되어 있다. 질량 분석기(114)는 통상적으로 상이한 전하-대-질량 비율의 이온들을 효과적으로 분리하게 되는 호형 통로 내의 자기 편향을 경유하여 이온 비임(104) 내에서 다양한 이온을 편향하도록 이중극 자기장을 형성하는 질량 분석 자석을 채용한다.
일부 이온 주입 시스템에 대해, 비임(104)의 물리적 크기는 타겟 가공물(116) 보다 작아서, 비임은 타겟 가공물(116)의 표면을 적절히 덮도록 하나 또는 둘 이상의 방향으로 스캐닝된다. 일반적으로, 정전 또는 자기 기재 스캐너는 신속한 방향으로 이온 비임(104)을 스캐닝하고 기계적 장치는 충분한 커버를 제공하도록 타겟 가공물(116)을 느린 스캔 방향으로 이동시킨다. 시스템은 예를 들면 스캔된 비임의 전류 밀도를 측정하는, 패러데이 컵(Faraday cup; 124)과 같은, 전류 밀도 센서를 포함할 수 있으며, 패러데이 컵에서 전류 밀도는 주입 각도의 함수이다(예를 들면, 비임과 가공물의 기계적 표면 사이의 상대적 배향 및/또는 비임과 가공물(116)의 결정 격자 구조 사이의 상대적 배향). 전류 밀도 센서는 일반적으로 스캐닝된 비임(104)에 대해 직교하는 방식으로 이동하여 통상적으로 비임(104)의 폭을 횡단한다. 일 실시예에서 선량 측정 시스템은 비임 밀도 분포 및 각도 분포를 측정한다.
통상적으로 높은 전류 이온 주입 시스템에 대해, 다양한 감소 소자가 에너지 오염을 감소시키고 저 에너지 비임 전류를 증가시킨다(예를 들면, 본 명세서에서 전체적으로 참조되는 후앙의 미국 특허 제 6,441,382호 참조).
그러나, 이온 주입기 내로의 감속 소자의 주입은 특정 이온 주입기의 구성물에 의해 강하게 영향을 받는다. 따라서, 낮은 입자 오염 수준을 저 에너지에서 달성하고 이온 주입기의 다른 성능 요구조건을 유지할 수 있는 시스템이 요구된다.
아래에는 본 발명의 소정의 양태의 기본적 이해를 제공하도록 본 발명의 간단한 요약을 제공한다. 이러한 요약은 본 발명의 넓은 개관이 아니며, 또한 본 발명의 요소 또는 임계적 요소를 확인하거나 본 발명의 범위를 서술하려는 의도가 아니다. 차라리, 요약의 목적은 본 발명의 소정의 개념을 나중에 제공되는 더욱 상세한 설명에 대한 전조로서 간단한 형태로 제공하는 것이다.
본 발명의 양태는 이온 주입 시스템을 포함하며 이는 비임 경로를 따라 이온 비임을 발생하는 이온 소스, 이온 비임 상의 질량 분석 및 각도 정정을 수행하는 이온 소스의 하류부의 질량 분석기 부품, 질량 분석기 부품의 하류부에 선택된 질량 분해능 및 입사 궤적에 따른 크기 및 형상을 가지는 비임 경로를 따라 하나 이상의 전극을 포함하는 분해 통공 전극, 편향 소자로부터 나오는 이온 비임의 각도를 변화시키는 분해 통공 전극의 하류부의 편향 소자, 변화 중립화를 수행하고 이온 비임을 감속하는 편향 소자의 하류부의 감속 전극, 하전된 이온으로 주입되는 가공물을 유지 및 위치시키기 위한 엔드 스테이션 내의 지지 플랫폼을 포함하며, 엔드 스테이션은 편향된 이온 비임이 가공물에 대해 수직하도록 반시계 방향으로 약 8도로 장착된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 이온 주입 시스템은 선택된 종을 가지는 이온 비임을 발생하는 이온 소스, 선택된 전하-대-질량 비율 및 각도 조정에 따라 자기장을 발생시키는 이온 소스의 하류부에 위치되는 질량 분석기, 분리된 이온 비임으로부터 이온 종을 선택하고 질량 분석기의 하류부의 분해 통공, 변형된 이온 비임을 따라 약 8도로 반시계 방향으로 이온 비임을 편향하도록 구성되는 편향 소자 및 분해 통공의 하류부의 편향 소자를 포함하는 이온 주입 시스템을 채용한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 이온 소스를 위한 이온 소스 매개변수를 선택하는 단계, 전하-대-질량 비율에 따라 질량 분석기에 대한 초기 자기장 세기를 선택하는 단계, 선택된 이온 소스 매개변수에 따라 이온 비임을 발생하는 단계, 질량 분석기에 의해 이온 비임 상의 질량 분석을 수행하는 단계, 분해 통공을 이용하여 이온 비임을 분해하는 단계, 편향 소자를 이용하여 이온 비임을 편향하는 단계 및 감속 소자를 이용하여 이온 비임을 감속하는 단계를 포함하는 이온 주입을 수행하는 방법을 포함한다.
아래의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 소정의 본 발명의 예시적인 양태 및 실시를 상세하게 제시한다. 이들은 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 몇 개의 다양한 방식을 나타낸다.
도 1은 종래 기술의 이온 주입 시스템을 도시하며,
도 2는 본 발명의 현재의 양태에 따른 이온 주입 시스템을 도시하며,
도 3은 본 발명의 양태에 따른 편향 소자 및 감속 소자를 포함하는 이온 주입 시스템을 도시하며, 여기에서 이온은 0도 각도로 가공물에 주입되며,
도 4는 본 발명의 양태에 따른 이온 주입 시스템의 도면으로서, 여기에서 이온 비임이 0이 아닌 각도로 가공물에 주입되며,
도 5는 본 발명의 양태에 따라 고 전압 전력 공급 시스템을 구비한 이온 주입 시스템의 또 다른 도면으로서, 여기에서 이온 비임이 회전된 공정 챔버 내의 변경된 경로를 따라 이동하며,
도 6은 본 발명의 또 다른 양태에 따른 왕복 장치 이온 주입 시스템의 또 다른 개략도이며,
도 7은 본 발명의 양태에 따라 주입 각도를 조정하는 방법의 흐름도이다.
본 발명은 도면을 참조하여 지금부터 설명되는데, 도면에서는 동일한 도면부호가 동일한 요소를 지칭하기 위해 이용되며, 도시된 구조는 반드시 스케일대로 도시되지 않았다.
본 발명의 양태는 고 전류 주입을 위한 저 오염, 저 에너지 비임라인 구조를 용이하게 한다.
도 2를 참조하면, 종방향 비임 경로를 따라 (예를 들면, 펜슬형 이온 비임, 리본형 이온 비임 등) 이온 비임(204)을 형성하기 위한 이온 소스(202)를 포함하는 이온 주입 시스템(200)을 제공한다. 이온 비임 소스(202)는 관련된 전원(208)을 구비한 플라즈마 소스(206) 및 추출 통공(210)을 포함하며, 추출 통공은 예를 들면 큰 종횡비의 긴 리본 이온 비임(204)이 추출되는 소정의 설계일 수 있다. 아래의 예는 본 발명을 더 충분히 설명하기 위해 제공되지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 구성되지 않는다. 예를 들면, 플라즈마 소스(206)는 상대적으로 긴 플라즈마 제한 챔버를 포함하며, 이 제한 챔버로부터 리본 이온 비임(204)이 추출 통공(210) 내의 큰 종횡비 추출 슬릿을 이용하여 추출될 수 있다. 이온 비임(204)은 제 1 종횡비를 형성하는, 횡방향 폭 및 횡방향 높이를 포함하며, 횡방향 폭은 횡방향 높이 보다 매우 더 크다. 예를 들면, 플라즈마 소스(206)로부터 추출된 긴 이온 비임(204)의 폭은 예를 들면 약 100 mm이고 높이가 예를 들면 10 mm일 수 있다. 리본 이온 비임 및 다른 타입의 이온 비임의 형성은 본 기술분야의 기술자에게 널리 알려져 있다.
비임라인 시스템(212)은 이온 소스로부터 비임(204)을 수용하도록 이온 소스(202)의 하류부에 제공되며, 비임(204)을 수용하도록 경로를 따라 위치되는 질량 분석기(214), 질량 분석기(214)의 하류부의 분해 통공(216), 편향 소자(216) 및 가속 및/또는 감속 부품(219)을 포함한다. 질량 분석기(214)는 제 1 종횡비에 실질적으로 유사한 프로파일 및 제 2 종횡비를 가지는 긴 질량 분석된 이온 비임(204)을 제공하도록 이온 비임(204)으로부터의 이온이 질량(예를 들면 전하 대 질량 비율)에 따라 변화하는 궤도에서 편향하도록 경로에 걸쳐 자기장을 제공하도록 작동된다. 이러한 실시예에서, 이온 비임(204)은 질량 분석기(214) 내에서 자기장에 의해 약 90도 구부러질 수 있다. 질량 분리 분해 통공(216)은 미리선택된 화학물 종의 이온이 분해 통공(216)을 통과하도록 허용하기 위해 질량 분석기(214)의 하류부 경로에 배치될 수 있다. 원하지 않는 이온은 분해 통공 개구를 통과하는 것이 실패함으로써 분리된다. 포커싱된 리본 이온 비임(204)은 이어서 편향 요소(218)와 만나며, 여기에서 도시된 바와 같이 비임(204)이 반시계 방향으로 편향될 수 있다. 비임(204)은 이어서 이온 비임(204)이 감속 소자(219)의 감소 전극을 통과할 때 이온 비임(204)을 감소시킬 수 있는 감속 소자(219)로 들어갈 수 있다.
약 8도의 일정한 각도로 설정될 수 있는 엔드 스테이션(226)은 시스템(200) 내에 제공된다. 그러나, 엔드 스테이션(226)은 0 내지 90도의 소정의 각도로 설정될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 엔드 스테이션(226)은 비임라인 시스템(212)으로부터 질량 분석된 이온 비임(204)을 수용하며 질량 분석되고 편향된 이온 비임(204)을 이용하여 주입을 위해 경로를 따라 반도체 가공물과 같은 하나 또는 둘 이상의 가공물(222)을 지지한다. 단부 스테이션(226)은 하나 또는 둘 이상의 타겟 가공물(222) 및 긴 이온 비임(204)을 서로에 대해 진행(translate)되거나 스캐닝하기 위한 타겟 스캐닝 시스템을 포함한다. 타겟 스캐닝 시스템(220)은 배치 또는 시리얼 주입을 위해 제공될 수 있다. 타겟 스캐닝 시스템은 또한 본 기술 분야의 기술자에 의해 널리 알려진다는 것을 이해하여야 한다.
발명가는 본 발명의 비임라인(212)이 종래의 비임라인 시스템에 대해 적어도 두 개의 구별되는 장점이 실현되었다는 것을 인정하였다. 첫번째, 새로운 비임라인(212)은 편향 소자(218)의 상류부로부터 나오는 원하지 않는 입자를 차단하는 블록(block)으로서 작용할 수 있는 편향 소자(219) 및 전기적 굽힘(bend) 또는 편향 소자(218)를 포함한다. 상기 입자들은 보통 이온 비임(204)의 모멘텀에 의해 스트림을 하방으로 가압하고 대부분의 입자는 직선 전방으로 이동하게 될 것이다. 따라서, 비임라인의 편향은 하류 스트림 가공물(222)에 도달할 수 있는 입자의 개수를 감소시키게 될 것이다. 또한, 편향 소자(218)는 상류부 중성 입자를 하류부 경로에서 계속되는 것으로부터 분리하는 중성 입자 분리기로서 작용할 수 있다. 두번째, 본 발명의 비임라인(212)은 저 비임 에너지 전류를 상당히 증가시킬 수 있는 감소 소자(219)를 포함한다. 결과적인 시스템(200)은 종래의 이온 주입 시스템에서 발견되는 통상적인 오염 보다 감소된 에너지 오염을 초래한다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 대한 부가 실시예로서 두 개의 작동 또는 작업 모드가 도시된다. 두 개의 이온 주입 시스템(300 및 400)에서, 이온 비임(304)은 도 3에 도시된 바와 같은 제 1 모드(301)에서 제 1 이온 비임 경로(305) 또는 도 4에 도시된 바와 같은 제 2 모드(401)에서 제 2 이온 비임 경로(307)를 따라 이동한다.
도 3에 도시된 제 1 모드(301)에서, 엔드 스테이션(326)은 이온 비임(304)이 가공물(322)과 거의 0의 각도로, 즉 가공물(322)에 대해 수직하게 충돌하도록 위치 또는 설정된다.
도 4의 제 2 모드(401)에서, 엔드 스테이션(426)은 0도 보다 큰 평균 각도로 이온 비임(304)이 가공물(422)와 충돌하도록 위치 또는 설정된다. 이를 달성하기 위하여, 엔드 스테이션(426)은 325(도 3) 또는 425(도 4)의 만곡된 갭에 의해 형성된 궤도를 따라 회전할 수 있다. 이 같은 엔드 스테이션은 알렌(Allen) 등에게로의 미국 특허 제 6,231,054호에 제공되며, 이는 본 명세서에서 전체적으로 참조된다. 제 1 모드(301)에서, 시스템은 두 개의 작동 모드: 드리프트(drift) 비임 모드 및 감속(decel) 비임 모드 모두에 대해 작동한다. 드리프트 모드에서, 비임 에너지는 10 KeV 보다 크며, 감속 모드에서 비임 에너지는 10 KeV 또는 그 미만이다. 공정 제어에 대해, 도 3에 도시된 비임라인(312)은 종래의 비임라인에 대해 다수의 장점을 가진다. 비임라인(312)은 드리프트 모드에서 더 신속한 비임 튜닝(tuning)을 허용하며 여기에서 비임(304)은 10 KeV 보다 큰 에너지에서 추출될 수 있으며 감속 소자(319)는 접지 전압으로 튜닝될 수 있다. 감속 모드에 대해, 감속 소자(319)는 저 에너지에서 비임 전류를 증가시키기 위해 용이하게 튜닝될 수 있다. 또한, 에너지 오염은 상류 전기 굽힘 때문에 감소될 수 있다. 비임라인(312)은 가공물(322)에 대해 정밀한 도우즈(dose) 제어를 허용하며, 여기에서 중성 입자들 대부분이 편향 소자(318)의 하류부의 이온 비임(304)으로부터 분리된다. 제 2 이온 비임 경로(307)로 도시된 바와 같이, 이온 비임에서의 굽힘은 도시된 바와 같이 각도 제어를 제공한다.
이제 도 4를 참조하면, 이온 주입 시스템(400)은 도 3의 시스템(300)과 매우 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 단지 차이점은 가공물(422)이 0 보다 큰 각도로 이온 비임과 직면하도록 엔드 스테이션(426)이 회전될 수 있다는 것이다. 이온 주입 시스템(400)에서, 이온 비임(304)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 모드(301)에서 동일한 제 1 이온 비임 경로(305) 또는 제 2 모드(401)에서 제 2 이온 경로(307)를 따라 이동한다. 드리프트 모드에서 이온 비임 에너지는 10 KeV 보다 크고, 감속 모드에서 비임 에너지는 10 KeV 또는 그 미만이다. 공정 제어에 대해, 비임라인(412)은 종래의 비임라인에 대해 다수의 장점을 가진다. 비임라인(412)은 드리프트 모드에서 더 신속한 비임 튜닝을 허용하며 여기에서 비임(404)은 10 KeV 보다 큰 에너지에서 추출될 수 있다. 비임라인(412)은 가공물(422)에 대한 정밀한 도우즈 제어를 허용하고, 중성 입자 대부분이 편향 요소(418)의 하류부의 이온 비임(404)으로부터 분리된다. 감속 소자(419)는 저 에너지에서 비임 전류를 증가시키고 에너지 오염을 감소하도록 용이하게 튜닝될 수 있다. 제 2 이온 비임 경로(307)로 도시된 바와 같이, 이온 비임(404)에서의 굽힘부는 도시된 바와 같이 각도 제어를 제공한다. 도 4의 엔드 스테이션(426)은 도시된 바와 같이 회전할 수 있어, 이온 비임(404)이 제 2 이온 비임 경로(307)에 대해 수직하지 않은 각도로 가공물(422)과 충돌할 수 있다.
도 5는 본 발명의 양태에 따라 예시적인 이온 주입 시스템(500)을 도시한다. 시스템(500)은 예시 목적을 위해 제공되고 본 발명의 양태들이 설명된 이온 주입 시스템(500)으로 제한되지 않고 다양한 구성의 다른 적절한 이온 주입 시스템이 또한 채용될 수 있다는 것이 이해된다.
이온 주입 시스템(500)은 종방향 제 1 이온 비임 경로(505) 또는 제 2 이온 비임 경로(507)를 따라 이온 비임(504)을 형성하기 위한 이온 소스(502)를 포함한다. 이온 비임 소스(502)는 관련된 추출 전원(530)을 구비한 플라즈마 소스 및 이온 비임(504)이 추출될 수 있는 소정의 설계일 수 있는 추출 장치(510)를 포함한다. 아래의 예는 본 발명을 더 충분히 설명하기 위해 제공되지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 구성되지 않는다. 예를 들면, 플라즈마 소스는 상대적으로 긴 플라즈마 제한 챔버를 포함할 수 있으며, 이 제한 챔버로부터 이온 비임(504)이 추출 장치(510) 내의 추출 개구를 이용하여 추출될 수 있다. 펜슬형, 리본형, 및 다른 타입의 이온 비임의 형성이 본 기술분야의 기술자에게 널리 알려져 있다.
이온을 생성하도록, 이온화되는 도펀트 재료의 가스는 이온 비임 소스(502)의 플라즈마 소스 내에 위치한다. 도펀트 가스는 예를 들면 가스 소스(도시안됨)로부터 플라즈마 소스 내로 공급될 수 있다. 전원(530)에 부가하여, 소정의 개수의 적절한 장치(도시안됨)가 RF 또는 마이크로파 여기 소스, 전자 비임 주입 소스, 전자기 소스 및/또는 예를 들면 챔버 내에 아크 전하를 생성하는 캐쏘오드와 같은, 이온 발생 챔버 내에 자유 전자를 여기시키기 위해 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 여기된 전자는 도펀트 가스 모듈과 충돌하고 이온은 이에 의해 발생된다. 통상적으로, 비록 본 명세서에서 공개된 것이 음의 이온이 또한 발생되는 시스템으로 적용가능하지만, 양의 이온이 발생된다.
이온은 이온 추출 조립체(도시안됨)에 의해 이온 비임 소스(502) 내의 추출 장치(510) 내의 추출 통공을 통하여 제어가능하게 추출된다. 이온 추출 조립체는 다수의 추출, 접지 및 억제 전극을 포함할 수 있다. 이온 비임(504)이 동일한 하전된 입자를 포함하므로, 동일한 하전된 입자들이 서로 반발할 때 비임(504)이 확장되거나 방사상 외측으로 팽창되는 경향을 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한 확장된 비임이 다수의 동일한 하전된 입자(예를 들면, 높은 전류)가 입자들 중에서 많은 반발력이 있도록 상대적으로 느리게(예를 들면, 저 에너지) 동일한 방향으로 이동하는 저 에너지, 고 전류(고 퍼비언스(perveance)) 비임에서 악화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 확장된 비임이 최소화되도록 비임(504)이 고 에너지에서 추출되도록 추출 조립체가 일반적으로 구성된다. 더욱이, 감속 모드에서, 이러한 예에서 비임(504)이 일반적으로 시스템(500)을 통하여 상대적으로 높은 에너지로 전달되며 비임 오염을 증진하도록 가공물(522)과 충돌하기 바로 전에 감속 소자(519)에서 감소된다.
비임라인(512)은 이온 소스로부터 비임(504)을 수용하도록 이온 소스(502)의 하류부에 제공되며, 이온 소스는 비임(504)을 수용하도록 경로를 따라 위치되는 질량 분석기(514)를 포함한다. 질량 분석기(514)는 도 5에 도시된 바와 같이 질량 분석된 이온 비임(504)을 제공하도록 질량(예를 들면, 전하 대 질량 비율)에 따라 가변 궤도에서 이온 비임(504)으로부터 이온을 편향하도록 제 1 이온 비임 경로(505)에 걸쳐 자기장을 제공하도록 작동된다. 질량 분석기(514)는 질량 분석 및 이온 비임(504) 상의 각도 정정/조정을 수행한다. 이러한 예에서 질량 분석기(514)는 약 90도 각도로 형성되고 (이중극) 자기 장을 설정하도록 기능하는 하나 또는 둘 이상의 자석(도시안됨)을 포함한다. 비임(504)이 질량 분석기(514)로 들어갈 때, 적절한 전하-대-질량 비율의 이온이 반발되도록 비임은 자기장에 의해 대응적으로 구부러진다. 더욱 특별하게는, 매우 크거나 매우 작은 전하-대-질량 비율을 가지는 이온은 질량 분석기(514)의 측벽으로 편향된다. 이러한 방식으로, 질량 분석기(514)는 단지 원하는 전하-대-질량 비율을 가지는 비임(504) 내의 상기 이온들이 관통하고 분해 통공 전극(516)의 분해 통공을 통하여 배출하도록 한다.
질량 분석기(514)는 이중극 자기장의 크기를 제어 또는 조정함으로써 이온 비임(504) 상의 각도 정정을 수행할 수 있다. 자기장의 이러한 조정은 원하는/선택된 전하-대-질량 비율을 가지는 선택된 이온이 상이한 또는 변경된 경로를 따라 이동시키도록 한다. 분해 통공(516)은 이온 비임의 선택된 질량 분해능 및 입사 궤적에 따른 크기 및 형상을 가진다.
비임라인(512)은 예를 들면 가공물(522) 내로 주입하기 전에 감속을 적용할 수 있는 저 에너지 시스템에서 이용하기 위해, 이온 비임 편향 부품(518)을 더 포함할 수 있다. 편향 부품(518)은 예를 들면 이온 비임 경로(505)로부터 멀리 이온 비임(504)을 변경된 이온 비임 경로(507)로 편향하기 위한 편향 전극을 포함하여 에너지 오염으로서 기능할 수 있는 이온 비임(504)(편향된 필드(field)의 존재시 편향에 대한 실패에 의해)으로부터 중성 입자를 제거한다. 편향 부품(518)은 하류부 이온 비임(504)으로부터 상류부 중성 입자를 분리하는 중성 입자 분리기로서 작용한다. 또한, 필수적으로 편향 부품(518)이 입자 블록과 같이 작용하고 하류부로 이동하는 더 큰 퍼센티지의 입자를 차단한다.
감속 소자(519)를 형성하는 하나 또는 둘 이상의 감속 전극은 이러한 실시예에서 이온 비임 편향 부품(518)의 하류부에 위치된다. 감속 전극은 고-전류 이온 비임이 초-저 에너지 및 감소된 에너지 오염으로 발생되도록 고-전류, 초-저 에너지 이온 주입기에 직접 이용될 수 있다. 시스템(500)의 이러한 지점까지, 비임(504)은 일반적으로 확장된 비임에 대한 경향을 완화하도록 상대적으로 높은 에너지 수준으로 전달된다. 가속 전극은 비임(504)을 감속하도록 작동되는 하나 또는 둘 이상의 전극을 포함한다. 전극은 통상적으로 비임(504)이 관통하는 통공을 포함한다.
그럼에도 불구하고, 병렬로서 및 동일한 평면에서 통공을 구비하는, 감속 전극이 전형적인 시스템(500)에서 각각 도시된다. 이러한 전극은 후앙의 미국 특허 제 6,441,382호에 제공된 바와 같이 이온을 가속 및/또는 감소 뿐 만 아니라 이온 비임(304)을 포커싱, 굽힘, 편향, 수렴, 발산, 스캔, 병렬화 및/또는 오염 제거하도록 배치 및 편향되며, 상기 미국 특허는 본 명세서에서 참조된다.
엔드 스테이션(526)이 시스템에 제공되고, 엔드 스테이션은 비임라인(512)으로부터 질량 분석된 이온 비임(504)이 수용되며 최종 질량 분석화 이온 비임(504)을 이용하는 주입 경로를 따라 반도체 웨이퍼와 같은 하나 또는 둘 이상의 가공물(522)을 지지한다. 엔드 스테이션(526)은 서로에 대해 이온(504) 및 하나 또는 둘 이상의 타겟 가공물(522)을 진행시키거나 또는 스캐닝하기 위한 타겟 스캐닝 시스템(520)을 포함한다. 타겟 스캐닝 시스템(520)은 배치 또는 시리얼 주입을 위해 제공될 수 있다.
시스템(500) 내에서 다른 입자들과의 이온 비임 충돌은 비임 완전성(beam integrity)을 저하시킬 수 있다. 따라서, 하나 또는 둘 이상의 펌프(도시안됨)는 적어도 비임렛 시스템(512) 및 질량 분석기(514)를 비우도록 포함될 수 있다.
각각의 억제 및 추출 전원(528, 530)은 억제 전극 및 이온 소스(502)에 작동가능하게 결합된다. 이어서 엔드 스테이션(526)은 가공물(522)을 향하여 지향되는 이온 비임(504)을 수용한다. 상이한 타입의 엔드 스테이션이 주입기(500) 내에 적용될 수 있다는 것이 인정된다. 예를 들면, "배치" 타입 엔드 스테이션은 회전하는 지지 구조물 상에 다중 가공물(522)을 유사하게 지지할 수 있으며, 여기에서 가공물(522)이 완전히 주입될 때까지 가공물(522)이 이온 비임의 경로를 통하여 회전된다. "시리얼" 타입 엔드 스테이션은 한편으로 주입을 위한 비임라인 축(514)을 따라 단일 가공물(522)을 지지하고, 다중 가공물(522)은 연속 방식으로 한 번에 하나씩 주입되며, 각각의 가공물(522)은 다음 가공물(5220의 주입이 시작되기 전에 완전히 주입된다. 하이브리드(hybrid) 시스템에서 비임이 전체 가공물(522) 위에 비임(504)을 전달하도록 제 2(X 또는 빠른 스캔) 방향으로 스탠되는 동안 가공물(522)은 제 1 (Y 또는 느린 스캔) 방향으로 기계적으로 이동할 수 있다.
감속 모드에 대해, 감속 전원(527)은 추출 시스템의 비임 가이드(514), 전기적 굽힘부(518)의 하나의 벤딩판, 전방 감속 전극, 및 후방 접지 전극을 연결한다. 드리프트 모드에 대해, 감속 전원(528)은 접지 라인에 의해 우회된다. 벤딩 전원(555)은 전기적 벤드(518)의 다른 판으로 연결된다. 감속 억제 전원(557)은 감속 요소의 중간 전극으로 연결된다. 이러한 전원은 기대된 이온 비임 성능, 올바른 벤딩 각도, 최종 이온 비임 에너지, 및 최적 포커싱을 제공하도록 조정된다.
이러한 예에서, 프로파일러는 예를 들면, 이온 비임(504)의 전류 밀도를 측정하는 패러데이 컵(Faraday cup; 524)과 같은 전류 밀도 센서를 포함할 수 있으며, 여기에서 전류 밀도는 주입 각도(예를 들면, 비임과 가공물의 기계적 표면 사이의 상대적 배향 및/또는 비임과 가공물(522)의 결정 격자 구조물 사이의 상대적인 배향)의 함수이다. 전류 밀도 센서는 스캔되는 비임(504)에 대해 일반적으로 직교 방식으로 이동하여 통상적으로 리본형 비임(504)의 폭을 횡단한다. 일 예에서, 선량 측정 시스템은 비임 밀도 분포 및 각도적 분포를 측정한다. 웨이퍼는 웨이퍼 운동 제어부(525)를 이용하여 이동된다.
이온 소스(502), 질량 분석기(514), 통공 조립체, 전기적 굽힘부, 감속 소자, 및 선량 측정 시스템을 제어, 소통, 및/또는 조정할 수 있는 제어 시스템(532)이 존재한다. 제어 시스템(532)은 컴퓨터, 마이크로프로세서 등을 포함할 수 있으며 비임 특성의 측정 값을 얻어서 이에 따라 매개변수를 조정하도록 작동가능할 수 있다. 제어 시스템(532)은 단자, 및 비임라인 시스템(512)의 질량 분석기(514) 및 가속 소자(519)로 결합될 수 있으며 단자로부터 이온의 비임(502)이 발생된다. 따라서, 이러한 소자들 중 일부가 원하는 이온들을 촉진하도록 제어 시스템(532) 또는 소정의 개수의 제어기에 의해 조정될 수 있다. 예를 들면, 비임(504)의 에너지 수준은 예를 들면 이온 추출 장치(510) 및 감속 소자(519)에서의 전극으로 인가되는 바이어스를 조정함으로써 접합부 깊이를 조정하도록 적용될 수 있다.
지금부터, 도 6을 참조하면, 본 발명의 하나의 양태에 따라 측면도로서 도시된 전형적인 이온 주입 시스템(600)이 도시된다. 도 6의 전형적인 왕복 구동 시스템(600)이 아래에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 2 차원으로 이온 비임(605)을 통하여 가공물(616)을 스캔하도록 작동가능하다. 본 발명의 하나의 전형적인 양태에 따라, 왕복 구동 시스템(600)은 모터(도시안됨)를 포함하고, 모터는 공정 챔버(또는 엔드 스테이션으로서 지칭됨)로 작동가능하게 결합되며, 공정 챔버는 이온 비임(605)과 더 관련된다. 예를 들면, 이온 비임(605)은 본 기술분야에서 공지된 소정의 적절한 이온 주입 시스템(도시안됨)에 의해 형성될 수 있는 바와 같이, 스폿 또는 소위 "펜슬형 비임"의 형태를 취하는 근접하고 실질적으로 평행한 궤도들을 따라 함께 이동하는 이온의 그룹을 포함할 수 있으며, 상기 이온 주입 시스템의 상세함은 여기서 논의되지 않는다.
본 발명에 따라, 공정 챔버는 일반적으로 둘러싸인 진공 챔버를 포함할 수 있으며, 공정 챔버 내의 내부 환경은 공정 챔버 외부의 외부 환경으로부터 일반적으로 격리된다. 예를 들면, 진공 챔버는 실질적인 저압(예를 들면, 진공)으로 내부 환경을 유지하도록 구성 및 구비된다. 공정 챔버는 하나 또는 둘 이상의 로드 록 챔버(도시안됨)로 추가로 결합될 수 있으며, 가공물(616)은 공정 챔버 내의 진공의 실질적인 손실 없이 공정 챔버의 내부 환경과 외부 환경 사이로 전달될 수 있다. 공정 챔버는 선택적으로 일반적으로 둘러싸이지 않은 공정 공간(도시안됨)을 포함할 수 있으며, 공정 공간은 일반적으로 외부 환경과 관련된다.
일 실시예에서, 공정 챔버는 외부 환경에 대해 회전될 수 있다. 이러한 실시예는 예를 들면 제 2 모드(도 4)로서 지칭된다. 공정 챔버가 둘러싸이거나 둘러 싸이지 않거나, 고정되거나 일시적이거나, 본 발명은 가공물(616)을 처리하는데 이용되도록 작동가능한 소정의 챔버(502) 및 공정 매체를 고려하며, 모든 이 같은 공정 챔버 및 공정 매체는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 공정 챔버의 하나의 타입의 일 예는 반더포트(Vanderpot) 등의 미국 특허 제 7,135,691호에 설명되며, 이의 내용은 본 명세서에서 참조된다.
도 6은 전형적인 진자(pendulum) 왕복 운동 구동 장치(600)를 도시하며, 제 1 축선(624)을 중심으로 샤프트(628)의 전형적인 회전(644)이 도시되며, 스캔 아암(632), 엔드 이펙터(678), 및 가공물(616)은 제 1 축선(624)을 중심으로 추가로 회전한다. 따라서, 가공물(616)은 이온 비임(605)에 대해(예를 들면, 제 1 축선(624)을 중심으로 샤프트(628)의 하나 또는 둘 이상의 주기적인 역-회전을 경유하여) 제 1 스캔 경로(646)를 따라 왕복적으로 이동할 수 있으며, 이온 비임(605)은 도 6의 페이지 내로 향하는 것과 같이 도시된다. 제 1 축선(624)을 중심으로 샤프트(428)의 회전(444)(및/또는 역-회전)은 유용하게는 아래에서 논의되는 바와 같이, 균일한 방식으로 제 1 스캔 경로(646)를 따라 엔드 이펙터(678)를 진동 또는 왕복운동시키도록 제어될 수 있다. 도 6은 상술된 바와 같이 제 2 축선(640)을 중심으로 엔드 이펙터(678)의 회전(648)을 도시하며, 제 2 축선(640)을 중심으로 엔드 이펙터(678) 및 이에 따른 가공물(616)의 회전은 제 1 축선(624)에 대한 가공물(616)의 회전 배향(650)을 유지하도록 추가로 제어될 수 있거나 이온 비임(605) 추출 전극에 대한 가공물(616)의 회전 배향(650)을 유지하도록 추가로 제어된다(예를 들면, 이온 비임(606) 추출 전극에 대한 가공물(616)의 회전 배향은 가공물(616)에 대해 고정되는 삼각형(650)에 의해 표시된다).
이온 비임(605)으로부터 가공물(616) 내로 이온의 균일한 주입을 제공하는 것과 같이, 제품(616)을 균일하게 처리하도록, 제 1 스캔 경로(646)를 따라 이동하는 동안 엔드 이펙터(678)의 일반적으로 일정한 진행(translational) 속도를 유지하는 것이 중요하다. 가공물(616)이 이온 비임(605)를 통과하는 동안 엔드 이펙터(678)의 거의 일정한 속도를 유지함으로써 예를 들면 가공물(616)로 일반적으로 균일한 이온의 도우즈를 제공한다. 따라서 가공물이 진자-타입 운동으로 제 1 스캔 경로(646)를 따라 이동할 때 심지어 가공물(616)의 처리가 달성된다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 일반적으로 일정한 속도는 이온 비임(605)을 통한 가공물(616)의 운동과 관련된 예정된 스캐닝 범위(654)에 대해 바람직하다. 예정된 스캐닝 범위(654)는 일반적으로 가공물(616)의 물리적 치수와 관련된다(예를 들면, 스캐닝 범위는 가공물(616)의 직경 보다 크다). 바람직한 예에서, 예정된 스캐닝 범위(654)는 일반적으로 이온 비임(605)의 폭 더하기 가공물(616)의 직경의 합 보다 큰 거리를 이동하는 가공물(616)에 의해 형성되며, 가공물(616)은 제 1 스캔 경로를 따라 이온 비임(605)을 통하여 이동하고, 이온 비임(605)은 가공물(616)의 마주하는 단부들(656) 사이를 스캐닝한다.
또 다른 실시예에 따라, 예정된 스캐닝 범위(654) 내의 가공물(616)에 대한 원하는 속도 프로파일이 제한될 수 있으며, 원하는 속도 프로파일은 일반적으로 왕복 구동 장치(600)의 구성에 종속된다. 예를 들면, 가공물(616)이 스캔 아암(632)에 대해 고정되거나 회전가능한가에 따라, 스캔 아암(632)의 회전(644)의 일반적으로 일정한 속도 또는 가변 속도(및 이에 따라, 제 1 스캔 경로(646)를 따른 가공물(616)의 일반적으로 일정한 또는 가변 속도)가 바람직할 수 있다. 예를 들면, 가공물(616)이 제 1 스캔 경로(646)를 따라 회전 배향(650)을 유지하도록 스캔 아암(632)에 대해 회전되는 경우, 곡선 경로를 따라 가공물(616)로 일반적으로 균일한 이온의 도우즈를 제공하기 위해 이온 비임(605)이 예정된 스캐닝 범위(654)의 단부 근처에 있을 때(예를 들면, 예정된 스캔 범위의 단부 근처의 약 10% 만큼의 속도의 변화) 제 1 축선(624)을 중심으로 하는 스캔 아암(632)의 회전 속도가 변화될 수 있다. 또 다른 선택예로서, 또는 스캔 아암(632)의 속도 변화에 부가하여, 이온 비임 전류와 같은, 이온 비임(605)의 특성은 일반적으로 균일한 이온의 도우즈가 가공물(616)로 형성되도록 변화될 수 있다.
상기 실시예들 중 하나에서 표시된 바와 같이, 가공물(616)이 이온 비임(605)으로 일반적으로 균일하게 노출되도록 가공물(616)이 제 1 스캔 경로(646)를 따라 예정된 스캐닝 범위(654) 내에서 실질적으로 일정한 속도를 유지하도록 하는 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나, 제 1 스캔 경로(646)를 따른 왕복, 선택적인 역전 운동에 의해, 제 1 축선(624)을 중심으로 샤프트(628)의 시계 및 반시계 방향 회전(예를 들면, 역-회전) 사이와 같이, 제품(616)의 가속 및 감속이 불가피하다. 따라서, 스캔 아암(632), 엔드 이펙터(678), 및 가공물(616)의 가속 및 감속을 수용하도록, 제 1 스캔 경로(646)를 따른 최대 위치들(660 및 662) 사이의 가공물(616)의 마주하는 단부들(656)에 의해 이동하는 최대 스캔 거리(6580가 추가로 한정될 수 있다. 이온 비임(605)이 가공물(616)과 접촉하지 않을 때, 또는 이온 비임(605)의 적어도 일 부분이 가공물(616)과 접촉하지 않을 때, 가속 및 감속이 오버슛 영역(overshoot regions; 664)에서 발생할 수 있다.
종래의 이차원 스캐닝 시스템에서, 가공물의 역전 방향 동안 허용가능한 가속 및 감속 양은 종래의 스캐닝 시스템의 나머지로 전달되는 관성력 및 관련된 반작용력을 최소화하도록 실질적으로 제한된다는 점에 주목하는 것이 중요하다. 미국 특허 제 7135691호는 이온 비임을 통한 가공물을 스캐닝하기 위한 왕복 운동 장치를 설명하며 이는 본 명세서에 참조된다.
또한 전형적인 방법이 설명되고 일련의 작동 또는 이벤트(event)로서 여기서 설명되지만, 본 발명은 소정의 단계가 본 발명에 따라 본 명세서에서 도시되고 설명된 것과 달리 다른 단계와 동시에 및/또는 다른 순서로 발생할 수 있을 때, 이 같은 작동 또는 이벤트의 설명된 순서에 의해 제한되지 않는다는 것을 인정하여야 하는 것에 주목하여야 한다. 또한, 모든 설명된 단계들이 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위해 요구되지 않을 수 있다. 더욱이, 방법들은 본 명세서에서 설명되고 도시된 시스템(100)과 관련하여 뿐만 아니라 설명되지 않은 다른 시스템과 관련하여 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
방법(700)은 "702"에서 시작하는데, 여기에서 이온 소스의 매개변수가 원하는 이온 종, 에너지, 전류 등에 따라 선택된다. 이온 소스(202)(예를 들면, 도 2 참조)는 RF 또는 전자 총(gun) 기재 이온 소스(202)와 같이, 아크 기재 또는 비 아크 기재 이온 소스(202)일 수 있다. 이온 종 또는 종들은 이온 소스(202)에 대해 하나 또는 둘 이상의 소스 재료를 선택함으로써 선택될 수 있다. 전류는 예를 들면, 전력 값 및/또는 전극을 조정함으로써 선택될 수 있다. 질량 분석기(214)(예를 들면, 도 2 참조)에 대한 초기 자기장 세기는 전하-대-질량 비율에 따라 선택될 수 있다. 이온 비임(204)(예를 들면, 도 2 참조)은 제 1 비임 경로(505)(도 5)를 따라 전달되는 "706"에서 발생된다. 소스 통공 크기는, 일 실시예에서, 높이가 약 2 mm이고 폭이 100 mm이고, 질량 분석 자석(515)(도 5)으로 들어가기 전에 폭과 거의 유사하다.
이온 비임 상의 질량 분석 및 각도 정정을 수행하는 질량 분석기(214)(도 2)는 이온 소스로부터 이온 비임(204)을 수용하기 위해 이온 소스(202)(도 2)의 하류부에 구성될 수 있다. 분해 통공(216)(도 2)은 질량 분석기(214)(도 2)의 하류부 및 비임 경로(204)(도 2)를 따라 하나 이상의 전극을 포함하며, 상기 비임 경로는 입사 궤적 및 선택된 질량 분해능에 따른 크기 및 형상을 가진다.
708에서 제 1 경로(도 3)를 따라 이동하는 이온 비임(204)은 제 2 경로(307)(도 3)를 따라 편향 소자(218)(도 2)에 의해 편향된다. "710"에서 편향 소자의 하류부의 감속 전극은 이온 비임(204)(도 2)을 감속한다. "712"에서 엔드 스테이션(526) 내의 지지 플랫폼(525)(도 5)은 하전된 이온으로 주입되는 가공물(522)을 유지 및 위치시키며, 편향된 이온 비임(504)이 가공물(522)에 대해 수직하도록 엔드 스테이션이 반시계 방향으로 약 8도로 장착되고, 그 후 공정이 종결된다.
비록 본 발명은 하나 또는 둘 이상의 실시예에 대해 도시되고 설명되었지만, 변경 및/또는 변형이 첨부된 청구범위의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 설명된 예에 대해 이루어질 수 있다. 특히 상술된 부품 또는 구조(블록, 유닛, 엔진, 조립체, 장치, 회로, 시스템, 등)에 의해 수행되는 다양한 기능에 대해, 비록 본 발명의 여기서 도시된 전형적인 실시예의 기능을 수행하는 공개된 구조에 대해 구조적으로 동일하지 않더라도 이 같은 부품을 설명하기 위해 이용된 용어("수단(means)"을 포함)는 다르게 표시되지 않으면 설명된 부품(예를 들면, 기능적으로 동일한 부품)의 특정 기능을 수행하는 어떠한 부품 또는 구조에도 대응하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 특별한 피쳐가 수 개의 실시예들 중 단지 하나에 대해 공개될 수 있지만, 이러한 피쳐는 소정의 주어진 또는 특별한 분야에 대해 설명될 수 있고 유용할 수 있는 것과 같이 다른 실시예의 하나 또는 둘 이상의 다른 피쳐와 조합될 수 있다. 본 명세서에서 이용된 용어 "전형적인(exemplary)"은 최상 또는 우수한 것에 대한, 일 예를 암시하는 것으로 의도된다. 더욱이, 용어 "포함하는(including)", "포함하다(include)", "가지는(having)", "가지다(has)", "구비하는(with)", 또는 이들의 변형은 상세한 설명 및 청구범위에서 이용되는 정도로, 이 같은 용어가 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 비임 경로를 따라 이온 비임을 발생하는 이온 소스(source);
    상기 이온 비임의 질량 분석 및 각도 정정을 수행하는 상기 이온 비임의 하류부의 질량 분석기 부품;
    상기 질량 분석기 부품의 하류부에 그리고 선택된 질량 분해능(mass resolution) 및 입사 궤적(beam envelope)에 따른 크기 및 형상을 가지는 상기 비임 경로를 따라 하나 이상의 전극을 포함하는 분해(resolving) 통공 전극;
    상기 분해 통공 전극의 하류부의 편향 소자로서, 상기 편향 소자로부터 나오는 상기 이온 비임의 각도를 변경시키는, 편향 소자;
    전하 중성화를 수행하고 상기 이온 비임을 감속시키는 상기 편향 소자의 하류부의 감속 전극;
    하전된 이온이 주입되는 가공물을 유지 및 위치시키기 위한 엔드 스테이션(end station) 내의 지지 플랫폼을 포함하며,
    편향된 상기 이온 비임이 상기 가공물에 대해 수직하도록 상기 엔드 스테이션이 반시계 방향으로 약 8도로 장착되는,
    이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편향된 이온 비임이 0도 보다 크고 90도 보다 작거나 상기 가공물에 대해 수직한 90도가 되도록 상기 엔드 스테이션이 고정되어 장착되는,
    이온 주입 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 10 KeV 보다 큰 에너지를 포함하는 드리프트 모드(drift mode)에서 작동될 수 있는,
    이온 주입 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    10 KeV 보다 작거나 10 KeV인 에너지를 포함하는 감속 모드(decel mode)에서 추가로 작동되는,
    이온 주입 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 질량 분석기 부품의 자기장 세기를 조정하기 위해 상기 질량 분석기 부품에 결합되는 제어 시스템을 더 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔드 스테이션은 고정되지 않지만 약 0 내지 90도 만큼 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전가능한,
    이온 주입 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 추가로 상기 분해 통공 전극으로부터 상기 이온 비임의 입사 각도의 값에 따라 상기 분해 통공 전극에 대한 통공 조정을 유도하고 상기 제어 시스템은 상기 분해 통공 전극의 자기장 세기를 제어하는,
    이온 주입 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 분해 통공은 또한 상기 질량 분석기 부품에 의한 가능한 각도 조정 범위에 따른 크기 및 형상을 가지는,
    이온 주입 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 질량 분석기 부품은 코일을 가지는 전자석을 포함하고 상기 코일을 통하여 흐르는 전류가 상기 제어 시스템에 의해 제어되는,
    이온 주입 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 비임은 펜슬형(pencil) 비임 및 리본형 비임을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 편향 소자에 결합되고, 상기 편향 소자의 자기장이 상기 제어 시스템에 의해 조정될 수 있는,
    이온 주입 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템은 가공물 진자(pendulum) 왕복 구동 장치와 함께 이용되는,
    이온 주입 시스템.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 감속 소자에 결합되고, 상기 감속 소자의 자기장이 상기 제어 시스템에 의해 조정될 수 있는,
    이온 주입 시스템.
  14. 선택된 종을 가지는 이온 비임을 발생하는 이온 소스;
    선택된 전하-대-질량 비율(charge-to-mass ratio) 및 각도 조정에 따라 자기장을 발생시키는 상기 이온 소스의 하류부에 위치되는 질량 분석기;
    상기 질량 분석기의 하류부의 분해 통공으로서, 분리된 이온 비임으로부터 이온 종을 선택하는, 분해 통공;
    조정된 이온 비임 경로를 따라 반시계 방향으로 약 8도로 상기 이온 비임을 편향하도록 구성되는 편향 소자; 및
    상기 분해 통공의 하류부의 감속 소자를 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    엔드 스테이션의 각도 조정이 0도인,
    이온 주입 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    엔드 스테이션의 각도 조정이 약 0 내지 90도인,
    이온 주입 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 질량 분석기의 하류부에 그리고 상기 이온 비임을 수렴시키는 통공 조립체의 상류부에 위치되는 포커싱 부품(focusing component)를 더 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템은 가공물 진자 왕복 운동 구동 장치와 함께 이용되는,
    이온 주입 시스템.
  19. 이온 소스를 위한 이온 소스 매개변수를 선택하는 단계;
    전하-대-질량 비율에 따라 질량 분석기에 대한 초기 자기장 세기를 선택하는 단계;
    선택된 상기 이온 소스 매개변수에 따라 이온 비임을 발생시키는 단계;
    상기 질량 분석기에 의해 상기 이온 비임의 질량 분석을 수행하는 단계;
    분해 통공을 이용하여 상기 이온 비임을 분해하는 단계;
    편향 소자를 이용하여 상기 이온 비임을 편향시키는 단계; 및
    감속 소자를 이용하여 상기 이온 비임을 감속하는 단계를 포함하는,
    이온 주입을 수행하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 분해 통공에 대한 초기 위치를 설정하는 단계를 더 포함하는,
    이온 주입을 수행하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    유도된 상기 각도 조정에 따라 상기 분해 통공을 위한 위치 조정 값을 유도하는 단계 및 상기 위치 조정을 상기 분해 통공에 적용하는 단계를 더 포함하는,
    이온 주입을 수행하는 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 질량 분석기로 상기 자기장의 정정을 적용하는 단계를 더 포함하는,
    이온 주입을 수행하는 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 이온 비임의 정정된 입사 각도의 값을 얻는 단계를 더 포함하는,
    이온 주입을 수행하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    부가 각도 정정이 요구되는 경우를 결정하도록 상기 정정된 입사 각도를 상기 선택된 주입 각도와 비교하는 단계를 더 포함하는,
    이온 주입을 수행하는 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 입사 각도를 얻는 단계는 타겟 공작물의 근처의 하나 또는 둘 이상의 장소에서 각도를 측정하는 단계를 포함하는,
    이온 주입을 수행하는 방법.
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