KR20110081980A - 이온 주입을 위한 조정가능한 편향 광학장치 - Google Patents

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KR20110081980A
KR20110081980A KR1020117008677A KR20117008677A KR20110081980A KR 20110081980 A KR20110081980 A KR 20110081980A KR 1020117008677 A KR1020117008677 A KR 1020117008677A KR 20117008677 A KR20117008677 A KR 20117008677A KR 20110081980 A KR20110081980 A KR 20110081980A
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마이크 그라프
에드워드 아이스너
보 밴더베르크
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액셀리스 테크놀러지스, 인크.
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Abstract

이온 주입 시스템에서 사용하기에 적합한 전기 편향 성분은 복수 전극을 포함하고, 그러한 전극들이 선택적으로 바이어싱되어 통과하는 이온 비임이 벤딩, 편향, 포커스, 수렴, 발산, 가속, 감속 및/또는 정제되게 할 수 있다. 전극들이 선택적으로 바이어싱될 수 있기 때문에, 그에 따라 그들 중 하나 또는 둘 이상이 바이어싱되지 않고 유지될 수 있거나 오프 상태로 유지될 수 있고, 전기 성분 내의 비임 경로의 편향 영역의 유효 길이가 ( 에너지, 선량, 종 등과 같은 비임 특성을 기초로) 희망에 따라 선택적으로 조정될 수 있다.

Description

이온 주입을 위한 조정가능한 편향 광학장치{ADJUSTABLE DEFLECTION OPTICS FOR ION IMPLANTATION}
본원 발명은 이온 주입 시스템에 관한 것으로서, 보다 특히 이온 주입 시스템의 편향 광학장치에 관한 것이다.
이온 주입장치들은 유리하게 사용되는데, 이는 그들이 공작물 내로 주입되는 도펀트의 양 또는 농도뿐만 아니라 공작물 내의 도펀트의 위치와 관련한 정확도를 제공할 수 있기 때문이다. 특히, 이온 주입장치에 의해서, 주입되는 이온의 선량(dose) 및 에너지가 해당 용도에 따라서 변화될 수 있게 된다. 이온 선량은 주입되는 이온의 농도를 제어하고, 이때 고전류 주입장치는 통상적으로 높은 선량 주입을 위해서 사용되고, 중간 전류 주입장치는 보다 낮은 선량 용도에 사용된다. 이온 에너지를 이용하여 정크션(junction) 깊이 또는 반도체 공작물 내로 이온들이 주입되는 깊이를 제어한다.
전자 산업에서 전자 소자들을 보다 작게 생산하기 위한 경향이 있으며, 그에 따라 반도체들 및 집적 회로들이 이용되는 보다 파워풀한 장치(예를 들어, 셀폰, 디지털 카메라 등)가 계속적으로 크기가 줄어들고 있다는 것을 양지할 수 있을 것이다. 단일 반도체 기판 상에 또는 그 일부(다이라고 알려져 있음)에 보다 많은 이들 소자들을 "팩킹(pack)"할 수 있는 능력은 또한 제조 효율 및 수율을 개선한다. 이온 비임의 에너지를 감소시킴으로써 주입이 보다 얕은 깊이에서 실시될 수 있고 그에 따라 보다 얇은 소자들이 생산될 수 있고 그리고 팩킹 밀도가 높아질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 얕은 주입에서 선량을 증대시키는 것은 원하는 전도도(conductivity) 달성을 용이하게 할 수 있을 것이고, 그리고 패킹 밀도 증대를 촉진하기 위해서 낮은 에너지 이온 비임의 비임 전류가 증대되어야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다른 경우에, 가변적인 반도체 특성(예를 들어, 다이오드)을 가지는 체적부(volumes)를 생성하기 위해서 및/또는 기판 내에서 여러 영역들 또는 소자들 사이의 필드 분포(field distribution)를 조절(tailor)하기 위해서, 높은 에너지 비임을 이용하여 기판 내로 상대적으로 깊게 이온들을 선택적으로 주입하는 것이 바람직할 수도 있을 것이다. 현재 다양한 툴(tools)(예를 들어, 중간 전류 대 고전류 주입장치)이 이들 여러 용도에서 사용되고 있다.
적어도 경제적인 이유로 하나의 이온 주입 시스템이 넓은 범위의 이온 주입을 실시하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 낮은 에너지 또는 높은 전류 주입장치는 통상적으로 짧은 비임 경로를 가지도록 제조되는 한편, 높은 에너지 및 중간 전류 주입장치는 통상적으로 비교적 긴 비임 경로를 가진다. 낮은 에너지 주입장치는, 서로 배척하는 동일하게 대전된 입자들을 포함하고 있기 때문에 방사상 외측으로 비임이 확대되는 경향을 완화하기 위해서 또는 특히 비임 확대(blow up)를 완화하기 위해서, 짧게 제조된다. 한편, 고에너지 주입장치는 실질적인 모멘텀(momentum)을 가지는 신속 이동 입자들의 스트림을 포함한다. 이들 입자는 비임 라인의 길이를 부가하는 하나 또는 몇 개의 가속 갭을 통과함으로써 모멘텀을 획득한다. 또한, 실질적인 모멘텀을 획득한 입자들의 궤적을 변경하기 위해서, 포커싱 요소들은 충분한 포커싱력을 적용할 수 있도록 상대적으로 길어야 할 것이다. 그에 따라, 고에너지 비임라인들은 저에너지 또는 높은 전류 비임 라인 보다 상대적으로 길게 제조된다. 따라서, 이온 주입 시스템의 적어도 일부 성분들의 유효 길이가 조정될 수 있게 허용하는 구성이 요구되고 있다.
이하에서는, 본원 발명의 일부 측면들에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위한 단순화된 개요를 설명한다. 이러한 개요는 광범위한 설명이 아니고, 그리고 특허청구범위의 청구 대상의 범위를 한정하는 것도 아니고 중요한 또는 핵심적인 요소들을 규정하기 위한 것도 아니다. 오히려, 그 주목적은 이하의 보다 구체적인 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태의 하나 또는 둘 이상의 개념을 제공하기 위한 것이다.
이온 주입 시스템에서 사용하기에 적합한 전기 및/또는 자기 편향 성분은 복수 전극을 포함하고, 그러한 전극들이 선택적으로 바이어싱되어(biased) 통과하는 이온 비임이 벤딩, 편향, 정제(decontaminate), 포커스, 가속, 감속, 수렴 및/또는 발산되게 할 수 있다. 전극들이 선택적으로 바이어싱될 수 있기 때문에, 그에 따라 그들 중 하나 또는 둘 이상이 바이어싱되지 않고 유지될 수 있거나 오프 상태로 유지될 수 있고, 전기 성분 내의 비임 경로의 편향 영역의 유효 길이가, 에너지, 선량, 종(species) 등과 같은 비임 특성에 따라서, 희망에 따라 선택적으로 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 이온 주입 시스템은 이온 비임을 생성하기 위한 이온 비임 공급원 및 이온 비임을 질량 분해(mass resolving)하기 위한 성분을 포함한다. 추가적으로, 주입 시스템은 비임을 유효 길이로 편향시키기 위해서 질량 분해 성분의 하류를 가변적으로 조정할 수 있는 하나 이상의 편향 성분 그리고 편향 성분의 하류에 위치되고 그리고 이온 비임에 의해서 이온으로 주입되는 공작물을 지지하도록 구성된 엔드스테이션(endstation)을 포함한다. 편향 성분은 제 1 전극, 상기 제 1 전극과 갭을 형성하는 제 2 전극, 그리고 제 1 및 제 2 전극 중 하나 이상으로 전압을 인가하기 위한 바이어싱 요소를 포함한다. 전기장이 제 1 및 제 2 전극 사이에 형성되어 갭을 통해서 이동하는 이온 비임의 이온을 편향시킨다. 제 1 및 제 2 전극 중 하나 이상이 세그먼트화되어(segmented) 비임의 이동 경로를 따라 복수의 전극 세그먼트를 생성하고 그리고 각 전극 세그먼트는 편향 성분의 유효 길이를 선택적으로 제어하기 위해서 독립적으로 바이어싱될 수 있다.
다른 실시예에서, 주입 시스템은 하나 이상의 비임 특성을 측정하도록 구성된 측정 성분 그리고 상기 측정 성분, 비임 발생 성분, 질량 분해 성분 및 편향 성분에 작동적으로(operatively) 커플링되고 측정 성분에 의해서 취해진 측정에 응답하여 비임 발생 성분, 질량 분해 성분 및 편향 성분 중 하나 이상의 작동을 조정하도록 구성된 제어부를 포함한다. 측정 성분은 전류, 질량, 전압 및/또는 전하 전류(charge current) 중 하나 이상을 측정하도록 구성된다. 이온 비임은 편향 성분에 의해서 편향되는 한편, 편향 성분에 의해서 동시에 감속된다. 그 대신에, 이온 비임이 편향 성분에 의해서 편향되는 동시에 편향 성분에 의해서 포커싱된다.
전술한 목적들 및 관련 목적들을 달성하기 위해서, 특정의 예시적인 측면들 및 실시예들을 상세하기 설명하는 이하의 내용 및 첨부 도면을 참조할 수 있을 것이다. 하나 또는 둘 이상의 측면들이 채용될 수 있는 여러 방식들 중 몇 가지를 나타낸 것이다. 다른 측면, 이점 및 신규한 특징들은 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 유효 길이를 조정하기 위해서 편향기의 전극들이 선택적으로 활성화될 수 있는 예시적인 이온 주입 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 유효 길이를 조정하기 위해서 편향기의 전극들이 선택적으로 활성화될 수 있는 예시적인 이온 주입 시스템을 도시한 블록도이다.
도 3a-3c는 편향기 내의 전극들을 도시한 도면이다.
도 4는 이온 비임에 걸친 제어를 실행하기 위한 예시적인 방법론을 도시한 도면이다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 청구 대상이 설명되며, 첨부 도면들에서 유사한 도면 부호들을 이용하여 유사한 요소들을 표시하였다. 이하의 설명에서, 설명을 위해서, 청구 대상의 완전한 이해를 제공하기 위해서 많은 상세 사항들을 설명하였다. 그러나, 청구 대상은 이들 상세 사항이 없이도 실시될 수 있다는 것이 분명할 것이다. 다른 경우에, 청구 대상의 용이한 설명을 위해서, 주지의 구조 및 장치들이 블록도 형태에 도시되어 있다.
본원 발명은 세그먼트화된 편향기 기구에 관한 것으로서, 그러한 편향기 기구는 비임 에너지, 전류, 전압, 질량, 및/또는 전하 중 하나 이상의 함수로서 편향 필드의 기하학적 형태 및 세기를 독립적으로 및 공간적으로 제어하기 위한 것이다. 세그먼트화된 편향기 기구는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함할 수 있고, 전극 세그먼트들을 포함하는 하나 이상은 모두 함께 또는 선택되어 개별적으로 바이어싱될 수 있는 한편 편향기의 다른 전극 세그먼트는 소정 전압(예를 들어, 접지)으로 유지된다. 전극 세그먼트들 중 모두, 하나, 또는 일부를 선택적으로 바이어싱함으로써, 편향의 양 및 비임 플라즈마의 분포를 조정하기 위해서 전기장이 유지될 수 있다. 이러한 방식에서, 고에너지 및/또는 저에너지의 비임을 여전히 편향시키면서, 비임 중화(neutralization)가 유지될 수 있을 것이다. 본원 발명은 펜슬 비임 및 리본 비임 주입 시스템 모두와 같은 여러 가지 타입의 비임 주입 시스템에 적용될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 이온 주입 시스템(110)을 도시한 도면으로서, 여기에서 이온 비임은 이하에서 설명하는 바와 같이 이송될 수 있을 것이다. 시스템(110)은 단자(112), 비임라인 조립체(114), 및 엔드 스테이션(116)을 포함한다. 일 실시예에서, 단자(112)는 이온 비임(124)을 생성하여 비임라인 조립체(114)로 지향시키는 고전압 전력 공급원(122)에 의해서 전력을 공급 받는 이온 공급원(120)을 포함한다. 이온 공급원(120)은 대전된 이온들을 생성하고, 그 대전된 이온들은 추출되고 그리고 이온 비임(124)으로 형성되며, 그러한 이온 비임은 비임라인 조립체(114) 내의 비임 경로를 따라서 엔드 스테이션(116)으로 지향된다.
이온들을 생성하기 위해서, 이온화되는 도펀트 물질(도시하지 않음)의 가스가 이온 공급원(120)의 생성 챔버(121) 내에 위치된다. 도펀트 가스는, 예를 들어, 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 챔버(121) 내로 공급될 수 있다. 전력 공급원(122)에 더하여, 예를 들어, RF 또는 마이크로파 여기(excitation) 공급원, 전자 비임 주사 공급원, 전자기 공급원 및/또는 챔버 내에서 아아크 방전을 생성하는 음극과 같은, 임의의 개체수의 적합한 기구(도시하지 않음)를 사용하여 이온 생성 챔버(121) 내에서 자유 전자를 여기시킬 수 있을 것이다. 여기된 전자들은 도펀트 가스 분자들과 충돌하고 그에 따라 이온들이 생성된다. 일반적으로, 양이온들이 생성되나, 본원 발명은 음이온들이 생성되는 시스템에도 적용될 수 있다. 이온들은 이온 추출 조립체(123)에 의해서 챔버(121) 내의 슬릿(118)을 통해서 제어가능하게 추출되고, 상기 이온 추출 조립체는 복수의 추출 및/또는 억제(suppression) 전극(125a-125b)을 포함한다. 추출 조립체(123)는, 예를 들어, 추출 및/또는 억제 전극(125a-125b)을 바이어싱시켜 생성 챔버(121)로부터의 이온을 가속하기 위한 독립된 추출 전력 공급원(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 비임라인 조립체는 비임 가이드, 질량 분석기, 스캐닝 시스템, 및 하나 이상의 편향기를 포함한다. 다른 예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 비임라인 조립체(114)는 또한 평행화 장치(parallelizer; 139), 비임 스캐닝 시스템(135) 및 하나 이상의 편향기(157)를 포함한다. 일 실시예에서, 질량 분석기(126)가 약 90-도 각도로 형성되고 그리고 (2극) 자기장을 형성하는 역할을 하는 하나 또는 둘 이상의 자석(도시하지 않음)을 포함한다. 비임(124)이 질량 분석기(126)로 유입됨에 따라, 자기장에 의해서 상응하게 벤딩되고 그에 따라 전하-대-질량 비율이 부적절한 이온들이 배제된다. 보다 특히, 전하-대-질량 비율이 너무 크거나 너무 작은 이온들이 질량 분석기(126)의 측벽(127) 내로 편향된다. 이러한 방식에서, 질량 분석기(126)는 원하는 전하-대-질량 비율을 가지는 비임(124) 내의 이온들만이 통과할 수 있게 허용하고 그리고 분해 개구부(resolving aperture; 134)를 통해서 빠져나갈 수 있게 허용한다. 시스템(110) 내에서 다른 입자와의 이온 비임 충돌이 비임 무결성(integrity)을 손상시킬 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 하나 또는 둘 이상의 펌프(도시하지 않음)가 적어도 비임가이드(132) 및 질량 분석기(126)를 배기하기 위해서 포함될 수 있을 것이다.
도 1의 예에 도시된 스캐닝 시스템(135)이 스캐닝 요소(136) 및 편향 성분(138)을 포함할 수 있을 것이다. 각각의 전력 공급원(149 및 150)이 스캐닝 요소(136) 및 편향 요소(138)에 작동적으로 커플링되고, 그리고 보다 특히 내부에 위치된 각각의 전극(136a, 136b, 138a, 및 138b)에 작동적으로 커플링된다. 편향 성분(138)은 상대적으로 좁은 프로파일을 가지는(예를 들어, 도시된 시스템(110)에서 "펜슬" 비임인) 질량 분석된 이온 비임(124)을 수용하고, 그리고 전력 공급원(150)에 의해서 복수의 전극(138a 및 138b)으로 인가되는 전압이 작동되어 비임을 스캐닝 요소(136)의 스캔 정점(vertex; 151)으로 포커싱, 스티어링(steer) 및 편향시킨다. 그 대신에, 리본 비임이 또한 본원 명세서에 기재된 편향 성분에 의해서 수용될 수 있다. 펜슬 비임의 경우에, 전원 공급원(149)(이론적으로 '150'과 동일한 공급원이 될 수 있다)에 의해서 스캐너 플레이트(136a 및 136b)로 인가된 전압 파형(waveform)이 비임(124)을 앞뒤로 스캐닝하여 비임(124)을 세장형(elongated) "리본" 비임(예를 들어, 스캐닝된 비임(124))으로 확장하고, 상기 리본 비임의 폭은 관심 대상의 공작물 만큼 또는 그 보다 더 넓을 수 있다. 스캔 정점(151)이 광학 경로 내의 지점으로서 규정될 수 있으며, 그러한 지점으로부터 리본 비임의 스캐닝된 부분 또는 각각의 비임렛(beamlet)이 스캐닝 요소(136)에 의해서 스캐닝된 후에 발생되는 것으로 보인다. 펜슬 비임만을 이용하는 실시예에서, 스캐닝 요소(136)가 폐기되거나 또는 비활성화될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 비임 정제를 위해서 스캐닝된 비임(124)이 입자 트랩(도시하지 않음)을 통과할 수 있으며, 상기 입자 트랩은 전기장 및/또는 자기장을 이용하는 복수의 여러 가지 트랩을 포함할 수 있을 것이다. 다른 예에서, 스캐닝된 비임이 평행화 장치(139)를 통과하고, 상기 평행화 장치는 도시된 예에서 2개의 2극 자석(139a, 139b)을 포함한다.
여러 가지 타입의 엔드 스테이션(116)이 주입기(110)에서 채용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도시된 예에서 엔드 스테이션(116)은 주입을 위한 비임 경로를 따라서 단일 공작물(130)을 지지하는 "직렬(serial)" 타입의 엔드 스테이션이다. 선량측정(dosimetry) 시스템(152)이 또한 주입 작업에 앞서서(그리고 또한 주입 작업을 통해서) 교정 측정을 위해서 공작물 위치에 인접하여 엔드 스테이션(116) 내에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 교정 동안에, 비임(124)이 선량측정 시스템(152)을 통과한다. 선량측정 시스템(152)은 프로파일러 경로(158)를 횡단할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 프로파일러(156)를 포함하고, 그에 따라 비임의 프로파일을 측정한다. 프로파일러(156)는 예를 들어 패러데이 컵(Faraday cup)과 같은 전류 밀도 센서를 포함할 수 있고, 그리고 하나의 예에서, 선량측정 시스템은 비임 밀도 분포 및 각도 분포 모두를 측정할 수 있으며, 이는 본원 명세서에서 참조로서 전체를 포함하는 R. D. Rathmell, D. E. Kamenitsa, M. I. King, 및 A. M. Ray, IEEE Proc. of Intl. Conf. on Ion Implantation Tech., Kyoto, Japan 392-395 (1998), 'Rathmell 등에게 허여된 "ION IMPLANTATION BEAM ANGLE CALIBRATION"라는 명칭의 미국 특허 7,329,882, 그리고 Rathmell 등에게 허여된 "MEANS TO ESTABLISH ORIENTATION OF ION BEAM TO WAFER 및 CORRECT ANGLE ERRORS"라는 명칭의 미국 특허 7,361 ,914 에 기재된 바와 같다.
선량측정 시스템(152)은 제어 시스템(154)에 작동적으로 커플링되어 그로부터 명령어 신호를 수신하고 그리고 측정 값을 제공한다. 예를 들어, 컴퓨터, 마이크로프로세서 등을 포함할 수 있는 제어 시스템(154)이 선량측정 시스템(152)으로부터 측정 값을 취하도록 작동될 수 있으며, 그리고 예를 들어 비임의 전류 밀도, 에너지 레벨 및/또는 평균 각도 분포를 계산하도록 작동될 수 있다. 유사하게, 제어 시스템(154)은 이온 비임이 생성되는 단자(112), 비임라인 조립체(114)의 질량 분석기(126), 평행화 장치(139), 및 편향기(136, 138 및 157)로 (예를 들어, 전력 공급원(149, 150, 159, 160)을 통해서) 작동적으로 커플링될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 편향 스테이지(157)가 질량 분석기(126)의 하류에 위치될 수 있다. 시스템(110)에서 이러한 지점까지, 일반적으로, 비임(124)은 비교적 높은 에너지 레벨로 이송되며, 이는 특히 분해 개구부(134)에서와 같이 비임 밀도가 상승되는 곳에서 비임 확장 경향을 완화한다. 이온 추출 조립체(123), 스캐닝 요소(136) 그리고 포커싱 및 스티어링 요소(138)와 유사하게, 편향 스테이지(157)는 비임(124)을 감속하도록 작동될 수 있는 하나 또는 둘 이상의 전극(157a, 157b)을 포함한다.
2개의 전극(125a 및 125b, 136a 및 136b, 138a 및 138b 및 157a 및 157b)이 예시적인 이온 추출 조립체(123), 스캐닝 요소(136), 편향 성분(138) 및 편향 스테이지(157)에서 각각 도시되어 있는 한편, Rathmell 등에게 허여되고 전체가 본원 명세서에서 참조되는 미국 특허 6,777,696 에 기재된 것과 실질적으로 유사한 방식으로 이온 비임(124)을 포커싱, 벤딩, 편향, 수렴, 발산, 스캐닝, 평행화 및/또는 정제하는 것 뿐만 아니라 이온을 가속 및/또는 감속하기 위해서 정렬되고 바이어싱되는 적절한 수의 전극들을 이들 요소들(123, 136, 138 및 157)이 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 추가적으로, 포커싱 및 스티어링 요소(138)가 전기 편향 플레이트(예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 쌍)뿐만 아니라 아인젤(Einzel) 렌즈, 4극자(quadrupoles) 및/또는 이온 비임을 포커싱하기 위한 기타 포커싱 요소를 포함할 수 있을 것이다. 필수적인 것은 아니지만, 제로(zero)로 평균화되도록 요소(138) 내의 편향 플레이트들로 전압을 인가하는 것이 바람직할 수 있을 것이며, 그 효과는 요소(138)의 포커싱 측면(aspect)의 왜곡을 완화하기 위해서 부가적인 아인젤 렌즈를 도입하여야 하는 것을 회피할 수 있다는 것이다. 비임이 스티어링 전압 및 플레이트의 길이에 비례하고, 그리고 비임 에너지에 반비례하기 때문에, 이온 비임의 "스티어링"은 특히 편향 전극(138a 및 138b)의 치수(dimension) 및 인가되는 스티어링 전압의 함수가 될 것이다.
추가적인 예로서, 도 1의 편향 성분(157)은 비임으로부터 중성자들을 그리고 희망하지 않는 에너지의 이온들을 추가적으로 필터링하는 작업을 한다. 역으로, 원하는 에너지의 이온 종들은 동일한 경로를 따를 것이고 그리고 편향 성분(157)에 의해서 지향되고, 벤딩되고, 편향되고, 수렴되고, 포커싱되고, 가속되고, 감속되고 및/또는 정제될 것이다. 이는, 비임 크기 및 각도(이러한 예에서, 리본의 평면 외부로)가 유지되도록 실질적으로 모든 질량들이 동일한 궤적을 따르고 감속 스테이지가 거의 또는 완전히 질량-분산되지 않는 클러스터 비임 주입에서와 같이, 이온 비임이 유사한 질량의 분자들을 포함하는 경우에 유리할 것이다.
일 실시예에서, 편향기(157)는 제 1 전극(157a) 및 제 2 전극(157b)과 같은 복수 전극들을 포함할 수 있고, 그러한 전극들은 특정 유효 길이(도시하지 않음)의 편향 영역을 가지고 그리고 선택적으로 바이어싱되어 이온 비임(124)을 벤딩, 편향, 수렴, 발산, 포커싱, 가속, 감속 및/또는 정제할 수 있는 하나 이상의 하부 전극 및 하나 이상의 상부 전극을 포함할 수 있다. 편향기(157)의 편향 영역은 영역을 포함하며, 그러한 영역에서는 전기장이 비임의 벤딩을 유도하도록 작동될 수 있는 방식으로 비임에 작용한다. 예를 들어, 편향 영역의 유효 길이는, 이하에서 설명하는 바와 같이, 생성된 전기장 공간의 양에 따라 달라질 수 있을 것이다. 전력 공급원(160)이 편향 성분(157)에 작동적으로 커플링되어 전극들을 선택적으로 바이어싱시킬 수 있을 것이다. 편향기(157)의 편향 영역의 유효 길이가 전극들의 선택적인 바이어싱에 의해서 조정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 전극들을 주입장치의 주변과 동일한 전기적 포텐셜(예를 들어, 제로 또는 접지)로 바이어싱시켜 본질적으로 전극들을 비활성화 또는 오프(turn off)시킴으로써 편향기(157)의 유효 길이를 감소시킬 수 있을 것이다. 유사하게, 편향기(157)의 유효 길이는 전극을 편향 전위(통상적으로 제로 또는 접지와 상이함)로 바이어싱시킴으로써 증대될 수 있으며 그에 따라 전극에 의해서 생성되는 전기장을 확대할 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 편향 스테이지(157)가 보다 자세하게 도시되어 있으며, 그러한 편향 스테이지는 하류에 위치된 편향 성분(236) 상으로의 비임 스플라이스(splice)를 방지하는 제 1 및 제 2 수직 플레이트(238a 및 238b)를 포함한다. 편향 성분(236)은 복수의 전극 세그먼트를 각각 구비하는 상부 전극(236a) 및 하부 전극(236b)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 비임(124)은 편향 성분(236)에 의해서 비임(124)의 벤딩 이전에, 중간에, 및/또는 그 후에 가속될 수 있고 또는 감속될 수 있을 것이다.
도 2는 비임(124)이 동시에 감속되면서 편향기(157)(도 1에 도시된 바와 같음)에 의해서 편향될 수 있는 위치의 단 하나의 예이고, 그리고 몇 가지 다양한 장치들 중에서 본원 명세서에서 전체가 참조되는 Rathmell 등에게 허여된 미국 특허 7,102,146 에 기재된 것과 실질적으로 유사한 방식으로 구성된 것이다. 다른 예에서, 비임(124)은 편향되면서 동시에 가속될 수 있으며 그리고 비임의 벤딩 이후에, 이전에 및/또는 도중에 발생되어 대전된 입자를 의도된 경로를 따라서 안내할 수 있을 것이다. 대전되지 않거나 잘못 대전된 이온은 그러한 경로를 따르지 못할 것이고, 그에 따라 상이한 방향으로 진행될 것이고, 예를 들어 중성자 트랩으로 진행될 것이다.
도시된 예에서, 개구부(210)를 통과하는 이온 비임(124)은 7 도 내지 20 도, 예를 들어 약 12 도의 각도(θ' 227) 만큼 축선(212)으로부터 편향될 수 있고, 그리고 개구부(210)로부터 하류의 지점(228)에서 포커싱될 수 있을 것이다. 도 2는 하이브리드 타입 스캐닝 기구를 도시하며, 그 대신에 단독형 펜슬 비임과 같은 다른 타입의 스캔 기구가 구현될 수도 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 비임은, 비제한적인 예로서, 어떠한 스캐닝 타입 기구가 상태에서 질량 분석기 이후에 엔드 스테이션이 있는 표준 비임 라인을 포함하는 임의 개수의 비임 타입을 포함할 수 있을 것이다. 또한, 스캐너는 스캐닝된 리본 비임(즉, 하이브리드 스캔인 시간-평균(time-average) 리본), 실시간 정적(static) 리본 비임, 또는 여러 장치에 의해서 제공되는 다른 임의 타입의 리본 비임과 같은, 스캐닝된 비임을 제공하기 위해서 존재할 수 있다.
도 3a는 도 1의 편향 성분(226)을 대표할 수 있는 세그먼트화된 편향 기구(336)의 일 실시예를 도시한다. 세그먼트화된 편향 기구(336)는 도면부호 '328'로 도시된 비임 방향으로 정렬된 전극 세그먼트(302, 304, 306, 308, 310, 및 312)의 구성체(arrangement)를 각각 포함하는 상부 전극 조립체(336a) 및 하부 전극 조립체(336b)를 포함할 수 있다. 전극(302, 304, 및 306)은 하부 전극 조립체(336b)를 형성하고 그리고 전극 (308, 310, 및 312)은 상부 전극 조립체(336a)를 형성한다. 다른 예에서, 비임(324)은 편향되면서 동시에 감속/가속될 수 있을 것이고 그리고 대전된 입자를 의도된 경로를 따라서 안내하기 위해서 비임의 벤딩 이후에, 이전에 및/또는 도중에 발생될 수 있을 것이다.
세그먼트화된 편향 기구의 전극 세그먼트들은 편향 성분의 유효 길이를 선택적으로 제어하기 위해서 독립적으로 각각 바이어싱될 수 있다. 편향 기구(336)는 제어부(316) 및 측정 성분(314)에 커플링될 수 있고, 상기 측정 성분은 비임(324)의 에너지, 전압, 전류, 전류 밀도, 질량, 전하, 및 종 중 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 비임 특성을 측정하도록 구성된다. 제어부는 측정 성분, 비임 생성 성분, 질량 분해 성분 및/또는 편향 성분에 작동적으로 커플링될 수 있고, 그리고 측정 성분에 의해서 취해진 측정에 응답하여 비임 생성 성분, 질량 분해 성분 및 편향 성분 중 하나 이상의 작동을 조정하도록 구성될 수 있을 것이다.
도 3b에 도시된 일 실시예에서, 편향 성분(336)의 상부 및 하부 전극(302, 308, 306 및 312)의 제 1의 그리고 마지막의 각각의 쌍이 약 0 볼트의 포텐셜(V1) 내지 음의 2 킬로볼트에서 유지될 수 있고, 그에 따라 이온 비임이 편향 영역으로 유입되지 않도록 이온 비임내의 전자를 밀어낸다. 이러한 것이 바람직한데, 이는 상부 및 하부 중간 전극(310 및 304) 각각이 편향을 생성하기 위해서 상대적으로 높은 양의 포텐셜(V2)로 바이어싱될 것이기 때문이며; 상부 중간 전극(310)은 예를 들어 높은 양의 전압으로 바이어싱될 수 있다. 편향 영역(320)이 생성되고, 이는 대략적인 유효 길이(318)로서 윤곽지어 진다(delineate). 이는 높은 에너지 비임에 대해서 실시될 수 있을 것이다. 편향 영역(320)이 이온 비임과 상호작용하는 유효 길이(318)가 개산(approximate)되는데 이는 상호작용하는 전기장 라인들의 다양한 비-선형 기하학적 형상 때문이고 그에 따라 개략적인 길이가 묘사되고(depicted); 그러나, 개별적인 전극 세그먼트의 선택 및 바이어싱의 양과 관련하여 유효 길이는 다양한 기하학적 형상 및 길이를 취할 수 있을 것이다.
그 대신에, 묘사된 전극 세그먼트들 중 임의의 하나가 편향 영역(320)의 유효 길이(318)를 선택적으로 제어하기 위해서 독립적으로 바이어싱될 수 있다. 이러한 것은 편향 영역(320)을 유지하고자 노력할 때 유용할 수 있고, 이때 예를 들어 많은 양 전압을 이용하지 않음으로써 전기장은 가능한 한 짧게 비임에 작용한다. 다시 말해서, 상부 또는 하부 전극의 세그먼트들의 모두 보다 적은 전극 세그먼트의 수(예를 들어, 3개 중 하나, 3개 중 둘)가 저에너지 비임에 대해서 이용되어 전기장 공간(비임으로부터의 스트립 어웨이 플라즈마(strip away plasma)일 수 있다)이 물리적으로 짧아지게 할 수 있을 것이다. 도 3a와 유사하게, 편향 기구(336)가 제어부(316) 및 특정 성분(314)에 커플링될 수 있고, 그러한 측정 성분은 비임(324)의 에너지, 전압, 전류, 전류 밀도, 질량, 전하, 및 종 중 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 비임 특성을 측정하도록 구성된다.
도 3c는 고에너지 비임이 이용될 수 있는 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 총 3개의 상부 전극 세그먼트들이 고전압(V1)으로 바이어싱될 수 있고 그리고 3개의 하부 전극 세그먼트들이 저전압(V2)으로 바이어싱될 수 있다. 이는 비임 플라즈마를 효과적으로 스트립할 수 있고, 그에 따라 편향 영역(320)의 보다 긴 유효 길이(318)를 제공한다. 다시 한번, 상호작용하는 전기장 라인의 다양한 비-선형적인 기하학적 형상으로 인해서 편향 영역(320)이 이온 비임과 상호작용하게 만드는 유효 길이(318)가 개산되고 그에 따라 개략적인 길이가 묘사되며; 그러나 개별적인 전극 세그먼트의 선택 및 바이어싱의 양과 관련하여 유효 길이는 다양한 기하학적 형상 및 길이를 취할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 3c에서, 유효 길이(318)는 통과하는 비임 라인의 물리적 길이와 실질적으로 유사한 개략적인 길이일 수 있을 것이다. 도시된 유효 길이가 편향 영역 내의 지점들에서의 길이와 실질적으로 유사하지만, 비임 라인과 관련하여 길이가 실질적으로 상이한 지점들이 또한 존재할 것이다.
다른 편향 구성이 또한 이용될 수 있을 것이며, 여기에서 세그먼트화된 편향 기구의 개별적인 전극 세그먼트들이 선택적으로 바이어싱된다. 예를 들어, 음으로 바이어싱된 중간 하부 전극(304)을 제외하고 모든 전극 세그먼트들이 접지될 수 있다. 이러한 경우에, 벤딩 작용이 여전히 제공되는데, 이는 하부 음 전극이 이온 비임을 끌어당기기 때문이다. 이는, 비임 플라즈마의 보다 양호한 분산을 획득하여 이온 비임 중성화를 촉진하기 위해서, 저에너지 비임에 대해서 제공될 수 있을 것이다. 편향 성분의 다른 전극 세그먼트가 서로 독립적으로 선택적으로 바이어싱되도록 구성될 수 있을 것이다. 이러한 것은, 에너지, 전류, 질량 및 전하 중 하나 이상을 기초로 비임의 측정 성분(316)으로부터 측정치를 수신한 제어부(316)에 커플링된 전력 공급원(도시하지 않음)을 통해서 실시될 수 있을 것이다.
도 4를 참조하면, 본원 명세서에 기재된 바와 같이 이온 주입 시스템에서 이온 비임을 제어하기 위한 예시적인 방법론(400)이 도시되어 있다. 방법론(400)이 일련의 작용 또는 이벤트로서 도시되고 설명되었지만, 이들은 도시된 순서로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 작용은 도시된 및/또는 설명된 작용들과 다른 순서로 발생될 수 있고 및/또는 다른 작용이나 이벤트와 동시에 발생될 수 있을 것이다. 또한, 도시된 모든 작용들이 본원 명세서의 실시예들의 하나 또는 둘 이상의 측면을 실시하는데 반드시 필요한 것도 아니다. 또한, 하나 또는 둘 이상의 작용이 하나 또는 둘 이상의 독립적인 작용 및/또는 페이즈(phase)에서 실시될 수 있을 것이다.
방법(400)은 단계(410)에서 실시되고, 그러한 단계에서 공작물 내로 이온을 주입하기 위해서 이용되는 이온 비임이 이온 주입 시스템 내에서 생성된다. 예를 들어, 비임은 원하는 도펀트 종, 에너지 및/또는 전류를 가지도록 설정된다. 이어서 그 방법은 단계(412)로 진행하고, 그러한 단계에서 주입 각도, 비임 종, 비임 에너지, 비임 선량 등과 같은 하나 또는 둘 이상의 주입 특성들이 측정된다. 그러한 특성들이, 예를 들어, 전술한 바와 같은 선량측정 시스템에 의해서 측정될 수 있다. 보다 특히, 예를 들어 비임의 전류 밀도를 결정하는 선량측정 시스템이 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 조정이 있는 경우에 희망하는 결과를 얻기 위해서 어떠한 조정이 이루어져야 하는지를 확인하기 위해서, 측정된 특성들을 시스템의 제어 성분에 저장된 희망 값과 비교할 수 있을 것이다.
이어서, 단계(412)에서 취해진 측정을 기초로 시스템의 작동을 단계(414)에서 조정한다. 예를 들어, 희망하는 이온 주입을 획득하기 위해서 편향 성분의 임의의 하나 또는 둘 이상의 전극 세그먼트가 전술한 바와 같이 조정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 희망하는 유효 길이, 편향 정도 및/또는 가속/감속 레벨을 달성하기 위해서 하나 또는 둘 이상의 전극으로 인가되는 바이어스 전압이 예를 들어 획득될 수 있을 것이다. 방법(400)은 그 후에 종료되는 것으로 도시되어 있으나, 사실상 사이클로 계속될 수 있고 또는 희망하는 이온 주입이 얻어질 때까지 반복될 수 있을 것이다.
하나 또는 둘 이상의 실시예와 함께 본원 발명을 도시하고 설명하였지만, 본원 명세서 및 첨부 도면을 기초로 소위 당업자는 균등한 다른 실시예 및 변형예들을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 본원 발명은 그러한 모든 변형예 및 다른 실시예들을 포함하고 그리고 특허청구범위에 의해서만 제한될 것이다. 특히 전술한 성분들(조립체, 요소, 장치, 회로 등)에 의해서 실시되는 여러 기능들과 관련하여, 그러한 성분을 설명하기 위해서 사용된 용어("수단"을 포함)는, 다른 언급이 없는 경우에도, 비록 구조적으로는 개시된 구조와 균등하지 않더라도 예시적인 실시예에서의 기능을 실행하는, 본원 명세서에서 설명된 성분의 특정 기능(즉, 기능적으로 균등한)을 실시하는 임의 성분에 상응하는 것이다. 또한, 몇몇 실시예들 중 하나에 대해서만 특정의 특징을 설명하였지만, 그러한 특징은 필요에 따라서 그리고 특정 용도에 따라서 다른 실시예들의 하나 또는 둘 이상의 특징들과 조합될 수 있을 것이다. 또한, "함유하는", "구비하는", "가지는", "수반하는" 또는 그 변형 표현들이 상세한 설명이나 특허청구범위에서 사용된 경우에, 그러한 용어는 "포함한다"는 용어와 유사한 방식으로 포괄적으로 해석될 수 있을 것이다. 또한, 본원 명세서에서 "예시적인"은 최고를 의미하는 것이 아니라 단지 예를 의미하는 것이다.

Claims (20)

  1. 이온 주입 시스템으로서:
    이온 비임을 생성하도록 구성된 이온 비임 공급원;
    생성된 이온 비임을 질량 분석하기 위한 질량 분석기;
    상기 질량 분석기의 하류에 위치되고, 질량 분석될 때 이온 비임을 편향시키기 위한 관련 편향 영역을 가지는 편향 성분; 그리고
    상기 편향 성분의 하류에 위치되고 그리고 이온 비임에 의해서 이온이 주입되는 공작물을 지지하도록 구성된 엔드스테이션; 을 포함하고,
    상기 편향 성분이 편향 영역의 길이를 변화시키도록 구성되는
    이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편향 성분이:
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 갭을 형성하는 제 2 전극; 그리고
    상기 제 1 및 제 2 전극 중 하나 이상으로 전압을 인가하기 위한 바이어싱 요소; 를 포함하고,
    상기 갭을 통해서 이동하는 이온 비임의 이온을 편향시키기 위해서, 전기장이 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되고,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 하나 이상이 세그먼트화되어 이온 비임의 이동 경로를 따라서 복수의 전극 세그먼트를 생성하며; 그리고
    각 전극 세그먼트는 편향 성분의 길이를 선택적으로 제어하기 위해서 독립적으로 바이어싱될 수 있는
    이온 주입 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    복수의 전극 세그먼트 중 하나 또는 둘 이상이 전극 갭을 가로질러 서로 대향하는 상부 전극 및 하부 전극을 포함하고, 그리고 상부 전극이 3개 이상의 세그먼트로 세그먼트화되고 하부 전극이 3개 이상의 세그먼트로 세그먼트화되는
    이온 주입 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상부 전극의 제 1 세그먼트와 하부 전극의 제 1 세그먼트 사이에서 그리고 상부 전극의 마지막 세그먼트와 하부 전극의 마지막 세그먼트 사이에서 갭 내의 주변에 대해서 음의 포텐셜 분포를 제공하기 위해서, 상부 전극 및 하부 전극의 제 1 세그먼트 및 마지막 세그먼트가 바이어싱되는
    이온 주입 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상부 전극의 제 1 전극 세그먼트와 마지막 전극 세그먼트 사이의 하나 이상의 전극 세그먼트가 양으로 바이어싱되고 그리고 하부 전극의 제 1 전극 세그먼트와 마지막 전극 세그먼트 사이의 하나 이상의 전극 세그먼트가 상부 전극의 세그먼트 각각 보다 더 음으로 바이어싱되는
    이온 주입 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    편향 성분의 편향 영역의 길이를 최소화하기 위해서, 하부 전극의 중간 세그먼트가 음으로 바이어싱되는 한편 나머지 세그먼트 및 상부 전극이 주변에 대해서 접지 포텐셜을 가지는
    이온 주입 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    하나 또는 둘 이상의 이온 비임 특성을 측정하도록 구성된 측정 성분; 그리고
    제어부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 측정 성분, 이온 비임 공급원, 질량 분석기 및 편향 성분에 작동적으로(operatively) 커플링되고 그리고 측정 성분에 의해서 취해진 측정에 응답하여 이온 비임 공급원, 질량 분석기 및 편향 성분 중 하나 이상의 작업을 조정하도록 구성되며,
    상기 측정 성분에 의해서 측정되는 이온 비임 특성이 이온 비임의 전압, 전류, 질량, 전하(charge), 에너지 및 종(species) 중 하나 이상을 포함하는
    이온 주입 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    비임렛이 각각 실질적으로 동일한 유효 길이를 가지도록 이온 비임을 복수의 평행한 비임렛으로 동시에 평행화하면서 이온 비임을 실질적으로 S 형상으로 벤딩하여 불순물들을 필터링하여 제거하기 위한 평행화 장치 성분을 더 포함하는
    이온 주입 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 비임이 편향 성분에 의해서 편향되는 한편 상기 편향 성분에 의해서 동시에 감속되거나, 포커싱되거나, 또는 감속 및 포커싱되는
    이온 주입 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하나 또는 둘 이상의 이온 비임 특성을 측정하도록 구성된 측정 성분; 그리고
    측정 성분에 의해서 취해진 측정에 응답하여 이온 비임을 가속 또는 감속하기 위해서 포커싱 렌즈 및 측정 성분에 작동적으로 커플링된 제어부; 를 더 포함하는
    이온 주입 시스템.
  11. 이온 주입 시스템 내의 비임 라인에서 사용하기 위한 전기 편향 장치로서:
    이온 비임을 편향시키도록 작동될 수 있는 편향 영역을 포함하는 전기 편향 성분을 포함하고,
    상기 전기 편향 성분은 편향 영역의 길이를 변화시키도록 구성되는
    전기 편향 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기 편향 성분이:
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 갭을 형성하는 제 2 전극; 그리고
    상기 제 1 및 제 2 전극 중 하나 이상으로 전압을 인가하기 위한 바이어싱 요소; 를 포함하고,
    상기 갭을 통해서 이동하는 이온 비임의 이온을 편향시키기 위해서, 전기장이 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되고,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 하나 이상이 세그먼트화되어 이온 비임의 이동 경로를 따라서 복수의 전극 세그먼트를 생성하며;
    각 전극 세그먼트는 편향 성분의 길이를 선택적으로 제어하기 위해서 독립적으로 바이어싱될 수 있는
    전기 편향 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    하나 또는 둘 이상의 이온 비임 특성을 측정하도록 구성된 측정 성분; 그리고
    제어부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 측정 성분 및 전기 편향 성분에 작동적으로 커플링되고, 그리고 내부의 편향 영역의 길이를 선택적으로 제어하기 위해서 각 전극 세그먼트를 독립적으로 바이어싱시킴으로써 측정 성분에 의해서 취해진 측정에 응답하여 전기 편향 성분의 작업을 조정하도록 구성되고,
    상기 측정 성분에 의해서 측정되는 비임 특성은 이온 비임의 전압, 전류, 질량, 전하, 에너지 및 종 중 하나 이상을 포함하는
    전기 편향 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 이온 비임이 전기 편향 성분에 의해서 편향되는 한편 상기 전기 편향 성분에 의해서 동시에 감속되거나, 포커싱되거나, 또는 감속 및 포커싱되는
    전기 편향 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    복수의 전극 세그먼트 중 하나 또는 둘 이상이 전극 갭을 가로질러 서로 대향하는 상부 전극 및 하부 전극을 포함하고, 그리고 상부 전극이 3개 이상의 세그먼트로 세그먼트화되고 하부 전극이 3개 이상의 세그먼트로 세그먼트화되는
    전기 편향 장치.
  16. 이온 주입 시스템에서 공작물 내로 이온을 주입하는 방법으로서:
    이온 주입 시스템 내에서 이온 비임을 생성하는 단계;
    이온 비임의 하나 또는 둘 이상의 비임 특성을 측정하는 단계;
    비임 특성을 기초로 편향 성분의 하나 또는 둘 이상의 중간-갭 전극들에 인가되는 각각의 바이어스 전압을 선택적으로 조정함으로써 이온 주입 시스템 내의 편향 성분을 통해서 이동하는 이온 비임의 유효 길이를 조정하는 단계; 를 포함하는
    이온 주입 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    이온 비임을 편향시키기 위해서 편향 성분 내의 전극들의 하나, 둘 또는 세 개의 쌍(pairs)으로 바이어스 전압이 인가되어야 하는지를 결정하는 단계를 더 포함하는
    이온 주입 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    편향 성분의 유효 길이를 선택적으로 제어하는 단계를 더 포함하는
    이온 주입 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    이온 비임의 수렴, 가속 또는 감속 중 하나 이상을 제어하기 위해서 편향 성분의 제 1 전극 및 제 2 전극으로 인가되는 각각의 바이어스 전압을 선택적으로 조정하는 단계를 더 포함하는
    이온 주입 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    이온 비임의 에너지, 전류 및 종 중 하나 이상을 기초로 편향을 제어하기 위해서 편향 성분의 제 1 전극 및 제 2 전극으로 인가되는 각각의 바이어스 전압을 선택적으로 조정하는 단계를 더 포함하는
    이온 주입 방법.
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