KR20160001565A - 이온 주입기 - Google Patents
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Abstract
이온 소스 및 적어도 하나의 광학적 구성요소를 포함하는 이온 주입기가 제공된다. 상기 이온 소스는 이온 빔을 제공하도록 구성되는 한편, 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔을 비-평행 이온 빔으로 변경하기 위해 상기 이온 빔의 전송 경로 상에 배치되어, 작업편의 서로 다른 영역들에 상기 비-평행 이온 빔의 서로 다른 부분들과 동기화되어 주입된다. 상기 광학적 구성요소는 2개의 분리된 막대들 상에 배치되는 많은 코일들 또는 4중 자석과 같은, 자기적 구성요소일 수 있다. 상기 광학적 구성요소는 2개의 분리된 막대들 상에 배치되는 많은 전극들일 수 있다. 서로 다른 광학적 구성요소는 상기 이온 빔을 각각 발산 및/또는 수렴하도록 구성되어, 상기 이온 빔이 상기 이온 빔보다 덜 평행성을 가지는 비-평행 이온 빔으로 변경하게 된다.
Description
본 발명은 일반적으로 이온 주입기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비-평행 이온 빔을 제공하도록 구성된 이온 주입기에 관한 것이다.
반도체 제조 분야에 있어서, 이온 빔에 대한 연구들은 보통, 주입 효과를 더 용이하게 제어하기 위해, 자기적 구성요소(들) 및 전기적 구성요소(들)과 같은, 광학적 구성요소(들)을 이용해 생성된 이온 빔이 더 평행하도록 또한 더 균일하도록 보장하는 방법들에 촛점을 맞추고 있다. 보통, 가용한 상용 주입기들에 있어서, 평행해진 이온 빔의 발산 각 또는 수렴 각은 거의 3 도보다 훨씬 작고 그후 평행해진 이온 빔은 실질적으로 평행한 이온 빔으로 간주된다.
이러한 평행해진(collimated) 및 평행한(parallel) 이온 빔은, 평면 FET(planar Field-Effect Transistor), 동적 메모리들 등과 같은, 많은 반도체 구조들을 제조하는 데 대중적으로 사용되어 왔다. 또한, 이것은 태양 전지, LED(light-emit-diode) 또는 다른 제품들을 제조하는 데 사용되고 있다. 하지만, FinFET(Fin Field-Effect Transistor) 또는 다른 3D 구조들과 같은, 몇몇의 새로운 반도체 구조들이 지난 수 년 동안 새로이 개발될 때, 적어도 상기 평행한 이온 빔은 동기화되어 3D 구조의 서로 다른 측에 효과적으로 주입될 수 없기 때문에, 이러한 평행해진 평행한 이온 빔의 사용 및 효율성은 제한적이다.
도 1은 FinFET4의 구조 사시도이고, 도 2는 종래의 평행한 이온 빔을 이용하는 것에 의해 주입되는 도 1 상에 도시된 바와 같은 FinFET의 대략도이다. 예를 들어, 도 1을 먼저 참조하면, FinFET(100)의 제조 동안, 각각의 핀 구조(fin structure, 110) 상에 소스 및 드레인을 형성하기 위해, 상기 핀 구조(110)의 좌측 표면(112), 상단 표면(114) 및 우측 표면(116) 모두에 동일한 농도 및 깊이로 주입하는 것이 필요하다. 그럼에도 불구하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 만약 단 하나의 종래의 평행 이온 빔(200)이 이러한 핀 구조(110)를 가지는 작업편에 주입 변수들의 유일한 세트를 가지고 주입하는 데 사용된다면, 상기 핀 구조(110)의 상기 좌측 표면(112), 상기 상단 표면(114) 및 상기 우측 표면(116)은 서로 다른 농도들 및 깊이들을 가질 것이다. 필요한 농도 및 깊이를 달성하기 위해, 상기 입사 방향들(210, 230)을 따라 전송되는 종래의 평행 이온 빔(200)의, 스캔 속도, 스캔 경로 및 이온 농도와 같은, 상기 주입 변수들은, 상기 입사 방향들(210, 230)이 상기 좌측 표면(112) 및 상기 우측 표면(116)에 수직하지 않기 때문에, 입사 방향(220)을 따라 전송되는 종래의 평행 이온 빔(200)의 그것들과 달라야 한다.
따라서, 종래의 평행 이온 빔(200)을 이용해, 상기 FinFET(100)을 주입하기 위한 주입 절차는 종래의 평면(2D) 반도체 구조를 주입하기 위한 주입 절차보다 명백하게 훨씬 더 복잡하다. 종래의 평면 반도체 구조들을 제조하기 위해, 종래의 이온 빔(200)은 작업편을 통해 고정된 입사 방향(보통 수직 방향)을 가지고 스캔된다. 대조적으로, 상기 핀 구조들(110)의 상기 좌측 표면(112), 상기 상단 표면(114), 및 상기 우측 표면(116) 상에서 필요한 주입 조건들 모두를 달성하기 위해, 상기 핀 구조(110)를 가지는 상기 작업편과 상기 평행 이온 빔(200) 사이에서 서로 다른 입사 방향들을 가지고 2배 또는 그 이상으로 상기 작업편을 통해 종래의 이온 빔(200)을 스캔하는 것이 필요하고, 서로 다른 입사 방향들이 사용될 때 주입 변수들의 값들을 조정하는 것이 필요하다. 여기서, 종래의 이온 빔(200)과 상기 핀 구조(110)를 가지는 작업편 사이의 입사 방향을 변경하기 위해, 상기 작업편을 비트는 것, 및/또는 웨이퍼를 틸트회전하는 것, 및/또는 종래의 이온 빔을 상기 작업편으로 주입하는 시간 동안 2배 또는 그 이상으로 상기 이온 빔의 전송 경로를 변경하는 것이 필요하다.
결과적으로, 3D 반도체 구조의 제조를 위한 새로운 이온 주입기 및 주입 방법을 제공하는 것이 요구된다.
본 발명은 이온 주입기에 관한 것으로서, 이것은 비-평행 이온 빔의 서로 다른 부분들에 의해 작업편의 서로 다른 영역들을 동기화하여 주입하기 위해 비-평행 이온 빔을 제공하도록 구성된다.
본 발명은 이온 소스 및 적어도 하나의 광학적 구성요소를 포함하는 이온 주입기를 제공한다. 상기 이온 소스는, 이온 빔을 제공하도록 구성되고, 상기 광학적 구성요소는, 상기 이온 빔의 전송 경로 상에 및 상기 이온 소스 아래측에 배치된다. 이때 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔을 비-평행 이온 빔으로 변경하고, 이때 상기 비-평행 이온 빔의 평행성(parallelism)은 평행 이온 빔의 평행성보다 적고, 특히 덜 무시하지 못한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 주입기는 고정 장치를 더 포함한다. 상기 고정 장치는 상기 광학적 구성요소 아래측에 위치되고 작업편을 고정하여, 이로써 상기 작업편의 서로 다른 영역들이 상기 비-평행 이온 빔의 서로 다른 부분들에 의해 동기화되어 주입되는 것을 보장한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 소스는 스팟 이온 빔 또는 리본 이온 빔으로서 상기 이온 빔이 제공되도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 소스는 평행 이온 빔, 발산 이용 빔 또는 수렴 이온 빔으로서 상기 이온 빔이 제공되도록 구성된다. 또한, 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔이 발산 이온 빔 또는 수렴 이온 빔으로서 상기 비-평행 이온 빔으로 변경하도록 구성된다. 게다가, 상기 비-평행 이온 빔과 완벽한 평행 이온 빔 사이의 차이는 상기 이온 빔과 상기 완벽한 평행 이온 빔 사이의 차이보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 소스에 가까이 하지만 상기 고정 장치로부터 멀리 위치된다. 한 마디로, 상기 이온 소스와 상기 광학적 구성요소 사이의 차이는 상기 광학적 구성요소와 상기 고정 장치 사이의 거리보다 짧다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학적 구성요소는 자기적 구성요소 또는 전기적 구성요소이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔 상에 4중 자기장(quadruple magnetic field)을 적용하는 4중 자석(magnetic quadruple)이다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소는 자기적 구성요소이고, 이때 상기 광학적 구성요소는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 코일들을 가지고, 이때 상기 2개의 막대들은 상기 이온 빔의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치된다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소는 전기적 구성요소이고, 이때 상기 광학적 구성요소는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 전극들을 가지고, 이때 상기 2개의 막대들은 상기 이온 빔 상의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔은 평행 이온 빔, 발산 이온 빔 또는 수렴 이온 빔이고, 상기 비-평행 이온 빔은 발산 이온 빔 또는 수렴 이온 빔이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비-평행 이온 빔은 발산 이온 빔이고, 상기 비-평행 이온 빔의 발산 각은 3 도와 같거나 이보다 크고 10 도와 같거나 작다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 비-평행 이온 빔은 수렴 이온 빔이고, 상기 비-평행 이온 빔의 수렴 각은 3 도와 같거나 이보다 크고 10 도와 같거나 작다. 이에 더하여, 다른 실시예들 상에서, 상기 발산 각 및 상기 수렴 각 모두는 또한 3 도와 같거나 이보다 크고 10 도와 같거나 작거나, 5 도보다 크고 15 도보다 작거나, 8 도보다 작지 않고 4 도보다 크지 않고, 18 도보다 작고 2 도보다 크거나, 또는 8 도보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔이 스팟 이온 빔일 때 상기 비-평행 이온 빔과 상기 평행 이온 빔 사이의 각 차이는 15 도와 같거나 이보다 작다. 또한, 상기 이온 빔이 리본 이온 빔일 때 상기 비-평행 이온 빔과 상기 평행 이온 빔 사이의 각 차이는 5 도와 같거나 이보다 작다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔이 발산하도록 하기 위해 상기 광학적 구성요소에 의해 발산된다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔이 수렴하도록 하기 위해 상기 광학적 구성요소에 의해 수렴된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔은 포커싱 후 상기 비-평행 이온 빔이 발산하도록 하기 위해 상기 광학적 구성요소에 의해 수렴된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 주입기는 복수의 광학적 구성요소들을 포함하고, 이때 상기 광학적 구성요소들은 상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학적 구성요소들 각각은 자기적 구성요소 또는 전기적 구성요소이다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나는 상기 이온 빔 상에 4중 자기장을 적용하는 4중 자석이다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 코일들을 가지는 자석 구성요소이고. 이때 상기 2개의 막대들은 상기 이온 빔의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치된다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 전극들을 가지는 전기적 구성요소이고, 이때 상기 2개의 막대들은 상기 이온 빔 상의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학적 구성요소들은 상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되는 적어도 자기적 구성요소, 및 상기 전송 경로를 따라 상기 자기적 구성요소 아래측에 배치되는 전기적 구성요소를 포함한다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소들은 상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되는 복수의 자기적 구성요소들, 및 상기 자기적 구성요소들 중 2개 사이에 배치되거나 또는 상기 전송 경로를 따라 상기 자기적 구성요소들 모두의 아래측에 배치되는 전기적 구성요소를 포함한다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소들은 상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되는 복수의 전기적 구성요소들, 및 상기 전기적 구성요소들 중 2개 사이에 배치되거나 또는 상기 전송 경로를 따라 상기 전기적 구성요소들 모두의 아래측에 배치되는 자기적 구성요소를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔의 서로 다른 부분들은 상기 광학적 구성요소들의 서로 다른 부분들에 의해 변경된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔은 수렴 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴되고, 상기 수렴 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 먼 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 발산된다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 이온 빔은 발산 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 발산되고, 상기 발산 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 먼 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 점차적으로 발산된다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 점차적으로 수렴된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔은 발산되고 또한 그후 수렴 이온 빔 또는 발산 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 연이어 수렴된다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 이온 빔은 수렴되고 또한 그후 발산 이온 빔 또는 수렴 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 연이어 발산된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 빔은 발산 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 발산되고, 상기 발산 이온 빔은 포커싱 후 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스로부터 먼 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴된다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 이온 빔은 수렴 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴되고, 상기 수렴 이온 빔은 포커싱 후 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스로부터 먼 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 발산된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 주입기는 적어도 하나의 구멍 장치(aperture device)를 더 포함하고, 상기 구멍 장치는 상기 전송 경로를 따라 상기 광학적 구성요소 아래측에 배치되어, 상기 비-평행 이온 빔에서 먼 몇몇의 이온들을 비우거나(blank) 또는 상기 비-평행 이온 빔의 적어도 소정의 부분의 이온 농도를 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구멍 장치는 상기 전송 경로를 따라 상기 광학적 구성요소 아래측에 배치되어, 상기 비-평행 이온 빔에서 먼 몇몇의 이온들을 비우거나 또는 상기 비-평행 이온 빔의 적어도 소정의 부분의 이온 농도를 감소시킨다. 나아가, 상기 구멍 장치는 일정한 구멍 장치, 가변 구멍 장치, 마스크, 레티클 또는 이들의 조합이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구멍 장치를 더 포함하고, 상기 구멍 장치는 상기 광학적 구성요소들 사이에 배치되어, 이로써 상기 비-평행 이온 빔에서 먼 몇몇의 이온들을 비우거나 또는 상기 비-평행 이온 빔의 적어도 소정의 부분의 이온 농도를 감소시킨다. 나아가, 상기 구멍 장치는 일정한 구멍 장치, 가변 구멍 장치, 마스크, 레티클 또는 이들의 조합이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비-평행 이온 빔의 단면 상의 빔 전류 분포는 단일 피크 형태, 절두-포물선(frusto-parabolic) 곡선 형태, 쌍둥이 피크 형태, 복수 피크 형태, 불규칙한 형태, 또는 비대칭 형태로서 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온 주입기는 상기 전송 경로에 수직하는 방향을 따라 선형적으로 이동하기 위해 상기 고정 장치를 구동시키는 구동 장치를 더 포함한다. 몇몇의 대체 실시예들에 있어서, 상기 구동 장치는 상기 전송 경로에 대하여 틸트회전하기 위해 상기 고정 장치를 구동시킨다.
따라서, 본 발명에서 개시되는 상기 이온 주입기는 상기 비-평행 이온 빔의 서로 다른 부분들에 의해 작업편의 서로 다른 영역들에 동기화되어 주입되도록 구성되는 비-평행 이온 빔을 제공하는 데 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 작업편이 상기 비-평행 이온 빔을 가로질러 완전히 스캔될 때, 상기 작업편의 각각의 영역은 상기 비-평행 이온 빔의 서로 다른 부분들에 의해 연이어 주입된다. 다시 말하면, 상기 작업편 상의 각각의 3D 구조에 있어서, 상기 상단 표면 및 2개의 대향하는 측면 표면들은 상기 비-평행 이온 빔에 의해 주입될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에서 개시되는 상기 주입기를 이용하는 것에 의해, 3D 반도체 구조들을 주입하기 위한 주입 절차는 단순화될 수 있다.
도 1은 FinFET의 구조 사시도이다.
도 2는 종래의 이온 빔을 이용하는 것에 의해 주입되는, 도 1 상에 도시된 바와 같은 FinFET의 대략도이다.
도 3 내지 도 6 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 7 내지 도 9 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 10 내지 도 13 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 14 내지 도 16 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 17은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 18 내지 도 19는 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 20 내지 도 25 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 비-평행 이온 빔의 빔 단면 상의 빔 전류 분포 프로파일을 보여준다.
도 2는 종래의 이온 빔을 이용하는 것에 의해 주입되는, 도 1 상에 도시된 바와 같은 FinFET의 대략도이다.
도 3 내지 도 6 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 7 내지 도 9 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 10 내지 도 13 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 14 내지 도 16 각각은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 17은 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 18 내지 도 19는 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도를 보여준다.
도 20 내지 도 25 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 비-평행 이온 빔의 빔 단면 상의 빔 전류 분포 프로파일을 보여준다.
이하, 본 발명의 특정 실시예들을 참조하여, 상세하게 설명될 것이다. 이 실시예들의 예들은 첨부된 도면들에 도시되어 있다. 본 발명이 이러한 특정 실시예들과 연관되어 설명되지만, 본 발명을 이러한 실시예들로 한정시키고자 하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 사실상, 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 안에 포함될 수 있는 대체물들, 변형물들, 및 균등물들을 커버하고자 한다. 이하의 설명에 있어서, 많은 상세사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 발생된다. 본 발명은 이러한 상세사항들 중 하나 또는 일부 또는 모두를 가지고 실행될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 공지된 프로세스 작동들은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않는다. 게다가, 이하의 실시예들 모두에 있어서, 다른 실시예들에서 설명되는 동일하거나 또는 유사한 구성요소들은 동일한 기호들로 참조되고, 또한 이러한 도시된 요소들 모두는 실제 치수 축척에 따라 도시되지 않는다.
본 발명은 무시하지 못할 발산 각 또는 무시하지 못할 수렴 각을 가지는 비-평행 이온 빔을 제공하도록 구성된 이온 주입기를 제안한다. 이와 대조적으로, 종래의 이온 주입기는 평행해진 이온 빔, 즉 기본적으로 평행한 이온 빔을 생성한다. 요약하면, 상기 제안된 이온 주입기에 의해 제공되는 상기 비-평행 이온 빔의 평행성은 종래의 이온 주입기에 의해 제공되는 이온 빔의 평행성보다 작다. 예를 들어, 상기 비-평행 이온 빔은 3 도와 동일하거나 이보다 크고 10 도와 동일하거나 이보다 작은 소정의 발산 각을 가지는 발산 이온 빔이다. 예를 들어, 상기 비-평행 이온 빔은 3 도와 동일하거나 이보다 크고 10 도와 동일하거나 이보다 작은 소정의 수렴 각을 가지는 수렴 이온 빔이다. 물론, 상기 비-평행 이온 빔은, 5 도보다 크고 15 도보다 작거나, 8 도보다 작지 않고 4 도보다 크지 않거나, 8 도보다 크거나, 18 도보다 작고 2 도보다 크거나, 등과 같이, 서로 다른 발산 각들 또는 서로 다른 수렴 각들을 가질 수 있다. 사실, 본 발명에 의해 제안되는 상기 이온 주입기는, 실제 발산 또는 수렴 각 범위가 상기 제안되는 이온 주입기를 이용한 실제 제조에 의해 결정될 때, 발산 각의 가능한 범위 또는 수렴 각의 가능한 범위에 의해 한정되지 않는다.
본 발명은 상기 광학적 구성요소들을 이용하는 것에 의해 상기 이온 소스에 의해 생성되는 상기 이온 빔을 비-평행 이온 빔으로 변경하도록 구성되는 이온 주입기를 제안한다. 상기 자기적 구성요소(들) 및/또는 전기적 구성요소(들)은 상기 이온 빔을 변경하기 위해 자기장 또는 전기장을 상기 이온 빔, 전하를 띤 입자들 빔에까지 적용하는 데 사용될 수 있음이 잘 알려져 있다. 광 빔을 변경하는 데 사용되는 렌즈와 비교하기 위해, "빔 광학(beam optics)"이라는 용어가 상기 이온 소스와 주입될 작업편을 고정하기 위한 웨이퍼 홀더 사이에서 상기 이온 빔의 변경을 설명하는 데 일반적으로 사용되고, 또한 "광학적 구성요소들"이라는 용어는 이러한 자기적 구성요소들 및 이러한 전기적 구성요소들을 지시하는 데 사용되어 왔다. 그러므로, 상기 사용된 구성요소(들)의 작동(들)을 변경하는 것에 의해 각각의 사용된 광학적 구성요소가 비-균일한 힘 분포(또는 서로 다른 자기장 분포 및/또는 서로 다른 전기장 분포로 보이는)를 상기 이온 빔 상에 적용하여 통과하도록 보장하기 위해, 상기 이온 빔은 광 빔이 오목 렌즈 및/또는 볼록 렌즈를 이용하는 것에 의해 비-평행 광 빔으로 변경될 수 있는 것처럼 비-평행 이온 빔으로 변경될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에 의해 제안되는 이온 주입기는, 상기 사용된 광학적 구성요소(들)이 필요한 비-균일 힘 분포를 제공하기 위해 유연하게 조정될 수 있을 때, 상기 사용된 광학적 구성요소(들)의 상세사항들에 의해 한정되지 않는다. 일반적으로, 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔 상에 4중 자기장을 적용하는 4중 자석일 수 있고, 이때 4중 자기장은 서로 다른 로렌츠 힘(크기 및 방향 모두)을 상기 이온 빔의 서로 다른 부분들에 적용할 수 있다. 다음으로, 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치되는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 수많은 코일들일 수 있고, 이때 각각의 코일은 개별적인 자기장을 생성하고 그후 상기 이온 빔은 모든 개별적인 자기장들의 조합에 의해 변경된다. 또한 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치되는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 수많은 전극들일 수 있고, 이때 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 어떤 2개의 전극들은 상기 이온 빔에 미치는 전기장일 수 있어, 이로써 상기 이온 빔의 내부의 이온들의 운동을 변경시킨다.
상기 광학적 구성요소(들)의 위치가 상기 이온 빔의 변경에 영향을 준다는 것을 유념하라. 보통, 상기 광학적 구성요소(들)과 상기 작업편 사이의 거리는 상기 이온 빔 각 분포가 상기 작업편 상에 어떻게 되어 있는지에 영향을 주기 때문에, 상기 광학적 구성요소(들)은 상기 이온 소스에는 가까이 하지만 주입될 상기 작업편으로부터는 멀리 위치된다. 이에 더하여, 상기 광학적 구성요소(들)이 상기 이온 빔의 일 부분 또는 상기 이온 빔 전체를 변경하기 위해 자기장 및/또는 전기장을 적용할 수 있을 때, 본 발명은 스팟 이온 빔 및 리본 이온 빔 모두를 변경하기 위해 적용될 수 있고, 심지어 크기, 형태, 전류 분포 등과 같은, 상기 비-평행 이온 빔의 몇몇의 변수들을 변경하기 위해 적용될 수 있다. 물론, 리본 이온 빔이 보통 스팟 이온 빔보다 더 많은 이온을 가지기 때문에, 동일한 광학적 구성요소(들)에 있어서, 가용한 수렴/발산 각은 15 도보다 크지 않는 것과 같이, 스팟 이온 빔에서 더 크고, 5 도보다 크지 않는 것과 같이, 리본 이온 빔에서 더 작다.
도 3 내지 도 19 각각은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 이온 주입기의 구조도이고, 도 20 내지 도 25 각각은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 비-평행 이온 빔의 빔 단면 상의 빔 전류 분포 프로파일을 보여준다. 이 실시예들에 있어서, 도시된 바와 같은 상기 비-평행 이온 빔은 발산 이온 빔(DB) 또는 수렴 이온 빔(CB)로 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 상기 광학적 구성요소(320)가 이온 빔(OB)을 비-평행 이온 빔으로 변경하는 데 사용되기 때문에, 상기 수렴 이온 빔(CB) 및 상기 발산 이온 빔(DB)은 보통 상기 이온 빔(OB)보다 평행성을 덜 가진다. 그럼에도 불구하고, 상기 이온 소스(310)에 의해 제공되는, 심지어 도시되지 않은 분석기 자석(analyzer magnet)에 의해 변경된 상기 이온 빔(OB)은, 더 낮은 평행성을 가지는 비-평행 이온 빔일 때, 상기 수렴 이온 빔(CB) 및 상기 발산 이온 빔(DB) 모두는 이온 빔(OB)을 더 높은 평행성을 가지는 더 적은 비-평행 이온 빔으로 변경하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 상기 발산 이온 빔(DB) 및 상기 수렴 이온 빔(CB)은 작업편의 일 부분에 수직으로 동기화되어 주입되지만, 상기 작업편의 다른 부분에는 비-수직으로 주입될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 작업편(400)은 중심 영역(R1) 및 주변 영역(R2)을 가지는 한편, 상기 발산 이온 빔(DB)은 중심 부분(P1) 및 외부 부분(P2)을 가진다. 여기서, 상기 중심 영역(R1)은 상기 중심 부분(P1)에 대응하는 한편, 상기 주변 영역(R2)은 상대적 위치들에 있어서 상기 외부 부분(P2)에 대응한다. 그러므로, 상기 작업편(400)의 서로 다른 영역들은 상기 발산 이온 빔(DB)의 서로 다른 부분들에 의해 동기화되어 주입될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 작업편(400)이 상기 발산 이온 빔(DB)을 완전히 가로질러 움직일 때, 상기 중심 영역(R1) 및 상기 주변 영역(R2) 모두는 상기 발산 이온 빔(DB)의 상기 중심 부분(P1) 및 상기 외부 부분(P2)에 의해 연이어 주입될 수 있다. 즉, 이러한 발산 이온 빔(DB)을 이용하는 것에 의해, 상기 이온들이, 상기 작업편(400)이 단 한번 상기 비-평행 이온 빔을 가로질러 스캔될 때 상기 작업편(400) 상에서, 핀 구조들과 같은, 어떤 3D 구조들로 서로 다른 입사 각들을 따라 주입될 수 있다. 상기 수렴 이온 빔(CB) 또한 상기 이온들이, 상기 작업편(400)이 단 한번 상기 비-평행 이온 빔을 가로질러 스캔될 때 상기 작업편(400) 상에서, 핀 구조들과 같은, 어떤 3D 구조들로 서로 다른 입사 각들을 따라 주입될 수 있음에 유념하라. 즉, 핀 구조와 같은, 상기 3D 구조의 상기 상단 표면 및 2개의 대향하는 측면 표면들 모두는 상기 작업편(400)이 단 한번 상기 비-평행 이온 빔을 가로질러 스캔될 때 상기 비-평행 이온 빔에 의해 주입된다. 중요하게, 현존하는 이온 주입기는 평행해진 평행 이온 빔을 제공하도록 구성되는 종래의 이온 주입기보다 핀 구조와 같은 3D 구조를 제조하는 데 적합하다.
물론, 주입 결과를 더 개선하기 위해, 상기 비-평행 이온 빔을 가로질러 상기 작업편(400)을 2번 또는 그 이상 스캔하는 것도 바람직하고, 심지어 전체 작업편(400)이 상기 비-평행 이온 빔에 의해 주입되는 것을 보장하기 위해 래스터를 따라 상기 작업편(400)을 스캔하는 것도 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 상기 제안되는 이온 주입기에 의해 제공되는 이러한 비-평행 이온 빔을 이용하는 것에 의해, 상기 작업편은 비틀리거나 또는 틸트회전될 필요가 없고, 또한 스캔 시간 동안 상기 비-평행 이온 빔의 전송 경로를 변경할 필요도 없고, 이로써 스캔 시간 동안 상기 비-평행 이온 빔과 상기 작업편(400) 사이의 상대적 방향이 변경된다. 상기 비-평행 이온 빔과 상기 작업편(400) 사이의 가능한 입사 각들의 범위를 증가시키기 위해 이렇게 하는 것은 선택사항일 수 있다. 이와 대조적으로, 종래의 이온 주입기에 의해 제공되는 평행 이온 빔을 사용할 때, 상기 평행 이온 빔을 서로 다른 입사 각들을 따라 2개의 작업편으로 각각 주입되기 위해, 상기 작업편은 틸트회전되어야 하거나 상기 평행 이온 빔의 전송 경로를 변경해야 한다.
나아가, 본 발명의 상기 이온 주입기(300)는 이온 소스(310) 및 광학적 구성요소(320)를 포함한다. 상기 이온 소스(310)는 전송 경로(x)를 따라 전송되는 이온 빔(OB)을 제공하도록 구성되는 한편, 상기 광학적 구성요소(320)는 상기 이온 빔(OB)을 비-평행 이온 빔으로 변경하기 위해 상기 전송 경로(x) 상에 배치된다. 일반적으로, 분석기 자석은 도시되어 있지 않지만, 원하지 않는 이온들을 걸러내기 위해 상기 이온 소스(310)와 상기 광학적 구성요소(320) 사이에 위치된다. 이에 더하여, 상기 작업편(400)은 예를 들어, 상기 이온 주입기(300)의 고정 장치(330)를 통해 상기 이온 주입기(300)의 챔버 안에 고정되는 실리콘 웨이퍼이고, 상기 이온 주입기(300)의 구동 장치(340)는 상기 고정 장치(330)(즉, 작업편(400))이 상기 발산 이온 빔(DB)에 대하여 y-z 평면 상에서 상기 고정 장치(330)를 따라 움직이게, 또는 상기 z 축 또는 y 축 주위로 틸트회전하게 구동하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 구동 장치(340)는 리드 스크류, 가이드 레일, 연장가능하고 수축가능한 암 등과 같은, 선형 구동 장치(들)로 구성될 수 있어, 상기 작업편(400)이 상기 y-z 평면 상에서 움직이도록 선형적으로 구동된다. 나아가, 크기, 형태 등과 같은, 상기 발산 이온 빔(DB)의 변수들이 상기 광학적 구성요소(320)를 이용하는 것에 의해 충분히 제어될 수 있는 한, 상기 구동 장치(340)는 스윙 암과 같은 곡선 구동 장치(들)일 수 있어, 상기 작업편(400)은 y-z 평면 상의 곡선을 따라 흔들리도록 구동된다. 나아가, 상기 구동 장치(340)는 대신 틸트회전 구동 장치(들)일 수 있어, 상기 작업편(400)은 z 축 또는 y 축 주위로 틸트회전되도록 구동된다.
상기 광학적 구성요소를 이용하는 것에 의해 상기 필요한 비-평행 이온 빔을 생성하는 하나 이상의 방법들이 있다. 예를 들어, 발산 이온 빔을 제공하기 위해, 단 하나의 광학 구성요소(320)가 사용될 때, 상기 제안된 이온 주입기는 적어도 이하의 변경들을 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광학적 구성요소(320)에 의해 평행 이온 빔(OB)이 발산 이온 빔으로 변경된다. 이것은 상기 광학적 구성요소(320)가 평행 이온 빔을 발산시키지만, 이온 소스(310)가 상기 분석기 자석과 함께 작용하고, 평행 이온 빔을 제공할 때 평행해지지 않는 기본적인 경우이다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광학적 구성요소(320)는 또한 상기 이온 빔(OB)이 조금 수렴된 평행 이온 빔을 형성하기 위해 과도하게 포커싱될 때, 대신 상기 이온 빔(OB)을 발산 이온 빔(DB)으로 변경할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광학적 구성요소(320)는 또한 상기 이온 빔(OB)이 조금 발산된 평행 이온 빔을 형성하기 위해 불충분하게 포커싱될 때, 상기 이온 빔(OB)을 발산 이온 빔(DB)으로 더 변경할 수 있는데, 즉 상기 이온 빔(OB)의 발산 각은 상기 발산 이온 빔(DB)의 발산 각보다 작다. 게다가 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 상기 발산 이온 빔(DB)을 직접 형성하기 위해 발산될 뿐만 아니라, 먼저 수렴 이온 빔(CB)을 형성하고 포커싱 후 상기 발산 이온 빔(DB)을 최종적으로 형성하기 위해 수렴된다.
비교에 의해 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 수렴 이온 빔을 제공하기 위해, 단 하나의 광학적 구성요소(320)가 사용될 때, 상기 제안된 이온 주입기는 적어도 이하의 변경들을 가진다. 먼저, 평행 이온 빔(OB)은 상기 광학적 구성요소(320)에 의해 수렴 이온 빔(CB)으로 변경된다. 이것은 상기 광학적 구성요소(320)가 간단한 평행 이온 빔을 수렴시키지만, 이온 소스(310)가 상기 분석기 자석과 함께 작용하고, 간단한 평행 이온 빔을 제공할 때 평행해지지 않는 기본적인 경우이다. 다음으로, 상기 광학적 구성요소(320)는 또한 상기 이온 빔(OB)이 조금 발산된 평행 이온 빔을 형성하기 위해 과도하게 포커싱될 때, 대신 상기 이온 빔(OB)을 수렴 이온 빔(CB)으로 변경할 수 있다. 또는 상기 광학적 구성요소(320)는 또한 상기 이온 빔(OB)이 조금 수렴된 평행 이온 빔을 형성하기 위해 불충분하게 포커싱될 때, 대신 상기 이온 빔(OB)을 수렴 이온 빔(CB)으로 변경할 수 있는데, 즉 상기 이온 빔(OB)의 수렴 각은 상기 수렴 이온 빔(CB)의 수렴 각보다 작다.
게다가, 본 발명의 상기 이온 주입기(300)는 대신 2개의 광학적 구성요소들(320a, 320b)을 포함할 수 있고, 상기 광학적 구성요소들(320a, 320b)은 전송 경로를 따라 상기 이온 소스(310)와 상기 작업편(400) 사이에 배치될 수 있다. 본 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소들(320a, 320b) 모두는 자기적 구성요소들 또는 전기적 구성요소들 중 하나일 수 있다. 또는, 상기 광학적 구성요소(320a)는 자기적 구성요소일 수 있는 한편, 대신 다른 광학적 구성요소(320b)는 전기적 구성요소일 수 있다. 또한, 상기 광학적 구성요소(320a)는 전기적 구성요소일 수 있는 한편, 대신 다른 광학적 구성요소(320b)는 자기적 구성요소일 수 있다.
상세하게는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 먼저 수렴 이온 빔(CB)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320a)에 의해 수렴될 수 있고 그후 상기 수렴 이온 빔(CB)은 발산 이온 빔(DB)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320b)에 의해 더 발산될 수 있다. 이에 더하여, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 먼저 발산 이온 빔(DB1)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320a)에 의해 발산될 수 있고 그후 상기 발산 이온 빔(DB1)은 다른 발산 이온 빔(DB2)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320b)에 의해 더 발산될 수 있다. 여기서, 상기 발산 이온 빔(DB2)의 발산 각은 상기 발산 이온 빔(DB1)의 발산 각보다 크다. 다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 먼저 발산 이온 빔(DB1)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320a)에 의해 발산될 수 있고, 그후 상기 발산 이온 빔(DB1)은 다른 발산 이온 빔(DB2)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320b)에 의해 조금 수렴될 수 있다. 여기서, 상기 발산 이온 빔(DB2)의 발산 각은 상기 발산 이온 빔(DB1)의 발산 각보다 작다. 또는, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 먼저 전-발산 이온 빔(pre-divergent ion beam, DB1)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320a)에 의해 발산될 수 있고, 그후 상기 전-발산 이온 빔(DB1)은 수렴 이온 빔(CB)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320b)에 의해 더 수렴될 수 있어, 이로써 상기 수렴 이온 빔(CB)이 포커싱 후 다른 발산 이온 빔(DB2)을 형성하는 것을 보장하게 된다.
비교에 의해, 본 발명의 이온 주입기(300)는 또한 수렴 이온 빔(CB)을 제공하기 위해 2개의 광학적 구성요소들(320a, 320b)을 포함할 수 있다. 상세하게는, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 먼저 발산 이온 빔(DB)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320a)에 의해 발산될 수 있고 그후 상기 발산 이온 빔(DB)은 수렴 이온 빔(CB)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320b)에 의해 더 수렴될 수 있다. 이에 더하여, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 먼저 수렴 이온 빔(CB1)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320a)에 의해 수렴될 수 있고 그후 상기 수렴 이온 빔(CB1)은 다른 수렴 이온 빔(CB2)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320b)에 의해 더 수렴될 수 있다. 여기서, 상기 수렴 이온 빔(CB2)의 수렴 각은 상기 수렴 이온 빔(CB1)의 수렴 각보다 크다. 다음으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 이온 빔(OB)은 먼저 수렴 이온 빔(CB1)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320a)에 의해 수렴될 수 있고, 그후 상기 수렴 이온 빔(CB1)은 다른 수렴 이온 빔(CB2)을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소(320b)에 의해 조금 발산될 수 있다. 여기서, 상기 수렴 이온 빔(CB2)의 수렴 각은 상기 수렴 이온 빔(CB1)의 수렴 각보다 작다.
나아가, 다른 도시되지 않은 실시예들에 있어서, 상기 이온 주입기는 또한 3개 또는 그 이상의 광학적 구성요소들을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 광학적 구성요소는 자기적 구성요소 또는 전기적 구성요소일 수 있다. 다시 말하면, 이러한 광학적 구성요소는 모두 자기적 구성요소들이거나, 모두 전기적 구성요소들이거나, 또한 적어도 하나의 자기적 구성요소 및 적어도 하나의 전자기적 구성요소의 조합일 수 있다. 게다가, 이러한 광학적 구성요소의 구성들은 이들이 상기 이온 소스 아래측, 여기다 상기 분석기 자석 아래측, 및 상기 고정 장치 위측(또는 주입될 고정된 작업편의 상측으로 보이는)에 위치될 때 유연하다. 예를 들어, 하나의 가능한 구성은 상기 이온 소스에 가장 가까운 상기 광학적 구성요소는 자기장을 제공하기 위한 자기적 구성요소인 한편, 나머지 광학적 구성요소들 각각은 자기장을 제공하기 위한 자기적 구성요소 또는 전자기장을 제공하기 위한 전기적 구성요소일 수 있다. 나아가, 적어도 하나의 자기적 구성요소 및 적어도 하나의 전기적 구성요소가 사용될 때, 이러한 광학적 구성요소들의 배치는 한정되지 않고, 상기 전기적 구성요소(들) 및 상기 자기적 구성요소(들) 각각은 어떠한 순서를 가지고 상기 이온 소스와 상기 고정 장치 사이에 배치될 수 있다.
나아가, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 상기 이온 주입기(300)는 구멍 장치(350)를 더 포함할 수 있다. 물론, 상기 구멍 장치(350) 또한 특별히 설명되지 않았지만, 다른 도시된 및 도시되지 않은 실시예들에 적용될 수 있다. 여기서, 상기 구멍 장치(350)는 일정한 구멍 장치, 가변 구멍 장치, 마스크, 레티클 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 구멍 장치(350)는 보통 그래파이트 또는 상기 이온 빔을 흡수할 수 있는 어떠한 물질로 만들어진다. 상기 구멍 장치(350)는 보통 상기 광학적 구성요소(320)와 상기 작업편(400) 사이에, 바람직하게 상기 작업편(400)에 가까이 배치되어, 상기 발산 이온 빔(DB)의 몇몇의 이온들을 비우게 된다. 그럼에도 불구하고, 필요하다면, 본 발명은 또한 2개의 이웃하는 광학적 구성요소들(320) 사이에 또는 상기 광학적 구성요소(들)(320)과 상기 이온 소스(310) 사이에 상기 구멍 장치(350)를 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 상기 구멍 장치(350)는 일정한 구멍 장치일 수 있고 일정한 구멍(352)을 가지고, 상기 일정한 구멍(352)은 위치들 및 형태들에 있어서 상기 발산 이온 빔(DB)의 중심 부분(P1) 및 상기 작업편(400)의 중심 영역(R1)에 대응한다. 그러므로, 상기 구멍 장치(350)는 상기 발산 이온 빔(DB)의 외부 부분(P2) 전체를 비우는 것에 의해, 상기 발산 이온 빔(DB)의 외부 부분(P2)이 상기 작업편(400)의 주변 부분(R2)에 주입되는 것을 방지할 수 있고, 그 역도 마찬가지다. 또는, 상기 구멍 장치(350)를 형성하기 위해 다공성 물질을 사용하는 것과 같이, 물질을 변경하는 것에 의해 또는 구조를 변경하는 것에 의해서도 가능하다. 상기 구멍 장치(350)는 상기 발산 이온 빔(DB)의 중심 부분(P1) 및/또는 상기 외부 부분(P2)의 일부 이온들만 비우는 것에 의해 상기 발산 이온 빔(DB)에 의해 주입되는 상기 작업편(400)의 중심 영역(R1) 및/또는 상기 주변 영역(R2)의 이온 농도를 감소시킬 수 있다.
게다가, 다른 도시되지 않은 실시예들에 있어서, 상기 구멍 장치는 물론 특정 방향(들)을 따라 전송되는 발산 이온 빔에서 몇몇의 이온들을 비우기 위해 더 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학적 구성요소(들)에 의해 상기 이온 빔이 발산 이온 빔으로 변경되는 동안, 몇몇의 이온들은 미리 결정된 발산 각(들)을 따라 상기 작업편을 향해 전송되지 않을 수 있다. 그러므로, 상기 작업편의 몇몇의 영역들의 이온 주입 농도들은 이 영역들이 과도하게 주입되기 때문에, 미리 결정된 값들보다 더 클 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상기 구멍 장치는 미리 결정된 발산 각(들)을 따라 전송되지 않는 이러한 이온들을 비우기 위해 사용될 수 있다.
상기에서 언급된 실시예들 모두에서 개시되는 광학적 구성요소들은 예시적으로 상기 이온 빔의 중심선에 기초하여 상기 이온 빔이 균일하게 수렴 또는 발산하는 데 사용됨에 유념하여야 한다. 즉, 상기 이온 빔의 외부 윤곽에 더 가까운 이온들은 더 많은 전송 경로의 변이(variations)를 가지는 한편, 상기 중심선에 더 가까운 이온들은 더 작은 변이를 가진다. 하지만, 다른 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소는 또한 상기 이온 빔을 균일하지 않게 수렴 또는 발산하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 광학적 구성요소(320a)는 먼저 상기 이온 빔(DB)을 링 빔(RB)으로 변경하는 데 사용될 수 있고, 상기 광학적 구성요소(320b)는 상기 링 빔(RB)을 균일하지 않게 발산시키는 데 더 사용될 수 있어, 이로써 링 형태의 발산 이온 빔(DB) 또는 링 형태의 수렴 이온 빔(CB)을 형성하게 된다. 본 실시예들에 있어서, 상기 광학적 구성요소(320a)에 있어서, 상기 외부 윤곽에 더 가까운 이온들 뿐만 아니라 상기 중심선에 더 가까운 이온들은 더 많은 변이를 가지는 한편, 상기 외부 윤곽과 상기 중심선 사이의 중간 링에 더 가까운 이온들은 더 작은 변이를 가진다. 대조적으로, 상기 광학적 구성요소(320b)에 있어서, 상기 링 빔(RB)의 외부 윤곽에 더 가까운 이온들은 더 많은 변이를 가지는 한편, 상기 링 빔(RB)의 중심선에 더 가까운 이온들은 더 작은 변이를 가진다. 다시 말하면, 본 발명에 있어서, 상기 이온 빔의 서로 다른 부분들은 물론 서로 다른 광학적 구성요소들에 의해 수렴 또는 발산될 수 있다.
상세하게는, 상기 비-평행 이온 빔, 상기 발산 이온 빔(DB) 및 상기 수렴 이온 빔(CB) 모두에 있어서, 상기 작업편(400) 상에 투사되는 비-평행 이온 빔의 빔 단면 상의 빔 전류 분포는 도 20에 도시된 바와 같이 단일 피크 형태로서 형성될 수 있다. 또는, 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 상기 비-평행 이온 빔들(DB/CB)에 있어서, 상기 작업편(400) 상에 투사되는 비-평행 이온 빔(DB/CB)의 빔 단면 상의 빔 전류 분포는 도 21에 도시된 바와 같이 2개의 대칭적인 단일 피크들을 가지는 형태로서 형성될 수 있다. 이에 더하여, 다른 도시되지 않은 실시예들에 있어서, 상기 작업편 상에 투사되는 비-평행 이온 빔의 빔 단면 상에서 측정되는 빔 전류 분포는 도 22에 도시된 바와 같이 쌍둥이 피크들, 도 23에 도시된 바와 같이 절두-포물선 곡선 형태, 도 24에 도시된 바와 같이 복수 피크들 형태, 도 25에 도시된 바와 같이 비대칭 형태, 또는 여기에 도시되지 않은 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 형태로서 더 형성될 수 있다. 나아가, 상기에서 설명된 바와 같이 상기 구멍 장치(350)를 이용하는 것에 의해 상기 작업편 상에 투사되는 비-평행 이온 빔의 빔 단면 상에서 측정되는 빔 전류 분포를 변경하는 것 또한 가능하고, 이로써 다양한 원하는 빔 전류 분포들을 형성하게 된다.
상기에서 설명된 바와 같은 변경 후, 상기 이온 빔은 작업편 상의 서로 다른 영역들의 서로 다른 원하는 이온 농도들과 같은, 요구조건들에 따라 다양한 비-평행 이온 빔들로 변경될 수 있다.
요약하면, 본 발명에서 개시되는 이온 주입기는 비-평행 이온 빔을 제공하는 데 사용될 수 있다. 이 이온 주입기는 상기 비-평행 이온 빔의 서로 다른 부분들에 의해 작업편의 서로 다른 영역들에 동기화되어 주입될 수 있다. 즉, 이온들은 동기화되어 상기 작업편의 서로 다른 영역들로 서로 다른 입사 각들을 따라 주입될 수 있다. 그러므로, 상기 비-평행 이온 빔을 완전히 가로질러 상기 작업편을 스캔하는 것에 의해, 상기 작업편의 각 영역은 연이어 서로 다른 입사 각들을 따라 주입될 수 있다. 다시 말하면, 상기 작업편 상의 3D 구조에 있어서, 2개의 대향하는 측면 표면들 및 상기 상단 표면 모두는 하나의 스캔 시간 동안 상기 비-평행 이온 빔에 의해 주입될 수 있다. 하나의 스캔 시간 동안 3D 구조의 2개의 대향하는 측면들 및 상단 중 단지 하나만이 주입되고 그후 서로 다른 입사 각들 각각을 따라 주입되기 위한 수 번의 스캔 시간들이 필요한 종래의 이온 주입기와 비교하면, 본 발명에 의해 제안되는 이온 주입기를 이용하는 장점들이 중요하다.
본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 설명된 실시예들과 균등한 다른 실시예들이 존재함은 당업자들에 의해 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 이러한 상세히 설명된 실시예들에 의해서가 아니라 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 한정됨이 이해되어야 한다.
Claims (10)
- 이온 빔을 제공하도록 구성된, 이온 소스;
상기 이온 빔의 전송 경로 상에 및 상기 이온 소스 아래측에 배치된, 광학적 구성요소; 및
고정 장치를 포함하고,
상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔을 비-평행 이온 빔으로 변경하고, 이때 상기 비-평행 이온 빔의 평행성은 평행 이온 빔의 평행성보다 덜 무시하지 못하고,
상기 고정 장치는 상기 광학적 구성요소 아래측에 위치되고 작업편을 고정하여, 이로써 상기 작업편의 서로 다른 영역들이 상기 비-평행 이온 빔의 서로 다른 부분들에 의해 동기화되어 주입되는 것을 보장하는, 이온 주입기. - 제 1 항에 있어서, 상기 이온 빔이 스팟 이온 빔일 때 상기 비-평행 이온 빔과 상기 평행 이온 빔 사이의 각 차이는 15 도와 같거나 이보다 작고, 상기 이온 빔이 리본 이온 빔일 때 상기 비-평행 이온 빔과 상기 평행 이온 빔 사이의 각 차이는 5 도와 같거나 이보다 작은, 이온 주입기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔을 소정의 발산 각을 갖는 비-평행 이온 빔으로 변경할 때, 상기 비-평행 이온 빔의 발산 각은 3 도와 같거나 이보다 크고 10 도와 같거나 작거나, 5 도보다 크고 15 도보다 작거나, 8 도보다 작지 않고 4 도보다 크지 않고, 18 도보다 작고 2 도보다 크거나, 8 도보다 크고,
상기 광학적 구성요소는 상기 이온 빔을 소정의 수렴 각을 갖는 비-평행 이온 빔으로 변경할 때, 상기 비-평행 이온 빔의 수렴 각은 3 도와 같거나 이보다 크고 10 도와 같거나 작거나, 5 도보다 크고 15 도보다 작거나, 8 도보다 작지 않고 4 도보다 크지 않고, 18 도보다 작고 2 도보다 크거나, 8 도보다 큰, 이온 주입기. - 제 1 항에 있어서, 상기 광학적 구성요소는 상기 이온 소스에 가까이 하지만 상기 고정 장치로부터는 멀리 위치되는, 이온 주입기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광학적 구성요소의 잠재적 구조는,
상기 이온 빔 상에 4중 자기장을 적용하는 4중 자석;
2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 코일들을 가지는 자기적 구성요소; 및
2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 전극들을 가지는 전기적 구성요소를 포함하고,
상기 2개의 막대들은 상기 이온 빔 상의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치되는, 이온 주입기. - 제 1 항에 있어서, 상기 광학적 구성요소의 잠재적 작동들은,
상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔이 발산하도록 하기 위해 상기 광학적 구성요소에 의해 발산되고;
상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔이 수렴하도록 하기 위해 상기 광학적 구성요소에 의해 수렴되고; 및
상기 이온 빔은 포커싱 후 상기 비-평행 이온 빔이 발산하도록 하기 위해 상기 광학적 구성요소에 의해 수렴되는 것을 포함하는, 이온 주입기. - 제 1 항에 있어서, 복수의 광학적 구성요소들을 더 포함하고, 이때 광학적 구성요소들은 상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되는, 이온 주입기.
- 제 7 항에 있어서, 상기 광학적 구성요소들의 잠재적 구조들은,
상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나는 상기 이온 빔 상에 4중 자기장을 적용하는 4중 자석이고;
상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 코일들을 가지는 자석 구성요소이고, 이때 상기 2개의 막대들은 상기 이온 빔의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치되고;
상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나는 2개의 분리된 막대들 상에 위치되는 복수의 전극들을 가지는 전기적 구성요소이고, 이때 상기 2개의 막대들은 상기 이온 빔의 2개의 대향하는 측면들 상에 위치되고;
상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되는 적어도 자기적 구성요소, 및 상기 전송 경로를 따라 상기 자기적 구성요소 아래측에 배치되는 전기적 구성요소의 조합;
상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되는 복수의 자기적 구성요소들, 및 상기 자기적 구성요소들 중 2개 사이에 배치되거나 또는 상기 전송 경로를 따라 상기 자기적 구성요소들 모두의 아래측에 배치되는 전기적 구성요소의 조합; 및
상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되는 복수의 전기적 구성요소들, 및 상기 전기적 구성요소들 중 2개 사이에 배치되거나 또는 상기 전송 경로를 따라 상기 전기적 구성요소들 모두의 아래측에 배치되는 자기적 구성요소의 조합을 포함하는, 이온 주입기. - 제 7 항에 있어서, 상기 광학적 구성요소들의 잠재적 작동들은,
상기 이온 빔은 수렴 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴되고, 상기 수렴 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 먼 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 발산되고;
상기 이온 빔은 발산 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 발산되고, 상기 발산 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 먼 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴되고;
상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 점차적으로 발산되고;
상기 이온 빔은 발산되고 그 후 수렴 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 연이어 수렴되고;
상기 이온 빔은 발산되고 그 후 발산 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 연이어 수렴되고;
상기 이온 빔은 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 점차적으로 수렴되고;
상기 이온 빔은 수렴되고 그 후 발산 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 연이어 발산되고;
상기 이온 빔은 수렴되고 그 후 수렴 이온 빔을 형성하기 위해 상기 광학적 구성요소들에 의해 연이어 발산되고;
상기 이온 빔은 발산 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 발산되고, 상기 발산 이온 빔은 포커싱 후 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에서 먼 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴되고; 및
상기 이온 빔은 수렴 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에 가까운 상기 광학적 구성요소들 중 적어도 하나에 의해 수렴되고, 상기 수렴 이온 빔은 포커싱 후 상기 비-평행 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스에서 먼 상기 광학적 구성요소들 적어도 하나에 의해 발산되는, 이온 주입기. - 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 구멍 장치를 더 포함하고, 상기 구멍 장치는 상기 전송 경로를 따라 상기 이온 소스 아래측에 배치되어, 상기 비-평행 이온 빔에서 먼 몇몇의 이온들을 비우거나 또는 상기 비-평행 이온 빔의 적어도 소정의 부분의 이온 농도를 감소시키는, 이온 주입기.
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