KR20170012013A - Method for generating lanthanide ion source - Google Patents

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Abstract

Provided is a method for generating lanthanide ion source which is capable of increasing the collision probability of molecules in a plasma of a lanthanide element peak compound to improve the current magnitude and stability of the extracted electron beam. The method includes the steps of: heating lanthanum-based elemental compound of one or more kinds in non-gaseous state by using an evaporator to convert the one or more non-gaseous lanthanum-based elemental compounds into one or more gaseous lanthanum-based elemental compounds; transferring the one or more gaseous lanthanum-based element compounds to an arc chamber through a passage communicating with the arc chamber; providing energy to the one or more gaseous lanthanum-based element compounds to form a plasma containing lanthanide element ions in the arc chamber; transmitting at least one support gas to the arc chamber through a passage in communication with the arc chamber; and extracting lanthanide element ions from the plasma containing lanthanide element ions to form a lanthanide element ion beam.

Description

란탄계 원소 이온원의 발생 방법{METHOD FOR GENERATING LANTHANIDE ION SOURCE}[0001] METHOD FOR GENERATING LANTHANIDE ION SOURCE [0002]

본 발명은 이온 주입에 사용되는 이온원의 발생 방법에 관한 것으로서, 특히 적어도 하나의 지지 가스(support gas)를 사용하여 란탄계 원소 화합물의 플라즈마(plasma) 중 분자의 충돌 확률을 증가시켜 추출되는 전자빔의 전류 크기 및 안정성을 향상시킬 수 있는 란탄계 원소 이온의 이온원 발생 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of generating an ion source used for ion implantation, and more particularly, to a method for generating an ion source by increasing the probability of collision of molecules in a plasma of a lanthanide element compound using at least one support gas, Which can improve the current size and stability of lanthanide element ions.

이온주입은 물리적인 과정(physical process)으로서, 주입 재료인 이온을 선택적으로 특정한 조건(예를 들어 특정한 에너지와 특정 방향)으로 기판(substrate)상의 특정 영역에 주입할 수 있으며, 주로 화학 활성 재료물을 통상적으로 실리콘과 같은 반도체 소재의 작동부재 내에 도핑-도입하기 위한 것이다. 일반적으로 이온 주입 시, 주입 재료가 포함된 하나 또는 다수의 재료가 먼저 이온원(ion source) 중에서 해리되어 플라즈마를 형성하며, 플라즈마는 아크 챔버 내에서 생성 및 유지된 다음, 주입재료인 이온과 전기적으로 동일한 하나 또는 다수의 이온이 플라즈마로부터 지속적으로 이온원으로 추출되어 이온빔을 형성한 후, 이온빔이 지속적으로 여과(전하-질량비가 적당하지 않은 이온 제거), 가감속(에너지 조정), 방향 조정, 횡단면 크기와 윤곽 조정을 거쳐, 마지막으로 주입될 기재의 특정 영역에 이식된다.Ion implantation is a physical process in which ions as implant materials can be selectively implanted into a specific region on a substrate under certain conditions (e.g., specific energy and specific orientation) Is typically for doping-in an operating member of a semiconductor material such as silicon. Generally, at the time of ion implantation, one or a plurality of materials including an implantation material are first dissociated in an ion source to form a plasma, the plasma is generated and held in the arc chamber, The ion beam is continuously extracted from the plasma to form an ion beam, and then the ion beam is continuously filtered (ion removal with a low charge-to-mass ratio), acceleration / deceleration (energy adjustment) Through cross-sectional size and contour adjustment, to the specific area of the substrate to be injected last.

일반적으로, 특정 종류의 이온을 지닌 기체 상태의 재료가 실온에서 존재할 수 있는 경우, 물리적인 설비와 조작을 단순화하기 위하여, 이러한 기체 상태의 재료는 아크 챔버의 외부에 저장되고 이어서 아크 챔버로 전송됨으로써, 이러한 특정 종류의 이온을 지닌 플라즈마가 유지될 수 있다. 예를 들어 인을 제공하기 위해 광범위하게 사용되는 인화수소(PH3) 가스, 비소를 제공하기 위해 광범위하게 사용되는 비소화수소(AsH3) 가스 및 붕소를 제공하기 위해 광범위하게 사용되는 삼불화붕소(BF3) 가스가 있다.In general, when gaseous materials with certain types of ions can be present at room temperature, in order to simplify the physical installation and operation, such gaseous materials are stored outside the arc chamber and then transferred to the arc chamber , A plasma with this particular kind of ion can be retained. For example, hydrogen fluoride (PH 3 ) gas, which is widely used to provide phosphorus, boron trifluoride, which is widely used to provide boron and hydrogen sulphide (AsH 3 ) gases that are widely used to provide arsenic BF 3 ) gas.

그러나 모종의 특별한 종류의 이온의 경우, 예를 들어 란탄계 원소는 상업적으로 사용 가능한 기체 상태의 재료가 없다. 예를 들어 이테르븀(Yb)은 반도체 공정에 있어서 가치가 있는 재료이나, 상업적으로 사용 가능한 기체 형식으로 존재하는 재료가 없다. 란탄계 원소 재료의 주입은 여전히 신규 발전 분야이나, 대부분의 란탄계 원소 재료는 자연계에서 화합물의 형식으로 존재한다. 예를 들어 실온에서는 금속 산화물의 형식으로 존재하며, 기체 상태의 재료를 제공할 수 없는 상황에서, 란탄계 원소 화합물은 먼저 아크 챔버(arc chamber) 인근의 증발기(vaporizer)에서 기화 동작을 수행하여 란탄계 원소 화합물의 기체를 발생시킨 다음, 증발기로부터 증발된 후의 재료를 아크 챔버로 전송하여 플라즈마를 발생시킨다.However, in the case of some special kinds of ions, for example, the lanthanide elements are not commercially available gaseous materials. For example, ytterbium (Yb) is a valuable material for semiconductor processes, but there are no materials available in commercially available gaseous form. The injection of lanthanum elemental materials is still a new field of development, but most lanthanum elemental materials exist in the form of compounds in nature. For example, at room temperature, in the form of a metal oxide and in the absence of a gaseous source of material, the lanthanide elemental compound first undergoes a vaporizing action in the vaporizer near the arc chamber, After generating the gas of the base compound, the material evaporated from the evaporator is transferred to the arc chamber to generate plasma.

그러나, 현재 상업화 증발기를 사용하여 란탄계 원소 화합물을 고체상태로부터 기체 상태로 전환하는 과정에서, 전환되는 속도를 안정화하기 쉽지 않아 아크 챔버로 진입하는 기체 란탄계 원소 화합물의 유량/유속이 불안정하여, 아크 챔버 중의 플라즈마로부터 이온빔을 추출 시, 이온빔의 전류 크기를 효과적으로 제어할 수 없다.However, in the process of converting a lanthanum-based element compound from a solid state to a gaseous state by using a commercialized vaporizer, it is not easy to stabilize the conversion speed and the flow rate / flow rate of the gaseous lanthanum-based element compound entering the arc chamber is unstable, When the ion beam is extracted from the plasma in the arc chamber, the current amplitude of the ion beam can not be effectively controlled.

또한, 란탄계 원소 화합물, 예를 들어 이르테븀 화합물을 사용하여 이온주입을 할 경우에도 여전히 많은 어려움이 있으며, 먼저 플라즈마 중에는 종종 다수의 상이한 종류의 이온들이 동시에 존재하기 때문에, 피차 간에 종종 상이한 화학반응 또는 물리반응이 진행될 수 있고, 심지어 플라즈마로 완전히 해리되지 못하고, 직접 서로 화학반응 또는 물리반응을 진행하거나 또는 직접 아크 챔버의 하우징(chamber wall) 또는 전극(electrode) 또는 기타 하드웨어 소자와 화학반응 또는 물리반응을 일으킬 수 있다. 따라서, 아크 챔버에서 지속적으로 플라즈마를 발생시켜 이온빔이 지속적으로 이온원으로부터 인출될 수 있도록 하는 동안, 아크 챔버의 내부에는 종종 란탄계 원소 이온과 다른 부산물(by-product)이 발생한다. 이러한 부산물은 통상적으로 아크 챔버 내부에 출현하는 자유 산소 원자(또는 자유 산소 이온)로부터 발생되며, 이러한 자유 산소 원자(또는 자유 산소 이온)는 종종 아크 챔버의 하우징, 이온빔의 전극 또는 아크 챔버 하우징의 라이너(liner) 등과 화학반응을 발생시켜 신규 재료를 형성한다. 이러한 신규 형성된 재료는 다시 플라즈마로 해리됨으로써, 아크 챔버로부터 인출되는 이온빔이 상이한 다수의 이온을 지니게 함으로써, 후속되는 여과와 조정 등 단계의 어려움을 증가시킨다.Further, there is still a great difficulty in ion implantation using a lanthanum-based element compound, for example, an ertebium compound. First, since many different kinds of ions are often present in plasma at first, Or physical reactions may proceed and may not even be completely dissociated into plasma and may proceed directly to one another in a chemical reaction or a physical reaction or may be directly brought into contact with the chamber wall or electrode or other hardware element of the arc chamber, It can cause a reaction. Thus, lanthanide element ions and other by-products often arise in the interior of the arc chamber while continuously generating a plasma in the arc chamber so that the ion beam can be continuously drawn out of the ion source. These byproducts are typically generated from free oxygen atoms (or free oxygen ions) that appear inside the arc chamber, and these free oxygen atoms (or free oxygen ions) are often present in the housing of the arc chamber, the electrode of the ion beam, (liner) and the like to form a new material. This newly formed material is again dissociated into plasma, so that the ion beam drawn out of the arc chamber carries a number of different ions, thereby increasing the difficulty of subsequent filtration and tuning steps.

그 다음, 약간의 부산물들은 분말을 형성하여 아크 챔버 내부에 침적되거나, 또는 아크 챔버의 전극과 하우징에 부착되어 이러한 하드웨어 소자의 기능을 간섭하거나 심지어 손상시킬 수 있다. 예를 들어, 전극이 텅스텐으로 형성된 경우, 전극 표면에 축적된 산화텅스텐은 전극으로서의 기능을 저하시킬 수 있다. 이러한 부산물의 출현은 란탄계 원소 이온원의 효능을 저하시키고, 이온원을 청소하고 유지보수해야 하는 빈도를 증가시킬 수 있어, 이온원의 사용수명이 단축된다. 예를 들어 박리 현상(peeling)은 이온빔의 형상에 영향을 미칠 수 있고, 분말은 즉 입자 원(particle source)을 형성하여 이온빔을 오염시킬 가능성이 있다.Some byproducts may then be formed into powder and deposited inside the arc chamber or attached to the electrode and housing of the arc chamber to interfere or even damage the function of such a hardware element. For example, when the electrode is formed of tungsten, tungsten oxide accumulated on the electrode surface may deteriorate the function as an electrode. The appearance of such by-products reduces the efficacy of the lanthanide ion source and increases the frequency of cleaning and maintenance of the ion source, thus shortening the service life of the ion source. For example, peeling may affect the shape of the ion beam, and the powder may form a particle source, possibly contaminating the ion beam.

세 번째로, 란탄계 원소 화합물의 비등점은 통상적으로 매우 높으며, 예를 들어 이테르븀의 화합물은 증발기를 섭씨 600~700도로 가열해야만 기체 상태를 형성할 수 있기 때문에, 가열 시작부터 플라즈마를 발생시켜 이온빔을 추출할 수 있는 시간(ramp up time)까지가 비교적 길고, 발생되는 이온 역시 많지 않으며, 이온의 수량이 너무 적기 때문에 발생되는 이온빔의 전류가 너무 작아 제어 및 이용이 어렵다.Thirdly, the boiling point of a lanthanum-based element compound is usually very high. For example, a ytterbium compound can form a gaseous state only by heating an evaporator at 600 to 700 degrees Celsius. Since the amount of generated ions is too small and the amount of generated ions is too small, the current of the generated ion beam is too small to be controlled and utilized.

란탄계 원소 이외의 원소의 경우, 종래 기술은 이미 플라즈마 중 부산물로 인한 문제를 개선하는 방법을 많이 발전시켰다. 그 중 하나는 최근 급속히 발전한 방법으로서, 별도의 재료를 아크 챔버의 플라즈마에 진입시켜, 이러한 별도의 재료와 이러한 부산물의 상호작용을 통해, 부산물이 더 이상 아크 챔버 내부에 누적되지 못하도록 하거나; 또는 별도의 재료와 원래 이온원을 생산하기 위한 재료의 상호작용을 통해, 부산물의 생성을 직접 제거하거나, 또는 기타 방식을 통해 아크 챔버와 전극의 사용수명을 연장시킨다. 여기서는 별도의 재료를 사용하는 방법과 관련된 선출원을 몇 가지만 참고로 예를 들면, 미국 특허 7223984, 미국 특허 8288257, 미국 특허 7446326 및 미국 조기공개 20120118232 등이 있다.In the case of elements other than lanthanide elements, the prior art has already developed a number of ways to remedy problems due to byproducts in the plasma. One of these is a recent rapid development in which separate materials are introduced into the plasma of the arc chamber to prevent byproducts from accumulating inside the arc chamber through the interaction of these separate materials with these byproducts; Or through the interaction of separate materials and materials for producing the original ion source, to directly remove the formation of by-products, or to extend the service life of the arc chamber and electrode through other methods. For example, U.S. Patent No. 7223984, U.S. Patent No. 8288257, U.S. Patent No. 7446326, and U.S. Provisional Patent Publication No. 20120118232 are some of the prior art references relating to a method of using a separate material.

그러나, 현재까지 란탄계 원소 화합물에 대해 제시된 방법은 아직까지 하나도 없으며, 설사 유사한 방법이더라도, 주입될 이온, 플라즈마를 형성하기 위한 재료 및 이온원 발생장치의 하드웨어 설계가 다르다는 등등의 변수에 따라 변화될 수 있고, 모두 각자 적용되는 공정이 있기 때문에, 현재까지 아직 란탄계 원소 이온원에 동시에 적용될 수 있는 방법을 발견하지 못하였다. 따라서 란탄계 원소 이온원의 안정성을 높이고 란탄계 원소 이온원 발생장치의 사용수명을 연장시킬 수 있는 신규한 방법을 발전시킬 필요가 있다. However, to date, no method has yet been proposed for a lanthanide-based element compound, and even if it is a similar method, it varies depending on variables such as the ion to be implanted, the material for forming the plasma and the hardware design of the ion source generator are different And since there is a process for each of them, we have not yet discovered a method that can be applied simultaneously to a lanthanide element ion source. Therefore, there is a need to develop a novel method capable of enhancing the stability of the lanthanide element ion source and extending the service life of the lanthanide element ion source generator.

본 발명이 해결하려는 기술적 과제는 란탄계 원소 이온원의 발생 방법을 제공하는 것으로, 란탄계 원소 화합물 가스를 함유하는 아크 챔버에 불활성 가스(inert gas), 예를 들어 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 또는 라돈(Rn), 또는 전술한 임의의 1종 또는 다종 불활성 가스로 조성되는 지지 가스(support gas)를 투입하여 플라즈마의 형성을 안정화 및 가속화함으로써, 란탄계 원소 이온빔의 추출이 안정적으로 이루어지도록 하는 데 있다. The object of the present invention is to provide a method for generating a lanthanide element ion source, which comprises applying an inert gas such as helium (He), neon (Ne) to an arc chamber containing a lanthanide element compound gas, ), A support gas composed of argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) or radon (Rn), or any one or more of the above-mentioned inert gases, And accelerating the extraction of the lanthanide element ion beam.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이하의 기술 방안의 실현을 채용한다.The technical problem to be solved by the present invention employs the realization of the following technical solutions.

본 발명은, 1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 가열하여, 상기 1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 기체 상태로 전환하는 단계; 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 아크 챔버로 전송하는 단계; 적어도 1종의 지지 가스를 상기 아크 챔버로 전송하는 단계; 상기 아크 챔버에 에너지를 제공하여, 란탄계 원소 이온을 함유하는 플라즈마가 상기 아크 챔버에 형성되도록 하는 단계; 및 상기 란탄계 원소 이온을 상기 란탄계 원소 이온이 함유된 상기 플라즈마로부터 추출하여 란탄계 원소 이온빔을 형성하는 단계를 포함하는 란탄계 원소 이온원의 발생 방법을 공개한다.The present invention relates to a method for producing a lanthanum-based compound, comprising the steps of: heating one or more non-gaseous lanthanum-based elemental compounds to convert one or more non-gaseous lanthanum-based elemental compounds into a gaseous state; Transferring the one or more gaseous lanthanide element compounds into an arc chamber; Transmitting at least one support gas to the arc chamber; Providing energy to the arc chamber such that a plasma containing lanthanide element ions is formed in the arc chamber; And extracting the lanthanide element ion from the plasma containing the lanthanide element ion to form a lanthanide element ion beam.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이하의 기술 방안의 실현을 채용한다.The technical problem to be solved by the present invention employs the realization of the following technical solutions.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스는 단일한 불활성 가스를 포함한다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the supporting gas includes a single inert gas.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스는 2종 이상의 불활성 가스의 혼합이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the supporting gas is a mixture of two or more inert gases.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스의 평균 원자/분자량은 18원자 질량단위(a.m.u.) 이상이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the average atom / molecular weight of the supporting gas is 18 atomic mass units (a.mu.u) or more.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스의 평균 제1 이온화 에너지는 1600KJ/mol 이하이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the average first ionization energy of the support gas is 1600 KJ / mol or less.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스의 평균 열전도율은 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물의 열전도율보다 낮다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the average thermal conductivity of the support gas is lower than the thermal conductivity of the one or more gaseous lanthanide element compounds.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스의 평균 열전도율은 0.02W/mK 이하이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the average thermal conductivity of the support gas is 0.02 W / mK or less.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스가 역시 여기되어 상기 아크 챔버에서 플라즈마를 형성한다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the supporting gas is also excited to form a plasma in the arc chamber.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스는 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물이 여기되어 플라즈마를 형성하기 전에 상기 아크 챔버로 전송된다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the supporting gas is transferred to the arc chamber before exciting the one or more gaseous lanthanum-based element compounds to form a plasma.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스는 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물이 여기되어 플라즈마를 형성한 후에 상기 아크 챔버로 유입된다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the supporting gas is introduced into the arc chamber after the one or more gaseous lanthanum-based element compounds are excited to form a plasma.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스는 제논(Xe)이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the supporting gas is xenon (Xe).

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 지지 가스는 아르곤(Ar)이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the supporting gas is argon (Ar).

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물은 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the one or more gaseous lanthanide element compounds are compounds containing ytterbium (Yb) elements.

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물은 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물이고, 또한 상기 지지 가스는 제논(Xe)이다.In the method of generating the lanthanide element ion source, the one or more gaseous lanthanide element compounds are compounds containing ytterbium (Yb) elements, and the support gas is xenon (Xe).

상기 란탄계 원소 이온원의 발생 방법에서, 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물은 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물이고, 또한 상기 지지 가스는 아르곤(Ar)이다.In the above-described method of generating a lanthanide element ion source, the one or more gaseous lanthanide element compounds are compounds containing ytterbium (Yb) elements, and the support gas is argon (Ar).

본 발명이 해결하고자 하는 기술저 과제는 다음의 기술 방안의 실현을 채용한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems.

본 발명의 란탄계 원소 이온원의 발생 방법은, 1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 가열하여, 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물인 상기 1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 기체 상태로 전환하는 단계; 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 아크 챔버로 전송하는 단계; 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 또는 제논(Xe)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 지지 가스를 상기 아크 챔버로 전송하는 단계; 상기 아크 챔버에 에너지를 제공하여, 란탄계 원소 이온을 함유하는 플라즈마가 상기 아크 챔버에 형성되도록 하는 단계; 및 상기 란탄계 원소 이온을 상기 란탄계 원소 이온이 함유된 상기 플라즈마로부터 추출하여 란탄계 원소 이온빔을 형성하는 단계를 포함하는 것을 공개한다.The method for producing a lanthanide element ion source of the present invention is a method for producing a lanthanide element ion source by heating one or more lanthanide element compounds in a non-gaseous state to produce a compound containing ytterbium (Yb) Converting the lanthanide element compound into a gaseous state; Transferring the one or more gaseous lanthanide element compounds into an arc chamber; Transmitting at least one kind of supporting gas selected from the group consisting of argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) into the arc chamber; Providing energy to the arc chamber such that a plasma containing lanthanide element ions is formed in the arc chamber; And extracting the lanthanide element ion from the plasma containing the lanthanide element ion to form a lanthanide element ion beam.

이하 내용은 본 발명의 하나 또는 다수의 방면에 대한 간단한 요약이다. 상기 간단한 요약은 결코 본 발명의 광범위한 총론이 아니며, 본 발명의 핵심 또는 중요 원소를 특정하고자 하는 것도 아니고, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다. 반대로, 본 간단한 요약의 주요 목적은 본 발명의 약간의 개념을 간결하게 나타냄으로써, 후속되는 실시예 중 본 발명을 상세하게 묘사하기 전의 서문으로 삼고자 하는 것이다.The following is a brief summary of one or more aspects of the present invention. The foregoing summary is by no means exhaustive and is not intended to limit the invention to the essential or critical elements of the invention nor is it intended to limit the scope of the invention. On the contrary, the primary object of the present brief summary is to provide a brief introduction to some concepts of the present invention, so as to be a preface before describing the present invention in detail in the following embodiments.

본 발명의 기본 개념은 란탄계 원소 화합물 가스를 함유하는 아크 챔버에 불활성 가스(inert gas), 예를 들어 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 또는 라돈(Rn)으로 구성되는 지지 가스(support gas)를 투입하여 플라즈마의 형성을 안정화 및 가속화함으로써, 란탄계 원소 이온빔의 추출이 안정적으로 이루어도록 하는 데 있다. 불활성 가스는 화학 활성이 낮아 이온원 중의 물질과 쉽게 반응이 일어나지 않기 때문에, 불활성 가스가 플라즈마 중 가열되어 비교적 큰 운동에너지/운동량이 발생할 때, 아크 챔버에 형성되는 부산물과 충돌이 발생하면서 부산물을 직접 타격하여 해리시킴으로써 플라즈마 중의 음이온과 양이온을 형성하거나, 또는 아크 챔버 내의 어느 부위에 이미 퇴적된 부산물을 타격하여 아크 챔버의 바닥으로 떨어지게 하거나, 또는 부산물이 지속적으로 밀집된 구조로 퇴적되지 못하고 아크 챔버 바닥으로 떨어져, 플라즈마 또는 아크 챔버의 라이너, 전극 등 핵심 하드웨어와 접촉되지 못하도록 함으로써 마지막에 추출되는 이온빔 중 부산물의 수량을 감소시키거나 또는 심지어 제거할 수 있다. The basic concept of the present invention is that inert gas such as helium (Ne), argon (Ar), krypton (Kr) and xenon (Xe) are added to an arc chamber containing a lanthanide- ) Or a support gas composed of radon (Rn) is added to stabilize and accelerate the formation of the plasma, thereby stably extracting the lanthanide element ion beam. Since the inert gas does not easily react with the substance in the ion source due to its low chemical activity, when the inert gas is heated in the plasma and a relatively large kinetic energy / momentum is generated, collision with the by- It is possible to form anions and cations in the plasma by blowing and dissociating them, or to hit by-products already deposited in any part of the arc chamber to fall to the bottom of the arc chamber, or to prevent the byproducts from accumulating in a continuously dense structure, The amount of byproducts in the finally extracted ion beam can be reduced or even eliminated by preventing the plasma or arc chamber liner, electrode, etc. from contacting the core hardware.

또한, 불활성 가스는 비교적 많은 최외층 전자를 구비하므로, 지지 가스를 투입하면 다량의 열전자를 방출하여 아크 챔버로 진입되도록 할 수 있어, 아크 챔버 중 플라즈마의 형성 속도를 가속화하고, 형성되는 플라즈마를 더욱 안정화시킬 수 있다.Since the inert gas has a relatively large number of outermost layers of electrons, when a supporting gas is supplied, a large amount of hot electrons can be emitted to enter the arc chamber, thereby accelerating the formation rate of the plasma in the arc chamber, Can be stabilized.

또한, 불활성 가스의 열전도율은 란탄계 원소 화합물 증기의 열전도율보다 낮으며, 다시 말해 열에너지가 쉽게 소실되지 않기 때문에, 지지 가스를 플라즈마에 투입하면 아크 챔버의 열에너지 사용률을 높일 수 있고, 저온 시동(cold start) 시간을 대폭 단축시켜 란탄계 원소 이온빔이 더욱 신속하게 추출되도록 할 수 있다.Since the thermal conductivity of the inert gas is lower than the thermal conductivity of the lanthanum element compound vapor, that is, the thermal energy is not easily lost, application of the supporting gas to the plasma can increase the thermal energy utilization rate of the arc chamber, ) Time can be greatly shortened so that the lanthanide element ion beam can be extracted more rapidly.

상기 및 관련 내용을 구현하기 위하여, 본 발명은 적어도 아래에 상세히 설명되는 다수의 특징, 특히 특허출원범위에서 강조하는 다수의 특징들을 포함한다. To implement the foregoing and related contents, the present invention includes a number of features, at least in the following detailed description, particularly a number of features emphasized in the patent application.

이하 설명 및 관련 도면은 본 발명의 다수의 방면 및 구체적인 응용을 전체적으로 묘사한다. 이러한 묘사와 이러한 도면은 단지 본 발명의 다수의 가능한 변형 중의 모종의 변형일 뿐이며, 본 발명의 다수의 목적, 다수의 장점과 다수의 신규 특징들은 이하 상세하게 묘사되는 실시예와 각 도면의 참조를 통해 발견될 수 있을 것이다.The following description and associated drawings generally describe a number of aspects and specific applications of the present invention. This description and such figures are merely some variations of the many possible variations of the present invention, and that many of the objects, numerous advantages, and many novel features of the present invention are best understood from the following detailed description and the accompanying drawings, .

도 1a는 본 발명인 란탄계 원소 이온원 발생 방법에 사용되는 이온원 발생장치의 일 실시예의 블록도이다.
도 1b는 본 발명인 란탄계 원소 이온원 발생 방법에 사용되는 이온원 발생장치의 또 다른 일 실시예의 블록도이다.
도 2a는 본 발명인 란탄계 원소 이온원 발생 방법의 일 바람직한 실시예의 흐름도이다.
도 2b는 본 발명인 란탄계 원소 이온원 발생 방법의 또 다른 일 바람직한 실시예의 흐름도이다.1A is a block diagram of an embodiment of an ion source generating apparatus used in a lanthanide element ion source generating method of the present invention.
1B is a block diagram of another embodiment of the ion source generating apparatus used in the lanthanide element ion source generating method of the present invention.
2A is a flowchart of one preferred embodiment of the lanthanide element ion source generation method of the present invention.
2B is a flowchart of another preferred embodiment of the lanthanide element ion source generation method of the present invention.

본 발명은 약간의 실시예를 다음과 같이 상세히 설명한다. 그러나, 공개되는 실시예 이외에, 본 발명은 기타 실시예에서도 광범위하게 응용될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 실시예에 의해 한정되지 않으며, 뒤에 첨부되는 특허출원범위를 기준으로 한다. 더욱 명확한 설명을 제공하고 상기 기술을 숙지하는 자가 본 발명의 발명 내용을 이해할 수 있도록 하기 위하여, 도면 내의 각 부분은 그에 상대되는 크기에 따라 도시하지 않았고, 어떤 크기와 기타 관련 척도의 비율은 두드러지게 과장될 수 있고, 관련이 없는 소소한 부분은 도면의 간결성을 위해 불완전하게 도시될 수도 있다.The present invention is described in detail as follows in some embodiments. However, in addition to the disclosed embodiments, the present invention can be widely applied to other embodiments as well. The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but is based on the scope of the following patent application. In order to provide a more clear description and to enable those skilled in the art to understand the contents of the present invention, each part in the drawings is not shown according to the size thereof, and the ratio of any size to other related measure Exaggerated and unrelated minor portions may be shown incompletely for the sake of brevity of the drawings.

반도체 공정/소자의 개발에 따라, 란탄계(lanthanide) 원소를 사용하여 주입하는 수요 역시 점차 증가하고 있다. 일반적으로, 란탄계 원소는 금속 산화물(또는 할로겐화물)의 분말형태이며, 증발기를 통해 기화되어 기체 상태로 변환된 후, 지속적으로 이온원 내부에 유입되어 플라즈마로 해리되며, 이온원으로부터 란탄계 원소 이온을 함유한 이온빔을 추출한다.With the development of semiconductor processes / devices, demand for injecting with lanthanide elements is also increasing. Generally, the lanthanum element is in the form of a powder of a metal oxide (or halide), is vaporized through an evaporator and converted into a gaseous state, then continuously flows into the interior of the ion source and dissociated into plasma, The ion beam containing ions is extracted.

그러나, 란탄계 원소 산화물(또는 할로겐화물)을 사용하여 이온원 내부의 플라즈마를 지속시킬 때, 불가피하게 아크 챔버 내부에 산소 또는 불소 이온 또는 원자(또는 심지어 분자)도 발생할 가능성이 있다. 산소 또는 불소는 높은 화학 활성으로 인해, 플라즈마 중의 기타 이온과 상호 결합하여 신규 물질이 생성되어 플라즈마의 성질을 변경시킬 가능성이 대단히 높으며, 따라서 지속적으로 플라즈마에 의해 인출되는 이온빔의 성분, 전류 크기 및 전류 형상 등의 성질에 영향을 미칠 수 있고, 이 역시 플라즈마 중의 기타 이온과 서로 결합되어 신규 물질을 발생시켜 아크 챔버 바닥에 침적되면서 입자 오염(particle contaminant)을 일으킬 가능성이 있어, 과정 중 아크 챔버를 청소하는 시간이 소요되어 아크 챔버의 사용 가능한 효율을 단축시킬 수 있다. 산소 또는 불소의 이온 또는 원자 역시 아크 챔버의 하나 또는 다수의 하드웨어 소자의 재료와 반응을 일으켜 이러한 하드웨어 소자의 표면에 신규 물질을 형성하고, 나아가 이러한 하드웨어의 정상적인 작동에 영향을 주어 이러한 하드웨어 소자의 사용수명을 단축시킬 가능성이 있다. 예를 들면, 아크 챔버와 같은 하우징, 이온빔을 추출하기 위한 전극, 플라즈마를 여기 및 유지시키기 위한 전극, 또는 아크 챔버 하우징 내표면의 부식을 방지하기 위한 라이너(liner) 등등 하드웨어는 모두 산소 또는 불소와 반응을 일으켜 아크 챔버의 사용수명을 단축시킬 가능성이 있다.However, when lanthanum element oxides (or halides) are used to sustain the plasma within the ion source, it is inevitable that oxygen or fluorine ions or atoms (or even molecules) may be generated within the arc chamber. Because of the high chemical activity of oxygen or fluorine, there is a very high possibility of intermixing with other ions in the plasma to create a new material to change the nature of the plasma, and thus the composition of the ion beam continuously drawn by the plasma, Shape, etc., which may also be combined with other ions in the plasma to generate a new material, which may deposit on the bottom of the arc chamber and cause particle contaminants, So that the usable efficiency of the arc chamber can be shortened. Ions or atoms of oxygen or fluorine also react with the materials of one or more of the hardware elements of the arc chamber to form new materials on the surface of such hardware elements and furthermore affect the normal operation of such hardware, There is a possibility of shortening the life span. For example, hardware such as a housing such as an arc chamber, an electrode for extracting the ion beam, an electrode for exciting and holding the plasma, or a liner for preventing corrosion of the surface in the arc chamber housing, There is a possibility of causing a reaction to shorten the service life of the arc chamber.

본 발명이 제시하는 란탄계 원소 이온원 발생 방법의 기본 개념은 아크 챔버 중 불활성 가스, 예를 들어 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 또는 라돈(Rn)으로 구성되는 지지 가스를 별도로 유입시킴으로써, 아크 챔버 중 분자 충돌의 확률을 높여 상기 반응으로 발생되는 부산물에 의한 각종 문제들을 개선하는 것이다. 부차적으로, 충돌을 증가시켜 아크 챔버 내표면 및 반응 전극상의 부산물을 제거하는 이외에, 아크 챔버에 지지 가스를 유입하면 아크 챔버 중 혼합 기체의 열전도율을 저하시킬 수 있어 저온 시동(cold start) 시간이 단축되고, 란탄계 원소 이온빔이 더욱 신속하게 추출될 수 있다. 또한, 본 발명이 제시하는 란탄계 원소 이온원 발생 방법에 사용되는 지지 가스는 사용되는 지지 가스가 아크 챔버에서 가열될 때 다량의 열전자를 방출하여 플라즈마의 형성을 가속화함으로써 플라즈마의 안정성을 증가시키고, 이온빔이 지속적으로 충분하게 플라즈마로부터 추출될 수 있도록 낮은 이온화 에너지 특성을 구비하여야 한다. 또한, 본 발명이 제시하는 란탄계 원소 이온원 발생 방법에 사용되는 지지 가스는 낮은 열전도율을 구비하여, 아크 챔버 중의 열에너지가 쉽게 흩어지지 못하도록 함으로써 저온 시동 시간을 단축하여, 란탄계 원소 이온원의 발생을 가속화할 수 있다. The basic concept of the lanthanide element ion source generation method proposed by the present invention is that an inert gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon By introducing a supporting gas composed of radon (Rn) separately, it is possible to improve the probability of molecular collision in the arc chamber, thereby improving various problems due to the by-products generated in the reaction. Secondly, by increasing the collision to remove the byproducts on the surface of the arc chamber and the reaction electrode, if the supporting gas is introduced into the arc chamber, the thermal conductivity of the mixed gas in the arc chamber can be lowered and the cold start time can be shortened And the lanthanide element ion beam can be extracted more quickly. Further, the supporting gas used in the lanthanide element ion source generating method proposed by the present invention increases the stability of the plasma by accelerating the formation of the plasma by releasing a large amount of hot electrons when the supporting gas used is heated in the arc chamber, A low ionization energy characteristic should be provided so that the ion beam can be continuously and sufficiently extracted from the plasma. In addition, the supporting gas used in the lanthanide element ion source generation method proposed by the present invention has a low thermal conductivity, so that the thermal energy in the arc chamber can not be easily scattered to shorten the low temperature startup time, Can be accelerated.

본 발명에 사용되는 지지 가스는 단일한 불활성 가스, 예를 들어 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 또는 라돈(Rn)일 수도 있고, 그 중 적어도 2종 이상의 불활성 가스의 혼합일 수도 있으며, 그 중 불활성 가스의 혼합 비율과 방식에 대하여 본 발명에서는 한정하지 않는다. 먼저, 불활성 가스를 지지 가스로 선택할 경우 불활성 가스의 낮은 화학 활성을 이용하여 중간 매질의 투입으로 인한 부산물의 발생 가능성을 방지하며, 플라즈마의 온도로 지지 가스를 가열 시, 지지 가스의 운동에너지와 운동량이 모두 증가하여, 아크 챔버 중 분자가 충돌할 확률이 대폭 증가하게 되며, 화학 활성이 낮은 불활성 가스를 지지 가스로 사용하면 분자의 충돌로 인한 부산물의 발생 가능성을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 분자의 충돌을 이용하여 이미 부산물이 생성된 구조를 파괴하여 아크 챔버 내부에 밀집하게 퇴적될 수 없도록 함으로써, 아크 챔버의 내표면 및 반응 전극을 청소하는 효과를 달성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 본 발명이 사용하는 불활성 가스의 평균 원자/분자량은 18amu 이상이며, 예를 들어 단일한 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈 또는 그 중 두 가지 이상의 혼합을 지지 가스로 사용하였다. 지지 가스의 평균 원자/분자량이 18amu 이상일 때, 아크 챔버를 청소하는 효과가 현저하게 나타났으며, 아크 챔버 저부에 퇴적되는 백색 분말이 현저하게 감소하였고, 박리(peeling) 현상 역시 거의 소실되었다.The supporting gas used in the present invention may be a single inert gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) or radon The inert gas may be mixed with at least two or more kinds of inert gases. First, when inert gas is selected as the supporting gas, it is possible to prevent the occurrence of by-products due to the introduction of the intermediate medium by utilizing the low chemical activity of the inert gas. When the supporting gas is heated by the plasma temperature, The probability of collision of molecules in the arc chamber is greatly increased. When inert gas having low chemical activity is used as a supporting gas, not only the possibility of by-products due to collision of molecules can be reduced, It is possible to achieve the effect of cleaning the inner surface of the arc chamber and the reaction electrode by preventing the structure in which the byproduct has already been formed to be destroyed and being deposited closely in the arc chamber by using the collision. In a preferred embodiment, the inert gas used by the present invention has an average atomic / molecular weight of greater than 18 amu, for example a single argon, krypton, xenon, radon, or a mixture of two or more thereof. When the average atomic / molecular weight of the supporting gas was more than 18 amu, the effect of cleaning the arc chamber was remarkable, and the white powder deposited at the bottom of the arc chamber was remarkably reduced and the peeling phenomenon almost disappeared.

다음으로, 불활성 가스를 지지 가스로 사용할 경우 불활성 가스의 최외층 전자 수량이 비교적 많기 때문에, 불활성 가스가 가열을 거칠 때 비교적 많은 열 전자가 방출될 수 있다. 열 전자가 지속적으로 주입된 기체와 충돌하여 플라즈마의 형성에 유리하므로, 불활성 가스를 지지 가스로 사용하면 아크 챔버 중의 플라즈마를 안정화시킬 수 있으며, 플라즈마가 지속적으로 형성될 수 있을 때, 이온빔은 지속적으로 플라즈마로부터 추출되어 이온원을 형성할 수 있다. 또한, 열전자는 아크 챔버 중의 온도를 유지하는 효과도 구비하여, 아크 챔버의 열효율을 효과적으로 향상시키고, 이온원의 저온 시동 시간을 단축시킬 수 있다. 다른 각도에서 설명하면, 불활성 가스를 지지 가스로 사용할 경우 불활성 가스의 낮은 이온화 에너지 특성을 이용하는 것이기도 하므로, 불활성 가스가 가열될 때, 불활성 가스가 흡수하는 에너지가 불활성 가스의 이온화 에너지를 초과할 경우, 불활성 가스의 최외층의 전자가 원래의 원자로부터 느슨해지면서 이탈되어 열전자를 형성하며, 따라서 불활성 가스의 낮은 이온화 에너지 특성은 마찬가지로 불활성 가스를 지지 가스로 사용할 경우 열전자를 형성하기가 비교적 용이함을 의미한다. 바람직한 일 실시예에서, 본 발명이 사용하는 불활성 가스의 평균 제1 이온화 에너지는 1600KJ/mol을 초과하지 않으며, 예를 들어 단일한 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈 또는 그 중 두 가지 이상의 혼합을 지지 가스로 사용하였다. 지지 가스의 평균 제1 이온화 에너지가 1600KJ/mol을 초과하지 않을 경우, 아크 챔버로 진입하는 열전자 수량을 방출하여 아크 챔버의 열효율을 현저하게 향상시키기에 충분하며, 이온원의 저온 시동 시간을 50% 이상 단축시킬 수 있다.Next, when an inert gas is used as the supporting gas, since the amount of electrons in the outermost layer of the inert gas is relatively large, a relatively large amount of heat electrons can be released when the inert gas undergoes heating. Since the thermal electrons collide with the continuously injected gas and are advantageous for the formation of the plasma, if inert gas is used as the supporting gas, the plasma in the arc chamber can be stabilized. When the plasma can be continuously formed, Can be extracted from the plasma to form an ion source. In addition, the hot electrons have the effect of maintaining the temperature in the arc chamber, so that the thermal efficiency of the arc chamber can be effectively improved and the cold start time of the ion source can be shortened. In other words, when the inert gas is used as the supporting gas, the low ionization energy characteristic of the inert gas is utilized. Therefore, when the inert gas is heated and the energy absorbed by the inert gas exceeds the ionization energy of the inert gas , The electrons in the outermost layer of the inert gas are released while loosening from the original atom to form a thermoelectron. Therefore, the low ionization energy characteristic of the inert gas similarly means that it is relatively easy to form a thermoelectron when inert gas is used as the supporting gas . In a preferred embodiment, the average first ionization energy of the inert gas used by the present invention does not exceed 1600 KJ / mol, for example, a single argon, krypton, xenon, radon, or a mixture of two or more thereof, Respectively. If the average first ionization energy of the supporting gas does not exceed 1600 KJ / mol, it is sufficient to significantly improve the thermal efficiency of the arc chamber by releasing the quantity of hot electrons entering the arc chamber, and the low- Or more.

또한, 불활성 가스를 지지 가스로 사용할 경우 불활성 가스의 낮은 열전도율 특성(란탄계 화합물 기체의 열전도율보다 낮은)을 이용하며, 불활성 가스가 가열을 거칠 때, 불활성 가스의 낮은 열전도율이 아크 챔버 중의 열에너지가 쉽게 외부로 전달되지 못하도록 함으로써 열에너지의 손실을 감소시킬 수 있어, 아크 챔버의 열효율을 높이고, 이온원의 저온 시동 시간을 단축시킬 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 본 발명에 사용되는 불활성 가스의 평균 열전도율은 0.02W/mK 이하이며, 예를 들어 단일한 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈 또는 그 중 두 가지 이상의 혼합을 지지 가스로 사용하였다. 지지 가스의 평균 열전도율이 0.02W/mK 이하일 때, 지지 가스의 주입은 아크 챔버의 열효율을 현저하게 향상시킬 수 있어, 가열 시작으로부터 란탄계 원소 이온빔을 추출하기까지의 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.When the inert gas is used as the supporting gas, the low thermal conductivity of the inert gas (lower than the thermal conductivity of the lanthanum compound gas) is used. When the inert gas is heated, the low thermal conductivity of the inert gas causes the thermal energy It is possible to reduce the loss of thermal energy by preventing the heat transfer to the outside, thereby increasing the thermal efficiency of the arc chamber and shortening the cold start time of the ion source. In one preferred embodiment, the average thermal conductivity of the inert gas used in the present invention is 0.02 W / mK or less, for example, a single argon, krypton, xenon, radon or a mixture of two or more thereof is used as the supporting gas. When the average thermal conductivity of the supporting gas is 0.02 W / mK or less, the supporting gas injection can remarkably improve the thermal efficiency of the arc chamber, so that the time from the start of heating to the extraction of the lanthanide element ion beam can be effectively shortened.

상이한 변화는 모두 본 발명의 정신에 위배되지 않으며, 실제 응용 시 어떻게 부산물의 영향을 최소화하여 이온원의 사용수명을 최대한 연장시킬 것인가 하는 목적에 의해 결정된다. 본 발명이 특별히 상세히 기술하지 않은 실시예에서, 상기 기술을 숙지하는 자라면 기타 동일한 성질을 지닌 기체를 지지 가스로 사용할 수 있으며, 예를 들어 낮은 화학 활성을 지닌 기체, 또는 낮은 이온화 에너지, 또는 낮은 열전도율을 지닌 기체를 사용할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 정신은 화학 활성이 낮고, 낮은 이온화 에너지를 구비하며 및/또는 열전도율이 낮은 기체를 기체 상태의 란탄계 원소 화합물이 장입된 아크 챔버에 투입하여 아크 챔버 내벽 및 반응 전극을 청소하는 효과를 제공하고, 아크 챔버 중 플라즈마의 발생을 가속화 및 안정화시켜 추출되는 란탄계 원소 이온빔의 전류를 안정화시키는데 있으며, 따라서 본 발명에 사용되는 지지 가스는 단일하거나 또는 혼합된 불활성 가스에 한정되지 않고, 화학 물리 성질이 유사한 기체라면 모두 본 발명의 효과를 달성할 수 있다. All of the different variations are contrary to the spirit of the present invention and are determined by the purpose of maximizing the service life of the ion source by minimizing the effect of by-products in practical applications. In embodiments where the present invention is not described in detail, those skilled in the art may use other gases having the same properties as the support gas, for example, gases having low chemical activity, or low ionization energy, or low A gas having a thermal conductivity can be used. In other words, the spirit of the present invention is to clean the inner wall of the arc chamber and the reaction electrode by injecting a gas having a low chemical activity, a low ionization energy and / or a low thermal conductivity into an arc chamber filled with a lanthanum- And stabilizes the current of the extracted lanthanide element ion beam by accelerating and stabilizing the generation of plasma in the arc chamber. Therefore, the supporting gas used in the present invention is not limited to a single or mixed inert gas , The effect of the present invention can be achieved if the gas has similar chemical physical properties.

또한, 란탄계 원소 화합물 가스와 지지 가스 양자의 유량/유속 비율은 조정 가능하며, 아크 챔버 중의 플라즈마로부터 이온빔을 추출하는 수량에 가능한 한 영향을 미치지 않는다는 전제 하에, 본 분야에서 통상적인 지식을 갖춘 자라면 이 두 가지의 유량비를 조절함을 통해 부산물으로 인한 하드웨어의 박리를 최대한 저하시킬 수 있다.It is also possible to adjust the flow rate / flow rate ratio of both the lanthanum elemental compound gas and the supporting gas and to adjust the flow rates of the lanthanum elemental compound gas and the supporting gas such that the amount of extraction of the ion beam from the plasma in the arc chamber is not affected as much as possible, By adjusting these two flow rates, it is possible to minimize the detachment of hardware due to byproducts.

본 발명이 제시하는 란탄계 원소 이온원 발생 방법에 사용되는 이온원 발생장치는 도 1a에 도시된 설명도와 같이 개략적으로 설명할 수 있다. 도 1a를 참조하면, 도 1a는 본 발명의 란탄계 원소 이온원 발생 방법에 사용되는 이온원 발생장치(100)의 일 실시예의 블록도이다. 이온원 발생장치(100)는 아크 챔버(110), 증발기(120) 및 지지 가스 공급장치(130)를 포함한다. 증발기(120)와 지지 가스 공급장치(130)는 각각 아크 챔버(110)에 연결된다. 증발기(120)는 고체상태의 란탄계 원소 화합물을 방치하고, 이를 가열하여 고체상태의 란탄계 원소 화합물을 기체 상태의 란탄계 원소 화합물 가스로 전환하여, 증발기(120) 간의 연결을 통해 아크 챔버(110)로 전송하기 위한 것이다. 아크 챔버(110)는 란탄계 원소 화합물 가스를 해리시켜, 란탄계 원소 이온을 함유한 플라즈마를 형성함으로써, 이온빔 추출장치(미도시)를 통해 란탄계 원소 이온을 아크 챔버(110)로부터 추출하여 주입용 란탄계 원소 이온원을 형성하기 위한 것이다. 지지 가스 공급장치(130)는 지지 가스를 아크 챔버(110)에 투입하여 플라즈마의 형성을 가속화 및 안정화시키기 위한 것이다.The ion source generating apparatus used in the lanthanide element ion source generating method proposed by the present invention can be schematically explained as illustrated in FIG. 1A. 1A is a block diagram of an embodiment of an ion source generator 100 used in a lanthanide element ion source generating method of the present invention. The ion source generator 100 includes an arc chamber 110, an evaporator 120, and a support gas supply device 130. The evaporator 120 and the support gas supply device 130 are connected to the arc chamber 110, respectively. The evaporator 120 allows the lanthanide elemental compound in the solid state to be left in the solid state and is heated to convert the lanthanum elemental compound in the solid state into the lanthanide elemental compound gas in the gaseous state, 110). The arc chamber 110 dissociates the lanthanide element compound gas to form a plasma containing the lanthanide element ions so that the lanthanide element ions are extracted from the arc chamber 110 through an ion beam extraction device To form a lanthanide element ion source. The support gas supply device 130 is for injecting the support gas into the arc chamber 110 to accelerate and stabilize the formation of the plasma.

또 다른 일 실시예에서, 본 발명의 란탄계 원소 이온원 발생 방법을 구현하기 위한 이온원 발생장치는 상이한 구조를 구비할 수 있다. 도 1b를 참조하면, 도 1b는 본 발명인 란탄계 원소 이온원 발생 방법에 사용되는 이온원 발생장치(100')의 또 다른 일 실시예의 블록도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 이온원 발생장치(100')와 이온원 발생장치(100)의 다른 점은 증발기(120)와 지지 가스 공급장치(130)가 먼저 연결된 다음, 아크 챔버(110)에 일괄 연결된다는데 있으며, 이온원 발생장치(100) 중 증발기(120)와 지지 가스 공급장치(130)가 각각 아크 챔버(110)에 연결되는 것과 다르다. 주의해야 할 점은, 상기 실시예는 범례로써 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 조건이 될 수 없으며, 본 발명인 란탄계 원소 이온원 발생 방법은 사용되는 이온원 발생장치의 하드웨어 구조에 대하여 한정하지 않으며, 구조적으로 지지 가스 및 란탄계 원소 화합물 가스가 모두 아크 챔버(110)로 진입하여 본 발명인 란탄계 원소 이온원 발생 방법을 구현할 수 있으면 된다.In another embodiment, the ion source generator for implementing the lanthanide element ion source generation method of the present invention may have a different structure. Referring to FIG. 1B, FIG. 1B is a block diagram of another embodiment of the ion source generating apparatus 100 'used in the lanthanide element ion source generating method of the present invention. 1B, the difference between the ion source generating apparatus 100 'and the ion source generating apparatus 100 is that the evaporator 120 and the supporting gas supplying apparatus 130 are connected first, and then the arc chamber 110, And the evaporator 120 and the supporting gas supplying device 130 of the ion source generating apparatus 100 are connected to the arc chamber 110, respectively. The lanthanide element ion source generating method of the present invention is not limited to the hardware structure of the ion source generator used, The support gas and the lanthanum-based element compound gas both structurally enter the arc chamber 110 so that the lanthanide element ion source generation method of the present invention can be implemented.

본 발명이 제시하는 이온원 발생 방법은 도 2a에 도시된 흐름도와 같이 개략적으로 설명할 수 있다. 먼저 단계 201과 같이, 란탄계 원소 화합물 가스와 지지 가스를 아크 챔버(18)로 제공한다. 지지 가스는 화학 활성이 낮고, 낮은 이온화 에너지를 및/또는 낮은 열전도율을 지니는 기체일 수 있으며, 예를 들어 단일하거나 또는 두 가지 이상의 불활성 가스의 혼합일 수 있다. 이어서, 단계 203과 같이, 아크 챔버(18) 중 적어도 일부 란탄계 원소 화합물 가스를 해리시켜 플라즈마를 발생시킨 다음, 단계 205와 같이, 이온빔을 플라즈마로부터 아크 챔버(18)에서 인출하여 이온원을 형성한다. 물론, 본 발명이 제시하는 란탄계 원소 이온원 발생 방법은 도 2b에 도시된 흐름도와 같이 개략적으로 설명될 수도 있다. 도 2b는 도 2a와 대체로 유사하며, 주요 차이점은 도 2b의 단계 204에서, 란탄계 원소 화합물 가스와 지지 가스는 모두 적어도 일부가 해리되어 아크 챔버(18)에서 플라즈마를 형성한다는데 있다. The ion source generation method proposed by the present invention can be schematically described as a flowchart shown in FIG. 2A. First, as in step 201, lanthanum-based element compound gas and supporting gas are supplied to the arc chamber 18. The support gas may be a gas having a low chemical activity, a low ionization energy and / or a low thermal conductivity, and may be, for example, a single or a mixture of two or more inert gases. Subsequently, as shown in step 203, at least a part of the lanthanum-based element compound gas in the arc chamber 18 is dissociated to generate plasma. Then, as in step 205, the ion beam is extracted from the plasma from the arc chamber 18 to form an ion source do. Of course, the lanthanide element ion source generation method proposed by the present invention can be schematically described as the flowchart shown in Fig. 2B. FIG. 2B is substantially similar to FIG. 2A, with the main difference being that in step 204 of FIG. 2B, at least a portion of the lanthanide elemental compound gas and the supporting gas are dissociated to form a plasma in the arc chamber 18.

또한, 지지 가스는 주입 가스가 플라즈마로 해리되어 발생되는 부산물로 인한 문제를 개선하기 위한 것이므로, 본 발명은 란탄계 원소 화합물 가스와 지지 가스를 아크 챔버로 주입하는 순서에 변화를 줄 수도 있다. 예를 들어 란탄계 원소 화합물 가스가 여기되어 플라즈마를 형성하기 전, 지지 가스를 아크 챔버로 전송할 수 있고, 다른 변화에서는 란탄계 원소 화합물 가스가 이미 플라즈마로 여기된 후, 지지 가스를 아크 챔버로 유입시킬 수도 있으며, 또 다른 변화에서는 란탄계 원소 화합물 가스가 더 이상 플라즈마로 여기되지 않을 때에도 지지 가스를 아크 챔버로 유입할 수도 있다.In addition, since the supporting gas is for the purpose of solving the problem caused by the byproduct generated by dissociation of the injection gas into the plasma, the present invention may change the order of injecting the lanthanide element compound gas and the supporting gas into the arc chamber. For example, the support gas may be transferred to the arc chamber before the lanthanide element compound gas is excited to form a plasma, and in another variation, after the lanthanide element compound gas has already been excited by the plasma, In another variation, the support gas may be introduced into the arc chamber even when the lanthanide elemental compound gas is no longer excited by the plasma.

강조해야 할 점은, 본 발명은 어떠한 방식을 통해 이러한 란탄계 원소 화합물 가스와 이러한 지지 가스 간의 비율을 조정 및 제어하는지에 대해서는 제한하지 않는다는 것이다. 예를 들어, 본 발명은 이온주입기 조작자를 통해 란탄계 원소 화합물 가스와 지지 가스가 각각 아크 챔버로 전송되어 진입하는 시간 관계와 유량 크기 관계를 인위적으로 제어할 수 있다. 본 발명에 도시되지 않은 실시에 중, 내부에 구축되거나 외부에 연결된 집적회로, 또는 컴퓨터 인터페이스, 또는 펌웨어(firmware)를 통해 란탄계 원소 화합물 가스와 지지 가스 간의 비율을 제어할 수도 있다.It should be emphasized that the present invention does not limit in any way how to adjust and control the ratio between this lanthanide elemental compound gas and this supporting gas. For example, the present invention can artificially control the time relationship and the flow rate relationship between the lanthanide elemental compound gas and the supporting gas transferred to the arc chamber through the ion injector operator. In an implementation not shown in the present invention, the ratio between the lanthanide elemental compound gas and the supporting gas may be controlled through an integrated circuit built in or connected externally, or through a computer interface or firmware.

이상은 단지 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명의 특허출원범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 기타 본 발명에 공개된 정신을 벗어나지 않고 완성되는 등가의 변경 또는 수식은 모두 하기의 특허출원범위에 포함되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, .

100, 100': 이온원 발생장치
110: 아크 챔버
120: 증발기
130: 지지 가스 공급장치100, 100 ': ion source generator
110: arc chamber
120: Evaporator
130: Support gas supply device

Claims (16)

1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 가열하여, 상기 1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 기체 상태로 전환하는 단계;
상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 아크 챔버로 전송하는 단계;
적어도 1종의 지지 가스를 상기 아크 챔버로 전송하는 단계;
상기 아크 챔버에 에너지를 제공하여, 란탄계 원소 이온을 함유하는 플라즈마가 상기 아크 챔버에 형성되도록 하는 단계; 및
상기 란탄계 원소 이온을 상기 란탄계 원소 이온이 함유된 상기 플라즈마로부터 추출하여 란탄계 원소 이온빔을 형성하는 단계;
를 포함하는 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.Heating one or more non-gaseous lanthanum-based elemental compounds to convert the one or more non-gaseous lanthanum-based elemental compounds into a gaseous state;
Transferring the one or more gaseous lanthanide element compounds into an arc chamber;
Transmitting at least one support gas to the arc chamber;
Providing energy to the arc chamber such that a plasma containing lanthanide element ions is formed in the arc chamber; And
Forming a lanthanide element ion beam by extracting the lanthanide element ion from the plasma containing the lanthanide element ion;
Wherein the lanthanide element ion source is a lanthanide element. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스는 단일한 불활성 가스를 포함하는, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the support gas comprises a single inert gas. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스는 2종 이상의 불활성 가스의 혼합인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the supporting gas is a mixture of two or more kinds of inert gases. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스의 평균 원자/분자량은 18원자 질량단위(a.m.u.) 이상인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the support gas has an average atomic / molecular weight of at least 18 atomic mass units (amu). 제1항에 있어서,
상기 지지 가스의 평균 제1 이온화 에너지는 1600KJ/mol 이하인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the average first ionization energy of the supporting gas is 1600 KJ / mol or less. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스의 평균 열전도율은 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물의 열전도율보다 낮은, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the average thermal conductivity of the support gas is lower than the thermal conductivity of the one or more gaseous lanthanide element compounds. 제6항에 있어서,
상기 지지 가스의 평균 열전도율은 0.02W/mK 이하인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 6,
Wherein the average thermal conductivity of the supporting gas is 0.02 W / mK or less. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스가 역시 여기되어 상기 아크 챔버에서 플라즈마를 형성하는, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the support gas is also excited to form a plasma in the arc chamber. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스는 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물이 여기되어 플라즈마를 형성하기 전에 상기 아크 챔버로 전송되는, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the support gas is transferred to the arc chamber before the one or more gaseous lanthanum-based element compounds are excited to form a plasma. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스는 상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물이 여기되어 플라즈마를 형성한 후에 상기 아크 챔버로 유입되는, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the supporting gas is introduced into the arc chamber after the one or more gaseous lanthanum-based element compounds are excited to form a plasma. 제1항에 있어서,
상기 지지 가스는 제논(Xe)인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the supporting gas is xenon (Xe). 제1항에 있어서,
상기 지지 가스는 아르곤(Ar)인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the supporting gas is argon (Ar). 제1항에 있어서,
상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물은 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the one or more gaseous lanthanum-based element compounds are compounds containing ytterbium (Yb) elements. 제1항에 있어서,
상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물은 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물이고, 또한 상기 지지 가스는 제논(Xe)인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the one or more gaseous lanthanide element compounds are compounds containing ytterbium (Yb) elements, and the support gas is xenon (Xe). 제1항에 있어서,
상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물은 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물이고, 또한 상기 지지 가스는 아르곤(Ar)인, 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.The method according to claim 1,
Wherein the one or more gaseous lanthanide element compounds are compounds containing ytterbium (Yb) elements, and the support gas is argon (Ar). 1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 가열하여, 이테르븀(Yb) 원소를 함유한 화합물인 상기 1종 또는 다종의 비기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 기체 상태로 전환하는 단계;
상기 1종 또는 다종의 기체 상태의 란탄계 원소 화합물을 아크 챔버로 전송하는 단계;
아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 또는 제논(Xe)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 지지 가스를 상기 아크 챔버로 전송하는 단계;
상기 아크 챔버에 에너지를 제공하여, 란탄계 원소 이온을 함유하는 플라즈마가 상기 아크 챔버에 형성되도록 하는 단계; 및
상기 란탄계 원소 이온을 상기 란탄계 원소 이온이 함유된 상기 플라즈마로부터 추출하여 란탄계 원소 이온빔을 형성하는 단계;
를 포함하는 란탄계 원소 이온원의 발생 방법.Heating the one or more non-gaseous lanthanum-based element compounds to a gaseous state by heating the one or more non-gaseous lanthanum-based element compounds that are compounds containing ytterbium (Yb) elements;
Transferring the one or more gaseous lanthanide element compounds into an arc chamber;
Transmitting at least one kind of supporting gas selected from the group consisting of argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) into the arc chamber;
Providing energy to the arc chamber such that a plasma containing lanthanide element ions is formed in the arc chamber; And
Forming a lanthanide element ion beam by extracting the lanthanide element ion from the plasma containing the lanthanide element ion;
Wherein the lanthanide element ion source is a lanthanide element.
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