KR20170132173A - 이온 소스를 위한 통합 추출 전극 메니퓰레이터 - Google Patents

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KR20170132173A
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Abstract

모듈 형 이온 소스 및 추출 장치는 전압 전위에 선택적으로 전기적으로 결합되는 이온 소스 챔버를 포함하며, 상기 이온 소스 챔버는 추출 구멍을 포함한다. 추출 전극은 상기 이온 소스 챔버의 추출 구멍에 근접하여 위치되고, 상기 추출 전극은 전기적으로 접지되고 상기 이온 소스 챔버로부터 이온을 추출하도록 구성된다. 하나 이상의 링키지는 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결되고, 하나 이상의 절연체는 추출 전극을 각각의 하나 이상의 링키지에 연결하며, 상기 하나 이상의 절연체는 상기 하나 이상의 링키지를 상기 추출 전극으로부터 전기적으로 절연시키며, 상기 추출 전극과 상기 이온 소스 챔버를 전기적으로 절연시킨다. 하나 이상의 액츄에이터는 하나 이상의 링키지를 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 결합시키고, 상기 하나 이상의 액츄에이터는 하나 이상의 축에서 상기 추출 전극을 이동시키는 상기 이온 소스 챔버에 대해 상기 하나 이상의 링키지를 이동시키도록 구성된다.

Description

이온 소스를 위한 통합 추출 전극 메니퓰레이터
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이온 소스 및 추출 전극과 관련된 시간 및 유지보수를 저감시키는 통합 추출 전극 메니퓰레이터를 갖는 모듈 형 이온 소스를 포함하는 이온 소스에 관한 것이다.
반도체 디바이스 및 다른 이온 관련 제품의 제조에 있어서, 이온 주입 시스템은, 반도체 웨이퍼(semiconductor wafers), 디스플레이 패널(display panels) 또는 다른 유형의 공작물에 도펀트 성분을 제공하는데 사용된다. 통상적인 이온 주입 시스템 또는 이온 주입기는 공작물 내에 n-타입 또는 p-타입 도핑 영역을 생성하거나 패시베이션층을 형성하기 위하여 공지의 레시피 또는 프로세스를 이용하여 이온 빔으로 공작물에 충격을 가한다. 반도체 도핑 시, 상기 이온 주입 시스템은 선택된 이온 종을 주입하여 원하는 외부 물질을 생성한다. 전형적으로, 도펀트 원자 또는 분자는 이온화되고 분리되며, 때로는 가속 또는 감속되어, 빔으로 형성되고, 공작물에 주입된다. 도펀트 이온은 물리적으로 공작물의 표면에 충돌하여 들어가고, 그 후 결정성 격자 구조의 공작물 표면 아래에 놓이게 된다.
이온 주입은 집적 회로의 대규모 제조에서 불순물로 반도체를 도핑하는 산업에 의하여 선호되는 기술이 되었다. 이온 도즈(ion dose) 및 이온 에너지(ion energy)는 주입 단계를 정의하는데 사용되는 두 가지 가장 중요한 변수이다. 이온 도즈는 주어진 반도체 재료에 대한 주입 된 이온의 농도와 관련이 있다. 전형적으로 고 전류 주입기(일반적으로 10mA 이상의 이온 빔 전류)는 고 선량(high dose) 주입에 사용되며 중간 전류 주입기(일반적으로 최대 대략 10mA의 빔 전류가 가능)는 저 선량(lower dose) 어플리케이션에 사용된다.
이온 에너지는 반도체 소자의 접합 깊이를 제어하는데 사용되는 주요 매개변수이다. 이온 빔을 구성하는 이온의 에너지 준위에 따라 주입 된 이온의 깊이가 결정된다. 반도체 디바이스에서 리트로그레이드 웰(retrograde wells)을 형성하는 데 사용되는 것과 같은 고 에너지 공정은 최대 백만 전자-볼트(MeV)의 주입을 필요로 하지만 얕은 접합은 1,000 전자-볼트(1keV) 이하의 초저 에너지 (ULE)레벨을 요구할 수 있다.
전형적인 이온 주입기는 3개의 섹션 또는 서브시스템으로 구성된다: (i) 이온 빔을 발생시키기 위한 이온 소스, (ii) 이온 빔 추출 시스템, (iii) 이온 빔을 질량 분석하기 위한 질량 분석 자석을 포함하는 빔 라인, 및 (iv) 이온 빔에 의해 주입 될 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판을 포함하는 타겟 챔버로 구성된다. 점차 소형화 되는 반도체 장치에 대한 지속적인 경향은 빔 라인 구조를 구동하여 저 에너지에서 높은 빔 전류를 전달하는 것이다. 고 빔 전류는 원하는 선량 레벨을 제공하는 반면 저 에너지는 얕은 주입을 허용한다. 예를 들어, CMOS 장치의 소스/드레인 확장은 그러한 고 전류, 저 에너지 애플리케이션에 바람직하다.
이온 주입기의 이온 소스는 전형적으로 이온 소스 챔버 내에서 원하는 도펀트 원소를 함유하는 소스 가스를 이온화 함으로써 이온 빔을 생성하고, 추출 시스템은 이온 빔의 형태로 이온화 된 소스 가스를 추출한다. 이온화 프로세스는 열적으로 가열 된 필라멘트와 같은 열 방출기 또는 무선 주파수(RF) 안테나의 형태를 취할 수 있는 전자 빔에 의해 영향을 받는다. 열이온 방출기(thermionic emitter)는 전형적으로 전기적으로 바이어스 되어 방출 된 전자가 충분한 에너지를 얻어 이온화하는 반면, RF 안테나는 고 에너지 RF 신호를 소스 챔버로 전달하여 주변 전자를 활성화한다.
따라서 고 에너지 전자는 이온 소스 챔버 내의 소스 가스를 이온화하여 원하는 이온을 발생시킨다. 소스 가스로부터 생성되는 원하는 도펀트 이온의 예는 붕소(B), 인(P) 또는 비소(As)를 포함 할 수 있다. 이온화를 위해 열이온 방출기를 사용하는 이온 소스에서 국부적 이미터 온도는 일반적으로 2500℃를 초과하고 이미터에 의해 열적으로 조사되는 소스 챔버는 700℃ 정도의 온도를 달성 할 수 있다.
이온 소스 내에 생성되는 이온은 소스 챔버 외부에 위치한 하나 이상의 추출 전극과 관련된 전계에 의해 연장되는 소스 구멍 또는 슬릿을 통해 추출된다. 실리콘에서 매우 적은 양의 탄소가 반도체의 전기적 특성에 작은 영향을 미치기 때문에, 상기 소스 구멍 및 추출 전극은 고온에서 그라파이트의 낮은 증기압 및 공작물에 대한 오염 위험을 감소시킴으로써 그라파이트로 제조 될 수 있다. 각각의 추출 전극 시스템은 전형적으로 이온 빔이 이동하는 연장 된 추출 갭을 형성하는 이격 요소를 포함한다. 양으로 하전 된 이온 빔이 요구된다면, 추출 전극은 소스 구멍에 대해 전기적으로 음으로 바이어스 된다.
전형적으로, 양이온 추출을 위해 하나 이상의 추출 전극이 사용되며, 하나의 전극은 추출 시스템의 시스템 하류 측에 존재하는 전자에 대한 장벽을 제공함으로써 전자 억제 전극(electron suppression electrode)으로서 작용한다. 따라서 억제 전극은 빔 라인 전위에 대해 음으로 바이어스 되며 추출 시스템의 최종 전극은 추출 시스템의 전기장이 추출 후 빔 전송에 영향을 미치지 못하도록 일반적으로 빔 라인 전위에 있다. 따라서 전형적인 추출 시스템은 2개의 전극을 포함한다; 보다 많은 전극이 사용된다면, 억제 바이어스에 도달할 때까지 양의 이온 빔에 대한 가속 장(accelerating field)을 제공하도록 하류 측으로 이동하는 각각의 연속적인 전극 상에서 복수의 전극 상의 전압의 크기가 전형적으로 감소한다.
이러한 이온 주입기를 설계할 때, 이온 소스에 의해 생성되고 이온 소스로부터 추출 된 이온 빔은 원하는 소정의 이동 경로를 정확히 따르는 것이 바람직하다. 소스 구멍에 대한 추출 전극의 정확한 위치는 소정의 빔 경로와 일치하는 빔 경로를 달성하는데 중요하다. 따라서 소스 구멍과의 추출 전극 또는 전극들의 정확한 정렬 및 위치 설정이 전형적으로 요구된다.
추출 전극은 일반적으로 소스 하우징으로부터 연장되고 및/또는 소스 하우징에 연결되는 구조물 상에 장착된다. 이온 주입 공정 중에 이온 소스의 작동에 의해 발생 된 열은 종종 시스템이 새로운 평형에 도달하는 동안 전극 시스템의 온도가 변할 때 이 구조의 열팽창을 일으켜 소스 전극과 추출 전극이 오 정렬 되게 한다. 또한, 종래에 이온 소스에 대한 전극의 정렬은 이온 주입 시스템으로부터 이온 소스 및/또는 추출 전극의 제거가 요구되고, 이로 인해 다양한 해로운 정렬 문제가 발생할 수 있다. 선택적으로, 추출 전극은 이온 소스와 분리되어, 유지 보수를 위해 이온 소스 또는 추출 전극을 제거하면 부가적인 오 정렬을 야기할 수 있다. 이러한 오 정렬은 이온 빔의 의도 된 경로에서 의도하지 않는 혼란을 야기할 수 있고, 원치 않는 "빔 조종"을 야기 할뿐만 아니라 이온 빔 품질의 왜곡은 나머지 빔 라인을 통한 수송에 손상을 줄 수 있다.
이온 주입기에서 소스 구멍에 대한 추출 전극의 위치를 조정하기 위한 다양한 메커니즘이 공지되어 있다. 이러한 메카니즘은 Trueira의 미국 특허 제5,420,415호, Benveniste 등의 미국 특허 제5,661,308호, 및 Benveniste의 미국 특허 출원 제2005/0242293호에 기술되어 있다. 통상적으로, 추출 전극의 조작은 이온 발생 메카니즘 또는 이온 소스로부터 분리 된 추출 전극 메니퓰레이터에 의해 수행된다. 이와 같이, 이온 주입 시스템으로부터 다수의 구성요소가 제거되므로, 부가적인 오 정렬이 야기된다.
또한, 추출 전극은 통상적으로 추출 전극과 이온 소스 사이에 적절한 추출 전위를 제공하기 위해 이온 소스로부터 전기적으로 절연된다. 추출 전극과 이온 소스의 분리는 진공을 전기 절연체로 사용함으로써 이루어지기 때문에 개별 부품을 보다 쉽게 다루고 유지할 수 있다. 그러나 전기 절연체로서 진공을 사용하는 것은 기계적 디커플링의 단점이 있으며, 따라서 전술 한 정렬 문제를 야기한다. 통상적으로, 이온 소스 또는 추출 전극 중 하나를 서비스하기 위해, 작업자는 2개의 조립체를 개별적으로 제거하고, 이들을 픽스츄어로 재배치할 것이다. 따라서 종래의 이온 소스 및 추출 전극 유지 보수는 시간 소모적이었고 때로는 부가적인 중단 시간 또는 낭비를 초래하는 오 정렬 문제로 어려움을 겪을 수밖에 없었다.
본 발명은 통합 추출 전극 메니퓰레이터를 갖는 모듈 형 이온 소스를 제공함으로써 종래 기술의 여러 가지 한계를 극복하고, 상기 이온 소스의 모듈 형 특성은 감소 된 유지비용을 갖는 효율적인 이온 주입 시스템을 제공한다. 따라서 다음은 본 발명의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 단순화 된 요약을 제공한다. 이 요약은 발명의 광범위한 개관이 아니다. 본 발명의 주요 키 또는 중요한 구성요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하지 않는다. 본 발명의 목적은 후술되는 보다 상세한 설명의 서두로서 본 발명의 일부 개념을 단순화 된 형태로 제시하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에서 쉽게 대체되고 유지될 수 있는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 예시적인 측면에 따르면, 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치는 이온 소스 챔버를 포함하며, 이온 소스 챔버는 전압 전위에 선택적으로 전기적으로 결합된다. 상기 이온 소스 챔버는 그 말단 근처에 위치 된 소스 또는 추출 구멍을 더 포함한다.
추출 전극 시스템은 이온 소스 챔버의 추출 구멍에 인접하여 더 배치되고, 상기 제1추출 전극은 전기적으로 적절한 전위로 바이어스 되고 상기 이온 소스 챔버로부터 이온을 추출하도록 구성된다. 추출 시스템의 후속 전극은 추출 된 빔을 가속시켜 원하는 에너지 및 형상으로 집중시키도록 바이어스 될 수 있다. 예를 들어, 최후 전극은 빔 가이드에 대해 음으로 바이어스 될 수 있어서, 추출 시스템으로부터 하류 측의 전자들이 포텐셜 웰(potential well)에 의해 효과적으로 억제되고 이온 소스 챔버에 도달하는 것이 방지된다. 예를 들어, 억제 전극은 이러한 전자들이 전기 추출 회로로 로드 할 수 있는 에너지 전자 빔을 형성하지 못하도록 하여 소스 챔버에서 추가 열을 방출하여 재료의 국부적인 용해를 유발할 수 있고, 또한 운영자에게 안전 위험을 줄 수 있는 엑스레이 방사선을 생성할 수 있다.
따라서 억제 전극은 이온 빔의 적절한 집중 및 가속에 기여하는 한편 추출 시스템의 안전한 작동을 가능하게 한다. 예를 들어 추출 시스템의 최종 전극은 빔 가이드 전위에 있으며, 추출 영역을 효과적으로 종단시키고 추출 시스템의 하류 측에서 이온 빔 자기-중화(self-neutralization)를 허용한다. 자기-중화는 특히 고 전류 이온 빔에서 이온의 이동을 향상시키는데 도움이 되는 효과이다. 예를 들어, 두 전극(two-electrode) 추출 시스템의 경우, 제1전극은 추출 및 억제 전극으로서 작용하고, 제2(또는 최종)전극은 접지된다.
일 측면에 따르면, 하나 이상의 링키지가 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결된다. 하나 이상의 절연체는 추출 전극 시스템을 각각의 하나 이상의 링키지에 더 연결하며, 하나 이상의 절연체는 추출 전극으로부터 각각의 하나 이상의 링키지를 전기적으로 절연시킨다. 따라서 추출 전극 시스템은 하나 이상의 절연체를 통해 이온 소스 챔버로부터 전기적으로 절연된다.
하나 이상의 액츄에이터가 더 제공되며, 하나 이상의 액츄에이터는 하나 이상의 링키지를 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 결합시킨다. 예를 들어, 하나 이상의 액츄에이터는 하나 이상의 축을 따라 추출 전극 시스템을 이동시키는 이온 소스 챔버에 대해 하나 이상의 링키지를 이동시키도록 구성된다. 따라서 종래의 유지 보수 및 정렬 문제가 본 발명의 모듈 형 특성으로 인해 개선될 수 있는 모듈 형 이온 소스 및 추출 전극 조립체가 제공된다.
하나의 예시적인 측면에 따르면, 하나 이상의 링키지는 적어도 하나의 갭 제어 링키지 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지를 포함한다. 하나 이상의 액츄에이터는 갭 제어 액츄에이터 및 각도 제어 액츄에이터를 더 포함한다. 갭 제어 액츄에이터는 예를 들어, 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결되고, 이온 소스 챔버에 대해 제1축을 따라 적어도 하나의 갭 제어 링키지를 선형으로 이동시키도록 구성된다. 예를 들어, 각도 제어 액츄에이터는 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결되고 이온 소스 챔버에 대해 제2축을 따라 적어도 하나의 각도 제어 링키지를 선형으로 이동시키도록 구성되고, 상기 제1축 및 제2축은 대략 평행하고 소정 거리만큼 이격되어 있다. 예를 들어, 제2축은 제1축에 대해 각도 변이라고 할 수 있지만, 이러한 틸트 각의 가변성이 작은 한, 전술 한 임의의 변이는 틸트 각 차수이며, 따라서 또한 작다.
선형 이동 스테이지가 더 제공될 수 있고, 선형 이동 스테이지의 베이스는 일반적으로 이온 소스 챔버에 고정 연결되고, 선형 이동 스테이지의 플랫폼은 베이스와 선형 슬라이드 결합한다. 예를 들어, 적어도 하나의 갭 제어 링키지는 대체로 플랫폼에 고정 결합된다. 프레임은 플랫폼에 작동 가능하게 더 결합되고, 갭 제어 액츄에이터는 플랫폼 및 프레임을 제1축에 대체로 평행하게 선형으로 이동시키도록 구성되며, 제1축을 따라 적어도 하나의 갭 제어 링키지를 선형으로 이동시킨다.
다른 실시 예에서, 각도 제어 액츄에이터는 플랫폼에 고정 결합되고, 갭 제어 액츄에이터는 각도 제어 액츄에이터를 제1축에 대체로 평행하게 선형으로 이동시키도록 더 구성된다. 따라서 적어도 하나의 각도 제어 링키지는 갭 제어 액츄에이터의 작동 시 적어도 하나의 갭 제어 링키지와 함께 제2축을 따라 선형으로 이동되지만, 각도 제어 액츄에이터는 여전히 플랫폼에 대해 각도 제어 링키지를 선형으로 이동시킬 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 이온 소스 챔버는 추출 구멍에 원심 방향으로 대향하는 플랜지를 포함한다. 예를 들어, 상기 플랜지는 상기 추출 구멍을 바라보는 내부 측면 및 상기 내부 측면에 대향하는 외부 측면을 포함한다. 예를 들어, 선형 이동 스테이지 및 프레임은 플랜지의 외부 측면에 작동 가능하게 결합된다. 선형 이동 스테이지의 베이스는 플랜지의 외부 측면에 고정 연결될 수 있다. 플랜지는 플랜지의 내부 측면으로부터 외부 측면으로 관통하여 연장되는 하나 이상의 통로를 더 포함할 수 있고, 적어도 하나의 갭 제어 링키지 및 하나 이상의 각도 제어 링키지가 플랜지의 하나 이상의 통로를 통과한다. 일실시 예에서, 적어도 하나의 갭 제어 링키지 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지는 하나 이상의 통로와 슬라이드 결합한다.
벨로우즈는 플랜지를 각각의 적어도 하나의 갭 제어 링키지 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지에 더 연결시킬 수 있고, 각각의 벨로우즈는 플랜지의 내부 측면과 플랜지의 외부 측면과 관련된 환경 사이에 밀봉(예를 들어, 진공 밀봉)을 제공한다. 선택적으로, O-링 기반 슬라이드 밀봉과 같은 진공 밀봉을 제공하도록 구성된 다양한 다른 밀봉이 사용될 수 있다.
예를 들어, 프레임은 그것과 결합되는 말단부를 갖는 요크를 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지는 틸트 축을 따라 요크의 각각의 말단부에 고정 결합되는 제1갭 제어 링키지 및 제2갭 제어 링키지를 포함한다. 따라서 선형 이동 스테이지는 이온 소스 챔버에 고정 결합되는 복수의 베이스와, 복수의 베이스와 각각 선형으로 슬라이드 결합하는 복수의 플랫폼을 포함하고, 복수의 플랫폼은 요크에 고정 결합된다.
제어기는 하나 이상의 축을 따라 추출 전극 시스템의 이동을 독립적으로 제어하는 갭 제어 액츄에이터 및 각도 제어 액츄에이터를 선택적으로 독립적으로 동작시키도록 더 제공되고 구성될 수 있다.
다른 실시 예에서, 갭 제어 액츄에이터 및 각도 제어 액츄에이터는 이온 소스 챔버의 측벽에 동작 가능하게 결합된다.
본 발명의 다른 예시적인 측면에 따르면, 이온 주입 시스템은 상기 모듈 형 이온 소스 및 추출 전극 메니퓰레이터 장치를 포함하는 이온 빔 소스를 포함한다. 빔 라인 조립체는 선택된 이온을 선택적으로 통과시키는 질량 분석기 및 빔 라인 조립체로부터 이온 빔을 수용하는 엔드 스테이션을 포함하는 소스로부터 이온 빔을 수용한다.
전술 한 목적 및 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하에서 충분히 설명되고 특히 청구범위에서 지적 된 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부 된 도면은 본 발명의 특정 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명의 원리가 채용 될 수 있는 다양한 방식 중 몇 가지를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규 특징은 도면과 관련하여 고려 될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 이온 주입 시스템의 예시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 모듈 형 이온 소스 및 추출 전극 장치의 부분 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 도 2의 모듈 형 이온 소스 및 추출 전극 장치의 단부도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 측면에 따른 다양한 위치에서의 모듈 형 이온 소스 및 추출 전극 장치의 부가적인 부분 단면도들을 도시한다.
본 발명은 일반적으로 모듈 형 이온 소스 및 추출 전극 메니퓰레이터 시스템 및 그 사용 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 시스템 및 방법은 모듈 형 이온 소스 및 추출 전극 메니퓰레이터 조립체를 제공함으로써, 보다 적은 유지비용으로 이온 주입 시스템에서 이용되는 이온 빔을 효율적으로 추출한다.
따라서 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 지칭하는 것으로 사용된다. 이들 측면들의 설명은 단지 예시적인 것이며 제한적인 의미로 받아 들여서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 설명된다. 그러나 당업자에게는 본 발명이 이러한 특정 세부사항들 없이 실시 될 수 있음이 명백할 것이다.
이제 도면을 참조하면, 본 발명의 더 좋은 이해를 돕기 위해, 예시적인 이온 주입 시스템(100)이 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, 예시적인 이온 주입 시스템은 본 발명의 하나 이상의 측면을 구현하는데 적합하다. 이온 주입 시스템(100)이 하나의 예로서 도시되었지만, 본 발명은 고 에너지 시스템, 저 에너지 시스템 또는 다른 주입 시스템과 같은 다양한 다른 유형의 이온 주입 장치 및 시스템을 사용하여 실시 될 수 있음을 주목해야하며, 그러한 모든 시스템은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다.
예를 들어, 도 1의 이온 주입 시스템(100)은, 터미널(102), 빔 라인 조립체(104) 및 엔드 스테이션(106)(가령, 프로세스 챔버를 포함한다)을 포함하며, 이러한 이온 주입 시스템은 일반적으로 하나 이상의 진공 펌프(108)에 의하여 진공 하에 배치된다. 예를 들어, 이온 주입 시스템(100)은 이온을 공작물(110)(가령, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 등)에 주입하도록 구성된다. 일실시 예에서, 이온 주입 시스템(100)은 이온을 단일의 공작물(110) (가령, "직렬(serial)" 이온 주입기)에 주입하도록 구성되며, 공작물은 일반적으로 엔드 스테이션(106) 내에 위치한 지지체(112)(가령, 페데스탈 또는 정전 척) 상에 놓여있다. 선택적으로, 이온 주입 시스템(100)은 다수의 공작물(110)(가령, "배치(batch)" 이온 주입기)에 이온을 주입하도록 구성되며, 엔드 스테이션(106)은 회전 디스크(도시되지 않음)를 포함하며, 몇몇 공작물은 이온 빔(114)에 대해 이동된다. 이온 소스로부터 이온을 추출하여 하나 이상의 공작물에 주입할 수 있는 임의의 이온 주입 장치는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다.
예를 들어, 단자(102)는 추출 된 이온의 에너지를 한정하는 소스 전원(122)(Vsource)에 의해 전력이 공급되는 이온 소스(120), 및 추출 전압(VExtract)을 통해 이온 소스로부터 이온을 추출하는 추출 전원(VEx)에 의해 전력을 공급받는 추출 조립체(124)를 포함한다. 추출 조립체(124)는 예를 들어, 빔 라인 조립체(104)와 관련하여, 주어진 에너지 레벨로 이온을 주입하기 위해 엔드 스테이션(106)의 지지체(112) 상에 존재하는 공작물(110)을 향해 이온을 지향 시키도록 작동 가능하다.
일실시 예에서, 전위(Vsource)에서 바이어스 된 이온 소스(120)는 비교적 높은 플라즈마 밀도(가령, 1010 내지 1013cm- 3)에서 프로세스 물질(Msource)의 이온이 생성되는 플라즈마 챔버(128)를 포함한다. 본 발명은 음이온이 이온 소스(120)에 의해 생성되는 시스템에도 적용 가능하지만, 일반적으로 양이온이 생성된다는 것을 유의해야 한다. 추출 조립체(124)는 추출 구멍(130) 및 하나 이상의 추출 전극(132)을 더 포함하며, 추출 구멍은 추출 전위(Vsource)로 바이어스 된다. 추출 전압(VExtract)은 추출 전극에 인가 된 전위(Vsource) 및 전압(VEx)에 의해 정의되고, 이에 의해 추출 된 이온 빔(114)을 빔 라인 조립체(104)에 제공한다. 일실시 예에서, 공작물이 접지될 때, 120keV의 이온 에너지가 요구된다면, 공작물(110)에 대한 Vsource = 120 kV이다. 추출 조립체(124) 및 그 구성은 아래에서 더 상세히 논의된다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 추출 전극(132) 중 제1추출 전극 (132)이 가령 억제 전위에 있을 때, 추출 전압(VExtract)은 추출 전원(126)(VEx) 및 소스 전원(122)(Vsource)의 전위차로서 정의 될 수 있다. 다른 예에서, 제1전극이 접지될 때, 추출 전압(VExtract)은 소스 전원(122)의 전위로서 정의 될 수 있다. 하나 이상의 추출 전극(132)의 다양한 다른 구성 및 그에 대한 전기적 접속이 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려 될 수 있음을 이해할 것이다.
양이온이 발생되면, 하나 이상의 추출 전극(132)은 예를 들어 Vsource 보다 낮은 전압(가령, 0-100 kV의 추출 전압)으로 바이어스 된다. 추출 전극과 관련하여 하나 이상의 추출 전극(132)에서의 음의 상대 전위는 추출 구멍(130)과 이온 소스(120)로부터 양이온을 추출하고 가속하도록 동작 가능한 하나 이상의 추출 전극(132) 사이에 정전기장을 생성한다. 예를 들어, 하나 이상의 추출 전극(132)은 그것과 관련된 하나 이상의 전극 구멍(134)을 가지며, 여기서 양으로 대전 된 이온은 추출 구멍(130) 및 이온 빔(114)을 형성하기 위한 하나 이상의 전극 구멍을 통해 이온 소스(120)를 나오며, 추출 된 이온의 속도는 일반적으로 하나 이상의 추출 전극에 제공된 전위(VExtract)에 의해 결정되며, 추출 후의 최종 속도는 Vsource에 의해 결정된다.
예를 들어, 빔 라인 조립체(104)는 (가령, 추출 구멍(130)과 관련 된) 이온 소스(120) 근처에 입구를 갖는 빔 가이드(135), 추출 된 이온 빔(114)을 수용하는 질량 분석기(136), 및 분석 플레이트를 가진 출구를 포함하고, 질량 분석기는 일반적으로 엔드 스테이션(106)에 위치 된 공작물(110)에 적당한 전하 대 질량비 또는 그 범위(가령, 원하는 질량 범위의 이온을 갖는 질량 분석 이온 빔)의 이온만을 현저하게 통과시키는 다이폴 자기장을 생성한다. 일반적으로, 이온 소스(120) 내의 소스 재료의 이온화는 원하는 원자 질량을 가지는 양으로 대전 된 이온의 종을 발생시킨다. 그러나 원하는 이온 종 이외에, 이온화 프로세스는 또한 다른 질량을 갖는 일정 비율의 이온을 생성할 것이다. 적당한 질량보다 크거나 작은 원자 또는 분자 질량을 갖는 이온은 바람직하지 않은 종으로 불린다. 질량 분석기(136)에 의해 생성 된 자기장은 일반적으로 이온 빔(114) 내의 이온을 아치형 궤적으로 이동시키며, 따라서 자기장은 원하는 이온 종의 질량과 동일한 질량을 갖는 이온들만이 빔 경로(P)를 지나 엔드 스테이션(106)을 가로 지르도록 설정된다.
예를 들어, 빔 가이드(135)의 출구에 있는 분석 플레이트(138)(resolving plate)는 원하는 종의 이온의 전하-대-질량비와 상이한 전하-대-질량비를 가지는 이온 빔(114)으로부터 바람직하지 않은 이온 종을 제거하기 위해 질량 분석기(136)와 연동하여 작동한다. 분석 플레이트(138)는 예를 들어 하나 이상의 긴 구멍(140)을 포함하며, 이온 빔(114) 내의 이온은 빔 가이드(135)를 빠져나갈 때 상기 구멍을 통과한다. 분석 플레이트(138)에서, 이온 빔(110)의 경로(P)(가령, P'로 도시 됨)로부터의 원하는 이온의 분산은 이온 빔(114)이 분석 구멍(140)을 통과 할 때 이온 빔(P'-P')의 폭이 최소가 되는 최소 값에 있다. 원하는 이온 질량보다 훨씬 크거나 훨씬 작은 질량을 갖는 바람직하지 않은 이온 종은 도 1의 빔 가이드(135) 내의 원하는 빔 경로(P)로부터 실질적으로 편향되고, 일반적으로 빔 가이드를 빠져 나가지 않는다. 그러나 바람직하지 않은 이온의 질량이 원하는 종의 질량에 매우 근접하게 되면, 바람직하지 않은 이온의 궤적은 원하는 빔 경로(P)로부터 약간만 편향될 것이다. 따라서 원하는 빔 경로(P)로부터 약간의 편향만을 갖는 그러한 바람직하지 않은 이온은 분석 구멍(140)의 상류 측 표면(142)에 충돌하는 경향이 있다.
일실시 예에서, 이온 소스(120)로부터 추출 된 이온의 속도뿐만 아니라 질량 분석기(136)의 자기장의 강도 및 배향은 제어기(144)에 의해 설정되어, 일반적으로, 원하는 종의 질량과 동일한 질량을 갖는 이온만이 소정의 원하는 이온 빔 경로(P)를 엔드 스테이션(106)으로 가로지를 것이다. 제어기(144)는 일실시 예에서 이온 주입 시스템(100)의 모든 측면을 제어하도록 동작 가능하다. 예를 들어, 제어기(144)는 추출 전원(126)뿐만 아니라 이온을 생성하기 위해 소스 전원(122)을 제어하도록 동작 가능하며, 이온 빔 경로(P)는 일반적으로 제어된다. 예를 들어, 제어기(144)는 다른 것들 중에서 질량 분석기(136)와 관련된 자기장의 강도 및 배향을 조정하도록 더 동작 가능하다. 다른 예에서, 제어기(144)는 엔드 스테이션(106) 내의 공작물(110)의 위치를 제어하도록 더 동작 가능하고, 또한 엔드 스테이션(106)과 외부 환경(143) 사이에서 공작물의 이송을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기(144)는 시스템(100)(가령, 조작자에 의한 입력과 관련한 컴퓨터 시스템)의 전체 제어를 위한 프로세서, 컴퓨터 시스템 및/또는 조작자를 포함할 수 있음을 알 것이다.
예를 들어, 고-전류에서 작동하는 이온 주입 시스템(100)에서, 빔 경로(P)의 길이는 비교적 짧고, 이온 빔(114)의 감속(가령, "감속 모드"라고 한다)은 이온 빔이 공작물(110)에 충돌하기 직전에 종종 요구된다. 이러한 시스템에서, 감속 억제 플레이트(146)는 분석 플레이트(138)의 하류 측에 제공되고, 감속 억제 전원(148)에 의해 제공된 감속 억제 전압(VDecel)은 일반적으로 이온 빔을 감속시키고 전자가 빔 라인(P)을 따라 상류 측으로 이동하는 것을 방지한다. 또한, 감속 억제 플레이트(146)의 하류 측에는 감속 억제 플레이트(146)의 하류 측 효과를 중화하기 위한 접지 플레이트(150)가 설치되어 있다. 예를 들어, 감속 억제 플레이트(146) 및 접지 플레이트(150)는 공작물(110)에 충돌하기 전에 감속 된 이온 빔(114)을 집중시키기 위해 광학 요소로서 더 이용된다. 감속 억제 플레이트(146)는 일예에서 이온 빔의 감속 및/또는 억제를 제공하는데 이용되지만, 감속 억제 플레이트는 임의의 전기적으로 편향된 플레이트 및/또는 구멍으로 구성될 수 있음을 알아야 하며, 그러한 모든 플레이트 및/또는 구멍은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다. 또한, 이온 빔(114)이 하나의 예로서 논의된다면 감속되지만, 본 발명은 감속 없이 실행될 수 있으며, 이온 주입 시스템의 다양한 구성 및 이의 작동이 고려된다.
이온 주입 시스템(100)의 유지 보수는 종종 시스템의 다양한 구성요소들의 분해를 필요로 하며, 재-조립 동안 구성요소들의 반복 가능하고 정확한 정렬은 재현 가능한 주입을 갖는 것이 중요하다. 상기에서 언급 한 바와 같이, 통상적으로 귀찮은 영역은 추출 전극과 이온 소스의 정렬이다. 따라서 하나의 예시적인 측면에 따르면, 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치(200)는 이온 주입 시스템(100)으로부터 장치의 유지 및 제거 중에 재현성 있는 정렬을 제공하는 본 발명과 함께 제공된다.
따라서 본 발명에 따르면, 도 2는 예시적인 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치(200)를 보다 상세하게 도시한다.
예를 들어, 도 2의 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치(200)는 이온 소스 챔버(202)(도 1의 소스 전원(122)과 관련된 Vsource)를 포함하고, 이온 소스 챔버는 그와 결합 된 추출 개구면(204)을 갖는 추출 구멍(203)을 포함한다. 추출 전극면(207)과 관련된 하나 이상의 추출 전극(206)을 포함하는 추출 전극 시스템(205)은 이온 소스 챔버(202)의 추출 구멍(203)에 근접하게 더 위치되고, 상기 하나 이상의 추출 전극은 각각 이전에 논의 된 바와 같이 이온 소스 챔버로부터 이온을 추출하도록 전기적으로 접지되거나 에너지가 공급되도록 구성된다.
일실시 예에 따르면, 하나 이상의 링키지(208)(가령, 하나 이상의 샤프트 또는 다른 부재)가 이온 소스 챔버(202)에 작동 가능하게 결합되며, 여기서 하나 이상의 절연체(210)는 추출 전극 시스템(205)을 각각의 하나 이상의 링키지에 더 결합시킨다. 따라서 하나 이상의 절연체(210)는 이온 소스 챔버(202)로부터 하나 이상의 추출 전극(206)을 전기적으로 절연시키는 추출 전극 시스템(205)으로부터 각각의 하나 이상의 링키지(208)를 전기적으로 절연시킨다.
하나 이상의 액츄에이터(212)는 하나 이상의 링키지(208) 및 이온 소스 챔버(202)에 작동 가능하게 더 연결되며, 상기 하나 이상의 액츄에이터는 하나 이상의 축에 대하여 상기 추출 전극 시스템(205)을 이동시키는 상기 이온 소스 챔버에 대해 상기 하나 이상의 링키지를 이동시키도록 구성된다. 따라서 이온 소스 챔버(202)는 하나의 결합 유닛(cohesive unit)에서 추출 전극 시스템(205)과 통합되고, 이온 소스 챔버 및 추출 전극(206)은 도 1의 이온 주입 시스템(100)에서 추출 장치(200)의 배치 또는 제거와 상관없이 함께 결합된다.
예를 들어, 도 2의 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치(200)는 이온 소스 챔버(202) 및 추출 전극 시스템(205)을 하나 이상의 링키지(208) 및 하나 이상의 절연체(210)를 통해 기계적으로 결합시키고, 하나 이상의 액츄에이터(212)는 이온 소스 챔버에 전기적으로 결합되지만, 추출 전극 시스템(205)은 이온 소스 챔버로부터 전기적으로 절연되어 있다. 이와 같이, 도 1의 이온 주입 시스템(100)의 작동 중에, 예를 들어 도 2의 하나 이상의 액츄에이터(212) 및 하나 이상의 링키지(208)는 전압 전위(Vsource)에 있고, 하나 이상의 절연체(210)는 이온 소스 챔버(202)의 전압 전위보다 낮은 전위 또는 접지에서 추출 전극 시스템(205)을 제공한다.
다른 실시 예에 따르면, 하나 이상의 링키지(208)는 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214), 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216)를 포함한다. 또한, 하나 이상의 액츄에이터(212)는 갭 제어 액츄에이터(218) 및 각도 제어 액츄에이터(220)를 포함하며, 상기 갭 제어 액츄에이터는 상기 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결되고, 상기 이온 소스 챔버(202)에 대해 제1축(222)을 따라 상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214)를 선형적으로 이동시키도록 구성된다. 따라서 갭 제어 액츄에이터(218)는 이온 소스 챔버(202)의 추출 전극(들)(206)과 추출 구멍(203) 사이의 갭(223)을 선택적으로 제어한다.
예를 들어, 각도 제어 액츄에이터(220)는 이온 소스 챔버(202)에 작동 가능하게 연결되고, 이온 소스 챔버에 대해 제2축(224)을 따라 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216)를 선형으로 이동하도록 구성된다. 다른 실시 예에서, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214) 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216)와 관련된 하나 이상의 절연체(210)는 하나 이상의 볼 조인트(225)를 통해 추출 전극 시스템(205)에 작동 가능하게 연결되며, 상기 하나 이상의 볼 조인트는 상기 이온 소스 챔버(202)에 대해 상기 추출 전극 시스템의 다수의 이동 자유도를 제공한다. 본 실시 예에서, 제1축(222) 및 제2축(224)은 대체로 평행하고 이미 결정된 거리(226)만큼 떨어져 있다. 따라서 각도 제어 액츄에이터(220)는 추출 전극 시스템(205)과 이온 소스 챔버(202)의 추출 구멍(203) 사이의 각도(227)(가령, 추출 개구면(204)과 추출 전극면(207) 사이)를 선택적으로 제어한다. 예를 들어, 제1축(222) 및 제2축(224)은 대략 평행하지만, 각도(227)의 제어 시에 서로 각도가 변할 수 있다. 그러나 가변성이 작은 한 모든 병렬 처리 오류 또한 작아질 것이다.
도 3을 참조하면, 하나 이상의 선형 이동 스테이지(228)가 더 제공될 수 있고, 각각의 선형 이동 스테이지는 예를 들어 이온 소스 챔버(202)에 고정적으로 결합 된 베이스(230)를 포함한다. 각각의 선형 이동 스테이지(228)는 각각의 베이스(230)와 선형으로 슬라이드 결합하는 플랫폼(232)을 더 포함한다. 본 실시 예에서, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214)는 일반적으로 플랫폼(232)에 고정 결합된다. 예를 들어, 프레임(234)은 플랫폼(232)에 작동 가능하게 결합되며, 갭 제어 액츄에이터(218)는 도 2의 제1축(222)에 대체로 평행하게 플랫폼(232)과 프레임(234)을 선형적으로 이동시키도록 구성된다. 따라서 프레임(234)을 통해, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214)는 갭 제어 액츄에이터(218)에 의해 제1축(222)을 따라 선형적으로 이동된다.
다른 실시 예에서, 도 3의 각도 제어 액츄에이터(220)는 플랫폼(232)에 고정 결합되고, 상기 갭 제어 액츄에이터(218)는 도 2의 제1축(222)에 일반적으로 평행하게 상기 각도 제어 액츄에이터를 선형적으로 이동시키고, 상기 제2축(224)을 따라 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216)를 선형적으로 이동시킨다. 따라서 추출 전극 시스템(205)과 이온 소스 챔버(202)의 추출 구멍(203) 사이의 각도(227)는 갭(223)과 독립적으로 유지된다. 예를 들어, 각도 제어 액츄에이터(220)는 프레임(234)에 대한 각도 제어 링키지(216)를 이동시키고, 도 4c의 예에 도시 된 바와 같이, 간격(223)과는 독립적으로 각도(227)를 제어한다.
또 다른 실시 예에 따르면, 도 2의 이온 소스 챔버(202)의 하우징 (235)은 추출 구멍(203)에 원심 방향으로 대향하는 플랜지(236)를 포함한다. 예를 들어, 플랜지(236)는 추출 구멍(203)을 바라보는 내부 측면(238) 및 내부 측면에 대향하는 외부 측면(240)을 포함한다. 예를 들어, 플랜지(236)는 도 1의 이온 주입 시스템(100) 내에 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치(200)를 장착하기 위한 장착 표면(도시되지 않음)을 제공한다. 본 실시 예에서, 하나 이상의 선형 이동 스테이지(228)(가령, 각각의 선형 이동 스테이지의 베이스(230)) 및 프레임(234)은 플랜지(236)의 외부 측면(240)에 동작 가능하게 결합되고, 플랜지(236) 및 거기에 전기적으로 결합 된 구성요소(하나 이상의 갭 제어 액츄에이터(218), 하나 이상의 각도 제어 액츄에이터(220), 하나 이상의 갭 제어 링키지(214), 및 하나 이상의 각도 제어 링키지(216))는 전압 전위(Vsource)에 더 있다.
플랜지(236)는 예를 들어 플랜지를 통해 내부면(238)으로부터 외부면(240)까지 연장되는 하나 이상의 통로(242)를 포함 할 수 있으며, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214) 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216)는 플랜지의 하나 이상의 통로를 통과한다. 일실시 예에서, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214) 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216)는 하나 이상의 통로(242)와 슬라이드 결합한다. 다른 실시 예에서, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214) 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216)는 단순히 하나 이상의 통로(242)를 통과하고 플랜지(236)와 접촉하지 않는다.
예를 들어, 벨로우즈(244)는 플랜지(236)를 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214) 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지(216) 각각에 연결하고, 각각의 벨로우즈는 도 1의 플랜지의 내부 측면(238)과 외부 측면(240)과 관련된 환경(246)(가령, 대기 또는 도 1의 외부 환경(143)은 진공 빔 라인으로부터 밀봉되어 있다) 사이의 밀봉(seal)을 제공한다. 선택적으로, 슬라이드 밀봉 또는 다른 공지 된 밀봉이 진공 밀봉을 제공 할 수 있다.
다른 실시 예에서, 도면에 도시되지는 않았지만, 프레임(234)은 틸트 축(247)에 대해 플랫폼(232)에 회전 가능하게 결합 될 수 있고, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214)는 틸트 축을 따라 프레임에 고정 연결되고, 틸트 축은 일반적으로 제1축(222)에 수직이다. 다른 실시 예에서, 도 3의 프레임(234)은 말단부(250)와 결합 된 요크(248)를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214)는 틸트 축(247)을 따라 또는 틸트 축(247)에 평행하게 요크의 각각의 말단부에 고정 결합 된 제1갭 제어 링키지(214A) 및 제2갭 제어 링키지(214B)를 포함한다. 또한, 선형 이동 스테이지(228)는 이온 소스 챔버(202)에 고정 결합 된 복수의 베이스(230)를 포함 할 수 있고, 각각의 복수 플랫폼(232)은 요크(248)(가령, 요크 각각의 말단부(250)에 인접하여)에 고정 연결된다.
또 다른 측면에 따르면, 도 1의 제어기(144)는 갭 제어 액츄에이터(218) 및 각도 제어 액츄에이터(220)를 선택적이고 독립적으로 동작시키도록 더 구성된다.
또 다른 예에서, 갭 제어 액츄에이터(218) 및 각도 제어 액츄에이터(220)는 도 2의 이온 소스 챔버(202)의 하우징(235)의 측벽(251)에 작동 가능하게 결합된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 다른 방법으로서, 단일 갭 제어 액츄에이터(218) 및 단일 각도 제어 액츄에이터(220)는 이온 소스 챔버(202)의 하우징(235) 측벽(251)에 서로 대향하여(가령, 180°서로 반대) 고정 결합된다. 따라서 일제히 작동 될 때, 단일 갭 제어 액츄에이터(218) 및 단일 각도 제어 액츄에이터(220)는 갭(223)의 제어를 제공하고, 독립적으로 또는 차별적으로 작동 될 때, 각도(227) 또는 틸트의 제어를 제공한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 몇몇 실시 예에 따른 추출 장치(200)의 다양한 구성을 도시한다. 도 4a는 예를 들어, 추출 전극 시스템(205)이 갭 제어 액츄에이터(218)를 통해 추출 구멍(203)에 근접하여 위치되는 수축 위치(254)에서 추출 장치(200)를 도시한다. 도 4a의 수축 위치(254)에서, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214)는 수축되어, 이온 소스 챔버(202)의 추출 전극(203)과 추출 구멍(203) 사이의 갭(223)이 제1소정 갭 값에 있다. 도 4b를 참조하면, 적어도 하나의 갭 제어 링키지(214)는 갭 제어 액츄에이터(218)를 통해 연장 위치(256)에서 추출 전극 시스템(205)을 위치시키도록 연장되어, 추출 전극(206)과 이온 소스 챔버(202)의 추출 구멍(203) 사이의 갭(223)은 제2소정 갭 값에 있다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 각도 제어 액츄에이터(220)는 프레임(234)에 대해 실질적으로 일정한 위치에서 각도 제어 링키지(216)를 유지함으로써, 도 4a의 수축 된 위치(252) 및 도 4b의 연장 된 위치(254) 모두에서 각도(227)(도 4a 및 도 4b에서 대략 0°인 것으로 도시 된 바와 같이 추출 개구면(204)과 추출 전극면(207)은 일반적으로 평행하다)를 유지한다.
예를 들면 도 4c는 또한 추출 위치(256)에서의 추출 장치(200)를 도시하며, 추출 전극(들)(206)과 이온 소스 챔버(202)의 추출 구멍(203) 사이의 갭(223)은 제1소정 갭 값이다. 그러나 도 4c를 참조하면, 추출 장치(200)는 기울어진 위치(258)로 더 도시되어 있으며, 여기서 추출 전극 시스템(205)은 각도 제어 액츄에이터(220)를 통해 더 자세하게 표기된다. 도 4c를 참조하면, 이온 소스 챔버(202)의 추출 구멍(203)과 추출 전극(들)(206) 사이의 각도(227)는 각도 제어 액츄에이터(220)에 의해 도 4b에 도시 된 것에서 변경되고, 여기서 프레임(234)에 대한 각도 제어 링키지(216)의 위치는 기울어진 위치(258)에 추출 전극 시스템(205)을 제공하는 각도 제어 액츄에이터에 의해 제어된다. 다수의 가능한 각도의 일례로서 도 4c에 도시 된 각도(227)가 주목되어야 하고, 임의의 양 또는 음의 각도가 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 고려되어야 한다. 또한, 복수의 평면에서 이온 소스 챔버(202)에 대한 추출 전극 시스템(205)의 다양한 각도를 제어하기 위해 추가 또는 다른 각도 제어 액츄에이터 및/또는 각도 제어 링키지(도시되지 않음)가 제공될 수 있음을 알아야 하며, 본 발명의 범위에 속하는 것으로 또한 고려된다.
따라서 도 1 내지 도 4의 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치(200)는 이온 주입 시스템(100)으로부터 제거될 수 있고, 다른 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치는 대기 상태에 있고 이온 주입 시스템에서 대체될 준비가 되어 있다. 종래의 시스템은 이온 소스 또는 추출 전극이 유지될 때마다 이온 주입 시스템(100)에서 이온 소스 또는 추출 전극을 재조립 한 후에 정렬 프로세스가 통상적으로 필요하게 되는 그러한 모듈성을 제공하지 않는다. 본 발명은 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치(200)가 공작대로 가져가서 이미 유지되고 정렬 된 다른 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치와 교환될 수 있는 모듈성을 제공한다.
본 발명은 소정의 바람직한 실시 예 또는 실시 예들과 관련하여 도시되고 기술되었지만, 본 명세서 및 첨부 된 도면을 읽고 이해할 때 당업자에게 균등한 변경 및 수정이 이루어질 것임은 자명하다. 특히, 상술 한 구성요소(어셈블리, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 구성요소를 설명하는데 사용 된 용어("수단"에 대한 참조 포함)는 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 기술 된 본 발명의 예시적인 실시 예에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동등하지는 않지만 설명 된 구성요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성요소(즉, 기능적으로 동등 함)에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 실시 예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을지라도, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 실시 예의 하나 이상의 다른 특징들과 결합 될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전압 전위에 선택적으로 전기적으로 결합되는 이온 소스 챔버-상기 이온 소스 챔버는 추출 구멍을 포함하고;
    상기 이온 소스 챔버의 추출 구멍에 근접하여 위치되는 추출 전극 시스템-상기 추출 전극 시스템은 하나 이상의 추출 전극을 통해 상기 이온 소스 챔버로부터 이온을 추출하도록 구성되며;
    상기 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 결합되는 하나 이상의 링키지;
    상기 추출 전극 시스템을 각각의 하나 이상의 링키지에 결합시키는 하나 이상의 절연체-상기 하나 이상의 절연체는 상기 이온 소스 챔버로부터 상기 추출 전극 시스템을 전기적으로 절연시키는 추출 전극 시스템으로부터 상기 각각의 하나 이상의 링키지를 전기적으로 절연시키며; 및
    하나 이상의 링키지를 상기 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결하는 하나 이상의 액츄에이터를 포함하고, 상기 하나 이상의 액츄에이터는 하나 이상의 축을 따라 상기 추출 전극을 이동시키는 상기 이온 소스 챔버에 대해 상기 하나 이상의 링키지를 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 소스 챔버 및 추출 전극은 상기 하나 이상의 링키지 및 상기 복수의 절연체를 통해 기계적으로 결합되고, 상기 하나 이상의 액츄에이터는 상기 이온 소스 챔버에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 링키지는 적어도 하나의 갭 제어 링키지 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지를 포함하고, 상기 하나 이상의 액츄에이터는 갭 제어 액츄에이터 및 각도 제어 액츄에이터를 포함하고, 상기 갭 제어 액츄에이터는 상기 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결되고, 상기 이온 소스 챔버에 대해 제1축을 따라 상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지를 선형으로 이동시키도록 구성되며, 상기 각도 제어 액츄에이터는 상기 이온 소스 챔버에 작동 가능하게 연결되고, 상기 이온 소스 챔버에 대해 제2축을 따라 상기 하나 이상의 각도 제어 링키지를 선형으로 이동시키도록 구성되며, 상기 제1축 및 제2축은 대략 평행하고 소정 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    선형 이동 스테이지를 포함하고, 상기 선형 이동 스테이지는,
    상기 이온 소스 챔버에 고정 결합되는 베이스;
    상기 베이스와 선형으로 슬라이드 결합하는 플랫폼-상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지는 데체로 상기 플랫폼에 고정 결합되며; 및
    상기 플랫폼에 작동 가능하게 결합되는 프레임-상기 갭 제어 액츄에이터는 상기 플랫폼 및 프레임을 상기 제1축에 평행하게 선형으로 이동시키며, 상기 제1축을 따라 상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지를 선형으로 이동 시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 각도 제어 액츄에이터는 상기 플랫폼에 고정 결합되고,
    상기 갭 제어 액츄에이터는 상기 제1축에 대체로 평행하게 상기 각도 제어 액츄에이터를 선형으로 이동시키고, 상기 제2축을 따라 상기 적어도 하나의 각도 제어 링키지를 선형으로 이동시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 이온 소스 챔버는 상기 추출 구멍에 원심방향으로 대향하는 플랜지를 포함하고,
    상기 플랜지는 상기 추출 구멍을 바라보는 내부 측면 및 상기 내부 측면에 대향하는 외부 측면을 포함하고,
    상기 선형 이동 스테이지 및 프레임은 상기 플랜지의 외부 측면에 작동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 플랜지의 외부 측면에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 플랜지는 내부 측면으로부터 외부 측면까지 상기 플랜지를 통해 연장되는 하나 이상의 통로를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지 및 적어도 하나의 각도 제어 링키지가 상기 플랜지의 하나 이상의 통로를 통과하는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플랜지를 상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지에 각각 및 상기 적어도 하나의 각도 제어 링키지에 각각 결합시키는 벨로우즈를 더 포함하며,
    상기 각각의 벨로우즈는 상기 플랜지의 내부 측면과 플랜지의 외부 측면과 관련된 환경 사이에 밀봉을 제공하는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지 및 상기 적어도 하나의 각도 제어 링키지는 상기 하나 이상의 통로와 슬라이드 결합하는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    복수의 베이스 및 복수의 플랫폼을 갖는 복수의 선형 이동 스테이지를 포함하며,
    상기 프레임은 상기 복수의 플랫폼 각각에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 프레임은 틸트 축을 따라 상기 플랫폼에 회전 가능하게 결합되고,
    상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지는 상기 틸트 축을 따라 상기 프레임에 고정 결합되고, 상기 틸트 축은 상기 제1축에 대체로 수직인 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 프레임은 말단부가 결합 된 요크를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 갭 제어 링키지는 틸트 축을 따라 상기 요크의 각각의 말단부에 고정 결합되는 제1갭 제어 링키지 및 제2갭 제어 링키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 선형 이동 스테이지는 상기 이온 소스 챔버에 고정 결합되는 복수의 베이스, 및 상기 복수의 베이스와 각각 선형 슬라이드 결합하는 복수의 플랫폼을 포함하고,
    상기 복수의 플랫폼은 상기 요크에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 플랫폼 중 적어도 2개는 상기 요크의 각각의 말단부에 근접하여 상기 요크에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  16. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 축에서 상기 추출 전극의 이동을 독립적으로 제어하는 상기 갭 제어 액츄에이터 및 상기 각도 제어 액츄에이터를 선택적으로 독립적으로 작동시키도록 구성된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 갭 제어 액츄에이터 및 상기 각도 제어 액츄에이터는 상기 이온 소스 챔버의 측벽에 작동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 축에서 상기 추출 전극의 이동을 제어하는 상기 하나 이상의 액츄에이터를 선택적으로 독립적으로 작동시키도록 구성된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 소스 챔버에 대한 상기 추출 전극의 위치는 상기 하나 이상의 액츄에이터 및 하나 이상의 링키지에 의해 선택적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 이온 소스 챔버와 상기 추출 전극을 모듈로서 이온 주입 시스템에 선택적으로 결합하도록 구성되는 장착 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 형 이온 소스 및 추출 장치.
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