KR980701342A - AN ION IMPLANTER WITH POST MASS SELECTION DECELERATION - Google Patents

AN ION IMPLANTER WITH POST MASS SELECTION DECELERATION Download PDF

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Abstract

질량 선택 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치된 감속 렌즈 어셈블리(9)는 기판 전위의 제 1 전극(65), 비행 튜브 전위의 제 2 전극(60) 및 포커스를 제공하기 위하여 음의 전위의 두 개 사이의 필드 전극(61)을 포함한다. 제 1 및 제 2 전극 사이 빔 방향에서의 축 간격은 필드 전극의 가장 작은 횡단 크기보다 작다. 감속 렌즈 어셈블리(9)는 배출 효과를 최대화하기 위하여 처리 챔버로 부터 진공 펌프로의 외측에 직접적으로 반대에 설치된다. 추가의 스크린 전극(56)은 감속 렌즈 어셈블리의 제 2 전극 및 질량 선택기의 배출 구멍 사이에 제공된다. 관통된 스크린 실린더(54)는 실린더의 아래쪽 빔 단부에 설치된 렌즈 어셈블리의 제 2 전극을 가지는 비행 튜브에 설치된다. 제 1 전극은 필드 전극 주위로 연장하는 실린더 스크린 플랜지를 가진다. 추가의 스크린 전극은 PFS 시스템의 전자 제한 튜브에 대한 입구에 배치된다.A decelerating lens assembly (9) disposed between the mass selective flight tube and the substrate holder is a first electrode (65) of substrate potential, a second electrode (60) of flight tube potential and two negative potentials to provide focus. and a field electrode 61 between them. The axial spacing in the beam direction between the first and second electrodes is smaller than the smallest transverse dimension of the field electrode. The decelerating lens assembly 9 is installed directly opposite the outside of the vacuum pump from the processing chamber to maximize the evacuation effect. A further screen electrode 56 is provided between the second electrode of the decelerating lens assembly and the outlet aperture of the mass selector. A perforated screen cylinder 54 is mounted on the flight tube with the second electrode of the lens assembly mounted on the lower beam end of the cylinder. The first electrode has a cylinder screen flange extending around the field electrode. An additional screen electrode is placed at the inlet to the electronic confinement tube of the PFS system.

Description

질량 선택 감속을 갖는 이온 주입기Ion implanters with mass selective deceleration

이온 주입 기술은 집적회로의 제조시에 채용되는 프로세스중의 하나로서 흔히 사용되는 기술로, 반도체 재료의 소정 영역을 소정 농도의 불순물 원자로 도핑함으로써 반도체 재료의 소정 영역내의 전기 전도 특성을 변경시키는 기술이다. 이러한 이온 주입 기술은 일반적으로 소정 이온의 빔을 발생시키는 단계 및 이 이온 빔을 대상 기판을 향해 지향시키는 단계를 포함한다. 이온 주입의 깊이는 특히 기판에서의 이온 빔의 에너지에 좌우된다. 극초대규모 집적회로(ULSI)를 위해서는 단일 웨이퍼상의 소자의 밀도를 증가시키고 개개 소자의 측면 치수를 감소시켜야 하므로, 예를들어 약 2∼10KeV의 저에너지 이온을 이용하여 얕은 접합부를 형성시킬 수 있어야 한다는 이온 주입기의 성능이 점차 중요하게 되었다. 이와 동시에, 대량생산 규모의 이온 주입시에 개개의 웨이퍼를 가능한 한 단시간내에 처리할 수 있어야 한다는 점 또한 중요한 요소가 되었고, 이를 위해서는 이온 빔 전류를 가능한 한 크게 하는 것이 요구되었다. 그러나, 공간 전하 효과로 인해 이온 빔을 저에너지 및 고전류로 운송하는 것이 매우 어렵기 때문에 저에너지 빔의 요건은 고전류 빔의 요건과 서로 상층된다.The ion implantation technique is a technique commonly used as one of the processes employed in the manufacture of integrated circuits, and is a technique for changing the electrical conductivity properties in a given region of a semiconductor material by doping a given region of a semiconductor material with a predetermined concentration of impurity atoms. . Such ion implantation techniques generally include generating a beam of desired ions and directing the ion beam towards a target substrate. The depth of the ion implantation depends, inter alia, on the energy of the ion beam at the substrate. Since ultra-large-scale integrated circuits (ULSIs) require increasing the density of devices on a single wafer and reducing the lateral dimensions of individual devices, for example, shallow junctions can be formed using low-energy ions of about 2-10 KeV The performance of the injector has become increasingly important. At the same time, it is also important to be able to process individual wafers in the shortest possible time during ion implantation on a mass production scale, which requires that the ion beam current be as large as possible. However, the requirement of a low energy beam is on top of that of a high current beam because it is very difficult to transport the ion beam at low energy and high current due to the space charge effect.

빔 팽창 문제 및 빔 전류 손실을 방지하기 위한 공지된 방법은 이온 빔을 고에너지로 운송하고, 그 후 빔이 기판에 충돌하기 바로 전에 이 빔을 요구된 저에너지로 감속시키는 것이다. 예를들어 S. N. HONG.등이 기술한 1988년 10월 31일 발간된 Applied Physics Letters 53(18)내의 제 1741∼1743면에는 고정된 대상 기판이 유지되는 감속 렌즈 시스템을 주입 챔버에 통합시킴으로써 주입 깊이 단면을 관찰할 수 있도록 변형된 종래의 이온 주입기가 개시되어 있다. 이 이온 주입기에서는 목표물에 충돌하기 바로 전의 이온의 최종 에너지가 감속 전원공급장치에 의해 발생된 감속 전위에 의해서만 결정되도록 감속 렌즈와 빔 추출 전원공급장치의 사이에 감속 전원 공급장치가 접속된다. 이온은 35KeV의 에너지로 이온 소스로 부터 추출되고, 빔으로 운송되는 이온을 이온의 질량에 따라 분석하는 분석기 자석(Analyser Magnet)을 통과하게 된다. 그리고나서, 질량 분석된 빔은 X-Y 스캐너에 통과되며, 이 스캐너는 빔을 자석과 스캐너 사이의 경로로 부터 기판으로 지향된 다른 경로로 편향시킨다. 34㎸로 바이어스되는 감속 렌즈와 기판은 빔을 35KeV에서 1KeV의 고정된 주입 에너지로 감속시킨다. 그러므로, 이온은 이온 소스와 주입 챔버간의 경로를 따라 고에너지로 운송되어 공간 전하 효과로 인한 빔 팽창 및 그에 따른 전류 손실이 최소화된다. 이온 빔의 에너지는 충돌하기 전에 기판의 바로 앞에서만 감소되며, 이로써 빔은 매우 짧은 거리를 저에너지로 이동하여 빔 팽창이 최소화된다.A known method to avoid beam expansion problems and loss of beam current is to transport an ion beam at a high energy and then decelerate it to the required low energy just before the beam strikes the substrate. For example, on pages 1741-1743 in Applied Physics Letters 53(18), published on October 31, 1988, described by S. N. HONG. et al., the depth of implantation by incorporating a decelerating lens system into the implantation chamber in which a fixed target substrate is maintained. A conventional ion implanter modified so that a cross-section can be observed is disclosed. In this ion implanter, a decelerating power supply is connected between the decelerating lens and the beam extraction power supply so that the final energy of the ions just before impacting the target is determined only by the decelerating potential generated by the decelerating power supply. Ions are extracted from the ion source with an energy of 35 KeV and passed through an Analyzer Magnet that analyzes the ions transported by the beam according to the mass of the ions. The mass analyzed beam is then passed through an X-Y scanner, which deflects the beam from the path between the magnet and the scanner to another path directed to the substrate. A decelerating lens and substrate biased at 34 kV decelerates the beam from 35 KeV to a fixed implant energy of 1 KeV. Therefore, ions are transported at high energy along the path between the ion source and the implantation chamber to minimize beam expansion and consequent current loss due to space charge effects. The energy of the ion beam is reduced only in front of the substrate before impact, so that the beam travels a very short distance with low energy, minimizing beam expansion.

이온 빔을 비교적 고에너지로 운송하고 그리고나서 기판에 매우 인접한 위치에서 이온 빔을 감속시키는 방법이 갖는 한가지 문제점은 고에너지 빔이 통과함에 따라 이온 빔의 일부가 잔여 가스 원자와의 전하 교환 프로세스(Charge Exchange Processes)를 통해 중성화되어 고에너지 중성자가 되며, 이러한 고에너지 중성자가 기판으로 지향되는 경우에는 감속되지 않은채 감속 렌즈를 통과할 것이라는 점이다. 이러한 고에너지 중성자는 저에너지 이온보다 기판을 더 깊숙하게 침투하여 특히 얕은 접합부를 형성할 시에는 바람직하지 않다. 주입 깊이에 대한 이러한 고에너지 중성자의 영향은 2차 이온 질량 스펙트럼측정기(SIMS)에 의해 측정된 바와 같은 깊이 단면에서의 고에너지 꼬리(High Energy Tail)로 나타나게 될 것이다.One problem with methods of transporting an ion beam at relatively high energy and then decelerating the ion beam at a location very close to the substrate is that as the high energy beam passes, a portion of the ion beam undergoes a charge exchange process with the remaining gas atoms. Exchange Processes) to neutralize to become high-energy neutrons, and when these high-energy neutrons are directed to the substrate, they will pass through the decelerating lens without being decelerated. These high-energy neutrons penetrate deeper into the substrate than low-energy ions, which is particularly undesirable when forming shallow junctions. The effect of these high-energy neutrons on implantation depth will appear as a high-energy tail in the depth section as measured by secondary ion mass spectroscopy (SIMS).

A. H. Al-Bayati 등이 저술한 1994년 8월 발간된 Review of Scientific Instruments 65(8)의 제 2680∼2692면에는 재료 연구를 위한 질량 분석 저에너지 이중 이온 빔 시스템이 개시되어 있다. 이 장치는 각각이 추출 전극과 연결된 한쌍의 프리만 소스(Freeman Source), 이온 빔을 질량 분석하기 위한 분석 자석, 빔을 집속하기 위한 추가의 자석, 이온 빔을 스캐닝 및 단속(Gating)하기 위한 정전 편향장치, 및 이온 빔의 에너지를 감소시키기 위한 감속 렌즈와 이 렌즈 내에 장착된 기판을 수용하는 극고진공(UHV)증착 챔버를 포함한다. 이 장치는 재료가 기판내로 주입될뿐만 아니라 증착이 가능하도록 설계되었으며, 이온 도착 에너지는 5∼10KeV로 제어될 수 있다. 이중 이온 소스는 질량 분석 자석과 함께 상이한 재료의 교번층이 증착될 수 있게 한다. 극고진공 증착 챔버는 증착된 재료의 아우거전자 스펙트럼(Auger Electron Spectroscopy)및 편향 고에너지 전자 회절 분석을 위한 설비를 수용한다. 진공 고정장치 및 샘플 운반 장치에 의해 증착 챔버에 연결된 2차 UHV 챔버는 저에너지 전자 회절 및 스펙트럼장치를 분산하고 수집하는 비행시간을 위한 설비를 수용한다. 증착 챔버는 증착 처리 동안의 기판 표면의 오염을 최소화시키기 위해 극고진공으로 유지된다. 빔이 질량분석된 후, 2차 자석은 빔을 기판 앞의 수 ㎝지점에서 재집속한다. 이온 빔은 증착 챔버내로 10KeV의 에너지로 운송되며, 이 증착 챔버내에서 빔의 에너지는 감속 렌즈에 의해 요구된 값으로 감소된다. 그러므로, 빔 이온의 일부는 빔이 기판으로 이동할 때 전하 교환 프로세스에 의해 10KeV중성자로 변환될 것이다. 실제적으로 기판에 도달하는 중성자의 수는 1차 자석과 2차 자석 사이에서 발생된 중성자가 기판에 도달하지 못하도록 이온 빔을 1차 자석의 빔 궤도로 부터 굴곡시키는 2차 자석에 의해 감소된다. 1차 자석과 2차 자석간의 직선 경로를 따라 생성되는 중성자가 최소가 되도록 증착 챔버를 극고진공 이하로 유지함으로써 중성자 생성이 더욱 감소된다. 감속 렌즈는 렌즈쪽의 부분이 빔축에 평행하고 기판이 탑재되는 단부 부분이 빔축에 수직을 이루는 컵모양으로 구성된다. 실제로, 감속 렌즈 및 기판은 접지 레벨로 유지되며, 비행 튜브(Flight Tube)는 접지 레벨에 대해 음으로 바이어스된다. 추가의 전극이 감속 렌즈의 입구에 위치되며, 이 추가의 전극은 전자를 감속 렌즈내로 가속시킴으로써 빔 중성화의 손실을 초래하고 비행 튜브에서의 빔 집중에 비례하는 오염물의 증가를 야기하는 비행 튜브를 따라 후면에서 연장하는 감속 필드를 방지하기 위해 비행 튜브에 대해 약간 음으로 바이어스된다. 억제 전극의 진입애퍼쳐 및 컵 전극의 직경은 모두 빔 직경보다 상당히 크다.A. H. Al-Bayati et al., Review of Scientific Instruments 65(8) published in August 1994, pages 2680-2692, disclose a mass spectrometric low-energy dual ion beam system for material studies. The device comprises a pair of Freeman sources, each connected to an extraction electrode, an analysis magnet for mass spectrometry of the ion beam, an additional magnet for focusing the beam, and an electrostatic force for scanning and gating the ion beam. It includes a deflector and a decelerating lens for reducing the energy of the ion beam and an ultra-high vacuum (UHV) deposition chamber containing a substrate mounted therein. The device is designed to allow material to be deposited as well as implanted into the substrate, and the ion arrival energy can be controlled from 5 to 10 KeV. The dual ion source together with the mass spectrometry magnet allows alternating layers of different materials to be deposited. The ultra-high vacuum deposition chamber houses facilities for Auger Electron Spectroscopy and deflected high-energy electron diffraction analysis of the deposited material. A secondary UHV chamber, connected to the deposition chamber by a vacuum fixture and sample transport device, houses a time-of-flight facility for dispersing and collecting low-energy electron diffraction and spectral devices. The deposition chamber is maintained at an extremely high vacuum to minimize contamination of the substrate surface during the deposition process. After the beam is mass analyzed, the secondary magnet refocuses the beam a few centimeters in front of the substrate. The ion beam is delivered with an energy of 10 KeV into the deposition chamber, in which the energy of the beam is reduced to the required value by a decelerating lens. Therefore, some of the beam ions will be converted to 10 KeV neutrons by a charge exchange process as the beam travels to the substrate. The number of neutrons that actually reach the substrate is reduced by the secondary magnet, which bends the ion beam from the beam trajectory of the primary magnet to prevent neutrons generated between the primary and secondary magnets from reaching the substrate. Neutron generation is further reduced by keeping the deposition chamber below an extremely high vacuum so that neutrons generated along a straight path between the primary and secondary magnets are minimized. The decelerating lens has a cup shape in which a lens-side portion is parallel to the beam axis and an end portion on which the substrate is mounted is perpendicular to the beam axis. In practice, the deceleration lens and substrate are kept at ground level, and the Flight Tube is negatively biased with respect to ground level. An additional electrode is positioned at the entrance of the decelerating lens, which accelerates electrons into the decelerating lens, resulting in a loss of beam neutralization and along the flight tube causing an increase in contaminants proportional to beam concentration in the flight tube. It is slightly negatively biased with respect to the flight tube to prevent a deceleration field extending from the rear. Both the entry aperture of the suppression electrode and the diameter of the cup electrode are significantly larger than the beam diameter.

비록 보고된 전류 밀도가 상당히 낮기는 하지만 이 장치에서 달성할 수 있는 온-타켓 최대 이온 전류 밀도는 약100㎂㎝-2이다. 대상 챔버가 예를들어 10-4∼10-8Pa(10-6∼10-10mbar)압력의 UHV상태 이하로 유지되고 소스가 1Pa(10-2mbar)의 압력에서 동작하므로, 빔 라인을 따라 상이한 펌핑 스테이지가 요구되어 빔 라인의 길이가 거의 4m로 증가된다. 더욱이, 반도체 기판에 대해 더 높은 전류를 주입하기 위해 요구되는 바와 같은 표면 전하 형성을 중성화시키기 위한 방안이 없다. D. F. Downey등에 의해 저술된 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B74 (1993)의 제 160∼169면에는 저에너지로 이온을 주입할시에 이온 주입기의 성능을 특징짓는 각종 방법이 개시되어 있다. 전술된 문헌들에서와 같이, 이온 빔은 먼저 비교적 높은 에너지로 운송되고, 그 후 요구된 주입 에너지로 감속된다. 각각의 문헌에 개시된 특정 주입기는 이온 빔을 단계적으로 감속시키기 위해 빔을 기판의 바로 앞에서 요구된 에너지로 감속시키는 것이 아니라 감속 전압을 가속 튜브의길이에 걸쳐 분포시키는 다중 전극 가속 튜브를 포함한다. 가속 튜브를 따라 이온 빔을 점차적으로 감속시키는 방법은 튜브의 집속 영향을 최소화시켜 빔 전류를 최적화시킴으로써 빔 운송을 향상시키는 것으로 보고되었다. 이러한 장치는 또한 중성자 형성을 최소화시키는 것으로 보고되었다. 한가지 조사에서, 주입 깊이 단면은 3∼10KeV사이의 이온 주입 에너지에서 중성자가 깊이 단면에 영향을 주는 정도를 판정하기 위해 빔 추출 전압을 함수로 하여 연구되었다. 더 높은 추출 전압에 대한 깊이 단면에서 중성자 피크가 용이하게 관측되었고, 이는 요구된 에너지로 감속되기 전에 이온 빔이 운송되어야만 하는 에너지를 결정할시에 중성자 오염은 중요한 요소가 된다는 것을 나타낸다. 5KeV 붕소 주입물에 대한 최대 달성가능한 빔 전류는 1㎃정도이다.Although the reported current densities are quite low, the on-target maximum ion current density achievable with this device is about 100 μA cm -2 . Since the target chamber is maintained below the UHV state of, for example, 10 -4 ∼10 -8 Pa (10 -6 ∼10 -10 mbar) and the source operates at a pressure of 1 Pa (10 -2 mbar), the beam line Different pumping stages are required accordingly, increasing the length of the beam line to nearly 4 m. Moreover, there is no way to neutralize surface charge formation as required to inject higher currents into the semiconductor substrate. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research by DF Downey et al. B74 (1993), pages 160-169, disclose various methods of characterizing the performance of an ion implanter in implanting ions at low energy. As in the aforementioned documents, the ion beam is first transported at a relatively high energy and then decelerated to the required implantation energy. The specific implanter disclosed in each document includes a multi-electrode accelerator tube that distributes the deceleration voltage over the length of the accelerator tube rather than decelerating the beam to the energy required right in front of the substrate to step down the ion beam. A method of gradually decelerating an ion beam along an accelerating tube has been reported to improve beam transport by optimizing the beam current by minimizing the focusing effect of the tube. Such devices have also been reported to minimize neutron formation. In one investigation, implantation depth sections were studied as a function of beam extraction voltage to determine the extent to which neutrons affect depth sections at ion implantation energies between 3 and 10 KeV. Neutron peaks were readily observed in the depth section for higher extraction voltages, indicating that neutron contamination is an important factor in determining the energy the ion beam must transport before it is decelerated to the required energy. The maximum achievable beam current for a 5 KeV boron implant is on the order of 1 mA.

본 발명은 전자 소자 제조에 있어서 반도체 웨이퍼와 같은 기판내에 이온을 주입하기 위한 이온 주입기(ion implanter)에 관한 것으로, 특히 비교적 낮은 주입에너지를 가지고 경제적으로 웨이퍼를 처리할 수 있는 이온 주입기에 관한 것이다.The present invention relates to an ion implanter for implanting ions into a substrate such as a semiconductor wafer in manufacturing an electronic device, and more particularly, to an ion implanter capable of economically processing a wafer with relatively low implantation energy.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 이온 주입기의 평면도이다.1 is a plan view of an ion implanter according to an embodiment of the present invention.

도 2 는 바람직한 실시예에 따른 이온 주입기의 평면도이다.2 is a plan view of an ion implanter according to a preferred embodiment.

도 3 은 도 2 에 도시된 실시예의 감속 렌즈 조립체 및 렌즈 차단 장치의 분해도이다.FIG. 3 is an exploded view of the decelerating lens assembly and the lens blocking device of the embodiment shown in FIG. 2 ;

도 4 는 도 2 및 도 3 에 도시된 필드 전극의 정면도이다.4 is a front view of the field electrode shown in FIGS. 2 and 3 ;

도 5 는 도 2 및 도 3 에 도시된 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극의 정면도이다.5 is a front view of the first aperture plate electrode shown in FIGS. 2 and 3 ;

본 발명의 목적은 상업상의 규모로 반도체 웨이퍼가 처리되는 낮은 에너지 및 빔 전류 밀도에서 이온을 주입할 수 있는 개선된 이온 주입기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an improved ion implanter capable of implanting ions at low energies and beam current densities with which semiconductor wafers are processed on a commercial scale.

낮은 주입 에너지에서 동작하고 실질적인 빔 전류를 가지는 이온 주입기는 독일특허 9522883.9 우선권 주장하는 공동 계류중인 출원에 개시된다. 이런 장치에서 감속 렌즈 어셈블리는 빔이 일반적으로 목표된 주입 에너지 이상의 전달 에너지로 전달되는 기판 홀더 및 비행 튜브 사이에 제공된다. 감속 렌즈 어셈블리는 실질적으로 기판 전위로 유지되는 제1 전극 및 빔이 감속 필드에 있는 동안 공간 하전 효과하에서 부풀려지도록 빔 이온의 경향을 방해하도록 제 1 전극에 집중 필드를 생성하기 위하여 제 1 전극에 관련한 충분한 전위로 바이어스될 인접 필드 전극을 가지는 적어도 2개, 및 일반적으로 3개의 전극을 포함한다. 통상적으로, 양의 빔 이온에 대하여, 필드 전극은 필드 전극이 비행 튜브 전위에 관련하여 실질적인 음의 전위이도록 충분한 크기에 제 1 전극과 관련한 음의 전위로 바이어스된다. 그래서, 필드 전극은 비행 튜브내의 빔의 전자가 감속 필드에 의해 빔 밖으로 끌려 나가는 것을 방지하는 전자 억제 전극으로서 작용한다. 그러나, 필드 전극의 전위는 단지 전자 억제 방법을 위하여 요구된 것보다 커서(음의 방향으로), 기판 전위에서 제1 전극과 결합하는 필드 전극은 필요한 집중 효과를 제공할 수 있다.An ion implanter operating at low implantation energy and having a substantial beam current is disclosed in a co-pending application claiming priority to German Patent 9522883.9. In such devices a decelerating lens assembly is provided between the flight tube and the substrate holder through which the beam is delivered with a transfer energy that is generally above the desired implantation energy. The decelerating lens assembly relates to the first electrode held at substantially substrate potential and relative to the first electrode to create a focused field at the first electrode to counteract the tendency of the beam ions to swell under the effect of space charge while the beam is in the decelerating field. at least two, and generally three, electrodes having adjacent field electrodes to be biased to a sufficient potential. Typically, for positive beam ions, the field electrode is biased to a negative potential relative to the first electrode of sufficient magnitude such that the field electrode is substantially negative in relation to the flight tube potential. Thus, the field electrode acts as an electron suppression electrode that prevents electrons of the beam in the flying tube from being pulled out of the beam by the decelerating field. However, the potential of the field electrode is only greater (in the negative direction) than required for the electron suppression method, so that the field electrode engaging the first electrode at the substrate potential can provide the necessary focusing effect.

상기된 종류의 빔 감속 주입기로 검사할 때, 본 발명자는 비행 튜브를 통하여 빔의 전달 에너지 이상의 에너지에서, 기판의 높은 에너지 오염 문제가 존재한다는 것을 발견하였다. 상기 발명자는 이온들이 필드 전극 및 기판 전위의 제 1 전극 사이에서 감속되기 전에 필드 전극에 의해 일시적으로 가속될 때 보다 높은 에너지 오염이 중성화된 빔 이온으로부터 발생하는 것을 발견하였다. 본 발명 실시예의 목적은 높은 에너지 오염을 무시할 수 있는 레벨로 감소시키는 것이다.When testing with a beam decelerating injector of the kind described above, the inventors have found that at energies above the transmission energy of the beam through the flight tube, there is a problem of high energy contamination of the substrate. The inventors have found that higher energy contamination arises from neutralized beam ions when the ions are temporarily accelerated by the field electrode before being decelerated between the field electrode and the first electrode at substrate potential. It is an object of embodiments of the present invention to reduce high energy pollution to negligible levels.

본 발명의 일측면에 따라, 이온을 기판에 주입하기 위한 것이며 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 생성기를 포함하는 이온 주입기, 전달 에너지에서 상기 빔을 전달하기 위한 비해 튜브, 빔 이온이 주입될 기판을 지지하기 위한 기판 홀더, 빔 이온을 목표된 주입 에너지로 감속하기 위하여 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 감속 전위를 인가하기 위하여 접속된 감속 전위 발생기, 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치되고 기판 전위에 실질적으로 접속된 제 1 구멍 플레이트 전극, 빔 구멍을 가지며 비행 튜브 전위에 실질적으로 접속된 제 2 구멍 플레이트 전극 및 각각의 상기 제 1 및 제 2 구멍 플레이트 전극 사이 및 근처에 배치된 필드 전극을 포함하는 감속 렌즈 어셈블리, 상기 제 1 및 제 2 전극의 각각에 관련하여 동일 극성을 가지도록 상기 필드 전극을 바이어스하기 위하여 접속된 전위 바이어스 서플라이가 제공되고, 상기 전극들은 배열되고 상기 바이어스는 상기 제 1 전극을 통하여 통과하는 빔 이온에 대한 집중 필들를 제공하기 위한 것이며, 상기 제 1 및 제 2 전극은 필드 전극의 빔 구멍의 가장 작은 가로 크기보다 작은 거리 만큼 빔 방향으로 떨어져 간격진다.According to one aspect of the present invention, an ion implanter for implanting ions into a substrate and including an ion beam generator for generating an ion beam, a tube for transmitting the beam at a transfer energy, and a substrate into which the beam ions are to be implanted a substrate holder for supporting, a decelerating potential generator connected to apply a decelerating potential between the flight tube and the substrate holder to decelerate the beam ions to a desired implant energy, disposed between the flight tube and the substrate holder and substantially equal to the substrate potential A reduction lens comprising a first aperture plate electrode connected, a second aperture plate electrode having a beam aperture and substantially connected to a flight tube potential, and a field electrode disposed between and near each of the first and second aperture plate electrodes an assembly, a potential bias supply connected to bias the field electrode to have the same polarity with respect to each of the first and second electrodes, the electrodes being arranged and the bias passing through the first electrode The first and second electrodes are spaced apart in the beam direction by a distance smaller than the smallest transverse dimension of the beam aperture of the field electrode.

제 1 및 제 2 전극 사이의 빔 방향 거리를 작은 값으로 유지함으로써, 빔 이온이 필드 전극에 의해 비행 튜브를 통하여 전달 에너지 이상의 에너지로 일시적으로 가속되는 동안의 시간은 최소로 유지된다. 결과적으로, 이런 높은 에너지에서 잔류 가스 이온과 전자 교환 충돌을 경험하는 빔 이온의 가능성은 감소된다. 상기된 본 발명에서, 빔 이온은 제 2 전극의 약간 상부점 및 필드 전극의 중간점 사이의 짧은 거리에서만 일시적으로 가속되고, 그후 빔은 다시 감속된다. 이 거리는 너무 짧고 이 지역에서 빔 이온의 잔류 시간은 매우 짧기 때문에, 높은 에너지 오염이 감소된다.By keeping the beam direction distance between the first and second electrodes at a small value, the time during which the beam ions are temporarily accelerated by the field electrode to an energy greater than or equal to the energy transferred through the flight tube is kept to a minimum. As a result, the likelihood of beam ions experiencing electron exchange collisions with residual gas ions at these high energies is reduced. In the invention described above, the beam ions are temporarily accelerated only at a short distance between the slightly upper point of the second electrode and the midpoint of the field electrode, and then the beam is decelerated again. Since this distance is too short and the residence time of the beam ions in this area is very short, high energy contamination is reduced.

바람직한 실시예에서, 이온 주입기는 비행 튜브로부터 이온 빔의 전달을 위하여 이온의 목표된 질량을 선택하기 위하여 비행 튜브의 질량 선택 구멍을 더 포함하고, 상기 질량 선택 구멍은 빔 방향의 하부에 생성된 전기장으로부터 상기 질량 선택 구멍을 보호하기 위하여 비행 튜브 전위로 전자기 스크린을 포함하고, 상기 스크린은 비행 튜브로부터 상기 질량 선택된 이온 빔에 대한 출구 구멍을 제공한다. 그리고나서, 주입기는 상기 제 2 전극 및 상기 출구 구멍 사이에 배치된 비행 튜브 전위 구멍 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 추가 질량 선택 구멍을 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the ion implanter further comprises a mass selection aperture of the flight tube for selecting a desired mass of ions for delivery of the ion beam from the flight tube, wherein the mass selection aperture comprises an electric field generated below the beam direction. and an electromagnetic screen to the flying tube potential to protect the mass selective aperture from, the screen providing an exit aperture for the mass selected ion beam from the flying tube. The injector may then include at least one additional mass selection aperture comprising a flight tube potential aperture plate disposed between the second electrode and the outlet aperture.

이런 추가의 스크린 전극은 상기 제 2 전극의 구멍을 통하여 관통할 수 있는 필드 전극으로부터의 필드가 이 추가의 스크린 전극의 위치를 상당히 멀리 저편으로 연장하는 것을 방지한다. 어것은 필드 전극 및 질량 선택 구멍 사이의 거리가 질량 선택 구멍을 관통하고 질량 선택 방법을 방해하는 전기장없이 최소로 유지되게 한다. 결과적으로, 질량 선택 구멍으로부터 감속 렌즈 어셈블리 쪽으로의 전달 에너지에서 빔 이온의 비행 시간은 전달 에너지에서 목표의 중성 오염 가능성이 감소되도록 최소로 유지된다. 또한, 필드 전극에 의해 생성된 가속 필드가 빔을 따라 상부로 관통하는 것을 방지함으로써, 중성화 전자는 공간 하전 효과를 통하여 부풀려지게 하는 빔의 경향이 감소되도록 필드 전극쪽으로 보다 큰 거리 이상의 빔에 존재할 수 있다.This additional screen electrode prevents the field from the field electrode that can penetrate through the aperture of the second electrode extending beyond the location of this additional screen electrode considerably. It allows the distance between the field electrode and the mass selection hole to be kept to a minimum without an electric field passing through the mass selection hole and interfering with the mass selection method. Consequently, the time of flight of the beam ions at the transfer energy from the mass selective aperture towards the decelerating lens assembly is kept to a minimum such that the potential for neutral contamination of the target at the transfer energy is reduced. Also, by preventing the accelerating field generated by the field electrode from penetrating upwards along the beam, neutralizing electrons can be present in the beam over a greater distance towards the field electrode so that the tendency of the beam to swell through space charge effects is reduced. have.

바람직하게, 주입자는 비행 튜브 전위의 비행 튜브상에 설치되고 이온 빔을 포함하도록 상기 필드 전극의 축쪽으로 연장하는 스크린 실린더를 포함하고, 상기 제 2 구멍 플레이트 전극은 필드 전극에 인접한 스크린 실린더의 단부에 설치되고 상기 스크린 실린더는 실린더 내부의 배출을 돕도록 관통되어 있다. 그리고나서, 상기 추가 스크린 전극을 형성하는 구멍 플레이트는 상기 스크린 실린더에 배치될 수 있다.Preferably, the implanter comprises a screen cylinder mounted on the flight tube at flight tube potential and extending toward the axis of the field electrode to contain the ion beam, the second aperture plate electrode being at an end of the screen cylinder adjacent the field electrode. installed and the screen cylinder is perforated to aid in evacuation of the inside of the cylinder. Then, an aperture plate forming the additional screen electrode may be disposed in the screen cylinder.

바람직한 실시예에서, 주입자는 주입동안 기판상에 표면 전하 축적을 중립화하기 위한 빔 이온에 반대 극성의 낮은 에너지 충전 종의 서플라이를 제공하기 위하여 기판 홀더 및 상기 제 1 전극 사이에 배치된 중립화 구멍을 포함한다. 그리고나서, 주입자는 상기 제 1 전극 및 상기 중성화 구멍 사이에 배치된 구멍 플레이트를 포함하는 중성화 구멍 스크린 전극을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 중립화 구멍은 기판 홀더의 직접 전방을 둘러싸는 전자 제한 튜브를 포함하고, 중성화 구멍 스크린 전극은 이 전자 제한 튜브의 상부 단부상에 직접적으로 설치될 수 있다.In a preferred embodiment, the implanter comprises a neutralizing aperture disposed between the substrate holder and the first electrode to provide a supply of low energy charged species of opposite polarity to the beam ions for neutralizing surface charge accumulation on the substrate during implantation. do. The injector then includes a neutralizing aperture screen electrode comprising an aperture plate disposed between the first electrode and the neutralizing aperture. In a preferred embodiment, the neutralizing aperture comprises an electron confinement tube that surrounds the direct front of the substrate holder, and the neutralizing aperture screen electrode may be installed directly on the upper end of the electron confinement tube.

이런 구조는 중립 구멍이 두 개 사이에 배치되는 동안 기판에 가능한 밀접하게 필드 전극이 배치되는데 매우 중요하다. 중립 구멍이 낮은 에너지 충전 종의 흐름, 일번적으로 양의 이온 빔에 대한 전자를 제공함으로써 동작하기 때문에, 외부 전기장이 중립 지역으로 관통하는 것을 방지하는 것은 매우 중요하다. 추가 스크린 전극의 존재는 제 1 전극이 전자 제한 튜브의 상부 단부에 매우 밀접하게 배치되게하고 상기 제한 튜브 그 자체를 위하여 주입될 기판의 적당한 중립을 제공하는 동안 비교적 짧게 만들어진다.This structure is very important for placing the field electrode as close as possible to the substrate while a neutral hole is placed between the two. Since the neutral hole operates by providing electrons for a flow of low energy charged species, typically a positive ion beam, it is very important to prevent an external electric field from penetrating into the neutral region. The presence of an additional screen electrode is made relatively short while allowing the first electrode to be placed very closely to the upper end of the electron confinement tube and providing adequate neutrality of the substrate to be implanted for the confinement tube itself.

바람직하게, 상기 제 1 구멍 플레이트 전극은 제 1 전극으로부터 상기 필드 전극쪽으로 축으로 연장하는 원통형 스크린 플랜지를 가지며 상기 필드 전극은 플랜지가 필드 전극의 외부 주변을 둘러싸도록 플랜지 내측에 설치된다. 이런 구조는 기판 홀더 및 중립 구멍쪽으로 제 1 전극의 외측 주변 주이를 관통하는 필드 전극으로 부터의 전기장 경향을 최소화시킨다.Preferably, the first aperture plate electrode has a cylindrical screen flange extending axially from the first electrode towards the field electrode and the field electrode is mounted inside the flange such that the flange surrounds the outer periphery of the field electrode. This structure minimizes the tendency of the electric field from the field electrode to penetrate the substrate holder and the outer periphery of the first electrode towards the neutral aperture.

추가의 바람직한 실시예에서, 주입기는 상기 기판 홀더를 포함하고 방출 포트를 가지는 처리 챔버, 및 상기 처리 챔버를 비우기 위한 상기 방출 포트에 접속된 진공 펌프를 포함하고, 상기 감속 렌즈 어셈블리는 진공 펌프에 대해 상기 방출포트의 정면에 직접적으로 배치된다. 이것은 빔 이온들이 필드 전극을 통과할 때 일시적으로 가속되는 에너지에서 중성 오염을 감소시키는데 매우 중요한 다른 특징이다. 빔 이온이 일시적으로 가속되는 경우 감속 렌즈 어셈블리를 배치시킴으로써, 진공 펌프에 대해 방출 포트의 바로 정면에서, 감속 렌즈 어셈블리의 이 지역 잔류가스 압력이 최소화되어, 이 지역에서 전자 교환 충돌 가능성이 최소화된다.In a further preferred embodiment, the injector comprises a processing chamber comprising the substrate holder and having an evacuation port, and a vacuum pump connected to the evacuation port for emptying the processing chamber, the decelerating lens assembly being adapted to the vacuum pump. It is disposed directly in front of the discharge port. This is another feature that is very important for reducing neutral contamination in the energy that is temporarily accelerated as the beam ions pass through the field electrode. By disposing the decelerating lens assembly when the beam ions are temporarily accelerated, the residual gas pressure in this region of the decelerating lens assembly, directly in front of the emission port relative to the vacuum pump, is minimized, thereby minimizing the possibility of electron exchange collisions in this region.

구멍 플레이트 전극은 빔 방향의 횡단으로 연장하고 빔에 대한 구멍을 포함하는 플레이트를 포함하고, 상기 구멍의 축 크기(빔 방향으로)는 구멍의 가장 작은 횡단 크기와 비교하여 무시할 수 있다.The aperture plate electrode comprises a plate extending transversely in the beam direction and comprising an aperture for the beam, the axial size of the aperture (in the beam direction) being negligible compared to the smallest transverse size of the aperture.

도 1 에서, 이온 주입기(1)는 이온 빔을 생성하는 이온 빔 생성기(3), 상기 이온 빔 생성기에 인접하여 이온 빔을 그들의 질량에 따라 공간적으로 분석하는 자석(5), 상기 분석 자석(5)에 인접하여 배치되며, 대상 기판내로 주입될 이온의 종류를 선택하고 상기 자석으로 부터의 공간적으로 분석된 빔에서 다른 이온을 리젝트시키는 이온 선택기(7), 상기 이온 선택기(7)에 인접하여 배치되며, 주입전에 이온 빔의 최종 에너지를 제어하는 전극 조립체(9), 상기 전극 조립체(9)로 부터 이격되며, 빔 이온이 주입될 대상 기판(12)을 지지하는 지지대 또는 홀더(11), 및 상기 전극 조립체(9)와 기판 지지대(11) 사이에 배치되며, 빔과 웨이퍼 표면을 중성화시키기 위해 대상 표면 부근에서 이온 빔에 전자를 유입시키는 전자 생성기(13)를 구비한다. 이온 빔 콜렉터(14)는 방사선량 측정(Dosimetry Measurement)을 위한 빔 정지기 및 이온 전류 검출기로서 기능하는 기판 지지대(11)의 하부에 위치된다.1 , an ion implanter 1 includes an ion beam generator 3 for generating an ion beam, a magnet adjacent to the ion beam generator 5 for spatially analyzing the ion beam according to their mass, and the analysis magnet 5 ), an ion selector 7 that selects the type of ions to be implanted into the target substrate and rejects other ions in the spatially analyzed beam from the magnet, adjacent to the ion selector 7 An electrode assembly (9) arranged to control the final energy of the ion beam before implantation, a support or holder (11) spaced apart from the electrode assembly (9) and supporting a target substrate (12) into which the beam ions are to be implanted; and an electron generator 13 disposed between the electrode assembly 9 and the substrate support 11 and introducing electrons into the ion beam in the vicinity of the target surface to neutralize the beam and the wafer surface. An ion beam collector 14 is positioned under the substrate support 11 which functions as a beam stopper and an ion current detector for Dosimetry Measurement.

더욱 상세히 설명하면, 이온 빔 생성기(3)는 전면에 출구 애퍼쳐(19)가 형성되어 있는 아치형 챔버(17)를 포함한 이온 소스(15)를 구비한다. 아치형 챔버로 부터 이온을 추출하여 이온 빔(25)을 형성하기 위해 한쌍의 추출 전극(21, 23)이 출구 애퍼쳐(19)로 부터 이격되어 있다. 아치형 챔버의 출구 애퍼쳐(19)에 가장 근접해 있는 추출 전극(21)은 빔 생성기 전방의 전자가 아치형 챔버로 흐르지 못하도록 하는 억제 전극으로서 기능한다. 비행 튜브(27)는 질량 분석 자석(5)의 2개의 폴(하나만이 도시됨) 사이에 위치되며, 빔 생성기(3)로 부터의 이온 빔을 수신하고, 비행 튜브(27)와 이온 소스(15)간의 전위차에 의해 결정되는 자석(5)의 폴 사이를 통과하는 동안의 이온 빔의 운송 에너지를 제어한다. 본 특정 실시예에서, 분석 자석의 자장 강도 및 자석을 통과하는 이온 빔의 에너지는 적합한 질량을 갖는 이온이 대략 90°로 편향되도록 선택되며, 비행 튜브(27)는 이에 따라 구성되고, 분석 자석 출구 애퍼쳐(31)가 자석 진입 애퍼쳐(29)에 거의 수직이 된다. 이온 선택기(7)는 일련의 불연속한 구성요소(35, 39, 41, 43)를 포함하며, 이들 구성요소는 빔라인(45)을 따라 각기 이격되어 일련의 애퍼쳐를 형성하고, 이 일련의 애퍼쳐는 서로 조합하여 대상 기판에 주입될 정확한 질량의 이온을 선택하는 동시에 분석 자석(5)을 통과하는 다른 공간적으로 분석된 이온을 리젝트시킨다. 본 특정 실시예에서, 이온 선택기(7)는 자석으로 부터 배출되는 불원의 이온 종류의 대부분을 리젝트시키는 플레이트 전극(35), 선택된 이온 종류만을 통과시키는 가변 폭 질량 분석 슬릿을 형성하는 한쌍의 구성요소(39, 41) 및 이온 빔의 높이를 제한하는 추가의 구성요소(43)를 포함한다. 그러나, 질량 분석 구성요소의 수와 그 구성은 변경될 수 있다.More specifically, the ion beam generator 3 comprises an ion source 15 comprising an arcuate chamber 17 having an exit aperture 19 formed thereon. A pair of extraction electrodes 21 and 23 are spaced apart from the exit aperture 19 to extract ions from the arcuate chamber to form an ion beam 25 . The extraction electrode 21 closest to the exit aperture 19 of the arcuate chamber functions as a suppression electrode to prevent electrons in front of the beam generator from flowing into the arcuate chamber. The flight tube 27 is positioned between two poles (only one is shown) of the mass spectrometry magnet 5 , receives the ion beam from the beam generator 3 , and the flight tube 27 and the ion source ( 15) Controls the transport energy of the ion beam while passing between the poles of the magnet 5, which is determined by the potential difference between them. In this particular embodiment, the magnetic field strength of the analysis magnet and the energy of the ion beam passing through the magnet are selected such that ions of suitable mass are deflected by approximately 90°, the flight tube 27 is configured accordingly, and the analysis magnet outlet Aperture 31 is substantially perpendicular to magnet entry aperture 29 . The ion selector 7 includes a series of discrete elements 35 , 39 , 41 , 43 spaced apart from each other along the beamline 45 to form a series of apertures, the series of apertures The perchers combine with each other to select the correct mass of ions to be implanted into the target substrate while rejecting other spatially resolved ions passing through the analysis magnet 5 . In this particular embodiment, the ion selector 7 comprises a plate electrode 35 that rejects most of the unsourced ion species emitted from the magnet, and a pair of configuration forming a variable width mass spectrometry slit that allows only the selected ion species to pass through. elements 39 , 41 and a further component 43 limiting the height of the ion beam. However, the number of mass spectrometry components and their composition may vary.

이온 선택기 조립체는 비행 튜브(27)의 일부분을 형성하고 자석과 전극 조립체(9) 사이에 배치되는 챔버(47)에 수용된다. 질량 분석 챔버(47)를 포함하는 비행 튜브(27)는 빔을 이온 빔 생성기에서 전극 조립체(9)로 운송시키는 수단에 제공한다. 질량 분석 챔버 월(49)은 빔라인의 방향으로 연장하고 일반적으로 원추형덮개를 형성하는 원추부(51)와, 원추부(51)에 인접하여 빔 라인에 횡으로 배치된 플레이트 전극을 구성하고 빔이 통과할 수 있는 애퍼쳐(55)를 형성하는 교차부(53)를 포함하며, 애퍼쳐(55)는 이온 선택기(7)의 최종 구성요소(43)에 인접하게 된다. 교차부(53)는 상세히 하술되는 바와 같이 이온 선택기 (7)를 이온 선택기의 하부에서 발생하는 전계로 부터 차단하는 정전 스크린을 제공한다.The ion selector assembly is housed in a chamber 47 that forms part of the flight tube 27 and is disposed between the magnet and the electrode assembly 9 . A flight tube 27 containing a mass spectrometry chamber 47 provides a means for transporting the beam from the ion beam generator to the electrode assembly 9 . The mass spectrometry chamber wall 49 constitutes a cone 51 extending in the direction of the beamline and forming a generally conical cover, and a plate electrode disposed transverse to the beamline adjacent the cone 51 and through which the beam It comprises an intersection (53) forming a passable aperture (55), the aperture (55) adjoining the final component (43) of the ion selector (7). The cross section 53 provides an electrostatic screen that shields the ion selector 7 from the electric field generated underneath the ion selector, as will be described in detail below.

본 특정 실시예에서, 진공 포트(57)는 분석 자석(5)에 인접하여 챔버 월(49)내에 형성되어 있으며, 챔버(47)를 진공상태로 하기 위한 진공 펌프(59)에 접속되어 있다. 이 진공 포트는 다른 실시예에서는 생략될 수도 있다.In this particular embodiment, a vacuum port 57 is formed in the chamber wall 49 adjacent the assay magnet 5 and is connected to a vacuum pump 59 for evacuating the chamber 47 . This vacuum port may be omitted in other embodiments.

전극 조립체(9)로 부터의 전계가 출구 애퍼쳐(55)를 통해 질량 분석 챔버(47)내로 침투하는 것을 감소시키기 위해 질량 분석 챔버(47)의 출구 애퍼쳐(55)와 전극 조립체(9)사이에 차단 조립체(52)가 설치된다. 차단 조립체(52)는 원추형 전극(54) 및 필드 형성 전극(56)을 포함한다. 원추형 전극(54)은 질량 분석 챔버의 출구 애퍼쳐(55)와 동축으로 배열되며, 일단부(58)가 질량 분석 챔버 월(49)의 교차부(혹은 전단부:53)에 인접하여 이 교차부(53)에 접속된다. 원추형 전극(54)은 질량 분석 챔버(47)의 전방으로 연장하고, 추가 차단을 제공하기 위해 원추형 전극(54)의 타단에 인접하여 또는 타단에 형성된 내향 연장하는 방사 플랜지(60)를 가지며, 출구 애퍼쳐(62)를 형성한다.The outlet aperture 55 of the mass spectrometry chamber 47 and the electrode assembly 9 to reduce the penetration of the electric field from the electrode assembly 9 into the mass spectrometry chamber 47 through the outlet aperture 55 . A blocking assembly 52 is installed between them. The blocking assembly 52 includes a conical electrode 54 and a field forming electrode 56 . The conical electrode 54 is arranged coaxially with the outlet aperture 55 of the mass spectrometry chamber, and has one end 58 adjacent to the intersection (or front end 53) of the mass spectrometry chamber wall 49 this intersection. connected to the unit 53 . The conical electrode 54 extends forward of the mass spectrometry chamber 47 and has an inwardly extending radiating flange 60 formed adjacent or at the other end of the conical electrode 54 to provide additional shielding, the outlet An aperture 62 is formed.

경우에 따라 사용되지 않을 수도 있는 필드 형성 전극(56)은 중앙에 애퍼쳐(64)가 형성되어 있는 원형 플레이트를 포함한다. 필드 형성 전극(56)은 원추형전극(54)내에 장착되어 원추형 전극(54)에 의해 지지되고, 원추형 전극(54)의 단부 사이의 거의 중간에 위치되며(이것은 변할 수도 있음), 빔 라인(45)을 교차한다. 애퍼쳐(64)는 장방형 또는 정방형이 바람직하며, 일실시예에서 전극 조립체(9)를 향해 바깥쪽으로 매끄럽게 절삭될 수도 있다. 본 실시예에서, 애퍼쳐는 정방형으로 약 60㎜의 폭을 갖는다. 원추형 전극(54)및 필드 형성 전극(56)은 흑연 또는 다른 적합한 재료로 구성될 것이다.The field forming electrode 56, which may not be used in some cases, comprises a circular plate having an aperture 64 formed in the center. Field forming electrode 56 is mounted within conical electrode 54 and supported by conical electrode 54, located approximately halfway between the ends of conical electrode 54 (which may vary), and beamline 45 ) intersect. The aperture 64 is preferably rectangular or square, and in one embodiment may be smoothly cut outward toward the electrode assembly 9 . In this embodiment, the aperture is square and has a width of about 60 mm. Conical electrode 54 and field forming electrode 56 may be constructed of graphite or other suitable material.

이온 빔의 주입 에너지를 제어하기 위한 전극 조립체(9)는 차단 조립체(52)를 바로 지나 위치되며, 필드 또는 링 전극(61) 및 애퍼쳐 플레이트 전극(65)을 포함한다. 필드 전극(61)은 일반적으로 원대칭을 가지며, 차단 조립체(52)의 출구 애퍼쳐(64)에 인접하여 출구 애퍼쳐(64)와 거의 동축으로 애퍼쳐(63)를 형성한다. 플레이트 전극(65)은 일반적으로 빔 라인(45)에 교차하여 배치되며, 이온 빔이 통과할 수 있는 추가의 애퍼쳐(67)를 형성한다. 이 추가의 애퍼쳐(67)는 필드 전극 애퍼쳐(63)에 인접하여 위치된다. 본 실시예에서는 필드 전극 애퍼쳐 및 플레이트 전극 애퍼쳐의 직경은 각각 약 90㎜ 와 80㎜이다. 필드 전극 및 플레이트 전극은 흑연 또는 다른 적합한 재료로 구성될 것이다.An electrode assembly (9) for controlling the implantation energy of the ion beam is positioned directly past the blocking assembly (52) and includes a field or ring electrode (61) and an aperture plate electrode (65). The field electrode 61 is generally circularly symmetric and defines an aperture 63 adjacent the exit aperture 64 of the blocking assembly 52 and substantially coaxial with the exit aperture 64 . A plate electrode 65 is generally disposed intersecting the beamline 45 and forms an additional aperture 67 through which the ion beam may pass. This additional aperture 67 is located adjacent to the field electrode aperture 63 . In this embodiment, the diameters of the field electrode aperture and the plate electrode aperture are about 90 mm and 80 mm, respectively. The field electrode and plate electrode may be constructed of graphite or other suitable material.

본 실시예에서, 전자 생성기(13)는 기판 부근에서 저에너지 전자를 이온 빔 내로 유입시키는 플라즈마 플루드 시스템(Plasma Flood System)을 포함한다. 플라즈마 플루드 시스템은 플레이트 전극 애퍼쳐(67)에서 대상 기판(12)으로 이온 빔이 통과되는 가이드 또는 구서고 튜브(69)를 포함하며, 튜브(69)는 플라즈마 플루드 시스템으로 부터의 전자를 이온 빔에 근접하게 유지하고 플레이트 전극 애퍼쳐와 웨이퍼 사이의 이온 빔의 일부분을 표유 전계(Stray Electric Field)로 부터 차단한다. 애퍼쳐 플레이트 전극(70)은 구속 튜브의 상단부에서 감속 조립체의 애퍼쳐 플레이트 전극에 인접하여 이치되어 필드 전극(61)에서 발생된 전계로 부터 구속 튜브의 내부를 추가 차단한다.In this embodiment, the electron generator 13 includes a Plasma Flood System that introduces low-energy electrons into the ion beam in the vicinity of the substrate. The plasma flood system includes a guide or tube 69 through which the ion beam passes from the plate electrode aperture 67 to the target substrate 12, and the tube 69 directs electrons from the plasma flood system to the ion beam. Keep a portion of the ion beam between the plate electrode aperture and the wafer from the stray electric field. The aperture plate electrode 70 is disposed adjacent to the aperture plate electrode of the deceleration assembly at the upper end of the confinement tube to further block the inside of the confinement tube from the electric field generated by the field electrode 61 .

필드 전극(61) 및 플레이트 전극 (65)에 형성된 애퍼쳐(63, 67)는 이온 빔이 전극(61, 65)을 클리핑하지 않고 똑바로 관통할 수 있도록 이들 애퍼쳐에서의 빔 단면적보다 크게 구성된다. 소정 질량의 이온 및 이들 애퍼쳐(63, 67)의 각각과 분석자석(5)간의 거리에 대해 빔 단면적은 이온 빔 생성기와 자석 광학장치, 자석의 분석력 및 질량 분석 슬릿의 폭과 같은 요소에 좌우될 것이며, 이들 요소의 각각은 감속 장치 및 대상 기판에서의 빔 단면적을 제어하기 위해 사용될 수 있다.The apertures 63, 67 formed in the field electrode 61 and the plate electrode 65 are configured to be larger than the beam cross-sectional area at these apertures so that the ion beam can pass straight through the electrodes 61, 65 without clipping. . For a given mass of ions and the distance between each of these apertures 63, 67 and the analyte magnet 5, the beam cross-sectional area depends on factors such as the ion beam generator and magnet optics, the analytical power of the magnet and the width of the mass analysis slit. Each of these elements can be used to control the beam cross-section at the deceleration device and the target substrate.

본 실시예에서, 이온 주입기는 이온 소스를 바이어스 하기 위한 소스 전압 공급장치(71)와, 억제 전극(21)을 바이어스하기 위한 억제 전극 전압 공급장치(73)와, 비행 튜브(27), 질량 분석 챔버(47), 차단 조립체(52) 및 다른 추출 전극(23)을 바이어스하기 위한 비행 튜브 전압 공급장치 (75)와, 전극 조립체(9)의 필드 전극(61)을 바이어스하기 위한 필드 전극 전압 공급장치(77)와, 전자 구속 전극(69) 및 애퍼쳐 차단 플레이트 전극(70)을 바이어스하기 위한 프라즈마 플루드 전압 공급장치(79)를 추가로 포함한다. 본 실시예에서, 감속 렌즈의 애퍼쳐 플레이트 전극(65), 대상 기판 홀더(11) 및 기판(12)은 접지 전위로 유지되며, 이로써 대상 기판의 처리가 용이해지고, 대상 지지 조립체가 간략화되며, 다른 전극에 대한 편리한 기준 전위로써의 역할을 하게 된다.In this embodiment, the ion implanter includes a source voltage supply 71 for biasing the ion source, a suppression electrode voltage supply 73 for biasing the suppression electrode 21, a flight tube 27, and mass spectrometry. A flight tube voltage supply 75 for biasing the chamber 47 , the blocking assembly 52 and the other extraction electrode 23 , and a field electrode voltage supply for biasing the field electrode 61 of the electrode assembly 9 . It further includes a device 77 and a plasma flood voltage supply 79 for biasing the electron confinement electrode 69 and the aperture blocking plate electrode 70 . In this embodiment, the aperture plate electrode 65 of the decelerating lens, the target substrate holder 11 and the substrate 12 are kept at ground potential, thereby facilitating the processing of the target substrate, simplifying the target support assembly, It serves as a convenient reference potential for the other electrodes.

저에너지로 이온을 주입하기 위해 이온 주입기를 동작시키는 방법은 예시를 위한 용도의 특정 예를 참고로 설명될 것이다.A method of operating an ion implanter to implant ions with low energy will be described with reference to specific examples of use for illustration.

이온 주입 에너지는 기판(12)과 이온 소스(15)간의 전위차에 의해 결정된다. 기판이 접지 전위로 유지될때, 이온 소스 전압 공급장치(71)는 요구된 이온 주입 에너지에 대응하는 크기만큼 접지 전위에 대해 양으로 바이어스된다. 예를들어, 2KeV주입의 경우, 이온 소스 전압 공급장치는 +2㎸로 바이어스된다. 이온 빔의 추출 에너지로서도 지칭되는 분석 자석(5)과 질량 분석 챔버(47)를 통과하는 이온 빔의 운송 에너지는 이온 소스(15)와 비행 튜브간의 전위차에 의해 결정되며, 이전위차는 비행 튜브 전압 공급장치(75)에 의해 제어된다. 그러므로, 예를들어, 이온 빔을 10KeV의 에너지로 비행 튜브를 통과하여 운송시키기 위해서는 비행 튜브는 이온 스스에 비해 -10㎸혹은 접지 전위에 비해 -8㎸로 바이어스된다. 이온 빔은 분석 자석을 통해 거의 일정한 에너지로 운송되며, 이온 빔내의 상이한 이온 종류는 자신의 질량에 따라 자석에 의해 공간적으로 분석된다. 공간적으로 분석된 빔은 질량 분석 챔버내로 통과되며, 이 챔버내에서 빔은 먼저 분석 자석(5)에 가장 인접한 플레이트 전극(35)에 의해 형성된 사전형성 애퍼쳐를 통과한다. 플레이트 전극(35)은 진행경로(Course), 즉 공간적으로 분석된 빔에 대한 제 1 스테이지 필터로서 작용하고, 주입에 요구되지 않은 공간적으로 분석된 이온 종류의 일부를 차단한다. 분석 자석(5)으로 부터 이격되고 빔 라인을 따라 서로 동축으로 배치된 제 2 및 제 3 구성요소(39, 41)는 필터링된 빔으로 부터 주입될 이온 종류를 선택하기 위한 가변 폭의 질량 분석 슬릿(42)을 형성하며, 이 가변 폭의 질량 분석 슬릿(42)은 빔 라인에 대해 횡방향으로 변경될 수 있다.The ion implantation energy is determined by the potential difference between the substrate 12 and the ion source 15 . When the substrate is held at ground potential, the ion source voltage supply 71 is positively biased with respect to the ground potential by an amount corresponding to the required ion implantation energy. For example, for a 2 KeV implant, the ion source voltage supply is biased at +2 kV. The transport energy of the ion beam through the analysis magnet 5 and mass spectrometry chamber 47, also referred to as the extraction energy of the ion beam, is determined by the potential difference between the ion source 15 and the flight tube, the transfer potential being the flight tube voltage. Controlled by the feeder 75 . Thus, for example, to transport an ion beam through the flight tube at an energy of 10 KeV, the flight tube is biased at -10 kV relative to the ions itself or -8 kV relative to the ground potential. The ion beam is carried with almost constant energy through the analysis magnet, and the different ion types in the ion beam are spatially analyzed by the magnet according to their mass. The spatially analyzed beam is passed into a mass spectrometry chamber, in which the beam first passes through a preformed aperture formed by the plate electrode 35 closest to the analysis magnet 5 . The plate electrode 35 acts as a first stage filter for the course, i.e., spatially resolved beam, and blocks some of the spatially resolved ion species not required for implantation. Second and third components 39 , 41 spaced apart from the analysis magnet 5 and arranged coaxially with each other along the beamline are mass spectrometry slits of variable width for selecting the type of ions to be implanted from the filtered beam. 42, this variable width mass spectrometry slit 42 can be changed transverse to the beamline.

일례로써, 붕소 주입시에 분석 자석에 잔류하는 공간적으로 분석된 빔은 BF3, BF2, BF, B 및 F 이온을 포함할 것이고, 붕소 이온은 붕소의 동위원소 B10및 B11중의 하나를 포함할 것이다. 그러므로, B11주입의 경우 사전형성 구성요소(35) 및 질량 분석 구성요소(39, 41)는 B11를 제외한 모든 이온 종류를 필터링할 것이다. 빔이 질량 분석 챔버(47)를 교차할때, 빔의 에너지는 본 예에서는 10KeV와 같이 일정하게 유지된다. 10KeV질량 분석된 빔(46)은 질량 분석 챔버(47)의 출구 애퍼쳐(55)를 통해 차단 조립체(52)에서 전극 조립체(9)로 통과한다.As an example, the spatially resolved beam remaining on the analysis magnet upon implantation of boron will contain BF 3 , BF 2 , BF, B and F ions, which boron ions may contain one of the isotopes of boron, B 10 and B 11 . will include Therefore, in the case of B 11 implantation, the preforming component 35 and the mass spectrometry components 39 , 41 will filter out all ion types except for B 11 . As the beam crosses the mass spectrometry chamber 47, the energy of the beam remains constant, such as 10 KeV in this example. The 10 KeV mass analyzed beam 46 passes from the blocking assembly 52 to the electrode assembly 9 through the outlet aperture 55 of the mass spectrometry chamber 47 .

질량 분석 챔버(47)의 전위 보다 작은 크기의 전위가 필드 전극(61)에 인가된다. 필드 전극(61)에 인가된 전위의 크기는 접지된 플레이트 전극(65)의 최종 애퍼쳐(67)의 지역에서 정전 집속 필드를 형성하기에 충분하다. 본 발명의 발명자는 최종 렌즈 애퍼쳐(67)와 대상 기판간의 빔내에 빔 이온을 유지하기 위해 최종 렌즈 에퍼쳐(67)에서 요구된 집속 필드를 형성함에 있어 플레이트 전극(65)의 전위에 대해 -5㎸내지 -30㎸사이의 전위, 바람직하게는 -25㎸의 전위이면 충분하다는 결론을 얻었다. 비행 튜브 및 질량 분석 챔버가 -8㎸인 경우, 필드 전극(61)은 비행 튜브의 전위 보다 낮은 전위로 바이어스되고, 질량 분석 영역내의 전자가 플레이트 전극(65)으로 인력을 받는 것을 방지하는 작용을 하며, 이로써 이 지역 내에서의 공간 전하 중성화를 파괴하고 빔 팽창 및 전류 손실을 초래한다.A potential smaller than the potential of the mass spectrometry chamber 47 is applied to the field electrode 61 . The magnitude of the potential applied to the field electrode 61 is sufficient to form an electrostatic focusing field in the region of the final aperture 67 of the grounded plate electrode 65 . The inventors of the present invention are concerned with the potential of the plate electrode 65 in forming the required focusing field in the final lens aperture 67 to keep the beam ions in the beam between the final lens aperture 67 and the target substrate. It was concluded that a potential between 5 kV and -30 kV, preferably a potential of -25 kV, is sufficient. When the flight tube and the mass spectrometry chamber are -8 kV, the field electrode 61 is biased to a potential lower than the potential of the flight tube, and acts to prevent electrons in the mass spectrometry region from being attracted to the plate electrode 65. This destroys space charge neutralization within this region and results in beam expansion and current loss.

본 예에서, 질량 분석된 빔(46)이 필드 전극(61)에 접근할때, 빔은 10KeV의 운송(추출) 에너지 내지 이온 소스(15)와 필드 전극(61)사이의 전위차에 의해 공간적으로 형성된 에너지 이상으로 순식가에 가속된다. 빔은 필드 전극 애퍼쳐(63)를 통과하고, 그리고나서 거의 필드 전극 애퍼쳐(63)와 최종 애퍼쳐(67) 사이의 캡에서 요구된 주입 에너지로 감속된다. 이와 동시에, 질량 분석 챔버 출구 애퍼쳐(55)와 필드 전극(61)사이의 지역, 필드 전극(61)과 감속 렌즈의 플레이트 전극(65)사이의 지역, 및 바로 그 다음 지역에서의 이온 빔에 총집속력(Net Focusing Force)이 가해진다.In this example, when the mass analyzed beam 46 approaches the field electrode 61, the beam is spatially Accelerates faster than the energy formed. The beam passes through the field electrode aperture 63 , and then decelerates to approximately the required injection energy at the cap between the field electrode aperture 63 and the final aperture 67 . At the same time, in the area between the mass spectrometry chamber exit aperture 55 and the field electrode 61, the area between the field electrode 61 and the plate electrode 65 of the decelerating lens, and the area immediately following the ion beam A Net Focusing Force is applied.

그후, 이온 빔은 최종 렌즈 애퍼쳐(67)와 대상 기판 사이의 지역내로 통과된다. 이 지역에서, 이온 빔은 거의 요구된 주입 에너지로 기판에 운송된다. 이때의 저속 빔의 팽창은 플라즈마 플루드 시스템(13)에 의해 저에너지 전자로 빔을 쇄도(Flood)시킴으로써 최소화된다. 플라즈마 플루드 시스템은 또한 이온 주입동안의 대상 기판의 표면 하전을 최소화시키고, 이와 동시에 이온 빔의 전위를 감소시켜 빔이 기판에 도달하기 전에 팽창하는 정도를 최소화시킨다.The ion beam is then passed into the region between the final lens aperture 67 and the target substrate. In this area, the ion beam is delivered to the substrate with approximately the required implantation energy. At this time, the expansion of the low-speed beam is minimized by flooding the beam with low-energy electrons by the plasma flood system 13 . The plasma flood system also minimizes the surface charge of the target substrate during ion implantation, while simultaneously reducing the potential of the ion beam to minimize the extent to which the beam expands before reaching the substrate.

본 발명의 감속 장치는 종래기술의 시스템에 비해 현저한 장점을 나타낸다. 첫번째로, 본 발명의 감속 장치는 빔이 감속된 후 이온 빔이 중성화될 수 있으며, 이것은 종래기술의 시스템에서는 불가능한 것이다. 감속 필드에서 이온이 감속될 때 감속 필드가 전자를 가속시켜 빔 이온으로 부터 벗어나게 하므로, 빔내로 전자를 유입시키는 시스템을 사용함에 의해 기판에서 이온빔을 공간 전하 중성화시키는 것이 용이하지 않게 되며, 이로써 전자 주입기의 효율이 매우 저조하게 된다. 안정한 플라즈마내에 포함된 저에너지 전자에 의해 이온 빔이 중성화되는 플라즈마 플루드 시스템의 경우, 감속 렌즈에서 나타나는 강력한 전계는 이러한 플라즈마가 형성되는 것을 방해할 것이다. 본 방치에서, 플라즈마 플루드 시스템은 감속 장치의 하부에 배열되고 감속 장치로 부터 차단되며, 이로써 플라즈마 플루드 시스템은 강력한 감속 필드에 노출되지 않는다. 이로써 요구된 저에너지 플라즈마를 형성하기 위한 중요한 조건이 달성되어 유지된다.The reduction gear of the present invention exhibits significant advantages over prior art systems. First, the decelerating device of the present invention can neutralize the ion beam after the beam is decelerated, which is not possible in the prior art system. Since the deceleration field accelerates electrons away from the beam ions when the ions are decelerated in the deceleration field, it is not easy to space charge neutralize the ion beam at the substrate by using a system that introduces electrons into the beam, thereby making it difficult for the electron injector to efficiency is very low. In the case of a plasma flood system in which the ion beam is neutralized by low-energy electrons contained in a stable plasma, a strong electric field from the decelerating lens will prevent this plasma from forming. In the present arrangement, the plasma flood system is arranged under the deceleration device and is isolated from the deceleration device, so that the plasma flood system is not exposed to the strong deceleration field. The critical conditions for forming the required low energy plasma are thereby achieved and maintained.

둘째, 공간 전하 중성화의 손실은 이온 빔이 강력한 감속 필드를 통과할시에는 필수적으로 발생된다. 따라서, 종래기술의 장치에서는 빔이 공간 전하 중성화없이 최소 거리를 이동하도록 감속 렌즈가 가능한한 기판에 근접하게 위치되었다. 이와 달리, 본 장치에서, 감속 장치는 기판의 위쪽에서 중성화 장치와 질량 분석 챔버 사이에 위치되고, 감속 동안의 이온 빔에 집속력을 가하여 이온 빔의 공간 전하 중성화가 현저하게 결핍되는 이 지역에서의 빔 팽창을 억제시키도록 배열된다. 최종 애퍼쳐에서의 빔 단면적보다 적어도 15% 큰 감속 전극(65)의 최종 렌즈 애퍼쳐(67)를 구성함으로써 그리고 필드 전극(61)과 플레이트 전극(65)사이에 충분히 높은 전위차를 이들 전극 사이의 지역내의 이온 빔을 감속시키는 방향으로 인가함으로써, 대상 기판에서 매우 높은 전류 밀도가 달성될 수 있다. 예를들어, 2KeV 및 10KeV의 저에너지 빔의 경우에는 온-타겟 이온 전류 밀도가 각각 70㎂㎝-2및 250㎂㎝-2이 되고, 200eV 및 500eV의 초저에너지(1KeV)의 경우에는 온-타겟 이온 전류 밀도가 각각 5.0㎂㎝-2및 20.0㎂㎝-2이 된다.Second, the loss of space charge neutralization is essential when the ion beam passes through a strong decelerating field. Thus, in prior art devices, the decelerating lens is positioned as close to the substrate as possible so that the beam travels the minimum distance without space charge neutralization. In contrast, in the present device, the deceleration device is located above the substrate, between the neutralizer and the mass spectrometry chamber, and applies a focusing force to the ion beam during deceleration in this region where space charge neutralization of the ion beam is markedly lacking. arranged to suppress beam expansion. By constructing the final lens aperture 67 of the decelerating electrode 65 at least 15% larger than the beam cross-sectional area at the final aperture, and by creating a sufficiently high potential difference between the field electrode 61 and the plate electrode 65 between these electrodes. By applying the ion beam in the region in a decelerating direction, very high current densities at the target substrate can be achieved. For example, for low-energy beams of 2 KeV and 10 KeV, the on-target ion current densities are 70 μA cm -2 and 250 μA cm -2 , respectively, and for the ultra-low energy (1 KeV) of 200 eV and 500 eV, the on-target ion current densities are respectively. The ion current densities are 5.0 μA cm -2 and 20.0 μA cm -2 , respectively.

필드 전극(61)의 애퍼쳐(63)는 또한 그 곳에서의 빔 단면적 보다 커서 모든 빔 전류를 전송할 수 있다. 본 실시예에서, 애퍼쳐 크기는 빔 라인을 따라 거의 일정하며, 빔 라인의 방향에서의 애퍼쳐의 깊이는 비교적 작다.The aperture 63 of the field electrode 61 is also larger than the beam cross-sectional area therein so that all the beam current can be transmitted. In this embodiment, the aperture size is almost constant along the beamline, and the depth of the aperture in the direction of the beamline is relatively small.

필드 형성 전극(56)의 애퍼쳐(64) 및 질량 분석 챔버의 출구 전극(55) 또한 그 곳에서의 빔 단면적 보다 큰 크기를 가지며, 이로써 질량 분석 슬릿(42) 및 빔 높이 형성 채퍼쳐(44)에 의해 전송된 빔 전류가 감속 영역으로 유입된다. 그러므로, 빔이 기판에 도달할때까지 통과하는 빔 높이 형성 애퍼쳐(44) 이후의 모든 애퍼쳐는 빔 높이 형성 구성요소(43)로 부터의 모든 빔 전류가 기판으로 전송될 수 있도록 각각의 애퍼쳐에서의 빔 단면적보다 크다. 이 점이, 예를들어 기판에서의 빔의 폭 및 형상을 제한하기 위해 또는 애퍼쳐에 걸쳐 차등 압력이 유지될 수 있도록 애퍼쳐를 통해 흐르는 가스에 임피던스를 제공하기 위해 또는 전극에 더 낮은 전위가 인가될 수 있도록 애퍼쳐의 내표면을 가능한한 이온 빔에 근접시키기 위해 빔 라인을 따라 애퍼쳐의 크기가 제한되는 종래기술의 장치와의 현저한 차이점이다.The aperture 64 of the field forming electrode 56 and the outlet electrode 55 of the mass spectrometry chamber also have a size greater than the beam cross-sectional area therein, thereby resulting in the mass spectrometry slit 42 and the beam height forming aperture 44 ), the transmitted beam current flows into the deceleration region. Therefore, all apertures after the beam height forming aperture 44 through which the beam passes until it reaches the substrate, each aperture so that all the beam current from the beam height forming component 43 can be transmitted to the substrate. larger than the cross-sectional area of the beam in the perch. This is because, for example, a lower potential is applied to the electrode or to limit the width and shape of the beam at the substrate or to provide an impedance to the gas flowing through the aperture so that a differential pressure can be maintained across the aperture. This is a significant difference from prior art devices in which the size of the aperture is limited along the beam line in order to bring the inner surface of the aperture as close to the ion beam as possible.

소정 애퍼쳐의 면적에 대한 애퍼쳐에서의빔의 단면적의 비를 충진율(Filling rate)이라하면, 접속 전극(61) 및 렌즈 플레이트 전극(65)의 충진율은 모든 종류의 도팬트 이온에 대해 85% 미만인 것이 바람직하다. 85% 미만의 충진율은 더 높은 빔 전류밀도가 빔 라인을 따라 운송되도록 하는 것으로 판명되었다. 빔 라인을 교차하는 전극에 의해 생성된 전계는 전극 애퍼쳐의 내표면이 이온 빔에 근접한 경우보다 이온 빔의 주변에서 운송된 이온 및 전자에 대한 방해가 덜 하기 때문에, 빔과 각종 빔 라인간에 알맞는 갭을 설치하는 것이 공간 전하 효과로 인한 빔 팽창을 감소시킬 수 있는 거승로 판명되었다. 그러므로, 질량 분석 슬릿 하부의 전극의 애퍼쳐 크기가 그 곳에서의 빔 단면보다 더 크도록 함으로써, 빔 팽창이 감소될 수 있고 빔 전류밀도가 증가된다. 더욱이, 애퍼쳐를 빔 단면보다 더 크게 함에 따라 빔 이온이 전극을 때리지 못하게 됨으로써 그렇지 못한 경우에 전극의 표면으로 부터 스퍼터링되는 흑연, 금속성 물질 또는 다른 물질에 의한 빔의 오염이 상당히 감소된다.If the ratio of the cross-sectional area of the beam in the aperture to the area of the predetermined aperture is referred to as the filling rate, the filling rate of the connection electrode 61 and the lens plate electrode 65 is less than 85% for all kinds of dopant ions. it is preferable A fill factor of less than 85% was found to allow a higher beam current density to be transported along the beamline. The electric field generated by the electrodes intersecting the beamline interferes less with ions and electrons transported in the periphery of the ion beam than when the inner surface of the electrode aperture is close to the ion beam. It turns out that installing the right gap can reduce the beam expansion due to the space charge effect. Therefore, by making the aperture size of the electrode under the mass spectrometry slit larger than the beam cross-section therein, the beam expansion can be reduced and the beam current density increased. Moreover, contamination of the beam by graphite, metallic materials or other materials that would otherwise be sputtered from the surface of the electrode is significantly reduced by making the aperture larger than the beam cross-section by preventing the beam ions from striking the electrode.

운송 에너지 이상의 에너지에서, 감속된 저에너지 이온 빔의 에너지 오염(Energy Contamination)이라는 문제점이 나타날 수 있는 것으로 판명되었고, 더욱이 이러한 오염은 빔 이온이 필드 전극과 렌즈 플레이트 전극 사이의 지역에서 감속되기 전에 필드 전극에 의해 일시적으로 가속될때 빔 이온의 중성화에서 비롯되는 것으로 판명되었다.It has been found that at energies above the transport energy, the problem of Energy Contamination of the slowed low-energy ion beam may appear, and furthermore, this contamination occurs before the beam ions are decelerated in the region between the field electrode and the lens plate electrode before the field electrode. It turned out to result from the neutralization of the beam ions when temporarily accelerated by

도 2는 이온 빔의 이러한 고에너지 오염을 거의 제거하는 저에너지 이온 주입을 위한 빔 운송 장치의 바람직한 실시예의 평면도를 도시한다. 도 2 에서, 이온빔 생성기, 대부분의 질량 분석 자석 및 이온 주입기의 빔 스폿은 도시의 간략화를 위해 생략되어 있으나 이들은 도 1에 도시되어 전술된 것과 동일 한 것이다. 도 2 에서, 본 장치는 자석(5)로 부터의 질량 분석된 빔에서 요구된 주입 이온을 선택하기 위한 선택기(7)를 수용하는 질량 분석 챔버(47)를 포함하는 비행 튜브(27), 질량 분석 챔버(47)의 하부에 위치되어 이온 빔을 감속시키는 감속 렌즈 조립체(9), 상기 감속 렌즈 조립체의 하부에 인접하여 배치된 빔 중성화 장치, 및 상기 빔 중성화 장치(13)의 하부에 인접 위치된 대상 기판 홀더(11)를 구비한다.Figure 2 shows a plan view of a preferred embodiment of a beam transport apparatus for low energy ion implantation that substantially eliminates such high energy contamination of the ion beam. In FIG. 2 , the beam spots of the ion beam generator, most of the mass spectrometry magnets and the ion implanter are omitted for simplicity of illustration, but they are the same as those shown in FIG. 1 and described above. In FIG. 2 , the device comprises a flight tube 27 comprising a mass spectrometry chamber 47 containing a selector 7 for selecting the desired implanted ions in a mass analyzed beam from a magnet 5 , the mass A decelerating lens assembly 9 positioned at the lower portion of the analysis chamber 47 to decelerate the ion beam, a beam neutralizing device disposed adjacent to a lower portion of the decelerating lens assembly, and a location adjacent to the lower portion of the beam neutralizing device 13 . A target substrate holder 11 is provided.

이온 선택기(7)는 자석으로 부터 불원의 이온 종류의 대부분을 리젝트시키는 플레이트 전극(35) 및 선택된 이온 종류만을 통과시키는 가변 폭의 질량 분석 슬릿(42)을 형성하는 한쌍의 구성요소(39, 41)를 포함한다. 질량 분석 챔버 월(49)은 빔 라인의 방향으로 연장하고 일반적으로 원추형의 덮개를 형성하는 부분(51)과, 빔 라인을 교차하여 연장하는 플레이트 전극을 구성하는 전단부(53)를 포함한다. 전단부(53)는 이온 빔이 통과할 수 있고 구성요소(39, 41)를 형성하는 질량 분석 슬릿에 인접하는 애퍼쳐(55)를 형성한다.The ion selector 7 comprises a pair of components 39, forming a plate electrode 35 that rejects most of the unsourced ion species from the magnet and a variable width mass spectrometry slit 42 that passes only the selected ion species. 41). The mass spectrometry chamber wall 49 includes a portion 51 extending in the direction of the beamline and forming a generally conical cover, and a front end 53 constituting a plate electrode extending across the beamline. The front end 53 defines an aperture 55 adjacent the mass spectrometry slit through which the ion beam can pass and which forms the components 39 , 41 .

도 2 내지 도 5 에서, 감속 렌즈 조립체는 빔 중성화 장치(13)에 인접하여 위치되고 주입 에너지를 제어하는 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65), 상기 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)의 하부에 위치된 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60), 및 상기 제 1 및 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(65, 60)의 사이에서 이들에 인접 위치되어 상기 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)을 통과하는 빔 이온에 집속 필드를 제공하는 필드 전극(61)을 포함한다. 이온 선택기(7)의 하부에서 생성된 전계로 부터, 특히 필드 전극(61)에서 발생하는 필드로 부터 이온 선택기(7)의 추가 차단을 제공하기 위해 추가의 에퍼쳐 플레이트 전극(56)이 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)의 하부에 위치 된다. 본 특정 실시예에서, 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)으로 부터 후면으로 연장하는 스탠드-오프(66)상에 추가의 차단 전극(56)이 장착된다.2 to 5 , the decelerating lens assembly is located adjacent to the beam neutralizing device 13 and is a first aperture plate electrode 65 for controlling the injection energy, a lower portion of the first aperture plate electrode 65 . A second aperture plate electrode (60) positioned and positioned between and adjacent to the first and second aperture plate electrodes (65, 60) and passing through the first aperture plate electrode (65) It includes a field electrode 61 that provides a focused field to the ions. In order to provide further shielding of the ion selector 7 from the electric field generated underneath the ion selector 7 , in particular from the field generated at the field electrode 61 , a further aperture plate electrode 56 is provided in the second It is positioned under the aperture plate electrode 60 . In this particular embodiment, an additional blocking electrode 56 is mounted on a stand-off 66 extending back from the second aperture plate electrode 60 .

차단 실린더(54)는 비행 튜브(27)상에 장착되어 필드 전극(61)을 향해 축을 따라 연장한다. 제 2 애퍼펴 플레이트 전극(60)은 차단 실린더(54)의 전단부상에 장착되며, 차단 실린더(54)는 추가의 차단 전극(56)을 둘러싼다. 본 실시예에서, 차단 실린더(54), 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60) 및 추가의 애퍼쳐 플레이트 전극(56)은 모두 비행 튜브(27)에 전기적으로 접속된다.A blocking cylinder 54 is mounted on the flight tube 27 and extends along the axis towards the field electrode 61 . A second aperture plate electrode (60) is mounted on the front end of a blocking cylinder (54), which surrounds an additional blocking electrode (56). In this embodiment, the blocking cylinder 54 , the second aperture plate electrode 60 and the additional aperture plate electrode 56 are all electrically connected to the flight tube 27 .

감속 렌즈 조립체에서, 필드 전극(61) 및 제 1 애퍼쳐 전극(65) 모두에 형성된 빔 애퍼쳐는 장방형이고, 각각의 경우에 애퍼쳐의 폭 Wf및 Wd는 높이 hf및 hd보다 짧다. 제 1 애퍼쳐 전극(65)에 형성된 애퍼쳐는 필드 전극(61)에서 방생하는 전계로 부터의 빔 중성화 장치(13)의 차단을 향상시키기 위해 높이 및 폭이 있어 필드 전극(61)보다 작다. 일실시예에서, 필드 전극의 빔 애퍼쳐(63)는 약 86×100㎜의 직경을 갖고, 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극의 빔 애퍼쳐(67)는 약 60×86㎜의 직경을 갖는다.In the decelerating lens assembly, the beam aperture formed in both the field electrode 61 and the first aperture electrode 65 is rectangular, and the widths W f and W d of the apertures in each case are greater than the heights h f and h d . short. The aperture formed in the first aperture electrode 65 is smaller than the field electrode 61 in height and width to improve the blocking of the beam neutralizing device 13 from the electric field emitted by the field electrode 61 . In one embodiment, the beam aperture 63 of the field electrode has a diameter of about 86 x 100 mm and the beam aperture 67 of the first aperture plate electrode has a diameter of about 60 x 86 mm.

필드 전극과 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)간의 애퍼쳐폭에 있어서의 단편적인 감소는 필드 전극과 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극간의 애퍼쳐 높이에 있어서의 단편적인 감소보다 크다. 본 실시예에서, 이온 빔이 질량 분석 슬릿을 통과할때, 빔이 공간 전하 효과로 인해 수직으로 연장하는 것보다 더 빠른 속도로 측면으로 연장하도록 빔은 연필형 단면 지형을 갖는다. 애퍼쳐들의 폭 사이를 더욱 감소시킴으로써 이온 빔에 걸쳐 측면 방향으로 접속력이 강화되어 이 방향에서의 더 높은 팽창율을 감소시킨다. 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65) 및 필드 전극(61)의 빔 애퍼쳐 구조는 감속 렌즈의 집속 능력을 증가시키며, 이로써 빔의 적절한 집속을 제공하기 위해 필요한 제 1 및 제 2 애퍼쳐 전극에 대한 필드 전극의 전위가 감소될 수 있고, 이에 따라 필드 전극 애퍼쳐를 통과한 직후의 운송 에너지 이상의 이온에 의해 순식간에 획득된 에너지를 감소시킬 수 있다. 그 결과 잔여 가스 원자와의 전하 교환에 의해 이 지역에 생성된 고속 중성자의 에너지를 감소시킨다.The fractional decrease in the aperture width between the field electrode and the first aperture plate electrode 65 is greater than the fractional decrease in the aperture height between the field electrode and the first aperture plate electrode. In this embodiment, the beam has a pencil-shaped cross-sectional topography so that when the ion beam passes through the mass spectrometry slit, it extends laterally at a faster rate than it does vertically due to space charge effects. By further reducing the width between the apertures, the connecting force is enhanced laterally across the ion beam, reducing the higher expansion rate in this direction. The beam aperture structure of the first aperture plate electrode 65 and the field electrode 61 increases the focusing ability of the decelerating lens, thereby increasing the focusing capability of the first and second aperture electrodes necessary to provide proper focusing of the beam. The potential of the field electrode can be reduced, and thus, the energy obtained in an instant by the ions above the transport energy immediately after passing through the field electrode aperture can be reduced. As a result, it reduces the energy of the fast neutrons generated in this region by charge exchange with the remaining gas atoms.

도 2 에서, 제 1 및 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(65, 60)은 필드 전극(61)의 빔 애퍼쳐의 가장 작은 횡치수 Wf(이 우에는 폭) 미만의 거리 a만큼 빔 방향으로 이격된다. 이것이 바람직한 감속 렌즈 조립체의 또하나의 중요한 특징이다. 제 1 및 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(65, 60)간의 거리가 짧다는 것은 이온이 필드 전극(61)에 의해 가속될때 이들 이온이 운송 에너지 이상의 에너지를 갖는 시간이 최소로 유지될 수 있도록 한다. 결과적으로, 잔여 가스 원자와의 전하 교환을 경험하는 이러한 더 높은 에너지를 갖는 빔 이온의 가능성은 이 지역에 형성된 고에너지 중성자 수의 감소와 함게 감소된다.In FIG. 2 , the first and second aperture plate electrodes 65 , 60 are spaced apart in the beam direction by a distance a less than the smallest transverse dimension W f (in this case the width) of the beam aperture of the field electrode 61 . do. This is another important feature of a preferred decelerating lens assembly. The short distance between the first and second aperture plate electrodes 65 and 60 allows the time that ions have energy above their transport energy when accelerated by the field electrode 61 can be kept to a minimum. Consequently, the likelihood of these higher-energy beam ions to undergo charge exchange with residual gas atoms is reduced with a decrease in the number of high-energy neutrons formed in this region.

필드 전극(61)은 일반적으로 원추형이고, 빔 방향으로 빔 애퍼쳐의 최소의 횡치수(이 경우에는 애퍼쳐폭)의 적어도 10%의 길이를 갖는다. 본 특정 실시예에서, 축 길이는 애퍼쳐폭의 약 23%이다. 이러한 구조는 집속 효과를 향상시키는 한편 필드 전극(61)의 애퍼쳐가 이 필드 전극을 빔이 통과할때의 팽창된 빔폭보다 크게 되도록 한다.The field electrode 61 is generally conical and has a length in the beam direction of at least 10% of the smallest transverse dimension of the beam aperture (aperture width in this case). In this particular embodiment, the axial length is about 23% of the aperture width. This structure improves the focusing effect while allowing the aperture of the field electrode 61 to be larger than the expanded beam width when the beam passes through the field electrode.

원추형 플랜지(89)는 필드 전극(61)을 향해 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)으로 부터 축을 따라 연장한다. 원추형 플랜지(89) 및 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)은 이온 빔 및 필드 전극(61) 둘레에 실드를 형성하여 필드 전극(61)과 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)사이에 인가된 전위차에 의해 확립된 전계를 구속하며, 이로써 대상 기판(12) 부근의 하전 입자가 필드 전극(61)의 상부로 흐르지 못하도록 하고, 이와 동시에 그렇지 않은 경우 이온 빔에서이 전하 균형을 붕괴시켜 빔 전류의 손실을 초래할 수도 있는 처리 챔버(81)에 나타나는 표유 전계로 부터 이온 빔을 차단시킨다.A conical flange 89 extends along the axis from the first aperture plate electrode 65 towards the field electrode 61 . The conical flange (89) and the first aperture plate electrode (65) form a shield around the ion beam and the field electrode (61) to form a potential difference applied between the field electrode (61) and the first aperture plate electrode (65). constrains the electric field established by It blocks the ion beam from stray electric fields appearing in the processing chamber 81 that may result.

필드 전극(61)은 플랜지가 필드 전극(61)의 외주를 둘러싸도록 플랜지(89)내부에 위치된다. 본 실시예에서, 필드 전극(61)은 원추형 차단 플랜지(89) 내에 장착되고 필드 전극(61)의 원주 둘레에 방사상으로 위치되는 복수의 스탠드-오프(68)를 통해 원추형 차단 플랜지(89)에 의해 지지된다. 필드 전극 및 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극 조립체는 복수의 스탠드-오프(72)에 의해 처리 챔버 월(85)상에 장착된다. 본 실시예에서, 원추형 차단 플랜지(89)는 필드 전극과 제 2 애퍼쳐 를레이트 저늑간의 갭(95)이 처리 챔버(81)내의 주변 공간과 용이하게 액세스하여 직접 소통할 수 있도록 필드 전극(61)의 후면을 초과하는 최소 거리로 연장한다. 이러한 개방향 구조형태는 필드 전극(61)과 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)간의 지역이 더욱 용이하게 진공상태가 되도록 하며, 이로써 이 지역내의 잔여 가스 압력이 감소되어 그렇지 않은 경우 고에너지 오염을 야기할 수도 있는 고속 중성자의 생성을 최소화시킨다.The field electrode 61 is positioned inside the flange 89 so that the flange surrounds the outer periphery of the field electrode 61 . In this embodiment, the field electrode 61 is mounted within the conical blocking flange 89 and is attached to the conical blocking flange 89 via a plurality of stand-offs 68 positioned radially around the circumference of the field electrode 61 . supported by The field electrode and first aperture plate electrode assembly are mounted on the processing chamber wall 85 by a plurality of stand-offs 72 . In this embodiment, the conical blocking flange 89 is provided so that the gap 95 between the field electrode and the second aperture intercostal space can easily access and communicate directly with the surrounding space within the processing chamber 81. 61) to a minimum distance exceeding the rear surface. This open structure allows the area between the field electrode 61 and the second aperture plate electrode 60 to be more easily evacuated, thereby reducing the residual gas pressure in this area and otherwise avoiding high energy contamination. Minimize the generation of fast neutrons that may cause

진공 포트(83)는 처리 챔버가 진공상태가 되도록 하기 위해 처리 챔버(81)의 월에 형성된다. 진공 포트의 개구는 비교적 크고, 주입 동안의 기판으로 부터 스퍼터링된 입자를 수집하기 위해 대상 기판의 지역에서 빔 라인에 평행하게 연장한다. 감속 렌즈 조립체, 특히 필드 전극(61)과 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)사이의 지역은 처리 챔버(81)의 진공 배출 포트(83)의 전면에 직접 위치되며, 이로써 렌즈의 내부가 더욱 효율적으로 진공상태가 될 수 잇어 이온 빔의 고에너지 오염 및 고속 중성자으 생성을 더욱 감소시키는 효과를 갖는다.A vacuum port 83 is formed in the wall of the processing chamber 81 to allow the processing chamber to be in a vacuum state. The opening of the vacuum port is relatively large and extends parallel to the beam line in the region of the target substrate to collect sputtered particles from the substrate during implantation. The decelerating lens assembly, particularly the area between the field electrode 61 and the second aperture plate electrode 60, is located directly in front of the vacuum exhaust port 83 of the processing chamber 81, thereby making the interior of the lens more efficient. As a result, it can be in a vacuum state, which has the effect of further reducing the high-energy contamination of the ion beam and the generation of high-speed neutrons.

그러므로, 도 2에 도시된 감속 렌즈 조립체는 렌즈내의 공간이 효율적으로 진공상태가 되어 렌즈 내부에서의 잔여 가스 압력 및 주입 에너지 특히 비행 튜브 운송 에너지 이상에서 이 지역에서의 중성자의 생성을 최소화시킬 수 있도록 구성된다.Therefore, the decelerating lens assembly shown in Fig. 2 allows the space within the lens to be effectively vacuumed to minimize the residual gas pressure and injection energy inside the lens, particularly the generation of neutrons in this region above the flight tube transport energy. is composed

본 실시예에서, 빔 중성화 장치(13)는 대상 기판의 표면에 인접한 이온 빔내에 전자를 유입시키는 플라즈마 소스(14)를 포함하는 플라즈마 플루드 시스템을 구비한다. 플라즈마 플루드 시스템은 이온 빔을 에워싸고 기판 홀더(11)의 전면 바로 가까이에 위치되는 저낮 구속 튜브(69)를 포함한다. 감속 렌즈 조립체에서 발생하는 전계 부터 플라즈마 플루드 시스템을 차단하기 위한 차단 전극(70)은 구속 튜브(69)의 상단에 장착되고, 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)에 인접하여 위치된다. 이 구조는 렌즈 조립체(9)가 가능한한 대상 기판(12)에 인접하게 위치되도록 하는 한편 중성화 장치(13)가 여전히 렌즈 조립체(9)와 대상 기판(12)사이에 위치되도록 한다. 추가의 차단 전극(70)은 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)에서의 빔 개구(67)와 거의 동일 크기의 빔 개구(74)를 가지며, 여분의 전계가 중성화 지역내로 침투하는 것을 방지한다. 추가의 차단 전극(70)은 제 1 애퍼쳐 전극(65)이 전자 구속 튜브(69)의 상단에 매우 인접하게 위치되도록 하고, 구속 전극(69)자체에 대해서는 상대적으로 짧게 구성되도록 하여 아직까지 주입되고 있는 기판(12)의 적절한 중성화를 제공한다.In this embodiment, the beam neutralizing apparatus 13 has a plasma flood system including a plasma source 14 for introducing electrons into an ion beam adjacent to the surface of the target substrate. The plasma flood system includes a low and low confinement tube 69 that surrounds the ion beam and is positioned immediately proximate the front surface of the substrate holder 11 . A blocking electrode 70 for blocking the plasma flood system from the electric field generated in the decelerating lens assembly is mounted on the upper end of the confinement tube 69 and is located adjacent to the first aperture plate electrode 65 . This structure allows the lens assembly 9 to be positioned as close to the target substrate 12 as possible while the neutralizing device 13 is still positioned between the lens assembly 9 and the target substrate 12 . The additional blocking electrode 70 has a beam opening 74 approximately the same size as the beam opening 67 in the first aperture plate electrode 65, and prevents the extra electric field from penetrating into the neutralization region. The additional blocking electrode 70 allows the first aperture electrode 65 to be positioned very close to the top of the electron confinement tube 69, and is configured to be relatively short with respect to the confinement electrode 69 itself, so that it is still injected. Provides adequate neutralization of the substrate 12 being subjected to.

도 2 는 또한 빔이 분석 자석(5)으로 부터 감속 렌즈 조립체를 경유하여 대상 기판(12)으로 통과할때 빔 라인을 따라 빔폭 단면이 어떻게 변화하는 지를 타나내는 예를 도시하고 있다. 자석 광학장치는 이온 빔을 질량 분석 구성요소(39, 41)에 의해 형성된 질량 분석 슬릿(42)에서의 협폭의 초점으로 유도한다. 이온 빔이 질량 분석 슬릿(42) 및 질량 분석 챔버(47)와 추가의 차단 플레이트 전극(56)각각의 빔 애퍼쳐(55, 58)를 통과할 때, 빔폭은 점차적으로 팽창한다. 빔이 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)의 빔 애퍼쳐(62)에 접근할때, 필드 전극(61)과 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)사이의 전계는 먼저 이온 빔에 집속력을 가하여 팽창율을 감소시키고, 이에 후속하여 빔이 필드 전극(61)에 근접하고 운송 에너지 이상으로 급속히 가속된때에는 이온 빔에 집속해제력(defocusing force)을 가한다. 그러나, 필드 전극(61)과 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)간의 전계는 이온 빔이 낮은 속도를 갖고 그에 따라 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)의 빔 애퍼쳐에 더욱 인접한 지역에서 집속력을 받게되는 더 많은 시간을 소비하므로 총집속력을 가한다.FIG. 2 also shows an example of how the beamwidth cross-section changes along the beamline as the beam passes from the analysis magnet 5 via the decelerating lens assembly to the target substrate 12 . Magnet optics directs the ion beam to a narrow focus at the mass spectrometry slit 42 formed by the mass spectrometry components 39 , 41 . As the ion beam passes through the mass analysis slit 42 and the beam apertures 55 and 58 of the mass analysis chamber 47 and the additional blocking plate electrode 56, respectively, the beam width gradually expands. When the beam approaches the beam aperture 62 of the second aperture plate electrode 60, the electric field between the field electrode 61 and the second aperture plate electrode 60 first applies a focusing force to the ion beam It reduces the rate of expansion and subsequently applies a defocusing force to the ion beam when the beam approaches the field electrode 61 and accelerates rapidly above its transport energy. However, the electric field between the field electrode 61 and the second aperture plate electrode 60 causes the ion beam to have a low velocity and thus exert a focusing force in the region closer to the beam aperture of the second aperture plate electrode 60 . The more time you receive, the more time you spend, so you apply total focus.

이온 빔이 필드 전극(61)을 통해 필드 전극(61)과 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65) 사이의 갭내로 통과할때, 빔은 요구된 주입 에너지로 감속되고, 이러한 전극들 사이의 전계가 이온 빔에 강한 집속력을 가하며 이로써 빔폭은 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)의 빔 애퍼쳐(67)를 통과하도록 좁아진다.When the ion beam passes through the field electrode 61 into the gap between the field electrode 61 and the first aperture plate electrode 65, the beam is decelerated to the required implantation energy, and the electric field between these electrodes is A strong focusing force is applied to the ion beam, whereby the beam width is narrowed to pass through the beam aperture 67 of the first aperture plate electrode 65 .

최종적으로, 이온 빔은 무시할 수 있는 정도로 빔폭이 분산되면서 중성화 장치(13)의 전자 구속 튜브(69)내를 통과하여 차단 플레이트 전극(70)의 빔 애퍼쳐(74)를 경규하여 기판으로 통과한다.Finally, the ion beam passes through the electron confinement tube 69 of the neutralization device 13 while the beam width is dispersed to a negligible degree, narrows the beam aperture 74 of the blocking plate electrode 70, and passes to the substrate. .

본 발명의 또하나의 중요한 특징은 질량 분석 자석과 감속 장치간의 경로 길이가 종래기술의 주입기 보다 훨씬 단축될 수 있도록 이온 주입기가 배열된다는 점이다. 전술된 바와 같이, 이와 같이 구성함으로써 주입가가 더 소형이 될뿐만 아니라 저에너지 이온 빔의 에너지 오염을 초래하는 고속 중성자의 생성을 감소시킬 수 있다. 기판에 충돌할 수 있는 고속 중성자가 기판과 직선으로 위치한 감속 전극의 상부 어디에서도 생성될 수 있음은 필연적이다. 감속 렌즈의 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극과 기판 사이의 지역에서 생성되은 중성자는 주입 에너지와 동일하거나 혹은 그 이하의 에너지를 가질 거싱고, 이에 따라 고에너지 오염을 초래하지 않을 것이다. 고속 중성자가 생성될 수 있는 임계 경로 길이를 단축시키기 위해, 분석 자석의 하부의 비행 튜브는 자석과 감속 렌즈 조립체 사이에 질량 분석 조립체만을 포함함으로써 가능한한 단축된다. 특유의 감속 렌즈 조립체는 구조가 다소 복잡해진다 하더라도 제 1 애퍼펴 형성된 플레이트 전극과 질량 분석 조립체의 단부간의 거리가 가능한한 단축될 수 있도록 할 수 있다. 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예에서, 이온 빔의 최종 에너지를 제어하는 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)은 질량 분석 챔버(47)의 출구 애퍼쳐(55)에 가능한한 근접하게 위치된다. 감속 장치는 필드전극(61) 및 최종 애퍼처(67) 모두의 애퍼처가 그곳에서의 빔 단면보다 큰 경우 감속 지역에서의 빔의 형상을 제어하고 렌즈 조립체의 최종 애퍼쳐(67)를 통해 대상 기판으로의 빔 전류의 거의 100%전송을 달성하기 위해 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)과 질량 분석 챔버(47)의 단부 (53)사이에 위치된 오직 하나의 추가 전극, 즉 필드 전극(61)을 포함한다.Another important feature of the present invention is that the ion implanter is arranged such that the path length between the mass spectrometry magnet and the decelerating device can be shortened significantly compared to prior art implanters. As described above, this configuration not only makes the implanter smaller, but also reduces the generation of high-speed neutrons that cause energy contamination of the low-energy ion beam. It is inevitable that high-speed neutrons capable of impinging on the substrate can be generated anywhere on top of the decelerating electrode positioned in a straight line with the substrate. Neutrons generated in the region between the first aperture plate electrode of the decelerating lens and the substrate will have an energy equal to or less than the injection energy, and thus will not result in high energy contamination. In order to shorten the critical path length through which fast neutrons can be produced, the flight tube underneath the analysis magnet is shortened as much as possible by including only the mass analysis assembly between the magnet and the decelerating lens assembly. The unique decelerating lens assembly may allow the distance between the first apertured plate electrode and the end of the mass spectrometry assembly to be shortened as much as possible even if the structure becomes somewhat complicated. 1 and 2 , the first aperture plate electrode 65 , which controls the final energy of the ion beam, is positioned as close as possible to the exit aperture 55 of the mass spectrometry chamber 47 . . The decelerating device controls the shape of the beam in the deceleration region when the apertures of both the field electrode 61 and the final aperture 67 are larger than the beam cross-section therein and passes through the final aperture 67 of the lens assembly to the target substrate. Only one additional electrode, the field electrode 61, is positioned between the first aperture plate electrode 65 and the end 53 of the mass spectrometry chamber 47 to achieve nearly 100% transfer of the beam current to the includes

질량 분석 챔버 출구 애퍼쳐(55)를 통해 집속 전극(61)으로 부터의 전계의 침투를 수용가능한 레벨로 감소시키도록 빔 라인을 따라 연장하는 차단 수단을 통합하기 위해 질량 분석 챔버(47)의 단부(53)와 필드 전극(61)사이에 유한 갭을 포함하는 것이 필요하다. 빔을 클리핑하는 출구 애퍼쳐(55)의 에지없이 출구 애퍼쳐(55)의 크기만을 감소시킴으로써 충분한 차단을 제공하는 것은 불가능한 것이 명백하다. 빔을 클리핑하지 않고 전계를 충분히 차단하기 위해서는 필드 전극(61)과 질량 분석 챔버의 단부 사이에서 빔 라인의 유한 길이를 지나 연장하는 실드를 이온 빔 둘레에 포함하여야만 한다. 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예에서, 차단 수단은 비행 튜브 및 추가의 애퍼쳐 플레이트 전극(56)의 연장선이 되는 공동의 원추형 전극(54)을 포함한다. 소정 크기의 질량 분석 챔버 출구 애퍼쳐(55)에 대해서는 차단 길이가 가능한한 짧게 구성되는 것이 바람직하다. 원추형 실드에 의해 제공된 차단 길이는 필드 전극(61)과 질량 분석 챔버의 전단부(53)사이에 추가의 애퍼쳐 플레이트 전극(56)을 취치시킴으로써 현저하게 단축될 수 있음이 판명되었다. 차단 길이를 감소시키는 것은 자석과 감속 렌즈의 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극 사이의 전체 빔 경로 길이의 단축에 기여할뿐만 아니라 이온이 추출 에너지 이상으로 순간적으로 가속되는 거리를 최소화시키며, 이로써 이 임계 지역에서의 에너지 오염을 완화시킨다.the end of the mass spectrometry chamber 47 to incorporate blocking means extending along the beamline to reduce the penetration of the electric field from the focusing electrode 61 through the mass spectrometry chamber exit aperture 55 to an acceptable level. It is necessary to include a finite gap between 53 and the field electrode 61 . It is evident that it is impossible to provide sufficient blocking by only reducing the size of the exit aperture 55 without the edge of the exit aperture 55 clipping the beam. In order to sufficiently block the electric field without clipping the beam, a shield must be included around the ion beam that extends beyond the finite length of the beam line between the field electrode 61 and the end of the mass spectrometry chamber. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 , the blocking means comprises a common conical electrode 54 which is an extension of the flight tube and a further aperture plate electrode 56 . For a given size of the mass spectrometry chamber outlet aperture 55, it is preferred that the blocking length be configured as short as possible. It has been found that the cutoff length provided by the conical shield can be significantly shortened by placing an additional aperture plate electrode 56 between the field electrode 61 and the front end 53 of the mass spectrometry chamber. Reducing the blocking length not only contributes to a shortening of the overall beam path length between the magnet and the first aperture plate electrode of the decelerating lens, but also minimizes the distance at which the ions are instantaneously accelerated beyond the extraction energy, thereby in Reduce energy pollution.

자석과 감속 렌즈 의 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극 사이의 이온 빔의 경로 길이를 감소시킴에 따른 또하나의 장점은 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극에서 공간 전하 팽창으로 인한 빔폭이 더 긴 경로 길이의 경우 보다 적게 될 것이라는 점이다. 즉, 경로 길이가 짧아 질 수록 빔 팽창이 더욱 억제될 수 있다. 이 특지응ㄴ 잉노 빔이 저에너지로 운송될 수 있도록 하는 현저한 장점을 제공하며, 이로써 주입 에너지와 운송 에너지간의 차가 감소될 수 있다. 그러므로, 이온 주입기는 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극의 상부에서 생성된 어떠한 중성자도 주입 에너지보다 다소 큰 에너지를 가져 주입 이온 보다 약간 깊게 대상 기판내로 침투하도록 제어될 수 있다. 더욱이, 이온 빔 생성기와 대상 기판간의 빔 경로 길이를 감소시키는 것은 중성화 반응의 수를 감소시키며, 이로써 중성자 생성시에 이온 전류의 손실이 감소된다. 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예에서, 자석에서 처리 챔버의 단부까지의 주입기의 길이는 약 2m이고, 자석 출구 애퍼쳐(31)와 대상 기판(12) 사이의 거리는 약 90㎝이 며, 자석 출구 애퍼쳐(31)와 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)사이의 거리는 대략 60㎝이다. 기판에서 이온 빔의 에너지 오염을 초래할 수 있는 고에너지 중성자는 분석 자석(5)의 출구 애퍼쳐(31)의 상부 지역에 형성될 수도 있다. 기판에 대해직선을 이루고 있는 이 지역의 길이는 이온 빔이 더 타이트한 원호로 휘도록 분석 자석의 자장 강도를 증가시킴으로써 단축될 수 있다는 장점을 갖는다. 분석 자석과 대상 기판 사이에서 감속 장치를 포함하는 소형 빔라인 장치는 자석 호 반경Another advantage of reducing the path length of the ion beam between the magnet and the first aperture plate electrode of the decelerating lens is that the beam width due to space charge expansion at the first aperture plate electrode becomes smaller for longer path lengths. that it will be That is, as the path length becomes shorter, the beam expansion can be further suppressed. This unique offers a significant advantage, allowing the inno beam to be transported with low energy, whereby the difference between the injection energy and the transport energy can be reduced. Therefore, the ion implanter can be controlled so that any neutrons generated on top of the first aperture plate electrode have an energy somewhat greater than the implantation energy and penetrate into the target substrate slightly deeper than the implanted ions. Moreover, reducing the beam path length between the ion beam generator and the target substrate reduces the number of neutralization reactions, thereby reducing the loss of ion current during neutron generation. 1 and 2, the length of the injector from the magnet to the end of the processing chamber is about 2 m, the distance between the magnet outlet aperture 31 and the target substrate 12 is about 90 cm, The distance between the magnet outlet aperture 31 and the first aperture plate electrode 65 is approximately 60 cm. High-energy neutrons, which may cause energy contamination of the ion beam in the substrate, may form in the upper region of the exit aperture 31 of the analysis magnet 5 . The length of this region, which is straight to the substrate, has the advantage that it can be shortened by increasing the magnetic field strength of the analysis magnet so that the ion beam bends in a tighter arc. A miniature beamline device comprising a reduction device between the analysis magnet and the target substrate has a magnetic arc radius

이 상당히 감소될 수 있도록 할 수 있으며, 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예에서는 반경이 23㎝가 된다. 이로써 이온 빔 생성기에서 기판까지의 전체 빔 경로 길이가 단축될 수 있고, 그에 따라 기판에서의 빔 단면의 크기를 감소시킬 수 있으며 이온 빔 생성기에서 기판까지의 빔 전류의 손실을 감소시킬 수 있다.can be reduced significantly, with a radius of 23 cm in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 . This can shorten the overall beam path length from the ion beam generator to the substrate, thereby reducing the size of the beam cross section at the substrate and reducing the loss of beam current from the ion beam generator to the substrate.

이온 주입기는 또한 최종 주입 에너지가 분석 자석을 통해 빔이 운송되는 에너지 보다 크도록 사용될 수도 있다(가속 모드로써 지칭됨). 이 경우, 도 1 및 도 2 를 참조하면, 이온 빔은 질량 분석 자석(5) 및 질량 분석 챔버(47)를 통해 소정에너지로 운송되고, 그리고나서 전극 조립체(9)를 이용하여 최종 주입 에너지로 가속된다. 예를들어, 80KeV의 주입 에너지의 경우, 이온 소스 전위는 모두 접지 전위에 있는 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65) 및 대상 기판(11)에 대해 80KeV로 설정된다. 추출 전극(23)과 비행 튜브와 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)을 포함하는 차단장치는 모두 비행 튜브에 따라 이온 빔의 운송 에너지를 결정하는 이온 소스의 전위와 관련하여 설정된다. 예를들어, 30KeV의 추출 에너지의 경우, 접지 전위에 대한 비행 튜브의 전위는 +50㎸로 설정된다. 주입 에너지가 추출 에너지 보다 낮은 경우(감속 혹은 감속 모드로서 지칭됨)에 대해, 필드 전극(61)은 렌즈 조립체의 최종 애퍼쳐(67)의 지역에서 중간의 집속력을 획립하여 이온 빔을 이 지역에 집중시키도록 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65) 보다 낮은 전위로 다시 바이어스 된다. 예를들어, 필드 전극(61)은 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극에 대해 -25㎸로 바이어스될 것이다. 이온 빔이 질량 분석 챔버 출구 애퍼쳐(55)를 통과하는 경우, 빔은 먼저 질량 분석 챔버(47)의 단부(53)와 필드 전극(61)사이의 필드에 의해 주입 에너지 이상의 에너지로 가속되고, 그후 원추형 전극(61)과 플레이트 전극(65)사이의 지역에서 80KeV의 최종 주입 에너지로 감속된다. 고에너지 빔 및 저에너지 빔 모두 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)과 원추형 전극(61)사이에 인가된 전위차를 거의 변경시키지 않고서도 각각 이온 주입기를 가속 모드 및 감속 모드로 동작시킴으로써 성공적으로 전송될 수 있음이 판명되었다. 그러므로 , 이들 전극간에 전위차가 설정된때에는 추가의 전위차 조정이 필요치 않으므로 저에너지 주입과 고에너지 주입간의 전환을 간략화시킬 수 있다는 장점을 갖는다.The ion implanter may also be used such that the final implantation energy is greater than the energy with which the beam is transported through the analysis magnet (referred to as an acceleration mode). In this case, referring to FIGS. 1 and 2 , the ion beam is transported with a predetermined energy through the mass analysis magnet 5 and the mass analysis chamber 47 , and then as a final implantation energy using the electrode assembly 9 . accelerated For example, in the case of an implantation energy of 80 KeV, the ion source potential is set to 80 KeV with respect to the first aperture plate electrode 65 and the target substrate 11 both at ground potential. The blocking device comprising the extraction electrode 23 and the flight tube and the second aperture plate electrode 60 are all set in relation to the potential of the ion source which determines the transport energy of the ion beam along the flight tube. For example, for an extraction energy of 30 KeV, the potential of the flight tube with respect to ground potential is set to +50 kV. For the case where the implantation energy is lower than the extraction energy (referred to as a deceleration or deceleration mode), the field electrode 61 establishes an intermediate focusing force in the region of the final aperture 67 of the lens assembly to direct the ion beam to this region. It is biased again to a lower potential than the first aperture plate electrode 65 to focus on . For example, the field electrode 61 would be biased at -25 kV with respect to the first aperture plate electrode. When the ion beam passes through the mass spectrometry chamber exit aperture 55, the beam is first accelerated to an energy above the implantation energy by the field between the end 53 of the mass spectrometry chamber 47 and the field electrode 61, It is then decelerated to a final implantation energy of 80 KeV in the region between the conical electrode 61 and the plate electrode 65 . Both the high-energy beam and the low-energy beam can be successfully transmitted by operating the ion implanter in acceleration mode and deceleration mode, respectively, with little change in the potential difference applied between the first aperture plate electrode 65 and the conical electrode 61 . It turned out that there is Therefore, when the potential difference is set between these electrodes, no additional potential difference adjustment is required, which has the advantage that switching between low-energy injection and high-energy injection can be simplified.

이온 빔을 성공적으로 운송하기 위해서는 빔이 통과하는 가스의 압력은 빔을 중성화시키기에 충분한 수의 전자를 충분히 제공할 수 있도록 높아야만 한다. 전자는 이온 빔이 잔여 가스 원자와 상호작용할때 생성되며, 음 이온의 정전 전하에 의해 형성된 전위 우물에 트랩된다. 대부분의 상업적인 이온 주입기에서는 흔히 10-3∼10-4Pa(10-5∼10-4mbar)의 가스 압력이 사용된다. 그러나, 본 발명의 감속 전극 장치는 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극 및 필드 전극 모두에 형성된 애퍼쳐가 빔 단면 보다 클때 감속 지역내의 잔여 가스 압력이 더 낮은 에너지로 펌핑될 수 있도록 한다. 그러므로, 감속 지역내의 가스는 애퍼쳐를 통해 더 높은 속도로 펌핑될 수 있어 이 지역에서의 가스 압력을 강하시킨다. 더욱이, 이온 빔을 감속시켜 원격위치의 기판으로 전송하기 위해 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극외에 요구되는 유일한 다른 전극으로서 필드 전극이 사용되는 경우 전극 조립체는 매우 간력화되고, 효과적으로 진공상태가 될 수 있는 개방형 구조로서 용이하게 구성될 수 있다. 감속 지역내의 잔여 가스 압력을 감소시킴으로써 빔 이온과 잔여 가스 원자간의 상호작용의 수가 감소되고, 이로써 이온 전류의 손실이 경감되고 이온 빔의 에너지 오염이 감소된다는 장점을 갖는다. 잔여 가스 압력이 빔 분산의 비율을 현저히 증가시키지 않고서도 적어도 10-6mbar정도로 감소될 수 있음이 판명되었다. 그러나, 압력을 1 오더 정도 감소시키는 것은 에너지 오염을 적어도 1 오더 감소시키는 결과를 낳는다. 감속 장치의 집속 작용이 이 지역에서의 어떠한 비율의 빔 분산의 증가도 보상할 수 있어 가스 압력을 감소시킬 수 있다는 장점을 갖는다.To successfully transport an ion beam, the pressure of the gas through which the beam passes must be high enough to provide a sufficient number of electrons to neutralize the beam. Electrons are created when the ion beam interacts with residual gas atoms and are trapped in a potential well formed by the electrostatic charge of negative ions. Gas pressures of 10 -3 to 10 -4 Pa (10 -5 to 10 -4 mbar) are often used in most commercial ion implanters. However, the decelerating electrode arrangement of the present invention allows the residual gas pressure in the decelerating region to be pumped with lower energy when the aperture formed in both the first aperture plate electrode and the field electrode is larger than the beam cross-section. Therefore, the gas in the deceleration zone can be pumped through the aperture at a higher rate, thereby lowering the gas pressure in this zone. Moreover, when a field electrode is used as the only other electrode required in addition to the first aperture plate electrode to decelerate the ion beam and transmit it to the substrate at a remote location, the electrode assembly is very compact and can be effectively evacuated. It can be easily configured as a structure. Reducing the residual gas pressure in the deceleration zone has the advantage that the number of interactions between the beam ions and residual gas atoms is reduced, thereby reducing the loss of ion current and reducing energy contamination of the ion beam. It has been found that the residual gas pressure can be reduced to at least 10 -6 mbar without significantly increasing the proportion of beam dispersion. However, reducing the pressure by an order of magnitude results in at least an order of magnitude reduction in energy pollution. It has the advantage that the focusing action of the decelerating device can compensate for any rate of increase in beam dispersion in this area, thereby reducing the gas pressure.

다시 도 2 를 참조하면, 감속 레즈 조립체(9), 플라즈마 플루드 시스템(13)및 대상 기판 지지대(11)는 모두 질량 분석 챔버(47)에 인접 위치되고 이 질량 분석 챔버의 전단부(53)에 형성된 애퍼쳐(55)를 통해 질량 분석 챔버와 소통하는 처리 챔버 (81)내에 수용된다. 질량 분석 챔버(47)의 전단부 월(53)과 제 2 애퍼쳐 플레이트 전극(60)간의 차단 실린더(52)는 이온 빔을 처리 챔버(81) 내의 표유 전계로부터 차단시키며, 빔 라인의 이 부분이 효과적으로 진공상태가 될 수 있도록 관통된다. 진공 배출 포트(83)는 처리 챔버(81)의 월(85)에 형성되고 진공 펌프(86:도 1 에 도시됨)에 접속된다. 진공 펌프는 초당 약 10,000리터의 비율로 펌핑할 수 있는 초저온 펌프가 바람직하다. 질량 분석 챔버 월(49)은 처리 챔버(81)의 월의 일부를 형성하는 전기 절연성의 챔버(87)에 의해 처리 챔버 월로 부터 전기적으로 절연된다.Referring back to FIG. 2 , the deceleration reds assembly 9 , the plasma flood system 13 and the target substrate support 11 are all located adjacent to the mass spectrometry chamber 47 and at the front end 53 of the mass spectrometry chamber. It is housed in a processing chamber 81 in communication with the mass spectrometry chamber through an aperture 55 formed therein. A blocking cylinder 52 between the front end wall 53 of the mass spectrometry chamber 47 and the second aperture plate electrode 60 blocks the ion beam from the stray electric field in the processing chamber 81, and this portion of the beamline It is penetrated so that it can be effectively vacuumed. A vacuum evacuation port 83 is formed in the wall 85 of the processing chamber 81 and is connected to a vacuum pump 86 (shown in FIG. 1 ). The vacuum pump is preferably a cryogenic pump capable of pumping at a rate of about 10,000 liters per second. The mass spectrometry chamber wall 49 is electrically insulated from the processing chamber wall by an electrically insulating chamber 87 that forms part of the wall of the processing chamber 81 .

질량 분석 챔버(47)는 이온 빔의 에너지 오염을 초래할 수도 있는 고속 중성자가 생성될 수 있는 분석 자석(5)과 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극(65)사이의 임계경로 길이의 일부를 구성한다. 이온 빔의 공간 전하 중성화를 제공하기 위해 질량 분석 챔버 내에서 유한의 잔여 가스 압력이 요구되기는 하지만, 압력이 감소되어 이 지역에서 생성된 고속 중성자의 수가 감소되도록 이온 빔이 충분히 중성화되는 정도 이상의 상당한 범위의 압력이 존재한다. 임계 경로 길이를 가능한한 단축시킴에 따른 장점은 이온 빔의 더 높은 비율의 팽창이 허용될 수 있어 우수한 공간 전하 중성화가 덜 중요하게 된다는 점이다. 본 발명의 특징은 질량 분석 챔버내의 압력을 감소시킴으로써 단축된 임계 경로 길이에 의해 생성된 더 높은 빔 팽차의 허용을 이용한다. 진공 배출 포트(57)가 질량 분석 팸버(47)의 월(49)내에 형성되고 진공 펌프(59:도 1에 도시됨)에 접속되었지만, 배출 포트(57)의 크기 및 그에 따른 결과는 질량 분석 챔버의 길이에 의해 제한되어 가능한한 단축되어야만 한다. 질량 분석 챔버가 단부 부분(53)에 형성된 출구 애퍼쳐(55)를 통해 처리 챔버(81)와 소통하고 어느 정도까지는 질량 분석 챔버가 처리 챔버(81)에 의해 이 애퍼쳐를 통해 진공상태가 될 수 있기는 하지만, 이 애퍼쳐의 크기는 필드 전극(61)에서 발생하는 전계가 질량 분석 챔버(47)내로 거의 침투되지 않도록 하여야 하는 경우에는 제한된다. 질량 분석 챔버(47)내의 압력이 이전에 가능한 정도 이하로 상당히 감소될 수 있도록 하기 위해, 질량 분석 챔버가 처리 챔버 진공 포트(83)를 통해 처리 챔버 진공 펌프(86)에 의해 진공상태가 될 수 있는 추가의 배출구를 제공하도록 질량 분석 챔버(47)와 처리 챔버(81)의 사이의 분할 월(51) 내에 복수의 추가 애퍼쳐(103)가 형성된다. 본 실시예에서 애퍼쳐는 일반적으로 빔 라인의 방향으로 연장하는 질량 분석 챔버의 일부에 형성되며, 다른 실시예에서는 월의 다른 부분에 형성될 수도 있고 또한 월의 일부분이 빔 라인을 교차 연장할 수도 있다. 애퍼쳐의 크기 및 이격은 분할 월에 의해 제공된 이온 빔의 차단을 보존하도록 그리고 빔전류의 손실을 초래할 수 있는 분할 월에서의 등전위 표면의 불연속성에 의해 방해 되지 않도록 주의깊게 선택된다. 일실시예에서, 애퍼쳐는 연장된 슬롯으로서 형성되어 있지만 정방형, 장방형, 원형, 마름로형 혹은 다른적합한 형태가 될 수도 있다.The mass spectrometry chamber 47 forms part of the critical path length between the analysis magnet 5 and the first aperture plate electrode 65 where fast neutrons can be produced which may result in energy contamination of the ion beam. Although a finite residual gas pressure is required within the mass spectrometry chamber to provide space charge neutralization of the ion beam, the pressure is reduced to a significant extent beyond the extent that the ion beam is sufficiently neutralized to reduce the number of fast neutrons generated in this region. pressure exists. The advantage of making the critical path length as short as possible is that a higher rate of expansion of the ion beam can be allowed, making good space charge neutralization less important. A feature of the present invention exploits the tolerance for higher beam inflation created by a shortened critical path length by reducing the pressure within the mass spectrometry chamber. Although a vacuum evacuation port 57 is formed in the wall 49 of the mass spectrometer 47 and connected to a vacuum pump 59 (shown in FIG. Limited by the length of the chamber, it must be shortened as much as possible. The mass spectrometry chamber communicates with the processing chamber 81 through an outlet aperture 55 formed in the end portion 53 and to some extent the mass spectrometry chamber is evacuated by the processing chamber 81 through this aperture. Although possible, the size of this aperture is limited in cases where the electric field generated in the field electrode 61 hardly penetrates into the mass spectrometry chamber 47 . The mass spectrometry chamber may be evacuated by the process chamber vacuum pump 86 via the process chamber vacuum port 83 to allow the pressure in the mass spectrometry chamber 47 to be reduced significantly below previously possible levels. A plurality of additional apertures 103 are formed in the dividing wall 51 between the mass spectrometry chamber 47 and the processing chamber 81 to provide additional outlets in the space. In this embodiment the aperture is formed in a portion of the mass spectrometry chamber that generally extends in the direction of the beamline, and in other embodiments may be formed in another portion of the wall and a portion of the wall may extend across the beamline. have. The size and spacing of the apertures are carefully chosen to preserve the blocking of the ion beam provided by the splitting wall and not to be disturbed by discontinuities in the equipotential surface in the splitting wall that could result in loss of beam current. In one embodiment, the aperture is formed as an elongated slot, but may be square, rectangular, circular, rhombic or other suitable shape.

감속 렌즈 조립체의 비교적 큰 애퍼쳐 및 질량 분석 챔버와 처리 챔버 사이에 형성된 애퍼쳐의 조합은 분석 자석과 감속 전극(65)사이의 임계 빔 경로 길이가 이전에 가능하였던 압력 보다 훨씬 더 낮은 압력으로 펌핑될 수 있도록 하며, 이것은 추가의 진공 펌프 혹은 더 큰 진공 포트를 수용하기 위해 질량 분석 챔버의 길이를 증가시키지 않고서도 달성된다는 장점을 갖는다. 실제로, 질량 분석 챔버(47)와 처리 챔버(81)사이의 추가의 배출 애퍼쳐는 별도의 질량 분석 챔버 진공 펌프가 요구되지 않는 정도의 결과를 제공할 것이며, 이로써 주입기를 간략화시키고 비용을 절감시킨다. 더욱이, 짧은 빔 경로 길이는 진공상태가 될 전체 체적이 상당히 감소되도록 할 수 있다. 본 발명의 일실시예는 복수의 방상상으로 연장하는 스포크를 통해 회전가능한 허브에 의해 지지되고 이 허브의 주변에 위치되는 복수의 개별적인 지지 플레이트를 포함하는 웨치퍼 지지 조립체를 구비한다. 도 2는 예를들어 반도체 웨이퍼(12)와 같은 대상 기판을 지지하는 지지 플레이트(107)가 스포크(109)에 접속되어 있는 이러한 지지 플레이트를 도시하고 있다. 웨이퍼지지 조립체는 웨이퍼가 빔을 가로질러 스캔될 수 있도록 빔 라인에 교차하는 방향으로 이동될 수 있다.The combination of the relatively large aperture of the decelerating lens assembly and the aperture formed between the mass spectrometry chamber and the processing chamber allows the critical beam path length between the analysis magnet and the decelerating electrode 65 to pump to a pressure much lower than previously possible pressures. This has the advantage that this is achieved without increasing the length of the mass spectrometry chamber to accommodate additional vacuum pumps or larger vacuum ports. Indeed, the additional evacuation aperture between the mass spectrometry chamber 47 and the processing chamber 81 will provide results to the extent that a separate mass spec chamber vacuum pump is not required, thereby simplifying the injector and reducing cost. . Moreover, a short beam path length may allow the overall volume to be vacuumed to be significantly reduced. One embodiment of the present invention includes a wafer support assembly comprising a plurality of individual support plates positioned about and supported by a hub rotatable through a plurality of radially extending spokes. FIG. 2 shows such a support plate in which a support plate 107 supporting a target substrate such as, for example, a semiconductor wafer 12 is connected to a spoke 109 . The wafer support assembly can be moved in a direction intersecting the beamline so that the wafer can be scanned across the beam.

본 장치의 추가의 장점은 감속 장치의 집속 작용이 단일 웨이퍼의 처리시간을 경감시키도록 사용될 수 있고 이로써 이온 주입기의 웨이퍼 처리량을 증가시킬 수 있다는 점이다. 통상 10KeV이하의 저에너지 이온 빔에 대해, 대상 기판의 과도한 하전 및 가열과 같은 에너지 밀도 문제를 방지하기 위해 비교적 넓은 빔을 사용하여야하는 요건이 필요치 않으므로, 대상 기판에서의 빔폭은 예를들어 20KeV의 고에너지 빔의 빔폭 이하로 감소될 수 있다. 감속 장치의 집속 작용은 웨이퍼가 이온 빔에 의해 균일하게 도핑되도록 회전 웨이퍼 지지 조립체가 스캐닝되어야만 하는 거리를 감소시키기 위해 온-타켓 빔폭을 축소시키도록 사용될 수 있다. 이로써, 웨이퍼의 소정 가마(batch)에 대한 처리 시간을 감소시켜 주입 장치의 처리량을 증가시킬 수 있다.A further advantage of the present device is that the focusing action of the deceleration device can be used to reduce the processing time of a single wafer, thereby increasing the wafer throughput of the ion implanter. For a low-energy ion beam of typically 10 KeV or less, there is no requirement to use a relatively wide beam to prevent energy density problems such as excessive charging and heating of the target substrate. It can be reduced below the beamwidth of the energy beam. The focusing action of the deceleration device can be used to reduce the on-target beamwidth to reduce the distance the rotating wafer support assembly must be scanned so that the wafer is uniformly doped by the ion beam. This can reduce the processing time for a given batch of wafers, thereby increasing the throughput of the implantation apparatus.

이온 주입기의 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 애퍼쳐 플레이트 전극 및 필드 전극 혹은 처리 챔버의 차단 전극은 어떠한 밀봉 체적도 더 낮은 압력으로 펌핑될 수 있도록 하는 추가의 배출구를 제공하기 위해 그 내부에 적어도 하나의 추가 애퍼쳐가 형성될 수도 있다. 전극은 이러한 애퍼쳐의 배열을 포함할 수도 있고 메시(mesh)를 포함할 수도 있다. 질량 분석 챔버와 처리 챔버 사이의 분할 월 또한 질량 분석 챔버내에서 더 낮은 압력이 달성될 수 있도록 메시를 포함할 수도 있다. 다만 메시의 크기는 이온 빔의 적절한 차단을 제공할 수 있는 크기이어야 한다.In another embodiment of the ion implanter, one or more aperture plate electrodes and field electrodes or blocking electrodes of the processing chamber are at least therein to provide an additional outlet through which any sealed volume can be pumped to a lower pressure. One additional aperture may be formed. The electrode may include an arrangement of such apertures or may include a mesh. The dividing wall between the mass spectrometry chamber and the processing chamber may also include a mesh so that a lower pressure can be achieved within the mass spectrometry chamber. However, the size of the mesh should be large enough to provide adequate blocking of the ion beam.

다른 실시예에서, 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극 및 집속 전극 혹은 필드 전극은 적합한 형상 및 구조를 가질 수 있으며, 이들 각각은 하나 또는 그 이상의 개별적인 전극을 포함할 수 있다. 예를들어, 감속 전극은 원추형 혹은 링모양의 전극을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 감속 전극 및 플라즈마 플루드 안내 튜브는 단알 전극을 포함하거나 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 또다른 실시예로, 감속 전극은 대상 기판의 전위와는 상이한 전위로 바이어스될 수 있도록 배열될 수 있다.In other embodiments, the first aperture plate electrode and the focusing electrode or field electrode may have a suitable shape and structure, each of which may include one or more individual electrodes. For example, the decelerating electrode may include a conical or ring-shaped electrode. In other embodiments, the decelerating electrode and the plasma flood guide tube may comprise single electrodes or be electrically connected to each other. In another embodiment, the deceleration electrode may be arranged to be biased to a potential different from that of the target substrate.

다른 실시예에서, 집속 적극 혹은 필드 전극은 비행 튜브의 연장부를 포함할수도 있고, 실질적으로 비행 튜브 전위가 될 수도 있다. 이 실시예에서, 비행 튜브와 제 1 애퍼쳐 플레이트 전극 혹은 감속 전극가의 전위차는 감속 영역내의 이온 빔에 집속력을 인가하기에 충분해야만 한다. 감속 전극의 상부에 위치되고 비행 튜브의 내부에 위치되며 비행 튜브의 전위 보다 낮은 전위로 바이어스되어야 하는 추가의 전극이 감속 전극에 설치되어 전자가 상실되는 것을 방지해야 한다. 전술된 본 발명의 변형 실시예는 당업자에게는 자명한 것일 것이다.In other embodiments, the focusing positive or field electrode may comprise an extension of the flight tube and may be substantially the flight tube potential. In this embodiment, the potential difference between the flight tube and the first aperture plate electrode or deceleration electrode must be sufficient to apply a focusing force to the ion beam in the deceleration region. An additional electrode, located on top of the deceleration electrode, located inside the flight tube, and biased to a potential lower than that of the flight tube, should be installed on the deceleration electrode to prevent loss of electrons. Modified embodiments of the present invention described above will be apparent to those skilled in the art.

본 명세서에 기술된 추가의 특징은 본 특허출원과 동일자 출원되고 영국특허 출원번호 9522883.9호를 우선권으로 주장하는 본 특허출원인 명의의 공동계류 특허출원에 주장되어 있다.Additional features described herein are claimed in a co-pending patent application in the name of the present applicant, filed on the same date as this patent application and claiming priority to British Patent Application No. 9522883.9.

Claims (19)

이온을 기판에 삽입하기 위한 주입기에 있어서,An implanter for inserting ions into a substrate, comprising: 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 생성기; 전달 에너지로 상기 빔을 전달하기 위한 비행 튜브; 빔 이온이 주입될 기판을 지지하기 위한 기판 홀더; 빔 이온을 목표된 주입 에너지로 감속하기 위하여 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치되고 실질적으로 기판 전위에 접속된 제 1 구멍 플레이트 전극, 실질적으로 비행 튜브 전위에 접속된 제 2 구멍 플레이트 전극 및 빔 구멍을 가지며 각각의 상기 제 1 및 제 2 구멍 플레이트 전극 사이 및 근처에 배치된 필드 전극을 포함하는 감속 렌즈 어셈블리; 및 상기 제 1 및 제 2 전극 각각에 관련하여 동일 극성을 가지도록 상기 필드 전극을 바이어스하기 위하여 접속된 전위 바이어스 서플라이를 포함하고, 상기 전극은 배열되고 상기 바이어스는 상기 제 1 전극을 통하여 통과하는 빔 이온을 위한 집중 필드를 제공하기 위한 것이고, 상기 제 1 및 제 2 전극은 필드 잔극의 빔 구멍의 가장 작은 가로 크기보다 작은 거리만큼 빔 방향으로 떨어져 간격지는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.an ion beam generator for generating an ion beam; a flight tube for delivering the beam with transfer energy; a substrate holder for supporting a substrate into which beam ions are to be implanted; a first aperture plate electrode disposed between the flight tube and the substrate holder and connected substantially to the substrate potential, a second aperture plate electrode substantially connected to the flight tube potential and the beam aperture to decelerate the beam ions to a desired implantation energy. a deceleration lens assembly having a field electrode disposed between and near each of said first and second aperture plate electrodes; and a potential bias supply connected to bias the field electrode to have the same polarity with respect to each of the first and second electrodes, the electrode being arranged and the biasing beam passing through the first electrode to provide a focused field for ions, wherein the first and second electrodes are spaced apart in the beam direction by a distance less than the smallest transverse dimension of the beam aperture of the field residual pole. 제 1 항에 있어서, 상기 비행 튜브로부터 이온 빔의 전송을 위하여 목표된 질량의 이온을 선택하도록 비행 튜브의 질량 선택 구멍을 더 포함하고, 상기 질량 선택 구멍은 빔 방향 하부에 생성된 전기장으로부터 질량 선택 구멍을 스크린하도록 비행 튜브 전위에 전기장 스크린을 포함하고, 상기 스크린은 비행 튜브로부터 상기 질량 선택 이온 빔에 대한 배출 구멍을 제공하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.2. The flight tube of claim 1, further comprising a mass selection aperture in the flight tube to select ions of a desired mass for transmission of the ion beam from the flight tube, wherein the mass selection aperture selects a mass from an electric field generated below the beam direction. and an electric field screen at the flight tube potential to screen the aperture, the screen providing an exit aperture for the mass selective ion beam from the flight tube. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 전극 및 상기 배출 구멍 사이에 배치된 비행 튜브 전위에 구멍 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 추가 질량 선택 구멍 스크린 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.3. The ion implanter of claim 2, comprising at least one additional mass selective aperture screen electrode comprising an aperture plate at the flight tube potential disposed between the second electrode and the exhaust aperture. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서, 비행 튜브 전위의 비행 튜브상에 설치되고 이온 빔을 포함하도록 상기 전기장쪽 축으로 연장하는 스크린 실린더를 포함하고, 상기 제 2 구멍 플레이트 전극은 필드 전극에 인접한 스크린 실린더 단부에 설치되고 상기 스크린 실린더는 실린더 내부를 비우는데 도움이 되도록 관통되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.4. A screen according to claim 2 or 3, comprising a screen cylinder mounted on a flight tube of flight tube potential and extending in an axis toward the electric field to contain an ion beam, wherein the second aperture plate electrode is adjacent to the field electrode. An ion implanter installed at the end of the cylinder and wherein the screen cylinder is pierced to aid in emptying the cylinder interior. 제 3 항에 따른 제 4 항에 있어서, 상기 추가 스크린 전극을 형성하는 구멍 플레이트는 상기 스크린 실린더에 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.5. The ion implanter according to claim 3, wherein an aperture plate forming the additional screen electrode is disposed in the screen cylinder. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 주입동안 기판상에 표면 전하축적을 중성화하기 위한 빔 이온에 반대 극성의 낮은 에너지 하전 종의 서플라이를 제공하기 위하여 상기 기판 홀더 및 상기 제 1 전극 사이에 배치된 중성화 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.6 . The method of claim 1 , between the substrate holder and the first electrode to provide a supply of low energy charged species of opposite polarity to the beam ions for neutralizing surface charge accumulation on the substrate during implantation. An ion implanter comprising a neutralization hole disposed in the ion implanter. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 전극 및 상기 중성화 구멍 사이에 배치된 구멍 플레이트를 구비한 중성화 구멍 스크린 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.7. The ion implanter of claim 6 including a neutralizing aperture screen electrode having an aperture plate disposed between the first electrode and the neutralizing aperture. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 제 1 구멍 플레이트 전극은 제 1 전극으로 부터 상기 필드 전극쪽으로 축으로 연장하는 실린더 스크린 플랜지를 가지며 상기 필드 전극은 플랜지가 필드 전극의 외부 주변을 둘러싸도록 플랜지 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.8. The field electrode according to claim 6 or 7, wherein the first aperture plate electrode has a cylinder screen flange extending axially from the first electrode towards the field electrode and the field electrode is flanged such that the flange surrounds the outer periphery of the field electrode. Ion implanter, characterized in that installed inside. 제 1 항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 홀더를 포함하고, 방출 포트를 가지는 처리 챔버, 및 상기 처리 챔버를 비우기 위한 상기 방출 포트에 접속된 진공 펌프를 포함하고, 상기 감속 렌즈 어셈블리는 진공 펌프에 대해 상기 방출 포트 직접 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.9. The decelerating lens assembly according to any one of claims 1 to 8, comprising a processing chamber including the substrate holder and having an evacuation port, and a vacuum pump connected to the evacuation port for emptying the processing chamber. is disposed directly in front of the discharge port with respect to the vacuum pump. 이온을 기판에 주입하기 위한 이온 주입기에 있어서,An ion implanter for implanting ions into a substrate, comprising: 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 생성기, 전달 에너지로 상기 빔을 전달하기 위한 비행 튜브, 방출 포트를 가지는 처리 챔버, 상기 처리 챔버를 비우기 위한 상기 방출 포트에 접속된 진공 펌프, 빔 이온이 주입될 기판을 지지하기 위한 처리 챔버내의 기판 홀더, 이온을 목표된 주입 에너지로 감속하기 위하여 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 감속 전위를 인가하도록 접속된 감속 전위 발생기, 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치되고 기판 전위에 실질적으로 접속되는 제 1 구멍 플레이트 전극 및 상기 제 1 전극에 관련하여 빔 방향에 인접하게 및 상부에 배치된 필드 전극을 포함하는 감속 렌즈 어셈블리, 및 상기 제 1 전극에 관련하여 상기 필드 전극을 바이어스하기 위하여 접속된 전위 바이어스 서플라이를 포함하고, 상기 전극은 배열되고 상기 바이어스는 상기 제 1 전극을 통하여 통과하는 빔 이온에 대한 집중 필드를 제공하기 위한 것이고, 상기 감속 렌즈 어셈블리는 진공 펌프에 대해 상기 방출 포트의 직접 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.An ion beam generator for generating an ion beam, a flight tube for delivering the beam with transfer energy, a processing chamber having an emission port, a vacuum pump connected to the emission port for emptying the processing chamber, a substrate into which beam ions are to be implanted a substrate holder in the processing chamber for supporting a decelerating lens assembly comprising a first aperture plate electrode substantially connected and a field electrode disposed adjacent and over the beam direction relative to the first electrode, and biasing the field electrode relative to the first electrode and a potential bias supply connected to said electrode arranged and said bias to provide a focused field for beam ions passing through said first electrode, said decelerating lens assembly comprising said discharge port to a vacuum pump. An ion implanter, characterized in that it is disposed directly in front of the. 이온을 기판에 주입하기 위한 주입기에 있어서,An implanter for implanting ions into a substrate, comprising: 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 발생기, 상기 빔을 전달 에너지로 전달하기 위한 비행 튜브, 빔 이온이 주입될 기판을 지지하기 위한 기판 홀더, 빔 이온을 목표된 주입 에너지로 감속하기 위하여 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 감속 전위를 인가하기 위하여 접속된 감속 전위 발생기, 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치되고 기판 전위에 실질적으로 접속된 제 1 구멍 플레이트 전극, 및 상기 제 1 전극에 관련하여 빔 방향에 인접하고 상부에 배치된 필드 전극을 포함하는 감속 렌즈 어셈블리, 및 상기 제 1 전극에 관련하여 상기 필드 전극을 바이어스하기 위하여 접속된 전위 바이어스 서플라이를 포함하고, 상기 전극은 배열되고 상기 바이어스는 상기 제 1 전극을 통하여 통과하는 빔 이온을 위한 집중 필드를 제공하기 위한 것이고, 상기 감속 렌즈 어셈블리는 상기 비행 튜브 전위에 실질적으로 접속되고 상기 필드 전극에 관련하여 빔 방향에 인접하고 상부에 배치된 제 2 구멍 플레이트 전극을 더 포함하고, 비행 튜브로부터 이온 빔의 전달을 위하여 이온의 목표된 질량을 선택하도록 하는 비행 튜브내의 질량 선택 구멍은 빔 방향의 아래에 생성된 전기장으로부터 질량 선택 구멍을 스크린하기 위하여 비행 튜브 전위의 전자기 스크린을 포함하고, 상기 스크린은 비행 튜브로부터 상기 질량 선택된 이온 빔에 대한 방출 구멍을 제공하고, 전극을 스크린하는 적어도 하나의 추가 질량 선택 구멍은 상기 제 2 전극 및 상기 방출 구멍 사이에 배치된 비행 튜브 전위의 구멍 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.An ion beam generator for generating an ion beam, a flying tube for delivering the beam with transfer energy, a substrate holder for supporting a substrate into which the beam ions are to be implanted, a flying tube and a substrate for decelerating the beam ions to a desired implantation energy. a decelerating potential generator connected to apply a decelerating potential between the holders, a first aperture plate electrode disposed between the flight tube and the substrate holder and substantially connected to the substrate potential, and adjacent to the beam direction relative to the first electrode; a decelerating lens assembly comprising a field electrode disposed thereon, and a potential bias supply coupled to bias the field electrode relative to the first electrode, wherein the electrode is arranged and the bias biases the first electrode. to provide a focused field for beam ions passing therethrough, the decelerating lens assembly comprising a second aperture plate electrode substantially connected to the flying tube potential and disposed adjacent and overlying the beam direction relative to the field electrode further comprising: a mass selection aperture in the flight tube adapted to select a desired mass of ions for delivery of the ion beam from the flight tube; a screen, wherein the screen provides an emission aperture for the mass selected ion beam from the flight tube, wherein at least one additional mass selection aperture for screening an electrode is disposed between the second electrode and the emission aperture. An ion implanter comprising a dislocation aperture plate. 이온을 기판에 주입하기 위한 이온 주입기에 있어서,An ion implanter for implanting ions into a substrate, comprising: 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 발생기, 상기 빔을 전달 에너지로 전달하기 위한 비행 튜브, 빔 이온이 주입될 기판을 지지하기 위한 기판 홀더, 빔 이온을 목표된 주입 에너지로 감속하기 위하여 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 삼속 전위를 인가하도록 접속된 감속 전위 발생기, 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치되고 기판 전위에 실질적으로 접속된 제 1 구멍 플레이트, 및 상기 제 1 전극에 관련하여 빔 방향에 인접하고 상부에 배치된 필드 전극을 포함하는 감속 렌즈 어셈블리, 상기 제 1 전극에 관련하여 상기 필드 전극을 바이어스하기 위하여 접속된 전위 바이어스 서플라이를 포함하는데, 상기 전극은 배열되고 상기 바이어스는 상기 제 1 전극을 통하여 통과하는 빔 이온에 대한 집중 필드를 제공하기 위한 것이고, 상기 감속 레즈 어셈블리는 비행 튜브 전위에 실질적으로 접속되고 상기 필드 전극에 관련하여 빔 방향에 인접하고 상부에 배치된 제 2 구멍 플레이트 전극을 더 포함하고, 비행 튜브로부터 이온의 전달을 위하여 이온의 목표된 질량을 선택하도록 하는 비행 튜브내의 질량 선택 구멍은 빔 방향의 하부에 생성된 전기장으로부터 질량 선택 구멍을 스크린하기 위하여 비행 튜브 전위의 전기장 스크린을 포함하고, 상기 스크린은 비행 튜브로부터 상기 질량 선택 이온 빔을 위한 방출 구멍을 제공하고, 이온 빔을 포함하도록 비행 튜브 전위의 비행 튜브상에 설치되고 상기 필드 전극쪽으로 축으로 연장하는 스크린 실린더를 포함하고, 상기 제 2 구멍 플레이트 전극은 필드 전극에 인접한 스크린 실린더의 단부상에 설치되고 상기 스크린 실린더는 실린더의 내부를 비우기 위하여 관통되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.An ion beam generator for generating an ion beam, a flying tube for delivering the beam with transfer energy, a substrate holder for supporting a substrate into which the beam ions are to be implanted, a flying tube and a substrate for decelerating the beam ions to a desired implantation energy. a decelerating potential generator connected to apply a triple potential between the holders, a first aperture plate disposed between the flight tube and the substrate holder and substantially connected to the substrate potential, and adjacent to and above the beam direction with respect to the first electrode a decelerating lens assembly including a field electrode disposed thereon, a potential bias supply connected to bias the field electrode relative to the first electrode, the electrode being arranged and the bias passing through the first electrode for providing a focused field for beam ions, the deceleration reds assembly further comprising a second aperture plate electrode disposed substantially over and adjacent to the beam direction relative to the field electrode and connected to the flight tube potential; the mass selection aperture in the flight tube for selecting a desired mass of ions for transfer of the ions from the flight tube comprises an electric field screen of flight tube potential to screen the mass selection aperture from an electric field generated below the beam direction; wherein the screen provides an exit aperture for the mass selective ion beam from the flight tube and includes a screen cylinder mounted on the flight tube at flight tube potential to contain the ion beam and extending axially towards the field electrode; A two-hole plate electrode is installed on the end of the screen cylinder adjacent to the field electrode and the screen cylinder is penetrated to empty the inside of the cylinder. 이온을 기판에 주입하기 위한 이온 주입자에 있어서,An ion implanter for implanting ions into a substrate, comprising: 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 생성기, 상기 빔을 전달 에너지로 전달하기 위한 비행 튜브, 빔 이온이 주입될 기판을 지지하기 위한 기판 홀더, 빔 이온을 목표된 주입 에너지로 감속하기 위하여 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 감속 전위를 인가하도록 접속된 감속 전위 발생기, 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치되고 기판 전위에 실질적으로 접속되는 제 1 구멍 플레이트, 및 상기 제 1 전극에 관련하여 빔 방향에 인접하고 상부에 배치된 필드 전극을 포함하는 감속 렌즈 어셈블리, 상기 제 1 전극에 관련하여 상기 필드 전극을 바이어스하기 위하여 접속된 전위 바이어스 서프라이를 포함하는데, 상기 전극은 배열되고 상기 바이어스는 상기 제 1 전극을 통하여 통과하는 빔 이온을 위한 집중 필드를 제공하기 위한 것이고, 및 주입동안 기판상에 표면 전하 축적을 중성화하기 위한 빔 이온에 대한 극성의 낮은 에너지 충전 종 서플라이를 제공하기 위하여 상기 기판 홀더 및 상기 제 1 전극 사이에 배치된 중성화 장치를 포함하고, 상기 제 1 구멍 플레이트 전극은 상기 제 1 전극으로부터 상기 필드 전극쪽으로 축적으로 연장하는 실린더 스크린 플랜지를 가지며 필드 전극은 플랜지가 필드 전극의 외부 주변을 둘러싸도록 플랜지 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.An ion beam generator for generating an ion beam, a flying tube for delivering the beam with a transfer energy, a substrate holder for supporting a substrate into which the beam ions are to be implanted, a flying tube and a substrate for decelerating the beam ions to a desired implantation energy. a decelerating potential generator connected to apply a decelerating potential between the holders, a first aperture plate disposed between the flight tube and the substrate holder and substantially connected to the substrate potential, and adjacent to and above the beam direction with respect to the first electrode a decelerating lens assembly comprising a field electrode disposed thereon, a potential bias supply connected to bias the field electrode relative to the first electrode, wherein the electrode is arranged and the bias passes through the first electrode between the substrate holder and the first electrode to provide a focused field for the beam ions to be removed, and to provide a polarized, low energy charged species supply for the beam ions to neutralize surface charge build-up on the substrate during implantation. wherein the first aperture plate electrode has a cylinder screen flange extending accumulatively from the first electrode towards the field electrode, the field electrode being disposed within the flange such that the flange surrounds the outer perimeter of the field electrode. An ion implanter, characterized in that it is installed. 이온을 기판에 주입하기 위한 주입기에 있어서,An implanter for implanting ions into a substrate, comprising: 이온 빔을 생성하기 위한 이온 빔 생성기, 상기 빔을 전달 에너지로 전달하기 위한 비행 튜브, 빔 이온이 주입될 기판을 지지하기 위한 기판 홀더, 빔 이온을 목표된 주입 에너지로 감속하기 위하여 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 감속 전위를 인가하도록 접속된 감속 전위 발생기, 상기 비행 튜브 및 기판 홀더 사이에 배치되고 기판 전위에 실질적으로 접속된 제 1 구멍 플레이트 전극, 및 상기 제 1 전극에 관련하여 빔 방향에 인접하고 상부에 배치된 필드 전극을 포함하는 감속 렌즈 어셈블리, 상기 제 1 전극에 관련하여 상기 필드 전극을 바이어스 하기 위하여 접속된 전위 바이어스 서플라이를 포함하는데, 상기 전극은 배열되고 상기 바이어스는 상기 제 1 전극을 통하여 통과하는 빔 이온에 대한 집중 필드를 제공하기 위한 것이고, 주입동안 기판상에 표면 전하 축적을 중성화하기 위한 빔 이온에 반대 극성의 낮은 에너지 충전 종 서플라이를 제공하기 위하여 상기 기판 홀더 및 상기 제 1 전극 사이에 배치된 중성화 장치를 포함하고, 전극을 스크린하는 중성화 장치는 상기 제 1 전극 및 상기 중성화 장치 사이에 배치된 구멍 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.An ion beam generator for generating an ion beam, a flying tube for delivering the beam with a transfer energy, a substrate holder for supporting a substrate into which the beam ions are to be implanted, a flying tube and a substrate for decelerating the beam ions to a desired implantation energy. a decelerating potential generator connected to apply a decelerating potential between the holders, a first aperture plate electrode disposed between the flight tube and the substrate holder and substantially connected to the substrate potential, and adjacent the beam direction relative to the first electrode and a decelerating lens assembly comprising a field electrode disposed thereon, a potential bias supply connected to bias the field electrode relative to the first electrode, the electrode being arranged and the bias being applied through the first electrode between the substrate holder and the first electrode to provide a focused field for passing beam ions and to provide a low energy charged species supply of opposite polarity to the beam ions for neutralizing surface charge accumulation on the substrate during implantation. An ion implanter comprising a neutralizing device disposed in the ion implanter, wherein the neutralizing device for screening the electrode includes a hole plate disposed between the first electrode and the neutralizing device. 제 1 항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서,15. The method according to any one of claims 1 to 14, 빔 필드 전극 및 제 1 전극을 통하여 통과할 때 빔 방향에 수직인 적어도 하나의 방향으로 빔의 폭을 한정하는 것에 효과적인 상기 필드 전극 및 상기 이온 빔 생성기 사이에 배치된 빔 형성 구멍을 포함하고, 상기 필드 전극은 빔이 상기 필드 전극을 통하여 통과할 때 상기 하나의 방향의 빔 폭보다 상기 하나의 방향에서 보다 큰 구멍을 가지며 상기 제 1 전극은 빔 이온이 빔의 밖으로 이온들을 편향시키도록 하는 제 1 전극의 구멍 주변에 높은 방사적 필드 구성요소를 피하는 상기 제 1 전극을 통하여 빔이 통과할 때 상기 하나의 방향에서 빔의 폭보다 상기 하나의 방향에서 충분히 큰 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.a beam forming aperture disposed between the field electrode and the ion beam generator effective to define a width of the beam in at least one direction perpendicular to the beam direction as it passes through the beam field electrode and the first electrode; The field electrode has an aperture that is larger in the one direction than the beam width in the one direction as the beam passes through the field electrode and the first electrode allows the beam ions to deflect the ions out of the beam. and having an aperture sufficiently large in said one direction than the width of the beam in said one direction when a beam passes through said first electrode avoiding high radiative field components around the aperture of said electrode. 제 1 항 내지 제 15항중 어느 한 항에 있어서,16. The method according to any one of claims 1 to 15, 빔 방향에 수직인 적어도 하나의 방향에 대하여 제 1 전극의 빔 구멍은 상기 필드 전극의 빔 구멍보다 작은 것을 특징으로 하는 이온 주입기.and a beam aperture of the first electrode is smaller than a beam aperture of the field electrode for at least one direction perpendicular to the beam direction. 제 1 항 내지 제 16항중 어느 한항에 있어서,17. The method according to any one of claims 1 to 16, 상기 전위 바이어스 서플라이는 상기 필드 전극이 비행 튜브에 관련하여 5Kv이상의 음의 전위에 있도록 바이어스를 제공하기 위하여 배열되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.and the potential bias supply is arranged to provide a bias such that the field electrode is at a negative potential of at least 5 Kv with respect to the flight tube. 제 1 항 내지 제 17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 필드 전극은 빔 방향의 축을 가지는 원통형이고 실린더의 가장 작은 횡단 크기의 최소 10%를 가지는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.18. An ion implanter according to any one of the preceding claims, characterized in that the field electrode is cylindrical with an axis in the beam direction and has at least 10% of the smallest transverse dimension of the cylinder. 제 1 항 내지 제 18항중 어느 한 항에 있어서,19. The method according to any one of claims 1 to 18, 질량에 따라 빔 이온을 공간적으로 분해하기 위한 자석, 상기 기판 홀더를 포함하고 방출 포트를 가지는 처리 챔버, 처리 챔버를 비우기 위한 상기 방출 포트에 접속된 제 1 진공 펌프, 상기 처리 챔버 및 상기 자석 사이의 질량 선택 챔버, 상기 질량 선택 챔버를 비우기 위하여 접속된 제 2 진공 펌프, 질량 선택 챔버로부터 처리 챔버로 빔을 통과시키는 구멍 및 상기 챔버의 한쪽 또는 다른쪽의 비움을 개선하기 위하여 상기 질량 선택 챔버 및 상기 처리 챔버 사이에 적어도 하나의 추가 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.a magnet for spatially decomposing beam ions according to mass, a processing chamber including the substrate holder and having an emission port, a first vacuum pump connected to the emission port for emptying the processing chamber, between the processing chamber and the magnet. a mass selection chamber, a second vacuum pump connected to empty the mass selection chamber, an aperture for passing a beam from the mass selection chamber to the processing chamber and the mass selection chamber and the mass selection chamber to improve emptying of one or the other of the chamber An ion implanter having at least one additional aperture between the processing chambers.
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