KR102628780B1 - 이온 빔을 조작하기 위한 기술들 및 장치 - Google Patents

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Abstract

방법은: 이온 소스로부터 이온 빔을 생성하는 단계로서, 이온 빔은 초기 전파 방향을 갖는, 단계; 이온 빔을 초기 전파 방향에 대하여 초기 경사각으로 편향시키는 단계; 이온 빔을 자기 어셈블리 내의 개구를 통해 통과시키는 단계; 및 이온 빔의 초기 전파 방향에 수직하는 제 1 방향을 따라서 연장하는 4중극 필드 및 이온 빔의 초기 전파 방향 및 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향을 따라서 연장하는 2중극 필드를 개구 내에 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

이온 빔을 조작하기 위한 기술들 및 장치
실시예들은 이온 생성 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 실시예들은 양자 이온 주입을 위한 수소 빔을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
오늘날, 빔라인 이온 주입기들은 이온 소스로부터 기판으로 스팟(spot) 빔 또는 리본(ribbon) 빔을 보내기 위하여 다수의 컴포넌트들을 이용한다. 기판을 적절하게 처리하기 위하여, 이온 빔은 목표 이온 에너지까지 가속될 수 있으며, 목표 빔 치수를 달성하기 위하여 조작될 수 있다. 추가적으로, 이온 빔은, 이온 빔이 기판을 향해 빔라인을 통해 이동할 때 희망되는 배향을 달성하기 위하여 편향될 수 있다. 또한, 이온 빔은 수렴, 발산 또는 평행의 목표 정도를 달성하기 위하여 조정될 수 있다. 이에 더하여, 이온 빔은 기판을 향한 이온 빔의 전파 동안 이온 빔의 위치를 조정하기 위하여 조작될 수 있다. 이러한 결과들을 달성하기 위하여 다양한 컴포넌트들이 이용될 수 있으며, 이는 흔히 발산과 같은 이온 빔의 다른 특성에 대하여 위치와 같은 이온 빔의 하나의 특성 사이의 밸런스를 필요로 한다.
구체적인 일 예에 있어서, 자기 이온 소스들을 이용하는 빔라인 이온 주입기들은, 이온 빔이 이온 빔을 질량 분석하기 위해 사용되는 자기 분석기에 진입할 때 이온 빔을 조정할 수 있다. 지금까지, 이온 빔의 각도는 목표 위치로부터 이온 빔을 변위시키는 것을 대가로 하여 목표 각도를 향해 조정될 수 있다. 예를 들어, 자기 이온 소스에서, 이온 빔은 본질적으로, 이온 빔이 이온 소스로부터 런칭(launch) 될 때 이온 소스 자석에 의해 생성되는 필드들에 의해 위쪽으로(또는 아래쪽으로) 구부려진다. 이러한 굽음은, 이온 빔이 자기 분석기에 진입할 때 주어진 평면에 대하여 평행한 것과 같은 목표 경사각을 나타내도록 이온 빔을 위쪽 각도로 런칭시킴으로써 부분적으로 보상될 수 있다. 이러한 상황에서, 이온 빔은 자기 분석기에 진입하기 위한 목표 위치에 비하여 높게 놓인 위치로 변위될 수 있다. 따라서 통상적인 이온 주입 기법들은 이러한 2개의 파라미터들에 있어서 용인할 수 있는 타협을 달성하기 위하여 이온 빔의 경사각과 이온 빔의 위치를 밸런싱할 수 있다.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여 본 개선들이 제공된다.
본 요약은 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공되며, 개념들은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명될 수 있다. 본 요약은 청구되는 내용의 핵심 특징들 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며, 본 요약이 청구되는 내용의 범위를 결정하는데 도움을 주는 것으로서 의도되지도 않는다.
일 실시예에 있어서, 방법은, 이온 소스로부터 이온 빔을 생성하는 단계로서, 이온 빔은 초기 전파 방향을 갖는, 단계; 이온 빔을 초기 전파 방향에 대하여 초기 경사각으로 편향시키는 단계; 이온 빔을 자기 어셈블리 내의 개구를 통해 통과시키는 단계; 및 이온 빔의 초기 전파 방향에 수직하는 제 1 방향을 따라서 연장하는 4중극(quadrupole) 필드 및 이온 빔의 초기 전파 방향 및 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향을 따라서 연장하는 2중극(dipole) 필드를 개구 내에 생성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 이온 빔을 조작하기 위한 장치는: 초기 전파 방향을 갖는 이온 빔을 받아들이고 초기 전파 방향에 대하여 초기 경사각을 따라 이온 빔을 편향시키기 위한 편향기(deflector); 및 편향기의 하류에 배치되는 자기 어셈블리를 포함할 수 있다. 자기 어셈블리는 이온 빔을 받아들이기 위한 개구를 획정(define)할 수 있으며, 추가로 자기 요크(yoke) 및 코일 어셈블리를 포함할 수 있으며, 코일 어셈블리는 자기 요크의 제 1 측을 따라 배치되는 제 1 코일 및 제 1 측에 대향되는 자기 요크의 제 2 측을 따라 배치되는 제 2 코일을 포함할 수 있다. 장치는, 제 1 코일에 결합된 제 1 전류 공급부 및 제 2 코일에 결합된 제 2 전류 공급부; 및 제 1 전류 공급부 및 제 2 전류 공급부 및 편향기에 전기적으로 결합된 이온 빔 제어기를 더 포함할 수 있으며, 이온 빔 제어기는 제 1 전류 공급부로 제 1 제어 신호 및 제 2 전류 공급부로 제 2 제어 신호를 보낼 수 있고, 여기에서 제 1 코일 및 제 2 코일은 개구 내에 자기 2중극 필드 및 자기 4중극 필드를 동시에 생성한다.
다른 실시예에 있어서, 이온 주입기는, 세장형(elongated) 단면을 가지고 추가로 초기 전파 방향을 갖는 리본 빔을 생성하기 위한 세장형 개구를 갖는 이온 소스; 리본 빔을 받아들이고 초기 전파 방향에 대하여 초기 경사각을 따라서 리본 빔을 편향시키기 위한 편향기; 및 편향기의 하류에 배치되는 자기 어셈블리를 포함할 수 있다. 자기 어셈블리는 리본 빔을 받아들이기 위한 개구를 획정할 수 있으며, 추가로 자기 요크 및 코일 어셈블리를 포함할 수 있으며, 코일 어셈블리는 자기 요크의 제 1 측을 따라 배치되는 제 1 코일 및 제 1 측에 대향되는 자기 요크의 제 2 측을 따라 배치되는 제 2 코일을 포함할 수 있다. 이온 주입기는 제 1 코일에 결합된 제 1 전류 공급부 및 제 2 코일에 결합된 제 2 전류 공급부를 더 포함할 수 있다. 이온 주입기는, 제 1 전류 공급부 및 제 2 전류 공급부 및 편향기에 전기적으로 결합된 이온 빔 제어기를 더 포함할 수 있으며, 이온 빔 제어기는 제 1 전류 공급부로 제 1 제어 신호 및 제 2 전류 공급부로 제 2 제어 신호를 보낼 수 있고, 여기에서 제 1 코일 및 제 2 코일은 개구 내에 자기 2중극 필드 및 자기 4중극 필드를 동시에 생성한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따라 배열된 이온 주입기를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 자기 어셈블리의 세부사항들을 단면도로 도시한다.
도 2b는 도 2a의 자기 어셈블리의 측면도를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 실시예들에 따른 이온 빔을 조작하기 위한 장치의 기하구조의 세부사항들을 도시한다.
도 4는 본 실시예들에 따른 자기 어셈블리에 의해 생성되는 예시적인 자기장들에 대한 예시적인 커브들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 실시예들에 따른 자기 어셈블리에 의해 이온 빔이 프로세싱될 때 생성되는 이온 빔 특성들을 나타낸다.
도 6은 예시적인 프로세스 흐름을 나타낸다.
이제 이하에서 본 실시예들이, 일부 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 본 개시의 내용이 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 본원의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 도면들에서, 유사한 도면번호들이 전체에 걸쳐 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
본원에서 설명되는 실시예들은 이온 주입기 내에서 이온 빔을 제어하기 위한 신규한 기술들 및 장치를 제공한다. 다양한 실시예들에 있어서, 장치는 이온 빔의 위치뿐만 아니라 경사각을 제어하고 이러한 이온 빔 파라미터들을 개선하기 위하여 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 본원에서 개시되는 기술들 및 장치는 500 amu-keV와 같은 상대적으로 낮은 질량-에너지 곱을 갖는 이온 빔들을 제어하기 위하여 이용될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 유익하게는 500 amu-keV보다 더 큰 질량-에너지를 갖는 이온 빔들의 제어가 제어될 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따라 배열된 이온 주입기(100)를 도시한다. 이온 주입기(100)는, 도시된 바와 같이, 스팟 빔 또는 리본 빔과 같은 이온 빔(104)을 생성하고 이를 기판 스테이지(118)로 보내기 위하여 사용될 수 있다. 이온 주입기(100)는, 이온 소스(102), 자기 분석기(106), 질량 분석 슬릿(110)을 포함하는 챔버(108), 콜리메이터(collimator)(114), 및 기판 스테이지(118)를 포함할 수 있다. 이온 주입기(100)는, 이온 소스(102)와 기판 스테이지(118) 사이에서 이온 빔(104)을 추가로 조작하기 위한 당업계에서 공지된 바와 같은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 직교 좌표계에서, Y-축은 고정된 방향을 나타내며, 반면 Z 축의 방향은 빔라인 내의 주어진 지점에서의 이온 빔의 전파 방향을 나타낼 수 있다. 따라서, Z-축의 절대적인 방향은, 도시된 상이한 아래첨자들에 의해 표현되는 바와 같이 빔라인 내의 상이한 지점들에서 상이할 수 있다. X-축은 Z-축 및 Y-축에 수직으로 놓일 수 있으며, 따라서 X-축의 절대적인 방향이 또한 빔라인을 따라서 변화할 수 있다. 본원에서 개시되는 실시예들과 관련하여, 자기 분석기(106) 이전의 빔라인의 부분들 내에서, X-축, Y-축 및 Z-축은 고정된 채로 남아 있을 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 이온 소스(102)는 이온 소스(102)의 이온 소스 챔버 주변에 또는 이에 인접하여 배치된 자석(별도로 도시되지 않음)을 갖는 자기 이온 소스일 수 있다. 이온 빔(104)이 이온 소스(102)를 빠져 나올 때, 이온 빔(104)은 이온 빔(104)을 구부리는 경향을 갖는 자석에 의해 생성되는 자기장을 경험할 수 있다. 이온 소스(102)가 리본 빔을 생성하는 특정 실시예들에 있어서, 자기장은 X-축에 평행하게 놓이도록 생성될 수 있다. 자기장의 이러한 배향은, 이온 빔(104)이 이온 소스 자기장을 가로지를 때 X-Z 평면에 대하여 위쪽으로 또는 아래쪽으로 이온 빔(104)을 굽히는 것을 야기한다.
본 실시예들에 따르면, 이온 빔(104)이 자기 분석기(106)에 진입하기 이전에 이온 빔(104)을 조정하기 위한 다양한 기술들 및 컴포넌트들이 제공된다. 일 예로서, 이온 주입기(100)는 편향기(120)를 포함할 수 있으며, 여기에서 편향기(120)는 이하에서 논의되는 바와 같이 초기 전파 방향에 대하여 이온 빔(104)을 편향시킬 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 편향기(120)는 이온 소스(102)의 출구 개구와 추출 전극들(어느 것도 별도로 도시되지는 않음) 사이의 간격을 조정할 수 있는 조작기일 수 있다. 추출 전극들을 이온 소스(102)의 출구 개구로 더 가깝게 또는 이로부터 더 멀어지게 움직임으로써, 이온 빔(104)의 초기 경사각이 조정될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 이러한 초기 경사각은 1 도 내지 4 도 사이에서 변화할 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.
이온 주입기(100)는 또한 편향기(120)의 하류에 배치되는 자기 어셈블리(122)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 자기 어셈블리(122)는 편향기(120)와 자기 분석기(106) 사이에 배치될 수 있다. 이온 주입기(100)는 자기 어셈블리(122) 및 편향기(120)에 직접적으로 또는 간접적으로 전기적으로 결합되는 이온 빔 제어기(124)를 더 포함할 수 있다. 이온 빔 제어기(124)는 자기 어셈블리(122)에 의해 생성되는 자기장들을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있으며, 이는, 이온 빔(104)이 자기 분석기(106)에 진입할 때 이온 빔(104)의 개선된 특성들을 야기한다.
도 2a 및 도 2b는 각기, 다양한 실시예들에 따른 자기 어셈블리(200)의 단면도 및 측면도를 나타낸다. 자기 어셈블리(200)는 자기 어셈블리(122)의 변형일 수 있으며, 도 1에 전반적으로 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 자기 어셈블리(200)는 자기 요크(202), 및 코일 어셈블리를 포함할 수 있으며, 여기에서 코일 어셈블리는 자기 요크(202)의 제 1 측을 따라 배치되는 상부 코일(204)로서 도시된 제 1 코일을 포함한다. 코일 어셈블리는 또한 제 1 측에 대향되는 자기 요크(202)의 제 2 측을 따라 배치되는 하부 코일(206)로서 도시된 제 2 코일을 포함할 수 있다. 이하에서 상세화되는 바와 같이, 상부 코일(204) 및 하부 코일(206)은 제 1 방향을 따라서, 특히, Y-축을 따라서 연장하는 4중극 자기장을 생성할 수 있다.
상부 코일(204)은, 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향을 따라서 연장하는, 구체적으로, X-축을 따라서 연장하는 제 1 코일 축을 가질 수 있으며, 동시에 하부 코일(206)은 X-축을 따라서 또한 연장하는 제 2 코일 축을 갖는다.
도 2a에 추가로 도시되는 바와 같이, 제 1 전류 공급부(220)가 상부 코일(204)에 결합될 수 있으며, 반면 제 2 전류 공급부(222)는 하부 코일(206)에 결합된다. 제 1 전류 공급부(220) 및 제 2 전류 공급부(222)는 각기 상부 코일(204)에 제 1 전류를 공급하고 하부 코일(206)에 제 2 전류를 공급하기 위하여 서로 독립적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 이온 빔 제어기(124)는 제 1 전류 공급부(220) 및 제 2 전류 공급부(222)에 결합될 수 있으며, 여기에서 이온 빔 제어기(124)는 상부 코일(204) 및 하부 코일(206)로 독립적으로 전류를 공급하기 위한 제어 신호들을 상부 코일(204) 및 하부 코일(206)로 보낸다. 따라서, 동작의 일 모드에서, 이온 빔 제어기(124)는 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 생성할 수 있으며, 여기에서 제 1 전류 공급부(220)는 제 1 제어 신호에 응답하여 상부 코일(204)에 제 1 크기로 제 1 전류를 생성하기 위한 제 1 컴포넌트를 포함한다. 제 2 전류 공급부(222)는 제 2 제어 신호에 응답하여 하부 코일(206)에 제 2 크기로 제 2 전류를 생성하기 위한 제 2 컴포넌트를 포함할 수 있으며, 여기에서 제 2 크기는 제 1 크기와는 상이하다.
도 2a에 추가로 예시된 바와 같이, 자기 어셈블리(200)는 이온 빔(230)을 받아 들이며 자기 분석기(106)와 같은 자기 분석기의 전면 부분(232)을 향해 이온 빔(230)을 통과시킬 수 있는 개구(208)를 획정할 수 있다. 개구(208)는, 도 2a에 전반적으로 예시된 바와 같이, 리본 빔과 같은 목표 형상 및 크기의 이온 빔을 수용하도록 설계될 수 있다. 리본 빔은 세장형 단면을 특징으로 할 수 있다. 도 2a의 예에 있어서, 도시된 직교 좌표계의 Xi-축을 따른 이온 빔(230)의 폭(장축)은 Y-축을 따른 이온 빔(230)의 높이(단축)보다 더 클 수 있다. 개구(208)는 도시된 바와 같이 이러한 (단면에 있어서의) 세장형 이온 빔을 수용하도록 설계될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 개구(208)의 폭은 리본 빔을 수용하기 위하여 50 mm를 초과할 수 있거나, 또는 100 mm를 초과할 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 개구(208)는 또한 어떤 거리에 대하여, 예를 들어, 50　mm 내지 250　mm에 대하여 Zi-축을 따라서 연장할 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.
다양한 실시예들에 따르면, 이온 빔(230)은 개구(208)를 통과하는 동안 조작될 수 있다. 예시된 바와 같이, 상부 코일(204)은 개구(208)의 제 1 측에 배치되며, 반면 하부 코일(206)은 제 1 측에 대향되는 개구(208)의 제 2 측 상에 배치된다. 상부 코일(204) 및 하부 코일(206)은 상이한 방식으로 자기장들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 자기 어셈블리(200)는 개구(208) 내에 자기장(들)을 생성할 수 있으며, 여기에서 자기장들은 개구(208)를 통한 통과 동안 이온 빔(230)을 조향하고 성형한다. 일부 실시예들에 있어서, 자기 어셈블리(200)는, 개구(208) 내에 2중극 자기장을 생성하면서 동시에 4중극 자기장을 생성하도록 제어될 수 있다. 이러한 2개의 필드들은 이하에서 전반적으로 설명되는 바와 같은 유익한 방식으로 이온 빔(230)을 조향하고 움직이기 위하여 함께 작용할 수 있다.
자기 어셈블리(200)는, 개구(208)의 제 3 측 상에 배치된 제 1 상쇄(bucking) 코일(212), 및 개구(208)의 제 4 측 상에 배치된 제 2 상쇄 코일(214)을 또한 포함할 수 있다. 제 1 상쇄 코일(212) 및 제 2 상쇄 코일(214)은 공지된 설계 및 공지된 기능을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 상쇄 코일(212) 및 제 2 상쇄 코일(214)은 각기 제 1 상쇄 코일 축 및 제 2 상쇄 코일 축을 가질 수 있으며, 여기에서 이러한 축들은 Y-축에 평행한 방향을 따라서 연장한다. 상쇄 전류가 제 1 상쇄 코일(212) 및 제 2 상쇄 코일(214) 내에 제공될 수 있다.
이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 이온 빔(230)을 조작하기 위한 장치의 기하구조의 추가적인 세부사항들이 도시되어 있다. 특정 실시예들에 있어서, 자기 어셈블리(200)를 사용하여 이온 빔(230)을 조작하는 것과 함께, 이온 빔(230)은, 이온 빔(230)이 이온 소스(102)로부터 나올 때 목표 궤적을 따라 편향될 수 있다. 일 예에 있어서, 이온 빔(230)은, Xi-Z 평면에서 보여지는 바와 같이 그것들의 궤적들이 서로 평행한(X에서 평행한) 이온들을 갖는 리본 빔으로서 이온 소스(102)로부터 나올 수 있다. 이온 빔(230)의 이온들은, Xi-Y 평면에 대하여 Y-Zi 평면에서 보여지는 바와 같은 초기 발산, 예컨대 5 도 이하, 일부 실시예들에 있어서는, +/- 2.0 도, +/- 2.0 도, 또는 +/- 3 도를 가지고 이온 소스로부터 나올 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 발산은 이온 빔(230) 내의 상이한 이온들의 궤적들의 경사각들의 범위를 나타낼 수 있으며, 여기에서 범위는 기준 평면과 같은 주어진 평면에 대하여 측정된다.
자기 어셈블리(200)는, 이온 빔이 자기 분석기의 전면 부분(232)에 진입할 때 Xi-Y 평면에서 보여지는 바와 같은 이온 빔 발산을 렌더링(render)하는 방식으로 이온 빔(230)을 조작할 수 있다. 일 예에 있어서, 궤적들은 Y-Zi 평면에 대하여 +/- 8 도의 발산을 가질 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 추가적으로, 자기 어셈블리(200)는, 목표 방향뿐만 아니라 목표 발산을 갖는 이온 빔(230)을 Y-축을 따라 목표 높이에 위치시키는 방식으로 이온 빔(230)을 조향할 수 있다.
예를 들어, 다시 도 1을 또한 참조하면, 이온 빔(230)은, 이온 빔(230)이 이온 주입기(100)의 빔라인의 중심 평면에 중심이 맞추어져 나오게 하는 방식으로 자기 어셈블리(200)를 통해 조향될 수 있다. 중심 평면은 자기 분석기(106)뿐만 아니라 이온 소스(102)의 중심을 관통해 연장하는 Xi-Z 평면에 대응할 수 있다. 따라서, 이온 빔(230)이 자기 분석기(106)에 진입할 때, 이온 빔(230)은 자기 분석기의 (Y-축에 대하여) 중심을 따라서 위치될 수 있다. 또한, 이온 빔(230)은 Zi 방향에 평행하게 그리고 X-Zi 평면에 평행하게 배향될 수 있으며, 이는 이온 빔(230)의 이온들의 평균 상의 궤적들이 Xi-Zi 평면에 평행하게 놓인다는 것을 의미한다. 추가적으로, 이온 빔(230)은 Xi-Zi 평면에 대하여 매우 낮은 발산, 예컨대 일부 실시예들에서 1.5 도 미만의 발산을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 이온 빔을 생성하기 위한 신규한 기술들이 제공되며, 여기에서 이온 빔은, 이온 빔이 자기 분석기에 진입할 때 빔라인의 중심 평면에 중심이 맞추어지고, 낮은 발산을 가지며, 이에 평행하게 놓인다. 이러한 기술들은, 평행한 이온 빔을 생성하는 이온 빔이 이온 빔을 중심 평면으로부터 변위시키는 것을 대가로 하여 발생할 수 있는 통상적인 이온 주입기들에서 이용되는 트레이드오프(tradeoff)들을 극복한다. 다양한 실시예들에 있어서, 자기 어셈블리(122) 또는 자기 어셈블리(200)와 같은 자기 어셈블리는, 이온 빔이 자기 어셈블리를 통해 이동하는 동안 2중극 필드뿐만 아니라 4중극 필드를 동시에 생성하도록 제어될 수 있다. 이제 도 4를 참조하며, 본 실시예들에 따른 자기 어셈블리에 의해 생성되는 예시적인 자기장들이 도시된다. 구체적으로, 커브(402)는 4중극 필드를 나타내며 커브(406)는 2중극 필드에 대응하고, 여기에서 커브(402) 및 커브(404)는 조건들의 제 1 세트 하에서 자기 어셈블리에 의해 생성된다. 특히, 자기 어셈블리는 커브들(402) 및 커브(406)를 생성하기 위하여 "순수 4중극" 모드 하에서 동작하는 것으로 여겨질 수 있다.
커브(404)는 X-축을 따른 위치의 함수로서 Y-축에 평행한 방향에서의 자기장 강도에 대응한다. 이러한 커브는, 개구(208)와 같은 자기 어셈블리 개구 내에서 생성되는 4중극 필드의 강도를 나타낼 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 4중극 필드 크기, 다시 말해서, 4중극 필드의 강도는, X= -100 mm에 대응하는 제 1 위치 내지 X=　+ 100 mm에 대응하는 제 2 위치 사이에서 상대적으로 큰 포지티브 값으로부터 상대적으로 큰 네거티브 값까지 단조롭게 변화한다. 커브(406)는 X-축을 따른 위치의 함수로서 X-방향에 평행하게 놓인 자기장의 강도를 나타내며, 2중극 필드의 강도를 나타낼 수 있다. 이러한 예에 있어서, 자기장의 강도는 도시된 위치들의 범위 전체에 걸쳐 0이다. 다시 도 2a를 참조하면, 일 예에 있어서, 커브(402) 및 커브(406)는, 다음의 방식으로 상세화되는 바와 같이, 순수 4중극 모드에서 자기 어셈블리(200)를 동작시킴으로써 동시에 생성될 수 있다. 상부 코일(204) 및 하부 코일(206)은 서로 동일하게 구성될 수 있다. 또한, 제 1 전류 공급부(220)가 상부 코일(204)에 제 1 전류를 제공할 수 있고, 동시에 제 2 전류 공급부(222)가 하부 코일(206)에 제 2 전류를 제공하며, 여기에서 제 1 전류 및 제 2 전류를 서로 동일하다. 이러한 방식으로, 상부 코일(204) 및 하부 코일(206)은 커브(402)에 의해 표현되는 바와 같은 4중극 필드를 생성할 수 있다. 상부 코일(204) 및 하부 코일(206) 내에서 이동하는 전류가 서로 동일하기 때문에, 커브(406)의 0 값에 의해 표현되는 바와 같이 어떠한 2중극 필드도 생성되지 않을 수 있다.
다른 예에 있어서, 커브(404) 및 커브(408)는, 다음의 방식으로, 혼합 4중극 및 2중극 모드에서 자기 어셈블리(200)를 동작시킴으로써 동시에 생성될 수 있다. 제 1 전류 공급부(220)가 상부 코일(204)에 제 1 전류를 제공할 수 있으며, 동시에 제 2 전류 공급부(222)가 하부 코일(206)에 제 2 전류를 제공하고, 여기에서 제 1 전류 및 제 2 전류를 서로 동일하지 않으며, 즉, 제 1 전류의 제 1 크기가 제 2 전류의 제 2 크기와는 상이하다. 이러한 방식으로, 상부 코일(204) 및 하부 코일(206)은 커브(404)에 의해 표현되는 바와 같은 4중극 필드를 생성할 수 있다. 상부 코일(204) 및 하부 코일(206) 내에서 이동하는 전류가 서로 상이하기 때문에, 커브(408)에 의해 보여지는 바와 같이 0이 아닌 값을 갖는 2중극 필드가 생성될 수 있다. 커브(408)는, 2중극 필드의 2중극 필드 크기가 각기 제 1 말단 영역과 제 2 말단 영역 사이에서 X-축을 따른 위치의 함수로서 50%미만만큼 변화한다는 것을 도시한다. 이러한 경우에 있어서, 2중극 필드 크기는 30 가우스의 범위 내이다.
따라서, 커브(404) 및 커브(408)와는 대조적인 커브(402) 및 커브(406)를 생성하기 위한 조건들 사이의 차이는 다음과 같다: 하나의 인스턴스(instance)에서 상부 코일 및 하부 코일을 통한 전류들이 동일하며, 반면 다른 인스턴스에서 상부 코일 또는 하부 코일을 통해 더 큰 전류가 제공된다. 도 4에 구체적으로 예시된 일 예에 있어서, 혼합 4중극 및 2중극 모드로 동작시키기 위하여, 상부 코일을 통한 전류는 기준 레벨에 비하여 110%일 수 있으며 반면 하부 코일을 통한 전류는 기준 레벨에 비하여 90%일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 실시예들에 따른, 커브(404) 및 커브(408)에 의해 예증되는 바와 같은, 혼합 4중극 및 2중극 모드로 동작하는 자기 어셈블리에 의해 이온 빔이 프로세싱될 때 생성되는 이온 빔 특성들을 나타낸다. 구체적으로, 도 5a 및 도 5b의 결과들은, 상부 코일을 통한 전류가 110%이고 반면 하부 코일을 통한 전류가 90%인 혼합 4중극 및 2중극 모드로 자기 어셈블리를 동작시키는 것에 기초하는 시뮬레이션된 결과들이다.
추가적으로, 도 5a 및 도 5b의 시나리오에 있어서, 리본 빔은, Xi-Zi 평면에 대하여, 또는 Zi-축에 평행한 방향을 따라서 놓인 리본 빔의 초기 전파 방향에 대하여 +1.5 도의 초기 경사각을 가지고 이온 소스로부터 런칭된다. 이상에서 언급된 바와 같이, 이러한 런칭은, 자기 어셈블리와 리본 빔을 생성하는 이온 소스 사이에 배치된 편향기를 조정함으로써 달성될 수 있다. 이온 빔을 편향시킴으로써 그리고 4중극 필드와 동시에 0이 아닌 값의 2중극 필드를 제공함으로써, 이온 빔은 이하에서 논의되는 바와 같이 0도의 경사각뿐만 아니라 목표 위치를 달성하기 위하여 더 양호하게 조작될 수 있다.
이제 도 5a를 구체적으로 참조하면, 일련의 커브들; 커브(502), 커브(504), 커브(506), 커브(508), 및 커브(510)가 도시되며, 여기에서 커브들은 Zi-축을 따른 거리의 함수로서 이러한 경우에 23 keV 붕소 빔인 이온 빔(500)의 선택 부분의 위치를 나타낸다. 커브(502)는 이온 빔(500)의 상부 부분을 나타낼 수 있으며, 반면 커브(510)는 이온 빔(500)의 하부 부분을 나타낸다. 이온 소스의 중심은 Zi=0 mm에서의 위치에 의해 표현될 수 있다. 예시된 바와 같이, 이온 빔(500)은 이온 소스로부터 나오는 대략 5 mm 정도의 초기 높이를 가질 수 있으며, Zi=600 mm에서 40 mm 정도의 높이까지 연장할 수 있다. 이온 빔(500)의 상이한 부분들의 궤적들은 Y=0을 통해 X-Z 평면에 대하여 비대칭적일 수 있으며, 이는 이온 빔(500)이 +1.5 도의 초기 경사각을 가지고 런칭되기 때문이다. 도 5a의 예에 있어서, 자기 어셈블리는, 대략 Zi=280 mm 내지 480 mm 사이의 거리에 걸친 영역에 걸쳐, 이온 빔(500)을 구속(bound)하는 것으로서 생각될 수 있다. 추가적으로, 자기 분석기의 자석의 전면 에지는 대략 Zi=600 mm에 위치되는 것으로서 생각될 수 있다. 특히, 자기 어셈블리에 의해 구속되는 영역을 통과한 이후에, 이온 빔(500)은 Zi일 때 대략 Y=0에 중심이 맞추어진다.
이제 도 5b를 참조하면, 일련의 커브들; 커브(512), 커브(514), 커브(516), 커브(518), 및 커브(520)가 도시되며, 여기에서 커브들은 Zi-축을 따른 거리의 함수로서 이온 빔(500)의 선택 부분들의 이온들의 경사각을 나타낸다. 도 5b에서 "Y 각도"로서 지칭되는 경사각은, 이상에서 언급된 바와 같이 Zi 방향을 따른 이온 빔의 초기 전파 방향에 대한 또는 Xi-Zi 평면에 대한 이온들의 각도를 지칭한다. 이러한 예에 있어서, 커브(512)는 커브(502)에 대응하는 이온 빔(500)의 부분의 경사각을 나타낼 수 있으며, 커브(514)는 커브(504)에 대응할 수 있고, 커브(516)는 커브(506)에 대응할 수 있는 등이다. 예시된 바와 같이, Zi=0에서의 초기 궤적들에 대한 경사각은 커브(512)에 대하여 +4.0 도 내지 커브(520)에 대하여 -1 도의 범위이며, +1.5 도의 평균을 갖는다. 따라서, 이온 빔(500)은 Zi=0 mm에서 5 도의 Y-방향으로의 발산을 나타낸다. 도 5b의 시뮬레이션에 있어서, 결과들은 Zi-축을 따라 놓인 이온 빔(500)의 초기 전파 방향을 도시하지 않으며, 단지 편향 이후의 이온 빔(500)의 경사각(평균 1.5 도)만을 도시한다. 언급된 바와 같이, 이러한 편향은, 이온 소스의 출구 개구와 추출 전극들 사이의 거리를 조정함으로써 달성될 수 있다.
도 5b의 예에 있어서, 이온 소스의 자석은 이온 빔(500)을 Zi-축에 대하여 아래쪽으로 굽히는 것으로서 생각될 수 있다. 따라서, 경사각은 처음에 Zi=250 mm에 이르기까지 상이한 커브들에 대하여 점점 네거티브가 된다. 특히, Zi=280 mm 내지 480 mm 사이에서 자기 어셈블리에 의해 구속된 영역을 통과한 이후에, 감소된 발산이 생성되며, 여기에서 발산은 1 도보다 약간 더 큰 정도로 급격히 감소한다. 추가적으로, 평균 경사각이 0이며, 이는 이온 빔(500)이 분석기 자석에 진입할 때 이온 빔(500)이 Xi-Zi 평면에 평행하게 놓인다는 것을 의미한다.
다양한 실시예들에 따르면, 상이한 질량 또는 상이한 이온 에너지를 갖는 이온 빔들을 고려하기 위하여, 편향기의 위치뿐만 아니라 자기 어셈블리의 상부 코일 및 하부 코일에 공급되는 상이한 전류들이 도 5a 및 도 5b에 도시된 것들과 유사한 결과들을 생성하기 위하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 이온 소스 전자석은 플라즈마 내의 이온 유형에 따라서 이온 소스 내에 플라즈마를 국한시키기 위하여 상이한 자기장 강도들을 이용할 수 있다. 결과적으로 상이한 자기장 강도들이 상이한 궤적들을 따라서 이온 소스로부터 나오는 이온들을 구부릴 수 있다. 따라서, 이온 소스 자기장뿐만 아니라 상이한 이온 질량, 이온 에너지를 수용하기 위하여, 이온 빔의 초기 경사각은 편향기뿐만 아니라 자기 어셈블리의 4중극 필드 및 2중극 필드를 조정함으로써 조정될 수 있다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 나타낸다. 블록(602)에서, 이온 소스로부터 이온 빔을 생성하기 위한 동작이 수행되며, 여기에서 이온 빔은 초기 전파 방향을 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 이온 빔은 빔라인의 기준 평면에 평행한 초기 전파 방향을 갖는 이온 소스로부터 추출되는 리본 빔으로서 생성될 수 있으며, 여기에서 기준 평면은 2 이상의 빔라인 컴포넌트를 통해 연장하는 중심 평면을 획정할 수 있다.
블록(604)에서, 이온 빔은 초기 전파 방향에 대하여 초기 경사각으로 편향된다. 예를 들어, 이온 빔의 편향은, 이온 소스의 출구 개구와 추출 전극 사이의 거리를 조정함으로써 수행될 수 있다.
블록(606)에서, 빔은 자기 어셈블리 내의 개구를 통해 통과된다. 자기 어셈블리는, 예를 들어, 자기 요크 상에 배치된 상부 코일 및 하부 코일로 구성될 수 있다. 블록(608)에서, 이온 빔의 초기 전파 방향에 수직하는 제 1 방향을 따라서 연장하는 4중극 필드 및 이온 빔의 초기 전파 방향 및 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향을 따라서 연장하는 2중극 필드를 개구 내에 생성하는 동작이 수행된다.
요약하면, 본 실시예들에 의해 제공되는 다양한 이점들은, 분석기 자석에 진입하기 이전에 이온 빔의 경사각뿐만 아니라 이온 빔 위치를 독립적으로 변화시키기 위한 능력을 포함한다. 추가적인 이점은, 빔라인의 기준 평면과 같은 목표 평면에 대하여 0 도의 평균 경사각을 가지며 좁은 발산을 갖는 이온 빔을 제공하기 위한 능력이다. 이러한 방식으로, 이온 빔은, 예를 들어, 더 적은 조정들을 필요로 하면서 빔라인의 나머지 컴포넌트들을 통해 더 용이하게 안내될 수 있다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 그 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (15)

  1. 이온 빔을 조작하기 위한 방법으로서,
    이온 소스로부터 이온 빔을 생성하는 단계로서, 상기 이온 빔은 초기 전파 방향을 갖는, 단계;
    이온 빔을 상기 초기 전파 방향에 대하여 초기의 평균 경사각으로 편향시키는 단계;
    상기 이온 빔을 자기 어셈블리를 통해 통과시키는 단계로서, 상기 자기 어셈블리는 개구를 포함하는, 단계; 및
    상기 이온 빔의 상기 초기 전파 방향에 수직하는 제 1 방향을 따라서 연장하는 4중극(quadrupole) 필드 및 상기 이온 빔의 상기 초기 전파 방향 및 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향을 따라서 연장하는 2중극(dipole) 필드를 상기 개구 내에 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 4중극 필드를 생성하는 단계는,
    상기 개구의 제 1 측 상에 배치된 제 1 코일을 통해 제 1 전류를 제공하는 단계로서, 상기 제 1 코일은 상기 제 2 방향을 따라 연장하는 제 1 코일 축을 갖는, 단계; 및
    상기 개구의 제 2 측 상에 배치된 제 2 코일을 통해 제 2 전류를 제공하는 단계로서, 상기 제 2 코일은 상기 제 2 방향을 따라 연장하는 제 2 코일 축을 갖는, 단계를 포함하는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2중극 필드를 생성하는 단계는, 상기 제 1 코일에 제 1 크기로 상기 제 1 전류를 제공하는 단계 및 상기 제 1 전류를 제공하는 단계와 동시에 상기 제 2 코일에 제 2 크기로 상기 제 2 전류를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 크기는 상기 제 1 크기와는 상이한, 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 자기 어셈블리는 자기 요크(yoke)를 포함하며, 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 상기 자기 요크 주변에 배치되는, 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 방법은, 상기 개구의 제 3 측 상에 배치된 제 1 상쇄(bucking) 코일을 통해 상쇄 전류를 제공하는 단계로서, 상기 제 1 상쇄 코일은 상기 제 1 방향을 따라 연장하는 제 1 상쇄 코일 축을 갖는, 단계, 및 상기 제 3 측에 대향되는 상기 개구의 제 4 측 상에 배치된 제 2 상쇄 코일을 통해 상기 상쇄 전류를 제공하는 단계로서, 상기 제 2 상쇄 코일은 상기 제 1 방향을 따라 연장하는 제 2 상쇄 코일 축을 갖는, 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 2중극 필드의 2중극 필드 크기는, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 제 1 말단 영역에 인접한 제 1 위치와 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 제 2 말단 영역에 인접한 제 2 위치 사이에서 상기 제 2 방향을 따른 위치의 함수로서 50%미만만큼 변화하는, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 초기의 평균 경사각은 상기 초기 전파 방향에 대하여 1 도 내지 4 도 사이인, 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 빔을 편향시키는 단계는, 상기 이온 빔을 상기 개구를 통해 통과시키는 단계 이전에 상기 초기 전파 방향에 대하여 상기 제 1 방향을 따라 5 도 이하의 초기 발산을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 4중극 필드 및 상기 2중극 필드를 생성하는 단계는, 상기 이온 빔을 상기 개구를 통해 통과시키는 단계 이후에 상기 초기 전파 방향에 대하여 상기 제 1 방향을 따라 2 도 미만의 감소된 발산을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 빔은 상기 제 2 방향을 따르는 장축 및 상기 제 1 방향을 따르는 단축을 갖는 세장형(elongated) 단면을 갖는, 방법.
  11. 이온 빔을 조작하기 위한 장치로서,
    초기 전파 방향을 갖는 이온 빔을 받아들이고 상기 초기 전파 방향에 대하여 초기의 평균 경사각을 따라 상기 이온 빔을 편향시키기 위한 편향기(deflector);
    상기 편향기의 하류에 배치되는 자기 어셈블리로서, 상기 자기 어셈블리는 상기 이온 빔을 받아들이기 위한 개구를 포함하며,
    자기 요크; 및
    코일 어셈블리로서, 상기 코일 어셈블리는 상기 자기 요크의 제 1 측을 따라 배치되는 제 1 코일 및 상기 제 1 측에 대향되는 상기 자기 요크의 제 2 측을 따라 배치되는 제 2 코일을 포함하는, 상기 코일 어셈블리를 더 포함하는, 상기 자기 어셈블리;
    상기 제 1 코일에 결합된 제 1 전류 공급부 및 상기 제 2 코일에 결합된 제 2 전류 공급부; 및
    상기 제 1 전류 공급부와 상기 제 2 전류 공급부 및 상기 편향기에 전기적으로 결합된 이온 빔 제어기로서, 상기 이온 빔 제어기는 상기 제 1 전류 공급부로 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 전류 공급부로 제 2 제어 신호를 보내며, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일은 상기 개구 내에 자기 2중극 필드 및 자기 4중극 필드를 동시에 생성하는, 상기 이온 빔 제어기를 포함하는, 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 전류 공급부는 상기 제 1 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 코일 내에 제 1 전류를 생성하기 위한 제 1 컴포넌트를 포함하며, 상기 제 2 전류 공급부는 상기 제 2 제어 신호에 응답하여 상기 제 2 코일 내에 제 2 전류를 생성하기 위한 제 2 컴포넌트를 포함하고, 상기 제 2 전류는 상기 제 1 전류와는 상이한, 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 자기 4중극 필드는 제 1 방향을 따라 연장하며, 상기 제 1 코일은 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향을 따라 연장하는 제 1 코일 축을 가지고, 상기 제 2 코일은 상기 제 2 방향을 따라 연장하는 제 2 코일 축을 갖는, 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 자기 어셈블리는 자기 요크를 포함하며, 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 상기 자기 요크 주변에 배치되는, 장치.
  15. 이온 빔을 조작하기 위한 이온 주입기로서,
    세장형 단면을 가지며 초기 전파 방향을 또한 가지는 리본 빔을 생성하기 위한 세장형 개구를 갖는 이온 소스;
    상기 리본 이온 빔을 받아들이고 상기 초기 전파 방향에 대하여 초기의 평균 경사각을 따라 상기 리본 빔을 편향시키기 위한 편향기;
    상기 편향기의 하류에 배치되는 자기 어셈블리로서, 상기 자기 어셈블리는 상기 리본 빔을 받아들이기 위한 개구를 포함하며,
    자기 요크; 및
    코일 어셈블리로서, 상기 코일 어셈블리는 상기 자기 요크의 제 1 측을 따라 배치되는 제 1 코일 및 상기 제 1 측에 대향되는 상기 자기 요크의 제 2 측을 따라 배치되는 제 2 코일을 포함하는, 상기 코일 어셈블리를 더 포함하는, 상기 자기 어셈블리;
    상기 제 1 코일에 결합된 제 1 전류 공급부 및 상기 제 2 코일에 결합된 제 2 전류 공급부; 및
    상기 제 1 전류 공급부와 상기 제 2 전류 공급부 및 상기 편향기에 전기적으로 결합된 이온 빔 제어기로서, 상기 이온 빔 제어기는 상기 제 1 전류 공급부로 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 전류 공급부로 제 2 제어 신호를 보내며, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일은 상기 개구 내에 자기 2중극 필드 및 자기 4중극 필드를 동시에 생성하는, 상기 이온 빔 제어기를 포함하는, 이온 주입기.
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