이온주입기의 가속-감속 컬럼의 포커싱 효과 약화 document_id A220623052388

저에너지 빔을 이용하는 이온주입기의 양산성을 향상시키는 것은 이온주입기 산업에서 계속되고 있는 이슈이다. 포커스의 일 영역은 빔 수송 효율을 개선하고 있다. 어떠한 이온빔에 있어서도, 양으로 대전된 이온들은 서로 반발하는 경향이 있고, 이는 이온 손실 및 빔 수송 불량을 유발한다. 도 1을 참조하면, 종래의 이온주입기(100)가 예시되어 있다. 이온주입기(100)는 이온빔(104)을 생성하여 이온 주입 챔버(108) 내의 타겟(106)으로 전달한다. 이온주입기(100)는 가스 유동(gas flow, 140); 소스 마그넷(144)과 소스 바이어스 전압 컨트롤러(146)를 포함하는 이온 소스(142); 억제 전극(suppression electrode, 148), 인출 전극(extraction electrode, 150) 및 전극들(148, 150)에 대한 하나 이상의 조종 모터들(도시하지 않음); 필터 마그넷(151); 필터 분해 애퍼쳐(filter resolving aperture, 152); 가속-감속 컬럼(acceleration-deceleration column, 200); 분석 마그넷(analyzer magnet, 156); 매스 슬릿(mass slit, 160); 프리스캔 억제 전극(pre-scan suppression electrode, 162); 수평 주사 플레이트들(horizontal scan plates, 164); 포스트스캔 억제 전극(post-scan suppression electrode, 166); 질소(N2) 블리드(bleed, 168); 보정 마그넷(170); 제한 애퍼쳐(limiting aperature, 172); 및 프로파일러 시스템(174)을 포함한다. 위에서 언급된 구성요소들 각각은 시스템 컨트롤러(120)에 의해 모니터링되고 그것에 응답한다. 전형적으로, 타겟(106)은 플레이튼(platen, 114)에 탑재된 하나 또는 더 많은 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 도 2를 참조하면, 이온빔 가속-감속 컬럼(200)은 분석 마그넷(도 1의 156)에 의한 질량 분석 전에 이온빔(104)을 가속시키거나 감속시킨다. 초기에, 이온빔(104)은 이온 소스((142)로부터 인출 전극(150) 및 필터 마그넷(151)을 통과하여 필터 분해 애퍼쳐(202)에 형성되고, 이것은 빔(104)에서 선택되지 않는 이온들 대부분을 제거한다(도 1 참조). 이온빔(104)은, 이온 소스(142)로부터 직접 저에너지의 높은 빔 전류를 갖는 빔을 얻는 것이 상대적으로 어렵기 때문에, 초기에 고에너지로 형성된다. 따라서, 종래의 이온주입기(100)는 상당히 높은 소스 인출 전압, 예컨대 40 kV보다 더 높은 전압에서 작동하도록 설계되어 생성된 이온들에 초기 상류의 속도를 제공한다. 가속-감속 컬럼(200)은 이온들이 통과할 때 그것의 모드에 따라 이온빔(104)을 (도 2에 도시한 바와 같이) 감속시키거나 가속시키는 전기장을 발생시키는 서로 다른 전위 구배를 인가하여 상기 이온들에 최종 속도를 제공한다. 가속-감속 컬럼(200)은 가속-감속 컬럼(200) 내로 이온빔(104)을 받기 위한 단자 전극들(terminal electrodes, 204)을 포함한다. 다음에, 포커스 전극(206)이 이온빔(104)에 조정가능한 포커싱 효과를 제공하는데, 이는 또한 전자 트랩(trap)을 생성하여 중성화시키는 전자들이 감속 모드 동안 감속 영역 앞에 위치한 빔 라인 영역으로부터 제거되는 것을 방지한다. 다음에, 접지 전극(208)이 최종 에너지의 이온빔(104)을 받는다. 가속 모드(도시하지 않음)에 있어서, 단자 전극들(204)과 접지 전극(208) 사이에서 발생된 전기장은 단자 전극들(204) 상에 양의 전압을 인가함으로써 가속 렌즈를 형성하여 이온빔(104)의 양으로 대전된 입자들을 활성화시키고 가속시킨다. 가속-억제 전극(acceleration-suppression electrode, 210)은 가속 모드 동안 2차 전자들을 억제하는 음의 전압으로 바이어스된다. 도 2에 도시된 감속 모드에 있어서, 단자 전극들(204)과 접지 전극(208) 사이에 발생된 전기장은 단자 전극(204) 상에 음의 전압을 인가함으로써 감속 렌즈를 형성하여 이온빔(104) 내의 양으로 대전된 입자들을 비활성화시키고 감속시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가속-감속 컬럼(200)은 이온빔(104)을 감속시키고 그 에너지를 떨어뜨릴 때, 이온빔(104)을 완전히 포커스하는 경향이 있다. 특히, 이온들이 감속 렌즈를 벗어남에 따라, 이온들은 큰 수렴각(convergent angle)을 갖는데, 달리 말하면 이온들은 큰 수직 속도 성분을 가지고 안쪽으로 이동하게 된다. 상기 큰 수렴각은 나중에 이온빔(104)이 큰 발산각(divergent angle)을 갖도록 하는데, 달리 말하면, 상기 이온은 동일한 양의 수직 속도 성분을 가지고 바깥쪽으로 이동할 것이고 따라서 분산 문제점을 증가시키고 저에너지 빔의 수송 효율을 감소시킨다. 즉, 빔이 가속-감속 컬럼(200)을 나올 때 이온들이 분산되어 손실된다. (이온빔(104)은 결합 장치(212)를 통과하여 나오는데, 이 장치는 상기 분석 마그넷에 슬라이드 가능한 진공 밀봉을 제공한다.) 이온빔(104) 내에서 에너지 변화가 크면 클수록, 상기 포커싱은 더 심해지고 상기 분산 문제점은 더욱 커진다. 도 2는 이온빔(104) 외형의 2차원 도면을 보여주지만, 포커싱 작용은 이온빔(104) 내에서 방사상 위치에 의존한다. 즉, 전극(210)의 내부 가장자리에 가까울 수록, 포커싱 효과는 더 강하다. 앞의 관점에서, 당해 기술분야에 있어서 이온주입기의 가속-감속 컬럼과 관련하여 개선된 빔 수송 효율이 요구되고 있다.