이온 주입기, 이를 위한 자석용 자극, 이를 위한 분석 자석및 이온 주입기 내의 전하 중성화를 개선하는 방법 document_id A220623052440

저 에너지 빔을 이용하는 이온 주입기의 생산성을 개선하려는 노력은 이온 주입기 산업계에서 지속되어 온 이슈이다. 한 가지 초점은 빔 전달의 효율을 개선하는 것에 놓여 있다. 특히, 단일 웨이퍼 이온 빔 주입 시스템에서, 이온 빔은 분석 자석 앞에 위치한 정전기장 이중 포텐셜 렌즈(electrostatic bi-potential lens)를 통해 고 에너지에서 저 에너지로 감속된다. 분석 자석(analyzer magnet)은 이온 빔에 대해서 적절한 이온들을 선탬함으로써 이온 빔을 정제하는(refine) 기능을 한다. 어떤 이온 빔에서나, 동일한 극성의 전하의 이온들은 서로 밀어내는 성질이 있는데, 이는 이온 빔이 분산(disperse)되는 원인이 된다. 이온 빔이 고 에너지에서 저 에너지로 감속되면, 이러한 이온 빔의 분산 문제가 증가하며, 이처럼 척력(repulsion)으로 인한 이온 빔 전달 손실을 초래할 수 있다. 도 1에 나타나 있듯이, 이온 빔(2)의 분산을 감소시키는 하나의 매카니즘은 이온 빔(2) 내에 이온 빔(2)의 총 공간 전하(net space charge)를 중성으로 보이게 할 수 있도록 충분한 양의 자유 전자들(예를 들어 중성 원자들(6)에 빔을 충돌시킴으로써 생성)(4)을 유지시키는 것이다. 자유 전자들(4)은 외부 소스(나타나 있지 않음)로부터 자기장이 없는 영역 내에 있는 이온 빔(2)으로 도입된다. 자유 전자들(4)은 또한 이온 빔(2)이 그 주변의 표면들(나타나 있지 않음)에 충돌함으로써, 그리고 잔여 가스(residual gas, 나타나 있지 않음)와 충돌함으로써 생성될 수 있다. 그러나, 충돌로 인해 생긴 자유 전자들(4)을 가열하는 것은 상기 이온 빔(2)으로부터 빔 라인(beam-line)의 벽을 통해 탈출할 수 있는 열 전자들(4H)을 생성한다. 이러한 현상이 일어남에 따라, 전자들(4L)이 사라지고, 따라서 추가적인 자유 전자들(4)이 이온 빔(2)에 공급되지 않으면 이온 빔(2)의 총 공간 전하는 증가하게 된다. 상기 공간 전하 중성화 문제는 자석(12)의 자기장 영역(10) 내부에서 심각해지는데, 그 이유는 자유 전자들(4)이 자기장 라인 주위를 선회(orbit)하게 됨에 따라 자기장 영역(10)의 외부로부터 자기장 영역(10) 내부로 자유 전자들(4)이 이동할 수 없기 때문이다. 자기장 영역(10) 내에서 줄어든 전자들(4L)의 보충은 보통 이온 빔(2)이 생성한 전자들에 의존함으로써 이뤄진다. 이와 동시에, 자석(12)의 자기장은 열전자들(4H)이 자석(12)의 평면 자극들(planar poles)(14)로 이동하도록 유도하려는 성질이 있으며, 따라서 사라지는 전자들(4L)이 이온 빔(2)로부터 빠져나가는 것을 촉진한다. 이러한 상황은 이온 빔(2)을 팽창하게 하고, 더 나아가 만약 자기장 영역(10) 내에서 이온 빔(2)이 생성하는 전자들이 사라지는 전자들(4L)을 보충할 정도로 충분하지 못할 경우에는 이온 빔(2)의 전달 손실(transport losses)을 초래할 수 있다. 이때, 자석(12)이 분석 자석으로서 예시되었지만, 이러한 문제는 이온 주입기 내부의 위와 같은 특정한 자석에만 한정되는 것은 아니다는 것이 인식되어야 한다. 지금까지의 관점과 같이, 이 기술 분야에서는 이온 주입기의 자석을 통과할 때 향상된 이온 빔 전달 효율을 위한 기술의 필요성이 있어왔다.