액티브 필드 격납을 갖는 전자석 document_id A220623066168

이온 주입장치는 흔히 반도체 웨이퍼의 제조에 사용된다. 이온 빔 주입 시스템은, 반도체 웨이퍼의 표면에 가해질 때, 웨이퍼의 표면에 "도핑(doped)" 되거나 주입되는 대전된 이온들의 이온 빔을 생성한다. 이온 주입장치에서, 넓은 빔, 예를 들면, 약 30cm 폭보다 더 넓은 빔은 흔하다. 넓은 이온 빔은 다음의 두 가지 이유에서 장점이 있다. 즉, 저 에너지, 고 전류 빔의 수송에서 공간 전하(space charge)를 감소시키기 위한 것과, 단일 웨이퍼 이온 주입에 적절한 이온 빔을 제공하기 위한 것이 그것이다. 이온 주입에 앞서, 고 에너지 중성 입자들(neutral particles)(또는 에너지 오염물질(energy contaminants)로 불려짐)을 필터링하는 것이 종종 요구된다. 이러한 필터링 단계는 일반적으로 정전기 편향(electrostatic deflection) 또는 자기 편향(magnetic deflection)을 사용하여 이온 빔을 벤딩(bending)하는 것에 의해 제공된다. 후자의 공정과 관련하여, 자기 쌍극장(dipole magnetic fields)은 흔히 에너지 오염물질을 필터링하기 위해 사용된다. 또한, 자기 쌍극장은 그러한 필터링 단계로부터의 이온 빔 업스트림을 질량 분석(mass analyzing)하기 위해 사용된다. 넓은 이온 빔에 대한 한 가지 도전과제는, 이온 빔에 수차(aberration)를 삽입하거나 큰 스트레이(stray) 자기장을 부가하거나 이온 주입 시스템에 상당한 길이를 부가하지 않고서, 리본에 수직인 평면에서의 넓은 이온 빔을 벤딩할 수 있는 균일한 자기 쌍극장(dipole magnetic field)을 제공하는 것이다. 스트레이 자기장은, 그들이 자기 쌍극장 이전 또는 이후의 이온 주입장치의 구성요소들의 동작에 영향을 미치기 때문에 이롭지 않다. 고 전류, 저 에너지 이온 빔에 있어서, 다중-커스프(multi-cusp) 영구 자석을 부가함으로써 플라즈마 중화(plasma neutralization)를 높이는 것은 또한 바람직하다. 그러나, 이들 다중-커스프 자석은, 만약 그들이 이온 빔에 매우 가깝다면 이온 빔을 교란시킬 수 있고, 따라서 높은(tall) 빔 라인을 갖는 것이 바람직하도록 할 수 있으며, 그렇다면 큰 자석을 필요로 한다. 자석이 웨이퍼에 가까울 때(에너지 오염물질 필터링의 경우에는 그러하듯이), 자석으로부터의 프린징 필드(fringing fields)는 웨이퍼에서의 전하 중화에 대해 해로운 영향을 미칠 수 있으므로, 프린징 필드가 급격하게 영(0)으로 강하하는 것이 특히 중요하다. 이온 빔에 있어서의 큰 수차를 삽입함이 없이 자기장을 클램핑(clamping)하는 것은, 넓은 이온 빔에 대해 큰 자기 쌍극자(dipole magnet)를 설계함에 있어서 도전과제를 제공한다. 통상적으로, 강철(steel)은 자기장이 강철 표면에 수직이도록 큰 갭(gap) 자기 쌍극자의 자기장을 수동적으로 클램핑하기 위해 사용되어 왔다. 또한, 강철은 자속에 대한 낮은 자기저항(reluctance) 경로를 제공한다. 유감스럽게도, 이러한 접근법은 자석 내에서의 자기장의 질과 크기를 매우 저하시킨다. 특히, 이러한 접근법은, 강철 표면의 방향에 평행인 원(original) 쌍극장(dipole field)을 매우 왜곡시키며, 자속은 클램프를 통해 션트(shunt)되며, 그에 의해 자석 내에서의 자기장의 크기를 감소시킨다. 예를 들면, 도 1은 어떠한 자기장 클램핑도 갖지 않는 와이드 갭(wide gap) 쌍극 영구 자석(A)의 일 예의 일부분을 보여주며, 도 2는 자기장을 클램핑하기 위해 부가된 강철(B)을 갖는 도 1과 동일한 자석(A)을 보여준다. 도 2는 또한 상술한 자기장 왜곡(C)과 쌍극 장 축소를 도해한다. 종래의 강철을 사용한 접근법에서와 같이 자기장에서 직각 경계 조건(perpendicular boundary condition)을 강요함이 없이 자기 쌍극장을 격납(contain)하기 위한 방법을 갖는 것이 바람직하다. 앞서와 같은 점들을 고려해 볼 때, 액티브 필드 격납(active field containment)으로써 이온 빔을 변형하기 위한 전자석에 대한 요구가 본 기술 분야에서 존재한다.