CN103930967A - 用于等离子体浸没式离子注入机的控制模块 - Google Patents

用于等离子体浸没式离子注入机的控制模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于离子注入机的包括电源的控制模块，所述电源包括：发电机(HT)，所述发电机(HT)的正极接地；第一断路器(SW1)，所述第一断路器(SW1)的第一极被连接至所述发电机(HT)的负极并且所述第一断路器(SW1)的第二极被连接至所述电源的输出端子(S)；以及第二断路器(SW2)，所述第二断路器(SW2)的第一极被连接至所述输出端子(S)且所述第二断路器(SW2)的第二极被连接至中性端子(N)。另外，所述控制模块包括在所述第二断路器(SW2)的第二极和所述中性端子(N)之间流动的电流的测量电路(AMP)。本发明还涉及一种装备有该控制模块的离子注入机。

Description

用于等离子体浸没式离子注入机的控制模块
技术领域
本发明涉及一种用于离子注入机的控制模块。
背景技术
本发明的领域是以等离子体浸没模式操作的离子注入机。因此，基体的离子注入在于将其浸入等离子体当中并且对其偏置数十伏至数十千伏(通常少于100千伏)的负电压，这样形成了一个可以将等离子体中的离子朝向所述基体加速使其得以注入到所述基体中的电场。这样被注入的微粒被称为“杂质”。
所述离子的穿透深度由加速能量决定。其一方面取决于施加于所述基体上的电压，另一方面取决于所述离子和基体各自的性质。所注入微粒的浓度取决于剂量和注入深度，剂量用每平方厘米的离子数量表示。
注入时，一个基本的参数是所注入杂质的剂量。该剂量应当被精确掌握。其通常借助于偏压发生器提供的供给电流来估算。
此时所考虑的是所述基体被脉冲偏压的情况。
参照附图1，文献WO01/15200提出通过电源偏置所述基体，该电源包括：
-正极接地的发电机GEN、
-第一极连接至发电机GEN的负极且第二极连接至该电源的输出端子O的第一断路器IT1，以及
-第一极连接至输出端子O且第二极接地的第二断路器IT2。
当第一断路器IT1断开且第二断路器IT2闭合时，由于所述注入机的等效电容而产生位移电流。
该等效电容为所述机器的全部寄生电容的总和：
-线缆电容，
-偏压部件和接地部件之间的电容，尤其是基体支撑板和注入腔室之间的电容，
-隔离变压器的电容，以及
-等离子体鞘的电容。
所述位移电流是一种不用于注入的电流，然而其是供给电流的分流。
因此，当估算注入剂量时，要考虑到该位移电流以便将其从供给电流中减去。
由此，文献US6433553提出与所述基体支撑板平行布置测量电容Cm。
该测量电容Cm应当等于所述注入机的等效电容，但后者实际上无法确定。
此外，位移电流Id是电荷Q的时间导数：
Id＝dQ/dt
电荷Q是测量电容与电压V的乘积：
Q＝Cm.V
其遵循：
Id＝Cm.dV/dt+V.dCm/dt
上文所提及的文献仅考虑了上述公式的第一项。其将等效电容考虑为恒定的，由于等离子体鞘层是可变化的，这尤其不符合情况。
发明内容
本发明的目的还在于以更加精确的方式确定位移电流。
根据本发明，用于离子注入机的控制模块具有电源，并且该电源包括：
-正极接地的发电机，
-第一极连接至该发电机负极且第二极连接至该电源输出端子的第一断路器，
-第一极连接至所述输出端子且第二极连接至中性端子的第二断路器；
此外，该控制模块包括在所述第二断路器的第二极和所述中性端子之间流通的电流的测量电路。
事实上，所述位移电流在所述基体支撑板和所述中性端子间流通。
根据第一选项，所述中性端子接地。
根据第二选项，所述中性端子被连接至电压源的负极，其中所述负极接地。
根据第一实施方式，所述电流测量电路为环绕电缆的线圈，该电缆将第二断路器的第二极连接至所述中性端子。
根据第二实施方式，所述电流测量电路包括在第二断路器的第二极与所述中性极之间连接的测量电阻器、与该测量电阻器并联的积分电容器以及同样与该测量电阻器并联的电压测量电路。
有利地，所述控制模块另外还包括布置在发电机的负极和地线之间的调节电容器。
这样，所述控制模块包括由发电机提供的注入电流的估算模块，其还具有用于通过对供给电流和位移电流进行区分来估算注入电流的控制电路。
另外，所述注入电流是供给电流和位移电流的差，该注入电流并不仅仅表示注入离子的电流。
事实上，正电荷的产生并不只因为正离子到达所述基体，而是同样来自于所述基体表面释放的二次电子的生成。
在离子束注入机上，所述二次电子为低能量的，因此可能将这些二次电子通过法拉第笼引导至所述基体，该基体被所述法拉第笼环绕，该法拉第笼光学上被负势垒封闭。
在注入机上以等离子体浸没模式运行，所述二次电子以与等离子体的正离子几乎相同的能量被加速，因而其远远更加难以被引导至所述基体。
本发明的目的还在于考虑了二次电子对注入电流的作用。
根据本发明，所述控制模块包括估算所述发电机释放的供给电流的模块，接收来自二次电子探测器的干扰电流，其还具有用于通过从所述供给电流减去所述位移电流和所述干扰电流来估算离子电流的控制电路。
此外，当所述控制电路从分光计上接收到一种预定离子种类的比率，该控制电路规定了该离子电路的比率以估算注入剂量。
本发明还旨在提出一种具有基体支撑板的被提供有控制模块的离子注入机，该供给电流的输出端子连接至所述基体支撑板。
附图说明
参考附图，在以下说明书中的仅作为示例性的实施例将提供更多本发明的细节，在所述附图中：
-附图1描述了根据现有技术的高压电源，
-附图2描述了具有控制模块的离子注入机，
-附图3描述了根据本发明的高压电源，并且
-附图4描述了电流测量电路的一个实施方式。
所述的元件以唯一一个相同的附图标记显示于多幅附图中。
具体实施方式
参照附图2，离子注入机具有多个布置在真空壳体ENV的内部和外部的元件。对于微电子的应用，主张采用铝合金外壳以限制金属元素例如铁、铬、镍或钴的污染。同样可以使用硅或碳化硅涂覆层。
基体支撑板PPS呈水平面板的形状，可以绕其纵轴AXT移动，接纳会经受离子注入的基体SUB。
所述壳体ENV的上部接收以纵轴AXP为轴线的圆柱形源体CS。该源体为石英制成。其外部一方面被封闭线圈BOCi、BOCj环绕，另一方面又被外部的射频天线ANT环绕。等离子体化的气体入口ING与所述源体CS的纵轴AXP同轴。该纵轴AXP与所述基体支撑板PPS的表面会和，在该表面上放置有待注入的基体SUB。
可以使用任何类型的脉冲等离子体源：放电的、感应式耦合的等离子体(ICP-英文全称“Inductively Coupled Plasma”)、螺旋波、微波、弧光。这些源应当在足够低的压力水平下工作以便在高压PPS板和接地壳体ENV之间形成的电场不会激发放电等离子体，放电等离子体将对所述源脉冲操作形成干扰。
所述注入机还包括面对基体SUB设置的二次电子探测器DES。其还具有安装在壳体ENV内的分光计SPC，例如质谱仪或光谱仪。该分光计可鉴别所述等离子体中所注入种类的比率。
所述注入机的控制模块MP主要具有四个元件：
-高压电源PS，
-位移电流测量电路AMP，
-供给电流估算机构CUR，以及
-控制电路CC。
参考附图3，电源PS包括：
-正极接地的高压发电机HT，
-第一极连接至发电机HT的负极且第二极连接至该电源输出端子S的第一断路器SW1，
-第一极连接至输出端子S且第二极直接或通过通常为1千欧的放电电阻Rd间接连接至中性端子N的第二断路器SW2，
-优选地，与发电机HT并联连接的调节电容器Cr。
输出端子S被连接至所述注入机的基体支撑板PPS。
供给电流估算机构CUR，等效于安培表，对由发电机HT提供给基体支撑板PPS的供给电流进行测量。
所述中性端子可以接地。其同样可以被连接至其负极接地的电压源的正极。该正电压被选择为基本等于等离子体的电势，通常介于+10伏和+20伏之间。
电流测量电路AMP对第二断路器SW2的第二极与所述中性端子N之间流通的位移电流进行测量。
根据第一实施方式，该电流测量电路为环绕将运载该位移电流的电缆的线圈。这里涉及瞬时电流的测量，而这种电流的变化极快。为了避免使用快速测量电子技术，优选地对该电流的平均值进行测量。
这样，参照附图4，根据第二实施方式，电路测量电流AMP为一个平均电路。其包括在第二断路器SW2的第二极与所述中性极之间连接的测量电阻器Rm、与该测量电阻器Rm并联的积分电容器Ci和同样与该测量电阻器Rm并联的电压测量电路U。所测得的电压反映了所述位移电流的平均值。
测量电阻器Rm应当具有一个这样的值，使得其两端的电压足够易于被精确测量。其值典型地为10欧姆。
回到附图2，控制模块MP具有控制电路CC，该电路接收由电流估算机构CUR提供的供给电流并接收由测量电路AMP提供的位移电流。其形成了这两个电流的差以便计算所述注入电流，比起供给电流，该注入电流更好地反映了注入的剂量。
通过下述方式可以将所述剂量的测量精细化。
所述控制电路还接收到来自二次电子探测器DES的干扰电流并且通过从所述供给电流中减去所述位移电流和所述干扰电流计算出当前的离子电流。
还可以通过分光计SPC来显著地改进剂量的测量。所述控制电路从该分光计接收到在等离子体中注入种类的比率并且将其乘以所述离子电流以便对所述剂量进行估算。
上文所描述的本发明的实施例是鉴于其具体的特征进行选择的。而要详细地列举出覆盖本发明的所有实施方式是不可能的。尤其是，在不超出本发明的范畴内，所描述的任何实施方式都可以被一种等效的方式所替代。

Claims (10)

1.一种用于离子注入机的包括电源的控制模块，所述电源包括：
-发电机(HT)，所述发电机(HT)的正极接地，
-第一断路器(SW1)，所述第一断路器(SW1)的第一极被连接至所述发电机(HT)的负极并且所述第一断路器(SW1)的第二极被连接至所述电源的输出端子(S)，
-第二断路器(SW2)，所述第二断路器(SW2)的第一极被连接至所述输出端子(S)且所述第二断路器(SW2)的第二极被连接至中性端子(N)，
所述控制模块的特征在于包括在所述第二断路器(SW2)的第二极和所述中性端子(N)之间流动的电流的测量电路(AMP)。
2.根据权利要求1所述的控制模块，其特征在于所述中性端子(N)接地。
3.根据权利要求1所述的控制模块，其特征在于所述中性端子(N)连接至一个电压源的正极，其中该电压源的负极接地。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制模块，其特征在于所述电流的测量电路为环绕将所述第二断路器(SW2)的第二极连接至所述中性端子(N)的电缆的线圈。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制模块，其特征在于所述电流的测量电路(AMP)包括连接在上述第二断路器(SW2)的第二极和所述中性端子(N)之间的测量电阻器(Rm)、与该测量电阻器(Rm)并联的积分电容器(Ci)和同样与该测量电阻器(Rm)并联的电压测量电路(U)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制模块，其特征在于还包括布置在所述发电机(HT)的负极和接地之间的调节电容器(Cr)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制模块，其特征在于包括所述发电机(HT)所提供的供给电流的估算机构(CUR)，还包括控制电路(CC)，用于通过所述供给电流和所述位移电流(AMP)的区分来估算注入电流。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制模块，其特征在于包括所述发电机(HT)所提供的注入电流的估算模块(CUR)，用于接收来自二次电子探测器(DES)的干扰电流；还包括控制电路(CC)，用于通过从所述供给电流中减去所述位移电流(AMP)和所述干扰电流来估算所述离子电流。
9.根据权利要求8所述的控制模块，其特征在于所述控制电路(CC)还接收由分光计(SPC)预定的离子种类的比率，该控制电路(CC)规定所述离子电流的所述比率以估算所述注入剂量。
10.一种装备有根据前述权利要求中的任一项所述的控制模块的离子注入机，其特征在于装有基体支撑板(PPS)，该电源(PS)的输出端子(S)被连接至所述基体支撑板(PPS)。
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