Die
Herstellung komplexer Mikrostrukturen, etwa moderner integrierter
Schaltungen, erfordert, dass eine große Anzahl einzelner Prozessschritte ausgeführt wird,
um schließlich
die nötige
Funktionalität
der Mikrostruktur zu erreichen. Insbesondere bei der Herstellung
integrierter Schaltungen muss die Leitfähigkeit spezifischer Bereiche
an die Entwurfserfordernisse angepasst werden. Beispielsweise kann die
Leitfähigkeit
eines Halbleitergebiets in einer gut definierten Weise durch Einführen spezieller
Verunreinigungen, die auch als Dotierstoffe bezeichnet werden, und
durch Anordnen einiger oder vorzugsweise aller dieser Verunreinigungen
an Gitterplätzen des
Halbleiterkristalls erhöht
werden.
Im
Allgemeinen ist die Ionenimplantation das bevorzugte Verfahren zum
Einführen
von Dotierstoffen in spezifizierte Bauteilgebiete auf Grund der
Eigenschaft, dass die Verunreinigungen um eine gewünschte Tiefe
herum angeordnet werden können und
dass die Anzahl der Dotierstoffe, die in Substrate implantiert werden,
relativ präzise
steuerbar ist mit einer Wiederholbarkeit und Gleichförmigkeit
von ungefähr
kleiner als ± 1%.
Ferner besitzen Verunreinigungen, die durch Ionenimplantation eingeführt werden, eine
deutlich kleinere seitliche Verteilung im Vergleich zu konventionellen
Dotierstoffdiffusionsprozessen. Da die Ionenimplantation typischerweise
ein Prozess bei Raumtemperatur ist, kann die laterale Profilierung
eines dotierten Gebiets in vielen Fällen im bequemer Weise dadurch
erreicht werden, dass eine entsprechend strukturierte Photolackmaske
vorgesehen wird. Diese Eigenschaften machen die Ionenimplantation
gegenwärtig
und auch in der nahen Zukunft zu der bevorzugten Technik, um dotierte
Gebiete in einem Halbleiterbauelement zu erzeugen.
Die
Implantation von Dotierstoffen kann mittels einer Vielzahl von Ionenimplantationsanlagen
erreicht werden, die äußerst komplexe
Maschinen repräsentieren,
die eine ständige Überwachung
der Maschineneigenschaften erfordern, um damit eine hohe Effizienz,
Zuverlässigkeit
und Maschinenauslastung zu erreichen. Eine Ionenimplantationsanlage umfasst
typischerweise eine Beschleunigerröhre, die so ausgebildet und
dimensioniert ist, um Ionen mit einer spezifizierten Beschleunigungsspannung
zu beschleunigen, die typischerweise von 0 Volt bis ungefähr 200 kV
für eine
typische Implantationsanlage mit mittlerem Strom und bis zu einigen
100 kV oder sogar bis 1 MV oder höher in Hochenergiehochimplantationsanlagen
reichen kann. Die Implantationsanlage umfasst ferner eine Ionenquelle,
um eine spezifizierte Ionengattung zu erzeugen, die erzeugten Ionen vorzubeschleunigen
und diese der Beschleunigerröhre
zuzuführen.
Die Ionenquelle ist typischerweise mit diversen peripheren Komponenten
verbunden, wovon eine wesentliche Komponente ein Gaszufuhrsystem
ist, das so ausgebildet ist, um eine spezifizierte Art von Vorstufengas
bereitzustellen, aus der eine oder mehrere Ionengattungen in der
Ionenquelle erzeugt werden können.
In modernen Ionenimplantationsanlagen, die in der Halbleiterindustrie
eingesetzt werden, werden spezielle Vorstufenmaterialien für Implantationsdotierstoffe üblicherweise
verwendet, die typischerweise in Gasflaschen bzw. Gasbehältern zugeführt und
gehandhabt werden. Viele dieser Vorstufengase, etwa BF3,
AsH3, PH3, etc.
sind äußerst gefährlich und
erfordern daher spezielle Maßnahmen
bei der Handhabung der Gasflaschen und des Zufuhrsystems, um im
Wesentlichen eine Umweltkontaminierung mit diesen Gasen zu vermeiden. Somit
sind ein entsprechend gestaltetes Gaszufuhrsystem in Verbindung
mit effizienten und sicheren Gasflaschen wichtige Aspekte beim Betreiben
von Ionenimplantationsanlagen in Halbleiterfertigungsstätten. Aus
diesem Grunde wurden Gasflaschen mit erhöhten Sicherheitsstandards in
der jüngeren
Vergangenheit entwickelt, die auch als SDS-(Sicherheitsausgabequellen-)
Flaschen bezeichnet werden.
Eine
SDS-Gasflasche enthält
ein absorbierendes Material, das so ausgebildet ist, um das Vorstufengas
aufzunehmen und zu halten. Des weiteren wird die Gasflache bei einem
Druckniveau unter einer Atmosphäre
gehalten, um damit eine Gasleckage beim Auftreten eines Gaslecks
während
des Handhabens und Betreibens der Gasflasche zu verringern. Die
SDS-Gasflasche ist mit dem Zufuhrsystem mittels geeigneter Leitungen
verbunden, die Ventilanordnungen für das Zufuhren der Gase enthalten, wie
dies durch ein spezifiziertes Prozessrezept erforderlich ist. Der
Gaszufluss von der Flasche zu der Ionenquelle wird dann unterbrochen,
wenn das spezielle Vorstufengas nicht mehr erforderlich ist, beispiels weise
auf Grund eines Wechsels des Prozessrezepts. Wenn ein Gaszufluss
zwischen der Gasflasche und der Ionenquelle erforderlich und die
Ventilanordnung entsprechend eingestellt ist, führt der Druckunterschied zwischen
der Vakuumprozesskammer der Ionenquelle und der Gasflasche zu einem
Freisetzen des Vorstufengases aus dem adsorbierenden Material und
zu einem Aufrechterhalten der Gasströmung. Diese Technik verringert
signifikant das Risiko einer unbeabsichtigten Freisetzung gefährlicher
Gase in die Umgebung. Die Gasflaschen sind im Wesentlichen vollständig mit
dem adsorbierenden Material gefüllt,
so dass möglichst
viel Oberfläche
für die
Speicherung des Vorstufengases bereitgestellt wird. Während des
Betriebs des Gaszufuhrsystems zeigt sich jedoch, dass es äußerst schwierig
ist, das gesamte Vorstufengas aus der Flasche auf Grund der eingeschränkten Gasfreisetzrate des
adsorbierenden Materials herauszulösen, und somit bleibt das absorbierende
Material teilweise mit dem Vorstufengas gefüllt. Ein weiteres Problem ergibt
sich, wenn die Gasflasche zunehmend leer wird, da dann die abnehmende
Gasfreisetzrate des adsorbierenden Materials unter Umständen nicht
ausreichend ist, um einen stabilen Gaszufluss über längere Zeitdauern hinweg aufrecht
zu erhalten. Als Folge der geringeren Gasströmungsstabilität kann das Plasma
in der Ionenquelle unstabil werden oder kann fluktuieren und die
entsprechenden Plasmafluktuationen können in signifikanter Weise
den Betrieb der gesamten Ionenimplantationsanlage beeinflussen.
Wie
zuvor dargestellt ist, benötigen
insbesondere moderne Halbleiterbauelemente äußerst anspruchsvolle Implantationsprofile,
so dass Prozessvariationen, die durch Gasströmungsinstabilitäten hervorgerufen
werden, ein vorzeitiges Auswechseln der entsprechenden Gasflaschen
erfordern. Es stellt sich jedoch heraus, dass das adsorbierende
Material bis zu ungefähr
10% des Vorstufengases, das zu Anfang in die Flasche eingefüllt ist,
zurückhalten
kann, wodurch SDS-Gasflaschen im Hinblick auf Unterhaltskosten sich
als relativ ineffizient erweisen. Daher wird in Halbleiterfertigungsstätten häufig eine
im Wesentlichen erschöpfte
Gasflasche, die an eine Hochstromimplantationsanlage angeschlossen
ist, deren Ionenquelle einen moderat hohen Gasdurchfluss des Vorstufengases
erfordert, abgekoppelt und kann dann an einer Implantationsanlage
mit mittlerem Strom angeschlossen werden, die einen deutlich geringeren
Gasdurchfluss benötigt.
Obwohl diese Prozesstechnik eine erhöhte Ausnutzung des Vorstufengases
in einer SDS-Gasflasche ermöglicht,
so ist das Problem der instabilen Gasströmung lediglich verschoben und
kann nunmehr ein vorzeitiges Auswechseln der Gasflasche in der Implantationsanlage mit
dem mittleren Strom erforderlich machen. Des weiteren ist ein zusätzlicher
Wechsel einer Gasflache mit äußerst ge fährlichen
Gasen erforderlich, wodurch nicht nur das Risiko für eine Umweltkontaminierung erhöht wird,
sondern auch die Standzeit der Ionenimplantationsanlagen verlängert wird.
Angesichts
der zuvor erkannten Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen eines Vorstufengases zu einer
Ionenimplantationsanlage.
Überblick über die
Erfindung
Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die das Ausnutzen eines deutlich größeren Anteils eines in einer
SDS-Gasflasche enthaltenen Vorstufengases bei hoher Maschinenauslastung
ermöglicht,
während
das Risiko von Umweltkontaminationen nicht unnötig erhöht wird, die ansonsten durch
eine größere Anzahl
von Gasflaschenauswechselungen gegeben ist. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann der anfängliche
Inhalt einer SDS-Gasflasche effizienter ausgenutzt werden, indem
ein zusätzliches
Gaspuffervolumen zwischen der SDS-Gasflasche und der Ionenquelle
einer Implantationsanlage vorgesehen wird, wodurch die Gasströmungsstabilität deutlich vergrößert und
die Menge des aus dem adsorbierenden Materials in der SDS-Gasflasche
extrahierten Gases vergrößert wird.
Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein System ein Einlassleitungssystem,
das ausgebildet ist, eine Fluidverbindung mit einer oder mehreren Vorstufengasflaschen
für eine
Ionenquelle einer Ionenimplantationsanlage herzustellen. Das System umfasst
ferner ein Auslassleitungssystem, das ausgebildet ist, eine Fluidverbindung
mit der Ionenquelle herzustellen. Des weiteren ist ein Gaspuffersystem vorgesehen
und so ausgebildet, um eine Fluidverbindung mit dem Einlassleitungssystem
und dem Auslassleitungssystem herzustellen.
Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein System eine Ionenimplantationsanlage
mit einer Ionenquelle und mindestens einer Vorstufengasflasche,
die ein Vorstufengas enthält,
das der Ionenquelle zuzuführen
ist. Das System umfasst ferner ein Puffersystem zur Aufnahme des
Vorstufengases aus der mindestens einen Gasflasche, bevor das Vorstufengas
der Ionenquelle zugeführt
wird.
Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines
Zufuhrsystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Empfangen
in einem ersten Puffervolumen eines ersten Vorstufengases einer
Ionenimplantationsanlage von einer ersten Gasflasche. Des weiteren
wird das in dem ersten Puffervolumen enthaltene erste Vorstufengas einer
Ionenquelle der Ionenimplantationsanlage zugeführt.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:
1a und 1b schematisch
ein Zufuhrsystem für
Vorstufengase gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
2a bis 2c schematisch
ein Zufuhrsystem mit mindestens zwei variablen Gaspuffervolumina,
die das gleiche Vorstufengas empfangen, während diverser Betriebszustände gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte
Beschreibung
Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
Wie
zuvor erläutert
ist, beeinflussen Gasströmungsinstabilitäten innerhalb
eines Zufuhrsystems für
eine Ionenquelle einer Implantationsanlage unter Umständen signifikant
das Ge samtverhalten der Implantationsanlage und können daher
ein vorzeitiges Auswechseln von SDS-Gasflaschen nötig machen, wodurch
deutlich zu den Betriebskosten beigetragen wird. Selbst wenn eine
nahezu erschöpfte
SDS-Gasflasche in einer Hochstromionenimplantationsanlage ersetzt
wird und nachfolgend in einer Implantationsanlage mit mittlerem
Strom oder geringem Strom betrieben wird, treten in diesen Implantationsanlagen die
gleichen Probleme auf, wenn auch zu einem etwas späteren Zeitpunkt,
wobei gleichzeitig längere Standzeiten
für die
beteiligten Implantationsanlagen und zusätzliche Gasflaschenhantierungsschritte
notwendig sind. Diese Probleme, die in konventionellen Zufuhrsystemen
für Ionenimplantationsanlagen
angetroffen werden, können
deutlich verringert werden, indem ein Zufuhrsystem bereitgestellt
wird, das ein zusätzliches
Puffervolumen enthält,
das zwischen der Gasflasche und der Ionenquelle angeordnet ist, um
damit zu ermöglichen,
dass das in dem absorbierenden Material der SDS-Gasflasche gespeicherte Vorstufengas
in das Puffervolumen expandiert, während die Ionenquelle das Vorstufengas
aus dem Puffervolumen im Wesentlichen ohne kurzzeitige Fluktuationen
erhält,
selbst wenn die SDS-Gasflasche
nahezu leer ist. Mit Bezug zu den 1a, 1b und 2a bis 2c werden
nun weitere anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
1a zeigt
schematisch ein Zufuhrsystem 100, das so ausgebildet ist,
um ein Vorstufengas, wie es typischerweise in modernen Implantationsanlagen verwendet
wird, zu einer Ionenquelle 150 einer Ionenimplantationsanlage
(nicht gezeigt) zuzuführen. Das
Zufuhrsystem 100 umfasst ein Einlassleitungssystem 110 mit
einem Einlassabschnitt 111 und einem Auslassabschnitt 112.
Der Einlassabschnitt 111 des Einlassleitungssystems 110 ist
so ausgeführt, um
mit einer Gasflasche 140 verbindbar zu sein, die in einer
speziellen Ausführungsform
eine SDS-Gasflasche repräsentiert.
Die Gasflasche 140 kann mit einem Ventilelement 141 versehen
sein. Das Zufuhrsystem 100 umfasst ferner ein Auslassleitungssystem 120 mit
einem Eingangsabschnitt 121 und einem Ausgangsabschnitt 122,
der mit der Ionenquelle 150 verbunden ist. Das Zufuhrsystem 100 umfasst
ferner ein Gaspuffersystem 130 mit einem Puffervolumen, das
ausgebildet ist, ein spezielles Vorstufengas aufzunehmen. D. h.,
das Gaspuffersystem 130 ist ausgebildet, die mechanische
und chemische Integrität des
Puffervolumens bereitzustellen, wie es für Sicherheitserfordernisse
beim Handhaben äußerst giftiger
Vorstufengase erforderlich ist. Das gleiche gilt für beliebige
andere Komponenten des Zuführungssystem 100,
etwa das Einlassleitungssystem 110 und das Auslassleitungssystem 120.
Beispielsweise kann das Gaspuffersystem 130 aus im Wesent lichen
den gleichen Materialien hergestellt sein, wie sie zur Herstellung
des Behälters
der Gasflasche 140 verwendet sind.
Des
weiteren ist das Gaspuffersystem 130 so gestaltet, dass
es eine Fluidverbindung zu dem Ausgangsabschnitt 112 des
Einlassleitungssystems 110 herstellen kann und eine Fluidverbindung
zu dem Eingangsabschnitt 121 des Auslassleitungssystems 120 herstellen
kann. Der Einfachheit halber sind entsprechende Dichtmittel und
andere mechanische Komponenten, die für das zuverlässige Verbinden des
Ausgangsabschnitts 112 und des Eingangsabschnitts 121 mit
dem Puffersystem 130 erforderlich sind, und die auf dem
technischen Gebiet gut bekannt sind, in 1a nicht
gezeigt. Des weiteren ist das durch das Gaspuffersystem 130 definierte
Puffervolumen in einer anschaulichen Ausführungsform so gewählt, dass
es eine Größe aufweist,
die im Wesentlichen von der gleichen Größenordnung wie das Gasvolumen
ist, das durch die Gasflasche 140 oder das darin enthaltene
absorbierende Material definiert ist. Beispielsweise kann sich das
von dem Gaspuffersystem 130 definierte Puffervolumen auf
mindestens ungefähr
50% oder mehr des Volumens der Gasflasche 140 belaufen.
In einer Ausführungsform
kann die Größe des Puffervolumens
mindestens die Größe des Volumens
besitzen, das durch die Flasche 140 definiert ist. Das
Zufuhrsystem 100 kann ferner eine Eingangsventileinheit 170 umfassen,
die innerhalb des Einlassleitungssystems 110 vorgesehen
ist, um den Gasfluss zwischen der Gasflache 140 und dem Gaspuffersystem 130 zu
steuern. In anderen Ausführungsformen
kann das Zufuhrsystem 100 ferner eine Ausgangsventileinheit 180 aufweisen,
die innerhalb des Auslassleitungssystems 120 vorgesehen
ist, um den Gasfluss zwischen dem Gaspuffersystem 130 und
der Ionenquelle 150 zu steuern. Es sollte beachtet werden,
dass die Ventileinheit 170 und insbesondere die Ventileinheit 180 mehrere
individuelle Ventilelemente, Messgeräte und dergleichen enthalten können, wie
sie auch in konventionellen Zufuhrsystemen verwendet sind. Des weiteren
können
andere Komponenten, etwa ein Spülgassystem 160 mit
einem entsprechenden Leitungssystem 161 vorgesehen und
mit dem Einlassleitungssystem 110 und/oder dem Auslassleitungssystem 120 und/oder dem
Gaspuffersystem 130 verbunden sein, um den Durchfluss eines
Spülgases
innerhalb des Zuflusssystems 100 entsprechend den Prozesserfordernissen
zu ermöglichen.
Es sollte ferner beachtet werden, dass das Zuführsystem 100 andere
Komponenten, etwa zusätzliche
Ventilelemente und Steuerungs- und Messgeräte aufweisen kann, die in diesem
Gebiet der Technik bekannt sind und daher in 1a nicht
dargestellt sind.
Während des
Betriebs des Zufuhrsystems 100 wird die Gasflasche 140 mit
dem Eingangsabschnitt 111 des Einlassleitungssystems 110 verbunden,
und das Ventil 141 wird so eingestellt, um eine Fluidverbindung
von dem inneren Volumen der Gasflasche 140 zu dem Eingangsabschnitt 111 herzustellen.
Die Eingangsventileinheit 170 kann so ausgebildet sein,
dass diese von einem geschlossenen Zustand, wenn keine Gasflasche
an dem Eingangsabschnitt 111 angeschlossen ist, in einem
geöffneten Zustand
schaltet, wenn die Gasflasche 140 angeschlossen ist und
das Ventil 141 sich in seinen geöffneten Zustand befindet. Zu
diesem Zwecke kann die Eingangsventileinheit 170 ein steuerbares
Ventilelement aufweisen, das geöffnet
und geschlossen werden kann, oder das eine proportionale Einstellung des
Strömungswiderstandes
von der Gasflasche 140 zu dem Puffersystem 130 ermöglicht.
In einer anschaulichen Ausführungsform
weist die Eingangsventileinheit 170 ein Rückschlagventil
auf, das eine Gasströmung
von dem Eingangsabschnitt 111 zu dem Ausgangsabschnitt 112 ermöglicht,
aber ein Rückströmen des
Gases von dem Ausgangsabschnitt 112 zu dem Eingangsabschnitt 111 verhindert. Wenn
daher der Gasdruck an dem Eingangsabschnitt 111 höher ist
als an dem Ausgangsabschnitt 112, ermöglicht das Rückschlagventil
eine Fluidströmung
von der Flasche 140 zu dem Puffersystem 130, verhindert
jedoch eine Rückströmung des
Gases in die Flasche 140, wenn der Gasdruck in der Flasche 140 geringer
ist als in dem Puffersystem 130. Beispielsweise kann das
Puffersystem 130 eine Komponente zum Unterdrucksetzen des
Gases innerhalb des Gaspuffervolumens 130 während eines
gewissen Betriebszustandes aufweisen, beispielsweise wenn der Druck
innerhalb des Gaspuffervolumens 130 unterhalb eines spezifizierten
Schwellwertes liegt. In diesem Falle kann eine im Wesentlichen stabile
Gasströmung
in dem Auslassleitungssystem 120 aufrecht erhalten werden,
ohne dass Vorstufengas von dem Puffer 130 zurück in die
Gasflasche 140 getrieben wird. Entsprechende Komponenten
zur Druckbeaufschlagung des Puffervolumens in dem Puffersystem 130 können einen
Kompressor und eine Drucksensorsteuerschleife für das Puffersystem 130 beinhalten,
um den Druck innerhalb des Puffers 130 in einem gewissen
Drucksollwertbereich zu halten. Andere Ausführungsformen mit geringerer
Komplexität
und damit höherer
Zuverlässigkeit
in Bezug auf Gasleckage, Wartung und dergleichen werden mit Bezug
zu den 2a und 22 beschrieben.
In
anderen Ausführungsformen
kann die Ventileinheit für
eine bidirektionelle Fluidströmung sorgen,
sofern die Gasflasche 140 mit dem Eingangsabschnitt 111 verbunden
ist. Es wird nunmehr angenommen, dass die Eingangsventileinheit 170 sich
in dem geöffneten
Zustand befindet und damit eine Gasströmung von der Flasche 140 zu
dem Puffersystem 130 zu lässt, so dass das Vorstufengas
sich in das Puffervolumen ausdehnen kann, bis im Wesentlichen der
gleiche Druckpegel in der Flasche 140 und dem Puffersystem 130 erreicht
ist. Wenn das in der Flasche 140 enthaltene Vorstufengas
zum Betreiben der Ionenquelle erforderlich ist, da ein spezielles Implantationsrezept,
das momentan abgearbeitet wird, das Vorhandensein des Vorstufengases
erfordert, wird die Ausgangsventileinheit 180 von einem geschlossenen
Zustand in einen Zustand übergeführt, der
eine Strömungsverbindung
von dem Eingangsabschnitt 121 zu dem Ausgangsabschnitt 122 herstellt,
um damit eine Gasströmung
auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen dem Gaspuffersystem 120 und
einer Prozesskammer in der Ionenquelle hervorzurufen, die typischerweise
unter Vakuumbedingungen betrieben wird. Wenn die Ionenquelle 150 entsprechend
einem Prozessrezept betrieben wird, das nun nicht mehr das Vorhandensein
des Vorstufengases aus der Flasche 140 erfordert, wird
die Ausgangsventileinheit 180 in ihren geschlossenen Zustand überführt, wodurch
der Gasfluss von dem Puffersystem 130 zu der Ionenquelle 150 unterbrochen
wird. Gleichzeitig kann die Fluidverbindung zwischen dem Puffersystem 130 und
der Flasche 140 aufrecht erhalten werden, so dass das Gas
in der Flasche 140 sich weiterhin in das Puffersystem 130 ausdehnen
kann, selbst wenn das Vorstufengas gegenwärtig nicht von der Ionenquelle 150 angefordert wird.
Selbst wenn daher die Gasflasche 140 relativ leer ist,
woraus sich eine reduzierte Gasfreisetzrate des absorbierenden Materials
ergibt, wird das Ausdehnen des Gases in das Puffersystem 130 aufrecht erhalten,
wobei eine im Wesentlichen stabile Gasströmung von dem Puffersystem 130 zu
der Ionenquelle 150 – obwohl
die Druckdifferenz langsam abnehmen kann – auf Grund des moderat großen Gasvolumens,
das in dem Puffersystem 130 enthalten ist, aufrecht erhalten
wird, wenn das Vorstufengas in dieser Betriebsphase von der Ionenquelle 150 benötigt wird.
Folglich können
im Wesentlichen stabile Gasströmungsbedingungen
mit dem Zufuhrsystem 100 erreicht werden, während die
Ausnutzung des Vorstufengases, das anfänglich in der Flasche 140 enthalten
ist, deutlich erhöht
wird. Beispielsweise können
bis zu ungefähr
95 bis 99 % des Vorstufengases aus dem adsorbierenden Material freigesetzt
werden, wodurch die Betriebskosten deutlich verringert werden, während die
Stillstandszeit der Ionenquelle 150 gering bleibt und das
Risiko zusätzlicher
Flaschenauswechselprozesse ebenso reduziert ist.
1b zeigt
schematisch das Zufuhrsystem 100, das mit der Ionenquelle 150 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
verbunden ist. In diesen Ausführungsformen
weist das Einlassleitungssystem 110 mehrere einzelne Leitungen 113a, ..., 113d mit
entspre chenden Eingangsabschnitten 111a, ..., 111d und
entsprechenden Ausgangsabschnitten 112a, ..., 112b auf.
In ähnlicher
Weise umfasst das Auslassleitungssystem 120 mehrere einzelne
Ausgangsleitungen 123a, ..., 123d mit entsprechenden
Ausgangsabschnitten 121a, ..., 121d. Ferner umfasst
das Puffersystem mehrere Puffervolumina 130a, ..., 130d.
Des weiteren kann die Eingangsventileinheit 170 so ausgebildet
sein, um eine individuelle Durchflusssteuerung aller der Leitungen
des Einlassleitungssystems 110 zu ermöglichen. In analoger Weise
kann die Ausgangsventileinheit 180 so gestaltet sein, um
eine individuelle Durchflusssteuerung jeder der einzelnen Leitungen
des Auslassleitungssystems 120 zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen
ist eine Steuereinheit 190 vorgesehen, die mit der Eingangsventileinheit 170 und
der Ausgangsventileinheit 180 so verbunden ist, um die Fluidströmung entsprechend
einem spezifizierten Prozessrezept beim Eintreffen entsprechender
Instruktionen von der Ionenimplantationsanlage oder einer anderen
externen Quelle, etwa einem Bediener, und dergleichen, zu steuern.
Während des
Betriebs des Systems 100, wie es in 1b gezeigt
ist, kann die Eingangsventileinheit 170 so gesteuert werden,
um eine Fluidströmung zwischen
entsprechenden Flaschen 140a, ..., 140d und dem
Puffersystem 130 einschließlich der einzelnen Puffervolumina 130a,
..., 130d herzustellen, sobald bestätigt ist, dass jede der Flaschen 140a,
..., 140d mit dem entsprechenden Eingangsabschnitt 111a,
..., 111d verbunden ist. Durch geeignetes Festlegen des
Zustands der Ausgangsventileinheit 180 kann ein erforderliches
Vorstufengas eines der Flaschen 140a, ..., 140d zu
der Ionenquelle 150 geführt werden.
Wenn zwei oder mehrere Vorstufengase in der Ionenquelle 150 gleichzeitig
erforderlich sind, ist die Ausgangsventileinheit 180 vorteilhafterweise
so ausgebildet, um eine Rückströmung von
dem Ausgangsabschnitt 122 zu den entsprechenden Eingangsabschnitten 121a,
..., 121d zu verhindern. Dies kann erreicht werden, indem
eine entsprechende Anzahl von Rückschlagventilen
in der Ausgangsventileinheit 180 vorgesehen wird. Hinsichtlich
der einzelnen Puffervolumina 130a, ..., 130d in
Verbindung mit den einzelnen Flaschen 140a, ..., 140d gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu 1a erläutert sind
und somit werden auch die gleichen Vorteile erreicht. Es sollte
ferner angemerkt werden, dass die Flaschen 140a, ..., 140d nicht
notwendigerweise unterschiedliche Vorstufengase enthalten. D. h.,
zwei oder mehr der Flaschen 140a, ..., 140d können die
gleiche Gasart enthalten, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb der
Ionenquelle 150 über
lange Zeiträume
hinweg möglich
ist, ohne dass eine Standzeit der Implantationsanlage nötig ist,
wenn eine der zwei oder mehreren Flaschen nahezu leer ist.
2a zeigt
schematisch ein Zufuhrsystem 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen,
in denen variable Puffervolumina verwendet sind. Das Zufuhrsystem 200 ist
mit einer Ionenquelle 250 verbunden, die wiederum mit einer
Beschleunigerröhre
einer Ionenimplantationsanlage (nicht gezeigt) verbunden ist. Das
Zufuhrsystem 200 umfasst ein Einlassleitungssystem 210 und
ein Auslassleitungssystem 220, und ein Gaspuffersystem 230,
das zwischen dem Einlassleitungssystem 210 und dem Auslassleitungssystem 220 angeordnet
ist. Ein Eingangsabschnitt 211 des Leitungssystems 210 ist
so ausgebildet, dass es mit einer Gasflasche 240 verbindbar
ist, die ein entsprechendes Ventilelement 241 daran montiert
aufweist. Das System 200 kann eine Eingangsventileinheit 270 aufweisen,
die so angeschlossen ist, um die Fluidströmung zwischen dem Eingangsabschnitt 211 und
dem Gaspuffersystem 230 zu steuern. In der gezeigten Ausführungsform umfasst
das Gaspuffersystem 230 zwei variable Gaspuffervolumina 230a und 230b,
die mit dem Einlassleitungssystem 210 durch entsprechende
individuelle Leitungen 213a, 213b mit entsprechenden
Ausgangsabschnitten 212a und 212b verbunden sind.
In ähnlicher
Weise umfasst das Auslassleitungssystem 220 einzelne Leitungen 223a, 223b,
die über
eine Ausgangsventileinheit 280 mit entsprechenden Eingangsabschnitten 211a, 211b verbunden
sind, die wiederum mit den entsprechenden Puffervolumina 230a, 230b verbunden
sind.
Das
Puffersystem 230 kann ferner Messeinrichtungen aufweisen,
etwa Druckmessgeräte 231a, 231b,
die mit den entsprechenden Puffervolumina 230a, 230b gekoppelt
sind. Die Puffervolumina 230a, 230b sind variabel
in dem Sinne, dass das effektive Volumen zur Aufnahme eines Vorstufengases
aus der Flasche 240 variiert werden kann. Zu diesem Zwecke
können
geeignete Mittel, etwa bewegliche Kolben, flexible Membranen oder
elastische Beutel und dergleichen verwendet werden, um die entsprechenden
Puffervolumina 230a, 230b zu ändern. Die Änderung des Volumens kann auf
der Grundlage von Messsignalen gesteuert werden, die von den entsprechenden
Messeinrichtungen 231a, 231b zugeführt werden.
Es sollte beachtet werden, dass in 2a zwei
variable Puffervolumina gezeigt sind, wohingegen in anderen Ausführungsformen,
wie dies auch mit Bezug zu 1a erwähnt ist,
ein einzelnes Puffervolumen vorgesehen sein kann. Ferner sind in einigen
Ausführungsformen
mehr als zwei variable Puffervolumina vorgesehen, um unterschiedliche Vorstufengase
oder das gleiche Vorstufengas zu empfangen. In der in 2a gezeigten
Ausführungsform
können
die variablen Puffervolumina 230a, 230b in einer
sich gegenseitig beeinflussenden Weise geändert werden, wohingegen in
anderen Ausführungsformen
das eine oder die mehreren variablen Puffervolumina individuell
variiert werden können.
In 2a ist eine mechanische Kopplung zwischen dem
Puffervolumen 230a und dem Volumen 230b vorgesehen;
diese kann in einer Ausführungsform durch
einen beweglichen Kolben 232 erreicht werden, so dass beispielsweise
das Puffervolumen 230b verkleinert wird, während gleichzeitig
das Puffervolumen 230a vergrößert wird. Der bewegliche Kolben 232 kann
so gestaltet sein, dass im Wesentlichen eine Gasströmung zwischen
den Volumina 230a und 230b vermieden wird, so
dass ein gewisses Maß an Druckregulierung
durch das Bewegen des Kolbens 232 erreicht wird. Es sollte
beachtet werden, dass gut bekannte Antriebsmechanismen, etwa eine
mit dem Kolben 232 gekoppelte Kolbenstange, magnetische Kupplungen
und dergleichen zum Antreiben des beweglichen Kolbens 232 verwendet
werden können. Der
Einfachheit halber sind entsprechende Antriebsanordnungen und mechanische
Komponenten in 2a nicht gezeigt.
Während des
Betriebs des Zuführsystems 200 kann
der Kolben 232 in eine gewisse Position bewegt werden,
um beispielsweise im Wesentlichen das gleiche Anfangsvolumen für die Puffervolumina 230a und 230b zu
erzeugen. Während
des Verbindens der Flasche 240 mit dem Eingangsabschnitt 211 unterbricht
die Ventileinheit 270 die Verbindung des Puffersystems 230 zu
dem Eingangsabschnitt 211. Sobald die Flasche 240 mit
dem Eingangsabschnitt 211 verbunden ist, kann die Ventileinheit 270 so
angesteuert werden, um eine Fluidströmung zumindest von dem Eingangsabschnitt 211 zu
den entsprechenden Puffervolumina 230a, 230b zu
ermöglichen.
Die Fluidströmung
kann andauern bis im Wesentlichen der gleiche Druckpegel in den
Puffervolumina 230a, 230b und der Flasche 240 erreicht
ist. Wenn der Betrieb der Ionenquelle 250 es erfordert, dass
die Vorstufengasart der Flasche 240 zuzuleiten ist, so
kann die Ausgangsventileinheit 280, die ein Ventilelement 281 enthält, so konfiguriert
werden, dass die Fluidströmung
zu der Ionenquelle 250 lediglich in einer der einzelnen
Leitungen 223a, 223b hervorgerufen wird. Beispielsweise
kann die Ausgangsventileinheit 280 Rückschlagventile in den entsprechenden
Leitungen 223a, 223b aufweisen. In diesem Falle
wird durch Bewegen des Kolbens 232 so, dass beispielsweise
das Puffervolumen 230b verkleinert wird, ein höherer Druck
darin erzeugt, während
der Druck in dem Volumen 230a verringert wird. Die Eingangsventileinheit 270 kann
ebenso entsprechende Rückschlagventile
in der entsprechenden Eingangsleitung 213a, 213b aufweisen.
Folglich wird eine Unterbrechung der Fluidströmung in der Leitung 213b hervorgerufen,
während
die Gasströmung
von der Flasche 240 zu dem Puffervolumen 230a aufrecht
erhalten wird oder sogar auf Grund der geringen Druckreduzierung
in dem Volumen 230a verstärkt wird. Gleichzeitig wird
ein Herausführen
des Vorstufengases aus dem Volumen 230a im Wesentlichen auf
Grund des höheren
Druckes, der von dem Volumen 230b bereitgestellt wird,
verhindert, wodurch ein Strömen
des Gases durch das entsprechende Rückschlagventil in die Ausgangsleitung 223a verhindert wird.
Es sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen die Eingangsventileinheit 270 und
die Ausgangsventileinheit 280 steuerbare Ventilelemente
zusätzlich
oder alternativ zu den Rückschlagventilen
aufweisen können,
so dass damit eine größere Flexibilität bei der
Steuerung des Gasflusses von der Flasche 240 in das Puffersystem 230 ermöglicht wird.
Wenn die Gasströmung
von dem Volumen 230b kontinuierlich auf Grund der Erfordernisse
eines spezifizierten Prozessrezepts, das in der Ionenquelle 250 abgearbeitet
wird, aufrecht erhalten wird, kann das Volumen des Puffervolumens 230b kontinuierlich
verringert werden durch entsprechendes Bewegen des Kolbens 232,
wodurch die Möglichkeit geboten
wird, einen im Wesentlichen konstanten Druck innerhalb des Volumens 230b aufrecht
zu erhalten. Somit kann die Gasströmung zu der Ionenquelle 250 äußerst stabil
sein, unabhängig
von den Druckbedingungen in der Flasche 240. Gleichzeitig wird
der Druck in dem Puffervolumen 230a auf Grund des ständigen Anwachsens
des Volumens verringert, wodurch ein permanentes Freisetzen von
Gas aus der Flasche 240 möglich ist, solange der Druck
in dem Volumen 230a geringer als der Druck in der Flasche 240 ist.
2b zeigt
schematisch das Zufuhrsystem 200 in einem Betriebszustand,
in welchem im Wesentlichen das gesamte Vorstufengas, das in dem Volumen 230b enthalten
ist, zu der Ionenquelle 250 geleitet wurde, während weiterhin
gut definierte Druckbedingungen in dem Volumen 230b aufrecht erhalten
werden. Andererseits enthält
nun das Volumen 230a eine große Menge des Vorstufengases
der Flasche 240 auf Grund des vergrößerten Volumens. In dieser
Situation kann die Richtung der Bewegung des Kolbens 232 geändert werden,
um damit das Volumen 230b zu vergrößern und das Volumen 230a zu verringern,
wodurch der Druck in dem Volumen 230b reduziert und der
Druck in dem Volumen 230a erhöht wird. Wenn der Druck in
dem Volumen 230a den Druck in dem Volumen 230b übersteigt,
wird das Vorstufengas nunmehr von dem Volumen 230a zu der Ionenquelle 250 geführt, wohingegen
das größer werdende
Volumen 230b nunmehr das Gas aus der Flasche 240 empfängt. Obwohl
diese Betriebsweise im Wesentlichen ohne Unterbrechung der Gasströmung zu
der Ionenquelle 250 ausgeführt werden kann, kann in äußerst anspruchsvollen
Anwendungen, in denen selbst kurze Druckfluktuationen nicht tolerierbar
sind, die Änderung
der Bewegungsrichtung des Kolbens 232 in einer Betriebsphase
der Ionenquelle 250 durchge führt werden, in der das Vorstufengas
aus der Flasche 240 nicht erforderlich ist. Nach dem Ändern der
Richtung der Bewegung kann das Vorstufengas bei einem gewünschten
Druckpegel, und damit die Gasströmung
aus dem Volumen 230a, durch entsprechendes Steuern der
Bewegung des Kolbens 232 beispielsweise auf der Grundlage der
Ergebnisse der Messeinrichtung 231a bereitgestellt werden.
2c zeigt
schematisch das Zuführsystem 200,
wenn der Gasinhalt in dem Puffervolumen 230a im Wesentlichen
erschöpft
ist, aber dennoch stabile Druckbedingungen für das Zuführen des Vorstufengases zu
der Ionenquelle 250 liefert. In der Zwischenzeit kann die
Zufuhr des Vorstufengases von der Flasche 240 zu dem Volumen 230b in
effizienter Weise andauern, selbst wenn der Druckpegel in der Flasche 240 auf
Grund eines bevorstehenden leeren Zustands der Flasche 240 relativ
gering ist. Durch erneutes Ändern
der Richtung der Bewegung des Kolbens 232 kann ein gewünschter
Druckpegel in dem Volumen 230b erreicht werden, obwohl
der Kolben 232 unter Umständen eine größere Strecke
nach links zurücklegen
muss auf Grund des reduzierten Druckpegels, der durch den fortschreitenden
leeren Zustand der Flasche 240 hervorgerufen wird. Gleichzeitig
ermöglicht
dann die deutliche Zunahme des Volumens 230a weiterhin
eine Gasströmung
von der sich leerenden Flasche 240 in das Puffervolumen 230a.
Auf
diese Weise können
im Wesentlichen stabile Druckbedingungen für die Zufuhr des Vorstufengases
zu der Ionenquelle 250 beibehalten werden, wobei gleichzeitig
eine ausgezeichnete Ausnutzung des Vorstufengases in der Flasche 240 erreicht wird.
Es
gilt also: die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur deutlichen Verbesserung der Effizienz eines Zufuhrsystems
für eine
Ionenquelle einer Implantationsanlage bereit. Durch Vorsehen eines
Puffervolumens zwischen einer Gasflasche und der Ionenquelle wird
die Fluidströmung
deutlich stabilisiert, während
gleichzeitig die Ausnutzung des Gasinhaltes in der Gasflasche deutlich
verbessert und Standzeiten für
die Implantationsanlage verringert werden. Ferner kann in einigen
Ausführungsformen
die Gasströmung
von dem Puffervolumen zu der Ionenquelle auf der Grundlage vorbestimmter
Druckbedingungen erricht werden, während gleichzeitig eine Fluidströmung von
der Gasflasche zu dem Puffersystem aufrecht erhalten wird, selbst
wenn der Druck in der Gasflasche kleiner als der vorbestimmte Druck
ist.
Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.