DE69837258T2

DE69837258T2 - Ionenquellesteuerungssystem und verfarhen

Info

Publication number: DE69837258T2
Application number: DE69837258T
Authority: DE
Inventors: Roger P. East Northport FREMGEN; John Brooklyn JACOB; Alan V. Centerport HAYES; Victor Bellemore KANAROV; Edward W. St. Petersburg OSTAN; Abraham J. Bellerose NAVY; Emmanuel N. Mt. Sinai LAKIOS; Genrikh Brooklyn TREYGER
Original assignee: Veeco Instruments Inc
Current assignee: Veeco Instruments Inc
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: EP0992057B1; ATE356424T1; US6225747B1; EP0992057A1; WO1999000821A1; JP2002510428A; DE69837258D1; KR20010020537A; US5982101A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Quellen für geladene Teilchen einschließlich Breitstrahl-Ionenquellen für die Ionenstrahlablagerung und -ätzung und auf Elektronenquellen für die Oberflächenänderung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Steuersystem und auf einen Steuerprozess zum Betreiben einer Quelle für geladene Teilchen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Quellen für geladene Teilchen werden für verschiedene Oberflächenänderungs-, Ätz- und Ablagerungsanwendungen verwendet und sind im Vergleich zu anderen Verfahren besonders vorteilhaft zur Bereitstellung einer direkten Steuerung der Teilchenenergie und des Teilchenflusses, des Einfallswinkels auf das Target und der Isolation des Targetsubstrats, falls sie von den Bedingungen des zum Erzeugen der Ätz- oder Ablagerungsart verwendeten Reaktors verschieden sind.
Breitstrahl-Ionenquellen besitzen zahlreiche Anwendungen in der Mikroelektronik-Vorrichtungsfertigung. Die Ionenstrahlausrüstung wird z. B. bei der Herstellung optischer Mehrschichtbeschichtungen, magnetischer Dünnschichtköpfe und auf verschiedenen Gebieten der Fertigung von Halbleiter- und optischen Vorrichtungen verwendet.
Quellen für geladene Teilchen sind besonders vorteilhaft zum Ätzen und/oder für die Ablagerung sehr dünner hochwertiger Schichten über einem großen gleichmäßigen Bereich. Da Halbleiter- und Magnetspeichervorrichtungen zu höheren Kapazitäten und zum Kleinerwerden der Vorrichtungsgeometrien fortschreiten, ist dies eine Anwendung von zunehmender Bedeutung.
US 4.759.948 offenbart ein Ablagerungsverfahren für die Fertigung einer Dünnschicht unter Verwendung eines gepulsten Ionenstrahls und eines Elektronenstrahls. Die Ionenstrahlextraktion wird durch das Ein- und Ausschalten einer Plasmaelektrodenspannung oder einer Lichtbogenelektrodenspannung gesteuert. Es wird berichtet, dass dies Strahlimpulse mit einer Dauer von einer Millisekunde erzielt.
Ein Beispiel eines kritischen großflächigen Dünnschicht-Ablagerungsprozesses ist die Herstellung von Zwischenmasken für das extreme Ultraviolett-(EUV-Zwischenmasken) zur Verwendung bei der Fertigung von Photomasken für integrierte Ultrahöchstintegrationsschaltungen. Diese Anwendung erfordert die Ablagerung eines Dünnschichtstapels von mehr als 80 Schichten abwechselnder Elemente A und B mit gegensätzlichen Brechungsindizes wie etwa Mo und Si, wobei jede Schicht aus wenigen Atomschichten des Elements A oder des Elements B besteht. Die optische Qualität eines Mehrschichtreflektors ist kritisch. Somit muss die Dicke jeder Elementarschicht von der ersten Schicht bis zur letzten innerhalb 0,01 nm sehr gut gesteuert werden und wiederholbar sein. Außerdem ist die Vermeidung von atomaren Verunreinigungen und Schwebstoffdefekten entscheidend.
Ein Beispiel eines anspruchsvollen Ätzprozesses ist die Musterung riesiger magnetoresistiver Kopfelemente (GMR-Kopfelemente) in der Waferverarbeitungs-Fertigungsphase eines GMR-Dünnschicht-Magnetaufzeichnungskopfes oder einer GMR-Dünnschicht-Magnetspeicherschaltung. Diese Vorrichtungen bestehen wenigstens aus mehreren verschiedenen Schichten magnetischer und nicht magnetischer Materialien wie etwa Co und Cu. Das Betriebsverhalten der Vorrichtung, d. h. ihre Magnetoresistenz, ist empfindlich für einen Dickenunterschied von weniger als einer Atomschicht. Das Mustern der Vorrichtung ohne Beschädigung erfordert die Steuerung der Ätzrate des Materials auf weniger als 10 nm/min.
Um den erforderlichen Grad der Steuerung der Prozesszeit zu veranschaulichen, wird die Ablagerung einer 2,5-nm-Dünnschicht mit einer Ablagerungsrate von 0,1 nm/s betrachtet. Die Ablagerungszeit beträgt 25 Sekunden. Somit verursacht ein Steuerungsfehler von ±1 Sekunde eine Schwankung von 2/25 = 4 % in der Dünnschichtdicke. Für die oben beschriebene EUV-Spiegelanwendung ist dies inakzeptabel.
Die oben beschriebenen Prozesse werden momentan hauptsächlich durch Direktplasma- und Ionenstrahlablagerungstechniken sowie Direktplasma- und Ionenstrahlätztechniken ausgeführt. Die Vorteile von Ionenstrahlquellen und anderen Quellen für geladene Teilchen für solche Anwendungen enthalten die Fähigkeit, das Substrat vor den im Plasma erzeugten Teilchen zu isolieren, eine gesteuerte und messbare Dosis zerstäubter Teilchen zu liefern und das Substrat für eine höhere Dünnschichtreinheit in der Prozesskammer, wo sich das Substrat befindet, auf einem niedrigen Druck zu halten.
Eine Beschränkung der Quellen für geladene Teilchen des Standes der Technik ist in diesen Anwendungen das Fehlen einer präzisen Steuerung des Startens, des Beendens und der Dauer des Flusses geladener Teilchen sowie der Teilchenenergien. Das Einschalten der Quelle und die Einstellung der Entladungsleistung auf den gewünschten Wert erfordern einige Sekunden, das Ausschalten erfordert wenigstens einige einhundert Millisekunden Abfall und die Dauer des Prozesses selbst kann wegen etwas nicht nachvollziehbarer Software-Schleifen in einer herkömmlichen computerautomatisierten Steuerausrüstung wenigstens 1 Sekunde variieren. Während der Ein- und Ausschaltperioden sind die Teilchenenergie und der Teilchenfluss auf das Target nicht vollständig unter Steuerung, was zu nicht nachvollziehbaren Prozessergebnissen führen kann. In gewissem Umfang können diese Übergangsprobleme dadurch verhindert werden, dass zwischen die Quelle für geladene Teilchen und das Target ein mechanischer Verschluss gelegt wird. Die Operationsfolge mit einem mechanischen Verschluss kann wie folgt beschrieben werden:
Eingabe der gewünschten voreingestellten Prozesszeit durch die Software;
Einschalten der Quelle (bei geschlossenem mechanischem Verschluss) ermöglicht, dass sich der Strahl (z. B. durch Überwachen des "Strahlstroms" an der Strahlleistungsversorgung) stabilisiert;
Öffnen des mechanischen Verschlusses, Starten eines Zeitgebers;
Schließen des mechanischen Verschlusses und/oder Ausschalten der Leistungsversorgungen, wenn die verstrichene Zeit die voreingestellte Prozesszeit erreicht.
Obgleich die Verwendung eines mechanischen Verschlusses die Schwankung des Strahlstroms und der Strahlenergie auf das Target während des Startprozesses im Vergleich zum einfachen Ein- und Ausschalten der Leistungsversorgungen verringern kann, verringert sie nicht den Fehler bei der Steuerung der Dauer der Prozesszeit und führt sie weitere Nachteile ein. Diese Nachteile enthalten:

1. Mechanische Verschlüsse in Ablagerungs- oder Ätzsystemen bauen eine Verunreinigung auf der Oberfläche, z. B. von von dem Target kommendem zerstäubtem Material, auf und können diese Verunreinigung während der Verschlussbewegung auf das Target oder Substrat abwerfen. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann dies, möglicherweise aber auf Kosten der Ätz- oder Ablagerungsgleichförmigkeit, dadurch minimiert werden, dass die Beschleunigung oder Verzögerung des Verschlusses verlangsamt wird.
2. Mechanische Verschlüsse erfordern üblicherweise 1–3 Sekunden oder mehr, um sich aus der vollständig geöffneten in eine vollständig geschlossene Stellung oder umgekehrt zu bewegen; z. B. erreicht für einen Targetverschluss ein Teil des Flusses geladener Teilchen während der Übergangsperiode weiter das Target. Dies ändert für die Übergangsperiode die Verteilung des Stroms geladener Teilchen auf das Target und könnte für sehr kurze Prozesse eine Ungleichmäßigkeit der Ablagerung oder Ätzung auf dem Target verursachen. Außerdem trifft der Strom geladener Teilchen während dieser Periode auf die Kante des Verschlusses auf, was eine Verunreinigung des Targets durch Material von der Kante des Verschlusses verursachen könnte. Alle diese Wirkungen können, allerdings auf Kosten der Erzeugung höherer Niveaus von Schwebstoffen in der Kammer und vielleicht auf dem Substrat (siehe die obige Diskussion), unter Verwendung von Hochgeschwindigkeits- und Hochbeschleunigungs/Hochverzögerungs-Verschlüssen etwas verringert werden.
3. Während der Zeit, in der der mechanische Verschluss geschlossen ist und die Quelle eingeschaltet ist, trifft der Strom geladener Teilchen direkt auf den Verschluss auf; dies führt dazu, dass Material von dem Verschluss zerstäubt und in der Quelle und auf der Ionenoptik-Anordnung abgeschieden wird. Dies kann zur häufigeren erforderlichen Wartung der Quelle und zur erhöhten Schwebstoffverunreinigung vom Abblättern von abgeschiedenem Material führen.
4. Da das meiste Prozessgas direkt in die Quelle eingeführt wird, während sich die Vakuumpumpe an der Prozesskammer außerhalb der Quelle befindet, gibt es in der Ionenquelle üblicherweise einen höheren Druck, wenn der mechanische Verschluss geschlossen ist, als wenn er geöffnet ist. Wenn sich der Verschluss öffnet, kann die Druckänderung eine Fluktuation in dem Ionenstrahlstrom verursachen.
5. Die Aufnahme einer mechanischen Steueranordnung in das Prozesssystem umfasst erhebliche Kosten, und die Abhängigkeit von einem solchen Verschluss verringert die Zuverlässigkeit; mechanische Verschlüsse sind in einem Unterdrucksystem und insbesondere in Ätz- oder Abschaltungssystemen, wo sich Ab scheidungen zwischen beweglichen Teilen aufbauen und einen Verschlusspositionierungsausfall oder eine Motorbeschädigung verursachen können, schwierig zu warten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aus dem Vorstehenden ist klar, dass es einen Bedarf an der Schaffung einer Quelle für geladene Teilchen und eines Steuersystems mit einer Einrichtung zum Starten und zum Beenden der Strahlextraktion ohne einen mechanischen Verschluss und mit einem sehr kurzen Übergang zwischen dem Strahl-"Ein"-Zustand und dem Strahl-"Aus"-Zustand gibt. Darüber hinaus ist klar, dass es einen Bedarf an der Schaffung einer Quelle für geladene Teilchen und eines Steuersystems mit einer Einrichtung für die sehr präzise Steuerung der Dauer der Extraktion geladener Teilchen gibt.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum "Takten" einer Quelle für geladene Teilchen zu schaffen, das die Dosierung und die Energie eines Strahls geladener Teilchen auf ein Target präzise regulieren kann, ohne zu irgendeiner Zeit eine physikalische Sperre zwischen die Quelle und das Target zu legen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Quelle für geladene Teilchen und ein Steuersystem mit einer Einrichtung, um den oben beschriebenen "Verschluss" in einer Weise zu betreiben, dass die Übergangszeit zwischen einem stabilen "Strahl-Ein"-Zustand und einem vollständigen "Aus"-Zustand minimiert wird, zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Quelle für geladene Teilchen und ein Steuersystem, das eine Einrichtung enthält, um die Zeitdauer der Extraktion des Strahls geladener Teilchen präzise zu steuern, zu schaffen.
Verfahren zum Takten einer Quelle für geladene Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 20 definiert. Ein Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 27 definiert.
Das erste Ziel der Erfindung kann gemäß den Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass die Strahlspannungssteuerung dazu verwendet wird, den Strahl "ein" oder "aus" zu takten. Solange das Entladungsplasma in der Quelle auf demselben elektrischen Potential wie die Umgebung ist, kann der Strahl geladener Teilchen nicht wirksam aus der Quelle extrahiert werden. Dies ist so, da das Plasma durch die Ionenoptik mechanisch oder elektromagnetisch in der Quelle begrenzt ist, es sei denn, es gibt ein elektromagnetisches Feld, das in der Weise erzeugt wird, dass es die Extraktion von Teilchen der einen oder der anderen Ladung durch die Ionenoptik ermöglicht. Selbst wenn ein Strom geladener Teilchen extrahiert werden kann, ist die Teilchenenergie ohne Strahlspannung sehr beschränkt und unter dem Schwellenwert, der zum wirksamen Ätzen des Targets erforderlich ist. Somit kann die Strahlspannungssteuerung als ein "elektrostatischer Verschluss" verwendet werden, um den Strahl der geladenen Teilchen unabhängig von der Entladungsleistungsbedingung ein- oder auszuschalten. Das Verfahren der Ausführungsformen ist allgemein wie folgt:
Eingabe der gewünschten voreingestellten Prozesszeit durch die Software;
Einschalten der Entladungsleistung zu der Quelle bei ausgeschalteter Strahlspannung oder vorzugsweise Einstellen auf eine programmierte Eingabe von 0; Stabilisierenlassen der Entladung;
"Ein"-Schalten der Strahlspannung, Starten der Extraktion des Strahls geladener Teilchen; Starten der Zeitzählung;
"Aus"-Schalten der Strahlspannung und Beenden der Extraktion des Strahls geladener Teilchen, wenn die Zählung die voreingestellte Prozesszeit erreicht.
Das zweite Ziel der Erfindung kann gemäß den Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass in das Steuersystem der Strahlspannungs-Leistungsversorgung eine bestimmte elektronische Schaltung aufgenommen wird, die schnelle Schalter nutzt, um das Eingangssignal zu der Leistungsversorgung zu ändern, und wenn der Strahl abgeschaltet werden soll, die Eingabe zu den Strahlleistungsversorgungen direkt erdet und dadurch kapazitive Elemente, die ansonsten eine verzögerte Abnahme der Versorgungsspannung und somit eine verlängerte Extraktion des Strahls geladener Teilchen verursachen würden, kurzschließt.
Das dritte Ziel der Erfindung kann gemäß den Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass in das Steuersystem der Strahlspannungs-Leistungsversorgung eine bestimmte elektronische Schaltung aufgenommen wird, die die Betriebszeit durch Zählen der Impulse von einer präzisen Zeitbasis präzise reguliert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Prinzipschaltbild, das eine induktiv gekoppelte HF-Ionenstrahlquelle veranschaulicht.
2A ist ein Prinzipschaltbild eines Standardsteuersystems für eine Strahlleistungsversorgung.
2B ist ein Prinzipschaltbild eines verbesserten Steuersystems für eine Strahlleistungsversorgung.
3A ist ein Zeitablaufplan, der die Reaktion des an dem Target gesammelten Teilchenflusses für einen Teilchenquellenbetrieb ohne einen mechanischen Verschluss veranschaulicht.
3B ist ein Zeitablaufplan, der die Reaktion des an dem Target gesammelten Teilchenflusses für den Teilchenquellenbetrieb mit einem mechanischen Verschluss veranschaulicht.
3C ist ein Zeitablaufplan, der die Reaktion des an dem Target gesammelten Teilchenflusses für den Teilchenquellenbetrieb mit einem mit einem Standardsteuersystem betriebenen elektrostatischen Verschluss veranschaulicht.
3D ist ein Zeitablaufplan, der die Reaktion des an dem Target gesammelten Teilchenflusses für den Teilchenquellenbetrieb mit einem elektrostatischen Verschluss, der mit dem verbesserten Steuersystem der vorliegenden Erfindung betrieben wird, veranschaulicht.
4 zeigt eine Spur eines Strahlstrom-Ausgangssignals, das unter Verwendung eines elektrostatischen Verschlusses erhalten wurde, der durch ein Standardsteuersystem betrieben wird, das einen Hochspannungsschalter zum Takten der Strahlspannung verwendet.
5 zeigt eine Spur eines Strahlstrom-Ausgangssignals, das unter Verwendung eines elektrostatischen Verschlusses erhalten wurde, der durch ein Standardsteuersystem betrieben wird, das ein analoges Signal zum Takten der Strahlspannung verwendet.
6 zeigt eine Spur eines Strahlstrom-Ausgangssignals, das unter Verwendung eines elektrostatischen Verschlusses erhalten wurde, der durch das verbesserte Steuersystem der vorliegenden Erfindung getaktet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist ein Prinzipschaltbild, das eine im Stand der Technik bekannte induktiv gekoppelte HF-Ionenstrahlquelle veranschaulicht. Diese Darstellung dient nur zu Erläuterungszwecken. Die Erfindung betrachtet die Verwendung anderer Typen von Quellen für geladene Teilchen einschließlich Gleichspannungs- oder "Kaufman"-Ionenquellen, anderer Arten von HF-Ionenquellen, Breitstrahl-Ionenquellen, Quellen negativer Ionen und anderer, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind und nicht ausführlich beschrieben zu werden brauchen. Ionenquellen, Leistungsversorgungen und Steuereinheiten sind im "Veeco Cluster Tool Manual" diskutiert, das von Veeco Instruments, Inc., Plainview, NY, verfügbar ist. Eine als "gitterlose" Quellen bekannte Klasse von Ionenquellen unterscheidet sich von dem Beispiel in 1 dadurch, dass sie das Plasma nicht mechanisch begrenzen, sondern eher eine magnetische Plasmabegrenzung verwenden. Allerdings nutzen sie eine Strahlspannungssteuerung, die analog zu der im Folgenden beschriebenen Strahlspannungssteuerung ist. Es können weitere Quellen für geladene Teilchen erdacht werden, wo die Teilchenbeschleunigungseinrichtung eher magnetische als elektrische Felder nutzt.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält eine induktiv gekoppelte HF-Quelle 10 für geladene Teilchen üblicherweise ein Plasmaentladungsgefäß 11, das aus Quarz hergestellt sein kann. Ferner enthält die Quelle 10 ein HF-Anpassgerät 12, eine HF-Leistungsversorgung 13, die mit dem Anpassgerät verbindbar ist, und einen HF-Applikator oder -Energie-Generator 14, der in 1 als eine wassergekühlte HF-Induktionsspule gezeigt ist. Die Spule 14 ist mit dem Anpassgerät 12 verbunden, wobei das Gefäß 11, wie veranschaulicht ist, innerhalb der Spule 14 angeordnet ist.
Ferner enthält die Quelle 10 eine Mehrloch-Dreigitterelektrode oder Ionenoptik-Anordnung 15, die das Plasma im Wesentlichen innerhalb des Entladungsgefäßes 11 hält und die Extraktion von Ionen aus dem Gefäß steuert. Ein üblicherweise als der "Beschleuniger" bezeichnetes erstes Gitter 15(a) ist mit einer negativen Spannungsversorgung 17 verbindbar, die eine breite Vielfalt von Spannungspegeln, einschließlich z. B. von Hochspannungspegeln, bereitstellen kann. Für die vorliegenden Zwecke ist eine Hochspannung als irgendeine Spannung mit einem absoluten Betrag größer als 50 definiert. Das Gitter 15(a) enthält mehrere Öffnungen, die auf bekannte Weise so konfiguriert sind, dass die Begrenzung des Plasmas innerhalb des Plasmagefäßes 11 optimiert wird, während die Extraktion von Ionen aus dem Plasma zugelassen und zum Teil gelenkt wird. In dieser Darstellung ist das Gitter 15(b) zwischen dem Plasma und dem Beschleunigergitter angeordnet. Es ist als eine leitende Elektrode gezeigt, die mit einer Ionenstrahl-Leistungsversorgung 16 positiver Spannung verbunden ist, die eine breite Vielfalt von Spannungspegeln einschließlich z. B. von Hochspannungspegeln bereitstellen kann. Somit ist die Gitterelektrode 15(b) die Elektrode, die das Potential des Plasmas steuert, das außerdem wirksam die "Strahlspannung" ist. Die Ionen werden durch die Ionenoptik-Anordnung 15 aus dem Plasma extrahiert. Um die Quasineutralität des ionisierten Plasmas aufrechtzuerhalten, sollte aus dem Plasma eine Anzahl von Elektronen entnommen werden, die äquivalent der Anzahl extrahierter Ionen ist: In diesem Beispiel werden diese Elektronen auf dem "Schirm"-Gitter 15(b) gesammelt und fließen über die Strahlleistungsversorgung, was eine angegebene "Strahlstrom"-Ablesung veranlasst.
Ein drittes Gitter 15(c), das als die "Verzögerungseinrichtung" bekannt ist, ist auf dem elektrischen Massepotential. Eine (nicht gezeigte) Neutralisationseinrichtung liefert an den Ionenstrahl niederenergetische Elektronen, um die positive Raumladung zu neutralisieren. Durch einen Einlass 19 wird Arbeitsgas in die Quelle geliefert. In alternativen Ausführungsformen dieser Quelle für geladene Teilchen können als die Elektrode, die mit der Strahlleistungsversorgung verbunden ist und zum Steuern des Plasmas und der Strahlpotentiale verwendet wird, andere leitende Elemente in Kontakt mit dem Plasma als das Schirmgitter genutzt werden. In diesen Fällen kann das Schirmgitter 15(b) mit einem nichtleitenden Material beschichtet sein.
Die veranschaulichte Teilchenquellenkonfiguration besitzt hinsichtlich der Ziele der vorliegenden Erfindung besondere Vorteile, und es ist festgestellt worden, dass sie äußerst präzise gesteuerte Ätz- und Ablagerungsprozesse erzeugt, wobei sie außerdem weitere Vorteile (wie etwa sehr niedrige Verunreinigungsgrade) besitzt, die für die Anwendungen, für die die Erfindung benötigt wird, ebenfalls wichtig sind. Die Stabilität der Entladung und die Entladungseffizienz, die Leichtigkeit der Abstimmung der HF und die Einstellung des Entladungsleistungsgrads sind mehrere Merkmale dieser Quelle, die die Zwecke der Erfindung direkt verbessern. Allerdings können die Steuerverfahren und das verbesserte Steuersystem, die der Gegenstand der Erfindung sind, selbstverständlich mit anderen Teilchenquellen genutzt werden können.
2A ist ein Prinzipschaltbild des Standardsteuersystems für die Strahlleistungsversorgung. Der Klarheit halber sind nur jene Elemente veranschaulicht, die für die Beschreibung der Erfindung notwendig sind. Wie in 2A gezeigt ist, werden die Steuereinstellungen durch die Software-Schnittstelle 100 in die Steuereinheit 110 programmiert und als eine spezifische Menge elektrischer Eingaben für die Leistungsversorgung 120 übersetzt. Die Leistungsversorgung liefert wiederum zu der Elektrode 131 ein Spannungssignal, das das elektrische Potential der Teilchenquelle 130 steuert. Die Software-Eingaben enthalten z. B. die Spannungseinstellungen der Gitter, die Zeitdauer, in der die Ionenquelle erregt werden muss, und die Prozessfolge, die die Zeit festsetzt, zu der der Prozess gestartet werden muss. Die elektrischen Eingaben in die Leistungsversorgung von der Steuereinrichtung sind: die Einstellungen der Ein/Aus-Schalter für die Hauptleistung 121 und für die Hochspannung (HV) 122 und ein analoges Signal 123, das direkt proportional zu der Spannungseinstellung der Leistungsversorgung ist.
Der Betrieb dieses Steuersystems durch das Verfahren des Standes der Technik wird wie folgt ausgeführt: Anfangs sind alle elektrischen Eingaben zu der Leistungsversorgung 120 auf null (oder "aus") eingestellt; es wird ein Signal an den Schalter 121 gesendet, um die Leistung (Wechselspannungsleistung) einzuschalten; es wird ein Signal an den Schalter 122 gesendet, um die Hochspannung (HV) einzuschalten; wenn die Prozessfolge durch die Steuereinheit begonnen wird, wird das analoge Signal 123 (und somit die Strahlspannung) auf die gewünschte Einstellung für den Lauf angehoben; daraufhin wird die Entladungsleistung eingeschaltet, wobei der Strahlstrom ansteigt und sich stabilisiert; wenn der Lauf abgeschlossen wird, wird die Entladungsleistung abgeschaltet und das Strahlspannungssignal 123 auf null zurückgesetzt; üblicherweise werden die Schalter 122 und 121 zwischen den Prozessläufen eingeschaltet gelassen.
3A ist ein Zeitablaufplan, der die Reaktion des an dem Target gesammelten Teilchenflusses für den Teilchenquellenbetrieb durch das Verfahren des Standes der Technik ohne einen mechanischen Verschluss veranschaulicht. Um die Reaktion des Teilchenflusses zu erklären, zeigt sie außerdem die Zeitgebungseigenschaften der Strahlspannung, der Entladungsleistung und des Strahlstroms. Es ist zu sehen, dass sich der Teilchenfluss bei dem Target zu Beginn des Prozesses und am Ende des Prozesses, die hier hinsichtlich der "Anstiegszeit" t_1a bzw. der "Abfallzeit" t_2a charakterisiert sind, ändert. Der Schlüsselfaktor, der die "Anstiegs"-Zeit t_1a bestimmt, ist in diesem Fall die Initiierung und Stabilisierung der Entladungsleistung. Da das Plasma während der stufenweisen Anstiegsoperation nicht eingeschaltet ist, ist die Zeit für den stufenweisen Anstieg für die Strahlspannung, die durch die Strahl-Leistungsversorgungselektronik bestimmt ist, nicht wichtig.
Für kritische Prozesse wie etwa für den Gegenstand dieser Erfindung sollte das Steuersystem außerdem den Fluss der Ausgabe geladener Teilchen von der Teilchenquelle überwachen und die Entladungsleistung durch eine Rückkopplungsschleife einstellen, die sicherstellt, dass die Teilchenflussausgabe auf dem gewünschten Pegel ist. Auf diese Wiese führen irgendwelche Änderungen der Effizienz der Teilchenquelle (der Beziehung zwischen der Entladungsleistung und dem Fluss geladener Teilchen) nicht zu Änderungen des Targetstroms.
Ein zweckmäßiges Verfahren hierfür ist das Überwachen des Strahlstroms. Da die Stromdichte der Fluss mal die Ladung ist, ist der Strahlstrom, sofern die Verteilung des Strahlflusses wiederholbar ist (was üblicherweise eine gute praktische Annahmeist), proportional zu dem Fluss an dem Target. Weitere Verfahren wie etwa die Targetstrommessung oder die Verwendung eines Faraday-Bechers auf die Auslassseite der Ionenquelle sind ebenfalls verfügbar. Für diese Diskussion wird hier angenommen, dass eine Konstant-Strahlstromregelung verwendet wird. Für maximale Flexibilität wird die Rückkopplungsregelung vorzugsweise durch Software-Verfahren ausgeführt. Diese Flexibilität ist wichtig, um elektrische Instabilitäten in der Teilchenquelle (z. B. Lichtbogenbildung) zu vermeiden, die veranlassen können, dass der ausgegebene Fluss geladener Teilchen und die Teilchenenergie (die mit der Strahlspannung zusammenhängen), vielleicht unkontrollierbar, fluktuieren.
Dieses Rückkopplungsregelungssystem wirkt sich ernsthaft auf die Anstiegszeit der Entladungsleistung und in diesem Fall auf die Anstiegszeit des Teilchenflusses an dem Target aus. Um die Anzahl und den Bereich der Einstellungen zu minimieren, wird der Anfangssollwert der Entladungsleistung vorzugsweise näherungsweise so nah wie möglich an den tatsächlich gewünschten Leistungsgrad eingestellt. In dieser Bedingung hat die Netto-Entladungsstabilisierungszeit nun zwei Hauptkomponenten; zunächst gibt es die Anfangsentladungs-Schaltungsreaktionszeit, d. h. die Zeit, die erforderlich ist, damit sich der neue Plasmaentladungsgrad bei dem Anfangssollgrad stabilisiert; zweitens gibt es die Zeit, die zum Überwachen des Flusses geladener Teilchen und zum Neuprogrammieren des Sollwerts erforderlich ist. Dies kann in Inkrementen erfolgen, um die durchschnittliche Suchzeit zu minimieren. Ein zusätzlicher Faktor ist die Entladungsschaltungs-Reaktionszeit zwischen jeder der inkrementellen Einstellungen. Die Entladungsschaltungs-Anfangsreaktion für eine HF-Teilchenquelle ist die für das Abstimmen der HF-Schaltung erforderliche Zeit, die üblicherweise in der Größenordnung weniger Sekunden liegt, unter Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Selbstabstimmschaltung. Für eine übliche Ionenquelle vom Gleichspannungs-Glühdrahttyp ist es die Zeit, die zum Aufheizen des Glühdrahts und der Entladungsleistungsversorgungen erforderlich ist, wobei sie üblicherweise länger als jene ist. Die Rückkopplungsregelungsschleife erfordert mehrere zusätzliche Sekunden. Außerdem ist wichtig anzumerken, dass die Schwankung der Entladungsleistung und folglich in diesem Fall die des Flusses geladener Teilchen an der Oberfläche nicht sehr reproduzierbar ist.
Die "Abfall"-Zeit des Teilchenflusses an dem Targetstrom hängt von den Zeiten "des stufenweisen Anstiegs" der Entladungs- und der Strahlspannungs-Leistungsversorgung ab, kann aber durch Routineverfahren auf etwa 0,15 Sekunden begrenzt werden.
In 3B wird der Teilchenfluss an dem Target unter Verwendung eines mechanischen Verschlusses betrachtet. Die Teilchenfluss-Anstiegszeit "t_1b" ist nun nur durch die Zeit bestimmt, die zum Einstellen des Verschlusses aus der geschlossenen in die geöffnete Stellung erforderlich ist. Wie oben diskutiert wurde, ist die Minimierung dieser Zeit aber durch die starke Beschleunigung und Verzögerung des Verschlusses durch Betrachtungen wie etwa die Teilchenverunreinigung des Targets usw. begrenzt. Unter der Annahme, dass der mechanische Verschluss ebenfalls zum Beenden des Prozesses verwendet wird, liegt die Abfallzeit "t_2b" ebenfalls in der Größenordnung von mehreren Sekunden. In dieser Betriebsart können die Entladung und die Strahl-V zwischen den Prozessschritten eingeschaltet gelassen werden. Alternativ kann die Strahl-V am Ende jeden Prozesses abgeschaltet werden, was die Abfallzeit auf den in der Beschreibung von 3A gegebenen Wert verringern würde.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Standardsteuerschaltung genutzt, wobei aber die Strahlspannungssteuerung verwendet wird, um den Ionenstrahl elektrostatisch zu "takten". Die Wirkung auf den Teilchenfluss zu dem Target ist schematisch in 3C gezeigt. In diesem Fall wird die Entladungsleistung vor dem Erregen des Teilchenstroms eingeschaltet und stabilisiert. Da es keine Strahlspannung gibt, liegt die Energie irgendwelcher Teilchen, die aus der Ionenquelle entweichen könnten, unter dem Schwellenwert, der erforderlich ist, um ein Ätzen des Targets zu veranlassen. Für eine Ionenquelle mit einer MehrgitterIonenoptik-Anordnung wie etwa die in 1 beschriebene gibt es zu dieser Zeit üblicherweise keinen erheblichen Teilchenfluss an dem Target, der der Ionenquelle extrahiert wird, obgleich eine kleine "angegebene" Strahlstromablesung aufgezeichnet werden kann, die nur den Verlust einiger geladener Teilchen zu dem Beschleunigergitter widerspiegelt.
Die "Anstiegszeit" des Teilchenflusses an dem Target ist nun durch die Zeit des stufenweisen Anstiegs der Strahlleistungsversorgung begrenzt. Falls der Strahlspannungspegel vorhanden ist und falls der (in 2A mit 122 bezeichnete) HV-Schalter zum Takten des Strahls verwendet wird, liegt die Anstiegszeit ("t_1c" in 3C) in der Größenordnung von etwa 0,5 Sekunden.
Die "Abfallzeit" des Teilchenflusses an dem Target ("t_2c" in 3C) ist durch die Ausschaltzeit der Spannungsleistungsversorgung begrenzt. Wie anhand von 3A beschrieben wurde, beträgt diese Zeit etwa 0,15 Sekunden.
In einer stärker bevorzugten Ausführungsform des Prozesses wird zunächst der HV-Schalter 122 "ein"-geschaltet, wobei das analoge Signal 123 auf 0 Volt eingestellt ist, woraufhin dieses Signal auf den voreingestellten programmierten Wert eingestellt wird. Unter diesen Bedingungen kann die "Anstiegszeit" t_1c auf weniger als 0,2 Sekunden verringert werden. Es wird angemerkt, dass die Ätzrate des Targets tatsächlich eher zu dem Produkt des Stroms geladener Teilchen und der Spannung, d. h. zu der Leistung, als nur zu dem Strom allein proportional ist.
Somit werden die tatsächlichen Übergangszeiten für die Targetätzung in dieser Erfindung im Vergleich zu den Übergangszeiten nur für den Strom verringert, da in der Übergangsphase sowohl die Spannung als auch der Strom niedriger als während der stabilen Periode sind.
Das Verfahren der Erfindung kann mit einem Beschleunigergitter (auch als das "Unterdrücker"-Gitter bekannt) ausgeführt werden, das unabhängig von der Strahlspannung eingestellt wird. Allerdings wird die Beschleunigerspannung in einer bevorzugten Ausführungsform des Prozesses für den Ionenquellenbetrieb gleichzeitig mit der Strahlspannung ein- oder ausgetaktet (was somit einen doppelten Satz der in 2A gezeigten Steuerschaltungsanordnung erfordert). Wenn das Beschleunigergitter andernfalls negativ geladen wird und die Strahlspannung zu niedrig für die wirksame Extraktion von Teilchen ist, treffen die Ionen von dem Plasma (je nach der Beschleunigerspannungseinstellung) häufig mit ausreichend Energie auf das negativ geladene Gitter auf, um das Gitter zu zerstäuben, was eine Erosion des Gitters und eine unnötige Verunreinigung des Systems verursacht.
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung kann die Entladungsleistung während des gesamten Betriebs konstant gehalten werden. Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Entladung in einer stärker bevorzugten Ausführungsform des Steuerverfahrens durch eine Rückkopplungsregelungsschleife so eingestellt, dass eine konstante Ausgabe aufrechterhalten wird. Um dies bei minimaler Oszillation des Ausgangsflusses von der Quelle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in der Software zu tun, wird ein Bit, das die Rückkopplungsschleife steuert, ausgeschaltet, wenn der (auch als ein Taktschalter bekannte) Signalschalter ausgeschaltet wird, während das Bit eingeschaltet wird, wenn der Taktschalter eingeschaltet wird. Der Entladungsleistungsgrad während der "Aus"-Periode dient als der Anfangs-Basisleistungsgrad, wenn der Taktschalter "ein"-geschaltet wird. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Entladungsleistungsgrad ein Nennleistungsgrad sein, der jedes Mal, wenn der Strahl "ein"-getaktet wird, derselbe ist. Falls es zwischen diesem Nennbasisgrad und dem Endleistungsgrad, der erforderlich ist, um während der Ionenstrahlenextraktion den vorgegebenen Ausgangsfluss zu erhalten, eine wesentliche Differenz gibt, wird zu der zum Stabilisieren der Ausgabe erforderlichen Zeit eine zusätzliche Zeitperiode addiert.
In einer stärker bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die während der vorherigen Ionenstrahlextraktionsperiode oder während einer zuletzt festgesetzten Referenzionenstrahl-Extraktionsperiode festgesetzte über Rückkopplung eingestellte Leistungsgradeinstellung verwendet, um den Basisentladungsleistungsgrad zwischen den Referenzperioden einzustellen. Auf diese Weise kann die Ausgabe einer vernünftig stabilen Teilchenquelle sehr präzise gesteuert werden. Falls die Einstellung im Wesentlichen während des gesamten Ionenstrahlen-Extraktionsprozesses erfolgt, wird die Entladungsleistung ununterbrochen "neukalibriert".
Alternativ kann die Schaltung der Strahlspannung durch das Verfahren der Erfindung dadurch ausgeführt werden, dass der in 2A als 121 angegebene Leistungsversorgungs-Hauptleistungsschalter "ein"- oder "aus"-geschaltet wird. Dies ist nicht bevorzugt, da es die Anfangs-"Anstiegszeit" des Teilchenflusses durch die Leistungsversorgungs-"Aufwärm"-Zeit verzögern würde.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist die Steuersystem-Hardware mit spezifischer Hardware zur Verbesserung der Wiederholbarkeit des Teilchenextraktionsprozesses optimiert. In 2B ist ein preiswertes verbessertes Steuersystem gezeigt. Dieses System unterscheidet sich von dem Standardsteuersystem in 2A zusätzlich durch die folgenden Schaltungselemente: einen Signalsteuerschalter 224, einen Signalerdungs-Eingangssteuerschalter 225, ein Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul 240 und ein "NICHT"-Gatter (Inverter) 250. Die Signalsteuerschalter 224 und 225 sind analoge Hochgeschwindigkeitsschalter, die z. B. normal geschlossen sein können. Für die vorliegenden Zwecke ist eine hohe Geschwindigkeit als schneller als 2 ms definiert. Solche Schalter sind üblicherweise verfügbar, z. B. die analoge Schalt-IC Motorola 74HC4066. Zum Steuern von zwei Paar Schaltern sowohl für die Strahl- als auch für die Beschleunigerleistungsversorgungen kann ein Vierfachschalter 7432, z. B. der von Texas Instruments hergestellte SN74L532, verwendet werden, der von den meisten Elektroniklieferanten verfügbar ist. Das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul ist z. B. ein 8254-Sechskanal-Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul mit der Modellnummer 05-03927-000A, hergestellt von Comark; und ist von den meisten Elektroniklieferanten verfügbar. Das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul ist in "TM Timer 05-03927-000A Six Channel Timer Counter Interface Module", veröffentlicht und verteilt von der Comark Corporation, Medfield, Massachusetts, beschrieben. Das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul wird durch die Software angewiesen, wann ein Startsignal zum Schließen des Schalters 224 zu senden ist.
Wenn das Modul diese Anweisung empfängt, beginnt es für die angegebene Dauer zu zählen. Am Ende dieses Zeitintervalls sendet das Modul ein Stoppsignal, um den Schalter 224 zu öffnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zeitgeber-Zähler so konfiguriert, dass er den Kristalloszillator des Steuereinheits-Computers als seinen Grundtakt verwendet. Das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul enthält eine programmierbare Array-Logik (PAL), die den Grundtakt durch zwei teilt. Dieses "CCLK" genannte resultierende Taktsignal wird verwendet, um einen Zählerimpuls mit irgendeiner Frequenz zwischen null und CCLK zu erzeugen. Dies erfolgt dadurch, dass über die Software ein Skalierungsfaktor eingegeben wird. Um z. B. bei einer CCLK-Frequenz von 7,16 MHz eine Zählerimpulsfrequenz von 1 kHz zu erhalten, wird in die Software ein Skalierungsfaktor von 7160 eingegeben. Dieser Zählerimpuls kann verwendet werden, um einen Ausgangsimpuls mit bis zu 65.000 Zählwerten zu erzeugen. Zum Beispiel kann bei einem Zählerimpuls von 1 kHz ein 40 Sekunden breiter Ausgangsimpuls erzeugt werden, indem der Zähler durch die Software, einfach durch Eingeben der Zahl 40.000 (Anzahl der Zählwerte), angewiesen wird, 40.000 Impulse zu zählen. Das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul kann unter Verwendung von "C"-Code programmiert werden.
Wenn der Signalerdungsschalter 225 geschlossen ist, erdet er das Eingangssignal direkt zu der Strahlleistungsversorgung. Dieser wird in inverser Phase zu dem Signalschalter 224 betrieben. Wenn das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul einen Ausgangsimpuls sendet, wird er direkt an den Signalschalter 224 gesendet und über den Inverter 250 zum Erdungsschalter 225 gesendet. Der Signalschalter 224 wird geschlossen und sendet den Spannungssollwert von dem Steuereinheitscomputer an den Spannungseingang der Strahlleistungsversorgung. Gleichzeitig öffnet sich der Erdungsschalter 225, der anfangs geschlossen war, wobei er den Spannungseingang der Strahlleistungsversorgung erdet. Alternativ kann der Zeitgeberausgang direkt mit dem Hochgeschwindigkeits-Erdungsschalter und über den Inverter mit dem Signalschalter verbunden sein. Die gewünschte Konfiguration hängt von der Polarität der Schalter ab. Der Inverter 250 ist ein übliches verfügbares elektronisches Bauelement.
Der Betrieb des verbesserten Steuersystems wird wie folgt beschrieben: Der Haupt- und der HV-Leistungsschalter zu der Leistungsversorgung werden eingeschaltet, die Entladungsleistung wird eingeschaltet und stabilisiert und von der Steuereinheit wird das programmierte Strahlspannungssignal 123 ausgegeben. Zu dieser Zeit gibt es keinen Fluss energetischer geladener Teilchen an dem Target. Das eingegebene Strahl-Leistungsversorgungssignal wird direkt geerdet. Wenn das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul durch die Steuereinheit ausgelöst wird, wird das Strahlspannungssignal schnell zu der Strahlleistungsversorgung übertragen, wobei die Leistungsversorgung stufenweise auf ihre Sollspannung ansteigt. Wenn das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul die für einen vollständigen Prozess geforderte Anzahl von Impulsen zählt, verbindet es den Eingang der Leistungsversorgung mit Masse und trennt den Programmeingang. An diesem Punkt kann der Prozess wiederholt werden, ohne die Entladung auszuschalten.
3D zeigt den Teilchenfluss an dem Target für den Betrieb mit dem verbesserten Steuersystem gemäß der Erfindung. Die Anstiegszeit "t_1d" des Flusses an dem Target ist durch die Anstiegszeit der Strahlleistungsversorgung begrenzt, die nun innerhalb 0,1 s aufrechterhalten werden kann. Außerdem ist bei dem Schaltungsentwurf die Abfallzeit "t_2d" auf weniger als 0,1 s minimiert. Dadurch, dass der Eingang über den Erdungseingangsschalter 225 und den Inverter 250, die in 2B gezeigt sind, sofort mit der Leistungsversorgung geerdet wird, werden kapazitive Elemente, die ansonsten den Signalabfall um eine RC-Zeitkonstante verzögern würden, kurzgeschlossen.
Das Zeitgeber-Zähler-Schnittstellenmodul in dem in 2B gezeigten verbesserten Steuersystem wurde hinzugefügt, um die Genauigkeit und Präzision der Steuerung der Prozessdauer zu verbessern. Wie oben beschrieben wurde, sind diese Faktoren in Präzisionssteuersystemen des früheren Standes der Technik durch nicht nachvollziehbare Software-Schleifen auf eine Toleranz von etwa 1 s begrenzt. Bei der vorliegenden Erfindung wird leicht eine Steuerung auf 0,01 s erzielt.
In den 4–6 sind Spuren einiger tatsächlicher Strahlausgangssignale gezeigt, die durch das Verfahren der Erfindung unter Verwendung der wie in 1 beschriebenen induktiv gekoppelten HF-Ionenquelle mit einer 3-Gitter-Ionenoptik erhalten wurden. Die 4 und 5 wurden unter Verwendung des Standardsteuersystems erhalten. Die Strahlspannung betrug 700 V und der Strahlstrom betrug 350–400 mA. Die Beschleunigerspannung betrug –400 V. 6 wurde unter Verwendung des verbesserten Steuersystems mit denselben Parametern erhalten.
Ein großer Abschnitt der Abszisse repräsentiert in jeder dieser Figuren eine Periode von 0,1 s.
In den 4 und 5 ist die Stromausgabe von der Strahlleistungsversorgung durch einen Schreiber auf der Ordinate gegenüber der Zeit auf der Abszisse aufgetragen. Da der Teilchenfluss direkt proportional zu dem Strahlstromausgang ist, repräsentieren diese Profile ebenfalls die Flussausgabeprofile.
In 4 wird der Strahl durch den Hochspannungsschalter getaktet. Das Strahlstromsignal steigt von 0 bei t = 0, was der ganz linken Seite der graphischen Darstellung entspricht, auf einen stabilen Pegel (> 97 % des vollen Signals) zum Zeitpunkt "t₁" an. Es ist zu sehen, dass die Anstiegszeit näherungsweise 0,9 s beträgt. Zum Zeitpunkt "t₂" wird der Strahl abgeschaltet und zum Zeitpunkt "t₃" fällt das Signal auf 0 zurück. Die Abfallzeit ist näherungsweise ist 1,5 s.
5 ist ein Profil des Strahlstroms gegenüber der Zeit, in dem der Strahl durch die Software getaktet wird. Hier ist zu sehen, dass die Signalanstiegszeit etwa 0,13 s beträgt. Die Abfallzeit ist näherungsweise 0,12 s.
6 ist ein Ausdruck der von der Strahlleistungsversorgung (Ordinate) ausgegebenen Spannung in Abhängigkeit von der Zeit (Abszisse) von einem Hochgeschwindigkeits-Speicheroszillographen, der unter Verwendung des verbesserten Steuersystems erhalten wurde. Wie anhand von 3D zu sehen ist, ist die Ausgabestabilisierungszeit nur durch die Stabilisation der Strahlspannung begrenzt. Somit ist dieses Profil ebenfalls repräsentativ für das Flussausgangsprofil. Diese Signalanstiegszeit und -abfallzeit sind deutlich kleiner als 20 μs (1 kleiner Abschnitt auf dem Graphen).
Obgleich hier anhand der beigefügten Zeichnung eine veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und verschiedene Abwandlungen davon ausführlich beschrieben worden sind, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf diese genaue Ausführungsform und auf die beschriebenen Änderungen beschränkt, wobei daran durch den Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Änderungen und weitere Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem wie in den beigefügten Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Takten einer Quelle (130) für geladene Teilchen, die für die Extraktion eines Strahls geladener Teilchen verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Vorsehen einer Steuereinheit (110), die mit einer Anwenderschnittstelle (100) betreibbar ist und mit einer Leistungsversorgung (120) zusammenwirkt, die einen Hochspannungsschalter enthält, wobei die Leistungsversorgung mit der Quelle für geladene Teilchen verbindbar ist; Eingeben einer spezifischen Prozesszeit in die Steuereinheit; Zünden eines Plasmas in der Quelle für geladene Teilchen bis zu einem vorgegebenen Entladungsgrad; und gekennzeichnet durch: Takten des Extrahierens des Strahls geladener Teilchen mit einer Strahlspannung (123) als einem Ausgang der Steuereinheit, wobei das Plasma gezündet wird und der Entladungsgrad vor dem Takten im Wesentlichen gleichmäßig wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit ein analoges Signal erzeugt, das einen vorgegebenen Strahlspannungspegel setzt, bevor der Hochspannungsschalter geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit ein analoges Signal erzeugt, das einen Strahlspannungspegel setzt, nachdem der Hochspannungsschalter geschlossen worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Leistungsversorgungs-Hauptschalter vorgesehen ist und bei dem der Hauptschalter geschlossen wird, nachdem die Steuereinheit ein analoges Signal erzeugt hat, das einen Strahlspannungspegel setzt.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Quelle für geladene Teilchen ein Schirmgitter, an das eine Strahlspannung angelegt wird, und ein Beschleunigergitter, an das eine Beschleunigerspannung angelegt wird, enthält, wobei das Verfahren zusätzlich den Schritt des Taktens der Beschleunigerspannung, die an das Beschleunigergitter angelegt wird, gleichzeitig mit dem Takten der Extraktion des Strahls geladener Teilchen mit Ausgängen der Steuereinheit umfasst.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, das zusätzlich den Schritt des Vorsehens einer Rückkopplungsregelungsschleife zwischen der Steuereinheit und der Quelle für geladene Teilchen umfasst, wobei die Rückkopplungsregelungsschleife so beschaffen ist, dass sie einen Ausgang der Teilchenquelle stabilisiert.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Quelle für geladene Teilchen während bestimmter Zeitperioden auf einer konstanten Entladungsleistung gehalten wird und während anderer Zeitperioden einer Rückkopplungsregelung unterworfen wird, wobei die Rückkopplungsregelungsschleife den Entladungsgrad einstellt, um den Ausgang der Quelle für geladene Teilchen gegenüber einer Drift zu stabilisieren, wobei die konstante Entladungsleistung den Ausgang gegenüber einer Oszillation während Übergangsperioden beim Starten und Beenden der Extraktion des Strahls geladener Teilchen stabilisiert.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Rückkopplungsregelungsschleife im Wesentlichen während aller Perioden der Extraktion eines Strahls geladener Teilchen aktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Rückkopplungsregelungsschleife für eine Referenzperiode der Extraktion eines Strahls geladener Teilchen aktiv ist, wobei ein Sollwert der Entladungsleistungsversorgung durch die Rückkopplungsregelungsschleife so eingestellt wird, dass ein vorgegebener Ausgang erhalten wird, wobei der Entladungsleistungsgrad bis zu einer zweiten Referenzperiode aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Takten durch eine an ein Gitter angelegte Spannung erzielt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Takten durch eine an eine Ionenoptik angelegte Spannung erzielt wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Quelle für geladene Teilchen eine Kaufman-Ionenstrahlquelle umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Quelle für geladene Teilchen eine induktiv gekoppelte HF-Ionenstrahlquelle umfasst.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Anstiegszeit des Taktens kleiner oder gleich etwa 0,5 Sekunden ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Abfallzeit des Taktens kleiner oder gleich etwa 0,15 Sekunden ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Anstiegszeit des Taktens kleiner oder gleich etwa 0,13 Sekunden ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Abfallzeit des Taktens kleiner oder gleich etwa 0,12 Sekunden ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Anstiegszeit des Taktens kleiner oder gleich etwa 20 Mikrosekunden ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Abfallzeit des Taktens kleiner oder gleich etwa 20 Mikrosekunden ist.
Verfahren zum Takten einer Quelle für geladene Teilchen, die mit einer Leistungsversorgung (120) verbindbar ist, wobei die Leistungsversorgung einen Haupt- und einen Hochspannungs-Leistungsschalter enthält und mit einem analogen Hochgeschwindigkeitssignalschalter (224) und mit einem analogen Hochgeschwindigkeitserdungsschalter (225) verbindbar ist, wobei die Schalter mit einem Zeitgeber (240) verbindbar sind, wobei zwischen dem Zeitgeber und einem der Schalter ein Inverter (250) angeordnet ist, wobei der Zeitgeber außerdem mit einer Steuereinheit (110) verbindbar ist, um eine Strahlspannung (123) zu steuern, die auf eine Anwenderschnittstelle anspricht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: direktes Erden eines Strahlspannungs-Leistungsversorgungssignal-Eingangs mit dem analogen Hochgeschwindigkeitserdungsschalter; Schließen des Haupt- und des Hochspannungs-Leistungsschalters in der Leistungsversorgung; Eingeben einer spezifischen Prozesszeit in die Steuereinheit; Zünden eines Plasmas in der Quelle für geladene Teilchen bis zu einem vorgegebenen Entladungsgrad; Anlegen der Strahlspannung durch Schließen des analogen Hochgeschwindigkeitssignalschalters und Beginnen eines Zeitgebungsprozesses; und Unterbrechen der Strahlspannung durch direktes Erden des Strahlspannungseingangs mit der Leistungsversorgung, wenn die spezifische Prozesszeit erreicht ist, wobei das Plasma gezündet wird und der Entladungsgrad im Wesentlichen gleichmäßig wird, bevor die Strahlspannung angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Steuereinheit einen Kristalloszillator enthält und der Zeitgeber den Kristalloszillator als einen Zeitgeber-Basistakt verwendet.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, das zusätzlich den Schritt des Vorsehens einer Rückkopplungsregelungsschleife zwischen der Steuereinheit und der Quelle für geladene Teilchen umfasst, wobei die Rückkopplungsregelungsschleife einen Ausgang der Teilchenquelle stabilisiert.
Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22, bei dem die Quelle für geladene Teilchen während bestimmter Zeitperioden bei einer konstanten Entladungsleistung gehalten wird und während anderer Zeitperioden einer Rückkopplungsregelung unterworfen wird, wobei die Rückkopplungsregelungsschleife den Entladungsgrad einstellt, um den Ausgang der Quelle für geladene Teilchen gegenüber einer Drift zu stabilisieren, wobei die konstante Entladungsleistung den Ausgang gegenüber einer Oszillation während Übergangsperioden beim Start und beim Beenden der Extraktion eines Strahls geladener Teilchen stabilisiert.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Rückkopplungsregelungsschleife im Wesentlichen während aller Perioden der Extraktion eines Strahls für geladene Teilchen aktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Rückkopplungsregelungsschleife während einer ersten Referenzperiode der Extraktion eines Strahls für geladene Teilchen aktiv ist, wobei ein Sollwert der Entladungsleistungsversorgung durch die Rückkopplungsregelungsschleife so eingestellt wird, dass ein vorgegebener Ausgang erhalten wird, wobei der Entladungsleistungsgrad bis zu einer zweiten Referenzperiode aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem die Quelle für geladene Teilchen ein Schirmgitter, an das eine Strahlspannung angelegt wird, und ein Beschleunigergitter, an das eine Beschleunigerspannung angelegt wird, enthält, wobei das Verfahren zusätzlich den Schritt des Taktens der Beschleunigerspannung, die an das Beschleunigergitter angelegt wird, gleichzeitig mit dem Takten der Strahlspannung umfasst.
Steuersystem zum Takten einer Quelle (130) für geladene Teilchen nach dem Zünden eines Plasmas in der Quelle für geladene Teilchen, wenn ein Entladungsgrad im Wesentlichen gleichmäßig wird, wobei das System umfasst: eine Anwenderschnittstelle (100); eine Steuereinheit (110), die in Reaktion auf die Anwenderschnittstelle eine Strahlspannung (123) steuert, um die Quelle für geladene Teilchen zu takten, nachdem ein Plasma in der Quelle für geladene Teilchen gezündet worden ist und ein Entladungsgrad im Wesentlichen gleichmäßig wird; einen Zeitgeber (240), der mit der Steuereinheit zusammenwirkt, um die Periode des Taktens der Quelle für geladene Teilchen zu steuern, wobei die Quelle für geladene Teilchen mit einer Leistungsversorgung (120) verbindbar ist, die die Strahlspannung für die Quelle für geladene Teilchen bereitstellt; einen analogen Hochgeschwindigkeitssignalschalter (224), der in Reaktion auf den Zeitgeber arbeitet, um ein Strahlspannungssignal wahlweise zu schalten, derart, dass die Leistungsversorgung wahlweise das Strahlspannungssignal für die Quelle für geladene Teilchen bereitstellt; einen analogen Hochgeschwindigkeitserdungsschalter (225), der in Reaktion auf den Zeitgeber die Strahlspannung wahlweise zu Masse schaltet, derart, dass die Leistungsversorgung wahlweise die geerdete Strahlspannung für die Quelle für geladene Teilchen bereitstellt; und einen Inverter (250), der zwischen dem Zeitgeber und dem analogen Hochgeschwindigkeitserdungsschalter oder dem analogen Hochgeschwindigkeitssignalschalter angeordnet ist, derart, dass die analogen Schalter sich gegenseitig ausschließende geöffnete und geschlossene Zustände haben.
Hochfrequenz-(HF)-Quelle für geladene Teilchen für die Extraktion eines Ionenstrahls nach dem Zünden eines Plasmas in einer Quelle für geladene Teilchen, nachdem ein Entladungsgrad im Wesentlichen gleichmäßig geworden ist, wobei die Quelle das Steuersystem nach Anspruch 27 zum Takten der HF-Quelle enthält und ferner umfasst: ein Plasmaentladungsgefäß (11); einen Gaseinlass (19); einen HF-Energiegenerator (12, 13, 14); und eine Ionenoptik-Anordnung (15).