JP2009530769A - イオンビームの分裂を緩和するアーク消滅回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、例えば、不安定なイオンビーム電流を緩和し、かつ、不均一なイオン注入を回避するために、イオン注入システムのイオン源に結合された高電圧引き出しまたは抑圧電極間で発生するアークを消滅するための回路に向けられている。高電圧高速切替回路は、ＨＶ電源などの高電圧容量をほとんど放電し、イオンビーム電流に劇的に影響するとともに回復後にかなりの時間を受け取る有害なアークを消すために、抑圧および／または引き出し電極の高電圧電源に直列に加えられる。高電圧スイッチは、電極へのＨＶ供給の電流または電圧変化を検出するトリガ回路により制御される。また、アーク消滅回路は、ＨＶスイッチを保護するために、リアクタンス素子から過剰なエネルギーを吸収し、いくつかの過電圧をクランプする、ＨＶスイッチの保護回路を含む。

Description

発明の詳細な説明

〔発明の分野〕
本発明は、一般的に、イオン注入システムに関するものであり、より詳細には、より一様なイオン注入を得るようなシステムにおいてイオンビーム電流上で振舞うアークなどの不安定な影響を緩和するために、イオン注入システム内の高電圧電極および／またはイオン源間で発生するアークを消すための回路に関する。

〔発明の背景〕
イオン注入システムは、ドーパント元素として知られている不純物を、共に加工部品と呼ばれる半導体基板またはウエハに与えるために用いられている。このようなシステムでは、イオン源は所望のドーパント元素をイオン化し、イオン化された不純物が、イオンのビームとしてイオン源から引き出される。イオンビームは、イオン化されたドーパントを加工部品内に注入するために、各加工部品に横切って向けられる（例えば、サッと通過させられる）。ドーパントイオンは、所望の電気特性を持たせるように、加工部品の組成を変え、それらは、基板上でのトランジスタなどの特に半導体装置の形成に有用となる。

より小型の電気装置を求める傾向の継続は、より小型で、より力強く、よりエネルギー効率が良い半導体装置を、より多く、個別のウエハに“搭載（pack）”する誘引を示している。これは、イオン注入、より詳細には、均一なイオンのウエハへの注入を含む半導体製造工程において、慎重な制御を必要としている。また、半導体装置は、生産分野を増加するために、より大きな加工部品上に作りあげられている。例えば、多くのデバイスが単一のウエハに作成されるように、直径３００ｍｍ以上のウエハが実現されている。このようなウエハは高価である。そのため、不均一なイオン注入のせいで、全てのウエハを廃棄するような無駄を軽減することが非常に望まれている。より大きいウエハおよび高密度の特徴は、均一なイオン注入を挑戦させるが、イオンビームが、ウエハの周囲に届く距離、および、より大きな角度を横切って走査されることから、それらの間のいくつかの領域を注入し損ねる。

また、イオンビームなどのイオン源を供給するために必要な高電圧は、各種引き出しおよび抑圧電極と、他の近傍の部分との間で、ときどきアークが生じることを課題としている。このアーク発生の傾向は、アークが非常に低い供給電圧で自然に消えるまで、一以上の影響されたＨＶ電源を、度々十分に放電する。アークが生じている間、ビーム電流は、重大な不安定になる、または、供給電圧が再保存されるまで遮断される。その間、イオン注入は断続的なイオン注入を経験する。したがって、より大きな注入角度および距離などのイオンビームによって均一な注入を与えるために、イオン注入器のイオン源または電極に関連したＨＶアークの影響を緩和する必要がある。

〔発明の概要〕
以下は、発明の一以上の側面の基本的な理解を与えるために、簡単な概要を示している。この概要は、発明の広範囲な概観ではなく、発明の鍵または本質的な要素を同一するために示されるだけではなく、発明の範囲を制限するために示されるのではない。むしろ、概要の主要な目的は、後示されるより詳細な説明への前置きとして、簡単な形式で発明のいくつかのコンセプトを示すことである。

本発明は、例えば、不安定なイオンビーム電流、および、不均一なイオン注入を緩和するために、イオン注入システムのイオン源に結合された高電圧（high voltage）（ＨＶ）電極間で発生するアークを消滅するための回路に向けられている。いくつかの高電圧高速切替回路は、有害なアークを消すためのイオン源に結合された抑圧（suppression）および／または引き出し電極の高電圧電源に、直列に加えられている構成が開示されている。これらの領域で発生するアークは、例えば、イオン源または引き出し電極供給電圧（Ｖｅｘｔ）、あるいは、抑圧電極供給電圧（Ｖｓｕｐ）のための、ＨＶ電源などに内蔵されている高電圧容量をほぼ完全に放電する傾向を有している。その結果、イオンビーム電流は、イオンビーム電流（Ｉｂｅａｍ）のこれら“突発事故（glitches）”によって劇的に影響される。そしてこれにより、供給電圧およびビーム電流Ｉｂｅａｍを回復した後にかなりの時間を受ける。

本発明の一以上の側面によれば、一以上の加工部品へのイオン注入の使用に適するイオン注入システムのイオン源のためのアーク消滅回路が開示されている。発明の一側面では、上記システムは、上記イオン源（または、いくつかのＨＶ引き出しまたは抑圧電極の１つ）のＨＶ電源（ＨＶＰＳ）に直列に接続された、一以上の高電圧高速（high speed）（ＨＳ）スイッチを含み、ＨＶＨＳスイッチは、アークを消滅するためにイオン源または電極のＨＶ電源電流の遮断を実行可能であるとともに、さらに電源電流の回復を実行可能である。イオン源から引き出される大量のイオンは、ビーム電流を有するイオンビームの形となる。また、上記システムは、上記イオン源またはＨＶ電極に関連した電流または電圧変化を検出するとともに、当該検出した電流または電圧変化に基づいて、上記一以上のＨＶＨＳスイッチの開閉を制御するトリガ制御回路を含む。また、一以上の保護回路が、上記各ＨＶＨＳスイッチを保護するために含まれている。一以上の保護回路は、上記各ＨＶスイッチの外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収するとともに、上記スイッチに発生する過電圧をクランプする。

発明の他の側面では、上記システムは、二以上の高電圧スイッチの開閉のための、二以上のアーク消滅回路の上記トリガ制御回路を同期するとともに時間を計測する同期回路をさらに含む。

さらに他の側面では、上記イオン源に関連した電流または電圧変化の検出は、上記ＨＶ電源の電流サージ、イオンビーム電流の減少、抑圧電極電圧の下降、および、引き出し電極電圧の下降のうちの１つの検出を含む。

まださらに他の側面では、上記保護回路の１つは、それが保護する上記ＨＶスイッチと直列に接続されている。

ある側面では、上記保護回路の１つは、それが保護する上記ＨＶスイッチと並列に接続されている。

発明の他の側面では、上記システムは、上記イオン源に密接して配置された引き出し抑圧電極をさらに含む。

さらに他の側面では、上記電流または電圧の検出は、上記イオン源の電流または電圧を調節するフィードバックまたは閉ループを助長する（facilitate）上記イオン注入工程の間に実行される。

まださらに他の側面では、上記電流または電圧の検出は、上記イオン源の電流または電圧を調節する開ループを助長する上記イオン注入工程の前に実行される。

他の側面では、上記電流または電圧の検出は、イオンビーム電流を調節するフィードバックまたは閉ループを助長する上記イオン注入工程の間に実行される。

また、本発明の一以上の他の側面によれば、イオン注入システムの高電圧電源のためのアーク消滅回路は、上記イオン注入システム内に生成されたアークを消滅させるために、注入器に結合された電極の高電圧電源に直列に接続され、上記電極への電流の遮断および回復を実行可能な高電圧スイッチを含み開示されている。また、上記システムは、上記電極に関連した電流または電圧変化を検出するとともに、当該検出に基づいて、上記一以上のＨＶスイッチの開閉を制御するトリガ制御回路を含む。最後に、上記システムは、それぞれが上記高電圧スイッチの１つに結合されており、上記各ＨＶスイッチの外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収するとともに、上記スイッチにおける過電圧を制限する、一以上の保護回路を含む。

上述事項および関連した目的の達成のために、以下の説明および添付図面は、詳細な特定の説明に役立つ、発明の側面および形態を記載する。これらは、発明の原理が利用されるいくつかの各種方法だけを示す。発明における他の側面、利点、および新規の特徴は、図面と連結して考慮されるとき、以下の発明の詳細な説明から明らかになるであろう。

〔図面の簡単な説明〕
図１は、イオン注入器のイオン源に関連したアークを消滅する、本発明の一以上の側面に係るイオン注入システムの構成を示す概略ブロック図である。

図２は、本発明のアーク消滅回路を実現するような、模範的なイオン注入システムを示す簡略ブロック図である。

図３は、図２のイオン注入システムの高電圧電極のアークが生じている間、イオン注入器内の引き出しおよび抑圧電圧、およびビーム電流の変化を示す図である。

図４は、イオン注入システムで用いられるような従来のアーク抑圧回路を有する、模範的な抑圧電極高電圧電源回路を示す簡略概略図である。

図５は、本発明に係るイオン注入システムで用いられるような、イオン源の高電圧電源に結合されて実現された模範的なアーク消滅回路を示す簡略ブロック図である。

図６Ａおよび図６Ｂは、イオン源に結合された引き出し電極のアークが生じている間、空気中および真空中で試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉するときのアーク消滅の影響を示すグラフ図である。

図７は、イオン注入器の３つの高電圧電源においてＨＶＨＳスイッチを実現するとともに、イオン注入システムに示され結合された高電圧電源回路および３つの電極のそれぞれに、電流および電圧の回復を連続かつ同時に起こす同期回路を実現する、イオン注入器で用いられる模範的なアーク消滅回路を示す簡略概略図である。

図８は、本発明の一以上の形態に係る、ＨＶスイッチの外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収し、スイッチを横切る過電圧を制限するために、ＨＶＨＳスイッチに横切って、または、ＨＶＨＳスイッチに直列で用いられるような、模範的な保護回路を示す概略図である。

〔発明の詳細な説明〕
本発明は、同じ参照符号が最後まで同じ要素を参照して用いられている図面を参照しながら説明される。図面および以下の説明は、実在する模範であり、制限されるものではない。それゆえ、説明されたシステムおよび方法の変形、並びに、ここで説明されたものから離れた他の形態などは、本発明および添付のクレームの範囲内にあるものとして考えられることは理解されるであろう。

本発明は、例えば、イオン注入システムのイオン源に結合された高電圧引き出しまたは抑圧電極間で発生するアークを消滅することに関する。アーク消滅回路は、例えば、そのようなアークが発生している間に結果として生じる不安定なイオンビーム電流を軽減し、不均一なイオン注入を回避することを論議される。本発明によれば、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、６５ＫＶ＠２００ＭＨｚ ＭＯＳＦＥＴスイッチ）を含む高電圧高速（ＨＶＨＳ）切替回路が、例えば、有害なアークを消すために、抑圧および／または引き出し電極、あるいは接地電極に、高電圧電源と直列に加えられている。このようなＨＶアークが発生するとき、ＨＶ電源などの高電圧コンデンサは、ほぼ完全に放電される。この深い放電は、イオンビーム電流に劇的に影響し、電源電圧およびイオンビーム電流Ｉｂｅａｍを回復するために、その後かなりの時間を必要とする。このような高電圧高速スイッチは、製造アイテムとして、まさに近年利用可能となっている。したがって、高電圧高速スイッチは、本発明のアーク消滅回路を組み込んでいるアプリケーションなどで、当面の使用を見つけている。

高電圧スイッチは、電極へのＨＶ電源の電流または電圧変化を検出するトリガ回路によって制御される。また、アーク消滅回路は、ＨＶＨＳスイッチを囲んでいるリアクタンス素子から過剰エネルギーを吸収し、ＨＶＨＳスイッチからいくつかの過電圧をクランプする、ＨＶスイッチのための一以上の保護回路を含む。保護回路は、各ＨＶＨＳスイッチと並列および／または直列に接続される。さらに、本発明のアーク消滅回路は、イオン注入システムに結合された高電圧電源回路および３つの電極のそれぞれに、電流および電圧の回復を連続かつ同期に起こす同期回路を含む。

本発明のＨＶＨＳアーク消滅回路は、イオン源およびイオン注入器の文脈で説明され描かれるが、当業者は、このような高電圧高速アーク消滅回路は、例えば、ｘ線設備、加速器、他のイオン源アプリケーションなどの、ＨＶおよび高速アーク消滅を要求する他のアプリケーションで実現されることを認識するであろう。これによれば、高電圧電源の不要なアーク短絡は、高電圧電源が著しく放電され、関連システムの出力（例えば、イオン注入器のイオンビーム）に影響する機会を持つ前に消滅される。

まず、図１を参照すると、本発明の一以上の側面を満たすのに適した、イオン源の高電圧電源のための模範的なアーク消滅回路１００が、ブロック図の形式で示されている。上記回路１００は、高電圧電源１０２、高電圧高速ＨＶＨＳスイッチ１０４、および電流変圧器（ＣＴ）１０６を含む。電流変圧器（ＣＴ）１０６は、イオンビーム１３０の形で引き出される大量のイオンを生成するイオン源１２０への、上記電源１０２の電流変化を検出する。イオン源１２０への供給電流の変化は、電流サージが検出される際にＨＶＨＳスイッチ１０４を開放するトリガ制御回路１０８、およびＣＴ１０６によって検出される。

ＨＶＨＳスイッチ１０４は、スイッチ１０４を囲んでいるリアクタンス素子からエネルギーを吸収し、過電圧ダメージからスイッチを保護するために、並列の保護回路１１０および直列の保護回路１１５によって保護される。また、保護回路１１０および１１５は、一時的な切替や、ＨＶＨＳスイッチ１０４の外部のリアクタンス素子により引き起こされたリンギングを弱めることによって、スイッチ１０４およびイオン注入器の他の部品を保護する。アーク消滅回路１００は、いくつかのイオン注入器、または、電源の出力にてアーク放電の課題となる高電圧源を用いるような他のアプリケーションなどで用いられる。

例えば、アーク消滅回路１００は、イオンビーム電流として、引き出し電極またはイオン源の出力に、イオン源１２０内でアークが発生するとき、ＣＴ１０６において電流サージを検出することによって作動する。トリガ制御回路１０８は、ＣＴ１０６から電流サージの検出を受信する。そして今度は、トリガ制御回路１０８は、ＨＶＨＳスイッチ１０４を開けるように制御する。ＨＶＨＳスイッチ１０４が開くと、ＣＴ１０６を流れるアーク電流は、ほぼゼロに下降し、アークは、消えるまたは“消滅する”。

本発明の発明者らは、ＨＶＨＳスイッチが再度閉じられる前、または、領域に残るアークから導電性のガス副産物がアークを再発生させる前の限定期間に、アークを消したままにする必要があることをさらに見つけた。よって、トリガ制御回路内の、または同期回路（例えば、図７の７４０）内の遅延時間は、そのような遅れを与えており、さらに以下に論議される。また、スイッチは、アークがもはや再発生しなくなるまで、繰り返し開閉させられる。

図２は、本発明の、図１のアーク消滅回路１００と同様のアーク消滅回路を実現するような、模範的なイオン注入システム２００を示す。例えば、イオン注入システム２００は、いくつかの引き出し電極２０８を有するイオン源１２０を含む。イオン源１２０は、注入システム２００にイオンビーム２０９としてイオンの源を提供する。イオンビーム２０９内のイオンは、まず、不要な質量またはエネルギーのイオンを取り除くために、磁気方法による質量分析磁石２１２によって、第１領域２１０で分析される。質量分析磁石２１２は、質量（例えば、質量比の電荷）に応じて、異なる軌道にてイオンビーム２０９からイオンをそらすように、ビーム路２０９を横切る領域を提供するように働く。磁界を通って移動するイオンは、ビーム路２０９に沿って所望の質量の個別のイオンに向かい、ビーム路から離れて不要な質量のイオンをそらす力を経験する。

それから、所望の質量およびエネルギーを有するイオンビーム２０９のイオンは、第２領域２２０で加速または減速され、分離装置および減速プレート２３２により集中させられ、設定ファラデーカップ２３４により測定され、領域２３０でプラズマシャワー２３６により空間電荷中性の状態にさせられる。最後に、イオンビーム２０９は、ウエハ２４２への注入、および円盤ファラデーカップ２４４による測定のための、終点場所２４０に進入する。

イオン注入の間、アーク２０５は、イオン源に結合された、例えば、高電圧引き出し、抑圧、または接地電極間に発生する。従来の注入システムでは、このアークは、アークが自身で消える前に、高電圧電源を完全に放電する傾向を持っている。図１のアーク消滅回路１００は、例えば、この問題を回避して設計されている。

図３は、図２のイオン注入システムと同様のイオン注入器の高電圧引き出しおよび抑圧電圧において、アークが発生するときに結果として生じるビーム電流の変化を示すプロット３００の例を示す。

図３のプロット３００は、例えば、アークが、引き出し電圧３１０を、約０．０２０秒の時間３１５において、約２．２ＫＶからほぼ０Ｖに放電することを示す。およそ同時に、抑圧電圧３２０は、ビーム電流Ｉｂｅａｍ３３０がほぼ０ｍＡに下降する間、約−９．３ＫＶからほぼ０Ｖに下降する。引き出しおよび抑圧電圧３１０および３２０が、ほぼ０ボルトに下降すると、アーク自身は消える。これにより、これらの電圧は、元の電圧レベルの向かって再充電される。３４０に示すように、引き出し電圧３１０は、この元の電圧を超え、およそ時間３４５までビーム電流Ｉｂｅａｍ３３０の回復を不利に遅れさせる。プロット３００から見れば、電極電圧の変化は、ビーム電流で比較的大きく連続した衝撃を持つ。よって、図３は、ＨＶ電源が著しく放電する機会を持つ前に、イオンビーム用の電極と電極用の高電圧電源との間の高電圧電流通路を速く開けることが、非常に有益であることを示している。

図４は、引き出しスリット４０４を供給する高正電圧引き出し電源４０３と、接地電極４０９に隣接する抑圧電極４０８を供給する高負電圧抑圧電源４０６とを有する、模範的なイオン注入システム４００の一部を示す。ＨＶ抑圧電源４０６は、従来のアーク抑圧または保護回路４１０を有している。従来のアーク抑圧または保護回路４１０は、抑圧電極４０８へのアーク電流を制限する電流制限抵抗４１２と、電源の電圧をフィルタしかつ安定化するコンデンサ４１４と、アークがオンオフを繰り返している間、回路のリアクタンス素子から生成された逆電圧を制限するフライバックダイオード４１６とを用いている。本発明の文脈では、アーク保護基板４１０もまた、ダメージからＨＶＨＳスイッチを保護するために、発明のＨＶＨＳスイッチ（例えば、図１の１０４）に結合して用いられる。

図５は、本発明に係るイオン注入システムで用いられるような、イオン源の高電圧電源に結合されて実現された模範的なアーク消滅回路５００を示す。例えば、アーク消滅回路５００は、ＨＶＨＳスイッチ５０４に直列に接続されるとともに（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの直列積み重ね）、直列スイッチ保護回路５１０に直列に接続された、負荷（例えばイオン源１２０）を駆動する高電圧負電源（Ｖｂ）５０３を含む。また、アーク消滅回路５００は、例えば、イオンビーム（例えば、図１のイオンビーム１３０）の形で引き出される大量のイオンを生成するために用いられるイオン源１２０への、電源５０３の電流の変化を検出する電流変圧器ＣＴ５０６を含む。

また、回路５００は、イオン源１２０への供給電流（Ｉｅｘｔ）５０９の電流の変化を検出するトリガ制御ユニット５０８を含む。アークを暗示する電流サージが、ＣＴ５０６により供給電流（Ｉｅｘｔ）５０９に検出される場合、次にトリガ制御回路５０８は、ＨＶＨＳスイッチ５０４を開け、アークを消滅するように制御する。それゆえ、負荷（例えばイオン源１２０）内のコンデンサＣ１ ５１８、および、負荷（Ｖａ）の電圧は、高電圧電源５０３の電圧ＶｂからＨＶＨＳスイッチ５０４により分離される。よって、負荷のＣ１ ５１４でのＶａは、アークの発生のために放電するが、負電源電圧Ｖｂは、ＨＶＨＳスイッチ５０４による分離のために、電圧で概して充電された状態となる。

再度、ＨＶＨＳスイッチ５０４は、スイッチ５０４の外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収し、これにより、過電圧ダメージからスイッチを保護する、並列の保護回路５１０および直列の保護回路５１５により保護される。本発明のアーク消滅回路５００は、いくつかのイオン注入器、または、電源の出力にてアーク放電の課題となる高電圧源を用いるような他のアプリケーションなどで用いられる。

図６Ａおよび図６Ｂは、イオン源に結合された引き出し電極のアークが生じている間、空気中（例えば、図６Ａの６００）および真空中（例えば、図６Ｂの６５０）で試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉するときのアーク消滅の影響を示す。プロットにより示されるように、図６Ｂのプロット６５０で示されるアークは、空気中で試験されたアークよりも、実際の真空環境にて非常に簡単に消されている。これは、実際の真空環境中のアークと比較して、空気中で生成されたアークの周りの、イオン化された空気中で生成された余分な熱のためである。しかしながら、図６Ａのプロット６００は、ＨＶＨＳ切替回路が、このより複雑な空気が満たされた環境でさえＶｂ負電源電圧を維持するという、安定した影響を示すのに有用である。

図６Ａは、空気中で試験したときに、イオン源（例えば、図１および図５の１２０）に結合された引き出し電極（例えば、図２の２０８）のアークが生じている間、本発明のアーク消滅回路（例えば、図５の５００）のＨＶＨＳスイッチ６１０（例えば、図５の５０４）を開閉するときのアーク消滅の影響を示すプロット６００の例を示す。図６Ａは、閉鎖６１０ａおよび開放６１０ｂのときにＨＶＨＳスイッチ５０４を横切る電圧６１０と、電源５０３の高電圧電源Ｖｂ６３０と、負荷（例えば１２０）で見られる高電圧Ｖａ６２０との例を示す。

時間０．０の前では、高電圧電源Ｖｂ６３０は約−６ＫＶであり、負荷での高電圧電源Ｖａ６２０も約−６ＫＶである。時間０．０において、アークは、負荷の高電圧電源Ｖａ６２０で発生する。そして、電圧は、６２０ａの約６ＫＶから６２０ｂの約１．６ＫＶまで速く下降する。応答して、ＣＴ５０６により検出された電流は、トリガ制御回路５０８により受信され、６１０ｂに示すようにＨＶＨＳスイッチ５０４を開けるように制御する。約０．６ｍｓ後、アークは、ＨＶＨＳスイッチが開くので消え始める。そして、負荷の電源電圧は、Ｖａ６２０ｃおよびスイッチ電圧６１０ｃにより示されるようにいくらか回復し始める。アークは十分に描かれず、ＨＶＨＳスイッチは今閉められているので、約０．７〜１．２ｍｓの間、スイッチ電圧６１０ｂおよびＶａ６２０ｂにより示されるように、スイッチ５０４を再び開くために、アークは回復し、再度、十分な電流を描き始める。

また、およそ他の０．６ｍｓ後、時間１．２ｍｓにおいて、ＨＶＨＳスイッチが開くので、アークは消え始める。そして、負荷の電源電圧が、Ｖａ６２０ｂ、およびスイッチ５０４が再び閉じるときのスイッチ電圧６１０ｄにより示されるようにいくらか回復し始める。しかしながら、６１０ｄにてスイッチが再び閉じる際の時間、Ｖａ６２０は十分に回復する機会を得ず、Ｖａ６２０は約０Ｖまで放電する。アーク消滅回路は、およそ時間１．３ｍｓにて、６１０ｂでＨＶＨＳスイッチ５０４を開くことにより再度応答する。そして、Ｖａ６２０ｄは、ＨＶＨＳスイッチ５０４がスイッチ電圧６１０ａにより示されるように再度閉じ、Ｖａ６２０が６２０ａで約６ＫＶに再充電するときのおよそ時間１．７５ｍｓまで、６２０ｂで約１．６ＫＶを維持する。Ｖａ６２０の速い回復は、ＨＶ電源５０３の高電圧Ｖｂ６３０が、比較的安定を保ち、本発明のアーク消滅回路５００により制御されるＨＶＨＳスイッチ５０４の速い切替動作により分離されたことから可能となる。

同様に、図６Ｂは、例えばイオン注入器の実際の真空環境で試験したときに、イオン源（例えば、図１および図５の１２０）に結合された引き出し電極（例えば、図２の２０８）のアークが生じている間、本発明に係るアーク消滅回路（例えば、図５の５００）によって与えられた信号の相対振幅レベルのプロット６５０を示す。また、図６Ｂは、高負電源電圧により与えられる抑圧電圧Ｖｓｕｐ６９０を有し、高正電源電圧により与えられる引き出し電極電圧Ｖｅｘ６７０で測定され、Ｖｅｘ電源（例えば、ＣＴ５０６から）の電流により送られたＶｅｘトリガ制御信号６８０によってトリガされる、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、図５の５０４）の開閉の間のファラデー電流検出６６０を示す。さらに、図６Ｂは、スイッチが６７０ａで閉じ、スイッチが６７０ｂで開くときにＨＶＨＳスイッチ５０４を横切る電圧６７０と、電源５０３の高電圧電源Ｖｂ６３０と、負荷（例えば１２０）で見られる高電圧Ｖａ６２０とを示す。

時間０．０の前では、アークが発生するとき、検出したファラデー電流Ｉ−ｆａｒａｄａｙ６６０は高レベル６６０ａにあり、電極電圧Ｖｅｘ６７０の高正電源電圧は高正電圧レベル６７０ａにあり、電極電圧Ｖｓｕｐ６９０の高負電源電圧は高正電圧レベル６９０ａにあり、Ｖｅｘトリガ制御信号６８０は高レベル６８０ａにある。時間０．０において、アークは、例えば、Ｖｅｘ電極において高電圧電源（例えばＶａ６２０）に発生する。そして、Ｖｅｘ６７０およびＶｓｕｐ６９０電圧は、６７０ｂおよび６９０ｂに示すように低レベル電圧に速く下降する。応答して、ＣＴ５０６により検出された電流は、例えば、トリガ制御回路５０８により受信され、６７０ｂに示されるようにＨＶＨＳスイッチ５０４を開くように制御するために、Ｖｅｘトリガ制御信号６８０に低レベル６８０ｂを与える。さらに、検出したファラデー電流Ｉ−ｆａｒａｄａｙ６６０は、低電流レベル６６０ｂに下降する。ＨＶＨＳスイッチの開放で、約０．３ｍｓ後、Ｖｅｘトリガ制御信号６８０は、アークが消えたことを示す６８０ａレベルに戻る。そして、Ｖｅｘトリガ制御信号６８０は、ＨＶＨＳスイッチを再び閉めるように制御し、これに応答して、Ｖｅｘ６７０は６７０ａレベルに戻る。

その後、０．６ｍｓ付近において、アークが消えたことにより、負荷での電源電圧が、Ｖｓｅｐ６９０ａレベルに再度回復するために、Ｖｓｕｐ６９０への十分な回復を開始する。つまり、その後、０．６５ｍｓ〜０．７ｍｓにおいて、ビーム電流は、６６０ａレベルに回復するＩ−ｆａｒａｄａｙ６６０によって示されるように回復する。よって、本発明のアーク消滅回路は、イオン注入器の高電圧電極におけるアークを消滅することが可能となり、例えば、イオンビームの突発事故の長さを約０．７ｍｓに縮小化することが可能となることがわかる。

図７は、本発明のいくつかの側面に係るイオン注入器で用いられる、模範的なアーク消滅回路７００の簡単な概略図を示す。アーク消滅回路７００は、図１，４および５の回路といくつかの方法で類似しており、簡略化のために完全に再度説明されない。回路７００は、イオン注入器の３つの分離した高電圧電源（Ｖｅｘｔ７０３、−Ｖｓｕｐ１ ７３１、および−Ｖｓｕｐ２ ７３２）で、ＨＶＨＳスイッチ（Ａ，ＢおよびＣ）７０４（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの直列積み重ね）を実現している。また、アーク消滅回路７００は、電流変圧器（ＣＴ１，２および３）７０６を含む。電流変圧器（ＣＴ１，２および３）７０６は、各イオンビーム電極、例えば、引き出し電極またはアークスリット７２０、抑圧電極７２１および７２２、あるいは、接地電極７２４にて、アーク７２５を暗示する電流サージを検出することで、スイッチＡ，Ｂ，Ｃ７０４を開くように制御するトリガ制御回路７０８により受信された、各高電圧電源での電流サージを検出する。図示のように、本発明の一側面によれば、各独立電極電源（例えば、Ｖｅｘｔ７０３、−Ｖｓｕｐ１ ７３１、および−Ｖｓｕｐ２ ７３２）は、接地または他の電極に独立でアークを生じる。よって、各ＨＶ電源は、他のＨＶＨＳスイッチなどにより保護される。

アーク消滅回路７００は、アーク保護回路７１５をさらに含む。アーク保護回路７１５は、一時的な切替や、各ＨＶ電源に結合された回路のリアクタンス素子により引き起こされる他の過電圧ダメージなどからＨＶＨＳスイッチ７０４を保護する、電流制限抵抗（Ｒ１，２および３）７１２、フィルタコンデンサ（Ｃ１，２および３）７１４、並びにフライバックダイオード（Ｄ１，２および３）を有する。

また、回路７００は、３つの各高電圧電極７２０，７２１および７２２に、電源電圧の回復を連続かつ同時に起こす同期回路７４０を実現している。例えば、同期回路７４０は、スイッチＡが再び閉じる前に、スイッチＢおよびＣ７０４を再び閉じるべきであるとされる。さらに、同期回路７４０は、各個別のＨＶ電源の再アプリケーションに適して遅延する時間を与える。電源間のいくつかの連続またはタイミングの関係は、互いに、または、各ＨＶ電源に、直列または並列に接続されたいくつかのＨＶＨＳスイッチを有する複合スイッチの、再アプリケーションおよび／または再開放を含んで予想される。

本発明の文脈内で、自身に適応可能な切替および同期制御は、同期回路７４０の変形で用いられることが理解されるであろう。同期回路７４０では、変化する電流、電圧、赤外線もしくは他の波長の光エネルギー、または、アーク７２５を示すもしくはアーク７２５に関連された他の変化などが、監視され、電源の変形で起こるアークなどを補償またはさらには緩和するために、同期の連続および／またはタイミングが調整される。

また、ＨＶＨＳスイッチは、いくつかの電極電圧、および／または、アークの検出に反応するビーム電流の動的パルス幅制御を変調または供給するために、一以上の特定の周波数に切り替えられることが理解される。電極アークの検出および消滅に加えて、ＨＶ電源変調は、システム（例えば、特定のビーム電流が予測可能な不均一な結果を生じるシステム）の周知の不均一性に応答して供給される。変調などの使用が、ウエハへの均一な投薬量を達成することである一方、均一性が全体ケースの部分集合である予め定められたドーパントプロファイルが達成されることも理解される。

また、本発明のアーク消滅回路は、注入の間と同様に注入の前に実現されることが理解される。

また、ビーム電流は、アーク消滅回路を制御するために監視されるか、または、電極アークが発生するときにＨＶ電源の変形に応答して相対的に一定のビーム電流を規定するために監視される。

図８は、各ＨＶスイッチ８０４の外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収し、本発明の一以上の側面に係るスイッチを横切る過電圧を制限するために、ＨＶＨＳスイッチ８０４に横切って（across）または直列で用いられるような、模範的な保護回路８１０を示す。また、保護回路８１０は、ＨＶＨＳスイッチ８０４から一時的な切替により引き起こされるリンギングを弱めることによって、スイッチ８０４および他の関連部品を保護する。保護回路８１０は、図１の保護回路１１０、および図５の保護回路５１０と同じである。保護回路８１０は、直列ダイオードＤｓおよび直列抵抗Ｒｓの並列組合せに直列に接続された直列コンデンサＣｓを含む。保護回路８１０は、ＨＶＨＳスイッチ８０４に並列にワイヤされている。ＨＶＨＳスイッチ８０４は、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの直列積み重ね）と、スイッチに並列に接続されたダイオードＤｐとを含む。ＨＶＨＳスイッチ８０４は、例えば、並列ダイオードＤｐを有し、または無しで備えられる。

二以上のＨＶＨＳスイッチなどは、イオン源、イオン注入器、または、高電圧電源を実現するような他の設備などに関連して発生するアークを消滅するために、互いに、または、ＨＶ電源に、直列または並列に接続されることが、本発明の文脈で理解される。

ここで説明された側面は、アーク無し放電源と同様に、「ソフトイオン化」イオン源、ＲＦまたはマイクロ周波数イオン源のＲＦまたはマイクロ周波数電力における、本来の電子ビーム電流に適切に等しいことが理解される。

発明は、ある側面および形態に関して説明され描かれたけれども、当業者は、この説明および添付図面を読み理解することで、同等の変形および補正を行うことは理解される。特に、上述した部品（アセンブリ、装置、回路、システム、など。）によって実行される各種機能を参照すれば、部品を描くために用いられるターム（“手段”の呼び名を含む）は、異なって示されない限り、開示された構成に直接的に同等でなくとも、ここで説明された発明の模範的な形態で機能を実行し、描かれた部品（例えば、つまり機能的に同等）の特別な機能を実行する部品に対応して示される。また、発明の特別な特徴はいくつかの形態の１つだけに関して開示されている一方で、その特徴は、与えられたまたは特別なアプリケーションに有利で所望されるような、他の形態の一以上の特徴を組み合わせられる。さらに、ターム“includes”、“including”、“has”、“having”、“with”、並びにそれらの変形が、詳細な説明またはクレームのいずれかで用いられる範囲まで、これらのタームは、ターム“comprising”と同様の用法に含めて示されている。また、ここに実現されるターム“exemplary”は、素晴らしい形態というよりむしろ、簡単な例を意味する。

イオン注入器のイオン源に関連したアークを消滅する、本発明の一以上の側面に係るイオン注入システムの構成を示す概略ブロック図である。 本発明のアーク消滅回路を実現するような、模範的なイオン注入システムを示す簡略ブロック図である。 図２のイオン注入システムの高電圧電極のアークが生じている間、イオン注入器内の引き出しおよび抑圧電圧、およびビーム電流の変化を示す図である。 イオン注入システムで用いられるような従来のアーク抑圧回路を有する、模範的な抑圧電極高電圧電源回路を示す簡略概略図である。 本発明に係るイオン注入システムで用いられるような、イオン源の高電圧電源に結合されて実現された模範的なアーク消滅回路を示す簡略ブロック図である。 イオン源に結合された引き出し電極のアークが生じている間、空気中で試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉するときのアーク消滅の影響を示すグラフ図である。 イオン源に結合された引き出し電極のアークが生じている間、真空中で試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉するときのアーク消滅の影響を示すグラフ図である。 イオン注入器の３つの高電圧電源においてＨＶＨＳスイッチを実現するとともに、イオン注入システムに示され結合された高電圧電源回路および３つの電極のそれぞれに、電流および電圧の回復を連続かつ同時に起こす同期回路を実現する、イオン注入器で用いられる模範的なアーク消滅回路を示す簡略概略図である。 本発明の一以上の形態に係る、ＨＶスイッチの外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収し、スイッチを横切る過電圧を制限するために、ＨＶＨＳスイッチに横切って、または、ＨＶＨＳスイッチに直列で用いられるような、模範的な保護回路を示す概略図である。

Claims (19)

1. イオン注入システムのイオン源に結合させて用いられるアーク消滅回路であって、
   上記イオン注入システム内に生成されたアークを消滅させるために、上記イオン源の高電圧電源に直列に接続され、上記高電圧電源の電流の遮断および回復を実行可能な一以上の高電圧（high voltage）スイッチと、
   上記イオン源に関連した電流または電圧変化を検出するとともに、当該検出した電流または電圧変化に基づいて、上記一以上のＨＶスイッチの開閉を制御するトリガ制御回路と、
   それぞれが上記高電圧スイッチの１つに結合されており、上記各ＨＶスイッチの外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収するとともに、上記スイッチにおける過電圧をクランプする、一以上の保護回路とを含むアーク消滅回路。
2. イオン注入器用の二以上の各高電圧電源と直列で用いられる、二以上の高電圧スイッチの開閉のための、二以上のアーク消滅回路の上記トリガ制御回路を同期するとともに時間を計測する同期回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
3. 上記イオン源に関連した電流または電圧変化の検出は、上記ＨＶ電源の電流サージ、引き出しまたは抑圧（suppression）電極への電流変化、イオンビーム電流の減少、抑圧電極電圧の下降、および、引き出し電極電圧の下降のうちの１つの検出を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 上記保護回路の１つは、それが保護する上記ＨＶスイッチと直列に接続されている、請求項１に記載のシステム。
5. 上記保護回路の１つは、それが保護する上記ＨＶスイッチと並列に接続されている、請求項１に記載のシステム。
6. 上記イオン源に密接して配置された引き出し抑圧電極をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
7. 上記電流または電圧の検出は、上記イオン源の電流または電圧を調節するフィードバックまたは閉ループを助長する（facilitate）上記イオン注入工程の間に実行される、請求項１に記載のシステム。
8. 上記電流または電圧の検出は、上記イオン源の電流または電圧を調節する開ループを助長する（facilitate）上記イオン注入工程の前に実行される、請求項１に記載のシステム。
9. 上記電流または電圧の検出は、イオンビーム電流を調節するフィードバックまたは閉ループを助長する（facilitate）上記イオン注入工程の間に実行される、請求項１に記載のシステム。
10. イオン注入システムの高電圧電源のためのアーク消滅回路であって、
    上記イオン注入システム内に生成されたアークを消滅させるために、注入器に結合された電極の高電圧電源に直列に接続され、上記電極への電流の遮断および回復を実行可能な高電圧（high voltage）スイッチと、
    上記電極に関連した電流または電圧変化を検出するとともに、当該検出に基づいて、上記一以上のＨＶスイッチの開閉を制御するトリガ制御回路と、
    上記高電圧スイッチに結合されており、上記各ＨＶスイッチの外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収するとともに、上記スイッチにおける過電圧を制限する、一以上の保護回路とを含むアーク消滅回路。
11. 上記イオン注入システムの二以上の高電圧スイッチの開閉のための、二以上のアーク消滅回路の上記トリガ制御回路を同期するとともに時間を計測する同期回路をさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 上記電極に関連した電流または電圧変化の検出は、上記電極の電流サージ、上記ＨＶ電源の電流サージ、引き出しまたは抑圧（suppression）電極への電流変化、イオンビーム電流の減少、抑圧電極電圧の下降、および、引き出し電極電圧の下降のうちの１つの検出を含む、請求項１０に記載のシステム。
13. 上記保護回路の１つは、それが保護する上記ＨＶスイッチと直列に接続されている、請求項１０に記載のシステム。
14. 上記保護回路の１つは、それが保護する上記ＨＶスイッチと並列に接続されている、請求項１０に記載のシステム。
15. 上記電極は、上記イオン注入システムで用いられるイオン源に密接して配置された引き出し抑圧電極をさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
16. 上記イオン源用の高電圧電源をさらに含み、
    上記アーク消滅回路は、上記イオン源に関連したアークを消滅させる、請求項１５に記載のシステム。
17. 上記電流または電圧の検出は、上記電極の電流または電圧を調節するフィードバックまたは閉ループを助長する（facilitate）上記イオン注入工程の間に実行される、請求項１０に記載のシステム。
18. 上記電流または電圧の検出は、上記電極の電流または電圧を調節する開ループを助長する（facilitate）上記イオン注入工程の前に実行される、請求項１０に記載のシステム。
19. ビーム電流を有するイオンビームの形で引き出される大量のイオンを生成するイオン源と、
    上記イオン注入システム内に生成されたアークを消滅させるために、注入器に結合された電極の高電圧電源に直列に接続され、上記電極への電流の遮断および回復を実行可能な高電圧（high voltage）スイッチと、
    上記電極に関連した電流または電圧変化を検出するとともに、当該検出に基づいて、上記一以上のＨＶスイッチの開閉を制御するトリガ制御回路と、
    上記高電圧スイッチに結合されており、上記各ＨＶスイッチの外部のリアクタンス素子からエネルギーを吸収するとともに、上記スイッチにおける過電圧を制限する、一以上の保護回路とを含むイオン注入システム。

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