JP2009530792A - 異常回復のためのイオンビーム制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、例えば、アークの持続時間を短くするために、およびイオン注入の非均一性を軽減するために、イオン注入システムのイオン源に結合されている高電圧引き出しおよび／または抑制電極間で形成されるアークを急速に消滅させる回路および方法を提供する。上記回路および上記方法はまた、アーク放電時における投与損失を回復させるために、アークが検出されたそれらの領域においてイオンビームを再塗布することを促進させる。高電圧（High Voltage）高速スイッチ回路は、ゆっくりと回復するイオンビーム電流遮断、および上記電源のＨＶコンデンサを実質的に放電させるアークを急速に消滅させるために、各高電圧電源とその電極との間に追加されている。上記高電圧スイッチは、各電極への電流変化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。上記ＨＶスイッチの保護回路は、上記ＨＶスイッチを保護するために、過電圧をクランプするとともに、リアクタンス成分からエネルギーを吸収する。

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、概してイオン注入システムに関し、より詳細には、イオン注入システムにおける高電圧電極間で形成されるアークを消滅させるアーク消滅回路、および、より均一なイオン注入を実現するために、アーク放電時における損失を補うためにイオンビームを再塗布する方法に関する。

〔背景技術〕
イオン注入システムは、ドーパント元素などで知られる不純物を半導体基板もしくはウェハ（以下、「加工品」と称する）に添加するために用いられる。このようなシステムにおいては、イオン源が所望のドーパント元素をイオン化し、このイオン化された不純物がイオンのビームとして上記イオン源から引き出される。このイオンビームは、イオン化されたドーパントを加工品に添加するために、各加工品に導かれる（例えば、通過する）。ドーパントイオンは、所望の電気的特性を有するように加工品の組成を変化させ、基板上にトランジスタなどの個々の半導体装置を形成する。

現在のトレンドは、より小さな電子装置に向かっており、この電子装置は、個々のウェハにおける、非常に小さく、より出力が大きく、よりエネルギー効率が高い半導体装置である。これは、半導体製造工程時に細心の制御が必要であるとともに、当該半導体製造工程におけるイオン注入において、特にウェハへの均一なイオン注入が必要となる。さらに、半導体装置は、生産歩留りの上昇のために、大きな加工品上で製造される。例えば、ウェハは、１つのウェハで多数の装置が製造できるように、３００ｍｍあるいはそれ以上の寸法を有している。このようなウェハは高価であり、それゆえに、イオン注入が不均一であることによりウェハ全体を廃棄するなどの無駄を軽減することが強く望まれている。より大きなウェハおよび高密度特性は、均一なイオン注入に関して有利であるが、ウェハ周辺に届くようにイオンビームを大きな角度および距離でスキャンする必要があり、未だ導入されていない。

加えて、このようなイオンビームのためにはイオン源に高電圧を供給する必要があり、それゆえに、時折、様々な引き出し・抑制電極−他の近傍の部品間でアーク放電が生じる。このアーク放電の傾向は、しばしば、アーク放電が過度の低電圧で自然的に自己消滅するまで、１つ以上の影響を受けたＨＶ電源を完全に放電させる。アーク放電時、上記ビーム電流は、非常に不安定となり、もしくは供給電圧が元に戻るまで中断され、イオン注入が断続的なものとなる、もしくは非均一となる。したがって、イオンビームの大きな注入角度および距離で均一なイオン注入を提供するためには、イオン注入装置のイオン源もしくは電極に関連するＨＶアーク放電の影響を軽減する必要がある。

〔発明の概要〕
以下に、本発明の一以上の局面の基本的な理解のための簡単な概要を示す。この概要は、本発明の広い観念ではないとともに、本発明の特徴を理解する（もしくは、重要な構成を理解する）こと、および本発明の範囲を限定することを意図したものではない。むしろ、この概要の主要な目的は、後述するより詳細な説明の導入部として、簡単な形態で、本発明のいくつかの内容を示すことにある。

本発明は、例えば、アークの持続時間を短くするために、イオン注入の非均一性を軽減するために、および一定でないイオンビーム電流を軽減するために、イオン注入システムのイオン源に結合されている高電圧（ＨＶ）電極間で形成されるアークを消滅させる回路に関する。いくつかの高電圧高速（ＨＶＨＳ）スイッチ回路構成は、有害なアークを急速に消滅させるために、各高電圧電源とイオン源に結合されているその各電極との間に直列に追加したＨＶＨＳスイッチを導入することを開示している。これらの領域の異なった形態のアークは、例えば、イオン源、引き出し電極電源電圧（Ｖｅｘｔ）、もしくは抑制電極電源電圧（Ｖｓｕｐ）のために、ＨＶ電源における高電圧キャパシタを実質的に放電させる傾向がある。

したがって、イオンビーム電流（Ibeam）におけるこれらの“異常”によってイオンビーム電流が劇的に影響され、それゆえに、電源電圧とイオンビーム電流Ibeamとが回復するために、かなりの時間を要する。よって、本発明のアーク消滅回路は、イオンビーム遮断およびビーム電流回復スピードを軽減する。

さらに、上記回路および上記方法は、アーク放電時における投与損失を回復させるために、アークが検出されたそれらの領域においてイオンビームを再塗布することを促進させる。上記回路はまた、イオン注入装置によって注入されるウェハの水平および垂直スキャン動作を制御し、アークの検出に関連して水平および垂直スキャン位置を監視し、かつ、当該アークの検出に関連してスキャンを初期位置に戻すことを開始させることが可能である動作制御システムを含む。

本発明の上記トリガ制御回路はまた、上記動作制御システムから再塗布命令を受け取るとともに、上記アークの検出に関連した最初のスキャン位置と最後のスキャン位置との間で上記イオンビームを再塗布するために、上記再塗布命令に応じて上記ＨＶスイッチを強制オンもしくはオフさせて、アーク放電時における投与損失を回復させる。

本発明の一以上の局面によれば、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は、一以上の加工品へのイオン注入に好適に使用できると開示されている。本発明の一つの局面では、アークを消滅させるために、イオン源（もしくは、いくつかのＨＶ引き出しまたは抑制電極）のために高電圧電源（ＨＶＰＳ）に直列に接続され、上記イオン源もしくは上記電極へのＨＶ電源電流の遮断、および回復を実行可能な高電圧高速（ＨＳ）スイッチを含む。イオン源からイオンビームの形で引き出される大量のイオンは、ビーム電流を有する。上記システムはまた、イオン源もしくはＨＶ電極に関連した電流変化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。一以上の保護回路はまた、各ＨＶＨＳスイッチを保護するとともに、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し、かつ上記スイッチにて生じる過電圧をクランプする。

本発明の他の局面によれば、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トリガ制御回路を同期化するとともに時間を計測する同期回路をさらに含む。

本発明のさらに他の局面によれば、上記イオン源に関連して検出された電流変化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、抑制電極電圧の下降、および引き出し電極電圧の下降のうちの１つを含む。

本発明のさらに他の局面によれば、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。

本発明のさらに他の局面によれば、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。

本発明のさらに他の局面によれば、上記システムは、イオン源に密接して配置された引き出し抑制電極をさらに含む。

本発明のさらに他の局面によれば、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。

本発明のさらに他の局面によれば、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。

本発明のさらに他の局面によれば、上記電流または電圧の検出は、上記イオンビーム電流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間に実行される。

本発明の一以上の局面によれば、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、イオン注入装置に結合されている電極のために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）スイッチを含む。上記システムはまた、上記電極に関連した電流変化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、上記高電圧スイッチの一つに結合されており、上記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。

本発明の他の局面によれば、イオン注入システムの電極のために、高電圧電源に結合されているアーク消滅回路を用いて、上記イオン注入システムにおけるアークを消滅させるとともに、アーク放電時の投与損失を回復させるためにイオンビームを再塗布する方法であって、上記イオンビーム前に、ウェハを水平スキャンする工程と、上記イオンビーム前に、ウェハを垂直スキャンする工程と、上記電極において、アークに関連した電流変化もしくは電圧変化を検出する工程と、上記アークの検出に関連した最初の検出位置および最後の検出位置を取得するために、水平および垂直スキャン動作を監視する工程とを有する。上記方法はさらに、上記アークが検出された場合、上記アークを消滅させるとともに、上記電極へのアーク電流を遮断するために、上記電極と上記高電圧電源との間に接続されているＨＶスイッチが開くように制御する工程と、上記アークが検出されない場合、上記イオンビームを回復させるとともに、上記電極と上記高電圧電源との接続を回復させるために、上記ＨＶスイッチが閉じるように制御する工程と、アーク後、上記イオンビームを再塗布する工程とを有する。

本発明のさらに他の局面によれば、上記方法はさらに、上記再塗布する工程は、上記アークの検出に関連した上記最初の検出位置へ上記ウェハを移動させる工程と、上記イオンビームを有効化するために上記ＨＶスイッチを閉じる工程と、上記アークの検出に関連した上記最後の検出位置へ遭遇するまで、上記イオンビーム前に、上記ウェハを水平および垂直スキャンする工程と、上記イオンビームを無効化するために上記ＨＶスイッチを開く工程とを有する。

本発明のさらに他の局面によれば、上記方法はさらに、イオン注入装置のニ以上の各高電圧電源の電極間のアークを消滅させるために用いられている、ニ以上の高電圧スイッチを備えている、ニ以上のアーク消滅回路を同期化する工程と、上記電極からのアーク後、上記イオンビームを再塗布する工程とを有する。

本発明のさらに他の局面によれば、上記再塗布する工程は、上記検出されたアークの持続時間が所定の間隔より長い場合は、唯一行われる。

本発明のさらに他の局面によれば、上記再塗布する工程は、上記ウェハの装填および非装填位置へ上記イオンビームのスキャンが戻るまで、遅延される。

本発明のさらに他の局面によれば、上記再塗布する工程は、上記イオンビームのスキャンが電流水平スキャン動作を完了させるまで、遅延される。

本発明のさらに他の局面によれば、上記水平および垂直スキャンは、上記アークの検出後、続行される。

本発明のさらに他の局面によれば、上記再塗布する工程は、上記イオンビームのスキャンの終点まで遅延され、一以上のアーク検出は、一以上の連続スキャン動作時、共同で再塗布される。

上述の、および関係する目的を達成するために、以下の説明、および本発明の形態および実施を詳細に図示した添付図面を用いる。これらは、利用される本発明の原則をいくつかの様々な方法で示したものである。他の局面、有利な点、および本発明の新規な特徴は、図面を参照して考慮される場合、本発明の以下の詳細は説明から離れて理解されるであろう。

〔図面の簡単な説明〕
図１は、イオン注入装置のイオン源に関連するアークを消滅させる本発明の一以上の局面（aspect）に基づくイオン注入システムの構成を示す概略的なブロック図である。

図２は、本発明のアーク消滅回路を用いた、模範的なイオン注入システムを示す簡略化したブロック図である。

図３は、図２に示すイオン注入システムの高電圧電極のアーク放電時におけるイオン注入装置のビーム電流、および引き出し・抑制電圧の変化をプロットした図である。

図４は、イオン注入システムに用いられる、従来のアーク抑制回路を有する、模範的な抑制電極高電圧供給回路を示す簡略化した概略図である。

図５は、本発明に基づくイオン注入システムに用いられる、イオン源の高電圧供給に結合して用いられる、模範的なアーク消滅回路を示す簡略化したブロック図である。

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放電時に、空気中もしくは真空中でそれぞれ試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉した際のアーク消滅結果を示すグラフである。

図７は、イオン注入装置の３つの高電圧電源におけるＨＶＨＳスイッチを利用した、かつ、３つの電極のそれぞれ、図示した高電圧供給回路、および関連するイオン注入システムへの電流および電圧の回復を順序付けおよび同期化する同期回路を利用した、イオン注入装置に用いた模範的なアーク消滅回路を示す簡略化した概略図である。

図８は、本発明の一以上の局面に基づく、各ＨＶＨＳ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ために、および、当該スイッチの過電流を制御するために、当該スイッチが直列に、もしくは横断して（across）用いられている、模範的な保護回路を示す概略図である。

図９Ａおよび図９Ｂは、模範的なイオンビームおよびウェハの間の相対的なスキャン動作を示す簡略化した図である。ここで、ウェハは、動作制御システムによって水平・垂直方向に自動的に動かされる。アークに遭遇した場合、イオンビームは、一時的に異常穴（glitch hole）を生成する、もしくは長期間投与に対応する損失を有する異常溝（glitch strip）を生成する可能性がある。このような領域は、本発明の一以上の局面に基づいて再塗布される。

図１０Ａは、本発明に基づくイオン注入システムに用いられる、イオン源の高電圧供給に結合して用いられる、他の模範的なアーク消滅回路を示す簡略化したブロック図である。ここで、トリガ制御回路は、例えばファラデーカップ電流入力とともに、ＨＶＨＳスイッチのトリガを外部から制御するための外部トリガ入力を有する。

図１０Ｂは、本発明の一以上の局面に基づいて用いられる、図１０Ａに示した模範的なアーク消滅回路の外部トリガ入力にトリガ電圧を供給するために用いられるファラデーカップ電流の波形を示す図である。

図１１は、高電圧電源−注入装置の電極間のＨＶＨＳスイッチの利用と、順序付け（sequence）、制御、一以上の電極への電流または電圧の回復の同期化、およびアーク損失の持続時間を決定するスイッチ制御回路の利用と、動作制御システムからの再塗布命令、もしくは本発明の一以上の局面に基づくイオン注入システムからの強制スイッチ制御命令の調整とを行う、イオン注入装置に用いられる、模範的なアーク消滅コントローラを示す簡略化した概略的なブロック図である。

図１２は、本発明のいくつかの局面に基づく、本発明のアーク消滅回路を用いたイオン注入システムにおける、模範的なアーク消滅方法を示すフローチャートである。

図１３は、本発明の一以上の局面に基づく、図１１に示したアーク消滅コントローラを用いたイオン注入システムにおける、模範的なアーク消滅方法を示すフローチャートである。

〔発明の詳細な説明〕
本発明について、図面を参照しながら説明する。この図面では、同じ参照番号が最後まで同じ要素に用いられている。図面および以下の説明は、本質的に模範例であり、これに制限されるわけではない。このように、図示されたシステムおよび方法の変形、並びに、ここで示されたものから離れた他の実施などは、本発明および付加された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関連した、高電圧引き出し電極間、もしくは高電圧抑制電極間で形成されるアークの消滅に関する。アーク消滅回路は、アークの持続時間を短くする。それゆえに、例えば、不安定なイオンビームの継続を軽減でき、またイオン注入の非均一を最小化できる。

さらに、上記回路および方法は、イオンビームの再塗布を促進する。アークは、このアーク放電時の損失を補うために検出される。１つの局面では、上記回路は、イオン注入装置によって注入されるウェハの水平・垂直スキャン動作を制御する、アークの検出に関連して水平・垂直スキャン位置を監視する、および、アークの検出に関連してスキャンを初期位置に戻す初期化を行うことが可能である動作制御回路を含んでいる、もしくは当該動作制御回路と通信する。

本発明に基づけば、高電圧高速（high voltage high speed：ＨＶＨＳ）スイッチング回路は、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、２００ＭＨｚのＭＯＳＦＥＴで６５ＫＶ）を備えている。このＨＶＨＳスイッチは、直列に接続され、有害なアークを消滅させるために、例えば、抑制および／または引き出し電極、もしくはＧＮＤ電極に高電圧を供給する。このようなＨＶアークが生じた場合、ＨＶ電源の高電圧コンデンサは、実質的に放電する。この規模の大きい放電は、劇的にイオンビーム電流に影響し、電源電圧およびイオンビーム電流の復旧にかなりの時間を要する。このようなＨＶＨＳスイッチは、近年、製造アイテムとして利用可能となり、それゆえに、このようなアプリケーションにおいて本発明のアーク消滅回路を即座に用いることができる。

これらのＨＶＨＳスイッチはまた、任意に、かつ簡単にイオンビームのＯＮ・ＯＦＦを切り替えることができるイオン注入装置を提供できる点で有利である。この切り替えは、注入装置制御システム、そのコンピュータ、もしくは外部入力のいずれかからの命令、もしくはスイッチを用いて自動的に行われる。イオン注入装置は、起動時、および、注入に用いられるイオンビームのレベルを安定させるための準備時を経て順序付けすることにかなりの時間を要する。これは、上記準備時後、例えば、新しいウェハが用意されている／用意されていない場合、ウェハスキャンの開始時／終了時、および、必要に応じて、ウェハの列スキャンの余分な移動領域部分において、上記ビームのＯＮ・ＯＦＦを切り替えることができるために、非常に有利である。この結果、本発明の上記システムは、“ビームデューティ係数”として知られるこの有利な特徴を助長させる。なお、“ビームデューティ係数”は、イオンビームのＯＮ時間とＯＦＦ時間との比である。このビームデューティ係数を低減するために、本発明者らはまた、ウェハ上の粒子総数を低減することを考えている。なぜなら、ビームは、そのほとんどが、ウェハに隣接する周辺装置表面ではなく、ウェハ上で有効に利用されているであろうということによる。

高電圧スイッチは、ＨＶ電源から電極への電流もしくは電圧変化を検出するトリガ回路によって制御される。この変化は、電極でのアーク形成に関連して生じる。上記アーク消滅回路はまた、ＨＶＨＳスイッチ周囲のリアクタンス成分から過多のエネルギーを吸収するとともに、ＨＶＨＳスイッチからの過電圧をクランプする、１つまたはそれ以上のＨＶスイッチのための保護回路を備えている。この保護回路は、ＨＶＨＳスイッチと並列に、および／または直列に接続される。本発明のアーク消滅回路はさらに、３つの電極のそれぞれ、およびイオン注入システムに関連する高電圧電源回路への電流および電圧の復旧を順序付けおよび同期化する同期回路を備えている。

アークが生じている領域へのイオンビームの再塗布を促進するために、本発明の上記回路はまた、イオン注入装置の動作制御システムと通信する。特に、典型的な注入スキャン時において、イオンビーム前に、ウェハの水平（例えば、列）および垂直動作が、動作制御システムによって典型的に監視される。アークが生じた場合、例えば、アーク検出に関連した初期および最終の水平位置および垂直位置が、次の再塗布工程のために記録される。その後、粒子列スキャンの終わりにおいて、あるいは、ウェハスキャンの終わりにおいて、例えば、ロード／非ロード位置周辺で、動作制御システムは、上記再塗布工程を初期化する。

再塗布工程では、まず、イオンビームがＨＶＨＳスイッチを開くことにより無効にされ、そしてウェハが、アークの初期検出に関連して第１水平・垂直スキャン位置へ移動される。状況に応じては、注入装置がこのタイプのスキャンを容易にするものであれば、上記ビームは上記ウェハをスキャンしてもよい。あるいは、再塗布工程は、ウェハ動作を列（水平）スキャンの初めに戻してもよい。ここで、アークは初期検出されており、スキャン動作は通常、初期アーク検出位置より前の列から始めることができる。この変形例は、アークが初期検出された場合に、スキャン動作が完全に同速度で加速される点で、好ましい。その後、イオンビームが初期アーク検出位置である場合、ウェハがアークの最終検出に関連する第２水平・垂直スキャン位置まで、水平・垂直にスキャンされている間、ビームはＨＶＨＳスイッチを閉じることにより有効にされる。この最終検出点に達した場合、ＨＶＨＳスイッチは、イオンビームを無効にするために開かれる。

本発明によるＨＶＨＳアーク消滅回路について、イオン源およびイオン注入装置に照らして図示および説明を行っているが、当業者であれば、このような高電圧高速アーク消滅回路が、ＨＶ高速アーク消滅回路を必要とする他のアプリケーション（例えば、Ｘ線装置、加速器、他のイオン源アプリケーション）に適用可能であることは十分に理解できるであろう。この場合、望ましくない高電圧電源のアーク短絡回路は、高電圧電源が十分に放電する前に消滅させてしまい、関係するシステム（例えば、イオン注入装置のイオン源）の出力に影響する虞がある。

図１は、本発明の１つもしくはそれ以上の局面として好適な、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を示すブロック図である。アーク消滅回路１００は、高電圧電源１０２と、高電圧高速ＨＶＨＳスイッチ１０４と、イオン源１２０がイオンビーム１３０として引き出される大量のイオンを生成するために、高電圧電源１０２の電流変化を検出するための電流変圧器（ＣＴ）１０６とを備えている。イオン源１２０の供給電流の変化はＣＴ１０６によって検出され、サージ電流が検出された場合にトリガ制御回路１０８がＨＶＨＳスイッチ１０４を開かせる。

ＨＶＨＳスイッチ１０４は、過電圧損傷からスイッチを保護するために、および、スイッチ１０４周囲のリアクタンス成分からエネルギーを吸収するために、並列保護回路１１０および直列保護回路１１５によってそれぞれ保護される。保護回路１１０，１１５はまた、スイッチングトランジスタおよびＨＶＨＳスイッチ１０４に外付けのリアクタンス成分によって誘導される信号を減衰させることにより、スイッチ１０４およびイオン注入装置の他の構成を保護する。

例えば、アーク消滅回路１００は、イオンビーム電流として、イオン源１２０の出力で、もしくは引き出し電極で、イオン源１２０内でアークが生じた場合、ＣＴ１０６におけるサージ電流を検出することにより動作する。トリガ制御回路１０８は、ＣＴ１０６から検出されたサージ電流を受け取り、順にＨＶＨＳスイッチ１０４が開くように制御する。ＨＶＨＳスイッチ１０４が開いた場合、アーク電流がＣＴ１０６を介してゼロ付近となり、アークを消滅させる（extinguish or quench）。

本願発明の発明者らはさらに、ＨＶＨＳスイッチが再び閉じる前の限定された期間にアークが残存すること、あるいはその領域に残存していたアークからの、より導電性のガス状の副産物によって、アークが再発することを発見した。それゆえに、上記トリガ制御回路あるいは上記同期回路（例えば、図７の参照番号７４０）内で遅延時間が、遅延を生じさせる。詳細は後述する。上記スイッチが、アークの再発がなくなるまで、急速に開閉してもよい。

図２は、本発明に係る、図１に示したアーク消滅回路１００と同様なアーク消滅回路に利用できる、模範的なイオン注入システム２００を示す図である。例えば、イオン注入システム２００は、注入システム２００のイオンビーム１３０としてのイオンの源を提供する、複数の引き出し電極２０８を有するイオン源１２０を備えている。イオンビーム１３０におけるイオンは、まず第１領域において、望ましくない質量もしくはエネルギーのイオンをフィルタリングする、磁場検出による質量分析磁石２１２によって分析される。質量分析磁石２１２は、質量に基づく変化軌道（例えば、電荷質量比）において、イオンビーム１３０からイオンを検出できるように、ビーム経路１３０にわたって磁場を提供するように動作する。磁場を経たイオンの移動には、ビーム経路１３０に沿って所望の質量の個々のイオンが導かれる力が作用し、そらされた、非所望の質量のイオンがビーム経路から離れていく。

所望の質量およびエネルギーを有するイオンビーム１３０のイオンは、その後、第２の領域２２０において加速もしくは減速され、決定した開口（resolve aperture）・減速プレート２３２によって焦点合わせがなされ、セットアップファラデーカップ２３４によって測定される。また、領域２３０において、上記ビームは、空間電荷中性化のために設けられているプラズマシャワー２３６によって調整される。最後に、イオンビーム１３０は、ディスクファラデーカップ２４４によって測定されたレベルでウェハ２４２に注入するための端末ステーション２４０に入力される。

イオン注入時、アーク２０５は、イオン源に関連する、例えば、高 電圧引き出し電極、高電圧抑制電極、もしくはＧＮＤ電極間で生じる可能性がある。従来の注入システムにおいて、このアークは、アーク自己消滅前に、高電圧電源を完全に放電する傾向がある。図１に示したアーク消滅回路は、例えば、この問題を回避する。

図３は、図２に示したイオン注入システムと同様なイオン注入装置の高電圧引き出し・抑制電極にアークが生じた場合におけるビーム電流の変化のプロット３００を示す図である。

図３のプロット３００は、例えば、アークが、時間３１５において約０ｍｓで、約２．２ＫＶから０Ｖ付近へ引き出し電圧３１０を放電する。ほぼ同時刻において、ビーム電流Ibeam３３０が０ｍＡ付近へ降下している間、抑制電圧３２０が約−９．３ＫＶから０Ｖ付近へ降下する。引き出し電圧３１０および抑制電圧３２０は、それぞれ０Ｖ付近となり、アークが自己消滅し、それゆえに、これらの電圧がそれらの元の電圧レベルに再充電されることが可能となる。参照番号３４０にて示すように、引き出し電圧３１０はこの元の電圧をオーバーシュートし、時間３４５まで約６７ｍｓで、ビーム電流Ibeam３３０の回復が不利に遅れる。ここで、引き出し電圧３１０は一般的には回復する。プロット３００から、電極電圧変化が、比較的大きく、そしてビーム電流に長く影響することが読み取れる。この結果、図３は、イオンビームのための電極間での高電圧経路を急速に開くことが有効であること、また、ＨＶ電源前の高電圧電源が大きな放電を生じることを証明した。本発明のＨＶＨＳスイッチは、この目的を達成する。

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、ＧＮＤ電極４０９に隣接する抑制電極４０８を供給する高負電圧抑制電源４０６とを有する、典型的なイオン注入システム４００の一部を示す図である。ＨＶ抑制電源４０６は、従来のアーク抑制または保護回路４１０を有している。このアーク抑制または保護回路４１０は、抑制電極４０８へのアーク電流を制限するための電流制限抵抗４１２と、電源の電圧をフィルタリングするとともに安定化するためのコンデンサ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ためのフライバックダイオード４１６とを用いている。本発明では、アーク保護基板４１０もまた、損傷からＨＶＨＳスイッチを保護するために、本発明のＨＶＨＳスイッチ（例えば、図１の参照番号１０４）に関連して用いられる。

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用いられる、模範的なアーク消滅回路５００を示す図である。例えば、アーク消滅回路５００は、ＨＶＨＳスイッチ５０４（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの直列積み重ね）、および負荷（例えばイオン源１２０）を駆動する直列スイッチ保護回路５１０が直列に接続された、高電圧負電源（Ｖｂ）５０３を含む。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多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をさらに含む。

また、回路５００は、イオン源１２０への供給電流（Iext）５０９の電流変化を検出するトリガ制御ユニット５０８を含む。電流サージがアークを示す場合、ＣＴ５０６により供給電流（Iext）５０９が検出され、次いでトリガ制御回路５０８がＨＶＨＳスイッチ５０４を開くように、およびアークが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）での電圧が、高電圧電源５０３の電圧ＶｂからＨＶＨＳスイッチ５０４により絶縁される。よって、負荷のＣ１ ５１４でのＶａがアークの発生のために放電するが、一般に負電源電圧ＶｂはＨＶＨＳスイッチ５０４による絶縁のために電圧で充電された状態となる。

再度、ＨＶＨＳスイッチ５０４が、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、任意のイオン注入装置、または、電源の出力においてアーク放電の対象となる高電圧電源を使用するような、他のアプリケーションなどで用いられるであろう。

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放電時に、空気中（例えば、図６Ａの６００）もしくは真空中（例えば、図６Ｂの６５０）でそれぞれ試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉した際のアーク消滅効果を示すグラフである。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、より簡単に消滅されている。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スイッチ回路が、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、空気中での試験時において、イオン源（例えば、図１および図５の参照番号１２０）に結合された引き出し電極（例えば、図２の参照番号２０８）のアーク放電時、本発明のアーク消滅回路（例えば、図５の参照番号５００）のＨＶＨＳスイッチ６１０（例えば、図５の参照番号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を示す図である。図６Ａは、例えば、閉鎖６１０ａおよび開放６１０ｂのときのＨＶＨＳスイッチ５０４における電圧６１０と、電源５０３の高電圧電源Ｖｂ６３０と、負荷（例えば参照番号１２０）で確認できる高電圧Ｖａ６２０とを示す。

時間０．０以前では、高電圧電源Ｖｂ６３０は約−６ＫＶであり、負荷での高電圧源Ｖａ６２０もまた約−６ＫＶである。時間０．０において、アークは、負荷での高電圧源Ｖａ６２０で発生する。そして、電圧は、参照番号６２０ａの約６ＫＶから参照番号６２０ｂの約１．６ＫＶまで急速に下降する。これを受けて、ＣＴ５０６により検出された電流をトリガ制御回路５０８が受けとり、参照番号６１０ｂに示すようにＨＶＨＳスイッチ５０４が開くように制御する。約０．６ｍｓ後、アークは、ＨＶＨＳスイッチが開くので消滅し始める。そして、負荷での電源電圧が、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。アークは完全に消えず、ＨＶＨＳスイッチは今閉められているので、アークが回復し、約０．７〜１．２ｍｓの間で、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、再度十分な電流が取り出され始める。

再度、およそ０．６ｍｓ後、時間１．２ｍｓにおいて、ＨＶＨＳスイッチが開くので、アークは消滅し始める。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。しかしながらこのとき、Ｖａ６２０は十分に回復する機会を得ず、参照番号６１０ｄにてスイッチが再び閉じる際、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、参照番号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の急速な回復は、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の素早いスイッチ動作により絶縁されるので、可能である。

同様に、図６Ｂは、例えばイオン注入装置の実際の真空環境での試験時において、イオン源（例えば、図１および図５の参照番号１２０）に結合された引き出し電極（例えば、図２の参照番号２０８）のアーク放電時、本発明に係るアーク消滅回路（例えば、図５の参照番号５００）によって提供さ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供給される抑制電圧Ｖｓｕｐ６９０を有し、Ｖｅｘ電源（例えば、ＣＴ５０６から）の電流により導き出されたＶｅｘトリガ制御信号６８０によってトリガされ、高正電源電圧により供給される引き出し電極電圧Ｖｅｘ６７０で測定された、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、図５の参照番号５０４）の開閉の間で検出されたファラデー電流６６０を示す。さらに、図６Ｂは、スイッチが６７０ａで閉鎖し、スイッチが６７０ｂで開放するときにＨＶＨＳスイッチ５０４における電圧６７０と、電源５０３の高電圧源Ｖｂ６３０と、負荷（例えば、参照番号１２０）で確認できる高電圧Ｖａ６２０とを示す。

時間０．０以前においてアークが発生した場合、検出したファラデー電流I-faraday６６０は、高レベル６６０ａであり、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であり、Ｖｅｘトリガ制御信号６８０は、高レベル６８０ａである。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源（例えばＶａ６２０）に発生する。そして、Ｖｅｘ６７０およびＶｓｕｐ６９０電圧は、参照番号６７０ｂおよび参照番号６９０ｂに示すように低レベル電圧に急速に下降する。これを受けて、ＣＴ５０６により検出された電流を、例えばトリガ制御回路５０８が受けとり、参照番号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が低レベル６８０ｂとなる。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、これに応じて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により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、イオン注入装置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、イオンビームの異常期間を約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局面に係るイオン注入装置において用いられる、模範的なアーク消滅回路７００の簡略化した概略図を示す。アーク消滅回路７００は、図１、図４、および図５の回路と類似しており、簡略化のために完全には再度説明しない。回路７００は、イオン注入装置の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）を利用している。また、アーク消滅回路７００は、電流変圧器（ＣＴ１、ＣＴ２、およびＣＴ３）７０６を含む。電流変圧器（ＣＴ１、ＣＴ２、およびＣＴ３）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、抑制電極７２１，７２２、あるいは、ＧＮＤ電極７２４において、アーク７２５を示す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により受け取られ、各高電圧源での電流サージを検出する。図示のように、本発明の一形態によれば、各独立電極電源（例えば、Ｖｅｘｔ７０３、−Ｖｓｕｐ１ ７３１、および−Ｖｓｕｐ２ ７３２）は、ＧＮＤ電極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スイッチにより保護されるであろう。

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、一時的なスイッチングや各ＨＶ電源に結合された回路のリアクタンス素子により生じる過電圧ダメージなどからＨＶＨＳスイッチ７０４を保護するために、電流制限抵抗（Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３）７１２、フィルタコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３）７１４、並びにフライバックダイオード（Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３）７１６を有する。

また、回路７００は、３つの各高電圧電極７２０，７２１，７２２への電源電圧の再適用（reapplication）を同期化および順序付けする同期回路７４０を用いている。例えば、同期回路７４０は、スイッチＡを再び閉じる前に、スイッチＢおよびＣ７０４を再び閉じるべきであると論議される。さらに、同期回路７４０は、各個別のＨＶ電源の再適用に適した遅延時間を与える。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、複合スイッチの再適用および／または再開放を含みつつ、予想される。

本発明では同期回路７４０の変形として用いられる（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に関連した他の変化など）、自身で適応可能なスイッチングおよび同期制御は、監視され、アークが生じた電源の変化をさらに軽減する、もしくは補償するための同期化の順序および／またはタイミングを調整するために用いられることが理解されるであろう。

また、ＨＶＨＳスイッチは、いくつかの電極電圧、および／または、アークの検出に応じたビーム電流のダイナミックパルス幅制御を供給するまたは変調するために、一以上の特定の周波数でスイッチングでき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電源変調はまた、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）の周知の不均一性に応じて供給される。変調などの使用が、ウェハへ均一な投与の達成であり、均一性は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を達成させられる。

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用いられることが理解されるであろう。

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電源の変形に応じ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するために、また、本発明の一以上の局面に係るスイッチにおける過電圧を制限するために、ＨＶＨＳスイッチ８０４を横切ってまたは直列に用いられるような、模範的な保護回路８１０を示す。保護回路８１０は、ＨＶＨＳスイッチ８０４から一時的なスイッチング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と同様である。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に並列に配線されている。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、設けられる。

二以上のＨＶＨＳスイッチなどは、例えば、イオン源、イオン注入装置、または、高電圧電源を用いる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、本発明では理解されるであろう。

図９Ａは、模範的なイオンビーム１３０とウェハ９１０との間の相対的なスキャン動作のウェハスキャンを示す簡略図９００を示している。図９Ｂは、模範的なイオンビーム１３０とウェハ９１０との間の相対的なスキャン動作のウェハスキャンを示す簡略図９５０を示している。ウェハは、動作制御システムによって垂直方向９２０および水平方向９３０に同時に動かされる。図示の垂直スキャン動作９２０は、水平スキャン動作９３０より遅い。この模範的な動作制御システムによって提供されるスキャン動作は、ウェハ９１０にわたって、いくらか斜めのスキャンベクトル９３６を含む動作となる。各水平スキャンの水平の列およびウェハ９１０の端部を越えたオーバースキャンをロード（load）／非ロード位置９３５まで繰り返すこれらのスキャンは、垂直スキャン９２０の１つの終点であるウェハ９１０の端部を過ぎて達成される。点線９３７は、イオンビーム１３０が垂直スキャン９２０の下側の終点であるロード（load）／非ロード位置９３５に達した後の次のスキャン９３７の模範的な経路を示している。スキャンに沿ってアークに遭遇した場合、イオンビーム１３０は、一時的に異常穴９４０（短期の中断）を生成する、もしくは長期間投与に対応する損失を有する異常溝９６０を生成する可能性がある。このような投与損失の領域は、本発明の一以上の局面に基づいて再塗布される。

例えば、注入時にアークが生じた場合、動作制御システムによる水平・垂直モータ駆動のエンコーダ位置が監視され、それゆえに、アークに関連した最初の検出位置９４０ａおよび最後の検出位置９４０ｂが記録される。アーク消滅回路は、最初の検出位置９４０ａと最後の検出位置９４０ｂとの間のアークを消滅させるために、上述のように機能する。アークの検出および消滅後、ウェハスキャンおよびイオン注入が通常とおり続けられる。その後、例えばロード（load）／非ロード位置９３５などの垂直スキャン９２０の終点において、もしくは個々の列スキャン９３６の終点において、上述のように、トリガ制御回路（例えば、図５の参照番号５０８、もしくは図７の参照番号７０８）もしくは同期回路（例えば、図７の参照番号７４０）を変調することにより、再塗布工程が開始される。このような変調は、再塗布工程を開始するために、注入装置のコンピュータもしくは動作制御回路からの命令（図１０Ａの参照番号５０６、および図１１の参照番号１１０８参照）をトリガ制御回路が受け取ることにより行われる。

再塗布工程は、まず、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、参照番号５０４，７０４）を介して、例えばイオン源（例えば、図５の参照番号１２０）および引き出し／抑制電極７２０，７２２からのイオンビーム１３０をＯＦＦする工程を含む。その後、イオンビーム１３０もしくはウェハ９１０が、例えばアークがまず検出された列（水平）スキャン９３６の始めにビームを第１リターンニングすることにより、アークがまず検出された第１水平・垂直スキャン位置（例えば、参照番号９４０ａもしくは参照番号９４０ｂ）へ動かされ、もしくは再スキャン９４５される。このようにして、スキャン動作は、最初のアーク検出位置に遭遇する以前の、通常通りに列から始めることができる。この結果、その後ウェハは、アークが最初に検出された場合と同速度に完全に加速されるであろう。かつての最初のアーク検出９４０ａ，９６０ａの位置において、イオンビーム１３０の前に、ウェハ９１０が垂直スキャン９２０および水平スキャン９３０をそれぞれ行われている間、イオンビーム１３０がＨＶＨＳスイッチ（例えば、参照番号５０４，７０４）を閉じることにより有効にされる。アークの最後の検出に関連した第２水平・垂直スキャン位置（例えば、参照番号９４０ｂもしくは９６０ｂ）に遭遇した場合、ＨＶＨＳスイッチ５０４，７０４はイオンビーム１３０を再び無効にするために開かれる。

イオンビームは、最初のスキャン方向とは反対方向へ再スキャン９４５してもよく、例えば、最終の検出位置９４０ｂもしくは９６０ｂからのスタート、最初の検出位置９４０ａもしくは９６０ａの方向へのスキャンの続行でもよい。しかしながら、この方向は、元のスキャン方向（短い異常穴９４０および長い異常溝９６０の矢印によって示される元の方向参照）と同方向へイオンビーム１３０を再塗布することによって達成されるほど正確な投与の損失を再生できない可能性がある。

図１０Ａは、本発明に基づくイオン注入システム（例えば、図２の参照番号２００）に用いられるイオン源１２０の高電圧電源５０３に結合されて用いられる、模範的なアーク消滅回路を示す図である。トリガ制御回路５０８は、例えばイオンビーム電流（Ibeam）のサンプルとして用いられるファラデーカップ電流（Ifaraday）入力とともに、ＨＶＨＳスイッチ回路５０４のトリガを外部から制御する外部トリガ入力１０１０を有している。

図１０Ｂは、本発明の一以上の局面に基づく、図１０Ａの模範的なアーク消滅回路１０００の外部トリガ入力１０１０のためにトリガ電圧１０７０を供給するために用いられるなどのファラデーカップ電流（Ifaraday）波形１０６０を示す図である。例えば、ある瞬間、イオンビーム１３０が、高レベルのファラデー電流１０６０ａを生成すること、および低レベルのトリガ電圧１０７０ａを生成することが望まれる。しかしながら、アークの発達に代えて、ファラデー電流１０７０が低レベルのファラデー電流１０６０ａのみを生成し、この結果、外部トリガ入力１０１０に供給された場合、アークを消滅させるためにＨＶＨＳスイッチ５０４をＯＦＦに切り替える、高レベルのトリガ電圧１０７０ｂを生成する。

図１１は、イオン注入装置（例えば、図２の参照番号２００）に用いられ、当該装置２００の高電圧電源５０３と電極（不図示）との間のＨＶＨＳスイッチ５０４を用いるアーク消滅回路１１０２（例えば、図２の参照番号２００）を有する、模範的なアーク消滅コントローラ１１００を示す図である。アーク消滅コントローラ１１００は、図５、図７、および図１０Ａに示したアーク消滅回路と同様であるので、便宜上、再び完全には説明しない。アーク消滅コントローラ１１００は、他のスイッチ１１１０から一以上の電極への電流および電圧の回復を順序付け、制御、および同期化する、また、長期異常検出装置１１２０によるアーク損失の持続時間を判定する、また、本発明の一以上の局面に基づくイオン注入システムからの強制スイッチ制御命令１１４０、もしくは動作制御システム１１５０からの再塗布命令１１３０を調整するためのスイッチ制御回路１１０８を用いている。

任意で、他のＨＶＨＳスイッチ１１１０は、同じイオン注入装置の他の電極電源からでもよいし、もしくは他の同様なアーク消滅回路（ＡＱＣｓ）の他のＨＶＨＳスイッチ（不図示）からでもよい。これらのスイッチは、スイッチ１１１０を開閉するための所望の順番およびタイミングを確定するための同期化が必要となる。上述のように、異常の持続時間、もしくはイオンビームの損失は、上述した再塗布処理を必要とする十分に長い異常であるかを判定するために、長期異常検出装置１１２０によって検出される。逆に言えば、異常が十分に短ければ、損失は無視すると判定される。このような判定のレベルが、例えばイオン注入装置のユーザ側で設定される。長い異常（図９Ｂの参照番号９６０）が検出された場合、イオンビーム１３０の再塗布が必要であり、ＨＶＨＳスイッチ５０４は、アークを消滅させるために、異常時、強制ＯＦＦとなる。

さらに、長い異常９６０が、長期異常検出装置１１２０によって検出された場合、再塗布工程が、スキャン動作制御システム１１５０からの再塗布命令１１３０により、最初に行われる。この再塗布工程時、ＨＶＨＳスイッチ制御は、上述のとおり、動作制御システム１１５０によって達成される位置に応じて、再塗布命令１１３０に応じて強制ＯＮ／ＯＦＦされる。

加えて、ＨＶＨＳスイッチ５０４がアークを消滅させるための本発明の回路に存在しているので、注入システムはまた、手動で切り替えるか、もしくは、そのコンピュータまたは外部入力による注入装置制御システムの１つからの命令１１４０により、任意でイオンビーム１３０のＯＮ／ＯＦＦを簡単に切り替えることを提供する。これは、実質的なウォームアップ時間後、新しいウェハ９１０の装填もしくは非装填時、様々な種類のウェハ交換時、各ウェハスキャン９３６の開始時／終了時、もしくはウェハ９１０の各列スキャン９３６の余分な移動領域９６５において、ビーム１３０をＯＮ／ＯＦＦすることができるために、特に有益である。したがって、本発明のアーク消滅コントローラ１１００は、注入装置の他の表面ウェハの粒子カウントを減少するはずの「ビームデューティファクタ」の減少を促進する。これは、ビームが、ウェハ９１０に隣接する注入装置の他の表面（例えば、余分な移動領域９６５）では少なく、ウェハ上で大きなパーセンテージで有効に用いられているからである。

本発明のアーク消滅回路およびアーク消滅コントローラは、イオン源および引き出し電極のＨＶ電源電圧に関連して図示している。このような回路は、本発明を鑑みれば、イオン注入装置の電極および他のＨＶ電源電圧、もしくは、ＨＶアーク放電の対象となる他のＨＶアプリケーションを含む他のイオン源および加速器に関連して（結合されて）用いられてもよいことが理解・予想できるであろう。

本発明の一つの局面では、アーク消滅およびイオンビーム再塗布方法を開示している。本発明の一つの実施では、イオンビームを制御するための電位を供給する高電圧電源と電極との間に直列に配線した高電圧高速スイッチを開くことにより、イオン注入装置の電極で生じる高電圧アークを効率的に消滅させる。その後アークが消滅した場合、ＨＶ電源が完全に放電する前に、上記電位は回復する。

その後、アークが生じている位置へイオンビーム／ウェハを戻し、このような領域にイオンビームを再塗布し、かつ、同じＨＶＨＳスイッチを用いた再塗布動作時にイオンビームをＯＮ／ＯＦＦすることにより、アーク放電時に被った投与損失が回復する。

図１２は、本発明のいくつかの局面に基づく、本発明のアーク消滅コントローラ(例えば、図１１の参照番号１１００)、もしくは本発明のアーク消滅回路(例えば、図５の参照番号５００、図７の参照番号７００、図１０Ａの参照番号１０００)を用いたイオン注入装置における、模範的なアーク消滅方法を示している。模範的な方法１２００は、一連の行為もしくは事象として図示、および以下に開示するが、本発明は、図示されたこのような行為もしくは事象の順序に限定されるわけではない。これに関して、いくつかの行為は、本発明に基づけば、図示されたおよび／またはここに開示されたものとは別の他の行為もしくは事象と共におよび／または異なる順番で生じてもよい。加えて、全ての図示された工程が、本発明に基づく方法を用いる必要があるわけではない。さらに、本発明に基づく方法は、図示されてない他の装置および構造のみならず、図示された、ウェハ、ウェハカセット、ウェハセンサ、ウェハ手動システム、およびモデリングシステムに関連して用いられてもよい。

方法１２００は、図１０Ａの回路１０００と同様なアーク消滅回路を用いて、イオン注入装置（例えば、図２の参照番号２００）のイオンビーム制御電極に生じるアークを消滅させるための、模範例のアーク消滅方法を示している。例えば、任意で、参照番号１２１０において、ウェハ９１０がイオンビーム１３０（ウェハもしくはイオンビーム移動のいずれか）による垂直９２０・水平９３０スキャンされる。参照番号１２２０において、アークに関連した電流変化もしくは電圧変化（例えば、図６ＡのＶａ６２０）が、注入装置２００の電極（例えば、図２の引き出し電極２０８）において検出される（図５、図１０Ａ、および図１１のＣＴ５０６によって、もしくはイオンビーム電流Ibeamに関連した図１０ＢのI-faraday１０６０を供給するためのファラデーカップ２４４によって）。

その後、注入時にアークが生じた場合、注入装置２００の動作制御システム（例えば、図１１の参照番号１１５０）による水平・垂直動作駆動のエンコーダ位置が、参照番号１２３０において監視され、それゆえ、アークに関連した最初の検出位置９４０ａおよび最後の検出位置９４０ｂが任意の再塗布工程のために記録される。参照番号１２４０において、このようなアークの持続時間が任意で検出され（例えば、図１１の検出装置１１２０によって）、次の再塗布が望まれるのであれば、判定のために用いられる。アークの検出後、参照番号１２５０において、注入装置２００の高電圧電源５０３と電極２０８との間に接続されたＨＶＨＳスイッチ５０４を開くことにより、電極２０８へのアーク電流を遮断してアークを消滅させる。アークが検出されなくなった場合、参照番号１２６０において、ＨＶＨＳスイッチ５０４が再び閉じられて高電圧電源と電極とが再接続されて、イオンビームを回復させる。

任意で、ウェハスキャンおよびイオン注入が通常通りに、例えば、列スキャン９３６の終点まで、垂直スキャン９２０の終点まで、ロード／非ロード位置９３５まで、もしくはウェハ９１０の予想される全てのスキャンの終点まで続けられる。その後、再塗布工程が、例えば、上述したように、変調された同期回路（例えば、図７の参照番号７４０）もしくはスイッチ制御ユニット１１０８によって、開始される。スイッチ制御回路１１０８は、再塗布工程を開始するために、動作制御システム１１５０、もしくは注入装置のコンピュータから命令（図１０Ａの参照番号５０８および図１１の参照番号１１０８参照）を受信する。

図１３は、本発明の一以上の局面に基づく、例えば図１１のアーク消滅コントローラ１１００を用いた、イオン注入装置２００におけるアーク放電に起因した投与損失を回復させるためにイオンビーム１３０を再塗布する、模範的な方法１３００を示している。

方法１３００は、図１１の模範的なアーク消滅コントローラ１１００を用いた、イオン注入装置（例えば、図２の参照番号２００）における放電時のイオン投与損失を回復させるために用いられる、模範例の再塗布方法を含む。アークが消滅した後、再塗布工程は、例えば、水平スキャン９３０の終点において、もしくは垂直スキャン９２０の終点において、開始される。まず、参照番号１３１０において、例えばＨＶＨＳスイッチ（例えば、参照番号５０４，７０４）を用いて、例えばイオン源（例えば、図５の参照番号１２０）および引き出し／抑制電極７２０，７２２へのイオンビーム１３０が再びＯＦＦにされる。

その後、イオンビーム１３０もしくはウェハ９１０が、参照番号１３２０において、例えばアークがまず検出された第１水平・垂直スキャン位置（例えば、参照番号９４０ａもしくは参照番号９６０ａ）へ動かされ、もしくは再スキャン９４５される。最初のスキャン位置９４０ａ／９６０ａへのこの動作は、アークがまず検出された列（水平）スキャン９３６の始めにビームを第１リターンニングすることにより行われる。このようにして、スキャン動作は、最初のアーク検出位置（例えば、参照番号９４０ａ，９６０ａ）に遭遇する以前の、通常通りに列から始めることができる。この結果、その後ウェハは、アークが最初に検出された場合と同速度に完全に加速されるであろう。かつての最初のアーク検出９４０ａ，９６０ａの位置において、イオンビーム１３０はまた、参照番号１３２０において、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、参照番号５０４，７０４）を閉じることにより有効にされる。参照番号１３３０において、イオンビーム１３０の前に、ウェハ９１０が垂直スキャン９２０および水平スキャン９３０をそれぞれ行われている間、アークの最後の検出に関連した第２水平・垂直スキャン位置（例えば、参照番号９４０ｂもしくは９６０ｂ）に遭遇した場合、ＨＶＨＳスイッチ５０４，７０４はイオンビーム１３０を再び無効にするために開かれる。

その後、イオン注入時に生じる、他のアーク検出穴９４０もしくは溝９６０が、同様な方法により再塗布され、必要に応じて、単一のスキャンが共同で、もしくは複数のスキャンが個々で行われる。

ここで説明された形態は、非アーク放電源と同様に、「ソフトイオン化」イオン源、ＲＦ、ＲＦのマイクロ波電源、またはマイクロ波イオン源における主な電子ビーム電流に等しく適用できることが理解される。

本発明について、特定の形態および実施に関して図示および説明を行ったが、当業者が、本明細書および添付図面を理解することで、同等の変更および改良を行うであろうことが理解される。特に、上述した構成（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考慮すれば、このような構成を説明するために用いられたターム（「手段」を含む）は、示さない限り、図示された本発明の模範的な実施における機能を実行する、開示された構造と構造的に同等でなかったとしても、開示された構成（すなわち、機能的に同等）の特定の機能を行う任意の構成と対応していることを意図している。加えて、発明の特定の特徴は、いくつかの実施の１つのみに対して開示されており、このような特徴は、他の実施の一以上の特徴と結合され、規定もしくは特定のアプリケーションに有利である。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において、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、本明細書で用いられているターム“exemplary”は、最適な実施というよりむしろ、簡単な例を意味する。

イオン注入装置のイオン源に関連するアークを消滅させる本発明の一以上の局面（aspect）に基づくイオン注入システムの構成を示す概略的なブロック図である。 本発明のアーク消滅回路を用いた、模範的なイオン注入システムを示す簡略化したブロック図である。 図２に示すイオン注入システムの高電圧電極のアーク放電時におけるイオン注入装置のビーム電流、および引き出し・抑制電圧の変化をプロットした図である。 イオン注入システムに用いられる、従来のアーク抑制回路を有する、模範的な抑制電極高電圧供給回路を示す簡略化した概略図である。 本発明に基づくイオン注入システムに用いられる、イオン源の高電圧供給に結合して用いられる、模範的なアーク消滅回路を示す簡略化したブロック図である。 イオン源に結合された引き出し電極のアーク放電時に、空気中で試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉した際のアーク消滅結果を示すグラフである。 イオン源に結合された引き出し電極のアーク放電時に、真空中で試験された、本発明のアーク消滅回路のＨＶＨＳスイッチを開閉した際のアーク消滅結果を示すグラフである。 イオン注入装置の３つの高電圧電源におけるＨＶＨＳスイッチを利用した、かつ、３つの電極のそれぞれ、図示した高電圧供給回路、および関連するイオン注入システムへの電流および電圧の回復を順序付けおよび同期化する同期回路を利用した、イオン注入装置に用いた模範的なアーク消滅回路を示す簡略化した概略図である。 本発明の一以上の局面に基づく、各ＨＶＨＳ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ために、および、当該スイッチの過電流を制御するために、当該スイッチが直列に、もしくは横断して（across）用いられている、模範的な保護回路を示す概略図である。 模範的なイオンビームおよびウェハの間の相対的なスキャン動作を示す簡略化した図である。ここで、ウェハは、動作制御システムによって水平・垂直方向に自動的に動かされる。アークに遭遇した場合、イオンビームは、一時的に異常穴（glitch hole）を生成する、もしくは長期間投与に対応する損失を有する異常溝（glitch strip）を生成する可能性がある。このような領域は、本発明の一以上の局面に基づいて再塗布される。 模範的なイオンビームおよびウェハの間の相対的なスキャン動作を示す簡略化した図である。ここで、ウェハは、動作制御システムによって水平・垂直方向に自動的に動かされる。アークに遭遇した場合、イオンビームは、一時的に異常穴（glitch hole）を生成する、もしくは長期間投与に対応する損失を有する異常溝（glitch strip）を生成する可能性がある。このような領域は、本発明の一以上の局面に基づいて再塗布される。 本発明に基づくイオン注入システムに用いられる、イオン源の高電圧供給に結合して用いられる、他の模範的なアーク消滅回路を示す簡略化したブロック図である。ここで、トリガ制御回路は、例えばファラデーカップ電流入力とともに、ＨＶＨＳスイッチのトリガを外部から制御するための外部トリガ入力を有する。 本発明の一以上の局面に基づいて用いられる、図１０Ａに示した模範的なアーク消滅回路の外部トリガ入力にトリガ電圧を供給するために用いられるファラデーカップ電流の波形を示す図である。 高電圧電源−注入装置の電極間のＨＶＨＳスイッチの利用と、順序付け（sequence）、制御、一以上の電極への電流または電圧の回復の同期化、およびアーク損失の持続時間を決定するスイッチ制御回路の利用と、動作制御システムからの再塗布命令、もしくは本発明の一以上の局面に基づくイオン注入システムからの強制スイッチ制御命令の調整とを行う、イオン注入装置に用いられる、模範的なアーク消滅コントローラを示す簡略化した概略的なブロック図である。 本発明のいくつかの局面に基づく、本発明のアーク消滅回路を用いたイオン注入システムにおける、模範的なアーク消滅方法を示すフローチャートである。 本発明の一以上の局面に基づく、図１１に示したアーク消滅コントローラを用いたイオン注入システムにおける、模範的なアーク消滅方法を示すフローチャートである。

Claims (28)

1. イオン注入システムの電極のために、高電圧電源に結合されているアーク消滅回路を用いて、上記イオン注入システムにおけるアークを消滅させるとともに、アーク放電時の投与損失を回復させるためにイオンビームを再塗布する方法であって、
   上記イオンビーム前に、ウェハを水平スキャンする工程と、
   上記イオンビーム前に、ウェハを垂直スキャンする工程と、
   上記電極において、アークに関連した電流変化もしくは電圧変化を検出する工程と、
   上記アークの検出に関連した最初の検出位置および最後の検出位置を取得するために、水平および垂直スキャン動作を監視する工程と、
   上記アークが検出された場合、上記アークを消滅させるとともに、上記電極へのアーク電流を遮断するために、上記電極と上記高電圧電源との間に接続されているＨＶスイッチが開くように制御する工程と、
   上記アークが検出されない場合、上記イオンビームを回復させるとともに、上記電極と上記高電圧電源との接続を回復させるために、上記ＨＶスイッチが閉じるように制御する工程と、
   アーク後、上記イオンビームを再塗布する工程とを有し、
   上記再塗布する工程は、
   上記ＨＶスイッチを開くことにより上記イオンビームを無効化する工程と、
   上記アークの検出に関連した上記最初の検出位置へ上記ウェハを移動させる工程と、
   上記イオンビームを有効化するために上記ＨＶスイッチを閉じる工程と、
   上記アークの検出に関連した上記最後の検出位置へ遭遇するまで、上記イオンビーム前に、上記ウェハを水平および垂直スキャンする工程と、
   上記イオンビームを無効化するために上記ＨＶスイッチを開く工程とを有する方法。
2. イオン注入装置のニ以上の各高電圧電源の電極間のアークを消滅させるために用いられている、ニ以上の高電圧スイッチを備えている、ニ以上のアーク消滅回路を同期化する工程と、
   上記電極からのアーク後、上記イオンビームを再塗布する工程とをさらに有する請求項１に記載の方法。
3. 上記検出されたアークの持続時間を監視する工程をさらに有し、
   上記再塗布する工程は、上記検出されたアークの持続時間が所定の間隔より長い場合は、唯一行われる請求項１に記載の方法。
4. 上記再塗布する工程は、上記ウェハの装填および非装填位置へ上記イオンビームのスキャンが戻るまで、遅延される請求項１に記載の方法。
5. 上記再塗布する工程は、上記イオンビームのスキャンが電流水平スキャン動作を完了させるまで、遅延される請求項１に記載の方法。
6. 上記水平および垂直スキャンは、上記アークの検出後、続行される請求項１に記載の方法。
7. 上記再塗布する工程は、上記イオンビームのスキャンの終点まで遅延され、
   一以上のアーク検出は、一以上の連続スキャン動作時、共同で再塗布される請求項６に記載の方法。
8. 上記イオンビームは、上記ＨＶスイッチによって強制オンもしくはオフされる請求項１に記載の方法。
9. 上記アークの検出に関連した水平および垂直スキャン位置を監視する工程は、
   水平および垂直スキャンモータに結合されているエンコーダを監視する工程と、
   上記アークの最初の検出および上記アークの最後の検出に関連したエンコーダ位置データを記録する工程とを有する請求項１に記載の方法。
10. ウェハ装填もしくは非装填位置に達したとき、手動ビームオフスイッチ操作時、およびウェハ交換時のいずれか１つの場合に上記イオンビームを無効化するために、かつ、手動ビームオンスイッチ操作時、次のウェハ交換時、装填動作後、および他のウェハの注入命令時のいずれか１つの場合に上記イオンビームを有効化するために、動作制御システムもしくは上記イオン注入システムからのビームデューティファクタ命令に応じて、上記イオンビームが強制オンもしくはオフされる請求項１に記載の方法。
11. イオン注入システムの電極のために、高電圧電源に結合されて用いられているアーク消滅回路を備えている上記イオン注入システムにおけるアークを消滅させる方法であって、
    上記電極において、アークに関連した電流変化もしくは電圧変化を検出する工程と、
    上記アークが検出された場合、上記アークを消滅させるとともに、上記電極へのアーク電流を遮断するために、上記電極と上記高電圧電源との間に接続されているＨＶスイッチが開くように制御する工程と、
    上記アークが検出されない場合、イオンビームを回復させるとともに、上記電極と上記高電圧電源との接続を回復させるために、上記ＨＶスイッチが閉じるように制御する工程とを有する方法。
12. 上記アークの検出に関連した最初のスキャン位置および最後のスキャン位置を取得するために、イオン注入装置によってスキャンされるウェハと上記イオンビームとに関連した水平および垂直スキャン動作を監視する工程をさらに有する請求項１１に記載の方法。
13. 上記水平および垂直スキャンは、上記アークの検出後、続行される請求項１２に記載の方法。
14. アークの検出に関連した水平および垂直スキャン位置を監視する工程は、
    水平および垂直スキャンモータに結合されているエンコーダ動作を監視する工程と、
    上記アークの最初の検出および上記アークの最後の検出に関連したエンコーダ位置データを記録する工程とを有する請求項１２に記載の方法。
15. イオン注入装置のニ以上の各高電圧電源の電極間のアークを消滅させるために用いられている、ニ以上の高電圧スイッチを備えている、ニ以上のアーク消滅回路を同期化する工程と、
    上記電極からのアーク後、上記イオンビームを再塗布する工程とをさらに有する請求項１１に記載の方法。
16. 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、イオン注入装置に結合されている電極のために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、
    アークに関連した電流変化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。
17. 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二以上のトリガ制御回路を同期化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１６に記載のシステム。
18. 上記電極に関連して検出された電流変化または電圧変化は、上記電極への電流サージ、上記ＨＶ電源の電流サージ、イオンビーム電流の減少、抑制電極電圧の下降、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１６に記載のシステム。
19. 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１６に記載のシステム。
20. 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１６に記載のシステム。
21. 上記イオン注入システムに用いられているイオン源に密接して配置された引き出し抑制電極をさらに含む、請求項１６に記載のシステム。
22. 上記高電圧電源は、上記イオン源のために用いられ、
    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２１に記載のシステム。
23. 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１６に記載のシステム。
24. 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１６に記載のシステム。
25. イオン注入装置によって注入されるウェハの水平および垂直スキャン動作を制御し、アークの検出に関連して水平および垂直スキャン位置を監視し、かつ、当該アークの検出に関連してスキャンを初期位置に戻すことを開始させることが可能である動作制御システムをさらに含み、
    上記トリガ制御回路は、上記動作制御システムから再塗布命令を受け取るとともに、上記アークの検出に関連した最初のスキャン位置と最後のスキャン位置との間で上記イオンビームを再塗布するために、上記再塗布命令に応じて上記ＨＶスイッチを強制オンもしくはオフさせて、アーク放電時における投与損失を回復させる、請求項１６に記載のシステム。
26. 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二以上のトリガ制御回路を同期化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２５に記載のシステム。
27. 上記トリガ制御回路は、ウェハ装填もしくは非装填位置に達したとき、手動ビームオフスイッチ操作時、およびウェハ交換時のいずれか１つの場合に上記ＨＶスイッチを無効化するために、かつ、手動ビームオンスイッチ操作時、次のウェハ交換時、装填動作後、および他のウェハの注入命令時のいずれか１つの場合に上記ＨＶスイッチを有効化するために、動作制御システムもしくは上記イオン注入システムからのビームデューティファクタ命令を受け取る、請求項１６に記載のシステム。
28. 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、
    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、注入装置に結合されている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変化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の一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、一以上の保護回路とを含むイオン注入システム。

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