JP7401546B2 - 動的閾値を用いたアーク検出のシステムおよび方法 - Google Patents

動的閾値を用いたアーク検出のシステムおよび方法 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
〔関連出願へのリファレンス〕
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、「Ａ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＡＲＣ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＤＹＮＡＭＩＣ ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ」と題する、２０１８年１２月１９日に出願された米国特許出願第１６／２２５，２９８号の利益を主張する。
〔発明の分野〕
本発明は一般に、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内で形成され得るアークを検出するアーク検出回路および方法に関する。
〔背景技術〕
イオン注入システムは、ドーパント元素として知られる不純物を、一般にワークピースと呼ばれる半導体基板またはウェハに与えるために使用される。このようなシステムでは、イオン源が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ワークピース内に注入するために、それぞれのワークピースを横切って向けられる（例えば、スイープされる）。ドーパントイオンは、ワークピースの組成を変化させ、基板上にトランジスタのような特定の半導体デバイスを形成するのに有用であるような、ワークピースに所望の電気的特性を持たせる。
電子デバイスの小型化への継続的な傾向は、より多数で、より小さく、より強力で、よりエネルギー効率の良い半導体デバイスを個々のウェハ上に「パック」するインセンティブを提示してきた。これはイオン注入、より詳細にはウェハに注入されるイオンの均一性を含む半導体製造プロセスの慎重な制御を必要とする。さらに、半導体デバイスは製品歩留まりを高めるために、より大きなワークピース上に製造されている。例えば、３００ｍｍ以上の直径を有するウェハは、単一のウェハ上により多くのデバイスを製造できるように利用されている。このようなウェハは高価であり、したがって、不均一なイオン注入のためにウェハ全体をスクラップしなければならないなどの無駄を軽減することが望ましい。より大きなウェハおよび高密度特徴は、均一なイオン注入を困難にする。しかしながら、イオンビームはウェハの周囲に到達するために、より大きな角度および距離にわたってスキャンされなければならず、それらの間のいかなる領域においても注入がされてはならない。
さらに、このようなイオンビームのためにイオン源に供給される高電圧は、種々の高電圧電極と他の近傍部分との間でアーク放電にさらされることがある。アーク放電に関しては、アークがずっと低い供給電圧で自然に自己消弧するまで、１つ以上の影響を受けた高電圧（ＨＶ）電源が完全放電することが多い。アーク放電の間、ビーム電流は不規則になるか、または供給電圧が回復するまで中断され、その間、イオン注入はワークピースを横切る間欠的または不均一なドーズレベルを経験し得る。
アークは、ウェハを加工／注入する過程で表面に形成された膜が、層間剥離して、２つの電極間の高電圧ギャップに落ちると発生する可能性がある。また、膜は、アークを析出させる高電圧ギャップを横切って下流に輸送されるまで、イオンビーム中に帯電して埋め込まれてもよい。アーク放電は膜材料を除去し得るものであり、ウェハ内に埋め込まれてもよい大量の粒子を発生させてもよい。また、絶縁体および／又はフィードスルーがプロセス材料又は副産物で被覆された後、それらの絶縁値がＨＶを絶縁するのに不十分になるまでアークが発生し、その結果、絶縁体／フィードスルーおよび切除材料を横切って追跡サービスアークが発生し、ＨＶ電源が維持され得るまで、又は注入システムが供用を終了するまで、何らかの量の絶縁値を繰り返し回復する。また、アーク放電は、高電圧応力場付近の真空漏れおよび／または圧力バーストによって発生し得る。
アークは、少なくとも１つの高電圧電極と別の導電性構成要素との間に形成されてもよい。図１に示す従来のイオン注入システム１０には、３つの異なる種類のアーク放電の態様が示されている。第１のアークタイプ１２は、イオン源電極１４（正電位にある）と引き出しグランド電極１６との間で生じる。第２のアークタイプ１８は、（負電位にある）抑制電極２０と、当該抑制電極に近接するグランド電極１６または他のグランド電極との間に生じる。第１のアークタイプ１２は時に、第２のアークタイプ１８の追加のアークを誘起し又はカスケードさせることができる。これらの第１および第２のアークタイプ１２、１８は、ソフトウェアまたはオペレータエラーによるイオン注入システム１０のミスチューニングによって引き起こされる可能性がある。第３のアークタイプ２２は電極（例えば、イオン源電極１４）と電極に近接しているハウジング２４との間で生じる。他の種類のアーク放電には、端末バイアス電極と端末抑制電極との間のような、同じ極性の２つの電極間のアーク放電が含まれる。任意の電極を囲むビームラインへの電位でのアークは、同様にしばしば存在する。
図１は、イオン源電極１４の引き出しスリットに給電する高正電圧引き出し供給部２６をさらに示す。図１は、グランド電極１６に隣接する抑制電極２０に給電する高負電圧抑制電源２８をさらに示す。ＨＶ抑制電源２８は、電流制限抵抗３２を使用して抑制電極２０へのアーク電流を制限することができる従来のアーク消弧または保護回路３０と、電源の電圧をフィルタリングおよび安定化するためのコンデンサ３４と、アークオン－オフサイクル中に回路のリアクタンス素子から生成される任意の逆電圧を制限するためのフライバックダイオード３６とを有する。
従来、アーク保護回路３０は、固定閾値電流に基づいてアーク電流を制限する。固定閾値電流を使用すると、誤ったトリガを避けるために閾値を十分に高く設定すべきであるため、アーク保護回路３０の実効性を限定的にすることができるものの、種々の処理レシピおよび動作条件によれば、種々の電源によって供給される電流は、固定閾値電流が、アーク放電条件をタイムリーに検出するのに全く効果を奏さなくなるくらい変動し得る。したがって、イオン注入システムのイオン源または種々の電極に関連する高電圧アーク放電の影響を緩和することを可能にするために、種々の状況下でアークを検出する必要性がある。
〔発明の概要〕
以下は本発明の１つ以上の態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、本発明の広範な概観ではなく、本発明の鍵または鍵な要素を識別することも、本発明の範囲を線引きすることも意図されていない。むしろ、概要の主な目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡略化された形態で提示することである。
本発明は、イオン注入システムに関連する高電圧（ＨＶ）電極間に形成され得るアークを検出するためのアーク検出回路に関する。アークの検出は例えば、アークの持続時間を短縮するアーク消弧機構をトリガするために利用されてもよい。さらに、本開示によれば、不規則なイオンビーム電流および不均一なイオン注入を軽減することができる。イオン源電極は本明細書のいくつかの部分の文脈を提供するが、アーク検出回路は、任意のＨＶ電極に対して使用することができることを理解されたい。ここで、任意のＨＶ電極には、ビームを成形し、ビームのエネルギーフィルタリングを提供し、またはビームをスキャンし、または他の方法で操作するイオン注入システム内の様々な電極を含む。
一例において、アーク消弧機構は有害なアークを迅速に消弧させるために、各高電圧供給とイオン源に関連するそれぞれの高電圧電極との間に直列に追加された高電圧高速（ＨＶＨＳ）スイッチを各々組み込む高電圧高速（ＨＶＨＳ）スイッチング回路構成を含む。
一実施形態では、これらの領域に形成されるアークがイオン源または引き出し電極供給電圧（Ｖｅｘｔ）、あるいは抑制電極供給電圧（Ｖｓｕｐ）のために、高圧電源などの電源内の高圧コンデンサを実質的に放電する傾向がある。その結果、イオンビーム電流は、イオンビーム電流（Ｉｂｅａｍ）におけるこれらの「グリッチ」によって劇的に影響を受け、したがって、その後、電源電圧およびビーム電流Ｉｂｅａｍが回復するのにかなりの時間がかかる。
そこで、アーク検出回路は、異なる状況およびイオン注入システム内の異なる位置で発生するアークを検出するために、デジタル処理構成要素によって複数の検出パラメータに関して解析できるデジタル電流信号として電極電流を定量化する。アーク検出回路は、アークの持続時間を短縮するためにアーク消弧回路をトリガするアーク検出信号を生成する。それによって、例えば、異常なイオンビーム電流の継続を軽減し、イオン注入の不均一性を最小限に抑える。
さらに、イオンビームのスキャンの下流でイオンビームに作用する電力電極を供給するＨＶ電源上に、アーク消弧機構を備えることが望ましい。下流電極に供給される電流は、ウェハを横切る処理スイープ内のイオンビームの位置に依存して著しく変化する。例えば、固定閾値は処理スイープの中央部分中のアークを検出するのに効果的ではないであろう。なぜなら、この位置における通常の電流レベルは、イオンビームがウェハのエッジにあるときの通常の電流レベルよりはるかに低いからである。
本発明のアーク検出回路は多くの処理レシピに適合させることができ、最近経験された電流レベルに基づいて変化させることができ、かつビームの処理スイープにおける位置に基づいて変化させることができる動的検出パラメータ（例えば、電流または電圧閾値）を使用してアークを検出する。例えば、アーク消弧機構をトリガするための閾値パラメータ値は、イオン注入システムの様々なパラメータ、動作条件、レシピ、装填状態に基づいて選択的および／または動的に決定することができる。また、アーク消弧機構の特性、例えば、消弧時間および安定化時間も、種々のパラメータの関数として変化させてもよい。このようにして、本開示のアーク検出回路および方法は、広範な用途および条件において、イオンビームディスラプションおよびビーム電流回復の速度を効果的に緩和する。
本発明のアーク検出回路は、デジタル電流信号として、イオン注入システムにおいて電極に流入または電極から流出する検出された電極電流を定量化する。電極電流は例えば、ＨＶ電極に流入または流出し、ＨＶ電極に当たるイオンビーム電流の部分と、設定されたバイアス電圧を維持するためにＨＶ電極に供給される電源電流との組み合わせを含む電流である。電極電流のデジタル表現はデジタル処理コンポーネント（例えば、プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、複雑な論理プログラマブルデバイス（ＣＰＬＤ）、コンポーネントの組み合わせなど）によって迅速に解析し、ＨＶ電極でのアーク放電の兆候を検出することができる。フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）という用語は、フィールドプログラマブルゲートアレイまたはＣＰＬＤなどのいずれかを指すための略語として使用されてもよい。デジタル処理コンポーネントは消弧動作をトリガすることに関するリアルタイムでの決定を行うフィールドプログラマブルゲートアレイと、閾値パラメータ値を決定するために、記憶されたデジタル信号を記憶および／または操作するように構成されたアームまたは他のプロセッサとを含むことができる。
処理スイープにおけるイオンビーム位置の関数としての電極電流信号に対する閾値の値域は、事前のスキャン中に経験される電極電流レベルに基づいて、アーク検出回路によって計算され得る。アーク検出回路は個々に、または組み合わせてアーク状態を検出するために使用できる複数のアーク検出パラメータ値を格納する。アーク検出パラメータまたは値は例えば、動的であり、処理レシピまたは動作条件の変更に従って変更することができる。
一例によれば、イオン注入システムにおいてアークを検出する方法が提供される。この方法は、イオン注入システム内の１つ以上の電極に供給されている電流を示すセンシング電流を受信する工程と、デジタル電流信号を生成するためにセンシング電流を定量化する工程とを含む。例えば、デジタル処理回路は、デジタル電流信号を解析して、デジタル電流信号が閾値パラメータ値に達したかを判定するために使用される。閾値パラメータ値に達したデジタル電流信号に応じて、検出信号が、アーク消弧機構を起動するトリガ制御回路に供給される。
一例では、イオン注入システム内のアークを検出するためのアーク検出回路が提供される。アーク検出回路は解析回路とアナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。ＡＤＣは、イオン注入システム内の電極に供給されている電流を示すセンシング電流を、センシング電流を定量化するデジタル電流信号に変換するように構成される。解析回路はデジタル電流信号を解析して、デジタル電流信号が閾値パラメータ値に達したかを判定し、閾値パラメータ値に達したデジタル電流信号に応じて、アーク消弧機構を起動するトリガ制御回路にアーク検出信号を提供するように構成される。
別の実施例によれば、デジタル電流信号を閾値パラメータ値と比較するように構成されたハードウェア処理構成要素を含み、閾値パラメータ値に達したデジタル電流信号に応じて、アーク消弧機構を起動するトリガ制御回路にアーク検出信号を提供する解析回路が提供される。解析回路はまた、閾値パラメータ値を動的に決定するように構成されたプロセッサを含む。
上記および関連する目的を達成するために、以下の記載と付属の図面は、本発明のある説明に役立つ特徴と実施を詳細に説明している。これらは、本発明の原理を使用することができる様々な方法のうちの一部の例を示しているに過ぎない。この発明の他の局面、利点、および新規の特徴は、この発明の以下の詳細な説明を図面とともに考慮することから明らかとなるのであろう。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、イオン注入システムにおいて使用され得るような従来のアーク消弧回路を有する例示的な抑制電極高電圧供給回路と同様にイオン源において発生するアークの簡略化された概略図である。
図２Ａは、本発明のアーク検出回路を利用することができるような例示的なイオン注入システムの簡略化されたブロック図である。
図２Ｂは、本発明のアーク検出回路を利用することができるような、例示的な角度エネルギフィルタシステムの簡略斜視図である。
図３は、イオン注入システムのイオン源に関連するアークを消弧するための、本発明の１つ以上の態様によるアーク検出回路の構成要素を示す概略ブロック図である。
図４は、最小および最大閾値ビーム電流ならびに解析中のビーム電流を示す、時間に対する端子バイアス電源電流のプロットである。
図５は、図２Ａのイオン注入システムの高電圧電極のアーク放電中の、イオン注入システム内のビーム電流および引き出し電圧および抑制電圧の経時変化をプロットした図である。
図６は、本発明によるイオン注入システムにおいて使用され得るようなイオン源の高電圧供給に関連して利用される例示的なアーク消弧回路の簡略化されたブロック図である。
図７は、イオン源に具備された引き出し電極をアーク放電している間の、真空下での試験における、例示的なアーク消弧回路のＨＶＨＳスイッチの開閉に伴うアーク消弧効果を示すグラフである。
図８は、本発明の１つ以上の態様による、アークを検出し、アーク消弧機構にアーク検出信号を供給する例示的な方法のフロー図である。
〔発明の詳細な説明〕
ここで、図面を参照して本発明を説明するが、全体を通して、同様の要素を指すために同様の参照番号が使用される。例示および以下の説明は本質的に例示的なものであり、限定的なものではない。したがって、本明細書に示されたものとは別に、示されたシステムおよび方法、ならびに他のそのような実装の変形が、本発明および添付の特許請求の範囲の範囲内にあると見なされることが理解されるのであろう。本明細書で利用されるように、用語「モジュール」、「コンポーネント」、「システム」、「回路」、「要素」、「スライス」、「回路」などは、１つ以上の電子コンポーネント、コンピュータ関連エンティティ、ハードウェア、ソフトウェア（たとえば、実行中）、および／またはファームウェアのセットを指すことを意図される。例えば、回路、回路、または同様の用語は、プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ上で実行されるプロセス、コントローラ、物体、実行可能プログラム、貯蔵装置、および／または処理デバイスを有するコンピュータであり得る。例として、サーバおよびサーバ上で実行されるアプリケーションは、回路であってもよい。１つ以上の回路を同じ回路内に配置することができ、回路は１つのコンピュータ上に配置することができ、および／または２つ以上のコンピュータ間に分散することができる。本明細書では要素のセットまたは他の回路のセットを説明することができ、用語「セット」は「１つ以上」と解釈することができる。
本明細書では、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）および解析回路を含むアーク検出回路が記載される。ＡＤＣは、消弧時間、安定化時間、アーク持続時間、および閾値電流または電圧を含む複数のアーク検出パラメータに関して、解析回路によって解析されるデジタル電流信号に電極電流をサンプリングし、変換する。
アーク消弧回路は例えば、有害なアークを消滅させるために、抑制電極および／または引き出し電極、またはグランド電極に高電圧電源と直列に結合された高電圧高速（ＨＶＨＳ）スイッチ（例えば、２ＭＨｚのＭＯＳＦＥＴスイッチで６５ＫＶ）を備える高電圧高速（ＨＶＨＳ）スイッチング回路を含む。このようなＨＶアークが発生すると、そのようなＨＶ電源の高電圧コンデンサは、実質的に放電され得る。このディープな放電は、イオンビーム電流に劇的な影響を与え、その後、電源電圧およびイオンビーム電流Ｉｂｅａｍが回復するのにかなりの時間を必要とする。
アーク消弧回路の高電圧スイッチは、アーク検出回路によって制御される。アーク検出回路は電極のうちの１つでのアークの形成に関連するように、電極へのＨＶ供給における電流または電圧の変化を検出する。アーク消弧回路はＨＶＨＳスイッチを取り囲む反応性成分からの過剰エネルギーを吸収し、ＨＶＨＳスイッチからの任意の過剰電圧をクランプするために、ＨＶスイッチのための１つ以上の保護回路を備える。保護回路は、それぞれのＨＶＨＳスイッチと並列および／または直列に接続されてもよい。
本発明のアーク検出回路はイオン源およびイオン注入システムの文脈で図示および説明されているが、このようなアーク検出回路は例えば、Ｘ線装置、加速器、または他のイオン源適用のような、ＨＶおよび高速アーク消弧を必要とする他の適用にも利用され得ることが理解されるべきである。このように、高電圧供給が大幅に放電され、関連するシステム（例えば、イオン注入システムのイオンビーム）の出力に影響を及ぼす機会があった前に、高電圧供給の不要なアーク短絡が検出され得る。
ここで図面を参照すると、図２Ａは例示的なイオン注入システム１００を示し、ここで、イオンビームエネルギーは本明細書に記載されるように、選択的に変化および／または制御され得る。システム１００は、入射器１０２と、端末１０６およびエンドステーション配置されたビームラインアセンブリ１０４とを有する。端子１０６は、端子内の構成要素を接地に対してバイアスする端子バイアス高電圧電源１１０を含む。１つの例示的な態様によれば、端末アーク消弧回路１１２は、端末１０６に関連付けられる。端末アーク消弧回路１１２の種々の詳細について、以下にさらに説明する。
特に、端末アーク消弧回路１１２は例えば、端末１０６とグランド源との間に生じるアーチを検出および消弧するために使用される。これらのグランド源は、端子１０６を残す真空のための電気的に絶縁された排気ライン（図示せず）、または種々のフィルムで被覆され得る他の構成要素を含むことができる。例えば、電気的に絶縁された排気ラインが、フィルムコーティングのために高電圧ストレスをもはや絶縁できなくなると、ラインは十分な抵抗が回復するまでアークを発生させ、材料を切除することができ、または注入装置が提供される。端子１０６と接地との間の他のアーク放電源は端子をエンドステーション１０８に接続する端子絶縁ブッシュ（図示せず）を含むことができ、不十分に絶縁されるまで被覆されることができる。端子１０６からアースへのアーク放電はまた、水が不十分に脱イオン化されているか、または汚染されており、アーク放電が可能になるまで電気的絶縁をさらに低下させる場合に、冷却に使用される脱イオン水および水線（図示せず）を介して起こり得る。
インジェクタ１０２は例えば、イオンビーム１１８を生成し、ビームラインアセンブリ１０４に導く引き出し高電圧電源１１６によって電力供給されるイオン源１１４を含む。例えば、電源ＨＶＰＳ１１６は、ガスボックス（図示せず）およびイオン源１１４にバイアスをかける。この点に関し、イオン源１１４は、引き出しアセンブリ１２０を介してイオン源から引き出され、次いでビームラインアセンブリ１０４内のビーム経路に沿ってエンドステーション１０８に向けられるイオンビーム１１８内に形成される荷電イオンを生成する。
イオンを発生させるために、イオン化されるべきドーパント材料（図示せず）が、イオン源１１４の発生チャンバ１２２内に設けられる。ドーパント材料は例えば、ガス源（図示せず）から生成チャンバ１２２内に供給することができる。当然のことながら、ＲＦまたはマイクロ波励起源、電子ビーム注入源、電磁源および／またはチャンバ内にアーク放電を生成する陰極のような、イオン生成チャンバ１２２内の自由電子を励起するために、任意の数の適切な機構（図示せず）を使用することができる。励起された電子は、ドーパントガス分子と衝突してイオンを生成する。概してイオン生成チャンバ１２２内では正イオンが生成されるが、本明細書の開示は負イオンが生成されるシステムにも適用可能である。
イオンはイオン引き出しアセンブリ１２０によってチャンバ１２２内のスリット１２４を通して制御可能に引き出され、イオン引き出しアセンブリは複数の引き出し抑制電極１２６ａ、１２６ｂを備える。イオン引き出しアセンブリ１２０は例えば、単一または二デュアル引き出し抑制電極１２６を含むことができる。１つ以上の引き出し抑制電源１２８は例えば、生成チャンバ１２２からのイオンを加速するために、それぞれの引き出し抑制電極１２６ａ、１２６ｂにバイアスをかける。電源ＨＶＰＳ１１６によって高電圧が供給されるため、イオン源１１４と周囲の環境との間にアーク放電が発生し得る。ソースアーク消弧回路１３０は、電源ＨＶＰＳ１１６からイオン源１１４への電力を中断することによって、そのようなアークを消弧するために使用される。本開示は、アーク１３２が電極１２６ａ、１２６ｂの間、または電極のうちの１つと、電極を取り囲む別の構成要素または真空チャンバハウジング（図示せず）との間で発生することがあることを理解されたい。引き出し抑制アーク消弧回路１３４は、引き出し抑制ＨＶＰＳ１２８から電極１２６ａおよび／又は１２６ｂへの電力を中断することによって、そのようなアークを消弧するために使用される。
イオンビーム１１８は類似の荷電粒子を含んでいるので、イオンビームは、類似の荷電粒子がイオンビーム内で互いに反発することにつれて、半径方向外方に膨張する傾向、すなわちビーム「ブローアップ」を有し得ることが理解され得る。また、ビームブローアップのこの現象は多くの類似荷電粒子が比較的ゆっくりと同じ方向に移動しており、粒子間に斥力が存在する低エネルギー、大電流のビームでは悪化させることができることが理解できる。しかし、粒子をビーム経路の方向に移動させ続けるための粒子運動量はほとんどない。
したがって、引き出しアセンブリ１２０は、概して、イオンビーム１１８が高エネルギーで引き出されて、イオンビームが吹き上がらないように（例えば、粒子が、ビーム吹き上げをもたらすことができる反発力に打ち勝つのに十分な運動量を有するように）構成される。さらに、基本的に、ビーム１１８を比較的高いエネルギーでシステム全体に伝達することが有利であり、このエネルギーはビーム閉じ込めを促進するために、イオンをワークピース１３６に注入する直前に、必要に応じて低減することができる。分子またはクラスターのエネルギーは分子のドーパント原子の間で分割されるので、比較的高いエネルギーで輸送され得るが、より低い等価エネルギーで注入される分子またはクラスターイオンを生成および輸送することも有利である。
ビームラインアセンブリ１０４は、ビームガイド１３８と、質量分析器１４０と、スキャンシステム１４２と、平行化器または補正器１４４と、１つ以上の角度エネルギーフィルタ１４６（図２Ｂに詳細に示す）とを含む。図２Ａの質量分析器１４０は、ほぼ９０度の角度を有するように構成され、その中に（双極子）磁界を確立する役割を果たす１つ以上の磁石（図示せず）を備える。９０度の角度が図２Ａに示されているが、他の質量分析器は１１０度、１３０度、または他の角度を含む角度を使用する。イオンビーム１１８が質量分析器１４０に入射すると、それに対応して、所望のイオンがビーム経路の下に運ばれるように磁界によって曲げられ、一方、不適切な電荷対質量比のイオンは拒絶される。より詳細には電荷対質量比が大きすぎるまたは小さすぎるイオンが質量分析器１４０の側壁１４８に操縦されるように、不十分または過度に偏向され、その結果、質量分析器は所望の電荷対質量比を有するビーム１１８内のそれらのイオンがそこを通過し、解像開口１５０を通過して出て行くことを可能にする。
スキャンシステム１４２は、スキャナ１５２および集束および／又はステアリング素子１５４を含む。例示的なスキャンシステム１４２ではそれぞれの電源１５６、１５８はスキャナ１５２および集束およびステアリング素子１５４、より詳細にはその中に位置するそれぞれの電極１６０ａ、１６０ｂおよび１６２ｃ、１６２ｄに動作可能に結合されている。集束およびステアリング素子１５４は比較的狭いプロファイル（例えば、図示のシステム１００における「鉛筆」ビーム）を有する質量分析されたイオンビーム１１８を受け取る。ここで、電源１５８によってプレート１６２ａおよび１６２ｂに印加される電圧はスキャナ１５２の最適点、好ましくはスキャン頂点１６４にイオンビームを集束させ、操縦（ステアリング）するように動作する。電源１５６によってスキャナプレート１６０ａおよび１６０ｂに印加される電圧波形は次いでビーム１１８を前後にスキャンし、ビーム１１８を延長された「リボン」ビーム（例えば、スキャンビーム１１８ａ）に広げ、その幅は、対象のワークピースと同程度またはそれよりも広くてもよい。スキャン頂点１６４は、リボンビーム１１８ａの各ビームレットまたはスキャン部分がスキャナ１５２によってスキャンされた後に発生するように見える光路内の点として定義できることが理解されるのであろう。
本明細書に記載されるタイプのイオン注入システムは、異なる種類のスキャンシステムを使用してもよいことが理解されるのであろう。例えば、静電システムまたは磁気システムを本発明において採用することができる。静電スキャンシステムの一実施形態はスキャナプレート又は電極１６０ａおよび１６０ｂに結合された電源を含み、ここで、スキャナ１５２はスキャンビーム１１８ａを提供する。スキャナ１５２は比較的狭いプロファイル（例えば、図示のシステムでは「ペンシル」ビーム）を有する質量分析イオンビーム１１８を受け取り、電源１５６によってスキャナプレート１６０ａおよび１６０ｂに印加される電圧波形はビームをＸ方向（スキャン方向）に前後にスキャンして、ビームを細長い「リボン」ビーム（例えば、スキャンビーム）に広げ、対象のワークピースと少なくとも同じ幅またはそれよりも広くすることができる有効Ｘ方向幅を有するように動作する。同様に、磁気スキャンシステムでは、高電流供給が電磁石のコイルに接続される。磁場はビームをスキャンするように調整される。本開示の目的のために、全ての異なる種類のスキャンシステムが考えられ、図示のために静電システムが使用される。次いで、スキャンビーム１１８ａはビームをエンドステーション１０８に向けてＺ方向に略平行（例えば、加工物表面に対して略垂直）に向ける平行化器１４４を通過させる。磁気平行化器１４４が図２Ａに示されているが、他のイオン注入システムでは静電平行化レンズ電極が使用される。このようなシステムでは、平行化器１４４の平行化電極１６６ｃ、１６６ｄ上で生じる消弧アークに使用するために、ここで議論するものと同様のアーク消弧回路（図示せず）を設置することができる。
図２Ｂを参照すると、角度エネルギーフィルタ１４６は例えば、電気的にバイアスされた端子抑制開口１６８を含む。電気的にバイアスされた端子抑制開口１６８は、図２Ａの負にバイアスされた端子１０６への電子の逆流を抑制する。より詳細には、過大または過小のポテンシャルを有するイオンを、角度エネルギーフィルタ出射開口の上壁および下壁（図示せず）内に操縦されるようにして不十分または過度に偏向させて、所望のポテンシャルを有するビームのイオンのみを開口通過させて出射させる。図２Ｂの開口１６８は、端末抑制ＨＶＰＳ１７０によってバイアスされ、開口１６８からのアーク放電がアーク消弧回路１７２によって検出されて消弧される。天板電極１７４および底板電極１７６は、スキャンビーム１１８ａからの望ましくないイオンビームポテンシャルを除去する電場を設定する。電極１７４、１７６は、それぞれ天板ＨＶＰＳ１７８および底板ＨＶＰＳ１８０によってバイアスされる。アーク消弧回路１８２は天板電極１７４上のアークを検出して消弧するために用いられ、アーク消弧回路１８４は底板電極１７６上のアークを検出して消弧するために用いられる。一例において、単一の回路基板は、アーク消弧回路１８２とアーク消弧回路１８４の両方を具現化することができる。
上述の任意の構成要素の制御は、図２Ａに示すイオン注入システム制御システム１８６を介して達成することができる。以下により詳細に記載されるように、図２Ａ～図２Ｂのアーク消弧回路１１２、１３０、１３４、１７２、１８２、１８４（概してアーク消弧回路１８８と呼ばれる）は、例えば、イオン源１１４（アーク消弧回路１３０の場合）またはＨＶ電極（アーク消弧回路１１２、１３４、１７２、１８２、１８４の場合）に流れる電流をセンシングして、それが閾値パラメータ値に達していることに応じて、アーク消弧機構（図示せず）を作動させる、それぞれのアーク検出回路（図示せず）によって制御またはトリガされる。アーク消弧回路１８８は所与の位置で予想される電極電流と整合される異なる閾値パラメータ値を使用しながら、同様の方法で機能する。例えば、図２Ａのアーク消弧回路１３０および１３４によってモニタされる電極電流は例えば、本質的にはほぼＤＣであり得るが、スキャンシステム１４２の下流であるアーク消弧回路１１２、１７２、１８２、１８４によってモニタされる電極電流はウェハの処理スイープにおけるイオンビームの位置の機能として大きく変化する。したがって、アーク消弧回路１１２、１７２、１８２、１８４はビームスイープの開始からの経過時間（例えば、スイープの開始からの経過時間によって決定される）内の位置の関数として変化する閾値パラメータ値を使用することができ、一方、アーク消弧回路１３０および１３４は、ビーム位置の関数として変化しない閾値パラメータ値を使用することができる。この説明では６つの異なるＨＶ電極におけるアークを検出するために６つのアーク検出回路が使用されるが、開示されるアーク検出回路はより小さな集束電極および抑制電極に関連するより少ない電圧供給を有する電極を含む、アークが発生しやすい任意のＨＶ電極に適用することができる。
次に、図３を参照すると、イオン源１１４をバイアスするＨＶＰＳのための実施例アーク消弧回路２０２を含む、実施例イオン注入システム２００が図示されている。システム２００はＨＶＰＳ２０４（例えば、図２Ａの電源ＨＶＰＳ１１６）、高電圧高速ＨＶＨＳスイッチ２０６、およびイオンビーム１１８の形態で取り出すことができる量のイオンを生成するために、ＨＶＰＳ２０４からイオン源１１４に流れる電流を検出するための変流器（ＣＴ）２０８を含む。トリガ制御回路２１０はアーク検出回路２１６によって与えられる検出信号２１４が検出された電流に対するある閾値パラメータ値に達していることを示すときに、消弧機構を起動する（例えば、ＨＶＨＳスイッチ２０６を開く）。ＨＶＨＳスイッチ２０６以外の他のアーク消弧メカニズム、例えば、他のタイプのスイッチ、または電源からの電力の流れを遮断する電源機能の起動を使用することができる。アーク消弧回路２０２はＨＶＰＳ２０４に関連したアーク消弧として図示されているが、アーク消弧回路２０２は、イオンビームの集束／整形に使用されるか、又は抑制を提供するために使用されるＨＶ電極にも適用することができる。
ＨＶＨＳスイッチ２０６は並列および直列の保護回路２１２および２１５によってそれぞれ保護され、スイッチ２０６を取り囲む反応性要素からのエネルギーを吸収し、スイッチを過電圧損傷から保護する。また保護回路２１２および２１５は、スイッチ２０６およびイオン注入システムの他の構成要素を、スイッチング過渡現象によって誘発されるリンギングおよびＨＶＨＳスイッチ２０６の外部の反応性要素を減衰させることによって保護する。アーク消弧回路２０２は任意のイオン注入システムで使用されてもよく、または供給源の出力でアーク放電を受ける高電圧供給源を使用し得るような他の用途で使用されてもよい。
アーク検出回路２１６はＣＴ２０８の二次巻線内に生成されるアナログセンシング電流２１８を受信または監視し、アークが発生していることをセンシング電流が示すときに、トリガ制御回路２１０のための検出信号２１４を生成する。アーク検出回路２１６は、アナログ－デジタル変換器２２０、解析回路２２２、記憶媒体２２４、およびインターフェース回路２２６を含む。ＡＤＣ２２０は一連のデジタル電流値を含むデジタル電流信号２２８を生成するために、センシング電流を過剰サンプリングし、定量化する。急速なアーク消弧の重要性により、ＡＤＣ２２０は、センシング電流のサンプルをデジタル電流信号値として定量化するために必要な時間を短縮するために最適化された低遅延ＡＤＣであってもよい。一例では、ＡＤＣ２２０が約６０～１２５メガサンプル／秒（メガサンプル／秒を、以下でｍｓｐｓと表記）でセンシング電流をサンプリングすることができる１２ビット低遅延ＡＤＣである。約４０ｍｓｐｓ程度の速度でセンシング電流をサンプリングすることができるＡＤＣを使用して、変流器２０８によって生成される信号を完全に特徴付けることができる。しかしながら、２５０キロサンプル／秒程度の低速でのセンシングを行うＡＤＣ２２０を使用して、適切な消弧性能を得るようにしてもよい。
解析回路２２２はデジタル処理回路であり、これは、解析回路２２２がデジタルコンポーネントを使用してデジタル電流信号２２８上のデジタルドメインで動作することを意味する。解析回路２２２はデジタル電流信号２２８を解析して、適用可能な閾値パラメータ値に達しているかを判定し、判定基準に達したときに検出信号２１４を生成してトリガ制御回路２１０に供給する。解析回路２２２は例えば、システム２００によって現在使用されている処理レシピまたは最近のスキャン中に受け取られたデジタル電流信号２２８などのイオン注入システムの動作条件に基づいて、適用可能な閾値パラメータ値を決定するように構成される。解析回路２２２は、記憶媒体２２４から処理レシピの閾値パラメータ値を検索する。インターフェース２２６は、記憶媒体２２４内の様々な処理レシピにマッピングされた閾値パラメータ値をユーザが記憶するための手段を提供する。
デジタル電流信号の大きさに関する閾値に加えて、解析回路２２２は、他の閾値パラメータ値を動的に決定することもできる。例示的な閾値パラメータ値は、電流閾値、最小アーク持続時間、消弧時間、および安定化時間を含む。電流閾値は、デジタル電流信号２２８の大きさの限界を定める。例えば、電流閾値が２００ｍＡである場合、デジタル電流信号２２８が＋２００ｍＡを超えるか、または－２００ｍＡ未満である場合、デジタル電流信号は電流閾値を超えているとする。いくつかの実施例では異なる大きさが、電流閾値の正の値および電流閾値の負の値のために使用され得る。
最小アーク持続時間は、アークが発生していることを判定し、検出信号２１４を生成するために、デジタル電流信号２２８が解析回路２２２に対する閾値を超えなければならない期間である。最小アーク検出時間は、デジタル電流信号２２８内のノイズまたはアーク放電とは無関係なセンシング電流２１８内の過渡現象により発生し得る誤検出信号を除去しようとするために使用される。消弧時間はトリガ制御回路２１０がＨＶＨＳ２０６を開いて、電圧が自然に消滅するのに十分に放電されるまで、低下した抵抗経路を通じてそれ自体が長く持続する可能性のあるアークを、さもなければ、より迅速に消失させる持続時間である。安定化時間はデジタル電流信号２２８が閾値パラメータ値に関して解析回路２２２によって解析される前に、ＨＶＨＳ２０６が閉じられた後に経過しなければならない時間の量である。これにより、アーク放電がまだ発生しているかどうかを判定する前に、電極およびビームをスイッチングイベントから回復させることができる。
アーク検出回路２１６のこれらの閾値パラメータ値のいずれか又は全ては、使用中の処理レシピを含む多くの異なる動作条件に応じて、動的な方法で選択又は変化させることができる。閾値パラメータ値に影響を及ぼし得る処理レシピにおけるパラメータは、イオンビーム電位、電極電位、イオンビーム電流、ビームスキャン周波数、スポットビーム形状、およびＣＴ２０８によって測定される装填に関与する任意の他の処理構成パラメータを含む。解析回路２２２は、これらのパラメータのいずれかが変更されたことに応じて、所与の処理レシピについて記憶された閾値パラメータ値を自動的にスケーリングするように構成されてもよい。
一例では、解析回路２２２は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）として実施される。この場合、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）は、記憶媒体２２４から取り出された閾値パラメータ値を記憶することができるいくつかのレジスタ２３０を含む。フィールドプログラマブルゲートアレイは、有利にはデジタル電流信号２２８の値をレジスタ２３０のコンテンツと迅速に比較するための並列処理能力を提供する。当該コンテンツとは、レジスタ２３０に記憶された閾値パラメータ値に対応する。
一定の閾値パラメータ値は近ＤＣ負荷（例えば、スキャンシステムの上流の電極）を経験する電極に対して適切であり得るが、各処理スイープ中に変化する閾値パラメータ値は、より動的な負荷を経験する電極（例えば、スキャンシステムの下流の電極）に対してより良好に適合し得る。解析回路２２２はしたがって、現在の閾値についてのいくつかの値を記憶するように構成され、各々は処理スイープにおける異なる範囲の位置にマッピングされる。図４は、ウェハの６５６回のスキャンの経過にわたる時間の関数として、端子１０６を固定電圧にバイアスするための、図２Ａの端子バイアスＨＶＰＳ１１０からの電源電流を示す。図４の左側のピーク３０２は、イオンビームがウェハの最も左側の位置にあるときに対応する。中間ピーク３０４は、イオンビームがウェハの最右位置にあるときに対応する。右側のピーク３０６（これは、左側のピーク３０２に戻り続ける）がイオンビームがウェハの最も左側の位置に戻るときに対応する。イオンビームがウェハのエッジ付近にある場合、他の注入システム部品（例えば、実装ハードウェアなど）が近接しているため、ローディングがより動的になることが分かる。
図４は、図２Ａのアーク消弧回路１８８のためのウェハエッジでのトリガを防止するのに十分高い固定閾値の使用が、イオンビームがウェハの中央にあるときの異常電流を検出するのに有効ではないことを示している。したがって、処理スイープの開始（すなわち、ウエハの各単一スキャン）で始まる図４に示されるいくつかの増大時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３．．．Ｔ１２のそれぞれについて異なる電流閾値が記憶される。１２つの時間増分が示されているが、各デジタル電流信号サンプル当たり最大１つの増分である任意の数の増分が使用されてもよい。例えば、ウェハエッジでの電流値でのトリガを回避するのに十分に高い設定の電流閾値を使用する場合、図３の解析回路２２２によってアーク事象３０８が検出されないことがある。しかしながら、図４のアーク事象３０８はイオンビームがウェハの中心により近い位置にあるとき、より低い電流閾値（例えば、図４に示されるＴ７閾値）を使用する解析回路によって検出することができる。異なるイオンビーム位置での異なる電流閾値の使用を容易にするために、同期信号３１０が図３の各アーク検出回路２１６に送られ、各処理スイープの開始を示す。この同期信号は、イオン注入システム制御システム（図２Ａの１８６）によって供給することができる。
複数処理スイープのためのデジタル電流信号データを解析するためのデジタル回路および記憶媒体の使用はまた、電流閾値を動的に調整または決定するために、イオン注入システム動作中のデジタル電流信号を統計的にモデル化する能力を提供する。例えば、所定の処理レシピに対して、デフォルトの現在の閾値を記憶することができる。動作中、各スキャンのデジタル電流信号値を収集し、解析して、各ウェハ位置にアークが存在しない場合、または同期信号からの時間の増分に発生すると予想される値の範囲を決定することができる。図４では例えば、点３５０ａ、３５０ｂは時間増分Ｔ７の間の最後の６５６回のスキャンに対する電流値の＋／－３σ範囲に対応する。点３６０ａ、３６０ｂは、時間増分Ｔ９の間の最後の６５６スキャンの＋／－３σ値に対応する。これらの統計的にモデル化された値は例えば、電極の摩耗、温度ドリフトなどに応じて変化するのであろうが、図３の解析回路２２２によって、異なる時点増分についての電流閾値を動的に調整するために使用することができる。統計的モデリングに基づく閾値電流の一例を図４に示す。このようにして、解析回路は、デジタル電流信号の統計モデルに基づいて、閾値パラメータ値を動的に調整することができる。処理レシピが変更されると、解析回路は処理レシピが次に使用されるときにアクセスするために記憶媒体に最新の現在の閾値を記憶することができ、または処理レシピが次に実行されるときに使用するために記憶媒体にデフォルト値を残すことができる。
別の実施例では、処理レシピに関連する閾値パラメータ値がアーク放電事象中に検出されるデジタル電流信号のピークまたは平均などの、デジタル電流信号の大きさのある比率／関数に基づいてスケーリングされてもよい。例えば、２００ｍＡのアーク（図２のＡＤＣ２２０におけるある程度のスケールされた電圧に対応する）は、４００ｍＡのデジタル電流信号の大きさに基づいて記憶された２００μ秒の消弧時間を、２００ｍＡのデジタル電流信号の大きさに対して１５０μ秒にスケールダウンするか、または４００ｍＡより大きいデジタル電流信号の大きさに対してアナログ方式でスケールアップすることができる。安定化時間などの他の閾値パラメータ値もスケーリングすることができる。
図３に戻ると、単一のアーク消弧回路２０２が図示されているが、イオン注入システムにおいて、複数のアーク消弧回路が異なる位置に、且つ異なる電極と関連して配置されてもよいことが理解されるべきである。有利には、アーク消弧回路の各々が予想される電極電流に基づいて選択される異なる閾値パラメータ値に基づいてアークを検出することができる。
次に図５を参照すると、図２Ａのイオン注入システムと同様のイオン注入システムの高電圧引き出し電圧および抑制電圧においてアークが発生した場合に生じる、ビーム電流の変化のプロット４００が図示されている。
プロット４００は、アークが約２．２ＫＶから０Ｖ付近までの引き出し電圧４１０を、約０ｍ秒で、時間４１５で放電することを示す。ほぼ同時に、抑制電圧４２０は約－９．３ＫＶから０Ｖ付近まで降下し、一方、ビーム電流Ｉｂｅａｍ４３０は０ｍＡ付近まで降下する。引き出し電圧および抑制電圧４１０および４２０がそれぞれ０ボルト近くまで下がると、アークが自己消失し、それによって、これらの電圧が元の電圧レベルに向かって再充電されることが可能になる。４４０に示すように、引き出し電圧４１０はこの元の電圧をオーバーシュートし、引き出し電圧４１０が概してリカバリーする時刻４４５（約６７ミリ秒）まで、ビーム電流Ｉｂｅａｍ４３０のリカバリーを有害に遅延させる。プロット４００から、引き出し電圧の変化が、ビーム電流に対して比較的大きく、且つ継続した影響をもたらすことが観察され得る。したがって、図５はＨＶ供給が大幅に放電する機会を有する前に、イオンビーム用の電極間の高電圧電流経路と、電極用の高電圧供給とを迅速に開くことが有益であり得ることを示唆している。本発明のアーク消弧回路は、この目標を達成する。
図６は、本発明の様々な態様における、イオン源の高電圧供給に関連して、例示的なアーク消弧回路６０２を利用した例示的なイオン注入システム６００を示す。例えば、アーク消弧回路６０２は、高電圧供給部（Ｖｂ）６０４（例えば、高電圧正電源）と、負荷（例えば、イオン源１１４）を駆動するスイッチ保護回路６０８と直列に接続されたＨＶＨＳスイッチ６０６（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの直列積層体）とを含む。また、ＨＶＨＳスイッチ６０６は例えば、反応性過電圧からスイッチ６０６を保護する並列保護回路６１０と並列に接続される。アーク消弧回路６０２は例えばイオンビーム（例えば、図２Ａのイオンビーム１１８）の形態で引き出すことができるある量のイオンを生成するために使用される、イオン源１１４への高電圧供給部６０４内の電流を検出する変流器ＣＴ６１２をさらに備える。
回路６００は、アーク検出回路６１８によって生成される検出信号６１６によって制御されるトリガ制御回路６１４も含む。本発明の文脈において、ＨＶＨＳスイッチを損傷から保護するために、ＨＶＨＳスイッチ６０６と関連してアーク保護回路６１８を使用することもできる。アークを示す電流サージが供給電流（Ｉｅｘｔ）６２０において発生する場合、アーク検出回路６１８は検出信号６１６をトリガ制御回路６１４に供給し、トリガ制御回路は、アークを消弧するためにＨＶＨＳスイッチ６０６を開く。従って、負荷（例えば、イオン源１１４）内のポイント６２２における静電容量Ｃ１および当該負荷における電圧（Ｖａ）は、高電圧供給部６０４の電圧ＶｂからＨＶＨＳスイッチ６０６によって絶縁される。このように、当該負荷のＣ１でのＶａは、アークの発生によって放電される一方で、電源電圧Ｖｂは概ね、ＨＶＨＳスイッチ６０６による絶縁のために電圧がかかったままとなる。
ここでも、ＨＶＨＳスイッチ６０６は直列および並列の保護回路６０８および６１０によってそれぞれ保護され、スイッチ６０６の外部の反応性成分からエネルギーを吸収し、スイッチを過電圧ダメージから保護する。本発明のアーク消弧回路６０２は、任意のイオン注入システムで使用されてもよく、または高電圧供給部の出力時にアーク放電にさらされるような高電圧供給部を使用する他の用途で使用されてもよい。
図７は、イオン源に具備された引き出し電極のアーク放電中における、真空下で試験された本発明のアーク消弧回路のＨＶＨＳスイッチの開閉によるアーク消弧効果を示す図である。プロット７５０は例えば、イオン注入システムの実際の真空環境で試験されるような、イオン源（例えば、図２Ａおよび図６の１１４）に具備された引き出し電極（例えば、図２Ａの１２６ａ）のアーク放電中に、本発明によるアーク消弧回路（例えば、図６の６０２）によって提供される信号の相対振幅レベルを示す。図７は引き出し電極電位Ｖｅｘｔ７７０で測定された、ＨＶＨＳスイッチ（例えば、図６の６０６）の開閉中に検出されたファラデー電流７６０をさらに示す。イオン源は高い正の供給電圧によって給電され、アーク検出回路（例えば、図６の６０２）からのアーク検出信号に応じてトリガ制御回路（例えば、図６の６１４）によって生成されるＶｅｘｔトリガ制御信号７８０によってトリガされるように、高い負の供給電圧によって給電される抑制電圧Ｖｓｕｐ７９０を有する。図７はさらに、閉じると高Ｖｅｘｔレベル７７０ａを生成し、開くと低Ｖｅｘｔレベル７７０ｂを生成するＨＶＨＳスイッチ６０６の電圧７７０を示すとともに、高電圧供給部６０４における高電圧供給部Ｖｂ７３０、および負荷（例えば、イオン源１１４）において見られる高電圧Ｖａ７２０を示す。
時刻０．０以前に、アークが発生すると、検出されたファラデー電流Ｉｆａｒａｄａｙ７６０は高レベル７６０ａにあり、電極電圧Ｖｅｘｔ７７０の正の電源電圧は高い正電圧レベル７７０ａにあり、電極電圧Ｖｓｕｐ７９０の負の電源電圧は低い負電圧レベル７９０ａにあり、Ｖｅｘｔトリガ制御信号７８０は図６のスイッチ６０６にスイッチ閉信号７８０ａを供給し、これは高Ｖｅｘｔレベル７７０ａを生成する。図７の時間０．０において、高電圧電源（例えば、Ｖａ７２０）上で、例えば、Ｖｅｘｔ電極においてアークが発生し、Ｖｅｘｔ７７０およびＶｓｕｐ７９０電圧は例えば、それぞれ７７０ｂおよび７９０ｂに示されるように、速やかにゼロに低下する。それに応じて、ＣＴ６１２によって検出された電流は、例えば、図６のアーク検出回路６１８によって受け取られ、それに応じてアーク検出回路は図７のＶｅｘｔトリガ制御信号７８０上で７８０ｂシグナルを発生させるトリガ制御回路６１４に対して検出シグナルを発する検出シグナルを発し、ＨＶＨＳスイッチ６０６をオープンに制御し、低Ｖｅｘｔレベル７７０ｂを生成する。加えて、検出されたファラデー電流Ｉｆａｒａｄａｙ７６０は、低電流レベル７６０ｂに下降する。ＨＶＨＳスイッチが開いた状態で、約０．３ミリ秒後、Ｖｅｘｔトリガ制御信号７８０はアークが消滅したことを示す７８０ａレベルに戻り、Ｖｅｘｔトリガ制御信号７８０はＨＶＨＳスイッチを再び閉じるように制御し、それに応じて、Ｖｅｘｔ７７０は、７７０ａレベルに戻る。
その後、約０．６ミリ秒で、アークが消滅した状態で、Ｖｓｕｐ７９０が再度Ｖｓｕｐ７９０ａレベルに回復するのに十分なだけ、負荷の電源電圧が回復し始め、その後まもなく、約０．６５ミリ秒～０．７ミリ秒で、Ｉｆａｒａｄａｙ７６０によって示されるように、ビーム電流が回復して７６０ａレベルに戻る。このように、本発明のアーク消弧回路は例えばイオン注入システムの高電圧電極においてアークを消弧し、イオンビームグリッチの長さを約０．７ミリ秒に最小化することができることを示している。本開示のアーク消弧技術によれば、イオンビームグリッチの長さは、さらに２００～２７０μ秒の範囲まで減少され得る。
イオン注入システムにおいてアークを検出し消滅させるための１つの例示的な方法８００が図８に示されている。方法８００は本発明のいくつかの態様に従って、本発明のアーク消弧回路（例えば、図２Ａ～２Ｂの１８８、図２の２０２、および図６の６０２）によって実行され得る。例示的な方法８００は一連の行為または事象として以下に示され、説明されるが、本発明はそのような行為または事象の示された順序付けによって限定されないことが理解されるのであろう。これに関して、いくつかの行為は本発明に従って、本明細書で図示および／または説明されるものとは別に、異なる順序で、および／または他の行為または事象と同時に起こり得る。さらに、全く説明していない工程も、本発明に従う方法に包含し得るように要求することが可能である。本発明による方法は図示されていない他の装置および構造と関連させながら、本明細書に図示および説明されているウェハ、ウェハカセット、ウェハセンサ、ウェハハンドリングシステム、およびモデリングシステムと関連させて実施することができることにさらに留意されたい。
方法８００は、イオン注入システム内の１つ以上の電極に供給されている電流を示す検知電流を受け取る工程８１０を含む。また、センシング電流はデジタル電流信号を生成するために、センシング電流を定量化する工程８２０を含む。また本方法は、デジタル処理回路を備え、デジタル電流信号を解析して、デジタル電流信号が閾値パラメータ値に達しているかを判定する工程８３０を含む。また本方法は、閾値パラメータ値に達したデジタル電流信号に応じて、アーク消弧機構を起動するトリガ制御回路に対して検出信号を提供する工程８４０を含む。
ＨＶＨＳスイッチは基本的に、任意のイオン源の引き出しシステムに適用される。本明細書に記載される態様は、「ソフトイオン化」イオン源における一次電子ビーム電流、ＲＦまたはマイクロ波イオン源におけるＲＦまたはマイクロ波電力、ならびに非アーク放電源を提供するものを含む他のイオン源にも同様に適用可能であることが理解されよう。
本発明を、特定の態様および実施形態に関して図示し、説明したが、本明細書および添付の図面を読んで理解すると、同等の変更および修正が当業者に想起されることが理解されよう。特に、上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路、システムなど）によって実行される様々な機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」への言及を含む）は別段の指示がない限り、本明細書で例示された本発明の例示的な実施で機能を実行する、開示された構造と構造的に同等ではないにもかかわらず、説明された構成要素の指定された機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に対応することが意図される。さらに、本発明の特定の特徴はいくつかの実装形態のうちの１つのみに関して開示されているが、そのような特徴は任意の所与のまたは特定のアプリケーションに対して所望され、有利であり得るように、他の実装形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。さらに、用語「含む」、「含む」、「有する」、「有する」およびそれらの変異体が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかにおいて使用される範囲において、これらの用語は用語「含む」と同様の様式で包括的であることが意図される。また、本明細書において使用される用語「例示的」は最も細かい実演家ではなく、単に例を手段する。語句「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つ以上」の使用はＡ、Ｂ、およびＣのすべての組み合わせ、例えば、Ａ、ＡおよびＢ、ＡおよびＢ、ならびにＣ、Ｂなどを含むことが意図される。
イオン注入システムにおいて使用され得るような従来のアーク消弧回路を有する例示的な抑制電極高電圧供給回路と同様にイオン源において発生するアークの簡略化された概略図である。 本発明のアーク検出回路を利用することができるような例示的なイオン注入システムの簡略化されたブロック図である。 本発明のアーク検出回路を利用することができるような、例示的な角度エネルギフィルタシステムの簡略斜視図である。 イオン注入システムのイオン源に関連するアークを消弧するための、本発明の１つ以上の態様によるアーク検出回路の構成要素を示す概略ブロック図である。 最小および最大閾値ビーム電流ならびに解析中のビーム電流を示す、時間に対する端子バイアス電源電流のプロットである。 図２Ａのイオン注入システムの高電圧電極のアーク放電中の、イオン注入システム内のビーム電流および引き出し電圧および抑制電圧の経時変化をプロットした図である。 本発明によるイオン注入システムにおいて使用され得るようなイオン源の高電圧供給に関連して利用される例示的なアーク消弧回路の簡略化されたブロック図である。 イオン源に具備された引き出し電極をアーク放電している間の、真空下での試験における、例示的なアーク消弧回路のＨＶＨＳスイッチの開閉に伴うアーク消弧効果を示すグラフである。 本発明の１つ以上の態様による、アークを検出し、アーク消弧機構にアーク検出信号を供給する例示的な方法のフロー図である。

Claims (20)

  1. イオン注入システムにおいてアークを検出する方法であって、
    前記イオン注入システムにおける１つ以上の電極に対して供給される電流を示すセンシング電流を受信する工程；
    前記センシング電流を定量化してデジタル電流信号を生成する工程；および、
    デジタル処理回路において、
    前記デジタル電流信号が閾値パラメータ値に達しているかを判定するために、前記デジタル電流信号を解析する工程；および、
    前記閾値パラメータ値に達した前記デジタル電流信号に応じて、アーク消弧機構を起動するトリガ制御回路に検出信号を提供する工程；
    を含み、
    前記デジタル処理回路において、
    前記イオン注入システムの動作条件に少なくとも基づいて、前記アークを検出するための前記閾値パラメータ値を動的に調整する工程；
    をさらに含む、
    ことを特徴とする、イオン注入システムにおいてアークを検出する方法。
  2. 前記デジタル処理回路において、
    前記イオン注入システムによって使用されている処理レシピに少なくとも基づいて、前記アークを検出するための前記閾値パラメータ値を選択する工程；
    をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記閾値パラメータ値は、前記イオン注入システムの処理スイープの開始時間に対する時間の増分にマッピングされた複数の電流値の範囲を含み、
    前記デジタル電流信号を解析する工程は、
    前記処理スイープの前記開始時間を示す同期信号を受信する工程；
    前記時間の増分ごとの前記デジタル電流信号と、前記時間の増分にマッピングされた複数の電流値の前記範囲とを比較する工程；および、
    少なくとも１つの時間の増分について、電流値の前記範囲に入らない前記デジタル電流信号に応じて、前記検出信号を生成する工程；
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記デジタル処理回路において、
    前記イオン注入システムの複数の処理スイープのためにデジタル電流信号データを収集する工程；
    統計モデルを生成するために、前記デジタル電流信号データを統計的に解析する工程；
    前記統計モデルに基づいて前記閾値パラメータ値を決定する工程；および、
    決定された前記閾値パラメータ値を、後続の解析のアクセス用に記憶媒体に記憶する工程；
    をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記デジタル電流信号を解析する工程は、
    前記イオン注入システムによって使用される処理レシピにマッピングされた１つ以上の記憶された閾値パラメータ値の識別を行う工程；
    記憶媒体から前記１つ以上の閾値パラメータ値を読み取る工程；および、
    前記１つ以上の閾値パラメータ値に基づいて前記デジタル電流信号を解析する工程；
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記閾値パラメータ値を、イオン注入システムの動作条件に少なくとも基づいて決定する工程；
    をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 前記１つ以上の閾値パラメータ値は、消弧時間、安定化時間、アーク持続時間、または電流閾値のうちの１つ以上を含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 前記デジタル電流信号の大きさに基づいて、前記閾値パラメータ値のうちの少なくとも１つをスケーリングする工程；および、
    少なくとも１つのスケーリングされた前記閾値パラメータ値に基づいて、前記デジタル電流信号を解析する工程；
    をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  9. 前記センシング電流を定量化する工程は、
    前記センシング電流をアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）の入力端子に供給する工程；
    を含み、
    前記センシング電流に応じて前記ＡＤＣによって出力される信号が、前記デジタル電流信号である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 前記デジタル電流信号を解析する工程は、
    フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）に前記デジタル電流信号を供給する工程；および、
    前記ＦＰＧＡにおいて、当該ＦＰＧＡに関連するレジスタに格納されている前記閾値パラメータ値と前記デジタル電流信号とを比較する工程；
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. イオン注入システムにおけるアークを検出するアーク検出回路であって、
    前記イオン注入システム内の電極に供給される電流を示すセンシング電流を、当該センシング電流を定量化するデジタル電流信号に変換するアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）；および、
    解析回路；
    を備え、
    前記解析回路は、
    前記デジタル電流信号が閾値パラメータ値に達しているかを判定するために、当該デジタル電流信号を解析し、
    前記閾値パラメータ値に達した前記デジタル電流信号に応じて、アーク消弧機構を作動させるトリガ制御回路にアーク検出信号を提供し、
    前記ＡＤＣは、少なくとも４０メガサンプル／秒のサンプリングレートを有する低遅延ＡＤＣを含む、
    ことを特徴とする、イオン注入システムにおけるアークを検出するアーク検出回路。
  12. 前記解析回路は、
    １つ以上の閾値パラメータ値を格納する複数のレジスタを含むフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含み、
    さらに、前記ＦＰＧＡは、
    前記デジタル電流信号を前記１つ以上の格納された閾値パラメータ値と比較して、前記閾値パラメータ値に達したかを判定する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のアーク検出回路。
  13. 複数組の閾値パラメータ値を記憶する記憶媒体；
    をさらに備え、
    前記ＦＰＧＡは、
    前記イオン注入システムによって使用される処理レシピに基づいて１組の閾値パラメータ値を選択し；
    前記１組の閾値パラメータ値を前記複数のレジスタに記憶し；且つ、
    前記デジタル電流信号を解析するときに前記複数のレジスタのコンテンツを読み出す；
    ことを特徴とする請求項１２に記載のアーク検出回路。
  14. インターフェース回路をさらに備え、
    前記インターフェース回路は、
    閾値パラメータ値のセットと処理レシピとに対応するデータを受信し；且つ、
    前記セットを前記処理レシピにマッピングするようにして前記データを前記記憶媒体に記憶する；
    ことを特徴とする請求項１３に記載のアーク検出回路。
  15. 前記解析回路は、プロセッサを含み、
    前記プロセッサは、
    前記イオン注入システムの複数の処理スイープのためにデジタル電流信号データを収集し；
    統計モデルを生成するために、前記デジタル電流信号データを統計的に解析し；
    前記統計モデルに基づいて前記閾値パラメータ値を決定し；且つ、
    決定した前記閾値パラメータ値を、後続の解析におけるアクセス用に記憶媒体に記憶する；
    ことを特徴とする請求項１１に記載のアーク検出回路。
  16. 解析回路であって、
    デジタル電流信号を閾値パラメータ値と比較し、前記閾値パラメータ値に達した前記デジタル電流信号に応じて、アーク消弧機構を起動するトリガ制御回路にアーク検出信号を提供するハードウェア処理コンポーネントと、
    前記閾値パラメータ値を動的に決定するプロセッサと、
    を含む、
    ことを特徴とする解析回路。
  17. 前記プロセッサは、イオン注入システムによって使用されている処理レシピに少なくとも基づいて、前記閾値パラメータ値を決定する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の解析回路。
  18. 前記プロセッサは、
    イオンビームの複数のスキャンにわたってデジタル電流信号データを収集し；
    収集された前記デジタル電流信号データを統計的にモデル化し；且つ、
    統計的にモデル化された前記デジタル電流信号データに少なくとも基づいて、前記閾値パラメータ値を決定する；
    ことを特徴とする請求項１６に記載の解析回路。
  19. 前記プロセッサは、
    記憶された閾値パラメータ値の読み取りを行い；且つ、
    イオン注入システムの動作条件に少なくとも基づいて、前記閾値パラメータ値をスケーリングする；
    ことを特徴とする請求項１６に記載の解析回路。
  20. 前記１つ以上の閾値パラメータ値は、消弧時間、安定化時間、アーク持続時間、または電流閾値のうちの１つ以上を含む、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の解析回路。
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