KR20010062457A - 이온 빔 시스템용 전원장치 강화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 이온주입 시스템을 제공하는 것이다. 이 시스템은, 적어도 하나의 전극에 전압을 제공하는 전원장치와, 적어도 하나의 전원장치 및 적어도 하나의 전극간에 작동 가능하게 접속된 스위칭 시스템을 포함한다. 이 스위칭 시스템은, 적어도 하나의 전원장치와 적어도 하나의 전극을 소정의 임계치에서 차단시켜서, 적어도 하나의 전원장치의 과부하를 경감시킨다.

Description

이온 빔 시스템용 전원장치 강화방법{POWER SUPPLY HARDENING FOR ION BEAM SYSTEMS}
본 발명은 대체로 이온 빔 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원장치 과부하 상태를 경감시킴으로써, 개선된 이온 빔 성능을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이온주입은 초 대규모 집적회로(VLSI) 제조의 중요한 양상이다. 이온주입은 전압이 걸린 대전된 원자 또는 분자들이 직접 반도체 기판으로 도입되는 공정이다. VLSI 제조에서 실리콘 웨이퍼의 표면에 도펀트 이온을 부가시키기 위해 이온주입을 처음에 이용한다. 이온주입 공정의 목적은 원하는 원자종(atomic species)을 목표물질로 도입하는 것이다. 이러한 목적에 효과적으로 대응하기 위해 몇가지 이온주입 공정의 양상을 제어할 필요가 있다. 우선, 주입종(implant species)은 규정된 정량을 적용하여야 한다. 더욱이, 주입된 종은 기판 표면 아래의 요구되는 깊이에 위치되고, 기판에서 소정의 영역만으로 제한되어야 한다. 요구될 때, 모든 주입된 불순물은 사실상 전기적으로 활성화 될 수 있어야 하며, 가능한한 실리콘 격자 구조는 도펀트 합체 공정에 의해 변화되지 않고 유지되어야 한다. 따라서, 이온주입 시스템은 정확하게 주입해야 하며, 이행되는 주입종의 양 및 위치를 감시할 수 있는 것이 필요하다.
종래의 이온주입 시스템은 원하는 도펀트 원소를 이온화시키고, 이것이 가속되어 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하게 되는 이온 소오스를 포함한다. 이 빔은작업물의 표면으로 지향된다. 일반적으로, 이온 빔의 활성이온은 작업물의 두께로 침투하여 물질의 결정성 격자내로 매입되어서 요구하는 전도성 지역을 형성한다. 이온주입 공정은, 일반적으로 웨이퍼 취급 조립체 및 이온소오스를 감싸는 높은 진공의 가스밀봉 처리챔버내에서 수행된다.
종래 기술의 주입 시스템에서 전형적인 이온 빔 경로는, 이온소오스, 전극, 분해자석장치, 광학분해소자, 및 웨이퍼 처리 시스템을 포함한다. 전극은 이온소오스에서 생성된 이온을 추출하여 가속시켜서, 분해자석장치를 향해 지향되는 빔을 생산한다. 분해자석장치는 전하-대-질량 비율에 따라 이온 빔에서 이온을 선별하고, 웨이퍼 처리 시스템은, 이온 빔 경로에 대하여 작업물의 위치를 조절한다. 광학분해소자는 분해자석장치와 협동하여, 선택된 전하-대-질량 비율을 가진 이온을 시스템이 집속할 수 있게 하여서, 이온을 작업물로 향해 지향시킨다.
이온주입 시스템은, 일반적으로 이온을 기판으로 주입시키기 위해 필요한 가속에너지를 발생하는 고전압을 형성한다. 가속에너지는, 많은 주입 시스템에서 10∼200 keV로부터 고에너지 시스템에서 수 MeV까지의 높은 에너지의 범위이다. 일반적으로, 이러한 고전압은 고전압 전원장치에 의해 공급되는 전극을 경유하여 인가된다.
종래의 이온주입 시스템에서는 자주 전기장 응력포인트에서 과도전기방전이 발생하거나, 전극 및/또는 절연체상의 공정 퇴적물 또는 입자에 의해 방전이 유도된다. 이러한 방전은 전극전압의 변화를 초래하고, 주입 시스템의 렌즈에 이온 빔의 잠재적 손실로서 영향을 준다. 따라서, 전극전압의 변화는 전원장치회로의 과부하 및/또는 전압의 급강하를 야기할 수 있다. 전원장치가 과부하 및/또는 전압의 급강하 상태에 있는 기간에, 가치있는 이온 빔 주입시간을 잃을 수도 있다. 이러한 기간의 지속은 전원장치가 과부하 및/또는 전압의 급강하로부터 회복하는데 필요한 시간의 양에 의해 일반적으로 제어된다.
따라서, 과도방전으로부터의 전원장치 과부하에 대한 종래의 이온주입 시스템의 이온 빔 손실에 관련된 상기 문제점의 관점에서, 이러한 전원장치의 과부하 및/또는 전압의 급강하 상태를 경감시키는 시스템 및 방법을 마련하는 것이 바람직하게 된다.
본 발명은 이온주입 시스템의 전원장치를 강화시킴으로써, 이온 빔 손실시간을 단축시키는 시스템 및 방법을 제공한다. 이 강화는, 그와 관련된 전극방전으로부터 전원장치를 절연시킴으로써 효과적으로 수행된다. 주입 공정 동안 전극이 방전함에 따라, 거기에 관련된 진공방전은 소멸되고, 전형적으로 이러한 방전에 관련된 전원장치내에 저장된 에너지의 손실은 경감된다. 따라서, 본 발명은 전극전압 및 관련 이온 빔의 회복에 필요한 시간을 상당히 감소시킨다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 과도방전으로부터 과도분리 시스템을 경유하여 전원장치를 절연시킴으로써 전원장치 강화를 제공하는 것이다. 과도분리 시스템은, 전원장치와, 관련 전극 및/또는 방전되는 기타 소자 사이를 작동 가능하게 접속시킨다. 본 발명의 과도분리 시스템은 전극과 관련된 과도방전 동안 전원장치를 전극으로부터 일시적으로 절연시키는 역할을 한다. 과도분리가 없으면, 일반적으로 방전은 전극전압이 낮은 값으로 강하되도록 전극전원장치를 방전시킴으로써, 방전이 지속되는 동안 전원장치를 과부하(예, 과전류, 부족전압) 상태에서 작동시킨다. 전원장치가 과부하 상태로부터 회복하는 동안에, 수십 밀리초 동안 이온 빔 손실이 지속되는 것이 관찰되었다. 전원장치를 분리시킴으로써, 본 발명은 전원장치 전류 및 전압이 방전상태 동안일지라도, 수용 가능한 레벨에서 유지되도록 한다. 전원장치가 과도방전상태 동안 분리되기 때문에, 방전은 수 마이크로초 동안 전극과 관련된, 사실상 단지 표유 정전용량에 의해 공급되고, 따라서 분리전원장치로부터의 충분한 전력공급부족으로 사실상 소멸된다.
도 1은 본 발명에 따른 이온주입 시스템의 선도.
도 2는 본 발명에 따른 과도분리(transient isolation) 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 이온소오스(source)와 관련되는 과도분리 시스템의 상세 개략 블록도.
도 4a는 본 발명에 따른 과도분리 시스템의 수동회로 적용의 개략도.
도 4b는, 본 발명에 따른 전극간 방전용 과도분리 시스템의 수동회로 적용의 개략도.
도 5a는 본 발명에 따른 수동 과도분리 시스템의 적용 이전의 과도전압 선도.
도 5b는 본 발명에 따른 수동 과도분리 시스템의 적용 이후의 과도전압 선도.
도 6a는 본 발명에 따른 과도분리 시스템의 능동회로 적용의 개략 블록도.
도 6b는 본 발명에 따른 과도분리 시스템의 능동회로 적용의 상세 개략 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 전원장치 강화를 위한 방법론의 계통도.
본 발명의 한 양태에 따라 이온주입 시스템이 구비된다. 이 시스템은 적어도 하나의 전극에 전압을 제공하는 적어도 하나의 전원장치와, 적어도 하나의 전원장치 및 적어도 하나의 전극 사이를 동작 가능하게 접속하는 스위칭 시스템을 포함한다. 이 스위칭 시스템은 적어도 하나의 전원장치와 적어도 하나의 전극을 소정의 임계치에서 차단하여, 적어도 하나의 전원장치의 과부하를 경감시킨다.
본 발명의 다른 양태에 따라 이온주입 시스템이 구비된다. 이 시스템은 이온 빔을 형성하기 위해 이온을 제공하는 이온소오스와, 적어도 하나의 전극에 전압을 제공하여 이온 빔을 작업물로 지향시키는 적어도 하나의 전원장치를 포함한다. 이 시스템은 사실상 방해받지 않는 이온 빔을 작업물로 공급하는 과도분리 시스템을 포함한다. 이 과도분리 시스템은 적어도 하나의 전극에 의한 방전으로부터 적어도 하나의 전원장치를 절연시킨다.
본 발명의 또다른 양태에 따라 이온주입 시스템이 구비된다. 이 시스템은 적어도 하나의 전극에 전압을 제공하는 전압소오스와, 소정의 임계치에서 전압소오스와 적어도 하나의 전극을 차단하여 전압소오스의 과부하를 경감시키는 수단을 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에 따라 이온주입 시스템에서 전원장치 강화방법론이 구성된다. 이 방법론은 적어도 하나의 전극에서 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원장치로부터 전류를 감시하는 단계와; 이 전류가 소정의 임계치 이하인지 결정하는 단계와; 전류가 소정의 임계치 이상이면 적어도 하나의 전원장치를 적어도 하나의 전극으로부터 절연시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에 따라 이온주입 시스템에서 전원장치 강화방법론이 구성된다. 이 방법론은 적어도 하나의 전극에서 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원장치로부터 전압를 감시하는 단계와; 이 전압이 소정의 임계치 이하인지 결정하는 단계와; 전압이 소정의 임계치 이상이면 적어도 하나의 전원장치를 적어도 하나의 전극으로부터 절연시키는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명은 전술한 및 관련 목적을 달성하기 위하여, 이하에서 완전히 설명되는 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 특정 설명 실시예를 상세히 나타낸다. 그러나, 본 실시예는 본 발명의 원리를 이용하는 각종 방법의 일부만을 나타내고 있다. 본 발명의 기타 목적, 장점 및 신규 특징은 도면과 연결하여 다음의 본 발명의 상세 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도면을 참조하여 본 발명을 설명하며, 동일 참조 숫자는 전체를 통해 동일부품을 나타낸다.
본 발명은 이온주입 시스템에서 이온 빔 성능을 사실상 개선시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 이온 빔 성능은 이온가속전극으로부터의 과도방전 동안 전원장치 과부하상태를 경감시킴으로써 개선된다. 과부하상태를 경감시킴으로써 주입 공정중의 이온 빔 손실은 사실상 감소된다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 이온주입 시스템(10)을 나타낸다. 이온주입 시스템(10)은 한쌍의 패널 카세트(panel cassette)(26), 엔드 이펙터(end effector)(24), 로드록(loadlock) 조립체(12), 처리챔버(16)를 형성하는 하우징 (14), 빔 개구(20)를 통해 처리챔버(16)와 연통되는 이온소오스(18)를 포함한다. 아래에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 이온소오스(18)는 개구(20)와 협력하여 이온 빔(나타내지 않음)을 형성한다. 이온소오스(18)는 전원장치 과부하상태를 경감시켜서 이온 빔 손실을 사실상 감소시키는 과도분리 시스템(30)(도 2)을 포함한다.
엔드 이펙터(24)는 카세트(26)에 쌓인 패널(P)을 로드록 조립체(12)로 이송시킨다. 통상적인 모터 조립체(23), 리드 스크류(22), 한쌍의 선형 베어링(28), 및 원형축(29)이 구비되어, 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 패널(P)을 로드록 조립체(12)로부터 처리챔버(16)로 이송시킨다. 픽업아암(pickup arm)(27)은 처리중 패널(P)을 취급한다. 먼저 픽업아암(27)이 패널(P)을 로드록 조립체(12)로부터 제거할 때, 이것은 사실상의 수평위치(P1)로 지향된다. 픽업아암은, 다음 이 패널을 화살표(13)로 나타낸 바와 같이, 사실상의 수직위치(P2)로 지향시킨다. 픽업아암(27)과 패널(P)(P2 위치로 지향된)은, 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 주사방향에서 나타낸 실시예에서 좌로부터 우로, 개구(20)로부터 나오는 이온소오스(18)에 의해 생성된 이온 빔의 경로를 지나 이동된다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 이온소오스(18)의 부분을 더욱 상세하게 나타낸다. 이온소오스(18)는 이온 빔(68)을 지향시키는 가속전극(62) 및 전원장치 (64)를 포함한다. 또한, 과도분리 시스템(30)이 포함되어 과도방전상태 동안 전극(62)과 전원장치(64) 사이를 절연시킨다.
이온 빔(68)을 지향시키기 위해, 일반적으로, 전원장치(64)는 이온주입에 필요한 이온 가속에너지를 발생시키는 전압을 갖는 전극(62)을 구비한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 전극(62)은 이온챔버(나타내지 않음)로부터 이온을 지향시키는 플라즈마 전극과, 방출된 이온을 가속하는 추출, 억제 및 접지전극을 포함한다. 전원장치(64)는 전극(62)에 대해 바이어스 전압을 제공한다. 예를 들면, 접지전극은 일반적으로 0 V로 바이어스 되고, 억제전극은 약 -3 kV로 바이어스 되며, 추출전극은 약 90 kV로 바이어스 되고, 플라즈마 전극은 약 95 kV로 바이어스 된다. 공정중에 비교적 고전압이 인가되기 때문에, 전극간 및/또는 전극과 접지간에 아크가 발생할 수 있다.
아크는 전극(62)으로부터 짧은(시간기간) 전류서어지(surge)를 야기하고, 결과적으로 전원장치(64)의 붕괴(예를 들어, 저전압, 과전류상태)를 초래한다. 예를 들면, 공급전류가 공칭공급전류를 약 30% 만큼 초과하면, 전원장치는 과전류상태가 된다. 전압붕괴는 전원장치(64)가 회복되는데(예를 들어, 공칭출력전압으로 복귀)수십 밀리초를 필요로 한다. 결과적으로, 이온 빔(68)은 이 전원장치 회복시간 동안 손실될 수도 있다. 이온 빔(68)은 전원장치가 공칭출력전압의 약 98.5% 내에 존재하지 않는 한, 손실되는 것으로 판명되었다.
과도분리 시스템(transient isolation system:TIS)은 전극(62)에 관련된 과도방전을 절연(예를 들어, 분리, 차단)시킴으로써 전원장치(64)의 붕괴를 경감시킨다. 과도분리 시스템(TIS)(30)은 과도방전(예를 들어, 아크) 동안 전극(62)을 전원장치(64)로부터 일시적으로 분리시킨다. 바람직한 실시예에서, TIS(30)를 분리된 시스템으로 나타냈으나, TIS(30)는 전원장치(64)내에 포함되거나/또는 전극(62)과 함께 구비될 수도 있음을 이해하여야 한다.
방전은 전극(62)에서 시작되기 쉬우며, 결국 아크로 진행된다는 것이 판명되었다. 이 아크는 전극(62)을 단락시켜서, 전극(62) 및 접지간 표유 정전용량이 아크를 통해 방전되고, 전극(62) 및 관련 전원장치(64)의 전압붕괴를 야기시킨다. 일반적으로 아크는, 약 0.5 마이크로초 내지 1 마이크로초 동안 지속되는, 짧은 시간기간의, 고전류서어지를 전원장치(64)에 야기시킨다. TIS(30)가 없으면, 이 전류 서어지는 과전류/부족전압 운전정지상태 때문에, 전원장치(64)를 수 밀리초 동안 붕괴시키게 된다. TIS(30)를 구비하면, 전원장치(64)는 TIS(30)내의 과도차단회로 (30a, 30b, 및 360)(도 4a, 도 4b,및 도 6b)를 경유하여 분리된다. 이 과도차단회로(30a, 30b, 및 360)는 수동 및/또는 능동회로를 포함한다. 과도분리 시스템이 차단될 때, 방전은 전극(62)의 표유 정전용량 방전으로써 제한된다. 따라서, 밀리초의 전원장치 과부하 운전정지는 마이크로초의 전극(62)의 표유 정전용량 방전으로감소된다. 이것은 종래 기술의 이온주입 시스템에 대해 약 10배의 개선을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이온 빔 주입 시스템(80)을 상세 개략 블록도에서 추가로 설명한다. 특히, 도 3은 다수의 전극(94, 96, 98 및 100)으로부터 다수의 전원장치(102, 104, 및 106)를 분리시키는 다수의 TIS시스템(108a-108d)을 가진 이온소오스(18)를 나타낸다.
이온챔버(82)는 플라즈마(84)를 수용하고, 이그나이터(ignitor)(86)가 플라즈마(84)를 활성화시키는 것으로 나타냈다. 이온화 물질을 보관하는 컨테이너(88)는 도관(92)을 경유하여 이온챔버(82)로 연결된다. 컨테이너(88)로부터 이온챔버 (82)로의 이온화 물질의 흐름은 선택 가능한 밸브(90)에 의해 제어된다. 그 위에, 플라즈마전극(94), 추출전극(96), 억제전극(98), 및 접지전극(100)을 포함하는 일군의 전극을 나타낸다.
이그나이터(86)는 기술 분야에서 공지된 전자소오스 또는 플라즈마 이니쉬에이터(initiator)를 나타내며, 이그나이터(86)에 의한 전력출력은 선택 가능하다. 특히, 제어기(262)는 전력신호(114)로써 이그나이터(86)와 접속되어 있다. 제어기 (262)는 전력신호(114)를 경유하여 이그나이터에 의한 전력출력을 제어하고, 밸브 (90)는 이온챔버(82)로의 이온화 물질의 도입을 제어한다. 제어기(262)는 유동신호 (116)에 의해 밸브(90)와 접속되고, 밸브를 제어한다. 따라서, 제어기는 밸브(90)를 제어함으로써 이온챔버로의 이온화 물질의 유량을 제어한다.
제어기(262)는 전압제어신호(118, 120 및 122)를 경유하여 전극(94, 96, 98및 100)에 대한 제어를 실행한다. 특히, 플라즈마(84)는 플라즈마전극(94)을 통해 이온챔버(82)를 빠져나간다. 이온스트림(stream)(68)은 다음에 추출전극(96), 억제전극(98) 및 접지전극(100)을 포함하는 이온 빔 조립체(95)에 의해 지향되고, 가속된다. 3개의 가변전압장치(102, 104 및 106)는 전극(94, 96, 98 및 100)간의 전압을 조절한다. 예로써, 전압장치(102)는 플라즈마전극(94) 및 추출전극(96)간의 전압을 바이어스 시키고, 전압장치(104)는 추출전극(96) 및 제어전극(98)간의 전압을 바이어스 시키며, 전압장치(106)는 제어전극(98) 및 접지전극(100)간의 전압을 바이어스 시킨다. 전압장치(102, 104 및 106)는 일반적으로 조정되어서, 전극(94, 96, 98 및 100)은 상기한 바와 같이 접지전극(100)에 대하여 선택된 전압으로 되어 있다.
본 발명에 따라, TIS(108a, 108b, 108c 및 108d)는, 전극(94, 96, 98 및 100) 및 전원장치(102, 104 및 106) 사이에 작동 가능하게 접속되어서, 전극(전극간 방전)간 및/또는 전극과 시스템 접지간(나타내지 않음)에 발생하는 관련 방전으로부터 전원장치의 절연을 구성하는 것을 나타낸다. TIS(108)는 사실상 전원장치 과부하상태를 경감시킴으로써 이온 빔 성능을 개선하며, 따라서 종래 기술 시스템에서 전형적으로 관련되는 이온 빔 손실을 경감시킨다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 과도분리 시스템(30a)의 한 특정 실시예의 개략도를 나타낸다. 직렬 인덕터(300)는 전극(62)의 빠른 분로(예를 들어, 아크로 인한 단락) 동안 공급전압을 지지하고, 사실상 일정한 임피던스를 제공함으로써 전극(62)에서 발생하는 방전으로부터 전원장치(64)를 사실상 절연시킨다. 그러면,아크는 전극전압의 붕괴에 의해 사실상 제거되고, 공급전압이 붕괴되지 않는 동안, 빔 손실기간은 대략 전극(62) 및 인덕터(300)의 RL 시간 정수로 제한된다. 나타낸 바와 같이, 전극(62)회로는 비선형 전극저항(310) 및 표유 정전용량(312)을 포함한다. 직렬 인덕터(300)는 전원장치(64)의 전압레벨 및 전극회로 부품값에 따라 수 마이크로헨리로부터 수 다스(dozen) 밀리헨리까지의 범위에 있다. 사실상 넓은 범위의 인덕터값이 본 발명을 수행하기 위해 사용됨을 이해하여야 한다.
바람직하게는, 직렬 인덕터(300)에 접속된 병렬 필터 커패시터(314)가, 또한 TIS(30a)내에 포함될 수도 있다. 커패시터(314)는 전극(62)의 조절을 용이하게 하고, 인덕터(300)와 함께 제2차 저역필터로서 동작한다. 직렬 인덕터(300)에 대하여 상기한 바와 같이, 정전용량값의 사실상 범위는 본 발명을 수행하는데 이용된다. 정전용량값은 수 피코패럿(picofarad)으로부터 수 다스(dozen) 마이크로패럿까지의 범위로 된다.
예를 들면, 약 4 kΣ의 전원장치 저항(318), 약 1 kΣ의 아크 임피던스(예를 들어, 전극저항(310)과 표유 정전용량(312)의 결선), 및 90 kV의 추출전극전압을 가정하면, 10 mH 인덕터값이 약 10 마이크로초 동안 전원장치(64)를 절연시키기 위해 선택된다. 표유 정전용량(312)값이, 약 4 kΣ의 차징(charging) 임피던스와 함께 약 600 pF로 주어지면, 아크가 전극(62)(20A?90kV/4k ohms)을 단락시킬 때, 표유 정전용량의 전하를 보충하기 위해 약 20A의 전류가 흐르게 된다. 이 전하 (90kV*600pF?54uC)는, 필터 캐퍼시터상의 전압이 90kV(0.06uF? 54uC/ (90kV*1%))의 약 1%에서 유지된다면, 대략 0.06 uF의 필터 캐퍼시터(314)에 의해 제공된다.상기의 주어진 회로값이면, 전원장치 전류의 과도증가는, 약 0.4%의 전원장치 전압변동으로써 전원장치(64)(예를 들어, 30% 과부하 정격)의 과부하 정격 이하에서 유지된다. 따라서, 전극(62)의 과도방전으로부터 효과적인 전원장치(64)의 절연이 성취된다. 이온 빔 손실이 또한 계속해서 일어나고, 제어전압공급이 또한 붕괴되는 것을 참조한다. 도 4b에 나타낸 회로는 전극 서로에 아크가 있을 때 과부하상태로부터 전원장치 절연을 형성한다.
도 4a에서 설명한 바와 같이, 제1전극회로(326a) 및 제2전극회로(326b)는 도 4b에서 캐퍼시터(330)를 경유하여 함께 접속되는 것을 나타낸다. 전극회로(326a 및 326b)간에 정전용량 커플링을 구비함으로써, 커패시터(330)의 직류(DC) 차단 특성 때문에 개별전극 DC전압제어가 유지된다. 그러나, 전극간의 과도방전 때문에 전극 (62a 및62b)간의 단락이 발생할 때, 방전에너지는 전원장치(64a 또는 64b)보다는 커패시터(330)에 의해 공급된다. 넓은 범위의 정전용량값은 소정의 회로 파라미터에 따라 커패시터(330)에 대해 선택된다. 많은 적용에서 50 nF 값은 충분히 적절하다. 추가적으로, 전원장치(64a 및 64b)는 TIS(30b)에 의해 개별적으로 보호된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, TIS(30b)(도 4b에 나타낸 바와 같이)가 설치되기 이전 및 이후의 과도방전(글리치(glitch))을 모두 나타낸다. 도 5a에서, 약 매 5∼10초에 약 1 글리치의, 한쌍의 제어전극에 대한 전압 글리치 율을 나타낸다. 도 5b에서, 도 4b에서 나타낸 바와 같이 2개의 제어전극을 분리하기 위해 TIS(30b)가 구비된 후, 약 매 50∼100초에 약 1 글리치의 글리치 율을 나타낸다. 도 5b에 나타낸 잔류 글리치는 대체로 비제어 추출전극 글리치와 관련된다. 상기한 바와 같이전극회로를 함께 접속하기 위해서 약 50 nF의 커패시터를 사용한다.
TIS(30)에 대한 상기의 수동회로는 소정의 방전에너지에 대해 효과적이며, 따라서 특히 전압범위에 대해 효과적이다. 초고전압(90kV이상)에서 필터링 인덕터 (300)에 필요한 자속은 매우 큰 훼라이트 코아를 요구한다. 따라서, TIS(30)에 대한 또 다른 특정 실시예로서 능동회로를 사용할 수도 있다.
도 6a를 참조하면, TIS(30)에 능동회로(350)의 도입을 설명하는 블록도를 나타낸다. 이 회로(350)는 상기한 수동회로와 같이, 과도전극 전압붕괴 동안 전원장치를 절연시키고, 사실상 제어된 전극전압을 유지하여 방전의 제거를 가능하게 하는 동일 목적을 달성한다. 능동회로(350)는 넓은 전압범위에서 동작하고 좋은 절연 성능을 발휘한다.
전극(62)으로부터의 전원장치(64)의 절연은, 전원장치 부하의 과도변동을 사실상 제거시킴으로써 성취된다. 과도전극 붕괴 동안 전류제어 및/또는 전압제어 스위치(352)를 차단시킴으로써, 공칭 전원장치 동작 임피던스에 맞는 부하(354)(예를 들어, 저항)를 삽입한다. 정상상태 동안에는 부하(354)는 스위치(352)에 의해 분로되고, 과도상태 동안에는 스위치(352)를 차단시킴으로써 삽입된다. 일반적으로, 스위치(352)는 서브마이크로초 전환시간, 10∼90kV 격리능력(전극에 따라), 평균 수십 mA 및 수십 암페어의 펄스전류 전송능력, 및 바람직하게는, 낮은 순전압 강하를 구비하여야 한다.
도 6b를 참조하면, TIS(30)의 한 특정 능동회로(360)의 실시예를 나타낸다. 이 회로(360)는 과도방전상태 동안 전원장치(64)를 절연시키는 3극관 스위치(362)(예를 들어, Eimac Y-810 평면 3극관)를 포함한다. 어느 적절한 스위치(362)도 본 발명을 수행하기 위해 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들면, 4극관, 5극관, 전력 MOSFET, 다이리스터(thyristor) 및 전력 트랜지스터를 또한 사용할 수도 있다.
그리드(grid) 바이어스 전원장치(364)는 다이오드(366)를 경유하여 그리드 (362a)에 접속되어 있다. 그리드 바이어스 전원장치(364)는 이온주입 시스템(10)의 정상(비과도상태) 동작 동안에 스위치(362)를 유지하기 위한 전압으로 설정되어 있다. 그리드 바이어스 전원장치(364)로부터 과도상태를 분리하기 위해 다이오드 (366)를 구비한다.
소형(예를 들어, 1250 ohms) 음극감지저항(368)이 스위치(362)의 음극(362b)과 전극(62) 사이에 구비된다. 과도전극방전 때문에 음극(362b) 회로에 전류가 상승함에 따라, 음극상의 전압은 그리드(362a)에 대해 그리드 바이어스 전원장치 (364)에 의해 설정된 전압에 근접하게 된다. 전류가 음극감지저항(368)에 의한 소정의 레벨 이상으로 상승되면, 과도전류가 음극(362b) 전압을 그리드(362a) 이하로 감소시키는 레벨 이하로 떨어질 때까지 스위치(362)를 차단한다. 스위치(362)가 차단될 때, 부하정합(load matching) 시스템(370)(예를 들어, 대략 800 Mohm 저항)이 전원장치(64)와 전극(62) 사이에 구비된다. 따라서, 전원장치 부하의 과도변동을 사실상 제거하는 부하정합 시스템(370)을 삽입시킴으로써, 과도전극방전으로부터 전원장치(64)의 효율적인 절연이 성취된다. 이 스위치(362)는 정상(비방전) 동작 동안 사실상 통과되며, 과도상태 동안 사실상 유사한 전원장치 부하를 제공한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 이온주입 시스템(10)의 전원장치 강화를 구성하는 방법론을 나타낸다. 단계(400)에서 전극전원장치(64)에 전력이 공급되고, 시스템(10)의 전극(62)(예를 들어, 90 kV로 유지된 추출전극)에 상응하는 전압레벨에서 유지된다. 단계(410)로 진행되면, 전원장치의 전류 및/또는 전압이 감시된다. 전원장치의 전류 및/또는 전압은 전류/전압감지저항, 홀(Hall)센서, 자석식 센서, 또는 어떤 적절한 전류/전압감지 시스템에 의해 감시될 수도 있다. 단계(420)로 진행되면, 정상상태의 전류/전압이 소정의 레벨 이상으로 상승되었는지의 여부에 대한 판단이 이루어진다.
전류/전압의 레벨이 단계(420)에서 소정의 임계치(예를 들어, 공칭 전원장치 동작전류 또는 전압 이상 5%) 이하이면, 공정은 단계(400)로 복귀되고 전극전압을 유지한다. 전류/전압의 레벨이 단계(420)에서 소정의 임계치 이상이면, 공정은 단계(430)로 진행된다.
단계(430)에서 전원장치(64)는 과도방전상태 동안 전극으로부터 차단된다. 상기한 바와 같이, 전원장치는 능동 및/또는 수동회로를 경유하여 차단된다. 단계(440)로 진행되면, 전원장치의 정상상태 부하에 정합되는 부하정합 시스템을 공정에 삽입한다. 부하정합 시스템은, 사실상 전원장치 부하변동을 제거시킴으로써 과도방전으로부터 전원장치를 분리시킨다. 부하정합 시스템은, 저항, 임피던스 네트워크, 능동 네트워크등과 같은 어떤 적절한 부하정합회로일 수도 있다. 과도상태가 진정된 후, 공정은 전원장치(64)가 전극(62)에 재접속되는 단계(450)로 진행된다. 다음, 공정은 단계(400)로 복귀되고 전극(62)을 정상상태 전압으로 유지한다.
위에서 설명한 것은 본 발명의 바람직한 실시예이다. 물론, 본 발명을 설명하는 목적에 대하여 부품 또는 방법론의 모든 가능한 조합을 설명하는 것은 불가능하나, 당업자는 본 발명의 추가 조합 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은, 첨부한 청구 내용의 취지 및 범주에 속하는 이러한 모든 변경, 변형 및 변동을 포함하는 것으로 한다.
본 발명은 이온주입 시스템의 전원장치를 강화시킴으로써, 이온 빔 손실시간을 단축시키는 효과가 있다. 즉, 주입 공정 동안 전극이 방전함에 따라, 거기에 관련된 진공방전은 소멸되고, 전형적으로 이러한 방전에 관련된 전원장치내에 저장된 에너지의 손실은 경감된다. 따라서, 본 발명은 전극전압 및 관련 이온 빔의 회복에 필요한 시간을 상당히 감소시킨다.

Claims (23)

  1. 적어도 하나의 전극에 전압을 공급하는 적어도 하나의 전원장치와;
    적어도 하나의 전원장치와 적어도 하나의 전극간에 동작 가능하게 접속되며, 적어도 하나의 전원장치와 적어도 하나의 전극을 소정의 임계치에서 차단시켜 적어도 하나의 전원장치에서 과부하를 경감시키는 스위칭 시스템을 구비하는 이온주입 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 스위칭 시스템은 적어도 하나의 전극으로부터 적어도 하나의 전원장치를 차단시키는 수동회로를 추가로 포함하는 이온주입 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 스위칭 시스템은 적어도 하나의 전극으로부터 적어도 하나의 전원장치를 차단시키는 능동회로를 추가로 포함하는 이온주입 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 각각이 제1 및 제2전원장치에 의해 전력이 각각 공급되는 제1전극 및 제2전극을 포함하고, 제1 및 제2전극은 제1 및 제2전원장치의 과부하를 경감시키는 커패시터를 경유하여 접속되는 이온주입 시스템.
  5. 이온을 공급하여 이온 빔을 형성하는 이온소오스와;
    적어도 하나의 전극에 전압을 제공하여 이온 빔을 작업물로 지향시키는 적어도 하나의 전원장치와;
    사실상 방해받지 않은 이온 빔을 작업물에 공급하며, 적어도 하나의 전극에 의한 방전으로부터 적어도 하나의 전원장치를 절연시키는 과도분리 시스템을 구비하는 이온주입 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 과도분리 시스템은 적어도 하나의 전극에 의한 방전으로부터 적어도 하나의 전원장치를 절연시키는 수동회로를 추가로 포함하는 이온주입 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 수동회로는 인덕터를 추가로 포함하는 과도분리 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 수동회로는 커패시터를 추가로 포함하는 과도분리 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 각각이 제1 및 제2전원장치에 의해 전력이 각각 공급되는 제1전극 및 제2전극을 포함하고, 제1 및 제2전극은 제1 및 제2전원장치의 과부하를 경감시키는 커패시터를 경유하여 접속되는 이온주입 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 과도분리 시스템은 적어도 하나의 전극에 의한 방전으로부터 적어도 하나의 전원장치를 절연시키는 능동회로를 추가로 포함하는 이온주입 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 능동회로는 적어도 하나의 전극에 의한 과도방전으로부터 적어도 하나의 전원장치를 일시적으로 차단시키는 능동스위치를 포함하는 이온주입 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 능동회로는 3극관, 4극관, 5극관, MOSFET, 다이리스터, 및 전력 트랜지스터중에서 적어도 하나를 포함하는 이온주입 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 능동회로는 적어도 하나의 전극에 의한 과도방전으로부터 적어도 하나의 전원장치의 부하변동을 경감시키는 부하정합 시스템을 포함하는 이온주입 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 부하정합 시스템은 저항, 임피던스 네트워크, 및 능동 네트워크중에서 적어도 하나를 포함하는 이온주입 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 능동회로는 능동스위치를 작동시키는 센서를 포함하는 이온주입 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 센서는 저항, 홀센서, 및 자석식 센서중에서 적어도 하나를 포함하는 이온주입 시스템.
  17. 제5항에 있어서, 과도분리 시스템이 적어도 하나의 전원장치내에 포함되는 이온주입 시스템.
  18. 제5항에 있어서, 과도분리 시스템이 적어도 하나의 전극과 함께 포함되는 이온주입 시스템.
  19. 적어도 하나의 전극에 전압을 제공하는 전압소오스와;
    전압소오스 및 적어도 하나의 전극을 소정의 임계치에서 차단시켜서 전압소오스의 과부하를 경감시키는 수단을 구비하는 이온주입 시스템.
  20. 적어도 하나의 전극에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원장치로부터의 전류를 감시하는 단계와;
    이 전류가 소정의 임계치 이하에 있는지를 결정하는 단계와;
    이 전류가 소정의 임계치 이상에 있으면, 적어도 하나의 전원장치를 적어도 하나의 전극으로부터 절연시키는 단계를 포함하는 이온주입 시스템의 전원장치 강화방법.
  21. 제20항에 있어서, 전류가 소정의 임계치 이상에 있으면, 적어도 하나의 전원장치 및 적어도 하나의 전극 사이에 부하정합 시스템을 삽입하는 단계를 추가로 포함하는 이온주입 시스템의 전원장치 강화방법.
  22. 적어도 하나의 전극에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원장치로부터의 전압을 감시하는 단계와;
    이 전압이 소정의 임계치 이하에 있는지를 결정하는 단계와;
    이 전압이 소정의 임계치 이상에 있으면, 적어도 하나의 전원장치를 적어도 하나의 전극으로부터 절연시키는 단계를 포함하는 이온주입 시스템의 전원장치 강화방법.
  23. 제22항에 있어서, 전압이 소정의 임계치 이상에 있으면, 적어도 하나의 전원장치 및 적어도 하나의 전극 사이에 부하정합 시스템을 삽입하는 단계를 추가로 포함하는 이온주입 시스템의 전원장치 강화방법.
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