專利名稱：減小離子植入器顆粒污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子植入系統(tǒng)，更具體地涉及一種用于在離子植入系 統(tǒng)內(nèi)最小化顆粒污染的射束控制電路，以及，通過在電源和與離子源相關(guān) 的電極之間使用高壓開關(guān)以在離子植入操作期間啟動或終止離子束來減
小來自于離子源的離子束工作因數(shù)(占空因數(shù)duty factor)以最小化顆 粒污染的方法。
背景技術(shù)：
離子植入系統(tǒng)用于將雜質(zhì)(視為慘雜元素)植入半導(dǎo)體基底或晶片(通 常被稱為工件)之中。在這種系統(tǒng)中，離子源對所期望的摻雜元素進(jìn)行電 離，并且被電離的雜質(zhì)從離子源被抽出作為離子束。離子束被導(dǎo)引(例如， 掃過)在各個工件兩端以將被電離的雜質(zhì)植入工件內(nèi)。摻雜離子改變工件 的成分使其具有所期望的電特性，這對于形成例如基底上的晶體管的特定 的半導(dǎo)體裝置是非常有用的。
向著更小的電子設(shè)備持續(xù)發(fā)展的趨勢已表現(xiàn)出在各個晶片上封裝大 量更小、更強(qiáng)大和更有能效的半導(dǎo)體設(shè)備的動力。這對于精心控制包括離 子植入的半導(dǎo)體制造過程是必要的，并且更具體地，在晶片的離子植入期 間避免顆粒污染。所謂的顆粒污染表示顆粒(在亞微米至微米范圍內(nèi)，來 自射束線元件或來自晶片處理元件的微小材料)被植入在晶片表面或者移 動到晶片表面上并停留在表面上。而且，半導(dǎo)體裝置被制造在較大的工件 上以提高產(chǎn)量。例如，目前運(yùn)用直徑為300mm或更大的晶片，從而能夠在 單一晶片上制造更多的裝置。這些晶片非常昂貴，因此，非常希望減少浪 費，所述浪費例如是，在離子植入期間由于顆粒污染的影響而不得不扔棄 整個較大的晶片或阻止在顆粒之下的晶片面積被加工或植入。
例如，形成顆粒的主要因素之一是射束沖擊，例如，在抽出電極上、 在射束線壁上、沿射束線的孔徑上和在法拉第杯上的光束沖擊。然后，這些顆粒連同離子束被運(yùn)送并作為污染到達(dá)目標(biāo)部件或晶片，所述污染會影 響被植入部件的質(zhì)量、劑量水平均勻性、產(chǎn)量和可靠性。
因此，需要減輕由于離子植入器內(nèi)的射束沖擊所造成的顆粒污染影 響，以在整個晶片或工件上提供最小的顆粒污染以及均勻的植入。
發(fā)明內(nèi)容
下面給出本發(fā)明的簡要說明以提供本發(fā)明的一個或多個方面的基本 理解。本發(fā)明內(nèi)容不是本發(fā)明的詳盡描述，并且它既不是意圖確定本發(fā)明 的關(guān)鍵或重要的元件，也不是意圖描繪本發(fā)明的范圍。更確切地，本發(fā)明 內(nèi)容的主要目的是以簡單形式給出本發(fā)明的一些概念作為后續(xù)更詳細(xì)描 述的序言。
本發(fā)明涉及一種用于減小顆粒污染的電路和方法，顆粒污染可能是通 過射束沖擊與離子源相關(guān)的電極、壁和沿離子植入系統(tǒng)的射束線的任何其 它元件而產(chǎn)生的。此外，更多的射束沖擊使壁面更加易碎，這會使隨后射 束沖擊產(chǎn)生額外的顆粒。通過減小這些射束沖擊的射束工作或持續(xù)時間， 污染的產(chǎn)生也被減小。許多射束控制或開關(guān)控制電路被公開，所述電路包
括在高電壓電源與其各自的電極之間串聯(lián)加入的高壓高速(HVHS)開關(guān)。 例如，與離子源相關(guān)的一個或多個抑制、抽出、陰極或電弧電源及其各自 的電極可被HVHS幵關(guān)切換以啟動或終止離子束和減小射束的導(dǎo)通時間或
射束工作，從而降低作為射束沖擊的結(jié)果而產(chǎn)生的污染水平。
本發(fā)明的射束控制電路包括與離子植入系統(tǒng)的離子源部分相關(guān)的元 件和電源串聯(lián)的高壓開關(guān)，其中，開關(guān)可被操作以中斷或重新建立電源與 電極之間的連接。射束控制電路還包括開關(guān)控制器，其可操作地以通過在 離子植入開始之前控制開關(guān)最低限度地閉合以及在離子植入完成之后控 制開關(guān)最低限度地斷開，以控制在離子植入系統(tǒng)內(nèi)所產(chǎn)生射束的工作因數(shù) 或工作周期，從而最小化顆粒污染。射束控制技術(shù)可適用于晶片摻雜植入 和減小工作因數(shù)。
本發(fā)明的系統(tǒng)還包括一個或多個保護(hù)電路，保護(hù)電路通過從電抗元件 吸收能量和對任何過電壓的鉗止而保護(hù)高壓開關(guān)和相關(guān)的電源，所述過電 壓在開關(guān)斷開或關(guān)閉時在開關(guān)和電源兩端上產(chǎn)生。保護(hù)電路包括與高壓開關(guān)繞線串聯(lián)的串聯(lián)保護(hù)電路，或者與高壓開關(guān)電線繞線并聯(lián)的并聯(lián)保護(hù)電 路，或者包括這兩種電路，以保護(hù)高壓開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，公開適用于將離子植入一個或多個工 件的離子植入系統(tǒng)的離子源射束控制電路。在本發(fā)明的一個方面中，系統(tǒng) 包括一個或多個高壓高速(HS)開關(guān)，所述高壓高速開關(guān)與用于離子源(或 許多這些電極的其中之一)的電源(例如，高壓抽出、抑制電源、電弧電
壓、陰極電壓或白熱絲電壓電源)相串聯(lián)，HVHS開關(guān)可被操作以導(dǎo)通或中 斷連接到離子源或電極的HV電源，以啟動或終斷離子束。從離子源抽出大 量離子具有射束電流的離子束形式。
在另一個實施例中，本發(fā)明的開關(guān)控制器還被操作以檢測與在離子源 或HV電極內(nèi)的電弧相關(guān)的電流或電壓的變化，并且基于電流或電壓變化的 檢測控制與離子源或HV電極相關(guān)的一個或多個HVHS開關(guān)的開啟或關(guān)閉，以 熄滅電弧。當(dāng)與電弧相關(guān)的電流或電壓的改變被檢測時，開關(guān)被設(shè)置為斷 開直至電弧被熄滅，并且然后設(shè)置為閉合。此外，開關(guān)可在數(shù)個脈沖干擾 中重復(fù)地被斷開和閉合。
在本發(fā)明的另一個方面中，系統(tǒng)還包括可操作的同步電路以對兩個或 多個射束控制電路進(jìn)行同步和定時，用于斷開和閉合離子植入系統(tǒng)的兩個 或多個高壓開關(guān)。
仍然在另一個方面中，與離子源相關(guān)的電流或電壓變化的檢測包括檢 測下面其中之一在HV電源中的電流涌波(surge)、離子束電流的減小、
抑制電極電壓的下降和與電弧相關(guān)的用以熄滅電弧的抽出電極電壓下降。 仍然在另一個方面中，保護(hù)電路的其中之一與其所保護(hù)的HV開關(guān)相串聯(lián)。
在一個方面中，保護(hù)電路的其中之一與其所保護(hù)的HV開關(guān)相并聯(lián)。 在本發(fā)明的另一個方面中，系統(tǒng)還包括位于離子源附近的抽出抑制電極。
仍然在另一個方面中，與離子植入系統(tǒng)的離子源部分相關(guān)的電源和電 極包括與離子植入器相關(guān)的一個或多個電弧電壓、陰極電壓電源和電極。
在另一個方面中，與離子植入系統(tǒng)的源部分相關(guān)的電源和電極包括與 離子植入器相關(guān)的一個或多個電弧電壓電源和電極。
9在另一個方面中，射束的工作循環(huán)包括所希望的導(dǎo)通時間與關(guān)閉時間 的比率，其中，所希望的導(dǎo)通時間通常對應(yīng)于離子植入時間，且所希望的 關(guān)閉時間通常對應(yīng)于離子植入之后射束的閑置時間。
在本發(fā)明的一個實施例中，開關(guān)控制器還可被操作以在啟動離子植入 之前控制高壓開關(guān)閉合第一時間間隔，以及在離子植入結(jié)束之后保持高壓
開關(guān)被閉合第二時間間隔。第一和第二時間間隔可約為lms或更小，或者 在另一個實施例中，可以從大約lms到2min，這取決于在間隔期間需要被 執(zhí)行的動作。
在一個方面中，通過使用高壓開關(guān)和相關(guān)的電壓電源，開關(guān)控制器可 被操作以熄滅與離子源或高壓電極相關(guān)的電弧。
在本發(fā)明的另一個方面中，開關(guān)控制器還可被操作以便在下面其中之 一的期間終止離子射束到達(dá)晶片裝載或卸載位置處、手動射束關(guān)閉開關(guān) 操作、電弧檢測和晶片交換；以及下面其中之一的期間啟動離子射束在 手動射束導(dǎo)通切換操作、隨后的晶片交換、接下來的裝載操作和植入另一 個晶片的命令。
在本發(fā)明的另一個方面中，開關(guān)控制器還可被操作以從離子植入系統(tǒng) 接收用于運(yùn)動控制系統(tǒng)的射束工作因數(shù)命令，以在下面其中之一的期間使 高壓開關(guān)失效到達(dá)晶片交換位置處、接收手動射束關(guān)閉命令、等待下一
個晶片或植入自動恢復(fù)和在晶片交換之前。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個其它方面，用于在離子植入系統(tǒng)中最小化顆 粒污染的射束控制電路也被公開，射束控制電路包括用于產(chǎn)生可以離子束 的形式被抽出的大量離子的離子源，以及與電源和與離子植入系統(tǒng)的離子 源部分相連的電極串聯(lián)的高壓開關(guān)，，高壓開關(guān)可被操作以中斷或重新建 立電源與電極之間的連接。這個系統(tǒng)還包括開關(guān)控制器，開關(guān)控制器可操 作地通過閉合高壓開關(guān)而在離子植入之前啟動離子束，以及通過斷開高壓 開關(guān)而在離子植入之后終止離子束，從而最小化顆粒污染。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，通過利用開關(guān)控制器和連接在電源和與離 子植入系統(tǒng)的離子源相連的電極之間的高壓開關(guān)，減小離子束的工作因數(shù)
以最小化在離子植入系統(tǒng)中顆粒污染的方法包括接收離子束導(dǎo)通命令或 關(guān)閉命令其中之一，在離子植入開始前通過響應(yīng)離子束導(dǎo)通命令閉合高壓
10開關(guān)而啟動離子束，以及植入離子。這個方法還包括在離子植入結(jié)束后通 過響應(yīng)離子束關(guān)閉命令斷開高壓開關(guān)而終止離子束，從而最小化離子束工 作因數(shù)和顆粒污染。
在本發(fā)明的另一個方面中，這個方法包括同步和兩個或多個開關(guān)控制 器，具有兩個或多個高壓開關(guān)，高壓開關(guān)用于啟動或終止與用于離子植入 器的兩個或多個各自的電壓電源的電極相關(guān)的離子束。例如，這包括同步 抽出電源和一個或多個抑制電源的開關(guān)。
在本發(fā)明的另一個方面中，這個方法的開關(guān)控制器可被操作以在離子 植入開始前控制高壓開關(guān)閉合第一時間間隔，并且在離子植入結(jié)束之后保 持被閉合第二時間間隔。
為實現(xiàn)前述和相關(guān)的目標(biāo)，下面的描述和附圖詳細(xì)地提出本發(fā)明的特 定解釋性觀點與實施方式。它們僅代表運(yùn)用本發(fā)明原理的各種方式中的其 中數(shù)種方式。本發(fā)明的其它的方面、優(yōu)點和新穎的方面將通過以下詳細(xì)描 述及附圖而變得明顯。
圖l是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的離子植入系統(tǒng)的射束控制電路 100的元件的示意框圖，用于啟動或終止與離子植入系統(tǒng)的離子源相關(guān)的
離子束；
圖2是諸如可利用本發(fā)明的圖1中的射束控制電路的示例性離子植入 系統(tǒng)的簡化框圖3A是諸如可被本發(fā)明的圖1中射束控制電路控制的示例性離子源的 簡化框圖3B是諸如可被本發(fā)明的圖1中射束控制電路的控制的示例性離子源
的電氣連接的簡化示意框圖4A是用于控制如可根據(jù)圖1中本發(fā)明使用的離子植入器的離子束的
射束信號與控制信號電壓的圖形；
圖4B是現(xiàn)有技術(shù)中射束信號與植入時間間隔的圖形； 圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的離子植入系統(tǒng)的射束控制電
路500的一個實施例的示意框圖，用于通過切換抽出和/或抑制電壓到與離子植入系統(tǒng)的離子源相關(guān)的各個電極，以啟動或終止離子束；
圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的離子植入系統(tǒng)的射束控制電 路501的另一個實施例的示意框圖，用于通過切換與離子植入系統(tǒng)的離子 源相關(guān)的電弧腔和陰極/反射極(r印eller)之間的電弧電壓，以啟動或 終止在電弧腔內(nèi)的等離子體；
圖5C是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的離子植入系統(tǒng)的射束控制電 路502的另一個實施例的示意框圖，用于通過切換與離子植入系統(tǒng)的離子 源相關(guān)的白熱絲和陰極/反射極之間的陰極電壓，以啟動或終止電弧腔內(nèi) 的等離子體；
圖6是示例性抑制電極高壓供電電路的簡化示意圖，抑制電極高壓供
電電路具有諸如可用在本發(fā)明的射束控制電路的電弧抑制電路；
圖7是示例性保護(hù)電路的示意框圖，保護(hù)電路諸如可在HVHS開關(guān)兩端 上或與HVHS開關(guān)串聯(lián)使用，以吸收來自各自HV開關(guān)外部的電抗元件的能 量，并且根據(jù)本發(fā)明的一個或多個特點限制在開關(guān)兩端上的過電壓；
圖8是用在離子植入器內(nèi)的示例性射束控制電路800的簡化示意框圖， 利用在電源和植入器電極之間的HVHS開關(guān)，并且利用開關(guān)控制器，根據(jù)本 發(fā)明的一個或多個方面，基于電流或電壓檢測、來自其它開關(guān)或其它開關(guān) 控制器的同步信號、工作因數(shù)控制輸入命令、運(yùn)動控制系統(tǒng)或來自離子植 入系統(tǒng)的強(qiáng)制開關(guān)控制命令，排序、控制和同步電流和電壓的終止和啟動 到一個或多個電極，并且進(jìn)一步圖解在脈沖干擾消滅(glitch quench) 和射束工作因數(shù)控制應(yīng)用兩者中使用相同的開關(guān)；和
圖9是在例如使用根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的本發(fā)明的圖1中的 射束控制電路的離子植入器內(nèi)用于離子射束控制的示例性方法的流程框 圖。
具體實施例方式
本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行描述，其中，相同的參考序號可被使用以在全 文中表示相同的元件。這些說明和下面的描述實際上是示例性的而不是限 制性的。因此，可以明白，所闡述的系統(tǒng)、方法的變化例，以及除在這里 所說明的系統(tǒng)和方法之外的其它這種實施例可被認(rèn)為落入本發(fā)明和附隨
12的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明涉及一種離子束控制電路和方法以最小化在離子植入系統(tǒng)內(nèi) 的諸如由于植入器內(nèi)的射束沖擊的顆粒污染。本發(fā)明試圖通過減小射束工 作因數(shù)或射束的工作時間例如，通過關(guān)閉離子抽出或電弧腔內(nèi)的等離子 體，以試圖減小顆粒污染。例如，為關(guān)閉離子抽出，可關(guān)閉抽出電壓和抑 制電壓。例如，為關(guān)閉電弧腔內(nèi)的等離子體，可關(guān)閉電弧電壓或陰極電壓 或一些其它的參數(shù)。射束控制電路被討論，射束控制電路縮短離子束的導(dǎo)
通時間(on-time)持續(xù)時間(工作因數(shù))，從而減小由污染顆粒產(chǎn)生的射 束沖擊，所述的污染顆粒例如會在晶片或其它的這些目標(biāo)中產(chǎn)生離子植入 不均勻或離子植入污染。
根據(jù)本發(fā)明，射束控制電路利用高壓高速(HVHS)開關(guān)(例如，' 65KV@2MHz M0SFET開關(guān))，高壓高速開關(guān)以與電壓電源串聯(lián)的方式加如到 抑制或抽出電極；并且可使用適于電弧或陰極電源的其它低壓高速開關(guān)， 例如，用以控制來自離子源等離子體的離子束，或用以控制離子源內(nèi)的等 離子本身。在離子植入開始之前，離子束被啟動和穩(wěn)定。在之后不久，離 子被植入目標(biāo)(例如，晶片)內(nèi)。在植入之后不久，離子束被終止以最小 化離子束導(dǎo)通時間的長度(工作因數(shù))，并且可能沿射束線、抽出電極、 法拉第杯(faraday c叩)或孔徑?jīng)_擊墻壁，例如，且產(chǎn)生污染顆粒和破 壞上述元件的材料。
有利地是，或者手動地利用開關(guān)或者通過來自植入器控制系統(tǒng)其中之 一的命令、它的計算機(jī)或者通過外部輸入，這些高壓高速開關(guān)也為離子植 入器提供有隨意簡單地開啟或關(guān)閉離子束的能力。由于離子植入器可能花 費大量時間來順序執(zhí)行開機(jī)和暖機(jī)到有助于植入的穩(wěn)定的離子束水平，經(jīng) 過這種熱機(jī)之后，例如，當(dāng)裝載或卸載新的晶片時、在每個晶片掃描開始 /結(jié)束時、在離子自動恢復(fù)發(fā)生期間(諸如在射束或晶片運(yùn)動困難期間)、 和(如果期望的話)即使在晶片的每個行掃描的越程區(qū)域(over-travel regions)部分內(nèi)，能夠開啟/關(guān)閉射束是非常有利的。因此，本發(fā)明的系 統(tǒng)有助于被稱為"射束工作因數(shù)"的這種有利的特點，射束工作因數(shù)是離 子射束的導(dǎo)通時間與整個時間間隔的比率。因此，射束工作因數(shù)可表示為
射束工作因數(shù)二射束導(dǎo)通時間/ (射束導(dǎo)通時間+射束關(guān)閉時間)通過具有這種減小射束工作因數(shù)的能力，本系統(tǒng)的發(fā)明者期望減小晶 片上的顆粒數(shù)，例如，因為射束在較大百分比上用在晶片上，較小百分比 用在晶片附近或晶片之前的周圍表面上。
此外，當(dāng)高壓電弧出現(xiàn)在電極之間或電極上時，高壓電源的高壓電容 器可能實質(zhì)地放電。這個深度放電會對離子束電流產(chǎn)生明顯的影響，并且
隨后需要大量的時間以恢復(fù)電壓和離子束電流(Ibeam)。近來這些高壓高 速開關(guān)己可作為成品被使用，并且因而可立即用在含有電弧消滅電路的這 些應(yīng)用中，例如可與本發(fā)明的射束控制電路結(jié)合使用。
通過調(diào)整或減小離子束的導(dǎo)通時間以大致近似于離子植入的期間，高 壓開關(guān)基于植入系統(tǒng)的定時而受開關(guān)控制器的控制以減小射束工作因數(shù)。 這個射束工作因數(shù)本質(zhì)上包括相對于實際植入時間的射束的總導(dǎo)通時間， 其然后基于離子植入開始之前離子束導(dǎo)通的第一時間間隔和離子植入結(jié) 束之后離子束導(dǎo)通的第二時間間隔。第一時間間隔允許時間用于離子植入 之前穩(wěn)定離子束。
基于通過高壓高速開關(guān)切換的特定電極，開關(guān)電路也包括一個或多個 用于高壓開關(guān)的保護(hù)電路，以吸收來自高壓高速開關(guān)周圍的電抗元件的過 多能量并且鉗止因開關(guān)動作所產(chǎn)生的任何過電壓(回掃電壓fly-back voltages)。保護(hù)電路可與各自的高壓高速開關(guān)并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。本發(fā) 明的射束控制電路還包括同步電路，以排序和同步到與離子植入系統(tǒng)相關(guān) 的每個電極和電壓供應(yīng)電路的電流和電壓的終止或重建。例如，用于抽出 和抑制電源供應(yīng)的開關(guān)通常被一起同步。
盡管本發(fā)明的高壓高速開關(guān)電路在離子源和離子植入器的上下文中 被說明和描述，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠注意到，這些高壓高速離子束 控制電路也可用在需要高壓和高速離子控制的其它應(yīng)用中，例如，X射線 裝置、加速器、其它離子源應(yīng)用。在這種方式下，離子束的工作因數(shù)可被 減小以減輕射束(例如，離子植入器的離子束)內(nèi)的顆粒污染。
首先參考圖l，適于實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個方面的用于離子源電源 的示例性射束控制電路100以框圖形式被描述。電路100包括電源102、高 壓高速HVHS開關(guān)104、用于斷開和閉合連接在電源102與離子源120的電極 之間的高壓高速開關(guān)104的開關(guān)控制器108，離子源120用于產(chǎn)生大量離子，離子能夠以離子束130的形式被抽出。
高壓高速開關(guān)104也可通過串聯(lián)和/或并聯(lián)保護(hù)電路110和115被保護(hù)， 分別地吸收來自開關(guān)104周圍的電抗元件的能量，并且保護(hù)開關(guān)避免遭到 過電壓破壞。通過衰減由開關(guān)瞬態(tài)和HVHS開關(guān)104外部的電抗元件引發(fā)的 任何振鈴或其它的過電壓，保護(hù)電路110和115還保護(hù)離子植入器的開關(guān) 104和其它元件。射束控制電路100可用于任何離子植入器或諸如可能需要 射束控制的其它應(yīng)用，或例如，使用在電極處或電源輸出處遭受電弧放電 的高壓電源的其它應(yīng)用。
例如，射束控制電路100通過接收外部的導(dǎo)通或關(guān)閉的命令108A而操 作，或者通過接收從其它的這些開關(guān)控制器(開關(guān)電路)進(jìn)入開關(guān)控制108 的同步輸入命令108b而操作。然后，開關(guān)控制器108在離子植入開始之前 閉合高壓開關(guān)HVHS104，以將電源102的Vb連接到電極的或產(chǎn)生離子束130 的離子源120的另一個這樣的元件的Va。接下來，在離子植入結(jié)束之后， 開關(guān)控制器108再次斷開高壓開關(guān)104。當(dāng)HVHS開關(guān)104被斷開時，由電路 100的電抗元件產(chǎn)生的任何過電壓被保護(hù)電路110和115吸收，并且Va降至 零處附近，并終止離子束130。在這種方式下，本發(fā)明的射束控制電路IOO 減小射束工作因數(shù)或射束130的導(dǎo)通時間，通過切斷例如電源102和抽出、 或抑制、或電弧電壓、或與離子植入系統(tǒng)100的離子源120相關(guān)的陰極電壓 之間的連接。
作為選擇，開關(guān)控制器108和高壓開關(guān)104可用于例如通過檢測與電弧 相關(guān)的電流或電壓來熄滅發(fā)生在用于離子源120的高壓電路內(nèi)的電弧，并 且可保持?jǐn)嚅_直至不再產(chǎn)生電弧為止。此外，開關(guān)可重復(fù)地被斷開和閉合 直至電弧不再重新產(chǎn)生為止。
圖2示出可利用與本發(fā)明的圖1的100相似的射束控制電路的示例性的 離子植入系統(tǒng)200。例如，離子植入系統(tǒng)200包括離子源120，具有若干用 于為植入系統(tǒng)200提供作為離子束130的離子源的抽出/抑制電極208。離子 束130內(nèi)的離子首先在第一區(qū)域210內(nèi)利用質(zhì)量分析磁體212被分析，通過 磁偏轉(zhuǎn)以過濾不需要的質(zhì)量離子或能量。質(zhì)量分析磁鐵212操作以在射束 路徑130兩端上提供磁場，從而根據(jù)質(zhì)量(例如，電荷與質(zhì)量的比率)將 來自離子束130的離子偏轉(zhuǎn)在不同的軌跡處。前進(jìn)穿過磁場的離子遭受到
15作用力，所述作用力沿射束路徑130來引導(dǎo)具有所希望質(zhì)量的個別離子，
并使不想要的質(zhì)量的離子偏離射束路徑。
然后，那些具有所希望質(zhì)量和能量的離子束130的離子在第二區(qū)域220內(nèi)被加速或減速，并且在區(qū)域230內(nèi)通過解析孔徑和減速盤232被聚焦，通過構(gòu)建法拉第杯234被測量，并且射束被等離子淋浴器236調(diào)節(jié)，所述等離子淋浴器使空間電荷中和。最后，離子束130進(jìn)入末端站240以便植入至晶片242內(nèi)，植入的劑量水平通過碟狀法拉第杯244來測量。
例如，在離子植入之前和之后，通過使用類似于圖l的射束控制電路的HVHS開關(guān)，可以切換電源到與離子源相關(guān)的例如抽出、抑制、電弧電壓或陰極電極，以最小化離子束導(dǎo)通時間和射束沖擊，從而減輕諸如圖2中的植入系統(tǒng)200的離子植入系統(tǒng)內(nèi)的顆粒污染。
圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明的若干方面的由圖1中射束控制電路108控制的示例性離子源300。圖3B還示出本發(fā)明的示例性離子源300的電連接的示意圖302。
離子源300包括電弧腔304、抑制電極308和接地電極310。電弧腔304包括被白熱絲322加熱的陰極320和用于容納產(chǎn)生在電弧腔304內(nèi)的等離子350的反射極330。具有所希望分子量的氣體通過氣體入口340被注入電弧腔304中。氣體被從陰極320發(fā)射的電子電離，并被反射極330容納，以提供容納在電弧腔304內(nèi)的等離子350。等離子也被外部磁場(未在圖中顯示)容納。在等離子350內(nèi)部的離子在電弧縫332之間被抽出至抑制電極308和接地電極310以形成離子束130。
圖3B還示出，抽出電壓VE352施加于電弧腔304，以及電弧電壓^354施加于電弧腔304與陰極320之間。離子源300還包括施加于陰極320與白熱絲322之間的陰極電壓Vc356，而且，白熱絲322接收白熱絲電流Ip358以加熱陰極320。離子源300的示意圖302還示出典型的三極真空管抽出電極系統(tǒng)。電弧縫332形成一個可被稱為提取電極的電極、抑制電極以及接地電極。電弧縫332具有電位Vs。抑制電壓Vs360施加于抑制電極308，且接地電位362施加于接地電極310。陰極電極Ve356施加于陰極320和反射極330兩者，以便限制陰極320與反射極330之間的等離子350。
圖4A示出射束信號420與控制信號430的圖形410，所述控制信號通過
16利用離子植入器(例如，圖2中離子植入器200)的射束控制電路(例如，
圖I中射束控制電路IOO)用于控制離子束(例如，圖1中離子束130)，所
述的離子植入器可根據(jù)本發(fā)明使用。
圖4B示出在現(xiàn)有技術(shù)中用于離子植入器的離子束的射束信號460和控制信號480的圖形450。
比較本發(fā)明的圖4A與現(xiàn)有技術(shù)的圖4B，能夠發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中射束信號460是典型地連續(xù)導(dǎo)通，而圖4A中本發(fā)明的射束信號420僅在時間tl與時間t2之間導(dǎo)通，這樣可以在植入之前和之后提供短暫的間隔。例如，第一時間間隔431被提供在時間11與時間13之間，且第二時間間隔432被提供在植入435之后的時間t4與時間t2之間。植入發(fā)生在圖4B中現(xiàn)有技術(shù)的植入控制信號480的時間t3與時間t4之間，和控制信號430的時間t3與時間t4之間。
例如，第一時間間隔431允許足夠的時間用于離子束130以使其在離子植入435開始之前穩(wěn)定。例如，如果抽出電壓(例如，圏3B的Ve352)和抑制電壓(例如，圖3B的Vs360)被切換，大約lms便可提供足夠的時間，但是，如果電弧電壓(例如，圈3B的Va354)或陰極電壓(例如，圖3B的Vc356)被切換，需要幾秒或更多的時間使等離子(例如，圖3B的350)和離子束(例如，圖3B的130)穩(wěn)定。
通常情況下，由于等離子(例如，圖3B的350)或離子束(例如，圖3B的130)幾乎瞬間消失，無論HVHS開關(guān)(例如，圖1的104)關(guān)閉抽出、抑制、電弧或陰極電壓，時間t4與時間t2之間的第二時間間隔432可相當(dāng)?shù)囟蹋?，約lms或更小。
而且，上述第一或第二時間間隔可用于執(zhí)行希望用于植入器控制的其它動作，那些動作可以是例如植入之前或之后的射束診斷。那些動作會增加第 一 或第二時間間隔的時間。
因此，圖4A的射束信號420的工作因數(shù)或?qū)〞r間被明顯地小于現(xiàn)有技術(shù)的圖4B的射束信號460的導(dǎo)通時間，從而減小離子植入系統(tǒng)內(nèi)顆粒污染的影響。因此，射束的工作循環(huán)被定義為導(dǎo)通時間/ (導(dǎo)通時間+關(guān)閉時間)的比值，其中，導(dǎo)通時間通常對應(yīng)于離子植入時間435，且關(guān)閉時間通常對應(yīng)于植入時間435之后的晶片交換時間。有時，關(guān)閉時間包括系統(tǒng)需要的空閑時間，例如，等待下一個晶片或在離子植入器的其它子系統(tǒng)遇到故障的期間。
圖5A、 5B、 5C示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的離子植入系統(tǒng)的三
個示例性射束控制電路方案，用于通過將一個或多個若干不同電壓切換到與離子植入系統(tǒng)的離子源相關(guān)的各個電極來啟動或終止離子束。通常情況下，離子植入器僅需要上述三種方案中的一種。
例如，圖5A示出本發(fā)明的離子植入系統(tǒng)的射束控制電路500，用于通過將抽出和/或抑制電壓切換到與離子植入系統(tǒng)的離子源相關(guān)的抽出和/或抑制電極以啟動或終止離子束。射束控制電路500包括抽出或抑制電壓V503 (分別地諸如抽出電壓VE352或抑制電壓Vs360)。類似于圖l中射束控制電路IOO，圖5A中的射束控制電路500還包括高壓高速HVHS開關(guān)504、開關(guān)控制器508，所述開關(guān)控制器508用于斷開或閉合連接在離子源120的電源503與電極510之間的HVHS開關(guān)504，所述的離子源120用于產(chǎn)生大量的能夠以離子束(如離子束130)的形式被抽出的離子。
射束控制電路500還包括一個或多個并聯(lián)和/或串聯(lián)保護(hù)電路510和515，分別地用以吸收來自開關(guān)504周圍的電抗元件的能量，并保護(hù)開關(guān)免受過電壓破壞。保護(hù)電路510和515還通過衰減由開關(guān)瞬變和HVHS開關(guān)504外部的電抗元件引發(fā)的任何振鈴或其它的過電壓來保護(hù)離子植入器的開關(guān)504和其它元件。射束控制電路500可用于任何離子植入器或需要射束控
制的其它應(yīng)用，或例如使用在電極處或電源輸出處遭受電弧放電的高壓電源的電路。
射束控制電路500通過接收外部的開啟或關(guān)閉命令508A或通過接收從其它的這些開關(guān)控制器(開關(guān)電路)進(jìn)入在開關(guān)控制器508的同步輸入命令508b來操作。然后，開關(guān)控制器508在離子植入開始之前閉合高壓開關(guān)HVHS504，以將離子源120的電極320的Va連接到用于產(chǎn)生離子束(例如，圖1的130)的電源503的Vb。然后，在離子植入結(jié)束之后，開關(guān)控制器508再次斷開高壓開關(guān)504。當(dāng)HVHS幵關(guān)504斷開時，由電路500的電抗元件產(chǎn)生的任何過電壓被保護(hù)電路510和515吸收，并且電極320處的Va降至接近零并終止離子束。在這種方式下，本發(fā)明的射束控制電路500減小離子植入系統(tǒng)500的離子束(例如，圖1的130)的射束工作因數(shù)或?qū)〞r間。典型地，例如，離子植入器可具有上述開關(guān)中的兩個， 一個用于抽出電源供應(yīng)，另一個用于抑制電源供應(yīng)。典型地，例如，上述兩個開關(guān)被開關(guān)控制器508同步。
圖5B示出本發(fā)明的離子植入系統(tǒng)的射束控制電路501，用于通過將電弧電壓VA354切換到與離子植入系統(tǒng)501的離子源有關(guān)的陰極320和反射極330以啟動或終止等離子體。
射束控制電路501包括電弧電壓W354。類似于圖1的射束控制電路100，圖5B的射束控制電路501還包括高速開關(guān)504和開關(guān)控制器508，所述開關(guān)控制器用于斷開和閉合開關(guān)504，所述開關(guān)連接在電弧電電壓電源、354與用于產(chǎn)生大量離子的離子源120的陰極320和反射極330之間，所述離子能夠以離子束(如離子束130)的形式被抽出。
由于射束控制電路501切換非常低的電弧電源VA354 (例如，約為IOOV)，所以，通常不需要例如圖5A的并聯(lián)和/或串聯(lián)的保護(hù)電路510和515以保護(hù)開關(guān)避免過電壓損壞。射束控制電路501可用于任何離子植入器或諸如可能需要對離子束進(jìn)行等離子控制的其它應(yīng)用。
射束控制電路501通過接收進(jìn)入開關(guān)控制器508的外部的導(dǎo)通或關(guān)閉命令508A而操作。然后，開關(guān)控制器508在啟動離子植入之前閉合開關(guān)504，以讓在陰極320和反射極330處的電壓Va等于來自電源354的電壓Vb，用于控制離子源的等離子(例如，圖1的120)。然后，在離子植入結(jié)束之后，開關(guān)控制器508再次斷開高壓開關(guān)504。當(dāng)開關(guān)504斷開時，在陰極320和反射極330處的電壓Va降至接近零并終止產(chǎn)生等離子和使離子束失效。在這種方式下，本發(fā)明的射束控制電路501降低離子植入系統(tǒng)501的離子束(例如，圖1的130)的射束工作因數(shù)或?qū)〞r間。
圖5C示出本發(fā)明的離子植入系統(tǒng)的射束控制電路502，用于通過將陰極電壓Ve356切換至與離子植入系統(tǒng)502的離子源120有關(guān)的陰極電極320和反射極330，以啟動或終止等離子。
射束控制電路502包括連接到陰極320的陰極電壓Vc:356和連接到白熱絲322的高速開關(guān)504。射束控制電路502還包括用于斷開和閉合開關(guān)504的開關(guān)控制器508，所述開關(guān)504連接在陰極電源Vc:356與產(chǎn)生大量的以離子束(如離子束130)的形式被抽出的離子的離子源120的白熱絲322之間。由于射束控制電路502切換非常低的陰極電壓Vc356 (例如，約為600V)，所以，可能不需要例如圖5A的并聯(lián)和/或串聯(lián)的保護(hù)電路510和515以保護(hù)開關(guān)避免過電壓的損壞。射束控制電路502可用在任何離子植入器
或諸如可能需要對離子束進(jìn)行等離子控制的其它應(yīng)用。
如前所述，射束控制電路502通過接收進(jìn)入開關(guān)控制器508的外部的導(dǎo)通或關(guān)閉命令508A而操作。開關(guān)控制器508然后在啟動離子植入之前閉合開關(guān)504以讓白熱絲的電壓Va等于來自電源VC356的電壓Vb，用于控制離子源的等離子(例如，圖1的120)。然后，在離子植入結(jié)束之后，開關(guān)控制器508再次斷開高壓開關(guān)504。當(dāng)開關(guān)504斷開時，電壓Va降至接近零并終止產(chǎn)生等離子，這使離子束失效。在這種方式下，本發(fā)明的射束控制電路502降低離子植入系統(tǒng)502的離子束(例如，圖1的130)的射束工作因數(shù)或?qū)〞r間。
圖5A的方案具有最快的時間以使離子束啟動和穩(wěn)定，可快至約lms。圖5B的方案具有較長的時間以使離子束啟動和穩(wěn)定，可能為幾秒或更長的時間。圖5C的方案具有較長的時間以使離子束啟動和穩(wěn)定，可能為幾秒或更長的時間。但是，圖5A和圖5B的方案能夠操作以在小于lms的時間內(nèi)終止離子束，而圖5C的方案需要稍長的時間以終止離子束。這些響應(yīng)時間的理由在于這些方案背后的物理性質(zhì)，并且依賴于諸如Ve和Vs叩、Va或Vc的控制參數(shù)如何分別地影響離子束或等離子體。
圖6示出具有諸如可用于本發(fā)明的射束控制電路(例如，圖5A的保護(hù)電路515)的電弧抑制電路610的示例性的抑制電極高壓電源電路600。
圖6的抑制電極高壓供應(yīng)電路600包括高正電壓抽出電源603和高負(fù)電壓抑制電源606，所述高正電壓饋送抽出縫604，所述高負(fù)電壓抑制電源饋送接地電極609周圍的抑制電極608。 HV抑制電源606具有傳統(tǒng)的電弧抑制或保護(hù)電路610，所述電弧抑制或保護(hù)電路可使用電流限制電阻器612以限制送到抑制電極608的電弧電流，使用電容614以過濾和穩(wěn)定電源的電壓，以及使用回掃二極管616以限制在過電壓振鈴或電弧導(dǎo)通一關(guān)閉循環(huán)期間由電路中電抗元件產(chǎn)生的任何反向電壓。在本發(fā)明的上下文中，電弧保護(hù)板610也可與本發(fā)明的HVHS開關(guān)(例如，圖1的104)配合使用以保護(hù)HVHS
開關(guān)避免受到損壞。
20圖7示出示例性的保護(hù)電路710，所述保護(hù)電路諸如可使用在HVHS開關(guān) 704的兩端上或與HVHS開關(guān)704串聯(lián)，以吸收來自各個HV開關(guān)704 (例如， 或圖1的開關(guān)104)外部的電抗元件的能量，以及限制在根據(jù)本發(fā)明的一個 或多個方面的開關(guān)兩端上的過電壓。保護(hù)電路710也通過衰減由來自HVHS 開關(guān)704的開關(guān)瞬變所引發(fā)的任何振鈴來保護(hù)開關(guān)704和其它相關(guān)元件。保 護(hù)電路710類似于圖1中的保護(hù)電路110和圖5A中的保護(hù)電路510。保護(hù)電路 710包括與電阻Rs串聯(lián)的串聯(lián)電容Cs，保護(hù)電路710纏繞并聯(lián)HVHS開關(guān)704。 HVHS開關(guān)704包括醇HS開關(guān)(例如，MOSFET晶體管組成的串聯(lián)堆疊)和與 開關(guān)并聯(lián)的二極管Dp。例如，HVHS開關(guān)704可設(shè)置具有或不具有并聯(lián)二極 管Dp。
例如，從本發(fā)明的上下文可以看到，兩個或更多的HS開關(guān)可相互串聯(lián) 或并聯(lián)以斷開或閉合電壓電源與離子植入器的離子源(或任何其它這樣的 設(shè)備)之間的連接。圖8示出諸如可用在離子植入系統(tǒng)(例如，圖2的200) 中的具有開關(guān)控制器808(或離子射束控制器)的示例性射束控制電路800， 利用在電壓電源803和植入器200的離子源120的電極820 (例如，陰極320) 之間的高壓和/或高速HVHS開關(guān)504。射束控制電路800類似于圖1、 5A、 5B 和5C的射束控制電路，這樣為簡化不必再次完整地描述。射束控制電路800 利用開關(guān)控制器808對與來自其它開關(guān)810的一個或多個電極的電壓連接
的重建進(jìn)行排序、控制和同步，以根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面協(xié)同來自 相關(guān)離子植入系統(tǒng)的射束工作因數(shù)控制命令830或其它強(qiáng)制開關(guān)控制命
令。射束控制電路800也表明，在脈沖干擾消滅和射束工作因數(shù)控制兩者
的應(yīng)用中使用相同的開關(guān)。
作為選擇，其它HVHS開關(guān)810可來自相同離子植入器的其它電極電源， 或可來自其它類似開關(guān)控制器808 (這些未在圖中顯示)的其它HVHS開關(guān)。 這些電路中不同的開關(guān)需要被同步，以確保用于斷開和閉合開關(guān)810所希 望的順序和時間。
射束控制電路800還包括輸入到開關(guān)控制器808的電弧熄滅檢測電路， 例如，來自對應(yīng)于電極820處電弧的電流或電壓變化的檢測。電弧檢測電 路可以包括電流變換器CT506，例如，用于檢測送到離子源電極820的電流 1809中的變化或脈沖干擾。例如，當(dāng)較長的脈沖干擾被檢測時，重繪過程可通過開關(guān)控制器808被啟動。在重繪過程期間，HVHS開關(guān)控制可被強(qiáng)制
導(dǎo)通/關(guān)閉以響應(yīng)重繪命令，或例如響應(yīng)通過運(yùn)動控制系統(tǒng)(未顯示)達(dá) 到的位置。
因此，由于HVHS開關(guān)504出現(xiàn)在本發(fā)明的電路內(nèi)，植入器系統(tǒng)設(shè)置有 隨意簡單開啟或結(jié)束離子束130的能力，或者利用開關(guān)手動進(jìn)行，或者利 用來自植入器控制系統(tǒng)之一的命令830、其計算機(jī)或外部輸入進(jìn)行，從而 提升可操作性以最小化離子射束的工作因數(shù)和顆粒污染。
此外，能夠開啟/關(guān)閉射束130是非常有利的，例如，當(dāng)裝載或卸載新 晶片時(例如，圖2的242)，在不同種類的晶片進(jìn)行調(diào)換期間，在每個晶 片掃描的開始/結(jié)束處，或在晶片242的每行掃描的越程區(qū)域(over-travel region)中，用以進(jìn)一步降低射束工作因數(shù)。換句話說，通過利用HVHS 開關(guān)使射束失效，射束線和晶片加工腔內(nèi)的離子束所需的整個時間被縮 短。因此，本發(fā)明的射束控制電路800有助于降低"射束工作因數(shù)"，從而 減小晶片242上的顆粒數(shù)，因為射束在很大程度上用在晶片242之上，很少 用在臨近于晶片242的植入器的其它表面(例如，在晶片的越程區(qū)域內(nèi))。
進(jìn)一步可注意到，本發(fā)明的HVHS開關(guān)可在一個或多個特定頻率處切 換，以響應(yīng)所希望的射束工作因數(shù)控制輸入或電弧檢測來調(diào)制或?qū)υS多電 極電壓和/或射束電流提供動態(tài)脈寬控制。除控制射束工作因數(shù)和熄滅電 極電弧之外，電源供應(yīng)調(diào)制也可被提供以響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)某些已知的非均勻性 (例如，在特定射束電流導(dǎo)致可預(yù)測的非均勻性的情況下)。還可注意到， 雖然這些調(diào)制的一個使用是在在晶片上獲得均勻劑量，其可被用于實現(xiàn)任 何預(yù)定的摻雜外形，其中均勻性是通用情況中的子集。
盡管本發(fā)明的射束控制電路和開關(guān)控制器已結(jié)合與用于離子源和抽 出電極的HV電源以及用于離子源和電弧電壓或陰極電極的電源進(jìn)行闡述， 可注意到，這些電路也可與離子植入器的電極和較高壓、較低壓的其它電 源或其它這種離子源和加速器相結(jié)合使用，包括需要離子束、電子束或等 離子控制的不同應(yīng)用，并且，這在本發(fā)明的上下文中是被預(yù)先考慮。
此外，還可注意到，當(dāng)用于切換上述的較低陰極或電弧電壓時，依靠 系統(tǒng)應(yīng)用的所希望的響應(yīng)時間，這里所討論的高壓和/或高速開關(guān)不需要 為標(biāo)稱的高壓或高速開關(guān)。
22本發(fā)明的一個方面是提供一種控制離子束的方法，在這里被提出和描 述。本發(fā)明的一個實施例接收離子束導(dǎo)通或關(guān)閉命令，通過響應(yīng)離子束導(dǎo) 通命令來閉合高壓開關(guān)，以在離子植入開始之前有效地啟動離子束。然后， 例如，離子被植入目標(biāo)晶片之內(nèi)。接下來，通過響應(yīng)離子束關(guān)閉命令來斷 開高壓開關(guān)，離子束在離子植入結(jié)束之后被終止，從而最小化離子植入系 統(tǒng)內(nèi)的離子束工作因數(shù)和顆粒污染。例如，這里所描述的高壓高速開關(guān)可 以繞線串聯(lián)在電極與提供電極電位的電源之間，以控制離子束或供應(yīng)離子 束的等離子體。
因此，僅有在離子植入之前和之后的時間間隔可以減小射束工作因 數(shù)，但是，這些間隔與離子植入時間間隔相比非常短。在這種方式下，離 子束工作因數(shù)可被改善，并且明顯地減低顆粒污染的潛在性。
這樣的一種方法900在圖9中被說明，根據(jù)本發(fā)明的一些方面，使用本 發(fā)明的射束控制電路(例如，圖I的IOO，圖5A的500，以及圖8的800)，闡 述一種減小離子植入器的離子束工作因數(shù)的方法。盡管示例方法900在下 文中作為一系列動作或事件被說明和描述，可注意到本發(fā)明并不局限于這 些動作或時間所闡述的順序。在這點上， 一些動作將以不同的順序發(fā)生和 /或與除那些在這里根據(jù)本發(fā)明被說明和/或被描述之外的其它動作或事 件同時發(fā)生。此外，并不是所有被闡述的步驟都被需要以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明 的方法。進(jìn)一步表明，根據(jù)本發(fā)明的方法可與晶片或另一個這種目標(biāo)、離 子束或用于產(chǎn)生離子束的等離子體、射束控制電路或用于將電源切換至不 同電極的高壓開關(guān)、在這里被說明和描述的離子源或離子植入系統(tǒng)相結(jié)合 而實現(xiàn)，以及與未被闡述的其它設(shè)備和結(jié)構(gòu)相結(jié)合而實現(xiàn)。
方法900包括示例性的射束控制方法900，利用射束控制電路(例如， 圖I的IOO)以最小化離子植入系統(tǒng)內(nèi)的顆粒污染(例如，圖2的200)，其 中射束控制電路包括開關(guān)控制器(例如，圖1的108)和高壓開關(guān)(例如， 圖1的104)，所述高壓開關(guān)連接在電壓電源(例如，圖1的102)與離子植 入系統(tǒng)(例如，圖I的IOO)的離子源(例如，圖1的120)之間。例如，可 選擇地，晶片242可能正在通過離子束130植入的過程中(或通過晶片或離 子束運(yùn)動)。在910處，射束控制電路100的開關(guān)控制器108接收離子束導(dǎo)通 或關(guān)閉命令108a、或來自于類似于開關(guān)控制108的其它開關(guān)控制電路的同步輸入命令108b。例如，離子束導(dǎo)通開關(guān)命令通常對應(yīng)于在植入之前圖4A
的時間tl。
在920處，通過響應(yīng)離子束導(dǎo)通命令(例如，圖l的108a)或同步輸入 命令(例如，圖l的108b)(當(dāng)這個命令與導(dǎo)通命令相對應(yīng)時)來關(guān)閉高壓 開關(guān)(例如，圖1的104)，離子束130然后在時間tl處被啟動用于在時間t3 處開始離子植入之前(例如，圖4A的435)的第一時間間隔(例如，圖4A 的431)。例如，第一時間間隔(例如，圖4A的431)允許足夠時間用于在 離子植入開始之前穩(wěn)定離子束130。例如，如果抽出電壓(例如，圖3B的 VE352)或抑制電壓(例如，圖3B的Vs360)被切換，那么lms就可能提供足 夠的時間，但是，如果電弧電壓(例如，國3B的Va354)或陰極電壓(例 如，圖3B的Ve356)被切換，等離子(例如，圖3B的350)和離子束(例如， 圖3B的130)需要幾秒才能被穩(wěn)定。
在930處，來自離子束(例如，圖1的130)的離子被植入目標(biāo)晶片(例 如，圖2的242)或例如另一個這樣的目標(biāo)。
最后，在940處，通過響應(yīng)離子束130關(guān)閉命令(例如，圖l的108a) 或同步輸入命令(例如，圖l的108b)(當(dāng)這個命令與關(guān)閉命令相對應(yīng)時) 而斷開高壓開關(guān)104，在離子植入435在時間t4處結(jié)束之后，離子束在時間 t2被終止。無論被HVHS開關(guān)所(例如，圖1的104)切斷抽出、抑制、電弧 或陰極電壓，因為等離子(例如，圖3B的350)和離子束(例如，圖3B的 130)幾乎同時消失，時間t4與時間t2之間的第二時間間隔432可能相當(dāng)短， 例如，約為lms或更短。
之后結(jié)束控制離子束的方法900，其中，進(jìn)一步的導(dǎo)通/關(guān)閉命令可能 被隨后地應(yīng)用到本發(fā)明的射束控制電路，其中，通過將一個或多個電源電 壓切換至離子植入系統(tǒng)的離子源，離子束的工作因數(shù)可以被最小化，并且 可以大幅降低顆粒污染。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可注意到，HVHS開關(guān)基本上被用于任何離子源
的抽出、抑制、電弧或陰極系統(tǒng)。還可注意到，這里所描述的方面同樣可 適用于其它離子源及非電弧放電源，所述離子源包括在"軟離子化"離子 源中提供主電子束電流、在RF或微波離子源中提供RF或微波能量的這些離 子源。盡管本發(fā)明已參考某些方面和實施例被說明和描述，可注意到一旦熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員對說明書和附圖進(jìn)行閱讀和理解后，等效的變換和修 改對于他們而言是顯而易見的。特別對于被上述元件(裝配、裝置、電路、 系統(tǒng)等)所執(zhí)行的各種功能而言，除非被指明，否則，即使不是結(jié)構(gòu)上等 同于在這里執(zhí)行本發(fā)明圖示的示例性實施例的功能的所公開的結(jié)構(gòu)，用于 描述這些元件的術(shù)語(包括相關(guān)的"構(gòu)件")意圖對應(yīng)于執(zhí)行所述元件的 特定功能的任何元件(也就是，功能上等效)。此外，雖然僅針對許多實 施例的其中之一公開本發(fā)明的特殊的方面，這個方面可與其它實施例的一 個或多個其它方面相結(jié)合，這對于任意設(shè)定或特殊的應(yīng)用而言是所希望和 有利的。而且，在一定程度上，使用在說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語"包含" "包括""有""具有""擁有"及它們的變化以類似于術(shù)語"包含"的方 式表示為包括。此外，在這里使用的術(shù)語"示例性的"僅表示示例，而非 最佳的實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于離子植入系統(tǒng)的射束控制電路，包括高壓開關(guān)，所述高壓開關(guān)串聯(lián)連接于電源和與離子植入系統(tǒng)的離子源部分關(guān)聯(lián)的電極，所述高壓開關(guān)能夠操作以中斷或重建所述電源與所述電極之間的連接；和開關(guān)控制器，所述開關(guān)控制器能夠操作以通過控制所述高壓開關(guān)在離子植入之前閉合并且在離子植入之后斷開來控制在離子植入系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的射束的工作因數(shù)，從而最小化顆粒污染。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括與所述高壓開關(guān)關(guān)聯(lián)的一個 或多個保護(hù)電路，所述保護(hù)電路能夠操作以吸收來自所述高壓開關(guān)外部的 電抗元件的能量，并且用以限制所述開關(guān)兩端上的過電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電源和與所述離子植入系 統(tǒng)的所述離子源部分關(guān)聯(lián)的所述電極包括下面的一個或多個抑制電壓電 源、抽出電壓電源和與所述離子源關(guān)聯(lián)的電極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中保護(hù)電路之一與所述保護(hù)電路之一所保護(hù)的所述高壓開關(guān)串聯(lián)。
5. 權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中保護(hù)電路之一與所述保護(hù)電路之一所保護(hù)的所述高壓開關(guān)并聯(lián)。
6. 權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括同步電路，針對用于所述離子植 入系統(tǒng)的兩個或更多高壓開關(guān)的所述斷開和所述閉合，所述同步電路能夠 操作以同步和定時兩個或更多的射束控制電路的兩個或更多的開關(guān)控制 器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述電源和與所述離子植入系 關(guān)聯(lián)的電極。、八；、，、' 、、:、一 、、、:、
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述電源和與所述離子植入系 統(tǒng)的所述離子源部分關(guān)聯(lián)的電極包括電弧電壓電源和與所述離子源關(guān)聯(lián) 的電極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述射束的所述工作因數(shù)包括預(yù)定導(dǎo)通時間與預(yù)定導(dǎo)通時間加上關(guān)閉時間的比率，其中，所述預(yù)定導(dǎo)通 時間通常對應(yīng)于所述離子植入時間和離子束建立時間，并且所述預(yù)定關(guān)閉 時間通常對應(yīng)于離子植入之后所述射束的閑置時間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)控制器能夠進(jìn)一步 操作以控制所述高壓開關(guān)在離子植入開始之前閉合第一時間間隔并且在 所述離子植入結(jié)束之后保持被閉合第二時間間隔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二時間間隔的 其中之一在大約1毫秒至大約2分鐘之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二時間間隔的 其中之一約為l毫秒或更小。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述幵關(guān)控制器能夠操作以 檢測與所述電極關(guān)聯(lián)的電流或電壓變化，并且根據(jù)所述檢測來控制一個或 更多高壓開關(guān)斷開或閉合，以熄滅與所述離子源關(guān)聯(lián)的電弧。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)控制器還能夠操作 以在下面其中之一的期間終止所述離子束到達(dá)晶片裝載或卸載位置、手 動射束關(guān)閉開關(guān)操作、電弧檢測和晶片交換；并在下面其中之一的期間啟 動所述離子束手動射束導(dǎo)通開關(guān)操作、晶片交換之后、裝載操作之后和 在植入另一個晶片的命令時。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)控制器進(jìn)一步能夠 操作以接收來自所述離子植入系統(tǒng)或運(yùn)動控制系統(tǒng)的射束工作因數(shù)命令， 以在下面其中之一的期間使所述高壓開關(guān)失效到達(dá)晶片交換位置、收到 手動射束關(guān)閉開關(guān)命令、等待下一個晶片或植入自動恢復(fù)和晶片交換之 刖。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中通過外部控制輸入來命令所 述開關(guān)控制器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括觸發(fā)控制電路，所述觸發(fā)控制電路能夠操作以檢測與所述電極關(guān)聯(lián)的 電流或電壓變化，并且根據(jù)所述檢測來控制一個或多個高壓開關(guān)的斷開或 閉合；禾口一個或多個保護(hù)電路，每個所述保護(hù)電路與一個高壓開關(guān)關(guān)聯(lián)，所述一個或多個保護(hù)電路能夠操作地吸收來自各個高壓開關(guān)外部的電抗元件 的能量，并限制所述開關(guān)兩端上的過電壓。
18. —種用于最小化離子植入系統(tǒng)中的顆粒污染的射束控制電路，包括離子源，所述離子源用于產(chǎn)生大量離子，所述離子能夠以離子束的形 式被抽出；高壓開關(guān)，所述高壓開關(guān)串聯(lián)在電源和與所述離子植入系統(tǒng)的所述離 子源部分關(guān)聯(lián)的電極之間，所述高壓開關(guān)能夠操作以中斷或重新建立所述 電源與所述電極之間的連接；和開關(guān)控制器，所述開關(guān)控制器能夠操作以通過閉合所述高壓開關(guān)而在 離子植入之前啟動所述離子束，并通過斷開所述高壓開關(guān)而在離子植入之 后終止所述離子束，從而最小化顆粒污染。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括與所述高壓開關(guān)關(guān)聯(lián)的一個或更多保護(hù)電路，所述一個或更多保護(hù)電路能夠操作以吸收來自所述高 壓開關(guān)外部的電抗元件的能量，并且限制所述開關(guān)兩端上的過電壓。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述電源和與所述離子植入 系統(tǒng)的所述離子源部分關(guān)聯(lián)的所述電極包括下面的一個或多個抑制電壓 電源、抽出電壓電源和與所述離子源關(guān)聯(lián)的電極。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中保護(hù)電路之一與所述保護(hù)電 路之一所保護(hù)的所述高壓開關(guān)串聯(lián)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中保護(hù)電路之一與所述保護(hù)電路之一所保護(hù)的所述高壓開關(guān)并聯(lián)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括同步電路，針對用于所述離子植入系統(tǒng)的兩個或更多高壓開關(guān)的所述斷開和所述閉合，所述同步電 路能夠操作以同步和定時兩個或更多的射束控制電路的兩個或更多的開 關(guān)控制器。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述電源和與所述離子植入系統(tǒng)的所述離子源部分關(guān)聯(lián)的所述電極包括一個或更多陰極電壓電源和 與所述離子源關(guān)聯(lián)的電極。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述電源和與所述離子植入系統(tǒng)的所述離子源部分關(guān)聯(lián)的電極包括電弧電壓電源和與所述離子源關(guān) 聯(lián)的電極。
26. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述射束的所述工作因數(shù)包括預(yù)定導(dǎo)通時間與預(yù)定導(dǎo)通時間加上關(guān)閉時間的比率，其中，所述預(yù)定導(dǎo) 通時間通常對應(yīng)于所述離子植入時間和離子束建立時間，并且所述預(yù)定關(guān) 閉時間通常對應(yīng)于離子植入之后所述射束的閑置時間。
27. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)控制器能夠進(jìn)一步操作以控制所述高壓開關(guān)在離子植入開始之前閉合第一時間間隔并且在 所述離子植入結(jié)束之后保持被閉合第二時間間隔。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二時間間隔的 其中之一在大約1毫秒至大約2分鐘之間。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二時間間隔的 其中之一約為l毫秒或更小。
30. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)控制器還能夠操作以在下面其中之一的期間終止所述離子束到達(dá)晶片裝載或卸載位置、手動射束關(guān)閉開關(guān)操作、電弧檢測和晶片交換；并在下面其中之一的期間啟動所述離子束手動射束導(dǎo)通開關(guān)操作、晶片交換之后、裝載操作之后和在植入另一個晶片的命令時。
31. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)控制器進(jìn)一步能夠操作以接收來自所述離子植入系統(tǒng)或運(yùn)動控制系統(tǒng)的射束工作因數(shù)命令，以在下面其中之一的期間使所述高壓開關(guān)失效到達(dá)晶片交換位置、收到 手動射束關(guān)閉開關(guān)命令、等待下一個晶片或植入自動恢復(fù)和晶片交換之■ 、 L刖。
32. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括觸發(fā)控制電路，所述觸發(fā)控制電路能夠操作以檢測與所述電極關(guān)聯(lián)的 電流或電壓變化，并且根據(jù)所述檢測來控制一個或多個高壓開關(guān)的斷開或閉合；禾口一個或多個保護(hù)電路，每個所述保護(hù)電路與一個高壓開關(guān)關(guān)聯(lián)，所述 一個或多個保護(hù)電路能夠操作地吸收來自各個高壓開關(guān)外部的電抗元件 的能量，并限制所述開關(guān)兩端上的過電壓。
33. —種減小離子束的工作因數(shù)的方法，通過利用射束控制電路以最 小化離子植入系統(tǒng)中的顆粒污染，所述射束控制電路包括開關(guān)控制器和連 接在電壓電源和與所述離子植入系統(tǒng)的離子源關(guān)聯(lián)的電極之間的高壓開 關(guān)，所述方法包括接收射束導(dǎo)通命令或者射束關(guān)閉命令的其中之一； 在離子植入開始之前，通過響應(yīng)所述射束導(dǎo)通命令來閉合所述高壓開 關(guān)以啟動所述離子束； 植入離子；和在離子植入結(jié)束之后，通過響應(yīng)所述射束關(guān)閉命令來斷開所述高壓開 關(guān)以終止離子束，從而最小化所述射束的所述工作因數(shù)和減小顆粒污染。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括同步兩個或更多開關(guān)控制器，所述開關(guān)控制器具有兩個或更多高壓開關(guān)，所述兩個或更多高壓開關(guān) 用于啟動或終止所述離子植入器的所述離子束。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述開關(guān)控制器能夠進(jìn)一步 操作以控制所述高壓開關(guān)在離子植入開始之前閉合第一時間間隔，以及在 離子植入結(jié)束之后保持被閉合第二時間間隔。
36. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述離子束被所述高壓開關(guān) 強(qiáng)制導(dǎo)通或關(guān)閉。
37. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述射束控制電路能夠進(jìn)一 步操作以在電弧檢測之后控制所述高壓開關(guān)斷開預(yù)定的時間期間。
38. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述開關(guān)控制器能夠進(jìn)一步操作以在下面其中之一的期間終止離子束到達(dá)晶片裝載或卸載位置、手 動射束關(guān)閉開關(guān)操作、電弧檢測和晶片交換；并在下面其中之一的期間啟 動離子束手動射束導(dǎo)通開關(guān)操作、晶片交換之后、裝載操作之后和在植 入另一個晶片的命令時。
全文摘要
本發(fā)明公開一種射束控制電路和方法，通過減小離子束的工作因數(shù)以最小化離子植入系統(tǒng)內(nèi)顆粒污染。在一個實施例中，射束控制電路包括與電源及離子植入系統(tǒng)的離子源部分相串聯(lián)的高壓開關(guān)，其中，開關(guān)可被操作以中斷或重新建立電源與離子源的電極之間的連接，電極包括用于產(chǎn)生等離子體的電極。射束控制電路還包括開關(guān)控制器，其可操作地通過控制開關(guān)在離子植入開始之前閉合并且控制開關(guān)在植入完成之后或在不需要射束的其它時間斷開，以控制離子束的工作因數(shù)，從而最小化射束工作因數(shù)和顆粒污染。射束控制技術(shù)可被應(yīng)用于晶片摻雜植入和減小工作因數(shù)。用于高壓開關(guān)的保護(hù)電路吸收來自電抗元件的能量并且鉗止任何過電壓。
文檔編號H01J37/08GK101636811SQ200780049064
公開日2010年1月27日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月3日
發(fā)明者張錦程, 闕維國, 黃永章 申請人:艾克塞利斯科技公司