(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、イオン注入システムのイオン源領域の電極とに直列に接続され、前記電源と前記電極の間の接続を遮断および再確立するように動作可能な高電圧スイッチ、および、
前記高電圧スイッチをイオン注入前に閉じ、イオン注入後に開くように制御することにより、前記イオン注入システムの内部で生成されるビームのデューテイファクタを制御するように動作可能であり、よってイオン注入システム内の粒子汚染を軽減するスイッチコントローラを有し、
前記高電圧スイッチの外部のリアクタンス成分からのエネルギーを吸収するように動作可能で、かつ、前記高電圧スイッチの両端の過電圧を制限するように動作可能な、前記高電圧スイッチの１つ以上の保護回路をさらに有し、
前記イオン注入システムの２つ以上の高電圧スイッチを開閉するための２つ以上のビーム制御回路の２つ以上のスイッチコントローラを同期し、タイミングを合わせるように動作可能な同期化回路をさらに有する、前記イオン注入システムのビーム制御回路。
【請求項２】
前記電源と、前記イオン注入システムの前記イオン源領域の前記電極が、
抑制電圧電源および引出電圧電源のうちの一つ以上、および、イオン源の電極を含む、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項３】
前記保護回路の１つが、保護している高電圧スイッチと直列に接続されている、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項４】
前記保護回路の１つが、保護している高電圧スイッチと並列に接続されている、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項５】
前記電源と、前記イオン注入システムの前記イオン源領域の前記電極が、陰極電圧電源およびイオン源の電極を含む、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項６】
前記電源と、前記イオン注入システムの前記イオン源領域の前記電極が、アーク電圧電源およびイオン源の電極を含む、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項７】
ビームのデューテイファクタが、所定のオン時間の、前記所定のオン時間に所定のオフ時間を加えた時間に対する比を含み、前記所定のオン時間は概ねイオン注入時間およびイオンビーム安定化時間（ion beam settling time）に相当し、前記所定のオフ時間は概ねイオン注入後のビームのアイドル時間に相当する、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項８】
前記スイッチコントローラが、さらに、前記高電圧スイッチを、イオン注入開始前の第１時間間隔の間は閉じ、イオン注入完了後の第２時間間隔の間も閉じたままになるように制御可能な、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項９】
上記第１時間間隔は、イオン注入の開始前にイオンビームを安定させるための時間であり、
ビームオフ時間は、注入時間の後のウエハ交換時間に相当する、請求項８に記載のビーム制御回路。
【請求項１０】
前記第１および第２時間間隔の１つが、１ミリ秒から２分である、請求項８に記載のビーム制御回路。
【請求項１１】
前記第１および第２時間間隔の１つが、１ミリ秒以下である、請求項８に記載のビーム制御回路。
【請求項１２】
前記スイッチコントローラが、前記電極に関連する電流変化または電圧変化を検出可能であり、１つ以上の高電圧スイッチを前記検出に基づいて開閉して、イオン源に関連したアークの消去を行うように前記１つ以上の高電圧スイッチを制御可能な、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項１３】
前記スイッチコントローラが、さらに、ウエハのロードまたはアンロード位置への到達、手動ビームオフスイッチ操作、アーク検出、およびウエハ交換のうちの１つの間にイオンビームを停止し、手動ビームオンスイッチ操作、ウエハ交換後、ロード操作後、および別のウエハに対する注入命令のうちの１つの間にイオンビームを開始するように動作可能である、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項１４】
前記スイッチコントローラが、さらに、ビームのデューテイファクタコマンドを前記イオン注入システムまたは運動制御システムから受信して、ウエハ交換位置への到達、手動ビームオフスイッチコマンドの受信、次のウエハ待ちまたは注入自動復旧、およびウエハ交換の前のうちの１つの間、前記高電圧スイッチを無効化するように動作可能である、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項１５】
前記スイッチコントローラが、外部制御入力により統御される、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項１６】
前記電極に関連した電流変化または電圧変化を検出可能であり、前記検出に基づいて１つ以上の高電圧スイッチを開閉するように制御可能であるトリガ制御回路、および、
それぞれが前記高電圧スイッチの１つと関連し、それぞれの高電圧スイッチの外部のリアクタンス成分からのエネルギーを吸収するように動作可能であり、前記高電圧スイッチの両端の過電圧を制限するように動作可能である１つ以上の保護回路をさらに有する、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項１７】
イオンビームの形で抽出可能なイオンを生成するためのイオン源を有し、
上記スイッチコントローラが、前記高電圧スイッチを閉じてイオン注入前にイオンビームを開始し、前記高電圧スイッチを開いてイオン注入後にイオンビームを停止するように動作可能である、請求項１に記載のビーム制御回路。
【請求項１８】
請求項１に記載のビーム制御回路を用いたイオン注入システム内の粒子汚染を軽減するために、イオンビームのデューテイファクタを減少させる方法であって、前記方法は、
ビームオンコマンドまたはビームオフコマンドを受信し、
ビームオンコマンドに応じて前記高電圧スイッチを閉じることによりイオンビームをイオン注入開始前に開始し、
イオンを注入し、
ビームオフコマンドに応じて前記高電圧スイッチを開くことによりイオンビームをイオン注入完了後に停止することを含み、よって前記ビームのデューテイファクタを最小化し、粒子汚染を軽減し、
イオン注入機のイオンビームを開始および停止するために使用される２つ以上の高電圧スイッチを有する２つ以上のスイッチコントローラを同期させることをさらに含む、方法。
【請求項１９】
前記スイッチコントローラが、さらに、前記高電圧スイッチを、イオン注入開始前の第１時間間隔の間は閉じ、イオン注入完了後の第２時間間隔の間も閉じたままになるように制御可能な、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記イオンビームは前記高電圧スイッチにより強制的にオンおよびオフされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ビーム制御回路はさらに、アーク検出後の所定の時間、前記高電圧スイッチが開くように制御可能である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記スイッチコントローラが、さらに、ウエハのロードまたはアンロード位置への到達、手動ビームオフスイッチ操作、アーク検出、およびウエハ交換のうちの１つの間にイオンビームを停止し、手動ビームオンスイッチ操作、ウエハ交換後、ロード操作後、および別のウエハに対する注入命令のうちの１つの間にイオンビームを開始するように動作可能である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入システム、特に、イオン注入システムにおける粒子汚染を最小限にするためのビーム制御回路、および、イオン源の電極と電源との間に設けられた高電圧スイッチを用いてイオン注入作業時にイオンビームを開始および停止させて、イオン源からのイオンビームのデューテイファクタを減少させ、粒子汚染を最小限にする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入システムは、ワークピースと呼ばれる半導体基板またはウエハに、一般にドーパント元素として知られる不純物を注入するために用いられる。こうしたイオン注入システムでは、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源からイオンビームとして抽出される。イオンビームは個々のワークピースに向けて横切るように（例えば一掃するように）照射され、イオン化ドーパントがワークピース内に注入される。ドーパントイオンはワークピースの組成を変化させ、例えば基板上に設けられたトランジスタのような、特定の半導体装置を作製するのに好都合となるように、ワークピースに所望の電気特性を与える。
【０００３】
電子機器の小型化の流れの中で、さらに多くの、より小型で、より強力な、よりエネルギー効率の良い半導体装置を１つのウエハ上に「詰め込む」ことが求められるようになってきた。これにより、イオン注入を含む半導体製造プロセスの細かな制御が求められ、より具体的には、ウエハのイオン注入中に発生する粒子汚染の防止が求められている。いわゆる粒子汚染とは、粒子（ビームライン要素またはウエハ処理要素からの、サブマイクロメーターからマイクロメーターの大きさの物質小片）がウエハ表面上に注入される、または、ウエハ表面上に移動し、留まってしまうことをいう。製造歩留まりの向上のため、半導体装置はより大きなワークピース上に作製されている。例えば、単一のウエハ上により多くの素子が形成できるよう、直径３００ｍｍ以上のウエハが使用されている。こうしたウエハは高価なので、イオン注入中の粒子汚染のためにより大きなサイズを持つウエハ全体を廃棄しなければならず、また、粒子の下のウエハ領域が加工あるいは注入されるのを阻止するといった無駄を軽減することが非常に望ましい。
【０００４】
粒子の主な発生要因の１つとしては、ビームの、例えば、引出電極、ビームライン壁、ビームラインに沿った開口、およびファラデーカップへの衝突があげられる。衝突後、こうした粒子はイオンビームに沿って運ばれ、目標部位またはウエハに達し、注入部位の品質、線量レベルの均一性、歩留まり、信頼性に影響しかねない粒子汚染を引き起こす。
【０００５】
従って、ウエハ全体またはワークピース全体の均一な注入を行いながら、粒子汚染を最小限にするために、イオン注入機内でのビームの衝突に起因する粒子汚染の影響を軽減する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
以下に、本発明の諸様態の基本理解のための概要を示す。この概要は本発明の外延的な概観を示すものではなく、本発明の主要な要素または重要な要素を特定するものでもなく、また、本発明の範囲を線引きするものでもない。この概要の主要な目的はむしろ、本発明の諸概念を簡潔な形で、後に示す詳細な説明の前で提示することである。
【０００７】
本発明は、回路と、ビームが、イオン源の電極や壁、イオン注入システムのビームラインに沿って配されたその他の要素に衝突することにより引き起こされる粒子汚染を軽減する方法に関する。ビームの衝突が繰り返されると、壁の表面が壊れやすくなるので、さらなる粒子がビームの衝突によって生成される。ビームのデューテイファクタすなわちビームが衝突している時間を減少させることにより、汚染物の発生も減少する。高電圧源とその電極との間に直列に付加された高電圧高速（ＨＶＨＳ）スイッチを組み込んだ、ビーム制御回路やスイッチ制御回路がいくつか開示されている。例えば、抑制電圧源、引出電圧源、陰極電圧源、アーク電圧源（arc voltage supply）のうちの１つ以上と、イオン源の電極の間が、ＨＶＨＳスイッチで切り替えられる。これにより、イオンビームを開始および停止して、ビームのオン時間すなわちビームのデューテイファクタを減少させ、ビーム衝突の結果生じる汚染のレベルを軽減する。
【０００８】
本発明のビーム制御回路は、電源と、イオン注入システムのイオン源領域の素子とに直列に接続された高電圧スイッチを有し、高電圧スイッチは、電源と電極の間の接続を遮断および再確立するように動作可能である。ビーム制御回路はまた、高電圧スイッチをイオン注入開始前に最小限に閉じ、イオン注入完了後に最小限に開くよう制御することにより、イオン注入システム内で生成されたビームのデューテイファクタを制御するように動作可能なスイッチコントローラを有し、これにより粒子汚染を最小限にする。ビーム制御方法は、ウエハドーピング注入やデューテイファクタ減少に応用してもよい。
【０００９】
本発明のイオン注入システムはまた、リアクタンス成分からのエネルギーを吸収し、高電圧スイッチの開閉時に高電圧スイッチと電源の両端で発生する過電圧を制限することにより、高電圧スイッチと、関連する電源を保護する１つ以上の保護回路を有していてもよい。保護回路は、高電圧スイッチに直列に接続された直列保護回路、高電圧スイッチに並列に接続された並列保護回路、または、その両方を含み、高電圧スイッチを保護する。
【００１０】
本発明の諸様態によれば、１つ以上のワークピースにイオンを注入する用途に適したイオン注入システムの、イオン源のビーム制御回路が開示されている。本発明の一側面においては、イオン注入システムは、イオン源（またはいくつかの前記のような電極の１つ）の電源（例えば、高電圧引出、抑制電源、アーク電圧源、陰極電圧源、またはフィラメント電圧源）に直列に接続された１つ以上の高電圧高速（ＨＳ）スイッチを有し、ＨＶＨＳスイッチは、イオン源への、または電極への高電圧電力供給の接続を導通および遮断して、イオンビームを開始および停止するよう動作可能である。イオンは、ビーム電流を有するイオンビームの形でイオン源から抽出される。
【００１１】
別の実施形態では、本発明のスイッチコントローラはさらに、イオン源または高電圧電極のアークに関連する電流変化または電圧変化を検出し、アークを消去するために、イオン源または高電圧電極に関連する１つ以上のＨＶＨＳスイッチを、電流または電圧変化の検出結果に基づいて開閉するように制御することが可能である。アークに関連した電流変化または電圧変化が検出されるとき、高電圧スイッチはアークが消滅するまで開いた状態にセットされ、その後、閉じた状態にセットされる。さらに、高電圧スイッチは、グリッチの回数だけ繰り返し開閉してもよい。
【００１２】
本発明の別の様態においては、イオン注入システムは、イオン注入システムの２つ以上の高電圧スイッチを開閉するための２つ以上のビーム制御回路のスイッチコントローラを同期し、タイミングを合わせるように動作可能な同期化回路をさらに有する。
【００１３】
さらに別の様態においては、イオン源に関連する電流変化または電圧変化の検出は、アークを消去するために、アークに関連する高電圧電源の過電流、イオンビーム電流の減少、抑制電極電圧の下降、および、引出電極電圧の下降の１つを検出することを含む。
【００１４】
さらに別の様態においては、保護回路の１つは、保護している高電圧スイッチと直列に接続されている。
【００１５】
ある様態においては、保護回路の１つは、保護している高電圧スイッチと並列に接続されている。
【００１６】
本発明の別の様態においては、イオン注入システムはさらに、イオン源近くに位置する引出抑制電極をさらに有する。
【００１７】
さらに別の様態においては、電源と、イオン注入システムのイオン源領域の電極は、アーク電圧源および陰極電圧源と、イオン注入機に関連付けられた電極の１つ以上を含む。
【００１８】
さらに他の様態においては、電源と、イオン注入システムのイオン源領域の電極は、アーク電圧電源と、イオン注入機に関連付けられた電極の１つ以上を含む。
【００１９】
別の様態においては、ビームのデューテイファクタは、好ましいオン時間に対する、オフ時間の比を含み、好ましいオン時間は、概ね、イオン注入時間に相当し、好ましいオフ時間は、概ねイオン注入後のビームのアイドル時間に相当する。
【００２０】
本発明の一実施形態においては、スイッチコントローラはさらに、高電圧スイッチを、イオン注入開始前の第１時間間隔の間は閉じ、イオン注入完了後の第２時間間隔の間も閉じたままとなるように制御可能である。第１時間間隔と第２時間間隔は、約１ミリ秒以下、あるいは、別の実施形態において、それぞれの時間間隔の間に行うことが要求される動作によっては、約１ミリ秒から２分であってよい。
【００２１】
ある様態においては、スイッチコントローラは、高電圧スイッチと関連する電圧源を利用して、イオン源または高電圧電極に関連するアークを消去するように動作可能である。
【００２２】
本発明の別の様態においては、スイッチコントローラが、さらに、ウエハのロードまたはアンロード位置への到達、手動ビームオフスイッチ操作、アーク検出、およびウエハ交換のうちの１つの間にイオンビームを停止し、手動ビームオンスイッチ操作、ウエハ交換後、ロード操作後、および別のウエハに対する注入命令のうちの１つの間にイオンビームを開始するように動作可能である。
【００２３】
本発明のさらに別の様態においては、スイッチコントローラが、さらに、ビームのデューテイファクタコマンドを前記イオン注入システムまたは運動制御システムから受信して、ウエハ交換位置への到達、手動ビームオフスイッチコマンドの受信、次のウエハ待ちまたは注入自動復旧、およびウエハ交換の前のうちの１つの間、前記高電圧スイッチを無効化するように動作可能である。
【００２４】
本発明の他の諸様態に基づけば、イオン注入システム内の粒子汚染を最小限にするビーム制御回路はまた、イオンビームの形で抽出可能なイオンを生成するためのイオン源と、電源と、イオン注入システムのイオン源領域の電極とに直列に接続され、電源と電極の間の接続を遮断および再確立するように動作可能である高電圧スイッチを有するものとして開示される。イオン注入システムはさらに、高電圧スイッチを閉じてイオン注入前にイオンビームを開始し、高電圧スイッチを開いてイオン注入後にイオンビームを停止するように動作可能であるスイッチコントローラを有し、よって粒子汚染を最小限にする。
【００２５】
本発明の別の様態に基づけば、スイッチコントローラと、イオン注入システムのイオン源の電極と電源との間に接続された高電圧スイッチとを用いたイオン注入システム内の粒子汚染を最小限にするためにイオンビームのデューテイファクタを減少させる方法は、イオンビームオンコマンドまたはイオンビームオフコマンドの１つを受信し、イオンビームオンコマンドに応じて高電圧スイッチを閉じることによりイオン注入開始前にイオンビームを開始し、イオンを注入することを含む。前記方法はさらに、イオンビームオフコマンドに応じて前記高電圧スイッチを開くことによりイオン注入完了後にイオンビームを停止することを含み、よって前記イオンビームのデューテイファクタと粒子汚染を最小限にする。
【００２６】
本発明の別の様態においては、前記方法は、イオン注入機の２つ以上の電圧源の、それぞれの電極に関連するイオンビームを開始および停止するために使用される２つ以上の高電圧スイッチを有する２つ以上のスイッチコントローラを同期させることを含む。例えば、前記方法は、引出電源と１つ以上の抑制電源のスイッチを同期させることを含んでもよい。
【００２７】
本発明のさらに別の様態においては、前記方法のスイッチコントローラは、前記高電圧スイッチを、イオン注入開始前の第１時間間隔の間は閉じ、イオン注入完了後の第２時間間隔の間も閉じたままになるよう制御可能である。
【００２８】
以下の記載と添付図面は、前述および関連の目的を達成するために、本発明のある具体的な様態と実施例について、詳細に説明するものであって、本発明の原理が採用され得る様々な方法のうち、少数を示すものに過ぎない。本発明の他の様態、優れた点、および新規な特徴は、図面を参照することにより、以下の発明の詳細な説明から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の諸様態に係るイオン注入システムの、イオン注入システムのイオン源からのイオンビームを開始および停止させるビーム制御回路１００の構成要素を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の本発明のビーム制御回路を利用したイオン注入システムの例を示す、簡略化したブロック図である。
【図３Ａ】図１の本発明のビーム制御回路によって制御されるイオン源の例を示す、簡略化した図である。
【図３Ｂ】図１の本発明のビーム制御回路によって制御されるイオン源の例の電気的接続を示す、簡略化した概略図である。
【図４】Ａは、図１に示す本発明に基づいて使用されるイオン注入機のイオンビームを制御するための、ビーム信号電圧と制御信号電圧を示すグラフであり、Ｂは、従来技術のビーム信号と注入時間間隔を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の諸様態に係るイオン注入システムの、イオン源の電極に供給される引出電圧および／または抑制電圧のオン／オフを切り替えることによりイオンビームを開始および停止するビーム制御回路５００の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の諸様態に係るイオン注入システムの、アーク電圧のオン／オフを、陰極／反射電極と、イオン注入システムのイオン源のアーク室との間で切り替えることでアーク室内でプラズマを開始および停止するビーム制御回路５０１の別の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図５Ｃ】本発明の諸様態に係るイオン注入システムの、陰極電圧のオン／オフを、フィラメントと、イオン注入システムのイオン源の陰極／反射電極との間で切り替えることでアーク室内でプラズマを開始および停止するビーム制御回路５０２の別の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図６】本発明のビーム制御回路で使用されるような、アーク抑制回路を有する抑制電極高電圧源回路の例を示す、簡略化した概略図である。
【図７】本発明の諸様態に係る、ＨＶＨＳスイッチの両端あるいは直列に配され、個々のＨＶスイッチの外部のリアクタンス成分からのエネルギーを吸収し、かつ、ＨＶスイッチの両端の過電圧を制限する、保護回路の例を示す概略図である。
【図８】電圧源とイオン注入機の電極との間でＨＶＨＳスイッチを用い、１つ以上の電極に供給される電流と電圧の停止と開始を、電流または電圧検出結果、他のスイッチやスイッチコントローラからの同期信号、デューテイファクタ制御入力コマンド、イオン注入システムからの運動制御システムコマンド、および強制スイッチ制御コマンドに基づき、順次実行し、制御し、同期するスイッチコントローラを用いた、イオン注入機で用いられる本発明の諸様態に係るビーム制御回路８００の例の簡略化した概略図であり、同図はさらに、ＨＶＨＳスイッチがグリッチ消去およびビームのデューテイファクタ制御の両用途にも役立つことを示す。
【図９】例えば図１の本発明のビーム制御回路を用いたイオン注入機における、イオンビーム制御方法の例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、同様の符号は同様の部材を一貫して示すものとして、図面に基づいて本発明を説明する。図示と以下の説明は、本質的には例示であるので、本発明を限定するものではない。従って、以下に説明されるシステムと方法や、その他実施例の、下記に説明されたものとは異なる変形は、本発明と付属の請求項の範囲に含まれるものとされることは理解されるであろう。
【００３１】
本発明は、イオンビーム制御回路と、イオン注入システムにおいて、例えば注入機内部でのビーム衝突に起因する粒子汚染を最小限にする方法に関する。本発明のねらいは、たとえばアーク室内でのイオン抽出またはプラズマを止め、ビームのデューテイファクタすなわちビームのオン時間を減少させることにより、この粒子汚染を軽減することである。例えば、イオン抽出を止めるために、引出電圧と抑制電圧を止めてもよい。また、アーク室内のプラズマを止めるために、例えば、アーク電圧または陰極電圧、またはその他の条件を止めてもよい。ビーム制御回路は、イオンビームのオン時間（デューテイファクタ）を短縮し、それにより、例えばウエハ中またはその他の目標物においてイオン注入の不均一性や汚染を引き起こす、ビーム衝突に由来する汚染粒子の生成を減少させるものとして説明される。
【００３２】
本発明によれば、ビーム制御回路では、高電圧高速（ＨＶＨＳ）スイッチ（例えば、６５ＫＶ＠２ＭＨｚ  ＭＯＳＦＥＴスイッチ）を用いる。高電圧高速スイッチは抑制電極または引出電極に電圧を供給する電圧源に直列に設けられる。ビーム制御回路は、例えばイオン源プラズマからのイオンビームを制御、または、プラズマそれ自体をイオン源の中で制御するための、アーク電源または陰極電源に関する、その他の低電圧高速スイッチを用いてもよい。イオン注入開始前に、イオンビームを開始し、安定化する。その後すぐに、目標物（例えば、ウエハ）中にイオンが注入される。注入後すぐにイオンビームを停止して、イオンビームがオンであり、例えばビームライン、引出電極、ファラデーカップや開口に沿って壁に衝突し、汚染粒子を発生させ、上述の構成要素の材質を低下させてしまう時間（デューテイファクタ）を最短にする。
【００３３】
また、利点としては、ＨＶＨＳスイッチは、スイッチを用いて手動で、あるいは、注入機制御システムからのコマンド、注入機制御システムのコンピュータのうちの１つからのコマンド、あるいは外部入力によるコマンドを通じて、簡単かつ任意にイオンビームをオンまたはオフにできる機能もイオン注入機に提供する。イオン注入機は、電源投入およびウォームアップから注入に好都合となるイオンビームレベルの安定化までに、かなりの時間を要する。従って、例えば、新しいウエハをロードまたはアンロードするとき、個々のウエハのスキャン開始／終了時、ビームまたはウエハの移動に問題が起きた場合などの注入自動復旧の発生時に、また、必要に応じて、ウエハの列走査における行過ぎ（over-travel）領域においても、上記のようなウォームアップの後にビームをオン／オフにできることは非常に大きな利点である。従って、本発明のシステムは、全時間間隔に対するイオンビームのオン時間の比率である「ビームのデューテイファクタ」として知られる、上記の利点を提供する。ビームのデューテイファクタは下記のように表される。すなわち、
ビームのデューテイファクタ＝ビームオン時間／（ビームオン時間＋ビームオフ時間）
である。
【００３４】
このビームのデューテイファクタを減少させる機能を持たせることにより、ビームがウエハ上で利用される割合が高まり、例えばウエハに隣接する周囲面やウエハの前方の周囲面では、その割合が低くなるので、本システムの発明者らはウエハ上の粒子数の減少を予測した。
【００３５】
さらに、高電圧アークが電極間または電極に対して発生したとき、高電圧電源の高電圧キャパシタはかなり放電されることがある。この重放電はイオンビーム電流に著しく影響し、その後、電源電圧とイオンビーム電流（Ｉｂｅａｍ）の回復にかなりの時間が必要となる。上記のような高電圧高速スイッチは最近、工業製品として利用できるようになったので、本発明のビーム制御回路とともに用いることができるアーク消去回路を組み込んだ用途がすぐに見出される。
【００３６】
高電圧スイッチは、イオンビームオン時間がイオン注入時間と実質的に同じとなるように調節または短縮することでビームのデューテイファクタが減少するように、イオン注入システムのタイミングに基づいて、スイッチコントローラにより制御される。このビームのデューテイファクタは、本質的に、イオン注入開始前にイオンビームがオンである第１時間間隔と、イオン注入完了後にイオンビームがオンである第２時間間隔に基づいた、実際の注入時間に対するビームの合計オン時間を含む。第１時間間隔は、イオンビームをイオン注入前に安定化する時間を含む。
【００３７】
ＨＶＨＳスイッチによりオン／オフを切り替えられる特定の電極に合わせて、スイッチング回路はまた、ＨＶＨＳスイッチ周囲のリアクタンス成分からの過剰なエネルギーを吸収し、スイッチ動作に起因する過電圧（フライバック電圧）を制限する、ＨＶスイッチの１つ以上の保護回路を備えてもよい。保護回路は各々のＨＶＨＳスイッチと並列および／または直列に接続してもよい。本発明のビーム制御回路はさらに、イオン注入システムの各電極と各電圧源回路への電流と電圧の供給停止と再開を順次実行し、同期させる同期化回路を備えていてもよい。例えば、引出電力供給のスイッチと抑制電力供給のスイッチは、通常同期される。
【００３８】
本発明のＨＶＨＳスイッチ回路は、イオン源およびイオン注入機と関連付けて説明されるものであるが、当業者には、そのような高電圧高速イオンビーム制御回路は、高電圧かつ高速なビーム制御が要求される、Ｘ線撮影装置、加速器、その他のイオン源用途のような、その他の用途でも利用可能であると理解されるものである。このように、イオンビームのデューテイファクタを低下させ、ビーム（例えばイオン注入機のイオンビーム）の粒子汚染を軽減する。
【００３９】
最初に図１を参照し、本発明の諸様態の実施に適した、イオン源の電力供給電力供給のためのビーム制御回路１００の例を、ブロック図で説明する。ビーム制御回路１００は電源１０２、高電圧高速のＨＶＨＳスイッチ１０４、イオンビーム１３０として抽出されるイオンを生成するためのイオン源１２０の電極と、電源１０２との間に接続されたＨＶＨＳスイッチ１０４を開閉するためのスイッチコントローラ１０８を含む。
【００４０】
ＨＶＨＳスイッチ１０４の周囲のリアクタンス成分からのエネルギーを吸収し、スイッチを過電圧による損傷から保護するために、ＨＶＨＳスイッチ１０４は、直列および／または並列保護回路１１０と直列および／または並列保護回路１１５によって保護されていてもよい。また、保護回路１１０と１１５はＨＶＨＳスイッチ１０４とイオン注入機のその他の構成要素を、スイッチング過渡現象やＨＶＨＳスイッチ１０４の外部のリアクタンス成分により誘発されるリンギングやその他過電圧などを抑制することにより保護する。ビーム制御回路１００は、ビーム制御が要求される、あるいは例えば、電極または出力がアーク放電にさらされる高電圧源を用いる、イオン注入機やその他の用途で使用されてもよい。
【００４１】
ビーム制御回路１００は、例えば、スイッチコントローラ１０８が外部からオンまたはオフコマンド１０８Ａを、または同期入力コマンド１０８ｂを、他の同様のスイッチコントローラ（スイッチ回路）から受信することにより動作する。そして、スイッチコントローラ１０８は、ＨＶＨＳスイッチ１０４をイオン注入の開始前に閉じて、電源１０２のＶｂを、電極のＶａ、またはイオンビーム１３０を生成するイオン源１２０のその他同様の要素のＶａに接続する。そして、イオン注入の完了後、スイッチコントローラ１０８はＨＶＨＳスイッチ１０４を再び開く。ＨＶＨＳスイッチ１０４が開いているとき、回路１００のリアクタンス成分により生成された過電圧はすべて保護回路１１０および１１５に吸収され、Ｖａは０近くまで減少して、イオンビーム１３０は停止される。こうして、本発明のビーム制御回路１００は、例えば電源１０２と、イオン注入システム１００のイオン源１２０の引出電圧、抑制電圧、アーク電圧、または陰極電圧との接続を切断することにより、ビームのデューテイファクタすなわちイオンビーム１３０のオン時間を減少させる。
【００４２】
あるいは、スイッチコントローラ１０８とＨＶＨＳスイッチ１０４は、イオン源１２０の高電圧回路で発生するアークを、例えば、アークに関係する電流または電圧を検出して消去し、アークが発生しなくなるまで開いたままであってもよい。さらに、アークが発生しなくなるまで、スイッチは繰り返し開閉してもよい。
【００４３】
図２は本発明の図１のビーム制御回路に類似のビーム制御回路を用いた、イオン注入システム２００の例を示す。イオン注入システム２００は、例えば、注入システム２００におけるイオンビーム１３０としてのイオン源を提供する、いくつかの引出／抑制電極２０８を有するイオン源２００を有する。イオンビーム１３０内のイオンは、まず、第１領域２１０において、質量分析マグネット２１２により、不要な質量またはエネルギーを持つイオンを取り除くために磁気偏向を利用して、分析される。質量分析マグネット２１２は、ビーム路１３０を横切るように磁場を提供して、イオンビーム１３０からのイオンを、質量（例えば、電荷質量比）に応じたさまざまな径路へ偏向する。磁場を進行するイオンは、所望の質量を持つ個々のイオンをビーム路１３０に沿って導き、不要な質量を持つイオンをビーム路から逸脱させる力を受ける。
【００４４】
所望の質量とエネルギーを持つイオンビーム１３０のイオンは、第２領域２２０において加速または減速される。さらに、領域２３０では、分解孔と減速板２３２により集中し、セットアップファラデーカップ２３４に計測され、空間電荷中和を行うプラズマシャワー２３６によりコンディショニングされる。最終的に、イオンビーム１３０は、ウエハ２４２にイオン注入するためのエンドステーション２４０に達する。イオンビーム１３０の線量レベルは、ディスクファラデーカップ２４４により計測される。
【００４５】
イオン注入の前後では、例えばイオン源の引出電極、抑制電極、アーク電圧、または陰極電極への電力供給のオン／オフは、図１のビーム制御回路と同様のビーム制御回路のＨＶＨＳスイッチを用いて切り替えられ、イオンビームオン時間とビーム衝突を最小限にし、図２の注入システム２００のようなイオン注入システムにおける粒子汚染を軽減する。
【００４６】
図３Ａと図３Ｂは、本発明の様態に係る、図１のビーム制御回路１０８により制御されるイオン源３００の例を示す。図３Ｂは、本発明のイオン源３００の例の電気的接続を示す概略図３０２である。
【００４７】
イオン源３００はアーク室３０４、抑制電極３０８、接地電極３１０を含む。アーク室３０４は、フィラメント３２２によって熱せられる陰極３２０と、アーク室３０４内で生成されるプラズマ３５０を閉じ込めるための反射電極３３０を含む。所望の分子量を持つ気体は、気体注入口３４０を通じてアーク室３０４に注入される。注入された気体は陰極３２０から放出された電子によりイオン化され、アーク室３０４内でプラズマ３５０を得るために、反射電極３３０により、アーク室３０４内に閉じ込められる。プラズマ３５０はまた、図示しない外部の磁場により封じ込められている。プラズマ３５０内のイオンは、抑制電極３０８と接地電極３１０に通じるアーク孔３３２の間で抽出され、イオンビーム１３０を形成する。
【００４８】
図３Ｂはさらに、引出電圧ＶＥ３５２がアーク室３０４に印加され、アーク電圧ＶＡ３５４がアーク室３０４と陰極３２０の間に印加されることを示している。イオン源３００は、また、フィラメント３２２に、陰極３２０を熱するためのフィラメント電流ＩＦ３５８が流れる一方、陰極３２０とフィラメント３２２の間に印加される陰極電圧ＶＣ３５６を含む。イオン源３００の概略図３０２はさらに、典型的な三極引出電極システムを示している。アーク孔３３２は、引出電極、抑制電極、および接地電極と呼ばれる１つの電極を構成している。アーク孔３３２は電位Ｖｅを有する。抑制電圧Ｖｓ３６０は抑制電極３０８に、接地電位３６２は接地電極３１０に印加される。陰極電圧ＶＣ３５６は、陰極３２０と反射電極３３０の両方に印加され、プラズマ３５０を陰極３２０と反射電極３３０の間に閉じ込める。
【００４９】
図４中、Ａは、本発明で使用されるイオン注入機（例えば、図２のイオン注入機２００）のビーム制御回路（例えば、図１のビーム制御回路１００）を用いたイオンビーム（例えば、図１のイオンビーム１３０）の制御に使用されるビーム信号４２０と制御信号４３０を示すグラフ４１０である。
【００５０】
図４中、Ｂは、従来技術のイオン注入機のイオンビームにおける、ビーム信号４６０と制御信号４８０を示すグラフ４５０である。
【００５１】
本発明の図４中、Ａと従来技術の図４中、Ｂを比較すると、従来技術のビーム信号４６０は概して継続的にオンであるが、本発明の図４中、Ａのビーム信号４２０は、注入の前後にそれぞれ短い時間間隔を含む、時間ｔ１からｔ２の間でのみオンであることがわかる。たとえば、第１時間間隔４３１は、時間ｔ１からｔ３の間で、第２時間間隔４３２は、注入４３５の後の、時間ｔ４からｔ２の間とされる。注入は、制御信号４３０と、図４中、Ｂの従来技術の注入制御信号４８０における、時間ｔ３からｔ４の間に行われる。
【００５２】
第１時間間隔４３１は例えば、イオンビーム１３０をイオン注入４３５の開始前に安定させるのに十分な時間である。例えば、引出電圧（例えば、図３ＢのＶＥ３５２）と抑制電圧（例えば、図３ＢのＶＳ３６０）が切り替えられる場合、約１ミリ秒が十分な時間である。しかし、アーク電圧（例えば、図３ＢのＶＡ３５４）と陰極電圧（例えば、図３ＢのＶＣ３５６）が切り替えられる場合、プラズマ（例えば、図３Ｂの３５０）とイオンビーム（例えば、図３Ｂの１３０）が安定化するのに数秒以上が必要となる。
【００５３】
一般に、引出電圧、抑制電圧、アーク電圧、陰極電圧のうちどれがＨＶＨＳスイッチ（例えば、図１の１０４）で切られるとしても、プラズマ（例えば、図３Ｂの３５０）またはイオンビーム（例えば、図３Ｂの１３０）はほとんど瞬間的に消滅するので、時間ｔ４とｔ２の間の第２時間間隔４３２は、例えば約１ミリ秒以下と、比較的短くてよい。
【００５４】
また、上述の第１、第２時間間隔は、注入制御に要求されるその他の動作を行うために使用されてもよい。その他の動作とは、例えば、注入前後のビーム診断が挙げられる。この、その他の動作のために、第１または第２時間間隔を延ばしてもよい。
【００５５】
このように、従来技術の図４中、Ｂのビーム信号４６０のオン時間と比較して、図４中、Ａのビーム信号４２０のデューテイファクタすなわちオン時間は大幅に減少されるので、イオン注入システム内の粒子汚染の影響が軽減される。オン時間が概ねイオン注入時間４３５に相当し、オフ時間が概ね注入時間４３５の後のウエハ交換時間に相当するものとすると、ビームのデューテイファクタは、オン時間／（オン時間＋オフ時間）の比率として定義される。オフ時間は、例えば次のウエハを待つ間や、イオン注入機のほかのサブシステムでトラブルが起きている間にイオン注入システムが必要とする、アイドル時間を含むことがある。
【００５６】
図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、イオン注入システムのイオン源の電極それぞれに対応して供給される１種類以上の様々な電圧のオン／オフを切り替えることでイオンビーム開始および停止する、本発明の諸様態に係るイオン注入システムの３つのビーム制御回路の構成例を示す。一般に、イオン注入機には、上記３つの構成のうち１つのみが必要である。
【００５７】
例えば、図５Ａは、イオン注入システムのイオン源の引出電極および／または抑制電極に供給される引出電圧および／または抑制電圧のオン／オフを切り替えることで、イオンビームを開始および停止する、本発明のイオン注入システムのビーム制御回路５００を示す。ビーム制御回路５００は、引出電圧ＶＥ３５２や抑制電圧Ｖｓ３６０のような、引出電圧源または抑制電圧源Ｖ５０３を含む。図１のビーム制御回路１００と同様に、図５Ａのビーム制御回路５００はさらに、高電圧高速ＨＶＨＳスイッチ５０４と、スイッチコントローラ５０８を含む。スイッチコントローラ５０８は、イオンビーム１３０のようなイオンビームの形で抽出されるイオンを生成するイオン源１２０の電極５１０と、電源５０３との間に接続されたＨＶＨＳスイッチ５０４を開閉するためのものである。
【００５８】
スイッチ５０４の周囲のリアクタンス成分からのエネルギーを吸収し、スイッチ５０４を過電圧による損傷から保護するため、ビーム制御回路５００はさらに、１つ以上の並列または直列保護回路５１０および並列または直列保護回路５１５を含む。また、保護回路５１０と５１５はＨＶＨＳスイッチ５０４とイオン注入機のその他の構成要素を、スイッチング過渡現象やＨＶＨＳスイッチ５０４の外部のリアクタンス成分により誘発されるリンギングやその他過電圧などを抑制することにより保護する。ビーム制御回路５００は、ビーム制御を必要とする、あるいは例えば、電極または出力がアーク放電にさらされる高電圧源を用いた回路を必要とする、イオン注入機やその他の用途で使用されてもよい。
【００５９】
ビーム制御回路５００は、スイッチコントローラ５０８が外部からオンまたはオフコマンド５０８Ａを、または同期入力コマンド５０８ｂを、他の同様のスイッチコントローラ（スイッチ回路）から受信することにより動作する。そして、スイッチコントローラ５０８は、ＨＶＨＳスイッチ５０４をイオン注入の開始前に閉じて、イオン源１２０の電極３２０のＶａを、イオンビーム（例えば図１の１３０）生成のための電源５０３のＶｂに接続する。そして、イオン注入の完了後、スイッチコントローラ５０８は、ＨＶＨＳスイッチ５０４を再び開く。ＨＶＨＳスイッチ５０４が開いているとき、回路５００のリアクタンス成分により生成された過電圧は全て保護回路５１０および５１５に吸収され、電極３２０のＶａは０近くまで減少して、イオンビームは停止される。こうして、本発明のビーム制御回路５００は、イオン注入システム５００のイオンビーム（例えば、図１の１３０）のビームのデューテイファクタすなわちオン時間を減少させる。
【００６０】
典型的には、例えば、イオン注入システムは上記スイッチを２個有し、１個は引出電源用、もう１個は抑制電源用としてもよい。典型的には、上記２個のスイッチは、例えば、スイッチコントローラ５０８により同期される。
【００６１】
図５Ｂは、イオン注入システム５０１のイオン源の陰極３２０と反射電極３３０に供給されるアーク電圧ＶＡ３５４のオン／オフを切り替えることにより、プラズマ生成の開始および停止を行う、本発明のイオン注入システムのビーム制御回路５０１を示す。
【００６２】
ビーム制御回路５０１はアーク電圧ＶＡ３５４を含む。図１のビーム制御回路１００と同様に、図５Ｂのビーム制御回路５０１はさらに、高速スイッチ５０４と、スイッチコントローラ５０８を含む。スイッチコントローラ５０８は、イオンビーム１３０のようなイオンビームの形で抽出されるイオンを生成するイオン源１２０の反射電極３３０および陰極３２０と、アーク電圧源ＶＡ３５４との間に接続されたスイッチ５０４を開閉するためのものである。
【００６３】
ビーム制御回路５０１は、低電圧のアーク電圧源ＶＡ３５４（例えば、約１００Ｖ）を切り替えるので、例えば、並列または直列に配された図５Ａの保護回路５１０および５１５は、スイッチを過電圧による損傷から保護するためには通常不要である。ビーム制御回路５０１は、イオンビームのプラズマ制御が必要とされるイオン注入機あるいはその他の用途で使用してもよい。
【００６４】
ビーム制御回路５０１は、スイッチコントローラ５０８が外部からのオンまたはオフコマンド５０８Ａを受信することにより動作する。そして、スイッチコントローラ５０８は、イオン源（例えば、図１の１２０）のプラズマを制御するために、スイッチ５０４をイオン注入開始前に閉じて、陰極３２０と反射電極３３０における電圧Ｖａを、電源３５４から供給される電圧Ｖｂと等しくする。そして、イオン注入の完了後、スイッチコントローラ５０８は高電圧スイッチ５０４を再び開く。スイッチ５０４が開くと、陰極３２０と反射電極３３０における電圧Ｖａは０近くまで減少して、プラズマの生成は停止され、イオンビームも停止する。このようにして、本発明のビーム制御回路５０１は、イオン注入システム５０１のイオンビーム（例えば、図１の１３０）のビームのデューテイファクタすなわちオン時間を減少させる。
【００６５】
図５Ｃは、イオン注入システム５０２のイオン源１２０の陰極電極３２０と反射電極３３０に供給される陰極電圧ＶＣ３５６のオン／オフを切り替えることによりプラズマの生成を開始および停止する、本発明のイオン注入システムのビーム制御回路５０２を示す。
【００６６】
ビーム制御回路５０２は、陰極３２０と、フィラメント３２２に接続された高速スイッチ５０４とに接続された陰極電圧源ＶＣ３５６を含む。ビーム制御回路５０２はさらに、スイッチ５０４を開閉するためのスイッチコントローラ５０８を含む。スイッチ５０４は、イオンビーム１３０のようなイオンビームの形で抽出されるイオンを生成するためのイオン源１２０のフィラメント３２２と、陰極電圧源ＶＣ３５６との間に接続されている。
【００６７】
ビーム制御回路５０２は、低電圧の陰極電圧ＶＣ３５６（例えば、約６００Ｖ）を切り替えるので、並列または直列に配された図５Ａの保護回路５１０および５１５は、例えばスイッチを過電圧による損傷から保護するためには通常不要である。ビーム制御回路５０２は、イオンビームのプラズマ制御が必要とされるイオン注入機あるいはその他の用途で使用してもよい。
【００６８】
前述のように、ビーム制御回路５０２は、スイッチコントローラ５０８が外部からのオンまたはオフコマンド５０８Ａを受信することにより動作する。そして、スイッチコントローラ５０８は、イオン源（例えば、図１の１２０）のプラズマを制御するために、スイッチ５０４をイオン注入開始前に閉じて、フィラメント３２２における電圧Ｖａを、電源ＶＣ３５６から供給される電圧Ｖｂと等しくする。そして、イオン注入の完了後、スイッチコントローラ５０８は高電圧スイッチ５０４を再び開く。スイッチ５０４が開くと、電圧Ｖａは０近くまで減少して、プラズマの生成は停止され、イオンビームも停止する。こうして、本発明のビーム制御回路５０２は、イオン注入システム５０２のイオンビーム（例えば、図１の１３０）のビームのデューテイファクタすなわちオン時間を減少させる。
【００６９】
図５Ａの構成では、イオンビーム開始と安定化が最も早く、約１ミリ秒で行える。図５Ｂの構成では、イオンビームの開始と安定化にかかる時間は図５Ａの構成より長くなり、数秒以上となる。図５Ｃの構成では、イオンビームの開始と安定化にかかる時間は図５Ａの構成より長くなり、数秒以上となる。しかしながら、図５Ａと図５Ｂの構成は、イオンビームの停止を１ミリ秒未満で行うことができ、図５Ｃの構成は、それより少し長くかかる。これらの応答時間の違いは、それぞれの構成の物理的過程にある理由に因るもので、Ｖｅ、Ｖｓｕｐ、Ｖａ、Ｖｃのような制御条件がどのようにイオンビームやプラズマに影響するかに依存する。
【００７０】
図６は、本発明のビーム制御回路で使用されるアーク抑制回路６１０（例えば、図５Ａの保護回路５１５）を有する抑制電極高電圧源回路６００の例を示す。
【００７１】
図６の抑制電極高電圧源回路６００は、引出孔６０４に電力を供給する高正電圧引出電源６０３と、接地電極６０９に隣接した抑制電極６０８に電力を供給する高負電圧抑制電源６０６を含む。高負電圧抑制電源６０６は、従来のアーク抑制回路６１０または従来の保護回路６１０を有する。回路６１０は、抑制電極６０８へ流れるアーク電流を制限する限流抵抗器６１２、電源の電圧をフィルタ処理し安定させるキャパシタ６１４、過電圧リンギングやアークのオン−オフ循環の間に回路のリアクタンス成分により生成された逆電圧を制限するフライバックダイオード６１６を用いる。本発明においては、アーク保護基板６１０は、本発明のＨＶＨＳスイッチ（例えば、図１の１０４）を損傷から保護するために、前記ＨＶＨＳスイッチとともに使用してもよい。
【００７２】
図７は、本発明の諸様態に係る、ＨＶＨＳスイッチ７０４の両端あるいは直列に配され、個々のＨＶＨＳスイッチ７０４（すなわち、例えば、図１のスイッチ１０４）の外部のリアクタンス成分からのエネルギーを吸収し、かつ、ＨＶＨＳスイッチ７０４の両端の過電圧を制限する保護回路の例を示す。保護回路７１０は、ＨＶＨＳスイッチ７０４のスイッチング過渡現象により誘発されるリンギングを抑制することにより、ＨＶＨＳスイッチ７０４とその他の関連する構成要素を保護する。保護回路７１０は、図１の保護回路１１０と図５Ａの保護回路５１０に類似している。保護回路７１０は、抵抗器Ｒｓと直列に接続された直列キャパシタＣｓを含み、ＨＶＨＳスイッチ７０４と並列に接続されている。ＨＶＨＳスイッチ７０４はＨＶＨＳスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの直列スタック（series stack））と、ＨＶＨＳスイッチと並列に接続されたダイオードＤｐを含む。ＨＶＨＳスイッチ７０４は、例えば、並列ダイオードＤｐとともに設けてもよいし、あるいは並列ダイオードＤｐなしで設けてもよい。
【００７３】
本発明においては、２つ以上の上記のようなＨＶＨＳスイッチが直列または並列に互いに接続され、例えば、イオン注入機、またはその他同様の装置の電圧源とイオン源の間の接続をオンおよびオフとしてもよいことが理解されるであろう。図８は、スイッチコントローラ８０８（またはイオンビームコントローラ）を有する、ビーム制御回路８００の例を示す。ビーム制御回路８００は、イオン注入システム（例えば、図２の２００）で用いられ、イオン注入機２００のイオン源１２０の電極８２０（例えば、陰極３２０）と電圧源８０３との間で高電圧および／または高速ＨＶＨＳスイッチ５０４を用いる。ビーム制御回路８００は、図１、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃのビーム制御回路に類似しているため、以下では、説明を簡潔にするために、再度すべての説明を繰り返すことはしない。本発明の諸様態によれば、ビーム制御回路８００はスイッチコントローラ８０８を用いて、関連するイオン注入システムからのビームのデューテイファクタ制御コマンド８３０またはその他同様の強制スイッチ制御コマンドに応じて、他のスイッチ８１０から１つ以上の電極に供給される電圧の接続の再確立を順次実行し、制御し、同期させる。ビーム制御回路８００はまた、同様のスイッチがグリッチ消去やビームのデューテイファクタ制御に応用できることを示している。
【００７４】
必要に応じて、他のＨＶＨＳスイッチ８１０は、同じイオン注入機の他の電極供給部由来のものであってもよいし、あるいは、図示しない他の同様のスイッチコントローラ８０８のＨＶＨＳスイッチ由来のものであってもよい。スイッチ８１０を開閉する所望の順序とタイミングを実現するために、これらの回路の様々なスイッチは、同期させることが必要な場合がある。
【００７５】
ビーム制御回路８００は、さらに、スイッチコントローラ８０８へのアーク消去検出回路入力を含んでもよい。アーク消去検出回路入力は、例えば、電極８２０におけるアークに相当する電流変化や電圧変化の検出結果である。アーク消去検出回路は、例えばイオン源電極８２０へ流れる電流Ｉ８０９の変化またはグリッチを検出する、変流器ＣＴ５０６を含んでもよい。例えば、長いグリッチが検出された場合、リペイント工程はスイッチコントローラ８０８により開始されてもよい。このリペイント工程の間、ＨＶＨＳスイッチ制御は、リペイントコマンドに応じて、または例えば運動制御システム（図示せず）による位置に応じて、強制オン／オフ切り替えであってもよい。
【００７６】
このように、本発明の回路上にはＨＶＨＳスイッチ５０４が存在するので、イオン注入システムは、スイッチを用いて手動で、あるいは、注入機制御システム、注入制御システムのコンピュータ、外部入力うちの１つからのコマンド８３０により、自在かつ容易に、イオンビーム１３０をオンまたはオフに切り替える機能を有する。これにより、イオンビームのデューテイファクタを最小限にして、粒子汚染を最小限に軽減する。
【００７７】
さらに、イオンビーム１３０のオン／オフを切り替えることが可能である点は、新しいウエハ（例えば、図２の２４２）をロードまたはアンロードする際、他のタイプのウエハ交換の間、および個々のウエハ走査の開始／終了、またはウエハ２４２のそれぞれの列走査の行過ぎ領域における、さらなるビームのデューテイファクタの削減には特に有益である。つまり、ＨＶＨＳスイッチを通じてビームを止めることで、ビームラインおよびウエハ加工室におけるイオンビームに必要な合計の時間が削減される。従って、本発明のビーム制御回路８００は、ビームがウエハ２４２上で利用される割合が高まり、ウエハ２４２に隣接する、注入機のその他の表面においては（例えば、ウエハの行過ぎ領域においては）、その割合が低くなるので、「ビームのデューテイファクタ」を減少させ、従って、ウエハ２４２上の粒子数を減少させる。
【００７８】
さらに、所望のビームのデューテイファクタ入力やアークの検出結果に応じて、いくつかの電極電圧かつ／またはビーム電流の、変調あるいはダイナミックパルス幅調節を行うために、本発明のＨＶＨＳスイッチを、１つ以上の特定の頻度で切り替えてもよいことが理解されるであろう。ビームのデューテイファクタ制御と電極アーク消去に加えて、システムのいくつかの既知の不均一性に対応するためには、電源供給を変調してもよい。これは例えば、特定のビーム電流が、予測可能な不均一性を生じるようなシステムの場合である。このような電源供給の変調は、ウエハ上での均一な照射量を得るために使用されるが、一方、均一性が一般的な問題の一つにすぎないようなシステムの場合には、むしろ、所定のドーパントプロファイルを達成するためにも使用され得ることが理解されるであろう。
【００７９】
上記では、本発明のビーム制御回路とスイッチコントローラを、イオン源や引出電極のための高圧電源と、イオン源と、アーク電圧または陰極電極のための電源とに関連付けて説明したが、こうした回路はまた、イオンビーム、電子ビーム、またはプラズマ制御を必要とする、本発明を背景にして予期されるその他の用途に加え、その他の高圧電源や低圧電源、イオン注入機の電極、あるいはその他同様のイオン源や加速器とともに使用してもよいことが理解されるであろう。
【００８０】
また、ここで論じた高電圧かつ／または高速スイッチは、上記したような低い陰極電圧やアーク電圧を、想定されるシステム用途において所望の応答回数に応じて切り替える場合、高電圧定格または高速定格のスイッチである必要はないことが理解されるであろう。
【００８１】
本発明の１つの様態は、下記で説明するイオンビームの制御方法を提供する。本発明の１つの実施例では、イオンビームオンまたはオフコマンドを受信して、高電圧スイッチをイオンビームオンコマンドに応じて閉じることにより、イオンビームをイオン注入開始前に効果的に開始する。そして、イオンは例えば、目標のウエハ内に注入される。そして、高電圧スイッチをイオンビームオフコマンドに応じて開くと、イオンビームは、イオン注入の完了後に停止され、イオンビーム付加時間率とイオン注入システム内の粒子汚染が最小限にされる。例えば、ここでの高電圧高速スイッチは、イオンビームまたはイオンビームを供給するプラズマの制御のために電極電位を供給する電圧源と、電極との間に直列に接続されていてもよい。
【００８２】
上記のように、イオン注入前後の時間間隔は、ビームのデューテイファクタを減少させるが、これらの時間間隔は、イオン注入時間と比較すると非常に短い。イオンビームのデューテイファクタはこうして改善でき、粒子汚染の可能性を著しく減少させることができる。
【００８３】
このような方法９００が、図９に示されている。図９は、本発明の諸様態に係り、ビーム制御回路（例えば、図１の１００、図５Ａの５００、図８の８００）を用いた、イオン注入機のイオンビームのデューテイファクタを減少させる方法の例を示す。下記では、一連の動作または事象として、例である方法９００を説明するが、本発明はそのような動作と事象の順序に限定されないことは理解されるであろう。この点に関しては、本発明に基づき、いくつかの動作が下記の説明とは異なって、違う順序および／またはその他の動作または事象と同時に起こってもよい。さらに、方法を本発明に基づいて実施するために、説明した全てのステップが必要とされなくてもよい。本発明による諸方法は、図示しないその他の装置や構造物と組み合わせて実施することに加え、ウエハまたはそういった目標物、イオンビームまたはイオンビームを生成するためのプラズマ、さまざまな電極への電圧供給を切り替えるビーム制御回路または高電圧スイッチ、上記で説明したイオン源またはイオン注入システムと組み合わせて実施してもよい。
【００８４】
方法９００は、ビーム制御回路（例えば、図１の１００）を用いたイオン注入システム（例えば、図２の２００）内での粒子汚染を最小限にするビーム制御方法９００の例を含む。上記ビーム制御回路は、スイッチコントローラ（例えば、図１の１０８）と、イオン注入システム（例えば図１の１００）の電圧源（例えば、図１の１０２）とイオン源（例えば、図１の１２０）のと間に設けられた高電圧スイッチ（図１の１０４）を有する。例えば、必要に応じて、ウエハ２４２はイオンビーム１３０によりイオン注入される工程で処理してもよい。９１０において、ビーム制御回路１００のスイッチコントローラ１０８は、イオンビームオンまたはオフコマンド１０８ａ、または同期入力コマンド１０８ｂを、スイッチコントローラ１０８と同様の他のスイッチ制御回路から受信する。例えば、イオンビームオンコマンドは、概ね、図４中、Ａの、注入前の時間ｔ１に相当する。
【００８５】
そして、イオンビームオンコマンド（例えば、図１の１０８ａ）、または同期入力コマンド（例えば、図１の１０８ｂ）がオンコマンドに相当する場合は、コマンドに応じて、高電圧スイッチ（例えば、図１の１０４）を閉じることにより、時間ｔ３のイオン注入（例えば、図４中、Ａの４３５）開始前の第１時間間隔（例えば、図４中、Ａの４３１）の時間ｔ１に、９２０においてイオンビーム１３０が開始される。第１時間間隔（例えば、図４中、Ａの４３１）は、例えば、イオンビーム１３０をイオン注入開始前に安定させるのに十分な時間である。例えば、引出電圧（例えば、図３ＢのＶＥ３５２）および抑制電圧（例えば、図３ＢのＶＳ３６０）が切り替えられる場合、１ミリ秒が十分な時間である。しかし、アーク電圧（例えば、図３ＢのＶＡ３５４）と陰極電圧（例えば、図３ＢのＶＣ３５６）が切り替えられる場合、プラズマ（例えば、図３Ｂの３５０）とイオンビーム（例えば、図３Ｂの１３０）が安定化するのに数秒が必要となる。
【００８６】
９３０において、イオンビーム（たとえば図１の１３０）からのイオンは、例えば、目標のウエハ（例えば、図２の２４２）内、あるいは他の同様の目標物内に注入される。
【００８７】
最終的に、９４０において、イオンビームオフコマンド（例えば、図１の１０８ａ）、または、同期入力コマンド（例えば図１の１０８ｂ）がオフコマンドに相当する場合は、コマンドに応じて高電圧スイッチ１０４を開くことにより、時間ｔ４におけるイオン注入４３５の完了後、時間ｔ２において、イオンビームは停止される。引出電圧、抑制電圧、アーク電圧、陰極電圧のうちどれがＨＶＨＳスイッチ（例えば、図１の１０４）で切られるとしても、プラズマ（例えば、図３Ｂの３５０）およびイオンビーム（例えば、図３Ｂの１３０）はほとんど瞬間的に消滅するので、時間ｔ４とｔ２の間の第２時間間隔４３２は、例えば約１ミリ秒以下と、比較的短くてよい。
【００８８】
その後、イオンビームを制御する方法９００は終了し、ここでさらにオン／オフコマンドが引き続いて本発明のビーム制御回路に入力され、イオン注入システムのイオン源に供給される１つ以上の供給電圧のオンオフが切り替えられることで、イオンビームのデューテイファクタが最小限にされ、粒子汚染が大幅に軽減される。
【００８９】
当業者には、ＨＶＨＳスイッチは基本的に、任意のイオン源の引出、抑制、アーク、または陰極システム（cathode system）に適用可能であることが理解されるであろう。また、上記に説明した諸様態は、非アーク放電源に適用可能であるとともに、「ソフトイオン化」イオン源における一次電子ビーム電流や、高周波イオン源またはマイクロ波イオン源における高周波電力またはマイクロ波電力を供給するイオン源を含む、その他のイオン源にも等しく適用可能であることが理解されるであろう。
【００９０】
上記においては、本発明のある様態や実施例について説明した。同等の変更および変形は、当業者であれば、本発明の明細書と添付の図面を読み理解した上思いつくであろうことは理解されるであろう。特に、上記で説明した構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）により実行される様々な機能については、そうした構成要素を説明するのに使われる用語（意味への言及も含む）は、特に示さない限り、たとえここに説明した本発明の実施例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いとしても、説明された構成要素の特定の機能を実行するどのような構成要素にも相当する（すなわち、機能的に同等である）ものと意図されている。さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施例のうち１つのみについて開示されてもよい一方で、そうした特徴は、任意の、または、特定の用途において好ましく有利となるように、その他の実施例の１つ以上の他の特長と組み合わせてもよい。さらに、「含む」、「有する」、「備える」という用語やその変化形が、詳細な説明や請求項で用いられる限りにおいて、これらの用語は、「含む」という用語と同様に包括的であるものと意図されている。また、「例」という用語は、最良の実行主体というよりは、ここでは単に例を示すものとして用いられている。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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