CH649652A5

CH649652A5 - RADIATION DEVICE WITH DOUBLE DEFLECTION OF A PARTICLE RAY.

Info

Publication number: CH649652A5
Application number: CH432680A
Authority: CH
Inventors: Peter Ronald Hanley
Original assignee: Varian Associates
Priority date: 1979-06-04
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1985-05-31
Also published as: GB2052146A; GB2052146B; JPH0340360B2; JPS561399A; DE3020281C2; DE3020281A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to an irradiation device according to the preamble of patent claim 1.

Systeme mit Strahlen aus geladenen Partikeln weisen typischerweise eine Quelle für geladene Partikel, eine Beschleunigerröhre, eine Separator- oder Momentenanalysator-Einheit und ein Target auf. Um eine gleichförmige Verteilung des Strahls aus geladenen Partikeln über das Target zu erreichen, oder um die Erwärmung herabzusetzen, wird das Target manchmal mit Bezug auf einen festen Strahl bewegt (vgl. beispielsweise US-PS 39 83 402; 37 78 626). Statt dessen kann der Strahl elektromagnetisch mit Bezug auf das Target abgetastet werden (P.D. Townsend u.a., «Ion Implantation, Sput-tering and Their Applications», S. 171 ff. [Academic Press 1976]). Bei der letzteren Lösungsmöglichkeit wird notwendigerweise ein variabler Auftreffwinkel für den Strahl auf das Target eingeführt. Wenn das Target ein Halbleiterblock ist, der in einer Ionenimplantationsmaschine behandelt wird, kann dieser variable Auftreffwinkel zu unterschiedlichen Eindringtiefen aufgrund von Kanaleffekten führen und zu anderen Ungleichförmigkeiten führen; dieser Effekt trifft verstärkt auf, wenn der Wafer-Durchmesser steigt. Solche unterschiedlichen Eindringtiefen sind in Halbleitergeräten unerwünscht (vgl. beispielsweise US-PS 35 69 757, Spalte 1, Zeilen 20-59). Systems with beams of charged particles typically have a source of charged particles, an accelerator tube, a separator or moment analyzer unit, and a target. In order to achieve a uniform distribution of the beam of charged particles over the target, or to reduce the heating, the target is sometimes moved with reference to a fixed beam (see, for example, US Pat. No. 3,983,402; 37 78 626). Instead, the beam can be scanned electromagnetically with reference to the target (P.D. Townsend et al., "Ion Implantation, Sputtering and Their Applications", p. 171 ff. [Academic Press 1976]). In the latter solution, a variable angle of incidence for the beam is necessarily introduced on the target. If the target is a semiconductor block that is being treated in an ion implantation machine, this variable angle of incidence can lead to different penetration depths due to channel effects and lead to other non-uniformities; this effect becomes more pronounced as the wafer diameter increases. Such different penetration depths are undesirable in semiconductor devices (see, for example, US Pat. No. 3,569,757, column 1, lines 20-59).

Der variable Auftreffwinkel eines elektromagnetisch abtastenden Strahls aus geladenen Partikeln ist bisher im wesentlichen dadurch eliminiert worden, dass der Strahl in einer Richtung lateral zum Strahlweg abgelenkt wurde und dass der Strahl wieder in der entgegengesetzten Richtung zurückgelenkt wurde, um die seitliche Geschwindigkeitskomponente wegzunehmen. Die anfängliche Geschwindigkeitskomponente (Quelle-Target) wird nicht gestört, der geladene Partikel wird jedoch seitlich versetzt (G. Dearnaley u.a., «Ion Implantation». S. 404-406 [1973]; US-PS 35 69 757; 41 17 393, und M. Thomson, «Aberrations and Tolerances in a Double-Deflection Electron Beam Scanning System», J. Vacuum Science and Technology, Band 12, S. 1156 [1975]). Bei diesen Doppelablenksystemen wurde entweder ein geladenes Plattenpaar verwendet, um elektrostatische Ablenkung zu erreichen, oder ein Elektromagnet wurde verwendet, um eine magnetische Ablenkung zu erhalten. Eine vollständige Doppelablenkung erfordert also zwei Plattenpaare für die elektrostatische Ablenkung oder ein Paar von Elektromagneten zur magnetischen Ablenkung. Wenn Ablenkungen sowohl in x-als auch in y-Richtung durchzuführen sind, werden doppelt so viele Platten oder Elektromagneten benötigt. Bei diesen Doppelablenksystemen erfordert die Verwendung von getrennten Einrichtungen zur Durchführung der Ablenkung einerseits und zur Durchführung der Rückablenkung andererseits eine sorgfältige Anpassung des Aufbaus und der Anord2 The variable angle of incidence of an electromagnetic scanning beam from charged particles has so far been essentially eliminated by deflecting the beam in a direction lateral to the beam path and by deflecting the beam back in the opposite direction in order to remove the lateral speed component. The initial velocity component (source-target) is not disturbed, but the charged particle is laterally displaced (G. Dearnaley et al., "Ion Implantation". Pp. 404-406 [1973]; US Pat. No. 3,569,757; 41 17 393, and M. Thomson, "Aberrations and Tolerances in a Double-Deflection Electron Beam Scanning System", J. Vacuum Science and Technology, Volume 12, p. 1156 [1975]). In these double deflection systems, either a pair of charged plates was used to achieve electrostatic deflection, or an electromagnet was used to obtain magnetic deflection. A complete double deflection therefore requires two pairs of plates for electrostatic deflection or a pair of electromagnets for magnetic deflection. If deflections are to be carried out in both the x and y directions, twice as many plates or electromagnets are required. With these double deflection systems, the use of separate devices for carrying out the deflection on the one hand and for performing the return deflection on the other hand requires a careful adjustment of the structure and the arrangement2

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15 15

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nung jeder Ablenkeinrichtung sowie der jeder Ablenkeinrichtung zugeordneten elektrischen Schaltung. Wenn eine enge Anpassung nicht erreicht wird, dann kann eine laterale Geschwindigkeitskomponente zurückbleiben und zusätzliche Ungleichförmigkeiten können gerade durch den Versuch ein- 5 geführt werden, einen gleichförmigen Auftreffwinkel zu erreichen. Im allgemeinen steigert die Verwendung von mehrfachen Komponenten die anfänglichen Einrichtungskosten und neigt dazu, den Energieverbrauch im Betrieb zu erhöhen. tion of each deflection device and the electrical circuit associated with each deflection device. If a close match is not achieved, then a lateral velocity component can remain and additional irregularities can be introduced by trying to achieve a uniform angle of incidence. In general, the use of multiple components increases the initial set-up cost and tends to increase the energy consumption in operation.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Doppelablen- 10 kung eines Strahls aus geladenen Partikeln durch eine einheitliche elektromagnetische Einrichtung zu erreichen. The object of the invention is therefore to achieve a double deflection of a beam from charged particles by means of a uniform electromagnetic device.

Weiter soll durch die Erfindung eine Doppelablenkung eines Strahls aus geladenen Partikeln verfügbar gemacht werden, die frei von Aberrationen und Fehlern ist. 15 Furthermore, the invention is intended to make available a double deflection of a beam from charged particles which is free from aberrations and errors. 15

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. Um die lineare Abtastung des Strahls zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Tiefe der Spalte gross im Vergleich zu deren Länge ist. Mögliche Ab- 20 lenkarten sind beispielsweise Axial-Sweep-Ablenkung, gegen das Zentrum versetzte Ablenkung und gespaltene Ablenkung. Die Betriebsarten werden durch die Form des elektrischen Spannungsverlaufs bestimmt, die dazu verwendet wird, den Elektromagneten zu erregen. 25 The device according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1. To enable the beam to be scanned linearly, it is advantageous if the depth of the column is large compared to its length. Possible deflection cards are, for example, axial sweep deflection, deflection offset towards the center and split deflection. The operating modes are determined by the shape of the electrical voltage curve, which is used to excite the electromagnet. 25th

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; es zeigen: The device according to the invention is explained in more detail below using the drawing, for example; show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, die den Empfang eines Strahls aus geladenen Partikeln von einer Moment-Analysator-Einheit, die Passage des 30 Strahls durch die Vorrichtung, und die Abgabe des Strahls an ein Target illustriert; 1 is a side view of a device according to the invention, illustrating the receipt of a beam of charged particles from a moment analyzer unit, the passage of the beam through the device, and the delivery of the beam to a target;

Fig. 2A einen elektrischen Sp.annungsverlauf zur Erregung der Spulen des Elektromagneten in einer Ausführungsform der Erfindung. ; 35 2A shows an electrical voltage curve for exciting the coils of the electromagnet in one embodiment of the invention. ; 35

Fig. 2B eine Aufsicht auf den Elektromagneten nach Fig. 1 zur Veranschaulichung der durch den Spannungsverlauf nach Fig. 2A erreichten Ablenkung; FIG. 2B shows a top view of the electromagnet according to FIG. 1 to illustrate the deflection achieved by the voltage curve according to FIG. 2A;

Fig. 3A einen elektrischen Spannungs verlauf zur Erregung des Elektromagneten in einer zweiten Ausführungsform 40 der Erfindung; 3A shows an electrical voltage curve for exciting the electromagnet in a second embodiment 40 of the invention;

Fig. 3B eine Aufsicht auf den Elektromagneten nach Fig. 1 zur Veranschaulichung der Ablenkung, die durch Verwendung des Spannungsverlaufes nach Fig. 3A erhalten wird; FIG. 3B shows a top view of the electromagnet according to FIG. 1 to illustrate the deflection which is obtained by using the voltage curve according to FIG. 3A;

Fig. 4A einen weiteren elektrischen Spannungsverlauf zur 45 Erregung des Elektromagneten in einer dritten Ausführungsform der Erfindung;und 4A shows a further electrical voltage profile for excitation of the electromagnet in a third embodiment of the invention;

Fig. 4B eine Aufsicht auf den Elektromagneten nach Fig. 1 zur Veranschaulichung der Ablenkung, die unter Verwendung des Spannungsverlaufs nach Fig. 4A erhalten wird. 50 4B is a plan view of the electromagnet of FIG. 1 to illustrate the deflection, which is obtained using the voltage curve according to FIG. 4A. 50

Wie einleitend bereits erwähnt worden ist, gibt es zwei Möglichkeiten, eine gleichförmige Konzentration an geladenen Partikeln an einem Target abzuliefern. Bei einem Ionenimplantationssystem wird mit solchen Lösungen versucht, eine gleichförmige Ionendosis an einen Halbleiterwa- 55 fer entweder dadurch abzuliefern, dass der Wafer quer zum Weg eines festen Ionenstrahls mechanisch bewegt oder abgetastet wird, oder dadurch, dass ein Ionenstrahl elektromagnetisch die Oberfläche eines Halbleiterwafers abtastet, der in einer festen Position gehalten wird. Im erten Fall stellt es ein 60 schwieriges mechanisches Problem dar, eine hin und her gehende Querabtastung zu erhalten, und es ergeben sich Beschränkungen für die Abtastraten aufgrund der Beschleunigung und Verzögerung, die am Ende jeder Abtastung erforderlich sind. Ein Abtasten der ganzen Waferfläche rein durch 65 elektromagnetische Einrichtungen ist schwierig, weil die Versetzungen der elektrostatischen Platten oder die Längen der Magnetspalte gross sein müssen, um der Abtastung Rechnung As mentioned in the introduction, there are two ways of delivering a uniform concentration of charged particles to a target. In an ion implantation system, attempts are made with such solutions to deliver a uniform ion dose to a semiconductor wafer either by mechanically moving or scanning the wafer transversely to the path of a fixed ion beam, or by an ion beam electromagnetically scanning the surface of a semiconductor wafer, which is held in a fixed position. In the first case, obtaining a reciprocal cross-scan is a difficult mechanical problem and there are limitations on the sampling rates due to the acceleration and deceleration required at the end of each scan. Scanning the entire wafer surface purely by 65 electromagnetic devices is difficult because the displacements of the electrostatic plates or the lengths of the magnetic gaps must be large in order to account for the scanning

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zu tragen. Das führt zu hohen Feldstärken, schlechtem energetischen Wirkungsgrad und Streufeldern, die ihrerseits unerwünschte Effekte verursachen. Ein Hybrid-Ablenksystem, bei dem die besten Merkmale beider Lösungen vorhanden sind, ergibt Vorteile gegenüber der Adoption jedes einzelnen Lösungsweges. Wenn in einem solchen System eine Drehabtastung für das Target vorgesehen ist, d.h. die Halterung, auf die der Halbleiterwafer montiert ist, können hohe Abtastraten in etwas erreicht werden, was grundsätzlich eine lineare Richtung ist, und zwar durch den Bogenweg des rotierenden Targets, vorausgesetzt die Höhe für die Querabtastung ist nicht gross (vgl. beispielsweise die Diskussion von Rasterspuren in US-PS 37 78 626). Die Querablenkung ist eine Sägezahn- oder oszillierende Funktion, die der später noch zu diskutierenden Modulation unterworfen wird, und kann recht gut durch magnetische Einrichtungen erreicht werden, insbesondere durch magnetische Doppelablenkung. Das ist möglich, weil die Ablenkkräfte dem sich bewegenden Ion in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Magnetfeldes B und orthogonal zur Richtung der Ionengeschwindigkeit. Da die Ablenkung (und Rückablenkung) in der Ebene erfolgt, die die beiden Spalte halbiert, können die Spalte relativ klein sein. Elektrostatische Ablenkung erfordert auf der anderen Seite, dass grössere Spalte verwendet werden, da die Ablenkkraft in Richtung des elektrischen Feldes E aufgedrückt wird und die Ablenkung längs der Spaltlänge erfolgt. Statt der Kombination magnetische Abtastung/Rotationsabtastung kann eine erste Querablenkung durch magnetische Einrichtungen hervorgerufen werden und eine zweite, dazu senkrechte Ablenkung durch elektrostatische Einrichtungen erhalten werden. In beiden Fällen wird das Target im wesentlichen orthogonal zu dem auftreffenden Ionenstrahl montiert oder wird unter irgendeinem kleinen, festen Winkel mit Bezug darauf orientiert. Der Magnet zur Doppelablenkung ist damit leicht zum Einbau in eines dieser Hybrid-Ablenksysteme adaptierbar. to wear. This leads to high field strengths, poor energy efficiency and stray fields, which in turn cause undesirable effects. A hybrid deflection system with the best features of both solutions offers advantages over the adoption of each individual solution. In such a system, if rotation sensing is provided for the target, i.e. the holder on which the semiconductor wafer is mounted, high sampling rates can be achieved in something that is basically a linear direction, namely through the arc path of the rotating target, provided the height for the transverse scanning is not great (see e.g. the discussion of Grid traces in US-PS 37 78 626). The transverse deflection is a sawtooth or oscillating function, which is subjected to the modulation to be discussed later, and can be achieved quite well by magnetic devices, in particular by magnetic double deflection. This is possible because the deflection forces the moving ion in a direction orthogonal to the direction of the magnetic field B and orthogonal to the direction of the ion velocity. Because the deflection (and back deflection) occurs in the plane that bisects the two columns, the columns can be relatively small. On the other hand, electrostatic deflection requires that larger gaps be used, since the deflection force is applied in the direction of the electric field E and the deflection takes place along the gap length. Instead of the combination of magnetic scanning / rotary scanning, a first transverse deflection can be caused by magnetic devices and a second, perpendicular to this deflection can be obtained by electrostatic devices. In either case, the target is mounted substantially orthogonal to the incident ion beam or is oriented at some small, fixed angle with respect to it. The magnet for double deflection is therefore easily adaptable for installation in one of these hybrid deflection systems.

Eine Doppelablenkung ist, wie oben besprochen, eine natürliche Technik zur Erzielung einer Lateralversetzung eines Strahls mit vernünftiger Höhe. Grosse Strahlhöhen sind für magnetische Ablenkung nicht ideal geeignet, weil die Spaltlängen zu gross würden und ungewöhnlich hohe Feldstärken erfordern würden. Bei einer solchen Doppelablenkung ist ein sorgfältiger Abgleich der Magnetstärken für die Ablenkung und die Rückablenkung erforderlich, wenn die Dosisgleichförmigkeit wichtig ist. Da typischerweise die lonendosis innerhalb einer Gleichförmigkeit von 1% gehalten werden muss, ist eine Anpassung erforderlich, wenn getrennte Magnete verwendet werden. Der Elektromagnet 10 der Vorrichtung nach der Erfindung hat zwei Spalte, die so positioniert sind, dass eine Sichtlinienpassage durch die beiden Spalte für einen Ionenstrahl erhalten wird, so dass der Ionenstrahl jeden Spalt in einer gemeinsamen Ebene durchquert, die im wesentlichen senkrecht zum H -Feld im Spalt ist. Die Konfiguration, mit der dieser Zustand hergestellt wird, ist in Fig. 1 dargestellt. Da der Elektromagnet 10 eine geschlossene Schleife für die magnetischen Kraftlinien bildet, resultiert der gleiche Magnetfluss in Kräften, die die Ablenkung und die Rückablenkung hervorrufen. Die Anpassung ist inhärent, so lange wie die Polflächen und die Spaltlängen entweder gleich oder entsprechend abgeglichen sind. Der Spannungsverlauf zur Erregung des Elektromagneten 10 braucht nicht nach irgendeiner Norm abgeglichen zu werden, da der gleiche Magnetfluss das B-Feld über jedem Spalt des Magneten hervorruft. Der Spannungsverlauf bestimmt einfach die Position des Ionenstrahls auf dem Wafer und nicht den Auftreffwinkel. Dieser Magnet 10 zur Doppelablenkung vermeidet die Notwendigkeit für getrennte Magnete und für präzise elektrische Schaltung und kann einfach und kompakt konstruiert werden. Double deflection, as discussed above, is a natural technique for achieving lateral displacement of a beam of reasonable height. Large beam heights are not ideally suited for magnetic deflection because the gap lengths would be too large and would require unusually high field strengths. With such a double deflection, careful adjustment of the magnetic strengths for the deflection and the back deflection is necessary if dose uniformity is important. Since the ion dose typically has to be kept within a uniformity of 1%, an adjustment is necessary if separate magnets are used. The electromagnet 10 of the device according to the invention has two gaps which are positioned so that a line of sight passage is obtained through the two gaps for an ion beam so that the ion beam traverses each gap in a common plane which is substantially perpendicular to the H field is in the gap. The configuration with which this state is established is shown in FIG. 1. Since the electromagnet 10 forms a closed loop for the magnetic lines of force, the same magnetic flux results in forces which cause the deflection and the back deflection. The adjustment is inherent as long as the pole faces and the gap lengths are either the same or matched accordingly. The voltage curve for energizing the electromagnet 10 does not need to be adjusted according to any standard, since the same magnetic flux causes the B field across each gap in the magnet. The voltage curve simply determines the position of the ion beam on the wafer and not the angle of incidence. This double deflection magnet 10 avoids the need for separate magnets and for precise electrical switching and can be constructed simply and compactly.

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4 4th

Die Struktur des einheitlichen Magneten ist in Fig. 1 erkennbar. Ein geschlossener Elektromagnet 10 besteht aus zwei U-förmigen Kernen 11 und 12. Die Grösse und Form der Kerne 11 und 12 sind angepasst, so dass sie an ihren einander gegenüberliegenden Enden Spalte 13 und 14 bilden. Vorzugweise sind die Spaltlängen (Distanz von Pol zu Pol) gleich. In diesem Falle sind Wicklungen 15 symmetrisch angeordnet und führen den gleichen Strom. Spaltlängen liegen typischerweise in der Grössenordnung von 4 cm. Die Tiefe der Polflächen (Richtung in die Ebene der Zeichnung hinein) liegt in der Grössenordnung von 30 cm und die Breite der Polflächen (Richtung in der Zeichenebene) liegt in der Grössenordnung von 30 cm. Die Gesamtbreite der U-förmi-gen Kerne, d.h. die Distanz zwischen den Aussenseiten der beiden Polflächen, liegt in der Grössenordnung von 100 cm. The structure of the uniform magnet can be seen in FIG. 1. A closed electromagnet 10 consists of two U-shaped cores 11 and 12. The size and shape of the cores 11 and 12 are adapted so that they form gaps 13 and 14 at their opposite ends. The gap lengths (distance from pole to pole) are preferably the same. In this case, windings 15 are arranged symmetrically and carry the same current. Gap lengths are typically on the order of 4 cm. The depth of the pole faces (direction in the plane of the drawing) is in the order of 30 cm and the width of the pole faces (direction in the plane of the drawing) is in the order of 30 cm. The total width of the U-shaped cores, i.e. the distance between the outer sides of the two pole faces is of the order of 100 cm.

In Fig. 1 bis 4 sind die Richtung der Magnetfelder und der Kraftfelder für ein positiv geladenes Ion zu erkennen ; das Kraftfeld für ein negativ geladenes Ion würde umgekehrt sein. In Fig. 1 verläuft das Magnetfeld ff in Spalt 13 vom unteren Pol zum oberen Pol. Da der Ionenstrahl sich von links nach rechts bewegt, befindet sich das Kraftfeld F ausserhalb der Zeichnung (durch die Spitze des Pfeils angedeutet). Umgekehrt verläuft das Magnetfeld B im Spalt 14 vom oberen Pol zum unteren Pol und das Kraftfeld F zeigt in die Zeichnung hinein (gezeigt durch die Federn des Pfeils). Die vergleichbaren Magnetfeld- und Kraftfeld-Richtungen können auch in Fig. 2 bis 4 erkannt werden, für die willkürliche Zeit ti, die in Fig. 2A, 3A und 4A angegeben ist. 1 to 4 show the direction of the magnetic fields and the force fields for a positively charged ion; the force field for a negatively charged ion would be reversed. In Fig. 1, the magnetic field ff runs in the gap 13 from the lower pole to the upper pole. Since the ion beam moves from left to right, the force field F is outside the drawing (indicated by the tip of the arrow). Conversely, the magnetic field B in the gap 14 runs from the upper pole to the lower pole and the force field F points into the drawing (shown by the springs of the arrow). The comparable magnetic field and force field directions can also be recognized in FIGS. 2 to 4 for the arbitrary time ti, which is indicated in FIGS. 2A, 3A and 4A.

In der Seitenansicht in Fig. 1 ist die betriebliche Umgebung des Magneten dargestellt. Eine Ionenquelle 30, bei der es sich um eine Punktquelle in der dargestellten Weise, oder um eine Parallelquelle handeln kann, liefert einen divergierenden Ionenstrahl 33, der in einen Moment-Analysator-Magneten 30' eingeführt wird. Die geeignete Ionenart, beispielsweise As+ mit einer Energie von 80 keV wird selektiv auf der Basis von Ladung, Energie und Masse abgelenkt, so dass sie als ein konvergierender Strahl 35 aus dem Moment-Analysator-Magneten 30' austritt; Ionenarten anderer Masse, Energie und Ladung sind nicht in diesen konvergierenden Strahl abgelenkt. Der einheitliche Magnet 10 ist so positioniert, dass er den konvergierenden Strahl 35 durch einen seiner Spalte aufnimmt. Optimalerweise werden die relativen Distanzen so gewählt, dass der Strahl im Zentrum des Magneten 10 konvergiert; dadurch entsteht die Neigung, jede möglichen optischen Effekte des Magneten 10 in der Ebene zu neutralisieren, in der der Strahl abgelenkt und zurückabgelenkt wird, der y-z-Ebene der Zeichnung nach Fig. 1. Eine solche Punkt-Punkt-Fokussierung (Quelle zum Zentrum des Magneten) erlaubt es, den kompaktesten Magneten zu verwenden. Parallel-Punkt-Fokussierung würde das gleiche Resultat ergeben, vorausgesetzt der Brennpunkt wäre im Zentrum des Magneten 10. The operational environment of the magnet is shown in the side view in FIG. 1. An ion source 30, which may be a point source as shown, or a parallel source, provides a diverging ion beam 33 which is inserted into a moment analyzer magnet 30 '. The appropriate type of ion, for example As + with an energy of 80 keV, is selectively deflected based on charge, energy and mass so that it emerges as a converging beam 35 from the moment analyzer magnet 30 '; Ions of different mass, energy and charge are not deflected into this converging beam. The unitary magnet 10 is positioned to receive the converging beam 35 through one of its gaps. Optimally, the relative distances are chosen so that the beam converges in the center of the magnet 10; this creates the tendency to neutralize any possible optical effects of the magnet 10 in the plane in which the beam is deflected and deflected, the yz plane of the drawing according to FIG. 1. Such a point-point focusing (source to the center of the Magnets) allows the most compact magnet to be used. Parallel point focusing would give the same result, provided the focal point was in the center of the magnet 10.

Die minimale Höhe des Strahls, d.h. die Ablenkung über und unter der Ebene der Ablenkung und Rückablenkung hängt hauptsächlich von den optischen Eigenschaften des auftreffenden Strahls ab. Der einheitliche Magnet 10 ist vorzugsweise optisch neutral mit Bezug auf den Strahl, so dass er nur Kräfte in der y-z-Ebene aufdrückt, wenn er den Ionenstrahl ablenkt und rückablenkt. Optische Eigenschaften können eingeführt werden, wenn es beispielsweise erwünscht ist, bewusst Kanaleffekte in Halbleiterwafern hervorzurufen. Das kann dadurch erfolgen, dass die Spaltflächen variiert werden oder dass die Polflächen geformt werden. Gemäss Fig. 2-4 wird eine y-Richtung-Ablenkung mit einem afokalen einheitlichen Magneten erhalten. Wenn eine spezifische Strahlhöhe erreicht werden soll, dann können die gegenseitigen Positionen von einheitlichem Magnet und Moment-Analysator geändert werden, um den Strahl zu defokussieren und die Höhe zu vergrössern. Wenn eine rotierende Platte dazu verwendet wird, Halbleiterwafer zu montieren, dann ist die Wechselwirkung der Rotationsabtastung eines Halbleiterwafers, der auf eine rotierende Scheibe 32 montiert ist, und die Querabtastung vergleichbar mit dem Rastermuster, das in der US-PS 37 78 626 diskutiert wird. The minimum height of the beam, i.e. the deflection above and below the plane of the deflection and back deflection depends mainly on the optical properties of the incident beam. The unitary magnet 10 is preferably optically neutral with respect to the beam, so that it only applies forces in the y-z plane when it deflects and deflects the ion beam. Optical properties can be introduced if, for example, it is desired to deliberately cause channel effects in semiconductor wafers. This can be done by varying the gap areas or by shaping the pole faces. 2-4, a y-direction deflection is obtained with an afocal uniform magnet. If a specific beam height is to be achieved, the mutual positions of the uniform magnet and the moment analyzer can be changed in order to defocus the beam and increase the height. When a rotating plate is used to mount semiconductor wafers, the interaction of the rotational scan of a semiconductor wafer mounted on a rotating disk 32 and the cross scan is comparable to the raster pattern discussed in U.S. Patent No. 3,778,626.

Eine Reihe von Ausführungsformen des Magneten der Vorrichtung nach der Erfindung sind in Fig. 2-4 dargestellt. Diese Figuren sind Schnitte durch die Spalte, wie sie durch die unterbrochene Linie in Fig. 1 angedeutet sind. Die Variablen sind der Eintrittspunkt für den Ionenstrahl und der verwendete Spannungsverlauf, der zur Erregung der Elektromagnetwicklungen verwendet wird. Durch Spezifizierung dieser Variablen kann eine grosse Vielzahl von brauchbaren Ausführungsformen erhalten werden. Bei der ersten Ausführungsform gemäss Fig. 2A-2B wird der Ionenstrahl längs einer Linie in der y-z-Ebene eingeführt, die den Spalt 13 halbiert. Ein dreieckiger Spannungsverlauf gemäss Fig. 2A wird zur Erregung des Elektromagneten verwendet. Jeder Halbzyklus des dreieckigen Spannungsverlaufs sorgt für eine Ablenkung von einer Seite der zweiten Polfläche zur anderen Seite. Die Amplitude des Spannungsverlaufs ist so, dass der Strahl so gerichtet wird, dass er sich von einer Kante der zweiten Polfläche zur anderen Kante bewegt. Die effektive Tiefe der Ablenkung ist kleiner als die geometrische Tiefe der Polflächen, typischerweise liegt sie in der Grössenordnung von 2A der geometrischen Tiefe. Da das B-Feld im zweiten Spalt umgekehrt ist und die gleiche Intensität hat, wird die Lateralgeschwindigkeit in der y-z-Ebene, die durch das erste Magnetfeld eingeführt worden ist, durch das zweite Magnetfeld weggenommen. Damit wird eine Abtastbreite W erhalten. A number of embodiments of the magnet of the device according to the invention are shown in Figs. 2-4. These figures are sections through the column as indicated by the broken line in FIG. 1. The variables are the entry point for the ion beam and the voltage curve used to excite the electromagnetic windings. By specifying these variables, a wide variety of useful embodiments can be obtained. 2A-2B, the ion beam is introduced along a line in the y-z plane that bisects the gap 13. A triangular voltage curve according to FIG. 2A is used to excite the electromagnet. Each half cycle of the triangular voltage curve causes a deflection from one side of the second pole face to the other side. The amplitude of the voltage curve is such that the beam is directed so that it moves from one edge of the second pole face to the other edge. The effective depth of deflection is less than the geometric depth of the pole faces, typically in the order of 2A of the geometric depth. Since the B field in the second slit is reversed and has the same intensity, the lateral velocity in the y-z plane that was introduced by the first magnetic field is removed by the second magnetic field. A scan width W is thus obtained.

Bei einer zweiten Ausführungsform gemäss Fig. 3A-3B wird der Ionenstrahl in der y-z-Ebene längs einer Kante der Polfläche des ersten Spaltes eingeführt. Wieder ergibt ein vollständiger Zyklus des elektrischen Spannungsverlaufs eine Ablenkung des Strahls von einer Kante der Polfläche des zweiten Spaltes zur anderen und wieder zurück. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass neutrale Partikel, die längs der ursprünglichen Strählachse erzeugt werden, einen Fleck auf dem Target längs der Eintrittslinie des Strahls bombardieren, der so gewählt werden kann, dass er nicht mit einer Halb-leiterwaferfläche zusammenfällt. In a second embodiment according to FIGS. 3A-3B, the ion beam is introduced in the y-z plane along an edge of the pole face of the first gap. Again, a complete cycle of the electrical voltage curve results in a deflection of the beam from one edge of the pole face of the second gap to the other and back again. An advantage of this method is that neutral particles generated along the original beam axis bomb a spot on the target along the entry line of the beam that can be chosen so that it does not coincide with a semiconductor wafer surface.

Bei einer dritten Ausführungsform gemäss Fig. 4A-4B wird der Spannungsverlauf so gewählt, dass er eine eingebaute Vorspannung enthält. Grundsätzlich werden Sägezahnfunktionen abwechselnd einer positiven und einer negativen Vorspannung überlagert. Das erlaubt es, zwei getrennte Bereiche abzutasten, d.h. es wird eine gespaltene Ablenkung erhalten, so dass getrennte Endstationen verwendet werden können. Eine magnetische Umschaltung ist im wesentlichen sofortwirkend oder momentan und kann eine Ablenkung von einer Endstation zu einer anderen erlauben. In a third embodiment according to FIGS. 4A-4B, the voltage curve is selected so that it contains a built-in preload. Basically, sawtooth functions are alternately superimposed on a positive and a negative bias. This allows two separate areas to be scanned, i.e. a split deflection is obtained so that separate end stations can be used. Magnetic switching is essentially instantaneous or momentary and can allow distraction from one end station to another.

Mit allen erwähnten Ausführungsformen zur magnetischen Erzeugung einer Querabtastung ist gezeigt worden, With all mentioned embodiments for the magnetic generation of a cross scan, it has been shown

dass die Abtastrate konstant ist, so dass der Spannungsverlauf eine Sägezahnfunktion mit perfekt linearen Segmenten hat. Wenn die Abtastgeschwindigkeit in der Richtung, die senkrecht zur Querabtastung verläuft, nicht konstante Rate hat, wie das bei einem rotierenden Target der Fall ist, wo die orthogonale Abtastrate mit dem Radius des Punktes des Strahlaufpralls variiert, dann kann die Rate variiert werden. Die Querabtastrate kann umgekehrt proportional dem Radius erhalten werden, um eine gleichförmige Ionenverteilung zu erhalten. Das wird dadurch erreicht, dass der Grund-Säge-zahn-Spannungsverlauf, der zum Erregen der Elektromagnete verwendet wird, moduliert wird. Entweder eine Speichereinrichtung, wie beispielsweise ein programmierbarer Festwertspeicher, oder eine Echtzeit-Rückkopplungseinrichtung kön5 that the sampling rate is constant, so that the voltage curve has a sawtooth function with perfectly linear segments. If the scan speed in the direction perpendicular to the cross scan is not a constant rate, as is the case with a rotating target where the orthogonal scan rate varies with the radius of the point of the beam impact, then the rate can be varied. The cross-sample rate can be obtained inversely proportional to the radius in order to obtain a uniform ion distribution. This is achieved by modulating the basic sawtooth voltage curve that is used to excite the electromagnets. Either a memory device, such as a programmable read-only memory, or a real-time feedback device can be used

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

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45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

nen dazu verwendet werden, die Lage des Strahls zu jedem Zeitpunkt festzulegen, um eine entsprechende Modulation der Grund-Sägezahnfunktion durch die Generatoreinrichtung für den Spannungsverlauf zu ermöglichen. Statt dessen kann die Strahlintensität durch die Quelle für den Strahl aus gela- 5 denen Partikeln entsprechend dem Eingang von der Speicher649 652 NEN are used to determine the position of the beam at any time in order to enable a corresponding modulation of the basic sawtooth function by the generator device for the voltage curve. Instead, the beam intensity can be determined by the source for the beam from charged particles, corresponding to the input from the memory649 652

einrichtung oder der Rückkopplungseinrichtung variiert werden, um Variationen in der Abtastgeschwindigkeit zu kompensieren, so dass eine gleichförmige Ionendosis pro Flächeneinheit geliefert wird (vgl. Diskussion in US-PS 3 778 626). device or the feedback device can be varied in order to compensate for variations in the scanning speed, so that a uniform ion dose per unit area is supplied (see discussion in US Pat. No. 3,778,626).

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS

1. Irradiation device with double deflection of a beam of charged particles, with a source (30) for generating said beam (35) and a target device, characterized by an electromagnet (10) which contains two columns (13, 14), the column configured in the electromagnet to define a common plane so that said beam in the plane can traverse the gaps, and that the magnetic field through the plane in one gap has opposite polarity to the magnetic field through the plane in the other gap, and by means for generating a voltage for exciting the windings (15, 16) of the electromagnet.

2. Device according to claim 1, characterized in that the windings (15, 16) associated with the poles of each of the gaps are arranged symmetrically and have the same current carrying capacity, so that the electromagnet (10) is optically related to said beam (35). that crosses the column in the plane is neutral.

3. Device according to claim 2, characterized in that the beam source is arranged in the vicinity of the one gap (13) in such a way that the beam is introduced in the plane centrally to this one gap, and that the exciter device is designed in this way is that a deflection of the beam is caused in the plane between the edges of the pole faces which delimit the other gap (Fig. 2B).

4. The device according to claim 2, characterized in that the beam source is arranged in the vicinity of the one gap (13) such that the beam is introduced into the plane along an edge of the pole faces which are associated with the one gap, and that the excitation device is designed such that it causes a deflection of the beam in the plane between the ends of the pole faces which delimit the other gap (FIG. 3B).

5. The device according to claim 2, characterized in that the beam source is arranged adjacent to the one gap (13) such that the beam is introduced in a plane central to the one gap and that the excitation device is a split deflection of the Beam between the extremes of the pole faces that delimit the other gap (Fig. 4B).

6. Device according to one of claims 1-5, characterized by a rotation target device (32) which is arranged adjacent to the other gap (14).

7. The device according to claim 6, characterized in that the rotation target device (32) is arranged substantially orthogonal to said plane.

8. The device according to claim 7, characterized in that the beam source is arranged adjacent to the one gap in order to introduce the beam along a special path in the plane, and in that the excitation device deflects the beam in the plane between the extremes of the Creates pole faces that delimit the other gap, the beam striking the target at a transverse velocity that varies inversely with the distance of the beam from the center of rotation of the rotary target to provide a uniform ion dose to wafers mounted on the rotary target.

9. The device according to claim 7, characterized in that the beam source is arranged in the vicinity of the one gap so that the beam is introduced along a special path in the plane and has a variable intensity that the excitation device for generating a deflection of the beam is formed in said plane and that beam positioning devices for determining the position of the beam with respect to the rotation center of the rotating rotation target device (32) are present,

which provide this position information to the beam source so that the intensity of the beam is varied in proportion to the distance of the beam from the center of rotation to deliver a uniform dose of ions to a wafer mounted on the rotation target.

10. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by two pairs of electrostatic baffles, which are positioned adjacent to the other gap (14), and each of which is arranged parallel to and across the plane, the first pair being an electrostatic field generated in one direction to introduce a deflection rate component perpendicular to the plane and the second pair generates an electrostatic field in the opposite direction to remove the deflection rate component.