DE10210270A1 - Ionen-Implantierungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ionen-Implantierungsvorrichtung mit einer Ionenquelle zum Erzeugen einer Vielzahl von aufgefächerten Ionenstrahlen (I) in einem vorbestimmten Bereich (B), wobei eine Sensor-Positioniervorrichtung (8) einen Ladungssensor (S) zum Erfassen einer elektrischen Aufladung an einem beliebigen Ort (x, y) innerhalb des vorbestimmten Bereichs (B) positioniert. Auf diese Weise erhält man ortsaufgelöste Messparameter für aufgefächerte Ionenstrahlen (I).

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ionen-Implantierungsvorrichtung und insbesondere auf eine Mittelstrom- Implantierungsvorrichtung, wie sie bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen verwendet wird.
• Bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen ist es notwendig, ein Substrat (üblicherweise ein Silizium-Halbleitermaterial) zu modifizieren, wobei Atome oder Moleküle diffundiert oder implantiert werden, die von ausgewählten Dotiersubstanzen stammen. Dadurch können Bereiche im Halbleitersubstrat erzeugt werden, die eine beabsichtigte veränderliche Leitfähigkeit und Majoritätsladungsträger unterschiedlicher Polaritäten aufweisen. Typische Dotiersubstanzen sind Bor, Phosphor, Arsen und Antimon.
• Ein Dotieren eines Halbleitersubstrats unter Verwendung von Ionen-Implantierungsvorrichtungen stellt hierbei eines der wichtigsten Verfahren bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen dar, da hierdurch eine Herstellung von zunehmend kleineren Halbleiterschaltungen ermöglicht wird, was zu einer verringerten Gesamtgröße des Halbleiterbausteins und zu einer erhöhten Betriebsgeschwindigkeit führt.
• Üblicherweise besitzt eine Ionen-Implantierungsvorrichtung eine Ionenquelle, in der ein Plasma positive Ionen der erwünschten Dotierungssubstanz Atome oder Moleküle hervorbringt. Die benötigten Ionen werden aus der Quelle extrahiert und auf eine vorbestimmte Energie beschleunigt, bei der sie eine Massenselektionsanordnung durchlaufen. Die Massenselektionsanordnung hat typischerweise ein Magnetfeld, in dem der Krümmungsradius eines Flugpfads der Ionen von dem Masse- Ladungsverhältnis der einzelnen Ionen abhängt. Durch einen Massenselektionsschlitz nach dem Magnetfeldbereich können Ionen eines ausgewählten Masse-Ladungsverhältnisses zum Zielsubstrat vorstoßen, wodurch man einen Ionenstrahl zur Implantierung eines Halbleitersubstrats erhält. Die elektrisch geladenen Teilchen bzw. Ionen werden anschließend in einer Art Teilchenbeschleuniger auf hohe Endgeschwindigkeiten gebracht und unter gewissen Maskierverhältnissen in das zu implantierende Substrat geschossen.
• Dieser Ionenstrom stellt hierbei üblicherweise einen positiven Ladungsfluss zum Substrat hin dar und kann daher im Substrat bereits bestehende Halbleiterstrukturen beschädigen oder zerstören. Einerseits können durch diesen Ladungsfluss die elektrischen Schichten beispielsweise unter einer Steuerelektrode (z. B. Gate- oder Tunneloxide) nachhaltig geschädigt werden und andererseits können durch die hohen elektrostatischen Belastungen zwischen Isolatoroberflächen (z. B. Fotolack, Siliziumoxid) und den benachbarten Substratbereichen elektrische Durchschläge erfolgen, welche ebenfalls die Halbleiterstruktur beschädigen oder zerstören.
• Insbesondere bei sogenannten Hochstrom-Implantierungsvorrichtungen, die einen Ladungsfluss von 1 bis 25 Milliampere aufweisen, stellt eine derartige Aufladung ein wesentliches Problem bei der Halbleiterherstellung dar. Zur Neutralisation dieses positiven Ionen-Ladungsflusses werden daher insbesondere in Hochstrom-Implantierungsvorrichtungen Elektronenquellen nahe des zu implantierenden Substrates eingesetzt, wobei die erzeugten Elektronenwolken das entstandene oder entstehende positive Potential an der Substratoberfläche neutralisieren und eine Zerstörung von Halbleiterstrukturen verhindern.
• Üblicherweise befinden sich in einer derartigen Hochstrom- Implantierungsvorrichtung eine Vielzahl von Substraten bzw. Halbleiterwafern auf einer sich drehenden Trägerscheibe, die darüber hinaus örtlich fest positionierte Ladungssensoren zum Erfassen einer elektrischen Aufladung der Substratoberfläche aufweisen können.
• Alternativ hierzu kann ein derartiger Ladungssensor in Form einer elektrisch leitenden Platte auch unter einem jeweiligen Substrat isolierend zur Trägerscheibe angeordnet sein und somit die Aufladung an einem jeweiligen Substrat erfassen.
• Ferner werden in einigen herkömmlichen Hochstrom-Implantierungsvorrichtungen derartige Ladungssensoren auch zwischen benachbarten Substraten auf der Trägerscheibe angeordnet, wodurch wiederum eine Aufladung der Substrate durch den Ladungsfluss abgeleitet werden kann.
• Nachteilig bei derartigen herkömmlichen Ionen-Implantierungsvorrichtungen ist jedoch die große Ungenauigkeit und insbesondere eine fehlende Anwendbarkeit auf sogenannte Mittelstrom-Implantierungsvorrichtungen, die einen Ladungsfluss im Bereich von 1 Mikroampere bis 1 Milliampere aufweisen und eine Vielzahl von aufgefächerten Ionenstrahlen, die z. B. einer Substratbreite entspricht, aufweisen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine Ionen- Implantierungsvorrichtung insbesondere mit aufgefächerten Ionenstrahlen zu schaffen, mit der eine elektrische Aufladung auch von Teilbereichen eines Substrats hochgenau erfasst werden kann.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Insbesondere durch die Verwendung einer Sensor-Positioniervorrichtung zum Positionieren eine Ladungssensors an einem beliebigen bzw. frei wählbaren Ort innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der einfallenden Ionenstrahlen können auch hochintegrierte Halbleiterschaltungen zuverlässig vor einer unerwünschten Zerstörung bzw. Beschädigung durch elektrostatische Aufladung geschützt werden. Insbesondere können dadurch die in einem Ionenstrahlbereich vorherrschenden unterschiedlichen Ladungsströme exakt bestimmt und gegebenenfalls kompensiert oder an eine Halbleiterschaltung auf dem zu implantierenden Substrat entsprechend angepasst werden.
• Vorzugsweise positioniert die Sensor-Positioniervorrichtung den Ladungssensor innerhalb, vor oder hinter einer Implantationsebene für das zu implantierende Substrat bzw. einer jeweiligen Waferebene, wodurch man besonders genaue Messergebnisse erhält oder eine sogenannte online Messung ermöglicht wird.
• Die Sensor-Positioniervorrichtung positioniert den Ladungssensor hierbei unabhängig von der Halterung des Substrats, wodurch man für jeden Teilbereich eines Substrats und somit jeden Teilbereich einer Halbleiterschaltung eine exakte Erfassung für eine jeweilige elektrostatische Aufladung erhält. Eine Ausbeute kann dadurch verbessert werden.
• Vorzugsweise besteht der Ladungssensor aus einem elektrisch leitfähigen Sensorelement, einem elektrisch leitfähigen Sensorelement-Träger und einer Sensor-Isolation zum elektrischen Isolieren des Sensorelements vom Sensorelement-Träger, wobei als leitfähiges Material Graphit verwendet wird. Bei Verwendung eines derartigen Sensors und Materials erhält man die geringste Beeinflussung einer jeweiligen Umgebung des Sensors, wodurch die Genauigkeit der Messergebnisse weiter verbessert werden kann. Insbesondere kann durch die Verwendung von Graphit eine Kontamination durch frei werdende Stoffe und damit eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften in der Halbleiterschaltung zuverlässig verhindert werden.
• Ferner kann die Ionen-Implantierungsvorrichtung eine einstellbare Neutralisationsquelle zum Erzeugen von Neutralisationsladungen aufweisen, die in Abhängigkeit von den erfassten Werten des Ladungssensors eine elektrische Aufladung des Substrats an vorbestimmten Teilbereichen gezielt verringert.
• Vorzugsweise erfasst der Ladungssensor einen aus Ionen und Elektronen bestehenden Gesamtladungsfluss, einen Potentialaufbau und/oder eine Energieverteilung der Elektronen in Abhängigkeit von einem jeweiligen Ort innerhalb des vorbestimmten Ionenstrahlbereichs. Unter Verwendung dieser Erfassungswerte können eine Vielzahl von Parametern der Ionen-Implantierungsvorrichtung eingestellt werden, wodurch man eine gewünschte bzw. ideale Ionenstrahlverteilung für das gesamte Substrat erhält.
• In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine vereinfachte Blockdarstellung der erfindungsgemäßen Ionen-Implantierungsvorrichtung;
• Fig. 2 eine perspektivische Darstellung von Elementen in einer Prozesskammer gemäß Fig. 1;
• Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung der Elemente gemäß Fig. 2;
• Fig. 4a und 4b eine maßstabliche Schnittansicht und Draufsicht eines Sensorelements;
• Fig. 5a und 5b eine maßstabliche Schnittansicht und Draufsicht eines Sensor-Isolators;
• Fig. 6 eine ortsabhängige Darstellung eines gewünschten und eines gemessenen Summenstroms des Ladungssensors;
• Fig. 7 eine ortsabhängige Darstellung eines gewünschten und eines gemessenen Potentials des Ladungssensors; und
• Fig. 8 eine ortsabhängige Darstellung einer gewünschten und einer gemessenen Elektronenenergieverteilung des Ladungssensors.
• Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung einer Ionen- Implantierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie insbesondere bei Mittelstrom-Implantierungsvorrichtungen einsetzbar ist. Im Gegensatz zu sogenannten Hochstrom- Implantierungsvorrichtungen, die einen Ionen-Ladungsfluss von ca. 1 bis 25 Milliampere aufweisen erzeugen derartige Mittelstrom-Implantierungsvorrichtungen einen Ionen-Ladungsfluss von ca. 1 Mikroampere bis 1 Milliampere und besitzen einen aufgefächerten Ionenstrahl.
• Gemäß Fig. 1 werden die benötigten Ionen aus einer Ionenquelle 1 extrahiert und auf eine vorbestimmte Energie beschleunigt. In einer Massenselektionsanordnung 2, die üblicherweise ein Magnetfeld aufweist, in dem der Krümmungsradius des Flugpfads der Ionen von dem Masse-Ladungs-Verhältnis der einzelnen Ionen abhängt, können Ionen eines ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis beispielsweise durch einen Massenselektionsschlitz ausgewählt und zu einem Zielsubstrat bzw. Halbleiterwafer W ausgestoßen werden. In einer Ionen- Auffächerungsanordnung 3, die beispielsweise einen Scanner aufweist, können die Ionen in eine Vielzahl von aufgefächerten Ionenstrahlen I aufgeteilt werden. Eine derartige elektrostatische Auffächerung kann auch durch eine magnetische Auffächerung realisiert werden und insbesondere auch bereits in der Massenselektionsanordnung 2 stattfinden. Anschließend werden gemäß Fig. 1 die aufgefächerten Ionenstrahlen I in einem Nachbeschleuniger 4 auf eine vorbestimmte Implantationsenergie gebracht, wobei dieser Nachbeschleuniger 4 auch entfallen kann. Ferner befindet sich in einer derartigen Ionen-Implantierungsvorrichtung auch eine Ablenkungseinheit 6, mit der die aufgefächerten Ionenstrahlen I beispielsweise um ca. 15 Grad nach unten oder oben abgelenkt werden, wodurch man eine weitere Energie-Filterung erhält. Die Ablenkungseinheit 6 kann jedoch in gleicher Weise wie der Nachbeschleuniger 4 entfallen.
• Der aufgefächerte und optional nachbeschleunigte bzw. abgelenkte Ionenstrahl I wird nunmehr einer Prozesskammer 5 zugeführt, in der das zu implantierende Substrat W von einer Halterung bzw. einem Haltearm 7 gehalten wird und in einen von den aufgefächerten Ionenstrahlen I festgelegten Bereich B eingetaucht werden kann. Das Substrat W besteht vorzugsweise aus einem Silizium-Halbleiterwafer, wobei auch alternative Materialien als Substrat dienen können.
• Zusätzlich zur Halterung 7 für das zu implantierende Substrat W befindet sich erfindungsgemäß eine Sensor-Positioniervorrichtung bzw. ein Positionierarm 8 zum Positionieren eines Ladungssensors S an einen beliebigen Ort innerhalb des vom aufgefächerten Ionenstrahl I festgelegten Bereichs B. Der Erfassungsbereich bzw. die Größe des Ladungssensors S ist hierbei um ein Vielfaches kleiner als der vorbestimmte Bereich B der aufgefächerten Ionenstrahlen I, wodurch man für jeden Teilbereich des vorbestimmten Bereichs B präzise Aussagen hinsichtlich einer elektrischen Aufladung eines an dieser Stelle befindlichen Substrats W erhält. Die resultierenden Messergebnisse werden entweder die aufgefächerten Ionenstrahlen I optimal auf die im Substrat auszubildenden Strukturen oder die Strukturen auf die aufgefächerten Ionenstrahlen angepasst, wodurch nicht nur eine Beschädigung von Strukturen für den gesamten Wafer bzw. das gesamte Substrat W vermieden werden kann, sondern auch besonders empfindliche Teilbereiche einer Halbleiterschaltung vor einer Zerstörung oder Beschädigung bewahrt werden können. Dies ist insbesondere bei hochintegrierten Halbleiterschaltungen mit besonders geringen Schichtdicken und kleinen Strukturbreiten im sub-100 nm- Bereich von Bedeutung, da derartige Beschädigungen bzw. Zerstörungen auch bereits bei einem Ladungsstrom von 1 Mikroampere bis 1 Milliampere auftreten können, wie sie in Mittelstrom-Implantierungsvorrichtungen vorkommen.
• Optional kann gemäß Fig. 1 ferner eine Neutralisationsquelle 9 zum Erzeugen von Neutralisationsladungen SE vorgesehen sein, die eine elektrische Aufladung des Substrats W auf Grund des Ionen-Ladungsflusses verringern. Die Funktionsweise dieser Neutralisationsquelle 9 insbesondere in Zusammenhang mit dem frei positionierbaren Ladungssensor S wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
• Fig. 2 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht der in der Prozesskammer 5 befindlichen Elemente, wobei gleiche Bezugszeichen gleich oder entsprechende Elemente bezeichnen und auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.
• Gemäß Fig. 2 treten die aufgefächerten Ionenstrahlen I durch eine Öffnung der Prozesskammer 5, in der sich die optional hinzugefügte Neutralisationsquelle 9, der Ladungssensor S und das zu implantierende Substrat W befinden.
• Gemäß Fig. 2 können sich optional vor der Neutralisationsquelle 9 Filterblenden EF zum Ausbilden eines Schlitzes befinden, der gemeinsam mit der optional vorgesehenen Ablenkungseinheit 6 eine Energiefilterung ermöglicht. Genauer gesagt treten durch den Schlitz lediglich die Ionenstrahlen I hindurch, die in einem vorbestimmten Energiebereich liegen.
• Die Neutralisationsquelle 9 besteht beispielsweise aus einer Elektronenquelle, wie sie beispielsweise als sogenannte Floodgun oder Plasmagun bekannt sind. Hierbei werden von Glühfäden F, die beispielsweise aus Wolfram bestehen, Primärelektronen PE erzeugt und auf ein Target bzw. ein Ziel T geschossen, wodurch Sekundärelektronen SE entstehen, die von den hindurchtretenden Ionenstrahlen I als Neutralisationsladungen mitgerissen werden und vom Ladungssensor S erfasst werden können.
• Gemäß Fig. 2 wird das von einem Substratträger WT gehaltene Substrat W bei einer Messung beispielsweise nach oben oder unten (d. h. y-Richtung) aus dem durch die aufgefächerten 10- nenstrahlen I festgelegten Bereich B herausgeschwenkt und in gleicher Weise der Ladungssensor S über seine Sensor-Positioniervorrichtung 8 in diesen Strahlenbereich beispielsweise in einer x-Richtung eingeführt. Der Ladungssensor 5 kann hierbei an jeden beliebigen Ort sowohl in x-Richtung als auch in einer y-Richtung (sofern der Bereich B auch eine Ausdehnung in y-Richtung aufweist) bewegt werden, wodurch jeder beliebige Ort in diesem Bereich B sozusagen ortsaufgelöst hinsichtlich eines Gesamtladungsflusses aus Ionen und Elektronen, hinsichtlich einer Energieverteilung der Elektronen und hinsichtlich eines Potentialaufbaus ausgewertet werden kann. Auf diese Weise können unerwünschte Werte für die Vielzahl von Ionenstrahlen I erfasst und ausgeglichen werden.
• Der Ladungssensor S besteht im Wesentlichen aus einem Sensorelement SEL und einem Sensorelement-Träger ST, die vom Positionierarm 8 insbesondere im Bereich B der Vielzahl von Ionenstrahlen I unabhängig vom Substrat W bewegt werden können. Die Positionierung kann hierbei beispielsweise vor einer Implantationsebene, d. h. z > 0, oder hinter einer Implantationsebene für das zu implantierende Substrat W, d. h. z < 0, erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch der Ladungssensor S genau innerhalb, d. h. z = 0, der Implantationsebene für das zu implantierende Substrat W positioniert, wodurch man die genauesten Aussagen für eine jeweils auftretende Aufladung in einem Substratteilbereich erhält. In Kenntnis dieser in x-Richtung (und/oder y-Richtung) aufgenommenen Messwerte kann demzufolge für einen gesamten Wafer eine hochgenaue Abschätzung von jeweiligen Aufladungseffekten durchgeführt werden, wobei auch eine Verschiebegeschwindigkeit in y-Richtung des Substrats bzw. Wafers W berücksichtigt werden kann.
• Der Ladungssensor S besteht gemäß Fig. 2 im Wesentlichen aus einem Sensorelement SEL und einem Sensorelement-Träger ST zum Tragen des Sensorelements SEL. Der Sensorelement-Träger ST ist an der Sensor-Positioniervorrichtung bzw. dem Positionierarm 8 befestigt und ermöglicht die beliebige Positionierung innerhalb des Ionenstrahl-Bereichs B. Sowohl der Sensorelement-Träger ST als auch das Sensorelement SEL bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei sich insbesondere Graphit als besonders geeignet für einen derartigen Sensor erweist, da bei diesem Material nur eine geringe Kontamination im Umkreis des Ladungssensors S bei Beschuss durch die Ionenstrahlen I auftritt und darüber hinaus insbesondere durch den elektrisch leitenden Sensorelement-Träger ST Störfelder vermieden werden. Das Sensorelement SEL ist hierbei mit einem nicht dargestellten Auswerteelement wie z. B. einem Strommesser verbunden und elektrisch vom Sensorträger ST isoliert.
• Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht des Systems bestehend aus Neutralisationsquelle 9, Substrat W sowie Ladungssensor S zur Veranschaulichung der Wirkungsweise insbesondere der Neutralisationsquelle. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder entsprechende Elemente wie in Fig. 2, weshalb auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.
• Gemäß Fig. 3 besitzt die einstellbare Neutralisationsquelle 9 eine Vielzahl von Glühfäden bzw. Filamenten F, die beispielsweise aus Wolfram bestehen und bei einer bestimmten Glühtemperatur Primärelektronen PE in Richtung eines Targets T abstrahlen. Beim Auftreffen der Primärelektronen PE auf das Target T, welches vorzugsweise aus einer Aluminiumplatte besteht, entstehen sogenannte Sekundärelektronen, die als Neutralisationsladungen von den Ionenstrahlen I mitgerissen werden und eine Kompensation einer Aufladung durch die Ionisationsstrahlen I auf einem Substrat W ermöglichen. Zur Vermeidung eines Austretens von Primär- und Sekundärelektronen in Richtung zu einem Eingang der Neutralisationsquelle 9 befindet sich an dieser Stelle z. B. ein Magnet M mit einem zugehörigen Magnetfeld MF.
• Gemäß Fig. 3 ist das isolierend auf dem Sensorelement-Träger ST angebrachte Sensorelement SEL beispielsweise mit einem Strommessgerät IM verbunden und über eine Spannungsversorgung BA auf ein bestimmtes Potential gegenüber Masse gelegt. Auf diese Weise können beispielsweise ein Gesamtladungsfluss bzw. ein Summenstrom aus Ionen der Ionenstrahlen I und Elektronen der Neutralisationsladungen SE gemessen werden, wodurch sich für jeden Teilbereich exakte Aussagen über eine jeweilige elektrostatische Aufladung machen lassen. In gleicher Weise kann darüber hinaus eine Energieverteilung der Neutralisationsladungen bzw. der Sekundärelektronen SE erfasst werden, wobei eine Gegenspannungs-Vorschaltung (bias) verwendet wird. Gemäß einer dritten Verschaltung wird der Ladungssensor S zunächst floatend bzw. schwebend für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben und anschließend entladen, wodurch sich ein Potentialaufbau an jedem beliebigen Ort innerhalb des Bereichs der Ionenstrahlen I erfassen lässt. Auf diese Weise erhält man eine Vielzahl von Messparametern, die eine hochgenaue Kompensationssteuerung der Ionen-Implantierungsvorrichtung ermöglichen und somit eine Beschädigung bzw. Zerstörung von Strukturen in Halbleiterschaltungen des Substrats W vermeiden.
• Die Fig. 4a und 4b zeigen eine maßstabliche Schnittdarstellung und Draufsicht eines Sensorelements SEL, wie es vorzugsweise im Ladungssensor 5 verwendet wird.
• Fig. 5a und 5b zeigen in gleicher Weise eine maßstabliche Schnittansicht und Draufsicht eines Sensor-Isolators SI, wie er zur Isolierung des Sensorelements SEL vom Sensorelement- Träger ST verwendet wird.
• Insbesondere bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Graphits als Material für das Sensorelement und den Sensorelement-Träger ergeben sich hervorragende Messeigenschaften, wobei der dargestellte Sensor-Durchmesser von 18 Millimeter für das Sensorelement SEL eine ausreichende Auflösung für den zu messenden Bereich B der Ionenstrahlen I realisiert, der üblicherweise eine gesamte Waferbreite abdeckt, die derzeit bis zu 30 cm beträgt.
• Fig. 6 zeigt eine ortsabhängige graphische Darstellung eines gewünschten und eines gemessenen Summenstroms bzw. Gesamtladungsflusses bestehend aus Ionen und Elektronen über eine gesamte Waferbreite. Während gemäß Fig. 6 ein relativ geringer Summenstrom bzw. Gesamtladungsfluss mit gleicher Höhe an jedem Ort des Wafers erwünscht ist (Zielwert), ergibt sich bei dem mittels des frei positionierbaren Ladungssensors S gemessenen Summenstrom vor allem am linken Waferrand eine nicht ausreichende Neutralisation sowie ein ungleichmäßiges Neutralisationsprofil. In Abhängigkeit von diesem Messergebnis kann nunmehr beispielsweise in der optional vorhandenen Neutralisationsquelle 9 eine Elektronenemission an jeweiligen Orten erhöht und/oder Störmagnetfelder am Rand erfasst und ausgeglichen werden, wodurch man den Gesamtladungsfluss in Richtung des gewünschten Gesamtladungsfluss- bzw. Zielwerts gemäß Fig. 6 anpassen kann und die Gefahr einer Beschädigung und Zerstörung von Halbleiterschaltungen im Substrat verringert wird.
• Fig. 7 zeigt eine vereinfachte ortsabhängige graphische Darstellung eines gewünschten und gemessenen Potentials über einer Waferbreite, wobei insbesondere am rechten Rand des Wafers ein zu geringer Potentialaufbau erfasst wird. An Hand dieses mittels des frei positionierbaren Ladungssensors erfassten Messergebnisses kann beispielsweise wiederum eine Elektronenemission in jeweiligen Teilbereichen der Neutralisationsquelle erhöht und/oder das Ionenstrahl-Potential beispielsweise an der rechten Seite durch einen modifizierten Strahlfokus in der Ionen-Implantierungsvorrichtung verringert werden. Wiederum kann die gemessene Kurve auf diese Weise an einen gewünschten Zielwert angeglichen werden, wodurch sich größere Ausbeuten bei der Halbleiterherstellung ergeben.
• Fig. 8 zeigt eine vereinfachte ortsabhängige graphische Darstellung einer gewünschten und gemessenen Energieverteilung der Neutralisationsladungen bzw. Elektronen. Gemäß diesem Messergebnis ist insbesondere in einer Wafermitte bzw. einem Zentrumsbereich des Ionenstrahl-Bereichs B eine Elektronenenergie zu hoch, wobei eine Anpassung an den Zielwert bzw. die gewünschte Kurve beispielsweise durch Austausch des Sekundärelektronentargets T, d. h. der Aluminiumplatte, oder durch Verringerung der Anzahl von Primärelektronen PE in der Wafermitte angepasst werden kann. Wiederum können auf diese Weise für jeden beliebigen Ionenstrahl-Typ, für jede beliebige Implantationsanlage sowie für jede beliebige Halbleiterschaltung tatsächlich vorhandene Ladungseigenschaften erfasst und entsprechend angepasst werden.
• Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines im Wesentlichen spaltförmig aufgefächerten Ionenstrahls beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise auch alternativ aufgefächerte Ionenstrahlen, die einen vorbestimmten Flächenbereich überdecken. Ferner ist der Sensor nicht auf ein Graphitmaterial beschränkt, sondern kann in gleicher Weise alternative Materialien wie z. B. silizierte Halbleitermaterialien aufweisen. In gleicher Weise können auch alternative Neutralisationsquellen verwendet werden oder diese vollständig entfallen. Bezugszeichenliste 1 Ionenquelle
  2 Massenselektionsanordnung
  3 Ionen-Auffächerungsanordnung
  4 Nachbeschleuniger
  5 Prozesskammer
  6 Ablenkungseinheit
  7 Halterung
  8 Sensor-Positioniervorrichtung
  9 Neutralisationsquelle
  I aufgefächerte Ionenstrahlen
  W Substrat
  S Ladungssensor
  B Ionenstrahl-Bereich
  EF Energiefilter
  F Filament
  PE Primärelektronen
  SE Sekundärelektronen
  WT Substratträger
  ST Sensorelement-Träger
  SEL Sensorelement
  M Magnet
  MF Magnetfeld
  IM Strommessgerät
  BA Spannungsversorgung
  SI Sensor-Isolation
  

Claims (10)

1. Ionen-Implantierungsvorrichtung mit
einer Halterung (7) zum Halten eines zu implantierenden Substrats (W),
einer Ionenquelle (1) zum Erzeugen von im Substrat (W) zu implantierenden Ionen,
einer Ionen-Auffächerungsanordnung (2, 3) zum Erzeugen einer Vielzahl von aufgefächerten Ionenstrahlen (I) in einem vorbestimmten Bereich (B), und
einem Ladungssensor (S) zum Erfassen einer elektrischen Aufladung des Substrats (W)
gekennzeichnet durch
eine Sensor-Positioniervorrichtung (8) zum Positionieren des Ladungssensors (S) an einen beliebigen Ort (x, y) innerhalb des vorbestimmten Bereiches (B).

2. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Positioniervorrichtung (8) den Ladungssensor (S) in (z = 0), vor (z > 0) oder hinter (z < 0) einer Implantationsebene für das zu implantierende Substrat (W) positioniert.

3. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Positioniervorrichtung (8) den Ladungssensor (S) unabhängig von der Halterung (7; WT) des Substrats (W) positioniert.

4. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungssensor (S) ein elektrisch leitfähiges Sensorelement (SEL), einen elektrisch leitfähigen Sensorelement-Träger (ST) und eine Sensor-Isolation (SI) zum elektrischen Isolieren des Sensorelements vom Sensorelement-Träger aufweist.

5. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (SEL) und der Sensorelement-Träger (ST) Graphit aufweisen.

6. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtladungsfluss der aufgefächerten Ionenstrahlen (I) in einen Bereich von 1 Mikroampere bis 1 Milliampere liegt.

7. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine einstellbare Neutralisationsquelle (9) zum Erzeugen von Neutralisationsladungen (SE), die eine elektrische Aufladung des Substrats (W) verringern.

8. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralisationsquelle (9) einen Ionenstrahl-Durchlass aufweist, in dem primär Elektronen (PE) auf ein Target (T) geschossen werden, um Sekundärelektronen (SE) zu erzeugen, die von den hindurchtretenden Ionenstrahlen als Neutralisationsladungen mitgerissen werden.

9. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungssensor (S) einen Gesamtladungsfluss, ein Potential und/oder eine Energieverteilung in Abhängigkeit von einem Ort (x, y) innerhalb des vorbestimmten Bereichs (B) der aufgefächerten Ionenstrahlen (I) erfasst.

10. Ionen-Implantierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassungsbereich des Ladungssensors (S) um ein Vielfaches kleiner ist als der vorbestimmte Bereich (B) der aufgefächerten Ionenstrahlen (I).