DE10223533B4

DE10223533B4 - Ionenimplantiervorrichtung

Info

Publication number: DE10223533B4
Application number: DE10223533A
Authority: DE
Inventors: Won-Ju Yongin Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: US6753652B2; US20020180366A1; JP3883059B2; KR100412354B1; JP2003059442A; KR20020091353A; DE10223533A1

Abstract

Ionenimplantiervorrichtung, mit:
einer Einrichtung (221), um einen Ionenstrahl auf einem Wafer (W) in einer Abtastbewegung zu bewegen, wobei die Abtasteinrichtung (221) den Wafer in einer Zone bewegt, in die ein Ionenstrahl (400) eingestrahlt wird und der Wafer (W) an der Abtasteinrichtung (221) montiert ist;
einer Einrichtung (228, 229) zum Detektieren eines Ionenstrahls und zum Detektieren eines Ionenstrahls, der sich über die Ionenstrahlabtasteinrichtung (221) hinaus bewegt, wobei die Detektoreinrichtung (228, 229) benachbart der Ionenstrahl-Abtasteinrichtung (221) fest montiert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Detektoreinrichtung (228, 229) eine geneigte Oberfläche besitzt, so dass ein Teil der Detektoroberfläche benachbart zur Abtasteinrichtung (221) in Strahlrichtung nach bzw. unterhalb der Waferebene angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenimplantiervorrichtung nach dem Anspruch 1.

Aus der JP 03 136238 A ist bereits eine Ionenimplantiervorrichtung bekannt, bei der ein Wafer auf einer rotierenden Scheibe angeordnet ist, wobei die rotierende Scheibe an den Außenrandbereichen des Wafers mit sägezahnförmigen Nuten ausgestattet ist, welche den Wafer in Form von konzentrischen Kreisen umgeben. Durch die geneigten Flächen der sägezahnartigen Vertiefungen in der rotierenden Scheibe kollidieren positive Ionen mit den geneigten Flächen und werden an diesen reflektiert, so dass nur ein reduzierter Anteil der positiven Ionen auf die Waferoberfläche gelangt.

Aus der JP 2000-353671 A ist ein Ionenimplantiergerät bekannt, bei dem außerhalb des Umfangsrandes eines Wafers eine Detektoreinrichtung in Ionenstrahlrichtung hinter der Waferebene angeordnet ist.

Aus der US 5 278 420 A ist eine ähnlich aufgebaute Ionenimplantiervorrichtung bekannt, bei der Maßnahmen getroffen sind, um die Oberflächen abzuschirmen, die dem Wafer benachbart sind und die Kontaminationen bewirken können. Aus der US 4 937 206 ist eine Ionenimplantiervorrichtung bekannt, bei der Maßnahmen getroffen sind, um eine Querkontaminierung von Halbleiterwafern während der Verarbeitung derselben zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird ein Oberflächenabschnitt einer Halterungsanordnung mit einem prozesskompatiblen Material bedeckt, ein Halbleiterwafer mit der Halterungsanordnung in Anlage gebracht und der Wafer dann bearbeitet und nach der Bearbeitung das prozesskompatible Material von der Halterungsanordnung entfernt wird nachdem es kontaminiert worden ist.

Aus der JP 07 065778 A ist eine weitere Ionenimplantiervorrichtung bekannt, bei der an den Außenrandbereichen eines Halbleitersubstrats eine ein Metallsprühen verhindernde Platte angeordnet ist, so dass Metallverunreinigungen, die an der Aufnahmevorrichtung für das Halbleitersubstrat erzeugt werden und zwar an der rückwärtigen Seite des Substrats aufgefangen werden und somit die Vorderseite des Halbleitersubstrats nicht erreichen können.

Schließlich ist aus der DE 40 91 603 C1 eine Vorrichtung zur Übertragung einer mechanischen Bewegung in eine Vakuumkammer bekannt, deren prinzipieller Aufbau in 2 gezeigt ist.

Kürzlich wurden 256-Megabyte-DRAM-Zellen mit Hilfe eines Prozesses hergestellt, der eine Konstruktionsregel befriedigt, mit der Voraussetzung, dass eine Breite zwischen Schaltungsleitungen kleiner ist als 0,18 μm. Wenn jedoch die 0,18 μm-Konstruktionsregel bei dem Herstellungsprozess angewendet wird, neigen Teilchen, die in einer Prozesskammer erzeugt werden dazu, Defektstellen in den Halbleitervorrichtungen zu verursachen, wodurch dann die Ausbeute an Produkten reduziert wird. Speziell, wenn 1-Gigabyte-DRAM-Zellen oder 4-Gigabyte-DRAM-Zellen, die in herkömmlicher Weise als die nächste Generation von Speichervorrichtungen bekannt sind, entwickelt werden, bewirken die Teilchen, die in der Prozesskammer während der Herstellung der Vorrichtungen erzeugt werden, verschiedene technische Schwierigkeiten und Herstellungseinschränkungen. Somit werden Teilchen allgemein als eine Barriere betrachtet, die bei der Entwicklung der nächsten Generation einer Speichervorrichtung überwunden werden muss.

Demzufolge haben Hersteller von Halbleitervorrichtungen eine große Anstrengung unternommen und haben beträchtlich viel Zeit darin investiert, die Ursachen für die Teilchen zu ermitteln und um Verfahren zum Managen der Teilchen zu entwickeln, um deren Zahl zu reduzieren und um eine Waferverunreinigung zu verhindern, und zwar auf Grund der Teilchen bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.

Speziell hat die Waferverunreinigung, die durch die Teilchen verursacht wird, einen speziellen wesentlichen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften einer Halbleitervorrichtung, wenn Teilchen bei einem Ionenimplantierprozeß erzeugt werden.

Gemäß einem herkömmlichen Ionenimplantierungsprozeß schlagen beschleunigte Ionen auf den Wafer auf, der in einer Ionenimplantiervorrichtung angeordnet ist, und es werden dann eine vorbestimmte Anzahl oder Menge an Ionen in der Oberfläche des Wafers bis zu einer vorbestimmten Tiefe implantiert.

Die in der Ionenimplantiervorrichtung erzeugten Teilchen werden allgemein in zwei Kategorien eingeteilt, deren Bezeichnung den Weg der Erzeugung andeuten soll, mechanische Teilchen und elektrische Teilchen. Die meisten der elektrischen Teilchen bestehen aus Zerstäubungs- oder Streuteilchen, die durch einen Hochgeschwindigkeitsaufschlag der Ionen auf eine Metalloberfläche erzeugt werden und auch durch eine Aktivierung auf Grund einer elektrostatischen Kraft eines Ionenstrahls erzeugt werden. Die mechanischen Teilchen werden durch Reibungswärme auf Grund der Bewegung einer Drehvorrichtung oder eines Getriebesystems der Ionenimplantiervorrichtung erzeugt.

Im Falle der mechanischen Teilchen kann eine Ursache für die Teilchen einfach herausgefunden werden und die Zerstörung des Wafers ist weniger bedeutsam oder ausgeprägt. Demzufolge muß eine Technologie mit hohem Niveau nicht die mechanischen Teilchen verhindern, die im Vergleich zu den elektrischen Teilchen eine untergeordnete Rolle spielen.

Im Falle der elektrischen Teilchen aktiviert die elektrostatische Kraft des Ionenstrahls, der aus positiven Ionen besteht, die winzigen und feinen Teilchen und läßt die Teilchen zerstäuben. Demzufolge bewirken die elektrischen Teilchen eine bemerkenswerte Zerstörung an dem Wafer und eine Technologie auf hohem Niveau muss diesen Teilchen Rechnung tragen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin eine Ionenimplantiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, dass mit einfachen Mitteln wirksam verhindert werden kann, dass Sekundärelektronen von der Oberfläche der Detektoreinrichtung auf die Oberfläche eines Wafers gelangen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ionenimplantiervorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Ionenimplantiervorrichtung nach der Erfindung wird ein Ionenstrahl auf einem Wafer gemäß einer Abtastbewegung bewegt. Die Abtasteinrichtung, auf welcher der Wafer montiert ist, bewegt den Wafer in eine Zone, in der der Ionenstrahl strahlt bzw. in die der Ionenstrahl eingestrahlt wird. Eine Detektoreinrichtung, die fest benachbart zu der Abtasteinrichtung montiert ist, detektiert den Ionenstrahl, der in einer Überlagerung eine Abtastbewegung gemäß der Abtasteinrichtung durchführt. Die Detektoreinrichtung besitzt eine geneigte Oberfläche, so dass ein Abschnitt der Detektoreinrichtung benachbart der Abtasteinrichtung unterhalb einer Oberfläche des Wafers positioniert ist, der auf der Abtasteinrichtung angeordnet ist.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Neigungswinkel der geneigten Oberfläche der Detektoreinrichtung auf angenähert 10 Grad bis 30 Grad be grenzt. Wenn der Neigungswinkel weniger als 10 Grad beträgt, wird der Gradient der geneigten Fläche so klein, dass die Teilchen auf dem Wafer zerstreut oder zersprüht werden, und somit eine Waferverunreinigung nicht in ausreichender Weise verhindert wird. In ähnlicher Weise, wenn der Neigungswinkel mehr als 30 Grad beträgt, wird der Gradient der geneigten Oberfläche so groß, daß die durch den Zerstreuvorgang erzeugten Sekundärelektronen nicht mit Hilfe einer Faraday-Haube gesteuert werden können.

Die Abtasteinrichtung kann entweder eine Drehscheibe enthalten, die bei einem Stapeltyp eines Ionenimplantierers angewendet wird, oder einen Waferhalter enthalten, der bei einer Ionenimplantiervorrichtung vom Einzeltyp angewendet wird. Die Detektoreinrichtung enthält in bevorzugter Weise eine Spill-over-Haube eine Sampling-Beam-Haube (cup), die benachbart der Abtasteinrichtung montiert ist, um den Ionenstrahl zu detektieren, der in einem Überlagerungsabtastvorgang einen Rand der Abtasteinrichtung überstreicht.

Die oben angegebenen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer für Fachleute anhand der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
1 eine schematische Draufsicht, die eine Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp darstellt;
2 eine schematische Schnittansicht, die einen Seitenabschnitt einer Endstation der Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp veranschaulicht, der in 1 gezeigt ist;
3 eine Ansicht, die eine Änderung in der Teilchenzahl gemäß einer Änderung einer Höhe der Spill-over-Haube von einer horizontalen Oberfläche des Wafers erläutert;
4 eine Tabelle der Lebensdauer der Spill-over-Haube entsprechend einer Stromerzeugung zum Herstellen des Ionenstrahls;
5 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Korrosionsrate der Spill-over-Haube und dem Erzeugungsstrom veranschaulicht;
6 eine Ansicht, die einen Zerstreuungsprozeß von zerstäubten Teilchen an einer flachen oder ebenen Oberfläche der Spill-over-Haube einer herkömmlichen Ionenimplantiervorrichtung zeigt;
7 eine Ansicht, die einen Zerstreuungsprozeß der zerstäubten Teilchen an einer geneigten Oberfläche der Spill-over-Haube einer Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt; und
8 eine Schnittansicht, die eine Sampling-Strahl-Haube einer Ionenimplantiervorrichtung vom Einzeltyp gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Im folgenden wird die Erfindung in Einzelheiten unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 veranschaulicht eine schematische Draufsicht, die eine Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp wiedergibt, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird.
Eine Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp kennzeichnet eine Vielfachtyp-Ionenimplantiervorrichtung, die 13 bis 25 Wafer in einem Drehhalter haltert, und zwar im Gegensatz zu einer Ionenimplantiervorrichtung vom Einzeltyp, die lediglich einen Wafer in einem Waferhalter haltert.
Gemäß 1 enthält die Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp einen Terminalmodul 100, einen Endstationsmodul 200 und einen Beschleuniger 300 für den Anschluß an den Terminalmodul 100 und den Endstationsmodul 200.
Der Terminalmodul 100 enthält eine Ionenquelle 110 und eine Massenanalysiervorrichtung 120. Die Ionenquelle 110 ionisiert eine Quellensubstanz und der Massenanalysierer 120 trennt erforderliche und nicht erforderliche Ionen von der ionisierten Quellensubstanz ab. Der Beschleuniger 300 erzeugt einen Ionenstrahl, indem er die erforderlichen Ionen beschleunigt, die von dem Massenanalysierer 120 abgetrennt wurden, und zwar auf eine Spannung von KeVs bis MeVs, und schickt einen Ionenstrahl 400 zu der Endstation 200.
Die Endstation 200 enthält eine Abtastvorrichtung 220 und eine Waferübertragungsvorrichtung 230 in einer Hochvakuumkammer 210. Bevor Ionen in einen Wafer W implantiert werden, lädt die Waferübertragungsvorrichtung 230 den Wafer W von einem Waferträger 250, der auf einer Waferstation 240 plaziert ist, auf die Abtastvorrichtung 220. Nach dem Implantieren von Ionen in den Wafer W entlädt die Waferübertragungsvorrichtung 230 den Wafer W von der Abtastvorrichtung 220 auf den Waferträger 250. Die Hochvakuumkammer 210 wird kontinuierlich auf einem hohen Vakuum während des Ionenimplantierprozesses gehalten.
2 veranschaulicht eine schematische Schnittansicht, die einen Seitenabschnitt des Endstationsmoduls 200 der Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp veranschaulicht, die in 1 gezeigt ist.
Gemäß den 1 und 2 tastet die Abtastvorrichtung 220 den Ionenstrahl 400, der in eine Richtung einer Z-Achse emitiert wird, in einer zweidimensionalen Ebene ab bzw. führt eine Abtastbewegung in dieser Ebene durch, die aus einer X-Achse und einer Y-Achse besteht.
Die Abtastvorrichtung 220 enthält eine Scheibe 221, ein Scheibenantriebsglied 223 zum Antreiben der Scheibe 221, einen Abtastarm 224, ein Y-Achsenantriebsglied 225 zum Antreiben der Scheibe 221 in einer Richtung der Y-Achse, ein Gehäuse 226, ein Rohr 227 und eine Detektorvorrichtung 228 zum Detektieren eines Ionenstrahls. Die Scheibe 221 wird auf einer Rotationsachse in Drehung versetzt, und zwar mit Hilfe des Scheibenantriebsgliedes 223. Eine Vielzahl von Waferhaltervorrichtungen 222 sind an Umfangsabschnitten der Scheibe 221 ausgebildet und es werden die Wafer W jeweils in jedem der Waferhalter 222 aufgenommen.
Das Gehäuse 226 ist an einem freien Ende des Abtastarmes 224 montiert und das Scheibenantriebsglied 223 ist in dem Gehäuse 226 installiert. Das Y-Achsenantriebsglied 225 ist an einem feststehenden Ende des Abtastarmes 224 befestigt und es wird somit der Abtastarm in der Richtung der Y-Achse bewegt, das heißt aufwärts und abwärts gemäß einem Betrieb des Y-Achsenantriebsgliedes 225.
Das Rohr 227 ist mit einer äußeren Fläche des oberen Umfangsabschnitts des Gehäuses 226 verbunden und erstreckt sich nach außerhalb. Die Detektorvorrichtung 228 (beispielsweise eine Spill-over-Haube (cup)) ist an einem Terminalende des Rohres 227 installiert.
Die Detektorvorrichtung 228 detektiert einen abgewichenen Ionenstrahl, der außerhalb des Randes der Scheibe 221 liegt, um den Wirkungsgrad des Ionenstrahles zu verbessern.
Der durch die Beschleunigungsvorrichtung 300 beschleunigte Ionenstrahl 400 wird in einer solchen Weise emittiert, daß der Ionenstrahl 400 auf den Wafer W aufge strahlt wird, der in dem Waferhalter 222 aufgenommen ist. Eine Vielzahl von Faraday-Hauben oder -Kappen 260 sind an einer Front des Waferhalters 222 montiert und sind gemäß einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet und messen einen elektrischen Strom des Ionenstrahls.
Es wird nun ein Betrieb der Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp mit der oben erläuterten Konstruktion im folgenden beschrieben.
Der Abtastarm 224 wird in ausreichender Weise gedreht, so daß die Scheibe 221 so positioniert wird, daß sie nahezu horizontal mit der Waferübertragungsvorrichtung 230 verläuft. Demzufolge befindet sich ein oberer Abschnitt der Scheibe 221 dicht bei der Waferübertragungsvorrichtung 230. Es werden dann eine Vielzahl von Wafern W, die in der Waferübertragungsvorrichtung 230 aufgenommen wurden, in jedem der Waferhalter 222 durch eine Blatteinheit (sheet unit) überführt. Mit anderen Worten, wenn ein Blatt der Wafer W in jeden der Waferhalter 222 überführt wird, wird die Scheibe 221 um einen vorbestimmten Winkel gedreht, so daß ein nächster Waferhalter dicht bei der Waferübertragungsvorrichtung 230 positioniert wird, indem ein anderes Blatt des Wafers W übertragen wird.
Wenn alle die Wafer W in die Waferhalter 222 geladen worden sind, wird der Abtastarm 224 in umgekehrter Richtung gedreht, so daß die Scheibe 221 so positioniert wird, daß sie nahezu senkrecht in bezug auf die Waferübertragungsvorrichtung 230 positioniert wird. Demzufolge werden die Waferhalter 222 benachbart zu den Faraday-Hauben oder -Kappen 260 positioniert, so daß der Ionenstrahl 400 auf den Wafer W aufgestrahlt werden kann. Nachfolgend wird der Ionenstrahl 400 auf die Wafer W aufgestrahlt, während die Scheibe 221 gedreht wird, und somit tastet der Ionenstrahl 400 die Oberfläche der Wafer W einheitlich ab.
Es werden nun mögliche Ursachen für die Teilchen und für potentielle Lösungen entsprechend jeder der Ursachen der Teilchen im folgenden beschrieben.
Mechanische Teilchen
„Teilchen vom Vakuumtyp" (Teilchen, die im Zusammenhang mit einer Druckreduzierung entstehen): Wenn eine Lord-Verriegelungskammer verriegelt wird und darin ein Vakuumzustand bzw. Unterdruckzustand erzeugt wird, indem ein innerer Druck der Lord-Verriegelungskammer abgesenkt wird, wird an einer Oberfläche eines Wafers Feuchtigkeit erzeugt, das heißt also innerhalb der Lord-Verriegelungskammer, und zwar auf Grund einer plötzlichen Temperaturabnahme, die dann im Ansprechen auf eine drastische Druckreduzierung auftritt. Wenn die Feuchtigkeit absorbiert wird und sich an Teilchen niederschlägt, werden „Teilchen vom Vakuumtyp" erzeugt. Als eine Lösung zur Verhinderung der Entstehung der „Teilchen vom Vakuumtyp" wird der Druck in der Lord-Verriegelungskammer geregelt, so daß er ausreichend langsam abfällt, so daß Feuchtigkeit nicht an dem Wafer erzeugt wird. Eine andere Lösung besteht darin, den Wafer mit einem Spülgas zu spülen, wie beispielsweise mit Stickstoffgas, bevor die Lord-Verriegelungskammer verriegelt wird.
„Teilchen vom Abriebtyp" (Teilchen, die durch Abrieb entstehen): Eine Fehlausrichtung von Öffnungsabschnitten der Ionenimplantiervorrichtung, beispielsweise der Faraday-Hauben oder -Kappen, die in einer Bahn des Ionenstrahls positioniert sind, bewirkt das Entstehen von Teilchen, die zusammengesetzt sind aus Mo, Al und C, die als „Teilchen vom Abriebtyp" bezeichnet werden. Die „Teilchen vom Abriebtyp" bestehen aus Niedrigenergieteilchen und werden auf dem Wafer nicht niedergeschlagen, jedoch bedecken sie den Wafer. Eine periodische Überprüfung der Ausrichtungen der Ionenimplantiervorrichtung ist erforderlich, um das Erzeugen der „Teilchen vom Abriebtyp" zu verhindern.
„Vorbeugende Wartungsteilchen" (Teilchen, die im Zusammenhang mit vorbeugenden Wartungsmaßnahmen entstehen): Ein Defekt bei der vorbeugenden Wartung von Einheitsteilen der Ionenimplantiervorrichtung reduziert die Feuchtigkeit, die in einem schmalen Spalt zwischen den Einheitsteilen enthalten ist. Zu diesem Zeitpunkt werden Teilchen, wie beispielsweise H₂O₂ und Aluminiumoxid erzeugt, die als „Teil chen vom vorbeugenden Wartungstyp" bezeichnet werden. Eine Verbesserung und eine Standardisierung der vorbeugenden Wartung können das Erzeugen von derartigten Teilchen verhindern.
Elektrische Teilchen
„Teilchen vom Lichtbogentyp" (Teilchen, die im Zusammenhang mit einer Lichtbogenentladung entstehen): Die „Teilchen vom Lichtbogentyp" sind zusammengesetzt aus Al, Fe, Ti, SUS und ähnlichem und erzeugen einen langen Schwanz an einer Frontfläche eines Wafers. Die „Teilchen vom Lichtbogentyp" bestehen aus hochenergetischen Teilchen. Um das Erzeugen der „Teilchen vom Lichtbogentyp" zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß die Sekundärelektronen hinsichtlich ihrer Erzeugung eingeschränkt werden oder verhindert wird, daß eine elektrische Vorspannung an der Frontfläche des Wafers angelegt wird.
Teilchen vom Typ einer statischen Elektrizität: Teilchen vom Typ einer statischen Elektrizität sind aktivierte Teilchen, die zusammengesetzt sind aus C (Graphit), um ein Beispiel zu nennen, und zwar auf Grund von negativen Ladungen. Die „Teilchen vom statischen Elektrizitätstyp" besitzen eine starke elektrische Negativladung, bedecken jedoch lediglich den Wafer. Um das Erzeugen der Teilchen vom Typ einer statischen Elektrizität zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß die Graphitteilchen an einer Entstehung eingeschränkt werden, und daß die Innenseite einer Vakuumkammer periodisch gereinigt wird.
„Teilchen vom Zerstäubungstyp" (Teilchen, die im Zusammenhang mit dem Aufschlag eines Ionenstrahl erzeugt werden): Die „Teilchen vom Zerstäubungstyp" werden auf Grund eines Aufschlags des Ionenstrahls erzeugt und zusammengesetzt aus C, Al, Fe, Ti, SUS und ähnlichem. Die „Teilchen vom Zerstäubungstyp" werden hauptsächlich am Rand des Wafers erzeugt. Um das Erzeugen der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß eine pro Sekunde auf einen Einheitsbereich des Wafers aufgebrachte Spannung oder eine pro Sekunde aufgebrachte Kraft, die auf einen Einheitsbereich des Wafers aufgebracht wird, dadurch minimiert wird, indem eine Ausrichtung und die Intensität des Ionenstrahls reguliert werden.
Die Ursachen für die Teilchen wurden analysiert und es wurde eine signifikante Aufmerksamkeit den „Teilchen vom Zerstäubungstyp" geschenkt, die an einer Oberfläche des Spill-over-Haube erzeugt werden, da die Spill-over-Haube eine Hauptquelle für die Zufuhr von Metallzerstäubungsteilchen darstellt.
Die Spill-over-Haube ist an einem Rand der Scheibe 221 befestigt und wird fortwährend einem Beschuß durch den Ionenstrahl während eines Ionenimplantierprozesses unterworfen. Es wird daher die Oberfläche der Spill-over-Haube zerstäubt, und zwar durch einen relativ kontinuierlichen Aufschlag des Ionenstrahls im Vergleich zur Oberfläche der Scheibe.
3 zeigt eine Ansicht, die eine Änderung in der Zahl der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" erläutert, die an einem Randabschnitt eines Wafers erzeugt werden, in Relation zu einer Änderung in der Höhe einer Spill-over-Haube oder -Kappe von einer horizontalen Oberfläche des Wafers aus.
Experimentelle Ergebnisse, die einen Effekt hinsichtlich der Zahl der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" betreffen, die als ein Ergebnis der Änderung der Höhe der Spill-over-Haube in bezug auf die Höhe von Wafern erzeugt werden, die in der Scheibe aufgenommen sind, sind in 3 dargestellt. Gemäß 3 ist die Höhe der Spill-over-Haube in bezug auf die Oberfläche des Wafers direkt proportional zur Zahl der „Teilchen vom Zerstäubungstyp", die erzeugt werden. Mit anderen Worten gilt, je höher die Spill-over-Haube in bezug auf die Oberfläche des Wafers liegt, desto größer ist die Zahl der erzeugten „Teilchen vom Zerstäubungstyp" und damit desto größer der Grad der Verunreinigung am Randabschnitt des Wafers auf Grund der „Teilchen vom Zerstäubungstyp".
Gemäß dem Stand der Technik wird ein Siliziumharz auf einer Oberfläche der Spill-over-Haube aufgeschichtet, die aus Aluminium hergestellt ist, um das Erzeugen von „Teilchen vom Zerstäubungstyp" zu verhindern. Jedoch verhindert das Siliziumharz lediglich den Abrieb oder Verschleiß der Oberfläche der Spill-over-Kappe, schränkt jedoch die Erzeugung der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" nicht ein.
Wenn die Spill-over-Haube oder -Kappe unterhalb der Oberfläche des Wafers positioniert wird, kann der Verschmutzungsgrad des Wafers auf Grund der Teilchen weiter reduziert werden. Es lassen sich jedoch bei Verwendung dieser Konfiguration die Sekundärelektronen nur schwierig steuern, da der Wafer in einem großen Abstand von der Faraday-Haube oder -Kappe positioniert ist, die an einer Front der Ionenimplantiervorrichtung montiert ist. Daher wird die Spill-over-Haube in bevorzugter Weise über der Oberfläche des Wafers positioniert.
4 veranschaulicht eine Tabelle, welche eine Lebensdauer der Spill-over-Haube 228 in bezug auf eine Größe eines Generierungsstromes wiedergibt, der für die Erzeugung des Ionenstrahls verwendet wird. 5 veranschaulicht einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Korrosionsrate der Spill-over-Haube (in mA-h) und der Größe des Generierungsstromes (in Mikrometer) darstellt.
Das Erhöhen des Generierungsstromes zum Erzeugen des Ionenstrahls erhöht die Energie des Ionenstrahls. Es gilt daher, wie in den 4 und 5 dargestellt ist, je höher der Generierungsstrom zum Erzeugen des Ionenstrahles ist, desto größer die Zahl der Teilchen wird, die auf Grund der erhöhten Energie des Ionenstrahls erzeugt werden. Wenn beispielsweise ein Ionenstrahl auf eine Zielzone eines Wafers emittiert wird, ist eine Aufschlagkraft eines Ionenstrahls, der durch einen Generierungsstrom von angenähert 1 mA bis 20 mA erzeugt wird, stärker oder größer als die Aufschlagkraft eines Ionenstrahls, der durch einen Generierungsstrom erzeugt wird, der bei angenähert 10 μA bis 1 mA liegt. Demzufolge gilt, je stärker die Aufschlagkraft ist, desto höher die Korrosionsrate wird und desto größer auch die Zahl der erzeugten Teilchen wird.
Demzufolge hat bei einer Ionenimplantiervorrichtung, die einen Hochspannungsstrom verwendet, die Verunreinigung eines Wafers auf Grund von „Teilchen vom Zerstäubungstyp" eine umgekehrte Wirkung auf die Chips benachbart dem Wafer und es werden somit die elektrischen Eigenschaften der Chips (dies) signifikant geändert. Die Änderung in den elektrischen Eigenschaften der Chips bewirkt elektrische Defektstellen in einer Halbleitervorrichtung und es wird demzufolge die Produktausbeute reduziert.
6 veranschaulicht eine Ansicht, die einen Zerstreuungs- oder Zerstäubungsprozeß der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" auf einer flachen Oberfläche einer herkömmlichen Spill-over-Haube darstellt.
Gemäß 6 ist die Oberfläche der Spill-over-Haube 228 flach oder eben. Wenn daher die Oberfläche der Spill-over-Haube 228 höher positioniert wird als eine Oberfläche des Wafers W, und zwar auf Grund einer Fehlausrichtung, wird der Verunreinigungsgrad des Wafers W auf Grund der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" hoch.
Da, mit anderen Worten, die Oberfläche der Spill-over-Haube 228 senkrecht zu einer Richtung des Ionenstrahls positioniert ist, ist ein Zerstreuungswinkel der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" so groß, daß die Teilchen auf den benachbarten Wafer fallen, wenn der Ionenstrahl mit der Oberfläche des Wafers kollidiert.
Die Spill-over-Haube 228 kann kaum exakt mit der Oberfläche des Wafers W ausgerichtet werden, da die Spill-over-Haube 228 an dem Terminalende des Rohres 227 installiert ist, welches an dem Gehäuse 226 befestigt ist, wie in 2 gezeigt ist. Selbst wenn die Spill-over-Haube sich ursprünglich in perfekter Ausrichtung mit der Oberfläche des Wafers befindet, wird mit der Zeit auf Grund von Spannungen, die durch Vibration oder Wärmeausdehnung der Scheibe verursacht werden, während sich die Scheibe dreht, die Spill-over-Haube 228 gewöhnlich fehlausgerichtet und wird höher positioniert als die Oberfläche des Wafers.
Ferner wird eine Oberfläche der Spill-over-Haube mit der Zeit verschlissen, was eine periodische Erneuerung der verschlissenen Spill-over-Haube durch eine neue erforderlich macht. Um dies erneut zum Ausdruck zu bringen, so kann die neue Spill-over-Haube kaum exakt mit der Oberfläche des Wafers ausgerichtet werden.
Demzufolge wird bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Spill-over-Haube geschaffen, um das zuvor beschriebene Problem zu lösen.
7 veranschaulicht eine Darstellung, die einen Streuprozeß der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" an einer geneigten Oberfläche der Spill-over-Haube einer Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp wiedergibt, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß 7 besitzt die Spill-over-Haube 229 eine geneigte Oberfläche und besteht in bevorzugter Weise aus Aluminium. Die Oberfläche der Spill-over-Haube kann mit einem Siliziumharz beschichtet sein. Zusätzlich kann die Spill-over-Haube oder -Kappe 229 aus glasartigem Graphit bestehen.
Ein Gradient der geneigten Oberfläche der Spill-over-Haube 229 verläuft in einem Winkelbereich von angenähert 10 Grad bis 30 Grad. Der Gradient verhindert, daß der Ionenstrahl senkrecht mit der Oberfläche der Spill-over-Haube kollidiert, und es wird damit die Kollisionsenergie des Ionenstrahls zerstreut. Ferner ist der Streuwinkel der Teilchen ausreichend klein, so daß die Teilchen nicht befähigt sind, über einen Rand der Scheibe 221 hinüber zu gelangen. Somit verschwinden die Teilchen, die an der Oberfläche der Spill-over-Haube erzeugt werden, nachdem sie mit einer Seitenfläche der Scheibe 221 kollidiert sind. Als ein Ergebnis kann die Zahl der Teilchen, die auf den Wafer fallen, der in der Scheibe 221 aufgenommen ist, in signifikanter Weise reduziert werden.
Um dies spezieller zum Ausdruck zu bringen, reduziert der Gradient der Oberfläche der Spill-over-Haube in ausreichender Weise eine Rückschlagkraft des Ionenstrahls unter eine Bezugskraft, so daß die „Teilchen vom Zerstäubungstyp" verschwinden, nachdem sie mit dem Rand der Scheibe 221 kollidiert sind.
Wenn der Gradient kleiner wird als ein Winkel von 10 Grad, werden die „Teilchen vom Zerstäubungstyp" zerstreut, und zwar über dem Wafer W, da eine Neigung der Oberfläche der Spill-over-Haube gering ist und somit eine Verschmutzung des Randabschnitts des Wafers W nicht in signifikanter Weise verbessert werden kann.
Wenn der Gradient mehr als einen Winkel von 30 Grad ausmacht, werden die Teilchen nicht über dem Wafer W zerstreut. Da jedoch die durch die Kollision des Ionenstrahls erzeugten Sekundärelektronen nicht die Faraday-Haube 260 erreichen können, die an einer Front der Scheibe 221 montiert ist, kann die Faraday-Haube nicht dazu verwendet werden, um die Sekundärelektronen zu steuern.
Wenn, mit anderen Worten, sich die Spill-over-Haube 229 weit von der Faraday-Haube 260 entfernt befindet, kann ein Magnetfeld nur schwierig gesteuert werden und es können dann die Sekundärelektronen nur schwierig gesteuert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Gradient der Oberfläche der Spill-over-Haube 229 in einem Winkel im Bereich von angenähert 10 Grad bis 30 Grad ausgebildet, wodurch verhindert wird, daß „Teilchen vom Zerstäubungstyp" auf dem Wafer W zerstreut werden, während jedoch Sekundärelektronen effektiv gesteuert werden können, indem ein geeigneter Raum zwischen der Spill-over-Haube und der Faraday-Haube ausgebildet wird.
8 veranschaulicht eine Schnittansicht, die eine Sampling-Strahl-Haube oder -Kappe einer Ionenimplantiervorrichtung vom Einzeltyp darstellt, und zwar gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Ionenimplantiervorrichtung vom Einzeltyp kann lediglich einen Wafer W in dem Waferhalter 500 halten, im Gegensatz zu der Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp, und sie führt eine Abtastbewegung nach oben und nach unten oder nach links und nach rechts in der Abtastzone durch. Ähnlich der Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp ist bei der Ionenimplantiervorrichtung vom Einzeltyp eine Sampling-Strahl-Haube oder -Kappe 600 an einer Position benachbart dem Waferhalter 500 montiert, um den Ionenstrahl zu sampeln, der auf den Wafer W emittiert wird.
Gemäß 8 besitzt die Sampling-Strahl-Haube 600 eine geneigte Oberfläche, die in einer ähnlichen Weise ausgebildet ist, bei der die Oberfläche der Spill-over-Haube der Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp ausgebildet ist. Es werden daher die „Teilchen vom Zerstäubungstyp", die an der Oberfläche der Sampling-Strahl-Haube 600 erzeugt werden, daran gehindert, auf dem Wafer W zerstreut zu werden.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Ausbeute der Produkte, die die Halbleitervorrichtungen verwenden, stark dadurch verbessert, indem die Zahl der „Teilchen vom Zerstäubungstyp" reduziert wird, die in der Ionenimplantiervorrichtung bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit Weiten von 0,18 μm oder 0,16 μm erzeugt werden. Obwohl die feststehende Spill-over-Haube über einer Drehscheibe angehoben wird, und zwar auf Grund einer Vibration und einer Wärmeausdehnung während des Ionenimplantierprozesses, können die „Teilchen vom Zerstäubungstyp" eine Oberfläche des Wafers nicht verschmutzen, da die Oberfläche der Spill-over-Haube geneigt ist.
Es wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert und, obwohl spezifische Ausdrücke verwendet wurden, so soll deren Verwendung lediglich in einem gattungsgemäßen und beschreibenden Sinn verstanden und interpretiert werden und nicht in einem einschränkenden Sinn. Demzufolge sind für Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet vielfältige Änderungen in der Form und in Einzelheiten möglich, ohne jedoch dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen festgehalten ist.

Claims

Ionenimplantiervorrichtung, mit: einer Einrichtung (221), um einen Ionenstrahl auf einem Wafer (W) in einer Abtastbewegung zu bewegen, wobei die Abtasteinrichtung (221) den Wafer in einer Zone bewegt, in die ein Ionenstrahl (400) eingestrahlt wird und der Wafer (W) an der Abtasteinrichtung (221) montiert ist; einer Einrichtung (228, 229) zum Detektieren eines Ionenstrahls und zum Detektieren eines Ionenstrahls, der sich über die Ionenstrahlabtasteinrichtung (221) hinaus bewegt, wobei die Detektoreinrichtung (228, 229) benachbart der Ionenstrahl-Abtasteinrichtung (221) fest montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtung (228, 229) eine geneigte Oberfläche besitzt, so dass ein Teil der Detektoroberfläche benachbart zur Abtasteinrichtung (221) in Strahlrichtung nach bzw. unterhalb der Waferebene angeordnet ist.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Gradient der geneigten Oberfläche der Detektoreinrichtung (228, 229) in einem Winkelbereich von angenähert 10 Grad bis 30 Grad liegt.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektoreinrichtung (228, 229) aus einer Aluminiumplatte mit einer Oberfläche besteht, die mit einem Siliziumharz beschichtet ist.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektoreinrichtung (228, 229) aus glasartigem Graphit besteht.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abtasteinrichtung (221) eine Scheibengestalt zum Montieren einer Vielzahl von Wafern (W) auf derselben aufweist.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ionenimplantiervorrichtung aus einer Ionenimplantiervorrichtung vom Einzeltyp besteht.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abtasteinrichtung (221) einen Waferhalter (500) enthält.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Abtasteinrichtung (221) eine Abtastbewegung nach oben und nach unten oder nach links und nach rechts innerhalb einer Abtastzone durchführt.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektoreinrichtung (228, 229) eine Überlauf-Haube enthält.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Überlauf-Haube aus Aluminium besteht.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Überlauf-Haube eine Oberfläche aufweist, die mit einem Siliziumharz beschichtet ist.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Überlauf-Haube aus glasartigem Graphit besteht.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Überlauf-Haube eine geneigte Oberfläche aufweist.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 13, bei der ein Gradient der geneigten Oberfläche der Überlauf-Haube in einem Winkelbereich von angenähert 10 Grad bis 30 Grad liegt.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektoreinrichtung (228) eine Sampling-Strahl-Haube enthält.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Sampling-Strahl Haube eine geneigte Oberfläche aufweist.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 16, bei der ein Gradient der geneigten Oberfläche der Sampling-Strahl-Haube in einem Winkelbereich von angenähert 10 Grad bis 30 Grad liegt.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ionenimplantiervorrichtung aus einer Ionenimplantiervorrichtung vom Stapeltyp besteht.
Ionenimplantiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abtasteinrichtung (221) eine Drehscheibe enthält.