DE10329383B4

DE10329383B4 - Ionenstrahldetektor für Ionenimplantationsanlagen, Faraday-Behälter dafür und Verfahren zur Steuerung der Eigenschaften eines Ionenstrahls mittels des Ionenstrahldetektors

Info

Publication number: DE10329383B4
Application number: DE10329383A
Authority: DE
Inventors: Christian Krueger
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: US20040262533A1; US7026628B2; DE10329383A1

Abstract

Ionenstrahldetektor (200) mit:
einem Faraday-Behälterkörper (201) mit einem unteren Bereich (202), Seitenwänden (203) und einer Eintrittsöffnung (204), die dem unteren Bereich (202) gegenüberliegt;
einem ersten leitenden Gebiet (205A), das in dem Faraday-Behälterkörper (201) ausgebildet ist und eine erste Detektionsoberfläche (206A) aufweist, die entlang einer ersten Richtung orientiert ist;
einem zweiten leitenden Gebiet (205B), das in dem Faraday-Behälterkörper (201) ausgebildet ist, elektrisch von dem ersten leitenden Gebiet (205A) isoliert ist und eine zweite Detektionsoberfläche (206B) aufweist, die entlang einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, orientiert ist; und
der ferner ein drittes leitendes Gebiet mit einer dritten Detektionsoberfläche, die entlang einer dritten Richtung orientiert ist, die sich von der ersten und/oder der zweiten Richtung unterscheidet, aufweist,
wobei die dritte Detektionsoberfläche so angeordnet ist, dass diese im Wesentlichen von dem ersten oder dem zweiten leitenden Gebiet abgeschattet ist, wenn ein Ionenstrahl (208) in die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, und betrifft insbesondere den Betrieb von Ionenimplantationsanlagen, die zur Erzeugung gut definierter dotierter Gebiete in spezifizierten Materialgebieten, etwa in halbleitenden Gebieten, erforderlich sind.
Die Herstellung komplexer Mikrostrukturen, etwa von technisch weit entwickelten integrierten Schaltungen, erfordert, dass eine große Anzahl einzelner Prozessschritte ausgeführt wird, um schließlich die erforderliche Funktionalität der Mikrostruktur zu erreichen. Insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltungen muss die Leitfähigkeit spezieller Bereiche den Entwurfserfordemissen angepasst werden. Beispielsweise kann die Leitfähigkeit eines Halbleitergebiets in gut definierter Weise erhöht werden, indem spezielle Verunreinigungen eingebracht werden, die auch als Dotierstoffe bezeichnet werden, und indem einige oder vorzugsweise alle Verunreinigungen an Gitterplätzen des Halbleiterkristalls angeordnet werden. Auf diese Weise können sogenannte PN-Übergänge gebildet werden, die zum Erreichen einer Transistorfunktion wesentlich sind, da insbesondere die Transistoren die aktiven Elemente, d. h. die Elemente mit Strom- oder Spannungsverstärkung, repräsentieren, die zur Herstellung elektronischer Schaltungen erforderlich sind. In modernen integrierten Schaltungen sind typischerweise Millionen von Transistorelementen, etwa Feldeffekttransistoren, auf einem einzelnen Chip angeordnet, wobei wiederum eine Vielzahl dieser Chips auf einem einzelnen Substrat vorgesehen ist. Da die kritischen Abmessungen gewisser Schaltungselemente, etwa von Feldeffekttransistoren, nunmehr die Marke von 0.1 μm oder sogar darunter erreicht haben, ist es von großer Bedeutung, das Profil dotierter Gebiete in der lateralen Richtung sowie in der Tiefenrichtung in Bezug auf ein Substrat entsprechend „feinfühlig" abzustimmen. Üblicherweise ist die Ionenimplantation das bevorzugte Verfahren zum Einbringen von Dotierstoffen in spezielle Bauteilgebiete auf Grund der Möglichkeit, die Anzahl der in die Substrate implantierten Dotierstoffatome mit einer Wiederholbarkeit und Gleichförmigkeit von weniger als ± 1 % zu steuern. Ferner weisen Verunreinigungen, die mittels Ionenimplantation eingebracht werden, eine deutlich geringere laterale Streuung auf im Vergleich zu konventionellen Dotierstoffdiffusionsprozessen. Da die Ionenimplantation typischerweise ein Prozess bei Raumtemperatur ist, kann das laterale Profilieren eines dotierten Gebiets günstiger Weise in vielen Fällen dadurch erreicht werden, dass eine entsprechend strukturierte Photolackmaskenschicht vorgesehen wird. Diese Eigenschaften führen dazu, dass die Ionenimplantation gegenwärtig und in der nahen Zukunft das bevorzugte Verfahren zum Erzeugen dotierter Gebiete in einem Halbleiterbauteil ist.
Die Implantation von Dotierstoffen wird mittels diverser Implantationsanlagen erreicht. Derartige Anlagen sind äußerst komplexe Maschinen, die eine ständige Überwachung der Maschineneigenschaften erfordern, um damit eine hohe Effizienz und Maschinenausnutzung zu erreichen.
Mit Bezug zu 1 wird ein schematischer Überblick für eine typische Ionenimplantationsanlage und deren Betrieb gegeben.
In 1 umfasst eine Ionenimplantationsanlage 100 eine Ionenquelle 101 mit einem Einlass 102, der mit Quellen (nicht gezeigt) für entsprechende Vorstufenmaterialien verbunden ist, aus denen geeignete Ionenspezies in der Ionenquelle 101 erzeugt werden. Die Ionenquelle 101 kann so gestaltet sein, um eine Plasmaatmosphäre zu erzeugen und um geladene Teilchen in eine Strahlleitung, die schematisch als 103 gezeigt ist, vorab zu beschleunigen. In Betriebsrichtung hinter der Ionenquelle 101 ist eine Beschleunigerröhre 104 angeordnet, die so dimensioniert ist, um Ionen mit einer spezifizierten Spannung, die typischerweise von 0 bis ungefähr 200 keV für typische Implantationsanlagen mit mittleren Strahlstrom liegen kann, und die im Bereich von einigen 100 keV bis sogar 1 MeV oder mehr in Hochenergieimplantationsanlagen liegen kann, zu beschleunigen. Anschließend kann ein Strahlformungselement 105, etwa ein Quadrupolmagnet, gefolgt von einem Ablenkmagneten 106 vorgesehen sein. In Betriebsrichtung hinter dem Ablenkmagnet 106 ist eine analysierende Öffnung, beispielsweise in Form eines Schlitzes 107, vorgesehen, dessen Abmessungen im Wesentlichen eine Energieaufweitung des Ionenstrahls bestimmen. Danach ist ein weiteres strahlformendes Element, etwa ein Quadrupolmagnet 108, hinter dem analysierenden Schlitz 107 angeordnet.
Ein Substrathalter 109 ist in der Nähe des Endes der Strahlleitung 103 angeordnet, wobei der Substrathalter 109 typischerweise in Form einer Platte vorgesehen ist, die die Aufnahme eines oder mehrerer Substrat 110 ermöglicht, wobei die Platte 109 mit einer Antriebsanordnung (nicht gezeigt) verbunden ist, die das Bewegen des Substrathalters 109 in der transversalen Richtung ermöglicht (die durch die Pfeile in 1 gekennzeichnet ist) und die ferner die Steuerung des Neigungswinkels, unter dem der Ionenstrahl das Substrat 110 trifft, zumindest in zwei Ebenen ermöglicht. Der Einfachheit halber sind entsprechende Mittel zum Steuern und Einstellen des Neigungswinkels nicht gezeigt. Des weiteren kann ein erster Ionenstrahldetektor 111 vorgesehen sein, beispielsweise in Gestalt mehrerer Faraday-Behälter, die mit entsprechenden Strommessgeräten verbunden sind. Des weiteren kann ein zweiter Ionenstrahldetektor 112 als ein sogenannter bewegbarer Faraday-Behälter vorgesehen sein, der in seitlicher Richtung bewegbar ist, um damit die Form eines Ionenstrahls zu bestimmen und/oder um entsprechende Faraday-Behälter während der Messung spezieller Strahleigenschaften, etwa dem Einfallswinkel, abzuschatten. Eine entsprechende Anordnung von Ionenstrahldetektoren 111 und 112 ist beispielsweise in einer Ionenimplantationsanlage VIIsta80 realisiert, die von Varian Inc. erhältlich ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine Vielzahl anderer Ionenstrahldetektoranordnungen in z. Z. erhältlichen Ionenimplantationsanlagen verfügbar sind. Ein Faraday-Behälter ist typischerweise als ein leitender Behälter aufgebaut, dessen Inneres kein elektrisches Feld aufweist, wenn der Behälter von geladenen Teilchen getroffen wird. Diese Eigenschaft ermöglicht die Detektion eines Ionenstrahls, ohne im Wesentlichen den Ionenstrahl zu beeinflussen, wenn dieser sich in das Innere des Behälters bewegt. Typischerweise ist ein Faraday-Behälter für Implantationsanlagen aus Graphit hergestellt.
Während des Betriebs der Ionenimplantationsanlage 100 wird ein geeignetes Vorstufengas mittels des Einlasses 102 der Ionenquelle 101 zugeleitet und Ionen von Atomen, die in dem Vorstufengas enthalten sind, können in die Strahlleitung 103 hinein beschleunigt werden. Typischerweise können eine Vielzahl unterschiedlicher Ionen mit unterschiedlichen Ladungszuständen von der Ionenquelle 101 bereitgestellt werden und damit in die Beschleunigungsröhre 104 eingeführt werden. Üblicherweise kann eine Vorauswahl der Art der Ionen sowie der entsprechenden Ladungszustände innerhalb der Ionenquelle 101 durch einen entsprechenden Ablenkmagnet (nicht gezeigt) ausgeführt werden. Danach durchlaufen die Ionen die Beschleunigerröhre 104 und nehmen an Geschwindigkeit entsprechend der angelegten Beschleunigungsspannung, den Ladungszuständen des entsprechenden Ions und dessen Masse an Geschwindigkeit zu. Mit dem Quadrupolmagnet 105 kann der Ionenstrahl in einer Richtung fokussiert und entsprechend in der dazu senkrechten Richtung defokussiert werden, und der entsprechend geformte Strahl wird auf den Ablenkmagnet 106 gerichtet. Der das magnetische Feld das Ablenkmagneten 106 erzeugende Strom wird so gesteuert, um die Bahn gewünschter Ionenspezies mit einem gewünschten Ladungszustand zu der Öffnung des analysierenden Schlitzes 107 abzulenken. Ionen mit einer abweichenden Masse und/oder einem abweichenden Ladungszustand treffen typischerweise auf den Analysierer 107 auf, ohne durch den Schlitz zu laufen. Somit weisen die Ionen in dem Strahl, der den Analysierer 107 durchläuft, eine gut definierte Massen- und Energieverteilung, die durch die Schlitzgröße definiert ist, auf. Es sollte beachtet werden, dass in einigen Ionenimplantationsanlagen der Ablenkmagnet 106 und der Analysierer 107 so gestaltet sind, dass der durch den Analysierer 107 laufende Ionenstrahl in der transversalen Richtung abtastend bewegbar ist, um damit die gesamte Fläche eines Substrats oder zumindest einen bedeutenden Teil davon abzudecken, da die Abmessung der Strahlform, d. h. die Größe des Stahlflecks, für gewöhnlich abhängig von der Energie des Ionenstrahls deutlich kleiner als die Fläche eines zu bearbeitenden Substrats ist. Danach wird der durch den Analysierer 107 laufende Strahl mittels des Quadrupolmagneten 108 weiter so geformt, dass in Kombination mit dem Quadrupolmagnet 105 eine gewünschte Strahlform erhalten wird. Die Eigenschaften des Ionenstrahls, d. h. die Strahlform, der Einfallswinkel auf den Substrathalter 109 und die innere Parallelität, d. h. Strahldivergenz, und dergleichen können gemessen werden, bevor das Substrat 110 tatsächlich der Einwirkung des Ionenstrahls ausgesetzt wird. Dazu kann der Substrathalter 109 aus dem Ionenstrahl herausgebracht werden und der erste und/oder der zweite Strahldetektor 111 und 112 kann so betrieben werden, um die geforderten Messergebnisse zu ermitteln. Z. B. kann der bewegbare Faraday-Behälter 112 an unterschiedlichen seitlichen Positionen angeordnet werden, und die an jeder transversalen Position empfangene Dosismenge kann entsprechend bestimmt werden, um damit die Strahlgleichförmigkeit einzuschätzen und einzustellen. Ferner kann der Faraday-Behälter 112 so positioniert werden, um nachfolgend entsprechende Faraday-Behälter des ersten Ionenstrahldetektors 111 abzuschatten, deren Messwerte dann verwendet werden können, um den Einfallswinkel und die Strahldivergenz des Hauptanteils des Strahls abzuschätzen. Da sowohl ein nicht korrekter Einfallswinkel als auch ein unzureichend paralleler Ionenstrahl, d. h. eine nicht verschwindende Strahldivergenz, ein entsprechendes laterales Dotierprofil auf dem Substrat 110 beeinträchtigen können, ist es äußerst wichtig, den Neigungswinkel und die Strahldivergenz präzise zu überwachen und zu steuern.
Es zeigt sich jedoch, dass eine Änderung eines Implantationsparameters, beispielsweise die Änderung von Vorspannungen von Öffnungen, geringfügige Änderungen der Einstellungen der Strahlformungselemente 105 und 108, und dergleichen eine gewissenhafte Überprüfung des Strahlprofils und/oder der Parallelität und des Neigungswinkels erfordern, wodurch ein Abtastvorgang mit dem bewegbaren Faraday-Behälter notwendig sein kann, wodurch der Vorgang des erneuten Einstellens äußerst zeitaufwendig wird und damit die Produktionsausbeute und die Anlagenausnutzung reduziert sind.

JP200065942A beschreibt eine Messvorrichtung für eine Strahlquantität. Die Messvorrichtung besteht aus einem Faraday-Behälter mit zylindrischen Seitenwänden und einem Unterteil, das angespitzt ausgebildet ist, die so ausgerichtet ist, dass die Spitze in Richtung des einfallenden Ionenstrahls zeigt. Der Faraday-Behälter kann die Strahlquantität eines Ionenstrahls präzise messen, selbst wenn Sekundärionen und Sekundärelektronen in dem Faraday-Behälter erzeugt werden.

JP 02 051 836A offenbart eine Ionenimplantationsanlage mit einem Faraday-Behälter zur Erfassung des Grades der Komprimierung eines Ionenstrahls. Der Faraday-Behälter ist zweiteilig ausgebildet mit einem Hauptfaraday-Behälter und einem zentralen Faraday-Behälter. Die Eintrittsöffnung des zentralen Faraday-Behälters ist kleiner als die Eintrittsöffnung des Hauptfaraday-Behälters.

US 5,068,539 offenbart eine Ionenimplantationsvorrichtung mit einer Vielpunktüberwachungsvorrichtung, die eine große Anzahl von Faraday-Behältern mit der selben Fläche enthält, um den Strahlstrom zu messen.

US 6,316,775 B1 beschreibt die Erzeugung von Partikelstrahlen und die Messung und Steuerung von deren Charakteristiken. Die Offenbarung beschreibt eine Faraday-Behälteranordnung mit einer Vielzahl von Faraday-Behältern, die in einer Reihe angeordnet sind, mit der genau eine Implantationsdosis wiedergegeben wird.

WO 01/51183 A1 beschreibt einen verbesserten Faraday-Behälter für diagnostische Messungen in einer Ionenimplantationsanlage. Insbesondere kann der Faraday-Behälter dieser Offenbarung die Parallelität eines Partikelstrahls über zwei Elektroden feststellen.

Angesichts der zuvor erkannten Probleme besteht ein Bedarf für eine verbesserte Technik, die eine Steigerung der Effizienz und/oder der Genauigkeit bei der Ionenstrahlüberwachung in einer Implantationsanlage ermöglicht. Die vorliegende Erfindung richtet sich an diverse Verfahren und Systeme, die einige oder alle der zuvor erwähnten Probleme lösen oder zumindest verkleinern können.

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an diverse Systeme und Verfahren, die das Beobachten einer Strahlform während der Einstellung von Strahlparametern ermöglicht. Des weiteren wird eine verbesserte Faraday-Behältergestaltung bereitgestellt, die das Detektieren eines Einfallswinkels und/oder einer Strahldivergenz mit erhöhter Genauigkeit ermöglicht, wobei im Gegensatz zu einem konventionellen Faraday-Behälter der erfindungsgemäße Faraday-Behälter in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt ist, die unabhängig betreibbar sind, um damit Bereiche eines Ionenstrahls, die auf die zwei oder mehreren separaten Bereiche auftreffen, zu detektieren.

Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ionenstrahldetektor einen Faraday-Behälterkörper mit einem Unterteil, Seitenwänden und einer Eingangsöffnung, die gegenüberliegend zu dem Unterteil angeordnet ist. Des weiteren ist ein erstes leitendes Gebiet in dem Faraday-Behälterkörper ausgebildet und besitzt eine erste Detektionsoberfläche, die entlang einer ersten Richtung orientiert ist. Des weiteren ist ein zweites leitendes Gebiet in dem Faraday-Behälterkörper ausgebildet, das elektrisch von dem ersten leitenden Gebiet isoliert ist und eine zweite, Detektionsoberfläche aufweist, die entlang einer zweiten Richtung, die unterschiedlich zu der ersten Richtung ist, orientiert ist.

Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern der Eigenschaften eines Ionenstrahls die folgenden Schritte. Zunächst werden aufeinanderfolgende Messwertsätze aus mehreren Faraday-Behältern erhalten, wobei jeder Faraday-Behälter relativ zu dem Ionenstrahl so angeordnet ist, um einen Teil des Ionenstrahls zu empfangen. Jeder Messwertsatz wird innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalls genommen. Dann wird mindestens ein Anlagenparameter, der mit der Strahleigenschaft in Beziehung steht, auf der Grundlage der aufeinanderfolgenden Messwertsätze eingestellt.

In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Faraday-Behälter einen Unterteil, Seitenwände und eine Eintrittsöffnung, die gegenüberliegend zu dem Unterteil angeordnet ist. Ein erstes leitendes Gebiet besitzt eine erste Detektionsoberfläche, die entlang einer ersten Richtung orientiert ist. Ein zweites leitendes Gebiet, das von dem ersten leitenden Gebiet elektrisch isoliert ist, weist eine zweite Detektionsoberfläche auf, die entlang einer zweiten Richtung orientiert ist, die sich von der ersten Richtung unterscheidet.

Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
1 schematisch eine Ionenimplantationsanlage mit einem Ionenstrahldetektionssystem, wie es gegenwärtig beim Überwachen und Einstellen eines Ionenstrahls verwendet wird;
2a bis 2f schematisch verbesserte Faraday-Behälterausgestaltungen gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
3 schematisch ein System zum Steuern eines Ionenstrahls gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4a und 4b repräsentativ die Darstellung eines Ionenstrahlprofils gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Wie zuvor erläutert ist, ist es äußerst wichtig, den Einfallswinkel, unter welchem ein Ionenstrahl oder ein kleiner Bereich eines Ionenstrahls auf ein Substrat einfällt, zu überwachen und einzustellen. Nicht ausreichend parallele Strahlen oder Strahlbereiche können durch eine unpräzise Ablenkung eines Ionenstrahls als ganzes bewirkt werden oder können durch einen beträchtlichen Anteil an Divergenz innerhalb des Ionenstrahls verursacht werden. Beispielsweise weist ein idealer Ionenstrahl im Wesentlichen keine innere Strahldivergenz auf, d. h. alle benachbarten Ionen laufen im Wesentlichen parallelen Bahnen, wohingegen die Richtung des Ionenstrahls geringfügig in Bezug auf eine Zieloberfläche fehljustiert sein kann. Daher kann eine Dotierstoffverteilung innerhalb eines Gebietes, das von einer Maskenschicht während des Implantationsprozesses abgedeckt ist, eine größere Anzahl an Dotierstoffionen innerhalb der Grenze zwischen dem unbedeckten und dem bedeckten Gebiet aufweisen im Vergleich zu einem im Wesentlichen senkrechten, d. h. parallelen, Einfall des Ionenstrahls. Andererseits ist es sehr schwierig, die Strahldivergenz extrem zu reduzieren und ein entsprechender nicht idealer Ionenstrahl mit einem gewissen Anteil an Strahldivergenz, d. h. Bereichen des Strahls, die einen Winkel in Bezug auf die mittlere Richtung des Ionenstrahls bilden, kann ebenso eine erhöhte laterale Ionenverteilung an der Grenze zwischen dem bedeckten und dem nicht bedeckten Gebiet bilden, selbst wenn die Haupteinfallsrichtung exakt zu der Orientierung der Zieloberfläche ausgerichtet ist. Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Detektionssystem bereitzustellen, das eine genauere Überwachung und Detektion von Abweichungen eines Ionenstrahls oder eines Anteils des Ionenstrahls von einer gewünschten Richtung in Bezug auf die Orientierung einer Zieloberfläche ermöglicht.
Mit Bezug zu den 2a bis 2f werden nunmehr mehrere verbesserte Detektorausgestaltungen detaillierter beschrieben.
2a zeigt schematisch einen Ionenstrahldetektor 200 in Form eines Faraday-Behälters, der einen Körper 201 aufweist, der aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist. Der Körper 201 umfasst einen unteren Bereich 202 und Seitenwandbereiche 203. Die Darstellung des Detektors 200 in 2a ist eine Schnittansicht entlang einer Längsachse 209 des Körpers 201, und es sollte beachtet werden, dass die Seitenwände 203 im Wesentlichen das Innere des Körpers 201 vollständig umschließen mit Ausnahme einer Eintrittsöffnung 204, die gegenüberliegend zu dem unteren Bereich 202 angeordnet ist. Ein erstes leitendes Gebiet 205a ist auf einer Seite der Seitenwände 203 gebildet und ein zweites leitendes Gebiet 205b kann im Wesentlichen gegenüberliegend zu dem ersten leitenden Gebiet 205a gebildet sein. Die leitenden Gebiete 205a und 205b sind elektrisch voneinander isoliert und sind ebenso in Bezug auf den Körper 201 isoliert. Ferner sind entsprechende Detektionsoberflächen 206a und 206b auf der Oberseite der leitenden Gebiete 205a und 205b ausgebildet. Das erste und das zweite leitende Gebiet 205a, 205b und der Körper 201 können entsprechend elektrische Verbindungen 207 aufweisen, die eine elektrische Verbindung zu entsprechenden Messgeräten bereitstellen, wenn die Ladungen von den leitenden Gebieten 205a, 205b und dem Körper 201 abgeleitet werden.
Während der Anwendung wird der Ionenstrahldetektor 200 geeignet innerhalb eines Ionenstrahls einer Implantationsanlage, etwa der Anlage 100, angeordnet, so dass mindestens ein Teil des Ionenstrahls in die Eintrittsöffnung 204 eindringt. Zum Beispiel kann der bewegbare Faraday-Behälter 112 aus 1 ersetzt werden oder ergänzt werden durch den Ionenstrahldetektor 200. Wie in 2a in etwas überzeichneter Weise dargestellt ist, dringt ein Ionenstrahl 208 in die Eintrittsöffnung 204 mit einem Einfallswinkel α ein, der in Bezug auf die Längsachse 209 des Ionenstrahldetektors 200 nicht Null ist. In der Darstellung in 2a wird angenommen, dass eine Divergenz des Ionenstrahls 208 im Wesentlichen vernachlässigbar ist, wohingegen der Strahl 208 als ganzes in Bezug auf den Ionenstrahldetektor 200 fehljustiert ist. Da der Detektor 200 in Bezug auf einen Substrathalter, etwa den Halter 109 in 1, mit hoher Genauigkeit korrekt justierbar ist, würde der Ionenstrahl 208 zu einem beeinträchtigten Dotierstoffprofil führen, wenn ein Substrat mit dem Strahl 208 tatsächlich beschossen würde. Wie gezeigt ist, wird auf Grund des Winkels α die Detektionsoberfläche 206b von einem deutlich größeren Anteil an Ionen getroffen als die gegenüberliegende Detektionsoberfläche 206a, so dass ein entsprechender Messwert aus dem leitenden Gebiet 205b einen deutlich höheren Strahlstrom im Vergleich zu dem leitenden Gebiet 205a anzeigen wird. Ferner kann der Strahlstrom, der von dem Körper 201 absorbiert wird, ebenso überwacht werden. Die integrierten Strahlströme des ersten und des zweiten leitenden Gebiets 205a, 205b und des Körpers 201 können ein Maß des gesamten Strahlstromes und damit der Dosis, die von dem Ionenstrahl 208 transportiert wird, darstellen. Des weiteren kann auf Grund der unterschiedlichen Orientierung beispielsweise der Detektionsoberfläche 206b und des unteren Bereichs 202 die Größe des Einfallswinkels α abgeschätzt werden, indem die entsprechenden Messwerte verglichen werden. Wie aus 2a erkennbar ist, ändert sich der effektive Oberflächenbereich, der von dem Ionenstrahl 208 „gesehen wird" im Wesentlichen wie der Sinus des Winkels α und ist im Wesentlichen Null, wenn der Ionenstrahl 208 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 209 einfällt und wächst mit größer werdendem Winkel α an. Daher variiert der von dem Ionenstrahl 208 auf der Detektionsoberfläche 206b aufgebrachte Strom ebenso und kann daher einen Messwert für den Einfallswinkel α repräsentieren. Eine ähnliche Betrachtung gilt ebenso für die gegenüberliegende Detektionsoberfläche 206a. Die Absolutgröße des beispielsweise von dem leitenden Gebiet 205b erfassten Strahlstromes hängt von der Gesamtgröße dieses Gebiets und den Abmessungen des leitenden Gebiets ab und die Abmessungen des leitenden Gebiets 205b sind vorteilhafterweise so ausgewählt, dass ein bedeutender Anteil an Strahlstrom für ein Einfallswinkel im Bereich von ungefähr 0 bis 5 Grad erzeugt werden.
Wenn der Strahlstrom in dem leitenden Gebiet 205b mit zunehmendem Einfallswinkel α ansteigt, nimmt der von dem unteren Bereich 202 erfasste Strahlstrom ab, da der dem Ionenstrahl 208 ausgesetzte Oberflächenanteil ebenso abnimmt. Da die Summe der Strahlströme, die von dem leitenden Gebiet 205b und dem unteren Bereich 202 erfasst werden (und selbstverständlich ein kleiner Anteil an Strahlstrom an dem leitenden Gebiet 205a auf Grund eines geringen Anteils an Ionen, die stets auf das leitende Gebiet 205a auf Grund von Streuereignissen und dergleichen gelenkt werden), ein Maß für den gesamten Strahlstrom ist, kann der Einfallswinkel α unabhängig von einer Änderung des Gesamtstrahlstromes des Ionenstrahls 208 bestimmt werden. Da folglich der Ionenstrahldetektor 200 verwendet werden kann, um den Einfallswinkel α sowie den Gesamtstrahlstrom, wenn beispielsweise der bewegbare Faraday-Behälter 112 aus 1 durch den Ionenstrahldektetor 200 ersetzt wird, zu bestimmen, können das Strahlprofil und die Parallelität des Ionenstrahls gleichzeitig bestimmt werden. Es sollte beachtet werden, dass im Prinzip ein leitendes Gebiet 205b ausreichend sein kann, um eine Winkelabweichung in einer Ebene des Ionenstrahls 208 abzuschätzen, wenn beispielsweise sichergestellt ist durch eine entsprechende Anordnung des Strahldektors 200 in Bezug auf die Strahlführung, dass eine Winkelabweichung lediglich in einer Richtung auftreten kann. In diesem Falle kann das leitende Gebiet 205a weggelassen und durch eine leitende Seitenwand 203 des Körpers 201 ersetzt werden. Ferner ist die vorhergehende Ausführungsform in Bezug auf eine Winkelabweichung des Ionenstrahls 208 in der Zeichenebene aus 2 erläutert, wohingegen die gleichen Kriterien für eine Winkelabweichung in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene aus 2a gültig sind. In diesem Falle können ein oder zwei entsprechende leitende Gebiete an entsprechenden Seitenwandbereichen des Körpers 201 vorgesehen werden und der einfallende Strahlstrom kann in der oben beschriebenen Weise überwacht werden. Wie zuvor erläutert ist, kann zudem der Ionenstrahl 208 ein gewisses Maß an Strahldivergenz aufweisen, d. h. der Ionenstrahl 208 kann aus mehreren Trajektorien bestehen, die um einen mittleren Einfallswinkel herum verteilt sind. Die entsprechende Verteilung der Einfallswinkel, die gleichzeitig in dem Körper 201 vorhanden sind, wird durch die laterale Abmessungen der Eintrittsöffnung 204 und die Abmessung in der Längsrichtung des Körpers 201, d. h. durch das Aspektverhältnis bestimmt, und damit können die Abmessungen des Ionenstrahldetektors 200 so gewählt werden, um beispielsweise die Strahldivergenz in dem Körper 201 zu minimieren, wenn vorrangig die Hauptorientierung des Ionenstrahls 208 in Bezug auf ein Substrat als relevant erachtet wird.
In anderen Ausführungsformen kann die Winkelverteilung in dem Körper 201 durch Strahlströme abgeschätzt werden, die durch das erste und das zweite leitende Gebiet 205b, 205a und den unteren Bereich 202 erzeugt werden. Zum Beispiel kann eine relativ große Strahldivergenz den Betrag an Strahlstrom anheben, der von dem leitenden Gebiet 205a erfasst wird, selbst wenn der mittlere Einfallswinkel α relativ groß ist. Somit kann eine beliebige Winkelabweichung des Ionenstrahls 208 durch die in 2a dargestellte Anordnung abgeschätzt werden.
Obwohl dies in 2a nicht gezeigt ist, kann der Ionenstrahldetektor 200 geeignete Mittel aufweisen, um im Wesentlichen das Freisetzen von sekundären geladenen Teilchen aus dem Inneren des Körpers 201 zu unterdrücken. Wenn die hochenergetischen Ionen des Ionenstrahls 208 den Körper 201 oder die leitenden Gebiete 205a, 205b treffen, können Elektronen freigesetzt werden und können den Körper 201 verlassen, wodurch der Gesamtstrahlstrom, der von dem Ionendetektor 200 erfasst wird, verfälscht wird, da jedes den Körper 201 verlassende Elektron ein hereinkommendes Ion mit Ladungszustand 1 kompensiert. Daher können entsprechende Vorspannungen an dem oberen Bereich des Körpers 201 so angelegt werden, um freigesetzte Elektronen zurück zu dem Körper 201 zu führen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Magnetanordnung um den Körper 201 herum vorgesehen sein, die entsprechend die Elektronenbahn beeinflusst, während die hochenergetischen Ionen im Wesentlichen nicht beeinflusst werden. Des weiteren kann das Aspektverhältnis des Körpers 201 relativ groß gewählt werden, so dass die meisten Sekundärelektronen an einem unteren Bereich des Körpers 201 erzeugt werden, wodurch der Anteil der Elektronen reduziert wird, die durch die Eintrittsöffnung 204 entweichen können. Ein typisches Aspektverhältnis kann von ungefähr 2 bis 5 reichen.
2b zeigt schematisch eine weitere anschauliche Ausführungsform des Ionenstrahldetektors 200, der nun mehrere elektrisch leitende Gebiete 205b und mehrere leitende Gebiete 205a aufweist, die im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet sind. Jedes der leitenden Gebiete 205b und 205a ist elektrisch von anderen leitenden Gebieten und von dem Körper 201 isoliert. Die von jedem der leitenden Gebiete 205b und 205a erfassten Strahlströme können einzeln überwacht und können verwendet werden, um den Einfallswinkel des Ionenstrahls 208 zu ermitteln. Das Vorsehen mehrerer leitender Gebiete 205, die auf einer Seitenwand 203 gebildet sind, kann ein hohes Maß an räumlicher Auflösung beim Erfassen des Ionenstrahls 208 beim Eintreten in den Körper 201 mit einem von Null verschiedenen Einfallswinkel bieten. Des weiteren kann für Detektoren 200 mit kleinem Aspektverhältnis die verbesserte räumliche Auflösung beim Erfassen des Ionenstrahls 208 eine genauere Bestimmung einer Winkelverteilung, d. h. einer Strahldivergenz, des einfallenden Ionenstrahls 208 ermöglichen. Daher kann eine sehr genaue Winkelmessung mit dem Ionenstrahldetektor 200 selbst für Ionenstrahlen mit relativ großem Durchmesser, wie dies typisch für niederenergetische Strahlen ist, durchgeführt werden. Wie bereits mit Bezug zu 2a erläutert ist, kann ferner eine entsprechende Vorspannung beispielsweise an Gebiete 210 angelegt werden, um das Entweichen von Sekundärelektronen und das nachfolgende Wiedereinfangen dieser Elektronen an benachbarten leitenden Gebieten zu unterdrücken. Typischerweise kann eine Vorspannung von ungefähr 50 bis 200 Volt ausreichend sein, um Sekundärelektronen am Verlassen des Körpers 201 oder dem Erreichen benachbarter leitender Gebiete zu hindern. Die Abmessung und die Anzahl der leitenden Gebiete 205b und 205a sowie der Abstand und entsprechende Vorspannungen können experimentell ermittelt werden, indem unterschiedliche Geometrien einem Ionenstrahl ausgesetzt und die entsprechenden Messwerte miteinander verglichen werden. Die Anordnung mit optimalen Messergebnissen für einen spezifizierten Ionenenergiebereich kann dann entsprechend gewählt werden.
2c zeigt schematisch eine weitere Variante des Ionenstrahldetektors 200. In dieser Ausführungsform kann der untere Bereich des Körpers 201 in zwei Teile 202a, 202b unterteilt werden, die elektrisch voneinander und von dem restlichen Körper 201 isoliert sind. Die unteren Bereiche 202a, 202b umfassen entsprechende Detektionsoberflächen 216a, 216b, die so gezeigt sind, dass sie unter einem Winkel in Bezug auf die laterale Richtung des Körpers 201 angeordnet sind. Die Neigung der Detektionsoberfläche 216a, 216b, die von der Größenordnung einer typischen maximalen Winkelabweichung des Ionenstrahls 208 sein kann, kann die Empfindlichkeit beim Erfassen von Winkelabweichungen verbessern. In anderen Ausführungsformen können die Detektionsoberflächen 216a, 216b im Wesentlichen koplanar zu der lateralen Richtung des Körpers 201 sein. Ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist der Ionenstrahldetektor aus 2c sensitiv auf den Gesamtstrahlstrom, indem alle Stromanteile, die von dem Körper 201 und den unteren Bereichen 202a und 202b geliefert werden, aufsummiert werden. Des weiteren wird eine winkelabhängige Komponente von dem unteren Bereich 202a und 202b sowie von den Seitenwänden des Körpers 201 ermittelt. Ein Abstand zwischen den unteren Bereichen 202b und 202a und den Abstand zwischen den Seitenwänden des Körpers 201 und den unteren Bereichen 202a und 202b kann so gewählt werden, um die Absorption von Sekundärteilchen, die von einem benachbarten Gebiet herausgelöst werden, zu minimieren. Des weiteren kann eine geeignete Vorspannung zwischen den einzelnen Komponenten angelegt werden, um Elektronen zu den Detektionsoberflächen zurück zu beschleunigen, von denen diese Elektronen herausgeschlagen wurden. Beispielsweise kann ein Abstand von ungefähr 1 bis 5 mm mit einer Vorspannung von ungefähr 30 bis 150 Volt Messwertverfälschungen für Ionenstrahlenergien bis zu ungefähr 200 keV im Wesentlichen vermeiden.
2d zeigt schematisch eine weitere anschauliche Ausführungsform des Ionenstrahldetektors 200, wobei mehrere leitende Gebiete 205a und mehrere leitende Gebiete 205b im Wesentlichen in gegenüberliegender Weise angeordnet sind, wobei entsprechende Detektionsoberflächen 206a und 206b in Bezug auf die Längsachse des Körpers 201 geneigt sind. Die Neigung der entsprechenden Detektionsoberflächen 206a, 206b erhöht die effektive Oberfläche für einen Einfallswinkel ungleich Null des Ionenstrahls 208. Der Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse 209, der hier als β bezeichnet ist, und die laterale Ausdehnung der leitenden Gebiete 205a und 205b, die hierin als L bezeichnet ist, können kann so variiert werden, um eine erforderliche Antwort für einen Ionenstrahl 208 mit einer Energie innerhalb eines spezifizierten Bereiches und mit einer Winkelabweichung innerhalb eines spezifizierten Bereiches zu erhalten. Des weiteren kann die seitliche Abmessung der Eintrittsöffnung 204 geeignet gewählt werden, abhängig davon, ob eine merkliche Messwerterfassung für einen im Wesentlichen parallelen Einfall des Ionenstrahls 208 gewünscht ist oder nicht. Wenn daher der Rand der Eintrittsöffnung 204 die laterale Ausdehnung L der leitenden Gebiete 205a, 205b abdeckt, kann man annehmen, dass im Wesentlichen keine Ionen die Detektionsoberflächen 206a, 206b der leitenden Gebiete 205a, 205b, die an dem oberen Bereich des Körpers 201 gebildet sind, treffen. Hinsichtlich der Anordnung für das Unterdrücken des Entweichens von Sekundärteilchen aus dem Inneren des Körpers 201 und das Wiedereinfangen von Sekundärteilchen durch die leitenden Gebiete 205a, 205b gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit der oben beschriebenen Ausführungsform aufgezeigt sind. In einigen Ausführungsformen können der Winkel β und/oder die Ausdehnung L unterschiedlich für jedes der leitenden Gebiete 205a, 205b gewählt werden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn eine systematische Abweichung des Einfallswinkels in der Ionenanlage besteht.
2e zeigt schematisch eine weitere anschauliche Ausführungsform des Ionendetektors 200, die ähnlich zu der in 2d gezeigten Ausführungsform ist, wobei die leitenden Gebiete 205a, die auf einer Seite des Körpers 201 ausgebildet sind, eine unterschiedliche Größe aufweisen. Demzufolge besitzen die leitenden Gebiete 205b ebenso eine unterschiedliche Größe. In einigen Ausführungsformen kann der Winkel β unterschiedlich für jedes der leitenden Gebiete 205a und jedes der leitenden Gebiete 205b gewählt werden. Ferner können gegenüberliegend angeordnete leitende Gebiete 205a und 205b sich in der Größe und dem Winkel β unterscheiden. In 2a fällt der Ionenstrahl 208 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 209 ein und daher erzeugen die oberen leitenden Gebiete 205a, 205b mit größerer Größe ein signifikantes Messsignal, wohingegen die leitenden Bereiche 205a, 205b, die an dem unteren Bereich des Körpers 201 ausgebildet sind, im Wesentlichen abgeschattet sind und damit mit Ausnahme einiger gestreuter Ionen und Sekundärteilchen im Wesentlichen keine Strommesswerte erzeugen,
2f zeigt die gleiche Ausführungsform, wenn der Ionenstrahl 208 den Ionendetektor 200 mit einem Einfallswinkel ungleich Null trifft. In diesem Falle empfangen beide leitenden Gebiete 205b einen Wesentlichen Anteil des Strahlstromes, wohingegen der Strom zu dem unteren Bereich 202 und den leitenden Gebieten 205a deutlich reduziert ist. Die Anordnungen der 2e und 2f können eine verbesserte Messeffizienz für Einfallswinkel, die einen gewissen Schwellwert übersteigen, bieten. Zum Beispiel können die unteren leitenden Gebiete 205a, 205b so dimensioniert sein, um einen Teil des Strahles 208 nur dann zu empfangen, wenn ein gewisser Einfallswinkel erreicht ist. Dies kann die Implementierung einer intrinsischen „Komparatoreigenschaft" in dem Ionenstrahldetektor 200 ermöglichen, da der Ionenstrahlstrommesswert in den unteren leitenden Gebieten 205a, 205b vernachlässigbar ist, solange der Schwellwert des Einfallswinkels nicht erreicht wird.
Wie mit Bezug zu 2a dargestellt ist, können die zuvor dargestellten Anordnungen ebenso für eine Messung in der Ebene senkrecht zur Zeichenebene angewendet werden, so dass eine Strahlwinkelabweichung in im Wesentlichen zwei senkrechten Richtungen detektiert werden kann.
3 zeigt schematisch eine System 300 zum Anwenden des Ionenstrahldetektors 200 zum Einstellen der Eigenschaften eines Ionenstrahls einer Implantationsanlage, die der Einfachheit halber lediglich durch einen Ablenkmagneten 306, der von einer Stromversorgung 220 angesteuert wird, repräsentiert ist, wobei eine analysierende Öffnung 307 unter dem Ablenkmagneten 306 angeordnet ist. Ferner ist eine Steuereinheit 310 mit den diversen leitenden Gebieten des Ionenstrahldetektors 200, die als 205b, 205b', 205a, 205a' und 202 bezeichnet sind, verbunden. Die Steuereinheit 310 ist ferner mit der Stromversorgung 220 verbunden, um die Stromversorgung 320 anzuweisen, einen entsprechenden Gleichstrom zu dem Ablenkmagneten 306 zu liefern. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 310 mit anderen Komponenten der Implantationsanlage verbunden sein, die zum Einstellen der Strahleigenschaften relevant sind. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 310 mit einer Stromversorgung (nicht gezeigt) für Qadrupollinsen (nicht gezeigt) verbunden sein, die zum Einstellen der Form des Ionenstrahls erforderlich sind.
Während des Betriebs des Systems 300 empfängt die Steuereinheit 310 die Messwerte der diversen leitenden Gebiete und bestimmt eine Differenz zu einem gewünschten Sollwert, und diese Differenz kann dann genutzt werden, um den Strom des Ablenkmagneten 306 einzustellen. Zum Beispiel können die Messwertablesungen der leitenden Gebiete 205b und 205b' kleiner sein als die der leitenden Gebiete 205a, 205a', wodurch eine entsprechende Abweichung des Einfallswinkels gekennzeichnet ist. Auf der Grundlage der Differenz zwischen den leitenden Gebieten 205a und 205a', kann die Größe des Einfallswinkels abgeschätzt werden, so dass die Richtung für die Größe der Änderung des Stromes für den Ablenkmagneten 306 bestimmt werden kann. In anderen Ausführungsformen kann der von allen leitenden Gebieten erfasste Gesamtstrahlsrom abgeschätzt werden und kann als Gewichtungsfaktor verwendet werden, um zuverlässige Winkelmessungen unabhängig von Strahlstromfluktuationen zu erhalten. Des weiteren kann der integrierte Gesamtstrahlstrom ferner als ein Maß für die Gleichmäßigkeit des Strahlstromes über die Zeit verwendet werden. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ionenstrahldetektors 200 eine genaue Messung und damit die Steuerung der Parallelität des Ionenstrahls, wobei im Wesentlichen keine zusätzlichen Erfordernisse mit Ausnahme der Steuereinheit 210 erforderlich sind. Somit kann in bestehenden Implantationsanlagen der konventionelle Faraday-Behälter durch den Ionendektor 200 mit lediglich geringfügigen Modifizierungen auf der Geräteseite ersetzt werden.
In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 310 ferner Vorspannungen steuern, die zur Einschränkung des Elektronenwanderns von einem leitenden Gebiet zu einem anderen dienen und/oder um im Wesentlichen vollständig das Entweichen von Elektronen aus dem Inneren des Ionenstrahldetektors 200 zu verhindern. Somit können die entsprechenden Vorspannungen geeignet an die gegenwärtig benutzten Implantationsanlageneinstellungen angepasst werden, etwa an die Ionenenergie, die Art der Ionengattungen, den Strahldurchmesser und dergleichen. Wenn z. B. schwere Ionen mit moderat hohen Energien verwendet werden, können die entsprechenden Vorspannungen so erhöht werden, um zuverlässig das Wiedereinfangen von an benachbarten leitenden Gebieten herausgelöste Elektronen zu minimieren. Das geeignete Aussuchen der Vorspannungen kann so durchgeführt werden, dass während einer Anfangsphase die entsprechenden Vorspannungen so eingestellt werden, dass die Stromablesung aus jedem der leitenden Gebiete maximal ist, wodurch angedeutet wird, dass die von einem gewissen leitenden Gebiet herausgelösten Elektronen im Wesentlichen wieder vollständig von diesem Gebiet eingefangen werden.
Mit Bezug zu den 4a und 4b werden weitere verbesserte Techniken zum Steuern eines Ionenstrahls in einer Implantationsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie zuvor mit Bezug zu 1 dargestellt ist, können mehrere Faraday-Behälter (siehe die Faraday-Behälter 111) mit einer bewegbaren Abschirmung verwendet werden, um Information über das Strahlprofil innerhalb eines spezifizierten Bereichs zu erhalten. Konventionelle Systeme zeigen jedoch einen Mangel an Information über die Strahlstromverteilung zu jedem Zeitpunkt in lateraler Richtung. Erfindungsgemäß kann die Strahlstrominformation mehrerer Faraday-Behälter gleichzeitig dargestellt werden, oder zumindest innerhalb eines gewissen kleinen Zeitintervalls, so dass die Darstellung der Strahlstrominformation quasi gleichzeitig erfolgt, wodurch ein effizienteres Überwachen und Steuern des Ionenstrahls möglich ist.
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind mehrere Faraday-Behälter, etwa die Behälter 111, vorgesehen und über die Fläche verteilt, über die ein Ionenstrahl bewegt wird, wenn ein Substrat prozessiert wird, wobei die Messwertablesungen jedes Behälters für einen Bediener im Wesentlichen gleichzeitig angezeigt werden.
4a zeigt schematisch ein repräsentatives Beispiel einer Messwertablesung mehrerer Faraday-Behälter, die in einer einzelnen Linie angeordnet sind. Wie aus 4a erkennbar ist, kann der Bediener die Stromverteilung über eine spezifizierte Entfernung hinweg beobachten, wobei die Darstellung der Messwertablesungen innerhalb ausreichend kurzer Zeitintervalle erneuert werden kann, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Überwachen des Stromprofils zu gewährleisten. Auf diese Weise kann der Bediener beliebige Änderungen bei der Stromverteilung beobachten, wenn gewisse Parameterwerte hinsichtlich der Strahloptik und/oder der Ionenquelle modifiziert werden. In 4a repräsentiert die Darstellung ein im Wesentlichen zweidimensionales Bild der Stromverteilung, was angemessen sein kann für Strahlgeometrien mit einer Querschnittsform, die deutlich größer in einer lateralen Abmessung als in der anderen lateralen Abmessung ist. In anderen Fällen, kann es vorteilhaft und wünschenswert sein, die zweidimensionale Querschnittsfläche des Ionenstrahls abzudecken oder um im Wesentlichen den gesamten Bereich abzudecken, der von einem Substrat während der Bestrahlung eingenommen wird, um somit die Strahlstromgleichförmigkeit an jeder Position des Substrats für im Wesentlichen gleiche Bestrahlungszeiten an jeder Abtastposition zu bestimmen. Die entsprechend ermittelte Gleichförmigkeitsinformation kann dann bei der Kalibrierung des Abtastmechanismus der Implantationsanlage genutzt werden. Durch gleichzeitiges oder quasi-gleichzeitiges Darstellen des Strahlstromes jedes Faraday-Behälters in im Wesentlichen Echtzeitmanier kann ein dreidimensionales Bild des Strahlstromes kontinuierlich überwacht werden. Dazu kann die Position auf einem Anzeigebildschirm die entsprechende Position eines Faraday-Behälters repräsentieren, wohingegen beispielsweise die Farbe an einer spezifizierten Schirmposition die Größe des Strahlstromes repräsentieren kann. Auf diese Weise kann ein Bediener bequem Anlagenparameter einstellen, während die tatsächlich erhaltene Strahlform und der Strom beobachtbar sind. Die Anzahl der beim kontinuierlichen Erfassen des Strahlstroms verwendeten Faraday-Behälter kann experimentell ermittelt werden, wobei eine minimale Anzahl von Messwertablesungen bestimmt wird, die zum zuverlässigen Einstellen der Stromeigenschaften erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen können anlagenabhängige Erfordernisse die Anzahl der Faraday-Behälter begrenzen, die für die Strahlstrommessungen verwendet werden können. Zum Beispiel können 10 oder mehr Faraday-Behälter angeordnet werden, um den Bereich eines 200 mm Substrats abzudecken. In anderen Ausführungsformen können 20 oder mehr Faraday-Behälter verwendet werden. In diesem Falle kann eine geeignete Datenbearbeitung durchgeführt werden, um Strahlstromzwischenwerte zu interpolieren.
4b zeigt eine repräsentative Darstellung einer Strahlstrommessung mit lediglich 8 Faraday-Behältern, wobei Zwischenwerte durch Berechnung ermittelt werden. Wie sich leicht nachvollziehen lässt, kann eine beliebige Art der Datenbearbeitung, etwa Interpolation, Fitten und dergleichen, verwendet werden, um eine aussagekräftige Darstellung des Strahlstromprofils zu ermitteln. Das gleiche gilt für eine dreidimensionale Darstellung des Strahlstromprofils.
In einer speziellen Ausführungsform können nach Optimierung der Strahleigenschaften die relevanten Anlageneinstellungen als ein Prozessrezept gespeichert werden, so dass die entsprechende Einstellung ausgelesen werden kann, wenn Substrate mit einer Energie und mit einer Ionengattung entsprechend dem gespeicherten Prozessrezept zu prozessieren sind.
In einer noch weiteren Ausführungsform werden die Strahlstrommesswerte der mehreren Faraday-Behälter einer Steuereinheit zugeführt, die ausgebildet ist, einen oder mehrere Anlagenparameterwerte auf der Grundlage der einzelnen Strahlstrommesswerte einzustellen, die im Wesentlichen kontinuierlich zu der Steuereinheit zugeführt werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit in ähnlicher Weise ausgestaltet sein, wie dies in 3 gezeigt ist, wobei die diversen Strommesswerte von unterschiedlichen Faraday-Behältern anstatt von den leitenden Gebieten des Ionenstrahldetektors 200 bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Bediener anfängliche maximale Grenzen für einen oder mehrere Anlagenparameter bereitstellen und die Steuereinheit kann dann in einem tatsächlichen Initialisierungsprozess den einen oder mehrere Parameterwerte auf der Grundlage der kontinuierlich zugeleiteten Strahlstromwerte so variieren, um eine gewünschte Verteilung der Strahlströme und damit der Strahleigenschaften in Bezug auf die mehreren Faraday-Behälter zu erhalten. Somit kann der Bediener der Steuereinheit „beibringen", welche „Knöpfe" innerhalb welcher Grenzen zu drehen sind, um eine optimale Lösung zu erreichen. Die entsprechende Parametereinstellung kann dann als ein entsprechendes Prozessrezept gespeichert werden.
Somit kann das Erstellen einer neuen Prozes-vorschrift folgt durchgeführt werden:
Zunächst wird der Ionenstrahl in Bezug auf Energie, Strahldivergenz, Ionengattung und dergleichen optimiert.
Zweitens, die Form des Strahles wird mittels der mehreren Faraday-Behälter in der oben beschriebenen Weise, d. h. von einem Bediener durch Software oder durch beides eingestellt.
Drittens, die Gleichförmigkeit über die erforderliche Substratoberfläche wird eingestellt, wobei, wie zuvor beschrieben ist, die Messwerte der mehreren Faraday-Behälter, die kontinuierlich bereitgestellt werden, ebenso wirksam verwendbar sind.
Viertens, die entgültige Parametereinstellung wird als das neue Prozessrezept gespeichert.
Nachdem das neue Prozessrezept erlernt ist, erfordert das Initialisieren des Strahlstromes lediglich einen Befehl für das Aufrufen des Rezepts, wobei ein relativ schnelles Feinjustieren folgen kann, um gewisse subtile Anlagenvariationen zu kompensieren.
In noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehrere der Faraday-Behälter in einer Form bereitgestellt, wie zuvor mit Bezug zu den 2a bis 2f beschrieben ist, wobei einige oder alle Messwerte der leitenden Gebiete im Wesentlichen gleichzeitig und kontinuierlich angezeigt oder einer Steuereinheit zugeführt werden. Zum Beispiel kann die Darstellung der diversen leitenden Gebiete eines Faraday-Behälters, etwa des Ionendetektors 200, einem Maschinenbediener einen optischen Eindruck der Winkelabweichung eines einfallenden Ionenstrahls vermitteln. Somit können die Ergebnisse einer entsprechenden Parametereinstellung dann direkt von dem Bediener beobachtet werden, wodurch die Strahloptimierung deutlich vereinfacht wird. Beispielsweise ist eine bequeme optische Darstellung eine Linie oder ein Pfeil oder ein anderes längliches Objekt, dessen Neigungswinkel durch die entsprechenden Messwerte der leitenden Gebietes des Ionendetektors 200 bestimmt ist. Diese Darstellung kann dann zusätzlich auf einem Bildschirm dargestellt werden, wobei das zwei- oder dreidimensionale Bild des Ionenstrahls weiterhin beibehalten wird. Zum Beispiel kann der Strahlstrom durch die Summe aller Messwerte des Ionenstrahldetektros 200 repräsentiert sein und die Position des Ionenstrahldetektors 200 innerhalb des Bereichs der mehreren Faraday-Behälter kann durch die entsprechende Position auf dem Bildschirm repräsentiert sein.
In ähnlicher Weise können die entsprechenden Informationen einer entsprechend ausgestalteten Steuereinheit zugeführt werden, um gleichzeitig Informationen hinsichtlich der Strahldivergenz und der Strahlparallelität zu verarbeiten.
Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims

Ionenstrahldetektor (200) mit: einem Faraday-Behälterkörper (201) mit einem unteren Bereich (202), Seitenwänden (203) und einer Eintrittsöffnung (204), die dem unteren Bereich (202) gegenüberliegt; einem ersten leitenden Gebiet (205A), das in dem Faraday-Behälterkörper (201) ausgebildet ist und eine erste Detektionsoberfläche (206A) aufweist, die entlang einer ersten Richtung orientiert ist; einem zweiten leitenden Gebiet (205B), das in dem Faraday-Behälterkörper (201) ausgebildet ist, elektrisch von dem ersten leitenden Gebiet (205A) isoliert ist und eine zweite Detektionsoberfläche (206B) aufweist, die entlang einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, orientiert ist; und der ferner ein drittes leitendes Gebiet mit einer dritten Detektionsoberfläche, die entlang einer dritten Richtung orientiert ist, die sich von der ersten und/oder der zweiten Richtung unterscheidet, aufweist, wobei die dritte Detektionsoberfläche so angeordnet ist, dass diese im Wesentlichen von dem ersten oder dem zweiten leitenden Gebiet abgeschattet ist, wenn ein Ionenstrahl (208) in die Eintrittsöffnung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse (209) des Faraday-Behälterkörpers (201) einfällt.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) an den Seitenwänden (203) in einer im Wesentlichen gegenüberliegenden Weise ausgebildet sind.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 1, wobei das erste oder das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) an dem unteren Bereich (202) ausgebildet ist.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) an dem unteren Bereich (202) ausgebildet sind.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 1, wobei zwei Gebiete des ersten, des zweiten und des dritten leitenden Gebiets an den Seitenwänden (203) in im Wesentlichen gegenüberliegender Weise ausgebildet sind und wobei das andere leitende Gebiet an dem unteren Bereich (202) ausgebildet ist.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 5, wobei ein weiteres Paar gegenüberliegend angeordneter leitender Gebiete an den Seitenwänden (203) ausgebildet ist, wobei jedes leitende Gebiet des weiteren Paars leitender Gebiete eine Detektionsoberfläche aufweist und elektrisch von dem ersten, dem zweiten und dem dritten leitenden Gebiet isoliert ist.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 6, wobei jedes Gebiet des weiteren Paares leitender Gebiete zu einem der beiden leitenden Gebiete, die an den Seitenwänden ausgebildet sind, in Bezug auf die Längsachse (209) des Faraday-Behälterkörpers (201) ausgerichtet ist.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 1, wobei das erste und/oder das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) ein angewinkeltes leitendes Gebiet mit einer Oberfläche die an einer Seitenwand (203) befestigt ist, und mit einer Oberfläche, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse (209) des Faraday-Körperbehälters (201) ist, bildet wobei die Detektionsoberfläche unter einem Winkel (β) relativ zu der Längsachse (209) angeordnet ist.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 8, wobei zwei oder mehr angewinkelte leitende Gebiete vorgesehen sind.
Ionenstrahldetektor (200) nach Anspruch 9, wobei mindestens zwei angewinkelte leitende Gebiete sich im Winkel (β) und/oder einer Länge der Oberfläche unterscheiden, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (209) ist.
Verfahren zum Steuern der Eigenschaften eines Ionenstrahls (208), wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln aufeinanderfolgender Sätze von Messwerten aus mehreren Ionenstrahldetektoren nach einem der Ansprüche 1 – 10, wobei jeder Faraday-Behälter des Ionenstrahldetektors relativ zu dem Ionenstrahl (208) so angeordnet ist, um einen Teil des Ionenstrahls zu empfangen, wobei jeder Satz von Messwerten innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalls gesammelt wird; und Einstellen mindestens eines mit den Strahleigenschaften in Beziehung stehenden Anlagenparameters auf der Grundlage der aufeinanderfolgenden Sätze von Messwerten.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Einstellen des mindestens einen. Anlagenparameters umfasst: Anzeigen für einen Bediener mindestens einiger Messwerte jedes Satzes und Auswählen eines geeigneten Wertes für den mindestens einen Anlagenparameter durch den Bediener.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das spezifizierte Zeitintervall so gewählt wird, um eine im Wesentlichen unmittelbare visuelle Reaktion für den Bediener zu repräsentieren, wenn der geeignete Parameterwert gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Messwerte einen Strahlstrom eines entsprechenden Ionenstrahlsanteils repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Anzahl der Faraday-Behälter so gewählt wird, um eine Information im Wesentlichen über die gesamte laterale Ionenstrahlausdehnung bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei mindestens zehn Faraday-Behälter vorgesehen werden, wenn ein Substrat mit einem Durchmesser von ungefähr 200 mm und mehr prozessiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Bestimmen einer Differenz zwischen jedem Satz an Messwerten und einem Sollwert und Einstellen des mindestens einen Anlagenparameters durch Halten der Differenzen innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Interpolieren zwischen Messwerten benachbarter Faraday-Behälter aufweist, um ein im Wesentlichen kontinuierliches dargestelltes Strahlprofil zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das einer Energie und einer Dotierstoffgattung des Ionenstrahls vor dem Erhalten der aufeinanderfolgenden Sätze an Messwerten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst: Einstellen einer Ionenstrahlgleichförmigkeit für eine gewünschte Substratfläche nach Einstellung des mindestens einen Anlagenparameters, um den Ionenstrahl zu erzeugen, der im Wesentlichen die Eigenschaften zeigt.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner Speichern von Anlagenparameterwerten, die zum Erhalten der Eigenschaften erforderlich sind, als eine Prozessvorschrift
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Bereitstellen mindestens eines Faraday-Behälters mit mindestens zwei isolierten empfindlichen Oberflächengebieten, die unterschiedlich orientiert sind, so dass der mindestens eine Faraday-Behälter für den Einfallswinkel sensitiv ist.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner umfasst: Überwachen der Strahlparallelität und/oder der Strahldivergenz durch Analysieren von Messwerten der mindestens zwei sensitiven Oberflächengebiete.
Faraday-Behälter mit: einem unteren Bereich (202), Seitenwänden (203) und einer Eintrittsöffnung (204) gegenüberliegend zu dem unteren Bereich (202); einem ersten leitenden Gebiet (205A) mit einer ersten Detektionsoberfläche (206A), die entlang einer ersten Richtung orientiert ist; einem zweiten leitenden Gebiet (205B), das elektrisch von dem ersten leitenden Gebiet (205A) isoliert ist und eine zweite Detektionsoberfläche (206B) aufweist, die entlang einer zweiten Richtung orientiert ist, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, und der ferner ein drittes leitende Gebiet mit einer dritten Detektionsoberfläche, die entlang einer dritten Richtung orientiert ist, die sich von der ersten und/oder der zweiten Richtung unterscheidet, aufweist, wobei die dritte Detektionsoberfläche so angeordnet ist, dass diese im Wesentlichen von dem ersten oder dem zweiten leitenden Gebiet abgeschattet ist, wenn ein Ionenstrahl in die Eintrittsöffnung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse (209) des Faraday-Behälterkörpers (201) einfällt.
Faraday-Behälter nach Anspruch 24, wobei das erste und das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) an den Seitenwänden (203) in im Wesentlichen gegenüberliegender Weise ausgebildet sind.
Faraday-Behälter nach Anspruch 24, wobei das erste oder das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) an dem unteren Bereich (202) ausgebildet ist.
Faraday-Behälter nach Anspruch 24, wobei das erste und das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) an dem unteren Bereich (202) ausgebildet sind.
Faraday-Behälter nach Anspruch 24, wobei zwei Gebiete des ersten, des zweiten und des dritten leitenden Gebiets an den Seitenwänden (203) in im Wesentlichen gegenüberliegender Weise ausgebildet sind und wobei das andere leitende Gebiet an dem unteren Bereich (202) ausgebildet ist.
Faraday-Behälter nach Anspruch 28, wobei ein weiteres Paar gegenüberliegend angeordneter leitender Gebiete an den Seitenwänden (203) ausgebildet ist, wobei jedes leitende Gebiet des weiteren Paars leitender Gebiete eine Detektionsoberfläche aufweist und elektrisch von dem ersten, dem zweiten und dem dritten leitenden Gebiet isoliert ist.
Faraday-Behälter nach Anspruch 29, wobei jedes Gebiet des weiteren Paares leitender Gebiete zu einem der beiden leitenden Gebiete, die an den Seitenwänden (202) ausgebildet sind, in Bezug auf die Längsachse (209) des Faraday-Behälterkörpers (201) ausgerichtet sind.
Faraday-Behälter nach Anspruch 24, wobei das erste und/oder das zweite leitende Gebiet (205A, 205B) ein angewinkeltes leitendes Gebiet mit einer Oberfläche, bildet die an einer Seitenwand (2023) befestigt ist, und mit einer Oberfläche, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse (209) des Faraday-Körperbehälters (201) ist, wobei die Detektionsoberfläche unter einem Winkel (β) relativ zu der Längsachse (209) angeordnet ist.
Faraday-Behälter nach Anspruch 31, wobei der Winkel (β) so gewählt wird, um eine maximale wirksame Fläche für den einfallenden Ionenstrahl (208) bereitzustellen, wenn der einfallende Ionenstrahl (208) einen Einfallswinkel (α) im Bereich von ungefähr 1 bis 5 Grad in Bezug auf die Längsachse (209) aufweist.
Faraday-Behälter nach Anspruch 33, wobei zwei oder mehr angewinkelte leitende Gebiete vorgesehen sind.
Faraday-Behälter nach Anspruch 33, wobei mindestens zwei angewinkelte leitende Gebiete sich im Winkel (β) und/oder einer Länge der Oberfläche, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (209) angeordnet ist, unterscheiden.