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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 Halbleitergebieten,
erforderlich sind.
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Die
Herstellung komplexer Mikrostrukturen, etwa anspruchsvoller integrierter
Schaltungen, erfordert, dass eine große Anzahl einzelner Prozessschritte
ausgeführt
wird, um schließlich
die geforderte Funktionalität
der Mikrostrukturen zu erreichen. Insbesondere bei der Herstellung
integrierter Schaltungen muss die Leitfähigkeit spezieller Bereiche
an die Entwurfserfordernisse angepasst werden. Beispielsweise kann
die Leitfähigkeit
eines Halbleitergebiets in gut definierter Weise erhöht werden,
indem spezielle Verunreinigungen, die auch als Dotierstoffe bezeichnet
werden, eingeführt
und indem einige oder vorzugsweise alle diese Verunreinigungen an
Gitterplätzen
des Halbleiterkristalls angeordnet werden. Auf diese Weise können sogenannte
PN-Übergänge gebildet
werden, die für
das Erhalten einer Transistorfunktion essentiell sind, da Transistoren
die aktiven Elemente repräsentieren,
d. h. die Elemente, die eine Strom- oder Spannungsverstärkung liefern,
und somit für
die Herstellung elektronischer Schaltungen erforderlich sind. In
modernen integrierten Schaltungen sind typischerweise Millionen
Transistorelemente, etwa Feldeffekttransistoren, auf einem einzelnen Chip
vorgesehen, wobei wiederum eine Vielzahl dieser Chips auf einem
einzelnen Substrat angeordnet ist. Da die kritischen Abmessungen
spezieller Schaltungselemente, etwa von Feldeffekttransistoren, nunmehr
0.1 μm und
sogar darunter erreicht haben, ist es von großer Bedeutung, das Profil der
dotierten Gebiete in laterale Richtung in Bezug auf ein Substrat,
sowie in der Tiefenrichtung entsprechend "feinfühlig" einzustellen. Häufig ist die Ionenimplantation das
bevorzugte Verfahren zum Einbringen von Dotierstoffen in spezifizierte
Bauteilgebiete auf Grund der Fähigkeit,
die Anzahl der implantierten Dotieratome in die Substrate mit einer
Wiederholbarkeit und einer Gleichförmigkeit von unter ± 1 Prozent
zu steuern. Des weiteren weisen Verunreinigungen, die durch Ionenplantation
eingeführt werden,
eine deutlich kleinere seitliche Verteilung im Vergleich zu konventionellen
Diffusionsdotierprozessen auf. Da die Ionenimplantation typischerweise
ein Prozess bei Raumtemperatur ist, kann die seitliche Profilierung eines
dotierten Gebiets in vielen Fällen
einfach dadurch erreicht werden, dass eine entsprechend strukturierte
Photolackmaskenschicht vorgesehen wird. Diese Eigenschaften machen
die Ionenimplantation momentan und in der nahen Zukunft zu der bevorzugten
Technik, um dotierte Gebiete in einem Halbleiterbauelement zu erzeugen.
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Die
Implantation von Dotierstoffen wird durch diverse Implantationsanlagen
erreicht. Derartige Anlagen sind äußerst komplexe Maschinen, die
eine kontinuierliche Überwachung
der Maschineneigenschaften erfordern, um ein hohe Effizienz und
Maschinenausnutzung zu erreichen.
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Mit
Bezug zu 1 wird ein schematischer Überblick
für eine
typische Ionenimplantationsanlage und deren Betriebsweise gegeben.
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In 1 umfasst
eine Ionenimplantationsanlage 100 eine Ionenquelle 101 mit
einem Einlass 102, der mit entsprechenden Vorstufenquellen
(nicht gezeigt) verbunden ist, von denen eine geeignete Ionenspezies
in der Ionenquelle 101 erzeugt werden kann. Die Ionenquelle 101 kann
so gestaltet sein, um eine Plasmaatmosphäre zu errichten und um geladene
Partikel in ein Strahlrohr, das schematisch als 103 dargestellt
ist, vorab zu beschleunigen. Hinter der Ionenquelle 101 ist
eine Beschleunigerröhre 104 angeordnet,
die so dimensioniert ist, um Ionen mit einer speziellen Spannung,
die typischerweise im Bereich von 0 bis 200 KeV für einen
typischen Implantieren mit mittlerer Stromstärke reichen kann und die typischerweise
bis zu mehreren 100 KeV oder bis zu 1 MeV oder mehr in Hochenergieimplantierern
reichen kann, zu beschleunigen. Anschließend kann ein Strahlformungselement 105,
etwa ein Quadrupolmagnet, gefolgt von einem Ablenkmagneten 106 vorgesehen
sein. Stromabwärts
von dem Ablenkmagnet 106 ist eine Analysieröffnung,
beispielsweise in der Form eines Schlitzes 107, angeordnet,
deren Abmessungen im Wesentlichen eine Energieverteilung des Ionenstrahls
bestimmen. Danach ist ein weiteres Strahlformungselement, etwa ein
Quadrupolmagnet 108 stromabwärts von dem Analysierschlitz 107 vorgesehen.
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Ein
Substrathalter 109 ist in der Nähe des Endes des Strahlrohrs 103 vorgesehen,
wobei typischerweise der Substrathalter 109 in Form einer
Platte vorgesehen ist, die die Aufnah me eines oder mehrerer Substrate 110 ermöglicht,
wobei die Platte 109 mit einer Antriebsanordnung (nicht
gezeigt) verbunden ist, die das Bewegen des Substrathalters 109 in der
transversalen Richtung (wie dies durch die in 1 gezeigten
Pfeile gekennzeichnet ist) ermöglicht,
und die ferner die Steuerung des Neigungswinkels zumindest in zwei
Ebenen, unter dem der Ionenstrahl das Substrat 110 trifft,
ermöglicht.
Der Einfachheit halber sind entsprechende Mittel zum Steuern und
Einstellen des Neigungswinkels nicht gezeigt. Ferner kann ein erster
Ionenstrahldetektor 111, der beispielsweise als eine Vielzahl
von Faraday-Behältern
ausgebildet ist, die mit entsprechenden Strommessvorrichtungen verbunden
sind, vorgesehen sein. Des weiteren kann ein zweiter Ionenstrahldetektor 112 als
ein sogenannter beweglicher Faraday-Behälter vorgesehen sein, der seitlich
bewegbar ist, um die Form eines Ionenstrahls zu bestimmen und/oder
um entsprechende Faraday-Behälter
während
des Messens der spezifischen Stromeigenschaften, etwa des Einfallswinkels,
abzuschatten. Eine entsprechende Anordnung von Ionenstrahldetektoren 111 und 112 ist
beispielsweise in einem Ionenimplanter V II Sta80 verwirklicht,
der von Varian Inc. erhältlich
ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine Vielzahl anderer
Ionenstrahldetektoranordnungen in gegenwärtig erhältlichen Ionenimplantationsanlagen
verfügbar
sind. Ein Faraday-Behälter ist typischerweise
als ein leitender Behälter
aufgebaut, dessen Inneres feldfrei ist, wenn der Behälter von
geladenen Teilchen getroffen wird. Diese Eigenschaft ermöglicht den
Nachweis 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.
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Während des
Betriebs der Ionenimplantationsanlage 100 wird ein geeignetes
Vorstufengas mittels des Einlasses 102 zu der Ionenquelle 101 geleitet
und Ionen der in dem Vorstufengas enthaltenen Atome werden in das
Strahlrohr 103 beschleunigt. Typischerweise werden eine
Vielzahl unterschiedlicher Ionen mit unterschiedlichem Ladungszustand von
der Ionenquelle 101 geliefert und werden damit in die Beschleunigungsröhre 104 eingeführt. Typischerweise
kann eine Vorselektion der Art der Ionen sowie der entsprechenden
Ladungszustände
in der Ionenquelle 101 durch einen entsprechenden Ablenkmagneten
(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 seiner entsprechenden Masse zu. Mittels
des Quadrupolmagnets 105 kann der Ionenstrahl in einer
Dimension fokussiert und entsprechend in der dazu senkrechten Dimension
defokussiert werden und der entsprechend geformte Strahl wird auf
den Ablenkmagneten 106 gelenkt. Der das Magnetfeld des
Ablenkmagneten 106 erzeugende Strom wird so gesteuert, um
die Trajektorie gewünschter
Ionenspezies mit einem gewünschten
Ladungszustand auf die Öffnung des
Analysierschlitzes 107 abzulenken. Ionen mit abweichender
Masse und/oder Ladungszustand treffen dann typischerweise auf den
Analysierer 107, ohne durch den Schlitz zu laufen. Somit
besitzen die Ionen in dem Strahl, die durch den Analysierer 107 laufen, eine
gut definierte Masse und eine Energieverteilung, die durch die Schlitzgröße definiert
ist. Es sollte beachtet werden, dass in einigen Ionenimplantationsanlagen
der Ablenkmagnet 106 und der Analysierer 107 so
gestaltet sind, dass der durch den Analysierer 107 hindurchgehende
Ionenstrahl in einer transversalen Richtung abtastend umgelenkt
werden kann, um so den gesamten Bereich eines Substrats oder zumindest
eines bedeutsamen Teils davon abzudecken, da die Abmessung der Strahlform,
d. h. die Größe des Strahlflecks,
für gewöhnlich – abhängig von
der Energie des Ionenstrahls – deutlich
kleiner als die Fläche
eines zu bearbeitenden Substrats ist. Anschließend kann der durch den Analysierer 107 hindurchgehende
Strahl weiter durch den Quadrupolmagnet 108 so geformt
werden, dass in Kombination mit dem Quadrupolmagnet 105 eine
gewünschte Strahlform
erreicht werden kann. Die Eigenschaften des Ionenstrahls, d. h.
die Strahlform, der Einfallswinkel auf den Substrathalter 109 und
der innere Grad an Parallelität,
d. h. die Strahldivergenz, und dergleichen können vor dem eigentlichen Bestrahlen
des Substrats 110 mit dem Ionenstrahl gemessen werden.
Dazu kann der Substrathalter 109 aus dem Ionenstrahl entfernt
werden und der erste und/oder der zweite Strahldetektor 111 und 112 können so
betrieben werden, um die geforderten Messergebnisse zu erhalten.
Zum Beispiel kann der bewegbare Faraday-Behälter 112 an unterschiedlichen
transversalen Positionen angeordnet werden und die entsprechende
Dosis, die an jeder transversalen Position aufgenommen wird, kann
bestimmt werden, um damit die Strahlform abzuschätzen und einzustellen. Des
weiteren kann der Faraday-Behälter 112 so
positioniert werden, um nachfolgend entsprechende Faraday-Behälter des
ersten Ionendetektors 111 abzuschatten, deren Messwerte
dann verwendet werden können,
um den Einfallswinkel eines wesentlichen Strahlanteils und die Strahldivergenz
zu bestimmen. Da sowohl ein nicht korrekter Einfallswinkel als auch ein
nicht ausreichend paralleler Ionenstrahl, d. h. eine nicht verschwindende
Strahldivergenz, ein entsprechendes laterales Dotierstoffprofil
auf dem Substrat 110 beeinträchtigen können, ist es äußerst wichtig, den
Neigungswinkel und die Strahldivergenz präzise zu überwachen und zu steuern.
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Es
stellt sich jedoch heraus, dass eine Änderung eines Implantationsparameters,
beispielsweise die Änderung
von Vorspannungen von Aperturen, geringe Änderungen der Einstellungen
der Strahlformungselemente 105 und 108 und dergleichen,
eine genaue Überprüfung des
Strahlprofils und/oder der Parallelität und des Neigungswinkels erfordern,
was eine Abtastung mit den bewegbaren Faraday-Behälter erforderlich
machen kann, wodurch das Justierungsverfahren äußerst zeitaufwendig wird und
die Produktionsausbeute und die Maschinennutzung reduziert werden.
Angesichts der zuvor erkannten Probleme besteht daher ein Bedarf
für ein
verbessertes Verfahren, das eine Steigerung der Effizienz und/oder
Genauigkeit bei der Ionenstrahlüberwachung
in einer Implantationsanlage ermöglicht.
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WO
0020851 A1 offenbart ein Faraday-Behälter-Array zur ortsempfindlichen
Erfassung von geladenen Teilchenstrahlen. Ein Faraday-Behälter besteht
dabei aus gegenüberliegenden
Wänden
und einem Boden, die aus leitfähigem
Material bestehen. Das Array wird gebildet aus einem Stapel von
Faraday-Behältern,
die von einer Trägerplatte
gehalten werden.
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WO
0151183 A1 beschreibt einen verbesserten Faraday-Behälter für Messungen
in einer Ionenimplantationsvorrichtung. Das Dokument offenbart einen
einzelnen Faraday-Behälter,
bei dem in einem Gehäuse
eine Vielzahl von Elektroden untergebracht sind, mit denen die Strahlparallelität nachgewiesen werden
kann.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
10050200 A1 beschreibt eine Ionenimplantationsanlage und
eine Strahlblende dafür.
Die Strahlblende weist ein Ladungsauffangelement auf, das sich in
der Abtastrichtung eines rasterförmig
geführten
Strahls auf weniger als dem abgetasteten Gesamtabstand erstreckt,
so dass eine Änderung
des Ladungssignals, das von dem Auffangelement gewonnen wird, ein
Zeitsignal zur Verwendung bei der Überwachung der Ausrichtung
des rasterartigen geführten
Strahls liefern kann.
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Die
US-Patentschrift 5,903,002 A betrifft Detektoren für geladene
Partikel und Massenspektrometer, die die selben verwenden. Der Detektor
besteht aus einem inneren Behälter,
der elektrisch isoliert von einer elektrostatischen Abschirmung
umgeben ist.
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Entsprechend
des beschriebenen Standes der Technik besteht deshalb ein Bedarf
an einem Faraday-Behältersystem,
das einfach zu realisieren ist und mit dem das Strahlprofil, die
Strahlparallelität
und die Strahlneigung gleichzeitig gemessen werden kann.
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an diverse Systeme
und Verfahren, die das Auswählen
eines vordefinierten Winkelbereichs eines eintreffenden Ionenstrahls
ermöglichen,
indem mehrere Öffnungen
mit großem
Aspektverhältnis
bereitgestellt werden, durch die Teile des Ionenstrahls auf wenigstens
eine strahlempfindliche Oberfläche gerichtet
werden. Auf der Grundlage der Ladung, die auf der mindestens einen
strahlstromempfindlichen Oberfläche
ankommt, kann die Winkelverteilung des Ionenstrahls abgeschätzt und
bei Bedarf eine Steuerung des Ionenstrahls durchgeführt werden,
um die Winkeleigenschaften des Ionenstrahls zu verbessern.
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Entsprechend
wird ein Faraday-System gemäß Anspruch
1 und Verfahren gemäß den Ansprüchen 14
und 16 bereitgestellt.
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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:
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1 schematisch
eine Ionenimplantationsanlage mit einem konventionellen Strahldetektionssystem;
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2a bis 2d schematisch
eine Draufsicht und Querschnittsansichten eines Faraday-Systems mit einer
verbesserten Empfindlichkeit in Hinblick auf eine Strahlfehljustierung
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
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3 schematisch
eine Draufsicht auf eine Kombination eines konventionellen bewegbaren
Faraday-Behälters
und eines Strahlstromdetektors gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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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.
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Im
Allgemeinen beruht die vorliegende Erfindung auf dem Konzept des
Bereitstellens mehrerer Faraday-Behälter mit einem hohen Aspektverhältnis, d.
h. mit einem großen
Verhältnis
von Tiefe zu Durchmesser, um damit eine verbesserte Empfindlichkeit für äußerst parallele
Ionen bereitzustellen, wobei ein großer Teil des einfallenden Ionenstrahls
oder gar der ganze Ionenstrahl gleichzeitig überwacht werden kann.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2c und 3 werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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2a zeigt
schematisch ein Faraday-System 200, das einen Block oder
eine Platte 201 aufweist, die aus einem leitfähigen Material
hergestellt ist. In einer speziellen Ausführungsform kann die Platte 201 im
Wesentlichen Graphit aufweisen, das eine akzeptable Rate in Hinblick
auf Diffusion unter Vakuumbedingungen bei Beschuss mit energiereichen
Ionen zeigt. Es können
jedoch andere leitende Materialien als geeignet für die Anwendung
im Zusammenhang mit speziellen Ionenspezies innerhalb eines spezifizierten
Energiebereichs für
die Platte 201 erachtet werden. Die Platte 201 besitzt
eine Höhe 202 und
Länge 203,
die entsprechend den Prozess- und Anlageneigenheiten ausgewählt sind.
Zum Beispiel wird die Höhe 202 so
gewählt,
dass eine Ausdehnung des Ionenstrahls für einen vordefinierten Energiebereich
kleiner als die Höhe 202 ist.
Des weiteren wird die Länge 203,
die als Rich tung einer möglichen
Abtastbewegung des Ionenstrahls während des Betriebs der entsprechenden
Ionenimplantationsanlage angenommen wird, so gewählt, dass zumindest die entsprechende
Größe eines
zu prozessierenden Substrats und der maximalen nutzbare Ablenkwinkel
des Ionenstrahls durch die Länge 203 abgedeckt
ist. Ein typisches Maß für die Höhe 202 kann
ungefähr
100 mm betragen, da einige der momentan verfügbaren Ionenimplantationsanlagen, etwa
die in 1 gezeigte Anlage, eine Strahlgröße in der
Höhenrichtung
von 100 mm oder weniger aufweisen. Die Länge 203 zum Prozessieren
eines 300 mm Substrats kann größer als
300 mm, z. B. ungefähr
350 mm, gewählt
werden. Wenn 200 mm Substrate zu verarbeiten sind, kann die Länge 203 auf mehr
als 200 mm, beispielsweise auf ungefähr 250 mm, festgelegt werden.
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Die
Platte 201 umfasst ferner eine Eintrittsfläche 204 mit
mehreren darin ausgebildeten Öffnungen 205,
die als Bohrungen ausgebildet sein können, die sich durch die Platte 201 erstrecken.
Die Anzahl und der Durchmesser der Öffnungen 205 kann
so gewählt
werden, dass eine gewünschte
Empfindlichkeit für
einen vordefinierten Bereich der Einfallswinkel und/oder der Strahldivergenz
erreicht wird. Ohne die vorliegende Erfindung einzuschränken, kann
ein Durchmesser der Öffnungen 205 im
Bereich von einigen mm bis einige 10 mm liegen. Die Anzahl der Öffnungen 205 in
der Eintrittsfläche 204 hängt von
der Fläche
der Eintrittsfläche 204 ab
und kann im Bereich von einigen Öffnungen
bis 40 oder sogar mehr Öffnungen
liegen. Entsprechende Kriterien werden mit Bezug zu 2b erläutert. In
einer speziellen Ausführungsform
sind die Öffnungen 205 in
einem im Wesentlichen regulären
Feld angeordnet, wodurch genaue Strahlstrommessungen möglich sind,
wie dies später
erläutert
ist.
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2b zeigt
schematisch ein Querschnittsansicht des Faraday-Systems 200 entlang
dem Schnitt II B. Wie gezeigt ist, zeigen die Öffnungen 205 eine
Tiefe 206, die in dem vorliegenden Beispiel durch die Tiefe
der Platte 201 definiert sein kann. Die Tiefe 206 kann
von ungefähr
30 mm bis zu einigen 100 mm reichen, abhängig von dem gewünschten Aspektverhältnis der Öffnungen 205 und
dem Strahlenergiebereich. Ferner ist ein elektrisch leitendes Gebiet 209 vorgesehen
und zu mindestens einigen der Öffnungen 205 ausgerichtet,
um Ionen durch die Öffnungen 205 zu
empfangen, wie dies später
erläutert
ist. Das leitende Gebiet 209 kann von der Platte 201 durch
entsprechende Isolationsgebiete 208 elektrisch isoliert
sein. Wie zuvor mit Bezug zu der Platte 201 erläutert ist,
kann das leitende Gebiet 209 aus einem beliebigen Material,
das für
das Aufnehmen hochenergetischer Ionen unter Vakuumbedingungen als
geeignet betrachtet wird, etwa Graphit, aufgebaut sein. Die Isolationsgebiete 208 können aus
einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein. Die Isolationsgebiete 208 können optional
entsprechende Verbindungselemente aufweisen, um damit das Abführen zusätzlicher
Ladungen zu ermöglichen,
die sich während
eines Ionenbeschusses ansammeln können. Der Einfachheit halber
sind entsprechende optionale Verbindungselemente in 2b nicht
gezeigt.
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Während des
Betriebs des Faraday-Systems 200 kann ein konventionelles
Faraday-System,
etwa das in 1 gezeigte System 111,
durch das Faraday-System 200 ersetzt werden. Ferner kann,
wie anschließend
erläutert
wird, das Faraday-System 200 verwendet werden, um sowohl
die Strahlwinkeleigenschaften, d. h. den Einfallswinkel und/oder
die Strahldivergenz, als auch die Strahlform zu bestimmen.
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Daher
kann der bewegbare Faraday-Behälter,
der in konventionellen Implantationsanlagen häufig installiert ist, weggelassen
werden. Das Ersetzen des bewegbaren Faraday-Behälters
kann eine bessere Wartungsfähigkeit
und ein schnelleres und genaueres Einstellen der Strahleigenschaften
ermöglichen.
Des weiteren kann der Betrieb des bewegbaren Faraday-Behälters dazu
führen,
dass mit großer Wahrscheinlichkeit
die Vakuumbedingungen in der Prozesskammer verschlechtert werden,
da beliebige bewegbare Teile zu Vakuumeinbrüchen und/oder potentiellen
Vakuumlecks führen
können.
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Während des
Erstellens eines geeigneten Ionenstrahls 210, der beispielsweise
durch eine in 1 gezeigte Implantationsanlage
erzeugt wird, müssen
die Strahleigenschaften, etwa der Einfallswinkel, die Strahlform
und dergleichen gewissenhaft überwacht
und so gesteuert werden, um den Erfordernissen anspruchsvoller Prozesstechnologien
zu entsprechen. Beispielsweise kann der Ionenstrahl 210 einen
im Wesentlichen parallelen Teil 210a und divergente Teile 210b und 210c aufweisen,
die einen kleinen Einfallswinkel und einen moderaten Einfallswinkel
in Bezug auf eine Achse 211 entlang der Tiefenrichtung
aufweisen. Der Durchmesser 207 der Öffnungen 205 kann
so gewählt
werden, dass Ionen, die das Faraday-System 200 mit einem
Einfallswinkel gleich oder größer als
dem Einfallswinkel des Teils 210c treffen, durch die Platte 210 absorbiert werden.
Ferner kann die Tiefe 206 und damit das wirksame Aspektverhältnis der Öffnungen 205 ausreichend
groß gewählt werden,
so dass Ionen, die sich entlang der Trajektorien bewegen, wie sie
durch den Teil 210b repräsentiert sind, mit hoher Wahrscheinlichkeit
innerhalb der Öffnungen 205 absorbiert werden,
selbst wenn die entsprechenden Ionen ein oder mehrere Male durch
die Seitenwände
der Öffnungen 205 abgelenkt
werden. In einer Ausführungsform
sind die Tiefe 206 und der Durchmesser 207 so
gewählt,
um ein Aspektverhältnis
von ungefähr
3 bis 5 zu erhalten. In anderen Ausführungsformen ist das Aspektverhältnis 5 oder
höher.
Ionen des im Wesentlichen parallelen Teils 210a, die in
die Öffnungen 205 eindringen,
werden im Wesentlichen vollständig
von dem leitenden Gebiet 206 absorbiert, wodurch ein entsprechendes
Signal in einer Messanlage 220 erzeugt wird, die mit dem
leitenden Gebiet 209 verbunden ist. In ähnlicher Weise kann die Platte 201 mit
einer Messanlage 221 verbunden sein, die das Bestimmen
der auf der Platte 201 abgeschiedenen Ladung ermöglicht.
Zur Optimierung der Parallelität
des Ionenstrahls 210 können
ein oder mehrere Anlagenparameter so gesteuert werden, dass die von
dem leitenden Gebiet 209 erhaltenen Messwerte größer werden.
Vorteilhafterweise wird die Parametereinstellung so gewählt, dass
ein maximaler Messwert aus dem leitenden Gebiet 209 erhalten
wird, wodurch angedeutet wird, dass eine maximale Menge an Ionen
tatsächlich
an dem leitenden Gebiet 209 eintrifft. Um Messungenauigkeiten,
die durch mögliche
Strahlstromfluktuationen hervorgerufen werden, im Wesentlichen zu
eliminieren, können
die integrierten Messwerte der Platte 201 und des leitenden
Gebiets 209 bestimmt werden und können dann als Kalibrierungswert
verwendet werden. Somit ist durch das Beobachten der Messwerte des
leitenden Gebiets 209 eine genaue und schnelle Methode
bereitgestellt, um den Einfallswinkel des Ionenstrahls 210 zu
optimieren, unabhängig
von möglichen
Strahlstromfluktuationen.
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2c zeigt
eine weitere anschauliche Variante des Faraday-Systems 200,
wobei eingrenzende Aperturen 212 innerhalb der Öffnungen 205 vorgesehen
sind, die den Bereich der Einfallswinkel, die zur Messwertauslesung
des leitenden Gebiets 209 beitragen, weiter einschränken. Alternativ
können
die Öffnungen 205 vollständig mit
dem wirksamen Durchmesser 207a hergestellt werden, so dass
der Ionenstrahlteil 210b im Wesentlichen daran gehindert
wird, das leitende Gebiet 209 zu erreichen. Während die
zuletzt genannte Variante einen einfachen Herstellungsprozess ergibt,
kann es das Vorsehen der begrenzenden Aperturen 212 an
dem hinteren Bereich der Öffnungen 205 ermöglichen,
Ionen zurückzuweisen,
die ein oder mehrere Male von den Seitenwänden der Öffnung 205 unter relativ
kleinem Winkel abgelenkt wurden. Somit können die eingrenzenden Aperturen 212 auch
als Anti-Ablenk-Aperturen betrachtet werden. Das Bereitstellen der
Anti-Ablenk-Aperturen 212 verbessert weiterhin die Genauigkeit
bei der Bestimmung eines optimalen Strahlparallelismus auf der Grundlage
der Messwerte des leitenden Gebiets 209.
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Mit
Bezug zu 2d werden nun weitere anschauliche
Ausführungsformen
beschrieben. Wie gezeigt ist, umfasst das Faraday-System 200 mehrere leitende
Gebiete 209a, ... 209d, wobei jedes einer oder
mehreren Öffnungen 205 zugeordnet
ist. In einer in 2d dargestellten speziellen
Ausführungsform
ist jedes der mehreren leitenden Gebiete 209a, .... 209d jeweils
einer Öffnung 205 zugeordnet.
Durch Vorsehen mehrerer leitender Gebiete kann die räumliche
Verteilung des Ionenstrahls 210 bestimmt werden, wobei
die Genauigkeit der räumlichen
Auflösung
von der Anzahl der Öffnungen 205 abhängt, die jedem
der leitenden Gebiete 209a, ... 209d zugeordnet
ist. Wenn die Strahleigenschaften unter Verwendung des in 2d gezeigten
Faraday-Systems 200 eingestellt werden, kann die Strahlparallelität in der oben
beschriebenen Weise optimiert werden, indem die Messwerte aller
leitenden Gebiete 209a, ... 209d addiert werden
und jene Parametereinstellungen gewählt werden, die einen erhöhten oder
maximalen Gesamtstrahlstrom ergeben. Wie zuvor angemerkt ist, kann
der von der Platte 201 und den mehreren leitenden Gebieten 209a,
.... 209d erfasste gesamte Strahlstrom als ein Gewichtsfaktor
verwendet werden, der die Unabhängigkeit
der Parallelitätssteuerung
von Strahlstromfluktuationen sicherstellt. Des weiteren kann ein
Teil der Messwerte oder alle Messwerte der leitenden Gebiete 209a,
... 209d verwendet werden, um ein zweidimensionales oder
dreidimensionales Bild des Ionenstrahls zu bestimmen, abhängig von
der Art und Weise, wie die Strahlstromwerte ausgelesen werden. Zum
Beispiel kann die durch die mehreren leitenden Gebiete 209a,
... 209d gebildete Matrix schnell genug ausgelesen werden,
beispielsweise innerhalb weniger Mikrosekunden bis einige Millisekunden
für jedes
der leitenden Gebiete 209a, ... 209d, um ein dreidimensionales
Bild, d. h. eine räumliche
Verteilung plus der Stromintensität, des Ionenstrahls bereitzustellen.
Dazu kann die Matrix der leitenden Gebiete 209a, ... 209d entsprechend
dargestellt werden, wobei beispielsweise der momentan bestimmte
Strahlstrom jedes leitenden Gebiets durch eine spezifische Farbe
repräsentiert
ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die entsprechenden Messwerte
zusätzlich
oder alternativ einer entsprechenden Steuereinheit zugeführt werden
können,
die eine Datenverarbeitung so ausführen kann, um die Strahlstromdaten
geeignet darzustellen und/oder um geeignet einen oder mehrere Implantationsanlagenparameter
auf der Grundlage dieser Messdaten zu steuern.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform, wie dies in 2d gezeigt
ist, können
einige der Öffnungen 205 eine
Anti-Ablenk-Apertur 212 aufweisen, die einen wirksamen
Durchmesser 207a definiert oder diese können einen Durchmesser 207a entlang
der ge samten Tiefe der Öffnungen
aufweisen. Entsprechende Öffnungen
mit einer Anti-Ablenk-Apertur 212 oder
mit einem reduzierten Durchmesser 207a sind mit 205a bezeichnet.
Für einen
exakt parallel einfallenden Ionenstrahl ist das Verhältnis der
Strahlströme,
die in einer Öffnung 205 mit
dem Durchmesser 207 und einer Öffnung 205a mit dem wirksamen
Durchmesser 207a erfasst wird, gleich dem Quadrat des Verhältnisses
der Durchmesser 207 und 207a. Somit ist der Teil
des Ionenstrahls, der nicht genau parallel ist, d. h. genau im Sinne
einer reduzierten Winkelabweichung, die durch den kleinen Durchmesser 207a festgelegt
ist, bestimmbar, da die Durchmesser 207 und 207a gut
definiert sind und die entsprechenden Strahlströme können durch die entsprechenden
leitenden Gebiete 209a, ... 209d gemessen werden.
Ferner sollten die Verhältnisse
der Strahlströme,
die von den Öffnungen 205 ermittelt werden,
gleich zu den Verhältnissen
der Strahlströme
sein, die aus den Öffnungen 205a ermittelt
wurden, wenn ein im Wesentlichen gleichförmiger Ionenstrahl in dem Bereich
mit den entsprechenden Öffnungen 205, 205a vorhanden
ist. Somit kann eine Strahlungleichförmigkeit innerhalb dieses Bereiches detektiert
werden, wodurch zusätzliche
Information über
die Zulässigkeit
der Strahlstromparallelitätsmessung
bereitgestellt wird. Die entsprechenden Berechnungen können automatisch
durchgeführt
werden und die Ergebnisse können
verwendet werden, beispielsweise von einem Bediener oder einer entsprechenden
Steuereinheit, um in effizienter Weise optimale Parametereinstellungen
zu bestimmen. Da die mehreren leitenden Gebiete 209a, ... 209d in
einer Matrix angeordnet sind, können
die Strahleigenschaften in jeder transversalen Richtung überwacht und
gesteuert werden, d. h. eine Winkelverteilung des Ionenstrahls in
einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene kann somit bestimmt werden.
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3 zeigt
schematisch ein weiteres Faraday-System 300 gemäß weiteren
anschaulichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Wie zuvor mit Bezug zu 1 erläutert ist,
können
einige momentan erhältliche
Implantationsanlagen mit einem bewegbaren Faraday-Behälter ausgestattet sein,
um damit der Reihe nach mehrere von weiteren Faraday-Behältern abzuschatten,
die stromabwärts von
dem bewegbaren Faraday-Behälter
angeordnet sind. Des weiteren kann der bewegbare Faraday-Behälter beim
Bestimmen der Strahlform verwendet werden, indem der Strahl abgetastet
und der entsprechende Strahlstrom gemessen wird. In dem Faraday-System 300 kann
ein konventioneller bewegbarer Faraday-Behälter 320 vorgesehen
sein, und kann mit einem Faraday-Behälter kombiniert sein, wie er
in ähnlicher
Weise mit Bezug zu den 2a bis 2d beschrieben
ist, und der auch als Faraday-Behälter 200 bezeichnet
ist und eine schnelle und effiziente Steuerung der Strahlparallelität ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform
(nicht gezeigt), kann der konventionelle bewegbare Faraday-Behälter 320 vollständig durch
den Faraday-Behälter 200 ersetzt werden,
wobei der Faraday-Behälter 200 in
der transversalen Richtung so wie der zuvor bereitgestellte Faraday-Behälter bewegbar
ist. Der integrierte Strahlstrom, der mittels des Körpers 201 ermittelt
und von den leitenden Gebieten, die die Öffnungen 205 abschließen, gesammelt
wird, kann als Strahlstrominformation zum Bestimmen des Strahlprofils
benutzt werden, wobei einige oder alle Messwerte, die von den einzelnen Öffnungen 205 erhalten
werden, beim Abschätzen
der Parallelität
des Ionenstrahls verwendbar sind, wie dies zuvor erläutert ist.
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Es
sei wieder auf 3 verwiesen; der bewegbare Faraday-Behälter 320 mit
einer definierten Eintrittsöffnung 321 wird
gleichzeitig mit dem zusätzlichen
Faraday-Behälter
bewegt, wobei der Faraday-Behälter 320 für Strahlprofilmessungen
verwendbar ist, während
der Faraday-Behälter 200 die erforderliche
Information hinsichtlich der Strahlparallelität liefert. Wenn das System 300 abtastend
in der transversalen Richtung bewegt wird, kann dem räumlichen
Versatz zwischen dem konventionellen Faraday-Behälter 320 und dem Faraday-Behälter 200 Rechnung
getragen werden, so dass die Strahleigenschaften eines Strahlteils,
die von dem Faraday-Behälter 320 detektiert
werden, mit den entsprechenden Messergebnissen des Faraday-Behälters 200,
die im Wesentlichen an der gleichen Position ermittelt wurden, verknüpft werden.
Auf diese Weise kann das Strahlprofil überwacht und gleichzeitig kann die
Strahlparallelität
oder Strahldivergenz überwacht und
in einer sehr raschen und effizienten Weise gesteuert werden. Da
die Matrixanordnung der Öffnungen 205 das
Bilden eines dreidimensionalen Bilds des Ionenstrahls ermöglicht,
ist ein effizientes Mittel bereitgestellt, um die Ergebnisse einer
Parameteränderung
in einer im Wesentlichen kontinuierlichen Weise zu beobachten.
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Es
gilt also: ein Feld mit Öffnungen
mit großem
Aspektverhältnis
ermöglicht
eine rasche und genaue Messung einer Einfallswinkelabweichung und/oder
einer Strahldivergenz. Das große
Aspektverhältnis
stellt sicher, dass lediglich Ionen mit einem vordefinierten kleinen
Einfallswinkelbereich eine leitende Detektionsfläche erreichen können, wodurch eine
effiziente Steuerung der Ionenstrahlparallelität durch Maximieren des Strahlstroms
durch die Öffnungen
mit großem
Aspektverhältnis
hindurch möglich
ist. Wenn ferner das Feld mit Öffnungen
mit einzelnen Strahlstrommesspunkten versehen ist, können räumlich aufgelöste Intensitätsmessungen
vorgenommen werden, die die Abschätzung der Strahlform ermögli chen.
Somit kann eine bewegbare Faraday-Behälteranordnung durch das stationäre Feld mit Öffnungen
mit großem
Aspektverhältnis
ersetzt werden, wodurch die Anlagenzuverlässigkeit verbessert wird. Des
weiteren kann ein konventioneller bewegbarer Faraday-Behälter mit
einem Faraday-System der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, um
die Steuerungsgenauigkeit und die Wirksamkeit der Steuerung zu verbessern.
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Weitere
Modifikationen 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.
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Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als
die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.