DE10329388B4 - Faraday-Anordnung als Ionenstrahlmessvorrichtung für eine Ionenimplantationsanlage und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Faraday-Anordnung als Ionenstrahlmessvorrichtung für eine Ionenimplantationsanlage und Verfahren zu deren Betrieb Download PDF

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Abstract

Faraday-Anordnung (200, 300) mit:
einem als einheitlicher Block aus elektrisch leitendem Material ausgestalteten Körper (201) mit einer Eintrittsfläche (204), die der Einwirkung eines Ionenstrahls (210) ausgesetzt werden kann;
mehreren als Bohrungen in dem Block ausgestalteten Öffnungen (205), die in der Eintrittsfläche (204) gebildet sind und sich durch den Körper (201) entlang einer Tiefe (206) erstrecken; und
mindestens einem leitenden Detektionsgebiet (209), das benachbart und elektrisch isoliert zu dem Körper (201) so angeordnet ist, dass mindestens ein Teil des leitenden Detektionsgebiets (209) zu mindestens einer der Öffnungen (205) ausgerichtet ist, um Ionen durch die mindestens eine Öffnung (205) hindurch zu empfangen.

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 Halbleitergebieten, erforderlich sind.
  • 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.
  • 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.
  • Mit Bezug zu 1 wird ein schematischer Überblick für eine typische Ionenimplantationsanlage und deren Betriebsweise gegeben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Entsprechend wird ein Faraday-System gemäß Anspruch 1 und Verfahren gemäß den Ansprüchen 14 und 16 bereitgestellt.
  • 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 konventionellen Strahldetektionssystem;
  • 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
  • 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Kombination eines konventionellen bewegbaren Faraday-Behälters und eines Strahlstromdetektors gemäß weiterer 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.
  • 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.
  • Mit Bezug zu den 2a bis 2c und 3 werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims (17)

  1. Faraday-Anordnung (200, 300) mit: einem als einheitlicher Block aus elektrisch leitendem Material ausgestalteten Körper (201) mit einer Eintrittsfläche (204), die der Einwirkung eines Ionenstrahls (210) ausgesetzt werden kann; mehreren als Bohrungen in dem Block ausgestalteten Öffnungen (205), die in der Eintrittsfläche (204) gebildet sind und sich durch den Körper (201) entlang einer Tiefe (206) erstrecken; und mindestens einem leitenden Detektionsgebiet (209), das benachbart und elektrisch isoliert zu dem Körper (201) so angeordnet ist, dass mindestens ein Teil des leitenden Detektionsgebiets (209) zu mindestens einer der Öffnungen (205) ausgerichtet ist, um Ionen durch die mindestens eine Öffnung (205) hindurch zu empfangen.
  2. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, wobei eine Länge (203) als eine erste Ausdehnung der Eintrittsfläche (204) einen Durchmesser eines Substrats übersteigt, das mit dem Ionenstrahl (210) mit einem maximalen Ablenkwinkel (210) bestrahlt wird.
  3. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, wobei eine Höhe (202) als eine zweite Ausdehnung der Eintrittsfläche eine Strahlausdehnung entlang der Höhenrichtung übersteigt, wenn der Ionenstrahl (210) eine Energie in einem vordefinierten Bereich aufweist.
  4. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, wobei ein Aspektverhältnis der Öffnungen (205) ungefähr 3 oder größer ist.
  5. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 4, wobei das Aspektverhältnis mindestens 5 beträgt.
  6. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, wobei eine Querschnittsfläche mindestens einer der Öffnungen (205) entlang der Tiefe (206) variiert.
  7. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, wobei eine Querschnittsfläche mindestens einer der Öffnungen (205) sich von einer Querschnittsfläche einer weiteren Öffnung (205) unterscheidet.
  8. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, wobei das Detektionsgebiet (209) mehrere leitende Detektionsteilgebiete (209A209D) aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind, wobei jedes Teilgebiet (209A209D) benachbart zu einer oder mehreren zugeordneten Öffnungen (205, 205A, ...) angeordnet ist, um einen Ionenstrahlteil durch die eine oder die mehreren zugeordneten Öffnungen (205, 205A, ...) hindurch zu empfangen.
  9. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 8, wobei einige der mehreren Teilgebiete (209A209D) zumindest an einer Position entlang der Tiefe (206) eine Querschnittsfläche aufweisen, die kleiner als eine Querschnittsfläche mindestens eines weiteren Teilgebiets (209A209D) ist.
  10. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, die eine ladungsempfindliche Messvorrichtung (220) aufweist, die mit dem Detektionsgebiet (209) verbunden ist.
  11. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 8, die eine ladungsempfindliche Messvorrichtung aufweist, die mit den mehreren Detektionsteilgebieten (209A209D) verbunden ist, um einzelne Messwerte für jedes der Teilgebiete (209A209D) bereitzustellen.
  12. Faraday-Anordnung (300) nach Anspruch 1, die einen Faraday-Behälter (320) aufweist, der für eine Strahlformmessung gestaltet ist, wobei der Faraday-Behälter (320) an dem Körper (201) befestigt ist.
  13. Faraday-Anordnung (200, 300) nach Anspruch 1, die eine Antriebsanordnung aufweist, die mit dem Körper (201) gekoppelt ist, um den Körper (201) zumindest transversal in Bezug auf den Ionenstrahl (210) zu verfahren.
  14. Verfahren zum Steuern eines Ionenstrahls, wobei das Verfahren umfasst: Aussetzen mindestens einer Detektionsfläche eines Faraday-Systems nach einem der Ansprüche 1–13 der Einwirkung eines Ionenstrahls (210) durch mehrere Öffnungen (205), die im Wesentlichen frei sind von einem elektrischen Feld, und Einstellen der Strahlparallelität und/oder der Strahldivergenz auf der Grundlage eines Messwertes aus der mindestens einen Detektionsoberfläche.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Einstellen der Strahlparallelität und/oder Strahldivergenz ferner das Variieren mindestens eines Anlagenparameters und das Auswählen eines Parameterwertes als Sollwert umfasst, wenn ein maximaler Strahlstrom detektiert wird.
  16. Verfahren zum Überwachen eines Ionenstrahls, wobei das Verfahren umfasst: Bewegen einer Faraday-Anordnung (200, 300) nach einem der Ansprüche 1–13 über einen Ionenstrahl entsprechend mehreren Abtastpositionen; und Bestimmen einer Strahlintensität mindestens einiger Teilbereiche eines auf die Faraday-Anordnung (200, 300) auftreffenden Strahlanteils an jeder Abtastposition.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst: Vergleichen der Strahlintensität mindestens zweier Teilbereiche des auftreffenden Ionenstrahlanteils und Abschätzen einer Strahlparallelität und/oder einer Strahldivergenz auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs.
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