DE19655205C2

DE19655205C2 - Ion implanter for implantation of ions into e.g. semiconductor substrates in electronic device mfr.

Info

Publication number: DE19655205C2
Application number: DE19655205A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Gerald England; Stephen Moffatt; David George Armour; Majeed Foad
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2016-11-09
Also published as: DE19655206C2

Abstract

The implanter has a deceleration lens (9) between the exit aperture (55) of a mass selection chamber (47) and the entry (74) to an electron confinement tube (69) of a charge neutralisation apparatus (13). The lens comprises a first electrode (65) at the potential of a substrate (12) to be implanted, a second electrode (60) at the potential of flight tube (27), and a field electrode (61) between them biassed at a relatively high negative potential sufficient to provide focusing of the ion beam at the first electrode. The aperture (67) in the first electrode (65) is larger than the beam to avoid deflecting ions at the periphery of the aperture out of the beam, and may be smaller than that of the field electrode. The field electrode (61) is preferably at least -5kV relative to the flight tube, i.e. more than is required for electron suppression. Additional apertures may be provided between the process chamber (81) and the mass selection chamber to improve evacuation.

Description

Diese Erfindung betrifft Ionenimplantationsanlagen zum Implantieren von Ionen in Substrate hinein, wie z. B. in Halbleiterwafer, bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen, insbesondere Ionenimplantationsanlagen mit denen es möglich ist, Wafer bei relativ geringen Implantationsenergien im kommerziellen Maßstab zu bearbeiten.This invention relates to ion implantation systems for Implant ions into substrates such as B. in Semiconductor wafers, in the manufacture of electronic Components, especially ion implantation systems with them it is possible to use wafers at relatively low Implantation energies on a commercial scale to edit.

Ionenimplantationstechniken werden als einer der Prozesse eingesetzt, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden, um die elektrischen Transporteigenschaften in vorgegebenen Bereichen eines Halbleitermaterials durch Dotierung dieser Bereiche mit einer festgelegten Konzentration von Fremdstoffatomen zu modifizieren. Die Technik schließt im allgemeinen das Erzeugen eines Strahls einer ausgewählten Spezies von Ionen und das Ausrichten des Strahls in Richtung eines Targetsubstrats ein. Die Tiefe der Ionenimplantation hängt unter anderem von der Energie des Ionenstrahls am Substrat ab. Da die Dichte der Bauteile auf einem einzigen Wafer zunimmt und die lateralen Abmessungen der einzelnen Bauteile bei der Ultrahöchstintegrierten-Schaltung (ULSI- Schaltung) abnehmen, wird die Fähigkeit einer Ionenimplantationsanlage, flache Übergänge unter Verwendung von niederenergetischen Ionen, von z. B. ungefähr 2 keV bis 10 keV, auszubilden, zunehmend wichtiger. Gleichzeitig ist es bei kommerziellen Ionenimplantationsanlagen ebenfalls wichtig, in der Lage zu sein einen einzelnen Wafer in einer kürzest möglichen Zeit zu bearbeiten und dies erfordert, daß der Strom im Ionenstrahl so hoch wie möglich ist. Bedauerlicherweise steht das Erfordernis eines niederenergetischen Strahls zu dem Erfordernis eines Strahls mit hohem Strom in Widerspruch, da es aufgrund von Raumladungseffekten extrem schwierig ist, einen Ionenstrahl bei geringer Energie und hohem Strom zu transportieren.Ion implantation techniques are considered one of the processes used in the manufacture of integrated Circuits used to make the electrical Transport properties in specified areas Semiconductor material by doping these areas a fixed concentration of foreign substance atoms modify. The technique generally includes that Generate a beam of a selected species of ions and directing the beam towards one Target substrate. The depth of the ion implantation depends among other things from the energy of the ion beam on the substrate from. Because the density of the components on a single wafer increases and the lateral dimensions of each Components in the ultra-high integrated circuit (ULSI Circuit) will decrease the ability of one Ion implantation system, using flat transitions of low-energy ions, e.g. B. about 2 keV to 10 keV to train, increasingly important. At the same time it is the same with commercial ion implantation systems important to be able to have a single wafer in one to process in the shortest possible time and this requires that the current in the ion beam is as high as possible. Unfortunately, there is a requirement low energy beam to the requirement of a Beam with high current contradicting it because of Space charge effects are extremely difficult to get an ion beam to transport with low energy and high electricity.

Ein bekanntes Verfahren zum Vermeiden des Problems der Strahlausdehnung und des Verlustes an Strahlstrom ist, den Ionenstrahl bei hoher Energie zu überführen und dann den Strahl kurz bevor der Strahl auf das Substrat auftrifft abzubremsen auf die gewünschte, niedrige Energie. Z. B. beschreiben S. N. Hong et al. in Applied Physics Letters 53 (18) 31. Oktober 1988, Seiten 1741 bis 1743, eine herkömmliche Ionenimplantationsanlage, die modifiziert wurde, um die Implantationstiefenprofile zu untersuchen, indem sie in die Implantationskammer ein Abbremslinsensystem eingebaut haben, in der ein feststehendes Targetsubstrat gehalten wird. Eine Verzögerungsstromversorgung wird zwischen der Verzögerungslinse und der Strahlextraktionsstromversorgung angeschlossen, so daß die Endenergie der Ionen kurz vor dem Stoß auf das Target nur durch das Verzögerungspotential, das durch die Verzögerungsstromversorgung erzeugt wird, festgelegt ist. Ionen werden mit einer Energie von 35 keV aus der Ionenquelle extrahiert und durchlaufen einen Analysemagneten, der die im Strahl transportierten Ionen in Abhängigkeit von ihrer Masse auflöst bzw. trennt. Der massenaufgelöste Strahl wird dann zu einem X-Y-Scanner bzw. X-Y-Abtaster geleitet, der den Strahl vom Weg zwischen dem Magneten und dem Scanner längs eines anderen Weges in Richtung zum Target ablenkt. Die Verzögerungslinse und das Target, die auf 34 kV vorgespannt sind, bremsen den Strahl von 35 keV auf die festgelegte Implantationsenergie von 1 keV ab. Folglich werden Ionen längs des Weges zwischen der Ionenquelle und der Implantationskammer mit hoher Energie transportiert, um die Strahlausdehnung aufgrund von Raumladungseffekten zu minimieren und um folglich den Stromverlust zu minimieren. Die Energie des Ionenstrahls wird dann nur direkt vor dem Target reduziert, vor dem Stoß, so daß der Strahl eine sehr kurze Strecke mit niedriger Energie zurücklegt, wiederum um die Strahlausdehnung zu minimieren.A known method of avoiding the problem of beam expansion and loss of beam current is to transfer the ion beam at high energy and then decelerate the beam to the desired low energy shortly before the beam hits the substrate. For example, SN Hong et al. in Applied Physics Letters 53 ( 18 ) October 31, 1988, pages 1741 to 1743, a conventional ion implantation system which has been modified to examine the implant depth profiles by incorporating a braking lens system into the implantation chamber in which a fixed target substrate is held. A retardation power supply is connected between the retardation lens and the beam extraction power supply so that the final energy of the ions just prior to impact on the target is determined only by the retardation potential generated by the retardation power supply. Ions are extracted from the ion source with an energy of 35 keV and pass through an analysis magnet, which dissolves or separates the ions transported in the beam depending on their mass. The mass-resolved beam is then passed to an XY scanner or XY scanner, which deflects the beam from the path between the magnet and the scanner along another path towards the target. The delay lens and the target, which are biased to 34 kV, slow the beam from 35 keV to the fixed implantation energy of 1 keV. As a result, ions are transported along the path between the ion source and the implantation chamber with high energy in order to minimize the beam expansion due to space charge effects and consequently to minimize the current loss. The energy of the ion beam is then only reduced directly in front of the target, before the impact, so that the beam travels a very short distance with low energy, again in order to minimize the beam expansion.

Ein Problem beim Verfahren des Transportierens des Ionenstrahls mit relativ hoher Energie und dem anschließenden Abbremsen des Ionenstrahls sehr dicht am Target ist, daß längs des Flugwegs des hochenergetischen Strahls Teile der Strahlionen durch Ladungsaustauschprozesse mit Restgasatomen neutralisiert werden und hochenergetische bzw. energiereiche Neutralteilchen werden, die, falls sie auf das Target ausgerichtet sind, ohne langsamer zu werden durch die Verzögerungslinse treten. Diese hochenergetischen Neutralteilchen dringen tiefer in das Substrat ein als die niederenergetischen Ionen, was besonders beim Ausbilden von flachen Übergängen unerwünscht ist. Die Auswirkung dieser hochenergetischen Neutralteilchen auf die Implantationstiefe kann im Tiefenprofil, wie es durch die Sekundärionmassenspektroskopie (SIMS = secondary ion mass spectroscopy) gemessen wird, als ein Hochenergieausläufer festgestellt werden.A problem with the method of transporting the Ion beam with relatively high energy and that subsequent braking of the ion beam very close to Target is that along the flight path of the high-energy Beam parts of the beam ions through Charge exchange processes neutralized with residual gas atoms become and high-energy or high-energy Neutral particles that, if they hit the target are aligned without slowing down by the Retard lens. This high energy Neutral particles penetrate deeper into the substrate than that low energy ions, which is particularly important when forming flat transitions is undesirable. The impact of this high-energy neutral particles on the Implantation depth can be in the depth profile as it is through the Secondary ion mass spectroscopy (SIMS = secondary ion mass spectroscopy) is measured as a high energy streamer be determined.

A. H. Al-Bayati et al. beschreiben in Review of Scientific Instruments. 65(8), August 1994, Seiten 2680 bis 2692, ein massengetrenntes, niederenergetisches Doppelionenstrahlsystem für die Materialforschung. Die Apparatur weist zwei Freemanquellen auf mit jeweils zugehörigen Extraktionselektroden, einem Analysemagneten zum Massenauflösen des Ionenstrahls, einem weiteren Magneten zum Fokussieren des Strahls, elektrostatischen Deflektoren zum Scannen und Ein- und Ausschalten des Ionenstrahls, einer UHV-Abscheidekammer (Ultrahochvakuum- Abscheidekammer), die eine Verzögerungslinse zum Verringern der Energie des Ionenstrahls und ein innerhalb der Linse montiertes Target einschließt. Die Apparatur ist so ausgelegt, daß es möglich ist, sowohl Material abzuscheiden als auch dieses in das Substrat hinein zu implantieren und die Ionenauftreffenergie kann von 5 eV bis 10 keV gesteuert werden. Die Doppelionenquelle zusammen mit dem Massenanalysemagneten ermöglichen es, abwechselnde Schichten von verschiedenen Materialien abzuscheiden. Die Ultrahochvakuumabscheidekammer schließt eine Ausrüstung für eine in-situ Augerelektronenspektroskopie und eine Hochenergieelektronenreflektions-Diffraktionsanalyse des abgeschiedenen Materials ein. Eine zweite UHV-Kammer, die mittels einer Vakuumschleuse und einer Probentransfereinrichtung mit der Abscheidekammer verbunden ist, schließt eine Ausrüstung für eine in-situ Niederenergieelektronendiffraktion und eine Flugzeitstreuungs- und Rückstoßspektrometrie ein. Die Abscheidekammer wird auf einem Ultrahochvakuum gehalten, um die Verunreinigung der Targetoberfläche während der Abscheideprozesse zu minimieren. Nachdem der Strahl nach seiner Masse aufgelöst wurde, fokussiert der zweite Magnet den Strahl wieder auf einen Punkt, der einige Zentimeter vor dem Target liegt. Der Ionenstrahl wird mit einer Energie von 10 keV in die Abscheidekammer hinein transportiert, wo durch die Verzögerungslinse die Energie des Strahls auf den gewünschten Wert verringert wird. Während der Strahl zum Target wandert, wird folglich ein Teil der Strahlionen durch Ladungsaustauschprozesse in 10 keV-Neutralteilchen umgewandelt. Die Anzahl der Neutralteilchen, die tatsächlich das Target erreichen, wird durch den zweiten Magneten verringert, der den Ionenstrahl von der Strahltrajektorie vom ersten Magneten wegbeugt, so daß die zwischen dem ersten und zweiten Magneten erzeugten Neutralteilchen das Target nicht erreichen. Die Neutralteilchenerzeugung wird weiterhin durch Aufrechterhalten eines Ultrahochvakuums in der Abscheidekammer verringert, so daß die Neutralteilchenerzeugung längs des geradlinigen Wegs zwischen dem zweiten Magneten und dem Target sehr klein ist.AH Al-Bayati et al. describe in Review of Scientific Instruments. 65 ( 8 ), August 1994, pages 2680 to 2692, a mass-separated, low-energy double ion beam system for materials research. The apparatus has two Freeman sources, each with associated extraction electrodes, an analysis magnet for mass-dissolving the ion beam, a further magnet for focusing the beam, electrostatic deflectors for scanning and switching the ion beam on and off, an UHV separation chamber (ultra-high vacuum separation chamber), the one Retarding lens to reduce the energy of the ion beam and includes a target mounted within the lens. The apparatus is designed so that it is possible to both deposit material and to implant it into the substrate and the ion impact energy can be controlled from 5 eV to 10 keV. The double ion source together with the mass analysis magnet make it possible to separate alternating layers of different materials. The ultra high vacuum deposition chamber includes equipment for in-situ Auger electron spectroscopy and high energy electron reflective diffraction analysis of the deposited material. A second UHV chamber, which is connected to the separation chamber by means of a vacuum lock and a sample transfer device, includes equipment for in-situ low energy electron diffraction and time-of-flight scattering and recoil spectrometry. The deposition chamber is kept at an ultra high vacuum to minimize contamination of the target surface during the deposition process. After the beam is resolved according to its mass, the second magnet focuses the beam again on a point that is a few centimeters in front of the target. The ion beam is transported into the deposition chamber with an energy of 10 keV, where the energy of the beam is reduced to the desired value by the delay lens. As the beam travels to the target, some of the beam ions are converted into 10 keV neutral particles by charge exchange processes. The number of neutral particles that actually reach the target is reduced by the second magnet, which deflects the ion beam from the beam trajectory away from the first magnet, so that the neutral particles generated between the first and second magnets do not reach the target. The neutral particle generation is further reduced by maintaining an ultra-high vacuum in the deposition chamber, so that the neutral particle generation along the straight path between the second magnet and the target is very small.

Die Verzögerungslinse ist als Becher ausgeführt, wobei ein Teil der Linse parallel zur Strahlstrecke ist und ein Endteil senkrecht zur Strahlstrecke, in der das Target montiert ist, steht. Im praktischen Einsatz werden die Verzögerungslinse und das Target auf Massepotential gehalten und das Flugrohr ist bezüglich Masse negativ vorgespannt. Eine weitere Elektrode ist am Eingang der Verzögerungslinse angeordnet und ist bezüglich des Flugrohrs leicht negativ vorgespannt, um zu verhindern, daß sich das Verzögerungsfeld längs des Flugrohrs nach hinten ausdehnt, was ansonsten Elektronen in die Verzögerungslinse hinein beschleunigen würde, wodurch die Strahlneutralität verloren ginge und damit die Rate bzw. Geschwindigkeit der Strahldivergenz im Flugrohr zunehmen würde. Sowohl die Eintrittsblende der Unterdrückungselektrode als auch der Durchmesser der Becherelektrode sind beide wesentlich größer als der Strahldurchmesser.The delay lens is designed as a cup, with a Part of the lens is parallel to the beam path and a End part perpendicular to the beam path in which the target is mounted. In practical use, the Delay lens and the target at ground potential held and the flight tube is negative in terms of mass biased. Another electrode is at the entrance to the Delay lens arranged and is with respect to Flight tube slightly negatively biased to prevent the deceleration field along the flight tube to the rear expands what otherwise electrons into the delay lens would accelerate into it, making the beam neutral would be lost and thus the rate or speed of Beam divergence in the flight tube would increase. Both the Entry aperture of the suppression electrode as well as the Diameters of the cup electrode are both essential larger than the beam diameter.

Die maximal erreichbare Ionenstromdichte am Target ist bei diesem Instrument ungefähr 100 µAcm^-2, obwohl die berichteten Stromdichten wesentlich geringer sind. Da die Targetkammer im UHV-Zustand gehalten wird, z. B. bei Drucken, von 10^-4-10^-8 Pa (10^-6 bis 10^-10 mbar), und die Quellen bei Drucken von 1 Pa (10^-2 mbar) betrieben werden, sind Differentialpumpstufen längs der Strahlstrecke erforderlich, was die Länge der Strahlstrecke auf beinahe 4 m verlängert. Weiterhin sind keine Vorkehrungen vorgesehen, um den Aufbau einer Oberflächenladung zu neutralisieren, was bei einer Implantation von Halbleitersubstraten mit hohem Strom erforderlich ist.The maximum achievable ion current density at the target is approximately 100 µAcm ^-2 with this instrument, although the reported current densities are much lower. Since the target chamber is kept in the UHV state, e.g. B. at pressures of 10 ^-4 -10 ^-8 Pa (10 ^-6 to 10 ^-10 mbar), and the sources are operated at pressures of 1 Pa (10 ^-2 mbar), differential pump stages along the beam path are required, what the length of the beam path is extended to almost 4 m. Furthermore, no measures are provided to neutralize the build-up of a surface charge, which is necessary when implanting semiconductor substrates with high current.

In Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B74 (1993), Seiten 160 bis 169, beschreiben D. F. Downey et al. verschiedene Verfahren zum Charakterisieren der Leistung der Ionenimplantationsanlage, wenn Ionen mit niedriger Energie implantiert werden. Wie bei den zuvor genannten Literaturstellen, wird der Ionenstrahl anfänglich mit relativ hoher Energie transportiert und anschließend auf die gewünschte Implantationsenergie abgebremst. Von den verwendeten, einzelnen Implantationsanlagen wies jede ein Mehr-Elektrodenbeschleunigungsrohr auf, das verwendet wurde, um den Ionenstrahl schrittweise abzubremsen, so daß die Abbremsspannung über die Länge des Beschleunigungsrohrs verteilt war, und wobei der Strahl nicht direkt vor dem Target auf die erforderliche Energie abgebremst wurde. Es wird berichtet, daß das allmähliche Abbremsen des Ionenstrahls längs des Beschleunigungsrohrs den Strahltransport verbessert, indem die Fokussierungseffekte des Rohrs verkleinert werden, wodurch der Strahlstrom optimiert wird. Es wird ebenfalls berichtet, daß eine solche Anordnung die Bildung von Neutralteilchen minimiert. Bei einer Untersuchung wird für Einstellungen der Ionenimplantationsenergie zwischen 3 und 10 keV das Implantationstiefenprofil in Abhängigkeit einer Strahlextraktionsspannung untersucht, um das Ausmaß, indem die Neutralteilchen das Tiefenprofil beeinflussen, festzustellen. Bei höheren Extraktionsspannungen wurde im Tiefenprofil unmittelbar ein Peak beobachtet, der anzeigt, daß eine Neutralteilchenverunreinigung ein wichtiger Faktor ist, wenn die Energie, mit der der Ionenstrahl transportiert werden sollte bevor er auf die erforderliche Energie abgebremst wird, ermittelt wird. Der maximal erreichbare Strahlstrom bei einer 5 keV-Borimplantation war in der Größenordnung von 1 mA.In Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B74 ( 1993 ), pages 160 to 169, DF Downey et al. various methods of characterizing the performance of the ion implantation system when implanting low energy ions. As with the previously mentioned references, the ion beam is initially transported with relatively high energy and then decelerated to the desired implantation energy. Of the individual implantation devices used, each had a multi-electrode accelerator tube that was used to gradually decelerate the ion beam so that the deceleration voltage was distributed along the length of the accelerator tube, and the beam was not decelerated to the required energy directly in front of the target has been. Gradually decelerating the ion beam along the accelerator tube is reported to improve beam transport by reducing the tube's focusing effects, thereby optimizing the beam current. Such an arrangement is also reported to minimize the formation of neutral particles. In an investigation, the implantation depth profile is examined as a function of a beam extraction voltage for settings of the ion implantation energy between 3 and 10 keV, in order to determine the extent to which the neutral particles influence the depth profile. At higher extraction voltages, a peak was immediately observed in the depth profile, indicating that neutral particle contamination is an important factor when determining the energy with which the ion beam should be transported before it is decelerated to the required energy. The maximum achievable beam current with a 5 keV boron implantation was of the order of 1 mA.

Die DE 38 17 604 A1 beschreibt als vorbekannten Stand der Technik einen Ionenstrahlgenerator zur Ionenstrahl implantation in Halbleitersubstrate. Die in einer Ionen quelle erzeugten Ionen werden beschleunigt und in einem Flugrohr zunächst in einen Massenseparator zur Ionen trennung geleitet. Nach dem Austritt aus dem Massen separator werden die selektierten Ionen in einer Elektrodenlinsenanordnung abgebremst, zwischenbeschleunigt und schließlich in das Substrat implantiert.DE 38 17 604 A1 describes as a prior art Technique an ion beam generator for ion beam implantation in semiconductor substrates. The one in an ion Ion generated ions are accelerated and in one Flight tube first into a mass separator for ions separation headed. After leaving the crowd The selected ions are separated in a separator Electrode lens assembly braked, accelerated and finally implanted in the substrate.

Die US 5,103,552 A beschreibt eine ähnliche Ionenimplantationsanlage, bei der zur Strahlformung nach dem Massenselektor eine Ionendriftröhre mit einer Vielzahl von Elektroden angeordnet ist. Die Besonderheit bei dieser Anordnung liegt in einer motorisch einstellbaren Spaltblende, mit der entweder durch Vergrößerung des Spaltes mehr Implantationsionen auf das Substrat durchgelassen werden oder durch Verkleinerung des Spalts Ionenisotope selektiv ausgeblendet werden.US 5,103,552 A describes a similar one Ion implantation system used for beam shaping after the mass selector an ion drift tube with a large number is arranged by electrodes. The peculiarity of this Arrangement lies in an adjustable motor Slit diaphragm with which either by enlarging the Gap more implant ions onto the substrate be let through or by narrowing the gap Ion isotopes are selectively hidden.

Auch die US 5,151,605 A offenbart eine ähnliche Ionen implantationsanlage, bei der die Ionen vor dem Auftreffen auf das Substrat stark abgebremst werden, um Raumladungs effekte am Substrat weitgehend zu unterdrücken.No. 5,151,605 A also discloses a similar ion implantation system in which the ions before impact to be braked sharply to the space charge largely suppress effects on the substrate.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ionenimplantationsanlage vorzusehen, mit der es möglich ist Ionen mit niedriger Energie und bei Strahlstromdichten zu implantieren, die es ermöglichen, daß Halbleiterwafer im kommerziellen Maßstab bearbeitet werden. It is an object of the present invention to provide improved ion implantation equipment with which it ions with low energy and at To implant beam current densities that allow Semiconductor wafers can be processed on a commercial scale.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Ionenimplanta tionsanlage zum Implantieren von Ionen in ein Substrat hinein vorgesehen, die aufweist: einen Ionenstrahlerzeuger zum Erzeugen eines Strahls von Ionen, ein Flugrohr, um den Strahl, mit einer Transportenergie zu transportieren, einen Substrathalter zum Halten eines Substrats, das mit den Strahlionen implantiert werden soll, einen Abbremsspan nungserzeuger, der so verbunden ist, um zwischen dem Flugrohr und dem Substrathalter eine Abbremsspannung an zulegen, um die Strahlionen auf eine gewünschte Implanta tionsenergie abzubremsen, eine Abbremslinsenanordnung, die zwischen dem Flugrohr und dem Substrathalter angeordnet ist und eine erste Plattenelektrode mit Blende, die so ver bunden ist, daß sie im wesentlichen auf der Spannung des Substrats liegt, und eine Feldelektrode aufweist, die angrenzend an die erste Plattenelektrode und in Strahl richtung auf der stromaufwärts gelegenen Seite bezüglich der ersten Plattenelektrode angeordnet ist, eine Vorspan nungsversorgung, die mit der Feldelektrode verbunden ist und diese auf einer Vorspannung hält, die die gleiche Polarität bezüglich der ersten Plattenelektrode und dem Flugrohr aufweist, wobei die Elektroden so angeordnet und die Vorspannung so ausgelegt sind, daß für die Strahlionen, die durch die erste Plattenelektrode treten, ein Fokussier ungsfeld vorgesehen wird, eine strahlbegrenzende Blende, die zwischen der Feldelektrode und dem Ionenstrahlerzeuger angeordnet ist und deren Wirkung darin besteht, daß die Breite des Strahls in mindestens einer Richtung, die senkrecht zur Strahlrichtung steht, wenn der Strahl durch die Feldelektrode und die erste Plattenelektrode tritt, begrenzt wird, eine Massenselektionsvorrichtung, die der Feldelektrode vorgeschaltet ist, um Ionen einer gewünschten Masse für die Übertragung im Ionenstrahl vom Flugrohr auszuwählen, wobei die Massenselektionsvorrichtung einen elektromagnetischen Schirm auf der Spannung des Flugrohrs aufweist, um die Massenselektionsvorrichtung gegen elektrische Felder abzuschirmen, die in Strahlrichtung stromabwärts erzeugt werden, wobei der Schirm eine Austrittsblende für den massenselektierten Ionenstrahl vom Flugrohr aufweist, und mindestens eine zusätzliche Massenselektionsvorrichtungsabschirmungselektrode, die eine Platte mit Blende auf der Spannung des Flugrohrs aufweist, die zwischen der Feldelektrode und der Austrittsblende angeordnet ist, wobei die Feldelektrode eine Blende aufweist, die in der einen Richtung größer ist als die Breite des Strahls in der einen Richtung, wenn der Strahl durch die Feldelektrode tritt, und wobei die erste Plattenelektrode eine Blende aufweist, die größer in der einen Richtung ist als die Breite des Strahls in der einen Richtung, wenn der Strahl durch die erste Plattenelektrode tritt, so daß die Strahlionen an der Peripherie der Blende der ersten Plattenelektrode hohe radiale Feldkomponenten vermeiden, die dazu tendieren würden, die Ionen aus dem Strahl heraus abzulenken.According to one aspect of the invention, an ion implant tion system for implanting ions into a substrate provided, which comprises: an ion beam generator to generate a beam of ions, a flight tube around which Beam to transport with a transport energy, a Substrate holder for holding a substrate that is compatible with the Radiation ions to be implanted, a deceleration chip generator, which is connected to switch between the Flight tube and the substrate holder to a braking voltage increase the radiation ions to a desired implant tion energy to brake, a brake lens assembly that is arranged between the flight tube and the substrate holder and a first plate electrode with an aperture, which ver tied is that they are essentially based on the tension of the Lies substrate, and has a field electrode, the adjacent to the first plate electrode and in beam direction on the upstream side regarding the first plate electrode is arranged, a bias Power supply that is connected to the field electrode and keep this on a bias that is the same Polarity with respect to the first plate electrode and the Flight tube, the electrodes arranged and the bias voltage is designed so that for the beam ions, passing through the first plate electrode, a focus field is provided, a beam-limiting diaphragm, between the field electrode and the ion beam generator is arranged and its effect is that the Width of the beam in at least one direction, the is perpendicular to the beam direction when the beam passes through the field electrode and the first plate electrode occur, is limited, a mass selection device that the Field electrode is connected upstream to ions of a desired Mass for the transmission in the ion beam from the flight tube to select, the mass selection device one electromagnetic screen on the tension of the flight tube has against the mass selection device shield electrical fields in the beam direction generated downstream, with the screen a Exit aperture for the mass-selected ion beam from Flight tube, and at least one additional Mass selection device shield electrode, the one Plate with aperture on the tension of the flight tube, between the field electrode and the exit aperture is arranged, the field electrode having an aperture which is larger than that in one direction Width of the beam in one direction when the beam passes through the field electrode, and being the first Plate electrode has an aperture that is larger in the one direction is than the width of the beam in one Direction when the beam passes through the first plate electrode occurs so that the radiation ions on the periphery of the aperture high radial field components of the first plate electrode avoid that would tend to remove the ions from the To deflect the beam out.

Dadurch, daß die Blende der ersten Plattenelektrode im Vergleich zu dem Strahlquerschnitt größer ist, wurde gefunden, daß höhere Strahlströme zum Target erreicht werden können.The fact that the aperture of the first plate electrode in Comparison to the beam cross section was larger found that higher beam currents reached the target can be.

Vorzugsweise ist in mindestens einer Richtung senkrecht zur Strahlrichtung die Strahlblende der ersten Plattenelektrode kleiner als die Strahlblende der Feldelektrode. Diese Anordnung hilft beim Verringern der Tiefe, bis zu der das elektrische Feld von der Feldelektrode in den Bereich zwischen der ersten Plattenelektrode und dem Substrat hinein eindringt. Weiterhin wird die Fokussierungswirkung, die durch das zwischen der Feldelektrode und der ersten Plattenelektrode ausgebildete Feld erzeugt wird, verstärkt, so daß die an die Feldelektrode angelegte Spannung verringert werden kann, während weiterhin hohe Strahlstromwerte auf das Target erhalten werden. It is preferably perpendicular to at least one direction Beam direction the beam aperture of the first plate electrode smaller than the beam aperture of the field electrode. This Alignment helps reduce the depth to which that electric field from the field electrode to the area between the first plate electrode and the substrate penetrates into it. Furthermore, the focusing effect, by the between the field electrode and the first Plate electrode trained field is generated, amplified, so that the voltage applied to the field electrode can be reduced while still high Beam current values can be obtained on the target.

Bei vielen Ausführungsbeispielen ist der Ionenstrahlerzeuger so ausgeführt, daß er einen Strahl von positiven Ionen erzeugt und dann die Vorspannungsversorgung die Feldelektrode gegenüber der ersten Plattenelektrode negativ vorspannt. Auf diese Weise wirkt die Feldelektrode ebenfalls als eine Elektronenunterdrückungselektrode, die verhindert, daß Elektronen durch das Abbremsfeld aus dem Flugrohr herausgezogen werden. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Vorspannungsversorgung so ausgelegt ist, daß sie eine Spannung an die Feldelektrode anlegt, die im Vergleich zu der Spannung des Flugrohrs wesentlich negativer ist, als dies notwendig wäre, um nur eine Elektronenunterdrückung vorzusehen. Diese an die Feldelektrode angelegte, negativere Spannung ist notwendig, um den notwendigen Fokussierungswert zu erreichen, wenn die Strahlionen durch die erste Plattenelektrode treten.In many embodiments, the Ion beam generator designed so that it has a beam of positive ions and then the bias supply the field electrode opposite the first plate electrode biased negatively. The field electrode acts in this way also as an electron suppression electrode that prevents electrons from coming out of the Flight tube can be pulled out. However, it should be noted that the bias supply is designed that it applies a voltage to the field electrode which in Compared to the tension of the flight tube essential is more negative than would be necessary to only one To provide electron suppression. This to the Field electrode applied, more negative voltage is necessary to achieve the necessary focus value when the Beam ions pass through the first plate electrode.

Es ist verständlich, daß, sobald der Ionenstrahl in den Bereich des elektrischen Felds, der durch die Spannung an der Feldelektrode erzeugt wird, eintritt, Ladungsneutralisierungselektronen innerhalb des Strahls verloren gehen und daß sich der Strahl aufgrund der Wirkung der Raumladung ausdehnt. Die Fokussierungswirkung, die durch das Feld zwischen der Feldelektrode und der ersten Plattenelektrode erzeugt wird, wirkt diesem Effekt entgegen und hält die Strahlsteuerung aufrecht, bis die Ionen voll abgebremst wurden und jenseits der ersten Plattenelektrode in den feldfreien Bereich zwischen der ersten Plattenelektrode und dem Substrat treten.It is understandable that once the ion beam enters the Area of the electric field caused by the voltage the field electrode is generated, Charge neutralization electrons within the beam get lost and that the beam due to the effect expands the space charge. The focusing effect that through the field between the field electrode and the first Plate electrode is generated, counteracts this effect and maintains beam control until the ions are full were braked and beyond the first plate electrode in the field-free area between the first Step plate electrode and the substrate.

Vorzugsweise ist die Vorspannungsversorgung so ausgelegt, daß sie eine Vorspannung vorsieht, so daß die Feldelektrode gegenüber dem Flugrohr auf einem negativen Potential von mindestens 5 kV liegt. Diese relativ hohe Potential differenz zwischen dem Flugrohr und der Feldelektrode ist eine Folge der Notwendigkeit, die Feldelektrode gegenüber der ersten Plattenelektrode auf einer noch größeren Potentialdifferenz zu halten, um die gewünschte Fokussierungswirkung vorzusehen.The bias voltage supply is preferably designed such that that it provides a bias so that the field electrode compared to the flight tube at a negative potential of is at least 5 kV. This relatively high potential difference between the flight tube and the field electrode a consequence of the need to face the field electrode the first plate electrode on one more keep larger potential difference to the desired Provide focusing effect.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Feldelektrode zylinderförmig mit ihrer Achse in Strahlrichtung und weist eine Länge von mindestens 10% der kleinsten Querabmessung ihrer Strahlblende auf. Dieser Aufbau verstärkt die Fokussierungswirkung, während die Blende der Feldelektrode groß genug sein kann, um größer zu sein als die Breite des expandierten Strahls, wenn er durch die Feldelektrode tritt.In a preferred embodiment, the Field electrode cylindrical with its axis in Beam direction and has a length of at least 10% of the smallest cross dimension of their beam aperture. This Construction increases the focus effect, while the Aperture of the field electrode can be large enough to be larger be than the width of the expanded beam when it passes through the field electrode occurs.

Wie dies oben angedeutet wurde, kann die Implantationsanlage zwischen der ersten Plattenelektrode und dem Substrat eine Neutralisierungsvorrichtung einschließen. Bei einem Strahl von positiven Ionen wird die Neutralisierungsvorrichtung normalerweise durch Einführen von Elektronen mit niedriger Energie in den Strahl direkt vor dem Substrat betrieben. Dies verhindert, daß sich das Targetsubstrat während der Implantation auflädt, und hilft gleichzeitig dabei das Strahlpotential nach der Beschleunigung relativ niedrig zu halten. Folglich ist nicht nur das Targetsubstrat selbst vom Abbremsfeld separiert, sondern es kann auch die Neutralisierung vor dem Substrat erreicht werden, was bei den Anordnungen nach dem Stand der Technik nicht möglich ist.As indicated above, the Implantation system between the first plate electrode and a neutralizing device on the substrate lock in. With a beam of positive ions, the Neutralization device usually by insertion of low energy electrons into the beam directly operated in front of the substrate. This prevents that Target substrate charges during implantation, and helps at the same time the beam potential after the Keep acceleration relatively low. Hence is not just the target substrate itself from the braking field separated, but it can also neutralize before Substrate can be achieved, which in the arrangements after State of the art is not possible.

Die Ionenimplantationsanlage kann weiterhin Erfassungsmittel aufweisen, die auf der strahlabwärts gelegenen Seite des Substrathalters zum Erfassen des Ionenstrahlstroms angeordnet sind. Das Wegnehmen des Ionenstrahldetektors aus dem Targetbereich ermöglicht eine präzisere Messung des Strahlstroms, als dies bei Niederenergieionenimplantationsanlagen nach dem Stand der Technik möglich ist, da der Detektor nicht für Fehler empfänglich ist, die durch Druckänderungen in der Prozeßkammer verursacht werden. Weiterhin ermöglicht die Verwendung der oben beschriebenen Abbremsanordnung, daß der Stromdetektor weniger komplex aufgebaut ist als die Anordnungen nach dem Stand der Technik, die eine Abbremslinse, ein Wafersubstrat und einen Faradaykäfig benötigen, der vor dem Substrat angeordnet ist, um den Strahlstrom und alle Sekundärelektronen einzusammeln.The ion implantation system can continue Have detection means on the downstream located side of the substrate holder for grasping the Ion beam current are arranged. The removal of the Ion beam detector from the target area enables one more precise measurement of the beam current than with Low energy ion implantation systems according to the state of the Technology is possible because the detector is not responsible for errors is susceptible to changes in pressure in the Process chamber are caused. Furthermore, the Use of the braking arrangement described above that the Current detector is less complex than that Prior art arrangements, the one Brake lens, a wafer substrate and a Faraday cage need, which is arranged in front of the substrate to the Collect beam current and all secondary electrons.

Bei einer bevorzugten Anordnung schließt die Ionenimplantationsanlage ferner ein: einen Magneten zum räumlichen Auflösen der Strahlionen in Abhängigkeit von ihrer Masse, eine Prozeßkammer, die den Substrathalter enthält und einen Auslaßanschluß aufweist, eine erste Vakuumpumpe, die mit dem Auslaßanschluß zum Evakuieren der Prozeßkammer verbunden ist, eine Massenselektionskammer zwischen der Prozeßkammer und dem Magneten, eine zweite Vakuumpumpe, die zum Evakuieren der Massenselektionskammer angeschlossen ist, eine Blende für den Strahl, damit dieser von der Massenselektionskammer in die Prozeßkammer treten kann, und mindestens eine weitere Blende zwischen der Massenselektionskammer und der Prozeßkammer, um die Evakuierung der einen oder der anderen Kammer zu verbessern.In a preferred arrangement, the Ion implantation system also includes: a magnet for spatial Dissolving the beam ions depending on their mass, a process chamber containing the substrate holder and one Has outlet port, a first vacuum pump with the outlet connection for evacuating the process chamber is connected to a mass selection chamber between the Process chamber and the magnet, a second vacuum pump, the connected to evacuate the mass selection chamber is an aperture for the beam so that it is off the Mass selection chamber can enter the process chamber, and at least one additional aperture between the Mass selection chamber and the process chamber to the Evacuation of one or the other chamber too improve.

Im allgemeinen ermöglicht die obige Anordnung die verbesserte Evakuierung des Teils der Massenselektionskammer, in dem der Massenselektionsspalt selbst enthalten ist; das ist der Teil der Strahlstrecke im Flugrohr durch die Massenselektionskammer, der in Sichtlinie zum Targetsubstrat liegt. Es ist wichtig in diesem Bereich den Restgasdruck zu minimieren, um das Risiko von Elektronenaustauschstößen zwischen Strahlionen und Restgasatomen, die im Strahl zu Neutralteilchen mit der Transportenergie führen, zu verringern. Solche Neutralteilchen mit der Transportenergie werden natürlich durch das nachfolgende Abbremsfeld nicht beeinflußt und treffen mit dieser höheren Energie auf das Target. Diese Anordnung unterscheidet sich erheblich von den Anordnungen nach dem Stand der Technik, bei denen die Vakuumanschlüsse typischerweise längs der Flugrohrstrecke verteilt sind und mit einer separaten Vakuumpumpe verbunden sind. Diese Vakuumanschlüsse neigen dazu, die Äquipotentialfläche des Flugrohrs zu unterbrechen und elektrische Feldlinien aufzubauen, die den Ionenstrahl stören, so daß die Ionen aus dem Strahlweg abgelenkt werden, was zu einem Verlust von Strahlstrom führt. Um dieses Problem abzuschwächen können die Vakuumanschlüsse mit einem Gitter bedeckt sein und/oder der Durchmesser des Flugrohrs kann vergrößert werden. Bei der vorliegenden Anordnung kann jedoch die Weglänge zwischen dem Magneten und der Abbremslinsenanordnung relativ kurz gehalten werden, was die Größe des Vakuumanschlusses begrenzt, der in der Strecke der Massenselektionskammer untergebracht werden kann, was wiederum das Saugvermögen, mit dem die Kammer evakuiert werden kann, begrenzt. Der doppelte Vorteil der vorliegenden Anordnung besteht darin, daß sie ermöglicht, daß die Massenauflösungskammer auf einen niedrigeren Druck evakuiert werden kann, ohne daß die Kammer verlängert werden muß, und daß gleichzeitig die zusätzlichen Pumpen des Flugrohrs bei den herkömmlichen Anordnungen insgesamt weggelassen werden können. Es ist wichtig, daß es beim vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich ist, daß die zum Evakuieren der Prozeßkammer verwendete Vakuumpumpe oder die Vakuumpumpen ebenfalls die Massenselektionskammer evakuiert, so daß vorteilhafterweise die Wegstrecke zwischen dem Analysenmagneten und dem Abbremsaufbau so kurz wie möglich gehalten werden kann und gleichzeitig der Restgasdruck in der Massenselektionskammer verringert werden kann. Die beiden Faktoren verringern die Energiekontamination und ermöglichen eine Vereinfachung sowie eine Verringerung der Größe der Ionenimplantationsanlage und reduzieren deren Kosten.In general, the above arrangement enables improved evacuation of part of the Mass selection chamber in which the mass selection gap itself is included; that is the part of the beam path in the Flight tube through the mass selection chamber, which in Line of sight to the target substrate lies. It is important in to minimize the residual gas pressure in this area in order to ensure that Risk of electron exchange surges between beam ions and residual gas atoms that become neutral particles in the beam with the Cause transport energy to decrease. Such Neutral particles with the transport energy become natural not influenced by the subsequent braking field and hit the target with this higher energy. This Arrangement differs significantly from the arrangements according to the state of the art, in which the vacuum connections are typically distributed along the flight tube route and are connected to a separate vacuum pump. This Vacuum connections tend to cover the equipotential area of the Interrupt flight tube and electric field lines build up that disrupt the ion beam so that the ions be deflected out of the beam path, resulting in a loss of beam current leads. To mitigate this problem the vacuum connections can be covered with a grid and / or the diameter of the flight tube can be enlarged become. In the present arrangement, however, the Path length between the magnet and the Brake lens assembly can be kept relatively short, what limits the size of the vacuum connection in the Range of the mass selection chamber can be accommodated can, in turn, the pumping speed with which the chamber can be evacuated, limited. The double advantage of present arrangement is that it enables that the mass-dissolving chamber to a lower pressure can be evacuated without the chamber being extended must be, and that at the same time the additional pumps of the flight tube in the conventional arrangements as a whole can be omitted. It is important that the This embodiment is possible that the Evacuate the process chamber used vacuum pump or Vacuum pumps also the mass selection chamber evacuated, so that advantageously the distance between the analysis magnet and the braking structure so short can be kept as possible and at the same time the Residual gas pressure in the mass selection chamber reduced can be. The two factors reduce that Energy contamination and facilitate simplification as well as reducing the size of the Ion implantation system and reduce its costs.

Vorzugsweise wird eine Vielzahl von den weiteren Blenden zwischen der Massenselektionskammer und der Prozeßkammer vorgesehen, wobei das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der weiteren Blenden und der Strahlblende zwischen den Kammern und dem Volumen, das durch die Massenselektionskammer eingeschlossen wird, größer ist, als das Verhältnis der Querschnittsgeometrie des Auslaßanschlusses zum durch die Prozeßkammer eingeschlossenen Volumen. Dieser Aufbau ermöglicht es, das Volumen der Massenselektionskammer mit dem gleichen Saugvermögen wie die Prozeßkammer zu evakuieren, so daß das Saugvermögen der Massenselektionskammer nur durch das Saugvermögen der ersten Kammer begrenzt ist. Die Blenden können irgendwelche geeigneten Querschnittsabmessungen aufweisen, wichtig ist aber, daß die Größe jeder Blende geeignet angepaßt ist, so daß für einen vorgegebenen Abstand vom Ionenstrahl die Diskontinuität der Äquipotentialfläche an der Blende den Ionenstrahl nicht stört und eine Abnahme des Strahlstroms verursacht.A plurality of the further diaphragms is preferably used between the mass selection chamber and the process chamber provided, the ratio of Total cross-sectional area of the further panels and the Beam aperture between the chambers and the volume that is enclosed by the mass selection chamber, is larger than the ratio of the cross-sectional geometry the outlet port to through the process chamber included volume. This structure enables the Volume of the mass selection chamber with the same To evacuate pumping speed like the process chamber, so that Pumping speed of the mass selection chamber only through that Suction capacity of the first chamber is limited. The bezels can have any suitable cross-sectional dimensions have, but it is important that the size of each aperture is suitably adjusted so that for a given Distance from the ion beam the discontinuity of Equipotential surface at the aperture does not block the ion beam disturbs and causes a decrease in the beam current.

Vorzugsweise spannt die Vorspannungsversorgung die Feldelektrode gegenüber der ersten Plattenelektrode auf mindestens 15 kV vor. Es wurde festgestellt, daß dieser Vorspannungswert die gewünschte Fokussierung bewirkt, wenn die Strahlionen durch die erste Plattenelektrode treten.The bias voltage supply preferably tensions the Field electrode opposite the first plate electrode at least 15 kV before. It was found that this Bias value produces the desired focus if the radiation ions pass through the first plate electrode.

Eine Plattenelektrode mit Blende ist eine Elektrode, die eine Platte aufweist, die sich quer zur Strahlrichtung erstreckt und eine Blende für den Strahl aufweist, wobei die axiale Abmessung (in Strahlrichtung) der Blende im Vergleich zur kleinsten Querabmessung der Blende vernachlässigbar ist.A plate electrode with an aperture is an electrode that has a plate that is transverse to the beam direction extends and has an aperture for the beam, wherein the axial dimension (in beam direction) of the aperture in Comparison to the smallest transverse dimension of the panel is negligible.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben, in denen: Embodiments of the present invention will now described with reference to the figures in which:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ionenimplantationsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; Fig. 1 is a plan view of an ion implanter according to an embodiment of the present invention;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Ionenimplantationsanlage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt; Fig. 2 is a plan view of an ion implanter according shows a preferred embodiment;

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung der Abbremslinsenanordnung und einer Linsenabschirmvorrichtung des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt; Fig. 3 is an exploded view of the braking lens assembly and a lens shielding device of the embodiment shown in Fig. 2;

Fig. 4 eine Vorderansicht der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Feldelektrode darstellt; und Figure 4 is a front view of the field electrode shown in Figures 2 and 3; and

Fig. 5 eine Vorderansicht der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Plattenelektrode mit Blende darstellt. Fig. 5 is a front view of the plate electrode with the bezel shown in Figs. 2 and 3.

Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, weist eine Ionenimplantationsanlage 1 auf einen Ionenstrahlerzeuger 3 zum Erzeugen eines Strahls von Ionen, angrenzend an den Ionenstrahlerzeuger einen Magneten 5 zum räumlichen Auflösen bzw. Trennen der Strahlionen in Abhängigkeit von ihrer Masse, einen Ionenselektor 7, der angrenzend an den Analysenmagneten 5 angeordnet ist, um eine Spezies von Ionen, die in ein Targetsubstrat implantiert werden soll, auszuwählen und um die anderen Ionen im räumlich aufgelösten Strahl vom Magneten abzuweisen, eine Elektrodenanordnung 9, die angrenzend an den Ionenselektor 7 zum Steuern der Endenergie des Ionenstrahls vor der Implantation angeordnet ist, einen Träger oder Halter 11, der von der Elektrodenanordnung 9 zum Halten eines Targetsubstrats 12, das mit den Strahlionen implantiert werden soll, beabstandet ist, und einen Elektronenerzeuger 13, der zwischen der Elektrodenanordnung 9 und dem Substrathalter 11 angeordnet ist, um in den Ionenstrahl nahe an der Targetoberfläche Elektronen einzuführen, um den Strahl und die Waferoberfläche zu neutralisieren. Ein Ionenstrahlkollektor 14 ist auf der strahlabwärts gelegenen Seite des Substrathalters 11 angeordnet und dient als ein Strahlbegrenzer und ein Ionenstromdetektor für Dosimetriemessungen.As shown in Fig. 1, an ion implantation system 1 has an ion beam generator 3 for generating a beam of ions, adjacent to the ion beam generator a magnet 5 for spatially resolving or separating the beam ions depending on their mass, an ion selector 7 , the is arranged adjacent to the analysis magnet 5 in order to select a species of ions to be implanted in a target substrate and to reject the other ions in the spatially resolved beam from the magnet, an electrode arrangement 9 which is adjacent to the ion selector 7 for controlling the final energy of the ion beam is arranged before the implantation, a carrier or holder 11 which is spaced apart from the electrode arrangement 9 for holding a target substrate 12 which is to be implanted with the beam ions, and an electron generator 13 which is arranged between the electrode arrangement 9 and the substrate holder 11 is arranged to be close to the ion beam e to introduce electrons to the target surface to neutralize the beam and the wafer surface. An ion beam collector 14 is disposed on the downstream side of the substrate holder 11 and serves as a beam limiter and an ion current detector for dosimetry measurements.

Weiterhin weist der Ionenstrahlerzeuger 3 eine Ionenquelle 15 auf, die eine Bogenentladungskammer 17 mit einer Austrittsblende 19, die in ihrer Vorderseite ausgebildet ist, einschließt. Zwei Extraktionselektroden 21, 23 sind von der Austrittsblende 19 zum Extrahieren von Ionen aus der Bogenentladungskammer und Ausbilden eines Ionenstrahls 25 beabstandet. Die Extraktionselektrode 21, die der Austrittsblende 19 der Bogenentladungskammer am nächsten liegt, dient als eine Unterdrückungselektrode, um zu verhindern, daß Elektronen von vor dem Strahlerzeuger in die Bogenentladungskammer strömen. Ein Flugrohr 27 ist zwischen zwei Polen (nur einer dargestellt) des Massenanalysenmagneten 5 angeordnet, um den Ionenstrahl vom Strahlerzeuger 3 aufzunehmen und um die Transportenergie des Ionenstrahls während seines Durchtritts zwischen den Polen des Magneten 5 zu steuern, wobei die Energie durch die Potentialdifferenz zwischen dem Flugrohr 27 und der Ionenquelle 15 festgelegt ist. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel werden die magnetische Feldstärke des Analysenmagneten und die Energie des Ionenstrahls durch den Magneten so ausgewählt, daß die Ionen mit einer geeigneten Masse um ungefähr 90° abgelenkt werden und das Flugrohr 27 entsprechend angeordnet ist, wobei die Austrittsblende 31 des Analysemagneten ungefähr senkrecht zur Eintrittsblende 29 des Magneten steht. Der Ionenselektor 7 weist eine Reihe von einzelnen Elementen 35, 39, 41 und 43 auf, die längs einer Strahlstrecke 45 beabstandet sind und eine Reihe von Blenden darstellen, die in ihrer Zusammenstellung Ionen der richtigen Masse auswählen, die in das Targetsubstrat implantiert werden sollen, während andere, räumlich aufgelöste Ionen, die durch den Analysemagneten 5 hindurchgehen, abgewiesen werden. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel weist der Ionenselektor 7 eine Plattenelektrode 35, die die meisten der unerwünschten Ionenspezies, die vom Magneten austreten, abweist, zwei Elemente 39, 41, die zusammen einen massenseparierenden Spalt 42 mit variabler Breite definieren, der nur die ausgewählte Ionenspezies durchläßt, und ein weiteres Element 43 auf, welches die Höhe des Ionenstrahls begrenzt. Die Anzahl der massenseparierenden Elemente und ihre Anordnung kann jedoch verändert werden.Furthermore, the ion beam generator 3 has an ion source 15 , which includes an arc discharge chamber 17 with an outlet aperture 19 , which is formed in its front side. Two extraction electrodes 21 , 23 are spaced apart from the outlet aperture 19 for extracting ions from the arc discharge chamber and forming an ion beam 25 . The extraction electrode 21 , which is closest to the discharge aperture 19 of the arc discharge chamber, serves as a suppression electrode to prevent electrons from flowing into the arc discharge chamber from in front of the beam generator. A flight tube 27 is arranged between two poles (only one shown) of the mass analysis magnet 5 in order to receive the ion beam from the beam generator 3 and to control the transport energy of the ion beam during its passage between the poles of the magnet 5 , the energy being determined by the potential difference between the two Flight tube 27 and the ion source 15 is fixed. In this particular embodiment, the magnetic field strength of the analysis magnet and the energy of the ion beam by the magnet are selected so that the ions are deflected by a suitable mass by approximately 90 ° and the flight tube 27 is arranged accordingly, the outlet aperture 31 of the analysis magnet being approximately vertical to the inlet aperture 29 of the magnet. The ion selector 7 has a series of individual elements 35 , 39 , 41 and 43 which are spaced apart along a beam path 45 and which represent a series of diaphragms which, in their combination, select ions of the correct mass to be implanted in the target substrate, while other spatially resolved ions that pass through the analysis magnet 5 are rejected. In this particular embodiment, the ion selector 7 has a plate electrode 35 which repels most of the undesirable ion species emerging from the magnet, two elements 39 , 41 which together define a variable width mass-separating gap 42 which only allows the selected ion species to pass through. and another element 43 which limits the height of the ion beam. However, the number of mass-separating elements and their arrangement can be changed.

Die Ionenselektoranordnung ist in einer Kammer 47 eingeschlossen, die einen Teil des Flugrohrs 27 bildet und die zwischen dem Magneten und der Elektrodenanordnung 9 liegt. Das Flugrohr 27, das die Massenauflösungskammer 47 einschließt, sieht das Mittel vor, mit dem der Strahl vom Ionenstrahlerzeuger zur Elektrodenanordnung 9 transportiert wird. Eine Wand 49 der Massenauflösungskammer weist ein Teil 51, das sich in Richtung der Strahlstrecke erstreckt und ungefähr eine zylindrische Hülle definiert, und ein angrenzend an das zylindrische Teil 51 angeordnetes Querteil 53 auf, das eine Plattenelektrode darstellt, die quer zur Strahlstrecke ausgebildet ist und eine Blende 55 definiert, durch die der Strahl treten kann, wobei die Blende 55 angrenzend an das Endelement 43 des Ionenselektors 7 angeordnet ist. Das Querteil 53 sieht eine elektromagnetische Abschirmung vor zum Abschirmen des Ionenselektors 7 gegen die elektrischen Felder, die stromabwärts vom Ionenselektor herrühren, wie dies unten detaillierter beschrieben wird.The ion selector arrangement is enclosed in a chamber 47 which forms part of the flight tube 27 and which lies between the magnet and the electrode arrangement 9 . The flight tube 27 , which encloses the mass resolution chamber 47 , provides the means by which the beam is transported from the ion beam generator to the electrode arrangement 9 . A wall 49 of the mass-dissolving chamber has a part 51 which extends in the direction of the beam path and approximately defines a cylindrical shell, and a transverse part 53 which is arranged adjacent to the cylindrical part 51 and which is a plate electrode which is formed transversely to the beam path and one Defined aperture 55 through which the beam can pass, the aperture 55 being arranged adjacent to the end element 43 of the ion selector 7 . The cross member 53 provides electromagnetic shielding to shield the ion selector 7 from the electrical fields that come downstream from the ion selector, as will be described in more detail below.

Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist ein Vakuumanschluß 57 in der Kammerwand 49 nahe des Analysemagneten 5 ausgebildet, der mit einer Vakuumpumpe 59 zum Evakuieren der Kammer 47 verbunden ist, obwohl bei einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Vakuumanschluß weggelassen werden kann.In this particular embodiment, a vacuum connection 57 is formed in the chamber wall 49 near the analysis magnet 5 , which is connected to a vacuum pump 59 for evacuating the chamber 47 , although in another embodiment this vacuum connection can be omitted.

Eine Abschirmanordnung 52 ist zwischen der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer 47 und der Elektrodenanordnung 9 angeordnet, um das Eindringen des elektrischen Feldes von der Elektrodenanordnung 9 in die Massenauflösungskammer 47 durch die Austrittsblende 55 hindurch zu verringern. Die Abschirmanordnung 52 weist eine zylindrische Elektrode 54 und eine felddefinierende Elektrode 56 auf. Die zylindrische Elektrode 54 ist koaxial zur Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer ausgerichtet, wobei ein Ende 58 angrenzend an das quer verlaufende Teil 53 (oder vordere Ende) der Wand 49 der Massenauflösungskammer angeordnet und mit dem quer verlaufenden Teil verbunden ist. Die zylindrische Elektrode 54 erstreckt sich von der Massenauflösungskammer 47 nach vorn, kann einen sich nach innen erstreckenden Radialflansch 60 aufweisen, der in der Nähe oder am anderen Ende der zylindrischen Elektrode 54 ausgebildet ist, um eine zusätzliche Abschirmung vorzusehen, und definiert bzw. grenzt eine Austrittsblende 62 ab.A shielding arrangement 52 is arranged between the outlet orifice 55 of the mass dissolving chamber 47 and the electrode arrangement 9 in order to reduce the penetration of the electric field from the electrode arrangement 9 into the mass dissolving chamber 47 through the outlet orifice 55 . The shield arrangement 52 has a cylindrical electrode 54 and a field-defining electrode 56 . The cylindrical electrode 54 is aligned coaxially with the exit aperture 55 of the mass dissolving chamber, with one end 58 adjacent the transverse portion 53 (or front end) of the wall 49 of the mass dissolving chamber and connected to the transverse portion. The cylindrical electrode 54 extends forward from the mass dissolving chamber 47 , may have an inwardly extending radial flange 60 formed near or at the other end of the cylindrical electrode 54 to provide additional shielding, and defines or defines one Exit aperture 62 from.

Die felddefinierende Elektrode 56, die verwendet werden kann oder auch nicht, weist eine kreisförmige Platte mit einer in ihrer Mitte ausgebildeten Blende 64 auf. Die felddefinierende Elektrode 56 ist innerhalb der zylindrischen Elektrode 54 montiert, wird von der zylindrischen Elektrode 54 gestützt und ist ungefähr in der Mitte zwischen den Enden der zylindrischen Elektrode 54 (obwohl dies geändert werden kann) und quer verlaufend zur Strahlstrecke 45 positioniert. Die Blende 64 ist vorzugsweise rechteckig oder quadratisch und kann sich bei einem Ausführungsbeispiel leicht nach außen in Richtung der Elektrodenanordnung 9 verjüngen. Bei diesem Beispiel ist die Blende quadratisch und hat eine Breite von etwa 60 mm. Sowohl die zylindrische Elektrode 54 als auch die felddefinierende Elektrode 56 können aus Graphit oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.The field-defining electrode 56 , which may or may not be used, has a circular plate with an aperture 64 formed in its center. The field defining electrode 56 is mounted within the cylindrical electrode 54 , is supported by the cylindrical electrode 54, and is positioned approximately midway between the ends of the cylindrical electrode 54 (although this can be changed) and transverse to the beam path 45 . The aperture 64 is preferably rectangular or square and, in one embodiment, can taper slightly outward in the direction of the electrode arrangement 9 . In this example, the aperture is square and about 60 mm wide. Both the cylindrical electrode 54 and the field defining electrode 56 may be made of graphite or other suitable material.

Die Elektrodenanordnung 9 zum Steuern der Implantationsenergie des Ionenstrahls ist direkt jenseits der Abschirmanordnung 52 angeordnet und weist eine Feld- oder Ringelektrode 61 und eine Plattenelektrode 65 mit Blende auf. Die Feldelektrode 61 ist ungefähr zylindersymmetrisch und grenzt eine Blende 63 angrenzend zur Austrittsblende 62 der Abschirmanordnung 52 ab und ist im wesentlichen koaxial zur Austrittsblende 62. Die Plattenelektrode 65 ist ungefähr quer verlaufend zur Strahlstrecke 45 angeordnet und grenzt eine weitere Blende 67 ab, durch die der Ionenstrahl durchtreten kann, wobei diese weitere Blende 67 angrenzend an die Feldelektrodenblende 63 angeordnet ist. Der Durchmesser der Feldelektrode bzw. der Plattenelektrode beträgt bei diesem Beispiel ungefähr 90 mm bzw. 80 mm. Sowohl die Feldelektrode als auch die Plattenelektrode können aus Graphit oder einem anderen, geeigneten Material hergestellt sein.The electrode arrangement 9 for controlling the implantation energy of the ion beam is arranged directly beyond the shielding arrangement 52 and has a field or ring electrode 61 and a plate electrode 65 with an aperture. The field electrode 61 is approximately cylindrically symmetrical and delimits a diaphragm 63 adjacent to the outlet diaphragm 62 of the shielding arrangement 52 and is essentially coaxial with the outlet diaphragm 62 . The plate electrode 65 is arranged approximately transversely to the beam path 45 and delimits a further diaphragm 67 through which the ion beam can pass, this further diaphragm 67 being arranged adjacent to the field electrode diaphragm 63 . The diameter of the field electrode or the plate electrode is approximately 90 mm or 80 mm in this example. Both the field electrode and the plate electrode can be made of graphite or another suitable material.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Elektroneninjektor 13 ein Plasmaflutsystem auf, welches nahe am Target niederenergetische Elektronen in den Ionenstrahl einführt. Das Plasmaflutsystem schließt ein Führungs- oder Beschränkungsrohr 69 ein, durch welches der Ionenstrahl von der Plattenelektrodenblende 67 bis zum Targetsubstrat 12 durchlaufen kann und das sowohl die Elektronen vom Plasmaflutsystem in der Nähe des Ionenstrahls hält als auch den Teil des Ionenstrahls zwischen der Plattenelektrodenblende und dem Wafer gegen elektrische Streufelder abschirmt. Eine Plattenelektrode 70 mit Blende ist am stromaufwärts gelegenen Ende des Beschränkungsrohrs angeordnet, angrenzend an die Plattenelektrode mit Blende der Abbremsanordnung, um ein zusätzliches Abschirmen des Inneren des Beschränkungsrohrs gegen elektrische Felder von der Feldelektrode 61 vorzusehen.In this exemplary embodiment, the electron injector 13 has a plasma flood system which introduces low-energy electrons into the ion beam close to the target. The plasma flood system includes a guide or restriction tube 69 through which the ion beam can pass from the plate electrode bezel 67 to the target substrate 12 and which keeps both the electrons from the plasma flood system near the ion beam and the portion of the ion beam between the plate electrode bezel and the wafer shields against electrical stray fields. A plate electrode 70 with an orifice is arranged at the upstream end of the restriction tube, adjacent to the plate electrode with an aperture of the braking arrangement, to provide additional shielding of the interior of the restriction tube against electric fields from the field electrode 61 .

Sowohl die in der Feldelektrode 61 ausgebildete Blende 63 als auch die in der Plattenelektrode 65 ausgebildete Blende 67 sind größer als die Querschnittsfläche des Strahls an diesen Blenden, so daß der Ionenstrahl geradlinig passieren kann, ohne auf die Elektroden 61, 65 zu treffen. Bei vorgegebener Masse der Ionen und vorgegebenem Abstand zwischen jeder dieser Blenden 63, 67 und dem Analysenmagneten 5, hängt die Querschnittsfläche des Strahls von solchen Faktoren ab, wie der Ionenstrahlerzeugeroptik und der Magnetoptik, dem Auflösungsvermögen des Magneten und der Breite des massenseparierenden Spalts, wobei jeder der Faktoren verwendet werden kann, um die Querschnittsfläche des Strahls an der Verzögerungsvorrichtung und am Targetsubstrat zu steuern. Die Größe der Blende 67 ist derart, daß es vermieden wird, daß Strahlionen zu Feldern mit hohen radialen Komponenten an der Peripherie der Blende gelangen, da diese die Ionen aus dem Strahl ablenken würden.Both formed in the field electrode 61 aperture 63 as well as formed in the plate electrode 65 aperture 67 are larger than the cross-sectional area of the beam at this aperture so that the ion beam can pass straight without impinging on the electrodes 61, 65th For a given mass of the ions and a given distance between each of these apertures 63 , 67 and the analysis magnet 5 , the cross-sectional area of the beam depends on such factors as the ion beam generator optics and the magnet optics, the resolving power of the magnet and the width of the mass-separating gap, each of factors can be used to control the cross-sectional area of the beam on the retarder and on the target substrate. The size of the diaphragm 67 is such that it prevents beam ions from reaching fields with high radial components on the periphery of the diaphragm, as these would deflect the ions from the beam.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Ionenimplantationsanlage weiterhin eine Ionenquellenspannungsversorgung 71, um die Ionenquelle vorzuspannen, eine Unterdrückungselektrodenspannungsversorgung 73, um die Unterdrückungselektrode 21 vorzuspannen, eine Flugrohrspannungsversorgung 75, um das Flugrohr 27, die Abschirmanordnung 52, die Massenauflösungskammer 47 sowie die andere Extraktionselektrode 23 vorzuspannen, eine Feldelektrodenspannungsversorgung 77, um die Feldelektrode 61 der Elektrodenanordnung 9 vorzuspannen, und eine Plasmaflutungsspannungsversorgung 79 auf, um die Elektronenbegrenzungselektrode 69 und die Abschirmplattenelektrode 70 mit Blende vorzuspannen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Plattenelektrode 65 mit Blende der Abbremslinse, der Targetsubstrathalter 11 und das Substrat 12 auf Massepotential gehalten, was die Handhabung des Targetsubstrats erleichtert, den Aufbau des Targethalters vereinfacht und als geeignetes Bezugspotential für die anderen Elektroden dient.In this embodiment, the ion implantation system further includes an ion source power supply 71 to bias the ion source, a suppressor electrode power supply 73 to bias the suppressor electrode 21 , a flight tube power supply 75 to bias the flight tube 27 , the shield assembly 52 , the mass resolution chamber 47 and the other extraction electrode 23 bias field electrode voltage supply 77 to the field electrode 61 of the electrode assembly 9, and bias a plasma flood voltage supply 79 to the electrode 69 and the electron confinement Abschirmplattenelektrode 70 with aperture. In this exemplary embodiment, the plate electrode 65 with the aperture of the braking lens, the target substrate holder 11 and the substrate 12 are kept at ground potential, which facilitates handling of the target substrate, simplifies the construction of the target holder and serves as a suitable reference potential for the other electrodes.

Nur zur Erläuterung und unter Bezugnahme auf das spezielle Beispiel wird im folgenden ein Verfahren des Betriebs der Ionenimplantationsanlage zum Implantieren von Ionen mit niedriger Energie beschrieben.For explanation only and with reference to the specific The following is a method of operating the example Ion implantation system for implanting ions with described lower energy.

Die Ionenimplantationsenergie wird durch die Potentialdifferenz zwischen dem Substrat 12 und der Ionenquelle 15 festgelegt. Da das Substrat auf Massepotential gehalten wird, ist die Ionenquellenspannungsversorgung 71 bezüglich Masse um einen Betrag, der der gewünschten Ionenimplantationsenergie entspricht, positiv vorgespannt. Z. B. ist für eine Implantation mit 2 keV die Ionenquellenspannungsversorgung auf +2 kV vorgespannt. Die Transportenergie des Ionenstrahls durch den Analysemagneten 5 und die Massenauflösungskammer 47, die ebenfalls als Extraktionsenergie des Ionenstrahls bezeichnet wird, ist durch die Potentialdifferenz zwischen der Ionenquelle 15 und dem Flugrohr festgelegt, welche wiederum durch die Flugrohrspannungsversorgung 75 gesteuert wird. Um z. B. den Ionenstrahl mit einer Energie von 10 keV durch das Flugrohr zu transportieren, ist folglich das Flugrohr auf -10 kV gegenüber der Ionenquelle oder um -8 kV gegenüber Masse vorgespannt. Der Ionenstrahl wird mit im wesentlichen konstanter Energie durch den Analysenmagneten transportiert und verschiedene Ionenspezies werden in Abhängigkeit von ihrer Masse innerhalb des Ionenstrahls durch den Magneten räumlich aufgelöst bzw. getrennt. Der räumlich aufgelöste Strahl tritt dann in die Massenauflösungskammer ein, wo der Strahl zuerst durch eine abgrenzende Vorblende tritt, die durch die Plattenelektrode 35 definiert ist, die am dichtesten am Analysenmagneten 5 liegt. Die Plattenelektrode 35 wirkt als eine erste Stufe eines Richtungsfilters für den räumlich aufgelösten Strahl und blockiert einen Teil der räumlich aufgelösten Ionenspezies, die bei der Implantation nicht benötigt werden. Das vom Analysemagneten 5 beabstandete erste und das dritte Element 39 und 41, die in axialer Richtung längs der Strahlstrecke voneinander beabstandet sind, definieren einen massenauflösenden Spalt 42 mit variabler Breite, dessen Position in einer zur Strahlstrecke quer verlaufenden Richtung verändert werden kann, um aus dem gefilterten Strahl die zu implantierende Ionenspezies auszuwählen.The ion implantation energy is determined by the potential difference between the substrate 12 and the ion source 15 . Because the substrate is held at ground potential, the ion source power supply 71 is positively biased for ground by an amount corresponding to the desired ion implantation energy. For example, for an implantation with 2 keV, the ion source voltage supply is biased to +2 kV. The transport energy of the ion beam through the analysis magnet 5 and the mass resolution chamber 47 , which is also referred to as extraction energy of the ion beam, is determined by the potential difference between the ion source 15 and the flight tube, which in turn is controlled by the flight tube voltage supply 75 . To z. B. to transport the ion beam with an energy of 10 keV through the flight tube, the flight tube is consequently biased to -10 kV with respect to the ion source or by -8 kV with respect to ground. The ion beam is transported through the analysis magnet with essentially constant energy, and different ion species are spatially resolved or separated by the magnet depending on their mass within the ion beam. The spatially resolved beam then enters the mass resolution chamber, where the beam first passes through a delimiting pre-aperture defined by the plate electrode 35 which is closest to the analysis magnet 5 . The plate electrode 35 acts as a first stage of a directional filter for the spatially resolved beam and blocks a portion of the spatially resolved ion species that are not required for the implantation. The first and third elements 39 and 41 , which are spaced apart from the analysis magnet 5 and are spaced apart in the axial direction along the beam path, define a mass-resolving gap 42 of variable width, the position of which can be changed in a direction transverse to the beam path in order to move out of the filtered beam to select the ion species to be implanted.

Bei einer Borimplantation kann z. B. der räumlich aufgelöste Strahl, der den Analysemagneten verläßt, BF₃-, BF₂-, BF-, B- und F-Ionen enthalten, wobei die Molekülionen und Borionen sowohl das ¹⁰B-Isotop als auch das ¹¹B-Isotop des Bors enthalten. Folglich filtern bei einer Bor 11- Implantation das abgrenzende Vorelement 35 und die massenauflösenden Elemente 39, 41 alle borhaltigen Ionenspezies außer ¹¹B aus.With a boron implantation, e.g. B. the spatially resolved beam leaving the analysis magnet, BF ₃ -, BF ₂ -, BF, B and F ions contain, the molecular ions and boron ions both the ¹⁰ B isotope and the ¹¹ B isotope of Bors included. Consequently, in the case of a boron 11 implantation, the delimiting pre-element 35 and the mass-dissolving elements 39 , 41 filter out all boron-containing ion species except ¹¹ B.

Während der Strahl die Massenauflösungskammer 47 durchquert, wird die Energie des Strahls konstant gehalten, in diesem Beispiel bei 10 keV. Der nach Massen separierte Strahl 46 mit 10 keV tritt durch die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer 47 und durch die Abschirmanordnung 52 zur Elektrodenanordnung 9.As the beam traverses the mass resolution chamber 47 , the energy of the beam is kept constant, in this example at 10 keV. The beam 46 separated by masses at 10 keV passes through the outlet orifice 55 of the mass resolution chamber 47 and through the shielding arrangement 52 to the electrode arrangement 9 .

Eine Spannung wird an die Feldelektrode 61 angelegt, deren Höhe geringer als die der Massenauflösungskammer 47 ist. Die Höhe der an die Feldelektrode 61 angelegten Spannung reicht aus, um im Bereich der Endblende 67 der auf Masse gelegten Plattenelektrode 65 ein elektrostatisches Fokussierungsfeld herzustellen. Es wurde festgestellt, daß eine Spannung zwischen -5 kV und -30 kV, vorzugsweise -25 kV, bezüglich der Spannung der Plattenelektrode 65 ausreicht, um das erforderliche Fokussierungsfeld an der letzten Linsenblende 67 herzustellen, um die Strahlionen innerhalb des Strahls zwischen der letzten Linsenblende 67 und dem Targetsubstrat zu halten. Da das Flugrohr und die Massenauflösungskammer auf -8 kV liegen, ist die Feldelektrode 61 auf eine Spannung vorgespannt, die niedriger als die Spannung des Flugrohrs ist und verhindert, daß Elektronen im Massenauflösungsbereich zur Plattenelektrode 65 angezogen werden, was die Raumladungsneutralisierung in diesem Bereich zerstören und eine Strahlausdehnung sowie den Verlust von Strom bewirken würde.A voltage is applied to the field electrode 61 , the height of which is less than that of the mass-dissolving chamber 47 . The amount of voltage applied to the field electrode 61 voltage is sufficient to produce an electrostatic focusing field in the area of the end panel 67 of the grounded plate electrode 65th It has been found that a voltage between -5 kV and -30 kV, preferably -25 kV, with respect to the voltage of the plate electrode 65 is sufficient to establish the required focusing field on the last lens aperture 67 in order to measure the radiation ions within the beam between the last lens aperture 67 and to hold the target substrate. Since the flight tube and the mass resolution chamber are at -8 kV, the field electrode 61 is biased to a voltage which is lower than the voltage of the flight tube and prevents electrons in the mass resolution range from being attracted to the plate electrode 65 , which destroy the space charge neutralization in this area and beam expansion and loss of power.

Wenn sich beim vorliegenden Beispiel der massenseparierte Strahl 46 der Feldelektrode 61 nähert, wird der Strahl kurz über die Transportenergie (Extraktionsenergie) von 10 keV auf eine Energie beschleunigt, die im wesentlichen durch die Potentialdifferenz zwischen der Ionenquelle 15 und der Feldelektrode 61 festgelegt ist. Der Strahl tritt durch die Feldelektrodenblende 63 und wird dann im Spalt zwischen der Feldelektrodenblende 63 und der Endblende 67 im wesentlichen auf die erforderliche Implantationsenergie abgebremst. Gleichzeitig wirkt auf den Ionenstrahl im Bereich zwischen der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer und der Feldelektrode 61 sowie im Bereich zwischen der Feldelektrode 61 und der Plattenelektrode 65 der Abbremslinse und darüber hinaus eine nettofokussierende Kraft.In the present example, if the mass-separated beam 46 approaches the field electrode 61 , the beam is accelerated briefly via the transport energy (extraction energy) from 10 keV to an energy which is essentially determined by the potential difference between the ion source 15 and the field electrode 61 . The beam passes through the field electrode aperture 63 and is then decelerated in the gap between the field electrode aperture 63 and the end aperture 67 essentially to the required implantation energy. At the same time, the ion beam acts in the area between the exit aperture 55 of the mass-dissolving chamber and the field electrode 61 and in the area between the field electrode 61 and the plate electrode 65 of the decelerating lens and, moreover, a net-focusing force.

Der Ionenstrahl tritt dann in den Bereich zwischen der Endlinsenblende 67 bzw. letzte Linsenblende und dem Targetsubstrat ein. In diesem Bereich wird der Ionenstrahl im wesentlichen mit der erforderlichen Implantationsenergie zum Substrat transportiert. Eine Expansion des inzwischen langsamen Strahls wird mittels des Plasmaflutsystems 13 durch Fluten des Strahls mit niederenergetischen Elektronen minimiert. Das Plasmaflutsystem minimiert ebenfalls während der Ionenimplantation die Oberflächenaufladung des Targetsubstrates und verringert gleichzeitig das Potential des Ionenstrahls, wiederum um das Ausmaß zu minimieren, mit dem sich der Strahl vor dem Erreichen des Substrats ausdehnt.The ion beam then enters the area between the end lens aperture 67 or the last lens aperture and the target substrate. In this area, the ion beam is transported to the substrate essentially with the required implantation energy. Expansion of the now slow beam is minimized by means of the plasma flood system 13 by flooding the beam with low-energy electrons. The plasma flood system also minimizes the surface charge of the target substrate during ion implantation and at the same time reduces the potential of the ion beam, again to minimize the extent to which the beam expands before reaching the substrate.

Die Verzögerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt einen beträchtlichen Fortschritt gegenüber den Systemen nach dem Stand der Technik dar. Erstens ermöglicht es die vorliegende Verzögerungsvorrichtung den Ionenstrahl zu neutralisieren, nachdem der Strahl abgebremst wurde, was bei den Systemen nach dem Stand der Technik nicht möglich ist. Die Schwierigkeit der Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls am Target unter Verwendung irgendeines Systems, das Elektronen in den Strahl einführt, rührt daher, daß, wenn Ionen im Verzögerungsfeld abgebremst werden, das Verzögerungsfeld die Elektronen von den Strahlionen weg beschleunigt, so daß der Elektroneninjektor sehr ineffizient ist. Im Falle eines Plasmaflutsystems, bei dem der Ionenstrahl durch niederenergetische Elektronen, die in einem stabilen Plasma enthalten sind, neutralisiert wird, würden starke elektrische Felder, die bei einer Verzögerungslinse vorhanden sind, verhindern, daß sich ein solches Plasma ausbildet. Bei der vorliegenden Anordnung ist das Plasmaflutsystem auf der stromabwärts gelegenen Seite der Verzögerungsvorrichtung angeordnet und ist gegen die Verzögerungsvorrichtung abgeschirmt, so daß das Plasmaflutsystem den starken Verzögerungsfeldern nicht ausgesetzt ist. Dies ermöglicht den kritischen Zustand, unter dem das erforderliche Niederenergieplasma erzeugt und aufrecht erhalten werden kann.The delay device of the present invention represents a significant advance over the Systems according to the state of the art it the present retarder the ion beam neutralize after the beam has been decelerated what not possible with the prior art systems is. The difficulty of neutralizing the space charge of the Ion beam at the target using any one System that introduces electrons into the beam is stirring hence that when ions are decelerated in the deceleration field be, the delay field the electrons from the Beam ions accelerated away, so the electron injector is very inefficient. In the case of a plasma flood system, at the ion beam by low-energy electrons, neutralized in a stable plasma strong electric fields that would Delay lens are present, prevent a forms such plasma. With the present arrangement is the plasma flood system on the downstream Side of the delay device is arranged and is against shielded the delay device so that the Plasma flood system does not meet the strong delay fields is exposed. This enables the critical condition under which the required low energy plasma is generated and can be maintained.

Zweitens ist der Verlust der Raumladungsneutralität unvermeidlich, wenn der Ionenstrahl durch das starke Verzögerungsfeld läuft. Folglich ist bei den Anordnungen nach dem Stand der Technik die Verzögerungslinse so dicht wie möglich am Target angeordnet, so daß der Strahl eine minimale Strecke ohne Raumladungsneutralisierung zurücklegt. Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Anordnung die Verzögerungsvorrichtung in Richtung stromaufwärts vom Substrattarget zurückgesetzt, zwischen der Neutralisierungsvorrichtung und der Massenauflösungskammer, und ist so angeordnet, daß sie auf den Ionenstrahl während der Verzögerung eine fokussierende Kraft ausübt, um in diesem Bereich, in dem die Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls weitgehend aufgebraucht ist, der Strahlausdehnung entgegenzuwirken. Es wurde festgestellt, daß überraschenderweise hohe Stromdichten am Targetsubstrat erreicht werden können, wenn die Endlinsenblende 65 der Verzögerungselektrode 65 mindestens 15% größer ist als die Querschnittsfläche des Strahls an der Endblende und wenn eine ausreichend hohe Potentialdifferenz zwischen der Feldelektrode 61 und der Plattenelektrode 65 in eine Richtung, die den Ionenstrahl im Bereich zwischen diesen Elektroden abbremst, angelegt wird. Z. B. konnte eine Ionenstromdichte auf das Target von 70 bzw. 250 µAcm^-2 bei einem Niederenergiestrahl von 2 keV bzw. 10 keV erreicht werden. Ebenfalls konnte eine Ionenstromdichte auf das Target von 5,0 bzw. 20,0 µAcm^-2 bei einem Strahl mit extrem niedriger Energie (< 1 keV) von 200 eV bzw. 500 eV erreicht werden.Second, the loss of space charge neutrality is inevitable when the ion beam passes through the strong retardation field. Thus, in the prior art arrangements, the retardation lens is located as close to the target as possible so that the beam travels a minimal distance without space charge neutralization. In contrast, in the present arrangement, the retarder is set back upstream of the substrate target, between the neutralizer and the mass dissolving chamber, and is arranged to exert a focusing force on the ion beam during the retardation to act in that area where the Space charge neutralization of the ion beam is largely used up to counteract the beam expansion. It has been found that surprisingly high current densities can be achieved at the target substrate when the Endlinsenblende 65 of the decelerating electrode 65 for at least 15% greater than the cross-sectional area of the beam at the tailpipe, and when a sufficiently high potential difference between the field electrode 61 and the plate electrode 65 in a Direction that brakes the ion beam in the area between these electrodes is applied. For example, an ion current density on the target of 70 or 250 µAcm ^{-2 could be achieved} with a low energy beam of 2 keV or 10 keV. It was also possible to achieve an ion current density on the target of 5.0 or 20.0 µAcm ^-2 with a beam with extremely low energy (<1 keV) of 200 eV or 500 eV.

Die Blende 63 der Feldelektrode 61 ist ebenfalls größer als die Querschnittsfläche des Strahls an dieser Stelle und kann den gesamten Strahlstrom durchlassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Blendengröße längs der Strahlstrecke im wesentlichen konstant und die Tiefe der Blende in Richtung der Strahlstrecke ist relativ klein.The aperture 63 of the field electrode 61 is also larger than the cross-sectional area of the beam at this point and can pass the entire beam current. In this embodiment, the aperture size is essentially constant along the beam path and the depth of the diaphragm in the direction of the beam path is relatively small.

Die Blende 64 der felddefinierenden Elektrode 56 und die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer sind ebenfalls größer als die Querschnittsfläche des Strahls an diesen Stellen, so daß der gesamte Strahlstrom, der durch den massenseparierenden Spalt 42 und die Blende 44, die die Höhe des Strahls begrenzt, durchgelassen wird, in die Verzögerungszone eintritt. Folglich sind jenseits der Blende 44, die die Strahlhöhe begrenzt, alle Blenden, durch die der Strahl zum Substrat durchtritt, größer als der Querschnitt des Strahls an der jeweiligen Blende, so daß der gesamte Strahlstrom vom strahlhöhenbegrenzenden Element 43 zum Substrat übertragen werden kann. Dies ist eine bedeutende Abweichung von den Anordnungen nach dem Stand der Technik, in denen die Größe der Blenden längs der Strahlstrecke beschränkt ist, um z. B. die Breite und Form des Strahls am Target festzulegen, um einen Widerstand gegen den Gasstrom durch die Blende vorzusehen, so daß ein Differenzdruck über die Blende aufrecht erhalten werden kann, oder damit die Innenfläche der Blende so dicht wie möglich am Ionenstrahl ist, damit an die Elektroden eine niedrigere Spannung angelegt werden kann.The aperture 64 of the field-defining electrode 56 and the exit aperture 55 of the mass-dissolving chamber are also larger than the cross-sectional area of the beam at these points, so that the entire beam current which is passed through the mass-separating gap 42 and the aperture 44 , which limits the height of the beam, is passed will enter the delay zone. Consequently, beyond the aperture 44 , which limits the beam height, all the apertures through which the beam passes to the substrate are larger than the cross section of the beam at the respective aperture, so that the entire beam current can be transmitted from the beam height-limiting element 43 to the substrate. This is a significant departure from the prior art arrangements in which the size of the diaphragms along the beam path is limited to e.g. B. determine the width and shape of the beam at the target to provide resistance to gas flow through the orifice so that a differential pressure across the orifice can be maintained, or so that the inner surface of the orifice is as close to the ion beam as possible a lower voltage can be applied to the electrodes.

Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Strahls an einer vorgegebenen Blende zur Fläche der Blende soll als "Füllfaktor" definiert werden. Vorzugsweise beträgt der Füllfaktor der Fokussierungselektrode 61 und der Linsenplattenelektrode 65 weniger als 85% für alle Spezies von Dotierstoffionen. Es wurde festgestellt, daß Füllfaktoren von weniger als ungefähr 85% den Transport bzw. die Übertragung von höheren Strahlstromdichten längs der Strahlstrecke ermöglichen. Es wird vermutet, daß das Vorsehen eines nicht vernachlässigbaren Spalts zwischen dem Strahl und den verschiedenen Strahlstreckenelektroden die Strahlausdehnung aufgrund von Raumladungseffekten verringern, da das elektrische Feld, das durch eine Elektrode erzeugt wird, die quer zur Strahlstrecke verläuft, weniger Störungen der Ionen und Elektronen, die an der Peripherie des Ionenstrahls transportiert werden, hervorrufen, als wenn die Innenfläche der Elektrodenblende dicht am Ionenstrahl angeordnet ist. Indem man sicherstellt, daß die Größe der Blenden der Elektroden, die auf der stromabwärts gelegenen Seite des massenseparierenden Spalts gelegen sind, alle größer sind als der Querschnitt des Strahls an diesen Stellen, kann folglich die Strahlausdehnung reduziert und die Strahlstromdichte erhöht werden. Da weiterhin die Größe der Blenden größer als der Querschnitt des Strahls ist, kann verhindert werden, daß die Strahlionen auf die Elektroden treffen, wodurch die Verunreinigung des Strahls durch Graphit, Metall oder andere Materialien, die ansonsten von der Oberfläche der Elektroden abgesputtert würden, beträchtlich verringert wird.The ratio of the cross-sectional area of the beam at a given aperture to the area of the aperture should be defined as the "fill factor". Preferably, the fill factor of the focusing electrode 61 and the lens plate electrode 65 is less than 85% for all species of dopant ions. It has been found that fill factors of less than approximately 85% enable the transport or transmission of higher beam current densities along the beam path. It is believed that the provision of a non-negligible gap between the beam and the various beam path electrodes reduces beam expansion due to space charge effects, since the electric field generated by an electrode that is transverse to the beam path reduces ion and electron interference, which are transported at the periphery of the ion beam cause as if the inner surface of the electrode aperture is arranged close to the ion beam. Consequently, by ensuring that the size of the apertures of the electrodes located on the downstream side of the mass-separating gap are all larger than the cross section of the beam at these locations, the beam expansion can be reduced and the beam current density increased. Furthermore, since the size of the diaphragms is larger than the cross section of the beam, the beam ions can be prevented from striking the electrodes, thereby considerably increasing the contamination of the beam by graphite, metal, or other materials that would otherwise be sputtered from the surface of the electrodes is reduced.

Es wurde festgestellt, daß Probleme durch eine Energiekontamination des abgebremsten Ionenstrahls mit niedriger Energie bei Energien oberhalb der Transportenergie auftreten können und daß eine solche Kontamination von der Neutralisierung der Strahlionen herrührt, wenn sie vorübergehend durch die Feldelektrode beschleunigt werden, bevor sie im Bereich zwischen der Feldelektrode und der Linsenplattenelektrode abgebremst werden.It has been found that problems caused by Energy contamination of the decelerated ion beam with lower energy at energies above that Transport energy can occur and that such Contamination from the neutralization of the radiation ions originates when temporarily through the field electrode be accelerated before moving in the area between the Field electrode and the lens plate electrode braked become.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Strahltransportvorrichtung für eine Ionenimplantation mit niedriger Energie, die im wesentlichen solch eine Hochenergiekontamination des Ionenstrahls beseitigt. Zur besseren Überschaubarkeit wurde in Fig. 2 der Ionenstrahlerzeuger, das meiste des Massenanalysemagneten und der Strahlbegrenzer der Ionenimplantationsanlage weggelassen, aber diese können die gleichen wie die oben beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten sein. Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, weist die Vorrichtung auf: ein Flugrohr 27, das eine Massenauflösungskammer 47 einschließt, die einen Ionenselektor 7 zum Auswählen der gewünschten Implantationsionen aus dem massenanalysierten Strahl vom Magneten 5 aufweist, eine Abbremslinsenanordnung 9, die auf der strahlabwärts gelegenen Seite der Massenauflösungskammer 47 zum Abbremsen des Ionenstrahls angeordnet ist, eine Strahlneutralisierungsvorrichtung, die auf der stromabwärts gelegenen Seite der Abbremslinsenanordnung angeordnet ist und an diese angrenzt, und einen Targetsubstrathalter 11, der auf der strahlabwärts gelegenen Seite der Strahlneutralisierungsvorrichtung 13 angeordnet ist und an diese angrenzt. FIG. 2 shows a top view of a preferred embodiment of a beam transport device for a low energy ion implantation that substantially eliminates such high energy contamination of the ion beam. For better clarity, the ion beam generator, most of the mass analysis magnet and the beam limiter of the ion implantation system have been omitted in FIG. 2, but these can be the same as those described above and shown in FIG. 1. As shown in Fig. 2, the device comprises: a flight tube 27 , which includes a mass resolution chamber 47 , which has an ion selector 7 for selecting the desired implant ions from the mass-analyzed beam from the magnet 5 , a braking lens arrangement 9 , which on the downstream side of the mass dissolving chamber 47 for decelerating the ion beam is arranged, a beam neutralizing device which is arranged on the downstream side of the decelerating lens arrangement and is adjacent to it, and a target substrate holder 11 which is arranged on the downstream side of the beam neutralizing device 13 and is adjacent to the latter ,

Der Ionenselektor 7 weist eine Plattenelektrode 35, die die meisten der unerwünschten Ionenspezies vom Magneten zu rückweist, und zwei Elemente 39, 41 auf, die zusammen einen massenseparierenden Spalt 42 mit einstellbarer Breite ab grenzen bzw. definieren, der nur die ausgewählte Ionen spezies durchläßt. Eine Wand 49 der Massenauflösungskammer weist ein Teil 51, das sich in Richtung der Strahlstrecke erstreckt und ungefähr eine zylindrische Hülle abgrenzt, und ein Vorderseitenteil 53 auf, das eine Plattenelektrode darstellt, die sich quer zur Strahlstrecke erstreckt. Das Vorderseitenteil 53 definiert eine Blende 55 durch die der Ionenstrahl durchtreten kann und die angrenzend an die massenseparierenden, spaltabgrenzenden Elemente 39 und 41 angeordnet ist.The ion selector 7 has a plate electrode 35 , which rejects most of the undesirable ion species from the magnet, and two elements 39 , 41 , which together define or define a mass-separating gap 42 with an adjustable width, which only allows the selected ions to pass through. A wall 49 of the mass-dissolving chamber has a part 51 which extends in the direction of the beam path and approximately delimits a cylindrical shell, and a front part 53 which represents a plate electrode which extends transversely to the beam path. The front part 53 defines an aperture 55 through which the ion beam can pass and which is arranged adjacent to the mass-separating, gap-delimiting elements 39 and 41 .

Wie dies in den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist, weist die Abbremslinsenanordnung eine erste Plattenelektrode 65 mit Blende zum Steuern der Implantationsenergie, die angrenzend an die strahlneutralisierende Vorrichtung 13 angeordnet ist, eine zweite Plattenelektrode 60 mit Blende, die auf der stromaufwärts gelegenen Seite der ersten Plattenelekt rode 65 mit Blende angeordnet ist, und eine Feldelektrode 61 auf, die zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende an geordnet ist und an diese angrenzt, um für die Strahlionen, die durch die erste Plattenelektrode 65 mit Blende treten, ein Fokussierungsfeld vorzusehen. Eine zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende ist auf der stromaufwärts gelegenen Seite der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende angeordnet, um eine weitere Abschirmung des Ionenselektors 7 gegen die elektrischen Felder, die auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ionenselektors 7 erzeugt werden, und insbesondere gegen Felder, die von der Feldelektrode 61 herrühren, vorzusehen. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist die zusätzliche Abschirmungselektrode 56 auf Abstandshaltern 66 montiert, die sich von der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende nach hinten erstrecken.As shown in FIGS. 2 through 5, the deceleration lens assembly comprises a first plate electrode 65 with aperture for controlling the implantation energy, which is disposed adjacent to the strahlneutralisierende device 13, a second plate electrode 60 with aperture, located on the upstream side of the first plate electrode 65 is arranged with an aperture, and a field electrode 61 , which is arranged between the first plate electrode 65 with an aperture and the second plate electrode 60 with an aperture and adjoins them, for the radiation ions which pass through the first plate electrode 65 Step down to provide a focus area. An additional plate electrode 56 with an aperture is arranged on the upstream side of the second plate electrode 60 with an aperture in order to further shield the ion selector 7 against the electric fields generated on the downstream side of the ion selector 7 , and in particular against fields that originate from the field electrode 61 to be provided. In this particular embodiment, the additional shield electrode 56 is mounted on spacers 66 that extend rearward from the second plate electrode 60 .

Ein Abschirmzylinder 54 ist auf dem Flugrohr 27 montiert und erstreckt sich axial in Richtung der Feldelektrode 61. Die zweite Plattenelektrode 60 mit Blende ist auf dem vorderen Ende des Abschirmzylinders 54 montiert und der Abschirmzylinder 54 schließt die zusätzliche Abschirmelektrode 56 ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Abschirmzylinder 54, die zweite Plattenelektrode 60 mit Blende und die zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende alle mit dem Flugrohr 27 elektrisch verbunden.A shield cylinder 54 is mounted on the flight tube 27 and extends axially in the direction of the field electrode 61 . The second plate electrode 60 with an aperture is mounted on the front end of the shield cylinder 54 , and the shield cylinder 54 includes the additional shield electrode 56 . In this embodiment, the shield cylinder 54 , the second plate electrode 60 with diaphragm and the additional plate electrode 56 with diaphragm are all electrically connected to the flight tube 27 .

Betrachtet man wieder die Abbremslinsenanordnung, so sind die Strahlblenden, die sowohl in der Feldelektrode 61 als auch der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende ausgebildet sind, rechteckig und bei jeder Blende ist die Breite w_f und w_d der Blende kleiner als die Höhe h_f und h_d. Sowohl in der Höhe als auch in der Breite ist die in der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende ausgebildete Blende kleiner als die der Feldelektrode 61, um eine verbesserte Abschirmung der strahlneutralisierenden Vorrichtung 13 gegen das von der Feldelektrode 61 herrührende elektrische Feld vorzusehen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen der Strahlblende 63 der Feldelektrode ungefähr 86 mm × 100 mm und die der Strahlblende 67 der ersten Plattenelektrode mit Blende ungefähr 60 mm × 86 mm. Looking again at the braking lens arrangement, the beam diaphragms, which are formed with diaphragms both in the field electrode 61 and in the first plate electrode 65 , are rectangular and with each diaphragm the width w _f and w _{d of} the diaphragm are smaller than the height h _f and h _d . Both in height and in width, the diaphragm formed in the first plate electrode 65 with diaphragm is smaller than that of the field electrode 61 in order to provide improved shielding of the beam-neutralizing device 13 against the electrical field originating from the field electrode 61 . In one embodiment, the dimensions of the beam aperture 63 of the field electrode are approximately 86 mm × 100 mm and those of the beam aperture 67 of the first plate electrode with an aperture are approximately 60 mm × 86 mm.

Die teilweise Reduzierung der Breite der Blende zwischen der Feldelektrode und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende ist größer als die teilweise Reduzierung der Höhe der Blende zwischen der Feldelektrode und der ersten Plattenelektrode mit Blende. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Ionenstrahl durch den massenseparierenden Spalt tritt, weist der Strahl eine bleistiftähnliche Querschnittsgeometrie auf, so daß der Strahl dazu neigt, sich aufgrund von Raumladungseffekten in lateraler Richtung schneller auszudehnen als in vertikaler Richtung. Die größere Reduzierung hinsichtlich der Breite der Blenden verstärkt die Fokussierungskraft in lateraler Richtung über die Breite des Ionenstrahls, um der stärkeren Expansionsgeschwindigkeit in dieser Richtung entgegenzuwirken. Die Strahlblendenkonfiguration aus der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der Feldelektrode 61 erhöht die Fokussierungskapazität der Abbremslinse, so daß die Spannung der Feldelektrode bezüglich der ersten Plattenelektrode mit Blende und der zweiten Plattenelek trode mit Blende, die notwendig ist, um ein entsprechendes Fokussieren des Strahls vorzusehen, verringert werden kann, wodurch die Energie verringert wird, die der Ionenstrahl beim Durchgehen durch die Feldelektrodenblende kurzfristig oberhalb der Transportenergie erreicht. Dies wiederum verringert die Energie von schnellen Neutralteilchen, die in diesem Bereich durch Ladungsaustausch mit Restgasatomen erzeugt werden.The partial reduction in the width of the aperture between the field electrode and the first plate electrode 65 with aperture is greater than the partial reduction in the height of the aperture between the field electrode and the first plate electrode with aperture. In this embodiment, when the ion beam passes through the mass-separating gap, the beam has a pencil-like cross-sectional geometry, so that the beam tends to expand faster in the lateral direction than in the vertical direction due to space charge effects. The larger reduction in the width of the diaphragms increases the focusing force in the lateral direction across the width of the ion beam in order to counteract the greater expansion speed in this direction. The beam aperture configuration of the first plate electrode 65 with diaphragm and the field electrode 61 increases the focusing capacity of the braking lens, so that the voltage of the field electrode with respect to the first plate electrode with diaphragm and the second plate electrode with diaphragm, which is necessary to provide a corresponding focusing of the beam , can be reduced, thereby reducing the energy which the ion beam briefly reaches above the transport energy when passing through the field electrode aperture. This in turn reduces the energy of fast neutral particles that are generated in this area by charge exchange with residual gas atoms.

Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, sind die erste Platten elektrode 65 mit Blende und die zweite Plattenelektrode 60 mit Blende mit einem Abstand "a" in Strahlrichtung voneinander beabstandet, der kleiner ist als die kleinste Querabmessung "w_f" (in diesem Fall die Breite) der Strahlblende der Feldelektrode 61. Dies ist ein weiteres wichtiges Merkmal der bevorzugten Abbremslinsenanordnung. Der kurze Abstand zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende stellt sicher, daß die Zeit, während der die Ionen eine Energie oberhalb der Transportenergie haben, wenn sie durch die Feldelektrode 61 beschleunigt werden, so kurz wie möglich gehalten wird. Folglich ist die Wahrscheinlichkeit, mit der die Strahlionen mit dieser höheren Energie Ladungsaustauschstöße mit Restgasatomen erfahren, verringert, wobei damit eine Verringerung der Anzahl von in diesem Bereich erzeugten Neutralteilchen mit hoher Energie einhergeht.As shown in Fig. 2, the first plate electrode 65 with diaphragm and the second plate electrode 60 with diaphragm are spaced apart by a distance "a" in the beam direction, which is smaller than the smallest transverse dimension "w _f " (in this case the width) of the beam diaphragm of the field electrode 61 . This is another important feature of the preferred brake lens assembly. The short distance between the first plate electrode 65 with diaphragm and the second plate electrode 60 with diaphragm ensures that the time during which the ions have an energy above the transport energy when they are accelerated by the field electrode 61 is kept as short as possible , As a result, the likelihood that the beam ions with this higher energy experience charge exchange surges with residual gas atoms is reduced, accompanied by a decrease in the number of high energy neutral particles produced in this region.

Die Feldelektrode 61 ist ungefähr zylindrisch und weist eine axiale Länge in Strahlrichtung von mindestens 10% der kleinsten Querabmessung der Strahlblende (in diesem Fall die Blendenbreite) auf. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Axiallänge ungefähr 23% der Blendenbreite. Diese Anordnung verstärkt den Fokussierungseffekt, während es ermöglicht wird, daß die Blende der Feldelektrode 61 größer ist als die expandierte Strahlbreite, wenn der Strahl durch die Feldelektrode tritt.The field electrode 61 is approximately cylindrical and has an axial length in the beam direction of at least 10% of the smallest transverse dimension of the beam diaphragm (in this case the diaphragm width). In this particular embodiment, the axial length is approximately 23% of the aperture width. This arrangement enhances the focusing effect while allowing the aperture of the field electrode 61 to be larger than the expanded beam width as the beam passes through the field electrode.

Ein zylinderförmiger Flansch 89 erstreckt sich von der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende axial in Richtung der Feldelektrode 61. Der zylinderförmige Flansch 89 und die erste Plattenelektrode 65 mit Blende bilden eine Abschirmung um den Ionenstrahl und um die Feldelektrode 61, um das durch die Potentialdifferenz, die zwischen der Feldelektrode 61 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende angelegt ist, erzeugte elektrische Feld zu begrenzen, wodurch verhindert wird, daß geladene Teilchen nahe des Targetsubstrats 12 stromaufwärts zur Feldelektrode 61 strömen, und wodurch gleichzeitig der Ionenstrahl gegen jegliche elektrische Streufelder abgeschirmt wird, die in der Prozeßkammer 81 vorhanden sind und die sonst das Ladungsgleichgewicht im Ionenstrahl kippen könnten, wodurch Strahlstrom verloren gehen würde. A cylindrical flange 89 extends from the first plate electrode 65 with an aperture axially in the direction of the field electrode 61 . The cylindrical flange 89 and the first plate electrode 65 with diaphragm form a shield around the ion beam and around the field electrode 61 in order to limit the electric field generated by the potential difference which is applied between the field electrode 61 and the first plate electrode 65 with diaphragm, thereby preventing charged particles near the target substrate 12 from flowing upstream to the field electrode 61 , and at the same time shielding the ion beam from any stray electrical fields present in the process chamber 81 which could otherwise tip the charge balance in the ion beam, thereby losing beam current would.

Die Feldelektrode 61 ist innerhalb des Flansches 89 angeordnet, so daß der Flansch die äußere Peripherie der Feldelektrode 61 umgibt. Mittels einer Vielzahl von Abstandshaltern 68, die radial um die Peripherie der Feldelektrode 61 herum angeordnet sind, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Feldelektrode 61 im zylindrischen Abschirmflansch 89 montiert und wird von diesem gestützt. Mittels einer Vielzahl von Abstandshaltern 72 wird die Anordnung von Feldelektrode und erster Plattenelektrode mit Blende in der Wand 85 der Prozeßkammer montiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der zylinderförmige Abschirmflansch 89 ein kleines Stück über die Rückseitenfläche der Feldelektrode 61 hinaus, so daß der Spalt 95 zwischen der Feldelektrode und der zweiten Plattenelektrode mit Blende leicht zugänglich ist und direkt mit dem umgebenden Raum innerhalb der Prozeßkammer 81 in Verbindung steht. Diese offene Geometrie ermöglicht es, daß der Bereich zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende einfacher evakuiert werden kann, so daß der Restgasdruck in diesem Bereich reduziert werden kann, um die Erzeugung von schnellen Neutralteilchen zu minimieren, die sonst eine Hochenergieverunreinigung hervorrufen würden.The field electrode 61 is arranged within the flange 89 so that the flange surrounds the outer periphery of the field electrode 61 . In this exemplary embodiment, the field electrode 61 is mounted in the cylindrical shielding flange 89 and is supported by a plurality of spacers 68 which are arranged radially around the periphery of the field electrode 61 . The arrangement of the field electrode and the first plate electrode with a panel is mounted in the wall 85 of the process chamber by means of a large number of spacers 72 . In this embodiment, the cylindrical shield flange 89 extends a little beyond the rear surface of the field electrode 61 , so that the gap 95 between the field electrode and the second plate electrode with an aperture is easily accessible and communicates directly with the surrounding space within the process chamber 81 , This open geometry enables the area between the field electrode 61 and the second plate electrode 60 to be evacuated more easily, so that the residual gas pressure in this area can be reduced to minimize the generation of fast neutral particles which would otherwise cause high energy contamination would.

Ein Vakuumanschluß 83 ist in der Wand der Prozeßkammer 81 ausgebildet, um die Prozeßkammer zu evakuieren. Die Öffnung des Vakuumanschlusses ist relativ groß und erstreckt sich im Bereich des Targetsubstrats parallel zur Strahlstrecke, um die vom Target während der Implantation abgesputterten Partikel zu sammeln. Die Abbremslinsenanordnung ist besonders im Bereich zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende direkt vor dem Vakuumauslaßanschluß 83 der Prozeßkammer 81 angeordnet, so daß das Innere der Linse effizienter evakuiert werden kann, was weiterhin beim Minimieren der Erzeugung von schnellen Neutralteilchen und der Hochenergiekontamination des Ionenstrahls hilft.A vacuum port 83 is formed in the wall of the process chamber 81 to evacuate the process chamber. The opening of the vacuum connection is relatively large and extends in the region of the target substrate parallel to the beam path in order to collect the particles sputtered off by the target during the implantation. The braking lens assembly is particularly located in the area between the field electrode 61 and the second plate electrode 60 with an aperture just in front of the vacuum outlet port 83 of the process chamber 81 , so that the inside of the lens can be evacuated more efficiently, further minimizing the generation of fast neutral particles and high energy contamination of the ion beam helps.

Folglich ist die in Fig. 2 dargestellte Abbremslinsenanordnung so angeordnet und aufgebaut, daß der Raum innerhalb der Linse effektiv evakuiert werden kann, um den Restgasdruck im Innern der Linse zu minimieren und um in diesem Bereich die Erzeugung von Neutralteilchen oberhalb der Implantationsenergie und insbesondere oberhalb der Flugrohrtransportenergie zu minimieren.Consequently, the braking lens arrangement shown in FIG. 2 is arranged and constructed in such a way that the space inside the lens can be effectively evacuated in order to minimize the residual gas pressure inside the lens and in this area the generation of neutral particles above the implantation energy and in particular above the To minimize flight tube transport energy.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Strahlneutralisierungsvorrichtung 13 ein Plasmaflutsystem auf, das eine Plasmaquelle 14 aufweist, die Elektronen in den Ionenstrahl nahe der Oberfläche des Targetsubstrats einführt. Das Plasmaflutsystem schließt ein Elektronenbegrenzungsrohr 69 ein, das den Ionenstrahl umgibt und unmittelbar vor dem Substrathalter 11 angeordnet ist. Eine Abschirmelektrode 70 zum Abschirmen des Plasmaflutsystems gegen elektrische Felder, die von der Abbremslinsenanordnung herrühren, ist am stromaufwärts gelegenen Ende des Begrenzungsrohrs 69 montiert und ist angrenzend an die erste Plattenelektrode 65 mit Blende angeordnet. Dieser Aufbau ermöglicht es, daß die Linsenanordnung 9 so dicht wie möglich am Targetsubstrat 12 angeordnet ist, während es immer noch möglich ist, daß die Neutralisierungsvorrichtung 13 zwischen den beiden angeordnet ist. Die zusätzliche Abschirmelektrode 70 weist eine Strahlblende 74 auf, deren Größe ungefähr die Größe der Strahlblende 67 in der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende ist und die im wesentlichen verhindert, daß elektrische Fremdfelder in den Neutralisierungsbereich hinein eindringen. Die zusätzliche Abschirmelektrode 70 ermöglicht es, daß die erste Plattenelektrode 65 mit Blende sehr dicht am stromaufwärts gelegenen Ende des Elektronenbeschränkungsrohrs 69 angeordnet ist und daß das Beschränkungsrohr 69 selbst relativ kurz gehalten werden kann, während es bei der Implantation immer noch eine ausreichende Neutralisierung des Substrats 12 vorsieht.In this embodiment, the beam neutralization device 13 has a plasma flood system that has a plasma source 14 that introduces electrons into the ion beam near the surface of the target substrate. The plasma flood system includes an electron confinement tube 69 which surrounds the ion beam and is arranged directly in front of the substrate holder 11 . A shielding electrode 70 for shielding the plasma flood system from electric fields resulting from the braking lens assembly is mounted on the upstream end of the restriction tube 69 and is disposed adjacent the first plate electrode 65 with an aperture. This construction enables the lens assembly 9 to be located as close as possible to the target substrate 12 while still allowing the neutralizer 13 to be located between the two. The additional shielding electrode 70 has a beam diaphragm 74 , the size of which is approximately the size of the beam diaphragm 67 in the first plate electrode 65 with diaphragm and which essentially prevents external electric fields from penetrating into the neutralization area. The additional shield 70 makes it possible that the first plate electrode 65 is provided with aperture very close to the upstream end of the electron confinement tube 69 and that the restricting tube 69 itself can be maintained relatively short, while in the implantation still a sufficient neutralization of the substrate 12 provides.

Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Beispiel, wie sich das Strahlbreitenprofil längs der Strahlstrecke ändert, wenn der Strahl vom Analysenmagneten 5 durch die Abbremslinsenanordnung zum Targetsubstrat 12 verläuft. Die Magnetoptik führt den Ionenstrahl zu einem engen Fokus am massenauflösenden Spalt 42 zusammen, der durch die massenauflösenden Elemente 39, 41 definiert ist. Beim Durchgang des Ionenstrahls durch den massenauflösenden Spalt 42 sowie durch die Strahlblenden 55 und 58 der Massenauflösungskammer 47 und durch die zusätzliche Abschirmungsplattenelektrode 56 dehnt sich die Strahlbreite allmählich aus. Wenn sich der Strahl der Strahlblende 62 der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende nähert, übt das elektrische Feld zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende anfänglich eine fokussierende Kraft auf den Ionenstrahl aus, die die Ausdehnungsgeschwindigkeit verringert, und anschließend übt sie eine aufweitende Kraft auf den Ionenstrahl aus, wenn sich der Strahl der Feldelektrode 61 nähert und kurzzeitig über die Transportenergie beschleunigt wird. Jedoch übt das elektrische Feld zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende eine nettofokussierende Kraft aus, da der Ionenstrahl eine geringere Geschwindigkeit aufweist und deshalb im Bereich, der näher an der Strahlblende der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende liegt, länger der fokussierenden Kraft ausgesetzt ist. FIG. 2 also shows an example of how the beam width profile changes along the beam path when the beam runs from the analysis magnet 5 through the braking lens arrangement to the target substrate 12 . The magnetic optics converge the ion beam to a narrow focus at the mass-resolving gap 42 , which is defined by the mass-resolving elements 39 , 41 . When the ion beam passes through the mass-resolving gap 42 and through the beam diaphragms 55 and 58 of the mass-dissolving chamber 47 and through the additional shielding plate electrode 56 , the beam width gradually expands. When the beam approaches the beam stop 62 of the second plate electrode 60 with the stop, the electric field between the field electrode 61 and the second plate electrode 60 with the stop initially exerts a focusing force on the ion beam, which reduces the rate of expansion, and then exerts a widening speed Force on the ion beam when the beam approaches the field electrode 61 and is briefly accelerated by the transport energy. However, the electric field between the field electrode 61 and the second plate electrode 60 with an aperture exerts a net focusing force because the ion beam has a lower speed and therefore longer the focusing force in the area closer to the beam aperture of the second plate electrode 60 with an aperture is exposed.

Wenn der Ionenstrahl durch die Feldelektrode 61 in den Spalt zwischen der Feldelektrode 61 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende eintritt, wird der Strahl auf die gewünschte Implantationsenergie abgebremst und das elektrische Feld zwischen diesen Elektroden übt eine starke Fokussierungskraft auf den Ionenstrahl aus, so daß sich die Strahlbreite verengt, so daß er durch die Strahlblende 67 der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende durchpaßt.When the ion beam by the field electrode 61 into the gap between the field electrode 61 and the first plate electrode 65 occurs with aperture, the beam is decelerated to the desired implantation energy and the electric field between these electrodes exerts a strong focusing force to the ion beam, so that the beam width is narrowed so that it fits through the beam diaphragm 67 of the first plate electrode 65 with the diaphragm.

Schließlich verläuft der Ionenstrahl durch die Strahlblende 74 der Abschirmplattenelektrode 70 in das Elektronenbegrenzungsrohr 69 der Neutralisierungsvorrichtung 13 und zum Target, wobei die Divergenz der Strahlbreite vernachlässigbar ist.Finally, the ion beam runs through the beam aperture 74 of the shielding plate electrode 70 into the electron limiting tube 69 of the neutralizing device 13 and to the target, the divergence of the beam width being negligible.

Ein weiterer, wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, daß die Ionenimplantationsanlage so angeordnet ist, daß die Weglänge zwischen dem Masseanalysenmagneten und der Verzögerungsvorrichtung sehr viel kürzer ausgestaltet werden kann, wie bei den Implantationsanlagen nach dem Stand der Technik. Wie oben erwähnt, ermöglicht dies nicht nur die Implantationsanlage wesentlich kompakter auszugestalten, sondern reduziert ebenfalls die Erzeugung von schnellen Neutralteilchen, die eine Energiekontamination eines niederenergetischen Ionenstrahls verursachen. Hauptsächlich werden schnelle Neutralteilchen, die auf das Target auftreffen könnten, irgendwo stromaufwärts der Verzögerungselektrode erzeugt, wobei diese in direkter Sichtlinie zum Target liegen. Neutralteilchen, die im Bereich zwischen der ersten Plattenelektrode mit Blende der Abbremslinse und dem Target erzeugt werden, weisen eine Energie auf, die gleich oder kleiner als die Implantationsenergie ist, und rufen daher keine Kontamination mit hoher Energie hervor. Um die kritische Weglänge, längs der schnelle Neutralteilchen gebildet werden könnten, zu verkürzen, ist das Flugrohr auf der stromabwärts gelegenen Seite des Analysenmagnets so kurz wie möglich ausgebildet, indem nur eine massentrennende Anordnung zwischen dem Magneten und der Abbremslinsenanordnung eingeschlossen ist. Aufgrund ihres extrem einfachen Aufbaus ermöglicht es die einzigartige Abbremslinsenanordnung, daß der Abstand zwischen der ersten Plattenelektrode mit Blende und dem Ende der massentrennenden Anordnung so kurz wie möglich ist. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die erste Plattenelektrode 65 mit Blende, die die Endenergie des Ionenstrahls steuert, so dicht wie möglich an der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer 47 angeordnet. Die Abbremsvorrichtung weist nur eine weitere Elektrode auf, nämlich die Feldelektrode 61, die zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und dem Ende 53 der Massenauflösungskammer 47 angeordnet ist, um die Form des Strahls im Verzögerungsbereich und durch die Endblende 67 der Linsenanordnung zu steuern, um im wesentlichen 100% Transmission des Strahlstroms zum Targetsubstrat zu erreichen, vorausgesetzt, daß die Blenden sowohl der Feldelektrode 61 als auch der Endblende 67 größer sind als der Querschnitt des Strahls an diesen Stellen. Die Größe der Blende 67 ist derart, daß es vermieden wird, daß Strahlionen zu Feldern mit hohen radialen Komponenten an der Peripherie der Blende gelangen, da diese die Ionen aus dem Strahl ablenken würden.Another important aspect of the present invention is that the ion implantation system is arranged in such a way that the path length between the mass analysis magnet and the delay device can be made much shorter, as in the prior art implantation systems. As mentioned above, this not only enables the implantation system to be made much more compact, but also reduces the generation of fast neutral particles which cause energy contamination of a low-energy ion beam. Mainly, fast neutral particles that could hit the target are generated somewhere upstream of the delay electrode, which are in the direct line of sight to the target. Neutral particles, which are generated in the area between the first plate electrode with a stop of the braking lens and the target, have an energy which is equal to or less than the implantation energy and therefore do not cause any contamination with high energy. In order to shorten the critical path length along which fast neutral particles could be formed, the flight tube on the downstream side of the analysis magnet is made as short as possible by only including a mass separating arrangement between the magnet and the braking lens arrangement. Because of its extremely simple construction, the unique braking lens arrangement enables the distance between the first plate electrode with aperture and the end of the mass-separating arrangement to be as short as possible. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the first plate electrode 65 with an aperture, which controls the final energy of the ion beam, is arranged as close as possible to the exit aperture 55 of the mass- dissolving chamber 47 . The braking device has only one further electrode, namely the field electrode 61 , which is arranged between the first plate electrode 65 with diaphragm and the end 53 of the mass resolution chamber 47 in order to control the shape of the beam in the deceleration region and through the end diaphragm 67 of the lens arrangement in order to to achieve substantially 100% transmission of the beam current to the target substrate, provided that the apertures of both the field electrode 61 and the end aperture 67 are larger than the cross section of the beam at these locations. The size of the diaphragm 67 is such that it prevents beam ions from reaching fields with high radial components on the periphery of the diaphragm, as these would deflect the ions from the beam.

Es wurde festgestellt, daß es notwendig ist, einen endlichen bzw. begrenzten Spalt zwischen der Feldelektrode 61 und dem Ende 53 der Massenauflösungskammer 47 einzuschließen, der einige Abschirmmittel aufweist, die sich längs der Strahlstrecke erstrecken, um das Eindringen des elektrischen Felds von der Fokussierungselektrode 61 durch die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer auf einen akzeptierbaren Wert zu verringern. Wesentlich ist, daß es nicht möglich ist, eine ausreichende Abschirmung durch Verringerung der Größe der Austrittsblende 55 allein zu erreichen, ohne daß die Kante der Austrittsblende 55 den Strahl abschneidet. Ein ausreichendes Abschirmen des elektrischen Feldes ohne das Abschneiden des Strahls kann nur erreicht werden, indem eine Abschirmung um den Ionenstrahl herum eingeschlossen wird, die sich über eine begrenzte Länge der Strahlstrecke zwischen der Feldelektrode 61 und dem Ende der Massenauflösungskammer erstreckt. Bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen weist das Abschirmmittel eine zylinderförmige Hohlelektrode 54 auf, die effektiv eine Verlängerung des Flugrohrs und eine zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende ist. Bei einer vorgegebenen Größe der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer ist die Abschirmlänge vorzugsweise so kurz wie möglich. Es wurde festgestellt, daß die Abschirmlänge, die durch eine zylinderförmige Abschirmung allein vorgesehen wird, beträchtlich verkürzt werden kann, indem eine zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende zwischen der Feldelektrode 61 und dem vorderen Ende 53 der Massenauflösungskammer angeordnet wird. Das Verkürzen der Abschirmlänge trägt nicht nur zur Verkürzung der gesamten Strahlweglänge zwischen dem Magneten und der ersten Plattenelektrode mit Blende der Abbremslinse bei, sondern verringert ebenfalls die Strecke, längs der Ionen zeitweise auf Energien oberhalb der Extraktionsenergie beschleunigt werden, wodurch die Energiekontamination in diesem kritischen Bereich abgeschwächt wird.It has been found that it is necessary to include a finite gap between the field electrode 61 and the end 53 of the mass resolution chamber 47 which has some shielding means extending along the beam path to prevent the electric field from entering the focusing electrode 61 by the outlet aperture 55 of the mass dissolving chamber to an acceptable value. It is essential that it is not possible to achieve adequate shielding by reducing the size of the exit aperture 55 alone without the edge of the exit aperture 55 cutting off the beam. Adequate shielding of the electric field without cutting the beam can only be achieved by including a shield around the ion beam that extends a limited length of the beam path between the field electrode 61 and the end of the mass resolution chamber. In the exemplary embodiments shown in FIGS . 1 and 2, the shielding means has a cylindrical hollow electrode 54 , which is effectively an extension of the flight tube and an additional plate electrode 56 with an aperture. For a given size of the outlet orifice 55 of the mass resolution chamber, the shielding length is preferably as short as possible. It has been found that the shielding length provided by a cylindrical shield alone can be significantly reduced by placing an additional plate electrode 56 with an aperture between the field electrode 61 and the front end 53 of the mass resolution chamber. Shortening the shielding length not only contributes to shortening the total beam path length between the magnet and the first plate electrode with the stop of the decelerating lens, but also reduces the distance along which ions are temporarily accelerated to energies above the extraction energy, as a result of which the energy contamination in this critical area is weakened.

Ein weiterer Vorteil der Verringerung der Weglänge des Ionenstrahls zwischen dem Magneten und der ersten Plattenelektrode mit Blende der Abbremslinsenanordnung ist, daß an der ersten Plattenelektrode mit Blende die Strahlbreite aufgrund der Ausdehnung durch die Raumladung geringer ist als bei längeren Wegstrecken. D. h., bei einer kürzeren Wegstrecke kann eine größere Strahlausdehnung toleriert werden. Dieses Merkmal führt zu einem erheblichen Vorteil, indem es ermöglicht, daß der Ionenstrahl bei einer geringeren Energie transportiert werden kann, so daß die Differenz zwischen der Implantationsenergie und der Transportenergie verringert werden kann. Folglich kann die Ionenimplantationsanlage so gesteuert werden, daß alle Neutralteilchen, die auf der stromaufwärts gelegenen Seite der ersten Plattenelektrode mit Blende erzeugt werden, nur solche Energien aufweisen, die leicht über der Implantationsenergie liegen und folglich nur wenig tiefer in das Targetsubstrat eindringen als die Implantationsionen. Weiterhin verringert die Verkürzung der Strahlweglänge zwischen dem Ionenstrahlerzeuger und dem Targetsubstrat die Anzahl der Neutralisierungswechselwirkungen, so daß bei der Erzeugung von Neutralteilchen weniger Ionenstrom verloren geht. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt die Länge der Implantationsanlage vom Magneten bis zum Ende der Prozeßkammer ungefähr 2 m, der Abstand zwischen der Magnetaustrittsblende 31 und dem Targetsubstrat beträgt ungefähr 90 cm und der Abstand zwischen der Magnetaustrittsblende 31 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende beträgt ungefähr 60 cm. Neutralteilchen mit hoher Energie, die die Energiekontamination des Ionenstrahls am Substrat bewirken könnten, können ebenfalls im stromaufwärts gelegenen Bereich der Austrittsblende 31 des Analysenmagneten 5 gebildet werden. Vorteilhafterweise kann die Länge dieses Bereichs mit direkter Sichtlinie zum Substrat verkürzt werden, indem die Magnetfeldstärke des Analysenmagneten verstärkt wird, um den Ionenstrahl in einem engeren Bogen abzulenken. Die kompakte Strahlstreckenanordnung, einschließlich der Verzögerungsvorrichtung, zwischen dem Analysenmagneten und dem Targetsubstrat ermöglicht es, daß der Magnetbogenradius beträchtlich verringert wird, so daß bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen der Radius 23 cm beträgt. Vorteilhafterweise ermöglicht es dies, daß die gesamte Strahlweglänge vom Ionenstrahlerzeuger bis zum Substrat verkürzt wird, wodurch die Größe des Strahlquerschnitts am Substrat weiter verringert wird und der Verlust an Strahlstrom vom Ionenerzeuger bis zum Target verringert wird.Another advantage of reducing the path length of the ion beam between the magnet and the first plate electrode with an aperture of the braking lens arrangement is that the beam width at the first plate electrode with an aperture is smaller due to the expansion due to the space charge than with longer distances. This means that a larger beam expansion can be tolerated for a shorter distance. This feature provides a significant advantage in that the ion beam can be transported at a lower energy so that the difference between the implantation energy and the transport energy can be reduced. Consequently, the ion implantation system can be controlled in such a way that all neutral particles which are produced on the upstream side of the first plate electrode with an aperture have only those energies which are slightly above the implantation energy and consequently penetrate only a little deeper into the target substrate than the implantation ions. Furthermore, the shortening of the beam path length between the ion beam generator and the target substrate reduces the number of neutralization interactions, so that less ion current is lost when neutral particles are generated. In the exemplary embodiments shown in FIGS . 1 and 2, the length of the implantation system from the magnet to the end of the process chamber is approximately 2 m, the distance between the magnet outlet aperture 31 and the target substrate is approximately 90 cm and the distance between the magnet outlet aperture 31 and the first Plate electrode 65 with an aperture is approximately 60 cm. Neutral particles with high energy, which could cause the energy contamination of the ion beam on the substrate, can also be formed in the upstream region of the outlet aperture 31 of the analysis magnet 5 . The length of this region with a direct line of sight to the substrate can advantageously be shortened by increasing the magnetic field strength of the analysis magnet in order to deflect the ion beam in a narrower arc. The compact beam path arrangement, including the delay device, between the analysis magnet and the target substrate enables the magnetic arc radius to be reduced considerably, so that in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 the radius is 23 cm. This advantageously enables the total beam path length from the ion beam generator to the substrate to be shortened, as a result of which the size of the beam cross section on the substrate is further reduced and the loss of beam current from the ion generator to the target is reduced.

Die Ionenimplantationsanlage kann ebenfalls so eingesetzt werden, daß die Endimplantationsenergie größer als die Energie ist, mit der der Strahl durch den Analysenmagneten transportiert wird (was als Beschleunigungsmodus bezeichnet wird). Wie dies in den Fig. 1 oder 2 dargestellt ist, wird in diesem Fall der Ionenstrahl mit einer festgelegten Energie durch den Massenanalysemagneten 5 und die Massenauflösungskammer 47 transportiert und wird dann unter Verwendung der Elektrodenanordnung 9 auf die Endimplantationsenergie beschleunigt. Z. B. wird für eine Implantationsenergie von 80 keV die Ionenquellenspannung bezüglich der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und dem Targetsubstrat 11, die beide auf Masse liegen, auf 80 kV eingestellt. Die Extraktionselektrode 23, das Flugrohr und die Abschirmvorrichtung bis zur und einschließlich der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende werden alle auf eine Spannung bezüglich der Spannung der Ionenquelle, die die Transportenergie des Ionenstrahls längs des Flugrohrs festlegt, eingestellt. Z. B. wird für eine Extraktionsenergie von 30 keV die Spannung des Flugrohrs bezüglich Masse auf +50 kV eingestellt. In dem Fall, in dem die Implantationsenergie geringer ist als die Extraktionsenergie (was als Brems- oder Verzögerungsmodus bezeichnet wird), wird die Feldelektrode 61 wiederum mit einer Spannung vorgespannt, die geringer ist als die der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende, um ein leichtes Fokussierungsfeld im Bereich der Endblende 67 der Linsenanordnung herzustellen, um den Ionenstrahl in diesem Bereich zu bündeln. Zum Beispiel kann die Feldelektrode 61 bezüglich der ersten Plattenelektrode mit Blende auf -25 kV vorgespannt werden. Wenn der Ionenstrahl durch die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer tritt, wird der Strahl zuerst durch das Feld zwischen der Feldelektrode 61 und dem Ende 53 der Massenauflösungskammer 47 auf eine Energie beschleunigt, die größer ist als die Implantationsenergie, und wird dann im Bereich zwischen der zylinderförmigen Elektrode 61 und der Plattenelektrode 65 auf die Endimplantationsenergie von 80 keV abgebremst. Es wurde festgestellt, daß sowohl Hochenergiestrahlen als auch Niederenergiestrahlen erfolgreich zum Substrat übertragen werden können, indem die Ionenimplantationsanlage im Beschleunigungsmodus bzw. im Abbremsmodus betrieben wird, ohne die zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der zylindrischen Elektrode 61 angelegte Potentialdifferenz wesentlich zu ändern. Nachdem die Potentialdifferenz zwischen diesen Elektroden einmal eingestellt wurde, ist vorteilhafterweise folglich keine weitere Einstellung der Potentialdifferenz erforderlich, was das Umschalten zwischen einer Implantation mit niedriger Energie und einer mit hoher Energie vereinfacht.The ion implantation system can also be used so that the final implantation energy is greater than the energy with which the beam is transported through the analysis magnet (what is referred to as the acceleration mode). In this case, as shown in FIG. 1 or 2, the ion beam is transported with a fixed energy through the mass analysis magnet 5 and the mass dissolving chamber 47 and is then accelerated to the final implantation energy using the electrode assembly 9 . For example, for an implantation energy of 80 keV, the ion source voltage with respect to the first plate electrode 65 with diaphragm and the target substrate 11 , which are both grounded, is set to 80 kV. The extraction electrode 23 , the flight tube and the shielding device up to and including the second plate electrode 60 with diaphragm are all set to a voltage with respect to the voltage of the ion source, which determines the transport energy of the ion beam along the flight tube. For example, for an extraction energy of 30 keV, the voltage of the flight tube with respect to mass is set to +50 kV. In the event that the implantation energy is less than the extraction energy (what is referred to as braking or deceleration mode), the field electrode 61 is again biased with a voltage less than that of the first plate electrode 65 with an aperture, by a slight focus field in the area of the end diaphragm 67 of the lens arrangement in order to focus the ion beam in this area. For example, the field electrode 61 can be biased to -25 kV with respect to the first plate electrode. When the ion beam passes through the exit aperture 55 of the mass dissolving chamber, the beam is first accelerated by the field between the field electrode 61 and the end 53 of the mass dissolving chamber 47 to an energy greater than the implantation energy, and then becomes in the area between the cylindrical electrode 61 and the plate electrode 65 decelerated to the final implantation energy of 80 keV. It has been found that both high-energy and low-energy beams can be successfully transferred to the substrate by operating the ion implantation system in the acceleration mode or in the deceleration mode without significantly changing the potential difference applied between the first plate electrode 65 with diaphragm and the cylindrical electrode 61 . Once the potential difference between these electrodes has been set, advantageously no further setting of the potential difference is consequently required, which simplifies the switching between an implantation with low energy and one with high energy.

Um einen Strahl mit Ionen erfolgreich zu transportieren, muß der Druck des Gases, durch welches der Strahl durchgeht, hoch genug sein, um eine ausreichende Anzahl von Elektronen zur Verfügung zu stellen, um den Strahl zu neutralisieren. Die Elektronen werden erzeugt, wenn der Ionenstrahl mit den Restgasatomen wechselwirkt, und werden in der Potentialwanne eingefangen, die durch die elektrostatische Ladung der positiven Ionen gebildet wird. Ein Gasdruck zwischen 10^-3 und 10^-2 Pa (10^-5-10^-4 mbar) wird bei den meisten kommerziellen Ionenimplantationsanlagen allgemein verwendet. Die vorliegende Verzögerungselektrodenanordnung ermöglicht es jedoch, daß der Restgasdruck innerhalb des Verzögerungsbereichs auf einen geringeren Druck abgepumpt wird, da sowohl die in der ersten Plattenelektrode mit Blende ausgebildete Blende als auch die in der Feldelektrode ausgebildete Blende wesentlich größer als der Querschnitt des Strahls sein können. Folglich kann das Gas innerhalb des Verzögerungsbereichs mit einem höheren Saugvermögen durch die Blenden abgepumpt werden, was zu einem geringeren Gasdruck in diesem Bereich führt. Da weiterhin die Feldelektrode die einzige weitere Elektrode ist, die zusätzlich zur ersten Plattenelektrode mit Blende erforderlich ist, um den Ionenstrahl abzubremsen und zu einem entfernt gelegenen Target zu übertragen, ist die Elektrodenanordnung extrem einfach und kann einfach als eine offene Struktur konfiguriert werden, die effizient evakuiert werden kann. Der Vorteil der Verringerung des Restgasdrucks in der Verzögerungszone ist, daß die Anzahl der Wechselwirkungen zwischen Strahlionen und den Restgasatomen verringert ist, so daß weniger Ionenstrom verlorengeht und weniger Neutralteilchen erzeugt werden, was zu einer geringeren Energiekontamination des Ionenstrahls führt. Es wurde festgestellt, daß der Restgasdruck um ungefähr eine Größenordnung oder mehr verringert werden kann, d. h., auf mindestens 10^-6 mbar, ohne eine beträchtliche Zunahme der Strahlausdehnungsrate. Eine Abnahme des Drucks um mindestens eine Größenordnung führt jedoch zu einer entsprechenden Abnahme von mindestens einer Größenordnung der Energiekontamination. Vorteilhafterweise tendiert die Fokussierungswirkung der Verzögerungsvorrichtung dazu, jede Zunahme in der Strahldivergenzrate in diesem Bereich zu kompensieren, so daß es möglich ist, den Gasdruck zu reduzieren.In order to successfully transport a beam of ions, the pressure of the gas through which the beam passes must be high enough to provide a sufficient number of electrons to neutralize the beam. The electrons are generated when the ion beam interacts with the residual gas atoms and are trapped in the potential well, which is formed by the electrostatic charge of the positive ions. A gas pressure between 10 ^-3 and 10 ^-2 Pa (10 ^-5 -10 ^-4 mbar) is commonly used in most commercial ion implantation systems. However, the present retardation electrode arrangement enables the residual gas pressure within the retardation area to be pumped to a lower pressure, since both the orifice formed in the first plate electrode with orifice and the orifice formed in the field electrode can be substantially larger than the cross section of the beam. Consequently, the gas can be pumped out through the orifices with a higher pumping speed within the deceleration area, which leads to a lower gas pressure in this area. Furthermore, since the field electrode is the only other electrode that is required in addition to the first plate electrode with an aperture to decelerate the ion beam and transmit it to a remote target, the electrode arrangement is extremely simple and can be easily configured as an open structure that is efficient can be evacuated. The advantage of reducing the residual gas pressure in the delay zone is that the number of interactions between jet ions and the residual gas atoms is reduced, so that less ion current is lost and fewer neutral particles are generated, which leads to less energy contamination of the ion beam. It has been found that the residual gas pressure can be reduced by approximately an order of magnitude or more, ie to at least 10 ^-6 mbar, without a significant increase in the rate of jet expansion. However, a decrease in pressure by at least one order of magnitude leads to a corresponding decrease in at least one order of magnitude of energy contamination. Advantageously, the focusing action of the delay device tends to compensate for any increase in the beam divergence rate in this area, so that it is possible to reduce the gas pressure.

Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Abbremslinsenanordnung 9, das Plasmaflutsystem 13 und der Targetsubstrathalter 11 alle innerhalb einer Prozeßkammer 81 eingeschlossen, die angrenzend an die Massenauflösungskammer 47 angeordnet ist und über eine Blende 55, die am vorderen Endabschnitt 53 der Massenauflösungskammer ausgebildet ist, mit der Massenauflösungskammer in Verbindung steht. Der Abschirmzylinder 52 zwischen der Vorderseitenwand 53 der Massenauflösungskammer 47 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende schirmt den Ionenstrahl gegen elektrische Streufelder in der Prozeßkammer 81 ab und ist perforiert, so daß dieser Teil der Strahlstrecke effizient evakuiert werden kann. Ein Vakuumauslaßanschluß 83 ist in der Wand 85 der Prozeßkammer 81 ausgebildet und ist mit einer Vakuumpumpe 86 (in Fig. 1 dargestellt) verbunden. Die Vakuumpumpe ist vorzugsweise eine Cryopumpe, die in der Lage ist, mit einer Rate bzw. einem Saugvermögen von ungefähr 10.000 Litern pro Sekunde zu pumpen. Durch ein elektrisch isolierendes Element 87, welches einen Teil der Wand der Prozeßkammer 81 ausbildet, ist die Massenauflösungskammerwand 49 gegen die Prozeßkammerwand elektrisch isoliert.As shown in Fig. 2, the brake lens assembly 9 , the plasma flood system 13, and the target substrate holder 11 are all enclosed within a process chamber 81 which is adjacent to the mass dissolving chamber 47 and via an orifice 55 which is formed at the front end portion 53 of the mass dissolving chamber is in communication with the mass resolution chamber. The shielding cylinder 52 between the front wall 53 of the mass resolution chamber 47 and the second plate electrode 60 with an aperture shields the ion beam against stray electrical fields in the process chamber 81 and is perforated so that this part of the beam path can be efficiently evacuated. A vacuum outlet port 83 is formed in the wall 85 of the process chamber 81 and is connected to a vacuum pump 86 (shown in FIG. 1). The vacuum pump is preferably a cryopump capable of pumping at a rate of approximately 10,000 liters per second. The mass-dissolving chamber wall 49 is electrically insulated from the process chamber wall by an electrically insulating element 87 , which forms part of the wall of the process chamber 81 .

Die Massenauflösungskammer 47 stellt einen Teil der kritischen Weglänge zwischen dem Analysenmagneten 5 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende dar, auf welcher schnelle Neutralteilchen erzeugt werden können, die eine Energiekontamination des Ionenstrahls hervorrufen können. Obwohl innerhalb der Massenauflösungskammer ein endlicher Restgasdruck erforderlich ist, um die Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls vorzusehen, ist ein beträchtlicher Druckbereich, in dem der Ionenstrahl hinreichend gut neutralisiert wird, vorhanden, so daß es möglich ist, daß der Druck verringert werden kann, um die Anzahl von schnellen Neutralteilchen, die in diesem Bereich erzeugt werden, zu verringern. Ein wichtiger Vorteil des weitestmöglichen Verkürzens der kritischen Weglänge besteht darin, daß eine höhere Ausdehnungsrate des Ionenstrahls toleriert werden kann, so daß eine gute Raumladungsneutralisierung weniger wichtig ist. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung nutzt diese höhere Toleranz gegenüber der Strahlausdehnung, die durch die verkürzte, kritische Weglänge hervorgerufen wird, aus, indem der Druck in der Massenauflösungskammer verringert wird. Obwohl in der Wand 49 der Massenauflösungskammer 47 ein Vakuumauslaßanschluß 57 ausgebildet und mit einer Vakuumpumpe 59 (in Fig. 1 gezeigt) verbunden ist, ist die Größe des Auslaßanschlusses 57 und daher der Durchsatz aufgrund der Länge der Massenauflösungskammer begrenzt, die idealerweise so kurz wie möglich sein sollte. Obwohl die Massenauflösungskammer über die Austrittsblende 55, die im Endteil 53 ausgebildet ist, mit der Prozeßkammer 81 in Verbindung steht, so daß, zumindest in einem gewissen Umfang, die Massenauflösungskammer durch diese Blende über die Prozeßkammer 81 evakuiert werden kann, ist die Größe dieser Blende begrenzt, da sie verhindern soll, daß das elektrische Feld, das von der Feldelektrode 61 herrührt, merklich in die Massenauflösungskammer 47 eindringt. Um den Druck innerhalb der Massenauflösungskammer 47 wesentlich unter denjenigen, der herkömmlich möglich war, zu reduzieren, ist eine Vielzahl von weiteren Blenden 103 in der Trennwand 51 zwischen der Massenauflösungskammer 47 und der Prozeßkammer 81 ausgebildet, um zusätzliche Auslässe vorzusehen, durch welche die Massenauflösungskammer mittels der Prozeßkammervakuumpumpe(n) 86 über den (die) Prozeßkammeranschluß (-anschlüsse) 83 evakuiert werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Blenden in dem Teil der Massenauflösungskammerwand ausgebildet, der sich ungefähr in Richtung der Strahlstrecke erstreckt, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen die weiteren Blenden in anderen Teilen der Wand ausgebildet sein können, einschließlich jenen, die sich quer zur Strahlstrecke erstrecken. Die Größe und die Abstände der Blenden werden sorgfältig ausgewählt, um die Abschirmung des Ionenstrahls, die durch die Trennwand 51 vorgesehen wird, zu erhalten, so daß der Ionenstrahl durch die Unterbrechung der Äquipotentialfläche an der Trennwand nicht gestört wird, was einen Verlust an Strahlstrom verursachen könnte. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Blenden als längliche Schlitze ausgebildet, können aber auch quadratisch, rechteckig, rund oder rautenförmig oder mit sonst irgendeiner geeigneten Form ausgebildet sein.The mass resolution chamber 47 represents part of the critical path length between the analysis magnet 5 and the first plate electrode 65 with an aperture, on which fast neutral particles can be generated, which can cause energy contamination of the ion beam. Although a finite residual gas pressure is required within the mass dissolving chamber to provide space charge neutralization of the ion beam, there is a considerable pressure range in which the ion beam is sufficiently well neutralized, so that it is possible that the pressure can be reduced by the number of decrease rapid neutral particles that are generated in this area. An important advantage of shortening the critical path length as much as possible is that a higher rate of expansion of the ion beam can be tolerated, so that good space charge neutralization is less important. One aspect of the present invention takes advantage of this higher tolerance to beam expansion caused by the shortened critical path length by reducing the pressure in the mass dissolving chamber. Although a vacuum outlet port 57 is formed in the wall 49 of the mass dissolving chamber 47 and connected to a vacuum pump 59 (shown in Fig. 1), the size of the outlet port 57 and therefore the throughput is limited due to the length of the mass dissolving chamber, which is ideally as short as possible should be. Although the mass dissolving chamber is connected to the process chamber 81 via the outlet orifice 55 , which is formed in the end part 53 , so that, at least to a certain extent, the mass dissolving chamber can be evacuated through this orifice via the process chamber 81 , the size of this orifice limited because it is to prevent the electric field originating from the field electrode 61 from noticeably entering the mass-dissolving chamber 47 . In order to reduce the pressure within the mass dissolving chamber 47 significantly below that which was conventionally possible, a plurality of further orifices 103 are formed in the partition 51 between the mass dissolving chamber 47 and the process chamber 81 in order to provide additional outlets through which the mass dissolving chamber can be connected the process chamber vacuum pump (s) 86 can be evacuated via the process chamber connection (s) 83 . In this embodiment, the orifices are formed in that part of the mass resolution chamber wall which extends approximately in the direction of the beam path, although in other embodiments the further orifices can be formed in other parts of the wall, including those which extend transversely to the beam path. The size and spacing of the diaphragms are carefully selected in order to maintain the shielding of the ion beam provided by the partition 51 so that the ion beam is not disturbed by the break in the equipotential surface on the partition, causing loss of beam current could. In one embodiment, the screens are designed as elongated slots, but can also be square, rectangular, round or diamond-shaped or with any other suitable shape.

Die Kombination von relativ großen Blenden der Abbremslinsenanordnung und der weiteren Blenden, die zwischen der Massenauflösungskammer und der Prozeßkammer ausgebildet sind, ermöglicht es, daß die kritische Strahlweglänge zwischen dem Analysenmagneten und der Verzögerungselektrode 65 auf sehr viel geringere Drucke abgepumpt werden kann, als dies bisher möglich war, und vorteilhafterweise wurde dies erreicht ohne zusätzliche Vakuumpumpen und ohne die Länge der Massenauflösungskammer zu verlängern, um einen größeren Vakuumanschluß unterzubringen. Tatsächlich können die zusätzlichen Auslaßblenden zwischen der Massenauflösungskammer 47 und der Prozeßkammer 81 einen solchen Durchsatz vorsehen, daß keine separate Massenauflösungskammervakuumpumpe erforderlich ist, was die Implantationsanlage vereinfacht und Kosten spart. Weiterhin ermöglicht es die kurze Strahlwegstrecke, das Gesamtvolumen, das evakuiert werden muß, beträchtlich zu verringern.The combination of relatively large diaphragms of the braking lens arrangement and the further diaphragms which are formed between the mass resolution chamber and the process chamber enables the critical beam path length between the analysis magnet and the delay electrode 65 to be pumped to much lower pressures than was previously possible and advantageously this was accomplished without additional vacuum pumps and without extending the length of the mass dissolving chamber to accommodate a larger vacuum port. In fact, the additional outlet orifices between the mass dissolving chamber 47 and the process chamber 81 can provide such a throughput that a separate mass dissolving chamber vacuum pump is not required, which simplifies the implantation system and saves costs. Furthermore, the short path of the beam path makes it possible to considerably reduce the total volume that has to be evacuated.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schließt einen Waferstützaufbau ein, der eine Vielzahl von einzelnen Stützplatten aufweist, die durch eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Speichen von einer drehbaren Hülse gestützt und von dieser positioniert werden. Fig. 2 zeigt eine solche Stützplatte 107, die mit einer Speiche 109 verbunden ist, wobei die Stützplatte 107 ein Targetsubstrat, z. B. einen Halbleiterwafer 12, hält. Der Waferstützaufbau kann in eine quer zur Strahlstrecke verlaufenden Richtung bewegt werden, so daß der Wafer über den Strahl gescannt werden kann.One embodiment of the present invention includes a wafer support structure having a plurality of individual support plates supported and positioned by a rotatable sleeve by a plurality of radially extending spokes. Fig. 2 shows such a support plate 107 , which is connected to a spoke 109 , wherein the support plate 107 is a target substrate, for. B. holds a semiconductor wafer 12 . The wafer support structure can be moved in a direction transverse to the beam path so that the wafer can be scanned over the beam.

Ein weiterer bedeutender Vorteil der vorliegenden Anordnung ist, daß die Fokussierungswirkung der Verzögerungsvorrichtung verwendet werden kann, um die Bearbeitungszeit eines einzelnen Wafers zu verringern, wodurch der Waferdurchsatz der Ionenimplantationsanlage erhöht wird. Bei einem Niederenergiestrahl, d. h., typischerweise unterhalb 10 keV, kann die Strahlbreite am Targetsubstrat unter die Strahlbreite eines Hochenergiestrahls von z. B. 20 keV verringert werden, da es nicht weiter erforderlich ist, relativ breite Strahlen zu verwenden, um Energiedichteprobleme, wie z. B. übermäßiges Aufladen und Heizen des Targetwafers, zu vermeiden. Die Fokussierungswirkung der Verzögerungsvorrichtung kann verwendet werden, um die Strahlbreite auf dem Target zu verringern, was eine Verringerung des Abstands ermöglicht, über den der sich schnell drehende Waferstützaufbau gescannt werden muß, so daß die Wafer durch den Ionenstrahl gleichmäßig dotiert werden. Dies ermöglicht es, daß die Bearbeitungszeit für eine vorgegebene Wafercharge bzw. Waferladung verringert werden kann, so daß sich der Durchsatz der Implantationsmaschine erhöht.Another significant advantage of the present arrangement is that the focusing effect of the Delay device can be used to the Reduce processing time of a single wafer, whereby the wafer throughput of the ion implantation system is increased. With a low energy beam, i. H., typically below 10 keV, the beam width can be am Target substrate under the beam width of one High energy beam of e.g. B. 20 keV can be reduced because it is no longer necessary to have relatively wide rays to use to solve energy density problems such as B. excessive charging and heating of the target wafer, too avoid. The focusing effect of the Delay device can be used to control the Beam width on the target to reduce what a Allows reducing the distance over which the fast rotating wafer support assembly must be scanned, so that the wafer is doped evenly by the ion beam become. This enables the processing time for a given wafer batch or wafer load is reduced can be, so that the throughput of the Implantation machine increased.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Ionenimplantationsanlage kann irgendeine oder können mehrere der Plattenelektroden mit Blende oder der Feldelektrode oder der Abschirmelektroden in der Prozeßkammer mindestens eine weitere Blende aufweisen, die darin ausgebildet ist, um zusätzliche Auslässe vorzusehen, durch die das gesamte eingeschlossene Volumen abgepumpt werden kann, um noch niedrigere Drucke zu erreichen. Die Elektrode kann eine Anordnung von solchen Blenden und ein Gitter aufweisen. Die Trennwand zwischen der Massenauflösungskammer und der Prozeßkammer kann ebenfalls ein Gitter aufweisen, um innerhalb der Massenauflösungskammer das Erreichen von noch geringeren Drucken zu ermöglichen. Es ist wichtig, daß die Größe des Gitters so sein sollte, daß eine angemessene Abschirmung des Ionenstrahls vorgesehen wird.In other embodiments of the Ion implantation equipment can be any or can several of the plate electrodes with aperture or the Field electrode or the shielding electrodes in the Process chamber have at least one further aperture, which is formed therein to provide additional outlets, through which the entire enclosed volume is pumped out can be used to achieve even lower pressures. The An arrangement of such apertures and an electrode can Have grids. The partition between the Mass resolution chamber and the process chamber can also have a grid to within the Mass resolution chamber reaching even lower Allow printing. It is important that the size of the Grid should be such that adequate shielding of the ion beam is provided.

Bei anderen Ausführungsbeispielen können die erste Plattenelektrode mit Blende und die Fokussierungselektrode oder die Feldelektrode irgendeine geeignete Form und Anordnung aufweisen und jede kann eine oder mehrere einzelne Elektroden aufweisen. Z. B. kann die Verzögerungselektrode eine zylindrische oder ringförmige Elektrode einschließen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Verzögerungselektrode und das Plasmaflutführungsrohr eine einzige Elektrode aufweisen oder können miteinander elektrisch verbunden sein. In other embodiments, the first Plate electrode with aperture and the focusing electrode or the field electrode has any suitable shape and Arrangement and each can have one or more have individual electrodes. For example, the Delay electrode a cylindrical or ring-shaped Include the electrode. Another one Embodiment can the delay electrode and the plasma flood tube have a single electrode or can be electrically connected to one another.

Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich.Modifications to those described above Embodiments for those skilled in the art obviously.

Weitere, hier beschriebene Merkmale werden in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung des Anmelders beansprucht, die am gleichen Datum angemeldet wurde und die die Priorität der GB-Anmeldung Nr. 9522883.9 (entsprechend GB-PS-23 07 096) beansprucht.Other features described here are in the pending registration of the applicant claimed on the same date and which the priority of GB application No. 9522883.9 (accordingly GB-PS-23 07 096) claimed.

Claims

1. ion implantation system comprising:
an ion beam generator ( 3 ),
a flight tube ( 27 ),
a substrate holder ( 11 ),
a braking voltage generator in order to apply a braking voltage between the flight tube ( 27 ) and the substrate holder ( 11 ) in order to brake the radiation ions to a desired implantation energy,
a braking lens arrangement ( 9 ) which is arranged between the flight tube ( 27 ) and the substrate holder ( 11 ) and a first plate electrode ( 65 ) with an aperture which is substantially at the voltage of the substrate and a field electrode ( 61 ) which is arranged adjacent to the first plate electrode ( 65 ) and in the beam direction on the upstream side with respect to the first plate electrode ( 65 ),
a bias supply ( 77 ) connected to and maintaining the field electrode ( 61 ) at a bias having the same polarity with respect to the first plate electrode ( 65 ) and the flight tube ( 27 ), the electrodes being so arranged and the bias so are designed such that a focusing field is provided for the beam ions which pass through the first plate electrode ( 65 ),
a beam-limiting diaphragm ( 42 ) which is arranged between the field electrode ( 61 ) and the ion beam generator ( 3 ),
wherein the mass selection means (47) has a mass selection means (47), which is connected upstream of the field electrode (61) an electromagnetic shield (52) on the voltage of the flight tube (27), said screen (52), an outlet aperture for the mass-selected ion beam from the Flight tube ( 27 ), and
at least one additional mass selection device shielding electrode ( 56 ), which has a plate with an aperture on the voltage of the flight tube ( 27 ), which is arranged between the field electrode ( 61 ) and the outlet aperture ( 55 ),
wherein the field electrode ( 61 ) has an aperture that is larger in one direction than the width of the beam in the one direction when the beam passes through the field electrode ( 61 ), and wherein the first plate electrode ( 65 ) has an aperture, which is larger in one direction than the width of the beam in one direction when the beam passes through the first plate electrode ( 65 ).

2. Ion implantation system according to claim 1, in which the ion beam generator ( 3 ) generates a beam of positive ions and in which the bias supply ( 77 ) biases the field electrode ( 61 ) with respect to the first plate electrode ( 65 ).

3. Ion implantation device according to claim 2, wherein the bias voltage supply ( 77 ) is designed to provide a bias voltage, so that the field electrode ( 61 ) with respect to the flight tube ( 27 ) is at a negative voltage of at least 5 kV.

4. Ion implantation device according to one of the preceding claims, wherein the field electrode ( 61 ) is cylindrical, its axis lies in the beam direction and has a length of at least 10% of the smallest transverse dimension of its beam aperture.

5. Ion implantation device according to one of the preceding claims, which has a magnet ( 5 ) for spatially dissolving the beam ions depending on their mass, a process chamber ( 81 ) which contains the substrate holder ( 11 ) and an outlet connection ( 83 ), a first vacuum pump ( 86 ), which is connected to the outlet connection ( 83 ) for evacuating the process chamber ( 81 ), a mass selection chamber ( 47 ) between the process chamber ( 81 ) and the magnet ( 5 ), a second vacuum pump ( 59 ) which is used to evacuate the Mass selection chamber is connected, an aperture for the beam so that it can enter the process chamber from the mass selection chamber ( 47 ), and includes at least one further aperture between the mass selection chamber and the process chamber in order to evacuate one or the other chamber ( 47 , 81 ) to improve.

The ion implantation device of claim 5 including a plurality of the further apertures between the mass selection chamber ( 47 ) and the process chamber ( 81 ), the ratio of the total cross-sectional area of the further apertures and the beam aperture between the chambers to the volume through the mass selection chamber ( 47 ) is greater than the ratio of the cross-sectional geometry of the outlet connection ( 83 ) to the volume enclosed by the process chamber.

7. Ion implantation device according to one of the preceding claims, in which the bias voltage supply biases the field electrode ( 61 ) with respect to the first plate electrode ( 65 ) by at least 15 kV.