DE3304773C2

DE3304773C2 -

Info

Publication number: DE3304773C2
Application number: DE3304773A
Authority: DE
Inventors: David Arthur West Newbury Mass. Us Robertson; Norman Leonard Gloucester Mass. Us Turner
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Semiconductor Equipment Associates Inc
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1993-05-27
Also published as: NL8300056A; GB2116357A; US4421988A; JPS58190023A; NL191195B; CA1189198A; NL191195C; DE3304773A1; FR2521777A1; FR2521777B1; JPH0526328B2; GB8302590D0; GB2116357B; CH666141A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtasten eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 14, die insbesondere zur Ionenimplantation eingesetzt werden.

Die Ionenimplantation ist zu einem gebräuchlichen Verfahren zum geregelten und schnellen Einbringen von Verunreinigungen in Halbleiterplättchen geworden. Der Ionenstrahl wird in einer Quelle erzeugt und mit veränderlichem Beschleunigungsgrad in Richtung auf das Halbleiterplättchen geleitet. Die Verunreinigungen werden in die Masse der Halbleiterplättchen dadurch eingeführt, daß die Stoßkraft der Ionen dazu benutzt wird, sie in das Kristallgitter des Halbleitermaterials einzubetten. Die Gleichmäßigkeit der Verunreinigungskonzentration über die Oberfläche des Halbleiterplättchens hinweg ist bei der Halbleiterverarbeitung von größter Bedeutung. Außerdem besteht bei der kommerziellen Halbleiterverarbeitung eines der Hauptziele darin, einen hohen Durchsatz in Form von pro Zeiteinheit behandelten Plättchen zu erreichen.

Ein Weg zur Erzielung eines hohen Durchsatzes besteht darin, daß man eine Anzahl von Plättchen gleichzeitig in Form einer Charge bearbeitet. Bei solchen Systemen ist es gewöhnlich erforderlich, die Plättchen gegenüber einem Strahl mechanisch zu bewegen, der sie in einer Dimension abtastet. Anlagen zur Bearbeitung von Chargen sind jedoch im allgemeinen groß bemessen, um die Chargen unterzubringen, und sie werden im allgemeinen nur für die Implantation hoher Dosen verwendet. Außerdem ist der Durchsatz wegen der zum manuellen Austauschen der Chargen erforderlichen Zeit nicht optimal. Wenn bei der Verarbeitungsanlage eine Störung eintritt, können ferner große Mengen teurer Halbleiterplättchen zerstört werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, Plättchen einzeln zu behandeln und automatische Einrichtungen zum Handhaben der Plättchen zu benutzen, um den Durchsatz zu erhöhen. Das Plättchen wird gewöhnlich ortsfest gehalten, und der Ionenstrahl wird nach einem zweidimensionalen Muster elektrostatisch über seine Oberfläche geführt. Ein solches Muster ist in der US-PS 42 83 631 beschrieben. Abtastsignale konstanter Amplitude werden x- und y-Ablenkplatten zugeführt, um den Ionenstrahl entsprechend einem quadratischen Lissajous- Figuren-Muster abzulenken. Die Abtastsignale sind in ihrer Amplitude abgestuft, um dafür zu sorgen, daß das quadratische Muster das runde Halbleiterplättchen überdeckt. (Die Plättchen haben gewöhnlich eine flache Kante, was jedoch in diesem Zusammenhang außer acht gelassen werden kann.) Außerdem wird die Abmessung des quadratischen Musters etwas größer gewählt als der Durchmesser des Plättchens, um eine gewisse Abtastflächenüberschreitung vorzusehen. Diese Überschreitung ist erforderlich, um Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich der Dotierung des Plättchens zu vermeiden, wenn der Strahl nach jeder Abtastzeile seine Richtung umkehrt, und um Variationen hinsichtlich des Durchmessers und der Lage des Plättchens zu berücksichtigen. Ferner muß bei zunehmendem Querschnitt des Ionenstrahls der Grad der Überschreitung erhöht werden, um sicherzustellen, daß der Grad das Plättchen vollständig verlassen hat, bevor er zurückgeführt wird. Es ist ersichtlich, daß die zum Abtasten der Ecken des quadratischen Musters außerhalb des Plättchenumfangs aufgewendete Zeit unproduktiv hinsichtlich der Ionenimplantation ist und dem Durchsatz der Anlage verringert. Bei typischen Anlagen bekannter Art erreichte die zum Abtasten von Bereichen außerhalb des Plättchenumfangs aufgewendete Zeit 30% der gesamten Abtastzeit.

Eine Anordnung zum Verringern der verschwendeten Abtastzeit und zum Begrenzen des Abtastmusters auf eine allgemeine Kreisform ist bei einer Vorrichtung und bei einem Verfahren der eingangs genannten Art in der US-PS 42 60 897 beschrieben. Halbkreisförmige leitende Elemente, die zu beiden Seiten des Plättchens angeordnet sind, erfassen den Ionenstrahl, wenn er das Plättchen verläßt, und bewirken eine Umkehrung der Abtastrichtung. Eine solche Einrichtung erhöht jedoch die Kompliziertheit des Systems. Außerdem unterliegen die Detektorelemente einer Veränderung durch den Ionenstrahl und müssen entsprechend der Größe des zu behandelnden Halbleiterplättchens ausgewechselt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtasten eines Werkstücks mittels eines Strahls geladener Teilchen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen der Strahl geladener mit erhöhter Bearbeitungsgeschwindigkeit Teilchen über das Werkstück nach einem Muster geführt wird, dessen Form der Form des Werkstücks entspricht und dessen Größe entsprechend der Größe des Werkstücks wählbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung und einem Verfahren der eingangs genannten Art durch im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 bzw. 14 genannten Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 13 bzw. 15 und 16 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ionenimplantationsvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strahlabtastvorrichtung;

Fig. 3 ein durch die Abtastvorrichtung erzeugtes Abtastmuster;

Fig. 4 einen Abtastgenerator; und

Fig. 5 Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten des Abtastgenerators nach Fig. 4.

Das erfindungsgemäße und die Vorrichtung zum Abtasten eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen werden gewöhnlich bei Ionenimplantationsvorrichtungen verwendet. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer solchen Vorrichtung. Ein Hochspannungsanschluß 2 wird durch eine nicht gezeigte Hochspannungsquelle auf einem hohen Potential gegenüber Erde gehalten. Der Anschluß 2 umschließt die Vorrichtung zum Erzeugen eines Ionenstrahls der gewünschten Art. Gewöhnlich wird ein gasförmiges Ausgangsmaterial der entsprechenden Art verwendet. Ein durch eine Gasbehandlungsanlage 6 erzeugtes Quellengas wird einer Ionenquelle 8 zugeführt. Eine typische Ionenquelle muß eine Stromquelle 10 aufweisen, um eine Ionisierungsentladung aufrechtzuerhalten, einen Quellenmagneten 12 zum Aufbringen eines axialen Magnetfeldes über die Entladungszone hinweg sowie eine nicht gezeigte Extraktionselektrode, um das elektrische Feld an der Öffnung der Quelle 8 so zu formen, daß ein gut begrenzter, stromstarker Ionenstrahl 18 auf wirksame Weise abgeführt werden kann. Die Ionenquellentechnik ist in der Fachwelt bekannt. Der von der Ionenquelle 8 aus divergierende Ionenstrahl 18 wird durch einen Analysatormagneten 20 bezüglich seines Massenmoments analysiert und fokussiert, welch letzterer von einer nicht gezeigten Analysatorstromquelle aus mit Energie versorgt wird. Der analysierte Strahl durchläuft eine Auflösungsöffnung 22 und einen verstellbaren Schlitz 24 sowie eine Beschleunigungsröhre 26, wo er auf einen sorgfältig bemessenen Feldgradienten von dem Hochspannungsanschluß 2 bis auf Erdpotential trifft. Optische Elemente, z. B. eine Quadrupollinse 28, bewirken die Ausbildung eines räumlichen Energiefokus in der gewünschten Bildebene. Die y-Abtastplatten 40 und die x-Abtastplatten 42 bewirken eine elektrostatische Ablenkung, die den Strahl 18 über den Bereich der Bildebene leitet. Die auf die betreffenden Ablenkplatten aufgebrachten Spannungsverläufe und ihre Synchronisierung zur Ausbildung des gewünschten Abtastmusters werden durch eine weiter unten näher beschriebene Abtastvorrichtung bewirkt.

Zu einer Doppeltarget- oder Zielkammer 46 gehören ein Gehäuse, Strahlbegrenzungsmasken 48, 49 und Faradaysche Käfige 50, 51 zur Strahlüberwachung. Automatische Plättchenhandhabungseinrichtungen 52, 54 führen Halbleiterplättchen einzeln den Zielpositionen 56 bzw. 58 des Vakuumsystems zu, richten sie gegenüber der Zielebene aus, bewirken die Kühlung der Plättchen während der Implantation und entfernen die Plättchen nach Beendigung der Implantation aus dem Vakuumsystem. Die Zielpositionen 56, 58 sind gewöhnlich horizontal zu beiden Seiten der Längsachse 60 des nicht abgelenkten Strahls 18 so angeordnet, daß zum Abtasten der Zielpositionen 56, 58 eine Ablenkung des Strahls von seiner Längsachse um etwa ±7° erforderlich ist. Auf der Längsachse ist in der Zielkammer 46 ein Strahlaufnehmer 62 angeordnet, der den neutralen Teil des Ionenstrahls 18 aufnimmt, wenn er auf eine der Zielpositionen 56, 58 gerichtet wird. Wird keine der Zielpositionen 56, 58 abgetastet, ist der Strahl geladener Teilchen auf den Strahlaufnehmer 62 gerichtet.

Die Vakuumpumpeneinrichtung und -umschließung sind nicht gezeigt, doch sei darauf hingewiesen, daß der gesamte von dem Strahl durchlaufene Bereich im Zustand starken Vakuums gehalten wird.

Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strahlabtastvorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Der Ionenstrahl 18 wird durch Aufbringen entsprechender Spannungen auf die y-Abtastplatten 40 und die x-Abtastplatten 42 über die Zielpositionen 56, 58 geführt. In Fig. 2 ist zwar ein Zustand dargestellt, in dem der Ionenstrahl 18 beide Zielpositionen 56, 58 bestrahlt, doch sei bemerkt, daß der Strahl in jedem Augenblick nur auf eine der Zielpositionen 56, 58 gerichtet ist. Niederspannungs-Abtastsignale Y SCAN und X SCAN, die das Abtastmuster bestimmen, werden durch einen Abtastgenerator 64 erzeugt, wie im folgenden beschrieben, und einem Abtast-Verstärkersystem 66 zugeführt. Das Abtastsignal Y SCAN wird durch das Abtastverstärkersystem 66 in Senkrecht- Ablenkspannungen Y1, Y2 von gleicher Größe und entgegengesetzter Polarität umgewandelt, die den Y-Abtastplatten 40 zugeführt werden und den Strahl 18 in senkrechter Richtung ablenken. Das Abtastsignal X SCAN wird durch das Abtastverstärkersystem 66 in Waagerecht-Ablenkspannungen X1, X2 von gleicher Größe und entgegengesetzter Polarität umgewandelt, die den x-Abtastplatten 42 zugeführt werden und den Strahl 18 in waagerechter Richtung ablenken. Der Ionenstrahl 18 wird auf die Zielpositionen 56 oder 58 durch Addieren einer positiven oder negativen Gleichspannung zu den Waagerecht-Ablenkspannungen X1, X2 abgelenkt, und zwar als Reaktion auf das Zielpositions- Auswahlsignal. Ein "Strahl Gate"-Signal bewirkt, daß der Strahl 18 auf den Strahlaufnehmer 62 gerichtet wird, wobei zu den Waagerecht-Ablenkspannungen X1, X2 keine Verlagerungsspannung addiert wird. Verfahren zum Konstruieren von Abtastverstärkersystemen sind in der Fachwelt bekannt.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Strahlabtastmusters, wie es durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung erzeugt wird. Ein abzutastendes Halbleiterplättchen 70 ist als Kreis mit dem Radius r dargestellt. Ausgehend von dem Punkt A am oberen Ende des Plättchens 70, wird der Ionenstrahl waagerecht nach rechts über das Plättchen 70 geführt. Nach dem Passieren der rechten Kante des Plättchens 70 wird er um einen senkrechten Schritt Δy nach unten geführt und waagerecht nach links über das Plättchen 70 geleitet. Der Strahl wird nunmehr wiederum um den Schritt Δy nach unten geführt und waagerecht nach rechts geleitet. Der Vorgang wird wiederholt, bis der Strahl 18 den Punkt B erreicht und das Plättchen 70 vollständig abgetastet worden ist. Das Abtastmuster ist wie folgt gekennzeichnet. Die waagerechte Abtastung nach links und rechts wird vorzugsweisse in beiden Richtungen mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt, um für eine gleichmäßige Dotierung mit Verunreinigungen zu sorgen. Alternativ kann die Abtastgeschwindigkeit variiert werden, um Veränderungen hinsichtlich des Einfallwinkels des Strahls auf das Ziel zu kompensieren, wie in der US-PS 42 83 631 beschrieben. Eine waagerechte Abtastzeile n hat eine Länge L_n. Die Längen der waagerechten Abtastzeilen variieren entsprechend der waagerechten Abmessung des Plättchens 70 in der senkrechten Abtasthöhe. Die Länge L_n ist etwas größer als die waagerechte Abmessung des Plättchens 70, um zu gewährleisten, daß die Umkehrbewegung des Strahls außerhalb des Plättchenumfangs stattfindet. Die halbe Breite x_n des Plättchens 70 auf der waagerechten Abtastzeile n läßt sich wie folgt ausdrücken:

x_n = (r² - y_n²)^1/2 (1)

Hierin bezeichnet y_n die senkrechte Position der waagerechten Abtastzeile n (Fig. 3). Die Länge L_n läßt sich wie folgt ausdrücken:

L_n = 2x_n = 2Δx (2)

Hierin bezeichnet Δx das Ausmaß der Abtastflächenüberschreitung. Es gilt:

L_n = 2(r² - y_n²)^1/2 + 2Δx (3)

Somit kann für ein Plättchen 70 von gegebenem Durchmesser und eine gegebene Abtastflächenüberschreitung Δx die Länge L_n jeder waagerechten Abtastzeile ermittelt werden. Die Abtastflächenüberschreitung Δx kann gegebenenfalls variabel sein, sollte aber so gering wie möglich gehalten werden. Eine typische waagerechte Abtastgeschwindigkeit entspricht etwa einem Kilohertz. Vorzugsweise soll der senkrechte Schrittabstand Δy nach jeder waagerechten Abtastzeile über das gesamte Muster hinweg gleich bleiben, um gleichmäßige Abstände zwischen den Abtastzeilen und eine gleichmäßige Dotierung mit Verunreinigungen über die Oberfläche des Plättchens 70 hinweg zu gewährleisten. Der senkrechte Schrittabstand Δy entspricht gewöhnlich dem Radius des Ionenstrahlquerschnitts. Auf diese Weise beschreibt der Strahl ein allgemein kreisrundes Muster von großer Gleichmäßigkeit.

Es sei darauf hingewiesen, daß das in Fig. 3 dargestellte Muster sowohl von unten nach oben als auch von oben nach unten abgetastet werden kann. Das Muster kann auch um 90° gedreht und mittels senkrechter Abtastzeilen abgetastet werden. Ferner ist es häufig erwünscht, das Abtastmuster mehrmals zu wiederholen, um eine gegebene Dotierung und größere Gleichmäßigkeit zu erzielen. Wird die Abtastung wiederholt, wird ein Muster in einer Richtung (z. B. von oben nach unten) und dann in umgekehrter Richtung (von unten nach oben) abgetastet. Jedes nachfolgende Abtastmuster kann gegenüber dem vorhergehenden um einen Abstand versetzt sein, wobei p die Anzahl der Abtastvorgänge bezeichnet. Diese Verflechtung aufeinanderfolgender Muster stellt sicher, daß die Dotierung mit großer Gleichmäßigkeit erfolgt.

Der Abtastgenerator 64 ist in Fig. 4 im einzelnen als Blockdiagramm dargestellt. Das in Fig. 3 gezeigte und vorstehend beschriebene Abtastmuster wird durch die Schaltung nach Fig. 4 in Form der Abtastsignale Y SCAN und X SCAN erzeugt. Zu dem Abtastgenerator 64 gehört die X-SCAN-Generatoreinrichtung 100. Das Ausgangssignal des Taktgebers 102 wird einem programmierbaren Frequenzteiler 104 zugeführt. Der Teiler 104 hat eine Ausgangsfrequenz f, die einem Gleichstrom-Wiederhersteller 106 zugeführt wird, sowie eine Ausgangsfrequenz 2f und Steuereingänge. Ein Integrator 108 ist an den Ausgang des Gleichstromwiederherstellers 106 angeschlossen und liefert an seinem Ausgang das Abtastsignal X SCAN. Zu dem Integrator 108 gehört ein Verstärker 109 mit hoher Verstärkung, wobei ein Kondensator C zwischen Eingang und Ausgang als Rückkopplungselement eingeschaltet und ein Widerstand R mit dem Eingang in Reihe geschaltet ist. Zu dem Abtastgenerator 64 gehört außerdem die Y-SCAN- Generatoreinrichtung 110. Ein Senkrechtzähler 112 besitzt einen Takteingang, der an die Ausgangsfrequenz 2f des Teilers 104 angeschlossen ist, sowie Ausgänge, die mit Digitaleingängen eines Digital/Analog-Wandlers 114 verbunden sind. Ein Spannungsaddierer 116 ist an den Analogausgang des Wandlers 114 angeschlossen und liefert an seinem Ausgang das Abtastsignal Y SCAN. Der Addierer 116 empfängt außerdem ein Verlagerungsspannungs- Eingangssignal. Der Senkrechtzähler 112 empfängt ein Auf/Ab- Steuersignal 118, ein voreingestelltes Bereitschaftssignal 120 und voreingestellte Daten 122 von einem Zählerregler 124. Der Zählerregler 124 empfängt Start- und Plättchengrößen- Eingangssignale von dem Schaltpult einer Bedienungsperson oder von einem Computer und liefert ein "Fertig"-Ausgangssignal. Der Zählerregler 124 empfängt außerdem ein Umkehrsignal 126, das anzeigt, daß die Zählrichtung umzukehren ist. Zu dem Abtastgenerator 64 gehört ferner eine Teilerregelvorrichtung 130. Ein Festwertspeicher (ROM) 132 empfängt Adressen-Eingangssignale von den Ausgängen des Senkrechtzählers 112 und von den Plättchengrößen-Eingängen. Eines der Ausgangssignale des Festwertspeichers 132 ist das Umkehrsignal 126, das dem Zählerregler 124 zugeführt wird. Die übrigen Ausgänge des Festwertspeichers 132 sind über einen Sperrschalter 134 an die Regeleingänge des programmierbaren Frequenzteilers 104 angeschlossen. Ein monostabiler Multivibrator 136 besitzt einen Ausgang, der an den Datenübertragungseingang des Sperrschalters 134 angeschlossen ist, und einen Eingang, der an die Ausgangsfrequenz 2f des Teilers 104 angeschlossen ist.

Der Betrieb des Abtastgenerators 64 nach Fig. 4 wird anhand der in Fig. 5 gezeigten Spannungsverläufe beschrieben. Die Spannungen sind als Zeitfunktion aufgetragen, wobei die senkrecht aufeinander ausgerichteten Spannungswerte gleichzeitig auftreten. Der Taktgeber 102, bei dem es sich vorzugsweise um eine quarzgesteuerte Uhr handelt, liefert ein konstantes Frequenz-Ausgangssignal. Die Taktfrequenz wird durch den programmierbaren Frequenzteiler 104 reduziert, so daß gemäß Fig. 5 ein Rechteckwellen-Ausgangssignal mit der Frequenz f erzeugt wird. Das Verhältnis zwischen der Taktfrequenz und der Ausgangsfrequenz f hängt von der Art der von dem Sperrschalter 134 gelieferten Steuersignale ab. Programmierbare Frequenzteiler sind als integrierte Schaltkreise im Handel erhältlich. Die Ausgangsfrequenz f des Teilers 104 ist gewöhnlich ein logisches Signal und wird durch den Gleichstrom-Wiederhersteller 106 gemäß Fig. 5 in ein Signal mit dem mittleren Potential Null verwandelt. Der Rechteckwellenausgang des Gleichstrom-Wiederherstellers 106 schwingt zwischen einer positiven Spannung +V_R und einer negativen Spannung -V_R von gleicher Größe. Die Größe des Ausgangs des Gleichstrom- Wiederherstellers 106 bleibt wegen der festen Amplitude des Ausgangssignals des Teilers 104 konstant, während die Frequenz f veränderlich ist. Gleichstrom-Wiederherstellungsschaltungen sind in der Fachwelt bekannt.

Der Rechteckwellenausgang des Gleichstrom-Wiederherstellers 106 wird durch den Integrator 108 in eine Reihe von abwechselnd positiven und negativen Rampenspannungen verwandelt, die als Dreieckwellen bekannt sind (X SCAN in Fig. 5). Wenn der Integrator 108 eine konstante Eingangsspannung empfängt, ist seine Ausgangsspannung wie folgt gegeben:

Hierin bezeichnet V_i eine konstante Eingangsspannung und RC die Zeitkonstante des Integrators. Der Eingang des Integrators 108 alterniert zwischen +V_R und -V_R mit der Frequenz f. Daher gilt:

wenn V_i = +V_R

wenn V_i = -V_R

Die vorstehenden Ausdrücke gelten für eine Wellenform mit abwechselnd positiven und negativen Rampenspannungen mit Neigungen oder Änderungsgeschwindigkeiten entgegengesetzter Polarität und, was wichtig ist, von gleicher Größe . Dadurch wird sichergestellt, daß der Ionenstrahl stets mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird und daß die implantierte Verunreinigungsdotierung in beiden Abtastrichtungen die gleiche ist.

Die Länge L_n jeder waagerechten Abtastzeile wird durch die Spitze-zu-Spitze-Größe von X SCAN bestimmt und läßt sich wie folgt ausdrücken:

L_n = K (X SCAN_p-p) (5)

Hierin ist K eine Konstante. Wenn X SCAN eine Rampenspannung mit konstanter Neigung ist, hängt die Spitze-zu-Spitze-Größe von X SCAN von der zeitlichen Länge des Rampenabschnitts ab. Die Dauer jedes Rampenabschnitts ist gegeben durch:

Durch Einsetzen von t_o und V_R in die Gleichung (4) erhält man:

und aus Gleichung (5):

Es ist ersichtlich, daß L_n entgegengesetzt zu der Frequenz f variiert. Die Länge L_n und die Form des Abtastmusters können daher durch Variieren der durch den programmierbaren Frequenzteiler 104 gelieferten Frequenz f geregelt werden. Genauer gesagt, die Frequenz f läßt sich variieren, um das in Fig. 3 dargestellte kreisrunde Abtastmuster zu liefern. Durch Auflösen der Gleichung (8) nach f erhält man:

Da die Länge L_n jeder waagerechten Abtastzeile aus der Gleichung (3) bekannt ist, kann die erforderliche Frequenz f für jede Abtastzeile aus der Gleichung (9) ermittelt werden. Die kurzen waagerechten Abtastzeilen am oberen und unteren Ende des Kreises entsprechen relativ hohen Frequenzen f, während die längeren waagerechten Abtastzeilen in der Mitte des Kreises relativ niedrigen Frequenzen f entsprechen. Gemäß Fig. 5 nimmt die Frequenz f im Zeitpunkt t_c ab, und die Spitze-zu-Spitze- Größe von X SCAN nimmt nach dem Zeitpunkt t_c zu.

Zu Beginn werden dem Abtastgenerator 64 Plättchengrößendaten eingegeben, um die Abmessung des abzutastenden Musters zu bestimmen. Der Zählerregler 124 verwandelt die Plättchengrößendaten in die Einstelldaten 122 nach einer vorbestimmten Umsetzung, welche den Anfangsstand des Senkrechtzählers 112 bestimmt. Der Senkrechtzähler kann aus einem oder mehreren synchronen Aufwärts/Abwärts-Zählern in Form integrierter Schaltkreise bestehen. Wenn der Zählerregler 124 das Startsignal empfängt, bewirkt das voreingestellte Bereitschaftssignal 120, daß die voreingestellten Daten 122 dem Senkrechtzähler 122 eingegeben werden. Dieser anfängliche Zählerstand wird durch den Digital/Analog-Wandler 114 in eine Y-SCAN-Spannung verwandelt, die den Ionenstrahl nahe der Kante des Halbleiterplättchens positioniert (Punkt A in Fig. 3). Geeignete Digital/Analog- Wandler sind im Handel erhältlich. Natürlich ist der Anfangszählerstand bei großen Plättchen höher als bei kleinen Plättchen. Der Zählerregler 124 liefert auch das Aufwärts/Abwärts- Steuersignal 118, das zu Beginn den Senkrechtzähler 112 zum Abwärtszählen bereitmacht. Der Senkrechtzähler 112 wird nunmehr mit der Frequenz 2f herabgestuft, die dem Doppelten der Frequenz f der dem Integrator 108 zugeführten Rechteckwelle entspricht. Da jeder Halbzyklus der Rechteckwelle einer waagerechten Abtastzeile entspricht, wird der Zählerstand des Senkrechtzählers 112 am Ende jeder waagerechten Abtastzeile geändert. Zum Beispiel wird in Fig. 5 der Senkrechtzähler 112 jedesmal dann weitergeschaltet, wenn der Spannungsverlauf bei der Frequenz 2f abwärts geht, entsprechend den Übergangspunkten des Signals X SCAN. Der geänderte Zählerstand des Senkrechtzählers 112 wird durch den Wandler 114 in eine Analogspannung verwandelt, die sich in gleichmäßigen Schritten verändert (Y SCAN in Fig. 5). Außerdem sind die Stufen des Signals Y SCAN zeitlich so synchronisiert, daß sie mit den Übergangspunkten des Signals X SCAN zwischen einer positiven und einer negativen Rampe zusammenfallen. Da die Stufen des Signals Y SCAN gleich sind, ist zwischen aufeinanderfolgenden waagerechten Abtastzeilen immer der gleiche Zwischenraum vorhanden. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Implantation von Verunreinigungen sichergestellt.

Wenn der Abtastvorgang bis zur Mitte des Halbleiterplättchens 70 fortgeschritten ist, erreicht der Senkrechtzähler 112 den Zählerstand Null und zählt dann negativ weiter. Die Spannung Y SCAN fällt weiterhin am Ende jeder waagerechten Abtastzeile in gleichmäßigen Stufen ab. Wenn der Ionenstrahl die letzte Zeile am unteren Ende des Plättchens abgetastet hat, liefert der Festwertspeicher 132 das Umkehrsignal 126, wie im folgenden beschrieben. Der Zählerregler 124 bewirkt, daß das Aufwärts/ Abwärts-Steuersignal 118 umspringt. Der Senkrechtzähler 112 zählt nunmehr mit der Frequenz 2f aufwärts, und das Signal Y SCAN nimmt in gleichmäßigen Stufen zu. Somit wird das Abtasten des Plättchens wiederholt, jedoch in umgekehrter Richtung. Hat der Ionenstrahl die letzte Zeile am oberen Ende des Plättchens abgetastet, wird der Zähler 112 aufs neue umgestellt und die Abtastung in umgekehrter Richtung wiederholt. Nach Beendigung einer vorbestimmten Zahl von Abtastmustern liefert der Zählerregler 124 das "Fertig"-Signal, und der Vorgang wird beendet.

Der Spannungsaddierer 116 addiert zu dem Ausgang des Wandlers 114 die Verlagerungsspannung, um die weiter oben beschriebene Verflechtung der Abtastmuster zu bewirken. Bei dem Addierer 116 kann es sich um einen einfachen Summierverstärker handeln. Die Verlagerungsspannung wird bei Beendigung jedes Abtastmusters in gleichmäßigen Schritten erhöht, so daß eine Verlagerung des Signals Y SCAN erfolgt.

Die durch den Teiler 104 gelieferte Frequenz f und die entsprechenden Längen L_n der waagerechten Abtastzeilen werden durch die in dem Festwertspeicher 132 gespeicherten Informationen gesteuert. Für jede waagerechte Abtastzeile des Abtastmusters ist ein entsprechendes Datenwort in dem Festwertspeicher 132 gespeichert. Wenn z. B. zu dem Abtastmuster 256 waagerechte Abtastzeilen gehören, sind 256 Datenworte, welche die Frequenz f des Teilers 104 für jede Abtastzeile bestimmen, in dem Festwertspeicher 132 gespeichert. Der Festwertspeicher wird durch Plättchengrößendaten adressiert, wie weiter unten beschrieben, sowie durch die Ausgangssignale des Senkrechtzählers 112. Während der Zähler 112 den Ionenstrahl senkrecht aufwärts oder abwärts über das Plättchen führt, wie weiter oben beschrieben, werden aufeinanderfolgende Datenworte in dem Festwertspeicher 132 abgerufen und dem Teiler 104 zugeführt, um die Frequenz f für jede waagerechte Abtastzeile zu regeln. Die geeigneten Frequenzen zur Darstellung eines kreisrunden Abtastmusters werden aus den vorstehenden Gleichungen (3) und (9) ermittelt.

Für jede durch die Vorrichtung zu behandelnde Plättchengröße gilt eine entsprechende Anzahl waagerechter Abtastzeilen. Außerdem gehört zu jeder Plättchengröße eine entsprechende Folge von Längen L_n der waagerechten Abtastzeilen. Wird ein Festspeicher von geeigneter Kapazität gewählt, so lassen sich Daten für alle in Frage kommenden Plättchengrößen darin speichern. Beispielsweise können Daten für Plättchen von etwa 75 mm Durchmesser in einem Bereich in den Speicherstellen 0 bis 255 und Daten für ein Plättchen von etwa 100 mm Durchmesser in einem anderen Bereich in den Speicherstellen 256 bis 511 gespeichert sein, und so weiter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Speicher 132 sowohl runde als auch quadratische Muster für jede zu behandelnde Plättchengröße. Das quadratische Muster wird beim Aufbauen und Einrichten der Vorrichtung angewendet, während das kreisrunde Muster bei der normalen Implantation der Plättchen benutzt wird. Das Plättchengröße- Eingangssignal steuert den gewünschten Bereich des Festwertspeichers 132 an, während der Senkrechtzähler 112 bestimmte Datenworte innerhaalb des Bereichs ansteuert. Bei dem Festwertspeicher kann es sich um einen lösch- und programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) handeln, der 2048 8-Bit-Worte enthält.

Dem Fachmann ist es klar, daß die Kapazität des Festwertspeichers 132 reduziert werden kann, wenn man zuläßt, daß mehrere aufeinanderfolgende waagerechte Abtastzeilen die gleiche Länge L_n haben. Jede Gruppe aufeinanderfolgender Abtastzeilen von gleicher Länge L_n wird durch ein Datenwort in dem Festwertspeicher 132 repräsentiert. Wenn das Abtastmuster Gruppen von jeweils vier Abtastzeilen gleicher Länge L_n aufweist, kann somit die Kapazität des Festwertspeichers 132 auf den vierten Teil reduziert werden. Es tritt dann aber eine unerwünschte Abtastflächenüberschreitung auf.

Ein Bit jedes Datenwortes in dem Festwertspeicher 132 ist für das Umkehrsignal 126 reserviert. Dieses Bit wird erst dann aktiv, wenn die letzte Abtastzeile am oberen oder unteren Ende des Plättchens beendet worden ist. Das Umkehrsignal 126 zeigt an, daß das Abtastmuster abgeschlossen ist und die Abtastrichtung umzukehren ist.

Der Abtastgenerator 64 nach Fig. 4 ist zwar im Hinblick auf die Erzeugung eines kreisrunden Abtastmusters beschrieben worden, doch lassen sich Abtastmuster von beliebiger Form erzeugen. Die Form des sich ergebenden Abtastmusters wird durch die in dem Festwertspeicher 132 enthaltenen Datenworte bestimmt, die der Länge L_n jeder horizontalen Abtastlinie entsprechen. Somit können durch den Abtastgenerator quadratische oder dreieckige Muster durch geeignete Wahl der in dem Festwertspeicher 132 enthaltenen Datenworte erzeugt werden.

Der Sperrschalter 134 und der monostabile Multivibrator 136 sind vorgesehen, um sicherzustellen, daß der programmierbare Frequenzteiler 104 die Frequenz f in der Mitte der waagerechten Abtastzeile ändert, d. h. an dem Punkt, in dem das Signal X SCAN durch null Volt geht. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Ausgangssignal des Integrators 108 um null Volt symmetrisch bleibt und daß das Abtastmuster auf das Plättchen zentriert bleibt.

Der Sperrschalter 134 dient dazu, die an seinen Eingängen erscheinenden Daten in demjenigen Zeitpunkt zu seinen Ausgängen zu leiten, in dem ein Impuls von dem monostabilen Multivibrator 136 empfangen wird. Bei dem hier besprochenden Beispiel springt der Senkrechtzähler 112 an der negativ werdenden Flanke der Frequenz 2f um, was zeitlich dem Ende jeder Abtastzeile entspricht. Der monostabile Multivibrator 136 ist so ausgebildet, daß er an der positiv werdenden Flanke der Frequenz 2f getriggert wird (Fig. 5). Alternativ kann der Senkrechtzähler 112 so eingerichtet sein, daß er an der positiv werdenden Flanke der Frequenz 2f umspringt; in diesem Fall wird der monostabile Multivibrator 136 an der negativ werdenden Flanke der Frequenz 2f getriggert. Da es sich bei der Ausgangsfrequenz 2f des Teilers um eine Rechteckwelle handelt, wird der monostabile Multivibrator 136 getriggert, wenn der Ionenstrahl die Mitte des Plättchens überstreicht. In diesem Zeitpunkt empfängt der Teiler 104 neue Steuerdaten von dem Sperrschalter 134 und schaltet auf eine neue Frequenz f um. Fig. 5 veranschaulicht den Wechsel der Frequenz f im Zeitpunkt t_c. Man beachte, daß der monostabile Multivibrator 136 jedesmal dann einen Impuls liefert, wenn das Signal X SCAN null Volt durchläuft.

Die beschriebene Vorrichtung ist besonders geeignet zum Abtasten nach einem kreisrunden Muster entsprechend der Größe und Form eines Halbleiterplättchens. Durch das kreisrunde Muster wird die Abtastflächenüberschreitung verringert und der Durchsatz der Vorrichtung verbessert. Außerdem wird durch eine konstante Abtastgeschwindigkeit und gleichmäßige Abstände zwischen den Abtastzeilen ohne Rücksicht auf die Größe des abzutastenden Plättchens gewährleistet, daß das Plättchen eine äußerst gleichmäßige Dotierung mit Verunreinigungen erhält.

Claims

1. Vorrichtung zum Abtasten eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen
mit einer ersten Ablenkeinrichtung (42) des Strahls (18) als Reaktion auf eine erste Abtastspannung (X1, X2),
mit einer zweiten Ablenkeinrichtung (40) zum Ablenken des Strahls als Reaktion auf eine zweite Abtastspannung (Y1, Y2), wobei die erste und die zweite Ablenkeinrichtung eine Ablenkung des Strahls in zueinander rechtwinkligen Richtungen bewirken,
mit einer ersten Generatoreinrichtung (100), die mit der ersten Ablenkeinrichtung verbunden ist und die erste Abtastspannung erzeugt, welche abwechselnd aufeinanderfolgende Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung aufweist,
mit einer zweiten Generatoreinrichtung (110), die mit der zweiten Ablenkeinrichtung verbunden ist und die zweite Abtastspannung erzeugt, die während der Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung konstant bleibt und in den Übergangszeitpunkten zwischen den Rampenabschnitten mit positiver und negativer Steigung erhöht wird,
gekennzeichnet durch Regeleinrichtungen zum Regeln der Dauer der Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung entsprechend einer Reihe vorbestimmter Zeitspannen, derart, daß ein Abtastmuster erzeugt wird, das der Größe und Form des Werkstücks (70) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der zweiten Generatoreinrichtung (110) eine Einrichtung zum Erhöhen der zweiten Abtastspannung (Y1, Y2) in gleichmäßigen Schritten in den Übergangszeitpunkten gehört.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnd aufeinanderfolgenden Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung konstante Änderungsgeschwindigkeiten von gleicher Größe aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu der ersen Generatoreinrichtung (100) eine Integratoreinrichtung (108) zum Umwandeln einer Rechteckwellenspannung konstanter Amplitude in die abwechselnd aufeinanderfolgenden Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung gehört, wobei die Frequenz der Rechteckwellenspannung regelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Generatoreinrichtung (100) ferner eine Frequenzquelleneinrichtung zum Erzeugen der Rechteckwellenspannung aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Frequenzquelleneinrichtung ein programmierbarer Frequenzteiler (104) zum Regeln der Frequenz der Rechteckwellenspannung als Reaktion auf die durch die Regeleinrichtung gelieferten Regeldaten gehört.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzquelleneinrichtung eine Rechteckwellenspannung von konstanter Amplitude erzeugt, so daß die Rampenabschnitte konstante Änderungsgeschwindigkeiten von gleicher Größe aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Regeleinrichtung ein Festwertspeicher (132) zum Speichern der Reglerdaten gehört.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Festwertspeicher (132) die Frequenz der Frequenzquelleneinrichtung derart regelt, daß ein allgemein kreisrundes Abtastmuster erzeugt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Festwertspeicher (132) Reglerdaten speichert, die mehreren verschiedenen Abtastmustern entsprechen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung enthält:
eine Zählereinrichtung (112) zum Speichern einer Zahl, welche die Ablenkung des Strahls durch die zweite Ablenkeinrichtung bestimmt, wobei diese Zahl während der Rampenabschnitte konstant bleibt und bei Beendigung jedes Rampenabschnitts geändert wird und zum Adressieren des Festwertspeichers 132) dient und
einen Digital/Analog-Wandler (114) zum Umwandeln der in der Zählereinrichtung gespeicherten Zahl in die zweite Abtastspannung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stand der Zählereinrichtung (112) am Ende jedes Rampenabschnitts um eine Nummer verändert wird, wodurch die zweite Abtastspannung in gleichmäßigen Schritten verändert wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuereinrichtung (134) zum Übertragen der Reglerdaten von dem Festwertspeicher (132) zu dem programmierbaren Frequenzteiler (104) in den Zeitpunkten zu Nulldurchgänge der ersten Abtastspannung.

14. Verfahren zum Abtasten eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen in einer Anlage zum Bestrahlen eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen der Bauart mit einer ersten Ablenkeinrichtung und einer zweiten Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Strahls in zueinander rechtwinkligen Richtungen als Reaktion auf sie aufgebrachte Spannungen, mit folgenden Schritten:
Erzeugen einer ersten Abtastspannung, zu der abwechselnd aufeinanderfolgende Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung gehören,
Aufbringen der ersten Abtastspannung auf die erste Ablenkeinrichtung,
Erzeugen der zweiten Abtastspannung, die während der Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung konstant bleibt und an jedem Übergang zwischen den Rampenabschnitten erhöht wird,
Aufbringen der zweiten Abtastspannung auf die zweite Ablenkeinrichtung,
gekennzeichnet durch Regeln der Dauer der Rampenabschnitte mit positiver und negativer Steigung entsprechend einer vorbestimmten Reihenfolge derart, daß ein Abtastmuster erzeugt wird, das der Größe und Form des Werkstücks entspricht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abtastspannung mit konstanten Veränderungsgeschwindigkeiten der Rampenabschnitte und mit gleich großen Veränderungsgeschwindigkeiten erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abtastspannung an jedem Übergang zwischen den Rampenabschnitten in gleichmäßigen Schritten erhöht wird.