DE3623441C2

DE3623441C2 - Ladungsdichtedetektor für Strahlenimplantation

Info

Publication number: DE3623441C2
Application number: DE3623441A
Authority: DE
Inventors: Peter Henry Rose; Marvin Farley
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1985-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2006-07-12
Also published as: JPH07101603B2; DE3623441A1; US4675530A; JPS6215745A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor zum Abfühlen des Ladungsauf baus während der Strahlungsbehandlung eines Werkstücks.

Teilchenstrahl-Implantiervorrichtungen werden zur Behandlung eines Werk stücks verwendet, wobei Teilchen dazu veranlaßt werden, auf dem Werkstück aufzutreffen. Es sei in diesem Zusammenhang auf die US-Patente US 4 234 797 und US 4 419 584 hingewiesen, in denen Ionenstrahlimplantationssysteme be schrieben sind, die insbesondere zum Dotieren von Halbleitersubstraten ge eignet sind.

Werkstücke, wie beispielsweise Halbleiterwafer, werden während der Teil chenimplantation geladen. Die Gründe für diese Aufladung sind kompliziert und in ihrem Grunde nicht voll verstanden. Die empirische Tatsache ist, daß neben der in das Werkstück durch den Ionenstrahl selbst injizierten Ladung eine zusätzliche Ladung von Elektronen oder Gasionen aus der Nähe des Werkstücks injiziert werden kann, und es können sowohl positive Ionen als auch Elektronen von dem Wafer abgegeben werden.

Die Aufladung des Wafers tritt sowohl dann auf, wenn der Implantierstrahl aus Neutralteilchen besteht als auch dann, wenn er positive oder negative Ionen enthält. Die Aufladung des Wafers erfolgt, obwohl die Nettoladung im Implan tierstrahl durch in den Strahl injizierte Elektronen neutral gemacht wird.

Die Nettoladung an der Oberfläche des der Ionenimplantation ausgesetzten Wafers ist typischerweise positiv. Der Spannungsgradient zwischen der Werkstückoberfläche und in der Nähe befindlichen geerdeten Leitern, der sich aus der Nettoladung ergibt, ist aus mehreren Gründen unerwünscht. Der La dungsaufbau kann eine elektrische Entladung durch das Werkstück in eine geerdete Rückplatte zur Folge haben. Das Werkstück kann bis zu 0,05 cm dünn sein, so daß eine Oberflächenspannung von 500 Volt ein elektrisches Feld von 10000 Volt/cm erzeugt, was zerstörende elektrische Effekte zur Folge ha ben kann.

Der Spannungsgradient an der Oberfläche kann in nachteiliger Weise die La dungsneutralität des Ionenstrahls zusammen mit den ihn begleitenden Elek tronen beeinflussen. Die Ladungsneutralität des Ionenstrahls wird aufrechterhal ten, um eine Aufweitung des Strahls zu verhindern, und zwar infolge der Raumladung in Strahlen mit hoher Stromdichte. Die Ladungsneutralität wird dadurch erhalten, daß man vor dem Auftreffen auf dem Werkstück Elektronen mit niedriger Energie in den Ionenstrahlstrom eingibt, um die positive Ladung der Ionen zu kompensieren. Eine positive (negative) Spannung am Werkstück wird Elektronen niedriger Energie anziehen (abstoßen), die Neutralität des Strahls zerstören und das unerwünschte Aufblähen des Strahls hervorrufen.

Schließlich kann der Oberflächenspannungsgradient den Implantierstrahl ab lenken und seine Energie ändern. Die Strahlungsablenkung kann nicht ak zeptable Ungleichförmigkeiten der Implantationsdosisverteilung über das Wafer hinweg zur Folge haben. Aus diesen Gründen ist es wichtig, daß die Spannung an der Oberfläche des Werkstücks, die sich durch den Ladungs aufbau ergibt, auf einem tolerierbaren Wert gehalten wird, und zwar typi scherweise weniger als 100 Volt; in einigen Fällen weniger als 10 Volt.

Um den Nettoladungsaufbau zu minimieren, wurden Verfahren verwendet, um das Werkstück mit Elektronen zu "überfluten". Damit diese Verfahren erfolg reich sind, ist es jedoch wichtig, ein Verfahren zur Messung der Ladung an den Werkstücken vorzusehen.

Die Notwendigkeit für eine Ladungsmeßvorrichtung und auch die Erfordernis se hinsichtlich der Empfindlichkeit und des zeitlichen Ansprechens ergeben sich aus einer Betrachtung der gleichförmigen Aufladung einer typischen Halbleiterscheibe mit dem Radius R, und zwar durch einen Ionenimplantier strahl, der eine elektrische Nettoladung im Werkstückgebiet abscheidet.

Typische Strahlen für die Ionenimplantation von Halbleitern erzeugen Strom dichten in der Größenordnung von 10 A/m², so daß dann, wenn der volle Strom das Werkstück laden würde, die Ladungsdichte mit einer Geschwindigkeit von 10 Coulomb/m²/sec. anwachsen würde. Das sich aus dem Ladungs aufbau ergebende Potential in Volt kann für beide Punkte längs der Achse durch die Mitte einer kreisförmigen Werkstückscheibe und für Punkte längs des Werkstücksumfangs bestimmt werden.

Für Punkte entlang einer Achse, mit Abstand Z von der Mitte der Scheibe wird die Spannung V, die sich aus einer gleichförmigen Ladungsdichte σ ergibt, durch die folgende Gleichung gegeben:

V = 5,6 × 10¹⁰σ[(Z² + R²)^1/2 - Z] (1)

Das durch die Ladung erzeugte elektrische Feld erstreckt sich weit vor das Werkstück. Gemäß Gleichung (1) ist die Spannung noch immer 10% des Ma ximalwerts an einem Abstand längs der Achse der 5mal dem Werkstückradius entspricht.

Die Spannung am Umfang, und zwar mit einem Abstand R gegenüber der Mitte der gleichförmig geladenen Scheibe, ergibt sich durch die Gleichung (2)

V(Perimeter) = 3,6 × 10¹⁰σR (2)

Perimeter = Umfang.

Dieser Wert ist ungefähr 65% desjenigen in der Mitte. Es existiert somit ein radiales elektrisches Feld, welches die Form des Strahls verformen kann, selbst wenn die Ladungsdichte am Werkstück gleichförmig ist.

Die typische Ionenstrahlimplantationpraxis fordert, daß die Spannung am Werkstückwafer niemals 100 Volt übersteigt und vorzugsweise unterhalb 10 Volt gehalten wird. Diese Einschränkungen sehen strenge Erfordernisse hin sichtlich des zu den Werkstücken fließenden Nettostromes vor. Die Spannung in der Mitte eines typischen Werkstückes mit einem Radius von 5 cm steigt mit der Rate oder Geschwindigkeit von 360 Volt/sec. an, wenn ein Netto stromfluß von einem Nanoampere auftritt. Dieser Stromfluß ist ein Millionstel des typischen in das Werkstück injizierten direkten Ionenstroms ("direct ion current").

Aus dem Artikel "Wafer Charging and Beam Interactions in Ion Implantation" in Solid-state Technology, Februar 1985, Seiten 151-158 ist ein Ionenimplan tiersystem zum Implantieren von Halbleiterwafern bekannt. Bei diesem Sys tem werden die Halbleiterwafer durch einen Teilchenstrahl hindurchbewegt, um die Implantierung zu bewirken, und anschließend werden sie an einem Ladungssensor vorbeigeführt, um die durch die Implantierung entstandene Aufladung der Waferoberfläche zu messen.

Aus der US-A-4,361,762 sowie der DE A-31 36 787 sind Ionenimplantiersys teme bekannt, bei denen neutralisierende Teilchen in den Ionenstrahl injiziert werden, um die Aufladung der zu implantierenden Werkstücke zu verhindern.

Aus der US-A-3,507,709 ist darüber hinaus ein Verfahren zur Bestrahlung von Halbleiterkörpern, die einen dielektrischen Überzug aufweisen, mit Niedrigen ergieelektronen bekannt, wobei die Elektronenbestrahlung dazu dient, eine durch eine Ionenbestrahlung hervorgerufene positive Aufladung auf der Ober fläche des Halbleiterkörpers zu neutralisieren. Dabei wird die Oberfläche des Halbleiterkörpers konstant und somit unabhängig von der Größe der Aufla dung auf der Oberfläche, mit Niedrigenergie-Elekronen beschossen, um ein negatives Potential der Oberfläche beizubehalten.

Ausgehend von diesen bekannten Vorrichtungen liegt der vorliegenden Er findung die Aufgabe zugrunde, die Aufladung eines Werkstücks, insbesondere eines Wafers, in einem Ionenimplantationssystem zu steuern, wobei der durch einen Teilchenstrahl hervorgerufene Ladungsaufbau überwacht und gesteuert wird, um die mit dem Ladungsaufbau verbundenen Probleme zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung mißt die Ladung an einem Werkstück mit einer Ge nauigkeit und Empfindlichkeit, ausreichend um den Bedürfnissen der Teil chenstrahlbehandlungsysteme zu genügen. Die Kenntnis hinsichtlich der La dungsdichte und der Verteilung wird dazu verwendet, um mit dem Ladungs aufbau einhergehende, schädigende Feldstärken zu vermeiden. Die Integrität des Werkstücks wird sichergestellt, und die Strahlungsteuerung wird beibe halten.

Ein typisches Teilchenstrahlsystem weist eine Quelle auf, um einen Teilchen strahl auf ein Werkstück zu lenken, um eine Verteilung der Teilchen zur Kon taktierung einer Werkstückoberfläche hervorzurufen. Ein derartiges System wird beispielsweise zur Dotierung von Halbleitermaterial in der Form von indi viduellen Wafern benutzt, die durch einen geladenen Ionenstrahl bewegt wer den. Der Kontakt zwischen dem Teilchenstrahl und einer Werkstückoberfläche ergibt einen Ladungsaufbau, der durch einen Ladungs detektor festgestellt wird, welcher bezüglich der Werkstückoberfläche ange ordnet ist. Der Detektor bestimmt die Ladungsverteilung am Werkstück mittels eines Leiters, der gegenüber dem Werkstück isoliert ist und auf das Werkstück hinweist. Der Leiter erfährt infolge Influenz von der Ladung an der Werkstückoberfläche einen Ladungsaufbau. Ein mit dem isolierten Leiter ge koppelter Sensor fühlt den Ladungsaufbau am Leiter ab und fühlt dadurch den Ladungsaufbau an der Werkstückoberfläche ab.

Gemäß einem System wird eine Anzahl von Halbleiterwafern auf einer sich drehenden Scheibe getragen und durch einen Strahl aus Ionen bewegt, welche die Halbleiterwafer dotieren. In diesem System weist der La dungssensor einen Ladungsintegrator auf, der ein sich mit der Zeit änderndes Signal erzeugt, und zwar proportional zur Ladungsdichte an jedem Wafer, wenn er am Detektor vorbeiläuft. Ferner kann die Gleichförmigkeit des Auf treffens des Ionenstrahls unter Verwendung eines solchen Verfahrens detektiert werden, und zudem kann die Information hinsichtlich der Ladungs dichte dazu verwendet werden, den Ladungsaufbau in gesteuerter Weise zu neutralisieren oder abzuleiten.

Diese gesteuerte Neutralisierung oder Ableitung wird über eine Entladungs vorrichtung erreicht, die neben der Laufbahn der Wafer angeordnet ist. Elek tronen werden typischerweise zu jeder Waferoberfläche hingeleitet, um den positiven Ladungsaufbau zu neutralisieren oder abzuleiten, der sich durch das Auftreffen von Teilchen auf dem Wafer ergibt. Eine mit dem Ladungsdetektor und der Verteilschaltung gekoppelte Steuerschaltung stellt die Neutralisie rungs- oder Ableitrate (Geschwindigkeit) ein, und zwar entsprechend der Rate oder Geschwindigkeit des Ladungsaufbaus.

Der bevorzugte Detektor umfaßt eine Nachweisebene, die von einem isolier ten Gehäuse umschlossen ist und eine elektrisch vom Gehäuse isolierte Vorderseite aufweist. Dieser Detektor ist in enger Nachbarschaft zu einem rotierenden Träger angeordnet, so daß dann, wenn einzelne Wafer mit inte grierten Schaltungen an der Nachweisebene vorbeilaufen, die Ladung auf den Wafern detektiert wird.

Aus der obigen Beschreibung erkennt man, daß ein Ziel der Erfindung darin besteht, die Ladung in einem Teilchenstrahlsystem zu steuern, wobei der durch den Teilchenstrahlkontakt mit dem Werkstück hervorgerufene Ladungs aufbau überwacht wird und vorzugsweise gesteuert wird, um Probleme infolge des Ladungsaufbaus zu vermeiden. Dieses Ziel sowie weitere Ziele und auch Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus einer ins einzelne ge henden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsy stems für die Ionenimplantation;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Systems der Fig. 1, wobei die Beziehung zwischen einzelnen Halbleiterwafers und einem Ladungsdetektor dargestellt ist;

Fig. 3A bis 3C schematisch eine sich mit der Zeit ändernde Beziehung zwischen einem Detektor und mehreren, der Ionenimplantation ausgesetzten Halbleiterwafern;

Fig. 4A und 4B Spannungs-Strom- und Ausgangssignal-Wellenformen für die Detektoren der Fig. 3;

Fig. 5A ein schematisches Diagramm eines Steuersystems für den Abbau positiver Ladungen, die sich auf einer Werkstückoberfläche aufgebaut haben, und

Fig. 5B ein schematisches Diagramm einer Elektronenquelle und einer Steuer schaltung.

Im folgenden wird die beste Art und Weise zur Durchführung der Erfindung beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Strahlimplantations systems 10. Werkstücke in der Form von dünnen Halbleiterscheiben 12 wer den auf einem Träger 14 gehalten, der sich mit einer konstanten Winkelge schwindigkeit ω unter einem Ionenstrahl 16 dreht. Die Scheiben 12 können mit dem Träger 14 ausgerichtet sein, oder sie können unter einem Winkel (ty pischerweise 7°) gehalten werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Ein positiver Ionenstrahl 16 von einer Ionenbeschleunigungsquelle 18 wird elektrisch neutral gehalten, und zwar durch die Einführung von Elektronen 20 mit niedriger Energie oberhalb des Werkstücks. Dies geschieht durch auf dem Gebiet der Ionenimplantation bekannte Verfahren. Trotz der Neutralität des Ionenstrahls werden die Scheiben 12 aufgeladen, und zwar typischerweise positiv, wie es angedeutet ist. Eine Elektronenquelle 22 sprüht während der Implantation Elektronen auf die Scheiben, um eine elektrische Nettoneutralität des zum und vom Werkstück fließenden Stroms aufrechtzuerhalten. Abwei chungen gegenüber dieser Neutralität führen zu einem Ladungsaufbau und einer Spannung an der Oberfläche der Scheiben.

Nach dem Durchlaufen durch den Ionenstrahl laufen die Scheiben an der Oberfläche der elektrisch leitenden Nachweisebene des Detektors 30 vorbei, die in einem isolierten Gehäuse 32 umschlossen ist, und zwar mit einer Abdeckung 34, welche (Fig. 2) elektrisch gegenüber dem Gehäuse 32 und der Nachweisebene des Detektors 30 isoliert ist. Die Frontabdeckung 34 ist typischerweise ein Isolator, kann aber auch ein elek trisch getrennter Leiter sein. In der Konfiguration der Fig. 1, wo die Stirnfläche des Werkstücks mit dem Halter ausgerichtet ist (in einer Ebene liegt), ändert sich der Spalt zwischen der Nachweisebene und der Wafer tragenden Platte niemals, so daß die Kapazität des Systems konstant ist. Die induzierte bzw. durch Influenz erzeugte Ladung auf der Nachweisebene des Detektors 30 wird durch ein In tegral der Fläche, mit der die Nachweisebene die Scheibe überlappt, gege ben, und zwar multipliziert mit der Ladungsdichte.

Die induzierte bzw. durch Influenz erzeugte Ladung an der Nachweisebene wächst, wenn eine elektrisch geladene Scheibe in die Sichtlinie der Nachwei sebene eintritt; vgl. Fig. 3A. Nach dem anfänglichen Übergangsansprechen infolge der Änderung der Ladungsfläche, die durch die Nachweisebene "ge sehen" wird, erreicht die induzierte Ladung an oder auf der Nachweisebene einen konstanten Wert während der in Fig. 3B gezeigten Position. Wenn das Werkstück aus der Sicht der Nachweisebene läuft (Fig. 3C), so verschwindet die induzierte Ladung an der Nachweisebene.

Die induzierte bzw. durch Influenz erzeugte Ladung ist als eine Funktion der Zeit ein Strom, der in einen Integrator 40, Fig. 3, eingegeben wird. Ein Aus gangssignal vom Integrator 40 ist proportional zur Gesamtladung an der Nachweisebene, dividiert durch die Kapazität eines Rückkopplungskonden sators 42. Die Zeitkonstante der Integrierschaltung ist kurz, verglichen mit den Einschwingkanteneffekten, aber lang, verglichen mit der Zeit, die für den Wa fer erforderlich ist, um an der Nachweisebene vorbeizulaufen. Die Ausgangs spannung des Integrators entspricht dann einem gemittelten Signal proportio nal zur Ladungsdichte an der Mitteloberfläche des Wafers 12.

Die Fig. 4 zeigt die Strom- und Spannungssignale, die aus einer gleichförmi gen und nicht-gleichförmigen Ladungsdichte am Werkstück erzeugt werden; die Zeitpositionen t₀, t₁ und t₂ in Fig. 4 entsprechen den entsprechenden Posi tionen gemäß Fig. 3A, bzw. 3B bzw. 3C. Eine gleichförmige positive Ladungs verteilung am Werkstück hat eine Spannungsverteilung gemäß Fig. 4A(1) zur Folge. Wenn das Werkstück sich an der Nachweisebene des Detektors 30 vorbeibewegt, so fließt ein Strom - vgl. Fig. 4A(2) - in den Integrator, was eine Ausgangsspan nung vom Integrator gemäß Fig. 4A(3) zur Folge hat. Wenn die Ladungsvertei lung am Werkstück nicht gleichförmig ist, sondern beispielsweise eine gloc kenförmige Verteilung mit der Spitze an der Wafermitte aufweist, vgl. dazu Fig. 4B(1), so ist die Ausgangsspannung proportional zur Ladungsdichte, ge mittelt über die Integrationszeitkonstante und erscheint, wie es in Fig. 4B(3) gezeigt ist.

In der tatsächlichen Praxis sind die Halbleiterwafer 12 unter einem schema tisch in Fig. 2 gezeigten Winkel von 7° gegenüber dem Werkstückhalter 14 angeordnet, so daß die Oberflächen des Werkstücks und des Trägers nicht ausgerichtet sind. Es ergeben sich somit induzierte bzw. durch Influenz er zeugte Spannungsänderungen infolge der sich ändernden Kapazität, wenn das rotieren de System an der Nachweisebene vorbeiläuft. Derartige Änderungen sind je doch im wesentlichen äquivalent zu den Änderungen infolge der Änderung der Überlappungsfläche zwischen dem Wafer und der Nachweisebene und wer den unter den oben beschriebenen Übergangs- oder Eingangssignalen sub sumiert.

Eine Integrationszeitkonstante für die induzierte Ladung wird gewählt, um Übergangsansprechgrößen zu eliminieren, während ein richtiges Maß für die sich langsam ändernde Ladung auf der Waferoberfläche angegeben wird. Dies ist für den derzeitigen Zustand der Vorrichtungsherstellung unter Ver wendung von energetischen Projektilstrahlen adäquat. Die Konstanz sowohl der Geometrie wie auch der Drehzahl des Waferhalters ermöglichen die ge naue analoge Subtraktion der Signale, die sich aus geometrischen Effekten ergeben. Dies macht die Messung der Ladungsverteilungen über den Wafer hinweg möglich.

In der idealen Geometrie eines geladenen Wafers, der sich in einem ausge zeichneten Vakuum bewegt, kann die Ladungsdichteverteilung ohne Abschir mung der Nachweisebene 30 genau gemessen werden. Die Umgebung einer Ionenimplantiervorrichtung liegt vom Ideal weit weg. In das System wird im allgemeinen absichtlich ein Restgas eingeführt, um die Nettoladung am Strahl zu neutralisieren. Es gibt Ionen und Elektronen mit breiten Energieverteilun gen, die sich zufällig in dem Volumen bewegen und infolgedessen gibt es eine Streuung der Strahlprojektile. Diese in der Umgebung vorhandenen gelade nen Teilchen erzeugen, wenn sie auf die Nachweisebene auftreffen, Ströme, welche die Messungen an der Nachweisebene verfälschen.

Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Isolation der Nachwei sebene gegenüber Gleichströmen durch die Frontabdeckung 34. Die Isolation muß für den Induktions- bzw. Influen zeffekt transparent sein, der zur Messung der Ladung am Werkstück verwen det wird. Es ist daher notwendig, daß die Oberfläche der Abdeckung 34 elek trisch isoliert ist. Im derzeit verwendeten offenbarten Ausführungsbeispiel wird diese Isolation dadurch erreicht, daß die Oberfläche aus einem isolierenden Keramikmaterial besteht. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Isolation dadurch erreicht, daß man eine Frontoberfläche aus einem dünnen Leiter macht und diesen Leiter gegenüber der Abdeckung 34 elektrisch iso liert.

Der in geeigneter Weise integrierte induzierte Strom mißt die Ladungsdichte am Werkstück. Die Spannung an der Werkstückoberfläche kann theoretisch aus der Ladungsdichte abgeleitet werden. In der Praxis wird ein Ladungsin duktormeter (Ladungsinduktionsmeßgerät) durch Messung der induzierten Ausgangsspannung des Integrators geeicht, die sich daraus ergibt, daß eine bekannte Ladung über eine geeichte Batterie auf einen leitenden Nachbau des sich drehenden Werkstücks aufgebracht ist. Zahlreiche Versuche bei un terschiedlichen Bedingungen zeigten, daß das System der beschriebenen Art ohne weiteres ein 10 Volt-Potential am Werkstück detektieren kann; das mi nimal detektierbare Potential am Werkstück beträgt ungefähr 2 Volt mit dem Integrator 40 gemäß Fig. 3.

Im einfachsten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine einzige Nachwei sebene des Detektors 30 derart - vgl. Fig. 1 - angeordnet, daß die Mitte des Werkstücks nach jeder Implantationsdosis an der Nachweisebene vorbeiläuft. In einem typischen industriellen Anwendungsfall rotieren die Scheiben mit einem mittle ren Radius von ungefähr 11 Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) mit einer Drehzahl von 800 U/min. Wenn die Nachweisebene des Detektors 30 um einen Drehwinkel von 15° gegenüber dem Strahl beabstandet ist, wird die Ladungsmessung innerhalb von 5 ms jeder Implantation vorgenommen. Diese Zeit ist für eine effektive Überwachung der Spannung an der Scheibe kurz genug, um zu verhindern, daß die Spannung einen vorbestimmten Wert übersteigt.

Das Signal von der Nachweisebene des Detektors 30 wird zur Steuerung der Ladung der Scheiben 12 verwendet, und zwar durch Veränderung der Dichte der die Scheiben überflutenden Elektronen. Ein Blockdiagramm für ein derartiges Steuersystem 50 ist in Fig. 5A gezeigt. Die Ausgangsspannung vom Integrator wird durch einen Analog- zu Digitalumsetzer 52 digitalisiert. Das digitalisierte Signal wird sodann verarbeitet und durch eine Steuervorrichtung 53 interpre tiert und an eine Elektronenflutsteuerschaltung 54 abgegeben, die mit einer Elektronenquelle 22 gekoppelt ist. In einem Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 5B) ist die Quelle 22 ein sekundärer Elektronenemitter, wo die Anzahl der Sekun därelektronen pro Sekunde ohne weiteres dadurch gesteuert wird, daß die Beschleunigungsspannung der primären Elektronenquelle im Emitter gesteu ert wird.

Die Elektronenquelle 22 weist einen Wolframkathodenemitter 60 auf, ein Ex traktionsgitter 62 und ein Target 64 zum Stoppen der Primärelektronen. Die Primärelektronen werden auf 300 eV beschleunigt und dann gestoppt, wenn sie mit der Targetoberfläche kollidieren. Die Sekundärelektro nen werden sodann aus der Targetoberfläche mit einer Energie ausgesto ssen, die wesentlich kleiner ist als die Energie der Primärelektronen. Da das Target nahe 0 Volt vorgespannt ist, ist die für ein Elektron zum Entweichen erforderliche Energie die Austrittsarbeit des Targetmaterials. Die Anzahl der entweichenden Sekundärelektronen ist direkt proportional zur Anzahl der Primärelektronen und der Sekundärelektronenausbeute für das Targetmaterial. Die entweichenden Elektronen besitzen einen Energiebereich, beginnend mit der Austrittsarbeit und endend mit 300 eV, wobei jedoch die größte Anzahl von Elektronen das untere Energiespektrum bevöl kern und ein Maximum bei 25 eV erreichen.

Das Target 64 ist derart positioniert, daß die meisten der Elektronenbahnen den Ionenstrahl 16 vor der Implantationsoberfläche kreuzen. Dies ist ein wichtiges Merkmal, da die negative Aufladung der Implantationsoberfläche minimiert wird, wenn kein Ionenstrahl vorhanden ist.

Die Elektronenquellensteuervorrichtung 54 weist eine Filament- Leistungsversorgung 70 auf, eine Kathodenvorspannungsleistungsversorgung 72 und Elektronikmittel zur Steuerung des primären Elektronenstroms der Quelle 22. Der primäre Elektronenstrom wird durch Veränderung der Aus gangsgröße der Filament-Leistungsversorgung 70 gesteuert. Die Ausgangs größe der Filament-Versorgung wird als eine Funktion der Differenz zwischen einer primären Stromeingangsgröße 76 von der Steuervorrichtung 53 und ei ner Rückkopplungs-Primärstromeingangsgröße 78 gesteuert. Die Differenz dieser zwei Signale ist mit der Leistungsversorgung 70 gekoppelt, um den Strom durch die Kathode zu regulieren. Verstärker U1 liefert eine Ausgangs spannung proportional zum Primärstrom Ip. Ein Verstärker U2 liefert eine Ausgangsspannung, proportional zum Sekundärstrom Isec. Ein Verstärker U3 steuert die Kathodenspannung der Steuerung der Gate zu Source-Spannung eines FET Q1 als eine Funktion der Differenz zwischen einer voreingestellten Kathodenspannung Vc und der Rückkopplungskathodenspannung. Ein Ver stärker U4 liefert eine Ausgangsspannung proportional zur Kathodenspan nung.

Es gibt zwei signifikante Stromschleifen in Fig. 5B, die Primärschleife und die Sekundärschleife. Der Primärschleifenstrom wird durch den 1 Ohm Wider stand R1 gemessen, wohingegen die Sekundärstromschleife durch den 1 Ohm-Widerstand R2 gemessen wird. Für die Schaltung der Fig. 5B gelten für die gezeigten Ströme die folgenden Beziehungen:
I1 = Ip
I2 = Ip - Isec
I3 = Isec
Ip = Primärstrom emittiert von der Kathode,
Isec = Sekundärstrom emittiert von der Target- Oberfläche.

Eine einzige Nachweisebene des Detektors 30 bestimmt die Ladungsverteilung über ein ge gebenes Bogensegment der Wafer 12 hinweg, und zwar während jeder Dre hung des Trägers. Wenn der Träger während der Drehung durch den Strahl bewegt wird, wie dies oftmals bei kommerziellen Ionenimplantationsvorrich tungen der Fall ist, so mißt die Nachweisebene 30 die Ladungsverteilungen der Bogensegmente davor. Eine einzige Nachweisebene ist im allgemeinen für die meisten Anwendungsfälle adäquat, da die Nachweisebene derart posi tioniert ist, daß das Bogensegment gemessen wird, welches soeben der Io nenplantation unterworfen wurde.

Die vorliegende Erfindung kann jedoch ohne weiteres auch zur Messung der Ladungsverteilung über ein gesamten Werkstück hinweg anstelle über einen einzigen Bogen hinweg verwendet werde. Mehrere unabhängige Nachweise benen sind in einer geeigneten Weise vor dem Drehträger angeordnet. Unab hängige Ladungsinduktionsmeßgeräte können in einer einzigen Kammer an geordnet werden, und zwar mit einem Isolatorfenster zwischen den Stirnflä chen der sich drehenden Wafer und den mehreren Nachweisebenen oder aber sie können in unabhängigen Kammern untergebracht sein. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß die Nachweisebenen durch geerdete Ebenen voneinander elektrisch isoliert sind, und daß die Ströme von den einzelnen Nachweisebenen durch unabhängige Elektronikmittel verarbeitet werden.

Claims

1. Ionenimplantationssystem (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks (12) mit einer Quelle (18) zum Erzeugen eines Teilchenstrahls (16), einem drehbaren Träger (14), um eines oder mehrere Werkstücke (12) zum Bearbeiten durch den Strahl (16) zu bewegen, und einer Vorrichtung zum Verhindern einer übermäßigen Aufladung des Werkstücks (12), die folgendes aufweist:
einen Detektor (30), der neben dem drehbaren Träger (14) angebracht ist, zum Erfassen einer Aufladung auf den Werkstücken (12), während sie behandelt werden, wobei der Detektor (30) einen eine ebene Oberfläche besitzenden, dem drehbaren Träger (14) gegenüberliegenden Leiter aufweist, der von dem Werkstück (12) isoliert ist und der durch Influenz aufgeladen wird, wenn sich die Werkstücke (12) an dem Leiter vorbei bewegen;
eine Ladungsdetektionsschaltung (40) zum Umwandeln einer in dem Leiter erzeugten Ladung in ein Spannungssignal;
Neutralisatormittel (22), die neben dem Träger (14) angebracht sind zum steuerbaren Entladen der Werkstücke (12) durch Richten von neutrali sierenden Teilchen mit einer gesteuerten Intensität auf die Werkstücke (12); und
eine Steuerschaltung (50) zum Koppeln der Ladungsdetektionsschaltung (40) mit den Neutralisatormitteln (22) zum Einstellen der Entladung des einen oder der mehreren Werkstücke (12) ansprechend auf die vom Detektor (30) erfaßte Ladung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der drehbare Träger (14) ein Leiter ist und die Werkstücke (12) Halbleiterwafer aufweisen, die für eine Be handlung mit einem Ionenstrahl (16) auf dem Träger (14) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ladungs detektionsschaltung (40) Mittel aufweist zum Integrieren der Ladung, während sie auf dem Leiter erzeugt wird.