DE69728197T2

DE69728197T2 - Verfahren und Gerät zum Ionenstrahltransport

Info

Publication number: DE69728197T2
Application number: DE69728197T
Authority: DE
Inventors: Victor Maurice Gloucester Benveniste; Jiong Beverly Chen; Thomas Neil Boxborough Horsky; William Edward Topsfield Reynolds
Original assignee: Axcelis Technologies Inc
Current assignee: Axcelis Technologies Inc
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: CN1123051C; KR970060383A; CA2193709A1; JP3944792B2; TW315482B; KR100318872B1; CN1161563A; EP0785568A3; US5691537A; ES2216107T3; EP0785568A2; EP0785568B1; DE69728197D1; CA2193709C; JPH09231937A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Ionenstrahlübertragung in einer Ionenimplantationsvorrichtung, während man die Gleichförmigkeit der Ionenimplantationsdosis innerhalb akzeptabler Grenzen über der gesamten Oberfläche eines implantierten Target bzw. Ziels hält.
Hintergrund der Erfindung
Bei einer Ionenimplantationsvorrichtung bzw. einem Ionenimplantierer mit hohem Strom läuft der Ionenstrahl von der Ionenquelle zu einem Werkstück durch ein Strahlplasma. In einem solchen Plasma wird die positive Raumladung, die von den Ionen erzeugt wird, durch eine negative Raumladung kompensiert, die durch Ionen erzeugt wird, die durch den Ionenstrahl und um diesen herum umlaufen. Diese Ionen sind quasi-stationär und bewegen sich nicht entlang der Richtung des Fortschritts des Ionenstrahls.
Wenn diese Elektronen aus dem Strahlraum entfernt werden, wird die nicht kompensierte Raumladung, die von den Ionen erzeugt wurde, elektrische Felder in einer Richtung radial zur Strahlmitte erzeugen. Unter dem Effekt von solchen Feldern werden die Ionen weg von der Strahlmitte abgelenkt, was bewirkt, daß der Strahl divergiert und an Querschnitt zunimmt, bis er nicht weiter in die verfügbare physische Umhüllung paßt. Dieser Vorgang wird im allgemeinen als "Aufblasen des Strahls" (beam blow-up) bezeichnet.
Das Strahl-Target oder Werkstück ist oft ein elektrisch isolierender Silizium-Wafer, aus dem eine integrierte CMOS-Schaltung hergestellt wird. Wenn der positiv geladene Ionenstrahl den Silizium-Wafer trifft, nimmt der Wafer eine positive Netto-Ladung an. Die Annahme dieser Ladung wird ein elektrisches Feld in der Region des Wafers erzeugen, welches Neutralisierungselektronen aus dem Strahlplasma anziehen wird, was ein Aufblasen des Strahls zur Folge hat.
Ein zweites Ergebnis der positiven Ladung von integrierten CMOS-Schaltungen ist ein möglicher Schaden an der Schaltung. Wenn eine positive Netto-Ladung sich auf der Schaltung aufbaut, entwickeln sich große elektrische Felder an der Oberfläche des Wafers, die die Verbindungen und die Gates der Vorrichtungen bzw. Transistoren beschädigen können, wenn sie erzeugt werden.
Um einen Schaden zu verhindern, der von einem Ionenstrahl verursacht wird, der eine positive Netto-Strahlung hat, haben Ionenimplantationsvorrichtungen des Standes der Technik eine "Elektronendusche" oder "Elektronenflutung" verwendet. Eine solche Vorrichtung ist gerade stromaufwärts des Targets gelegen und liefert einen elektrischen Strom gleich dem positiven Ionenstrahlstrom, so daß der daraus resultierende Ionenstrahl eine Netto-Ladung von Null hat.
Während Elektronenduschen für Ionenimplantationsvorrichtungen mit gewissem Erfolg bei Implantationsvorrichtungen des Standes der Technik verwendet worden sind, hat ihre Anwendung einige Nachteile. Die Elektronenduschen können keinen ausreichenden Elektronenstrom liefern, um vollständig den Ionenstrahl zu neutralisieren. Wenn dies auftritt, wird der Strahl teilweise aufgeblasen werden, und dies kann eine nicht akzeptable Ungleichförmigkeit der Implantationsdosis verursachen. Erfahrungen mit Implantationsvorrichtungen des Standes der Technik legen nahe, daß auch, wenn der Strahl nicht vollständig neutralisiert ist, die nachteiligen Effekte bezüglich der Ungleichförmigkeit des Strahls verringert werden, wenn die Länge des Aufblasens des Strahls begrenzt werden kann.
Um die Effekte des teilweisen Aufblasens zu begrenzen, welche durch einen nicht neutralisierten Strahl verursacht werden, wird eine "Bias-Apertur" bzw. "Vorspannungsapertur" im allgemeinen stromaufwärts (in der Richtung der Ionenfälle) von der Elektronendusche angeordnet. Diese Apertur ist ein negativ geladener Metallring, der den Strahl umgibt. Diese Apertur verursacht ein negatives Potential in der Mitte des Strahls, welches verhindert, daß Elektronen von jeder Seite (stromaufwärts oder stromabwärts) durch den Ring laufen. Dieses Phänomen wird in 2 veranschaulicht, welche einen repräsentativen Elektronenunterdrückungsring des Standes der Technik veranschaulicht, der stromaufwärts von einer Elektronendusche angeordnet ist.
In der Abbildung der 2 ist der Ring R zwischen zwei geerdeten leitenden Gliedern C1, C2 gelegen. Der Ring R wird auf einem elektrischen Potential von 2,5 Kilovolt unter Erde gehalten, und lenkt daher die Elektronen weg von der Ebene des Rings R, wie durch die Bewegung der Elektronen in 2 zu sehen.
Unglücklicherweise leitet das gleiche elektrische Feld, welches verhindert, daß Elektronen durch den vorgespannten Ring R laufen, ebenfalls Elektronen innerhalb einer Distanz von ungefähr einem Ringdurchmesser des Vorspannungsrings R ab. Innerhalb dieser Distanz des Rings R ist die positive Ionenladung vollständig unkompensiert und ein Aufblasen des Strahls wird auftreten. Die Probleme, die von diesem Aufblasen des Strahls verursacht werden, werden bei Ionenimplantationsstrahlen mit niedriger Energie noch mehr hervorgehoben.
Offenbarung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen den Rückstrom von Neutralisierungselektronen jedoch anders als bei der Anwendung einer negativ vorgespannten Elektrode entfernen sie nicht alle Elektronen aus einer Region des Ionenstrahls.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird ein Ionenstrahl entlang eines Strahllaufpfades geleitet, und zwar von einer Quelle zu einer Implantationsstation, wo die Target- bzw. Zielwerkstücke für eine Behandlung durch den Ionenstrahl angeordnet sind. Neutralisierungselektronen werden in den Ionenstrahl an einer Neutralisierungsstelle eingeleitet, bevor der Ionenstrahl die Zielwerkstücke berührt. Ein Magnetfeld wird stromaufwärts von der Neutralisierungsstelle erzeugt, um den Rückstrom von Neutralisierungselektronen zu behindern.
Die Erzeugung des Magnetfeldes wird vorzugsweise erreicht durch Positionierung von Permanentmagneten an gegenüberliegenden Seiten des Ionenstrahls an einer Stelle, gerade bevor der Strahl die Strahlneutralisierungsvorrichtung erreicht. Die Magneten bauen ein Magnetfeld in der Region auf, durch die der Ionenstrahl läuft. Dieses Magnetfeld bewirkt, daß Elektronen sich entlang spiralförmiger Pfade hin und her bewegen, jedoch stößt es sie nicht weg von ihren Positionen innerhalb des Ionenstrahls. Elektronen, die sich weg von der Region der Strahlneutralisierungsvorrichtung bewegen, stützen den Ionenstrahl, sie werden jedoch durch das Magnetfeld zurückgestoßen, welches durch den Permanentmagneten erzeugt wird.
Ein Verlust von Elektronen in der Region des Magneten wird weiter verhindert, indem man ein Magnetfeld vorsieht, wo hoch konzentrierte Magnetfeldlinien außerhalb der Region des Ionenstrahlraums sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, die eine Ionenimplantationsvorrichtung zeigt, die eine Ionenquelle aufweist, weiter eine Strahlformungs- und -führungsstruktur und eine Implantationskammer;
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Region einer Unterdrückungselektrode des Standes der Technik, die stromaufwärts von einer Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung in einer Ionenimplantationsvorrichtung positioniert ist;
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Region einer Ionenstrahlimplantationsvorrichtung, wobei ein Magnetfeld aufgebaut ist, um einen Rückstrom von einer Ionenstrahlneutralisationsvorrichtung zu verhindern;
4 ist eine Perspektivansicht einer Region eines Ionenstrahllaufpfades in der Nachbarschaft eines Permanentmagneten;
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Region einer Ionenstrahlimplantationsvorrichtung, wobei ein Magnetfeld zum Verhindern eines Rückstroms von Elektronen Magnetfeldlinien hat, die außerhalb des Ionenstrahllaufpfades konzentriert sind;
6 ist eine Kurvendarstellung des Transmissionswirkungsgrades als eine Funktion der Ionenstrahlenergie für zwei im Kontrast stehende Elektronenrückstromsteuerungen; wobei eine der Rückstromsteuerungen gemäß des Standes der Technik ausgeführt ist, und wobei die zweite eine Technik ist, die gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeführt wird;
7 ist eine Schnittansicht einer magnetischen Elektronenrückstoßvorrichtung, die gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
8 ist eine Ansicht der magnetischen Elektronenrückstoßvorrichtung, wie in der Ebene 8-8 der 7 zu sehen; und
9 ist eine Ansicht der magnetischen Rückstoßvorrichtung, wie in der Ebene 9-9 in 8 zu sehen.
Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf die Zeichnungen bildet 1 eine Ionenimplantationsvorrichtung ab, die im allgemeinen bei 10 gezeigt ist, die eine Ionenquelle 12 aufweist, um Ionen auszusenden, die einen Ionenstrahl 14 bilden, der über einen Strahlpfad zu einer Implantationsstation 16 läuft. (Nicht gezeigte) Steuerelektronik überwacht und steuert die Ionendosis, die von den Wafern innerhalb einer Verarbeitungskammer 17 an der Implantationsstation 16 aufgenommen wird.
Die Ionenquelle 12 weist eine Plasmakammer 18 auf, in die die Quellenmaterialien zur Ionisierung eingeleitet werden. Die Quellenmaterialien können ein ionisierbares Gas oder verdampftes Quellenmaterial aufweisen. Es wird Energie auf die Quellenmaterialien aufgebracht, um positiv geladene Ionen in der Plasmakammer 18 zu erzeugen. Die positiv geladenen Ionen treten aus dem Inneren der Plasmakammer durch einen elliptischen Bogenschlitz in einer Abdeckungsplatte 20 aus, die über einer offenen Seite der Plasmakammer 18 liegt.
Ionen in der Plasmakammer 18 werden durch den bogenförmigen Schlitz in der Abdeckplatte 20 der Plasmakammer herausgezogen und zu einem Massenanalysemagneten 22 durch einen Satz von Elektroden benachbart zur Abdeckungsplatte 20 der Plasmakammer beschleunigt. Der Massenanalysemagnet 22 wird innerhalb eines Magnetgehäuses 32 aufgehängt. Die Stärke des Magnetfeldes wird durch die Steuerelektronik der Ionenimplantationsvorrichtung gesteuert. Das Magnetfeld wird gesteuert durch Einstellung eines Stroms durch die Magnetfeldwindungen. Der Massenanalysemagnet 22 bewirkt, daß die Ionen, die entlang des Ionenstrahls 14 laufen, sich in einer gekrümmten Laufbahn bewegen, so daß nur Ionen mit einer geeigneten Atommasse die Ionenimplantationsstation 16 erreichen.
Bevor er die Implantationskammer erreicht, wird der Ionenstrahl 14 weiter geformt, bewertet und beschleunigt, und zwar aufgrund des potentiellen Abfalls der hohen Spannung des Massenanalysemagnetgehäuses 32 zu der geerdeten Implantationskammer. Der Laufpfad der Strahllinie von der Quelle zur Kammer 17 wird auf einem reduzierten Druck durch die Vakuumpumpen P1, P2 gehalten, die entlang der Strahllinie beabstandet sind.
Stromabwärts von dem Magneten 22 weist die Ionenimplantationsvorrichtung eine Quadrapol-Anordnung 40 auf, eine faradayische Schwenkeinrichtung 42 und eine Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung 44. Die Quadrapol-Anordnung 40 weist einen Satz von Magneten auf, der um den Ionenstrahl 14 herum orientiert ist, die selektiv durch die (nicht gezeigte) Steuerelektronik erregt wird, um die Höhe des Ionenstrahls 14 einzustellen. Die Quadrapol-Anordnung 40 ist innerhalb eines Gehäuses 50 der Implantationsvorrich tung aufgehängt. Mit einem Ende der Quadrapol-Anordnung 40, die zu dem Magnet 22 hinweist, ist eine Ionenstrahlabschirmungsplatte 52 gekoppelt. Die Platte 52 wirkt in Verbindung mit dem Massenanalysemagneten 22, um unerwünschte Ionenarten aus dem Ionenstrahl 14 herauszunehmen.
Die faradayische Einrichtung 42 ist zwischen der Quadrapol-Anordnung 40 und der Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung 44 gelegen. Die faradayische Anordnung ist schwenkbar mit dem Gehäuse 50 gekoppelt, so daß sie in die Position geschwenkt werden kann, um den Ionenstrahl 14 zu schneiden, um die Strahlcharakteristiken zu messen, und wenn die Messungen zufriedenstellend sind, kann diese aus der Strahllinie heraus geschwenkt werden, so daß sie nicht in Gegenwirkung mit der Wafer-Implantation in der Implantationskammer 17 tritt.
Eine Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung 44 des Standes der Technik, die allgemein als Elektronendusche bezeichnet wird, ist offenbart im US-Patent 5 164 599 von Benveniste, welches am 17. November 1992 ausgegeben wurde und der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zu eigen ist. Das '599-Patent wird hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme miteingeschlossen.
Ionen, die aus der Plasmakammer 18 herausgezogen werden, sind positiv geladen. Wenn die positive Ladung auf den Ionen nicht vor der Implantation der Wafer neutralisiert ist, werden die dotierten Wafer eine positive Netto-Ladung zeigen. Wie oben und in dem '599-Patent von Benveniste beschrieben, hat eine solche positive Netto-Ladung auf dem Wafer unerwünschte Charakteristiken.
Eine Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung des Standes der Technik ist offenbart in dem US-Patent 5 633 506.
Direkt stromaufwärts der Neutralisierungsvorrichtung 44 ist eine Magnetrückstoßvorrichtung 110 (Repeller). Die Komponenten der Rückstoßvorrichtung bzw. des Repellers 110 sind schematisch in 3 gezeigt. Die Rückstoßvorrichtung 110 weist Permanentmagneten M1, M2 auf, um den Rückstrom von Elektronen von der Neutralisierungsvorrichtung zu verhindern. Die Magneten M1, M2 ersetzen somit die vorgespannte Ringapertur R, die oben mit Bezug auf 2 besprochen wurde.
Die Neutralisierungsvorrichtung 44, die in 1 offenbart wurde, begrenzt eine zylindrische innere Region mit offenem Ende, die groß genug ist, um zu gestatten, daß der Strahl unbehindert hindurchläuft, während neutralisierende Ionen in den Ionenstrahl eingeleitet werden. Die Neutralisierungsvorrichtung 44 und die Rückstoßvorrichtung 110 sind in 1 so gezeigt, daß sie als eine integrale Einheit ausgeformt sind und durch eine gemeinsame Basis 52 getragen werden, die an dem Gehäuse 50 angebracht ist.
Innerhalb der Implantationskammer 17 ist drehbar ein (nicht gezeigter) scheibenförmiger Wafer-Träger aufgehängt. Wafer, die von dem Strahl behandelt werden, werden nahe einer Umfangskante des Wafer-Trägers positioniert, und der Träger wird durch einen (nicht gezeigten) Motor mit einer Rate von ungefähr 1200 U/min gedreht. Der Ionenstrahl 14 trifft auf die Wafer auf und behandelt die Wafer, wenn sie sich in einem kreisförmigen Pfad drehen. Mehrere Wafer werden um die Kante des Wafer-Trägers herum getragen und werden durch eine Ladeschleuse eingeladen und entladen, um zu gestatten, daß die Strahllinie während des Ladens und Entladens evakuiert bleibt.
Die Implantationsstation 16 ist schwenkbar mit Bezug auf das Gehäuse 50 und ist damit durch einen flexiblen Faltenbalg 92 verbunden. Die Möglichkeit, die Implantationsstation 16 zu schwenken, gestattet die Einstellung des Auftreffwinkels des Ionenstrahls 14, wenn der Strahl auf Wafer innerhalb der Implantationskammer auftrifft.
Magnetrückstoßvorrichtung 110
3 veranschaulicht schematisch den Betrieb der Magnetrückstoßvorrichtung (Repeller) 110. Die zwei Permanentmagneten M1, M2 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Ionenstrahls 14 beabstandet. Eine Nordpolseite 122 des ersten Magneten M1 weist zu dem Ionenstrahl 14 auf einer Seite des Strahls, und eine Südpolfläche 124 des zweiten Magneten M2 weist zu dem Ionenstrahl auf der gegenüberliegenden Seite des Ionenstrahls hin. Feldlinien zwischen den zwei Magneten sind in der Abbildung der 3 veranschaulicht. Elektronen, die sich durch den Ionenstrahl von Stellen entweder stromaufwärts oder stromabwärts von der Magnetrückstoßvorrichtung 110 bewegen, erfahren eine Kraft, wenn sie sich in das Magnetfeld zwischen den Magneten M1, M2 bewegen.
Ein wichtiger Vorteil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist durch die Abbildung der 3 veranschaulicht. Elektronen, die schon zwischen den zwei Magneten M1, M2 gelegen sind, werden nicht weg von ihren Positionen innerhalb des Ionenstrahls gefegt. Die negativ geladenen Elektronen innerhalb des Magnetfeldes erfahren keine Kraft, außer wenn sie sich bewegen. Wenn sie eine Kraft aufgrund einer zufälligen Bewegung innerhalb des Ionenstrahls erfahren, tendieren sie dazu, sich entlang von spiralförmigen Pfaden 130 hin und her über den Ionenstrahl 14 zu bewegen. Diese Elektronen helfen weiter dabei, den Strahl zu neutralisieren, anstatt daß sie aus dem Strahl herausgefegt werden, und zwar aufgrund der Anwesenheit von elektrischen Feldern, die von einer Unterdrückungselektrode oder einem Ring R des Standes der Technik aufgebaut werden (2).
4 und 5 veranschaulichen ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Magnetrückstoßvorrichtung mit einer Felddefinitionsstruktur, die die zwei langgestreckten Stabmagneten M1, M2 umgibt. Die langgestreckten Stäbe 142, 144, die aus einem ferromagnetischen Material aufgebaut sind, bewirken, daß die Magnetfeldlinien auf der Seite des Ionenstrahls 14 konzentriert werden. Die Anwesenheit der Magnetstäbe gestattet, daß die Feldlinien vom Südpol zum Nordpol laufen, begrenzt jedoch die Region, in der die stark konzentrierten Feldlinien auftreten.
7 bis 9 veranschaulichen eine alternative und gegenwärtig bevorzugte Struktur zur Montage einer Rückstoßvorrichtung 140, die von der Neutralisationsvorrichtung 44 getrennt ist. Eine Metallbasis 150, die von dem Gehäuse 50 der Implantationsvorrichtung getragen wird, weist eine nach innen weisende Oberfläche 152 auf, die an dem Gehäuse 50 um eine Zugangsöffnung in dem Gehäuse 50 herum anliegt.
Die Basis 150 ist an dem Implantationsgehäuse 50 mittels Gewindeverbindungsmitteln 154 gesichert, die mit in geeigneter Weise angeordneten öffnungen in dem Gehäuse 50 in Eingriff sind. Eine Elastomer-Dichtung 160 paßt in eine Nut 162 (8) in der Basis und dichtet das Innere der Implantationsvorrichtung ab, um zu gestatten, daß die Implantationsvorrichtung 10 auf Drücke unter dem Atmosphärendruck abgepumpt wird. Um die Rückstoßvorrichtung 140 zu entfernen, werden die Verbindungsmittel 154 gelöst, und die Basis wird weg von dem Implantationsvorrichtungsgehäuse 50 abgehoben. Eine Bleiabschirmung 162 liegt über der Basis 150 und schirmt die Region der Rückstoßvorrichtung 140 gegenüber Ionisierungsstrahlungen in der Region der Implantationsvorrichtung ab.
Ein Bügel 170, der an der Basis 150 angebracht ist, ist durch einen Tragrahmen 172 angeschlossen. Der Tragrahmen 172 hat vier Seiten und ist, wie in 9 zu sehen, im allgemeinen rechteckig. Vier verbundene Seitenwände 173 bis 176 umgeben den Ionenstrahl 14 und tragen direkt die Rückstoßvorrichtung 140.
Die Rückstoßvorrichtung 140 weist zwei Magneten M1, M2 und zwei Graphit-Abschirmungen 180, 182 auf, die von dem Rahmen 172 getragen werden. Die Graphit-Abschirmungen 180, 182 verhindern, daß der Ionenstrahl 14 direkt in Kontakt mit den Magneten M1, M2 kommt. Die Magneten M1, M2 bauen ein allgemein gleichförmiges Dipol-Feld in einer Region zwischen den Magneten auf. Die magnetischen Kraftlinien, die durch dieses Feld aufge baut werden, werden in der Abbildung der 9 der Rückstoßvorrichtung 140 veranschaulicht.
Jeder Magnet, wie beispielsweise der Magnet M1 in 7, ist aus zwei anliegenden Stabmagneten 190, 192 aufgebaut, die in der gestrichelten Ansicht der 7 zu sehen sind. Die Magneten 190, 192 sind Ende an Ende mit dem Südpol von einem Magneten ausgerichtet, der an dem Nordpol des benachbarten Magneten anliegt. Die Rückstoßvorrichtung verwendet vorzugsweise vier identische Magneten, die aus Samarium-Kobalt aufgebaut sind und eine Oberflächenfeldstärke von mindestens 0,25 T (2500 Gauss) haben. Bei einer typischen Implantationsvorrichtung ist der Ionenstrahl so geformt, daß er ungefähr 1,78 cm (0,7 inch) breit ist, und zwar an der Stelle, wo der Strahl durch die Neutralisierungsvorrichtung 44 läuft. Um einen ungehinderten Durchgang des Ionenstrahls durch die Magnetrückstoßvorrichtung 140 zu gestatten, sind die zwei Magneten M1, M2 um ungefähr 7,11 cm (2,8 inch) beabstandet.
6 ist eine Kurvendarstellung der Ionenstrahltransmission als ein Prozentsatz des Strahls, der den Masseanalysemagneten 22 verläßt. Dieser Wirkungsgrad ist als eine Funktion der Strahlenergie in keV aufgezeichnet. Zwei unterschiedliche Datensätze sind abgebildet. Die Datenpunkte für eine Ionenimplantationsvorrichtung des Standes der Technik, welche eine Unterdrückungselektrode oder einen Ring R verwendet, der mit einem negativen Potential vorgespannt ist, sind in der Kurvendarstellung als "x" aufgezeichnet. Die Datenpunkte auf der Kurvendarstellung, die mit "o" bezeichnet sind, gelten für eine Ionenimplantationsvorrichtung mit einer Magnetrückstoßvorrichtung, wie beispielsweise mit dem Repeller bzw. der Rückstoßvorrichtung 140, die in den 7 bis 9 gezeigt ist. Es ist zu sehen, daß der Transmissionswirkungsgrad sich von ungefähr 60% bei der Implantationsvorrichtung des Standes der Technik auf einem Wirkungsgrad von mehr als 80% bei der Implantationsvorrichtung verbessert hat, die eine Magnetrückstoßvorrichtung 140 verwendet.

Claims

Verfahren zum Leiten eines Ionenstrahls (14) von einer Ionenquelle (12) zu einer Behandlungsstation (16) zur Ionenstrahlbehandlung eines Werkstückes durch Steuerung der Bewegung von Neutralisierungselektronen innerhalb des Ionenstrahls, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Leiten eines Strahls von Ionen entlang einer Strahllaufbahn (14) von einer Quelle (12) zu einer Implantationsstation (16) wo die Zielwerkstücke für die Ionenstrahlbehandlung platziert sind; b) Injizieren bzw. Einführung von neutralisierenden Elektronen in den Ionenstrahl an einer Neutralisierungsstelle (44) bevor der Ionenstrahl die Target- bzw. Zielwerkstücke kontaktiert; und c) Erzeugen eines Magnetfeldes zum Verhindern der Stromaufwärtsbewegung der neutralisierenden Elektronen weg von der Neutralisierungsstelle (44) durch Positionierung einer magnetischen Unterdrückungselektrode (110, 140) an einem Punkt nahe dem Ionenstrahl bevor die Ionen die Neutralisierungsstelle erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens des Magnetfeldes dadurch ausgeführt wird, dass erste und zweite Permanentmagnete (M1, M2) an beabstandeten Positionen auf entgegengesetzten Seiten einer Ionenstrahllaufbahn angebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens des Magnetfeldes dadurch ausgeführt wird, dass man ein Dipolfeld aufbaut, das die Ionenstrahllaufbahn schneidet.
Ionenimplantationsvorrichtung (10) zur Behandlung von Werkstücken durch Ionenbombardement der Werkstücke an einer Ionenimplantationsstelle (16), wobei folgendes vorgesehen ist: a) eine Ionenquelle (12) zum Emittieren von Ionen b) eine Ionenstrahldefinitionsstruktur (22, 40, 52) zum Erzeugen eines Ionenstrahls (14) aus von der Ionenquelle emittierten Ionen und einschließlich einer Struktur die eine evakuierte Innenzone der Ionenimplantationsvorrichtung begrenzt, die durch den Ionenstrahl durchlaufen wird. c) eine Implantationsstation (16) zur Positionierung von einem oder mehreren Werkstücken in einer Position zur Ionenstrahlbehandlung durch den Ionenstrahl (14) d) ein Ionenstrahlneutralisierer bzw. Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung (44) zum Einleiten oder Injizieren von neutralisierenden Elektronen in eine Neutralisierungszone des Ionenstrahls stromaufwärts der Implantationsstation; gekennzeichnet durch e) Magnetmittel (110, 140) positioniert stromaufwärts von dem Ionenstrahlneutralisierer (44) zum Verhindern der Bewegung der Neutralisierungselektronen weg von dem Neutralisierungsbereich des Ionenstrahls durch Vorsehen oder Aufbauen eines Magnetfeldes, welches den Ionenstrahl (14) an einer Zone stromaufwärts von der Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung (44) schneidet.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Magnetmittel erste und zweite Magnete (M1, M2) aufweisen, und zwar beabstandet auf entgegengesetzten Seiten des Ionenstrahls (14) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einer Zone zwischen den ersten und zweiten Magneten (M1, M2) zum Beeinflussen der Bewegung der Elektronen weg von der Ionenstrahlneutralisierungsvorrichtung (44).
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die ersten und zweite Magnete (M1, M2) Permanentmagnete sind, die nach innen weisende Polstirnflächen aufweisen, um ein Dipolfeld zwischen den Polstirnflächen aufzubauen.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei zusätzlich erste und zweite ferromagnetische Feldeinstellglieder (142, 144) vorgesehen sind, die in enger Nachbarschaft zu den ersten und zweiten Magneten (M1, M2) getragen sind, um die Magnetfeldkonzentration in einer Zone zwischen den ersten und zweiten Magneten einzustellen.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten Permanentmagnete langgestreckte Stabmagnete sind.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei zusätzlich ferromagnetisches Material (142, 144) in der Nähe der langgestreckten Stabmagnete positioniert ist, und zwar um zu bewirken, dass die Magnetfeldlinien entlang einer Zone konzentriert werden, die durch den Ionenstrahl eingenommen wird.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das ferromagnetische Material ferromagnetische Stäbe (142, 144) aufweist, und zwar positioniert auf beiden Seiten von jedem der Stabmagnete.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Magnetmittel (110, 140) folgendes aufweisen: a) erste und zweite langgestreckte Permanentmagnete (M1, M2) orientiert bezüglich der Ionenstrahllaufbahn (14) um zu gestatten, dass Ionen in einem Ionenstrahl zwischen den ersten und zweiten langgestreckten Permanentmagneten hindurchlaufen, und zum Erzeugen eines Elektronen abstoßenden Magnetfeldes in einer Magnetfeldzone zwischen den langgestreckten Permanentmagneten; b) Graphitabschirmungsmittel (180, 182) zum Abschirmen der Magnete gegenüber direktem Kontakt mit Ionen in dem Ionenstrahl durch Definition eines Eintrittsfensters, durch welches der Ionenstrahl hindurchläuft um in die Magnetfeldzone zwischen den langgestreckten Permanentmagneten einzutreten; und c) eine Tragstruktur (150, 170) zum Tragen der ersten und zwei ten langgestreckten Permanentmagnete (M1, M2) und der Graphitabschirmmittel (180) bezüglich des Ionenstrahls, um den Fluss von Elektronen längs des Ionenstrahls zu behindern bzw. zu sperren.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Graphitabschirmungsmittel erste und zweite Graphitabschirmungen (180, 182) aufweisen, und zwar verbunden mit der Tragstruktur, die die ersten und zweiten langgestreckten Permanentmagnete (M1, M2) von dem Ionenstrahlpfad oder -weg (14) trennt.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei zusätzlich ferromagnetisches Material (142, 144) nahe dem Permanentmagneten positioniert ist, um zu bewirken, dass Magnetfeldlinien entlang einer Zone eingenommen durch den Ionenstrahl konzentriert werden.
Ionenstrahlimplantationsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das ferromagnetische Material (142, 144), welches neben den Magneten positioniert ist, ferromagnetische Stäbe aufweist, die auf beiden Seiten jedes der Stangen- oder Stabmagnete positioniert sind.