DE69733733T2

DE69733733T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ionenerzeugung in einer Ionenimplantierungseinrichtung

Info

Publication number: DE69733733T2
Application number: DE69733733T
Authority: DE
Inventors: Victor Maurice Gloucester Benveniste; Michael Paul Beverly Cristoforo
Original assignee: Axcelis Technologies Inc
Current assignee: Axcelis Technologies Inc
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: CN1166263C; KR100318873B1; TW384495B; CN1173107A; JPH1074461A; KR970077181A; US5661308A; EP0810624A1; DE69733733D1; CA2207773A1; JP3924734B2; EP0810624B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Generieren von Ionen zur Verwendung in einer Ionenstrahlimplantierungseinrichtung und insbesondere ein Verfahren und eine Struktur zum Bereitstellen von Ionisationsenergie für eine Ionenquellenkammer, in der ein Ionenplasma erzeugt wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ionenstrahlimplantierungseinrichtungen werden benutzt, um Siliziumwafer mit einem Ionenstrahl zu behandeln. Eine solche Behandlung kann benutzt werden, um mit Störstellen vom n- oder p-Typ dotierte Materialien zu produzieren, oder um während der Herstellung einer integrierten Schaltung Passivierungsschichten auszubilden.
Wenn eine Ionenstrahlimplantierungseinrichtung zur Dotierung von Halbleitern benutzt wird, injiziert sie eine ausgewählte Ionenspezies, um das gewünschte Störstellenmaterial zu produzieren. Das Implantieren von aus Ausgangsmaterialien wie etwa Antimon, Arsen oder Phosphor generierten Ionen führt zu Wafern aus einem Störstellenmaterial vom n-Typ. Falls Wafer aus einem Störstellenmaterial vom p-Typ erwünscht sind, werden aus Ausgangsmaterialien wie etwa Bor, Gallium oder Indium generierte Ionen implantiert.
Die Ionenstrahlimplantierungseinrichtung umfasst eine Ionenquelle zum Generieren positiv geladener Ionen aus ionisierbaren Ausgangsmaterialien. Die generierten Ionen werden zu einem Strahl geformt und entlang eines festgelegten Strahlverlaufs auf eine Implantationsstation zu beschleunigt. Die Ionenstrahlimplantierungseinrichtung umfasst eine Struktur zur Strahlbildung und -formung, die sich von einer Ionenquelle bis zu der Implantationsstation erstreckt. Die Struktur zur Strahlbildung und -formung hält den Ionenstrahl aufrecht und begrenzt einen länglichen inneren Hohlraum bzw. eine längliche innere Region, den/die der Strahl auf seinem Weg zur Implantationsstation durchquert. Beim Betrieb der Implantierungseinrichtung muss diese innere Region evakuiert sein, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Ionen infolge von Kollisionen mit Luftmolekülen von dem festgelegten Strahlverlauf abgelenkt werden.
Die Eaton Corporation, Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung, vertreibt derzeit Hochstrom-Implantierungseinrichtungen unter den Produktbezeichnungen NV 10, NV-GSD/200, NV-GSD/160 und NV-GSD/80.
Ionenquellen, die die in den bekannten Implantierungseinrichtungen verwendeten Ionenstrahlen generieren, umfassen typischerweise Heizdrahtkathoden, die ionisierende Elektroden an die Begrenzungen einer Quellenkammer bereitstellen. Diese Elektronen kollidieren mit ionenerzeugenden Materialien, die in die Quellenkammer eingespeist werden, um die Materialien zu ionisieren. Diese Ionen verlassen die Quellenkammer durch eine Austrittsöffnung. Nach vergleichsweise kurzen Betriebsdauern degradieren die Drahtkathoden und müssen ersetzt werden,
erneut mit hinreichender Effizienz Ionen generieren zu können.
Der Ionisationsvorgang für eine Quelle einer Ionenimplantierungseinrichtung kann auch in Gang gebracht und aufrechterhalten werden, indem mittels einer HF-Koppelantenne Leistung in die Quellenkammer transferiert wird. Die Antenne wird über ein HF-Signal erregt, das in der Oberflächenschicht der leitenden Antenne einen Wechselstrom erzeugt. Der Wechselstrom in der Antenne induziert ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, das wiederum in einer Region innerhalb der Quellenkammer, die von natürlich auftretenden freien Elektronen bevölkert wird, ein elektrisches Feld bewirkt. Die freien Elektronen beschleunigen aufgrund des induzierten elektrischen Feldes und kollidieren mit ionisierbaren Materialien innerhalb der Ionenquellenkammer. Die Gestalt der Antenne gibt die Gestalt des innerhalb der Quellenkammer induzierten elektrischen Feldes vor. Sobald die Antenne einen stationären Leistungstransfer in die Quellenkammer bereitstellt, verlaufen die elektrischen Ströme in dem Plasma innerhalb der Ionenkammer im Allgemeinen entgegengesetzt parallel zu den elektrischen Strömen in der Antenne. Bislang war man nicht der Meinung, dass die Antenne direkt in das Plasma eingebracht werden könne, das durch die Energiezufuhr von der Antenne ins Innere der Quellenkammer erzeugt wird. Um für elektrische Isolation zu sorgen, wurde die Antenne mit einem dielektrischen Material beschichtet. Die dielektrische Beschichtung neigte dazu, bei der Benutzung zu erodieren und das Plasma innerhalb der Quellenkammer zu kontaminieren. Ein Beispiel für einen Plasmagenerator mit einer Antenne wird gezeigt in: Divergilio W. F., „Development of radio frequency induction plasma generators for neutral beams" (dt. „Entwicklung von HF-Induktionsplasmageneratoren für neutrale Strahlen"), Review of Scientific Instruments, Bd. 57, Nr. 7, Juli 1986, New York, USA, S. 1254–1260.
Beispiele für zwei weitere Ionenquellen nach Stand der Technik werden in den USA-Patenten Nr. 4,486,665 und 4,447,732 an Leung et al. offenbart. Diese beiden Patente offenbaren Ionenquellen mit Heizdrähten, die innerhalb einer Ionenquellenkammer ionisierende Elektronen bereitstellen. Diese Heizdrähte werden von einer Gleichstrom-Leistungsquelle gespeist. Gleichströme fließen durch die Heizdrähte und bewirken, dass Elektronen in die Quellenkammer abgegeben werden. Diese Elektronen werden beschleunigt, um mit Atomen zu kollidieren, die in die Kammer eingespeist werden, um Ionen für die spätere Nutzung zu erzeugen.
Gorbatov Y. V., „Radiofrequency ion source with metal discharge chamber" (dt. „HF-Ionenquelle mit metallischer Entladungskammer"), Instruments and Experimental Techniques, Bd. 29, Nr. 1, 1986, New York, USA, S. 179–181, XP002039473 offenbart einen Ionenquelle mit einer Kammer, innerhalb derer ein aus unbeschichtetem Kupferrohr hergestellter HF-Induktor angeordnet ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Ionenquelle gemäß Anspruch 1 bereit.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenquelle, die im Zusammenspiel mit einer Ionenimplantierungseinrichtung benutzt werden kann. Die offenbarte Ionenquelle benutzt eine Antenne, um Energie in eine innere Region einer Kammer einzukoppeln, die ein ionisierbares Material enthält.
Eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaute Vorrichtung umfasst eine Ionenquelle mit leitenden Kammerwänden, die eine Plasmakammer festlegen. Die leitenden Wände begrenzen eine Ionisationsregion. Die Plasmakammer legt außerdem eine Austrittsöffnung fest, die Ionen aus der Plasmakammer austreten lässt. Diese Ionen werden zu einem Strahl geformt und dazu veranlasst, sich entlang eines Strahlverlaufs zu bewegen, um ein Werkstück zu behandeln. Ein Sockel positioniert die Plasmakammer relativ zu einer Struktur zum Bilden eines Ionenstrahls aus Ionen, die aus der Plasmakammer austreten.
Ein Vorrat, der mit der Plasmakammer in Verbindung steht, führt ein ionisierbares Material in die Plasmakammer zu. Der Vorrat kann zum Beispiel ein ionisierbares Gas in das Innere der Plasmakammer liefern. Eine metallische Antenne für die Zufuhr von Energie ins Innere der Quellenkammer weist eine in der Kammer freiliegende metallische Oberfläche auf. Die metallische Antenne ist an eine Energiequelle gekoppelt, welche dazu dient, die metallische Antenne mit einem HF-Signal zu speisen, um in der metallischen Antenne einen elektrischen Wechselstrom einzurichten. Der Wechselstrom in der Antenne induziert nahe bei der metallischen Antenne innerhalb der Plasmakammer ein elektrisches Ionisationsfeld.
Für elektrische Isolation zwischen dem freiliegenden Metall der Antenne und dem innerhalb der Kammer eingerichteten Plasma sorgt die Plasmahülle, die eine die Antenne umgebende Region mit reduzierter Ladungsdichte definiert. Zwar ist diese Hülle kein absolut isolierendes Medium, doch ihre Leitfähigkeit ist beträchtlich niedriger als einerseits die Leitfähigkeit des Plasmas und andererseits die hochgradig leitende metallische Antenne. In Relation zu den sehr hohen elektrischen Strömen, die sowohl im Plasma als auch in der metallischen Antenne fließen, kann die Hülle als isolierende Barriere betrachtet werden. Die Hüllregion ist sehr dünn und sorgt daher für eine effiziente Kopplung zwischen der Antenne und dem Plasma.
Das für die Antenne gewählte Metall ist vorzugsweise sehr gut leitend. Besonders bevorzugt wird als Metall Aluminium gewählt. Die Wahl von Aluminium bietet außerdem den Vorteil, dass Aluminium, das von der Antenne in das Plasma wegsputtert, bei Halbleiterverarbeitungsanwendungen einer Ionenimplantierungseinrichtung eine vergleichsweise nicht zu beanstandende Verunreinigungssubstanz darstellt. Bei einer bevorzugten Aluminiumantenne handelt es sich um ein Rohr mit einer hohen Wanddicke, um die Nutzlebensdauer der Antenne zu verlängern. Während des Betriebs der Ionenquelle wird vorzugsweise Kühlmittel durch das Rohr geleitet.
Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Erzeugen eines Ionenplasmas innerhalb einer Kammer zur Verwendung mit einer Ionenimplantierungseinrichtung gemäß Anspruch 6 bereit.
Die Erfindung stellt außerdem eine Ionenimplantierungseinrichtung gemäß Anspruch 10 bereit.
Besser verstehen lassen sich die vorstehenden sowie weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung anhand der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die im Zusammenspiel mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Ionenimplantierungseinrichtung zur Ionenstrahlbehandlung eines Werkstücks wie etwa eines Siliziumwafers, der auf einer rotierenden Waferauflage angebracht ist, und
2 eine Teilquerschnittansicht einer Ionen generierenden Quelle, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, zum Erzeugen eines Ionenstrahls in der Implantierungseinrichtung aus 1.
BESTE FORM DER PRAKTISCHEN AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 stellt eine Ionenstrahlimplantierungseinrichtung dar, die allgemein bei 10 gezeigt ist und eine Ionenquelle 12 umfasst, die an einer „L"-förmigen Halterung 15 befestigt ist. Die Quelle 12 emittiert Ionen, die beschleunigt und zu einem Ionenstrahl 14 geformt werden, der sich entlang eines Strahlverlaufs von der Quelle 12 zu einer Implantationsstation 16 bewegt. Steuerelektronik überwacht die Ionendosis, die von (nicht gezeigten) Wafern empfangen wird, welche innerhalb einer einen Teil der Implantationsstation 16 bildenden Implantationskammer 17 unterstützt werden. Die Ionen im Ionenstrahl 14 folgen einem festgelegten, erwünschten Strahlverlauf durch eine evakuierte Region, die von der Struktur zwischen der Quelle 12 und der Implantationskammer 17 begrenzt wird.
Die Ionenquelle 12 umfasst eine Plasmakammer 18 (2), die eine innere Region festlegt, welche Ausgangsmaterialien enthält, die innerhalb der Kammer ionisiert werden. Die Ausgangsmaterialien können in Form eines ionisierbaren Gases oder in Form verdampften Ausgangsmaterials zugeführt werden. Bei bestimmten Ausgangsmaterialien, die bei dem Ionenimplantierungsvorgang benutzt werden, handelt es sich um Feststoffe, die zunächst verdampft und dann zur Ionisation in die Plasmakammer 18 geleitet werden.
Wie zuvor angemerkt besteht eine typische Verwendung des Ionenstrahls darin, einen Siliziumwafer zu dotieren, um ein Halbleitermaterial auszubilden. Falls ein eigenleitendes Dotiermaterial vom n-Typ benutzt wird, werden Bor, Gallium oder Indium benutzt. Gallium und Indium sind Feststoff-Ausgangsmaterialien, während Bor als Gas, typischerweise Bortrifluorid oder Diboran, in die Plasmakammer 18 injiziert wird, weil der Dampfdruck von Bor zu niedrig ist, um bei einfachem Aufheizen einen verwendbaren Druck zu ergeben.
Wenn ein Störstellenmaterial vom p-Typ erzeugt werden soll, werden Antimon, Arsen oder Phosphor als Feststoff-Störstellenmaterial ausgewählt. An die Ausgangsmaterialien wird Energie angelegt, um in der Plasmakammer 18 positiv geladene Ionen zu generieren. Die positiv geladenen Ionen treten aus dem Inneren der Plasmakammer durch einen elliptischen Bogenschlitz in einer Abdeckplatte aus, welche auf einer offenen Seite der Plasmakammer 18 liegt.
Der Ionenstrahl 14 bewegt sich durch einen evakuierten Weg von der Ionenquelle 12 zu einer Implantationskammer 17, die ebenfalls evakuiert ist. Vakuumpumpen 21 sorgen für die Evakuierung des Strahlverlaufs, die tendenziell die Strahl divergenz aufgrund von Ionenstrahlkollisionen mit Fremdpartikeln im Strahlverlauf reduziert. Eine Anwendung einer gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Ionenquelle 12 stellt eine „Niedrig"energie-Implantierungseinrichtung dar. Der Ionenstrahl 14 dieser Art von Implantierungseinrichtung weitet sich tendenziell über seinen Strahlverlauf hinweg auf, weswegen die Implantierungseinrichtung so ausgelegt worden ist, dass sie einen vergleichsweise „kurzen" Weg von der Quelle bis zur Implantationskammer aufweist.
Ionen in der Plasmakammer 18 werden durch einen Schlitz 126 in einer Plasmakammer-Abdeckplatte 124 extrahiert und von einem Satz von an die Plasmakammer angrenzenden Elektroden 24 in Richtung eines an der Halterung 15 fixierten Massenanalysemagneten 22 beschleunigt. Der Satz von Elektroden 24 extrahiert die Ionen aus dem Inneren der Plasmakammer und beschleunigt die Ionen in eine Region hinein, die von dem Massenanalyse- oder Auflösungsmagneten 22 begrenzt wird. Ein Ionenstrahlverlauf durch den Magneten wird von einer Strahlführung 26 aus Aluminium begrenzt.
Ionen, die den Ionenstrahl 14 bilden, bewegen sich von der Ionenquelle 12 in ein magnetisches Feld, das von dem Massenanalysemagneten 22 hergestellt wird. Die Stärke und Ausrichtung des von dem Magneten 22 erzeugten Magnetfelds wird von der Steuerelektronik 100 gesteuert, die zum Anpassen eines Stroms durch die Feldwindungen des Magneten an ein Magnetanschlussstück 105 gekoppelt ist.
Der Massenanalysemagnet 22 sorgt dafür, dass nur diejenigen Ionen die Ionenimplantationsstation 16 erreichen, die ein passendes Masse-Ladungs-Verhältnis aufweisen. Die Ionisation von Ausgangsmaterialien in der Plasmakammer 18 generiert eine Spezies positiv geladener Ionen mit einer gewünschten Atommasse. Zusätzlich zu der gewünschten Ionenspezies wird der Ionisationsvorgang auch einen Anteil an Ionen generieren, die eine andere als die korrekte Atommasse aufweisen. Ionen mit einer Atommasse über- oder unterhalb der korrekten Atommasse eignen sich nicht für die Implantierung.
Das von dem Massenanalysemagneten 22 generierte Magnetfeld sorgt dafür, dass sich die Ionen im Ionenstrahl entlang einer gekrümmten Trajektorie bewegen. Das Magnetfeld, das von der Steuerelektronik 100 eingerichtet wird, ist dergestalt, dass nur Ionen mit einer Atommasse, die gleich der Atommasse der gewünschten Ionenspezies ist, den gekrümmten Strahlverlauf bis zur Implantationsstationskammer 17 durchlaufen.
Strahlabwärts des Magneten ist eine Auflösungsplatte 40 angeordnet. Die Auflösungsplatte 40 besteht aus Glasgraphit und definiert eine längliche Öffnung, durch welche die Ionen im Ionenstrahl 14 durchgehen. Bei der Auflösungsplatte 40 befindet sich die Breite der Einhüllenden des Ionenstrahls an einem Minimum.
Die Auflösungsplatte 40 funktioniert im Zusammenspiel mit dem Massenanalysemagneten 22, um unerwünschte Ionenspezies mit einer Atommasse, die nahe an der Atommasse der gewünschten Ionenspezies liegt, aber nicht identisch zu dieser ist, aus dem Ionenstrahl 14 zu eliminieren. Wie obenstehend erläutert wird die Stärke und Ausrichtung des Magnetfeld des Masseanalysemagneten von der Steuerelektronik 100 dergestalt eingerichtet, dass nur Ionen mit einer Atommasse, die gleich der Atommasse der gewünschten Ionenspezies ist, den festgelegten, gewünschten Strahlverlauf bis zur Implantationsstation 16 durchlaufen. Unerwünschte Ionenspezies mit einer Atommasse, die viel größer oder viel kleiner als die gewünschte Ionenatommasse ist, werden scharf abgelenkt und schlagen auf die Strahlführung 26 oder den von der Auflösungsplatte 40 definierten Schlitzrand auf.
Wie man in 1 erkennen kann, sind ein einstellbarer Auflösungsschlitz 41 und ein Faradayelement (Faraday flag) 42 zwischen der Auflösungsöffnung 40 und einem Ionenstrahlneutralisator 44 angeordnet. Das Faradayelement ist beweglich an ein Gehäuse 50 gekoppelt, das die Strahllinie begrenzt. Das Faradayelement 42 kann linear in Position gebracht werden, so dass er den Ionenstrahl 14 schneidet, um Strahleigenschaften zu messen, und wenn die Messungen zufriedenstellend sind, kann er aus der Strahllinie herausgeschwenkt werden, um die Waferimplantierung in der Implantationskammer 17 nicht zu stören. Der einstellbare Auflösungsschlitz 41 umfasst zwei rotierbare Schirme, deren Ausrichtung gesteuert wird, um die Strahlgröße strahlabwärts der Öffnung 40 einzustellen. In einer Ausrichtung schneiden die zwei rotierbaren Schirme einen wesentlichen Teil des Strahls, und in einer zweiten Ausrichtung wird der Strahl nicht verschmälert. Durch Auswahl von Ausrichtungen zwischen diesen beiden Extremen kann die Größe des Strahls gesteuert werden.
Die Struktur zur Strahlbildung und -formung 13 umfasst außerdem die Ionenstrahl-Neutralisierungsvorrichtung 44, üblicherweise Elektronendusche genannt. Die US-Patentschrift Nr. 5,164,599 an Benveniste, erteilt am 17. November 1992, offenbart eine Elektronenduschenvorrichtung in einer Ionenstrahlimplantierungseinrichtung. Die aus der Plasmakammer 18 extrahierten Ionen sind positiv geladen. Wenn die positive Ladung auf den Ionen vor der Implantierung der Wafer nicht neutralisiert wird, werden die dotierten Wafer eine positive Nettoladung zeigen. Wie in der US 5,164,599 beschrieben hat eine positive Nettoladung auf einem Wafer unerwünschte Eigenschaften.
Ein strahlabwärts gelegenes Ende des Neutralisators 44 grenzt an die Implantationskammer 17 an, wo Ionen in die Wafer implantiert werden. Eine scheibenförmige Waferauflage 60 wird rotierbar innerhalb der Implantationskammer gehalten. Zu behandelnde Wafer werden in der Nähe einer peripheren Kante der Waferauflage angeordnet, und die Auflage wird von einem Motor 62 rotiert. Eine Hauptwelle des Motors 62 ist mithilfe eines Riemens 66 an eine Auflagenantriebswelle 64 gekoppelt. Der Ionenstrahl 14 trifft und behandelt die Wafer, die auf einer Kreisbahn rotieren. Die Implantationsstation 16 ist in Bezug auf das Gehäuse 50 drehbar und mit dem Gehäuse 50 durch einen flexiblen Faltenbalg 70 verbunden (1).
Plasmakammer 18
Die Ionenquelle 12 ist in 2 gezeigt, wie sie eine Plasmakammer 18 umfasst. Die Plasmakammer 18 weist leitende Kammerwände 112, 114, 116 auf, die eine Ionisationszone 120 in einem Kammerinneren begrenzen. Eine Seitenwand 114 ist zirkulär symmetrisch zu einer Mittelachse 115 der Lichtbogenkammer 18.
Eine leitende Wand 116, die dem Auflösungsmagneten 22 zugewandt ist, ist mit einer Plasmakammerhalterung 122 verbunden. Diese Wand 116 stützt eine Lochblende 124 mit mehreren Öffnungen, durch welche Ionen aus der Plasmakammer 18 austreten und dann an einem strahlabwärts mehrerer voneinander abgesetzter und elektrisch isolierter Extraktionselektroden 24 gelegenen Ort kombinieren und den Ionenstrahl 14 bilden können. Die Lochblende 124 umfasst eine Anzahl von Öffnungen, die in einem spezifischen Muster angeordnet sind und mit ebenso konfigurierten mehreren Öffnungen in den abgesetzten Extraktionselektroden in einer Flucht liegen. In der Lochblende 124 aus 2 ist nur eine der Öffnungen 126 gezeigt. Ionenquellen mit Mustern aus mehreren Öffnungen, um Ionen aus Quellenkammern entweichen zu lassen, werden in den US-Patenten 4,883,968 an Hippie et al. und 5,023,458 an Benveniste et al. offenbart, die an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
Ionisierbares Material wird von einer Quelle außerhalb der Kammer zu der Ionisationsregion 120 innerhalb der Plasmakammer 18 geleitet. Die Art und Natur des Materials hängt von der Art der Materialien, die ionisiert werden, ab.
Eine metallische Antenne 130 weist eine im Kammerinneren freiliegende metallische Oberfläche 132 zum Abgeben von Energie in die Plasmakammer 18 auf. Eine Leistungsversorgungseinrichtung 134 außerhalb der Plasmakammer 18 speist die metallische Antenne 130 mit einem HF-Signal, um einen elektrischen Wechselstrom in der metallischen Antenne einzurichten, der nahe bei der metallischen Antenne 130 innerhalb der Plasmakammer ein elektrisches Ionisationsfeld induziert.
Die Plasmakammer 18 umfasst außerdem eine magnetische Filteranordnung 140, die sich durch eine zwischen der Antenne 130 und der Lochblende 124 liegende Region des Kammerinneren erstreckt. Die Filteranordnung arbeitet in Übereinstimmung mit der Lehre des auf die Regierung der Vereinigten Staaten übertragenen US-Patents Nr. 4,447,732 an Leung et al.
Die Antenne 130 wird von einer abnehmbaren Trägerplatte 150 in der Plasmakammer 18 positioniert. Die Trägerplatte 150 wird von der Seitenwand 114 an einem Ort gehalten, der einen kreisförmigen Ausschnitt 152 aufweist, durch welchen die Antenne verläuft. Eine Trägerplatte 150 für die Antenne 130 ist so bemessen, dass sie in den Ausschnitt 152 in der Kammerwand 118 passt und dabei den freiliegenden U-förmigen metallischen Abschnitt 132 der Antenne 130 innerhalb der Ionisationszone 120 in Position bringt.
Die Trägerplatte 150 definiert zwei Durchgänge, die zwei Vakuumdruckverbindungsstücke 156 aufnehmen. Nachdem längliche Schenkelsegmente 157 der Antenne 130 durch die Verbindungsstücke geschoben werden, werden Endkappen 158 werden auf die Verbindungsstücke geschraubt, um die Kontaktregion zwischen den Verbindungsstücken 156 und den Schenkelsegmenten 157 abzudichten. Die Antenne 130 ist in ihrer Strahlung abgebenden Region U-förmig und vorzugsweise aus Aluminium konstruiert. Das Rohr hat einen Außendurchmesser, der so bemessen ist, dass er durch die Druckverbindungsstücke 156 passt. Während der Benutzung absorbiert die Antenne Wärme aus ihrer Umgebung. Um diese Wärme zu dissipieren, wird ein Kühlmittel durch die Mitte des Rohrs geleitet.
Die Platte 150 weist eine im Allgemeinen plane Oberfläche 160 auf, die dem Inneren der Plasmakammer zugewandt freiliegt, und eine vom Kammerinneren abgewandte parallele Außenoberfläche 162. Ein Flanschabschnitt 164 der Platte 150 liegt über einem Ringmagneten 170, der den Ausschnitt in der Wand 114 umgibt und mit Verbindern 172 an der Wand 114 angebracht ist. Ein ferromagnetischer Einsatz 174, der an der Trägerplatte 150 befestigt ist, passt über den Magneten 170, so dass, wenn die Platte 150 in dem Ausschnitt 152 positioniert wird, der ferromagnetische Einsatz 174 und der Magnet 170 einander anziehen und die Platte 150 in ihrer Position sichern, wobei die Antenne 130 ins Kammerinnere hinein verläuft.
Während des Betriebs der Ionenquelle wird Wärme generiert, und diese Wärme wird von den Wänden 112, 114, 116 absorbiert. Die absorbierte Wärme wird aus der Kammer 18 durch ein Kühlmittel absorbiert, das zugeführt wird durch ein Verbindungsstück 181 zum Leiten von Wasser in einen Durchgang durch die Wände und weg von der Kammer durch ein zweites Austritts-Verbindungsstück (nicht gezeigt).
Eine Region der Antenne 130 nahe der Trägerplatte 150 ist besonders dafür anfällig, während des Betriebs der Ionenimplantierungseinrichtung von gesputtertem Material überzogen zu werden. Zwei Schirme 180 werden über die Aluminiumantenne gezogen, bevor die Antenne in die Trägerplatte 120 eingesetzt wird. Diese Schilde sind vorzugsweise aus Aluminium aufgebaut und werden durch Reibungssitz zwischen den Schirmen und der Außenoberfläche des freiliegenden Aluminiums der Antenne 130 am Platz gehalten.
Eine bevorzugte Leistungsversorgungseinrichtung 134 zum Speisen der Antenne 130 kann im Handel von Advanced Energy Inc., Boston, Massachusetts, bezogen werden. Diese Leistungsversorgungseinrichtung stellt ein Signal mit einer Frequenz von 13,5 Megahertz bereit und ist dazu in der Lage, eine Leistung von 3 Kilowatt zu liefern.
Ausgehend von der obenstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden dem Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Abwandlungen in den Sinn kommen. Alle solche Verbesserungen, Änderungen und Abwandlungen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, werden abgedeckt.

Claims

Ionenquelle (12) zur Verwendung in einer Ionenimplantierungseinrichtung, wobei die Ionenquelle umfasst: a) eine Plasmakammer (18) mit leitenden Kammerwänden (112, 114, 116), die eine Ionisationszone (120) in einem Kammerinneren begrenzen, das von den leitenden Kammerwänden begrenzt wird, wobei die Plasmakammer eine Austrittsöffnung (126) umfasst, durch welche Ionen aus der Plasmakammer austreten können, b) eine Halterung (15), die dazu dient, die Plasmakammer (18) relativ zu einer Struktur (13) der Ionenimplantierungseinrichtung zu positionieren, um aus Ionen, die aus der Plasmakammer (18) austreten, einen Ionenstrahl (14) zu bilden, c) einen Vorrat, der mit der Plasmakammer (18) in Verbindung steht und dazu dient, ein ionisierbares Material in die Plasmakammer (18) zuzuführen, d) eine metallische Antenne (130), die ein U-förmiges Rohr umfasst, das eine im Kammerinneren freiliegende metallische Oberfläche (132) bereitstellt, die dazu dient, Energie in die Plasmakammer (18) abzugeben, und wobei verlängerte Schenkel (157) des U-förmigen Rohrs durch eine Kammerwand aus der Plasmakammer herausreichen, und e) eine Energiequelle (134), die außerhalb der Kammer elektrisch an die verlängerten Schenkel gekoppelt ist und dazu dient, die metallische Antenne (130) mit einem HF-Signal zu speisen, um so in der metallischen Antenne (130) einen elektrischen Wechselstrom einzurichten, der dazu dient, in der Umgebung der metallischen Antenne (130) innerhalb der Plasmakammer (18) ein elektrisches Ionisationsfeld zu induzieren.
Ionenquelle nach Anspruch 1, wobei die Antenne (130) aus Aluminium aufgebaut ist.
Ionenquelle nach Anspruch 1, wobei die Antenne (130) ein metallisches Rohr ist, und weiterhin umfassend eine Quelle für Kühlmittel, das während des Betriebs einer Ionenimplantierungseinrichtung (16) durch das Rohr gepumpt wird.
Ionenquellenkammer nach Anspruch 3, wobei das metallische Rohr eine Aluminiumoberfläche (132) umfasst, die dem Plasma ausgesetzt ist, welches innerhalb der Plasmakammer (18) eingerichtet ist.
Ionenquellenkammer nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine demontierbare Halterung, die die Antenne (130) in der Plasmakammer (18) hält, wobei die Halterung umfasst: eine Kammerwand (114), die eine ausgeschnittene Region (152) umfasst, welche es den verlängerten Schenkeln der Antenne (130) ermöglicht, aus einer Region außerhalb der Plasmakammer (18) in ein Inneres der Plasmakammer (18) hineinzureichen, und einen Metalleinsatz (150) zum Halten der Antenne (130), der so bemessen ist, dass er in die ausgeschnittene Region (152) in der Kammerwand (114) passt und dabei den freiliegenden metallischen Abschnitt (132) der Antenne (130) innerhalb einer Ionisationszone (120) in der Umgebung der freiliegenden metallischen Oberfläche (132) der Antenne (130) positioniert.
Verfahren zum Erzeugen eines Ionenplasmas innerhalb einer Kammer zur Verwendung mit einer Ionenimplantierungseinrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Plasmakammer (18) mit leitenden Kammerwänden (112, 114, 116), die eine Ionisationszone (120) in einem Kammerinneren begrenzen, das von den leitenden Kammerwänden (112, 114, 116) begrenzt wird, und weiterhin Bereitstellen einer Austrittsöffnung (126), durch welche im Kammerinneren erzeugte Ionen aus der Plasmakammer (18) austreten können, b) Positionieren der Plasmakammer (18) relativ zu einer Struktur (13), um aus Ionen, die aus der Plasmakammer (18) austreten, einen Ionenstrahl (14) zu bilden, c) Zuführen eines ionisierbaren Materials in die Plasmakammer (18), d) Befestigen einer metallischen Antenne (130), die einen U-förmigen Rohrabschnitt umfasst, dergestalt, dass eine freiliegende metallische Oberfläche (132) des Rohrabschnitts in das Kammerinnere hineinreicht, um Energie in die Plasmakammer (18) abzugeben, und wobei verlängerte Schenkel (157) des U-förmigen Rohrs durch eine Kammerwand aus der Plasmakammer herausreichen, und e) Speisen der verlängerten Schenkelsegmente der metallischen Antenne (130) mit einem HF-Signal, um so in der metallischen Antenne (130) einen elektrischen Wechselstrom einzurichten, der in der Umgebung der metallischen Antenne (130) innerhalb der Plasmakammer (18) ein elektrisches Ionisationsfeld induziert, um dadurch ein Plasma aus Ionen zu erzeugen, welche durch die Öffnung (126) austreten, um einen Ionenstrahl (14) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, das außerdem den folgenden Schritt umfasst: Abschirmen der freiliegenden Metalloberfläche (132) der Antenne (130) in einer Region der Kammer, die anfällig ist für Kontamination aufgrund von Sputtern von Material auf die Antenne (130).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Befestigens die folgenden Teilschritte umfasst: Bereitstellen einer ausgeschnittenen Region (152) in einer Wand (114) der Kammer (18) und Befestigen der Antenne (130) an einem Einsatz (150), der in die ausgeschnittene Region (152) der Wand (114) passt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Einsatz (150) in der Kammerwand (114) durch einen Magneten (170) arretiert ist, der ein ferromagnetisches Element (174) anzieht, das entweder an der Wand (114) oder an dem Einsatz (150) angebracht ist.
Ionenimplantierungseinrichtung, umfassend: a) eine Ionenimplantationskammer (17), die dazu dient, ein oder mehrere Werkstücke innerhalb einer evakuierten Region zur Ionenstrahlbehandlung der Werkstücke in Position zu bringen, b) eine Ionenquelle (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, und c) eine Struktur (21, 22, 26), die dazu dient, einen evakuierten Strahlverlauf von der Ionenquelle (12) zur Ionenimplantationskammer (17) zu schaffen und in dem evakuierten Strahlverlauf den Ionenstrahl (14) zu formen.
Ionenquellenkammer nach Anspruch 10, wobei die Antenne (130) ein U-förmiges Segment aus Aluminium umfasst, welches in der Plasmakammer (18) gehalten wird.