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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Ionenimplantierer
und insbesondere ein verbessertes System und Verfahren zum Überwachen
und Steuern der Dotierungsstoffkonzentration eines implantierten
Substrats durch Erfassen von Neutralteilchen in dem Ionenstrahl.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
Ionenimplantation ist die von der Industrie bevorzugte Technik zum
Dotieren von Halbleitern mit Fremdstoffen bei der Herstellung integrierter
Schaltkreise im großen
Maßstab
geworden. Ionenenergie und Ionendosis sind die beiden wichtigsten
Variablen, welche verwendet werden, um einen Implantatschritt zu
definieren. Die Ionenenergie wird verwendet, um die Schichttiefe
in Halbleiterbauelementen zu steuern. Die Energiepegel der Ionen,
welche den Ionenstrahl bilden, bestimmen den Grad der Tiefe der
implantierten Ionen. Die Ionendosis betrifft die Konzentration implantierter
Ionen für
ein gegebenes Halbleitermaterial. Typischerweise werden Starkstromimplantierer
(im Allgemeinen Ionenstrahlströme
größer als
10 Milliampere (mA)) für
Implantate hoher Dosis verwendet, während Mittelstromimplantierer
(im Allgemeinen für
einen Strahlstrom von bis zu ungefähr 1 mA ausgelegt) für Anwendungen
geringerer Dosis verwendet werden.
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Ein
typischer Ionenimplantierer umfasst drei Sektionen oder Subsysteme:
(i) einen Anschluss zum Ausgeben eines Ionenstrahls, (ii) eine Strahllinie
zur Masseauflösung
und zum Einstellen des Fokus und des Energiepegels des Ionenstrahls
und (iii) eine Zielkammer, welche die Halbleiter-Wafer oder ein
anderes Substrat enthält,
welches durch den Ionenstrahl implantiert werden soll. Die Zielkammer
umfasst typischerweise eine Dosierungssteuerung oder ein Dosimetriesystem, welches
zum genauen Messen und Steuern der Dosierung von Ionen fungiert,
welche in den Ziel-Wafer implantiert werden.
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Dosierungssteuerungssysteme
umfassen oft ein Gerät
zum Messen des Strahlstroms, weil eine Dotierstoffdosierung unmittelbar
mit dem Strahlstrom zusammenhängt.
Ein Gerät,
wie beispielsweise ein Faraday-Käfig,
wird typischerweise verwendet, um den Strahlstrom zu messen. Faraday-Käfige messen
den Strahlstrom durch Einfangen und Messen der geladenen Ionen in
dem Strahl, während
sie Elektronen am Eintreten in den Käfig oder am Entweichen aus
dem Käfig
hindern.
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Während geladenen
Teilchen geeignet Rechnung getragen werden kann, stellen neutrale
Atome in den Strahlen ein schwierigeres Problem dar, weil sie nicht
durch den Faraday-Käfig
erfasst werden und deshalb nicht zu dem gemessenen Strahlstrom beitragen.
Folglich werden neutrale Atome in dem Ionenstrahl beim Berechnen
einer Gesamtdosierung auf der Grundlage der Faraday-Käfig-Messungen
nicht berücksichtigt.
Da neutrale Atome im Wesentlichen die gleiche Energie wie die Ionen
aufweisen, werden sie jedoch in den Wafer implantiert und tragen
zu der gesamten Dotierstoffkonzentration bei. Falls eine deutliche
Neutralisierung des Strahls auftritt, stellt der Faraday-Käfig eine
fehlerhafte Messung der wahren implantierten Dosierung des Substrats
bereit.
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Das
Ausmaß der
Neutralisierung des Strahls hängt
teilweise von dem Druck innerhalb der Strahllinie ab. Falls der
Vakuumdruck der Strahllinie ausreichend gering ist, ist die implantierte
Spezies idealerweise ein einfach geladenes, positives Ion des Teilchens,
welches durch den Massenanalysemagneten ausgewählt wurde. Falls der Druck
nicht ausreichend gering ist, können
die Ionen in dem Strahl den Ladungszustand jedoch durch atomare
Kollisionen mit den Atomen des restlichen Hintergrundgases verändern, ohne
eine deutliche Energieveränderung
zu erfahren. Außerdem
hängt das
Ausmaß der
Strahlneutralisierung auch von der Zusammensetzung des restlichen
Hintergrundgases ab, durch welches sich der Ionenstrahl ausbreitet.
Eine Neutralisierung des Strahls ist insbesondere beim Implantieren
von Halbleiteroberflächen
problematisch, wie beispielsweise bei Fotoresistschichten, welche
zum Ausgasen oder Sputtern neigen, wodurch die Zusammensetzung des
restlichen Hintergrundgases verändert
wird. In jedem Fall kann der Strahl, welcher auf den Faraday-Käfig trifft,
ausreichend neutralisiert sein, um eine beträchtliche Fraktion von Atomen
mit genug Energie zu besitzen, um in das Substrat implantiert zu
werden, jedoch nicht durch den Faraday-Käfig als Teil des gesamten Strahlflusses
gezählt
zu werden, welcher sowohl geladene Ionen als auch Neutralteilchen
umfasst.
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Eine
Art des Überwachens
der Dosierung von Atomen, welche in ein Substrat implantiert werden
(d.h. Dosimetriesteuerung), welche Neigungen zur Strahlneutralisierung
kompensiert, wird in US-Patent Nr. 4,539,217 an Farley gezeigt,
welches gemeinsam mit dem Zessionar der vorliegenden Erfindung gehalten
wird und durch Verweis aufgenommen ist, als ob es hier vollständig dargelegt
wäre. Farley
kompensiert implantierte Ionen automatisch, welche durch Wechselwirkungen
mit Gasatomen in dem Flugweg zu dem Wafer neutralisiert wurden,
welcher implantiert wird. Die Kompensation basiert auf der Tatsache,
dass die Kollisionen des primär
positiven Ionenstrahls mit Gasatomen entlang seines Wegs bewirkt,
dass bei manchen der einfach geladenen positiven Ionen Elektronen
mit einer Wahrscheinlichkeit zugegeben oder weggenommen werden,
welche wissenschaftlich bestimmt werden kann. Die Wahrscheinlichkeit
hängt ab
und ist eine Funktion von der Ionen-Spezies, den Ionengeschwindigkeiten
(Energien) und der Zusammensetzung und des Drucks des restlichen
Hintergrundgases, durch welches der Ionenstrahl passiert.
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Durch
Messen dieser Parameter kann die Bestimmung der implantierten Dosierung,
welche primär
auf der Strahlstrommessung mit dem Faraday-Käfig basiert, korrigiert werden,
um den Neutralteilchen Rechnung zu tragen. Die Dosierungsmessung
wird auf der Grundlage einer Bestimmung des Ausmaßes der
Ionenstrahlneutralisation nach oben kompensiert (um Überdosierung
zu vermeiden), welche nicht zu der Strahlstrommessung mit dem Faraday-Käfig beiträgt, welche
jedoch zur Dosierung beiträgt.
Die Dosierungsmessung wird auf der Grundlage einer Bestimmung des
Ausmaßes
zweifach geladener Ionen nach unten kompensiert (um eine Unterdosierung
zu vermeiden), welche genauso viel wie einfach geladene Ionen zur
Dosierung beitragen, welche jedoch durch den Faraday-Käfig als
zweifach zum Ionenstrahlstrom beitragend gezählt werden.
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Farley
nimmt an, dass die Funktion über
einen großen
Druckbereich, welcher in den Strahllinien von Implantationsvorrichtungen
vorkommt, im Wesentlichen linear ist. Es wird eine einzelne Druckmessung
an einem bestimmten Punkt in dem Strahl vorgenommen, und es werden
Annahmen hinsichtlich eines Druckwegintegrals entlang des Strahls
getroffen. Auf der Grundlage der Annahme können Partialdruckkomponenten
für jeden
Ort in den Strahlen bestimmt werden. Eine Messung des Ionenstrahlsstroms
von einem Faraday-Käfig versus
Druck wird dadurch in das Steuerungssystem des Implantierers eingegeben,
um ein Korrektursignal zu erzeugen, welches die Veränderung
der erfassten Neutralteilchen mit variierendem Druck kompensiert.
Dieser Prozess, welcher in der Technik als Druckkompensation bekannt
ist, gestattet es, dass die Implantationsdosis genau überwacht
und gesteuert wird.
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Das
Druckkompensationsverfahren, welches in Dosierungssteuerungssystemen
verwendet wird, ist jedoch dadurch fehlerhaft, dass sich Annahmen
hinsichtlich sowohl des Drucks als auch der Zusammensetzung des
restlichen Hinter grundgases während
des Implantationsprozesses verändern
können.
Beispielsweise kann sich die Zusammensetzung des restlichen Hintergrundgases
wegen eines Vakuumlecks verändern. Außerdem kann
die Kalibrierung eines Druckanzeigeinstruments driften, welches
zum Messen des Drucks an einem bestimmten Punkt in dem Strahl verwendet
wird. Weiterhin kann sich die Druckverteilung entlang des Strahls
aufgrund von Schwankungen der Vakuumpumpgeschwindigkeiten oder der
Ausgas- oder Sputterraten aus dem Substrat verändern, welches implantiert
wird. Außerdem
sind sowohl der Druck als auch die Zusammensetzung des restlichen
Hintergrundgases durch Ausgasen von Fotoresist aus dem Substrat
schwierig zu messen, welches implantiert wird, wobei Wasserstoff
und Wasser zu dem restlichen Hintergrundgas beigetragen wird. Weiterhin
muss, sogar falls der exakte Druck und die exakte Zusammensetzung
des restlichen Hintergrundgases unter Verwendung des Druckkompensationsverfahrens
bestimmt werden könnte,
der Prozess für
jede Spezies und Energie der zu implantierenden Gasteilchen wiederholt
durchgeführt
werden.
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Dementsprechend
ist es wünschenswert,
eine unmittelbarere Messung der Fraktion des Ionenstrahls, welche
während
der Ausbreitung entlang einer Strahllinie neutralisiert wurde, vor
dem Auftreffen auf ein Zielsubstrat bereitzustellen.
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Es
ist weiterhin wünschenswert,
eine unmittelbare Messung der Fraktion des Ionenstrahls bereitzustellen,
welche während
seiner Ausbreitung entlang der Strahllinie zweifach geladen wurde.
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Es
ist außerdem
wünschenswert,
das Ausmaß der
Ionenstrahlneutralisation und der zweifachen Aufladung in einem
Ionenimplantationssystem unter Verwendung eines bekannten Strahlstrommessmechanismus
zu messen, wie beispielsweise eines Faraday-Käfigs.
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Es
ist ferner wünschenswert,
ein System und ein Verfahren zum Messen des Ausmaßes der
Ionenstrahlneutralisation und der zweifachen Aufladung in einem
Ionenstrahl bereitzustellen, welche keine unmittelbaren Druckmessungen
oder eine Analyse der Zusammensetzung des restlichen Hintergrundgases
erfordern, durch welches sich der Ionenstrahl ausbreitet.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Aufgaben werden durch Bereitstellen eines Neutralteilchendetektors
nach Anspruch 1, einem Dosimetriesteuerungssystem nach Anspruch
13 und eines Verfahrens zum Bestimmen des Gehalts von neutralen
und geladenen Teilchen in einem Ionenstrahl nach den Ansprüchen 7 und
10 gelöst.
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Es
wird ein verbesserter Neutralteilchendetektor für ein Ionenimplantationssystem
zum Erfassen des Neutralteilchengehalts eines Ionenstrahls bereitgestellt,
welcher primär
aus Neutralteilchen und positiv geladenen Ionen besteht. Der Neutralteilchendetektor
umfasst (i) eine Ablenkplatte, welche ein negatives elektrisches
Potenzial aufweist; (ii) eine erste Sammelelektrode, welche ein
positives elektrisches Potenzial hinsichtlich der Ablenkplatte aufweist,
zum Sammeln von Sekundärelektronen,
welche durch die Ablenkplatte als ein Ergebnis von Neutralteilchen
in dem Ionenstrahl emittiert werden, welcher auf die Ablenkplatte
auftrifft; und (iii) eine zweite Sammelelektrode, welche ein positives
elektrisches Potenzial hinsichtlich der Ablenkplatte aufweist, zum
Sammeln von Sekundärelektronen,
welche durch die Ablenkplatte als ein Ergebnis von positiv geladenen
Ionen im Ionenstrahl emittiert werden, welcher auf die Ablenkplatte
auftrifft. Die Ablenkplatte und die Sammelelektroden sind durch
einen Abstand getrennt, durch welchen der Ionenstrahl passiert.
Der Neutralteilchendetektor bestimmt die Fraktion der Neutralteilchen
des Ionenstrahls unabhängig
von der Zusammensetzung oder dem Druck des restlichen Hintergrundgases,
durch welches sich der Ionenstrahl ausbreitet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ionenimplantationssystems, in
welches eine Ausführungsform
eines Dosimetriesteuerungssystems einbezogen ist, welches gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
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2 ist
eine Schnittdarstellung des Dosimetriesteuerungssystems des Systems
der 1.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Jetzt
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbart 1 einen
Ionenimplantierer, allgemein mit 10 bezeichnet, welcher
eine Ionenquelle 12, einen Massenanalysemagneten 14,
eine Strahllinienanordnung 15 und eine Ziel- oder Endstation 16 umfasst.
Die Ionenquelle 12 und der Massenanalysemagnet 14 werden zusammen
mit ihren jeweiligen Netzgeräten
gemeinsam als ein Terminal 17 bezeichnet. Eine Anwendung
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung liegt in einem Niedrigenergieimplantierer,
wie beispielsweise demjenigen, welcher in 1 gezeigt
wird, wobei die Strahllinienanordnung 15 wegen der Neigung
eines Niedrigenergiestrahls, sich während seiner Ausbreitung auszudehnen
(d.h. „aufzublasen"), relativ kurz ist.
Die Ausführungsformen
der Erfindung weisen jedoch Anwendungen in allen Implantationssystemen
auf, bei welchen eine Dosimetriesteuerung eingesetzt wird.
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Die
Ionenquelle 12 umfasst ein Gehäuse 18, welches eine
Plasmakammer 20 definiert, und eine Ionenextraktoranordnung 22.
Die Strahllinienanordnung 15 umfasst (i) ein Auflöser gehäuse 19,
welches durch eine Vakuumpumpe 43 evakuiert wird und welches
eine Terminalöffnung 21,
eine Auflösungsöffnung 23 und einen
Flag-Faraday-Auffänger 42 enthält, und
(ii) einen Strahlneutralisierer 24, welcher eine Elektronendusche 45 enthält, von
welchen keines einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Dem
Strahlneutralisierer 24 nachgeschaltet ist die Endstation 16,
welche einen scheibenförmigen
Wafer-Träger 25 umfasst,
auf welchem Wafer befestigt werden, welche behandelt werden sollen.
Wie es hier verwendet wird, soll ein Wafer alle Substrattypen umfassen,
welche mit einem Ionenstrahl implantiert werden können. Der
Wafer-Träger 25 befindet
sich in einer Zielebene, welche (im Allgemeinen) senkrecht zu der
Richtung des Implantatstrahls orientiert ist.
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Die
Ionenquelle 12 ist an einem L-förmigen Rahmen 26 befestigt.
Ein ionisierbares Dotierstoffgas, welches entweder unmittelbar in
der Form eines komprimierten Gases oder indirekt aus einer festen
Form erhalten wird, welche verdampft wurde, wird in die Plasmakammer 20 injiziert.
Typische Quellelemente sind Bor (B), Phosphor (P), Gallium (Ga),
Indium (In), Antimon (Sb) und Arsen (As). Die meisten dieser Quellelemente
werden in fester Form bereitgestellt, außer Bor, welches typischerweise
in der Form von gasförmigem
Bortrifluorid oder Diboran bereitgestellt wird.
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Dem
ionisierbaren Dotierstoffgas wird Energie verliehen, um innerhalb
der Plasmakammer 20 Ionen zu erzeugen. Im Allgemeinen werden
positive Ionen erzeugt, obwohl Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung auf Systeme anwendbar sind, bei welchen durch die Quelle
negative Ionen erzeugt werden. Die positiven Ionen werden durch
einen Spalt in der Plasmakammer 20 durch die Ionenextraktoranordnung 22 extrahiert,
welche mehrere Elektroden 27 umfasst. Dementsprechend fungiert
die Ionenextraktoranordnung zum Extrahieren eines Strahls 28 positiver
Ionen aus der Plasmakammer und zum Beschleunigen der extrahierten Ionen
in den Massenanalysemagneten 14, welcher von dem Rahmen 26 getragen
wird.
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Der
Massenanalysemagnet 14 fungiert zum Durchlassen nur der
Ionen mit einem geeigneten Ladung-zu-Masse-Verhältnis zu der Strahllinienanordnung 15.
Der Massenanalysemagnet 14 umfasst einen gekrümmten Strahlweg 29,
welcher durch eine Strahlführung 30 aus
Aluminium definiert wird und dessen Evakuierung von Vakuumpumpen 31 und 43 bereitgestellt
wird. Der Ionenstrahl 28, welcher sich entlang dieses Wegs
ausbreitet, wird durch das Magnetfeld beeinflusst, welches durch
den Massenanalysemagneten 14 erzeugt wird. Das Magnetfeld
bewirkt, dass sich der Ionenstrahl 28 entlang des gekrümmten Strahlwegs 29 von einer
ersten oder Eingangstrajektorie 34 nahe der Ionenquelle 12 zu
einer zweiten oder Ausgangstrajektorie 35 nahe dem Auflösungsgehäuse 19 bewegt.
Abschnitte 28' und 28'' des Strahls 28, welche
aus Ionen mit einem ungeeigneten Ladung-zu-Masse-Verhältnis
bestehen, werden aus der gekrümmten
Trajektorie weg und in die Wände
der Strahlführung 30 aus
Aluminium abgelenkt. Auf diese Weise lässt der Magnet 14 nur
diejenigen Ionen in dem Strahl 28 zu der Strahllinienanordnung 15 durch,
welche das gewünschte
Ladung-zu-Masse-Verhältnis
aufweisen.
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Der
scheibenförmige
Wafer-Träger 25 an
der Endstation 16 wird von dem Motor 46 gedreht.
Der Ionenstrahl trifft folglich Wafer, welche an dem Träger befestigt
sind, bei ihrer Bewegung in einem kreisförmigen Weg. Die Endstation 16 ist
um zwei Achsen schwenkbar: eine, welche zu dem Weg des Ionenstrahls
senkrecht ist, und eine, welche den nominellen Strahl-Ziel-Schnittpunkt
durchquert. Auf diese Weise kann der Winkel der Ionenimplantation
leicht aus der senkrechten modifiziert werden. Wie in der Technik
bekannt ist, wird der scheibenförmige
Träger 25 mit
einer konstanten Winkelgeschwindigkeit durch den Motor 46 gedreht,
und der Träger 25 wird
durch den Motor 49 und eine Positionierspindel (nicht gezeigt)
vertikal bewegt (in die Seite der 1 hinein
und aus ihr heraus).
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Die
Geschwindigkeit, mit welcher die Positionierspindel den Träger vertikal
bewegt, wird durch eine Berechnung der implantierten Dosierung festgestellt,
wie (i) durch eine Strahlstrommessvorrichtung, wie beispielsweise
einen Faraday-Käfig 50,
gemessen wird, und (ii) mit einem Faktor korrigiert wird, welcher
unter Verwendung eines Neutralteilchendetektors 52 bestimmt
wird, welcher gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Bei der offenbarten Ausführungsform
umfassen der Faraday-Käfig 50 und
der Neutralteilchendetektor 52 zusammen eine Mess-/Erfassungsanordnung 54.
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2 zeigt
ein Dosimetriesteuerungssystem 60, welches gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und in das System 10 der 1 einbezogen
ist. Das Dosimetriesteuerungssystem 60 umfasst (i) die
Mess-/Erfassungsanordnung 54, welche aus dem Faraday-Käfig 50 und
dem Neutralteilchendetektor 52 besteht, welche von einem
Gehäuse 66 umgeben
sind, (ii) einen Steuerungssignalerzeuger 62 zum Erzeugen
eines korrigierten Motorsteuerungssignals auf der Grundlage von
Eingaben aus dem Faraday-Käfig 50 und
dem Neutralteilchendetektor 52 und (iii) eine Motorsteuerung 64,
welche auf die Ausgabe des Steuerungssignalerzeugers 62 zur
Steuerung des Motors 49 und folglich der vertikalen Position des
scheibenförmigen
Wafer-Trägers 25 reagiert.
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Der
Faraday-Käfig 50 besteht
aus einer Eingangskammer 68, einer Ausgangskammer 70,
welche von Magneten 72 umgeben ist, und einer Strahlstrom-Erfassungsplatte 74.
Wie in der Technik verstanden wird, tritt der Ionenstrahl 28 durch
einen Spalt 56 in dem scheibenförmigen Wafer-Träger (man
siehe 1) in den Faraday-Käfig 50 ein. Der einfallende
Ionenstrahl 28 wird durch einen Einfallsstrom I+(einfallend) gekennzeichnet, welcher aus
Komponenten mit unterschiedlichen Ladungen aufgrund der Kollisionen
der Teilchen des Ionenstrahls mit dem restlichen Hintergrundgas
besteht, durch welches er sich ausbreitet, welche bewirken, dass den
einfach geladenen positiven Ionen Elektronen zugegeben oder weggenommen
werden. Folglich ist I+(einfallend) = I0 + I– + I+ +
I++ + usw., wobei I0 die
Zahl der Neutralteilchen pro Sekunde ist, I– der
Strom der negativ geladenen Ionen ist (ein Elektron zuviel), I+ der Strom der einfach positiv geladenen
Ionen ist und I++ der Strom der zweifach
positiv geladenen Ionen ist (zwei Elektronen fehlen). Von primärer Wichtigkeit
beim Bestimmen der Dosierung eines Wafers, welcher durch den einfallenden
Ionenstrahl implantiert wird, sind die Neutralteilchen und die einfach
geladenen Ionen sowie, in einem geringeren Ausmaß, die zweifach geladenen Ionen. Dementsprechend
ist IT = I0 + I+ + (I++), wobei
IT für
den ungefähren
Gesamtfluss des interessierenden implantierten Ionenstrahls steht
[Gl. 1].
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Obwohl
alle drei dieser Komponenten des Ionenstrahls in den Wafer implantiert
werden, falls sie ausreichend Energie besitzen, wird die einzige
wahre Angabe der implantierten Dosierung, wie sie durch den Faraday-Käfig gemessen
wird, durch seine Messung der einfach geladenen Ionen I+ repräsentiert.
Die Faraday-Käfigmessung
der zweifach geladenen Ionen ist fehlerhaft, weil zweifach geladene
Ionen nur genauso viel zur Dosierung beitragen, wie einfach geladene
Ionen, jedoch durch den Faraday-Käfig entsprechend des Beitrags
zum Ionenstrahlstrom zweifach gezählt werden. Weiterhin werden
durch den Faraday-Käfig
keine Neutralteilchen gemessen, jedoch tragen sie genauso viel zur
Dosierung bei, wie einfach geladene Ionen. Folglich muss eine Ausgabe
des Ionenstrahlstromsignals 75 durch den Faraday-Käfig 50 kompensiert
werden, um zweifach geladenen Ionen und Neutralteilchen Rechnung
zu tragen. (Die Magneten 72 in dem Faraday-Käfig stellen
einen Dämpfungsmechanismus bereit,
welcher verhindert, dass Elektronen in den Faraday-Käfig eintreten oder ihn verlassen
und fehlerhafterweise zu dem gemessenen Strom beitragen.)
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Der
Neutralteilchendetektor 52 ist der Mechanismus, durch welchen
eine derartige Kompensation bereitgestellt wird. Obwohl der Mechanismus 52 der
Einfachheit halber nur als der Neutralteilchendetektor bezeichnet
wird, erfasst er auch einfach und zweifach geladene Ionen, wie nachfolgend
beschrieben. Der Neutralteilchendetektor 54 ist innerhalb
des Faraday-Käfigs
integriert und umfasst eine unter Spannung stehende Ablenkplatte 78,
welche mit der Spannungsquelle 80 verbunden ist, sowie
Sammelelektroden 82, 84 und 86 zum Sammeln
von Sekundärelektronen,
welche von der Zielplatte 78 emittiert werden und jeweils
für Neutralteilchen,
einfach geladene Ionen und zweifach geladene Ionen repräsentativ
sind.
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Eine
Stichprobe des Ionenstrahls tritt durch Öffnung 88 in den Neutralteilchendetektor 52 in
die Ausgangskammer 70 des Faraday-Käfigs ein. Folglich tritt eine
kleine Stichprobe des Ionenstrahls 28 in den Neutralteilchendetektor 52 ein.
Die Spannungsquelle 80, welche im Bereich von ungefähr zwanzig
Prozent (20%) des Beschleunigungspotenzials des Ionenstrahls arbeitet,
ist mit ihrem positiven Anschluss mit Masse und mit ihrem negativen
Anschluss mit der Ablenkplatte 78 verbunden. Dementsprechend
wird ein elektrisches Feld E innerhalb des Inneren des Detektors
der Neutralfraktion in der Richtung der in 2 gezeigten
Pfeile hergestellt (in Richtung auf die Ablenkplatte 78).
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Der
Stichprobenabschnitt des Ionenstrahls durchquert das elektrische
Feld, welches durch die negativ vorgespannte Ablenkplatte 78 erzeugt
wird. Die ionisierten Komponenten des Strahls (einfach und zweifach geladene
Ionen) werden derartig in die Richtung des elektrischen Felds in
Richtung auf die Ablenkplatte 78 abgelenkt, dass sie auf
die Platte auftreffen. Weil die zweifach geladenen Ionen für das elektrische
Feld empfindlicher sind, treffen sie zuerst auf die Ablenkplatte
in dem Bereich auf, welcher allgemein mit 92 bezeichnet ist.
Die einfach geladenen Ionen sind für das elektrische Feld relativ
weniger empfindlich und folglich treffen sie im Allgemeinen am Ort 94 auf
die Ablenkplatte auf. Die Neutralteilchen in dem Ionenstrahl werden
nicht durch das elektrische Feld beeinflusst und treffen folglich
unmittelbar in der Flugbahn allgemein am Ort 96 auf die
Ablenkplatte auf.
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Die
Ablenkplatte 78 besteht aus Graphit und emittiert Sekundärelektronen,
wenn die einfach und zweifach geladenen Ionen und Neutralteilchen
auf sie auftreffen. Die Rate der Sekundärelektronenemission aus der
Ablenkplatte ist unabhängig
von dem Druck und der Zusammensetzung des restlichen Hintergrundgases. Die
Sekundärelektronen
werden von der Oberfläche
der Ablenkplatte 78 an den Orten 92, 94 und 96 in
Richtung auf die Sammelelektroden 86, 84 bzw. 82 beschleunigt,
welche auf ein positives Potenzial in Bezug auf die Ablenkplatte 78 vorgespannt
sind, wie in der Technik bekannt ist.
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Der
Anteil des gesamten Strahlflusses (positive Ionen und Neutralteilchen),
welcher durch Neutralteilchen bereitgestellt wird, und der Anteil,
welcher durch zweifach geladene Ionen bereitgestellt wird, kann
dann bestimmt werden, um ein Signal 100 zu erzeugen, welches
verwendet wird, um die Ausgabe des Ionenstrahlstromsignals 75 von
dem Faraday-Käfig 50 zu
kompensieren, um so den zweifach geladenen Ionen und Neutralteilchen
Rechnung zu tragen. Das Verhältnis
der Sekundärelektronenemissionsströme, welche
von den Sammelelektroden 82 (I0)
und 84 (I+) und 86 (I++) gesammelt werden, wird (nach Korrektur
der ungleichen Sekundärelektronenemissionsausbeuten)
verwendet, um den Anteil des gesamten Strahlflusses, welcher durch
einfach geladene Ionen bereitgestellt wird, gemäß der folgenden Formel (Gl.
2) zu bestimmen:
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Unter
Rückbezug
auf oben stehende Gl. 1 IT = I0 +
I+ + I++ kann deshalb
folglich der Anteil des Strahls bestimmt werden, welcher durch die
Neutralteilchen (I0) und zweifach geladenen
Ionen (I++) bereitgestellt wird, wenn der
Anteil I+ bekannt ist, welcher aus oben
stehender Gl. 2 bestimmt wurde.
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Die
oben stehenden Berechnungen werden in dem Strahlstrom-Korrekturfaktorkalkulator 98 erzielt, welcher,
nachdem er das Ausmaß der
Ionenstrahlneutralisation so bestimmt hat, das Korrektursignal 100 an einen
Strahlstromjustierer 102 bereitstellt. Der Kalkulator 98 kann
entweder als Logik-Software
oder als Hardware implementiert werden. Der Strahlstromjustierer 102 justiert
den Ausgang des Ionenstrahlstromsignals 75 durch den Faraday-Käfig 50 (welcher
die Implantatdosierung repräsentiert)
(i) nach oben, um den Neutralteilchen Rechnung zu tragen, welche
nicht zu der Faraday-Käfig-Strahlstrommessung
beitragen, welche jedoch zur Dosierung beitragen, und (ii) nach
unten, um den zweifach geladenen Ionen Rechnung zu tragen, welche zur
Dosierung nur genauso viel beitragen wie einfach geladene Ionen,
welche jedoch durch den Faraday-Käfig zweifach als Beitrag zu
dem Ionenstrahlstrom gezählt
werden, und gibt ein korrigiertes Ionenstrahlstromsignal 104 aus.
Die Motor- steuerung 64 empfängt das
korrigierte Ionenstrahlstromsignal 104 und gibt ein Antriebssteuerungssignal 106 an
den Motor 49 aus, um die vertikale Position des scheibenförmigen Wafer-Trägers 25 (unter
Rückbezug
auf 1) zu steuern.
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Dementsprechend
wurde eine bevorzugte Ausführungsform
des Systems und des Verfahrens zum Überwachen und Steuern der Dotierstoffkonzentration
eines implantierten Substrats beschrieben. Mit der vorangehenden
Beschreibung im Gedächtnis
versteht es sich jedoch, dass diese Beschreibung nur beispielhaft gegeben
wurde, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten, hier beschriebenen
Ausführungsformen
begrenzt ist und dass hinsichtlich der vorangehenden Beschreibung
verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Substitutionen implementiert werden können.
