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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet
der vorliegenden Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Stromdichteverteilung
eines Strahles geladener Teilchen an einer frei wählbaren Position
auf einer Z-Koordinatenachse
in einem Werkstück,
ein Verfahren zum Einstellen der Stromdichteverteilung und ein Verfahren
zum Bestrahlen des Werkstückes
während
der Strahl geladener Teilchen eine Abtastbewegung mittels einer
bevorzugten elektrischen Ablenkwellenform in einer Vorrichtung einer
Bauart mit hybrider Abtastung ausführt, wie zum Beispiel in einer
Ionenimplantiervorrichtung, einer Ionenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung und einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
in der eine elektromagnetische Ablenkung eines Strahles geladener
Teilchen, zum Beispiel eines Ionenstrahles, und ein mechanischer
Antrieb eines Werkstückes, zum
Beispiel einer Halbleiterscheibe, zusammenwirkend eingesetzt werden.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Als
ein typischer Vertreter der obigen Vorrichtung, in der ein Strahl
geladener Teilchen verwendet wird, ist eine Ionenimplantiervorrichtung
bereitgestellt, in der ein Werkstück mit einem Ionenstrahl bestrahlt
wird, so dass die Ionen implantiert werden können. In den folgenden Erläuterungen
wird beispielhaft eine Ionenimplantiervorrichtung dargestellt.
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Die 7 ist eine schematische
Zeichnung, die einen Hauptteil eines herkömmlichen Vertreters einer Ionenimplantiervorrichtung
einer Bauart mit hybrider Abtastung zeigt. Der Aufbau der Vorrichtung
ist wie folgt. Ein Werkstück 4 (zum
Beispiel eine Halbleiterscheibe), die durch einen Halter 6 gehalten
wird, wird mechanisch, wie durch den Pfeil A gekennzeichnet, längs einer
Achse, in diesem Fall längs
einer Y-Achse, im drei-dimensionalen Raum, hin- und herbewegt. Gleichzeitig
wird ein Ionenstrahl 2, der sich längs der Z-Achse im Wesentlichen
senkrecht zur Y-Achse fortbewegt, elektromagnetisch einer Abtastbewegung
in die X-Richtung, im Wesentlichen senkrecht zur Y-Achse und zur
Z-Achse, mittels einer Abtastvorrichtung, die nicht gezeigt ist,
unterworfen, d. h. ein Ionenstrahl 2 wird mittels eines
elektrischen und/oder magnetischen Feldes einer Abtastbewegung unterworfen,
so dass das Werkstück 4 mit
dem Ionenstrahl 2 bestrahlt werden kann. Dementsprechend
ist es möglich
eine gewünschte
Dotiersubstanz (zu implantierende Fremdatome) in ein gewünschtes
Gebiet (typischerweise, in die gesamte Oberfläche) des Werkstückes 4 mit
einer gewünschten
Verteilung (typischerweise gleichförmig) zu implantieren. Das
Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Antriebsachse zum Bewegen
des Halters 6.
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Um
die Dotiersubstanz in das gewünschten Gebiet
des Werkstückes 4 mit
der gewünschten
Verteilung einzubringen ist es erforderlich den mechanischen Antrieb
des Werkstückes 4 und
das elektromagnetische Abtasten des Ionenstrahles 2 zu
steuern, so dass die gewünschte
Verteilung erhalten werden kann. D. h., um die gewünschte Verteilung
in Y-Achsenrichtung zu erhalten ist es erforderlich den Antrieb des
Werkstückes 4 geeignet
zu steuern. Ferner, um die gewünschte
Verteilung in der X-Achsenrichtung zu
erhalten ist es erforderlich die Abtastbewegung des Ionenstrahles 2 geeignet
zu steuern. Die vorliegende Erfindung betrifft den letztgenannten
Aspekt, d. h. die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Abtasten
des Ionenstrahls.
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Um
die gewünschte
Verteilung der Dotiersubstanz in der Abtastrichtung des Ionenstrahles (der
X-Achsenrichtung) zu erhalten ist es, wie bekannt, erforderlich
eine Stromdichteverteilung in der Abtastrichtung des Ionenstrahles 2 an
einer Stelle, an der der Ionenstrahl 2 auf das Werkstück 4 trifft
mit der gewünschten
Verteilung der Dotiersubstanz in Übereinstimmung zu bringen.
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Deshalb
wird Herkömmlicherweise
ein Faraday (Stromdetektor) 10, der mechanisch in der Abtastrichtung
des Ionenstrahles 2 bewegt wird, an einer Position des
Werkstückes 4 oder
in der Nähe
des Werkstückes 4 angeordnet
und ein Strahlstrom gemessen, während
der Faraday 10 wie oben beschrieben, und durch Pfeil B
gekennzeichnet, bewegt wird. Dadurch kann eine Verteilung der Strahlstromdichte an
einer Position gemessen werden. Ein Abtasten des Ionenstrahles 2 wird
mittels der gemessenen Daten gesteuert, so dass die Verteilung der
Strahlstromdichte an der Position in einer gewünschten Form gebildet werden
kann. Diese Technik ist zum Beispiel in Toku Hyo Sho Nr. 64-500310
offenbart.
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In
der obigen Ionenimplantiervorrichtung ist in einem Fall, wie in 8 dargestellt, wenn das Werkstück 4 mechanisch
angetrieben wird, der Halter geneigt, so dass ein Neigungswinkel θ, der zwischen
einer Oberfläche
des Werkstückes 4 und
der Y-Achse (in diesem Fall die Halterantriebsachse 8) gebildet
wird, einen konstanten Wert größer als
0° haben
kann. Dieser Neigungswinkel θ ist
gleich dem Einfallswinkel des Ionenstrahles 2, der auf
die Oberfläche
des Werkstückes 4 fällt. Der
Grund den Neigungswinkel auf einen Wert größer als 0° zu setzen ist den Channelingeffekt
des Ionenstrahles in einer Siliziumscheibe zu verhindern. Ein anderer
Grund warum der Neigungswinkel θ auf
einen Wert größer als
0° gesetzt
wird ist, dass Ionen auch auf den Seitenwänden einer Grabenstruktur implantiert
werden, die auf der Oberfläche
des Werkstückes
gebildet ist.
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Wenn
der Neigungswinkel θ groß ist (in
dem in 8 gezeigten Fall
ist der Neigungswinkel auf 60° gesetzt),
wie in 8 gezeigt, unterscheiden sich
die Position Z1 auf der Z-Koordinatenachse,
an der der Ionenstrahl 2, der einer Abtastbewegung in X-Richtung unterworfen
ist, in einem unteren Bereich (in Y-Richtung) auf das Werkstück 4 fällt und
die Position Z3 auf der Z-Koordinatenachse,
an der der Ionenstrahl 2, der einer Abtastbewegung in X-Richtung unterworfen
ist, in einem oberen Bereich (in Y-Richtung) auf das Werkstück 4 fällt beträchtlich
von der Position Z2 auf der Z-Koordinatenachse
in der Mitte des Werkstückes 4.
Diese Tendenz wird beachtlicher wenn die Abmessung des Werkstückes 4 zunimmt.
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Im
Allgemeinen besteht der Ionenstrahl 2, der elektromagnetisch
einer Abtastbewegung unterworfen wurde, aus einer Gruppe von Ionen,
deren Fortbewegungsrichtungen sich etwas voneinander unterscheiden.
Deshalb hängt
die Verteilung der Strahlstromdichte in der Abtastrichtung im Allgemeinen
von der Position auf der Z-Koordinatenachse ab.
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Entsprechend
dem zuvor beschriebenen Stand der Technik, jedoch, kann die Verteilung
der Stromdichte des Ionenstrahles 2 nur an einem Punkt der
Z-Koordinatenachse gemessen werden an der der Faraday 10 angeordnet
ist, zum Beispiel, kann die Verteilung der Stromdichte des Ionenstrahles 2 nur
an der Position Z2 auf der Z-Koordinatenachse gemessen
werden.
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Dementsprechend
unterscheidet sich die Stromdichteverteilung in einem oberen Bereich
und in einem unteren Bereich des Werkstückes von der vom Faraday 10 gemessenen
Verteilung. Folglich unterscheidet sich die Verteilung der Dotiersubstanz in
dem oberen und in dem unteren Bereich des Werkstückes von einer gewünschten
Verteilung.
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Zum
Beispiel, um eine gleichmäßige Ionenimplantation
auf der gesamten Oberfläche
des Werkstückes 4 durchzuführen, wenn
eine Strahlabtastung so gesteuert wird, dass eine Verteilung einer
Strahlstromdichte in X-Richtung (Abtastrichtung) an der Position
Z2 der Z-Koordinatenachse gleichmäßig ist, wölbt sich
die Form der Verteilung der Strahlstromdichte an der Position Z1 auf der Z-Koordinatenachse gewöhnlich nach
oben und wölbt
sich die Form der Verteilung der Strahlstromdichte an der Position
Z3 auf der Z-Koordinatenachse gewöhnlich nach
unten. Demzufolge wird, wie in 10 gezeigt,
die Verteilung ungleichmäßig, so
dass die Quantität
der auf der Oberfläche
des Werkstückes 4 implantierten
Dotiersubstanz in der Mitte in Richtung der X-Achse im oberen Bereich
des Werkstückes
erhöht
ist und die Quantität
der auf der Oberfläche
des Werkstückes 4 implantierten
Dotiersubstanz in der Mitte in Richtung der X-Achse im unteren Bereich
des Werkstückes verringert
ist. In 10 ist die Quantität der Implantierten
Dotiersubstanz entsprechend den Zeichen –––, ––, –+, ++, +++ erhöht.
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Die
Druckschrift „The
Nissin NH-20SP medium-current ion implanter" von Nagai N. et al., veröffentlicht
in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B55 (1991)
393–397
offenbart einen Ionen-Implantierer mit Dosis-Uniformitäts-Steuerung für Implantationen
unter großem
Neigungswinkel. Ein horizontal abtastender Ionenstrahl wird mittels
Mehrschlitz Faradays, die sich vor und hinter der Implantationsposition
befinden überwacht.
Die Faradays werden eingesetzt, um die Strahlabtastgeschwindigkeit über dem
bestrahlten Wafer zu bestimmen. Die Strahlabtast-Ablenkwellenform wird so eingestellt, um
eine gleichmäßige Strahlablenkgeschwindigkeit über der
gesamten Waferoberfläche
zu erreichen. Diese Druckschrift offenbart jedoch nicht, eine unterschiedliche
Stromdichteverteilung an verschiedenen Implantierpositionen auf
einem geneigten Werkstück durch
Einstellen der Strahlabtastgeschwindigkeit zu kompensieren.
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Überblick über die
Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen,
zum Messen einer Stromdichteverteilung eines Strahles geladener Teilchen
an einer frei wählbaren,
auf der Z-Koordinatenachse gelegenen Position in einem Werkstück in einer
Vorrichtung in der ein Neigungswinkel des Werkstückes auf einen Wert größer als
0° gesetzt werden
kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Einstellen einer gewünschten
Verteilung bereitzustellen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
bereitzustellen, zum Bestrahlen des Werkstückes mit geladenen Teilchen während die
geladenen Teilchen durch eine geeignete elektrische Abtastwellenform
einer Abtastbewegung unterworfen werden.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie im Anspruch 1 definiert,
ein Verfahren zum Einstellen einer Stromdichteverteilung eines Strahles
geladener Teilchen bereitgestellt.
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Gemäß diesem
Verfahren ist es möglich
uneingeschränkt
eine Verteilung einer Stromdichte an einer beliebigen Position auf
der in einem Werkstück gelegenen
Z-Koordinatenachse
durch das Messen der Verteilung einer Stromdichte eines ersten und
eines zweiten Strahles zu bestimmen. Dementsprechend kann eine Verteilung
einer Strahlstromdichte auf einer Oberfläche eines Werkstückes, einschließlich eines
Bereiches in der Nähe
des Randes des Werkstückes
in Y-Richtung, exakt erfasst werden, auch wenn die Abmessung und
der Neigungswinkel des Werkstückes
groß sind.
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Gemäß dem obigen
Verfahren zum Einstellen einer Verteilung ist es ferner möglich eine
Verteilung einer Strahlstromdichte an einer beliebigen Position
auf der in einem Werkstück
gelegenen Z-Koordinatenachse frei einzustellen. Dementsprechend
ist es möglich
einen gewünschten
Bereich eines Werkstückes
mit einem Strahl geladener Teilchen mit einer gewünschten
Verteilung zu bestrahlen, auch wenn der Neigungswinkel und die Abmessung
des Werkstückes
groß sind.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie im Anspruch 2 definiert,
ein erstes Verfahren zum Bestrahlen mittels eines Strahles geladener
Teilchen bereitgestellt.
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Gemäß dem ersten
Verfahren zum Bestrahlen mittels eines Strahles geladener Teilchen
ist es möglich
ein Werkstück
mit einem Strahl geladener Teilchen entsprechend einer Position
an der die geladenen Teilchen auf das Werkstück treffen zu bestrahlen, während das
Abtasten mittels einer elektrischen Ablenkwellenform ausgeführt wird,
die geeignet ist eine gewünschte
Verteilung der Strahlstromdichte einzustellen. Dementsprechend ist
es möglich
einen gewünschten
Bereich eines Werkstückes
mit einem Strahl geladener Teilchen mit einer gewünschten Verteilung
zu bestrahlen, auch wenn der Neigungswinkel und die Abmessung des
Werkstückes
groß sind.
Ferner kann dies durch die Verwendung einer begrenzten Anzahl von
elektrischen Abtastwellenformen ausgeführt werden. Deshalb wird die
Steuerung und Berechnung einfach. Folglich kann dieses Verfahren
in wirksamer Weise zweckmäßig angewendet werden.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie im Anspruch 3 definiert,
ein zweites Verfahren zum Bestrahlen mittels eines Strahles geladener
Teilchen bereitgestellt.
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Gemäß dem zweiten
Verfahren zum Bestrahlen mittels eines Strahles geladener Teilchen
ist es möglich
die gleiche Wirkung, wie mit dem ersten Verfahren zum Bestrahlen
mittels eines Strahles geladener Teilchen zu erzielen, während eine
kleinere Anzahl von elektrischen Ablenkwellenformen verwendet wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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In
den begleitenden Zeichnungen ist:
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1 eine perspektivische Ansicht,
die eine Ausführungsform
einer Ionenimplantations-Vorrichtung
einer Bauart mit hybrider Abtastung zum Ausführen des Verteilungsmessungsverfahrens
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine perspektivische Ansicht,
die eine weitere Ausführungsform
einer Ionenimplantations-Vorrichtung einer Bauart mit hybrider Abtastung zum
Ausführen
des Verteilungsmessungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine Darstellung, die
ein vereinfachtes Beispiel der Strahlstromdichteverteilung an den
Positionen Zf, Zb und Zx auf der Z-Koordinatenachse zeigt;
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4A eine Darstellung, die
ein vereinfachtes Beispiel der Abweichung der Strahlstromdichteverteilung
zeigt;
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4B eine Darstellung, die
ein vereinfachtes Beispiel der Ablenkspannungswellenform zur Korrektur
der Abweichung zeigt;
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5 eine Darstellung, die
ein spezielleres Beispiel der Ablenkspannung vor der Anpassung der Wellenform,
die Änderung
der betroffenen Ablenkspannung und die Abweichung der Strahlstromdichteverteilung
zeigt;
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6 eine Darstellung, die
ein spezielleres Beispiel der Ablenkspannung nach der Anpassung der
Wellenform und die Änderung
der betroffenen Ablenkspannung zeigt;
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7 eine perspektivische Ansicht,
die ein Beispiel eines Werkstückes
und Teile einer herkömmlichen
Ionenimplantationsvorrichtung einer Bauart mit hybrider Abtastung
zeigt;
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8 eine Seitenansicht, die
unter anderem ein Werkstück
zeigt, wenn der Neigungswinkel 60° beträgt;
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9 eine Darstellung, die
ein vereinfachtes Beispiel der Strahlstromdichteverteilung an den
Positionen Z1, Z2 und
Z3 auf der Z-Koordinatenachse in einer herkömmlichen
Ionenimplantiervorrichtung zeigt; und
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10 eine Darstellung, die
ein Beispiel einer Verteilung einer Quantität einer auf der Oberfläche eines
Werkstückes
implantierten Dotiersubstanz zeigt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in Bezug zu den begleitenden
Zeichnungen beschrieben. 1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Ionenimplantations-Vorrichtung
einer Bauart mit hybrider Abtastung in der das Verteilungsmessverfahren
und die anderen Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
In 7 werden für die gleichen
oder ähnlichen
Bestandteile die gleichen Bezugszeichen wie in 1, die diese Ausführungsform zeigt, verwendet.
Sich von dem herkömmlichen
Beispiel unterscheidende Punkte dieser Ausführungsform werden im Wesentlichen
im Folgenden erklärt.
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Die
Vorrichtung dieser Ausführungsform
ist wie folgt aufgebaut. Ein Ionenstrahl 2, der mit einer nicht
gezeigten Ionenquelle generiert wird, wird beschleunigt und wenn
erforderlich einer Massentrennung unterworfen. Dann wird der Ionenstrahl 2 mittels
einer Ablenkvorrichtung 12 elektromagnetisch abgelenkt.
Ferner ist bei dieser Ausführungsform
der Ionenstrahl 2 mittels einer Parallelausrichtvorrichtung 14 parallel
ausgerichtet. Danach wird ein Werkstück 4, das auf einen
Halter 6 fixiert ist, mit dem Ionenstrahl 2 bestrahlt.
In dieser Ausführungsform
sind die Antriebsrichtung des Werkstückes 4 und des Halters 6,
die Fortbewegungsrichtung des Ionenstrahles 2, der das
Werkstück 4 bestrahlt
und die Ablenkrichtung die gleichen wie im herkömmlichen Beispiel, das in 7 gezeigt ist. Diese Richtungen
sind jeweils Richtungen der Y-Achse,
Z-Achse und der X-Achse.
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Zur
Vereinfachung der Erklärungen
ist der Halterschaft 8 und die Halterantriebseinheit 24,
zum Antreiben des Halterschafts 8 in der Zeichnung oberhalb
des Halters 6 angeordnet. Sie können jedoch unterhalb des Halters 6 angeordnet
sein. Der Halter 6 und das Werkstück 4 können mittels
eines schwingenden Dreharmes mechanisch entlang der Y-Achse hin-
und herbewegt werden, wie es in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 7-54688 offenbart ist.
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In
dieser Ausführungsform
besteht die Abtastvorrichtung 12 aus einem Paar Abtastmagnetpole.
Eine Ablenkspannung V(t) mit Dreieckwellenform, die von der Abtaststeuerungseinheit 34 ausgegeben wird,
wird mittels eines Verstärkers 36 verstärkt und mittels
des Verstärkers 36 in
eine elektrische Stromwellenform I(t) umgewandelt und dann der Abtastvorrichtung 12 zugeführt.
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Die
Parallelausrichtvorrichtung 14 ist für die vorliegende Erfindung
nicht wesentlich. Deshalb kann die Parallelausrichtvorrichtung 14 wahlweise
in der Vorrichtung vorgesehen werden.
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Es
sind eine erste Faradayanordnung 20 („Front Faraday") und eine zweite
Faradayanordnung 30 („Rück Faraday") in der Nähe des Halters 6 in Richtung
der Z-Achse vorgesehen.
Die Positionen der beiden Faradayanordnungen 20, 30 auf
der Z-Koordinatenachse
werden jeweils durch Zf und Zb repräsentiert.
In der Ausführungsform,
die sich auf 8 bezieht,
kann eine Beziehung Zf < Z1 < Z2 < Z3 < Zb erfüllt sein.
Z1, Z2 und Z3 wurden oben bereits erklärt. Die
Faradayanordnungen 20, 30 sind so aufgebaut, dass
mehrere Faradaybecher 22, 32 in gleicher Ausführung, jeweils
Schlitze haben, die lang und schmal in der Richtung der Y-Achse
sind, und angeordnet sind in der Richtung der X-Achse, der Abtastrichtung
des Ionenstrahles 2. Die Positionen der Faradaybecher 22, 32 auf
der X-Koordinatenachse sind bekannt.
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Jeder
Faradaybecher 22, 32 empfängt einen Ionenstrahl 2 und
misst einen Strahlstrom. Die Fläche
von jedem Faradaybecher 22, 32, auf die der Strahl
fällt,
ist bekannt. Deshalb ist es möglich
die Strahlstromdichten des Ionenstrahls 2, die auf jeden Faradaybecher 22, 32 auftreffen,
zu messen. Demgemäß ist es
möglich
die Strahlstromdichteverteilung des Ionenstrahles 2 in
der X-Richtung an den Positionen Zf und
Zb auf der Z-Koordinatenachse mittels Faradayanordnungen 20, 30 zu
messen. In dieser Ausführungsform
werden die mittels der beiden Faradayanordnungen 20, 30 gemessenen
Daten der Abtaststeuerungsvorrichtung 34 zugeführt.
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In
dieser Ausführungsform
ist die vorgelagerte Faradayanordnung 20 in dem Frontteil
einer Maskenplatte 16, die eine Öffnung 18 hat, angeordnet. Diese
werden in der vertikalen Richtung bewegt, wie durch den Pfeil C
gekennzeichnet, mittels einer Antriebseinheit, die nicht in den
Zeichnungen gezeigt ist. In der 1 befindet
sich die Maskenplatte 16 und die Faradayanordnung 20 an
einer oberen Maximalposition. In dieser Stellung passiert ein Teil
des Ionenstrahles 2, der die Abtastbewegung ausgeführt hat,
die Öffnung 18 der
Maskenplatte 16. Nachdem der Ionenstrahl 2, wenn
eine Implantation in das Werkstück 4 auf
dem Halter 6 ausgeführt
wird, die Öffnung 18 passiert
hat bestrahlt der Ionenstrahl 2 das Werkstück 4,
wie in der Zeichnung gezeigt. Wenn jedoch keine Implantation in
das Werkstück 4 auf dem
Halter 6 ausgeführt
wird, wird der Halter auf eine Position zurückgeführt an der der Ionenstrahl 2 nicht durch
den Halter 6 blockiert wird. Deshalb fällt der Ionenstrahl 2 auf
die nachgelagerte Faradayanordnung 30. Demgemäß ist es
in diesem Fall möglich
eine Strahlstromdichteverteilung des Ionenstrahles 2 in der
X-Richtung mittels der nachgelagerten Faradayanordnung 30 zu
messen.
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Wenn
sich die Maskenplatte 16 und die Faradayanordnung 20 an
der unteren Maximalposition befinden blockiert die Faradayanordnung 20 den
Ionenstrahl 2, der eine Abtastbewegung ausführt. Deshalb
ist es möglich
eine Verteilung der Strahlstromdichte des Ionenstrahles 2 in
der X-Richtung zu messen.
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(1)
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Messen einer Verteilung der
Stromdichte des Ionenstrahles 2, der einer Abtastbewegung
unterworfen wird, erklärt.
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Zuerst
werden Stromdichteverteilungen S(X, Zb)
in der Abtastrichtung (X-Richtung) des Ionenstrahles 2 an
der Position Zb auf der Z-Koordinatenachse
mittels der nachgelagerten Faradayanordnung 30 gemessen.
Ein vereinfacht dargestelltes Beispiel des Ergebnisses der Messung
ist in 3 gezeigt.
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Den
obigen Daten entsprechend kann gefolgert werden, dass die Strahlstromdichteverteilung sich
von S(X, Zf) in 3 zu S(X, Zb)
verändert,
während
der Ionenstrahl 2 von der vorgelagerten Faradayanordnung 20 zur
nachgelagerten Faradayanordnung 30 voranschreitet.
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In
diesem Zusammenhang gibt es, von einem praktischen Standpunkt gesehen,
kein externes elektromagnetisches Feld das den Pfad des Ionenstrahles 2 zwischen
den Faradayanordnungen 20 und 30 verändert. Da
entwurfsgemäß keine
Fokussierung des Ionenstrahles 2 in diesem Abschnitt besteht,
ist der Divergenzeffekt (Raumladungseffekt), der durch das eigene
elektrische Feld des Ionenstrahles 2 verursacht wird, vernachlässigbar
klein. Demgemäß kann angenommen
werden, dass die Fortbewegungsrichtung des Ionestrahles 2 in
diesem Abschnitt nicht verändert
wird. Ferner sind in diesem Abschnitt Generations- und Vernichtungseffekte
des Ionenstrahles 2 vernachlässigbar klein. Oben gesagtes
gilt für
Ionenimplantiervorrichtungen dieser Bauart.
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Demgemäß kann,
wie durch den folgenden Ausdruck gezeigt, die Strahlstromdichteverteilung S(X,
Zx) in der X-Richtung des Ionenstrahles 2 an
einer beliebigen Position Zx(Z1 ≤ Zx ≤ Z3) auf der Z-Koordinatenachse in dem Werkstück 4,
das sich zwischen den Faradayanordnungen 20 und 30 befindet, durch
die Strahlstromdichte S(X, Zf) an dem Vielfach-Faraday 20 und
durch die Strahlstromdichte S(X, Zb) an
dem Vielfach-Faraday 30 ausgedrückt werden. S(X, Zx)
= S(X, Zf) + {S(X, Zb) – S(X, Zf)}*(Zx – Zf)/(Zb – Zf) [Ausdruck
1]
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Demgemäß ist es
möglich
die Strahlstromdichteverteilung S(X, Zx)
an der Position Zx auf der Z-Koordinatenachse
gemäß dem Ausdruck
1 zu bestimmen. Dieses Verfahren wird als eine Interpolation bezeichnet.
Ein Beispiel einer Strahlstromdichteverteilung S(X, Zx),
die auf diese Weise bestimmt wurde ist in 3 gezeigt, wobei diese Strahlstromdichteverteilung
zur Erteichterung der Erklärung
vereinfacht wurde.
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In
diesem Zusammenhang wird die gleiche Beziehung, wie die von Ausdruck
1, eingeführt,
auch wenn beide Faradayanordnungen 20 und 30 vorgelagert
oder nachgelagert in der Nähe
des Werkstückes 4 angeordnet
sind. Folglich ist es möglich
die Strahlstromdichteverteilung S(X, Zx)
an der Position Zx auf der Z-Koordinatenachse
gemäß dem obigen
Ausdruck zu bestimmen. Dieses Verfahren wird als eine Extrapolation
bezeichnet.
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In
dieser Ausführungsform
kann die oben erwähnte
Messung der Strahlstromdichteverteilung durch Verwendung der zwei
Faradayanordnungen 20, 30 und der Abtaststeuereinheit 34 durchgeführt werden.
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Entsprechend
dem oben erwähnten
Messverfahren ist es möglich
uneingeschränkt
eine Strahlstromdichteverteilung an einer beliebigen Position Zx auf der Z-Koordinatenachse, die in dem
Werkstück 4 liegt
zu bestimmen, wenn die Strahlstromdichteverteilung nur an zwei Positionen
(Zf, Zb) gemessen
wird. Demgemäß kann ein
Status der Verteilung der Strahlstromdichte auf der Oberfläche des
Werkstückes 4,
einschließlich
eines Bereiches in der Nähe
eines Randgebietes des Werkstückes
in Y-Richtung, exakt erfasst werden, auch wenn die Abmessung und der
Neigungswinkel θ des
Werkstückes
groß sind.
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(2)
Als Nächstes
wird ein Verfahren zum Einstellen erklärt, durch das die Strahlstromdichteverteilung
S(X, Zx), die in der oben beschriebenen
Weise bestimmt wurde, eine gewünschte
Verteilung erhält.
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Zunächst wird,
als ein Beispiel, die Abweichung dev(X, Zx)
einer Strahlstromdichteverteilung S(X, Zx),
die durch den folgenden Ausdruck definiert wird, bestimmt. In diesem
Fall ist mean S(Zx) der Durchschnittswert
von S(X, Zx). dev(X, Zx) = {S(X, Zx) – mean
S(Zx)}/mean S(Zx) [Ausdruck 2]
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Eine
vereinfachtes Beispiel der Abweichung dev(X, Zx),
das in der oben beschriebenen Weise bestimmt wurde ist in 4 gezeigt. Ein positiver
Bereich der Abweichung dev(X, Zx) ist ein
Bereich in dem die Stromdichte größer als der Durchschnittswert
ist, und ein negativer Bereich der Abweichung dev(X, Zx)
ist ein Bereich in dem die Stromdichte kleiner als der Durchschnittswert
ist.
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In
diesem Fall wird eine Wellenform der Ablenkspannung V(t) des Ionenstrahles 2 so
geformt, dass eine Abtastgeschwindigkeit des Ionenstrahles 2 an
einer Position, an der die Strahlstromdichte zu vergrößern ist,
relativ verkleinert wird. Im Speziellen wird die Einstellung wie
folgt durchgeführt.
Die Steigung ΔV(t)/Δ(t) der Ablenkspannung
V(t) wird in einem Bereich verkleinert, der einer Position entspricht an
der die Strahlstromdichte zu erhöhen
ist; die Steigung ΔV(t)/Δ(t) der Ablenkspannung
V(t) wird in einem Bereich gesteigert, der einer Position entspricht an
der die Strahlstromdichte zu verkleinern ist; oder beide Verfahren
werden gemeinsam verwendet. Aufgrund dessen kann die Abweichung
dev(X, Zx) an der Position Zx auf
einen gewünschten
Wert eingestellt werden, d. h. die Strahlstromdichteverteilung S(X,
Zx) kann an der Position Zx auf
eine gewünschte
Verteilung eingestellt werden.
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Zum
Beispiel wird, wie in 4A gezeigt, wobei
die Abweichung dev(X, Zx) ist, eine Steigung der
Ablenkspannung V(t) reduziert in einem Bereich in dem die Abweichung
dev(X, Zx) negativ ist, um kleiner zu sein
als die Steigung einer im Wesentlichen dreieckförmigen Welle, wie in 4B gezeigt. Ferner wird
eine Steigung der Ablenkspannung V(t) erhöht in einem Bereich in dem
die Abweichung dev(X, Zx) positiv ist, um
größer zu sein
als die Steigung einer im Wesentlichen dreieckförmigen Welle, wie in 4B gezeigt. Folglich kann
die Abweichung dev im Wesentlichen abgeflacht werden, d. h. die
Abweichung dev(X, Zx) kann 0 werden und
die Strahlstromdichteverteilung S(X, Zx)
an der Position Zx kann im Wesentlichen
gleichförmig
gemacht werden.
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In
dieser Ausführungsform
kann die Wellenform der Ablenkspannung V(t) durch die Abtaststeuerungseinheit 34 umgeformt
werden.
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Speziellere
Beispiele der Ablenkspannung V(t) vor und nach der Umformung der
Wellenform, der Änderung
D (= ΔV(t)/Δt) der entsprechenden
Ablenkspannung, und die Abweichung dev der Strahlstromverteilung
sind in 5 und 6 gezeigt. 5 zeigt einen Zustand vor der Umformung
der Wellenform. 6 zeigt
einen Zustand nach der Umformung der Wellenform. Die Änderung
D entspricht einer zuvor beschriebenen Steigung der Ablenkspannung
V(t). Die horizontalen Achsen der 5 und 6 bezeichnen in diesem Fall
die Zeit t. Die Zeit entspricht einer Abtastposition des Ionenstrahles 2 in der
X-Richtung. Zu dem Zeitpunkt an dem die Steigung der Ablenkspannung
V(t) umgekehrt wird, d. h. an der Spitze der Dreieckwelle, wird
die Abtastrichtung des Ionenstrahles 2 umgekehrt. Der Maßstab der Änderung
in 6 entspricht ungefähr dem 10-fachen
des Maßstabes
der Änderung
in 5.
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Wenn
die Abweichung dev in dem Fall in dem der Ionenstrahl 2 eine
Abtastbewegung ausführt,
wobei die Ablenkspannung V(t) eine ideale Dreieckspannung ist, deren Änderung
D konstant ist und verändert
wird, wie in 5 gezeigt,
um ± zu werden,
ist es möglich,
durch Anpassen der Änderung
D der Ablenkspannung V(t), die Abweichung dev die gesamte Zeit zu
0 zu machen, so dass die Abweichung dev aufgehoben und die Wellenform
der Ablenkspannung V(t) umgeformt werden kann, um eine etwas von
der idealen Dreieckwelle abweichende Form zu erhalten (in diesem
Fall ist eine gekrümmte
Seite der Dreieckswellenform ein wenig nach unten gewölbt).
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(3)
Als Nächstes
wird ein Verfahren zum Bestrahlen eines Werkstückes 4 (in 8 gezeigt) mittels eines
Ionenstrahles 2 erklärt,
der in Richtung der Y-Achse hin- und herbewegt wird, während der
Neigungswinkel auf den Wert θ gesetzt
wird, während das
Abtasten ausgeführt
wird, mittels einer Ablenkspannungswellenform, die geeignet ist
eine gewünschte
Strahlstromdichteverteilung einzustellen.
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Der
Neigungswinkel θ des
Werkstückes 4 und
des Halters 6, der während
des Implantationsprozesses konstant ist, und die momentane Position Yx auf der Y-Koordinatenachse werden durch die Halterantriebsvorrichtung 24 erfasst
und in Echtzeit der Abtaststeuerungseinheit 34 zugeführt, wie
in 1 gezeigt. Entsprechend
dieser Festlegung bedeutet Echtzeit keine zeitverzögerte Verarbeitung sondern
eine unmittelbare Verarbeitung.
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Wenn
die Abtaststeuerungseinheit 34 die folgende Berechnung,
unter Verwendung des Neigungswinkels θ und der Position Yx auf der Y-Koordinatenachse, in Echtzeit
ausführt
ist es möglich
die Position Zx auf der Z-Koordinatenachse,
an der der Ionenstrahl 2 auf das Werkstück 4 fällt, in
Echtzeit zu bestimmen. Bezug nehmend auf 8: wenn die Position Zx,
an der der Ionenstrahl 2 auf das Werkstück 4 auftrifft Z2 ist, ist Yx = 0,
und wenn das Werkstück 4 darüber positioniert
ist, ist Yx positiv, und wenn das Werkstück darunter
positioniert ist, ist Yx negativ. Zx =
Z2 – Yxtanθ [Ausdruck 3]
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Wie
oben beschrieben, ist es möglich
die Position Zx auf der Z-Koordinatenachse,
an der der Ionenstrahl 2 auf das Werkstück 4 auftrifft, in
Echtzeit zu bestimmen. Das Werkstück 4 wird mit dem
Ionenstrahl 2 bestrahlt, wobei die Ablenkspannungswellenform,
entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren zum Einstellen der
Verteilung, die gewünschte Strahlstromdichteverteilung
S(X, Zx) einstellt. Demgemäß ist es
möglich
einen gewünschten
Bereich eines Werkstückes 4 (z.
B. die gesamte Oberfläche) mit
dem Ionenstrahl 2 mit einer gewünschten Verteilung (z. B. einer
gleichförmigen
Verteilung) zu bestrahlen, selbst wenn der Neigungswinkel θ und die Abmessung
des Werkstückes 4 groß ist. Folglich
ist es möglich
Ionen gleichförmig
auf der gesamten Oberfläche
des Werkstückes 4 zu
implantieren, selbst wenn der Neigungswinkel θ und die Abmessung des Werkstückes 4 groß ist. Deshalb
kann die Verteilung einer Quantität von implantierten Dotiersubstanzen
auf der gesamten Oberfläche
des Werkstückes 4 gleichförmig ausgeführt werden.
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Um
das oben beschriebene Bestrahlungsverfahren optimal durchzuführen, ist
es erforderlich Ablenkspannungswellenformen für eine unbeschränkte Anzahl
von Positionen Zx auf der Z-Koordinatenachse,
die Z1 ≤ Zx ≤ Z3 erfüllen,
zu bestimmen. Dieses Verfahren erfordert jedoch viel Rechenzeit. Deshalb
ist dieses Verfahren für
die praktische Anwendung nicht geeignet. Folglich wird in einer
tatsächlichen
Ionen-Implantiervorrichtung
eines der folgenden Verfahren (1) oder (2) vorzugsweise durchgeführt.
- (1) Eine beschränkte Anzahl von Ablenkspannungswellenformen
zum Einstellen einer gewünschten
Strahlstromdichteverteilung in Bezug auf eine beschränkte Anzahl
von Positionen Zx auf der Z-Koordinatenachse,
die einen diskreten Abstand aufweisen, der geeignet ist für den Einsatz in
der Praxis, und das Ergebnis einer Ionen-Implantation nicht beeinträchtigt,
werden zunächst bestimmt
und dann angewendet, wobei sie in Echtzeit entsprechend der Position
Yx auf der Y-Koordinatenachse des Werkstückes 4 angepasst
werden. D. h. Ablenkspannungswellenformen der mehreren zuvor bestimmten
Ablenkspannungswellenformen, deren Positionen Zx auf
der Z-Koordinatenachse
mit der mit dem Ausdruck 3 berechneten Position Zx auf
der Z-Koordinatenachse übereinstimmen
oder deren Positionen Zx auf der Z-Koordinatenachse
der mit dem Ausdruck 3 berechneten Position Zx auf
der Z-Koordinatenachse am Nächsten
liegt, werden sukzessiv in Echtzeit ausgewählt. Das Werkstück 4 wird
bestrahlt, während
der Ionenstrahl 2 einer Abtastbewegung durch die ausgewählten Ablenkspannungswellenformen
unterworfen wird.
Gemäß dem obigen
Verfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl, ist es ausreichend eine
begrenzte Anzahl von Ablenkspannungswellenformen zu verwenden. Deshalb
kann die Bearbeitungszeit kurz sein und die Berechnung kann leicht
ausgeführt
werden, d. h. das obige Verfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl
kann einen großen
Vorteil für
die praktische Anwendung aufweisen.
- (2) In Bezug auf mehrere diskrete Positionen auf der Z-Koordinatenachse,
die sich in dem Werkstück 4 befindet,
werden z. B. zuvor Ablenkspannungswellenformen zum Einstellen gewünschter Strahlstromsdichteverteilungen
für die
oben bezeichneten Positionen Z1, Z2 und Z3 bestimmt.
Unterschiede zwischen diesen Wellenformen werden mittels der mit
dem Ausdruck 3 berechneten Position Zx auf
der Z-Koordinatenachse gewichtet. Dann werden sukzessiv die Ablenkspannungswellenformen
für die
Positionen Zx auf der Z-Koordinatenachse
berechnet. Während
der Abtastvorgang mit dem Ionenstrahl 2 mit den so berechneten
Ablenkspannungswellenformen ausgeführt wird wird das Werkstück 4 bestrahlt.
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Gemäß diesem
Bestrahlungsverfahren ist die Anzahl der zu verwendenden Ablenkspannungswellenformen
größer als
bei dem oben beschriebenen Verfahren (1). Jedoch entspricht die
Stromdichteverteilung des tatsächlich
eingestrahlten Ionenstrahles mehr der optimalen Verteilung als die
des unter Punkt (1) beschriebenen Verfahrens.
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In
dieser Ausführungsform
können
die Berechnung und die Anpassung der Ablenkspannungswellenformen,
die in den obigen Verfahren (1) und (2) beschrieben wurden durch
die Abtaststeuerungsschaltung 34 ausgeführt werden.
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2 ist eine perspektivische
Ansicht die eine weitere Ausführungsform
einer Ionenimplantiervorrichtung einer Bauart mit hybrider Abtastung
zeigt, in der das Verteilungsmessverfahren der vorliegenden Erfindung
eingesetzt wird. Unterschiede zur Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, werden im
Folgenden erklärt.
In dieser Ausführungsform
wird statt der zwei Faradayanordnungen 20, 30 eine
Faradayanordnung 30 verwendet. Diese Faradayanordnung 30 wird
in der Längsrichtung
entlang der Z-Achse bewegt, durch die Aktivität der Faradayantriebsachse 38 und
der Faradayantriebseinheit 40, wie durch den Pfeil E gezeigt.
An den Positionen Zf und Zb auf
der Z-Koordinatenachse werden die Stromdichteverteilungen S(X, Zf) und S(X, Zb) des
Ionenstrahles 2 jeweils gemessen.
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Demgemäß, genügt es eine
Faradayanordnung vorzusehen. Im Allgemeinen ist der Aufwand für die Faradayantriebseinheit 40 geringer
als der für eine
Faradayanordnung. Deshalb ist es möglich den Aufwand bei dieser
Ausführungsform
im Vergleich zu dem Fall in dem zwei Faradayanordnungen eingesetzt
werden, zu reduzieren. Ferner kann der Wartungsaufwand reduziert
werden, weil die Anzahl der Faradays von zwei auf eins verringert
ist. Außerdem kann
die Anzahl der Signalbearbeitungsschaltungen, die für die Faradayanordnungen
verwendet werden auf eins verringert werden. Entsprechend kann der Aufwand
weiter reduziert werden.
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In
der obigen Erläuterung
wird ein Ionenstrahl verwendet, der ein typisches Beispiel für einen Strahl
geladener Teilchen ist. Das oben beschriebene Verfahren zum Messen
von Verteilungen, das Verfahren zum Einstellen von Verteilungen
und das Verfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl kann nicht nur
für Ionenstrahlen
angewendet werden sondern auch für
Strahlen geladener Teilchen, die keine Ionen sind, zum Beispiel,
kann das oben beschriebene Verfahren zum Messen von Verteilungen,
das Verfahren zum Einstellen von Verteilungen und das Verfahren zum
Bestrahlen mit einem Strahl für
einen Elektronenstrahl angewendet werden.
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Da
die vorliegende Erfindung so wie oben beschrieben zusammengesetzt
ist können
folgende Ergebnisse erzielt werden.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Strahlsstromdichteverteilung
an einer beliebigen Position auf der Z-Koordinatenachse, die sich
in dem Werkstück
befindet durch die Messung der Stromdichteverteilung des ersten
und zweiten Strahles zu bestimmen. Demgemäß kann ein Verteilungszustand
der Strahlstromdichte auf einer Oberfläche des Werkstückes einschließlich eines
Bereiches in der Nähe
des Randebereiches in der Y-Richtung des Werkstückes exakt erfasst werden,
sogar wenn der Neigungswinkel und die Abmessung des Werkstückes groß sind.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Strahlstromdichteverteilung
an einer beliebigen Position auf der Z-Koordinatenachse, die sich
in dem Werkstück
befindet, frei einzustellen. Demgemäß ist es möglich einen gewünschten
Bereich des Werkstückes
mit einem Strahl geladener Teilchen mit einer gewünschten Verteilung
zu bestrahlen.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich ein Werkstück mit einem Strahl
geladener Teilchen, in Übereinstimmung
mit einer Position an der die geladenen Teilchen auf das Werkstück treffen,
zu bestrahlen, während
eine Ablenkung durch eine Ablenkspannungswellenform vorgenommen
wird, die geeignet ist eine gewünschte Strahlstromdichteverteilung
einzustellen. Folglich ist es möglich
einen gewünschten
Bereich eines Werkstückes
mit einem Strahl geladener Teilchen mit einer gewünschten
Verteilung zu bestrahlen, sogar wenn der Neigungswinkel und die
Abmessung des Werkstückes
groß sind.
Deshalb wird die Durchführung der
Berechnung einfach. Folglich kann dieses Verfahren effektiv in die
praktische Anwendung überführt werden.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht die Stromdichteverteilung
des tatsächlich
eingestrahlten Ionenstrahles bei diesem Verfahren mehr der idealen
Verteilung als beim Verfahren gemäß dem dritten Aspekt, wenngleich
die Anzahl der zu verwendenden Ablenkwellenformen größer ist
als die Anzahl der zu verwendenden Ablenkwellenformen gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung.