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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Ionenstrahls, die beispielsweise bei einem Ionenimplantiersystem zum
Implantieren von Ionen aus einem Ionenstrahltarget in Substrate,
wie Halbleiterwafer, verwendet wird.
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Ionenimplantierverfahren,
beispielsweise zum Modifizieren der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften
von Halbleitermaterialien, sind bei der Herstellung von integrierten
Schaltungsstrukturen in Halbleiterwafern bekannt. Solche Ionenimplantiervorrichtungen
haben gewöhnlich
eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahls, die eine Ionenquelle des
in dem Halbleiterwafer zu implantierenden Elements und eine Extraktionsanordnung
zum Extrahieren von Ionen aus der Quelle und zur Bildung eines Strahls
der extrahierten Ionen aufweist. Der so erzeugte Ionenstrahl wird
dann durch einen Masseanalysator und den Selektor zum Auswählen spezieller Ionenspezies
in dem Ionenstrahl zur Weiterübertragung
für die
Implantierung in dem Wafer oder Targetsubstrat geführt.
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Die
verwendeten Extraktionsanordnungen sind herkömmlicherweise Trioden-Extraktionsanordnungen,
die so genannt werden, weil sie eine Anordnung von drei Elektroden
haben. Eine Triodenanordnung erfordert die Ausführung einer mechanischen Einstellung
der Elektroden, um die Ionenquelle für einen maximalen Strom des
Strahls auf das Targetsubstrat zu optimieren oder "abzustimmen". Als Versuch zur
Vereinfachung dieses "Abstimm"-Vorgangs hat man
vorgeschlagen, eine Tetrodenanordnung zu verwenden, die vier Elektroden
hat. Eine solche Anordnung ist in einem Artikel "Strahlsteuerung in Tetrodenextraktionssystemen" (A. J. T. Holmes
und E. Thompson, veröffentlicht
vom American Institute of Physics, 1981) offenbart. Eine neuere
Tetrodenanordnung ist in WO99/23685 offenbart.
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Die
Tetrodenanordnung hat vier Elektroden, von denen jede wenigstens
eine Öffnung
hat, um den Durchgang des Ionenstrahls zu ermöglichen. Die erste Elektrode
ist eine Quellenelektrode, die insgesamt eine Wand der Ionenquelle
bildet und sich auf dem gleichen Potenzial wie die Ionenquelle befindet.
Die zweite Elektrode, die unmittelbar an die erste Elektrode angrenzt,
ist eine Extraktionselektrode, die auf ein Potenzial zum Herausziehen
von Ionen aus der Ionenquelle gesetzt ist. Die dritte Elektrode
ist eine Unterdrückerelektrode,
die so wirkt, dass sie verhindert, dass Elektroden in den Ionenstrahl
stromab von der Masse elektrode in die Ionenquelle gezogen werden. Die
vierte Elektrode stromab von der Unterdrückerelektrode ist eine Masseelektrode,
die das Eindringen von elektrischen Feldern zwischen der Masseelektrode
und der Ionenquelle in den Bereich stromab von der Masseelektrode
beschränkt.
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Der
Vorteil eines Tetrodenaufbaus besteht darin, dass das Potenzial
zwischen der Bogenkammer der Ionenquelle und der Extraktionselektrode
unabhängig
von dem Potenzial zwischen der Ionenquelle und der Masseelektrode
eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann die Energie des aus
der Extraktionsanordnung austretenden Ionenstrahls unabhängig von
dem Potenzial bestimmt werden, bei dem die Ionen anfänglich aus
der Bogenkammer extrahiert werden. Dies ermöglicht es, dass der Extraktionswirkungsgrad
der Ionenquelle optimiert und das "Abstimmen" der Ionenquelle für maximale Ströme des Strahls
vereinfacht wird.
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Obwohl
Tetrodenaufbauten diese Potenzialverbesserung anbieten, haben sie
bei der Ionenstrahlerzeugung keine breite Akzeptanz gefunden. Bis
heute wurde die Abstimmung der Tetrodenanordnung für eine spezielle
Strahlenergie dadurch erreicht, dass die Spannung an jeder Elektrode
variiert wird. Dies wirkt bei Strahlen mit mittlerer Energie zufrieden
stellend. Für
Hochenergiestrahlen neigt jedoch das große Potenzial zwischen der Extraktions- und Unterdrückerelektrode
dazu, dass ein Durchschlag zwischen diesen Elektroden verursacht
wird. Andererseits kann bei niedrigen Energien das Vorsehen der
vierten Elektrode kontraproduktiv sein, da die Gesamtlänge der
Anordnung vergrößert wird
und Raumladungs-Repulsionseffekte
eine nicht akzeptable Divergenz des Strahls mit einem daraus folgenden
Verlust des Strahlstroms an der Unterdrückerelektrode verursachen.
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Ein
Versuch, eine Bogenentladung bei höheren Strahlenergien zu unterbinden,
ist in dem Dokument "Dreistufiges
Beschleunigungssystem für Hochenergie-Implantiervorrichtung" (B. O. Petersen und
R. B. Liebert, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research
B6 (1985), S. 258–263)
offenbart. Bei diesem Versuch ist eine weitere Elektrode, die als
Beschleunigungselektrode bezeichnet wird, stromab von der Extraktionselektrode
positioniert, um ein Zwischenpotenzialniveau zwischen der zweiten
Elektrode und der Masseelektrode bereitzustellen. Dies ergibt ein
Pentodensystem, also ein System mit fünf Elektroden. Obwohl dies
günstig
hinsichtlich der Unterdrückung
einer Bogenentladung ist, wird unvermeidbar die Extraktionsanordnung
in die Länge gezogen,
wodurch das Problem der Ionenstrahlexpansion aufgrund der Raumladungsrepulsion
für Strahlen
mit niedriger Energie und hohem Strom verschlechtert wird. Diese
Anordnung ist deshalb in gleicher Weise nicht in der Lage, eine
Vorrichtung bereitzustellen, die das Erreichen von maximalen Strahlströmen über einem
weiten Energiebereich ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahls bereitgestellt, die
eine Ionenquelle zum Erzeugen von Ionen und eine Tetroden-Extraktionsanordnung
mit vier Elektroden zum Extrahieren und Beschleunigen von Ionen
aus der Ionenquelle aufweist, wobei die Extraktionsanordnung eine
Quellenelektrode auf dem Potenzial der Ionenquelle, eine Extraktionselektrode
angrenzend an die Quellenelektrode zum Extrahieren von Ionen aus
der Ionenquelle, eine Masseelektrode und eine Unterdrückerelektrode
zwischen der Extraktionselektrode und der Masseelektrode aufweist
und jede Elektrode eine Öffnung
hat, die den Durchgang des Ionenstrahls ermöglicht, wobei sich die Vorrichtung
dadurch auszeichnet, dass der Spalt zwischen der Extraktionselektrode
und der Unterdrückerelektrode
in der Richtung des Ionenstrahlverlaufs variabel ist.
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Bei
dieser Anordnung kann die Größe des Spalts
zwischen der Extraktionselektrode und der Unterdrückerelektrode
für Hochenergiestrahlen
vergrößert und
für Niederenergiestrahlen
verringert werden. Dadurch wird die Fähigkeit der Extraktionselektrode
und der Unterdrückerelektrode
verbessert, sich von dem elektrischen Feld entfernt zu halten, ohne dass
Bogenentladungen auftreten, so dass die Vorrichtung bei einem maximalen
Strahlstrom für
höhere Energiepegel
verwendet werden kann. Andererseits kann bei niedrigen Strahlenergien
der Spalt zwischen der Extraktionselektrode und der Unterdrückerelektrode
verringert werden, wodurch die Wirkung der Raumladungsrepulsion
verringert wird.
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Die
Erfindung stellt deshalb eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahls
bereit, die die maximalen Strahlströme erhöht, die über einem breiten Energiebereich
erhalten werden können
(gewöhnlich 0,5
bis 80 keV).
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Da
außerdem
die Änderung
des Spalts zwischen der Extraktionselektrode und der Unterdrückerelektrode
den Fokussiereffekt des elektrischen Felds ändert, ermöglicht die Erfindung eine bessere Steuerung
der Strahlform über
einen Bereich von Strahlenergien.
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Das
Extraktionsfeld zwischen der Extraktionselektrode und der Quellenelektrode
wird vorzugsweise dadurch gesteuert, dass nur die Spannung geändert wird.
Dies ermöglicht
eine Festlegung der Extraktionselektrode bezüglich der Quellenelektrode. Dies
ist ein wesentlicher Vorteil der Tetrode, da es für die Wiederholbarkeit
der Strahlabstimmung von Bedeutung ist, dass die Extraktionselektrode
und die Quellenelektrode präzise
ausgerichtet sind. Im Allgemeinen ist jede Elektrode unabhängig an
dem Vorrichtungsgehäuse über eine
ge eignete Büchse
angebracht, die das Entstehen von Abmessungstoleranzen zwischen
der Quellenelektrode und der Extraktionselektrode zulässt, was
eine präzise
Ausrichtung schwierig macht. Wenn die Extraktionselektrode direkt
an der Ionenquelle angebracht ist, kann die Ausrichtung zwischen
den beiden Elektroden viel genauer sein. Die Anbringung der Extraktionselektrode
an der Ionenquelle sollte über
Isolatoren erfolgen, die abgeschirmt und gekühlt sind, um eine Verunreinigung
der Isolatoroberfläche
zu verhindern, die einen elektrischen Überschlag verursachen kann.
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Die
Unterdrückerelektrode
und die Masseelektrode können
bezüglich
einander festgelegt werden, wofür
sie an einem gemeinsamen Aufbau angebracht werden können. Wenn
andererseits eine größere Flexibilität erforderlich
ist, können
die Unterdrückerelektrode
und die Masseelektrode so angebracht werden, dass sie unabhängig voneinander
bewegbar sind.
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Die Öffnung in
jeder Elektrode ist insgesamt ein langgestreckter Schlitz. Vorzugsweise
sind die Unterdrückerelektrode
und die Masseelektrode bezüglich
der Quellenelektrode und der Extraktionselektrode in eine seitliche
Richtung senkrecht zur Strahlrichtung und senkrecht zur Längsabmessung des
Schlitzes bewegbar. Dies ergibt eine zusätzliche Kontrolle für die Lenkung
des Strahls in die darauf folgenden Bauelemente der Vorrichtung.
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Dies
kann ferner dazu verwendet werden, alle Abweichungen des Strahls
zu kompensieren, die durch streuende Magnetfelder verursacht werden (insbesondere
aus dem Quellenmagneten oder aus dem Analysatormagneten), sowie
die Strahlseitenposition in den optimalen Bereich der Analysatormagnetpole
anzugleichen. Diese Bewegung ermöglicht es,
das Auftreffen des Strahls auf die Elektroden zu reduzieren, wodurch
höhere
Strahlströme
erreicht werden, und führt
auch zu einer besseren Steuerung der Strahlposition. Vorzugsweise
sind die Quellenelektrode und die Extraktionselektrode ortsfest,
während
die Unterdrückerelektrode
und die Masseelektrode seitlich bewegbar sind.
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Bei
dem langgestreckten Schlitz besteht die Neigung zu einer Raumladungsexpansion,
was dazu führt,
dass sich der Strahl in Richtung der Längserstreckung des Schlitzes
aufbläht.
Dies führt
zu einer erhöhten
Elektrodenbeaufschlagung und somit zu einem Verlust des Strahlstroms.
Zur Überwindung
dieses Problems ist vorzugsweise wenigstens eine der Elektroden
in der von der Ionenquelle abgewandten Ebene konkav, die die Richtung
des Strahlverlaufs und die Richtung enthält, in der sich der Schlitz
längs erstreckt.
Vorzugsweise ist die konkave Elektrode die Extraktionselektrode.
Diese Krümmung
fokussiert den Strahl nach unten, wenn er durch die Extraktionselektrode
hindurch und in den Analysatormagne ten geht. Der Grad der Krümmung ist
vorzugsweise so bemessen, dass er der Raumladungsexpansion des Strahls
in dieser Ebene entgegenwirkt. Zusätzlich zu der Extraktionselektrode
kann die Quellenelektrode konkav sein.
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Es
wird nun ein Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine
schematische Ansicht einer Ionenimplantiervorrichtung mit der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
schematische Draufsicht ist, die die Anordnung der Elektroden der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 eine
schematische Ansicht längs
der Linie III-III von 2 ist;
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4 eine
schematische Ansicht ist, die die Anbringung der Extraktionselektrode
besser als in 2 gezeigt darstellt;
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5 eine
isometrische Ansicht der Anbringung der Unterdrückungselektrode und der Masseelektrode
ist,
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6 ein
Schnitt längs
VI-VI von 7 ist; und
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7 ein
Schnitt durch die Ebene VII-VII von 5 ist.
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Gemäß 1 hat
eine Ionenimplantiervorrichtung eine Ionenstrahlquelle 10 mit
einer Extraktionsanordnung 11, die einen Ionenstrahl 12 durch
einen Ionenmassenselektor 13 zum Auftreffen auf einem Targetsubstrat 14 leitet,
das an einem Targetsubstrathalter 14A angebracht ist. Wie
der Fachmann auf diesem Gebiet weiß, sind die vorstehenden Elemente
der Ionenimplantiervorrichtung in einem Vakuumgehäuse aufgenommen,
von dem in 1 nur ein Teil 15 gezeigt
ist. Das Vakuumgehäuse
kann durch eine Vakuumpumpe 16 evakuiert werden.
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Die
Ionenquelle 10 kann jede bekannte Ionenquelle sein, beispielsweise
eine Freeman-Quelle oder eine Bernas-Quelle. Die Ionenquelle 10
hat eine Bogenkammer, der ein Vorrat von Atomen oder von Molekülen zugeführt wird,
die das Element enthalten, von dem Ionen in dem Targetsubstrat 14 implantiert werden
sollen. Die Moleküle
werden der Bogenkammer in Form von Gas oder Dampf, beispielsweise
aus einer Gasflasche 17, zugeführt.
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Die
Extraktionsanordnung 11 hat vier Elektroden, die unmittelbar
außerhalb
einer Frontfläche der
Bogenkammer der Ionenquelle 10 so angeordnet sind, dass
sie Ionen aus der Bogenkammer durch eine Auslassöffnung in der Frontfläche extrahieren.
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Der
in 1 gezeigte Massenselektor 13 hat einen
magnetischen Sektormassenanalysator 33, der in Verbindung
mit einem Massenselektierschlitz 34 arbeitet. Der magnetische
Analysator 33 hat einen Bereich mit einem gleichförmigen Magnetfeld
in der Richtung senkrecht zur Ebene des Papiers in 1. In
einem solchen Magnetfeld beschreiben alle Ionen mit konstanter Energie,
die das gleiche Verhältnis von
Masse zu Ladung haben, Kreisbahnen mit einem gleichförmigen Radius.
Der Krümmungsradius
der Bahn hängt
von dem Verhältnis
von Masse zu Ladung der Ionen ab, wenn eine gleichförmige Energie vorausgesetzt
wird.
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Bei
solchen magnetischen Sektoranalysatoren neigt bekanntlich die Geometrie
solcher Bahnen dazu, einen Konus von Ionenwegen, die von einem Ursprungsfokus
außerhalb
der Eintrittsöffnung
des Analysators 33 ausgehen, zurück zu einem Fokus jenseits
der Austrittsöffnung
des Analysators zu bringen. Wie in 1 dargestellt
ist, ist der Ursprungsfokus oder Ausgangspunkt des zentralen Strahls 30 ein Punkt
in der Nähe,
typischerweise gerade innerhalb der Auslassöffnung aus der Bogenkammer
der Ionenquelle 10. Der Strahl 30 wird zu einem
Fokus in der Ebene des Massenselektionsschlitzes 34 jenseits
der Austrittsöffnung
des Analysators gebracht.
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In 1 ist
der Strahl 30 so gezeichnet, dass nur Ionen mit einem einzigen
Verhältnis
Masse/Ladung gezeigt sind, so dass der Strahl zu einem einzigen
Fokus an der Öffnung
des Schlitzes 34 kommt und der Strahl von Ionen mit diesem
Verhältnis
von Masse/Ladung durch den Schlitz 34 zum Targetsubstrat 14 hin
hindurchgehen kann. In der Praxis enthält der von der Ionenquelle 10 emittierte
Strahl auch Ionen mit einem Verhältnis
von Masse/Ladung, das sich von dem für die Implantation in dem Substrat 14 unterscheidet,
wobei diese unerwünschten
Ionen durch den Analysator 33 zu einem Fokus an einer Stelle
in der Ebene des Schlitzes 34 auf jeder Seite der Position
des Schlitzes gebracht werden und deshalb daran gehindert werden,
sich weiter zu dem Substrat hin zu bewegen. Der Analysator 33 hat
somit eine Dispersionsebene in der Zeichenebene.
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In 2 und 3 sind
die Ionenquelle und die Extraktionsanordnung schematisch dargestellt. Die
Ionenquelle 20 hat eine Bogenkammer 20A, die an
dem Gehäuse 15 durch
Arme 43 gehalten ist, was deutlicher unter Bezug auf 2 beschrieben
ist. Eine Büchse 20B wirkt
als Isolator, um die Ionenquelle 20 gegenüber dem
restlichen Gehäuse 15 zu
isolieren. Die in der Bogenkammer 20A gebildeten Ionen
werden aus der Quelle 20 durch eine Austrittsöffnung 21 in
einer Frontfläche 22 der
Quelle extrahiert. Die Frontfläche 22 der
Ionenquelle 20 bildet eine erste mit Öffnung versehene Quellenelektrode
auf dem Potenzial der Ionenquelle, die einen Teil der Extraktionsanordnung 11 (1)
bildet. Der Rest der Extraktionsanordnung 11 ist in 2 durch
eine Extraktionselektrode 23, eine Unterdrückerelektrode 24 und eine
Masseelektrode 25, jeweils mit Öffnung, gezeigt. Jede der mit
einer Öffnung
versehenen Elektroden 23, 24 und 25 hat
eine einzelne elektrisch leitende Platte mit einer Öffnung durch
die Platte, damit der von der Ionenquelle austretende Ionenstrom
hindurchgehen kann. Jede Öffnung
hat die Form eines langgestreckten Schlitzes, wobei die Richtung
der Längserstreckung
senkrecht zur Ebene von 2 ist und in der Ebene von 3 liegt.
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Für einen
Strahl von positiven Ionen wird die Ionenquelle 20 durch
eine Spannungseinspeisung auf einer positiven Spannung bezüglich Masse
gehalten. Die Masseelektrode 25 beschränkt das Eindringen der elektrischen
Felder zwischen der Masseelektrode 25 und der Ionenelektrode 20 im
Bereich rechts (in 2) von der Elektrode 25.
Die Energie des Ionenstrahls, der aus der Extraktionsanordnung austritt,
wird durch die an die Ionenquelle angelegte Spannung bestimmt. Ein
typischer Wert für
diese Spannung ist 20 kV, was eine Energie des extrahierten Strahls
von 20 keV bereitstellt. Es können
jedoch auch Energien für
den extrahierten Strahl von 80 keV und mehr oder von 0,5 keV oder
weniger in Betracht gezogen werden. Das Erzielen von höheren oder niedrigeren
Spannungen hängt
vom Steigern oder Verringern der Quellenspannung ab.
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Die
Unterdrückerelektrode 24 ist
durch eine angelegte Spannung auf ein negatives Potenzial bezüglich Masse
vorgespannt. Die negativ vorgespannte Unterdrückerelektrode 24 wirkt
so, dass sie verhindert, dass Elektronen in dem Ionenstrahl stromab
von der Masseelektrode 25 (nach rechts in 2)
in den Extraktionsbereich und in die Ionenquelle gezogen werden.
Wie dem Fachmann bekannt ist, ist es wichtig, den Verlust an Elektronen
aus dem Ionenstrahl in elektrischen Feldbereichen von null zu minimieren, um
die Ionenstrahlneutralisierung aufrechtzuerhalten.
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Für einen
Strahl von positiven Ionen wird die Extraktionselektrode durch eine
angelegte Spannung auf einem Potenzial unter dem Potenzial der Ionenquelle
gehalten, um die Ionen aus der Ionenquelle zu extrahieren. Das Potenzial
der Extraktionselektrode 23 würde typisch unter dem Potenzial
der Unterdrückerelektrode 24 für einen
Niedrigenergiestrahl und über
dem Potenzial der Unterdrückerelektrode 24 für einen
Hochenergiestrahl liegen. Im ersteren Fall wird der Strahl zwischen
der Extraktionselektrode und der Unterdrückerelektrode verzögert, während er
im letzteren Fall hier beschleunigt wird.
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Die
Extraktionselektrode 23 und die Quellenelektrode 22 sind
in der Papierebene von 3 so gekrümmt, dass sie von der Quelle 20 wegweisend konkav
sind. Der Krümmungsgrad
reicht aus, um jede Divergenz des Strahls in der Richtung senkrecht zur
Papierebene von 2 zu unterdrücken.
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Die
Anbringung der Extraktionselektrode 23 ist im Einzelnen
in 4 gezeigt. Die Bogenkammer 20A ist von
einem Paar von Armen 40 an einer Kreisscheibe 41 in
einem Loch 42 gehalten, durch das die Extraktionselektrode 23 hindurchgeht.
Die Kreisscheibe 41 wird ihrerseits von zwei Armen 43 gehalten,
die an dem Gehäuse 15 befestigt
sind. Die Extraktionselektrode 23 wird von einem der Arme 43 durch
ein Paar von Isolatoren 44 gehalten. Ein Leiter 45,
der durch die Wand des Gehäuses 15 hindurch von
einem Isolator 46 gehalten wird, verbindet die Extraktionselektrode 23 mit
der Spannungszuführung
(nicht gezeigt). Man sieht, dass die Scheibe 41 eine Abschirmung
bildet, um zu verhindern, dass sich Verunreinigungen auf der Elektrodenhalterung
ablagern. Um die Elektrode und die Halterung zu kühlen, ist
ein Kühlmitteldurchgang
durch einen der Arme 43 um die Scheibe 41 herum
und zurück
zum anderen Arm 43 vorgesehen.
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Die
Unterdrückerelektrode 24 und
die Masseelektrode 25 sind, wie in 2 gezeigt,
so angebracht, dass sie in Strahlrichtung, die durch den Pfeil x
veranschaulicht ist, und in eine Lenkrichtung, was durch einen Pfeil
y veranschaulicht ist, beweglich sind.
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Die
Unterdrückerelektrode 24 ist
so angebracht, dass sie bezüglich
der Extraktionselektrode in der Verlaufsrichtung des Ionenstrahls 30 beweglich ist,
wie es durch den Pfeil x angezeigt ist. Die Vorrichtung kann so "abgestimmt" werden, dass der
Spalt zwischen der Extraktionselektrode und der Unterdrückerelektrode
umso größer ist,
je größer die
Strahlenergie ist. Die Masseelektrode 25 kann in der Richtung
y zusammen mit der Unterdrückerelektrode 24 oder
unabhängig
von ihr beweglich sein. Die Elektroden sind weiterhin so angebracht,
dass die Unterdrückerelektrode 24 und
die Masseelektrode 25 seitlich in Richtung des Pfeils y
relativ beweglich sind, nämlich
in der Zeichenebene und senkrecht zu der Ionenstrahlrichtung 26 bezüglich der
Extraktionselektrode 23 und der Quellenelektrode 21.
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Die
Einzelheiten der Anbringung der Unterdrückerelektrode 24 und
der Masseelektrode 25 sind in 5 bis 7 gezeigt.
Die verwendete Anordnung ist ähnlich
derjenigen, die in WO97/04474 offenbart ist.
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Gemäß 5 bis 7 halten
getrennte Betätigungsarme 50, 51 die
Elektroden 24, 25 (in 6 nicht
gezeigt) und sind jeweils quer über
die Vakuumkammerwand über
ein entsprechendes flexibles Kupplungselement, beispielsweise Balgen 52, 53, verbunden,
die es jedem Arm ermöglichen,
sich sowohl quer y als auch parallel x zum Kammerwandabschnitt 15 zu
bewegen. Jeder Balg 52, 53 hat eine zusammengerollte
zylindrische Wand, deren eines Ende mit einem entsprechenden Betätigungsarm 50, 51 über einen
Endteil 55 verbunden ist.
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In
dem Kammerwandabschnitt 54 sind zwei Öffnungen 56, 57 ausgebildet.
Eine der Öffnungen 56 hat
eine abgestufte Form, wobei die Bohrung mit dem größeren Durchmesser
an der Innenseite des Kammerwandabschnitts 15 ausgebildet
ist. In der Öffnung 56 ist
ein elektrisch isolierendes Element 60 angeordnet, das
eine insgesamt zylindrische Form und einen sich an seinem einen
Ende nach außen
erstreckenden Flansch 61 aufweist. Der sich nach außen erstreckende
Flansch 61 sitzt an der Schulter 62, die von der
abgestuften Öffnung 56 gebildet
wird, während sich
das isolierende Element 60 durch die Öffnung 56 über die äußere Fläche des
Kammerwandabschnitts 15 hinaus erstreckt. An der Innenfläche des Wandabschnitts 15 über wenigstens
einem Teil des sich nach außen
erstreckenden Flansches 61 ist eine Ringklemme 64 angeordnet
und in den Wandabschnitt 15 geschraubt, um das Isolierelement 60 an
Ort und Stelle zu halten. Zwischen den gegenüberliegenden Flächen des
Flansches 61 und des inneren Randes der abgestuften Öffnung 56 ist
ein O-Ring angeordnet und durch den Klemmring 64 in Kompression
gehalten, um eine Vakuumdichtung zwischen dem Wandabschnitt 15 und
dem Isolierelement 60 zu bilden.
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Nahe
dem äußeren Ende
des Isolierelements 60 ist ein sich nach innen erstreckender Flansch 67 gebildet,
der eine Öffnung
bildet, durch den hindurch der Balg 52 aufgenommen ist.
An dem Ende des Balgs 52, das am weitesten von dem Teil 55 entfernt
ist, an dem die Elektroden angebracht sind, ist ein sich nach außen erstreckender
Flansch 68 ausgebildet, der in dem elektrisch isolierenden Element 60 sitzt
und an dem sich nach innen erstreckenden Flansch 67 anliegt.
Zwischen diesen beiden Flanschen 67, 68 ist ein
O-Ring angeordnet, um eine Vakuumdichtung zwischen dem Balg 52 und
dem Isolierelement 60 zu bilden.
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Der
andere Balg 53 ist in der anderen Öffnung 57 des Kammerwandabschnitts 15 aufgenommen
und hat einen sich nach außen
erstreckenden Flansch 70, der an dem Ende ausgebildet ist,
das dem Endteil 55 gegenüberliegt, das mit dem Betätigungsarm 51 verbun den
ist. Der Balg 53 ist an der Außenseite des Kammerwandabschnitts 15 über einen
Distanzring 71 angebracht, der sandwichartig zwischen dem
Flansch 70 und dem Rand der Öffnung 57 sitzt, so
dass beide Balge 52, 53 mit gleichen Größen über die
Außenfläche des
Wandabschnitts 15 vorstehen. Zwischen dem Flansch 70 des
Balgs 53 und dem Distanzring 71 sowie zwischen
dem Distanzring 71 und dem Außenrand des Wandabschnitts 15 sind
O-Ringe angeordnet,
wodurch eine Vakuumdichtung zwischen diesen Verbindungsstellen gebildet
wird.
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Die
beiden Balge 52, 53 bestehen aus einem elektrisch
leitenden Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, und sind
elektrisch leitend mit einer entsprechenden Elektrode 24, 25 verbunden.
Diese Ausführungsform
ist so angeordnet, dass die Masseelektrode 25 permanent
auf Massepotenzial gehalten wird, wobei der leitende Weg zwischen
der Elektrode 25 und der Masse durch den Balg 53,
den Distanzring 71 und den Kammerwandabschnitt 15 gebildet
wird, die alle elektrisch leitende Materialien aufweisen. Hochspannungen
werden nur an die Unterdrückerelektrode 24 angelegt,
so dass nur ein elektrisch isolierendes Element 60 erforderlich
ist.
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Bei
dieser Anordnung bildet ein Teil der Außenfläche des Isolierelements 60 einen
Teil der Außenfläche der
Kammerwand. Deshalb wird im Einsatz diese Fläche natürlich durch die Luft gekühlt, die sie
umgibt und die in der Nähe
der Kammerwand strömt,
wobei auf das Isolierelement 60 von den Ionenquellengasen übertragene
Wärme durch
das Isolierelement von der Oberfläche in der Kammer zu der Luft
außerhalb
der Kammer geführt
wird. Auf diese Weise wird die Oberfläche des Isolierelements innerhalb
der Kammer gekühlt
mit dem Ergebnis, dass die Kondensationsrate von Abscheidungen auf
der Oberfläche
des Isolators wesentlich reduziert ist.
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Die
Positionierung der Elektroden wird von einer Betätigungsanordnung 77 gesteuert.
Diese hat einen Halteaufbau 78, der auf Halteblöcken 79 angebracht
ist, die an dem Kammerwandabschnitt 15 befestigt sind.
Der Halteaufbau 78 ist an den Halteblöcken 79 über Rollengleitstücke 80 gleitend
verschiebbar so angebracht, dass sich der Halteaufbau frei in eine
Richtung senkrecht zu der Zeichenebene von 6 bewegen
kann, wodurch sich die Elektroden 24, 25 zu der
Ionenquelle hin- und von ihr wegbewegen können. Der Halteaufbau 78 hat
ein Paar von quer beabstandeten Lagerblöcken 81, die jeweils einen
Betätigungsarm 50, 51 aufnehmen
und halten und die es jedem Arm ermöglichen, sich quer zum Kammerwandabschnitt 15 zu
bewegen, um eine Querbewegung der Elektroden 24, 25 über die
Austrittsöffnung 21 zu
ermöglichen.
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An
dem Ende eines jeden Betätigungsarms 50, 51 ist
ein Gewindeschaft 82 ausgebildet. Auf jeden Gewindeschaft
ist eine komplementäre
Mutter 83 geschraubt und greift an einem Drucklager 84 an, das
in einer Aussparung sitzt, die in dem Ende eines jeden Lagerblocks 81 so
ausgebildet ist, dass sich jede Mutter 83 frei drehen kann,
ihre axiale Position jedoch festgelegt ist. Am Ende einer jeden
Mutter ist ein Zahnrad 85 angebracht, die beide von einem Elektromotor
angetrieben werden. Durch Drehen der Mutter 83 werden somit
die Betätigungsarme 50 und 51 axial
längs des
entsprechenden Lagerblocks 81 angetrieben, wodurch die
Elektroden 24, 25 veranlasst werden, sich bezüglich der
Ionenquelle quer zu bewegen.
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Zur
Bewegung der Elektroden 24, 25 unabhängig von
ihrer Querbewegung zu der Ionenquelle hin und von ihr weg ist ein
weitere Antriebsmechanismus vorgesehen. Auf dem Betätigungshalteaufbau 78 ist
eine Kugelmutter 88 angebracht, die einen mit Gewinde versehenen
Kugelschaft 89 aufnimmt, der drehbar in einem Halter 90 gehalten
ist, der an dem Vakuumkammer-Seitenwandabschnitt 15 befestigt ist.
Die Kugelmutter 88 wird von einem Motor 83 gedreht,
der die Kugelmutter axial längs
des Schafts 89 vortreibt, wodurch der Betätigungshalteaufbau 78 und
die Elektroden 24, 25 dazu gebracht werden, sich
in der Richtung "x" parallel zu dem
Seitenwandabschnitt 15 der Vakuumkammer zu bewegen.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird die Trennung zwischen den Elektroden 24, 25 durch
die festgelegte Beziehung zwischen den Betätigungsarm-Lagerblöcken 81 in
dem Betätigungshalteaufbau 78 festgelegt.
Bei einer anderen Ausgestaltung kann die Betätigungseinrichtung so angeordnet
werden, dass die Betätigungsarme
in eine Richtung quer zu ihrer Längsachse
unabhängig
voneinander so bewegt werden können,
dass die Trennung zwischen den Extraktionselektroden zusätzlich zu
ihrem Abstand von der Ionenquelle variiert werden kann. Bei einer
anderen Ausgestaltung ist es möglich,
dass sich die Trennung zwischen den Elektroden ändern kann, indem der Lagerblock 81,
der einem der Betätigungsarme 50, 51 zugeordnet
ist, an einem weiteren Rollengleitstück oder einem anderen geeigneten Lager
angebracht wird, welches es dem Lagerblock ermöglicht, sich in die Richtung
parallel zu dem Vakuumkammer-Seitenwandabschnitt 15 zu
bewegen, d.h. senkrecht zur Zeichenebene von 6.
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Bei
der in 5 bis 7 gezeigten Ausführungsform
ist der Antriebsmechanismus, der für den Antrieb der Betätigungsarme
quer zur Ionenquelle verantwortlich ist, so angeordnet, dass er
beide Betätigungsarme
zusammen über
die Lagerblöcke
antreibt, als ob die Betätigungsarme 50, 57 starr
verbunden wären.
Bei einer anderen Ausgestaltung kann jeder Betätigungsarm unabhängig in
eine Richtung quer zur Ionenquelle so antreiben, dass die Position der
Extraktionselektroden bezüglich
einander in Querrichtung geändert
werden kann. Diese Anordnung würde
es ermöglichen,
dass die Ausrichtung zwischen den Öffnungen, die in den Extraktionselektroden
ausgebildet sind, variiert werden, um den Austrittswinkel des Ionenstrahls
steuern zu können.
Dies würde
es beispielsweise dem Benutzer erlauben, jede Versetzung im Strahllinienwinkel
zu kompensieren, die von dem Ionenquellenmagneten verursacht wird.
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Wie
vorstehend erwähnt,
ist die in den 5 bis 7 gezeigte
Ausführungsform
so ausgelegt, dass eine hohe Spannung an nur eine der Extraktionselektroden
angelegt werden kann. Vorteilhafterweise bildet der Betätigungsarm 50 einen
elektrisch leitenden Weg zu der Unterdrückerelektrode 24,
was die Notwendigkeit für
eine gesonderte Hochspannungsleitung innerhalb der Vakuumkammer
entfallen lässt.
An dem Kammerwandabschnitt 15 ist eine Hochspannungsquelle
angebracht, während
ein geeigneter elektrischer Leiter von der Hochspannungsquelle an
den Betätigungsarm 50 über eine Öffnung angeschlossen
ist, die in dem Lagerblock 81 ausgebildet ist. Die Verbindungsstelle
ist durch das Loch 94 aufgezeigt, die in dem in 6 gezeigten
Betätigungsarm 50 ausgebildet
ist, das eine Schraube aufnimmt, um den Leiter an dem Betätigungsarm 50 anzuklemmen.