DE69934740T2

DE69934740T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Ladungsneutralizierungsvorgangs

Info

Publication number: DE69934740T2
Application number: DE69934740T
Authority: DE
Inventors: Michael Edward Manchester Mack; Michael Woburn Pharand; Paul Edward Chelmsford Lustiber; David Jonathan Melrose Fish
Original assignee: Axcelis Technologies Inc
Current assignee: Axcelis Technologies Inc
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2019-06-04
Also published as: JP4392562B2; DE69934740D1; EP0966020B1; CN1165981C; JP2000054126A; CN1241022A; EP0966020A3; KR100448327B1; US5959305A; KR20000006213A; EP0966020A2; TW423019B

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Ionenimplantation. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Neutralisation einer Ladung zur Ionenimplantation.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ionenimplanter werden benutzt, um eine Werkstück mit einem Ionenstrahl zu behandeln. Ionenimplanter können zum Beispiel benutzt werden, um Siliziumwafer nach Wunsch mit einer bestimmten Art von Ionen zu impfen oder zu dotieren, um extrinsische n-Typ- oder p-Typ-Materialien für die Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen zu produzieren.
Typische Ionenimplanter umfassen eine Ionenquelle zum Erzeugen von positiv geladenen Ionen von ionisierbarem Materialien und eine strahlenbildende und formende Struktur, um die erzeugten Ionen in einen Strahl auszubilden und um die Ionen entlang eines vorbestimmten Pfads für eine Implantation in einen oder mehrere Wafer an einer Implantationsstation zu beschleunigen. Wenn der Ionenstrahl auf den Wafer auftrifft, erhält der Wafer allerdings eine rein positive Ladung. Eine solche Aufladung ist oftmals ungleichmäßig und kann große elektrische Felder an der Oberfläche des Wafers erzeugen, was den Wafer möglicherweise beschädigen kann. Wafer, die Oxidschichten enthalten, können zum Beispiel eine dielektrische Störung erfahren, wenn das Aufladen des Wafers auftritt.
Um Wafer vor einer Beschädigung auf diese Weise zu schützen, umfassen typische Implanter ein Elektronenschauer- oder Elektronenflusssystem, um Elektronen mit niedriger Energie in die Nähe des Ionenstrahls einzuführen, um den positiv geladenen Ionenstrahl und die Waferoberfläche zu neutralisieren. In einem Plasmaelektronenfluss (PEF)-System zum Beispiel wird ein Glühfaden erhitzt, um Thermoelektronen innerhalb einer Lichtbogenkammer zu emittieren, die eine positive Vorspannung in Bezug auf den Glühfaden aufweist. Die Thermoelektronen reagieren mit einem geeigneten Gas, das zu der Lichtbogenkammer gefördert wird, um ein Plasma zu produzieren, das neutralisierende Elektronen umfasst, die in die Nähe des Ionenstrahls durch eine Ablassdüse in der Lichtbogenkammer eingeführt werden können.
Der fortschreitende Trend zu dünneren Gatteroxiden erfordert eine relativ strenge Kontrolle der Ladungsneutralisation, um die Isolationsbeanspruchung des Gatteroxids während der Ionenimplantation zu kontrollieren. Da der Ladungsneutralisationsvorgang, der durch ein PEF-System durchgeführt wird, von einer Anzahl von Faktoren abhängt, wie zum Beispiel Glühfadenstrom, Glühfadenzustand, Lichtbogenstrom, Lichtbogenkammerzustand, Gasreinheit, Gasfluss, richtige Anordnung des PEF-Systems usw. abhängt, sollte der Betrieb des PEF-Systems überwacht werden, um bei der Kontrolle der Ladungsneutralisation für relativ ladungsempfindliche Bauteile zu unterstützen. US-A-5,126,576 offenbart ein Verfahren und eine Apparatur zur Überwachung der Ladung, die an einen Wafer angelegt wird, und zur Kontrolle eines Elektronenflussgeräts gemäß der beobachteten Ladung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren und eine Apparatur überwachen einen Ladungsneutralisationsvorgang in einem Ionenimplantationssytem, das einen Ionenstrahl erzeugt, um ein oder mehrere Werkstücke zu behandeln, wie in den Ansprüchen 1 beziehungsweise 10 dargelegt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird durch Beispiel erläutert und nicht durch Einschränkung auf die Figur in der begleitenden Zeichnung, in welcher:
die einzige Figur, für eine Ausführungsform, ein schematisches Diagramm eines Ionenimplantationssytems, das eine Ladungsneutralisationsüberwachungsvorrichtung umfasst, darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Ladungsneutralisationsüberwachungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung überwacht den Betrieb eines Ladungsneutralisationssystems für ein Ionenimplantationssystem.
IONENIMPLANTATIONSSYSTEM
Die einzige Figur erläutert, für eine Ausführungsform, ein Schaltbild eines Ionenimplantationssystems 100 zur Behandlung von einem oder mehreren Wafern 132 mit einem Ionenstrahl 102. Wie in der einzigen Figur dargestellt wird, umfasst das Ionenimplantationssystem 100 eine Ionenstrahlquelle 110 zur Erzeugung des Ionenstrahls 102, ein Ladungsneutralisationssystem 120 zur Einführung neutralisierender Elektronen in die Nähe des Ionenstrahls 102 und eine Ionenimplantationsstation 130, wo ein oder mehrere Wafer 132 mit dem Ionenstrahl 102 behandelt werden. Obwohl beschrieben wird, dass ein oder mehrere Wafer 132 behandelt werden, kann das Ionenimplantationssystem 100 für die Behandlung anderer geeigneter Werkstücke benutzt werden.
Die Ionenstrahlquelle 110 kann jede geeignete Ausrüstung zur Erzeugung des Ionenstrahls 102 in jeder geeigneten Weise umfassen. Für eine Ausführungsform umfasst die Ionenstrahlquelle 110 eine Ionenquelle zur Erzeugung positiv geladener Ionen von ionisierbaren Quellenmaterialien und eine strahlenbildende und formende Struktur zum Ausbilden der erzeugten Ionen in den Ionenstrahl 102 und zum Beschleunigen der Ionen von Ionenstrahl 102 entlang eines entleerten Pfads durch das Ladungsneutralisationssystem 120 zu der Implantationsstation 130.
Die Ionenstrahlquelle 110 kann zum Beispiel eine Plasmakammer umfassen, in welcher Energie an geeignete Quellenmaterialien, die in die Plasmakammer injiziert werden, angelegt wird, um positiv geladene Ionen zu erzeugen. Die Ionen können durch einen Schlitz in der Plasmakammer abgeführt werden und in Richtung eines Massenanalysators beschleunigt werden, der Elektroden benutzt, um den Ionenstrahl 102 zu bilden. Der Massenanalysator veranlasst die die Ionen des Ionenstrahls 102 sich in einer kurvenförmigen Bahn zu bewegen, derart, dass nur Ionen einer geeigneten Atommasse im Ionenstrahl 102 bleiben. Die Ionenstrahlquelle 110 kann ebenfalls eine Quadrupolanordnung umfassen, um die Höhe des Ionenstrahls 102 einzustellen und auch eine Faraday-Weiche, die in den Ionenpfad des Ionenstrahl 102 eingeschwenkt wird, um zum Beispiel die Charakteristiken des Ionenstrahls 102 zu messen und die während der Behandlung von einem oder mehrerer Wafer 132 vom Pfad des Ionenstrahls 102 zurückgezogen werden kann.
Das Ladungsneutralisationssystem 120 führt neutralisierende Elektronen in die Nähe des Ionenstrahls 102 ein, um zu verhindern, dass ein oder mehrere Wafer 132 durch den Ionenstrahl 102 an der Implantationsstation 130 geladen werden.
Die Implantationsstation 130 nimmt einen oder mehrere Wafer 132 für die Behandlung durch den Ionenstrahl 102 auf. Die Implantationsstation 130 kann einen oder mehrere Wafer 132 in jeder geeigneten Weise für die Behandlung aufnehmen. Wie in der einzigen Figur dargestellt wird, umfasst die Implantationsstation 130 für eine Ausführungsform eine Aufnahme 134, die zur Rotation um eine Achse montiert ist. Die Aufnahme 134 nimmt mehrere Wafer 132 um ihre äußere Peripherie herum auf und wird durch einen Motor gedreht, um die Wafer 132 entlang eines runden Pfads zu bewegen, der den Ionenstrahl 102 derart kreuzt, dass der Ionenstrahl 102 auf die Wafer 132 einwirkt, wenn sie durch den Ionenstrahl 102 laufen.
Geeignete Ausrüstungen zum Erzeugen und Transportieren eines Ionenstrahls durch ein Ladungsneutralisationssystems zu einer Implantationsstation werden zum Beispiel in den US-Patentschriften 5,164,599, ausgestellt an Benveniste, US-Patentschrift 5,531,420, ausgestellt an Benveniste, US-Patentschrift 5,633,506, ausgestellt an Blake, US-Patentschrift 5,691,537, ausgestellt an Chen et al. und US-Patentschrift 5,703,375, ausgestellt an Chen et al. offenbart.
LADUNGSNEUTRALISATIONSSYSTEM
Das Ladungsneutralisationssystem 120 umfasst einen Durchgangskörper 220 für Elektronenschauer, der einen internen Bereich 222 festlegt, durch den der Ionenstrahl 102 von der Ionenstrahlquelle 110 bis zur Implantationsstation 130 hindurchgeht, wie in der einzigen Figur dargestellt wird. Das Ladungsneutralisationssystem 120 führt neutralisierende Elektronen in den internen Bereich 222 des Durchgangskörpers 220 und demzufolge in die Nähe des Ionenstrahls 102 ein, um zu vermeiden, dass ein oder mehrere Wafer 132 durch den Ionenstrahl 102 an der Implantationsstation 130 geladen werden.
Das Ladungsneutralisationssystem 120 kann für eine Ausführungsform ebenfalls ein Teil 210, das eine Blendenöffnung festlegt, durch welche der Ionenstrahl 102 dem Durchgangskörper 220 vorgeschaltet durchgeht, umfassen. Das Teil 210, das die Blendenöffnung festlegt, wird negativ vorgespannt durch ein vorgespanntes Netzanschlussgerät 212 mit Stromblende, um zu vermeiden, dass der Ionenstrahl 102 aufgeweitet wird, wie zum Beispiel in der US-Patentschrift 5,691,537 von Chen et al. erläutert wird. Das vorgespannte Netzanschlussgerät 212 mit Stromblende kann jede geeignete Spannung, wie zum Beispiel ungefähr –2,5 Kilovolt, an das Teil 210, das die Blendenöffnung festlegt, anlegen.
Wie in der einzigen Figur dargestellt wird, umfasst das Ladungsneutralisationssystem 120 für eine Ausführungsform ein Plasmaelektronenfluss (PEF)-System, in welchem ein Glühfaden 232 auf thermionische Temperaturen durch eine Glühfadenstromversorgung 242 erwärmt wird, um Thermoelektronen innerhalb einer Lichtbogenkammer 234 zu emittieren, die mit einer positiven elektrischen Spannung relativ zu dem Glühfaden 232 durch eine Lichtbogenspannungsversorgung 244 vorgespannt sind. Die Thermoelektronen reagieren mit einem geeigneten Gas innerhalb der Lichtbogenkammer 234, um ein Plasma 202 zu produzieren, das neutralisierende Elektronen umfasst. Das Plasma 202, das in der Lichtbogenkammer 234 produziert wird, wird in einen internen Bereich 222 durch eine Ablassdüse 233 in der Lichtbogenkammer 234 eingeführt.
Der Durchgangskörper 220 kann aus jedem geeigneten leitfähigen Material gebildet werden und ist für eine Ausführungsform aus Aluminium mit einem Graphitbelag im internen Bereich 222 gebildet. Der Durchgangskörper 220 kann jede geeignete Form aufweisen und ist für eine Ausführungsform von rohrförmiger oder zylindrischer Gestalt. Der Durchgangskörper 220 umhüllt für eine Ausführungsform den Ionenstrahl 102 gänzlich, kann jedoch für andere Ausführungsformen nur einen Teil des Ionenstrahls 102 umhüllen.
Die Lichtbogenkammer 234 kann relativ zum Durchgangskörper 220 in jeder geeigneten Weise angebracht werden, derart, dass das in der Lichtbogenkammer 234 produzierte Plasma 202 durch die Ablassdüse 233 in den internen Bereich 222 des Durchgangskörpers 220 geleitet wird. Die Lichtbogenkammer 234 kann aus jedem geeigneten leitfähigen Material, wie zum Beispiel Molybdän, gebildet werden. Die Lichtbogenkammer 234 umfasst einen Basisisolator 236, der jedes geeignete Material umfassen kann, wie zum Beispiel Bornitrid.
Wie in der einzigen Figur dargestellt wird, wird die Lichtbogenkammer 234 für eine Ausführungsform durch eine gekühlte Aufnahme 262 (teilweise in der einzigen Figur dargestellt) unterstützt und ist innerhalb einer Seitenwand des Durchgangskörpers 220 befestigt, derart, dass die Lichtbogenkammer 234 elektrisch von der Seitenwand des Durchgangskörpers 220 durch einen leeren Bereich 235 um die Lichtbogenkammer 234 herum isoliert ist. Die gekühlte Aufnahme 262 hilft ebenfalls den Durchgangskörper 220 zu unterstützen. Die gekühlte Aufnahme 262 umfasst ein leitfähiges Material und ist elektrisch mit der Lichtbogenkammer 234 verbunden, ist jedoch elektrisch vom Durchgangskörper 220 durch einen Isolierblock 264 isoliert.
Gas kann zur Lichtbogenkammer 234 für eine Ausführungsform von einer Gasversorgung 252 durch den Basisisolator 236 geleitet werden, wie in der einzigen Figur dargestellt wird. Das Gas kann zum Beispiel Argon oder Xenon umfassen und der Gasfluss in die Lichtbogenkammer 234 kann durch einen Mengendurchflussregler (MFC) 254 reguliert werden. Gas kann an die Lichtbogenkammer 234 bei jeder geeigneten Durchflussrate geliefert werden, wie zum Beispiel im Bereich von ungefähr 0,2 sccm bis ungefähr 0,8 sccm für Xenon und zum Beispiel im Bereich von ungefähr 1,5 sccm bis ungefähr 3 sccm für Argon.
Der Glühfaden 232 ist für eine Ausführungsform innerhalb der Lichtbogenkammer 234 durch den Basisisolator 236 hindurch befestigt, wie in der einzigen Figur dargestellt wird. Der Glühfaden kann jede Form aufweisen und kann aus jedem geeigneten Material gebildet werden, wie zum Beispiel aus Wolfram. Die Glühfadenstromversorgung 242 kann jeden geeigneten Strom durch den Glühfaden 232 induzieren, wie zum Beispiel im Bereich von ungefähr 150 Ampere bis ungefähr 200 Ampere. Die Glühfadenstromversorgung 242 kann für eine Ausführungsform abgestimmt werden, um eine variable Spannung bis zu ungefähr 5 Volt über den Glühfaden 232 anzulegen.
Für eine Ausführungsform ist der Glühfaden 232 geformt, um zum Beispiel eine im Durchmesser von ungefähr 2,3 mm im Allgemeinen runde Form zu bilden. Das thermionische Erwärmen des Glühfadens 232 mit Stromstärken im Bereich von zum Beispiel ungefähr 160 Ampere bis ungefähr 180 Ampere stellt ein eingrenzendes Magnetfeld von zum Beispiel ungefähr 400 Gauss für das Plasma 202 innerhalb der Lichtbogenkammer 234 bereit. Die Form des Glühfadens 232 für eine Ausführungsform ist derart, dass sich das Magnetfeld innerhalb der Lichtbogenkammer 234 relativ schnell auf zum Beispiel weniger als ungefähr 10 Gauss in Richtung der Ablassdüse 233 abbaut.
Die Lichtbogenspannungsversorgung 244 kann eine variable Spannung im Bereich von zum Beispiel ungefähr 0 Volt bis ungefähr 48 Volt an die Lichtbogenkammer 234 relativ zum Glühfaden 232 anlegen und kann einen Strom im Bereich von zum Beispiel ungefähr 0,1 Ampere bis ungefähr 4 Ampere durch die Lichtbogenkammer 234 induzieren. Die Lichtbogenspannungsversorgung 244 kann für eine Ausführungsform die Lichtbogenkammer 234 relativ zu dem Glühfaden 232 mit ungefähr 23 Volt vorspannen. Die Lichtbogenspannungsversorgung 244 kann elektrisch mit Lichtbogenkammer 234 in jeder geeigneten Weise verbunden sein, wie zum Beispiel durch die gekühlte Aufnahme 262, wie in der einzigen Figur dargestellt wird.
Der Glühfaden 232 und die Lichtbogenkammer 234 sind beide geerdet oder durch eine Vorspannungsversorgung 246 negativ vorgespannt. Die Vorspannungsversorgung 246 kann eine variable Spannung im Bereich von zum Beispiel ungefähr 0 Volt bis ungefähr –6 Volt an sowohl den Glühfaden 232 als auch die Lichtbogenkammer 234 anlegen.
Der Durchgangskörper 220 ist elektrisch mit der Lichtbogenkammer 234 während der Ionenimplantation verbunden und ist deshalb ebenfalls geerdet oder durch die Vorspannungsversorgung 246 negativ vorgespannt. Der Durchgangskörper 220 kann für eine Ausführungsform negativ vorgespannt sein, um Elektronen innerhalb des Durchgangskörpers 220 zurückzuhalten.
LADUNGSNEUTRALISATIONSÜBERWACHUNGSVORRICHTUNG
Die Leistungsfähigkeit des Ladungsneutralisationssystems 120 hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie zum Beispiel der Strommenge, die durch den Glühfaden 232 fließt, dem Zustand des Glühfadens 232, der Reinheit des Gases, das an die Lichtbogenkammer 234 geliefert wird, dem Durchfluss des Gases zur Lichtbogenkammer 234, dem Zustand der Ablassdüse 233, der Weise, in der das Ladungsneutralisationssystem 120 zusammengebaut wurde, usw.. Obwohl der Strom, der durch die Lichtbogenkammer 234 fließt überwacht werden kann, um den Strom, der durch den Glühfaden 232 fließt zu kontrollieren und folglich den Strom der ladungsneutralisierenden Elektronen im internen Bereich 222 des Durchgangskörpers 220 zu kontrollieren, kann die Strommenge, die durch die Lichtbogenkammer 234 fließt, den Verlust von Plasmaelektronen aufgrund von zum Beispiel Verunreinigungen in dem Gas, das zu der Lichtbogenkammer 234 geliefert wird, jedem Gasleck und übermäßigem oder unpassendem Gasdurchfluss zu der Lichtbogenkammer 234, unsachgemäßem Zusammenbau der Ladungsneutralisationssystems 120 und/oder Ablagerungen auf den Isolatoren in der Lichtbogenkammer, nicht aufzeigen.
Das Ladungsneutralisationssystem 120 umfasst eine Ladungsneutralisationsüberwachungsvorrichtung 300, um den vorhandenen neutralisierenden Elektronenstrom, der durch das Ladungsneutralisationssystem 120 produziert werden kann, zu überwachen. Vor dem Ausführen eines Ionenimplantationsvorgangs überwacht die Überwachungsvorrichtung 300 den vorhandenen neutralisierenden Elektronenstrom durch das Anlegen einer geeigneten Spannung an den Durchgangskörper 220, während der Durchgangskörper 220 elektrisch von der Lichtbogenkammer 234 isoliert ist. Während das Ladungsneutralisationssystem 120 Plasma 202 produziert, sammeln die Seitenwände des Durchgangskörpers 220 Elektronen von dem Plasma 202. Die Überwachungsvorrichtung 300 kann dann die Fähigkeit des Ladungsneutralisationssystems 120, neutralisierende Elektronen zu produzieren überwachen, indem der Strom, der durch den Durchgangskörper 220 fließt, überwacht wird. Die Überwachungsvorrichtung 300 kann jede geeignete Kreislaufschaltung zur Überwachung des Ladungsneutralisationssystems 120 umfassen.
Um eine Ionenimplantation auszuführen, versetzt die Überwachungsvorrichtung 300 in einer Ausführungsform das Ladungsneutralisationssystem 120 in einen Betriebszustand, indem ein Stromleiter 302, der elektrisch mit dem Durchgangskörper 220 verbunden ist, mit der Lichtbogenkammer 234 durch einen Schalter 322 elektrisch verbunden wird und ebenfalls indem sowohl die Glühfadenstromversorgung 242 als auch die Lichtbogenspannungsversorgung 244 elektrisch mit der Vorspannungsversorgung 246 durch einen Schalter 324 verbunden wird. Die Überwachungsvorrichtung 300 verbindet den Durchgangskörper 220 während der Ionenimplantation elektrisch mit der Lichtbogenkammer 234, um die mögliche Kontrolle des Ionenstrahls 102 aufrecht zu erhalten.
Um den vorhandenen neutralisierenden Elektronenstrom, der durch das Ladungsneutralisationssystem 120 produziert wird, zu überwachen, versetzt die Überwachungsvorrichtung 300 für eine Ausführungsform das Ladungsneutralisationssystem 120 in einen Testzustand, indem der Durchgangskörper 220 elektrisch von der Lichtbogenkammer 234 isoliert wird und indem Durchgangskörper 220 elektrisch über einen Stromleiter 302 mit einer Testspannungsversorgung 332 mit dem Schalter 322 verbunden wird. Die Testspannungsversorgung 332 kann jede geeignete Spannung, zum Beispiel im Bereich von ungefähr 0 Volt bis ungefähr 20, anlegen. Die Testspannungsversorgung 332 legt für eine Ausführungsform ungefähr 5 Volt an den Durchgangskörper 220 an. Die Überwachungsvorrichtung 300 erdet ebenfalls die Lichtbogenkammer 234 elektrisch mit dem Schalter 324.
Für eine Ausführungsform überwacht die Überwachungsvorrichtung 300 den Strom, der durch den Durchgangskörper 220 fließt, wobei sich der Ionenstrahl 102 nicht im internen Bereich 222 des Durchgangskörpers 220 befindet. Die Überwachungsvorrichtung 300 kann angeordnet sein, um die Ionenstrahlquelle 110 abzuschalten oder um den Ionenstrahl 102 zu blockieren, indem zum Beispiel eine geeignete Faraday-Weiche benutzt wird, die dem Ladungsneutralisationssystem 120 vorgelagert ist, sodass sich der Ionenstrahl 102 nicht im internen Bereich 222 des Durchgangskörpers 220 befindet, während sich das Ladungsneutralisationssystem 120 im Testzustand befindet. Während das Ladungsneutralisationssystem 120 Plasma 202 im Testzustand produziert, während sich der Ionenstrahl 102 nicht in dem internen Bereich 222 befindet, simuliert der Durchgangskörper 220 das Vorhandensein des Ionenstrahls 102 und sammelt Elektronen vom Plasma 202. Alternativ kann die Überwachungsvorrichtung 300 den Strom überwachen, der durch den Durchgangskörper 220 fließt, wenn sich der Ionenstrahl 102 im internen Bereich 222 des Durchgangskörpers 220 befindet. Die Ergebnisse können allerdings leichter interpretiert werden, wenn sich der Ionenstrahl 102 nicht im internen Bereich 222 befindet.
Die Überwachungsvorrichtung 300 kann für eine Ausführungsform ebenfalls die Spannung überprüfen, die an den Durchgangskörper 220 angelegt ist, indem der Spannungspegel an einem Knotenpunkt 335, der an einen Stromleiter 304 gekoppelt ist, welcher elektrisch mit dem Durchgangskörper 220 verbunden ist, überwacht wird. Während das Ladungsneutralisationssystem 120 im Betriebszustand ist, kann die Überwachungsvorrichtung 300 die Spannung überprüfen, die an den Durchgangskörper 220 durch die Vorspannungsversorgung 246 angelegt ist. Die Überwachungsvorrichtung 300 kann ebenfalls die Spannung überprüfen, die an den Durchgangskörper 220 durch die Testspannungsversorgung 332 angelegt ist, während das Ladungsneutralisationssystem 120 im Testzustand ist. Ein Widerstand 336 ist zwischen dem Anodenanschluss der Testspannungsversorgung 332 und dem Knotenpunkt 335 angeschlossen und ein weiterer Widerstand 337 ist zwischen dem Knotenpunkt 335 und der Masse angeschlossen. Die Widerstände 336 und 337 bilden einen Spannungsteiler. Wenn die Testspannungsversorgung 332 nicht sachgemäß an den Durchgangskörper 220 angeschlossen ist, während das Ladungsneutralisationssystem 120 im Testzustand ist, wird die Spannung am Knotenpunkt 335 niedriger sein als die, die durch die Testspannungsversorgung 332 bereitgestellt wird und durch den Spannungsteiler, der durch die Widerstände 336 und 337 gebildet wird, festgelegt wird. Die Widerstände 336 und 337 können beide jeden geeigneten Widerstand aufweisen, wie zum Beispiel ungefähr 3.000 Ohm beziehungsweise 3.000 Ohm. Die überwachte Spannung wird in einer Ausführungsform durch einen Operationsverstärker (op amp) 338 verstärkt.
Die Stromleiter 302 und 304 werden für eine Ausführungsform durch geeignete Vakuumkabelbäume 312 beziehungsweise 314 eines Vakuumflansches 310 (teilweise in der einzigen Figur dargestellt) durchgeführt und sind direkt an die äußere Wand des Durchgangskörpers 220 angeschlossen. Der Vakuumflansch 310 unterstützt den entleerten Pfad für den Ionenstrahl 102 zu erhalten.
Die Überwachungsvorrichtung 300 benutzt für eine Ausführungsform ein geeignetes Maschinensteuerungsgerät 140, um das Ladungsneutralisationssystem 120 zu überwachen. Das Maschinensteuerungssystem 140 umfasst ein digitales Datenverarbeitungssystem, um den Betrieb und die Leistung des Ionenimplantationssystems 100, das die Ionenstrahlquelle 110, das Ladungsneutralisationssystem 120 mit der Überwachungsvorrichtung 300 und die Implantationsstation 130 umfasst, zu steuern. Das Maschinensteuerungssystem 140 kann den Strom und die Spannung des Durchgangskörpers 220 überwachen, indem zum Beispiel geeignete Analog-Digital (A/D)-Wandler benutzt werden. Für einen bestimmten Satz von Ladungsneutralisationsparametern, wie zum Beispiel Gasdurchfluss, Lichtbogenstrom, Lichtbogenspannung usw., sollte der vorhandene neutralisierende Elektronenstrom von Maschine zu Maschine und als Funktion der Zeit auf einer bestimmten Maschine relativ konstant sein. Ein Benutzer des Maschinensteuerungsgeräts 140 kann deshalb die Überwachungsvorrichtung 300 benutzen, um das Ladungsneutralisationssystem zu überprüfen. Der Benutzer kann die Überwachungsvorrichtung 300 für eine Ausführungsform in einem Handbetrieb oder einem Automatikbetrieb benutzen.
Für den Handbetrieb kann der Benutzer das Ladungsneutralisationssystem 120 in den Betriebszustand oder den Testzustand versetzen, indem er eine geeignete Input/Output-Schnittstelle des Maschinensteuerungsgeräts 140 benutzt. Der Benutzer kann verschiedene Ladungsneutralisationsparameter nach Wunsch einstellen. Während das Ladungsneutralisationssystem 120 im Testzustand ist, wird der Strom und die Spannung des Durchgangskörpers 220 von dem Maschinensteuerungsgerät 140 überwacht und zur Durchsicht für den Benutzer ausgegeben.
Für den Automatikbetrieb stellt das Maschinensteuerungsgerät 140 die Ladungsneutralisationsparameter auf intern festgelegte Werte ein und das Ladungsneutralisationssystem 120 wird vor dem Beginn des Implantierens in den Testzustand versetzt, um Rezepturen zu implantieren, indem das Ladungsneutralisationssystem 120 benutzt wird. Das Maschinensteuerungsgerät 140 vergleicht den überwachten Strom des Durchgangskörpers 220 mit zwei vorbestimmten Strompegeln: einem normalen Strompegel und einem Strompegel im Betriebseinsatz. Wenn der überwachte Strom höher ist als der normale Strompegel, bestimmt das Maschinensteuerungsgerät 140, dass das Ladungsneutralisationssystem sachgemäß arbeitet. Wenn der überwachte Strom niedriger als der normale Strompegel aber höher als der Strompegel im Betriebseinsatz ist, bestimmt das Maschinensteuerungsgerät 140, dass die Leistung des Ladungsneutralisationssystems 120 abnimmt und gibt eine Warnung aus. Wenn der überwachte Strom niedriger als der Strompegel im Betriebseinsatz ist, bestimmt das Maschinensteuerungsgerät 140, dass das Ladungsneutralisationssystem 120 nicht sachgemäß arbeitet und kann eine Warnung ausgeben und/oder das Ionenimplantationssystem 100 in einen Wartezustand versetzen. Das Maschinensteuerungsgerät 140 kann ebenfalls überwachte Strom- und Spannungswerte für jeden Test, der automatisch ausgelöst wird, abspeichern.
Während des Überwachens der Spannung, die an den Durchgangskörper 220 angelegt ist, kann das Maschinensteue rungsgerät 140 eine Fehlermeldung ausgeben, wenn die Spannung, die an dem Durchgangskörper 220 angelegt ist von derjenigen, die für den Betriebs- oder Testzustand des Ladungsneutralisationssystems 120 erwartet wird, abweicht. Das Maschinensteuerungsgerät 140 kann ebenfalls eine Fehlermeldung ausgeben, wenn die Einstellungen der Ladungsneutralisationsparameter nicht angesetzt werden können oder sollten.
Obwohl die Überwachungsvorrichtung 300 so beschrieben wird, dass sie Strom, der für eine Ausführungsform durch den Durchgangskörper 220 des Ladungsneutralisationssystems 120 fließt, überwacht, kann die Überwachungsvorrichtung 300 jede geeignete Auffängerelektrode benutzen, die angeordnet ist, um Elektronen zu sammeln, die durch jedes geeignete Ladungsneutralisationssystem in einem Bereich produziert werden, durch welchen ein Ionenstrahl durchgeht. In der vorangehenden Beschreibung wurde die Erfindung mit Bezug auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben. Es ist jedoch offenkundig, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen hierzu gemacht werden können.

Claims

Methode zur Überwachung eines Vorgangs der Neutralisation einer Ladung in einem Ionenimplantationssystem (100), welches einen Ionenstrahl (102) zur Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke (132) erzeugt, die Methode den Schritt umfassend: Einführung neutralisierender Elektronen (202) in einen Bereich (222) durch den der Ionenstrahl (102) vor der Bearbeitung eines oder mehrere Werkstücke (132) führt, und Überwachung des Stromflusses durch eine Elektrode (220), die so angeordnet ist, neutralisierende Elektroden (202) zu sammeln, die in dem Bereich (222) erzeugt werden, um den verfügbaren Ladungsneutralisationselektronenstrom zu ermitteln.
Methode nach Anspruch 1, wobei der Überwachungsschritt (b) umfasst, die Elektrode (220) mit einer elektrischen Spannung (332) unter Vorspannung zu setzen.
Methode nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Elektrode (220) ein Durchgangskörper (220) ist, der einen internen Bereich (222) festlegt, durch den der Ionenstrahl (102) hindurchgeht.
Methode nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der einführende Schritt (a) den Schritt der Einführung eines Plasmas (202) umfasst, um neutralisierende Elektronen (202) in dem Bereich (222) zusammenzufassen, durch den der Ionenstrahl (102) hindurchgeht.
Methode nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Überwachungsschritt (b) den Schritt der Überwachung des Stromflusses durch die Elektrode (220) umfasst, während der Ionenstrahl (102) sich nicht in diesem Bereich (222) befindet.
Methode nach einem vorhergehenden Anspruch, die den Schritt umfasst, den überwachten Strom mit einem vorausberechneten Strompegel zu vergleichen.
Methode nach einem vorhergehenden Anspruch, die den Schritt der Überwachung eines Spannungsgrades (335) bei der Elektrode (220) umfasst.
Methode nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Elektrode (220) ein Durchgangskörper (220) ist, der einen internen Bereich (222) festlegt, durch den der Ionenstrahl (102) hindurchgeht; und wobei der einführende Schritt (a) den Schritt umfasst, ein Plasma (202) zu erzeugen, um neutralisierende Elektronen (202) in einer Kammer (234) zur Einführung in den internen Bereich (222) des Durchgangskörpers (220) zusammenzufassen.
Methode nach Anspruch 8, wobei der Schritt zur Beobachtung (b) den Schritt elektrischer Isolation des Durchgangskörpers (220) von der Kammer (234) umfasst; und wobei die Methode weiter den Schritt umfasst, den Durchgangskörper (220) mit der Kammer (234) während der Bearbeitung einer oder mehrerer Werkstücke (132) mit dem Ionenstrahl (102) elektrisch zu verbinden.
Apparatur zur Ladungsneutralisation (120) für den Gebrauch in einem Ionenimplantationssystem (100), das einen Ionenstrahl (102) erzeugt, um ein oder mehrere Werkstücke (132) zu bearbeiten, die Apparatur (120) umfassend: Mittel (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) für die Einführung neutralisierender Elektronen (202) in einen Bereich (222), durch den der Ionenstrahl (102) hindurchgeht, bevor ein oder mehrere Werkstücke bearbeitet werden (132), und Mittel (300, 302, 322, 332, 333, 334), um den Stromfluss durch eine Elektrode (220) zu überwachen, die so angeordnet ist, neutralisierende Elektronen (202) einzusammeln, die in dem Bereich (222) erzeugt werden, um den verfügbare Ladungsneutralisationselektronenstrom zu ermitteln.
Apparatur nach Anspruch 10, wobei das Mittel zur Überwachung (300, 302, 322, 332, 333, 334) Mittel (302, 322, 332) umfasst, die Elektrode (220) mit einer Stromspannung (332) unter Vorspannung zu setzen.
Apparatur nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei das Mittel zur Einführung des neutralisierenden Elektrons (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) Mittel (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) für die Einführung eines Plasmas (202) umfasst, das neutralisierende Elektronen (202) in dem Bereich (222) zusammenfasst, durch den der Ionenstrahl (102) hindurchgeht.
Apparatur nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Mittel zur Überwachung (300, 302, 322, 332, 333, 334) Mittel (302, 332, 333, 334) für die Überwachung des Stromflusses durch die Elektrode (220) umfasst, während der Ionenstrahl (102) sich nicht in dem Bereich (222) befindet.
Apparatur nach einem der Ansprüche 10 bis 13, Mittel (140) für den Vergleich des überwachten Stroms mit einem vorausberechneten Strompegel umfassend.
Apparatur nach einem der Ansprüche 10 bis 14, Mittel (304, 336, 337, 338) zur Überwachung eines Spannungsgrades (335) bei der Elektrode (220) umfassend.
Apparatur nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Elektrode (220) ein Durchgangskörper (220) ist, der einen internen Bereich (222) festlegt, durch den der Ionenstrahl (102) hindurchgeht.
Apparatur nach Anspruch 16, wobei das Mittel zur Überwachung (300, 302, 322, 332, 333, 334) Mittel (322) für die elektrische Isolierung des Durchgangskörpers (220) von den neutralisierenden Elektronen erzeugenden Mitteln (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) während der Beobachtung des Stromflusses durch den Durchgangskörper (220) umfasst, und Mittel (322) für die elektrische Verbindung des Durchgangskörpers (220) mit den Mitteln (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254), die neutralisierende Elektronen erzeugen, während der Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke (132) mit dem Ionenstrahl (102).
Apparatur nach einem der Ansprüche 10 bis 17, in Verbindung mit Mitteln (110) für die Erzeugung und Ausrichtung des Ionenstrahls (102) durch den Bereich (222) und Mitteln (130) für die Abstützung eines oder mehrerer Werkstücke (132) zur Bearbeitung mit dem Ionenstrahl (102).
Apparatur nach Anspruch 10, wobei: das Mittel zur Einführung neutralisierender Elektronen in einen Bereich ein System für den Elektronenfluss (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) ist, und das Mittel zur Überwachung des Stromes eine Kreislaufschaltung (300, 302, 322, 332, 333, 334) ist.
Apparatur nach Anspruch 19, wobei die Kreislaufschaltung (300, 302, 322, 332, 333, 334) die Elektrode (220) während der Beobachtung des Stromflusses durch die Elektrode (220) mit einer Spannung (332) auf Vorspannung setzt.
Apparatur nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, wobei das System des Elektronenflusses (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) ein System für den Fluss von Plasmaelektronen (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) ist.
Apparatur nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Kreislaufschaltung (300, 302, 322, 332, 333, 334) den Stromfluss durch die Elektrode (220) überwacht, während sich der Ionenstrahl (102) nicht in dem Bereich (222) befindet.
Apparatur nach einem der Ansprüche 19 bis 22, umfassend ein System zur Datenverarbeitung (140), um den überwachten Strom einem vorausberechneten Strompegel zu vergleichen.
Apparatur nach einem der Ansprüche 19 bis 23, umfassend eine Kreislaufschaltung (304, 336, 337, 338) für die Überwachung eines Spannungsgrades (335) bei der Elektrode (220).
Apparatur nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die Elektrode (220) ein Durchgangskörper (220) ist, der einen internen Bereich (222) festlegt, durch den der Ionenstrahl (102) hindurchgeht.
Apparatur nach Anspruch 25, wobei die Kreislaufschaltung (300, 302, 322, 332, 333, 334) den Durchgangskörper (220) elektrisch von dem System des Elektronenflusses (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) während der Überwachung des Stromflusses durch den Durchgangskörper (220) isoliert, und den Durchgangskörper (220) mit dem System des Elektronenflusses (232, 234, 242, 244, 246, 252, 254) elektrisch verbindet, während der Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke (132) mit dem Ionenstrahl (102).
Apparatur nach einem der Ansprüche 19 bis 26, in Verbindung mit einer Quelle eines Ionenstrahls (110) für die Erzeugung und Ausrichtung des Ionenstrahls (102) durch den Bereich (222) und einer Station zur Ionenimplantation (130) zur Abstützung eines oder mehrerer Werkstücke (132) für die Bearbeitung mit dem Ionenstrahl (102).