DE7032987U

DE7032987U - Geraet fuer das beschiessen mit ionen.

Info

Publication number: DE7032987U
Application number: DE7032987U
Authority: DE
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1969-09-05
Filing date: 1970-09-04
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE2043865C2; FR2060966A5; NL172805C; DE2043865A1; NL172805B; JPS521159B1; NL7013146A; GB1280013A; US3689766A

Description

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street, London. S.V/.1, England

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung ITr. 44171/69 vom 5. Sept. I969 beansprucht.

Neuerung

Die Neuerung bezieht sich auf Geräte zum Beschießen eines Targets,eines Auffängers oder einer Auffangelektrode mit Ionen, um beispielsweise Ionen in das Target bzw. die Auffangelektrode "einzupflanzen".

Zusammenfassung_der_Neuerung

Durch die Neuerung wird ein Gerät zum Beschießen eines Targets oder Auffängers mit Ionen geschaffen, welches sich zusammensetzt aus einer Ionenstrahlquelle, einem Magneten zum Ablenken des Ionenstrahlcs in Richtung auf ein Fenster,

aus einer Einrichtung zum Stabilisieren des Ionenstrahls, Hw /Q /~\ ν» Λ »ι ν» λ V» Λ *~* /■* "D/\vi r« -i-^vi Vi-ί »i/^;liTP/^Vir'n!onvi/^:lnvi Tnviavin + voViT n + T«nm

14.141 VUOi-J. U Ui. V^J.1 <μ1£ΛΟ i* ^>11U U^X XXJL IXV-I t-Λ-ί- \_> lij^jU ilUltUUiJ. XViXO^lU t» J- U>A4.J.tJ UU. VSlIl

im wesentlichen konstant zu halten, aus einem Halter für einen Auffänger bzw. eine Auffangelektrode hinter dem Fenster sowie aus einer Antriebseinrichtung, welche dem Auffängerhalter eine kontrollierte Bewegung auferlegt, um den Auffänger durch den Ionenstrahl entsprechend einem vorbestimmten Abtastmuster abzutasten.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Stabilisieren des Ionenstrahls eine Detektorvorrichtung zum Ermitteln des das Fenster passierenden lonenstrahlstromes sowie eine Ionenstrahl-Steuereinrichtung auf, welche auf den Ausgang der Detektorvorrichtung zum Kontrollieren des Ionenstrahl? anspricht, um so den genannten Ionenstrahlstrom im wesentlichen konstant zu halten.

Bei bestimmten Anwendungen, insbesondere beispielsweise dann, wenn die Ionen 3crionen aufweisen, welche ohne weiteres von anderen Ionen getrennt werden können, kann das Fenster ebenso breit sein wie die zu beschießende Auffangelektrode, und die Einrichtung zum Stabilisieren des Ionenstrahls steuert den Ionenstrahl so, daß sich eine im wesentlichen gleichförmige Ionenstrahldichte über die Fläche des Fensters hinweg ergibt.

In diesem Falle lokalisiert bei einer bevorzugten Anordnung nach der Srfindung der Auffängerhalter die Auffangelektrode hinter dem Fenster in solcher Weise, daß die Freite der Auffangelektrcäe /.it der Breite des durch das Fenster hindurchgehenden Ionenstrahls fluchtet, und die erwähnte Antriebseinrichtung bewegt die abgestützte Auffangelektrode in Längsrichtung mit einer kontrollierten Geschwindigkeit am Fenster vorbei,

Vorzugsweise wird der Av.^: ränserhalter so eingerichtet, daß er eins Vielzahl von Aufiangel^ktroden in einer Reihe tragen kat.n und, wenn er in der vorerwähnten We: se bewegt wird, die Auffänger in Aufeinanderfolge mit kontrollierter Geschwindigkeit am Fenster vorbeibewegt.

Vorzugsweise bewegt die Antriebseinrichtung den Auffängerhalter hin und her, wodurch die Auffangelektroden wiederholt am Fenster vcrbeibewegt werden, wobei die Gesamt-Icnendosis durch die Anzahl von Hin- und Herbewegungen bestimmt wird.

Vorzugsweise ist der Auffängerhalter in der Lage oder eingerichtet, mehrere Reihen von Auffangelektroden zu tragen, und die Antriebseinrichtung enthält Mittel zum Weiterschalten bzw. Versetzen des Auffängerhalters, um eine andere Reihe von Auffangelektroden in Flucht mit dem Fenster zu bringen.

Vorzugsweise weist der Auffängerhalter einen Zylinder mit einer Vielzahl von Gerüsten oder Gestellen auf, die um die Peripherie herum angeordnet sind, wobei jedes Gestell eine Reihe von Auffangelektroden trägt, die sich parallel zur Achse des Zylinders erstrecken.

Ist ein schmaleres Fenster zum Trennen der gewünschten Ionen von unerwünschten Ionen erforderlich, so wird eine Alternativanordnung vorgezogen, bei welcher der Auffängerhalter eine Platte aufweist, die in der Lage ist, eine große Auffangelektrode oder eine Vielzahl von kleineren Auffängern zu tragen, wobei ferner eine Halterung für die Platte vorgesehen ist und diese Halterung durch die genannte Antriebseinrichtung bewegt wird.

Bei dieser Anordnung bildet die Antriebseinrichtung verzugsweise einen X-i-Antrieb (Koordinatentrieb).

Vorzugsweise ist σ is genannte Halterung so eingerichtet, dsß sie eine vor. ihr getragene Platte automatisch arn Unde eines vollständigen Abtastverganges ireigitö und in die Ausgangsposition für ei;.en weiteren Abtastvorgang zurückkehrt.

Zweckmäßig ist eine Einrichtung zum Anbringen einer Vielzahl von mit Auffangelektroden beladenen Platten an einer Lade- oder Beschickungsstation Mit Mitteln zum automatischen Aufladen einer Platte auf die Halterung vorgesehen, wenn sie in die Ausgangsposition zurückkehrt.

Vorzugsweise ist eine Einrichtung zum Modulieren der Energie des Ioner.strahls vorgesehen, jo daß die durch den | Magneten erzeugte Ablenkung sich in Übereinstimmung mit der j Modulation ändert, wodurch der abgelenkte Ionenstrahl dazu ■ gebracht wird, hin und zurück über das Fenster zu streichen, wobti die genannte Ionenstrahl-Steuervorrichtung, die auf den Ausgang der Detektorvorrichtung anspricht, die Ionenstrahlenergie-Hodulierungseinrichtung so steuert, daß sie den durch das Fenster hindurchgehenden Ionenstrahlstrom konstant zu halten suc'rt.

Bei einer bevorzugten Anordnung nach der Erfindung wird der Ionenstrahl durch einen Ionenstrahl-Separator erzeugt, bei welchen der Nagnet ein Elektromagnet ist. Eei Ionen-"trahl-Separatoren v/ird ein Strahl, welcher Ionen von einer Vielzahl von Isotopen enthält, durch ein starkes Magnetfeld hinriurohgelasKen, welches sich im wesentlichen senkrecht zun Ionenstrahlweg erstreckt. Das Magnetfeld lenkt die Ionen in einen gekr■ mmten V/eg ab, wobei die Stärke der Ablenkung unter anderem von der riassc und der Energie der Ionen ab-

hä> ■ '.st. Auf diese V/eise können Ionen von verschiedenen I&· :n in divergierende Strahlen aufgetrennt werden, und dur._.. entsprechende geometrische Anordnung der Einzelteile bzw. .Komponenten des Separators und Anordnung des Fensters können Ionen eines ausgewählten Isotops auf die Auffangelektrode hin fokussiert bzw. gebündelt werden. In diesem Falle ist es wichtig, daß die dem Ionenstrahl gegebene
Abtastbewegung nicht so ist, daß unerwünschte Ionen von
einer Hasse, die sich von der für die Beschießung der Auffangelektrode ausgewählten unterscheidet, durch das Fenster hindurchgelassen werden.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Modulieren der Energie des Ionenstrahls eine elektrische Lieferquelle auf, die so angeschlossen ist, daß sie eine Wechselspannung einer hohen Gleichspannung überlagert, welche an die Beschleunigungselektrode der Ionenstrahlquelle angelegt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

eine schematische Draufsicht auf das Gerät,
einen Schnitt durch einen Teil des Gerätes nach der Linie C-C der Fig. 3,

einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2, einen Teilscimitt nach der Linie B-B in Fig. 2, eine teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Teils des Gerätes, während
schematisch, in Perspektive und zum Teil aufgeschnitten, einen Teil eines abgeänderten Gerätes wiedergibt.

Pig.	1
Pig.	2
Pig.	3
Pig.	4
Pig.	5
Fig.	6

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bei diesen Ausführungsbeispielen weist das Gerät einen elektromagnetischen lonenstrahlssparator auf. ?ig. 1 zeigt den Separator sche^atisch, wobei eine Jeschleunigunf-selektrode 11 einer Ionenquelle dargestellt ist.

Ein divergierender Ionenstrahl 12 geht von der Ionenquelle aus durch die Beschleunigungselektrode 11 hindurch und gelingt zwischen roistücke eines Elektromagneten, von denen ein Polstück 13 dargestellt ist. Dc-s Magnetfeld zwischen den Polstücken verläuft senkrecht zur Bahnrichtung des Ionenstrahls und senkrecht zu der Ebene, in welcher der Ionenstrahl abzulenken ist. Das heißt, wie in Pig. 1 dargestellt, die Magnetfeldlinien zwischen aen Polstücken verlaufen senkrecht zur Zeichenblattebene.

Der Ionenstrahl wird durch das Magnetfeld in Richtung auf ein Fenster 14 abgelenkt, welches durch eine Aussparung in einer Platte 15 gebildet wird. Ionen im Strahl, die durch das Fenster H hindurchgelangen, treffen auf einen Auffänger bzw. eine Auffangelektrode 16 auf. Eine Detektorsonde 17 steht ein kleines Stück in den Weg des lonenstrahls vor, der durch das Fenster 14 hindurch verläuft, und fängt einen kleinen Bruchteil des lonenstrahls ab, um eine Anzeige für den durch das Fenster 14 hindurchgehenden Ianenstrom vorzusehen bzw. zu liefern.

Eine hohe stabilisierte Gleichspannung, die an die Beschleunigungselektrode 11 angelegt wird, wird durch einen stabilisierten Höchstspannungs-Netzteil bzw. -Versorgungateil /E.H.T. power supply/ geliefert, der bei 18 angedeutet ist.

Dieser an die Beschleunigungselektrode 11 angelegten Gleichspannung wird eine Wechselspannung überlagert, welche duren pinen Kippspannungsgenerator 19 erzeugt wird. Die Amplitude der Kippspannung wird durch eine bei 21 angedeutete Kippoder Wobblerateuerung eingeregelt, die ihrerseits durch ein felektrisches Signal gesteuert wird, welches für den durch das Fenster 14 hindurchgehenden Ionenstrahlstrom bezeichnend ist und von der Sonde 17 über einen Verstärker 22 abgeleitet wird.

Pi£. 1 veranschaulicht schanktisch die Tr^nnu:^. ν cn
zwei Ionen unterschiedlicher i-i^sse. Die vollen Linien zeigen den Ionenstrahl aus Ι"»π·:·η ^r einen Fa..so, wobei dor
Abtasteffekt durch ei 'en rfoil 23 angedeutet iot. Die
strichpunktierten Linien deuten d^n Icnonstrahlweg dc-r Ionen der anderen 'lass.· ■:::, v/o bei d^r Abtaut- bzw. Kippeffekt
durch Pfeil ?A ar.gr i^i.tjt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die im Ka.'isttsb der Fi.:. 1 angedeuteten Ablenkungen
stark übertrK Kr. dargestellt sind. Die Amplitude der Abtastung soll ie jedech so sein, daß unerwünschte Ionon bei jeder stellung dtr Abtsjtung nicht durch das Fenster hindurchgelangen.

Sein Betrieb wird das Gerät so aufgebaut, daß das
Fenster H die gewünschten Ionen abfängt, und die. an die Beschleuni^ungselektrcde Ή angule-c-te Gleichspannung, wird

als Grobeinstellung so ..-ingeregelt, daß sich die gewünschte Tonenstrahlintcnsit^t a-, dor A'jffangelcktrcde 16 ergibt.
Eine Feineinstellung dieser Ii.tensität wird durch Einregelung des ^:"ipp- bzw. Abtastspannangsverstärkers erzielt.
Ist einmal die Ionenstrahl intensität durch das Fenster H hindurch eingestellt, s^ wird durch Rückkopplung von der
Sende T⁷ über di.- "-C-rr- bzw. Abtaststeu^rung 21 die Amplitude der Abtastung in solcher Weise gesteuert, daß sie das

Bestreben hat, /nderungen in eier Icnenstrahlintensität zu reduzieren. Es ist <;in wesentliches Merkmal der Anordnung, daß der Kipp- bzv/. Abtaattffekt durch das Magnetfeld einfach durch Verändern der Energie des Ion.unstrah.ls erzeugt wird.

Wenn auch dr.s T'.egnetfeld die prinzipielle Fokussierung der austretenden Ionenstrahlen liefert, so ist doch eine Vorsorge für eine Fcinfokussierung der gewünschten Ionen auf die Auffangelektrode erforderlich.

Dies wird, zusammen mit dem Fenster 14, durch eine Linsen-Bauteilgruppe erreicht, die in den Fign. 2, 3 und dargestellt ist.

Nach Fig. 2 wird ein Vakuumgehäuse durch einen elektrisch isolierenden Glaszylinder 23 gebildet, welcher an jedem Ende an Flanschen 24 und 25 mit zv/ischengelegten Dichtungsringen 26, 27 festgeklemmt ist.

Der Flansch 24 ist in abgedichteter Weise an das Vakuumsystem des elektromagnetischen Separators gekuppelt. Der Flansch 25 ist in abgedichteter V/eise an eine evakuierte Auffängerkammer gekuppelt, die im nachfolgenden mit Bezug auf Fig.5 ausführlicher beschrieben wird.

Drei ausgesparte Mt-tallplatten, die jeweils einen die Masse bcstiru^nden Schlitz 26, eine ünterdrückerelektrode und ti.no Se* ic 29 aufv/o isr.n, si:d so befestigt, daß sie gore^ : ir-irir: ;-r olcktr Lsch isoliert sind und auf einer rohr-C-^;r;.-ii^or. ;·αιΐ,Γ,ΐ._;· 3? innerhalb des Glaszylinders 23 sitzen.

M-- r^r.rf:^rrr,i---_ r^ltt-runr^ 32 trHgt neben den drei ;■"·.·r 'j 11; I at τ, η >^, ji u-.- 31 außerdem eine weitere geerdete Ekr;ir--.npl^rtt^fc 3<; ,r.': ..wischen dieser geerdeten Elektrodenil'ritt·. ^J «r. : ci.r '.-:.t· :- .rücker-ilcktrodenplatte 3T eine

Strahl-Anschlagvorrichtung 35.

Die Feinfokussiarung des Ionenstrahls wird in der Linsengruppe durch ein elektrostatisches Feld erzeugt, welches zwischen der geerdeten Elektrodenplatte 34 und einer Elektrodenplatte 36 erzeugt wird, die von der geerdeten Elektrodenplatte 34 auf Abstand gehalten ist und auf dem Plansch 25 sitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Elektrodenplatte 36 auf einem positiven Potential von HO kV gehalten. Es versteht sich, daß sowohl die Erdelektrcdenplatte 34 als aucli die Elektrodenplatte 36 in der Nitte ausgespart sind, um den Ionenstrahl hindurchzulassen.

Die Einstellung des Pokussierungseffektes erfolgt durch Einstellung der Trennung bzv/. des Abstandes zwischen der Erdelektrodenplatte 34 und der Elektrodenplatte 36. Zu diesem Zweck sitzt das Ha.lterohr 32 teleskopartig auf einem Rohr 33, welches am Plansch 24 befestigt ist. Ein starres Rohr 37, welches bei 38 an der rohrförmigen Halterung32 befestigt ist, erstreckt sich durch einen Schlitz 39 im Rohr 33 nach einem Antriebsmechanismus 40 (s.. Fig. 4), der in der Lage ist, das Rohr 37 in Längsrichtung bei entsprechender Drehung eines Antriebsritzels 42 vor und zurück zu bev/egen.

Das Innere des Rohres 37 bildet einen bequemen Turchgang für das Kabel, um die verschiedenen elektrischen Verbindungen mit den auf dem Halterohr 32 getragener. Einzelteilen herzustellen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, gehen die Drähte in dem Kabel nach einem Verbindungsstück 43 fächerartig auseinander, von welchem die Verbindungen nach den verschiedenen Einzelteilen hergestellt v/erden.

- ic -

Auf dem Halterohr 32 sitzt eine den Bereich der elektrostatischen Linsen umgebende Röntgenstrahlabschirmung

Die otrahl-Anschlagvorrichtung 35 weist eine Metallplatte 45 auf, die innerhalb eines faradayschen Bechers 46 sitzt und gegenüber diesem Becher elektrisch isoliert ist, welcher die Metallplatte 45 umgibt, mit Ausnahme der Aussparung, welche in Richtung des einfallenden Ionenstrahls zeigt, und durch welchen die Ionen nach der Strahl-Anschlagj platte 45 gelangen. Die Strahl-Anschlagvorrichtung 35 ist als Ganzes um einen Drehzapfen 47 drehbar. Ein Drehen der Vorrichtung 35 in die und aus der otranl-Anschlagstellung wird durch einen Butätigungs-Eli'ktrornarneten 48 über eine Kupplung 49 und einen drehbaren ^tab 51 bewirkt.

Dsr die !'Tasse bestimmende Schlitz 28 hat θίη*-: Flacht? von

1 Quadratzoll (6,4 cm ), und beim Betrieb wird der elektromagnetische Separater so aufgebaut, daß die Ionen der gcwünschten !'lasse sich auf den die Masse bestimmenden Schlitz fikussieren und über eine Fläch;; von annähernd 1 1/4 Zoll χ 1 1/4 Zoll (3,2 cm χ 3,2 cm) geschwenkt werden.

Die Aussparung der Sondennlatte 29 ist so angeordnet, daß eine kleine bekannte Fläche der Platte den Ionenstrahl schneidet bzw. abfängt, der durch den die Masse bestimmenden Schlitz 28 hindurchgclangt. Die Unterdriickerelektrode 31 liege an einer: positiven elektrischen Potential, um Sekundärelektronen anzuziehen und zu entfernen, welche durch die Beschießung der Sor.do 29 oder dor rr.it der. die Hasse bestimmenden Schlitz versehenen Platte 28 durch den Ionenstrahl erzeugt werden können.

Der faradaysche Becher 46 wird gleichfalls auf cia^n. positiven Potential gehalten, um eine ähnliche Punktion in Bezug auf die Strahl-Anschlaf^latt-ü 45 auszuüben, wenn diese sich in der Strahl-Anschlagstellung befindet.

Es versteht sich. ΰε-.ί os w¹-'htig ist, Sekundärelektro-TiPH daran ?.:i hir.^?rn. ir. ic-n 3ü,^ratT zurückzugelangen, da Energien beschleunigt v/erden können, wobei sie ggengesetzten Richtung zum positiven Ionenstrahl vrr.jern und eine Röntgenstrahlung an irgendeinex· unbestimmte-· η Stelle ir;i elektromagnetischen Separator erzeugen.

Es sei darauf hii-gev/iostn, daß der die Hasse bestimmende Schlitz, welcher durch die Platte 23, wie mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, vorgesehen ist, das Fenster 14 bildet, welches mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde, und daß die Sondenplatte 23, wie j-it Bezug auf Fig. 2 beschrieben, die Sonde 17 bildet, welche mit Pezug auf Fig. 1 beschrieben wurde.

Der durch den die Kasse bestimmenden Schlitz hindurchgelangende Ionenstrahl wird durch die elektrostatische Linse auf einen Auffänger bzw. eine Auffangelektrode fokussiert, die innerhalb der Auffängericammer angeordnet ist, welche an den Flansch 25 gekuppelt ist.

Fig. 5 ist eine Ansicht einer Ausführungsform von Auffängerkammer, von hinten in Richtung auf den -ankommenden Ionenstrahl gesehen.

Eei diesem Ausführungsbeißpiel ist fur eine systematische Bewegung der Auffanger bzw. Targets gesorgt, so daß sie mittels des Ionenstrahls in solcher Weise abgetastet werden können, daß eine gleichförmige Dosis von Ionen, die am Auffönger zur Einwirkung komrnün, erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiol des Mechanismus zum Bewegen ^-;-Auffänger ist in Fig. 5 dargestellt, in welcher der äußere Zylinder 51a das Vakuunigthäuse der Auffängerkammer bildet.

Dieser Mechanismus ist insbosondjre dann angemessen, wenn es notwendig ist., sini-n pchnalen massebestimmenden Schlitz ~u;~ Auswählen der gewünscht en Ionen zu verwenden.

Der Mechanismus ist für die automatische Behandlung einer großen Anzahl ^cr\ Scheiben oJer Schnitzen eii.es Substrats, beispielsweise für die Herstellung von Halbleitern durch Einpflanzen von gedopten bzw. angereicherten Ionen in die Substratscheiben, gedacht. Die Substratscheiben werden auf rechteckigen Halteplatten, (nicht dargestellt) getragen, welche die Abmessung von annähernd 5x4 Zoll (12,7 x 10,2 cm) aufweisen. Im allgemeinen werden verschiedene Kalbleiterscheiben auf jeder einzelnen Halteplatte befestigt, v/o aber eine besonders große Substratoberflache bepflanzt bzw. bespickt werden s^ll, kann eine Halteplatte auch nur eine einzige Halbleiterscheibe tragen.

Die rechteckigen Kalteplatten sind u:it einem Paar von seitlich vorstehenden Ösen an :ien entgegengesetzten oberen Kanten versehen.

Ein Stcß- bzw. eine Charge von Platten, welche Substratscheiben trager., wird innerhalb der Auffängerkammer auf zwei in Abstand angeordneten horizontalen Kettentrums (nicht dargestellt) getragen, wobei die Ösen der Halteplatten auf den Ketten ruhen. Die Ketten v/erden in Stufen angetrieben, und swar synchron nit dem Antrieb des übrigen Teils des Mechanismus, um die flotten in Aufeinanderfolge nach einer Ladestaticn zu fördern, die in der oberen linken Ecke des Mechanismus, in Fig. 5 gesehe·?, angeordnet ist.

An diktier Lrv.ieü tntion wird eine !'latte auf einen Träger 52 in einer r.achfcijer^¹ bp-chWeberen '.'-'eise aufgebracht.

Dsl- Träger 52 sitzt an einem X-Y-Antriebsmechanismus. Die Y- :G^ung wird durch die Bewegung des Trägers 52 selbst auf Hi taben 53, 54 vorgesehen. Die X-Bewegung ist durch Seitwc.j·. ..bewegung der Stabe 53 und 54 ihrerseits auf horizontalen Wellen 55, 56 vergesehen.

Der Y-Antrieb wird vcn einem Schrittschaltmotor abgeleitet, der eine Welle 57, welche mit des Träger bzw. Magen 52 gekuppelt ist, über einen Antriebsmechanismus mit Seil und Seilscheibe bzw. Seiltrieb (nicht dargestellt) antreibt. Der X-Antrieb, der ebenfalls von einemSchri-ttschaltmotor abgeleitet wird, v/ird an einem Rohr 59 zur Linwirkung gebracht, welches zur Ausführung einer Seitwärtsbewegung von einem Kreuzarm 58 abgestützt wird, der über Lager 61 auf Wellen 62 getragen wird.

Bei der Beschreibung der Betriebsweise des Mechanismus soll von der Bev/egung ausgegangen v/erden, wenn der Wagen jder Träger 52 sich in der linken oberen Ecke des in Fig. 5 dargestellten P.ahmenwerks befindet und gerade dabei ist, die Abtastung der Platte, welche automatisch auf den Wagen oder Träger 52 aufgebracht worden ist, mittels des Ionenstrahls zu beginnen. Der X-Antrieb tragt den Wagen 52 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit hinüber zur rechten Seite les Rahmenwerkes, und es wird ein Schritt des Y-Antriobs ausgeführt, um eine zusätzliche ^_eweg_Ung J₆₈ Wagens 52 nach unten durchzuführen. Der X-Antrieb treibt dann den '.v'agen zurück nach der linken Seite, wie in Fig. 5 ersichtlich, und eiu weiterer zusätzlicher Y-Schritt n.vch unten erfolgt nach dem X-Antrieb zurück zur rechten Seite. Diese FoI^e wird wiederholt, bis die ganze Fläche der Platte, die auf dem V/agen 52 sitzt, mittels des Ionenstrahls ^bget'istet worden ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß dio Platte 'ins dem Ionenstrahl herauskommt, bevor sie jedes Ende ior X-'btastun." erreicht, so daß kein Ruhe- oder StillntT-^ffekt an den &v.den des Durchlaufs auftritt.

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-H-

Eei Beendigung des Abtastverganges wird der Wagen 52 nach unten in die linke untere Ecke, wie in Fig. 5 ersichtlich, durch den Y-Antricb bewegt, woraufhin zwei nach unten vorragende Schlitten oder Gleitstücke 63, 64 an ortsfesten Stehbolzen im. Rahme ην/ rk angreifen. Die oberen Enden dieser Gleitstücke 63 und 64 weisen Schrägflächen auf, die mit den Ösen der auf dem Wagen 52 sitzenden Flette in Wirkverbindung kommen, scbold der ^vragen 52 sich weiter nach unten bewegt, und die Gleitstücke 63 und 64 heben die Platten durch ihre Ösen aus TJ-förmigen Schlitzen im Wagen 52, in welchen sie ruhen, heraus. Sobald die Ösen die U-förrigen Schlitze freigeben, gleiten die Flatten vom Viagen 52 auf den Schrägflächen der Gleitstücke 63 und 64 auf einen ortsfesten geneigten Schienenweg, der neben dem Rahmenwerk entsprechend angeordnet ist.

Der Y-Antrieb kehrt dann um und treibt den leeren Wagen 52 nach oben in Richtung auf die linke obere Ecke (wie in Fig. 5 gesehen). Während dieses f-Laufes wird eine nicht dargestellte Zahnstange an der Seite des Wagens 52 durch einen Nocken in eine Betriebsstellung gebracht, so daß die Zahnstange in ein Zahnrad 65 eingreift. Die Drehung des Zahnrades 65 wird über ein Zahnrad 66 auf Finger 67 und 68 übertragen. Die Länge der Zahnstange ist so gewählt, daß eine vollständige Umdrehung diesen Fingern 67 und 68 gegeben wird, die so angeordnet sind, daß sie aas obere Ende der Platte ergreifen, welches gerade vom Wagen 52 freigegeben wurde, um es entlang dem Schienenweg in eine Speicherstellung zu bewegen. Wenn die Zahnstange am Wagen 52 ihre Betätigung des Zahnrades 65 vollendet hat, wird sie durch eine weitere Nockenfläche in eine Ruhestellung bev/egt.

Sobald die Flatte vom Wagen 52 beim Abladevorgang freigegeben ist, werden die Ketten, welche die Platten tragen, die dem Ionenstrahl noch ausgesetzt werden sollen, angetrieben, um die vordere Platte hinauf in eine Ladestation auf

Schienen zu bewegen, welche dicht an der Startposition in der oberen linken Ecke des ir: Fi;?. 5 ersichtlichen Mechaniarnuö liegen.

Sobald der Wagen 52 durch den Y-Antrieb nach oben in die Ladeposition bewegt wird, greift eine Zahnstange 69 am Wagen in ein Ritzel 71 ein und veranlaßt zwei Finger 72 und 73, sich zu drehen. Diese Finger greifen hinter das 'bere 3nde der Platte, welches sich in die Ladestation hinein bewegt hat, und schieben die Platte nacn vorne, so daij sio auf den Wagen 52 fällt, wobei ihre ösen in die U-förmigen Ausnehmungen eingreifen, die am V/ag?n 52 vorgesehen sind. Der Y-Antrieb kehrt dann um und bewegü den V/agen 52 nach unten, bis die Zahnstange 69 außer Vvirkverbindun^ nit dem Ritzel kommt, und der Wagen 52 befindet sicr. in der Startposition für die X-Y-Abtastung. Die Rückkehrbewegung der Zahnstange 6y über das Ritzel 71 verursacht eine harmlose Rückwärtsdrchunn^ der Finger 72 und 73.

Es ist ersichtlich, daß mit der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine hohe Gleichförmigkeit und Reproduzierbarkeit für das Dotieren von Target-Substraten durch die Kombination zweier wichtiger Merkmale erzielt wird, nämlich durch Strahl-Wobblung mit Rückkopplungs-Stabilisierung, damit sich eine konstante Ionenstrahldichte ergibt, und durch X-Y-Abtastung der Substrate vor dem stationären Ionenstrahl. Das · .echanische System zum Abtasten der Targets bzw. Auffänger mittels des Strahles ist veilständig von der Strahl-Steuereinrichtung getrennt, s-: daß jegliche Kopplung zwischen den X- und Y-Abtastfrequensen und der Modulation des Ionenstrahls (die sich beispielsweise aus Schwankungen an der Ionen-Lieferquelle ergibt) vermieden wird. Dies ist wesentlich, da im Falle irgendeiner solchen Kopplung stehende Wellen sich ergeben und zu einer nicht einheitlichen bzw. nicht gleichförmigen Dotierung führen.

Darüber hinaus ist die Strahlform unwichtig, da eine Sunirnierung wiederholter Einpflanzungen zu einer Glättung von Unregelmäßigkeiten führt.

Ur. eine fehlerhafte Dotierung von Auffängern bzw. Targets zu vermeiden, ist ein Mechanismus zur Betätigung der Strahi-Anschlagvorrichtung 35 vorgesehen, was automatisch für den Fall geschieht, daß der Ionenstrahl außer Xontrolle geraten sollte. Es ist Vorsorge getroffen, daß der X-Y-^ntriebsmechanismus gestoppt wird, wenn die Strahl-Anschlagvorrichtung 35 betätigt wird und daß der X-Y-Antriebsraechanisraus wieder gestartet"wird, wenn die Strahl-Anschlag Verrichtung 35 weggenommen ist und nachdem der richtige Ionenstrahl wieder hergestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zur Vereinfachung des Steuermechanismus der X-Y-Antrieb nur dann gestoppt, wenn das Ende der X-Abtastung erreicht ist, bei welcher die Strahl-Anschlagvorrichtung 35 betätigt wird. Es kann jedoch Vorsorge dafür getroffen werden, daß sowohl der X- als auch der Y-Antrieb automatisch anhalten und anlaufen, und zwar gleichzeitig mit der entsprechenden Betätigung der Strahl-Anschlagvorrichtung 35.

Die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels weist eine Reihe von Vorteilen für die Ioneneinpflanzung von Substraten auf. Insbesondere kann eine große Anzahl von Target-Substraten in einem einzigen Durchgang behandelt werden, so daß der Ausstoß der Vorrichtung auf dem Stand der industriellen Massenproduktion liegt, während gleichzeitig die Probleme der Gleichmäßigkeit der Dosis und der Strahlerhitzung der Substrate gelöst worden sind.

Die Verwendung einer großen Platte zum Abstutzen der Substrat-Targets vermindert den Strahl-Erwärmungseffekt, ohne die Einpflanzungs- bzw. Implantationsrate zu reduzieren, da sich individuelle Scheiben abkühlen können, während sie sich außerhalb des Strahls befinden. Die große Platte gestattet

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außerdem die Implantation einer j robe jeder beliebigen Abmessung bis zu den Plattenabmessungen. Dies ist beispielsweise dann wichtig, wenn Kerndetektoren großer Fläche (z.E. mit einem Duruhiueöäer von 3 Zoll - 76 mia) dotiert werden.

Sine automatische Programmsteuerung der X-Y-Bewegungen ermöglicht (a) wiederholte Abtastungen, wenn diese für sehr hohe Dntierungspegel oder beispielsweise für eine aufeinanderfolgende Implantation mit unterschiedlichen Dotierungsmitteln erforderlich sind, und (b) ermöglicht die Kontrolle über Geschwindigkeit der Abtastung und Anzahl der X-Abtastungen pro Streckeneinheit der Y-Bewegung eine Einstellung des Durchsatzes bzw. Ausstoßes der Auffangerkammer. Beispielsweise kann der Durchsatz bzw. Ausstoß erhöht werden, wenn der Verlust an Gleichförmigkeit annehmbar ist. Die automatische Programmsteuerung der X-Y-Bewegung ermöglicht ferner eine Kontrolle über die Größe der Abtastfläche, so daß einzelne kleine Proben für experimentelle Erfordernisse schnell implantiert werden können.

Durch Verwendung einer elektrisch isolierten Aufiängerkammer kann der Ionenstrahl beschleunigt werden (bis auf 180 keV insgesamt) oder verzögert v/erden, damit sich eine präzise Energiekontrolle für die Implantation über einen weiten Bereich ergibt. Falls notwendig, kann die Auffänger-Kammer-Spannung so programmiert werden, daß sich eine Kontrolle des implantierten Profils ergibt, ohne daß es notwendig wäre, den Elektromagneten des Separators einzuregeln. Dazu ist es jedoch wesentlich, daß keine Kopplung zwischen der niedrigen Abtastfrequenz und der hohen Frequenz des Spannungsprogramms vorhanden ist.

Diese Möglichkeit der Ircr^p.irjriisrung der Auf fange r-Kamr.er-Spannung hat der Planung der Linse-gruppe besondere Erfordernisse bzw. Bedingungen auferlegt, on (a) den Verlust von Strahl-Winkel-Definition auf ein Kindestmaß herabzusetzen

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und inn (b) sicherzustellen, daß trotz großer Spannungsschwankungen der gesamte, mittels der Strahldefinierungsund -Überwachungsschlitze übertragene Strahl durch eine 1 χ 1-Zoll-öffiiung (25,4 x 25,4 inm) in der Auffängerkammer hindurchgeht.

Pig. 6 veranschaulicht eine Alternativ-Ausführungsform für einen Mechanismus zum Bewegen von Auffängern bzw. Auffangelektroden am Fenster vorbei. Dieser Mechanismus eig net sich insbesondere für spezielle Implantationen, wo eine Trennung gewünschter Ionen von unerwünschten Ionen verhältnismäßig einfach und ein breiterer Ilassen-Definierungsschlitz annehmbar ist.

So werden beispielsweise Bor-Ionen und in einem gewissen geringeren Aug:~isG Fhcsphor—Ionen ziemlich weitgehend in der Mas3e aus Verunreinijungs-Ior.en bzv,·. Begleiticnen getrennt, die durch Ionenquelle gemeinsam mit Bor- oder Phosphor-Ionen erzeugt werden. Für eine Implantation 3Cloher Ionen ist es folglich r.öjjlich, die Anordnung so zu treffen, daß der Massen-Definierungsschlitz so breit wie die Breite des Target-Substrates ist, welches implantiert werden soll.

^wie aus Fig. 6 hervorgeht, weist eine Auffänger- bzw. Targetkair.f-ier ein zylinderisches Gehäuse 81 r.it einem Retir für die Verbindung nach einer Vakuumpumpe auf. Sine rohrförmige Verlängerung 83 eignet sich für die Verbindung mit dem Vakuumsystem dos elektromagnetischen Separators und nimmt eine Linsengruppe in sich auf, weiche der in Fig. 2 dargestellten ähnlich sein kenn, jedoch ein breiteres Fenster oder einen breiteren Hassenbesti.^r.-.angsschlitz aufweist.

Entlang der Achse des Auff^:"^;r.jerkannier-Gehäuses 31 erstreckt sich eine Leitspindel 84, v/s ic he ν ">n einen Schrittschaltmotor 85 angetrieben, wird. las Autrielrsprogramm für

den Schrittschaltmotor wird ά.;\?.h einen elektronischen Programmierer 66 gesteuert.

Innerhalb des Auffängerkamner-Gehäuses 81 befindet sicn ein mehrseitiger Targethalter 87 von allgemein zylindrischer Perm. Der Targethalter 87 verlauft koaxial zun Gehäuse 81 und wird durch die Leitspindel 84- angetrieben. Einer Drehung des Targethalters 87 wirkt normalerweise ein Lrehmoment-wider-" standsrohr 88 entgegen, ir.it welchem der Targethalter 87 verkeilt ist. Der Ta-gethalter 87 kann sich jedoch frei nach oben und unten verschieben, wie durch Pfeil B angedeutet.

Jede Seite des mehrseitigen Targethalters 87 hat die Form eines Aufhängers oder Gerüstes /rack/, welches in der Lage ist, eine Reine von Targets oder Auffangelektroden zu tragen, die bei diesem /,ubführungsbeispiel Waffeln bzw. Plättchen 89 mit einem Durchmesser von 2 Zoll (etwa 50 mm) sind. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist nur ein Gestell oder Gerüst dargestellt, welches mit Plättchen gefüllt ist.

Die Anordnung ist so getroffen, daf> die eine Reihe von Targets bzw. Auffangelektroden, welche am Halter 87 sitzen, mit dem Fenster fluchtet. Der vom Separator herkommende Ionenstrahl ist schematisch bei 91 dargestellt. Die Pfeile C deuten die Abtastbewegitii^ an, die bei diesem Ausführungsbeispiel für eine im wesentlichen gleichförmige Dichte des Ionenstrahls groii genug ist, dan.it dieser durch das Fenster hindurchgeht und auf die volle Bieite von 2 Zeil (etwa 50 mm) der Plättchen unmittelbar hinter dem Fenster auffällt. Eine Ionenimplantation für ei^ gleichförmige Dosis für die ganze Reihe von acht Plättchen kann οomit durch eine einfache Y-Abtastung sichergestellt v. enlrr.. In der Praxis wird der Halter 87 in der einen '»^rink'l;:teilung verschiedene Kaie hin und her bewegt, so daß die Implantatinnsdosis mit großer

G-esamtgieichf crinigke it aufgebaut v.^rird und außerdem eine ücerr.äßige Erwärmung der Plättchen vermieden wird. Ruheccer Stillstand-Effekte v/erden dadurch verQ:.eu.^Ta, α ρ ß der Halter &⁷ so e !^gerichtet v/ird, daiB er die Plättchen ν _- der Umkehr außerhalb des lonenetrahls hält.

Nachdem die gewünschte Implantation der einen Reihe von Plättchen, ausgeführt worden ist, wird der Halter 87 winklig um einen Teilschritt v/eitergeschaltet, um die nächste Reihe von Plättchen in Flucht mit dem Ionenstrahl zu bringen.

Der Schrittschal tmechanisrnus weist Pinger 92 und 93 mit damit zusammenwirkenden ITockenflochen 94, 95 auf, die am Auffängerkaiiimer-Gehäuse 81 befestigt sind.

V/ährend der Hin- und Herbewegung des Halters 87 für einen Implantierungsvorgang v/ird der Schrittschaltmotor so programmiert, daß er umkehrt, bevor ein Schrittschaltfinger 92 oder 93 mit der Nockenfläche 94 oder 95 in Wirkverbindung kommt. Am Ende eines Implantationsvorganges wird der Halter 87 nach oben und unten getrieben (je nachdem), bis ein Finger 92 oder 93 niit der Rockenfläche 94 oder 95 in Wirkverbindung kommt. 3s sind nicht dargestellte Mittel vorgesehen, um den Kalter zur Ausführung einer Drehbewegung in diesem Moment freizugeben, und die Wirkung der Nockenfläche auf den Finger besteht darin, den Halter 87 zu drehen, bis der nächütbenachbarte Finger zwangsläufig an einer Schulter 96 oder 97 am hocaliegenden Ende der Nockenflächen 94 und gestoppt wird.

Fit dieser besonderen üchrittschaltanordnung sind die Finger 92 am einen ^nde etwas gegenüber jenen (93) am anderen 3nde zu versetzen. Die liockenflachen 94 und 95 sind

entsprechend relativ zueinander zu versetzer:. Ferner muß jeder "e uianderfolgende Schaltschritt an entgegengesetzten Ender Weges des Halters 87 bewirkt v/erden, d.h. der Halte"' ..iß eine ungerade Anzahl von Kin- und Kerbewegungen zwischen jedem Schrittschaltvorgang ausführen. Es sei darauf hingewiesen, daß gegebenenfalls auch andere Techniken zum Schrittschalten verwendet werden können, aber die beschriebene Technik hat den Vorzug de_- mechanischen Einfachheit.

Setzt man einen Ionenstrahlstrciri von 1 mA voraus, welcher annähernd 5 x 10 ^ Ionen/Sekunden entspricht, so wird ein Plättchen von 2 Zoll (50 ram) eine sehr starke Dosis

■J r ρ

won 5 x 10 Ionen/cm"" bei einer etwa 25 Sekunden dauernden Bestrahlung empfangen.

Wenn man eine Maximaiausnutzung des Stromes voraussetzt, so nimmt eine Reihe von acht Plättchen somit 4 bis Minuten in Anspruch, um bis zu dieser hohen Dosis implantiert zu werden. Eine typische Abtastgeschwindigkeit wäre 5 Zoll (12,7 cm) in 1 Sekunde, was zu verschiedenen Hin- und Herbev/egungen führt, die für das Implantieren jeder Reihe erforderlich sind.

Die Neuerung ist nicht auf die Einzelheiten des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt. Beispielsweise kann Vorsorge getroffen v/erden, um die Proben durch Strahlung zu erhitzen, wobei großflächige Heizvorrichtungen verwendet werden, welche den Probenplatten zugewandt sind. Alternativ können die Proben auch gekühlt werden, indem vor ihnen große Platten angeordnet werden, welche mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden.

Die Neuerung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Schutzanspruch 1 umrissenen AusfUhrungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Neuerungsraerkiuale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Schutzansprüche

Claims

70 10.- 7ü/Schm - 22 - 3 55p 197O

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Beschießen eines Targets, eines Auffängers oder einer Auf farigelektrode mit Ionen, bestehend aus einer Ionenstrahlquelle·, einem Magneten zum Ablenken des Ionenstrahls in Richtung auf ein Fenster, aus einer Einrichtung zum Stabilisieren des Ionenstrahls, um den durch das Fenster hindurchgehenden Ionenstrahlstrom im wesentlichen konstant zu halten, sov.ie aus einem Kalter (87) für ein Target bzw. einen Auffänger hinter dem Fenster, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (52, 53, 54, 55, 56, 57, 59 oder 84, 85), welche dem Targethalter (87) eine kontrollierte Bewegung auferlegt, um das Target mittels des Ionenstrahls entsprechend einem vorbestimmten Abtastmuster abzutasten.

2. Verrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Stabilisieren des Ionenstrahls eine Detektorvorrichtung (17, 29) aufweist, welche den durch das Fenster (14, 28) hindurchgehenden Ionenstrahlstrom bestimmt, und da/3 diese Einrichtung ferner eine Steuervoriichtung (21) aufweist, welche auf den Ausgang der Detektorvorrichtung (17, 29) zur ^teuerurg des Ionenstrahls anspricht, um den Ionenstrahlstrom i:u wesentlichen konstant zu halten.

"5. Vorrichtung nach -Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daU das Fenster (14, 28) mindestens so breit wie das zu beschießende Target ist und dai3 die Einrichtung zum Stabilisieren des Ioncnstrahls den Ionenstrahl so steuert,

da3 eine im wesentlichen gleichförmige Ionenstrahldichte über die Fläche des Fensters (14, 28) hinweg vorgesehen ist.

4. Verrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Targethalter (87) das Target (69) hinter· dem Fenster (14, 28) so lokalisiert, <3afc die rreite des Targets (89) mit der Breite des durch das Fenster (14, 26) hindurchgehenden lonenstrahls fluchtet, und daß die Antriebsvorrichtung (84, 65) das abgestützte Target (89) in Längsrichtung mit einer kontrollierten Geschwindigkeit am Fenster (14, 28) vorbeibewegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Targethalter (87) so eingerichtet isx, daß er eine Vielzahl von Targets (89) in einer Reihe zu tragen vermag und, wenn ihm die genannte Bewegung üb<=r~ii"telt wird, die Targets (89) in Aufeinanderfolge mit kontrollierter Geschwindigkeit am Fenster (14, 28) vorbeibewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (84, 85) den Targethalter (87) hin und her bewegt, derart, dau> die Targets (89) wiederholt am Fenster (14, 28) vorbeibewegt werden, webei die Genamt-Ionendosis durch die Anzahl von Hin- und Kerbewegungen bestimmt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Targethalter (87) so ausgebildet ist, dao er eine Vielzahl von Reinen von Targets (89) trägt, und daß die Antriebseinrichtung Mittel (92, 93» 94, 95) für das Schrittschalten des Targethalters (87) aufweist, um eine andere Reihe von Targets (89) in Flucht mit dem Fenster (H, 28) zu bringen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Targethalter eii.cn Zylinder mit einer Vielzahl vcn rundherum angeordneten Gerüsten "»der Gestellen aufweist und daß jedes Gestell eine Rüi-ie v~n Targets (89) trägt, die sich parallel zur nchse Je3 Zylinders erstreckt.

9. Verrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Targethaltcr eine Platte aufweist, die ein großes Target oder eine Vielzahl von kleineren Targets trägt, und daß ein Kalter (52) für die Platte vorgesehen ist, v/elcher durch die Antriebseinrichtung (53, 54, 55, 56, 57, 59) bewegt wird.

1C. Vorrichtung nach ar.spruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ar.tri^bnc inrichtuiig einen X-Y-Antrieb aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (52) so ausgebildet ist, daß er eine von ihm getragene Platte automatisch am Ende eines vollständigen Abtastvorganges freigibt und in die .'.usgangspcsition für einen weiteren Abtastvorgang zur' ekicehrt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Befestigen einer Vielzahl von Platten, dio mit Targets beladen sind, an einer Ladestation vorgesehen ib + un'I Γ-'ittel (69, 71, 72, 73) zum automatischen Aufladen einer Platte auf den Halter (52), wenn dieser in die Ausgangsposition zurückkehrt, aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (19) zum Modulieren der Energie des Ionenstrahls vorgesehen ist, derart, daii die durch den Magneten (13) erzeugte Ablenkung sich in Ubereinstinuiiung mit der Modulation ändert, wobei der abgelenkte Ionenstrahl (12) veranlaßt wird, über das Fenster (14, 28) vor- und zurück-

zustreichen, und daß die Ionenstrahl-Steuereinrichtun^ (21), ■welche 9.Uf der Ausgang n™r Detek t^rvorr i oht.un*; (17, 29) anspricht, die Ionenstrahlenergie-Kodulierungseinrichtung (19) so steuert, daß diese d&s Bestreben hat, den durch das Fenster (H, 28) hindurchgehenden Irnenstrahlstroni konstant zu halten.