WO1997027613A1 - Ionenquelle für eine ionenstrahlanlage - Google Patents

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WO1997027613A1
WO1997027613A1 PCT/EP1997/000319 EP9700319W WO9727613A1 WO 1997027613 A1 WO1997027613 A1 WO 1997027613A1 EP 9700319 W EP9700319 W EP 9700319W WO 9727613 A1 WO9727613 A1 WO 9727613A1
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ion source
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sample
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Rainer Schork
Heiner Ryssel
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation

Definitions

  • ion implantation for highly integrated microelectronics is towards lower ion energies with larger implantation areas.
  • the maximum integration with more than IO 7 components per circuit requires a reduction in the pn junction depth.
  • drain and source ultra-thin pn junctions with a depth of less than 100 nm are required.
  • the production of ever flatter pn junctions poses great technological difficulties, especially when implanting boron for p + regions.
  • the requirements for ion implantation required for this, such as a low ion energy well below 30 keV, high ion current or high throughput, parallel beam with large implantation areas and high homogeneity are not met by currently available commercial systems.
  • a further performance feature for future semiconductor production devices is the ability to be integrated in so-called multi-chamber process plants, which are also referred to as cluster systems become.
  • Such systems have the advantage that several process steps can be carried out in one system. Due to the increasing number of process steps in semiconductor production and higher demands on the flexibility of the manufacturing process, such systems are becoming increasingly important.
  • Conventional implantation systems are not suitable for integration into a multi-chamber process system because their dimensions are too large.
  • the increasingly complex and expensive commercial systems continue to require a high level of maintenance and a large clean room area, which in turn leads to high operating costs.
  • the ECR sources are used for conventional ion implantation (with mass separation) and for For large-scale ion implantation, they are derived from the previously undissolved contamination pro- blemen and due to the high magnetic fields not applicable. Furthermore, the homogeneity of the plasma decreases with increasing size, since the ECR condition is usually only met at the edge of the plasma.
  • Such an ECR ion source is known for example from DE 3708716 AI.
  • Another known ion source is the so-called merchant ion source, which, however, is ruled out for many applications for reasons of contamination. Corrosion and sputtering of the hot cathode are particularly problematic when using merchant ion sources.
  • ion beam systems are known that use so-called ion optics.
  • Previous ion optics for large-area ion beams are, however, limited to the extraction and acceleration of ions from the plasma. It is not possible with these known ion optics to deflect a large-area ion beam without impairing the homogeneity of the ion beam and without introducing an additional source of contamination into the ion beam. Since the previous grids or deflection devices were made of metal or graphite, material which contaminates the semiconductor samples is removed by ion beam sputtering. Another problem with the previous grids is that the grating structure is imaged on the process disk. Extraction grids are described, for example, in DE 4315348 AI and in DE 3601632 AI.
  • Implantation systems are known in the prior art, in which an ion source is provided which generates an ion beam which is thin in comparison to the sample.
  • these known implantation systems include a mass separation, an acceleration tube, a deflection or raster unit and an implantation chamber.
  • the present invention has for its object to provide an ion source and an ion beam system in which contamination of the process disk can be safely avoided, which allows large-scale ion implantation of samples and the disadvantages that the direct arrangement of the Plasma over the Process disk are assigned, safely avoided.
  • the advantage of the present invention is that a contamination-free ion beam can be generated, extracted, deflected and accelerated by means of the novel ion beam system, the elements of the ion source and the ion optics essential for the generation, extraction, deflection and acceleration According to a preferred embodiment, consist of silicon and are therefore suitable for very clean processes in silicon semiconductor technology.
  • a further advantage is that the ion beam can be extracted, accelerated and / or deflected without contamination by means of the novel ion optics, which for example consist of silicon, without a lattice structure being formed on the process disk.
  • the shape of the ion beam can be adapted to the substrate or the process disk, the size being arbitrary.
  • the ion source according to the invention is therefore also suitable for processing square substrates, such as for LCD displays.
  • Another advantage of the present invention is that a very clean plasma and thus a contamination-free ion beam is generated, since the plasma space e.g. is completely shielded with quartz glass and silicon. Optimal high-frequency coupling is also ensured since the electrodes are located directly on the plasma and delimit the plasma space.
  • Yet another advantage is that a very homogeneous plasma can be generated even with large areas, and in contrast to other plasma sources, the homogeneity increases with increasing area in a parallel plate reactor.
  • Another advantage of the present invention is the creation of an inexpensive, compact and integrable system which has low acquisition, maintenance and operating costs.
  • Another advantage of the ion source according to the invention is that it is particularly well suited for applications which require a large-area ion beam which can be accelerated directly onto the sample (without mass separation, deflection and focusing unit) .
  • an ion source is created in which the multi-slot structure of the cathode and / or the subsequent multi-slot structures are formed by plates arranged parallel to one another, to which an alternating electrical field can be applied.
  • a multi-slot grating structure is arranged at the end of the multi-slot structure of the cathode facing the sample or the subsequent multi-slot structures such that the webs thereof lie in the beam path of the ion beam. This is necessary if heavy ions (eg Ar + ) are to be separated from light ions (eg B + ).
  • FIG. 6 shows a preferred exemplary embodiment of an integrated dose measuring system in the ion beam system according to the invention.
  • FIG. 8c shows an enlarged illustration of the side view from FIG. 8b.
  • the electrodes 106, 108 do not consist of a metal, but of the same material from which the sample 104 is made.
  • the electrodes 106, 108 consist of a semiconductor material, the lowermost electrode 108 being designed, for example, in the form of a grid or having a suitably shaped hole structure or of a silicon plate there are several slots.
  • the electrode 108 can also enable the extraction of the ions from the plasma space 110 at the same time as the generation of the plasma.
  • the plasma 114 does not burn directly over the sample 104, but is spaced apart from it.
  • the parallel plate reactor becomes an ion source.
  • the ion optics 102 are arranged between the ion source 100 and the sample 104 which is arranged on a sample holder 116.
  • the ion optics 102 comprises an extraction grating 118 and an ion deflection device 120, which extract and deflect the ions generated by the ion source 100, which are released to the sample 104, as is shown by the ion beams 122 in FIG. 1 is indicated.
  • An extraction chip is attached to the extraction electrode 118.
  • U EX can be applied.
  • the electrode 118 can be designed, for example, as a grid or slot electrode.
  • the deflection device 120 deflects the ion beams 122.
  • the function of the ion optics 102 will be described in more detail later.
  • the ion deflection device 120 can be dispensed with and only one extraction grid 118 can be provided.
  • the extraction grid 118 can be dispensed with and only the deflection device 120 can be provided.
  • this can also have a multiple-slot structure.
  • the plasma space 110 is non-metallic in areas in which it is not delimited by the anode 106 or the cathode 108 Structure 126 bounded, which is for example a quartz structure.
  • the ion optics 102 comprise a device 118, 120 by means of which ions which are released from the ion source 100 to the sample 104 are extracted and / or deflected. Depending on the desired application, it can either be extracted or only distracted or extracted and deflected.
  • the ion optics 102 (FIG. 1) comprises an extraction device 118 and an ion deflection device 120.
  • the extraction device is formed by a multiple slit grating structure 200 (FIG. 2).
  • the lattice structure 200 comprises a solid peripheral section 202 and a plurality of conductive webs 204 which are held by the peripheral section 202.
  • the peripheral section 202 is preferably made of an insulating material, in order to enable the mutually insulated arrangement of a plurality of structures 200.
  • the lattice structure 200 is provided with a connection device, which is not shown in FIG. 2, in order to enable a voltage to be applied to the webs 204.
  • a multiple slit grid structure is designed as a comb structure, as is shown in FIG. 3.
  • the multiple slot grating structure 300 shown in FIG. 3 comprises a circumferential section 302 which partially extends around the outer circumference of the structure 300.
  • webs 304 extend which are spaced apart from one another and are connected to the circumferential section.
  • the webs can be connected to a voltage source (not shown) by a suitable device.
  • the ion deflection device 120 comprises a plurality of multiple slit lattice comb structures, these being arranged in such a way that the comb structures (in the form of the webs 304) are pushed into one another .
  • the essential elements of the ion optics which are provided for extracting and / or deflecting the ion beam 120, consist of the same material from which the sample 104 is made.
  • the material sputtered by the ion beam is silicon, for example.
  • the ions can be extracted, accelerated and / or deflected by using a multiple slit system.
  • two superimposed multiple slotted disks 200 or two nested cam structures are placed one on top of the other 300 is used, which makes it possible to generate an electric field perpendicular to the ion beam direction and thereby deflect a large-area ion beam without impairing its homogeneity.
  • FIG. 4 in which positive ion beams 120 are shown which pass through an interdigitated comb structure 300 or flat slit gratings 200 arranged one above the other.
  • the electric field perpendicular to the direction of the ion beam as is shown in simplified form by the polarity, the ion beams are deflected, as shown by the arrows 400.
  • the ion optics thus represent a type of wide-beam wobble device, in the present case, for example, a silicon wide-beam wobble device with which the imaging of the lattice structure 200 or 300 (extraction lattice, acceleration lattice) on the silicon process wafer 104 is prevented in a simple manner .
  • An advantage of the ion optics described above is that it is insensitive to thermal expansion, and therefore no mechanical stresses occur and misadjustment is avoided.
  • a further advantage is the simple production of the structures 200 and 300, which after their structuring are produced with the aid of a diamond saw into corresponding disks with a predetermined thickness.
  • FIGS. 5a and 5b A further preferred exemplary embodiment of the ion beam system 124 according to the invention is described below with reference to FIGS. 5a and 5b, elements in FIG. 5 which have already been described with reference to the preceding figures being provided with the same reference symbols and a renewed description being omitted is.
  • the silicon anode 106 which is also referred to as a shower anode, comprises a metal holder 502, a quartz ring holder 504, a closed gas distribution space 506 being defined by the anode 106, the metal holder 502 and the quartz ring holder 504.
  • Corresponding sealing elements 508 are arranged at the connection points between the metal holder 502 and the quartz ring holder 504 in order to seal off the gas distribution space 506.
  • Gas is introduced into the gas distribution space 506 from a gas supply 512 via a gas inlet 510.
  • the gas distribution space 506 ensures an optimal gas distribution and also ensures a physical separation of the metal holder from the silicon anode 106, so that a complete separation of the plasma 114 from metal parts is ensured.
  • the anode 106 is fastened to the metal holder 502 by tungsten springs 514 and is prestressed against a projection 516 of the quartz ring holder 504.
  • the gas is introduced from the gas distribution space 506 into the plasma space 510 through a plurality of uniformly distributed holes in the silicon wafer 106 or through a ring at the edge between the projection 516 and the silicon wafer 106.
  • the metal bracket 502 and silicon anode 106 are both grounded.
  • the metal holder 502 is connected to a water inlet 518 and to a water outlet 520, as a result of which water cooling of the metal holder 502 is provided.
  • the silicon cathode arrangement rests on a glass ring 522, which serves as a base plate and for electrical insulation. Furthermore, a silicon ring is provided which insulates aluminum contact rings 526 and 527 from the plasma space 110.
  • the aluminum contact rings 526 serve to apply the corresponding voltages to the electrodes 108 and 118, as can be seen in FIG. 5b. In order to avoid a short circuit between the electrodes 108 and 118, these are insulated from one another by a Teflon ring 528.
  • the required high-frequency voltage is applied to the silicon cathode 108 via the aluminum contact 526.
  • the arrangement described so far is arranged in a vacuum housing which has water-cooled side walls 532 and a vacuum cover 534.
  • the side walls are provided with flanges 536, which can be used as a viewing window, voltage and measurement implementation.
  • a bottom 538 of the housing comprises two flanges 540, between which a recess 542 is formed, which enable the housing to be connected to a vacuum pump.
  • a vacuum valve 544 is provided on a side wall 532 of the housing, which enables the ion beam system to be charged with a disk to be processed by means of a robot device 546.
  • the ion source is fastened to the side wall 532 by means of corresponding fastening elements 548 by means of the glass ring 522.
  • the sample holder 116 is fastened to the housing side part 532 by means of an insulated suspension 550.
  • a dose measuring device is described in more detail below with reference to FIG. 6. Elements which have already been described with reference to the preceding figures are provided with the same reference symbols in FIG. 6 and a detailed description of these elements is omitted.
  • the integrated dose measurement is carried out by a plurality of Faraday beakers 552, which are arranged in the process disk holder 116, as shown in FIG. 6. With these Faraday beakers, the ion current and the homogeneous action of the ion beam measured during the process or between the individual process steps. By integrating the ion current over the process time, it is possible to determine the ion dosage, which is an important parameter in an ion implantation process.
  • the individual Faraday beakers 552 are connected via lines 602 to a measuring amplifier 604, which is arranged within the holder 116.
  • the measuring amplifier is connected to a dosimeter 610 via a data line 606 and an energy line 608.
  • the dose measuring device comprises a controller, a dose display, an energy supply unit and provides an interface with the measuring current amplifier and with a control computer 612.
  • the control computer 612 serves not only to control the dosimeter but also to control the ion beam system shown in FIG. 5.
  • the current integrator shown in FIG. 6 consists of several Faraday measuring cups 552 and one or more amplifier units 604 on each Faraday measuring cup, which is at a high voltage potential and both are integrated in the holder 116. As already described above, a dosimeter and a computer are provided.
  • FIG. 8a shows a multi-slot structure 800 which comprises an aluminum contact ring 802 and a plurality of plates 804 arranged parallel to one another.
  • the plates 804 are connected at their opposite ends to the aluminum contact ring 802.
  • the plates 804 are either themselves made of a conductive material or coated with a conductive layer (not shown) in order to enable the application of an alternating electrical field between the individual plates.
  • the material of the plates should, if possible, be the same as the material of the sample to be implanted or be coated with it.
  • the comb-shaped structure of the arrangement 800 shown in FIG. 8b merely represents a preferred embodiment of the present invention. It is pointed out that other embodiments are also possible, so For example, instead of the two sub-components 800a and 800b to which an electrical voltage is applied, only a single component can be provided, in which case two connections must be provided for the application of an electrical voltage. In order to achieve mass separation by means of such an arrangement, it is necessary that the plates of the arrangement are alternately connected to the first connection and the other time to the other connection for applying the alternating voltage and the adjacent plates are arranged insulated from one another to generate the required alternating field between the plates.
  • FIG. 8c represents an enlarged representation of a section of the arrangement 800.
  • this band or ion beam 814 can be passed through the applied alternating electric field between the plates 804a, 804b, which is also referred to as wobble, can be forced onto wavy paths.
  • the amplitude of the deflection Y of the band or ion beam depends on the frequency f of the alternating voltage, on the plate spacing d, on the amplitude of the alternating voltage U 0 , and on the mass m and the charge q of the ions, as described by the following Equation is shown:
  • a lighter ion 816 for example H +
  • a heavier ion 818 for example P +
  • the plate distance d smaller than the deflection of the light ion and larger than the deflection of the heavy ion
  • the light ion is separated from the heavy ion by collisions with the plates 804a and 804b. It is thus possible, for example, to use PH 3 as the plasma gas and to filter out the hydrogen using the multi-plate system according to the invention.
  • a slot grating 820 can be arranged at the outlet of the multi-plate system, that is to say at the end of the multi-plate system facing the sample.
  • the reference symbol 820 in FIG. 8c denotes a web of the multi-slot grating, which, for example, is made of silicon.

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Abstract

Eine Ionenquelle zur großflächigen Implantation von Ionen in eine Probe umfaßt eine Anode (106), eine Kathode (108), die aus demselben Material, aus dem die Probe (104) besteht, zu der Ionen aus der Ionenquelle (100) abgegeben werden, oder mit diesem beschichtet ist, oder aus einem Material hergestellt ist, das für die Probe (104) keine Kontamination darstellt, und einem zwischen der Anode (106) und der Kathode (108) angeordneten, geschlossenen Plasmaraum (110), wobei die Kathode (108) eine Multischlitzstruktur mit nebeneinanderliegenden Schlitzen, die durch Stege oder Platten getrennt sind, umfaßt, die von den Ionen durchlaufen wird, und so ein Multibandstrahl erzeugt wird, und wobei an die Kathode oder an nachfolgende Multischlitzstrukturen zur Extraktion und Beschleunigung des Multibandstrahls eine Spannung zur Erzeugung eines senkrecht zum Ionenstrahl liegenden elektrischen Feldes derart anlegbar ist, daß die Stege unterschiedliche Polaritäten aufweisen.

Description

lonenquelie für eine Ionenstrahlanlage
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ionenquelle für eine Ionenstrahlanlage gemäß dem Oberbegriff des Patent¬ anspruchs 1.
Ionenquellen finden ihre technische Anwendung in Bereichen, in denen ein großflächiger homogener Ionenstrahl erforder¬ lich ist. Dies ist beispielsweise bei der Großflächenionen- implantation zur Dotierung von Halbleitern, bei der Tribo- logie zur Oberflächenhärtung und bei der ionenstrahlunter- stützten Beschichtung der Fall.
Der Trend in der Ionenimplantation für die hochintegrierte Mikroelektronik geht zu geringeren Ionenenergien bei größe¬ ren Implantationsflächen. Die Höchstintegration mit mehr als IO7 Bauelementen pro Schaltung verlangt eine Reduzierung der pn-Übergangstiefe. Zum Beispiel sind in der CMOS-Technologie für die Drain und die Source ultrafache pn-Übergänge mit einer Tiefe von weniger als 100 nm erforderlich. Die Her¬ stellung von immer flacheren pn-Übergängen bereitet vor al¬ lem bei der Implantation von Bor für p+-Gebiete große tech¬ nologische Schwierigkeiten. Die hierfür erforderlichen An¬ forderungen an die Ionenimplantation, wie z.B. eine geringe Ionenenergie deutlich unterhalb von 30 keV, hoher Ionenstrom bzw. hoher Durchsatz, paralleler Strahl bei großen Implanta¬ tionsflächen und hohe Homogenität werden von derzeit erhält¬ lichen kommerziellen Anlagen nicht erfüllt.
Ein weiteres Leistungsmerkmal für zukünftige Halbleiterfer¬ tigungsgeräte ist die Integrierbarkeit in sogenannten Mehr¬ kammerprozeßanlagen, die auch als Cluster-Systeme bezeichnet werden. Dies erfordert die Entwicklung kleiner Prozeßmodule, die von einem zentralen Roboter mit Prozeßscheiben bedient werden können. Solche System haben den Vorteil, daß mehrere Prozeßschritte in einer Anlage ausgeführt werden können. Durch die steigende Anzahl an Prozeßschritten bei der Halb¬ leiterfertigung und höhere Anforderungen an die Flexibilität des Fertigungsprozesses gewinnen solche Anlagen immer mehr an Bedeutung. Herkömmliche Implantationsanlagen eignen sich nicht für eine Integration in eine Mehrkammerprozeßanlage, da sie in ihren Abmessungen zu groß sind. Die immer kom¬ plexer und teuerer werdenden kommerziellen Anlagen erfordern weiterhin einen hohen Wartungsaufwand und eine große Rein¬ raumfläche, was wiederum zu hohen Betriebskosten führt.
Um den genannten Anforderungen Rechnung tragen zu können, ist eine neue Ionenstrahltechnologie nötig. Eine Möglichkeit bietet die sogenannte "Plasma Immersion Ion Implantation", kurz PIII. In solchen Anlagen wird mittels hochfrequenter elektromagnetischer Anregungen ein Plasma in der Implanta- tionskammer ausgebildet. Die Ionendichte in diesem Bereich beträgt in der Regel IO10 bis IO11 cm-3. Durch Anlegen einer negativen Spannung, die bis zu einigen Kilovolt betragen kann, werden die positiven Ionen aus dem Plasma in Richtung einer Probe, die zu bearbeiten ist, beschleunigt. Eine PIII-Anlage hat eine Reihe von Vorteilen, wie z.B. hoher Ionenstrom, niedrige Prozeßkosten und ist ein kompaktes, wartungsarmes System, welches sich sehr gut für Mehrkammer¬ prozeßanlagen eignet.
Obwohl das PHI-Verfahren schon lange bekannt ist, konnte es sich bisher nicht bei der Implantation bei der Halbleiter¬ technologie durchsetzen. Die Gründe hierfür sind die un¬ scharfe Energieverteilung (Energiekontamination) , die inho¬ mogene Dosisverteilung und die Kontamination der Proben mit Schwermetallen oder unerwünschten Ionenarten.
Bekannte Ionenquellen für die Erzeugung großflächiger Ionen¬ strahlen sind die Hochfrequenz- und die Elektro-Zykletron- Resonanz-Ionenquelle.
Bei Hochfrequenz-Ionenquellen (HF-Ionenquelle) liegt der Ar¬ beitsdruck bei etwa 10~3 bis 10~2 mbar. Bei diesen Ionen¬ quellen ist die einfache Bauart und der geringe Leistungsbe¬ darf von Vorteil. Die Hochfrequenz wird kapazitiv bzw. in¬ duktiv eingekoppelt. Ist ein sehr sauberes Plasma erforder¬ lich, besteht der Plasmareaktor aus einem Quarzdom. Durch die Verwendung eines Quarzdoms wird die Hochfrequenzeinkopp¬ lung und ein gleichmäßig verteilter Gaseinlaß in den Plasma¬ raum erschwert. Um diese Nachteile, die zu inhomogenen Io¬ nenverteilungen und höheren Arbeitsdrücken führen, zu ver¬ meiden, werden bei vielen Herstellern Metallteile im Plas¬ maraum eingesetzt. Dies wiederum führt zu einer Metallkonta¬ mination auf den Prozeßscheiben und schließt eine Verwendung dieser Ionenquellenart für die großflächige Ionenimplanta¬ tion aus. Die herkömmlichen großflächigen HF-Ionenquellen sind deshalb nur für Ionenätzen geeignet. Da beim Ätzen sich die Kontaminationen an der Oberfläche befinden und nicht in den Halbleiter implantiert werden, können diese wieder ent¬ fernt werden.
Elektron-Zykletron-Resonanz-Ionenquellen (ECR-Ionenquellen) zeichnen sich aufgrund der Elektron-Zykletron-Resonanz durch eine höhere Plasmadichte (IO12 bis IO13 cm-3) als Hochfre¬ quenzplasmen (IO10 bis IO11 cm"3) aus. Daher arbeiten diese Quellen bei einem geringeren Prozeßdruck im Bereich von IO-5 bis IO-2 mbar. Ein Nachteil der ECR-Ionenquellen ist die durch das Magnetfeld entstehende Divergenz des Ionenstrahls. Ebenso wie im Falle der HF-Quellen ist für Anwendungen im Halbleiterbereich zur Reduzierung der Kontaminationn ein Quarzdom erforderlich. Dies erschwert auch hier den gleich¬ mäßig verteilten Gaseinlaß und die Mikrowelleneinkopplung. Es werden daher bei manchen Herstellern Metallteile im Plasmaraum verwendet. Die ECR-Quellen werden für die her¬ kömmliche Ionenimplantation (mit Massenseparation) und für Ätzanwendungen verwendet. Für die großflächige Ionenimplan¬ tation sind sie aus den bisher ungelösten Kontaminationspro- blemen und aufgrund der hohen magnetischen Felder nicht ein¬ setzbar. Weiterhin nimmt mit zunehmender Größe die Homogeni¬ tät des Plasmas ab, da die ECR-Bedingung meist nur am Rand des Plasmas erfüllt wird. Eine solche ECR-Ionenquelle ist beispielsweise aus der DE 3708716 AI bekannt.
Eine weitere bekannte Ionenquelle ist die sogenannte Kauf¬ mannionenquelle, die jedoch für viele Anwendungen aus Konta¬ minationsgründen ausscheidet. Besonders problematisch bei der Verwendung von Kaufmannionenquellen ist die Korrosion und das Absputtern der Glühkathode.
Im Stand der Technik sind Ionenstrahlanlagen bekannt, die sogenannte Ionenoptiken verwenden. Bisherige Ionenoptiken für großflächige Ionenstrahlen sind jedoch auf die Extrak¬ tion und die Beschleunigung von Ionen aus dem Plasma be¬ grenzt. Es ist mit diesen bekannten Ionenoptiken nicht mög¬ lich, einen großflächigen Ionenstrahl abzulenken, ohne die Homogenität des Ionenstrahls zu beeinträchtigen und ohne eine zusätzliche Kontaminationsquelle in den Ionenεtrahl einzubringen. Da die bisherigen Gitter oder Ablenkeinrich¬ tungen aus Metall oder Graphit bestehen, wird durch Ionen- strahlzerstäubung Material abgetragen, welches die Halblei¬ terproben kontaminiert. Ein weiteres Problem bei den bisher¬ igen Gittern besteht darin, daß die Gitterstruktur auf der Prozeßscheibe abgebildet wird. Extraktionsgitter sind bei¬ spielsweise in der DE 4315348 AI und in der DE 3601632 AI beschrieben.
Im Stand der Technik sind Implantationsanlagen bekannt, bei denen eine Ionenquelle vorgesehen ist, die einen Ionenstrahl erzeugt, welcher im Vergleich zur Probe dünn ist. Diese be¬ kannten Implantationsanlagen umfassen neben der Ionenquelle eine Massenseparation, eine Beschleunigungsröhre, eine Ab¬ lenk- bzw. Rastereinheit und eine Implantationskammer. Die Massenseparationseinheiten dieser bekannten Ionenimplanta¬ tionsanlagen bestehen aus einem sogenannten Anlaysemagneten mit einem Vakuumspalt, begrenzt durch die beiden Pole, zwi- sehen denen der von der Ionenquelle abgegebene dünne Ionen¬ strahl hindurchläuft, wobei durch den Einfluß der Magneten eine Analyse des lonenstrahls derart erfolgt, daß bestimmte Ionen innerhalb des lonenstrahls durch die Magnetwirkung stärker aus ihrer Flugbahn abgelenkt werden, so daß diese daran gehindert werden, einen nachfolgend zu der Analysere¬ gion angeordneten Separationsschlitz zu durchlaufen. Auf diese Weise, sind in dem dünnen Ionenstrahl lediglich die erwünschten Ionen enthalten. Solche Ionenimplantationsanla¬ gen sind beispielsweise in der EP 0405855 A2 und in der US-A-5, 396, 076 beschrieben.
Der Nachteil dieser bekannten Ionenimplantationsanlagen be¬ steht darin, daß diese nicht dazu geeignet sind, eine gro߬ flächige Ionenimplantation herbeizuführen, so daß auf eine aufwendige Rasterung der Proben bei diesen bekannten Implan¬ tationsanlagen nicht verzichtet werden kann. Ferner ermög¬ lichen diese bekannten Implantationsanlagen auch nicht die Erzeugung eines großflächigen lonenstrahls und sehen daher auch keine Möglichkeit einer Ablenkung eines solchen gro߬ flächigen lonenstrahls sowie eine Massenseparation eines solchen großflächigen lonenstrahls vor. Ein weiterer Nach¬ teil dieser bekannten Ionenimplantationsanlagen besteht dar¬ in, daß diese einen aufwendigen Aufbau haben, bei dem gegen¬ überliegend zwei Magnetpole zur Beeinflussung des zwischen diesen Polen hindurchlaufenden lonenstrahls vorzusehen sind. Ferner ist am Ausgang der Separationseinheit eine Schlitz¬ struktur vorzusehen, die den erwünschten Ionenstrahl durch¬ läßt. Der Separationsmagnet ist bei Produktionsanlagen meh¬ rere Tonnen schwer und läßt somit kein kompaktes und moder¬ nes Anlagenkonzept zu, z.B. Mehrkammerprozeßanlagen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen¬ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ionenquelle und eine Ionenstrahlanlage zu schaffen, bei der Kontaminationen der Prozeßscheibe sicher vermieden werden können, die eine großflächige Ionenimplantation von Proben ermöglicht und die Nachteile, die der direkten Anordnung des Plasmas über der Prozeßscheibe zugeordnet sind, sicher vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch eine Ionenquelle gemäß Anspruch 1 und durch eine Ionenstrahlanlage gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Ionenquelle zur gro߬ flächigen Implantation von Ionen in eine Probe, mit einer Anode, einer Kathode, die aus demselben Material, aus dem die Probe besteht, zu der Ionen aus der Ionenquelle abgege¬ ben werden, oder aus einem Material hergestellt ist, das für die Probe keine Kontamination darstellt, und einem zwischen der Anode und der Kathode angeordneten, geschlossenen Pla¬ smaraum, wobei die Kathode eine Multischlitzstruktur mit ne¬ beneinanderliegenden Schlitzen, die durch Stege getrennt sind, umfaßt, die von den Ionen durchlaufen wird, und so ein Multibandstrahl erzeugt wird, und wobei an die Kathode oder an nachfolgende Multischlitzstrukturen zur Extraktion und Beschleunigung des Multibandstrahls eine Spannung zur Erzeu¬ gung eines senkrecht zum Ionenstrahl liegenden elektrischen Feldes derart anlegbar ist, daß die Stege unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß mittels der neuartigen Ionenstrahlanlage ein kontaminations¬ freier Ionenstrahl erzeugt, extrahiert, abgelenkt und be¬ schleunigt werden kann, wobei die für die Erzeugung, Extra¬ hierung, Ablenkung und Beschleunigung wesentlichen Elemente der Ionenquelle und der Ionenoptik gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Silizium bestehen und deshalb für sehr saubere Prozesse in der Siliziumhalbleitertechnologie geeignet sind.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar¬ in, daß mittels der erfindungsgemäßen Ionenstrahlanlage die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Implantationsan¬ lagen reduziert bzw. vollständig ausgeräumt werden und fer¬ ner ein kostengünstiges, kompaktes und integrierbares System mit hohem Durchsatz und niedrigen Betriebskosten geschaffen wird, das speziell für die Implantation von hohen Dosen bei niedriger Energie, kleiner als 10 keV, geeignet ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mittels der neuar¬ tigen Ionenoptik, die beispielsweise aus Silizium besteht, der Ionenstrahl kontaminationsfrei extrahiert, beschleunigt und/oder abgelenkt werden kann, ohne daß sich eine Gitter¬ struktur auf der Prozeßscheibe abbildet. Ferner kann die Form des lonenstrahls dem Substrat bzw. der Prozeßscheibe angepaßt werden, wobei die Größe hierbei beliebig ist. Somit eignet sich die erfindungsgemäße Ionenquelle auch für die Prozessierung von quadratischen Substraten, wie z.B. für LCD-Anzeigen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaßen Ionenstrahlanlage besteht darin, daß es nun möglich ist, die Vorteile der Plasmadotierung mit den Vorteilen der herkömmlichen Ionenim¬ plantation zu verbinden. Es wird ein modernes, leistungs¬ fähiges Halbleiterfertigungsgerät geschaffen, das den Anfor¬ derungen in der Ionenimplantationstechnik nach immer höherem Durchsatz bei niedriger Energie und hoher Dosis gerecht wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar¬ in, daß ein sehr sauberes Plasma und somit ein kontamina¬ tionsfreier Ionenstrahl erzeugt wird, da der Plasmaraum z.B. vollständig mit Quarzglas und Silizium abgeschirmt ist. Fer¬ ner wird eine optimale Hochfrequenzeinkopplung sicherge¬ stellt, da sich die Elektroden unmittelbar am Plasma befin¬ den und den Plasmaraum abgrenzen.
Wiederum ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein sehr homogenes Plasma auch bei großen Flächen erzeugt werden kann, wobei im Gegensatz zu anderen Plasmaquellen die Homo¬ genität mit steigender Fläche bei einem Parallelplatten-Re¬ aktor zunimmt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Form des Ionen- Strahls beliebig ist und somit der Form der zu bearbeitenden Probe angepaßt werden kann. Ferner wird eine kontaminations¬ freie Auskopplung der Ionen aus dem Plasma durch Verwendung eines Siliziumgitters oder eines Siliziumschlitzgitters sichergestellt. Durch sogenanntes Wobbein bzw. Ablenken des lonenstrahls wird die Abbildung der Gitter auf den Proze߬ scheiben verhindert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines kostengünstigen, kompakten und inte¬ grierbaren Systems, das geringe Anschaffungs-, Wartungs- und Betriebskosten hat.
Ferner hat die erfindungsgemäße Ionenstrahlanlage den Vor¬ teil eines hohen Durchsatzes und niedriger Prozeßkosten, wo¬ hingegen es bei herkömmlichen Implantationsanlagen bei der Herstellung von flachen pn-Übergängen aufgrund der niedrigen Ionenenergie zu einer drastischen Reduzierung des Ionenstro¬ mes und somit zu einem niedrigen Durchsatz kommt. Der Vor¬ teil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß mittels der neuen Ionenquelle es ermöglicht wird, sehr kurze Implan- tationεzeiten bei hohen Dosen zu erreichen.
Wiederum ein weiterer Vorteil der vorliegenden erfindungsge¬ mäßen Ionenstrahlanlage besteht darin, daß ein Implanta¬ tionsmodul geschaffen wird, das vollständig neue technologi¬ sche Möglichkeiten bietet, wie z.B. die Durchführung meh¬ rerer Prozeßschritte in einer Anlage, wenn das Implanta¬ tionsmodul beispielsweise mit einem Tempermodul kombiniert wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ionenquelle be¬ steht darin, daß diese für Anwendungen, die einen großflä¬ chigen Ionenstrahl erfordern, der direkt (ohne Massensepara¬ tion, Ablenk- und Fokusiereinheit) auf die Probe zu be¬ schleunigen ist, besonders gut geeignet ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ionenstrahlanlage besteht darin, daß es nun möglich ist, die Vorteile der Plasmadotierung mit den Vorteilen der herkömmlichen Ionenim¬ plantation zu verbinden. Es wird ein modernes, leistungs¬ fähiges Halbleiterfertigungsgerät geschaffen, das den Anfor¬ derungen in der Ionenimplantationstechnik nach immer höherem Durchsatz bei niedriger Energie und hoher Dosis gerecht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Er¬ findung wird Ionenquelle geschaffen, bei der die Multi- schlitzstruktur der Kathode und/oder die nachfolgenden Multischlitzstrukturen durch parallel zueinander angeordnete Platten gebildet sind, an die ein elektrisches Wechselfeld anlegbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist an dem der Probe zugewandten Ende der Multischlitzstruktur der Kathode oder der nachfol¬ genden Multischlitzstrukturen eine Multischlitzgitterstruk- tur derart angeordnet, daß deren Stege im Strahlengang des lonenstrahls liegen. Dies ist dann erforderlich, wenn schwere Ionen (z.B. Ar+) von leichten Ionen (z.B. B+) ge¬ trennt werden sollen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen be¬ vorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen HF-Ionenquelle;
Fig. 2 eine Mehrfach-Schlitzgitterstruktur;
Fig. 3 eine Mehrfach-Schlitzgitterkammstruktur;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Ablenkung von Ionenstrahlen mittels einer Ionenoptik;
Fig. 5a und 5b ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der er¬ findungsgemäßen Ionenstrahlanlage;
Fig. 6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines integrier¬ ten Dosismeßsystems in der erfindungsgemäßen Ionen¬ strahlanlage; und
Fig. 7 eine HF-Plasmaquelle gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 8a eine Draufsichtdarstellung erfindungsgemäßen Multi- Plattensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbei¬ spiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8b eine Seitenansicht des Multi- Plattensystems aus Fig. 8a; und
Fig. 8c eine vergrößerte Darstellung der Seitenansicht aus Figur 8b.
Bevor nachfolgend bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor¬ liegenden Erfindung näher beschrieben werden, erfolgt zu¬ nächst eine kurze Beschreibung einer herkömmlichen HF-Plas¬ maquelle für Ätzanwendungen anhand der Fig. 7.
In Fig. 7 ist eine herkömmliche Plasmaquelle in ihrer Ge¬ samtheit mit dem Bezugszeichen 700 bezeichnet. Die HF-Pla¬ smaquelle umfaßt eine sogenannte Duschelektrode 702, die mit Masse verbunden ist. Die Gegenelektrode ist durch den Pro¬ benhalter 704 gebildet, auf dem eine zu bearbeitende Probe 706 angeordnet ist. Zwischen der Elektrode 704 und der Duschelektrode 702 ist der sogenannte Plasmaraum 708 defi¬ niert. In dem Plasmaraum 708 wird durch Beschicken desselben mit einem Gas, wie es durch die Pfeile 710 angedeutet ist und durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an den Proben¬ halter 704 ein Plasma 712 erzeugt. Die in Fig. 7 dargestellte HF-Plasmaquelle stellt eine ein¬ fache Art dar, ein sehr homogenes Plasma zu erzeugen. Dies wird durch Anlegen der Hochfrequenzspannung UHF zwischen der Duschelektrode 702 und der Elektrode 704 erreicht. Dieses Prinzip findet vielfach in Ätzmodulen Verwendung, wobei die zu ätzende Siliziumscheibe 706 bereits auf einer Metallplat¬ tenelektrode 704 aufliegt. Da das Plasma 712 direkt über der Siliziumscheibe 706 ausgebildet ist und die beiden Platten¬ elektroden 702 (Duschelektrode in Fig. 7) und 704 aus Metall bestehen, treten in einem solchen System Strahlenschäden und eine Metallkontamination an der Oberfläche der Silizium¬ scheibe auf. Diese Art der Plasmaerzeugung kann daher nur für Ätzanwendungen oder plasmaunterstützte Schichtabschei- dungen verwendet werden.
Anhand der Fig. 1 wird nachfolgend ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Ionenoptik im Zusammenwirken mit einer Ionenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung näher be¬ schrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß in der nachfol¬ genden Beschreibung der vorliegenden Erfindung in den Zeich¬ nungen für ähnliche Elemente die gleichen Bezugszeichen ver¬ wendet werden.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Ionenquelle in ihrer Ge¬ samtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Es wird dar¬ auf hingewiesen, daß in Fig. 1 neben der erfindungsgemäßen Ionenquelle 100 noch weitere Elemente einer Ionenstrahlan¬ lage dargestellt sind, wie z.B. eine Ionenoptik 102, die zum Extrahieren und/oder Ablenken von aus der Ionenquelle 100 zu einer Probe 104 abgegebenen Ionen dient. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt die erfindungsgemäße Ionenquelle 100 eine Anode 106, die mit Masse verbunden ist und eine Kathode 108, an die eine HF-Spannung UHF anlegbar ist. Zwischen der Anode 106 und der Kathode 108 ist ein Plasmaraum 110 defini¬ ert. Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Ionenquelle wird ein zu ionisierendes Gas in den Plasmaraum 110 eingeleitet, wie dies durch die Pfeile 112 in Fig. 1 dargestellt ist. Auf¬ grund der Art der Einführung des Gases in den Plasmaraum 110 wird die Anode 106 auch als Duschelektrode bezeichnet. Eben¬ falls ist es möglich, den Gaseinlaß von der Anode zu tren¬ nen, z.B. durch einen ringförmigen Gaseinlaß zwischen der Anode und der Seitenwand 126. Zur Erzeugung eines Plasmas 114 innerhalb des Plasmaraums 110 wird an die Kathode 108, die beispielsweise als Gitterelektrode ausgebildet iεt, eine Hochspannung UHF angelegt.
Wie aus der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Ionen¬ quelle deutlich wird, weist diese einen sogenannten Paral- lelplattenreaktor auf, der die nachfolgend näher beschrie¬ benen entscheidenden Ergänzungen aufweist. Die Anode und Ka¬ thode, d.h. die Elektroden 106, 108 bestehen gemäß der vor¬ liegenden Erfindung nicht aus einem Metall, sondern aus dem¬ selben Material, aus dem die Probe 104 besteht. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Elek¬ troden 106, 108 aus einem Halbleitermaterial, wobei die un¬ terste Elektrode 108 beispielsweise in der Form eines Git¬ ters ausgebildet ist oder eine geeignet geformte Lochstruk¬ tur aufweist oder aus einer Siliziumplatte mit mehreren Schlitzen besteht. Die Elektrode 108 kann gleichzeitig zu der Erzeugung des Plasmas auch die Extraktion der Ionen aus dem Plasmaraum 110 ermöglichen. Wie es aus Fig. 1 zu erken¬ nen ist, brennt das Plasma 114 nicht direkt über der Probe 104, sondern ist von dieser beabstandet. Durch die Verwen¬ dung der Gitterelektrode 108 (bzw. der Schlitzelektrode) wird aus dem Parallelplattenreaktor eine Ionenquelle.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist zwischen der Ionen¬ quelle 100 und der Probe 104 die auf einem Probenhalter 116 angeordnet ist, die Ionenoptik 102 angeordnet. Die Ionenop¬ tik 102 umfaßt ein Extraktionsgitter 118 und eine Ionenab- lenkeinrichtung 120, die die von der Ionenquelle 100 erzeug¬ ten Ionen, die zu der Probe 104 abgegeben werden, extrahie¬ ren und ablenken, wie dies durch die Ionenstrahlen 122 in Fig. 1 angedeutet ist.
An die Extraktionselektrode 118 ist eine Exktraktionsspan- nung UEX anlegbar. Eε wird darauf hingewiesen, daß die Elek¬ trode 118 beispielsweise als Gitter oder Schlitzelektrode ausgebildet sein kann. Mittels der Ablenkeinrichtung 120 er¬ folgt eine Ablenkung der Ionenstrahlen 122. Die Funktions¬ weise der Ionenoptik 102 wird später noch detaillierter be¬ schrieben. Die Kombination der in Fig. 1 dargestellten zwei Hauptkomponenten, nämlich der Ionenquelle 100 und der erfin¬ dungsgemäßen Ionenoptik 102 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Ionenstrahlanlage 124 dar.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß abhängig von der vor¬ gesehen Verwendung der Ionenquelle 100 auf die Ionenoptik 102 ganz oder teilweise verzichtet werden kann. Mit anderen Worten ist es beispielεweise nicht zwingend erforderlich, das in Fig. 1 dargestellte Extraktionsgitter 118 und die Ionenablenkeinrichtung 120, die beiεpielsweise auch in der Form eines Gitters vorliegt, vorzusehen, da einerseits die im Plasma 114 zwischen der oberen und der unteren Elektrode 106, 108 entstehende Spannung zur Ionenextraktion verwendet werden kann, und andererseits eine Spannung zwischen der Gitterelektrode 108 und dem Probenhalter 116 zur Extraktion anlegbar ist.
Ferner ist es möglich, auch nur einen Teil der Ionenoptik zusammen mit der Ionenquelle 100 vorzusehen, abhängig vom Anwendungsfall. So kann beispielsweise auf die Ionenablenk¬ einrichtung 120 verzichtet werden und nur ein Extraktions¬ gitter 118 vorgesehen sein. Andererseits kann, wenn die Extraktionsspannung auf die oben beschriebene Art erzeugt wird, auf das Extraktionsgitter 118 verzichtet werden, und nur die Ablenkeinrichtung 120 vorgesehen sein.
Neben den oben beschriebenen Strukturen der Kathode 108 kann diese auch eine Mehrfach-Schlitzstruktur haben.
Wie es in Fig. 1 weiter dargestellt ist, ist der Plasmaraum 110 in Bereichen, in denen er nicht durch die Anode 106 oder die Kathode 108 begrenzt ist, durch eine nicht-metallische Struktur 126 begrenzt, die beispielsweise eine Quarzstruktur ist.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 2 bis 4 die oben angespro¬ chene Ionenoptik 102 näher beschrieben. Wie es bereits im Vorhergehenden ausgeführt wurde, sind die bisher bekannten Ionenoptiken für großflächige Ionenstrahlen einfache Metall¬ oder Graphitgitter, mit denen nur eine Extraktion und Be¬ schleunigung der Ionen möglich ist. Diese Gittersysteme ha¬ ben zwei entscheidende Nachteile für die Anwendung bei der Ionenimplantation, erstens sind sie eine Kontaminations¬ quelle, zweitens werfen sie einen Schatten, d.h. die Gitter werden durch den Ionenstrahl auf der zu implantierenden Pro¬ be abgebildet.
Wie eε bereits anhand der Fig. 1 kurz beschrieben wurde, um¬ faßt die Ionenoptik 102 eine Einrichtung 118, 120, mittels der Ionen, die aus der Ionenquelle 100 zu der Probe 104 ab¬ gegeben werden, extrahiert und/oder abgelenkt werden. Abhän¬ gig von der erwünschten Anwendung kann hierbei entweder nur extrahiert oder nur abgelenkt oder extrahiert und abgelenkt werden.
In Fig. 2 und 3 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der verwendeten Gitterstrukturen 200 bzw. 300 dargestellt. Die Ionenoptik 102 (Fig. 1) umfaßt eine Extraktionseinrichtung 118 und eine Ionenablenkeinrichtung 120. Die Extraktionsein¬ richtung ist durch eine Mehrfach-Schlitzgitterstruktur 200 (Fig. 2) gebildet. Die Gitterstruktur 200 umfaßt einen soli¬ den Umfangsabschnitt 202 sowie eine Mehrzahl von leitfähigen Stegen 204, die von dem Umfangsabschnitt 202 gehalten sind. Der Umfangsabschnitt 202 ist bevorzugterweise aus einem iso¬ lierenden Material hergestellt, um somit die voneinander isolierte Anordnung mehrerer Strukturen 200 zu ermöglichen. Ferner ist die Gitterstruktur 200 mit einer Anschlußvorrich¬ tung, die in Fig. 2 nicht dargestellt iεt, versehen, um daε Anlegen einer Spannung an die Stege 204 zu ermöglichen. Die Ionenablenkeinrichtung der lonenoptik 102 ist durch eine Mehrzahl von Mehrfach-Schlitzgitterstrukturen gebildet, die voneinander isoliert sind. Die Mehrfach-Schlitzgitterstruk¬ tur für die Ionenablenkeinrichtung 120 kann beispielsweise durch eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Mehrfach- Schlitzgitterεtrukturen gebildet εein, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungεbeiεpiel ist eine Mehrfach- Schlitzgitterstruktur als Kammstruktur ausgebildet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die in Fig. 3 dargestellte Mehr¬ fach-Schlitzgitterstruktur 300 umfaßt einen Umfangsabschnitt 302, der sich teilweise um den äußeren Umfang der Struktur 300 erstreckt. Ausgehend von dem Umfangsabschnitt 302 er¬ strecken sich Stege 304, die voneinander beabstandet sind und mit dem Umfangsabεchnitt verbunden εind. Die Stege kön¬ nen durch eine geeignete Vorrichtung mit einer Spannungε- quelle (nicht dargestellt) verbunden werden. Bei der Verwen¬ dung einer Gitterstruktur, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt die Ionenablenkeinrichtung 120 eine Mehrzahl von Mehrfach-Schlitzgitter-Kammstrukturen, wobei diese derart angeordnet sind, daß die Kammstrukturen (in der Form der Stege 304) ineinander geschoben sind.
Die wesentlichen Elemente der lonenoptik, die zur Extraktion und/oder Ablenkung des lonenstrahls 120 vorgesehen sind, be¬ stehen gemäß der vorliegenden Erfindung aus demselben Mate¬ rial, aus dem die Probe 104 besteht. Die Verwendung der Mehrfachschlitz-Ionenoptik, beispielsweise aus Silizium, wenn eine Siliziumprobe zu behandeln ist, hat den Vorteil, daß die lonenoptik 120 für die Prozeßscheibe bzw. Probe 104 keine Kontaminationsquelle darstellt, da beide aus demselben Material bestehen. Das von Ionenstrahl zerstäubte Material iεt beispielsweiεe Silizium. Durch Verwendung eineε Mehr- fach-Schlitzsystemε können die Ionen extrahiert, beεchleu- nigt und/oder abgelenkt werden. Hierbei werden zwei überein¬ ander gelegte und voneinander isolierte Mehrfach-Schlitz- scheiben 200 oder zwei ineinander geschobene Kamrastrukturen 300 verwendet, wodurch es ermöglicht wird, ein elektrischeε Feld senkrecht zur Ionenstrahlrichtung zu erzeugen und da¬ durch einen großflächigen Ionenεtrahl abzulenken, ohne des¬ sen Homogenität zu beeinträchtigen. Dies ist in Fig. 4 ver¬ deutlicht, in der positive Ionenstrahlen 120 dargestellt sind, die eine ineinandergeschobene Kammstruktur 300 bzw. übereinander angeordnete flache Schlitzgitter 200 durch¬ laufen. Durch Erzeugung des elektrischen Feldes senkrecht zur Ionenstrahlrichtung, wie es durch die Angaben der Po¬ larität vereinfacht dargestellt ist, erfolgt eine Auslenkung der Ionenstrahlen, wie es durch die Pfeile 400 dargestellt ist. Die lonenoptik stellt somit eine Art Breitstrahlwobbel- einrichtung, im vorliegenden Fall beispielsweise eine Sili- ziumbreitstrahl-Wobbeleinrichtung dar, mit der auf einfache Weise das Abbilden der Gitterstruktur 200 bzw. 300 (Extrak¬ tionsgitter, Beschleunigungsgitter) auf die Siliziumproze߬ scheibe 104 verhindert wird.
Ein Vorteil der oben beschriebenen lonenoptik besteht darin, daß diese gegenüber thermischer Ausdehnung unempfindlich ist, und somit keine mechanischen Spannungen auftreten und eine DeJustierung vermieden wird.
Ein weiterer Vorteil ist die einfache Herstellung der Struk¬ turen 200 bzw. 300, die nach deren Strukturierung mit Hilfe einer Diamantsäge zu entsprechenden Scheiben mit vorbestimm¬ ter Dicke erzeugt werden.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 5a und der Fig. 5b ein wei¬ teres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ionenstrahlanlage 124 beschrieben, wobei in Fig. 5 Elemente, die bereits anhand der vorhergehenden Figuren beschrieben wurden, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und eine erneute Beschreibung weggelassen ist.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ionenstrahlanlage 124 bildet sich das Plasma 114 gemäß dem in Fig. 5 dargestellten Aus- führungεbeiεpiel im Bereich zwischen einer Siliziumanode 106 und einer Siliziumschlitzkathode 108 aus, wobei der Plasma¬ raum 110 nach außen durch Quarzringe 126 abgeεchirmt ist. Das Plasma 114 kommt somit nur noch mit Silizium bzw. Quarz¬ oberflächen in Berührung, was eine Metallkontamination ver¬ hindert. Durch Anlegen einer negativen externen Gleichspan¬ nung an das Siliziumextraktionsgitter 118 werden positive Plasmaionen extrahiert und auf die zu prozessierenden Schei¬ ben 104 beschleunigt. Durch eine Siliziumionenoptik 120 wird der Strahl abgelenkt, und kann beispielεweise durch eine zu¬ sätzliche, nicht dargestellte Lochblende fokusiert bwz. de- fokuεiert werden.
Die Siliziumanode 106, die auch als Duschanode bezeichnet wird, umfaßt eine Metallhalterung 502, eine Quarzringhalte- rung 504, wobei durch die Anode 106, die Metallhalterung 502 und die Quarzringhalterung 504 ein geschloεεener Gasvertei- lungsraum 506 definiert ist.
An den Verbindungsstellen zwischen der Metallhalterung 502 und der Quarzringhalterung 504 sind entsprechende Dichtungs¬ elemente 508 angeordnet, um den Gasverteilungsraum 506 dicht abzuschließen. Über einen Gaseinlaß 510 wird Gas von einer Gasversorgung 512 in den Gasverteilungsraum 506 eingebracht. Der Gasverteilungεraum 506 gewährleiεtet eine optimale Gas¬ verteilung und stellt ferner eine physikalische Trennung der Metallhalterung zu der Siliziumanode 106 sicher, so daß eine vollständige Trennung des Plasmaε 114 von Metallteilen ge¬ währleistet ist. Wie es in Fig. 5 zu erkennen ist, ist die Anode 106 durch Wolframfedern 514 an der Metallhalterung 502 befestigt und gegen einen Vorsprung 516 der Quarzringhalte¬ rung 504 vorgespannt.
Das Gas wird aus dem Gasverteilungsraum 506 in den Plasma¬ raum 510 durch eine Mehrzahl von gleichmäßig verteilten Lö¬ chern in der Siliziumscheibe 106 oder durch ringförmig am Rande zwischen dem Vorsprung 516 und der Siliziumscheibe 106 eingebracht. Die Metallhalterung 502 und die Siliziumanode 106 sind beide geerdet. Die Metallhalterung 502 ist mit einem Wasεereinlaß 518 und mit einem Wasserauslaß 520 verbunden, wodurch eine Wasser¬ kühlung der Metallhalterung 502 bereitgestellt wird.
Die Siliziumkathodenanordnung ruht auf einem Glasring 522, der als Grundplatte und zur elektrischen Isolation dient. Ferner ist ein Siliziumring vorgesehen, der Aluminiumkon¬ taktringe 526 und 527 von dem Plasmaraum 110 isoliert. Die Aluminiumkontaktringe 526 dienen dazu, die entsprechenden Spannungen an die Elektroden 108 und 118 anzulegen, wie dies in Fig. 5b zu erkennen ist. Um einen Kurzschluß zwischen den Elektroden 108 und 118 zu vermeiden, sind diese durch einen Teflonring 528 voneinander isoliert.
Wie es in Fig. 5 zu sehen ist, iεt die Anodenεtruktur mit der Kathodenεtruktur über die Quarzglaεringseitenteile 126 verbunden, wobei bei aufgesetzter Anodenstruktur die Qurz- ringhalterung 504 zusammen mit einer Teflondichtung 530 und den Quarzglasringseitenteil 126 den Plasmaraum 110 nach außen vollständig abschirmen.
Die erforderliche Hochfrequenzspannung wird über den Alumi¬ niumkontakt 526 an die Siliziumkathode 108 angelegt.
Der erzeugte Ionenstrahl 122 wird durch die bereits oben be¬ schriebene lonenoptik 120 abgelenkt bzw. gewobbelt, so daß sich keine Gitterstrukturen auf der Siliziumscheibe 104 ab¬ bilden. Zusätzlich kann eine in Fig. 5 nicht dargestellte Lochapertur vorgesehen sein, die den Ionenstrahl geringfügig verbreitert bzw. fokusiert. Durch daε Anlegen einer Spannung an ein weitereε, ebenfallε nicht dargestelltes Schlitzgit¬ ter, bzw. an die Probenhalterung 116 wird der Ionenstrahl auf die gewünschte Energie gebracht, so daß die Beschleuni¬ gungsspannung von der Extraktionsspannung entkoppelt ist und in weiten Bereichen frei gewählt werden kann. Die Probenhal¬ terung 116 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit Silizium verkleidet, um Kontaminationen durch eine Zerstäubung zu vermeiden.
Die bisher beschriebene Anordnung ist in einem Vakuumgehäuεe angeordnet, daε wassergekühlte Seitenwände 532 sowie einen Vakuumdeckel 534 aufweist. Die Seitenwände sind mit Flan¬ schen 536 versehen, die als Sichtfenster, Spannungs- und Meßdurchführung genutzt werden können.
Ein Boden 538 des Gehäuses umfaßt zwei Flansche 540, zwi¬ schen denen eine Ausnehmung 542 gebildet ist, die den An¬ schluß des Gehäuses an eine Vakuumpumpe ermöglichen. An einer Seitenwand 532 des Gehäuses ist ein Vakuumventil 544 vorgesehen, das die Beschickung der Ionenstrahlanlage mit einer zu prozesεierenden Scheibe mittelε einer Roboterein¬ richtung 546 ermöglicht. Die Ionenquelle iεt mittelε deε Glasrings 522 über entsprechende Befestigungεelemente 548 an der Seitenwand 532 befestigt. Ebenso ist der Probenhalter 116 mittels einer iεolierten Aufhängung 550 an dem Gehäuse- seitenteil 532 befestigt.
In dem Probenhalter 116 ist eine Mehrzahl von Faraday-Be- chern 552 integriert. Mittels dieser Becher 552 kann der Ionenstrom und die Homogenität des Ionenstrahlε während deε Prozesses gemessen werden. Durch eine AufIntegration des Ionenstroms über die Prozeßzeit ist die Bestimmung der Ionendosiε möglich, welche eine wichtige Kenngröße beim Ionenimplantationsprozeß darstellt.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 6 eine Dosismeßeinrichtung detaillierter beschrieben. Elemente, die bereits anhand der vorhergehenden Figuren beschrieben wurden, sind in Fig. 6 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine detaillier¬ te Beschreibung dieser Elemente wird weggelasεen.
Die integrierte Dosismessung erfolgt durch eine Mehrzahl von Faraday-Bechern 552, die in der Prozeßscheibenhalterung 116 angeordnet sind, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Mittels dieser Faraday-Becher wird der Ionenstrom und die Homogeni- tat des lonenstrahls während des Prozesεes bzw. zwiεchen den einzelnen Prozeßschritten gemessen. Durch eine Integration des Ionenstromε über die Prozeßzeit iεt die Beεtimmung der Ionendoεiε möglich, welche eine wichtige Kenngröße bei einem Ionenimplantationεprozeß darεtellt.
Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, sind die einzelnen Fara- day-Becher 552 über Leitungen 602 mit einem Meßverstärker 604 verbunden, der innerhalb der Halterung 116 angeordnet ist. Über eine Datenleitung 606 und eine Energieleitung 608 ist der Meßverstärker mit einer Dosiεmeßeinrichtung 610 ver¬ bunden. Die Dosismeßeinrichtung umfaßt eine Steuerung, eine Dosisanzeige, eine Energieversorgungεeinheit und stellt eine Schnittstelle mit dem Meßstromverεtärker und mit einem Steuerrechner 612 bereit. Der Steuerrechner 612 dient neben der Ansteuerung des Dosiεmeßgeräts auch zur Steuerung der in Fig. 5 dargestellten Ionenstrahlanlage.
Wie es in Fig. 6 zu sehen ist, erfolgt die Verbindung zwi¬ schen Meßverstärker und Dosiεmeßgeräten mittels der Leitun¬ gen 606 und 608, die durch eine isolierte Durchführung in der Aufhängung 550 geführt εind, mit der die Scheibenhal- terung 116 an einer Seitenwand 632 befeεtigt iεt. Das Innere der Scheibenhalterung 116 ist von dem im Inneren des Gehäu¬ ses 532 herrschenden Vakuum isoliert.
Der in Fig. 6 dargestellte Stromintegrator besteht aus meh¬ reren Faraday-Meßbechern 552 und einer oder mehrerer Ver¬ stärkereinheiten 604 an jedem Faraday-Meßbecher, die auf einem Hochspannungspotential liegt und beide in der Halte¬ rung 116 integriert sind. Ein Dosiεmeßgerät und ein Rechner sind, wie bereits oben beschrieben wurde, vorgesehen.
Das Verstärkerεignal wird über einen Lichtwellenleiter zum Dosismeßgerät weitergeleitet und in der Dosiεεteuerung wird das Signal über die Prozeßzeit integriert und in die Dosis umgerechnet. Nachdem eine voreingestellte Dosis erreicht ist, wird der Implantationsprozeß von der Steuerung über den Steuerrechner 612 abgeschaltet. Die Dosisiεteuerung kann ma¬ nuell oder über den Steuerrechner 612 eingestellt werden. Da mehrere Meßbecher symmetrisch am Rand der Implantationsflä¬ che angeordnet sind, erhält man über die Abweichung der einzelnen Meßwerte während des Prozesses ein Maß für die Homogenität. Bei einem Scheibenwechsel, d.h. wenn der Robo¬ ter 546 (Fig. 5) die Scheibe 104 entfernt und eine neue Scheibe holt, ist anhand von einem oder mehreren weiteren Meßbechern, die während des Prozesses von der Siliziumschei¬ be abgedeckt sind, eine genaue Homogenitätsbeεtimmung direkt am Ort der Scheibenablage möglich.
Die Verwendung des oben beschriebenen Dosismeßsystems be¬ steht darin, daß die Messung der Dosis direkt an der Sili- ziumεcheibe erfolgt und die Messung der Strahlhomogenität ohne mechanisch bewegte Teile direkt am Ort der Scheibenab¬ lage durchgeführt wird. Das beschriebene Dosiεmeßsystem weiεt eine hohe Störεicherheit auf, da das Meßsignal direkt nach dem Meßbecher 552 verstärkt wird und erst dann an eine Dosisεteuerung weitergeleitet wird.
Ferner hat daε Syεtem den Vorteil, daß der Faraday-Becher und der Verstärker von der Dosissteuerung galvanisch ge¬ trennt sind und somit auf unterschiedlichem Potential liegen können. Dies ermöglicht eine Dosismessung auch dann, wenn der Faraday-Becher auf 20 kV liegt und die Steuerung auf Massepotential liegt.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hauptsäch¬ lich auf Proben aus Silizium Bezug genommen wurde, wird dar¬ auf hingewiesen, daß anstelle des beschriebenen Siliziums auch Proben aus anderem Material, wie z.B. Galiumarsenit oder Germanium oder ähnlichem verwendet werden können, wobei in diesem Fall zur Vermeidung der Kontamination der zu bear¬ beitenden Prozeßscheibe die oben beschriebenen Elemente der Ionenquelle bzw. der Ionenstrahlanlage aus demselben Mater¬ ial hergestellt sind, aus dem die zu bearbeitende Probe be- εteht, oder aus einem die Material hergestellt sind, das für die Probe keine Kontamination darstellt, wie z.B. Si oder C bei einer Probe aus Sie.
Nachfolgend wird anhand der Figur 8 ein Ausführungsbeispiel einer Komponente eines Multi-Bandstrahlεyεtemε für eine ein¬ fache Massenεeparation eineε großflächigen Ionenεtrahlε dar¬ gestellt.
In der Figur 8a iεt eine Multiεchlitzεtruktur 800 darge- εtellt, die einen Aluminiumkontaktring 802 εowie eine Mehr¬ zahl von parallel zueinander angeordneten Platten 804 um¬ faßt. Die Platten 804 εind an deren gegenüberliegenden Enden mit dem Aluminiumkontaktring 802 verbunden. Die Platten 804 sind entweder selbst aus einem leitfähigen Material herge¬ stellt oder mit einer leitfähigen Schicht (nicht darge¬ stellt) beschichtet, um das Anlegen eines elektrischen We¬ chselfeldes zwischen die einzelnen Platten zu ermöglichen. Um Kontaminationen zu vermeiden, sollte, wenn möglich, das Material der Platten gleich sein mit dem Material der zu im¬ plantierenden Probe, oder mit diesem beschichtet sein.
In Figur 8b ist eine Seitenansicht des Multi-Plattensyεtemε 800 dargestellt. Wie in Figur 8b zu sehen ist, ist das Mul- ti-Plattensystem 800 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei¬ spiel der vorliegenden Erfindung durch eine erste Teilkompo¬ nente 800a und eine zweite Teilkomponente 800b gebildet. Die Teilkomponenten 800a und 800b sind durch Isolatoren 806 von¬ einander isoliert. Die Isolatoren 806 dienen gleichzeitig dazu, zwischen den Komponenten 800a und 800b einen vorbe¬ stimmten Abstand einzustellen. Gemäß einem bevorzugten Aus¬ führungsbeispiel können die Isolatoren bzw. Abstandhalter 806 aus Teflon hergestellt sein.
Wie in Figur 8b zu sehen ist, umfaßt jede der Teilkomponen¬ ten 800a und 800b einen Aluminiumkontaktring 802a und 802b, wobei jedoch in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen wird, daß die Verwendung eineε Aluminiumkontaktrings nicht zwin- gend ist. Auch andere leitfähige Materialien können verwen¬ det werden. Ferner können die Kontaktstrukturen 802a und 802b auch aus einem nicht leitenden Material hergestellt sein, daß entweder ganz oder teilweise mit einer leitfähigen Schicht bedeckt ist. An den Kontaktringen 802a und 802b sind die einzelnen Platten 804a und 804b angeordnet. Wie es be¬ reits oben ausgeführt wurde, können die Platten 804a und 804b entweder aus einem leitfähigen Material oder aus einem nicht leitfähigen Material, welches mit einer leitfähigen Schicht bedeckt ist, gebildet sein. Die Teilkomponenten 800a und 800b sind derart ausgebildet, daß die Platten parallel zueinander angeordnet sind und sich in die gleiche Richtung von den Kontaktringen erstrecken. Hierdurch ergibt sich die Kammstruktur der in Figur 8b dargestellten Teilkomponenten 800a und 800b. Die Teilkomponenten 800a und 800b sind derart zueinander angeordnet, daß die Platten 804a der ersten Teil¬ komponente 800a zwischen die Platten 804b der zweiten Teil¬ komponente 800b derart eingeführt sind, daß sich zwischen den nunmehr benachbarten Platten 804a und 804b ein vorbe¬ stimmter Abstand einstellt.
Ein Multi-Bandstrahl 808 tritt aus der Ionenquelle in die Anordnung 800 ein und die einzelnen Teilstrahlen 808a laufen zwischen den parallel angeordneten Platten 804b und 804a der beiden Teilkomponenten 800b und 800a hindurch und werden in dem Bereich, in dem die Platten 804a und 804b sich gegen¬ überliegen von einem an die Einheit 800 angelegten Wechsel¬ feld beeinflußt, so daß sich am Ausgang der Anordnung 800 ein gefilterter Breitstrahl 810 ergibt, der auf die Probe gerichtet ist. Das Wechselfeld zwischen den Platten 804a und 804b wird durch Anlegen einer Wechselspannung an die An¬ schlüsse 812a der ersten Teilkomponente 800a und 812b der zweiten Teilkomponente 800b erzeugt.
Die in Figur 8b dargestellte kammförmige Struktur der Anord¬ nung 800 stellt lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbei¬ spiel der vorliegenden Erfindung dar. Es wird darauf hinge¬ wiesen, daß auch andere Ausführungsformen möglich sind, so kann beispielsweise an Stelle der zwei Teilkomponenten 800a und 800b, an die eine elektrische Spannung angelegt wird, nur eine einzige Komponente vorgesehen sein, wobei in diesem Fall zwei Anschlüsse für das Anlegen einer elektrischen Spannung vorhanden sein müεsen. Um eine Massenseparation mittels einer solchen Anordnung zu bewirken ist es erforder¬ lich, daß die Platten der Anordnung alternierend einmal mit dem ersten Anschluß und zum anderen Mal mit dem anderen An¬ schluß zum Anlegen der Wechselεpannung verbunden sind und die benachbarten Platten voneinander isoliert angeordnet sind, um zwischen den Platten das erforderliche Wechselfeld zu erzeugen.
Nachfolgend wird anhand der Figur 8c, welche eine ver¬ größerte Darstellung eines Ausεchnittε der Anordnung 800 darstellt, das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Funktionsprinzip näher erläutert.
In Figur 8c ist eine Platte 804a der ersten Teilkomponente 800 und eine Platte 804b der zweiten Teilkomponente 800b dargestellt, an die ein elektrischeε Wechεelfeld angelegt ist. Zwischen die Platten 804a und 804b tritt ein Ionen¬ strahl des Multi-Bandstrahls 808 ein, läuft zwiεchen den Platten 804a und 804b hindurch und wird dabei durch daε elektrische Wechselfeld beeinflußt, so daß am Ausgang der Platten 804a und 804b ein gefilterter Ionenstrahl 810 aus¬ tritt. Bei dem in Figuren 8b und 8c dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel sind die Platten 804a und 804b aus Silizium hergestellt, um eine Kontamination einer Siliziumprobe, die mit dem Ionenstrahl 810 zu beaufschlagen ist, durch das Her¬ auslösen von Teilchen aus den Platten zu vermeiden.
Leitet man, wie es in Figur 8c dargestellt ist, einen ein¬ zelnen Band- bzw. Ionenstrahl 814 zwischen den voneinander isolierten Platten 804a und 804b hindurch, so kann dieser Band- bzw. Ionenstrahl 814 durch das anliegende elektrische Wechselfeld zwischen den Platten 804a, 804b, was auch als Wobbein bezeichnet wird, auf Wellenbahnen gezwungen werden. Die Amplitude der Auslenkung Y des Band- bzw. Ionenstrahles ist abhängig von der Frequenz f der Wechselspannung, von dem Plattenabstand d, von der Amplitude der Wechselεpannung U0, und von der Masse m und der Ladung q der Ionen, wie es durch die nachfolgende Gleichung dargestellt ist:
u0 • q
Y = m π' f2
Durch die angelegte Wechselspannung wird ein leichteres Ion 816, beispielsweiεe H+, stärker abgelenkt als ein schwereres Ion 818, zum Beispiel P+, wie dies in Figur 8c dargestellt ist. Wählt man den Plattenabstand d kleiner als die Auslenk¬ ung des leichten Ions und größer als die Auslenkung deε schweren Ions, wird daε leichte Ion durch Stöße mit den Platten 804a und 804b von dem εchweren Ion getrennt. Es ist damit zum Beispiel möglich als Plasmagas PH3 zu verwenden, und den Wasserstoff durch das erfindungsgemäße Multi-Plat- tenεyεtem herauεzufiltern.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann am Ausgang des Multi-Plattensy- εtemε, daß heißt an dem der Probe zugewandten Ende des Mul- ti-Plattensyεtems ein Schlitzgitter 820 angeordnet sein. Daε Bezugεzeichen 820 bezeichnet in Figur 8c einen Steg deε Mul- tiεchlitzgitterε, daε beiεpielsweise auε Silizium herge- εtellt iεt. Durch daε Anordnen deε Silizium-Multiεchlitzgit- terε am Ausgang des Multi-Plattensystems und durch Vorsehen einer vordefinierten Stegbreite können auch schwerere Ionen, wie zum Beispiel Ar+, welches oft als Trägergas verwendet wird, von leichteren Ionen, wie zum Beispiel B+ oder P+, ge¬ trennt werden, wie dies in Figur 8c beim Bezugszeichen 818 dargestellt ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemaßen Multi-Plattensy¬ stems neben der Masεenseparation besteht darin, daß im Ge¬ gensatz zu einer Struktur, die nur aus einem Multischlitz- gitter besteht, das Wobbein zur Vermeidung von Gitterabbil¬ dungen bei niedrigeren Wobbeispannungen möglich ist, da das Ion auf seiner Flugbahn länger dem elektrischen Feld quer zur Flugrichtung ausgeεetzt iεt.

Claims

Patentansprüche
1. Ionenquelle zur großflächigen Implantation von Ionen in eine Probe (104) , mit
einer Anode (106);
einer Kathode (108), die aus demselben Material, aus dem die Probe (104) besteht, zu der Ionen aus der Io¬ nenquelle (100) abgegeben werden, oder mit diesem be¬ schichtet ist, oder aus einem Material hergeεtellt ist, das für die Probe (104) keine Kontamination darstellt; und
einem zwischen der Anode (106) und der Kathode (108) angeordneten Plasmaraum (110) ;
dadurch gekennzeichnet,
daß der Plasmaraum geschlossen ist;
daß die Kathode (108) eine Multischlitzεtruktur (200; 300) mit nebeneinanderliegenden Schlitzen, die durch Stege getrennt sind, umfaßt, die von den Ionen durch¬ laufen wird, und so ein Multibandstrahl erzeugt wird; und
daß an die Kathode oder an nachfolgende Multischlitz¬ strukturen zur Extraktion und Beschleunigung des Multi- bandεtrahlε eine Spannung zur Erzeugung eineε senkrecht zum Ionenstrahl liegenden elektrischen Feldes derart anlegbar ist, daß die Stege unterschiedliche Polaritä¬ ten aufweisen.
2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Multischlitzstruktur der Kathode und/oder die nachfolgenden Multiεchlitzεtrukturen durch eine Mehr¬ zahl von Multischlitzgitterstrukturen (200;300) ge¬ bildet ist, die voneinander isoliert sind.
3. Ionenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Multischlitzstruktur der Kathode und/oder die nachfolgenden Multischlitzεtrukturen durch eine Mehr¬ zahl von übereinander angeordneten Multischlitzgitter¬ strukturen (200) gebildet ist.
4. Ionenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Multischlitzstruktur der Kathode und/oder die nachfolgenden Multischlitzεtrukturen eine Mehrzahl von Multischlitzgitterstrukturen umfaßt, die eine Kamm- struktur (300) haben, wobei die Multischlitzgitterkamm- εtrukturen (300) ineinandergeεchoben εind.
5. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode (106) zumindest im Fall von reaktiven Ga¬ sen ebenfalls aus demselben Material, aus dem die Probe (104) besteht, oder aus einem Material hergestellt ist, das für die Probe (104) keine Kontamination darstellt.
6. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Plasmaraum (110) in Bereichen, in denen dieser nicht durch die Anode (106) und die Kathode (108) be¬ grenzt ist, durch eine nicht-metallische Struktur (126) , wie etwa eine Quarzstruktur, begrenzt ist, wo¬ durch eine zusätzliche induktive Hochfrequenzeinkopp¬ lung ermöglicht wird.
7. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn- zeichnet durch
einen Gaseinlaß (510) , der wirksam mit einem Gasvertei¬ lungsraum (506) verbunden ist, wobei der Gasvertei¬ lungsraum (506) durch die Anode (106) von dem Plasma- räum (110) getrennt ist.
8. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Multischlitzstruktur der Kathode und/oder die nachfolgenden Multischlitzstrukturen durch parallel zu¬ einander angeordnete Platten (804; 804a, 804b) gebildet sind, an die eine Wechselspannung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes anlegbar ist, wodurch lei¬ chte Ionen aus dem Multibandstrahl herausgefiltert wer¬ den können.
9. Ionenquelle nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
eine Multischlitzgitterstruktur, die an dem der Probe zugewandten Ende der Multischlitzstruktur der Kathode oder der nachfolgenden Multischlitzεtrukturen derart angeordnet ist, das deren Stege (820) im Strahlengang des lonenstrahls (814) liegen, wodurch leichtere und schwerere Ionen von den gewünschten Ionen in dem Multi¬ bandstrahl getrennt werden können.
10. Ionenquelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn¬ zeichnet,
daß die Multischlitzstruktur der Kathode und/oder die nachfolgenden Multischlitzstrukturen eine Mehrzahl von Multischlitzgitterstrukturen umfaßt, die eine Kamm¬ struktur (804a, 804b) haben, wobei die Multischlitz- gitterkammstrukturen (804a, 804b) ineinandergeschoben sind.
11. Ionenstrahlanlage, mit einer Ionenquelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Ionenstrahlanlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch
einen Probenhalter (116) zur Aufnahme der Probe (104) .
13. Ionenstrahlanlage nach Anspruch 11 oder 12, gekenn¬ zeichnet durch
eine Dosismeßeinrichtung (552,604,610) zum Messen der Dosiε deε von der Ionenquelle (100) auεgegebenen lonen¬ strahls (122) und desεen Homogenität.
14. Ionenstrahlanlage nach Anspruch 13, dadurch gekenn¬ zeichnet,
daß die Dosiεmeßeinrichtung Faraday-Becher (552) um¬ faßt.
15. Ionenstrahlanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge¬ kennzeichnet,
daß die Dosismeßeinrichtung in den Probenhalter (116) integriert ist, und
daß eine in situ Dosiε- und Homogenitätsmessung möglich ist.
16. Ionenstrahlanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe (104) aus Silizium besteht.
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