DE19681165C2 - Ionenimplantationsanlage mit Massenselektion und anschließender Abbremsung - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft Ionenimplantationsanlagen zum Implantieren von Ionen in Substrate hinein, wie z. B. in Halbleiterwafer, bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen, insbesondere Ionenimplantationsanlagen, mit denen es möglich ist, Wafer bei relativ geringen Implantationsenergien im kommerziellen Maßstab zu bearbeiten. Eine solche Ionenimplantationsanlage ist z. B. aus der DE 38 17 604 A1 bekannt.

Ionenimplantationstechniken werden als einer der Prozesse eingesetzt, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden, um die elektrischen Transporteigenschaften in vorgegebenen Bereichen eines Halbleitermaterials durch Dotierung dieser Bereiche mit einer festgelegten Konzentration von Fremdstoffatomen zu modifizieren. Die Technik schließt im allgemeinen das Erzeugen eines Strahls einer ausgewählten Spezies von Ionen und das Ausrichten des Strahls in Richtung eines Targetsubstrats ein. Die Tiefe der Ionenimplantation hängt unter anderem von der Energie des Ionenstrahls am Substrat ab. Da die Dichte der Bauteile auf einem einzigen Wafer zunimmt und die lateralen Abmessungen der einzelnen Bauteile bei der Ultrahöchstintegrierten-Schaltung (ULSI- Schaltung) abnehmen, wird die Fähigkeit einer Ionenimplantationsanlage, flache Übergänge unter Verwendung von niederenergetischen Ionen, von z. B. ungefähr 2 keV bis 10 keV, auszubilden, zunehmend wichtiger. Gleichzeitig ist es bei kommerziellen Ionenimplantationsanlagen ebenfalls wichtig, in der Lage zu sein, einen einzelnen Wafer in einer kürzest möglichen Zeit zu bearbeiten und dies erfordert, daß der Strom im Ionenstrahl so hoch wie möglich ist. Bedauerlicherweise steht das Erfordernis eines niederenergetischen Strahls zu dem Erfordernis eines Strahls mit hohem Strom in Widerspruch, da es aufgrund von Raumladungseffekten extrem schwierig ist, einen Ionenstrahl bei geringer Energie und hohem Strom zu transportieren.

Ein bekanntes Verfahren zum Vermeiden des Problems der Strahlausdehnung und des Verlustes an Strahlstrom ist, den Ionenstrahl bei hoher Energie zu überführen und dann den Strahl kurz bevor der Strahl auf das Substrat auftrifft abzubremsen auf die gewünschte, niedrige Energie. Z. B. beschreiben S. N. Hong et al. in Applied Physics Letters 53 (18) 31. Oktober 1988, Seiten 1741 bis 1743, eine herkömmliche Ionenimplantationsanlage, die modifiziert wurde, um die Implantationstiefenprofile zu untersuchen, indem sie in die Implantationskammer ein Abbremslinsensystem eingebaut haben, in der ein feststehendes Targetsubstrat gehalten wird. Eine Verzögerungsstromversorgung wird zwischen der Verzögerungslinse und der Strahlextraktionsstromversorgung angeschlossen, so daß die Endenergie der Ionen kurz vor dem Stoß auf das Target nur durch das Verzögerungspotential, das durch die Verzögerungsstromversorgung erzeugt wird, festgelegt ist. Ionen werden mit einer Energie von 35 keV aus der Ionenquelle extrahiert und durchlaufen einen Analysemagneten, der die im Strahl transportierten Ionen in Abhängigkeit von ihrer Masse auflöst bzw. trennt. Der massenaufgelöste Strahl wird dann zu einem X-Y-Scanner bzw. X-X-Abtaster geleitet, der den Strahl vom Weg zwischen dem Magnet und dem Scanner längs eines anderen Weges in Richtung zum Target ablenkt. Die Verzögerungslinse und das Target, die auf 34 kV vorgespannt sind, bremsen den Strahl von 35 keV auf die festgelegte Implantationsenergie von 1 keV ab. Folglich werden Ionen längs des Weges zwischen der Ionenquelle und der Implantationskammer mit hoher Energie transportiert, um die Strahlausdehnung aufgrund von Raumladungseffekten zu minimieren und um folglich den Stromverlust zu minimieren. Die Energie des Ionenstrahls wird dann nur direkt vor dem Target reduziert, vor dem Stoß, so daß der Strahl eine sehr kurze Strecke mit niedriger Energie zurücklegt, wiederum um die Strahlausdehnung zu minimieren.

Ein Problem beim Verfahren des Transportierens des Ionenstrahls mit relativ hoher Energie und dem anschließenden Abbremsen des Ionenstrahls sehr dicht am Target ist, daß längs des Flugwegs des hochenergetischen Strahls Teile der Strahlionen durch Ladungsaustauschprozesse mit Restgasatomen neutralisiert werden und hochenergetische bzw. energiereiche Neutralteilchen werden, die, falls sie auf das Target ausgerichtet sind, ohne langsamer zu werden durch die Verzögerungslinse treten. Diese hochenergetischen Neutralteilchen dringen tiefer in das Substrat ein als die niederenergetischen Ionen, was besonders beim Ausbilden von flachen Übergängen unerwünscht ist. Die Auswirkung dieser hochenergetischen Neutralteilchen auf die Implantationstiefe kann im Tiefenprofil, wie es durch die Sekundärionmassenspektroskopie (SIMS = secondary ion mass spectroscopy) gemessen wird, als ein Hochenergieausläufer festgestellt werden.

A. H. Al-Bayati et al. beschreiben in Review of Scientific Instruments 65(8), August 1994, Seiten 2680 bis 2692, ein massengetrenntes, niederenergetisches Doppelionenstrahlsystem für die Materialforschung. Die Apparatur weist zwei Freemanquellen auf mit jeweils zugehörigen Extraktionselektroden, einem Analysemagneten zum Massenauflösen des Ionenstrahls, einem weiteren Magneten zum Fokussieren des Strahls, elektrostatischen Deflektoren zum Scannen und Ein- und Ausschalten des Ionenstrahls, einer UHV-Abscheidekammer (Ultrahochvakuum- Abscheidekammer), die eine Verzögerungslinse zum Verringern der Energie des Ionenstrahls und ein innerhalb der Linse montiertes Target einschließt. Die Apparatur ist so ausgelegt, daß es möglich ist, sowohl Material abzuscheiden als auch dieses in das Substrat hinein zu implantieren und die Ionenauftreffenergie kann von 5 eV bis 10 keV gesteuert werden. Die Doppelionenquelle zusammen mit dem Massenanalysemagneten ermöglichen es, abwechselnde Schichten von verschiedenen Materialien abzuscheiden. Die Ultrahochvakuumabscheidekammer schließt eine Ausrüstung für eine in-situ Augerelektronenspektroskopie und eine Hochenergieelektronenreflektions-Diffraktionsanalyse des abgeschiedenen Materials ein. Eine zweite UHV-Kammer, die mittels einer Vakuumschleuse und einer Probentransfereinrichtung mit der Abscheidekammer verbunden ist, schließt eine Ausrüstung für eine in-situ Niederenergieelektronendiffraktion und eine Flugzeitstreuungs- und Rückstoßspektrometrie ein. Die Abscheidekammer wird auf einem Ultrahochvakuum gehalten, um die Verunreinigung der Targetoberfläche während der Abscheideprozesse zu minimieren. Nachdem der Strahl nach seiner Masse aufgelöst wurde, fokussiert der zweite Magnet den Strahl wieder auf einen Punkt, der einige Zentimeter vor dem Target liegt. Der Ionenstrahl wird mit einer Energie von 10 keV in die Abscheidekammer hinein transportiert, wo durch die Verzögerungslinse die Energie des Strahls auf den gewünschten Wert verringert wird.

Während der Strahl zum Target wandert, wird folglich ein Teil der Strahlionen durch Ladungsaustauschprozesse in 10 keV-Neutralteilchen umgewandelt. Die Anzahl der Neutralteilchen, die tatsächlich das Target erreichen, wird durch den zweiten Magneten verringert, der den Ionenstrahl von der Strahltrajektorie vom ersten Magneten wegbeugt, so daß die zwischen dem ersten und zweiten Magneten erzeugten Neutralteilchen das Target nicht erreichen. Die Neutralteilchenerzeugung wird weiterhin durch Aufrechterhalten eines Ultrahochvakuums in der Abscheidekammer verringert, so daß die Neutralteilchenerzeugung längs des geradlinigen Wegs zwischen dem zweiten Magneten und dem Target sehr klein ist.

Die Verzögerungslinse ist als Becher ausgeführt, wobei ein Teil der Linse parallel zur Strahlstrecke ist und ein Endteil senkrecht zur Strahlstrecke, in der das Target montiert ist, steht. Im praktischen Einsatz werden die Verzögerungslinse und das Target auf Massepotential gehalten und das Flugrohr ist bezüglich Masse negativ vorgespannt. Eine weitere Elektrode ist am Eingang der Verzögerungslinse angeordnet und ist bezüglich des Flugrohrs leicht negativ vorgespannt, um zu verhindern, daß sich das Verzögerungsfeld längs des Flugrohrs nach hinten ausdehnt, was ansonsten Elektronen in die Verzögerungslinse hinein beschleunigen würde, wodurch die Strahlneutralität verloren ginge und damit die Rate bzw. Geschwindigkeit der Strahldivergenz im Flugrohr zunehmen würde. Sowohl die Eintrittsblende der Unterdrückungselektrode als auch der Durchmesser der Becherelektrode sind beide wesentlich größer als der Strahldurchmesser.

Die maximal erreichbare Ionenstromdichte am Target ist bei diesem Instrument ungefähr 100 µAcm^-2, obwohl die berichteten Stromdichten wesentlich geringer sind. Da die Targetkammer im UHV-Zustand gehalten wird, z. B. bei Drucken von 10^-4-10^-8 Pa (10^-6 bis 10^-10 mbar), und die Quellen bei Drucken von 1 Pa (10^-2 mbar) betrieben werden, sind Differentialpumpstufen längs der Strahlstrecke erforderlich, was die Länge der Strahlstrecke auf beinahe 4 m verlängert. Weiterhin sind keine Vorkehrungen vorgesehen, um den Aufbau einer Oberflächenladung zu neutralisieren, was bei einer Implantation von Halbleitersubstraten mit hohem Strom erforderlich ist.

In Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B74 (1993), Seiten 160 bis 169, beschreiben D. F. Downey et al. verschiedene Verfahren zum Charakterisieren der Leistung der Ionenimplantationsanlage, wenn Ionen mit niedriger Energie implantiert werden. Wie bei den zuvor genannten Literaturstellen, wird der Ionenstrahl anfänglich mit relativ hoher Energie transportiert und anschließend auf die gewünschte Implantationsenergie abgebremst. Von den verwendeten, einzelnen Implantationsanlagen wies jede ein Mehr-Elektrodenbeschleunigungsrohr auf, das verwendet wurde, um den Ionenstrahl schrittweise abzubremsen, so daß die Abbremsspannung über die Länge des Beschleunigungsrohrs verteilt war, und wobei der Strahl nicht direkt vor dem Target auf die erforderliche Energie abgebremst wurde. Es wird berichtet, daß das allmähliche Abbremsen des Ionenstrahls längs des Beschleunigungsrohrs den Strahltransport verbessert, indem die Fokussierungseffekte des Rohrs verkleinert werden, wodurch der Strahlstrom optimiert wird. Es wird ebenfalls berichtet, daß eine solche Anordnung die Bildung von Neutralteilchen minimiert. Bei einer Untersuchung wird für Einstellungen der Ionenimplantationsenergie zwischen 3 und 10 keV das Implantationstiefenprofil in Abhängigkeit einer Strahlextraktionsspannung untersucht, um das Ausmaß, indem die Neutralteilchen das Tiefenprofil beeinflussen, festzustellen. Bei höheren Extraktionsspannungen wurde im Tiefenprofil unmittelbar ein Peak beobachtet, der anzeigt, daß eine Neutralteilchenverunreinigung ein wichtiger Faktor ist, wenn die Energie, mit der der Ionenstrahl transportiert werden sollte bevor er auf die erforderliche Energie abgebremst wird, ermittelt wird. Der maximal erreichbare Strahlstrom bei einer 5 keV-Borimplantation war in der Größenordnung von 1 mA.

Die eingangs erwähnte DE 38 17 604 A1 beschreibt eine Ionenimplantationsanlage mit einem Ionenerzeuger, einem Flugrohr zur Massenselektion und einer Bremslinsenanordnung zur Implantation von niederenergetischen Ionen bestimmter Masse in ein Substrat. Zur Vermeidung der Aufweitung des Ionenstrahls beim Abbremsen vor dem Substrat wird der Ionenstrahl unter Zwischenbeschleunigung abgebremst. Die Zwischenbeschleunigung und Abbremsung erfolgt dabei mittels zweier Elektrodenpaare auf jeweils unterschiedlichem Potential.

Auch die US 4,782,304 offenbart eine Ionenimplantations­ anlage mit einem Ionenerzeuger, einem Flugrohr zur Massenselektion und einer Bremslinsenanordnung zur Implantation von niederenergetischen Ionen bestimmter Masse in ein Substrat. Durch ein Elektrodensystem mit mehreren Elektroden wird ein Gradienten-Potential aufgebaut, bei dem gemäß einem Beispiel die positiven Ionen innerhalb des Elekrodensystems zunächst auf eine höhere Energie beschleunigt und dann abgebremst werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ionenimplantationsanlage vorzusehen, mit der es möglich ist, eine Aufweitung eines Strahls niederenergetischer Ionen kurz vor dem Substrat zu verringern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Ionenimplantationsanlage zum Implantieren von Ionen in ein Substrat hinein vorgesehen, die aufweist: einen Ionenstrahlerzeuger zum Erzeugen eines Strahls von Ionen, ein Flugrohr, um den Strahl mit einer Transportenergie zu transportieren, eine Massenselektionsvorrichtung im Flugrohr, um im Ionenstrahl vom Flugrohr Ionen einer gewünschten Masse zur Übertragung auszuwählen, einen Substrathalter zum Halten eines Substrates, das mit den Strahlionen der gewünschten Masse implantiert werden soll, eine Neutralisierungsvorrichtung, die vor dem Substrathalter angeordnet ist, um eine Zufuhr von niederenergetischen, geladenen Teilchen der zu den Strahlionen entgegengesetzten Polarität zum Neutralisieren des Oberflächenladungsaufbaus auf dem Substrat während der Implantation vorzusehen, einen Abbremsspannungserzeuger, der so verbunden ist, um eine Abbremsspannung zwischen dem Flugrohr und dem Substrathalter anzulegen, um die Strahlionen auf eine gewünschte Implantationsenergie abzubremsen, eine Abbremslinsenanordnung, die zwischen dem Flugrohr und der Neutralisierungsvorrichtung angeordnet ist und eine erste Plattenelektrode mit Blende, die so verbunden ist, daß sie im wesentlichen auf dem Substratpotential liegt, eine zweite Plattenelektrode mit Blende, die so verbunden ist, daß sie im wesentlichen auf dem Potential des Flugrohrs liegt, und eine Feldelektrode aufweist, die zwischen der ersten Plattenelektrode mit Blende und der zweiten Plattenelektrode mit Blende angeordnet ist und an diese angrenzt, und eine Vorspannungsversorgung, die zum Vorspannen der Feldelektrode verbunden ist, so daß diese bezüglich der ersten und der zweiten Elektrode die gleiche Polarität aufweist, wobei die Elektroden so angeordnet sind und die Vorspannung so ist, daß für Strahlionen, die durch die erste Elektrode treten, ein Fokussierungsfeld vorgesehen wird.

Bei diesem Aufbau ist eine Abbremslinsenanordnung mit drei Elementen zwischen der Neutralisierungsvorrichtung vor dem Substrathalter und dem Massenselektor angeordnet. Folglich wurden die Strahlionen, die in die Neutralisierungsvorrichtung eintreten, bereits auf die gewünschte Implantationsenergie abgebremst. Folglich kann der Neutralisierungsbereich vor dem Substrat ein Bereich mit einem vernachlässigbaren elektrischen Feld sein, so daß die geladenen Spezies mit niedriger Energie existieren können. Wichtig ist, daß die Abbremslinsenanordnung so angeordnet ist, um für die Strahlionen, wenn sie durch die erste Elektrode treten, eine Fokussierungswirkung vorzusehen, so daß der Tendenz des Strahls mit niedriger Energie, sich unter den Raumladungseffekten auszudehnen, entgegengewirkt wird und ein überraschend hoher Strahlstrom aufs Target erreicht werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel schließt die Massenselektionsvorrichtung eine strahlbegrenzende Blende ein, die bewirkt, daß die Breite des Strahls in mindestens einer Richtung senkrecht zur Strahlrichtung beschränkt wird, wenn der Strahl durch die Feldelektrode und die erste Elektrode tritt, wobei die Feldelektrode eine Blende aufweist, die in der einen Richtung größer ist als die Breite des Strahls in der einen Richtung wenn der Strahl durch die Feldelektrode tritt, und bei der die erste Elektrode eine Blende aufweist, die in der einen Richtung ausreichend größer ist als die Weite des Strahls in der einen Richtung, wenn der Strahl durch die erste Elektrode tritt, so daß die Strahlionen Komponenten mit hohem radialen Feld an der Peripherie der Blende der ersten Elektrode vermeiden, was die Ionen aus dem Strahl heraus ablenken würde.

Dadurch daß die Blende der ersten Elektrode im Vergleich zu dem Strahlquerschnitt größer ist, wurde gefunden, daß höhere Strahlströme zum Target erreicht werden können.

Vorzugsweise ist in mindestens einer Richtung senkrecht zur Strahlrichtung die Strahlblende der ersten Elektrode kleiner als die Strahlblende der Feldelektrode. Diese Anordnung hilft beim Verringern der Tiefe, bis zu der das elektrische Feld von der Feldelektrode in den Bereich zwischen der ersten Elektrode und dem Substrat hinein eindringt. Weiterhin wird die Fokussierungswirkung, die durch das zwischen der Feldelektrode und der ersten Elektrode ausgebildete Feld erzeugt wird, verstärkt, so daß die an die Feldelektrode angelegte Spannung verringert werden kann, während weiterhin hohe Strahlstromwerte auf das Target erhalten werden.

Bei vielen Ausführungsbeispielen ist der Ionenstrahlerzeuger so ausgeführt, daß er einen Strahl von positiven Ionen erzeugt und dann die Vorspannungsversorgung die Feldelektrode gegenüber sowohl der ersten Elektrode als auch der zweiten Elektrode negativ vorspannt. Auf diese Weise wirkt die Feldelektrode ebenfalls als eine Elektronenunterdrückungselektrode, die verhindert, daß Elektronen durch das Abbremsfeld aus dem Flugrohr herausgezogen werden. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Vorspannungsversorgung so ausgelegt ist, daß sie eine Spannung an die Feldelektrode anlegt, die im Vergleich zu der Spannung des Flugrohrs wesentlich negativer ist, als dies notwendig wäre, um nur eine Elektronenunterdrückung vorzusehen. Diese an die Feldelektrode angelegte, negativere Spannung ist notwendig, um den notwendigen Fokussierungswert zu erreichen, wenn die Strahlionen durch die erste Elektrode treten.

Es ist verständlich, daß, sobald der Ionenstrahl in den Bereich des elektrischen Felds, der durch die Spannung an der Feldelektrode erzeugt wird, eintritt, Ladungsneutralisierungselektronen innerhalb des Strahls verloren gehen und daß sich der Strahl aufgrund der Wirkung der Raumladung ausdehnt. Die Fokussierungswirkung, die durch das Feld zwischen der Feldelektrode und der ersten Elektrode erzeugt wird, wirkt diesem Effekt entgegen und hält die Strahlsteuerung aufrecht, bis die Ionen voll abgebremst wurden und jenseits der ersten Elektrode in den feldfreien Bereich zwischen der ersten Elektrode und dem Substrat treten.

Vorzugsweise ist die Vorspannungsversorgung so ausgelegt, daß sie eine Vorspannung vorsieht, so daß die Feldelektrode gegenüber dem Flugrohr auf einem negativen Potential von mindestens 5 kV liegt. Diese relativ hohe Potentialdifferenz zwischen dem Flugrohr und der Feldelektrode ist eine Folge der Notwendigkeit, die Feldelektrode gegenüber der ersten Elektrode auf einer noch größeren Potentialdifferenz zu halten, um die gewünschte Fokussierungswirkung vorzusehen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Feldelektrode zylinderförmig mit ihrer Achse in Strahlrichtung und weist eine Länge von mindestens 10% der kleinsten Querabmessung des Zylinders auf. Dieser Aufbau verstärkt die Fokussierungswirkung, während die Blende der Feldelektrode groß genug sein kann, um größer zu sein als die Breite des expandierten Strahls, wenn er durch die Feldelektrode tritt.

Wie dies oben angedeutet wurde, kann die Implantationsanlage zwischen der ersten Elektrode und dem Substrat eine Neutralisierungsvorrichtung einschließen. Bei einem Strahl von positiven Ionen wird die Neutralisierungsvorrichtung normalerweise durch Einführen von Elektronen mit niedriger Energie in den Strahl direkt vor dem Substrat betrieben. Dies verhindert, daß sich das Targetsubstrat während der Implantation auflädt, und hilft gleichzeitig dabei das Strahlpotential nach der Beschleunigung relativ niedrig zu halten. Folglich ist nicht nur das Targetsubstrat selbst vom Abbremsfeld separiert, sondern es kann auch die Neutralisierung vor dem Substrat erreicht werden, was bei den Anordnungen nach dem Stand der Technik nicht möglich ist.

Die Ionenimplantationsanlage kann weiterhin Erfassungsmittel aufweisen, die auf der strahlabwärts gelegenen Seite des Substrathalters zum Erfassen des Ionenstrahlstroms angeordnet sind. Das Wegnehmen des Ionenstrahldetektors aus dem Targetbereich ermöglicht eine präzisere Messung des Strahlstroms, als dies bei Niederenergieionenimplantationsanlagen nach dem Stand der Technik möglich ist, da der Detektor nicht für Fehler empfänglich ist, die durch Druckänderungen in der Prozeßkammer verursacht werden. Weiterhin ermöglicht die Verwendung der oben beschriebenen Abbremsanordnung, daß der Stromdetektor weniger komplex aufgebaut ist als die Anordnungen nach dem Stand der Technik, die eine Abbremslinse, ein Wafersubstrat und einen Faradaykäfig benötigen, der vor dem Substrat angeordnet ist, um den Strahlstrom und alle Sekundärelektronen einzusammeln.

Bei einer bevorzugten Anordnung schließt die Ionenimplantationsanlage einen Magneten zum räumlichen Auflösen der Strahlionen in Abhängigkeit von ihrer Masse, eine Prozeßkammer, die den Substrathalter enthält und einen Auslaßanschluß aufweist, eine erste Vakuumpumpe, die mit dem Auslaßanschluß zum Evakuieren der Prozeßkammer verbunden ist, eine Massenselektionskammer zwischen der Prozeßkammer und dem Magneten, eine zweite Vakuumpumpe, die zum Evakuieren der Massenselektionskammer angeschlossen ist, eine Blende für den Strahl, damit dieser von der Massenselektionskammer in die Prozeßkammer treten kann, und mindestens eine weitere Blende zwischen der Massenselektionskammer und der Prozeßkammer ein, um die Evakuierung der einen oder der anderen Kammer zu verbessern.

Im allgemeinen ermöglicht die obige Anordnung die verbesserte Evakuierung des Teils der Massenselektionskammer, in dem der Massenselektionsspalt selbst enthalten ist; das ist der Teil der Strahlstrecke im Flugrohr durch die Massenselektionskammer, der in Sichtlinie zum Targetsubstrat liegt. Es ist wichtig in diesem Bereich den Restgasdruck zu minimieren, um das Risiko von Elektronenaustauschstößen zwischen Strahlionen und Restgasatomen, die im Strahl zu Neutralteilchen mit der Transportenergie führen, zu verringern. Solche Neutralteilchen mit der Transportenergie werden natürlich durch das nachfolgende Abbremsfeld nicht beeinflußt und treffen mit dieser höheren Energie auf das Target. Diese Anordnung unterscheidet sich erheblich von den Anordnungen nach dem Stand der Technik, bei denen die Vakuumanschlüsse typischerweise längs der Flugrohrstrecke verteilt sind und mit einer separaten Vakuumpumpe verbunden sind. Diese Vakuumanschlüsse neigen dazu, die Äquipotentialfläche des Flugrohrs zu unterbrechen und elektrische Feldlinien aufzubauen, die den Ionenstrahl stören, so daß die Ionen aus dem Strahlweg abgelenkt werden, was zu einem Verlust von Strahlstrom führt. Um dieses Problem abzuschwächen können die Vakuumanschlüsse mit einem Gitter bedeckt sein und/oder der Durchmesser des Flugrohrs kann vergrößert werden. Bei der vorliegenden Anordnung kann jedoch die Weglänge zwischen dem Magneten und der Abbremslinsenanordnung relativ kurz gehalten werden, was die Größe des Vakuumanschlusses begrenzt, der in der Strecke der Massenselektionskammer untergebracht werden kann, was wiederum das Saugvermögen, mit dem die Kammer evakuiert werden kann, begrenzt. Der doppelte Vorteil der vorliegenden Anordnung besteht darin, daß sie ermöglicht, daß die Massenauflösungskammer auf einen niedrigeren Druck evakuiert werden kann, ohne daß die Kammer verlängert werden muß, und daß gleichzeitig die zusätzlichen Pumpen des Flugrohrs bei den herkömmlichen Anordnungen insgesamt weggelassen werden können. Es ist wichtig, daß es beim vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich ist, daß die zum Evakuieren der Prozeßkammer verwendete Vakuumpumpe oder die Vakuumpumpen ebenfalls die Massenselektionskammer evakuiert, so daß vorteilhafterweise die Wegstrecke zwischen dem Analysenmagneten und dem Abbremsaufbau so kurz wie möglich gehalten werden kann und gleichzeitig der Restgasdruck in der Massenselektionskammer verringert werden kann. Die beiden Faktoren verringern die Energiekontamination und ermöglichen eine Vereinfachung sowie eine Verringerung der Größe der Ionenimplantationsanlage und reduzieren deren Kosten.

Vorzugsweise wird eine Vielzahl von den weiteren Blenden zwischen der Massenselektionskammer und der Prozeßkammer vorgesehen, wobei das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der weiteren Blenden und der Strahlblende zwischen den Kammern und dem Volumen, das durch die Massenselektionskammer eingeschlossen wird, größer ist, als das Verhältnis der Querschnittsgeometrie des Auslaßanschlusses zum durch die Prozeßkammer eingeschlossenen Volumen. Dieser Aufbau ermöglicht es, das Volumen der Massenselektionskammer mit dem gleichen Saugvermögen wie die Prozeßkammer zu evakuieren, so daß das Saugvermögen der Massenselektionskammer nur durch das Saugvermögen der ersten Kammer begrenzt ist. Die Blenden können irgendwelche geeigneten Querschnittsabmessungen aufweisen, was aber wichtig ist, daß die Größe jeder Blende geeignet angepaßt ist, so daß für einen vorgegebenen Abstand vom Ionenstrahl die Diskontinuität der Äquipotentialfläche an der Blende den Ionenstrahl nicht stört und eine Abnahme des Strahlstroms verursacht.

Vorzugsweise spannt die Vorspannungsversorgung die Feldelektrode gegenüber der ersten Elektrode auf mindestens 15 kV vor. Es wurde festgestellt, daß dieser Vorspannungswert die gewünschte Fokussierung bewirkt, wenn die Strahlionen durch die erste Elektrode treten.

Eine Plattenelektrode mit Blende ist eine Elektrode, die eine Platte aufweist, die sich quer zur Strahlrichtung erstreckt und eine Blende für den Strahl aufweist, wobei die axiale Abmessung (in Strahlrichtung) der Blende im Vergleich zur kleinsten Querabmessung der Blende vernachlässigbar ist.

Beispiele der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ionenimplantationsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Ionenimplantationsanlage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung der Abbremslinsenanordnung und einer Linsenabschirmvorrichtung des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt;

Fig. 4 eine Vorderansicht der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Feldelektrode darstellt; und

Fig. 5 eine Vorderansicht der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Plattenelektrode mit Blende darstellt.

Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, weist eine Ionenimplantationsanlage 1 auf: einen Ionenstrahlerzeuger 3 zum Erzeugen eines Strahls von Ionen, angrenzend an den Ionenstrahlerzeuger einen Magneten 3 zum räumlichen Auflösen bzw. Trennen der Strahlionen in Abhängigkeit von ihrer Masse, einen Ionenselektor 7, der angrenzend an den Analysenmagneten 5 angeordnet ist, um eine Spezies von Ionen, die in ein Targetsubstrat implantiert werden soll, auszuwählen und um die anderen Ionen im räumlich aufgelösten Strahl vom Magneten abzuweisen, eine Elektrodenanordnung 9, die angrenzend an den Ionenselektor 7 zum Steuern der Endenergie des Ionenstrahls vor der Implantation angeordnet ist, einen Träger oder Halter 11, der von der Elektrodenanordnung 9 zum Halten eines Targetsubstrats 12, das mit den Strahlionen implantiert werden soll, beabstandet ist, und einen Elektronenerzeuger 13, der zwischen der Elektrodenanordnung 9 und dem Substrathalter 11 angeordnet ist, um in den Ionenstrahl nahe an der Targetoberfläche Elektronen einzuführen, um den Strahl und die Waferoberfläche zu neutralisieren. Ein Ionenstrahlkollektor 14 ist auf der strahlabwärts gelegenen Seite des Substrathalters 11 angeordnet und dient als ein Strahlbegrenzer und ein Ionenstromdetektor für Dosimetriemessungen.

Weiterhin weist der Ionenstrahlerzeuger 3 eine Ionenquelle 15 auf, die eine Bogenentladungskammer 17 mit einer Austrittsblende 19, die in ihrer Vorderseite ausgebildet ist, einschließt. Zwei Extraktionselektroden 21, 23 sind von der Austrittsblende 19 zum Extrahieren von Ionen aus der Bogenentladungskammer und Ausbilden eines Ionenstrahls 25 beabstandet. Die Extraktionselektrode 21, die der Austrittsblende 19 der Bogenentladungskammer am nächsten liegt, dient als eine Unterdrückungselektrode, um zu verhindern, daß Elektronen von vor dem Strahlerzeuger in die Bogenentladungskammer strömen. Ein Flugrohr 27 ist zwischen zwei Polen (nur einer dargestellt) des Massenanalysenmagneten 5 angeordnet, um den Ionenstrahl vom Strahlerzeuger 3 aufzunehmen und um die Transportenergie des Ionenstrahls während seines Durchtritts zwischen den Polen des Magneten 5 zu steuern, wobei die Energie durch die Potentialdifferenz zwischen dem Flugrohr 27 und der Ionenquelle 15 festgelegt ist. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel werden die magnetische Feldstärke des Analysenmagneten und die Energie des Ionenstrahls durch den Magneten so ausgewählt, daß die Ionen mit einer geeigneten Masse um ungefähr 90° abgelenkt werden und das Flugrohr 27 entsprechend angeordnet ist, wobei die Austrittsblende 31 des Analysemagneten ungefähr senkrecht zur Eintrittsblende 29 des Magneten steht. Der Ionenselektor 7 weist eine Reihe von einzelnen Elementen 35, 39, 41 und 43 auf, die längs einer Strahlstrecke 45 beabstandet sind und eine Reihe von Blenden darstellen, die in ihrer Zusammenstellung Ionen der richtigen Masse auswählen, die in das Targetsubstrat implantiert werden sollen, während andere, räumlich aufgelöste Ionen, die durch den Analysemagneten 5 hindurchgehen, abgewiesen werden. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel weist der Ionenselektor 7 eine Plattenelektrode 35, die die meisten der unerwünschten Ionenspezies, die vom Magneten austreten, abweist, zwei Elemente 39, 41, die zusammen einen massenseparierenden Spalt mit variabler Breite definieren, der nur die ausgewählte Ionenspezies durchläßt, und ein weiteres Element 43 auf, welches die Höhe des Ionenstrahls begrenzt. Die Anzahl der massenseparierenden Elemente und ihre Anordnung kann jedoch verändert werden.

Die Ionenselektoranordnung ist in einer Kammer 47 eingeschlossen, die einen Teil des Flugrohrs 27 bildet und die zwischen dem Magneten und der Elektrodenanordnung 9 liegt. Das Flugrohr 27, das die Massenauflösungskammer 47 einschließt, sieht das Mittel vor, mit dem der Strahl vom Ionenstrahlerzeuger zur Elektrodenanordnung 9 transportiert wird. Eine Wand 49 der Massenauflösungskammer weist, ein Teil 51, das sich in Richtung der Strahlstrecke erstreckt und ungefähr eine zylindrische Hülle definiert, und ein angrenzend an das zylindrische Teil 51 angeordnetes Querteil 53 auf, das eine Plattenelektrode darstellt, die quer zur Strahlstrecke ausgebildet ist und eine Blende 55 definiert, durch die der Strahl treten kann, wobei die Blende 55 angrenzend an das Endelement 43 des Ionenselektors 7 angeordnet ist. Das Querteil 53 sieht eine elektromagnetische Abschirmung vor zum Abschirmen des Ionenselektors 7 gegen die elektrischen Felder, die stromabwärts vom Ionenselektor herrühren, wie dies unten detaillierter beschrieben wird.

Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist ein Vakuumanschluß 57 in der Kammerwand 49 nahe des Analysemagneten 5 ausgebildet, der mit einer Vakuumpumpe 59 zum Evakuieren der Kammer 47 verbunden ist, obwohl bei einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Vakuumanschluß weggelassen werden kann.

Eine Abschirmanordnung 52 ist zwischen der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer 47 und der Elektrodenanordnung 9 angeordnet, um das Eindringen des elektrischen Feldes von der Elektrodenanordnung 9 in die Massenauflösungskammer 47 durch die Austrittsblende 55 hindurch zu verringern. Die Abschirmanordnung 52 weist eine zylindrische Elektrode 54 und eine felddefinierende Elektrode 56 auf. Die zylindrische Elektrode 54 ist koaxial zur Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer ausgerichtet, wobei ein Ende 58 angrenzend an das quer verlaufende Teil 53 (oder vordere Ende) der Wand 49 der Massenauflösungskammer angeordnet und mit dem quer verlaufenden Teil verbunden ist. Die zylindrische Elektrode 54 erstreckt sich von der Massenauflösungskammer 47 nach vorn, kann einen sich nach innen erstreckenden Radialflansch 60 aufweisen, der in der Nähe oder am anderen Ende der zylindrischen Elektrode 54 ausgebildet ist, um eine zusätzliche Abschirmung vorzusehen, und definiert bzw. grenzt eine Austrittsblende 62 ab.

Die felddefinierende Elektrode 56, die verwendet werden kann oder auch nicht, weist eine kreisförmige Platte mit einer in ihrer Mitte ausgebildeten Blende 64 auf. Die felddefinierende Elektrode 56 ist innerhalb der zylindrischen Elektrode 54 montiert, wird von der zylindrischen Elektrode 54 gestützt und ist ungefähr in der Mitte zwischen den Enden der zylindrischen Elektrode 54 (obwohl dies geändert werden kann) und quer verlaufend zur Strahlstrecke 45 positioniert. Die Blende 64 ist vorzugsweise rechteckig oder quadratisch und kann sich bei einem Ausführungsbeispiel leicht nach außen in Richtung der Elektrodenanordnung 9 verjüngen. Bei diesem Beispiel ist die Blende quadratisch und hat eine Breite von etwa 60 mm. Sowohl die zylindrische Elektrode 54 als auch die felddefinierende Elektrode 56 können aus Graphit oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.

Die Elektrodenanordnung 9 zum Steuern der Implantationsenergie des Ionenstrahls ist direkt jenseits der Abschirmanordnung 52 angeordnet und weist eine Feld- oder Ringelektrode 61 und eine Plattenelektrode 65 mit Blende auf. Die Feldelektrode 61 ist ungefähr zylindersymmetrisch und grenzt eine Blende 63 angrenzend zur Austrittsblende 62 der Abschirmanordnung 52 ab und ist im wesentlichen koaxial zur Austrittsblende 62. Die Plattenelektrode 65 ist ungefähr quer verlaufend zur Strahlstrecke 45 angeordnet und grenzt eine weitere Blende 67 ab, durch die der Ionenstrahl durchtreten kann, wobei diese weitere Blende 67 angrenzend an die Feldelektrodenblende 63 angeordnet ist. Der Durchmesser der Feldelektrode bzw. der Plattenelektrode beträgt bei diesem Beispiel ungefähr 90 mm bzw. 80 mm. Sowohl die Feldelektrode als auch die Plattenelektrode können aus Graphit oder einem anderen, geeigneten Material hergestellt sein.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Elektroneninjektor 13 ein Plasmaflutsystem auf, welches nahe am Target niederenergetische Elektronen in den Ionenstrahl einführt. Das Plasmaflutsystem schließt ein Führungs- oder Beschränkungsrohr 69 ein, durch welches der Ionenstrahl von der Plattenelektrodenblende 67 bis zum Targetsubstrat 12 durchlaufen kann und das sowohl die Elektronen vom Plasmaflutsystem in der Nähe des Ionenstrahls hält als auch den Teil des Ionenstrahls zwischen der Plattenelektrodenblende und dem Wafer gegen elektrische Streufelder abschirmt. Eine Plattenelektrode 70 mit Blende ist am stromaufwärts gelegenen Ende des Beschränkungsrohrs angeordnet, angrenzend an die Plattenelektrode mit Blende der Abbremsanordnung, um ein zusätzliches Abschirmen des Inneren des Beschränkungsrohrs gegen elektrische Felder von der Feldelektrode 61 vorzusehen.

Sowohl die in der Feldelektrode 61 ausgebildete Blende 63 als auch die in der Plattenelektrode 65 ausgebildete Blende 67 sind größer als die Querschnittsfläche des Strahls an diesen Blenden, so daß der Ionenstrahl geradlinig passieren kann, ohne auf die Elektroden 61, 65 zu treffen. Bei vorgegebener Masse der Ionen und vorgegebenem Abstand zwischen jeder dieser Blenden 63, 67 und dem Analysenmagneten 5, hängt die Querschnittsfläche des Strahls von solchen Faktoren ab, wie der Ionenstrahlerzeugeroptik und der Magnetoptik, dem Auflösungsvermögen des Magneten und der Breite des massenseparierenden Spalts, wobei jeder der Faktoren verwendet werden kann, um die Querschnittsfläche des Strahls an der Verzögerungsvorrichtung und am Targetsubstrat zu steuern.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Ionenimplantationsanlage weiterhin eine Ionenquellenspannungsversorgung 71, um die Ionenquelle vorzuspannen, eine Unterdrückungselektrodenspannungsversorgung 73, um die Unterdrückungselektrode 21 vorzuspannen, eine Flugrohrspannungsversorgung 75, um das Flugrohr 27, die Abschirmanordnung 52, die Massenauflösungskammer 47 sowie die andere Extraktionselektrode 23 vorzuspannen, eine Feldelektrodenspannungsversorgung 77, um die Feldelektrode 61 der Elektrodenanordnung 9 vorzuspannen, und eine Plasmaflutungsspannungsversorgung 79 auf, um die Elektronenbegrenzungselektrode 69 und die Abschirmplattenelektrode 70 mit Blende vorzuspannen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Plattenelektrode 65 mit Blende der Abbremslinse, der Targetsubstrathalter 11 und das Substrat 12 auf Massepotential gehalten, was die Handhabung des Targetsubstrats erleichtert, den Aufbau des Targethalters vereinfacht und als geeignetes Bezugspotential für die anderen Elektroden dient.

Nur zur Erläuterung und unter Bezugnahme auf das spezielle Beispiel wird im folgenden ein Verfahren des Betriebs der Ionenimplantationsanlage zum Implantieren von Ionen mit niedriger Energie beschrieben.

Die Ionenimplantationsenergie wird durch die Potentialdifferenz zwischen dem Substrat 12 und der Ionenquelle 15 festgelegt. Da das Substrat auf Massepotential gehalten wird, ist die Ionenquellenspannungsversorgung 71 bezüglich Masse um einen Betrag, der der gewünschten Ionenimplantationsenergie entspricht, positiv vorgespannt. Z. B. ist für eine Implantation mit 2 keV die Ionenquellenspannungsversorgung auf +2 kV vorgespannt. Die Transportenergie des Ionenstrahls durch den Analysemagneten 5 und die Massenauflösungskammer 47, die ebenfalls als Extraktionsenergie des Ionenstrahls bezeichnet wird, ist durch die Potentialdifferenz zwischen der Ionenquelle 15 und dem Flugrohr festgelegt, welche wiederum durch die Flugrohrspannungsversorgung 75 gesteuert wird. Um z. B. den Ionenstrahl mit einer Energie von 10 keV durch das Flugrohr zu transportieren, ist folglich das Flugrohr auf -10 kV gegenüber der Ionenquelle oder um -8 kV gegenüber Masse vorgespannt. Der Ionenstrahl wird mit im wesentlichen konstanter Energie durch den Analysenmagneten transportiert und verschiedene Ionenspezies werden in Abhängigkeit von ihrer Masse innerhalb des Ionenstrahls durch den Magneten räumlich aufgelöst bzw. getrennt. Der räumlich aufgelöste Strahl tritt dann in die Massenauflösungskammer ein, wo der Strahl zuerst durch eine abgrenzende Vorblende tritt, die durch die Plattenelektrode 35 definiert ist, die am dichtesten am Analysenmagneten 5 liegt. Die Plattenelektrode 35 wirkt als eine erste Stufe eines Richtungsfilters für den räumlich aufgelösten Strahl und blockiert einen Teil der räumlich aufgelösten Ionenspezies, die bei der Implantation nicht benötigt werden. Das vom Analysemagneten 5 beabstandete erste und das dritte Element 39 und 41, die in axialer Richtung längs der Strahlstrecke voneinander beabstandet sind, definieren einen massenauflösenden Spalt 42 mit variabler Breite, dessen Position in einer zur Strahlstrecke quer verlaufenden Richtung verändert werden kann, um aus dem gefilterten Strahl die zu implantierende Ionenspezies auszuwählen.

Bei einer Borimplantation kann z. B. der räumlich aufgelöste Strahl, der den Analysemagmenten verläßt, BF₃-, BF₂-, BF-, B- und F-Ionen enthalten, wobei die Molekülionen und Borionen sowohl das ¹⁰B-Isotop als auch das ¹¹B-Isotop des Bors enthalten. Folglich filtern bei einer Bor 11- Implantation das abgrenzende Vorelement 35 und die massenauflösenden Elemente 39, 41 alle borhaltigen Ionenspezies außer ¹¹B aus.

Während der Strahl die Massenauflösungskammer 47 durchquert, wird die Energie des Strahls konstant gehalten, in diesem Beispiel bei 10 keV. Der nach Massen separierte Strahl 46 mit 10 keV tritt durch die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer 47 und durch die Abschirmanordnung 52 zur Elektrodenanordnung 9.

Eine Spannung wird an die Feldelektrode 61 angelegt, deren Höhe geringer als die der Massenauflösungskammer 47 ist. Die Höhe der an die Feldelektrode 61 angelegten Spannung reicht aus, um im Bereich der Endblende 67 der auf Masse gelegten Plattenelektrode 65 ein elektrostatisches Fokussierungsfeld herzustellen. Es wurde festgestellt, daß eine Spannung zwischen -5 kV und -30 kV, vorzugsweise -25 kV, bezüglich der Spannung der Plattenelektrode 65 ausreicht, um das erforderliche Fokussierungsfeld an der letzten Linsenblende 67 herzustellen, um die Strahlionen innerhalb des Strahls zwischen der letzten Linsenblende 67 und dem Targetsubstrat zu halten. Da das Flugrohr und die Massenauflösungskammer auf -8 kV liegen, ist die Feldelektrode 61 auf eine Spannung vorgespannt, die niedriger als die Spannung des Flugrohrs ist und verhindert, daß Elektronen im Massenauflösungsbereich zur Plattenelektrode 65 angezogen werden, was die Raumladungsneutralisierung in diesem Bereich zerstören und eine Strahlausdehnung sowie den Verlust von Strom bewirken würde.

Wenn sich beim vorliegenden Beispiel der massenseparierte Strahl 46 der Feldelektrode 61 nähert, wird der Strahl kurz über die Transportenergie (Extraktionsenergie) von 10 keV auf eine Energie beschleunigt, die im wesentlichen durch die Potentialdifferenz zwischen der Ionenquelle 15 und der Feldelektrode 61 festgelegt ist. Der Strahl tritt durch die Feldelektrodenblende 63 und wird dann im Spalt zwischen der Feldelektrodenblende 63 und der Endblende 67 im wesentlichen auf die erforderliche Implantationsenergie abgebremst. Gleichzeitig wirkt auf den Ionenstrahl im Bereich zwischen der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer und der Feldelektrode 61 sowie im Bereich zwischen der Feldelektrode 61 und der Plattenelektrode 65 der Abbremslinse und darüber hinaus eine nettofokussierende Kraft.

Der Ionenstrahl tritt dann in den Bereich zwischen der Endlinsenblende 67 bzw. letzte Linsenblende und dem Targetsubstrat ein. In diesem Bereich wird der Ionenstrahl im wesentlichen mit der erforderlichen Implantationsenergie zum Substrat transportiert. Eine Expansion des inzwischen langsamen Strahls wird mittels des Plasmaflutsystems 13 durch Fluten des Strahls mit niederenergetischen Elektronen minimiert. Das Plasmaflutsystem minimiert ebenfalls während der Ionenimplantation die Oberflächenaufladung des Targetsubstrates und verringert gleichzeitig das Potential des Ionenstrahls, wiederum um das Ausmaß zu minimieren, mit dem sich der Strahl vor dem Erreichen des Substrats ausdehnt.

Die Verzögerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt einen beträchtlichen Fortschritt gegenüber den Systemen nach dem Stand der Technik dar. Erstens ermöglicht es die vorliegende Verzögerungsvorrichtung den Ionenstrahl zu neutralisieren, nachdem der Strahl abgebremst wurde, was bei den Systemen nach dem Stand der Technik nicht möglich ist. Die Schwierigkeit der Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls am Target unter Verwendung irgendeines Systems, das Elektronen in den Strahl einführt, rührt daher, daß, wenn Ionen im Verzögerungsfeld abgebremst werden, das Verzögerungsfeld die Elektronen von den Strahlionen weg beschleunigt, so daß der Elektroneninjektor sehr ineffizient ist. Im Falle eines Plasmaflutsystems, bei dem der Ionenstrahl durch niederenergetische Elektronen, die in einem stabilen Plasma enthalten sind, neutralisiert wird, würden starke elektrische Felder, die bei einer Verzögerungslinse vorhanden sind, verhindern, daß sich ein solches Plasma ausbildet. Bei der vorliegenden Anordnung ist das Plasmaflutsystem auf der stromabwärts gelegenen Seite der Verzögerungsvorrichtung angeordnet und ist gegen die Verzögerungsvorrichtung abgeschirmt, so daß das Plasmaflutsystem den starken Verzögerungsfeldern nicht ausgesetzt ist. Dies ermöglicht den kritischen Zustand, unter dem das erforderliche Niederenergieplasma erzeugt und aufrecht erhalten werden kann.

Zweitens ist der Verlust der Raumladungsneutralität unvermeidlich, wenn der Ionenstrahl durch das starke Verzögerungsfeld läuft. Folglich ist bei den Anordnungen nach dem Stand der Technik die Verzögerungslinse so dicht wie möglich am Target angeordnet, so daß der Strahl eine minimale Strecke ohne Raumladungsneutralisierung zurücklegt. Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Anordnung die Verzögerungsvorrichtung in Richtung stromaufwärts vom Substrattarget zurückgesetzt, zwischen der Neutralisierungsvorrichtung und der Massenauflösungskammer, und ist so angeordnet, daß sie auf den Ionenstrahl während der Verzögerung eine fokussierende Kraft ausübt, um in diesem Bereich, in dem die Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls weitgehend aufgebraucht ist, der Strahlausdehnung entgegenzuwirken. Es wurde festgestellt, daß überraschenderweise hohe Stromdichten am Targetsubstrat erreicht werden können, wenn die Endlinsenblende 65 der Verzögerungselektrode 65 mindestens 15% größer ist als die Querschnittsfläche des Strahls an der Endblende und wenn eine ausreichend hohe Potentialdifferenz zwischen der Feldelektrode 61 und der Plattenelektrode 65 in eine Richtung, die den Ionenstrahl im Bereich zwischen diesen Elektroden abbremst, angelegt wird. Z. B. konnte eine Ionenstromdichte auf das Target von 70 bzw. 250 µAcm^-2 bei einem Niederenergiestrahl von 2 keV bzw. 10 keV erreicht werden. Ebenfalls konnte eine Ionenstromdichte auf das Target von 5,0 bzw. 20,0 µAcm^-2 bei einem Strahl mit extrem niedriger Energie (< 1 keV) von 200 eV bzw. 500 eV erreicht werden.

Die Blende 63 der Feldelektrode 61 ist ebenfalls größer als die Querschnittsfläche des Strahls an dieser Stelle und kann den gesamten Strahlstrom durchlassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Blendengröße längs der Strahlstrecke im wesentlichen konstant und die Tiefe der Blende in Richtung der Strahlstrecke ist relativ klein.

Die Blende 64 der felddefinierenden Elektrode 56 und die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer sind ebenfalls größer als die Querschnittsfläche des Strahls an diesen Stellen, so daß der gesamte Strahlstrom, der durch den massenseparierenden Spalt 42 und die Blende 44, die die Höhe des Strahls begrenzt, durchgelassen wird, in die Verzögerungszone eintritt. Folglich sind jenseits der Blende 44, die die Strahlhöhe begrenzt, alle Blenden, durch die der Strahl zum Substrat durchtritt, größer als der Querschnitt des Strahls an der jeweiligen Blende, so daß der gesamte Strahlstrom vom strahlhöhenbegrenzenden Element 43 zum Substrat übertragen werden kann. Dies ist eine bedeutende Abweichung von den Anordnungen nach dem Stand der Technik, in denen die Größe der Blenden längs der Strahlstrecke beschränkt ist, um z. B. die Breite und Form des Strahls am Target festzulegen, um einen Widerstand gegen den Gasstrom durch die Blende vorzusehen, so daß ein Differenzdruck über die Blende aufrecht erhalten werden kann, oder damit die Innenfläche der Blende so dicht wie möglich am Ionenstrahl ist, damit an die Elektroden eine niedrigere Spannung angelegt werden kann.

Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Strahls an einer vorgegebenen Blende zur Fläche der Blende soll als "Füllfaktor" definiert werden. Vorzugsweise beträgt der Füllfaktor der Fokussierungselektrode 61 und der Linsenplattenelektrode 65 weniger als 85% für alle Spezies von Dotierstoffionen. Es wurde festgestellt, daß Füllfaktoren von weniger als ungefähr 85% den Transport bzw. die Übertragung von höheren Strahlstromdichten längs der Strahlstrecke ermöglichen. Es wird vermutet, daß das Vorsehen eines nicht vernachlässigbaren Spalts zwischen dem Strahl und den verschiedenen Strahlstreckenelektroden die Strahlausdehnung aufgrund von Raumladungseffekten verringern, da das elektrische Feld, das durch eine Elektrode erzeugt wird, die quer zur Strahlstrecke verläuft, weniger Störungen der Ionen und Elektronen, die an der Peripherie des Ionenstrahls transportiert werden, hervorrufen, als wenn die Innenfläche der Elektrodenblende dicht am Ionenstrahl angeordnet ist. Indem man sicherstellt, daß die Größe der Blenden der Elektroden, die auf der stromabwärts gelegenen Seite des massenseparierenden Spalts gelegen sind, alle größer sind als der Querschnitt des Strahls an diesen Stellen, kann folglich die Strahlausdehnung reduziert und die Strahlstromdichte erhöht werden. Da weiterhin die Größe der Blenden größer als der Querschnitt des Strahls ist, kann verhindert werden, daß die Strahlionen auf die Elektroden treffen, wodurch die Verunreinigung des Strahls durch Graphit, Metall oder andere Materialien, die ansonsten von der Oberfläche der Elektroden abgesputtert würden, beträchtlich verringert wird.

Es wurde festgestellt, daß Probleme durch eine Energiekontamination des abgebremsten Ionenstrahls mit niedriger Energie bei Energien oberhalb der Transportenergie auftreten können und daß eine solche Kontamination von der Neutralisierung der Strahlionen herrührt, wenn sie vorübergehend durch die Feldelektrode beschleunigt werden, bevor sie im Bereich zwischen der Feldelektrode und der Linsenplattenelektrode abgebremst werden.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Strahltransportvorrichtung für eine Ionenimplantation mit niedriger Energie, die im wesentlichen solch eine Hochenergiekontamination des Ionenstrahls beseitigt. Zur besseren Überschaubarkeit wurde in Fig. 2 der Ionenstrahlerzeuger, das meiste des Massenanalysemagneten und der Strahlbegrenzer der Ionenimplantationsanlage weggelassen, aber diese können die gleichen wie die oben beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten sein. Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, weist die Vorrichtung auf: ein Flugrohr 27, das eine Massenauflösungskammer 47 einschließt, die einen Ionenselektor 7 zum Auswählen der gewünschten Implantationsionen aus dem massenanalysierten Strahl vom Magneten 5 aufweist, eine Abbremslinsenanordnung 9, die auf der strahlabwärts gelegenen Seite der Massenauflösungskammer 47 zum Abbremsen des Ionenstrahls angeordnet ist, eine Strahlneutralisierungsvorrichtung, die auf der stromabwärts gelegenen Seite der Abbremslinsenanordnung angeordnet ist und an diese angrenzt, und einen Targetsubstrathalter 11, der auf der strahlabwärts gelegenen Seite der Strahlneutralisierungsvorrichtung 13 angeordnet ist und an diese angrenzt.

Der Ionenselektor 7 weist eine Plattenelektrode 35, die die meisten der unerwünschten Ionenspezies vom Magneten zurückweist, und zwei Elemente 39, 41 auf, die zusammen einen massenseparierenden Spalt 42 mit einstellbarer Breite abgrenzen bzw. definieren, der nur die ausgewählte Ionenspezies durchläßt. Eine Wand 49 der Massenauflösungskammer weist ein Teil 51, das sich in Richtung der Strahlstrecke erstreckt und ungefähr eine zylindrische Hülle abgrenzt, und ein Vorderseitenteil 53 auf, das eine Plattenelektrode darstellt, die sich quer zur Strahlstrecke erstreckt. Das Vorderseitenteil 53 definiert eine Blende 55 durch die der Ionenstrahl durchtreten kann und die angrenzend an die massenseparierenden, spaltabgrenzenden Elemente 39 und 41 angeordnet ist.

Wie dies in den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist, weist die Abbremslinsenanordnung eine erste Plattenelektrode 65 mit Blende zum Steuern der Implantationsenergie, die angrenzend an die strahlneutralisierende Vorrichtung 13 angeordnet ist, eine zweite Plattenelektrode 60 mit Blende, die auf der stromaufwärts gelegenen Seite der ersten Elektrode 65 mit Blende angeordnet ist, und eine Feldelektrode 61 auf, die zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende angeordnet ist und an diese angrenzt, um für die Strahlionen, die durch die erste Plattenelektrode 65 mit Blende treten, ein Fokussierungsfeld vorzusehen. Eine zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende ist auf der stromaufwärts gelegenen Seite der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende angeordnet, um eine weitere Abschirmung des Ionenselektors 7 gegen die elektrischen Felder, die auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ionenselektors 7 erzeugt werden, und insbesondere gegen Felder, die von der Feldelektrode 61 herrühren, vorzusehen. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist die zusätzliche Abschirmungselektrode 56 auf Abstandshaltern 66 montiert, die sich von der zweiten Elektrode 60 mit Blende nach hinten erstrecken.

Ein Abschirmzylinder 54 ist auf dem Flugrohr 27 montiert und erstreckt sich axial in Richtung der Feldelektrode 61. Die zweite Plattenelektrode 60 mit Blende ist auf dem vorderen Ende des Abschirmzylinders 54 montiert und der Abschirmzylinder 54 schließt die zusätzliche Abschirmelektrode 56 ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Abschirmzylinder 54, die zweite Plattenelektrode 60 mit Blende und die zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende alle mit dem Flugrohr 27 elektrisch verbunden.

Betrachtet man wieder die Abbremslinsenanordnung, so sind die Strahlblenden, die sowohl in der Feldelektrode 61 als auch der ersten Elektrode 65 mit Blende ausgebildet sind, rechteckig und bei jeder Blende ist die Breite w_f und w_d der Blende kleiner als die Höhe h_f und h_d. Sowohl in der Höhe als auch in der Breite ist die in der ersten Elektrode 65 mit Blende ausgebildete Blende kleiner als die der Feldelektrode 61, um eine verbesserte Abschirmung der strahlneutralisierenden Vorrichtung 13 gegen das von der Feldelektrode 61 herrührende elektrische Feld vorzusehen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen der Strahlblende 63 der Feldelektrode ungefähr 86 mm × 100 mm und die der Strahlblende 67 der ersten Plattenelektrode mit Blende ungefähr 60 mm × 86 mm.

Die teilweise Reduzierung der Breite der Blende zwischen der Feldelektrode und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende ist größer als die teilweise Reduzierung der Höhe der Blende zwischen der Feldelektrode und der ersten Elektrode mit Blende. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Ionenstrahl durch den massenseparierenden Spalt tritt, weist der Strahl eine bleistiftähnliche Querschnittsgeometrie auf, so daß der Strahl dazu neigt, sich aufgrund von Raumladungseffekten in lateraler Richtung schneller auszudehnen als in vertikaler Richtung. Die größere Reduzierung hinsichtlich der Breite der Blenden verstärkt die Fokussierungskraft in lateraler Richtung über die Breite des Ionenstrahls, um der stärkeren Expansionsgeschwindigkeit in dieser Richtung entgegenzuwirken. Die Strahlblendenkonfiguration aus der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der Feldelektrode 61 erhöht die Fokussierungskapazität der Abbremslinse, so daß die Spannung der Feldelektrode bezüglich der ersten Elektrode mit Blende und der zweiten Elektrode mit Blende, die notwendig ist, um ein entsprechendes Fokussieren des Strahls vorzusehen, verringert werden kann, wodurch die Energie verringert wird, die der Ionenstrahl beim Durchgehen durch die Feldelektrodenblende kurzfristig oberhalb der Transportenergie erreicht. Dies wiederum verringert die Energie von schnellen Neutralteilchen, die in diesem Bereich durch Ladungsaustausch mit Restgasatomen erzeugt werden.

Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, sind die erste Plattenelektrode 65 mit Blende und die zweite Plattenelektrode 60 mit Blende mit einem Abstand "a" in Strahlrichtung voneinander beabstandet, der kleiner ist als die kleinste Querabmessung "w_f" (in diesem Fall die Breite) der Strahlblende der Feldelektrode 61. Dies ist ein weiteres wichtiges Merkmal der bevorzugten Abbremslinsenanordnung. Der kurze Abstand zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende stellt sicher, daß die Zeit, während der die Ionen eine Energie oberhalb der Transportenergie haben, wenn sie durch die Feldelektrode 61 beschleunigt werden, so kurz wie möglich gehalten wird. Folglich ist die Wahrscheinlichkeit, mit der die Strahlionen mit dieser höheren Energie Ladungsaustauschstöße mit Restgasatomen erfahren, verringert, wobei damit eine Verringerung der Anzahl von in diesem Bereich erzeugten Neutralteilchen mit hoher Energie einhergeht.

Die Feldelektrode 61 ist ungefähr zylindrisch und weist eine axiale Länge in Strahlrichtung von mindestens 10% der kleinsten Querabmessung der Strahlblende (in diesem Fall die Blendenbreite) auf. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Axiallänge ungefähr 23% der Blendenbreite. Diese Anordnung verstärkt den Fokussierungseffekt, während es ermöglicht wird, daß die Blende der Feldelektrode 61 größer ist als die expandierte Strahlbreite, wenn der Strahl durch die Feldelektrode tritt.

Ein zylinderförmiger Flansch 89 erstreckt sich von der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende axial in Richtung der Feldelektrode 61. Der zylinderförmige Flansch 89 und die erste Plattenelektrode 65 mit Blende bilden eine Abschirmung um den Ionenstrahl und um die Feldelektrode 61, um das durch die Potentialdifferenz, die zwischen der Feldelektrode 61 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende angelegt ist, erzeugte elektrische Feld zu begrenzen, wodurch verhindert wird, daß geladene Teilchen nahe des Targetsubstrats 12 stromaufwärts zur Feldelektrode 61 strömen, und wodurch gleichzeitig der Ionenstrahl gegen jegliche elektrische Streufelder abgeschirmt wird, die in der Prozeßkammer 81 vorhanden sind und die sonst das Ladungsgleichgewicht im Ionenstrahl kippen könnten, wodurch Strahlstrom verloren gehen würde.

Die Feldelektrode 61 ist innerhalb des Flansches 89 angeordnet, so daß der Flansch die äußere Peripherie der Feldelektrode 61 umgibt. Mittels einer Vielzahl von Abstandshaltern 68, die radial um die Peripherie der Feldelektrode 61 herum angeordnet sind, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Feldelektrode 61 im zylindrischen Abschirmflansch 89 montiert und wird von diesem gestützt.

Mittels einer Vielzahl von Abstandshaltern 72 wird die Anordnung von Feldelektrode und erster Plattenelektrode mit Blende in der Wand 85 der Prozeßkammer montiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der zylinderförmige Abschirmflansch 89 ein kleines Stück über die Rückseitenfläche der Feldelektrode 61 hinaus, so daß der Spalt 95 zwischen der Feldelektrode und der zweiten Plattenelektrode mit Blende leicht zugänglich ist und direkt mit dem umgebenden Raum innerhalb der Prozeßkammer 81 in Verbindung steht. Diese offene Geometrie ermöglicht es, daß der Bereich zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende einfacher evakuiert werden kann, so daß der Restgasdruck in diesem Bereich reduziert werden kann, um die Erzeugung von schnellen Neutralteilchen zu minimieren, die sonst eine Hochenergieverunreinigung hervorrufen würden.

Ein Vakuumanschluß 83 ist in der Wand der Prozeßkammer 81 ausgebildet, um die Prozeßkammer zu evakuieren. Die Öffnung des Vakuumanschlusses ist relativ groß und erstreckt sich im Bereich des Targetsubstrats parallel zur Strahlstrecke, um die vom Target während der Implantation abgesputterten Partikel zu sammeln. Die Abbremslinsenanordnung ist besonders im Bereich zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende direkt vor dem Vakuumauslaßanschluß 83 der Prozeßkammer 81 angeordnet, so daß das Innere der Linse effizienter evakuiert werden kann, was weiterhin beim Minimieren der Erzeugung von schnellen Neutralteilchen und der Hochenergiekontamination des Ionenstrahls hilft.

Folglich ist die in Fig. 2 dargestellte Abbremslinsenanordnung so angeordnet und aufgebaut, daß der Raum innerhalb der Linse effektiv evakuiert werden kann, um den Restgasdruck im Innern der Linse zu minimieren und um in diesem Bereich die Erzeugung von Neutralteilchen oberhalb der Implantationsenergie und insbesondere oberhalb der Flugrohrtransportenergie zu minimieren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Strahlneutralisierungsvorrichtung 13 ein Plasmaflutsystem auf, das eine Plasmaquelle 14 aufweist, die Elektronen in den Ionenstrahl nahe der Oberfläche des Targetsubstrats einführt. Das Plasmaflutsystem schließt ein Elektronenbegrenzungsrohr 69 ein, das den Ionenstrahl umgibt und unmittelbar vor dem Substrathalter 11 angeordnet ist. Eine Abschirmelektrode 70 zum Abschirmen des Plasmaflutsystems gegen elektrische Felder, die von der Abbremslinsenanordnung herrühren, ist am stromaufwärts gelegenen Ende des Begrenzungsrohrs 69 montiert und ist angrenzend an die erste Plattenelektrode 65 mit Blende angeordnet. Dieser Aufbau ermöglicht es, daß die Linsenanordnung 9 so dicht wie möglich am Targetsubstrat 12 angeordnet ist, während es immer noch möglich ist, daß die Neutralisierungsvorrichtung 13 zwischen den beiden angeordnet ist. Die zusätzliche Abschirmelektrode 70 weist eine Strahlblende 74 auf, deren Größe ungefähr die Größe der Strahlblende 67 in der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende ist und die im wesentlichen verhindert, daß elektrische Fremdfelder in den Neutralisierungsbereich hinein eindringen. Die zusätzliche Abschirmelektrode 70 ermöglicht es, daß die erste Elektrode 65 mit Blende sehr dicht am stromaufwärts gelegenen Ende des Elektronenbeschränkungsrohrs 69 angeordnet ist und daß das Beschränkungsrohr 69 selbst relativ kurz gehalten werden kann, während es bei der Implantation immer noch eine ausreichende Neutralisierung des Substrats 12 vorsieht.

Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Beispiel, wie sich das Strahlbreitenprofil längs der Strahlstrecke ändert, wenn der Strahl vom Analysenmagneten 5 durch die Abbremslinsenanordnung zum Targetsubstrat 12 verläuft. Die Magnetoptik führt den Ionenstrahl zu einem engen Fokus am massenauflösenden Spalt 42 zusammen, der durch die massenauflösenden Elemente 39, 41 definiert ist. Beim Durchgang des Ionenstrahls durch den massenauflösenden Spalt 42 sowie durch die Strahlblenden 55 und 58 der Massenauflösungskammer 47 und durch die zusätzliche Abschirmungsplattenelektrode 56 dehnt sich die Strahlbreite allmählich aus. Wenn sich der Strahl der Strahlblende 62 der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende nähert, übt das elektrische Feld zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende anfänglich eine fokussierende Kraft auf den Ionenstrahl aus, die die Ausdehnungsgeschwindigkeit verringert, und anschließend übt sie eine aufweitende Kraft auf den Ionenstrahl aus, wenn sich der Strahl der Feldelektrode 61 nähert und kurzzeitig über die Transportenergie beschleunigt wird. Jedoch übt das elektrische Feld zwischen der Feldelektrode 61 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende eine nettofokussierende Kraft aus, da der Ionenstrahl eine geringere Geschwindigkeit aufweist und deshalb im Bereich, der näher an der Strahlblende der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende liegt, länger der fokussierenden Kraft ausgesetzt ist.

Wenn der Ionenstrahl durch die Feldelektrode 61 in den Spalt zwischen der Feldelektrode 61 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende eintritt, wird der Strahl auf die gewünschte Implantationsenergie abgebremst und das elektrische Feld zwischen diesen Elektroden übt eine starke Fokussierungskraft auf den Ionenstrahl aus, so daß sich die Strahlbreite verengt, so daß er durch die Strahlblende 67 der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende durchpaßt.

Schließlich verläuft der Ionenstrahl durch die Strahlblende 74 der Abschirmplattenelektrode 70 in das Elektronenbegrenzungsrohr 69 der Neutralisierungsvorrichtung 13 und zum Target, wobei die Divergenz der Strahlbreite vernachlässigbar ist.

Ein weiterer, wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, daß die Ionenimplantationsanlage so angeordnet ist, daß die Weglänge zwischen dem Masseanalysenmagneten und der Verzögerungsvorrichtung sehr viel kürzer ausgestaltet werden kann, wie bei den Implantationsanlagen nach dem Stand der Technik. Wie oben erwähnt, ermöglicht dies nicht nur die Implantationsanlage wesentlich kompakter auszugestalten, sondern reduziert ebenfalls die Erzeugung von schnellen Neutralteilchen, die eine Energiekontamination eines niederenergetischen Ionenstrahls verursachen. Hauptsächlich werden schnelle Neutralteilchen, die auf das Target auftreffen könnten, irgendwo stromaufwärts der Verzögerungselektrode erzeugt, wobei diese in direkter Sichtlinie zum Target liegen. Neutralteilchen, die im Bereich zwischen der ersten Plattenelektrode mit Blende der Abbremslinse und dem Target erzeugt werden, weisen eine Energie auf, die gleich oder kleiner als die Implantationsenergie ist, und rufen daher keine Kontamination mit hoher Energie hervor. Um die kritische Weglänge, längs der schnelle Neutralteilchen gebildet werden könnten, zu verkürzen, ist das Flugrohr auf der stromabwärts gelegenen Seite des Analysenmagnets so kurz wie möglich ausgebildet, indem nur eine massentrennende Anordnung zwischen dem Magneten und der Abbremslinsenanordnung eingeschlossen ist. Aufgrund ihres extrem einfachen Aufbaus ermöglicht es die einzigartige Abbremslinsenanordnung, daß der Abstand zwischen der ersten Plattenelektrode mit Blende und dem Ende der massentrennenden Anordnung so kurz wie möglich ist. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die erste Plattenelektrode 65 mit Blende, die die Endenergie des Ionenstrahls steuert, so dicht wie möglich an der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer 47 angeordnet. Die Abbremsvorrichtung weist nur eine weitere Elektrode auf, nämlich die Feldelektrode 61, die zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und dem Ende 53 der Massenauflösungskammer 47 angeordnet ist, um die Form des Strahls im Verzögerungsbereich und durch die Endblende 67 der Linsenanordnung zu steuern, um im wesentlichen 100% Transmission des Strahlstroms zum Targetsubstrat zu erreichen, vorausgesetzt, daß die Blenden sowohl der Feldelektrode 61 als auch der Endblende 67 größer sind als der Querschnitt des Strahls an diesen Stellen.

Es wurde festgestellt, daß es notwendig ist, einen endlichen bzw. begrenzten Spalt zwischen der Feldelektrode 61 und dem Ende 53 der Massenauflösungskammer 47 einzuschließen, der einige Abschirmmittel aufweist, die sich längs der Strahlstrecke erstrecken, um das Eindringen des elektrischen Felds von der Fokussierungselektrode 61 durch die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer auf einen akzeptierbaren Wert zu verringern. Wesentlich ist, daß es nicht möglich ist, eine ausreichende Abschirmung durch Verringerung der Größe der Austrittsblende 55 allein zu erreichen, ohne daß die Kante der Austrittsblende 55 den Strahl abschneidet. Ein ausreichendes Abschirmen des elektrischen Feldes ohne das Abschneiden des Strahls kann nur erreicht werden, indem eine Abschirmung um den Ionenstrahl herum eingeschlossen wird, die sich über eine begrenzte Länge der Strahlstrecke zwischen der Feldelektrode 61 und dem Ende der Massenauflösungskammer erstreckt. Bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen weist das Abschirmmittel eine zylinderförmige Hohlelektrode 54 auf, die effektiv eine Verlängerung des Flugrohrs und eine zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende ist. Bei einer vorgegebenen Größe der Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer ist die Abschirmlänge vorzugsweise so kurz wie möglich. Es wurde festgestellt, daß die Abschirmlänge, die durch eine zylinderförmige Abschirmung allein vorgesehen wird, beträchtlich verkürzt werden kann, indem eine zusätzliche Plattenelektrode 56 mit Blende zwischen der Feldelektrode 61 und dem vorderen Ende 53 der Massenauflösungskammer angeordnet wird. Das Verkürzen der Abschirmlänge trägt nicht nur zur Verkürzung der gesamten Strahlweglänge zwischen dem Magneten und der ersten Plattenelektrode mit Blende der Abbremslinse bei, sondern verringert ebenfalls die Strecke, längs der Ionen zeitweise auf Energien oberhalb der Extraktionsenergie beschleunigt werden, wodurch die Energiekontamination in diesem kritischen Bereich abgeschwächt wird.

Ein weiterer Vorteil der Verringerung der Weglänge des Ionenstrahls zwischen dem Magneten und der ersten Plattenelektrode mit Blende der Abbremslinsenanordnung ist, daß an der ersten Plattenelektrode mit Blende die Strahlbreite aufgrund der Ausdehnung durch die Raumladung geringer ist als bei längeren Wegstrecken. D. h., bei einer kürzeren Wegstrecke kann eine größere Strahlausdehnung toleriert werden. Dieses Merkmal führt zu einem erheblichen Vorteil, indem es ermöglicht, daß der Ionenstrahl bei einer geringeren Energie transportiert werden kann, so daß die Differenz zwischen der Implantationsenergie und der Transportenergie verringert werden kann. Folglich kann die Ionenimplantationsanlage so gesteuert werden, daß alle Neutralteilchen, die auf der stromaufwärts gelegenen Seite der ersten Plattenelektrode mit Blende erzeugt werden, nur solche Energien aufweisen, die leicht über der Implantationsenergie liegen und folglich nur wenig tiefer in das Targetsubstrat eindringen als die Implantationsionen. Weiterhin verringert die Verkürzung der Strahlweglänge zwischen dem Ionenstrahlerzeuger und dem Targetsubstrat die Anzahl der Neutralisierungswechselwirkungen, so daß bei der Erzeugung von Neutralteilchen weniger Ionenstrom verloren geht. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt die Länge der Implantationsanlage vom Magneten bis zum Ende der Prozeßkammer ungefähr 2 m, der Abstand zwischen der Magnetaustrittsblende 31 und dem Targetsubstrat beträgt ungefähr 90 cm und der Abstand zwischen der Magnetaustrittsblende 31 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende beträgt ungefähr 60 cm. Neutralteilchen mit hoher Energie, die die Energiekontamination des Ionenstrahls am Substrat bewirken könnten, können ebenfalls im stromaufwärts gelegenen Bereich der Austrittsblende 31 des Analysenmagneten 5 gebildet werden. Vorteilhafterweise kann die Länge dieses Bereichs mit direkter Sichtlinie zum Substrat verkürzt werden, indem die Magnetfeldstärke des Analysenmagneten verstärkt wird, um den Ionenstrahl in einem engeren Bogen abzulenken. Die kompakte Strahlstreckenanordnung, einschließlich der Verzögerungsvorrichtung, zwischen dem Analysenmagneten und dem Targetsubstrat ermöglichtes, daß der Magnetbogenradius beträchtlich verringert wird, so daß bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen der Radius 23 cm beträgt. Vorteilhafterweise ermöglicht es dies, daß die gesamte Strahlweglänge vom Ionenstrahlerzeuger bis zum Substrat verkürzt wird, wodurch die Größe des Strahlquerschnitts am Substrat weiter verringert wird und der Verlust an Strahlstrom vom Ionenerzeuger bis zum Target verringert wird.

Die Ionenimplantationsanlage kann ebenfalls so eingesetzt werden, daß die Endimplantationsenergie größer als die Energie ist, mit der der Strahl durch den Analysenmagneten transportiert wird (was als Beschleunigungsmodus bezeichnet wird). Wie dies in den Fig. 1 oder 2 dargestellt ist, wird in diesem Fall der Ionenstrahl mit einer festgelegten Energie durch den Massenanalysemagneten 5 und die Massenauflösungskammer 47 transportiert und wird dann unter Verwendung der Elektrodenanordnung 9 auf die Endimplantationsenergie beschleunigt. Z. B. wird für eine Implantationsenergie von 80 keV die Ionenquellenspannung bezüglich der ersten Plattenelektrode. 65 mit Blende und dem Targetsubstrat 11, die beide auf Masse liegen, auf 80 kV eingestellt. Die Extraktionselektrode 23, das Flugrohr und die Abschirmvorrichtung bis zur und einschließlich der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende werden alle auf eine Spannung bezüglich der Spannung der Ionenquelle, die die Transportenergie des Ionenstrahls längs des Flugrohrs festlegt, eingestellt. Z. B. wird für eine Extraktionsenergie von 30 keV die Spannung des Flugrohrs bezüglich Masse auf +50 kV eingestellt. In dem Fall, in dem die Implantationsenergie geringer ist als die Extraktionsenergie (was als Brems- oder Verzögerungsmodus bezeichnet wird), wird die Feldelektrode 61 wiederum mit einer Spannung vorgespannt, die geringer ist als die der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende, um ein leichtes Fokussierungsfeld im Bereich der Endblende 67 der Linsenanordnung herzustellen, um den Ionenstrahl in diesem Bereich zu bündeln. Zum Beispiel kann die Feldelektrode 61 bezüglich der ersten Plattenelektrode mit Blende auf -25 kV vorgespannt werden. Wenn der Ionenstrahl durch die Austrittsblende 55 der Massenauflösungskammer tritt, wird der Strahl zuerst durch das Feld zwischen der Feldelektrode 61 und dem Ende 53 der Massenauflösungskammer 47 auf eine Energie beschleunigt, die größer ist als die Implantationsenergie, und wird dann im Bereich zwischen der zylinderförmigen Elektrode 61 und der Plattenelektrode 65 auf die Endimplantationsenergie von 80 keV abgebremst. Es wurde festgestellt, daß sowohl Hochenergiestrahlen als auch Niederenergiestrahlen erfolgreich zum Substrat übertragen werden können, indem die Ionenimplantationsanlage im Beschleunigungsmodus bzw. im Abbremsmodus betrieben wird, ohne die zwischen der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende und der zylindrischen Elektrode 61 angelegte Potentialdifferenz wesentlich zu ändern. Nachdem die Potentialdifferenz zwischen diesen Elektroden einmal eingestellt wurde, ist vorteilhafterweise folglich keine weitere Einstellung der Potentialdifferenz erforderlich, was das Umschalten zwischen einer Implantation mit niedriger Energie und einer mit hoher Energie vereinfacht.

Um einen Strahl mit Ionen erfolgreich zu transportieren, muß der Druck des Gases, durch welches der Strahl durchgeht, hoch genug sein, um eine ausreichende Anzahl von Elektronen zur Verfügung zu stellen, um den Strahl zu neutralisieren. Die Elektronen werden erzeugt, wenn der Ionenstrahl mit den Restgasatomen wechselwirkt, und werden in der Potentialwanne eingefangen, die durch die elektrostatische Ladung der positiven Ionen gebildet wird. Ein Gasdruck zwischen 10^-3 und 10^-2 Pa (10^-5-10^-4 mbar) wird bei den meisten kommerziellen Ionenimplantationsanlagen allgemein verwendet. Die vorliegende Verzögerungselektrodenanordnung ermöglicht es jedoch, daß der Restgasdruck innerhalb des Verzögerungsbereichs auf einen geringeren Druck abgepumpt wird, da sowohl die in der ersten Plattenelektrode mit Blende ausgebildete Blende als auch die in der Feldelektrode ausgebildete Blende wesentlich größer als der Querschnitt des Strahls sein können. Folglich kann das Gas innerhalb des Verzögerungsbereichs mit einem höheren Saugvermögen durch die Blenden abgepumpt werden, was zu einem geringeren Gasdruck in diesem Bereich führt. Da weiterhin die Feldelektrode die einzige weitere Elektrode ist, die zusätzlich zur ersten Plattenelektrode mit Blende erforderlich ist, um den Ionenstrahl abzubremsen und zu einem entfernt gelegenen Target zu übertragen, ist die Elektrodenanordnung extrem einfach und kann einfach als eine offene Struktur konfiguriert werden, die effizient evakuiert werden kann. Der Vorteil der Verringerung des Restgasdrucks in der Verzögerungszone ist, daß die Anzahl der Wechselwirkungen zwischen Strahlionen und den Restgasatomen verringert ist, so daß weniger Ionenstrom verlorengeht und weniger Neutralteilchen erzeugt werden, was zu einer geringeren Energiekontamination des Ionenstrahls führt. Es wurde festgestellt, daß der Restgasdruck um ungefähr eine Größenordnung oder mehr verringert werden kann, d. h. auf mindestens 10^-6 mbar, ohne eine beträchtliche Zunahme der Strahlausdehnungsrate.

Eine Abnahme des Drucks um mindestens eine Größenordnung führt jedoch zu einer entsprechenden Abnahme von mindestens einer Größenordnung der Energiekontamination. Vorteilhafterweise tendiert die Fokussierungswirkung der Verzögerungsvorrichtung dazu, jede Zunahme in der Strahldivergenzrate in diesem Bereich zu kompensieren, so daß es möglich ist, den Gasdruck zu reduzieren.

Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Abbremslinsenanordnung 9, das Plasmaflutsystem 13 und der Targetsubstrathalter 11 alle innerhalb einer Prozeßkammer 81 eingeschlossen, die angrenzend an die Massenauflösungskammer 47 angeordnet ist und über eine Blende 55, die am vorderen Endabschnitt 53 der Massenauflösungskammer ausgebildet ist, mit der Massenauflösungskammer in Verbindung steht. Der Abschirmzylinder 52 zwischen der Vorderseitenwand 53 der Massenauflösungskammer 47 und der zweiten Plattenelektrode 60 mit Blende schirmt den Ionenstrahl gegen elektrische Streufelder in der Prozeßkammer 81 ab und ist perforiert, so daß dieser Teil der Strahlstrecke effizient evakuiert werden kann. Ein Vakuumauslaßanschluß 83 ist in der Wand 85 der Prozeßkammer 81 ausgebildet und ist mit einer Vakuumpumpe 86 (in Fig. 1 dargestellt) verbunden. Die Vakuumpumpe ist vorzugsweise eine Cryopumpe, die in der Lage ist, mit einer Rate bzw. einem Saugvermögen von ungefähr 10.000 Litern pro Sekunde zu pumpen. Durch ein elektrisch isolierendes Element 87, welches einen Teil der Wand der Prozeßkammer 81 ausbildet, ist die Massenauflösungskammerwand 49 gegen die Prozeßkammerwand elektrisch isoliert.

Die Massenauflösungskammer 47 stellt einen Teil der kritischen Weglänge zwischen dem Analysenmagneten 5 und der ersten Plattenelektrode 65 mit Blende dar, auf welcher schnelle Neutralteilchen erzeugt werden können, die eine Energiekontamination des Ionenstrahls hervorrufen können.

Obwohl innerhalb der Massenauflösungskammer ein endlicher Restgasdruck erforderlich ist, um die Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls vorzusehen, ist ein beträchtlicher Druckbereich, in dem der Ionenstrahl hinreichend gut neutralisiert wird, vorhanden, so daß es möglich ist, daß der Druck verringert werden kann, um die Anzahl von schnellen Neutralteilchen, die in diesem Bereich erzeugt werden, zu verringern. Ein wichtiger Vorteil des weitestmöglichen Verkürzens der kritischen Weglänge besteht darin, daß eine höhere Ausdehnungsrate des Ionenstrahls toleriert werden kann, so daß eine gute Raumladungsneutralisierung weniger wichtig ist. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung nutzt diese höhere Toleranz gegenüber der Strahlausdehnung, die durch die verkürzte, kritische Weglänge hervorgerufen wird, aus, indem der Druck in der Massenauflösungskammer verringert wird. Obwohl in der Wand 49 der Massenauflösungskammer 47 ein Vakuumauslaßanschluß 57 ausgebildet und mit einer Vakuumpumpe 59 (in Fig. 1 gezeigt) verbunden ist, ist die Größe des Auslaßanschlusses 57 und daher der Durchsatz aufgrund der Länge der Massenauflösungskammer begrenzt, die idealerweise so kurz wie möglich sein sollte. Obwohl die Massenauflösungskammer über die Austrittsblende 55, die im Endteil 53 ausgebildet ist, mit der Prozeßkammer 81 in Verbindung steht, so daß, zumindest in einem gewissen Umfang, die Massenauflösungskammer durch diese Blende über die Prozeßkammer 81 evakuiert werden kann, ist die Größe dieser Blende begrenzt, da sie verhindern soll, daß das elektrische Feld, das von der Feldelektrode 61 herrührt, merklich in die Massenauflösungskammer 47 eindringt. Um den Druck innerhalb der Massenauflösungskammer 47 wesentlich unter denjenigen, der herkömmlich möglich war, zu reduzieren, ist eine Vielzahl von weiteren Blenden 103 in der Trennwand 51 zwischen der Massenauflösungskammer 47 und der Prozeßkammer 81 ausgebildet, um zusätzliche Auslässe vorzusehen, durch welche die Massenauflösungskammer mittels der Prozeßkammervakuumpumpe(n) 86 über den (die) Prozeßkammeranschluß (-anschlüsse) 83 evakuiert werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Blenden in dem Teil der Massenauflösungskammerwand ausgebildet, der sich ungefähr in Richtung der Strahlstrecke erstreckt, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen die weiteren Blenden in anderen Teilen der Wand ausgebildet sein können, einschließlich jenen, die sich quer zur Strahlstrecke erstrecken. Die Größe und die Abstände der Blenden werden sorgfältig ausgewählt, um die Abschirmung des Ionenstrahls, die durch die Trennwand 51 vorgesehen wird, zu erhalten, so daß der Ionenstrahl durch die Unterbrechung der Äquipotentialfläche an der Trennwand nicht gestört wird, was einen Verlust an Strahlstrom verursachen könnte. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Blenden als längliche Schlitze ausgebildet, können aber auch quadratisch, rechteckig, rund oder rautenförmig oder mit sonst irgendeiner geeigneten Form ausgebildet sein.

Die Kombination von relativ großen Blenden der Abbremslinsenanordnung und der weiteren Blenden, die zwischen der Massenauflösungskammer und der Prozeßkammer ausgebildet sind, ermöglicht es, daß die kritische Strahlweglänge zwischen dem Analysenmagneten und der Verzögerungselektrode 65 auf sehr viel geringere Drucke abgepumpt werden kann, als dies bisher möglich war, und vorteilhafterweise wurde dies erreicht ohne zusätzliche Vakuumpumpen und ohne die Länge der Massenauflösungskammer zu verlängern, um einen größeren Vakuumanschluß unterzubringen. Tatsächlich können die zusätzlichen Auslaßblenden zwischen der Massenauflösungskammer 47 und der Prozeßkammer 81 einen solchen Durchsatz vorsehen, daß keine separate Massenauflösungskammervakuumpumpe erforderlich ist, was die Implantationsanlage vereinfacht und Kosten spart. Weiterhin ermöglicht es die kurze Strahlwegstrecke, das Gesamtvolumen, das evakuiert werden muß, beträchtlich zu verringern.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schließt einen Waferstützaufbau ein, der eine Vielzahl von einzelnen Stützplatten aufweist, die durch eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Speichen von einer drehbaren Hülse gestützt und von dieser positioniert werden. Fig. 2 zeigt eine solche Stützplatte 107, die mit einer Speiche 109 verbunden ist, wobei die Stützplatte 107 ein Targetsubstrat, z. B. einen Halbleiterwafer 12, hält. Der Waferstützaufbau kann in eine quer zur Strahlstrecke verlaufenden Richtung bewegt werden, so daß der Wafer über den Strahl gescannt werden kann.

Ein weiterer bedeutender Vorteil der vorliegenden Anordnung ist, daß die Fokussierungswirkung der Verzögerungsvorrichtung verwendet werden kann, um die Bearbeitungszeit eines einzelnen Wafers zu verringern, wodurch der Waferdurchsatz der Ionenimplantationsanlage erhöht wird. Bei einem Niederenergiestrahl, d. h., typischerweise unterhalb 10 keV, kann die Strahlbreite am Targetsubstrat unter die Strahlbreite eines Hochenergiestrahls von z. B. 20 keV verringert werden, da es nicht weiter erforderlich ist, relativ breite Strahlen zu verwenden, um Energiedichteprobleme, wie z. B. übermäßiges Aufladen und Heizen des Targetwafers, zu vermeiden. Die Fokussierungswirkung der Verzögerungsvorrichtung kann verwendet werden, um die Strahlbreite auf dem Target zu verringern, was eine Verringerung des Abstands ermöglicht, über den der sich schnell drehende Waferstützaufbau gescannt werden muß, so daß die Wafer durch den Ionenstrahl gleichmäßig dotiert werden. Dies ermöglicht es, daß die Bearbeitungszeit für eine vorgegebene Wafercharge bzw. Waferladung verringert werden kann, so daß sich der Durchsatz der Implantationsmaschine erhöht.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Ionenimplantationsanlage kann irgendeine oder können mehrere der Plattenelektroden mit Blende oder der Feldelektrode oder der Abschirmelektroden in der Prozeßkammer mindestens eine weitere Blende aufweisen, die darin ausgebildet ist, um zusätzliche Auslässe vorzusehen, durch die das gesamte eingeschlossene Volumen abgepumpt werden kann, um noch niedrigere Drucke zu erreichen. Die Elektrode kann eine Anordnung von solchen Blenden und ein Gitter aufweisen. Die Trennwand zwischen der Massenauflösungskammer und der Prozeßkammer kann ebenfalls ein Gitter aufweisen, um innerhalb der Massenauflösungskammer das Erreichen von noch geringeren Drucken zu ermöglichen. Es ist wichtig, daß die Größe des Gitters so sein sollte, daß eine angemessene Abschirmung des Ionenstrahls vorgesehen wird.

Bei anderen Ausführungsbeispielen können die erste Plattenelektrode mit Blende und die Fokussierungselektrode oder die Feldelektrode irgendeine geeignete Form und Anordnung aufweisen und jede kann eine oder mehrere einzelne Elektroden aufweisen. Z. B. kann die Verzögerungselektrode eine zylindrische oder ringförmige Elektrode einschließen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Verzögerungselektrode und das Plasmaflutführungsrohr eine einzige Elektrode aufweisen oder können miteinander elektrisch verbunden sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Verzögerungselektrode so angeordnet sein, daß sie mit einer anderen Spannung als das Targetsubstrat vorgespannt wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Fokussierungselektrode oder die Feldelektrode eine Verlängerung des Flugrohrs aufweisen und ungefähr auf dem Potential des Flugrohrs liegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollte die Potentialdifferenz zwischen dem Flugrohr und der ersten Plattenelektrode mit Blende oder der Verzögerungselektrode ausreichend sein, um auf den Ionenstrahl in der Verzögerungszone eine Fokussierungskraft auszuüben. Eine zusätzliche Elektrode sollte auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Verzögerungselektrode und innerhalb des Flugrohrs vorgesehen werden und mit einer Spannung vorgespannt werden, die niedriger als die des Flugrohrs ist, um zu verhindern, daß Elektronen zur Verzögerungselektrode hin verloren gehen.

Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich.

Weitere, hier beschriebene Merkmale werden in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung des Anmelders beansprucht, die am gleichen Datum angemeldet wurde und die die Priorität der GB-Anmeldung Nr. 9522883.9 (entsprechend der UK-PS-23 07 096) beansprucht.

Claims (9)

1. Ionenimplantationsanlage, die aufweist:
einen Ionenstrahlerzeuger (3), ein Flugrohr (27) mit einer Massenselektionsvorrichtung (5, 7),
einen Substrathalter (11),
einen Abbremsspannungserzeuger (71) zum Anlegen einer Abbremsspannung zwischen dem Flugrohr (27) und dem Substrathalter (11) und
eine Abbremslinsenanordnung (9), die zwischen dem Flugrohr (27) und dem Substrathalter (11) angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abbremslinsenanordnung (9) aufweist:
eine erste Plattenelektrode (65) mit Blende, die im wesentlichen auf der Substratspannung liegt,
eine zweite Plattenelektrode (60) mit Blende, die im wesentlichen auf der Spannung des Flugrohrs (27) liegt,
eine Feldelektrode (61), die zwischen der ersten Plattenelektrode (65) mit Blende und der zweiten Plattenelektrode (60) mit Blende angeordnet ist und an jede dieser Elektroden angrenzt, und
eine Vorspannungsversorgung (77) zum Vorspannen der Feldelektrode (61) so, daß diese sowohl bezüglich der ersten als auch der zweiten Plattenelektrode (65, 60) die gleiche Polarität aufweist, wobei die Elektroden so angeordnet sind und die Vorspannung so ist, daß für Strahlionen, die durch die erste Plattenelektrode (65) treten, ein Fokussierungsfeld vorgesehen wird; und daß eine Neutralisierungsvorrichtung (13) zwischen der Abbremslinsenanordnung (9) und dem Substrathalter (11)angeordnet ist.

2. Ionenimplantationsanlage nach Anspruch 1, bei der die Massenselektionsvorrichtung (5, 7) eine strahlbegrenzende Blende (42) einschließt, die die Breite des Strahls in mindestens einer Richtung senkrecht zur Strahlrichtung begrenzt, wenn der Strahl durch die Feldelektrode (61) tritt, wobei die Feldelektrode (61) eine Blende aufweist, die in der einen Richtung größer ist als die Breite des Strahls, und wobei die erste Plattenelektrode (65) eine Blende aufweist, die in der einen Richtung ausreichend größer ist als die Breite des Strahls.

3. Ionenimplantationsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der in mindestens einer Richtung senkrecht zur Strahlrichtung die Strahlblende der ersten Plattenelektrode (65) kleiner als die Strahlblende der Feldelektrode (61) ist.

4. Ionenimplantationsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ionenstrahlerzeuger (3) einen Strahl von positiven Ionen erzeugt und bei der die Vorspannungsversorgung (77) die Feldelektrode (61) sowohl gegenüber der ersten Plattenelektrode als auch gegenüber der zweiten Plattenelektrode (65, 60) negativ vorspannt.

5. Ionenimplantationsanlage nach Anspruch 4, bei der die Vorspannungsversorgung (77) die Feldelektrode (61) gegenüber dem Flugrohr (27) mit mindestens 5 kV negativ vorspannt.

6. Ionenimplantationsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Feldelektrode (61) zylinderförmig ist, ihre Achse in Strahlrichtung liegt und eine Länge von mindestens 10% der kleinsten Querabmessung des Zylinders aufweist.

7. Ionenimplantationsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Magneten (5) zum räumlichen Auflösen der Strahlionen in Abhängigkeit von ihrer Masse, eine Prozeßkammer (81), die den Substrathalter (11) enthält und einen Auslaßanschluß aufweist, eine erste Vakuumpumpe, die mit dem Auslaßanschluß zum Evakuieren der Prozeßkammer (81) verbunden ist, eine Massenselektionskammer (57) zwischen der Prozeßkammer und dem Magneten (5), eine zweite Vakuumpumpe (59), die zum Evakuieren der Massenselektionskammer (57) angeschlossen ist, eine Blende (55) für den Strahl, damit dieser von der Massenselektionskammer (57) in die Prozeßkammer (81) treten kann, und mindestens eine weitere Blende (64) zwischen der Massenselektionskammer und der Prozeßkammer (81) einschließt.

8. Ionenimplantationsanlage nach Anspruch 7, die eine Vielzahl von den weiteren Blenden zwischen der Massenselektionskammer (57) und der Prozeßkammer (81) einschließt, wobei das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der weiteren Blenden und der Strahlblende zwischen den Kammern zu dem Volumen, das durch die Massenselektionskammer eingeschlossen wird, größer ist als das Verhältnis der Querschnittsgeometrie des Auslaßanschlusses zum durch die Prozeßkammer (81) eingeschlossenen Volumen.

9. Ionenimplantationsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorspannungsversorgung (77) die Feldelektrode gegenüber der ersten Plattenelektrode um mindestens 15 kV vorspannt.