DE3789103T2

DE3789103T2 - System zur überwachung der dosismessung und der gleichmässigkeit für ionenimplantierung.

Info

Publication number: DE3789103T2
Application number: DE3789103T
Authority: DE
Inventors: Robert Brick; Philip D Corey; Paul Lundquist
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Semiconductor Equipment Associates Inc
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2007-04-28
Also published as: JPH0628141B2; US4751393A; EP0276229B1; KR950001252B1; DE3789103D1; WO1987007076A1; EP0276229A4; EP0276229A1; JPS63503340A; KR870011674A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ionenimplantation von Halbleiter- Wafern und insbesondere ein System zur Ionen-Dosismessung und der Gleichmäßigkeitsüberwachung in einem Ionendotierungssystem.

Hintergrund der Erfindung

Die Implantation von Ionen ist zu einer Standard-Technik zur Einfügung von Fremdatomen in Halbleiter-Wafern geworden. Die Fremdatome bestimmen die Leitfähigkeit jenes Bereichs, in welchem sie implantiert wurden. Die Fremdatome werden durch die Benutzung des Momentes von energiereichen Ionen als ein Mittel, die Ionen in das Kristallgitter des halbleitenden Materials einzubetten, in die Hauptmasse des Halbleiter-Wafers eingeführt. Der Herstellungsprozeß für integrierte Schaltkreisvorrichtungen enthält gewöhnlich mehrere Stufen zur Ionenimplantation, um verschiedene Bereiche der Vorrichtung mit Fremdatomen zu dotieren.
Ionenimplantationssysteme enthalten üblicherweise eine Ionenquelle zum Umwandeln eines Gases oder eines Feststoffs in einen wohldefinierten Ionenstrahl. Der Ionenstrahl wird einer Massenanalyse unterzogen, um unerwünschte Ionenarten zu eliminieren, auf die gewünschte Energie beschleunigt und auf eine Targetebene fokussiert. Der Strahl wird über dem Targetbereich durch Strahlablenkung, durch Bewegung des Targets oder durch eine Kombination beider Möglichkeiten abgelenkt. Eine Form der Strahlablenkung basiert auf einer zweidimensionalen elektrostatischen Ablenkung über dem Targetbereich mittels eines Raster-Scanners (vgl. beispielsweise US-PS 4, 283, 631).
Beim Betrieb von Ionenimplantationssystemen ist es notwendig, die kumulierte Ionendosis zu messen, die in dem Halbleiter-Wafer implantiert wurde, da die Anzahl der implantierten Ionen die Leitfähigkeit des implantierten Bereichs bestimmt. Typischerweise werden Ionenimplantationen nach der Art der Ionen, der Ionenenergie und nach der Dosis in Ionen pro cm² bestimmt. Da Ionenquellen keine genauen und konstanten Ionenstrahlströme liefern, ist eine kontinuierliche Messung der Ionendosis erforderlich. Ferner ist es notwendig, die räumliche Gleichmäßigkeit der implantierten Dosis über den Oberflächenbereich des Wafers zu überwachen. Abweichungen der räumlichen Gleichmäßigkeit über vorbestimmte Grenzen hinaus führen zu unterschiedlichen Betriebseigenschaften der Vorrichtungen. Halbleiter-Herstellungsverfahren erfordern üblicherweise eine Dosisgenauigkeit von einem Prozent und eine Dosis-Gleichmäßigkeit von weniger als einem Prozent.
In der Vergangenheit wurde die kumulierte Ionendosis durch einen Faradaybecher gemessen, der vor dem Targetwafer angeordnet wurde. Der Ionenstrahl verläuft durch den Faradaybecher zum Wafer und erzeugt in dem Faradaybecher einen Strom. Der Wafer selbst ist ein Teil des Faraday- Systems und kann nicht geerdet werden. Der Faraday-Strom wird einem elektronischen Dosis-Prozessor zugeführt, der den Strom über die Zeit integriert, um die gesamte Ionendosis zu bestimmen. Die Gleichmäßigkeit der Ionendosis wurde durch eine Eck-Becher-Anordnung überwacht. Eine Maske mit einer zentralen Öffnung wird in dem Pfad des Ionenstrahls positioniert. Dann wird der Strahl über der Maskenfläche abgelenkt, wobei der durch die zentrale Öffnung hindurchgehende Teil des Strahls auf den Targetwafer auftrifft. An den vier Ecken der Maske sind kleine Faradaybecher angeordnet und tasten den Strahlstrom an diesen Stellen ab. Einzelne Leiter verbinden die Eck-Becher mit einem Überwachungssystem, das an jeder Ecke die Abweichung des Strahlstroms von einem Mittelwert bestimmt. In einigen Systemen wurden die Eck-Becher zur Messung der kumulierten Ionendosis miteinander verbunden.
Der Artikel "Faraday cup designs for ion implantation" von C. M. McKenna, in der Veröffentlichung von H. Ryssel et al, "Ion implantation techniques", 1982, Seiten 73 - 103, Springer-Verlag, Berlin, offenbart einen Apparat zur Bestimmung der Ionendosis und der Gleichmäßigkeit der Ionendosis eines Ionenstrahls, welcher als Reaktion auf ein Ablenksignal über einer Targetebene abgelenkt wird, mit Mitteln, die einen Faradaybecher zum Abtasten des Ionenstrahls an einer Vielzahl verschiedener Abtaststellen enthalten und ein Strahlsignal liefern, das den Ionenstrahlstrom repräsentiert, welcher an jeder Abtaststelle empfangen wird, Mitteln zur Integration des Strahlsignals über die Zeit zur Bestimmung der Ionendosis, und Mitteln zur Überwachung der Gleichmäßigkeit, die auf das Ablenksignal und das Strahlsignal ansprechen, zur Bestimmung der Strahlstromkomponente an jeder der verschiedenen Abtaststellen sowie zur daraus resultierenden Bestimmung der Gleichmäßigkeit der Ionendosis. Die Abtastmittel enthalten ein Maskenbauteil, welches im Pfad des Ionenstrahls in einer im wesentlichen senkrecht zum Strahl verlaufenden Ebene angeordnet ist. Das Maskenbauteil enthält eine Maskenplatte mit einer ersten Öffnung zum Durchgang des Ionenstrahls zur Targetebene und mit einer Vielzahl von Strahlabtastöffnungen, welche an jeder der Abtaststellen um die erste Öffnung angeordnet sind. Die beschriebenen Faradaybecher sind diskrete kleine Faradaybecher, die in jeder der vier Ecken der x-y-Ablenkebene angeordnet sind.
Um eine gleichmäßige Ionenimplantation zu erreichen, offenbart die japanische Offenlegungsschrift JP-A-60141870 die Verwendung einer Vielzahl von Faradaybechern.
Es ist eine generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Apparat zur Dosismessung und Überwachung der Gleichmäßigkeit der Dosis zur Verwendung in einem System mit einem abgelenkten Strahl aus aufgeladenen Teilchen anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Apparat zur Dosismessung und Überwachung der Gleichmäßigkeit der Dosis anzugeben, die einen einfachen Aufbau besitzt und wirtschaftlich herstellbar ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Apparat zur Dosismessung und Überwachung der Gleichmäßigkeit der Dosis für ein System mit einem abgelenkten Strahl aus aufgeladenen Teilchen anzugeben, in der ein Strahlsensor mit einer einzigen Ausgangsstrom- Leitung dazu verwendet wird, gleichzeitig die Ionendosis und die Gleichmäßigkeit der Ionendosis zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen einzigen ringförmigen Faradaybecher zusammen mit der Maskenplatte gemäß den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 10 zu verwenden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung einschließlich anderer und weiterer Aufgaben, Vorteile und Eigenschaften wird Bezug genommen auf die anliegenden Zeichnungen, auf die nachfolgend Bezug genommen wird. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Ionen-Implantationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Maskenbauteil des Systems gemäß Fig. 1 in Blickrichtung entlang der Ionenstrahlachse;
Fig. 3 einen Querschnitt des Maskenbauteils gemäß Fig. 2 entlang der Linie 3 - 3;
Fig. 4 ein Blockdiagramm des Dosis-Prozessors und der Gleichmäßigkeits-Überwachungseinheit gemäß Fig. 1;
Fig. 5 ein Blockdiagramm des Demultiplexers gemäß Fig. 4; und
Fig. 6 eine grafische Darstellung der Spannungswellenformen in dem Demultiplexer gemäß Fig. 5.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Abbildung eines Ionen-Implantationssystems mit dem erfindungsgemäßen Apparat. Eine Ionenquelle 10 arbeitet innerhalb eines Hochspannungsgerätes (nicht dargestellt) mit einem wählbaren Potential, typischerweise im Bereich zwischen 10 keV und 200 keV. Die Ionenquelle 10 wandelt ein Gas vorbestimmter Art in einen wohldefinierten Ionenstrahl 12 um. Der Ionenstrahl 12 verläuft durch eine Ionen-Optik 14 mit einem Analysiermagneten zur Auswahl einer bestimmten Ionenart, den Strahl bestimmende Schlitze, einer Beschleunigerröhre und einer Linse zur Fokussierung des Strahls in einer Targetebene 15. Das System verwendet ein elektrostatisches Ablenksystem mit x-Ablenkplatten 16 und y-Ablenkplatten 18, um den Strahl 12 über der Targetebene 15 abzulenken. Die Wellenformen zur Ablenkung des Strahls 12 werden in einer Ablenksteuerung 20 zur Aufladung der Platten 16, 18 erzeugt, um das gewünschte Ablenkmuster zu erhalten. Ein Halbleiter-Wafer 22 ist zur Bearbeitung in der Targetebene 15 in dem Pfad des Ionenstrahls 12 angeordnet und auf einer Trägerplatte 26 befestigt.
Ein Strahlabtastbauteil 30 ist zwischen den Ablenkplatten 16 und dem Wafer 22 in dem Pfad des Strahls 12 angeordnet. Das Bauteil 30 liefert ein Strahlsignal IB, das den Ionenstrahlstrom repräsentiert, an ein Dosis-Prozessor- und Gleichmäßigkeits-Überwachungsbauteil 32. x-Abtast- und y-Abtastsignale, die den an die Ablenkplatten 16 angelegten Ablenksignalen entsprechen, werden zu dem Bauteil 32 gesandt. Die Funktion des Strahlabtastbauteils 30 und des Dosis-Prozessor- und Gleichmäßigkeits- Überwachungsbauteils 32 werden nachfolgend näher beschrieben. Ein typisches Ionen-Implantationssystem enthält Doppel-Target-Kammern und ein automatisches Wafer-Handhabungssystem zum Transport von Halbleiter-Wafern durch Vakuumschleusen in die Target-Kammern. Das Wafer-Handhabungssystem ortet die Wafer präzise, richtet sie aus und kühlt sie während der Verarbeitung und entnimmt den bearbeiteten Wafer aus der Kammer nach Beendigung der Verarbeitung. Die Handhabung und das Kühlen der Wafer sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Das Strahlabtastbauteil 30 ist in Fig. 2 in Blickrichtung entlang der Strahlachse und in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt. Eine Maskenplatte 36 enthält Befestigungslöcher 38 zur Befestigung des Bauteils 30 in dem Pfad des Ionenstrahls 12. Die Maskenplatte 36 enthält eine relativ große kreisförmige Öffnung 40 zum Durchgang des Strahls 12 zum Wafer 22. Die Öffnung 40 muß groß genug sein, um eine "Abschattung" des Wafers 22 zu vermeiden. In Fig. 2 ist ein x-y-Koordinatensystem mit seinem Ursprung im Mittelpunkt der Öffnung 40 dargestellt. Wenn der Strahl 12 nicht abgelenkt wird, verläuft er entlang einer z-Achse (Fig. 1) durch den Ursprung der x-y-Ebene und ist um einen festen Winkel, typischerweise 7º (nicht dargestellt), versetzt, um neutrale Teilchen aus dem Strahl 12 zu entfernen. In der Maskenplatte 36 sind Abtastöffnungen 42, 43, 44, 45 am Rand der Öffnung 40 vorgesehen. Die Abtastöffnungen 42, 43, 44, 45 sind vorzugsweise gleichmäßig beabstandet und jeweils in einem Winkel von 45º zur x-y-Achse angeordnet. Jede der Abtastöffnungen 42, 43, 44, 45 führt zu einem Strahlstromabtaster. Beim Betrieb wird der Ionenstrahl 12 über die Oberfläche der Maskenplatte 36 in einem im wesentlichen rechteckigen Muster abgelenkt. Der überwiegende Teil des Strahls 12 geht durch die Öffnung 40 hindurch und wird im Wafer 22 implantiert. Wenn der Strahl 12 die Abtastöffnungen 42, 43, 44, 45 überstreicht, wird er wie nachstehend beschrieben vermessen. Wenn die Öffnungen 42, 43, 44, 45 dicht an der Öffnung 40 unter 45º-Winkeln zur x- und y-Achse angeordnet sind, wird das erforderliche Überablenken minimiert.
Fig. 3 zeigt einen detaillierten Querschnitt des Strahlabtastbauteils 30. Eine Platte 48; typischerweise aus Graphit, mit einer Öffnung, ist an der Rückseite der Maskenplatte 36 befestigt und definiert genau die Ausmaße der Abtastöffnungen 42, 43, 44, 45. Graphit widersteht einer Ionenstrahlbestäubung durch den Ionenstrahl 12. Hinter jeder Öffnung in der Platte 48 ist eine erste Vorspannungselektrode 50 und eine zweite Vorspannungselektrode 52 angebracht. Hinter den Elektroden 50, 52 befindet sich ein ringförmiger Faradaybecher 54. Die Elektroden 50, 52 und der Faradaybecher 54 sind in einer ringförmigen Abdeckung oder Gehäuse 56 enthalten. Die Elektroden 50, 52 und der Faradaybecher 54 sind gegeneinander und gegenüber der Erde durch eine Reihe von isolierenden Abstandshaltern (nicht dargestellt) isoliert. Die Elektrode 50 ist typischerweise auf etwa -300 V vorgespannt, und die Elektrode 52 typischerweise auf etwa -200 V. Die Elektroden 50, 52 enthalten Sekundär-Elektronen, die innerhalb des Faradaybechers 54 erzeugt wurden. Der Faradaybecher 54 besteht aus einem leitfähigen Ring, der zur Öffnung 40 koaxial angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als die Öffnung 40 besitzt. Er hat vier Strahlsammellöcher 55, die sich teilweise durch die Dicke des Rings hindurch erstrecken und mit den Abtastöffnungen 42, 43, 44, 45 ausgerichtet sind. Die Löcher 55 sammeln Ionen, die durch die Abtastöffnungen 42, 43, 44, 45 hindurchgehen. Der Faradaybecher 54 hat eine einzige elektrische Verbindung zum Dosis-Prozessor- und Gleichmäßigkeits- Überwachungsbauteil 32 gemäß Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm des Dosis-Prozessor- und Gleichmäßigkeits-Überwachungsbauteils 32. Das Strahlstromsignal IB vom ringförmigen Faradaybecher 54 wird einem Strom-Spannungswandler 60 zugeführt, der ein Widerstand oder ein Operationsverstärker sein kann. Die Impulse des Strahlstroms werden von dem Faradaybecher 54 empfangen. Die Amplitude und die Dauer der Impulse hängen von dem Strahlstrom ab, von der Öffnungsfläche, der Ablenkgeschwindigkeit und davon, ob der Strahl 12 direkt durch den Mittelpunkt oder entlang einer Kante der Öffnung verläuft. Da die Geometrie der Öffnungen und die Ablenk-Eigenschaften bekannt sind, ist der Strahlstrom die einzige Variable. Die Ausgangsspannung VB des Wandlers 60 ist eine Impulsfolge wie in Fig. 6 dargestellt, die den Strahlstrom repräsentiert, der von allen vier Öffnungen 42, 43, 44, 45 empfangen wurde. Die Spannung VB wird einem Spannungs-/Frequenzwandler zugeführt, der typischerweise ein spannungsgesteuerter Oszillator 62 ist, der in einem Bereich zwischen 0 Hz und 9400 Hz arbeitet. Der Oszillator 62 enthält an seinem Eingang ein Tiefpaßfilter, das den Mittelwert der Spannung VB nimmt. Das Ausgangssignal des Oszillators 62 ist eine von dem Ionenstrahlstrom abhängige Frequenz. Das Ausgangssignal des Oszillators 62 wird während des Implantierens in einem digitalen Zähler 64 aufaddiert. Die in dem Zähler 64 gespeicherte Zahl repräsentiert die während der Zeit der Implantierung eines Wafers kumulierte Ionendosis. Wenn eine vorbestimmte Anzahl, die einer gewünschten Dosis entspricht, erreicht wurde, ist die Implantation beendet.
Die Ausgangsspannung VB des Wandlers 60 wird auch an einen Demultiplexer 70 angelegt, der x- und y-Ablenksignale von der Abtaststeuerung 20 erhält und der die Spannung VB in einzelne Komponenten VB42, VB43, VB44, VB45 demultiplexiert, welche einen Strahlstrom repräsentieren, der an den Abtastöffnungen 42, 43, 44, bzw. 45 empfangen wurde. Diese einzelnen Spannungen werden an Spannungs-/Frequenz-Wandler wie den spannungsgesteuerten Oszillator 74 angelegt, die in Abhängigkeit des Spannungseingangssignals eine Ausgangsfrequenz erzeugen. Die Oszillatoren 74 enthalten an ihren Eingängen Tiefpaßfilter, die den Mittelwert der Spannungen VB42, VB43, VB44, VB45 nehmen. Die Ausgangssignale der Oszillatoren 74 werden an Zähler 76 geleitet, welche die Ausgangssignale der entsprechenden Oszillatoren 74 aufaddieren, an die sie angeschlossen sind. Jede Kombination eines Oszillators 74 und eines Zählers 76 bestimmt die in einem Eck-Faradaybecher erhaltene Dosis während des Implantationsvorganges. Die Ausgangssignale D&sub4;&sub2;, D&sub4;&sub3;, D&sub4;&sub4;, D&sub4;&sub5; repräsentieren die kumulierte Dosis an jedem der Eck-Becher. Die Dosiswerte an jedem Eck-Becher werden mit einem Dosis- Mittelwert verglichen und Abweichungen werden bestimmt. Die Abweichungen von dem Mittelwert sind ein Maß der Gleichmäßigkeit der Implantation.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Demultiplexers 70. Die x- und y-Ablenksignale werden Puffer-Verstärkern 80, 82 zugeführt, die jeweils einen Operationsverstärker enthalten, bei dem der Ausgang mit dem invertierenden Eingang verbunden ist. Die Ausgangssignale der Pufferverstärker 80, 82 werden Detektorkreisen 84, 86 zugeführt, welche die mittlere Gleichstromkomponente der Wellenform des Eingangssignals erfassen. Fig. 6 zeigt die grafische Darstellung des x-Ablenksignals. Das x-Ablenksignal besitzt eine periodische Wellenform mit aufeinanderfolgenden positiven und negativen Sägezahn-Spannungen, die den Ionenstrahl über die Targetebene streichen lassen. Das x-Ablenksignal hat typischerweise eine von 0 verschiedene mittlere Spannung VAV. Wenn der Momentwert des x-Ablenksignals größer ist als VAV, befindet sich der Strahl in der rechten Hälfte der x-y-Ebene, während x-Ablenksignalwerte kleiner VAV den Ionenstrahl in die linke Hälfte der x-y-Ebene ablenken. Das y-Ablenksignal hat eine ähnliche Wellenform, aber eine wesentlich längere Periode, da viele x-Achsen-Ablenkungen während eines vertikalen Überstreichens der Targetebene ausgeführt sind. Die x- und y-Ablenksignale sind ähnlich den Raster-Scan-Signalen, wie sie in der Kathodenstrahlröhren-Technologie verwendet werden.
Jeder der Detektoren 84, 86 enthält einen Eingangswiderstand 90, der an den nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 92 angeschlossen ist. Ein Kondensator 96 ist jeweils zwischen den nicht-invertierenden Eingang jedes Operationsverstärkers 92 und Erde geschaltet. Das Ausgangssignal jedes Operationsverstärkers 92 wird an den invertierenden Eingang geleitet und stellt die mittlere Gleichstromkomponente des Eingangssignals dar. Das Ausgangssignal des Detektors 84 wird über einen Widerstand 94 dem nicht-invertierenden Eingang eines Komparators 100 zugeführt. Das Ausgangssignal des Puffer-Verstärkers 80 wird dem invertierenden Eingang des Komparators 100 zugeführt. Das Ausgangssignal des Detektors 86 wird über einen Widerstand 94 dem nicht-invertierenden Eingang des Komparators 102 zugeführt, während das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 82 dem invertierenden Eingang des Komparators 102 zugeführt wird. Ein Widerstand 98 ist zwischen den Ausgang jedes Komparators 100, 102 und den nicht-invertierenden Eingang geschaltet. Jedes Widerstandspaar 94, 98 sorgt für die Hysterese beim Betrieb der Komparatoren. Die Komparatoren 100, 102 vergleichen den Momentwert der x- und y-Ablenksignale mit den entsprechenden Mittelwerten und stellen ein Ausgangssignal mit einem ersten Wert bereit, wenn der Momentwert den Mittelwert überschreitet, und einen zweiten Ausgangswert, wenn der Momentwert den Mittelwert nicht überschreitet. Die Ausgangssignale der Komparatoren 100, 102 werden einem binären Dekodierer 104 zugeführt. Der Dekodierer 104 dekodiert die möglichen Ausgangswerte der Komparatoren 100, 102 in Abhängigkeit von der Position des Ionenstrahls 12 in ein aktives Signal auf einer von vier Ausgangsleitungen.
Der vorstehend beschriebene Demultiplexerkreis gemäß Fig. 5 bestimmt die Öffnung mit welcher der Ionenstrahl 12 zu jedem Zeitpunkt inzidiert.
Diese Information ermöglicht es, das zusammengesetzte Strahlsignal VB in die von der jeweiligen Öffnung empfangenen Komponenten aufzuspalten oder zu demultiplexieren. Die verschiedenen Werte der x- und y-Ablenksignale in Bezug auf die Öffnungsposition sind in Tabelle I zusammengefaßt. Wenn beispielsweise das x- und das y-Ablenksignal beide positiv sind, wie in Fig. 2 dargestellt, befindet sich der Ionenstrahl 12 in dem oberen rechten Quadranten und der Strom von dem Faradaybecher 54 kommt durch die Öffnung 42. Tabelle I x-Ablenkwert v-Ablenkwert Öffnung x-Ablenkung VAV y-Ablenkung VAV
Es wird wieder auf Fig. 5 Bezug genommen. Die Ausgangssignale des Dekodierers 104 werden dazu verwendet, Analog-Schalter 110, 112, 114, 116 zu steuern, die beispielsweise Feldeffekt-Transistor-Analog-Schalter sein können. Die Spannung VB wird einem Pufferverstärker 120 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Analog-Eingang jedes der Analog-Schalter 110, 112, 114, 116 verbunden ist. Der Pufferverstärker 120 kann einen Operationsverstärker enthalten, dessen Ausgang zu seinem invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, wobei das Eingangssignal an seinem nicht-invertierenden Eingang empfangen wird. Die Ausgangssignale der Analog-Schalter 110, 112, 114, 116 repräsentieren jenen Anteil des Strahlsignals VB, der an jeder einzelnen Öffnung 42, 43, 44, 45 empfangen wurde. Somit wurde das zusammengesetzte Strahlsignal VB in seine Einzelkomponenten VB42, VB43, VB44, VB45 demultiplexiert. Die einzelnen Strahlstromkomponenten von jeder der Öffnungen werden verarbeitet, um die Abweichung von einem Mittelwert zu bestimmen, welche die Gleichmäßigkeit angibt.
Die mit dem Betrieb des Demultiplexers 70 verbundenen Wellenformen sind in Fig. 6 dargestellt. Es wird angenommen, daß der Elektronenstrahl 12 gemäß dem x-Ablenksignal in den Bereich der Öffnungen 42, 45 abgelenkt wird. Das y-Ablenksignal (nicht dargestellt) lenkt den Strahl 12 schrittweise über dem Abtastbauteil 30 auf und ab. Die Spannung VB vom Konverter 60 enthält Impulse veränderlicher Amplitude und Dauer, die durch beide Öffnungen 42, 45 wie vorstehend beschrieben empfangen wurden. Der Demultiplexer spaltet die Spannung VB in ihre Komponenten auf. Die Spannungsimpulse VB, die während der Zeit auftreten, wenn das x-Ablenksignal kleiner ist als VAV, werden dem Ausgang VB45 zugeführt. Die Spannungsimpulse VB, die während der Zeit auftreten, während das x-Ablenksignal größer als VAV ist, werden dem Ausgang VB42 zugeführt. Eine ähnliche Zerlegung (Demultiplexierung) der Spannung VB erfolgt, wenn der Strahl 12 über die Öffnungen 43, 44 abgelenkt wird.
Im Betrieb ist ein Wafer 22 in der Targetebene 15 befestigt. Der Strahl 12 wird für einen Aufprall des Strahls auf den Wafer 22 geschaltet und durch die x- und y-Ablenksignale kontinuierlich über die Oberfläche abgelenkt. Der Strahl 12 wird ein ausreichendes Maß über die Ränder des Wafers 22 überabgelenkt, um die Öffnungen 42, 43, 44, 45 abzudecken. Während der Implantation des Wafers 22 mißt das dargestellte und vorstehend beschriebene System kontinuierlich die kumulierte Dosis durch Aufaddieren der Strahlstromsignale, die an allen der Öffnungen 42, 43, 44, 45 empfangen wurden. Zusätzlich überwacht das System die Gleichmäßigkeit der Ionendosis durch individuelle Überwachung jener Dosis, die an jeder der Eck-Faradaybecher empfangen wurde und durch einen Vergleich der gemessenen Werte mit einem Mittelwert. Abweichungen vom Mittelwert zeigen eine ungleichmäßige Dosis an.
Das System zur Dosismessung und Überwachung der Gleichmäßigkeit eines Ionenstrahls gemäß der vorliegenden Erfindung vereinfacht die Herstellung und verbessert die Verfügbarkeit im Vergleich zu bekannten Systemen. Folglich sind Ionen-Implantationssysteme einfacher und kostengünstiger herzustellen. Hinzu kommt, daß die Targetplatine geerdet werden kann, da sie nicht Teil des Faraday'schen Systems ist. Darüber hinaus ermöglicht es die vorliegende Erfindung, daß der Ionenstrahl den Wafer erreicht, ohne Sekundär-Elektronen-Unterdrückungsfelder zu passieren, welche die Gleichmäßigkeit der Dosis beeinträchtigen können, da die Felder im Bereich der Eck-Faradaybecher angeordnet sind.
Während dargestellt und beschrieben wurde, was gegenwärtig als bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angesehen wird, ist es dem Fachmann klar, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen erfolgen können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert ist. Das vorliegende System wurde beispielsweise in Zusammenhang mit der Ionen-Implantation von Halbleiter- Wafern beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung in jedem System mit einem abgelenkten Ionenstrahl verwendet werden, das eine Dosismessung und eine Gleichmäßigkeit der Dosis erfordert.

Claims

1. Apparat zur Bestimmung der Ionendosis und der Gleichmäßigkeit der Ionendosis eines Ionenstrahls, welcher über einer Targetebene als Reaktion auf ein Ablenksignal abgelenkt wird, mit:

Mitteln, die einen Faradaybecher zum Abtasten des Ionenstrahls an einer Vielzahl verschiedener Abtaststellen enthalten und ein Strahlsignal liefern, das den Ionenstrahlstrom repräsentiert, welcher an jeder Abtaststelle empfangen wird;

Mitteln zur Integration des Strahlsignals über die Zeit zur Bestimmung der Ionendosis; und

Mitteln zur Überwachung der Gleichmäßigkeit, die auf das Abtastsignal und das Strahlsignal ansprechen, zur Bestimmung der Strahlstromkomponente an jeder der verschiedenen Abtaststellen sowie zur daraus resultierenden Bestimmung der Gleichmäßigkeit der Ionendosis,

wobei die Abtastmittel ein Maskenbauteil enthalten, welches im Pfad des Ionenstrahls in einer im wesentlichen senkrecht zum Strahl verlaufenden Ebene angeordnet ist, wobei das Maskenbauteil eine Maskenplatte enthält mit einer ersten Öffnung für den Durchlaß des Ionenstrahls zur Targetebene und mit einer Vielzahl von Strahlabtastöffnungen, welche an jeder der Abtaststellen um die erste Öffnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Faradaybecher einen ringförmigen Faradaybecher enthält, der hinter der Maskenplatte mit den Abtastöffnungen zum Abtasten des Strahlstromes ausgerichtet angebracht ist, welcher durch jede der Abtastöffnungen empfangen wird, wobei das Strahlsignal geliefert wird.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastöffnungen kleiner als die erste Öffnung sind.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung in der Maskenplatte kreisförmig und koaxial zur Strahlachse ist, und daß vier Abtastöffnungen in gleichem Abstand rund um die Peripherie der ersten Öffnung angeordnet sind.

4. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Faradaybecher einen größeren Durchmesser als die erste Öffnung aufweist und koaxial zur ersten Öffnung ist, wobei der Faradaybecher Strahlsammellöcher aufweist, welche mit den Abtastöffnungen ausgerichtet sind.

5. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit:

einer Graphit-Öffnungsplatte, welche zwischen der Maskenplatte und dem ringförmigen Faradaybecher angebracht ist, wobei die Öffnungsplatte genau dimensionierte Öffnungen enthält, die mit den Abtastöffnungen in der Maskenplatte ausgerichtet sind, und

mindestens einer Vorspannungselektrode, welche zwischen jeder Öffnung in der Öffnungsplatte und im ringförmigen Faradaybecher zur Unterdrückung von Sekundärelektronen angebracht ist.

6. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Überwachung der Gleichmäßigkeit Demultiplexier-Mittel enthalten, welche auf das Ablenksignal zur Bestimmung der Abtaststelle jeder Strahlstromkomponente sowie zum Schalten des Strahlsignals als Reaktion auf die Bestimmung ansprechen.

7. Apparat nach Anspruch 6, wobei der Ionenstrahl in einem zweidimensionalen Raster-Ablenkmuster durch x-Ablenk- und y-Ablenksignale abgelenkt wird, und die genannten Demultiplexier-Mittel Mittel zur Bestimmung des Quadranten jeder Strahlstromkomponente enthalten.

8. Apparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Demultiplexier-Mittel enthalten:

Mittelwertbildemittel zur Bestimmung des Mittelwertes des x-Ablenksignals und des y-Ablenksignals,

Vergleicher-Mittel zum Vergleich der Mittelwerte der x-Ablenk- und y-Ablenksignale mit ihren jeweiligen Momentwerten,

Decodier-Mittel, welche auf die Ausgangssignale der Vergleicher-Mittel ansprechen, zur Bestimmung des Quadranten, in welchem sich der Ionenstrahl zu irgendeinem Zeitpunkt befindet, und Schalt-Mittel, welche auf die Ausgangssignale der Decodier-Mittel ansprechen, zum Schalten des Strahlsignals auf vorbestimmte Ausgänge, abhängig von der Abtaststelle, an der es empfangen wurde.

9. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Überwachung der Gleichmäßigkeit weiterhin Mittel enthalten, welche auf die Ausgangssignale der Demultiplexier-Mittel ansprechen, zur Bestimmung der Abweichung des Strahlsignals von einem Referenzwert an jeder der verschiedenen Abtaststellen, wobei die Abweichung ein Maß der Gleichmäßigkeit der Ionendosis darstellt.

10. Verfahren zur Bestimmung der Ionendosis und der Gleichmäßigkeit der Ionendosis eines Ionenstrahls, welcher über einer Targetebene als Reaktion auf ein Ablenksignal abgelenket wird, wobei das Verfahren die folgenden Stufen enthält:

Abtastung des Ionenstrahls an einer Vielzahl verschiedener Abtaststellen unter Verwendung eines Faradaybechers und mit Lieferung eines Strahlsignals, das den Ionenstrahlstrom repräsentiert, welcher an jeder Abtaststelle empfangen wird;

Integration des Strahlsignals, bezogen auf die Zeit, zur Bestimmung der Ionendosis; und

Nutzung des Ablenksignals und des Strahlsignals zur Bestimmung der Strahlstromkomponente an jeder der verschiedenen Abtaststellen, sowie zur daraus resultierenden Bestimmung der Gleichmäßigkeit der Ionendosis, wobei der Abtastschritt ein Maskenbauteil verwendet, welches im Pfad des Ionenstrahls in einer im wesentlichen senkrecht zum Strahl verlaufenden Ebene angeordnet ist, wobei das Maskenbauteil enthält:

eine Maskenplatte mit einer ersten Öffnung für den Durchlaß des Ionenstrahls zur Targetebene und eine Vielzahl von Strahlabtastöffnungen, welche an jeder der Abtaststellen rund um die erste Öffnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Faradaybecher ringförmig und hinter der Maskenplatte mit den Abtastöffnungen zum Abtasten des Strahlstromes ausgerichtet angeordnet ist, welcher durch jede der Abtastöffnungen empfangen wird, wobei das Strahlsignal geliefert wird.