DE3517867A1

DE3517867A1 - Dosissteuerverfahren und vorrichtung dafuer

Info

Publication number: DE3517867A1
Application number: DE19853517867
Authority: DE
Inventors: Marvin Ipswich Mass. Farley
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1985-05-17
Publication date: 1986-01-02
Also published as: JPS6116456A; US4539217A

Description

Dosissteuerverfahren und Vorrichtung dafür

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Ionenimplantiervorrichtungen und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Dosierung der Ionen, die in Halbleiterwafers implantiert sind, welche mit einen Photoresistmaterial überzogen sind.

Die Ionenimplantation wird nunmehr in großem Umfange in verschiedenen industriellen Anwendungsfällen verwendet, und zwar insbesondere bei der Implantation von Halbleitern zur Herstellung von elektrisch aktiven Vorrichtungen. Für viele dieser Zwecke ist es wichtig, daß die Implantationsdosis auf das Werkstück genau gemessen und gesteuert wird. Die zulässigen Toleranzen hinsichtlich der Gleichförmigkeit und der Gesamtdosis der Implantate (englisch: implants) bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen liegt nunmehr beim 1%-Niveau in vielen Anwendungsfällen. Bei diesem Genauigkeitsniveau ist es notwendig, die Neutralisation der Ionen längs des Strahlpfades infolge von Kollisionen mit Restatomen und Elektronen im Implantationsvolumen zu berücksichtigen.

Faraday-Käfige, welche den Ionenstrahlstrom einfangen und messen,während das Entweichen der Elektronen aus dem Bereich innerhalb des Käfigs blockiert wird und Elektronen, die den Strahl begleiten, exkludiert werden, werden universell angewandt, um die Implantationsdosis zu messen. Die neutralen Atome in den Strahlen werden jedoch durch 3Q den Faraday'sehen Käfig nicht detektiert. Da neutralisierte Atome im wesentlichen die gleiche Energie besitzen, wie die Ionen und was die Implantationsdosis anlangt individuell äquivalent dazu sind, wenn eine signifikante Neutralisation des Strahls erfolgt, so wird die Ablesung des Faraday'sehen Käfigs eine falsche Messung der wahren Im-

plantation ergeben. Von besonderer Besorgnis ist die Implantation in Halbleiteroberflächen, die Gas abgeben, sich verflüchtigen oder sprühen, wie dies beispielsweise bei Halbleiterwerkstücken der Fall ist, die mit einem Photoresistmaterial überzogen sind. Beispielsweise, wenn das Implantiervakuum niedrig genug ist, so ist die implantierte Spezies im wesentlichen ein einzeln geladenes positives Ion, ausgewählt durch den Analysiermagneten der Implantiervorrichtung. Wenn jedoch der Druck längs des Pfades zwischen dem Analysiermagnet und dem Werkstück nicht niedrig genug liegt, so kann der Ionenstrahl seinen Ladungszustand ändern, und zwar durch die Atomkollisionen mit dem Restgasatomen, ohne eine signifikante Energieänderung zu erfahren. In diesem Falle kann der auf den Faraday'sehen Käfig auftreffende Strahl neutrale Atome enthalten. Diese neutralisierten Teilchen sind die gewünschen Spezies oder Arten und haben die gewünschten Energien für die Implantation, und demzufolge sollten diese im Fluß gezählt werden; der Faraday'sehe Käfig ist jedoch nicht in der Lage diese Teilchen zu zählen.

Die vorliegende Erfindung kompensiert automatisch in einer genauen und schnellen Art und Weise hinsichtlich der Implantationsionen, die durch Wechselwirkungen mit den Gasatomen im Flugpfad zum implantierten Wafer neutralisiert wurden. Die Erfindung verwendet die Tatsache, daß die Neutralisationsmenge eine Funktion des Gasdrucks im Implantationsvolumen ist. über einen weiten Bereich der im Implantationsvorrichtungen vorkommenden Drücke ist diese Funktion im wesentlichen linear. Eine Messung des Ionisationsstromes abhängig vom Druck ist im Implantationssteuersystem dazu verwendet, ein Korrektursignal zu erzeugen, welches die Änderung bei den detektierten Ionen bei der Veränderung des Drucks kompensiert. Dies gestattet die überwachung der Implantationsdosis und deren Steuerung mit einer üngenauigkeit von weniger als ein Prozent.

Weitere Ziele, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Endstationsdrucks als Funktion der Zeit während eines Implantationszyklus;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Verhältnisses aus Faraday gemessenen Strahlstrom zu Gesamtstrahlstrom

abhängig vom Endstationsdruck für ein Borimplant; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Schritte bei der Mikroprozessorsteuerung in einem Ausführungsbeispiel mit fester Betriebsart gemäß der Erfin-5 dung ;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Schritte bsi der Mikroprozessorsteuerung für ein dynamisches Betriebsartausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ionenimplantationsvorrichtung 1, die eine Ionenquelle 2, einen Analysiermagnet 3, eine Rotationsscheibenanordnung 4 einschließlich einer Scheibe 5, auf der die Werkstücke 6 für die Implantation angeordnet sind, und einen Faraday·sehen Käfig 7 aufweist, weichletzterer dazu verwendet wird, den Ionenstrahlstrom zu messen, der durch einen Schlitz 8,gebildet in der Scheibe hindurchtritt. Wie dies wohl bekannt ist, werden bestimmte Ionenarten oder -spezies durch den Analysiermagnet ausgewählt, was einen Strahl9 der ausgewählten Spezies zur Folge hat, der gegen das Werkstück geleitet wird.

Es sei in diesem Zusammenhang auf die US-PS 4 234 797 hingewiesen, die als Teil der vorliegenden Offenbarung angesehen werden soll. Die Scheibe 5 wird mit konstanter Winkelgeschwindigkeit durch einen Motor 10 angetrieben,

der auf der Scheibenanordnung 4 angeordnet ist; die Scheibenanordnung wird in Richtung des Pfeils A mittels eines Schrittmotors 12 und einer Leitschraube 13 bewegt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, bestimmt durch die Dosis, gemessen durch den Faraday'sehen Käfig 7, um die gleichförmige Implantation des Werkstücks 6 sicherzustellen.

Wie bekannt, wird die Ionenimplantation unter Bedingungen hohen Vakuums ausgeführt, wobei die Scheibenanordnung 4 und der Faraday'sehe Käfig 7 eine Endstation oder Zielkammer, bezeichnet durch die gestrichelte Linie 15 in Fig. 1 definieren. Die Erfindung sieht Mittel vor, um die neutralisierten Ionen in der Dosismessung zu berücksichtigen, und zwar durch Vorsehen eines Korrektursignals für das Dosiersteuersystem, basierend auf der Messung des Ionisationsstroms, abhängig vom Druck an der Endstation

Der Endstationsdruck wird durch ein Ionisationsmeßgerät 16 gemessen. Wie in Fig. 2 gezeigt, oszilliert der Endstationsdruck als eine Funktion der Zeit während des Herabpumpens und der Implantation (wobei Arsen als ein Beispiel verwendet wird) einer Charge von Wafers, die mit positivem Photoresistmaterial bedeckt sind, und zwar erfolgt die Oszillation entsprechend den radial Abtastungen der sich drehenden Scheibe 5, die die Werkstückwafer 6 hält. Große Druckänderungen um einen Faktor von 10 werden während der ersten Durchgänge des Strahls durch die Werkstücke beobachtet.

Die Kollisionen des primären positiven Ionenstrahls 9, der hier als der einfallende Strom I bezeichnet wird, mit den Gasatomen längs seines Pfades bewirkt die Hinzuaddierung der Elektronen oder die Wegnahme von einigen der positiven Ionen mit Wahrscheinlichkeiten, die abhängen von der Ionenart, der Ionengeschwindigkeit und dem Gas, durch

welches die Ionen laufen. Der sich ergebende Strahl I (einfallend) an der Implantationsoberfläche hat Komponenten mit unterschiedlichen Ladungen:

I⁺ (Incedent) = I⁰ + i" + I⁺ + I⁺⁺+ etc. , (1)

dabei ist I⁰ die Anzahl der neutralen Teilchen pro Sekunde; I~ ist der Strom der negativ geladenen Ionen pro Sekunde (ein Elektronüberschuß), I ist der Strom der einfach geladenen positiven Ionen, und I ist der Strom der Ionen, bei denen zwei Elektronen fehlen. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die Druckabhängigkeit der Iadungsändernden Wechselwirkungen, die zur Folge haben, daß der einfallende Strom an der Implantationsoberfläche in viele Ladungskomponenten fraktioniert oder zerfällt. Oftmals sind jedoch über den Bereich der Arten, Ionenenergien und Tankdrücke von Signifikanz für die Ionenimplantation der Halbleitervorrichtungen nur die neutralen und einzeln ionisierten Komponenten wichtig. Da werden nur diese beiden Komponenten bei den folgenden Erläuterungen berücksichtigt. Es gilt somit:

I^T = I⁺ + I⁰ , (2)

T j

dabei ist I der angenähderte wahre Strom der implantierten Teilchenspezies, I⁰ ist die neutrale Komponente dieses Stroms und I ist die einzig ionisierte positive Komponente des Stroms. Infolge der Natur des Faraday'sehen Käfigs hinter dem Schlitz 8 der Drehscheibe 5, die in US-PS 4 234 797 beschrieben ist, treten auch Komponenten des Stroms gleich diesen implantierten Komponenten ebenfalls in den Faraday·sehen Käfig 7 ein und der einzeln ionisierte positive Strom, der implantiert wird, ist gleich dem des durch den Faraday·sehen Käfig 7 gemessenen Stroms.

Fig. 3 zeigt die Veränderung des Verhältnisses des Stroms

T
I , gemessen durch den Faraday'sehen Käfig 7 zum gesamten Implantationsstrom I als eine Funktion des Drucks, gemessen durch das Ionisationsmeßgerät 16. Das Verhältnis

+ T
I / I , nimmt mit ansteigendem Druck über dem Bereich

-6 -4 -4

10 bis 10 Torr ab, so daß bei einem Druck von 10 Torr die Faraday-Käfigablesung ungefähr 80 % des wahren Stroms ist.

Wenn der Gasdruck ansteigt, so nimmt bekanntlich die neutrale Komponente I⁰ zu, während der ionisierte Strom I abnimmt, bis Gleichgewichtswerte erreicht sind; die Gleichgewichtswerte hängen in erster Linie von den Ionenarten und der Geschwindigkeit ab. über den Bereich der

-6 -4

Drücke hinweg von 10 Torr bis 10 Torr ist das Verhältnis der Neutralkomponente in den Faraday·sehen Käfig 7 zur einzig ionisierten positiven Komponente, gemessen durch den Faraday·sehen Käfig 7 annähernd proportional zum Gasdruck. Es gilt:

dabei ist P der mittlere Druck im Strahlpfad und K ist eine unten diskutierte Konstante. Der wahre Strom in den Faraday'sehen Käfig kann daher in enger Annäherung wie folgt geschrieben werden:

I^T = I⁺ [1 + KP] (4)

Der Wert von K in den Gleichungen (3) und (4) hängt hauptsächlich von der Ionenenergie und den Ionen- und Gasspezies oder Arten ab. Für einen gegebenen Satz von Strahl- und Waferparametern ist der Wert K festgelegt.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der festgelegte Wert von K in einfacher Weise ausgenutzt, um in

- ίο -

entsprechender Weise die scheinbare Strahlintensität zu korrigieren, und zwar hinsichtlich Änderungen infolge des Drucks. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden mögliche Änderungen des Wertes von K während einer Implantation berücksichtigt, und zwar entweder als ein Resultat von Änderungen bei den Strahl- und Waferparametern oder Nicht-Linearitäten in der Beziehung zwischen I⁰ und I , Die Erfindung wird im folgenden anhand eines speziellen Ionenimplantationssystems gemäß Fig. 1 beschrieben, bei dem die Testversuche durchgeführt werden. Die Erfindung ist in gleicher Weise jedoch bei Ionenimplantiervorrichtungen verwendbar, die kein mechanisches Abtastssystem verwenden, oder die überhaupt keine Steuerabtastung benutzen.

Arbeitsweise mit fester Betriebsart.

Der Wert von K, die Neigung der geraden Linie in Gleichung (3) ist der gleiche für sämtliche Implantationen von Produktionsvorrichtungen, die stets die gleichen Parametern des Strahls und des Wafers oder eines anderen Werkstücks umfassen. In diesem Falle kann der Wert von K in einem auf Mikroprozessorbasis arbeitenden Steuersystem 17 gespeichert werden, welches die Implantation entsprechend dem Gesamtstrom steuert, und zwar bestimmt aus dem gemessenen Strom und der Neutralkomponente basierend auf Druck. Das Verfahren ist schematisch in Fig. 4 gezeigt. Der Wert P des durch das Ionisationsmeßgerät 16 abgelesenen Drucks wird im Mikroprozessor 17 mit dem Produkt des gemessenen Faraday'sehen Käfigstroms I und der vorgeschriebenen Konstanten K multipliziert. Das dreifache Produkt I⁰ wird aar Faraday-Käfigablesung I⁰ hinzuaddiert, um das wahre

+ T Implantationsstromsignal I* +1., (d.h. I.) zu ergeben, was eingegeben wird in ein auf Mikroprozessorbasis arbeitendes Implantierdosissteuersystem 18, und zwar zur an sich bekannten Verwendung für die überwachung und Steuerung der Implantationsdosis.

Der Mikroprozessor 17 kann eine Bücherei von K-Werten speichern, wobei jeder dieser Werte für eine bestimmte Strahl- und Werkstückkombination geeignet ist. Wenn die Beziehung zwischen I und P nicht linear ist, aber nichtsdestoweniger einzigartig und reproduzierbar ist, so dann kann auch eine gemessene Funktion K(P) im Mikroprozessor gespeichert werden, so daß die Messung von P zur Korrektur

+ T

von I verwendet werden kann, um I zu ergeben.

Die Verwendung eines Katalogs von K-Werten, geeignet für jede Implantationskonfiguration kann für viele industrielle Zwecke nicht praktikabel sein, da die Anzahl der Messungen von K durchgeführt werden muß, um die Bücherei für den Mikroprozessor zu schaffen, die dann zu groß sein kann.

Darüber hinaus kann es nicht möglich sein, vorherzusagen, unter welchen Bedingungen ein Hersteller die Implantationsvorrichtung verwenden will. Auch kann K während der Implantation nicht konstant sein. Aus all diesen Gründen kann das einfache Verfahren der Steuerfolge gemäß Fig. 4 nur begrenzt anwendbar sein. Für allgemeinere Anwendungsfälle wird das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 verwendet, um die effektiven Werte von K zu bestimmen, und zwar während des Implantationsprozesses selbst, um die erhaltenen Werte dazu zu verwenden, um korrekterweise den scheinbaren Faraday-Käfigstrom zu kompensieren, und zwar hinsichtlich der druckabhängigen Neutralkomponente.

Betrieb mit der dynamischen Betriebsart

Ein Strahl von einmal ionisierten Ionen - vgl. Fig. 1 ausgewählt durch ein Analysiermagnet wird durch das Vakuum ;■ zur Endstation 15, wie oben diskutiert, geschickt. Wenn sich die Scheibe 5 mit einer typischen Drehzahl von 950 U/min.

dreht, so gestattet der Schlitz 8 in der Scheibe dem Strahl den Eintritt in den Faraday'sehen Käfig 7 für ungefähr . 750 Mikrosekunden pro Umdrehung. Auf diese Weise tastet

der Faraday'sehe Käfig pro Umdrehung den Fluß von Ionen, die auf ein Gebiet auf dem Wafer 16 auftreffen gleich dem Gebiet des Schlitzes. Die gesamte Scheibenanordnung 4 wird senkrecht zum Strahl bewegt, und zwar durch einen Schrittmotor 12 mit einer Geschwindigkeit V , um eine gleichförmige Implantation vorzusehen, wie dies beispielsweise in US-PS 4 234 797 beschrieben ist. Wenn D die gewünschte Implantationdosis ist, so gilt;

V_r = C I^T(2N) / (nSD), (5)

dabei ist C eine Proportionalitätskonstante, N die Zahl der vollen Rückwärts- und Vorwärtstranslationszyklen

T
längs der Steuerrichtung, I die gemessene Strahlintensitat von sowohl positiven als auch neutralen Teilchen, und zwar ausgedrückt als die Anzahl der Teilchen, die durch den Schlitz in der Zeit für eine Umdrehung der Scheibe 5 laufen, S ist die Schlitzbreite und η ist die Anzahl der Schlitze, die hiermit eins angenommen ist. Wenn

I eine genaue Feststellung des durchschnittlichen Teilchenstroms während einer Umdrehung ist, so gibt die obige Gleichung die richtige Radialgeschwindigkeit der Scheibe für eine genaue Implantation der gewünschten Dosis D. Das Dosissteuersystem, wie es in US-PS 4 234 797 beschrieben ist, muß die radiale Abhängigkeit in der On-Line-Messung des Wertes K berücksichtigen.

Um die Neutralisation der Ionen während der Implantation infolge der druckabhängigen Kollisionen zu korrigieren, werden die folgenden Schritte im Mikroprozessor 17 für jede Umdrehung der Scheibe ausgeführt, wie dies schematisch in Fig. 5 gezeigt ist: (Der Index j wird hier dazu verwendet, um die Anzahl der Umdrehungen anzugeben):

1. Der Druck P., gemessen durch Meßgerät 16 wird einmal pro Umdrehung der Scheibe 5 während der Implantation gemessen und eingegeben.

2. Der Druck P- wird mit dem Druck P. ₁ verglichen. Wenn die Änderung 5 χ 10 Torr übersteigt, so setzt sich die Reihe nach unten hin auf der rechten Seite der Fig. 5 fort. Wenn nicht, so erfolgt der übergang zum linken Seitenzweig, der ähnlich dem Schritt 7 unten ist.

3. Eingabe des durchschnittlichen Strahlstroms Ip., wie gemessen, durch den Faraday'sehen Käfig 7, vor der Korrektur für die Abhängigkeit vom Radius auf der Scheibe von der Position des Strahls (Der Index F zeigt eine Ablesung von I. vor der Radialkorrektur an).

4. Die Radialabhängxgkeit von I .wird durch Multiplikation von I_. mit der Radialposition des Strahls 9 auftreffend auf die Scheite 5 eliminiert, um einen korrigierten Wert I. zu erzeugen. Es gilt:

¹Fj ^Rj = ¹J ⁽⁶⁾

Die Größe eines Werts von K. wird aus der Gleichung 3 abgeleitet, und zwar unter Verwendung von zwei sukzessiven Sätzen von Messungen: Ι·«/ ^·_ι Iy P,-

I⁺ i*

¹J ^[P3-1 - V

(7)

(In der Gleichung 7 wurde τ* ^ angenähert durch I⁺. ^] ' 30

6. Der Wert von K. wird gemittelt mit den vorgehenden

J a

beiden Werten K_1-1 und K._₂,um K. zu bilden, ein sich bewegender Durchschnitt der Neigung der relativen Änderung der Strom/Druck-Kurve. Der gemittelte Wert K^A wird im Mikroprozessor gespeichert, der zu Berechnung von I⁰ verwendet wird.

7. Der Wert des neutralen Stroms 1° wird nunmehr durch

eine der folgenden Verfahrensschritte berechnet:

I? = it K^A P. wenn

P. .P. > 5 χ 10~ Torr (8a); oder

IJ-' 3

1° = I* K^₁ Pj, wenn

P_1-1-P. < 5 χ 10~⁶ Torr (8b).

8. Der neutrale Teilchenfluß 1° wird zun Ionenfluß hinzuaddiert und gemäß Gleichung (5) in der Motorsteuerschaltung 18 verwendet, um die Geschwindigkeit oder Drehzahl des Schrittmotors 12 zu verändern und um somit die Taraversxergeschwindigkeit der Scheibenanordnung 4 zu verändern. Es gilt:

¹J ^{= 1}J ^{+ 1}J ⁽⁹⁾

Beim Starten kann der Benutzer den letzten Wert von K verwenden, und zwar gemessen durch die obigen Verfahren für die gleiche Kombination von Strahl und Ziel, oder aber wenn eine neue Strahl/Zielkombination verwendet wird, so kann der Benutzer einen angenäherten Anfangswert von K entsprechend für diese Bedingungen eingeben.

Die Effektivität der Erfindung wurde mit unterschiedlichen Strahlen getestet. Die Implantation von Borionen, bei der die Neutralisation als Funktion des Drucks in Fig. 3 gezeigt ist, bildet einen ernsten Test. (Arsenstrahlen, beispielsweise haben eine Druckabhängigkeit, die um eine Größenordnung geringer ist; die Neutralkomponente steigt nur um 2 1
ansteigt.)

nur um 2 % an, wenn der Pfaddruck von 10 auf 10 Torr

Einige Testergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 für eine Borimplantation in Siliciumwafers zusammengefaßt.

Die Daten wurden mit der Erfindung erhalten, und zwar eingebaut in ein Eaton-Nova NV-10 Implantationssystem mit einer Endstation im wesentlichen wie dies schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Die Energie der Borionen betrug 80 KeV und die Gesamtdosis für jedes Wafer betrug 2 χ 10 Ionen/cm².

Die Tests unterschieden sich durch die Art und Weise, in der der Druck in der Endstation verändert wurde. Bei beiden Tests wurden die Absolutdosis der Implantierung und die Gleichförmigkeit durch Messung des Flächenwiderstandes des Siliciumwafers nach Implantierung bestimmt. Beim Test gemäß Tabelle 1 wurden drei Testwafer 6 auf der Scheibe 5 plaziert und implantiert,während der Implan-

-5 -4 tationskammerdruck kontinuierlich zwischen 10 und 10 Torr variiert wurde. Die Ergebnisse in der ersten Spalte wurden erhalten,ohne das erfindungsgemäße Dosissteuersystem im Betrieb, während die Ergebnisse in der zweiten Spalte erhalten wurden, während das Dosissteuersystem im Betrieb war. Bei dem Test gemäß Tabelle 2 wurden zehn Wafer mit Photoresistmaterial bedeckt, den drei Siliciumtestwafers auf der Scheibe hinzugegeben und alle wurden in der gleichen Zeit implantiert. Die Photoresistwafers

-4 veranlaßten, daß der Kammerdruck 10 Torr während der Implantation erreichte, und zwar mit einem Druck^ansprechen ähnlich dem von Fig. 2. Auf diese Weise wurde in beiden Tests der Druck über den Bereich variiert, wo die Neutralisationseffekte (Fig. 3) groß sind.

In beiden Tabellen sind die Implantationsbedingungen in Spalte 1 angegeben, der Faraday-gemessene Strahlstrom in mA ist in Spalte 2 angegeben, der Mittelwert des Flächenwiderstands nach Implantation in Einheiten von Ohm/pro Quadrat ist in Spalte 3 angegeben und die Standardabweichung des Widerstandswerts der drei unabhängigen Läufe mit drei Testwafers in jeden Lauf ist in Spalte 4 ange-

— 1 ο —

geben. In beiden Fällen ist der theoretische Flächenwiderstand ,erwartet für eine Dosis von 2x10 Ionen/cm² bei einem Druck von 10~ Torr 60,8 Ohm/Quadrat.

Tabelle 1 (Wafer ohne Photoresistmaterial)

Bedingungen Strahlstrom Widerstandswert Standardabweichung

Nicht kompen- 3,1 mA 53,55 0,65 siert

Kompensiert 3,1 mA 61,57 0,64

Tabelle 2 (umfaßt Wafer mit Photoresistmaterial)

Bedingungen Strahlstrom Widerstandswert Standardabweichung

Nicht kompen- 3,18mA 54,15 0,66 siert

Kompensiert 3,25 mA 60,16 0,72

In beiden Tests war der Flächenwiderstandswert der Wafers beträchlich niedriger als der Wert von 60,8 Ohm/Quadrat, wie dies erwartet war, und zwar speziell um 11,9 % im ersten Test und um 10,9 % im zweiten Test. Wenn das erfindungsgemäße Steuersystem im Betrieb war, so lagen die Widerstandswerte innerhalb 1,3 % und 1,1 % des akzeptablen Werts. Ein niedriger Widerstandswert ist das Ergebnis einer größeren Implantationsdosis. In diesem Dosisbereich ist die Neigung des Widerstandswerts abhängig von der Dosis -0,94, so daß die nicht-kompensierten Implantationen 16 % und 12 % größere Dosen erhielten, als dies bei den kompensierten Wafers in den beiden entsprechenden Tests der Fall war. Die nicht-kompensierten Dosen lagen hoch infolge der Implantation durch neutralise sierte Ionen, die in dem Faraday'sehen Käfig nicht detektiert wurden. Die großen, bei diesen Tests beobachteten Neutralisationseffekte sind recht konsistent mit den

Effekten, die von der Neutralisations/Druck-Kurve der Fig. 3 erwartet werden.

Wie durch die obigen Ergebnisse gezeigt wird, vermindert das Ausführungsbeispiel der Erfindung die Effekte des Drucks um ungefähr einen Faktor von 10, verglichen mit einem nicht-kompensierten System.

Die Erfindung ist nicht auf Implantationen in sich drehende oder einer Translationsbewegung unterworfenen Werkstücke begrenzt. Das Werkstück kann sich bewegen oder stationär bezüglich des Strahls sein. Es ist allein eine periodische Messung des Drucks erforderlich und eine Kenntnis oder Messung der Druck-Neutralisationsbeζiehung. Die Erfindung ist auch nicht auf die Ionenimplantation in Photoresistoberflachen beschränkt. Die Erfindung ist ferner nicht auf die Implantation in Halbleiter beschränkt. Es wird allgemein ein Verfahren angegeben zur Kompensation der Effekte des Drucks bei scheinbaren Ionenstrahlstrom aus welchem Grunde auch immer. Der Druck im Implantationsgefäß kann sich ändern wegen der Flüchtigkeit oder des Sprühens oder des Entgasens des Werkstücks oder aber wegen Ionenstrahleffekten in der Implantationskammer.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf den Fall, wo die Beziehung zwischen Druck und Neutralisation linear verläuft. Allein erforderlich ist, daß die Zeitabhängigkeit der Druckänderung langsam genug verläuft, verglichen mit der Ansprechzeit der Messungen, so daß über einen aufeinanderfolgenden Satz von Messungen hinweg die Beziehung zwischen Druck und Neutralisation beschrieben werden kann durch den Linearausdruck in der Leistungsserienexpansion der tatsächlichen funktioneilen Abhängigkeit. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weist eine Ansprechzeit von O,o7 Sekunden, verglichen mit den 2 Sekunden auf, die erforderlich sind für einen Druckanstieg von 10 auf

-4
10 ; vgl. Fig. 2. Ein solcher Druckanstieg führt zu einer

2 %-Änderung im I für Borimplantationen, Fig. 3. Auf diese Weise werden dreissig Messungen während einer 20%-Änderung bei I gemacht. Die Meßunsicherheit K P (Gleichung (3)) ist daher kleiner als 1 % für Bor.

Die Ansprechzeit des Systems gemäß Fig. 1 wird durch die Tatsache bestimmt, daß der Faraday'sehe Strom nur einmal pro Umdrehung des Werkstückhalters getastet wird. Ansprechzeiten von 10 Millisekunden oder kürzer könnten ohne weiteres durch häufigeres Tasten erhalten werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben zur Messung und zur Kompensation von neutralen Ionen in einem Ionenstrahl im Dosissteuersystem einer Ionenimplantiervorrichtung. Der Gasdruck im Implantationsvolumen wird gemessen und das Drucksignal wird in ein effektives Strahlstromsignal umgewandelt, und zwar entsprechend einer bekannten Beziehung zwischen Gasdruck, dem scheinbaren Strahlstrom, gemessen durch einen Faraday-Käfig und den Neutralstrahl. Das sich ergebende effektive Strahlstromsignal wird in das Dosissteuersystem eingegeben.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Steuerung oder Kontrolle der Dosis von Ionen, die in ein Werkstück implantiert sind, und c zwar durch eine Ionenimplantationsvorrichtung, wobei folgende Schritte vorgesehen sind: Messen des ionisierten Strahlstroms am Werkstück, Bestimmung des Stroms der neutralen Atome, die in dem das Werkstück treffenden Strahl vorhanden sind, Addition des ionisierten Strahlstroms und des Neutralstrahlstroms zum Erhalt eines effektiven Strahlstroms, und Veränderung der Implantationsdosis als Funktion des effektiven Strahlstroms .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der neutrale Strahlstrom bestimmt wird durch Messen des Gasdrucks innerhalb des Implantationsvolumens, und Umwandlung der Druckmessung in eine entsprechende Strommessung entsprechend einer bekannten Beziehung zwischen dem Gasdruck, dem gemessenen ionisierten Strahlstrom und dem neutralen Strahlstrom.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der effektive Strahlstrom bestimmt wird durch das Messen des Gasdrucks innerhalb des Implantationsvolumen, und Berechnung des effektiven StrahlStroms mittels der folgenden Gleichung:

I^T = I⁺ (1 + KP) ,

T +

dabei ist: I der effektive Strahlstrom, I der gemessene ionisierte Strahlstrom und K eine Konstante, die von der Ionen- und Gasart und der Ionengeschwindigkeit abhängt, P ist der Druck gemessen im Implantationsvolumen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Speicherung einer Vielzahl von K-Werten in einem Mikroprozessor vorgesehen ist, und ein Signal in den Mikroprozessor eingegeben wird, welches dem gemessenen Strahlstrom entspricht, Eingabe eines Signals entsprechend dem Druck des Implantationsvolumens in den Mikroprozessor, wobei der Mikroprozessor ein Ausgangssignal erzeugt, und zwar basierend auf einem ausgewählten K-Wert entsprechend dem effektiven Strahlstrom und Eingabe des effektiven Strahlstromsignals in ein Implantationsdosissteuersystem der Ionenimplantationsvorrichtung.
5. Ionenimplantationsvorrichtung mit einer Target- oder 3Q Zielkanuner, Mittel zum Leiten eines Ionenstrahls gegen eines oder mehrere Werkstücke innerhalb der Zielkammer und ein Dosissteuersystem zur Steuerung der Dosis von Ionen, implantiert in das Werkstück gekennzeichnet durch Mittel zum Messen des Stroms der positiven auf das

Werkstück auftreffenden Ionen, wobei der Strom einen scheinbaren Strahlstrom repräsentiert, Mittel zur

Messung des Gasdrucks in der Zielkammer, Mittel zur Umwandlung der Druckmessung in ein äquivalentes Neutralstrahlstromsignal entsprechend einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Druck, dem scheinbaren Strahlstrom und dem Neutralstrahlstrom, und Mittel zur Addierung des Neutralstrahlstromsignals zu einem Signal, welches für den scheinbaren Strahlstrom repräsentativ ist, um ein effektives Strahlstromsignal für das Dosissteuersystem vorzusehen. 10
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Umwandlung des Drucksignals und die Mittel zum Addieren der Strahlstromsignale ein Mikroprozessor sind.