CH666141A5 - Verfahren zum abtasten eines werkstueckes mit einem strahl geladener teilchen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtasten eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

Die Ionenimplantation ist zu einem gebräuchlichen Verfahren zum geregelten und schnellen Einbringen von Verunreinigungen in Halbleiterplättchen geworden. Der Ionenstrahl wird in einer Quelle erzeugt und mit veränderlichem Beschleunigungsgrad in Richtung auf das Halbleiterplättchen geleitet. Die Verunreinigungen werden in die Masse der Halbleiterplättchen dadurch eingeführt, dass die Stosskraft der Ionen dazu benutzt wird, sie in das Kristallgitter des Halbleitermaterials einzubetten. Die Gleichmässigkeit der Verunreinigungskonzentration über die Oberfläche des Halbleiterplättchens hinweg ist bei der Halbleiterverarbeitung von grösster Bedeutung. Ausserdem besteht bei der kommerziellen Halbleiterverarbeitung eines der Hauptziele darin, einen hohen Durchsatz in Form von pro Zeiteinheit behandelten Plättchen zu erreichen.

Ein Weg zur Erzielung eines hohen Durchsatzes besteht darin, dass man eine Anzahl von Plättchen gleichzeitig in Form einer Charge bearbeitet. Bei solchen Systemen ist es gewöhnlich erforderlich, die Plättchen gegenüber einem Strahl mechanisch zu bewegen, der sie in einer Dimension abtastet. Anlagen zur Bearbeitung von Chargen sind jedoch im allgemeinen gross bemessen, um die Chargen unterzubringen, und sie werden im allgemeinen nur für die Implantation hoher Dosen verwendet. Ausserdem ist der Durchsatz wegen der zum manuellen Austauschen der Chargen erforderlichen Zeit nicht optimal. Wenn bei der Verarbeitungsanlage eine Störung eintritt, können ferner grosse Mengen teurer Halbleiterplättchen zerstört werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, Plättchen einzeln zu behandeln und automatische Einrichtungen zum Handhaben der Plättchen zu benutzen, um den Durchsatz zu erhöhen. Das Plättchen wird gewöhnlich ortsfest gehalten, und der Ionenstrahl wird nach einem zweidimensionalen Muster elektrostatisch über seine Oberläche geführt. Ein solches Muster ist in der US-PS 4 283 631 beschrieben. Abtastsignale konstanter Amplitude werden x- und y-Ablenkplatten zugeführt, um den Ionenstrahl entsprechend einem quadratischen Lissajous-Figuren-Muster abzulenken. Die Abtastsignale sind in ihrer Amplitude abgestuft, um dafür zu sorgen, dass das quadratische Muster das runde Halbleiterplättchen überdeckt. (Die Plättchen haben gewöhnlich eine flache Kante, was jedoch in diesem Zusammenhang ausser acht gelassen werden kann.) Ausserdem wird die Abmessungen des quadratischen Musters etwas grösser ge5

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wählt als der Durchmesser des Plättchens, um eine gewisse Abtastflächenüberschreitung vorzusehen. Diese Überschreitung ist erforderlich, um Ungleichmässigkeit hinsichtlich der Dotierung des Plättchens zu vermeiden, wenn der Strahl nach jeder Abtastzeile seine Richtung umkehrt, und um Variationen hinsichtlich des Durchmessers und der Lage des Plättchens zu berücksichtigen. Ferner muss bei zunehmendem Querschnitt des Ionenstrahls der Grad der Überschreitung erhöht werden, um sicherzustellen, dass der Strahl das Plättchen vollständig verlassen hat, bevor er zurückgeführt wird. Es ist ersichtlich, dass die zum Abtasten der Ecken des quadratischen Musters ausserhalb des Plättchenumfangs aufgewendete Zeit unproduktiv hinsichtlich der Ionenimplantation ist und den Durchsatz der Anlage verringert. Bei typischen Anlagen bekannter Art erreichte die zum Abtasten von Bereichen ausserhalb des Plättchenumfangs aufgewendete Zeit 30% der gesamten Abtastzeit.

Eine Anordnung zum Verringern der verschwendeten Abtastzeit und zum Begrenzen des Abtastmusters auf eine allgemeine Kreisform ist in der US-PS 4 260 897 beschrieben. Halbkreisförmigen leitende Elemente, die zu beiden Seiten des Plättchens angeordnet sind, erfassen den Ionenstrahl, wenn er das Plättchen verlässt und bewirken eine Umkehrung der Abtastrichtung. Eine solche Einrichtung erhöht jedoch die Kompliziertheit des Systems. Ausserdem unterliegen die Detektorele-mente einer Abschwächung durch den Ionenstrahl und müssen entsprechend der Grösse des zu behandelnden Halbleiterplätt-chens ausgewechselt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues verbessertes Verfahren zum Abtasten eines Werkstückes mit einem Strahl geladener Teilchen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wobei das Abtasten eines Werkstückes mit einem Strahl geladener Teilchen in einem äusserst zweckmässigen und ausserordentlich gleichmässigen Flächenmuster unter gleichzeitiger Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Werkstückes erfolgen soll. Die Form und die Grösse des Abtastmuster sollen dabei der Form und der Grösse des Werkstückes entsprechen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden an'einem Ausführungsbeispiel anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ionenimplantationsvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs-sen Strahlenabtastvorrichtung;

Fig. 3 ein durch die erfindungsgemässe Abtastvorrichtung erzeugtes Abtastmuster;

Fig. 4 einen erfindungsgemässen Abtastgenerator; und

Fig. 5 Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten des Abtastgenerators nach Fig. 4.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Abtasten mit einem Strahl geladener Teilchen und die Vorrichtung zu seiner Durchführung werden gewöhnlich bei Ionenimplantationsvorrichtungen verwendet. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer solchen Vorrichtung. Ein Hochspannungsanschluss 2 wird durch eine nicht gezeigte Hochspannungsquelle auf einem hohen Potential gegenüber Erde gehalten. Der Anschluss 2 umschliesst die Vorrichtung zum Erzeugen eines Ionenstrahls der gewünschten Art. Gewöhnlich wird ein gasförmiges Ausgangsmaterial der entsprechenden Art verwendet. Ein durch eine Gasbehandlungsanlage 6 erzeugtes Quellengas wird einer Ionenquelle 8 zugeführt. Eine typische Ionenquelle muss eine Stromquelle 10 aufweisen, um eine Ionisierungsentladung aufrechtzuerhalten, einen Quellenmagneten 12 zum Aufbringen eines axialen Magnetfeldes über die Entladungszone hinweg sowie eine nicht gezeigte Extraktionselektrode, um das elektrische Feld an der Öffnung der Quelle 8 so zu formen, dass ein gut begrenzter, stromstarker Ionenstrahl 18 auf wirksame Weise abgeführt werden kann. Die Ionenquellentechnik ist in der Fachwelt bekannt. Der von der Ionenquelle 8 aus divergierende Ionenstrahl 18 wird durch einen Analysatormagneten 20 bezüglich seines Massenmoments analysiert und fokussiert, welch letzterer von einer nicht gezeigten Analysatorstromquelle aus mit Energie versorgt wird. Der analysierte Strahl durchläuft eine Auflösungsöffnung 22 und einen verstellbaren Schlitz 24 sowie eine Beschleunigungsröhre 26, wo er auf einen sorgfältig bemessenen Feldgradienten von dem Hochspannungsanschluss 2 bis auf Erdpotential trifft. Optische Elemente, z.B. eine Quadrupollinse 28, bewirken die Ausbildung eines räumlichen Energiefokus in der gewünschten Bildebene. Die y-Abtastplatten 40 und die x-Abtastplatten 42 bewirken eine elektrostatische Ablenkung, die den Strahl 18 über den Bereich der Bildebene leitet. Die auf die betreffenden Ablenkplatten aufgebrachten Spannungsverläufe und ihre Synchronisierung zur Ausbildung des gewünschten Abtastmusters werden durch eine weiter unten näher beschriebene Abtastvorrichtung bewirkt.

Zu einer Doppeltarget- oder Zielkammer 46 gehören ein Gehäuse, Strahlbegrenzungsmasken 48, 49 und Faradaysche Käfige 50, 51 zur Strahlüberwachung. Automatische Plättchenhand-habungseinrichtungen 52, 54 führen Halbleiterplättchen'einzeln den Zielpositionen 56 bzw. 58 des Vakuumsystems zu, richten sie gegenüber der Zielebene aus, bewirken die Kühlung der Plättchen während der Implantation und entfernen die Plättchen nach Beendigung der Implantation aus dem Vakuumsystem. Die Zielpositionen 56, 58 sind gewöhnlich horizontal zu beiden Seiten der Längsachse 50 des nicht abgelenkten Strahls 18 so angeordnet, dass zum Abtasten der Zielpositionen 56, 58 eine Ablenkung des Strahls von seiner Längsachse un etwa ± 7° erforderlich ist. Auf der Längsachse ist in der Zielkammer 46 ein Strahlaufnehmer 62 angeordnet, der den neutralen Teil des Ionenstrahls 18 aufnimmt, wenn er auf eine der Zielpositionen 56, 58 gerichtet wird. Wird keine der Zielpositionen 56, 58 abgetastet, ist der Strahl geladener Teilchen auf den Strahlaufnehmer 62 gerichtet.

Die Vakuumpumpeneinrichtung und -umschliessung sind nicht gezeigt, doch sei darauf hingewiesen, dass der gesamte von dem Strahl durchlaufene Bereich im Zustand starken Vakuums gehalten wird.

Die erfindungsgemässe Strahlabtastvorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Der Ionenstrahl 18 wird durch Aufbringen entsprechenden Spannungen auf die y-Abtastplatten 40 und die x-Abtastplatten 42 über die Zielpositionen 56, 58 geführt. In Fig. 2 ist zwar ein Zustand dargestellt, in dem der Ionenstrahl 18 beide Zielpositionen 56, 58 bestrahlt, doch sei bemerkt, dass der Strahl in jedem Augenblick nur auf eine der Zielpositionen 56, 58 gerichtet ist. Niederspannungs-Abtastsignale Y SCAN und X SCAN, die das Abtastmuster bestimmen, werden durch einen Abtastgenerator 64 erzeugt, wie im folgenden beschrieben, und einem Abtast-Verstärkersystem 66 zugeführt. Das Abtastsignal Y SCAN wird durch das Abtastverstärkersystem 66 in Senkrecht-Ablenkspannungen Yl, Y2 von gleicher Grösse und entgegengesetzter Polarität umgewandelt, die den Y-Abtastplatten 40 zugeführt werden und den Strahl 18 in senkrechter Richtung ablenken. Das Abtastsignal X SCAN wird durch das Abtastverstärkersystem 66 in Waagerecht-Ablenkspannungen XI, X2 von gleicher Grösse und entgegengesetzter Polarität umgewandelt, die den x-Abtastplatten 42 zugeführt werden und den Strahl 18 in waagerechter Richtung ablenken. Der Ionenstrahl 18 wird auf die Zielpositionen 56 oder 58 durch Addieren einer positiven oder negativen Gleichspannung zu den Waagerecht-Ablenkspannungen XI, X2 abgelenkt, und zwar als Reaktion auf das Zielpositions-Auswahlsignal. Ein «Strahl Gate»-Signal bewirkt, dass der Strahl 18 auf den Strahlaufnehmer 62 gerichtet wird, wobei zu den Waagerecht-Ablenkspannungen XI, X2 keine Verlagerungsspannung addiert wird. Verfahren zum Konstruieren von Abtastverstärkersystemen sind in der Fachwelt bekannt.

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Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Strahlabtastmusters, wie es durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung erzeugt wird. Ein abzutastendes Halbleiterplättchen 70 ist als Kreis mit dem Radius r dargestellt. Ausgehend von dem Punkt A am oberen Ende des Plättchens 70, wird der Ionenstrahl waagerecht nach rechts über das Plättchen 70 geführt. Nach dem Passieren der rechten Kante des Plättchens 70 wird er um einen senkrechten Schritt Ay nach unten geführt und waagerecht nach links über das Plättchen 70 geleitet. Der Strahl wird nunmehr wiederum um den Schritt Ay nach unten geführt und waagerecht nach rechts geleitet. Der Vorgang wird wiederholt, bis der Strahl 18 den Punkt B erreicht und das Plättchen 70 vollständig abgetastet worden ist. Das Abtastmuster ist wie folgt gekennzeichnet. Die waagerechte Abtastung nach links und rechts wird vorzugsweise in beiden Richtungen mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt, um für eine gleichmässi-ge Dotierung mit Verunreinigungen zu sorgen. Alternativ kann die Abtastgeschwindigkeit varüeren werden, um Veränderungen hinsichtlich des Einfallwinkels des Strahls auf das Ziel zu kompensieren, wie in der US-PS 4 283 631 beschrieben. Eine waagerechte Abtastzeile n hat eine Länge L„. Die Längen der waagerechten Abtastzeilen variieren entsprechend der waagerechten Abmessung des Plättchens 70 in der senkrechten Abtasthöhe. Die Länge Ln ist etwas grösser als die waagerechte Abmessung des Plättchens 70, um zu gewährleisten, dass die Umkehrbewegung des Strahls ausserhalb des Plättchenumfangs stattfindet. Die halbe Breite xn des Plättchens 70 auf der waagerechten Abtastzeile n lässt sich wie folgt ausdrücken:

x„ = (r2 - y„2)I/z (1)

Hierin bezeichnet y„ die senkrechte Position der waagerechten Abtastzeile n (Fig. 3). Die Länge Ln lässt sich wie folgt ausdrücken:

Ln = 2xn + 2 Ax (2)

Hierin bezeichnet Ax das Ausmass der Abtastflächenüberschreitung.

Ln = 2 (r2 - yn2)1/2 + 2 Ax (3)

Somit kann für ein Plättchen 70 von gegebenem Durchmesser und eine gegebene Abtastflächenüberschreitung Ax die Länge Ln jeder waagerechten Abtastzeile ermittelt werden. Die Abtastflächenüberschreitung Ax kann gegebenenfalls variabel sein, sollte aber so gering wie möglich gehalten werden. Eine typische waagerechte Abtastgeschwindigkeit entspricht etwa einem Kilohertz. Vorzugsweise soll der senkrechte Schrittabstand Ay nach jeder waagerechten Abtastzeile über das gesamte Muster hinweg gleich bleiben, um gleichmässige Abstände zwischen den Abtastzeilen und eine gleichmässige Dotierung mit Verunreinigungen über die Oberfläche des Plättchens 70 hinveg zu gewährleisten. Der senkrechte Schrittabstand Ay entspricht gewöhnlich dem Radius des Ionenstrahlquerschnitts. Auf diese Weise beschreibt der Strahl ein allgemein kreisrundes Muster von grosser Gleichmässigkeit.

Es sei darauf hingewiesen, dass das in Fig. 3 dargestellte Muster sowohl von unten nach oben als auch von oben nach unten abgetastet werden kann. Das Muster kann auch um 90° gedreht und mittels senkrechter Abtastzeilen abgetastet werden. Ferner ist es häufig erwünscht, das Abtastmuster mehrmals zu wiederholen, um eine gegebene Dotierung und grössere Gleichmässigkeit zu erzielen. Wird die Abtastung wiederholt, wird ein Muster in einer Richtung (z.B. von oben nach unten) und dann in umgekehrter Richtung (von unten nach oben) abgetastet. Jedes nachfolgende Abtastmuster kann gegenüber dem vorhergehenden um einen Abstand

Ay

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P

versetzt sein, wobei p die Anzahl der Abtastvorgänge bezeichnet. Diese Verflechtung aufeinanderfolgender Muster stellt sicher, dass die Dotierung mit grosser Gleichmässigkeit erfolgt.

Der Abtastgenerator 64 ist in Fig. 4 im einzelnen als Blockdiagramm dargestellt. Das in Fig. 3 gezeigte und vorstehend beschriebene Abtastmuster wird durch die Schaltung nach Fig. 4 in Form der Abtastsignale Y SCAN und X SCAN erzeugt. Zu dem Abtastgenerator 64 gehört die X-SCAN-Generatoreinrich-tung 100. Das Ausgangssignal des Taktgebers 102 wird einem programmierbaren Frequenzteiler 104 zugeführt. Der Teiler 104 hat eine Ausgangsfrequenz f, die einem Gleichstrom-Wiederhersteller 106 zugeführt wird, sowie eine Ausgangsfrequenz 2f und Steuereingänge. Ein Integrator 108 ist an den Ausgang des Gleichstrom-Wiederherstellers 106 angeschlossen und liefert an seinem Ausgang des Abtastsignal X SCAN. Zu dem Integrator 108 gehört ein Verstärker 109 mit hoher Verstärkung, wobei ein Kondensator C zwischen Eingang und Ausgang als Rückkopplungselement eingeschaltet und ein Widerstand R mit dem Eingang in Reihe geschaltet ist. Zu dem Abtastgenerator 64 gehört ausserdem die Y-SCAN-Generatoreinrichtung 110. Ein Senkrechtzähler 112 besitzt einen Takteingang, der an die Ausgangsfrequenz 2f des Teilers 104 angeschlossen ist, sowie Ausgänge, die mit Digitaleingängen eines Digital/Analog-Wandlers 114 verbunden sind. Ein Spannungsaddierer 116 ist an den Analogausgang des Wandlers 114 angeschlossen und liefert an seinem Ausgang das Abtastsignal Y SCAN. Der Addierer 116 empfängt ausserdem ein Verlagerungsspannungs-Eingangssi-gnal. Der Senkrechtzähler 112 empfängt ein Auf/Ab-Steuersi-gnal 118, ein voreingestelltes Bereitschaftssignal 120 und voreingestellte Daten 122 von einem Zählerregler 124. Der Zählerregler 124 empfängt Start- und Plättchengrössen-Eingangssi-gnale von dem Schaltpult einer Bedienungsperson oder von einem Computer und liefert ein «Fertig»-Ausgangssignal. Der Zählerregler 124 empfängt ausserdem ein Umkehrsignal 126, das anzeigt, dass die Zählrichtung umzukehren ist. Zu dem Abtastgenerator 64 gehört ferner eine Teilerregelvorrichtung 130. Ein Festwertspeicher (ROM) 132 empfängt Adressen-Eingangs-signale von den Ausgängen des Senkrechtzählers 112 und von den Plättchengrössen-Eingängen. Eines der Ausgangssignale des Festwertspeichers 132 ist das Umkehrsignal 126, das dem Zählerregler 124 zugeführt wird. Die übrigen Ausgänge des Lesespeichers 132 sind über einen Sperrschalter 134 an die Regeleingänge des programmierbaren Frequenzteilers 104 angeschlossen. Ein monostabiler Multivibrator 136 besitzt einen Ausgang, der an den Datenübertragungseingang des Sperrschalters 134 angeschlossen ist, und einen Eingang, der an die Ausgangsfrequenz 2f des Teilers 104 angeschlossen ist.

Der Betrieb des Abtastgenerators 64 nach Fig. 4 wird anhand der in Fig. 5 gezeigten Spannungsverläufe beschrieben. Die Spannungen sind als Zeitfunktion aufgetragen, wobei die senkrecht aufeinander ausgerichteten Spannungswerte gleichzeitig auftreten. Der Taktgeber 102, bei dem es sich vorzugsweise um eine quarzgesteuerte Uhr handelt, liefert ein konstantes Frequenz-Ausgangssignal. Die Taktfrequenz wird durch den programmierbaren Frequenzteiler 104 reduziert, so dass gemäss Fig. 5 ein Rechteckwellen-Ausgangssignal mit der Frequenz f erzeugt wird. Das Verhältnis zwischen der Taktfrequenz und der Ausgangsfrequenz f hängt von der Art der von dem Sperrschalter 134 gelieferten Steuersignale ab. Programmierbare Frequenzteiler sind als integrierte Schaltkreise im Handel erhältlich, z.B. die durch die National Semiconductor Corporation auf den Markt gebrachte Bauart CD4089BM. Die Ausgangsfrequenz f des Teilers 104 ist gewöhnlich ein logisches Signal und wird durch den Gleichstrom-Wiederhersteller 106 gemäss Fig. 5 in ein Signal mit dem mittleren Potential Null verwandelt. Der Rechteckwellenausgang des Gleichstrom-Wiederherstellers 106 schwingt zwischen einer positiven Spannung + Vr und einer negativen Spannung -Vr von gleicher Grösse. Die

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Grösse des Ausgangs des Gleichstrom-Wiederherstellers 106 bleibt wegen der festen Amplitude des Ausgangssignals des Teilers 104 konstant, während die Frequenz f veränderlich ist. Gleichstrom-Wiederherstellungsschaltungen sind in der Fachwelt bekannt.

Der Rechteckwellenausgang des Gleichstrom-Wiederherstellers 106 wird durch den Integrator 108 in eine Reihe von abwechselnd positiven und negativen Rampenspannungen verwandelt, die als Dreieckwellen bekannt sind (X SCAN in Fig. 5). Wenn der Integrator 108 eine konstante Eingangsspannung empfängt, ist seine Ausgangsspannung wie folgt gegeben:

-Vit

X SCAN (t) = (4)

RC

Hierin bezeichnet Vi eine konstante Eingangsspannung und RC die Zeitkonstante des Integrators. Der Eingang des Integrators 108 alterniert zwischen + Vr und -Vr mit der Frequenz f. Daher gilt:

-VRt

X SCAN (t) = , wenn Vj = + Vr

RC

+ VRt

X SCAN (t) = , wenn Vi = -VR

RC

Die vorstehenden Ausdrücke gelten für eine Wellenform mit abwechselnd positiven und negativen Rampenspannungen mit Neigungen oder Änderungsgeschwindigkeiten entgegengesetzter

Vr

Polarität und, was wichtig ist, von gleicher Grösse ( ). Da-

RC

durch wird sichergestellt, dass der Ionenstrahl stets mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird und dass die implantierte Verunreinigungsdotierung in beiden Abtastrichtungen die gleiche ist.

Die Länge Ln jeder waagerechten Abtastzeile wird durch die Spitze-zu-Spitze-Grösse von X SCAN bestimmt und lässt sich wie folgt ausdrücken:

L„ = K (X SCANp-p) (5)

Hierin ist K eine Konstante. Wenn X SCAN eine Rampenspannung mit konstanter Neigung ist, hängt die Spitze-zu-Spitze-Grösse von X SCAN von der zeitlichen Länge des Rampenabschnitts ab.

Die Dauer jedes Rampenabschnitts ist gegeben durch:

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t0 = 1/2 (—) (6)

f

Durch Einsetzen von t0 und Vr in die Gleichung (4) erhält man:

VR

X SCANp-p = (7)

2fRC

und aus Gleichung (5):

2fRC

Es ist ersichtlich, dass L„ entgegengesetzt zu der Frequenz f variiert. Die Länge Ln und die Form des Abtastmusters können daher durch Variieren der durch den programmierbaren Frequenzteiler 104 gelieferten Frequenz f geregelt werden. Genauer gesagt, die Frequenz f lässt sich variieren, um das in Fig. 3 dargestellte kreisrunde Abtastmuster zu liefern. Durch Auflösen der Gleichung (8) nach f erhält man:

KVr f = (9)

2L„RC

Da die Länge L„ jeder waagerechten Abtastzeile aus der Gleichung (3) bekannt ist, kann die erforderliche Frequenz f für jede Abtastzeile aus der Gleichung (9) ermittelt werden. Die kurzen waagerechten Abtastzeilen am oberen und unteren Ende des Kreises entsprechen relativ hohen Frequenzen f, während die längeren waagerechten Abtastzeilen in der Mitte des Kreises relativ niedrigen Frequenzen f entsprechen. Gemäss Fig. 5 nimmt die Frequenz f im Zeitpunkt tc ab, und die Spitze-zu-Spitze-Grösse von X SCAN nimmt nach dem Zeitpunkt tc zu.

Zu Beginn werden dem Abtastgenerator 64 Plättchengrös-sendaten eingegeben, um die Abmessung des abzutastenden Musters zu bestimmen. Der Zählerregler 124 verwandelt die Plättchengrössendaten in die Einstelldaten 122 nach einer vorbestimmten Umsetzung, welche den Anfangsstand des Senk-rechtzähles 112 bestimmt. Der Senkrechtzähler kann aus einem oder mehreren synchronen Aufwärts/Abwärts-Zählern in Form integrierter Schaltkreise bestehen. Wenn der Zählerregler 124 das Startsignal empfängt, bewirkt das voreingestellte Bereitschaftssignal 120, dass die voreingestellten Daten 122 dem Senkrechtzähler 122 eingegeben werden. Dieser anfängliche Zählerstand wird durch den Digital/Analog-Wandler 114 in eine Y-SCAN-Spannung verwandelt, die den Ionenstrahl nahe der Kante des Halbleiterplättchens positioniert (Punkt A in Fig. 3). Geeignete Digital/Analog-Wandler sind im Handel erhältlich. Natürlich ist der Anfangszählerstand bei grossen Plättchen höher als bei kleinen Plättchen. Der Zählerregler 124 liefert auch das Aufwärts/Abwärts-Steuersignal 118, das zu Beginn des Senkrechtzähler 112 zum Abwärtszähler bereitmacht. Der Senkrechtzähler 112 wird nunmehr mit der Frequenz 2f herabgestuft, die dem Doppelten der Frequenz f der dem Integrator 108 zugeführten Rechteckwelle entspricht. Da jeder Halbzyklus der Rechteckwelle einer waagerechtern Abtastzeile entspricht, wird der Zäherstand des Senkrechtzählers 112 am Ende jeder waagerechten Abtastzeile geändert. Zum Beispiel wird in Fig. 5 der Senkrechtzähler 112 jedesmal dann weitergeschaltet, wenn der Spannungsverlauf bei der Frequenz 2f abwärts geht, entsprechend den Übergangspunkten des Signals X SCAN. Der geänderte Zählerstand des Senkrechtzählers 112 wird durch den Wandler 114 in eine Analogspannung verwandelt, die sich in gleichmässigen Schritten verändert (Y SCAN in Fig. 5). Ausserdem sind die Stufen des Signals Y SCAN zeitlich so synchronisiert, dass sie mit den Übergangspunkten des Signals X SCAN zwischen einer positiven und einer negativen Rampe zusammenfallen. Da die Stufen des Signals Y SCAN gleich sind, ist zwischen aufeinanderfolgenden waagerechten Abtastzeilen immer der gleiche Zwischenraum vorhanden. Auf diese Weise wird eine gleichmässige Implantation von Verunreinigungen sichergestellt.

Wenn der Abtastvorgang bis zur Mitte des Halbleiterplättchens 70 fortgerschritten ist, erreicht der Senkrechtzähler 112 den Zählerstand Null und zählt dann negativ weiter. Die Spannung Y SCAN fällt weiterhin am Ende jeder waagerechten Abtastzeile in gleichmässigen Stufen ab. Wenn der Ionenstrahl die letzte Zeile am unteren Ende des Plättchens abgetastet hat, liefert der Festwertspeicher 132 das Umkehrsignal 126, wie im folgenden beschrieben. Der Zählerregler 124 bewirkt, dass das Aufwärts/Abwärts-Steuersignal 118 umspringt. Der Senkrechtzähler 112 zählt nummer mit der Frequenz 2f aufwärts, und das

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Signal Y SCAN nimmt in gleichmässigen Stufen zu. Somit wird das Abtasten des Plättchens wiederholt, jedoch in umgekehrter Richtung. Hat der Ionenstrahl die letzte Zeile am oberen Ende des Plättchens abgetastet, wird der Zähler 112 aufs neue umgestellt und die Abtastung in umgekehrter Richtung wiederholt. Nach Beendigung einer vorbestimmten Zahl von Abtastzmu-stern liefert der Zählerregler 124 das «Fertig»-Signal, und der Vorgang wird beendet.

Der Spannungsaddierer 116 addiert zu dem Ausgang des Wandlers 114 die Verlagerungsspannung, um die weiter oben beschriebene Verflechtung der Abtastmuster zu bewirken. Bei dem Addierer 116 kann es sich um einen einfachen Summierverstärker handeln. Die Verlagerungsspannung wird bei Beendigung jedes Abtastmuster in gleichmässigen Schritten erhöht, so dass eine Verlagerung des Signals Y SCAN erfolgt.

Die durch den Teiler 104 gelieferte Frequenz f und die entsprechenden Längen L„ der waagerechten Abtastzeilen werden durch die in dem Festwertspeicher 132 gespeicherten Informationen gesteuert. Für jede waagerechte Abtastzeile des Abtastmusters ist ein entsprechendes Datenwort in dem Festwertspeicher 132 gespeichert. Wenn z.B. zu dem Abtastmuster 256 waagerechte Abtastzeilen gehören, sind 256 Datenworte, welche die Frequenz f des Teilers 104 für jede Abtastzeile bestimmen, in dem Festwertspeicher 132 gespeichert. Der Ferstwertspeicher wird durch Plättchengrössendaten adressiert, wie weiter unten beschrieben, sowie durch die Ausgangssignale des Senkrechtzählers 112. Während der Zähler 112 den Ionenstrahl senkrecht aufwärts oder abwärts über das Plättchen führt, wie weiter oben beschrieben, werden aufeinanderfolgende Datenworte in dem Festwertspeicher 132 abgerufen und dem Teiler 104 zugeführt, um die Frequenz f für jede waagerechte Abtastzeile zu regeln. Die geeigneten Frequenzen zur Darstellung eines kreisrunden Abtastmusters werden aus den vorstehenden Gleichungen (3) und (9) ermittelt.

Für jede durch die Vorrichtung zu behandelnde Plättchen-grösse gilt eine entsprechende Anzahl waagerechter Abtastzeilen. Ausserdem gehört zu jeder Plättchengrösse eine entsprechende Folge von Längen L„ der waagerechten Abtastzeilen. Wird ein Festwertspeicher von geeignete Kapazität gewählt, so lassen sich Daten für alle in Frage kommenden Plättchengrös-sen darin speichern. Beispielsweise können Daten für Plättchen von etwa 75 mm Durchmesser in einem Bereich in den Speicherstellen 0 bis 255 und Daten für ein Plättchen von etwa 100 mm Durchmesser in einem anderen Bereich in den Speicherstellen 256 bis 511 gespeichert sein, und so weiter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Speicher 132 sowohl runde als auch quadratische Muster für jede zu behandelnde Plättchengrösse. Das quadratische Muster wird beim Aufbauen und Einrichten der Vorrichtung angewendet, während das kreisrunde Muster bei der normalen Implantation der Plättchen benutzt wird. Das Plättchengrösse-Eingangssignal steuert den gewünschten Bereich des Festwertspeichers 132 an, während der Senkrechtzähler 112 bestimmte Datenworte innerhalb des Bereichs ansteuert. Bei dem Festwertspeicher kann es sich um einen lösch- und programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) der Type 2708 handeln, der 2048 8-Bit-Worte enthält und durch die National Semiconductor Corporation auf den Markt gebracht wird.

Dem Fachmann ist es klar, dass die Kapazität des Festwertspeichers 132 reduziert werden kann, wenn man zulässt, dass mehrere aufeinanderfolgende waagerechte Abtastzeilen die gleiche Länge Ln haben. Jede Gruppe aufeinanderfolgender Abtastzeilen von gleicher Länge Ln wird durch ein Datenwort in dem Festwertspeicher 132 repräsentiert. Wenn das Abtastmuster Gruppen von jeweils vier Abtastzeilen gleicher Länge Ln aufweist, kann somit die Kapazität des Festwertspeichers 132 auf den vierten Teil reduziert werden. Es tritt dann aber eine unerwünschte Abtastflächenüberschreitung auf.

Ein Bit jedes Datenwortes in dem Festwertspeicher 132 ist für das Umkehrsignal 126 reserviert. Dieses Bit wird erst dann aktiv, wenn die letzte Abtastzeile am oberen oder unteren Ende des Plättchens beendet worden ist. Das Umkehrsignal 126 zeigt an, dass das Abtastmuster abgeschlossen ist und die Abtastrichtung umzukehren ist.

Der Abtastgenerator 64 nach Fig. 4 ist zwar im Hinblick auf die Erzeugung eines kreisrunden Abtastmuster beschrieben worden, doch lassen sich Abtastmuster von beliebiger Form erzeugen. Die Form des sich ergebenden Abtastmusters wird durch die in dem Festwertspeicher 132 enthaltenen Datenworte bestimmt, die der Länge Ln jeder horizontalen Abtastlinie entsprechen. Somit können durch den Abtastgenerator quadratische oder dreieckige Muster durch geeignete Wahl der in dem Festwertspeicher 132 enthaltenen Datenworte erzeugt werden.

Der Sperrschalter 134 und der monostabile Multivibrator 136 sind vorgesehen, um sicherzustellen, dass der programmierbare Frequenzteiler 104 die Frequenz f in der Mitte der Waagerechten Abtastzeile ändert, d.h. an dem-Punkt, in dem das Signal X SCAN durch null Volt geht. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Ausgangssignal des Integrators 108 um null Volt symmetrisch bleibt und dass das Abtastmuster auf das Plättchen zentriert bleibt.

Der Sperrschalter 134 dient dazu, die an seinen Eingängen erscheinenden Daten in demjenigen Zeitpunkt zu seinen Ausgängen zu leiten, in dem ein Impuls von dem monostabilen Multivibrator 136 empfangen wird. Bei dem hier besprochenen Beispiel springt der Senkrechtzähler 112 an der negativ werdenden Flanke der Frequenz 2f um, was zeitlich dem Ende jeder Abtastzeile entspricht. Der monostabile Multivibrator 136 ist so ausgebildet, dass er an der positiv werdenden Flanke der Frequenz 2f getriggert wird (Fig. 5). Alternativ kann der Senkrechtzähler 112 so eingerichtet sein, dass er an der positiv werdenden Flanke der Frequenz 2f umspringt; in diesem Fall wird der monostabile Multivibrator 136 an der negativ werdenden Flanke der Frequenz 2f getriggert. Da es sich bei der Ausgangsfrequenz 2f des Teilers um eine Rechteckwelle handelt, wird der monostabile Multivibrator 136 getriggert, wenn der Ionenstrahl die Mitte des Plättchens überstreicht. In diesem Zeitpunkt empfängt der Teiler 104 neue Steuerdaten von dem Sperrschalter 134 und schaltet auf eine neue Frequenz f um. Fig. 5 veranschaulicht den Wechsel der Frequenz f im Zeitpunkt tc. Man beachte, dass der monostabile Multivibrator 136 jedesmal dann einen Impuls liefert, wenn das Signal X SCAN null Volt durchläuft.

Somit werden durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtasten eines Werkstücks mit einem Ionenstrahl nach einem vorbestimmten Muster geschaffen. Die Vorrichtung ist besonders geeignet zum Abtasten nach einem kreisrunden Muster entsprechend der Grösse und Form eines Halb-leiterplättchens. Durch das kreisrunde Muster wird die Abtastflächenüberschreitung verringert und der Durchsatz der Vorrichtung verbessert. Ausserdem wird durch eine konstante Abtastgeschwindigkeit und gleichmässige Abstände zwischen den Abtastzeilen ohne Rücksicht auf die Grösse des abzutastenden Plättchens gewährleistet, dass das Plättchen eine äusserst gleichmässige Dotierung mit Verunreinigungen erhält.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (10)

1. 666 141

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Abtasten eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Erzeugen einer ersten Abtastspannung, zu der alternierende positive und negative Rampenabschnitte und Übergänge zwischen diesen gehören, wobei die positiven und negativen Rampenabschnitte ihrer Dauer nach regelbar sind, Aufbringen der ersten Abtastspannung auf eine erste Ablenkeinrichtung, Erzeugen einer zweiten Abtastspannung, die während der positiven und negativen Rampenabschnitte konstant bleibt und an jedem Übergang zwischen den Rampenabschnitten erhöht wird, Aufbringen der zweiten Abtastspannung auf eine zweite Ablenkeinrichtung und Regeln der Dauer der positiven und negativen Rampenabschnitte entsprechend einer vorbestimmten Reihenfolge derart, dass ein Abtastmuster erzeugt wird, das der Grösse und Form des Werkstücks entspricht.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Ablenkeinrichtung (42) zum Ablenken des Strahls (18) als Reaktion auf eine erste Abtastspannung (XI, X2), eine zweite Ablenkeinrichtung (40) zum Ablenken des Strahls als Reaktion auf eine zweite Abtastspannung (Y1, Y2), wobei die erste und die zweite Ablenkeinrichtung eine Ablenkung des Strahls in zueinander rechtwinkligen Richtungen bewirken, eine erste Generatoreinrichtung, die mit der ersten Ablenkeinrichtung verbunden ist und die erste Abtastspannung erzeugt, welche wechselweise posistive und negative Rampenabschnitte und dazwischenliegende Übergänge aufweist, wobei die Dauer der Rampenabschnitte regelbar ist, eine zweite Generatoreinrichtung, die mit der zweiten Ablenkeinrichtung verbunden ist und die zweite Abtastspannung erzeugt, die während der positiven und negativen Rampenabschnitte konstant bleibt und in den Übergangszeitpunkten zwischen den Rampenabschnitten erhöht wird sowie eine Regeleinrichtung zum Regeln der Dauer der positiven und negativen Rampenabschnitte entsprechend einer Reihe vorbestimmter Zeitspannen, um ein Abtastmuster zu erzeugen, das der Grösse und Form des Werkstücks (70) entspricht.
3. 3. Vorrichtung nach Asdpruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu der zweiten Generatoreinrichtung eine Einrichtung zum Erhöhen der zweiten Abtastspannung (Yl, Y2) in gleichmässi-gen Schritten in den Übergangszeitpunkten gehört.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die alternierenden positiven und negativen Rampenabschnitte konstante Änderungsgeschwindigkeiten von gleicher Grösse aufweisen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu der ersten Generatoreinrichtung eine Integratoreinrichtung (108) zum Umwandeln einer Rechteckspannung konstanter Amplitude in die alternierenden positiven und negativen Rampenabschnitte gehört, wobei die Frequenz der Rechteckspannung regelbar ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Generatoreinrichtung (64) ferner feine Frequenzgeneratoreinrichtung zum Erzeugen der Rechteckspannung aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Frequenzgeneratoreinrichtung ein programmierbarer Frequenzteiler (104) zum Regeln der Frequenz der Rechteckspannung als Reaktion auf die durch die Regeleinrichtung gelieferten Regeldaten gehört.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Regeleinrichtung eine Speichereinrichtung (132) zum Speichern der Regeldaten gehört.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (132) Regeldaten speichert, die einem allgemein kreisrunden Äbtastmuster entsprechen.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Frequenzgeneratoreinrichtung (104) zum Erzeugen einer

    Rechteckspannung von regelbarer Frequenz, eine Integratoreinrichtung (108) zum Umwandeln der Rechteckspannung in die erste Abtastspannung, zu der alternierende positive und negative Rampenabschnitte gehören, die jeweils den Strahl (18) veranlassen, das Werkstück (70) während einer Zeitspanne abzutasten, die der Frequenz der Rechteckspannung entspricht, eine Zählereinrichtung (112) zum Speichern einer Zahl, welche die Ablenkung des Strahls durch die zweite Ablenkeinrichtung bestimmt, wobei diese Zahl während der Rampenabschnitte konstant bleibt und bei Beendigung jedes Rampenabschnitts geändert wird, eine Digital/Analog-Wandlereinrichtung (114) zum Umwandeln der in der Zählereinrichtung gespeicherten Zahl in die zweite Abtastspannung sowie eine Speichereinrichtung (132), die durch die Zählereinrichtung adressiert wird und dazu dient, die Frequenz der Frequenzgeneratoreinrichtung entsprechend einer vorbestimmten Reihenfolge zu regeln, um ein Abtastmuster zu erzeugen, das der Grösse und Form des Werkstücks (70) entspricht.