DE3105359C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sicherstellen einer gleichmäßigen akkumulierten Bestrahlung einer ebenen Oberfläche mit einem Strahl geladener Teilchen sowie ein Ablenksystem und ein Ionenimplantationssystem zur Durchführung des Verfahrens.

Das Bestrahlen von Metallen und Halbleitermaterial mit Ionenstrahlen ist ein wirksames Mittel zum gesteuerten und raschen Dotieren derartiger Werkstoffe. Bei der Ionenimplantation wird z. B. eine Halbleiterscheibe mit einem Ionenstrahl gesteuerter Intensität integriert so belichtet, daß die gewünschte Konzentration an Dotiermittel erreicht wird. Die Gleichmäßigkeit der Konzentration des Dotiermittels ist unbedingt wünschenswert, um erstklassige Qualität zu gewährleisten. Es ist bekannt, daß bei Anordnungen, bei denen ein Ionenstrahl mit konstanter Geschwindigkeit über eine ebene Halbleiterscheibe streicht, die entstehende Dosiskonzentration in der Fläche im Außenbereich der Bewegung im Vergleich zur Konzentration in der Nähe des nicht abgelenkten oder zentralen Bereiches geringfügig abnimmt, selbst wenn keine neutrale Strahlkomponente vorhanden ist. Hierbei handelt es sich um eine rein geometrische Wirkung, die im einfachsten Fall aus der Projektion einer gleichmäßigen Kugeloberflächendichte auf eine ebene Oberfläche resultiert. Insgesamt läßt sich die Raumwinkelabweichung als Folge einer Abweichung des Aufprallwinkels des Strahls beim Abtasten über die Scheibe hinweg von einem festen Ablenkungsmittelpunkt veranschaulichen. Bei einer typischen handelsüblichen Ionenimplantationsvorrichtung, die zur Bearbeitung einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 10 cm eingesetzt wird, liegt die Dichteschwankung im Bereich von 1 bis ½% über die Oberfläche der Scheibe hinweg.

Die obenerwähnte Wirkung ist am einfachsten vorstellbar, wenn man sich den Ionenstrahl als rechtwinklig auf den mittleren Bereich der Halbleiterscheibe oder eines sonstigen Werkstückes aufprallend vorstellt und eine Ablenkungseinrichtung verwendet, um einen Strahl schwingend über das Werkstück hinweg abzulenken. Es ist klar, daß der von einem Strahl mit konstantem Querschnitt eingeschlossene Raumwinkel sich mit dem Einfallswinkel ändert. In der Praxis sind die Umstände etwas anders, da ein rechtwinkliger Einfall des Ionenstrahls normalerweise im Fall von Oberflächen orientierter Einkristallwerkstücke vermieden wird, um Kristallkanalisierungswirkungen zu vermeiden, die die Steuerung der Tiefe der Ionenpenetration in das Subsrat beeinflussen. Die Ebene des Substrats kann also geneigt sein, und/oder die nicht abweichende Strahlrichtung kann so gewählt sein, daß sie auf die Oberfläche des Werkstückes unter einem Winkel im Bereich von 6° bis 8° abweichend von der Senkrechten auf die Oberfläche auftrifft. Die Winkelabweichung des Einfallswinkels ändert sich also über einen Bereich hinweg, der den rechtwinkligen Einfall nicht einschließt, wenn die genannte Kanalwirkung vermieden werden soll. Es liegt auf der Hand, daß trotzdem die Schwankung des Raumwinkels am Target über diesen Bereich des Winkeleinfalls hinweg eine Quelle der Ungleichmäßigkeit der Dosierung über das ebene Werkstück hinweg ist. Diese Wirkung wird als Spureninhomogenität bezeichnet.

Eine weitere Quelle für Spureninhomogenität resultiert aus der üblichen Praxis, zur Trennung des Strahls geladener Partikel von neutralen Komponenten eine Ruhe- Ablenkung anzuwenden. Die neutrale Komponente ist vorhanden, weil Ladungsaustauschkollisionen des Strahls mit Restgasen im System erfolgen. In typischen Vorrichtungen wird eine elektrostatische Ruhe-Versetzung von 7° und eine periodische Abtastbewegung von z. B. ±3° zusätzlich durchgeführt. Der Strahl erfährt eine beträchtliche Änderung hinsichtlich seines Einfallswinkels von einem Ende der Bewegung zum anderen, die sich aus einfachen geometrischen Verhältnissen ergibt.

Es darf nicht außer acht gelassen werden, daß es meistens erwünscht ist, die Dosis über eine zweidimensionale Oberfläche des Werkstückes zu verteilen. Zu diesem Zweck ist die Abtastung zweidimensional. Als Alternative kann auch eine eindimensionale Strahlabtastung zusammenwirkend mit mechanischer Schwingung des Werkstückes rechtwinklig zur Richtung der Strahlabtastung vorgenommen werden. Längs der Koordinate der mechanischen Schwingung wird bei diesem hydriden System die obenerwähnte Ungleichmäßigkeit in Richtung der mechanischen Schwingung vermieden, weil der Strahl in diese Koordinate nicht abgelenkt wird.

Eine weitere Quelle der Ungleichmäßigkeit wird dem Ablenkmuster und den Frequenzverhältnissen der orthogonalen Ablenkeinrichtung zum Erzeugen der Bewegung zugeschrieben. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird davon ausgegangen, daß eine zweidimensionale elektrostatische Abtastung eines Ionenstrahls über eine Halbleiterscheibe hinsichtlich der obenerwähnten Ungleichmäßigkeiten korrigiert werden soll. Es zeigt sich, daß die Frequenzverhältnisse der Ablenkungseinrichtung zu Lissajous-Figuren über die vollen Zyklen beider Ablenkungen hinwegführen. Bei zunehmendem Unterschied der orthogonalen Abtastfrequenzen verbessert sich die durchschnittliche Gleichmäßigkeit (oder Dichte der Abtastlinien) pro Flächeneinheit. Der Stand der Technik sieht viele volle Zyklen zweidimensionaler Abtastung vor, und ein unharmonisches Verhältnis zwischen den Ablenkfrequenzen zum Vermeiden stehender Lissajous-Figuren wurde für ausreichend gehalten, um ein Werkstück zu bestrahlen.

Aus der US-PS 36 76 693 ist ein Ablenksystem für ein Ionenimplantationssystem bekannt, bei dem eine gleichmäßige Ionendosis über die Oberfläche eines ebenen Substrats dadurch erreicht wird, daß für zwei zueinander senkrechte Ablenkrichtungen jeweils eine Doppelablenkung durchgeführt wird, so daß der Ionenstrahl stets unter gleichem Winkel auf das Substrat einfällt, wobei die Ablenkung in den zwei Ablenkeinrichtungen mit verschiedenen Frequenzen erfolgt und das Frequenzverhältnis so gewählt ist, daß keine stehenden Lissajous-Figuren auftreten.

Eine Möglichkeit zum Ausgleich der Ionendosisschwankung in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel besteht in der Benutzung einer nichtlinearen Kurvenform mit dem Effekt, daß in Querrichtung die Strahlablenkgeschwindigkeit in einem gewünschten Verhältnis mit dem Strahlablenkwinkel variieren wird. Beim extremen Ablenkwinkel wird folglich die Strahlabtastgeschwindigkeit herabgesetzt, damit sich eine schrittweise größere Dosis pro Flächeneinheit ansammeln kann. Ein entsprechender Lösungsversuch ist zu diesem Zweck zur komplexen Kurvenformsynthese gemacht worden, wobei Knickpunkte in der Kurvenform durch Kombinationen von Dioden und Widerständen erreicht werden, welche eine Synthese gewünschter linearer Zeitabhängigkeiten liefern. Dieses Verfahren ist jedoch unter Herstellungsbedingungen schwer exakt zu reproduzieren und auf jeden Fall schwer einzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Ionendosis über die Oberfläche eines ebenen Substrats zu erzielen, über das ein Ionenstrahl periodisch bewegt wird. Außerdem soll eine gewünschte nichtlineare Kurvenform mittels digitaler Schalteinrichtung synthetisiert werden, um die Ungleichmäßigkeit der Ionendosierung ebener Substrate mittels darüber bewegter Ionenstrahlen auszugleichen.

Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung einschließlich eines Ablenksystems und eines Ionenimplantationssystems zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die an beliebiger Stelle der ebenen Oberfläche abgegebene kumulative Dosis im wesentlichen unabhängig von den Koordinaten dieser Stelle.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines typischen Ionenimplantationssystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ablenksystems,

Fig. 3A bis 3D die Entwicklung des Ablenkmusters und die zugehörigen Zeitbasisprojektionen,

Fig. 4 die geometrische Quelle der Ungleichmäßigkeit.

Gemäß Fig. 1 wird ein Körper 2 mit Hilfe einer Hochspannungsquelle 4 auf hohem Potential gegen Erde gehalten. Im Körper 2 ist die Vorrichtung aufgenommen, die zur Schaffung eines Ionenstrahls der gewünschten Art nötig ist. Es ist üblich, ein gasförmiges Ausgangsmaterial der gewünschten Art zu verwenden. Hierzu wird ein von einer Gasquelle 6 erzeugtes Quellengas auf eine Ionenquelle 8 gerichtet. Eine typische Ionenquelle erfordert eine Stromquelle 10, um eine Ionisierungsentladung zu unterhalten, eine Stromquelle 12, um ein axiales Magnetfeld im Entladungsbereich zu erzeugen, und eine Stromquelle 14 sowie einen Feineinsteller 14′, der mit einer Elektrode 16 zusammenwirkt, um das elektrische Feld am Loch der Elektrode 16 zum Erzeugen eines gut definierten Ionenstrahls hoher Stromdichte zu formen. Eine weiter ins einzelne gehende Beschreibung findet sich z. B. bei L. Valyi, "Atom and Ion Sources". Der von der Ionenquelle 8 divergierende Strahl 18 wird in einem Analysatormagnet 20, der von einer entsprechenden Stromquelle 22 gespeist wird, momentanalysiert. Der analysierte Strom tritt durch den Ausgangsschlitz 24 des Analysators aus und in eine Beschleunigungsröhre 26 ein, in der er auf ein sorgfältig bestimmtes Feldgefälle von dem auf Hochspannung liegenden Körper 2 auf Erdpotential trifft. Optische Elemente, wie ein Quadrupoltriplet 28, 30, 32 und ein zugehöriges Steuersystem 34 erzeugen eine räumlich energiemäßige Fokussierung in einer gewünschten Bildebene. Zwei Sätze elektrostatischer Ablenkplatten 40 und 42, die willkürlich mit y bzw. x bezeichnet werden, haben die Aufgabe, den Strahl über den gewünschten Bereich der Bildebene zu lenken. Die an den jeweiligen Ablenkplatten anliegende Spannung und die Synchronisation derselben zur Erzeugung des jeweils passenden Ablenkprogramms wird mit Hilfe eines Ablenksystems 43 erreicht. Der Ruhestrahl wird ausreichend stark abgelenkt, um einen neutralen Strahl 44, der sich aus Ladungs-Austausch-Kollisionen mit Restgasen ergibt, vom geladenen Strahl völlig zu trennen. In einer Targetkammer 46 sind den Strahl definierende Löcher, eine Strahlüberwachungs- und Integrationsvorrichtung sowie Einrichtungen vorgesehen, mit denen ein Scheibensubstrat in das Vakuumsystem eingeführt und im Hinblick auf die Targetebene ausgerichtet wird.

Vakuumpumpvorrichtungen und die Vakuumhülle des Systems sind hier nicht gezeigt, aber es ist klar, daß der gesamte Bereich, durch den der Strahl verläuft, unter hohem Vakuum gehalten wird.

Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ist es äußerst wichtig, ein hohes Maß an Gleichmäßigkeit der Ionendosierung über die Oberfläche der Scheibe einzuhalten und einen minimalen Zeitaufwand pro Scheibe zu benötigen. Dementsprechend wurde festgelegt, daß die Implantationszeit pro Scheibe weniger als 10 Sekunden betragen sollte. Durch diesen Parameter wird das vom Ablenksystem 43 durchgeführte Ablenkmuster und die damit einhergehenden Frequenzen von Wellenformen durch Wahl der angewendeten Ablenkplatten begrenzt. Darüber hinaus sind die Frequenzen gegenüber den normalerweise im Stromübertragungssystem verwendeten 50 Hz oder 60 Hz unharmonisch.

Das Ablenksystem gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel soll anhand von Fig. 2 näher erläutert werden. Es wurde ein unharmonisches Frequenzverhältnis von 200 : 23 für die Ablenkfrequenzen in x- und y-Richtung gewählt. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet die x-Koordinate die Koordinate in der Ebene der versetzten Ruhe-Ablenkung und orthogonal zum nichtabgelenkten Strahl (z-Achse). Ein Haupttaktgeber 60 liefert eine Impulsreihe von 3,00 MHz-Impulsen an Teiler 62 und 63. Diese Teiler liefern jeweils 8152 Hz-Impulse an einen x-Ablenkgenerator 70 und 117 Hz-Impulse an einen y-Ablenkgenerator 71. Im x-Ablenkgenerator 70 wird die 8152-Hz- Impulsreihe durch den Teiler 64 in zwei zusätzliche Kanäle aufgeteilt. Einer dieser Kanäle liefert eine zusätzliche Teilung durch 8, um 1019 Hz-Impulse für die grundlegende x-Ablenkfrequenz zu erzeugen. Eine zweite Teilung des 8152-Hz-Einganges um die Größe 1024 führt zu einem 8-Hz-Ausgang, dessen Verwendung weiter unten im einzelnen erläutert wird. Die Kompensation der Spureninhomogenität wird in der erwähnten Weise dadurch erzielt, daß die Kurvenform der gewünschten nichtlinearen Gestalt entsprechend maßgeschneidert wird, wodurch die Rate, mit der der Strahl abgelenkt wird, gesteuert wird. Dabei wird eine nichtlineare Form aus einer Vielzahl linearer Segmente zusammengesetzt. Hierzu weist der x-Ablenkgenerator 70 einen Dreieckswellengenerator 72 auf, der einen zum Ablenken bestimmten Verstärker 74 über einen Widerstand 76 treibt. Eine gleichbleibende Verstärkung des endgültigen Verstärkers 74 aufgrund des Eingangswiderstandes führt zu einem linearen Überstreichen des abgelenkten Strahls. Es liegt auf der Hand, daß eine Basisrückführung des Dreieckssignals nötig ist, die mit Hilfe eines Schaltkreises 72′ durch bekannte Einrichtungen erreicht wird. Die Dreieckswelle wird in einer direkten Weise durch Integration des 1019-Hz-Rechteckwelleneinganges erzielt. Die Neigung des linearen Sweep wird dadurch geändert, daß nacheinander ein weiterer Widerstand parallel zum Eingangswiderstand 76 geschaltet wird. Das erfolgt mit Hilfe eines Oktaldekodierers 78, der die Frequenz der 8152-Hz-Rechteckwelle zählt, die am Dreieckswellengenerator 72 anliegt. Ein Rückstellimpuls mit der 1019-Hz-Rate gewährleistet die Synchronisierung. Dekodierte Ausgänge erscheinen nacheinander als Impulse "0" bis "7". Die dekodierten Ausgänge werden an ein ODER-Gatter 80 angelegt, um Ausgangssignale zu erzeugen, die einer zeitlich symmetrischen Sequenz folgen. Der dekodierte "0"-Ausgang und der dekodierte "7"-Ausgang wird an das ODER-Gatter 80 _0,7 angelegt, um ein lineares Gatter 82 _0,7 anzusteuern, welches seinerseits einen Widerstand 83 _0,7 mit dem Widerstand 76 parallelschaltet.

In ähnlicher Weise führt der dem ersten benachbarte und der dem letzten benachbarte Ausgang der Dekodierfolge ("1" und "6") schließlich dazu, daß ein Widerstand 83 _1,6 mit dem Widerstand 76 parallelgeschaltet wird und ähnlich die Ausgänge "2" und "5" gemeinsam ebenso wie die Ausgänge "3" und "4" gemeinsam. Dadurch wird eine aus 8 Segmenten bestehende symmetrische Kurvenform erzielt, die unterschiedliche Werte linearer Neigung aufweist, wobei sowohl die steigenden wie die fallenden Abschnitte der Kurvenform durch Ändern der Verstärkung des Abtastverstärkers erreicht werden. Gegebenenfalls könnte auch leicht eine unsymmetrische Kurvenform aus 8 Segmenten geschaffen werden, wenn zusätzliche lineare Gatter und parallelschaltbare Widerstände vorgesehen würden.

In einer zweidimensionalen Ablenkvorrichtung können die die beiden orthogonale Ablenkkurvenformen erzeugenden Generatoren identisch sein oder ziemlich unterschiedliche Merkmale haben, die genau entsprechend der auszugleichenden Wirkung gewählt sind. Beim vorliegenden System kommen z. B. Raumwinkelschwankungen vor, die eine Ungleichmäßigkeit sowohl bei der x- als auch bei der y-Ablenkung erzeugen, wobei jedoch die relative Größe dieser Wirkungen praktisch ziemlich unterschiedlich ist wegen der zusätzlichen versetzten Ruhe-Ablenkung. Die Raumwinkelschwankung wird anhand von Fig. 4 näher erläutert. In dieser Figur bestimmt der nichtabgelenkte Strahl die z′-Achse, und der Ruhestrahl unterliegt einer versetzten Ablenkung R₀ in der z-x-Ebene aufgrund der Ablenkplatten 42. Die Scheibe ist in der Bildebene 50 unter einem in der y-z-Ebene liegenden Neigungswinkel σ (der Null betragen könnte) angeordnet. Ähnlich kann die Scheibe unter einem in der z-x-Ebene liegenden Winkel γ angeordnet sein.

Für jede beliebige versetzte Ablenkung R₀ kann entweder der Neigungswinkel σ oder γ oder beide so gewählt sein, daß er nicht Null beträgt, um zu gewährleisten, daß der Strahl nicht rechtwinklig einfällt. Normalerweise wird der Neigungswinkel σ so gewählt, daß er typischerweise einen Wert in der Nähe von 7° hat, um Kanalbildungseffekte zu vermeiden. Bei Außerachtlassung des Neigungswinkels σ haben die extremen Bahnen P₁ und P₂ der Bahn gemäß Fig. 4 jeweils Einfallswinkel von R±R₀. Es läßt sich demonstrieren, daß bei einem linear abgelenkten Strahl die Rate der Dosisansammlung in einem Ablenkpurintervall dx proportional zum Kosinusquadrat des Einfallswinkels ist. Für R₀=7° und R im Bereich -2½°R+2½° ist die prozentuale Ungleichmäßigkeit von Kante zu Kante proportional zu

oder ca. 2,1%. Es ist wichtig, einen systematischen Fehler dieser Größenordnung auszuschalten.

Typischerweise beträgt die Toleranz für die Ungleichmäßigkeit der Dosis bei der Halbleiterherstellung eine Standardabweichung oder ca. 0,75%. Wird die Scheibe nicht in der y-z-Ebene geneigt (σ=0), so liegt die Raumwinkelschwankung innerhalb dieser Toleranz in der y-Ablenkkoordinate, weil der Winkelabstand des Ablenkens klein ist. Aus diesem Grund wird in dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel für die y-Ablenkung keine nichtlineare Kurvenform verwendet, obwohl eine solche Kompensation, wenn gewünscht, entsprechend der x-Ablenkung leicht durchführbar ist. Teilweise aus den obengenannten Gründen arbeitet beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der y-Ablenkgenerator 71 ohne nichtlineare Kompensation mit einem Dreieckswellengenerator 86 unter entsprechender Basisrückführung 86′ zum Integrieren der von einem Teiler 63 gelieferten 117 Hz-Impulse in Rechteckwellenform. Die lineare Kurvenform wird weiter in einem Verstärker 88 verstärkt, um an die y-Ablenkplatten abgegeben zu werden. Das resultierende x/y-Frequenzverhältnis von 200/23 liefert eine astabile Lissajous-Figur, die sich mit der Periode des x-Abtastens (1019 Hz) wiederholt, d. h. mit 98,133 ms.

Es liegt auf der Hand, daß ein Neigungswinkel σ=7° geometrisch äquivalent ist zur Wirkung eines Winkels R₀=7°, und eine nichtlineare Kurvenform wird wirksam eingesetzt, um in diesem Fall die y-Ablenkung zu kompensieren.

In den Fig. 3A bis 3D ist die Entwicklung des Ablenkmusters zu verschiedenen Zeitpunkten dargestellt. Zu Erläuterungszwecken wird bei diesen Figuren davon ausgegangen, daß der Strahlquerschnitt unendlich klein ist. In Fig. 3A sind zwei vollständige Paare oder Zyklen Vorlauf-/Rücklaufpsuren gemeinsam mit einer dritten Rücklaufspur in x-Richtung durchgeführt worden. Gleichzeitig sind in y-Richtung 21 vollständige Vorlauf-/Rücklaufspurenpaare durchgeführt und eine zusätzliche Spur im wesentlichen beendet worden. In Fig. 3B sind fünf vollständige Zyklen Vorlauf-/Rücklaufspuren in x-Richtung durchgeführt worden und in der y-Koordinate 43 Zyklen Vorlauf-/ Rücklaufspuren annähernd beendet worden. Diese Figur sollte in Richtung der rechts am Rand eingezeichneten Pfeile mit streifendem Blick längs der x-Achse betrachtet werden. Es zeigt sich dann, daß eine Reihe von Streifen oder Schlieren gebildet sind, von denen die am deutlichsten sichtbaren 102 und 104 bezeichnet sind. In gleichmäßigen Abständen seitlich von diesen Streifen sind Nebenstreifen 102′ und 104′ zu sehen. An den weiteren Pfeilen ist eine weitere Streifenbildung bemerkbar. Diese Streifenbildungen sind stellvertretend für Orte maximaler Inhomogenität der Oberflächendichte bei der Dosisverteilung. Die Schnittpunkte der Ablenkliniensegmente zeigen eine Doppeldosierung am Schnittpunkt an, während die rautenförmigen Lücken zwischen den Schnittpunkten Bereiche sind, die eine geringere Dosis empfangen haben.

In Fig. 3C hat nach 63,999 ms die volle Entwicklung der Abtastung sieben Zyklen Vorlauf-/Rücklaufspuren und eine achte Spur in x-Richtung gemeinsam mit 65 Zyklen in y-Richtung erreicht. Die in Fig. 3B zu sehenden Streifen sind auch in Fig. 3C zum Vergleich angegeben. Darüber hinaus sind in Fig. 3C zusätzliche Streifen im Bereich zwischen den schon vorher erkennbaren Streifen vorhanden. Diese kann man als Auffüllen der ursprünglich rautenförmigen Zellen reduzierter Dosierung betrachten oder als eine Verkleinerung der Größe der rautenförmigen Zellen mit fortschreitender Abtastung. In Fig. 3D ist die Abtastung mit 11½ Zyklen in der x-Koordinate und 100 Zyklen in der y-Koordinate beendet. Es zeigt sich, daß die Streifen an "Intensität" etwa gleichmäßig sind und daß der Abstand zwischen Streifen (in der y- Koordinate) verringert ist. Die rautenförmigen Zellen mit reduzierter oder Null-Dosierung sind noch kleiner geworden, wobei die durchschnittliche Dosiskonzentration progressiv gleichmäßiger über die Oberfläche verteilt ist.

Ein Abstand Δx kennzeichnet die Entfernung von Spitze zu Spitze zwischen den Konzentrationsmaxima. Eine Spannungsversetzung, die ein Treppengenerator 90 liefert, wird an die x-Ablenkeinrichtung angelegt, um den Ausgang (0, 0) geringfügig längs des Streifens zu einer Position (Δx/n, 0) zu versetzen, und dann wird der ebene Abtastzyklus (11½ Zyklen in der x-Koordinate) wiederholt. Bei n derartigen Wiederholungen wird die Größe der rautenförmigen Zellen wiederum drastisch reduziert. Es sei daran erinnert, daß beim Antrieb der 1019-Hz-Frequenz für die x-Abtastung ein weiterer Teilerausgang von im wesentlichen 8 Hz synchron mit der grundlegenden x-Abtastrate abgeleitet wurde.

Diese verhältnismäßig langsame Impulsreihe wird an den Treppengenerator 90 angelegt, von dem ein Ausgang abgeleitet wird, der eine steigende Sequenz von 8 Spannungsniveaus aufweist. Der Spannungsunterschied zwischen dem maximalen und minimalen Niveau ist so gewählt, daß er dem y-Ablenkschritt entspricht (der der Länge der rautenförmigen Zellen in y-Richtung gleicht). Folglich wird dieser Abstand wieder in acht Unterabstände unterteilt, und der sich dabei ergebende Ausgang wird mit der y-Ablenkkurvenform summiert, um die y-Ablenkung bei Beendigung jedes Ablenkdurchganges zu versetzen, wie in Fig. 3D gezeigt. Nach acht Wiederholungen des oben beschriebenen Ablenkmusters ist der Abstand zwischen den Maxima nominaler Dosierung auf etwa 1% der gesamten Ablenkamplitude verringert worden. Beim beschriebenen Ionenimplantationssystem beträgt der Radiusvektor vom Mittelpunkt der Ablenkung ca. 104,14 cm, um eine Gesamtablenkamplitude von ca. 17,78 cm aufrechtzuerhalten, was einem Winkelbereich von ±2½° bei einer 10,16 cm-Scheibe entspricht. Der nominale lineare Abstand zwischen den Maxima beträgt also ca. 1,78 mm. In Fig. 3D ist eine Scheibe gezeigt, die eine zur Implantation unter einem Neigungswinkel von 0° angeordnete Scheibe darstellt. Im Betrieb wird die Ablenkamplitude so eingestellt, daß sich ein Überlaufen von ca. 20% sowohl in x- als auch in y-Richtung ergibt. Beim Überlauf werden Schwierigkeiten vermieden, die von Randeffekten, Umkehr des Strahls u. dgl. herrühren. Ein Teil des Überlaufbereiches wird zu Überwachungszwecken mit einem System von Faradayschen Käfigen 36 (Fig. 1) benutzt. Bei jedem Bestrahlungssystem hat der abgelenkte Strahl eine endliche Ausdehnung oder einen begrenzten Querschnitt. Normalerweise hat die Strahldichte eine radiale Abhängigkeit, hinsichtlich der für die vorliegenden Zwecke davon ausgegangen werden kann, daß sie einen konstanten Bereich mit einem nach einer Gaußschen Kurve abnehmenden Bereich aufweist. Der Querschnitt des Strahls kann durch Begrenzungslöcher definiert werden, die an der Ionenquelle und an verschiedenen Stellen im System vorgesehen sind. Beim beschriebenen System ist der Strahlquerschnitt am Target hauptsächlich ein Abbild des aus der Ionenquelle ausgezogenen Strahls. Hierbei handelt es sich um eine rechteckige Gestalt, die durch die Öffnung der Ionenquelle bestimmt ist. Der dadurch erzielte bandförmige Strahl beim bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt mit seiner Hauptachse in y-Richtung, orthogonal zur Versetzungsebene. Die Strahlgröße ist teilweise durch Löcher in der Targetkammer begrenzt, und der dadurch entstehende Strahlfleck hat typischerweise Abmessungen von 2 mm×10 mm bei einem Schwachstrom- System oder 10 mm×20 mm bei einem Starkstrom- System. Der Strahl ist mit diesen Dimensionen nicht scharf begrenzt, sondern hat einen Schweif. Es zeigt sich, daß die Strahlhalbbreite in der Größenordnung des nominalen minimalen linearen Abstandes der Maxima gemäß Fig. 3D oder groß im Verhältnis dazu sein kann. Folglich erhält die ganze rautenförmige Zelle bzw. der Raum zwischen den Modelldosen- Maxima eine Dosierung, die eine Überlagerung der mindestens vier Spuren darstellt, welche die Grenzen der Zelle bestimmen.

Das hier beschriebene Ablenksystem liefert ein systematisches Muster mit einer durch die radiale Verteilung der Strahldichte geschaffenen Glättung auf mikroskopischem Niveau. Eine weitere Glättung wird dadurch erzielt, daß eine ausreichende Rauschkomponente an den Ablenkplatten hingenommen wird. Durch dieses Vorsehen eines Zittereinflusses wird im wesentlichen eine Musterungsgleichförmigkeit ausgeschaltet, die nach dem Verschmieren aufgrund überlappender Gaußscher Bereiche des Strahlquerschnittes auf mikroskopischem Niveau verbleiben kann. Typische Ablenkpotentiale für ein elektrostatisches Ablenksystem mit einem Winkelbereich ±2½° schwanken im Bereich von ±6000 V bei einem 250 keV-B⁺-Strahl und im Bereich von ±750 V bei einem 25 keV-B⁺-Strahl. Das am Ablenkausgang vorhandene Rauschen wird absichtlich nicht unter den Bereich von 1 bis 3 V reduziert. Normalerweise ist dieses Rauschen auf Oberwellen der Stromversorgung zurückzuführen. Die Rauschkomponente der Ablenkung, die der Strahl erfährt, kann direkt als Fluktuation der Strahlbahn ausgedrückt werden. Bei der in Frage stehenden Geometrie erzeugt der obengenannte relative Effektivwert der Rauschamplitude eine annähernde räumliche Fluktuation im Größenordnungsbereich von 0,10- 0,20 mm in der Targetebene. Dies ist eine bedeutsame Versetzung im Verhältnis zur Größe der elementaren Modellzelle, die vom gesamten Abtastmuster definiert wird, insbesondere im Vergleich zur Versetzungslänge des Ursprungs des Musters zwischen den Wiederholungen. Natürlich kann die Rauschkomponente nach Wunsch eingestellt werden.

Es liegt auf der Hand, daß die Dichte der Ablenklinien, die radiale Strahldichteverteilung und das Rauschen zur Gleichmäßigkeit einer raschen, effektiven, zweidimensionalen Ablenkung beitragen. Sowohl die radiale Strahldichteverteilung als auch das Rauschen wrid normalerweise als parasitäre Wirkung betrachtet, die ausgeschaltet oder verringert werden muß. Hier wird nun gezeigt, daß diese Parameter zur Erzielung einer nützlichen Wirkung ausgenutzt werden können. Wenn die Strahlfleckgröße schärfer fokussiert und der Rauschpegel weiter reduziert würde, wäre es nötig, die Dichte der Ablenklinien zu erhöhen, um die Zelle aufzufüllen. Das wäre nur erreichbar auf Kosten beträchtlicher Verarbeitungszeit, und der Scheibendurchsatz würde darunter leiden.

Die Vorrichtung wurde hier zwar zum Ausgleich einer spezifischen geometrischen Quelle der Ungleichförmigkeit der Dosis beschrieben, aber es können auch andere Erscheinungen, die die gleichförmige Ionendosierung beeinflussen, zum Ausgleich mittels der beschriebenen Kurvenform in Betracht kommen. Es können zusätzliche Quellen der Ungleichförmigkeit auftreten und ausgeglichen werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Sicherstellen einer gleichmäßigen akkumulierten Bestrahlung einer ebenen Oberfläche mit einem Strahl geladener Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein Ursprung für den Einfall des Strahls auf die Oberfläche festgelegt wird,
• b) der Strahl periodisch mit einer ersten Frequenz in einer Koordinate (x) und gleichzeitig periodisch mit einer anderen, zur ersten Frequenz nicht harmonischen Frequenz in einer anderen Koordinate (y) abgelenkt wird,
• c) die periodischen Ablenkungen fortgesetzt werden, bis das aus den Ablenkschritten resultierende Strahlmuster zu dem Ursprung zurückkehrt,
• d) der Ursprung zwischen einander benachbarten parallelen, bei den Schritten b) und c) auftretenden, in gleichmäßigen Abständen aufeinanderfolgenden Konzentrationsmaxima des Strahlmusters versetzt wird, und
• e) der Schritt d) so oft wiederholt wird, daß die Anzahl von Wiederholungen, multipliziert mit der Länge der Strecke, um die der Ursprung versetzt wird, dem Abstand zwischen den Konzentrationsmaxima entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt b) die Ablenksteuerung für mindestens eine der Ablenkungen mit einer Kurvenform erfolgt, die aus aufeinanderfolgenden linearen Segmenten unterschiedlicher Neigung besteht.

3. Ablenksystem zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen über ein Werkstück für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichet,
daß eine Einrichtung (72, 72′, 76) zur Lieferung einer Spannung mit linearer periodischer Kurvenform vorgesehen ist, die mit einer ersten Frequenz (1019 Hz) ansteuerbar ist,
daß einen mit einem Ablenkplattenpaar (42) verbundenen Verstärker (74) mit wählbarer Verstärkung die Spannung mit linearer periodischer Kurvenform zugeführt wird und
daß eine zweite Frequenz (8152 Hz) größer als die erste Frequenz einer Zählereinrichtung (78, 80) zugeführt wird und nacheinander jedes einer Vielzahl logischer Signale aktiviert, daß eine gleiche Vielzahl linearer Schalter (82) auf die jeweiligen logischen Signale anspricht, daß eine Einrichtung (83) die Verstärkung des Verstärkers (74) abhängig von den linearen Schaltern auswählt, derart, daß die am Ablenkplattenpaar (42) anliegende Spannung eine periodische, aus aufeinanderfolgenden linearen Segmenten mit unterschiedlicher Neigung bestehende Kurvenform aufweist.

4. Ionenimplantationssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Ionenquelle (8) zum Erzeugen eines Ionenstrahls, einer kinematischen Analysiereinrichtung (20) zum Auflösen der im Strahl vorhandenen Ionenart, einer Ionenoptikeinrichtung (28, 30, 32, 34) zur Schaffung und Fokussierung des Strahls und einer Ionenstrahl- Abtasteinrichtung (40, 42, 43), dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (40, 42, 43) zwei Ablenkeinrichtungen (40, 71; 42, 70) zur Erzeugung eines zweidimensionalen Musters mindestens ein Ablenksystem (42, 70) nach Anspruch 3 ist, und daß eine Einrichtung (90) zum Versetzen und Wiederholen der Ablenkung des zweidimensionalen Musters vorgesehen ist.

5. Ionenimplantationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ablenkeinrichtung (40, 71; 42, 70) eine zeitabhängige Ablenkkomponente erzeugt, die ausreicht, um die Ablenkbahn des Strahls um ein im Vergleich zur Versetzung kleines Ausmaß zu stören.

6. Ionenimplantationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkkomponente Rauschen ist.