УПРАВЛЯЮЩИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
CONTROL MODULE FOR ION IMPLANTATION DEVICE

Изобретение относится к управляющему модулю для устройства для ионной имплантации.
Изобретение относится к устройствам для ионной имплантации, работающим в плазменно-иммерсионном режиме. Имплантация ионов в подложку включает погружение подложки в плазму и подачу на нее отрицательного напряжения от нескольких десятков вольт (эВ) до нескольких десятков киловольт (кэВ) (обычно меньше 100 кВ) с целью создания электрического поля, обеспечивающего ускорение ионов плазмы в направлении подложки с обеспечением имплантации ионов в подложку. Атомы, имплантированные таким образом, называются «легирующими атомами».
Глубина проникновения ионов определена их энергией ускорения. Прежде всего, она зависит от напряжения, приложенного к подложке, а также от соответствующих свойств ионов и подложки. Концентрация внедренных атомов зависит от дозы, выражающейся в виде количества ионов на квадратный сантиметр, и от глубины имплантации.
Одним из существенных параметров при осуществлении имплантации является доза имплантируемых легирущих атомов. Эта доза должна быть точно известна. Она, как правило, оценивается с помощью тока питания, подаваемого генератором напряжения смещения.
Далее рассмотрена ситуация, в которой напряжение смещения на подложке пульсирует.
В публикации WO 01/15200 со ссылкой на фиг. 1 предложено приложение напряжения смещения к подложке посредством источника питания, содержащего:
- генератор GEN с заземленным положительным полюсом;
- первый переключатель IT1, первый полюс которого соединен с отрицательным полюсом генератора GEN и второй полюс которого соединен с выходным разъемом О источника питания; и
- второй переключатель IT2, первый полюс которого соединен с выходным разъемом О и второй полюс которого заземлен.
Когда открыт первый переключатель IT1 и закрыт второй переключатель IT2, ток смещения вырабатывается в зависимости от эквивалентной емкости устройства для имплантации.
Эта эквивалентная емкость является суммой всех паразитных емкостей устройства:
- паразитная емкость проводов;
- емкость между частями, к которым приложено напряжение смещения, заземленными частями, в частности емкость между пластиной держателя подложки и имплантационной камерой;
- емкость разделительных трансформаторов; и
- емкость плазменной оболочки.
Установлено, что ток смещения представляет собой ток, непригодный для имплантации, однако извлекаемый из тока питания.
При вычислении имплантируемой дозы целесообразно учитывать этот ток смещения для того, чтобы вычесть его из тока питания.
Таким образом, в патенте US 6433553 предложено обеспечение измерения емкости Cm параллельно несущей подложке.
Предпочтительно, эта измеренная емкость Cm равна эквивалентной емкости устройства для имплантации, однако эту эквивалентную емкость практически невозможно определить.
Кроме того, ток смещения Id является производной от заряда Q по времени:
Id=dQ/dt.
Заряд Q является произведением напряжения V и измеренной емкости:
Q=Cm⋅V.
Таким образом:
Id=Cm(dV/dt)+V(dCm/dt).
В упомянутом документе учитывают только первый член приведенного выше уравнения. Предполагается, что эквивалентная емкость постоянна, что не соответствует действительности, в частности, по причине изменений в плазменной оболочке.
Таким образом, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является более точное определение тока смещения.
Согласно изобретению предложен управляющий модуль для устройства для ионной имплантации, содержащий источник питания, включающий:
- электрогенератор с заземленным положительным полюсом;
- первый переключатель, первый полюс которого соединен с отрицательным полюсом генератора и второй полюс которого соединен с выходным разъемом источника питания; и
- второй переключатель, первый полюс которого соединен с выходным разъемом, а второй полюс которого соединен с нейтрализующим разъемом;
Дополнительно, управляющий модуль содержит токоизмерительную цепь для измерения тока, протекающего между вторым полюсом второго переключателя и нейтрализующим разъемом.
Ток смещения протекает между пластиной держателя подложки и нейтрализующим разъемом.
В первом примере нейтрализующий разъем заземлен.
Во втором примере нейтрализующий разъем соединен с положительным полюсом источника напряжения, отрицательный полюс которого заземлен.
В первом варианте выполнения токоизмерительная цепь представляет собой катушку, окружающую провод, соединяющий второй полюс второго переключателя с нейтрализующим разъемом.
Во втором варианте выполнения токоизмерительная цепь содержит измерительный резистор, соединенный между вторым полюсом второго переключателя и нейтрализующим полюсом, интегрирующий конденсатор, расположенный параллельно измерительному резистору, и цепь для измерения напряжения, расположенную тоже параллельно измерительному резистору.
Предпочтительно, управляющий модуль дополнительно содержит регулирующий конденсатор, расположенный между отрицательным полюсом генератора и землей.
Таким образом, управляющий модуль содержит модуль для вычисления тока для имплантации, подаваемого от генератора, и дополнительно содержит управляющую цепь для вычисления тока для имплантации путем взятия разности тока питания и тока смещения.
Кроме того, поскольку ток для имплантации является разностью тока питания и тока смещения, ток для имплантации представляет собой не только ток имплантированных ионов.
Возникновение положительных зарядов не исключительно обусловлено положительными ионами, достигающими подложки, но также появлением вторичных электронов, выбрасываемых с поверхности подложки.
В ионно-лучевых устройствах для имплантации вторичные электроны имеют небольшую энергию, поэтому они могут быть притянуты к подложке посредством окружающей ее клетки Фарадея, выполненной с возможностью оптического закрытия отрицательным потенциальным барьером.
В устройстве для имплантации, работающем в плазменно-иммерсионном режиме, вторичные электроны ускоряются с энергией, по существу равной энергии положительных ионов плазмы, что значительно усложняет возвращение ионов к подложке.
Таким образом, другой задачей настоящего изобретения является учет вклада вторичных электронов в ток для имплантации.
Согласно изобретению, управляющий модуль содержит модуль для вычисления тока питания, подаваемого от генератора, и получения тока, создаваемого радиопомехой, подаваемого от детектора вторичных электронов, а также дополнительно содержит управляющую цепь для вычисления ионного тока путем вычитания тока смещения и тока, создаваемого радиопомехой, из тока питания.
Кроме того, когда управляющая цепь получает от спектрометра долю предварительно определенных сортов ионов, она выделяет эту долю в ионный ток для вычисления имплантированной дозы.
Согласно изобретению также предложено устройство для ионной имплантации, снабженное управляющим модулем и содержащее пластину держателя подложки, причем выходной разъем источника питания соединен с пластиной держателя подложки.
Далее настоящее изобретение описано и проиллюстрировано более подробно в контексте его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан высоковольтный источник питания согласно известному аналогу;
на фиг. 2 показано устройство для ионной имплантации, снабженное управляющим модулем;
на фиг. 3 показан высоковольтный источник электропитания согласно предложенному изобретению;
на фиг. 4 изображен вариант выполнения токоизмерительной цепи.
Элементы устройства, изображенные более чем на одном чертеже, обозначены одинаковыми номерами позиций.
Согласно фиг. 2 устройство для ионной имплантации содержит множество составных частей, размещенных внутри и снаружи вакуумной камеры ENV. В микроэлектронике рекомендовано использование камеры, выполненной из алюминиевого сплава с целью ограничения загрязнения металлами, такими как железо, хром, никель или кобальт. Кроме того, возможно использование покрытия из кремния или карбида кремния.
Пластина PPS держателя подложки имеет форму горизонтально размещенного диска, выполненного с возможностью вращения относительно своей вертикальной оси АХТ, а также с возможностью размещения на нем подложки SUB для осуществления ее ионной имплантации.
Верхняя часть камеры ENV содержит цилиндрический корпус CS источника, расположенный на вертикальной оси АХР. Указанный корпус выполнен из кварца. Снаружи он окружен, во-первых, удерживающими катушками Boci и BOCj, а во-вторых, внешней радиочастотной антенной ANT. Входное отверстие ING для плазмообразующего газа расположено соосно вертикальной оси АХР корпуса CS источника. Вертикальная ось АХР пересекает поверхность пластины PPS держателя подложки, на которой размещена подложка SUB для ионной имплантации.
Возможно использование импульсного источника плазмы любого типа: индуктивно-связанной плазмы (ICP), геликонового, микроволнового, дугового. Эти источники должны работать при достаточно низких уровнях давлений, чтобы электрическое поле, создаваемое между пластиной PPS под высоким напряжением и камерой ENV, имеющей потенциал земли, не вызвало разряд плазмы, приводящий к нарушению работы источника в импульсном режиме.
Устройство для имплантации также содержит детектор DES вторичных электронов, расположенный обращенным к подложке SUB. Оно также содержит размещенный в камере ENV спектрометр SPC, например масс-спектрометр или оптический спектрометр. Спектрометр определяет долю имплантированных в плазму сортов.
Управляющий модуль MP устройства для имплантации по существу содержит четыре части:
- высоковольтный источник PS электропитания;
- измерительную цепь AMP для вычисления тока смещения;
- элемент CUR для вычисления тока источника питания; и
- управляющую цепь СС.
Согласно фиг. 3 источник PS питания содержит:
- высоковольтный генератор НТ с заземленным положительным полюсом;
- первый переключатель SW1, первый полюс которого соединен с отрицательным полюсом генератора НТ, а второй полюс которого соединен с выходным разъемом S источника питания;
- второй переключатель SW2, первый полюс которого соединен с выходным разъемом S, а второй полюс которого соединен с нейтрализующим разъемом N напрямую либо через разрядный резистор Rd, как правило, имеющий сопротивление 1 кОм (кΩ); и
- предпочтительно, регулирующий конденсатор Cr, соединенный параллельно с генератором НТ.
Выходной разъем S подключен к пластине PPS держателя подложки устройства для имплантации.
Элемент CUR для вычисления тока питания, равноценный амперметру, обеспечивает измерение тока питания, подаваемого от генератора НТ к пластине PPS держателя подложки.
Нейтрализующий разъем может быть заземлен. Он также может быть подключен к положительному полюсу источника напряжения, отрицательный полюс которого заземлен. Это положительное напряжение выбирают с обеспечением по существу его равенства потенциалу плазмы, находящемуся, как правило, в диапазоне от +10 вольт (В) до +20 В.
Токоизмерительная цепь AMP измеряет ток смещения, протекающий между вторым полюсом второго переключателя SW2 и нейтрализующим разъемом N.
В первом варианте выполнения эта токоизмерительная цепь представляет собой катушку, окружающую провод, по которому протекает ток смещения. Это обеспечивает измерение мгновенного тока, случается, что этот ток меняется чрезвычайно быстро. Во избежание использования электронных устройств для быстрых измерений, предпочтительно, следует измерить среднее значение этого тока.
Таким образом, согласно фиг. 4 во втором варианте выполнения токоизмерительная цепь AMP представляет собой усредняющую цепь. Она содержит измерительный резистор Rm, соединенный между вторым полюсом второго переключателя SW2 и нейтрализующим разъемом, интегрирующий конденсатор Ci, соединенный параллельно измерительному резистору Rm, и цепь U для измерения напряжения, соединенную также параллельно измерительному резистору Rm. Измеренное напряжение представляет собой среднее значение тока смещения.
Измерительный резистор Rm должен иметь такое сопротивление, чтобы обеспечить легкое измерение напряжения на выводах с достаточной точностью. Примерное сопротивление составляет около 10 Ом.
Обратимся к фиг. 2, на которой управляющий модуль MP содержит управляющую цепь СС, принимающую ток питания, подаваемый с элемента CUR для вычисления тока, а также принимающую ток смещения, подаваемый с токоизмерительной цепи AMP. Она вычисляет разность между этими двумя токами для расчета тока для имплантации, который является значительно улучшенным представлением имплантированной дозы, в сравнении с током питания.
Уточнение измерения дозы обеспечено следующим образом.
Управляющая цепь также получает ток, создаваемый радиопомехой, подаваемый от детектора DES вторичных электронов, и затем вычисляет ионный ток путем вычитания тока смещения и тока, создаваемого радиопомехой, из тока питания.
Дополнительное значительное улучшение измерения дозы обеспечено благодаря спектрометру SPC. Из него управляющая цепь получает доли плазмы, включающей имплантированные сорта, и умножает эту долю на ионный ток для вычисления дозы.
Изложенный вариант реализации изобретения выбран по причине его конкретной природы. Однако исчерпывающее перечисление всех возможных вариантов реализации изобретения не представляется возможным. В частности, любая стадия или любые средства, раскрытые в описании, возможно заменить эквивалентными средствами без выхода за рамки настоящего изобретения.