JP2003303570A - Ion beam irradiation device - Google Patents

Ion beam irradiation device

Info

Publication number
JP2003303570A
JP2003303570A JP2002108740A JP2002108740A JP2003303570A JP 2003303570 A JP2003303570 A JP 2003303570A JP 2002108740 A JP2002108740 A JP 2002108740A JP 2002108740 A JP2002108740 A JP 2002108740A JP 2003303570 A JP2003303570 A JP 2003303570A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion beam
cathode
thermoelectron
thermoelectrons
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002108740A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuaki Nishigami
靖明 西上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP2002108740A priority Critical patent/JP2003303570A/en
Publication of JP2003303570A publication Critical patent/JP2003303570A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for generating a large amount of electrons of low energy, reducing the charge-up of a base in accompany with the irradiation of ion beam, and free from the vacuum down of a beam line and the like. <P>SOLUTION: This ion beam irradiation device comprises a thermoelectronic emission source 20 for emitting the thermoelectrons 33 in the direction excluding a passage of the ion beam 2, and a thermoelectron transporting unit 50 for transporting the thermoelectrons 33 in a state of being bent by magnetic field to be guided toward the passage of the ion beam 2. The thermoelectron emission source 20 comprises a sheet cathode 32 of potential within a range of 0 V--6 V to a holder 6 holding the base 4, a filament for heating the cathode, and a lead-out electrode 36 for leading out the thermoelectrons 33 emitted from the cathode 32. The thermoelectron transporting unit 50 comprises a guide cylinder 52 which is bent and widened into the horn-shape toward an outlet 54 at the other side, and a coil 56 wound on an outer part of the guide cylinder 52 in particular with the circular arc-shape at a horn-shaped part 52b. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、基板にイオンビ
ームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム
照射装置に関し、より具体的には、イオンビーム照射の
際の基板表面のチャージアップを抑制する手段の改良に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus for irradiating a substrate with an ion beam to perform processing such as ion implantation, and more specifically, to charge up a substrate surface during ion beam irradiation. The present invention relates to the improvement of the suppression means.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン注入装置等において、イオンビー
ムを被照射物である基板に照射すると、イオンビームを
構成するイオンの正電荷が基板表面に蓄積されて、チャ
ージアップ(帯電)が生じる。これを放置すると、例え
ば、基板表面に形成される半導体デバイスの絶縁破壊等
が惹き起こされる。
2. Description of the Related Art In an ion implanter or the like, when an ion beam is applied to a substrate which is an object to be irradiated, positive charges of ions forming the ion beam are accumulated on the surface of the substrate to cause charge-up. If this is left as it is, for example, dielectric breakdown of a semiconductor device formed on the surface of the substrate is caused.

【0003】そのために、従来から、電子を利用してチ
ャージアップを抑制(緩和)する技術が提案されている
(例えば特開平3−93141号公報参照)。これに
は、大別して、(a)2次電子を利用するものと、
(b)プラズマを生成してプラズマ中の電子を利用する
ものとがある。
Therefore, conventionally, a technique has been proposed for suppressing (releasing) charge-up by utilizing electrons (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-93141). This is roughly classified into (a) using secondary electrons,
(B) There is a method of generating plasma and utilizing electrons in the plasma.

【0004】(a)の2次電子を利用する技術は、フィ
ラメントから放出させた熱電子(1次電子)を電界によ
って加速して対向壁に衝突させ、その際に対向壁から放
出される低エネルギーの2次電子を基板に導き、この2
次電子によってイオンの正電荷を中和することによっ
て、前記チャージアップを抑制するものである。
In the technique (a) of utilizing secondary electrons, the thermoelectrons (primary electrons) emitted from the filament are accelerated by an electric field to collide with the opposing wall, and at this time, the low electron emitted from the opposing wall. The secondary electrons of energy are guided to the substrate,
The above-mentioned charge-up is suppressed by neutralizing the positive charge of the ions by the secondary electrons.

【0005】(b)のプラズマを利用する技術は、基板
の近傍に小さなプラズマ源を設置し、このプラズマ源で
生成したプラズマ中の低エネルギーの電子をイオンビー
ムと共に基板に導き、この電子によってイオンの正電荷
を中和することによって、前記チャージアップを抑制す
るものである。
In the technique of utilizing plasma of (b), a small plasma source is installed in the vicinity of the substrate, low-energy electrons in the plasma generated by this plasma source are guided to the substrate together with the ion beam, and the electrons are used to generate ions. The charge-up is suppressed by neutralizing the positive charge of.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記(a)の2次電子
を利用する技術の場合は、低エネルギーの2次電子と共
に高エネルギーの1次電子(フィラメントから放出され
電界によって加速された熱電子)が基板に飛び込むこと
によって、基板に逆に負のチャージアップを生じさせ
る。このとき、基板表面の帯電電圧は、基板に飛び込む
電子のエネルギーに相当する電圧まで上昇するので高い
電圧となる。この1次電子と2次電子とを選り分けるの
は非常に困難である。
In the case of the technique of utilizing secondary electrons of (a) above, primary electrons of high energy as well as secondary electrons of low energy (thermoelectrons emitted from a filament and accelerated by an electric field) are used. ) Jumps into the substrate, causing the substrate to negatively charge up. At this time, the charging voltage on the surface of the substrate rises to a voltage corresponding to the energy of electrons jumping into the substrate, and thus becomes a high voltage. It is very difficult to select the primary electron and the secondary electron.

【0007】上記(b)のプラズマを利用する技術の場
合は、プラズマ生成にガスが必要であり、このガスがプ
ラズマ源から流出して、イオンビームの経路(ビームラ
イン)や基板処理室の真空度を悪化させる。この真空度
が悪化すると、例えば、(イ)ガス分子との衝突によっ
てイオンビームの断面形状が変化して基板への注入均一
性が悪化したり、(ロ)ガス分子との衝突によって、電
流として計測できない中性粒子が増えてそれが基板に入
射・注入されることになり、注入量誤差が発生する。
In the case of the above-mentioned technique utilizing plasma (b), a gas is required for plasma generation, and this gas flows out from the plasma source to generate an ion beam path (beam line) or a vacuum in the substrate processing chamber. Worsen. When the degree of vacuum deteriorates, for example, (a) the cross-sectional shape of the ion beam is changed due to collision with gas molecules and the uniformity of implantation on the substrate is deteriorated, or (b) due to collision with gas molecules, a current is generated. The number of neutral particles that cannot be measured increases, and they enter the substrate and are injected, resulting in an error in the injection amount.

【0008】また、近年は、基板のチャージアップをよ
り小さく抑制して、基板表面の帯電電圧をより低くした
いという要望が強くなっている。例えば、半導体基板へ
のイオンビーム照射によるイオン注入によって半導体デ
バイスを製造する場合、近年は半導体デバイスの微細化
が進んでいるので、半導体デバイスの絶縁破壊防止のた
めに、イオン注入の際の帯電電圧をより低く(例えば±
6V程度以下に)抑えたいという要望がある。上記
(b)の技術は、プラズマ中の低エネルギーの電子を利
用するものであり、上記(a)の技術に比べれば、基板
のチャージアップを小さく抑制することはできるけれど
も、それでも上記のような近年の要望に応えることは困
難な状況になっている。
Further, in recent years, there has been a strong demand for further suppressing the charge-up of the substrate to lower the charging voltage on the surface of the substrate. For example, when manufacturing a semiconductor device by ion implantation by irradiating a semiconductor substrate with an ion beam, miniaturization of the semiconductor device has been advanced in recent years. Lower (eg ±
There is a demand to suppress it to about 6V or less). The technique (b) uses low-energy electrons in plasma, and the charge-up of the substrate can be suppressed to a small level as compared with the technique (a), but the technique as described above is still used. It is difficult to meet the recent demands.

【0009】そこでこの発明は、低エネルギーの電子を
大量に発生させてそれを中和に利用して、イオンビーム
照射に伴う基板のチャージアップを小さく抑えることが
でき、しかもビームラインや基板処理室の真空度悪化を
惹き起こすことのないイオンビーム照射装置を提供する
ことを主たる目的とする。
Therefore, according to the present invention, a large amount of low-energy electrons are generated and utilized for neutralization, so that the charge-up of the substrate due to ion beam irradiation can be suppressed to a small level, and the beam line and the substrate processing chamber can be suppressed. The main object of the present invention is to provide an ion beam irradiation apparatus that does not cause deterioration of the degree of vacuum.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオンビ
ーム照射装置は、基板を保持するホルダよりも上流側で
あってイオンビームの経路の側方に配置されていて、熱
電子をイオンビームの経路以外の方向に向けて放出する
熱電子放出源と、この熱電子放出源から放出された熱電
子を磁界によって曲げて輸送して当該熱電子をイオンビ
ームの経路に向けて導出する熱電子輸送器とを備えてお
り、しかも前記熱電子放出源は、他から加熱されて熱電
子を放出する面状のものであって前記ホルダに対して0
V〜−6Vの範囲内の電位に保たれる陰極と、この陰極
をその背後から加熱して前記熱電子を放出させるフィラ
メントと、前記陰極の前方に設けられていて当該陰極か
ら放出された熱電子を引き出すものであって陰極に対し
て0V〜10Vの範囲内の電位に保たれる引出し電極と
を有しており、かつ前記熱電子輸送器は、前記熱電子放
出源の引出し電極と同電位のものであって一端が当該引
出し電極の前方に位置し他端が前記イオンビームの経路
の近傍に位置するように屈曲すると共に当該他端側が出
口に向かってホーン状に広がったホーン状部を形成して
いるガイド筒と、このガイド筒の外部に巻かれていて前
記磁界を発生させるものであって前記ホーン状部では出
口に向かって広がる円弧状に巻かれているコイルとを有
している、ことを特徴としている(請求項1)。
An ion beam irradiation apparatus according to the present invention is arranged upstream of a holder for holding a substrate and on a side of a path of an ion beam, so that thermoelectrons can be applied to the ion beam. A thermoelectron emission source that emits in a direction other than the path, and a thermoelectron transport that bends the thermoelectrons emitted from the thermoelectron emission source by a magnetic field and transports the thermoelectrons to guide them toward the ion beam path. And the thermoelectron emission source is a surface-like one that emits thermoelectrons when heated from the other, and is 0 ° with respect to the holder.
A cathode kept at a potential within the range of V to -6V, a filament for heating the cathode from behind to emit the thermoelectrons, and a heat provided from the cathode in front of the cathode. The thermionic transporter has the same function as the extraction electrode of the thermionic emission source, and has an extraction electrode for extracting electrons, which is kept at a potential within a range of 0 V to 10 V with respect to the cathode. A horn-shaped part that is of a potential and is bent so that one end is located in front of the extraction electrode and the other end is located in the vicinity of the path of the ion beam, and the other end side expands like a horn toward the exit. And a coil that is wound outside the guide cylinder to generate the magnetic field and that is wound in an arc shape that widens toward the outlet in the horn-shaped portion. That It is a symptom (claim 1).

【0011】上記構成によれば、熱電子放出源から放出
された熱電子は、熱電子輸送器による磁界によって曲げ
て輸送されてイオンビームの経路に向けて導出され、イ
オンビームの近傍に供給される。このようにして供給さ
れた熱電子は、ビームプラズマを形成するイオンビーム
に取り込まれて、基板が正帯電しているとその電位に引
かれてイオンビームと共に基板側に移動して基板表面の
正電荷を中和する。基板表面の正電荷が中和されれば、
基板への熱電子の引き込みは自動的に止まる。このよう
にして、イオンビーム照射に伴う基板のチャージアップ
を抑制(緩和)することができる。
According to the above structure, the thermoelectrons emitted from the thermoelectron emission source are bent and transported by the magnetic field by the thermoelectron transporter, are guided toward the path of the ion beam, and are supplied to the vicinity of the ion beam. It The thermoelectrons thus supplied are taken into the ion beam forming the beam plasma, and if the substrate is positively charged, it is attracted to the potential thereof and moves to the substrate side together with the ion beam to move to the positive surface of the substrate. Neutralize the charge. If the positive charge on the substrate surface is neutralized,
The drawing of thermoelectrons into the substrate automatically stops. In this way, charge-up of the substrate due to ion beam irradiation can be suppressed (relaxed).

【0012】その場合、熱電子放出源は、前記のような
面状の陰極、それを加熱するフィラメントおよび引出し
電極を有しているので、陰極から熱電子を大量に放出さ
せてそれを中和に利用することができる。
In this case, since the thermionic emission source has the above-described planar cathode, the filament for heating it and the extraction electrode, a large amount of thermions are emitted from the cathode to neutralize it. Can be used for.

【0013】しかも、陰極はホルダに対して0V〜−6
Vの範囲内の電位に保たれるので、この陰極から放出さ
れる熱電子のエネルギーは、ホルダに対しては0eV〜
6eVの範囲内に分布している。陰極と引出し電極との
間には、両者の前記電位の関係によって、0V〜10V
の範囲内の電位差があり、陰極から熱電子はこの電位差
に相当するエネルギーで効率良く引き出されるけれど
も、熱電子輸送器のガイド筒は引出し電極と同電位であ
るので、ガイド筒から放出された熱電子はホルダに向か
う間に陰極の電位に相当するエネルギーだけ減速され
る。その結果、基板に到達する熱電子のエネルギーは、
引出し電極の電位に依らずに、陰極の電位によって決ま
り、それは0eV〜6eVの範囲内にある。この発明に
よれば、このような低エネルギーの熱電子を大量に放出
させてそれを中和に利用することができる。
Moreover, the cathode is 0 V to −6 relative to the holder.
Since the potential is kept at a potential within the range of V, the energy of thermoelectrons emitted from this cathode is 0 eV to the holder.
It is distributed within the range of 6 eV. Between the cathode and the extraction electrode, 0 V to 10 V depending on the relationship between the potentials of the two.
Although there is a potential difference within the range of, and thermoelectrons are efficiently extracted from the cathode by the energy corresponding to this potential difference, the guide tube of the thermoelectron transporter has the same potential as the extraction electrode, so the heat emitted from the guide tube is The electrons are decelerated by energy corresponding to the potential of the cathode while moving toward the holder. As a result, the energy of the thermoelectrons reaching the substrate is
It depends on the potential of the cathode, not on the potential of the extraction electrode, which is in the range of 0 eV to 6 eV. According to the present invention, a large amount of such low energy thermoelectrons can be emitted and used for neutralization.

【0014】その結果、イオンビームによる正電荷を十
分に中和することができるだけでなく、上記熱電子が基
板に過剰に到達しても、そのエネルギーは0eV〜6e
Vの範囲内の低エネルギーであるので、基板の負の帯電
電圧を6V以下に抑えることができる。即ち、イオンビ
ーム照射に伴う基板のチャージアップを非常に小さく抑
えることができる。
As a result, not only the positive charge due to the ion beam can be sufficiently neutralized, but even if the above-mentioned thermoelectrons reach the substrate in excess, the energy thereof is 0 eV to 6 e.
Since the energy is low within the range of V, the negative charging voltage of the substrate can be suppressed to 6V or less. That is, the charge up of the substrate due to the ion beam irradiation can be suppressed to a very small level.

【0015】しかもこの装置では、熱電子を利用してい
て、プラズマ生成用ガスを使用しないので、ビームライ
ンや基板処理室の真空度悪化を惹き起こすことがない。
従って、真空度悪化に伴う注入均一性の悪化や注入量誤
差の発生を防止することができる。
Moreover, in this apparatus, the thermoelectrons are used and the gas for plasma generation is not used, so that the degree of vacuum in the beam line and the substrate processing chamber is not deteriorated.
Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the injection uniformity and the occurrence of the injection amount error due to the deterioration of the degree of vacuum.

【0016】また、前記熱電子輸送器では、ガイド筒の
他端側が出口に向かって広がるホーン状部を形成すると
共に、当該ホーン状部にコイルが出口に向かって広がる
円弧状に巻かれているので、熱電子輸送器の出口付近で
は扇状に広がる磁界が形成される。熱電子はこの磁界に
巻き付きながら当該磁界に沿って導出されるので、熱電
子を広範囲に分布させて導出することができる。従っ
て、大面積のイオンビームや走査されたイオンビームに
もうまく対応することができる。
In the thermoelectron transporter, the other end of the guide tube forms a horn-shaped portion that widens toward the outlet, and a coil is wound around the horn-shaped portion in an arc shape that widens toward the outlet. Therefore, a magnetic field spreading like a fan is formed near the exit of the thermionic transporter. Since the thermoelectrons are led out along the magnetic field while being wound around the magnetic field, the thermoelectrons can be led out by being distributed over a wide range. Therefore, it is possible to cope well with a large-area ion beam or a scanned ion beam.

【0017】更に、この発明では、熱電子放出源から熱
電子を一旦イオンビームの経路以外の方向に向けて放出
させ、その後この熱電子を熱電子輸送器による磁界によ
ってイオンビームの経路に向けて曲げ戻す構成を採用し
ているので、陰極の面がイオンビームに向くことを避け
ることができる。その結果、陰極の加熱に伴って陰極か
ら発生する蒸発粒子(金属粒子)がイオンビームに入り
にくくなるので、当該蒸発粒子による基板の汚染(金属
コンタミネーション)を防止することができる。
Further, according to the present invention, thermionic electrons are once emitted from the thermionic emission source in a direction other than the ion beam path, and then the thermionic electrons are directed to the ion beam path by the magnetic field generated by the thermionic transporter. Since the structure for bending back is adopted, it is possible to prevent the surface of the cathode from facing the ion beam. As a result, vaporized particles (metal particles) generated from the cathode due to heating of the cathode are less likely to enter the ion beam, so that contamination of the substrate (metal contamination) due to the vaporized particles can be prevented.

【0018】イオンビームが所定の走査範囲で往復走査
される場合は、前記熱電子輸送器のコイルに正逆両方向
の電流を切り換えて流すことのできるコイル電源と、こ
のコイル電源から流す電流を、イオンビームが前記走査
範囲の一方の片側半分にあるときには一方向に流し、他
方の片側半分にあるときには逆方向に流すように切り換
える制御を行う制御装置とを更に設けておくのが好まし
い(請求項2)。
When the ion beam is reciprocally scanned within a predetermined scanning range, a coil power supply capable of switching a current in both forward and reverse directions to the coil of the thermoelectron transporter and a current supplied from the coil power supply are It is preferable to further provide a control device for controlling the ion beam to flow in one direction when it is in one half of the scanning range and to flow in the opposite direction when it is in the other half of the scanning range. 2).

【0019】そのようにすれば、往復走査されるイオン
ビームに対して、熱電子輸送器から、イオンビームが存
在する側に多く熱電子を供給することができるので、即
ちイオンビームの走査に追従して当該イオンビームに熱
電子を効率良く供給することができるので、イオンビー
ムの走査範囲の全域において万遍無く基板のチャージア
ップを小さく抑制することができる。
By doing so, a large number of thermoelectrons can be supplied from the thermionic transporter to the side on which the ion beam exists for the reciprocally scanned ion beam, that is, following the ion beam scanning. Since the thermoelectrons can be efficiently supplied to the ion beam, it is possible to suppress the charge-up of the substrate to be small all over the entire scanning range of the ion beam.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は、この発明に係るイオンビ
ーム照射装置の一例を示す断面図である。図2は、図1
の装置を構成する電気回路の一例を示す図である。
1 is a sectional view showing an example of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention. 2 is shown in FIG.
It is a figure which shows an example of the electric circuit which comprises the apparatus of FIG.

【0021】このイオンビーム照射装置は、ホルダ6に
保持された被照射物である基板(例えば半導体基板)4
にイオンビーム2を照射して、当該基板4にイオン注入
等の処理を施すものである。なお、イオンビーム2の経
路、基板4、ホルダ6、後述する熱電子放出源20の内
部および熱電子輸送器50の内部等は、真空雰囲気にさ
れる。
In this ion beam irradiation apparatus, a substrate (for example, a semiconductor substrate) 4 which is an irradiation target held by a holder 6 is used.
The substrate 4 is irradiated with the ion beam 2, and the substrate 4 is subjected to a process such as ion implantation. The path of the ion beam 2, the substrate 4, the holder 6, the inside of the thermoelectron emission source 20 described later, the inside of the thermoelectron transporter 50, and the like are in a vacuum atmosphere.

【0022】基板4の全面に均一にイオンビーム2を照
射するために、イオンビーム2の照射時に、イオンビー
ム2および基板4を保持したホルダ6の少なくとも一方
を走査する場合がある。この例では、走査器10によっ
てイオンビーム2をX方向(例えば水平方向)に所定の
走査範囲W(図3参照)で往復走査するようにしてい
る。かつ、図示しない走査機構によって、ホルダ6を前
記X方向と実質的に直交するY方向(例えば垂直方向)
に機械的に往復走査するようにしている。ホルダ6の電
位は、この例では大地電位にしている。
In order to uniformly irradiate the entire surface of the substrate 4 with the ion beam 2, at least one of the ion beam 2 and the holder 6 holding the substrate 4 may be scanned during the irradiation of the ion beam 2. In this example, the scanner 10 reciprocally scans the ion beam 2 in the X direction (for example, the horizontal direction) within a predetermined scanning range W (see FIG. 3). In addition, the holder 6 is moved in a Y direction (for example, a vertical direction) substantially orthogonal to the X direction by a scanning mechanism (not shown).
It is mechanically reciprocally scanned. The potential of the holder 6 is ground potential in this example.

【0023】走査器10は、この例では、鉄心12およ
びそれに巻かれたコイル14を有していて、反転する磁
界Bによってイオンビーム2を前記X方向に往復走査す
るものである。走査器10(より具体的にはそのコイル
14)には、走査電源16から、例えば図3(C)に示
すような三角波状の走査電流IS が供給される。但し、
反転する電界によってイオンビーム2を前記X方向に往
復走査する走査器を用いても良い。
In this example, the scanner 10 has an iron core 12 and a coil 14 wound around the iron core 12, and reciprocally scans the ion beam 2 in the X direction by a reversing magnetic field B. The scanner 10 (more specifically, its coil 14) is supplied from the scanning power supply 16 with a triangular-wave scanning current I S as shown in FIG. 3C, for example. However,
A scanner that reciprocally scans the ion beam 2 in the X direction by an inverting electric field may be used.

【0024】ホルダ6の上流側近傍であってイオンビー
ム2の経路の側方に、熱電子33をイオンビーム2の経
路以外の方向に向けて、より具体的にはこの例ではイオ
ンビーム2の経路とは反対の方向に向けて放出する熱電
子放出源20が設けられている。この熱電子放出源20
には、それから放出された熱電子33を磁界によって曲
げて輸送して、当該熱電子33をイオンビーム2の経路
に向けて導出する熱電子輸送器50の一端が接続されて
いる。熱電子放出源20は、この例では、イオンビーム
2が中を通過する筒状の保持台22に取り付けて保持さ
れている。この保持台22の電位は、この例では大地電
位にしている。
To the side of the path of the ion beam 2 near the upstream side of the holder 6, the thermoelectrons 33 are directed in a direction other than the path of the ion beam 2, more specifically, in this example, A thermoelectron emission source 20 that emits in a direction opposite to the path is provided. This thermionic emission source 20
Is connected to one end of a thermoelectron transporter 50 that bends and transports the thermoelectrons 33 emitted therefrom by a magnetic field and guides the thermoelectrons 33 toward the path of the ion beam 2. In this example, the thermoelectron emission source 20 is attached to and held by a cylindrical holder 22 through which the ion beam 2 passes. The potential of the holding table 22 is set to the ground potential in this example.

【0025】熱電子放出源20は、この例では、一面
(上面)が開口した直方体状の容器24と、その中に絶
縁物26を介して設けられた半円筒状のリフレクタ28
と、その上方に設けられた例えばU字状のフィラメント
30と、その上方に、即ち容器24の開口部に絶縁物2
6を介して設けられた面状の陰極32と、その上方に絶
縁物34を介して設けられた多孔状の引出し電極36と
を備えている。
The thermoelectron emission source 20 is, in this example, a rectangular parallelepiped container 24 having an opening on one surface (upper surface) and a semi-cylindrical reflector 28 provided via an insulator 26 therein.
And a U-shaped filament 30 provided above it, and an insulator 2 above it, that is, at the opening of the container 24.
6 is provided with a planar cathode 32, and a porous extraction electrode 36 provided above the cathode 32 with an insulator 34 interposed therebetween.

【0026】陰極32は、例えば薄板状のものである。
この陰極32の材料には、仕事関数が3.5〜4.5V
程度、リチャードソン(Richardson)定数Aが60〜7
0A/cm2 2 程度のものを用いるのが好ましい。そ
のような材料として、例えば、SiCやTa がある。
The cathode 32 is, for example, a thin plate.
The work function of the material of the cathode 32 is 3.5 to 4.5 V.
Degree, Richardson constant A is 60 to 7
It is preferable to use a material having a viscosity of about 0 A / cm 2 K 2 . Examples of such a material include SiC and Ta.

【0027】引出し電極36は、多数の孔37(但し、
図2では一つにまとめて示している)を有する多孔平板
でも良いし、メッシュ状の平板等でも良い。
The extraction electrode 36 has a large number of holes 37 (however,
2 may be a perforated flat plate having one), a mesh-shaped flat plate, or the like.

【0028】図2も参照して、フィラメント30は、直
流のフィラメント電源40によって加熱されて熱電子3
1を放出する。この例では、フィラメント電源40の負
極端とフィラメント30の一端との間に抵抗器38を接
続し、このフィラメント電源40の負極端にリフレクタ
28を接続している。この抵抗器38にはフィラメント
30への通電によって電圧降下ΔVが発生する。従っ
て、リフレクタ28は常にフィラメント30に対して負
電位となり、フィラメント30からの熱電子31を陰極
32側へ反射する。これによって、フィラメント30か
ら放出された熱電子31を、陰極32の加熱により効率
良く使用することができる。
Referring also to FIG. 2, the filament 30 is heated by a DC filament power source 40 to generate thermoelectrons 3.
Release 1. In this example, a resistor 38 is connected between the negative end of the filament power supply 40 and one end of the filament 30, and the reflector 28 is connected to the negative end of the filament power supply 40. A voltage drop ΔV is generated in the resistor 38 by energizing the filament 30. Therefore, the reflector 28 always has a negative potential with respect to the filament 30, and the thermoelectrons 31 from the filament 30 are reflected to the cathode 32 side. Thereby, the thermoelectrons 31 emitted from the filament 30 can be efficiently used by heating the cathode 32.

【0029】フィラメント30の他端(フィラメント電
源40の正極端)と陰極32との間には、後者を正極側
にして、直流のボンバード電源42が接続されている。
その出力電圧は、例えば300V〜500V程度であ
り、これによって熱電子31を加速して陰極32に衝突
させることができる。
Between the other end of the filament 30 (the positive end of the filament power supply 40) and the cathode 32, a direct current bombard power supply 42 is connected with the latter on the positive side.
The output voltage is, for example, about 300 V to 500 V, which allows the thermoelectrons 31 to be accelerated and collide with the cathode 32.

【0030】このようにして、陰極32は、フィラメン
ト30からの放射熱と電子衝撃の両方によってエネルギ
ーを受けて広い領域に亘って加熱され、広い領域から大
量の熱電子33を放出することができる。
In this way, the cathode 32 receives energy by both radiant heat from the filament 30 and electron impact and is heated over a wide area, and a large amount of thermoelectrons 33 can be emitted from the wide area. .

【0031】陰極32には、ホルダ6の電位を基準にし
て当該陰極32に陰極電圧VC を印加する直流で出力電
圧可変の電位設定電源44が接続されている。この陰極
電圧VC は、0V〜−6Vの範囲内に、好ましくは0V
〜−3Vの範囲内にする。これによって、陰極32はホ
ルダ6に対して0V〜−6Vの範囲内、好ましくは0V
〜−3Vの範囲内の電位に保たれる。その結果、ホルダ
6上の基板4に到達するときの熱電子33のエネルギー
は、上記電位に相当するエネルギーに、即ち0eV〜6
eVの範囲内に、好ましくは0eV〜3eVの範囲内に
保たれる。
To the cathode 32, a potential setting power source 44 of variable output voltage with direct current is connected to apply a cathode voltage V C to the cathode 32 with reference to the potential of the holder 6. This cathode voltage V C is in the range of 0V to −6V, preferably 0V.
Within the range of -3V. Thereby, the cathode 32 is in the range of 0V to -6V, preferably 0V with respect to the holder 6.
It is kept at a potential within the range of -3V. As a result, the energy of the thermoelectrons 33 when reaching the substrate 4 on the holder 6 is the energy corresponding to the above potential, that is, 0 eV to 6
It is kept within the range of eV, preferably within the range of 0 eV to 3 eV.

【0032】引出し電極36には、陰極32の電位を基
準にして当該引出し電極36に引出し電圧VE を印加す
る直流で出力電圧可変の引出し電源46が接続されてい
る。この引出し電圧VE は、0V〜10Vの範囲内にす
る。これによって、引出し電極36は陰極32に対して
0V〜10Vの範囲内の電位に保たれる。
The extraction electrode 36 is connected to a extraction power supply 46 of variable output voltage with direct current for applying the extraction voltage V E to the extraction electrode 36 with reference to the potential of the cathode 32. The extraction voltage V E is set within the range of 0V to 10V. As a result, the extraction electrode 36 is kept at a potential within the range of 0V to 10V with respect to the cathode 32.

【0033】熱電子輸送器50は、一端が引出し電極3
6の前方に位置し他端(出口54側)がイオンビーム2
の経路の近傍に位置するように、この例ではU字状(J
字状とも呼べる)に屈曲した筒状のガイド筒52と、そ
の外部に巻かれていて前記磁界を発生させるコイル56
とを備えている。
One end of the thermoelectron transporter 50 is the extraction electrode 3
6 is located in front of 6 and the other end (exit 54 side) is the ion beam 2
In this example, the U-shape (J
A tubular guide tube 52 that is bent (also called a letter shape), and a coil 56 that is wound around the guide tube 52 and that generates the magnetic field.
It has and.

【0034】ガイド筒52は、引出し電極36と同電位
にされている。このガイド筒52は、引出し電極36側
に位置する屈曲部52aと、その先につながるホーン状
部52bとから成る。屈曲部52aは、断面が長円形を
しており、その大きさは長手方向(熱電子33を導く方
向)において一定である。ホーン状部52bは、断面が
長円形をしているけれども、出口54に向かって徐々に
広がっている(図4または図5参照)。即ち、ホーン状
部52bは出口54に向かって扁平なホーン状に広がっ
ている。
The guide cylinder 52 has the same potential as the extraction electrode 36. The guide cylinder 52 is composed of a bent portion 52a located on the side of the extraction electrode 36 and a horn-shaped portion 52b connected to the tip thereof. The bent portion 52a has an oval cross section, and its size is constant in the longitudinal direction (direction in which the thermoelectrons 33 are guided). The horn-shaped portion 52b has an oval cross section, but gradually widens toward the outlet 54 (see FIG. 4 or 5). That is, the horn-shaped portion 52b extends toward the outlet 54 in a flat horn shape.

【0035】コイル56は、ガイド筒52の屈曲部52
aには、通常の巻き方で螺旋状に巻かれている。即ち断
面で見れば、長円形状に巻かれている。コイル56は、
ガイド筒52のホーン状部52bには、図4または図5
に示すように、出口54に向かって広がるような円弧状
に巻かれている。換言すれば、コイル56はホーン状部
52bには、出口54側ほど半径を大きくした同心円状
に巻かれている。
The coil 56 is a bent portion 52 of the guide cylinder 52.
A is wound in a spiral shape in the usual winding manner. That is, when viewed in cross section, it is wound in an oval shape. Coil 56
The horn-shaped portion 52b of the guide cylinder 52 has a structure shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the coil is wound in an arc shape that widens toward the outlet 54. In other words, the coil 56 is wound around the horn-shaped portion 52b in a concentric shape with the radius increasing toward the outlet 54 side.

【0036】このコイル56には、直流のコイル電源5
8からコイル電流IC が供給され、それによってガイド
筒52内に、熱電子33をガイドする前記磁界を発生さ
せる。このコイル電源58のより具体例およびそれの制
御装置60については後述する。
This coil 56 has a DC coil power source 5
A coil current I C is supplied from 8 to generate the magnetic field in the guide cylinder 52 for guiding the thermoelectrons 33. A more specific example of this coil power supply 58 and its control device 60 will be described later.

【0037】なお、ガイド筒52の外部には、必要に応
じて、当該ガイド筒52およびコイル56を冷却する冷
却配管を設けておいても良い。
If necessary, a cooling pipe for cooling the guide cylinder 52 and the coil 56 may be provided outside the guide cylinder 52.

【0038】このイオンビーム照射装置においては、熱
電子放出源20から放出された熱電子33は、熱電子輸
送器50による磁界によって曲げて輸送されてイオンビ
ーム2の経路に向けて導出される。即ち、熱電子放出源
20から放出された熱電子33は、熱電子輸送器50の
ガイド筒52内に入り、その外部に巻かれたコイル56
が発生する磁界に巻き付きながら運動を行い、やがて出
口54からイオンビーム2の経路に向けて導出され、イ
オンビーム2の近傍に供給される。
In this ion beam irradiation apparatus, the thermoelectrons 33 emitted from the thermoelectron emission source 20 are bent and transported by the magnetic field generated by the thermoelectron transporter 50, and are guided toward the path of the ion beam 2. That is, the thermoelectrons 33 emitted from the thermoelectron emission source 20 enter the guide cylinder 52 of the thermoelectron transporter 50 and are wound around the coil 56.
The magnetic field is generated while being wound around the generated magnetic field, and is eventually led out from the exit 54 toward the path of the ion beam 2 and supplied to the vicinity of the ion beam 2.

【0039】このようにして供給された熱電子33は、
ビームプラズマを形成するイオンビーム2にそのビーム
ポテンシャルによって取り込まれて、基板4が正帯電し
ているとその電位に引かれてイオンビーム2と共に基板
4側に移動して基板表面の正電荷を中和する。基板表面
の正電荷が中和されれば、基板4への熱電子33の引き
込みは自動的に止まる。このようにして、イオンビーム
照射に伴う基板4のチャージアップを抑制(緩和)する
ことができる。
The thermoelectrons 33 thus supplied are
If the substrate 4 is positively charged by the ion beam 2 that forms the beam plasma and the substrate 4 is positively charged, it is attracted to the potential and moves to the substrate 4 side together with the ion beam 2 to neutralize the positive charge on the substrate surface. Harmonize When the positive charges on the surface of the substrate are neutralized, the drawing of the thermoelectrons 33 to the substrate 4 automatically stops. In this way, charge-up of the substrate 4 due to ion beam irradiation can be suppressed (relaxed).

【0040】その場合、熱電子放出源20は、前記のよ
うな面状の陰極32、それを加熱するフィラメント30
および引出し電極36を有しているので、陰極32から
熱電子33を大量に放出させてそれを中和に利用するこ
とができる。
In this case, the thermionic emission source 20 is composed of the above-mentioned planar cathode 32 and the filament 30 for heating it.
Since the cathode 32 has the extraction electrode 36, a large amount of thermoelectrons 33 can be emitted from the cathode 32 and used for neutralization.

【0041】しかも、陰極32はホルダ6に対して陰極
電圧VC (これは前述したように0V〜−6Vの範囲
内、好ましくは0V〜−3Vの範囲内)の電位に保たれ
るので、この陰極32から放出される熱電子33のエネ
ルギーは、ホルダ6に対しては0eV〜6eV(好まし
くは0eV〜3eV)の範囲内に分布している。
Moreover, since the cathode 32 is kept at the potential of the cathode voltage V C (which is within the range of 0 V to -6 V, preferably within the range of 0 V to -3 V as described above) with respect to the holder 6, The energy of the thermoelectrons 33 emitted from the cathode 32 is distributed in the range of 0 eV to 6 eV (preferably 0 eV to 3 eV) with respect to the holder 6.

【0042】陰極32と引出し電極36との間には、前
記引出し電圧VE の印加によって、0V〜10Vの範囲
内の電位差があり、陰極32から熱電子33はこの電位
差に相当するエネルギーで効率良く引き出される。しか
し、熱電子輸送器50のガイド筒52は引出し電極36
と同電位であり、ガイド筒52から放出された熱電子3
3は、周囲が大地電位であるため、出口54から飛び出
した瞬間から減速が始まり、しかも出口54とホルダ6
との間には比較的長い距離があるので、熱電子33はホ
ルダ6に向かう間に陰極32の電位に相当するエネルギ
ーだけ減速される。その結果、基板4に到達する熱電子
33のエネルギーは、引出し電極36の電位に依らず
に、即ち引出し電圧VE の大きさに依らずに、陰極32
の電位によって、即ち電位設定電源44で設定する陰極
電圧VC によって決まり、それは上記のように0eV〜
6eV(好ましくは0eV〜3eV)の範囲内にある。
この発明によれば、このような低エネルギーの熱電子3
3を大量に放出させてそれを中和に利用することができ
る。
Due to the application of the extraction voltage V E , there is a potential difference within the range of 0 V to 10 V between the cathode 32 and the extraction electrode 36, and the thermoelectron 33 from the cathode 32 is efficient with the energy corresponding to this potential difference. Well drawn out. However, the guide tube 52 of the thermoelectron transporter 50 is
The thermoelectrons 3 emitted from the guide cylinder 52 have the same potential as
In No. 3, since the surrounding area is at the ground potential, deceleration starts from the moment when it jumps out of the outlet 54, and the outlet 54 and the holder 6
Since there is a relatively long distance between and, the thermoelectrons 33 are decelerated by energy corresponding to the potential of the cathode 32 while moving toward the holder 6. As a result, the energy of the thermoelectrons 33 reaching the substrate 4 does not depend on the potential of the extraction electrode 36, that is, the magnitude of the extraction voltage V E , and thus the cathode 32.
Of the cathode voltage V C set by the potential setting power source 44, which is 0 eV to
It is in the range of 6 eV (preferably 0 eV to 3 eV).
According to the present invention, such low energy thermoelectrons 3
A large amount of 3 can be released and used for neutralization.

【0043】その結果、イオンビーム2による基板表面
の正電荷を十分に中和することができるだけでなく、上
記熱電子33が基板4に過剰に到達しても、そのエネル
ギーは0eV〜6eV(好ましくは0eV〜3eV)の
範囲内の低エネルギーであるので、基板4の負の帯電電
圧を6V(好ましくは3V)以下に抑えることができ
る。即ち、イオンビーム照射に伴う基板4のチャージア
ップを非常に小さく抑えることができる。従って、この
イオンビーム照射装置は、微細化の進んだ半導体デバイ
スの製造にも十分適用することができる。
As a result, not only the positive charge on the surface of the substrate due to the ion beam 2 can be sufficiently neutralized, but even if the thermoelectrons 33 reach the substrate 4 excessively, the energy thereof is 0 eV to 6 eV (preferably). Has a low energy in the range of 0 eV to 3 eV), so that the negative charging voltage of the substrate 4 can be suppressed to 6 V (preferably 3 V) or less. That is, the charge-up of the substrate 4 due to the ion beam irradiation can be suppressed to a very small level. Therefore, this ion beam irradiation apparatus can be sufficiently applied to the manufacture of semiconductor devices with advanced miniaturization.

【0044】しかもこのイオンビーム照射装置では、熱
電子33を利用していて、プラズマ生成用ガスを使用し
ないので、ビームラインや基板処理室の真空度悪化を惹
き起こすことがない。従って、真空度悪化に伴う注入均
一性の悪化や注入量誤差の発生を防止することができ
る。
Moreover, in this ion beam irradiation apparatus, since the thermoelectrons 33 are used and the gas for plasma generation is not used, the vacuum degree of the beam line and the substrate processing chamber is not deteriorated. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the injection uniformity and the occurrence of the injection amount error due to the deterioration of the degree of vacuum.

【0045】更に、前記熱電子輸送器50では、ガイド
筒52の他端側が出口54に向かって広がるホーン状部
52bを形成すると共に、当該ホーン状部52bにコイ
ル56が出口に向かって広がる円弧状に巻かれているの
で、熱電子輸送器50の出口54付近では扇状に広がる
磁界が形成される。熱電子33はこの磁界に巻き付きな
がら当該磁界に沿って導出されるので、熱電子33を広
範囲に分布させて導出することができる。従って、大面
積のイオンビーム2や走査されたイオンビーム2にもう
まく対応することができる。その結果、基板4の大口径
化にも十分に対応することができる。
Further, in the thermoelectron transporter 50, the other end side of the guide cylinder 52 forms a horn-shaped portion 52b which widens toward the outlet 54, and the coil 56 extends in the horn-shaped portion 52b toward the outlet. Since it is wound in an arc shape, a magnetic field spreading like a fan is formed near the exit 54 of the thermoelectron transporter 50. Since the thermoelectrons 33 are led out along the magnetic field while being wound around the magnetic field, the thermoelectrons 33 can be led out by being distributed over a wide range. Therefore, it is possible to cope with a large-area ion beam 2 and a scanned ion beam 2 well. As a result, it is possible to sufficiently cope with an increase in the diameter of the substrate 4.

【0046】更に、このイオンビーム照射装置では、熱
電子放出源20から熱電子33を一旦イオンビーム2の
経路以外の方向に向けて放出させ、その後この熱電子3
3を熱電子輸送器50による磁界によってイオンビーム
2の経路に向けて曲げ戻す構成を採用しているので、陰
極32の面がイオンビーム2に向くことを避けることが
できる。その結果、陰極32の加熱に伴って陰極32か
ら発生する蒸発粒子(金属粒子)がイオンビーム2に入
りにくくなるので、当該蒸発粒子による基板4の汚染
(金属コンタミネーション)を防止することができる。
陰極32から発生する蒸発粒子は、電荷を有していない
のでコイル56による磁界で曲げられることはなく、仮
に電界を有していても電子に比べて遙かに重いので曲げ
られ方が遙かに少なく、ガイド筒52の内壁に衝突して
出口54からは出られないからである。
Further, in this ion beam irradiation device, thermionic emission source 20 once causes thermionic electrons 33 to be emitted in a direction other than the path of the ion beam 2, and thereafter the anionic beam 3 is emitted.
Since the structure in which 3 is bent back toward the path of the ion beam 2 by the magnetic field from the thermoelectron transporter 50 is adopted, it is possible to prevent the surface of the cathode 32 from facing the ion beam 2. As a result, vaporized particles (metal particles) generated from the cathode 32 due to the heating of the cathode 32 are less likely to enter the ion beam 2, so that contamination of the substrate 4 (metal contamination) due to the vaporized particles can be prevented. .
Since the vaporized particles generated from the cathode 32 do not have an electric charge, they are not bent by the magnetic field generated by the coil 56. Even if they have an electric field, they are much heavier than electrons, and therefore are bent much. This is because it is very small and collides with the inner wall of the guide cylinder 52 and cannot exit from the outlet 54.

【0047】ところで、この例のイオンビーム照射装置
では、前記コイル電源58を、熱電子輸送器50のコイ
ル56に正逆両方向のコイル電流IC を切り換えて(反
転させて)流すことのできる電源としている(図2参
照)。このような電源は、両極性電源とも呼ばれる。
By the way, in the ion beam irradiation apparatus of this example, the coil power supply 58 is a power supply capable of switching (reversing) the coil current I C in both the forward and reverse directions to the coil 56 of the thermoelectron transporter 50. (See FIG. 2). Such a power supply is also called a bipolar power supply.

【0048】そして、このコイル電源58からコイル5
6に流すコイル電流IC の方向を、走査されるイオンビ
ーム2が存在する側に熱電子輸送器50から熱電子33
が多く供給されるように切り換える制御装置60を更に
設けている。この制御装置60は、図3〜図5を参照し
て、コイル電源58からコイル56に流すコイル電流I
C を、イオンビーム2がその走査範囲Wの一方の片側半
分(中心から左側半分)W1 にあるときには正方向(図
4に示す方向)に流し、他方の片側半分(中心から右側
半分)W2 にあるときには逆方向(図5に示す方向)に
流すように切り換える制御を行うものである。
From this coil power source 58 to the coil 5
6, the direction of the coil current I C flowing from the thermoelectron transporter 50 to the side where the ion beam 2 to be scanned exists.
Further, a control device 60 is provided to switch so that a large amount is supplied. The control device 60 refers to FIGS. 3 to 5, and the coil current I flowing from the coil power supply 58 to the coil 56 is used.
When the ion beam 2 is in one half (left half from the center) W 1 of the scanning range W, it flows in the positive direction (direction shown in FIG. 4) and the other half (right half from the center) W. When the value is 2 , the control is performed so that the flow is switched in the reverse direction (direction shown in FIG. 5).

【0049】これを詳述すると、図3に示すように、走
査電源16から走査器10に図3(C)に示すような三
角波状の走査電流IS を供給すると、そのa〜e点に対
応して、イオンビーム2は図3(B)に示すように、走
査範囲Wの中心上のa点から一方の片側半分W1 の最大
走査点bまで走査され、次いで中心上のc点を経由し
て、他方の片側半分W2 の最大走査点dまで走査された
後に、中心上のe点に戻り、以降このような往復走査が
繰り返される。
More specifically, as shown in FIG. 3, when the scanning power supply 16 supplies the scanning current I S having a triangular waveform as shown in FIG. Correspondingly, as shown in FIG. 3B, the ion beam 2 is scanned from the point a on the center of the scanning range W to the maximum scanning point b of the half W 1 on one side, and then the point c on the center is scanned. After being scanned via the other half of the one side W 2 up to the maximum scanning point d, it returns to point e on the center, and thereafter, such reciprocal scanning is repeated.

【0050】熱電子輸送器50のコイル56に正方向の
コイル電流IC (図4に示す向きで、大きさは例えば1
0A)および逆方向のコイル電流IC (図5に示す向き
で、大きさは例えば−10A)を流したときに、熱電子
輸送器50の出口54から導出される熱電子33の軌道
のシミュレーション結果の概略を図4および図5にそれ
ぞれ示す。コイル電流IC を正にすれば熱電子33の軌
道は、イオンビーム2の走査範囲Wの左側の片側半分W
1 の方向に向き、負にすれば右側の片側半分W 2 の方向
に向いている。コイル電流IC を正にすれば出口54か
ら磁界は出る方向となり、逆にコイル電流IC を負にす
れば磁界は出口54に入る方向となる。このように熱電
子輸送器50の出口54における磁界の方向を反転させ
ると、当該磁界に巻き付く熱電子33のラーモア運動の
方向も反転するので、これによって出口54から導出さ
れるときの熱電子33のドリフト方向が上記のように左
右に反転するものと考えられる。
A positive direction is applied to the coil 56 of the thermoelectron transporter 50.
Coil current IC(In the orientation shown in FIG. 4, the size is, for example, 1
0A) and the coil current I in the reverse directionC(Orientation shown in Figure 5
And, when the size is -10A, for example, thermionic
Orbit of the thermoelectrons 33 derived from the outlet 54 of the transporter 50
Figures 4 and 5 show the simulation results of
Show each. Coil current ICIs positive, the gauge of the thermoelectron 33 is
The road is half W on the left side of the scanning range W of the ion beam 2.
1Toward the right side, and if it is negative, half W on the right side 2Direction
Suitable for Coil current ICIf you make it positive, the exit 54
The magnetic field is emitted from the coil, and conversely the coil current ICNegative
Then, the magnetic field is directed to enter the outlet 54. Thermoelectric like this
Reverse the direction of the magnetic field at the outlet 54 of the child transporter 50
Then, the Larmor motion of the thermoelectrons 33 wrapped around the magnetic field
This also reverses the direction so that
The drift direction of the thermoelectrons 33 when moving is left as described above.
It is thought to be flipped to the right.

【0051】上記コイル電流IC を流す方向は、換言す
れば、熱電子輸送器50の出口54における磁界の向か
う方向(前記のように図4の例では磁界は出る方向、図
5の例では磁界は入る方向)に見て、右側にイオンビー
ム2が存在するようにコイル電流IC を流すことであ
る。このようにすれば、イオンビーム2の存在する側に
熱電子33が向かうことがシミュレーションによって確
かめられている。
In other words, the direction in which the coil current I C flows is the direction in which the magnetic field at the outlet 54 of the thermoelectron transporter 50 is directed (as described above, the magnetic field is emitted in the example of FIG. 4, and in the example of FIG. 5). The coil current I C is made to flow so that the ion beam 2 exists on the right side when viewed in the direction in which the magnetic field enters. By doing so, it has been confirmed by simulation that the thermoelectrons 33 are directed to the side where the ion beam 2 exists.

【0052】上記のようなコイル電流IC の制御を行う
ために、この例の制御装置60は、図2に示すように、
前記走査電源16から出力する走査電流IS の極性を判
定する判定回路62と、それで判定した極性に応じてコ
イル電源58から出力するコイル電流IC の方向(極
性)を反転させる制御を行う制御回路64とを備えてい
る。具体的には、図3に示すように、イオンビーム2が
走査範囲Wの左側半分W 1 にあるときは走査電流IS
正であり、右側半分W2 にあるときは走査電流I S は負
であるので、この走査電流IS の極性を判定回路62で
判定し、その判定した極性と同じ極性のコイル電流IC
を流すように、即ち走査電流IS が正のときはコイル電
流IC を正にし、走査電流IS が負のときはコイル電流
C を負にするように、制御回路64はコイル電源58
を制御する。
The coil current I as described aboveCTo control
For this reason, the control device 60 of this example, as shown in FIG.
Scanning current I output from the scanning power supply 16SThe polarity of
The determination circuit 62 that determines the
Coil current I output from the power supply 58CDirection (pole
And a control circuit 64 for performing control to invert
It Specifically, as shown in FIG. 3, the ion beam 2
Left half W of scanning range W 1Scan current ISIs
Positive, right half W2Scan current I SIs negative
Therefore, this scanning current ISThe polarity of
The coil current I having the same polarity as the determined polarity is determined.C
Flow, that is, the scanning current ISIs positive when the coil current
Flow ICPositive, and the scanning current ISCoil current when is negative
ICControl circuit 64 causes coil power supply 58 to be negative.
To control.

【0053】熱電子輸送器50のコイル56に流すコイ
ル電流IC を上記のように制御することによって、往復
走査されるイオンビーム2に対して、熱電子輸送器50
から、イオンビーム2が存在する側に多く熱電子33を
供給することができるので、即ちイオンビーム2の走査
に追従して当該イオンビーム2に熱電子33を効率良く
供給することができるので、イオンビーム2の走査範囲
の全域において万遍無く基板4のチャージアップを小さ
く抑制することができる。従って、大口径の基板4に対
応する等のためにイオンビーム2が走査される場合にお
いても、基板4のチャージアップをその全面においてよ
り効果的に小さく抑制することができる。
By controlling the coil current I C flowing through the coil 56 of the thermoelectron transporter 50 as described above, the thermoelectron transporter 50 is supplied to the ion beam 2 which is reciprocally scanned.
Therefore, since many thermoelectrons 33 can be supplied to the side where the ion beam 2 exists, that is, the thermoelectrons 33 can be efficiently supplied to the ion beam 2 following the scanning of the ion beam 2. It is possible to suppress the charge-up of the substrate 4 to be small throughout the entire scanning range of the ion beam 2. Therefore, even when the ion beam 2 is scanned to correspond to the large-diameter substrate 4 or the like, the charge-up of the substrate 4 can be effectively suppressed to be small over the entire surface thereof.

【0054】[0054]

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【0055】請求項1記載の発明によれば、0eV〜6
eVの範囲内という低エネルギーの熱電子を大量に放出
させてそれを中和に利用することができる。その結果、
イオンビームによる正電荷を十分に中和することができ
るだけでなく、上記熱電子が基板に過剰に到達しても、
そのエネルギーは0eV〜6eVの範囲内の低エネルギ
ーであるので、基板の負の帯電電圧を6V以下に抑える
ことができる。即ち、イオンビーム照射に伴う基板のチ
ャージアップを非常に小さく抑えることができる。
According to the invention of claim 1, 0 eV to 6
A large amount of low-energy thermionic electrons in the eV range can be emitted and used for neutralization. as a result,
Not only can the positive charge due to the ion beam be sufficiently neutralized, but even if the above thermoelectrons reach the substrate excessively,
Since the energy is low energy in the range of 0 eV to 6 eV, the negative charging voltage of the substrate can be suppressed to 6 V or less. That is, the charge up of the substrate due to the ion beam irradiation can be suppressed to a very small level.

【0056】しかもこの装置では、熱電子を利用してい
て、プラズマ生成用ガスを使用しないので、ビームライ
ンや基板処理室の真空度悪化を惹き起こすことがない。
Moreover, in this apparatus, the thermoelectrons are used and the gas for plasma generation is not used, so that the degree of vacuum in the beam line and the substrate processing chamber is not deteriorated.

【0057】また、前記熱電子輸送器では、その出口付
近において扇状に広がる磁界が形成され、熱電子はこの
磁界に巻き付きながら当該磁界に沿って導出されるの
で、熱電子を広範囲に分布させて導出することができ
る。従って、大面積のイオンビームや走査されたイオン
ビームにもうまく対応することができる。
In the thermoelectron transporter, a magnetic field spreading like a fan is formed near the exit of the thermoelectron transporter, and the thermoelectrons are guided along the magnetic field while being wound around the magnetic field. Can be derived. Therefore, it is possible to cope well with a large-area ion beam or a scanned ion beam.

【0058】更に、この発明では、熱電子放出源から熱
電子を一旦イオンビームの経路以外の方向に向けて放出
させ、その後この熱電子を熱電子輸送器による磁界によ
ってイオンビームの経路に向けて曲げ戻す構成を採用し
ているので、陰極の加熱に伴って陰極から発生する蒸発
粒子がイオンビームに入りにくくなり、当該蒸発粒子に
よる基板の汚染を防止することができる。
Further, in the present invention, thermionic electrons are once emitted from the thermionic emission source in a direction other than the ion beam path, and then the thermionic electrons are directed to the ion beam path by the magnetic field generated by the thermionic transporter. Since the structure for bending back is adopted, vaporized particles generated from the cathode due to heating of the cathode are less likely to enter the ion beam, and contamination of the substrate by the vaporized particles can be prevented.

【0059】請求項2記載の発明によれば、往復走査さ
れるイオンビームに対して、熱電子輸送器から、イオン
ビームが存在する側に多く熱電子を供給することができ
るので、即ちイオンビームの走査に追従して当該イオン
ビームに熱電子を効率良く供給することができるので、
イオンビームの走査範囲の全域において万遍無く基板の
チャージアップを小さく抑制することができる、という
更なる効果を奏する。
According to the second aspect of the present invention, a large number of thermoelectrons can be supplied to the side where the ion beam exists from the thermoelectron transporter with respect to the reciprocally scanned ion beam, that is, the ion beam. Since it is possible to efficiently supply thermoelectrons to the ion beam following the scanning of
The further effect is that the charge-up of the substrate can be suppressed to be small all over the ion beam scanning range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明に係るイオンビーム照射装置の一例を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention.

【図2】図1の装置を構成する電気回路の一例を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an electric circuit constituting the device of FIG.

【図3】図1の装置におけるイオンビームの動きとコイ
ル電流等との関係の一例を示す図である。
3 is a diagram showing an example of the relationship between the movement of an ion beam and the coil current in the apparatus of FIG.

【図4】コイル電流を正方向に流したときに熱電子輸送
器から導出される熱電子の軌道の概略例を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic example of a trajectory of thermoelectrons derived from a thermoelectron transporter when a coil current is passed in a positive direction.

【図5】コイル電流を逆方向に流したときに熱電子輸送
器から導出される熱電子の軌道の概略例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic example of trajectories of thermoelectrons derived from a thermoelectron transporter when a coil current flows in the opposite direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 イオンビーム 4 基板 6 ホルダ 10 走査器 20 熱電子放出源 30 フィラメント 32 陰極 33 熱電子 36 引出し電極 44 電位設定電源 46 引出し電源 50 熱電子輸送器 52 ガイド筒 52b ホーン状部 56 コイル 58 コイル電源 60 制御装置 2 ion beam 4 substrates 6 holder 10 Scanner 20 Thermionic emission source 30 filament 32 cathode 33 thermoelectrons 36 Extraction electrode 44 potential setting power supply 46 Drawer power supply 50 thermionic transporter 52 Guide tube 52b Horn-shaped part 56 coils 58 coil power supply 60 control device

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホルダに保持された基板にイオンビーム
を照射して処理を施すイオンビーム照射装置において、 前記ホルダよりも上流側であってイオンビームの経路の
側方に配置されていて、熱電子をイオンビームの経路以
外の方向に向けて放出する熱電子放出源と、 この熱電子放出源から放出された熱電子を磁界によって
曲げて輸送して当該熱電子をイオンビームの経路に向け
て導出する熱電子輸送器とを備えており、 しかも前記熱電子放出源は、他から加熱されて熱電子を
放出する面状のものであって前記ホルダに対して0V〜
−6Vの範囲内の電位に保たれる陰極と、この陰極をそ
の背後から加熱して前記熱電子を放出させるフィラメン
トと、前記陰極の前方に設けられていて当該陰極から放
出された熱電子を引き出すものであって陰極に対して0
V〜10Vの範囲内の電位に保たれる引出し電極とを有
しており、 かつ前記熱電子輸送器は、前記熱電子放出源の引出し電
極と同電位のものであって一端が当該引出し電極の前方
に位置し他端が前記イオンビームの経路の近傍に位置す
るように屈曲すると共に当該他端側が出口に向かってホ
ーン状に広がったホーン状部を形成しているガイド筒
と、このガイド筒の外部に巻かれていて前記磁界を発生
させるものであって前記ホーン状部では出口に向かって
広がる円弧状に巻かれているコイルとを有している、こ
とを特徴とするイオンビーム照射装置。
1. An ion beam irradiation apparatus for irradiating a substrate held by a holder with an ion beam for processing, wherein the ion beam irradiation apparatus is arranged on the upstream side of the holder and laterally of the path of the ion beam, A thermionic emission source that emits electrons in a direction other than the ion beam path, and a thermoelectron emitted from this thermionic emission source is bent by a magnetic field and transported to direct the thermoelectron to the ion beam path. A thermoelectron transporter for leading the thermoelectron transporter, and the thermoelectron emission source is a surface-shaped one that emits thermoelectrons when heated by another, and is 0 V to the holder.
A cathode kept at a potential within the range of −6 V, a filament for heating the cathode from behind to emit the thermoelectrons, and a thermoelectron provided in front of the cathode for the thermoelectrons emitted from the cathode. 0 for the cathode
An extraction electrode kept at a potential within the range of V to 10V, and the thermionic transporter has the same potential as the extraction electrode of the thermionic emission source, and one end thereof is the extraction electrode. And a guide tube that is bent forward so that the other end is located in the vicinity of the path of the ion beam and that the other end forms a horn-shaped portion that widens in a horn shape toward the exit. Ion beam irradiation characterized in that it is wound outside the cylinder to generate the magnetic field, and the horn-shaped portion has a coil wound in an arc shape expanding toward the exit. apparatus.
【請求項2】 前記イオンビームは電界または磁界によ
って所定方向に所定の走査範囲で往復走査されるもので
あり、 前記熱電子輸送器のコイルに正逆両方向の電流を切り換
えて流すことのできるコイル電源と、 このコイル電源から流す電流を、イオンビームが前記走
査範囲の一方の片側半分にあるときには一方向に流し、
他方の片側半分にあるときには逆方向に流すように切り
換える制御を行う制御装置とを更に備えている、請求項
1記載のイオンビーム照射装置。
2. The ion beam is reciprocally scanned in a predetermined scanning range in a predetermined direction by an electric field or a magnetic field, and a coil capable of switching a current in both forward and reverse directions to a coil of the thermionic transporter. A power supply and a current flowing from this coil power supply are caused to flow in one direction when the ion beam is in one half of one side of the scanning range,
The ion beam irradiation apparatus according to claim 1, further comprising: a control device that performs control to switch to flow in the opposite direction when it is on the other half.
JP2002108740A 2002-04-11 2002-04-11 Ion beam irradiation device Pending JP2003303570A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002108740A JP2003303570A (en) 2002-04-11 2002-04-11 Ion beam irradiation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002108740A JP2003303570A (en) 2002-04-11 2002-04-11 Ion beam irradiation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003303570A true JP2003303570A (en) 2003-10-24

Family

ID=29392396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002108740A Pending JP2003303570A (en) 2002-04-11 2002-04-11 Ion beam irradiation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003303570A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3054302B2 (en) Plasma emission system to reduce charging on semiconductor wafers during ion implantation
KR101464484B1 (en) Plasma electron flood for ion beam implanter
TWI638379B (en) Ion implantation systems and methods for reducing particle contamination
US6819053B2 (en) Hall effect ion source at high current density
JP2007525811A (en) Ion beam current adjustment
JP2016524277A5 (en)
US8072149B2 (en) Unbalanced ion source
TW497159B (en) System and method for removing contaminant particles relative to an ion beam
TWI471892B (en) Enhanced low energy ion beam transport in ion implantation
US6548381B2 (en) Ion beam irradiation apparatus and method of igniting a plasma for the same
TW538422B (en) Ion production device for ion beam irradiation apparatus
JP2004134354A (en) Thermoelectron generating source and ion beam irradiation device equipped with it
JP2003303570A (en) Ion beam irradiation device
JP3444098B2 (en) Neutralization system for ion implanter
JP2002352761A (en) Ion beam irradiation device
JP3334306B2 (en) Ion implanter
JP6632937B2 (en) Gas cluster beam system
JP4314471B2 (en) Ion mass separator
JP2900768B2 (en) Ion processing equipment
JP3417175B2 (en) Ion irradiation equipment
KR101998774B1 (en) Line Type Electron Beam Emission Device
JP4034304B2 (en) X-ray generator having an emitter formed on a semiconductor structure
KR101977702B1 (en) Ion source head and ion implantation apparatus including the same
JP3265987B2 (en) Ion irradiation equipment
JP3387251B2 (en) Ion processing equipment