JP2013527581A

JP2013527581A - 高エネルギー二次電子の検出器

Info

Publication number: JP2013527581A
Application number: JP2013512964A
Authority: JP
Inventors: フランクトレグロッサ; ローランルー
Original assignee: イオンビームサービス
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2013-06-27
Also published as: FR2961009A1; WO2011151541A2; BR112012030741A2; WO2011151541A3; KR20130100257A; US20130134321A1; RU2012150107A; CN103003911A; SG186792A1; EP2577709A2

Abstract

【課題】有効でかつ実現が機械的に単純な高エネルギー二次電子検出器を提供すること。
【解決手段】本発明は、高エネルギー二次電子の検出器に関し、互いに絶縁された３つだけの電極を支持するコレクタＰを有し、３つの電極がコレクタに対してバイアスされており、即ち、３つの電極は、所定の符号を有する跳ね返されるべき電荷を跳ね返すための第１の反発電極Ａ１であって、この負にバイアスされた電極が、電子を通過させるための少なくとも１つの開口を備える第１の反発電極Ａ１と、反対符号を有する跳ね返されるべき電荷を跳ね返すための第２の反発電極Ａ２であって、この正に極性化された電極が、電子を通過させるための少なくとも１つの開口をやはり備える第２の反発電極Ａ２と、選択電極Ａ３であって、電子を通過させるための少なくとも１つの開口をやはり備える電極である。電極の開口は、導電円筒体（Ｄ）に位置合わせされる。更に、選択電極Ａ３は、負にバイアスされる。本発明は、また、前記検出器を使用して二次電子を検出する方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高エネルギー二次電子の検出器に関する。そして、本発明の分野は、プラズマ中の二次電子を分析する分野である。

本発明の特に有利な用途は、プラズマ浸漬モードで動作するイオン注入装置である。

例えば、基板へのイオンの注入は、基板をプラズマ中に浸漬し、基板を数十ボルト〜数万ボルト（一般に１００ｋＶ未満）の負電圧でバイアスして、イオンが基板に注入されるようにプラズマのイオンを基板に向けて加速できる電界を作り出すことである。そのように注入された原子は、「ドーパント」と呼ばれる。

イオンの侵入深さは、その加速エネルギーによって決まる。侵入深さは、まず基板に印加された電圧に依存し、次にイオンと基板のそれぞれの性質に依存する。注入原子の濃度は、１平方センチメートル当たりのイオン数（イオン／ｃｍ²）として表される注入量（dose）と、注入深さとに依存する。

しかしながら、注入の結果の１つは、基板に二次電子が生成されることである。そのような二次電子は、基板に印加された電位によって（陽イオンと反対方向に）加速され、したがって、高エネルギー二次電子と呼ばれる。

注入の際に重要なパラメータの１つは、注入されたドーパントの注入量である。この注入量は、正確に分からなければならない。

注入量を推定する１つの既知の手段は、基板での注入電流Ｉｐを測定することである。しかしながら、注入電流Ｉｐは、イオン電流Ｉ₊と高エネルギー二次電子電流Ｉ₋の和であることが分かっている。

したがって、ある期間にわたるイオン電流Ｉ₊を相互作用させることによって注入量を得るには、注入電流Ｉｐから二次電子電流Ｉ₋を減算することが適切である。

プラズマ中の荷電化学種（電荷を帯びた化学種）を検出する幾つかの解決策が知られている。

特許文献１は、荷電粒子のエネルギーを測定するエネルギー分析装置を教示している。この装置は、第１の格子が載せられたコレクタを有し、第１の格子自体には第２の格子が載せられており、これらの導電性要素は全て絶縁されている。負化学種が検出される場合、第２の格子は、低エネルギー負化学種を跳ね返すように負バイアスされ、第１の格子は、正化学種を跳ね返すようにバイアスされる。この装置の本質的な限界は、高エネルギー二次電子自体が、コレクタに当たるときに低エネルギー二次電子を生成するという事実による。そのような低エネルギー電子の幾つかは、第１の格子が正バイアスされているので第１の格子によって取得される。したがって、高エネルギー二次電子電流の推定が大きく歪む。

また、非特許文献１が知られている。この文献は、２つの電極を有しまたプラズマからイオン化化学種を抽出する働きだけをする上部格子も有するＲＦＥＡ検出器も開示している。

４つの格子、５つの格子、又はそれ以上の格子を有する他の荷電化学種検出器も知られている。これは、例えば、非特許文献２に当てはまる。記載された分析装置は、４つの電極が対向するように配置されたコレクタを有し、第４の電極は入口スロットである。

これらの装置は、機械的に複雑でありかつ同様に複雑な関連電子回路を必要とする構造である。

また、非特許文献３が知られている。

この論文は、減速電界分析装置（ＲＦＡ）として知られる検出器を提案する。この検出器は、第１の格子が載せられたコレクタを有し、第１の格子自体には第２の格子が載せられ、第２の格子自体には、選択電極が載せられている。選択電極は、きわめて小さい面積の開口のある隔膜の形であり、その小さい面積の開口は、デバイ距離と同じ大きさだからである。したがって、この検出器がイオン注入装置内で使用される場合は、高エネルギー二次電子のほんの一部分しか検出しない。

また、印加されるバイアス電圧は、大きすぎてプラズマ浸漬モード注入と適合しないことに注意されたい。バイアス電圧は、プラズマを妨げることになる。

最後に、イオンのエネルギー分析装置について述べた特許文献２が知られている。この分析装置は、互いに絶縁された３つだけの電極を有するコレクタであって、
跳ね返されるべき第１の所定の符号の電荷を跳ね返すための、少なくとも１つの開口を有する第１の反発電極と、
跳ね返されるべき反対符号の電荷を跳ね返すための、少なくとも１つの開口を備えた第２の反発電極と、
少なくとも１つの開口を備えた選択電極と、を有するコネクタを備えている。

これは、実際には、二次電子を検出するのに適切でないイオン検出器である。

国際公開第９３／１２５３４号米国特許第２００９／２４２７９１号

"Comparison of plasma parameters determined with a Langmuir probe and with a retarding field energy analyzer; RFEA and Langmuir probe comparison" by D.Gahan, et al., published in Plasma Sources Science and Technology, Institute of Physics Publishing, Bristol, GB, Vol.17, No.3, August 1, 2008, pp.035026-1 to 035026-9 "Retarding field energy analyzer for the Saskatchewan torus-modified plasma boundary" by M.Dreval et al., published in Review of Scientific Instruments, AlP, Melville, NY, US, Vol.80, No.10, October 22,2009, pp.103505-1 to 103505-9 "A retarding field energy analyzer for the Jet plasma boundary" published in Review of Scientific Instruments 74,4644 (2003); doi:10.1063/1.1619554

したがって、本発明の目的は、有効でかつ実現が機械的に単純な高エネルギー二次電子検出器を提供することである。

本発明の高エネルギー二次電子検出器は、高エネルギー二次電子が、互いに絶縁された３つだけの電極を支持するコレクタ（ＣＯＬ，Ｐ）であって、前記電極が前記コレクタに対してバイアスされたコレクタを備える高エネルギー二次電子検出器であって、前記電極は、
跳ね返されるべき第１の所定の符号の電荷を跳ね返すための第１の反発電極（Ｇ１，Ａ１，Ｔ１）であって、この負バイアス電極が、電子を通すための少なくとも１つの開口を備える第１の反発電極（Ｇ１，Ａ１，Ｔ１）と、
跳ね返されるべき反対符号の電荷を跳ね返すための第２の反発電極（Ｇ２，Ａ２，Ｔ２）であって、この正バイアス電極が、電子を通すための少なくとも１つの開口を備える第２の反発電極（Ｇ２，Ａ２，Ｔ２）と、
選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）であって、電子を通すための少なくとも１つの開口をやはり備える選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）と、を含み、
前記電極の前記開口が、導電円筒体（Ｄ）に沿って位置が合い、前記選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）が負バイアスされたものである。

また、前記コレクタは、カップの形である。

本発明の付加的な特徴によれば、前記電極は、アルミニウムで作成される。

２つの連続した電極の間隔は、６ミリメートル（ｍｍ）〜１０ｍｍの範囲にあることが好ましい。

理想的には、前記電極の開口は、１５平方ミリメートル（ｍｍ²）〜３０ｍｍ²の範囲の面積である。

第１の実施形態では、前記電極は、格子によって構成される。

前記格子の透過率は、５０％より大きいと有利である。

また、２つの連続した格子間の距離がｈと定義され、前記格子内のオリフィスの直径がＤと定義されるときに、ｈ／Ｄと定義された比率は、１より大きいことが望ましい。

しかしながら、電極が格子であるという事実は、幾つかの制限をもたらす。

第１に、格子の透過率は必然的に限定され、それにより検出器の感度が制限される。

第２に、格子が摩耗しそのオリフィスが大きくなる。その結果、摩耗が進むほど電子収集面積が増えるので、電流測定値がずれる。また、摩耗は、汚染物質を筐体内に放出する。

したがって、格子を定期的に交換することが適切であり、残念ながら、格子は比較的高価な構成要素である。

したがって、第２の実施形態では、電極は、リングによって構成される。

前述のように、また好ましくは、２つの連続したリング間の距離がｈと定義され、前記導電円筒体の直径がＤと定義されるとき、ｈ／Ｄと定義された比率は１より大きい。

本発明は、また、
必要な電荷を収集し、互いに絶縁された３つだけの電極を支持するコレクタと、
跳ね返されるべき所定の符号の電荷を跳ね返す第１の電極と、
跳ね返されるべき反対符号の電荷を跳ね返す第２の電極と、
選択電極とを有する検出器によって二次電子を検出する方法であって、
コレクタを基準として、
第１の電極に絶対値１２０ボルト未満の負の第１の直流電圧を印加し、
第２の電極に正の第２の直流電圧を印加し、
印加される負の第３の直流電圧を前記選択電極に印加する段階を含む方法である。

例えば、第２の電圧は、１２０ボルト未満の絶対値を有する。

同様に、第３の電圧は、６０ボルト未満の絶対値を有する。

本発明は、例示として示された実施形態の以下の説明の文脈で、また添付図面を参照して、以下に詳細に示される。

本発明の検出器の第１の実施形態の断面図である。図２は、検出器の第２の実施形態の断面図であり、より詳細には、図２の（ａ）は第２の実施形態の第１の変形を示す図であり、図２の（ｂ）は第２の実施形態の第２の変形を示す図である。

複数の図にある要素には、それぞれに同じ参照符号が与えられる。

図１を参照すると、第１の実施形態では、検出器は、カップ又はベルの形のコレクタＣＯＬを含む。コレクタＣＯＬは、二次電子電流を測定する電流計ＡＭＰを介してグランドに接続される。

コレクタＣＯＬには、第１の絶縁体Ｄ１が載せられ、第１の絶縁体Ｄ１自体には、第１の導電性格子Ｇ１が載せられる。

第１の格子Ｇ１には、第２の絶縁体Ｄ２が載せられ、第２の絶縁体Ｄ２自体には、第２の導電性格子Ｇ２が載せられる。

第２の格子Ｇ２には、第３の絶縁体Ｄ３が載せられ、第３の絶縁体Ｄ３自体には、第３の導電性格子Ｇ３が載せられる。

格子Ｇ１−Ｇ２とＧ２−Ｇ３の間隔は、６ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。典型的には８ｍｍである。

透過率は、格子の全面積に対する格子の開口の面積の比率として定義されることを想起されたい。この例では、格子の透過率は、きわめて高くなければならず、５０％より大きいことが好ましい。

これらの開口は、また、コレクタに到達してしまう荷電化学種を捕捉しないように、比較的大きい面積でなければならない。有利には、この面積は、１５ｍｍ²〜３０ｍｍ²の範囲である。例えば、円形開口は、約５ｍｍの直径である。

検出器は、
・コレクタＣＯＬ上の高エネルギー二次電子を回収する機能と、
・高エネルギー電子の衝突の結果として低エネルギー二次電子が生じたときのコレクタ上の低エネルギー二次電子を回収する機能と、
低エネルギー電子とプラズマのイオンを跳ね返す機能とを果たさなければならない。

また、バイアス電圧が格子Ｇ１、Ｇ２及びＧ３に印加される結果として検出器内にプラズマやアークが発生するのを防ぐことが適切である。このため、パッシェンの法則が参照されることがある。検出器は、プラズマを汚染することになる化学種を加えてはならない。マイクロエレクトロニクスの分野の用途には、導体にアルミニウムを選択し、絶縁体にアルミナを選択することが有利である。

また、イオン注入装置内で生成されたプラズマを妨げないようにすることが重要である。

第１の格子Ｇ１は、第１のケーブルＬ１によって、コレクタＣＯＬに対して１２０ボルト未満、典型的には１００ボルトの負電圧にバイアスされる。

第２の格子Ｇ２は、第２のケーブルＬ２によって、コレクタＣＯＬに対して１２０ボルト未満、典型的には１００ボルトの正電圧にバイアスされる。

第３の格子Ｇ３は、第３のケーブルＬ３によって、コレクタＣＯＬに対して６０ボルト未満、典型的には５０ボルトの負電圧にバイアスされる。

この第１の実施形態では、検出器は、複数の開口を有し、これらの開口はそれぞれ、格子を介して位置が合った３個のオリフィスに対応する。

したがって、これらの開口はそれぞれ、直径Ｄの電導円筒体と位置が合う。

これらの開口の直径をＤ、２つの格子間の距離をｈと定義すると、ｈ／Ｄと定義された比率は、約１．５の大きさを有し、いかなる場合も１より大きいことが好ましい。

第２の実施形態では、検出器には、複数の開口がなくなっているが、単一開口を有する管状構造がある。

図２の（ａ）を参照すると、第１の変形では、コレクタＰは、トレイの形である。コレクタには、第１の絶縁リングＩ１が載せられ、第１の絶縁リングＩ１自体には、第１の導電性リングＡ１が載せられる。これらの２つのリングの内径は、Ｄである。第１の絶縁リングＩ１の厚さは、実質的に、第１の導電性リングＡ１の厚さより大きく、これらの２つの厚さの和はｈである。

第１の導電性リングＡ１には、第２の絶縁リングＩ２が載せられ、第２の絶縁リングＩ２自体には、第２の導電性リングＡ２が載せられる。

これらの第２のリングＩ２及びＡ２は、第１のリングＩ１及びＡ１と同じ形状を有する。

第２の導電性リングＡ２は、第３の絶縁リングＩ３が載せられ、第３の絶縁リングＩ３自体は、第３の導電性リングＡ３が載せられる。同様に、これらの第３のリングＩ３及びＡ３は、第１のリングＩ１及びＡ１と同じ形のものである。

同様に、コレクタＰは、電流計ＡＭＰを介してグランドに接続される。

形状は、第１の実施形態の開口の形状と同じである。したがって、比率ｈ／Ｄは、１より大きいことが好ましい。

第１、第２、及び第３の導電性リングＡ１、Ａ２及びＡ３はそれぞれ、第１の実施形態の第１、第２及び第３の格子Ｇ１、Ｇ２及びＧ３と同じようにバイアスされる。

図２の（ｂ）を参照すると、第２の変形では、コレクタＰは、同様にトレイの形である。コレクタには、第１の絶縁リングＳ１が載せられ、第１の絶縁リングＳ１自体には、第１の導電性リングＴ１が載せられる。これらの２つのリングの内径もＤである。これと対照的に、第１の絶縁リングＳ１の厚さは、第１の導電性リングＴ１の厚さよりかなり小さく、これらの２つの厚さの和もｈである。

第１の導電性リングＴ１には、第２の絶縁リングＳ２が載せられ、第２の絶縁リングＳ２自体には第２の導電性リングＴ２が載せられる。

これらの第２のリングＳ２，Ｔ２は、第１のリングＳ１，Ｔ１と同じ形状を有する。

同様に、第２の導電性リングＴ２には、第３の絶縁リングＳ３が載せられ、第３の絶縁リングＳ３自体には、第３の導電性リングＴ３が載せられる。同様に、これらの第３のリングＳ３，Ｔ３は、第１のリングＳ１，Ｔ１と同じ形状のものである。

また、形状は、第１の実施形態の開口を複製する。したがって、ｈ／Ｄの比率は、１より大きいことが好ましい。

この第２の変形では、リングは、第１の変形のリングと類似しているが、絶縁要素と導体要素の厚さが置き換えられている。

本発明の前述の実施形態は、その具体的な性質のために選択されたものである。しかしながら、本発明が対象とする全ての実施形態を網羅的に列挙することはできない。詳細には、述べた手段はいずれも、本発明の範囲を越えない範囲で等価手段によって置き換えることができる。

Claims

互いに絶縁された３つだけの電極を支持するコレクタ（ＣＯＬ，Ｐ）であって、前記電極が前記コレクタに対してバイアスされたコレクタを備える高エネルギー二次電子検出器であって、前記電極は、
跳ね返されるべき第１の所定の符号の電荷を跳ね返すための第１の反発電極（Ｇ１，Ａ１，Ｔ１）であって、この負バイアス電極が、電子を通すための少なくとも１つの開口を備える第１の反発電極（Ｇ１，Ａ１，Ｔ１）と、
跳ね返されるべき反対符号の電荷を跳ね返すための第２の反発電極（Ｇ２，Ａ２，Ｔ２）であって、この正バイアス電極が、電子を通すための少なくとも１つの開口を備える第２の反発電極（Ｇ２，Ａ２，Ｔ２）と、
選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）であって、電子を通すための少なくとも１つの開口をやはり備える選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）と、を含み、
前記電極の前記開口が、導電円筒体（Ｄ）に沿って位置が合い、前記選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）が負バイアスされたことを特徴とする高エネルギー二次電子検出器。
前記コレクタ（ＣＯＬ）が、カップの形であることを特徴とする請求項１に記載の検出器。
前記電極（Ｇ１−Ａ１−Ｔ１、Ｇ２−Ａ２−Ｔ２、Ｇ３−Ａ３−Ｔ３）が、アルミニウムで作成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出器。
２つの連続した電極（Ｇ１−Ｇ２，Ｇ２−Ｇ３）の間隔が、６ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出器。
前記電極（Ｇ１−Ａ１−Ｔ１，Ｇ２−Ａ２−Ｔ２，Ｇ３−Ａ３−Ｔ３）の前記開口が、１５ｍｍ²〜３０ｍｍ²の範囲の面積であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出器。
前記電極が、格子（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）によって構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出器。
前記格子（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の透過率が、５０％より高いことを特徴とする請求項６に記載の検出器。
２つの連続した格子間の距離がｈで定義され、前記格子内のオリフィスの直径がＤで定義されるとき、ｈ／Ｄで定義される比率が１より大きいことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の検出器。
前記電極が、リング（Ａ１−Ｔ１，Ａ２−Ｔ２，Ａ３−Ｔ３）によって構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出器。
２つの連続したリング間の距離がｈと定義され、前記導電円筒体の直径がＤと定義されるとき、ｈ／Ｄと定義される比率が１より大きいことを特徴とする請求項９に記載の検出器。
検出器によって二次電子を検出する方法であって、
前記検出器が、
必要な電荷を収集し、互いに絶縁された３つだけの電極を支持するコレクタ（ＣＯＬ）と、
跳ね返されるべき所定の符号の電荷を跳ね返すための第１の電極（Ｇ１，Ａ１，Ｔ１）と、
跳ね返されるべき反対符号の電荷を跳ね返すための第２の電極（Ｇ２，Ａ２，Ｔ２）と、
選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）と、を有し、
前記方法において、前記コレクタ（ＣＤＬ）が基準とされ、
前記第１の電極（Ｇ１，Ａ１，Ｔ１）に絶対値１２０ボルト未満の負の第１の直流電圧を印加し、
前記第２の電極（Ｇ２，Ａ２，Ｔ２）に正の第２の直流電圧を印加し、
印加される負の第３の直流電圧を前記選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）に印加する、
ことを特徴とする方法。
前記第２の電圧が、１２０ボルト未満の絶対値を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
前記第３の電圧が、６０ボルト未満の絶対値を有することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の方法。