JP2973706B2 - イオンビーム照射装置 - Google Patents

イオンビーム照射装置

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JP2973706B2 JP4147195A JP14719592A JP2973706B2 JP 2973706 B2 JP2973706 B2 JP 2973706B2 JP 4147195 A JP4147195 A JP 4147195A JP 14719592 A JP14719592 A JP 14719592A JP 2973706 B2 JP2973706 B2 JP 2973706B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオンビーム照射装置、
特にイオン打込み装置とともに用いられるのに適したイ
オンビーム照射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン打込み装置にあっては、イオンビ
ーム電流の測定が重要であるとともに、試料表面の帯電
防止策を講じることが重要である。イオンビーム電流の
測定のためにはファラデーケージと呼ばれる筒状体がイ
オンビームが通る通路の周りに試料に近接して配置され
るのが一般的である。また、帯電防止策としては電子源
から発生される電子を試料表面に向けるように偏向し、
この電子によって試料表面を電気的に中性化することが
多い。このような技術はたとえば特開平2−87450号公報
に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】よく知られているよう
に、試料は表面にレジストが塗布された半導体ウエハで
あることが多い。したがって、その表面がイオンビーム
で衝撃されることによりその表面からガスが発生し、そ
してその発生量は衝撃初期において特に多い。一般に筒
状体は発生したガスを試料表面近傍からすばやく拡散さ
せやすい構造になっていることから、これが試料表面の
帯電防止効果を低下させる原因となっている。試料表面
近傍においてガスが不足すると、そのガスがイオンビー
ム衝撃でイオン化されることによって生じる、試料表面
の中性化に役立つ電子が不足するからである。また、試
料近傍からすばやく拡散したガスの一部または大部分は
筒状体のイオンビーム入り口開口からその外部へ放出さ
れることになるため、筒状体外におけるその入り口開口
付近の圧力がイオンビームによる試料表面の衝撃初期に
おいて急激に増大し、したがって、イオンビーム電流の
測定値が急激に減少する。その放出されたガスがイオン
ビーム衝撃でイオン化されることによって生じる電子や
イオンが筒状体によって検出されなくなるためである。
これはイオンビーム電流の大きな測定誤差に帰着する。
【0004】本発明の目的はイオンビームの測定精度を
低下させることなく、試料の帯電防止効果を向上するこ
とができるイオンビーム照射装置を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明にもとづくイオン
ビーム照射装置はイオンビームを発生させて、このイオ
ンビームを試料に照射する手段と、前記試料を配置する
ための試料台と、前記イオンビームの電流を測定する手
段とを備え、このイオンビーム電流測定手段は前記イオ
ンビーム光路を包囲する筒状体であって、当該筒状体内
には、前記イオンビーム通過口を有する隔壁及び前記試
料台によって仕切られる空間が複数設けられている。
【0006】
【作用】試料から発生したガスの拡散を筒状体内に設け
られた隔壁や試料台によって仕切られる複数の空間によ
って、抑制することができる。それによって筒状体内に
おける滞留時間が長くなる結果、イオン衝撃初期におけ
る試料表面近傍のガス量が増大し、かつそのガス量が急
激に減少しないので、そのガスがイオンビーム衝撃でイ
オン化されることにより生じる、試料表面電位の中性化
に役立つ電子量が増大され、これによって帯電防止効果
の向上を実現できる。また、試料から放出されたガスの
試料表面近傍外への急激な拡散が抑制されることから、
イオンビーム電流測定手段である筒状体外へのガスの放
出も緩やかに行われる。その結果、イオンビーム衝撃初
期におけるガス、およびガスに対するイオン衝撃によっ
て発生する電荷の流出が抑制されるので、筒状体外でイ
オンビーム衝撃によってイオンや電子が生ずる機会が少
なくなり、また電流測定手段で検出されることなく電荷
が流出する事態を回避することができるようになる。よ
ってイオンビーム電流の測定精度の低下を避けることが
可能になる。
【0007】
【実施例】図5を参照するに、イオン源301から放出
され、加速されたイオンビームは質量分離用磁石303
によって発生される磁場により質量分離され、それによ
って得られた特定のイオン種のイオンビームが質量分離
用スリット305を通して得られる。このようにして得
られたイオンビームはイオン打込み室306に導入さ
れ、試料である半導体ウエハ308に打込まれる。ウエ
ハ308は回転盤307によってその同一円周上に複数個
保持されている。駆動装置302は回転盤307をその回
転中心の周りに高速回転させると同時にその半径方向に
移動させる。これによって回転盤307はイオンビーム
に対して半径方向と回転方向すなわち半径方向に対して
直角な方向の二方向に走査され、その結果としてウエハ
308の全面へのイオン打込みが達成される。
【0008】イオン源301,ウエハ308およびこれ
を保持する回転盤307は真空にされた真空容器である
イオン打込室306内に配置されている。イオンビーム
が通る通路の周りにはウエハ308に近接してイオンビ
ーム電流測定系309が配置されている。
【0009】このイオンビーム電流測定系を図1及び図
2を参照して説明するに、イオンビームは接地電位のア
パーチャ102によって成形され、サプレッション電極
103およびファラデーケージとしての筒状体105を通
ってウエハ308を照射する。ウエハ308の表面には
レジストと呼ばれる膜ないしは層が形成されている。イ
オンビームがウエハ308に当たって生じる電流Iwは
イオンビーム電流計106を流れる。イオンビームによ
ってウエハ308が衝撃されることにより反射イオン,
二次電子,二次イオンが発生し、これらによる電流Ih
はイオン電流計106を流れる。イオンビームがウエハ
308を衝撃することによってその表面からガスすなわ
ち主として炭化水素ガスが発生する。このガスの発生は
イオンビーム衝撃の初期において顕著である。このガス
はイオンビームとの衝突でイオン化され、それによって
イオンおよび電子が生じる。これらは筒状体105によ
って検出され、これによって生じる電流Idはイオン電
流計106を流れる。イオンビーム電流はIw,Ih,
Idの和で表される。
【0010】サプレッション電極103はイオンビーム
中の電子が筒状体103に入るのを防止するとともに、
筒状体103内の電子がそのイオンビーム入り口を通し
てその外部に出るのを防止する。
【0011】筒状体105はイオンビームの方向に仕切
られた複数個の小部屋111を備えている。イオンビー
ム衝撃によって試料308から放出されたガスの多くは
小部屋111に入りそして緩やかに出てくる。したがっ
て、そのガスの試料308表面近傍外への拡散が小部屋
がない場合に比べて抑制又は遅らされるようになる。す
なわち、ガスの試料308表面近傍における滞留時間が
長くなる。その結果、イオンビーム衝撃初期における試
料308表面近傍のガス量が増大し、かつそのガス量が
急激には減少しなくなるので、そのガスがイオンビーム
衝撃でイオン化されることにより生じる、試料表面電位
の中性化に役立つ電子量が増大され、これによって帯電
防止効果の低下が防止される。また、試料308から放
出されたガスのその試料表面近傍外への急激な拡散が抑
制されることから、筒状体105のイオンビーム入り口
を通してのその外部へのガス放出も緩やかに行われるよ
うになる。その結果、筒状体105外へのイオンビーム
衝撃初期におけるガス放出量が減少するため、筒状体1
05外でイオンビーム衝撃によってイオンや電子が生じ
る機会が少なくなり、その分イオンビーム電流の測定誤
差の低減が図られる。
【0012】図3は試料表面近傍および筒状体外のイオ
ンビーム入り口付近における圧力の時間的な変化を示
す。「内」は試料表面近傍における圧力の時間的な変化
を示すデータを、「外」は筒状体外のイオンビーム入り
口付近における圧力の時間的な変化を示すデータをそれ
ぞれ表す。これらのデータから明らかなように、試料表
面近傍に関しては、従来例の場合はイオンビーム衝撃初
期においてピークを示す圧力はその後急激に低下するよ
うになるのに対して、本発明例の場合はイオンビーム衝
撃初期における圧力は従来例におけるよりも高いピーク
値を示し、そしてその後は高い値を維持しながら緩やか
に低下するようになる。一方、筒状体外のイオンビーム
入り口付近における圧力は従来例の場合は試料表面近傍
におけるそれよりは若干低いレベルを維持しながらそれ
とほとんど同じような時間的変化を示すのに対して、本
発明例における筒状体外の入り口付近の圧力はイオンビ
ーム衝撃初期においては従来例に比べて非常に低く、か
つその後もほとんど変化しない。
【0013】ガス滞留効果を得るために小部屋111の
内壁をでこぼこしてもよいし、また小部屋111を設け
ないで、筒状体内に活性炭のような多孔質物質を詰め込
むようにしてもよい。
【0014】筒状体の側部は開口されており、この開口
部にはイオンビームと逆極性の荷電粒子ビームすなわち
電子ビームを発生する装置が設けられている。この装置
において、電子源としてのフイラメント113は数ボル
トの負電位に保たれ、このフイラメントから発生される
電子は1キロボルト程度の電位に保たれた引出し電極1
14によって電子ビームとして引出される。電子偏向用
としての電極115および112はアース電位又はフイ
ラメントと同電位に保たれ、これらの電極と引出し電極
114との間の電圧によって電子ビームは偏向されて試
料308表面に指向される。試料表面の電子による照射
は試料表面のイオンビームによる照射によって生じる帯
電の防止、つまりその表面電位の中性化に役立つ。
【0015】図4は試料表面に向けられる電子軌道のシ
ミュレーション結果を示す。図4では1個の電子ビーム
発生装置だけが示されているが、実際には中心線を基準
として、図示されている電子ビーム発生装置と対称な位
置にもう1個の電子ビーム発生装置が備えられている。
したがって、電子軌道シミュレーションはこれらの2個
の電子ビーム発生装置が存在するという前提のもとに行
われたのであるが、図4では中心線を基準として片側だ
けが図示されている。
【0016】既述のように、偏向用の電極115および
112はアース電位又はフイラメントと同電位に保たれ
るので、電子偏向用としての特別な電源は不必要であ
る。
【0017】フイラメント113は試料308表面から
直接見ることができない位置にあり、したがって、フィ
ラメントから発生する蒸発物による試料表面の汚染が防
止される。引出し電極114の電子通過穴はできるだけ
細くされるとともに、できるだけ長くされる。これによ
って、その電子通過穴の排気コンダクタンスが大とな
り、フイラメントの、試料から発生されるガスとの接触
が軽減される結果、フイラメントの寿命低下が低減され
る。
【0018】フイラメントは真空室内の真空に対して大
きく開放されている。それゆえに、フイラメントが引出
し電極の電子通過穴を介して真空に通じる通路の排気コ
ンダクタンスよりもフィラメントが引出し電極の電子通
過穴以外の空間を介して真空に通じる通路の排気コンダ
クタンスが大となるため、フイラメントのガス分子との
接触がより軽減され、その寿命低下が一層低減される。
【0019】筒状体105のイオンビーム出口開口すな
わち試料側開口の断面は試料が回転盤104の回転によ
って走査される方向すなわちその回転盤の半径方向に対
して直角な方向においてその半径方向においてより広く
されている。このようにすれば、イオンビーム衝撃され
ている試料表面部分が、電子によって十分中性化されな
いままに走査のための回転盤の回転によってイオンビー
ム外に移動されたとしても、その部分は電子照射によっ
て中性化されるようになる。
【0020】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明によれば、イオンビームの測定精度を低下させること
なく、試料の帯電防止効果を向上することが可能なイオ
ンビーム照射装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すイオンビーム照射装置
の主要部の断面図。
【図2】図1のII〜II線に沿う断面図。
【図3】本発明例と従来例との効果比較のための、ファ
ラデーカップ内外における圧力の時間的変化特性曲線を
示す図。
【図4】本発明の実施例における電子軌道シミュレーシ
ョン結果を示す図。
【図5】本発明に基づく一実施例を示すイオンビーム照
射装置の概念図である。
【符号の説明】
102…アパーチャ、103…サプレッサ電極、104
…回転盤、105…筒状体(ファラデーケージ)、30
8…試料、111…小部屋、112…偏向用電極、11
3…フイラメント、114…引出し電極。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−93748(JP,A) 特開 昭61−271739(JP,A) 特開 昭61−195553(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 37/317 H01J 37/20

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオンビームを発生させて、このイオンビ
    ームを試料に照射する手段と、前記試料を配置するため
    の試料台と、前記イオンビームの電流を測定する手段と
    を備え、このイオンビーム電流測定手段は前記イオンビ
    ーム光路を包囲する筒状体であって、当該筒状体内に
    は、前記イオンビーム通過口を有する隔壁及び前記試料
    台によって仕切られる空間が複数設けられていることを
    特徴とするイオンビーム照射装置。
  2. 【請求項2】前記筒状体内に前記イオンビームとは逆極
    性の荷電粒子を発生させる手段を備えていることを特徴
    とする請求項1に記載のイオンビーム照射装置。
  3. 【請求項3】前記荷電粒子を発生させる手段は、電子を
    発生させるフィラメントと、その電子を引き出す引き出
    し電極とを含み、この電極の電位はアース電位および前
    記フィラメントの電位のうちいずれかと同じであること
    を特徴とする請求項2に記載のイオンビーム照射装置。
  4. 【請求項4】前記試料台に照射された前記イオンビーム
    のビーム電流を検出する検出手段を備えてなることを特
    徴とする請求項1に記載のイオンビーム照射装置。
  5. 【請求項5】前記筒状体の前記イオンビーム入口近傍に
    は、当該入口の電子の通過を抑制するサプレッション電
    極が配置されることを特徴とする請求項1に記載のイオ
    ンビーム照射装置。
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US08/411,150 US5576538A (en) 1992-02-21 1995-03-27 Apparatus and method for ion beam neutralization
US08/643,252 US5668368A (en) 1992-02-21 1996-05-02 Apparatus for suppressing electrification of sample in charged beam irradiation apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6093748A (ja) * 1983-10-27 1985-05-25 Matsushita Electronics Corp イオンビ−ム補正装置
US4680474A (en) * 1985-05-22 1987-07-14 Varian Associates, Inc. Method and apparatus for improved ion dose accuracy

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