JP3444098B2 - Neutralization system for ion implanter - Google Patents

Neutralization system for ion implanter

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JP3444098B2
JP3444098B2 JP18120796A JP18120796A JP3444098B2 JP 3444098 B2 JP3444098 B2 JP 3444098B2 JP 18120796 A JP18120796 A JP 18120796A JP 18120796 A JP18120796 A JP 18120796A JP 3444098 B2 JP3444098 B2 JP 3444098B2
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和洋 妹尾
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明はイオン注入装置に
おいて、正イオンが注入される試料を中性化するため
に、電子シャワーを試料に照射する中性化装置に関す
る。イオン注入装置は、ガスを励起してプラズマとし、
電界の作用でこれからイオンビームを引き出し、適当な
エネルギーに加速し試料に打ち込むものである。 【0002】イオン注入装置は、例えば、イオン源、質
量分離器、Qレンズ、加速管、走査装置等を備える。イ
オン源は原料ガスを導いてこれを高周波、マイクロ波、
直流電界等の作用によって励起してプラズマにし、引出
電極の作用によってイオンビームを形成するものであ
る。通常、イオンビームが細い場合はイオン注入装置と
いい、イオンビームが大口径の場合はイオンドーピング
装置といって区別することもある。 【0003】ビームが細い場合は質量分離する。これは
扇形のマグネットによって質量の異なるイオンの軌跡を
異ならせ、所望の質量のイオンのみを取り出すようにし
たものである。イオンビームが細く、試料が大面積のウ
エハーである場合は、イオンビームを二次元的に走査し
なければならない。 【0004】走査機構は電界によるものと磁界によるも
のに区別される。電界、磁界によって一次元的に走査
し、試料の方をこれと直交する方向に機械的に走査する
ものもある。電界、磁界によって二次元的に走査するも
のもある。 【0005】ここで問題にするのは中性化装置である。
イオンは正電荷を持っているのでこれが大量に打ち込ま
れると試料に正電荷が注入される。導電性のない試料の
場合は正電荷が試料から逃げないので正に帯電する。こ
れをチャージアップという。強い正電荷の存在によって
強い電界が発生する。これにより試料表面に形成したデ
バイスが破壊されることもある。チャージアップを抑制
するためには電子を試料の表面に与えて中性化すれば良
い。中性化装置はこのためにある。 【0006】 【従来の技術】中性化装置というのはフィラメントを加
熱して熱電子を発生させ、この熱電子を試料の表面に導
いて正電荷を中和させようとするものである。いくつも
の工夫が中性化装置についてなされている。始めに中性
化装置について述べる。 【0007】イオンビームは正電荷の集合であるからク
ーロン力によって低エネルギーの電子を引き寄せる。そ
れまで正電荷のみであったものが電子の雲を伴ったイオ
ンビームになる。これが試料表面に到り試料に打ち込ま
れる。この時イオンは試料深く入り込み、電子は表面近
くで止まる。試料の正電荷を打ち消すことができる。 【0008】このような電子を電子シャワーということ
がある。過剰に発生する低エネルギーの電子群であるか
らである。電子シャワーを発生し正電荷を中和する装置
は、シャワー、シャワー装置、中性化装置ともいう。或
いはシャワーアセンブリ、Eガンということもある。い
ずれも同義語である。 【0009】従来のシャワー装置はビーム輸送系に一つ
設けられる。これはフィラメントとフィラメント電源、
フィラメントのバイアスを与える電源などからなる。フ
ィラメント電源はフィラメントを加熱し高温にして熱電
子を放出する作用がある。バイアス電源はゲート電源と
も呼ぶ。これは輸送系に対するフィラメントの負電圧を
与えるものであり、熱電子の運動エネルギーを決める。 【0010】ビームは細く試料は広いのでビームを左右
に走査する。中性化装置から出た熱電子はエネルギーが
低いので方向性は殆どない。しかしビームエネルギーが
高いとビームの走査に追随できないから電子のビームへ
の付着量が常に一定とはならない。ビームの面内均一性
は目的によって決められている。揺らぎが最大1%と
か、0.5%というふうに規定される。中和電子の量に
ついての決まりはない。しかし、電子の供給量が面内で
不均一であるとビームの打ち込みエネルギーが変わって
くる。電子照射量も試料面内で一様であることが望まれ
る。このように中性化装置には幾つもの問題がある。こ
れに応じて幾つかの提案がなされている。 【0011】特開平2−278647号はイオンビ−
ムの輸送経路に一つの中性化装置を設けている。電子は
壁に衝突し二次電子を生ずる。これがビ−ム輸送系の最
終箇所に設けたウエハ−に照射される。電子の照射によ
ってウエハ−を中和する。それだけでは運動エネルギ−
の低い電子の広がりのほうが、イオンビ−ムの広がりよ
りも大きい。ウエハ−の外の試料台にも電子が到達す
る。つまり中和ではなく、行き過ぎてウエハ−の外側の
試料台が負に帯電する。これを避け、電子の量を加減す
るために、ウエハ−の直前にリング形状の制御電極を設
けている。制御電極には中性化フィラメントに対し負電
圧を加える。負電圧によって電子分布が中央部近傍に絞
られる。電子の照射領域とイオンビ−ムの照射領域がほ
ぼ等しくなる。ウエハ−の大きさに応じて制御電極の電
圧を加減し、常に電子分布の大きさとイオンビ−ム分布
の広がりを合致させることができる、という。 【0012】特開平3−145047号は、ひとつの
中性化装置をイオンビ−ムの輸送系に設けている。タ−
ゲットに入射する電流を測定することにより、中性化電
子の必要な量を求めていたが、それではウエハ−以外の
部分に入射する電子の電流をも加算することになり厳密
な中和条件を実現できないとし、ウエハ−電流を測定し
これが0になるように中性化フィラメントの電流を調整
するようにしている。 【0013】特開平5−217543号は本出願人に
なるものである。これは中和電子の全体の量の制御では
なく、イオンビ−ム中心と電子ビ−ム中心を合致させよ
うとする。つまり空間的な正イオンと負電荷の一致のた
めの工夫である。二つの中性化装置をビ−ムが通過する
経路の壁に設ける。さらに電子ビ−ムの向きを自在に調
整するために静電レンズを電子ビ−ム経路に設ける。静
電レンズに加える電圧によって自由に電子ビ−ムの方向
を変化させることができる。そのためには電子ビ−ムの
分布を知らなければならない。 【0014】空間分布の測定のために、ウエハ−を取り
除き、代わりに二次元的に多数のファラデ−カップを並
べた測定装置をウエハ−の位置に置く。此の状態で二つ
の中性化装置を運転し電子がウエハ−面に入射する場合
の空間的な二次元分布を求めることができる。イオンビ
−ムの中心位置は始めから分かっているし、そうでない
場合は同じ手段によって測定できる。イオンビ−ムの中
心と電子ビ−ムの中心がずれている場合は、静電レンズ
によって電子ビ−ムの方位を微調整する。こうして電子
ビ−ムをイオンビ−ムの広がりに合わせることができ
る。 【0015】 【発明が解決しようとする課題】熱電子というが、実際
にはフィラメントから出た電子を適当な電圧(例えば2
00V)をかけて外部に引き出すから、かなりの運動エ
ネルギーを持っている。熱電子というのはフィラメント
の温度と同じエネルギーを持つものをいうので、本来は
0.3eV程度の小さいエネルギーのものである。しか
しそれだけでは引き出せないから、どうしてもフィラメ
ントと引き出し電極の間に電圧をかけなければならな
い。フィラメントから出て電界によって加速された(一
次)電子は輸送系の壁に衝突して二次電子を生ずる。一
次電子自体は反射される。二次電子のエネルギーは低
い。このようにエネルギーの異なる一次電子と二次電子
の集合がシャワーである。 【0016】エネルギーの低い電子を多く含むといって
も、やはり一つのシャワー装置から出たシャワーは分布
に偏りがある。壁面の一箇所に設けられているからであ
る。ウエハー(試料)が小さいものであれば電子分布不
均一の影響は強く現れない。しかしSiウエハーやガラ
ス基板のサイズは次第に大きくなりつつある。スループ
ットを上げるためである。すると中和電子の空間的な不
均一性がより著しくなってくる。 【0017】ウエハーが広い場合でも、ウエハーの全面
での中和電子の分布が一様であるようにできる中性化装
置を提供することが本発明の第1の目的である。広いウ
エハーの上を細いビームが走査するようになっている場
合でも試料ウエハーの全面での電子の分布を一様にでき
る中性化装置を提供するのが本発明の第2の目的であ
る。 【0018】前記の特開平5−217543号は二つの
中性化装置を設けるが、それらから出るそれぞれの熱電
子電流を知ることはできない。また静電レンズのように
新たな構成が必要であって構造が複雑である。より単純
であってしかも一様な中和電子の分布を形成することが
望まれる。 【0019】 【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、本発明は、二つの同等な中性化装置をビーム
輸送路において対称の位置に設ける。さらに二つの中性
化装置のエミッション電流が等しくなるようにする。二
つの装置を、第1中性化装置或いはシャワー装置A、第
2中性化装置或いはシャワー装置Bと呼ぶことにする。
エミッション電流というのは電子電流のことである。こ
れがシャワー装置A(A1 )とシャワー装置B(A2
において等しいようにする。つまり本発明の要件は以下
の二つである。 【0020】1.対称の位置に二つの同等の中性化装置
を設ける。 2.二つの装置のエミッション電流を等しくする。A1
=A2 とする。 【0021】 【発明の実施の形態】イオン注入装置は初めに説明した
ように、イオン源、質量分離器、加速管、走査系、中性
化装置、ウエハー支持装置、などよりなる。何れも内部
は真空である。本発明の中性化装置は輸送路の中に二つ
設けられる。 【0022】これを図1に示す。イオン源、質量分離
器、加速管などはこれよりも前方にあって図に現れな
い。走査装置Xより後の機構を示す。ビームの輸送路は
ビーム輸送系壁Wによって仕切られる。輸送路のおわり
に試料(ウエハー)Sを支持する試料台Q(サセプタ)
が設けられる。 【0023】イオンビームは走査されるのでこのように
扇型の分布をすることもある。もう一つの走査装置を使
って、一旦曲がったビームを反対に曲げて試料に対して
は常に垂直に入射するようにする事もある。ここに描か
れる全てのビームが一度に現れるのではない。それぞれ
の時刻にはその内の一本だけが存在するのである。左右
に走査して初めて全面にイオンを注入できる。 【0024】ビーム経路の左右に二つのシャワー装置
A、Bが設けられる。シャワー装置は同等である。これ
らから等しく熱電子のシャワーがビームに対して放射さ
れる。クーロン力によって電子がイオンビームの中に引
き寄せられる。イオンビームと共に電子が運ばれて試料
面に到達する。 【0025】図2に示すようにシャワー装置は箱体1
と、その内部に張ったフィラメント2と、輸送路側にあ
り出口3を持つ引出電極4と、引き出し電源5、フィラ
メント電源6などを含む。フィラメント2はタングステ
ンの細い線でありフィラメント電源6によって電流が与
えられる。フィラメントに電流が流れると抵抗があるの
で発熱する。温度が上がりフィラメントから熱電子が出
る。それだけでは電子が外部に出て行かないから、引出
電極4との間に負電圧を加える。この電圧のエネルギー
を持つ電子が出口3から出て行く。 【0026】言葉を次のように定義する。フィラメント
電圧Vfはフィラメントにかかる電圧である。フィラメ
ント電流Ifはフィラメントを流れる電流である。熱電
子放射の強度はフィラメント電流に比例して増加する。
引き出し電圧というのは引出電極とフィラメント間の電
圧で、引き出しの為の電圧である。これはここでは二つ
の部分に分かれる。エミッション電源とゲート電源とい
う二つの電源を直列に接続し、これの和として引き出し
電圧を与える。 【0027】実際にはゲート電圧は負とし、エミッショ
ン電源からこれだけの電圧を差し引いたものが電極4と
フィラメント間にかかる電圧となる。エミッション電流
Aというのはそれぞれのフィラメントから放出される電
子電流である。これらのパラメータは、二つのシャワー
装置について一つづつ定義されるが、これは1、2とい
う添え字を付ける事によって区別する。 【0028】本発明ではエミッション電流A1 、A2
二つの中性化装置で等しくするのであるが、これはA1
=A2 によって簡単に表す事ができる。こうすることの
意味をまず説明する。初めに述べているようにシャワー
装置から出た一次電子は対面の壁面に衝突して二次電子
を生ずる。一次電子も反射される。エネルギーの分布は
大ざっぱに言って二つのピークを持つようになる。エネ
ルギーが低いので電子の雲のようになるが、イオンビー
ムがあるとクーロン力によってイオンに引き寄せられ
る。一つのシャワー装置から出たものがどのような形状
をした電子の雲を形成するかということははっきりしな
い。試料面に関して対称性の高い分布にならないことも
多いと推定される。 【0029】本発明ではビーム輸送系の壁に対称の位置
に二つの中性化装置を設置するのであるから、これによ
って形成される電子の雲は、試料の中心線に関して対称
の分布をするであろう。電子の試料への注入の分布は、
一つのシャワー装置の場合よりもより均一になるはずで
ある。これが二つのシャワー装置を設ける理由である。
本発明のもう一つの特徴は、二つのシャワー装置が作る
電子雲の分布を均等化させるための工夫をするというこ
とである。形状寸法が同一であるが常に熱電子の放射量
が同一とは限らない。本発明はそれぞれのシャワー装置
の電子電流を測定する。そしてフィラメント電流を調整
することによって、電子電流(エミッション電流)を同
一にする(A1 =A2 )。 【0030】図3は本発明のシャワー装置(中性化装
置)の電気回路図である。シャワー装置Aは図2に示し
たものと同じである。箱体1の内部にフィラメント2が
あり、フィラメント電源6によってフィラメントの電流
を流し、熱電子を電極4の出口3から放射する。シャワ
ー装置Bは、ほぼ同じ構造である。寸法構造ともに同じ
にし、輸送路において対称の位置に設けられる。シャワ
ー装置Bは、箱体11の内部にフィラメント12を有
し、前方には出口13を穿孔した引出電極14が取り付
けられる。フィラメント電源16は可変の電源になって
いる。この点でシャワー装置Aと異なる。フィラメント
電流は測定しない。 【0031】ビーム輸送系の最終点に試料Sが設置され
る。ターゲット電流検出回路23、ビーム電流検出回路
8が、直列に試料Sとアースとの間に設けられる。フィ
ラメント2とビーム電流検出回路8の間には、第1エミ
ッション電流検出回路21とエミッション電源7が直列
につながれる。同様にフィラメント12とビーム電流検
出回路8との間には、第2エミッション電流検出回路2
2とエミッション電源7が直列に接続される。エミッシ
ョン電源7の正極と引出電極4、14の間には、ゲート
電源9が繋がれている。 【0032】試料Sに流れるイオンビームはビーム電流
検出回路8によって測定される。これがA4である。フ
ィラメント2から放射されて試料に当たった電子は、試
料Sからターゲット電流検出回路23を通りエミッショ
ン電源7、第1エミッション電流検出回路21、からフ
ィラメント2に戻る。電子電流は第1エミッション電流
検出回路21によって測定される。これをA1 とする。 【0033】フィラメント12から出て試料に衝突した
電子は、ターゲット電流検出回路23、エミッション電
源7、第2エミッション電流検出回路22を通ってフィ
ラメント12に戻る。電子電流は第2エミッション電流
検出回路22によって求めることができる。 【0034】電子電流は、エミッション電流検出回路2
1、22によって測定されている。この値A1 、A2
熱電子放射量に等しい。比較回路10はこれらA1 、A
2 を比較する。これらが同一である場合は、シャワー装
置Bのフィラメント電源16の電圧はそのまま維持す
る。不一致の場合は、これらが同一になるように装置B
のフィラメント電源16を調整する。つまりA1 >A2
ならば、装置Bのフィラメント電圧Vf2 を上げる。反
対にA1 <A2 ならば、装置Bのフィラメント電圧Vf
2 を下げる。 【0035】フィラメントと引出電極の間に掛かる電圧
Vexはエミッション電源の電圧Veからゲート電圧V
gを差し引いたものである。Vex=Ve−Vg。Ve
は一定である。ゲート電圧Vgが可変になっている。ゲ
ート電源9の電圧Vgを変えるとどちらの電極14、4
も同じように電圧が変化する。つまり同じように電子電
流が変動する。ゲート電圧Vgはシャワー装置A、Bの
両方を同じように変化させるものである。 【0036】ゲート電圧はどのように制御するのか?こ
れは試料Sに適当に過剰な電子電流を流す事ができるよ
うに調整する。試料Sにはイオンビームによって正の電
荷が入り、電子が到達することによって負の電荷が入
る。イオンビームによる電流は試料S→A3→A4→大
地と流れる。電子電流はフィラメント→A1 、A2 →V
e→A3→試料S→フィラメントというふうに流れる。 【0037】するとA3に流れる電流は正イオン電流
(A4)から負電子電流(A1 +A2 )を差し引いたも
のになる。A3=A4−A1 −A2 。つまり符号まで含
めて試料に流れる全電流をA3が測定していることにな
る。だからこれをターゲット電流検出回路23と呼ぶ。
A3が0の時、イオンビーム電流(A4)=電子電流
(A1 +A2 )であっって、丁度打ち消し合う状態であ
る。 【0038】しかし実際には電子電流(A1 +A2 )が
やや多いぐらいに設定する方がよい。これらの電荷は試
料に入るだけでなく試料台Qに入射したときも電流とし
てカウントされる。電子は方向性、収束性が乏しく、試
料台Qに当たる分が、イオンよりも多い。それで電子を
少し過剰にすると試料面で丁度電荷が打ち消すようにな
る。そこでA3が適当な負電圧になるようにゲート電圧
Vgを調整する。ゲート電圧は負電圧として与えられる
ので、これを減らすと電子電流が減少する。これを増や
すと電子電流が増える。Vgを増減してA3を適当な値
に保持できる。 【0039】 【実施例】フィラメントは直径が0.6φ、長さが10
0mmのタングステンである。これを両方のシャワー装
置の設置する。フィラメント電源の電圧を適当に決め、
フィラメントに20A程度の電流を流す。これにエミッ
ション電圧として200Vを印加する。一方、ビーム電
流(A4)は1mA程度である。ターゲット電流(A
3)を−600μA程度に設定しておく(電子電流は
1.6mA程度)。ゲート電圧は中性化に必要なエミッ
ション電流を得られるだけの電圧Vgを出力する。これ
は通常100V〜150Vである。 【0040】これはそのように設計してあるので当然そ
のように動作する。一方フィラメント2、12の電流A
1 、A2 をモニタしている回路があり、A1 とA2 が同
じになるようにVf2 を変えることによってフィラメン
トの電流を制御している。その結果としてシャワー装置
Aとシャワー装置Bのアセンブリーから同一のシャワー
量がターゲットに与えられる。面内で電子分布がほぼ均
一に近い分布をするようになる。 【0041】図1、図3において、シャワーアセンブリ
ーが左右に二つあり、それぞれのフィラメント電流が独
立に制御できる。エミッション電流は装置Aと装置Bの
値(A1 、A2 )がそれぞれ独立に測定できる。一方ゲ
ート電圧は左右同じ電圧で制御されている。ターゲット
にはビーム電流(A4)とシャワー電流(A1 +A2
の和が流れる。シャワー電流A1 、A2 としては左右と
もに同じように出ることが望ましいので、フィラメント
12の電圧Vf2 を変えて制御する(この時フィラメン
ト電圧Vf1 は固定)。電子電流絶対量(A1 +A2
はゲート電圧Vgによって制御される。 【0042】 【発明の効果】本発明はイオン注入装置のビーム輸送経
路に二つの中性化装置を設け、中性化のための電子電流
が両方の装置において均等になるようにしている。イオ
ンビームを左右に走査し電子の分布が走査点において異
なるとしても、二つの電子源から中性化電子を供給する
ので、常に試料面内において電子分布が一様になる。た
めにウエハーの全面でチャージアップを防止できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an ion implantation apparatus, in which an electron shower is applied to a sample to neutralize the sample into which positive ions are implanted. Related to the device. The ion implanter excites the gas into plasma,
An ion beam is extracted from this by the action of an electric field, accelerated to an appropriate energy, and implanted into a sample. [0002] An ion implantation apparatus includes, for example, an ion source, a mass separator, a Q lens, an acceleration tube, and a scanning device. The ion source guides the source gas and converts it into high frequency, microwave,
The plasma is excited by the action of a DC electric field or the like, and an ion beam is formed by the action of the extraction electrode. Usually, when the ion beam is narrow, it is called an ion implantation apparatus, and when the ion beam has a large diameter, it is sometimes called an ion doping apparatus. When the beam is narrow, mass separation is performed. In this method, the trajectories of ions having different masses are made different by a fan-shaped magnet, and only ions having a desired mass are extracted. If the ion beam is thin and the sample is a large-area wafer, the ion beam must be scanned two-dimensionally. [0004] The scanning mechanism is divided into those using an electric field and those using a magnetic field. In some cases, the sample is scanned one-dimensionally by an electric field or a magnetic field, and the sample is mechanically scanned in a direction orthogonal to the one. Some scan two-dimensionally by electric and magnetic fields. The problem here is the neutralization device.
Since ions have a positive charge, if they are implanted in large quantities, a positive charge is injected into the sample. In the case of a non-conductive sample, the sample is positively charged because a positive charge does not escape from the sample. This is called charge-up. A strong electric field generates a strong electric field. This may destroy the device formed on the sample surface. In order to suppress charge-up, electrons may be applied to the surface of the sample to neutralize the sample. The neutralizer is for this. [0006] A neutralizing device is a device for heating a filament to generate thermoelectrons and guiding the thermoelectrons to the surface of a sample to neutralize a positive charge. Several innovations have been made for the neutralization device. First, the neutralization device will be described. Since an ion beam is a collection of positive charges, it draws low-energy electrons by Coulomb force. What used to have only positive charges until then becomes an ion beam with a cloud of electrons. This reaches the sample surface and is driven into the sample. At this time, ions penetrate deeply into the sample, and electrons stop near the surface. The positive charge of the sample can be canceled. [0008] Such an electron is sometimes referred to as an electron shower. This is because it is a low-energy electron group generated excessively. A device that generates an electron shower and neutralizes positive charges is also referred to as a shower, a shower device, and a neutralizing device. Or a shower assembly or an E-gun. Both are synonyms. [0009] One conventional shower device is provided in the beam transport system. This is filament and filament power,
It consists of a power supply for applying a bias to the filament. The filament power supply has the effect of heating the filament to a high temperature and emitting thermoelectrons. The bias power supply is also called a gate power supply. This gives the negative voltage of the filament to the transport system and determines the kinetic energy of the thermoelectrons. Since the beam is narrow and the sample is wide, the beam is scanned right and left. The thermoelectrons emitted from the neutralizer have little energy and thus little directionality. However, if the beam energy is high, it is impossible to follow the scanning of the beam, so that the amount of electrons attached to the beam is not always constant. The in-plane uniformity of the beam is determined by the purpose. The fluctuation is defined as a maximum of 1% or 0.5%. There is no rule on the amount of neutralizing electrons. However, if the supply amount of electrons is non-uniform in the plane, the energy of beam irradiation changes. It is desired that the amount of electron irradiation be uniform within the sample surface. Thus, there are a number of problems with the neutralizer. Several proposals have been made accordingly. JP-A-2-278647 discloses an ion beam.
One neutralization device is installed in the transport route of the system. The electrons collide with the wall and produce secondary electrons. This irradiates the wafer provided at the last position of the beam transport system. The wafer is neutralized by electron irradiation. Kinetic energy alone
Is smaller than the ion beam. The electrons also reach the sample stage outside the wafer. In other words, the sample stage outside the wafer is negatively charged, rather than neutralizing. In order to avoid this and control the amount of electrons, a ring-shaped control electrode is provided immediately before the wafer. A negative voltage is applied to the control electrode with respect to the neutralizing filament. The electron distribution is narrowed to the vicinity of the center by the negative voltage. The irradiation area of the electrons and the irradiation area of the ion beam become substantially equal. It is said that the voltage of the control electrode is adjusted according to the size of the wafer so that the size of the electron distribution can always be matched with the spread of the ion beam distribution. Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-145047 discloses one neutralizing device provided in an ion beam transport system. Tar
The required amount of neutralized electrons was determined by measuring the current incident on the get.However, the current of electrons incident on portions other than the wafer was also added, and strict neutralization conditions were required. Since it cannot be realized, the current of the neutralizing filament is adjusted so that the wafer current is measured and becomes zero. JP-A-5-217543 is the applicant of the present invention. This is not to control the total amount of neutralizing electrons, but to match the ion beam center with the electron beam center. In other words, it is a device for spatially matching positive ions and negative charges. Two neutralizers are provided on the wall of the path through which the beam passes. Further, an electrostatic lens is provided in the electronic beam path to freely adjust the direction of the electronic beam. The direction of the electron beam can be freely changed by the voltage applied to the electrostatic lens. For that purpose, the distribution of the electron beam must be known. For the measurement of the spatial distribution, the wafer is removed and, instead, a measuring device in which a number of Faraday cups are arranged two-dimensionally is placed at the position of the wafer. In this state, two neutralizers are operated to obtain a spatial two-dimensional distribution when electrons enter the wafer surface. The center position of the ion beam is known from the beginning, otherwise it can be measured by the same means. When the center of the ion beam is deviated from the center of the electron beam, the azimuth of the electron beam is finely adjusted by an electrostatic lens. Thus, the electron beam can be adjusted to the spread of the ion beam. [0015] Thermions are called thermoelectrons. In practice, electrons emitted from the filament are applied to an appropriate voltage (for example, 2
00V), it has considerable kinetic energy. Since the thermoelectrons have the same energy as the temperature of the filament, they have a small energy of about 0.3 eV. However, it cannot be extracted by itself, so a voltage must be applied between the filament and the extraction electrode. The (primary) electrons exiting the filament and accelerated by the electric field collide with the transport system walls to produce secondary electrons. The primary electrons themselves are reflected. The energy of secondary electrons is low. The collection of primary electrons and secondary electrons having different energies is a shower. Even though many low-energy electrons are included, the distribution of showers from one shower device is still uneven. This is because it is provided at one location on the wall. If the wafer (sample) is small, the effect of non-uniform electron distribution does not appear strongly. However, the size of Si wafers and glass substrates is gradually increasing. This is to increase the throughput. Then, the spatial non-uniformity of the neutralized electrons becomes more remarkable. It is a first object of the present invention to provide a neutralizing device capable of making the distribution of neutralizing electrons uniform over the entire surface of a wafer even when the wafer is wide. It is a second object of the present invention to provide a neutralization device that can make the distribution of electrons uniform over the entire surface of a sample wafer even when a narrow beam scans over a wide wafer. Although the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-217543 is provided with two neutralizing devices, it is impossible to know the respective thermoelectron currents emitted from them. In addition, a new configuration is required like an electrostatic lens, and the structure is complicated. It would be desirable to have a simpler and more uniform distribution of neutralizing electrons. In order to solve such a problem, the present invention provides two equivalent neutralizing devices at symmetric positions in the beam transport path. Furthermore, the emission currents of the two neutralizers are made equal. The two devices will be referred to as a first neutralizing device or shower device A and a second neutralizing device or shower device B.
The emission current is an electron current. This is the shower device A (A 1 ) and the shower device B (A 2 )
To be equal. That is, the requirements of the present invention are the following two. 1. Two equivalent neutralizers are provided at symmetric locations. 2. Make the emission currents of the two devices equal. A 1
= And A 2. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, an ion implantation apparatus comprises an ion source, a mass separator, an acceleration tube, a scanning system, a neutralizing device, a wafer support device, and the like. In each case, the inside is vacuum. Two neutralization devices of the present invention are provided in the transport path. This is shown in FIG. The ion source, the mass separator, the accelerating tube, etc. are further forward than this and do not appear in the figure. 2 shows a mechanism after the scanning device X. The beam transport path is partitioned by a beam transport system wall W. Sample table Q (susceptor) supporting sample (wafer) S at the end of transport path
Is provided. Since the ion beam is scanned, it may have a fan-shaped distribution as described above. With another scanning device, the bent beam may be bent in the opposite direction so that it is always perpendicular to the sample. Not all beams depicted here appear at once. There is only one of them at each time. Ions can be implanted into the entire surface only by scanning left and right. Two shower devices A and B are provided on the left and right of the beam path. Shower equipment is equivalent. From these, a shower of thermionic electrons is emitted equally to the beam. Electrons are attracted into the ion beam by the Coulomb force. Electrons are carried along with the ion beam and reach the sample surface. As shown in FIG.
And a filament 2 stretched therein, an extraction electrode 4 on the transportation path side having an outlet 3, an extraction power source 5, a filament power source 6, and the like. The filament 2 is a thin wire of tungsten, and is supplied with current by a filament power supply 6. When current flows through the filament, it generates heat because of the resistance. The temperature rises and thermoelectrons are emitted from the filament. Since the electrons do not go out to the outside by itself, a negative voltage is applied between the electron and the extraction electrode 4. Electrons having the energy of this voltage exit from the outlet 3. The words are defined as follows. The filament voltage Vf is a voltage applied to the filament. The filament current If is a current flowing through the filament. The intensity of thermionic emission increases in proportion to the filament current.
The extraction voltage is a voltage between the extraction electrode and the filament, and is a voltage for extraction. It is divided here into two parts. Two power supplies, an emission power supply and a gate power supply, are connected in series, and an extraction voltage is given as the sum of the two power supplies. In practice, the gate voltage is negative, and the voltage obtained by subtracting this voltage from the emission power supply is the voltage applied between the electrode 4 and the filament. The emission current A is an electron current emitted from each filament. These parameters are defined one by one for the two shower devices, which are distinguished by subscripts of 1 and 2. [0028] In the present invention it is to equalize the emission current A 1, A 2 in two neutralizer which A 1
It can be easily represented by = A 2. First, the meaning of this is explained. As described earlier, the primary electrons emitted from the shower device collide with the facing wall surface to generate secondary electrons. Primary electrons are also reflected. The energy distribution has roughly two peaks. Since the energy is low, it looks like a cloud of electrons, but if there is an ion beam, it is attracted to ions by Coulomb force. It is not clear what shape a cloud of electrons would have from one shower device. It is presumed that the distribution does not often have high symmetry with respect to the sample surface. In the present invention, two neutralizers are installed at positions symmetrical with respect to the wall of the beam transport system, so that the electron cloud formed thereby has a symmetric distribution with respect to the center line of the sample. There will be. The distribution of injection of electrons into the sample is
It should be more uniform than with a single shower device. This is the reason for providing two shower devices.
Another feature of the present invention is that a device is devised to equalize the distribution of electron clouds created by the two shower devices. Although the shape and dimensions are the same, the amount of emitted thermoelectrons is not always the same. The present invention measures the electron current of each shower device. Then, the electron current (emission current) is made the same by adjusting the filament current (A 1 = A 2 ). FIG. 3 is an electric circuit diagram of the shower device (neutralizing device) of the present invention. The shower device A is the same as that shown in FIG. A filament 2 is provided inside the box 1, a current of the filament is supplied by a filament power supply 6, and thermoelectrons are emitted from an outlet 3 of the electrode 4. The shower device B has substantially the same structure. Both have the same dimensional structure and are provided at symmetrical positions on the transport path. The shower device B has a filament 12 inside a box 11, and an extraction electrode 14 having an outlet 13 perforated at the front. The filament power supply 16 is a variable power supply. This is different from the shower device A. No filament current is measured. The sample S is set at the last point of the beam transport system. The target current detection circuit 23 and the beam current detection circuit 8 are provided in series between the sample S and the ground. A first emission current detection circuit 21 and an emission power supply 7 are connected in series between the filament 2 and the beam current detection circuit 8. Similarly, a second emission current detection circuit 2 is provided between the filament 12 and the beam current detection circuit 8.
2 and the emission power supply 7 are connected in series. A gate power supply 9 is connected between the positive electrode of the emission power supply 7 and the extraction electrodes 4 and 14. The ion beam flowing through the sample S is measured by the beam current detection circuit 8. This is A4. The electrons emitted from the filament 2 and hit the sample return from the sample S through the target current detection circuit 23 to the emission power source 7 and the first emission current detection circuit 21 to the filament 2. The electron current is measured by the first emission current detection circuit 21. This is referred to as A 1. Electrons that have come out of the filament 12 and collide with the sample return to the filament 12 through the target current detection circuit 23, the emission power supply 7, and the second emission current detection circuit 22. The electron current can be obtained by the second emission current detection circuit 22. The electron current is detected by the emission current detection circuit 2
1, 22. These values A 1 and A 2 are equal to the amount of thermionic emission. The comparison circuit 10 determines these A 1 , A
Compare 2 When these are the same, the voltage of the filament power supply 16 of the shower device B is maintained as it is. If they do not match, device B
The filament power supply 16 is adjusted. That is, A 1 > A 2
If, raising the filament voltage Vf 2 devices B. Conversely, if A 1 <A 2 , the filament voltage Vf of device B
Lower 2 The voltage Vex applied between the filament and the extraction electrode is changed from the voltage Ve of the emission power source to the gate voltage Ve.
g is subtracted. Vex = Ve-Vg. Ve
Is constant. The gate voltage Vg is variable. When the voltage Vg of the gate power supply 9 is changed, which electrode 14, 4
Similarly, the voltage changes. That is, the electron current fluctuates similarly. The gate voltage Vg changes both the shower devices A and B in the same manner. How is the gate voltage controlled? This is adjusted so that an excessive electron current can be appropriately applied to the sample S. A positive charge enters the sample S by an ion beam, and a negative charge enters by the arrival of electrons. The current by the ion beam flows through the sample S → A3 → A4 → ground. Electron current is filament → A 1 , A 2 → V
It flows in the order of e → A3 → sample S → filament. Then, the current flowing through A3 is obtained by subtracting the negative electron current (A 1 + A 2 ) from the positive ion current (A4). A3 = A4-A 1 -A 2 . In other words, A3 measures the total current flowing through the sample including the sign. Therefore, this is called a target current detection circuit 23.
When A3 is 0, I an ion beam current (A4) = electron current (A 1 + A 2), a state just cancel. However, in practice, it is better to set the electron current (A 1 + A 2 ) to be slightly higher. These charges are counted as current not only when they enter the sample but also when they enter the sample stage Q. Electrons are poor in directionality and convergence, and more electrons hit the sample table Q than ions. Thus, a slight excess of electrons will just cancel the charge on the sample surface. Therefore, the gate voltage Vg is adjusted so that A3 becomes an appropriate negative voltage. Since the gate voltage is given as a negative voltage, reducing this reduces the electron current. Increasing this increases the electron current. A3 can be held at an appropriate value by increasing or decreasing Vg. EXAMPLE The filament has a diameter of 0.6φ and a length of 10
0 mm tungsten. This is installed in both shower devices. Determine the voltage of the filament power supply appropriately,
A current of about 20 A flows through the filament. 200V is applied to this as an emission voltage. On the other hand, the beam current (A4) is about 1 mA. Target current (A
3) is set to about -600 μA (the electron current is about 1.6 mA). The gate voltage outputs a voltage Vg enough to obtain an emission current required for neutralization. This is typically between 100V and 150V. Since this is so designed, it naturally operates as such. On the other hand, the current A of the filaments 2 and 12
1, there is circuitry that monitors the A 2, and controls the current of the filament by changing the Vf 2 to A 1 and A 2 are the same. As a result, the same shower amount is given to the target from the assembly of the shower device A and the shower device B. The electron distribution becomes almost uniform in the plane. In FIG. 1 and FIG. 3, there are two shower assemblies on the left and right, and the filament current of each can be controlled independently. For the emission current, the values (A 1 , A 2 ) of the device A and the device B can be measured independently. On the other hand, the left and right gate voltages are controlled by the same voltage. Beam current (A4) and shower current (A 1 + A 2 ) for target
Flows. Since it is desirable that the shower currents A 1 and A 2 are the same for both the left and right sides, the voltage Vf 2 of the filament 12 is changed and controlled (the filament voltage Vf 1 is fixed at this time). Absolute amount of electron current (A 1 + A 2 )
Is controlled by the gate voltage Vg. According to the present invention, two neutralization devices are provided in the beam transport path of the ion implantation device so that the electron current for neutralization is equal in both devices. Even if the ion beam is scanned left and right and the electron distribution is different at the scanning point, the neutralized electrons are supplied from the two electron sources, so that the electron distribution is always uniform in the sample plane. Therefore, charge-up can be prevented over the entire surface of the wafer.

【図面の簡単な説明】 【図1】二つのシャワー装置を設けた本発明のイオン注
入装置のビーム輸送管の概略を示す断面図。 【図2】シャワー装置の概略斜視図。 【図3】二つのシャワー装置と試料電流測定装置の電気
回路図。 【符号の説明】 1 箱体 2 フィラメント 3 シャワー装置の出口 4 引出電極 5 引き出し電源 6 フィラメント電源 7 エミッション電源 8 ビーム電流検出回路 9 ゲート電源 10 比較回路 11 箱体 12 フィラメント 13 シャワー装置の出口 14 引出電極 16 フィラメント電源 21 第1エミッション電流検出回路 22 第2エミッション電流検出回路 23 ターゲット電流検出回路
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a beam transport tube of an ion implantation apparatus of the present invention provided with two shower devices. FIG. 2 is a schematic perspective view of a shower device. FIG. 3 is an electric circuit diagram of two shower devices and a sample current measuring device. [Description of Signs] 1 Box 2 Filament 3 Exit of shower device 4 Extraction electrode 5 Extraction power supply 6 Filament power supply 7 Emission power supply 8 Beam current detection circuit 9 Gate power supply 10 Comparison circuit 11 Box 12 Filament 13 Shower device exit 14 Extraction Electrode 16 Filament power supply 21 First emission current detection circuit 22 Second emission current detection circuit 23 Target current detection circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/317 C23C 14/48 H01J 37/20 H01L 21/265 H01J 37/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 37/317 C23C 14/48 H01J 37/20 H01L 21/265 H01J 37/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 原料ガスを励起しイオンビームにするイ
オン源と、イオン源から出たイオンビームを輸送するビ
ーム輸送系と、イオンビームを走査する走査装置と、試
料を保持する試料台を含むイオン注入装置において、ビ
ーム輸送系において試料に関して対称の位置にフィラメ
ントによって熱電子を発生する電子シャワー装置を二つ
設け、二つの電子シャワー装置A、Bのエミッション電
流A1、A2を測定しこれが同一になるようにフィラメ
ント電圧を制御するようにしたことを特徴とするイオン
注入装置の中性化システム。
(57) [Claim 1] An ion source that excites a source gas into an ion beam, a beam transport system that transports an ion beam emitted from the ion source, and a scanning device that scans the ion beam. In an ion implanter including a sample stage for holding a sample, two electron shower devices for generating thermoelectrons by a filament at symmetric positions with respect to the sample in the beam transport system are provided, and emission currents of the two electron shower devices A and B are provided. A neutralization system for an ion implantation apparatus, characterized in that A1 and A2 are measured and the filament voltage is controlled so that they are the same.
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