JPH02106863A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 イオンビーム照射装置、特にターゲットの絶縁膜表面に
生ずるチャージアップを軽減するための二次電子による
中和装置に係り、 低いレベルのチャージアップにおいても電荷中和用の二
次電子をターゲット上に供給して、ターゲットの絶縁膜
のチャージアップを軽減することを目的とし 被処理基板が搭載される接地電位のイオンビーム照射タ
ーゲットと、該イオンビームの電流量を測定するために
該ターゲットの直前に配置されたファラデーカップ電極
と、該ファラデーカップ電極内に１００ｅＶ以上のエネ
ルギーを持つ電子ビームを供給する電子ビーム源と、該
ファラデー力・ノブ電極内で該電子ビームに照射されて
二次電子を発生する二次電子発生電極とを備えたイオン
ビーム照射装置において、該二次電子発生電極を該ファ
ラデーカップ電極から絶縁し、且つ該二次電子発生電極
にファラデーカップ電極の電位に対して＋５Ｖ乃至＋２
０Ｖの電位を与えて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はイオンビーム照射装置、特にターゲットの絶縁
膜表面に生ずるチャージアップを軽減するための二次電
子による中和装置を備えたイオン注入装置に関する。

近年、高ドーズ量領域におけるイオン注入技術の利用が
増大すると共に、イオン電流が２０〜３０ｍＡにも及ぶ
大電流イオン注入装置の実用化が進んでいる。

しかし、このような大電流イオン注入装置においては、
ターゲット表面に単位時間に供給される電荷量が大幅に
増加するために、チャージアップによる絶縁膜破壊が問
題になってきている。一方イオン注入されるデバイスの
側でも、素子の微細化に伴う酸化膜厚の減少、半導体基
板に対するコンタクト窓面積の減少等によってチャージ
アップに対する耐性が減少しており、このことが前記絶
縁膜破壊の問題を一層助長している。

そこで大電流イオン注入装置においては、イオン注入が
行われる半導体デバイス等の製造歩留りを向上させるた
めに、被イオン照射面のチャージアップを抑えることが
非常に重要になる。

〔従来の技術〕

第４図はイオン照射装置の要部を示す模式平面図である
。

図において、５１はイオン発生部、５２はイオン弓出し
電極、５３はアナライザ、５４は質量分離スリット、５
５はイオン加速管、５６はエンドステーションへのイオ
ンビーム導入部、５７はエンドステーションで、これら
は順次連結され、その内部は真空に排気される。また５
８は回転及び並行移動可能のディスクターゲット、５９
はディスクターゲット上に固持された被処理基板である
。また６０はイオンソース電源、６１は内側国体、６２
はイオン引出し電源（２０〜４０　ＫＶ）、６３は外側
匣体、６４は後段加速電源（０〜１８０　ＫＶ）を示す
。

このようなイオン照射装置において、前記絶縁膜のチャ
ージアンプの問題を軽減するための一手段として、ター
ゲソＩ・５８上に固持された被処理基板５９上にイオン
ビームを供給する前記エンドステーションへのイオンビ
ーム導入部５６に、二次電子供給による電荷中和装置が
構成される。

第５図は従来の二次電子供給による電荷中和装置の断面
構造を模式的に示した図で、図中、１は前記加速管５５
を経て導入されるイオンビーム（ＩＢ）を所定のビーム
径に制限する金属性のマスク、２はサプレッション電極
、３はファラデーカップ電極、４は電子ビーム発生部、
５は一次電子を発生するフィラメント、６はグリッド状
の電子引出し電極、３Ｅはファラデーカップ壁で構成す
る二次電子発生電極部、Ｂ１はサプレッション電極２に
−ＩＫＶ程度の負電位を印加する直流電源、Ｂ２はフィ
ラメント加熱用直流電源、Ｂ３はフィラメント５に１０
０〜−３００Ｖ程度の負電位を付与する直流電源、Ａは
イオン電流測定用電流計、ＧＮＤは接地点、ＩＢはイオ
ンビーム、ｅｌ−は−次（熱）電子、ｅ２−は二次電子
、他の符号は第４図と同一対象物を示す。

かかる従来構造においては図示のように、１００〜−３
００Ｖにバイアスされたフィラメント５から出た一次電
子ｅ１−は接地電位の電子引出し電極６により加速され
、マスク１側がらターゲット電極５８面に照射されてい
るイオンビーム（ＩＢ）を横切って、対向するファラデ
ーカップ壁で構成される二次電子発生電極部３已に照射
される。そしてこれによって該二次電子発生電極部３Ｅ
から低エネルギーの二次電子ｅ２−が放出され、その一
部がターゲット５８上に固持されている被処理基板５９
上に到達し、イオン照射により被処理基板５９の絶縁膜
に注入された正電荷を打ち消して、該被処理基板９上の
絶縁膜のチャージアップを軽減する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上記構成を有する従来の電荷中和装置において
は、イオンビーム（ＩＢ）に垂直の方向での電子のポテ
ンシャル分布を描くと、第６図に示すように、イオンビ
ーム（ＩＢ）がファラデーカップ電極３のほぼ中心位置
にあって、十のチャージををするために最も低いポテン
シャル位置を示し、このイオンビーム（ＩＢ）の周縁部
から接地電位を有するファラデーカップ電極３の二次電
子発生電極側側壁３八と対向側壁３Ｂに向かって順次上
昇するポテンシャルの勾配（電界）　Ｔａ及びＴｂを生
した状態になっている。

そして従来構造においては二次電子発生電極部３Ｅがフ
ァラデーカップ電極３と一体の構成を有しており接地電
位にあるために、引出し電極６によって１００〜３００
ｅＶに加速された一次電子ｅｌ−が二次電子発生電極部
３Ｅに衝突して叩き出される中和用二次電子ｅ２−は、
図中の初期エネルギー分布（Ｌ）に示すように１〜２０
ｅＶ程度の初期エネルギーを持っている。そのためこの
二次電子ｅ２−の大部分は、ポテンシャル勾配Ｔａによ
って加速されてイオンビーム（ＩＢ）中に流れ込んだ後
、対向壁面３Ｂ側のポテンシャル勾配Ｔｂを完全に登り
切ってファラデーカップ３の対向壁面３Ｂに達する。即
ち上記初期エネルギーを持っているためにイオンビーム
に取り込まれることなくこれを横切り、その大部分はフ
ァラデーカップ３の対向壁面３Ｂに吸収されてしまうこ
とがわかる。（壁面ロス）そのため従来の構造において
は、上記中和用二次電子ｅｚ−をターゲット（被処理基
板５９）上に供給してイオンビームによるチャージアッ
プを中和するためには、ターゲット（被処理基板５９）
自身がかなり高電位（正電位）にチャージアップされて
いて、該二次電子を引きつける電界を生じていなければ
ならず、低レベルのチャージアンプの軽減には役立たな
かった。

そこで本発明は、低いレベルのチャージアップにおいて
も電荷中和用の二次電子をターゲット上に供給して、タ
ーゲットの絶縁膜のチャージアップを軽減することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、被処理基板が固持される接地電位のイオン
ビーム照射ターゲットと、該イオンビームの電流量を測
定するために該ターゲットの直前に配置されたファラデ
ーカップ電極と、該ファラデーカップ電極内に１００ｅ
Ｖ以上のエネルギーを持つ電子ビームを供給する電子ビ
ーム源と、該ファラデーカップ電極内で該電子ビームに
照射されて二次電子を発生する二次電子発生電極とを備
えたイオンビーム照射装置において、該二次電子発生電
極を該ファラデーカップ電極から絶縁し、且つ該二次電
子発生電極にファラデーカップ電極の電位に対して＋５
Ｖ乃至＋２０Ｖの電位を与えてなる本発明によるイオン
ビーム照射装置によって解決さる。

〔作　用〕

即ち本発明に係るイオンビーム照射装置においては、イ
オン照射を受ける絶縁体面に蓄積される正電荷を中和す
るための二次電子を発生させる二次電子発生電極を、フ
ァラデーカップ電極内に該ファラデーカップから絶縁し
て設け、これにファラデーカップ電極の電位に対して二
次電子の持つ初期エネルギーに相当する電圧を僅かに上
回る正（＋）電圧（＋５Ｖ〜＋２０Ｖ）を印加する。

このようにすると該二次電子発生電極に１００ｅＶ以上
のエネルギーを持つ一次電子を照射して発生させた二次
電子の持つ初期エネルギーの分布（１〜２０ｅＶ）が、
例えば接地電位にあるファラデーカップ電極における電
子のポテンシャルレベルよりも低い位置にくるために、
該二次電子はファラデーカップ電極の内壁面で吸収され
ずに反発される。

そのため負電荷を持った上記二次電子はファラデーカッ
プ電極の壁面に吸収されずにその内部に多量に浮遊した
状態になる。

そしてファラデーカップ電極の内部に向がって表出する
ターゲット上に固持された被処理基板面上の絶縁膜が、
イオンビーム照射によって僅かでも正（＋）にチャージ
アップすると、上記ファラデーカップ電極内に浮遊して
いた二次電子が直ちに上記絶縁膜面に吸引されて該絶縁
膜の正電荷を中和する。

かくて本発明によれば、イオン注入に際しての絶縁膜の
低レベルのチャージアンプに対しても電荷中和用の二次
電子の供給が充分になされて、チャージアップの軽減が
図れる。

〔実施例〕

以下本発明を、図を用い、実施例について具体的に説明
する。

第１図は本発明の一実施例の模式断面図、第２図は同実
施例におけるイオンビームに垂直方向の電子のポテンシ
ャル分布図、第３図は同実施例におけるイオンビームの
中心線に沿った方向の電子のポテンシャル分布図である
。

全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。

第１図は本発明に係るイオンビーム照射装置における電
荷中和用二次電子発生機構を備えたファラデー力・ノブ
電極部及びクーゲット部を模式的に示す断面図で、図中
、■は前記イオン発生部からアナライザ、質量分離スリ
ットを経て選別され加速器で加速されたイオンビームを
所定のビームスポット径に画定するマスク、２は直流電
源Ｂ＋によってＩＫＶ程度の負電位が与えられた電子の
障壁となるサプレッション電極、３は電流計Ａを介して
接地電位が与えられたイオン電流測定用のファラデーカ
ップ電極、４は一次（熱）電子発生部、５は直流電源Ｂ
２により加熱され直流電源Ｂ３によって１００〜３００
ｖ程度の負電位が与えられた熱く一次）電子発生用フィ
ラメント、６はファラデーカップ電極と同電位に接続さ
れた電子引出し電極、７はイオンビームを挟んで一次（
熱）電子発生部に対向して配設され直流電源Ｂ４によっ
て５〜２０Ｖの正電位が印加された二次電子発生電極、
５８は電流計Ａを介して接地電位が与えられたタゲソト
電極、５９はターゲット電極上に固持された被処理基板
、ＩＢはイオンビーム、ｅ、−は−次電子、０２−は二
次電子、ＧＮＤは接地点を示す。

なお二次電子発生電極７のターゲット電極５８側を僅か
ムこイオンビーム（ＩＢ）に近づけるように持ち上げて
いるのは、二次電子発生電極７面からの一次電子の反跳
骨が直接ターゲット即ち被処理基板５９面に到達するの
を防くためである。

上記実施例において、ファラデーカップ電極３内のイオ
ンビームに垂直な方向の電子のポテンシャル分布は第２
図のようになる。

即ち、二次電子発生電極７における電位はＫで矢視する
ように、これに印加した上記５〜２０Ｖに相当するバイ
アス電位骨だげ接地レヘルＯから引ぎ下げられている。

従って二次電子発生電極７より出た二次電子ｅ２−がＬ
で示ずように１〜２０ｅＶ程度の初期エネルギーの分布
を持っていても、対向するファラデーカップ電極３の壁
面の手前に到達すると、その接地レベルにあるポテンシ
ャルの障壁（ＰＢＸ）によって反射されるので、この二
次電子ｅ２−の大部分はファラデーカップ電極３の内壁
に吸収されずに該ファラデーカップ電極３内に漂ってい
ることになり、効率良くイオンビーム（ＩＢ）内及びそ
の近傍に取り込まれる。

そしてこのイオンビーム（ＩＢ）内及びその近傍に取り
込まれた前記エネルギー分布りを有する二次電子０２″
　は、前記マスク１からターゲット電極上の被処理基板
５９面までのイオンビーム（ＩＢ＞に沿つ電子のポテン
シャル分布を示す第３図に表されるように、前ファラデ
ーカップ電極３内の低ポテンシヤルレベルになっている
イオンビーム（ＴＢ）内及びその近傍を、サプレッショ
ン電極２によって形成される高レベルのポテンシャル障
壁ＰＢ２と接地レベルの被処理基板５９面との間で矢印
で示すように自由に行き来し、イオンビーム照射により
被処理基板５９表面の絶縁膜が僅かでも正に帯電すると
、帯電によって電子のポテンシャルレヘルが僅かに低下
したＮの部分から、直ちに該絶縁膜面に供給されて上記
絶縁膜の帯電（チャージアンプ）が中和される。

このように本発明のイオン照射装置においてはイオン照
射される被処理基板の近傍に常に多量の中和用二次電子
を存在せしめて、被処理基板の低レベルのチャージアッ
プにおいても該被処理基板面に電荷中和用二次電子の効
率的な供給が可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明によれば、イオン注入等のイオ
ン照射に際して、ターゲツト面の低レベルのチャージア
ップにおいても、該ターゲツト面に効率良く電荷中和用
二次電子を供給してそのチャージアップを軽減させるこ
とができる。

従って本発明によれば、大電流イオン注入等に際しての
絶縁膜破壊が防止されるので、イオン注入手段を用いる
半導体装置等の製造歩留りの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の模式断面図、第２図は同実
施例におけるイオンビーム（ＩＢ）に垂直方向の電子の
ポテンシャル分布図、第３図は同実施例におけるイオン
ビーム（ＩＢ）の中心線に沿った方向の電子のポテンシ
ャル分布図、第４図はイオン照射装置の要部を示す模式
平面図、 第５図は従来の電荷中和装置の模式断面図、第６図は従
来構造におけるイオンビーム（ＩＢ）に垂直方向の電子
のポテンシャル分布図である。 図において、 ■はマスク、 ２はサプレッション電極、 ３はファラデーカップ電極、 ４は一次（熱）電子発生部、 ５は熱（−次）電子発生用フィラメント、６は電子引出
し電極、 ７は二次電子発生電極、 ５８はターゲット電極、 ５９は被処理基板、 ＩＢはイオンビーム、 ｅｌ−は−次電子、 ｅ２−は二次電子、 Ａは電流計、 Ｂｌ、　ＢＺ、Ｂ３、Ｂ４は直流電源、ＧＮＤは接地点 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被処理基板が固持される接地電位のイオンビーム照射タ
   ーゲットと、該イオンビームの電流量を測定するために
   該ターゲットの直前に配置されたファラデーカップ電極
   と、該ファラデーカップ電極内に１００ｅＶ以上のエネ
   ルギーを持つ電子ビームを供給する電子ビーム源と、該
   ファラデーカップ電極内で該電子ビームに照射されて二
   次電子を発生する二次電子発生電極とを備えたイオンビ
   ーム照射装置において、 該二次電子発生電極を該ファラデーカップ電極から絶縁
   し、且つ該二次電子発生電極にファラデーカップ電極の
   電位に対して＋５Ｖ乃至＋２０Ｖの電位を与えてなるこ
   とを特徴とするイオンビーム照射装置。