JPH02144841A - イオン打込み装置 - 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】 〔産業−にの利用分野〕 本発明はイオン打込み装置に係り、更に詳細には被打込
み物の周辺構造に関する。

〔従来の技ｔＦ？） 第５図は、従来のイオン打込み装置の概要を示す構成図
で、イオン源１から引き出されたイオンビーム２は、分
析管３で目的イオンから不要イオンを分離した後、アー
ス電極４．サプレッサ電極５を通過して、ファラデーカ
ップ６に配置された被打込み物（例えば半導体ウェハ）
に衝突し、イオンが打込まれる。

このイオン打込みは、通常イオンビームをＸ。

Ｙ方向に走査して行われる。被打込み物７は、ファラデ
ーカップ６の底部髪楕成するもので、被打込み物に打込
まれたイオンは、被打込み物中に静止し、そのイオン電
荷がイオン電流となって、電流計８で測定される。

この測定電流は、イオンのドーズ量を知る目安となるも
ので、設定されたドーズ量に達すると、イオン打込みが
中止される。

ところで、イオン打込みに使用されるイオンビムは、高
エネルギーなので、被打込み物に衝突すると、被打込み
物から２次電子、２次イオンが放出される。この２次電
子や２次イオンがファラデーカップ外部にリークされる
と、イオン電流に変動をきたすため、正確なイオン電流
が測定できなくなる。具体的には、例えば２次電子のリ
ーク（放出）は、電流測定器８に正電荷の流入と同様に
測定され、実際の打込みイオン量にりも多く測定される
。

そこで従来は第２図に示すように、ファラデカップ６の
ビーム人口近くにサプレッサ電極５を：Ｑ　１する。こ
のサプレッサ電極は、負側かファラデーカップ入口近く
にセットされることで、ファラデーカップから人口を通
して飛び出そうとする２次電子（負の電荷）を反発力で
カップ内に戻し、また２次イオン（正の電荷）を吸収し
て再びファラデーカップ側に戻しているわ なお、この種の従来装置としては、例えば米国特許第４
０１１４４９号に記載され！辷ものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕 前述した従来技術は、イオン打込みの際に被打込み物か
ら生じる２次電子や２次イオンを捕獲する点では、充分
な機能を果たし１本来のイオンビーム（１次イオン）に
基ずくイオン電流値を精度良く測定するが、被打込み物
がイオン打込みによりガスが生じやすいものの場合には
、次のような数件ずべき点かあつった。

例えば、イオンビーム電流がｌｏｍＡ級で、被打込み物
の表面に樹脂性の膜等がある場合（具体的には、゛Ｐ：
導体ウェつ上にレジスト膜がある場合など）には、イオ
ン打込み時に非打込み物から有機ガスが生じる。そして
、従来のファラデーカップは、そのイオンビーム入口し
かガスの逃げ口がないので、ガスがファラデーカップ内
に充満しやすく、更にガスはイオンビーム入口の開口を
通ってイオンビームライン上流へ拡散する。このような
現象が生じると、イオンビームがファラデーカップに入
る前にガスと衝突して、イオンビームの一部がガス中に
含まれた遊離電子と結合して中性化してしまう、また、
ファラデーカップ内でガスがイオンビームと衝突してイ
オン化され、ガスの一部がイオンの状態で排気されるた
め、ファラデーカップ内の電荷が減少し、いわゆる電流
リークと同じ現象をおこしてしまう、いずれの場合にも
８１１Ｊ定すべきイオン電流に変動をきたし、正確なイ
オン電流を測定できない問題があった。

また電流計測系に２次電子等のサプレッサ電極のような
高電圧電極がある場合、真空度低下により放電が生じる
おそれがあり、ノイズ発生、電源破損の要因となりやす
い。

更に発生したガス物質がイオンビーム打込み時のミキシ
ング作用によって、被打込み物に打ち込まれるといった
汚染の問題、ガス物質が集結して。

異物として問題となる大きさまで成長し、特に半導体ウ
ェハへの打込み時に悪影響をあたえることが懸念される
。

本発明は５以上の点に鑑みてなされたもので。

その目的とするところは、イオン打込み時に被打込み物
から生じるガスの発生、充満に起因する問題を解決する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１の課題解決手段は、主にファラデーカップ内のガス
充満を防止するためのもので、この目的達成のために。

ファラデーカップの本体となる筒状電極の筒面に、イオ
ン打込み時にファラデーカップ内に生じるガスを外部に
放出させるための排気孔を設けてなる。

更に、第２．第３の課題解決手段は、ファラデーカップ
内に生じるガスを外部に放出させるための排気手段（こ
の排気手段は、ファラデーカップのイオンビーム入口を
通さないでガスをカップ外部に放出させるものである）
を設けるほかに、ガス放出時に２次電子、２次イオンが
ガスと紛れ込んで外部にリークすることを防止する手段
を設ける。

すなわち、第２の課題解決手段は、 前記筒状電極の筒面に、イオン打込み時にファラデーカ
ップ内に生じるガスを外部に放出させるための排気孔を
設けると共に、この排気孔の周囲に電場及び磁場の少な
くとも１つを形成してなる。

第３の課題解決手段は、前記第２の課題解決手段のよう
な電場、磁場を用いることなく、これに代えてファラデ
ーカップに設けた排気孔自身の構造を、外側が見通せな
い曲折した通路構造にしてなる。

次に第４の課題解決手段は、ファラデーカップを用いな
くとも前記目的を達成できるよう配慮したもので、その
ために、被打込み物の前方位置に、イオンビーム通過経
路を妨げることなく該被打込み物のイオンビーム照射面
を包囲するようにして、電場及び磁場の少なくとも１つ
よりなるバリアを形成してなる。

〔作用〕

第１の課題解決手段によれば、ファラデーカップの本体
となる筒状電極の筒面に排気孔を設けることから、イオ
ン打込み時に被打込み物から生じるガスがファラデーカ
ップのイオンビーム入口を通さないでカップ外部に放出
させることができ、ファラデーカップ内にガスが充満す
ることを防止できる。

次に第２の課題解決手段によれば、第１課題解決手段同
様にイオン打込み時に被打込み物から生じるガスをファ
ラデーカップのイオンビーム入口を通さないでカップ外
部に放出させることができる他に、前記排気孔の周囲に
設けた電場及び磁場の少なくとも１つにより次の作用が
なされる。

例えば、前記排気孔の周囲に正及び負の電場を少なくと
も２重に形成すれば、排気孔を通してファラデーカップ
内の２次電子、２次イオンが通過しようとしても、２次
電子を負の電場により、２次イオンを正の電場によりそ
の通過を防ぐことができる。

例えば、２次電子は高々１００ｅＶ程度であるので、フ
ァラデーカップ排気孔部に数１．００　Ｖの負の電圧を
印加したメッシコの電極を設けると、２次電子の通過を
有効に防止できる９また同様に数１００Ｖの正の電圧を
印加した場合、２次イオン（正イオン）の通過を防げる
。すなわち、正。

負の電場が排気孔周辺に存在することで、荷電粒子はフ
ァラデーカップにて捕獲され、ｆａ荷を持っていない中
性ガスのみをイオンビーム入口を通さずに排気すること
ができる。

またＷｌ場に代えて排莫、孔の周囲に磁場を設ければ、
２次電子や２次イオン等の荷電粒子が磁場によって進行
方向が曲げられ、磁場が充分に強ければ進行方向を曲げ
るだけでなく、２次イオンをＴＪターンさぜることがで
き、換Ａすれば、その磁場に荷電粒子を捕獲し電荷を持
っていない中性ガスのみを排気することができる。

ここで、２次電子を１−ラップさせるに必要な磁場強度
を第４図に基ずき算出してみる。

第４図のＡはファラデーカップ、Ｂはファラデーカップ
の筒面に設けた排気孔、Ｃは２次電子の進路、Ｇは磁場
の磁力方向を示す。２次電子のエネルギーＥａは数十ｉ
ｓ　Ｖ　、磁場の粒子通過方向長さＬを数Ｑｍとすると
、磁場による電子の旋回半径ＲがＬよりも小さければ、
２次電子は以下の式からこの磁場を通過することができ
ない。

Ｅｏ＝１００ｅＶｐ　Ｒ＜１．０ｃｍ とし、荷電粒子と磁場の関係式を ＲＢ＝１４４６６１ｉ ただし、ＭＥは電子の質量（原子ｉｌｌ換算）、Ｂは磁
束密度（ガウス）で、以上から、 従って、ファラデーカップの排気孔付近には。

５０ガウス程度の磁場があれば、２次電子は磁場で捕獲
できる。

２次イオンのエネルギーも２次電子とほぼ同等と思われ
るが、質量が大きいため、この程度の磁場では捕獲され
ずに通り抜けてしまうおそれがある。このためには、磁
場の大きさをそれ以上にするか或いは以下の第３課題解
決手段に述べるように排気孔を曲折した通路構造とする
ことが好ましい。

第３の課題解決手段によれば、排気孔の通路壁が曲折す
るので、２次信子や２次イオンが排気孔を通過しようと
すると、この通路壁に衝突して跳ね返るか通路壁に吸着
される。この場合５通路壁に衝突する粒子エネルギーは
低いので１通路壁から生じる電子、イオン（ここではこ
れらを３次電子、３次イオンと称する。）等の３次荷電
粒子は少なく、また電子の衝突だけでは３次イオンは発
生しない、また衝突して跳ね返った場合、２次粒子のエ
ネルギーは確率的に低下し、通路壁での衝突を繰り返す
と、最終的には２次イオン、２次電子が通路壁に吸着さ
れる。

従って、２次電子、２次イオンが排気孔を通るとき、何
回かかならず通路壁に衝突する構造とするよう構成する
ことで、電荷をもっていない中性ガスのみを排気し、荷
電粒子を捕獲することができる。なおこの方式は、ガス
圧が高くなると中性ガスと共に２次イオンが排気される
恐れがあるので、前述の第２の課題解決手段で用いた電
場。

磁場方式と併用すればより確実性がある。

次に第４９課題解決手段によれば次の作用がなされる０
本課題解決手段は、被打込み物の前方位置に被打込み物
のイオンビーム照射面を囲むようにして電場及び磁場の
少なくとも１つよりなるバリアを形成する。そして、バ
リアとなる電場及び磁場自身はガスを通過させる性質を
有するか、前述の第２課題解決手段でも述べたように２
次電子。

２次イオンを捕獲することができるので、有形のファラ
デーカップに排気孔と電場や磁場を組み合わせた前記課
題解決手段と同様に荷電粒子を捕獲し、中性ガスをこの
バリアを通して、排気させることができる。なお、電場
でバリアを形成する場合には少なくとも、正、負の２重
の電場で形成するが好ましい。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図ないし第３図に基すき説明する
。

第１図は、本発明の第１実施例を示すもので。

イオン打込み箇所付近を表している。

第１図において、１６はファラデーカップの本体となる
筒状電極で、金属メツシュで構成され、その網目１６ａ
が排気孔を形成している。被打込み物７は１例えば半導
体ウェハで構成され、ファラデーカップの底部となるよ
う配置される。ファラデーカップ１６は電流計８を介し
てアースされる。

ファラデーカップ１６の外側には、２重の筒状電極メツ
シュ１７．１８が配置される。電極メツシュ１７は、イ
オンビーム入口側に配置された負のサプレッサ電極１５
と接続され、ファラデーカップ１６の外周を囲むように
して配置される。この電極メツシュ１７の電位は、−１
００Ｖ〜−２ｋＶ程度である。電極メツシュ１８は、電
極メツシュ１７の外周に配置され、イオンビーム入口１
６ｂに配置された正電圧のサプレッサ電極１９と接続さ
れる。

本実施例によれば、イオン源からのイオンビームは、ア
ース電極１４．サプレッサ電極１５．１９を通ってファ
ラデーカップ１６内に入り被打込み物７に照射される。

この場合、被打込み物がレジスト付き半導体ウェハのよ
うな場合には、イオン打込み時に有機ガスが発生しやす
いが、この発生ガスは、筒状電極（ファラデーカップ）
１６の筒面に設けた排気孔（網目）１６ａを通り、更に
電極メツシュ１７．１８の網目１７ａ、１８ａを通って
外部に排出される。

またイオン打込み時に生じる２次電子、２次イオンは、
ファラデーカップ１６の排気孔１６ａを通って外部に出
ようとするが、２次電子については、電極メツシュ１７
によって形成される負の電場の反発力をうけてファラデ
ーカップ側にもどされ、２次イオンは電極メツシュ１８
の正の電場の反発力を受けてファラデーカップ側にもど
される。

また、ファラデーカップ１６のイオンビーム入口１６ｂ
から外部にでようとする２次電子は、負のサプレッサ電
極１５の反発力を受け、２次イオンは正のサプレッサ電
極１９の反発力を受けて、ファラデーカップ側にもどさ
れる。更に本実施例では、正、負のサプレッサ電極１９
．１５は、ファラデーカップ１６との間で回路ループを
形成するので、２次電子の一部は、正のサプレッサ電極
１９で吸収され、２次イオンの一部は、負の電極１５で
吸収されてファラデーカップ側に戻される。

すなわち、ファラデーカップからリークしようとする荷
電粒子は、電極メツシュ１７．１８及びサプレッサ電極
１５．１９で捕獲され、量荷を持っていない中性ガスの
みが被打込み物及びイオンビームを囲む電極メツシュ１
７．１８の網目１７ａ、１８ａから排気される。

従って１本実施例によれば、イオン打込み時に生じる被
打込み物のガスをファラデーカップ１６の網目及びこれ
を取り囲む電極メツシュ１７．１８の網目から排気させ
て、ファラデーカップ１６内のガス充満をなくし、且つ
ファラデーカップ１６のイオンビーム入口から流出する
ガスをほとんど無くすことができ、しかも２次電子、２
次イオンのリークを防止するので１次のような効果を奏
する。

すなわち、レジスト付き半導体ウェハ等にイオンビーム
を打ち込んで生じるガスのため真空度が低下しても、ガ
スがイオンビーム入口１６ｂから流出する現象を有効に
防止して、ガスとイオンビームとの衝突を回避し、加え
て２次電子、２次イオンなどの荷電粒子の捕獲をファラ
デーカップの筒面及びイオンビーム入口付近にて有効に
行うので、イオンビームの電流値が変動することなく正
確に測定することができる。更に極度の真空度低下時に
生じるサプレッサ電極等での放電の恐れもなく装置の安
全性を高めることができる。

またファラデーカップに専用の排気孔を確保することに
よって、ファラデーカップ内でのガス充満を無くすこと
で、イオンビームのミキシング作用によって打込み室付
近にあるガス物質が被打込み物に打ち込まれるといった
不具合をなくし、ミキシング作用による被打込み物の汚
染や、ガス物質が集結して異物となって被打込み物への
正常な打込みを阻害するといった事態を防止することが
できる８更にガス物質が周囲の構成物に付着することに
よる汚れの問題、ひいてはメンテナンスの問題も軽減で
きる。

次に第２図及び第３図に基すき第２実施例を説明する。

第２図は、ｆｎ２尖施例りこおけるイオン打込み装置の
打込み箇所を示す図、第３図は一部拡大図である、本実
施例は、曲折構造の排気孔を有するファラデーカップと
その周辺に設けた磁場バリアによる組み合わせを特徴と
する。

すなわち、第２図において、２０はファラデーカップで
、ファラデーカップ（筒状電極）２０は、新面がくの字
形に曲折された多数の環状遮蔽板２１を所定の間隔をあ
けて配列したもので、この所定の間隔により外部が見通
ぜない曲折した排気孔２２を構成する。２３はファラデ
ーカップ２０の筒面外周及び底部外側に配置した永久磁
石である、永久磁石２３は、ファラデーカップ２０の内
外側面に磁場２４を形成するものである。磁場Ｚ４の磁
束は、イオンビーム２と同情方向で、イオンビーム２は
、磁場２４の内側磁束中を通過するよう設定される。２
Ｇは、ファラデーカップ２０のイオンビーム入口２０ｂ
に配置された負のサプッレサ電極、２５はアース電極で
ある。

本実施例によれば、イオン打込み時に生じたガスはファ
ラデーカップ２０の筒面に形成されたＪ＃気孔２２を通
して排気される。このとき、２次電子や２次イオン等の
荷電粒子も排気孔２２を通過しようとするが１本実施例
では排気孔２２が曲折した通路構造を採用するので、第
３図に示すように中性ガスを含め、ここを通過する粒子
はすべて遮蔽板（通路壁）２ｊ、に衝突する。ここで荷
電粒子は、遮蔽板２１に衝突すると、遮蔽板２１に吸着
されるか、跳ね返って減速されて通過する。この減速さ
れた荷電粒子は遮蔽板２１の外周に配した磁場２４によ
って捕獲される。なお、この磁場２４の強度は、前述の
発明の作用の項でも述べたように５０ガウス程度あれば
良い。

この場合の磁場２４は、イオンビーム進行方向と同軸方
向に磁力線が向くように構成するが、このようにすれば
ファラデーカップ内側の磁場によっても、２次電子、２
次イオンが拘束されるので。

ファラデーカップに達しにくく、更に２次電子の発生に
よって被打込み物にイオン電荷（正電荷）が帯電したと
きでも磁力線に乗って２次電子が被打込み物に戻り、帯
電を抑制する効果が期待できる。

また本実施例によれば、前述した第１．実施例同様の効
果を期待できる。

以上、二つの実施例を例示したが、本発明はその他にも
第１．実施例の正、負の２重の電場を磁場のバリアに代
えても良く、逆に第２実施例の磁場を正、負の２重の電
場に代えても良い。また、２次電子、２次イオンのリー
クをさほど問題としない対象物であれば、ファラデーカ
ップの筒面に排気孔を設けるだけでも、イオン打込み時
のガスの充満を防止して、イオンビームとガスとの衝突
を防止し、またガス物質がイオンビームのミキシング作
用によって被打込み物に打ち込まれるといった事態を回
避できるので有効である。また前述した実施例のような
有形のファラデーカップを用いることなく、被打込み物
の前方位置にファラデーカップに代えて被打込み物のイ
オンビーム照射面を囲むようにして、電場或いは磁場の
バリアを形成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果を奏する。

第１の課題解決手段によれば、イオン打込み時のファラ
デーカップ内のガスの充満を防止して。

イオンビームとガスとの衝突を防止し、またイオン打込
み処理室の真空度の低下を防止でき、極度の真空度低下
によって生じるザブレッサ電極等の放電発生の不具合を
回避できる。また、ガス物質がイオンビームによりミキ
シングされて被打込み物に打込まれる汚染現象や、ガス
物質が集結して正常な打込みを阻害するといった事態を
有効に防止することができる。

また第２から第４の課題解決手段によれば、第１の課題
解決手段同様の効果を奏するほかに、ガス排′；１ｖＩ
ｉ所の周辺に２次世子、２次イオンなどの荷電粒子の通
過を妨げるバリアを形成することで。

イオン電流の変動を防止し正確に測定できるので、イオ
ン打込み精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の第１実施例の要部を示す構成図、第
２図は、本発明の第２実施例を示す構成図、第３図は、
第２実施例の一部拡大断面図、第１８ａ・・・排気孔、
２０・・・ファラデーカップ、２１・・・環状遮蔽板、
２２・・・曲折した排気孔、２３・・・磁４図は、本発
明の作用の一例を示す説明図、第５図は、従来のイオン
打込み装置を示す構成図である。 ２・・・イオンビーム、７・・・被打込み物、８・・・
電流計、１５．１９・・・サプレッサ電極、１６・・・
ファラデーカップ（筒状電極）、１６ａ・・・排気孔、
１７．１８・・・電場（電極メツシュ）、　１７ａ。 メ　１　図 ’７−−−１ｆＩＬ打込み仲 ５−４ｉ熾釘 １５、／ｑ　　−−一　φフ゛Ｌ７ｆ［、ｉ／乙　−ｍ
−）Ｔラテーカフフ゛（硝屹ζ籾シ／６久　−−一　奢
糺氏ヌ。 ｎ、ｎ　　−−−ｆｌｙ（電ａメ、シュジ／７ａ、ｌδ
〔−溌りふ ＃４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ファラデーカップの本体となる筒状電極に、その底
   部を構成するよう被打込み物を配置し、この被打込み物
   にイオンビームを打込む手段と、イオン打込み時に生じ
   るイオン電流を測定する手段とを備えるイオン打込み装
   置において、前記筒状電極の筒面に、イオン打込み時に
   ファラデーカップ内に生じるガスを外部に放出させるた
   めの排気孔を設けてなることを特徴とするイオン打込み
   装置。 ２、ファラデーカップの本体となる筒状電極に、その底
   部を構成するよう被打込み物を配置し、この被打込み物
   にイオンビームを打込む手段と、イオン打込みのイオン
   電流を測定する手段とを備えるイオン打込み装置におい
   て。 前記筒状電極の筒面に、イオン打込み時にファラデーカ
   ップ内に生じるガスを外部に放出させるための排気孔を
   設ける、と共に、この排気孔の周囲に電場及び磁場の少
   なくとも１つを形成してなることを特徴とするイオン打
   込み装置。 ３、第１請求項又は第２請求項において、前記筒状電極
   は、メッシュ状の電極で、その網目が前記排気孔を構成
   してなるイオン打込み装置。 ４、ファラデーカップの本体となる筒状電極に、その底
   部を構成するよう被打込み物を配置し、この被打込み物
   にイオンビームを打込む手段と、イオン打込みのイオン
   電流を測定する手段とを備えるイオン打込み装置におい
   て、 前記筒状電極の筒面に、イオン打込み時にファラデーカ
   ップ内に生じるガスを外部に放出させるための排気孔を
   設けると共に、前記排気孔は、外側が見通せない曲折し
   た通路構造にしてなることを特徴とするイオン打込み装
   置。 ５、第４請求項において、前記筒状電極は、外側が見通
   せないよう折り曲げられた多数の環状遮蔽板を所定の間
   隔をあけつつ筒形を呈するよう配列してなり、これらの
   環状遮蔽板間の間隙が前記排気孔を構成してなるイオン
   打込み装置。 ６、第４請求項又は第５請求項において、前記排気孔の
   周囲に電場及び磁場の少なくとも１つを形成してなるイ
   オン打込み装置。 ７、被打込み物にイオンビームを打込む手段と、イオン
   打込みのイオン電流を測定する手段とを備えるイオン打
   込み装置において、 前記被打込み物の前方位置に、イオンビーム通過経路を
   妨げることなく該被打込み物のイオンビーム照射面を包
   囲するようにして、電場及び磁場の少なくとも１つより
   なるバリアを形成してなることを特徴とするイオン打込
   み装置。 ８、第２請求項、第３請求項、第６請求項及び第７請求
   項のいずれか１項において、前記電場は、筒状の正及び
   負の電場を少なくとも２重に形成してなることを特徴と
   するイオン打込み装置。 ９、第２請求項、第３請求項、第６請求項、第７請求項
   及び第８請求項のいずれか１項において、前記電場は、
   多数の排気孔を有するか又はメッシュ状に形成された筒
   状電極を２重に配置して、これらの筒状電極に正及び負
   の電圧を印加してなるイオン打込み装置。 １０、第２請求項、第６請求項及び第７請求項のいずれ
   か１項において、前記磁場の磁力線の方向が前記イオン
   ビームと同軸方向に向いて、その磁束の一部が前記イオ
   ンビームの通過経路と重なるように設定してなることを
   特徴とするイオン打込み装置。