JPH02213040A - 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〕 半導体ウェーハなどに用いるイオンビーム照射装置に関
し、 イオンビーム照射時に、電荷中和装置から発生する高エ
ネルギー電子の、イオン打ち込み基板への入射を防止す
ることを目的とし、 イオンビーム発生源からのイオンビームの照射を受ける
、ターゲット機構の上に載置されたイオン打ち込み基板
の前方に、筒状の金属電極と電子発生機構を少なくとも
備えた電荷中和装置を配置したイオンビーム照射装置に
おいて、前記筒状の金属電極の内面に多数の凹凸を設け
、前記凹凸を形成する面は、前記電子発生機構の電子発
生領域だけに対面する面と、前記イオン打ち込み基板上
のイオンビーム照射領域だけに対面する面とからなり、
両方に共に対面することのないように、所要の方向に所
要の角度で形成されたイオンビーム照射装置を構成する
。

〔産業上の利用分野］ 本発明はイオンビーム照射装置の改良に関する。

半導体ＩＣの製造には、イオンビーム照射を利用する幾
つかの重要なプロセスがある。たとえば、イオン注入、
エツチング、デボジシラン等であるが、とくにイオン注
入は、Ｐ−Ｎ接合などに広く用いられている。

最近、高ドーズ量領域におけるイオン注入技術の利用が
増加し、それに伴って２０〜３０　ｍＡにも達する大電
流イオンビーム照射装置の実用化が進んでいる。しかし
、これら大電流イオンビーム照射装置を使用する場合、
ターゲット表面に単位時間当たりに供給される電荷量が
増加するため、ターゲット上に載置されたイオン打ち込
み基板の絶縁層へのチャージアップが問題となってきた
。

さらに、イオンビーム照射されるデバイス側でも、素子
の微細化に伴い、絶縁層としての酸化膜の厚さの低減や
、半導体基板とのコンタクト窓面積の減少など、基板上
の絶縁層のチャージアップに対する耐性が低下する傾向
が増してきており、イオンビーム照射に伴うチャージア
ップ対策が強く求められている。

〔従来の技術〕

第３図はイオンビーム照射装置の内部を説明する斜視図
で、図中、１はイオンビーム発生源、２はターゲット機
構で、一般にターゲットディスクが回転しながら上下、
または、左右などに移動できるようになっている。３は
半導体ウェーハなどのイオン打ち込み基板、４は電荷中
和装置である。

電荷中和装置はあとで詳しく説明するように、電子発生
機構５および５°、筒状の金属電極６゜サプレッサ９と
からなり、筒状の金属電極６の端はイオン打ち込み基板
３の直前に対向して配置されている。

第４図は従来のイオンビーム照射装置を説明する断面図
で、図中、５１はメツシュ状の引出電極で、フィラメン
トから出た電子を加速して、高速・高エネルギーの１次
電子ｅ、を放射する一方の電子発生領域を構成する。５
１°は電子発生機構５゛の底面で、１次電子ｅ、が衝突
して２次電子ｅ２を発生させるもう一方の電子発生領域
を構成する。　こ−で、電子発生機構５′が筒状の金属
電極６の内面よりも、や＼後退して形成されているのは
電子発生領域５１”から高エネルギーの反跳電子ｅ、”
が発生した場合にも、それが直接イオン打ち込み基板３
に入射してくるのを防止するためである。

いま、イオンビーム発生Ｂ１から、たとえば、十に帯電
したＡｓイオンを発生させ、これを加速してイオンビー
ムを形成し、イオン打ち込み基板３に照射してイオン注
入を行う。イオン打ち込み基板３上にはＭＯＳ−ＩＣな
どのデバイスが形成されており、したがって、酸化物や
レジスト膜などの絶縁物の層が存在しており、その表面
は十に帯電、すなわち、チャージアップが発生する。こ
のチャージアップが進行すると絶縁層の絶縁破壊を生ず
ることになる。

このイオンビームによる、十のチャージアップを防止す
るために設けられたのが、前記の電荷中和装置４である
。

その働きを第４図で説明すると、電子発生機構５の上部
にある−１００〜−３００ｖにバイアスされたフィラメ
ントから出た１次電子ｅ、は、接地電位の引出電極、す
なわち、電子発生領域５１により加速され、イオンビー
ムを横切って、対向して配置された電子発生機構５゛の
底面である電子発生領域５１’に照射される。これによ
り電子発生領域５１’から低エネルギーの２次電子ｅ２
が放出され、その一部がイオン打ち込み基板３に到達し
て、十電荷を中和してチャージアップを軽減するように
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の如き従来のイオンビーム照射装置におい
て、使用時間が経過するに従って、イオン打ち込み基板
３に入射する電子のエネルギー分布が、しばしば、高エ
ネルギー側にシフトしてくることを本発明者らは見出し
た。

第２図はターゲット入射電子エネルギー分布の装置使用
時間依存性を示す図で、横軸はターゲット入射電子エネ
ルギー、縦軸はターゲットディスクに流れる電流値で表
したそれぞれの電子エネルギーに相当する電子量を表し
ており、破線が従来のイオンビーム照射装置の例である
０図かられかるように、装置使用後７日目になると、当
初の２倍にも達するエネルギーの電子が、ターゲットに
入射してくることがわかる。

このような高エネルギー電子はデバイスの品質・歩留り
に重大な影響を及ぼすことになる。

この現象について、その原因を詳しく調べたところ以下
のことがわかった。

すなわち、半導体デバイスのイオン注入においては、通
常レジスト膜をマスク材料として用いることが多い。第
４図に示したように、イオン照射に際して、このレジス
トがスパッタされ、筒状の金属電極６の内面に付着し、
使用時間の経過とともに絶縁性の付着レジスト膜１０を
形成する。そして、この絶縁性の付着レジスト膜１０に
高エネルギーの反跳電子ｅＩ′が衝突すると、最高３０
０　ｖまでの負に帯電した帯電電荷層１１を形成するこ
とになる。実際には、その時点で形成されている付着レ
ジスト膜１０の厚さにより、帯電電位は数ｌＯ〜３００
ｖの間の数値となる。こ−に、さらに反跳電子ｅ　、ｌ
やその他の荷電粒子が入射すると、今度は付着レジスト
膜１０の表面電位に相当するエネルギーを持つ、すなわ
ち、数１０〜３００ｖの間のエネルギーを持つ２次電子
ｅ！′を発生し、ターゲットに入射する電子のエネルギ
ー分布を高エネルギー側にシフトさせているのである。

以上の如く、従来のイオンビーム照射装置には装置使用
時間とともに、イオン打ち込み基板３に供給される電子
のエネルギー分布が、高エネルギー側にシフトしていく
という問題を生じており、その解決が必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、イオンビーム発生源１からのイオンビー
ムの照射を受ける、ターゲット機構２の上に載置された
イオン打ち込み基板３の前方に、筒状の金属電極６と電
子発生機構５および５′を少なくとも備えた電荷中和装
置４を配置したイオンビーム照射装置において、前記筒
状の金属電極６の内面に多数の凹凸７を設け、前記凹凸
７を形成する面は、前記電子発生機構５および５゛の電
子発生領域５１および５１゛　だけに対面する面と、前
記イオン打ち込み基板３上のイオンビーム照射領域８だ
けに対面する面とからなり、両方に共に対面することの
ないように、所要の方向に所要の角度で形成されている
イオンビーム照射装置により解決することができる。

〔作用］ 本発明のイオンビーム照射装置によれば、電荷中和装置
４における筒状の金属電極６の内面に設けられた多数の
凹凸７の各面は、電子発生機構５および５′の電子発生
領域５１および５１”と、イオン打ち込み基板３上のイ
オンビーム照射領域８の２つのうちの何れか一方だけに
面し、両方を共に見ることのないように、所要の方向に
所要の角度で形成されているので、イオン打ち込み基板
３のレジストからスパッタされたレジスト膜１０の付着
する面と、高エネルギー電子（すなわち１次電子ｅ１お
よび反跳電子ｅｌ′）が入射する面とを分離することが
できる。

したがって、付着レジスト膜１００表面が負の高電位に
帯電されることがなくなり、高エネルギーを持つ２次電
子ｅ、゛は発生しなくなり、その結果、長期の装置使用
後もイオン打ち込み基板３に供給される電子のエネルギ
ー分布を低エネルギー側に保持して、デバイス絶縁膜の
絶縁破壊を防止することができるのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例装置を説明する断面図で、図中
、７は筒状の金属電極６の内面に形成された凹凸である
。

筒状の金属電極６はＡ１合金製で、開口部断面が７５ｍ
ｍＸ２００　ｍｍ、長さ２５０ｍ、ｒｎの長方形のもの
を使用した。

凹凸７は、高さをはＳ；’７．５ｍｍとし、各面が電子
発生機構５および５″の電子発生領域５１および５１’
　　と、イオン打ち込み基板３上のイオンビーム照射領
域８の２つのうちの何れか一方だけに面し、両方を共に
見ることのないように、その方向と角度を調整し、前記
長方形の４つの内面に溝状に多数形成した。

ターゲット機構２のターゲットディスクはＡ！合金製の
円板を使用した。イオン打ち込み基板３としては、直径
１５０ｍｒｎφ、厚さ０．６ｍｍのＳｉ基板を用いた。

イオン照射はＳｉ基板上に設けたｈｏｓ−ＩＣのソース
／ドレイン形成工程などにおけるＡｓイオンの注入に適
用した。

なお、電子発生機構５の上部にあるフィラメントは−１
００〜−３００ｖにバイアスし、引出電極である電子発
生領域５１から１次電子ｅ、を放射させるようにした。

第２図はターゲット入射電子エネルギー分布の装置使用
時間依存性を示す図で、実線のカーブは本発明の実施例
装置の場合である。第１日日から第１４日日までの全使
用期間にわたって、ターゲットに入射する電子のエムル
ギー分布に変化がなく、低エネルギー領域に保持するこ
とができた。

この結果、ＭＯＳ−ＩＣデバイスの品質が安定し、歩留
りも向上した。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のイオンビーム照射装置は
、電荷中和装置の筒状の金属電極の内面に凹凸を設ける
ことにより、イオンビーム照射時に、電荷中和装置から
発生する高エネルギー電子の、イオン打ち込み基板への
入射を防止することが可能となり、半導体ＩＣなど製品
の品質の安定と歩留りの向上に寄与するところが極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置を説明する図、第２図はタ
ーゲット入射電子エネルギー分布の装置使用時間依存性
を示す図、 第３図はイオンビーム照射装置の内部を説明す名斜視図
、 第４図は従来のイオンビーム照射装置を説明する図であ
る。 図において、 １はイオンビーム発生源、 ２はターゲット機構、 ３はイオン打ち込み基手反、 ４は電荷中和装置、 ５および５°は電子発生機構、 ６は筒状の金属電極、 ７は凹凸、 ８はイオンビーム照射領域、 ９はサプレッサ、 １０は付着レジスト膜である。 タープ゛・ソト入爽すｔチエネル〜′−薄布４憩置、イ
チ用時間哨し蓚９ｊ示４図第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イオンビーム発生源（１）からのイオンビームの照射を
   受ける、ターゲット機構（２）の上に載置されたイオン
   打ち込み基板（３）の前方に、筒状の金属電極（６）と
   電子発生機構（５および５′）を少なくとも備えた電荷
   中和装置（４）を配置したイオンビーム照射装置におい
   て、 前記筒状の金属電極（６）の内面に多数の凹凸（７）を
   設け、前記凹凸（７）を形成する面は、前記電子発生機
   構（５および５′）の電子発生領域（５１および５１′
   ）だけに対面する面と、前記イオン打ち込み基板（３）
   上のイオンビーム照射領域（８）だけに対面する面とか
   らなり、両方に共に対面することのないように、所要の
   方向に所要の角度で形成されていることを特徴としたイ
   オンビーム照射装置。