JPH0254857A - イオンビーム中性化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空プラズマ中から引き出されど−ムを形
成して導管内を走行するイオンがターゲットであるウェ
ーハに打ち込まれるイオン注入装置に用いられ、前記ビ
ーム　（以下イオンビームと記す）に電子を供給して電
子雲を形成させ、つ工−ハに注入されるイオンによる正
を荷の帯電によるウェーハｖＡａ膜の絶縁破壊を防止す
るイオンビーム中性化装置に関する。

（従来の技術〕 従来のイオンビーム中性化装置は、例えば特開昭６２−
１０３５９２号公報にも開示されているように、真空プ
ラズマから引き出されたイオンにより形成されるイオン
ビームの側方に、第４図に示されるヨウに、イオンビー
ム５に沿ってウェーハ３方向へ伸びる導管１を外方へ筒
状に変形させて電子発生室容器１ａを形成し、この容器
ｌａ内に熱電子を発生するフィラメント７と、フィラメ
ント７から発生した熱電子が容器１ａへ向かうのを阻止
する阻止電極８とを配し、電源１６からフィラメント７
より負の電位を阻止電捲８に与えるとともに容器１ａす
なわち導管Ｉには電源１３により正の電位を与え、フィ
ラメント７から放出された熱電子をイオンビーム５へ向
かって加速し、イオンビーム５を６１切った電子を導管
１の内壁に衝突させて２次電子１０を放出させ、この放
出された２次電子１０を、イオンビーム５が導管１に対
して有する正電位を利用してイオンビーム内にとり込ま
せ、ウェーハ上に帯電する正電荷を中和していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来のイオンビーム中性化装置における問題
点は次の通りである。すなわち、２次電子を放出する導
管内壁の前面には、放出された２次電子による空間電荷
が形成され、導管内壁前面にこの空間！荷による。導管
より負の電位領域が形成される。一方、イオンビームが
導管に対して有する正の電位は数十ボルト程度以下と小
さいため、２次電子はイオンビーム方向への進行を抑制
され、ウェーハ上に帯電する正電荷の中和に必要な電子
がイオンビーム中に得られ難いという問題点があった。

また、イオンビームに到達する２次電子数を増すため、
電子発生室でより多くの電子を生成しようとすると、フ
ィラメントが異常加熱され、蒸発物質の発生、熱輻射な
どによりウェーハが汚染されたりダメージを受けたりす
るため、電子発生室を大形化する必要を生じていた。

この発明の目的は、電子発生室を大形化することなく、
効率よくイオンビーム内に２次電子を供給することので
きるイオンビーム中性化装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、イオン
ビーム中性化装置の構成を、イオンビームの側方に配さ
れた。電子ビームを発生する電子源と、この電子源が発
生する電子ビームの照射を受けて２次電子を放出する２
次電子放出面と、この２次電子放出面と前記イオンビー
ムとの間に介在して２次電子放出面を覆い該２次電子放
出面より正側に電位が与えられるメツシュ状の電極とを
備えた構成とし、前記２次電子放出面から放出された２
次電子を前記メソシュ状の電極で引き出してイオンビー
ムに供給するものとする。

〔作用〕

このように、イオンビームと２次電子放出面との間に、
２次電子放出面を覆い２次電子放出面より正側に電位が
与えられるメツシュ状の電極（以下メツシュ電極と記す
）を設けると、放出された２次電子が放出面前面側に形
成する空間電荷による。放出面より負の電位領域の谷が
消滅して負の電位領域がなくなり、放出された２次電子
は直ちにメツシュ電極の正電位により加速されてこれを
通り抜け、ひきつづきイオンビーム自体の有する正電位
により加速されてイオンビームに到達する。

空間電荷により負電位領域が形成されている場合の、２
次電子放出面から単位時間内に加速電極に到達する電子
数すなわち空間電荷制限電流Ｉは一般に次式： ％式％（１１ で表される。ここで、■は電子の加速電圧、ｄは放出面
と加速電極（ここではメツシュ電極）との距離である。

従来のイオンビーム中性化装置では、（１１式中のＶは
、イオンビームが導管に対して有する正電位■、となり
、ビーム電流をＩｌ＋　イオンに対する総加速電圧をＶ
ＡＣとすると、■、は次式：％式％（２） で与えられる。ビーム電流１ｍ＋総加速電圧■１はイオ
ン注入条件により必ずしも一定ではないから、■、も当
然変動する。従って、Ｖ、＝Ｏ（Ｖ）であれば空間電荷
制限電流Ｉも０に近く、それ以上の２次電子はイオンビ
ームに到達しない。

本発明では、２次電子放出面前面側にメツシュ電極を配
して２次電子放出面より正側の電位を与え、強制的に２
次電子を加速してメツシュ電極を通過させるようにした
ので、２次電子放出面から放出されたほとんどの２次電
子がイオンビームに到達することができ、不必要に２次
電子放出面への入射電子線量を増すことなくウェーハ上
に帯電する正電荷を中和することができる。ここで、入
射電子″”ａｌＩｏと単位時間に放出される２次電子数
すなわち２次電子電流との関係は、ｉ、、ｃ−γＩ＊Ｄ
は２次電子放出率）で与えられ、一方、このＩ　ｓｅｃ
は本発明によりほとんど全部イオンビ−ムに到達するか
ら、ウェーハ上に帯電する正電荷の中和に必要な電流が
イオン注入条件から・与えられれば、入射電子線ｆ　ｒ
　ｅを直ちにかつ正確に設定することが可能となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す、Ｒ管１を含む真空容
器１００内には、回転軸４まわりに回転するとともに面
内一方向に回転軸４とともに移動するディスク２の面に
ウェーハ３が周方向に間隔をおいて複数固定され、イオ
ンビーム５をパルス状に横切ることによりイオンが注入
される。導管１はウェーハ３近傍の一部が外方へ筒状に
変形され、この筒状容器１ａの内側に、熱電子を発生す
るフィラメント７と、このフィラメント７と同電位に接
続されフィラメント７から放出された熱電子が容器１ａ
に向かうのを阻止するとともに外部ｔｆｉｉ３からフィ
ラメント７とともに容器１ａより負側の電位を与えられ
た阻止電極８と、外部電ｉｌ［１４から容器１ａより正
側の電位を与えられフィラメント７から放出された熱電
子をイオンビーム５の方向へ引キ出して電、子ビーム６
を形成する引出し電極９とからなる電子源赳が収納され
ている。

一方、電子源鎚が発生する電子ビーム６によって照射さ
れる導管１の内壁面の領域は、第２図に示すように、円
弧状の曲面をなす、開口率の大きいメツシュ電極１１に
より、内壁面から約５鶴の対向間隔を保って覆われ、メ
ツシュ電極１１には導管１を気密に貫通するブッシング
１２を介して外部の電１１１１５から導管ｌよりも正側
の電位が与えられている。

いま、電子源且のフィラメント７を図示されない電源か
ら通電加熱し、加速電［１３および引出し電源１４から
それぞれフィラメント７と阻止電極８および引出し電極
９に例えばＶｒ　−−３５０ｖ、　ｖ。

＝”３００Ｖを印加してフィラメント７に対し■１Ｖｔ
　”６５０　Ｖの正電位を作用させると、フィラメント
７からイオンビーム５の方向へ向かう約２００ｍＡの電
子ビーム６が形成され、導管１の内壁面を照射して２次
電子を放出させる。この放出された２次電子は、導管１
より正側の電位が与えられたメソシュ電８ｉ１１により
加速されてメツシュを通り抜け、さらにイオンビーム５
自体が有する正電位により加速されてイオンビーム内に
とり込まれ、電子雲を形成する。

第３図は２次電子電流１　＠＠ｔとメツシュ電圧Ｖ。

（メツシュ電極の電位と２次電子放出面電位との差）　
との関係を示す、ｖ、〈０の領域では、放出された２次
電子が追い返されており、このときの飽和値が入射した
電子線量１０１である。ここで、縦軸は、放出された電
子がメツシュｔ８ｉへ向かう方向を正としている−　Ｖ
、＞Ｏでは２次電子がメツシュ電極方向へ加速されてお
り、飽和値！。、は、単位時間に放出された２次電子の
総電荷量から入射電子線量ｒｏｔを差引いた値に等しい
。従ってメツシュ電圧Ｖ、を飽和値ｒａｔが得られるよ
うに、かつ過大とならないように設定することにより、
放出されたほとんどすべての２次電子をメツシュを通過
させてイオンビームに供給することが可能である。

なお、２次電子放出面は、本実施例では導管Ｉの内壁面
としているが、２次電子放出率が大きい金属１例えばＣ
ｕＢｅを内壁面に張り付けてこれを２次電子放出面とし
てもよく、この場合には電子源のより小形化が可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、イオンビーム中
性化装置の構成を、イオンビームの側方に配された。電
子ビームを発生する電子源と、この電子源が発生する電
子ビームの照射を受けて２次電子を放出する２次電子放
出面と、この２次電子放出面と前記イオンビームとの間
に介在して２次電子放出面を覆い該２次電子放出面より
正側に電位が与えられるメツシュ状の電極とを備えた構
成とし、前記２次電子放出面から放出された２次電子を
前記メツシュ状の′＠橿で引き出してイオンビームに供
給するようにしたので、メツシュｔ８ｉに与える正側の
電位を適切に設定することにより、２次電子放出面から
放出されたほとんどの２次電子をイオンビームに供給す
ることができ、電子源を大形化することなく効率よくウ
ェーハ上に帯電する正電荷を中和することができる。ま
た、２次電子放出面に２次電子放出率の大きい材料を使
用すれば電子源のより小形化が可能となるメリットも得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるイオンビーム中性化装
置の構成を示すイオンビーム装置要部の縦断面図、第２
図は第１図におけるＡ−Ａ位置において矢印方向にみた
イオンビーム装置の横断面図、第３図は２次電子電流と
メツシュ電圧との関係を示す線図、第４図は従来のイオ
ンビーム中性化装置の構成例を示す説明図である。 １：導管、３：ウェーハ（ターゲット）、５：イオンビ
ーム、６：電子ビーム、７：フィラメント、８；阻止電
極、９：引出し電極、１０：２次電子、１１：メツシュ
電極、■；電子源。 第２ｒ；ｆＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）真空プラズマ中から引き出され導管内をターゲット
   に向かって走行するイオンが形成するイオンビームに電
   子を供給し、ターゲット上に帯電するイオンの正電荷を
   中和するイオンビーム中性化装置において、前記イオン
   ビームの側方に配された、電子ビームを発生する電子源
   と、この電子源が発生する電子ビームの照射を受けて２
   次電子を放出する２次電子放出面と、この２次電子放出
   面と前記イオンビームとの間に介在して２次電子放出面
   を覆い該２次電子放出面より正側に電位が与えられるメ
   ッシュ状の電極とを備え、前記２次電子放出面から放出
   された２次電子を前記メッシュ状の電極で引き出してイ
   オンビームに供給することを特徴とするイオンビーム中
   性化装置。