JPH0287450A - イオン打込装置 - 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〕 本発明は粒子線照射装置に係り、特に表面上に電気的に
絶縁されている部分もしくは比較的高い抵抗値を持つ被
加工物に粒子線を照射する場合に好適な粒子線照射装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、被加工物に電子供給のための構成につぃては、特
公昭５８−４２９３９号、特公昭５ｇ　−４３８６１号
。

特公昭６２−１２６２５号、特開昭６２−１０３９５１
号、特開昭６２−１０３９５２号、特開昭６２−３５４
４４号、特開昭６２−１５４４６号、特開昭６２−１５
４４４７号、特開昭６２−１４４４８号公報等の方法が
知られている。また、電子供給量の制御については、特
開昭６２−６４０３９号。

特開昭６２−１５４５４４号、特開昭６２−１５７４５
号公報等の方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、それぞれ優れた点を持っている。しか
し、電子供給のための構成に関するものは、放出あるい
は供給する電子量の決定及び制御については配慮されて
おらず、電子量の決定には条件出しのための試行錯誤的
、実験的操作が必要であった。また、制御に関する発明
においては、電子供給のための構成に十分な配慮がされ
ておらず、電子量を制御しても十分帯電を抑えるには至
っていない場合があった。すなわち、被加工物上で粒子
線の照射領域よりも電子の供給領域の方が広く、一致し
ていなかった０例えば、粒子線粒照射による帯電量と電
子の供給量がほぼ同量の場合でも１粒子線が照射されて
いる領域では電子が足らず帯電が十分に中和されない。

一方では電子だけしか照射されていない領域が生じ、そ
の領域では負の帯電が生ずるという状況になる。従来の
電子供給法では、言わば副作用のようなものがあった。

電子が不十分では帯電を抑えられず、多過ぎると電子し
か供給されない領域で負の帯電を生ずるという副作用が
出て、どう電子量を制御しても帯電による不具合を完全
に抑えることは極めて困難であった。

また、電子源を含む電子供給系が粒子線量の計測系に組
み込まれている場合、電子供給系の動作が粒子線計測に
悪影響を及ぼさぬよう構成する必要がある。しかし、実
際は放出した電子の一部が計測系外に漏れ、少なからず
粒子線量の計測値を変動させ勝ちであった。

また、さらに粒子線照射による被加工物周囲の汚れが上
述の変動や電子供給条件を変化させるという問題もあっ
た。すなわち、被加工物に粒子線を照射すると、スパッ
タや真空度低下が起こる。

これは、電子源やファラデーケージの内面の汚染の原因
となり、各部品表面に絶縁性被膜ができることなどによ
って電子の供給条件を経時的に変化させてしまったり、
電子源の碍子表面に導電性被膜を作り、耐電圧特性を劣
化させる等の危険があった。

本発明の目的は、自動的に電子量を制御し、かつ副作用
なく十分帯電による悪影響を抑えて稼動及び処理を行う
ことができる粒子線照射装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、被加工物上で粒子線が照射される領域と電
子が到達し得る領域がほぼ同じになるように構成し、さ
らに、回転支持体及び上記被加工物の電位または上記被
加工物の帯電で誘起される電界または上記回転支持体及
び上記被加工物に流入する電流を測定する手段を具備す
る構成として達成するようにした。

具体的には１回転支持体及び被加工物と電子源の間で上
記回転支持体及び被加工物の近傍または直前に粒子線が
通過するのに必要、かつ、十分な開口を有する遮蔽物を
設け、被加工物に達する電荷量を電流値または電位もし
くは電界として測定するようにした。

被加工物に供給する電子量は、被加工物に流れる電流値
が零または零に近い負の値となるかもしくは被加工物の
電位が零または零に近い負の値になるように制御すれば
よく、電流値もしくは電位が零であれば、被加工物に達
した電荷量の総和は零であり、帯電はマクロ的には生じ
ない（ミクロ的に見ると誘電分極のように正負の電荷の
偏在の恐れは残る）。また、これらの電流値や電位が零
に近い負の値でもよいわけは、 １、粒子線照射によって正の値になりやすい。

２、電子供給法を適切に選べば、電子供給による帯電に
起因する不具合は、正に帯電する場合よりも少なくでき
る。

などの理由による６ 電子源には、薄膜リボン状のフィラメントを用いる。回
転支持体や被加工物に正の電圧を印加すると、供給する
電子量の中和に寄与する効果が高まる。また、電子源か
ら出た電子を磁場や電場で被加工物の方に行くように偏
向してやることも有効である。

〔作用〕

電子供給源と被加工物の間の遮蔽物の開口（アパーチャ
）は、粒子線が通過するぎりぎりの大きさを持っている
ので１粒子線の照射領域とほぼ重なっていると見なせる
。このアパーチャによって電子は被加工物上の粒子線が
照射されている領域だけに供給される。従って、被加工
物上で電子だけが供給されるといった領域がなくなるの
で供給された電子によって負に帯電するようなことはな
くなる。

電子供給系が粒子線量計測系に組み込まれている場合、
放出された電子が計測系外に漏れるとその漏れ分が粒子
線量の測定誤差となる。しかし。

上述のアパーチャを用いて電子の供給領域を制限すると
、電子の不要な散逸を防ぎ、測定系に与える悪影響を最
小限にすることができる。

さらに、このアパーチャによって粒子線照射による汚れ
から電子供給部を保護し、汚染による損傷、経時変化を
最小限にすることができる。

被加工物に達した電荷量を電流として測定すると粒子線
の照射されている領域の電荷の出入りがモニタできる。

また、被加工物及びその支持体を電気的にアースから絶
縁し１粒子線照射及び電子供給によって生ずる被加工物
及びその支持体の電位上昇を計測しても電流値計測と同
様のモニタができる。

もしくは電界のセンサを被加工物付近に設け、被加工物
の帯電を測定する方法も考案されている。

いずれの場合も電流値、電圧値、電界値が零であれば１
粒子線が照射されている領域で正と負の電荷が等量供給
されており、帯電は生じていないと言える。逆に電流等
の値が１例えば、正の値を示しておれば、被加工物は正
に帯電している恐れがあることを示しているので電子供
給量２粒子線の照射量を変更して、値が零になるように
制御すればよい。

電子源には薄膜リボン状のフィラメントを用いると表面
積が大きいので、小電力で多量の電子を放出でき、熱的
な負担が軽減できる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を第１図〜第４図を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明の粒子線照射装置をイオン打込装置に適
用した一実施例を示す構成図である。第１図において、
加速電源１によって昇圧され、イオン源制御電源によっ
て制御されているイオン源３からイオンビーム４を引き
出し、負電圧が印加されている減速電極５を通過した後
、質量分離磁場６によって所望の質量のイオンビーム（
粒子線）４のみを通過させる。その後、質量分離スリッ
ト７、サプレッサ電極８を通過し、ファラデーケージ９
に入り、本発明に係るイオンビーム４が通過するぎりぎ
りの大きさのアパーチャ１０を経て回転円板（回転支持
体）１１上に支持されたウェーハ（被加工物）１２にイ
オンビーム４が打ち込まれる。ウェーハ１２全面にイオ
ンビーム４が打ち込まれるように回転円Ｆｉ１１は高速
で回転しながら並進運転を行う。回転円板１１が完全に
イオンビームからはずれると、ビームキャッチ１３がイ
オンビームを受ける。イオン打ち込みと同時にファラデ
ーケージ９内に電子１４を放出するように原子源１５を
設けである。この電子１４は１例えば、Ｗフィラメント
を加熱して熱電子を作り、電界によって引き出したもの
でもよい、電子源１５はウェーハ１２から見えない位置
にあることが望ましい。

電子源１５から出た電子１４は、電子１４の進行方向と
直角方向に印加された磁場１６によってウェーハ１２の
方向へ偏向される。このとき電子１４の一部はアパーチ
ャ１０によってウェーハ１２に届くことを制限される。

ウェーハ１２へ届くのはアパーチャ１０を通り抜けたも
のだけとなる。このアパーチャ１０によって電子１４は
ウェーハ１２上でイオンビーム４が照射されている部分
にのみ供給される。従って、電子１４のみが照射される
ために生ずる負の帯電や電子１４のリーク等の不具合の
懸念がなくなる。

アパーチャ１０は、また、イオンビーム４をつ工−ハ１
２及び回転円板１１等に照射するときに発生するスパッ
タ等の汚染から電子源１５及びファラデーケージ９の内
面を保護する役割も有している。

電子源１５が汚染されると、以下のような不具合が発生
することが予想される。

Ａ、フィラメント等の高温になる部分に汚染物質が付着
すると、汚染物質とフィラメントが化合してフィラメン
トが劣化し寿命が縮まり、また、汚染物質が再び蒸散し
てウェーハ１２を汚染する（クロスコンタミネーション
）。

Ｂ、電子源１５の高電圧部に汚染物質が付着し被膜とな
ると、その被膜がはがれるときに電荷を持って低電圧部
に飛散して行くため、電圧印加部の過電流放電となり、
電源をを損傷させる。

Ｃ９電子源１５の高圧絶縁部、例えば、碍子等に汚染物
質が付着すると、絶縁耐圧が劣化し、電圧を印加できな
くなる。

また、ファラデーケージ９の内面に汚染物質が付着する
と、 ｉ、ファラデーケージ９内で発生する２次電子の量及び
エネルギー分布が変化し、電子による中和効果及び効率
が変化する。

■、特に汚染物質によってできた表面被膜が絶縁性の場
合、表面が帯電して放出した電子の軌道が変化し、また
、放出した電子をフィシデーケージ９．ウエーハ１２２
回転円板１１．ビームキャッチャ１３等の間で保護しき
れずリークしてしまい、イオンビーム４の電流値を変化
させ、照射量（打ち込み量）を変化させてしまうにのと
き、ファラデ−ケージ９内面の汚染が電子のリークに最
も影響する。

等の不具合が発生する。アパーチャ１ｏは、これらの不
具合を防ぎ、また、電子源１５．ファラデーケージ９の
クリーニング周期を飛躍的に長く延ばすことができる。

ウェーハ１２に打ち込まれるイオンビーム４の電流値は
、電流計１７によって計測され、ディジタル信号に変換
されてＣＰＵＩ　８へ送られる。

ＣＰＵ１８では電流値に基づいて打ち込み時間や回転円
板１１の並進運転を制御する。

イオンビーム４の打ち込み電流とは別にウェーハ１２１
回転円板１１．ビームキャッチャ１３で受けるイオンビ
ーム４と電子１４の電流値の和は電流計１９で測定され
る。この値は、電子源制御電源２０及びＣＰＵ１８に伝
送される。電流計１９の値が正の大きな値であれば、ウ
ェーハー１２の表面は帯電し、静電破壊等の不具合の発
生の危険があるので、 ａ、イオン源制御電源２を制御してイオンビーム４の電
流値を下げる。

ｂ、ｆｆｉ子源制御電源２０を制御して放出される電子
１４の量を上げる。

等の制御を行う。

理想的には電流計１９の値が零になれば、イオンビーム
４が照射されている領域では正と負の電荷が等量となり
、互いに電荷を相殺してウェーハ１２上の帯電に生じな
いはずである。

しかし、この場合。

イ、イオンビーム断面でイオンの分布が一様でない。

ロ、イオンビーム４内のイオン分布とそこへ供給される
電子１４の分布は必ずしも一致しているとは限らない。

ハ、電子１４のエネルギーが高々１０ｖ程度になるよう
に構成すれば、多少電子過剰でも電子１４によるダメー
ジはイオン過剰によるダメージより極めて少ない。

以上の理由により、電流計１９の値が−１〜−２ｍＡ程
度になるようイオンビーム４と電子１４の値を設定すれ
ば、それぞれの急激な変動が生じたとしても追従する余
裕ができ、不具合の発生を防ぎやすい。

誤差増幅ｒ！２３には上記した工、設定値と実Ｉ、が入
力され、その出力は電子制御電源２０に帰還されている
ので、Ｉａ設定値になるように電子量が制御される。

絶縁物表面を持つウェーハ１２にイオンを照射したとき
、ウェーハ１２表面の電荷が回転円板１１を通じて測定
し得るのは。

（１）イオン照射時に生ずる２次電子の移動。

（２）イオン照射時にウェーハ１２の表面層に生ずる電
子正孔対による電気伝導。

のためと考えられる。このため、 （Ａ）回転円板１１の金属部分がウェーハ１２と同時に
イオンビーム４にさらされる（照射される）こと。

（Ｂ）回転円板１１と接触または接続されている金属部
品の一部がウェーハ１２表面と接していること。

などが望ましい。

回転円板１１は、半導体ウェーハ１２の汚染を配慮し、
材質がアルミニウムがシリコンで製作することが望まし
い。

さて、帯電に敏感なデバイスウェーハでも微少電流で打
ち込めば不具合が回避されることがあることから、帯電
はおおむねどこかのリークパスから微量ずつであっても
放電して行く可能性があると考えられる。従って、回転
円板１１の流入する電流もしくは電位上昇をモニタする
ことは、間接的ではあるが、イオンが打ち込まれている
ウェーハ１２表面の状態を表わしていると考えることが
できる。

回転円板１１がイオンビーム４からはずれると、ビーム
キャッチャ１３がイオンビーム４を受けることになる。

同様に放出されている電子１４もウェーハ１２及び回転
円板１１を通る代りにビームキャッチャ１３を経て電流
計１９を通る。しかし、ウェーハ１２及び回転円板１１
が電子１４を受けている場合とビームキャッチャ１３が
電子１４を受けている場合とを比べると、ウェーハ１２
９回転円板１１の方が電子源１５に近いため、定性的に
前者の方が電子１４を受ける量が多くなる。従って、回
転円板１１の出し入れ（並進運動）によって電流計１９
の値が変動することになる。この様子を第２図に示す。

本制御方式では、電流計１９に生ずる電流値が一定にな
るように電子制御電源２０、及びその他を制御すること
になるので、このような構造的要因による電流値変動に
も追従しなければならない。

これは、制御系への負担が大きいだけでなく、電子源１
５への負担も大きくなる。また１回転円板１１が一部イ
オンビーム４からはずれ、再び照射されるようになった
とき、放出していた電子量を元の値に戻すまでの過渡的
アンバランスが打ち込み及びウェーハ１２の帯電防止に
悪影響を及ぼす恐れもある。

これを防ぐため、定電圧電源２１によってビームキャッ
チャ１３の電位を回転円板１１より高くし、ｆｌ！子１
４を受ける量が同じ程度になるように調節しておくと電
流計１９の変動が抑えられ、不要な負担がかからなくて
済むようになる。

また５回転円板１１にも数ボルトの電圧が印加されるよ
う定電圧電源２２を入れると、ファラデーケージ９内の
低エネルギー電子を吸い寄せ、より多くの電子がウェー
ハ１２及び回転円板１１に達するようになる。このため
、相対的に電子源１５から放出される電子１４の量を低
く抑えることができ、効率が高まる。回転円板１１に印
加する電圧と流入する電流を第３図に示す。

第４図に本構成を用いたイオン打込装置の回転円板１１
に流入する電流１ａ　と半導体デバイス素子（ウェーハ
１２）の不良率の関係を示す。第４図から回転円板１１
に流入する電流値工、の管理による制御方式の妥当性と
電子照射による負の帯電による不具合（不良）が極めて
少ないということが言える。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、ｆ！！子と粒子線をそれ
ぞれ同じ領域に供給、照射することができるので、電子
が被加工物の帯電抑制に有効に用いられ、かつ、電子供
給によって負の帯電する危険がなくなり、有効な帯電抑
制ができ、さらに、被加工物及び回転支持体から流れる
電流またはそれらの電位は、従来より正確に粒子線が照
射されている領域の電荷の正負のアンバランスの状態を
示しているので、これらの値に基づき電子量２粒子線量
を適切に制御するとかでき、また、被加工物の前のアパ
ーチャが電子源及びその周囲の汚染を防ぐので、汚染に
よる不具合が発生することがなく、クリーニング周期を
長くすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粒子線照射装置をイオン打込装置に適
用した一実施例を示す構成図、第２図は第１図の装置に
おいてビームキャッチャと回転円板に入るイオンビーム
と電子と電流値の和と回転円板の位置の関係を示す図、
第３図は回転円板に印加した電圧による放出電子量と回
転円板に流入する電流の関係を示す線図、第４図は回転
円板に流入する電流と半導体デバイス素の子不良率との
関係を示す図である。 １・・・イオン源加熱電源、２・・・イオン源制御電源
。 ３・・・イオン源、４・・・イオンビーム、９・・・フ
ァラデーケージ、１０・・・アパーチャ、１１・・・回
転円板。 １２・・ウェーハ、１３・・・ビームキャッチャ、１４
・・・電子、１５・・・電子源、１６・・・電子偏向磁
場、１７・・・イオン電流計、１８・・・ＣＰＵ、１９
・・・回転円板電流計、２０・・・電子制御電源、２１
・・・ビームキャッチャバイアス電源、２２・・・回転
円板バイアス電源、２３・・・誤差増幅器。 嶌′２−図 帛３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空中で回転支持体に装着されている被加工物に粒
   子線を照射して加工等の処理をする装置で前記回転支持
   体及び前記被加工物に電子を供給する電子源を有するも
   のにおいて、前記被加工物上で前記粒子線が照射される
   領域と前記電子が到達し得る領域がほぼ同じになるよう
   に構成し、さらに、前記回転支持体及び前記被加工物の
   電位または前記被加工物の帯電で誘起される電界または
   前記回転支持体及び前記被加工物に流入する電流を測定
   する手段を具備することを特徴とする粒子線照射装置。 ２、真空中で回転支持体に装着れている被加工物に粒子
   線を照射して加工等の処理をする装置で、前記回転支持
   体及び前記被加工物に電子を供給する電子源を有するの
   において、前記回転支持体と前記被加工物上で前記粒子
   線照射によつて帯電し得る領域のみに前記電子を供給す
   るように構成し、さらに、前記回転支持体及び前記被加
   工物の電位または前記被加工物の帯電で誘起される電界
   または前記回転支持体及び前記被加工物に流入する電流
   を測定する手段を具備することを特徴とする粒子線照射
   装置。 ３、真空中で回転支持体に装着されている被加工物に粒
   子線を照射して加工等の処理をする装着で、前記回転支
   持体及び前記被加工物に電子を供給する電子源を有する
   ものにおいて、前記回転支持体及び前記被加工物と前記
   電子源の間で、かつ、前記回転支持体及び前記被加工物
   の近傍または直前に前記粒子線が通過するのに必要、か
   つ、十分な開口を有する遮蔽物を設け、さらに、前記回
   転支持体及び前記被加工物の電位または前記被加工物の
   帯電で誘起される電界または前記回転支持体及び前記被
   加工物に流入する電流を測定する手段を具備することを
   特徴とする粒子線照射装置。 ４、前記回転支持体及び前記被加工物が回転と共に並進
   運動し、該並進運動によつて粒子線照射位置からはずれ
   たとき前記粒子線を受ける構造体であるビームキヤッチ
   を有し、該ビームキヤツチヤと前記回転支持体及び前記
   被加工物に流入する電流、電位または電界を測定する手
   段を具備する特許請求の範囲第１項または第２項または
   第３項記載の粒子線照射装置。 ５、前記回転支持体が前記粒子線を照射される位置にあ
   るときに前記電子源から供給される電子量と前記ビーム
   キヤツチヤが前記粒子線を照射され得るときに前記電子
   源から供給される電子量とが同量になるように構成され
   ている特許請求の範囲第４項記載の粒子線照射装置。 ６、前記回転支持体へ供給される電子量と前記ビームキ
   ヤツチヤへ供給される電子量とを同量にすることを前記
   ビームキヤッチの電位を前記回転支持体の電位よりも高
   くすることによつて達成するようにしてある特許請求の
   範囲第５項記載の粒子線照射装置。 ７、前記回転支持体に流入する電流、電位または前記被
   加工物の帯電で誘起される電界を計測し、その計測値に
   基づいて前記粒子線量または前記電子供給量またはそれ
   らの両方を変化させる手段を備えている特許請求の範囲
   第１項または第２項または第３項または第４項または第
   ５項または第６項記載の粒子線照射装置。 ８、前記計測値に基づき前記粒子線量または前記電子供
   給量またはそれらの両方を自動的に制御する手段を備え
   ている特許請求の範囲第７項記載の粒子線照射装置。 ９、前記諸計測値がそれぞれ零または零付近の負の値で
   あるように設定制御される特許請求の範囲第７項または
   第８項記載の粒子線照射装置。 １０、前記電子源近傍で該電子源からみて前記被加工物
   の反対方向、すなわち、粒子線源側に負の電圧を印加し
   たアパーチャを有する特許請求の範囲第１項ないし第９
   項記載の粒子線照射装置。 １１、前記電子源及び前記電子量の測定系と前記粒子線
   量の測定系を組み合わせてある特許請求の範囲第１項な
   いし第１０項記載の粒子線照射装置。 １２、前記被加工物から前記電子源が見えないように構
   成してある特許請求の範囲第１項ないし第１１項記載の
   粒子線照射装置。 １３、前記電子源から放出された電子を偏向し、前記被
   加工物またはその近傍の方向へ向けるように構成してあ
   る特許請求の範囲第１項ないし第１２項記載の粒子線照
   射装置。 １４、前記電子偏向の手段として磁場または電場または
   前記磁場と前記電場とを併用したものを用いてある特許
   請求の範囲第１３項記載の粒子線照射装置。 １５、前記回転支持体に正の電圧を印加するようにして
   ある特許請求の範囲第１項ないし第１４項記載の粒子線
   照射装置。 １６、前記回転支持体の少なくとも一部の金属部分が前
   記被加工物の粒子線照射面の一部に接している構成を持
   つ特許請求の範囲第１項ないし第１５項記載の粒子線照
   射装置。 １７、真空中で回転支持体に装着されている被加工物に
   粒子線を照射して加工等の処理をする装置で、前記回転
   支持体及び前記被加工物に電子を供給する電子源を有す
   るものにおいて、前記被加工物上で前記粒子線が照射さ
   れる領域と前記電子が到達し得る領域がほぼ同じになる
   ように構成し、さらに、前記回転支持体及び前記被加工
   物の電位または前記被加工物の帯電で誘起される電界ま
   たは前記回転支持体及び前記被加工物に流入する電流を
   測定する手段と、前記電位、電界または電流等の計測値
   が零もしくは零に近い負の値であるように設定し、制御
   する手段を具備することを特徴とする粒子線照射装置。