JPH03194841A

JPH03194841A - 電子シャワー

Info

Publication number: JPH03194841A
Application number: JP1334026A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Tanjiyou; 正安丹上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-08-26
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JP2881881B2

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、半導体基板、ガラス基板、などに正イオン
ビームを照射し、イオン注入、ドーピング、エツチング
等を行う場合のチャージアップ防止用低エネルギー電子
シャワーに関する。

【　　従　　来　　の　　技　　術　　】イオン照射は
、試料にイオンを注入、ドーピングしたり、試料をイオ
ンでエツチングしたりするために用いられる。イオン照
射装置は、イオン源、加速電極、試料を保持するチャン
バ等を含む。試料は半導体、金属、ガラスなど任意である。試料が絶縁体の場合はイオン照射によりイオンの持って
いた電荷が試料に蓄積され試料面の電圧が高くなる。こ
れをチャージアップという。チャージアップが著しくな
ると、半導体基板状に形成されている絶縁膜などが破壊
されたりする。正イオンの場合は、チャージアップを防ぐために電子を
同時に照射するということが行われる。電子を試料に照射すれば正イオンの正電荷を電子の負電
荷で中和することができる。これは連続的あるいは間欠
的になされる。例えば、ａ、特開昭８ｌ−２８１１３１ｉ４（Ｓ８１．１２．１
８）ｂ、特開昭６２−２９６３５７（ＳＧ２．１２．２
３）はイオン注入装置において、中和用の電子シャワー
を設けたものが開示されている。中和用の電子に要求されるのは、電子量が大量であって
、しかもエネルギーが低いということである。電子のフ
ラックス（密度×速度）は、照射されるイオンのフラッ
クスと同じ程度に大きくしなければならない。特にエネルギーの点は重要である。電子エネルギーが高
いと、高速の電子が試料に衝突し機械的な衝撃を与゛え
るので半導体素子の試料などの場合、素子が破壊される
惧れがある。低いエネルギーの電子が必要である。電子エネルギーは１０ｅＶ程度であることが望ましい。ところが、電子発生装置でこのような低い引出電圧で大
量の電子を引き出すことができない。電子発生装置を工
夫すれば少量の低エネルギー電子を引き出すことはでき
るが、それでは素子表面を中和するのには足らない。従来、中性化電子シャワー引出電圧は１００ｖ以上であ
った。こうして引き出された電子をそのまま試料に当て
ると、電子シャワーによるチャージアップ電圧も１００
ｖ程度になり、素子破壊が起きる惧れがあった。そこで、低エネルギーの大量の電子を生ずるために、次
のような工夫がなされる。一つは二次電子を利用するものであり、もう一つは電子
を減速するものである。前者について述べる。例えば、６００ｖ程度で比較的高
エネルギーの電子を引き出し、金属板などに当てて二次
電子を発生させる。これを試料に照射する。二次電子の
エネルギーは十分に低いので、試料がこれによって破壊
されるということがない。後者について述べる。前述の特開昭［１２−２９１ｉ３
５７は、いったん高電圧で電子を引き出し、その前方の
減速電極で減速し低エネルギーの電子に変換するような
方法を提案している。つまり熱フィラメントの前に引出
電極と、減速電極とを設け、フィラメント・引出電極間
に例えば＋１００　Ｖ１引出電電極域速電極間に一９０
Ｖの電圧を印加し、最終的に電子のエネルギーを１０ｅ
Ｖにしている。

【発明が解決しようとする課題］二次電子を利用する方法は、ターゲットから反射された二次電子と一次電子を完全に分離できない。このため高速の一次電子も素子表面に至り、素子破壊の惧れがある。いったん高速で引き出し、減速電極で減速する方法は、減速電極が平板であるという幾何学的制約のため電子の進行方向が、イオンの進行方向と直角になる。電子の速度成分が直接に試料に向かわず、装置の壁によって何度も反射されたものの一部が試料に達する。このため大部分の電子が有効に利用されないことになる。低エネルギーの大量の電子を効率良く試料に照射できるようにした電子シャワーを提供することが本発明の目的である。【課題を解決するための手段】

本発明は、電子発生装置と試料との間に磁石を設ける。このとき電子の進行方向に対して交差する磁力線成分を
持つように磁石の位置、方向を決定する。磁石は電磁石
でも良いし、永久磁石でも良い。磁場の作用で電子をサイクロトロン運動させ進行方向を
ランダムにし、チャンバ壁、中性粒子と電子とを衝突さ
せ低エネルギーにし、同時に二次電子を発生させる。そ
して低エネルギーになった一次電子と二次電子を試料に
照射するようにしている。磁石によって生ずる磁力線をイオンビームが横切るよう
な配置であっても良いし・、磁力線をイオンビームが横
切らないような配置でも良い。磁力線をイオンビームが横切る場合は、イオンビームが
偏向しないような大きさの磁場にする必要がある。その
ためには磁場は１０００ガウス以下であることが望まし
い。

【　　作　　用　　】

電子発生装置１と、試料の間に磁石を設けているので、
試料に向かう電子は必ず磁石の磁力線に捕らえられてサ
イクロトロン運動をする。これは磁力線のまわりを回る螺旋運動であるが、磁場の
大きさが同じであれば、回転角速度は同一である。エネルギーの大きい電子はど半径が大きい運動をする。壁面や中性原子に衝突する確率が大きい。衝突によりエ
ネルギーの高いものはエネルギーを失う。十分低エネル
ギーになってから電子が試料に照射される。電子の負電荷によりイオンの正電荷が中和されチャージ
アップが防止される。電子の速度が小さいので試料表面
が破壊されない。

【　　実　　施　　例　　】

第１図は本発明の第１の実施例に係る電子シャワーの概
略断面図である。イオン源（図示せず）からイオンビーム５が出射される
。このイオンビーム５は、マスク１０、抑制電極１１、
ファラデイカツブ２を通ってディスク３上に戴置された
試料に照射される。ファラデイカツブ２、ディスク３は電流計３０を通して
接地される。これは照射されたイオンの量をモニタする
ものである。ディスク３の上には複数の試料４が置かれているが、デ
ィスク３がディスク回転軸１３によって回転するので、
全ての試料に等しくイオンが照射される。イオン照射に
より二次電子が試料から発生するが、抑制電極１２によ
って押し返され、ファラデイカツブ２に当たり消滅する
。このためイオン照射量について誤差がでない。ファラデイカツブ２の途中の側壁に開口２６があり、こ
こに電子発生装置１が設けられる。これは熱電子を発生
するためのフィラメント２０、これに給電するためのフ
ィラメント電源２１、電子を引き出すための引出電極２
２等を備えている。引出電極２２は電源２４によって、接地電位に対して負
の引出電圧、例えば６００〜８００ｖに保たれている。電子発生装置の壁面はフィラメントに対して、電源２３
により正電位になるように保たれている。更にフィラメ
ント２０は抵抗２７を介して、電源２４によって接地電
位に対して負電圧に保たれている。フィラメント２０に通電すると熱電子が発生する。引出
電極に負の引出電圧をかけることにより電子が引き出さ
れ、開口２６を経て、ファラデイカツブ２の中に導入さ
れる。ファラデイカツブ２、電子発生装置１、イオン源などは
真空に保たれている。ここでは簡単のために真空排気装
置、真空容器の外壁等の図示を略した。これらの構成は
従来のものと同じである。この例においてはさらに、ファラデイカツブ２の中であ
って、開口２６と試料４の間に、磁石７を設置する。磁
石はイオンビームを妨げず、それによって生ずる磁力線
が電子の進行方向に交差する成分を持つように配置する
。その数は任意である。ここでは二つの磁石を異極が対向
するように配置しである。こうするとイオンビームの方
向に直交するような磁力線が生ずる。このような装置において、熱電子がフィラメントで発生
し、開口２６からファラデイカツブ２の中に入る。これ
は比較的高いエネルギー（例えば６００〜８００　ｅＶ
）を持つ。この電子は一回または複数回、ファラデイカツブ２の壁
面に衝突し、二次電子を放出し、自身はエネルギーの一
部を失って比較的低速の電子になる。これらの−次電子
、二次電子の大部分は磁石７が作り出す磁力線に捕らえ
られ、サイクロトロン運動をする。エネルギーの低い電子はサイクロトロン運動の半径が小
さく、エネルギーの高い電子はサイクロトロン運動の半
径が大きい。このためエネルギーの高い電子はファラデ
イカツブ２の壁面に何度も衝突してエネルギーを失う。エネルギーの低い電子はサイクロトロン運動の半径が小
さく速度も遅いので壁面に衝突する確率が小さい。結局電子はその多くが低エネルギーの電子になる。磁力
線の中を通った低エネルギーの電子だけが試料に到達し
イオンによる正電荷を中和する。この場合、電子発生装置１から中性原子（たとえばＨａ
１ムｒなどの不活性ガス、あるいは水素ガスＨ２）を導
入しておけば、電子はこれとも衝突してエネルギーを失
うことができる。第２図は第２の実施例を示す。これは電子発生！ｌｆｆ
１からでた電子が−Ｈターゲット８に衝突し二次電子を
発生するようになっている。ファラデイカツブ２の途中にある開口２６に電子発生装
置１の出口が連絡してあり、二次電子と反跳（−次）電
子が、開口２６からファラデイカツブ２の中に入るよう
になっている。丁度開口２６の外側に複数の磁石７が、
異極が対向するように配置しである。これら磁石によっ
て作られる磁力線は開口２６を横切っている。電子発生装置１はフィラメント２０、フィラメント電源
２１、引出電極２２等を備える。さらに電子発生装置１
の壁面をフィラメントに対して正電位に保つための電源
２３、フィラメントを大地電位に対して負電位に保つた
めの電源２４を含む。イオン源から出射されたイオンビームはマスク１０、抑
制電極１２、ファラデイカツブ２を通ってディスク３上
に戴置された試料４に到達する。熱電子がフィラメント２０から放出される。これが引出
電極２２によって引き出される。この−次電子ビーム６
のエネルギーは５００〜ｌ０００ｅＶである。これがタ
ーゲット８に当たって二次電子を発生する。二次電子と、反跳電子は磁石７の作る磁力線の中に入っ
てサイクロトロン運動をする。エネルギーの大きい電子
は大きい半径を描くので、壁面に衝突し易くエネルギー
を失い易い。また中性原子を電子発生装置１から導入している場合は
、電子が中性原子にも衝突してエネルギーを失う。こうして低エネルギーになった電子のみがファラデイカ
ツブ２の中に入り、試料の表面に到達しこれを中性化す
る。この例では磁石がファラデイカツブ２の外にあるので、
イオンビームが磁石の磁力線によって曲げられるという
ことはない。であるから１０００ガウス以上であっても
良い。

【　　発　　明　　の　　効　　果　　】電子発生装置
で電子を引き出す電圧は比較的高電圧でも良いので、電
子を大量に引き出すことができる。このためイオンビー
ムが強くてもこれを中和することができる。磁石の作用で、電子をサイクロトロン運動させ壁面や中
性原子に何度も衝突させて十分低エネルギーにしてから
試料に電子を照射するので試料の表面の構造を破壊しな
い。減速電極により静電的手段により減速するものは、電子
の進行方向がイオンビームの進行方向と直角にならざる
を得す、電子の内極僅かな部分しか試料に達しない。本
発明の場合は、磁石により電子の進行方向をランダムに
しているので、多くの部分が試料に到達できる。電子の
利用効率が高い。これにより電子のエネルギーをｌθｅＶより低くするこ
とができる。４ｅｖ程度の極めて低いものも要求される
こともあるが、本発明によればこれも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例にかかる電子シャワーの
概略構成図。第２図は本発明の第２の実施例にかかる電子シャワーの
概略構成図。 ■＃・−・Ｏ・電子発生装置２・・・寺・・ファラデイカツブ３・・・１・ディスク４・・・・・・試料５・・・１・イオンビーム６・・・・・・−次電子ビーム７・・１」・磁　石８・・・拳・・ターゲット１０・１・Ｏマスク１１・・−・・抑制電極１３・・−・Φディスク回転軸２０・・・・・フィラメント２１拳・−・・フィラメントｉ！［２２・・・・・引出電極３０・・・・置型流計

Claims

【特許請求の範囲】

真空に引かれたチャンバ内に置かれた試料に正イオンを
照射するイオン照射装置に付属して設けられ電子を試料
に照射して電荷を中和し試料のチャージアップを防ぐた
めの電子シャワーであって、試料に照射するための電子
を発生する電子発生装置と、電子発生装置と試料の中間
に設けられ電子の進行方向に対して交差する磁力線成分
を生ずるように配置された磁石とよりなることを特徴と
する電子シャワー。