JPH0410343A - チヤージアツプ抑制機構 - 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】

この発明はイオン注入（照射）装置、プラズマ照射装置
などの改良に関する。

【従来の技術】

イオン注入（照射）装置は、半導体、絶縁体、金属など
の試料にイオンを注入してドーパントを注入したり、表
面を改質したりする。あるいはイオンの状態で原料原子
を試料面に供給して、所望の組成の薄膜を形成する場合
もある。 試料は試料台の上に置かれ、真空チャンバの中にある。 イオン源から発生したイオンはＩ　ＫｅＶ〜３００　Ｋ
ｅＶに加速されて試料に照射される。目的により、イオ
ンの種類、加速エネルギーが異なる。 試料台は金属であって接地されている。試料が導体であ
ればイオン電流がそのまま試料台を通して流れるので、
電荷の不均衡が起こらない。 しかし試料が絶縁体であるか、一部に絶縁体をふくむ場
合は、イオンの持つ電荷が試料を通して流れ沓い。この
ため電荷不均衡が生ずる。これをチャージアップという
。 チャージアップは正イオン本来の電荷だけによるのでは
ない。エネルギーの高い正イオンが試料に衝突すると二
次電子を発生する。これが試料から抜けるので、これに
よっても正電荷が生ずる。 二次電子の発生量は試料の材質、イオンエネルギーによ
るが、エネルギーがＩ　Ｋｅｖ〜１０ＫｅＶで約１個、
１０ＫｅＶ−５０ＫｅＶで２〜４個程度である。 正イオンを照射する場合は、イオン電荷と二次電子電荷
によって、試料が正に帯電し高電圧になる。このため放
電が起こって表面構造が破壊される事がある 従来は正イオンによるチャージアップを防ぐため、別に
電子を発生させ、これを試料に照射して電荷を中和する
という事が行われてきた。

【発明が解決しようとする課題】 電子を発生させてこれにより中和するものは、イオンビ
ームの経路に、熱電子発生用のフィラメントを張り、こ
れに通電しなければならない。フィラメントや電流導入
端子を設けなくてはならず、真空容器がその分だけ太き
（なってしまう。装置が大型化するのは望ましいことで
はない。 また熱電子発生用のフィラメントはよく切れるので頻繁
に交換しなければならない。 さらにイオン照射量と、フィラメントから出た電子量と
の間には何ら関係がないので、電化が正しく中和されて
いるとは必ずしもいえない。電子量が多過ぎることもあ
れ、正イオン量が多過ぎることもあろう。 比較的スペースを取らず、保守点検の要が少なく、シか
も寿命の長いチャージアップ抑制機構を提供することが
本発明の目的である。

【課題を解決するための手段］ 本発明のチャージアップ抑制機構は、試料台の裏面近傍
に、複数の永久磁石を交互に極性が異なるように並べて
、試料の表面に多様な方向の磁場を生ずるようにしたも
のである。多様な方向といっても、ランダムである必要
はなく、規則的であってもよい。磁力線成分の一部が表
面近傍で表面と平行であればよい。 これは試料の中の絶縁物の配置とは全く無関係に永久磁
石を並べるものである。 しかし、そうではなくて、絶縁物の配置と永久磁石の配
置とを同一にしてもよい。絶縁物の存在する領域（絶縁
領域）には、Ｎ極が試料台側を向いている永久磁石を、
絶縁物の存在しない領域（導体領域）にはＳ極が試料台
側を向いている永久磁石を並べる、というふうにしても
よい。 第一図に本発明の原理図を示す。永久磁石４は極性が交
互に異なるように並べられていて、試料の中にカスプ磁
場を生ずる。隣接する永久磁石４は接触していてもよい
が、ある程度間隔を置くようにしてもよい。 永久磁石同士が近接していると、カスプ磁場が遠くまで
及ばないので、試料台が厚い場合は、永久磁石の相互の
間隔を広くとる。そして永久磁石によるカスプ磁場が試
料表面より外にも存在するということが必要である。さ
らに表面に平行な磁力線成分を、持つようにしなければ
ならない。 【作　用】 イオンが高速で試料表面に当たると二次電子を生する。 導体の部分であれば電流が流れて電子の不足分が補充さ
れるので差し支えない。 試料の絶縁物の表面に当たった場合、イオンは内部へ入
り二次電子を生ずる。二次電子が試料から飛び去ってし
まえば、その分だけ負電荷が不足することになる。 しかし本発明では、飛び出した二次電子が、永久磁石に
よるカスプ磁場に捕捉される。カスプ磁場の磁力線はあ
る磁石端面から生じて隣接する磁石端面に入っている。 つまり磁力線は磁石間で閉じられている。 二次電子はエネルギーが低いので、カスプ磁場の磁力線
のまわりを、小さいラーモア半径を描きながらサイクロ
トロン運動する。磁力線に沿って進んだ二次電子は必ず
試料の表面に戻る。この部分の負電荷が増える。 つまり試料表面のどこかで発生した二次電子は、試料表
面のどこかに戻される。 実際には、イオンビームが試料の全面に均等に照射され
るのであるから、二次電子も均等に発生するわけである
。したがって平均として、二次電子は均等に試料表面に
戻されることになる。 従って、二次電子放出によって、絶縁体表面が正の高圧
にチャージアップされるという事がないこれだけであれ
ば、正イオン本来の電荷分（＋ｑ）だけ正にチャージア
ップすることが避けられないようにみえるがそうではな
い。 導体部分に正イオンが衝突した場合、導体である試料台
へ電流が流れて中和され電気的中性が保たれる。これに
ついては問題がない。 絶縁物に正イオンが衝突した場合を考える。二次電子発
生による正電荷の増加が起こらないといことは先に述べ
た。それで正イオンの持つ電荷（＋ｑ）による正電荷の
増加が起こったと仮定するすると絶縁物の部分絶縁領域
が正に帯電し正電位となる。導体部分導体領域は接地さ
れているので接地電位である。このため絶縁領域と導体
領域の間に電界が生ずる。二次電子は試料表面から任意
の方向に飛び出すが、これは、カスプ磁場と電界との作
用を受けてサイクロトロン運動する。この電界は二次電
子を絶縁領域へ引き込むように働く。このため二次電子
は絶縁領域へ引き寄せられる傾向を持つ。絶縁領域は引
き寄せた二次電子によって中和される。 結局、絶縁領域に於いても正イオンによる正電荷過剰と
いうことにはならない。

【実　施　例】

〔実施例Ｉ〕 第２図は本発明の第１の実施例を示す。 平板上の試料１は一部に絶縁物２を含んでいるものとす
る。その他の部分は導体（金属、半導体を含む）である
。試料１は導体である試料台５の上に載置されている。 試料ホルダー３により試料１が固定される。イオン源（
図示せず）から試料１の上へイオンビームが照射される
。これらの部材は全て真空容器（図示せず）の中にある
。 試料台５の裏面には永久磁石４が、試料台５に磁化方向
が直角になるように、しかも交互に極性が異なるように
並べられている。 交互に極性の異なる永久磁石の間で磁力線が形成される
ので、カスプ磁場が生ずる。磁石は密接して並べても良
いが少しずつ隔離して並べてもよい。 磁力線はある磁石から、隣接の磁石へと連続する円弧状
に形成される。試料にイオンが当たると二次電子が生ず
る。二次電子は遠方まで飛び去ることはない。磁力線に
とらえられて、この回りにサイクロトロン運動するので
、試料面へ戻ってくる。そして試料に負電荷を戻すので
、正電荷が打ち消される。 永久磁石は、端面がたとえば５＋ａｍ口、あるいは１０
ｍｍ口の程度の大きさである。端面磁束密度は例えば数
ｋｇａｕｓｓ程度である。二次電子のエネルギーが小さ
いので、磁石の磁束密度はそれほど大きくなくてよい。 サイクロトロン角周波数はｑＢ／ｍで与えられる。ここ
でｑは電荷素置、Ｂ磁束密度、ｍは電質量である。サイ
クロトロン運動の半径（ラーモア半径）は、ｍｖ／ｑＢ
で与えられる（ただしＶは電子速度でエネルギーの平方
根に比例する）−次電子のＶが小さいから、ラーモア半
径が小さく、電子のサイクロトロン運動は試料表面の近
傍に限定される。二次電子は殆ど完全に試料表面に戻る
。 〔実施例■〕 第３図は第２の実施例を示す。 この例では絶縁物２の分布と磁石の極性の分布が同一に
なっている。絶縁物の存在する領域ではＳ極が試料台に
対向するような配置になっている。絶縁物が存在しない
領域ではＮ極が試料台に対向するような配置になってい
る。 このようにすると、絶縁領域と導体領域との間に磁力線
が形成される。絶縁領域で生じた二次電子は導体領域へ
移動するし、導体領域で生じた二次電子は絶縁領域へ移
動する。 絶縁領域が正に帯電すると、絶縁領域から導体領域に向
かう電界が生じるので、二次電子は絶縁領域へ引き寄せ
られる。 このため絶縁領域の正電荷が中和される。チャージアッ
プが抑制される。 ただし、第３図のようにするには、永久磁石のサイズ形
状を複雑に変えなくてはならない。実際は絶縁物２の分
布が正方形、円、同心円というように単純な物である場
合のみ適用可能である。

【発明の効果】

試料表面にエネルギーの高いイオンを当てると二次電子
が発生しこれがチャージアップの原因になっていたが、
本発明では二次電子を磁場の作用によって試料表面に戻
すので、チャージアップが抑制される。 チャージアップしないので絶縁物を含む試料であっても
、放電が起こって表面の機能部が破壊されるということ
がない。 永久磁石を使うのであるから、故障、消耗ということは
ない。保守点検の要も少ない。しかも長寿命である。永
年使用しても磁石をとりかえる必要は殆どない。 熱電子発生用のフィラメントを用いるものに比べて、上
記の長所を持っている。その他、フィラメントを用いる
ものに比して、スペースを取らない。消費電力が０であ
る、フィラメント取り替えの要がないなどの利点がある
。 二次電子が外部へ放出されるのを防ぎ、チャージアップ
を抑制するであるから、正負電荷の不均衡が生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のチャージアップ抑制機構の原理を示す
図。 第２図は本発明の第１の実施例にかかる機構の縦断面図
。 第３図は本発明の第２の実施例にかかる機構の縦断面図
。 １、　、　、　、　、試　　料 ２、　、　、　、　、絶縁物 ３、、、、、試料ホルダー ４、、、、、永久磁石 ５゜ 試　　料 発　　明 者 松　　永 幸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一部に絶縁物を含む試料にイオンを照
   射する装置であって、試料を載置する試料台の裏面近傍
   に磁化方向が試料台に直角になりしかも交互に極性が異
   なるよう永久磁石を複数個並べて、試料表面に表面と平
   行な磁力線を生ずるようにした事を特徴とするチャージ
   アップ抑制機構。
2. （２）少なくても一部に絶縁物を有する試料にイオンを
   照射する装置であって、試料を載置する試料台の裏面近
   傍に磁化方向が試料台に直角になるよう永久磁石を複数
   個並べ、絶縁物のある領域の直下にはある一方の極性配
   置の磁石が存在し、絶縁物のない領域の直下には他方の
   極性配置の磁石が存在するようにし、試料表面に表面と
   平行な磁力線を生ずるようにした事を特徴とするチャー
   ジアップの抑制機構。