JPH0432569A - イオン処理装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、イオン処理処理に関する。

（従来の技術） イオン注入処理例えばイオン注入装置は、被処理物に対
して不純物を導入する装置として近年広く用いられてい
る。このイオン注入装置は、注入量、注入深さ等を高精
度で制御できるので、特に半導体ウェハへの不純物導入
に際しては必要不可欠な装置となりつつある。

一般に、イオン注入技術では、正に帯電したイオンを電
場により加速して半導体ウェハに照射するため、半導体
ウェハに加速された正イオンが衝突する過程で、半導体
ウェハから電子が叩き出されたり、絶縁体部分に正電荷
の蓄積が起きるなど、半導体ウェハ表面が正に帯電しや
すくなっている。

そのために、半導体ウェハに形成された絶縁体部分（絶
縁膜）が、高集積化に伴い蓄積された正電荷により静電
破壊を起こす可能性がある。従って、イオン注入装置に
おいては、イオン注入に伴なう半導体ウェハの帯電を防
止しなければならない。

このため、従来から、例えばエネルギーの高い一次電子
をイオンビーム導入管の内壁面に衝突させてエネルギー
の低い（例えば数エレクトロンボルト程度）二次電子を
発生させ、この二次電子を半導体ウェハに供給して半導
体ウェハに蓄積された正電荷を中和する電子供給装置を
具備したイオン注入装置が用いられている。

また、例えば特開昭６２−２９６３５７号公報、特開昭
６３−１２６１４７号公報等では、電子源から電子引き
出し電極で電子を引き出し、半導体ウェハに供給してこ
の半導体ウェハの正電荷を中和する装置が提案されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来のイオン注入装置のうち、エネルギーの高
い一次電子をイオンビーム導入管内壁面に衝突させてエ
ネルギーの低い二次電子を発生させる装置では、負電荷
の蓄積により絶縁膜の静電破壊が生じるという問題があ
る。すなわち、イオンビーム導入管の内壁面で反射され
た一次電子が半導体ウェハに供給され、この結果半導体
ウェハ上に電子が過剰に供給されて負電荷が蓄積し、絶
縁膜が破壊されることがある。

なお、イオンビームの照射により、半導体ウェハ表面に
被着されたレジストが飛散し、イオンビーム導入管内壁
がこのレジストにより汚染されることがあるが、−次電
子を衝突させる部位がこのようなレジストにより汚染さ
れると、ここに負電荷が蓄積され、−次電子が反射され
易くなるため、特にこのような危険性が増大する。

また、近年は、半導体デバイスの高集積化に伴い、半導
体ウェハ上に形成される絶縁膜も、薄くされる傾向にあ
り、静電破壊に対する耐性が低くなる傾向にある。この
ため、上述した絶縁膜の静電破壊が特に大きな問題とな
りつつある。

一方、電子源から電子引き出し電極で電子を引き出す装
置では、前述した二次電子を用いる場合に較べて半導体
ウェハに供給される電子のエネルギーを制御し易い。し
たがって、半導体ウェハにエネルギーの高い電子が過剰
に供給され、半導体ウェハが負に帯電することを防止す
ることができる。

しかしながら、このような装置では、半導体ウェハ表面
への電子の行路において電子引き出し電極の近傍、例え
ば電子引き出し電極を保持する絶縁部材等に電子が衝突
し、この電子の衝突にともなってこれらの部位に導電性
の夾雑物か付着し、経時的に絶縁不良を生じるという問
題がある。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、被処理物に所望のエネルギーレベルの電子のみを所望
量供給することができ、被処理物の正または負の電荷に
よる帯電を防止することができるとともに、絶縁不良の
発生を防止して、長期間に亘って確実な処理を実施する
ことができ、生産性の向上を図ることのできるイオン処
理装置を提供しようとするものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、被処理物にイオンビームを照射する
手段と、前記被処理物に電子を供給して該被処理物の正
電荷を中和する電子供給手段とを具備したイオン処理装
置において、前記電子供給手段の電子流路に面して設け
られる少なくとも一つの絶縁部材面に、前記電子が流入
しない、凹部あるいは凸部を電極間の絶縁を維持する如
く形成したことを特徴とする。

（作　用） 上記構成の本発明のイオン処理処理では、電子源から電
子引き出し電極で電子を引き出すので、被処理物に所望
のエネルギーレベルの電子のみを所望量供給することが
でき、被処理物の正または負の電荷による帯電を防止す
ることができる。したがって、例えば半導体ウェハの表
面に形成された絶縁膜が正または負の電荷の蓄積により
静電破壊されることを防止することができる。

また、電子供給手段の電子引き出し電極を保持する絶縁
部材に、電子流に対する影を形成する如く、四部あるい
は凸部が形成されているので、この部位に電子が衝突し
導電性の夾雑物が付着することを防止することができる
。したがって、絶縁不良の発生を防止することができ、
長期間に亘って確実な処理を実施することができる。

（実施例） 以下、本発明をイオン注入装置に適用した実施例を図面
を参照して説明する。

第１図に示すように、正イオンからなるイオンビーム１
を導くためのイオンビーム導入管２の端部には、円板状
に形成されたディスク３が設けられている。このディス
ク３内側面には、複数（例えば十数枚）の半導体ウェハ
４が保持されており、ディスク３を図示矢印の如く回転
させながら、各半導体ウェハ４に、イオンビーム１を照
射する如く構成されている。

なお、イオンビーム導入管２のイオンビーム１飛来側に
は、周知の如く、イオン源、イオン引きａし電極、質量
分析マグネット、加速管、偏向電極（いずれも図示せず
）等が設けられており、これらの機器によって所望のイ
オンビーム１が形成される。

また、上記イオンビーム導入管２のディスク３近傍の所
定部位例えば上部には、電子供給機構５が設けられてい
る。すなわち、イオンビーム導入管２の外側には、例え
ばセラミックス等からなる絶縁部材６を介して、例えば
アルミニウム等の導電性部材からなる電子供給機構５の
筐体７が設けられている。

また、この筐体７内には電子源として、棒状に形成され
たフィラメント８と、このフィラメント８から放出され
た電子ｅをイオンビーム導入管２の方向へ反射する反射
板９が設けられている。さらに、絶縁部材６には、フィ
ラメント８からイオンビーム導入管２内へ電子ｅを引き
出すための電子引き出し電極１０が保持されている。

上記電子引き出し電極１０は、第２図に示す如く、導電
性部材から矩形状に形成された枠体１０ａと、この枠体
１０ａに固定された導電性部材からなるメツシュ１０ｂ
とから構成されており、メツシュ１０ｂの開口部位を電
子が通過可能な如く構成されている。

さらに、この実施例では、上記電子引き出し電極１０の
下部に、この電子引き出し電極１０と同様にメツシュ状
に構成され、電子引き出し電極１０によってイオンビー
ム導入管２内に形成される電界を制限するための電界制
限用電極１１が、絶縁部材６に保持される如く設けられ
ている。

電子の流路に面する絶縁面例えば上記絶縁部材６の電子
引き出し電極１０上部および電界制限用電極１１下部に
は、それぞれ断面はぼＬ字状の四部１２．１３か形成さ
れている。また、絶縁部材６の電子引き出し電極１０と
電界制限用電極１１との中間部には、断面はぼ１字状の
凹部１４か形成されている。すなわち、これらの凹部１
２．１３．１４は、フィラメント８に対して、凹部１２
．１３．１４内部が影となるよう形成されている。

つまり、これらの凹部１２．１３．１４内部に、第１図
に矢印で示す如くフィラメント８から飛来する電子ｅが
衝突しないよう構成されている。また、これらの凹部１
２．１３．１４は、それぞれ、第２図に示すように、電
子引き出し電極１０上部および電界制限用電極１１を囲
む如く設けられた絶縁部材６の内側に沿って全周に亘り
形成されている。

なお、上記凹部１２．１３．１４は、フィラメント８に
対して影となる部位を形成することのできる形状であれ
ばどのような形状でもよく、工作性等により適宜変更可
能である。また、凸部によリフィラメント８に対して影
となる部位を形成したり、凹部と凸部を適宜組合せて設
けてもよい。

上記構成のこの実施例のイオン注入装置では、イオンビ
ーム導入管２、ディスク３（半導体ウェハ４）、筐体７
は同電位（例えばＯＶ）に保たれる。

そして、半導体ウェハ４にイオンビームを照射するとと
もに、電源２０によりフィラメント８に所定電圧例えば
−５Ｖ　、電源２１により反射板９に所定電圧例えば−
３０ｖ１電源２２により電子引き出し電極１０に所定電
圧例えば＋５００Ｖ　、電源２３により電界制限用電極
１１に所定電圧例えば＋５０Ｖを印加することにより、
イオンビーム導入管２に電子ｅを供給し、半導体ウェハ
４に電子ｅを供給しながらイオンの注入を行う。

この時、半導体ウェハ４には、フィラメント８から飛び
出した電子ｅが供給されるが、この電子ｅは半導体ウェ
ハ４とフィラメント８との電位差に相当するエネルギー
を有する。すなわち、上記印加電圧の例では、半導体ウ
ェハ４　（ＯＶ）と、フィラメント８　（−５Ｖ　）と
の電位差が５■であるので、電子ｅは５ｅＶのエネルギ
ーを有する。

したがって、半導体ウェハ４に高いエネルギー（例えば
数百ｅＶ）を有する電子が供給されることがなく、半導
体ウェハ４に電子が過剰に供給されて、半導体ウェハ４
の表面に形成された絶縁膜か負の電荷の蓄積により静電
破壊されることを防止することができる。なお、半導体
ウエノ＼４とフィラメント８との電位差を所望の値に設
定することニヨリ、所望のエネルギーを有する電子のみ
を半導体ウェハ４に供給することができる。

また、周知のラングミュアの公式に示されるように、フ
ィラメント８から引き出される電子の量は、フィラメン
ト８と電子引き出し電極１０との間の電圧Ｖの３／２乗
に比例し、フィラメント８と電子引き出し電極１０との
間の間隔ｄの２乗に反比例する。したがって、この実施
例のイオン注入装置では、上述した如く半導体ウエノ＼
４とフィラメント８との電位差を小さく設定（あるいは
同電位に設定）した状態であっても、電源２２により電
子引き出し電極１０に印加する電圧をある程度大きく設
定（例えば＋５００Ｖ　）することにより、フィラメン
ト８から多量の電子を引き出すことができる。

したがって、イオンビーム１の照射によって半導体ウェ
ハ４に生じる正電荷を充分に中和することのできる量の
電子ｅを供給することができ、半導体ウェハ４の表面に
形成された絶縁膜が正の電荷の蓄積により静電破壊され
ることを防止することができる。

また、絶縁部材６には、電子ｅが衝突して導電性の夾雑
物か付着するが、凹部１２．１３．１４内部は、フィラ
メント８に対して影になるので、この凹部１２．１３．
１４内部、特に凹部１２．１３．１４内の上面等には、
電子ｅが衝突せず、導電性の夾雑物も付着しない。この
ため、例えば電子引き出し電極１０と電界制限用電極１
１との間が電気的に短絡したり、あるいは筐体７と電子
引き出し電極１０との間が電気的に短絡したりすること
もない。

したがって、長期間に亘って使用しても、絶縁不良が発
生することなく、確実な処理を実施することができる。

なお、前述した如く、電界制限用電極１１は、電子引き
出し電極１０によってイオンビーム導入管２内に形成さ
れる電界を制限し、イオンビーム導入管２内と電子供給
機構５内とを分離するためのものである。すなわち、電
界制限用電極１１は、電子引き出し電極１０より低い電
位に設定され、イオンビーム導入管２内に形成される電
界を抑制する。しかしながら、電界制限用電極１１の設
定電位がフィラメント８の設定電位より低くなると電子
ｅを引き出すことができなくなってしまうので、上述し
た如く例えば＋５０Ｖ程度に設定される。

但し、この電界制限用電極１１は、省略することも可能
である。

また、上記実施例では、イオン注入装置に適用した例に
ついて説明したが、イオン照射による帯電防止であれば
例えばイオンリペアに適用してもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のイオン処理装置によれば
、被処理物に所望のエネルギーをもった電子のみを所望
量供給することかでき、被処理物の正または負の電荷に
よる帯電を防止することができるとともに、絶縁不良の
発生を防Ｊｈ　して、長期間に亘って確実な処理を実施
することかでき、生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のイオン注入装置の要部構成
を示す図、第２図は第１図のイオン注入装置の電子引き
出し電極の構成を示す図である。 １・・・・・・イオンビーム、２・・・・・イオンビー
ム導入管、３・・・・・・ディスク、４・・・・・・半
導体ウェハ　５・・・・・・電子供給機構、６・・・・
・・絶縁部材、７・・・・・・筐体、８・・・・・・フ
ィラメント、９・・・・・・反射板、１０・・・・・・
電子引き出し電極、１１・・・・・・電界制限用電極、
１２．１３．１４・・・・・・凹部、２０〜２３・・・
・・・電源。 出願人　　　　　東京エレクトロン株式会社出願人　　
　　　チル・パリアン株式会社代理人　弁理士　須　山
　佐　−（ばか１名）第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理物にイオンビームを照射する手段と、前記
   被処理物に電子を供給して該被処理物の正電荷を中和す
   る電子供給手段とを具備したイオン処理装置において、 前記電子供給手段の電子流路に面して設けられる少なく
   とも一つの絶縁部材面に、前記電子が流入しない、凹部
   あるいは凸部を電極間の絶縁を維持する如く形成したこ
   とを特徴とするイオン処理装置。