JPH0451437A - エレクトロンシヤワ及びエレクトロンシヤワシステム - 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〕 本発明はイオンビームの電気的中性化、または被イオン
ビーム照射物（ターゲット）の帯電及び帯電による損傷
を防止する装置に関する。

〔従来の技術〕

イオンビームに電子を供給してビームを中性化する装置
、または、ターゲットまたはその付近に電子を供給しそ
の帯電を抑制する装置や方法は少なくない（例えば特開
昭６１−４７０４８号）。イオンビームを中性化する場
合、電子はイオンビームとの衝突断面積を上げるため、
またはイオンビームによる空間電荷にトラップされやす
くするため、供給する電子の低エネルギー化が種々考案
されている。また、古典的には低圧ガス内にイオンビー
ムを通過させる方法や、プラズマブリッジ等ガスの電離
により低エネルギー電子を発生させビームに供給するも
のがある。

また、電子を引き出し加速した後、減速することによっ
て低エネルギーの電子を得る方法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｉｚ記従来技術で、ターゲットに直接電子を供給する場
合、１）電子源からの汚染物質の飛来。

２）ターゲットの帯電していない領域まで電子が供給さ
れ、電子で逆にターゲットが帯電させられ損傷させられ
る等のことが危惧される。

また、２次電子放出により低エネルギー電子を放出する
場合、実際にはイオンビームを完全に中和するための十
分な低エネルギー電子量は得られにくく、さらにダイオ
ード（２次電子放出電極）の表面状態が汚れ等のため不
安定であり、本質的に２次電子による効果はあまり期待
できない。またガスを利用する場合、電荷交換のための
ビームラインを長く取ったり、真空排気系を強化する必
要等があり、さらにガスによるターゲットの汚染その他
の悪影響についての解析は十分には行なわれていない。

このため、電子を引出し加速した後に減速することによ
り低エネルギー電子をイオンビームまたはターゲットに
供給する方法がある（特願昭６３４１９３０号）。

この方法では、電子の平均エネルギーは、フィラメント
の電位で決まり、原理的に放出した電子を十分低エネル
ギーにすることができる。しかし実際」二、電子の輸送
効率が高くなり、放出した電子の大部分が電子引き出し
のための正バイアスを印加したグリッドまたは電極に引
き戻されて吸収され、低エネルギーの十分な電子電流が
得られないだけでなく、引き出しグリシＩ・等を加熱損
傷させやすいことがわかった。またさらに、低エネルギ
ー電子の直流値の上限はフィラメントの電位でほぼ決定
され、電子エネルギーを下げるためフィラメント電位を
低く設定すると、引き出し電極の電圧を」二げても低い
輸送効率のため、所望の電子電流が得られにくく、制御
性の点でも問題があることがわかった。

また、低エネルギーの電子をイオンビームに供給しても
、イオンと衝突させるためには、一般にイオンビーム電
流の１０〜１００倍の電子電流が必要であり、多（の場
合、電子はイオンビームの空間電荷にトラップされ、イ
オンビームの幅方向に振動している。したがって電子は
イオンビームをチューブ状に包むように分布する。つま
りその断面において電子はイオンビームの周囲にドーナ
ツ状に分布しておりターゲットに達した時は必ずしも電
子はイオンと同し場所に供給されず、それぞれに偏在し
、イオンが照射された部分は正に、電子が供給された部
分は負に帯電する。本人出願の特開昭６３−２３９３１
．０号はそのようなイオンと電子の偏在をアパーチャに
より抑制するものであるが、アパーチャがイオンビーム
の径より大きい以上、少なからず偏在が残留することは
さけ得ない。

本発明の目的は上記の問題を解決すべく、イオンビーム
に低エネルギーの電子を効率よく放出しイオンと電子の
衝突断面積を高め、さらに電子放出によるターゲットの
２次的な損傷を抑えることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

」−記目的を達成するためにまずフィラメントと引き出
し電極との間に制御電極を設けた。引き出し電極には数
百ポル１−の正電圧を印加する。そしてカソードのフィ
ラメントには定電流を流す。多極真空管ではプレー１−
カソード間の電圧は一定で制御電極の電圧で放出電子量
を制御するが、本方式では制御電極の電圧はほぼ接地電
位の一定値で、カソードの電位を変化させて電子の放出
量を制御する。また制御電極の位置は、カソードと引き
出し電極の間を等電位勾配で分割した時に制御電極の電
位が来る位置よりも引き出し電極側に設けることにより
、制御電極部において凸レンズになるようにし、電子が
発散して電極に当たらないよう構成する。さらにこの電
子源を包むように電子の進向方向と同一方向にコイルを
設け、この方向に磁場を形成した。このようにして放出
した電子は、イオン源の方向へ向けてイオンビームへ斜
め（はぼ平行）に入射させる。そして負電界によって電
子の進行方向を変え、電子をターゲラ１−に向かわせる
。さらにイオンビームと同軸方向に磁場を設け、電子の
イオンビーム断面方向の運動を抑制する。電子の量は、
イオンビーム電流値に対応した量となるよう制御する。

またこの場合、ターゲットに達した電荷量が一定になる
よう制御してもよい。

〔作用〕

電子源の制御電極はほぼ接地電位の一定値をとる。電子
量の制御はフィラメントの電位を変化させ、フィラメン
トと制御電極との間の電圧を変化させて行う。フィラメ
ントの電圧は高々数十ボルトであり、引き出し電圧の数
百ボルトを変化させて電子量を制御する方法により容易
に実現できる。

多量に電子を放出する場合は、必要放出量に応してフィ
ラメントの電位が」１昇するので、引き出し電極を通過
後の電子速度が必要に応じて増太し、電子放出をさまた
げるような空間電荷による悪影響を受けにくくなる。電
子の放出を制限する場合は、フィラメントの電位が低下
し、最終的な電子エネルギーも低下するので、少量の電
子でもイオンビームの中性化に有効に寄与し得る。また
このときフィラメントから出る電子量が減少するので引
き出し電極に必要以上に電子が流入することも抑制され
る。また、制御電極部の凸レンズ効果により電子ビーム
は集束され、各電極に電子が流入しにくくなっている。

さらに電子の進行方向と同一の方向の磁場により、電子
の発散が抑制される。

電子源から出た電子はイオンビームに斜め（はぼ平行）
に入射する。そして電子源と対向するように設けた負電
界により電子は向きを変えられターゲラＩ・の方へ進行
する。これにより、電子は同じイオンビーム領域を往復
することになり、イオンと電子が結合する割合が増大す
る。さらに電子が向きを変える時に、−時的にイオンビ
ームのφｍ方向の速度がＯになり、イオンビーム中のイ
オン粒子との衝突確率が急激に増大する。イオン粒子と
衝突しなかった電子もイオンビームの空間電荷にトラッ
プされ、ビーム全体としての中性化に寄与する。ここで
、イオンビームと同軸方向に設けた磁場により、イオン
ビームの断面方向の電子の運動が制限され、イオンビー
ムを中心軸とした電子の振動が抑制されて、ビーム内の
電子密度が増大する。これによってより粒子レベルでの
中性化が促進される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図により説
明する。第１図は本発明の一実施例の電子源を示す。フ
ィラメント電源６により通電加熱されたフィラメント１
からは、フィラメントバイアス電源７及び引き出し電圧
電源８によってフイラメンｌ−１と制御電極２及び引き
出し電極との間に発生した電界により、電子が放出され
る。電子６は引き出し電極３を通過するまで加速される
ことにより、より多くの電子がフイラメン１〜］から引
き出される。電子１］−が引き出し電極３を通過後は逆
に減速され運動エネルギーが低下する。この加減速法に
より、低エネルギーの電子を大量に放出できる電子源が
得られる。ここで、引き出し電極３と、制御電極２の間
隔を、引き出し電極３とフィラメント２の間を等電位分
割した場合の制御電極２の電位が来る位置よりも、制御
電極２を引き出し電極３側に配置する。つまり、制御電
極２と引き出し電極３の間の電界を、制御電極２とフィ
ラメント１との間の電界よりも強くしてやる。

これにより、電位分布を第２図に示すように、制御電極
２において電子に対し凸レンズになるような分布にする
ことができる。これにより電子が発散し、電極系に当る
ことが防げる。さらに周囲に設けたコイル４により同軸
方向の磁場を発生させ、この磁場により電子ビーム１１
の断面方向の運動を抑制し、電子］−１の発散を抑えて
いる。コイル４に流す電流はフイラメンｌ−１に流す電
流値とほぼ等しくまた同電位であってかまわないので、
本実施例では、シリーズ接続どした。これらの電源は別
々のものであっても問題はない。

放出する電子１１の量の制御は、フィラメント１と制御
電極２の間の電圧、すなわち、フィラメントバイアス電
源７の電圧を制御することによって行なわれる。フィラ
メントバイアス電源７は、外部からの信号９によりフィ
ードバック制御ができるよう構成しである。このフィシ
メン１−バイアス電源７によって発生した電圧は最終的
な電子１１の平均エネルギーを決定するものである。こ
の電圧は、本構成では高々３０Ｖ程度であれば十分であ
り、実際はＩＯＶ程度で動作される。また、引き出し電
圧電源８の電圧は１００ポル１−からＩＫボルトの間で
あるが、より低い電圧であってもかまわない。フイラメ
ンｌ−１等の構成部品はステイ５によって支持される。

第２図は、第１−図の電子放出部分の拡大である。

電子ビーム１１に対して凸レンズに働くような等電位重
分線１３と、電子ビーム１１−と同軸方向の磁力線１２
を示しである。これらによって電子ビ１１１１は発散が
抑えられる。

第３図は電子源２１から放出した電子２２とイオンビー
ム２３との作用について、本発明の一実施例を示したも
のである。この場合電子源２１は２つ設けである電子源
２１から放出した電子ビーム２２は、イオンビーム２３
に斜め（はぼ平行）に入射する。そしてイオンビーム２
３と交差しながらイオンビーム２３の上流に向う。その
途中でサプレッサ電極２４による負の電界２５によって
、電子ビームは向きを変えられ、ターゲット方向へ進む
。このサプレッサ電極２４の電圧は、サプレッサ電源３
０によって与えられ典型的には３００Ｖ〜３ＫＶ程度で
ある。

電子２２はイオンビーム２３内て向きを変えターゲラ１
一方向へ進むので、同じ行路を往復し、通常の倍の距離
イオンビームと交差することになる。

また、コイル２６により、イオンビーム２３と同軸方向
の磁場を発生させることで、イオンビーム２３の断面方
向の電子の運動を抑制している。これらによりイオンビ
ーム２３中のイオン粒子と電子の衝突確率を増大させる
ことができる。また電子は、イオンビーム２３内で向き
を変えるときに、少なくともイオンビーム進行方向の速
度が０になるので、衝突確率が急激に増大し、イオン粒
子を中性化させる。

第３図は、第４図に示したイオン打込み装置の打込室に
本発明を適用した場合の一実施例でもある。第４図は、
特願昭６３−２３９３１０号の明細書に記載されている
ごときの従来のイオン打込み装置を概略的に示したもの
である。イオン源４１から放高加速されたイオンビーム
４２は、電磁石４３内の分析管４４にて質量分離される
。

質量分離されたイオンのうち必要なイオンが質量分離ス
リット４５にて選択され、打込室４６の回転円板４７Ｌ
のウェハ４８に打込まれる。

この打込室４６に本発明を適用した場合、第３図におけ
るイオンビーム２３のターゲットは、回転円板２８」−
のウェハ２９である。

本実施例では、回転円板２８にバイアス電源３２を接続
し、正のバイアス電圧が印加できるようになっている。

これによりイオンビーム２３内の電子−をウェハ２９に
引き寄せ、効果的に帯電の中性化に寄与させると共に、
イオンビーム２３の照射時に発生する２次電子を抑制す
る働きがある。

この回転円板２８に流入する電流がＯてあれば、マクロ
的にはターゲットであるウェハ２９の帯電は発生しない
。また先に述へたイオンビーム２３の中性化機構により
、イオン粒子が完全に中性化されると、ミクロ的にも帯
電が発生しないことが期待てきる。いずれにしても、回
転円板２８に流入する電流はターゲラ１への帯電と相関
関係があるのでこの電流値を円板電流検出アンプ３３で
検出し、その値をフィラメントバイアス電源７にフィー
Ｉクバックすることによって、円板電流が一定になるよ
う電子量の制御ができる。

なお、このフィードバック信号は、ウェハ２９の帯電を
測定する静電センサからの信号、または放出している電
子量の信号その他でもかまわない（いずれも図面に記載
せず）。

〔発明の効果〕

本発明は、以」二説明したように構成されているので、
低エネルギーの電子を十分放出てき、イオンビームの粒
子レベルでの中性化の割合を増大させることができる。

このためターゲラ１−を負に帯電させることなく、十分
にターゲットの帯電を抑制することができるという効果
がある。

また放出した電子は効率よくイオンビームの中性化に用
いられるので、より少ない電子量で機能をはたし、フィ
ラメント温度を低く抑えることができる。これによりフ
ィラメントの寿命を長く延ばずことかできるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電子源を示した図、第２図
は第１図で示した電子源の電子放出部の拡大図、第３図
は本発明の一実施例をイオン打込装置の打込室に適用し
た例を示す図、第４図はイオン打込装置の概略図である
。 ］・・フイラメン１〜．２・・・制御電極、３・引き出
し電極（空間電荷電極）、４−．２６・・・コイル、６
フィラメント電源、７・　フィラメントバイアス電源、
２４・サプレッサ電極、２８．４７・回転円板、３４・
・イオン電流計、４１　イオン源、４６ν

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンビーム装置においてイオンビームの中性化、
   またはターゲットの帯電を抑制するための装置であつて
   、熱電子を放出するための低電位のフィラメントと前記
   熱電子を引き出すために十分大きな正の電圧を印加した
   引き出し電極またはグリッドを有する電子源で、前記熱
   電子を引き出した後に減速することにより低エネルギー
   の電子を得るものにおいて、前記フィラメントと前記引
   き出し電極またはグリッドの間に、前記熱電子の電流を
   制御するための制御電極またはグリッドを設け、前記制
   御電極またはグリッドの電位をほぼ接地電位の一定値に
   設定し、前記フィラメントに可変の電位を与えることに
   よつて、前記熱電子の放出量を制御することを特徴とす
   るエレクトロンシヤワ。 ２、請求項第１項記載の電子源において、前記引き出し
   電極またはグリッドと前記制御電極またはグリッドとの
   間の電界を、前記制御電極またはグリッドと前記フィラ
   メントとの間の電界よりも大きくしたことを特徴とした
   エレクトロンシヤワ。 ３、請求項第１項又は第２項記載の電子源において、前
   記電子源の電子ビームの進行方向と同軸方向に磁場を設
   けたことを特徴とするエレクトロンシヤワ。 ４、イオンビーム装置においてイオンビームの中性化、
   またはターゲットの帯電を抑制するための装置であつて
   、イオンビームにほぼ平行に電子を供給し、負電界によ
   つて前記イオンビーム中で電子の進行方向を逆に変える
   ことを特徴としたエレクトロンシヤワ。 ５、請求項第１項、第２項、第３項記載のエレクトロン
   シヤワにおいて、電子をイオンビームにほぼ平行に供給
   し、負電界によつて前記イオンビーム中で電子の進行方
   向を逆に変えることを特徴としたエレクトロンシヤワ。 ６、請求項第１項ないし第５項記載においてイオンビー
   ムに電子が供給されている前記イオンビームの領域にお
   いて、前記イオンビームと同軸方向に磁場を設けたこと
   を特徴とするエレクトロンシヤワシステム。 ７、請求項第１項ないし第６項記載においてイオンビー
   ムのターゲットに流れる電流値が一定値になるよう、前
   記電流信号をフィラメントのバイアス電源へ帰還したこ
   とを特徴としたエレクトロンシヤワシステム。 ８、請求項第１項ないし第６項記載においてイオンビー
   ムのターゲットの帯電を測定する静電センサを設け、帯
   電が起きないよう前記センサの出力信号をフィラメント
   のバイアス電源へ帰還したことを特徴としたエレクトロ
   ンシヤワシステム。 ９、請求項第７項又は第８項記載のエレクトロンシヤワ
   システムを装備したことを特徴とするイオン打込装置。