JPH05166487A - イオンビーム中性化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 イオンビーム１と共に、往復移動しながらイ
オン照射対象物５方向に移動する２次電子をシャワー状
にイオン照射対象物５に照射することによって、上記イ
オン照射対象物５を中性化するものである。そして、上
記２次電子の発生部側にシートカスプ面Ａが位置してい
ると共に、カスプ磁界軸がイオン照射対象物５と交差し
ているカスプ磁界を形成するカスプ磁場発生用コイル１
２・１３を有している構成である。 【効果】 ２次電子がイオン照射対象物５の中心部方向
に多く集合されるため、２次電子によるイオン照射対象
物５の負電位の印加状態がイオンビーム１の照射によっ
てイオン照射対象物５の中心部方向に正電位が高くなる
状態と対応することになる。よって、イオン照射対象物
５の外周部および中心部におけるチャージアップを充分
に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエハ等のイオン照射
対象物にイオンビームを照射した際の正極性の帯電（チ
ャージアップ）をエレクトロンシャワーにより中性化す
るイオンビーム中性化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置のイオンビームに使用さ
れる不純物イオンには、例えば臭素イオン（正イオン）
や砒素イオン（正イオン）等があり、これらの不純物イ
オンが例えば酸化シリコン膜を有したシリコン基板から
なるイオン照射対象物に照射された場合には、不純物の
イオン照射対象物への注入に伴って、イオン照射対象物
の酸化シリコン膜表面を正極性に帯電させることにな
る。そして、正極性に帯電した酸化シリコン膜表面とシ
リコン基板との電位差（即ち、酸化シリコン膜厚間の電
位差）が所定以上になった場合には、放電が発生して酸
化シリコン膜の絶縁破壊を生じることになる。

【０００３】尚、通常、チャージアップによる絶縁破壊
が問題になる半導体デバイス用ウエーハの酸化シリコン
膜は、ゲート酸化膜と呼ばれる部分で極めて薄く１０ｎ
ｍのオーダーである。ゲート酸化膜上には、通常、ポリ
シリコンの電極が形成されており、この電極は、他から
絶縁されている。よって、実際には、この電極に正電荷
が蓄積することになる。

【０００４】そこで、近年におけるイオン注入装置に
は、不純物イオンの注入時に生じる正極性の帯電を防止
するイオンビーム中性化装置が搭載されるようになって
いる。

【０００５】従来、このイオンビーム中性化装置は、例
えば図２に示すように、フィラメント電流により発熱す
るフィラメント５１をニュートラルカップ５２に形成さ
れた通過孔５２ａの側方に配設し、フィラメント５１か
ら放出された熱電子を通過孔５２ａを介してニュートラ
ルカップ５２内に導入し、ニュートラルカップ５２の内
壁面に衝突させることによって、この内壁面から２次電
子を放出させ、イオン照射対象物５３にシャワー状に照
射させるようになっている。

【０００６】これにより、イオンビーム中性化装置は、
上記のシャワー状の２次電子からなるエレクトロンシャ
ワーがイオンビーム５４により正極性に帯電されたイオ
ン照射対象物５３の酸化シリコン膜表面（のポリシリコ
ン電極）を中性化することによって、イオン照射対象物
５３のチャージアップを防止するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、イオンビー
ム５４によって正極性に帯電されるイオン照射対象物５
３は、通常、イオン照射対象物５３の中心部方向に正電
位が高くなる電位分布を有している。ところが、上記従
来のイオンビーム中性化装置では、エレクトロンシャワ
ーの２次電子がイオンビーム５４によって作られた電子
に対するポテンシャルの谷の内を左右に往復移動しなが
らイオン照射対象物５３に到達するため、イオンビーム
５４の中心部から外周部に従って移動速度が低下し、イ
オンビーム５４の外周部方向に２次電子の照射量を増大
させることになっている。

【０００８】これにより、従来のイオンビーム中性化装
置では、エレクトロンシャワーが高い正電位を有するイ
オン照射対象物５３の中心部よりも低い正電位の外周部
に多くの２次電子を供給することになるため、中心部に
おけるチャージアップの防止が不十分になったり、或い
は、外周部に負のチャージアップを生じさせる虞があ
る。

【０００９】従って、本発明においては、イオン照射対
象物５３の中心部方向に電子の照射量を増大させること
によって、チャージアップを充分に防止することができ
るイオンビーム中性化装置を提供することを目的として
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のイオンビーム中
性化装置は、上記課題を解決するために、イオンビーム
の中を往復移動しながらイオン照射対象物方向に移動す
る２次電子をシャワー状にイオン照射対象物に照射する
ことによって、上記イオン照射対象物を中性化するもの
であり、下記の特徴を有している。

【００１１】即ち、イオンビーム中性化装置は、上記２
次電子の発生部側にシートカスプ面が位置していると共
に、カスプ磁界軸がイオン照射対象物と交差しているカ
スプ磁界を形成するカスプ磁界形成手段であるカスプ磁
場発生用コイルを有していることを特徴としている。

【００１２】

【作用】上記の構成によれば、カスプ磁界の磁界方向と
２次電子の往復移動する進行方向とが鎖交するため、２
次電子は、その進行方向を、カスプ磁界軸方向となるイ
オン照射対象物の中心部方向に変更されながら照射され
ることになる。これにより、イオン照射対象物には、２
次電子が中心部方向に多く集合されることから、２次電
子による負電位が中心部方向に増大した状態で印加され
ることになる。

【００１３】上記の中心部方向に増大する負電位の印加
状態は、イオンビームの照射によってイオン照射対象物
の中心部方向に正電位が高くなる状態と対応することか
ら、２次電子による中性化がイオン照射対象物の全面で
均一に行われることになる。

【００１４】従って、このイオンビーム中性化装置は、
イオン照射対象物の中心部におけるチャージアップと共
に、イオン照射対象物の外周部におけるチャージアップ
を充分に防止することが可能になっている。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図３に基づい
て説明すれば、以下の通りである。

【００１６】本実施例に係るイオンビーム中性化装置
は、図１に示すように、不純物イオンからなるイオンビ
ーム１のビーム量を測定するニュートラルカップ２とキ
ャッチプレート３とを有している。上記のニュートラル
カップ２は、イオンビーム１の入射方向に立ち上げられ
た立上部２ａと、立上部２ａの下端部から外周方向に形
成されたカップ外周部２ｂとからなっている。一方、キ
ャッチプレート３は、イオンビーム１が照射される凹部
３ａと、凹部３ａの上端部から外周方向に形成され、上
述のカップ外周部２ｂと同一径に設定されたプレート外
周部３ｂとからなっている。

【００１７】上記のニュートラルカップ２およびキャッ
チプレート３は、図示しないカレントインテグレータを
介してＧＮＤに接続されており、カレントインテグレー
タは、イオンビーム１のビーム量をビーム電流として測
定させるようになっている。

【００１８】また、ニュートラルカップ２とキャッチプ
レート３とによって形成される空間部７には、イオン照
射対象物５が支持部材であるディスク６に複数枚単位で
載置および固定されてカップ外周部２ｂとプレート外周
部３ｂとの間から導入されるようになっており、ディス
ク６は、定速回転で往復並進移動することによって、イ
オン照射対象物５へのイオンビーム１の照射を均一化さ
せるようになっている。

【００１９】上記のニュートラルカップ２における立上
部２ａからイオンビーム１の入射方向側には、ＧＮＤに
接続されたマスクスリット１１が配設されており、この
マスクスリット１１は、イオンビーム１のイオン照射対
象物５への照射形状を設定するようになっている。上記
のマスクスリット１１とニュートラルカップ２の立上部
２ａとの間には、環状のフロントサプレッサ８が立上部
２ａに近接して配設されている。そして、このフロント
サプレッサ８は、例えば−６００〜−1,０００Ｖの直流
電圧を有するサプレッサ電源の負極側に接続されてお
り、イオンビーム１がキャッチプレート３やイオン照射
対象物５等に照射された際に生じる２次電子やエレクト
ロンシャワーの２次電子が立上部２ａから空間部７外へ
散逸することを防止するようになっている。

【００２０】また、ニュートラルカップ２におけるカッ
プ外周部２ｂの外周方向には、環状のサイドサプレッサ
１０ａが近接して配設されており、キャッチプレート３
におけるプレート外周部３ｂの外周方向には、上記のサ
イドサプレッサ１０ａと同一形状のサイドサプレッサ１
０ｂが近接して配設されている。そして、これらのサイ
ドサプレッサ１０ａ・１０ｂは、例えば−１００〜−２
００Ｖの直流電圧を有するサプレッサ電源の負極側に接
続されており、２次電子がカップ外周部２ｂおよびプレ
ート外周部３ｂ間から空間部７外へ散逸することを防止
するようになっている。

【００２１】また、ニュートラルカップ２の立上部２ａ
には、通過孔２ｃが形成されている。この通過孔２ｃの
側方には、フィラメント１９が配設されており、フィラ
メント１９は、フィラメント電源からフィラメント電流
が通電されることによって発熱し、熱電子を放出するよ
うになっている。

【００２２】上記のフィラメント１９の上方および下方
には、カスプ磁界を形成する環状のカスプ磁場発生用コ
イル１２・１３（カスプ磁界形成手段）がニュートラル
カップ２の立上部２ａに絶縁状態で遊貫されている。こ
れらのカスプ磁場発生用コイル１２・１３には、カスプ
磁界軸をイオン照射対象物と交差させる範囲内で、カス
プ磁場発生用コイル１２・１３を任意の方向に移動可能
な図示しない移動手段が設けられており、この移動手段
は、カスプ磁場発生用コイル１２・１３を移動させるこ
とによって、カスプ磁場発生用コイル１２・１３によっ
て形成されるカスプ磁界のカスプ磁界軸をイオンビーム
１のビーム中心に一致させたり、或いは、例えばフィラ
メント１９から離れる方向にずらせるようになってい
る。

【００２３】また、カスプ磁場発生用コイル１２・１３
は、図示しないフィードスルーを介してリップルの低減
された直流電源にそれぞれ接続されており、これらの各
直流電源は、イオンビーム１の径に応じて電流量を独立
制御するようになっている。

【００２４】さらに、カスプ磁場発生用コイル１２・１
３は、直流電流によって発生した両カスプ磁場発生用コ
イル１２・１３の磁界Ｂ・Ｂの界面となるシートカスプ
面Ａが、イオン照射対象物５の表面に平行となる位置に
設定されていると共に、フィラメント１９の僅かに上方
の位置に設定されている。尚、上記のシートカスプ面Ａ
の位置設定は、イオン照射対象物５よりも２次電子の発
生部側に位置していれば、フィラメント１９の上方の位
置に限定されるものではない。

【００２５】上記の構成において、イオンビーム中性化
装置の動作について説明する。

【００２６】先ず、イオン源から正電荷のイオンが引出
電極によって引き出され、質量分析器で質量分析された
特定のイオン種からなる不純物イオンのイオンビーム１
が形成されることになる。そして、このイオンビーム１
は、マスクスリット１１によって形状が整形された後、
ニュートラルカップ２内の空間部７に導入されることに
なる。

【００２７】この際、空間部７には、イオン照射対象物
５がディスク６に載置されてカップ外周部２ｂとプレー
ト外周部３ｂとの間から導入されており、イオン照射対
象物５は、定速回転で往復並進移動するディスク６と共
に移動している。これにより、空間部７に導入されたイ
オンビーム１は、イオン照射対象物５の全面に均一に照
射されることになる。

【００２８】また、上記のイオンビーム１の照射と共
に、フィラメント１９にフィラメント電流が通電されて
おり、フィラメント１９は、フィラメント電流の通電に
よって発熱を開始し、この発熱に伴って熱電子を放出す
ることになる。フィラメント１９から放出された熱電子
は、ニュートラルカップ２の通過孔２ｃを通過して対向
する立上部２ａの内壁面に衝突することになり、立上部
２ａの内壁面から２次電子を空間部７に放出させること
になる。そして、この２次電子は、イオンビーム１の進
行方向に鎖交する方向となる左右方向に往復移動しなが
らイオンビーム１の流れに伴って空間部７を移動し、シ
ャワー状のエレクトロンシャワーとしてイオン照射対象
物５に到達することになる。

【００２９】次いで、カスプ磁場発生用コイル１２・１
３に直流電流が通電され、カスプ磁場発生用コイル１２
・１３の周囲に発生した磁界Ｂ・Ｂによってカスプ磁界
が形成されることになる。このカスプ磁界の磁界方向
は、上述のエレクトロンシャワーの２次電子の往復移動
する進行方向と鎖交することになる。従って、エレクト
ロンシャワーの２次電子は、進行方向がカスプ磁界によ
ってカスプ磁界軸方向に曲折されるため、イオン照射対
象物５の中心部方向に進行方向を変更しながら到達する
ことになる。

【００３０】これにより、イオン照射対象物５には、エ
レクトロンシャワーの２次電子が中心部方向に多く集合
されることから、２次電子による負電位が中心部方向に
増大した状態で印加されることになる。そして、この中
心部方向に増大する負電位の印加状態は、イオンビーム
１の照射によってイオン照射対象物５の中心部方向に正
電位が高くなる状態と対応することから、２次電子によ
る中性化がイオン照射対象物５の全面で均一に行われる
ことになり、イオン照射対象物５の中心部におけるチャ
ージアップを充分に防止し、更には、イオン照射対象物
５の外周部におけるチャージアップも抑えることが可能
になっている。

【００３１】尚、本実施例においては、磁界Ｂ・Ｂがカ
スプ磁場発生用コイル１２・１３によって形成されてい
るが、これに限定されることはなく、永久磁石によって
形成されていても良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明のイオンビーム中性化装置は、以
上のように、イオンビームの中を往復移動しながらイオ
ン照射対象物方向に移動する２次電子をシャワー状にイ
オン照射対象物に照射することによって、上記イオン照
射対象物を中性化するものであり、上記２次電子の発生
部側にシートカスプ面が位置していると共に、カスプ磁
界軸がイオン照射対象物と交差しているカスプ磁界を形
成するカスプ磁界形成手段を有している構成である。

【００３３】これにより、２次電子の進行方向がカスプ
磁界軸方向となるイオン照射対象物の中心部方向に変更
され、２次電子がイオン照射対象物の中心部方向に多く
集合されることから、２次電子によるイオン照射対象物
の負電位の印加状態がイオンビームの照射によってイオ
ン照射対象物の中心部方向に正電位が高くなる状態と対
応することになる。よって、イオン照射対象物の中心部
におけるチャージアップを充分に防止し、また、イオン
照射対象物の外周部におけるチャージアップも抑えるこ
とが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示すものであり、カスプ磁界によって
曲折された２次電子の移動状態を示す説明図である。

【図２】従来例を示すものであり、２次電子の移動状態
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ ニュートラルカップ ３ キャッチプレート ５ イオン照射対象物 ６ ディスク ７ 空間部 ８ フロントサプレッサ １０ａ・１０ｂ サイドサプレッサ １１ マスクスリット １２・１３ カスプ磁場発生用コイル（カスプ磁界
形成手段） １９ フィラメント

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームの中を往復移動しながらイオ
   ン照射対象物方向に移動する２次電子をシャワー状にイ
   オン照射対象物に照射することによって、上記イオン照
   射対象物を中性化するイオンビーム中性化装置におい
   て、 上記２次電子の発生部側にシートカスプ面が位置してい
   ると共に、カスプ磁界軸がイオン照射対象物と交差して
   いるカスプ磁界を形成するカスプ磁界形成手段を有して
   いることを特徴とするイオンビーム中性化装置。