JPH05290789A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄積電荷中和用電子をフィラメントを使用せ
ずに発生させて半導体ウエハの負帯電，ウエハ上の膜が
負帯電によって静電破壊するのを防ぐ。 【構成】 電子中和装置１１を、紫外線１２を照射する
光源１３と、紫外線が入射されるターゲット１４とによ
って構成する。ターゲット１４を、紫外線が入射される
ことで電子を放出する光電子放出物にて形成した。電子
中和装置で電子を発生させるに当たりフィラメントが不
要になり、電子はエネルギーの小さなもののみとなる。
熱やフィラメントの蒸発成分が半導体ウエハ３に悪影響
を及ぼすのを防ぐことができ、高エネルギーの電子を発
生させずに中和を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置を製造する
ときに使用するイオン注入装置に関し、特に絶縁膜の帯
電・静電破壊を防止する電子中和装置の構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、イオン注入装置としては、半導体
ウエハにイオンビームが照射されることに起因して半導
体ウエハが帯電するのを防ぐために、イオンビーム照射
範囲に電子を放出させるように構成されたものがある。
この種の従来のイオン注入装置を図６によって説明す
る。

【０００３】図６は例えば、Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｂ３７／３８巻、（１
９８９年）Ｐ．４９２に示された従来のイオン注入装置
の概略構成を示す断面図である。

【０００４】同図において、１は真空チャンバ、２はこ
の真空チャンバ１内に設置された半導体ウエハ用ステー
ジとしての回転ディスクである。なお、３はこの回転デ
ィスク２上に取付けられた半導体ウエハである。

【０００５】４は前記半導体ウエハ３に照射されるイオ
ンビーム、５は前記イオンビーム４が通過するファラデ
ーカップである。

【０００６】６は前記イオンビーム４によって帯電され
た半導体ウエハ３を中和させるための電子中和装置であ
る。この電子中和装置６は、中和電子発生用フィラメン
ト７およびフィラメント用電源８を備え、フィラメント
７から生じる熱電子９を数１００Ｖで加速してターゲッ
ト１０に衝突させるように構成されている。

【０００７】前記ターゲット１０は前記ファラデーカッ
プ５の内周面に固定されており、フィラメント７から放
出された熱電子９を半導体ウエハ３側へ反射させるよう
に形成されている。なお、図６中９ａは熱電子９の衝突
によりターゲット１０から放出される二次電子である。

【０００８】次に、上述したように構成されたイオン注
入装置の動作について説明する。回転ディスク２上に取
付けられた半導体ウエハ３にイオンビーム４が照射され
ると、半導体ウエハ３上に形成されているフォトレジス
トや絶縁薄膜がイオンビーム４の正電荷により正に帯電
し、さらには静電破壊が生じる。

【０００９】これを防止するために、フィラメント用電
源８からフィラメント７に電源を流し、熱電子９を発生
させる。そして、この熱電子９を数１００Ｖで加速し、
ターゲット１０に衝突させてターゲット１０から二次電
子９ａを発生させる。すなわち、この二次電子９ａが半
導体ウエハ３に照射されることによって、フォトレジス
トや絶縁膜表面上の正の蓄積電荷が中和されることにな
る。

【００１０】従来のイオン注入装置では、このようにし
て半導体ウエハ３の蓄積電荷を中和していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このように
フィラメント７から熱電子９を発生させて半導体ウエハ
３の蓄積電荷を中和させたのでは、フィラメント７の熱
や、フィラメント７の蒸発成分が半導体ウエハ３に悪影
響を及ぼすという問題があった。

【００１２】また、フィラメント７で発生した一次電子
（熱電子９）がターゲット１０で反射され、大きなエネ
ルギーをもった状態で半導体ウエハ３に照射されること
があった。そのような場合には、その大エネルギーの電
子によって半導体ウエハ３上のフォトレジストや絶縁膜
が負に帯電し、この負電荷によりフォトレジストや絶縁
膜が静電破壊を起こしてしまう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るイオン注入
装置は、電子中和装置を、紫外線を照射する光源と、紫
外線が入射されることによって電子を放出する光電子放
出物とによって形成したものである。

【００１４】

【作用】電子中和装置で電子を発生させるに当たりフィ
ラメントが不要になり、発生する電子はエネルギーの小
さなもののみとなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１によって詳細
に説明する。図１は本発明に係るイオン注入装置の概略
構成を示す断面図で、同図において前記図６で説明した
ものと同一もしくは同等部材については、同一符号を付
し詳細な説明は省略する。

【００１６】図１において、１１は本発明に係る電子中
和装置で、この電子中和装置１１は、紫外線１２を照射
する光源１３と、この光源１３から照射された紫外線１
２が入射されるターゲット１４とから構成されている。

【００１７】前記光源１３は、本実施例では真空チャン
バ１の内部に配置されており、ファラデーカップ５の開
口部５ａを通して紫外線１２を照射するように構成され
ている。

【００１８】前記ターゲット１４は、紫外線が照射され
たときに光電子を放出する例えばセシウム（Ｃｓ）等の
光電子放出物質からなり、ファラデーカップ５の内面に
固着されている。また、このターゲット１４の光電子放
出面は紫外線１２の入射方向に対して傾斜して形成さ
れ、半導体ウエハ３側を指向するように形成されてい
る。

【００１９】図１において符号１５はターゲット１４か
ら放出された光電子、１６はターゲット１４に回転ディ
スク２に対して負電位を与えるための電源である。

【００２０】このように構成された電子中和装置１１を
備えたイオン注入装置では、従来と同様にしてイオンビ
ーム４を半導体ウエハ３に照射させることでイオン注入
が行われる。そして、イオン注入時には、電子中和装置
１１の光源１３に通電してターゲット１４に紫外線１２
を照射させる。

【００２１】本実施例で使用したターゲット１４の材料
であるセシウム（Ｃｓ）はその仕事関数が１．９１ ｅ
Ｖであるので、それより大きなエネルギーに相当する波
長（６４９０Å以下）の光を照射すれば、ターゲット１
４から光電子１５が放出されることになる。

【００２２】回転ディスク２は電源１６によってターゲ
ット１４に対して正にバイアスされている関係から、タ
ーゲット１４から放出された光電子１５は回転ディスク
２の方へ照射される。そして、イオンビーム４によって
半導体ウエハ３上に蓄積した正電荷がその光電子１５に
よって中和されることになる。

【００２３】ターゲット１４から放出された光電子１５
のエネルギーは、照射光のエネルギーと、セシウム（Ｃ
ｓ）の仕事関数との差であるので、照射光が紫外線領域
であれば光電子１５のエネルギーは従来のように数１０
０ ｅＶにはならない。

【００２４】したがって、本発明に係るイオン注入装置
によれば、電子中和装置１１で電子を発生させるに当た
りフィラメントが不要になるため、熱やフィラメントの
蒸発成分が半導体ウエハ３に悪影響を及ぼすのを防ぐこ
とができる。しかも、発生する光電子１５はエネルギー
の小さなもののみとなる関係から、高エネルギー電子に
よる半導体ウエハ３の負帯電や、負帯電によるフォトレ
ジスト，絶縁膜の静電破壊を防止することができる。

【００２５】なお、本実施例ではターゲット１４を形成
する光電子放出物質にセシウム（Ｃｓ）を採用した例を
示したが、光電子放出物質としては、表１に示すような
光電子放出が見られるアルカリ金属，アルカリ土類金属
等の単体材料や、アルカリ金属を重合した複合材料を用
いることもできる。なお、光源１３から照射される紫外
線１２のエネルギーは、用いる光電子放出物質の仕事関
数より大きくするということはいうまでもない。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１に示したセシウム以外の光電子放出物
質によってターゲット１４を形成しても前記実施例と同
等の効果が得られる。

【００２８】また、上述した実施例ではターゲット１４
自体を光電子放出物質によって形成した例を示したが、
図２に示すようにターゲットを光電子放出物質以外の材
料で形成し、そのターゲットにおける紫外線が照射され
る部分に光電子放出物質を設けるようにすることもでき
る。

【００２９】図２はターゲットと光電子放出物質を別体
に形成した他の例を示す断面図である。同図において前
記図１で説明したものと同一もしくは同等部材について
は、同一符号を付し詳細な説明は省略する。図２におい
て、２１はファラデーカップ５の内面に固着されたター
ゲット、２２はこのターゲット２１における紫外線１２
が照射される部分に設けられた光電子放出物質である。

【００３０】この光電子放出物質２２は、ターゲット２
１の表面に塗布したり、蒸着したりして固着されてい
る。このように構成しても前記実施例と同等の効果が得
られる。

【００３１】さらに、上述した各実施例ではターゲット
の光電子放出面を傾斜させて半導体ウエハ側へ指向させ
た例を示したが、図１に示したように電源１６によって
ターゲット１４とファラデーカップ５に回転ディスク２
に対して負電位が印加されている場合には、ターゲット
としては図３に示すように形成することもできる。

【００３２】図３はターゲットの光電子放出面が光源側
を指向する他の例を示す断面図である。同図において前
記図１で説明したものと同一もしくは同等部材について
は、同一符号を付し詳細な説明は省略する。図３におい
て、２３はターゲットで、このターゲット２３は光電子
放出物質によって形成されており、ファラデーカップ５
に固着されている。なお、このターゲット２３の光電子
放出面２３ａは光源１３側を指向している。このように
構成しても前記実施例と同等の効果が得られる。

【００３３】さらにまた、上述した各実施例ではターゲ
ットをファラデーカップに固着させ、そのターゲットに
紫外線を照射する例を示したが、図４に示すように特別
なターゲットを使用せずに、ファラデーカップの内面に
おける紫外線が照射される部分に光電子放出物質の層を
形成するようにしてもよい。

【００３４】図４はファラデーカップの内面に光電子放
出物質の層を形成した他の例を示す断面図である。同図
において前記図１で説明したものと同一もしくは同等部
材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
図４において、２４は光電子放出物質で、この光電子放
出物質２４は塗布あるいは蒸着によってファラデーカッ
プ５の内面に固着されている。このように構成しても光
電子放出物質２４に紫外線１２が照射されると光電子１
５が放出されることになる。

【００３５】加えて、上述した各実施例では電子中和装
置１１の光源１３を真空チャンバ１の内部に配置した例
を示したが、図５に示すように光源を真空チャンバ１の
外部に設置することもできる。

【００３６】図５は光源を真空チャンバの外部に配置し
た他の例を示す断面図である。同図において前記図１で
説明したものと同一もしくは同等部材については、同一
符号を付し詳細な説明は省略する。この例では、光源１
３は真空チャンバ１の外側に配置されており、その光源
１３から照射された紫外線１２は石英ガラス２５を通っ
てファラデーカップ５内へ導かれるように構成されてい
る。なお、石英ガラス２５は、真空チャンバ１の一部を
構成して気密を保つことができるように真空チャンバ１
に装着されている。このように構成しても前記実施例と
同等の効果が得られる。なお、この図５に示した装置に
おいても、ターゲット１４の構造としては前記図２〜図
４に示したような構成を採ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るイオン
注入装置は、電子中和装置を、紫外線を照射する光源
と、紫外線が入射されることによって電子を放出する光
電子放出物とによって形成したため、電子中和装置で電
子を発生させるに当たりフィラメントが不要になり、発
生する電子はエネルギーの小さなもののみとなる。

【００３８】したがって、電子中和装置で半導体ウエハ
の蓄積電荷を中和させるに当たり熱やフィラメントの蒸
発成分が半導体ウエハに悪影響を及ぼすのを防ぐことが
できる。しかも、発生する光電子はエネルギーの小さな
もののみとなる関係から、高エネルギーの電子を発生さ
せずに中和を行うことができる。このため、半導体ウエ
ハが負に帯電したり、負帯電によってフォトレジスト，
絶縁膜が静電破壊を起こしたりすることなく正帯電を中
和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオン注入装置の概略構成を示す
断面図である。

【図２】ターゲットと光電子放出物質を別体に形成した
他の例を示す断面図である。

【図３】ターゲットの光電子放出面が光源側を指向する
他の例を示す断面図である。

【図４】ファラデーカップの内面に光電子放出物質の層
を形成した他の例を示す断面図である。

【図５】光源を真空チャンバの外部に配置した他の例を
示す断面図である。

【図６】従来のイオン注入装置の概略構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 回転ディスク ３ 半導体ウエハ ４ イオンビーム １１ 電子中和装置 １２ 紫外線 １３ 光源 １４ ターゲット １５ 光電子 ２２ 光電子放出物質 ２３ ターゲット ２４ 光電子放出物質

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子を製造する
ときに使用するイオン注入装置に関し、特に絶縁膜の帯
電・静電破壊を防止する電子中和装置の構造に関するも
のである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲西 幸一郎 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社生産技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステージ上に装着された半導体ウエハに
   イオンビームを照射させるイオン源を備え、イオンビー
   ム照射範囲内に電子中和装置によって電子が放出される
   イオン注入装置において、前記電子中和装置を、紫外線
   を照射する光源と、紫外線が入射されることによって電
   子を放出する光電子放出物とによって形成したことを特
   徴とするイオン注入装置。