JPH05325876A - イオンビーム中性化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ファラデーケース２内に生成されたエレクト
ロンシャワーをイオンビーム１と共にイオン照射対象物
に照射することによって、イオン注入時におけるイオン
照射対象物の正極性の帯電を中性化するものである。イ
オン注入の停止時にファラデーケースの少なくとも一部
を正電圧とする切替器５および電子吸引用電源１４を有
している。 【効果】 ファラデーケース２の少なくとも一部に印加
された正電圧は、ファラデーケース２内に存在するエレ
クトロンシャワーを引き寄せてファラデーケース２に吸
収させる。従って、エレクトロンシャワーがイオン注入
の停止後から僅かな時間でもって除去されるため、エレ
クトロンシャワーのイオン照射対象物への照射によるチ
ャージアップを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエーハ等のイオン照
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
性化装置を備えたイオン注入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、例えば正イオンとなるホウ素イ
オンや砒素イオン等があり、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（酸化シリコン膜厚間の電位差）が過大に
なると、放電が発生して酸化シリコン膜の絶縁破壊（以
下、チャージアップと称する）を招来することになる。

【０００３】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
おり、従来のイオンビーム中性化装置は、図２に示すよ
うに、ファラデーケース５１の通過孔５１ａの側方に配
設されたフィラメント５２と、フィラメント５２を発熱
させるフィラメント電源５４と、ファラデーケース５１
に正電圧の引出電圧を印加させるエミッション電源５３
とを有している。

【０００４】これにより、イオンビーム中性化装置は、
エミッション電源５３からの引出電圧によって、発熱し
たフィラメント５２から熱電子を引き出してファラデー
ケース５１内に導入させ、ファラデーケース５１の内壁
面に衝突させることによって２次電子を放出させる。そ
して、この２次電子をエレクトロンシャワーとしてイオ
ンビーム５５と共にイオン照射対象物に照射させること
によって、正極性の帯電によるチャージアップを防止す
るようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のイオンビーム中性化装置では、イオンビーム５５を
ビームシャッタ等によって遮断してイオン注入を停止し
た場合、正電荷を有したイオンがイオン照射対象物の近
傍から消失するため、停止直後にはエレクトロンシャワ
ーのみがイオン照射対象物の近傍に存在することにな
る。従って、イオン照射対象物は、帯電状態がエレクト
ロンシャワーの照射によって負極性に反転し、この負極
性のシリコン膜表面とシリコン基板との電位差により放
電が発生することによってチャージアップを生じること
になる。

【０００６】従って、本発明においては、イオン注入の
停止時におけるチャージアップの発生を防止することが
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。

【０００７】

【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、ファラデーケ
ース内に生成されたエレクトロンシャワーをイオンビー
ムと共にイオン照射対象物に照射することによって、イ
オン注入時におけるイオン照射対象物の正極性の帯電を
中性化するものであり、下記の特徴を有している。

【０００８】即ち、イオンビーム中性化装置は、イオン
注入の停止時にファラデーケースの少なくとも一部を正
電圧とする正電圧印加手段である切替器と電子吸引用電
源とを有していることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、ファラデーケースの少な
くとも一部に印加された正電圧が、ファラデーケース内
に存在するエレクトロンシャワーを引き寄せてファラデ
ーケースに吸収させることになる。よって、イオン注入
の停止後から僅かな時間でもってエレクトロンシャワー
を除去することができるため、イオン注入の停止後にお
けるエレクトロンシャワーのイオン照射対象物への照射
によるチャージアップを防止することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図１に基づいて説明すれ
ば、以下の通りである。

【００１１】本実施例に係るイオンビーム中性化装置
は、イオン注入装置に搭載されるようになっており、こ
のイオン注入装置は、図１に示すように、イオンビーム
１のビーム量を測定するファラデーケース２と試料ホル
ダー３とを有している。ファラデーケース２は、後述の
切替器５（正電圧印加手段）を介して電流積算計４に接
続されるようになっており、試料ホルダー３は、ターゲ
ット電流測定器１３を介して電流積算計４に接続されて
いる。

【００１２】上記の電流積算計４は、試料ホルダー３お
よびファラデーケース２からの電流を測定し、この測定
によって得られた電流測定値を図示しない制御手段に出
力するようになっている。そして、制御手段は、イオン
注入時に電流測定値を基にしてエレクトロンシャワーの
シャワー量をイオンビーム１のビーム量に対応させるシ
ャワー量制御を行なうようになっている一方、イオン注
入の停止時にシャワー量制御を停止するようになってい
る。

【００１３】また、ファラデーケース２と試料ホルダー
３との間には、図示しないイオン照射対象物がディスク
に複数枚単位で載置および固定されて導入されるように
なっている。このディスクは、定速回転しつつ往復並進
移動するようになっており、この回転および移動によっ
て、イオン照射対象物の全面にイオンビーム１を照射さ
せるようになっている。

【００１４】また、ファラデーケース２におけるイオン
ビーム１の入射方向側には、大地電位にされたマスクス
リット１１が配設されており、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とフ
ァラデーケース２との間には、フロントサプレッサ８が
配設されている。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６の負極側に接続されており、イオンビーム１が試
料ホルダー３やイオン照射対象物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次電子がファ
ラデーケース２内から外部へ散逸することを防止するよ
うになっている。

【００１５】上記のファラデーケース２には、熱電子を
ファラデーケース２内に導入させる通過孔２ａが形成さ
れており、この通過孔２ａの側方には、フィラメント７
が配設されている。フィラメント７は、両端がフィラメ
ント電源９に接続されており、フィラメント電源９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。

【００１６】上記のフィラメント７の一端およびフィラ
メント電源９の負極側は、第２開閉スイッチ１５を介し
て切替器５の共通端子５ａに接続されている。そして、
第２開閉スイッチ１５は、イオン注入時に開状態となっ
て共通端子５ａとフィラメント７とを遮断状態にさせる
ようになっている一方、イオン注入の停止時に閉状態と
なって共通端子５ａとフィラメント７とを接続状態にさ
せるようになっている。また、フィラメント７の一端お
よびフィラメント電源９の負極側は、第１開閉スイッチ
１０を介してエミッション電源１２の負極側にも接続さ
れており、第１開閉スイッチ１０は、イオン注入時に閉
状態となってエミッション電源１２とフィラメント７と
を接続状態にさせるようになっている一方、イオン注入
の停止時に開状態となってエミッション電源１２とフィ
ラメント７とを遮断状態にさせるようになっている。

【００１７】上記のエミッション電源１２は、正極側が
ファラデーケース２に接続されており、上述の制御手段
によって制御されながらファラデーケース２に引出電圧
を印加するようになっている。また、エミッション電源
１２は、正極側が切替器５の共通端子５ａにも接続され
ている。この切替器５は、上述の第１開閉スイッチ１０
および第２開閉スイッチ１５に連動するようになってお
り、イオン注入時に共通端子５ａと出力端子５ｂとが接
続状態にされるようになっている一方、イオン注入の停
止時に共通端子５ａと出力端子５ｃとが接続状態にされ
るようになっている。

【００１８】上記の切替器５は、一方の出力端子５ｂが
電流積算計４に接続されており、他方の出力端子５ｃが
電子吸引用電源１４（正電圧印加手段）の正極側に接続
されている。電子吸引用電源１４は、正電圧の吸引用電
圧を有しており、この吸引用電圧をイオン注入の停止時
に切替器５を介してファラデーケース２に印加すると共
に、切替器５および第２開閉スイッチ１５を介してフィ
ラメント７に印加することによって、フィラメント７と
ファラデーケース２とを同電位にするようになってい
る。

【００１９】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。

【００２０】先ず、図示しない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
分析されて特定の不純物イオンからなるイオンビーム１
が生成されることになる。そして、このイオンビーム１
がマスクスリット１１によって形状を整形された後、フ
ァラデーケース２内に導入されてイオン照射対象物に照
射されることによって、イオン注入が開始されることに
なる。

【００２１】上記のイオン注入の開始と共に、第１開閉
スイッチ１０および第２開閉スイッチ１５が閉状態およ
び開状態にされることになると共に、切替器５の共通端
子５ａと出力端子５ｂとが接続状態にされることにな
る。そして、フィラメント電源９からのフィラメント電
流がフィラメント７に通電されることになると共に、エ
ミッション電源１２からの引出電圧がファラデーケース
２に印加されることになる。

【００２２】上記のフィラメント７は、フィラメント電
流の通電によって発熱を開始することになり、この発熱
と引出電圧によるフィラメント７およびファラデーケー
ス２間の電位差とにより決定される放出量でもって熱電
子を放出することになる。フィラメント７から放出され
た熱電子は、ファラデーケース２の通過孔２ａを通過し
て対向するファラデーケース２の内壁面に衝突すること
になり、この内壁面から２次電子を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
向に鎖交する方向に往復移動しながらイオンビーム１の
流れに伴って移動し、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に到達することになる。尚、
エレクトロンシャワーは、図示しない制御手段によりフ
ィラメント電源９およびエミッション電源１２が出力制
御されることによって、シャワー量が制御されている。

【００２３】次いで、イオン注入が停止されると、制御
手段によるシャワー量制御が停止され、フィラメント電
源９およびエミッション電源１２が所定の出力状態に固
定されることになる。また、第１開閉スイッチ１０およ
び第２開閉スイッチ１５が開状態および閉状態にされる
ことになると共に、切替器５の共通端子５ａと出力端子
５ｃとが接続状態にされることになり、電子吸引用電源
１４の吸引用電圧がファラデーケース２およびフィラメ
ント７に印加されることになる。

【００２４】フィラメント７およびファラデーケース２
への吸引用電圧の印加は、フィラメント７とファラデー
ケース２とを同電位にすることになる。よって、フィラ
メント７からの熱電子の放出が抑制されることになり、
結果としてエレクトロンシャワーの生成が抑制されるこ
とになる。また、ファラデーケース２に印加された正電
圧の吸引用電圧は、ファラデーケース２内に存在するエ
レクトロンシャワーを引き寄せてファラデーケース２に
吸収させることになる。これにより、イオン注入の停止
後から僅かな時間でもってエレクトロンシャワーが除去
されることになり、イオン注入の停止後におけるエレク
トロンシャワーの照射によるチャージアップが防止され
ることになる。

【００２５】この後、イオン注入が再開されると、第１
開閉スイッチ１０、第２開閉スイッチ１５、および切替
器５が切り替えられ、フィラメント７からの熱電子の放
出が制御手段によるシャワー量制御の下に再開されるこ
とになる。この際、フィラメント電源９およびエミッシ
ョン電源１２は、イオン注入の停止時に所定の出力状態
に固定されている。従って、イオン注入を再開した直後
のフィラメント７から放出される熱電子の放出量は、イ
オン注入の停止時にシャワー量制御によって例えばフィ
ラメント７の発熱温度を低下させて熱電子の放出を抑制
していた場合よりも大きなものになっている。これによ
り、イオン注入を再開した直後に、多量のエレクトロン
シャワーが生成されるため、イオンビーム１のビーム量
よりも過小なシャワー量による正のチャージアップが防
止されることになる。

【００２６】尚、本実施例における電子吸引用電源１４
は、ファラデーケース２全体に吸引用電圧を印加し、フ
ァラデーケース２全体でエレクトロンシャワーを除去す
るようになっているが、これに限定されることはなく、
ファラデーケース２の少なくとも一部に吸引用電圧を印
加し、このファラデーケース２の一部でエレクトロンシ
ャワーを除去するようになっていても良い。

【００２７】

【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、ファラデーケース内に生成されたエレクト
ロンシャワーをイオンビームと共にイオン照射対象物に
照射することによって、イオン注入時におけるイオン照
射対象物の正極性の帯電を中性化するものであり、イオ
ン注入の停止時にファラデーケースの少なくとも一部を
正電圧とする正電圧印加手段を有している構成である。

【００２８】これにより、ファラデーケースの少なくと
も一部に印加された正電圧が、ファラデーケース内に存
在するエレクトロンシャワーを引き寄せてファラデーケ
ースに吸収させることになる。よって、イオン注入の停
止後から僅かな時間でもってエレクトロンシャワーを除
去することができるため、イオン注入の停止後における
エレクトロンシャワーのイオン照射対象物への照射によ
るチャージアップを防止することができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオンビーム中性化装置の概略構成図
である。

【図２】従来例を示すものであり、イオンビーム中性化
装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ ファラデーケース ２ａ 通過孔 ３ 試料ホルダー ４ 電流積算計 ５ 切替器（正電圧印加手段） ６ サプレッサ電源 ７ フィラメント ８ フロントサプレッサ ９ フィラメント電源 １０ 第１開閉スイッチ １１ マスクスリット １２ エミッション電源 １３ ターゲット電流測定器 １４ 電子吸引用電源（正電圧印加手段） １５ 第２開閉スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ファラデーケース内に生成されたエレクト
   ロンシャワーをイオンビームと共にイオン照射対象物に
   照射することによって、イオン注入時におけるイオン照
   射対象物の正極性の帯電を中性化するイオンビーム中性
   化装置において、 イオン注入の停止時にファラデーケースの少なくとも一
   部を正電圧とする正電圧印加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。