JPH06267493A - チャージアップ防止装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンビーム照射によって生じる半導体等の
被処理物のチャージアップを、重金属汚染やガス圧力の
上昇を伴わずに、効果的に中和できる装置を提供する。 【構成】 イオンビーム処理室５内において、一次電子
源３から放出された一次電子11は、電子増倍素子12に入
射され増倍作用を受け、その増倍率に応じ数百〜数万倍
の量の増倍電子21となって、被処理物１あるいはイオン
ビーム２に照射され、それらを電気的に中和する。この
時、一次電子源３から一次電子11と共に放出される重金
属粒子15は、遮蔽物13により遮られて被処理物１に到達
することはなく、また、電子増倍素子12は動作ガス等を
必要としないので、被処理物１近傍の真空度を悪化させ
ることがない。 【効果】 本発明によれば、イオンビーム処理室内の重
金属汚染や真空度の悪化などを引き起こすことなく、効
果的に被処理物のチャージアップの防止を行なうことが
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、イオンビームあるいは
プラズマにより半導体製造、材料の表面改質、あるいは
成膜等を行うことを目的とするイオンビーム処理装置に
かかわり、被処理物のチャージアップを防止するための
チャージアップ防止装置の構造および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビーム処理装置において、イオン
ビームを被処理物に照射する際、被処理物が電気的に絶
縁性の物質である場合、イオンビームの正の電荷が蓄積
し、さらに、イオンビーム照射時の二次電子が発生する
ため、被処理物が正の電荷に帯電する。これを、チャー
ジアップと呼ぶ。このチャージアップが進展すると、被
処理物内部、あるいは、接地電位部分との間で放電が起
こり、被処理物の破壊につながることもある。したがっ
て、チャージアップの防止は、イオンビーム処理装置の
生産性を向上させる上で重要な課題であった。

【０００３】従来のチャージアップ防止装置で、最も単
純な構造のものは、タングステン等の熱電子放出用フィ
ラメントから、熱電子を、イオンビームあるいは被処理
物に照射する方法であった。また、最近では不活性ガス
のプラズマを発生させ、プラズマ中から電子等を引き出
し、イオンビームに照射する中和装置が使用されてい
る。

【０００４】なお、上記の従来技術に関する公知例とし
ては、例えば、特開平2-288143号公報、特開平3-25846
号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フィラメント
を使用した方法では、フィラメント材料であるタングス
テン等の重金属が、イオンビームと共に被処理物に照射
され、その汚染の原因となるため、半導体等の処理には
不適当であった。また、プラズマを利用した方法では、
中和電子量は十分供給でき、重金属汚染も引き起こさな
いが、プラズマ発生用ガスのために、被処理物近傍のガ
ス圧力が高くなり、中和電子量の制御が困難になるとい
う問題があった。

【０００６】本発明の目的は、半導体へのイオンビーム
の注入やイオンビームエッチングのような被処理物への
イオンビーム照射において、重金属汚染やガス圧力の上
昇を伴わずに、中和電子量を制御することで、被処理物
のチャージアップを適正に防止する方法およびチャージ
アップ防止装置を提供し、さらにそのチャージアップ防
止装置を備えたイオンビーム処理装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一態様によれば、適正な量の中和用電子を
発生させる制御手段を有した、一次電子源と電子増倍素
子、あるいは、光源と光電子増倍素子を有したチャージ
アップ防止装置が提供される。

【０００８】また、本発明の他の態様によれば、このチ
ャージアップ防止装置を備えたイオンビーム処理装置が
提供される。

【０００９】ここで、光源としてイオンビームからの発
光を利用することもできる。また、増倍素子と被処理物
あるいはイオンビームの間にある特定の磁場を印加し、
この磁場によって選別された特定のエネルギの電子、ま
たは、増倍電子によって発生された電子を直接、被処理
物あるいはイオンビームに照射する手段をとることもで
きる。

【００１０】

【作用】一次電子源から発生した一次電子は、電子増倍
素子に入射し、増倍素子の増倍率に応じ数百〜数万倍に
増倍される。増倍電子は、半導体等の被処理物あるいは
イオンビームに照射され、それらを電気的に中和して被
処理物のチャージアップを防止する。この時、一次電子
源から発生する重金属粒子が、被処理物に照射されない
ように、一次電子源を配置することにより、被処理物の
重金属汚染を防止することができる。

【００１１】また、増倍素子として光電子増倍素子を用
いた場合、光源から発せられた光子が、光電子増倍素子
に入射し、その際、光電子増倍素子から発生する増倍電
子によってチャージアップを防止することができる。こ
の方法は、上記の場合よりもいっそう重金属汚染の可能
性を、低下させることができる。

【００１２】さらに、増倍素子および光電子増倍素子
は、超高真空中での動作が可能であり、プラズマ方式の
様に動作ガスを必要としないので、被処理物近傍のガス
圧力の上昇を防止することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１、２、３を
用いて説明する。最初に、図２に、半導体装置の製造に
用いられるイオンビーム注入装置の全体構成を示す。

【００１４】図２において、６は、ある特定のガスをマ
イクロ波等でイオン化する、引出電極を有するイオン
源、７は、コイルによって発生した磁場を印加すること
で、イオンの軌道を変える質量分離部、８は、イオンビ
ームを照射する半導体ウエハ等の被処理物を保持する処
理室である。イオン源６から、ある特定の引出電圧で引
き出されたイオンビーム（図示せず）は、質量分離部７
で質量分離され、必要なイオンのみが処理室５へと導入
され、そこで、被処理物へのイオンビーム照射やイオン
注入等が行なわれる。

【００１５】次に、図２に示したイオンビーム注入装置
の処理室５内部の概略図を図１に示す。図１において、
１は被処理物、２はイオンビーム、３は一次電子源、１
５は一次電子、１２は電子増倍素子、１３は遮蔽物、１
６は増倍素子制御装置、１７は電荷量検出器、１８は走
査台、２１は増倍電子である。

【００１６】一次電子源３（例えば熱電子放出用フィラ
メント）から放出された一次電子11は、電子増倍素子12
（例えばマイクロチャンネルプレート）へ入射し、そこ
で増倍作用を受け、電子増倍率に応じて数百〜数万倍に
増倍される。電子増倍率の制御は、電子増倍素子12に印
加する電圧を制御することにより行う。

【００１７】印加電圧と電子増倍率は、図３に示す関係
にあり、電荷量検出器１７によって検出された被処理物
１のチャージアップ電荷量、あるいは、イオンビーム２
の照射量に応じて、電子増倍素子12の増倍率制御電源16
を制御することにより、被処理物１あるいはイオンビー
ム２の中和に必要な適正量の増倍電子21を発生させるこ
とができる。

【００１８】ここで、通常、イオンビーム２のビーム径
は、被処理物１面積に比べ小さい。そのため、イオンビ
ーム２が被処理物１全面に照射されるように、被処理物
１は、水平方向に動く走査台１８上に固定される。ま
た、電荷量検出器１７も、その近くの走査台１８上に配
置され、同じイオンビーム照射を受ける。電荷量検出器
１７は、例えば、被処理物１と同様な材質を持つ短片を
有し、それへビームが照射された際に生じる電気的変化
を測定することによって、被処理物のチャージアップ電
荷量を推定する。また、走査台１８を用いる代わりに、
ビームを電気的に走査することもできる。

【００１９】電子増倍素子12から放出された増倍電子21
は、被処理物１あるいはイオンビーム２に照射され、そ
れらを電気的に中和する。この時、被処理物１と一次電
子源３との間、つまり、電子増倍素子12の周囲に遮蔽物
13を設けることにより、一次電子源３から放出される一
次電子11、および、フィラメントを構成するタングステ
ン等の重金属粒子15が被処理物１に入射することを防ぐ
ことができる。

【００２０】また、本実施例においては、電子増倍率を
制御して中和を行ったが、代わりに一次電子源３に印加
する電源電圧を制御することによって、一次電子発生量
を制御したり、更には両者を同時に制御することもでき
る。

【００２１】次に、本発明の他の実施例を、図４を用い
て説明する。

【００２２】図４では、図２のイオンビーム注入装置の
処理室５内部のみを示している。本実施例の特徴は、電
子増倍素子の代わりに、光電素子と電子増倍素子とを組
み合わせた光電子増倍素子14を用い、一次電子源として
光源４（例えばハロゲンランプ等の電球）を用いた点
で、その他の部分は図１と同様である。

【００２３】光源４から発せられた光子22は、光電子増
倍素子14により電子に変換されて増倍される。そのた
め、重金属粒子は発生しないので、被処理物１汚染の危
険性はない。また、処理室５内に設置している光源４
を、処理室の外側大気中に設置し、透光性窓を通して光
電子増倍素子14に光子22を照射しても同様の効果が得ら
れる。

【００２４】また、図１の実施例と同様に、増倍率制御
のための制御装置を光電子増倍素子14に取付けるか、ま
たは、光源４の供給電源を制御して光量を制御するか、
あるいは、前記両制御方法を組み合わせることによっ
て、倍増電子２１の量の制御をすることもできる。

【００２５】次に、本発明の他の実施例を、図５を用い
て説明する。

【００２６】図５は、図２のイオンビーム注入装置の処
理室５内部のみを示している。本実施例の特徴は、電子
増倍素子12から放出される増倍電子21が、被処理物１に
直接照射されないような位置および角度に電子増倍素子
12を設置し、更に被処理物近傍に磁界31を印加した点
で、その他の部分は図１あるいは図４と同様である。

【００２７】図５において、紙面に垂直下向きの磁界31
を印加すると、図中の右側から照射された電子23および
24は、それぞれのエネルギに応じ被処理物１に向かって
その軌道を変える。したがって、磁界31の強度、およ
び、電子増倍素子12と被処理物１との間の距離を適度に
調節することにより、所望のエネルギを持った電子のみ
を被処理物１に照射することができる。

【００２８】この時、磁界31によって軌道を変えられた
増倍電子23および24の内、数eVのエネルギを持った低エ
ネルギ増倍電子24のみが被処理物１表面に照射されるよ
うに、磁界31の強度を調整することにより、高エネルギ
増倍電子23による被処理物１のダメージを防止すること
ができる。

【００２９】また、高エネルギ増倍電子23の照射する位
置に、二次電子放出板を設置することにより、被処理物
１に照射される低エネルギ電子量を更に増やすことがで
きる。被処理物１近傍に磁界31を印加する手段として
は、コイルまたは永久磁石を用いることもできるが、永
久磁石を用いるほうが単純で、真空中あるいは大気中の
どちらにでも設置することができる。また、高エネルギ
増倍電子23が被処理物１に入射することを防ぐ手段とし
て、静電的な減速電極等を用いることも可能である。

【００３０】以上、いくつかの実施例を用いて説明して
きたが、各実施例において電子増倍素子を複数個設置す
ることも、また、各実施例を組み合わせて実施すること
も可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、処理室内の真空度にかかわらず、容易に大量の中和
用電子を発生すると共に、照射量を制御することがで
き、更に、被処理物を、高エネルギ電子や重金属等によ
るダメージや汚染から守ることができ、工業上非常に有
用である。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるチャージアップ防止装
置を示す構成図。

【図２】イオンビーム注入装置の全体構成図。

【図３】電子増倍素子における、印加電圧と電子増倍率
の関係の一例を示したグラフ。

【図４】本発明の他の実施例を示す構成図。

【図５】本発明の他の実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１…被処理物、２…イオンビーム、３…熱電子放出源、
４…光源、５…処理室、６…イオン源、７…質量分離
器、11…一次電子、12…電子増倍素子、13…遮蔽物、14
…光電子増倍素子、15…重金属粒子、16…電子増倍率制
御電源、17…電荷量検出器、18…走査台、21…増倍電
子、22…光子、23…高エネルギ増倍電子、24…低エネル
ギ増倍電子、31…電子偏向用磁界。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理物へイオンビームを照射する際に発
   生する当該被処理物のチャージアップを、中和用電子を
   照射することによって防止するチャージアップ防止装置
   において、一次電子源と、当該一次電子源から発生する
   一次電子を増倍する電子増倍素子とを有し、 当該電子増倍素子は、それから発生する増倍電子が、前
   記被処理物およびイオンビームの少なくとも一方へ照射
   されるよう配置されることを特徴とするチャージアップ
   防止装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記一次電子源および
   電子増倍素子を、被処理物近傍に複数個設置することを
   特徴とするチャージアップ防止装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記増倍電子
   の量を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とす
   るチャージアップ防止装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記制御手段は、前記
   一次電子発生量を制御する一次電子制御手段および増倍
   素子の電子増倍率を制御する増倍率制御手段の少なくと
   も一方であることを特徴とするチャージアップ防止装
   置。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれかにおいて、被処
   理物近傍を移動する前記増倍電子の軌道を変更する軌道
   変更手段をさらに備え、特定のエネルギを持った電子の
   みを、当該被処理物表面に照射することを特徴とするチ
   ャージアップ防止装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記軌道変更手段は、
   予め定めた強度および方向の磁界を印加する手段である
   ことを特徴とするチャージアップ防止装置。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれかにおいて、前記
   一次電子源の代わりに光源を、前記電子増倍素子の代わ
   りに光電子増倍素子を用いることを特徴とするチャージ
   アップ防止装置。
8. 【請求項８】請求項７において、前記光源を、前記光電
   子増倍素子が設置される真空室の外側に設置することを
   特徴とするチャージアップ防止装置。
9. 【請求項９】請求項７において、前記光源として、前記
   イオンビームからの発光を用いることを特徴とするチャ
   ージアップ防止装置。
10. 【請求項１０】被処理物へイオンビームを照射する際に
    発生する当該被処理物のチャージアップを、中和用電子
    を照射することによって防止するチャージアップ防止方
    法において、 一次電子源から発生する一次電子を、電子増倍素子によ
    り増倍し、当該増倍電子を被処理物およびイオンビーム
    の少なくとも一方へ照射し、中和することにより披処理
    物のチャ−ジアップを防止することを特徴とするチャー
    ジアップ防止方法。
11. 【請求項１１】請求項１０において、前記一次電子源の
    代わりに光源を、前記電子増倍素子の代わりに光電子増
    倍素子を用いることを特徴とするチャージアップ防止方
    法。
12. 【請求項１２】イオンを発生し、予め定めたエネルギに
    よってイオンを引き出すイオン源と、該イオン源からの
    イオンビーム中のある特定イオンだけを選別する質量分
    離手段と、分離されたイオンビームを照射する被処理物
    を含む処理室を有するイオンビーム処理装置において、 請求項１から９のいずれかにおける前記チャージアップ
    防止装置を備えていることを特徴とするイオンビーム処
    理装置。