JPH0799684B2 - イオン打込み装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオン打込み装置に関し、特に、イオンビー
ムが試料台または試料に照射されたときに発生する２次
電子を捕捉するための磁場を発生する手段を備えたイオ
ン打込み装置に関するものである。

［従来の技術］ 以下従来のイオン打込み装置について、第７図，第８
図，第9A図，第9B図に基づいて説明する。

第７図は、たとえば「Nuclear Instrument and Meth
od in Physics Research B37/38（1989）のp492〜p
496」に記載されたバリアン社のイオン打込み装置の試
料台近傍に断面構成を示している。同図を参照して、ア
ルミニウムなどからなる試料台１には、試料２が保持さ
れている。試料２に対向して、イオンビーム（第７図に
示す矢印I_B）が試料台１あるいは試料２に照射されたと
きに発生する２次電子を捕捉するための、２次電子捕捉
電極３が配されている。この２次電子捕捉電極３に隣接
して、周辺の空間電子をトラップするための負電位電極
4,5が配され、これらの負電位電極4,5の間には、イオン
ビームを試料２の方向へ通過させたり、あるいは遮断し
たりするためのビームストッパ６が配設されている。試
料台１だけでなく、２次電子捕捉電極3,負電位電極4,5
およびビームストッパ６も、主としてアルミニウムなど
の導体によって形成されている。

次に、このように構成された従来のイオン打込み装置の
動作について説明する。ビームストッパ６が「開」の状
態になると、イオンビームは輸送されて試料台１の上に
搭載された試料２に照射される。イオン打込み装置は、
たとえば第８図の断面模式図に示されたMOSトランジス
タを形成するプロセスに用いられている。第８図を参照
して、たとえばｐ型のフィールド11やチャネル12を形成
する場合には、硼素イオンB⁺が打込まれ、ソース13やド
レイン14を形成するためには燐イオン（P⁺）や砒素イオ
ン（As⁺）が打込まれる。いずれの場合にも、試料２に
は正の電荷を持ったイオンが注入されるので、ウエハの
表面にレジスト15やシリコン酸化膜などの高抵抗の絶縁
体が存在する場合には、正に帯電する。また、イオン注
入されると、試料台１または試料２から、イオン注入に
伴う２次電子が発生する。このような従来のイオン打込
み装置によれば、試料台１や試料２から発生する多くの
２次電子は、２次電子捕捉電極３に捕捉される。また、
試料２方向（第７図における右方向）に向かう２次電子
も、試料２の周辺部でイオンと再結合するものが多く、
試料２の中心部に到達する２次電子は極めて少なくな
る。したがって、試料２表面の帯電電位が高くなり、こ
れが静電破壊発生をもたらして、特に試料２の中心部で
デバイス不良が発生する原因となっていた。

以上述べたような従来のイオン打込み装置の問題点を一
部解消するものとして、第9A図および第9B図に示すよう
な、正のイオンを負の電子により中和するイオン打込み
装置が、特開平１−232653号公報において既に提案され
ている。同公報に開示されたイオン打込み装置は、第9A
図および第9B図を参照して、B⁺,As⁺,P⁺,Sb⁺などの正イ
オン21aからなるイオンビーム21を、このイオンビーム2
1に捕獲させた電子22とともにウエハ23に照射してイオ
ン注入を行なうものである。この装置の特徴は、ウエハ
ディスク24のホルダ25に、たとえば６個の棒状の磁石26
からなる磁界発生源が設けられている点である。これら
の磁石26は、ウエハ23の表面23aウエハに磁力線27を形
成させるためのものである。この磁界発生源は、たとえ
ば、それぞれのＮ極をホルダ25のほぼ中心で突合わせる
とともに、Ｓ極をホルダ25の外周部に位置させて、ホル
ダ25内に放射状に埋込まれている。

上述のように磁石26を、設けることにより、ウエハ表面
23a上には、ウエハ23の中心から外周部に向かう磁力線2
7が形成されることになる。ウエハ23に到達した正イオ
ン21aは、ウエハ23内に侵入し、その際、ウエハ表面23a
に正電荷28が残留する。一方、正イオン21aとともにウ
エハ23に到達した電子22aは、ウエハ表面23aにおいて移
動する。しかしながら、ウエハ表面23a上には、磁力線2
7が形成されているため、電子22aはウエハ表面23aへの
到達時の運動ベクトルに応じて、右または左回りのサイ
クロイド運動をしながら磁力線27を横切る方向へ移動す
ることになる。そしてこの移動の間に、電子22aは正電
荷28と衝突して、この正電荷28を中性化する。

このように、ウエハ23a上で電子22aがサイクロイド運動
をしながら移動することによって、電子22aと正電荷28
との衝突の確率が増大し、ウエハ表面21aに残留する正
電荷28が中性化されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した特開平１−232653号公報に開示されたイオン打
込み装置において、第７図に示された従来の、棒磁石を
配していない装置に比べると、電子とイオンが衝突する
確率が増すので、帯電電位が低下する。

しかしながら、電子が電子発生装置から供給されない場
合において、試料２が絶縁体の場合あるいは絶縁体の試
料の表面のかなりの部分を覆っている場合には、２次電
子の発生効率は１より小さくなる。そのため、電子によ
るイオンの中性化により帯電電荷を低下させる効果を期
待することはほとんど不可能である。

また、たとえ電子が供給されたとしても、第9A図および
第9B図に示されているように、磁石26はホルダ25の中に
あるので、磁石26によって形成された磁力線27は、試料
であるウエハ23の表面上の、中央近傍から外周部の内側
にかけては多く存在するが、ウエハ23の外周部を越えて
その外側には極めてわずかしか存在しない。この磁力線
27により、ウエハ表面23a上に到達した電子は磁力線27
の回りをサイクロイド運動して、正イオンと衝突しこの
正イオンを中性化する。しかしながら、ウエハ表面23a
に達しない電子あるいはウエハ23の外周近傍のホルダ25
で発生した２次電子は、それを捕獲する磁力線27が極め
てわずかしか存在しないため、正イオンを中性化するた
めに有効に利用することはできないという問題があっ
た。

この発明は、上記従来の問題点を解消するため、試料や
その周囲にある試料台から発生する２次電子を、磁力線
により有効に捕捉し、試料の中心部へ輸送して、試料に
打込まれた正イオンとの再結合の機会を増加させること
により、試料表面の帯電電位を低下させ、静電破壊を防
止することのできるイオン打込み装置を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のイオン打込み装置は、上記課題を解決するた
め、試料を載置する試料台と、この試料台上の試料にイ
オンビームを照射し、イオンを打込む手段等を備えてい
る。本発明のイオン打込み装置の特徴は、試料の中心近
傍から試料の外周よりも外側にかけて、試料の表面上に
おいて放射状に磁界を生ずる磁界印加手段を有する点に
ある。

［作用］ 本発明によれば、上記構成を有することにより、電子あ
るいはイオンビームが試料台または試料に照射されたと
きに発生する２次電子を、試料の外周近傍の試料台から
発生する２次電子をも含めて磁場中に捕捉し、捕捉した
電子を試料の中心部へ輸送する。このようにして捕捉さ
れた２次電子は、試料表面に打込まれたイオンによる帯
電電位に引寄せられてイオンと再結合し、その結果試料
表面の帯電電位を低下させる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第1A
図は、この発明の一実施例のイオン打込み装置の試料台
近傍の正面断面を示している。第1B図は、第1A図に示す
イオン打込み装置の平面図を示している。第1A図および
第1B図を参照して、本実施例のイオン打込み装置におい
ては、試料台31上に試料32が保持されている。また試料
32の下方の試料台31中には、棒磁石33が複数個埋込まれ
ている。棒磁石33は、Ｎ極33aが試料32の中心部近傍
に、Ｓ極33bが試料32の外周部の外側に位置するよう
に、放射状に配列されている。棒磁石33のＮ極33aとＳ
極33bの間には、磁界が放射状に存在する。この磁界
は、第2A図および第2B図に示すように、磁力線34の一部
分は試料32の表面および表面近傍に存在する。イオンビ
ームが試料台31あるいは試料32に照射されると、試料台
31および試料32から２次電子が発生する。２次電子は最
大でも数十eVのエネルギで、試料台31および試料32から
上方にあらゆる角度で放出される。発生した２次電子
は、試料台31および試料32の表面および表面近傍で磁力
線34に捕捉される。第３図に示したように、磁束密度Ｂ
の磁場35中に任意の角度（θ）で、電子36がＶの速度で
入射したとき、電子はＦ＝ｑ・Ｖ×Ｂの力を受ける。た
だし、ｑは電子の帯電電荷量である。入射角度（θ）が
90゜でない限り、電子36は磁場35の回りを回転しながら
進行する螺旋運動を行なう。磁場35が存在しないと、電
子36はあらゆる方向に飛散するが、磁場35が存在するこ
とによって電子36が、上述したように磁場に捕捉され
る。入射角度の大きさによって、螺旋運動が進む方向は
第３図のように磁場方向と同一の場合と、逆方向の場合
の２通りである。２次電子は特定の方向に放出されるの
ではなく、あらゆる方向に放出されるので、２次電子の
約２分の１は磁場方向と同一の方向に、残りの約２分の
１の電子は磁場と逆の方向に螺旋運動をしながら進むこ
とになる。

試料32が絶縁体からなる場合、または試料32表面がレジ
ストのような材料で覆われている場合には、第４図のグ
ラフに示すように、打込まれたイオン１個当りに発生す
る２次電子は１個以下である。したがって正の帯電が生
じることになる。一方、試料32がアルミニウムなどの金
属で作られている場合には、打込まれたイオン１個当り
の発生する２次電子は、第４図のグラフからわかるよう
に、２個以上となる。したがって、２次電子は、試料32
よりむしろ試料台31から多く発生し、この２次電子は、
最大でも数十eVのエネルギで、試料台31および試料32か
ら上方にあらゆる角度で放出される。そのため、試料台
31で発生した２次電子を試料32の表面に効果的に移送す
ることができれば、打込まれたイオンとの中和に有効に
利用される。第2A図および第2B図に示した磁場構成の場
合には、試料台31から発生した２次電子の約２分の１
は、試料32の中心部方向へ輸送される。輸送された２次
電子は、試料表面に打込まれたイオンによる帯電電位に
引寄せられて、イオンと再結合または表面上に存在し、
帯電電位を低下させるので、帯電電位による絶縁体の損
傷に起因する、イオン注入工程におけるデバイスの不良
を低下させることができる。

なお、上記実施例では、Ｎ極33aが試料32の中心部近傍
に、Ｓ極33bが試料32の外周部の外側に維持するように
配設したが、Ｎ極,S極がその逆であってもよい。

また、上記実施例では棒磁石33を試料台31の中に埋込ん
で配置し、かつすべての試料32の背後に配置した場合に
ついて示したが、必ずしも棒磁石33は、試料台31の中に
すべてを埋込んで配置する必要はない。すなわち、たと
えば磁石の一部が試料台31の外部であってかつ試料32の
背後に位置するように配置してもよい。また、磁石は棒
磁石に限ることはなく、他の永久磁石や、以下の実施例
で述べるような電磁石であっても同様の効果を奏する。

第５図に、本発明の他の実施例を示す。この実施例は、
試料台31の表面に磁力線34を発生させる磁界印加手段と
して、電磁石37を用いた場合を示している。この電磁石
37は、棒状のヨーク37aが上記実施例における棒磁石33
と同様に、試料32の下方でかつ試料台31の中に埋込まれ
て配置されている。この棒状のヨーク37aには、電磁コ
イル37bが巻かれており、このコイル37bに電流を流すこ
とにより、放射状の磁力線34を発生させることができ
る。

第６図は、本発明のさらに他の実施例を示している。こ
の実施例は、磁界印加手段として電磁石38を用いてお
り、その一部が試料台31の外部に配されている場合を示
している。この実施例においては、電磁石38のコの字形
のヨーク38aの磁極部分が試料台31の内部に埋込まれて
おり、試料32の下方に位置している。ヨーク38aのう
ち、試料台31の外部に位置する部分に電磁コイル38bが
巻かれており、この電磁コイル38bに電流を流すことに
より、試料台31表面上に放射状の磁力線34を発生させる
ことができる。

第５図および第６図に示した実施例によっても、第1A図
に示した実施例と同様の作用効果を奏することができ
る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、試料の中央近傍か
ら、その外周部の外側にかけて、試料の表面上において
放射状の磁場を形成することにより、イオンビームが試
料台または試料に照射されたときに発生する２次電子
を、試料の外周近傍の試料台から発生するものを含め
て、磁場中に効率よく捕捉し、その捕捉した２次電子を
試料の中心部へ効率よく輸送することができる。したが
って、発生した２次電子を帯電電位低下のために有効に
利用することができ、静電破壊によるデバイス不良が発
生することのないイオン打込み装置を得ることができる
という特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第1A図はこの発明の一実施例をイオン打込み装置の試料
台を示す正面断面図、第1B図はその部分断面平面図であ
る。 第2A図は同実施例の試料台の部分拡大正面断面図で、第
2B図は同試料台の部分拡大平面図である。 第３図は、磁力線に対する電子の振舞いを示すための説
明図である。 第４図は、各種材料の２次電子発生率をグラフに示す図
である。 第５図は、本発明の他の実施例における試料台の部分拡
大正面断面図である。 第６図は、本発明のさらに他の実施例における試料台の
部分拡大正面断面図である。 第７図は、従来のイオン打込み装置を示す要部断面図で
ある。 第８図は、イオン打込み装置を用いて形成されるMOSト
ランジスタを示す断面模式図である。 第9A図は、第７図に示す従来のイオン打込み装置の問題
点を一部解消した従来のイオン打込み装置の試料台近傍
を示す側断面図、第9B図は、第9A図を左側から見た図で
ある。 図において、31は試料台、32は試料、33は棒磁石、33a
は棒磁石33のＮ極、33bは棒磁石33のＳ極、34は磁力
線、35は磁場、36は電子、37,38は電磁石である。 なお、図中、同一符号は同一または相当の要素を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−84559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−206151（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232653（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を載置する試料台と、 この試料台上に載置された試料にイオンビームを照射
   し、イオンを打込む手段と を備えたイオン打込み装置であって、 前記試料の中心近傍から、前記試料の外周よりも外側に
   かけて、前記試料の表面上において放射状に磁界を生ず
   る磁界印加手段を有すること を特徴とするイオン打込み装置。