JPS6212625B2

JPS6212625B2 -

Info

Publication number: JPS6212625B2
Application number: JP56146415A
Authority: JP
Inventors: Aasaa Robaatoson Debitsudo; Reonaado Taanaa Nooman
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1987-03-19
Also published as: CH653806A5; NL8104377A; FR2490873B1; GB2084792A; DE3136787C2; NL190209B; GB2084792B; FR2490873A1; JPS5787056A; DE3136787A1; NL190209C

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、イオンビームの中性化をおこなうた
めの装置に関するもので、特に、ダミー
（dumy）ターゲツト材料からの２次電子の誘発放
出によつて正荷電のイオンビームを中性化するた
めの装置に関する。

イオン注入技術の分野において、荷電イオンビ
ームにより電荷が注入されたターゲツト、例え
ば、半導体ウエーハの表面上に帯びてしまうこと
はよく知られている。この電荷は、伝導性プラテ
ン上にウエーハを置き、そのプラテンを通過する
電流として除去することによつてウエーハの表面
から取り去ることができるだろう。しかし、集積
回路の形成に使用される絶縁性材料及び半導電性
材料のために、ターゲツトの表面の中性化を十分
且つ有効におこなうことは、このような装置では
不可能である。このような場合は、材料上に帯電
した電荷は、多くのイオンビームの電荷が正であ
るので、典型的には正である。このような電荷
は、ステイツキング（sticking）のために自動ウ
エーハ運搬の妨げとなるであろうし、形成される
集積回路の一部を貫通する穴をあけるであろう
し、またイオンビームを偏向させるためにイオン
ビームの正確な注入を妨げるであろう。従つて、
このような表面電荷の存在は、集積回路の生産高
を減少させると考えられている。エム・ナカノ
（M.Nakano）等による“イオン注入中のSiO₂の
表面電圧”会報、チヤージ・ストレイジ、チヤー
ジ・トランスポート・アンド・エレクトロスタテ
イクス・ウイズ・ゼア・アプリケーシヨン、210
―11ページ（10月、９―12、1978、東京、日本）
を参照。

実施可能なイオン注入装置において、イオンビ
ームは、典型的には正の電荷をもつたホウ素、ヒ
素、燐等である。従つて、ウエーハ表面上の帯電
を減少させるために、イオンビーム内で中性化を
なすべく電子を供給しようとする試みがあつた。
このアプローチは、電子フライデイング
（flooding）という名称で知られている。その基
本的なものとしてはターゲツトの表面へ電子を供
給するものである。しかし、電子を直接供給する
と、注入された半導体ウエーハが電子供給源であ
るフイラメントによつて汚染されることがわかつ
た。ジエー・エル・フオーネリス等の“ターゲツ
ト表面の表面電位を制御するためのイオン注入装
置”（米国特許第4135097号）及びシー・エム・マ
ツケナ（C.M.Mckenna）等による“ターゲツト
表面の表面電圧を制御する冷却構造物を有するイ
オン注入装置”（米国特許4135097号）を参照。こ
れらの特許において記載されたアプローチは、タ
ーゲツトへの直接の輻射を抑制するため電子源と
ターゲツトとの間に遮蔽を備え付け、そしてビー
ムをほぼ横切るように電子をビームの中に導きビ
ームの中性化をおこなおうとするものである。ビ
ーム内の個々のイオンについて中性化がおこなわ
れるのではなく、ビームの体積全体として中性化
がおこなわれる。実際に、イオンはイオンとして
進行し、電子は電子として進行するが電子はイオ
ンビームの作る場の中にトラツプされる。イオン
及びイオンビーム内の電子がターゲツトの表面に
到達したときに、それらはもはやビームの方向に
動く自由はなくなり、表面の平面内にのみ動ける
だけとなる。このようなアプローチでは、ビーム
内の電子捕獲の有効性は、熱電子の高速度及びビ
ームによる電子の低い捕獲断面積のために低くな
るだろう。

電子が半導体に直接衝突することを望まない場
合には、注入されるウエーハの表面での帯電を避
けるために何らかの手段でイオンビームの中性化
をおこなう必要がある。前述したように、中性化
とは、各々のイオンの中性化をおこなうのではな
く、イオンビームの体積内の空間電荷の中性化を
おこなうことである。しかし、電子に対するイオ
ンビームの体積の捕獲断面積は、比較的小さい。
この断面積は、電子がビームに引きつけられるこ
とから、ビーム流の増加により増加するかもしれ
ないが、このことはウエーハである基体上により
多くの帯電をなさしめる。一方、電子の速度が遅
くなると、トラツプの確率は増大する。熱源から
放出された後の電子は望みの速度にすることがで
きるが、このような熱源からの電子を有効な中性
化をおこなわせるのに十分低いエネルギーにして
生成することは、しばしば困難である。

従つて、本発明の目的は、正電荷ビームの中性
化を強化するための装置を提供することである。

他の本発明の目的は、ダミーターゲツトから２
次電子を意図的に生成して、移動する正電荷のイ
オンビームの中に電子がトラツプされるエネルギ
ーを持つた十分な量の電子を供給する装置を提供
することである。

更に、他の本発明の目的は、正電荷の粒子ビー
ムの中性化に対して必要な電子の量を、１以上の
２次電子の収率にするために電子ビームをダミー
ターゲツトに衝突させることによつて増加させる
ことである。

本発明の要約正電荷のイオンビームの中性化を強化するため
の装置は、主電子源を有し、その主電子源はイオ
ンビームの近傍に設置されたダミーターゲツトに
向けられている。その２次電子は、低エネルギー
を有し、正に帯電したビームの体積内にトラツプ
可能である。イオンビームは、有効なビームの中
性化が成し遂げられるまでこれらの低エネルギー
の電子を引き付ける。ビーム内のイオンは、ビー
ムがターゲツトを叩くときに、個別的に中性化さ
れる。

好適実施例イオン注入装置において、イオンビームの空間
電荷を制御する必要がある。一般的には、正の空
間電荷は、所望以上のビームの広がりを生ずる。
従つて、過度のガスを供給することによつて、ガ
ス発生源において、ビームになにがしかの中性化
が生ずることがしられているので、一度イオンが
生成され、少なくとも部分的に加速されると、イ
オンはこのガスと相互作用し、中性化されるだろ
う。しかし、このアプローチは、よい制御をおこ
なうことができず、ビームを過度に中性化する。
また、部分的に中性化されたビームは、静電レン
ズ又はバイアスプレートを通過するために進行ビ
ームの中の電子の損失を受ける。従つて、ウエー
ハの電荷と同様にビームの分散という点からみる
と、正電荷のイオンビームの中性化を、精密な制
御及び十分にトラツプ可能な電流を生成すること
が可能な装置によつておこなうことが要求されて
いる。

第１図を参照すると、実施可能なイオン注入器
におけるイオンビーム１０が、僅かに発散し、ほ
ぼ円錐形になつている。その発散は、正に帯電し
たイオンの内部的反発によるものである。従来技
術においては、ターゲツト１１、たとえば半導体
ウエーハに多量の電子流を向けていた。また、ジ
エー・エル・フオーネイリス等の米国特許第
4135097号にあるように、電子はビームの中に直
接導かれ、ターゲツトの上流のビームにトラツプ
された。イオンビームは、過剰なガス分子と衝突
することによつて、ガス発生源で中性化された。
このような場合に、ビームの分散は部分的に制御
されるであろうし、表面上の帯電は減少するであ
ろう。

第１及び第２図で示されている本発明の装置
は、主電子ビーム１２を生成することによつてビ
ーム中性化を強化する。すなわち、そのビーム１
２は、ダミーターゲツト１３と衝突し、イオンビ
ーム中にトラツプされる２次電子１４を散乱さ
せ、散布させる。ここで、２次電子という言葉
は、ダミーターゲツトの表面から刺激されて放出
されるこれらの電子を表すために使用される。タ
ーゲツトにイオンを注入することによつて生じる
タイプの２次電子とは対照的に、これは電子を受
け、刺激されて、電子を放出するものである。こ
れらの２次電子の収率は、放出された２次電子１
４の主ビーム１２から入射した電子の比によつて
決定される。ダミーターゲツトからの収率は、ダ
ミーターゲツトの材料を選択することによつて、
そして主電子のエネルギーを制御することによつ
て選択することができる。エー・ジエー・デツカ
ー（A.J.Dekker）によるソリツド・ステート・
フイジイクス（Solid State Physics）、“２次電
子放出”、418ページ以降（1975年）、デイー・イ
ー・グレイ等による、アメリカン・インステイテ
ユート・オブ・フイジツクス・ハンドブツク、９
〜183ページ、第３版（1972年）を参照。放出さ
れた２次電子は、主電子ビームと比較すると低速
で、ほとんどは100eVより小さなエネルギーを有
し、従つて、移動するイオンビームの場の中に重
要な捕獲断面積を有する。このことは、銀の表面
に155eVの主電子を当てることによつて生じた２
次電子について、第４図に示されている（エー・
ジエー・デツカーの上記参照文献、P419から引
用）。150eV近傍の小さなピークは、反射された
主電子を示している。２次電子の大半は、数eV
のエネルギーを有し、捕獲可能である。２次電子
の収率は１より大きくできる。というのは、２次
電子は反射された主電子及び真の２次電子の両方
から成つているからである。第１図に示されてい
るように、２次電子１４は低速でかつ散乱するた
め、イオンビームの広い範囲にわたつて混入し、
従つてそのトラツプが促進される。

ある材料に対して、２次電子の収率と入射電子
ビームのエネルギーとの間に１つの関係がある。
金属の最大収率に対するエネルギーは、約300eV
（Al）から約800eV（Pt）まで変化し、酸化物に
対しては、1100eV（MgO）ほどの高いものであ
る。入射ビームは、電子源の近傍に妨害力がなけ
れば、このエネルギーを越える必要はない。最適
値よりも低いエネルギーの入射エネルギーを用い
ると、中性化の増進が阻害されるだろうというこ
とは分つていた。しかし、より重要な因子は、ビ
ーム自身の空間電荷現象であると考えられてい
る。すなわち、イオンビームにおける正味の正の
電荷が増すと、中性化のため電子がより強く引き
付けられる。それに必要な電子が十分にあるなら
ば、イオンビームは電子を効率的にトラツプす
る。本発明の装置は、トラツプされるのに合つた
エネルギーを有する十分な量のこのような電子を
提供するのである。トラツプされるのに必要な十
分な量の電子の供給は主電子ビームによつてでは
容易におこなえない。なぜならば、熱源からの十
分に低エネルギーで、利用可能な流れが、十分に
ないからである。

主電子ビーム１２は、フイラメント電極１６に
よつて生成される。電流がフイラメント電流供給
源２１によつてフイラメント電極に供給される。
反射器１５は、熱放出によつて放出された電子を
フイラメント電極１６からダミーターゲツト１３
に静電的に向けるために用いられている。反射器
１５がフイラメント電極からダミーターゲツト１
３への主電子の放出を妨げないように、反射器は
バイアス電圧供給源２２によつて、フイラメント
電極のフアラデイー箱２０に対する電位と少なく
とも同じような負の電位に保たれている。好適例
として、反射器は、フイラメントと等電位となる
ように電気的に接続される。また、第３図に示さ
れているような好適実施例として、フイラメント
は電子放出を増進するために螺旋２５の形状であ
るほうがよい。イオン注入技術の分野において知
られているように、正電荷のイオンビーム１０
は、プラテン９及び注入されるウエーハを含むフ
アラデイー箱の中に入つていく。第２図に示され
ているように、主電子ビームも、開口部２４を通
つてこの領域に入つていく。したがつて、フアラ
デイー箱における電荷は、主電子ビーム、イオン
ビーム１０、ダミーターゲツトから出た電子及び
半導体ウエーハ上のイオンによるものであるか
ら、フアラデイー箱とアースとの間に接続された
電流計２３はこれらの電荷による電流を表す。他
の実施例としては、ビームを中性化させ、分散を
防止するためにフアラデイー箱を使わずに更に上
流に本発明の装置を使用することである。

本発明の装置の効果は、第５図の曲線で示され
ている。第１及び第２図の装置は、アルミニウム
から成るフアラデイー箱が使用された。自らとア
ースとの間に10メグオームの抵抗を有する金属面
に、第５図の右上方に示された電流値をもつ正の
イオンビームが注がれた。３本の実線の曲線は、
主電子ビームの電流（マイクロアンペアの単位）
の関数となる金属面上の電圧を表している。金属
面の電圧は、ダミーターゲツトからビームを中性
化するための十分な量の２次電子の放出を生じさ
せるために、下の横軸に示されているような十分
な電流が与えられると、ゼロ近くに減少する。最
高電流（300μＡ，150KeV）でのイオンビームは
また、上の横軸のスケールで示された更に高い主
電流で中性化された。曲線の形は、２次電子の生
成が主電子ビーム流と正比例して増加することを
示すが、イオンビーム中への混入が、ビームが中
性化するに従つてよりゆつくりと進んでいくこと
も示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の２次電子生成装置とターゲ
ツトに衝突するイオンビームの斜視図である。第
２図は、本発明の２次電子生成装置の特徴を表し
た線図である。第３図は、本発明の２次電子生成
装置の電子銃に対する好適なフイラメント形状の
斜視図である。第４図は、銀製ターゲツトに対す
る２次電子エネルギーのグラフである。第５図
は、正のイオンビーム流及び２次電子を生成する
主電子ビームに関する表面における電圧の減少を
示すグラフである。主要符号の説明、１０……イオンビーム、１２
……主電子ビーム、１３……ダミーターゲツト、
１４……２次電子、１５……反射器、２０……フ
アラデイー箱、２１……フイラメント電流源、２
２……バイアス電圧源、２３……電流計、２４…
…開口部、２５……螺旋。

Claims

【特許請求の範囲】１イオン注入容器内において正イオンビームの
中性化を強化するための装置であつて、ａ主電子ビームを生成するための電子源と、ｂ該電子源に対置し、制御可能な２次電子を放
出する手段と、から成り、前記２次電子放出手段が、前記主電子ビームを衝突させて、刺激すること
により、前記主電子ビームよりも低いエネルギー
を有する２次電子を放出するダミーターゲツトで
あつて、前記２次電子を前記正イオンビーム内にトラツ
プさせるために、前記注入容器内の前記正イオン
ビームの近傍にあるが、その経路上にはないよう
に配置されたダミーターゲツトである、ところの装置。２特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
つて、前記電子源によつて生成された前記電子ビーム
が前記ダミーターゲツトを叩く前に前記正イオン
ビームの中を通り過る、ところの装置。３特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
つて、前記主電子ビーム中の電子の運動エネルギー
が、前記ダミーターゲツトからの２次電子の最大
収率を生じさせるために必要なエネルギーと少な
くとも同じくらいに大きく選択される、ところの装置。４特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
つて、前記ダミーターゲツトからの２次電子の収率が
少なくとも１である、ところの装置。５特許請求の範囲第４項に記載された装置であ
つて、前記ダミーターゲツトが金属製である、ところの装置。６特許請求の範囲第５項に記載された装置であ
つて、前記ダミーターゲツトの前記金属がアルミニウ
ムである、ところの装置。７特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
つて、前記電子源が、イフイラメントと、ロ該フイラメントを熱するための電力源と、ハ前記ダミーターゲツトの方向に電子を反射さ
せるために配置された反射手段と、から成つている、ところの装置。８特許請求の範囲第７項に記載された装置であ
つて、前記電力源が前記電子源から放出された電子の
量及び平均運動エネルギーを調整できる、ところの装置。９特許請求の範囲第８項に記載された装置であ
つて、前記フイラメントが螺旋形である、ところの装置。１０特許請求の範囲第１項に記載された装置で
あつて、前記２次電子の多くのエネルギーが100eVより
小さい、ところの装置。１１イオン注入容器中で正イオンビームの中性
化を強化するための方法であつて、ａ主電子ビームを生成する工程と、ｂ前記正イオンビームに近接して配置されたダ
ミーターゲツトに前記主電子ビームを向けて、
前記ダミーターゲツトから前記主電子ビームよ
りも低いエネルギーの制御可能な２次電子を放
出させ、前記正イオンビーム内にトラツプさせ
る工程と、から成る方法。１２特許請求の範囲第１１項に記載された方法
であつて、前記制御可能な２次電子放出工程が、前記主電
子ビームを、前記正イオンビームを通過させて前
記ダミーターゲツトに向ける工程を含む、ところの方法。１３特許請求の範囲第１１項に記載された方法
であつて、前記正イオンビームの中性化を行うために、前
記正イオンビーム流を制御し、前記イオンビーム
流に合わせて前記２次電子放出を変化させる工程
を、更に含むところの方法。