JPS6298548A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、半導体装置製造プロセスで使用されるイオン
注入装置に係り、特にその電子シヤワ装置に関する。

［発明の技術的背景］ 半導体装置製造プロセスで使用されるイオン注入技術は
、正イオンを加速して半導体ウェハ内に不純物をドーピ
ングする技術である。このため、半導体ウェハに加速さ
れた正イオンが衝突する過程で、半、導体ウェハから電
子がたたき出されたり、半導体ウェハに形成された半導
体素子の絶縁体部分に正電荷の蓄積が起るなどにより、
半導体ウェハの表面が正に帯電し易く、半導体素子の絶
縁体部分が静電破壊を起すので、半導体装置の生産性が
低下する一因となっている。そこで、上記したようなイ
オン注入時のウェハ帯電を防止する方法の１つとして、
帯電した半導体ウェハの表面に電子を照射して中性化す
る電子シヤワを用いることが有望視されている。

第２図は、従来の電子シヤワ装置を備えたイオン注入装
置の一部〈試料系近傍）を概略的に示しており、１はウ
ェハディスク、２はウェハディスク１にチャックされた
試料である半導体ウェハ、３はイオンど−ム４を導入す
るためのイオンビーム導入管、５はイオンビーム電流計
測器、６はイオンビーム導入管３内にイオンビーム４と
交わるように電子を照射する電子シヤワ装置である。こ
の電子シヤワ装置６は、−次電子放射用フィラメント７
と、−次電子反射板８と、−次電子反射用電［９と、−
次電子加速用電１１０とからなり、−次電子放射用フィ
ラメント７から熱電子（以下、−次電子と称する）１１
を放出させ、上記２つの電源９．１０の電圧を利用して
一次電子１１をイオンビーム４と交わるように加速し、
−次電子放射用フィラメント７と対向したイオンビーム
導入管３内壁、またはイオンビーム導入管３内に設置さ
れたターゲット（図示しない）に衝突させ、低エネルギ
の電子（以下、二次電子と称する）１２を放出させてイ
オンビーム４内に取込まぜるためのものである。したが
って、イオンビーム４がウェハディスク１上の半導体ウ
ェハ２に照射されることによって、電子不足になってい
るウェハ表面に電子が供給されるので、ウェハ表面の帯
電が防止されるようになる。

［背景技術の問題点］ しかしながら、上記した従来の電子シヤワ装置６は、−
次電子１１を加速してイオンビーム導入管３の内壁、ま
たはイオンビーム導入管３内のターゲットに衝突させて
二次電子１２を放出させるので、二次電子発生箇所から
ウェハ表面に幾何学的に直接に通じる経路が存在する。

したがって、二次電子発生箇所から放出される電子のう
ち、電子シヤワ装置６からの高エネルギの一次電子１１
が二次電子発生箇所で反射された電子がウェハ表面に到
達するようになり、本来、電子シヤワの目的としている
不足分の電子を補うという作用を越えて、逆にウェハ表
面が電子過剰状態になり、負に帯電して半導体素子中の
絶縁体部分が静電破壊を引起こすという問題がある。

また、イオンビーム電流は、ウェハディスク１およびイ
オンビーム導入管３が共にイオンビーム電流計測器５に
接続された系内で計測されるが、−次電子１１の照射に
よって二次電子発生箇所から生じた二次電子１２がウェ
ハディスク１およびイオンビーム導入管３に到達しない
場合はイオンビーム電流の計測に誤差を生じる。ところ
が、前述した従来のイオン注入装置にあっては、二次電
子発生箇所から放出される電子のうち、高エネルギの電
子はウェハディスク１で反射されるので、この反射成分
はイオンビーム電流計測系から逃出し、半導体ウェハ２
にドープされる不純物量の測定値に１０％程度の誤差が
生じるという問題があった。

さらに、イオンビーム４の通過するイオンビーム導入管
３は、イオンビーム４の照射を受けることによって内壁
に不純物が付着しており、前述した従来の電子シヤワ装
Ｗ６は、−次電子１１をイオンビーム導入管３内に照射
する際に生じる発熱作用によりイオンビーム導入管３が
高温になるので、イオンビーム導入管３の内壁に付着し
ている不純物を浮遊させ、またはスパッタリングし、イ
オンビーム導入管３内および半導体ウェハ２を汚染して
しまうという問題がある。また、前述したように、−次
電子１１が直接にイオンビーム導入管３内に入込むので
、フィラメント材料がイオンビーム導入管３内を汚染し
てしまうという問題がある。

［発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、高エルネ
ギの電子が試料表面に到達することを防止し、高エネル
ギの電子をイオンビーム電流計量ｌｌ系内に閉込めて不
純物ドーピング量の計測誤差を改善し、−次電子照射に
よるイオンビーム導入管の加熱を防止し１ｑるイオン注
入装置を提供するものである。

［発明の概要］ すなわち、本発明は、電子シヤワ装置を有するイオン注
入装置において、イオンビーム導入管の二次電子導入用
開口部に連通ずる二次電子放出用開口部を有する二次電
子放出チャンバ内で、一次電子発生部から発生させた一
次電子を加速し、前記二次電子放出用開口部よりも試料
設置部に近い方に位置する二次電子発生部に前記加速さ
れた一次電子を照射して二次電子を放出させ、この二次
電子を前記二次電子放出用開口部からイオンビーム導入
管内のイオンビームに照射するようにしてなることを特
徴とするものである。

これによって、二次電子発生部から放出された電子のう
ち、低エネルギの二次電子のみが選択的にイオンビーム
導入管内に導入されるようになり、ウェハ表面が電子過
剰状態になることが防止され、ウェハ表面のイオンビー
ムによる正帯電を適正に緩和することができる。また、
高エネルギの電子をイオンビーム電流計測系内に閉込め
ることが可能になり、さらに−送電子の照射により二次
電子発生部が加熱されても、イオンビーム導入管が高温
になることはなく、不純物による汚染が生じない。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図は半導体装置製造プロセスで使用されるイオン注
入装置の一部（試料系近傍）を概略的に示しており、１
はウェハディスク、２はウェハディスク１にチャックさ
れた半導体ウェハ、１３はイオンビーム４を導入するた
めのイオンビーム導入管、５はウェハディスク１および
イオンビーム導入管１３に接続されたイオンビーム電流
計測器である。１４は電子シヤワ装置であり、イオンビ
ーム導入管１３の所定部分に設けられた二次電子導入用
開口部１３′からイオンビーム４と交わるように低エネ
ルギの二次電子１６を照射（放出）するように構成され
ている。すなわち、電子シヤワ装置１４は、イオンビー
ム導入管１３とは独立に設けられており、二次電子放出
チャンバ１５内に一次電子２２フィラメント１７、−送
電子反射板１８および一次電子照射ターゲット１９を有
し、このチャンバ１５の側壁の一部に設けられた二次電
子放出用開口部１５′がイオンビーム導入管１３の二次
電子導入用開口部１３′に対向して連通するように、チ
ャンバ１５がイオンビーム導入管１３に並設されるとと
もに電気的に接続されており、−次電子放出フィ・ラメ
ント１７と一次電子反射板１８との間に一次電子反射電
圧を印加するための電源２０、および−送電子放出フィ
ラメント１７と一次電子照射ターゲット１９との間に一
次電子加速電圧を印加するための電源２１が接続されて
いる。この場合、チャンバ１５内では、ウェハディスク
１から遠い側の一端部にフィラメント１７および反射板
１８が配設されており、ウェハディスク１から近い側の
一端部にターゲット１９が配設されており、このターゲ
ット１９は二次電子放出用開口部１５′よりもウェハデ
ィスク１側に近い位置に設けられている。

上記構成のイオン注入装置にあっては、電子シヤワ装置
１４において、フィラメント１７から発生した一次電子
２２は反射板１８によって反射され、加速雪圧によって
加速されてターゲット１９に照射され、このターゲット
１９から低エネルギの二次電子１６および一次電子の反
射２３を生じる。この低エネルギの二次電子１６は、チ
ャンバ１５の二次電子放出用開口部１５′およびイオン
ビーム導入管１３の二次電子導入用開口部１３′を連通
してイオンビーム導入管１３内に導入される。この場合
、チャンバ１５の二次電子放出用開口部１５′の位置（
ウェハディスク１から遠い側の一端部からの距離ｂ）お
よび開口幅ａは、チャンバ１５内のフィラメント１７か
ら放出される一次電子２２が直接に開口部１５’、１３
’　を通過して半導体ウェハ２に到達しないように設定
しておくものとし、開口幅ａはターゲット１９から生じ
た低エネルギの二次電子１６が最大限にイオンビーム導
入管１３に入込むように、なるべく広くとっておく。イ
オンビーム導入管１３内に導入された低エネルギの二次
電子１６はイオンビーム４に取込まれて半導体ウェハ２
に照射されることになる。

すなわち、上記構成によれば、ターゲット１９から放出
された高エネルギの電子（−次電子２２の反射によるも
の）２３は、同じくターゲット１つから放出された低エ
ネルギの二次電子１６とは放出角の依存性が異なるので
チャンバ１５内に閉込められ、半導体ウェハ２に到達す
ることがない。このように、低エネルギの二次電子１６
のみが選択的にイオンビーム導入管１３内に導入される
ので、ウェハ表面が電子過剰状態になることが防止され
、適正にウェハ表面の正帯電を緩和することが可能であ
る。

また、ターゲット１９から放出された高エネルギの電子
２３は、チャンバ１５内に閉込められ、イオンビーム導
入管１３に入込む暑は極めて少なく、イオンビーム導入
管１３に入込んだ場合でも、イオンビーム導入管１３の
内壁と多数回衝突を受けるので、ウェハディスク１に到
達するときは低エネルギになっている。したがって、イ
オンビーム電流計測系から逃出す電子が極めて少なく、
イオンビーム電流計測の誤差、換言すれば半導体ウェハ
２の不純物ドーピング量の計測誤差が極端に小さくなる
。

また、二次電子発生機構く電子シヤワ装置１４）がイオ
ンビーム導入管１３とは独立に設けられているので、イ
オンビーム４によるターゲット１９などの汚染が生じる
ことはなく、−次電子２２の照射によりターゲット１９
が高温になっても、イオンビーム導入管１３の内壁に付
着している不純物を浮遊させ、またはスパッタリングす
ることもなく、イオンビーム導入管１３内および半導体
ウェハ２の不純物汚染は生じない。また、チャンバ１５
内のフィラメント１７はイオンビーム導入管１３から隔
絶されているので、フィラメント材料がイオンビーム導
入管１３内を汚染することがない。

［発明の効果コ 上述したように本発明のイオン注入装置によれば、高エ
ネルギの電子がウェハ表面に到達することを防止し、半
導体ウェハの電子過剰による負帯電および、これによる
絶縁破壊を防止し得る電子シヤワ装置を用いているので
、適正に半導体ウェハの正帯電を緩和することができる
。また、イオンビーム電流計測誤差の原因となっている
高エネルギの電子をイオンビーム電流計測系内に閉込め
ることができるので、不純物のドーピング最誤差を改善
することができる。また、電子シヤワ装置における一次
電子照割部（ターゲット）が高温になっても、これとは
独立に設けられているイオンビーム導入管およびウェハ
ディスク上の半導体ウェハがイオンビーム導入管の内壁
に付着している不純物によって汚染されることを防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン注入装置の一実施例を示す構成
説明図、第２図は従来のイオン注入装置を示す構成説明
図である。 １・・・・・・ウェハディスク、２・・・・・・半導体
ウェハ、４・・・・・・イオンビーム、５・・・・・・
イオンビーム電流計測器、１３・・・・・・イオンビー
ム導入管、１３′・・・・・・開口部、１４・・・・・
・電子シヤワ装置、１５・・・・・・二次電子放出チャ
ンバ、１５′・・・・・・開口部、１６・・・・・・二
次電子、１７・・・・・・フィラメント、１８・・・・
・・反制板、１９・・・・・・ターゲット、２０，２１
・・・・・・電源、２２・・・・・・−次電子、２３・
・・・・・反射電子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子シヤワ装置を有するイオン注入装置において
   、前記電子シヤワ装置は、イオンビーム導入管の電子導
   入用開口部に連通する二次電子放出用開口部を有し、イ
   オンビーム導入管に電気的に接続された二次電子放出用
   チャンバと、このチャンバ内に設けられた一次電子発生
   部と、この一次電子発生部から発生した一次電子をイオ
   ンビーム導入管内のイオンビーム方向に沿う方向に加速
   する加速手段と、前記チャンバ内で前記二次電子放出用
   開口部よりも試料設置部に近い方に位置し、前記加速手
   段により加速された一次電子が照射されることによって
   二次電子を放出する二次電子発生部とを具備することを
   特徴とするイオン注入装置。
2. （２）前記二次電子放出用チャンバは、イオンビーム導
   入管と並べて設けられ、前記チャンバ内で前記試料設置
   部から遠い方の一端部に一次電子発生部が設けられ、前
   記チャンバ内で前記試料設置部に近い方の他端部に二次
   電子発生部が設けられてなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のイオン注入装置。