JPS63141247A - イオンビ−ム装置 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術［第２図、第３図］ Ｄ１発明が解決しようとする問題点 Ｅ１問題点を解決するための手段 Ｆ８作用 Ｇ、実施例〔第１図コ Ｈ０発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はイオンビーム装置、特にエミッタと引出電極と
の間に高電圧を印加することによりエミッタ表面からイ
オンビームを発生させるイオンビーム装置に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、エミッタと引出′６極との間に高電圧を印加
することによりエミッタ表面からイオンビームを発生さ
せるイオンビーム装置において、 イオンビームの集束性に影Δを及ぼずことなくイオンビ
ームの中心軸と、コンデンサレンズ電４５等からなるビ
ーム制御系の光軸との間のアライメントを行うことがで
きるようにするため、エミッタと一体に傾動する引出電
極と、該引出電極の反エミッタ側に設けられたコンデン
サレンズ電極のうちの最もエミッタ側の電極とを同電位
にしたものである。

（Ｃ，従来技術）［第２図、第３図］ ＩＣ，ＬＳＩ、超ＬＳＩと半導体装置の高集積化に伴い
、半導体基板の表面部への不純物の導入はほとんど例え
ば特開昭５８−３２３４６号公報で紹介されているよう
にイオン注入法で行われるようになっている。そして、
イオン注入には従来から第２図に示すようなイオンビー
ム装置が多く使用されてきた。このイオンビーム装置は
上記公報に記載されたイオン注入法で用いられる液体イ
オン源式ものではなく気体イオン源式のものである。同
図において、ａは冷凍機で、これの先端部すにはヘリウ
ムＨｅガスが通るガス通路Ｃが形成されている。ｄは冷
凍機ａの先端部すの端面に形成された絶縁サファイアで
、上記ガス通路Ｃと連通ずるガス通路ｅを有している。

該ガス通路ｅは絶縁サファイアｄの周面に開［１してい
る。ｆは筒状の熱輻射シールドで、冷凍機先端部ｅの周
囲を外部から遮るように設けられている。

ｇは例えばタングステンＷからなる針状のエミッタで、
上記絶縁サファイアｄの先端面の中心部に垂設されてい
る。ｈは上記熱輻射シールドｆの下端部に取り付けられ
たドーナツ状の引出電極で、その中心孔に上記エミッタ
ｇの先端が臨むようになっている。該引出電極りは電気
的に接地され、またエミッタｇは接地に対して数ＫＶか
ら数十ＫＶのプラスの電位が与、えられており、該エミ
ッタｇと引出電極りとの間の電位差によってエミッタｇ
の表面に非常に高い電界を生ゼしめるべく引出電極りは
エミッタｇに非常に近接して設けられている。また、ヘ
リウムＨｅガスの供給量を少なくしつつ差動排気により
エミッタｇの先端の表面側におけるヘリウムＨｅガスの
ガス圧を高くする意味で・も引出電極りはエミッタｇに
可能な限り近づける必要がある。

尚、ｉは真下に向う方向から外れたイオンビームを遮蔽
するアパーチャ、ｊは集束レンズ、ｋ。

ｋはアライメント電極、立、見はグランキング電極、ｍ
は対物レンズ電極、ｎ、ｎは偏向電極、０はイオンビー
ムの照射を受ける半導体基板である。

このようなイオンビーム装置は、部材ａｚｈからなりイ
オンビームを発生するイオンガンＰと、該イオンガンｐ
から出射されたイオンビームに対して集束、ブランキン
グ、偏向等の制御を行う制御系ｑとからなると考えるこ
とができ、イオンガンＰ＆び制御系９は例えば１０−９
［Ｔｏｒｒｌ以下という高真空にすることができる真空
槽内に設けられている。そして、高真空の下でガス通路
ｃ、ｅを通して熱輻射シールドｆ内に供給されたヘリウ
ムＨｅガスはエミッタｇと引出電極りとの間に印加され
た高電圧によって生じる強い電界によって原子イオン化
し、そのイオンがエミッタｇの表面から引出′ｆｊｆ、
極りの中心孔を通って下側に引き出されてイオンビーム
ＩＢとなり、アパーチャｉによって真下に向う方向から
外れたイオンビームＩＢは遮蔽され、アパーチャｉを通
過したイオンビームＩＢが３つの電極からなるコンデン
サレンズ電極ｊによって集束される。

第３図は別の従来例を示すもので、この従来例はアパー
チャｉを設けず、しかも引出電極ｋをコンデンサレンズ
電極ｊの最もイオンガン側の電極ｊ′としても機能させ
るようにしたものである。

このようにするのは、コンデンサレンズ電８ｉｊをより
エミッタｇに近づけることによりエミッタｇから広い照
射角にわたって出射されるイオンをエミッタｇに近いと
ころで収束して被照射体に照射されるイオンビームＩＢ
のビーム量を増やし輝度を強くするためである。

即ち、エミッタｇからは比較的広い照射角にわた）てイ
オンが出射されるので、コンデンサレンズ電極ｊをエミ
ッタｇから離すと出射されるイオンのごく−・部分しか
イオンビームとして利用することができず、イオンビー
ムが低輝度になる。

従って、イオンビームをより高輝度にするにはコンデン
サレンズ電極ｊをよりエミッタｇに近づける方が良く、
そこで第３図に示すようにコンデンサレンズ電極ｊのイ
オンガン側の電極ｊ′が引出型ｉｋのところに位置する
ところまでコンデンサレンズ電極ｊをエミッタｇに近づ
けると共に、そのコンデンサレンズ電極ｊのイオンガン
側の電極ｊ′を引出型ｇＩｋとしても機能させるもので
ある。即ち、コンデンサレンズ電極ｊのイオンガン側の
電極ｊ′　と引出電極にとを一つの′に極で兼用したの
である。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、第２
図に示したイオンビーム装置は上述したところから明ら
かなように、エミッタｇとコンデンサレンズ電極ｊとの
距離が離れているので高輝度化を図ることが難しく、よ
り高輝度のイオンビームを得るうえでは第３図に示した
イオンビーム装置の方が好ましい。しかし、第３図に示
したイオンビーム装置にはイオンビームの中心軸と；ｖ
制御系９の光軸とをアライメントするべくイオンガンｐ
を傾動するとコンデンサレンズ電極ｊによるイオンビー
ムの集束性が悪くなる。従って、イオンガンｐと制御系
ｑの光軸との間をイオンビームの集束性をそこなうこと
なく機械的にアライメントすることは非常に困難であっ
た。

この問題について具体的に説明すると、エミッタｇから
出射されるイオンビームの中心軸は制御系９の光軸と一
致させなければ制御系ｑの機能を有効に発揮させること
ができず所望の微細領域へイオン注入をすることはでき
ないので、イオンガンｐを傾動させてエミッタｇから出
射されるイオンビームの中心軸を制御＆ｑの光軸に一致
させるアライメントができるようにする必要がある。と
ころか、第３図に示すイオンビーム装置においては、エ
ミッタｇと引出型ｉｋを含むイオンガンｐを一体に傾動
させてイオンビームの中心軸の制御系９に対する向きを
調整するとその引出電極ｋがコンデンサレンズ電極、極
ｊのイオンガン側電極ｊ′も兼ねているのでコンデンサ
レンズ電極ｊの収束性能が大きく低下してしまう。とい
うのは、コンデンサレンズ電極ｊのうちのイオンガン側
電極ｊ′と他の２つの電極との位置関係がアライメント
により変化するとコンデンサレンズ電極ｊによる電界強
度分布もそれによって変化してしまい、その結果最も良
好な収束性能が得られるように調整されていたコンデン
サレンズ電Ｖｉｊの電界強度分布が狂ってしまうからで
ある。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、高輝度が得られるようにコンデンサレンズ電極を
エミッタに比較的近接した位置に設置するようにしつつ
イオンビームの集束性を損なうことなくイオンビームの
中心軸と光軸とのアライメントを行うことができるよう
にすることを目的とするものである。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明イオンビーム装置は上記問題点を解決するため、
エミッタと一体に傾動する・ｆオンヒームと、該イオン
ビームの反エミッタ側に設けられたコンデンサレンズ電
極のうちの最もエミッタ側の電極とを同電位にしたもの
である。

（Ｆ、作用） 本発明イオンビーム装置によれば、引出電極とコンデン
サレンズ電極のエミッタ側の電極とを別体にしつつ同電
位にするので、エミッタと一体に引出？を極をコンデン
サレンズ′ｒＦｉ極に対して傾動させてもコンデンサレ
ンズ電極による電界分布には変化が生ぜずイオンビーム
の集束性は損なわれない。従って、イオンビームの集束
性を低下させることなくイオンビームの中心軸の制御系
の光軸に対するアライメントを行うことができる。

（Ｇ、実施例）［第１図］ 以下、本発明イオンビーム装置を図示実施例に従って詳
細に説明する。

第１図は本発明イオンビーム装置の一つの実施例を示す
構成図であり、同図において１はイオンガン、２はイオ
ンビームに対して収束、プランキング、偏向等をするビ
ーム制御系である。

３はイオンガン１を構成するエミッタで、接地に対し＋
１００ＫＶの電位を与えられている。４は引出電極で、
接地に対して＋７０ＫＶの電位を与えられている。

５は制御系２を構成するコンデンサレンズ電極で、３つ
のドーナツ状電極６．７．８を中心軸が一致するように
、且つ適宜間隔をおいて設けてなり、該コンデンサレン
ズ電極５は引出電極４の直下に非常に近接して配置され
ている。コンデンサレンズ電極５のイオンガン側の電極
６は引出電極４と同じように接地に対して＋７０にＶの
電位を与えられている。コンデンサレンズ電極５の真ん
中の電極７は接地に対して＋７０乃至１００ＫＶの電位
を与えられており、そしてコンデンサレンズ電極５の一
番下側の電極８は接地されている。

９はアライメント電極、１０はブランキング電極、１１
は対物コンデンサレンズ電極、１２は偏向電極、１３は
イオンビームの照射を受ける半導体ウェハである。

この第１図に示したイオンビーム装置は、イオンガン１
全体を傾動してイオンビームの中心軸を動かし、その中
心軸を制御系２の光軸に対してアライメントすることが
できる。そのアライメントのときエミッタ３と引出型Ｖ
Ｕ４とは一体に動き、コンデンサレンズ電極５の電極６
に対する引出電極４の位置関係は変化するが、引出電極
４の電位は電極６の電位と全く同じであるので引出電極
４の位置変化がコンデンサレンズ電極５による電界の分
布に全く変化を与えない。従って２アライメントの際に
イオンビームの集束性が損なわれる虞れがなく、イオン
ビームの中心軸の制御系２の光軸に対するアライメント
をイオンビームの集束性を損なうことなく行うことがで
きる。また、木イオンビーム装置は第２図に示すイオン
ビーム装置のようにはコンデンサレンズ電極５が引出電
極４から離れておらず、コンデンサレンズ電極５によっ
てエミッタ３と近い位置にてイオンビームを集束するの
で充分な輝度のイオンビームを得ることができる。

上記実施例は本発明を気体イオン源式のイオンビーム装
置に適用したものであるが、本発明は液体イオン源式の
イオンビーム装置にも適用することができる。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明イオンビーム装置は、エミ
ッタと引出電極との間に高電圧を印加することによりイ
オン源からイオンビームな発生させるイオンビーム装置
において、イオンビームを集束させる電極が上記引出電
極と別に設けられ、上記イオンビームを集束させる電極
のうちの上記引出電極側の電極は上記引出電極と同電位
になるようにされたことを特徴とするものである。

従って、本発明イオンビーム装置によれば、引出電極と
コンデンサレンズ電極のエミッタ側の電極とを別体にし
つつ同電位にするので、エミッタと一体に引出電極をコ
ンデンサレンズ電極に対して傾動させてもコンデンサレ
ンズ電極による電界分布には影響が生ぜずイオンビーム
の集束性は槓なわれない。従って、イオンビームの集束
性を低下させることなくイオンビームの中心軸の制御系
の光軸に対するアライメントを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明イオンビーム装置の−っの実施例を示す
構成図、第２図は一つの従来例の構成図、第３図は別の
従来例の構成図である。 符号の説明 ３・・・エミッタ、４・・・引出電極、５・・・イオン
ビームを集束させる電極、６・・・引出電極側の電極、 １Ｂ・・・イオンビーム。 爽」乞例の構成図 第１図 一つのｔｉ来伊り構成図　　　別ｎ憔来伜ｊの構成図第
２図　　　　　　第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エミッタと引出電極との間に高電圧を印加するこ
   とによりエミッタ表面からイオンビームを発生させるイ
   オンビーム装置において、 イオンビームを集束させる電極が上記引出電極と別に設
   けられ、 上記イオンビームを集束させる電極のうちの上記引出電
   極側の電極は上記引出電極と同電位になるようにされた ことを特徴とするイオンビーム装置