JPS63230875A - Ion-beam irradiation device - Google Patents

Ion-beam irradiation device

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Publication number
JPS63230875A
JPS63230875A JP62064861A JP6486187A JPS63230875A JP S63230875 A JPS63230875 A JP S63230875A JP 62064861 A JP62064861 A JP 62064861A JP 6486187 A JP6486187 A JP 6486187A JP S63230875 A JPS63230875 A JP S63230875A
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JP
Japan
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ion beam
electron
electrons
ion
neutralizer
Prior art date
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Pending
Application number
JP62064861A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Sasaki
茂雄 佐々木
Naomitsu Fujishita
直光 藤下
Yasushi Matsumura
寧 松村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Priority to US07/166,074 priority patent/US4916311A/en
Publication of JPS63230875A publication Critical patent/JPS63230875A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/14Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using charge exchange devices, e.g. for neutralising or changing the sign of the electrical charges of beams
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00Irradiation devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

PURPOSE:To stably neutralize the electric charge of the ion on the surface of a sample irrespective of the current density and shape of the ion beam by providing a means for pulling out an electron toward an ion beam and a means for controlling the energy of the electron to the neutralizer of the title ion-beam irradiation device. CONSTITUTION:When an ion beam 10 is projected on the surface of the sample 7, an electron is emitted from the electron source 1 of the neutralizer 11 to neutralize the ion beam 10. A first diffusion preventive means 4 for preventing the diffusion of the electron emitted from the electron source 1 to the outside, a second diffusion preventive means 6 for preventing the diffusion of the electron taken into the ion beam orbit in the direction opposite to the flow of the ion beam 10, a means 20 for pulling out the electron emitted from the electron source 1 toward the ion beam orbit, and a means 22 for controlling the energy of the pulled-out electron are provided to the neutralizer 11. As a result, the probability of capturing electrons by the ion beam 10 is maximized irrespective of the current density, etc., of the ion.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば絶縁体あるいは半導体の表面改質、
加工、及び膜形成などに利用するイオンビーム照射装置
に関する。具体的には全体あるいは一部が電気的に絶縁
された試料の表面電位を制御できる中和器を有するイオ
ンビーム照射装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention is applicable to, for example, surface modification of insulators or semiconductors,
This invention relates to an ion beam irradiation device used for processing, film formation, etc. Specifically, the present invention relates to an ion beam irradiation device having a neutralizer capable of controlling the surface potential of a sample whose whole or part is electrically insulated.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

イオン照射技術の内で、例えば半導体のイオン注入機は
集積回路への不純物ドーピング技術として実用化されて
いる。
Among ion irradiation techniques, for example, semiconductor ion implanters have been put to practical use as a technique for doping impurities into integrated circuits.

しかし、例えばtMbitDRAMのようにサブミクロ
ンクラスの線幅や絶縁層厚さの寸法を持つ高実装密度の
集積回路に大電流のAs  イオン注入を行つた場合、
集積回路内の絶縁層及び絶縁層で囲まれた露出半導体層
や導電層が、入射するイオンビームによる正電荷の蓄積
(以後、正帯電と呼ぶ)で高電位になるため、後に続く
イオンビームラ偏向させて不均一な注入が発生したシ、
時には電気的な絶縁破壊が生じ、集積回路が動作不能と
なる。
However, when high-current As ion implantation is performed on a high-density integrated circuit, such as a tMbit DRAM, which has submicron line width and insulation layer thickness,
The exposed semiconductor layer and conductive layer surrounded by the insulating layer and the insulating layer in the integrated circuit become high potential due to the accumulation of positive charge (hereinafter referred to as positive charging) due to the incident ion beam, which causes subsequent ion beam deflection. If uneven injection occurs due to
Sometimes electrical breakdown occurs, rendering the integrated circuit inoperable.

従って、スループット向上を目的に大電流型のイオン注
入機を導入しても、集積回路における正帯電現象が顕著
に発生しないイオン電流値に制限せざるを得ない状況に
あシ、実用上大きな問題となっている。
Therefore, even if a high-current ion implanter is introduced for the purpose of improving throughput, the ion current must be limited to a value that does not significantly cause positive charging in integrated circuits, which is a major practical problem. It becomes.

この問題を解決するため、集積回路表面に導電性物質を
コーティングしてからイオン注入を実施する方法がある
。この方法の詳細については、例えば特開昭57−75
468号公報、特開昭58−75468号公報、特開昭
60−188757号公報などで論じられているが、注
入プロセスの前後で導電性物質のコーティング及びその
除去プロセスが付は加わるため、集積回路製造プロセス
全体が繁雑になシ、歩留シとスループットの低下につな
がる。
To solve this problem, there is a method of coating the surface of the integrated circuit with a conductive material and then performing ion implantation. For details of this method, see, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-75
As discussed in JP-A No. 468, JP-A-58-75468, JP-A-60-188757, etc., the process of coating a conductive material and its removal is added before and after the implantation process, so it is difficult to integrate. The entire circuit manufacturing process becomes complicated, leading to lower yield and throughput.

従って、集積回路表面上での正帯電を防止する方法とし
てイオンビーム内あるいは集積回路(以後、試料と呼ぶ
)表面上に電子を供給してイオンビームを中性化する方
法が実用上注目されている。
Therefore, as a method to prevent positive charging on the surface of an integrated circuit, a method of neutralizing the ion beam by supplying electrons into the ion beam or onto the surface of the integrated circuit (hereinafter referred to as a sample) is attracting attention in practice. There is.

電子を用いてイオンビームを中性化する従来例として、
電子を直接試料に打ち込むことで正帯電を防止する方法
(例えば特開昭59−204281号公報)があるが、
イオンビームが照射されていない試料表面にも電子流が
照射されるため、その領域では電子による負帯電が生じ
、試料が絶縁破壊する問題がある。
As a conventional example of neutralizing an ion beam using electrons,
There is a method of preventing positive charging by directly injecting electrons into the sample (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-204281).
Since the surface of the sample that is not irradiated with the ion beam is also irradiated with the electron flow, there is a problem that negative charging occurs due to the electrons in that area, resulting in dielectric breakdown of the sample.

又、デビット・アープ・ロバートソン等ノ「正電荷のイ
オンビームの中性化を強化するための方法及び装置」(
特開昭57−87056号公報)は、1次電子を加速引
き出してダミーターゲットに当て、そこから発生する2
次電子でイオンビームを中性化する方法である。この方
法は、ダミーターゲットから放出される2次電子のエネ
ルギー分布において、 1oeV程度の低エネルギーの
2次電子を利用する点で効果があるが、1次電子と同一
の数100eVのエネルギーを持つ反射電子の゛試料へ
の影響及びダミーターゲットの表面状態によって2次電
子の放出量が大巾に変化するなどの実用上の問題点が残
されている。
Also, "Method and Apparatus for Enhanced Neutralization of Positively Charged Ion Beams" by David Earp Robertson et al.
(Japanese Patent Laid-open No. 57-87056), primary electrons are accelerated and applied to a dummy target, and the 2
This method uses secondary electrons to neutralize the ion beam. This method is effective in that it uses secondary electrons with low energy of about 1 oeV in the energy distribution of secondary electrons emitted from the dummy target. Practical problems remain, such as the amount of secondary electrons emitted varies widely depending on the influence of electrons on the sample and the surface condition of the dummy target.

更に、本出願人によるイオンビームを中和する方法とし
て、第8図に示すイオンビームを中和する装置(以後、
中和器と呼ぶ)がある。
Furthermore, as a method of neutralizing an ion beam proposed by the present applicant, an apparatus for neutralizing an ion beam (hereinafter referred to as
There is a neutralizer (called a neutralizer).

図において、(1)は電子を放出する電子放出源で、例
えばフィラメントであり、第1電源(2)で加熱され、
第2電源(3)によシミ位が与えられる。(4)はフィ
ラメント(1)から発生した電子、例えば熱電子が外部
に拡散するのを防止する第1拡散防止手段で、例えば電
子シールド電極であシ、第8電源(5)によシ負電位が
与えられる。(6)はイオンビーム軌動に引き出され、
イオンビームに取り込まれた電子がイオンビームの進行
方向と逆方向に拡散するのを防止する第2拡散防止手段
で、例えばシールド電極であシ、第4電源(8目ζよシ
負電位が与えられる。
In the figure, (1) is an electron emission source that emits electrons, for example a filament, which is heated by a first power source (2),
A stain position is applied to the second power source (3). (4) is a first diffusion prevention means for preventing electrons generated from the filament (1), such as thermoelectrons, from diffusing to the outside; for example, an electronic shield electrode is used to prevent the electrons generated from the filament (1) from diffusing to the outside; A potential is applied. (6) is drawn out into the ion beam orbit,
A second diffusion prevention means that prevents electrons taken into the ion beam from diffusing in a direction opposite to the traveling direction of the ion beam. It will be done.

(7)は試料、(9)は試料台、αGはイオンビームで
ある。
(7) is a sample, (9) is a sample stage, and αG is an ion beam.

αηは試料(7)表面におけるイオンの電荷を中和する
中和器である。
αη is a neutralizer that neutralizes the charge of ions on the surface of the sample (7).

第4図は従来のイオンビーム照射装置の一例であるイオ
ンビーム注入装置の概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of an ion beam implantation device, which is an example of a conventional ion beam irradiation device.

図において、(2)は大電流のイオンビームを発生する
イオン源、(至)はイオン引き出し電極であシ、減速電
源α→によシミ子がイオン源(2)に逆流しないように
負の電位に維持される。に)は減速電極であシ接地電位
に維持される。Mは加速引き出し電源、αηは質量分離
器、(至)は質量分離された特定のイオン種のみを通過
させるアパーチャである。
In the figure, (2) is an ion source that generates a large current ion beam, (to) is an ion extraction electrode, and a negative maintained at a potential. ) is maintained at ground potential by a deceleration electrode. M is an acceleration extraction power source, αη is a mass separator, and (to) is an aperture that allows only mass-separated specific ion species to pass through.

第5図は第8図に示す中和器を用い、全面が絶縁体であ
る試料表面における帯電状頗をイオンビーム電流の変化
に対して示した中和特性のグラフであシ、横軸にAr 
 イオン電流(mA)、縦軸にイオンビームの帯電によ
る電位(KV)を示す。
Figure 5 is a graph of neutralization characteristics using the neutralizer shown in Figure 8, showing the charged state on the surface of a sample whose entire surface is an insulator as a function of changes in ion beam current. Ar
The ion current (mA) is shown, and the vertical axis shows the potential (KV) due to charging of the ion beam.

次に動作について説明する。中和器(ロ)に入射したイ
オンビームαOは極く近接して設けられたフィラメント
(1)から放出された電子を、両者の電位差が零になる
までイオンビーム電流内に引き込み、中和器αυ近傍の
イオンビームαGは中性化される。この場合の中性化と
は、イオンビームαO内の個々のイオンが電子と結合し
完全な中性粒子になっていることではない、イオンビー
ムαO内でのイオン密度と電子密度が等しい状態にあシ
、イオンはビームとして動作し、電子は電子として動作
しながら、電子はイオンビーム自身が形成する正電場中
で捕獲された状!!(以後、プラズマ状態と呼ぶ)を言
う。
Next, the operation will be explained. The ion beam αO incident on the neutralizer (b) draws electrons emitted from the filament (1) installed very close into the ion beam current until the potential difference between the two becomes zero, and the neutralizer The ion beam αG near αυ is neutralized. Neutralization in this case does not mean that individual ions in the ion beam αO combine with electrons to become completely neutral particles, but rather that the ion density and electron density in the ion beam αO are equal. While ions act as a beam and electrons act as electrons, the electrons are trapped in the positive electric field formed by the ion beam itself! ! (hereinafter referred to as the plasma state).

内部がプラズマ状態にある中和器αυに第2電源(3)
で負電位を与えると、試料(7)との間に電位勾配が生
じ、プラズマ内の電子は試料(7)方向に移動する。今
、イオンビームαG内のイオン密度と電子密度が等しい
ので、試料(7)への電子の移動速度とイオンビームの
入射速度を同じになるように第2電源(3)で電子の移
動速度をコントロールすれば、試料(7)に到達するイ
オンと電子の数が等しくなシ、試料(7)表面で中和さ
れる。この現象を数式で簡単に表わすと、中和に必要な
電子の移動エネルギーEe、電子の質量m、電子の移動
速度Me、イオンの入射エネルギーEi1イオンの質量
M、イオンの入射速度Viとすると、Ee= −mVe
 、 Ei=−!−MVi”であり、Ve=Vio条件
からEe=MEiが成立つe即ち入射イオン種が変って
も、上式の関係が成立つため、中和が可能である。
A second power supply (3) is applied to the neutralizer αυ whose interior is in a plasma state.
When a negative potential is applied to the sample (7), a potential gradient is generated between the sample (7) and the electrons in the plasma move toward the sample (7). Now, since the ion density and electron density in the ion beam αG are equal, the second power source (3) adjusts the electron movement speed so that the electron movement speed to the sample (7) and the ion beam incidence speed are the same. If controlled, the numbers of ions and electrons reaching the sample (7) are equal and will be neutralized on the surface of the sample (7). To express this phenomenon simply in a mathematical formula, let Ee be the electron movement energy required for neutralization, the electron mass m, the electron movement speed Me, the ion incident energy Ei1, the ion mass M, and the ion incident speed Vi. Ee=-mVe
, Ei=-! -MVi'', and Ee=MEi holds from the Ve=Vio condition. In other words, even if the incident ion species changes, the above equation holds, so neutralization is possible.

又、イオン照射に伴なう試料(7)からの2次電子放出
で生ずる試料(7)の正帯電も、電子の移動エネルギー
を高くシ、放出される2次電子量と同量の電子を中和器
aηから供給することにより解消され、試料(7)表面
の中和が保たれる。
In addition, the positive charging of the sample (7) caused by the emission of secondary electrons from the sample (7) during ion irradiation also increases the transfer energy of the electrons, causing the same amount of electrons to be emitted. This problem is eliminated by supplying it from the neutralizer aη, and the neutralization of the surface of the sample (7) is maintained.

更に、試料(7)に正帯電による電位変動が生じた場合
、電位変動に応じて電子の移動エネルギーも変化し、常
に自動的に電子量が調整される。
Further, when a potential fluctuation occurs in the sample (7) due to positive charging, the electron transfer energy also changes according to the potential fluctuation, and the amount of electrons is always automatically adjusted.

なお、電子シールド電極(4)は、フィラメント(1)
に対し負電位を印加しているので、電子が外部へ拡散す
ることを防止し、効率良くイオンビームαGへ電子を供
給するとともに、試料(7)へ直接電子が入射すること
を防止する。そしてシールド電極(6)はイオンビーム
軌道内の電子がイオン5(2)方向に移動するのを防止
するとともに、イオンビームαG内の電子を効率良く試
料(7)方向へ供給する役目を持つ。
In addition, the electronic shield electrode (4) is a filament (1)
Since a negative potential is applied to the sample (7), electrons are prevented from diffusing to the outside, and electrons are efficiently supplied to the ion beam αG, and electrons are prevented from directly entering the sample (7). The shield electrode (6) has the role of preventing electrons in the ion beam trajectory from moving toward the ions 5 (2) and efficiently supplying electrons within the ion beam αG toward the sample (7).

第4図に示すように、大電流のイオン注入装置ハ、主と
して、イオン源(2)、必要なイオンを選別する質量分
離器αη、及び注入室から構成されていル、イオン源(
2)は大電流のイオンビームaOを発生させることがで
きるプラズマ型が一般的である。
As shown in FIG. 4, a large current ion implantation apparatus (3) is mainly composed of an ion source (2), a mass separator αη for selecting necessary ions, and an implantation chamber.
2) is generally a plasma type that can generate a large current ion beam aO.

従って、例えばイオンビームaOの電流値を変化させる
とイオン源(2)のイオンビームαGの放出面が変化し
、イオンビーム(II1の軌道が変わる。その結果、中
和器aυが設置されている付近のイオンビームαGの密
度分布及びビーム形状が変化する。このため、第6図の
グラフに示すように、イオンビームQOの電流値に対し
試料表面の帯電による電位が変動する。
Therefore, for example, when the current value of the ion beam aO is changed, the emission surface of the ion beam αG of the ion source (2) changes, and the trajectory of the ion beam (II1) changes.As a result, the neutralizer aυ is installed. The density distribution and beam shape of the nearby ion beam αG change.Therefore, as shown in the graph of FIG. 6, the potential due to the charging of the sample surface changes with respect to the current value of the ion beam QO.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来のイオンビーム照射装置は以上のように構成されて
いるので、(I) 1次電子あるいは反射電子による負
帯電が生じる、(II) 2次電子の放出量が変化し、
試料表面の帯電状態が変化するなどの問題があった。ま
た、(+1 、 (II)を解消できる中和器に関して
も、イオンビームの密度分布及びビーム形状の変化に対
して試料表面の帯電状態が変化するという問題点があっ
た。
Conventional ion beam irradiation equipment is configured as described above, so that (I) negative charging occurs due to primary electrons or reflected electrons, (II) the amount of secondary electron emission changes,
There were problems such as changes in the charged state of the sample surface. Furthermore, regarding the neutralizer that can eliminate (+1, (II)), there is a problem in that the charged state of the sample surface changes with changes in the density distribution and beam shape of the ion beam.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、イオンビームの密度分布や形状及び電流量が
変化しても常に試料表面を中和できるとともに、電子に
よる負の帯電を低減できるイオンビーム照射装置を得る
ことを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and it can constantly neutralize the sample surface even if the density distribution, shape, and current amount of the ion beam changes, and also reduces negative charging caused by electrons. The purpose of this study is to obtain an ion beam irradiation device that can be used.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係るイオンビーム照射装置は、電子を発生す
る電子放出源、この電子放出源から発生した電子をイオ
ンビーム軌道奢ζ向って引き出す電子引き出し手段、引
き出された電子のエネルギーを制御する電子エネルギー
制御手段、電子放出源で発生した電子が外部へ拡散する
ことを防止する第1拡散防止手段、及びイオンビーム軌
道に引き出され、イオンビームに取り込まれた電子がイ
オンビームの進行方向と逆方向に拡散することを防止す
る第2拡散防止手段を有する中和器を備えたものである
The ion beam irradiation apparatus according to the present invention includes an electron emission source that generates electrons, an electron extraction means for extracting the electrons generated from the electron emission source toward the ion beam trajectory, and an electron energy source that controls the energy of the extracted electrons. a control means, a first diffusion prevention means for preventing the electrons generated by the electron emission source from diffusing to the outside, and a first diffusion prevention means for preventing the electrons generated in the electron emission source from diffusing to the outside; It is equipped with a neutralizer having a second diffusion prevention means for preventing diffusion.

〔作用〕[Effect]

この発明における中和器は、電子放出源から電子引き出
し手段によシミ子を一定量引出し、イオンビームによる
電子の捕獲確率が最大になるように電子エネルギー制御
手段で電子のエネルギーを制御することによ)、イオン
ビームをプラズマ状態にする。
The neutralizer in this invention extracts a certain amount of shims from an electron emission source by an electron extraction means, and controls the energy of the electrons by an electron energy control means so that the probability of electron capture by the ion beam is maximized. ), turns the ion beam into a plasma state.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、勾はフィラメント(1)とイオンビーム軌
道の間に設けられ、フィラメント(1)から電子を第6
電源(2)によシ引き出すための電子引き出し手段で、
電子引き出し電極、(2)は電子引き出し電極勾とイオ
ンビーム軌道の間に設けられ、引き出された電子のエネ
ルギーを第61(源(至)で制御するための電子エネル
ギー制御手段で、電子エネルギー制御電極である。なお
、第5電流(2)のマイナスと第6電源(至)のマイナ
ス及びフィラメント(1)の一端は図に示したように同
一の電位になるように接続されている。なお、電子引き
出し電極(1)及び電子エネルギー制御[極に)は、フ
ィラメント(1)から引き出された電子が通過できるよ
うに例えば格子状の形状で、モリブデンなどの高融点材
料によって形成されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In the figure, a gradient is provided between the filament (1) and the ion beam trajectory, and the electrons from the filament (1) are
An electronic withdrawal means for withdrawing from the power source (2),
The electron extraction electrode (2) is provided between the electron extraction electrode slope and the ion beam trajectory, and is an electronic energy control means for controlling the energy of the extracted electrons at the 61st source. The negative of the fifth current (2), the negative of the sixth power source (to), and one end of the filament (1) are connected so that they have the same potential as shown in the figure. , the electron extraction electrode (1) and the electron energy control [pole] have a grid-like shape, for example, and are made of a high melting point material such as molybdenum so that the electrons extracted from the filament (1) can pass therethrough.

次に動作について説明する。フィラメント(1)を#1
8電子が充分放出できうる高温になるまで第1?[源(
2)で加熱する。フィラメント(1)をマイナス、電子
引き出し電Wi曽をプラスとして、例えばVaの電圧を
第5電源Q1)で印加すると、フィラメント(1)が空
間電荷領域を充分クリアする高温状態にある場合には、
Po1ssonのよる空間電荷式が成立ち、電子電流密
度JeはJe=KIVa’で与えられる。ただし、K1
は電子の初速波あるいは電極間距離・電極形状等に依存
する係数である。上式より電子電流密度Jeは引き出し
電圧の8/2乗に従って増減される。
Next, the operation will be explained. Filament (1) #1
1st until the temperature reaches a high enough temperature to emit enough 8 electrons. [source(
2) Heat. When the filament (1) is set as negative and the electron extraction voltage Wi is set as positive, for example, when a voltage of Va is applied from the fifth power supply Q1), if the filament (1) is in a high temperature state that sufficiently clears the space charge region,
The space charge equation according to Polsson is established, and the electron current density Je is given by Je=KIVa'. However, K1
is a coefficient that depends on the initial velocity wave of electrons, the distance between electrodes, the shape of electrodes, etc. From the above equation, the electron current density Je is increased or decreased according to the 8/2 power of the extraction voltage.

次に第6*[(至)でフィラメント(1)をマイナス、
電子エネルギー制御電極に)をプラスとして、Vcの電
圧を印加する。この場合、もしVc = Vaとすれば
、電子引き出し電Wi(1)と電子エネルギー制御電a
iに)は同電位とな6 、 Vaの電圧で引き出された
電子流はそのままのエネルギーを保持した状態で電子エ
ネルギー制御電極(2)を通過する。又、Vc=0とす
れば電子引き出し電極(1)で加速された電子流は電子
エネルギー制御電極(2)に近づくにつれ急速に減速さ
れ、結果的には電子エネルギー制御電極(2)の近傍で
停留する。従って、例えばVc=10V印加した場合、
電子エネルギー制御室′極(2)からtoeVのエネル
ギーを持った電子流がイオンビーム軌道の方向に移動す
ることになる。
Next, minus the filament (1) at the 6th *[(to),
A voltage of Vc is applied to the electronic energy control electrode, with the voltage Vc being positive. In this case, if Vc = Va, the electron extraction voltage Wi(1) and the electronic energy control voltage a
i) are at the same potential 6, and the electron flow extracted at a voltage of Va passes through the electron energy control electrode (2) while retaining the same energy. Furthermore, if Vc = 0, the electron flow accelerated at the electron extraction electrode (1) is rapidly decelerated as it approaches the electron energy control electrode (2), and as a result, the electron flow accelerates near the electron energy control electrode (2). stop. Therefore, for example, when applying Vc=10V,
An electron stream with toeV energy moves from the electron energy control chamber's pole (2) in the direction of the ion beam trajectory.

イオン源(2)から引き出されたイオンビームαGは質
量分離器α力を通シ、中和器aυに入射する。中和器0
1)ではイオン密度分布やビームの断面形状やビーム径
の違うイオンビームQOが入射しても、電子エネルギー
を制御することによシ中和器αυの中和領域7における
イオンビームαOの電子捕獲断面積に見合つ良電子エネ
ルギーと電子量をイオンビームQ(Iの体積内に取り込
ませることができ、イオン密度と電子密度が同量のプラ
ズマ状態を形成する。
The ion beam αG extracted from the ion source (2) passes through the mass separator α force and enters the neutralizer aυ. Neutralizer 0
In 1), even if ion beams QO with different ion density distributions, beam cross-sectional shapes, and beam diameters are incident, electrons of the ion beam αO are captured in the neutralization region 7 of the neutralizer αυ by controlling the electron energy. Good electron energy and amount of electrons commensurate with the cross-sectional area can be taken into the volume of the ion beam Q(I), forming a plasma state with the same amount of ion density and electron density.

この後の動作は従来に示したとおシであシ、この発明の
目的に供せられる。第2図は従来の装置についての中和
特性を示した第5図と同様のAr  イオン電流(mA
)に対するイオンビームの帯電による電位(KV)を示
す結果を示す。図で明らかなように帯電による電位はイ
オン電流量と無関係に低くかつ一定になる。従ってイオ
ンビームの密度分布、ビーム形状及び電流量が変化して
も常に安定して試料表面を中和できる。
The subsequent operations are the same as those described in the prior art and serve the purpose of the present invention. Figure 2 shows the same Ar ion current (mA
), the results show the potential (KV) due to charging of the ion beam. As is clear from the figure, the potential due to charging is low and constant regardless of the amount of ion current. Therefore, even if the ion beam density distribution, beam shape, and current amount change, the sample surface can always be stably neutralized.

なお上記実施例では、中和器αυの設置は、例えば質量
分離された特定のイオン種のみを通過させるアパーチャ
の位置にしたが、イオンビーム00の形状に無関係に中
和が可能であるので、イオンビームQOが中和器(ロ)
内を貫通できるならば、質量分離器a力と試料の間であ
ればどこでも良い。
In the above embodiment, the neutralizer αυ was installed at the aperture position that allows only the mass-separated specific ion species to pass through, but neutralization is possible regardless of the shape of the ion beam 00. Ion beam QO is a neutralizer (b)
Anywhere between the mass separator a force and the sample can be used as long as it can penetrate inside.

又、イオンビームαOのエネルギーに対応して、イオン
ビーム00とプラズマ状態を形成するように電子のエネ
ルギーを制御できるので、イオンビーム注入に限らず加
工、成膜などの半導体及び絶縁体を対象としたプロセス
に適用できるとともにそ、れらの装置に任意に装着が可
能である。さらに、金属に例えば5intの複合膜を形
成するプロセス及び装置化に関しても、上記実施例と同
様の効果を奏する。
In addition, the energy of electrons can be controlled to form a plasma state with the ion beam 00 in accordance with the energy of the ion beam αO, so it can be used not only for ion beam implantation but also for processing semiconductors and insulators such as film formation. It can be applied to various processes and can be attached to these devices as desired. Furthermore, the same effects as in the above embodiment can be achieved with respect to the process and equipment for forming, for example, a 5-inch composite film on metal.

又、電極(ホ)、@の形状は格子状に限るものではなく
、電子が通過可能な形状であればよい。
Further, the shape of the electrodes (e) and @ is not limited to a grid shape, but may be any shape that allows electrons to pass therethrough.

又、各部に対する電位の与え方は、上記実施例に限るも
のではない。
Furthermore, the way in which potential is applied to each part is not limited to the above embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、電子を発生する電子
放出源、この電子放出源から発生した電子をイオンビー
ム軌道に向って引き出す電子引き出し手段、引き出され
た電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段
、電子放出源で、発生した電子が外部へ拡散することを
防止する第1拡散防止手段、及びイオンビーム軌道に引
き出され、イオンビームに取り込まれた電子がイオンビ
ームの進行方向と逆方向に拡散することを防止する第2
拡散防止手段を有する中和器を備えたことによ勺、電子
のエネルギーを制御して、イオンの電流密度などの変化
には無関係にイオンビームによる電子の捕獲確率を最大
にでき、イオンビームの電流密度や形状等に無関係に試
料表面のイオンの電荷を中和できる効果がある。
As described above, according to the present invention, there is provided an electron emission source that generates electrons, an electron extraction means for extracting the electrons generated from the electron emission source toward the ion beam trajectory, and an electron energy source that controls the energy of the extracted electrons. a control means, a first diffusion prevention means for preventing the electrons generated by the electron emission source from diffusing to the outside, and a first diffusion prevention means for preventing the electrons generated by the electron emission source from diffusing to the outside; The second step is to prevent the spread of
Equipped with a neutralizer with diffusion prevention means, it is possible to control the electron energy and maximize the probability of electron capture by the ion beam, regardless of changes in the ion current density, etc. It has the effect of neutralizing the charge of ions on the sample surface regardless of current density, shape, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図のこの発明の一実施例によるイオンビーム照射装
置に係る中和器を示す断面的構成図、第2図はこの発明
の一実施例に係わる中和特性を示すグラフ、第8図は従
来のイオンビーム照射装置に係る中和器を示す断面的構
成図、第4図は従来のイオンビーム照射装置を示す概略
構成図、第5図は従来装置に係る中和特性を示すグラフ
である。 (1)・・・電子放出源、(4)・・・第1拡散防止手
段、(6)・・・第2拡散防止手段、αυ・・・中和器
、曽・・・電子引き出し手段、(2)・・・電子エネル
ギー制御手段。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a neutralizer related to an ion beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing neutralization characteristics according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram showing a neutralizer related to a conventional ion beam irradiation device, FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a conventional ion beam irradiation device, and FIG. 5 is a graph showing neutralization characteristics related to the conventional device. . (1)...Electron emission source, (4)...First diffusion prevention means, (6)...Second diffusion prevention means, αυ...Neutralizer, Zeng...Electron extraction means, (2)...Electronic energy control means. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)イオンビームを試料表面に照射するイオンビーム
照射装置において、電子を発生する電子放出源、この電
子放出源から発生した電子をイオンビーム軌道に向つて
引き出す電子引き出し手段、引き出された電子のエネル
ギーを制御する電子エネルギー制御手段、上記電子放出
源で発生した電子が外部へ拡散することを防止する第1
拡散防止手段、及び上記イオンビーム軌道に引き出され
、イオンビームに取り込まれた電子が上記イオンビーム
の進行方向と逆方向に拡散することを防止する第2拡散
防止手段を有する中和器を備えたイオンビーム照射装置
(1) In an ion beam irradiation device that irradiates an ion beam onto a sample surface, an electron emission source that generates electrons, an electron extraction means that extracts the electrons generated from the electron emission source toward the ion beam trajectory, and an electronic energy control means for controlling energy; a first means for preventing electrons generated in the electron emission source from diffusing to the outside;
A neutralizer having a diffusion prevention means and a second diffusion prevention means for preventing electrons drawn into the ion beam trajectory and taken into the ion beam from diffusing in a direction opposite to the traveling direction of the ion beam. Ion beam irradiation equipment.
(2)電子引き出し手段は、電子放出源とイオンビーム
軌道の間に配設され、電子が通過可能な電子引き出し電
極であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
イオンビーム照射装置。
(2) The ion beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the electron extraction means is an electron extraction electrode disposed between the electron emission source and the ion beam trajectory and through which electrons can pass. .
(3)電子エネルギー制御手段は、電子引き出し手段と
イオンビーム軌道の間に配設され、電子が通過可能な電
子エネルギー制御電極であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項又は第2項記載のイオンビーム照射装置。
(3) Claim 1 or 2, characterized in that the electron energy control means is an electron energy control electrode disposed between the electron extraction means and the ion beam trajectory and through which electrons can pass. The ion beam irradiation device described.
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