JPS63299041A - イオンビ−ム中性化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ウェーハにイオンを注入するイオン注入装
置において、イオン注入時におけるウェーハの帯電すな
わちウェーハへの正電荷の蓄積を防止する目的で、特に
大電流イオン注入時のイオンビームに大電流の電子を供
給してイオンビームを中性化するイオンビーム中性化装
置に関する。

（従来の技術〕 第５図に、従来の、イオンビームを中性化するための電
子源装置を備えたイオン注入装置要部の構成例を示す０
図示されないイオンビーム源から引き出されたイオンビ
ーム５は、特定質量のイオンのみを抽出する分析用磁石
ｌを出た後、ビームの広がりを限定するアパーチャ２に
よって軌道幅が限定されてウェーハ４を衝撃する。ここ
で、イオンビームを中性化するための電子源装置は、ウ
ェーハ４の直前に配された金属製の壁３と、この壁の凹
部に配されたＷフィラメント６とを備えてなっており、
！！３のイオンビーム上流側は絶縁物８を介して板状の
金属壁９と絶縁的に隔てられている。フィラメント６を
通電加熱することによって得られた熱電子７はウェーハ
４を接地電位に維持し、壁３にたとえば一５０Ｖのバイ
アス電圧をかけるとともにフィラメント６に一６０Ｖな
いし−１００■のバイアス電圧を加えかつ金属壁９に−
２００Ｖの電圧をかけることにより、イオンビーム５の
経路中に放出−される、これは、後述のように、イオン
ビームが正の電荷を有する荷電粒子からなり、ビームポ
テンシャルが接地電位に対して数＋ボルトの正電位とな
っているため、電子を引き寄せる力が壁よりもイオンビ
ームの方が大きいことによるものである。

ところで、イオンビーム５がウェーハ４を衝撃したとき
には、前述のような電子源装置がない場合には、ウェー
ハ上に正電荷が蓄積され正に帯電する。特に大電流イオ
ン注入時にはこの現象が顕著になる。たとえばいわゆる
ＭＯＳ　　（金属酸化物半導体）の場合のように、薄い
酸化膜を通して大電流イオン注入を行なうと、酸化膜表
面の帯電が原因で酸化膜とこの酸化膜が形成されている
基板との間で絶縁破壊が生ずる。これを防止するため、
従来は、イオン注入と同時にウェーハ近傍に熱電子の雲
を作り帯電したウェーハに電子を供給する、第５図で説
明したような電子シャワ一方式のものが作られてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなイオンビーム中性化装置における問題点は次
の通りである。すなわち、イオンビームは正の空間電荷
のため周囲の空間より電位が高くなっており、熱電子は
正のビームポテンシャルによって引き寄せられ、電位の
高いイオンビーム内にたまって電子の雲を形成する。ビ
ームポテンシャルは例えばイオンの加速電圧、電流１重
さ、ビーム径によって異なり数十ｅＶの程度である。供
給する電子のエネルギがビームポテンシャルより大きけ
れば、電子はビームに束縛されず発散してしまうから、
電子の加速電圧はビームポテンシャルと同じ程度か、そ
れ以下が望ましい、ウェーハ近傍に形成された電子の雲
はウェーハが帯電するとその正の電位によって引き寄せ
られ、ウェー／、１を中和する。従ってウェーハの帯電
量に比例して電子量も増加させる必要があり、また電子
の雲の密度は空間的に一様でありで、ウェーへの近傍に
常にとどまワていることが必要である。しかしながら、
従来の中性化装置においては、 （１）大電流イオン注入時にイオンビームに供給する電
子量を増すのに、フィラメントの温度を高くするか、電
子の加速電圧を太き（するしかな（、前者の場合にはフ
ィラメントが蒸発して寿命が低下したり周囲を汚染した
りするおそれがあり、後者の場合には電子のトラップ効
果の低下を生じる。

ａ）フィラメントから生じた熱電子の運動方向を制御す
るための電極がないので、イオンビームと均一に混ざる
保証がない。

この発明の目的は、フィラメント温度を一定に保持した
状態で供給電子量を増減することができかつ供給時の電
子のエネルギと空間的広がりとを制御することのできる
イオンビーム中性化装置を提供することである。

〔問題点を解決するため９手段〕 上記目的を達成するために、この発明によれば、加熱さ
れることにより熱電子を放出する熱電子源と、この熱電
子源に対して正の電位に課電され前記熱電子源から放出
された熱電子を加速する熱電子加速電極と、前記加速さ
れた熱電子の走行方向と直角方向に電界を作用させて走
行方向に広がりを与える偏向電極とを備えてなる電子源
装置を正極性の荷電粒子からなるイオンビームの側方に
配するとともに前記電子源装置からイオンビームに向か
う電子の速度を減速せしめる減速電極を配してイオンビ
ーム中性化装置を構成するものとする。

〔作用〕

イオンビーム中性化装置をこのように構成することによ
り、熱電子源から放出された熱電子を加速電極により一
度十分に加速して大電流を得、この加速された熱電子の
走行方向と直角方向に偏向電極から生ずる電界を作用さ
せて走行方向に広がりを持たせた後、減速電極により熱
電子の速度を減速してイオンビームのビームポテンシャ
ルと同じ程度かやや低めのエネルギにしてからイオンビ
ームに熱電子を供給することができるから、イオンビー
ム内に大量かつ一様な電子の雲が形成され、熱電子源を
構成するフィラメントを過熱して蒸発させたり、過大な
加速電圧により電子のトラップ効果が損なわれたりする
ことなく大量の熱電子をイオンビームと均一に混ぜるこ
とが可能になる。

〔実施例〕

第１図および第２図は、本発明に基づいて構成されるイ
オンビーム中性化装置の第１の実施例を示すものであり
、第１図はイオンビーム進入方向の縦断面図、第２図は
イオンビーム進入方向に直角方向の横断面図を示す、イ
オンビーム５が走行する真空容器２０のウェーハ４の近
傍に凹部２０ａを形成し、ここに電子源としてのフィラ
メント６と、フィラメントを通電、加熱することによっ
て放出される熱電子をイオンビーム５に向かって加速す
る加速電極１１と、加速電極１１によって加速された熱
電子の走行方向に直角方向に電界を作用させて走行方向
を第２図のように広げる偏向電極１２．１３とを配して
電子源装置を構成する。なお、符号ｌＯはフィラメント
６から凹部２０ａの壁に向かう熱電子をイオンビーム側
へ追い返すリペラ電極である。

このように構成された電子源装置とイオンビーム５との
間には、加速電極１１に対して負の電位に課電され、加
速電極１１によって加速され偏向電極１２、１３によっ
て走行路の幅が広げられた熱電子の走行速度を減速させ
るための減速電極１４が配され、イオンビーム５が電子
源装置の位置において有するビームポテンシャルと同等
以下に熱電子の速度が減速されてイオンビーム内へ供給
される。

この電子源装置を構成する各電極への電位の与え方は、
大電流イオン注入時のイオンビームを対象とした場合、
このイオンビームの中性化に十分な熱電子を得るに足る
加速電圧を加速電極１１に与えるとともに、この加速さ
れた熱電子の走行方向に広がりを与える偏向電極１２．
１３には、熱電子がイオンビームに到達したときの走行
幅がほぼイオンビームの直径に等しくなるように電位を
与える。

また、減速電極には、前述のように、熱電子がイオンビ
ームに到達したときに熱電子の有するエネルギがイオン
ビームのビームポテンシャルと同等以下となるように電
位を与える。なお、フィラメント６のイオンビーム走行
方向の長さは、イオンビーム中の荷電粒子に対する熱電
子のトラップ効率を高めるため、イオンビームに注入さ
れた熱電子の空間密度がイオンビーム中の荷電粒子の空
間密度にほぼ等しくなるような長さに調整する。

第３図および第４図にそれぞれ本発明の第２の実施例な
らびに第２の実施例の変形例を示す、これらの実施例は
、フィラメント６をイオンビームの走行方向と直角方向
に配し、偏向電極による熱電子走行方向の広がりをイオ
ンビームの走行方向に一致させたものである。従って、
このときのフィラメントの長さはイオンビームの直径を
カバーするに十分な長さとし、熱電子走行方向の広がり
が、第１の実施例の場合と同様、熱電子のトラップ効率
が最大となるように偏位電極に電位を与えるか（第３図
）、電子源装置の傾斜角を選定する（第４図）。

〔発明の効果〕

本発明によれば、減速電極を設けたので、イオンビーム
に供給される熱電子のエネルギがイオンビームのポテン
シャルと同程度まで減速でき、イオンビームによるトラ
ップ効果が大きく、電子の雲が形成され易い、また、偏
向電極を設けたことにより、熱電子走行幅の広がりを制
御することができるので、イオンビームと空間的に均一
に混ぜることができる。また加速電極によって必要な量
の熱電子を加速して引き出すことができ、ウェーハの帯
電を防止するのに充分な電子の雲をイオンビーム内に形
成することができる。すなわち、本発明によれば、特に
大電流イオン注入時のイオンビームの中性化に必要な量
の熱電子を得るのに、フィラメントの温度を高くする必
要がなくなるから、フィラメントの蒸発による寿命の低
下や周囲の汚染を避けることができ、また、前記必要な
量の熱電子を得るための加速電極に加えて減速電極を配
したので、偏向電極による熱電子走行方向広がりの効果
とあわせ、イオンビームによるトラップ効果の大きい、
すなわち中性化効率の高い中性化装置が得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるイオンビーム中性
化装置のイオンビーム進入方向の縦断面図、第２図は同
じくイオンビーム進入方向に直角方向の横断面図、第３
図は本発明の第２の実施例によるイオンビーム中性化装
置のイオンビーム進入方向の縦断面図、第４図は第３図
に示す第２の実施例の変形例によるイオンビーム中性化
装置のイオンビーム進入方向の縦断面図、第５図は従来
のイオンビーム中性化装置要部の構成を示す縦断面図で
ある。 ３：電子源装置の壁、４：ウェーハ、５：イオンビーム
、６：フィラメント　（熱電子源）、７：熱電子、ｌｌ
；加速電極、１２．１３：偏向電極、１４：第　１　図 第２　図 １３図 スラＸ）ト ＊４１！１ ｗ、５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）加熱されることにより熱電子を放出する熱電子源と
   、この熱電子源に対して正の電位に課電され前記熱電子
   源から放出された熱電子を加速する熱電子加速電極と、
   前記加速された熱電子の走行方向と直角方向に電界を作
   用させて走行方向に広がりを与える偏向電極とを備えて
   なる電子源装置を正極性の荷電粒子からなるイオンビー
   ムの側方に配するとともに前記電子源装置からイオンビ
   ームに向かう電子の速度を減速せしめる減速電極を配し
   、大量かつ低エネルギの熱電子をイオンビーム内へ供給
   可能ならしめたことを特徴とするイオンビーム中性化装
   置。