JPS63318059A - イオンビ−ム照射装置 - 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］ 本発明は、半導体装置等を製造するためのイオンビーム
加工装置やイオン注入装置など、イオンビームの応用装
置として用いて好適なイオンビーム照射装置に関するも
のである。

［従来の技術］ イオンビーム照射装置により高真空中で、アルゴン等の
イオンを衝突させ半導体表面の研磨、エツチングを行う
、あるいは、半導体にボロン、砒素など不純物イオンを
打ち込み表面に微細な低抵抗領域等を形成すること等が
行なわれている。

第３図は半導体のエツチングに使用されるイオンビーム
照射装置の一例であって、カソード１０で発生した熱電
子は中間電極１１で量を調節され、アノード１４との間
に電子流が生ずるよう構成され、外部よりアルゴンガス
１３をその電子流部分に導入し電離によりプラズマをつ
くり、プラズマ中のイオンを引き出し電極１５の負の高
圧で加速することにより、イオンビーム２を得ている。

以下、上記１０．１１．１３．１４および１５を−括し
てイオン源１という。

こうして得られたイオンビーム２をターゲット３に当て
ると、イオンの運動エネルギーは熱エネルギーに変わり
ターゲット３の表面で溶解、蒸発が起こり加工が行われ
る。

また、アルゴンガス１３の代りにボロン、あるいは砒素
等の蒸気をプラズマ源とすれば、同様な手段によってそ
れらのイオンビームが得られ、同イオンビームを半導体
単結晶に照射し不純物イオンを打ち込み、半導体装置回
路部分を生成せしめること等が行われる。

このようなイオンビーム照射装置において、より生産性
を高めるため種々の試みがなされているが、その一つと
して照射イオンの時間あたりの量を上げる、即ちイオン
電流を増大させることが望まれている。

［解決しようとする問題点］ しかし、イオン電流が大きくなるとイオンの空間電荷効
果が著しくなり、イオン相互の反撥によりイオンビーム
が拡散し、レジスト等マスクのパターンエツジへのイオ
ンビーム入射角度が鮮鋭でなくなり、半導体上に精密な
エツチングを行うこと、あるいは微細な不純物パターン
を形成することが困難となるため、イオン電流の増大に
は制限がある。

ところで、空間電荷によるビーム拡散の問題は電子ビー
ム露光装置で大きな問題であり、特開昭５５−１５２０
５号公報において、気体導入口を設けて残留ガスを増加
させ、電子ビームにより電離する大量のイオンにより空
間電荷を中和する方法が提案されている。また、特開昭
５９−８３３５号公報においては、別途イオン源を設け
て、そのイオンビームを電子ビームの軌道に対して逆行
させることにより空間電荷を中和する方法が提案されて
いる。

上記の電子ビームの中和の考え方は、イオンビームの中
和法としても一部適用できる。しかし、残留ガスを増加
させる方法は、真空チャンバ内の真空度を低下させるこ
とになり、半導体装置への適用にあたって大きな制約を
受けることになる。

一方、別途設けた電子源・から引き出された電子ビーム
を利用するときは、上記真空度の低下のおそれはない。

しかし、イオンビーム軌道付近に高密度の電子雲を発生
させる必要があるので、電子密度を上げるために、電子
ビームをなるべく低速にし、かつ、電子ビームをイオン
ビームに重なるように飛ばさなければならない。したが
って、新たに、電子ビームの空間電荷効果によるビーム
の広がりの問題、および、複雑なビーム光学系の必要性
が生ずるため、大きな装置、多額の費用が必要で、まっ
たく経済性がなくなる。

本発明は、これらの問題を解決しようとするもので、イ
オンビームの空間電荷の中和を簡素な構成で実現するイ
オンビーム照射装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のイオンビーム照射装置は、円筒状熱陰極をイオ
ン発生源とターゲットとの中間位置にその円筒中心軸線
に沿ってイオンビームが通過するよう配設するとともに
、前記円筒状熱陰極を加熱する加熱電源と、前記円筒状
熱陰極を前記ターゲットに対して負電位にするバイアス
電源とを設けたことを特徴としている。

［作用］ 本発明においては、円筒状熱陰極がイオンビームの周囲
にかつ同ビームの方向に長さを持つように配設される。

同然陰極の上縁（イオン源側）と下縁（ターゲット側）
の電位差は大きくないので、同熱陰極で囲まれた内部は
殆ど電界がない。したがって発生した熱電子は移動する
ことなく前記円筒状陰極内部に閉じ込められて、高密度
電子領域を形成する。

こうして高密度電子領域がイオンビーム領域に重ねられ
、かつ、イオンビームが前記円筒状陰極に対して正電位
となっているので、イオンビームへの電子の移動が容易
になる。このようにして、同一領域にイオンと電子を共
存させることによりイオンビームの空間電荷を中和し、
イオンビームの拡散を防止している。

また、円筒状熱陰極から放出された電子は、前述のよう
に熱陰極が形作る円筒内に留まるものが大部分であり、
円筒外に逃れ去って電子電流となる割合は大きくないの
で、比較的小型の熱陰極でも容易に中和効果を得ること
ができる。

［実施例］ 本発明によるイオンビーム照射装置の一実施例の断面図
を第１図に、その部分を説明する斜視図を第２図に示す
。以下、図面を参照しつつ更に詳細に説明する。なお、
第１図中、既述のものと同一の符号は同様の部分を示し
ているので、その説明は省略する。

先ずこの装置の構成について説明すると、第１図におい
て、イオン発生源１とターゲット３の中間位置にイオン
ビーム２を囲みかつ同ビーム方向に長さを持った螺旋形
の熱電子放射能のあるフィラメント４がおかれ、前記フ
ィラメント４は、第２図に示すように、おおよそ前記イ
オンビーム２を中心軸とする円筒形４ａを構成している
。前記フィラメント４は加熱電源６により熱電子放射に
適当な温度に通電加熱され、バイアス電源７により前記
ターゲット３に対して負に荷電される。

さらに本発明を好適に実施するために、前記フィラメン
ト４の外周を囲む円筒型の抑制電極５を設けても良い。

そのとき同抑制電極５は、抑制電源８により前記フィラ
メント４に対して負に荷電される。

本実施例の装置は上述の如く構成されているが、つぎに
、この装置の動作を説明すると、フィラメント４の加熱
電源電圧はたかだか１ｏ数ボルトでイオン加速電圧に比
しわずかであり、同フィラメント４で形成された円筒４
ａ内の電界は弱い。したがって同フィラメント４の表面
より放射された熱電子は、同フィラメント４で囲まわた
弱電界領域に閉じ込められた状態にある。しかし、一部
の電子は、バイアス電源７によりフィラメント４に対し
陽電位とされているイオンビーム２へ向がう。

イオンビームに到達した電子は、フィラメント４が形成
する円筒４ａの軸方向に殆ど電界が無いので、付近に停
滞し電子の密度が高くなる。これによりイオンの正電荷
と電子の負電荷が相互に打消し合い、空間電荷の発生を
防止し、イオンビームの拡散を避けることができる。

抑制電極５が設けられたときは、同電極に与えられた負
電位によりフィラメント４より外側方への電子の逸出を
防ぎフィラメント円筒４ａ中心部の電子密度を高めるの
で、同一電子密度とする時はフィラメント４を小さくす
ることができ、加熱電源６の容量も小さくすることがで
きる。

このように内部に殆ど電界の無い、円筒状熱陰極として
の螺旋形フィラメントを配設したことにより、フィラメ
ントより発生した熱電子を、逸失することなく、熱陰極
円筒内に高密度に存在させることができ、したがって、
逸失電子が原因となる熱電子電流を大きくすることなく
、前記熱陰極円筒内に存在するイオンビームの空間電荷
を中和することができる。

［発明の効果コ 本発明のイオンビーム照射装置は、円筒状熱陰極をイオ
ン発生源とターゲラ１〜との中間位置にその円筒中心軸
線に沿ってイオンビームが通過するよう配設するととも
に、前記円筒状熱陰極を加熱する加熱電源と、前記円筒
状熱陰極を前記ターゲットに対して負電位にするバイア
ス電源とを設けるという簡素な構成で、大電流時のイオ
ンビームの空間電荷による焦点拡散を防止でき、加工精
度を犠牲とすることなく加工あるいはイオン打ち込み時
間を短縮することが可能となり、生産性の向上による大
きな経済的効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の縦断面図、第２図は第
１図の部分を説明する斜視図、第３図は従来イオンビー
ム加工装置の縦断面図である。 １・・・・・・イオン発生源、２・・・・・・イオンビ
ーム、３・・・・・・ターゲット、４・・・・・・円筒
状熱陰極としてのフィラメント、５・・・・・・抑制電
極、６・・・・・・加熱電源、７・・・・・・バイアス
電源、８・・・・・・抑制電源。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人　弁理士　　小　林　　傅 第１図 第２図 °〉４４：＝ ｎ開口ａＧ３−３１８０５９　　（４）第３図 ｎｔ−３ノ口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン発生源を有し同イオン発生源からのイオン
   ビームを所定のターゲットに照射するイオンビーム照射
   装置において、円筒状熱陰極を前記のイオン発生源とタ
   ーゲットとの中間位置にその円筒中心軸線に沿って前記
   イオンビームが通過するよう配設するとともに、前記円
   筒状熱陰極を加熱する加熱電源と、前記円筒状熱陰極を
   前記ターゲットに対して負電位にするバイアス電源とを
   設けたことを特徴とするイオンビーム照射装置。
2. （２）前記円筒状熱陰極の外側を囲むように配設された
   抑制電極と、同抑制電極を前記円筒状熱陰極に対して負
   電位にする抑制電源とを設けた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。