JP3033981B2 - Ion processing equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、イオン処理装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to an ion processing apparatus.

（従来の技術） イオン処理装置例えばイオン注入装置は、被処理物に
対して不純物イオンを導入する装置として近年広く用い
られている。このイオン注入装置は、注入量、注入深さ
等を高精度で制御できるので、特に半導体ウエハへの不
純物導入に際しては必要不可欠な装置となりつつある。(Prior Art) An ion processing apparatus, for example, an ion implantation apparatus has been widely used in recent years as an apparatus for introducing impurity ions into an object to be processed. Since this ion implantation apparatus can control an implantation amount, an implantation depth, and the like with high accuracy, it is becoming an indispensable apparatus especially when introducing impurities into a semiconductor wafer.

一般に、イオン注入技術では、正に帯電したイオンを
電場により加速して半導体ウエハに照射するため、特に
大電流のイオン注入を高集積化された各チップにイオン
注入操作すると、半導体ウエハに加速された正イオンが
衝突する過程で、半導体ウエハから電子が叩き出された
り、絶縁体部分に正電荷の蓄積が起きるなど、半導体ウ
エハ表面が正に帯電しやすくなっている。そのために、
半導体ウエハに形成された絶縁体部分（絶縁膜）が、蓄
積された正電荷により静電破壊を起こす可能性がある。
従って、イオン注入装置においては、イオン注入に伴な
う半導体ウエハの帯電を防止しなければならない。In general, in the ion implantation technology, positively charged ions are accelerated by an electric field to irradiate a semiconductor wafer. Therefore, particularly when a high current ion implantation is performed on each highly integrated chip, the semiconductor wafer is accelerated. In the process of the collision of the positive ions, the surface of the semiconductor wafer is easily charged positively, for example, electrons are knocked out of the semiconductor wafer or positive charges are accumulated in the insulator portion. for that reason,
There is a possibility that an insulator portion (insulating film) formed on a semiconductor wafer may be electrostatically damaged by the accumulated positive charges.
Therefore, in the ion implantation apparatus, it is necessary to prevent the semiconductor wafer from being charged due to the ion implantation.

このため、従来から、例えばエネルギーの高い一次電
子をイオンビーム導入管の内壁面に衝突させてエネルギ
ーの低い（例えば数エレクトロンボルト程度）二次電子
を発生させ、この二次電子を半導体ウエハに供給して半
導体ウエハに蓄積された正電荷を中和する電子供給装置
を具備したイオン注入装置が用いられている。For this reason, conventionally, for example, high-energy primary electrons are caused to collide with the inner wall surface of the ion beam introduction tube to generate low-energy (for example, about several electron volts) secondary electrons, and the secondary electrons are supplied to the semiconductor wafer. An ion implanter having an electron supply device for neutralizing positive charges accumulated in a semiconductor wafer is used.

このようなイオン注入装置では、イオンビーム導入管
の内壁面で反射されたエネルギーの高い一次電子が半導
体ウエハに供給され、この結果半導体ウエハ上に電子が
過剰に供給されて負電荷が蓄積し、絶縁膜が破壊される
ことがある。In such an ion implanter, high-energy primary electrons reflected on the inner wall surface of the ion beam introduction tube are supplied to the semiconductor wafer, and as a result, electrons are excessively supplied on the semiconductor wafer and negative charges are accumulated. The insulating film may be destroyed.

また、このような問題を解決するため、例えば特開昭
62−296357号公報等では、フィラメントにおいて熱電子
を発生させ、この熱電子を電極で引き出し、半導体ウエ
ハに供給してこの半導体ウエハの正電荷を中和する装置
が提案されている。In order to solve such a problem, for example,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-296357 proposes a device for generating thermoelectrons in a filament, extracting the thermoelectrons with an electrode, supplying the thermoelectrons to a semiconductor wafer, and neutralizing the positive charge of the semiconductor wafer.

このような装置では、前述した一次電子から二次電子
を発生させる装置に較べて半導体ウエハに供給される電
子のエネルギーを制御し易い。このため、半導体ウエハ
にエネルギーの高い電子が過剰に供給され、半導体ウエ
ハが負に帯電し、負電荷の蓄積により絶縁膜が破壊され
ることを防止することができる。In such an apparatus, the energy of the electrons supplied to the semiconductor wafer is more easily controlled than in the above-described apparatus for generating secondary electrons from primary electrons. For this reason, it is possible to prevent the semiconductor wafer from being excessively supplied with high-energy electrons, from which the semiconductor wafer is charged negatively and the insulating film is destroyed due to accumulation of negative charges.

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、本発明者等が詳査したところ、上述し
た従来のイオン注入装置では、次のような問題を生じる
ことが判明した。(Problems to be Solved by the Invention) However, as a result of a detailed investigation by the present inventors, it has been found that the following problems occur in the above-described conventional ion implantation apparatus.

すなわち、上記従来のイオン注入装置では、電子源か
ら電子を引き出すために、電子通過用開口部を有する電
極、例えばメッシュ状の電極等を用い、この電子通過用
開口部を通過させる如く電子を引き出すが、イオンビー
ムの照射により半導体ウエハ表面に被着されたレジスト
が飛散し、このレジストが電極に被着して、電子通過用
開口部の面積が徐々に減少し、電子の引き出し効率が悪
くなる。このため、頻繁に電極の掃除あるいは交換等の
メンテナンスを行う必要がある。That is, in the above-described conventional ion implantation apparatus, in order to extract electrons from the electron source, an electrode having an electron passage opening, for example, a mesh electrode is used, and electrons are extracted so as to pass through the electron passage opening. However, the resist deposited on the surface of the semiconductor wafer is scattered by the irradiation of the ion beam, and the resist is deposited on the electrode, and the area of the electron passage opening gradually decreases, and the efficiency of extracting electrons is deteriorated. . Therefore, it is necessary to frequently perform maintenance such as cleaning or replacement of the electrode.

ところが、イオン注入装置では、真空チャンバ内を一
旦常圧に戻し、上述したようなメンテナンスを実施する
と、再び真空チャンバ内を高真空状態とし、処理を再開
するまでに長時間を要する。このため、生産性が著しく
悪化するという問題がある。However, in the ion implantation apparatus, once the inside of the vacuum chamber is returned to normal pressure and the above-described maintenance is performed, it takes a long time to bring the inside of the vacuum chamber into a high vacuum state again and restart the processing. For this reason, there is a problem that productivity is remarkably deteriorated.

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、確実に被処理物の電荷を中和することができるとと
もに、従来に較べてメンテナンス頻度を低減することが
でき、生産性の向上を図ることのできるイオン処理装置
を提供しようとするものである。The present invention has been made in view of such a conventional situation. In addition to being able to reliably neutralize the electric charge of an object to be processed, the maintenance frequency can be reduced as compared with the related art, and the productivity can be improved. It is an object of the present invention to provide an ion processing apparatus capable of achieving the following.

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明は、イオンビーム導入管内を通過さ
せたイオンビームを、前記イオンビーム導入管の端部に
設けられた被処理物に照射するとともに、 前記イオンビーム導入管の端部近傍の側壁部分に設け
られ、１または複数の電子引き出し電極によって、前記
イオンビーム導入管内に電子を引き出す電子供給手段に
よって前記被処理物に電子を供給するイオン処理装置に
おいて、 電子供給手段の前記電子引き出し電極を、電子の引き
出し方向が前記イオンビームに対して直交する方向とな
るように配置するとともに、前記側壁部分との間に絶縁
部材を介在させて全ての前記電子引き出し電極が前記被
処理物に対して影になる位置に配置したことを特徴とす
る。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, in the present invention, an object to be processed provided at an end of the ion beam introduction tube is irradiated with the ion beam passed through the ion beam introduction tube. And ions which are provided on a side wall portion near an end of the ion beam introduction tube and which supply electrons to the object by electron supply means for extracting electrons into the ion beam introduction tube by one or more electron extraction electrodes. In the processing apparatus, the electron extraction electrodes of the electron supply means are arranged so that the electron extraction direction is perpendicular to the ion beam, and an insulating member is interposed between the electron extraction electrodes and the side wall portion. Wherein the electron extraction electrode is arranged at a position where the electron extraction electrode is shaded with respect to the object to be processed.

（作 用） 上記構成の本発明のイオン処理装置では、電子を引き
出す電極が、ターゲットからの飛散物が付着しない位置
に配置されている。このため、イオンビームの照射に伴
って被処理物、例えば半導体ウエハから飛散したレジス
ト等が、電子供給手段の電極に被着することを防止する
ことができる。(Operation) In the ion processing apparatus of the present invention having the above configuration, the electrode for extracting electrons is arranged at a position where the scattered matter from the target does not adhere. For this reason, it is possible to prevent an object to be processed, for example, a resist or the like scattered from the semiconductor wafer due to the irradiation of the ion beam from being attached to the electrode of the electron supply means.

したがって、確実に被処理物の電荷を中和することが
できるとともに、従来に較べてメンテナンス頻度を低減
することができ、生産性の向上を図ることができる。Therefore, it is possible to reliably neutralize the electric charge of the object to be processed, to reduce the frequency of maintenance compared to the related art, and to improve the productivity.

（実施例） 以下、本発明をイオン注入装置に適用した実施例を図
面を参照して説明する。(Example) Hereinafter, an example in which the present invention is applied to an ion implantation apparatus will be described with reference to the drawings.

第１図に示すように、正イオンからなるイオンビーム
１を導くためのイオンビーム導入管２の端部には、円板
状に形成されたディスク３が設けられている。このディ
スク３内側面には、複数（例えば十数枚）の半導体ウエ
ハ４が保持されており、ディスク３を図示矢印の如く回
転させながら、各半導体ウエハ４に、イオンビーム１を
照射する如く構成されている。As shown in FIG. 1, a disk 3 formed in a disk shape is provided at an end of an ion beam introducing tube 2 for guiding an ion beam 1 composed of positive ions. A plurality (for example, a dozen or more) of semiconductor wafers 4 are held on the inner surface of the disk 3, and each semiconductor wafer 4 is irradiated with the ion beam 1 while rotating the disk 3 as shown by an arrow in the drawing. Have been.

なお、イオンビーム導入管２のイオンビーム１飛来側
には、周知の如く、イオン源、イオン引き出し電極、質
量分析マグネット、加速管、偏向電極（いずれも図示せ
ず）等が設けられており、これらの機器によって所望の
イオンビーム１が形成される。As is well known, an ion source, an ion extraction electrode, a mass analysis magnet, an acceleration tube, a deflection electrode (all not shown), and the like are provided on the ion beam introduction side of the ion beam introduction tube 2 as is well known. A desired ion beam 1 is formed by these devices.

また、上記イオンビーム導入管２のディスク３近傍の
所定部位例えば上部には、電子供給機構５が設けられて
いる。An electron supply mechanism 5 is provided at a predetermined portion near the disk 3 of the ion beam introducing tube 2, for example, at an upper portion thereof.

すなわち、イオンビーム導入管２の上部外側には、例
えばセラミックス等からなる絶縁部材６を介して、例え
ばアルミニウム等の導電性部材からなる電子供給機構５
の筐体７が設けられている。また、この筐体７内には棒
状に形成された電子源としてのフィラメント８と、この
フィラメント８から放出された電子ｅをイオンビーム導
入管２の方向へ反射する反射板９が設けられている。ま
た、絶縁部材６には、フィラメント８から電子を引き出
すための電極10、11が保持されている。That is, an electron supply mechanism 5 made of a conductive material such as aluminum is provided on the outer side of the upper portion of the ion beam introduction tube 2 via an insulating member 6 made of ceramics, for example.
Is provided. Further, a filament 8 formed as a bar-shaped electron source and a reflector 9 for reflecting electrons e emitted from the filament 8 toward the ion beam introducing tube 2 are provided in the housing 7. . The insulating member 6 holds electrodes 10 and 11 for extracting electrons from the filament 8.

上記電極10は、フィラメント８からイオンビーム導入
管２内へ電子ｅを引き出すためのもので、第２図に示す
如く、導電性部材から矩形状に形成された枠体10aと、
この枠体10aに固定された導電性部材からなるメッシュ1
0bとから構成されており、メッシュ10bの部位が、電子
通過用開口部を形成する如く構成されている。The electrode 10 is for extracting electrons e from the filament 8 into the ion beam introduction tube 2, and as shown in FIG. 2, a frame 10a formed from a conductive member into a rectangular shape,
Mesh 1 made of a conductive member fixed to this frame 10a
0b, so that the portion of the mesh 10b forms an electron passage opening.

また、上記電極11は、電極10と同様にメッシュ状に構
成されており、電極10より低い電位に設定され、主とし
て電極10によってイオンビーム導入管２内に形成される
電界を制限するために設けられている。但し、この電極
11は、省略することも可能である。The electrode 11 is formed in a mesh shape similarly to the electrode 10, is set to a lower potential than the electrode 10, and is provided mainly for limiting an electric field formed in the ion beam introduction tube 2 by the electrode 10. Have been. However, this electrode
11 can be omitted.

これらの電極10、11を保持する絶縁部材６は、第１図
に示すイオンビーム導入管２の開口部と電極11との間隔
ｄを充分長くとり、電極10、11が被処理物としての半導
体ウエハ４に対して影となる位置、つまり、半導体ウエ
ハ４の位置から直接見えない位置に配置されるよう構成
されている。換言すれば、半導体ウエハ４から直線的に
結ぶ範囲外に配置する。電極10、11は、半導体ウエハ４
に対して影となる位置に配置したが、ターゲット（半導
体ウエハ４）からの飛散物が付着しない位置であればい
ずれの構造でもよい。The insulating member 6 holding these electrodes 10 and 11 has a sufficiently long distance d between the opening of the ion beam introduction tube 2 and the electrode 11 shown in FIG. It is configured to be arranged at a position that is shadowed with respect to the wafer 4, that is, at a position that is not directly visible from the position of the semiconductor wafer 4. In other words, they are arranged outside the range linearly connected to the semiconductor wafer 4. The electrodes 10 and 11 are connected to the semiconductor wafer 4
Although it is arranged at a position where it becomes a shadow with respect to, any structure may be used as long as the scattered matter from the target (semiconductor wafer 4) does not adhere.

上記構成のこの実施例のイオン注入装置では、イオン
ビーム導入管２、ディスク３（半導体ウエハ４）、筐体
７を同電位（例えば0V）に保ち、半導体ウエハ４にイオ
ンビーム１を照射する。これとともに、電源12によりフ
ィラメント８に所定電圧例えば−5V、電源13により反射
板９に所定電圧例えば−30V、電源14により電子引き出
し電極10に所定電圧例えば＋500V、電源15により電界制
限用電極11に所定電圧例えば＋50Vをそれぞれ印加し、
フィラメント８からイオンビーム導入管２内に電子ｅを
送り込み、半導体ウエハ４に電子ｅを供給する。In the ion implantation apparatus of this embodiment having the above configuration, the ion beam 1 is irradiated onto the semiconductor wafer 4 while maintaining the ion beam introducing tube 2, the disk 3 (semiconductor wafer 4), and the housing 7 at the same potential (for example, 0 V). At the same time, the power supply 12 applies a predetermined voltage to the filament 8 such as -5V, the power supply 13 applies a predetermined voltage to the reflector 9 such as -30V, the power supply 14 applies a predetermined voltage to the electron extraction electrode 10 such as +500 V, and the power supply 15 applies a predetermined voltage to the electric field limiting electrode 11. Apply a predetermined voltage, for example + 50V, respectively,
Electrons e are sent from the filament 8 into the ion beam introduction tube 2 and supplied to the semiconductor wafer 4.

この時、フィラメント８から放出され、半導体ウエハ
４に供給される電子ｅは半導体ウエハ４とフィラメト８
との電位差に相当するエネルギーを有する。すなわち、
上記印加電圧の例では、半導体ウエハ４（0V）と、フィ
ラメント８（−5V）との電位差が5Vであるので、電子ｅ
は5eVの低エネルギーを有する。At this time, the electrons e emitted from the filament 8 and supplied to the semiconductor wafer 4 are combined with the semiconductor wafer 4 and the filament 8.
And has energy corresponding to the potential difference between That is,
In the example of the applied voltage, since the potential difference between the semiconductor wafer 4 (0 V) and the filament 8 (−5 V) is 5 V, the electron e
Has a low energy of 5 eV.

また、周知のラングミュアの公式に示されるように、
フィラメント８から引き出される電子の量は、フィラメ
ント８と電極10の間の電圧の3/2乗に比例し、フィラメ
ント８と電極10との間の間隔の２乗に反比例する。この
ため、上述した如く半導体ウエハ４とフィラメント８と
の電位差を小さく設定（あるいは同電位に設定）した状
態であっても、電極10に印加する電圧をある程度大きく
設定（例えば＋500V）することにより、フィラメント８
から多量の電子を引き出すことができる。Also, as shown in the well-known Langmuir formula,
The amount of electrons extracted from the filament 8 is proportional to the 3/2 power of the voltage between the filament 8 and the electrode 10, and inversely proportional to the square of the distance between the filament 8 and the electrode 10. Therefore, even when the potential difference between the semiconductor wafer 4 and the filament 8 is set to be small (or set to the same potential) as described above, the voltage applied to the electrode 10 is set to be somewhat large (for example, +500 V). Filament 8
Can extract a lot of electrons from

したがって、イオンビーム１の照射によって半導体ウ
エハ４に生じる正電荷を充分に中和することのできる量
の電子ｅを供給することができ、かつ、半導体ウエハ４
に一次電子のような高いエネルギーを有する電子が過剰
に供給されることがないので、半導体ウエハ４の表面に
形成された絶縁膜が正または負の電荷の蓄積により静電
破壊されることを防止することができる。Therefore, an amount of electrons e that can sufficiently neutralize the positive charge generated on the semiconductor wafer 4 by the irradiation of the ion beam 1 can be supplied, and the semiconductor wafer 4
Since an electron having a high energy such as a primary electron is not supplied excessively, the insulating film formed on the surface of the semiconductor wafer 4 is prevented from being electrostatically damaged due to accumulation of positive or negative charges. can do.

また、イオンビーム１の照射によって、例えば半導体
ウエハ４の表面からレジストが飛散するが、前述したよ
うに、電子供給機構５の電極10、11は、半導体ウエハ４
に対して影となる位置、つまり、半導体ウエハ４から見
えない位置に配置されている。したがって、飛散したレ
ジストが電極10、11に被着する可能性はほとんどない。
このため、電極10、11の掃除あるいは交換等のメンテナ
ンスを行うことなく、長期間に亘って使用することがで
き、従来に較べて生産性の大幅な向上を図ることができ
る。Further, the resist is scattered, for example, from the surface of the semiconductor wafer 4 by the irradiation of the ion beam 1. As described above, the electrodes 10 and 11 of the electron supply mechanism 5
, That is, a position that cannot be seen from the semiconductor wafer 4. Therefore, there is almost no possibility that the scattered resist adheres to the electrodes 10 and 11.
For this reason, the electrodes 10 and 11 can be used for a long period of time without performing maintenance such as cleaning or replacement, and the productivity can be greatly improved as compared with the related art.

上記実施例では、イオン注入装置に適用した例につい
て説明したが、イオンビームを照射し、帯電防止するオ
ン処理装置であれば、いずれでもよい。イオン注入の外
例えばイオンリペアに適用してもよい。In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to an ion implantation apparatus has been described. However, any ON processing apparatus that irradiates an ion beam and prevents electrification may be used. The present invention may be applied to, for example, ion repair outside of ion implantation.

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のイオン処理装置によれ
ば、確実に被処理物の電荷を中和することができるとと
もに、従来に較べてメンテナンス頻度を低減することが
でき、生産性の向上を図ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the ion processing apparatus of the present invention, the charge of the object to be processed can be reliably neutralized, and the maintenance frequency can be reduced as compared with the related art. Productivity can be improved.

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

第１図は本発明の一実施例のイオン注入装置の要部構成
を示す図、第２図は第１図のイオン注入装置の電極の構
成を示す図である。 １……イオンビーム、２……イオンビーム導入管、３…
…ディスク、４……半導体ウエハ、５……電子供給機
構、６……絶縁部材、７……筐体、８……フィラメン
ト、９……反射板、10、11……電極、12〜15……電源。FIG. 1 is a view showing a configuration of a main part of an ion implantation apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a configuration of an electrode of the ion implantation apparatus of FIG. 1 ... Ion beam, 2 ... Ion beam introduction tube, 3 ...
.. Disk, 4 semiconductor wafer, 5 electron supply mechanism, 6 insulating member, 7 housing, 8 filament, 9 reflector, 10, 11 electrode, 12-15 …Power supply.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】イオンビーム導入管内を通過させたイオン
ビームを、前記イオンビーム導入管の端部に設けられた
被処理物に照射するとともに、 前記イオンビーム導入管の端部近傍の側壁部分に設けら
れ、１または複数の電子引き出し電極によって、前記イ
オンビーム導入管内に電子を引き出す電子供給手段によ
って前記被処理物に電子を供給するイオン処理装置にお
いて、 電子供給手段の前記電子引き出し電極を、電子の引き出
し方向が前記イオンビームに対して直交する方向となる
ように配置するとともに、前記側壁部分との間に絶縁部
材を介在させて全ての前記電子引き出し電極が前記被処
理物に対して影になる位置に配置したことを特徴とする
イオン処理装置。An object to be processed provided at an end of the ion beam introducing tube is irradiated with an ion beam passed through the inside of the ion beam introducing tube, and is applied to a side wall portion near an end of the ion beam introducing tube. An ion processing apparatus for supplying electrons to the object by means of electron supply means for extracting electrons into the ion beam introduction tube by one or a plurality of electron extraction electrodes, wherein the electron extraction electrode of the electron supply means Are arranged so that the extraction direction is orthogonal to the ion beam, and all the electron extraction electrodes are shaded with respect to the workpiece by interposing an insulating member between the side walls. An ion processing apparatus, wherein the ion processing apparatus is disposed at a predetermined position.