JPH03233849A - Ion implantation machine - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、イオン注入時においてチャージアップによる
ダメージのない、理想的なイオン注入を可能にする、イ
オン注入機に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an ion implanter that enables ideal ion implantation without damage due to charge-up during ion implantation.
従来の技術
近年の微細加工技術の進歩により、半導体装置はますま
す高集積化の一途をたどっている。イオン注入技術は、
半導体産業を支える代表的な微細加工技術の一つである
が、イオン注入に伴う半導体ウェハのチャージアップが
、半導体装置の特性を損ねる場合があるため、イオン注
入機においては、これを防止する何等かの対策を講じる
ことが必要とされる。BACKGROUND OF THE INVENTION Due to recent advances in microfabrication technology, semiconductor devices are becoming increasingly highly integrated. Ion implantation technology is
It is one of the representative microfabrication technologies that supports the semiconductor industry, but since the charge-up of semiconductor wafers caused by ion implantation can impair the characteristics of semiconductor devices, ion implanters are not equipped with any measures to prevent this. It is necessary to take such measures.
以下に、従来のイオン注入機のチャージアップ防止装置
について述べる。A conventional charge-up prevention device for an ion implanter will be described below.
第４図は、従来のイオン注入機のチャージアップ防止装
置の構成図である。第４図において、１は被加工物、２
はイオンビーム、３はフィラメント、４は金属板、５は
二次電子線、６は一次電子線、７は反射電子線である。FIG. 4 is a block diagram of a conventional charge-up prevention device for an ion implanter. In Fig. 4, 1 is the workpiece, 2
3 is an ion beam, 3 is a filament, 4 is a metal plate, 5 is a secondary electron beam, 6 is a primary electron beam, and 7 is a reflected electron beam.
このイオン注入機のチャージアップ防止装置について、
その動作について説明する。Regarding the charge-up prevention device of this ion implanter,
The operation will be explained.
イオン注入では、通常、正のイオンを数ＫｅＶ〜数Ｍｅ
Ｖのエネルギーまで加速し、イオンビーム２として、被
加工物１の表面に打ち込む。このとき、被加工物１の表
面では、正の電荷の注入と二次電子放出（図示せず）の
２つの効果による正の電荷の蓄積が生じる。被加工物の
構造が表面からこの電荷を逃がさない場合、この正の電
荷と表面の電気容量で決まる電圧が表面に発生し、いわ
ゆる、チャージアップ状態となる。この電圧が被加工物
の表面の絶縁耐圧を超えると絶縁破壊が生じ、超えない
場合でも、表面に静電的なストレスが加わる。被加工物
が半導体デバイスである場合は、その電気的特性を著し
く損ねることは既に述べた。従来のチャージアップ防止
装置は、この正のイオン注入による正の蓄積電荷に対し
、負の電荷を持つ電子を被加工物１の表面に供給するこ
とによってチャージアップを防止している。In ion implantation, positive ions are usually implanted at several KeV to several Me
The ion beam is accelerated to an energy of V and is implanted into the surface of the workpiece 1 as an ion beam 2. At this time, positive charges are accumulated on the surface of the workpiece 1 due to two effects: positive charge injection and secondary electron emission (not shown). If the structure of the workpiece does not allow this charge to escape from the surface, a voltage determined by this positive charge and the capacitance of the surface will develop on the surface, resulting in a so-called charge-up condition. If this voltage exceeds the dielectric strength voltage of the surface of the workpiece, dielectric breakdown occurs, and even if it does not exceed the dielectric strength voltage, electrostatic stress is applied to the surface. As already mentioned, when the workpiece is a semiconductor device, its electrical characteristics are significantly impaired. The conventional charge-up prevention device prevents charge-up by supplying negatively charged electrons to the surface of the workpiece 1 in response to the positive accumulated charge caused by the positive ion implantation.
すなわち、従来のチャージアップ防止装置では、被加工
物１の表面に供給する電子を発生するために、適当な直
流電圧によって、フィラメント３より引き出された一次
電子線６を、金属板４に入射し、その表面から二次電子
線５を放出させる。That is, in the conventional charge-up prevention device, in order to generate electrons to be supplied to the surface of the workpiece 1, the primary electron beam 6 drawn from the filament 3 is made incident on the metal plate 4 using an appropriate DC voltage. , a secondary electron beam 5 is emitted from its surface.
この二次電子線５が被加工物１の表面に降り注ぎ、二次
電子線５のもつ負の電荷によってイオンビーム２に伴う
正のチャージアップを抑制する。This secondary electron beam 5 falls on the surface of the workpiece 1, and the negative charge of the secondary electron beam 5 suppresses the positive charge-up caused by the ion beam 2.
二次電子線５の持つエネルギーはおよそ数１０ｅＶ以下
と低いため、二次電子１１５による負のチャージアップ
は比較的少ない。Since the energy of the secondary electron beam 5 is low, approximately several tens of eV or less, negative charge-up by the secondary electrons 115 is relatively small.
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記従来の構成では、以下に述べる３つの
問題点があった。Problems to be Solved by the Invention However, the conventional configuration described above has three problems as described below.
まず、金属板４の表面状態の変化により、二次電子放出
比が変化したり、負の空間電荷効果により、電子の流れ
が抑制される関係で、二次電子線５の照射量やその方向
の＃御が難しく、電荷の中和が不十分となる場合がある
。First, due to changes in the surface condition of the metal plate 4, the secondary electron emission ratio changes, and the negative space charge effect suppresses the flow of electrons, so the amount of irradiation of the secondary electron beam 5 and its direction are affected. It is difficult to control the charge, and charge neutralization may be insufficient.
次に、二次電子線５の中には金属板４で反射した高速の
反射電子線７も混入しているため、これが被加工物１の
方向に降り注ぐと、負のチャージアップが起こる問題が
ある。Next, since the secondary electron beam 5 also contains the high-speed backscattered electron beam 7 reflected by the metal plate 4, when this falls toward the workpiece 1, a negative charge-up occurs. be.
一方、これを避けるために、−次電子線６の電流を制限
して反射電子線７の入射を抑えた場合、高電流イオン注
入において、二次電子線５の供給がイオンビーム２の電
流に対して不足し、正のチャージアップが起こる問題が
ある。On the other hand, in order to avoid this, if the current of the negative electron beam 6 is limited to suppress the incidence of the reflected electron beam 7, then in high current ion implantation, the supply of the secondary electron beam 5 will not match the current of the ion beam 2. However, there is a problem in which there is a shortage and a positive charge-up occurs.
本発明の目的は、上記従来方法のもつ３つの問題点を解
決するもので、きわめて安定で制御性の良い、イオン注
入機のチャージアップ防止装置を提供するものである。An object of the present invention is to solve the three problems of the above-mentioned conventional methods, and to provide a charge-up prevention device for an ion implanter that is extremely stable and has good controllability.
課題を解決するための手段
これらの目的を達成するため、本発明は、被加工物周辺
にプラズマを供給するためのプラズマ発生器を備えてい
る。Means for Solving the Problems To achieve these objects, the present invention includes a plasma generator for supplying plasma around the workpiece.
また、被加工物周辺にプラズマを供給するためのプラズ
マ発生器を備え、さらに、高速の電子が被加工物表面に
負のチャージアップがおこらないように、磁界によるフ
ィルタを被加工物とプラズマ源との間に備えている。In addition, it is equipped with a plasma generator to supply plasma around the workpiece, and a magnetic field filter is installed between the workpiece and the plasma source to prevent high-speed electrons from negatively charging the workpiece surface. It is prepared in between.
さらに、被加工物周辺にプラズマを供給するためのプラ
ズマ発生器を備え、かつ高電流イオン注入で、正のチャ
ージアップが起こらないように、このプラズマ発生器に
よって生成されるプラズマの内部に電子源を備えている
。Furthermore, it is equipped with a plasma generator to supply plasma around the workpiece, and an electron source is placed inside the plasma generated by this plasma generator to prevent positive charge-up from occurring during high-current ion implantation. It is equipped with
作用
本発明によると、被加工物表面に生じた正または負の電
荷の蓄積に対してプラズマより電子またはイオンが供給
され、チャージアップが抑制される。プラズマでは空間
電荷の効果が生じず、また、電子の運動の方向性も少な
いため、電子供給の安定性が良い。According to the present invention, electrons or ions are supplied from the plasma to the accumulation of positive or negative charges generated on the surface of the workpiece, thereby suppressing charge-up. In plasma, the effect of space charge does not occur, and the directionality of electron movement is small, so the stability of electron supply is good.
また、プラズマ中に存在する高速の電子が、磁界フィル
タの磁力線が生み出すローレンツ力によって跳ね返され
、被加工物表面に到達する電子は低速の電子が拡散によ
って到達したもののみとなる。従って、高速の電子が被
加工物の表面に入射することによる、負のチャージアッ
プが生じない。Furthermore, the high-speed electrons present in the plasma are repelled by the Lorentz force generated by the magnetic field lines of the magnetic field filter, and the only electrons that reach the surface of the workpiece are those that have arrived by diffusion of the low-speed electrons. Therefore, negative charge-up due to high-speed electrons entering the surface of the workpiece does not occur.
さらに、プラズマ内部の電子が不足しても直ちに電子源
よりプラズマへ低速の電子が効率よく注入されるため、
高電流イオン注入においても、電子の供給がイオン電流
に対して不足することがなく、正のチャージアップが生
じない。Furthermore, even if there is a shortage of electrons inside the plasma, low-speed electrons are immediately and efficiently injected into the plasma from the electron source.
Even in high current ion implantation, the supply of electrons will not be insufficient for the ion current, and positive charge-up will not occur.
実施例
以下、本発明の実施例を、それぞれ、図面を参照しなが
ら説明する。EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図〜第３図は、それぞれ、本発明の各実施例イオン
注入機のチャージアップ防止装置の構成図である。1 to 3 are block diagrams of a charge-up prevention device for an ion implanter according to each embodiment of the present invention.
第１図〜第３図の各図において、１１はプラズマ源、１
２は磁界フィルタ、１３は電子源、１４は被加工物、１
５はプラズマ、１６はイオンビーム、１７は磁力線、１
８は永久磁石、１９は高速電子である。In each figure from FIG. 1 to FIG. 3, 11 is a plasma source;
2 is a magnetic field filter, 13 is an electron source, 14 is a workpiece, 1
5 is plasma, 16 is ion beam, 17 is magnetic field line, 1
8 is a permanent magnet, and 19 is a high-speed electron.
第１の実施例である第１図のイオン注入機のチャージア
ップ防止装置について、以下その動作を説明する。The operation of the first embodiment of the charge-up prevention device for the ion implanter shown in FIG. 1 will be described below.
アルゴンガスを用いたマルチカスプ型プラズマ源等のプ
ラズマ源１１よりプラズマ１５が被加工物１４の周辺に
拡散し、イオンビーム１６による正の電荷の蓄積をプラ
ズマからの電子（図示せず）の供給によって中和し、チ
ャージアップを抑制する。Plasma 15 is diffused around the workpiece 14 from a plasma source 11 such as a multi-cusp type plasma source using argon gas, and positive charge is accumulated by the ion beam 16 by supplying electrons (not shown) from the plasma. Neutralizes and suppresses charge-up.
この装置ではプラズマを利用するため空間電荷の効果が
生じず電子の供給が妨げられない。さらに、電子の運動
の方向性も少ないため部分的に過剰な電子が供給される
こともない。これら２つの効果により、電子供給の安定
性が向上する。Since this device uses plasma, there is no space charge effect and the supply of electrons is not hindered. Furthermore, since the directionality of electron movement is small, excess electrons are not supplied locally. These two effects improve the stability of electron supply.
なお、プラズマ源１１は、第１の実施例では、アルゴン
ガスを用いたマルチカスプ型プラズマ源としたが、プラ
ズマ化するガスを他の不活性ガスや、窒素ガスあるいは
、これらの混合ガスなどとしてもよく、また、プラズマ
発生の方式をＥＣＲ型プラズマ源、高周波プラズマ源、
ＰＩＧ形プラズマ源などとしてもよいことは言うまでも
ない。In the first embodiment, the plasma source 11 is a multi-cusp type plasma source using argon gas, but the gas to be turned into plasma may be other inert gas, nitrogen gas, or a mixture thereof. Often, the method of plasma generation is an ECR type plasma source, a high frequency plasma source,
Needless to say, a PIG type plasma source may also be used.
また、正のイオン注入のみでなく、負のイオン注入に対
してもチャージアップの防止効果があることは言うまで
もない。Further, it goes without saying that charge-up prevention is effective not only for positive ion implantation but also for negative ion implantation.
第２の実施例である第２図のイオン注入機のチャージア
ップ防止装置について、その動作を説明する。The operation of the second embodiment of the charge-up prevention device for the ion implanter shown in FIG. 2 will be described.
第２の実施例では第１の実施例に、永久磁石等の磁石１
８を並べて構成されている磁界フィルタ１２をさらに付
は加えた構成となっており、これによって第１の実施例
の動作の他に、永久磁石等の磁石１８を並べて構成され
ている磁界フィルタ１２のもつ磁力線１７の作用により
プラズマ源１１中に存在する高速電子１９をローレンツ
力によって跳ね返す動作が新たに加わる。この動作によ
って、被加工物１４の表面に向かう電子から高速電子１
９の成分が取り除かれ、低速の電子のみが拡散によって
被加工物１４の表面に供給されることになる。In the second embodiment, a magnet 1 such as a permanent magnet is added to the first embodiment.
In addition to the operation of the first embodiment, the magnetic field filter 12 is constructed by arranging magnets 18 such as permanent magnets. Due to the action of the magnetic lines 17 of the plasma source 11, a new operation is added in which the high-speed electrons 19 existing in the plasma source 11 are repelled by the Lorentz force. By this operation, the high-speed electrons 1
9 is removed, and only low-speed electrons are supplied to the surface of the workpiece 14 by diffusion.
従って、高速電子１９が被加工物１４の表面に入射する
ことによる負のチャージアップが生じ難いという新たな
効果が生まれる。Therefore, a new effect is created in that negative charge-up due to the high-speed electrons 19 being incident on the surface of the workpiece 14 is less likely to occur.
なお、磁界フィルタ１２は、第２の実施例では、永久磁
石を並べた構成としたが、コイルを用いた電磁石で構成
してもよいことは言うまでもない。Although the magnetic field filter 12 has a structure in which permanent magnets are arranged in a row in the second embodiment, it goes without saying that it may be formed by an electromagnet using a coil.
また、第２の発明も、正のイオン注入のみでなく、負の
イオン注入に対してもチャージアップの防止効果がある
ことは言うまでもない。It goes without saying that the second invention also has the effect of preventing charge-up not only in positive ion implantation but also in negative ion implantation.
第３の実施例である第３図のイオン注入機のチャージア
ップ防止装置について、その動作を説明する。The operation of the third embodiment of the charge-up prevention device for the ion implanter shown in FIG. 3 will be described.
第３の実施例では第１の実施例のプラズマ内部に、直熱
型のタングステンフィラメント等の電子源１３をさらに
付は加えた構成となっており、これによって第１の実施
例の動作の他に、直熱型のタングステンフィラメント等
の電子源１３の働きにより、プラズマ１５の内部の電子
が不足した場合、直ちにプラズマへ低速の電子（図示せ
ず）を効率よく注入する動作が加わる。The third embodiment has a configuration in which an electron source 13 such as a directly heated tungsten filament is further added inside the plasma of the first embodiment, and thereby the operation is different from that of the first embodiment. In addition, due to the action of the electron source 13 such as a directly heated tungsten filament, when there is a shortage of electrons within the plasma 15, an operation is added to efficiently inject low-speed electrons (not shown) into the plasma immediately.
従って、高電流イオン注入においても、電子の供給がイ
オンビーム１６の電流に対して不足することがなく、正
のチャージアップが生じ難いという新たな効果が生まれ
る。Therefore, even in high-current ion implantation, there is no shortage of electron supply relative to the current of the ion beam 16, and a new effect is produced in that positive charge-up is less likely to occur.
なお、電子源１３は、第３の実施例では、直熱型のタン
グステンフィラメントとしたが、加熱方式を傍熱型や電
子線加熱型としてもよく、また、材質をモリブテンやト
リウムタングステン、ＢａＯ等の酸化物などとしてもよ
いことは言うまでもない。Although the electron source 13 is a directly heated tungsten filament in the third embodiment, the heating method may be an indirect heating type or an electron beam heating type, and the material may be molybdenum, thorium tungsten, BaO, etc. Needless to say, it may be used as an oxide of.
発明の効果
本発明によれば、イオン注入時の正または負の電荷を中
和するための電子あるいは正イオンを安定に供給し、チ
ャージアップを理想的に防止することができるという効
果を有する。Effects of the Invention According to the present invention, electrons or positive ions for neutralizing positive or negative charges during ion implantation can be stably supplied, and charge-up can be ideally prevented.
第１図〜第３図は本発明の各実施例イオン注入機のチャ
ージアップ防止装置の構成図、第４図は従来のイオン注
入機のチャージアップ防止装置の構成図である。
１１・・・・・・プラズマ源、１２・・・・・・磁界フ
ィルタ、１３・・・・・・電子源。1 to 3 are configuration diagrams of a charge-up prevention device for an ion implanter according to each embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a configuration diagram of a charge-up prevention device for a conventional ion implanter. 11... Plasma source, 12... Magnetic field filter, 13... Electron source.
Claims (3)
ズマ発生器を備えたイオン注入機。(1) An ion implanter equipped with a plasma generator to supply plasma around the workpiece.
ズマ発生器を備え、前記プラズマ発生器と被加工物の間
に、磁界によるフィルタを備えたイオン注入機。(2) An ion implanter including a plasma generator for supplying plasma around a workpiece, and a filter using a magnetic field between the plasma generator and the workpiece.
ズマ発生器を備え、前記プラズマ発生器によって生成さ
れるプラズマの内部に電子源を備えたイオン注入機。(3) An ion implanter comprising a plasma generator for supplying plasma around a workpiece, and an electron source inside the plasma generated by the plasma generator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2753390A JPH03233849A (en) | 1990-02-07 | 1990-02-07 | Ion implantation machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2753390A JPH03233849A (en) | 1990-02-07 | 1990-02-07 | Ion implantation machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03233849A true JPH03233849A (en) | 1991-10-17 |
Family
ID=12223746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2753390A Pending JPH03233849A (en) | 1990-02-07 | 1990-02-07 | Ion implantation machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03233849A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0513356A (en) * | 1991-07-08 | 1993-01-22 | Nec Yamagata Ltd | Method for ion implantation |
| WO2010085349A1 (en) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | Axcelis Technologies Inc. | Enhanced low energy ion beam transport in ion implantation |
-
1990
- 1990-02-07 JP JP2753390A patent/JPH03233849A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0513356A (en) * | 1991-07-08 | 1993-01-22 | Nec Yamagata Ltd | Method for ion implantation |
| WO2010085349A1 (en) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | Axcelis Technologies Inc. | Enhanced low energy ion beam transport in ion implantation |
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