JPH0432568A - イオン処理装置 - 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】 ［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。

（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、特に半導体ウェハへの不純物導入
に際しては必要不可欠な装置となりつつある。

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ェハに照射するため、特に、
高電流（数アンペア程度）のイオン注入装置においては
、半導体ウェハに加速された正イオンが衝突する過程で
、半導体ウェハがら電子が叩き出されたり、絶縁体表面
部分に正電荷の蓄積が起きるなど、半導体ウニ八表面が
正に帯電しやすくなっている。そのために、半導体ウェ
ハに形成された絶縁体部分（絶縁膜）が、蓄積された正
電荷により特に高集積化される今日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ェハの帯電を防止しなければな
らない。

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ェハに供給して半導
体ウェ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。

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
ウェハに供給され、この結果半導体ウェハ上に電子が過
剰に供給されて逆に負電荷が蓄積し、絶縁膜が破壊され
ることがある。

なお、イオンビームの照射により、半導体ウェハ表面に
被着されたレジストが飛散し、イオンビーム導入管内壁
がこのレジストにより汚染されることがあるが、−次電
子を衝突させる部位がこのようなレジストにより汚染さ
れると、ここに負電荷が蓄積され、−次電子が反射され
易くなるため、特にこのような危険性が増大する。

また、近年は、半導体デバイスの高集積化に伴い、半導
体ウェハ上に形成される絶縁膜も、薄くされる傾向にあ
り、静電破壊に対する耐性が低くなる傾向にある。この
ため、上述した絶縁膜の静電破壊が特に大きな問題とな
りつつある。

また、このような問題を解決するため、例えば特開昭８
２−２９８３５７号公報等では、フィラメントから熱電
子を発生させ、この熱電子を電子引き出し電極で引き出
し、半導体ウェハに供給してこの半導体ウェハの正電荷
を中和する装置が提案されて、いる。

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ェ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、半導体ウェハに
エネルギーの高い電子が過剰に供給され、半導体ウェハ
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。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したようなイオン処理装置において
も、さらに、半導体ウェハに供給される電子のエネルギ
ーを精度良く均一に制御することができ、確実に半導体
ウェハの電荷を中和しながらイオン処理処理を実施する
ことが当然要求される。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、被処理物に供給される電子のエネルギーを精度良く均
一に制御することができ、確実に被処理物の電荷を中和
しつつ、イオン処理を実施す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。

［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、被処理物にイオンビームを照射す
る手段と、この手段により発生された前記被処理物の正
電荷を中和する電子供給手段とを具備したイオン処理装
置において、前記電子供給手段の電子源を、熱フィラメ
ントと加熱ヒータとを具備した傍熱型陰極により構成し
たことを特徴とする。

また、本発明は、被処理物にイオンビームを照射する手
段と、電子源で発生させた電子を前記被処理物に供給し
、該被処理物の正電荷を中和する電子供給手段とを具備
したイオン処理装置において、前記電子源を、長手方向
に分割され、電源に並列接続された複数のフィラメント
により構成したことを特徴とする。

（作　用） 上記構成の本発明の請求項１記載のイオン処理装置では
、被処理物に発生する正電荷を中和する電子供給手段の
電子源が、熱フィラメントと加熱ヒータとを具備した傍
熱型陰極により構成されている。

また、本発明の請求項２記載のイオン処理装置では、上
記電子源が、長手方向に分割され、電源に並列接続され
た複数のフィラメントにより構成されている。

したがって、電気抵抗により電子源の長手方向に発生す
る電位勾配を抑制することができ、電子源の各部から放
出される電子のエネルギーを、均一化することができる
。このため、被処理物に供給される電子のエネルギーを
精度良く均一に制御することができ、確実に被処理物の
電荷を中和しつつ、イオン処理を実施することができる
。

したがって、例えば半導体ウニｌ＼の表面に形成された
絶縁膜が正あるいは負の電荷の蓄積により静電破壊され
ること等を防止して、良好なイオン処理を実施すること
ができる。

（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。

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）の半導体ウェハ
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、各半導体ウェハ４に、イオンビーム１を照
射する如く構成されている。

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。

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。

すなわち、第２図に示めされているように、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、この筺体７内には棒状例えば丸棒状に形成された
電子源としての傍熱型陰極８と、この傍熱型陰極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
する凹面状反射板９が設けられている。

上記傍熱型陰極８は、軸芯部に設けられた丸棒状加熱ヒ
ータ８ａと、この加熱ヒータ８ａの外側を覆う如く環状
に設けられた材質例えばセラミックス等からなる絶縁部
材８ｂと、この絶縁部材８ｂのさらに外側を覆う如く設
けられた熱電子発生体例えば熱フィラメント８Ｃとから
構成されている。そして、加熱ヒータ８ａに通電するこ
とによって、熱フィラメント８Ｃを加熱し、熱フィラメ
ント８ｃから熱電子ｅを放出させるよう構成されている
。このような陰極８は、必要に応じて複数本平行に配列
してもよいし、面状の陰極にしてもよい。

さらに、とイオンビーム導入管２との間に設けられた絶
縁部材６には、筐体７側から順に、電子引き出し電極１
０と電界制限用電極１１が保持されている。

上記電子引き出し電極１０は、傍熱型陰極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
３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
らなるメツシュ１０ｂとから構成されており、メツシュ
１０ｂの開口部位を電子が通過可能な如く構成されてい
る。

また、電界制限用電極１１は、電子引き出し電極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
するためのもので、上記電子引き出し電極１０と同様に
メツシュ状に構成されている。上記電極１０．１１のい
ずれかに電子量を制御するためのパルス状の電子カット
オフ電圧を適宜印加してもよい。

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、筺体７は同電位（例えばＯＶ）に保たれ
る。そして、半導体ウェハ４にイオンビーム１を照射す
る。これとともに、電源１２により傍熱型陰極８の加熱
ヒータ８ａに通電して熱フィラメント８ｃを加熱し、電
源１３により熱フィラメント８ｃに所定電圧例えば−５
■、電源１４により反射板９に所定電圧例えば−３０Ｖ
、電源１５により電子引き出し電極１０に所定電圧例え
ば＋５ｏｏｖ　、電源１６により電界制限用電極１１に
所定電圧例えば＋５０Ｖをそれぞれ印加することにより
、熱フィラメント８Ｃからイオンビーム導入管２内に電
子ｅを送り込み、半導体ウニ／％４に電子ｅを供給する
。

この時、傍熱型陰極８の熱フィラメント８Ｃからから放
出され、半導体ウニ／Ｘ４に供給される電子ｅは半導体
ウェハ４と熱フィラメント８Ｃ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、
半導体ウニｔ１４　（ＯＶ）と、熱フィラメント８ｃ（
−５Ｖ）との電位差が５■であるので、電子ｅは５ｅＶ
のエネルギーを有する。

ここで、傍熱型陰極８の熱フィラメント８は、直熱型フ
ィラメントの場合に較べて電気抵抗が少ない。このため
、熱フィラメント８Ｃの長手方向における電位勾配が少
なく、その両側端部における電位差がゼロに近いので、
熱フィラメント８Ｃの各部から放出される電子ｅのエネ
ルギーは、はぼ均一となる。

すなわち、半導体ウェハ４とフィラメント８との電位差
を所望の値に設定することにより、所望の均一なエネル
ギーを有する電子のみを半導体ウェハ４に供給すること
ができる。

したがって、半導体ウェハ４に一次電子のような高いエ
ネルギーを有する電子が供給されることがなく、半導体
ウェハ４に電子が過剰に供給されて、半導体ウェハ４の
表面に形成された絶縁膜が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。

また、周知のラングミュアの公式に示されるように、熱
フィラメント８Ｃから引き出される電子の量は、熱フィ
ラメント８Ｃと電子引き出し電極１０との間の電圧Ｖの
３／２乗に比例し、熱フィラメント８ｃと電子引き出し
電極１０との間の間隔ｄの２乗に反比例する。

したがって、この実施例のイオン注入装置では、上述し
た如く半導体ウェハ４と熱フィラメント８Ｃ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、電源１５により、電子引き出し電極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、熱フィラメント８Ｃから多量の電子を引
き出すことがてきる。

したがって、イオンビーム１の照射によって半導体ウェ
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、半導体ウェハ４の表面に
形成された絶縁膜が正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。

なお、前述した如く、電界制限用電極１１は、電子引き
出し電極１０によってイオンビーム導入管２内に形成さ
れる電界を制限し、イオンビーム導入管２内と電子供給
機構５内とを分離するためのものである。すなわち、電
界制限用電極１１は、電子引き出し電極１０より低い電
位に設定され、イオンビーム導入管２内に形成される電
界を抑制する。しかしながら、電界制限用電極１１の設
定電位がフィラメント８の設定電位より低くなると電子
ｅを引き出すことができなくなってしまうので、上述し
た如く例えば＋５０ｖ程度に設定される。

但し、この電界制限用電極１１は、省略することも可能
である。

第４図は、他の実施例のイオン注入装置の要部構成を示
すもので、前述の実施例と同一部分には、同一符号を付
しである。

この実施例のイオン注入装置では、電子源が、長手方向
に分割されフィラメント加熱用の電源１２に並列接続さ
れた複数、例えば４つのフィラメント２０ａ、２０ｂ、
２０ｃ、２０ｄから構成されている。なお、上記フィラ
メント２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、それぞれ材
質例えばタングステン等からなる螺旋状のワイヤーによ
って構成されている。

上記構成のこの実施例では、例えば分割されていない１
つのフィラメントを用いた場合に較べて、フィラメント
加熱用の電源１２の電圧を１／４（分割数をｎとすれば
１／ｎ）とすることができ、電気抵抗により電子源の長
手方向に生じる電位勾配を１つのフィラメントを用いた
場合に較べてｌ／４（分割数をｎとすれば１／ｎ）とす
ることができる。

したがって、フィラメント２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２
０ｄの各部から放出される電子ｅのエネルギーを均一化
することができ、前述の実施例と同様な効果を得ること
ができる。

なお、上記実施例では、電子源を、長手方向に４分割さ
れたフィラメント２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄによ
って構成した例について説明したが、本発明はかかる実
施例に限定されるものではなく、この分割数は２以上幾
つとしてもよい。この場合、分割数を多くすれば、より
電子のエネルギーを均一化することができるが、構造が
複雑化したり、製造コストが増大するため、分割数は、
例えば２〜６程度等、適宜選択する必要がある。

また、上記実施例では、電子源を材質例えばタングステ
ン等からなる螺旋状のワイヤーからなるフィラメント２
０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄによって構成したが、例
えば電気抵抗の少ない棒状の部材等によって構成するこ
ともできる。

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て正帯電する装置で
あればいずれでもよい。例えばマスクリペア、ウェハリ
ペア等のイオンリペアに適用しても・よい。

［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
、被処理物に供給される電子のエネルギーを精度良く均
一に制御することができ、確実に被処理物の電荷を中和
しつつ、イオン処理を実施することができる。

したがって、例えば半導体ウェハの表面に形成された絶
縁膜が正あるいは負の電荷の蓄積により静電破壊される
こと等を防止して、良好なイオン注入処理を実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２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３図は第１図のイオン注入装
置の電子引き出し電極の構成を示す図、第４図は他の実
施例のイオン注入装置の要部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・・・・・・
半導体ウェハ、５・・・・・・電子供給機構、６・・・
・・・絶縁部材、７・・・・・・筐体、８・・・・・・
傍熱型陰極、８ａ・・・・・・加熱ヒータ、８ｂ・・・
・・・絶縁部材、８Ｃ・・・・・・熱フィラメント、９
・・・・・・反射板、１０・・・・・・電子引き出し電
極、１１・・・・・・電界制限用電極、１２〜１６・・
・・・・電源、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・・
・・・フィラメント。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理物にイオンビームを照射する手段と、この
   手段により発生された前記被処理物の正電荷を中和する
   電子供給手段とを具備したイオン処理装置において、 前記電子供給手段の電子源を、熱フィラメントと加熱ヒ
   ータとを具備した傍熱型陰極により構成したことを特徴
   とするイオン処理装置。
2. （２）被処理物にイオンビームを照射する手段と、電子
   源で発生させた電子を前記被処理物に供給し、該被処理
   物の正電荷を中和する電子供給手段とを具備したイオン
   処理装置において、 前記電子源を、長手方向に分割され、電源に並列接続さ
   れた複数のフィラメントにより構成したことを特徴とす
   るイオン処理装置。