JPS6079655A - イオンビ−ム中性化装置 - Google Patents

イオンビ−ム中性化装置

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JPS6079655A
JPS6079655A JP18702683A JP18702683A JPS6079655A JP S6079655 A JPS6079655 A JP S6079655A JP 18702683 A JP18702683 A JP 18702683A JP 18702683 A JP18702683 A JP 18702683A JP S6079655 A JPS6079655 A JP S6079655A
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JP
Japan
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ion beam
secondary electron
ion
implantation
electron multiplier
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JP18702683A
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English (en)
Inventor
Takeshi Koike
武 小池
Eiji Tajima
田島 英司
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/026Means for avoiding or neutralising unwanted electrical charges on tube components

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン打込み装置における正イオンビームの中
性化装置に関するもので、特に、二次電子増倍管を用い
ての二次電子流により正イオンビームの中性化全行なう
装置に関する。
〔発明の背景〕
イオン打込み装置itは半導体素子の製造によく用いら
れるようになったが、正電荷をもつイオンビームを半導
体ウェハに注入すると一般にはウエノ・上に電荷を形成
する。イオン打込み装置首ではウェハを伝導性の金属(
アルミニウムが多い)に接触させ、この電荷を電流とし
て取シ出し、電荷を取り去ると同時に、打込み量を電気
量で正確に制御している。しかし、半導体素子には、絶
縁化ヤ、月料の理由から、ウェハ表面の中性化を十分に
行なうことができないものが多くなった。たとえば金属
−酸化物半導体(MOS)の場合、Siの基板上に薄い
酸化膜の絶縁膜のパターンを形成し、その上に金属電極
装置き、その上からイオン打込みする製作プロセスを実
施している。この時、正電荷は絶縁酸化膜上に帯電し、
ついには、放電によシ絶縁パターンを破壊するに至る。
−走、た、絶縁物への打込み(たとえばシリコン・オン
・ザアファイア:80S)などでは帯電荷の逃げ路がな
いため、基板での放電、イオンビームの偏向、打込み電
流の正確な検出ができなくなる。このようなことかし、
所要きれる打込み量、打込みの均一性が得られないのみ
ならず、甚だしい場合には素子の破壊に至る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述のウェハ表面、特に絶縁膜上に帯
′i4シた正電荷を消滅あるいは減少させるためのイオ
ンビームの中性化装置全提供するにある。
〔発明の概要〕
絶縁物表面に帯電した正電荷を中オロするには電子を何
らかの形で供給してやればよい。従来よく用いられた方
法として電子/ヤソー(或いは電子スプレー)法がある
。これはイf′r電物の近くに熱フィラメントより電子
を放電する方法であるが、半導体素子、特に近年のLS
I微細パターン用のウェハへのイオン打込みにあっては
、熱フイラメント材からのアルカリ金属の汚染、エネル
ギーの大きい電子の直接衝撃など問題がある。そこで、
イオンビーム中に電子をトラップさせ、空間電荷的に中
和する方法があり、特にmA級の大電流イオン打込み装
置では、大電流イオンビームの空間電荷によるひろがり
を抑える理由もあり、このイオンビーム内の電子トラッ
プによる空間電荷中和を行ない、結果としての帯′「に
面の中和を行ガつている。
第1図にイオン打込み装置の概略説明図を示す。
シリコン基板上に、p”+n+層を形成するため、リン
、ヒ素、ボロンなどを打込むが、一般にはそれらを含む
ガス(たとえばリンの場合、ホスフィン(PH31ガス
)をガス導入系1よりイオン源2に供給する。放電など
により、イオン源2でイオンを生成し、電界によりイオ
ンビーム3として引き出す。分離用磁石4により特定の
打込みイオン種に分離し、分離スリット6を通過させ、
打込みイオンビーム3′として打込み室70回転円板8
上に装着しておるウェハ9にイオン打込みを行なう。イ
オンビーム3,3′の通過する分析管5、打込み室7な
どは図には示されていないが、排気装置により高真空に
保たれている。
第2図に、従来のイオンビームの中性化装置の一実施例
を示す。
打込みイオンビーム3′は分析管5金通シ、打込み室7
にある回転円板8上のウェハ9に達する。
ウェハ9に絶縁層がなけれは、打込みイオンビーム3′
の正電荷はウニ・・9から電子を与えられ中性粒子とな
り、ウェハ9内にとどまる。電荷はウェハ9、回転円板
8を電子の流れとして接地を通し閉路を形成する。この
電子の流れ全打込み電流すなわち、打込み粒子の個数と
して、制御される。
他方、たとえばウェハ9奴面上に絶縁膜があると、打込
みイオンビーム3′の正電荷はその絶縁膜上に残り帯電
することになる。この正電荷の帯電を防ぐためイオンビ
ーム中に電子を供給して、閉じこめる方法を図に示しC
いる。フィラメント10をフィラメント加熱電源14に
より加熱し、熱電子流11を生成させる。ファラデーケ
ージ13は、ウェハ9や回転円板8に当った打込みイオ
ンビーム3′によυ発生する二次電子を受けとめ、打込
み電荷量を正確に検出するだめのものである。この場合
は、たとえばアルミニウムで構成され、熱電子流11の
ターゲットとして用いている。フィラメント10よυ生
成した熱電子流11は、リペラ成極15により、押し出
され、ターゲットであるファラデーケージ13に電子加
速電源16より供給される電圧で加速され衝突し、二次
電子流12を発生ずる。一般に発生ずる二次電子のエネ
ルギーは1ooev以Fが大部分で、低速であるため正
電荷のイオンビームによシトラップされ易い。ビーム電
流計17により、電荷の流れ、が検出される。
第2図に示す従来法は中性化装置をイオンビームの近傍
に設置すること全特長としているが、逆に、イオンビー
ムによるクーゲットであるファラデーケージの汚れ、フ
ィラメント材からのアルカリ全編の流入、大きな電子流
を得るためには一次の熱′1子金多くとらなければなら
ず、フィラメントの過熱消耗、ファラデーケージの過温
度などが問題で、特に、ターゲットのイオンビームスパ
ッタによる汚れによる二次電子発生効率の不安定化は、
打込み装置の打込み再現性に悪影響を与える。
このような欠点を無くすため、イオンビームの周囲を被
うファラデーケージの外側に、二次電子増倍管を設置す
るイオンビームの中性化装置とした。すなわち、−次の
熱電子流をイオンビームから隔離すると共に、二次電子
を連続段から発生し、少ない熱電子により、多くの二次
電子を生成させ、効率よく、低い温度で中性化を行なう
ものである。
〔発明の実施例〕
第3図に本発明のイオンビーム中性化装置の原理説明図
を示す。二次電子を増倍するため多段形電子増倍管の構
造の例を示す。本発明の特長はこのように連続して二次
電子を発生、増殖する装置を用いたところにもある。フ
ィラメント10をフィラメント加熱電源14により加熱
し、熱電子流11を発生させる。発生した電子はりペラ
電極15に押し出ちれ、電子スリット20を通り二次電
子増倍管18の第1段(G! )に加速、衝突し、二次
電子12 (Al 1.に放出させる。二次電子増倍管
18は、カスケード形に積み上げられ、各段(01〜G
、lはそれぞれ絶縁され、放出する二次電子を効率よく
集めるように彎曲構造の電極で構成され、二次電子加速
電源19により、電子を順次加速するよう電圧が印加さ
れている。最終段電極(Go)ははソ接地電位で、フィ
ラメント10の電位は負電位に保つ。最終段電極(Gイ
)より得られる中性化用二次電子12′を打込みイオン
ビーム3′中に注入することにより、イオンビームによ
る正の空間電荷で電子がドラッグされ、全問領域で中和
状態になる。
二次電子増倍管は通常のカスケード形では12〜20段
のものがよく用いられ、全段の二次電子利得は、−次の
熱電子に対し、108〜104位ある。すなわち、1″
1mAの正のイオンビームを中オlするには熱電子流と
して1〜10μAでよいことになり、熱′電子源のフィ
ラメントの消耗、過熱を防ぐことができる。
第4図に本発明の実施例を示す。ウエノ・9は打込み室
7の回転円板8の周囲に並べられ(たとえば25枚/1
バッチ)、回転用モータ22で筒速回転(R)されると
同時に、打込みイオンビーム3′に対し横切るように走
査用モータ23により往復走査(S)される。回転及び
走査面は回転シール26、スライドベース24、真空ゾ
ール25で真空奢保たれている。この回転(R)、走査
(81により、打込みが均一に制御される。打込み量は
入射する打込みイオンビーム3′の電荷量をウエノ・9
および回転円板8との電子の授与で検出される。この時
発生する二次電子をトラップして正確な電流として測定
するため、打込室7の手前のビームライン系のファラデ
ーケージ13、および回転円板8周辺のファラデ1ケー
ジ13′が設置されている。
本発明のイオンビーム中性化装置は、このビームライン
系のファラデーケージ13の周囲に、二次電子増倍管1
8を設置しである。図ではりベラ電極15、フィラメン
ト10、′dL子スリスリット20び、二次電子増倍管
18の各段(01〜G、)の形状はリング状にして構成
することにより、中性化用二次電子12′ケイオンビー
ムの周辺より多量に送りこむことができるようにしブこ
。各段の電子加速電圧は100e■以t゛て、大′11
.子流がi<)られるので、イオンビームにトラップ塾
れ易い。
また、実施応用例として電子のエネルギーが低いので、
イオンビームに影響ない弱い磁場で、成子の螺線運動を
生起でき、これによりトラップ効果を大きくすることが
できる。
さらに、二次電子入射口21f、斜に設け、中性化用二
次電子12′金イオンビームの進行方向と同じ成分をも
たずことにより、トラップ効果を向上できる。打込みイ
オンビーム3′の変化量に応じ、二次電子加速電ri、
第3図の19により、二次電子増倍管18の印加電圧を
制御することにより中オU量を制御することも容易であ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれは、イオンビームを遮蔽するファラデーケ
ージの周囲に、二次電子増倍管を設置することにより、
二次電子増倍管のイオンビームによる汚れを防ぎ、安定
な中和効果が得られる。また少ないフィラメント加熱電
力で大きな二次電子が得られると共に、フィラメントか
らのアルカリ金属の流入を防ぎ、フィラメントの消耗を
助ける効果がある。以上により、正確な打込みが安定に
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はイオン打込み装置の概略説明図、第2図は従来
装置の例、第3図は本発明の原理説明図、第4図は本発
明の実施例を示す。 1・・・ガス導入系、2・・・イオンζ!L 3・・・
イオンビーム、3′・・・打込みイオンビーム、4・・
・分離用(it&石、訃・・分析・α、6・・・分離ス
リット、7・・・打込み室、8・・・回転円板、9・・
・ウェハ、10・・・フィラメント、11・・・熱電子
流、12・・・二次゛「6子流(A+〜A。 )、12′・・・中和用二次電子流(A、)、13・・
・ファラデーケージ、14・・・フィラメント加熱は源
、15・・・リペラ電極、16・・・電子加速電源、1
7・・・ビーム電流計、18・・・二次電子増倍管(C
h〜G、l、19・・・二次電子加速電源、20・・・
電子スリット、21・・・二次電子入射口、22・・・
回転用モータ、23・・・走査用モータ、24・・・ス
ライドベース、25・・・真空シール、26・・・回転
n’2シール。 代理人 弁理士 高橋明夫 も 1 口 不 2 図 G14 為3 口 (A1、ATL) ′4J 4 口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、熱電子源と二次電子を生成する二次電子増倍管とイ
    オンビームを囲むファラデーケージから構成さ!しるイ
    オン打込み装置における正イオンビームの中性化を行な
    う装置で、前記熱電子源と二次電子増倍管を前記ファラ
    デーケージの外側に配置し、前記二次電子増倍管からの
    二次電子を正イオンビーム内に注入することを特徴とす
    るイオンビーム中性化装置。 2 前記熱電子源と二次電子増倍管が前記イオンビーム
    の外囲ケと9かこむ形状で構成され、前記イオンビーム
    の外円周または2辺以上の外周よシ二次電子がイオンビ
    ーム内に注入される特許請求の範囲第1項に記載された
    装置。 3、前記二次電子増倍管の少なくとも最終段二次電子放
    出電極がイオンビームの外周をとりかこむ形状で構成さ
    れた特許請求の範囲第2項に記載された装置。 4、前記二次電子増倍管の最終段より放射される二次電
    子の方向をイオンビームの進行方向の成分金もつよう二
    次電子増倍管を配置または制御する特許請求の範囲第1
    項に記載された装置。 5、前記二次電子増倍管の最終段より放射される二次電
    子電流量を正イオン電流量の増減に対応して制御する特
    許請求の範囲第1項に記載された装置。
JP18702683A 1983-10-07 1983-10-07 イオンビ−ム中性化装置 Pending JPS6079655A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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