JPH0215550A - ターゲット表面電位制御装置 - 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〕 この発明は、特に大電流イオン注入装置に装備されるも
のであって、真空プラズマ中から引き出された正電荷を
もつイオンが加速されて注入されるターゲットの表面に
電子を与えることによりターゲット表面の電位を制御す
るターゲット表面電位制？ｌ装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の装置としては例えば特開昭６２−１５４５４４
号公報に開示されたものがある。第４図はその装置構成
を示す図である。上流側が図示されないイオン注入装置
１８のイオン源から引出された正電荷によって形成され
るイオンビーム７は、ディスク２上のターゲットである
ウェーハ３に注入される。

同時にフィラメント９で生成された電子ビーム１２をグ
リッド２０に向けて照射することによって２次電子２１
が生じ、これがウェーハ３の表面に蓄積される正電荷を
打ち消し、ウェーハ３の表面電位の上昇をおさえている
。

第４図の装置において、ウェーハ３に蓄積される正電荷
を精度高く打ち消すため、ウェーハ３が取り付けられた
回転ディスク２に流れる電流と、ファラデーカップ４に
流れる電流との和を計測し、それに基づいて当該和のｔ
ｉがほぼ零になるようにフィラメント９から放出される
電子シャワー量を制御する制御器１９を備えている。な
お、図中、符号６は前記和の電流を検出する電流検出手
段である電流計、５は回転ディスク２の回転軸、１は真
空容器、１３はフィラメント９の加熱電源、１５はフィ
ラメント９から放出された熱電子をグリッド２０に向け
て引き出すための引出し電源である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように構成されたターゲット表面電位制御装置にお
ける問題点は次の通りである。すなわち、この装置では
、回転軸５を中心に毎分数百回で回転するディスク２を
真空容器１から絶縁しなければならず、装置が複雑にな
るという欠点がある。

この発明の目的は、プアラデー力・ノブに流れる電流だ
けを計測することにより、ターゲット表面に蓄積される
電荷を精度高く零ならしめ、ターゲットの表面電位をイ
オン粒子が注入される以前の電位に保持するターゲット
表面電位制御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、ターゲ
ット表面電位制御装置を、真空プラズマ中から引き出さ
れたイオンのビームに電子を供給するとともに外部から
の制御信号によりイオンビームに供給する電子量が制御
される電子源と、前記引き出されるイオンの種類、エネ
ルギおよびターゲット材料が入力されてターゲットの２
次電子放出率を演算、出力する関数発生器と、ターゲッ
トに表面電位を与える電流を検出する電流検出手段ζ牡
わ と、前記関数発生器の出力と前記電流積出番が検出した
電流とから前記表面電位を零ならしめる電子量を演算す
るとともにこの量の電子がターゲットに到達するように
前記電子源からイオンビームに供給される電子量を制御
する演算制御手段とを用いて構成するものとする。

（作用） まず、本発明の原理について説明する。以下で正１％の
イオンを単にイオンと呼ぶ。

ウェーハにイオンが衝突すると２次電子を放出し、放出
率γすなわちウェーハに注入されるイオン電′ｆＬ１ア
ンペア当たりウェーハから単位時間に放出される２次電
子の総電荷量すなわち２次電子電流〔アンペア〕は、イ
オン種、ウェーハ材料およびイオンが注入直前に持つ運
動エネルギの組合わせによって異なる。ウェーハから電
子が放出されることは、イオンが蓄積されることと等価
であるから、Ｉム　〔アンペア〕のイオンビームがウェ
ーハに注入されるとγ■ム　〔アンペア〕の２次電子が
放出され、ウェーハ表面の正を荷の蓄積は（１＋　＋　
Ｔ　Ｉ；　）／ｅ個となる。ここでｅは電子１個の電荷
量である。従ってこれと同数の電子（電流に換算すると
Ｉ　Ｉ＋　ｒ　Ｉ　ｒ　　Ｃアンペア〕をウェーハ表面
に供給すれば、ウエーノ）の表面電位はイオン注入前と
同じ　（通常接地電位）に維持される。

２次電子放出率Ｔは、イオン種１ウ工−ノ人材料及びイ
オンの運動エネルギの組合わせ毎に詳細な実験結果が得
られているから、それらを記憶し、別途にファラデーカ
ップで計測されたイオンビーム電流１＋　を基にして必
要な電子量を！ム＋γＩ□−（１＋γ）Ｉ＋Ｃアンペア
〕の形で導き出し、この量と１；１の関係で対応する量
を制ｍ信号として電子源へ出力し、ウェーハ面に前記電
子電流（１＋ｒ）［ム　〔アンペア〕が得られるように
電子を放出する。電子源が例えば熱陰極を用いて構成さ
れているときには、放出される電子数の制御は熱陰極加
熱電流、熱陰極自体の真空容器に対する電位、熱陰極前
面に配置された引出し電極の電位を変えることにより行
う、このようにして、ウェーハに注入されるイオンビー
ムはウェーハに到達時に総電荷量が零となるから、ウェ
ーハには表面晩縁を破壊しようとする電荷の蓄積が起こ
らない、しかも、ターゲット表面に供給される電子数の
制御が、イオン種、ターゲット材料およびイオンの運動
エネルギの組合わせによって決まる２次電子放出率に対
する実験結果を用いて行われるから、ウェーハ面での総
電荷量が精度高く零におさえられ、装置を複雑化するこ
となくウェーハの表面電位を常にイオン注入以前の電位
に保持することが可能になる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例によるターゲット表面電位制
御装置の構成を示す、イオン注入のターゲットであるウ
ェーハ３は円板状のディスク２の面に周方向に間隔をお
いて複数個取り付けられ、回転軸５を中心に回転すると
共にディスク２の面を半径方向に往復運動しながらイオ
ンビーム７の照射を受ける。注入時のイオンビーム電流
はディスク２に設けられたスリットを通ってディスク背
面側に配されたファラデーカップ４に流れ込むイオン量
を電流計６で常にモニタしている。

イオンビーム７がウェーハに注入される直前に、電子生
成室１８に配室された電子源から電子ビーム１２を照射
する。この電子源は本実施例では熱電子を放出するフィ
ラメント９と、フィラメント９がらビームと反対側の真
空容器壁へ向かう熱電子を阻止する阻止電極１１と、熱
電子をイオンビーム側へ加速する加速電極１０と、外部
から制御信号を受けてフィラメントの通電電流を変える
加熱電源２３と、熱電子をイオンビーム側へ引き出す引
出し電Ｒ２４と、加速型ｓ２５とを備えている。

このように構成された電子源から供給される電子量の制
御は次のように行われる。

ディスク１２の面に配された。いずれか隣り合う２個の
ウェーハの中間位置でディスク１２に形成されたスリッ
トを通してファラデーカップ１４に入射される電流■を
電流計６で測定し、この電流値Ｉを演算制御手段１７に
入力し、一方、イオン種Ａターゲット材料Ｂ、イオンの
運動エネルギＣを関数発生器１６に入力して２次電子放
出量γを計算し、演算制御手段１７に入力する。演算制
御手段１７はγと■とを用いて　（１＋γ）■を計算し
、この値を制？１１信号として加熱電源２３に人力し、
ウェーハ３に　（１＋ｒ）１に等しい電子流が得られる
ように加熱電流を制御する。

ここで電子ビーム１２の挙動について説明する。

電子ビームの一部はイオンビームの作る正の電位によっ
て束縛されウェーハ近傍で電子雲を形成する。一方、束
縛されない電子もある確率で存在し、イオンビームを横
切って真空容器１１の内壁へ衝突し２次電子を発生する
。この２次電子もまた電子雲を形成する。ウェーハにイ
オンが蓄積し正の電位を持つと、それに引かれて電子雲
から電子が移動しウェーハに流れ込む、この電流が（１
＋γ）１であればよい、この電流（１＋γ）！を得るた
めにイオンビームにどれ位の電子量を供給すべきかは、
電子ビームによる電子供給量が与えられたときのウェー
ハへ流れ込む電子電流が、イオンビーム電流（Ｉｔ）、
イオンの運動エネルギ、ウェーハの帯電圧すなわち対真
空容器電位、フィラメント加熱電流、電子ビームにおけ
る電子の連動エネルギなどに依存することから、あらか
じめウェーハの帯電圧を設定した上でウェーハへ流れ込
む電子電流の前記各パラメータ依存を測定しておく。

この測定結果の一例として、例えば、ウェーハの帯電圧
を２５Ｖすなわち正電荷の蓄積によりウェーハ上の絶縁
膜が破壊される電圧直前に保持したとき、Ａｒ”　ビー
ム４０ｋＶ、　２０ｍＡ、電子ビームｌｌ０ＩＩＡ、加
速電圧（第１図における加速電源２５の電圧）３５゜■
、引出し電圧（引出し電５２４の電圧）２３５Ｖ、フィ
ラメント電流（加速電源２３の出力電流）５１Ａ（フィ
ラメントは直径ｌ鶴のタングステン綿棒を用いた）のと
き約３０−Ａの電子がウェーハに到達したことを確認し
た。フィラメント電流値を増加するとウェーハ到達電子
電流はさらに増加する。このようにウェーハ到達電子電
流の前記各パラメータ依存をあらかじめ測定し、これを
記憶させておくことにより、演算制御手段１７から出力
される制御信号により加熱電源２３から出力される加熱
電流を、（１＋ｒ）Ｉに等しい電子がウェーハに到達す
るように制御することができる。第２図は加熱電源の代
わりに引出し電源２４．第３図は加速電源２５の出力を
それぞれ制御する実施例を示す。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、真空プラズマ中
から引き出されたイオンが加速されて注入されるターゲ
ットの表面電位を制御する装置を、前記真空プラズマ中
から引き出されたイオンのビームに電子を供給するとと
もに外部からの制御信号によりイオンビームに供給する
電子量が制御される電子源と、前記引き出されるイオン
のｆＩ類エネルギおよびターゲット材料が入力されてタ
ーゲットの２次電子放出率を演算、出力する関数発生器
と、ターゲットに表面電位を与える電流を電位を零なら
しめる電子量を演算するとともにこの量の電子がターゲ
ットに到達するように前記電子源からイオンビームに供
給される電子量を制御する／Ｊｉ算制扉制御手段用いて
構成したので、ターゲットもしくはターゲットを搭載す
る回転ディスクに流れる電流を測定することなく、ファ
ラデーカップに流入する電流のみを用いてターゲットの
表面電位を制御することができるため、イオン注入装置
の複雑化をもたらすことなくターゲットの表面電位を制
御することが可能となる。また、この制御は、注入され
るイオンの種類、エネルギおよびターゲット材料によっ
てきまる２次電子放出率に対する実験結果を用いて行わ
れるから、ターゲットの表面電位をイオン注入以前の電
位におさえる制御、を精度高く行うことが可能である。

さらに、ターゲ・ノドの表面電位をイオン注入以前の電
位におさえるための電子の供給がイオンビームに対して
なされるから、イオンビームがターゲットに到達した時
点ではターゲット表面の総電荷量は実質的に零であり、
ターゲットにイオン注入と電子供給とを時系列に行うと
きのようにターゲット表面に絶縁を破壊しようとする電
荷の蓄積が起こらない等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の第１．
第２および第３の実施例によるターゲット表面電位制′
４Ｂ装置の構成図、第４図は従来例によるターゲット表
面電位制御装置の構成図である。 ｔ、１ｉ：真空容器、３：ウェーハ　（ターゲット）、
４．１４：ファラデーカップ、６：電流計　（電流検出
手段）　　７：イオンビーム、９：フィラメント、１２
：電子ビーム、１６：関数発生器、１７：演算制御手段
、１９：制御器、１３，２３：加熱電源、１５，２４；
引出し電源、２５；加速電源。 ７−・ 代理人升理（山　口　　扇、　　−“ｊ第１　図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）真空プラズマ中から引き出されたイオンが加速され
   て注入されるターゲットの表面電位を制御する装置であ
   って、前記真空プラズマ中から引き出されたイオンのビ
   ームに電子を供給するとともに外部からの制御信号によ
   りイオンビームに供給する電子量が制御される電子源と
   、前記引き出されるイオンの種類、エネルギおよびター
   ゲット材料が入力されてターゲットの２次電子放出率を
   演算、出力する関数発生器と、ターゲットに表面電位を
   与える電流を検出する電流検出手段と、前記関数発生器
   の出力と前記電流検出手段が検出した電流とから前記表
   面電位を零ならしめる電子量を演算するとともにこの量
   の電子がターゲットに到達するように前記電子源からイ
   オンビームに供給される電子量を制御する演算制御手段
   とを備えたことを特徴とするターゲット表面電位制御装
   置。