JPH03219545A - イオン打込み装置 - 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］ 本発明は、イオン打込み装置に関し、特に、イオンビー
ムが試料台または試料に照射されたときに発生する２次
電子を捕捉するための磁場を発生する手段を備えたイオ
ン打込み装置に関するものである。

［従来の技術］ 以下従来のイオン打込み装置について、第７図。

第８図、第９Ａ図、第９Ｂ図に基づいて説明する。

第７図は、たとえばｒＮｕｃｌｅａｒ　　Ｉｎｓｔｒｕ
ｍｅｎｔ　　ａｎｄ　　Ｍｅｔｈｏｄ　　１ｎＰｈｙｓ
ｉｃｓ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　　Ｂ３７／３８（１９８
９）のｐ４９２〜ｐ　４９６ｊに記載されたバリアン社
のイオン打込み装置の試料台近傍の断面構成を示してい
る。同図を参照して、アルミニウムなどからなる試料台
１には、試料２が保持されている。試料２に対向して、
イオンビーム（第７図に示す矢印ＩＢ）が試料台１ある
いは試料２に照射されたときに発生する２次電子を捕捉
するための、２次電子捕捉電極３が配されている。

この２次電子捕捉電極３に隣接して、周辺の空間電子を
トラップするための負電位電極４，５が配され、これら
の負電位電極４，５の間には、イオンビームを試料２の
方向へ通過させたり、あるいは遮断したりするためのビ
ームストッパ６が配設されている。試料台１だけでなく
、２次電子捕捉電極３．負電位電極４，５およびビーム
ストッパ６も、主としてアルミニウムなどの導体によっ
て形成されている。

次に、このように構成された従来のイオン打込み装置の
動作について説明する。ビームストッパ６が「開」の状
態になると、イオンビームは輸送されて試料台１の上に
搭載された試料２に照射される。イオン打込み装置は、
たとえば第８図の断面模式図に示されたＭＯＳトランジ
スタを形成するプロセスに用いられている。第８図を参
照して、たとえばｐ型のフィールド１１やチャネル１２
を形成する場合には、硼素イオンＢ＋が打込まれ、ソー
ス１３やドレイン１４を形成するためには燐イオン（Ｐ
“）や砒素イオン（Ａｓ”）が打込まれる。いずれの場
合にも、試料２には正の電荷を持ったイオンが注入され
るので、ウェハの表面にレジスト１５やシリコン酸化膜
などの高抵抗の絶縁体が存在する場合には、正に帯電す
る。また、イオン注入されると、試料台１または試料２
から、イオン注入に伴う２次電子が発生する。このよう
な従来のイオン打込み装置によれば、試料台１や試料２
から発生する多くの２次電子は、２次電子捕捉電極３に
捕捉される。また、試料２方向（第７図における右方向
）に向かう２次電子も、試料２の周辺部でイオンと再結
合するものが多く、試料２の中心部に到達する２次電子
は極めて少なくなる。したがって、試料２表面の帯電電
位が高くなり、これが静電破壊発生をもたらして、特に
試料２の中心部でデバイス不良が発生する原因となって
いた。

以上述べたような従来のイオン打込み装置の問題点を一
部解消するものとして、第９Ａ図および第９Ｂ図に示す
ような、正のイオンを負の電子により中和するイオン打
込み装置が、特開平１−２３２６５３号公報において既
に提案されている。

同公報に開示されたイオン打込み装置は、第９Ａ図およ
び第９Ｂ図を参照して、Ｂ”、Ａｓ”、Ｐｓｂ＋などの
正イオン２１ａからなるイオンビーム２１を、このイオ
ンビーム２１に捕獲させた電子２２とともにウェハ２３
に照射してイオン注入を行なうものである。この装置の
特徴は、ウェハディスク２４のホルダ２５に、たとえば
６個の棒状の磁石２６からなる磁界発生源が設けられて
いる点である。これらの磁石２６は、ウェハ２３の表面
２３ａウエハに磁力線２７を形成させるためのものであ
る。この磁界発生源は、たとえば、それぞれのＮ極をホ
ルダ２５のほぼ中心で突合わせるとともに、Ｓ極をホル
ダ２５の外周部に位置させて、ホルダ２５内に放射状に
埋込まれている。

上述のように磁石２６を、設けることにより、ウェハ表
面２３ａ上には、ウェハ２３の中心から外周部に向かう
磁力線２７が形成されることになる。ウェハ２３に到達
した正イオン２１ａは、ウェハ２３内に侵入し、その際
、ウェハ表面２３ａに正電荷２８が残留する。一方、正
イオン２１ａとともにウェハ２３に到達した電子２２ａ
は、ウェハ表面２３ａにおいて移動する。しかしながら
、ウェハ表面２３ａ上には、磁力線２７が形成されてい
るため、電子２２ａはウェハ表面２３ａへの到達時の運
動ベクトルに応じて、右または左回りのサイクロイド運
動をしながら磁力線２７を横切る方向へ移動することに
なる。そしてこの移動の間に、電子２２ａは正電荷２８
と衝突して、この正電荷２８を中性化する。

このように、ウェハ２３ａ上で電子２２ａがサイクロイ
ド運動をしながら移動することによって、電子２２ａと
正電荷２８との衝突の確率が増大し、ウェハ表面２１ａ
に残留する正電荷２８が中性化されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した特開平１−２３２６５３号公報に開示されたイ
オン打込み装置においては、第７図に示された従来の、
棒磁石を配していない装置に比べると、電子とイオンが
衝突する確率が増すので、帯電電位が低下する。

しかしながら、電子が電子発生装置から供給されない場
合において、試料２が絶縁体の場合あるいは絶縁体が試
料の表面のかなりの部分を覆っている場合には、２次電
子の発生効率は１より小さくなる。そのため、電子によ
るイオンの中性化により帯電電荷を低下させる効果を期
待することはほとんど不可能である。

また、たとえ電子が供給されたとしても、第９Ａ図およ
び第９Ｂ図に示されているように、磁石２６はホルダ２
５の中にあるので、磁石２６によって形成された磁力線
２７は、試料であるウェハ２３の表面上の、中央近傍か
ら外周部の内側にかけては多く存在するが、ウェハ２３
の外周部を越えてその外側には極めてわずかしか存在し
ない。

この磁力線２７により、ウェハ表面２３ａ上に到達した
電子は磁力線２７の回りをサイクロイド運動して、正イ
オンと衝突しこの正イオンを中性化する。しかしながら
、ウニ八表面２３ａに達しない電子あるいはウェハ２３
の外周近傍のホルダ２５で発生した２次電子は、それを
捕獲する磁力線２７が極めてわずかしか存在しないため
、正イオンを中性化するために有効に利用することはで
きないという問題があった。

この発明は、上記従来の問題点を解消するため、試料や
その周囲にある試料台から発生する２次電子を、磁力線
により有効に捕捉し、試料の中心部へ輸送して、試料に
打込まれた正イオンとの再結合の機会を増加させること
により、試料表面の帯電電位を低下させ、静電破壊を防
止することのできるイオン打込み装置を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のイオン打込み装置は、上記課題を解決するため
、試料を載置する試料台と、この試料台上の試料にイオ
ンビームを照射し、イオンを打込む手段等を備えている
。本発明のイオン打込み装置の特徴は、試料の中心近傍
から試料の外周よりも外側にかけて、試料の表面上にお
いて放射状に磁界を生ずる磁界印加手段を有する点にあ
る。

［作用コ 本発明によれば、上記構成を有することにより、電子あ
るいはイオンビームが試料台または試料に照射されたと
きに発生する２次電子を、試料の外周近傍の試料台から
発生する２次電子をも含めて磁場中に捕捉し、捕捉した
電子を試料の中心部へ輸送する。このようにして捕捉さ
れた２次電子は、試料表面に打込まれたイオンによる帯
電電位に引寄せられてイオンと再結合し、その結果試料
表面の帯電電位を低下させる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第１
Ａ図は、この発明の一実施例のイオン打込み装置の試料
台近傍の正面断面を示している。

第１Ｂ図は、第１Ａ図に示すイオン打込み装置の平面図
を示している。第１Ａ図および第１Ｂ図を参照して、本
実施例のイオン打込み装置においては、試料台３１上に
試料３２が保持されている。

また試料３２の下方の試料台３１中には、棒磁石３３が
複数個埋込まれている。棒磁石３３は、Ｎ極３３ａが試
料３２の中心部近傍に、Ｓ極３３ｂが試料３２の外周部
の外側に位置するように、放射状に配列されている。棒
磁石３３のＮ極３３ａとＳ′極３３ｂの間には、磁界が
放射状に存在する。

この磁界は、第２Ａ図および第２Ｂ図に示すように、磁
力線３４の一部分は試料３２の表面および表面近傍に存
在する。イオンビームが試料台３１あるいは試料３２に
照射されると、試料台３１および試料３２から２次電子
が発生する。２次電子は最大でも数十ｅＶのエネルギで
、試料台３１および試料３２から上方にあらゆる角度で
放出される。発生した２次電子は、試料台３１および試
料３２の表面および表面近傍で磁力線３４に捕捉される
。第３図に示したように、磁束密度Ｂの磁場３５中に任
意の角度（θ）で、電子３６が■の速度で入射したとき
、電子はＦ−ｑ−ｖｘＢの力を受ける。ただし、ｑは電
子の帯電電荷量である。

入射角度（θ）が９０°でない限り、電子３６は磁場３
５の回りを回転しながら進行する螺旋運動を行なう。磁
場３５が存在しないと、電子３６はあらゆる方向に飛散
するが、磁場３５が存在することによって電子３６が、
上述したように磁場に捕捉される。入射角度の大きさに
よって、螺旋運動が進む方向は第３図のように磁場方向
と同一の場合と、逆方向の場合の２通りである。２次電
子は特定の方向に放出されるのではなく、あらゆる方向
に放出されるので、２次電子の約２分の１は磁場方向と
同一の方向に、残りの約２分の１の電０ 子は磁場と逆の方向に螺旋運動をしながら進むことにな
る。

試料３２が絶縁体からなる場合、または試料３２表面が
レジストのような材料で覆われている場合には、第４図
のグラフに示すように、打込まれたイオン１個当りに発
生する２次電子は１個以下である。したがって正の帯電
が生じることになる。

一方、試料３２がアルミニウムなどの金属で作られてい
る場合には、打込まれたイオン１個当りの発生する２次
電子は、第４図のグラフかられかるように、２個以上と
なる。したがって、２次電子は、試料３２よりむしろ試
料台３１から多（発生し、この２次電子は、最大でも数
十ｅＶのエネルギで、試料台３１および試料３２から上
方にあらゆる角度で放出される。そのため、試料台３１
で発生した２次電子を試料３２の表面に効率的に移送す
ることができれば、打込まれたイオンとの中和に有効に
利用される。第２Ａ図および第２Ｂ図に示した磁場構成
の場合には、試料台３１から発生した２次電子の約２分
の１は、試料３２の中心１ 部方向へ輸送される。輸送された２次電子は、試料表面
に打込まれたイオンによる帯電電位に引寄せられて、イ
オンと再結合または表面上に存在し、帯電電位を低下さ
せるので、帯電電位による絶縁体の損傷に起因する、イ
オン注入工程におけるデバイスの不良の発生を低下させ
ることができる。

なお、上記実施例では、Ｎ極３３ａが試料３２の中心部
近傍に、Ｓ極３３ｂが試料３２の外周部の外側に維持す
るように配設したが、Ｎ極、Ｓ極がその逆であってもよ
い。

また、上記実施例では棒磁石３３を試料台３１の中に埋
込んで配置し、かつすべての試料３２の背後に配置した
場合について示したが、必ずしも棒磁石３３は、試料台
３１の中にすべてを埋込んで配置する必要はない。すな
わち、たとえば磁石の一部が試料台３１の外部であって
かつ試料３２の背後に位置するように配置してもよい。

また、磁石は棒磁石に限ることはなく、他の永久磁石や
、以下の実施例で述べるような電磁石であっても同様の
効果を奏する。

２ 第５図に、本発明の他の実施例を示す。この実施例は、
試料台３１の表面に磁力線３４を発生させる磁界印加手
段として、電磁石３７を用いた場合を示している。この
電磁石３７は、棒状のヨーク３７ａが上記実施例におけ
る棒磁石３３と同様に、試料３２の下方でかつ試料台３
１の中に埋込まれて配置されている。この棒状のヨーク
３７ａには、電磁コイル３７ｂが巻かれており、このコ
イル３７ｂに電流を流すことにより、放射状の磁力線３
４を発生させることができる。

第６図は、本発明のさらに他の実施例を示している。こ
の実施例は、磁界印加手段として電磁石３８を用いてお
り、その一部が試料台３１の外部に配されている場合を
示している。この実施例においては、電磁石３８のコの
字形のヨーク３８ａの磁極部分が試料台３１の内部に埋
込まれており、試料３２の下方に位置している。ヨーク
３８ａのうち、試料台３１の外部に位置する部分に電磁
コイル３８ｂが巻かれており、この電磁コイル３８ｂに
電流を流すことにより、試料台３１表面上に３ 放射状の磁力線３４を発生させることができる。

第５図および第６図に示した実施例によっても、第１Ａ
図に示した実施例と同様の作用効果を奏することができ
る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、試料の中央近傍から
、その外周部の外側にかけて、試料の表面上において放
射状の磁場を形成することにより、イオンビームが試料
台または試料に照射されたときに発生する２次電子を、
試料の外周近傍の試料台から発生するものを含めて、磁
場中に効率よく捕捉し、その捕捉した２次電子を試料の
中心部へ効率よく輸送することができる。したがって、
発生した２次電子を帯電電位低下のために有効に利用す
ることができ、静電破壊によるデバイス不良が発生する
ことのないイオン打込み装置を得ることができるという
特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はこの発明の一実施例をイオン打込み装置の試
料台を示す正面断面図、第１Ｂ図はその４ 部分断面平面図である。 第２Ａ図は同実施例の試料台の部分拡大正面断面図で、
第２Ｂ図は同試料台の部分拡大平面図である。 第３図は、磁力線に対する電子の振舞いを示すための説
明図である。 第４図は、各種材料の２次電子発生率をグラフに示す図
である。 第５図は、本発明の他の実施例における試料台の部分拡
大正面断面図である。 第６図は、本発明のさらに他の実施例における試料台の
部分拡大正面断面図である。 第７図は、従来のイオン打込み装置を示す要部断面図で
ある。 第８図は、イオン打込み装置を用いて形成されるＭＯＳ
）ランジスタを示す断面模式図である。 第９Ａ図は、第７図に示す従来のイオン打込み装置の問
題点を一部解消した従来のイオン打込み装置の試料台近
傍を示す側断面図、第９Ｂ図は、第９Ａ図を左側から見
た図である。 ５ 図において、３１は試料台、３２は試料、３３（↓棒磁
石、３３ａは棒磁石３３のＮ極、３３ｂは棒磁石３３の
Ｓ極、３４は磁力線、３５は磁場、３６は電子、３７．
３８は電磁石である。 なお、図中、同一符号は同一または相当の要素を示す。 ６ 第２Ａ図 ３４：石能力肘」 第２Ｂ図 ／□７２７／二：ゝ＼＼Ｊ３１ 特開平３ ２１９５４５　（６） 第 図 ６ 第 図 第 ７ 図 第 図 ３８：電處石

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料を載置する試料台と、 この試料台上に載置された試料にイオンビームを照射し
   、イオンを打込む手段と を備えたイオン打込み装置であって、 前記試料の中心近傍から、前記試料の外周よりも外側に
   かけて、前記試料の表面上において放射状に磁界を生ず
   る磁界印加手段を有することを特徴とするイオン打込み
   装置。