JPH05225948A - イオンビーム中性化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 イオンビーム中性化装置は、ビーム電流の検
出時に使用されるニュートラルカップ２を有したイオン
注入装置に搭載され、熱電子放出部材１３を発熱させて
熱電子１５を得ることによってエレクトロンシャワーを
生成するものである。そして、上記のニュートラルカッ
プの側壁部は、熱電子放出部材１３によって形成されて
いる。 【効果】 熱電子放出部材１３によって形成される熱電
子１５の放出面積が非常に大きな面積になるため、引き
出し電圧および発熱温度を大幅に上昇させなくても、熱
電子１５の放出量を充分に増大させることができる。よ
って、熱電子１５が低いエネルギーを有しているため、
負のチャージアップを防止できると共に、熱電子放出部
材１３の発熱温度を抑制できるため、熱電子放出部材１
３の消耗速度の低下により高い稼働率を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン照射対象物にイ
オンビームを照射した際の正極性の帯電をエレクトロン
シャワーにより中性化するイオンビーム中性化装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置のイオンビームに使用さ
れる不純物イオンには、例えば正イオンとなる臭素イオ
ンや砒素イオン等があり、これらの不純物イオンが例え
ば酸化シリコン膜を有したシリコン基板からなるイオン
照射対象物に照射された場合には、不純物のイオン照射
対象物への注入に伴って、イオン照射対象物の酸化シリ
コン膜表面を正極性に帯電させることになる。そして、
正極性に帯電した酸化シリコン膜表面とシリコン基板と
の電位差（酸化シリコン膜厚間の電位差）が過大になる
と、放電が発生して酸化シリコン膜の絶縁破壊を生じさ
せる正のチャージアップを招来することになる。

【０００３】そこで、近年におけるイオン注入装置に
は、不純物イオンの注入時に生じる正極性の帯電を防止
するイオンビーム中性化装置が搭載されるようになって
いる。従来、このイオンビーム中性化装置は、例えば図
３に示すように、フィラメント電流により発熱するフィ
ラメント５１をニュートラルカップ５２に形成された通
過孔５２ａの側方に配設し、引き出し電圧によってフィ
ラメント５１から熱電子５５…を引き出すようになって
いる。そして、フィラメント５１から引き出された熱電
子５５…を通過孔５２ａを介してニュートラルカップ５
２内に導入させ、ニュートラルカップ５２の内壁面に衝
突させることによって、この内壁面から２次電子５６…
を放出させ、イオン照射対象物５３にシャワー状に照射
させるようになっている。

【０００４】これにより、イオンビーム中性化装置は、
上記のシャワー状の２次電子５６…からなるエレクトロ
ンシャワーがイオンビーム５４により正極性に帯電され
たイオン照射対象物５３の酸化シリコン膜表面を中性化
させることによって、イオン照射対象物５３の正のチャ
ージアップを防止するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のイオンビーム中性化装置では、フィラメント５１か
ら引き出された高いエネルギーを有する熱電子５５…の
一部が、エレクトロンシャワーの生成に使用されずにニ
ュートラルカップ５２内に充満し、低いエネルギーを有
する２次電子５６…と共にイオン照射対象物５３に照射
されるため、下記の問題を生じている。

【０００６】即ち、熱電子５５…を放出する熱電子放出
部材として使用されているフィラメント５１は、例えば
直径が0.６ｍｍおよび長さが８０ｍｍ程度であるため、
熱電子５５…の引き出し量に大きな影響を及ぼす表面積
（放出面積）の絶対量が小さなものになっている。従っ
て、従来のイオンビーム中性化装置は、正のチャージア
ップを確実に防止できるシャワー量を得るため、フィラ
メント５１の発熱温度を大幅に上昇させ、さらに、引き
出し電圧を２００Ｖ以上に設定することによって、熱電
子５５…の引き出し量を増大させることが必要になって
いる。

【０００７】ところが、このようにして引き出された熱
電子５５…は、２００ｅＶ以上の高いエネルギーを有し
ているため、イオン照射対象物５３に照射されると、イ
オン照射対象物５３の酸化シリコン膜表面を過度に負極
性に帯電させることになり、結果として負のチャージア
ップを生じさせることになる。また、発熱温度の大幅な
上昇を要するフィラメント５１は、消耗速度が増大する
ため、イオンビーム中性化装置の稼働率を低下させるこ
とになっている。

【０００８】従って、本発明においては、稼働率が高
く、且つ低いエネルギーの熱電子５５…からなるエレク
トロンシャワーによってイオン照射対象物５３の正のチ
ャージアップを防止することができるイオンビーム中性
化装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のイオンビーム中
性化装置は、上記課題を解決するために、ビーム電流の
検出時に使用されるニュートラルカップを有したイオン
注入装置に搭載され、熱電子放出部材を発熱させて熱電
子を放出させることによってイオン照射対象物の正極性
の帯電を中性化するエレクトロンシャワーを生成するも
のであり、下記の特徴を有している。

【００１０】即ち、イオンビーム中性化装置は、ニュー
トラルカップの側壁の一部または全部である側壁部が熱
電子放出部材によって形成されていることを特徴として
いる。

【００１１】

【作用】上記の構成によれば、ニュートラルカップの側
壁部を熱電子放出部材によって形成し、この熱電子放出
部材から熱電子を放出させてエレクトロンシャワーを生
成するようになっている。従って、熱電子放出部材によ
って形成される熱電子の放出面積は、非常に大きな面積
になるため、熱電子の放出量は、発熱温度および引き出
し電圧を大幅に上昇させなくても、イオン照射対象物の
正のチャージアップを防止するのに充分な量が得られる
ことになる。これにより、イオンビーム中性化装置は、
熱電子が低いエネルギーを有しているため、熱電子によ
る負のチャージアップを防止できるようになっていると
共に、熱電子放出部材の発熱温度を抑制しながら熱電子
を得ることができるため、熱電子放出部材の消耗速度が
低下して稼働率の向上したものになる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図１および図２に基づい
て説明すれば、以下の通りである。

【００１３】本実施例に係るイオンビーム中性化装置
は、図１に示すように、不純物イオンからなるイオンビ
ーム１のビーム量を測定するニュートラルカップ２を有
している。このニュートラルカップ２は、図２にも示す
ように、ニュートラルカップ２の形状を保持するセラミ
ックスからなる枠体１２と、ニュートラルカップ２の側
壁部を形成する複数の熱電子放出部材１３…とからなっ
ている。尚、熱電子１５…の放出量を充分に確保できる
面積が得られるのであれば、熱電子放出部材１３は、単
数であっても良いし、また、ニュートラルカップ２の側
壁部は、側壁の一部であっても全部であっても良い。

【００１４】上記の熱電子放出部材１３…は、タンタル
やタングステン等が帯状に形成されたものであり、枠体
１２の縦設部１２ａ…に巻装されている。これらの熱電
子放出部材１３…は、隣接する熱電子放出部材１３同士
が絶縁状態にされており、各熱電子放出部材１３…の両
端部には、図１に示すように、加熱電源１４が接続され
ている。そして、この加熱電源１４は、各熱電子放出部
材１３…に加熱電流を供給することによって、熱電子放
出部材１３…を４００〜５００℃程度に発熱させて熱電
子１５…を放出させるようになっている。

【００１５】また、熱電子放出部材１３…には、図示し
ないバイアス電源が接続されており、バイアス電源は、
１０Ｖ程度のバイアス電圧を熱電子放出部材１３…に印
加することによって、熱電子１５…が熱電子放出部材１
３…から外部へ流出することを防止するようになってい
る。

【００１６】上記のニュートラルカップ２の下方には、
キャッチプレート３が配設されており、このキャッチプ
レート３は、イオンビーム１が照射される凹部３ａと、
凹部３ａの上端部から外周方向に形成されたプレート外
周部３ｂとからなっている。そして、ニュートラルカッ
プ２およびキャッチプレート３は、図示しないカレント
インテグレータを介してＧＮＤに接続されており、カレ
ントインテグレータは、イオンビーム１のビーム量をビ
ーム電流として測定するようになっている。

【００１７】また、ニュートラルカップ２とキャッチプ
レート３との間には、イオン照射対象物５がディスク６
に複数枚単位で載置および固定されて側方から導入され
るようになっており、ディスク６は、矢符方向に定速回
転で往復並進移動することによって、イオン照射対象物
５へのイオンビーム１の照射量を均一化させるようにな
っている。

【００１８】上記のニュートラルカップ２におけるイオ
ンビーム１の入射方向側には、ＧＮＤに接続されたマス
クスリット１１が配設されており、このマスクスリット
１１は、イオンビーム１のイオン照射対象物５への照射
形状を整形するようになっている。上記のマスクスリッ
ト１１とニュートラルカップ２との間には、フロントサ
プレッサ８がニュートラルカップ２に近接して配設され
ている。そして、このフロントサプレッサ８は、例えば
−６００〜−1,０００Ｖの直流電圧を有するサプレッサ
電源の負極側に接続されており、イオンビーム１がキャ
ッチプレート３やイオン照射対象物５等に照射された際
に生じる２次電子やニュートラルカップ２の熱電子放出
部材１３…から放出された熱電子１５…がニュートラル
カップ２内から外部へ散逸することを防止するようにな
っている。

【００１９】また、ニュートラルカップ２の周縁部およ
びキャッチプレート３におけるプレート外周部３ｂの外
周方向には、サイドサプレッサ１０ａ・１０ｂが近接し
て配設されている。そして、これらのサイドサプレッサ
１０ａ・１０ｂは、例えば−１００〜−２００Ｖの直流
電圧を有するサプレッサ電源の負極側に接続されてお
り、２次電子や熱電子１５…が外部へ散逸することを防
止するようになっている。

【００２０】上記の構成において、イオンビーム中性化
装置の動作について説明する。

【００２１】先ず、イオン源から正電荷のイオンが引出
電極によって引き出され、質量分析器で質量分析された
特定のイオン種からなる不純物イオンのイオンビーム１
が形成されることになる。そして、このイオンビーム１
は、マスクスリット１１によって形状が整形された後、
ニュートラルカップ２内に導入されることになる。

【００２２】この際、ニュートラルカップ２とキャッチ
プレート３との間には、イオン照射対象物５がディスク
６に載置されて導入されており、イオン照射対象物５
は、定速回転で往復並進移動するディスク６と共に移動
している。これにより、ニュートラルカップ２内に導入
されたイオンビーム１は、イオン照射対象物５の全面に
照射されることになる。

【００２３】また、上記のイオンビーム１の照射と共
に、加熱電流が加熱電源１４からニュートラルカップ２
の熱電子放出部材１３…に供給されることになる。熱電
子放出部材１３…は、加熱電流の通電によって発熱を開
始し、この発熱に伴って熱電子１５…を放出することに
なる。この際、熱電子１５…の放出量は、熱電子放出部
材１３…の発熱温度、引き出し電圧、および放出面積等
によって決定されるものであり、この放出面積は、ニュ
ートラルカップ２の側壁部の面積に等しいものになって
いる。従って、熱電子放出部材１３…から放出される熱
電子１５…は、放出面積が大きなため、発熱温度および
引き出し電圧を大幅に上昇させなくても、イオン照射対
象物５の正のチャージアップを防止するのに充分な放出
量が得られることになる。

【００２４】上記の熱電子放出部材１３…から低いエネ
ルギーでもって放出された熱電子１５…は、イオンビー
ム１の進行方向に鎖交する方向となる左右方向に往復移
動しながらイオンビーム１の流れと共に移動し、シャワ
ー状のエレクトロンシャワーとしてイオン照射対象物５
に到達することになる。そして、イオン照射対象物５に
到達した熱電子１５…は、イオン照射対象物５の酸化シ
リコン膜表面の正極性の帯電を中性化させることにな
る。

【００２５】このように、本実施例のイオンビーム中性
化装置は、ニュートラルカップ２の側壁部を熱電子放出
部材１３…によって形成し、これらの熱電子放出部材１
３から熱電子１５…を放出させてエレクトロンシャワー
を生成するようになっている。従って、熱電子放出部材
１３によって形成される熱電子１５…の放出面積は、非
常に大きな面積になっているため、熱電子１５…の放出
量は、発熱温度および引き出し電圧を大幅に上昇させな
くても、イオン照射対象物５の正のチャージアップを防
止するのに充分な量が得られることになる。これによ
り、イオンビーム中性化装置は、熱電子１５…が低いエ
ネルギーを有しているため、熱電子１５…による負のチ
ャージアップを防止できるようになっていると共に、熱
電子放出部材１３…の発熱温度を抑制しながら熱電子１
５…を得ることができるため、熱電子放出部材１３…の
消耗速度が低下して高い稼働率を得ることができるよう
になっている。

【００２６】尚、本実施例においては、各熱電子放出部
材１３…が直接的に加熱電源１４に接続されているが、
これに限定されることはなく、各熱電子放出部材１３…
がリレースイッチを介して加熱電源１４に接続されてい
ても良い。そして、この場合には、加熱電源１４からの
加熱電流の制御と共に、リレースイッチのＯＮ−ＯＦＦ
制御による特定の熱電子放出部材１３…への通電が可能
になることから、熱電子１５…の放出位置の制御によっ
て、エレクトロンシャワーの密度分布を制御できること
になる。

【００２７】

【発明の効果】本発明のイオンビーム中性化装置は、以
上のように、ビーム電流の検出時に使用されるニュート
ラルカップを有したイオン注入装置に搭載され、熱電子
放出部材を発熱させて熱電子を放出させることによって
エレクトロンシャワーを生成するものであり、上記ニュ
ートラルカップが、熱電子放出部材によって形成されて
いる構成である。

【００２８】これにより、熱電子放出部材によって形成
される熱電子の放出面積が非常に大きな面積になるた
め、引き出し電圧および発熱温度を大幅に上昇させなく
ても、熱電子の放出量を充分に増大させることが可能に
なる。よって、熱電子が低いエネルギーを有しているた
め、熱電子による負のチャージアップを防止できること
になると共に、熱電子放出部材の発熱温度を抑制しなが
ら熱電子を得ることができるため、熱電子放出部材の消
耗速度の低下により高い稼働率を得ることが可能である
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオンビーム中性化装置によってエレ
クトロンシャワーが生成される状態を示す説明図であ
る。

【図２】ニュートラルカップの枠体と熱電子放出部材と
の関係を示す説明図である。

【図３】従来例を示すものであり、イオンビーム中性化
装置によってエレクトロンシャワーが生成される状態を
示す説明図である。

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ ニュートラルカップ ３ キャッチプレート ５ イオン照射対象物 ６ ディスク ８ フロントサプレッサ １１ マスクスリット １２ 枠体 １３ 熱電子放出部材 １４ 加熱電源 １５ 熱電子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ニュートラルカップを有したイオン注入装
   置に搭載され、熱電子放出部材を発熱させて熱電子を放
   出させることによってエレクトロンシャワーを生成する
   イオンビーム中性化装置において、 上記ニュートラルカップの側壁部が、熱電子放出部材に
   よって形成されていることを特徴とするイオンビーム中
   性化装置。