JPH0594801A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 イオン照射対象物５およびにイオンビーム１
を照射することによって放出される２次電子をイオン照
射対象物５の中性化に使用するものである。そして、イ
オン注入装置は、イオン照射対象物５が中心部に位置す
るカスプ磁界を形成する上側および下側カスプ磁場発生
用コイル１２・１４を有している。 【効果】 イオン照射対象物５およびディスク６から放
出された２次電子は、カスプ磁界によってイオン照射対
象物５の中心部方向に多く集合される。従って、イオン
照射対象物５への２次電子による負電位は、中心部方向
に増大するように印加されることになる。そして、この
中心部方向に増大する負電位の印加状態は、イオン照射
対象物５の中心部方向に正電位が高くなる状態と対応す
るため、イオン照射対象物５の外周部および中心部にお
けるチャージアップを充分に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン照射対象物等に
イオンビームを照射した際に生じる２次電子を用いるこ
とによって、イオン照射対象物の正極性の帯電を中性化
するイオン注入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、例えばホウ素イオン（正イオ
ン）や砒素イオン（正イオン）等があり、これらの不純
物イオンが例えばポリ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
象物のポリシリコン膜を正極性に帯電させることにな
る。そして、正極性に帯電したポリシリコン膜とシリコ
ン基板との電位差が所定以上になった場合には、放電が
発生してデバイスの回路を破壊するチャージアップが生
じることになる。

【０００３】そこで、従来、イオン注入装置は、例えば
エレクトロンシャワーやディクスバイアス等によってチ
ャージアップが防止されるようになっている。即ち、エ
レクトロンシャワーは、例えば図２に示すように、発熱
したフィラメント５３から放出される熱電子を加速し、
それがニュートラルカップ５４に衝突した際に生じる２
次電子をシャワー状にイオン照射対象物５１に照射させ
るものである。また、ディクスバイアスは、イオン照射
対象物５１とニュートラルカップ５４との間に電位差を
生じさせ、イオンビーム５２の照射によりイオン照射対
象物５１やディスク５５から放出された２次電子をイオ
ン照射対象物５１に反転させて供給するものである。

【０００４】これにより、上記のエレクトロンシャワー
やディクスバイアスを採用した従来のイオン注入装置
は、正極性に帯電したイオン照射対象物５１のポリシリ
コン膜を電子によって中性化させることにより、チャー
ジアップを防止できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
ように、イオンビーム５２によって正極性に帯電される
イオン照射対象物５１は、通常、イオン照射対象物５１
の中心部方向に正電位が高くなる電位分布を有してい
る。ところが、エレクトロンシャワーの２次電子は、イ
オンビーム５２内を左右に揺動しながらイオン照射対象
物５１に到達するため、イオンビーム５２の中心部から
外周部に従って移動速度が低下したものになっており、
イオンビーム５２の外周部方向に電子の照射量が増大し
たものになっている。これにより、エレクトロンシャワ
ーは、高い正電位を有するイオン照射対象物５１の中心
部よりも低い正電位の外周部に多くの電子を供給するこ
とになるため、中心部におけるチャージアップの防止が
不十分になっている。

【０００６】また、中心部方向に高くなる正電位を有し
たイオン照射対象物５１は、ディクスバイアスによって
イオン照射対象物５１およびディスク５５から放出され
た２次電子を供給した場合でも、２次電子がイオン照射
対象物５１の中心部方向に増大するように供給されるも
のでないため、上記のエレクトロンシャワーの場合と同
様に、中心部におけるチャージアップの防止が不十分に
なっている。

【０００７】このように、従来のイオン注入装置は、イ
オンビーム５２の照射によってイオン照射対象物５１の
正電位が中心部方向に高くなるにも拘わらず、電子の照
射量をイオン照射対象物５１の中心部方向に増大させる
ことができないため、チャージアップの防止が不十分に
なっている。従って、本発明においては、イオン照射対
象物５１の中心部方向に電子の照射量を増大させること
によって、チャージアップを充分に防止することができ
るイオン注入装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、上記課題を解決するために、イオン照射対象物およ
びこのイオン照射対象物を固定する支持部材にイオンビ
ームを照射することによって放出される２次電子をイオ
ン照射対象物の中性化に使用するようになっている。そ
して、上記イオン注入装置は、カスプ磁界を形成し、こ
のカスプ磁界の中心部にイオン照射対象物が位置するカ
スプ磁界形成手段である上側カスプ磁場発生用コイルお
よび下側カスプ磁場発生用コイルを有していることを特
徴としている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、イオンビームがイオン照
射対象物および支持部材に照射されると、イオンビーム
のエネルギによって２次電子がイオン照射対象物および
支持部材から放出されることになる。支持部材から放出
された２次電子は、カスプ磁界形成手段によって形成さ
れたカスプ磁界と鎖交することになり、進行方向がカス
プ磁界によって曲折され、カスプ磁界の中心部に位置さ
れたイオン照射対象物の中心部方向に進行方向を変更す
ることになる。また、イオン照射対象物から放出された
２次電子は、イオン照射対象物から外部方向へ進行した
場合、鎖交するカスプ磁界によって進行方向が反転され
るため、イオン照射対象物に戻ることになる。

【００１０】これにより、イオン照射対象物には、イオ
ン照射対象物および支持部材から放出された２次電子が
カスプ磁界によって供給され、さらに、この供給される
２次電子が中心部方向に多く集合されることから、２次
電子による負電位が中心部方向に増大した状態で印加さ
れることになる。そして、この中心部方向に増大する負
電位の印加状態は、イオンビームの照射によってイオン
照射対象物の中心部方向に正電位が高くなる状態と対応
することになる。従って、カスプ磁界により曲折された
２次電子による中性化は、イオン照射対象物の全面で均
一に行われることになり、イオン照射対象物の外周部に
おけるチャージアップと共に、イオン照射対象物の中心
部におけるチャージアップを充分に防止することが可能
になっている。

【００１１】

【実施例】本実施例に係るイオン注入装置は、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とキャッチプレー
ト３とを有している。上記のニュートラルカップ２は、
イオンビーム１の入射方向に立ち上げられた立上部２ａ
と、立上部２ａの下端部から４５°の角度で外周方向に
傾斜された傾斜部２ｂと、斜面部２ｂの下端部から外周
方向に形成されたカップ外周部２ｃとからなっている。
一方、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、上述のカップ外周部２ｃと同一径に設定されたプ
レート外周部３ｂとからなっている。

【００１２】上記のニュートラルカップ２およびキャッ
チプレート３は、カレントインテグレータ４を介してＧ
ＮＤに接続されており、カレントインテグレータ４は、
イオンビーム１のビーム量をビーム電流として測定させ
るようになっている。また、ニュートラルカップ２とキ
ャッチプレート３とによって形成される空間部７には、
イオン照射対象物５が支持部材であるディスク６に載置
および固定されてカップ外周部２ｃとプレート外周部３
ｂとの間から導入されるようになっており、ディスク６
は、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の照射を均一化させる
ようになっている。

【００１３】上記のニュートラルカップ２における立上
部２ａからイオンビーム１の出射方向側には、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への照射形状を設定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の立上部
２ａとの間には、環状のフロントサプレッサ８が立上部
２ａ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９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およびディスク６に照射された際に生じる２次
電子の立上部２ａから空間部７外への散逸を防止するよ
うになっている。

【００１４】また、ニュートラルカップ２におけるカッ
プ外周部２ｃの外周方向には、環状のサイドサプレッサ
１０ａが近接して配設されており、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、上記のサ
イドサプレッサ１０ａと同一形状のサイドサプレッサ１
０ｂ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〜−２
００Ｖの直流電圧を有するサプレッサ電源１３の負極側
に接続されており、２次電子のカップ外周部２ｃおよび
プレート外周部３ｂ間から空間部７外への散逸を防止す
るようになっている。

【００１５】さらに、サイドサプレッサ１０ａが近接さ
れたカップ外周部２ｃの上方には、環状の上側カスプ磁
場発生用コイル１２（カスプ磁界形成手段）がニュート
ラルカップ２と絶縁状態で配設されており、サイドサプ
レッサ１０ｂが近接されたプレート外周部３ｂの下方に
は、下側カスプ磁場発生用コイル１４（カスプ磁界形成
手段）がキャッチプレート３と絶縁状態で配設されてい
る。これらの上側カスプ磁場発生用コイル１２と下側カ
スプ磁場発生用コイル１４とは、同一径に設定されてい
ると共に、図示しないフィードスルーを介してリップル
の低減された直流電源に接続されている。

【００１６】また、上側カスプ磁場発生用コイル１２と
下側カスプ磁場発生用コイル１４とは、直流電流によっ
て発生した上側カスプ磁場発生用コイル１２の磁界Ｂと
下側カスプ磁場発生用コイル１４の磁界Ｂとの界面とな
るシートカスプ面Ａがイオン照射対象物５の表面に平行
となる位置に設定されていると共に、両磁界Ｂ・Ｂの磁
界軸がイオンビーム１の中心軸と一致する位置に設定さ
れている。これにより、イオン照射対象物５は、両磁界
Ｂ・Ｂからなるカスプ磁界の中心部に位置されるように
なっている。尚、シートカスプ面Ａは、イオン照射対象
物５の表面と一致していることが望ましい。

【００１７】上記の構成において、イオン注入装置の動
作について説明する。

【００１８】先ず、上側カスプ磁場発生用コイル１２お
よび下側カスプ磁場発生用コイル１４に直流電流が通電
され、上側および下側カスプ磁場発生用コイル１２・１
４の周囲に磁界Ｂ・Ｂが形成されることになる。次い
で、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内の空間部７に導入されることになる。

【００１９】この際、空間部７には、イオン照射対象物
５がディスク６に載置されてカップ外周部２ｃとプレー
ト外周部３ｂとの間から導入されており、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、空間部７に導入されたイ
オンビーム１は、イオン照射対象物５の全面に均一に照
射されることになると共に、ディスク６に照射されるこ
とになる。

【００２０】イオンビーム１がイオン照射対象物５およ
びディスク６に照射されると、イオンビーム１のエネル
ギによって２次電子が破線で示すようにイオン照射対象
物５およびディスク６から放出されることになる。ディ
スク６から放出されてニュートラルカップ２の傾斜部２
ｂ方向に進行する２次電子は、上述の上側および下側カ
スプ磁場発生用コイル１２・１４によって形成されたカ
スプ磁界と鎖交することになり、進行方向がカスプ磁界
によって曲折され、イオン照射対象物５の中心部方向に
進行方向を変更することになる。また、イオン照射対象
物５から放出された２次電子は、ニュートラルカップ２
方向へ進行した場合、鎖交するカスプ磁界によって進行
方向が反転されるため、イオン照射対象物５に戻ること
になる。

【００２１】これにより、イオン照射対象物５には、イ
オン照射対象物５およびディスク６から放出された２次
電子がカスプ磁界によって供給され、さらに、この供給
される２次電子が中心部方向に多く集合されることか
ら、２次電子による負電位が全面に、且つ中心部方向に
増大した状態で印加されることになる。そして、この中
心部方向に増大する負電位の印加状態は、イオンビーム
１の照射によってイオン照射対象物５の中心部方向に正
電位が高くなる状態と対応することから、２次電子によ
る中性化がイオン照射対象物５の全面で均一に行われる
ことになり、イオン照射対象物５の外周部におけるチャ
ージアップと共に、イオン照射対象物５の中心部におけ
るチャージアップを充分に防止することが可能になって
いる。

【００２２】尚、本実施例においては、磁界Ｂ・Ｂが上
側および下側カスプ磁場発生用コイル１２・１４によっ
て形成されているが、これに限定されることはなく、永
久磁石によって形成されていても良い。また、上側およ
び下側カスプ磁場発生用コイル１２・１４によって形成
される磁界Ｂ・Ｂは、強度がイオンビーム１のビーム形
状に対応させて調整可能にされていても良く、この場合
には、ビーム形状自動調整システムと協調動作させるこ
とにより、中心部方向への２次電子の集合を一層効率良
く行わせることが可能になる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のイオン注入装置は、以上のよう
に、イオン照射対象物およびこのイオン照射対象物を固
定する支持部材にイオンビームを照射することによって
放出される２次電子をイオン照射対象物の中性化に使用
するものであり、上記イオン照射対象物が中心部に位置
するカスプ磁界を形成するカスプ磁界形成手段を有して
いる構成である。

【００２４】これにより、イオン照射対象物および支持
部材から放出された２次電子がカスプ磁界によってイオ
ン照射対象物に供給され、さらに、この供給される２次
電子が中心部方向に多く集合されることから、２次電子
による負電位が中心部方向に増大して印加されることに
なる。そして、この中心部方向に増大する負電位の印加
状態が、イオンビームの照射によってイオン照射対象物
の中心部方向に正電位が高くなる状態と対応するため、
イオン照射対象物の外周部および中心部におけるチャー
ジアップを充分に防止することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示すものであり、カスプ磁界によって
曲折された２次電子の移動状態を示す説明図である。

【図２】従来例を示すものであり、エレクトロンシャワ
ーの説明図である。

【図３】イオン照射対象物の電位分布およびエレクトロ
ンシャワーの電子の移動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 ４ カレントインテグレータ ５ イオン照射対象物 ６ ディスク（支持部材） ７ 空間部 ８ フロントサプレッサ ９ サプレッサ電源 １０ａ サイドサプレッサ １０ｂ サイドサプレッサ １１ マスクスリット １２ 上側カスプ磁場発生用コイル（カスプ磁界形成
手段） １３ サプレッサ電源 １４ 下側カスプ磁場発生用コイル（カスプ磁界形成
手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン照射対象物およびこのイオン照射対
   象物を固定する支持部材にイオンビームを照射すること
   によって放出される２次電子をイオン照射対象物の中性
   化に使用するイオン注入装置であって、 上記イオン照射対象物が中心部に位置するカスプ磁界を
   形成するカスプ磁界形成手段を有していることを特徴と
   するイオン注入装置。