JPH0782831B2 - イオン注入装置用電子シヤワ−装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、イオン注入装置用電子シヤワー装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

半導体の製造に際してウエハにAsイオン、ｐイオン等の
イオンを注入するのに用いられる大電流イオン注入装置
においては、ウエハ上の酸化膜がイオン電荷によるチヤ
ージアツプに起因する放電のために破損され、酸化膜に
穿孔の生じる恐れがある。例えば、数百Å程度の絶縁層
を形成する場合に12.5mA程度でチヤージアツプし、100V
になると形成膜に穴があく。このため通常電子シヤワー
を利用してイオン源からのイオンを中和させる方法が用
いられている。

このような目的に使用される電子シヤワー装置の従来技
術としては特開昭61−240551号公報および特開昭62−35
444号公報に記載のものを挙げることができる。

特開昭61−240551号公報には、イオンビームの中心軸の
まわりに中空のシールドを環状に形成して設け、このシ
ールドの内側の一部を切除してシリコンウエハ等の基板
に向う環状の開口を形成し、上記中空のシールド内のし
かも上記基板と上記開口とを結ぶ区域外に上記シールド
に沿つた環状のフイラメントを設けるようにした電子シ
ヤワー源装置が開示されている。

また、特開昭62−35444号公報には、イオンビームの中
心軸線に対して同軸的に位置された環状フイラメントと
環状グリツドとから成るホロー型電子銃、およびこのホ
ロー型電子銃の前後に配置され、互いに逆向きの磁場を
発生する二つの磁場発生装置を有し、ホロー型電子銃に
おける環状フイラメントに通電加熱してその前面に位置
する環状グリツドにより熱電子を引き出し、磁場発生装
置で発生された磁場によつて電子を偏向集束しウエハへ
案内するように構成したイオン注入装置用電子シヤワー
装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところでイオン注入装置用電子シヤワー装置では、25eV
またはそれ以下の低エネルギーの電子をウエハに照射し
てイオンビームによるチヤージアツプを中和しようとす
るものであるから、フイラメントカソードは−25Vに保
ち、ウエハが−25Vより負には帯電しないように必要十
分な電子を補給できなければならない。

しかしながら、上述の特開昭61−240551号公報に開示さ
れたような従来の静電的な方法では、イオンビームを完
全に中和することはできない。すなわち、中和のために
使用される電子銃のフイラメントは汚染防止のため打込
み室内のウエハと直接対向しないようにされるが、イオ
ン注入装置においては強い磁場が必要とされるため低エ
ネルギーの電子はこの磁場の影響を受け易すく、静電的
な方法では数ガウス程度の漂遊磁場によつて低エネルギ
ーの電子は打ち込み室内のウエハに到達し得ない。

また特開昭62−35444号公報に開示された電子シヤワー
装置では、引出電極を成すグリツドにメツシユを用いて
いるため、フイラメントカソードからの電子がメツシユ
に取られて、電子の通過率が悪い。またメツシユの方向
に低エネルギー電子の空間電荷効果によりポテンシヤル
の低い所ができ、そのため電子が逆もどりしてグリツド
に入つてしまう。さらには、フイラメントカソードの端
子間電圧が30Vに達するため、フイラメントカソードの
極く一部からしか適当なエネルギーの電子は引き出され
ない。

そこで、本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解
決して低エネルギーの電子をイオンビームに沿つて必要
十分に供給できるイオン注入装置用電子シヤワー装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、イオンビームの中心軸線
に対して同軸的に配置したホロー型電子銃と、上記ホロ
ー型電子銃からの電子をイオンビームに沿つて偏向集束
させる複数個のコイルとを有するイオン注入装置用電子
シヤワー装置において、本発明によれば、ホロー型電子
銃は、リング状フイラメントカソード、リング状フイラ
メントカソードの前面に同軸的に位置した一対のリング
状ウエーネルト電極と一対のリング状引出電極、および
これら構成要素を囲む断面コ字形のリペラーによつて構
成され、リング状フイラメントカソードは二つ以上に電
気的に分割され、またリペラーは、後方円筒状部分とこ
の後方円筒状部分の両端からそれぞれ半径方向内方への
びた二つの環状円板部分とを備え、上記後方円筒状部分
と環状円板部分は電気的に切り離され、別々の電位が印
加される。

リング状フイラメントカソードの二つ以上の電気的分割
は、例えばカソードに所定の間隔を置いて三つ以上の端
子を設けることによつて行なわれ得、これら端子の隣接
端子間には交互に電圧を印加するようにされ得る。

〔作用〕

本発明によるイオン注入装置用電子シヤワー装置におい
て、リング状フイラメントカソードから放出された電子
は、カソードの前面に位置したウエーネルト電極により
中心に集められて引き出され、コイルによる磁場の作用
で低エネルギー電子をイオンビームの外面に沿つて案内
される。この場合リング状フイラメントカソードから放
出された電子は、リング状ウエーネルト電極の間隔を適
当に選ぶことにより効率よく引出され、また引出しの前
面に低エネルギーの電子の空間電荷効果によつてポテン
シヤルの谷ができても、このポテンシヤルの谷の電位の
値は、断面コ字形のリペラーの二つの環状円板部分に適
当な電位を与えることによつて持ち挙げられ得る。

また、リング状フイラメントカソードを二つ以上に電気
的に分割して、隣接した端子間にプラス・マイナス・プ
ラス・マイナスのように電圧を印加することにより、加
熱電流は同じで端子間の電位差を1/2,1/4,1/6‥‥以下
となり、例えばカソードを６分割した際には全体で36V
の電位降下のあるカソードでもその1/6の6Vとなり、電
子のエネルギーは±3Vの範囲内に収まることになる。

〔実 施 例〕

以下、添附図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図に示す本発明の一実施例によるイオン注入装置用
電子シヤワー装置において、１はホロー型電子銃で、イ
オン源（図示してない）からのイオンビーム２の中心軸
線３に対して同軸的に位置決めされている。このホロー
型電子銃１はリング状フイラメントカソード４と、この
リング状フイラメントカソード４の前面すなわち内側に
同軸的に配置された一対のリング状ウエーネルト電極５
および一対のリング状引出電極６と、これらの構成要素
4,5,6を囲む断面コ字形のリペラー７と、リペラー７の
外側のシールド部材８とで構成されている。

ホロー型電子銃１のリング状フイラメントカソード４は
汚染防止の観点からイオン打ち込みの行なわれるウエハ
（図示してない）から直接見えないように配置され、従
つて、ホロー型電子銃１は、イオンビーム２の中心軸線
３に対してほぼ直角方向に電子を放射するように構成さ
れている。すなわちリペラー７は後方円筒状部分7aとこ
の後方円筒状部7aの両端からそれぞれ半径方向内方への
びた二つの環状円板部分7b,7cとから成り、後方円筒状
部分7aと環状円板部分7b,7cとは電気的に切り離されて
おり、これら各部分には別々の電圧（例えば後方円筒状
部分7aには−25V、環状円板部分7b,7cにはOV）が印加さ
れ得る。

またホロー型電子銃１におけるリング状フイラメントカ
ソード４は電気的に二つ以上に分割され、六つに分割し
た例を第２図に示す。第２図に示すように、リング状フ
イラメントカソード４には六つの端子4a,4b,4c,4d,4e,4
fが接続され、端子4a,4c,4eは加熱用電源９の一方の端
子に接続され、端子4b,4d,4fは電源９の他方の端子に接
続され、それぞれ電流I_Fは矢印で示すように流れる。

第１図の装置において10,11,12は偏向集束コイルで、こ
れらのコイル10,11,12で発生される磁場によつてホロー
型電子銃１から引出された電子はイオンビーム２の中心
軸線３に沿つて曲げられ、そしてイオンビーム２の中心
軸線３に沿つて案内される。

図示装置においてホロー型電子銃１のリング状フイラメ
ントカソード４は−25Vの電位の、一対のウエーネルト
電極５は−25V〜−30Vの電位に一対の引出電極６は＋20
0V〜＋600Vの電位にリペラー７はその後方円筒状部分7a
を−25Vにまた二つの環状円板部分7bをOVにそれぞれ設
定され得る。

第３図には第１図に示す装置に基いて求めた磁場ベクト
ルおよび電子ビームの状態を示し、偏向集束コイル10,1
1,12をそれぞれ1300AT,1000AT,400ATとした場合を例示
している。第３図から認められるように、磁場ベルトル
はホロー型電子銃１の付近では最初イオンビーム２に向
つており、そしてイオンビーム２に沿つて急激に曲がつ
ている。このようにして形成された磁力線に作用によつ
てホロー型電子銃１のリング状フイラメントカソード４
から出された電子は線13で示すように一対のリング状ウ
エーネルト電極５の間を通り、一対のリング状引出電極
６の間を通つて引出され、そしてイオンビーム２に沿つ
て案内される。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によるイオン注入装置
用電子シヤワー装置では、ホロー型電子銃を、リング状
フイラメントカソード、一対のリング状ウエーネルト電
極と、一対のリング状引出電極と、これら構成要素を囲
むリペラーとで構成し、リング状フイラメントカソード
を電気的に二つ以上に分割しているので、電位の高い部
分と低い部分との差異は小さくなり、リング状フイラメ
ントカソードからの電子のエネルギー幅を小さくでき、
低エネルギーの電子を効率よく引き出すことができ、ま
た偏向集束コイルに流す電流およびその向きを適当に選
ぶことにより低エネルギーの電子をイオンビームに沿つ
てウエハまで導くことができ、ウエハ上のイオン電荷に
よるチヤージアツプを効果的に防ぐことができる。

さらにリペラーの二つの環状円板部分に適当な電位を印
加することによつて、電子の引出し方向にできる電子の
空間電荷によるポテンシヤルの谷の電位の値を全体とし
て持ち上げることができ、それにより電子を通り易くで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図、第２図は
第１図の装置の要部の電気的構成を例示する線図、第３
図は第１図の装置による磁場ベクトルおよび電子の軌道
を例示する説明線図である。 図中、1:ホロー型電子銃,2:イオンビーム,3:イオンビー
ムの中心軸線,4:リング状フイラメントカソード,5:一対
のリング状ウエーネルト電極,6:一対のリング状引出電
極,7:リペラー,7a:後方円筒状部分,7b:環状円板部分,10
〜12:偏向集束コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームの中心軸線に対して同軸的に
   配置したホロー型電子銃と、上記ホロー型電子銃からの
   電子をイオンビームに沿つて偏向集束させる複数個のコ
   イルとを有するイオン注入装置用電子シヤワー装置にお
   いて、上記ホロー型電子銃を、リング状フイラメントカ
   ソード、このリング状フイラメントカソードの前面に同
   軸的に位置した一対のリング状ウエーネルト電極と一対
   のリング状引出電極、およびこれらの構成要素を囲む断
   面コ字形のリペラーで構成し、上記リング状フイラメン
   トカソードを二つ以上に電気的に分割し、また上記リペ
   ラーが後方円筒状部分とこの後方円筒状部分の両端から
   それぞれ半径方向内方へのびた二つの環状円板部分とを
   備え、上記後方円筒状部分と二つの環状円板部分とを電
   気的に切り離して別々の電位を印加するように構成した
   ことを特徴とするイオン注入装置用電子シヤワー装置。