JPH117914A - イオン照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料から放出された二次電子による二次電子電
流を正確に測定できる技術を提供する。 【解決手段】このイオン照射装置は、イオン源から引き
出し減速電極４１で低エネルギー化したイオンビームを
試料４３に照射し、発生した二次電子電流量を測定す
る。減速電極４１の前方にサプレッサー電極５を配置
し、電圧を印加して、サプレッサー電極の前面に、イオ
ンビーム進行方向に負の電位勾配を形成する。コリメー
タ３２や真空槽３４内で発生した二次電子は負の電位勾
配で押し戻されるので、減速電極４１の後方に侵入せ
ず、試料４３から放出された二次電子による二次電子電
流を正確に求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン照射装置の技
術分野にかかり、特に、二次電子電流を精度良く測定で
きるイオン照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン照射装置は、所望元素を含むガス
をプラズマ化し、イオンビームとして引き出して処理対
象物に照射する装置であり、例えば半導体基板への不純
物注入や基板表面のエッチングの他、試料表面の分析に
も用いられている。

【０００３】図３の符号１０２は、従来技術の低エネル
ギー型イオン照射装置であり、イオン源１１０、真空槽
１１７、１３４、１３５、試料チャンバー１４０を有し
ている。

【０００４】イオン源１１０は、金属製の円筒容器から
成るプラズマ源１１１と、有機物若しくはセラミックか
ら成る絶縁円筒１１２と、高融点金属で構成された引出
電極１１３とを有している。

【０００５】プラズマ源１１１は、導波管１１５によっ
て、電気的に絶縁した状態でマイクロ波発振器１１４に
接続されており、プラズマ源１１１には１００〜５００
Ｖの電圧が印加され、マイクロ波発振器１１５はグラウ
ンド電位に置かれている。

【０００６】真空槽１１７の外部には、ガス導入系１６
０が配置されており、そのガス導入系１６０からプラズ
マ源１１１内に、プローブイオンの元となる材料ガスを
導入し、マイクロ波発振器１１４を動作させると、プラ
ズマ源１１１内に材料ガスのプラズマが発生する。

【０００７】プラズマ源１１１は、絶縁円筒１１２を介
して真空槽１１７に取り付けられており、真空槽１１７
内部のプラズマ源１１１の後方位置には、プラズマ源１
１１に近接した状態で引出電極１１３が設けられてい
る。引出電極１１３には、−７０００の電圧が印加され
ており、プラズマ源１１１内で発生したプラズマ中から
正電荷を有するイオン粒子がイオンビームとなって引き
出される。

【０００８】図４の符号１０１はイオンビームの進行方
向を示しており、その下方に、このイオン照射装置１０
２の電位勾配を説明するためのグラフを示す。引出電極
１１３の後方には、コンデンサーレンズ１１８が配置さ
れており、引出電極１１３によって引き出されたイオン
ビームはコンデンサーレンズ１１８に照射される。

【０００９】コンデンサレンズ１１８内には所定の電界
が形成されており、通過するイオンビームはコンデンサ
レンズ１１８内で集束され、後方に配置されたウィーン
フィルタ１２１内に照射される。

【００１０】ウィーンフィルタ１２１は、電磁石とコン
デンサとで構成されており、内部には互いに直交する電
界と磁界が形成されている。イオンビームはウィーンフ
ィルタ１２１内を通過する際に、その電界と磁界によっ
て、所望のイオン種が分離され、他のイオン種は壁面に
衝突し、所望イオン種から成るイオンビームが生成され
る。

【００１１】ウィーンフィルタ１２１の後方には、偏向
電極１３１が配置されており、ウィーンフィルタ１２１
を通過したイオンビームは、その偏向電極１３１内に入
射する。

【００１２】偏向電極１３１は、所定間隔を隔てて配置
された２枚の金属板で構成されており、一方の金属板の
先端が外側に向けて曲げられ、後方が広がるようにされ
ている。

【００１３】偏向電極１３１に入射したイオンビーム中
には中性粒子が含まれているが、前記一方の金属板に負
電圧、他方の金属板に正電圧を印加すると、イオンビー
ム中の正電荷のイオン粒子は負電圧が印加された方の金
属板に向けて曲げられ、他方、イオンビーム中に含まれ
る中性粒子は直進し、真空槽１１７の壁面に衝突してイ
オンビーム中から除去される。

【００１４】偏向電極１３１後方のイオンビーム飛行方
向には、真空槽１３４が配置されており、その真空槽１
３４内には、円盤状のコリメータ１３２が設けられてい
る。

【００１５】コリメータ１３２中央にはオリフィス１３
７が設けられており、真空槽１３４内に入射するイオン
ビームは、コンデンサレンズ１１８によって収束される
際に、オリフィス１３７付近で焦点を結ぶようにされて
いる。イオンビームがオリフィス１３７を通過する際
に、イオンビームの周辺部分はコリメータ１３２に衝突
し、焦点を結んだ部分がオリフィス１３７を通過する。

【００１６】コリメータ１３２の前方位置には、真空槽
１３４とは電気的に絶縁した状態で真空排気系１７０が
接続されており、コリメータ１３２と衝突したイオン粒
子や、偏向電極１３１でイオンビーム中から除去された
中性粒子等から成る残留ガス粒子は真空排気系１７０に
よって真空排気され、オリフィス１３７の後方には侵入
しないように構成されている。

【００１７】コンデンサレンズ１１８、ウィーンフィル
タ１２１、偏向電極１３１が配置された真空槽１１７
と、コリメータ１３２が配置された真空槽１３４とは電
気的に接続され、引出電極１１３と同電位の−７０００
Ｖにされている。

【００１８】真空槽１３４後方位置には、絶縁体１３８
を介して真空槽１３５が接続され、その真空槽１３５に
は、測定チャンバー１４０が接続されている。コリメー
タ１３２が配置された真空槽１３４内には、円筒電極１
３９の一端が固定され、その他端は後方の真空槽１３５
内に挿入されている。

【００１９】円筒電極１３９の後方の測定チャンバー１
４０内には、２枚の電極１４１₁、１４１₂で構成された
減速電極１４１が設けられており、各電極１４１₁、１
４１₂は、それぞれ電源１５１、１５２に接続されてい
る。１枚目の電極１４１₁は、引出電極１１３の電位に
対して正電圧が印加されており、その後方位置の２枚目
の電極１４１₂には、１枚目の電極１４１₁の電位に対し
て、更に正電圧が印加されており、２枚目の電極１４１
₂の電位は約−４０００Ｖになっている。

【００２０】減速電極１４１後方には、測定チャンバー
１４０と共にグラウンド電位に置かれたシールド用の電
極１４８が配置されており、円筒電極１３９はコリメー
タ１３２が配置された真空槽１３４と同電位にされてい
るから、引出電極１１３から円筒電極１３９先端までは
電位勾配は平坦であるのに対し、円筒電極１３９の先端
部分からシールド用の電極１４８までの間には、正の電
位勾配が形成されている。

【００２１】オリフィス１３７を通過したイオンビーム
は、円筒電極１３９を通過した後、正の電位勾配中を進
行する間に速度が減じられ、低エネルギー化された状態
で、シールド用の電極１４８の後方に配置されたコリメ
ータ１４５を通過し、円筒形形状のファラデーケージ１
４４内に照射され、最後に、ファラデーケージ１４４の
後方位置の試料台１４２上に配置された試料１４３に照
射される。

【００２２】測定チャンバー１４０内は高真空状態にさ
れており、試料１４３にイオンビームが照射されると、
試料１４３表面から二次電子が放出される。試料台１４
２はグラウンド電位に置かれており、ファラデーゲージ
１４４は、グラウンド電位に対して１００Ｖ程度の正電
圧が印加されている。試料１４３表面から放出された二
次電子は、ファラデーケージ１４４によって捕集され、
二次電子電流Ｉ_seが発生する。

【００２３】試料台１４２とファラデーケージ１４４に
は、電流計１５６、１５７がそれぞれ接続されており、
イオンビームによって生成されるイオン電流Ｉ_ionは、
試料台１４２から電流計１５６を通ってグラウンドに流
れる。他方、二次電子電流Ｉ_seは、ファラデーケージ１
４４から試料台１４２を通ってグラウンドへ流れる。こ
のとき、二次電子電流Ｉ_seは２つの電流計１５６、１５
７を流れる。

【００２４】従って、試料台１４２に接続された電流計
１５６では、二次電子電流Ｉ_seとイオン電流Ｉ_ionとを
合計した電流値が測定出される。他方、ファラデーケー
ジ１４４に接続された電流計１５７では二次電子電流Ｉ
_seだけが測定出される。試料台１４２に接続された電流
計１５６の測定値をＩ_M1、ファラデーケージ１４４に接
続された電流計１５７の測定値をＩ_M2とすると、 Ｉ_M1 ＝ Ｉ_ion＋Ｉ_se ……(３) Ｉ_M2 ＝ −Ｉ_se ……(４) となるので、二次電子電流Ｉ_seは測定値から直接求める
ことができ、イオン電流Ｉ_ionはＩ_M1＋Ｉ_M2を計算して
求めることができる。

【００２５】このように構成されたイオン照射装置１０
２では、イオン源１１１から引き出されたイオンビーム
は、コンデンサレンズ１１８で収束され、しかも、広が
った部分はオリフィス１３７を通過できずに除去されて
いるので、測定チャンバー１４０の壁面にはイオンビー
ムは衝突せず、試料１４３から放出された二次電子によ
る二次電子電流Ｉ_seの大きさを正確に測定できるように
なっている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな構成のイオン照射装置１０２では、イオンビームの
周辺部分がコリメータ１３２に衝突したときや、中性粒
子が真空槽１１７壁面等に衝突したときに、二次電子が
放出されてしまう。そのような二次電子がオリフィス１
３７を通過すると、円筒電極１３９と減速電極１４１の
間に形成された正の電位勾配や、減速電極１４１内に形
成された正の電位勾配によって加速され、測定チャンバ
ー１４０内に進入し、ファラデーケージ１４４に捕集さ
れてしまうという問題がある。このような二次電子も二
次電子電流を発生させてしまうため、試料１４３から放
出された二次電子による二次電子電流Ｉ_seを正確に測定
できなくなってしまう。

【００２７】本発明は、上記のような従来技術の不都合
を解決するために創作されたもので、その目的は、試料
から放出された二次電子による二次電子電流を正確に求
めることができるイオン照射装置を提供することにあ
る。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、イオン源と、引出電極と、
減速電極とを有し、前記引出電極に電圧を印加して前記
イオン源からイオンビームを引き出し、前記減速電極に
よって減速させた後、該減速電極の後方に配置された試
料に照射し、該試料から二次電子を放出させ、発生した
二次電子電流を測定できるように構成されたイオン照射
装置であって、前記減速電極の前方にはサプレッサー電
極が設けられ、該サプレッサー電極に電圧を印加する
と、その前方の空間に、前記イオンビーム進行方向に向
けて負の電位勾配を形成できるように構成されたことを
特徴とする。

【００２９】このような構成によれば、サプレッサー電
極の前方で発生した二次電子は、サプレッサー電極によ
って形成された負の電位勾配によって押し戻され、サプ
レッサー電極の後方には侵入できないので、試料から放
出された二次電子電流を測定する際に一緒に測定される
ことがなく、二次電子電流を正確に測定することが可能
となる。

【００３０】また、請求項２記載の発明は、コンデンサ
レンズを有し、前記イオンビームが前記コンデンサレン
ズを通過する際に収束されるように構成された請求項１
記載のイオン照射装置であって、前記負の電位勾配が形
成された空間の前方にはコリメータが配置され、前記イ
オンビームは前記コリメータに設けられたオリフィス近
傍で収束するように構成されたことを特徴とする。

【００３１】このようなイオン照射装置では、収束され
たイオンビームがオリフィスを通過する際に、イオンビ
ームの周辺部分がコリメータに衝突し、多量の二次電子
が放出されるが、請求項２記載の発明によれば、サプレ
ッサー電極が形成した負の電位勾配によって、多量に放
出された二次電子を押し戻してしまうので、試料から放
出された二次電子による二次電子電流を正確に測定する
ことができる。

【００３２】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は請求項２のいずれか１項記載のイオン照射装置であっ
て、前記サプレッサー電極の後方には、正の電位勾配が
形成できるように構成されたことを特徴とする。

【００３３】このようなイオン照射装置では、減速電極
近傍に二次電子があった場合、正の電位勾配によって試
料方向に加速されてしまうが、請求項３記載の発明の構
成によれば、サプレッサー電極によって形成した負の電
位勾配で、正の電位勾配中に二次電子を侵入させないの
で、サプレッサー電極の前方で発生した二次電子が二次
電子電流の誤差になることがない。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態のイ
オン照射装置の特徴的な部分を示す図面であり、真空槽
３４の一部と、その真空槽３４に接続された真空槽３５
と、真空槽３５に接続された測定チャンバー４０とが示
されている。

【００３５】このイオン照射装置も上述のイオン照射装
置１０２と同様に、図２に示すように、引出電極１３に
よってイオン源１１からイオンビームが引き出されてお
り、ここでは、イオン源１１には１００〜５００Ｖ、引
出電極１３には−７０００Ｖの電圧が印加されている。

【００３６】引出電極１３によって引き出されたイオン
ビームは、コンデンサレンズ１８を通過する際に収束さ
れ、ウィーンフィルタ２１内で所望イオン種に分離さ
れ、図示しない偏向電極を通過する際に中性粒子が除去
され、後方に配置されたコリメータ３２へ向けて照射さ
れている。

【００３７】イオンビームがコンデンサレンズ１８によ
って収束される際に、コリメータ３２中央に設けられた
オリフィス３７付近で焦点を結ぶようにされており、オ
リフィス３７を通過したイオンビームは、後方に配置さ
れた円筒電極３９内に進入する。他方、コリメータ３２
に衝突したイオン粒子は、他の残留ガスと共に、コリメ
ータ３２前方の図示しない真空排気系によって除去され
る。

【００３８】円筒電極３９の一端は、コリメータ３２が
設けられた真空槽３４の壁面に固定され、その真空槽３
４と同電位に置かれている。真空槽３４の後方には、電
気的に絶縁した状態で、真空槽３５が接続されており、
その真空槽３５内には、減速電極４１が設けられてい
る。

【００３９】円筒電極３９の他端である先端部分は非接
触の状態で真空槽３５内に挿入されており、更に、その
先端部分には、絶縁体６を介してサプレッサー電極５が
設けられている。従って、サプレッサー電極５は、円筒
電極３９と減速電極４１の間に位置している。

【００４０】減速電極４１が設けられた真空槽３５と測
定チャンバー４０とは、どちらもグラウンド電位に置か
れており、他方、コリメータ３２が設けられた真空槽３
４は、引出電極１３と同じ−７０００Ｖの電位に置かれ
ている。

【００４１】真空槽３５の外部には電源８が配置されて
おり、サプレッサー電極５は、真空槽３５に設けられた
絶縁碍子７によって、真空槽３５内の真空雰囲気を維持
した状態で電源８に接続されており、電源８を動作させ
ると、サプレッサー電極５には所望の電圧を印加できる
ように構成されている。

【００４２】サプレッサー電極５の後方の減速電極４１
は、２枚の電極４１₁、４１₂から構成されており、各電
極４１₁、４１₂には、電源５１、５２がそれぞれ接続さ
れている。

【００４３】２枚目の電極４１₂には−４０００Ｖの電
圧が印加されており、１枚目の電極４１₁には−４００
０Ｖよりも低い電圧が印加されている。また、サプレッ
サー電極５には−３５０００Ｖの電圧が印加されてお
り、−７０００Ｖの電位の円筒電極３９からサプレッサ
ー電極５の間の空間には、イオンビームの進行方向に向
けて負の電位勾配が形成されている。

【００４４】従って、サプレッサー電極５前方では負電
荷を押し戻す力が働いている。他方、サプレッサー電極
５後方では正の電位勾配が形成されているが、オリフィ
ス３７から円筒電極３９内に侵入した二次電子は負の電
位勾配によってコリメータ３２の方に押し戻され、正の
電位勾配中には侵入できない。

【００４５】減速電極４１の後方には、測定チャンバー
４０と電気的に接続され、グラウンド電位に置かれたシ
ールド用の電極４８が設けられており、１枚目の電極４
１₁からシールド用の電極４８の間には、正の電位勾配
が形成されている。

【００４６】このように、サプレッサー電極５を通過し
たイオンビームは、正の電位勾配中を走行し、減速さ
れ、低エネルギー化された状態で、シールド用の電極４
８と、その後方に配置されたコリメータ４５とを通過
し、円筒形形状のファラデーケージ４４内に進入する。
ファラデーケージ４４内に進入したイオンビームは、最
後に、ファラデーケージ４４後方位置の試料台４２上に
配置された試料４３に照射される。

【００４７】試料台４２はグラウンド電位に置かれてお
り、他方、ファラデーケージ４４には約１００Ｖの正電
圧が印加されており、試料４３にイオンビームが照射さ
れ、試料４３から放出された二次電子はファラデーケー
ジ４４に捕集され、二次電子電流Ｉ_seが発生する。

【００４８】試料台４２とファラデーケージ４４には、
電流計５６、５７がそれぞれ接続されており、試料台４
２に接続された電流計５６によってイオンビームによる
イオン電流Ｉ_ionと、二次電子電流Ｉ_seとを合計した電
流値が測定され、ファラデーケージ４４に接続された電
流計５７によって、二次電子電流Ｉ_seが測定される。

【００４９】このとき、サプレッサー電極５よりも前方
で発生した二次電子は測定チャンバー４０内には進入せ
ず、ファラデーケージ４４に入射しないので、試料４３
から放出された二次電子による二次電子電流Ｉ_seを精度
よく検出することができるようになっている。

【００５０】以上説明したように、本発明のイオン照射
装置によれば、イオン電流Ｉ_ionの大きさに比べて微小
な二次電子電流Ｉ_seを精度よく測定することができる。
従って、Ｉ_se／Ｉ_ionの値を正確に算出できるので、試
料４３の二次電子放出係数を正確に求めることが可能に
なっている。

【００５１】

【発明の効果】試料から放出された二次電子による二次
電子電流を正確に測定できる。従って、試料の二次電子
放出係数を正確に求められるので、試料の評価を正確に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例のイオン照射装置の試料チャンバ
ーを説明するための図

【図２】イオンビーム径の求め方の一例を説明するため
の図

【図３】従来技術のイオン照射装置を説明するための図

【図４】二次電子電流の測定方法を説明するための図

【符号の説明】

５……サプレッサー電極 １１……イオン源 １３
……引出電極 ４１……減速電極 ３２……コリメ
ータ Ｉ_ion……イオン電流 Ｉ_se……２次電子電流

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン源と、引出電極と、減速電極とを有
   し、 前記引出電極に電圧を印加して前記イオン源からイオン
   ビームを引き出し、 前記減速電極によって減速させた後、該減速電極の後方
   に配置された試料に照射し、該試料から二次電子を放出
   させ、発生した二次電子電流を測定できるように構成さ
   れたイオン照射装置であって、 前記減速電極の前方にはサプレッサー電極が設けられ、 該サプレッサー電極に電圧を印加すると、その前方の空
   間に、前記イオンビーム進行方向に向けて負の電位勾配
   を形成できるように構成されたことを特徴とするイオン
   照射装置。
2. 【請求項２】コンデンサレンズを有し、 前記イオンビームが前記コンデンサレンズを通過する際
   に収束されるように構成された請求項１記載のイオン照
   射装置であって、 前記負の電位勾配が形成された空間の前方にはコリメー
   タが配置され、前記イオンビームは前記コリメータに設
   けられたオリフィス近傍で収束するように構成されたこ
   とを特徴とするイオン照射装置。
3. 【請求項３】前記サプレッサー電極の後方には、正の電
   位勾配が形成できるように構成されたことを特徴とする
   請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のイオン照射
   装置。