專利名稱：離子束輻射裝置以及制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種離子束輻射裝置，該裝置利用從離子源提取的離子束(在本說明書中，為正離子束)輻射目標(biāo)，從而執(zhí)行離子注入或另一工藝；并且也涉及一種使用該裝置制造半導(dǎo)體器件的方法。在執(zhí)行離子注入的情形下，離子束輻射裝置也被稱為離子注入器。
背景技術(shù)：
在離子束輻射裝置中，從諸如提高裝置的制造能力和減小離子注入深度以應(yīng)付在目標(biāo)上所形成的半導(dǎo)體器件的小型化的角度而言，期望有效地傳輸?shù)湍芰亢痛箅娏鞯碾x子束，其中，所述離子束輻射裝置利用從離子源提取的離子束來輻射目標(biāo)，從而執(zhí)行離子注入或另一工藝。
然而，隨著離子束的能量更低和束的電流更大，由于空間電荷所導(dǎo)致的離子束的散射進(jìn)一步增加，因此，難以有效地傳輸離子束。作為用于解決該問題的一種技術(shù)，在一種已知的技術(shù)中，將電子從外部供給至所傳輸?shù)碾x子束，并且由這些電子來中和離子束的空間電荷。
在這種情形下，由于諸如通過所供給的電子對目標(biāo)表面的負(fù)充電被抑制的原因，優(yōu)選地，使用能夠生成大量的低能量電子的電子源。
作為一種能夠生成大量的低能量電子的電子源，日本專利未審查公開No.2005-26189 (0007段至0009，圖l)(下文稱為專利參考l)公開了一種場發(fā)射電子源。即，該公開公開了一種技術(shù)，其中，能夠生成大量低能量電子的場發(fā)射電子源位于目標(biāo)附近，使得從場發(fā)射電子源發(fā)射的電子從離子束的側(cè)面，基本垂直地入射在離子束上，并且在離子束輻射處的目標(biāo)表面的充電(上電)被抑制。
發(fā)明內(nèi)容
雖然在專利參考l中公開了目標(biāo)表面的充電抑制，和離子束的空間電荷的中和是用于不同目的的技術(shù)，但是本發(fā)明人設(shè)計(jì)了將諸如在專利參考l中公開的場發(fā)射電子源用于離子束的空間電荷的中和中，并且研究了該應(yīng)用。
然而，應(yīng)注意的是，即使當(dāng)以在專利參考l中公開的技術(shù)相同的方式，從場發(fā)射電子源發(fā)射的電子從離子束的側(cè)面基本垂直地入射在離子束上時，離子束的空間電荷中和的效果，以及因此的離子束散射的抑制也是很小的。
這由于以下原因所致。即使當(dāng)如上所述地入射電子時，由于電子的動能，以及由于離子束的正束電勢而導(dǎo)致的加速，大部分電子被移動穿過離子束或跨過離子束。因此，在離子束中的電子的存在可能性較低。相應(yīng)地，難以有效地中和離子束的空間電荷。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種裝置，其使用場發(fā)射電子源，并且其能夠有效地中和離子束的空間電荷，并且有效地抑制由于空間電
荷引起的離子束的散射。
本發(fā)明的第一方面的離子束輻射裝置包括場發(fā)射電子源，其中，所述場發(fā)射電子源設(shè)置在離子束路徑的附近，發(fā)射電子，并且具有許多微小發(fā)射器，其中，所述發(fā)射器形成在導(dǎo)電陰極基板上，并具有尖型；和抽取電極，其中，所述抽取電極以形成微小間隙地分別圍繞在發(fā)射器的尖端的附近，并且所述場發(fā)射電子源被設(shè)置在一個方向上，
沿著該方向，由從電子源io所發(fā)射的電子與平行于離子束行進(jìn)方向的
方向所形成的入射角處于-15度至+45度的范圍內(nèi)(離子束的內(nèi)向方向?yàn)?+ "，并且其外向方向?yàn)?-")。當(dāng)將場發(fā)射電子源設(shè)置在上述的方向，并且從場發(fā)射電子源發(fā)射 的電子相對于離子束的入射角被設(shè)置為上述范圍內(nèi)時，離子束中電子 的存在可能性得到提高。結(jié)果是，能夠有效地中和離子束的空間電荷， 并且能夠有效地抑制由于空間電荷引起的離子束的散射。
在本發(fā)明的第二方面中，入射角是優(yōu)選地處于從-15度至+30度的 范圍內(nèi)。更加優(yōu)選地，在本發(fā)明的第三方面中，入射角處于從基本O度 至+15度的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地，在本發(fā)明的第四方面中，入射角為基本 0度。
在本發(fā)明的第五方面中，場發(fā)射電子源可以設(shè)置在一個方向，沿 著該方向?qū)㈦娮映螂x子束的行進(jìn)方向的下游側(cè)發(fā)射。可選地，在本 發(fā)明的第六方面中，場發(fā)射電子源可以設(shè)置在一個方向，沿著該方向 將電子朝向離子束的行進(jìn)方向的上游側(cè)發(fā)射。
場發(fā)射電子源可以處于離子束的路徑的一側(cè)?？蛇x地，在本發(fā)明 的第七方面中，場發(fā)射電子源可以設(shè)置在離子束的路徑的兩側(cè)。
在本發(fā)明的第八方面中，在處于場發(fā)射電子源的位置處的情況下， 離子束具有一種形狀，在該種形狀中，在行進(jìn)方向X所貫穿的平面中的
Y方向上的尺度大于在垂直于Y方向的Z方向上的尺度，優(yōu)選地，場發(fā)
射電子源具有在Y方向延伸的形狀。
在本發(fā)明的第九方面中，當(dāng)目標(biāo)是半導(dǎo)體基板，并且通過使用離 子束輻射裝置利用離子束輻射半導(dǎo)體基板以執(zhí)行離子注入時，可以在 半導(dǎo)體基板上制造多個半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，當(dāng)將場發(fā)射電子源設(shè)置在上述方向中， 并且從場發(fā)射電子源發(fā)射的電子相對于離子束的入射角被設(shè)置在上述范圍內(nèi)時，離子束中電子的存在可能性得到了提高。因此，能夠有效 地中和離子束的空間電荷，并且能夠有效地抑制由于空間電荷引起的 離子束的散射。結(jié)果是，能夠改善離子束的傳輸效率。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，當(dāng)將入射角設(shè)置在上述范圍內(nèi)時，通過 從場發(fā)射電子源發(fā)射的電子，能夠更有效地中和離子束的空間電荷， 并且能夠更有效地抑制由于空間電荷引起的離子束的散射。結(jié)果是， 能夠更加改善離子束的傳輸效率。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，當(dāng)將入射角設(shè)置在上述范圍中時，通過 從場發(fā)射電子源發(fā)射的電子，進(jìn)一步有效地中和離子束的空間電荷， 并且能夠進(jìn)一步有效地抑制由于空間電荷引起的離子束的散射。結(jié)果 是，能夠進(jìn)一步改善離子束的傳輸效率。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，當(dāng)入射角基本為0度時，通過從場發(fā)射電 子源發(fā)射的電子，進(jìn)一步有效地中和離子束的空間電荷，并且能夠進(jìn) 一步有效地抑制由于空間電荷引起的離子束的散射。結(jié)果是，能夠進(jìn) 一步改善離子束的傳輸效率。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，當(dāng)將場發(fā)射電子源設(shè)置成朝向下游側(cè)時， 該場發(fā)射電子源能夠被設(shè)置為從目標(biāo)上游分離，從而能夠在離目標(biāo)長 距離范圍內(nèi)，有效地抑制離子束的散射。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，當(dāng)將場發(fā)射電子源設(shè)置成朝向上游側(cè)時， 通過從場發(fā)射電子源發(fā)射的電子，能夠有效地中和離子束的空間電荷， 并且能夠有效地抑制由于空間電荷引起的離子束的散射。此外，從場 發(fā)射電子源發(fā)射的電子幾乎沒有入射在目標(biāo)上。因此，獲得抑制了由 電子對目標(biāo)表面的負(fù)充電的進(jìn)一步效果。在從場發(fā)射電子源發(fā)射的電 子的能量不是很低的情況下，這尤其有效。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，將場發(fā)射電子源設(shè)置在離子束的路徑的 兩側(cè)上，以便能夠?qū)㈦娮訌碾x子束的兩側(cè)提供至離子束。因此，離子 束的空間電荷能夠進(jìn)一步有效地中和，并且能夠進(jìn)一步有效地抑制由 于空間電荷引起的離子束的散射。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，場發(fā)射電子源具有在Y方向延伸的形狀。
因此，即使當(dāng)通過或未通過在Y方向的掃描，離子束具有在Y方向延伸
的形狀時，在離子束的更寬范圍上，離子束的空間電荷能夠被更有效
地中和。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，通過使用其中空間電荷被中和且減少了 散射的離子束，在半導(dǎo)體基板上能夠制造多個半導(dǎo)體器件。因此，能 夠在同一半導(dǎo)體基板上制造具有統(tǒng)一特性的多個半導(dǎo)體器件。因此， 提高了產(chǎn)率，并且增強(qiáng)了半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)效率。
圖l是示出了本發(fā)明的離子束輻射裝置的實(shí)施例的示意性側(cè)視圖； 圖2是示出圖1中所示的場發(fā)射電子源和離子束的示例的前視圖， 如從線A-A所示；
圖3是放大地示出了單抽取電極型的場發(fā)射電子源的一個發(fā)射器
的附近以及電源的示例的圖4是放大地示出了雙抽取電極型的場發(fā)射電子源的一個發(fā)射器
的附近以及電源的示例的圖5是示出了從場發(fā)射電子源發(fā)射的電子相對于離子束的入射角
的圖6是示出了本發(fā)明的離子束輻射裝置的另一實(shí)施例的示意性側(cè)
視圖7是示出了在未供給電子的情形下，由空間電荷引起的離子束的 散射的模擬結(jié)果的示例的視圖8是示出了當(dāng)供給電子時中和離子束的模擬的初始條件的視9圖9是示出了以89度的入射角將電子供給到離子束的情況下，電子 軌跡和離子束散射的模擬結(jié)果的示例的視圖10是示出了以30度的入射角將電子供給到離子束的情況下，電 子軌跡和離子束散射的模擬結(jié)果的示例的視圖11是示出了以15度的入射角將電子供給到離子束的情況下，電 子軌跡和離子束散射的模擬結(jié)果的示例的視圖12是示出了以0度的入射角將電子供給到離子束的情況下，電子 軌跡和離子束散射的模擬結(jié)果的示例的視圖13是示出了以-15度的入射角將電子供給到離子束的情況下，電
子軌跡和離子束散射的模擬結(jié)果的示例的視圖14是集體地示出了相對于電子的入射角的、在x:350mm位置處
的離子束的直徑的視圖。
參考數(shù)字和參考符號的說明
1離子源
2離子束
4目標(biāo)
6保持器
10場發(fā)射電子源
12電子
16陰極基板
18發(fā)射器
e入射角
具體實(shí)施例方式
圖l是示出了本發(fā)明的離子束輻射裝置的實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。 將離子束輻射裝置如此構(gòu)造，以便利用從離子源1抽取的離子束2輻射 保持器6所保持的目標(biāo)4，以執(zhí)行諸如在目標(biāo)4上離子注入的處理。保持 器6處于，例如，接地電勢。將離子束2的傳輸路徑和保持器6設(shè)置在未 示出的真空室中，以使其處于真空中。例如，目標(biāo)4是半導(dǎo)體基板，玻璃基板等。
在從離子源1延伸至保持器6的離子束2的傳輸路徑中，如所要求
地，設(shè)置分離離子束2的質(zhì)量的質(zhì)量分離器，以及在離子束2上執(zhí)行掃
描操作的掃描器等。
發(fā)射電子12的場發(fā)射電子源10設(shè)置在離子束2的路徑的附近處。在 本實(shí)施方式中，場發(fā)射電子源10位于一個方向，沿著該方向，將電子 12朝向離子束2的行進(jìn)方向X的下游側(cè)發(fā)射。場發(fā)射電子源10處于離子 束2的路徑的兩側(cè)(在Z方向的兩側(cè))上。
在場發(fā)射電子源10的位置處，離子束2可以具有點(diǎn)狀剖面形狀，或 所謂的帶狀(這也稱為"薄片狀"或"條狀")的形狀，其中，在如 圖2中所示的示例中，在離子束2的行進(jìn)方向X所貫穿的平面中的Y方向 上的尺度大于(具體地，充分大于)在與Y方向交叉的Z方向上的尺度。 帶狀形狀并不意味著如紙般薄的形狀。
通過以Y方向往復(fù)掃描諸如圖2中所示的點(diǎn)狀離子束2a，可以使帶 狀離子束2具有帶狀形狀，或在未執(zhí)行掃描的條件下，從離子源l抽取 離子束的情形下，可以使帶狀離子束2具有帶狀形狀。
在該實(shí)施例中，通過目標(biāo)驅(qū)動裝置8在與Y方向交叉的方向上(即， 沿著Z方向的方向，或從其傾斜的方向上)，以機(jī)械方式，往復(fù)地驅(qū)動 目標(biāo)4與保持器6。離子束2在Y方向上的寬度稍微大于在目標(biāo)4的相同方 向上的寬度。這種和上述的往復(fù)驅(qū)動使得目標(biāo)4的整個表面被通過離子 束2所輻射。
Y方向可以是水平方向、垂直方向、或從其傾斜的方向。 如圖3所示，圖3中放大地示出了場發(fā)射電子源10的一部分，電子源10包括導(dǎo)電陰極基板16;許多微小發(fā)射器18，其形成在陰極基板 16的表面中，并且具有尖型；抽取電極(也稱為柵極)22，其圍繞在
發(fā)射器18的頂端的附近，具有在其間形成微小間隙26，并且其對于發(fā) 射器18是公共的；以及絕緣層20，其設(shè)置在抽取電極22和陰極基板16 之間以使它們彼此絕緣。陰極基板16和發(fā)射器18是互相電傳導(dǎo)的。
每個發(fā)射器18具有銳利的尖形。換言之，發(fā)射器18具有越往尖端 越尖的形狀。在圖3中所示的示例中，發(fā)射器具有圓錐形，或可選地， 可以具有金字塔形等。
抽取電極22在與發(fā)射器18相對應(yīng)的位置具有微小孔24。每個微小 孔24具有，例如，環(huán)形。在微小孔24的中心部分，相應(yīng)于發(fā)射器18的 尖端的附近設(shè)置有在發(fā)射器18和微小孔24的內(nèi)壁之間形成的微小間隙 26。
每個發(fā)射器18的高度、基部的直徑D3、每個微小孔24的直徑，以 及每個間隙26的直徑具有以pm為單位的微小尺寸。
這樣構(gòu)造的發(fā)射器18大量形成在陰極基板16中。所述大量不是數(shù) 十至數(shù)百的數(shù)目，而是簡言之，至少大約上萬或更多的數(shù)目。具體而 言，如圖2中所示，在本實(shí)施例中每個場發(fā)射電子源10具有多個電子源 陣列14，并且每個電子源10陣列14具有大約一萬至二萬個發(fā)射器18。 構(gòu)成每個場發(fā)射電子源10的電子源10陣列14的數(shù)目不限于圖2中所示 的三個。
再次參考圖3，通過場發(fā)射的方式，將DC抽取電源32連接在場發(fā) 射電子源10的陰極基板16和抽取電極22之間，同時，將抽取電極22設(shè) 置為正側(cè)，其中，所述DC抽取電源32將抽取電壓V!應(yīng)用于從發(fā)射器18 抽取電子12。例如，抽取電壓Vi為大約50至100V。如所要求的，如圖3的示例中所示的，調(diào)整從場發(fā)射電子源10發(fā)射
的電子12能量的能量調(diào)整電源36可以連接在陰極基板16和接地電勢之 間。例如，電源的輸出電壓V3為大約0至50V。
場發(fā)射電子源10能夠以抽取電壓Vi發(fā)射電子12，其中，如上所述， 所述抽取電壓V,較低，從而能夠發(fā)射低能量的電子12。而且，電子源 10具有許多發(fā)射器18，因此能夠生成大量的電子12。例如， 一個電子 源陣列14能夠生成大約10(HiA至lmA的電子12。當(dāng)電子源10設(shè)置有多個 電子源陣列14時，電子源10能夠生成陣列數(shù)目的整數(shù)倍的電子12。
場發(fā)射電子源10具有與半導(dǎo)體器件相似的結(jié)構(gòu)，從而能夠被極端 小型化。而且，電子源10能在將其置于真空室中的同時被操作，其中， 所述真空室將離子束2的路徑保持在真空中。因此，能夠?qū)霭l(fā)射電子 源10被設(shè)置成非常接近離子束2的路徑。
如在圖4中所示的示例中，場發(fā)射電子源10還可以包括第二抽取電 極28，其處于相對于抽取電極22的電子12的發(fā)射側(cè)的一側(cè)上，其沿著 抽取電極22延伸，并且其具有許多微小孔30。抽取電極22、 28經(jīng)由未 示出的空間或絕緣層等，彼此電絕緣。DC第二抽取電源34連接在陰極 基板16和第二抽取電極28之間，其中，所述DC第二抽取電源34將第二 抽取電壓V2應(yīng)用于調(diào)整從場發(fā)射電子源10發(fā)射的電子12能量。當(dāng)￥2> V J寸，電子源10以加速模式操作，在該模式中，所發(fā)射的電子12的能量 進(jìn)一步增加，而，當(dāng)V^VJ寸，電子源10以減速模式操作，在該模式 中，所發(fā)射的電子12的能量進(jìn)一步下降。
如圖5中所示，從場發(fā)射電子源10發(fā)射的電子12的、相對于方向40 的角e被稱為入射角，其中，所述方向40平行于離子束2的行進(jìn)方向X。 當(dāng)離子束2的內(nèi)向方向是+ (正)，并且外向方向是-(負(fù))時，設(shè)定
入射角e。專利參考l中公開的場發(fā)射電子源設(shè)置在一個方向，沿著該方向，
入射角e大約為9o度。相比之下，在該實(shí)施方式中，場發(fā)射電子源io設(shè)
置在一個方向，沿著該方向，入射角e為，例如，在大約-15度至+ 45
度的范圍內(nèi)。
由于以下原因，場發(fā)射電子源10能夠設(shè)置在如上所述的充分小于
9o度的入射角e的方向上。如上所述，場發(fā)射電子源io能夠極端小型化，
并且在真空中操作。因此，場發(fā)射電子源10能夠處于非常接近離子束2
的路徑的位置。
即使當(dāng)電子i2以上述小入射角e，從場發(fā)射電子源io發(fā)射，由離子
束2所產(chǎn)生的正束電勢Vp存在于離子束2中和其周圍。相應(yīng)地，電子12 被束電勢Vp拉入離子束2，以促進(jìn)離子束2的空間電荷的中和。
此外，當(dāng)將從場發(fā)射電子源io的發(fā)射的電子i2的入射角e設(shè)置在上
述的范圍內(nèi)時，移動電子12以穿過離子束2或越過離子束2的可能性降 低，因此，離子束2中的電子12的存在可能性提高。結(jié)果，離子束2的 空間電荷能夠被有效地中和，并且由于空間電荷所引起的離子束2的散 射能夠被有效地抑制。因此，能夠改善離子束2的傳輸效率。
將描述電子12的入射角e和離子束2的中和之間關(guān)系，g口，散射的 抑制的模擬結(jié)果。
圖7示出了在未供給電子12的情況下，由于空間電荷所引起的離子 束2的散射的示例。在以下的模擬中，離子束2的離子類型是3卞+，能量 是500eV，電流是25pA，并且在X^mm的位置的直徑Di是50mm。當(dāng)未 供給電子12時，在X二350mm的位置的離子束2的直徑D2是193mm，并且 可見離子束被大量地散射。
圖8示出了當(dāng)供給電子12時，中和離子束2的模擬的初始條件。在X二0mm的位置處，構(gòu)成離子束2的離子2b散布在YZ平面中，并且電子 12被環(huán)狀地置于外圍。電子12以各種入射角e被發(fā)射。此時，電子12的
能量是10eV，并且電子電流Ie與離子束電流Ii的比率VIi是34。
圖9示出了在入射角是89度的情況下的示例。該示例與專利參考 1中公開的場發(fā)射電子源的設(shè)置相似?？梢?，電子12多次穿過離子束 2以往復(fù)振動。在X-350mm的位置處的離子束2的直徑D2是186 mm， 并且可見，離子束2被大量地散射，并且電子12幾乎未促進(jìn)離子束2 的空間電荷的中和。
圖IO示出了在入射角6是30度的情況下的示例。可見，大部分 電子12被捕獲入離子束2的軌跡。在X=350mm的位置處的離子束2 的直徑D2是116mm，并且可見，電子12有效地促進(jìn)了離子束2的空 間電荷的中和，并且有效地抑制了離子束2的散射。
圖11示出了在入射角9是15度的情況下的示例?？梢?，大部分 電子12被捕獲入離子束2的軌跡。在X=350mm的位置處的離子束2 的直徑D2是113mm，并且可見，電子12更有效地促進(jìn)了離子束2的 空間電荷的中和，并且更有效地抑制了離子束2的散射。
圖12示出了在入射角e是0度的情況下的示例。在X:350 mm的 位置處的離子束2的直徑D2是lllmm，并且可見，電子12進(jìn)一步有 效地促進(jìn)了離子束2的空間電荷的中和，并且進(jìn)一步有效地抑制了離 子束2的散射。
圖13示出了在入射角9是-15度的情況下的示例?？梢?，即使在 入射角e為負(fù)的情況下，當(dāng)角的絕對值如本示例中一樣小，大部分電 子12被離子束2的正束電勢捕獲入離子束2的軌跡。在X=350mm的 位置處的離子束2的直徑D2是120mm，并且可見，電子12有效地促 進(jìn)了離子束2的空間電荷的中和，并且有效地抑制了離子束2的散射。以除了上述值外的入射角e執(zhí)行模擬。圖14是集體地示出了相對于 電子12的入射角e的模擬中，在J^350mm位置處的離子束2的直徑D2的
視圖。有人認(rèn)為，當(dāng)入射角e在負(fù)側(cè)中變大時，由于以下原因，離子束
2的散射增加。電子12以從離子束2分離的方向發(fā)射，并且?guī)缀醪槐浑x 子束2的正束電勢捕獲。如圖中所示，優(yōu)選地，入射角6處于從-15度至 +45度的范圍中；更優(yōu)選地，處于從-15度至+30度的范圍中；進(jìn)一步優(yōu) 選地，處于基本從0度至+15度的范圍中；最優(yōu)選地，基本處于O度。
在上述的模擬中，電子12從離子束的外圍發(fā)射。相反，在圖l的實(shí) 施例中，從離子束2的兩側(cè)發(fā)射電子12，即，從位于離子束2的兩側(cè)的 場發(fā)射電子源10發(fā)射。雖然該條件與上述的稍微不同，模擬和實(shí)施例 是共同的，因?yàn)殡娮?2被從離子束2的附近發(fā)射。因此，根據(jù)模擬的結(jié) 果，可以推斷，本實(shí)施例中，通過將從場發(fā)射電子源10發(fā)射的電子12 的入射角e設(shè)置為上述范圍內(nèi)，也可以獲得具有與模擬相同趨勢的結(jié) 果。
艮P，場發(fā)射電子源10優(yōu)選地設(shè)置在一個方向，沿著該方向，從那 里發(fā)射的電子12的入射角e處于從-15度至+45度的范圍中；更優(yōu)選地， 處于從-15度至+30度的范圍中；進(jìn)一步優(yōu)選地，處于從基本0度至+15
度的范圍中；以及，最優(yōu)選地，基本處于o度。隨著入射角e變小，能
夠更加有效地抑制由于空間電荷引起的離子束2的散射，并且能夠更加 改善離子束2的傳輸效率。
再次參考圖l，場發(fā)射電子源10可以設(shè)置在從離子源1延伸至保持 器6的離子束2的路徑的任何部分中。當(dāng)用于將電或磁場施加到離子束2 的裝置存在于離子束2中時，電子12幾乎不穿過該裝置。因此，電子源 10優(yōu)選地設(shè)置在這樣的裝置和離子束2的散射被抑制的位置之間，例 如，在這種裝置的下游側(cè)。場發(fā)射電子源10可以設(shè)置在從離子源1延伸 至保持器6的離子束2的路徑的多個位置處。
16如圖l中所示的實(shí)施例中，將場發(fā)射電子源io設(shè)置成朝向下游側(cè)，
從而如此設(shè)置場發(fā)射電子源IO，使得其從目標(biāo)4向上游側(cè)分離，并且在
離目標(biāo)4很遠(yuǎn)一段距離內(nèi)，能夠有效地抑制離子束2的散射。
場發(fā)射電子源10可以位于離子束2的路徑的一側(cè)上。如圖1和圖2 所示的實(shí)施例中，例如，場發(fā)射電子源10可以優(yōu)選地位于離子束2的路 徑的兩側(cè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，電子12能夠從兩側(cè)被供給至離子束2。因此， 離子束2的空間電荷能夠被更為有效地中和，并且能夠更為有效地抑制 由于空間電荷引起的離子束2的散射。如所要求的，場發(fā)射電子源10可 以位于圍繞離子束2的路徑的四個位置處。這種構(gòu)造與上述的模擬更相 似。
在離子束2具有如圖2中所示的示例中的帶狀形狀的情況下，場發(fā) 射電子源10優(yōu)選地具有拉長的形狀，該拉長形狀沿著Y方向，目卩，帶狀 形狀離子束2的寬度方向延伸。根據(jù)該構(gòu)造，即使當(dāng)離子束2具有沿著Y 方向延伸的形狀，離子束2的空間電荷能夠在離子束2的更寬范圍內(nèi)， 被更均勻地中和。
如圖6所示的實(shí)施例中，場發(fā)射電子源10可以位于一個方向，沿著 該方向，電子12朝向離子束2的上游側(cè)發(fā)射。在這種情況下，優(yōu)選地， 場發(fā)射電子源10可以位于保持器6的上游側(cè)的附近。另一構(gòu)造與上述的 實(shí)施例的構(gòu)造一致，并且因此省略重復(fù)的描述。
即使當(dāng)場發(fā)射電子源10被設(shè)置成朝向上游側(cè)時，從其發(fā)射的電子 12在向上游側(cè)移動時，被離子束2的正束電勢Vp捕獲。因此，通過與上 述實(shí)施例一樣的功能，能夠有效地中和離子束2的空間電荷并且能夠有 效地抑制由于空間電荷引起的離子束2的散射，其中，在上述實(shí)施例中， 場發(fā)射電子源10被設(shè)置成朝向下游側(cè)。當(dāng)場發(fā)射電子源10被設(shè)置成朝向上游側(cè)時，從場發(fā)射電子源10發(fā)
射的電子12幾乎未入射在目標(biāo)4上。因此，可以抑制目標(biāo)4的表面的負(fù) 充電，其中，所述負(fù)充電由目標(biāo)4上的電子12的入射而產(chǎn)生。在從場發(fā) 射電子源10發(fā)射的電子12的能量不是很低的情況下，這尤其有效。
通過將半導(dǎo)體基板用作目標(biāo)4，使用實(shí)施例之一的離子束輻射裝 置，以及利用離子束2輻射半導(dǎo)體基板，可以在半導(dǎo)體基板(例如，硅 基板)上制造多個半導(dǎo)體器件。例如，實(shí)施例之一的離子束輻射裝置 可以用于將期望的離子(例如，用作雜質(zhì)的離子)注入半導(dǎo)體基板的 表面或表面層部分的期望區(qū)域的步驟中，從而在半導(dǎo)體基板上制造用 作半導(dǎo)體器件的多個集成電路(例如，LSIs系統(tǒng)等)。
近來，在半導(dǎo)體基板上形成的半導(dǎo)體器件的小型化是非常先進(jìn)的 (換言之，非常高度地集成)。當(dāng)在這些半導(dǎo)體器件上執(zhí)行離子注入 時，在半導(dǎo)體基板的表面中形成的凸或凹部件中，存在阻止部件形成 的問題，其中，在所述部件中不注入離子或者所述部件為被遮蔽的部
件。當(dāng)未執(zhí)行該阻止時，要形成的半導(dǎo)體器件的特征是散布的，并且 可能產(chǎn)出有缺陷的裝置。
為了解決該問題，必須用高平行度的離子束輻射半導(dǎo)體基板。當(dāng) 由空間電荷引起的離子束的散射很大時，難以用高平行度的離子束輻 射半導(dǎo)體基板。反之，當(dāng)使用實(shí)施例之一的離子束輻射裝置時，通過 使用其中空間電荷被中和且較少散射的離子束2，在半導(dǎo)體基板上能夠 產(chǎn)生多個半導(dǎo)體器件。因此，多個具有統(tǒng)一特征的半導(dǎo)體器件能夠在 同一半導(dǎo)體基板上產(chǎn)生。結(jié)果是，產(chǎn)率得到提高，并且也提高了半導(dǎo) 體器件的生產(chǎn)效率。
當(dāng)參考具體實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā)明時，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做各種 改動和修改。本發(fā)明基于2006年6月12日提交的日本專利申請(No. 2006-162394)，其通過引用合并于此。
權(quán)利要求
1. 一種離子束輻射裝置，其利用從離子源抽取的離子束來輻射目標(biāo)，所述離子束輻射裝置包括場發(fā)射電子源，所述場發(fā)射電子源設(shè)置在所述離子束的路徑的附近并且發(fā)射電子，所述場發(fā)射電子源具有導(dǎo)電陰極基板、多個微小發(fā)射器以及抽取電極，其中，所述多個微小發(fā)射器形成在所述導(dǎo)電陰極基板上，并且所述多個微小發(fā)射器的每個都具有尖型，而所述抽取電極以形成微小間隙的方式分別圍繞在所述發(fā)射器的尖端的附近，其中，將所述場發(fā)射電子源以一個方向設(shè)置，在沿著該方向上，由從所述發(fā)射電子源所發(fā)射的電子與平行于所述離子束的行進(jìn)方向的方向所形成的入射角處于-15度至+45度的范圍內(nèi)，其中，所述離子束的內(nèi)向方向?yàn)椤?”，并且所述離子束的外向方向?yàn)椤?”。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離子束輻射裝置，其中，將所述場發(fā)射電子源以一個方向設(shè)置，以使得在沿著該方向上，所述入射角處于-15度至+30度的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離子束輻射裝置，其中，將所述場發(fā)射電子源以一個方向設(shè)置，以使得在沿著該方向上，所述入射角處于基本為0度至+15度的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離子束輻射裝置，其中，將所述場發(fā)射電子源以一個方向設(shè)置，以使得在沿著該方向上，所述入射角基本為O度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，其中，將所述場發(fā)射電子源以一個方向設(shè)置，以使得在沿著該方向上，電子被朝向所述離子束的行進(jìn)方向的下游側(cè)發(fā)射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，其中， 將所述場發(fā)射電子源以一個方向設(shè)置，在沿著該方向上，電子被 朝向所述離子束的行進(jìn)方向的上游側(cè)發(fā)射。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6的任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，其中， 所述場發(fā)射電子源設(shè)置在所述離子束的所述路徑的兩側(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7的任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，其中， 在所述場發(fā)射電子源的位置處，所述離子束具有一種形狀，在所述形 狀中，在所述行進(jìn)方向X所貫穿的平面中的Y方向上的尺度大于與所述 Y方向相垂直的Z方向上的尺度，并且所述場發(fā)射電子源具有在所述Y 方向上延伸的形狀。
9. 一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，通過利用根據(jù)權(quán)利要求l 至8中任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，以離子束來輻射作為目標(biāo)的半 導(dǎo)體基板，從而執(zhí)行離子注入，進(jìn)而在所述半導(dǎo)體基板上制造多個半 導(dǎo)體器件。
10. —種離子束輻射裝置，其利用從離子源抽取的離子束來輻射 目標(biāo)，所述離子束輻射裝置包括電子源，所述電子源設(shè)置在所述離子束的路徑的附近并且發(fā)射電 子，使得所述電子在所述離子束的所述路徑中以與所述離子束的行進(jìn) 方向相反的方向行進(jìn)，其中，將所述電子源以一個方向設(shè)置，在沿著該方向上，由從所 述電子源所發(fā)射的電子與平行于所述離子束的行進(jìn)方向的方向所形成 的入射角處于-15度至+45度的范圍內(nèi)，其中，所述離子束的內(nèi)向方向?yàn)?"+ "，并且所述離子束的外向方向?yàn)?-"。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的離子束輻射裝置，其中，將所述電子源以一個方向設(shè)置，以使得在沿著該方向上，所述入射角處于-15度至 +30度的范圍內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的離子束輻射裝置，其中，將所述電子 源以一個方向設(shè)置，以使得在沿著該方向上，所述入射角處于基本為o 度至+15度的范圍內(nèi)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的離子束輻射裝置，其中，將所述電子 源以一個方向設(shè)置，以使得在沿著該方向上，所述入射角基本處于0度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13的任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，其 中，所述電子源設(shè)置在所述離子束的所述路徑的兩側(cè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14的任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，其 中，所述電子源為場發(fā)射電子源，并且，所述場發(fā)射電子源具有導(dǎo)電 陰極基板、多個微小發(fā)射器以及抽取電極，其中，所述多個微小發(fā)射 器形成在所述導(dǎo)電陰極基板上，并且所述多個微小發(fā)射器的每個都具 有尖型，而所述抽取電極以形成微小間隙的方式分別圍繞在所述發(fā)射 器的尖端的附近。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10至15的任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，其中，在所述電子源的位置處，所述離子束具有一種形狀，在該形狀中， 在所述行進(jìn)方向X所貫穿的平面中的Y方向上的尺度大于與所述Y方向 相垂直的Z方向上的尺度，并且所述電子源具有在所述Y方向上延伸的 形狀。
17. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，通過利用根據(jù)權(quán)利要求 10至16中任何一項(xiàng)所述的離子束輻射裝置，以離子束來輻射作為所述 目標(biāo)的半導(dǎo)體基板，從而執(zhí)行離子注入，進(jìn)而在所述半導(dǎo)體基板上制 造多個半導(dǎo)體器件。
全文摘要
一種具有場發(fā)射電子源(10)的離子輻射裝置，其中，所述場發(fā)射電子源(10)設(shè)置在離子束(2)的路徑的附近并且發(fā)射電子(12)。場發(fā)射電子源(10)以一個方向設(shè)置，沿著該方向，由從電子源(10)發(fā)射的電子(12)與平行于離子束(2)的行進(jìn)方向的方向所形成的入射角處于-15度至+45度的范圍內(nèi)(離子束(2)的內(nèi)向方向是“+”，以及其外向方向是“-”)。
文檔編號H01J37/317GK101467228SQ200780021880
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者丹·尼古拉斯庫, 后藤康仁, 石川順三, 酒井滋樹 申請人:國立大學(xué)法人京都大學(xué);日新離子機(jī)器株式會社