(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置に用いるためのプラズマ増強型電子シャワーであって、
イオンビームの通路上に入口開口（90）および出口開口（92）が配置された室内に突出するカットアウト（78）を備えて、該カットアウト内に取り外し可能なフィラメントアセンブリ（67）とイオン化ガスを噴射するノズル（77）を収容し、前記室内にプラズマを発生するターゲット室（84）と、
前記ノズル（77）へ前記イオン化ガスを配給するガス配給装置（74）と、
前記ターゲット室（84）の前記出口開口（92）に隣接して固定されかつ取り外し可能に連結され、前記イオンビームの移動方向に延在する延長チューブ（66）と、
前記ターゲット室の上流に配置され、前記イオンビーム内のイオンが、前記ターゲット室内のプラズマからの高エネルギーの一次電子を引き寄せないようにバイアスされた電子反射器（60）とを含み、
前記フィラメントアセンブリ（67）と前記ターゲット室（84）内の空間との間に、それらを隔て、フィラメント（68）で発生した一次電子を引出す引出し電極（72）を配置し、イオン化ガスを噴射する前記ノズル（77）は、前記引出し電極（72）よりも前記ターゲット室（84）側の空間に配置され、前記ノズル（77）から噴射されたガスは、前記引出し電極（72）を通過して引出された電子によって前記ターゲット室（84）内の空間で電離・イオン化され、
前記延長チューブ（66）は、前記ウエハに向かう第１方向に面する第１組の表面（128）と前記ウエハから離れる第２方向に面する第２組の表面（130）とを有する内表面（88）を含むことを特徴とする電子シャワー。
【請求項２】
前記内表面(88)は、のこぎり歯状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子シャワー。
【請求項３】
前記内表面(88)は、−６Ｖ〜−１０Ｖにバイアスされていることを特徴とする請求項１記載の電子シャワー。
【請求項４】
前記内表面(88)は、グラファイトで構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子シャワー。
【請求項５】
前記延長チューブの外表面(86)は、アルミニウムで構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子シャワー。
【請求項６】
前記グラファイトの内表面(88)は、取替え可能のグラファイト製の内側ライナーからなることを特徴とする請求項４記載の電子シャワー。
【請求項７】
前記内側ライナーは、固定具(89)によって外表面(86)に固定されていることを特徴とする請求項６記載の電子シャワー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、イオン注入装置の分野に関し、より特定すれば、イオン注入装置における改良した電子シャワーまた電子フラッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入装置は、集積回路の大規模製造において、これまで半導体に不純物をドープするために、この産業界において良く用いられる技術となってきた。一般的なイオン注入装置は、３つの部分またサブシステム、すなわち、(a) イオンビームを出力するためのターミナルと、(b) このターミナルによって出力されたイオンビームを指向しかつ調整するためのイオンビームラインと、(c) 調整されたイオンビームによって注入されるべき半導体ウエハを含む端部ステーションとを含んでいる。
【０００３】
ターミナルは、正に帯電したイオンのビームが引き出されるイオン源を含む。ビームラインの構成部品は、注入されるウエハに向かう途中で、引き出された正帯電イオンビームのエネルギーレベルとその集束を調整する。
【０００４】
このようなイオン注入装置を使用する場合の問題点は、ウエハのチャージングの問題である。正帯電イオンビームは、ウエハに衝突しつづけるので、ウエハの表面は、好ましくない過度の正電荷が蓄積する。ウエハ表面に生じた電界は、ウエハ上の微小回路に損傷を与える。この蓄積された表面電荷の問題は、注入される回路要素が小さくなればなるほど大きくなる。その理由は、より小さな回路要素は、電界により生じるダメージをより多く受けるからである。
【０００５】
このようなイオン注入装置を使用する場合、特に、低エネルギー利用における他の問題点は、ビーム発散［ブローアップ(blow up) ］と呼ばれる現象がある。このブローアップは、イオンビーム内で正の電荷のようにふるまい、イオン同士が相互に反発する。（これは、また、空間電荷効果として知られている。）このような相互反発により、好ましい形に反してビームが意図されたビームライン径路から離れて発散する。
【０００６】
ビーム発散は、高電流かつ低エネルギーの利用における特定の問題であって、その理由は、イオンビーム（高電流）におけるイオンの高集中によって、イオンの相互反発力が増大し、イオンの小さな速度（低エネルギー）では、イオンがウエハに届く前にイオン同士の反発作用に多くの時間を費やすことになるからである。
【０００７】
ウエハのチャージングとビーム発散の両方の現象に対する解決法は、電子シャワーまたはプラズマシャワーを用いることである。このようなシャワーは、電子フラッドまたはプラズマフラッドとも呼ばれる。電子シャワーおよびプラズマシャワーは、共に、低エネルギーの電子を発生し、これらの電子をビーム内に導く。プラズマフラッドは、アーク室内にプラズマを発生し、イオンビーム電位により、低エネルギーのプラズマを引き出し、電子をイオンビーム内に導く。電子シャワーは、ビームを高めるのに用いられる二次電子（低エネルギー）を発生し、空間電荷効果（ビームブローアップ）とウエハのチャージング効果を減少させる。
【０００８】
一般的に、電子シャワーは、二次電子を発生するターゲット室と、このターゲット室の下流に接続される延長チューブを含んでいる。イオンビームがターゲット室を通過すると、二次電子が侵入し、部分的にイオンビームを中和する。この部分的に中和されたビームは、注入されるウエハに向けて延長チューブを通過する。
【０００９】
捕捉された低エネルギーの電子は、ビームの正味電荷を中和し、次に、イオンビームがウエハ表面に衝突しながらウエハ上に蓄積される正電荷を減少する。中和されたビームは、また有害なビーム発散特性を発生しにくくする。このようなシステムは、ファーレイ(Farley)の米国特許第４，８０４，８３７号明細書に示されており、この特許は、本発明の譲受人に譲渡され、ここに参考として包含されている。
一般的な電子シャワーの延長チューブは、高エネルギーの一次電子がウエハの表面に到達しないようにアースされた導電路を構成するグラファイトで作られている。高エネルギーの一次電子は、負に帯電してウエハの表面を損傷させる。低エネルギーの二次電子は、好ましくは、イオンビームに沿って延長チューブを通過し、有効に中和するために、ウエハを負ではなくて正にチャージングする。
【００１０】
しかし、グラファイトの延長チューブが新しいと、アースするための導電性短絡路を形成する。このように、低エネルギーの二次電子がアースに分路された場合、これらの分路した電子は、二次電子を中和するのに役立つ電荷源から取り除く。電子シャワー作業工程にわたって、イオンビームは、ウエハを貫通してイオン注入され、フォトレジストまたはシリコンあるいは二酸化ケイ素等の表面材料のスパッタリング効果を生じさせる。このフォトレジストまたは他の材料は、電子シャワーをウエハに接近させる部分となる延長チューブの内表面にバック−スパッタリング(back sputtering) される。
【００１１】
フォトレジストまたは他の材料の薄い層が、延長チューブの内面にスパッタリングにより形成されると、最適な作業状態となる。その理由は、延長チューブがわずかに導電性を失い、このチューブは、電子が衝突することから負に帯電し、低エネルギーの電子をアースに分路することを妨げる電位障壁を形成するからである。
【００１２】
こうして、低エネルギーの二次電子は、イオンビームと共に延長チューブを通過して電荷が中和されるようにふるまう。しかし、高エネルギーの一次電子は、アースに分路し続ける。その結果、延長チューブは、意図した作用をする前の「ブレーク−イン(break in)」時間中、使用することができる。
【００１３】
しかし、作業が続行すると、延長チューブの効力が悪化する。フォトレジストまたは他の材料の内側スパッタリングにより、延長チューブは、電気的に絶縁性が増加する。このチューブが十分に絶縁状態となると、高エネルギーの一次電子でさえも、望ましくないウエハへの通過が起こる。
【００１４】
さらに、延長チューブの内側絶縁表面に衝突する高エネルギーの一次電子によりこの表面が帯電する。イオン室よりもむしろ延長チューブの表面に発生する二次電子は、このチューブの絶縁表面の電位に一致したエネルギーレベルになると思われる。それゆえ、フォトレジストまたは他の材料被膜が時間とともに厚くなり、好ましくない高エネルギーの二次電子をより作り出すので、この二次電子のエネルギーレベル及び電流密度は、次第にそのドリフトが大きくなる。
【００１５】
特定の電子シャワーの効率が部分的に及ぶと、二次電子の十分な供給による有効な発生は、低く押えられかつ期待可能なエネルギーレベルとなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、電荷を中和するために役立つ二次電子の数を増加させる電子シャワーまたはプラズマシャワー用の延長チューブを提供することであり、同時に、二次電子が通過するエネルギーレベルをより良く制御することにより、二次電子のエネルギーレベルを最小限度としかつこれを一定にすることである。
【００１７】
本発明の更なる目的は、高エネルギーの一次電子をウエハの表面に到達できないようにする電子シャワーまたはプラズマシャワー用の延長チューブを提供することである。
【００１８】
また、更なる本発明の目的は、バック−スパッタリングによる汚染の影響を最小にする延長チューブを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は各請求項に記載の構成を備えている。請求項１に記載の発明は、イオン注入装置に用いるためのプラズマ増強型電子シャワーであって、
イオンビームの通路上に入口開口および出口開口が配置された室内に突出するカットアウトを備えて、該カットアウト内に取り外し可能なフィラメントアセンブリとイオン化ガスを噴射するノズルを収容し、前記室内にプラズマを発生するターゲット室と、前記ノズルへ前記イオン化ガスを配給するガス配給装置と、前記ターゲット室の前記出口開口に隣接して固定されかつ取り外し可能に連結され、前記イオンビームの移動方向に延在する延長チューブと、前記ターゲット室の上流に配置され、前記イオンビーム内のイオンが、前記ターゲット室内のプラズマからの高エネルギーの一次電子を引き寄せないようにバイアスされた電子反射器とを含み、
前記フィラメントアセンブリと前記ターゲット室内の空間との間に、それらを隔て、フィラメントで発生した一次電子を引出す引出し電極を配置し、イオン化ガスを噴射する前記ノズルは、前記引出し電極よりも前記ターゲット室側の空間に配置され、前記ノズルから噴射されたガスは、前記引出し電極を通過して引出された電子によって前記ターゲット室内の空間で電離・イオン化され、
前記延長チューブは、前記ウエハに向かう第１方向に面する第１組の表面と前記ウエハから離れる第２方向に面する第２組の表面とを有する内表面を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい実施形態は、以下に記載される。イオン注入装置用のプラズマに高められた電子シャワーが設けられ、この電子シャワーは、取替え可能なグラファイト製の内側ライナーを有する延長チューブを含む。内側ライナーは、−１０Ｖ（概略−６Ｖ）までの低い負電位にバイアスされ、電子シャワーのターゲット室内に発生する低エネルギーの二次電子が、ウエハから離れて分路するのを防止する。これにより、ウエハにおける電荷の中和に対して二次電子が有効に作用できるようにする。
【００２０】
電気的にバイアスされた内側表面にはセレーションが設けられ、このセレーションは、ウエハ対向表面とターゲット対向表面が交互に形成されている。電子シャワーの作動中、ウエハからバック−スパッタリングするフォトレジストまたは他の材料が、ウエハ対向表面に集められ、表面を非導電性にし、また一方、ターゲット対向表面は、クリーンな状態で残るので導電性となる。この導電性のターゲット対向表面は、電子シャワー内に発生した高エネルギーの電子に対してアース電位となる短絡路（低抵抗）を与える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照すると、図１は、全体を１０で示したイオン注入装置を開示しており、これはターミナル１２と、ビームラインアセンブリ１４と、端部ステーション１６を備えている。一般的に、ターミナル１２は、イオンビームを出力し、ビームラインアセンブリ１４は、イオンビームの焦点とエネルギーレベルを調整し、かつ端部ステーション１６に配置されたウエハＷに向かってイオンビームを指向させる。
【００２２】
ターミナル１２は、イオン源１８を含み、このイオン源は、ガスボックス２０からドーパントガスを噴射する室を有する。エネルギーは、イオン化可能なドーパントガスに分与されてイオン室内で正イオンを発生する。高電圧源２４により出力される引出し電極２２は、イオン室から正イオンのビームを引出し、引き出されたイオンを質量分析磁石２８に向けて加速する。
【００２３】
質量分析磁石２８は、適当な電荷／質量比のイオンだけをビームラインアセンブリ１４へ進ませることができる。質量分析磁石１４により設けられるビーム通路２９は、真空ポンプ３０によって排気される。
【００２４】
ビームラインアセンブリ１４は、直角レンズ(quadrature lens) ３２、フラグファラデー３４、電子シャワー３６、さらに、任意選択可能なイオンビーム加速／減速電極（図１では図示略）を含んでいる。直角レンズ３２は、ターミナル１２によってイオンビーム出力を集束させる。そして、フラグファラデー３４は、システム立ち上げ時のイオンビーム特性を測定する。
【００２５】
本発明を構成する電子シャワー３６は、更に以下で説明される。加速／減速電極は、集束したイオンビームを端部ステーション１６において、ウエハにイオン注入する前の所望のエネルギーレベルに加速したり減速したりするのに用いられる。ビームラインアセンブリ１４によって設けられたビーム径路を真空排気するために真空ポンプが設けられる。
【００２６】
端部ステーション１６は、複数のウエハがその上に取り付けられる１つのディスク４０と、このディスクに回転動作を与える回転駆動機構４２と、ディスクに線形動作を与える線形駆動機構４４とを含んでいる。また、ロボットアーム４６は、ウエハをロードロック室４８を介してディスク４０上に載置する。この装置の動作は、端部ステーション１６の端部に配置されたオペレータ制御ステーション５０によって制御される。
【００２７】
電子シャワー３６は、図２ないし図９に詳細に示されている。図２は、電子シャワー３６の概略図であり、この電子シャワーは、磁気的に付勢された電子反射器６０とターゲット／チューブ組立体６２を含む。ターゲット／チューブ組立体（電子シャワー）６２は、ターゲット６４と、延長チューブ６６とを含み、両方とも、好ましい実施形態では、円筒形状である。
【００２８】
ターゲット６４は、一次電子を熱電子放出によって放出するためのフィラメント６８と、放出された一次電子を所定軌道に向かわせるフィラメント電極７０と、引出し電極７２とを含んでいる。ガス配給装置７４は、アルゴンまたはキセノン等の不活性ガスを、バルブ７６及びガス噴射ノズル７７によってターゲットサブアセンブリ６４の内部に噴射する。このガス噴射ノズル７７とフィラメントサブアセンブリ６７は、カットアウト７８の位置にあるターゲット６４に取付けられる（図３参照）。
【００２９】
磁気電子反射器６０は、電源ＰＳ１によって約−２５００Ｖの電圧に設定される。このバイアスされた電子反射器６０は、高電流イオンビームが電子を引き寄せることを防止し、これによりビームのブローアップ（発散）を防ぐ。バイアスされた電子反射器の位置が、ターゲット／チューブ組立体６２から離れて分離（上流側）することにより、電界は、一次電子をウエハに向かう延長チューブ６６内に強制的に進めることから一次電子軌道に不利な影響を与えないようにする。低いビームエネルギーでは、バイアスを加えなくても、電子がイオンビームから抜け出さないようにできる。
【００３０】
電源ＰＳ２は、フィラメント６８に約−１２Ｖ（フィラメントの電極に対して）を供給し、電源ＰＳ３は、フィラメント電極７０に約−３００Ｖを供給する。
こうして、このフィラメントは、アース電位に対して約−３１２Ｖである。引出し開口７２は、電気的に接地されており、−６Ｖのバイアス電圧がバイアス（ツエナー）ダイオード７９によってターゲットに加えられる。これらの電圧の大きさは単に例として作られているが、この電位差の目的は、図３に関して以下で説明する。
【００３１】
図３は、図２のターゲット／チューブ組立体６２の断面図を示す。ターゲット／チューブ組立体６２のターゲット６４は、外側がアルミニウム製のハウジング８０と、非酸化性（絶縁酸化物を形成できない）材料、例えば、グラファイトで作られかつプラズマ／二次電子のターゲット室８４を形成する内側ライナー８２とを含む。
【００３２】
ターゲット／チューブ組立体６２の延長チューブ６６は、また、外側がアルミニウム製のハウジング（外表面）８６と、これにねじ８９等の固定具で取付られる内側グラファイトライナー（内表面）８８とを含む。イオンビームは、注入されるべきウエハＷに向かう途中で、（入口開口９０を通過して出口開口９２を出ていく）ターゲット６４と（入口開口９４を通過して出口開口９６を出ていく）延長チューブの両方を通過する。
【００３３】
ターゲット６４と延長チューブ６６は、ボルト９８及びカラー９９等の固定具によって固定される。ダイオード７９（図２参照）は、ターゲットと延長チューブの内側グラファイトライナー８２，８８に各々連結ワイヤ１００を介して−６Ｖのバイアス電圧を加える。
【００３４】
ターゲット／チューブ組立体６２は、ボルト１０６により取付プレート１０４に連結している水冷支持体１０２に取付られる。ウォーター入口１０７は、冷水を支持体１０２に供給する（ウォーター出口は図示されていない）。絶縁体１０８が電気的にターゲット／チューブ組立体（−６Ｖ）を取付プレート（電気的に接地された）から絶縁する。この取付プレート１０４は、ターゲット／チューブ組立体を図１のイオン注入装置に配置するための手段を与える。
【００３５】
ガス噴射ノズル７７とフィラメントサブアセンブリ６７が共にターゲット６４に取付られる。フィラメントサブアセンブリ６７は、高エネルギーの一次電子を発生し、この電子がターゲット６４の内側グラファイトライナー８２に衝突するとき、低エネルギーの二次電子を放出する。高エネルギーの電子は、また間接的にガス噴射ノズル７７によって室８４内に噴射されるイオン化ガスによって二次電子放出率を高める。ガス分子のイオン化により、内側グラファイトライナー８２の二次電子放出率を増加するプラズマを作り出す。
【００３６】
フィラメントアセンブリ６７は、図４により詳細に示されている。このフィラメント６８は、タンタル製の脚部１０６に支持され、端部同士が連結された複数のタングステン部片からなる。脚部１０６は、固定具１１０により電気絶縁ブロック１０８に固定されている。フィラメント電極７０は、固定具１１４により絶縁ブロック１０８に取付けられる。電力は、図２に示す電源ＰＳ２からコネクタ１１２，１１４を介してフィラメント６８に供給される。電源ＰＳ２（コネクタ１１４）の負端子は、また、コンダクタ１１６と固定具１１２によってフィラメント電極７０に連結される。グラファイトで構成された引出し開口７２は、電気的にアース電位にある。
【００３７】
フィラメント６８は、熱電子放出により、一次電子を放出し、この一次電子は接地された開口７２により室８４（図３）内に引き出される。これらの高エネルギー電子は、ターゲット６４の内側グラファイトライナーの内表面１１８に衝突する。この衝突のとき、二次電子を放出するグラファイトライナーの表面１１８は、衝突する一次電子よりも少ないエネルギーを有する。
【００３８】
例えば、フィラメント電極（−３１２Ｖ）により与えられた電界を通過する時、一次電子のエネルギーが３１２ｅＶまで上がり、一方、放出した二次電子の大部分は、２０ｅＶよりも少ないエネルギーしか有していない。ライナー８２によって二次電子レベルに約６ｅＶ以下（ターゲット６４の内側ライナー８２に加えられる−６Ｖに一致する）が加えられる。イオンビーム電位が約１０〜１２Ｖの場合、二次電子は、ビーム内に捕捉されるようにかなり低いエネルギーレベルを有し、これらを注入されるウエハに向けて伝達する。
【００３９】
図４のフィラメント電極６７は、フィラメント６８により熱電子放出した一次電子を指向するための集束機構を備えている。フィラメントの端から端までの長さ（２〜３インチ）により、十分な一次電子を供給するのに十分な表面領域を提供する。負にバイアスされたフィラメント電極７０は、フィラメント６８を取り囲む部分７０Ａ，７０Ｂを含み、かつフィラメントが、引出し開口７２の方向にのみ電界を生じさせるようにする。こうして、フィラメント電極７０は、この電極の中心の方に一次電子を集束させるようにし、その結果、一次電子は、接地された引出し開口７２の中心を通って室８４内に引き出される。
【００４０】
したがって、一次電子は、ウエハ（室の出口開口９２と通過して）に向う下流あるいは、ターミナル１２（室の入口開口９０を通過して）に向かう上流でもなくて、室８４のグラファイトライナー８２の内表面１１８において、直接集束する。こうして、より多くの一次電子がグラファイトの内表面１１８に向けられ、二次電子の発生の効率を改善し、また、室８４の上流あるいは下流を漂う一次電子の影響を最小にする。
【００４１】
二次電子発生の効率を改良することに加えて、本発明は、発生した二次電子のエネルギーレベルをより均一にする。室８４における取替え可能の内側ライナーとしてグラファイトを用いることにより、内表面１１８の酸化を防止する。この内表面がアルミニウムで作られていた場合には酸化が生じるであろう。こうして、高エネルギーの一次電子が衝突する結果としてグラファイト表面１１８から放出される二次電子のエネルギーレベルは、制御されないで表面上に被覆される酸化物を形成しないことから上方に変動することがない。
【００４２】
その代わり、二次電子の正規分布内で、二次電子のエネルギーレベルをより良く制御する結果、内表面１１８から放出される二次電子は、グラファイト内側ライナーに加えられるバイアスに一致するエネルギーレベルになると考えられる。この低エネルギーの電子は、室８４内で作られたプラズマ内で熱せられ、ビーム電位により容易に捕捉される。この低エネルギーの電子は、振幅が小さくイオンビームコア内に長く留まることになる。
【００４３】
プラズマは、室８４内に作り出され、内表面１１８から二次電子を引出すことにより二次電子放出率を増加させる。このプラズマは、アルゴンまたはキセノン等の不活性ガスにより作り出されており、このガスは、図５及び図６（また図２，図３を参照）に示すノズル７７を介して室８４内に放出され、そしてフィラメント６８から放出された高エネルギーの電子と衝突することによりイオン化される。プラズマは、イオンビームを取り囲み、プラズマと室８４の内表面１１８との間にシース(sheath)を作る（図８参照）。
【００４４】
ノズル７７は、アルミニウムで作られ、かつ孔１１９を通して設けた固定具によりカットアウト７８（図３）の位置でターゲット６４に固定される。湾曲した表面１２０は、円筒状のターゲット６４に嵌合する。ノズルは、流体入口１２１と流体出口１２２を有し、これらを通って水が給排され、冷却媒体を作動中供給する。不活性ガスは、通路１２３を通して供給され、入口１２４を介して室８４内に噴射される。
【００４５】
入口１２４は、５：１よりも大きい（好ましくは約１０：１）アスペクト比（長さ対直径）を有し、フィラメント６８から放出される一次電子の流れ方向に向いている。図７に示すように、入口１２４は、接地された引出し開口７２よりもわずか前方に位置し、約１０°〜３０°（好ましくは１５°〜２５°）の角度θ傾いている。従って、一次電子とガス分子の流れは、その放出方向において約６０°〜８０°（好ましくは６５°〜７５°）の角度αで遭遇する。
【００４６】
一次電子の引出し開口７２に対するガス入口１２４のこのような方向付けによって、ガス分子は、入口１２４を出ると、その流れは、約１０°の範囲で発散し、開口７２から出て発散する一次電子の流れと最大限度で交差する。従って、ガス分子のイオン化率は増加し、その結果、プラズマ密度が増加し、二次電子の放出率も対応して増加する。
【００４７】
この二次電子放出率は、また、内表面１１８が、開口９０，９２の径方向長さを越えない位置、すなわちこの開口直径に等しい大きさの円筒よりもかなり大きな円筒内表面の領域を有することによって高められる（図３参照）。
【００４８】
開口９０，９２の半径が円筒室８４の半径よりもかなり小さいので、円筒室８４の両端部は部分的に閉鎖されており、プラズマが上流に導かれるのを妨げるとともに、プラズマ圧力（その密度）を維持するように作用する。出口開口９２は、ウエハＷやディスク４０に飛散した材料が付着するのを防止し、また室内部を汚染することからも防止する。
【００４９】
室８４内のプラズマの増加した容積および密度によって、プラズマと室の内表面１１８との間の距離ｄが対応して減少する（図８参照）。その理由は、高密度のプラズマは、所定電位でシールドするためにより小さなシースを必要とするからである。この二次電子放出率は、チャイルド−ラングミュアー(Child Langmuir)の法則によって距離ｄが減少すると、増加する。二次電子放出率は、また、プラズマ密度及び容積が増加すると、増加する。これは、イオン化の増大により、一次電子がガス分子と衝突する機会が多くなるからである。
【００５０】
図９は、延長チューブ６６を詳細に示し、このチューブは、円筒状のアルミニウム製ハウジング８６と、グラファイト等の非酸化材料で作られた円筒状の内側ライナー８８とを備えている。この延長チューブ６６は、ターゲット６４内に発生した高エネルギーの一次電子を分路し、これらの電子がウエハの表面に到達するのを防止する。このように、延長チューブ６６は、望ましくない負の電荷がウエハの表面上に蓄積するのを防止する。
【００５１】
内側グラファイトライナーにはセレーション１２６が設けられている。このセレーション１２６は、交互に隣接したウエハ対向表面１２８とターゲット対向表面１３０により形成される。これらの対向表面は、それぞれ第１，第２方向に面している。イオン注入装置の作動中、ウエハＷまたはディスクから再びスパッタリングし得るフォトレジストまたは他の材料がウエハ対向表面上に集まる。
【００５２】
時間が経過すると、ウエハ対向表面は、電気的に非導電性となり、ターゲット対向表面は、クリーンの状態で、導電性を保つ。この導電性のターゲット対向表面は、電子シャワー内に発生した高エネルギー電子に対して接地する短絡路（低抵抗の）を形成する。
【００５３】
ここで使用する「セレーション（のこぎり歯状）」は、ウエハ対向表面とターゲット対向表面、即ち、ノッチ、波形、あるいは階段状の表面を有する、表面として広く用いられる。
【００５４】
このセレーション１２６に加えて、延長チューブは、ターゲット６４に連結されているので、ツェナーダイオード７９によって−６Ｖにバイアスされている。負の低い電位に延長チューブをバイアスすることによって、電子シャワーによって発生した低エネルギーの二次電子がウエハから離れて分路されることを防止し、電子シャワーが最初に用いられたときでさえ、これらの二次電子がウエハにおける電荷の中和に役立つ。
【００５５】
本発明は、また、使用可能なライフタイムの工程に渡って容易に新しく再生される、プラズマ増強電子シャワーを提供する。ターゲット／チューブ組立体６２のターゲット６４と延長チューブ６６は、それぞれ共に、内側グラファイトライナー８２，８８を備えており、メインテナンス動作中に容易に交換することができる。
【００５６】
図３において、延長チューブ６６は、ボルト９８とカラー９９を取り除くことにより、ターゲット６４から引き離すことができる。延長チューブとフィラメントアセンブリが取り除かれると、内側ライナー８２は、アルミニウム製ハウジング８０から出口開口９２の方向にスライドでき、新しいライナーをこのアルミニウム製ハウジング８０内に取付けることができる。
【００５７】
また、ねじ８９を取り除いて、延長チューブ６６をターゲット６４から引き離すと、内側ライナー（内表面）８８は、アルミニウム製ハウジング８６から入口開口９４の方向にスライドさせることができる。新しい内側ライナー８８は、アルミニウム製ハウジング８６内に取付けられ、そして、ねじ８９によりその位置に固定される。ライナーが一新された延長チューブ６６は、これも一新されたターゲット６４にボルト９８及びカラー９９により再度取付けられ、ターゲット／チューブ組立体の再生工程を完了する。
【００５８】
二次電子が高められて発生できるようにした改良型イオン注入装置の電子シャワーにおける好ましい実施形態を説明してきた。しかし、上記記載において、これら記載は、例示として示されたものであり、本発明は、ここに記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、種々の再構成、修正、及び置換は、付随する特許請求の範囲及びこれらの同等のものによって限定された本発明の範囲から逸脱しない範囲において包含できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従って構成された電子シャワーの１実施形態を含むイオン注入装置の平面図である。
【図２】図１のイオン注入装置の電子シャワーの電気的な概略系統図である。
【図３】図２の電子シャワーのターゲット／チューブ組立体の断面図である。
【図４】図３の４−４線から見たターゲット／チューブ組立体のフィラメントサブアセンブリの部分断面図である。
【図５】図２の電子シャワーのガス噴射ノズルにおける平面図である。
【図６】図５の６−６線から見たガス噴射ノズルにおける部分断面図である。
【図７】図６のノズルの出口と、図４のフィラメントサブアセンブリの引出し開口との方向を示す図である。
【図８】図３のターゲット／チューブ組立体の部分断面図である。
【図９】図３のターゲット／チューブ組立体の延長チューブにおける部分断面図である。
【符号の説明】
１０  イオン注入装置
１２  ターミナル
１４  ビームラインアセンブリ
１６  端部ステーション
６２  ターゲット／チューブ組立体
６４  ターゲット
６６  延長チューブ
８２，８８  内側ライナー
８４  ターゲット室
８６  ハウジング
１１８  内表面
１２８  ウエハ対向表面
１３０  ターゲット対向表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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