JP2004111310A - 基板の帯電電圧計測装置およびイオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際に処理中の基板表面の帯電電圧を正確に計測することができる装置を提供する。
【解決手段】この帯電電圧計測装置１２は、基板保持台４上に配置されていて基板６との間に静電容量Ｃ_ｓを形成する計測用電極１４と、それと接地電位部との間に接続された静電容量Ｃ_ｍの計測用コンデンサ１８と、その両端の計測電圧Ｖ_ｍを計測する電圧計２０と、演算器２２とを備えている。演算器２２は、計測中の任意の時間をｔ１としたとき、そのときの計測電圧Ｖ_ｍ（ｔ１）、分圧比の逆数Ｋおよび計測用コンデンサ１８に並列な抵抗分の抵抗値Ｒ_ｍに基づいて、次式の演算を行って、時間ｔ１における基板６の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを求める。
Ｖ_ｓ＝Ｋ［Ｖ_ｍ（ｔ１）＋｛１／（Ｃ_ｍ・Ｒ_ｍ）｝∫_０ ^ｔ１Ｖ_ｍ（ｔ）ｄｔ］
ここで、Ｋ＝（Ｃ_ｓ＋Ｃ_ｍ）／Ｃ_ｓまたはＫ＝Ｃ_ｍ／Ｃ_ｓ（Ｃ_ｍ≫Ｃ_ｓのとき）
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、基板にイオン注入、イオンドーピング、プラズマ処理等を施す装置や工程、あるいは基板を搬送や乾燥する装置や工程等のように、基板の表面が帯電する恐れのある装置や工程に用いられて、基板表面の帯電電圧を計測する帯電電圧計測装置、および、そのような帯電電圧計測装置を備えるイオンビーム照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような基板の表面が帯電する恐れのある装置や工程においては、基板表面における絶縁破壊防止等のために、基板表面の帯電電圧を計測することが重要である。
【０００３】
基板を保持する基板保持台に静電チャックを用いた特殊な装置において、その静電チャックの電極に流れる吸着電流等から、基板表面の電位を求める技術が従来から提案されているけれども（例えば、特許文献１、２参照）、この技術は、静電チャックを用いない場合に適用することはできない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−５４１３０号公報（段落番号００１０〜００１４、図１）
【特許文献２】
特開平１０−２７５６６号公報（段落番号００１０〜００１５、図１）
【０００５】
静電チャックを用いない場合の従来の一般的な帯電電圧計測方法の例を、図１２を参照して説明する。
【０００６】
まず、基板６を処理する場合を説明すると、このときは計測用電極８を設けておらず、基板保持台４上に処理すべき基板６をクランパー等（図示省略）によって保持・固定して、基板６にイオンビーム２を照射する。これによって、基板６にイオン注入、イオンドーピング等の処理を施すことができる。
【０００７】
基板保持台４は、例えば金属製の板である。基板６は、例えば液晶ディスプレイ用のガラス基板であるが、他のもの、例えば半導体基板等の場合もある。
【０００８】
上記のようにして基板６にイオンビーム２を照射すると、イオンビーム２中のイオンの正電荷によって、基板６の表面が帯電（チャージアップ）する。特に、基板６が絶縁性（電気絶縁性。以下同じ）基板の場合には、基板６の表面はより帯電しやすくなる。ガラス基板や、表面に絶縁層を有する半導体基板がその例である。このときの基板表面の帯電電圧は、簡単に言えば、イオンビーム２として照射されるイオンと、イオンビーム２と共に基板６に供給される電子とのバランスによって決まる。この電子は、例えば、イオンビーム２の周りに存在するプラズマ中の電子や、後述する電子供給源から供給される電子である。
【０００９】
上記のような基板６の表面の帯電電圧を計測するためには、基板６の表面に金属製の計測用電極８を密着させ、それにイオンビーム２を照射し、そのときの計測用電極８の電圧を電圧計１０で計測し、それによって計測した電圧を基板表面の帯電電圧としていた。実際に基板６にイオンビーム２を照射して処理を施す際には、邪魔になる計測用電極８は取り去っていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の計測方法では、基板６の表面に計測用電極８を設置する必要があるため、実際の処理（例えばイオン注入）中の基板６の表面の帯電電圧を計測することはできない。
【００１１】
また、帯電電圧計測においても、イオンビーム２を金属製の計測用電極８に照射して計測するため、基板６の表面と計測用電極８の表面との物性の違いによって、基板表面の正確な帯電電圧の計測はできない。
【００１２】
そこでこの発明は、実際に処理中の基板表面の帯電電圧を正確に計測することができる装置を提供することを主たる目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１の帯電電圧計測装置は、基板保持台に保持された基板の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを計測する装置であって、前記保持された基板の裏面に接触または近接するように前記基板保持台上に配置されており、かつ前記基板保持台とは電気的に絶縁されていて、前記基板との間に静電容量Ｃ_ｓを形成する計測用電極と、この計測用電極と接地電位部との間に接続されていて静電容量がＣ_ｍの計測用コンデンサと、この計測用コンデンサの両端の電圧である計測電圧Ｖ_ｍを計測する電圧計と、前記静電容量Ｃ_ｓとＣ_ｍとの関係において定まる分圧比の逆数Ｋおよび前記計測電圧Ｖ_ｍに基づいて、次の数３またはそれと数学的に等価な式の演算を行って、前記帯電電圧Ｖ_ｓを求める演算器とを備えることを特徴としている（請求項１に対応）。この数３は請求項１の数１と同じものである。
【００１４】
【数３】
Ｖ_ｓ＝Ｋ・Ｖ_ｍ
ここで、Ｋ＝（Ｃ_ｓ＋Ｃ_ｍ）／Ｃ_ｓまたはＫ＝Ｃ_ｍ／Ｃ_ｓ（Ｃ_ｍ≫Ｃ_ｓのとき）
【００１５】
この第１の帯電電圧計測装置においては、上記二つの静電容量Ｃ_ｓおよびＣ_ｍは互いに直列接続された形になるので、処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを、上記二つの静電容量Ｃ_ｓおよびＣ_ｍの関係において定まる分圧比で分圧した電圧が、計測用コンデンサの両端に表れる。この電圧が、上記電圧計によって計測電圧Ｖ_ｍとして計測される。
【００１６】
従って、上記数３に示すように、計測電圧Ｖ_ｍに、上記分圧比の逆数Ｋを掛けることによって、計測電圧Ｖ_ｍから、実際に処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを正確に求めることができる。上記演算器はこの演算を行う。
【００１７】
この発明に係る第２の帯電電圧計測装置は、基板保持台に保持された基板の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを計測する装置であって、前記保持された基板の裏面に接触または近接するように前記基板保持台上に配置されており、かつ前記基板保持台とは電気的に絶縁されていて、前記基板との間に静電容量Ｃ_ｓを形成する計測用電極と、この計測用電極と接地電位部との間に接続されていて静電容量がＣ_ｍの計測用コンデンサと、この計測用コンデンサの両端の電圧である計測電圧Ｖ_ｍを計測する電圧計と、時間をｔとして、計測を開始した時間をｔ＝０とし、計測中の任意の時間をｔ１としたとき、前記静電容量Ｃ_ｓとＣ_ｍとの関係において定まる分圧比の逆数Ｋ、前記時間ｔ１おける前記計測電圧Ｖ_ｍ（ｔ１）および前記電圧計の内部抵抗を含み前記計測用コンデンサに並列な抵抗の抵抗値Ｒ_ｍに基づいて、次の数４またはそれと数学的に等価な式の演算を行って、前記時間ｔ１における前記帯電電圧Ｖ_ｓを求める演算器とを備えることを特徴としている（請求項２に対応）。この数４は請求項２の数２と同じものである。
【００１８】
【数４】
Ｖ_ｓ＝Ｋ［Ｖ_ｍ（ｔ１）＋｛１／（Ｃ_ｍ・Ｒ_ｍ）｝∫_０ ^ｔ１Ｖ_ｍ（ｔ）ｄｔ］
ここで、Ｋ＝（Ｃ_ｓ＋Ｃ_ｍ）／Ｃ_ｓまたはＫ＝Ｃ_ｍ／Ｃ_ｓ（Ｃ_ｍ≫Ｃ_ｓのとき）
【００１９】
上記数４の大括弧内の第１項にＫを掛けた部分は、上記数３と実質的に同じ内容である。
【００２０】
上記数４の大括弧内の第２項は、計測中に上記計測用コンデンサに並列な抵抗を通して、基板表面の電荷が接地電位部に漏れ出た分を、電圧に換算して補正する項である。この第２項の電圧は、計測用コンデンサの両端と同じ箇所での電圧であるので、この第２項にＫを掛けることによって、基板の表面における電圧に換算している。このような補正を行うことによって、上記電圧計の内部抵抗等を経由して漏れ出た電荷による誤差を修正して、実際に処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓをより正確に計測することができる。
【００２１】
この発明に係るイオンビーム照射装置は、基板保持台に保持された基板にイオンビームを照射して処理を施す装置であって、電子を発生させてそれを前記基板に供給してイオンビーム照射に伴う基板表面の帯電を抑制する電子供給源と、上記第１または第２の帯電電圧計測装置と、当該基板の帯電電圧計測装置で計測した前記基板の帯電電圧Ｖ_ｓに基づいて、当該帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲内にあるときは前記電子供給源から発生させる電子の量を維持し、当該基準の電圧範囲よりも高いときは前記電子供給源から発生させる電子の量を増加させ、当該基準の電圧範囲よりも低いときは前記電子供給源から発生させる電子の量を減少させる制御を行う制御器とを備えることを特徴としている（請求項３に対応）。
【００２２】
このイオンビーム照射装置によれば、上記第１または第２の帯電電圧計測装置を備えているので、実際に処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを正確に計測することができる。
【００２３】
それに加えて、上記のような制御器を備えていて、電子放出源にフィードバック制御をかけるので、処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲内に収まるように、自動的に制御することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る帯電電圧計測装置の一実施形態を示す図である。図２は、図１中の計測用コンデンサ周りの等価回路図である。図１２に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２５】
この帯電電圧計測装置１２は、次のような計測用電極１４、計測用コンデンサ１８、電圧計２０および演算器２２を備えている。
【００２６】
計測用電極１４は、前記基板保持台４とその上に保持される前記基板６との間に位置するように配置されている。即ち、計測用電極１４は、その上に保持された基板６の裏面に接触または近接するように基板保持台４上に（より具体的には、基板保持台４の基板保持面上に）配置されており、かつ基板保持台４とは電気的に絶縁されていて、基板６との間に静電容量Ｃ_ｓを形成する。
【００２７】
計測用電極１４は、例えば板状（より具体的には薄板状）の導体（即ち導体板）であり、この実施形態では、当該計測用電極１４の上下両面を含む周りを薄い絶縁層１６で覆っている。基板６は、この絶縁層上に保持・固定される。従って、計測用電極１４は基板６の裏面に絶縁層１６を介して近接する。なお、通常は、基板６を保持・固定するクランパー等の固定手段を用いるけれども、ここではその図示を省略している。他の図においても同様である。
【００２８】
基板保持台４は、この例では、金属等の導体から成るので、それと計測用電極１４との間にも絶縁層１６を設けているけれども、少なくとも基板保持台４の表面が絶縁体であれば、それと計測用電極１４との間に絶縁層１６を設ける必要はない。そこに絶縁層１６を設けなくても、計測用電極１４の電位を取り出すことができるからである。なお、基板保持台４は、この例では接地電位部に電気的に接続されている。
【００２９】
また、基板６がガラス基板のように絶縁体から成る場合は、それと計測用電極１４との間に必ずしも絶縁層１６を設ける必要はない。そこに絶縁層１６を設けなくても、基板６と計測用電極１４との間に上記静電容量Ｃ_ｓが形成されるからである。この場合は、計測用電極１４は基板６の裏面に接触する。基板６が導電性のものの場合は、それと計測用電極１４との間に絶縁層１６を設ければ良い。
【００３０】
より具体的には、この実施形態では、アルミニウム箔製の計測用電極１４の周りを薄いポリエチレン製の絶縁層１６でラミネートして成るものを、基板保持台４上に貼り付けている。このようなものは、全体を非常に薄くすることができるので、基板６と基板保持台４との間の熱伝導が良く、処理中の基板６を基板保持台４を介して効率良く冷却するのに都合が良い。基板保持台４は、この例では、基板６を効率良く冷却するために、冷却水等の冷媒によって冷却される。
【００３１】
基板保持台４、基板６および計測用電極１４の平面形状の一例を図５に示す。計測用電極１４は、この例では、イオンビーム２が基板６で遮られずに計測用電極１４の上部に照射されるのを防止する等のために、基板６よりも少し小さ目にしている。但し、これに限られるものではない（例えば、後述する図１０および図１１参照）。
【００３２】
イオンビーム２は、基板６の全体をカバーする大面積のものでも良いし、例えば図７に示す例のように基板保持台４および基板６をイオンビーム２に対して機械的に走査する場合は、例えば図９に示す例のように、イオンビーム２は断面が長方形のものでも良い。その他の形状でも良い。
【００３３】
再び図１を参照して、計測用コンデンサ１８は、計測用電極１４と接地電位部との間に接続されている。その静電容量をＣ_ｍとする。接地電位部は、例えば、基板保持台４を収納して処理を行うための真空容器（例えば、図７の真空容器３０参照）である。
【００３４】
電圧計２０は、計測用コンデンサ１８の両端に接続されていて、当該計測用コンデンサ１８の両端の電圧である計測電圧Ｖ_ｍを計測する。
【００３５】
演算器２２は、電圧計２０で計測した計測電圧Ｖ_ｍおよび上記静電容量Ｃ_ｓとＣ_ｍとの関係において定まる分圧比の逆数Ｋに基づいて、上記数３に示した演算を行って、処理中の基板６の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを求める。
【００３６】
これを詳述すると、この帯電電圧計測装置１２においては、図２に示すように、上記二つの静電容量Ｃ_ｓおよびＣ_ｍは、基板６と接地電位部との間に、互いに直列接続された形になるので、処理中の基板６の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを、上記二つの静電容量Ｃ_ｓおよびＣ_ｍの関係において定まる分圧比（これの求め方は周知である）で分圧した電圧が、計測用コンデンサ１８の両端に表れる。この電圧が、上記電圧計２０によって計測電圧Ｖ_ｍとして計測される。なお、ここでは、電圧計２０の内部抵抗は十分に大きいものとして無視している。
【００３７】
従って、上記数３に示すように、計測電圧Ｖ_ｍに、上記分圧比の逆数Ｋを掛けることによって、計測電圧Ｖ_ｍから、実際に処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを正確に求めることができる。上記演算器２２はこの演算を行う。
【００３８】
なお、電圧計２０によって計測する計測電圧Ｖ_ｍは、±の極性と大きさを含めたものであるので、演算器２２によって上記のようにして求める帯電電圧Ｖ_ｓも、±の極性と大きさとを含めたものが得られる。図３に示す帯電電圧計測装置１２の場合も同様である。
【００３９】
上記分圧比の逆数Ｋは、ここに再び記載すると、正確に表現すれば次の数５で表される。また、Ｃ_ｍ≫Ｃ_ｓのときは（例えば、Ｃ_ｍがＣ_ｓの１００倍〜１００００倍程度の場合は）、次の数６で表されるものを用いても良く、計測精度に殆ど影響しない。
【００４０】
【数５】
Ｋ＝（Ｃ_ｓ＋Ｃ_ｍ）／Ｃ_ｓ
【００４１】
【数６】
Ｋ＝Ｃ_ｍ／Ｃ_ｓ
【００４２】
このＫの値は、演算器２２内で演算しても良く、そのようにせずに、予め他で求めておいたものを演算器２２に設定しておき、それを用いて演算器２２で上記数３や数４の演算を行うようにしても良い。そのようにすると、演算器２２における演算が簡単になる。なお、このＫの正確な実測方法については後述する。
【００４３】
処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓは、電子による中和を適切に行わないと、数百Ｖ〜１０００Ｖ近くになる場合がある。そのような高い帯電電圧Ｖ_ｓを、計測に都合の良い数Ｖ程度の計測電圧Ｖ_ｍに分圧するためには、上記Ｋの値が、１００〜１００００程度になるように、より好ましくは１０００程度になるように、計測用コンデンサ１８の静電容量Ｃ_ｍを決めるのが好ましい。また、例えば図７に示す例の場合のように、イオンビーム２に対して基板保持台４および基板６を機械的に走査する場合は、帯電電圧Ｖ_ｓが時間的に変動することが確かめられており、そのような場合に計測回路の時定数を伸ばし、計測精度を高めるためにも、上記Ｋの値が上記のような値になるように、計測用コンデンサ１８の静電容量Ｃ_ｍを決めるのが好ましい。そのようにすることは、図３に示す帯電電圧計測装置１２の場合には、特に好ましい。
【００４４】
以上のようにこの帯電電圧計測装置１２によれば、図１２に示した従来技術と違って、基板６上に計測用電極８を設置する必要がなく、基板６の処理の邪魔にならない計測用電極１４を用いているので、実際に処理中の基板６の表面の帯電電圧Ｖ_ｓをリアルタイムで計測することができる。
【００４５】
しかも、図１２に示した従来技術と違って、実際に処理する基板６そのものの表面の帯電電圧Ｖ_ｓを、二つの静電容量Ｃ_ｓおよびＣ_ｍによる分圧手段を用いて計測することができるので、表面の物性の違いによる計測精度低下の恐れはなく、基板６の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを正確に計測することができる。
【００４６】
ところで、図１に示した帯電電圧計測装置１２では、電圧計２０の内部抵抗は十分に大きいものとして、計測中に、電圧計２０の内部抵抗を経由して、基板６の表面の電荷が接地電位部へ漏れるのを無視している。これを加味して補正を行うと、基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓの計測精度をより高めることができる。そのようした帯電電圧計測装置１２の例を次に説明する。
【００４７】
図３は、この発明に係る帯電電圧計測装置の他の実施形態を示す図である。図４は、図３中の計測用コンデンサ周りの等価回路図である。以下においては、図１および図２に示した実施形態との相違点を主体に説明する。
【００４８】
この帯電電圧計測装置１２では、上記計測用コンデンサ１８に並列に計測用抵抗器２４を接続している。この計測用抵抗器２４の抵抗値をＲ_２とし、上記電圧計２０の内部抵抗の値をＲ_１とすると、両者を合成した抵抗値Ｒ_ｍは、即ち計測用コンデンサ１８に並列な抵抗の抵抗値Ｒ_ｍは、次式で表される。
【００４９】
【数７】
Ｒ_ｍ＝Ｒ_１・Ｒ_２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）
【００５０】
上記のような計測用抵抗器２４を設けるのは、計測用コンデンサ１８に並列な抵抗の抵抗値Ｒ_ｍを明確にして、帯電電圧Ｖ_ｓの計測精度をより高めるためである。従って、電圧計２０の内部抵抗値Ｒ_１が明確な場合は、計測用抵抗器２４を敢えて設ける必要はない。その場合は、Ｒ_ｍ＝Ｒ_１となる。計測用抵抗器２４を設ける場合は、電圧計２０の内部抵抗値Ｒ_１よりも十分に小さい（例えば１／１０程度の）抵抗値Ｒ_２にするのが好ましい。そのようにすれば、合成の抵抗値Ｒ_ｍにおいては、計測用抵抗器２４の明確な抵抗値Ｒ_２が支配的となるので、電圧計２０の内部抵抗値Ｒ_１の変動等の影響を受けにくくなる。但し、抵抗値Ｒ_２をあまり小さくすると、計測回路の時定数が小さくなり過ぎ、基板６に入射する電荷の量が時間的に変動して帯電電圧Ｖ_ｓも時間的に変動する場合に、帯電電圧Ｖ_ｓの計測が難しくなるので、計測用抵抗器２４の抵抗値Ｒ_２は、例えば、数百ｋΩ〜数ＭΩにするのが好ましい。
【００５１】
なお、上記抵抗値Ｒ_ｍの値は、演算器２２内で演算しても良いし、そのようにせずに、予め他で求めておいたものを演算器２２に設定しておき、それを用いて演算器２２で上記数４の演算を行うようにしても良い。そのようにすると、演算器２２における演算が簡単になる。
【００５２】
電圧計２０は、計測中は、計測用コンデンサ１８の両端の計測電圧Ｖ_ｍを常時計測しており、それを演算器２２に与える。演算器２２は、次のような演算を行う。即ち、時間をｔとして、上記計測電圧Ｖ_ｍを時間の関数としてＶ_ｍ（ｔ）で表すと、計測を開始した時間をｔ＝０とし、計測中の任意の時間（例えば、帯電電圧Ｖ_ｓを知りたい時間）をｔ１としたとき、上記分圧比の逆数Ｋ、上記抵抗値Ｒ_ｍおよび上記時間ｔ１における上記計測電圧Ｖ_ｍ（ｔ１）に基づいて、上記数４に示した演算を行って、処理中および計測中の任意の時間ｔ１における基板６の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを求める。上記計測を開始した時間として、基板６の表面が間違いなく帯電していない時間を選んでそれをｔ＝０としても良い。なお、数４等の各式における単位はＳＩ単位であり、時間の単位は秒である。
【００５３】
上記数４の大括弧内の第１項Ｖ_ｍ（ｔ１）にＫを掛けた部分は、上記数３と実質的に同じ内容である。時間の概念を入れただけである。
【００５４】
上記数４の大括弧内の第２項｛１／（Ｃ_ｍ・Ｒ_ｍ）｝∫_０ ^ｔ１Ｖ_ｍ（ｔ）ｄｔは、計測中に上記抵抗値Ｒ_ｍを通して、基板表面の電荷が接地電位部に漏れ出た分を、電圧に換算して補正する項である。
【００５５】
これを詳述すると、数４の元になる｛Ｖ_ｍ（ｔ）／Ｒ_ｍ｝ｄｔは、単位時間当たりに抵抗値Ｒ_ｍを通して漏れ出た電荷量であり、時間ｔ＝０から時間ｔ１の間におけるこの電荷の総和は（１／Ｒ_ｍ）∫_０ ^ｔ１Ｖ_ｍ（ｔ）ｄｔであり、これを加味して補正することによって、帯電電圧Ｖ_ｓの計測精度を高めることができる。上記総和に１／Ｃ_ｍを乗じているのは、コンデンサにおけるＶ＝Ｑ／Ｃ（Ｑは電荷、Ｃは静電容量）の関係を用いて、電圧に換算するためである。
【００５６】
上記数４の大括弧内の第２項の電圧は、計測用コンデンサ１８の両端と同じ箇所での電圧であるので、この第２項に上記分圧比の逆数Ｋを掛けることによって、基板６の表面における電圧に換算している。このような補正を行うことによって、計測中に上記抵抗値Ｒ_ｍを経由して接地電位部へ漏れ出た電荷による誤差を修正して、実際に処理中の基板６の表面の帯電電圧Ｖ_ｓをより正確に計測することができる。
【００５７】
上記分圧比の逆数Ｋは、次のようにして簡単にかつ正確に求める（実測する）ことができる。
【００５８】
即ち、図６に示すように、基板６の表面に帯電を模擬する模擬用電極２６を密着させ、それと接地電位部との間に模擬用電源２８から模擬電圧Ｖ_ｄを印加し、そのときの計測用コンデンサ１８の両端の計測電圧Ｖ_ｍを電圧計２０で計測する。模擬用電極２６は、例えばアルミニウム箔等の導体板である。模擬電圧Ｖ_ｄには、正弦波交流を用いるのが好ましい。そのようにすると、模擬用電源２８が簡単になり、かつ模擬電圧Ｖ_ｄを繰り返して印加することができ、基板保持台４および基板６をイオンビーム２に対して機械的に走査する場合に比較的近い状態を作り出すことができるからである。但し、模擬電圧Ｖ_ｄは、必ずしも正弦波交流である必要はなく、時間的に値が変化する部分を有するものであれば良い。例えば、直流電圧を印加した瞬間でも良いし、矩形波電圧等でも良い。
【００５９】
上記模擬電圧Ｖ_ｄは、基板６の表面に帯電電圧Ｖ_ｓと同様に印加されて基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを模擬したものであるので、Ｖ_ｄ＝Ｖ_ｓと考えることができる。この関係を上記数３または数４に代入することによって、次の数８または数９から、上記分圧比の逆数Ｋを求めることができる。数３を使う図１の帯電電圧計測装置１２においては数８を使えば良く、数４を使う図３の帯電電圧計測装置１２においては数９を使えば良い。数８の分圧比の逆数Ｋを求めるときは、計測用抵抗器２４は設けない。
【００６０】
【数８】
Ｋ＝Ｖ_ｄ／Ｖ_ｍ
【００６１】
【数９】
Ｋ＝Ｖ_ｄ／［Ｖ_ｍ（ｔ１）＋｛１／（Ｃ_ｍ・Ｒ_ｍ）｝∫_０ ^ｔ１Ｖ_ｍ（ｔ）ｄｔ］
【００６２】
なお、上述したような帯電電圧計測装置１２は、基板６にイオンビーム２を照射してイオン注入やイオンドーピングを施す場合以外にも適用することができる。例えば、基板にプラズマ処理等を施す装置や工程、あるいは基板を搬送や乾燥する装置や工程等のように、基板の表面が帯電する恐れのある装置や工程に広く適用することができる。
【００６３】
次に、図１または図３に示したような帯電電圧計測装置１２を備えていて、それで計測した処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲内に収まるようにフィードバック制御を行うイオンビーム照射装置の例を図７を参照して説明する。
【００６４】
このイオンビーム照射装置は、真空容器３０内において、上記のような基板保持台４に保持された基板６にイオンビーム２を照射して、イオン注入、イオンドーピング等の処理を施すものである。
【００６５】
基板保持台４と基板６との間には、上記帯電電圧計測装置１２を構成する上記計測用電極１４が設けられている。但し、ここでは上記絶縁層１６の図示は省略している。この計測用電極１４の平面形状の一例を図９に示す。これは図５と同じものである。上記計測用コンデンサ１８、電圧計２０、演算器２２および計測用抵抗器２４の部分は、ここでは回路１７としてまとめて図示しており、それから、上記のようにして計測した帯電電圧Ｖ_ｓが出力される。即ち、ここでは、計測用電極１４と回路１７とで上記帯電電圧計測装置１２が構成されている。
【００６６】
この例では、基板保持台４、それに取り付けられた基板６および計測用電極１４は、駆動装置３２によって、矢印Ｘ方向に機械的に往復直線駆動（走査）される。
【００６７】
イオンビーム２は、この例では走査されていないものである。このイオンビーム２の断面形状は、前記Ｘ方向と直交するＹ方向に長い長方形をしており、その一例を図９に示す。イオンビーム２のＸ方向の幅は、実際はもう少し狭いものであるが、ここでは広く図示している。但し、イオンビーム２は、スポット状のものをＹ方向に走査するものでも良い。
【００６８】
基板保持台４および基板６の上流側近傍に、電子を発生させてそれを基板６に供給してイオンビーム照射に伴う基板表面の帯電を抑制する電子供給源の一例として、プラズマ発生装置３４が設けられている。
【００６９】
このプラズマ発生装置３４は、プラズマ生成容器３６内にガスを導入し、フィラメント３８とプラズマ生成容器３６との間にアーク放電を生じさせて当該ガスを電離させてプラズマ（当然、電子を含む）４０を生成し、それをイオンビーム２の経路に供給して、プラズマ４０中の電子をイオンビーム２と共に基板６に供給して基板表面の帯電を抑制するものである。フィラメント３８は電圧可変のフィラメント電源４２によって加熱される。フィラメント３８とプラズマ生成容器３６との間にはアーク電源４４からアーク放電電圧が印加される。プラズマ生成容器３６と、真空容器３０につながるビームライン管３１との間には、引出し電源４６から、プラズマ４０を引き出しやすくする等のための引出し電圧が印加される。
【００７０】
更に、このイオンビーム照射装置は、帯電電圧計測装置１２で計測した基板の帯電電圧Ｖ_ｓに基づいて、当該帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲ＲＶ内にあるときはプラズマ発生装置３４から発生させるプラズマ４０の量を維持し、当該基準の電圧範囲ＲＶよりも高いときはプラズマ発生装置３４から発生させるプラズマ４０の量を増加させ、当該基準の電圧範囲ＲＶよりも低いときはプラズマ発生装置３４から発生させるプラズマ４０の量を減少させる制御を行う制御器４８を備えている。
【００７１】
プラズマ発生装置３４から発生させるプラズマ４０の量を増加させるときは、制御器４８からフィラメント電源４２に上昇指令信号ＵＰを与えてその出力電圧を上昇させる。その結果、フィラメント電流が増え、フィラメント３８からの放出電子量が増え、アーク放電電流が増えて、プラズマ４０の発生量が増加する。プラズマ発生装置３４から発生させるプラズマ４０の量を減少させるときは、制御器４８からフィラメント電源４２に下降指令信号ＤＮを与えてその出力電圧を下降させる。その結果、上記とは反対の作用で、プラズマ４０の発生量が減少する。プラズマ発生装置３４から発生させるプラズマ４０の量を維持するときは、どちらの信号ＵＰ、ＤＮもフィラメント電源４２に与えない。
【００７２】
制御器４８の具体例を図８に示す。この制御器４８は、上記基準の電圧範囲ＲＶの上限値ＲＶ_１が基準値として設定される比較器５０と、上記基準の電圧範囲ＲＶの下限値ＲＶ_２が基準値として設定される比較器５２とを有している。両比較器５０、５２には、比較対象として、上記帯電電圧Ｖ_ｓが帯電電圧計測装置１２から与えられる。帯電電圧Ｖ_ｓが上限値ＲＶ_１よりも高いときに、比較器５０から上記上昇指令信号ＵＰが出力される。帯電電圧Ｖ_ｓが下限値ＲＶ_２よりも低いときに、比較器５２から上記下降指令信号ＤＮが出力される。帯電電圧Ｖ_ｓが上限値ＲＶ_１と下限値ＲＶ_２との間にあるときは、どららの信号ＵＰ、ＤＮも出力されない。
【００７３】
なお、帯電電圧計測装置１２で計測した帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲ＲＶよりも高い、あるいは低いというのは、帯電電圧Ｖ_ｓの±の極性を含めた概念である。例えば、基準の電圧範囲ＲＶを−３≦ＲＶ≦＋３［Ｖ］とした場合、（ａ）帯電電圧Ｖ_ｓがこの範囲内ならば、そのときのプラズマ４０の発生量を維持する。（ｂ）帯電電圧Ｖ_ｓが例えば＋６Ｖのように＋３Ｖよりも高いときは、プラズマ４０の発生量を増加させる。これによって、基板６に供給されるプラズマ４０ひいてはその中の電子の量が増え、基板表面の正のチャージアップを減少させて帯電電圧Ｖ_ｓの絶対値を小さくすることができる。（ｃ）帯電電圧Ｖ_ｓが例えば−６Ｖのように−３Ｖよりも低いときはプラズマ４０の発生量を減少させる。これによって、基板６に供給されるプラズマ４０ひいてはその中の電子の量が減り、基板表面の負のチャージアップを減少させて帯電電圧Ｖ_ｓの絶対値を小さくすることができる。
【００７４】
このイオンビーム照射装置によれば、上記のような帯電電圧計測装置１２を備えているので、実際に処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを正確に計測することができる。
【００７５】
それに加えて、上記のような制御器４８を備えていて、プラズマ発生装置３４にフィードバック制御をかけるので、処理中の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲ＲＶ内に収まるように、自動的に制御することができる。
【００７６】
帯電抑制用の電子供給源には、上記のような電子を含むプラズマ４０を発生させるプラズマ発生装置３４の代わりに、電子だけを発生させてそれを基板６やイオンビーム２に供給する電子発生装置を用いても良い。
【００７７】
なお、上記各実施形態における帯電電圧計測装置１２を構成する計測用電極１４は、１枚に限定されるものではなく、複数枚設け、その各々に上記のような計測用コンデンサ１８（および必要に応じて計測用抵抗器２４）をそれぞれ設け、その各計測用コンデンサ１８の両端の計測電圧Ｖ_ｍをそれぞれ計測し、その各々の計測電圧Ｖ_ｍを用いて上記数３または数４に示した演算を行って、各計測用電極１４に対応する複数箇所の基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを計測するようにしても良い。そのようにすれば、基板表面における帯電電圧Ｖ_ｓの分布をも計測することができる。複数点の計測電圧Ｖ_ｍを計測するには、複数の電圧計２０の代わりに、複数点の電圧を計測するデータロガー等を用いても良い。
【００７８】
例えば、基板保持台４を上記のようにＸ方向に機械的に走査する場合は、計測用電極１４は、例えば図１０に示す例のように、Ｘ方向に複数枚配置しても良い。そのようにすれば、基板表面における帯電電圧Ｖ_ｓのＸ方向における分布をも計測することができる。この場合、各計測用電極１４は、イオンビーム２のＸ方向の幅とほぼ等しいかそれよりも幾分細くするのが好ましい。
【００７９】
更に、例えば図１１に示す例のように、各計測用電極１４は、前記Ｙ方向にも複数枚配置しても良い。そのようにすれば、基板表面における帯電電圧Ｖ_ｓのＹ方向における分布をも計測することができる。
【００８０】
上記のように計測用電極１４を複数枚設けて複数箇所の帯電電圧Ｖ_ｓを計測する場合において電子供給源（例えばプラズマ発生装置３４）を制御する場合は、複数箇所の帯電電圧Ｖ_ｓの絶対値の最大のものが上記基準の電圧範囲ＲＶ内に収まるように制御すれば良い。
【００８１】
また、この発明は、正イオンおよび負イオンを発生させてそれを基板６に供給するイオナイザを用いる場合にも適用することができる。このイオナイザは、大気中で基板６を搬送したり乾燥させたりする場合に、基板表面の帯電を抑制することに用いられる。この場合は、基板６を搬送したり乾燥させたりするための基板保持台４に上記のような計測用電極１４を設けておいて上記のような帯電電圧計測装置１２を構成すれば良い。更に、この帯電電圧計測装置１２で計測した基板表面の帯電電圧Ｖ_ｓを用いて、上記図７の実施形態の場合と同様の思想に基づいて、イオナイザにフィードバック制御をかけて、イオナイザから発生させる正イオンと負イオンの割合を変化させることによって、帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲内に収まるようにすることができる。
【００８２】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００８３】
請求項１記載の発明によれば、基板の処理の邪魔にならない計測用電極を用いているので、実際に処理中の基板の表面の帯電電圧をリアルタイムで計測することができる。しかも、実際に処理する基板そのものの表面の帯電電圧を、二つの静電容量による分圧手段を用いて計測することができるので、基板表面の帯電電圧を正確に計測することができる。
【００８４】
請求項２記載の発明によれば、基板の処理の邪魔にならない計測用電極を用いているので、実際に処理中の基板の表面の帯電電圧をリアルタイムで計測することができる。しかも、計測中に、電圧計の内部抵抗等の計測用コンデンサに並列な抵抗を通して、基板表面の電荷が接地電位部に漏れ出た分を、基板表面の電圧に換算して補正しているので、当該漏れ分による誤差を修正して、実際に処理中の基板表面の帯電電圧をより正確に計測することができる。
【００８５】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２に記載の帯電電圧計測装置を備えているので、実際に処理中の基板表面の帯電電圧を正確に計測することができる。それに加えて、上記のような制御器を備えていて、電子放出源にフィードバック制御をかけるので、処理中の基板表面の帯電電圧が基準の電圧範囲内に収まるように、自動的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る帯電電圧計測装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１中の計測用コンデンサ周りの等価回路図である。
【図３】この発明に係る帯電電圧計測装置の他の実施形態を示す図である。
【図４】図３中の計測用コンデンサ周りの等価回路図である。
【図５】基板保持台、基板および計測用電極の平面形状の一例を示す平面図である。
【図６】分圧比の逆数を求める方法の一例を示す図である。
【図７】この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図８】図７中の制御器の具体例を示すブロック図である。
【図９】基板保持台、基板および計測用電極の平面形状の一例をイオンビームと共に示す平面図である。
【図１０】計測用電極の構成の他の例を示す平面図である。
【図１１】計測用電極の構成の更に他の例を示す平面図である。
【図１２】従来の帯電電圧計測方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
２　イオンビーム
４　基板保持台
６　基板
１２　基板の帯電電圧計測装置
１４　計測用電極
１８　計測用コンデンサ
２０　電圧計
２２　演算器
２４　計測用抵抗器
３４　プラズマ発生装置（電子供給源）
４８　制御器

Claims (3)

1. 基板保持台に保持された基板の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを計測する装置であって、
   前記保持された基板の裏面に接触または近接するように前記基板保持台上に配置されており、かつ前記基板保持台とは電気的に絶縁されていて、前記基板との間に静電容量Ｃ_ｓを形成する計測用電極と、
   この計測用電極と接地電位部との間に接続されていて静電容量がＣ_ｍの計測用コンデンサと、
   この計測用コンデンサの両端の電圧である計測電圧Ｖ_ｍを計測する電圧計と、
   前記静電容量Ｃ_ｓとＣ_ｍとの関係において定まる分圧比の逆数Ｋおよび前記計測電圧Ｖ_ｍに基づいて、次の数１またはそれと数学的に等価な式の演算を行って、前記帯電電圧Ｖ_ｓを求める演算器とを備えることを特徴とする基板の帯電電圧計測装置。
   【数１】
   Ｖ_ｓ＝Ｋ・Ｖ_ｍ
   ここで、Ｋ＝（Ｃ_ｓ＋Ｃ_ｍ）／Ｃ_ｓまたはＫ＝Ｃ_ｍ／Ｃ_ｓ（Ｃ_ｍ≫Ｃ_ｓのとき）
2. 基板保持台に保持された基板の表面の帯電電圧Ｖ_ｓを計測する装置であって、
   前記保持された基板の裏面に接触または近接するように前記基板保持台上に配置されており、かつ前記基板保持台とは電気的に絶縁されていて、前記基板との間に静電容量Ｃ_ｓを形成する計測用電極と、
   この計測用電極と接地電位部との間に接続されていて静電容量がＣ_ｍの計測用コンデンサと、
   この計測用コンデンサの両端の電圧である計測電圧Ｖ_ｍを計測する電圧計と、
   時間をｔとして、計測を開始した時間をｔ＝０とし、計測中の任意の時間をｔ１としたとき、前記静電容量Ｃ_ｓとＣ_ｍとの関係において定まる分圧比の逆数Ｋ、前記時間ｔ１おける前記計測電圧Ｖ_ｍ（ｔ１）および前記電圧計の内部抵抗を含み前記計測用コンデンサに並列な抵抗の抵抗値Ｒ_ｍに基づいて、次の数２またはそれと数学的に等価な式の演算を行って、前記時間ｔ１における前記帯電電圧Ｖ_ｓを求める演算器とを備えることを特徴とする基板の帯電電圧計測装置。
   【数２】
   Ｖ_ｓ＝Ｋ［Ｖ_ｍ（ｔ１）＋｛１／（Ｃ_ｍ・Ｒ_ｍ）｝∫_０ ^ｔ１Ｖ_ｍ（ｔ）ｄｔ］
   ここで、Ｋ＝（Ｃ_ｓ＋Ｃ_ｍ）／Ｃ_ｓまたはＫ＝Ｃ_ｍ／Ｃ_ｓ（Ｃ_ｍ≫Ｃ_ｓのとき）
3. 基板保持台に保持された基板にイオンビームを照射して処理を施す装置であって、
   電子を発生させてそれを前記基板に供給してイオンビーム照射に伴う基板表面の帯電を抑制する電子供給源と、
   請求項１または２に記載の基板の帯電電圧計測装置と、
   当該基板の帯電電圧計測装置で計測した前記基板の帯電電圧Ｖ_ｓに基づいて、当該帯電電圧Ｖ_ｓが基準の電圧範囲内にあるときは前記電子供給源から発生させる電子の量を維持し、当該基準の電圧範囲よりも高いときは前記電子供給源から発生させる電子の量を増加させ、当該基準の電圧範囲よりも低いときは前記電子供給源から発生させる電子の量を減少させる制御を行う制御器とを備えることを特徴とするイオンビーム照射装置。

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