JP3265988B2 - Ion irradiation equipment - Google Patents

Ion irradiation equipment

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JP3265988B2
JP3265988B2 JP15301296A JP15301296A JP3265988B2 JP 3265988 B2 JP3265988 B2 JP 3265988B2 JP 15301296 A JP15301296 A JP 15301296A JP 15301296 A JP15301296 A JP 15301296A JP 3265988 B2 JP3265988 B2 JP 3265988B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばイオン注
入装置のように、真空中で基板にイオンビームを照射し
てそれにイオン注入等の処理を施すイオン照射装置に関
し、より具体的には、その基板の帯電(チャージアッ
プ)を抑制する手段の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion irradiation apparatus, such as an ion implantation apparatus, for irradiating a substrate with an ion beam in a vacuum to perform a treatment such as ion implantation, and more specifically, to an ion irradiation apparatus. The present invention relates to an improvement in means for suppressing charging (charge-up) of a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のイオン照射装置の一例が、例え
ば特開平7−78587号公報に開示されており、それ
を図3に示す。
2. Description of the Related Art An example of this type of ion irradiation apparatus is disclosed in, for example, JP-A-7-78587, which is shown in FIG.

【0003】このイオン照射装置は、基本的には、真空
容器(図示省略)内に収納されたホルダ4に保持された
基板(例えばウェーハ)6にイオンビーム2を照射して
それにイオン注入等の処理を施すよう構成されている。
ホルダ4は、バッチ処理用のウェーハディスクの場合
と、枚葉処理用のプラテンの場合とがあり、図示のもの
は前者の場合の例であり、真空容器内で矢印A方向に回
転および紙面の表裏方向に並進させられる。
This ion irradiation apparatus basically irradiates a substrate (for example, a wafer) 6 held in a holder 4 housed in a vacuum vessel (not shown) with an ion beam 2 to perform ion implantation or the like. It is configured to perform processing.
The holder 4 has a case of a wafer disk for batch processing and a case of a platen for single-wafer processing. The holder shown in the figure is an example of the former case. Translated from front to back.

【0004】イオンビーム2の経路上には、イオンビー
ム2がホルダ4等に当たった際に放出される二次電子を
受けてそれのアースへの逃げを防止する筒状のファラデ
ーカップ8がホルダ4の上流側に、更にこの例ではホル
ダ4が外に並進したときにそれの代わりにイオンビーム
2を受けるキャッチプレート10がホルダ4の下流側
に、それぞれ設けられている。ホルダ4とキャッチプレ
ート10とは、互いに電気的に並列接続されてビーム電
流計測器12に接続されている。
On the path of the ion beam 2, a cylindrical Faraday cup 8 for receiving secondary electrons emitted when the ion beam 2 hits the holder 4 and the like and preventing the electron from escaping to the ground is provided. On the upstream side of the holder 4, and further in this example, a catch plate 10 for receiving the ion beam 2 when the holder 4 is translated outside is provided downstream of the holder 4, respectively. The holder 4 and the catch plate 10 are electrically connected in parallel to each other and connected to the beam current measuring device 12.

【0005】イオンビーム2はファラデーカップ8内を
通してホルダ4上の基板6に照射され、それによって基
板6に対してイオン注入等の処理が施される。その際
に、イオンビーム2の照射に伴って基板6の表面が、特
に当該表面が絶縁物の場合、正に帯電して放電等の不具
合が発生するのを防止するために、次のような手段を講
じている。
[0005] The ion beam 2 is applied to the substrate 6 on the holder 4 through the inside of the Faraday cup 8, whereby the substrate 6 is subjected to a process such as ion implantation. At this time, in order to prevent the surface of the substrate 6 from being positively charged and causing problems such as electric discharge due to the irradiation of the ion beam 2, particularly when the surface is an insulator, Take steps.

【0006】即ち、ファラデーカップ8の外側に第1プ
ラズマ生成容器14を設けており、それは、ファラデー
カップ8側の部分に小孔16を有しており、内部に例え
ばキセノンガス等の電離用のガス18が導入される。こ
の第1プラズマ生成容器14内には、フィラメント20
が設けられており、その両端には、その加熱用の直流の
フィラメント電源22が接続されている。51〜57は
絶縁物である。
That is, a first plasma generation vessel 14 is provided outside the Faraday cup 8, and has a small hole 16 in a portion on the Faraday cup 8 side, and has an inside for ionizing, for example, xenon gas or the like. Gas 18 is introduced. In the first plasma generation container 14, a filament 20 is provided.
And a DC filament power supply 22 for the heating is connected to both ends. 51 to 57 are insulators.

【0007】第1プラズマ生成容器14の小孔16の出
口側近傍には、前後に小孔27および28を有する第2
プラズマ生成容器26が設けられている。
In the vicinity of the exit side of the small hole 16 of the first plasma generation vessel 14, a second hole 27 having small holes 27 and 28
A plasma generation container 26 is provided.

【0008】この第2プラズマ生成容器26のファラデ
ーカップ8側の小孔28の出口側近傍には、当該小孔2
8に対向する位置に小孔34を有する引出し電極32が
設けられている。この引出し電極32のファラデーカッ
プ側の端部は、ファラデーカップ8の壁面の一部に設け
られた孔9を通してファラデーカップ8内に挿入されて
いる。両者32、8は同電位にされている。
In the vicinity of the exit side of the small hole 28 on the Faraday cup 8 side of the second plasma generation vessel 26, the small hole 2
An extraction electrode 32 having a small hole 34 is provided at a position opposing the electrode 8. An end of the extraction electrode 32 on the Faraday cup side is inserted into the Faraday cup 8 through a hole 9 provided in a part of a wall surface of the Faraday cup 8. Both 32 and 8 are set to the same potential.

【0009】第1プラズマ生成容器14から引出し電極
32にかけての部分の外周部には、直流電源38によっ
て励磁されるコイル38が巻かれており、これによっ
て、第1プラズマ生成容器14内から引出し電極32内
にかけての領域に、それらの軸方向に沿う磁束Bを発生
させる。
A coil 38 which is excited by a DC power supply 38 is wound around the outer periphery of a portion extending from the first plasma generation container 14 to the extraction electrode 32, whereby the extraction electrode is drawn out of the first plasma generation container 14. The magnetic flux B is generated along the axial direction in the region extending to the inside 32.

【0010】ファラデーカップ8内の壁面付近には、筒
状のリフレクタ電極46が設けられている。両者46、
8間には、前者46を負極側にして直流のリフレクタ電
源48が接続されている。
[0010] A cylindrical reflector electrode 46 is provided near the wall surface in the Faraday cup 8. Both 46,
A direct-current reflector power supply 48 is connected between the terminals 8 with the former 46 serving as the negative electrode side.

【0011】第2プラズマ生成容器26とフィラメント
電源22の正極との間には、前者を負極側にして直流の
アーク電源42が接続されている。第2プラズマ生成容
器26と第1プラズマ生成容器14との間には、例えば
150Ω程度の抵抗40が接続されている。第2プラズ
マ生成容器26と引出し電極32との間には、前者を正
極側にして直流の引出し電源44が接続されている。各
電源22、42、44および48の出力電圧V1 〜V4
の典型例は、V1 が8V、V2 が15V、V3が5Vお
よびV4 が20Vである。
A DC arc power supply 42 is connected between the second plasma generation vessel 26 and the positive electrode of the filament power supply 22 with the former being on the negative side. A resistor 40 of, for example, about 150Ω is connected between the second plasma generation container 26 and the first plasma generation container 14. A DC extraction power supply 44 is connected between the second plasma generation container 26 and the extraction electrode 32 with the former being the positive electrode side. The output voltages V 1 to V 4 of the respective power supplies 22, 42, 44 and 48
Typical examples of, V 1 is 8V, V 2 is 15V, V 3 are 5V and V 4 are 20V.

【0012】フィラメント20から発生した熱電子は、
抵抗40を介して印加される電圧V 2 によって第1プラ
ズマ生成容器14の壁面側に引き寄せられ、その途中で
ガス18と衝突してそれを電離させ、プラズマ24が生
成される。このとき、前記磁束Bがプラズマ24の発生
および維持に寄与する。
The thermoelectrons generated from the filament 20 are
Voltage V applied via resistor 40 Two1st plastic
It is drawn to the wall side of the zuma generation container 14,
The gas 18 collides with the gas 18 and is ionized.
Is done. At this time, the magnetic flux B generates the plasma 24.
And contribute to maintenance.

【0013】プラズマ24が生成されると、抵抗40に
電流が流れてその両端に例えば十数V程度の電位差ΔV
が生じる。この電位差ΔVによる加速電界によって、か
つ前記磁束Bにガイドされて、プラズマ24中の電子が
第2プラズマ生成容器26内に引き出される。
When the plasma 24 is generated, a current flows through the resistor 40 and a potential difference ΔV of, for example, about ten
Occurs. The electrons in the plasma 24 are drawn into the second plasma generation container 26 by the acceleration electric field due to the potential difference ΔV and guided by the magnetic flux B.

【0014】第2プラズマ生成容器26内には、第1プ
ラズマ生成容器14側からガス18が流れ込んで来てお
り、そこに引き出された電子はこのガスと衝突してそれ
を電離させ、そこで再びプラズマ30が作られる。この
プラズマ30中のイオンは、前記電圧(引出し電圧)V
3 による加速電界によって、かつ磁束Bにガイドされ
て、ファラデーカップ8内に引き出される。このとき、
同イオンの移動に伴って(即ち同イオンの電界に引っ張
られて)、第2プラズマ生成容器26中で引出し電圧V
3 よりも高いエネルギーを持った電子は同電圧V3 分だ
け減速されて、かつ磁束Bにガイドされて、同イオンと
共にファラデーカップ8内に引き出される。即ち、ファ
ラデーカップ8内には第2プラズマ生成容器26内で生
成されたプラズマ30が導入される。このようにしてフ
ァラデーカップ8内に導入されるプラズマ30中の電子
のエネルギーは、10eV程度以下の低エネルギーであ
る。
A gas 18 flows into the second plasma generation container 26 from the first plasma generation container 14 side, and the electrons extracted therefrom collide with the gas to ionize it, where it is re-emitted. A plasma 30 is created. The ions in the plasma 30 are converted to the voltage (extraction voltage) V
It is drawn into the Faraday cup 8 by the accelerating electric field by 3 and guided by the magnetic flux B. At this time,
As the ions move (ie, are pulled by the electric field of the ions), the extraction voltage V
Electrons having an energy higher than 3 are decelerated by the same voltage V 3 and guided by the magnetic flux B, and are extracted into the Faraday cup 8 together with the ions. That is, the plasma 30 generated in the second plasma generation container 26 is introduced into the Faraday cup 8. The energy of the electrons in the plasma 30 introduced into the Faraday cup 8 in this manner is a low energy of about 10 eV or less.

【0015】ファラデーカップ8内に導入されたプラズ
マ30中のイオンは負電位のリフレクタ電極46に回収
され、同プラズマ30中の電子はリフレクタ電極46に
よって中央部へ押し返され、そこを通過しているイオン
ビーム2内にその電界によって引き込まれる。
The ions in the plasma 30 introduced into the Faraday cup 8 are collected by a reflector electrode 46 having a negative potential, and the electrons in the plasma 30 are pushed back to the center by the reflector electrode 46 and pass therethrough. Is drawn into the ion beam 2 by the electric field.

【0016】基板6が帯電しているとそれによってイオ
ンビームの軸方向に電位勾配が生じるため、イオンビー
ム2内に引き込まれた電子は、この電位勾配によって基
板6に引き寄せられ、基板表面のイオンビーム照射に伴
う正電荷を中和する。正電荷が中和されれば、電子の基
板6への引込みは自動的に止む。このようにして、電子
が基板6に過不足なく供給されるので、イオンビーム照
射に伴う基板6の正の帯電を効果的に抑制することがで
きる。しかも、電子による基板表面の電位は、そこに入
射する電子のエネルギーより負側に高くならないので、
プラズマ30中の上記のような低エネルギーの電子を利
用することにより、基板6の負の帯電をも抑制すること
ができる。
When the substrate 6 is charged, a potential gradient is generated in the axial direction of the ion beam due to the charge. The electrons drawn into the ion beam 2 are attracted to the substrate 6 by the potential gradient, and the ions on the surface of the substrate are ionized. Neutralizes positive charge associated with beam irradiation. If the positive charges are neutralized, the attraction of electrons into the substrate 6 automatically stops. In this manner, the electrons are supplied to the substrate 6 without any excess or shortage, so that the positive charging of the substrate 6 due to the ion beam irradiation can be effectively suppressed. Moreover, the potential of the substrate surface due to the electrons does not become higher than the energy of the electrons incident thereon on the negative side.
By utilizing the low-energy electrons in the plasma 30 as described above, negative charging of the substrate 6 can also be suppressed.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上記イオン照射装置の
リフレクタ電極46内に存在する電子の構成を考察する
と、前述したようにして導入されたプラズマ30中の
電子の他に、フィラメント20から放出された熱電
子、およびプラズマ30中のイオンがリフレクタ電極
46に衝突した際にそこから放出される二次電子、が含
まれており、このおよびの電子が問題になる。
Considering the structure of the electrons existing in the reflector electrode 46 of the above-mentioned ion irradiation apparatus, in addition to the electrons in the plasma 30 introduced as described above, the electrons emitted from the filament 20 are also considered. Thermal electrons and secondary electrons emitted from the reflector electrode 46 when the ions in the plasma 30 collide with the reflector electrode 46, and these electrons become a problem.

【0018】これを図4の電位分布図を参照して説明す
る。フィラメント20の負端とファラデーカップ8間の
電位差は(V1 +V2 −V3 )となり、前述したように
1を8V、V2 を15V、V3 を5Vとした場合、当
該電位差は18Vになる。従って、上記の熱電子のエ
ネルギーはファラデーカップ8に対して最大で18eV
になる。また、リフレクタ電極46とファラデーカップ
8間の電位差はV4 であり、これを前述したように20
Vとした場合、上記の二次電子のエネルギーはファラ
デーカップ8に対して最大で20eVになる。
This will be described with reference to the potential distribution diagram of FIG. The potential difference between the negative end of the filament 20 and the Faraday cup 8 is (V 1 + V 2 −V 3 ). As described above, when V 1 is 8 V, V 2 is 15 V, and V 3 is 5 V, the potential difference is 18 V become. Therefore, the energy of the above thermoelectrons is 18 eV at maximum with respect to the Faraday cup 8.
become. The potential difference between the reflector electrode 46 and the Faraday cup 8 is V 4, which is
In the case of V, the energy of the secondary electrons becomes 20 eV at maximum with respect to the Faraday cup 8.

【0019】このおよびの電子の量は、上記の電
子に比べれば少ないけれども、ファラデーカップ8内に
引き出すプラズマ30が多量になればそれに伴って増加
する。そしてこのおよびのような比較的高エネルギ
ーの電子がファラデーカップ8内に導入されると、それ
が基板6に到達し、基板6は当該電子のエネルギーに相
当する電圧まで負に帯電することができるので、基板6
に比較的大きな負の帯電を発生させる要因となる。
Although the amount of these electrons is smaller than that of the above-mentioned electrons, the amount of the plasma 30 drawn into the Faraday cup 8 increases as the amount of the plasma 30 increases. When a relatively high-energy electron such as and is introduced into the Faraday cup 8, it reaches the substrate 6, and the substrate 6 can be charged negatively to a voltage corresponding to the energy of the electron. So substrate 6
This causes a relatively large negative charge.

【0020】しかも近年は、基板6の表面に形成される
デバイスの微細化が進んでいるので、この負帯電の問題
は深刻化している。
Furthermore, in recent years, the device formed on the surface of the substrate 6 has been miniaturized, so that the problem of the negative charging has become more serious.

【0021】そこでこの発明は、上記のようなフィラメ
ントから放出される熱電子のファラデーカップに対する
エネルギーおよびリフレクタ電極から放出される二次電
子のファラデーカップに対するエネルギーを小さくし
て、基板の負帯電を小さく抑制することを主たる目的と
する。
Accordingly, the present invention reduces the energy of the thermoelectrons emitted from the filament to the Faraday cup and the energy of the secondary electrons emitted from the reflector electrode to the Faraday cup to reduce the negative charge of the substrate. The main purpose is to control.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】この発明のイオン照射装
置は、前記ファラデーカップの壁面の一部に設けられた
孔と、この孔の外側近傍に設けられていて内部にガスが
導入されかつファラデーカップ側に小孔を有するプラズ
マ生成容器と、このプラズマ生成容器内に設けられたフ
ィラメントと、前記ファラデーカップ内の壁面付近にそ
れから電気的に絶縁して設けられていて前記ファラデー
カップの孔に対応する位置に孔を有する筒状のリフレク
タ電極と、前記プラズマ生成容器の小孔の出口側近傍と
このリフレクタ電極の孔の部分とを連通させるように、
かつ前記ファラデーカップの孔を電気絶縁を保って貫通
するように設けられた有底筒状のものであって、その底
部に前記プラズマ生成容器の小孔に相対向する小孔を有
する引出し電極と、前記プラズマ生成容器内からこの引
出し電極内にかけての領域に、それらの軸方向に沿う磁
束を発生させる磁束発生手段と、前記フィラメントの両
端部に接続された直流のフィラメント電源と、このフィ
ラメント電源の負極と前記プラズマ生成容器との間に前
者を負極側にして接続された直流のアーク電源と、前記
フィラメント電源の負極と前記ファラデーカップとの間
に前者を負極側にして接続された直流のエネルギー設定
電源とを備え、更に前記リフレクタ電極および引出し電
極を前記フィラメント電源の正極に接続し、かつ前記エ
ネルギー設定電源の出力電圧を10V以下にしているこ
とを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an ion irradiation apparatus comprising: a hole provided in a part of a wall surface of the Faraday cup; a hole provided near the outside of the hole; A plasma generating container having a small hole on the cup side, a filament provided in the plasma generating container, and a wall near the inside of the Faraday cup which is electrically insulated therefrom and corresponds to the hole of the Faraday cup A cylindrical reflector electrode having a hole at a position to be connected, so as to communicate the vicinity of the outlet side of the small hole of the plasma generation container with the hole portion of the reflector electrode,
And an extraction electrode having a bottomed cylindrical shape provided so as to penetrate the hole of the Faraday cup while maintaining electrical insulation, and having a small hole at the bottom thereof opposed to the small hole of the plasma generation container. A magnetic flux generating means for generating magnetic flux along the axial direction in a region extending from the inside of the plasma generation container to the inside of the extraction electrode, a DC filament power supply connected to both ends of the filament, and a filament power supply. A direct current arc power supply connected between the negative electrode and the plasma generation vessel with the former being the negative electrode side, and a direct current energy connected between the negative electrode of the filament power supply and the Faraday cup with the former being the negative electrode side A setting power supply, further comprising the reflector electrode and the extraction electrode connected to a positive electrode of the filament power supply; and the energy setting power supply. Characterized in that it the output voltage to 10V or less.

【0023】上記構成によれば、プラズマ生成容器内で
プラズマを生成し、このプラズマ中のイオンを、プラズ
マ生成容器と引出し電極間の引出し電界によって、かつ
磁束発生手段による磁束によってガイドして、引出し電
極内に引き出しかつリフレクタ電極内に導入することが
できる。しかもこのイオンの移動に引っ張られて、上記
プラズマ中の電子もリフレクタ電極内に導入される。即
ちリフレクタ電極内にはプラズマが導入される。このよ
うにして導入されたプラズマ中の電子による基板表面の
正電荷中和作用は、従来例の場合と同様である。
According to the above configuration, plasma is generated in the plasma generation vessel, and ions in the plasma are guided by the extraction electric field between the plasma generation vessel and the extraction electrode and by the magnetic flux generated by the magnetic flux generating means. It can be drawn into the electrode and introduced into the reflector electrode. Moreover, the electrons in the plasma are also introduced into the reflector electrode by being pulled by the movement of the ions. That is, plasma is introduced into the reflector electrode. The action of neutralizing the positive charge on the substrate surface by the electrons in the plasma thus introduced is the same as in the case of the conventional example.

【0024】しかも、フィラメントの負端とファラデー
カップ間の電位差は、エネルギー設定電源の出力電圧に
よって規定され、フィラメント電源の出力電圧やアーク
電源の出力電圧に依存しなくなる。具体的には10V以
下になる。従って、フィラメントから放出される熱電子
のファラデーカップに対するエネルギーは10eV以下
に抑えられる。
Further, the potential difference between the negative end of the filament and the Faraday cup is defined by the output voltage of the energy setting power supply, and does not depend on the output voltage of the filament power supply or the output voltage of the arc power supply. Specifically, it becomes 10 V or less. Therefore, the energy of the thermoelectrons emitted from the filament to the Faraday cup is suppressed to 10 eV or less.

【0025】また、リフレクタ電極とファラデーカップ
間の電位差は、フィラメント電源の出力電圧からエネル
ギー設定電源の出力電圧を差し引いた値になり、通常は
±数V以下になる。従って、ファラデーカップ8内に導
入されたプラズマ中のイオンがリフレクタ電極に衝突し
た際にそこから放出される二次電子のエネルギーは数e
V以下に抑えられる。
The potential difference between the reflector electrode and the Faraday cup is a value obtained by subtracting the output voltage of the energy setting power supply from the output voltage of the filament power supply, and is usually ± several volts or less. Therefore, when ions in the plasma introduced into the Faraday cup 8 collide with the reflector electrode, the energy of secondary electrons emitted therefrom is several e.
V or less.

【0026】従って、このようなフィラメントからの熱
電子あるいはリフレクタ電極からの二次電子が基板に到
達しても、基板は当該電子のエネルギーに相当する電圧
より大きくは負に帯電することができないので、基板の
負帯電を小さく抑制することができる。
Therefore, even if thermions from the filament or secondary electrons from the reflector electrode reach the substrate, the substrate cannot be charged negatively with a voltage higher than the voltage corresponding to the energy of the electrons. In addition, the negative charge of the substrate can be suppressed small.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1は、この発明に係るイオン照
射装置の一例を示す断面図である。図3の従来例と同一
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。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an ion irradiation apparatus according to the present invention. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional example of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

【0028】この実施例においては、前述したファラデ
ーカップ8の孔9の外側近傍に、従来例の第1プラズマ
生成容器14に相当するプラズマ生成容器14aを設け
ている。即ちこのプラズマ生成容器14aは、ファラデ
ーカップ8側の部分に小孔16を有しており、内部にガ
ス18が導入される。また、内部にフィラメント20が
設けられており、その両端にフィラメント電源22が接
続されている。その出力電圧V1 の大きさは、従来例と
同様であり例えば8Vである。小孔16の直径は例えば
2mmφ程度である。
In this embodiment, a plasma generating container 14a corresponding to the first plasma generating container 14 of the conventional example is provided near the outside of the hole 9 of the Faraday cup 8 described above. That is, the plasma generation container 14a has the small holes 16 in the part on the Faraday cup 8 side, and the gas 18 is introduced into the inside. A filament 20 is provided inside, and a filament power supply 22 is connected to both ends. The magnitude of the output voltage V 1 is the same as that of the conventional example and is, for example, 8V. The diameter of the small hole 16 is, for example, about 2 mmφ.

【0029】このフィラメント電源22の負極とプラズ
マ生成容器14aとの間に、従来例と違って、前者を負
極側にしてアーク電源42が接続されている。その出力
電圧V2 の大きさは、従来例と同様であり例えば15V
である。上記構成によって、従来例の場合と同様にし
て、プラズマ生成容器14a内にプラズマ24を発生さ
せることができる。
An arc power source 42 is connected between the negative electrode of the filament power source 22 and the plasma generation vessel 14a, with the former being the negative electrode side, unlike the conventional example. The magnitude of the output voltage V 2 is the same as that of the conventional example.
It is. With the above configuration, the plasma 24 can be generated in the plasma generation container 14a in the same manner as in the conventional example.

【0030】ファラデーカップ8内のリフレクタ電極4
6は、ファラデーカップ8の孔9に対応する位置に孔4
7を有しており、プラズマ生成容器14aの小孔16の
出口側近傍とこのリフレクタ電極46の孔47の部分と
を連通させるように引出し電極32が設けられている。
この引出し電極32はファラデーカップ8の孔9を貫通
しているが、孔9を大きくして両者間に空間を確保し、
それによって両者間を電気的に絶縁している。またこの
引出し電極32とプラズマ生成容器14aとの間は絶縁
物53で電気的に絶縁している。この引出し電極32と
リフレクタ電極46とは電気的に接続されている。この
引出し電極32は、有底円筒状をしており、その底部に
プラズマ生成容器14aの小孔16に相対向する小孔3
4を有している。この引出し電極32の小孔34の直径
は例えば3mmφ程度、リフレクタ電極46側の孔35
の直径は例えば30mmφ程度である。
Reflector electrode 4 in Faraday cup 8
6 is a hole 4 at a position corresponding to the hole 9 of the Faraday cup 8.
The extraction electrode 32 is provided so that the vicinity of the exit side of the small hole 16 of the plasma generation container 14a communicates with the hole 47 of the reflector electrode 46.
Although the extraction electrode 32 penetrates the hole 9 of the Faraday cup 8, the hole 9 is enlarged to secure a space between the two.
This electrically insulates them. The extraction electrode 32 and the plasma generation container 14a are electrically insulated by an insulator 53. The extraction electrode 32 and the reflector electrode 46 are electrically connected. The extraction electrode 32 has a cylindrical shape with a bottom, and a small hole 3 opposed to the small hole 16 of the plasma generation container 14a at the bottom thereof.
Four. The diameter of the small hole 34 of the extraction electrode 32 is, for example, about 3 mmφ, and the diameter of the small hole 34 on the reflector electrode 46 side is 35 mm.
Has a diameter of, for example, about 30 mmφ.

【0031】プラズマ生成容器14aの先端部付近から
引出し電極32の外周部にかけて、それらとは電気的に
絶縁されて、直流電源38によって励磁されるコイル3
6が巻かれていて、これらが磁束発生手段を構成してい
る。これによって、プラズマ生成容器14a内から引出
し電極32内にかけての領域に、それらの軸方向に沿う
磁束Bを発生させる。即ちこのコイル36は、プラズマ
24生成用のマグネットおよび同プラズマ24のガイド
用のマグネットを兼ねている。なお、磁束Bの向きは図
示とは逆でも良い。
The coil 3, which is electrically insulated from the vicinity of the distal end of the plasma generation container 14 a to the outer periphery of the extraction electrode 32 and is excited by the DC power
6 are wound, and these constitute magnetic flux generating means. Thereby, the magnetic flux B along the axial direction is generated in a region from the inside of the plasma generation container 14a to the inside of the extraction electrode 32. That is, the coil 36 also serves as a magnet for generating the plasma 24 and a magnet for guiding the plasma 24. Note that the direction of the magnetic flux B may be opposite to that shown in the figure.

【0032】リフレクタ電極46およびそれに接続され
ている引出し電極32は、フィラメント電源22の正極
に接続されて、当該正極と同電位にされている。
The reflector electrode 46 and the extraction electrode 32 connected thereto are connected to the positive electrode of the filament power supply 22 and have the same potential as the positive electrode.

【0033】フィラメント電源22の負極とファラデー
カップ8との間に、前者を負極側にして直流のエネルギ
ー設定電源62が接続されている。その出力電圧V5
10V以下にしている。
A DC energy setting power source 62 is connected between the negative electrode of the filament power source 22 and the Faraday cup 8 with the former being the negative electrode side. The output voltage V 5 are below 10V.

【0034】上記構成によれば、プラズマ生成容器14
a内でプラズマ24を生成し、このプラズマ24中のイ
オンを、プラズマ生成容器14aと引出し電極32間の
引出し電界Eによって、かつコイル36による磁束Bに
よってガイドして、引出し電極32内に引き出しかつリ
フレクタ電極46内に導入することができる。この引出
し電界Eの大きさは、図2に示すように、アーク電源4
2の出力電圧V2 からフィラメント電源22の出力電圧
1 を差し引いた値になる。しかも上記イオンの移動に
引っ張られて、上記プラズマ24中の電子もリフレクタ
電極46内に導入される。即ちリフレクタ電極46内ひ
いてはファラデーカップ8内にはプラズマ24が導入さ
れる。このようにしてファラデーカップ8内に導入され
るプラズマ24中の電子のエネルギーは、エネルギー設
定電源62の出力電圧V5 によって規定される。即ち当
該出力電圧V5 は前述したように10V以下であるの
で、10eV以下の低エネルギーである。このプラズマ
24中の低エネルギー電子による基板表面の正電荷中和
作用は、従来例の場合と同様である。
According to the above configuration, the plasma generation vessel 14
The plasma 24 is generated in the plasma generating chamber a, and the ions in the plasma 24 are guided into the extraction electrode 32 by the extraction electric field E between the plasma generation container 14a and the extraction electrode 32 and by the magnetic flux B of the coil 36. It can be introduced into the reflector electrode 46. The magnitude of the extraction electric field E is, as shown in FIG.
2 is the value obtained by subtracting the output voltage V 1 of the filament power supply 22 from the output voltage V 2 of FIG . Moreover, the electrons in the plasma 24 are also introduced into the reflector electrode 46 by being pulled by the movement of the ions. That is, the plasma 24 is introduced into the reflector electrode 46 and thus into the Faraday cup 8. In this way, the electron energy in the plasma 24 to be introduced into the Faraday cup 8 is defined by the output voltage V 5 of the energy setting power supply 62. That is, the output voltage V 5 are the following 10V as described above, it is the following low energy 10 eV. The positive charge neutralizing action of the substrate surface by the low energy electrons in the plasma 24 is the same as in the case of the conventional example.

【0035】この実施例の場合のフィラメント20から
放出される熱電子のエネルギーおよびリフレクタ電極4
6から放出される二次電子のエネルギーを、図2の電位
分布図を参照して説明する。この図2では、電圧V1
2 およびV5 を、それぞれ8V、15Vおよび5Vで
図示している。
In this embodiment, the energy of thermoelectrons emitted from the filament 20 and the reflector electrode 4
The energy of secondary electrons emitted from 6 will be described with reference to the potential distribution diagram of FIG. In FIG. 2, the voltage V 1 ,
The V 2 and V 5, are illustrated in each 8V, 15V and 5V.

【0036】フィラメント20の負端とファラデーカッ
プ8間の電位差は、エネルギー設定電源62の出力電圧
5 によって規定され、フィラメント電源22の出力電
圧V1 やアーク電源42の出力電圧V2 に依存しなくな
る。具体的には10V以下になる。従って、フィラメン
ト20から放出される熱電子のファラデーカップ8に対
するエネルギーは10eV以下に抑えられる。
The potential difference between the negative end of the filament 20 and the Faraday cup 8 is defined by the output voltage V 5 of the energy setting power supply 62 and depends on the output voltage V 1 of the filament power supply 22 and the output voltage V 2 of the arc power supply 42. Disappears. Specifically, it becomes 10 V or less. Therefore, the energy of the thermoelectrons emitted from the filament 20 to the Faraday cup 8 is suppressed to 10 eV or less.

【0037】また、リフレクタ電極46とファラデーカ
ップ8間の電位差は、フィラメント電源22の出力電圧
1 からエネルギー設定電源62の出力電圧V5 を差し
引いた値(V1 −V5 )になり、通常は±数V以下にな
る。例えば、図2の例の場合はリフレクタ電極46の電
位の方が数V(具体的には3V)高くなっているが、両
方の電圧V1 およびV5 の大きさによってはこれが逆転
する場合もある。いずれにしても、ファラデーカップ8
内に導入されたプラズマ24中のイオンがリフレクタ電
極46に衝突した際にそこから放出される二次電子のエ
ネルギーは数eV以下に抑えられる。
The potential difference between the reflector electrode 46 and the Faraday cup 8 is a value (V 1 -V 5 ) obtained by subtracting the output voltage V 5 of the energy setting power supply 62 from the output voltage V 1 of the filament power supply 22. Is less than ± several volts. For example, in the case of the example of FIG. 2, the potential of the reflector electrode 46 is higher by several volts (specifically, 3 V), but depending on the magnitudes of both the voltages V 1 and V 5 , this may be reversed. is there. In any case, Faraday Cup 8
When ions in the plasma 24 introduced into the inside collide with the reflector electrode 46, the energy of secondary electrons emitted therefrom is suppressed to several eV or less.

【0038】従って、このようなフィラメント20から
の熱電子あるいはリフレクタ電極46からの二次電子が
基板6に到達しても、基板6は当該電子のエネルギーに
相当する電圧より大きくは負に帯電することができない
ので、基板6の負帯電を小さく抑制することができる。
Therefore, even if such thermoelectrons from the filament 20 or secondary electrons from the reflector electrode 46 reach the substrate 6, the substrate 6 is negatively charged to a voltage higher than the voltage corresponding to the energy of the electrons. Therefore, negative charging of the substrate 6 can be suppressed to a small level.

【0039】なお、ホルダ4およびキャッチプレート1
0の電位を、上記例のようにファラデーカップ8と同電
位にする代わりに、図1中に破線で示すように両者間に
ホルダ4を負極側にして、出力電圧V6 が1〜2V程度
のバイアス電源64を設けて、その電圧分だけホルダ4
をファラデーカップ8より低い電位にしても良い。その
ようにすると、この出力電圧V6 に相当するエネルギー
より小さいエネルギーの電子が基板6に到達するのを制
限することができる。
The holder 4 and the catch plate 1
Instead of setting the potential of 0 to the same potential as the Faraday cup 8 as in the above example, the output voltage V 6 is about 1 to 2 V by setting the holder 4 to the negative side between them as shown by the broken line in FIG. And a bias power supply 64 of the
May be set to a potential lower than the Faraday cup 8. By doing so, it is possible to restrict electrons having an energy smaller than the energy corresponding to the output voltage V 6 from reaching the substrate 6.

【0040】また、上記コイル36および直流電源38
の代わりに、複数または単一の永久磁石を引出し電極3
2等の外側に設けて上記のような磁束Bを発生させるよ
うにし、これによって磁束発生手段を構成しても良い。
The coil 36 and the DC power supply 38
Instead of a plurality of or a single permanent magnet,
The magnetic flux generating means may be provided outside the second or the like to generate the magnetic flux B as described above.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フィラ
メントの負端とファラデーカップ間の電位差は、エネル
ギー設定電源の出力電圧によって規定され、フィラメン
ト電源の出力電圧やアーク電源の出力電圧に依存しなく
なる。具体的には10V以下になる。従って、フィラメ
ントから放出される熱電子のファラデーカップに対する
エネルギーは10eV以下に抑えられる。
As described above, according to the present invention, the potential difference between the negative end of the filament and the Faraday cup is defined by the output voltage of the energy setting power supply and depends on the output voltage of the filament power supply and the output voltage of the arc power supply. No longer. Specifically, it becomes 10 V or less. Therefore, the energy of the thermoelectrons emitted from the filament to the Faraday cup is suppressed to 10 eV or less.

【0042】また、リフレクタ電極とファラデーカップ
間の電位差は、フィラメント電源の出力電圧からエネル
ギー設定電源の出力電圧を差し引いた値になり、通常は
±数V以下になる。従って、ファラデーカップ内に導入
されたプラズマ中のイオンがリフレクタ電極に衝突した
際にそこから放出される二次電子のエネルギーは数eV
以下に抑えられる。
The potential difference between the reflector electrode and the Faraday cup is a value obtained by subtracting the output voltage of the energy setting power supply from the output voltage of the filament power supply, and is usually ± several volts or less. Therefore, when ions in the plasma introduced into the Faraday cup collide with the reflector electrode, the energy of secondary electrons emitted therefrom is several eV.
It can be suppressed below.

【0043】従って、このようなフィラメントからの熱
電子あるいはリフレクタ電極からの二次電子が基板に到
達しても、基板は当該電子のエネルギーに相当する電圧
より大きくは負に帯電することができないので、基板の
負帯電を小さく抑制することができる。その結果、基板
表面に形成されるデバイスの微細化にも十分に対応する
ことができる。
Therefore, even if the thermoelectrons from such a filament or the secondary electrons from the reflector electrode reach the substrate, the substrate cannot be charged more negatively than the voltage corresponding to the energy of the electrons. In addition, the negative charge of the substrate can be suppressed small. As a result, it is possible to sufficiently cope with miniaturization of devices formed on the substrate surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係るイオン照射装置の一例を示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an ion irradiation apparatus according to the present invention.

【図2】図1の装置中のa〜d点およびg点における電
位分布の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a potential distribution at points a to d and g in the apparatus of FIG.

【図3】従来のイオン照射装置の一例を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional ion irradiation apparatus.

【図4】図3の装置中のa〜f点における電位分布の一
例を示す図である。
4 is a diagram showing an example of a potential distribution at points a to f in the device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 イオンビーム 4 ホルダ 6 基板 8 ファラデーカップ 14a プラズマ生成容器 20 フィラメント 22 フィラメント電源 24 プラズマ 32 引出し電極 36 コイル(磁束発生手段) 42 アーク電源 46 リフレクタ電極 62 エネルギー設定電源 2 Ion beam 4 Holder 6 Substrate 8 Faraday cup 14a Plasma generation container 20 Filament 22 Filament power supply 24 Plasma 32 Extraction electrode 36 Coil (magnetic flux generating means) 42 Arc power supply 46 Reflector electrode 62 Energy setting power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/317 C23C 14/48 H01J 37/20 H01L 21/265 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 37/317 C23C 14/48 H01J 37/20 H01L 21/265

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板を保持するホルダと、このホルダの
上流側に設けられていて二次電子のアースへの逃げを防
止する筒状のファラデーカップとを備え、このファラデ
ーカップ内を通してイオンビームをホルダ上の基板に照
射して当該基板に処理を施すイオン照射装置において、
前記ファラデーカップの壁面の一部に設けられた孔と、
この孔の外側近傍に設けられていて内部にガスが導入さ
れかつファラデーカップ側に小孔を有するプラズマ生成
容器と、このプラズマ生成容器内に設けられたフィラメ
ントと、前記ファラデーカップ内の壁面付近にそれから
電気的に絶縁して設けられていて前記ファラデーカップ
の孔に対応する位置に孔を有する筒状のリフレクタ電極
と、前記プラズマ生成容器の小孔の出口側近傍とこのリ
フレクタ電極の孔の部分とを連通させるように、かつ前
記ファラデーカップの孔を電気絶縁を保って貫通するよ
うに設けられた有底筒状のものであって、その底部に前
記プラズマ生成容器の小孔に相対向する小孔を有する引
出し電極と、前記プラズマ生成容器内からこの引出し電
極内にかけての領域に、それらの軸方向に沿う磁束を発
生させる磁束発生手段と、前記フィラメントの両端部に
接続された直流のフィラメント電源と、このフィラメン
ト電源の負極と前記プラズマ生成容器との間に前者を負
極側にして接続された直流のアーク電源と、前記フィラ
メント電源の負極と前記ファラデーカップとの間に前者
を負極側にして接続された直流のエネルギー設定電源と
を備え、更に前記リフレクタ電極および引出し電極を前
記フィラメント電源の正極に接続し、かつ前記エネルギ
ー設定電源の出力電圧を10V以下にしていることを特
徴とするイオン照射装置。
1. A holder for holding a substrate, and a cylindrical Faraday cup provided upstream of the holder for preventing secondary electrons from escaping to the ground. An ion beam is passed through the Faraday cup. In an ion irradiation apparatus that irradiates a substrate on a holder to perform processing on the substrate,
A hole provided in a part of the wall surface of the Faraday cup,
A plasma generation container provided near the outside of the hole and into which gas is introduced and having a small hole on the Faraday cup side, a filament provided in the plasma generation container, and a wall near the inside of the Faraday cup. A cylindrical reflector electrode which is provided electrically insulated and has a hole at a position corresponding to the hole of the Faraday cup, a portion near the outlet side of the small hole of the plasma generation container, and a portion of the hole of the reflector electrode And the bottom of the Faraday cup is provided so as to penetrate the hole of the Faraday cup while maintaining electrical insulation, and has a bottom portion facing the small hole of the plasma generation container. An extraction electrode having a small hole, and a magnetic flux generation for generating a magnetic flux along the axial direction in a region from the inside of the plasma generation container to the inside of the extraction electrode. A step, a direct-current filament power supply connected to both ends of the filament, a direct-current arc power supply connected between the negative electrode of the filament power supply and the plasma generation vessel with the former being the negative electrode side, and the filament power supply A DC energy setting power source connected between the negative electrode and the Faraday cup with the former being the negative electrode side, and further comprising the reflector electrode and the extraction electrode connected to the positive electrode of the filament power source; and the energy setting power source. An ion irradiation apparatus characterized in that the output voltage of the ion irradiation device is 10 V or less.
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