JP3460240B2 - イオン処理装置および処理基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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処理装置に関し、
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。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来のイオン処理装置の一例を
部分的に示す図である。この装置は、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。

【０００３】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。

【０００４】イオンビーム２の経路上には、ファラデー
系を構成するものとして、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１４がホルダ４の下流側に、それぞれ設けられてお
り、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に照射される。更にこの例では、必須
ではないが、ファラデーカップ８およびキャッチプレー
ト１４の側端部にも、二次電子のアースへの逃げを防止
するサイドサプレッサ電極１０および１２が設けられて
おり、これらにはサプレッサ電源１６から負電圧が印加
される。

【０００５】そしてホルダ４、ファラデーカップ８およ
びキャッチプレート１４は、互いに電気的に並列接続さ
れてビーム電流計測器２０に接続されており、それによ
ってイオンビーム２のビーム電流の計測を正確に行える
ようにしている。

【０００６】また、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、ファ
ラデーカップ８の側壁部にスリット状の孔７を設け、そ
の外側にフィラメント７０を設けている。そしてこのフ
ィラメント７０から放出させた一次電子７１を加速電源
７６で高エネルギー（例えば約３００ｅＶ程度）に加速
してそれをファラデーカップ８の対向面に衝突させてそ
こから二次電子７２を放出させ、この二次電子７２をホ
ルダ上のイオンビーム照射領域における基板６に供給し
てその表面でのイオンビーム２による正電荷を中和させ
るようにしている。７４はフィラメント７０を加熱する
ためのフィラメント電源である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなイオン処
理装置においては、一次電子７１をファラデーカップ８
の壁面に衝突させることによってそこから放出される電
子には、低エネルギーの二次電子７２だけでなく、ファ
ラデーカップ８の壁面で跳ね返された高エネルギーの一
次電子７１も多く含まれており、この高エネルギーの一
次電子７１が基板６に入射して、逆に負の帯電を惹き起
こすがあるという問題がある。

【０００８】そこでこの発明は、低エネルギーの電子を
ファラデーカップ内に導入できるようにし、それによっ
てイオンビーム照射に伴う基板の帯電を効果的に抑制す
ることができるようにしたイオン処理装置を提供するこ
とを主たる目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係るイオン処理装置の一つは、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
外側に設けられていて導入されたガスを用いてプラズマ
を生成するプラズマ源と、このプラズマ源内のプラズマ
中から電子を引き出すものであって電子引出し用の孔を
有する引出し電極と、この引出し電極とファラデーカッ
プとの間に接続されていて前者に正電圧を印加する引出
し電源と、前記ファラデーカップとプラズマ源との間に
接続されていて前者に正電圧を印加するエネルギー設定
電源と、前記引出し電極の電子引き出し側と前記ファラ
デーカップの孔との間を連結するものであって前記引出
し電極と同電位の筒と、この筒と前記ファラデーカップ
との間に介在させた絶縁物と、前記筒内にその軸方向に
沿う磁束であって、前記引出し電極から引き出された電
子をガイドしてファラデーカップ内へ導くガイド用の磁
束を発生させる磁束発生手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、プラズマ源においてプラズ
マが生成される。このプラズマ源内のプラズマ中の電子
は、引出し電源から正電圧が印加される引出し電極によ
って筒内に引き出される。この筒内に引き出される電子
のエネルギーは、ほぼエネルギー設定電源の出力電圧と
引出し電源の出力電圧の和で決まる低エネルギーであ
る。

【００１１】上記のようにして筒内に引き出された低エ
ネルギーの電子は、エネルギーが小さいけれども、筒内
の磁束にガイドされて当該磁束に沿ってファラデーカッ
プの方に効率良く導かれ、ファラデーカップ内にその孔
を通して効率良く導入される。このとき電子は、筒の出
口部とファラデーカップとの間で引出し電源の電圧分だ
け減速されるので、ファラデーカップ内に導入される電
子のエネルギーは、引出し電源の電圧に依存せず、エネ
ルギー設定電源の電圧によって一義的に決まる。

【００１２】ファラデーカップ内に導入された低エネル
ギーの電子は、イオンビーム内にその電界によって引き
込まれ、イオンビームの電流密度に応じた量の電子がイ
オンビームと共に基板に入り、それによってイオンビー
ム照射に伴う基板の正の帯電を抑制することができる。

【００１３】しかも、電子による基板表面の電位は、そ
こに入射される電子のエネルギーより負側に高くならな
いので、低エネルギーの電子をファラデーカップ内に導
入することにより、基板の負の帯電をも抑制することが
できる。

【００１４】以上のような作用によって、低エネルギー
の電子を基板に過不足なく供給することができるので、
イオンビーム照射に伴う基板の帯電を効果的に抑制する
ことができる。

【００１５】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係るイオン処
理装置を部分的に示す図である。図２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。

【００１６】この実施例においては、前述したようなフ
ァラデーカップ８の壁面の一部に孔９が設けられてお
り、この孔９の外側の部分に、この実施例ではリング状
の絶縁物５６を介して、筒５０が設けられている。この
筒５０の外側には、磁場電源５４が接続されたコイル５
２が巻かれており、それによって筒５０の軸方向に沿う
磁束Ｂが作られる。即ちこの実施例では、このコイル５
２および磁場電源５４によって、磁束発生手段を構成し
ている。なお、磁束Ｂの向きは、図示とは逆にプラズマ
生成容器２２側へ向いていても良く、要は筒５０の軸方
向に沿っていれば良い。

【００１７】筒５０の先端部にはこの実施例では引出し
電極４４が一体的に設けられており、その外側にリング
状の絶縁物４２を介してプラズマ生成容器２２が設けら
れている。このプラズマ生成容器２２および引出し電極
４４には、電子３８を引き出すための小孔２４および４
６がそれぞれ設けられている。なお、引出し電極４４と
筒５０とは別体にしても良い。

【００１８】プラズマ生成容器２２内には、フィラメン
ト３０が設けられている。このプラズマ生成容器２２内
には、ガス導入管２６を経由して例えばキセノンガス等
のガス２８が導入される。フィラメント３０にはその加
熱用のフィラメント電源３２が接続されており、フィラ
メント３０とプラズマ生成容器２２間にはアーク電源３
４（その出力電圧は例えば１５Ｖ程度）が接続されてい
る。２３は絶縁物である。この実施例ではこれらによっ
て、プラズマ源を構成している。

【００１９】引出し電極４４とファラデーカップ８間に
は、電圧可変（例えば０〜５０Ｖ程度）の引出し電源４
８が接続されており、これによって引出し電極４４に
は、プラズマ生成容器２２およびファラデーカップ８に
対して正電圧が印加される。また、ファラデーカップ８
とプラズマ生成容器２２間には、前者に正電圧を印加す
るエネルギー設定電源４０が接続されている。このエネ
ルギー設定電源４０の出力電圧は、例えば２０Ｖ以下が
好ましい。その理由は後述する。

【００２０】なお、このイオン処理装置では、プラズマ
３６の生成にガス２８を用いているが、プラズマ生成容
器２２とファラデーカップ８間を比較的細い筒５０で連
結しており、しかもプラズマ生成容器２２および引出し
電極４４に設ける電子３８引出し用の小孔２４および４
６は、いずれも直径が例えば約２ｍｍφ程度の小さいも
ので良く、これらの小孔２４、４６および筒５０におい
てガスに対するコンダクタンスが十分に低下するので、
プラズマ生成容器２２内へガス２８を導入することによ
るファラデーカップ８内の真空度の低下は小さい。

【００２１】またこの実施例では、ファラデーカップ８
とホルダ４との間に、ファラデーカップ８に対してホル
ダ４を正にバイアスして、イオンビーム照射に伴ってホ
ルダ４等から放出される二次電子をホルダ４側に引き戻
すと共に電子３８をホルダ４側に引き込みやすくするホ
ルダバイアス電源（その出力電圧は例えば９Ｖ程度）１
８を設けているけれども、これは必須ではない。

【００２２】このイオン処理装置においては、フィラメ
ント３０から放出された熱電子は、アーク電源３４の電
圧によってプラズマ生成容器２２側に引き寄せられ、そ
の途中で、プラズマ生成容器２２内に導入されたガス２
８と衝突してそれを電離させ、これによってプラズマ生
成容器２２内にプラズマ３６が生成される。このプラズ
マ３６中の電子は、ガス２８の電離エネルギーより少し
大きい程度のエネルギーしか有していないので低エネル
ギー（例えば数ｅＶ程度）である。

【００２３】このプラズマ生成容器２２内のプラズマ３
６中の電子３８は、引出し電源４８から正電圧が印加さ
れる引出し電極４４によって筒５０内に引き出される。
この筒５０内に引き出される電子３８のエネルギーは、
プラズマ３６中の電子のエネルギーが上記のように数ｅ
Ｖ程度であるので、ほぼエネルギー設定電源４０の出力
電圧（これは前述したように２０Ｖ以下）と引出し電源
４８の出力電圧（これは前述したように０〜５０Ｖ）の
和で決まり、この例では高々７０ｅＶ以下の低エネルギ
ーである。

【００２４】このような低エネルギーの電子３８は、そ
のままでは発散しやすく筒５０の壁面に当たって消滅し
やすい。そこでこの実施例では、筒５０内にその軸方向
に沿う磁束Ｂを発生させるようにしており、その結果、
低エネルギーの電子３８は、この磁束Ｂにガイドされて
磁束Ｂに沿ってファラデーカップ８の方へ効率良く導か
れ、ファラデーカップ８内にその孔９を通して効率良く
導入される。即ち、上記磁束Ｂの存在によって、電子３
８が筒５０の壁面に当たって消滅するのが抑制されるの
で、電子３８はそのエネルギーが低くても効率良くファ
ラデーカップ８内に導かれる。

【００２５】またこの実施例では、電子３８は、筒５０
の出口部とファラデーカップ８との間で引出し電源４８
の電圧分だけ減速されるので、ファラデーカップ８内に
導入される電子３８のエネルギーは、引出し電源４８の
電圧に依存せず、エネルギー設定電源４０の電圧によっ
て一義的に決まる。従って、このエネルギー設定電源４
０の電圧を前述したように２０Ｖ以下にしておくことに
より、引出し電源４８の電圧が高くても、２０ｅＶ以下
の低エネルギーの電子３８をファラデーカップ８内に導
入することができる。

【００２６】なお、この実施例のようにせずに、絶縁物
５６を省略して筒５０をファラデーカップ８に直接取り
付けて両者間を電気的に接続し、かつエネルギー設定電
源４０を省略して引出し電源４８の負側をファラデーカ
ップ８に接続する代わりにプラズマ生成容器２２に接続
し、この引出し電源４８の出力電圧を低電圧（例えば２
０Ｖ以下）にしても良く、そのようにしてもファラデー
カップ８内に２０ｅＶ以下の低エネルギーの電子３８を
導入することが可能である。但しこの実施例のようにす
ると、引出し電源４８の出力電圧を調整することによっ
てプラズマ生成容器２２から引き出す電子３８の量を調
整することができ、しかもファラデーカップ８内に引き
出す電子３８のエネルギーはエネルギー設定電源４０に
よって引き出し量とは独立して設定することができるの
で、ファラデーカップ８内に引き出される電子３８のエ
ネルギーを大きくすることなく多量に引き出すことが可
能である。

【００２７】ファラデーカップ８内に導入する電子３８
のエネルギーを２０ｅＶ以下にするのが好ましい理由は
次のとおりである。即ち、基板の帯電の問題は、基板表
面に形成する素子の集積度が上がるに従って顕著になっ
てくる。従って、帯電抑制のために用いられる電子のエ
ネルギーも、電子による負帯電のことを考慮すると低い
ほど良く、一般的に言えば２０ｅＶ以下に抑える必要が
あるからである。

【００２８】ファラデーカップ８内に導入された低エネ
ルギーの電子３８は、そのエネルギーが低いので、イオ
ンビーム２内にその電界によって引き込まれ、イオンビ
ーム２の電流密度に応じた量の電子３８がイオンビーム
２と共にホルダ４上の基板６に入り、それによってイオ
ンビーム照射に伴う基板６の正の帯電を抑制することが
できる。

【００２９】しかも、電子３８による基板表面の電位
は、そこに入射される電子３８のエネルギーより負側に
高くならないので、低エネルギーの電子３８をファラデ
ーカップ８内に導入することにより、基板６の負の帯電
をも抑制することができる。

【００３０】以上のような作用によって、低エネルギー
の電子３８を基板６に過不足なく供給することができる
ので、イオンビーム照射に伴う基板６の帯電を効果的に
抑制することができる。

【００３１】また、従来のイオン処理装置では、イオン
ビーム２を引き出すイオン源側において電極間で放電が
発生する等してイオンビーム２が途切れたときでも、一
定量の二次電子７２が基板６に入射され続けるので、こ
のような原因によっても基板６が負に帯電することがあ
るという問題があったが、このイオン処理装置の場合
は、ファラデーカップ８内に導入されるのは低エネルギ
ーの電子３８であり、これは前述したように主としてイ
オンビーム２の電界によってイオンビーム２と共に基板
６側へ導かれるので、イオンビーム２が途切れれば、基
板６に供給される電子３８の量も自然に減少するので、
イオンビーム２が途切れた場合の基板６の負の帯電を自
動的に防止することができる。

【００３２】なお、上記コイル５２および磁場電源５４
の代わりに、複数の永久磁石を筒５０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。

【００３３】また、ホルダ４は、上記例はバッチ処理用
のウェーハディスクであるけれども、枚葉処理用のプラ
テンであっても良いのは前述したとおりである。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、低エネル
ギーの電子を引き出しかつそれを磁束発生手段によるガ
イド用の磁束によってガイドしてファラデーカップ内へ
導くことができるので、低エネルギーの電子をファラデ
ーカップ内に効率良く導入することができ、この低エネ
ルギーの電子はイオンビーム内にその電界によって引き
込まれてイオンビームの電流密度に応じた量の電子がイ
オンビームと共に基板に入るので、低エネルギーの電子
を基板に過不足なく供給することができ、それによって
イオンビーム照射に伴う基板の帯電を効果的に抑制する
ことができる。しかも、上記のような引出し電極、引出
し電源、エネルギー設定電源、筒および絶縁物を備えて
いて、引出し電極によって筒内に引き出された電子は、
筒の出口部とファラデーカップとの間で引出し電源の電
圧分だけ減速されるので、ファラデーカップ内に導入さ
れる電子のエネルギーは、引出し電源の電圧に依存せ
ず、エネルギー設定電源の電圧によって一義的に決ま
る。従って、引出し電源の電圧が高くても、低エネルギ
ーの電子をファラデーカップ内に導入することができ
る。即ち、ファラデーカップ内に引き出す電子のエネル
ギーは、エネルギー設定電源によって、電子の引き出し
量とは独立して設定することができるので、ファラデー
カップ内に引き出される電子のエネルギーを大きくする
ことなく多量に引き出すことが可能である。しかも、引
出し電極の孔および筒においてガスに対するコンダクタ
ンスが十分に低下するので、プラズマ生成容器内へガス
を導入することによるファラデーカップ内の真空度の低
下は小さい。 更に、引出し電極から筒内に引き出された
電子は、筒の出口部とファラデーカップとの間で初め
て、引出し電源の電圧分だけ減速されるので、筒内を減
速前のエネルギーで輸送することができる。請求項２記
載の発明によれば、請求項１記載の発明の上記効果と同
様の効果を奏すると共に、引出し電源が電圧可変である
ので、その出力電圧を調整することによって、プラズマ
源から引出し電極によって引き出す電子の量を調整する
ことができる、という更なる効果を奏する。即ち、引出
し電源の出力電圧を調整することによってプラズマ源か
ら引き出す電子の量を調整することができ、しかもファ
ラデーカップ内に引き出す電子のエネルギーはエネルギ
ー設定電源によって引き出し量とは独立して設定するこ
とができるので、ファラデーカップ内に引き出される電
子のエネルギーを大きくすることなく多量に引き出すこ
とが可能である。請求項３記載の発明によれば、請求項
１記載の発明と実質的に同じ構成のイオン処理装置を用
いて、イオンビーム照射処理された基板を得るので、請
求項１記載の発明の上記効果と同様の効果を奏する。即
ち、イオン注入等の処理の際に低エネルギーの電子を基
板に過不足なく供給することができ、それによってイオ
ンビーム照射に伴う基板の帯電を効果的に抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るイオン処理装置を部
分的に示す図である。

【図２】従来のイオン処理装置の一例を部分的に示す図
である。

【符号の説明】

２ イオンビーム ４ ホルダ ６ 基板 ８ ファラデーカップ ９ 孔 ２２ プラズマ生成容器 ３６ プラズマ ３８ 電子 ４０ エネルギー設定電源 ４４ 引出し電極 ４８ 引出し電源 ５０ 筒 ５２ コイル ５４ 磁場電源

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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
   当該基板を処理するイオン処理装置において、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
   外側に設けられていて導入されたガスを用いてプラズマ
   を生成するプラズマ源と、このプラズマ源内のプラズマ
   中から電子を引き出すものであって電子引出し用の孔を
   有する引出し電極と、この引出し電極とファラデーカッ
   プとの間に接続されていて前者に正電圧を印加する引出
   し電源と、前記ファラデーカップとプラズマ源との間に
   接続されていて前者に正電圧を印加するエネルギー設定
   電源と、前記引出し電極の電子引き出し側と前記ファラ
   デーカップの孔との間を連結するものであって前記引出
   し電極と同電位の筒と、この筒と前記ファラデーカップ
   との間に介在させた絶縁物と、前記筒内にその軸方向に
   沿う磁束であって、前記引出し電極から引き出された電
   子をガイドしてファラデーカップ内へ導くガイド用の磁
   束を発生させる磁束発生手段とを備えることを特徴とす
   るイオン処理装置。
2. 【請求項２】 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
   当該基板を処理するイオン処理装置において、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
   外側に設けられていて導入されたガスを用いてプラズマ
   を生成するプラズマ源と、このプラズマ源内のプラズマ
   中から電子を引き出すものであって電子引出し用の孔を
   有する引出し電極と、この引出し電極とファラデーカッ
   プとの間に接続されていて前者に正電圧を印加する電圧
   可変の引出し電源と、前記ファラデーカップとプラズマ
   源との間に接続されていて前者に正電圧を印加するエネ
   ルギー設定電源と、前記引出し電極の電子引き出し側と
   前記ファラデーカップの孔との間を連結するものであっ
   て前記引出し電極と同電位の筒と、この筒と前記ファラ
   デーカップとの間に介在させた絶縁物と、前記筒内にそ
   の軸方向に沿う磁束であって、前記引出し電極から引き
   出された電子をガイドしてファラデーカップ内へ導くガ
   イド用の磁束を発生させる磁束発生手段とを備えること
   を特徴とするイオン処理装置。
3. 【請求項３】 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
   当該基板を処理するイオン処理装置であって、更に、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
   の孔の外側に設けられていて導入されたガスを用いてプ
   ラズマを生成するプラズマ源と、このプラズマ源内のプ
   ラズマ中から電子を引き出すものであって電子引出し用
   の孔を有する引出し電極と、この引出し電極とファラデ
   ーカップとの間に接続されていて前者に正電圧を印加す
   る引出し電源と、前記ファラデーカップとプラズマ源と
   の間に接続されていて前者に正電圧を印加するエネルギ
   ー設定電源と、前記引出し電極の電子引き出し側と前記
   ファラデーカップの孔との間を連結するものであって前
   記引出し電極と同電位の筒と、この筒と前記ファラデー
   カップとの間に介在させた絶縁物と、前記筒内にその軸
   方向に沿う磁束であって、前記引出し電極から引き出さ
   れた電子をガイドしてファラデーカップ内へ導くガイド
   用の磁束を発生させる磁束発生手段とを備えるイオン処
   理装置を用いて、前記電子をファラデーカップ内へ導入
   しつつ、当該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して、
   イオンビーム照射処理された基板を得ることを特徴とす
   る処理基板の製造方法。