JP3624566B2

JP3624566B2 - イオン照射装置

Info

Publication number: JP3624566B2
Application number: JP20288496A
Authority: JP
Inventors: 勝男内藤
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH1027569A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオンビームを一次元で静電的または磁気的に走査すると共に、基板をイオンビームの走査方向と実質的に直交する方向に機械的に走査して基板にイオン注入等の処理を施す、いわゆるハイブリッドスキャン方式の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。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドスキャン方式のイオン照射装置は、例えば特開平４−２２９００号公報等に開示されているが、その一例を図４に示す。
【０００３】
このイオン照射装置は、図示しないイオン源から引き出され、かつ必要に応じて質量分析、加速等が行われたスポット状のイオンビーム２を、走査電源１６から互いに１８０度位相の異なる走査電圧が印加される二組の走査電極４および６の協働によってＸ方向（例えば水平方向。以下同じ）に静電的に高速度で、例えば数百Ｈｚ程度で平行走査（パラレルスキャン）し、これをホルダ１０に保持された基板（例えばウェーハ）８に照射してイオン注入等の処理を施すよう構成されている。イオンビーム２は、図に示すように、その走査領域３の一端部３ａから中心部３ｃを経由して他端部３ｂまで往復走査される。
【０００４】
走査電源１６は、この例では、互いに１８０度位相の異なる三角波状の走査電圧＋Ｖおよび−Ｖを出力するものであり、三角波状の走査信号Ｓを発生する走査信号発生器１８と、それからの走査信号Ｓを昇圧して互いに逆極性の走査電圧＋Ｖおよび−Ｖをそれぞれ出力する高圧増幅器２０および２２とを備えている。
【０００５】
一方、基板８を保持するホルダ１０をアーム１２に取り付け、このアーム１２を可逆転式のモータ（例えばダイレクトドライブモータ）１４によって矢印Ｒのように往復旋回させることによって、ホルダ１０をイオンビーム２の走査領域３において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向（例えば垂直方向。以下同じ）に機械的に往復走査するようにしている。これと、イオンビーム２の前記走査との協働（ハイブリッドスキャン）によって、基板８の全面に均一にイオン照射が行われるようにしている。
【０００６】
なお、ハイブリッドスキャン方式の場合、イオンビーム２を磁場によって走査する場合もある。また、イオンビーム２を必ずしもこの例のように平行走査しない場合もある。また、ホルダ１０を前記Ｙ方向に往復直線運動させる場合もある。ホルダ１０を上記のように往復走査する代わりに、ウェーハディスクを一方向に回転させる場合もある。
【０００７】
ところで、基板８にイオン注入等の処理を施す場合、イオンビームの照射に伴って基板８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問題がある。
【０００８】
これを防止するために、ホルダ１０の上流側近傍１１におけるイオンビーム走査領域３のほぼ中心部３ｃの外側に、図５に示すようなプラズマシャワー装置３０を設けている。このプラズマシャワー装置３０は、プラズマ３６を生成してそれを小孔３４を経由して、イオンビーム２の走査方向Ｘに交差する（より具体的にはほぼ直交する）方向からイオンビーム走査領域３の中心部３ｃ付近に向けて供給するプラズマソース部３２と、このプラズマソース部３２の周囲に巻かれていて、直流のソースコイル電源３７によって励磁されてプラズマソース部３２の軸方向にほぼ沿う磁束４０を発生させるソースコイル３８とを有している。この磁束４０は、プラズマソース部３２におけるプラズマ３６の生成に寄与すると共に、当該プラズマ３６をイオンビーム走査領域３へガイドする働きをする。
【０００９】
上記のようにしてプラズマシャワー装置３０からイオンビーム走査領域３へプラズマ３６を供給すると、当該プラズマ３６中の電子（これは通常は例えば数十ｅＶ程度以下の低エネルギーである）は、イオンビーム２内にその正電位によって引き込まれる。基板８（図４参照）が帯電している場合はそれによってイオンビーム２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８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８への引込みは自動的に止む。このようにして、電子が基板８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８の帯電を抑制することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記プラズマ３６中の電子をイオンビーム２中にその電位によって引き込ませるためには、プラズマ３６をイオンビーム２のできるだけ近傍に供給する必要がある。
【００１１】
ところが上記イオン照射装置では、イオンビーム２はＸ方向に走査されてその時間的位置が変化しているのに、プラズマシャワー装置３０からのプラズマ３６の供給は、イオンビーム走査領域３のほぼ中心部３ｃ付近に向けてのスタティック（静的）なものであり、従って走査されるイオンビーム２に対してプラズマ３６の供給、ひいては電子の供給が十分に追従していなかった。
【００１２】
即ち、上記のようにイオンビーム２をＸ方向に高速で走査する場合、イオンビーム２がプラズマシャワー装置３０の近傍、即ち走査領域３の中心部３ｃ付近にあるときは、プラズマ３６をイオンビーム２の近傍に十分に供給することはできるけれども、イオンビーム２が遠ざかった場所、即ち走査領域３の両端部３ａ、３ｂ付近に走査されたときは、プラズマ３６をイオンビーム２の近傍に十分に供給することはできない。従ってそのときは、イオンビーム照射に伴う基板８の帯電を十分に抑制することはできない。
【００１３】
特に近年は、基板８の大口径化が進んでおり、それに対応してイオンビーム２の走査幅も大きくなっているので、上記問題は一層深刻化している。
【００１４】
そこでこの発明は、イオンビームの走査位置に追従してプラズマを供給して、イオンビーム走査領域の全域においてほぼ一様に基板の帯電を抑制することができるイオン照射装置を提供することを主たる目的とする。
【００１５】
【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、前記イオンビームの走査方向にほぼ沿う磁束を発生させるものであって、当該磁束と前記ソースコイルによる磁束とによって合成磁界を形成し得る位置に設けられた補助コイルと、この補助コイルに、前記イオンビームの走査に同期した交流の補助コイル電流を供給する補助コイル電源とを備えることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、プラズマシャワー装置のソースコイルによるイオンビーム走査方向に交差する方向の直流磁界と、補助コイルによるイオンビーム走査方向にほぼ沿っていて向きが反転する交流磁界とが合成された合成磁界が形成される。しかもこの補助コイルに供給する補助コイル電流はイオンビームの走査に同期したものであるため、上記合成磁界は、イオンビームの走査に追従して、プラズマシャワー装置からイオンビームの走査位置方向（またはその逆方向）に向かうものとなる。プラズマシャワー装置からのプラズマは、この合成磁界にガイドされてイオンビームに供給される。従って、イオンビームの走査位置に追従して当該イオンビームにプラズマを供給することができる。その結果、イオンビーム走査領域の全域においてほぼ一様に基板の帯電を抑制することができる。
【００１７】
【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におけるプラズマシャワー装置周りの一例を示す断面図である。図５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。
【００１８】
この実施例においては、前述したイオンビーム２の走査領域３を挟んでプラズマシャワー装置３０に（より具体的にはそのプラズマソース部３２に）対向する位置に、即ちイオンビーム走査領域３の中心部３ｃのプラズマシャワー装置３０とは反対側の外側付近に、空心筒状の補助コイル４２を、その中心軸がイオンビーム２の走査方向Ｘにほぼ平行になるように配置している。従ってこの補助コイル４２は、イオンビーム２の走査方向Ｘにほぼ沿う磁束４４を発生させる。この補助コイル４２による磁界の最大値は、例えば数ガウス〜数十ガウス程度である。
【００１９】
この補助コイル４２には、補助コイル電源４６から、イオンビーム２の走査に同期した交流の補助コイル電流Ｉを供給する。具体的には、この例では、イオンビーム２がその走査領域３の一端部３ａ付近にあるときには補助コイル４２から図１中に示す向きに最大の磁束４４を発生させ、他端部３ｂ付近にあるときには図１中とは逆向きに最大の磁束４４を発生させ、中心部３ｃ付近にあるときには磁束４４をほぼ０にするような補助コイル電流Ｉを供給する。
【００２０】
より具体的には、図４で説明した走査信号発生器１８から出力される走査信号Ｓは、例えば図２に示すような三角波状をしており、それが負側のピークにあるときにはイオンビーム２はその走査領域３の前記一端部３ａに来るように走査され、走査信号Ｓが正側のピークにあるときはイオンビーム２は前記他端部３ｂに来るように走査される。補助コイル電源４６は、この走査信号Ｓを用いて（例えばそれを増幅して）、この走査信号Ｓの波形に相似形かつ同期した、即ち同一周波数かつ同一位相の交流の補助コイル電流Ｉを補助コイル４２に供給する。これによって、上記のようにイオンビーム２のＸ方向の走査に同期した補助コイル電流Ｉを補助コイル４２に供給することができる。
【００２１】
上記構成によれば、プラズマシャワー装置３０のソースコイル３８によるイオンビーム走査方向Ｘに直交する方向の直流磁界４０と、補助コイル４２によるイオンビーム走査方向Ｘに平行で向きが反転する交流磁界４４とが合成された合成磁界４８が形成される。しかもこの補助コイル４２に供給する補助コイル電流Ｉはイオンビーム２の走査に同期したものであるため、上記合成磁界４８は、イオンビーム２の走査に追従して、常にプラズマシャワー装置３０から（より具体的には、そのプラズマソース部３２の小孔３４付近から）イオンビーム２の走査位置方向に向かうものとなる。即ち、▲１▼図１に示すようにイオンビーム２がその走査領域３の一端部３ａ付近にあるときには、合成磁界４８は図１に示すように左に大きく湾曲して当該一端部３ａ付近に向かい、▲２▼イオンビーム２が他端部３ｂ付近にあるときには、合成磁界４８は図１とは反転して右に大きく湾曲して当該他端部３ｂ付近に向かい、▲３▼イオンビーム２が中心部３ｃ付近にあるときには、交流磁界４４が０になり、直流磁界４０のみとなって、合成磁界４８は当該中心部３ｃ付近に向かう。
【００２２】
プラズマシャワー装置３０からのプラズマ３６は、この合成磁界４８にガイドされてイオンビーム２に供給される。従って、イオンビーム２の走査位置に追従して当該イオンビーム２にプラズマ３６を供給することができる。その結果、イオンビーム走査領域３の全域においてほぼ一様に基板８（図４参照）の帯電を抑制することができる。従って基板８の大口径化にも十分に対応することができる。
【００２３】
他の実施例を示すと、図３に示すように、プラズマシャワー装置３０の前方付近に、イオンビーム２の走査領域３の一端部３ａ付近および他端部３ｂ付近をそれぞれ取り囲むように、二つの空心筒状の補助コイル４２を、その中心軸がイオンビーム２の走査方向Ｘにほぼ平行になるように配置しても良い。両補助コイル４２は、互いに同じ向きに磁束４４を発生させるように励磁される。従ってこの両補助コイル４２によって、イオンビーム２の走査方向Ｘにほぼ沿う磁束４４を発生させることができる。
【００２４】
両補助コイル４２は、互いに直列接続して、図１の実施例の場合と同様に、補助コイル電源４６から、イオンビーム２の走査に同期した交流の、より具体的には前述した走査信号Ｓの波形に相似形かつ同期した、即ち同一周波数かつ同一位相の交流の補助コイル電流Ｉを供給する。
【００２５】
この実施例の場合も、プラズマシャワー装置３０のソースコイル３８によるイオンビーム走査方向Ｘに直交する方向の直流磁界４０と、両補助コイル４２によるイオンビーム走査方向Ｘに平行で向きが反転する交流磁界４４とが合成された合成磁界４８が形成される。しかもこの補助コイル４２に供給する補助コイル電流Ｉはイオンビーム２の走査に同期したものであるため、上記合成磁界４８は、イオンビーム２の走査に追従して、常にプラズマシャワー装置３０からイオンビーム２の走査位置方向に向かうものとなり、プラズマシャワー装置３０からのプラズマ３６は、この合成磁界４８にガイドされてイオンビーム２に供給される。従って、イオンビーム２の走査位置に追従して当該イオンビーム２にプラズマ３６を供給することができる。その結果、イオンビーム走査領域３の全域においてほぼ一様に基板８（図４参照）の帯電を抑制することができる。
【００２６】
またこの図３の実施例の場合は、補助コイル４２の中心部の磁束４４を利用するので、図１の実施例の場合よりも磁界利用の効率が高いという利点がある。
【００２７】
なお、プラズマ３６は上記合成磁界４８の向きまたはその逆向きのいずれにも沿って動くことができるので、合成磁界４８の上下方向の向きは上記例とは逆向きでも良い。即ち、ソースコイル３８による磁束４０および補助コイル４２による磁束４４の両者は共に、上記例とは逆向きにしても良い。
【００２８】
また、補助コイル４２に供給する補助コイル電流Ｉの波形は、正弦波等でも良い。補助コイル４２はコアを有するコイルでも良い。
【００２９】
イオンビーム走査領域３は、例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度、イオンビーム２の走査周波数は例えば１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ程度である。プラズマソース部３２でのプラズマ生成方式は、アーク放電式、高周波放電式、ＥＣＲ放電式等を問わない。
【００３０】
また、この発明は、図４に示した例以外のハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置、具体的には前述したように、イオンビーム２を平行走査しない装置、イオンビーム２を磁場によって走査する装置、ホルダ１０を往復直線運動させる装置、またはホルダ１０を往復走査する代わりにウェーハディスクを一方向に回転させる装置、等にも勿論適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、プラズマシャワー装置のソースコイルによる直流磁界と補助コイルによる交流磁界との合成磁界が形成され、しかもこの合成磁界は、イオンビームの走査に追従して、プラズマシャワー装置からイオンビームの走査位置方向またはその逆方向に向かうものとなる。プラズマシャワー装置からのプラズマは、この合成磁界にガイドされてイオンビームに供給される。従って、イオンビームの走査位置に追従して当該イオンビームにプラズマを供給することができる。その結果、イオンビーム走査領域の全域においてほぼ一様に基板の帯電を抑制することができる。従って、基板の大口径化にも十分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオン照射装置におけるプラズマシャワー装置周りの一例を示す断面図である。
【図２】イオンビームの走査位置と、走査信号および補助コイル電流との関係の一例を示す図である。
【図３】この発明に係るイオン照射装置におけるプラズマシャワー装置周りの他の例を示す断面図である。
【図４】ハイブリッドスキャン方式のイオン照射装置の一例を部分的に示す斜視図である。
【図５】従来のイオン照射装置におけるプラズマシャワー装置周りの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２イオンビーム
８基板
１０ホルダ
３０プラズマシャワー装置
３２プラズマソース部
３６プラズマ
３８ソースコイル
４０磁束
４２補助コイル
４４磁束
４６補助コイル電源
４８合成磁界
Ｉ補助コイル電流

Claims

イオンビームを一方向に往復走査すると共に、基板を保持するホルダをイオンビームの走査方向と実質的に直交する方向に機械的に走査して、ホルダ上の基板にイオン注入等の処理を施す構成のイオン照射装置であって、ホルダの上流側近傍におけるイオンビームの走査領域の外側に設けられていて、プラズマを生成してそれをイオンビームの走査方向に交差する方向からイオンビームの走査領域に供給するプラズマソース部と、このプラズマソース部の周囲に巻かれていて当該プラズマソース部の軸方向にほぼ沿う磁束を発生させるソースコイルとを有するプラズマシャワー装置を備えるものにおいて、前記イオンビームの走査方向にほぼ沿う磁束を発生させるものであって、当該磁束と前記ソースコイルによる磁束とによって合成磁界を形成し得る位置に設けられた補助コイルと、この補助コイルに、前記イオンビームの走査に同期した交流の補助コイル電流を供給する補助コイル電源とを備えることを特徴とするイオン照射装置。