JP4092416B2 - イオンビーム照射装置およびホルダ駆動装置 - Google Patents
イオンビーム照射装置およびホルダ駆動装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム照射装置、および、そのような装置において基板を保持するホルダの駆動に用いられるホルダ駆動装置に関し、より具体的には、ホルダ駆動用のモータによって生じる磁場であって、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にする手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビーム照射装置において、基板にイオンビームを照射すると、イオンビーム中のイオンの正電荷で基板表面がチャージアップし、やがて放電が起きて基板の表面が損傷を受ける。例えば、基板の表面に形成されている半導体デバイスが破壊される。
【０００３】
このチャージアップを抑制（緩和）するために、従来から、イオンビーム照射と同時に、電子供給源から、電子や、電子を含んだプラズマ（換言すればプラズマ中の電子）を基板に供給して、イオンの正電荷を電子の負電荷で中和することが行われている（例えば、特許文献１参照）。即ち、イオンビームによる正電荷の供給に見合うだけ十分な量の負電荷を供給し得る電子またはプラズマを基板に到達させて、基板表面の電荷の蓄積を抑制するのである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−９３１４１号公報（第２頁、第１図）
【０００５】
このとき、基板表面において、イオンビームが到達していない所では、電子のみが基板に供給されて負にチャージアップし、電子のエネルギーが高いとこのチャージアップ電圧も高くなる。その結果例えば、基板表面に形成されている半導体デバイス（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等）の絶縁耐圧以上にチャージアップ電圧がなると、当該デバイスが破壊されるという問題が生じる。
【０００６】
従って、上記電子供給源は、通常、イオンビームによる正電荷蓄積を緩和するのに十分な量の電子を基板に供給できるものとされ、かつその電子のエネルギーは、当該電子によるチャージアップ電圧が基板上のデバイスの絶縁耐圧以下になるよう十分に小さく調整される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような低エネルギーで大量の電子を基板に供給する場合、基板表面に磁場が存在すると、それによって電子の自由な運動が抑制されて、電子の供給が阻害ないし乱され、電子の供給不足が生じてチャージアップが大きくなる。
【０００８】
これを、図６に示すイオンビーム照射装置の場合について以下に詳述する。
【０００９】
このイオンビーム照射装置は、ホルダ６に保持された基板４にイオンビーム２を照射して、当該基板４にイオン注入等の処理を施す装置である。基板４およびホルダ６は、例えば円板状をしている。ホルダ６は、例えばアルミニウム等の非磁性材料から成る。
【００１０】
このイオンビーム照射装置は、基板４を保持するホルダ６を取り付けてそれを駆動することに用いられるホルダ駆動装置１１を備えている。このホルダ駆動装置１１は、少なくとも、ホルダ６を駆動するためのモータ１２を備えている。更にこの例では、より機能を充実させるために、ホルダ昇降機構３４、ツイストモータ２８等を備えているけれども、これらは、後述するように、必要に応じて省略しても良い。
【００１１】
基板４の全面にイオンビーム２を照射するために、この例では、イオンビーム２は、Ｘ方向（例えば水平方向）に電界または磁界によって往復走査され、ホルダ６およびそれに保持された基板４は、ホルダ昇降機構３４によってＹ方向（例えば垂直方向）に機械的に往復駆動される。
【００１２】
ホルダ６の上流側近傍には、前記電子供給源の一例として、この例ではプラズマ発生装置８が設けられている。このプラズマ発生装置８は、プラズマ（当然、電子を含む）１０を発生させてそれをイオンビーム２の経路に供給して、プラズマ１０中の電子をイオンビーム２と共に基板４に供給して基板表面のチャージアップを抑制するものである。
【００１３】
ホルダ駆動装置１１は、この例では、ホルダ６に対して水平状態で基板４の着脱を行い、ホルダ６を立てた状態で基板４にイオンビーム２の照射を行う等のために、ホルダ６を矢印Ｒに示すように駆動して（往復回転させて）、ホルダ６の傾き角度θを変化させるモータ１２を備えている。このモータ１２を、後で述べるツイストモータ２８と区別するために、チルトモータと呼ぶ。傾き角度θは、例えば、垂直４４に対して０°（即ちホルダ６が垂直状態）〜９０°（即ちホルダ６が水平状態）の範囲で変化させることができる。基板４に対するイオンビーム２の照射は、例えば、θ＝７°程度で行われる。なお、ホルダ６の傾き角度θを変化させるということは、換言すれば、イオンビーム２に対するホルダ６および基板４の角度を変化させることでもある。
【００１４】
このチルトモータ１２は、ホルダ６に連結された回転子１４と、この回転子１４を上記矢印Ｒのように往復回転させるものであって上記ホルダ昇降機構３４の軸３２に支持された固定子２０とを備えている。このチルトモータ１２は、言わば、リニアモータを半円状に曲げたようなもの、あるいは円形のモータを約半分に切ったようなものであり、以下では簡略化して半円構造のモータと呼ぶ場合がある。
【００１５】
回転子１４は、ホルダ６側が開いた半円状に、かつ外側（外周部）の極性Ｎ、Ｓが交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石１６と、この永久磁石１６の内周部を互いに磁気的に結合する半円状のヨーク１８とを有している。各永久磁石１６の磁極は、それぞれ、回転子１４の半径方向における内側と外側とに形成されている。ヨーク１８は、高透磁率の磁性材料から成る。この回転子１４は、具体的にはこの例では、図２にも示すように、ホルダ６の右端部後方に位置している。従って、この回転子１４に対応する固定子２０も同様である。
【００１６】
ホルダ６は、この例では、ツイストモータ２８等を介して、チルトモータ１２の回転子１４に取り付けている。より具体的には、ホルダ６は、回転子１４のヨーク１８に非磁性材料から成る支持部材２６を介して支持されたツイストモータ２８の回転軸３０に取り付けられている。ツイストモータ２８は、ホルダ６および基板４を、矢印Ｑに示すように自転方向に回転させるものであるが、必須のものではない。
【００１７】
固定子２０は、上記回転子１４（より具体的にはその永久磁石１６）の外側にギャップ１９をあけて対向して配置された固定子巻線２４を有している。より具体的には、永久磁石１６にギャップ１９をあけて対向するように配置された複数個の磁極２２を有しており、その各々に固定子巻線２４が巻かれている。この固定子巻線２４に流す電流の大きさおよび方向を制御することによって、回転子１４を上記矢印Ｒのように往復回転させることができる。
【００１８】
このようなチルトモータ１２は、比較的簡単に精度（この例では傾き角度θの制御精度）の高い駆動機構を実現することができるという利点を有しているけれども、回転子１４の両端が磁気的に開放されているため、そこから比較的大きな漏れ磁場が発生し、ホルダ６および基板４の表面に、比較的大きな、かつ不均一な磁場を生じさせる。それによって前述したように、電子の自由な動きが抑制されて基板に供給される電子にむらが生じて、基板表面のチャージアップが大きくなる。なお、基板４は通常は非常に薄いので、磁場の強さや分布に関しては、基板４の表面とホルダ６の表面とでは互いにほぼ同じであると考えて良く、どちらの表面で表現しても良い。
【００１９】
上記のような課題に対処するために、プラズマ発生装置８から基板４に、上記磁場の影響を打ち消して十分なだけの電子を供給しようとすると、プラズマ発生装置８の寿命を縮めたり、余分なエネルギーを消費したりする等の問題が生じる。
【００２０】
また、基板４の表面に空間的に局在して磁場が存在すると、その領域では電子の供給不足による正のチャージアップ増大が生じ、その領域への電子供給量を含めた全体の電子供給量を増加すると、プラズマ発生装置８から供給する電子に含まれる高エネルギー電子の量も不可避的に増加するので、他の磁場の小さい領域ではこの高エネルギー電子による負のチャージアップが大きくなってしまう。
【００２１】
このように、基板表面に、上記のようなチルトモータ１２による磁場が存在し、しかもそれが不均一であると、基板表面のチャージアップを均一にしかつ小さく抑制することが困難になる。
【００２２】
そこでこの発明は、上記のような半円構造のモータを備える装置において、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることを主たる目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１のイオンビーム照射装置は、前記ホルダの裏面に沿って配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記半円構造のモータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えていることを特徴としている（請求項１に対応）。
【００２４】
上記構成によれば、上記モータの回転子の一方の端部から、一方の磁路部材、シールド板および他方の磁路部材を経て、回転子の他方の端部に至る閉磁路（第１の閉磁路）が形成される。その結果、回転子の端部から出た磁力線がシールド板によって遮られてホルダの表面側へ到達しにくくなるだけでなく、回転子の一方の端部から出た磁力線は、上記閉磁路を通って回転子の他方の端部に入るように確実に導かれて他へ漏れにくくなるので、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００２５】
この発明に係る第２のイオンビーム照射装置は、前記半円構造のモータの回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴としている（請求項２に対応）。
【００２６】
回転子の両端に位置する永久磁石からは、その周方向外側には相手となる永久磁石が存在しないので、何もしないと、他の永久磁石からよりも大きな磁場が外に漏れ出す。これに対して、上記のような構成を採用すると、（ａ）両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくしているので、両端に位置する永久磁石が発生する磁場が、他の永久磁石に比べて元々弱くなり、そのぶん外に漏れ出す磁場も弱くなる。（ｂ）上記磁性部材によって、両端の永久磁石のすぐ外側に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ閉磁路（第２の閉磁路）がそれぞれ形成され、この第２の閉磁路によって、回転子の両端の永久磁石のＮ極から外に漏れ出そうとする磁力線を当該永久磁石のＳ極へ効率良く導くことができるので、外に漏れ出す磁場を小さくすることができる。この（ａ）（ｂ）両作用が相俟って、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００２７】
この発明に係る第３のイオンビーム照射装置は、上記第１のイオンビーム照射装置の特徴的構成と第２のイオンビーム照射装置の特徴的構成とを併有している（請求項３に対応）。その結果、第１のイオンビーム照射装置の特徴的構成による上記作用と、第２のイオンビーム照射装置の特徴的構成による上記作用とを併せて奏することができるので、ホルダに保持される基板表面における磁場をより小さくすると共に、その磁場分布をより均一にすることができる。
【００２８】
この発明に係る第１のホルダ駆動装置は、前記ホルダの裏面に沿う位置に配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記半円構造のモータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えていることを特徴としている（請求項４に対応）。
【００２９】
この発明に係る第２のホルダ駆動装置は、前記半円構造のモータの回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴としている（請求項５に対応）。
【００３０】
この発明に係る第３のホルダ駆動装置は、上記第１のホルダ駆動装置の特徴的構成と第２のホルダ駆動装置の特徴的構成とを併有している（請求項６に対応）。
【００３１】
上記第１ないし第３のホルダ駆動装置は、上記第１ないし第３のイオンビーム照射装置の特徴的構成と同様の特徴的構成をそれぞれ有しているので、第１ないし第３のイオンビーム照射装置について上述したのと同様の作用効果をそれぞれ奏する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るホルダ駆動装置を備えるイオンビーム照射装置の一例を示す概略断面図である。図２は、図１あるいは図３中のホルダ周りをその正面から見て示す図である。図６に示した装置と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においてはそれとの相違点を主に説明する。
【００３３】
このイオンビーム照射装置は、前記ホルダ６の裏面に沿って配置されていて磁性材料から成るシールド板３６を備えている。より具体的には、このイオンビーム照射装置を構成するホルダ駆動装置１１は、前記ホルダ６の裏面に沿う位置に配置されていて磁性材料から成るシールド板３６を備えている。このシールド板３６は、ホルダ６の裏面のできるだけ広い範囲をカバーする大きさのものが好ましく、この実施例では、ホルダ６とほぼ同じ大きさにして、ホルダ６の裏面のほぼ全面をカバーするようにしている。即ち、シールド板３６は、この例では、ホルダ６とほぼ同じ大きさの円板状をしている。
【００３４】
またこの例では、前述したようにツイストモータ２８によってホルダ６および基板４を回転させる構造であるため、ホルダ６の裏面とシールド板３６との間に小さな隙間４０を設けている。また、シールド板３６には、ツイストモータ２８の回転軸３０が貫通する穴３８を設けている。但し、前述したようにツイストモータ２８を設けない場合もあり、その場合は、ホルダ６をチルトモータ１２の回転子１４に適当な手段によって取り付ければ良い。また、隙間４０を設けずに、ホルダ６の裏面にシールド板３６を接触させても良い。穴３８を設ける必要もない。
【００３５】
更にこのイオンビーム照射装置は、より具体的にはそれを構成するホルダ駆動装置１１は、前記チルトモータ１２の回転子１４の両端部とシールド板３６との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材４２を備えている。より具体的には、この例では、各磁路部材４２は、断面がほぼ四角形の板状ないし棒状をしており、回転子１４のヨーク１８の両端部とシールド板３６の周縁部とをそれぞれ接続して、それらの間を磁気的に結合している。但し、各磁路部材４２は、回転子１４の両端に位置する永久磁石１６にそれぞれ直に接続して、当該各永久磁石１６とシールド板３６とをそれぞれ磁気的に結合するようにしても良い。また、後述する図３の例のように磁性部材４６を併用する場合は、各磁路部材４２は、当該各磁性部材４６にそれぞれ直に接続して、当該各磁性部材４６とシールド板３６とをそれぞれ磁気的に結合するようにしても良い。
【００３６】
上記シールド板３６および磁路部材４２を構成する磁性材料は、いずれも、高透磁率（例えば透磁率が７００〜１０００程度以上）のものほど好ましい。換言すれば、上記磁性材料は、いずれも強磁性体で構成するのが好ましい。そのようにすれば、閉磁路の磁気抵抗をより小さくすることができるので、以下の作用効果をより高めることができる。
【００３７】
上記のように構成することによって、チルトモータ１２の回転子１４の一方の端部から、一方の磁路部材４２、シールド板３６および他方の磁路部材４２を経て、回転子１４の他方の端部に至る閉磁路（第１の閉磁路）が形成される。その結果、回転子１４の端部から出た磁力線がシールド板３６によって遮られてホルダ６の表面側へ到達しにくくなるだけでなく、回転子１４の一方の端部から出た磁力線は、上記閉磁路を通って回転子１４の他方の端部に入るように確実に導かれて他へ漏れにくくなるので（図３中の磁力線４８参照）、ホルダ６に保持される基板４の表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。その結果、プラズマ発生装置８からのプラズマ１０中の電子を基板４にむらなく均一に供給して、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００３８】
この作用効果を分説すると以下のとおりである。以下のことは、図５に示す測定結果によっても裏付けられている。
【００３９】
（１）図６に示した装置で基板表面の磁束密度の最大値は約１．７ｍＴであったけれども、図１に示した装置では、これを１ｍＴ以下に下げることが可能になる。
【００４０】
（２）図６に示した装置では、前述したように、磁場の強い領域で電子の供給不足による正のチャージアップが生じていたけれども、図１に示した装置では、基板表面の磁場強度の低減と磁場分布の均一性の向上とによって、このようなチャージアップを抑制することができる。
【００４１】
（３）図６に示した装置では、前述したように、磁場の強い領域のチャージアップを抑制するためにプラズマ発生装置８からの電子供給量を増加した場合には、磁場の小さい領域では電子の供給過多になって負のチャージアップが生じていたけれども、図１に示した装置では、上記（２）に示す作用効果に伴って、電子の供給量を増加させずに済むので、このようなチャージアップをも抑制することができる。
【００４２】
（４）上記（２）および（３）の結果として、基板表面のチャージアップ抑制に必要な電子供給量が減ると共に、電子供給量の最適量の許容範囲も広くなる。この最適量の許容範囲は、イオンビーム量との兼ね合いで、基板表面のチャージアップを所定以下に抑えることのできる電子の最適な量の許容範囲のことである。これは換言すれば、同一のプラズマ発生装置８で対応することのできるイオンビーム２のビーム電流範囲が広がることであり、プラズマ発生装置８の裕度が広がると言うこともできる。
【００４３】
（５）上記のような作用によって、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができるので、例えば、基板４の表面に半導体デバイスが形成されている場合、それのチャージアップによる破壊を効果的に抑制することができる。
【００４４】
次に、この発明の他の実施の形態を、図３を参照して説明する。
【００４５】
図３に示す装置では、前記回転子１４の両端（周方向の両端）に位置する永久磁石１６（以下、この永久磁石の符号を１６ａとする）を他の永久磁石１６よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石１６ａの周方向外側端部に、当該各永久磁石１６ａのＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材４６をそれぞれ設けている。
【００４６】
各磁性部材４６は、それに対応する（隣接する）各永久磁石１６ａの周方向外側の端面１７に接合しておくと取り扱いが容易になるので好ましいけれども、当該端面１７に接触させているだけでも良い。あるいは、近接させておくだけでも良い。いずれでも、上記磁気的な結合を実現することができる。
【００４７】
各磁性部材４６は、高透磁率（例えば透磁率が７００〜１０００程度以上）のものほど好ましい。換言すれば、各磁性部材４６は、強磁性体で構成するのが好ましい。そのようにすれば、各磁性部材４６における磁気抵抗をより小さくすることができるので、以下の作用効果をより高めることができる。
【００４８】
回転子１４の両端に位置する永久磁石１６ａからは、その周方向外側には相手となる永久磁石が存在しないので、何もしないと（例えば他の永久磁石１６と同じ構造のままだと）、他の永久磁石１６からよりも大きな磁場が外に漏れ出す。この両端の永久磁石１６ａが、ホルダ６方向への漏れ磁場の主要な原因になっていると言うこともできる。
【００４９】
これに対して、上記のような構成を採用すると、（ａ）両端に位置する永久磁石１６ａを他の永久磁石１６よりも小さくしているので、両端に位置する永久磁石１６ａが発生する磁場が、他の永久磁石１６に比べて元々弱くなり、そのぶん外に漏れ出す磁場も弱くなる。（ｂ）上記磁性部材４６によって、両端の永久磁石１６ａのすぐ外側に、当該各永久磁石１６ａのＮ極とＳ極とを結ぶ閉磁路（第２の閉磁路）がそれぞれ形成され、この第２の閉磁路によって、回転子１４の両端の永久磁石１６ａのＮ極から外に漏れ出そうとする磁力線を当該永久磁石１６ａのＳ極へ効率良く導くことができるので（図３中の磁力線５０参照）、外に漏れ出す磁場を小さくすることができる。この（ａ）（ｂ）両作用が相俟って、ホルダ６に保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。その結果、プラズマ発生装置８からのプラズマ１０中の電子を基板４にむらなく均一に供給して、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００５０】
なお、上記のように回転子１４の両端の永久磁石１６ａを小さくして磁性部材４６を設ける構成を採用すると、厳密に言えば、回転子１４の両端部においてチルトモータ１２としての駆動力が若干低下するけれども、両端部だけであるので、チルトモータ１２全体として見ればあまり悪影響はない。両端の永久磁石１６ａをどの程度に小さくするかは、この駆動力低下と、上記漏れ磁場低減作用との兼ね合いで定めれば良い。
【００５１】
また、磁性部材４６とそれに対応する永久磁石１６ａとを併せた全体の寸法は、他の永久磁石１６と同じ寸法にするのが好ましい。そうすると、回転子１４の構造設計、組み立て等が容易になる。その場合、磁性部材４６の占める割合は、それを大きくすると上記漏れ磁場低減作用が大きくなる反面、回転子１４の両端部における上記駆動力低下が大きくなり、逆にすればこの逆になるので、両者の兼ね合いで定めれば良い。例えば、各磁性部材４６とそれに対応する各永久磁石１６ａとを、回転子１４の周方向における寸法（長さ）で、５０％ずつにしても良いし、後述する実施例のように、各磁性部材４６を４０％にし各永久磁石１６ａを６０％にしても良い。磁性部材４６の割合を４０〜５０％程度にすれば、漏れ磁場低減作用と、チルトモータ１２の駆動力低下防止とを、特にうまく両立させることができる。
【００５２】
上記のように回転子１４の両端の永久磁石１６ａを小さくして磁性部材４６を設ける構成（第２の構成）は、それ自体で上記のような作用効果を奏するので、前述したシールド板３６および磁路部材４２を設ける構成（第１の構成）から独立してそれ単独で採用しても良い。また、図３に示す例のように、この第１および第２の両構成を併用しても良い。そのようにすると、第１の構成による上記作用と、第２の構成による上記作用とを併せて奏することができるので、ホルダ６に保持される基板表面における磁場をより小さくすると共に、その磁場分布をより均一にすることができる。
【００５３】
なお、チャージアップ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１０を発生させるプラズマ発生装置８の代わりに、電子だけを発生させてそれを基板４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。
【００５４】
また、上記のような第１の構成、あるいは第２の構成、あるいは第１および第２の構成を採用すると、上記のような電子供給源を設けていない場合においても、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。これは、上記のような電子供給源を設けていなくても、（ａ）イオンビーム２は正電荷を有しているのでその正電荷に引かれて当該イオンビームと共に基板４に到達する電子があり、かつ、（ｂ）イオンビーム２がホルダ６等に当たったときに放出される電子（２次電子）の内で基板４に戻って来る電子もあり、これら（ａ）（ｂ）の電子もイオンビーム２の照射に伴う基板表面のチャージアップを抑制する作用をする。その場合、上記のような構成を採用すると、基板表面における磁場を小さくすると共にその磁場分布を均一にすることができ、それによってこの（ａ）（ｂ）の電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００５５】
なお、上記ホルダ駆動装置１１において、昇降機能が不要な場合は、上記ホルダ昇降機構３４および軸３２を設けなくても良い。上記ツイストモータ２８については前述のとおりである。また、上記モータ１２を傾き角度θを変えること以外でホルダ６を駆動することに用いても良い。
【００５６】
【実施例】
図１または図３に示す構造の装置において、チルトモータ１２として、ＢＨエネルギー積（Ｂは磁束密度、Ｈは磁界の強さ）が約２．８×１０5 Ｔ・Ａ／ｍ、残留磁束密度が約１．２Ｔの永久磁石１６を回転子１４に有するものを用いた。永久磁石１６、１６ａのトータルの数は８個、即ち回転子１４は８極とした。
【００５７】
ホルダ６の裏面には、ホルダ６とほぼ同じ直径で、透磁率が約１０００の低炭素鋼から成る厚さ６ｍｍのシールド板３６を配置した。そして、このシールド板３６と、上記チルトモータ１２の回転子１４（より具体的にはそのヨーク１８）の両端部とを、同じく透磁率が約１０００の低炭素鋼から成る厚さ１０ｍｍの磁路部材４２でそれぞれ磁気的に結合して、磁力線の戻り回路を形成し、閉磁路を形成した。このようなシールド板３６および磁路部材４２を設けた構成（第１の構成）を採用したのが以下に言う実施例１の装置である。これは請求項１または４の発明に対応している。
【００５８】
また、回転子１４の両端の永久磁石１６ａの寸法を他の永久磁石１６の６０％にし、残り４０％を透磁率が約１０００の低炭素鋼から成る磁性部材４６にした構成（第２の構成）を採用したのが以下に言う実施例２の装置である。これは、請求項２または５の発明に対応している。
【００５９】
更に、図３に示すように上記第１および第２の構成を両方採用したのが以下に言う実施例３の装置である。これは、請求項３または６の発明に対応している。
【００６０】
一方、上記第１および第２のいずれの構成も採用していないのが以下に言う比較例の装置である。これは図５に示した装置に対応している。
【００６１】
上記実施例１〜３の装置および比較例の装置について、そのホルダ６上の円周方向の位置Ａ〜Ｊ（図４参照）における磁束密度の分布を測定した結果の一例を図５に示す。この磁束密度は、ホルダ６の表面に平行なＸ方向およびＹ方向のベクトル合成値である。Ｘ方向は前述したイオンビーム２の走査方向であり、Ｙ方向は前述したホルダ６の昇降方向である。前述したように、チルトモータ１２の回転子１４はホルダ６の右端部後方に位置しているので（図２、図４参照）、右側の測定点を左側に比べて増やしている。
【００６２】
この図５に示すように、比較例の装置では、ホルダ６の表面（これは前述したように磁気的には基板４の表面と同等である）での磁束密度は、特に大きい所では約１．７ｍＴもあり、しかも磁束密度の分布も大きく乱れていて不均一である。この磁束密度の特に大きい位置ＢおよびＦは、図４からも分かるように、チルトモータ１２の回転子１４の両端部近傍に対応している。
【００６３】
これに対して、実施例１および実施例２の装置では、ホルダ６の表面での磁束密度は比較例に比べて全体的に小さくなっており、しかも磁束密度の分布の均一性も比較例に比べて良くなっている。即ち、ホルダ６の全面で、磁束密度を、実施例１では約０．８ｍＴ以下に、実施例２では約１ｍＴ以下に、それぞれ低減させることができている。
【００６４】
更に、実施例３の装置では、ホルダ６の表面での磁束密度は全体的に非常に小さくなっており、しかも磁束密度の分布の均一性も非常に良くなっている。即ち、ホルダ６の全面で、磁束密度を０．３ｍＴよりも小さい約０．２ｍＴ以下に低減させることができている。この０．３ｍＴは、５ｅＶ以上のエネルギーの電子が基板表面付近で自由な運動ができる磁場強度であり、低エネルギーの電子をチャージアップ抑制に有効に活用するためには、磁場強度を０．３ｍＴ程度以下に下げることが好ましく、この実施例３ではそれが十分に可能である。
【００６５】
また、基板表面のチャージアップの評価として、表面に耐圧が６ＶのＭＯＳ型のＴＥＧ（テグ。Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐの略）を形成した基板４を用いて、エネルギーが７０ｋｅＶ、ビーム電流が１ｍＡのリン（Ｐ）のイオンビーム２を当該基板４に照射して、注入量５×１０14／ｃｍ2 でイオン注入を行ったときのＴＥＧの生存率（チャージアップによって破壊されずに生き残っている割合）を、上記実施例３の装置と上記比較例の装置とにおいて測定したところ、比較例の装置では約４０％であったのが、実施例３の装置では約９３％に向上した。
【００６６】
上記の場合、プラズマ発生装置８を用いており、それから基板４への、チャージアップを小さく抑制するために必要な電子供給量は、代表例として、比較例の装置では約５〜６ｍＡであったのに対して、実施例３の装置では約２〜５ｍＡであった。このように、実施例３の装置では、必要な電子供給量が減少すると共に、その許容範囲が広がっていることが確かめられた。このことは実施例１および実施例２の装置についても当てはまることである。
【００６７】
【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。
【００６８】
請求項１に記載の発明によれば、上記のようなシールド板および二つの磁路部材を備えているので、モータの回転子の一方の端部から、一方の磁路部材、シールド板および他方の磁路部材を経て、回転子の他方の端部に至る閉磁路（第１の閉磁路）が形成される。その結果、回転子の端部から出た磁力線がシールド板によって遮られてホルダの表面側へ到達しにくくなるだけでなく、回転子の一方の端部から出た磁力線は、上記閉磁路を通って回転子の他方の端部に入るように確実に導かれて他へ漏れにくくなるので、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００６９】
ひいては、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００７０】
請求項２に記載の発明によれば、（ａ）回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくしているので、両端に位置する永久磁石が発生する磁場が、他の永久磁石に比べて元々弱くなり、そのぶん外に漏れ出す磁場も弱くなる。（ｂ）上記磁性部材によって、両端の永久磁石のすぐ外側に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ閉磁路（第２の閉磁路）がそれぞれ形成され、この第２の閉磁路によって、回転子の両端の永久磁石のＮ極から外に漏れ出そうとする磁力線を当該永久磁石のＳ極へ効率良く導くことができるので、外に漏れ出す磁場を小さくすることができる。この（ａ）（ｂ）両作用が相俟って、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００７１】
ひいては、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００７２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の特徴的構成と請求項２に記載の発明の特徴的構成とを併有しているので、請求項１に記載の発明の上記効果と同様の効果と、請求項２に記載の発明の上記効果と同様の効果とを、併せて奏することができる。その結果、ホルダに保持される基板表面における磁場をより小さくすると共に、その磁場分布をより均一にすることができる。
【００７３】
ひいては、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性がより良くなるので、基板表面のチャージアップをより均一にすると共により小さく抑制することができる。
【００７４】
請求項４ないし６に記載の発明は、請求項１ないし３に記載の発明の特徴的構成と同様の特徴的構成をそれぞれ有しているので、請求項１ないし３に記載の発明の上記効果と同様の効果を、即ちホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができるという効果をそれぞれ奏する。
【００７５】
ひいては、この請求項４ないし６に記載の発明を、ホルダ上の基板に対するイオンビーム照射に用いれば、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るホルダ駆動装置を備えるイオンビーム照射装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１あるいは図３中のホルダ周りをその正面から見て示す図である。
【図３】ホルダからチルトモータの回転子にかけての部分の他の例を拡大して示す図である。
【図４】図１および図３中のホルダ上の円周方向の位置を示す図である。
【図５】図３中の各位置における磁束密度を測定した結果の一例を示す図である。
【図６】先行技術に係るイオンビーム照射装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２ イオンビーム
４ 基板
６ ホルダ
８ プラズマ発生装置（電子供給源）
１１ ホルダ駆動装置
１２ モータ（チルトモータ）
１４ 回転子
１６、１６ａ 永久磁石
２０ 固定子
２４ 固定子巻線
３６ シールド板
４２ 磁路部材
４６ 磁性部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム照射装置、および、そのような装置において基板を保持するホルダの駆動に用いられるホルダ駆動装置に関し、より具体的には、ホルダ駆動用のモータによって生じる磁場であって、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にする手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビーム照射装置において、基板にイオンビームを照射すると、イオンビーム中のイオンの正電荷で基板表面がチャージアップし、やがて放電が起きて基板の表面が損傷を受ける。例えば、基板の表面に形成されている半導体デバイスが破壊される。
【０００３】
このチャージアップを抑制（緩和）するために、従来から、イオンビーム照射と同時に、電子供給源から、電子や、電子を含んだプラズマ（換言すればプラズマ中の電子）を基板に供給して、イオンの正電荷を電子の負電荷で中和することが行われている（例えば、特許文献１参照）。即ち、イオンビームによる正電荷の供給に見合うだけ十分な量の負電荷を供給し得る電子またはプラズマを基板に到達させて、基板表面の電荷の蓄積を抑制するのである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−９３１４１号公報（第２頁、第１図）
【０００５】
このとき、基板表面において、イオンビームが到達していない所では、電子のみが基板に供給されて負にチャージアップし、電子のエネルギーが高いとこのチャージアップ電圧も高くなる。その結果例えば、基板表面に形成されている半導体デバイス（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等）の絶縁耐圧以上にチャージアップ電圧がなると、当該デバイスが破壊されるという問題が生じる。
【０００６】
従って、上記電子供給源は、通常、イオンビームによる正電荷蓄積を緩和するのに十分な量の電子を基板に供給できるものとされ、かつその電子のエネルギーは、当該電子によるチャージアップ電圧が基板上のデバイスの絶縁耐圧以下になるよう十分に小さく調整される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような低エネルギーで大量の電子を基板に供給する場合、基板表面に磁場が存在すると、それによって電子の自由な運動が抑制されて、電子の供給が阻害ないし乱され、電子の供給不足が生じてチャージアップが大きくなる。
【０００８】
これを、図６に示すイオンビーム照射装置の場合について以下に詳述する。
【０００９】
このイオンビーム照射装置は、ホルダ６に保持された基板４にイオンビーム２を照射して、当該基板４にイオン注入等の処理を施す装置である。基板４およびホルダ６は、例えば円板状をしている。ホルダ６は、例えばアルミニウム等の非磁性材料から成る。
【００１０】
このイオンビーム照射装置は、基板４を保持するホルダ６を取り付けてそれを駆動することに用いられるホルダ駆動装置１１を備えている。このホルダ駆動装置１１は、少なくとも、ホルダ６を駆動するためのモータ１２を備えている。更にこの例では、より機能を充実させるために、ホルダ昇降機構３４、ツイストモータ２８等を備えているけれども、これらは、後述するように、必要に応じて省略しても良い。
【００１１】
基板４の全面にイオンビーム２を照射するために、この例では、イオンビーム２は、Ｘ方向（例えば水平方向）に電界または磁界によって往復走査され、ホルダ６およびそれに保持された基板４は、ホルダ昇降機構３４によってＹ方向（例えば垂直方向）に機械的に往復駆動される。
【００１２】
ホルダ６の上流側近傍には、前記電子供給源の一例として、この例ではプラズマ発生装置８が設けられている。このプラズマ発生装置８は、プラズマ（当然、電子を含む）１０を発生させてそれをイオンビーム２の経路に供給して、プラズマ１０中の電子をイオンビーム２と共に基板４に供給して基板表面のチャージアップを抑制するものである。
【００１３】
ホルダ駆動装置１１は、この例では、ホルダ６に対して水平状態で基板４の着脱を行い、ホルダ６を立てた状態で基板４にイオンビーム２の照射を行う等のために、ホルダ６を矢印Ｒに示すように駆動して（往復回転させて）、ホルダ６の傾き角度θを変化させるモータ１２を備えている。このモータ１２を、後で述べるツイストモータ２８と区別するために、チルトモータと呼ぶ。傾き角度θは、例えば、垂直４４に対して０°（即ちホルダ６が垂直状態）〜９０°（即ちホルダ６が水平状態）の範囲で変化させることができる。基板４に対するイオンビーム２の照射は、例えば、θ＝７°程度で行われる。なお、ホルダ６の傾き角度θを変化させるということは、換言すれば、イオンビーム２に対するホルダ６および基板４の角度を変化させることでもある。
【００１４】
このチルトモータ１２は、ホルダ６に連結された回転子１４と、この回転子１４を上記矢印Ｒのように往復回転させるものであって上記ホルダ昇降機構３４の軸３２に支持された固定子２０とを備えている。このチルトモータ１２は、言わば、リニアモータを半円状に曲げたようなもの、あるいは円形のモータを約半分に切ったようなものであり、以下では簡略化して半円構造のモータと呼ぶ場合がある。
【００１５】
回転子１４は、ホルダ６側が開いた半円状に、かつ外側（外周部）の極性Ｎ、Ｓが交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石１６と、この永久磁石１６の内周部を互いに磁気的に結合する半円状のヨーク１８とを有している。各永久磁石１６の磁極は、それぞれ、回転子１４の半径方向における内側と外側とに形成されている。ヨーク１８は、高透磁率の磁性材料から成る。この回転子１４は、具体的にはこの例では、図２にも示すように、ホルダ６の右端部後方に位置している。従って、この回転子１４に対応する固定子２０も同様である。
【００１６】
ホルダ６は、この例では、ツイストモータ２８等を介して、チルトモータ１２の回転子１４に取り付けている。より具体的には、ホルダ６は、回転子１４のヨーク１８に非磁性材料から成る支持部材２６を介して支持されたツイストモータ２８の回転軸３０に取り付けられている。ツイストモータ２８は、ホルダ６および基板４を、矢印Ｑに示すように自転方向に回転させるものであるが、必須のものではない。
【００１７】
固定子２０は、上記回転子１４（より具体的にはその永久磁石１６）の外側にギャップ１９をあけて対向して配置された固定子巻線２４を有している。より具体的には、永久磁石１６にギャップ１９をあけて対向するように配置された複数個の磁極２２を有しており、その各々に固定子巻線２４が巻かれている。この固定子巻線２４に流す電流の大きさおよび方向を制御することによって、回転子１４を上記矢印Ｒのように往復回転させることができる。
【００１８】
このようなチルトモータ１２は、比較的簡単に精度（この例では傾き角度θの制御精度）の高い駆動機構を実現することができるという利点を有しているけれども、回転子１４の両端が磁気的に開放されているため、そこから比較的大きな漏れ磁場が発生し、ホルダ６および基板４の表面に、比較的大きな、かつ不均一な磁場を生じさせる。それによって前述したように、電子の自由な動きが抑制されて基板に供給される電子にむらが生じて、基板表面のチャージアップが大きくなる。なお、基板４は通常は非常に薄いので、磁場の強さや分布に関しては、基板４の表面とホルダ６の表面とでは互いにほぼ同じであると考えて良く、どちらの表面で表現しても良い。
【００１９】
上記のような課題に対処するために、プラズマ発生装置８から基板４に、上記磁場の影響を打ち消して十分なだけの電子を供給しようとすると、プラズマ発生装置８の寿命を縮めたり、余分なエネルギーを消費したりする等の問題が生じる。
【００２０】
また、基板４の表面に空間的に局在して磁場が存在すると、その領域では電子の供給不足による正のチャージアップ増大が生じ、その領域への電子供給量を含めた全体の電子供給量を増加すると、プラズマ発生装置８から供給する電子に含まれる高エネルギー電子の量も不可避的に増加するので、他の磁場の小さい領域ではこの高エネルギー電子による負のチャージアップが大きくなってしまう。
【００２１】
このように、基板表面に、上記のようなチルトモータ１２による磁場が存在し、しかもそれが不均一であると、基板表面のチャージアップを均一にしかつ小さく抑制することが困難になる。
【００２２】
そこでこの発明は、上記のような半円構造のモータを備える装置において、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることを主たる目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１のイオンビーム照射装置は、前記ホルダの裏面に沿って配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記半円構造のモータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えていることを特徴としている（請求項１に対応）。
【００２４】
上記構成によれば、上記モータの回転子の一方の端部から、一方の磁路部材、シールド板および他方の磁路部材を経て、回転子の他方の端部に至る閉磁路（第１の閉磁路）が形成される。その結果、回転子の端部から出た磁力線がシールド板によって遮られてホルダの表面側へ到達しにくくなるだけでなく、回転子の一方の端部から出た磁力線は、上記閉磁路を通って回転子の他方の端部に入るように確実に導かれて他へ漏れにくくなるので、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００２５】
この発明に係る第２のイオンビーム照射装置は、前記半円構造のモータの回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴としている（請求項２に対応）。
【００２６】
回転子の両端に位置する永久磁石からは、その周方向外側には相手となる永久磁石が存在しないので、何もしないと、他の永久磁石からよりも大きな磁場が外に漏れ出す。これに対して、上記のような構成を採用すると、（ａ）両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくしているので、両端に位置する永久磁石が発生する磁場が、他の永久磁石に比べて元々弱くなり、そのぶん外に漏れ出す磁場も弱くなる。（ｂ）上記磁性部材によって、両端の永久磁石のすぐ外側に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ閉磁路（第２の閉磁路）がそれぞれ形成され、この第２の閉磁路によって、回転子の両端の永久磁石のＮ極から外に漏れ出そうとする磁力線を当該永久磁石のＳ極へ効率良く導くことができるので、外に漏れ出す磁場を小さくすることができる。この（ａ）（ｂ）両作用が相俟って、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００２７】
この発明に係る第３のイオンビーム照射装置は、上記第１のイオンビーム照射装置の特徴的構成と第２のイオンビーム照射装置の特徴的構成とを併有している（請求項３に対応）。その結果、第１のイオンビーム照射装置の特徴的構成による上記作用と、第２のイオンビーム照射装置の特徴的構成による上記作用とを併せて奏することができるので、ホルダに保持される基板表面における磁場をより小さくすると共に、その磁場分布をより均一にすることができる。
【００２８】
この発明に係る第１のホルダ駆動装置は、前記ホルダの裏面に沿う位置に配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記半円構造のモータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えていることを特徴としている（請求項４に対応）。
【００２９】
この発明に係る第２のホルダ駆動装置は、前記半円構造のモータの回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴としている（請求項５に対応）。
【００３０】
この発明に係る第３のホルダ駆動装置は、上記第１のホルダ駆動装置の特徴的構成と第２のホルダ駆動装置の特徴的構成とを併有している（請求項６に対応）。
【００３１】
上記第１ないし第３のホルダ駆動装置は、上記第１ないし第３のイオンビーム照射装置の特徴的構成と同様の特徴的構成をそれぞれ有しているので、第１ないし第３のイオンビーム照射装置について上述したのと同様の作用効果をそれぞれ奏する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るホルダ駆動装置を備えるイオンビーム照射装置の一例を示す概略断面図である。図２は、図１あるいは図３中のホルダ周りをその正面から見て示す図である。図６に示した装置と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においてはそれとの相違点を主に説明する。
【００３３】
このイオンビーム照射装置は、前記ホルダ６の裏面に沿って配置されていて磁性材料から成るシールド板３６を備えている。より具体的には、このイオンビーム照射装置を構成するホルダ駆動装置１１は、前記ホルダ６の裏面に沿う位置に配置されていて磁性材料から成るシールド板３６を備えている。このシールド板３６は、ホルダ６の裏面のできるだけ広い範囲をカバーする大きさのものが好ましく、この実施例では、ホルダ６とほぼ同じ大きさにして、ホルダ６の裏面のほぼ全面をカバーするようにしている。即ち、シールド板３６は、この例では、ホルダ６とほぼ同じ大きさの円板状をしている。
【００３４】
またこの例では、前述したようにツイストモータ２８によってホルダ６および基板４を回転させる構造であるため、ホルダ６の裏面とシールド板３６との間に小さな隙間４０を設けている。また、シールド板３６には、ツイストモータ２８の回転軸３０が貫通する穴３８を設けている。但し、前述したようにツイストモータ２８を設けない場合もあり、その場合は、ホルダ６をチルトモータ１２の回転子１４に適当な手段によって取り付ければ良い。また、隙間４０を設けずに、ホルダ６の裏面にシールド板３６を接触させても良い。穴３８を設ける必要もない。
【００３５】
更にこのイオンビーム照射装置は、より具体的にはそれを構成するホルダ駆動装置１１は、前記チルトモータ１２の回転子１４の両端部とシールド板３６との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材４２を備えている。より具体的には、この例では、各磁路部材４２は、断面がほぼ四角形の板状ないし棒状をしており、回転子１４のヨーク１８の両端部とシールド板３６の周縁部とをそれぞれ接続して、それらの間を磁気的に結合している。但し、各磁路部材４２は、回転子１４の両端に位置する永久磁石１６にそれぞれ直に接続して、当該各永久磁石１６とシールド板３６とをそれぞれ磁気的に結合するようにしても良い。また、後述する図３の例のように磁性部材４６を併用する場合は、各磁路部材４２は、当該各磁性部材４６にそれぞれ直に接続して、当該各磁性部材４６とシールド板３６とをそれぞれ磁気的に結合するようにしても良い。
【００３６】
上記シールド板３６および磁路部材４２を構成する磁性材料は、いずれも、高透磁率（例えば透磁率が７００〜１０００程度以上）のものほど好ましい。換言すれば、上記磁性材料は、いずれも強磁性体で構成するのが好ましい。そのようにすれば、閉磁路の磁気抵抗をより小さくすることができるので、以下の作用効果をより高めることができる。
【００３７】
上記のように構成することによって、チルトモータ１２の回転子１４の一方の端部から、一方の磁路部材４２、シールド板３６および他方の磁路部材４２を経て、回転子１４の他方の端部に至る閉磁路（第１の閉磁路）が形成される。その結果、回転子１４の端部から出た磁力線がシールド板３６によって遮られてホルダ６の表面側へ到達しにくくなるだけでなく、回転子１４の一方の端部から出た磁力線は、上記閉磁路を通って回転子１４の他方の端部に入るように確実に導かれて他へ漏れにくくなるので（図３中の磁力線４８参照）、ホルダ６に保持される基板４の表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。その結果、プラズマ発生装置８からのプラズマ１０中の電子を基板４にむらなく均一に供給して、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００３８】
この作用効果を分説すると以下のとおりである。以下のことは、図５に示す測定結果によっても裏付けられている。
【００３９】
（１）図６に示した装置で基板表面の磁束密度の最大値は約１．７ｍＴであったけれども、図１に示した装置では、これを１ｍＴ以下に下げることが可能になる。
【００４０】
（２）図６に示した装置では、前述したように、磁場の強い領域で電子の供給不足による正のチャージアップが生じていたけれども、図１に示した装置では、基板表面の磁場強度の低減と磁場分布の均一性の向上とによって、このようなチャージアップを抑制することができる。
【００４１】
（３）図６に示した装置では、前述したように、磁場の強い領域のチャージアップを抑制するためにプラズマ発生装置８からの電子供給量を増加した場合には、磁場の小さい領域では電子の供給過多になって負のチャージアップが生じていたけれども、図１に示した装置では、上記（２）に示す作用効果に伴って、電子の供給量を増加させずに済むので、このようなチャージアップをも抑制することができる。
【００４２】
（４）上記（２）および（３）の結果として、基板表面のチャージアップ抑制に必要な電子供給量が減ると共に、電子供給量の最適量の許容範囲も広くなる。この最適量の許容範囲は、イオンビーム量との兼ね合いで、基板表面のチャージアップを所定以下に抑えることのできる電子の最適な量の許容範囲のことである。これは換言すれば、同一のプラズマ発生装置８で対応することのできるイオンビーム２のビーム電流範囲が広がることであり、プラズマ発生装置８の裕度が広がると言うこともできる。
【００４３】
（５）上記のような作用によって、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができるので、例えば、基板４の表面に半導体デバイスが形成されている場合、それのチャージアップによる破壊を効果的に抑制することができる。
【００４４】
次に、この発明の他の実施の形態を、図３を参照して説明する。
【００４５】
図３に示す装置では、前記回転子１４の両端（周方向の両端）に位置する永久磁石１６（以下、この永久磁石の符号を１６ａとする）を他の永久磁石１６よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石１６ａの周方向外側端部に、当該各永久磁石１６ａのＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材４６をそれぞれ設けている。
【００４６】
各磁性部材４６は、それに対応する（隣接する）各永久磁石１６ａの周方向外側の端面１７に接合しておくと取り扱いが容易になるので好ましいけれども、当該端面１７に接触させているだけでも良い。あるいは、近接させておくだけでも良い。いずれでも、上記磁気的な結合を実現することができる。
【００４７】
各磁性部材４６は、高透磁率（例えば透磁率が７００〜１０００程度以上）のものほど好ましい。換言すれば、各磁性部材４６は、強磁性体で構成するのが好ましい。そのようにすれば、各磁性部材４６における磁気抵抗をより小さくすることができるので、以下の作用効果をより高めることができる。
【００４８】
回転子１４の両端に位置する永久磁石１６ａからは、その周方向外側には相手となる永久磁石が存在しないので、何もしないと（例えば他の永久磁石１６と同じ構造のままだと）、他の永久磁石１６からよりも大きな磁場が外に漏れ出す。この両端の永久磁石１６ａが、ホルダ６方向への漏れ磁場の主要な原因になっていると言うこともできる。
【００４９】
これに対して、上記のような構成を採用すると、（ａ）両端に位置する永久磁石１６ａを他の永久磁石１６よりも小さくしているので、両端に位置する永久磁石１６ａが発生する磁場が、他の永久磁石１６に比べて元々弱くなり、そのぶん外に漏れ出す磁場も弱くなる。（ｂ）上記磁性部材４６によって、両端の永久磁石１６ａのすぐ外側に、当該各永久磁石１６ａのＮ極とＳ極とを結ぶ閉磁路（第２の閉磁路）がそれぞれ形成され、この第２の閉磁路によって、回転子１４の両端の永久磁石１６ａのＮ極から外に漏れ出そうとする磁力線を当該永久磁石１６ａのＳ極へ効率良く導くことができるので（図３中の磁力線５０参照）、外に漏れ出す磁場を小さくすることができる。この（ａ）（ｂ）両作用が相俟って、ホルダ６に保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。その結果、プラズマ発生装置８からのプラズマ１０中の電子を基板４にむらなく均一に供給して、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００５０】
なお、上記のように回転子１４の両端の永久磁石１６ａを小さくして磁性部材４６を設ける構成を採用すると、厳密に言えば、回転子１４の両端部においてチルトモータ１２としての駆動力が若干低下するけれども、両端部だけであるので、チルトモータ１２全体として見ればあまり悪影響はない。両端の永久磁石１６ａをどの程度に小さくするかは、この駆動力低下と、上記漏れ磁場低減作用との兼ね合いで定めれば良い。
【００５１】
また、磁性部材４６とそれに対応する永久磁石１６ａとを併せた全体の寸法は、他の永久磁石１６と同じ寸法にするのが好ましい。そうすると、回転子１４の構造設計、組み立て等が容易になる。その場合、磁性部材４６の占める割合は、それを大きくすると上記漏れ磁場低減作用が大きくなる反面、回転子１４の両端部における上記駆動力低下が大きくなり、逆にすればこの逆になるので、両者の兼ね合いで定めれば良い。例えば、各磁性部材４６とそれに対応する各永久磁石１６ａとを、回転子１４の周方向における寸法（長さ）で、５０％ずつにしても良いし、後述する実施例のように、各磁性部材４６を４０％にし各永久磁石１６ａを６０％にしても良い。磁性部材４６の割合を４０〜５０％程度にすれば、漏れ磁場低減作用と、チルトモータ１２の駆動力低下防止とを、特にうまく両立させることができる。
【００５２】
上記のように回転子１４の両端の永久磁石１６ａを小さくして磁性部材４６を設ける構成（第２の構成）は、それ自体で上記のような作用効果を奏するので、前述したシールド板３６および磁路部材４２を設ける構成（第１の構成）から独立してそれ単独で採用しても良い。また、図３に示す例のように、この第１および第２の両構成を併用しても良い。そのようにすると、第１の構成による上記作用と、第２の構成による上記作用とを併せて奏することができるので、ホルダ６に保持される基板表面における磁場をより小さくすると共に、その磁場分布をより均一にすることができる。
【００５３】
なお、チャージアップ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１０を発生させるプラズマ発生装置８の代わりに、電子だけを発生させてそれを基板４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。
【００５４】
また、上記のような第１の構成、あるいは第２の構成、あるいは第１および第２の構成を採用すると、上記のような電子供給源を設けていない場合においても、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。これは、上記のような電子供給源を設けていなくても、（ａ）イオンビーム２は正電荷を有しているのでその正電荷に引かれて当該イオンビームと共に基板４に到達する電子があり、かつ、（ｂ）イオンビーム２がホルダ６等に当たったときに放出される電子（２次電子）の内で基板４に戻って来る電子もあり、これら（ａ）（ｂ）の電子もイオンビーム２の照射に伴う基板表面のチャージアップを抑制する作用をする。その場合、上記のような構成を採用すると、基板表面における磁場を小さくすると共にその磁場分布を均一にすることができ、それによってこの（ａ）（ｂ）の電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００５５】
なお、上記ホルダ駆動装置１１において、昇降機能が不要な場合は、上記ホルダ昇降機構３４および軸３２を設けなくても良い。上記ツイストモータ２８については前述のとおりである。また、上記モータ１２を傾き角度θを変えること以外でホルダ６を駆動することに用いても良い。
【００５６】
【実施例】
図１または図３に示す構造の装置において、チルトモータ１２として、ＢＨエネルギー積（Ｂは磁束密度、Ｈは磁界の強さ）が約２．８×１０5 Ｔ・Ａ／ｍ、残留磁束密度が約１．２Ｔの永久磁石１６を回転子１４に有するものを用いた。永久磁石１６、１６ａのトータルの数は８個、即ち回転子１４は８極とした。
【００５７】
ホルダ６の裏面には、ホルダ６とほぼ同じ直径で、透磁率が約１０００の低炭素鋼から成る厚さ６ｍｍのシールド板３６を配置した。そして、このシールド板３６と、上記チルトモータ１２の回転子１４（より具体的にはそのヨーク１８）の両端部とを、同じく透磁率が約１０００の低炭素鋼から成る厚さ１０ｍｍの磁路部材４２でそれぞれ磁気的に結合して、磁力線の戻り回路を形成し、閉磁路を形成した。このようなシールド板３６および磁路部材４２を設けた構成（第１の構成）を採用したのが以下に言う実施例１の装置である。これは請求項１または４の発明に対応している。
【００５８】
また、回転子１４の両端の永久磁石１６ａの寸法を他の永久磁石１６の６０％にし、残り４０％を透磁率が約１０００の低炭素鋼から成る磁性部材４６にした構成（第２の構成）を採用したのが以下に言う実施例２の装置である。これは、請求項２または５の発明に対応している。
【００５９】
更に、図３に示すように上記第１および第２の構成を両方採用したのが以下に言う実施例３の装置である。これは、請求項３または６の発明に対応している。
【００６０】
一方、上記第１および第２のいずれの構成も採用していないのが以下に言う比較例の装置である。これは図５に示した装置に対応している。
【００６１】
上記実施例１〜３の装置および比較例の装置について、そのホルダ６上の円周方向の位置Ａ〜Ｊ（図４参照）における磁束密度の分布を測定した結果の一例を図５に示す。この磁束密度は、ホルダ６の表面に平行なＸ方向およびＹ方向のベクトル合成値である。Ｘ方向は前述したイオンビーム２の走査方向であり、Ｙ方向は前述したホルダ６の昇降方向である。前述したように、チルトモータ１２の回転子１４はホルダ６の右端部後方に位置しているので（図２、図４参照）、右側の測定点を左側に比べて増やしている。
【００６２】
この図５に示すように、比較例の装置では、ホルダ６の表面（これは前述したように磁気的には基板４の表面と同等である）での磁束密度は、特に大きい所では約１．７ｍＴもあり、しかも磁束密度の分布も大きく乱れていて不均一である。この磁束密度の特に大きい位置ＢおよびＦは、図４からも分かるように、チルトモータ１２の回転子１４の両端部近傍に対応している。
【００６３】
これに対して、実施例１および実施例２の装置では、ホルダ６の表面での磁束密度は比較例に比べて全体的に小さくなっており、しかも磁束密度の分布の均一性も比較例に比べて良くなっている。即ち、ホルダ６の全面で、磁束密度を、実施例１では約０．８ｍＴ以下に、実施例２では約１ｍＴ以下に、それぞれ低減させることができている。
【００６４】
更に、実施例３の装置では、ホルダ６の表面での磁束密度は全体的に非常に小さくなっており、しかも磁束密度の分布の均一性も非常に良くなっている。即ち、ホルダ６の全面で、磁束密度を０．３ｍＴよりも小さい約０．２ｍＴ以下に低減させることができている。この０．３ｍＴは、５ｅＶ以上のエネルギーの電子が基板表面付近で自由な運動ができる磁場強度であり、低エネルギーの電子をチャージアップ抑制に有効に活用するためには、磁場強度を０．３ｍＴ程度以下に下げることが好ましく、この実施例３ではそれが十分に可能である。
【００６５】
また、基板表面のチャージアップの評価として、表面に耐圧が６ＶのＭＯＳ型のＴＥＧ（テグ。Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐの略）を形成した基板４を用いて、エネルギーが７０ｋｅＶ、ビーム電流が１ｍＡのリン（Ｐ）のイオンビーム２を当該基板４に照射して、注入量５×１０14／ｃｍ2 でイオン注入を行ったときのＴＥＧの生存率（チャージアップによって破壊されずに生き残っている割合）を、上記実施例３の装置と上記比較例の装置とにおいて測定したところ、比較例の装置では約４０％であったのが、実施例３の装置では約９３％に向上した。
【００６６】
上記の場合、プラズマ発生装置８を用いており、それから基板４への、チャージアップを小さく抑制するために必要な電子供給量は、代表例として、比較例の装置では約５〜６ｍＡであったのに対して、実施例３の装置では約２〜５ｍＡであった。このように、実施例３の装置では、必要な電子供給量が減少すると共に、その許容範囲が広がっていることが確かめられた。このことは実施例１および実施例２の装置についても当てはまることである。
【００６７】
【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。
【００６８】
請求項１に記載の発明によれば、上記のようなシールド板および二つの磁路部材を備えているので、モータの回転子の一方の端部から、一方の磁路部材、シールド板および他方の磁路部材を経て、回転子の他方の端部に至る閉磁路（第１の閉磁路）が形成される。その結果、回転子の端部から出た磁力線がシールド板によって遮られてホルダの表面側へ到達しにくくなるだけでなく、回転子の一方の端部から出た磁力線は、上記閉磁路を通って回転子の他方の端部に入るように確実に導かれて他へ漏れにくくなるので、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００６９】
ひいては、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００７０】
請求項２に記載の発明によれば、（ａ）回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくしているので、両端に位置する永久磁石が発生する磁場が、他の永久磁石に比べて元々弱くなり、そのぶん外に漏れ出す磁場も弱くなる。（ｂ）上記磁性部材によって、両端の永久磁石のすぐ外側に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ閉磁路（第２の閉磁路）がそれぞれ形成され、この第２の閉磁路によって、回転子の両端の永久磁石のＮ極から外に漏れ出そうとする磁力線を当該永久磁石のＳ極へ効率良く導くことができるので、外に漏れ出す磁場を小さくすることができる。この（ａ）（ｂ）両作用が相俟って、ホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができる。
【００７１】
ひいては、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することができる。
【００７２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の特徴的構成と請求項２に記載の発明の特徴的構成とを併有しているので、請求項１に記載の発明の上記効果と同様の効果と、請求項２に記載の発明の上記効果と同様の効果とを、併せて奏することができる。その結果、ホルダに保持される基板表面における磁場をより小さくすると共に、その磁場分布をより均一にすることができる。
【００７３】
ひいては、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性がより良くなるので、基板表面のチャージアップをより均一にすると共により小さく抑制することができる。
【００７４】
請求項４ないし６に記載の発明は、請求項１ないし３に記載の発明の特徴的構成と同様の特徴的構成をそれぞれ有しているので、請求項１ないし３に記載の発明の上記効果と同様の効果を、即ちホルダに保持される基板表面における磁場を小さくすると共に、その磁場分布を均一にすることができるという効果をそれぞれ奏する。
【００７５】
ひいては、この請求項４ないし６に記載の発明を、ホルダ上の基板に対するイオンビーム照射に用いれば、イオンビーム照射の際に基板に到達する電子の基板表面における分布の均一性が良くなるので、基板表面のチャージアップを均一にすると共に小さく抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るホルダ駆動装置を備えるイオンビーム照射装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１あるいは図３中のホルダ周りをその正面から見て示す図である。
【図３】ホルダからチルトモータの回転子にかけての部分の他の例を拡大して示す図である。
【図４】図１および図３中のホルダ上の円周方向の位置を示す図である。
【図５】図３中の各位置における磁束密度を測定した結果の一例を示す図である。
【図６】先行技術に係るイオンビーム照射装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２ イオンビーム
４ 基板
６ ホルダ
８ プラズマ発生装置（電子供給源）
１１ ホルダ駆動装置
１２ モータ（チルトモータ）
１４ 回転子
１６、１６ａ 永久磁石
２０ 固定子
２４ 固定子巻線
３６ シールド板
４２ 磁路部材
４６ 磁性部材
Claims (6)
- ホルダに保持された基板にイオンビームを照射する装置であって、当該ホルダを駆動するモータを備えており、かつ当該モータが、半円状にかつ極性が交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石を有する回転子と、この回転子に対向して配置された固定子巻線を有する固定子とを備えているイオンビーム照射装置において、前記ホルダの裏面に沿って配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記モータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
- ホルダに保持された基板にイオンビームを照射する装置であって、当該ホルダを駆動するモータを備えており、かつ当該モータが、半円状にかつ極性が交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石を有する回転子と、この回転子に対向して配置された固定子巻線を有する固定子とを備えているイオンビーム照射装置において、前記回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
- ホルダに保持された基板にイオンビームを照射する装置であって、当該ホルダを駆動するモータを備えており、かつ当該モータが、半円状にかつ極性が交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石を有する回転子と、この回転子に対向して配置された固定子巻線を有する固定子とを備えているイオンビーム照射装置において、前記ホルダの裏面に沿って配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記モータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えており、更に、前記回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
- 基板を保持するホルダを取り付けてそれを駆動することに用いられる装置であって、当該ホルダを駆動するためのモータを備えており、かつ当該モータが、半円状にかつ極性が交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石を有する回転子と、この回転子に対向して配置された固定子巻線を有する固定子とを備えているホルダ駆動装置において、前記ホルダの裏面に沿う位置に配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記モータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えていることを特徴とするホルダ駆動装置。
- 基板を保持するホルダを取り付けてそれを駆動することに用いられる装置であって、当該ホルダを駆動するためのモータを備えており、かつ当該モータが、半円状にかつ極性が交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石を有する回転子と、この回転子に対向して配置された固定子巻線を有する固定子とを備えているホルダ駆動装置において、前記回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴とするホルダ駆動装置。
- 基板を保持するホルダを取り付けてそれを駆動することに用いられる装置であって、当該ホルダを駆動するためのモータを備えており、かつ当該モータが、半円状にかつ極性が交互になるように並べて配置された複数個の永久磁石を有する回転子と、この回転子に対向して配置された固定子巻線を有する固定子とを備えているホルダ駆動装置において、前記ホルダの裏面に沿う位置に配置されていて磁性材料から成るシールド板と、前記モータの回転子の両端部とこのシールド板との間をそれぞれ磁気的に結合するものであって磁性材料から成る二つの磁路部材とを備えており、更に、前記回転子の両端に位置する永久磁石を他の永久磁石よりも小さくし、かつ当該両端に位置する永久磁石の周方向外側端部に、当該各永久磁石のＮ極とＳ極との間を磁気的に結合する磁性部材をそれぞれ設けていることを特徴とするホルダ駆動装置。
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