JP5254872B2

JP5254872B2 - イオンビーム照射装置

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Publication number: JP5254872B2
Application number: JP2009111756A
Authority: JP
Inventors: 修一前野
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2009-05-01
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: JP2010262797A

Description

この発明は、基板にイオンビームを照射して、当該基板に例えばイオン注入、配向処理等の処理を施すイオンビーム照射装置に関し、より具体的には、イオンビーム照射に伴う基板の帯電（チャージアップ）を均一性良く抑制する手段に関する。

基板の上流側近傍において、電子源から発生させた低エネルギー（例えば２０ｅＶ程度以下）の電子をイオンビームに供給して、当該電子をイオンビームと共に基板に到達させて、イオンビーム照射に伴う基板の帯電を抑制するようにしたイオンビーム照射装置が従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。低エネルギーの電子を供給するのは、当該電子が基板に過剰に供給された場合に、基板の負の帯電電圧を小さく抑制するためである。なお、特許文献１に記載の装置では、プラズマ源から電子を発生させるようにしているが、これも広義では電子源と言うことができる。

特許文献１に記載のイオンビーム照射装置は、イオンビームに対して一箇所から低エネルギーの電子を比較的集中させて供給するものである。

ところが、イオンビーム照射装置には、図１を参照して、イオンビーム２の進行方向Ｚに実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｘ方向の寸法Ｗ_XよりもＹ方向の寸法Ｗ_Yが大きいイオンビーム２を基板に照射する装置がある。このようなイオンビーム２は、リボン状（またはシート状）のイオンビームと呼ばれることもある。このようなイオンビーム２を用いる場合は、基板のＹ方向の寸法も、通常は、イオンビーム２のＹ方向の寸法Ｗ_Yに応じて大きい。例えば、基板のＹ方向の寸法は、イオンビーム２のＹ方向の寸法Ｗ_Yよりも若干小さい程度にされる。

上記のようなイオンビーム２に、例えばその側面（主面）３に、特許文献１に記載の技術に従って、一箇所から低エネルギーの電子を供給しても、Ｙ方向に長いイオンビーム２に対して当該電子を偏らずに供給することは難しい。その結果、この電子の偏在が基板の帯電抑制に影響するので、基板の帯電を均一性良く抑制することが難しい。

これは、イオンビームに電子を供給する領域には、イオンビーム照射装置を構成する他の機器（例えば分析電磁石）からの漏れ磁界が存在する場合が多く、それ以外にも地磁気が存在するので、電子源から供給される低エネルギーの電子がこれらの磁界に拘束されて電子の偏在が起こり、それによって基板の帯電抑制効果が不均一になるからである。

ちなみに、次式からも分かるように、低エネルギーの電子ほど、磁界中でのラーモア半径Ｒは小さくなるので、電子の偏在が起こりやすい。ここでＢは磁束密度、ｍは電子の質量、Ｖは電子の引出し電圧（エネルギーに相当）、ｅは電荷である。例えば、磁束密度Ｂが３×１０^-4Ｔの場合、２０ｅＶのエネルギーの電子のラーモア半径Ｒは約５ｃｍしかない。

［数１］
Ｒ＝（１／Ｂ）√（２ｍＶ／ｅ）

そこでこの発明は、上記のようにＸ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームに対して低エネルギーの電子を広範囲に供給することができ、それによって基板の帯電を均一性良く抑制することができるイオンビーム照射装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係るイオンビーム照射装置の一つは、イオンビームの進行方向に実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームを、ホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置において、前記ホルダの上流側であって前記イオンビームのＸ方向側の側面に対向する位置に設けられていて、非磁性体から成る板状の第１の電極と、前記第１の電極の面内に設けられていて、前記イオンビーム側に第１の極性の磁極を有しており、かつ前記Ｙ方向に沿って伸びている環状の第１の永久磁石と、前記第１の電極の面内であって前記環状の第１の永久磁石の内側に、前記第１の永久磁石との間に間隔をあけて設けられていて、前記イオンビーム側に前記第１の極性とは反対の第２の極性の磁極を有しており、かつ前記Ｙ方向に沿って伸びている第２の永久磁石と、前記第１および第２の永久磁石間に形成される磁界の領域に電子を供給する第１の電子源とを備えていることを特徴としている。

このイオンビーム照射装置においては、前記電子源から前記磁界の領域に供給された電子（一次電子）は、前記磁界に捕捉されて、前記磁界の磁力線に巻き付くように螺旋運動をしながら、グラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトによって、前記第１および第２の永久磁石間の環状の空間に沿って環状にドリフト運動する。前記一次電子が前記螺旋運動およびドリフト運動をしている間に、当該一次電子が残留ガス分子と衝突すること等によって、当該一次電子よりも低エネルギーの電子が生成される。この低エネルギー電子の生成は、前記一次電子が環状にドリフト運動をするので、前記Ｙ方向に沿って伸びている広い領域で行われる。

上記のようにして生成された低エネルギー電子は、磁界の弱い領域に、即ち第１の電極表面から離れる方向に拡散すると共に、イオンビームの正のビームポテンシャルによって引き寄せられて、イオンビーム内に引き込まれ、イオンビームと共に基板に到達する。

上記のような作用によって、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームに対して低エネルギーの電子を広範囲に供給することができ、それによって基板の帯電を均一性良く抑制することができる。

前記第１の電極にイオンビームを挟んでＸ方向において対向するように設けられた第２の電極と、当該第２の電極の面内に設けられた第３および第４の永久磁石とを更に備えていても良い。

前記第１の電極に、または前記第１および第２の電極間に、直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源を更に備えていても良い。

この発明に係るイオンビーム照射装置の他のものは、イオンビームの進行方向に実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームを、ホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置において、前記ホルダの上流側において前記イオンビームの周囲を取り囲むものであって、非磁性体から成る筒状の電極と、前記電極の面内に前記イオンビームの周囲を取り囲むように設けられていて、前記イオンビーム側に第１の極性の磁極を有している環状の第１の永久磁石と、前記電極の面内であって前記第１の永久磁石よりも下流側に、かつ前記第１の永久磁石との間に間隔をあけて、前記イオンビームの周囲を取り囲むように設けられていて、前記イオンビーム側に前記第１の極性とは反対の第２の極性の磁極を有している環状の第２の永久磁石と、前記電極の面内であって前記第２の永久磁石よりも下流側に、かつ前記第２の永久磁石との間に間隔をあけて、前記イオンビームの周囲を取り囲むように設けられていて、前記イオンビーム側に前記第１の極性の磁極を有している環状の第３の永久磁石と、前記第１と第２の永久磁石間および前記第２と第３の永久磁石間にそれぞれ形成される磁界の領域に電子を供給する１以上の電子源とを備えていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、電子源から供給された電子（一次電子）は、第１および第２の永久磁石間の磁界内で螺旋運動をしながら、第１および第２の永久磁石間を環状にドリフト運動するので、当該螺旋運動およびドリフト運動を利用して、Ｙ方向に沿って伸びている広い領域において低エネルギー電子の生成を行うことができる。その結果、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームに対して低エネルギーの電子を広範囲に供給することができ、それによって基板の帯電を均一性良く抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、前記バイアス電源から前記第１の電極に印加するバイアス電圧によって、前記第１の電極の表面付近における電界を制御して、前記Ｅ×Ｂドリフトによる電子のドリフト速度を制御することができ、それによって低エネルギー電子の生成状況を制御することができる。その結果、基板の帯電抑制をより効果的に行うことが可能になる。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、（ａ）第３および第４の永久磁石間に形成される環状の磁界、（ｂ）イオンビームを挟んで相対向する第１および第３の永久磁石間に形成される磁界、および、（ｃ）イオンビームを挟んで相対向する第２および第４の永久磁石間に形成される磁界によって、上記電子源から供給された比較的高エネルギーの電子の内で、第１および第２の永久磁石間の磁界を逃れた電子を捕捉することができる。上記電子が第２の電極に衝突して消滅することも期待できる。従って、上記比較的高エネルギーの電子がイオンビームと共に基板に到達するのをより確実に抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、第２の電極側からも、第１の電極側と同様の構成および作用によって、イオンビームに低エネルギーの電子を供給することができるので、イオンビームにより多量の低エネルギー電子をより広い範囲から供給することができる。従って、基板の帯電をより均一性良く抑制することが可能になると共に、イオンビームのビーム電流が大きい場合にも対応することが容易になる。

請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、前記バイアス電源から前記第１および第２の電極間に印加するバイアス電圧によって、両電極間の電界を制御して、両電極の表面付近におけるＥ×Ｂドリフトによる電子のドリフト速度を制御することができ、それによって低エネルギー電子の生成状況を制御することができる。その結果、基板の帯電抑制をより効果的に行うことが可能になる。

請求項６に記載の発明によれば、電子源から供給された電子（一次電子）は、第１および第２の永久磁石間ならびに第２および第３の永久磁石間において、これらの永久磁石間の磁界内で螺旋運動をしながら、イオンビームを取り囲むように環状にドリフト運動するので、当該螺旋運動およびドリフト運動を利用して、イオンビームを取り囲む広い領域において低エネルギー電子の生成を行うことができる。その結果、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームに対して低エネルギーの電子を広範囲に供給することができ、それによって基板の帯電を均一性良く抑制することができる。

請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、前記バイアス電源から前記電極に印加するバイアス電圧によって、前記電極の表面付近における電界を制御して、Ｅ×Ｂドリフトによる電子のドリフト速度を制御することができ、それによって低エネルギー電子の生成状況を制御することができる。その結果、基板の帯電抑制をより効果的に行うことが可能になる。

リボン状のイオンビームの一例を示す斜視図である。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平面図である。図２に示す第１の電極および電子源周りの一例を示す斜視図である。図２の線Ａ−Ａに沿う拡大縦断面図である。図４に示す第１の電極等を矢印Ｐ方向に見て示す正面図である。図５中の領域ＣにおけるグラディエントＢドリフトの方向を示す図である。図５中の領域ＣにおけるＥ×Ｂドリフトの方向を示す図である。電極および電子源周りの他の例を示す縦断面図である。この発明に係るイオンビーム照射装置の他の実施形態を構成する電極および電子源周りの例を示す斜視図である。図９の線Ｈ−Ｈに沿う縦断面図である。

図２は、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平面図である。このイオンビーム照射装置は、イオン源４から引き出されたイオンビーム２を、分析電磁石６によって運動量分析（例えば質量分離）を行った後、処理室１０内に導入するよう構成されている。イオン源４から処理室１０までのイオンビーム２の経路は、真空容器８等によって真空雰囲気に保たれる。

イオンビーム２の進行方向をＺ方向とし、このＺ方向に実質的に直交する平面内で互いに実質的に直交する２方向をＸ方向（例えば水平方向）およびＹ方向（例えば垂直方向）とすると、この実施形態では、イオン源４から、図３も参照して、Ｘ方向の寸法Ｗ_XよりもＹ方向の寸法Ｗ_Yが大きい形状（これは前述したようにリボン状とも呼ばれる）のイオンビーム２を引き出して、イオンビーム２の走査を経ることなく上記形状をしたイオンビーム２を処理室１０内に導入するように構成されている。

イオンビーム２のＸ方向の寸法Ｗ_Xは、例えば５ｃｍ〜３０ｃｍ程度、Ｙ方向の寸法Ｗ_Yは、例えば８０ｃｍ〜２００ｃｍ程度であるが、これに限られるものではない。

分析電磁石６を設けずに、イオン源４から引き出したイオンビーム２を、質量分離を行うことなく、処理室１０内に導入するように構成しても良い。

また、イオン源４からは、処理室１０に導入時よりも小さい寸法のイオンビームを引き出し、途中に設けた走査器によって当該イオンビームをＹ方向に走査してリボン状のイオンビーム２にした後に、処理室１０内に導入するように構成しても良い。

処理室１０内には、基板１４を保持するホルダ１２が設けられており、このホルダ１２に保持された基板１４に上記イオンビーム２を照射して、基板１４に例えばイオン注入、配向処理等の処理を施すよう構成されている。

ホルダ１２および基板１４は、この実施形態では、図示しない駆動装置によって、図２中に矢印Ｇで示すように、イオンビーム２の側面（主面）３に交差する方向に往復駆動される。これによって、基板１４の全面にイオンビーム２を照射することができる。

基板１４は、例えば、半導体基板、ガラス基板、配向膜付基板等であるが、これに限られるものではない。

ホルダ１２の上流側近傍に、より具体的にはこの実施形態では、処理室１０の入口付近の真空容器８内に、第１の電極２０ａを設けている。

図３〜図５も参照して、電極２０ａは、非磁性体から成る平板状の電極であり、上記リボン状のイオンビーム２のＸ方向側の一側面（即ち主面）３に間隔をあけて対向する位置に設けられている。この電極２０ａは、この実施形態では、Ｙ方向を長辺とする長方形状をしている。

電極２０ａは、接地電位でも良いし、後述するバイアス電源５６から直流のバイアス電圧Ｖ_Bを印加しても良い。

電極２０ａの主面内に、Ｙ方向に沿って伸びている環状の第１の永久磁石２４を設けている。より具体的にはこの実施形態では、永久磁石２４は、Ｙ方向を長辺とする長方形の枠状をしているが、それに限られるものではない。例えば、Ｙ方向を長軸とする楕円形、レーストラック形等の形状をしていても良い。この永久磁石２４は、イオンビーム２側に第１の極性（この実施形態ではＮ極）の磁極を有している。

永久磁石２４は、電極２０ａ内に、図３〜図５等に示す例のように、電極２０ａの内側（イオンビーム２側を内側、その反対側を外側と言う。以下同様）表面に磁極を露出させるように埋め込んでいても良いし、図１０に示す例と同様に、永久磁石２４を電極２０ａの外側から電極２０ａ内にその表面近くまで埋め込んで、永久磁石２４の磁極を電極２０ａの内側表面に露出させないようにしても良い。後述する永久磁石２６、６４、６６についても同様である。

電極２０ａの主面内であって、前記環状の第１の永久磁石２４の内側に、当該永久磁石２４との間に間隔をあけて、第２の永久磁石２６を設けている。この永久磁石２６は、Ｙ方向に沿って伸びており、かつ永久磁石２４とは反対の第２の極性（この実施形態ではＳ極）の磁極を有している。

永久磁石２６は、この実施形態では、その中間に後述する開口２２が位置しているために、２本の直線状の永久磁石２６に分割しているが、それに限られるものではない。例えば、永久磁石２６は、開口２２を取り囲んでいて永久磁石２４に似た形状をしている環状のものでも良いし、開口２２を横にずらして１本の直線状のものにしても良い。後述する永久磁石６６についても同様である。

両永久磁石２４、２６の内側の磁極の極性は、共に、上記例とは反対の極性にしても良い。その場合はそれに応じて、図８に示す永久磁石６４、６６の内側の磁極の極性も、図示例と反対の極性にすれば良い。同様に、図１０に示す永久磁石８４、８６、８８の内側の磁極の極性も、共に、図示例と反対の極性にしても良い。いずれの場合も、磁界Ｂの方向が図示例と反対になるので、後述する電子５０のグラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトの方向が図示例と反対になって、電子５０が図示例と反対方向に周回することになるだけである。

両永久磁石２４、２６が上記のような構成をしているので、両永久磁石２４、２６間には、全体として見れば、永久磁石２４の平面形状に似た環状をしている磁界が形成される。換言すれば、環状になっていて終端のない閉じたトンネル状磁界が形成される。このトンネル状磁界を、幾つかの磁力線２８で代表して表している。

このイオンビーム照射装置は、更に、両永久磁石２４、２６間に形成される上記トンネル状磁界の領域に電子５０を供給する第１の電子源３０ａを備えている。

より具体的には、図２、図４に示すように、電子源３０ａは、上記真空容器８の外側に設けられており、真空容器８を貫通する電子輸送管５２を通して、かつ電極２０ａに設けられた開口２２を通して、電極２０ａの外側（背面側）から上記トンネル状磁界の領域に電子５０を供給する。

電子源３０ａは、図４を参照して、この実施形態では、プラズマ生成容器３２内にＸｅ、Ａｒ等のガスを導入し、フィラメント３４とプラズマ生成容器３２との間で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３６を生成し、このプラズマ３６から、プラズマ電極３８および接地電極４０を通して電子５０を引き出す構成をしている。４１は絶縁物である。

フィラメント３４はフィラメント電源４２によって加熱される。フィラメント３４の一端とプラズマ生成容器３２との間には、後者を正極側にして直流のアーク電源４４が接続されている。プラズマ生成容器３２およびそれと同電位のプラズマ電極３８と接地電極４０との間には、後者を正極側にして、引出し電源４６から直流の引出し電圧Ｖ_Eが印加される。この引出し電圧Ｖ_Eによって、電子源３０ａから引き出す電子５０のエネルギーが決まる。例えば、引出し電圧Ｖ_Eは８０Ｖ〜１００Ｖ程度であり、従って電子源３０ａから引き出す電子５０のエネルギーは８０ｅＶ〜１００ｅＶ程度である。

電子源３０ａから引き出す電子５０のエネルギーを上記のように比較的大きくしておくと、前述したように他の機器からの漏れ磁界が存在していても、電子源３０ａから上記トンネル状磁界への電子５０の供給が容易になる。即ち電子５０の供給をより効率良く行うことができる。

電子源３０ａは、他のタイプのもの、例えば高周波放電（例えばマイクロ波放電）によってプラズマ３６を生成するタイプのものでも良い。後述する第２の電子源３０ｂについても同様である。

電極２０ａには、電子５０を上記のように導入するための開口２２が設けられている。この開口２２は、この実施形態のように、二つに分割された永久磁石２６の中間に設ける方が、電子導入の上下左右の対称性が良いので好ましいけれども、それ以外の場所に設けても良い。例えば、前述したように永久磁石２６を１本にして、その永久磁石２６と永久磁石２４との間に開口２２を設けても良い。

電子輸送管５２は、外部の磁界を遮蔽するために、強磁性材（例えばＳＵＳ４３０。ＳＵＳはステンレス鋼の略称。以下同様）で構成しておいても良い。そのようにすれば、外部の磁界によって電子５０の軌道が乱されるのを抑制して、電子輸送管５２内における電子５０の輸送効率を高めることができる。

このイオンビーム照射装置においては、電子源３０ａから上記トンネル状磁界の領域に供給された電子（一次電子）５０は、その一部分の概略例を図３〜図５に図示しているように、上記トンネル状磁界に捕捉されて、その磁力線２８に巻き付くように螺旋運動をしながら、グラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトによって、両永久磁石２４、２６間の環状の空間に沿って環状にドリフト運動する。即ち、電子５０は、図５中に示す環状（図５ではレーストラック状）の連続軌道５１をドリフト運動する。

図５中の領域Ｃを例に、上記グラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトを説明する。なお、永久磁石の表面付近における電子のグラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトについては、例えば、特開２００７−８０６９１号公報（例えば図３、図７およびそれらの説明参照）および特開２０００−２６０５９６号公報（例えば図５、図１０およびそれらの説明参照）にも記載されている。

永久磁石２４、２６間に形成される磁界をＢとすると、図６に示すように、領域Ｃでは、磁界Ｂは＋Ｚ方向に生じる。また、永久磁石２４、２６間に形成される磁界Ｂは、両永久磁石２４、２６の表面から＋Ｘ方向に離れるのに従って弱くなるので、−Ｘ方向に磁界勾配ｇｒａｄＢが生じる。従って電子５０は、両者ｇｒａｄＢおよびＢ（これらは共にベクトルである）の外積ｇｒａｄＢ×Ｂの方向（図示例では−Ｙ方向）にドリフトする。これがグラディエントＢドリフトである。

また、イオンビーム２は正のビームポテンシャルＶ_Pを持っている。このビームポテンシャルＶ_Pの大きさは、イオンビーム２のビーム電流等にもよるが、例えば、数十Ｖ〜数百Ｖ程度である。従って、電極２０ａに後述するバイアス電源５６からバイアス電圧Ｖ_Bを印加しなくても、即ち電極２０ａが接地電位であっても、イオンビーム２と電極２０ａとの間には、図３、図７等に示すように、−Ｘ方向に電界Ｅが生じる。従って電子５０は、この電界Ｅ（これもベクトルである）と上記磁界Ｂとの外積Ｅ×Ｂの方向（図示例では−Ｙ方向）にドリフトする。これがＥ×Ｂドリフトである。このＥ×Ｂドリフトも上記グラディエントＢドリフトと同じ方向である。

上記領域Ｃとは磁界Ｂの向きが逆である領域、例えば図５中の領域Ｄでは、図６、図７とは逆方向にグラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトが起こる。

従って、上記トンネル状磁界の領域に供給された電子５０は、螺旋運動をしながら連続軌道５１に沿って環状にドリフト運動をする。

電子５０が磁力線２８に巻き付く螺旋運動および上記ドリフト運動をしている間に、当該電子５０が残留ガス分子と衝突すること等によって、電子５０よりも低エネルギーの電子が生成される。即ち、真空容器８内であってもイオンビーム２の経路付近には残留ガスが必ず存在するので、上記電子５０がこの残留ガス分子と衝突して、（ａ）残留ガス分子を電離させて低エネルギーの二次電子が生じると共に、（ｂ）電子５０がエネルギーを失って低エネルギーの電子になる。また、（ｃ）上記のように運動中の電子５０の一部が電極２０ａ等の表面に衝突してそこから低エネルギーの二次電子を放出させる。このようにして低エネルギーの電子が生成される。この低エネルギー電子のエネルギーは、例えば、電子５０が上記のようなエネルギーの場合、通常は殆どが２０ｅＶ程度以下、より具体的には１０ｅＶ程度以下になる。

しかも上記低エネルギー電子の生成は、上記電子５０が環状にドリフト運動をするので、Ｙ方向に沿って伸びている広い領域で行われる。このようにして広い領域で生成された低エネルギー電子は、磁界の弱い領域に、即ち電極２０ａの表面から離れる方向に拡散すると共に、イオンビーム２の正のビームポテンシャルＶ_Pによって引き寄せられて、イオンビーム２内に引き込まれ、イオンビーム２と共に基板１４（図２参照）に到達して、イオンビーム照射に伴う基板１４の帯電を抑制する作用を奏する。

このようにこのイオンビーム照射装置においては、電子源３０ａから供給された電子５０は、両永久磁石２４、２６間の磁界内で螺旋運動をしながら環状にドリフト運動するので、当該螺旋運動およびドリフト運動を利用して、Ｙ方向に沿って伸びている広い領域において低エネルギー電子の生成を行うことができる。その結果、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビーム２に対して低エネルギーの電子を広範囲に供給することができ、それによって基板１４の帯電を均一性良く抑制することができる。

また、電子源３０ａから上記トンネル状磁界の領域に供給された電子５０は、上記のように磁力線２８に巻き付いて捕捉（トラップ）されるので、比較的高エネルギーの電子５０が基板１４に到達するのを抑制することができる。基板１４に電子が過剰に供給されると、基板１４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可能性があるけれども、上記作用によって比較的高エネルギーの電子が基板１４に到達するのを抑制することができるので、基板の負の帯電電圧を小さく抑制することができる。

なお、図５では、図示の簡略化のために、開口２２の前方に磁力線２８を図示していないけれども、磁力線２８は広がるので、実際は開口２２の前方にも磁力線２８は存在する。従って、開口２２から放出される電子５０は、磁力線２８に捕捉されて上記のような螺旋運動およびドリフト運動を行う。磁力線２８による電子５０の捕捉をより確実に行う等のために、次の手段の一つ以上を採用しても良い。後述する他の実施形態においても同様である。

（ａ）電子輸送管５２および電子源３０ａを電極２０ａに対してほぼ直角ではなく、例えば図２中に線１８で示すように、それらを電極２０ａに対して斜めに配置しても良い。そのようにすると、より磁界の強い領域に向けて開口２２から電子５０を放出することができるので、磁力線２８による電子５０の捕捉をより確実に行うことができる。

（ｂ）開口２２の一部分に、例えばＹ方向に長い細い蓋を設けても良い。そのようにすると、開口２２から放出される電子５０は蓋の左右両側から放出されるようになり、それによってより磁界の強い領域に向けて電子５０を放出することができるので、磁力線２８による電子の捕捉をより確実に行うことができる。

（ｃ）開口２２を永久磁石２４と２６との間に設けても良い。そのようにすると、両永久磁石２４、２６間の磁界は強く、そこに開口２２から電子５０を放出することができるので、磁力線２８による電子５０の捕捉をより確実に行うことができる。なおこの場合は、前述したように、永久磁石２６を１本の磁石にすることもできる。

上記永久磁石２４、２６を有する電極２０ａは、基板１４の近くに設けるのが好ましい。そのようにすると、低エネルギー電子を基板１４の近くで発生させてそれをイオンビーム２に供給することができるので、低エネルギー電子の移動距離が短くて済み、従って低エネルギー電子を基板１４により効率良く供給して、基板１４の帯電抑制をより効率良く行うことができる。後述する他の実施形態の場合も同様である。

上記電極２０ａに直流のバイアス電圧Ｖ_Bを印加するバイアス電源５６を設けておいても良い。電極２０ａに印加するバイアス電圧Ｖ_Bの極性は、接地電位に対して負でも良いし正でも良い。図３、図４は負の場合の例を示す。このバイアス電圧Ｖ_Bの絶対値は、例えば、０Ｖ〜１００Ｖ程度であるが、これに限られるものではない。

上記バイアス電圧Ｖ_Bによって、電極２０ａの表面付近における電界を制御して、前記Ｅ×Ｂドリフトによる電子５０のドリフト速度を制御することができ、それによって低エネルギー電子の生成状況を制御することができる。その結果、基板１４の帯電抑制をより効果的に行うことが可能になる。

例えば、図３、図４に示す例のように、電極２０ａに負のバイアス電圧Ｖ_Bを印加すると、上記ビームポテンシャルＶ_Pにこのバイアス電圧Ｖ_Bが加算されて上記電界Ｅが大きくなるので、上記Ｅ×Ｂドリフトによる電子５０のドリフト速度を大きくして、電子５０を速く周回させる（ドリフトさせる）ことができる。それによって、低エネルギー電子の生成を連続軌道５１上においてより均一にすることができる。これは例えば、残留ガス圧が高くて電子５０が消滅しやすい場合等に有効である。

反対に、電極２０ａに正のバイアス電圧Ｖ_Bを印加すると、上記ビームポテンシャルＶ_Pからバイアス電圧Ｖ_Bが減算されて上記電界Ｅが小さくなるので、上記Ｅ×Ｂドリフトによる電子５０のドリフト速度を小さくして、電子５０をゆっくり周回させることができる。この場合、ビームポテンシャルＶ_Pの絶対値よりもバイアス電圧Ｖ_Bの絶対値を大きくすると、電界Ｅが図３、図７等に示した例とは逆転してＥ×Ｂドリフトの方向も逆転するので、上記グラディエントＢドリフトを抑制することもできる。これは例えば、開口２２の近くに電子５０を多く存在させて、その辺りで低エネルギー電子を多く生成させたい場合等に有効である。

図５中に二点鎖線で示す例のように、両永久磁石２４、２６の背面を覆う板状の磁性体５８を設けておいても良い。この磁性体５８は、図１０に示す磁性体９４を平板状にしたようなものである。この磁性体５８は、例えばＳＵＳ４３０から成る。このような磁性体５８を設けると、上記トンネル状磁界を強化することができると共に、外部への漏れ磁界を小さくすることができる。図８に示す永久磁石６４、６６についても同様である。

次に、他の実施形態を説明する。以下においては、先に説明した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、先に説明した実施形態との相違点を主体に説明する。

図８に示す実施形態では、上記第１の電極２０ａに、イオンビーム２を挟んでＸ方向において対向するように、第２の電極２０ｂを配置している。この電極２０ｂも、非磁性体から成る平板状の電極であり、上記電極２０ａと実質的に同じ形状をしている。即ち、イオンビーム２を中心にして、第１の電極２０ａとほぼ対称に、第２の電極２０ｂを配置している。

この電極２０ｂは、接地電位でも良いし、電極２０ａとの間にバイアス電源５６からバイアス電圧Ｖ_Bを印加しても良い。これについては後述する。

上記第１の永久磁石２４と実質的に同じ形状をしている第３の永久磁石６４を、電極２０ｂの主面内に、永久磁石２４と反対極性で対向するように設けている。即ちこの実施形態では、永久磁石６４はイオンビーム２側にＳ極の磁極を有している。

更に、上記第２の永久磁石２６と実質的に同じ形状をしている第４の永久磁石６６を、電極２０ｂの主面内に、永久磁石２６と反対極性で対向するように設けている。即ちこの実施形態では、永久磁石６６はイオンビーム２側にＮ極の磁極を有している。

従って、電極２０ｂの内側表面付近にも、電極２０ａ側と同様のトンネル状磁界が形成される。そのトンネル状磁界を、幾つかの磁力線６８で代表して表している。

更に、イオンビーム２を挟んで相対向する永久磁石２４、６４間および永久磁石２６、６６間にもそれぞれ磁界が形成される。それらの磁界を、幾つかの磁力線７０、７２で代表して表している。これらの磁界は、言わばカーテン状の形状をしている。

上記のような永久磁石６４、６６を有する電極２０ｂを更に設けておくと、（ａ）第３および第４の永久磁石６４、６６間に形成される環状の磁界（トンネル状磁界）、（ｂ）イオンビーム２を挟んで相対向する第１および第３の永久磁石２４、６４間に形成される磁界、および、（ｃ）イオンビーム２を挟んで相対向する第２および第４の永久磁石２６、６６間に形成される磁界によって、上記電子源３０ａから供給された比較的高エネルギーの電子（一次電子）５０の内で、第１および第２の永久磁石２４、２６間のトンネル状磁界を逃れた電子を捕捉（トラップ）することができる。上記（ａ）のトンネル状磁界に電子５０が捕捉される作用は、電極２０ａ側について図３〜図７を参照して説明した作用と同様である。上記（ｂ）、（ｃ）の磁界に電子５０が捕捉されるのは、当該磁界に電子５０が巻き付いて、当該磁界が言わば檻（おり）のような働きをするからである。

永久磁石２４、２６間のトンネル状磁界を逃れた上記電子５０が第２の電極２０ｂに衝突して消滅することも期待できる。従って、上記比較的高エネルギーの一次電子５０がイオンビーム２と共に基板１４に到達するのをより確実に抑制することができる。それによって、基板１４の負の帯電電圧上昇をより確実に抑制することができる。

上記永久磁石６４、６６間に形成されるトンネル状磁界の領域に電子５０を供給する第２の電子源３０ｂを更に設けておいても良い。

この電子源３０ｂ、電子５０を輸送する電子輸送管５２、絶縁物５４、電極２０ｂに設けられた開口２２は、例えば、図２〜図５を参照して説明した電子源３０ａ、電子輸送管５２、絶縁物５４、開口２２と同様のものであるので、その説明を参照するものとし、ここでは重複説明を省略する。

上記電子源３０ｂを設けておくと、第２の電極２０ｂ側からも、第１の電極２０ａ側と同様の構成および作用によって、イオンビーム２に低エネルギーの電子を供給することができるので、イオンビーム２により多量の低エネルギー電子をより広い範囲から供給することができる。従って、基板１４の帯電をより均一性良く抑制することが可能になると共に、イオンビーム２のビーム電流が大きい場合にも対応することが容易になる。

第１および第２の電極２０ａ、２０ｂ間に直流のバイアス電圧Ｖ_Bを印加するバイアス電源５６を設けておいても良い。このバイアス電圧Ｖ_Bの極性は、図８に示す例のように電極２０ｂ側を正にしても良いし、それとは反対に負にしても良い。

上記バイアス電圧Ｖ_Bによって、両電極２０ａ、２０ｂ間の電界Ｅを制御して、両電極２０ａ、２０ｂの表面付近におけるＥ×Ｂドリフトによる電子５０のドリフト速度を制御することができ、それによって低エネルギー電子の生成状況を制御することができる。その詳細は、図３、図４に示す例について説明したのと同様である。その結果、基板１４の帯電抑制をより効果的に行うことが可能になる。

図９、図１０に示す実施形態のイオンビーム照射装置は、前記ホルダ１２（図２参照）の上流側近傍においてイオンビーム２の周囲を取り囲むものであって、非磁性体から成る筒状の電極８０を備えている。この電極８０を設ける場所のより具体例は、図２に示した電極２０ａ（および２０ｂ）と同様の場所である。

電極８０は、接地電位でも良いし、バイアス電源５６から直流のバイアス電圧Ｖ_Bを印加しても良い。

電極８０は、この実施形態では、ＸＹ平面に沿う断面が、Ｙ方向を長辺とする長方形をした四角筒状をしているが、それに限られるものではない。例えば、同断面がＹ方向を長軸とする楕円形、レーストラック形等の形状をしていても良い。

上記電極８０の側面（主面）内に、イオンビーム２の周囲を取り囲むように、環状の第１〜第３の永久磁石８４、８６、８８が設けられている。永久磁石８６は永久磁石８４の下流側に永久磁石８４との間に間隔をあけて設けられており、永久磁石８８は永久磁石８６の下流側に永久磁石８６との間に間隔をあけて設けられている。なお、永久磁石８６は、この例では、開口２２の位置で一部が切れているが、このようなものもこの明細書では環状と呼んでいる。

永久磁石８４は、イオンビーム２側に第１の極性（この実施形態ではＮ極）の磁極を有しており、永久磁石８６はイオンビーム２側に上記第１の極性とは反対の第２の極性（この実施形態ではＳ極）の磁極を有しており、永久磁石８８はイオンビーム２側に上記第１の極性（Ｎ極）の磁極を有している。これらの永久磁石８４、８６、８８の内側の磁極の極性は、全て図示例と反対にしても良いことは前述のとおりである。

永久磁石８４、８６、８８が上記のような構成をしているので、永久磁石８４、８６間には、イオンビーム２を取り囲んでいる第１の環状の磁界が形成される。換言すれば、イオンビーム２を取り囲んでいる第１のトンネル状磁界が形成される。同様に、永久磁石８６、８８間にも、イオンビーム２を取り囲んでいる第２の環状の磁界が形成される。換言すれば、イオンビーム２を取り囲んでいる第２のトンネル状磁界が形成される。これらのトンネル状磁界を、幾つかの磁力線９０、９２で代表して表している。

この実施形態では、更に、永久磁石８４、８６間および永久磁石８６、８８間に形成される上記第１および第２のトンネル状磁界の領域に電子５０を供給する電子源３０ａを備えている。

この電子源３０ａ、電子５０を輸送する電子輸送管５２、それと電極８０間の絶縁物（図示省略。図４に示す絶縁物５４に相当）、電極８０に設けられた開口２２は、例えば、図２〜図５を参照して説明した電子源３０ａ、電子輸送管５２、絶縁物５４、開口２２と同様のものであるので、その説明を参照するものとし、ここでは重複説明を省略する。

この実施形態の場合は、電子源３０ａから永久磁石８４、８６間のトンネル状磁界の領域に供給された電子（一次電子）５０は、当該トンネル状磁界に捕捉されて、その磁力線９０に巻き付くように螺旋運動をしながら、グラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトによって、永久磁石８４、８６間の環状の空間に沿って、イオンビーム２を取り囲むように環状にドリフト運動する。同様に電子源３０ａから永久磁石８６、８８間のトンネル状磁界の領域に供給された電子（一次電子）５０は、当該トンネル状磁界に捕捉されて、その磁力線９２に巻き付くように螺旋運動をしながら、グラディエントＢドリフトおよびＥ×Ｂドリフトによって、永久磁石８６、８８間の環状の空間に沿って、イオンビーム２を取り囲むように環状にドリフト運動する。両ドリフト運動の詳細は、前述したとおりである。

また電子源３０ａから供給される一次電子５０が上記トンネル状磁界に捕捉されるメカニズム、および、上記電子５０のドリフト運動等によって低エネルギーの電子が生成されるメカニズムは、前述した実施形態の場合とほぼ同様であるので、ここでは重複説明を省略する。

このようにこの実施形態のイオンビーム照射装置においては、電子源３０ａから供給された電子５０は、永久磁石８４、８６間および永久磁石８６、８８間において、これらの永久磁石間の磁界内で螺旋運動をしながら、イオンビーム２を取り囲むように環状にドリフト運動するので、当該螺旋運動およびドリフト運動を利用して、イオンビーム２を取り囲む広い領域において低エネルギー電子の生成を行うことができる。その結果、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビーム２に対して低エネルギーの電子を広範囲に供給することができ、それによって基板１４の帯電を均一性良く抑制することができる。しかもこの実施形態の場合は、図３、図８に示した実施形態の場合に比べて、イオンビーム２に対して低エネルギーの電子をより広範囲に供給することができ、それによって基板１４の帯電をより均一性良く抑制することができる。

更にこの実施形態では、図１０からも分かるように、永久磁石８４、８６間の磁界と、永久磁石８６、８８間の磁界とは互いに逆方向であり、従って電子５０のドリフト方向も、永久磁石８４、８６間におけるドリフトと永久磁石８６、８８間におけるドリフトとが互いに逆方向になって電子５０は互いに逆方向の周回運動をするので（図５に示す実施形態では電子５０は一方向に周回する）、電子５０の濃淡、ひいては生成される低エネルギー電子の濃淡を相殺しやすくなる。従って、イオンビーム２に低エネルギーの電子をより均一性良く供給することができ、それによって基板１４の帯電をより均一性良く抑制することができる。

永久磁石８４、８６、８８の背面に、筒状の磁性体９４を設けておいても良い。その材質の例、作用効果等は、上記磁性体５８の場合と同様である。

第２の電子源を設けて、上記電子源３０ａの反対側からも上記トンネル状磁界に電子５０を供給するようにしても良い。その具体的な構成の例、作用効果等は、図８に示した電子源３０ｂの場合と同様である。

電極８０に直流のバイアス電圧Ｖ_Bを印加するバイアス電源５６を設けておいても良い。その極性の例、作用効果等は、図３、図４に示したバイアス電源５６の場合と同様である。即ち、上記バイアス電圧Ｖ_Bによって、電極８０の表面付近における電界を制御して、Ｅ×Ｂドリフトによる電子５０のドリフト速度を制御することができ、それによって低エネルギー電子の生成状況を制御することができる。その結果、基板１４の帯電抑制をより効果的に行うことが可能になる。

なお、上記第１の電子源３０ａおよび第２の電子源３０ｂの数は、それぞれ、上記各実施形態において示した一つに限られるものではなく、必要に応じて複数にしても良い。その場合は、当該電子源３０ａ、３０ｂの数に応じて上記電子輸送管５２、開口２２等を設ければ良い。

２イオンビーム
１２ホルダ
１４基板
２０ａ、２０ｂ電極
２４、２６永久磁石
３０ａ、３０ｂ電子源
５０電子（一次電子）
５６バイアス電源
６４、６６永久磁石
８０電極
８４、８６、８８永久磁石

特開平６−２０３７８５号公報

Claims

イオンビームの進行方向に実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームを、ホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置において、
前記ホルダの上流側であって前記イオンビームのＸ方向側の側面に対向する位置に設けられていて、非磁性体から成る板状の第１の電極と、
前記第１の電極の面内に設けられていて、前記イオンビーム側に第１の極性の磁極を有しており、かつ前記Ｙ方向に沿って伸びている環状の第１の永久磁石と、
前記第１の電極の面内であって前記環状の第１の永久磁石の内側に、前記第１の永久磁石との間に間隔をあけて設けられていて、前記イオンビーム側に前記第１の極性とは反対の第２の極性の磁極を有しており、かつ前記Ｙ方向に沿って伸びている第２の永久磁石と、
前記第１および第２の永久磁石間に形成される磁界の領域に電子を供給する第１の電子源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。
前記第１の電極に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源を備えている請求項１記載のイオンビーム照射装置。
前記第１の電極に前記イオンビームを挟んで前記Ｘ方向において対向するように配置されていて、非磁性体から成る板状の第２の電極と、
前記第１の永久磁石と実質的に同じ形状をしていて、前記第２の電極の面内に、前記第１の永久磁石と反対極性で対向するように設けられた第３の永久磁石と、
前記第２の永久磁石と実質的に同じ形状をしていて、前記第２の電極の面内に、前記第２の永久磁石と反対極性で対向するように設けられた第４の永久磁石とを備えている請求項１記載のイオンビーム照射装置。
前記第３および第４の永久磁石間に形成される磁界の領域に電子を供給する第２の電子源を備えている請求項３記載のイオンビーム照射装置。
前記第１および第２の電極間に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源を備えている請求項３または４記載のイオンビーム照射装置。
イオンビームの進行方向に実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームを、ホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置において、
前記ホルダの上流側において前記イオンビームの周囲を取り囲むものであって、非磁性体から成る筒状の電極と、
前記電極の面内に前記イオンビームの周囲を取り囲むように設けられていて、前記イオンビーム側に第１の極性の磁極を有している環状の第１の永久磁石と、
前記電極の面内であって前記第１の永久磁石よりも下流側に、かつ前記第１の永久磁石との間に間隔をあけて、前記イオンビームの周囲を取り囲むように設けられていて、前記イオンビーム側に前記第１の極性とは反対の第２の極性の磁極を有している環状の第２の永久磁石と、
前記電極の面内であって前記第２の永久磁石よりも下流側に、かつ前記第２の永久磁石との間に間隔をあけて、前記イオンビームの周囲を取り囲むように設けられていて、前記イオンビーム側に前記第１の極性の磁極を有している環状の第３の永久磁石と、
前記第１と第２の永久磁石間および前記第２と第３の永久磁石間にそれぞれ形成される磁界の領域に電子を供給する１以上の電子源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。
前記電極に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電源を備えている請求項６記載のイオンビーム照射装置。