JP6414763B1 - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム電流計測器のメンテナンス作業が簡略化されたイオンビーム照射装置を提供する。【解決手段】ビーム照射位置に固定されたビーム電流計測器Ｐを有するイオンビーム照射装置１であって、ビーム電流計測器Ｐは、計測部Ｃと、計測部Ｃの周囲に配置されたシールドＳと、を備え、シールドＳは、ビーム３の一部を計測部Ｃに通過する開口Ｈを備えた前面シールドＦＳと、前面シールドＦＳと対向する位置に配置された後面シールドＢＳと、前面シールドＦＳと後面シールドＢＳ以外の場所に配置された側面シールドＳＳで構成されていて、イオンビーム照射装置１の真空チャンバ８壁面には開閉可能な扉Ｄがあり、扉Ｄが後面シールドＢＳを兼ねている。【選択図】 図２

Description

本発明は、イオンビームのビーム電流の計測に使用されるビーム電流計測器を備えたイオンビーム照射装置に関する。

イオン注入装置やイオンミリング装置等のイオンビーム照射装置は、基板に照射されるイオンビームのビーム電流を計測するためのビーム電流計測器を備えている。

例えば、特許文献１に述べられるイオン注入装置では、基板処理が行われる処理室や処理室に至る途中のビーム輸送経路で、イオンビームが照射される位置にファラディーカップが配置されている。

通常、特許文献１に記載のファラディーカップのようなビーム電流を計測する計測部の周囲は、特許文献２に示すビーム電流計測器のようにイオンビームが通過する特定部位を除いて、シールド等で覆われている。このシールドは、ビーム電流計測器の周囲に浮遊する計測に不要な電子（以下、不要電子）の計測部への流入を防ぐために設けられている。

ビーム電流計測器を構成する部材は、経時変化により、部材交換等のメンテナンスを必要とする。
例えば、ビーム電流計測器の計測部は、イオンビームが照射されていることから、時間の経過に伴ってイオンビームでスパッタリングされて消耗する。この消耗が大きくなれば部材の交換が行われる。
交換にあたっては、イオンビーム照射装置内にアクセスして、ビーム電流計測器のシールドを外した後に計測部の交換を行うか、ビーム電流計測器が小型かつ軽量であれば、ビーム電流計測器をイオンビーム照射装置の外部に運び出した後でビーム電流計測器のシールドを外して計測部の交換が行われる。

不要電子による誤ったビーム計測を避けるためには計測部の周りを囲うシールドは必要となるが、計測部の交換作業時にはシールドの付け外し作業が必要となるので、計測部の交換作業が煩雑となる。
シールドの付け外しに係る煩雑さは、計測部の交換以外に、シールド内に配置される他の部材のメンテナンス作業においても同様に発生する。

特開２００６−１９６３５１ 特開２００８−１２８６６０

ビーム電流計測器のメンテナンス作業が簡略化されたイオンビーム照射装置を提供する。

イオンビーム照射装置は、
ビーム照射位置に固定されたビーム電流計測器を有するイオンビーム照射装置であって、
前記ビーム電流計測器は、
計測部と、
前記計測部の周囲に配置されたシールドと、を備え、
前記シールドは、
ビームの一部を前記計測部に通過する開口を備えた前面シールドと、
前記前面シールドと対向する位置に配置された後面シールドと、
前記前面シールドと前記後面シールド以外の場所に配置された側面シールドで構成されていて、
イオンビーム照射装置の真空チャンバ壁面には開閉可能な扉があり、
前記扉が前記後面シールドを兼ねている。

扉が後面シールドを兼ねることにより、メンテナンス作業に係る一部動作が共通化されて、ビーム電流計測器のメンテナンス作業が簡略化できる。

メンテナンス作業に係る動作の共通化という点では、
前記ビーム電流計測器が前記扉に固定されていてもよい。

上記構成であれば、装置内へアクセスする動作とビーム電流計測器を出し入れする動作を共通化させることができる。

イオンビームがビーム電流計測器に照射されることで、ビーム電流計測器のシールド温度は上昇する。
略直方体形状のビーム電流計測器の長辺方向をカバーする側面シールドは、シールド温度の上昇による熱変形量が大きく、後面シールドとの間に隙間が生じる。この隙間を通じて計測部に電子が流入することが懸念される。
この種の問題については、
前記ビーム電流計測器が略直方体形状で、
前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の長辺方向に沿って永久磁石が設けられていることが望ましい。

上記構成であれば、側面シールドと後面シールドとの間に隙間が生じても、永久磁石の磁場により、この隙間を通過する不要電子を捕捉することができるので、ビーム電流計測器での計測を正確に行うことができる。

ビーム電流計測器の長辺方向で生じる側面シールドと後面シールド間の隙間は短辺方向にも生じうる。短辺方向での隙間は長辺方向での隙間に比べて微少なものであるため、この隙間を通過する不要電子は少ないものの、ビーム電流計測器で高精度な計測を行う上では、ビーム電流計測器の長辺方向に沿って側面シールドや後面シールドに永久磁石を設ける構成に加えて、
前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の短辺方向に沿って永久磁石が設けられている。

永久磁石以外に、電極を用いても同様の効果を奏することができる。また、永久磁石と電極を両方備える構成であってもよい。
電極を備える構成としては、
前記ビーム電流計測器が略直方体形状で、
前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の長手方向に沿って、負または正の電圧が印加される電極が設けられている。

永久磁石の構成と同様にビーム電流計測器の長辺方向に加えて、短辺方向にも電極を設けてもよい。
その場合、ビーム電流計測器の長辺方向に沿って側面シールドや後面シールドに電極を設ける構成に加えて、
前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の短手方向に沿って、負または正の電圧が印加される電極が設けられている。

装置内へアクセスするための扉が後面シールドを兼ねることにより、メンテナンス作業に係る一部動作が共通化されて、ビーム電流計測器のメンテナンス作業が簡略化できる。

イオンビーム照射装置の全体を示す平面図。 図１に記載の処理室の拡大図。 図２に示すビーム電流計測器の配置についての変形例。 ビーム電流計測器の構成例を示す斜視図。 永久磁石を有するビーム電流計測器の構成例を示す平面図。 電極を有するビーム電流計測器の構成例を示す平面図。 永久磁石と電極の両方を有するビーム電流計測器の構成例を示す平面図。

図１はイオンビーム照射装置１の全体を示す平面図である。ＸＹＺ軸は互いに直交しており、各軸の関係や方向は後述する他の図においても共通している。

図１のイオンビーム照射装置１は質量分析型のイオン注入装置である。このイオン注入装置は、イオン源２から引出されたイオンビーム３を、質量分析電磁石４と分析スリット５を通して不要なイオンを取り除いた後、処理室６に輸送する装置である。
処理室６では、図示されない基板走査機構によって、基板７（例えば、ガラス基板やシリコンウエハ等）がＸ方向でイオンビーム３を横切るように往復走査されることで、基板７へのイオン注入処理が行われる。
なお、Ｙ方向において、イオンビーム３の寸法は基板７の寸法よりも長く、基板７がＸ方向に沿って走査される際、基板７の全面にイオンビーム３が照射されるように構成されている。

イオン源２や質量分析電磁石４等のイオンビーム照射装置１を構成する各部は、真空雰囲気下に配置されており、これらの部材は真空チャンバ８の内側に配置されている。
真空チャンバ８の構成や寸法は、イオンビーム照射装置１の構成や寸法に応じて異なっており、多くのケースでは真空チャンバ８は複数のチャンバの組み合わせで構成されている。

図１に示す構成では、処理室６のイオンビーム３が照射される位置にビーム電流を計測するためのビーム電流計測器Ｐが配置されている。
処理室６に至るイオンビーム３の輸送経路でスポット状のイオンビーム３が磁場あるいは電場により走査される方式のイオン注入装置では、ビーム電流計測器Ｐがビーム輸送経路で真空チャンバ８の近傍に固定配置されていることもある。

図２は図１に記載の処理室６の拡大図である。
ビーム電流計測器Ｐは、ファラディーカップ等の計測部Ｃと計測部Ｃの周囲を囲むシールドＳを有している。

シールドＳは、イオンビーム３の一部を計測部Ｃに通過する開口を備えた前面シールドＦＳと、前面シールドＦＳに対向する位置に配置された後面シールドＢＳと、これら以外の場所に配置された側面シールドＳＳとで構成されている。
図２の構成において、前面シールドＦＳ、側面シールドＳＳ、計測部Ｃは処理室６の床面に対して取り付けられている。

イオンビーム照射装置１には装置内部をメンテナンスするための開閉可能な扉Ｄが設けられている。本発明では、扉Ｄを後面シールドＢＳと兼用させている。例えば、扉Ｄは、Ｙ方向を回転軸にして回動する扉である。破線で図示される位置まで扉Ｄを開けることで、装置内へのアクセスと後面シールドＢＳの取外しが同時に達成されるので、各動作を個別に行う場合に比べて、ビーム電流計測器Ｐのメンテナンス作業が簡略化できる。

扉Ｄの開閉については、図示されるような回動動作により行ってもいいが、扉Ｄを閉めたときに扉Ｄと真空チャンバ８の間で気密が保てるのであれば、Ｘ方向に扉Ｄをスライドさせて扉Ｄの開閉を行う構成であってもいい。

メンテナンス作業に係る動作の共通化という点では、図３に示す構成にしてもよい。図３では、前面シールドＦＳ、側面シールドＳＳ、計測部Ｃは、後面シールドＢＳに対して取り付けられている。
この構成において、扉Ｄを開けることでビーム電流計測器Ｐを処理室６の外側に取り出すことが可能となる。反対に、扉Ｄを閉めることでビーム電流計測器Ｐを処理室６の内側に入れることが可能となる。
このように、処理室６内へアクセスする動作とビーム電流計測器Ｐを出し入れする動作との共通化が図れるので、ビーム電流計測器のメンテナンス作業が簡略化できる。

図４には、図１乃至図３に図示されるビーム電流計測器Ｐの斜視図が描かれている。ビーム電流計測器Ｐの外形は略直方体形状をしており、Ｙ方向に並べられた複数の計測部Ｃと、個々の計測部Ｃの周りを囲むシールドＳ（側面シールドＳＳ、前面シールドＦＳ、後面シールドＢＳ）とを備えている。前面シールドＦＳには個々の計測部Ｃに対応した位置に開口Ｈが形成されている。
このビーム電流計測器Ｐは、主にＹ方向に長い長尺状のイオンビームのビーム電流計測やビーム電流密度分布の計測に使用される。
なお、略直方体形状とは、直方体形状のもの以外に直方体形状の本体部分に加えてビーム電流計測器Ｐを取り付けるためのフランジ部等を有する構成も含んでいる。

イオンビーム３がビーム電流計測器Ｐに照射されることで、ビーム電流計測器Ｐを構成しているシールドＳの温度が上昇する。
ビーム電流計測器Ｐの長辺方向（Ｙ方向）をカバーする側面シールドＳＳは、シールド温度の上昇による熱変形量が大きい。側面シールドＳＳの熱変形により、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳとの間に隙間が生じて、この隙間から計測部Ｃに電子が流入して、正常な計測に支障を来す。
なお、後面シールドＢＳは真空チャンバ８の壁面を兼ねているので、側面シールドＳＳと比較して厚み寸法が大きいため、後面シールドＢＳの熱変形量はごくわずかなものである。

また、前面シールドＦＳと側面シールドＳＳとの間にも上述した隙間が生じることが懸念されるが、計測部Ｃの上流側（Ｚ方向と反対側）では、特許文献２に開示されているような電子を追い返すための負の電圧が印加される電極等が配置されていれば、この隙間から流入した電子が計測部Ｃに到達する可能性は低い。

不要電子は、例えば、イオンビーム３が前面シールドＦＳに衝突することで発生した２次電子や帯電抑制用にイオンビーム照射処理される基板に供給される電子である。
この不要電子を計測部Ｃに流入させないように、本発明では図５乃至図７に記載の構成を用いている。

図５では、側面シールドＳＳの後面シールドＢＳ側の端部に永久磁石Ｍが配置されている。この永久磁石Ｍは、図示されるＹ方向（略直方体形状のビーム電流計測器Ｐの長辺方向）に長い永久磁石である。このような永久磁石Ｍがあれば、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳとの間の隙間には、矢印で描かれている磁場が形成されて、当該隙間を通じて計測部Ｃへの電子の流入を防止することが可能となる。

この永久磁石Ｍの構成や配置は図５に図示されるものに限られない。例えば、Ｚ方向にＳＮと配置された磁極の並びを逆転させてＮＳとなるようにしてもよい。また、Ｚ方向に磁極を並べるのではなく、Ｘ方向に磁極が並ぶようにしてもよく、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳとの隙間に磁場が形成される磁極配置であればどのようなものであってもよい。
シールドＳの外側に配置されている永久磁石ＭをシールドＳの内側に配置するようにしてもいい。また、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳとの間に永久磁石Ｍを配置していいし、側面シールドＳＳ近傍の後面シールドＢＳに永久磁石Ｍを配置する構成にしてもよい。さらには、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳの両方に永久磁石Ｍを設けてもよい。

側面シールドＳＳの全域に亘ってＹ方向に永久磁石Ｍを設けるようにしてもいいが、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳとの隙間が特定の場所で大きくなる場合には、隙間が大きくなる場所だけに永久磁石Ｍを設けるようにしてもよい。

ビーム電流計測器Ｐの短辺方向（Ｘ方向）で、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳ間に生じる隙間は長辺方向での隙間に比べて微少なものであるが、この隙間を電子が通過して、計測部Ｃでの計測に悪影響を与えるのであれば、Ｙ方向と同様にＸ方向にも永久磁石Ｍを設けるようにしてもよい。

図５に図示されている電子供給源Ｇ（電子銃あるいはプラズマフラッドガン）からの電子の供給がイオンビーム３を挟んで図の右側からなされている場合には、電子供給源Ｇに近い側の側面シールドＳＳにだけ永久磁石Ｍを設けておいてもよい。
ただし、電子が反対側に回り込むことがあれば、図示されているように電子供給源Ｇと反対側の側面シールドＳＳにも永久磁石Ｍを設けるようにしてもよい。

図６には、図５の永久磁石Ｍに代えて電極Ｅを用いる構成例が描かれている。電極Ｅは、側面シールドＳＳに対して図示されない絶縁部材を介して取り付けられていて、正または負の電圧が印加されている。
正、負いずれの極性の電圧を印加するかによって、電極Ｅに電子を吸引するのか、電極Ｅから電子を追い返すのかの違いはあるが、側面シールドＳＳと後面シールドＢＳとの間の隙間を通して計測部Ｃへ電子が流入することが防止できれば、いずれの極性を選択してもよい。

電極Ｅの配置については、永久磁石Ｍの構成と同じくシールドＳの内側でもいいし、外側であってもよい。また、Ｙ方向での電極Ｅの寸法は側面シールドＳＳと同程度であればよいが、側面シールドＳＳの全域に亘って設けられている必要はなく、隙間が大きい箇所のみに設ける構成であってもよい。さらに、ビーム電流計測器Ｐの長辺方向（Ｙ方向）に加えて、短辺方向（Ｘ方向）にも電極を配置する構成であってもよい。
その他、上述した以外の電極Ｅを設ける場所については、図５で述べた永久磁石Ｍと同様の場所にしてもよい。

図５、６は、永久磁石Ｍと電極Ｅのいずれかを備える構成であったが、図７に図示されているように永久磁石Ｍと電極Ｅの両方を備える構成であってもよい。

永久磁石Ｍと電極Ｅの両方を備えた構成では、次のようにして両者を使い分けるようにしてもよい。
永久磁石Ｍが昇温により消磁されると、ビーム電流計測器Ｐでの計測結果に変化が生じる。この計測結果の変化から、永久磁石Ｍの磁場による不要電子の捕捉に不具合が生じていると判断したときに、電極Ｅに電圧を印加して電場によって不要電子の捕捉あるいは追い返しを行うようにする。
この電極Ｅによる不要電子の捕捉あるいは追い返しを、次にイオンビーム照射装置が定期的にメンテナンスされる時まで行い、定期メンテナンスのタイミングで永久磁石Ｍを交換する。
こうすることで、非定期にイオンビーム照射装置を停止させることがないので装置稼働率が低下しない。また、初めから電極Ｅに電圧を印加しておく構成に比べれば、少ない消費電力で済む。

図７に示す永久磁石Ｍと電極Ｅの配置については一例であり、図５、図６で説明した永久磁石Ｍと電極Ｅの配置に係る種々の変形例を組み合わせてもよい。

また、図４の実施形態では、ビーム電流計測器Ｐとして複数の計測部Ｃを有する構成であったが、計測部Ｃの個数は１つであっても構わない。

その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。

１ イオンビーム照射装置
８ 真空チャンバ
Ｐ ビーム電流計測器
Ｃ 測定部
Ｓ シールド
ＦＳ 前面シールド
ＳＳ 側面シールド
ＢＳ 後面シールド
Ｄ 扉
Ｍ 永久磁石
Ｅ 電極

Claims (6)

1. ビーム照射位置に固定されたビーム電流計測器を有するイオンビーム照射装置であって、
   前記ビーム電流計測器は、
   計測部と、
   前記計測部の周囲に配置されたシールドと、を備え、
   前記シールドは、
   ビームの一部を前記計測部に通過する開口を備えた前面シールドと、
   前記前面シールドと対向する位置に配置された後面シールドと、
   前記前面シールドと前記後面シールド以外の場所に配置された側面シールドで構成されていて、
   イオンビーム照射装置の真空チャンバ壁面には開閉可能な扉があり、
   前記扉が前記後面シールドを兼ねているイオンビーム照射装置。
2. 前記ビーム電流計測器が前記扉に固定されている請求項１記載の荷電粒子ビーム照射装置。
3. 前記ビーム電流計測器が略直方体形状で、
   前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の長辺方向に沿って永久磁石が設けられている請求項１または２記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の短辺方向に沿って、永久磁石が設けられている請求項３記載のイオンビーム照射装置。
5. 前記ビーム電流計測器が略直方体形状で、
   前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の長辺方向に沿って、負または正の電圧が印加される電極が設けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載のイオンビーム照射装置。
6. 前記後面シールドまたは前記側面シールドに、前記ビーム電流計測器の短辺方向に沿って、負または正の電圧が印加される電極が設けられている請求項５記載のイオンビーム照射装置。