JPH06203785A - イオン処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 プラズマ３６を生成するプラズマ生成容器２
２をファラデーカップ８の外に設け、引出し電極４４に
よってプラズマ３６中から電子３８を引き出し、かつ減
速電極５４との間で引出し電源４８の電圧分だけ減速し
て、エネルギー設定電源４０の電圧によってエネルギー
が定まる低エネルギーの電子３８をファラデーカップ８
内に導くようにした。ファラデーカップ８内には、リフ
レクタ電源６２によって負電圧が印加され、電子３８を
押し返す働きをするリフレクタ電極６０を設けている。

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、この発明のイオン処理装置は、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してそれをファ
ラデーカップの孔を通してファラデーカップ内へ導く引
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、前記ファラデーカップ内であってその前記孔に対向
する部分にファラデーカップから絶縁して設けられてい
て、前記孔を通してファラデーカップ内に導入された電
子を押し返すリフレクタ電極と、このリフレクタ電極と
ファラデーカップとの間に接続されていて前者に負電圧
を印加するリフレクタ電源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。このプラズマ中の電子は低エネルギー
である。

【００１１】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
引き出され、ファラデーカップ内にその孔を通して導か
れる。このときファラデーカップ内に導かれる電子のエ
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、この
エネルギー設定電源の電圧を低くしておくことにより、
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。

【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】また、ファラデーカップ内に導入された電
子は、リフレクタ電源によって負電圧が印加されるリフ
レクタ電極によって押し返されてそれがファラデーカッ
プに流入するのが抑制されるので、電子を効率良く基板
側へ導くことができる。

【００１５】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。

【００１６】

【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。

【００１７】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、その部分の内側に、例えば金属製のスペーサ５２を
介して、減速電極５４が設けられている。この減速電極
５４は、ここではファラデーカップ８とは別の名称で呼
んでいるけれども、ファラデーカップ８に電気的に接続
されておりファラデーカップ８の一部と見なすことがで
きる。従ってその小孔５６は、ファラデーカップ８の壁
面の一部に設けられた孔と見なすこともできる。この減
速電極５４の断面は、イオンビーム２の進行方向に進む
につれてファラデーカップ８の中心から後退するような
テーパになっている。このようにすることによって、イ
オンビーム２が少し位発散してもそれがこの減速電極５
４に当たるのを防止することができる。

【００１８】この減速電極５４の外側の部分に、リング
状の絶縁物５０および４２をそれぞれ介して、引出し電
極４４およびプラズマ生成容器２２が設けられている。
このプラズマ生成容器２２、引出し電極４４および上記
減速電極５４には、電子３８を引き出すための小孔２
４、４６および５６がそれぞれ設けられている。

【００１９】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。この例ではこれらによって、
プラズマ源を構成している。

【００２０】引出し電極４４と減速電極５４間には、電
圧可変（例えば０〜５０Ｖ程度）の引出し電源４８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および減速電極５４に対して正電圧が
印加される。減速電極５４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。

【００２１】ファラデーカップ８内であって減速電極５
４に対向する壁面には、減速電極５４の小孔５６を通し
てファラデーカップ８内に導入された電子３８を押し返
す働きをするリフレクタ電極６０が絶縁物５８を介して
設けられている。このリフレクタ電極６０とファラデー
カップ８間には、前者に負電圧を印加するリフレクタ電
源６２が接続されている。このリフレクタ電源６２の出
力電圧は、例えば０〜２０Ｖ程度の範囲内で調整後固定
される。

【００２２】このレフレクタ電極６０の断面も、減速電
極５４の場合と同様、イオンビーム２の進行方向に進む
につれてファラデーカップ８の中心から後退するような
テーパになっている。このようにすることによって、イ
オンビーム２が少し位発散してもそれがこのリフレクタ
電極６０に当たるのを防止することができる。また、後
述する電子３８がホルダ４上の基板６の方へ向かいやす
くなる。

【００２３】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、引出し電極４４および減速電極５４に設ける電
子３８引き出し用の小孔２４、４６および５６は、いず
れも直径が例えば約２ｍｍφ程度の小さいもので良く、
そこで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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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によって引き出され、かつ減速電極
５４との間で引出し電源４８の電圧分だけ減速された
後、ファラデーカップ８内に減速電極５４の小孔５６を
通して導かれる。このときファラデーカップ８内に導か
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４０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。

【００２７】即ち、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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】また、ファラデーカップ８内に導入された
電子３８は、リフレクタ電源６２によって負電圧が印加
されるリフレクタ電極６０によってファラデーカップ８
の中心部に押し返されてそれがファラデーカップ８内に
流入するのが抑制されるので、電子３８を効率良く基板
６側へ導くことができる。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】なお、上記実施例では、ファラデーカップ
８の一部に減速電極５４を設けているが、前述したよう
にこの減速電極５４はファラデーカップ８の一部と見な
すことができるものであり、従ってこのような減速電極
５４を別に設けずに、ファラデーカップ８の壁面の一部
に減速電極５４の小孔５６に相当する孔を設け、その外
側に前記引出し電極４４およびプラズマ生成容器２２等
を設けて、この孔からファラデーカップ８内に前記と同
様にして低エネルギーの電子３８を導入するようにして
も良い。

【００３５】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。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、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、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、しか
もファラデーカップ内に引き出した電子をリフレクタ電
極によって押し返してそれがファラデーカップに流入す
るのを抑制して当該電子を効率良く基板側へ導くことが
できるので、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。

【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 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 ５４ 減速電極 ５６ 小孔 ６０ リフレクタ電極 ６２ リフレクタ電源

Claims (1)

【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し
   てそれをファラデーカップの孔を通してファラデーカッ
   プ内へ導く引出し電極と、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、前記ファラデーカップ内であってその前記
   孔に対向する部分にファラデーカップから絶縁して設け
   られていて、前記孔を通してファラデーカップ内に導入
   された電子を押し返すリフレクタ電極と、このリフレク
   タ電極とファラデーカップとの間に接続されていて前者
   に負電圧を印加するリフレクタ電源とを備えることを特
   徴とするイオン処理装置。