JPH06203788A - 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】 ファラデーカップ８外に、プラズマ３６を作
るプラズマ生成容器２２が設けられており、このプラズ
マ３６から正イオン３７を電極箱４２内に引き出し、そ
れを壁面に当てて二次電子３８を放出させる。同壁面で
反射された正イオン３７ａは、イオン取込み電極４８に
取り込まれる。放出された二次電子３８は、電子引出し
電極５８によって筒６４内に引き出されると共に同電極
５８の出口部で減速され、低エネルギーの二次電子３８
は、筒６４の軸方向に沿う磁束Ｂによってガイドされ
て、効率良くファラデーカップ８内に導入される。

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３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、ファラデーカップ外
に設けられていてプラズマを生成するプラズマ源と、小
孔およびそれから離れた所に開口部を有し、この小孔側
がプラズマ源に絶縁物を介して隣接されていてこの小孔
を通して内部にプラズマ源から正イオンが引き出される
電極箱と、この電極箱に前記プラズマ源に対して負電圧
を印加するイオン引出し電源と、前記電極箱の開口部の
外側に絶縁物を介して設けられていて、電極箱内で放出
された二次電子を引き出すメッシュ状の電子引出し電極
と、この電子引出し電極に電極箱に対して正電圧を印加
する電子引出し電源と、前記電極箱内に電極箱から絶縁
して設けられていて、電極箱の内壁で反射された正イオ
ンを取り込むイオン取込み電極と、このイオン取込み電
極に電極箱に対して負電圧を印加するイオン取込み電源
と、前記電子引出し電極と前記ファラデーカップの孔と
の間を連結する筒であって、電子引出し電極との間には
絶縁物が介在されておりファラデーカップには電気的に
接続されたものと、この筒内にその軸方向に沿う磁束を
発生させる磁束発生手段と、前記電極箱とファラデーカ
ップとの間を、両者が同電位かファラデーカップ側がや
や正電位になるように接続するエネルギー設定手段とを
備えることを特徴とする。

【００１０】その場合、前記筒とファラデーカップとの
間に絶縁物を介在させ、かつ当該筒と電子引出し電極と
の間を電気的に接続し、かつ前記電子引出し電源の負側
をファラデーカップに接続しても良い。

【００１１】

【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、このプラズマ中の正イオンは、イオン引
出し電源によって正電圧が印加される電極箱内に引き出
され、その内壁に衝突する。

【００１２】この衝突によって二次電子が放出されると
共に、入射正イオンの一部は反射される。この反射され
た正イオンは、イオン取込み電源から負電圧が印加され
るイオン取込み電極に取り込まれる。一方、放出された
二次電子は、電子引出し電源から正電圧が印加される電
子引出し電極によって筒内に引き出される。このよう
に、二次電子と反射正イオンとは極性の違いによって完
全に分離され、二次電子のみが筒内に引き出される。

【００１３】このようにして筒内に引き出された二次電
子は、エネルギーが小さくても、筒内の磁束にガイドさ
れて当該磁束に沿ってファラデーカップの方に効率良く
導かれ、ファラデーカップ内にその孔を通して効率良く
導入される。このようにしてファラデーカップ内に導入
される二次電子は、電子引出し電極に入る前に加速さ
れ、かつ同電子引出し電極を通過した後に、あるいはフ
ァラデーカップ内に入る際に減速されるので、そのエネ
ルギーは、電子引出し電源の出力電圧に依存せず、エネ
ルギー設定手段によって低エネルギーに設定することが
できる。

【００１４】ファラデーカップ内に導入された低エネル
ギーの二次電子は、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二次
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。

【００１５】しかも、電子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、低エネルギーの二次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。

【００１６】以上のような作用によって、低エネルギー
の二次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。

【００１７】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係るイオン処
理装置を示す図である。図３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、この孔９の外側の部分に筒６４が設けられている。
この筒６４とファラデーカップ８とは、この実施例では
互いに電気的に接続されている。この筒６４の外側に
は、磁場電源６８が接続されたコイル６６が巻かれてお
り、それによって筒６４の軸方向に沿う磁束Ｂが作られ
る。即ちこの実施例では、このコイル６６および磁場電
源６８によって、磁束発生手段を構成している。なお、
磁束Ｂの向きは、図示とは逆に電子引出し電極５８側へ
向いていても良く、要は筒６４の軸方向に沿っていれば
良い。

【００１９】筒６４の先端部には、この実施例ではリン
グ状の絶縁物５６を介在させて、メッシュ状の電子引出
し電極５８が設けられている。更にその外側に、リング
状の絶縁物５４を介在させて、電極箱４２が設けられて
いる。

【００２０】この電子引出し電極５８と電極箱４２間に
は電子引出し電源６０（その出力電圧は例えば１００〜
３００Ｖ程度）が接続されており、これによって電子引
出し電極５８には、電極箱４２に対して正電圧が印加さ
れる。

【００２１】更にファラデーカップ８と電極箱４２との
間に、エネルギー設定手段の一例として、この実施例で
は前者に正電圧を印加するエネルギー設定電源６２が接
続されている。このエネルギー設定電源６２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。

【００２２】電極箱４２は、その一側面に小孔４４を、
かつそれに交わる側面に開口部４６をそれぞれ有してお
り、この開口部４６が電子引出し電極５８を介して筒６
４に連通している。この電極箱４２内であってこの実施
例ではその開口部４６に対向する部分に、絶縁物５０を
介在させて、イオン取込み電極４８が設けられている。
このイオン取込み電極４８と電極箱４２間にはイオン取
込み電源５２（その出力電圧は例えば１００〜３００Ｖ
程度）が接続されており、これによってイオン取込み電
極４８には、電極箱４２に対して負電圧が印加される。

【００２３】電極箱４２の小孔４４の外側には、リング
状の絶縁物４０を介在させて、プラズマ生成容器２２が
設けられており、その小孔２４は小孔４４に通じてい
る。両小孔２４および４４は、スリット状でも良い。

【００２４】このプラズマ生成容器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２
２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３４（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。この実施例ではこれらに
よって、プラズマ源を構成している。

【００２５】前記電極箱４２とこのプラズマ生成容器２
２間にはイオン引出し電源４１（その出力電圧は例えば
１００〜３００Ｖ程度）が接続されており、これによっ
て電極箱４２には、プラズマ生成容器２２に対して負電
圧が印加される。

【００２６】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とファラデーカップ８間には、電極箱４２および
筒６４が存在し、しかもプラズマ生成容器２２および電
極箱４２に設ける正イオン３７引出し用の小孔２４およ
び４４は小さいもので良く、従ってこれらの部分でガス
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。

【００２７】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。

【００２８】このプラズマ生成容器２２内のプラズマ３
６中の正イオン３７は、イオン引出し電源４１によって
負電圧が印加される電極箱４２内に、小孔２４および４
４を経由して引き出され、電極箱４２の内壁に衝突す
る。

【００２９】この衝突によって、電極箱４２の壁面から
二次電子３８が放出されると共に、入射正イオン３７の
一部は反射される。反射された正イオン３７ａは、イオ
ン取込み電源５２から負電圧が印加されるイオン取込み
電極４８に取り込まれる。

【００３０】一方、放出された二次電子３８は、電子引
出し電源６０から正電圧が印加されるメッシュ状の電子
引出し電極５８に引き寄せられ（即ち加速され）、それ
を通過して筒６４内に引き出される。このように、二次
電子３８と反射正イオン３７ａとは極性の違いによって
完全に分離され、二次電子３８のみが筒６４内に引き出
される。

【００３１】このようにして電子引出し電極５８によっ
て筒６４内に引き出された二次電子３８は、この実施例
では電子引出し電極５８と筒６４との間で電子引出し電
源６０の電圧分だけ減速される。従って、筒６４内に導
入される二次電子３８のエネルギーは、電子引出し電源
６０の電圧に依存せず、エネルギー設定電源６２の出力
電圧を考慮しなければ、電極箱４２の壁面から放出され
たときの初期エネルギーと同じであり、例えば数ｅＶ程
度の低エネルギーである。エネルギー設定電源６２の出
力電圧を０Ｖより大にすれば、筒６４内に引き出される
二次電子３８のエネルギーは、上記初期エネルギーより
エネルギー設定電源６２の出力電圧（例えば前述したよ
うに２０Ｖ以下）分だけ大きくなるが、それでも精々２
０ｅＶ程度以下である。

【００３２】このような低エネルギーの二次電子３８
は、そのままでは発散しやすく筒６４の壁面に当たって
消滅しやすい。そこでこの実施例では、筒６４内にその
軸方向に沿う磁束Ｂを発生させるようにしており、その
結果、低エネルギーの二次電子３８は、この磁束Ｂにガ
イドされて磁束Ｂに沿ってファラデーカップ８の方へ効
率良く導かれ、ファラデーカップ８内にその孔９を通し
て効率良く導入される。即ち、上記磁束Ｂの存在によっ
て、二次電子３８が筒６４の壁面に当たって消滅するの
が抑制されるので、二次電子３８はそのエネルギーが低
くても効率良くファラデーカップ８内に導かれる。

【００３３】このようにしてファラデーカップ８内に導
入される二次電子３８のエネルギーは、前述したよう
に、電子引出し電源６０の電圧に依存せず、ほぼエネル
ギー設定電源６２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６２の出力電圧を前述した
ように２０Ｖ以下にしておくことによって、電子引出し
電源６０の電圧が高くても、２０ｅＶ程度以下の低エネ
ルギーの二次電子３８をファラデーカップ８内に導入す
ることができる。

【００３４】ファラデーカップ８内に導入する二次電子
３８のエネルギーを２０ｅＶ程度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程度以下
に抑える必要があるからである。

【００３５】ファラデーカップ８内に導入された低エネ
ルギーの二次電子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二次電子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。

【００３６】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、低エネルギーの二次電子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。

【００３７】以上のような作用によって、低エネルギー
の二次電子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。

【００３８】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
ーの二次電子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に供給される二次電子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。

【００３９】なお、エネルギー設定電源６２の出力電圧
を０Ｖにする場合は、このエネルギー設定電源６２の代
わりに抵抗を挿入しても良いし、導線で直結しても良
い。その場合は、これらが前述したエネルギー設定手段
を構成する。

【００４０】図２は、この発明の他の実施例に係るイオ
ン処理装置を部分的に示す図である。図１の実施例との
相違点を主体に説明すると、この実施例では、前記筒６
４とファラデーカップ８との間にリング状の絶縁物５６
を介在させ、筒６４と電子引出し電極５８との間は電気
的に接続し、かつ電子引出し電源６０の負側をファラデ
ーカップ８に接続している。

【００４１】このようにすると、電子引出し電極５８を
通過して筒６４内に導入された二次電子３８は、比較的
高いエネルギー（即ち電子引出し電源６０およびエネル
ギー設定電源６２の出力電圧の和に相当するエネルギ
ー）で筒６４内を輸送され、筒６４の出口部とファラデ
ーカップ８との間で電子引出し電源６０の電圧分だけ減
速されてファラデーカップ８内に導入される。従って、
筒６４内での二次電子３８のエネルギーが図１の実施例
と異なるだけであり、ファラデーカップ８内に導入され
たときの二次電子３８のエネルギーは図１の実施例の場
合と同様に低エネルギーであり、従ってそれ以降の作用
効果も同様である。

【００４２】なお、上記コイル６６および磁場電源６８
の代わりに、複数の永久磁石を筒６４の外側に設けて上
記のような磁束Ｂを発生させるようにし、これによって
磁束発生手段を構成しても良い。

【００４３】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。

【００４４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、電極箱
内で発生する二次電子と反射正イオンとを分離して、低
エネルギーの二次電子のみをファラデーカップ内に効率
良く導入することができ、この低エネルギーの二次電子
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二次電子がイオンビー
ムと共に基板に入るので、低エネルギーの二次電子を基
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示
す図である。

【図２】この発明の他の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３】従来のイオン処理装置の一例を示す図である。

【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 ９ 孔 ２２ プラズマ生成容器 ３６ プラズマ ３７ 正イオン ３８ 二次電子 ４１ イオン引出し電源 ４２ 電極箱 ４８ イオン取込み電極 ５２ イオン取込み電源 ５８ 電子引出し電極 ６０ 電子引出し電源 ６２ エネルギー設定電源 ６４ 筒 ６６ コイル

Claims (2)

【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、ファラデ
   ーカップ外に設けられていてプラズマを生成するプラズ
   マ源と、小孔およびそれから離れた所に開口部を有し、
   この小孔側がプラズマ源に絶縁物を介して隣接されてい
   てこの小孔を通して内部にプラズマ源から正イオンが引
   き出される電極箱と、この電極箱に前記プラズマ源に対
   して負電圧を印加するイオン引出し電源と、前記電極箱
   の開口部の外側に絶縁物を介して設けられていて、電極
   箱内で放出された二次電子を引き出すメッシュ状の電子
   引出し電極と、この電子引出し電極に電極箱に対して正
   電圧を印加する電子引出し電源と、前記電極箱内に電極
   箱から絶縁して設けられていて、電極箱の内壁で反射さ
   れた正イオンを取り込むイオン取込み電極と、このイオ
   ン取込み電極に電極箱に対して負電圧を印加するイオン
   取込み電源と、前記電子引出し電極と前記ファラデーカ
   ップの孔との間を連結する筒であって、電子引出し電極
   との間には絶縁物が介在されておりファラデーカップに
   は電気的に接続されたものと、この筒内にその軸方向に
   沿う磁束を発生させる磁束発生手段と、前記電極箱とフ
   ァラデーカップとの間を、両者が同電位かファラデーカ
   ップ側がやや正電位になるように接続するエネルギー設
   定手段とを備えることを特徴とするイオン処理装置。
2. 【請求項２】 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、ファラデ
   ーカップ外に設けられていてプラズマを生成するプラズ
   マ源と、小孔およびそれから離れた所に開口部を有し、
   この小孔側がプラズマ源に絶縁物を介して隣接されてい
   てこの小孔を通して内部にプラズマ源から正イオンが引
   き出される電極箱と、この電極箱に前記プラズマ源に対
   して負電圧を印加するイオン引出し電源と、前記電極箱
   の開口部の外側に絶縁物を介して設けられていて、電極
   箱内で放出された二次電子を引き出すメッシュ状の電子
   引出し電極と、この電子引出し電極にファラデーカップ
   に対して正電圧を印加する電子引出し電源と、前記電極
   箱内に電極箱から絶縁して設けられていて、電極箱の内
   壁で反射された正イオンを取り込むイオン取込み電極
   と、このイオン取込み電極に電極箱に対して負電圧を印
   加するイオン取込み電源と、前記電子引出し電極と前記
   ファラデーカップの孔との間を連結する筒であって、フ
   ァラデーカップとの間には絶縁物が介在されており電子
   引出し電極には電気的に接続されたものと、この筒内に
   その軸方向に沿う磁束を発生させる磁束発生手段と、前
   記電極箱とファラデーカップとの間を、両者が同電位か
   ファラデーカップ側がやや正電位になるように接続する
   エネルギー設定手段とを備えることを特徴とするイオン
   処理装置。