JPH09147787A - イオン照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマシャワー装置からの高エネルギー成
分の電子がイオンビームに供給されるのを防止すること
ができるように改善したイオン照射装置を提供する。 【解決手段】 このイオン照射装置は、プラズマ３２を
生成してそれをリフレクタ電極２４内に導入するもので
あってそのプラズマ導入方向に沿う磁束７６を発生させ
るコイル６８を有するプラズマシャワー装置３０と、リ
フレクタ電極２４に負電圧を印加するリフレクタ電源２
６とを備えている。そして、リフレクタ電極２４の孔２
５に対応する位置に孔８２を有し、かつリフレクタ電極
２４と同電位の強磁性材８０を、リフレクタ電極２４の
外周を取り巻くように装着している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、イオンビームを
ホルダ上の基板に照射して当該基板にイオン注入等の処
理を施すイオン照射装置に関し、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】従来から、プラズマ中の低エネルギー電
子を利用して、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照射装置が提案されている。

【０００３】その一例を図２および図３を参照して説明
すると、このイオン照射装置は、基本的には、真空容器
（図示省略）内に収納されたホルダ１０に保持された基
板（例えばウェーハ）８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。

【０００４】ホルダ１０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方向に回転および矢印Ｂ方向に並進させられる。

【０００５】上記イオンビーム２の照射に伴って基板８
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、次のよ
うな手段が講じられている。

【０００６】即ち、ホルダ１０のこの例ではすぐ上流側
の部分に、そこを通過するイオンビーム２の周囲を取り
囲む筒状のリフレクタ電極２４を設けている。このリフ
レクタ電極２４は、アルミニウム、カーボン等の非磁性
体から成り、その側面部に孔２５を有している。

【０００７】このリフレクタ電極２４の孔２５の外側近
傍に、プラズマ３２を生成してそれを当該孔２５を通し
てリフレクタ電極２４内に導入するプラズマシャワー装
置３０が設けられている。２８は絶縁板である。

【０００８】プラズマシャワー装置３０は、この例で
は、２段階でプラズマを生成するものであり、その詳細
を図２に示すように、第１プラズマ生成容器４６、第２
プラズマ生成容器６４、コイル６８およびそれら用の各
種電源を備えている。両プラズマ生成容器４６、６４
は、この例ではカーボン等の非磁性体から成る。

【０００９】第１プラズマ生成容器４６は、リフレクタ
電極２４側の部分に小孔４８を有しており、内部に例え
ばキセノンガス等の電離用のガス５２が導入される。こ
の第１プラズマ生成容器４６内には、フィラメント５４
が設けられており、その両端には、その加熱用のフィラ
メント電源５８が接続されている。

【００１０】第１プラズマ生成容器４６のリフレクタ電
極２４側には第２プラズマ生成容器６４が設けられてい
る。この第２プラズマ生成容器６４は、その前後に小孔
６６および孔６７を有している。第１プラズマ生成容器
４６と第２プラズマ生成容器６４との間は、リング状の
絶縁物６２で電気的に絶縁されている。

【００１１】第１プラズマ生成容器４６付近の外側に
は、励磁用の直流電源７０が接続されたコイル６８が巻
かれており、これによって、第１プラズマ生成容器４６
内から第２プラズマ生成容器６４の出口付近にかけての
領域に、それらの軸方向に沿う、即ちプラズマ３２の導
入方向に沿う磁束を発生させる。図２中の７６はその磁
束の一例を模式的に示す。但し、この磁束は図示とは逆
向きでも良い（図１の実施例においても同様）。

【００１２】第２プラズマ生成容器６４とフィラメント
５４との間には、前者を正側にして直流のプラズマ生成
用電源７４が接続されている。第２プラズマ生成容器６
４と第１プラズマ生成容器４６との間には、例えば１５
０Ω程度の制限抵抗７２が接続されている。

【００１３】フィラメント５４を加熱することによって
それから放出された熱電子は、プラズマ生成容器７４か
ら制限抵抗７２を介して印加されている電圧によって第
１プラズマ生成容器４６側に引き寄せられ、その途中
で、第１プラズマ生成容器４６内に導入されたガス５２
と衝突してそれを電離させ、これによって第１プラズマ
生成容器４６内にプラズマ６０が生成される。このと
き、上記磁束７６がプラズマ６０の発生および維持に寄
与する。

【００１４】プラズマ６０が生成されると、制限抵抗７
２に電流が流れてそこに電圧降下が生じ、第２プラズマ
生成容器６４と第１プラズマ生成容器４６間に例えば十
数Ｖ程度の電位差が生じる。これによって、第１プラズ
マ生成容器４６に印加される電圧が下がるので、プラズ
マ６０は比較的薄いものとなる。

【００１５】第１プラズマ生成容器４６内のプラズマ６
０中の電子は、上記磁束７６によって絞られると同時
に、上記電位差による加速電界によって、第２プラズマ
生成容器６４内に引き出される。この電子のエネルギー
は、例えば２０ｅＶ程度の低エネルギーであるが、当該
電子は上記磁束７６によってガイドされて第２プラズマ
生成容器６４内に効率良く引き出される。

【００１６】第２プラズマ生成容器６４内には、第１プ
ラズマ生成容器４６側から小孔４８および６６を経由し
てガス５２が流れ込んで来ており、第２プラズマ生成容
器６４内に引き出された電子はこのガスと衝突してそれ
を電離させ、この第２プラズマ生成容器６４内で再びプ
ラズマ３２が作られる。ガス５２の電離エネルギーは１
０ｅＶ程度であるので、２０ｅＶ程度のエネルギーの電
子によってそれを十分電離させることができる。しか
も、この第２プラズマ生成容器６４内では、電子は上記
磁束７６の周りを旋回運動する過程でガス分子と多重衝
突するので、ガス５２の電離能率が高く、従って第２プ
ラズマ生成容器６４内では、第１プラズマ生成容器４６
内のプラズマ６０よりも高密度の（例えば３〜４倍程度
の）プラズマ３２が生成される。

【００１７】そして、第２プラズマ生成容器６４の孔６
７からプラズマ３２が、イオンビーム２の電位や圧力差
によって、リフレクタ電極２４内に導入される。このプ
ラズマ３２中の電子のエネルギーは、プラズマ３２を生
成させた時のエネルギーのままであり、その後何ら加速
が行われていないので、例えば数ｅＶ〜十ｅＶ程度の低
エネルギーである。

【００１８】このプラズマシャワー装置３０（より具体
的にはその第２プラズマ生成容器６４）とリフレクタ電
極２４との間には、リフレクタ電極２４にプラズマシャ
ワー装置３０を基準にして負電圧を印加する直流のリフ
レクタ電源２６が接続されている。このリフレクタ電源
２６の出力電圧は、リフレクタ電極２４内に導入される
プラズマ３２中の電子を押し返すに足りる電圧、例えば
−２０Ｖ〜−３０Ｖ程度にしている。

【００１９】上記のようにしてリフレクタ電極２４内に
導入されたプラズマ３２中のイオンは、負電位のリフレ
クタ電極２４に吸引され捕らえられる。一方、同プラズ
マ３２中の電子は、同リフレクタ電極２４の負電圧によ
って押し返され、イオンビーム２内にその正電位によっ
て引き込まれる。

【００２０】基板８が帯電している場合はそれによって
イオンビーム２の軸方向に電位勾配が生じるため、イオ
ンビーム２内に引き込まれた電子は、この電位勾配によ
って基板８に引き寄せられ、基板表面のイオンビーム照
射に伴う正電荷を中和する。正電荷が中和されれば、電
子の基板８への引き込みは自動的に止む。このようにし
て、電子が基板８に過不足なく供給されるので、イオン
ビーム照射に伴う基板８の正の帯電を抑制することがで
きる。

【００２１】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、上記のようなプラズマ３２中の低エネルギーの
電子を利用することにより、基板８の負の帯電をも抑制
することができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにしてプラ
ズマシャワー装置３０からイオンビーム２に供給されて
その中和に利用される電子は、その殆どがプラズマ３２
中の低エネルギー（前述したように例えば数ｅＶ〜十ｅ
Ｖ程度）の電子であるけれども、現実的にはその他に、
フィラメント５４から放出された高エネルギー（例えば
２０ｅＶ程度以上）の熱電子も混在しており、この高エ
ネルギーの熱電子がイオンビーム２に供給されて基板８
に入射すると、それによって基板８に高い電圧で負の帯
電を生じさせる恐れがある。

【００２３】そこでこの発明は、プラズマシャワー装置
からの高エネルギー成分の電子がイオンビームに供給さ
れるのを防止することができるように改善したイオン照
射装置を提供することを主たる目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明のイオン照射装
置は、前記リフレクタ電極の孔に対応する位置に孔を有
し、かつリフレクタ電極と同電位の強磁性材を、リフレ
クタ電極の外周を取り巻くように装着していることを特
徴とする。

【００２５】上記構成によれば、プラズマシャワー装置
のコイルから発生する磁束は、リフレクタ電極付近で
は、その外周部の強磁性材中を通るようになる。即ち、
リフレクタ電極の前記孔付近では、磁束は強磁性材また
はその内側のリフレクタ電極に向かうようになる。

【００２６】その結果、プラズマシャワー装置からリフ
レクタ電極内に導入されるプラズマ中の電子やその他の
電子は、この磁束にガイドされ、当該磁束に沿って強磁
性材またはリフレクタ電極に向かう。その際、リフレク
タ電極およびそれと同電位の強磁性材の電位よりも小さ
いエネルギーの電子は、当該電位によって跳ね返されて
リフレクタ電極内に入りイオンビーム中にその電位によ
って引き込まれるけれども、リフレクタ電極および強磁
性材の電位よりも大きいエネルギーの電子は、当該電位
に打ち勝ってリフレクタ電極または強磁性材中に入射
し、その中を流れる。

【００２７】このような作用によって、プラズマシャワ
ー装置からの高エネルギー成分の電子がイオンビームに
供給されるのを防止することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン照
射装置におけるプラズマシャワー装置周りの一例を示す
横断面図である。この図においてイオンビーム２は、図
２と同様、紙面の表から裏方向に進行する。図２の実施
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。ま
た、イオン照射装置としての全体構成は、例えば先に図
３で説明したものと同様であるので、それを参照するも
のとする。

【００２９】この実施例においては、強磁性材８０を、
前述したリフレクタ電極２４の外周を取り巻くように装
着している。即ち、筒状のリフレクタ電極２４の外側
に、それと同形状をした筒状の強磁性材８０を被せて取
り付けている。この強磁性材８０は、リフレクタ電極２
４の孔２５に対応する位置に孔８２を有している。ま
た、この強磁性材８０は、リフレクタ電極２４に電気的
に接続されていてそれと同電位であり、それらにリフレ
クタ電源２６の負側が接続されている。

【００３０】この強磁性材８０は、例えば鉄、ＳＵＳ４
４０Ａのような強磁性体ステンレス等の強磁性体で構成
されている。

【００３１】このような強磁性材８０を設けることによ
り、プラズマシャワー装置３０の前述したコイル６８か
ら発生する磁束７６は、その一例を図１中に模式的に示
すように、リフレクタ電極２４付近では、その外周部の
強磁性材８０中を通るようになる。即ち、リフレクタ電
極２４の孔２５付近では、磁束７６は強磁性材８０また
はその内側のリフレクタ電極２４に向かうようになり、
リフレクタ電極２４内を通過するイオンビーム２付近に
は達しないようになる。

【００３２】その結果、プラズマシャワー装置３０で前
述したようにして発生され、リフレクタ電極２４内にそ
の孔２５を通して導入されるプラズマ３２中の電子やそ
の他の熱電子等の電子は、この磁束７６にガイドされ、
当該磁束７６に沿って強磁性材８０またはリフレクタ電
極２４に向かう。その際、リフレクタ電極２４およびそ
れと同電位の強磁性材８０の電位（これはリフレクタ電
源２６によって設定される）よりも小さいエネルギーの
電子は、当該電位によって跳ね返されてリフレクタ電極
２４内に入りイオンビーム２中にその電位によって引き
込まれるけれども、リフレクタ電極２４および強磁性材
８０の電位よりも大きいエネルギーの電子は、当該電位
に打ち勝ってリフレクタ電極２４または強磁性材８０中
に入射し、それらに回収される。

【００３３】従って、リフレクタ電極２４の入口付近に
は、リフレクタ電極２４等に回収されない低エネルギー
の電子だけが存在するようになり、これがイオンビーム
２中にその正電位によって引き込まれてイオンビーム２
と共に基板８（図３参照）に入射して、基板表面のイオ
ンビーム照射に伴う正電荷を中和する作用をする。

【００３４】上記のような作用によって、プラズマシャ
ワー装置３０からの高エネルギー成分の電子がイオンビ
ーム２に供給されるのを防止することができる。その結
果、高エネルギー電子による基板８の負の帯電を確実に
防止することができる。

【００３５】上記からも分かるように、この実施例の装
置では、リフレクタ電極２４および強磁性材８０の電位
で、即ちリフレクタ電源２６の出力電圧で、選別してイ
オンビーム２の中和に利用する電子のエネルギーの上限
が決まる。従って、リフレクタ電源２６の出力電圧は、
十分に小さくする方が好ましい。例えば、リフレクタ電
源２６の出力電圧は０〜−５Ｖ程度の範囲内にするのが
好ましく、かつ制御性を高める観点から出力電圧可変に
するのが好ましい。これに対して、従来例の装置では、
リフレクタ電極２４内に導入された電子をリフレクタ電
極２４の負電位で全て跳ね返す考えから、リフレクタ電
源２６の出力電圧は、前述したように−２０Ｖ〜−３０
Ｖ程度とかなり大きくしていた。このようにこの実施例
と従来例とでは、リフレクタ電源２６の出力電圧の利用
の仕方が全く異なる。

【００３６】また、上記のようにリフレクタ電極２４の
周りを強磁性材８０で覆うことにより、リフレクタ電極
２４内を磁気シールドすることになるので、外部からの
磁場、例えばイオンビーム２の質量分離に用いる分析電
磁石からの漏れ磁場の影響を遮断することができる。そ
の結果、リフレクタ電極２４内に導入された電子が外部
磁場によって不所望な方向へ誘導されるのを防止するこ
とができ、当該電子をより確実にイオンビーム２中に引
き込ませることができる。

【００３７】なお、強磁性材８０を設ける代わりに、リ
フレクタ電極２４自身を強磁性体で構成する考えもある
が、それは次の理由から好ましくない。即ち、リフレク
タ電極２４は、その中を通過するイオンビーム２にその
できるだけ近くからプラズマ３２を供給する必要上、あ
まり大きくするのは好ましくなく、従ってこのリフレク
タ電極２４に、イオンビーム２の周辺部が何らかの原因
で当たる可能性がないとは言えず、その場合はリフレク
タ電極２４がイオンビーム２によってスパッタされるこ
とになる。これを考慮して、リフレクタ電極２４には従
来から、基板８に対するメタルコンタミネーション（金
属の不純物付着）の問題の少ない、アルミニウムやカー
ボンが使用されている。これは非磁性体である。

【００３８】これに対して、リフレクタ電極２４を強磁
性体で構成すると、強磁性体には通常、鉄やクロムが含
まれており、これがイオンビーム２によってスパッタさ
れると、鉄やクロムが基板８に付着することになり、そ
れらは洗浄等によっても容易には落ちない等の理由か
ら、メタルコンタミネーションの問題が大きい。従っ
て、リフレクタ電極２４自身を強磁性体で構成すること
は好ましくない。

【００３９】また、プラズマシャワー装置３０は、必ず
しも上記例のように２段階でプラズマを生成するもので
なくても良いけれども、上記例のようなものを用いれ
ば、次のような効果が得られる。即ち、上記プラズマシ
ャワー装置３０では、第１プラズマ生成容器４６内で生
成するプラズマ６０は薄いもので良く、このプラズマ６
０中の電子を利用して第２プラズマ生成容器６４内で濃
いプラズマ３２を生成させ、それをリフレクタ電極２４
内へ導入するようにしている。その結果、フィラメント
５４から放出させる電子の量を少なくすることができる
ので、フィラメント５４の消耗を遅くしてその寿命を長
くすることができる。しかも、第１プラズマ生成容器４
６内に供給するガス５２の量を少なくすることができる
と共に、第１プラズマ生成容器４６から第２プラズマ生
成容器６４内へ漏れ出たガス５２をそこで再びプラズマ
化するので、また小孔４８および６６においてガスに対
するコンダクタンスが十分に低下するので、リフレクタ
電極２４内へ漏れ出るガスの量は非常に少なく、従って
リフレクタ電極２４内の、即ちイオンビーム２の通過領
域の真空度低下（即ちガス圧上昇）を非常に小さく抑え
ることができる。その結果、イオンビーム２とガス分子
とが衝突して中性粒子が発生して注入量誤差等の不具合
が生じるのを防止することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記の
ような強磁性材を設けたことによって、それに入る磁束
とリフレクタ電極の電位とによって、リフレクタ電極内
に導入される電子を、リフレクタ電極の電位よりも小さ
いエネルギーを有するものに制限することができるの
で、プラズマシャワー装置からの高エネルギー成分の電
子がイオンビームに供給されるのを防止することができ
る。その結果、高エネルギー電子による基板の負の帯電
を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオン照射装置におけるプラズ
マシャワー装置周りの一例を示す横断面図である。

【図２】従来のイオン照射装置におけるプラズマシャワ
ー装置周りの一例を示す横断面図である。

【図３】従来のイオン照射装置の一例を図２のＰ方向に
見て示す縦断面図である。

【符号の説明】

２ イオンビーム ８ 基板 １０ ホルダ ２４ リフレクタ電極 ２６ リフレクタ電源 ３０ プラズマシャワー装置 ６８ コイル ７６ 磁束 ８０ 強磁性材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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照射装置であって、ホルダ
   の上流側にあってそこを通過するイオンビームの周囲を
   取り囲む筒状のものであって非磁性体から成りその側面
   部に孔を有するリフレクタ電極と、プラズマを生成して
   それをリフレクタ電極内にその前記孔を通して導入する
   ものであってそのプラズマ導入方向に沿う磁束を発生さ
   せるコイルを有するプラズマシャワー装置と、リフレク
   タ電極にこのプラズマシャワー装置を基準にして負電圧
   を印加する直流のリフレクタ電源とを備えるイオン照射
   装置において、前記リフレクタ電極の孔に対応する位置
   に孔を有し、かつリフレクタ電極と同電位の強磁性材
   を、リフレクタ電極の外周を取り巻くように装着してい
   ることを特徴とするイオン照射装置。