JPH1021868A - イオン照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空計以外の手段によって、ファラデーカッ
プ内の真空度悪化を速やかに検出する。 【解決手段】 プラズマシャワー装置２０からファラデ
ーカップ８内にプラズマ２２を引き出す引出し電源５４
に流れる引出し電流Ｉ_E を計測する引出し電流計測器５
６を設けた。かつ、この引出し電流計測器５６で計測し
た引出し電流Ｉ_Eを予め設定した基準範囲Ｒと比較し
て、引出し電流Ｉ_E が基準範囲Ｒ外のときにインターロ
ック信号Ｓを出力する比較回路６０を設けた。

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、例えばイオン注
入装置のように、真空中でファラデーカップ内を通して
イオンビームを基板に照射してそれ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
ファラデーカップ内の真空度の悪化を検出する手段に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来のイオン照射装置の一例を
示す断面図である。

【０００３】このイオン照射装置は、基本的には、真空
に排気される処理室１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。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、処理室１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、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筒状のファラデ
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１０がホルダ４の下流側
に、それぞれ設けられている。ホルダ４、キャッチプレ
ート１０およびファラデーカップ８は、互いに電気的に
並列接続されてビーム電流計測器１２に接続されてい
る。

【０００５】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、それによって基
板６に対してイオン注入等の処理が施される。その際
に、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、次のような手段を講
じている。

【０００６】即ち、ファラデーカップ８の外側にプラズ
マシャワー装置２０を設け、そこで発生させたプラズマ
２２をファラデーカップ８内に導入する。ファラデーカ
ップ８内の壁面付近には、ファラデーカップ８に対して
負電位にされる筒状のリフレクタ電極２４が設けられて
おり、ファラデーカップ８内に導入されたプラズマ２２
中のイオンは、このリフレクタ電極２４に回収される。
同プラズマ２２中の電子は、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と共に基板６に
入り基板６の帯電を抑制する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の処理室１の真空
度は、常時、当該処理室１に連通させた真空計（例えば
電離真空計）１８で測定している。そして、当該真空度
に異常があれば、例えば、ファラデーカップ８内にビー
ムシャッター１４を入れてイオンビーム２を遮断して、
基板処理を中断するようにしている。１６は、ビームシ
ャッター１４を矢印Ｂに示すようにファラデーカップ８
内に出し入れするシャッター駆動装置である。

【０００８】ところが、基板６に対して実際に注入等の
処理を施す場所は、ファラデーカップ８によって囲まれ
ており、処理中のファラデーカップ８内の真空度は、真
空計１８の値よりも悪いものと考えられる。なぜなら、
処理中は、ファラデーカップ８内には、基板６の表面に
設けられているレジスト等からの脱ガス（アウトガス）
が拡散したり、プラズマシャワー装置２０からのガスが
流れ込んで来ているからである。

【０００９】プラズマシャワー装置８内の真空度が悪い
と、ファラデーカップ８内でイオンビーム２が広がり、
当該イオンビーム２が残留ガス分子と衝突して中性粒
子が増加し、注入量誤差や注入均一性悪化を生じさせ
る、甚だしい場合はイオンビーム２がファラデーカッ
プ８の壁面に当たり、そこから不純物粒子が発生して基
板表面が汚染される、等の不具合が発生する。

【００１０】このように、ファラデーカップ８内の真空
度悪化を検出することは非常に重要であるけれども、上
記真空計１８では、その測定点とファラデーカップ８内
とが遠く離れざるを得ないので、ファラデーカップ８内
の真空度悪化を速やかに検出することはできない。

【００１１】そこでこの発明は、真空計以外の手段によ
って、ファラデーカップ内の真空度悪化を速やかに検出
することができるように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。

【００１２】

【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、プラズマシャワー装置とファラデーカップとの間
に接続されていて前者からのプラズマを後者内に引き出
す直流の引出し電源と、この引出し電源に流れる引出し
電流を計測する引出し電流計測器と、この引出し電流計
測器で計測した引出し電流を予め設定した基準範囲と比
較して、引出し電流が基準範囲外のときにインターロッ
ク信号を出力する比較回路とを備えることを特徴とす
る。

【００１３】発明者は、研究の結果、プラズマシャワー
装置からファラデーカップ内に引き出されるプラズマの
量が、ファラデーカップ内を通るイオンビームの断面サ
イズに敏感に反応することを見い出した。即ち、ファラ
デーカップ内の真空度の変化によってイオンビームの断
面サイズが変化すると、その変化は、プラズマシャワー
装置からファラデーカップ内に引き出されるプラズマの
量ひいてはこの引出しに供する引出し電源に流れる引出
し電流の変化となって現れる。

【００１４】従って、上記構成によって、この引出し電
流を引出し電流計測器で計測し、それを比較回路で所定
の基準範囲と比較することによって、ファラデーカップ
内の真空度悪化を速やかに検出することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン照
射装置の一例を示す断面図である。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。

【００１６】この実施例においては、前述したプラズマ
シャワー装置２０を、次のような２段階プラズマ生成形
のものにしている。

【００１７】即ち、このプラズマシャワー装置２０は、
第１プラズマ生成容器３２と、その出口側に設けられた
第２プラズマ生成容器４２と、その出口側に設けられた
引出し電極５０とを備えており、これらの外周部には、
ソースマグネット兼プラズマガイド用のコイル５２が巻
かれている。

【００１８】第１プラズマ生成容器３２内には、熱電子
発生用のフィラメント３４が設けられており、かつ外部
からプラズマ４０生成用のガス３８が導入される。フィ
ラメント３４は直流のフィラメント電源３６によって加
熱される。

【００１９】フィラメント電源３６の正極と第２プラズ
マ生成容器４２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。第１プラズマ生成容
器３２と第２プラズマ生成容器４２との間には、例えば
１５０Ω程度の抵抗４６が接続されている。

【００２０】引出し電極５０はファラデーカップ８と同
電位にされており、第２プラズマ生成容器４２とファラ
デーカップ８との間には、前者を正極側にして直流の引
出し電源５４が接続されている。

【００２１】前述したリフレクタ電極２４とファラデー
カップ８との間には、前者を負極側にして直流のリフレ
クタ電源２６が接続されている。

【００２２】フィラメント３４から発生した熱電子は、
アーク電源４４から抵抗４６を介して印加される電圧に
よって第１プラズマ生成容器３２の壁面側に引き寄せら
れ、その途中でガス３８と衝突してそれを電離させ、プ
ラズマ４０が生成される。

【００２３】プラズマ４０が生成されると、抵抗４６に
電流が流れてその両端に例えば１０数Ｖ程度の電位差が
生じ、この電位差による加速電界によって、プラズマ４
０中の電子が第２プラズマ生成容器４２内に引き出され
る。第２プラズマ生成容器４２内には、第１プラズマ生
成容器３２側からガス３８が流れ込んで来ており、そこ
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、そこで再びプラズマ２２が作られる。

【００２４】このプラズマ２２中のイオンは、引出し電
源５４からの引出し電圧によって、かつコイル５２の磁
束にガイドされて、ファラデーカップ８内に引き出され
る。このとき、同イオンの移動に伴って（即ち同イオン
の電界に引っ張られて）、第２プラズマ生成容器４２内
のプラズマ２２中の電子も、同イオンと共にファラデー
カップ８内に引き出される。即ち、ファラデーカップ８
内には第２プラズマ生成容器４２内で生成されたプラズ
マ２２が導入される。このようにして、ファラデーカッ
プ８内にプラズマ２２が効率良く導入される。しかもフ
ァラデーカップ８内に導入されるプラズマ２２中の電子
のエネルギーは、例えば１０ｅＶ程度以下という低エネ
ルギーである。

【００２５】ファラデーカップ８内に導入されたプラズ
マ２２中のイオンは負電位のリフレクタ電極２４に回収
され、同プラズマ２２中の電子はリフレクタ電極２４に
よって中央部へ押し返され、そこを通過しているイオン
ビーム２中にその電界によって引き込まれる。そしてこ
の電子によって、イオンビーム照射に伴う基板６の帯電
が抑制される。

【００２６】更にこの実施例では、上記引出し電源５４
に直列に挿入されていてそこを流れる引出し電流Ｉ_E を
計測する引出し電流計測器５６と、この引出し電流計測
器５６で計測した引出し電流Ｉ_E を予め設定した基準範
囲Ｒと比較して、引出し電流Ｉ_E が基準範囲Ｒ外のとき
にインターロック信号Ｓを出力する比較回路６０とを設
けている。

【００２７】この引出し電流Ｉ_E は、ファラデーカッ
プ８内に導入されたプラズマ２２中のイオンがリフレク
タ電極２４に回収され、リフレクタ電源２６および引出
し電源５４を経由して第２プラズマ生成容器４２に戻る
電流（イオンによる電流）Ｉ₁ と、ファラデーカップ
８内に導入されたプラズマ２２中の電子がイオンビーム
２と共にホルダ４またはキャッチプレート１０に入っ
て、引出し電源５４を経由して第２プラズマ生成容器４
２、第１プラズマ生成容器３２およびフィラメント３４
に戻る電流（電子による電流）Ｉ₂ と合成したものとな
る。イオンによる電流Ｉ₁ と電子による電流Ｉ₂ とは、
引出し電流計測器５６に互いに逆方向に流れるから、引
出し電流Ｉ_E の大きさは次式で表される。

【００２８】

【数１】Ｉ_E ＝｜Ｉ₁ −Ｉ₂ ｜

【００２９】引出し電流計測器５６はこの例では抵抗器
であり、その両端にはそこを流れる引出し電流Ｉ_E に応
じた電圧が発生する。それをこの例では増幅器５８で増
幅して比較回路６０に供給する。但しこの増幅器５８を
設けるか否かは任意である。

【００３０】比較回路６０は、例えばウインドウコンパ
レーターであり、増幅器５８からの信号が所定の基準範
囲Ｒ外のときに、即ち基準範囲Ｒの上限よりも大きいか
基準範囲Ｒの下限よりも小さいときに、インターロック
信号Ｓを出力する。

【００３１】この基準範囲Ｒは、例えば、イオンビーム
２の断面サイズおよびファラデーカップ８内の真空度が
正常なときの引出し電流Ｉ_E の値を挟んだ所定範囲とす
る。より具体例を示せば、当該引出し電流Ｉ_E の値の±
１０％〜±１５％程度とする。この基準範囲Ｒをもっと
狭くしても良いし、もっと広くしても良いが、あまり狭
くすると誤検出の可能性が高くなり、あまり広くすると
検出感度が低下する。

【００３２】上記プラズマシャワー装置２０からファラ
デーカップ８内に引き出されるプラズマ２２の量は、フ
ィラメント電流やアーク電流等の他の条件を一定にして
おいた場合、ファラデーカップ８内を通るイオンビーム
２の断面サイズ（横断面サイズ）に敏感に反応すること
を発明者は見い出した。即ち、ファラデーカップ８内の
真空度の変化によってイオンビーム２の広がりが変化し
てその断面サイズが変化すれば、その変化は、ファラデ
ーカップ８内に引き出されるプラズマ２２の量ひいては
この引出しに供する引出し電源５４に流れる前記引出し
電流Ｉ_E の変化となって現れる。

【００３３】典型例を示せば、ファラデーカップ８内の
真空度が悪化すれば、ファラデーカップ８内を通るイオ
ンビーム２が広がってそのビーム密度が低下する。しか
し、イオンビーム２は、プラズマシャワー装置２０に近
づくことになり、その結果、プラズマ２２中のイオンの
量は殆ど変化しないが、電子の方はイオンビーム２の正
電位によって多量に引き出され、引出し電流Ｉ_E の変化
が見られることになる。

【００３４】従って、上記引出し電流Ｉ_E を引出し電流
計測器５６で計測し、それを比較回路６０で所定の基準
範囲Ｒと比較してインターロック信号Ｓを出力させるこ
とによって、ファラデーカップ８内の真空度悪化を、真
空計８に依ることなく速やかに検出することができる。
その結果、処理基板に対して注入量誤差や注入均一性悪
化等が生じるのを未然に防止することができる。

【００３５】その場合、比較回路６０から出力されるイ
ンターロック信号Ｓに応答して、シャッター駆動装置１
６によってビームシャッター１４をイオンビーム経路に
入れてイオンビーム２を遮断して基板処理を中断するよ
うにしても良く、そのようにすれば、処理基板に対して
注入量誤差や注入均一性悪化等が生じるのを自動的にか
つ速やかに防止することができる。

【００３６】なお、上記実施例では２段階プラズマ生成
形のプラズマシャワー装置２０を用いたけれども、それ
の代わりに通常の、即ちプラズマ生成容器が１段のプラ
ズマシャワー装置を用いても良いのは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。

【００３８】請求項１記載の発明によれば、ファラデー
カップ内の真空度の変化が引出し電流に敏感に反映さ
れ、この引出し電流の変化を比較回路によって検出する
ことができるので、ファラデーカップ内の真空度悪化
を、真空計に依ることなく速やかに検出することができ
る。その結果、処理基板に対して注入量誤差や注入均一
性悪化等が生じるのを未然に防止することができる。

【００３９】請求項２記載の発明によれば、前記比較回
路から出力されるインターロック信号に応答してイオン
ビームを遮断して基板処理を中断することができるの
で、処理基板に対して注入量誤差や注入均一性悪化等が
生じるのを自動的にかつ速やか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の一例を示す断
面図である。

【図２】従来のイオン照射装置の一例を示す断面図であ
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 １４ ビームシャッター １６ シャッター駆動装置 ２０ プラズマシャワー装置 ２２ プラズマ ２４ リフレクタ電極 ３２ 第１プラズマ生成容器 ４２ 第２プラズマ生成容器 ５０ 引出し電極 ５４ 引出し電源 ５６ 引出し電流計測器 ６０ 比較回路

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、プラズマを発生させてそれ
   をこのファラデーカップ内に導入するプラズマシャワー
   装置とを備え、前記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に処理を施
   すイオン照射装置において、前記プラズマシャワー装置
   とファラデーカップとの間に接続されていて前者からの
   プラズマを後者内に引き出す直流の引出し電源と、この
   引出し電源に流れる引出し電流を計測する引出し電流計
   測器と、この引出し電流計測器で計測した引出し電流を
   予め設定した基準範囲と比較して、引出し電流が基準範
   囲外のときにインターロック信号を出力する比較回路と
   を備えることを特徴とするイオン照射装置。
2. 【請求項２】 前記ファラデーカップ内のイオンビーム
   経路に出し入れされてイオンビームを断続するビームシ
   ャッターと、このビームシャッターをファラデーカップ
   内のイオンビーム経路に出し入れするものであって、前
   記比較回路から出力されるインターロック信号に応答し
   てビームシャッターをイオンビーム経路に入れてビーム
   を遮断するシャッター駆動装置とを更に備える請求項１
   記載のイオン照射装置。