JPH1027569A - イオン照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオンビームの走査位置に追従してプラズマ
を供給して、イオンビーム走査領域の全域においてほぼ
一様に基板の帯電を抑制することができるイオン照射装
置を提供する。 【解決手段】 イオンビーム２の走査領域３を挟んでプ
ラズマシャワー装置３０に対向する位置に、補助コイル
４２を、その中心軸がイオンビームの走査方向Ｘにほぼ
平行になるように配置した。この補助コイル４２に、補
助コイル電源４６から、イオンビームの走査に同期した
交流の補助コイル電流Ｉを供給する。この補助コイル４
２による交流磁界４４と、プラズマシャワー装置３０の
ソースコイル３８による直流磁界４０とが合成されて、
イオンビーム２の走査位置に追従する合成磁界４８が形
成され、この合成磁界４８によってプラズマ３６がイオ
ンビーム２に向けてガイドされる。

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
一次元で静電的または磁気的に走査すると共に、基板を
イオンビームの走査方向と実質的に直交する方向に機械
的に走査して基板にイオン注入等の処理を施す、いわゆ
るハイブリッドスキャン方式の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】ハイブリッドスキャン方式のイオン照射
装置は、例えば特開平４−２２９００号公報等に開示さ
れているが、その一例を図４に示す。

【０００３】このイオン照射装置は、図示しないイオン
源から引き出され、かつ必要に応じて質量分析、加速等
が行われたスポット状のイオンビーム２を、走査電源１
６から互いに１８０度位相の異なる走査電圧が印加され
る二組の走査電極４および６の協働によってＸ方向（例
えば水平方向。以下同じ）に静電的に高速度で、例えば
数百Ｈｚ程度で平行走査（パラレルスキャン）し、これ
をホルダ１０に保持された基板（例えばウェーハ）８に
照射してイオン注入等の処理を施すよう構成されてい
る。イオンビーム２は、図に示すように、その走査領域
３の一端部３ａから中心部３ｃを経由して他端部３ｂま
で往復走査される。

【０００４】走査電源１６は、この例では、互いに１８
０度位相の異なる三角波状の走査電圧＋Ｖおよび−Ｖを
出力するものであり、三角波状の走査信号Ｓを発生する
走査信号発生器１８と、それからの走査信号Ｓを昇圧し
て互いに逆極性の走査電圧＋Ｖおよび−Ｖをそれぞれ出
力する高圧増幅器２０および２２とを備えている。

【０００５】一方、基板８を保持するホルダ１０をアー
ム１２に取り付け、このアーム１２を可逆転式のモータ
（例えばダイレクトドライブモータ）１４によって矢印
Ｒのように往復旋回させることによって、ホルダ１０を
イオンビーム２の走査領域３において、前記Ｘ方向と実
質的に直交するＹ方向（例えば垂直方向。以下同じ）に
機械的に往復走査するようにしている。これと、イオン
ビーム２の前記走査との協働（ハイブリッドスキャン）
によって、基板８の全面に均一にイオン照射が行われる
ようにしている。

【０００６】なお、ハイブリッドスキャン方式の場合、
イオンビーム２を磁場によって走査する場合もある。ま
た、イオンビーム２を必ずしもこの例のように平行走査
しない場合もある。また、ホルダ１０を前記Ｙ方向に往
復直線運動させる場合もある。ホルダ１０を上記のよう
に往復走査する代わりに、ウェーハディスクを一方向に
回転させる場合もある。

【０００７】ところで、基板８にイオン注入等の処理を
施す場合、イオンビーム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問題がある。

【０００８】これを防止するために、ホルダ１０の上流
側近傍１１におけるイオンビーム走査領域３のほぼ中心
部３ｃの外側に、図５に示すようなプラズマシャワー装
置３０を設けている。このプラズマシャワー装置３０
は、プラズマ３６を生成してそれを小孔３４を経由し
て、イオンビーム２の走査方向Ｘに交差する（より具体
的にはほぼ直交する）方向からイオンビーム走査領域３
の中心部３ｃ付近に向けて供給するプラズマソース部３
２と、このプラズマソース部３２の周囲に巻かれてい
て、直流のソースコイル電源３７によって励磁されてプ
ラズマソース部３２の軸方向にほぼ沿う磁束４０を発生
させるソースコイル３８とを有している。この磁束４０
は、プラズマソース部３２におけるプラズマ３６の生成
に寄与すると共に、当該プラズマ３６をイオンビーム走
査領域３へガイドする働きをする。

【０００９】上記のようにしてプラズマシャワー装置３
０からイオンビーム走査領域３へプラズマ３６を供給す
ると、当該プラズマ３６中の電子（これは通常は例えば
数十ｅＶ程度以下の低エネルギーである）は、イオンビ
ーム２内にその正電位によって引き込まれる。基板８
（図４参照）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の帯電を抑制することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記プラズマ３６中の
電子をイオンビーム２中にその電位によって引き込ませ
るためには、プラズマ３６をイオンビーム２のできるだ
け近傍に供給する必要がある。

【００１１】ところが上記イオン照射装置では、イオン
ビーム２はＸ方向に走査されてその時間的位置が変化し
ているのに、プラズマシャワー装置３０からのプラズマ
３６の供給は、イオンビーム走査領域３のほぼ中心部３
ｃ付近に向けてのスタティック（静的）なものであり、
従って走査されるイオンビーム２に対してプラズマ３６
の供給、ひいては電子の供給が十分に追従していなかっ
た。

【００１２】即ち、上記のようにイオンビーム２をＸ方
向に高速で走査する場合、イオンビーム２がプラズマシ
ャワー装置３０の近傍、即ち走査領域３の中心部３ｃ付
近にあるときは、プラズマ３６をイオンビーム２の近傍
に十分に供給することはできるけれども、イオンビーム
２が遠ざかった場所、即ち走査領域３の両端部３ａ、３
ｂ付近に走査されたときは、プラズマ３６をイオンビー
ム２の近傍に十分に供給することはできない。従ってそ
のときは、イオンビーム照射に伴う基板８の帯電を十分
に抑制することはできない。

【００１３】特に近年は、基板８の大口径化が進んでお
り、それに対応してイオンビーム２の走査幅も大きくな
っているので、上記問題は一層深刻化している。

【００１４】そこでこの発明は、イオンビームの走査位
置に追従してプラズマを供給して、イオンビーム走査領
域の全域においてほぼ一様に基板の帯電を抑制すること
ができるイオン照射装置を提供することを主たる目的と
する。

【００１５】

【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、前記イオンビームの走査方向にほぼ沿う磁束を発
生させる補助コイルと、この補助コイルに、前記イオン
ビームの走査に同機した交流の補助コイル電流を供給す
る補助コイル電源とを備えることを特徴とする。

【００１６】上記構成によれば、プラズマシャワー装置
のソースコイルによるイオンビーム走査方向に交差する
方向の直流磁界と、補助コイルによるイオンビーム走査
方向にほぼ沿っていて向きが反転する交流磁界とが合成
された合成磁界が形成される。しかもこの補助コイルに
供給する補助コイル電流はイオンビームの走査に同期し
たものであるため、上記合成磁界は、イオンビームの走
査に追従して、プラズマシャワー装置からイオンビーム
の走査位置方向（またはその逆方向）に向かうものとな
る。プラズマシャワー装置からのプラズマは、この合成
磁界にガイドされてイオンビームに供給される。従っ
て、イオンビームの走査位置に追従して当該イオンビー
ムにプラズマを供給することができる。その結果、イオ
ンビーム走査領域の全域においてほぼ一様に基板の帯電
を抑制することができる。

【００１７】

【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
断面図である。図５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、前述したイオンビ
ーム２の走査領域３を挟んでプラズマシャワー装置３０
に（より具体的にはそのプラズマソース部３２に）対向
する位置に、即ちイオンビーム走査領域３の中心部３ｃ
のプラズマシャワー装置３０とは反対側の外側付近に、
空心筒状の補助コイル４２を、その中心軸がイオンビー
ム２の走査方向Ｘにほぼ平行になるように配置してい
る。従ってこの補助コイル４２は、イオンビーム２の走
査方向Ｘにほぼ沿う磁束４４を発生させる。この補助コ
イル４２による磁界の最大値は、例えば数ガウス〜数十
ガウス程度である。

【００１９】この補助コイル４２には、補助コイル電源
４６から、イオンビーム２の走査に同期した交流の補助
コイル電流Ｉを供給する。具体的には、この例では、イ
オンビーム２がその走査領域３の一端部３ａ付近にある
ときには補助コイル４２から図１中に示す向きに最大の
磁束４４を発生させ、他端部３ｂ付近にあるときには図
１中とは逆向きに最大の磁束４４を発生させ、中心部３
ｃ付近にあるときには磁束４４をほぼ０にするような補
助コイル電流Ｉを供給する。

【００２０】より具体的には、図４で説明した走査信号
発生器１８から出力される走査信号Ｓは、例えば図２に
示すような三角波状をしており、それが負側のピークに
あるときにはイオンビーム２はその走査領域３の前記一
端部３ａに来るように走査され、走査信号Ｓが正側のピ
ークにあるときはイオンビーム２は前記他端部３ｂに来
るように走査される。補助コイル電源４６は、この走査
信号Ｓを用いて（例えばそれを増幅して）、この走査信
号Ｓの波形に相似形かつ同期した、即ち同一周波数かつ
同一位相の交流の補助コイル電流Ｉを補助コイル４２に
供給する。これによって、上記のようにイオンビーム２
のＸ方向の走査に同期した補助コイル電流Ｉを補助コイ
ル４２に供給することができる。

【００２１】上記構成によれば、プラズマシャワー装置
３０のソースコイル３８によるイオンビーム走査方向Ｘ
に直交する方向の直流磁界４０と、補助コイル４２によ
るイオンビーム走査方向Ｘに平行で向きが反転する交流
磁界４４とが合成された合成磁界４８が形成される。し
かもこの補助コイル４２に供給する補助コイル電流Ｉは
イオンビーム２の走査に同期したものであるため、上記
合成磁界４８は、イオンビーム２の走査に追従して、常
にプラズマシャワー装置３０から（より具体的には、そ
のプラズマソース部３２の小孔３４付近から）イオンビ
ーム２の走査位置方向に向かうものとなる。即ち、図
１に示すようにイオンビーム２がその走査領域３の一端
部３ａ付近にあるときには、合成磁界４８は図１に示す
ように左に大きく湾曲して当該一端部３ａ付近に向か
い、イオンビーム２が他端部３ｂ付近にあるときに
は、合成磁界４８は図１とは反転して右に大きく湾曲し
て当該他端部３ｂ付近に向かい、イオンビーム２が中
心部３ｃ付近にあるときには、交流磁界４４が０にな
り、直流磁界４０のみとなって、合成磁界４８は当該中
心部３ｃ付近に向かう。

【００２２】プラズマシャワー装置３０からのプラズマ
３６は、この合成磁界４８にガイドされてイオンビーム
２に供給される。従って、イオンビーム２の走査位置に
追従して当該イオンビーム２にプラズマ３６を供給する
ことができる。その結果、イオンビーム走査領域３の全
域においてほぼ一様に基板８（図４参照）の帯電を抑制
することができる。従って基板８の大口径化にも十分に
対応することができる。

【００２３】他の実施例を示すと、図３に示すように、
プラズマシャワー装置３０の前方付近に、イオンビーム
２の走査領域３の一端部３ａ付近および他端部３ｂ付近
をそれぞれ取り囲むように、二つの空心筒状の補助コイ
ル４２を、その中心軸がイオンビーム２の走査方向Ｘに
ほぼ平行になるように配置しても良い。両補助コイル４
２は、互いに同じ向きに磁束４４を発生させるように励
磁される。従ってこの両補助コイル４２によって、イオ
ンビーム２の走査方向Ｘにほぼ沿う磁束４４を発生させ
ることができる。

【００２４】両補助コイル４２は、互いに直列接続し
て、図１の実施例の場合と同様に、補助コイル電源４６
から、イオンビーム２の走査に同期した交流の、より具
体的には前述した走査信号Ｓの波形に相似形かつ同期し
た、即ち同一周波数かつ同一位相の交流の補助コイル電
流Ｉを供給する。

【００２５】この実施例の場合も、プラズマシャワー装
置３０のソースコイル３８によるイオンビーム走査方向
Ｘに直交する方向の直流磁界４０と、両補助コイル４２
によるイオンビーム走査方向Ｘに平行で向きが反転する
交流磁界４４とが合成された合成磁界４８が形成され
る。しかもこの補助コイル４２に供給する補助コイル電
流Ｉはイオンビーム２の走査に同期したものであるた
め、上記合成磁界４８は、イオンビーム２の走査に追従
して、常にプラズマシャワー装置３０からイオンビーム
２の走査位置方向に向かうものとなり、プラズマシャワ
ー装置３０からのプラズマ３６は、この合成磁界４８に
ガイドされてイオンビーム２に供給される。従って、イ
オンビーム２の走査位置に追従して当該イオンビーム２
にプラズマ３６を供給することができる。その結果、イ
オンビーム走査領域３の全域においてほぼ一様に基板８
（図４参照）の帯電を抑制することができる。

【００２６】またこの図３の実施例の場合は、補助コイ
ル４２の中心部の磁束４４を利用するので、図１の実施
例の場合よりも磁界利用の効率が高いという利点があ
る。

【００２７】なお、プラズマ３６は上記合成磁界４８の
向きまたはその逆向きのいずれにも沿って動くことがで
きるので、合成磁界４８の上下方向の向きは上記例とは
逆向きでも良い。即ち、ソースコイル３８による磁束４
０および補助コイル４２による磁束４４の両者は共に、
上記例とは逆向きにしても良い。

【００２８】また、補助コイル４２に供給する補助コイ
ル電流Ｉの波形は、正弦波等でも良い。補助コイル４２
はコアを有するコイルでも良い。

【００２９】イオンビーム走査領域３は、例えば１００
ｍｍ〜３００ｍｍ程度、イオンビーム２の走査周波数は
例えば１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ程度である。プラズマ
ソース部３２でのプラズマ生成方式は、アーク放電式、
高周波放電式、ＥＣＲ放電式等を問わない。

【００３０】また、この発明は、図４に示した例以外の
ハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置、具体的に
は前述したように、イオンビーム２を平行走査しない装
置、イオンビーム２を磁場によって走査する装置、ホル
ダ１０を往復直線運動させる装置、またはホルダ１０を
往復走査する代わりにウェーハディスクを一方向に回転
させる装置、等にも勿論適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、プラズ
マシャワー装置のソースコイルによる直流磁界と補助コ
イルによる交流磁界との合成磁界が形成され、しかもこ
の合成磁界は、イオンビームの走査に追従して、プラズ
マシャワー装置からイオンビームの走査位置方向または
その逆方向に向かうものとなる。プラズマシャワー装置
からのプラズマは、この合成磁界にガイドされてイオン
ビームに供給される。従って、イオンビームの走査位置
に追従して当該イオンビームにプラズマを供給すること
ができる。その結果、イオンビーム走査領域の全域にお
いてほぼ一様に基板の帯電を抑制することができる。従
って、基板の大口径化にも十分に対応することができ
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断面図である。

【図２】イオンビームの走査位置と、走査信号および補
助コイル電流との関係の一例を示す図である。

【図３】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他の例を示す断面図である。

【図４】ハイブリッドスキャン方式のイオン照射装置の
一例を部分的に示す斜視図である。

【図５】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 ３０ プラズマシャワー装置 ３２ プラズマソース部 ３６ プラズマ ３８ ソースコイル ４０ 磁束 ４２ 補助コイル ４４ 磁束 ４６ 補助コイル電源 ４８ 合成磁界 Ｉ 補助コイル電流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビームを一方向に往復走査すると
   共に、基板を保持するホルダをイオンビームの走査方向
   と実質的に直交する方向に機械的に走査して、ホルダ上
   の基板にイオン注入等の処理を施す構成のイオン照射装
   置であって、ホルダの上流側近傍におけるイオンビーム
   の走査領域の外側に設けられていて、プラズマを生成し
   てそれをイオンビームの走査方向に交差する方向からイ
   オンビームの走査領域に供給するプラズマソース部と、
   このプラズマソース部の周囲に巻かれていて当該プラズ
   マソース部の軸方向にほぼ沿う磁束を発生させるソース
   コイルとを有するプラズマシャワー装置を備えるものに
   おいて、前記イオンビームの走査方向にほぼ沿う磁束を
   発生させる補助コイルと、この補助コイルに、前記イオ
   ンビームの走査に同期した交流の補助コイル電流を供給
   する補助コイル電源とを備えることを特徴とするイオン
   照射装置。