JPH1064476A

JPH1064476A - イオン照射装置

Info

Publication number: JPH1064476A
Application number: JP8238535A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nishigami; 靖明西上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ファラデーカップ内に導入される電子の最大
エネルギーを小さく抑えると共に、当該最大エネルギー
の変動を防止して、基板の負帯電を小さく抑制する。【解決手段】ファラデーカップ８内に、それから電気
的に絶縁して、第２ファラデーカップ６０を設けた。プ
ラズマ生成容器１４ａ内で生成したプラズマ２４を、連
通筒６４内を通して、かつコイル３６による磁束Ｂでガ
イドして、第２ファラデーカップ６０内に導く。プラズ
マ２４生成用のアーク電源は、互いに順方向に直列接続
された二つのアーク電源４２ａおよび４２ｂから成る。
ファラデーカップ８をこの両電源の接続点ｃに接続し、
かつホルダ４と第２ファラデーカップ６０を互いに並列
接続してそれらを電流計測器６６を介して同接続点ｃに
接続している。これによって、フィラメント２０からの
熱電子を含めた全ての電子のファラデーカップ８に対す
るエネルギーが、アーク電源４２ａまたは４２ｂの出力
電圧相当のエネルギー以下に収まる。

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、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】この種のイオン照射装置の一例が、例え
ば特開平７−７８５８７号公報に開示されており、それ
を図３に示す。

【０００３】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、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、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とキャッチプレ
ート１０とは、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の外側に第１プ
ラズマ生成容器１４を設けており、それは、ファラデー
カップ８側の部分に小孔１６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１８が導入される。こ
の第１プラズマ生成容器１４内には、フィラメント２０
が設けられており、その両端には、その加熱用の直流の
フィラメント電源２２が接続されている。５１〜５７は
絶縁物である。

【０００７】第１プラズマ生成容器１４の小孔１６の出
口側近傍には、前後に小孔２７および２８を有する第２
プラズマ生成容器２６が設けられている。

【０００８】この第２プラズマ生成容器２６のファラデ
ーカップ８側の小孔２８の出口側近傍には、当該小孔２
８に対向する位置に小孔３４を有する引出し電極３２が
設けられている。この引出し電極３２のファラデーカッ
プ側の端部は、ファラデーカップ８の壁面の一部に設け
られた孔９を通してファラデーカップ８内に挿入されて
いる。両者３２、８は同電位にされている。

【０００９】第１プラズマ生成容器１４から引出し電極
３２にかけての部分の外周部には、直流電源３８によっ
て励磁されるコイル３８が巻かれており、これによっ
て、第１プラズマ生成容器１４内から引出し電極３２内
にかけての領域に、それらの軸方向に沿う磁束Ｂを発生
させる。

【００１０】ファラデーカップ８内の壁面付近には、筒
状のリフレクタ電極４６が設けられている。両者４６、
８間には、前者４６を負極側にして直流のリフレクタ電
源４８が接続されている。

【００１１】第２プラズマ生成容器２６とフィラメント
電源２２の正極との間には、前者を正極側にして直流の
アーク電源４２が接続されている。第２プラズマ生成容
器２６と第１プラズマ生成容器１４との間には、例えば
１５０Ω程度の抵抗４０が接続されている。フィラメン
ト電源２２の正極と引出し電極３２との間には、後者を
正極側にして直流の引出し電源４４が接続されている。
各電源２２、４２、４４および４８の出力電圧Ｖ₁〜Ｖ
₄の典型例は、Ｖ₁が８Ｖ、Ｖ₂が１３Ｖ、Ｖ₃が５Ｖ
およびＶ₄が２０Ｖである。

【００１２】フィラメント２０から発生した熱電子は、
抵抗４０を介して印加される電圧Ｖ₂によって第１プラ
ズマ生成容器１４の壁面側に引き寄せられ、その途中で
ガス１８と衝突してそれを電離させ、プラズマ２４が生
成される。このとき、前記磁束Ｂがプラズマ２４の発生
および維持に寄与する。

【００１３】プラズマ２４が生成されると、抵抗４０に
電流が流れてその両端に例えば１０Ｖ前後の電位差ΔＶ
が生じる。この電位差ΔＶによる加速電界によって、か
つ前記磁束Ｂにガイドされて、プラズマ２４中の電子が
第２プラズマ生成容器２６内に引き出される。

【００１４】第２プラズマ生成容器２６内には、第１プ
ラズマ生成容器１４側からガス１８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３０が作られる。この
プラズマ３０中のイオンは、第２プラズマ生成容器２６
と引出し電極３２との間の電位差（Ｖ₂−Ｖ₃）による
引出し電界によって、かつ磁束Ｂにガイドされて、ファ
ラデーカップ８内に引き出される。一方、第２プラズマ
生成容器２６内のプラズマ３０中の電子は、上記引出し
電界に打ち勝つエネルギーを持ったものが、上記イオン
およびガイド磁束Ｂに助けられて、上記イオンと共にフ
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２６内で生成され
たプラズマ３０が導入される。このようにしてファラデ
ーカップ８内に導入されるプラズマ３０中の電子のエネ
ルギーは、大部分は１０ｅＶ程度以下の低エネルギーで
ある。

【００１５】ファラデーカップ８内に導入されたプラズ
マ３０中のイオンは負電位のリフレクタ電極４６に回収
され、同プラズマ３０中の電子はリフレクタ電極４６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内にその電界によって引き込まれる。

【００１６】基板６が帯電しているとそれによってイオ
ンビーム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６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６への引込みは自動的に止む。このようにして、電子
が基板６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６の正の帯電を効果的に抑制することがで
きる。しかも、電子による基板表面の電位は、そこに入
射する電子のエネルギーより負側に高くならないので、
プラズマ３０中の上記のような低エネルギーの電子を利
用することにより、基板６の負の帯電をも抑制すること
ができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにしてファ
ラデーカップ８内に導入される電子には、フィラメント
２０から放出された熱電子が混じっている。この熱電子
のエネルギーは、図４を参照して、引出し電源４４の出
力電圧Ｖ₃相当分から、それにフィラメント電源２２の
出力電圧Ｖ₁を加算した電圧（Ｖ₃＋Ｖ₁）相当分ま
で、即ちＶ₃ｅＶ〜（Ｖ₃＋Ｖ₁）ｅＶまで分布してい
る。これは、フィラメント２０の、フィラメント電源２
２の正極に近い部分から放出された熱電子は前者Ｖ₃相
当分のエネルギーを有し、フィラメント電源２２の負極
に近い部分から放出された熱電子は後者（Ｖ₃＋Ｖ₁）
相当分のエネルギーを有しているからである。従って、
例えば、上記出力電圧Ｖ₁およびＶ₃を、それぞれ前述
したように８Ｖおよび５Ｖとすると、上記熱電子のファ
ラデーカップ８に対するエネルギーは、最大で１３ｅＶ
と、比較的高エネルギーになる。

【００１８】ファラデーカップ８内に導入されるこのよ
うな熱電子の量は、プラズマ３０中の電子に比べれば少
ないけれども、ファラデーカップ８内に導入するプラズ
マ３０の密度を増大させて、基板６に多量にプラズマシ
ャワーをかけようとすると、それに伴って、ファラデー
カップ８内に導入される熱電子の量も増加する。これ
は、プラズマ３０の密度を増大させるためには、その元
になるプラズマ２４の密度を増大させる必要があり、そ
のためにはフィラメント２０に流す電流を増大させてそ
れから放出する熱電子を増大させて、フィラメント２０
と第１プラズマ生成容器１４間のアーク放電電流を増大
させる必要があるからである。

【００１９】ファラデーカップ８内に導入される上記の
ような比較的高エネルギーの熱電子の量が増加すると、
それが基板６に到達し、基板６は当該熱電子のエネルギ
ーに相当する電圧まで負に帯電することができるので、
基板６に比較的大きな負の帯電を発生させる要因にな
る。

【００２０】しかも、フィラメント電源２２以外の出力
電圧は固定にすることができるけれども、フィラメント
電源２２の出力電圧Ｖ₁は、上記のようにしてアーク放
電電流を増大させるためにフィラメント電流を増大させ
ることに伴って必然的に大きくなる。また、フィラメン
ト２０が経時的に痩せ細ることによってその抵抗値が増
大することによっても、上記出力電圧Ｖ₁は必然的に大
きくなる。この出力電圧Ｖ₁の変動（増大）分を図４中
にαで示すが、この変動分αは例えば２Ｖ程度になるこ
とがある。従ってこの変動分αｅＶだけ、ファラデーカ
ップ８内に導入される熱電子の最大エネルギーが更に大
きくなる。

【００２１】以上のように従来の装置では、ファラデー
カップ８内に導入される熱電子の最大エネルギーが大き
い上に、それが不可避的に変動するという課題がある。
この熱電子の最大エネルギーが変動すると、基板６に発
生させる可能性のある負帯電の大きさもそれに応じて変
動することになり、基板処理において好ましくない。

【００２２】特に近年は、基板６の表面に形成されるデ
バイスの微細化が進んでいるので、この負帯電の問題は
深刻化している。

【００２３】一方、上記のような従来の装置では、何ら
かの原因で、例えば小孔１６、２７、２８、３４の目詰
まり等で、ファラデーカップ８内に導入するプラズマ３
０の量が異常に減少してプラズマシャワーに異常が生じ
ても、それを検出することができないという課題もあ
る。プラズマシャワーの異常を放置して基板６の処理を
続けると、前述したように、基板６にイオンビーム照射
による正帯電の問題が生じる。

【００２４】そこでこの発明は、ファラデーカップ内に
導入される電子の最大エネルギーを小さく抑えると共
に、当該最大エネルギーの変動を防止して、基板の負帯
電を小さく抑制することを主たる目的とする。

【００２５】また、プラズマシャワーに異常が生じた場
合に速やかにそれを検出することを更なる目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記主たる目的を達成す
るため、この発明のイオン照射装置は、前記ファラデー
カップの壁面の一部に設けられた孔と、前記ファラデー
カップ内にそれから電気的に絶縁して設けられていて前
記ファラデーカップの孔に対応する位置に孔を有する筒
状の第２ファラデーカップと、前記ファラデーカップの
孔の外側近傍に設けられていて内部にガスが導入されか
つ当該ファラデーカップ側に小孔を有するプラズマ生成
容器と、このプラズマ生成容器内に設けられたフィラメ
ントと、前記プラズマ生成容器の小孔を含む部分と前記
第２ファラデーカップの孔を含む部分とを前記ファラデ
ーカップの孔を通して連通させるものであって、第２フ
ァラデーカップには電気的に接続されており、ファラデ
ーカップおよびプラズマ生成容器とは電気的に絶縁され
た連通筒と、前記プラズマ生成容器内からこの連通筒内
にかけての領域に、それらの軸方向に沿う磁束を発生さ
せる磁束発生手段と、前記フィラメントの両端部に接続
された直流のフィラメント電源と、このフィラメント電
源の負極と前記プラズマ生成容器との間に前者を負極側
にして接続された直流のアーク電源であって互いに順方
向に直列接続された第１および第２のアーク電源から成
るものとを備え、前記ファラデーカップをこの第１およ
び第２のアーク電源の接続点に接続し、かつ前記ホルダ
と第２ファラデーカップとを互いに並列接続してそれら
を直接または電流計測器を介して同アーク電源の接続点
に接続していることを特徴とする。

【００２７】上記構成によれば、プラズマ生成容器内で
プラズマを生成し、このプラズマを、当該プラズマ生成
容器の小孔および連通筒内を通して、かつ磁束発生手段
による磁束によってガイドして、ファラデーカップ内に
設けられた第２ファラデーカップ内に導入することがで
きる。このようにして導入されたプラズマ中の電子によ
る基板表面の正電荷中和作用は、従来例の場合と同様で
ある。

【００２８】しかも、上記構成によれば、アーク電源を
第１および第２のアーク電源に分け、両者の接続点をフ
ァラデーカップに接続したこと等によって、フィラメン
トからの熱電子を含めた全ての電子のファラデーカップ
に対するエネルギーが、第１または第２のアーク電源の
出力電圧相当のエネルギー以下に収まるので、第２ファ
ラデーカップ内に導入される電子の負側の最大エネルギ
ーが小さく抑えられる。しかも、この最大エネルギー
は、フィラメント電源の出力電圧の影響を受けないの
で、アーク電流の増大やフィラメントの経時変化に伴っ
てフィラメント電源の出力電圧が変動したとしても、当
該最大エネルギーは変動しない。従って、このような最
大エネルギーが小さく、しかもそれが変動しない電子を
基板のイオンビーム照射に伴う正電荷の中和に利用する
ことによって、基板の正帯電を防止するだけでなく、基
板の負帯電をも小さく抑制することができ、基板の帯電
防止を非常に効果的に行うことができる。

【００２９】

【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。

【００３０】この実施例においては、前述したファラデ
ーカップ８内に、従来例のようにリフレクタ電極４６を
設ける代わりに、筒状の第２ファラデーカップ６０を、
ファラデーカップ８とほぼ同軸状に、かつ絶縁物５８に
よってファラデーカップ８から電気的に絶縁して設けて
いる。この第２ファラデーカップ６０は、ファラデーカ
ップ８の孔９に対応する位置に孔６２を有している。こ
の第２ファラデーカップ６０は、配置上は前記リフレク
タ電極４６と似ているが、電位が全く異なる。即ち、前
記リフレクタ電極４６は、リフレクタ電源４８によっ
て、ファラデーカップ８に対して負電位にされるのに対
して、この第２ファラデーカップ６０はファラデーカッ
プ８と同電位またはほぼ同電位にされる。これが、この
ファラデーカップ６０を第２ファラデーカップ６０と呼
ぶゆえんである。

【００３１】なおこの例では、第２ファラデーカップ６
０内の電子やイオンが上流側および下流側へ漏れ出るの
を抑制するために、図１中に示すように、第２ファラデ
ーカップ６０の上流側端部、同下流側端部およびファラ
デーカップ８の上流側端部に、イオンビーム２の通過を
妨げない程度の孔を有する鍔部をそれぞれ設けている。

【００３２】ファラデーカップ８の孔９の外側付近に、
従来例の第１プラズマ生成容器１４に相当するプラズマ
生成容器１４ａを設けている。即ちこのプラズマ生成容
器１４ａは、ファラデーカップ８側の部分に小孔１６を
有しており、内部にガス１８が導入される。また、内部
にフィラメント２０が設けられており、その両端にフィ
ラメント電源２２が接続されている。その出力電圧Ｖ₁
の大きさは、従来例と同様であり例えば８Ｖである。小
孔１６の直径は例えば２ｍｍφ程度である。

【００３３】このフィラメント電源２２の負極とプラズ
マ生成容器１４ａとの間に、前者を負極側にして、第１
のアーク電源４２ａおよび第２のアーク電源４２ｂから
成るアーク電源が接続されている。より具体的には、両
アーク電源４２ａおよび４２ｂは互いに順方向に直列接
続されており、その内の第１のアーク電源４２ａの負極
がフィラメント電源２２の負極に、第２のアーク電源４
２ｂの正極がプラズマ生成容器１４ａに、それぞれ接続
されている。両アーク電源４２ａおよび４２ｂの出力電
圧Ｖ₂₁およびＶ₂₂は、必ずしも同電圧にする必要はない
が、この実施例では一例として６．５Ｖずつの同電圧に
している。両者を加算した電圧は１３Ｖであり、従来例
のアーク電源４２の出力電圧Ｖ₂と同じにしている。上
記構成によって、従来例の場合と同様にして、プラズマ
生成容器１４ａ内にプラズマ２４を発生させることがで
きる。

【００３４】プラズマ生成容器１４ａの小孔１６を含む
部分と第２ファラデーカップ６０の孔６２を含む部分と
は、ファラデーカップ８の孔９を貫通する金属製（例え
ばステンレス製）の連通筒６４によって互いに連通させ
られている。この連通筒６４は、第２ファラデーカップ
６０に取り付けられていてそれに電気的に接続されてい
てそれと同電位にされており、プラズマ生成容器１４ａ
とは絶縁物５９で電気的に絶縁されている。また、ファ
ラデーカップ８とは隙間（空間）をあけて電気的に絶縁
されている。この連通筒６４は、次に述べるコイル３６
のボビンを兼ねている。

【００３５】この連通筒６４の外周部には、直流電源３
８によって励磁されるコイル３６が巻かれていて、これ
らが磁束発生手段を構成しており、プラズマ生成容器１
４ａ内から連通筒６４内にかけての領域に、それらの軸
方向に沿う磁束Ｂを発生させる。即ちこのコイル３６
は、プラズマ２４生成用のマグネットおよび同プラズマ
２４のガイド用のマグネットを兼ねている。なお、磁束
Ｂの向きは図示とは逆でも良い。

【００３６】ファラデーカップ８およびビーム電流計測
器１２は、前記第１および第２のアーク電源４２ａおよ
び４２ｂの接続点ｃに接続している。また、プラズマシ
ャワーの異常を検出しない場合は、第２ファラデーカッ
プ６０、ホルダ４およびキャッチプレート１０も、互い
に並列接続してそれらを上記接続点ｃに接続してファラ
デーカップ８と全く同電位にする。

【００３７】しかしこの実施例では、プラズマシャワー
の異常を検出するために、第２ファラデーカップ６０、
ホルダ４およびキャッチプレート１０を互いに並列接続
してそれらを電流計測器６６を介して上記接続点ｃに接
続している。この電流計測器６６は、そこを流れる電流
Ｉを計測するものである。更にこの実施例では、この電
流計測器６６で計測した電流Ｉを予め設定した基準値Ｒ
と比較して、前者Ｉが後者Ｒよりも大のときに検出信号
Ｓを出力する比較器７０を設けている。

【００３８】電流計測器６６はこの例では抵抗器であ
り、その両端にはそこを流れる電流Ｉに応じた電圧が発
生する。それをこの例では増幅器６８で増幅して比較器
７０に供給する。但しこの増幅器６８を設けるか否かは
任意である。

【００３９】動作を説明すると、フィラメント電源２２
によってフィラメント２０を加熱すると、そこから熱電
子が放出される。この熱電子は、アーク電源４２ａおよ
び４２ｂの出力電圧の和（Ｖ₂₁＋Ｖ₂₂）によってプラズ
マ生成容器１４ａに向けて加速され、その途中で、プラ
ズマ生成容器１４ａ内に導入されたガス１８と衝突して
それを電離させ、プラズマ２４が生成される。このと
き、コイル３６による磁束Ｂがプラズマ２４の生成およ
び維持に寄与する。アーク電源をこのように二分割する
ことによって、必要なアーク放電電圧を確保しつつ、フ
ィラメント２０の負端とファラデーカップ８との間の電
位差を小さくして、フィラメント２０から放出される熱
電子の低エネルギー化を図ることができる（これについ
ては図２を参照して後で更に説明する）。

【００４０】生成されたプラズマ２４は、小孔１６およ
び連通筒６４内を通して、かつコイル３６による磁束Ｂ
にガイドされて、第２ファラデーカップ６０内へ拡散し
て行く。このように、プラズマ２４を磁束Ｂによってガ
イドして第２ファラデーカップ６０内に導入するので、
プラズマ２４中の電子およびイオンに対するエネルギー
の加減がないのが、この装置の一つの特徴である。

【００４１】このようにして第２ファラデーカップ６０
内に導入されたプラズマ２４中の電子による基板表面の
正電荷中和作用は、従来例の場合と同様である。即ち、
第２ファラデーカップ６０内をイオンビーム2 が通過す
ると、プラズマ２４中の電子は、このイオンビーム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に向かい、基板表面のイオンビーム照射に伴う正
電荷を中和する。

【００４２】但し、第２ファラデーカップ６０内には、
上記のようにして導入されたプラズマ２４中のイオンお
よび電子の他に、フィラメント２０から放出された熱電
子が存在することになる。この熱電子およびプラズマ２
４中の電子のエネルギーを図２の電位分布図を参照して
説明する。この図２では、電圧Ｖ₁、Ｖ₂₁およびＶ
₂₂を、それぞれ８Ｖ、６．５Ｖおよび６．５Ｖで図示し
ている。

【００４３】フィラメント２０の負端とファラデーカッ
プ８との間の電位差は第１のアーク電源４２ａの出力電
圧Ｖ₂₁によって規定され、プラズマ生成容器１４ａとフ
ァラデーカップ８との間の電位差は第２のアーク電源４
２ｂの出力電圧Ｖ₂₂によって規定されるから、第２ファ
ラデーカップ６０内に導入されるプラズマ２４中の電子
のファラデーカップ８に対するエネルギーは、０〜Ｖ₂₁
ｅＶの範囲または０〜Ｖ₂₂ｅＶの範囲に、即ちこの例で
は０〜６．５ｅＶの範囲に分布しており、十分に低エネ
ルギーである。

【００４４】一方、フィラメント２０から放出される熱
電子のファラデーカップ８に対するエネルギーを検討す
ると、フィラメント２０の負端とファラデーカップ８と
の間の電位差は第１のアーク電源４２ａの出力電圧Ｖ₂₁
によって規定されるので、フィラメント２０の負端付近
から放出される熱電子のファラデーカップ８に対するエ
ネルギーはＶ₂₁ｅＶ近くになる。一方、フィラメント２
０の正端とファラデーカップ８との間の電位差は、フィ
ラメント電源２２の出力電圧Ｖ₁とアーク電源４２ａの
出力電圧Ｖ₂₁との差（Ｖ₁−Ｖ₂₁）となり、前述したよ
うにアーク電流の増大やフィラメント２０の経時変化が
あった場合には変動分αが加わるから、（Ｖ₁＋α−Ｖ
₂₁）となる。従って、フィラメント２０の正端付近から
放出される熱電子のファラデーカップ８に対するエネル
ギーは（Ｖ₁＋α−Ｖ₂₁）ｅＶ近くになる。但し、前述
したようにこの変動分αは大きくても２Ｖ程度であるか
ら、通常は（Ｖ₁＋α−Ｖ₂₁）＜Ｖ₂₂となる。従って、
フィラメント２０から放出される熱電子のファラデーカ
ップ８に対するエネルギーは、上記変動分αが生じたと
しても、常に、アーク電源４２ａの出力電圧Ｖ₂₁または
アーク電源４２ｂの出力電圧Ｖ₂₂に相当するエネルギー
以下に収まる。

【００４５】結局、この装置では、フィラメント２０か
らの熱電子を含めた全ての電子のファラデーカップ８に
対するエネルギーが、上記出力電圧Ｖ₂₁またはＶ₂₂相当
のエネルギー以下に収まることになる。換言すれば、第
２ファラデーカップ６０内に導入される電子の最大エネ
ルギーは、Ｖ₂₁ｅＶまたはＶ₂₂ｅＶになるので、十分に
小さく抑えられる。具体的にはこの例では、６．５ｅＶ
以下に抑えられる。しかも、この最大エネルギーは、フ
ィラメント電源２２の出力電圧Ｖ₁の影響を受けないの
で、アーク電流の増大やフィラメントの経時変化に伴っ
て当該出力電圧Ｖ₁が変動したとしても、当該最大エネ
ルギーは変動しない。

【００４６】従って、このような最大エネルギーが小さ
く、しかもそれが変動しない電子を基板６のイオンビー
ム照射に伴う正電荷の中和に利用することによって、基
板６の正帯電を防止するだけでなく、基板６の負帯電を
も小さく抑制することができ、基板６の帯電防止を非常
に効果的に行うことができる。その結果、基板表面に形
成されるデバイスの微細化にも十分に対応することがで
きる。

【００４７】また、従来例では、ファラデーカップ８内
に導入されたプラズマ３０中のイオンがリフレクタ電極
４６に衝突することによってそこから放出される二次電
子は、最大で、リフレクタ電源４８の出力電圧Ｖ₄相当
分のエネルギーを有している。例えば、前述したように
この出力電圧Ｖ₄を２０Ｖとすると、この二次電子のフ
ァラデーカップ８に対するエネルギーは最大で２０ｅＶ
になり、この二次電子によっても、基板６に負の帯電を
発生させる可能性があったけれども、この実施例ではそ
れをも防止することができる。即ちこの実施例では、第
２ファラデーカップ６０とファラデーカップ８間の電位
差は、上記電流計測器６６を挿入しない場合は０Ｖにな
る。また、電流計測器６６を挿入した場合でも、そこで
の電圧降下は通常は非常に小さい（例えば、電流計測器
６６の抵抗値は高々１０Ω程度、そこを流れる電流Ｉは
高々３０ｍＡ程度であるので、この電圧降下は大きくて
も０．３Ｖ程度である。）ので、上記電位差は０Ｖ近く
になる。従って、第２ファラデーカップ６０内に導入さ
れたプラズマ２４中のイオンが第２ファラデーカップ６
０に衝突してそこから二次電子が放出されたとしても、
この二次電子に加速エネルギーは殆ど加えられないの
で、この二次電子のファラデーカップ８に対するエネル
ギーは非常に小さい。従って、このような第２ファラデ
ーカップ６０からの二次電子が基板６に到達しても、基
板６は当該電子のエネルギーに相当する電圧より大きく
は負に帯電することができないので、基板６の負帯電を
小さく抑制することができる。

【００４８】次に、プラズマシャワー異常の検出手段に
ついて説明する。図１を参照して、上記電流計測器６６
には、イオンビーム２が基板６、ホルダ４またはキャッ
チプレート１０に入射することによって、ビーム電流Ｉ
_Bが、ビーム電流計測器１２を経由してアースへ向かっ
て流れる。それと同時に、上記のようにして第２ファラ
デーカップ６０内に導入された電子（即ちプラズマ２４
中の電子およびフィラメント２０からの熱電子）が基板
６、ホルダ４、キャッチプレート１０または第２ファラ
デーカップ６０に入ることによって、上記電流計測器６
６には、電流Ｉ_Eが上記ビーム電流Ｉ_Bとは逆向きに流
れる。従って、この電流計測器６６で計測される電流Ｉ
は、次式で表される。

【００４９】

【数１】Ｉ＝Ｉ_B−Ｉ_E

【００５０】プラズマ生成容器１４ａの小孔１６が目詰
まりする等して、第２ファラデーカップ６０内に導入さ
れるプラズマ２４の量が減少してプラズマシャワーに異
常が生じると、上記電子による電流Ｉ_Eが小さくなるの
で、数１で表される電流Ｉは大きくなる。従って、プラ
ズマシャワーが正常時の電流Ｉの値と異常時の電流Ｉの
値との間の値に上記基準値Ｒを設定しておけば、比較器
７０によってプラズマシャワーの異常を検出してそこか
ら検出信号Ｓを出力することができる。これによって、
基板６に対して処理不良が生じるのを速やかに防止する
ことができる。

【００５１】その場合、比較器７０から出力される検出
信号Ｓに応答して、図示しないシャッターをイオンビー
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、基板６に
対して処理不良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。

【００５２】上記基準値Ｒの設定の仕方のより具体例を
示すと、基板６の正帯電を十分に打ち消すために、基板
６には通常はイオンビーム２よりも若干多めに電子を入
射させるので、それだけを考えても、電流計測器６６に
流れるビーム電流Ｉ_Bよりも電子による電流Ｉ_Eの方が
若干大きくなり、従って数１で表される電流Ｉは若干負
になる。それに加えて、電流計測器６６には、電子が第
２ファラデーカップ６０に入射する分の電流Ｉ_Eが更に
流れるので、プラズマシャワーが正常時は、電流計測器
６６に流れる上記電流Ｉはかなり負になる。

【００５３】ところが、プラズマ生成容器１４ａの小孔
１６が目詰まりする等して、第２ファラデーカップ６０
内に導入されるプラズマ２４の量が減少してプラズマシ
ャワーに異常が生じると、上記ビーム電流Ｉ_Bは不変で
あるけれども、上記電子による電流Ｉ_Eが小さくなるの
で、極端な場合は０近くになるので、電流計測器６６に
流れる電流Ｉはかなり正になる。つまり、上記電流Ｉの
極性が負から正へと大きく反転する。

【００５４】従って、上記基準値Ｒを例えば０近くに設
定しておくことによって、比較器７０によってこの電流
Ｉの極性の反転を検出して、プラズマシャワーの異常を
検出して検出信号Ｓを出力することができる。

【００５５】なお、上記コイル３６および直流電源３８
の代わりに、複数または単一の永久磁石を連通筒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。

【００５６】

【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。

【００５７】請求項１記載の発明によれば、フィラメン
トからの熱電子を含めた全ての電子のファラデーカップ
に対するエネルギーが、第１または第２のアーク電源の
出力電圧相当のエネルギー以下に収まるので、第２ファ
ラデーカップ内に導入される電子の最大エネルギーが小
さく抑えられる。しかも、この最大エネルギーは、フィ
ラメント電源の出力電圧の影響を受けないので、アーク
電流の増大やフィラメントの経時変化に伴ってフィラメ
ント電源の出力電圧が変動したとしても、当該最大エネ
ルギーは変動しない。従って、このような最大エネルギ
ーが小さく、しかもそれが変動しない電子を基板のイオ
ンビーム照射に伴う正電荷の中和に利用することによっ
て、基板の正帯電を防止するだけでなく、基板の負帯電
をも小さく抑制することができ、基板の帯電防止を非常
に効果的に行うことができる。その結果、基板表面に形
成されるデバイスの微細化にも十分に対応することがで
きる。

【００５８】請求項２記載の発明によれば、プラズマシ
ャワーに異常が生じると電流計測器に流れる電流の大き
さが変化してそれを比較器で検出することができるの
で、簡単な構成で、プラズマシャワーに異常が生じた場
合に速やかにそれを検出することができる。

【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】図１の装置中のａ〜ｅ点における電位分布の一
例を示す図である。

【図３】従来のイオン照射装置の一例を示す断面図であ
る。

【図４】図３の装置中のａ〜ｅ点における電位分布の一
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１４ａプラズマ生成容器２０フィラメント２２フィラメント電源２４プラズマ３６コイル（磁束発生手段）４２ａ第１のアーク電源４２ｂ第２のアーク電源６０第２ファラデーカップ６４連通筒６６電流計測器７０比較器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を保持するホルダと、このホルダの
上流側付近に設けられていて二次電子のアースへの逃げ
を防止する筒状の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に処理を施すイオン照射装置におい
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、前記ファラデーカップ内にそれから電気的に絶縁し
て設けられていて前記ファラデーカップの孔に対応する
位置に孔を有する筒状の第２ファラデーカップと、前記
ファラデーカップの孔の外側付近に設けられていて内部
にガスが導入されかつ当該ファラデーカップ側に小孔を
有するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内に
設けられたフィラメントと、前記プラズマ生成容器の小
孔を含む部分と前記第２ファラデーカップの孔を含む部
分とを前記ファラデーカップの孔を通して連通させるも
のであって、第２ファラデーカップには電気的に接続さ
れており、ファラデーカップおよびプラズマ生成容器と
は電気的に絶縁された連通筒と、前記プラズマ生成容器
内からこの連通筒内にかけての領域に、それらの軸方向
に沿う磁束を発生させる磁束発生手段と、前記フィラメ
ントの両端部に接続された直流のフィラメント電源と、
このフィラメント電源の負極と前記プラズマ生成容器と
の間に前者を負極側にして接続された直流のアーク電源
であって互いに順方向に直列接続された第１および第２
のアーク電源から成るものとを備え、前記ファラデーカ
ップをこの第１および第２のアーク電源の接続点に接続
し、かつ前記ホルダと第２ファラデーカップとを互いに
並列接続してそれらを直接または電流計測器を介して同
アーク電源の接続点に接続していることを特徴とするイ
オン照射装置。
【請求項２】前記ホルダと第２ファラデーカップとを
互いに並列接続してそれらを電流計測器を介して前記第
１および第２のアーク電源の接続点に接続し、更に、こ
の電流計測器で計測した電流を予め設定した基準値と比
較して前者が後者よりも大のときに検出信号を出力する
比較器を設けたことを特徴とする請求項１記載のイオン
照射装置。