JPH11120949A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来例で必要だった接続用の絶縁碍子および
安全カバーを不要にして、装置全体の小型化および低コ
スト化を図る。 【解決手段】 上流側真空筒８、ゲート弁１０、下流側
真空筒１４および処理室２０を電気的に接地し、減速管
１８をこのゲート弁１０、下流側真空筒１４および処理
室２０から電気的に絶縁した。上流側真空筒８内に、減
速管１８と同電位−Ｖ₂ にされる筒状電極３０を上流側
真空筒８およびゲート弁１０から電気的に絶縁して設け
た。更に、この筒状電極３０および減速管１８ａのゲー
ト弁１０側の端部に、ゲート弁の開閉空間１３を挟んで
相対向する鍔状電極３０ａ、１８ａをそれぞれ設けた。

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、イオンビーム照射を併用するＭＢＥ（分子線エ
ピタキシー）装置等のように、処理室内で基板にイオン
ビームを照射するイオンビーム照射装置に関し、より具
体的には、減速管を用いて減速した低エネルギーのイオ
ンビームを基板に照射するイオンビーム照射装置の小型
化および低コスト化を図る手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のイオンビーム照射装置の従来例
を図５および図６に示す。この装置は、イオン源２から
引き出したイオンビーム４を、真空筒８および１４内を
経て処理室２０内へ導入して、処理室２０内の基板（例
えば半導体ウェーハ）２２に照射するよう構成されてい
る。

【０００３】処理室２０内は図示しない真空排気装置に
よって、真空筒８およびイオン源２側は真空排気装置２
６によって、それぞれ真空排気される。このイオン源２
側と処理室２０側とは、両者を別々に保守点検できるよ
うにする等のために、ゲート弁１０で仕切られている。
イオン源２とゲート弁１０との間をつなぐ真空筒８をこ
こでは上流側真空筒と呼び、ゲート弁１０と処理室２０
との間をつなぐ真空筒１４を下流側真空筒と呼ぶ。ゲー
ト弁１０は、図６中の矢印Ａに示すように前後動して開
閉される弁体１２を有している。

【０００４】しかもこのイオンビーム照射装置は、基板
２２に低エネルギーのイオンビーム４を照射するため
に、イオン源２から（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）の高電圧で効率良く
引き出した高エネルギーのイオンビーム４を基板２２の
直前まで輸送し、基板２２の直前で低エネルギーに減速
するようにしている。このようにすれば、輸送途中での
イオンビーム４の発散が少なくてイオンビームの輸送効
率が良くなる。この減速のために、下流側真空筒１４内
から処理室２０内の基板２２近くにかけて、負の高電圧
−Ｖ₂ （例えば−１０ｋＶ〜−３０ｋＶ程度）が印加さ
れる減速管１８を設けている。イオンビーム４は、図５
中の電位分布に示すように、減速管１８を出たところで
基板２２（これは通常は接地電位にされている）との間
の電位差Ｖ₂ 分だけ減速されるので、基板２２には電圧
Ｖ₁ （例えば１００Ｖ〜５ｋＶ程度）に相当する低エネ
ルギーのイオンビーム４が照射される。

【０００５】この場合、ゲート弁１０を含めて、イオン
ビーム４の輸送経路の容器全体を、図５中の電位分布に
示すように、一定の負の高電圧−Ｖ₂ に保つことが不可
欠であり、この例では以下に述べる手段でそのようにし
ている。そのようにすることにより、イオンビーム４の
輸送経路の電位が一定になってイオンビーム４は輸送途
中で運動エネルギーを変えないために、イオンビーム４
の軌道が乱されにくくなってイオンビーム４の輸送効率
が高くなり、イオンビーム４は効率良く基板２２に照射
されるようになる。

【０００６】即ち、処理室２０は安全確保等のために通
常は電気的に接地されているので、下流側真空筒１４の
途中に絶縁碍子１６を設け、この絶縁碍子１６の下流側
の真空筒１４ｂとそれにつながる処理室２０とを接地電
位にし、絶縁碍子１６の上流側の真空筒１４ａ、ゲート
弁１０、上流側真空筒８および減速管１８に上記負の高
電圧−Ｖ₂ を印加して負の高電位にしている。イオン源
２と上流側真空筒８との間には絶縁碍子６を設けてい
る。このように下流側真空筒１４を絶縁碍子１６で分割
すると、絶縁碍子１６の両側で電位が異なるので、それ
がイオンビーム４の輸送に悪影響を与えないようにする
ために、図６に詳述するように、下流側真空筒１４内で
あってゲート弁１０の下流側端近傍から基板２２付近に
かけて、上記減速管１８を配置している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記イオンビーム照射
装置においては、接地電位の処理室２０とその上流側の
負の高電圧の機器（即ち真空筒１４ａ、ゲート弁１０お
よび上流側真空筒８）との間を接続する絶縁碍子１６が
必要であるが、この絶縁碍子１６は、沿面絶縁距離を確
保する必要から下流側真空筒１４よりも外径を大きくす
る必要があるので大型になり、しかもその内側は真空で
あるので真空シール機能を有する必要があるので構造も
複雑になり、従って一般的に高価である。

【０００８】また、接地電位部に配置されている真空排
気装置２６と上流側真空筒８との間を接続する絶縁碍子
２４も必要であり、この絶縁碍子２４も電気絶縁機能お
よび真空シール機能を有する必要から比較的高価であ
る。

【０００９】更に、上記高電圧−Ｖ₂ が印加される上流
側真空筒８、ゲート弁１０および下流側真空筒１４ａ等
は、安全確保上、裸にしておく訳にはいかず、網状等を
した安全カバー２８で囲む必要があるが、ゲート弁１０
は、その弁体１２のストロークを確保するために横方向
への張り出しが大きく、このような大きなゲート弁１０
の全体をも囲まなければならないので、大きな安全カバ
ー２８が必要になり、従ってイオンビーム照射装置全体
が大型になる。またこの安全カバー２８も装置のコスト
アップの要因になる。

【００１０】なお、イオン源２の周りも通常は安全カバ
ーで囲まれるけれども、これについてはこの従来例の場
合も後述する実施例の場合も同様であるので、図示を省
略している。

【００１１】そこでこの発明は、上記のような接続用の
絶縁碍子および安全カバーを不要にして、装置全体の小
型化および低コスト化を図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】この発明のイオンビーム
照射装置は、前記上流側真空筒、ゲート弁、下流側真空
筒および処理室を電気的に接地し、前記減速管をゲート
弁、下流側真空筒および処理室から電気的に絶縁し、前
記上流側真空筒内に前記減速管と同電位にされる筒状電
極を上流側真空筒およびゲート弁から電気的に絶縁して
設け、かつこの筒状電極および前記減速管のゲート弁側
の端部に、ゲート弁の開閉空間を挟んで相対向する鍔状
電極をそれぞれ設けたことを特徴としている。

【００１３】上記構成によれば、互いに同電位にされ
る、即ち同じ負の高電圧が印加される筒状電極および減
速管によって、イオンビームの輸送経路全体の容器を一
定の負の高電圧に保つことができる。この場合、筒状電
極と減速管との間には、ゲート弁の開閉空間が存在する
が、筒状電極と減速管にこの開閉空間を挟んで相対向す
る鍔状電極をそれぞれ設けているので、この開閉空間で
の電位の盛り上がりを小さく抑制することができる。そ
の結果、あたかも連続した容器の中を通すのと同様に、
イオンビームを等電位空間を通して輸送することができ
るので、イオンビームの発散を抑制してイオンビームを
基板へ効率良く輸送することができる。

【００１４】しかも上記構成によれば、上流側真空筒、
ゲート弁、下流側真空筒および処理室を接地しており、
負の高電圧にされる筒状電極および減速管はこれらの内
部に設けられていて外に露出していないので、従来例で
必要だった接続用の絶縁碍子および安全カバーが不要に
なる。その結果、装置全体の小型化および低コスト化を
図ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオンビ
ーム照射装置の一例をイオンビーム経路の電位分布と共
に示す概略図である。図２は、図１の装置のゲート弁周
りの拡大断面図である。図５および図６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、前述した上流側真
空筒８、ゲート弁１０、下流側真空筒１４および処理室
２０を、互いに電気的に接続すると共に接地している。

【００１７】下流側真空筒１４内には、前述した減速管
１８を、ゲート弁１０の開閉空間１３のすぐ下流側近傍
から処理室２０内の基板２２付近にかけて設けている。
この減速管１８は、この例では支持用の絶縁碍子３４で
下流側真空筒１４から支持して、ゲート弁１０、下流側
真空筒１４および処理室２０から電気的に絶縁してい
る。この減速管１８には、下流側真空筒１４に設けた電
流導入端子３８および高圧ケーブル３９を経由して、前
述した負の高電圧−Ｖ₂ が印加される。この電流導入端
子３８および高圧ケーブル３９は、いずれも同軸形であ
ることが好ましい。

【００１８】上流側真空筒８内には、イオン源２付近
（より具体的にはこの例では、イオン源２の出口付近に
設けた前記絶縁碍子６の下流側端近傍）からゲート弁１
０の開閉空間１３のすぐ上流側近傍にかけて、筒状電極
３０を設けている。この筒状電極３０は、この例では、
減速管１８とほぼ同じ直径（より具体的には内径）の円
筒状をしている。この筒状電極３０は、この例では支持
用の絶縁碍子３２で上流側真空筒８から支持して、上流
側真空筒８およびゲート弁１０から電気的に絶縁してい
る。この筒状電極３０は、減速管１８と同電位にされ
る。即ちこの例ではこの筒状電極３０には、上流側真空
筒８に設けた電流導入端子３６および高圧ケーブル３９
を経由して、前述した負の高電圧−Ｖ₂ が印加される。
この電流導入端子３６および高圧ケーブル３９は、いず
れも同軸形であることが好ましい。

【００１９】更に、この筒状電極３０および減速管１８
のゲート弁１０側の端部に、ゲート弁１０の開閉空間１
３を挟んで相対向する円環状の鍔状電極３０ａおよび１
８ａをそれぞれ設けている。両鍔状電極３０ａ、１８ａ
間の距離は、それらと閉じた弁体１２との間で上記高電
圧−Ｖ₂ に耐える絶縁を確保することができる距離とし
ている。従って、高電圧−Ｖ₂ の印加中にもゲート弁１
０（より具体的にはその弁体１２）の開閉は可能であ
る。

【００２０】このイオンビーム照射装置によれば、互い
に同電位にされる、即ち同じ負の高電圧−Ｖ₂ が印加さ
れる筒状電極３０および減速管１８によって、図１中の
電位分布に示すように、イオンビーム４の輸送経路全体
の容器を一定の負の高電圧−Ｖ₂ に保つことができる。
この場合、筒状電極３０と減速管１８との間には、ゲー
ト弁１０の開閉空間１３が存在し、これが唯一、イオン
ビーム４の輸送経路の電位を不均一にする原因になる
が、この実施例では筒状電極３０と減速管１８とにこの
開閉空間１３を挟んで相対向する鍔状電極３０ａ、１８
ａをそれぞれ設けているので、この開閉空間１３での電
位の盛り上がりを小さく抑制することができる。

【００２１】これを詳述すると、仮に鍔状電極３０ａお
よび１８ａを設けないと、図４に示すように、開閉空間
１３への等電位面４０の入り込みが大きくて開閉空間１
３での電位の盛り上がりがＣ部のように大きくなってそ
こでイオンビーム４が大きく発散するけれども、この実
施例のように鍔状電極３０ａおよび１８ａを設けておく
と、図３に示すように、この鍔状電極３０ａおよび１８
ａによって開閉空間１３への等電位面４０の入り込みを
小さく抑制することができるので、開閉空間１３での電
位の盛り上がりはＢ部のように小さくなる。その結果、
あたかも連続した容器の中を通すのと同様に、イオンビ
ーム４を等電位空間を通して輸送することができるの
で、イオンビーム４の発散を抑制してイオンビーム４を
基板２２へ効率良く輸送することができる。

【００２２】それだけでなく、上記開閉空間１３にでき
るわずかな電位の盛り上がりが静電レンズの作用をし
て、図３に示すように、イオンビーム４に対して軽い集
束作用が働き、空間電荷効果によって発散しがちなイオ
ンビーム４を軽く集束させることができるので、減速管
１８中のイオンビーム４の透過率（輸送効率）が向上
し、ひいては基板２２に照射するビーム量を増大させる
ことが可能になる。計算によれば、上記静電レンズ作用
によって、例えば電圧−Ｖ₂ が−１５ｋＶの場合、減速
管１８中のイオンビーム４の透過率を３０％程度向上さ
せることが可能になる。

【００２３】しかもこのイオンビーム照射装置によれ
ば、上流側真空筒８、ゲート弁１０、下流側真空筒１４
および処理室２０の全てを接地しており、負の高電圧に
される筒状電極３０および減速管１８はこれらの内部に
設けられていて外に露出していないので、従来例で必要
だった接続用の絶縁碍子１６、２４および安全カバー２
８は一切不要になる。その結果、装置全体の小型化およ
び低コスト化を図ることができる。

【００２４】これを詳述すると、従来例で必要だった安
全カバー２８が不要になることにより、装置の軸に直交
する方向（即ちゲート弁１０の矢印Ａに示す開閉方向）
の寸法を従来例に比べて約１／２に短縮することができ
る。また、従来例で必要だった接続用の絶縁碍子１６が
不要になることにより、少なくともこの絶縁碍子１６の
分だけ、装置の軸方向の寸法を従来例に比べて短縮する
ことができる。これによって、従来例に比べて装置全体
を小型化することができる。

【００２５】また、この実施例では筒状電極３０および
減速管１８の支持用に絶縁碍子３２および３４を用いて
いるけれども、これらは単に真空筒８または１４内で筒
状電極３０または減速管１８を支持するだけで良く、従
来例の接続用の絶縁碍子１６および２４のように真空シ
ール機能は必要ないので、小型かつ単純な構造で済み、
従来例の絶縁碍子１６および２４に比べて遙かに安価に
なる。また、安全カバー２８が不要になるのでそのぶん
も安価になる。従って、筒状電極３０および絶縁碍子３
２、３４を設けるとしても、装置全体で見れば、従来例
に比べて低コスト化を図ることができる。

【００２６】また、上述したように負の高電圧にされる
筒状電極３０および減速管１８は接地電位の上流側真空
筒８、ゲート弁１０、下流側真空筒１４および処理室２
０内に設けられていて外に全く露出していないので、作
業者や落下物等が誤って高電圧部に接触する恐れは全く
ないと言って良く、従って従来例のように安全カバー２
８で囲む場合に比べて安全性も高い。

【００２７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上流側
真空筒内および下流側真空筒内に設けた、鍔状電極をそ
れぞれ有する筒状電極および減速管によって、イオンビ
ームを負の高電圧になった等電位空間を通して輸送する
ことができるので、輸送途中でのイオンビームの発散を
抑制してイオンビームを基板へ効率良く輸送することが
できる。しかも、ゲート弁の開閉空間にできるわずかな
電位の盛り上がりによる静電レンズ作用によってイオン
ビームを適度に集束させることができるので、イオンビ
ームの基板への輸送効率をより高めることができる。

【００２８】更に、上流側真空筒、ゲート弁、下流側真
空筒および処理室を接地しており、負の高電圧にされる
筒状電極および減速管はこれらの内部に設けられていて
外に露出していないので、従来例で必要だった接続用の
絶縁碍子および安全カバーが不要になり、従って装置全
体の小型化および低コスト化を図ることができる。

【００２９】また、負の高電圧にされる筒状電極および
減速管は上流側真空筒および下流側真空筒等の内部に設
けられていて外に全く露出していないので、従来例のよ
うに安全カバーで囲む場合に比べて安全性も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオンビーム照射装置の一例を
イオンビーム経路の電位分布と共に示す概略図である。

【図２】図１の装置のゲート弁周りの拡大断面図であ
る。

【図３】図１の装置のゲート弁部分の電位分布の概略例
を示す図である。

【図４】鍔状電極を設けない場合のゲート弁部分の電位
分布の概略例を示す図である。

【図５】従来のイオンビーム照射装置の一例をイオンビ
ーム経路の電位分布と共に示す概略図である。

【図６】図５の装置のゲート弁周りの拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

２ イオン源 ４ イオンビーム ８ 上流側真空筒 １０ ゲート弁 １３ 開閉空間 １４ 下流側真空筒 １８ 減速管 １８ａ 鍔状電極 ２０ 処理室 ２２ 基板 ３０ 筒状電極 ３０ａ 鍔状電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン源から引き出したイオンビーム
   を、イオン源とゲート弁間をつなぐ上流側真空筒内、ゲ
   ート弁およびゲート弁と処理室間をつなぐ下流側真空筒
   内を経て処理室内へ導入して処理室内の基板に照射する
   装置であって、下流側真空筒内から処理室内にかけて設
   けられていて負の高電圧が印加される減速管を有するイ
   オンビーム照射装置において、前記上流側真空筒、ゲー
   ト弁、下流側真空筒および処理室を電気的に接地し、前
   記減速管をゲート弁、下流側真空筒および処理室から電
   気的に絶縁し、前記上流側真空筒内に前記減速管と同電
   位にされる筒状電極を上流側真空筒およびゲート弁から
   電気的に絶縁して設け、かつこの筒状電極および前記減
   速管のゲート弁側の端部に、ゲート弁の開閉空間を挟ん
   で相対向する鍔状電極をそれぞれ設けたことを特徴とす
   るイオンビーム照射装置。