JPH09293480A - 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プラズマ中のイ
オンが上流側のサプレッサ電極に衝突するのを防止し
て、高エネルギーの二次電子がファラデーカップ内に入
るのを防止する。 【解決手段】 リフレクタ電極２０の入口部に、イオン
ビーム２が通過する孔４４を有する蓋４２を設けた。か
つ、ファラデーカップ８の入口部１０とサプレッサ電極
３２との間に、イオンビーム２が通過する孔４８を有す
るイオンサプレッサ電極４６を設けた。このイオンサプ
レッサ電極４６には、イオンサプレッサ電源５０から、
ファラデーカップ８に対して正電圧が印加される。

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、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、特に大電流の
イオン照射装置においては、基板の帯電が大きな課題の
一つであり、これを解決する手段としてプラズマシャワ
ーがある。

【０００３】プラズマシャワーを用いた従来のイオン照
射装置の一例を図４に示す。このイオン照射装置は、基
板（例えばウェーハ）６を保持するホルダ４と、このホ
ルダ４の少なくとも上流側（イオンビーム進行の上流
側。以下同じ）の周囲を取り囲むファラデーカップ８
と、このファラデーカップ８の入口部に設けられたサプ
レッサ電極３２と、更にこの例では、このサプレッサ電
極３２の更に上流側に設けられた成形マスク３８と、ホ
ルダ４の下流側に設けられたキャッチプレート１６とを
備えており、イオンビーム２を、成形マスク３８、サプ
レッサ電極３２、ファラデーカップ８および後述するリ
フレクタ電極２０内を通してホルダ４上の基板６に照射
して、当該基板６にイオン注入等の処理を施すよう構成
されている。但し、このキャッチプレート１６および成
形マスク３８を設けるか否かは、この発明の本質に影響
するものではなく、任意である。

【０００４】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。

【０００５】ファラデーカップ８は、ファラデーケージ
とも呼ばれ、イオンビーム２が基板６やホルダ４に当た
った際にそれから放出される二次電子がアースへ逃げる
のを防止するものである。このファラデーカップ８は、
その入口部１０に、イオンビーム２が通過する、例えば
長方形の孔１２を有している。このファラデーカップ８
は、この例ではホルダ６およびキャッチプレート１６と
同電位にされて、即ちホルダ６およびキャッチプレート
１６と電気的に並列接続されて、ビーム電流計測器１８
に接続されている。

【０００６】サプレッサ電極３２は、ファラデーカップ
８内の電子が上流側へ漏れ出すのを抑制するものであ
り、サプレッサ電源３６からファラデーカップ８を基準
にして例えば−２００Ｖ程度の負電圧が印加される。こ
のサプレッサ電極３２は、イオンビーム２が通過する、
例えば長方形の孔３４を有している。

【０００７】成形マスク３８は、例えば長方形の孔４０
を有していて、そこを通過するイオンビーム２の成形、
即ち当該イオンビーム２の形状を所望のものに制限する
ものであり、電気的に接地されている。

【０００８】更にこの例では、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、ファラデーカップ８の外側に、プラズマ２８を発
生させるプラズマシャワー装置２６を設けている。

【０００９】ファラデーカップ８内の周辺部には、ファ
ラデーカップ８から電気的に絶縁して筒状のリフレクタ
電極２０が設けられており、それにはリフレクタ電源２
４からファラデーカップ８を基準にして例えば−２０Ｖ
程度の負電圧が印加される。

【００１０】ファラデーカップ８とこのリフレクタ電極
２０の側面部には、孔１４および２２が相対向するよう
にそれぞれ設けられており、そこにこの例では導入管３
０が挿入されており、プラズマシャワー装置２６内で発
生させたプラズマ２８は、イオンビーム２の正電位に引
かれる等して、この導入管３０を通して、リフレクタ電
極２０内に導入される。

【００１１】リフレクタ電極２０内に導入されたプラズ
マ２８中のイオン（正イオン。以下同じ）は、負電位の
リフレクタ電極２０に吸引され捕らえられる。一方、同
プラズマ２８中の電子は、同リフレクタ電極２０によっ
てファラデーカップ８の中央部に押し返され、ファラデ
ーカップ８内を通過しているイオンビーム２内にその正
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。その場合、プラズマ２８中の電子は低エネ
ルギー（例えば２０ｅＶ程度以下）であるため、このよ
うな低エネルギー電子をイオンビーム２と共に基板６に
供給することによって、基板６の正帯電のみならず負帯
電をも抑制することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記イオン
照射装置においては、ファラデーカップ８のすぐ上流側
のサプレッサ電極３２に、ファラデーカップ８に対して
負電圧が印加されているため、リフレクタ電極２０内に
導入されたプラズマ２８中のイオンの一部が、サプレッ
サ電極３２にその負電圧によって引き込まれて衝突し、
それによってサプレッサ電極３２から二次電子が放出さ
れ、それがファラデーカップ８の入口部１０の孔１２を
通してファラデーカップ８およびリフレクタ電極２０内
に入る可能性がある。このようにしてサプレッサ電極３
２から放出される二次電子は、ファラデーカップ８から
見ると、少なくともサプレッサ電極３２の電位、即ちサ
プレッサ電源３６の出力電圧に相当するエネルギー（例
えば前述したように２００ｅＶ程度）を有しており、プ
ラズマ２８中の電子に比べて高いエネルギーを有してい
る。

【００１３】このような高エネルギーの二次電子がファ
ラデーカップ８およびリフレクタ電極２０内に入ると、
それがイオンビーム２と共に基板６に入射する。その場
合、基板６は入射する電子のエネルギーに相当する電圧
まで負帯電することができるので、このような高エネル
ギーの電子がファラデーカップ８およびリフレクタ電極
２０内に入ると、基板６に大きな負帯電を惹き起こすこ
とになる。

【００１４】そこでこの発明は、プラズマシャワー装置
からのプラズマ中のイオンが上流側のサプレッサ電極に
衝突するのを防止して、高エネルギーの二次電子がファ
ラデーカップ内に入るのを防止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。

【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、前記リフレクタ電極の入口部に、イオンビームが
通過する孔を有する蓋を設け、かつ前記ファラデーカッ
プの入口部とサプレッサ電極との間に、ファラデーカッ
プを基準にして正電圧が印加されるものであってイオン
ビームが通過する孔を有するイオンサプレッサ電極を設
けたことを特徴とする。

【００１６】上記構成によれば、リフレクタ電極の入口
部に設けた蓋の存在によって、プラズマシャワー装置の
出口部からサプレッサ電極が見通しにくくなる。即ち、
この蓋が物理的に邪魔になるので、プラズマシャワー装
置からのプラズマ中のイオンがサプレッサ電極に入射し
にくくなる。

【００１７】しかも、ファラデーカップに対して正電圧
が印加されるイオンサプレッサ電極がファラデーカップ
の入口部とその上流側のサプレッサ電極との間に存在す
るため、ファラデーカップ内から上流側に向かおうとす
るイオンは、このイオンサプレッサ電極の正電位によっ
て押し返されることになる。

【００１８】これらの結果、プラズマシャワー装置から
のプラズマ中のイオンが上流側のサプレッサ電極に衝突
するのを防止して、高エネルギーの二次電子がファラデ
ーカップ内に入るのを防止することができ、ひいては基
板の負帯電を抑制することができる。

【００１９】

【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４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。

【００２０】この実施例においては、前述したリフレク
タ電極２０の入口部に、イオンビーム２が通過する孔４
４を有する蓋４２を設けている。この孔４４の形状は、
そこを通過するイオンビーム２の形状に対応したものに
し、かつその大きさは、イオンビーム２を通すのに支障
のない範囲でできるだけ小さくするのが好ましい。図３
にこの蓋４２およびその孔４４の形状の一例を示す。

【００２１】更に、前述したファラデーカップ８の入口
部１０とサプレッサ電極３２との間に、イオンビーム２
が通過する孔４８を有するイオンサプレッサ電極４６を
設けている。この孔４８の形状は、そこを通過するイオ
ンビーム２の形状に対応したものにし、かつその大きさ
は、イオンビーム２を通すのに支障のない範囲でできる
だけ小さくするのが好ましい。図２にこのイオンサプレ
ッサ電極４６およびその孔４８の形状の一例を示す。こ
のイオンサプレッサ電極４６には、イオンサプレッサ電
源５０から、ファラデーカップ８を基準にして例えば５
０Ｖ〜１００Ｖ程度の正電圧が印加される。

【００２２】上記構成によれば、ファラデーカップ８の
入口部に設けた蓋４２の存在によって、プラズマシャワ
ー装置２６の（より具体的にはその導入管３０の）出口
部からサプレッサ電極３２が見通しにくくなる。即ち、
この蓋４２が物理的に邪魔になるので、プラズマシャワ
ー装置２６からリフレクタ電極２０内に導入されたプラ
ズマ２８中のイオンがサプレッサ電極３２に到達しにく
くなる。

【００２３】しかも、ファラデーカップ８に対して上記
のような正電圧が印加されるイオンサプレッサ電極４６
がファラデーカップ８の入口部１０とその上流側のサプ
レッサ電極３２との間に存在するため、ファラデーカッ
プ８内から上流側に向かおうとするイオンは、このイオ
ンサプレッサ電極４６の正電位によって押し返されるこ
とになる。

【００２４】これらの結果、プラズマシャワー装置２６
からのプラズマ２８中のイオンが上流側のサプレッサ電
極３２に衝突するのを防止することができる。即ち当該
イオンは、負電位のリフレクタ電極２０に全て回収され
ることになる。その結果、高エネルギーの二次電子がフ
ァラデーカップ８内に入るのを防止することができ、ひ
いては基板６の負帯電を抑制することができる。

【００２５】なお、リフレクタ電極２０内に導入された
プラズマ２８中の電子が、正電位のイオンサプレッサ電
極４６に引かれて衝突し、これによってイオンサプレッ
サ電極４６から二次電子が放出されることが考えられる
けれども、イオンサプレッサ電極４６はファラデーカッ
プ８に対して正電位にあるので、イオンサプレッサ電極
４６から放出された二次電子は当該正電位によってイオ
ンサプレッサ電極４６に引き戻されるため、当該二次電
子がファラデーカップ８内に入ることはない。従って、
当該二次電子が基板６の負帯電を惹き起こすことはな
い。

【００２６】また、当該イオンサプレッサ電極４６の上
流側には、ファラデーカップ８に対して負電位にあるサ
プレッサ電極３２が存在していて、上記のようにしてイ
オンサプレッサ電極４６から放出された二次電子はこの
負電位によって押し戻されるため、当該二次電子が上流
側に逃げる恐れもない。従って、ファラデー系からの二
次電子の漏れによってビーム電流計測器１８によるイオ
ンビーム２のビーム電流計測に誤差をもたらすという問
題も起こらない。

【００２７】なお、上記プラズマシャワー装置２６に、
例えば特開平７−７８５８７号公報に記載されているよ
うな、２段階によってプラズマを発生させるプラズマシ
ャワー装置を用いても良く、そのようにすれば、より効
率的にプラズマをリフレクタ電極２０内に導入すること
ができる。

【００２８】また、上記成形マスク３８の更に上流側
に、接地電位に対して負電圧が印加される更なるサプレ
ッサ電極が設けられ、その更に上流側にイオンビーム２
の質量分離を行う接地電位の分析スリットが設けられる
場合があるが、ここではその図示を省略している。ま
た、ファラデーカップ８とキャッチプレート１６との間
の隙間を取り囲むように、それらに対して負電圧が印加
されるサプレッサ電極が設けられる場合があるが、これ
もここでは図示を省略している。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、リフレ
クタ電極の入口部に設けた蓋によって、プラズマシャワ
ー装置からのプラズマ中のイオンがサプレッサ電極に到
達しにくくなると共に、正電位のイオンサプレッサ電極
によって、ファラデーカップ内から上流側に向かおうと
するイオンを押し返すことができるので、プラズマシャ
ワー装置からのプラズマ中のイオンが上流側のサプレッ
サ電極に衝突するのを防止して、高エネルギーの二次電
子がファラデーカップ内に入るのを防止することができ
る。その結果、基板の正帯電のみならず負帯電をも効果
的に抑制することができる。

【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中のイオンサプレッサ電極の正面図であ
る。

【図３】図１中のリフレクタ電極入口部の蓋の正面図で
ある。

【図４】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 ２０ リフレクタ電極 ２４ リフレクタ電源 ２６ プラズマシャワー装置 ２８ プラズマ ３２ サプレッサ電極 ３６ サプレッサ電源 ４２ 蓋 ４６ イオンサプレッサ電極 ５０ イオンサプレッサ電源

Claims (1)

【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
   少なくとも上流側の周囲を取り囲んでいて二次電子のア
   ースへの逃げを防止する筒状のファラデーカップと、こ
   のファラデーカップ内の周辺部に設けられていてファラ
   デーカップを基準にして負電圧が印加される筒状のリフ
   レクタ電極と、前記ファラデーカップとこのリフレクタ
   電極の側面部に相対向するようにそれぞれ設けられた孔
   と、前記ファラデーカップの外側に設けられていてプラ
   ズマを発生させてそれをファラデーカップおよびリフレ
   クタ電極の前記孔を通してリフレクタ電極内に導入する
   プラズマシャワー装置と、前記ファラデーカップの入口
   部に設けられていてファラデーカップを基準にして負電
   圧が印加されるものであってイオンビームが通過する孔
   を有するサプレッサ電極とを備え、イオンビームをサプ
   レッサ電極の孔、ファラデーカップ内およびリフレクタ
   電極内を通して前記ホルダ上の基板に照射する構成のイ
   オン照射装置において、前記リフレクタ電極の入口部
   に、イオンビームが通過する孔を有する蓋を設け、かつ
   前記ファラデーカップの入口部とサプレッサ電極との間
   に、ファラデーカップを基準にして正電圧が印加される
   ものであってイオンビームが通過する孔を有するイオン
   サプレッサ電極を設けたことを特徴とするイオン照射装
   置。