JPH0451447A - イオン注入装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン注入されるべき基板に電子を供給し
てイオン注入に伴う基板の帯電を防止する中性化手段を
備えるイオン注入装置およびその使用方法に関する。

〔従来の技術〕

この種のイオン注入装置の一例を第３回に示す。

この装置は、基本的には、ホルダ６に保持された基板５
にイオンビーム２を照射してそれにイオン注入を行うよ
う構成されている。基板５は、例えばガラス基板等の絶
縁物基板や半導体基板であるが、特定のものに限定され
るものではない。

また、ホルダ６をファラデーケース４内に収納すると共
に、その人口部に負電位の・す・プレソザ電極３を配置
することによって、イオンビーム２がホルダ６等に当た
った際に放出される二次電子のアースへの逃げを防止し
て、ビーム電流計測器２６によるイオンビーム２のビー
ム電流ｒｂの計測を正確に行なえるようにしている。

また、イオンビーム２の照射に伴って基板５の表面が、
特に当該表面が絶縁物の場合に、正に帯電して放電等の
不具合が発生ずるのを防止するために、次のような中性
化手段を設シりでいる。即ち、ファラデーケース４の側
部にフィラメント８を設け、これから放出させた一次電
子１１をこの例ではファラデーケース４の内壁に当てて
そこから二次電子１２を放出させ、この二次電子１２を
基板５に供給してイオンビーＪ、２による正電荷を中和
さセるようにしている。１４はフィラメン１−８を加熱
するためのフィラメンｌ〜電源、１６はフィラメンｌ−
８から一次電子１１を引き出すためのエミッション電源
である。また、１８は二次電子１２をホルダ６上の基板
５に効率良く導くためのボルダバイアス電源、２０はフ
ァラデーケース４から二次電子１２を逃がさないための
ファラデーバイアス電源であるが、これらは省略される
場合もある。

イオン注入の際、ホルダバイアス電源１８に直列に挿入
した抵抗２２には、イオンビーム２によるビーム電流１
ｂと二次電子１２による二次電子電流■２を合成したホ
ルダ電流Ｉｈ　　（−１ｂ−Ｌ）が流れるが、これを中
性化制御回路２４に取り込み、この中性化制御回路２４
によってフィラメント電源１４を制御してフィラメント
電流を制御してフィラメント８から放出する一次電子１
１の量を制御し、それによってホルダ電流ｒｈが所望の
一定値（これは経験的に言えば０ではなく例えば−１０
０μＡ位が好ましい）になるようにして基板５の帯電防
止が効果的に行なえるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記中性化手段用のフィラメント電源１４、エミッショ
ン電源１６、ホルダバイアス電源１８、ファラデーバイ
アス電源２０および中性化制御回路２４等のための制御
電源は、従来はいずれも、交流を整流して直流を得る方
式の直流電源を用いているが、これらの電源からのノイ
ズ対策が重要な課題となっていた。

これは、これらの電源は、ビーム電流計測器２６による
ビーム電流計測系に直接つながっており、しかもビーム
電流１ｂが微小である（例えば数十μＡ〜数ｍＡ程度）
こともあって、これらの電源がノイズ源となって、ビー
ム電流計測に支障を来すがらである。

これの対策として従来は、上記各電源に、外来ノイズを
除去するノイズカットトランスを用いているが、このよ
うなノイズカットトランスを用いても、十分な低ノイズ
化を実現できていないのが現状である。これは、簡単に
言えば、ノイズ力、ントトランスの巻線間や巻線とコア
間に存在する浮遊容量を介して、どうしても交流ライン
からノイズが回り込むからである。

そこでこの発明は、上記のような中性化手段用の各電源
から発生するノイズをほぼ完全に無くすることができる
ようにしたイオン注入装置およびその使用方法を提供す
ることを主たる目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明のイオン注入装置は
、前記フィラメントを加熱するためのフィラメント電源
、前記フィラメントから一次電子を引き出すためのエミ
ッション電源およびファラデー系と直接つながる計測回
路や制御回路のための制御電源にそれぞれバッテリーを
使用したことを特徴とする。

その場合、前記フィラメント電源用に２系統のバッテリ
ーと、両者に共通の充電回路と、この２系統のバッテリ
ーの内の一方を前記フィラメント側に他方を充電回路側
に交互に切り換えて接続する切換手段とを設けても良い
。

また、この発明に係るイオン注入装置の使用方法は、前
記フィラメント電源用に２系統のバッテリーを設けて一
方を前記フィラメン１−への電力供給源として使用して
いるときは他方を充電しておいて両バッテリーを所定時
間ごとに切り換えるようにし、かつ前記エミッション電
源用のバッテリーおよび制御電源用のバッテリーは前記
フィラメントの不使用時に充電することを特徴とする。

〔作用〕

上記のように各電源にバッテリーを使用することで、交
流ラインからのノイズの回り込のを排除することができ
る。その結果、各電源から発生するノイズをほぼ完全に
無くすることができる。

その場合、フィラメントが一番消費電力が太きいので、
上記のようにフィラメント電源用に２系統のバッテリー
を設けて切り換えるようにすると、バッテリーを使用し
ているにも拘わらず、中性化手段の長時間の連続使用が
可能になる。

同様に、上記のような使用方法によれば、バッテリーを
使用しているにも拘わらず、中性化手段の長時間の連続
使用が可能になる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置の
中性化手段用の電源周りを示す回路図である。イオン注
入装置としての構成は第３図を参照するものとし、ここ
ではその図示および説明を省略する。

この実施例においては、前述したようなフィラメント電
源１４にバッテリー１４．　ａを、エミッション電源１
６にバッテリー１．６　ａを、ホルダバイアス電＃、１
８にバッテリー１８ａを、ファラデーバイアス電源２０
にバッテリー２０ａをそれぞれ用いている。

フィラメント８には、このバッテリー１４ａからこの例
ではフィラメント電流制御回路２８を介して電力を供給
する。このフィラメント電流制御回路２８は、フィラメ
ント８への２激な電流入力を防ぎかつフィラメント電流
を安定化させるＩ−ランジスタ２８ｂおよびフィラメン
ト電流検出用のシャンｌ−抵抗２８ｃ等を含んでおり、
前述した中性化制御回路２４による制御下でフィラメン
ト電流を制御する。

このフィラメント電流制御回路２８および中性化制御回
路２４は、ファラデー系（即ちヒーム電流計測器２６に
接続されているファラデーケース４やホルダ６等）と直
接つながっているため、これらの制御電源にも、バッテ
リー２８ａおよび２４ａをそれぞれ用いている。また、
後述するエミッション電流検出用抵抗３０にも絶縁アン
プ回路（図示省略）が接続されているが、こればフィラ
メント電流制御回路２８と同電位であるので、上記バッ
テリー２８ａを兼用するようにしている。

エミッション電源用のバッテリー１６ａは、この例では
特に制御は行わない。但し、それに直列に抵抗３０を挿
入し、これてエミッション電流の検出および負荷がシシ
ートした場合の限流を兼ねさせるようにしている。この
ことば、ホルダバイアス電源用のバッテリー１８ａおよ
びファラデーバイアス電源用のバッテリー２０ａについ
ても同様である。２２および３２は、それぞれ、電流検
出用および限流用を兼ねる抵抗である。

上記のように各電源にバッテリーを使用すると、従来例
のように交流をノイズカッＩ・ｌ・ランスを介して整流
する電源の場合と違って、交流ラインからのノイズの回
り込みを排除することができる。

従って、各電源から発生するノイズをほぼ完全に無くす
ることができ、ビーム電流が微小な場合にもその計測に
支障を来すことがなくなる。

ところで、上記中性化手段を長時間連続して使用するた
めには、各バッテリーをその負荷との兼ね合いで、適当
に充電しなげればならない。そのための好ましい手段の
例を第２図を参照して説明する。

ここで取り上げているようなイオン注入装置は、−船釣
に３日間も連続して運転（イオン注入）されることはな
い。そのため、上記のような中性化手段は３日間程度連
続して使用できれば良いが、フィラメント８が一番消費
電力が大きいのでそれ用のバッテリー１４ａが特に問題
となる。他の電源用のバッテリー、即ちエミッション用
のハシテリ−１６ａ、ホルダバイアス用のバッテリー１
８ａ、制御用のバッテリー２４ａおよび２８ａは、負荷
が小さいので、通常は一回の充電で５〜６日間以上は連
続使用することができる。また、ファラデーバイアス用
のバッテリー２０ａは、イオンビーム２のビーム電流Ｔ
ｂによって充電されるので、特に充電は必要ない。

そこで第２図の例では、簡単に言えば、フィラメント電
源用に２系統のバッテリー１４ａ、、１４ａ２を設けて
これを交互に充電しながら使用し、他のバッテリー１６
ａ、１８ａ、２４ａ、２８ａは、フィラメント８の不使
用時に（即ち中性化手段の不使用時に）充電するように
している。

詳述すると、前記２系統のバッテリー１４ａおよび１４
ａ２を、切換スイッチ（例えばマグネットスイッチ）３
６によって、その一方をフィラメント８側に他方を充電
回路３４側に交互に切り換えて接続し、一方をフィラメ
ント８への電力供給源として使用しているときは他方を
充電回路３４によって充電するようにしている。この切
り換えは、例えば、中性化手段を使用中は１０〜２０分
ごとに行い（但しイオン注入中ば切り換えない）、中性
化手段不使用時は３０分ごとに行う。

この設定は、例えばタイマーを用いて行えば良い。

その場合、切換スイッチ３６の切換動作中（例えば５０
ｍＳ程度）はフィラメント電流が瞬断することになるが
、これを放置しておくとフィラメン１へ電流制御回路２
８内の１−ランジメタ２８ｂ等に悪影響が出るので、こ
の例のようにフィラメント回路に第３のバッテリー１４
ａ３を常時接続しておくのが好ましい。このようにする
と、バッテリー１４ａ、と１４ａ２の切り換え中でもフ
ィラメント電流は連続して流れるようになる。

このとき、バッテリー１４ａ３がハ゛ツテリー１４ａ＋
　また、１４ａ２と直接つながると、バッテリーは内部
抵抗が非常に小さいため、両バッテリー間の電圧差によ
り、ハシテリー１４ａ３の方へ大電流が流入することに
なる。これを防止するためには次のようにするのが好ま
しい。即ち、この例では、抵抗３８を介してバッテリー
同士を接続し、これを介してバッテリー１４ａ３を充電
するようにしている。但しこの抵抗３８だけではバッテ
リー１４ａ３からフィラメンｌ−８へ電力を供給すると
きに電流が制限されるので、抵抗３８にダイオード４０
を並列接続し、バッテリー１４ａ。

からフィラメント８へ電力を供給するときはこのダイオ
ード４０を通して電流が流れるようにしている。

一方、エミッション電源用のハシテリ−１６ａに対して
は、充電回路４２と切換スイッチ（例えばリレー）４４
を設け、この切換スイッチ４４を切り換えて中性化手段
の不使用時に充電するようにしている。ホルダバイアス
電源用のバッテリ１８ａについても、充電回路４６と切
換スイッチ（例えばリレー）４８を設け、この切換スイ
ッチ４８を切り換えて中性化手段の不使用時に充電する
ようにしている。また、制御用のバッテリー２４ａおよ
び２８ａについても、図示しないけれども、上記バッテ
リーと同様に、中性化手段の不使用時に充電回路によっ
て充電するようにしている。

また、ファラデーバイアス用のバッテリー２０ａは、回
路構成上、前述したようにイオンビーム２のビーム電流
Ｉｂが流入して充電され続ける。

そのため、この実施例のように、抵抗５０とツェナダイ
オード５２とを直列接続したものをこのバッテリー２０
ａに並列に接続し、バッテリー２０ａの電圧がある一定
の電圧（ツェナダイオード５２のツェナ電圧）に達した
場合にこの回路を通し放電させるようにするのが好まし
い。

上記のようにすることにより、バッテリーを使用してい
るにも拘わらず、中性化手段を長時間（例えば３日間程
度）連続して使用することが可能になる。

なお、前述したようにホルダバイアス電源およびファラ
デーバイアス電源は省略される場合があり、その場合は
それら用のバッテリー１８ａ、２０ａおよびこれらの付
属回路も省略される。

（発明の効果〕 以上のようにこの発明に係るイオン注入装置によれば、
中性化手段用の各電源にバッテリーを使用したので、交
流ラインからのノイズの回り込みを排除することができ
、その結果、各電源から発生するノイズをほぼ完全に無
くすることができる。

従って、ビーム電流が微小な場合にもその計測に支障を
来すことがなくなる。

また、フィラメント電源用に２系統のバッテリーと両者
に共通の充電回路とバッテリーの切換手段とを設けると
、バッテリーを使用しているにも拘わらず、中性化手段
の長時間の連続使用が可能になる。

同様にこの発明に係るイオン注入装置の使用方法によれ
ば、バッテリーを使用してるにも拘わらず、その中性化
手段の長時間の連続使用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置の
中性化手段用の電源周りを示す回路図である。第２図は
、この発明の他の実施例に係るイオン注入装置の中性化
手段用の電源周りを示す回路図である。第３図は、中性
化手段を備えるイオン注入装置の一例を部分的に示す図
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィラメントから放出させた一次電子をファラデ
   ー系の構造物に当ててそこから二次電子を放出させ、こ
   の二次電子をホルダ上のイオン注入されるべき基板に供
   給するようにしたイオン注入装置において、前記フィラ
   メントを加熱するためのフィラメント電源、前記フィラ
   メントから一次電子を引き出すためのエミッション電源
   およびファラデー系と直接つながる計測回路や制御回路
   のための制御電源にそれぞれバッテリーを使用したこと
   を特徴とするイオン注入装置。
2. （２）前記フィラメント電源用に２系統のバッテリーと
   、両者に共通の充電回路と、この２系統のバッテリーの
   内の一方を前記フィラメント側に他方を充電回路側に交
   互に切り換えて接続する切換手段とを備える請求項１記
   載のイオン注入装置。
3. （３）フィラメントから放出させた一次電子をファラデ
   ー系の構造物に当ててそこから二次電子を放出させ、こ
   の二次電子をホルダ上のイオン注入されるべき基板に供
   給するようにしたイオン注入装置であって、前記フィラ
   メントを加熱するためのフィラメント電源、前記フィラ
   メントから一次電子を引き出すためのエミッション電源
   およびファラデー系と直接つながる計測回路や制御回路
   のための制御電源にそれぞれバッテリーを使用したもの
   の使用方法において、前記フィラメント電源用に２系統
   のバッテリーを設けて一方を前記フィラメントへの電力
   供給源として使用しているときは他方を充電しておいて
   両バッテリーを所定時間ごとに切り換えるようにし、か
   つ前記エミッション電源用のバッテリーおよび制御電源
   用のバッテリーは前記フィラメントの不使用時に充電す
   ることを特徴とするイオン注入装置の使用方法。