JPH1018032A - イオン照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマシャワーの過剰状態を速やかに検出
して基板の負帯電を防止する。 【解決手段】 ディスク４に流れるディスク電流Ｉ_D を
計測してそのディスク電流に応じた信号Ｓを出力するデ
ィスク電流計測器３０と、ディスク４の並進位置を検出
してその並進位置を表す位置信号Ｐを出力するディスク
位置検出手段３２とを設けた。更に、両者３０、３２か
らの信号を用いて、ディスク４の先端４ｂにイオンビー
ム２が当たる時のディスク電流Ｉ_D と、同ディスク４の
基板６よりも中心側４ｃにイオンビーム２が当たる時の
ディスク電流Ｉ_D とを比較して、前者が後者よりも小さ
いときに異常検出信号Ｒを出力する判定回路４０を設け
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、基板の帯電（チャージアップ）を
防止するためのプラズマシャワーの過剰状態による基板
の負帯電を抑制する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のイオン照射装置の一例を
示す図である。

【０００３】この装置は、いわゆるメカニカルスキャン
方式のものであり、基本的には、真空容器（図示省略）
内で例えば矢印Ｇのように回転および矢印Ｈのように並
進させさられるディスク４の周縁部に装着された複数枚
の基板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。８はディスク４の
回転用のモータであり、１０および１２はディスク４の
並進用のモータおよび回転軸である。

【０００４】イオンビーム２の経路上であってディスク
４の上流側および下流側に、ファラデー系を構成するも
のとして、イオンビーム２がディスク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
防止するファラデーカップ１４、および、ディスク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１６がそれぞれ設けられている。
ディスク４、キャッチプレート１６およびファラデーカ
ップ１４は、互いに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。

【０００５】イオンビーム２はファラデーカップ１４内
を通してディスク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１４の外側近傍に
プラズマシャワー装置２０を設け、そこで発生させたプ
ラズマ２２をファラデーカップ１４内に導入する。ファ
ラデーカップ１４内の壁面付近には、ファラデーカップ
１４に対して負電位にされる筒状のリフレクタ電極２４
が設けられており、ファラデーカップ１４内に導入され
たプラズマ（プラズマシャワー）２２中のイオンは、こ
のリフレクタ電極２４に回収される。同プラズマ２２中
の電子は、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に入り基板６の帯電
を抑制する。このようなプラズマシャワー装置２０の一
例が、特開平７−７８５８７号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】イオンビーム照射に伴
う基板表面の正電荷を中和させて基板６の帯電を抑制す
ることに、プラズマ２２を用いるのは極めて有効な手段
であると言える。これは、プラズマシャワー装置２０か
ら供給されるプラズマ２２中の電子のエネルギーが例え
ば１０ｅＶ程度以下と低いため、そのような低エネルギ
ーの電子が基板６に多量に供給されても、基板に大きな
負帯電を惹き起こさないからである。中和に用いる電子
のエネルギーが高いと、電子が多過ぎたときに基板はそ
の電子のエネルギーに相当する電圧まで負に帯電してし
まう。従って、基本的には、プラズマシャワー装置２０
からファラデーカップ１４内に導入するプラズマ２２の
量が多過ぎても、基板６に大きな負帯電を惹き起こすこ
とはない。

【０００８】ところが、プラズマシャワー装置２０から
ファラデーカップ１４内に供給されるプラズマ２２中の
電子は、上記のように低エネルギー成分が大部分である
けれども、実際上は、それよりも高い高エネルギー成分
も混じっている。この高エネルギー成分は、例えば、プ
ラズマシャワー装置２０においてプラズマ生成に供する
フィラメント（図示省略）から放出された熱電子であ
り、そのエネルギーは例えば２０ｅＶ以上にもなる。従
って、ファラデーカップ１４内に供給するプラズマ２２
の量が増加すると、それに伴って、基板６に供給される
高エネルギー成分の電子の量も増加することになる。

【０００９】従って実際上は、過剰にプラズマシャワー
をかけると、即ちプラズマシャワー装置２０からファラ
デーカップ１４内に過剰にプラズマ２２を供給すると、
高エネルギー成分の電子によって基板６に大きな負帯電
を惹き起こす可能性がある。

【００１０】従来は、プラズマ２２中の電子は低エネル
ギーであるとして、プラズマシャワーのかけ過ぎは検出
していなかったけれども、上記のような理由から、プラ
ズマシャワーのかけ過ぎを検出することは、基板の負帯
電防止上から重要である。

【００１１】そこでこの発明は、プラズマシャワーの過
剰状態を速やかに検出して基板の負帯電を防止すること
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。

【００１２】

【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、前記ディスクに流れるディスク電流を計測してそ
のディスク電流に応じた信号を出力するディスク電流計
測器と、前記ディスクの並進位置を検出してその並進位
置を表す位置信号を出力するディスク位置検出手段と、
このディスク位置検出手段からの位置信号と前記ディス
ク電流計測器からの信号とを用いて、前記ディスクの先
端にイオンビームが当たる時のディスク電流と、同ディ
スクの基板よりも中心側にイオンビームが当たる時のデ
ィスク電流とを比較して、前者が後者よりも小さいとき
に異常検出信号を出力する判定回路とを備えることを特
徴とする。

【００１３】発明者は、研究の結果、ディスクの先端に
イオンビームが当たる時のディスク電流と、同ディスク
の基板よりも中心側にイオンビームが当たる時のディス
ク電流とを比較すると、プラズマシャワーの量が適正時
は前者の方が後者よりも大きいのに、プラズマシャワー
の量が過剰時はそれが逆転することを見い出した。

【００１４】上記ディスク位置検出手段は、ディスクの
並進位置を検出するものであり、イオンビームは固定し
ていてそれとディスクとの相対的な位置関係は予め決ま
っているから、ディスクの並進位置によって、イオンビ
ームがディスクの先端に当たる時と、基板よりも中心側
に当たる時とを検出することができる。

【００１５】上記判定回路は、この両時点のディスク電
流を比較して、前者のディスク電流が後者のディスク電
流よりも小さいときに、即ちプラズマシャワーが過剰時
に、異常検出信号を出力するものである。これによっ
て、プラズマシャワーの過剰状態を速やかに検出するこ
とができ、それによって基板の負帯電を防止することが
できる。

【００１６】

【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。

【００１７】この実施例においては、互いに並列接続さ
れたディスク４およびキャッチプレート１６とビーム電
流計測器１８との間に、ディスク４またはキャッチプレ
ート１６に流れるディスク電流Ｉ_D を計測してそのディ
スク電流Ｉ_D に応じた信号Ｓを出力するディスク電流計
測器３０を接続している。この例ではディスク４の下流
側にキャッチプレート１６を設けていて、ディスク４が
外に並進したときは、それの代わりにキャッチプレート
１６がイオンビーム２等を受けるので、そのときはこの
キャッチプレート１６にディスク電流Ｉ_D が流れること
になる。

【００１８】このディスク電流Ｉ_D は、イオンビーム２
がディスク４等に入射したときに流れるビーム電流Ｉ_B
と、イオンビーム２がディスク４等に入射したときにそ
れらから放出される二次電子がファラデーカップ１４に
入ることによって流れる二次電子電流Ｉ₂ と、ファラデ
ーカップ１４内に導入されたプラズマ２２中の電子がデ
ィスク４等に入ったときに上記電流とは逆向きに流れる
電子電流Ｉ_E とを合成したものであり、次式で表され
る。

【００１９】

【数１】Ｉ_D ＝Ｉ_B ＋Ｉ₂ −Ｉ_E

【００２０】更に、前述したディスク４の並進用のモー
タ１０の回転軸１２の他端部に、ディスク４の並進位置
を検出してその並進位置を表す位置信号Ｐを出力するデ
ィスク位置検出手段３２を設けている。

【００２１】このディスク位置検出手段３２は、この実
施例では、上記回転軸１２の他端部に取り付けられてい
てスリットを有する円板３４と、このスリットの通過お
よびその通過方向を検出して円板３４の回転数に応じた
パルス信号を出力する光センサ３６と、この光センサ３
６からのパルス信号を、前記スリットの通過方向に応じ
てアップカウントまたはダウンカウントして、回転軸１
２の回転方向および回転数に応じた、即ちディスク４の
並進位置に応じた位置信号Ｐを出力するアップダウンカ
ウンタ３８とを備えている。

【００２２】ディスク４とイオンビーム２との相対的な
位置関係の例を図２に示す。実際は、イオンビーム２が
固定していてそれに対してディスク４が矢印Ｈで示す方
向に並進するのであるが、この図では便宜上、イオンビ
ーム２の位置をずらして図示している。このようにして
も、ディスク４とイオンビーム２との相対的な位置関係
は同じである。図２中のＡは、ディスク４がイオンビー
ム２外に抜けたときであり、イオンビーム２はディスク
４に当たらずその下流側のキャッチプレート１６（図１
参照）に入射する。Ｂは、ディスク４がイオンビーム２
に当たり始める、または当たり終わるときであり、イオ
ンビーム２はディスク４の先端４ｂに当たる。Ｃは、デ
ィスク４が深く（例えば最も深く）入ったときであり、
イオンビーム２はディスク４の基板６よりも中心側４ｃ
に当たる。

【００２３】上記ディスク位置検出手段３２は、ディス
ク４の並進位置を検出するものであり、イオンビーム２
は固定していてそれとディスク４との相対的な位置関係
は予め決まっているから、ディスク４の並進位置によっ
て、イオンビーム２がディスク４の先端４ｂに当たる時
点Ｂと、基板６よりも中心側４ｃに当たる時点Ｃとを、
更にはディスク４が外に抜けた時点Ａをも、それぞれ検
出することができる。

【００２４】更にこの実施例では、上記ディスク位置検
出手段３２からの位置信号Ｐと、ディスク電流計測器３
０からの信号Ｓとを用いて、ディスク４の先端４ｂにイ
オンビーム２が当たる時の（即ち図２中のＢの時点の）
ディスク電流Ｉ_D と、同ディスク４の基板６よりも中心
側４ｃにイオンビーム２が当たる時の（即ち図２中のＣ
の時点の）ディスク電流Ｉ_D とを比較して、前者が後者
よりも小さいときに異常検出信号Ｒを出力する判定回路
４０を設けている。

【００２５】この判定回路４０は、この実施例では、デ
ィスク４の先端４ｂにイオンビーム２が当たる時点Ｂ
（これには当たり始める時点と当たり終わる時点とがあ
り、いずれでも良いがこの実施例では前者）のディスク
電流Ｉ_D と、ディスク４の中心側４ｃにイオンビーム２
が当たる時点Ｃでのディスク電流Ｉ_D とを記憶する記憶
回路４２と、両ディスク電流Ｉ_D を比較して前者のディ
スク電流Ｉ_D が後者のディスク電流Ｉ_D よりも小さいと
きに異常検出信号Ｒを出力する比較回路４４とを備えて
いる。なお、このように両方の時点ＢおよびＣでのディ
スク電流Ｉ_D を記憶回路４２に記憶せずに、先の時点Ｂ
のディスク電流Ｉ_D だけを記憶回路４２に記憶し、後の
時点Ｃのディスク電流Ｉ_D が得られるごとに両者を比較
回路４４によって比較するようにしても良い。

【００２６】プラズマシャワー装置２０からファラデー
カップ１４内に導入するプラズマ２２の量、即ちプラズ
マシャワーの量が適正時のディスク電流Ｉ_D の波形の一
例を図３に示し、過剰時のそれを図４に示す。両図中の
時点Ａ〜Ｃは、図２中の時点Ａ〜Ｃにそれぞれ対応して
いる。

【００２７】この波形を適正時の図３を参照して簡単に
説明すると、基板６の正帯電を抑制するために通常はイ
オンビーム２の正電荷量よりも少し多めに電子をプラズ
マシャワーとして供給する。従ってイオンビーム２が基
板６に入射している間は、即ちＢとＣとの間では、ディ
スク電流Ｉ_D は通常は若干負になる。ディスク４が外に
抜けた時点Ａでは、キャッチプレート１６にイオンビー
ム２およびプラズマシャワー中の電子が入るが、このキ
ャッチプレート１６から放出された二次電子は同キャッ
チプレート１６に回収されファラデーカップ１４に入る
量は少ないので、前述した二次電子電流Ｉ₂ が小さくな
りディスク電流Ｉ_D は負になる。イオンビーム２がディ
スク４の先端４ｂに当たる時点Ｂでは、当該先端４ｂか
ら二次電子が過剰に放出されるので、前述した二次電子
電流Ｉ₂ が大きくなりディスク電流Ｉ_D は正になる。イ
オンビーム２がディスク４の中心側４ｃに当たる時点Ｃ
では、そこから放出される二次電子が若干増えるので、
ディスク電流Ｉ_D は０付近または正になる。実際上はこ
のように単純化しきれない現象が生じるので、ディスク
電流波形は図に示すようにもっと細かく上下しているけ
れども、単純化すれば概ね上記のとおりである。

【００２８】ところが、プラズマシャワーの量が過剰に
なると、ディスク電流波形は図４に示すようになる。こ
れと図３と比較すれば分かるように、ディスク４の先端
４ｂにイオンビーム２が当たっている時点Ｂのディスク
電流Ｉ_D と、同ディスク４の基板６よりも中心側４ｃに
イオンビーム２が当たっている時点Ｃのディスク電流Ｉ
_D とを対比すると、プラズマシャワーの量が適正時は前
者の方が後者よりも大きいのに、プラズマシャワーの量
が過剰時はそれが逆転している。それ以外にも違いはあ
るけれども、両時点Ｂ、Ｃでのディスク電流Ｉ_D の逆転
現象がもっとも顕著である。これを発明者は見い出し
た。

【００２９】プラズマシャワー過剰時に上記のようにな
るのは、本来であれば上記時点Ｂではディスク４の先端
４ｂにイオンビーム２が当たってそこから二次電子が多
量に放出されて上記二次電子電流Ｉ₂ が増大し、それに
よってディスク電流Ｉ_D が正方向に増大するはずなの
に、同時点Ｂでディスク電流Ｉ_D が正方向に増大しない
のは、それを打ち消すのに余りあるほどの多量の電子が
ディスク４に入ってきている、即ちプラズマシャワーが
過剰だからであると考えられる。

【００３０】上記判定回路４０は、このような逆転現象
を検出して異常検出信号Ｒを出力することができるの
で、プラズマシャワーの過剰状態を速やかに検出するこ
とができ、それによって基板６の負帯電を防止すること
ができる。

【００３１】この異常検出信号Ｒの使い方としては、例
えば、この異常検出信号Ｒを上位の制御装置やビームシ
ャッター（いずれも図示省略）等に供給して基板６に対
するイオンビーム２の照射を中断させても良いし、この
異常検出信号Ｒをプラズマシャワー装置２０に供給して
それからファラデーカップ１４内に導入するプラズマ２
２の量を減少させても良いし、この異常検出信号Ｒで警
報を出して運転員に知らせても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記の
ようなディスク電流計測器、ディスク位置検出手段およ
び判定回路を設けたので、ディスクの先端にイオンビー
ムが当たる時のディスク電流の方が、同ディスクの基板
よりも中心側にイオンビームが当たる時のディスク電流
よりも小さい状態を検出して、異常検出信号を出力する
ことができる。上記状態は取りも直さずプラズマシャワ
ーが過剰状態であるので、上記構成によってプラズマシ
ャワーの過剰状態を速やかに検出することができ、それ
によって基板の負帯電を防止することができる。

【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】ディスクとイオンビームとの相対的な位置関係
の例を示す図である。

【図３】プラズマシャワーの量が適正時のディスク電流
波形の一例を示す図である。

【図４】プラズマシャワーの量が過剰時のディスク電流
波形の一例を示す図である。

【図５】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 ディスク ６ 基板 １４ ファラデーカップ １６ キャッチプレート ２０ プラズマシャワー装置 ２２ プラズマ ３０ ディスク電流計測器 ３２ ディスク位置検出手段 ４０ 判定回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内で回転および並進させられる
   ディスクの周縁部に装着された基板にイオンビームを照
   射して当該基板を処理する装置であって、ディスクの上
   流側付近のイオンビームの近傍にプラズマを供給するプ
   ラズマシャワー装置を備えるイオン照射装置において、
   前記ディスクに流れるディスク電流を計測してそのディ
   スク電流に応じた信号を出力するディスク電流計測器
   と、前記ディスクの並進位置を検出してその並進位置を
   表す位置信号を出力するディスク位置検出手段と、この
   ディスク位置検出手段からの位置信号と前記ディスク電
   流計測器からの信号とを用いて、前記ディスクの先端に
   イオンビームが当たる時のディスク電流と、同ディスク
   の基板よりも中心側にイオンビームが当たる時のディス
   ク電流とを比較して、前者が後者よりも小さいときに異
   常検出信号を出力する判定回路とを備えることを特徴と
   するイオン照射装置。