ウエハ帯電抑制装置及びこれを備えたイオン注入装置
【課題】 イオンビームのスキャン位置によらず、ビームポテンシャルによって自律的に電子を引き出すことができるような帯電抑制装置により、イオン注入によるウエハへの正帯電を抑制できるようにする。
【解決手段】 本帯電抑制装置３０は、イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンさせながらウエハに照射して処理を行うに際し、ウエハへの帯電を抑制するためのものである。帯電抑制装置は、第１引出孔３３を有する第１アーク室３４と、第１引出孔と連通し、イオンビームのスキャン範囲に望ませた第２引出孔３６を有する第２アーク室３５とを備える。第１アーク室に第１アーク電圧を印加して第１アーク室にプラズマを生成し、そこから電子を引き出して第２のアーク室に導入し、第２アーク室で再びプラズマを生成してイオンビームとの間にプラズマブリッジを形成する。
【解決手段】 本帯電抑制装置３０は、イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンさせながらウエハに照射して処理を行うに際し、ウエハへの帯電を抑制するためのものである。帯電抑制装置は、第１引出孔３３を有する第１アーク室３４と、第１引出孔と連通し、イオンビームのスキャン範囲に望ませた第２引出孔３６を有する第２アーク室３５とを備える。第１アーク室に第１アーク電圧を印加して第１アーク室にプラズマを生成し、そこから電子を引き出して第２のアーク室に導入し、第２アーク室で再びプラズマを生成してイオンビームとの間にプラズマブリッジを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場、磁場の少なくとも一方によりイオンビームをスキャンする機構を持つイオン注入装置及びそれに適用されるのに適したウエハ帯電抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程において、イオン注入装置は、表面の微細な領域に精度良く不純物を導入することができるために広く用いられている。イオン注入装置では電荷を持ったイオンを処理対象ウエハに打ち込むので、ウエハ上への電荷の蓄積（チャージアップ）が問題になる。
【０００３】
注入されるイオンは通常正の電荷を持っているので、チャージアップの緩和のためには、負の電荷（電子）を供給することが行われる。例としては、イオンがイオンビームライン壁面に衝突することによって発生する電子を積極的に供給する方法や、ウエハ近傍で電子銃を使用して二次電子を発生させて供給する方法などがある。その中で、プラズマシャワー（またはプラズマフラッドガン）は、比較的低エネルギーの電子を供給できる方法として広く用いられている。
【０００４】
バッチ式のイオン注入装置では、直線往復移動が可能な回転ディスク上にウエハを設置することにより、ウエハ全面へのイオン注入を可能にしている。この時、イオンビーム軌道はイオンビームラインに対して固定されており、プラズマシャワーはイオンビーム近傍に設置されてイオンビームのポテンシャルによってプラズマシャワーから電子が引き出される。
【０００５】
ここで、一例として、図６にバッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図を示す。
【０００６】
アークチャンバー１１５にプラズマ形成用ガス１１６を導入し、フィラメント１１７を電源１１８で加熱して、アークチャンバー１１５との間にアーク電圧１１９を印加することにより、プラズマが形成される。アークチャンバー１１５の近傍にイオンビーム１２８が位置するように設定すると、イオンビーム１２８によって形成されるポテンシャルによって電子が引き出され、イオンビームによるチャージアップが抑制される。シャワーチューブ１３７を配置し、これに電位１３８を印加することにより、アークチャンバー１１５からイオンビームへの電子の供給を促進させることもできる。
【０００７】
これに対して、イオンビーム自体を直線的に往復運動させることによってスキャンする機構を持つイオン注入装置では、イオンビームとプラズマシャワーの相対的位置が常に変化することになり、安定した電子の供給が困難になる。このため、プラズマシャワーから引き出される電子をスキャンされるイオンビ−ムに供給するために様々な方法が考えられている。
【０００８】
例として、イオンビームの電荷中和装置において広範囲のイオンビームに対して電子供給を促進するために、イオンビームのスキャン領域に磁場を印加する方法が提案されている。特許文献１では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交するように取り付け、中心からビームスキャン領域全体に拡がる磁場をコイルで印加している。
【０００９】
しかしながら、１箇所から引き出した電子を磁場によりイオンビームのスキャン領域に広げる方式では、イオンビームライン中に漏れ磁場が存在するため、イオンビームが曲げられて、イオンビームの分布や注入角度に悪影響を与える。
【００１０】
また、イオンビームのスキャン領域をカバーするような大きなアークチャンバー内部にフィラメントを設置する方式では、フィラメント材料（タングステン等）による金属汚染の懸念がある。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１４７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、イオンビームのスキャン位置によらず、ビームポテンシャルによって自律的に電子を引き出すことができるような帯電抑制装置（プラズマシャワー）により、イオン注入によるウエハへの正帯電を抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、イオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンさせながらウエハに照射して処理を行うに際し、前記ウエハへの帯電を抑制するための帯電抑制装置において、少なくとも１つの第１引出孔を有する少なくとも１つの第１アーク室と、前記第１引出孔と連通し、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲に望ませた少なくとも１つの第２引出孔を有する第２アーク室とを備え、前記第１アーク室に第１アーク電圧を印加して該第１アーク室にプラズマを生成し、そこから電子を引き出して前記第２のアーク室に導入し、該第２アーク室で再びプラズマを生成して前記荷電粒子ビームとの間にプラズマブリッジを形成するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本帯電抑制装置においては、前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧が印加される。
【００１５】
本帯電抑制装置においてはまた、前記第２引出孔は、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって延在する１つのスリットあるいは前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって間隔をおいて配設された複数の孔で実現される。
【００１６】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２引出孔の開口形状あるいは開口分布が、前記第２アーク室内のプラズマ密度分布に対応させて、プラズマが薄い部分の開口は密になるようにされ、濃い部分の開口は疎になるようにされる。
【００１７】
本帯電抑制装置においては更に、前記往復スキャンにより荷電粒子ビーム位置が移動しても、常に荷電粒子ビームと前記第２引出孔との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれるようにされる。
【００１８】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室は、前記第２引出孔以外からガスが漏れないような構造にされる。
【００１９】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室には前記第１アーク室と前記第２引出孔以外の領域に永久磁石を設置してコンファインメント磁場を形成し、該第２アーク室にプラズマを閉じ込めて、前記往復スキャン範囲でのプラズマ均一性を高めるようにされる。
【００２０】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室には、前記荷電粒子ビームに電子を効率良く供給するための第２引出電圧が印加される。
【００２１】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２引出孔とその周辺の前記往復スキャン範囲は、筒体で覆われることが好ましい。この場合、前記荷電粒子ビームの進行方向に関して前記筒体の上流側にバイアス電極を設けることにより、前記筒体の上流方向への電子の飛散を防止して電子を効率良くウエハ側へ輸送することができる。また、前記筒体は、前記第２アーク室と別電位に設定できる構造としても良い。更に、前記筒体の内壁をギザギザにして、該内壁のすべての面に絶縁性の汚れが付着することを防止できる構造としても良い。
【００２２】
本帯電抑制装置においては更に、アーク電流を計測してフィードバックすることにより前記第２アーク室内のプラズマ電子の量あるいはアーク電流が一定になるように制御される。
【００２３】
本帯電抑制装置においては更に、前記第１アーク室を前記往復スキャン範囲で間隔をおいて複数配置することにより、前記第２アーク室内のプラズマ密度増加とプラズマ均一性向上がなされる。
【００２４】
本帯電抑制装置においては更に、前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に、前記第１アーク室から電子を引き出すための引出電極を設けても良い。この場合、前記引出電極と前記第１アーク室との間に、電子を引き出すための第１引出電圧が印加される。また、前記引出電極と前記第２アーク室との間には、該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧が印加される。
【００２５】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室における前記荷電粒子ビームの進行方向に直角な方向の２つの端面においては、多角形の枠状または環状の複数の前記永久磁石を同心状に配置して前記コンファインメント磁場を生成するように構成されても良い。
【００２６】
本発明によればまた、電場、磁場の少なくとも一方によりイオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンするスキャン機構と、該スキャン機構の下流側に配置され前記荷電粒子ビームから必要なエネルギー種のイオンのみを選択するための角度エネルギーフィルターとを備えたイオン注入装置において、前記角度エネルギーフィルターの下流側に、上記記載のいずれかによる帯電抑制装置を配置したことを特徴とするイオン注入装置が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ビームのスキャン位置によらず、ビームポテンシャルによって自律的に電子を引き出すことができるような帯電抑制装置（プラズマシャワー）により、イオン注入によるウエハへの正帯電を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
はじめに、図５（ａ），（ｂ）を参照して、本発明が適用されるイオン注入装置について説明する。図５（ａ），（ｂ）は、本発明を、イオンビームを含む荷電粒子ビームによるビーム処理装置のうち、特に枚葉式イオン注入装置に適用した例である。図５（ａ）は枚葉式イオン注入装置の概略構成を平面図にて示し、図５（ｂ）は図５（ａ）の側面図である。
【００２９】
図５（ａ），（ｂ）において、イオンソース１１で発生されたイオンは、図示しない引出電極によりイオンビーム（以下、ビームと呼ぶ）として引き出される。引き出されたビームは、質量分析磁石装置１２により質量分析されて必要なイオン種のみが選択される。必要なイオン種のみから成るビームは、ビーム整形装置１３により所望の断面形状に整形される。ビーム整形装置１３は、Ｑ（Ｑｕａｄｒａｎｔ）−レンズ等により構成される。整形された断面形状を持つビームは、偏向走査装置２０により図５（ａ）の面に平行な方向にスキャンされる。偏向走査装置２０はその上流側、下流側にそれぞれ配置された遮蔽電極２５、２６を有する。
【００３０】
スキャンされたビームは、Ｐ−レンズ１４により再平行化され、偏向角０度の軸に平行にされる。図５（ａ）では、偏向走査装置２０によるビーム１０のスキャン範囲を黒の太い線と破線とで示している。Ｐ−レンズ１４からのビームは、１つ以上の加速／減速電極１５を経由して角度エネルギーフィルター１６に送られる。角度エネルギーフィルター１６では、ビームのエネルギーに関する分析が行われ、必要なエネルギー種のイオンのみが選択される。図５（ｂ）に示されるように、角度エネルギーフィルター１６においては選択されたイオン種のみがやや下方に偏向される。このようにして選択されたイオン種のみから成るビームが被照射物である半導体ウエハ１７に照射される。半導体ウエハ１７に照射されなかったビームは、ビームストッパ１８に入射してエネルギーが消費される。通常、イオンソース１１から半導体ウエハ１７が収容されている真空処理室までの間の構成はイオンビームラインと呼ばれる。
【００３１】
なお、図５（ａ）において半導体ウエハ１７に隣接して示した矢印はビームがこれらの矢印の方向にスキャンされることを示す。一方、図５（ｂ）において半導体ウエハ１７に隣接して示した矢印は、半導体ウエハ１７が真空処理室に設置されたプラテン装置によりこれらの矢印の方向に往復移動、すなわち機械走査されることを示している。つまり、ビームが、例えば一軸方向に往復スキャンされるものとすると、半導体ウエハ１７は、プラテン装置により上記一軸方向に直角な方向に往復するように移動する。
【００３２】
また、ビームの経路はすべて高真空状態に維持されて外気とは遮断され、半導体ウエハ１７は真空処理室に収容される。
【００３３】
偏向走査装置２０の下流側、ここでは角度エネルギーフィルター１６の下流側、特に真空処理室内に本発明による帯電抑制装置３０が設置されている。帯電抑制装置はプラズマシャワーとも呼ばれる。
【００３４】
図１、図２を参照して、帯電抑制装置３０について説明する。本帯電抑制装置３０は、フィラメント３１、ガス導入口３２、及び１個以上の第１引出孔３３を備えた第１アーク室３４と、第２アーク室３５とを有する。第２アーク室３５は第２引出孔３６を有し、第２引出孔３６が筒体４０の内部空間を望むように筒体４０に設置されている。筒体４０は真空処理室の入り口側の一部であっても良いし、真空処理室内に配置されても良い。いずれにしても、第２アーク室３５は筒体４０の全幅にわたる程度の長さを有する。
【００３５】
図２には、筒体４０内部でのビームのスキャン範囲がＳＡで示されている。本形態では、第２引出孔３６は、スキャン範囲ＳＡ内で第２アーク室３５の長さ方向に間隔をおいて設けられた複数の孔によって実現されている。
【００３６】
なお、第２引出孔３６は、スキャン範囲ＳＡにわたって延在する１つのスリットで実現されても良い。複数の孔、１つのスリットのいずれであっても、第２引出孔３６の開口形状あるいは開口分布は、第２アーク室３５内のプラズマ密度分布に対応させて、プラズマが薄い部分の開口は密になるようにし、濃い部分の開口は疎になるようにすることが望ましい。具体的には、第２引出孔３６が複数の孔で実現される場合、プラズマが薄い部分については間隔を短くし、濃い部分は間隔を長くする。一方、第２引出孔３６を１つのスリットで実現する場合、プラズマが薄い部分については開口の幅を大きくし、濃い部分は開口の幅を小さくする。
【００３７】
第１アーク室３４は、第２アーク室３５の長さ方向の中間部に近い位置において第１引出孔３３が第２アーク室３５を望むように第２アーク室３５の壁体に設置されている。なお、第１アーク室３４と第２アーク室３５との境界部分には第１引出孔３３と対応する箇所に孔を持つ第１引出電極３７が設置されるが、これは省略されても良い。この場合、第１アーク室３４と第２アーク室３５との間に、第２アーク室３５でプラズマを生成するための第２アーク電圧（後述する）が印加される。
【００３８】
第１アーク室３４の設置領域及び複数の第２引出孔３６の設置領域を除く第２アーク室３５の壁面には複数の永久磁石３８が設置されている。つまり、第２アーク室３５の上下壁面、左右壁面、両側の端壁面にそれぞれ永久磁石３８が間隔をおいて設置されている。永久磁石３８は、第２アーク室３５内にコンファインメント磁場を形成するためのものである。このために、すべての永久磁石３８は磁極を第２アーク室３８内に向け、しかも隣り合う永久磁石３８の磁極は互いに反対になるようにしている。図２に、コンファインメント磁場を形成している磁束の一部を矢印で示す。
【００３９】
図３は、第２アーク室３５の両側の端壁面における永久磁石３８の配置形態を示す。ここでは、端壁面の形状が四角形であることから、大きさの異なる複数の四角形の枠状永久磁石３８を同心状に配置している。最内側の永久磁石３８内にも矩形状の永久磁石３８が配置される。そして、これらの永久磁石３８も磁極をすべて第２アーク室３８内に向け、しかも隣り合う永久磁石３８の磁極は互いに反対になるようにしている。永久磁石３８の形状は、三角形以上の多角形であれば良く、端壁面の形状が円形であれば、環状の永久磁石で実現されても良い。
【００４０】
第１アーク室３４、第２アーク室３５はアーク室サポート３９で支持されている。フィラメント３１には、アーク室サポート３９に設置されたフィラメントフィード４１を経由して電源が供給される。
【００４１】
なお、図５では、帯電抑制装置３０は、ビームがやや下方に向けて偏向されている箇所に設置されている。一方、図１では筒体４０が水平状態に描かれているが、図５のように設置するためには、装置全体をビームの偏向角度に合わせて傾けるようにする。
【００４２】
以下に、上記構造を詳細に説明する。
【００４３】
第１アーク室３４内にはガス導入口３２からＡｒ等のガスが導入される。第１アーク室３４内に設置したフィラメント３１にフィラメント電源４２から電流を流して高温にすることにより熱電子を発生させる。熱電子は、フィラメント３１と第１アーク室３４との間に印加された第１アーク電源４３の第１アーク電圧によって加速され、導入されたガスと衝突して第１アーク室３４内でプラズマを生成する。第１アーク室３４には、１個以上の第１引出孔３３が設けられており、その外側に第１引出電極３７が設置されている。第１引出電極３７と第１アーク室３４の間に第１引出電源４４の第１引出電圧を印加して第１アーク室３４から電子を引き出す。
【００４４】
スキャン幅ＳＡに対応した長さを持つ第２アーク室３５には、第１アーク室３４内でイオン化されずに第１引出孔３３から噴出する中性ガスと、第１アーク室３４から引き出された電子が導入される。万一、蒸発等によりフィラメント３４の材料が飛散しても、第１引出孔３３のサイズが小さいので第１アーク室３４内にとどまり、第２アーク室３５には導入されない。
【００４５】
第２アーク室３５内に導入された電子は、第２アーク室３５と第１引出電極３７との間に印加された第２アーク電源４５の第２アーク電圧によって加速され、第１アーク室３４から導入されたガスと衝突して第２アーク室３５内で濃いプラズマを生成する。
【００４６】
第２アーク室３５の壁面には複数の永久磁石３８が設置されてコンファインメント磁場（閉じ込め用のカスプ磁場）が形成されるので、壁面への電子の消失を抑制すると共に、第２アーク室３５内のスキャン方向のプラズマ均一性を向上させる。
【００４７】
永久磁石３８の熱減磁を防ぐために、第２アーク室３５は水冷等により冷却される。第２アーク室３５においてビームの通過領域に面する場所には、ビームのスキャン幅ＳＡに対応させて複数個の第２引出孔３６が設けられている。なお、第２引出孔３６は、１つのスリット状の開口で実現されても良い。第２アーク室３５は、第２引出孔３６以外からガスが漏れない構造にして、第２アーク室３５内のガス圧の低下を防ぎ、プラズマ生成効率を高めている。
【００４８】
ビームが第２引出孔３６の近くを通過すると、ビームが持つ正のポテンシャルによって第２アーク室３５から電子が引き出される。引き出された電子は、第１アーク室３４や第２アーク室３５でイオン化されずに第２引出孔３６から噴出する中性ガスと衝突し、ビームと第２アーク室３５（厳密には第２引出孔３６）との間にプラズマ（プラズマブリッジ）が形成される。第２アーク室３５内の電子は、プラズマブリッジを通してビームに対し自律的に供給される。第２引出孔３６はスキャン幅ＳＡに対応した領域に存在しているので、スキャンによりビームの位置が移動しても、常にビームと第２アーク室３５との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれる。第２アーク室３５は、接地電位との間に第２引出電源４６の第２引出電圧を印加できる構造になっており、これによりビームへの電子供給量や供給される電子のエネルギーを調整することができる。
【００４９】
なお、第２アーク電源４５と第２引出電源４６の間の電流値（アーク電流）を計測してフィードバックすることでアーク電流が一定になるように電源を制御するようにしても良い。
【００５０】
第２引出孔３６とその周辺のビームスキャン範囲は、筒体（フラッドボックス）４０で覆われている。筒体４０の電位は、第２アーク室３５から引き出されてウエハに供給される電子量を調整できるように、第２アーク室３５とは別電位を印加しても良いし、第２アーク室３５と同電位にして構成を簡単にしても良い。
【００５１】
筒体４０の内壁（ビームが接する面）はギザギザに形成され、内壁の全面に絶縁性の汚れが付着してしまうのを防止できる構造にしている。また、筒体４０のビーム上流側にはバイアス電源４７による負電圧を印加できるバイアス電極４８が設置されている。これにより、ビーム上流方向への電子の飛散を防止するとともに、電子を効率良く下流（ウエハ方向）に輸送できるようにしている。筒体４０には更に、磁気シールドが施されており、外部磁場、例えば角度エネルギーフィルター１６からの磁場を遮断できるようにしている。これは、外部磁場が強いとその磁力線に電子が巻き付いてしまい、電子がウエハに到達するまえに失われてしまうからである。
【００５２】
以上のような構成により、第２アーク室３４内でプラズマが生成されると、第２引出孔３６がスキャン幅ＳＡに対応した領域に存在しているので、スキャンによりビームの位置が移動しても、常にビームと第２アーク室３５との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれる。加えて、第２アーク室３５の内部にはコンファインメント磁場が形成されているので、第２アーク室３５の内壁面での電子の消失が抑制されることによってプラズマ生成効率が向上するとともに、第２アーク室３５内のプラズマを均一にすることが可能になり、スキャン位置によらず十分な量の電子を供給することができる。
【００５３】
以上のように、ビームのスキャン位置によらず、ビームポテンシャルによって自律的に電子を引き出すことができるような帯電抑制装置（プラズマシャワー）により、イオン注入によるウエハへの正帯電を抑制することができる。
【００５４】
本発明を好ましい実施の形態について説明したが、本発明は図１〜図３の形態に限定されるものでは無い。例えば、第１アーク室３４は、１個に限らず、第２アーク室３５の長さ方向に間隔をおいて複数個設置されても良い。勿論、第２アーク室３５の１つの壁面のみならず、別の壁面に設置されても良い。また、プラズマ形成用のガスは、第１アーク室３４だけでなく、第２アーク室３５にも導入されても良い。更に、上記形態では、コンファインメント磁場を形成するための永久磁石３８を、図１で言えば、上下の永久磁石３８はビームの進行方向に延び、左右の永久磁石３８は上下方向に延びるように設置している。これに対し、図４に示すように、上下、左右のいずれの永久磁石３８もビームの進行方向に対して直角に延びるように設置しても良い。勿論、この場合も、永久磁石３８は磁極をすべて第２アーク室３５内に向け、しかも隣り合う永久磁石３８の磁極は互いに反対になるように設置される。第２アーク室３５の両端面については図３と同様で良い。
【００５５】
本発明は、ビームの断面形状が円形、長円形、楕円形等のいずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明による帯電抑制装置の構成を説明するための縦断面図である。
【図２】図２は、図１の線Ａによる横断面図である。
【図３】図３は、図２に示された第２アーク室の両端面に設置されるコンファインメント磁場形成用の永久磁石の設置形態を示した図である。
【図４】図４は、図１に示された第２アーク室の上下、左右の壁面に設置されるコンファインメント磁場形成用の永久磁石の他の設置形態を示した図である。
【図５】図５は、本発明が適用されるイオン注入装置の概略構成を平面図（図ａ）、側面図（図ｂ）で示す。
【図６】図６は、バッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
３０ 帯電抑制装置
３１ フィラメント
３２ ガス導入口
３３ 第１引出孔
３４ 第１アーク室
３５ 第２アーク室
３６ 第２引出孔
３７ 第１引出電極
３８ 永久磁石
３９ アーク室サポート
４０ 筒体
４１ フィラメントフィード
４２ フィラメント電源
４３ 第１アーク電源
４４ 第１引出電源
４５ 第２アーク電源
４６ 第２引出電源
４７ バイアス電源
４８ バイアス電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場、磁場の少なくとも一方によりイオンビームをスキャンする機構を持つイオン注入装置及びそれに適用されるのに適したウエハ帯電抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程において、イオン注入装置は、表面の微細な領域に精度良く不純物を導入することができるために広く用いられている。イオン注入装置では電荷を持ったイオンを処理対象ウエハに打ち込むので、ウエハ上への電荷の蓄積（チャージアップ）が問題になる。
【０００３】
注入されるイオンは通常正の電荷を持っているので、チャージアップの緩和のためには、負の電荷（電子）を供給することが行われる。例としては、イオンがイオンビームライン壁面に衝突することによって発生する電子を積極的に供給する方法や、ウエハ近傍で電子銃を使用して二次電子を発生させて供給する方法などがある。その中で、プラズマシャワー（またはプラズマフラッドガン）は、比較的低エネルギーの電子を供給できる方法として広く用いられている。
【０００４】
バッチ式のイオン注入装置では、直線往復移動が可能な回転ディスク上にウエハを設置することにより、ウエハ全面へのイオン注入を可能にしている。この時、イオンビーム軌道はイオンビームラインに対して固定されており、プラズマシャワーはイオンビーム近傍に設置されてイオンビームのポテンシャルによってプラズマシャワーから電子が引き出される。
【０００５】
ここで、一例として、図６にバッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図を示す。
【０００６】
アークチャンバー１１５にプラズマ形成用ガス１１６を導入し、フィラメント１１７を電源１１８で加熱して、アークチャンバー１１５との間にアーク電圧１１９を印加することにより、プラズマが形成される。アークチャンバー１１５の近傍にイオンビーム１２８が位置するように設定すると、イオンビーム１２８によって形成されるポテンシャルによって電子が引き出され、イオンビームによるチャージアップが抑制される。シャワーチューブ１３７を配置し、これに電位１３８を印加することにより、アークチャンバー１１５からイオンビームへの電子の供給を促進させることもできる。
【０００７】
これに対して、イオンビーム自体を直線的に往復運動させることによってスキャンする機構を持つイオン注入装置では、イオンビームとプラズマシャワーの相対的位置が常に変化することになり、安定した電子の供給が困難になる。このため、プラズマシャワーから引き出される電子をスキャンされるイオンビ−ムに供給するために様々な方法が考えられている。
【０００８】
例として、イオンビームの電荷中和装置において広範囲のイオンビームに対して電子供給を促進するために、イオンビームのスキャン領域に磁場を印加する方法が提案されている。特許文献１では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交するように取り付け、中心からビームスキャン領域全体に拡がる磁場をコイルで印加している。
【０００９】
しかしながら、１箇所から引き出した電子を磁場によりイオンビームのスキャン領域に広げる方式では、イオンビームライン中に漏れ磁場が存在するため、イオンビームが曲げられて、イオンビームの分布や注入角度に悪影響を与える。
【００１０】
また、イオンビームのスキャン領域をカバーするような大きなアークチャンバー内部にフィラメントを設置する方式では、フィラメント材料（タングステン等）による金属汚染の懸念がある。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１４７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、イオンビームのスキャン位置によらず、ビームポテンシャルによって自律的に電子を引き出すことができるような帯電抑制装置（プラズマシャワー）により、イオン注入によるウエハへの正帯電を抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、イオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンさせながらウエハに照射して処理を行うに際し、前記ウエハへの帯電を抑制するための帯電抑制装置において、少なくとも１つの第１引出孔を有する少なくとも１つの第１アーク室と、前記第１引出孔と連通し、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲に望ませた少なくとも１つの第２引出孔を有する第２アーク室とを備え、前記第１アーク室に第１アーク電圧を印加して該第１アーク室にプラズマを生成し、そこから電子を引き出して前記第２のアーク室に導入し、該第２アーク室で再びプラズマを生成して前記荷電粒子ビームとの間にプラズマブリッジを形成するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本帯電抑制装置においては、前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧が印加される。
【００１５】
本帯電抑制装置においてはまた、前記第２引出孔は、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって延在する１つのスリットあるいは前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって間隔をおいて配設された複数の孔で実現される。
【００１６】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２引出孔の開口形状あるいは開口分布が、前記第２アーク室内のプラズマ密度分布に対応させて、プラズマが薄い部分の開口は密になるようにされ、濃い部分の開口は疎になるようにされる。
【００１７】
本帯電抑制装置においては更に、前記往復スキャンにより荷電粒子ビーム位置が移動しても、常に荷電粒子ビームと前記第２引出孔との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれるようにされる。
【００１８】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室は、前記第２引出孔以外からガスが漏れないような構造にされる。
【００１９】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室には前記第１アーク室と前記第２引出孔以外の領域に永久磁石を設置してコンファインメント磁場を形成し、該第２アーク室にプラズマを閉じ込めて、前記往復スキャン範囲でのプラズマ均一性を高めるようにされる。
【００２０】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室には、前記荷電粒子ビームに電子を効率良く供給するための第２引出電圧が印加される。
【００２１】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２引出孔とその周辺の前記往復スキャン範囲は、筒体で覆われることが好ましい。この場合、前記荷電粒子ビームの進行方向に関して前記筒体の上流側にバイアス電極を設けることにより、前記筒体の上流方向への電子の飛散を防止して電子を効率良くウエハ側へ輸送することができる。また、前記筒体は、前記第２アーク室と別電位に設定できる構造としても良い。更に、前記筒体の内壁をギザギザにして、該内壁のすべての面に絶縁性の汚れが付着することを防止できる構造としても良い。
【００２２】
本帯電抑制装置においては更に、アーク電流を計測してフィードバックすることにより前記第２アーク室内のプラズマ電子の量あるいはアーク電流が一定になるように制御される。
【００２３】
本帯電抑制装置においては更に、前記第１アーク室を前記往復スキャン範囲で間隔をおいて複数配置することにより、前記第２アーク室内のプラズマ密度増加とプラズマ均一性向上がなされる。
【００２４】
本帯電抑制装置においては更に、前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に、前記第１アーク室から電子を引き出すための引出電極を設けても良い。この場合、前記引出電極と前記第１アーク室との間に、電子を引き出すための第１引出電圧が印加される。また、前記引出電極と前記第２アーク室との間には、該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧が印加される。
【００２５】
本帯電抑制装置においては更に、前記第２アーク室における前記荷電粒子ビームの進行方向に直角な方向の２つの端面においては、多角形の枠状または環状の複数の前記永久磁石を同心状に配置して前記コンファインメント磁場を生成するように構成されても良い。
【００２６】
本発明によればまた、電場、磁場の少なくとも一方によりイオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンするスキャン機構と、該スキャン機構の下流側に配置され前記荷電粒子ビームから必要なエネルギー種のイオンのみを選択するための角度エネルギーフィルターとを備えたイオン注入装置において、前記角度エネルギーフィルターの下流側に、上記記載のいずれかによる帯電抑制装置を配置したことを特徴とするイオン注入装置が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ビームのスキャン位置によらず、ビームポテンシャルによって自律的に電子を引き出すことができるような帯電抑制装置（プラズマシャワー）により、イオン注入によるウエハへの正帯電を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
はじめに、図５（ａ），（ｂ）を参照して、本発明が適用されるイオン注入装置について説明する。図５（ａ），（ｂ）は、本発明を、イオンビームを含む荷電粒子ビームによるビーム処理装置のうち、特に枚葉式イオン注入装置に適用した例である。図５（ａ）は枚葉式イオン注入装置の概略構成を平面図にて示し、図５（ｂ）は図５（ａ）の側面図である。
【００２９】
図５（ａ），（ｂ）において、イオンソース１１で発生されたイオンは、図示しない引出電極によりイオンビーム（以下、ビームと呼ぶ）として引き出される。引き出されたビームは、質量分析磁石装置１２により質量分析されて必要なイオン種のみが選択される。必要なイオン種のみから成るビームは、ビーム整形装置１３により所望の断面形状に整形される。ビーム整形装置１３は、Ｑ（Ｑｕａｄｒａｎｔ）−レンズ等により構成される。整形された断面形状を持つビームは、偏向走査装置２０により図５（ａ）の面に平行な方向にスキャンされる。偏向走査装置２０はその上流側、下流側にそれぞれ配置された遮蔽電極２５、２６を有する。
【００３０】
スキャンされたビームは、Ｐ−レンズ１４により再平行化され、偏向角０度の軸に平行にされる。図５（ａ）では、偏向走査装置２０によるビーム１０のスキャン範囲を黒の太い線と破線とで示している。Ｐ−レンズ１４からのビームは、１つ以上の加速／減速電極１５を経由して角度エネルギーフィルター１６に送られる。角度エネルギーフィルター１６では、ビームのエネルギーに関する分析が行われ、必要なエネルギー種のイオンのみが選択される。図５（ｂ）に示されるように、角度エネルギーフィルター１６においては選択されたイオン種のみがやや下方に偏向される。このようにして選択されたイオン種のみから成るビームが被照射物である半導体ウエハ１７に照射される。半導体ウエハ１７に照射されなかったビームは、ビームストッパ１８に入射してエネルギーが消費される。通常、イオンソース１１から半導体ウエハ１７が収容されている真空処理室までの間の構成はイオンビームラインと呼ばれる。
【００３１】
なお、図５（ａ）において半導体ウエハ１７に隣接して示した矢印はビームがこれらの矢印の方向にスキャンされることを示す。一方、図５（ｂ）において半導体ウエハ１７に隣接して示した矢印は、半導体ウエハ１７が真空処理室に設置されたプラテン装置によりこれらの矢印の方向に往復移動、すなわち機械走査されることを示している。つまり、ビームが、例えば一軸方向に往復スキャンされるものとすると、半導体ウエハ１７は、プラテン装置により上記一軸方向に直角な方向に往復するように移動する。
【００３２】
また、ビームの経路はすべて高真空状態に維持されて外気とは遮断され、半導体ウエハ１７は真空処理室に収容される。
【００３３】
偏向走査装置２０の下流側、ここでは角度エネルギーフィルター１６の下流側、特に真空処理室内に本発明による帯電抑制装置３０が設置されている。帯電抑制装置はプラズマシャワーとも呼ばれる。
【００３４】
図１、図２を参照して、帯電抑制装置３０について説明する。本帯電抑制装置３０は、フィラメント３１、ガス導入口３２、及び１個以上の第１引出孔３３を備えた第１アーク室３４と、第２アーク室３５とを有する。第２アーク室３５は第２引出孔３６を有し、第２引出孔３６が筒体４０の内部空間を望むように筒体４０に設置されている。筒体４０は真空処理室の入り口側の一部であっても良いし、真空処理室内に配置されても良い。いずれにしても、第２アーク室３５は筒体４０の全幅にわたる程度の長さを有する。
【００３５】
図２には、筒体４０内部でのビームのスキャン範囲がＳＡで示されている。本形態では、第２引出孔３６は、スキャン範囲ＳＡ内で第２アーク室３５の長さ方向に間隔をおいて設けられた複数の孔によって実現されている。
【００３６】
なお、第２引出孔３６は、スキャン範囲ＳＡにわたって延在する１つのスリットで実現されても良い。複数の孔、１つのスリットのいずれであっても、第２引出孔３６の開口形状あるいは開口分布は、第２アーク室３５内のプラズマ密度分布に対応させて、プラズマが薄い部分の開口は密になるようにし、濃い部分の開口は疎になるようにすることが望ましい。具体的には、第２引出孔３６が複数の孔で実現される場合、プラズマが薄い部分については間隔を短くし、濃い部分は間隔を長くする。一方、第２引出孔３６を１つのスリットで実現する場合、プラズマが薄い部分については開口の幅を大きくし、濃い部分は開口の幅を小さくする。
【００３７】
第１アーク室３４は、第２アーク室３５の長さ方向の中間部に近い位置において第１引出孔３３が第２アーク室３５を望むように第２アーク室３５の壁体に設置されている。なお、第１アーク室３４と第２アーク室３５との境界部分には第１引出孔３３と対応する箇所に孔を持つ第１引出電極３７が設置されるが、これは省略されても良い。この場合、第１アーク室３４と第２アーク室３５との間に、第２アーク室３５でプラズマを生成するための第２アーク電圧（後述する）が印加される。
【００３８】
第１アーク室３４の設置領域及び複数の第２引出孔３６の設置領域を除く第２アーク室３５の壁面には複数の永久磁石３８が設置されている。つまり、第２アーク室３５の上下壁面、左右壁面、両側の端壁面にそれぞれ永久磁石３８が間隔をおいて設置されている。永久磁石３８は、第２アーク室３５内にコンファインメント磁場を形成するためのものである。このために、すべての永久磁石３８は磁極を第２アーク室３８内に向け、しかも隣り合う永久磁石３８の磁極は互いに反対になるようにしている。図２に、コンファインメント磁場を形成している磁束の一部を矢印で示す。
【００３９】
図３は、第２アーク室３５の両側の端壁面における永久磁石３８の配置形態を示す。ここでは、端壁面の形状が四角形であることから、大きさの異なる複数の四角形の枠状永久磁石３８を同心状に配置している。最内側の永久磁石３８内にも矩形状の永久磁石３８が配置される。そして、これらの永久磁石３８も磁極をすべて第２アーク室３８内に向け、しかも隣り合う永久磁石３８の磁極は互いに反対になるようにしている。永久磁石３８の形状は、三角形以上の多角形であれば良く、端壁面の形状が円形であれば、環状の永久磁石で実現されても良い。
【００４０】
第１アーク室３４、第２アーク室３５はアーク室サポート３９で支持されている。フィラメント３１には、アーク室サポート３９に設置されたフィラメントフィード４１を経由して電源が供給される。
【００４１】
なお、図５では、帯電抑制装置３０は、ビームがやや下方に向けて偏向されている箇所に設置されている。一方、図１では筒体４０が水平状態に描かれているが、図５のように設置するためには、装置全体をビームの偏向角度に合わせて傾けるようにする。
【００４２】
以下に、上記構造を詳細に説明する。
【００４３】
第１アーク室３４内にはガス導入口３２からＡｒ等のガスが導入される。第１アーク室３４内に設置したフィラメント３１にフィラメント電源４２から電流を流して高温にすることにより熱電子を発生させる。熱電子は、フィラメント３１と第１アーク室３４との間に印加された第１アーク電源４３の第１アーク電圧によって加速され、導入されたガスと衝突して第１アーク室３４内でプラズマを生成する。第１アーク室３４には、１個以上の第１引出孔３３が設けられており、その外側に第１引出電極３７が設置されている。第１引出電極３７と第１アーク室３４の間に第１引出電源４４の第１引出電圧を印加して第１アーク室３４から電子を引き出す。
【００４４】
スキャン幅ＳＡに対応した長さを持つ第２アーク室３５には、第１アーク室３４内でイオン化されずに第１引出孔３３から噴出する中性ガスと、第１アーク室３４から引き出された電子が導入される。万一、蒸発等によりフィラメント３４の材料が飛散しても、第１引出孔３３のサイズが小さいので第１アーク室３４内にとどまり、第２アーク室３５には導入されない。
【００４５】
第２アーク室３５内に導入された電子は、第２アーク室３５と第１引出電極３７との間に印加された第２アーク電源４５の第２アーク電圧によって加速され、第１アーク室３４から導入されたガスと衝突して第２アーク室３５内で濃いプラズマを生成する。
【００４６】
第２アーク室３５の壁面には複数の永久磁石３８が設置されてコンファインメント磁場（閉じ込め用のカスプ磁場）が形成されるので、壁面への電子の消失を抑制すると共に、第２アーク室３５内のスキャン方向のプラズマ均一性を向上させる。
【００４７】
永久磁石３８の熱減磁を防ぐために、第２アーク室３５は水冷等により冷却される。第２アーク室３５においてビームの通過領域に面する場所には、ビームのスキャン幅ＳＡに対応させて複数個の第２引出孔３６が設けられている。なお、第２引出孔３６は、１つのスリット状の開口で実現されても良い。第２アーク室３５は、第２引出孔３６以外からガスが漏れない構造にして、第２アーク室３５内のガス圧の低下を防ぎ、プラズマ生成効率を高めている。
【００４８】
ビームが第２引出孔３６の近くを通過すると、ビームが持つ正のポテンシャルによって第２アーク室３５から電子が引き出される。引き出された電子は、第１アーク室３４や第２アーク室３５でイオン化されずに第２引出孔３６から噴出する中性ガスと衝突し、ビームと第２アーク室３５（厳密には第２引出孔３６）との間にプラズマ（プラズマブリッジ）が形成される。第２アーク室３５内の電子は、プラズマブリッジを通してビームに対し自律的に供給される。第２引出孔３６はスキャン幅ＳＡに対応した領域に存在しているので、スキャンによりビームの位置が移動しても、常にビームと第２アーク室３５との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれる。第２アーク室３５は、接地電位との間に第２引出電源４６の第２引出電圧を印加できる構造になっており、これによりビームへの電子供給量や供給される電子のエネルギーを調整することができる。
【００４９】
なお、第２アーク電源４５と第２引出電源４６の間の電流値（アーク電流）を計測してフィードバックすることでアーク電流が一定になるように電源を制御するようにしても良い。
【００５０】
第２引出孔３６とその周辺のビームスキャン範囲は、筒体（フラッドボックス）４０で覆われている。筒体４０の電位は、第２アーク室３５から引き出されてウエハに供給される電子量を調整できるように、第２アーク室３５とは別電位を印加しても良いし、第２アーク室３５と同電位にして構成を簡単にしても良い。
【００５１】
筒体４０の内壁（ビームが接する面）はギザギザに形成され、内壁の全面に絶縁性の汚れが付着してしまうのを防止できる構造にしている。また、筒体４０のビーム上流側にはバイアス電源４７による負電圧を印加できるバイアス電極４８が設置されている。これにより、ビーム上流方向への電子の飛散を防止するとともに、電子を効率良く下流（ウエハ方向）に輸送できるようにしている。筒体４０には更に、磁気シールドが施されており、外部磁場、例えば角度エネルギーフィルター１６からの磁場を遮断できるようにしている。これは、外部磁場が強いとその磁力線に電子が巻き付いてしまい、電子がウエハに到達するまえに失われてしまうからである。
【００５２】
以上のような構成により、第２アーク室３４内でプラズマが生成されると、第２引出孔３６がスキャン幅ＳＡに対応した領域に存在しているので、スキャンによりビームの位置が移動しても、常にビームと第２アーク室３５との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれる。加えて、第２アーク室３５の内部にはコンファインメント磁場が形成されているので、第２アーク室３５の内壁面での電子の消失が抑制されることによってプラズマ生成効率が向上するとともに、第２アーク室３５内のプラズマを均一にすることが可能になり、スキャン位置によらず十分な量の電子を供給することができる。
【００５３】
以上のように、ビームのスキャン位置によらず、ビームポテンシャルによって自律的に電子を引き出すことができるような帯電抑制装置（プラズマシャワー）により、イオン注入によるウエハへの正帯電を抑制することができる。
【００５４】
本発明を好ましい実施の形態について説明したが、本発明は図１〜図３の形態に限定されるものでは無い。例えば、第１アーク室３４は、１個に限らず、第２アーク室３５の長さ方向に間隔をおいて複数個設置されても良い。勿論、第２アーク室３５の１つの壁面のみならず、別の壁面に設置されても良い。また、プラズマ形成用のガスは、第１アーク室３４だけでなく、第２アーク室３５にも導入されても良い。更に、上記形態では、コンファインメント磁場を形成するための永久磁石３８を、図１で言えば、上下の永久磁石３８はビームの進行方向に延び、左右の永久磁石３８は上下方向に延びるように設置している。これに対し、図４に示すように、上下、左右のいずれの永久磁石３８もビームの進行方向に対して直角に延びるように設置しても良い。勿論、この場合も、永久磁石３８は磁極をすべて第２アーク室３５内に向け、しかも隣り合う永久磁石３８の磁極は互いに反対になるように設置される。第２アーク室３５の両端面については図３と同様で良い。
【００５５】
本発明は、ビームの断面形状が円形、長円形、楕円形等のいずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明による帯電抑制装置の構成を説明するための縦断面図である。
【図２】図２は、図１の線Ａによる横断面図である。
【図３】図３は、図２に示された第２アーク室の両端面に設置されるコンファインメント磁場形成用の永久磁石の設置形態を示した図である。
【図４】図４は、図１に示された第２アーク室の上下、左右の壁面に設置されるコンファインメント磁場形成用の永久磁石の他の設置形態を示した図である。
【図５】図５は、本発明が適用されるイオン注入装置の概略構成を平面図（図ａ）、側面図（図ｂ）で示す。
【図６】図６は、バッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
３０ 帯電抑制装置
３１ フィラメント
３２ ガス導入口
３３ 第１引出孔
３４ 第１アーク室
３５ 第２アーク室
３６ 第２引出孔
３７ 第１引出電極
３８ 永久磁石
３９ アーク室サポート
４０ 筒体
４１ フィラメントフィード
４２ フィラメント電源
４３ 第１アーク電源
４４ 第１引出電源
４５ 第２アーク電源
４６ 第２引出電源
４７ バイアス電源
４８ バイアス電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンさせながらウエハに照射して処理を行うに際し、前記ウエハへの帯電を抑制するための帯電抑制装置において、
少なくとも１つの第１引出孔を有する少なくとも１つの第１アーク室と、
前記第１引出孔と連通し、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲に望ませた少なくとも１つの第２引出孔を有する第２アーク室とを備え、
前記第１アーク室に第１アーク電圧を印加して該第１アーク室にプラズマを生成し、そこから電子を引き出して前記第２のアーク室に導入し、該第２アーク室で再びプラズマを生成して前記荷電粒子ビームとの間にプラズマブリッジを形成するようにしたことを特徴とする帯電抑制装置。
【請求項２】
前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の帯電抑制装置。
【請求項３】
前記第２引出孔は、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって延在する１つのスリットあるいは前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって間隔をおいて配設された複数の孔で実現されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電抑制装置。
【請求項４】
前記第２引出孔の開口形状あるいは開口分布を、前記第２アーク室内のプラズマ密度分布に対応させて、プラズマが薄い部分の開口は密になるようにし、濃い部分の開口は疎になるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の帯電抑制装置。
【請求項５】
前記往復スキャンにより荷電粒子ビーム位置が移動しても、常に荷電粒子ビームと前記第２引出孔との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項６】
前記第２アーク室は、前記第２引出孔以外からガスが漏れないような構造にされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項７】
前記第２アーク室には前記第１アーク室と前記第２引出孔以外の領域に永久磁石を設置してコンファインメント磁場を形成し、該第２アーク室にプラズマを閉じ込めて、前記往復スキャン範囲でのプラズマ均一性を高めることを特徴とする請求項請求項１〜６のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項８】
前記第２アーク室には、前記荷電粒子ビームに電子を効率良く供給するための第２引出電圧が印加されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項９】
前記第２引出孔とその周辺の前記往復スキャン範囲は、筒体で覆われていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１０】
前記荷電粒子ビームの進行方向に関して前記筒体の上流側にバイアス電極を設け、前記筒体の上流方向への電子の飛散を防止して電子を効率良くウエハ側へ輸送することを特徴とする請求項９に記載の帯電抑制装置。
【請求項１１】
前記筒体を、前記第２アーク室と別電位に設定できる構造としたことを特徴とする請求項９または１０に記載の帯電抑制装置。
【請求項１２】
前記筒体の内壁をギザギザにして、該内壁のすべての面に絶縁性の汚れが付着することを防止できる構造としたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１３】
アーク電流を計測してフィードバックすることにより前記第２アーク室内のプラズマ電子の量あるいはアーク電流が一定になるように制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１４】
前記第１アーク室を前記往復スキャン範囲で間隔をおいて複数配置することにより、前記第２アーク室内のプラズマ密度増加とプラズマ均一性向上がなされていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１５】
前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に、前記第１アーク室から電子を引き出すための引出電極を設けたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１６】
前記引出電極と前記第１アーク室との間に、電子を引き出すための第１引出電圧を印加することを特徴とする請求項１５に記載の帯電抑制装置。
【請求項１７】
前記引出電極と前記第２アーク室との間に、該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧を印加することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の帯電抑制装置。
【請求項１８】
前記第２アーク室における前記荷電粒子ビームの進行方向に直角な方向の２つの端面においては、多角形の枠状または環状の複数の前記永久磁石を同心状に配置して前記コンファインメント磁場を生成するように構成されていることを特徴とする請求項７〜１７のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１９】
電場、磁場の少なくとも一方によりイオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンするスキャン機構と、該スキャン機構の下流側に配置され前記荷電粒子ビームから必要なエネルギー種のイオンのみを選択するための角度エネルギーフィルターとを備えたイオン注入装置において、
前記角度エネルギーフィルターの下流側に、請求項１〜１８のいずれかに記載の帯電抑制装置を配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１】
イオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンさせながらウエハに照射して処理を行うに際し、前記ウエハへの帯電を抑制するための帯電抑制装置において、
少なくとも１つの第１引出孔を有する少なくとも１つの第１アーク室と、
前記第１引出孔と連通し、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲に望ませた少なくとも１つの第２引出孔を有する第２アーク室とを備え、
前記第１アーク室に第１アーク電圧を印加して該第１アーク室にプラズマを生成し、そこから電子を引き出して前記第２のアーク室に導入し、該第２アーク室で再びプラズマを生成して前記荷電粒子ビームとの間にプラズマブリッジを形成するようにしたことを特徴とする帯電抑制装置。
【請求項２】
前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の帯電抑制装置。
【請求項３】
前記第２引出孔は、前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって延在する１つのスリットあるいは前記荷電粒子ビームのスキャン範囲にわたって間隔をおいて配設された複数の孔で実現されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電抑制装置。
【請求項４】
前記第２引出孔の開口形状あるいは開口分布を、前記第２アーク室内のプラズマ密度分布に対応させて、プラズマが薄い部分の開口は密になるようにし、濃い部分の開口は疎になるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の帯電抑制装置。
【請求項５】
前記往復スキャンにより荷電粒子ビーム位置が移動しても、常に荷電粒子ビームと前記第２引出孔との間にプラズマブリッジが形成され、自律的電子供給が行なわれるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項６】
前記第２アーク室は、前記第２引出孔以外からガスが漏れないような構造にされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項７】
前記第２アーク室には前記第１アーク室と前記第２引出孔以外の領域に永久磁石を設置してコンファインメント磁場を形成し、該第２アーク室にプラズマを閉じ込めて、前記往復スキャン範囲でのプラズマ均一性を高めることを特徴とする請求項請求項１〜６のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項８】
前記第２アーク室には、前記荷電粒子ビームに電子を効率良く供給するための第２引出電圧が印加されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項９】
前記第２引出孔とその周辺の前記往復スキャン範囲は、筒体で覆われていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１０】
前記荷電粒子ビームの進行方向に関して前記筒体の上流側にバイアス電極を設け、前記筒体の上流方向への電子の飛散を防止して電子を効率良くウエハ側へ輸送することを特徴とする請求項９に記載の帯電抑制装置。
【請求項１１】
前記筒体を、前記第２アーク室と別電位に設定できる構造としたことを特徴とする請求項９または１０に記載の帯電抑制装置。
【請求項１２】
前記筒体の内壁をギザギザにして、該内壁のすべての面に絶縁性の汚れが付着することを防止できる構造としたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１３】
アーク電流を計測してフィードバックすることにより前記第２アーク室内のプラズマ電子の量あるいはアーク電流が一定になるように制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１４】
前記第１アーク室を前記往復スキャン範囲で間隔をおいて複数配置することにより、前記第２アーク室内のプラズマ密度増加とプラズマ均一性向上がなされていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１５】
前記第１アーク室と前記第２アーク室との間に、前記第１アーク室から電子を引き出すための引出電極を設けたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１６】
前記引出電極と前記第１アーク室との間に、電子を引き出すための第１引出電圧を印加することを特徴とする請求項１５に記載の帯電抑制装置。
【請求項１７】
前記引出電極と前記第２アーク室との間に、該第２アーク室内でプラズマを生成するための第２アーク電圧を印加することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の帯電抑制装置。
【請求項１８】
前記第２アーク室における前記荷電粒子ビームの進行方向に直角な方向の２つの端面においては、多角形の枠状または環状の複数の前記永久磁石を同心状に配置して前記コンファインメント磁場を生成するように構成されていることを特徴とする請求項７〜１７のいずれかに記載の帯電抑制装置。
【請求項１９】
電場、磁場の少なくとも一方によりイオンビームを含む荷電粒子ビームを特定範囲にわたって往復スキャンするスキャン機構と、該スキャン機構の下流側に配置され前記荷電粒子ビームから必要なエネルギー種のイオンのみを選択するための角度エネルギーフィルターとを備えたイオン注入装置において、
前記角度エネルギーフィルターの下流側に、請求項１〜１８のいずれかに記載の帯電抑制装置を配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１５６１４２（Ｐ２００６−１５６１４２Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４５２３０（Ｐ２００４−３４５２３０）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００１８３１９６）住友イートンノバ株式会社 (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００１８３１９６）住友イートンノバ株式会社 (31)
【Ｆターム（参考）】
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