(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有していて通過するイオンビームの領域を決定するマスクと、このマスクの開口部を通過したイオンビームを受けるファラデーカップと、このファラデーカップと前記マスクとの間に設けられていて負電圧が印加されるサプレッサ電極と、このサプレッサ電極と前記マスクとの間に設けられていて正電圧が印加される正バイアス電極とを備えるファラデー装置において、前記マスクの開口部を挟んで配置されていて、当該開口部を横切る方向の磁力線であってしかもマスクの上流側へ盛り上がっている磁力線を発生させる磁石を設けたことを特徴とするファラデー装置。
【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、イオンドーピング装置（非質量分離型のイオン注入装置）、イオンビーム照射装置等において、イオンビームのビーム電流を計測することに用いられるファラデー装置に関し、より具体的には、ビームプラズマ等のプラズマ中のイオンがファラデーカップに入射することによってビーム電流計測に誤差が生じることを抑制する手段に関する。なおこの明細書でイオンは、正イオンを指す。
【０００２】
【従来の技術】
この種のファラデー装置の従来例を図４に示す。このファラデー装置は、開口部６を有していて通過するイオンビーム２の領域（形状）を決定するマスク４と、このマスク４の開口部６を通過したイオンビーム２を受けてそのビーム電流を計測するためのファラデーカップ１２と、このファラデーカップ１２とマスク４との間であって通常はファラデーカップ１２の近傍に設けられたサプレッサ電極１０と、このサプレッサ電極１０とマスク４との間に設けられた正バイアス電極８とを備えている。
【０００３】
マスク４は、通常はグラウンド（接地電位部）に接地されている。正バイアス電極８には、正バイアス電源１６からグラウンドに対して正電圧が印加される。サプレッサ電極１０には、サプレッサ電源１８からグラウンドに対して負電圧が印加される。ファラデーカップ１２に流れるビーム電流は、例えばそれに接続された電流計測器１４によって計測される。
【０００４】
負電圧が印加されるサプレッサ電極１０は、上流側からの、即ちイオンビーム２のビームラインからの電子がファラデーカップ１２に進入することを防ぐと共に、イオンビーム２がファラデーカップ１２に入射することによってファラデーカップ１２から放出される２次電子をファラデーカップ１２に押し戻す作用をする。これによって、このような電子によって本来のビーム電流計測に誤差が生じることを防止している。
【０００５】
正電圧が印加される正バイアス電極８は、イオンビーム２のビームラインに低エネルギーイオンが無視できない程度に存在する場合にしばしば設けられるものであり、その正電圧によって低エネルギーイオンを上流側へ押し戻す作用をする。これによって、このような低エネルギーイオンによって本来のビーム電流計測に誤差が生じることを防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
イオンビーム２の周りには、通常、イオンビーム２と残留ガスとの衝突等によって電子やイオンが生成されて、プラズマ２０ａが存在している。これはビームプラズマと呼ばれる。
【０００７】
このビームプラズマ２０ａは、イオンビーム２のビームラインの真空度が低い（即ちガス圧が高い）ほど濃くなる。例えば、ビームラインの真空度は、通常のイオン注入装置では１０−４Ｐａ程度であるが、イオン源から引き出したイオンビームをそのまま（即ち質量分離器を通すことなく）基板に照射するイオンドーピング装置では、イオン源からのガス流出の影響を受けやすいので１０−２Ｐａ程度である。従って後者の方がビームプラズマ２０ａは濃くなる。
【０００８】
また、マスク４の表面の開口部６付近にも、イオンビーム２がマスク４に衝突することによって放出される２次電子やイオン等によってプラズマ２０ｂが発生する。このプラズマ２０ｂもかなり濃いプラズマである。
【０００９】
従って、上記のような正バイアス電極８を設けていても、上記ビームプラズマ２０ａおよびプラズマ２０ｂで構成されるプラズマ２０が濃くなると、図４中に示すように、当該プラズマ２０が正バイアス電極８まで進入して来る。そうなると、当該プラズマ２０にサプレッサ電極１０の負電圧の影響が及ぶようになり、プラズマ２０中のイオン２２（図４は、多数のイオン２２の１個を例示したものである）がサプレッサ電極１０の負電圧によってプラズマ２０からファラデーカップ１２に向けて引き出されて、ファラデーカップ１２に入射するようになる。
【００１０】
その結果、本来計測すべきイオンビーム２のビーム電流の他に、上記のようなプラズマ２０中のイオン２２を部分的にファラデーカップ１２で計測してしまうことになり、ビーム電流計測に誤差が生じる。
【００１１】
そこでこの発明は、上記のようなビームプラズマおよびマスク表面付近に発生するプラズマ中のイオンがファラデーカップに入射することを抑制して、ビーム電流計測の誤差を小さく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】
この発明のファラデー装置は、前記マスクの開口部を挟んで配置されていて、当該開口部を横切る方向の磁力線であってしかもマスクの上流側へ盛り上がっている磁力線を発生させる磁石を設けたことを特徴としている。
【００１３】
この構成によれば、ビームプラズマおよびイオンビーム衝突によってマスク表面付近に発生するプラズマは、前記磁力線にトラップ（捕捉）されるので、正バイアス電極まで進入することができなくなる。その結果、前記プラズマ中のイオンがサプレッサ電極の負電圧によって引き出されてファラデーカップに入射することを抑制することができるので、ビーム電流計測の誤差を小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るファラデー装置の一例を示す断面図である。平面図は、例えば図２を参照するものとする。図４に示した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。
【００１５】
このファラデー装置においては、前記マスク４の開口部６を挟んで、互いに極性配置を逆にした二つで一組の磁石３０をマスク４内に埋め込んでいる。この磁石３０によって、マスク４の開口部６付近に、当該開口部６を横切る方向の磁界を発生させる。この磁界の様子を磁力線３２で示す。
【００１６】
磁石３０をマスク４内に埋め込むことは必須ではないけれども、この例のように埋め込む方が好ましく、そのようにすれば、磁石３０にイオンビーム２やプラズマ２０が当たってスパッタすること等を防止することができる。
【００１７】
各磁石３０は、電磁石でも良いけれども、永久磁石の方が簡便で好ましく、この例では永久磁石である。
【００１８】
各磁石３０は、この例では、図５にも示すように、二つの磁極（Ｎ、Ｓ）が上下に（即ちイオンビーム２の進行方向に沿う方向に）位置するように配置している。その理由は後述する。但し、磁力線３２の向きが図示例とは反対になるようにしても良い（他の例においても同様）。
【００１９】
磁石３０が発生する磁界を乱さないようにするために、磁石３０の近くの部材は非磁性体で形成しておくのが好ましい。この例では、一例として、マスク４、正バイアス電極８、サプレッサ電極１０およびファラデーカップ１２を非磁性体で形成している。サプレッサ電極１０およびファラデーカップ１２等は、マスク４からの距離が大きい場合は、非磁性体で形成しなくても良い場合もある。非磁性体は、例えば、アルミニウム、非磁性ステンレス鋼、モリブデン材等である。
【００２０】
このファラデー装置においては、前記ビームプラズマ２０ａおよびイオンビーム衝突によってマスク４の表面付近に発生する前記プラズマ２０ｂは、即ちこれらで構成されるプラズマ２０は、マスク４の開口部６付近に発生させる前記磁界にトラップされる。より具体的には、当該プラズマ２０を構成する電子およびイオンは、磁力線３２に巻き付くようにラーモア運動をするため、特に電子は小さい旋回半径で巻き付くため、磁力線３２を横切って移動しにくくなる。電子がトラップされると、イオンもこの電子に電気的に吸引されるので、磁力線３２を横切って移動しにくくなる。このような作用によって、プラズマ２０は前記磁界にトラップされ、正バイアス電極８まで進入することができなくなる。プラズマ２０が濃い場合は、それに応じて前記磁界を強くすれば良い。
【００２１】
なお、細かく見ると、開口部６付近のプラズマ２０中の電子には、正バイアス電極８の正電圧によって正バイアス電極８側に引く力が働くけれども、電子は旋回半径が小さくて磁力線３２に巻き付く作用が強いので、前記磁界をある程度強くすることによって、当該電子が正バイアス電極８に引き込まれることを抑制することができる。
【００２２】
上記のようにしてプラズマ２０が正バイアス電極８まで進入することを防止すると、当該プラズマ２０に対しては正バイアス電極８の正電圧がプラズマ２０中のイオンを正バイアス電極８よりも上流側へ押し戻す作用をするので、プラズマ２０中のイオンがサプレッサ電極１０の負電圧によって引き出されてファラデーカップ１２に入射することを抑制することができる。従って、イオンビーム２のビーム電流計測の誤差を小さくすることができる。即ち、前記正バイアス電極８と前記磁界とがうまく協働して、イオンビーム２のビーム電流計測の誤差を小さくすることができる。
【００２３】
上記のような効果は、このファラデー装置を、イオンドーピング装置等のように、イオンビーム２のビームラインの真空度が低くて濃いビームプラズマ２０ａが発生しやすい状況下で使用する場合により顕著になる。
【００２４】
なお、上記のようなファラデー装置は、一つだけ設けても良いけれども、例えば図２に示す例のように複数個を設けても（例えば並設しても）良い。この図２の例では、１枚のマスク４に複数のスリット状の開口部６を互いに並べて設けていて、この各開口部６を挟むように前記磁石３０を配置して（埋め込んで）いる。３２は前記磁力線である。各開口部６の後方には、前記ファラデーカップ１２をそれぞれ配置している（但し図２では１個のみを示す）。前記正バイアス電極８およびサプレッサ電極１０は、この例では、それぞれ、各ファラデーカップ１２に共通の板状のものとしている。
【００２５】
前記磁石３０は、例えば図３に示す例のように、二つの磁極（Ｎ、Ｓ）が左右に（即ちイオンビーム２の進行方向に交差する方向に）位置するように配置しても良い。しかしこの配置よりも、図１に示す上下の配置の方が、磁力線３２がマスク４の上流側へ盛り上がる程度が大きくなるので、プラズマ２０をマスク４からより上流側に離れた所でトラップすることができる。この方が、プラズマ２０が正バイアス電極８までより進入しにくくなるので好ましい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ビームプラズマおよびイオンビーム衝突によってマスク表面付近に発生するプラズマは、前記磁力線にマスクの上流側付近でトラップされて正バイアス電極まで進入することができなくなるので、当該プラズマ中のイオンがサプレッサ電極の負電圧によって引き出されてファラデーカップに入射することを抑制することができる。その結果、ビーム電流計測の誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るファラデー装置の一例を示す断面図である。
【図２】この発明に係るファラデー装置の一例を示す平面図である。
【図３】磁石の配置の仕方の他の例を示す断面図である。
【図４】従来のファラデー装置の一例を示す断面図である。
【図５】図１の磁石周りの拡大断面図である。
【符号の説明】
２  イオンビーム
４  マスク
６  開口部
８  正バイアス電極
１０  サプレッサ電極
１２  ファラデーカップ
２０  プラズマ
３０  磁石
３２  磁力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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