(57)【要約】【課題】高周波放電型のプラズマ発生装置において、ＰＦＧ電流の減少が少なく、長寿命化を図る。【解決手段】    プラズマ生成容器内で高周波放電によってガスを電離させてプラズマを生成して、電子放出孔を通して当該プラズマより電子を外部に放出する装置であって、高周波を放射するアンテナと、アンテナ全体を覆う絶縁物から成るアンテナカバーとを備えており、プラズマ生成容器内は絶縁物で覆われており、電子放出孔のあるプラズマ電極材質は導電性材料であるプラズマ発生装置において、絶縁物で保持された導電性材料のイオンコレクターとその前面に導電性材料のシールド電極を備え、シールド電極とプラズマ電極は同電位に接続されており、ターゲットチャンバーを正側としプラズマ電極を負側に接続した引出電源を持っており、プラズマ電極を正側としイオンコレクターを負側に接続したイオンコレクター電源を持っていることを特徴とするプラズマ発生装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成容器内で高周波放電によってガスを電離させてプラズマを生成して、電子放出孔を通して当該プラズマより電子を外部に放出する装置であって、前記プラズマ生成容器内に設けられていて高周波を放射するアンテナと、プラズマ生成容器内のアンテナ全体を覆うものであって絶縁物から成るアンテナカバーとを備えており、
前記プラズマ生成容器内は絶縁物で覆われており、前記電子放出孔のあるプラズマ電極材質は導電性材料であるプラズマ発生装置において、
絶縁物で保持された導電性材料のイオンコレクターとその前面に導電性材料のシールド電極を備え、
前記シールド電極と前記プラズマ電極は同電位に接続されており、
前記ターゲットチャンバーを正側としプラズマ電極を負側に接続した引出電源を持っており、
前記プラズマ電極を正側とし前記イオンコレクターを負側に接続したイオンコレクター電源を持っていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、基板にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム照射装置においてイオンビーム照射の際の基板表面の帯電（チャージアップ）を抑制すること等に用いられる高周波放電型のプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような基板表面の帯電抑制に用いられる高周波放電型のプラズマ発生装置の一例として、特許文献１には、プラズマ生成容器内で高周波放電によってガスを電離させてプラズマを生成して、電子放出孔を通して当該プラズマより電子を外部に放出する装置であって、プラズマ生成容器の内壁およびアンテナは、プラズマのスパッタリングによる金属汚染およびアンテナにその導電性スパッタ物が付着することを防止するために、絶縁物で覆っているプラズマ発生装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記プラズマ生成容器の内壁の絶縁物は、プラズマによるスパッタリングによって金属製のプラズマ生成容器の内壁からそれを構成する金属粒子が放出されてプラズマを汚染すること（即ち金属汚染）が発生するのを防止することが主目的で設けられている。
また、前記絶縁物の材質は、アルミナ等の絶縁物が使用される。電子放出孔があるプラズマ電極とターゲットチャンバーとの間には、引出電源が接続されており、プラズマ電極は、例えばカーボン等の導電性材料で構成されている。また、引出電源を流れる電流をＰＦＧ電流と呼び、当該電子が電子放出孔を通して外部に放出する量である。
【０００５】
このプラズマ電極は、プラズマと接してプラズマの電位を確保するためのものであり、プラズマ生成容器と同電位にされている。即ち、プラズマ生成容器内面を絶縁物で完全に囲むと、プラズマに接する導体がなくなって、プラズマに電流が流れなくなりプラズマから電子を引き出すことが困難になるけれども、これをプラズマ電極によって防止することができる。
【０００６】
ところが、上記のようなプラズマ発生装置を長時間（例えば数百時間〜数千時間程度）運転すると、ＰＦＧ電流が減少し使用できない状態となることが分かった。
【０００７】
上記のように、ＰＦＧ電流が減少し、基板のチャージアップの中和が十分でなくなると、プラズマ発生装置を取り外し、プラズマ電極上の堆積した絶縁物を除去しなければならず、メンテナンスのために長時間イオンビーム照射装置を停止しなければならなかった。高周波放電型のプラズマ発生装置において、ＰＦＧ電流の減少が少なく、ＰＦＧの長寿命化を図る。
【０００８】
この発明は、高周波放電型のプラズマ発生装置において、シールド電極６２とイオンコレクター６１をアルミナ等の絶縁物で覆われたプラズマ生成容器内に設置する。シールド電極６２とイオンコレクター６１は、例えばカーボン等の導電性材料で構成されている。プラズマは良導体であり、プラズマ自身は準中性を保つ性質がある。そのため、イオンコレクター６１にプラズマからイオンを積極的に取り入れることによって、プラズマから電子を放出させる。その程度は、イオンコレクター電源５８により可変できる。もしプラズマ電極１６のプラズマ接触面が絶縁化しても、イオンコレクター電源５８による回路と引出電源５６が直列になり、ＰＦＧ電流の回路ができているので、イオンの流れがあれば電子は放出され、ＰＦＧ電流は流れる。
【０００９】
高周波に干渉しない限り、このイオンコレクター６１は、どこにあっても良い。イオンコレクター６１は、プラズマに接し、絶縁物のスパッタが堆積しにくいように、シールド電極６２で隠れている。シールド電極６２は、プラズマの接触面が絶縁化してもその穴からイオンが入り込むため、イオンはイオンコレクターに到達することができる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、イオンコレクター電源５８によりイオンコレクター６１はシールド電極６２よりも負電圧であるので、プラズマ中のイオンはシールド電極６２の穴を通過しイオンコレクター６１に到達する。プラズマは良導体であり、プラズマ自身は準中性を保つ性質がある。そのため、プラズマから放出される電子電流は、イオン電流と常に等しくなる。プラズマ壁面では、常にイオンと電子の電流が同じになるので、プラズマ内の電流は外部に表れてこないので、電流として考慮する必要がない。プラズマ中の電子はプラズマ電極１６の電子放出孔１８を通過しイオンビームに捕獲される。
もしプラズマ電極１６が完全に絶縁化しても、引出電源５６（ＶＥ）とイオンコレクター電源５８（ＶI ）によりＰＦＧ電流の回路が形成され、ＰＦＧ電流は流れるので、長寿命化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係るプラズマ発生装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】プラズマ電極が完全に絶縁化した場合のＰＦＧ電流の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】
図１を参照して、このプラズマ発生装置１０は、ターゲットチャンバー８内において基板（例えば半導体基板）にイオンビーム２を照射して、基板にイオン注入等の処理を施すイオンビーム照射装置（この装置は、イオン注入を行う場合はイオン注入装置と呼ばれる）に用いられている場合の例である。プラズマ発生装置１０は、基板の上流側近傍に位置するターゲットチャンバー８の外部に、絶縁物５４を介して取り付けられている。
【００１３】
この例では、イオンビーム２は、Ｘ方向（例えば水平方向）に電界または磁界によって往復走査される。基板は、図示されていないホルダに保持されていて、Ｘ方向と交差するＹ方向（例えば垂直方向）に機械的に往復走査される。両走査の協働（ハイブリッドスキャン）によって、基板の全面にイオンビーム２を均一性良く照射して均一性の良いイオン注入を行うことができる。
【００１４】
その際、プラズマ発生装置１０から放出したプラズマからの電子をイオンビーム２または基板の近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う正電荷を中和して、基板の表面の帯電を抑制することができる。
【００１５】
プラズマ発生装置１０は、この実施形態では、イオンビーム２の上記Ｘ方向の走査に対応することができるように、Ｘ方向に長く伸びた構造をしている。それによって、Ｘ方向の幅が広いプラズマからの電子を放出して、Ｘ方向に走査されるイオンビーム２付近に電子を万遍なく供給して、基板の表面において帯電を万遍なく抑制することができる。
【００１６】
このプラズマ発生装置は、Ｘ方向に沿って長く伸びた筒状（具体的には半円筒状）のプラズマ生成容器１２を有している。このプラズマ生成容器１２は、後述する磁石５０による磁界５２を乱さないために、非磁性体で構成されている。プラズマ電極１６も同様である。
【００１７】
プラズマ生成容器１２の一方（図１中の左側）の端面に、ガス導入管２２が接続されており、そこからガス２４がプラズマ生成容器１２内に導入される。ガス２４は、例えばキセノンガスである。
【００１８】
プラズマ生成容器１２は、その一部に、具体的にはその下側（イオンビーム２に面する側）の側面に、開口部を有しており、そこに、プラズマ生成容器１２内で生成されたプラズマからの電子を外部に取り出す電子放出孔１８を有するプラズマ電極１６が設けられている。電子放出孔１８は、この実施形態ではＸ方向に並設された複数の孔（例えば円形の孔または長円形の孔）であるが、Ｘ方向に伸びたスリットでも良い。プラズマ電極１６は、プラズマ生成容器１２と電気的に接続されていてそれと同電位にある。
【００１９】
プラズマ生成容器１２内に、その長手方向の軸に沿って、即ちＸ方向に沿って、真っ直ぐな棒状のアンテナ２６が設けられている。このアンテナ２６のプラズマ生成容器１２内での長さは、プラズマ生成容器１２内の軸方向の長さの例えば８０％〜１００％程度である。アンテナ２６は、具体的には、プラズマ生成容器１２の他方（図１中の右側）の端面からプラズマ生成容器１２内に挿入されている。アンテナ２６は、例えばタングステンから成る。アンテナ２６とプラズマ生成容器１２との間は、アンテナカバー４２やその他の絶縁物（図示省略）によって電気的に絶縁されている。
【００２０】
アンテナ２６には、ＰＦＧ電源３０から、インピーダンス整合回路３２および同軸ケーブル３４を経由して、高周波２８が供給される。高周波２８は、例えば１３．５６ＭＨｚ程度の高周波でも良いし、例えば２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波でも良い。即ちこの明細書では、高周波はマイクロ波を含む広い概念である。同軸ケーブル３４の中心導体３６はアンテナ２６に、外周導体３８はプラズマ生成容器１２に、それぞれ電気的に接続されている。
【００２１】
上記構成によって外部からアンテナ２６に供給される高周波２８を当該アンテナ２６からプラズマ生成容器１２内に放射して、プラズマ生成容器１２内で高周波放電によって上記ガス２４を電離させてプラズマ２０を生成することができる。そしてこのプラズマ２０からの電子を、上記電子放出孔１８を通してターゲットチャンバー８内へ取り出すことができる。
【００２２】
プラズマ生成容器１２およびそれと同電位のプラズマ電極１６には、この実施形態のように、直流の引出電源５６によって、ターゲットチャンバー８の電位を基準にして負の引出電圧ＶEを印加するようにしても良い。そのようにすれば、電子放出孔１８から電子が放出されやすくなる。
【００２３】
ターゲットチャンバー８の電位を基準にしてリフレクタ７０には負のリフレクタ電圧ＶRを印加しても良い。電子放出孔１８から放出されたプラズマ中の電子がリフレクタ７０で反射され、イオンビーム２に電子が捕獲されやすくしている。
【００２４】
プラズマ生成容器１２内に位置するアンテナ２６の全体は、絶縁物から成るアンテナカバー４２で覆われている。アンテナカバー４２は、石英やアルミナ等のセラミックから成る。これによって、プラズマ２０によるスパッタリングによって、アンテナ２６からそれを構成する金属粒子が放出されて金属汚染が発生するのを防止することができる。
【００２５】
プラズマ生成容器１２の内壁（即ち開口部１４を除く内壁）も、この実施形態のように、絶縁物４８で覆っておくのが好ましい。そのため、プラズマ２０により絶縁物がスパッタされ、プラズマ電極１６上に絶縁物が堆積した場合、プラズマに接する導体がなくなって、プラズマに電流が流れなくなり、プラズマから電子を引き出すことが困難になる。このため、ＰＦＧ電流が流れなくなる。
【００２６】
イオンコレクター６１は、絶縁物６０で保持され、その前面には穴の開いたシールド電極６２が設置されている。このシールド電極６２は、プラズマによる絶縁物がスパッタされることによる堆積物がイオンコレクター６１に入りにくいようにしている。イオンコレクター６１とシールド電極６２は、例えばカーボンなどの導電性材料である。シールド電極６２とプラズマ電極１６は同電位に接続されており、プラズマ電極１６を正側としイオンコレクター６１を負側に接続したイオンコレクター電源をもっている。
【００２７】
図１を参照して、プラズマ２０のスパッタによる絶縁物の堆積物がプラズマ電極１６に堆積するまでは、プラズマ電極１６とプラズマは接し、図に示す実線のように電子の流れができる。
【００２８】
さらにイオンコレクター電源５８によりイオンコレクター６１はシールド電極６２よりも負電圧であるので、プラズマ中のイオンはシールド電極６２の穴を通過しイオンコレクター６１に到達する。シールド電極６２に流れる電流は、イオンがシールド電極６２の穴を通過するだけなので、電流は流れない。プラズマは良導体であり、プラズマ自身は準中性を保つ性質がある。そのため、電子放出孔１８からプラズマ中の電子が放出される。イオンの流出量は、イオンコレクター電源５８の電圧ＶＩで調整することができる。
【００２９】
イオンコレクター６１がない場合の電子の流れによる電流をIMとし、イオンコレクター６１から流出するイオンによる電子の放出の流れによる電流をIIとすると、ＰＦＧ電流は、IM+IIとなる。
【００３０】
シールド電極６２により、イオンコレクター６１がプラズマに与える電位の変化はない。また、プラズマからイオンを損失させることでプラズマの電位が変化するが、通常のＰＦＧ電流量に対してごく僅かであり、普通にＰＦＧ電流を出すことによるプラズマ電位の変化に比べても無視できるので、実質上ＰＦＧから出る電子のエネルギーの変化は無視できる。
【００３１】
図２を参照して、プラズマ電極１６にプラズマ２０のスパッタによる絶縁物の堆積物が堆積した場合、イオンコレクター６１がない場合の電子の流れによる電流IMが０となるが、IIのＰＦＧ電流は流れ続ける。たとえシールド電極６２が完全に絶縁化しても、シールド電極６２は負の浮遊電位になるので、イオンはイオンコレクター６１に入り、その分電子は、プラズマから放出するので、ＰＦＧ電流は流れ続ける。このため、本考案のプラズマ発生装置は、長寿命化することができる。
【００３２】
プラズマ生成容器１２の外部には、この実施形態のように、プラズマ生成容器１２内に、プラズマ生成容器１２の軸に沿う方向の磁界５２を発生させる磁石５０を設けておいても良い。この磁石５０は、この例では、プラズマ生成容器１２に沿う半円筒形をしている。この磁石５０は、典型的には永久磁石である。この磁石５０を設けておくと、それが発生する磁界５２によって電子を捕捉して、プラズマ生成容器１２内におけるプラズマ２０の生成および維持を促進することができるので、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により高密度のプラズマ２０の発生が可能になる。
【００３３】
なお、プラズマ発生装置１０の各部の構造を上に詳述したけれども、その構造はあくまでも例であり、この発明は上に詳述した構造に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３４】
２    イオンビーム
８    ターゲットチャンバー
１０  プラズマ発生装置
１２  プラズマ生成容器
１６  プラズマ電極
１８  電子放出孔
２０  プラズマ
２４  ガス
２６  アンテナ
２８  高周波
３０  ＰＦＧ電源
４２  アンテナカバー
４８  絶縁物
５０  磁石
５６  引出電源
５４  絶縁物
５８  イオンコレクター電源
６０  絶縁物
６１  イオンコレクター
６２  シールド電極
７０  リフレクター
【図１】
2012084624.tif 000003
【図２】
2012084624.tif 000004