CN102270557B

CN102270557B - 离子注入装置

Info

Publication number: CN102270557B
Application number: CN201110020842.XA
Authority: CN
Inventors: 内藤胜男
Original assignee: NINSSIN ION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NINSSIN ION EQUIPMENT CO Ltd; Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: TW201145343A; KR101245501B1; TWI420563B; CN102270557A; JP2011253775A; JP5041260B2; KR20110133413A

Abstract

本发明提供一种离子注入装置，不用平行化透镜就能实现对玻璃基板的离子注入，其在COO方面优良。本发明的离子注入装置是向玻璃基板(7)照射带状离子束(3)的质量分析型的离子注入装置(1)。在从离子源(2)到质量分析磁铁(4)的离子束(3)的输送路径中，设置有离子束发散部件。离子束发散部件以在由离子束(3)的长边方向(Y方向)与离子束的行进方向(Z方向)构成的平面中，使所述离子束的照射角度大于0度且在根据设计规则设定的容许发散角度以下的方式，使离子束(3)沿其长边方向发散，所述照射角度是引向玻璃基板(7)的垂线与入射到玻璃基板(7)上的离子束(3)所成的角度。

Description

离子注入装置

技术领域

本发明涉及对玻璃基板实施离子注入处理的离子注入装置，特别是涉及不具有使离子束形成为沿其行进方向平行的形状的平行化透镜的质量分析型的离子注入装置。

背景技术

从作为生产装置的基本要求来说，离子注入装置必须是生产率高的装置。此外，对于通过向硅等的晶片进行离子注入来制造半导体器件的半导体器件制造用离子注入装置而言，由于器件的微型化（集成密度）按穆尔定律发展，所以除了要求所述离子注入装置“提高生产率”以外，而且还要求对所述离子注入装置附加用于微型化的各种基本技术，即要求所述离子注入装置“适应微型化发展”。

另一方面，在通过向玻璃基板进行离子注入来制造FPD面板的FPD（Flat Panel Display，平板显示器）面板制造用离子注入装置中，由于应用注入工艺的最终器件是人们要观看的显示面板，所以基本上不需要高于人眼睛的分辨率的微型化。因此，对这样的离子注入装置的技术要求主要注重于用于使生产率提高的装置技术。

作为FPD面板制造用离子注入装置的一个例子，可以例举专利文献1所述的离子注入装置。该离子注入装置主要包括：离子源，产生具有发散角度的离子束；离子分析仪，从所述离子束中仅选出所希望的离子；四极设备（quadrupole device），使通过离子分析仪后的离子束成为大体平行的离子束；移动台，支承四极设备，可以使其沿离子束的行进方向移动；以及处理部，配置目标基板。

专利文献1：日本专利公开公报特开2006－139996号（图1）。

在FPD面板的制造工艺中，按照设计规则，只要是布线尺寸在0.3μm以上就完全没有问题。其原因是即使器件的布线尺寸比这更细，进一步微型化，人们也辨别不出来。

另一方面，在微型化不断发展的半导体器件的制造工艺中所使用的离子注入装置中，在设计规则变成布线尺寸为0.2μm的工艺后，通常在离子束的输送路径中设置平行化磁铁，将被该磁铁平行化后的离子束向目标（硅等的晶片）照射。但是，在此前的设计规则中，通常使用利用扫描器进行角度扫描后的离子束，也就是使用朝向目标的离子束的照射角不平行的离子束（最大角度宽约±2.5度），这样就足够了。

因此，在使用0.3μm以上的设计规则的FPD面板制造用离子注入装置中，原来认为没有必要利用平行束对基板进行处理，但在专利文献1所举出的FPD制造用离子注入装置中，与半导体制造用的离子注入装置相同，设置有四极透镜作为平行化透镜。

表示半导体制造装置的生产率的指标之一是COO（cost ofownership，拥有成本）。该指标主要与装置的性能价格比有关。以往在制造半导体制造装置时，认为必须降低COO。因此，作为在保持一定的生产率的同时削减多余成本的对策，采用了去除多余的功能及减小装置尺寸等对策。

伴随玻璃基板尺寸的大型化，FPD面板制造用离子注入装置所使用的离子束尺寸也变大。平行化透镜被配置在要进行离子注入的玻璃基板附近。如专利文献1所述，与位于离子束输送路径的上游的离子源一侧的离子束尺寸相比，位于下游的、在玻璃基板附近的离子束尺寸变得非常大。为了使具有所述大尺寸的离子束形成为平行的形状，也必须使平行化透镜的尺寸变大。在装备有平行化透镜的离子注入装置中，因配置大型的平行化透镜，使装置整体尺寸变大。于是，在半导体工厂内必须要确保设置大型装置的空间。此外，由于制造大型的平行化透镜所需要的费用高，所以对应地造成离子注入装置的价格提高。由于所述原因，对于装备平行化透镜的离子注入装置而言，难以降低COO。

发明内容

因此，本发明所要解决的问题是提供一种不使用平行化透镜就可以实现对玻璃基板进行离子注入的、在COO方面优良的离子注入装置。

即，本发明提供一种离子注入装置，该离子注入装置是质量分析型的离子注入装置，该离子注入装置以横穿带状离子束的短边方向的方式驱动玻璃基板，向所述玻璃基板的整个面照射所述离子束，在从离子源到质量分析磁铁的所述离子束的输送路径中，设置有离子束发散部件，该离子束发散部件使所述离子束沿该离子束的长边方向发散，从而使所述离子束的照射角度大于0度且在根据设计规则所设定的容许发散角度以下，所述照射角度是在由所述离子束的长边方向与所述离子束的行进方向构成的平面中引向所述玻璃基板的垂线与入射到所述玻璃基板的所述离子束所构成的角度。

如上所述，由于本发明代替使用平行化透镜，在从离子源到质量分析磁铁之间的位于较靠上游一侧的离子束输送路径中，设置离子束发散部件，使用该离子束发散部件以使向玻璃基板照射的离子束的照射角度大于0度且在根据设计规则设定的容许发散角度以下的方式，使带状离子束沿其长边方向发散，所以可以使装置尺寸小型化，并且可以降低装置的价格，进而可以降低离子注入装置的COO。

此外，优选的是，所述离子束发散部件是所述离子源、所述质量分析磁铁、或者包括所述离子源和所述质量分析磁铁双方。

在把所述部件作为离子束发散部件使用的情况下，由于仅仅是把以往就具备的部件的一部分的结构进行改进的程度，所以与制造新部件的情况相比，可以降低制造成本。

此外，优选的是，所述离子注入装置包括离子束轮廓仪，所述离子束轮廓仪检测通过所述离子束限制部件后的所述离子束在长边方向上的端部，根据在向所述玻璃基板进行离子注入处理之前由所述离子束轮廓仪检测到的检测结果，调整由所述离子束发散部件进行的所述离子束的发散。

由于具备所述离子束限制部件和所述离子束轮廓仪，所以可以确认离子束的照射角度是否是所希望的角度。

此外，优选的是，所述离子注入装置还包括离子束限制部件，所述离子束限制部件选择性地使在所述离子束的长边方向上的一部分所述离子束通过。

带状离子束在短边方向上在分析狭缝的位置聚焦。因此，如果与分析狭缝邻接配置离子束限制部件，则可以使离子束限制部件的尺寸减小。

按照本发明，代替使用平行化透镜，在从离子源到质量分析磁铁之间的位于较靠向上游一侧的离子束输送路径中设置离子束发散部件，使用该离子束发散部件以使向玻璃基板照射的离子束的照射角度大于0度且在根据设计规则设定的容许发散角度以下的方式，使带状离子束沿其长边方向发散，所以可以使装置尺寸小型化，并且可以降低装置价格，进而可以降低离子注入装置的COO。

附图说明

图1是表示本发明的离子注入装置一个实施方式的XZ平面图。

图2表示在本发明一个实施方式的离子注入装置的YZ平面内的离子束轨道。

图3是表示图2中记载的离子源的一个例子的立体图。

图4是图3中记载的离子源的平面图。

图5是构成图3中记载的离子源的引出电极系统的其它实施例。

图6是图2中记载的质量分析磁铁的一个例子，图6的（a）是质量分析磁铁的剖面图，图6的（b）表示在XZ平面中的磁极宽度的变化。

图7是对通过图6中记载的质量分析磁铁内部的离子束承受的洛伦兹力的说明图。

图8表示本发明另一个实施方式的离子注入装置在YZ平面内的离子束轨道。

图9是表示图8中记载的离子源的一个例子的立体图，图9的（a）是具有沿着Y方向的大体为矩形的狭缝的引出电极系统，图9的（b）是具有沿着X方向的大体矩形的狭缝的引出电极系统。

图10是图9中记载的离子源的平面图，图10的（a）是与图9的（a）对应的平面图，图10的（b）是与图9的（b）对应的平面图。

图11表示对通过各电极之间的离子束产生的偏转作用，图11的（a）是在等离子体电极和抑制电极之间产生的作用，图11的（b）表示在抑制电极和接地电极之间产生的作用。

图12是构成图9中记载的离子源的引出电极系统的其它实施例，图12的（a）表示设在各电极上的电极孔在Y方向上的中心位置的关系。图12的（b）表示通过比图12的（a）中记载的位置c2位于更靠向与Y方向相反一侧的电极孔的离子束偏转的情况，图12的（c）表示通过比图12的（a）中记载的位置c2位于更靠向Y方向一侧的电极孔的离子束偏转的情况。

图13是图8中记载的质量分析磁铁的一个例子，图13的（a）是质量分析磁铁的剖面图，图13的（b）表示在XZ平面中的磁极宽度的变化。

图14表示本发明另外的实施方式的离子注入装置在YZ平面内的离子束轨道。

图15表示本发明其它实施方式的离子注入装置在YZ平面内的离子束轨道。

图16是图15中记载的偏转电磁铁一个例子的图，图16的（a）是偏转电磁铁的剖面图，图16的（b）表示从YZ平面看的偏转电磁铁的情况。

图17是表示本发明的离子注入装置一个实施方式的XZ平面图，是装备有测量照射角度的部件的例子。

图18是图17中记载的离子束限制部件的一个例子，图18的（a）表示在XY平面上的情况，图18的（b）表示在YZ平面上的情况。

图19是图17中记载的离子束限制部件另外的例子，图19的（a）表示在XY平面上的情况，图19的（b）表示在YZ平面上的情况。

图20表示测量离子束向玻璃基板的照射角度的例子。

附图标记说明

1.离子注入装置

2.离子源

3.离子束

4.质量分析磁铁

5.分析狭缝

6.处理室

7.玻璃基板

8.托架

9.离子束轮廓仪

10.电弧室

11.等离子体电极

12.抑制电极

13.接地电极

17.偏转电磁铁

24.离子束限制部件

具体实施方式

本发明中使用的离子束是带状离子束。在此所说的带状离子束是指在用与离子束的行进方向垂直的平面切断离子束时，离子束的断面为矩形。此外，在本发明中，总是以带状离子束的行进方向为Z方向，在与该Z方向垂直的两个方向上，设沿着带状离子束的长边方向的方向为Y方向，设沿着带状离子束的短边方向的方向为X方向。因此，X、Y、Z方向对应于在离子注入装置内的离子束输送路径上的位置是适当改变的。

图1是本发明使用的离子注入装置1的XZ平面图。利用质量分析磁铁4和分析狭缝5对从离子源2射出的离子束3进行质量分析，以仅使所希望的离子照射玻璃基板7的方式将离子束3导向处理室6内。图1中的虚线表示离子束3的中心轨道。

在处理室6内，利用托架8支承玻璃基板7，利用图中没有表示的驱动机构，以横穿离子束3的方式，沿与X方向大体平行的、由箭头A表示的方向往复输送玻璃基板7。对于所述驱动机构，只要是以往使用的驱动机构就可以。

例如，可以考虑使用下述机构，即：把利用设在处理室6外部的电动机可以正反转的滚珠丝杠通过真空密封导入到处理室6内，通过使把转动运动转换成直线运动的滚珠螺母与所述滚珠丝杠螺纹配合，并最终使所述滚珠螺母与托架8连接，可以沿由箭头A表示的方向输送托架8的机构；或者把利用设在处理室6外部的电动机可以沿由箭头A表示的方向移动的轴通过真空密封导入到处理室6内，通过使托架8支承在该轴的端部上，可以沿箭头A方向输送托架8的机构。

此外，在处理室6中设置有离子束轮廓仪9，用于测量离子束3在作为长边方向的Y方向上的电流密度分布，其测量结果用于调节束电流密度分布。作为使用该测量结果调节电流密度分布的例子，可以考虑的结构是：把将多个灯丝沿Y方向排列的离子源作为离子源2，根据利用离子束轮廓仪9的测量结果，调节流经各灯丝的电流量。当然除了具有多个灯丝的离子源2以外，还可以采用的结构是：在离子束输送路径中设置具有多极（multipole）的磁透镜或具有沿离子束长度方向多级排列的多个电极的静电透镜，根据利用离子束轮廓仪9的测量结果，调节磁极（pole）的位置或施加在电极上的电压。作为离子束轮廓仪9可以考虑采用把多个法拉第杯沿Y方向排列的结构，或者把一个法拉第杯沿Y方向移动的结构。

图2表示本发明一个实施方式的离子注入装置在YZ平面内的离子束3的轨道。该图2描绘的是图1的离子注入装置1在另外的平面上的情况。但是，由于为了容易理解作为本发明特征部分的离子束3的轨道，图2简要地描述了图1中记载的离子注入装置1的结构，所以与图1中记载的离子注入装置1的结构不是准确一致。在后述的图8、图14、图15中也使用了相同的记载方法。此外，在这些图中所描述的X、Y、Z各轴是对于入射到处理室6中的离子束3设定的。如前所述，根据离子束3通过的位置不同，设定有与图中描述的X、Y、Z轴不同的轴。

在图2所示的例子中，使平行的离子束3从离子源2射出，利用质量分析磁铁4使离子束3沿其长边方向发散，使得离子束3向玻璃基板7的照射角度成为大于0度且在根据设计规则设定的容许发散角度以下。在Y方向上的离子束3的尺寸比玻璃基板7的尺寸大。因此，通过使支承玻璃基板7的托架8沿与图1的X方向大体平行的由箭头A表示的方向移动，可以对玻璃基板7的整个面照射离子束3。此外，在后述的图8、图14、图15、图17的例子中，对玻璃基板7的整个面照射离子束3的结构与在此说明的结构相同。

本发明中的离子束3的照射角度定义为在YZ平面中，引向玻璃基板7的面上的垂线与向玻璃基板7入射的离子束3所成的角度。但是，在离子束3入射一侧的玻璃基板7的面与其背面及支承玻璃基板7的托架8的面为相互平行的关系的情况下，可以把引向托架8的面上的垂线视作引向玻璃基板7上的垂线。在图2和后述的图8、图14中，玻璃基板7与托架8的面为如前所述的相互平行的关系。因此，在这些图中，把引向托架8上的垂线与离子束3所成的角度（例如图2中的α）作为离子束的照射角度（发散角度）。

在本发明中，把在任意的设计规则时所容许的最大照射角度的值称为容许发散角度。如下所述，按照设计规则设定所述容许发散角度。首先，根据人的视觉是否可以辨别出来，来决定器件制造时微型化的水平。然后，根据微型化的水平，决定有关器件的电路布线等的尺寸的设计规则。按照该设计规则制造器件，因设计规则不同，前述的离子束的照射角度容许的最大值会不同。例如，在按照设计规则，电路布线尺寸为0.3μm的情况下，为了制造具有可以容许的级别特性的器件，离子束的照射角度必须在最大2.5度的范围内。另一方面，在按照设计规则，电路布线尺寸在大到1μm的情况下，为了制造具有可以容许的级别特性的器件，离子束的照射角度必须在最大3度左右的范围内。在本发明中考虑制造的器件的特性，把离子束3向玻璃基板7的照射角度设计成大于0度且在容许发散角度以下。

此外，对于玻璃基板7的大型化，使离子束3发散在以下方面有利。玻璃基板7的尺寸伴随液晶产品的大型化，逐年在大型化。在使平行的离子束从离子源射出，把该平行的离子束向玻璃基板照射类型的离子注入装置中，必须使构成离子注入装置的各构件变大。

另一方面，在使用本发明这样的发散离子束的情况下，由于对应于从使离子束发散的位置到玻璃基板的距离，离子束的尺寸变大，所以与前述那样类型的离子注入装置相比，可以使离子源等构件采用小型的构件。此外，与专利文献1所述的装备有平行化透镜的离子注入装置相比，也因没有利用平行化透镜使离子束平行化，对应地可以使离子束的尺寸更大。

图3表示离子源2的更具体的结构之一。该离子源2具有引出电极系统，该引出电极系统用于从电弧室10向Z方向引出平行的离子束3，该引出电极系统包括等离子体电极11、抑制电极12以及接地电极13，在各电极上设置有用于使离子束3通过的大体为矩形的狭缝。此外，在本发明的离子源2中，等离子体电极11兼作为电弧室10的盖，等离子体电极11与电弧室10这两者电连接。

图4描述了构成图3中记载的引出电极系统的各电极与施加在各电极上的电压的关系。此外，在本发明中，假设离子束是具有正电荷的离子束，在后述的其它实施方式中也相同。

从电弧室10引出的离子束3的能量由与电弧室10电连接的等离子体电极11与接地电极13的电位差V1决定。为了防止电子从与离子束3的行进方向的相反一侧流入，在抑制电极12上施加V2的负电压。

构成图3的引出电极系统的各电极具有用于使离子束3通过的大体为矩形的狭缝，但代替该结构，也可以利用在大电流下引出小发散角度的离子束的情况下使用的多孔电极。在该情况下，例如可以考虑使设在各电极上的各孔中心位置在X方向和Y方向上恰好一致，在Z方向上排列三个多孔电极。图5表示多孔电极的具体的例子。此外，在图5中，由于各电极在Z方向上重叠，所以只能看到一个电极。

图6公开了在图2的实施方式中使用的质量分析磁铁4的例子。图6的（a）是质量分析磁铁4的剖面图，表示沿图6的（b）中记载的d－d所示的单点划线切断质量分析磁铁4，从Z方向看剖面时的情况。在该质量分析磁铁4中，在窗框型的磁轭16上形成有朝向离子束3的路径且向沿着Y方向的方向突出的一对磁极。在所述磁极中，磁极表面从离子束3的回转半径内侧（图6的（a）所示的Y方向上侧的磁极的端部b一侧）向外侧（图6的（a）所示的Y方向上侧的磁极的端部a一侧）倾斜，使得在Y方向上的磁极间尺寸变窄。图6的（b）表示在XZ平面上的质量分析磁铁4的情况。图中的“a、b”对应于图6的（a）中描述的位于Y方向上侧的磁极的端部a、b。如图6的（b）所示，使图6的（a）中记载的磁极的端部a、b间的宽度沿着离子束3的路径为一定。此外，图6的（b）中记载的X、Y、Z的轴是对于向质量分析磁铁入射的离子束3而设定的轴。该点在后述的图13中也相同。

在一对磁极上分别绕有上侧线圈14、下侧线圈15，通过使电流流过这些线圈，在磁极间产生从Y方向的下侧向上侧弯曲的磁场B。此外作为上侧线圈14、下侧线圈15，可以使用沿着各磁极覆盖其周围的跑道（racetrack）型线圈或鞍型线圈。

图7是对通过图6中记载的质量分析磁铁4内部的离子束承受的洛伦兹力的说明图。

根据在Y方向上位置的不同，作用在离子束上的洛伦兹力也不同。因此，沿Y方向取代表点e1、e2、e3作为代表性的点，对在各点产生什么样的洛伦兹力，它对离子束3在Y方向上的发散有什么影响进行说明。此外，代表点e1、e2、e3分别是在磁场方向朝向纸面右上方的位置、磁场方向朝向与Y方向平行的位置、磁场方向朝向纸面左上方的位置中的任意的点。

洛伦兹力F与横切磁场的离子束和磁场方向垂直地作用。因此，在代表点e1，洛伦兹力F的方向为朝向纸面右下方。而该洛伦兹力F如图所示那样可以分解为沿X方向和Y方向的矢量成分F_X、F_Y。

因矢量成分F_X，离子束3沿X方向偏转。该偏转用于在用质量分析磁铁4对离子束3进行质量分析时使用。另一方面，因矢量成分F_Y，离子束3向Y方向下侧（相反一侧）偏转。

在代表点e2的洛伦兹力F成为仅沿X方向的矢量成分F_X。由于在此不产生在Y方向上的洛伦兹力的矢量成分，所以不在Y方向上产生使离子束偏转的作用。

而在代表点e3的洛伦兹力F的方向朝向纸面右上方。把该洛伦兹力F分解成沿X方向和Y方向的矢量成分F_X、F_Y，可以看出矢量成分F_Y刚好与在代表点e1位置产生的洛伦兹力F的矢量成分F_Y方向相反。在代表点e3位置，因所述矢量成分F_Y，离子束3向Y方向上侧偏转。

如上所述，由于使通过代表点e1位置的离子束3向Y方向下侧偏转，使通过代表点e3位置的离子束3向Y方向上侧偏转，所以使离子束3整体沿Y方向发散。此外，通过适当调整磁极对的倾斜角度和质量分析磁铁4的磁场B的强度，可以把离子束的发散程度设定为所希望的程度。例如，如果增加图6中记载的磁极对的倾斜角度，则在磁极对间产生的磁场B进一步弯曲。在这种情况下，由于作用在通过代表点e1、e3位置的离子束上的洛伦兹力的Y方向成分变大，所以可以使离子束3沿Y方向的发散程度更大。

此外，由于在代表点e1、e3位置的矢量成分F_X比在代表点e2部位的矢量成分F_X小，所以也许认为离子束在各点沿X方向的偏转量不同，但其实并不是这样。由于靠近磁极，所以在代表点e1、e3位置的磁通密度的值比在代表点e2位置的磁通密度大。因此，在代表点e1、e3位置的洛伦兹力即使不全部成为矢量成分F_X，也可以均匀地使离子束3向沿X方向的方向偏转，对离子束3进行质量分析。

图8表示本发明另一个实施方式的离子注入装置在YZ平面内的离子束的轨道。在该例子中与图2不同，从离子源2射出发散的离子束3。此外，该实施方式的质量分析磁铁4不具有使离子束3沿Y方向发散的功能。

图9表示该实施方式的离子源2的具体例子。在图9的（a）中记载的离子源2的结构与在前面的实施方式中说明过的图3中记载的离子源2的结构中，等离子体电极11与抑制电极12的相对的面的形状不同。在该实施方式中，在等离子体电极11与抑制电极12相对的面中，使等离子体电极11一侧的电极面为凸形，使抑制电极12一侧的电极面为凹形。

此外，在图9的（a）中，把具有沿着Y方向的大体为矩形的狭缝的电极作为引出电极系统的结构的一个例子，除此之外，例如，如图9的（b）所示，也可以使用把沿着X方向的大体为矩形的狭缝沿Y方向排列多个的电极。

图10描绘了构成图9中记载的引出电极系统的各电极与施加在它们上的电压的关系。图10的（a）和图10的（b）分别与图9的（a）和图9的（b）对应。由于施加的电压的正负以及因对各电极施加的电压造成的作用，与前面的实施方式的参照图4说明过的内容相同，所以省略了对它们的说明。在图10的（b）中，用虚线描绘了从图9的（b）所示的沿Y方向排列的各狭缝引出的离子束3。如该图10的（b）所示，从各狭缝引出的离子束3沿Y方向发散，并互相重叠。最终从离子源2射出具有与在图10的（a）中所示的离子束3相同外形的离子束3。

图11描绘了通过图9、图10所示的各电极间的离子束3因在电极间产生的电场E是怎样偏转的。对于在此说明的离子束3偏转的原理，在图9的（a）（图10的（a））、图9的（b）（图10的（b））中例举的离子源2中都是相同的。

图11的（a）描绘了使通过等离子体电极11和抑制电极12之间的离子束3偏转的情况，图11的（b）描绘了使通过抑制电极12和接地电极13之间的离子束3偏转的情况。在各图中描绘的虚线为等电位线，单点划线表示电场。实线表示向各电极入射的离子束3，双点划线表示因在各电极间产生的电场而偏转的离子束。

在图11的（a）中，由于等离子体电极11一侧（图中左侧）的电位比抑制电极12一侧（图中右侧）的电位高，所以从等离子体电极11一侧向抑制电极12一侧产生电场E，该电场E与等电位线垂直。入射到电极间的离子束3受到电场E的影响，如用双点划线描绘的那样沿Y方向扩展，此后，入射到抑制电极12和接地电极13之间。该离子束3的偏转方向由表示入射到电极间的离子束行进方向的方向矢量和表示在电极间产生的电场方向的方向矢量的合成矢量决定。

在图11的（b）中，由于抑制电极12一侧（图中左侧）的电位比接地电极13一侧（图中右侧）的电位低，所以从接地电极13一侧向抑制电极12一侧产生电场E，该电场E与等电位线垂直。入射到电极间的离子束3受到电场的影响，进一步沿Y方向扩展。这样就实现了离子束3沿Y方向的发散。

此外，在该例子中，也可以考虑用多孔电极构成各电极。但是，在该实施方式的情况下，与在前面的实施方式中的图5所示的结构不同。下面对该点进行说明。

具体地说，使用图12的（a）所示的多孔电极。在图12的（a）中，为了容易理解设在各电极上的孔的中心位置在Y方向上不同，不是如图5那样把各电极在Z方向上重叠。在此为了方便，把各电极并排在X方向上。在实际上作为引出的电极系统配置这些电极的情况下，关注设在位于Y方向上正中的行上的电极孔。以使在各电极中设在该行上的电极孔的中心位置在X方向和Y方向上一致的方式沿Z方向排列各电极。

在图12的（a）中，在由7行4列构成的多孔电极在Y方向上的三个位置c1、c2、c3上，沿X方向描绘有辅助线（参照图中的虚线）。首先，如果关注在Y方向上位于电极中央的位置c2（第4行）引出的辅助线，则可以理解设在各电极11～13上的多孔电极的中心位置一致。因此，通过该位置c2的电极孔的离子束与图5所示的实施方式相同，沿Z方向笔直前进。

然后，如果关注在位置c3（第7行）引出的辅助线，可以看出在Y方向上设在各电极11～13上的孔的中心位置不同。具体地说，抑制电极12的电极孔比设在其它电极上的电极孔偏向Y方向一侧。经过这样构成的电极孔的离子束3的轨迹被描绘在图12的（b）中。

在图12的（b）中，关注位于位置c3的一个电极孔。从在电弧室10内产生的等离子体（图中画剖面线的部分）通过各电极孔引出离子束3。被引出的离子束3大体对应于电极孔的中心位置偏离的方向偏转。设在抑制电极12上的孔的中心位置比设在等离子体电极11上的孔的中心位置更向Y方向一侧偏离。因此，离子束3受到在各电极间产生的电场的影响，向Y方向一侧偏转。与此相反，如果比较设在抑制电极12与接地电极13上的孔的中心位置，则由于设在接地电极13上的孔的中心位置比设在抑制电极12上的孔的中心位置更向与Y方向相反的一侧偏离，所以离子束3在此向与Y方向相反的一侧偏转。这样通过使各电极上的孔的中心位置不同，可以使通过所述电极孔的离子束偏转。在该例子中，对于位于比位置c2更靠向与Y方向相反的一侧（c3一侧）的第5行、第6行的电极孔，由于与位于位置c3的电极孔采用相同的结构，所以通过这些电极孔的离子束3也向与Y方向相反的一侧偏转。

另一方面，如果关注在位置c1（第1行）引出的辅助线，可以看出设在抑制电极12上的孔的中心位置比设在其它电极上的孔的中心位置偏向与Y方向相反的一侧。因此，通过位置c1的离子束3与前面说明过的通过位置c3的离子束3相反，如图12的（c）描绘的那样，最终向Y方向一侧偏转。此外，对于配置在比位置c2更靠向Y方向一侧的第2行、第3行的电极孔，由于与位于位置c1的电极孔采用相同的结构，所以通过这些电极孔的离子束3也向Y方向偏转。

如上所述，由于设定了设在各电极上的电极孔的中心位置，所以离子束3沿Y方向发散。在所述实施方式中，把配置在第1行～第3行或第5行～第7行的各电极的电极孔的中心位置的关系设定成相同，但也可以与此不同。例如，可以把设在抑制电极12上的电极孔的中心位置与设在其它电极上的电极孔的中心位置的偏离量设定成从第1行到第3行逐渐变大。此外，也可以与此相反，设定成逐渐变小。配置在第5行～第7行上的电极孔的关系也与配置在第1行～第3行的电极孔相同，使在各行上的电极孔的中心位置的间隔变宽或变窄，也可以按照每行使用不同的设定。此外，也可以以第4行（位置c2）为中心，以使离子束3在Y方向上的发散成为非对称的方式来构成各电极的电极孔。

图13是在图8所示的实施方式中使用的质量分析磁铁4。在该实施方式中的质量分析磁铁4不具有使离子束3发散的功能。因此，在XY平面上看的情况下，设在Y方向上的一对磁极为与X方向大体平行的形状。在该实施方式中，由于从离子源2射出发散了的离子束3，所以必须增加质量分析磁铁4的磁极间尺寸，以便可以容许随着朝向Z方向而逐渐变大的离子束3的尺寸。对于其它方面，由于与作为不同的实施方式参照图6说明过的质量分析磁铁4的结构相同，所以在此省略了对它们的说明。

图14表示本发明另外的实施方式的离子注入装置在YZ平面内的离子束3的轨道。

该实施方式从离子源2射出以与Z方向成α1角度发散的离子束3，利用质量分析磁铁4使该离子束3进一步发散，最终离子束3以α2的角度照射玻璃基板7。在前面的实施方式中，使用离子源2和质量分析磁铁4中的任意一个，使离子束3发散，在此使用离子源2和质量分析磁铁4双方，分两阶段使离子束3发散。

在该实施方式中，作为离子源2和质量分析磁铁4的具体结构，可以把在此前的实施方式中说明过的离子源2和质量分析磁铁4进行组合。例如，作为离子源2使用参照图9～图12说明过的结构。另一方面，作为质量分析磁铁4使用参照图6、图7说明过的结构。适当设定引出电极系统的电极形状、电极孔的配置、在质量分析磁铁中的磁极的倾斜度等，使得利用各构件的离子束3的发散程度成为所希望的程度，从而最终使离子束3以大于0度且在根据设计规则设定的容许发散角度以下的照射角度照射玻璃基板7。

此外，也可以在离子源2和质量分析磁铁4之间配置不同于该两种构件的、使从离子源2射出的离子束3沿Y方向发散的构件。在图15中，作为一个例子表示有使从离子源2平行射出的离子束3发散的偏转电磁铁17。在该实施方式中使用的离子源2和质量分析磁铁4可以使用与前面的实施方式中叙述过的图3～图5中记载的离子源以及图13中记载的质量分析磁铁。

更具体地说，图16表示偏转电磁铁17的一个例子。在图16的（a）中，描绘了用图15中记载的f―f所示的单点划线切断偏转电磁铁17，从Z方向看其断面时的情况。图16的（b）表示从X方向看图16的（a）时的平面图。

如图16的（a）所描绘的那样，偏转电磁铁17具有从作为离子束3的短边方向的X方向夹持离子束3的一对磁轭18、19。在各磁轭上以沿Y方向把离子束3大体分成两等份的方式绕有两个线圈，绕在各磁轭上的各线圈在X方向上隔着离子束3相互相对。此外，在设置在各磁轭上的线圈中，在把位于Y方向上侧的线圈作为上侧线圈22、23，把位于Y方向下侧的线圈作为下侧线圈20、21时，向各线圈提供电流，使得在上侧线圈间产生向X方向的磁场B，在下侧线圈间产生向与X方向相反的方向的磁场B。

通过产生这样的磁场B，通过上侧线圈22、23间的离子束3向Y方向偏转，通过下侧线圈20、21间的离子束3向与Y方向相反的一侧偏转。如图16的（b）所描绘的那样，利用所述偏转可以使离子束3整体沿Y方向发散。

对于测量向玻璃基板7照射的离子束3的照射角度的结构，在图17中表示了一个例子。图17的离子注入装置1在分析狭缝5之后具备离子束限制部件24。在离子束限制部件24中，仅使离子束3在Y方向上的一部分通过。利用离子束轮廓仪9检测通过离子束限制部件24后的离子束3。此后，根据Z方向上的离子束限制部件24与离子束轮廓仪9之间的距离、Y方向上的离子束限制部件24的开口中心位置与向离子束轮廓仪9照射的离子束3的离子束端部位置之间的距离，利用控制装置25计算离子束3向玻璃基板7的照射角度。下面参照图18～图20详细描述到计算出所述照射角度为止的过程。

在质量分析型的离子注入装置1中，在X方向上的离子束3的尺寸在分析狭缝5附近成为最小（参照图17中表示离子束3外形的单点划线）。离子束限制部件24进行作用使得仅使离子束3的一部分通过。因此离子束限制部件24需要能覆盖离子束3整体的尺寸，但如果离子束限制部件24位于分析狭缝5的后部分（後段）的位置，则由于离子束3在X方向上聚焦，所以具有可以使离子束限制部件24在X方向上的尺寸减小的优点。此外，在图17中，在分析狭缝5的后部分设置离子束限制部件24，但也可以在分析狭缝5的前部分（前段）配置离子束限制部件24。

图18的（a）表示离子束限制部件24的一个例子。在该例子中，离子束限制部件24包括多个挡板26，挡板26沿X方向可以独立地移动，各挡板26边在Z方向上相互错开位置，边沿Y方向排列（参照图18的（b））。在各挡板26上安装有滚珠螺母，该滚珠螺母与沿X方向伸出的滚珠丝杠螺纹配合。通过利用电动机27使各滚珠丝杠正反转，可以使各挡板26沿X方向移动。

图19的（a）表示离子束限制部件24另外的例子。与前面的例子不同，在该例子中，挡板沿Y方向移动。使各挡板28～30沿Y方向移动的机构与前面的例子相同，包括设在各挡板上的滚珠螺母、与滚珠螺母螺纹配合的滚珠丝杠以及使各滚珠丝杠转动的电动机31。此外，在该例子中，挡板28～30也边在Z方向上相互错开位置，边沿Y方向排列（参照图19的（b））。此外，如果不考虑装置在Y方向上的尺寸，则代替由挡板28～30的三块挡板构成的结构，也可以把由挡板28或挡板29与挡板30两块挡板构成的结构作为离子束限制部件使用。

通过使图18、图19所示的多块挡板在X方向上或在Y方向上适当移动，在Y方向上的任意位置，可以形成用于使离子束部分通过的狭缝。沿Y方向顺序形成所述狭缝，并且对离子束3向玻璃基板7的照射角度进行测量。

图20描绘了通过离子束限制部件24后的离子束3的一部分照射离子束轮廓仪9的情况。在该例子中，把离子束轮廓仪9配置成在YZ平面内与玻璃基板7的被照射离子束3的面平行。通过离子束限制部件24后的离子束3在Y方向上具有宽度。该宽度有时在Y方向上上下对称，也有时不对称。设向Y方向一侧发散的离子束3的照射角度为α3，向与Y方向相反的一侧发散的离子束3的照射角度为α4。可以根据Z方向和Y方向上的参数计算出各照射角度。具体地说，根据离子束限制部件24与离子束轮廓仪9在Z方向上的距离（Z2－Z1）以及由离子束限制部件24形成的狭缝的中心位置与由离子束轮廓仪9检测到的离子束3在Y方向上的离子束端部的距离（Y1，Y2），可以计算出各照射角度。

在该例子中，离子束3所照射的玻璃基板7的面与离子束轮廓仪9相互平行地沿Y方向配置，但不限于此，也可以使玻璃基板7相对于Y方向倾斜。即使在这样的情况下，通过设置把玻璃基板7相对于Y方向的倾斜角度信息向控制装置25设定或发送的部件，根据利用控制装置25计算出的离子束3向沿Y方向配置的离子束轮廓仪9的照射角度，可以导出离子束3照射玻璃基板7的照射角度。

通过这样地计算出离子束3向玻璃基板7的照射角度的结果，在照射角度不在所希望的范围内的情况下，可以重新适当设定作为离子束发散部件的离子源2、质量分析磁铁4、偏转电磁铁17等的磁场、电场、电极配置、电极结构、磁极结构等，使得照射角度在所希望的范围内，也可以设置向离子注入装置1的操作员输出用于告知照射角度从容许范围内偏离了的某种警报的机构。总之，通过设置所述的测量照射角度的机构，可以在离子注入处理之前，确认离子束3向玻璃基板7的照射角度是否正确。

其它的变形例

在上述的实施方式中，离子源2可以是伯纳斯（Bernas）式、弗里曼（Freeman）式、桶式、旁热式等任意类型的离子源。

此外，也可以与上述的偏转电磁铁17不同，在离子源2和质量分析磁铁4之间设置扫描器，该扫描器利用磁场或电场使离子束3沿离子束3的长边方向扫描，使用扫描器构成离子注入装置，使得离子束3发散。

此外，在图15的例子中，不用离子源2或质量分析磁铁4使离子束3发散，采用利用偏转电磁铁17使离子束3在Y方向上发散的结构，但本发明不限于此。即，也可以采用把在此前的实施方式中已经叙述过的利用离子源2、质量分析磁铁4的发散作用与利用偏转电磁铁17的发散作用组合的结构。在配置扫描器的情况下，也可以同样地采用把利用离子源2、质量分析磁铁4的发散作用与利用扫描器的发散作用组合的结构。

此外，在上述的实施方式中，假设作为离子束是具有正电荷的离子束，但也可以是具有负电荷的离子束。在该情况下，只要把使离子束偏转的磁铁的磁场方向和施加在离子源2的引出电极系统上的电压的极性设定成相反的即可。

此外，在上述实施方式中，支承玻璃基板7的托架8的角度是一定的，但也可以设置使托架绕X轴转动的机构，通过把该机构与利用离子源2等的离子束3的发散作用组合，可以调节向玻璃基板7照射的离子束的照射角度（发散角度）。

此外，如图17所示，可以设置控制装置25，根据预先确定的程序计算出照射角度，但不是必须具备控制装置25。例如，通过在监视器上显示在Y方向上的由离子束限制部件24形成的狭缝的中心位置、由离子束轮廓仪9检测出的在Y方向上的离子束端部位置、离子束限制部件24与离子束轮廓仪9在Z方向上的位置这样的各种信息，离子注入装置的操作员进行计算，也可以确认照射角度是否是所希望的角度。

此外，除了前面叙述的以外，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然也可以进行各种改进和变更。

Claims

1.一种离子注入装置，其特征在于，该离子注入装置是质量分析型的离子注入装置，该离子注入装置以横穿带状离子束的短边方向的方式驱动玻璃基板，向所述玻璃基板的整个面照射所述离子束，

在从离子源到质量分析磁铁的所述离子束的输送路径中，设置有离子束发散部件，

该离子束发散部件使所述离子束沿该离子束的长边方向发散，从而使所述离子束的照射角度大于0度且在根据设计规则所设定的容许发散角度以下，所述照射角度是在由所述离子束的长边方向与所述离子束的行进方向构成的平面中引向所述玻璃基板的垂线与入射到所述玻璃基板的所述离子束所构成的角度。

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子束发散部件是所述离子源。

3.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子束发散部件是所述质量分析磁铁。

4.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子束发散部件包括所述离子源和所述质量分析磁铁双方。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置包括离子束轮廓仪，

所述离子束轮廓仪检测向所述玻璃基板照射的所述离子束在长边方向上的端部，

根据在向所述玻璃基板进行离子注入处理之前由所述离子束轮廓仪检测到的检测结果，调整由所述离子束发散部件进行的所述离子束的发散。

6.根据权利要求5所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置还包括离子束限制部件，所述离子束限制部件选择性地使在所述离子束的长边方向上的一部分所述离子束通过。