JP2005347543A - イオンドーピング方法およびイオンドーピング装置 - Google Patents

イオンドーピング方法およびイオンドーピング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 矩形のビームを使用してイオンドーピングを行なう場合に、より均一な注入を行なえるようにする。
【解決手段】 イオンドーピング方法は、基板2に対して、矩形のイオンビーム1を照射して相対的にスキャンするイオンドーピング方法であって、基板2が第1の姿勢でスキャンされることによって目標注入量の半分の量を基板2に注入する第1注入工程と、基板2が第1の姿勢とは平面的に見て180°異なる第2の姿勢でスキャンされることによって残り半分の量を基板2に注入する第2注入工程とを含む。
【選択図】 図4

Description

本発明は、イオンドーピング方法およびイオンドーピング装置に関するものである。ここでいうイオンドーピング方法およびイオンドーピング装置は、特に低音ポリシリコン液晶表示装置パネルなどの製造に関わるものである。このイオンドーピング方法およびイオンドーピング装置は、特に大面積の基板をスキャンしてドーピングを行なう場合などに使用可能である。
低温ポリシリコン液晶などの大型基板にTFT(Thin Film Transistor)素子を形成する際、TFT素子のソース/ドレイン領域の形成やLDD(Lightly Doped Drain)領域の形成にはイオンシャワードーピングが用いられる。さらに、TFT素子の閾値制御を目的とした不純物の注入にもイオンシャワードーピングが用いられる。
基板の大きさが500mm角以下である場合には、基板サイズより大きなサイズのビームを形成し、基板に対して一括に注入を行なっていた。この場合、注入状態の均一性を改善するために基板を回転させたり、揺動させたりするという工夫が行なわれていた。そのことは、特開平9−320507号公報に開示されている。
しかし、基板サイズが500mm角を超えるような場合は、基板サイズより大きなビームを形成して一括注入を行なおうとするとイオン源が大きくならざるを得ず、その結果、装置自体も大きくなってしまう。そのため、比較的均一なビームを形成しやすい矩形のビームを形成し、この矩形のビームで基板をスキャンすることによって均一な注入を行なうことが行なわれている。
特開平9−320507号公報
上述のように矩形のビームを用いた場合、比較的均一なビームを形成しやすい。しかし、矩形のビーム自体に注目した場合、その幅方向には必ずある程度のばらつきを生じる。このばらつきは、電極固有のひずみや、電極と装置本体との寸法精度のずれなどといったハードウェア的な要因によるものもあるが、プラズマ生成室のいわゆる「デポ物」の状態やプラズマ生成用のフィラメントの状態などのようにプロセスの進行によって発生してくる要因もある。したがって、直接的にこれらの要因をすべてなくすのは困難である。また、そのためにはかなりの時間を要する。
そこで、本発明は、矩形のビームを使用してイオンドーピングを行なう場合に、より均一な注入を行なえるイオンドーピング方法およびイオンドーピング装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に基づくイオンドーピング方法は、基板に対して、矩形のイオンビームを照射して相対的にスキャンするイオンドーピング方法であって、上記基板が第1の姿勢でスキャンされることによって目標注入量の半分の量を上記基板に注入する第1注入工程と、上記基板が上記第1の姿勢とは平面的に見て180°異なる第2の姿勢でスキャンされることによって残り半分の量を上記基板に注入する第2注入工程とを含む。
本発明によれば、基板はイオンビームの下を互いに180°異なる2通りの姿勢で通過しながら注入量がそれぞれ半分ずつになるようにイオンを注入されるので、イオンビームに分布の偏りがあったとしても、その偏りが相殺されて均一に近い分布でイオン注入を行なうことができる。
(実施の形態1)
(構成)
図1〜図6を参照して、本発明に基づく実施の形態1におけるイオンドーピング方法およびイオンドーピング装置について説明する。
本実施の形態におけるイオンドーピング装置を図1に示す。このイオンドーピング装置は大型のガラス基板にイオンドーピングを行なう際に使用することができる。このイオンドーピング装置は、カセットポート11,12,13、大気ロボット21、ロードロックチャンバ31,32、ロボットチャンバ41,42、イオン源56が設置されたプロセスチャンバ51を備える。ロボットチャンバ、ロードロックチャンバの配置はこのほかにもバリエーションがありうる。ロボットチャンバ41,42は真空チャンバである。ロボットチャンバ41,42内にはそれぞれ真空ロボット46,47が配置されている。真空ロボットとは、真空中で作業を行なうことができるロボットである。
図1の例では、ロボットチャンバ41,42が2つあるが、ロボットチャンバは1つであってもよい。ロボットがダブルアームすなわち基板を受けるアームが上下2段に備わった構造である場合、下段のアームで処理済の基板を受け取り、上段のアームで処理前の基板を処理室に置くという動作もできるので、仮にロードロックチャンバが2つとロボットチャンバが1つという構成(図示せず)であったとしても効率良く作業を進めることができる。
このイオンドーピング装置では、図2に示すように矩形(リボン状)の範囲に照射されるイオンビーム1の下に第1の姿勢で基板2を往復させてイオンドーピングを行なう。図2では、基板の姿勢を説明する便宜上、基板の表面に「A」という文字を表示している。実際の基板にはこのような文字は記載されていない。以下の図においても同様である。基板2をこの第1の姿勢で往復させることによって、目標とする注入量の半分の量のイオン注入を行なう。この工程を第1注入工程というものとする。
次に、図3に示すように、基板2を、平面的に見て第1の姿勢とは180°異なる第2の姿勢として、この第2の姿勢でイオンビーム1の下を往復させる。こうして、基板2に対して残りの半分の量のイオン注入を行なう。この工程を第2注入工程というものとする。
図2、図3に示した例では、基板2を一定の姿勢で所望回数だけ往復させてから基板2を180°回転させて再びその姿勢で所望回数だけ往復させている。あるいは、他の例として、図4に示すように、往復運動のうちの往路と復路とでその都度、基板2を180°回転した状態でスキャンすることとしてもよい。その場合、往路が第1注入工程に該当し、復路が第2注入工程に該当する。
いずれにしても、本発明に基づくイオンドーピング方法は、上述のような第1注入工程と第2注入工程とを含む。このイオンビーム1に対する基板2のスキャンは、イオンビーム1が静止していて基板2が移動するものであってもよいが、そのほかに、基板2が静止していてイオンビーム1が移動するものであってもよく、イオンビーム1と基板2との両方が移動するものであってもよい。矩形のイオンビームが基板の表面を相対的にスキャンすることができればよい。
このイオンドーピング方法を行なうためには、第1注入工程と第2注入工程との間で作業者が手作業で基板2を180°回転させてもよい。ほかに、第1注入工程が終わった基板を一旦カセットに収めて、基板を回転させるための他の装置のところまでカセットを運んでいってそこで基板を180°させてカセットに収め直してから、このイオンドーピング装置のところまでカセットごとを運んできて設置することとしてもよい。
このような煩雑な回転作業を行なわなくてもよいようにするためには、イオンドーピング装置は、スキャンされた基板2を180°回転させてさらに引き続きスキャンを可能とするための回転手段とを備えることが好ましい。回転手段とはたとえば鉛直方向の回転軸のまわりに回転可能な回転台である。もっとも、イオンドーピング装置は、回転手段のほかに、矩形のイオンビーム1を照射するための照射手段としてのイオン源56と、イオンビーム1が基板2を相対的にスキャンするように基板2およびイオンビーム1のうち少なくとも一方を移動させるための移動手段としての駆動機構を備えている。
回転手段の一例として図5に示すように、大気ロボット21が動作する領域に隣接して回転機構61を設けてもよい。このような位置に回転機構61を設けておけば、第1注入工程を終えた基板2を一旦カセットに戻す必要もなくなり、大気ロボット21が基板2を回転機構61に搬入することで基板2の回転が可能となるので、続けて第2注入工程を行なうことができる。また、このように外部に回転機構61を取り付ける構成であれば、既存のイオンドーピング装置に対しても本発明に基づくイオンドーピング方法を実施させるための改造が行ないやすい。
また、イオンドーピング装置は、通常、真空容器の一部を構成するプロセスチャンバ51も備えている。ロードロックチャンバ31,32やロボットチャンバ41,42も真空容器の一部をなす。その場合、移動手段は、基板2がプロセスチャンバ51内でイオンビームによってスキャンされるためのものである。イオンドーピングの全体の作業時間を短縮するためには回転手段も真空容器内に配置されていることがより好ましい。
その場合、回転手段は真空容器を構成するいずれかのチャンバ内に設置されることとなる。回転手段はプロセスチャンバ51内に設置されてもよいが、ロボットチャンバ41,42内に設置されていてもよい。後者の例を図6に示す。ロボットチャンバ41内に回転機構66が設置され、ロボットチャンバ42内に回転機構67が設置されている。あるいは、図示しないが、回転手段はロードロックチャンバ31,32内に設置してもよい。
回転機構は真空チャンバを構成するいずれのチャンバ内に設けてもよいが、特に作業効率が良くなるのは、ロボットチャンバ41,42またはプロセスチャンバ51の内部に設置した場合である。
(作用・効果)
本実施の形態では、基板はイオンビームの下を互いに180°異なる2通りの姿勢で通過しながら注入量がそれぞれ半分ずつになるようにイオンを注入されるので、イオンビームに分布の偏りがあったとしても、その偏りが相殺されて均一に近い分布でイオン注入を行なうことができる。
本発明による注入の均一性改善の程度を検証するために、従来のイオンドーピング方法で注入した場合と本発明によるイオンドーピング方法で注入した場合との注入量を比較するグラフを図7、図8に示す。このうち図7は、イオン照射手段が装置として安定している状態で左右対称に近いイオンビーム分布を示している場合である。このような状態でイオン注入量の最大値をMAX、最小値をMINとして、(MAX−MIN)/(MAX+MIN)で得られる値を「ばらつき」として評価する。図7の例では、従来方法ではばらつきは4.55%であったが、本発明の適用によりばらつきをさらに低減することができ、3.41%まで低減することができた。
また、図8の例は、イオン照射手段が既に偏った分布すなわち左右非対称の分布でイオンビームを照射している場合の比較例である。このような分布は、プラズマ生成のためのフィラメントの劣化によって部分的にプラズマ密度が低くなってフィラメント電流を制御しても改善できない場合に発生する場合がある。ほかに、電極の組み付け時にわずかな傾斜を生じた場合にも発生し得る。このような状態では、直接的なビームの改善のためには、プロセスチャンバを大気開放して清掃を行なったり、電極の位置決めをし直したりなどといった非常に時間を要する作業を行なわざるを得ない。そのような作業を行なう場合、装置の稼動率は大きく低減してしまう。しかし、このようにイオンビームの分布が明らかに偏った状況であっても、本発明のイオンドーピング方法またはイオンドーピング装置を適用すれば、装置を停止させることなく、均一性を改善できるので、その恩恵は顕著なものとなる。図8のようにイオンビームの分布が傾斜している場合、従来方法で14.32%のばらつきがある場合でも、本発明の適用によりばらつきを3.86%まで低減できる。
(実施の形態2)
(構成)
図9〜図11を参照して、本発明に基づく実施の形態2におけるイオンドーピング装置について説明する。本実施の形態におけるイオンドーピング装置は、図9〜図11に示すようにスキャン時に基板2を載置するステージ68自体に回転機構が設けられている。この場合、図9に示すように基板2を第1の姿勢としてイオンビーム1を通過させるという第1注入工程のスキャンを行なったのちに、図10に示すように、ステージ68自体が回転する。ステージ68が180°回転することによって基板2が第2の姿勢に至ったのちに図11に示すように基板2を載せたステージ68はイオンビーム1に対して相対的に移動する。こうして、第2注入工程が行なわれる。他の構成は実施の形態1で示したものと同様である。
(作用・効果)
本実施の形態によれば、基板2の向きを変えるために基板2を他の回転機構に載せ替える必要がなくなる。本実施の形態では、イオンドーピング装置の真空チャンバの合計容積やイオンドーピング装置の全体のサイズを小さくすることができる。
(実施の形態3)
(構成)
本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置は、基本的には実施の形態1で説明したものと同様であるが、処理能力をさらに高めるために、プロセスチャンバ51内で基板を載せて移動するためのステージを2段以上備える。ステージを複数段設ける際には、上下に重なり合う位置関係で複数段を設けてもよく、上下に重なり合わない位置関係で複数段を設けてもよい。このステージは、各段がそれぞれ独自にイオン源の下を通過できるようになっている。たとえば上下2段である場合、一方のステージでスキャンを行なっている間に他方のステージで基板の回転を行なえる機構を備える。ステージが3段以上ある場合は、そのステージのうちの1つでスキャンを行なっている間に他の1つで基板の回転を行なえる機構を備えていればよい。
上下2段にステージが設けられたイオンドーピング装置を例にとり、図12〜図18を参照してこのイオンドーピング装置の動作について説明する。図12〜図18では説明の便宜のために基板3,4を完全に重なり合う位置関係ではなくややずらして重なっているように描いているが、完全に重なっていても部分的に重なっていてもよい。図12の段階では2枚の基板3,4は両方とも第1の姿勢で保持されている。図13に示すように基板3がイオンビーム1を通過する。すなわち、基板3にとっての第1注入工程が行なわれる。図14に示すように、基板3は回転させられ、その一方で、基板4がイオンビーム1を通過し始める。こうして、基板4にとっての第1注入工程が行なわれる。図15に示すように基板4がイオンビーム1を通過し終えた時点では基板3は既に第2の姿勢になっている。図16に示すように第2の姿勢となった基板3がイオンビーム1を通過し始める。すなわち、基板3にとっての第2注入工程が行なわれる。その一方で、基板4は回転させられる。図17に示すように、基板3に引き続いて基板4も第2の姿勢でイオンビーム1を通過する。すなわち、基板4にとっての第2注入工程が行なわれる。最終的に図18に示すように、基板3,4とも第2の姿勢で元の位置に復帰する。
(作用・効果)
このイオンドーピング装置では、ある基板のスキャンと他の基板の姿勢変更とが並行して行なえるので、複数の基板を効率良く短時間でイオンドーピングすることができる。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
本発明に基づく実施の形態1におけるイオンドーピング方法を行なうためのイオンドーピング装置の概念図である。 本発明に基づく実施の形態1におけるイオンドーピング方法の第1注入工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態1におけるイオンドーピング方法の第2注入工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態1におけるイオンドーピング方法の変形例の説明図である。 本発明に基づく実施の形態1におけるイオンドーピング装置に回転機構を設けた第1の例の概念図である。 本発明に基づく実施の形態1におけるイオンドーピング装置に回転機構を設けた第2の例の概念図である。 左右対称に近い分布でイオンビームを照射しているときの本発明に基づくイオンドーピング方法と従来のイオンドーピング方法との注入量ばらつきを比較するグラフである。 左右非対称の分布でイオンビームを照射しているときの本発明に基づくイオンドーピング方法と従来のイオンドーピング方法との注入量ばらつきを比較するグラフである。 本発明に基づく実施の形態2におけるイオンドーピング装置の動作の第1の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2におけるイオンドーピング装置の動作の第2の説明図である。 本発明に基づく実施の形態2におけるイオンドーピング装置の動作の第3の説明図である。 本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置の動作の第1の説明図である。 本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置の動作の第2の説明図である。 本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置の動作の第3の説明図である。 本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置の動作の第4の説明図である。 本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置の動作の第5の説明図である。 本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置の動作の第6の説明図である。 本発明に基づく実施の形態3におけるイオンドーピング装置の動作の第7の説明図である。
符号の説明
1 基板、11,12,13 カセットポート、21 大気ロボット、31,32 ロードロックチャンバ、41,42 ロボットチャンバ、46,47 真空ロボット、51 プロセスチャンバ、56 イオン源、61,66,67 回転機構。

Claims (5)

  1. 基板に対して、矩形のイオンビームを照射して相対的にスキャンするイオンドーピング方法であって、
    前記基板が第1の姿勢でスキャンされることによって目標注入量の半分の量を前記基板に注入する第1注入工程と、
    前記基板が前記第1の姿勢とは平面的に見て180°異なる第2の姿勢でスキャンされることによって残り半分の量を前記基板に注入する第2注入工程とを含む、イオンドーピング方法。
  2. 矩形のイオンビームを照射するための照射手段と、
    前記イオンビームが基板を相対的にスキャンするように前記基板および前記イオンビームのうち少なくとも一方を移動させるための移動手段と、
    スキャンされた前記基板を180°回転させてさらに引き続きスキャンを可能とするための回転手段とを備える、イオンドーピング装置。
  3. 真空容器を備え、
    前記移動手段は、前記基板が前記真空容器内で前記イオンビームによってスキャンされるためのものであり、前記回転手段は前記真空容器内に配置されている、請求項2に記載のイオンドーピング装置。
  4. 前記基板を載置した状態で前記移動手段によって移動させられるためのステージを備え、前記回転手段は前記ステージ上に設けられている、請求項2,3に記載のイオンドーピング装置。
  5. 前記ステージとして第1,第2のステージを含む2つ以上のステージを備え、第1のステージで第1の基板のスキャンを行なっている間に第2のステージで第2の基板の回転を行なえる機構を備える、請求項2から4のいずれかに記載のイオンドーピング装置。
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Cited By (4)

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