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

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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