JP2011192583A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができ、しかもイオンビーム寸法を基板寸法よりも小さくしてイオンビーム供給装置の大型化、処理室の大型化等を抑えることができるようにする。
【解決手段】 このイオンビーム照射装置は、互いに直列に接続された処理室１０ａ、１０ｂと、１枚以上の基板２を搬送する基板搬送装置と、各処理室１０ａ、１０ｂにＺ方向に長いリボン状のイオンビーム５４ａ、５４ｂをそれぞれ供給して、基板搬送と協働して、基板２上に二つのビーム照射領域を、互いにＺ方向の一部分を重ね合わせて形成するイオンビーム供給装置５０ａ、５０ｂとを備えている。更に、イオンビーム５４ａ、５４ｂの一端付近のビーム電流密度分布をそれぞれ調整するビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、基板（例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板等）にイオンビームを照射して、基板に例えばイオン注入、イオンビーム配向処理等の処理を施すイオンビーム照射装置に関し、より具体的には、基板にリボン状（これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様）のイオンビームを照射することと、基板をイオンビームの主面と交差する方向に搬送することとを併用する方式のイオンビーム照射装置に関する。このイオンビーム照射装置は、基板にイオン注入を行う場合は、イオン注入装置とも呼ばれる。

リボン状のイオンビームと基板駆動とを併用して、基板の全面にイオンビーム照射を行うイオンビーム照射装置が従来から幾つか提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載のイオンビーム照射装置は、イオン源から長辺方向（換言すれば長手方向。以下同様）の寸法が、基板の対応する辺の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出し、そのイオンビームを長ギャップ長の分析電磁石を通して質量分離を行った後に基板に照射し、かつ基板をイオンビームの主面と交差する方向に駆動し、それによって基板の全面にイオン注入を行うものである。

特許文献２に記載のイオンビーム照射装置は、２組のイオン源および分析電磁石等を、二つのリボン状のイオンビームの位置がその長辺方向において部分的に重なるように上下段違いに配置して、基板に照射されるイオンビームの長辺方向の寸法を、等価的に、各イオン源から引き出したイオンビーム単独の場合よりも大きくして、基板の大型化に対応することができるようにしたものである。上記二つの分析電磁石は、曲げられた後の二つのイオンビームを互いに近づけるために、両イオンビームを互いに逆方向に曲げるものである。

特開２００５−３２７７１３号公報（図１−図４） 特開２００９−１５２００２号公報（図３）

例えばフラットパネルディスプレイの生産性を高める等のために、基板は大型化する傾向にある。

その場合、特許文献１に記載のイオンビーム照射装置では、イオン源のサイズでイオンビームの大きさ（長さ）が決まってしまうので、基板の大型化に対応するためには、イオン源を長くて大きなものにしなければならないという課題がある。長くて大きなイオン源の製作には大きな困難が伴う。均一性の良いイオンビームを発生させることのできるイオン源の大きさには、現実的には限界がある。また、大きなイオン源は、製作だけでなく、工場等への搬送、搬入等も難しくなる。

分析電磁石を設ける場合は、それも非常に大きくしなければならないので、その製作にも大きな困難が伴う。製作だけでなく、工場等への搬送、搬入等にも困難を生じさせる。

特許文献２に記載のイオンビーム照射装置は、基板の大型化に対応することができるけれども、（ａ）イオンビームを互いに逆方向に曲げる二つの分析電磁石が特別に必要である、（ｂ）一つの処理室内で基板に二つのイオンビームを上下２段で照射することになるので、処理室が大型化する、（ｃ）一つの処理室内で基板に二つのイオンビームを照射して所望の処理を全て行うことになるので、イオンビーム照射に伴って基板から発生するアウトガス量が多くなり、それによってイオンビームの中性化等の様々な支障を来す、等の点でなお改善の余地がある。

そこでこの発明は、大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができ、しかもイオンビーム寸法を基板寸法よりも小さくしてイオンビーム供給装置の大型化、処理室の大型化等を抑えることができるようにすることを主たる目的としている。

この発明に係るイオンビーム照射装置は、基板にイオンビーム照射を行うための部屋であって互いに直列に接続された第１および第２の処理室と、１枚以上の前記基板を、少なくとも前記第１の処理室から第２の処理室にかけて搬送する基板搬送装置と、互いに直交する２方向をＸ方向およびＺ方向とすると、前記第１の処理室に、Ｘ方向の寸法よりもＺ方向の寸法が大きいリボン状の第１のイオンビームを、その主面が前記第１の処理室における前記基板の搬送方向と交差する向きに、かつ当該イオンビームのＺ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で供給して、前記基板の搬送と協働して、前記基板上に第１のビーム照射領域を形成する第１のイオンビーム供給装置と、前記第２の処理室に、Ｘ方向の寸法よりもＺ方向の寸法が大きいリボン状の第２のイオンビームを、その主面が前記第２の処理室における前記基板の搬送方向と交差する向きに、かつ当該イオンビームのＺ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で供給して、前記基板の搬送と協働して、前記基板上に第２のビーム照射領域を形成すると共に、当該第２のビーム照射領域のＺ方向の一部分と前記第１のビーム照射領域のＺ方向の一部分とを重ね合わせる第２のイオンビーム供給装置と、前記第１のイオンビームのＺ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整する第１のビーム電流密度分布調整手段と、前記第２のイオンビームのＺ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整する第２のビーム電流密度分布調整手段とを備えていることを特徴としている。

このイオンビーム照射装置によれば、基板上において第１のビーム照射領域のＺ方向の一部分と第２のビーム照射領域のＺ方向の一部分とを重ね合わせて基板の全面にイオンビームを照射することができるので、かつ第１および第２のビーム電流密度分布調整手段を用いて前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布（例えばイオン注入の場合はドーズ量分布。以下同様）を調整することができるので、大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

前記第１のイオンビーム供給装置から供給する前記第１のイオンビームのＺ方向におけるビーム電流密度分布を前記第１の処理室において測定する第１のビームモニタと、前記第２のイオンビーム供給装置から供給する前記第２のイオンビームのＺ方向におけるビーム電流密度分布を前記第２の処理室において測定する第２のビームモニタと、前記第１および第２のビームモニタで測定した前記第１および第２のイオンビームのビーム電流密度分布を合成して一つのビーム電流密度分布として表示する機能を有している制御装置とを更に備えていても良い。

前記制御装置は、前記合成したビーム電流密度分布の均一性が所定値よりも悪い場合に、前記第１および第２のビーム電流密度分布調整手段の少なくとも一方を制御して、当該均一性を所定値以上に良くする機能を更に備えていても良い。

前記第１および第２の処理室、前記第１および第２のイオンビーム供給装置ならびに前記第１および第２のビーム電流密度分布調整手段等を有するイオンビーム照射ユニットを複数備えていても良い。

請求項１に記載の発明によれば、基板上において第１のビーム照射領域のＺ方向の一部分と第２のビーム照射領域のＺ方向の一部分とを重ね合わせて基板の全面にイオンビームを照射することができるので、かつ第１および第２のビーム電流密度分布調整手段を用いて前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布を調整することができるので、大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

しかも、第１および第２のイオンビーム供給装置から供給するイオンビームのＺ方向の寸法は基板のＺ方向の寸法よりも小さくて済むので、特許文献１に記載の技術に比べて、両イオンビーム供給装置の大型化を抑えることができる。

また、特許文献２に記載の技術のような特別な分析電磁石を設けなくて済む。

更に、一つの基板に対して二つの処理室において上記のような基板寸法よりも小さいイオンビームをそれぞれ照射する構造であるので、特許文献２に記載の技術に比べて、各処理室が大型化するのを抑えることができる。また、特許文献２に記載の技術に比べて、一つの処理室内で発生するアウトガス量を減らすことができるので、アウトガスに伴うイオンビームの中性化等の課題を軽減することができる。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、当該請求項に記載のようなビームモニタおよび制御装置を備えていて、第１および第２のイオンビームのビーム電流密度分布を合成したビーム電流密度分布を表示することができるので、基板に照射されるイオンビーム全体のビーム電流密度分布を確認することができる。従って例えばそれを、第１および第２のビーム電流密度分布調整手段によるビーム電流密度分布の調整等に活用することができる。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、制御装置が、前記合成したビーム電流密度分布の均一性を所定値以上に良くする機能を更に備えているので、より容易に、基板の全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

請求項４、５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、当該請求項に記載のようなイオンビーム照射ユニットを複数備えているので、イオンビーム照射を行った基板に対して更にイオンビーム照射を行うことができる。従って、より多様なイオンビーム照射特性を実現することができる。

請求項６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、一つの制御装置を複数のイオンビーム照射ユニットにおける制御装置として共用しているので、制御装置の数を減らすことができる。また、各イオンビーム照射ユニットの前記合成したビーム電流密度分布の確認、調整、比較等がより容易になる。

請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、基板搬送装置は基板を立てた状態で搬送するものであるので、基板の処理面にパーティクルが付着するのを抑えることができる。また、各部屋のフットプリント（占有床面積）を小さくすることができ、ひいてはイオンビーム照射装置全体のフットプリントを小さくすることができる。

この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態の一部分を示す概略横断面図であり、線Ａ₁ −Ａ₁ の部分で図２に続く。 この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態の残りの部分を示す概略横断面図であり、線Ａ₁ −Ａ₁ の部分で図１に続く。 図１、図２に示したイオンビーム照射装置を各室の部分で縦に切断して示す概略縦断面図であり、線Ａ₂ −Ａ₂ 部分で図４に続く。 図１、図２に示したイオンビーム照射装置を各室の部分で縦に切断して示す概略縦断面図であり、線Ａ₂ −Ａ₂ 部分で図３に続く。 基板搬送装置の一例を部分的に示す概略図である。 図５に示す基板搬送装置の側面を拡大して示す概略図である。 リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。 第１の処理室において基板にイオンビームを照射する前の状態の一例を拡大して示す図であり、ビーム電流密度分布調整機構および基板をイオンビームの進行方向に見て示している。 第２の処理室において基板にイオンビームを照射する前の状態の一例を拡大して示す図であり、ビーム電流密度分布調整機構および基板をイオンビームの進行方向に見て示している。 第２の処理室においてイオンビームを照射した後の基板の一例を拡大して示す図である。 第１および第２のイオンビームの合成のビーム電流密度分布の一例を示す概略図である。 第１および第２のイオンビームの合成のビーム電流密度分布の他の例を示す概略図であり、（Ａ）はビーム電流密度分布の調整前を示し、（Ｂ）は調整後を示す。

図１〜図４に、この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態を示す。これらの図においては、各室の壁面の断面を太線で表している。

この明細書および図面では、１点で互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向としている。例えば、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は垂直方向である。またこの明細書において、イオンビームを構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。

このイオンビーム照射装置は、真空に排気される部屋であって、互いに直列に接続されていて、基板２にイオンビーム照射をそれぞれ行うための第１の処理室１０ａおよび第２の処理室１０ｂを備えている。上記接続の態様は、直接接続されていても良いし、真空弁を介して接続されていても良いし、この例のように待機室８および真空弁２１、２２を介して接続されていても良い。

基板２は、処理対象となる材料の総称であり、例えば、ガラス基板、配向膜付ガラス基板、半導体基板、その他の基板である。その平面形状は、例えば四角形であるが、それに限られるものではなく、円形等でも良い。

第１の処理室１０ａに、基板２を大気中から当該処理室１０ａへ搬入するための入口側真空予備室６が、この例では待機室８を介して接続されている。この入口側真空予備室６は、真空に排気されるときと、ベント（大気圧状態に戻すこと）されるときとがある。この例では、入口側真空予備室６は二つ設けられている。そのようにすると、一方の入口側真空予備室６を大気圧状態に戻しているときに他方の入口側真空予備室６を真空排気することができるので、スループットが向上するけれども、入口側真空予備室６は一つでも良い。

第２の処理室１０ｂに、基板２を当該処理室１０ｂから大気中へ搬出するための出口側真空予備室１２が、この例では待機室８を介して接続されている。この出口側真空予備室１２は、真空に排気されるときと、ベント（大気圧状態に戻すこと）されるときとがある。この例では、出口側真空予備室１２は二つ設けられている。そのようにすると、一方の出口側真空予備室１２を大気圧状態に戻しているときに他方の出口側真空予備室１２を真空排気することができるので、スループットが向上するけれども、出口側真空予備室１２は一つでも良い。

更にこの例では、入口側真空予備室６とそれに隣り合う処理室１０ａとの間、各処理室１０ａ、１０ｂ間、および、出口側真空予備室１２とそれに隣り合う処理室１０ｂとの間に、真空に排気される部屋であって基板２を待機させておく待機室８がそれぞれ設けられている。

上記待機室８を設けることは必須ではないけれども、それを設けておくと、待機室８に基板２を待機させておくことができるので、そこで、イオンビーム照射によって温度が上昇した基板２の冷却（主として放射冷却）を行うことができる。それによって、基板２や基板表面の膜等の変形、変質、劣化等を抑えることが容易になる。また、待機室８に基板２を待機させておくことによって、基板２を滞りなく速やかに次の工程へ搬送することができるので、スループットをより向上させることができる。

各入口側真空予備室６と大気中間、各部屋６、８、１０ａ、１０ｂ、１２間および各出口側真空予備室１２と大気中間には、真空弁１６〜２７がそれぞれ設けられている。即ち各部屋は、真空弁を介して接続されている。もっとも、処理室１０ａ、１０ｂ間を仕切る真空弁（例えば真空弁２１、２２）は設けなくても構わないが、それを設けておくと、処理室１０ａ、１０ｂにおける処理の影響（例えばイオンビーム照射に伴うアウトガスによる真空度低下等）が他方へ及ぶのをより効果的に防止することができる。

このイオンビーム照射装置は更に、１枚以上の基板２を、矢印Ｂで示すようにＸ方向に沿って、少なくとも処理室１０ａから処理室１０ｂにかけて搬送する基板搬送装置を備えている。より具体的にはこの例では、１枚以上の基板２を、大気中から入口側真空予備室６、各待機室８、各処理室１０ａ、１０ｂおよび出口側真空予備室１２を経て大気中へと搬送する基板搬送装置３０（図５、図６参照）を備えている。各基板２は、この例では、ホルダ（これはトレイとも呼ばれる）３４（図５、図６参照）にそれぞれ保持されて、立てた状態で入口側真空予備室６から出口側真空予備室１２まで搬送される。なおこの実施形態では、一例として、基板２の上記搬送方向がＸ方向の場合を例に説明している。

より具体的には、この例では基板搬送装置３０は、複数枚の基板２を、互いに独立して、大気中から入口側真空予備室６、各待機室８、各処理室１０ａ、１０ｂおよび出口側真空予備室１２を経て大気中へと搬送するものである。「互いに独立して」というのは、複数枚の基板２が常に一斉に同じように搬送されるのではなく、必要に応じて、所望の基板２を個別に搬送したり、複数枚の基板２を互いに連動して搬送したりすることができる、という意味である。

基板搬送装置３０は上記のように各基板２を立てた状態で搬送するものであるので、各基板２の処理面にパーティクルが付着するのを抑えることができる。また、各部屋のフットプリント（占有床面積）を小さくすることができ、ひいてはこのイオンビーム照射装置全体のフットプリントを小さくすることができる。

基板搬送装置３０の構造の一例を図５、図６を参照して説明する。なお、図５は一例として、一つの待機室８およびそれを挟む入口側真空予備室６、処理室１０ａの部分を示しているが、他の部分においても基本的にはこれと同じ構造をしている。

この基板搬送装置３０は、ローラコンベヤの一種であり、移動台３２、フリーローラ３６〜３８、駆動ローラ３９、モータ４０等を有している。

移動台３２は、基板２を保持したホルダ３４を、立てた状態で保持して、Ｘ方向に、即ち上記矢印Ｂ方向（または必要に応じてその逆方向）に移動させるものである。

各入口側真空予備室６、各待機室８、各処理室１０ａ、１０ｂおよび各出口側真空予備室１２内の底面近くには、上記フリーローラ３６がＸ方向に多数並べられている。より具体的には、図５に示す例のように、各部屋内の底面４６近くに、各部屋の一端付近から他端付近にかけて、多数のフリーローラ３６がＸ方向に並べられている。このフリーローラ３６の上を、基板２が取り付けられたホルダ３４を保持した移動台３２が、Ｘ方向に自由に移動する。フリーローラ３７、３８は、移動台３２の上記移動をガイドするものである。

移動台３２の上記移動は、例えば、底面４６の外側に設けられたモータ４０によって、回転軸４２およびその軸受部４４を経由して、駆動ローラ３９を回転させることによって行われる。駆動ローラ３９は、各部屋６、８、１０ａ、１０ｂ、１２に、移動台３２のＸ方向の長さに応じた間隔で、Ｘ方向に通常は複数個設けられている。その場合、複数の駆動ローラ３９を一つのモータ４０で連動させて駆動しても良い。また、各駆動ローラ３９に対向するフリーローラ３８を駆動ローラにして、駆動ローラ３９と同期させて駆動しても良い。

基板２をＸ方向における一方向にのみ搬送する場合は、モータ４０を一方向に回転させて移動台３２を一方向に移動させれば良い。例えば、入口側真空予備室６、待機室８および出口側真空予備室１２においてはそのようにすれば良い。基板２をＸ方向において往復方向に搬送する場合は、モータ４０を往復回転させて移動台３２を往復方向に移動させれば良い。例えば各処理室１０ａ、１０ｂにおいては、必要とするイオンビーム照射量（例えばイオン注入の場合はドーズ量）に応じて、基板２をＸ方向に奇数回（例えば１回、３回、５回等）搬送しても良い。そのような搬送にも対応することができるように、この例では、各処理室１０ａ、１０ｂのＸ方向の長さを、他の部屋の２倍程度に長くしている。

なお、入口側真空予備室６および出口側真空予備室１２をこの例のように二つずつ設けている場合は、それらに隣接する待機室８内で、基板２を、Ｙ方向にも若干移動させて、Ｘ方向搬送のためのセンター合せを行う機構が、例えば基板搬送装置３０の一部として設けられている。

但し、基板搬送装置３０の上記構造はあくまでも一例であり、他の公知の構造を採用しても良い。

各入口側真空予備室６の入口の外側に、基板２を実質的に水平状態（基板２ａ参照）から垂直等の起立状態（基板２ｂ参照）に立てる基板起立装置４がそれぞれ設けられている。この基板起立装置４も、この例では一例として、基板２を上記ホルダ３４に保持した状態で扱う。そして起立状態の基板２を（具体的には基板２を保持したホルダ３４を）、順次、大気中から対応する入口側真空予備室６へ搬入することができる。入口側真空予備室６が一つの場合は、基板起立装置４も一つで良い。

なお、各基板起立装置４は、基板２を起立させる機能と、その基板２を入口側真空予備室６に渡す機能とを有する多関節ロボットのようなものでも良い。次に述べる各基板転倒装置１４についても同様である。

各出口側真空予備室１２の出口の外側に、基板２を起立状態（基板２ｂ参照）から実質的に水平状態（基板２ａ参照）に倒す基板転倒装置１４がそれぞれ設けられている。この基板転倒装置１４も、この例では一例として、基板２を上記ホルダ３４に保持した状態で扱う。そして起立状態の基板２を（具体的には基板２を保持したホルダ３４を）、順次、対応する出口側真空予備室１２から大気中へ搬出することができる。出口側真空予備室１２が一つの場合は、基板転倒装置１４も一つで良い。

上記のような基板起立装置４および基板転倒装置１４によれば、真空予備室６、１２の外側で基板２を立てたり倒したりすることができるので、その動作を真空予備室内で行う場合に比べて、各真空予備室６、１２を小さくすることができる。しかも、上記動作を行う機構を真空予備室６、１２内に設けなくて済むので、真空予備室６、１２内でパーティクルが発生するのを抑えることができる。

このイオンビーム照射装置は更に、第１および第２のイオンビーム供給装置５０ａおよび５０ｂを備えている。

図７も参照して、第１のイオンビーム供給装置５０ａは、第１の処理室１０ａに、Ｘ方向の寸法Ｗ_X1よりもＺ方向の寸法Ｗ_Z1が大きいリボン状の第１のイオンビーム５４ａを、その主面８０ａが処理室１０ａにおける基板２の搬送方向（これは前述したように例えばＸ方向。以下同様）と交差する向きに、かつ当該イオンビーム５４ａのＺ方向の一端５３ａが基板２の面内に位置し他端５５ａが面外に位置する位置関係で供給して、上記基板２の搬送と協働して、基板２上に第１のビーム照射領域９１を形成するものである。このビーム照射領域９１については、図８〜図１０を参照して後で更に説明する（下記のビーム照射領域９２についても同様）。

第２のイオンビーム供給装置５０ｂは、第２の処理室１０ｂに、Ｘ方向の寸法Ｗ_X2よりもＺ方向の寸法Ｗ_Z2が大きいリボン状の第２のイオンビーム５４ｂを、その主面８０ｂが処理室１０ｂにおける基板２の搬送方向と交差する向きに、かつ当該イオンビーム５４ｂのＺ方向の一端５３ｂが基板２の面内に位置し他端５５ｂが面外に位置する位置関係で供給して、上記基板２の搬送と協働して、基板２上に第２のビーム照射領域９２を形成すると共に、当該第２のビーム照射領域９２のＺ方向の一部分と上記第１のビーム照射領域９１のＺ方向の一部分とを重ね合わせるものである。上記Ｚ方向の一部分は、より具体的にはこの例では、Ｚ方向の端部付近である。

イオンビーム５４ａ、５４ｂの概略を、図７に拡大して示す。このイオンビーム５４ａ、５４ｂは、リボン状と言ってもＸ方向の寸法Ｗ_X1、Ｗ_X2が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、各イオンビーム５４ａ、５４ｂのＸ方向の寸法Ｗ_X1、Ｗ_X2はそれぞれ３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度である。各イオンビーム５４ａ、５４ｂのＺ方向の寸法Ｗ_Z1、Ｗ_Z2は、各基板２のＺ方向の寸法に依る。この例では、各基板２のＺ方向の寸法の１／２より幾分大きくしている。一例を示せば、それぞれ４０ｃｍ〜８０ｃｍ程度である。このイオンビーム５４ａ、５４ｂの大きい方の面、即ちＹＺ面に沿う面が主面８０ａ、８０ｂである。各基板２は、上記基板搬送装置３０によって、この主面８０ａ、８０ｂと交差する方向（例えばＸ方向）に搬送される。

第１のイオンビーム供給装置５０ａは、この例では一例として、イオン源５２ａから、上記のようなリボン状のイオンビーム５４ａを引き出し、そのイオンビーム５４ａを分析電磁石５６ａを通して運動量分析（例えば質量分離）を行った後に基板２に照射する構成のものである。イオン源５２から引き出されたイオンビーム５４ａの長手方向の寸法は、後述するビーム電流密度分布調整機構７０ａに達するまでは、ビーム軌道上でほぼ保存される。

第２のイオンビーム供給装置５０ｂも、この例では上記イオンビーム供給装置５０ａと同じ構成をしている。即ち、イオンビーム供給装置５０ａを構成しているのと同様のイオン源５２ｂおよび分析電磁石５６ｂを有している。

但し、両イオンビーム供給装置５０ａ、５０ｂは、上記構成のものに限られるものではなく、他の構成のものでも良い。例えば、比較的小さなイオン源から扇状に広がる（発散する）イオンビームを引き出し、そのイオンビームを発散途中で分析電磁石を通して質量分離を行った後に、ビーム平行化器（例えば４重極子デバイス、ビーム平行化マグネット等）によって平行ビーム化してリボン状のイオンビームにした後に基板２に照射する構成のものでも良い（例えば特開２００６−１３９９９６号公報参照）。イオンビームの質量分離を行う必要がなければ、分析電磁石を設ける必要はない。

このイオンビーム照射装置は更に、各イオンビーム５４ａ、５４ｂのＺ方向の上記一端５３ａ、５３ｂ付近のビーム電流密度分布をそれぞれ調整する第１および第２のビーム電流密度分布調整機構７０ａおよび７０ｂを備えている。各ビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂは、この例では一例として、図１、図２に示すように、処理室１０ａ、１０ｂの入口付近にそれぞれ設けられているが、その位置に限られるものではない。

主に図８を参照して、第１のビーム電流密度分布調整機構７０ａは、この例では、イオンビーム５４ａのＺ方向の上記一端５３ａを含む部分を遮って整形する可動のマスク７２ａと、このマスク７２ａを矢印Ｆで示すようにＺ方向の上下方向に往復直線駆動するマスク駆動装置７４ａとを有している。マスク７２ａのイオンビーム５４ａ側の端部７３ａは斜めになっており、このマスク７２ａによってイオンビーム５４ａの一端５３ａ付近を斜めに遮って斜めにカットして、イオンビーム５４ａの一端５３ａ付近のビーム電流密度分布を、例えば図８中に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ のように斜めに低下させることができる。このマスク７２ａの端部７３ａの形状や、端部７３ａのＺ方向の位置によって、基板２に照射されるイオンビーム５４ａの一端５３ａ付近のビーム電流密度分布を調整することができる。それによって、後述する重ね合わせ部分９３（図１０参照）のイオンビーム照射量分布を調整することができる。

主に図９を参照して、第２のビーム電流密度分布調整機構７０ｂは、この例では、イオンビーム５４ｂのＺ方向の上記一端５３ｂを含む部分を遮って整形する可動のマスク７２ｂと、このマスク７２ｂを矢印Ｇで示すようにＺ方向の上下方向に往復直線駆動するマスク駆動装置７４ｂとを有している。マスク７２ｂのイオンビーム５４ｂ側の端部７３ｂは斜めになっており、このマスク７２ｂによってイオンビーム５４ｂの一端５３ｂ付近を斜めに遮って斜めにカットして、イオンビーム５４ｂの一端５３ｂ付近のビーム電流密度分布を、例えば図９中に示すビーム電流密度分布Ｊ₂ のように斜めに低下させることができる。このマスク７２ｂの端部７３ｂの形状や、端部７３ｂのＺ方向の位置によって、基板２に照射されるイオンビーム５４ｂの一端５３ｂ付近のビーム電流密度分布を調整することができる。それによって、後述する重ね合わせ部分９３（図１０参照）のイオンビーム照射量分布を調整することができる。

そして、上記両イオンビーム５４ａ、５４ｂのビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ₂ が上記のように斜めに低下している領域のＺ方向の位置が互いに重なるようにしている。その重なる部分（および、その結果形成される後述する重ね合わせ部分９３）のＺ方向の中心位置をＺ₀ で示す。この重なる部分は、例えば、基板２のＺ方向における中央付近であるが、それに限られるものではない（後述する重ね合わせ部分９３についても同様）。

上記両マスク７２ａ、７２ｂは、固定のものでも良いけれども、この例のように可動式のものが好ましい。上記調整を行うことができるからである。

また、上記両ビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂは、より具体的にはそれらを構成するマスク駆動装置７４ａ、７４ｂは、例えば、後述する制御装置６０によって制御される。

なお、基板２の全面に均一な処理を施す場合は、イオンビーム５４ａ、５４ｂのＺ方向のビーム電流密度分布は、それぞれ、図８、図９に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ₂ のように、基板２の面内に位置する部分はできるだけ均一なものが好ましい。基板２の面外に位置する部分のビーム電流密度分布はあまり大事ではない。基板２の処理に利用しないからである。

このイオンビーム照射装置においては、上記基板搬送装置３０によって各基板２を上記のように搬送しながら、処理室１０ａ、１０ｂにおいて各基板２にイオンビーム５４ａ、５４ｂをそれぞれ照射することによって、各基板２の全面にイオンビームを照射することができる。

即ち、第１の処理室１０ａにおいては、図８、図９に示すように、各基板２をＸ方向に搬送しながら各基板２にイオンビーム５４ａを照射することによって、各基板２上に第１のビーム照射領域９１を形成することができる。このビーム照射領域９１は、図中にハッチングを付して示している。このハッチングは断面を表すものではない。次に述べるビーム照射領域９２も同様である。

第２の処理室１０ｂにおいては、図９、図１０に示すように、処理室１０ａで処理後の各基板２をＸ方向に搬送しながら各基板２にイオンビーム５４ｂを照射することによって、各基板２上に第２のビーム照射領域９２を形成すると共に、当該第２のビーム照射領域９２のＺ方向の一部分と上記第１のビーム照射領域９１のＺ方向の一部分とを重ね合わせて（その重ね合わせ部分を符号９３で示す）、基板２の全面にイオンビームを照射することができる。

各基板２上におけるイオンビーム照射量分布Ｄ₃ の一例を図１０中に示している。下半分のイオンビーム照射量分布Ｄ₁ は、図８に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ のイオンビーム５４ａの照射によって得られたものであり、上半分のイオンビーム照射量分布Ｄ₂ は、図９に示すビーム電流密度分布Ｊ₂ のイオンビーム５４ｂの照射によって得られたものであり、イオンビーム照射量分布Ｄ₃ は両イオンビーム照射量分布Ｄ₁ 、Ｄ₂ を合成したものである。基板２の全面において均一なイオンビーム照射量分布Ｄ₃ が得られている。イオンビーム照射量分布は、前述したようにイオン注入の場合はドーズ量分布である。

このようにこのイオンビーム照射装置においては、基板２上において第１のビーム照射領域９１のＺ方向の一部分と第２のビーム照射領域９２のＺ方向の一部分とを重ね合わせて基板２の全面にイオンビームを照射することができるので、かつ第１および第２のビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂを用いて前記重ね合わせ部分９３のイオンビーム照射量分布を調整することができるので、大型の基板２に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

しかも、第１および第２のイオンビーム供給装置５０ａ、５０ｂから供給するイオンビーム５４ａ、５４ｂのＺ方向の寸法Ｗ_Z1、Ｗ_Z2は基板２のＺ方向の寸法よりも小さくて済むので、特許文献１に記載の技術に比べて、両イオンビーム供給装置５０ａ、５０ｂの大型化を抑えることができる。即ち、イオン源５２ａ、５２ｂのＺ方向の寸法を小さく抑えることができるので、特許文献１に記載のものに比べて小型のもので済む。分析電磁石５６ａ、５６ｂを設ける場合は、それらのＺ方向の寸法も小さく抑えることができるので、特許文献１に記載のものに比べて小型のもので済む。従って、これらのイオン源５２ａ、５２ｂ、分析電磁石５６ａ、５６ｂの製作が容易になるだけでなく、それらの工場等への搬送、搬入等も容易になる。

また、特許文献２に記載の技術のような特別な分析電磁石を設けなくて済む。即ち、特許文献２に記載の技術では、イオンビームを互いに逆方向に曲げるという特別な分析電磁石が二つ必要であり、そのぶん構造が複雑になっていた。分析電磁石を設けないと、特許文献２に記載の技術を利用することはできない。また、両分析電磁石はイオンビームを曲げる方向が逆のため、別の設計、製作が必要であり、同じ構造の分析電磁石２台で済ませることができなかった。これに対して、このイオンビーム照射装置では、前述したように、分析電磁石５６ａ、５６ｂは必須のものではない。それらを設ける場合でも、イオンビーム５４ａ、５４ｂを曲げる方向を互いに同じにして（図１、図２参照）、両分析電磁石５６ａ、５６ｂを互いに同じ構造にすることができるので、同じ構造の分析電磁石２台で済ませることができ、従って設計、製作等が容易である。

更に、一つの基板２に対して二つの処理室１０ａ、１０ｂにおいて上記のような基板寸法よりも小さいイオンビーム５４ａ、５４ｂをそれぞれ照射する構造であるので、特許文献２に記載の技術に比べて、各処理室１０ａ、１０ｂが大型化するのを抑えることができる。処理室が大型化すると、その製作だけでなく、工場等への搬送、搬入等も難しくなるけれども、このイオンビーム照射装置ではそれを防止することができる。

また、一つの基板２に対して二つの処理室１０ａ、１０ｂにおいて上記のような基板寸法よりも小さいイオンビーム５４ａ、５４ｂをそれぞれ照射する構造であるので、特許文献２に記載の技術に比べて、一つの処理室内で発生するアウトガス量を減らすことができる。従って、アウトガスに伴うイオンビーム５４ａ、５４ｂの中性化等の課題を軽減することができる。例えば、アウトガスが多くなると、イオンビーム５４ａ、５４ｂの中性化が起こりやすくなり、ビーム電流によるイオンビーム量の計測に誤差を生じさせる。アウトガスが上流へ拡散して分析電磁石５６ａ、５６ｂに達すると、そこでイオンビームが中性化して磁界による偏向を受けなくなり、所望のイオンビーム量が減少する。このイオンビーム照射装置によれば、これらの課題を軽減することができる。

更にこの実施形態のイオンビーム照射装置では、二つの処理室１０ａ、１０ｂに共通の入口側真空予備室６および出口側真空予備室１２を設けているので、二つの処理室に入口側真空予備室および出口側真空予備室をそれぞれ設けている場合に比べて、イオンビーム照射装置の大型化を抑えることができると共に、スループットの低下を抑えることができる。スループットの低下を抑えることができるのは、各処理室１０ａ、１０ｂへ基板２を搬出入する際に、真空排気とベントを行うために多くの時間を要する真空予備室を毎回通さずに済むからである。

更に、二つの処理室１０ａ、１０ｂ間を搬送する際に基板２は大気中を通らないので、基板２へのパーティクル付着を抑えることができる。

なお、上記両処理室１０ａ、１０ｂにおける処理内容は、各基板２の全面に一様な処理を施す場合は互いに実質的に同じ処理内容にすれば良いけれども、互いに異なる処理内容にしても良い。各処理室１０ａ、１０ｂにおける処理内容は、例えば、イオンビーム５４ａ、５４ｂの特性（例えばイオン種、エネルギー、ビーム電流）、および、処理室１０ａ、１０ｂにおける基板２の搬送速度、搬送回数等によって決まる。従って例えば、両処理室１０ａ、１０ｂにおける処理内容を互いに実質的に同じにする場合は、これらを互いに実質的に同じにすれば良い。

この実施形態のイオンビーム照射装置は更に、第１のイオンビーム供給装置５０ａから供給する第１のイオンビーム５４ａのＺ方向におけるビーム電流密度分布を第１の処理室１０ａにおいて測定する第１のビームモニタ５８ａと、第２のイオンビーム供給装置５０ｂから供給する第２のイオンビーム５４ｂのＺ方向におけるビーム電流密度分布を第２の処理室１０ｂにおいて測定する第２のビームモニタ５８ｂと、両ビームモニタ５８ａおよび５８ｂで測定した第１および第２のイオンビーム５４ａ、５４ｂのビーム電流密度分布を合成して一つのビーム電流密度分布として表示する機能を有している制御装置６０とを備えている。各ビームモニタ５８ａ、５８ｂで測定したデータは、制御装置６０に供給される。制御装置６０は、上記表示を行う表示部６２を有している。

各ビームモニタ５８ａ、５８ｂは、基板２に近づけて配置して、基板２に近い位置でイオンビーム４を測定するのが好ましい。各ビームモニタ５８ａ、５８ｂは、この例ではＺ方向に並設された複数のビーム検出器（例えばファラデーカップ）を有している多点ビームモニタであるが、それに限られるものではなく、例えば１個のビーム検出器がＺ方向に移動する構造のもの等でも良い。

例えば、イオンビーム５４ａ、５４ｂのビーム電流密度分布がそれぞれ図８、図９に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ₂ の場合、制御装置６０は両ビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ₂ を加算することによって、図１１に示すような合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ を求めて、それを表示部６２に表示する。

上記のようなビームモニタ５８ａ、５８ｂおよび制御装置６０を備えていると、基板２に照射されるイオンビーム全体のビーム電流密度分布を制御装置６０において確認することができる。従って例えばそれを、第１および第２のビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂによるビーム電流密度分布の調整等に活用することができる。

ビームモニタ５８ａ、５８ｂは、イオンビーム５４ａ、５４ｂの上記一端５３ａ、５３ｂ付近の測定用のビーム検出器を他よりも密に配置したり、可動のビーム検出器を用いる場合はそれを一端５３ａ、５３ｂ付近でより細かく動かすこと等によって、一端５３ａ、５３ｂ付近の測定の分解能を他よりも高くしておいても良い。そのようにすると、上記二つのビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ₂ が重なる部分付近の測定をよりきめ細かく行うことができる。

制御装置６０は、上記合成したビーム電流密度分布Ｊ₃ の均一性が所定値（例えば５％程度。以下同様）よりも悪い場合に、上記第１および第２のビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂの少なくとも一方を制御して、当該均一性を所定値以上に良くする機能を更に備えていても良い。それによって、より容易に、基板２の全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。制御装置６０は、具体的には上記マスク駆動装置７４ａ、７４ｂを制御する。

例えば、合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ が図１１に示すものである場合は、均一性は所定値以上に良いので、調整の必要はない。合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ が、例えば図１２（Ａ）に示すように、上記重ね合わせ部分９３に対応する部分９６で大きくなっていて、ビーム電流密度分布Ｊ₃ の均一性が所定値よりも悪い場合は、ビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂを構成するマスク７２ａ、７２ｂの少なくとも一方を、Ｚ方向においてより多くイオンビーム内に入る方向に（簡単に言えば、マスク７２ａは図８中の下方に、マスク７２ｂは図９中の上方に）移動させるように制御する。どちらのマスク７２ａ、７２ｂを移動させれば良いかは、基板２上の上記重ね合わせ部分９３のＺ方向の中心位置Ｚ₀ と、上記大きくなっている部分９６との位置関係によって知ることができる。例えば、上記大きくなっている部分９６が上記中心位置Ｚ₀ よりも下にずれていれば、マスク７２ａをより多くイオンビーム５４ａ内に入る方向に移動させれば良い。

上記のようにすると、イオンビーム５４ａおよび／または５４ｂの一端５３ａおよび／または５３ｂがマスク７２ａおよび／または７２ｂによってより大きくカットされるので、上記二つのビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ₂ が重なる部分のビーム電流が小さくなり、上記大きくなっている部分９６のビーム電流密度が小さくなる。従って、制御装置６０によって、マスク駆動装置７４ａ、７４ｂを介して、マスク７２ａおよび／または７２ｂの移動およびその距離を制御することによって、例えば図１２（Ｂ）に示すように、合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ の均一性を所定値以上に良くすることができる。

上記部分９６のビーム電流密度が他よりも小さい場合は、上記とは逆に制御すれば良い。

上記第１および第２の処理室１０ａ、１０ｂ、第１および第２のイオンビーム供給装置５０ａ、５０ｂならびに第１および第２のビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂを有するイオンビーム照射ユニットを複数備えていても良い。

上記ビームモニタ５８ａ、５８ｂおよび制御装置６０を設ける場合は、上記に加えて、これらをも有するイオンビーム照射ユニットを複数備えていても良い。いずれの場合も、複数のイオンビーム照射ユニットを構成する複数の処理室１０ａ、１０ｂは互いに直列に接続しておく。かつ、上記基板搬送装置３０は、基板２を、少なくとも直列に接続された複数の処理室１０ａ、１０ｂの一端から他端にかけて搬送するものにする。

例えば、図１、図２等に示す処理室１０ａおよびそれ用のイオンビーム供給装置５０ａから、処理室１０ｂおよびそれ用のイオンビーム供給装置５０ｂにかけての要素で構成されるイオンビーム照射ユニットを、図２等に示す出口側真空予備室１２とその上手に隣接する待機室８との間に、所要数だけ挿入すれば良い。

上記のようなイオンビーム照射ユニットを複数備えていると、イオンビーム照射を行った基板２に対して更にイオンビーム照射を行うことができる。従って、より多様なイオンビーム照射特性を実現することができる。例えば、（ａ）複数のイオンビーム照射の合計によって、各基板２に対して、最終的に必要なイオンビーム照射特性を実現したり、（ｂ）複数のイオンビーム照射の合計によって、各基板２に対して、最終的に必要なイオンビーム照射量を実現したり、（ｃ）複数のイオンビーム照射の合計によって、各基板２に対して、最終的に必要な注入深さ分布を実現したり、（ｄ）複数のイオンビーム照射の合計によって、各基板２に対して、Ｚ方向におけるイオンビーム照射量分布を均一化したりすることができる。

イオンビーム照射ユニットを複数設ける場合、上記制御装置６０を各ユニットにそれぞれ設けても良いし、一つの制御装置６０を、複数のイオンビーム照射ユニットにおける制御装置として共用しても良い。

後者のように共用すると、制御装置６０の数を減らすことができる。また、各イオンビーム照射ユニットの前記合成したビーム電流密度分布の確認、調整、比較等がより容易になる。当該ビーム電流密度分布を、一つの制御装置６０において表示することができるからである。

イオンビーム５４ａ、５４ｂのＺ方向の上記一端５３ａ、５３ｂ付近のビーム電流密度分布を調整するビーム電流密度分布調整手段として、上記ビーム電流密度分布調整機構７０ａ、７０ｂの代わりに、またはそれと併用して、例えば上記特許文献１に記載されているような公知のビーム電流密度分布調整手段を用いても良い。即ち、各ビーム電流密度分布調整手段は、（ａ）イオン源５２ａ、５２ｂを、Ｚ方向に複数のフィラメントを有するマルチフィラメント型のイオン源として、その各フィラメントに流すフィラメント電流を制御するという手段でも良いし、（ｂ）イオンビーム５４ａ、５４ｂの経路に、イオンビーム５４ａ、５４ｂの長手方向Ｚにおけるビーム電流密度分布を制御する電界レンズや磁界レンズ等のレンズ手段を設けておいてそれを制御するという手段でも良い。あるいは、（ｃ）イオンビーム５４ａ、５４ｂの経路に、特開２００７−１７２９２７号公報に記載されているような、イオンビーム５４ａ、５４ｂを遮るための複数の可動遮蔽板を設けておいてそれを制御するという手段でも良い。このようなビーム電流密度分布調整手段も、例えば上記制御装置６０によって制御される。

基板２を搬送する搬送ラインは、図１、図２等に示す例のように直線でも良いし、搬送ラインを途中で折り返して、その折り返しの前後に複数の処理室１０ａ、１０ｂを分散して配置しておいても良い。そのようにすると、イオンビーム照射装置の全長を小さく抑えることができる。この効果は、上記イオンビーム照射ユニットを複数設ける場合により顕著になる。

２ 基板
１０ａ 第１の処理室
１０ｂ 第２の処理室
３０ 基板搬送装置
５０ａ 第１のイオンビーム供給装置
５０ｂ 第２のイオンビーム供給装置
５４ａ 第１のイオンビーム
５４ｂ 第２のイオンビーム
５８ａ 第１のビームモニタ
５８ｂ 第２のビームモニタ
６０ 制御装置
７０ａ 第１のビーム電流密度分布調整機構（ビーム電流密度分布調整手段）
７０ｂ 第２のビーム電流密度分布調整機構（ビーム電流密度分布調整手段）
９１ 第１のビーム照射領域
９２ 第２のビーム照射領域
９３ 重ね合わせ部分

Claims (7)

1. 基板にイオンビーム照射を行うための部屋であって互いに直列に接続された第１および第２の処理室と、
   １枚以上の前記基板を、少なくとも前記第１の処理室から第２の処理室にかけて搬送する基板搬送装置と、
   互いに直交する２方向をＸ方向およびＺ方向とすると、前記第１の処理室に、Ｘ方向の寸法よりもＺ方向の寸法が大きいリボン状の第１のイオンビームを、その主面が前記第１の処理室における前記基板の搬送方向と交差する向きに、かつ当該イオンビームのＺ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で供給して、前記基板の搬送と協働して、前記基板上に第１のビーム照射領域を形成する第１のイオンビーム供給装置と、
   前記第２の処理室に、Ｘ方向の寸法よりもＺ方向の寸法が大きいリボン状の第２のイオンビームを、その主面が前記第２の処理室における前記基板の搬送方向と交差する向きに、かつ当該イオンビームのＺ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で供給して、前記基板の搬送と協働して、前記基板上に第２のビーム照射領域を形成すると共に、当該第２のビーム照射領域のＺ方向の一部分と前記第１のビーム照射領域のＺ方向の一部分とを重ね合わせる第２のイオンビーム供給装置と、
   前記第１のイオンビームのＺ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整する第１のビーム電流密度分布調整手段と、
   前記第２のイオンビームのＺ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整する第２のビーム電流密度分布調整手段とを備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
2. 前記第１のイオンビーム供給装置から供給する前記第１のイオンビームのＺ方向におけるビーム電流密度分布を前記第１の処理室において測定する第１のビームモニタと、
   前記第２のイオンビーム供給装置から供給する前記第２のイオンビームのＺ方向におけるビーム電流密度分布を前記第２の処理室において測定する第２のビームモニタと、
   前記第１および第２のビームモニタで測定した前記第１および第２のイオンビームのビーム電流密度分布を合成して一つのビーム電流密度分布として表示する機能を有している制御装置とを更に備えている請求項１記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記制御装置は、前記合成したビーム電流密度分布の均一性が所定値よりも悪い場合に、前記第１および第２のビーム電流密度分布調整手段の少なくとも一方を制御して、当該均一性を所定値以上に良くする機能を更に備えている請求項２記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記第１および第２の処理室、前記第１および第２のイオンビーム供給装置ならびに前記第１および第２のビーム電流密度分布調整手段を有するイオンビーム照射ユニットを複数備えており、
   前記複数のイオンビーム照射ユニットを構成する複数の処理室は互いに直列に接続されており、
   前記基板搬送装置は、前記基板を、少なくとも前記直列に接続された複数の処理室の一端から他端にかけて搬送するものである請求項１記載のイオンビーム照射装置。
5. 前記第１および第２の処理室、前記第１および第２のイオンビーム供給装置、前記第１および第２のビーム電流密度分布調整手段、前記第１および第２のビームモニタならびに前記制御装置を有するイオンビーム照射ユニットを複数備えており、
   前記複数のイオンビーム照射ユニットを構成する複数の処理室は互いに直列に接続されており、
   前記基板搬送装置は、前記基板を、少なくとも前記直列に接続された複数の処理室の一端から他端にかけて搬送するものである請求項２または３記載のイオンビーム照射装置。
6. 一つの制御装置を、前記複数のイオンビーム照射ユニットにおける前記制御装置として共用している請求項５記載のイオンビーム照射装置。
7. 前記基板搬送装置は、前記基板を立てた状態で搬送するものである請求項１ないし６のいずれかに記載のイオンビーム照射装置。

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