JP2011249096A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単位時間当たりに処理できる基板の枚数や単位時間当たりのイオン注入量を大幅に向上させ、さらに、近年の基板の大型化に対応しつつ、装置全体が極端に大きくなってしまうのを防ぐことができるイオン注入装置を提供する
【解決手段】互いに離間する平行な一対の軌道３１、３２を有し、それら各軌道３１、３２に沿って同一形状の基板２を、その面板部が前記軌道３１、３２と平行になり、かつ各軌道上の基板２同士が平行となる姿勢に維持しながら、互いに逆向きに進行させる搬送機構３と、一対のイオンビーム照射機構５とを具備し、前記面板部と垂直な方向から視て、各軌道上の基板２が、所定の重合位置に到達したときに、略重なり合うように構成するとともに、各イオンビームＢが前記重合位置にある基板を避けており、かつ、当該基板２の進行方向側と反進行方向側をそれぞれ通過するように構成した。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板にイオンを注入するためのイオン注入装置に関するものである。

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所望の特性を付加するために、リボン状のイオンビームで基板を走査して、イオンを注入することがある。

上述したようなイオン注入では、ビーム断面における長辺の寸法が、基板の面板部における最大の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを照射しておき、搬送機構により基板の面板部全域がイオンビームを横切るようにしている場合がある（特許文献１参照）。

このようなイオン注入装置を用いるのは、基板の面板部全域にイオンビームを照射できるようにして、単位時間当たりに処理できる基板の枚数やイオン注入量を多くするためである。

しかしながら、上述したような１本のイオンビームに対して、１枚ずつ基板を横切らせていくよう構成されたイオン注入装置では、さらにイオン注入に関する処理能力を向上させようとすると、例えば搬送速度を速くする等の各種パラメータを変化させることにより小幅な改善は可能であるものの、大幅に処理能力を向上させることは難しい。

その一方で、このようなイオン注入装置は、少なくとも従来と略同じ処理能力を保ちながら、近年の基板の大型化に対応することも求められている。すなわち、フラットパネルディスプレイは年々大型化しており、それに伴って必要となるガラス基板の大きさも例えば、約２２００ミリ×２５００ミリといった大型のものとなっている。それに対して、現在のイオン注入装置において照射されるイオンビームのビーム断面における長辺の長さ寸法は１０００ミリ程度であるので、従来と同じようにイオンビームを基板の面板部全域に照射して、イオン注入を行うことはできない。

仮に、リボン状のイオンビームのビーム断面における長辺の長さを単純に長くすることによって基板の大型化に対応しようとすると、イオンビームを大型化できる量に比べるとイオンビーム照射装置自体が極端に大きくなりすぎてしまう。そうすると、イオン注入装置の重量を設置される工場等の床の耐荷重内にすることが難しくなってしまう。

特開平７−９９２２４号公報

本発明は上述したような問題を鑑みて、これらの問題を一挙に解決するためになされたものであり、単位時間当たりに処理できる基板の枚数や単位時間当たりのイオン注入量を大幅に向上させることを第１の技術課題とし、さらに、近年の基板の大型化に対応しつつ、装置全体が極端に大きくなってしまうのを防ぐことを第２の技術課題とし、これらの課題を解決することができるイオン注入装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のイオン注入装置は、互いに離間する平行な一対の軌道を有し、それら各軌道に沿って同一形状の基板を、その面板部が前記軌道と平行になり、かつ各軌道上の基板同士が平行となる姿勢に維持しながら、互いに逆向きに進行させる搬送機構と、リボン状のイオンビームを、そのビーム進行方向と平行な側面のうち大きいほうの面である主面が、前記軌道上を進行する基板によって横切られる位置に照射する一対のイオンビーム照射機構とを具備し、前記面板部と垂直な方向から視て、各軌道上の基板が、所定の重合位置に到達したときに、略重なり合うように構成するとともに、前記各イオンビームが前記重合位置にある基板を避けており、当該基板の進行方向側と反進行方向側をそれぞれ通過するように構成してあることを特徴とする。

このようなものであれば、各基板が互いに逆方向に進行しており、前記各イオンビームが前記重合位置にある基板を避けており、かつ、当該基板の進行方向側と反進行方向側をそれぞれ通過するように構成してあるので、各イオンビームが照射される側から視て、前側にある基板が後ろ側にある基板を隠してしまいイオンビームが照射されないことを防ぎつつ、重合位置以外では常に各基板に２本のイオンビームがそれぞれ照射されているようにすることができる。

従って、２枚の基板を同時に搬送しつつ、前記重合点以外では常に２本のイオンビームにより別々の基板に対して同時にイオンを注入できるので、従来からある１本のイオンビームで１枚ずつイオン注入を行っているイオン注入装置に比べて、単位時間当たりに処理できる基板の枚数や単位時間当たりのイオン注入量を大幅に向上させることができる。

また、２本のイオンビームを用いていることから、それぞれのイオンビームが基板に照射される位置を異なる位置に設定できるので、例えば基板を上半分と下半分の２つの領域に分けて、各領域を別々のイオンビームによりイオン注入を行い、結果として一度の基板の搬送で基板の面板部全域にイオン注入を行うこともできる。従って、大型の基板に対してビーム断面の長辺方向が非常に長いリボン状のイオンビームを照射する必要がない。極端に大きなイオンビーム照射装置を使用せずに、イオンビームに大きさと比較して小型のイオンビーム照射装置を２台用いることができるので、床の耐荷重内でイオン注入装置全体を構成することができる。

さらに、例えば２本のイオンビームを直列に並べて１本の長いリボン状のイオンビームを形成しようとすると、イオンビーム照射機構を上下に並べる必要があることから、分析磁石や開口部等の影響で中央部にイオンビームが照射されにくい領域が生じてしまい、基板の面板部全域に均一にイオンビームを照射することができなくなってしまう。一方、本発明では、各イオンビームが離間して照射されているので、各イオンビーム照射機構を重ねる必要が無く、基板の面板部全域に対して均一にイオンを注入する事が可能となる。

小型のイオンビーム照射機構だけを用いて、大型の基板を一度移動させるだけで、面板部の全域にイオンビームを照射できるようにするための具体的な実施の態様としては、前記面板部と平行かつ前記軌道と平行な方向から視て、各イオンビームがずれていればよい。

リボン状のイオンビームを無駄にすることなく、最も広い面積にイオンを注入できるとともに、面板部全域のイオン注入量がムラなく均一にできるようにするには、前記面板部と平行かつ前記軌道と平行な方向から視て、各イオンビームが隣り合って略接するように構成されていればよい。

イオン注入装置において真空排気されている部屋の体積を小さくして、真空度を保ちやすくし、さらに、イオン注入装置全体の設置面積をできる限り小さくするには、前記各イオンビームが真空排気される処理室内において基板に照射されるものであり、前記搬送機構が、前記処理室内において一方の軌道から他方の軌道へと基板を移動させるように構成されていればよい。

処理室内への大気等による汚染を防ぎ、処理室内の真空度を保ちやすくするには、基板が大気圧下から搬入される真空予備室と、前記真空予備室と前記処理室との間に設けられた待機室とを更に備えたものであればよい。

処理室内への大気による汚染や、処理室で発生したガス等の大気中への放出を高い信頼性の元に防ぐことができるようにするには、前記待機室及び前記処理室との間に真空弁を設けたものであればよい。

前記処理室内への基板の搬入のための隔壁や真空弁の開閉の回数を極力減らし、処理室内の真空度や清浄度を保ちやすくするには、前記搬送機構が、一方の軌道に沿って前記待機室内から前記処理室内へと基板を進行させ、他方の軌道に沿って前記処理室内から前記待機室内へと基板を進行させるものであり、各軌道上の基板を、同時に前記処理室内へ搬出入するように構成されているものであればよい。

このように本発明によれば、各基板を互いに逆向きに進行させており、重合位置において各基板を避けて、進行方向と逆進行方向側にイオンビームをそれぞれ照射させているので、一方の基板が他方の基板を隠してしまいイオンビームが照射されない状態を防ぐことができる。従って、２つのイオンビームで略常に別々の基板にイオンを注入でき、１回の搬送における基板の処理数や注入量を大幅に向上させることができる。さらに、２つのイオンビームを用いているので、それらの基板に照射される位置をずらすことができ、大型の基板であっても２つの領域ごとにイオン注入することで一度に全域にイオン注入ができる。このため、比較的小型のイオンビーム照射装置を用いることができるので、装置の極端な大型化を招くことなく、基板の大型化に対応することができる。

本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置を示す模式図。 第１実施形態におけるリボン状のイオンビームを説明する模式図。 第１実施形態におけるイオン注入中の動作を示す模式的動作図。 本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置を示す模式図。 第２実施形態におけるイオン注入中の動作を示す模式的動作図。 第２実施形態に基づいた比較例の注入装置を示す模式図。 第２実施形態に基づいた比較例の動作を示す模式的動作図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

第１実施形態のイオン注入装置１００は、図１に示すように真空排気される処理室１０内においてフラットパネルディスプレイ等に用いられる大型の基板２に対してイオンビームＢを照射し、イオン注入を行うためのものである。ここで、本実施形態における基板２とは、例えば、ガラス基板、配向膜付ガラス基板、半導体基板、その他のイオンビームＢが照射される基板を含むものである。また、基板２の形状は長方形状の薄板形状をなしているが、円形であってもよい。

前記イオン注入装置１００は、真空排気される部屋であってイオンビームＢが基板２に照射される処理室１０と、前記処理室１０に隣接する部屋であり、処理待ちの基板２が待機する待機室８と、前記待機室８と大気との間において基板２を出し入れするための真空予備室６とを備える。各部屋は概略中空直方体形状のものであり、各部屋間の接続部は真空弁Ｇ（ゲートバルブ）により仕切られている。

より具体的には、前記イオン注入装置１００は、前記真空予備室６、前記待機室８、前記処理室１０において基板２を２列でそれぞれ逆向きに搬送する搬送機構３と、前記搬送機構３における基板２の位置や、その位置に応じて各種制御を行う制御部（図示しない）と、前記搬送機構３で搬送されている基板２に前記処理室１０内において一対のイオンビームＢを照射するイオンビーム照射機構５とから構成してある。

各部について説明する。以下の説明においては水平面をＸＹ平面とし、鉛直上向きをＺ軸とする右手系の座標系も用いながら説明を行う。

前記搬送機構３は、互いに離間する平行な一対の軌道を有し、それら各軌道に沿って同一形状の基板２を、その面板部が前記軌道と平行になり、かつ各軌道上の基板２同士が平行となる姿勢に維持しながら、互いに逆向きに進行させるように構成してある。

より具体的には、前記一対の軌道は、本実施形態では未処理の基板２を水平に寝かせている状態から起立させる基板起立装置４から、前記真空予備室６、前記待機室８、前記処理室１０の順の進行方向で基板２を進行させる第１軌道３１と、第１軌道３１とは逆の順で各部屋を通過させたのちに処理された基板２を起立している状態から再び水平に寝かせて格納する基板格納装置４までの反進行方向で基板２を進行させる第２軌道３２とからなるものである。図１に示されるように、第１軌道３１上及び第２軌道３２上において各基板２は、起立した状態で面板部をＹ軸方向に向けたままＸ軸方向に搬送される。

さらに、前記搬送機構３は、前記処理室１０内において一方の軌道から他方の軌道へと基板２を移動させるように構成してある。具体的には、処理室１０の最奥部において、第１軌道３１から第２軌道３２へと基板２を移動させる第３軌道３３を更に備えており、処理室１０内において基板２がＵターンするように構成してある。

また、前記処理室１０内では前記面板部と垂直な方向であるＹ軸方向から視て、各軌道上の基板２が、所定の重合位置３４に到達したときに、略重なり合うように構成してある。具体的には、図１（ｂ）に示すように処理室１０の略中央にある重合位置３４では、第１軌道３１上の基板２の輪郭と第２軌道３２上の基板２の輪郭とが一致するようにしてある。

前記制御部は、いわゆるコンピュータであって、例えば各基板２の搬送速度や位置の制御、各基板２の位置に応じて各部屋間にも設けられた真空弁Ｇの開閉、イオンビームＢのオンオフ等を制御するものである。

前記一対のイオンビーム照射機構５は、リボン状のイオンビームＢを、そのビーム進行方向と平行な側面のうち大きいほうの面である主面Ｂａが、前記軌道上を進行する基板２によって横切られる位置に照射するものである。ここで、前記各イオンビーム照射機構５について詳述すると、イオン源５２から射出されたイオンビームＢが、分析磁石５６を通過して、運動量分析されたあと、スリット５９を通過してリボン状のイオンビームとして射出されるようにしてある。図２に示すようにイオンビームＢのリボン状のイオンビームＢ（帯状等とも言う）は、そのビーム断面において長辺の長さＷｚが短辺の長さＷｘに比べて非常に大きいものであり、図３において斜線で示される部分がビームの端面であり、符号Ｂａで示される側面が主面Ｂａである。

前記各イオンビームＢは、前記重合位置３４にある基板２を避けてその進行方向側と反進行方向側をそれぞれ通過するように構成してある。ここで、本実施形態では、前記重合位置３４の進行方向側（図面視において右側）にあるイオンビーム照射機構５が第１イオンビームＢを基板２に照射する第１イオンビーム照射機構５、反進行方向側（図面視において左側）にあるイオンビーム照射機構５が第２イオンビームＢを基板２に照射する第２イオンビーム照射機構５である。

さらに、図１（ｂ）に示すように面板部に垂直な方向であるＹ軸方向から視て各イオンビームＢが互い違いとなるように照射してあり、各イオンビームＢにより基板２の面板部全体にイオンビームＢが走査されるようにしてある。言い換えると、前記面板部と平行かつ前記軌道と平行な方向であるＸ軸方向から視て、各イオンビームＢが隣り合って略接するようにしてある。このようにイオンビームＢを基板２に照射することにより、進行方向又は反進行方向に一度基板２が搬送されるだけで、面板部の全域にイオンが注入されることになる。

このように構成されたイオン注入装置１００について、図３の動作図を参照しながら、イオン注入時の動作を説明する。なお、本動作説明では、処理室１０内において第１軌道３１上、第２軌道３２上を搬送されている基板２のことをそれぞれ第１基板、第２基板ともよぶ。第１軌道３１上から第２軌道３２上へと基板２が移された場合には、第１基板から第２基板へと呼称が変化するが、同じ基板２を指し示すものである。図３（ａ）〜（ｆ）は時間変化による基板位置を説明している。

図３（ａ）に示すように、まず、処理室１０内に搬入された第１基板が第２イオンビームＢの左側で待機しており、一度各イオンビームＢによりイオン注入をされた基板２が第１軌道３１から第２軌道３２へと移された第２基板が、第１イオンビームＢの右側に待機している。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１基板は第２イオンビームＢが走査される位置へと移動し面板部の下半分の領域にイオンが注入される。同時に第２基板は第１イオンビームＢが走査される位置へと移動し、面板部の上半分の領域にイオンが注入される。

図３（ｃ）に示すように、各基板２がそれぞれの方向に進行して半分の領域についてのイオン注入が終了すると、第１イオンビームＢと第２イオンビームＢの間にある重合位置３４において各基板２は、Ｙ軸方向から視て略重なり合う。従って、図から明らかなように手前側にある第１基板が後ろ側にある第２基板に照射されるはずのイオンビームＢを遮ってしまう事はない。

次に、図３（ｄ）に示すように、今度は図３（ｂ）とは逆に第１基板は第１イオンビームＢが走査される位置へと移動し面板部の上半分の領域にイオンが注入される。同時に第２基板は第２イオンビームＢが走査される位置へと移動し、面板部の下半分の領域にイオンが注入される。

そして、各基板２がイオンビームＢを通過し終えると、図３（ｅ）に示すように第１基板は処理室１０の最奥部へと進行し、第２基板は処理室１０の搬出入口へと進行する。この時点で各基板２の面板部の全域にイオンが注入されていることになる。

最後に、図３（ｆ）に示すように真空弁Ｇが開放されて第２基板が処理室１０から待機室８へ搬出されると同時に新たな第１基板が搬入される。さらに、同じ時、処理室１０の最奥部にある第１基板は、第３軌道３３上に沿って第２軌道３２へと移動する。この後、図３（ａ）〜（ｆ）までの工程が繰り返されることになる。つまり、基板２は第１軌道３１上で進行することによって、一度、面板部全域にイオンが注入されたのち、第２軌道３２上を進行することによりもう一度、面板部全域にイオンが注入される。このため、基板２へのイオン注入量をより多くしたり、搬送速度を速くしたとしても処理室１０から出る時には所望のイオン濃度で注入が行われているようにしたりすることができる。

このように第１実施形態に係るイオン注入装置１００によれば、各基板２を互い逆方向に進行させ、各イオンビームＢが処理室１０内の重合位置３４で重なっている基板２を避けて、その進行方向側と反進行方向側をそれぞれ通過するように構成してあるので、イオンビームＢから視て前側にある基板２が後ろ側にある基板２を隠してしまいイオンビームＢが照射されなくなるのを防ぐことができる。さらに、重合位置３４以外では常に各基板２に２本のイオンビームＢを照射することができる。

従って、各イオンビームＢにおいて略常に同時に２枚の基板２にイオンを注入することができるので、従来からある１本のイオンビームＢにより１枚ずつ処理する場合に比べて、単位時間当たりの処理数を大幅に向上させることができる。さらに、第１実施形態では、基板２が処理室１０内において第１軌道３１から第２軌道３２に移されて再びのべ４回イオン注入が行われるので、１枚の基板２に対するイオン注入量を大幅に多くすることができる。

また、２本のイオンビームＢが軌道と平行な方向から視て、各イオンビームＢが隣り合って略接するようにしてあるので、Ｚ軸方向にリボン状のイオンビームＢ２本分の領域を一度の基板２搬送でイオンを注入することができる。従って、基板２が大型のものであったとしても１本のビーム断面における長辺が非常に長いリボン状のイオンビームＢを用いなくても、基板２の面板部全域に略均一にイオンを一度に注入することができる。このため、非常に大きなイオンビームＢ照射装置を用いる必要が無いので、小型のイオンビームＢ照射装置だけを用いて重量が床の耐荷重以内となるように構成することが容易にできる。

さらに、前記真空予備室６と、前記処理室１０との間に待機室８を設けており、さらに各部屋が真空弁Ｇにより仕切られているので、前記処理室１０内の真空度を容易に保ったり、有毒ガス等が外部に漏れてしまったりすることが防ぎやすい。

次に第２実施形態について説明する。

図４に示すように、第２実施形態のイオン注入装置１００は、第１実施形態では、基板２を第１軌道３１から第２軌道３２へと移し、Ｕターンさせるように構成していたところ、第１軌道３１から第２軌道３２への基板２の行き来を無くし、そのまま直線状に流れるように構成したものである。

このため、図４に示すように、処理室１０を中心として、待機室８、真空予備室６、基板起立装置４及び基板格納装置４の順で対称に設けてある。

図５の動作図に示すように、第２実施形態のイオン注入装置１００では、第１実施形態とは異なり、１度だけ面板部全域にイオンが注入されることになる。また、第１実施形態と同様に処理室１０内において、基板２の搬出入時や基板２の重合位置３４以外では２本のイオンビームＢは常にどちらかの基板２に照射されている点については、第１実施形態と同様である。

次に、基板２を互いに逆方向に進行させておくことにより単位時間当たりの処理数が大幅に向上する理由について図６に示すように第２実施形態を仮想的に１列しか基板２を搬送しないように構成した場合と比べて説明する。なお、図７は図５の動作図に対応させて基板２の移動を記載した従来の場合の動作図である。

図５（ｂ）と図７（ｂ）又は図５（ｄ）と図７（ｄ）等を比較すれば明らかなように、１列しか基板２を搬送しない場合には、片方のイオンビームＢが何も照射していない時間が存在しているのに対して、第２実施形態のイオン注入装置１００であれば両方のイオンビームＢがイオンを注入している。このことから、各基板２を互いに逆方向に搬送するとともに、各イオンビームＢを重合位置３４にある基板２をさけて照射するようにしていることによって初めて、単位時間当たりの処理量が本実施形態によれば大幅に向上できることが分かる。

その他の実施形態について説明する。前記各実施形態では、各イオンビームは各基板の一部領域のみを照射できる程度の大きさのものであったが、基板の面板部全域を照射することができる長辺の長さを有したイオンビームであっても構わない。このようなものであっても、単位時間当たりの処理できる枚数やイオン注入量を大幅に向上させることができる。

また、各イオンビームは軌道と平行な方向であるＸ軸方向から視て一部が重なり合っているものであっても構わない。例えば、基板の面板部の中央部だけイオン注入量が多くなるようにしても構わない。

前記第２実施形態で示した処理室の構成を複数並べて設けたイオン注入システムを構成しても構わない。このようにすれば、さらに、イオン注入する領域を小さくわけることができるので、より大型の基板の面板部全域に注入するのに対応したり、領域ごとのイオン注入量を変化させたり、様々なイオン注入に関する自由度を向上させることができる。

例えば処理室内の真空度をそれほど厳密に管理する必要が無い場合等には前記待機室を省略し、真空予備室に処理室が直結していても構成であっても構わない。

前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、１枚の基板について１回又は２回イオンビームを走査することによってイオン注入を行っていたが、所望のドーズ量等によっては複数回走査してイオン注入を行ってもよい。例えば、第１実施形態のイオン注入装置であれば、前記基板起立装置及び前記基板格納装置において基板の受け渡しがあり、第２軌道から再び第１軌道に基板が戻るように構成してあり、複数回ループした後にイオン注入が終了すればよい。また、処理室内において第１基板と第２基板が前記重合位置で略重なり合うようにしながら、それぞれが搬入口側と最奥部側とを複数回往復した後に、処理室内から基板を搬出入するとともに、第１軌道から第２軌道へと基板が搬送されるようにしてもよい。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。

１００・・・イオン注入装置
２・・・イオンビーム照射機構
３・・・搬送機構
３１、３２・・・軌道
３４・・・重合位置
Ｂ・・・イオンビーム

Claims (7)

1. 互いに離間する平行な一対の軌道を有し、それら各軌道に沿って同一形状の基板を、その面板部が前記軌道と平行になり、かつ各軌道上の基板同士が平行となる姿勢に維持しながら、互いに逆向きに進行させる搬送機構と、
   リボン状のイオンビームを、そのビーム進行方向と平行な側面のうち大きいほうの面である主面が、前記軌道上を進行する基板によって横切られる位置に照射する一対のイオンビーム照射機構とを具備し、
   前記面板部と垂直な方向から視て、各軌道上の基板が、所定の重合位置に到達したときに、略重なり合うように構成するとともに、
   前記各イオンビームが前記重合位置にある基板を避けており、かつ、当該基板の進行方向側と反進行方向側をそれぞれ通過するように構成してあることを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記面板部と平行かつ前記軌道と平行な方向から視て、各イオンビームがずれていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
3. 前記面板部と平行かつ前記軌道と平行な方向から視て、各イオンビームが隣り合って略接するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のイオン注入装置。
4. 前記各イオンビームが真空排気される処理室内において基板に照射されるものであり、
   前記搬送機構が、前記処理室内において一方の軌道から他方の軌道へと基板を移動させるように構成されている請求項１、２又は３記載のイオン注入装置。
5. 基板が大気圧下から搬入される真空予備室と、前記真空予備室と前記処理室との間に設けられた待機室とを更に備えた請求項４記載のイオン注入装置。
6. 前記待機室及び前記処理室との間に真空弁を設けた請求項５記載のイオン注入装置。
7. 前記搬送機構が、一方の軌道に沿って前記待機室内から前記処理室内へと基板を進行させ、他方の軌道に沿って前記処理室内から前記待機室内へと基板を進行させるものであり、
   各軌道上の基板を、同時に前記処理室内へ搬出入するように構成されている請求項５又は６記載のイオン注入装置。