JP2014127373A - イオン注入装置およびイオン注入装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リボンビームを用いて基板へのイオン注入処理を行うイオン注入装置において、異常放電発生時の具体的な処理を提供する。
【解決手段】一方向において、基板４よりも長い寸法を有するリボン状のイオンビーム３に対して、イオンビーム３と交差する方向に基板４を走査させることで、基板４の全面にイオン注入を実施して、基板４へのイオン注入処理中にイオンビーム３が所望する特性を充足しなくなった際、基板４へのイオンビーム３の照射を停止させる機能を有したイオン注入装置であって、基板４へのイオンビーム３の照射が停止されている間、基板４の走査を継続させているとともに、基板４の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、基板４へのイオン注入処理が停止されている時間をＴ、イオンビーム３が停止している間に基板４が搬送されている速度をＶとして、Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に、基板４へのイオン注入処理を継続して行わせる制御装置２０を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンウェーハやガラス基板へイオンビームの照射を行って、当該基板へのイオン注入処理を実施するイオン注入装置に関する。特に、イオンビームを引出す際に用いられる引出電極系での放電発生時に通常のイオンビームの状態に自動的に復旧させる機能を備えたイオン注入装置と当該装置の運転方法に関する。

イオン源からイオンビームを引出す運転を長時間続けていると、イオン源の引出電極系を構成する複数枚の電極やイオン源を構成するプラズマ生成容器の内部に堆積物が付着する。これを放置しておくと、電極間で異常放電を引き起こしてしまう。

電極間での異常放電の発生により、引出電極系を構成する各電極に接続された電源に過電流が流れ、電源の出力電圧が低下してしまう。通常、電源は所望されるエネルギーや形状のイオンビームを引出すために、その出力電圧は所定の値に設定されているが、電源の出力電圧が低下した場合、引出電極系により引出されるイオンビームの形状が所望のものとは異なった形状となり、各電極にその多くが衝突してしまう。

このような電極へのイオンビームの衝突の結果、電極にはイオンビームによる電流が流れてしまい、自然には電源の出力電圧を元の状態に戻すことが困難であった。そこで従来では、特許文献１や特許文献２で述べられているように電極間での異常放電をトリガーにして、イオンビームのもととなるプラズマの生成を減らす、あるいは、停止して、基板へのイオンビームの照射を停止させることが行われていた。

特開平６−２３１７１０ 特表２００９−５３０７９２

基板へのイオン注入処理中に異常放電が発生した際、基板に照射されているイオンビームのビーム電流は瞬時的にはほぼゼロの状態になる。この時、基板上にはイオンビームが照射されていない為、基板が注入不良になってしまう問題がある。特に、特許文献１や特許文献２に記載のスポット状のイオンビームと基板の両方を走査する方式のイオン注入装置では、このような問題が頻繁に発生していた。

通常、スポット状のイオンビームの走査速度は、基板の走査速度に比べて数百倍速い。また、イオンビームの走査方向に対して、基板をこれと直交する方向に走査させている。さらに、イオンビームの走査と基板の走査を同時に行って、相対的な位置関係を変化させながら、基板へのイオン注入処理が行われている。このような構成である為、基板の一端から他端にかけてイオン注入処理が行われる際、途中でイオンビームの照射が少しでも停止されると、基板面内にイオンビームが全く照射されない領域が容易に形成されてしまう。

一方で、同じイオン注入装置でも基板のみを走査して、基板へのイオン注入処理を行うイオン注入装置では、上述したイオンビームが基板に照射されないという問題が頻繁には発生しない。このようなイオン注入装置の具体例としては、基板の一辺よりも長いリボン状のイオンビームを用いて、基板がイオンビームを横切るように走査させる方式のイオン注入装置がある。

リボン状のイオンビームを用いたイオン注入装置では、基板のみを走査させている為に、イオンビームと基板の両方を走査させる場合に比べて、基板とイオンビームの相対的な位置関係の変化が緩やかになる。また、基板の走査速度はイオンビームの走査速度よりも十分に遅い。この為、基板にイオンビームが照射されていない時間が少々あったとしても、基板面内にイオンビームが全く照射されない領域が形成されることは稀となる。

しかしながら、特許文献１や特許文献２には、リボン状のイオンビームを用いて基板へのイオン注入処理を行うイオン注入装置に対して、異常放電が発生した時に具体的にどのような処理をするのが適当なのかが何ら開示されていなかった。

そこで、本発明ではリボンビームを用いて基板へのイオン注入処理を行うイオン注入装置において、異常放電発生時の具体的な処理を提供することを主たる目的とする。

イオン注入装置は、一方向において、基板よりも長い寸法を有するリボン状のイオンビームに対して、前記イオンビームと交差する方向に基板を走査させることで、前記基板の全面にイオン注入を実施して、前記基板へのイオン注入処理中に前記イオンビームが所望する特性を充足しなくなった際、前記基板へのイオンビームの照射を停止させる機能を有したイオン注入装置であって、前記基板のイオンビームの照射が停止されている間、前記基板の走査を継続させているとともに、前記基板の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、前記基板へのイオン注入処理が停止されている時間をＴ、前記イオンビームが停止している間に前記基板が搬送されている速度をＶとした場合、Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に、前記基板へのイオン注入処理を継続して行わせる制御装置を備えている。

特許文献１や特許文献２に挙げられているようなスポット状のイオンビームを高速（基板の走査速度の数百倍程度）に走査させながら、基板をイオンビームの走査方向に直交する方向に走査させる方式のイオン注入装置では、イオンビームと基板の両方を同時に移動させて、互いの相対的な位置関係を変化させるように構成されているので、基板の一端から他端にかけてイオン注入処理が行われる際、途中でイオンビームの照射が少しでも停止されると、基板面内にイオンビームが全く照射されない領域が容易に形成されてしまう。これは、上述の関係式で言うところのＶ×Ｔに相当するファクターがとてつもなく大きくなってしまうからである。

これに対して、リボン状のイオンビームを用いて基板へのイオン注入を行う装置では、基板が処理される処理室内でのイオンビームの位置が固定されている状態で、基板のみを走査することで基板の全面にイオン注入処理が行われている。特許文献１や特許文献２に記載のイオン注入装置の構成に比べて、イオンビームと基板との相対的な位置関係は、時間的には大きく変化しない。よって、異常放電発生時に瞬時的に基板へのイオンビームの照射が停止されたとしても、よほどのことがない限り、基板面内にイオン注入が全くなされてない領域が形成されるということにはならない。

本発明では、このようなリボン状のイオンビームを用いたイオン注入装置特有の事情を考慮して、基板の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、基板へのイオン注入処理が停止されている時間をＴ、イオンビームが停止している間に基板が搬送されている速度をＶとして、Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に、基板へのイオン注入処理を継続して行わせるように構成している。

また、前記制御装置は、Ｚ≦Ｖ×Ｔの場合にエラー信号を発生させるように構成しておくことが望ましい。

Ｚ≦Ｖ×Ｔの関係式を満たす場合、基板は注入不良を起こしている可能性が高い。このような構成にしておくと、エラー信号に応じて、イオン注入装置の運転状態を切り替えることができる。例えば、エラー信号の発生に応じて、イオン注入装置を停止させて装置のメンテナンス作業を行うといったことが可能となる。

具体的には、前記基板はガラス基板であって、前記イオン注入処理はソース・ドレイン領域へのイオン注入処理であればよい。

ガラス基板上に形成されるＴＦＴ素子のソース・ドレイン領域へのイオン注入処理では、注入されるドーズ量が多少多めであっても、素子の特性に影響を与えないということが従来から知られている。このような領域に対するドーズ量は、多少多めになるように設定されている場合が多いので、基板へのイオンビームの照射がなされていない期間が少々あったとしても、基板が注入不良になることはない。よって、上述した関係式（Ｚ＞Ｖ×ＴやＺ≦Ｖ×Ｔ）は、このようなガラス基板のソース・ドレイン領域へのイオン注入処理時に用いられることが適している。

前記所定距離Ｚは、前記基板が走査される方向における前記イオンビームの寸法Ｗに関連して決定されるようにしておくことが望ましい。

前記基板が走査される方向におけるイオンビームの寸法Ｗが、基板へのイオンビームの照射が停止されている期間に基板が走査される距離（Ｖ×Ｔ）と同じか、これよりも小さい場合、基板面内に注入されるドーズ量が極端に少ない領域やイオンビームが全く照射されずにドーズ量がゼロになってしまう領域が現れる。このような理由から、イオンビームの寸法Ｗは、基板の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚを決定する重要なファクターになるので、このファクターに関連して、所定距離Ｚを決定するようにしておく。

また、イオンビームが所望する特性を充足しなくなったことを検出する具体的な手法としては、前記基板へのイオン注入処理中、前記引出電極系に流れる電流値、前記引出電極系に接続された抵抗の両端電圧の値、前記イオンビームの輸送経路上で計測されたイオンビーム電流値、前記基板が配置される処理室内で計測されたイオンビーム電流値の少なくともいずれか一つを計測することで、前記イオンビームの特性が所望する状態にあるかどうかの判定がなされるようにしておくことが望ましい。

さらに、前記制御装置から生成された前記エラー信号に基づいて、前記基板を所定位置まで走査させるようにしておくことが望ましい。

このような構成にしておけば、エラー信号をトリガーにして、基板を所定位置まで走査させておくことができる。所定位置まで走査させておくと、イオン注入装置のメンテナンスを行った後で、基板を搬送する搬送機構に新たな基板を載せかえるといった操作を手早く行うことができる。また、早期にイオン注入装置のメンテナンスを行いたい要望があったとしても、基板の走査を即座に停止させると、搬送機構から基板が脱落してしまう恐れや基板に負荷がかかってしまって、基板が破損してしまう恐れもある。その為、搬送機構からの基板の脱落等が起きないような減速領域を持たせるように基板を所定距離だけ走査するように構成しておくようにしてもよい。

一方で、イオン注入装置の運転方法としては、一方向において、基板よりも長い寸法を有するリボン状のイオンビームに対して、前記イオンビームと交差する方向に基板を走査させることで、前記基板の全面にイオン注入を実施して、前記基板へのイオン注入処理中に前記イオンビームが所望する特性を充足しなくなった際、前記基板へのイオンビームの照射を停止させるイオン注入処理方法であって、前記基板へのイオンビームの照射が停止されている間、前記基板の走査を継続させているとともに、前記基板の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、前記基板へのイオン注入処理が停止する時間をＴ、イオンビームが停止している間に基板が搬送されている速度をＶとして、Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に、前記基板へのイオン注入処理を継続させるように構成しておく。

リボン状のイオンビームを用いたイオン注入装置特有の事情を考慮して、基板の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、基板へのイオン注入処理が停止されている時間をＴ、イオンビームが停止している間に基板が搬送されている速度をＶとして、Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に基板へのイオン注入処理を継続させるように構成した。これにより、異常放電発生時にリボン状のイオンビームを用いたイオン注入装置での適切な対応が可能となる。

本発明が適用される第１のイオン注入装置ＩＭ１の平面図を表す。 イオンビームと基板との相対的な位置関係が変化する間に、イオンビームの基板への照射が一時的に停止される例を表す。 イオンビームと基板との相対的な位置関係が変化する間に、イオンビームの基板への照射が一時的に停止される別の例を表す。 本発明が適用される第２のイオン注入装置ＩＭ２の平面図を表す。 本発明が適用される第３のイオン注入装置ＩＭ３の平面図を表す。 本発明が適用される第４のイオン注入装置ＩＭ４の平面図を表す。 本発明が適用される第５のイオン注入装置ＩＭ５の平面図を表す。 本発明が適用される第６のイオン注入装置ＩＭ６の平面図を表す。

以下、本発明に係るイオンビーム照射装置とその運転方法に関し、図面を参照して説明する。

図１には、本発明が適用される第１のイオン注入装置ＩＭ１の平面図が記載されている。このイオン注入装置ＩＭ１の全体の構成について、簡単に説明する。なお、図示されるＸＹＺ軸の方向は、互いに直交しており、この関係については後述する別の図においても同じである。

プラズマ生成容器１は、図示されるＸ軸方向の寸法に比べてＹ軸方向の寸法が長い、略立方体状の容器で、ガスボンベ９から容器内にプロセスガス（ＢＦ３やＰＨ３等）の供給が行われる。また、プラズマ生成容器１の電位は加速電源Ｖaccによって、所定の電位に固定されている。さらに、プラズマ生成容器１内には、陰極Ｆが導入されていて、アーク電源Ｖarcによって、陰極Ｆとプラズマ生成容器１との間には所定の電位差が設定されている。なお、陰極Ｆとプラズマ生成容器１との間には、図示されない絶縁体が設けられており、この絶縁体によって両部材間は電気的に離間している。

陰極Ｆの両端には陰極電源Ｖfが接続されていて、この電源により加熱された陰極Ｆから熱電子が放出される。この熱電子がガスボンベ９から供給されたプロセスガスに衝突すると、プロセスガスが電離して、プラズマＰが生成される。また、陰極電源Ｖfとアーク電源Ｖarcとの間の電気回路は、後述するスイッチＳＷによって切り替えられるように構成されている。

プラズマ生成容器１のＺ軸方向側の面には開口が形成されていて、プラズマＰからリボン状のイオンビーム３（この例では、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向の寸法が長いイオンビーム）を引出す為の引出電極系２が配置されている。引出電極系２は複数の電極から構成されていて、例えば、図１に記載されているように４枚の電極から構成されている。プラズマ生成容器１側から、加速電極２a、引出電極２b、抑制電極２c、接地電極２dが順に並べられていて、各電極は互いに電気的に離間している。これらの電極には、イオンビーム３を通過させる為の複数の丸孔や複数のスリット、あるいは、単一のスリットが形成されている。

この例では、加速電極２aは陰極Ｆと同電位であり、接地電極２dは電気的に接地されている。また、抑制電極２cには、イオンビーム３が引出されるＺ軸方向の側からプラズマ生成容器１側への電子の流入を防止する為に、電極に負電圧を印加する抑制電源Ｖsupが接続されている。

引出電極２bは、抵抗R1、抵抗R2、引出電源Ｖextを介して、プラズマ生成容器１に接続されている。また、抵抗R2の両端には、抵抗R3とコイルLが並列接続されている。

引出電極系２で異常放電が発生した際、引出電極２bにイオンビーム３が衝突して、過電流が流れる。この例では、抵抗R2の両端での電位差が大きくなり、コイルＬが作動して、スイッチＳＷによる電気回路の切り替えが行われる。スイッチＳＷは、通常、陰極電源Ｖfとアーク電源Ｖarcを直接接続するように電気回路を構成していて、異常放電を検出した際に、陰極電源Ｖfとアーク電源Ｖarcの間に抵抗R4が接続されるように電気回路を構成する。

このようなリレー回路４０を設けておくことで、異常放電発生時に、自動的に、かつ、瞬時的に陰極Ｆとプラズマ生成容器１との電位差を低くして、プラズマＰの密度を小さなものにすることができる。その結果、プラズマ生成容器１からのイオンビーム３の引出しを停止させることができる。

引出電極系２から引出されたイオンビーム３は、分析電磁石１０と分析スリット１１によって、質量分析された後、処理室５内に入射する。

基板４は、処理室５の外側にあるカセット７から搬送ロボット８により真空予備室６内に搬送される。真空予備室６に基板４が搬送されると、図示されないポンプによって真空引きされて真空予備室６内の雰囲気が大気から真空に変化する。そして、所定の真空度に達した後、真空予備室６の処理室５側の扉が開き、処理室５内に基板４が搬送される。なお、真空予備室６を真空引きする際、真空予備室６の大気側（カセット７が配置されている側）の扉は閉められている。

処理室５内に搬送された基板４は、図示されない回転機構によって、イオンビーム３による被照射面がおおよそＹ軸方向に平行となるように、その姿勢が変更される。その後、図示されない搬送機構によって、Ｘ軸方向に沿って、基板４の走査が行われる。なお、基板４の走査の際、イオンビーム３を基板４が横切る回数は１回でもいいし、複数回であってもよい。また、基板４の走査の方向は、Ｘ軸方向でなくてもよい。つまり、イオンビーム３の進行方向であるＺ軸方向と交差するような方向であって、基板４の走査によって、基板４の全面にイオン注入がなされるような方向であればどのようなものであっても構わない。

図示されているように、Ｙ軸方向において、基板４の寸法はイオンビーム３の寸法よりも長いので、Ｘ軸方向に基板４が走査されることで、基板４の全面にイオン注入が行われる。基板４へのイオン注入処理後、基板４は処理室５内に搬送された経路と逆の経路を辿り、カセット７内に収納される。

処理室５には、イオンビーム電流計測器１２が設けられていて、これは基板４へのイオンビーム３の照射前に、イオンビーム３が所望する特性を有するものであるかを確認する際に用いられる。

このようなリボン状のイオンビーム３を用いて、基板４へのイオン注入処理を行うイオン注入装置ＩＭ１において、本発明ではイオン注入処理中に、イオンビーム３が所望する特性を充足しなくなった際、次のようにして処理が行われる。

まず、引出電極系２で異常放電が発生した際、リレー回路４０が作動し、電気回路の切り替えが行われる。その後、引出されるイオンビーム３の量が少なくなるので、抵抗R2の両端での電位差が低くなって、リレー回路４０のスイッチＳＷが電気回路を元の状態（陰極電源Ｖfとアーク電源Ｖarcを直接接続している状態）に切り替える。

このような切り替えに関する情報は、制御装置２０に信号Ｓ２として送信される。そして、信号Ｓ２を受信した制御装置２０は、基板４へのイオンビーム３の照射が停止されている時間Ｔを算出する。なお、スイッチＳＷによって電気回路が異常放電用の回路に切り換えられている時間を時間Ｔとすることが考えられるが、次のようにしておいてもいい。

電気回路の切り替えが行われてから、少し遅れてイオンビーム３の出力が停止されたり、通常の状態に戻ったりすることが考えられる。その為、電気回路を異常放電用の回路に切り替えからイオンビーム３の出力が停止して基板４へのイオンビーム３照射がなされなくなるまでの時間や電気回路を通常用の回路に切り替えてからイオンビーム３の出力が復旧して基板４への正常なイオンビーム３の照射がなされるまでの時間を、予め実験等により計測しておき、このような時間とスイッチＳＷによって電気回路が異常放電用の回路に切り換えられている時間を考慮した上で、時間Ｔを算出するようにしてもよい。

一方、リレー回路４０からの信号Ｓ２の受信に前後して、制御装置２０は、異常放電時における基板４の走査速度Ｖを算出する。この例では、制御装置２０は、処理室５内の基板４の走査を制御しているので、異常放電時における基板４の走査速度Ｖの算出にあたっては、異常放電時の基板４の走査速度がそのまま使用される。

基板４の走査速度としては、定速である場合と変速である場合が考えられる。通常時と異常放電時を通して、常に一定である場合には、その速度のデータをそのまま異常放電時の基板４の走査速度Ｖとして使用すればいい。一方で、変速である場合には、基板４へのイオンビーム３の照射が停止されてから復旧するまでの期間の平均速度を算出して、これを異常放電時における基板４の走査速度Ｖとして使用すればいい。また、別の制御装置で基板４の走査を行っている場合には、例えば、リレー回路４０からの信号Ｓ２を受信した制御装置２０が別の制御装置に読み出し信号を送信し、この読み出し信号に基づいて、別の制御装置から制御装置２０に基板４の走査情報を送信するように構成しておけばいい。

基板４に形成された半導体デバイスにイオン注入処理を行う際、求められる半導体デバイスの特性によって、基板面内で許容される注入量が異なる。また、イオン注入処理中の基板４の走査速度やイオンビーム電流によって、基板４がイオンビーム３を横切る際に、基板面内にどれだけのイオンが注入されるのかが変わってくる。

被処理対象にする半導体デバイスで許容される注入量やイオン注入装置の構成を考慮して、基板４に対してイオンビームが照射されていない幅がどれぐらいであれば、基板４が注入不良となるのかを予め試算しておく。この幅のことを、本発明では基板の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚと呼んでいて、この情報を予め制御装置２０内に記憶させている。

制御装置２０では、異常放電時における基板４の走査速度Ｖ、基板４へのイオンビーム３の照射が停止されている時間Ｔ、基板の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚを基にして、Ｚ＞Ｖ×ＴあるいはＺ≦Ｖ×Ｔのいずれを満たすかの判定が行われる。

制御装置２０による判定の結果、Ｚ＞Ｖ×Ｔであると判定されると、基板へのイオン注入処理を継続させる。一方で、Ｚ≦Ｖ×Ｔであると判定されると、制御装置２０はエラー信号Ｓ３を発生する。このエラー信号Ｓ３を利用して、次のような処理が考えられる。

図１の例のように、ユーザーインターフェースとして設けられたパソコンのＣＲＴ２１に、エラー信号Ｓ３を送信し、ＣＲＴ２１の画面上にエラーメッセージが表示されるようにしておいてもいい。また、現在処理中の基板４が注入不良になったので、次の基板も注入不良となる可能性が高いので、イオン注入装置の運転を停止させて、異常放電の原因を取り除くようにしておいてもいい。異常放電の原因を取り除く場合、次の基板へのイオン注入処理に先駆けて、イオン注入装置を運転状態にさせておきながら、引出電極系２のクリーニングを行うように構成しておいてもいい。

リボン状のイオンビーム３を用いて基板４へのイオン注入を行う装置ＩＭ１では、基板４が処理される処理室５内でのイオンビーム３の位置が固定されている状態で、基板４のみを走査することで基板４の全面にイオン注入処理が行われている。特許文献１や特許文献２に記載のイオン注入装置の構成に比べて、イオンビームと基板との相対的な位置関係は、時間的には大きく変化しない。よって、異常放電発生時に瞬時的に基板へのイオンビームの照射が停止されたとしても、よほどのことがない限り、基板面内にイオン注入が全くなされてない領域が形成されるということにはならない。

このようなリボン状のイオンビームを用いたイオン注入装置特有の事情を考慮して、基板の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、基板へのイオン注入処理が停止されている時間をＴ、イオンビームが停止している間に基板が搬送されている速度をＶとして、Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に基板へのイオン注入処理を継続させるように構成した。これにより、異常放電発生時にリボン状のイオンビームを用いたイオン注入装置での適切な対応が可能となる。

また、制御装置２０でＺ≦Ｖ×Ｔの場合にエラー信号を発生させるようにしているので、基板の注入不良に即座に対応できる。なお、リレー回路４０からの信号Ｓ２をトリガーにして、基板４が異常放電から復旧するまでにどれだけの距離進んだかを算出しておき、この距離の値と基板の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚとを比較して、判断するようにしてもよい。

図２と図３には、イオンビーム３と基板４との相対的な位置関係が変化する間に、イオンビーム３の基板４への照射が一時的に停止される例が記載されている。これらの図は、図１の処理室５内をＺ軸方向から視たときの様子である。これらの図を基に、リボン状のイオンビーム３を用いたイオン注入装置で、基板上に形成されるドーズ量分布（注入量分布）がどのようなものになるのかについて、説明する。

図２（Ａ）〜（Ｆ）には、基板４がイオンビーム３と交差する方向に、紙面左から右側にかけて走査される様子が描かれている。これらの図には、基板４とイオンビーム３の相対的な位置関係を表すスケールと基板面内のドーズ量分布を表すスケールが記載されている。位置関係を表すスケールでは、原点を、基板４の走査が開始される際に基板４の左側端部が位置する場所にし、点Ｅをイオンビーム３の右側の端部にしている。また、ドーズ量分布を表すスケールでは、横軸を基板面内での位置に、縦軸をドーズ量の値にしている。図２の例では、基板４の走査が開始される位置で、基板４の右端がイオンビーム３に接しているように描かれているが、これは説明を簡略化するために描かれた図であって、走査の開始時には、もちろん基板４の右端がイオンビーム３から十分に離れていてもいい。

図２（Ａ）で、基板４の走査が開始される。図２（Ｂ）で、基板４にイオンビーム３が照射され始める。これにより、イオンビーム３が照射された基板４の一部にイオンが注入される。この様子が、同図のドーズ量分布を表すスケールに描かれている。ここに記載のドーズ量分布は、斜めの分布になっているが、これは基板４の右端部分ほどイオンビーム３が長い時間に亘って照射されている為である。

図２（Ｃ）の段階になると、基板４の右端部分はイオンビーム３を完全に横切った状態にある。その為、同図のドーズ量分布に描かれているように、基板４の右端部分でのドーズ量は一定の値となる。

図２（Ｄ）では、図２（Ｃ）で基板４へのイオン注入処理が行われている間に、異常放電の影響を受けて、基板４へのイオンビーム３の照射が停止された時の様子が描かれている。

その後、図２（Ｅ）で、基板４へのイオンビーム３の照射が再開される。この時、領域Ｋとして記載されている基板４の部分は、イオンビーム３を既に横切っている状態ではあるが、イオンビーム３の照射が一時的に停止されていたこともあり、同図のドーズ量分布を見ればわかるように、一定の値になっていない。

図２（Ｆ）では、基板４がイオンビーム３を完全に横切っている。通常であれば、基板面内でのドーズ量分布は一定の値になるところではあるが、異常放電によって基板４へのイオンビーム３の照射が停止されていた期間があるので、基板４に領域Ｌとして記載されている部分では、ドーズ量が他の領域に比べて少なくなっている。なお、この例では、基板４が走査される方向から視たときの領域Ｋの寸法は、同方向におけるイオンビーム３の寸法Ｗよりも十分に小さいので、基板面内でドーズ量がゼロとなる領域は現れていない。

図３（Ａ）〜（Ｄ）には、基板４へのイオンビーム３の照射が停止された間に、基板４が走査された距離に相当する領域Ｋの寸法が、イオンビーム３の寸法Ｗよりも十分に大きい場合の例が記載されている。各図に記載されているスケールは、図２で説明したものと同じである。

図３（Ａ）は、基板４へのイオンビーム３の照射が開始されている状態を表している。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に描かれている次の瞬間に、異常放電により基板４へのイオンビーム３の照射が停止された状態を表している。図３（Ｃ）は、異常放電から復旧し、基板４へのイオンビーム３の照射が再開された状態を表している。図３（Ｄ）は、基板４がイオンビーム３を完全に横切った時の状態を表している。

図３（Ｄ）に記載されているように、領域Ｋの寸法がイオンビーム３の寸法Ｗよりも十分に大きい場合、基板４上の領域Ｋにはイオンビーム３が全く照射されていない領域が現れる。こうなると、基板４は完全に注入不良となる。また、基板４が走査された距離に相当する領域Ｋの寸法が、基板４が走査される方向から視たときのイオンビーム３の寸法Ｗと同じ場合であっても、ドーズ量が均一でない領域Ｌの少なくとも一部でドーズ量が極端に少なくなり、基板４の注入不良を起こす可能性が極めて高くなる。

このことから、基板４が注入不良になる可能性を低くするには、領域Ｋの寸法がイオンビーム３の寸法Ｗよりも小さくなるようにしておくことが望まれる。また、領域Ｋは、基板４へのイオン注入処理が停止されている時間Ｔとイオンビーム３が停止している間に基板４が搬送されている速度Ｖの積に等しいので、基板４の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚをイオンビームの寸法Ｗにしておくことが考えられる。

一方で、イオンビームの寸法Ｗそのものを基板４の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚにするのではなく、基板４の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚをイオンビーム３の寸法Ｗの半分に設定する等しておいてもいい。その他、基板４の注入不良に関連して決まる所定距離Ｚを別の取り決め方にて決定してもいいが、上述したようにイオンビーム３の寸法Ｗは基板４が注入不良になるかどうかを判定する為の重要なファクターとなるので、所定距離Ｚを基板が走査される方向におけるイオンビーム３の寸法Ｗに関連して決定されるようにしておくことが望まれる。

ガラス基板上に形成されるＴＦＴ素子のソース・ドレイン領域へのイオン注入処理では、注入されるドーズ量が多少多めであっても、素子の特性に影響を与えないということが従来から知られている。このような領域に対するドーズ量は、多少多めになるように設定されていることが多いので、基板へのイオンビームの照射がなされない期間が少々あったとしても、それほどイオン注入処理に影響を及ぼさない。よって、これまでに述べた関係式は、特に、ガラス基板のソース・ドレイン領域へのイオン注入処理時に用いられることが適している。

＜その他の実施例＞
図１に記載のイオン注入装置ＩＭ１に代えて、図４〜８に記載のイオン注入装置ＩＭ２〜６を用いてもいい。これらの図に記載の番号で、図１と重複する番号が使用されているものについては、図１で説明したものとほぼ同一の機能を奏するものであるため、その詳細な説明は割愛し、以下では図１の構成との相違点についての説明に留める。

図４に記載のイオン注入装置ＩＭ２では、異常放電の発生を検出する為に、引出電源Ｖextに電流計２３が直列に接続されている。この電流計２３からの出力は、信号Ｓ２として制御装置２０に送信されるように構成されていて、信号Ｓ２を基に引出電極２bに過電流が流れていると制御装置２０が判定した場合には、アーク電源Ｖarcの出力電圧を低下させる為の信号Ｓ４を送信するように構成されている。

また、プラズマ生成容器１と加速電極２aとの間には、両極性のバイアス電源Ｖbiasが接続されている。このバイアス電源Ｖbiasは、引出電極系２で引出されるイオンビーム３中に含まれる特定のイオンの比率を増加させる為に使用される。例えば、プラズマ生成容器１内に供給されるプロセスガスがＰＨ３で、イオンビーム３中に含まれるＰＨx^＋イオンの比率を増加させる場合には、加速電極２aに−３０Ｖ程度の電圧が印加されるように構成されている。

図５に記載のイオン注入装置ＩＭ３では、電流計２３で過電流が検出された後に、制御装置２０から信号Ｓ４が質量分析電磁石１０に送信されて、質量分析電磁石１０内の磁束密度が変更される。この磁束密度の変更によって、例えば、質量分析電磁石１０を通過するイオンビーム３を、その下流に配置された分析スリット１１に衝突させて、基板４にイオンビーム３が照射されないように構成しておくことが考えられる。

図６に記載のイオン注入装置ＩＭ４では、分析スリット１１の一端にイオンビーム電流計測器３０が設けられている。このイオンビーム電流計測器３０は、基板４へのイオン注入処理中に、そこを通過するイオンビーム３のイオンビーム電流を常にモニターするためのものである。モニター結果は、信号Ｓ２として、制御装置２０に送信される。異常放電が発生した場合、イオンビーム３のイオンビーム電流は変動する。例えば、変動量が大きく、イオンビーム電流の値が所定の基準値を下回った場合に、制御装置２０がアーク電源Ｖarcの出力電圧を低下させるように構成されている。なお、このようなイオンビーム電流計測器３０の代わりに、基板４にイオンビーム３が照射されている間に、その一部を計測できのであれば、処理室５内に設けられたイオンビーム電流計測器１２を用いるようにしてもよい。

図７に記載のイオン注入装置ＩＭ５では、引出電極２bに接続された抵抗R1の両端の電位差を計測する為の電圧計２４が設けられていて、電圧計２４での計測結果は、信号Ｓ２として制御装置２０に送信されるように構成されている。電圧計２４での計測結果が所定の基準値を上回った場合に、制御装置２０がアーク電源Ｖarcの出力電圧を低下させるように構成されている。ここでは、引出電極２bに接続された抵抗R1の両端を電圧計２４で計測するように構成しているが、引出電極系２を構成している他の電極（例えば、加速電極２aや抑制電極２c）であってもよい。引出電極２bにしている理由は、異常放電時にイオンビーム３が引出電極２bに衝突する可能性が高い為である。

図１、図４〜７の例では、制御装置２０はエラー信号をＣＲＴ２１に送信するものであったが、これに代えて、図８の例のように、制御装置２０でのエラー信号の生成をトリガーにして、基板４の搬送機構に信号Ｓ３を送信し、基板４の走査を停止させるようにしてもよい。基板４の走査を停止させる場合、急に停止させると、基板４への負荷が大きくなってしまい、基板の種類によっては、基板が破損したり、基板が搬送機構から脱落したりすることが考えられる。この為、基板の走査速度を徐々に減速させることのできる減速領域を設けるように構成しておくことが望ましい。

また、異常放電の発生によって、基板の注入不良が発生した場合、注入不良となった基板を取り除かなければならない。この場合、次に処理すべき基板との交換も必要となるので、基板の搬送機構を、基板交換ができる所定位置に戻しておくことが必要となる。

このような事項を考慮して、制御装置２０から送信されたエラー信号に基づいて、基板４を所定位置まで走査させるように構成しておくことが望ましい。

前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。

１・・・プラズマ生成容器
２・・・引出電極系
３・・・イオンビーム
４・・・基板
５・・・処理室
６・・・真空予備室
２０・・・制御装置
４０・・・リレー回路

Claims (7)

1. 一方向において、基板よりも長い寸法を有するリボン状のイオンビームに対して、前記イオンビームと交差する方向に基板を走査させることで、前記基板の全面にイオン注入を実施して、前記基板へのイオン注入処理中に前記イオンビームが所望する特性を充足しなくなった際、前記基板へのイオンビームの照射を停止させる機能を有したイオン注入装置であって、
   前記基板へのイオンビームの照射が停止されている間、前記基板の走査を継続させているとともに、
   前記基板の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、
   前記基板へのイオン注入処理が停止されている時間をＴ、
   前記イオンビームが停止している間に前記基板が搬送されている速度をＶとして、
   Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に、前記基板へのイオン注入処理を継続して行わせる制御装置を備えたイオン注入装置。
2. 前記制御装置は、Ｚ≦Ｖ×Ｔの場合にエラー信号を発生させる請求項１記載のイオン注入装置。
3. 前記基板はガラス基板であって、前記イオン注入処理はソース・ドレイン領域へのイオン注入処理である請求項１または２記載のイオン注入装置。
4. 記所定距離Ｚは、前記基板が走査される方向における前記イオンビームの寸法Ｗに関連して決定される請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン注入装置。
5. 前記基板へのイオン注入処理中、前記引出電極系に流れる電流値、前記引出電極系に接続された抵抗の両端電圧の値、前記イオンビームの輸送経路上で計測されたイオンビーム電流値、前記基板が配置される処理室内で計測されたイオンビーム電流値の少なくともいずれか一つを計測することで、前記イオンビームの特性が所望する状態にあるかどうかの判定がなされる請求項１乃至４のいずれかに記載のイオン注入装置。
6. 前記制御装置から生成された前記エラー信号に基づいて、前記基板を所定位置まで走査させる請求項２乃至５のいずれかに記載のイオン注入装置。
7. 一方向において、基板よりも長い寸法を有するリボン状のイオンビームに対して、前記イオンビームと交差する方向に基板を走査させることで、前記基板の全面にイオン注入を実施して、前記基板へのイオン注入処理中に前記イオンビームが所望する特性を充足しなくなった際、前記基板へのイオンビームの照射を停止させるイオン注入処理方法であって、
   前記基板へのイオンビームの照射が停止されている間、前記基板の走査を継続させているとともに、
   前記基板の注入不良に関連して決まる所定距離をＺ、
   前記基板へのイオン注入処理が停止する時間をＴ、
   イオンビームが停止している間に基板が搬送されている速度をＶとした場合、
   Ｚ＞Ｖ×Ｔの場合に、前記基板へのイオン注入処理を継続させるイオン注入装置の運転方法。

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