JP2014137899A - 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】イオンビーム抜けによる基板面内での不均一なドーズ量分布とイオン注入装置の生産性を改善する。
【解決手段】プラズマ生成容器１と、複数枚の電極から構成されて、プラズマ生成容器１からリボン状のイオンビーム３を引出す引出電極系２と、基板４が処理される処理室５と、を備え、処理室５内で基板４をイオンビーム３の進行方向と交差する方向に走査することで、基板４の全面にイオンビーム３を照射するイオン注入装置であって、基板４へのイオン注入処理中に、引出電極系２での異常放電を検出するとともに、当該異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、基板４の走査速度を減速させる制御装置２０を備えている。
【選択図】 図４

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引出電極系で発生した異常放電によって、基板面内に形成された不均一なドーズ量分布を改善する機能を備えたイオン注入装置および当該イオン注入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となる。この為、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、基板に照射されるイオンビームのイオンビーム電流を通常のイオン注入処理時に用いられるものから減らしたり、基板へのイオンビームの照射を停止させたりすることが行われていた。また、基板へのイオンビームの照射を停止させる場合、プラズマの生成を完全に停止させずに、イオン注入装置を構成するビームラインコンポーネントのパラメータを操作して、イオンビームの軌道を変更することで、基板へのイオンビームの照射を停止させるということも行われていた。

イオン注入処理中に基板に照射されるイオンビームのイオンビーム電流を減らしたり、基板へのイオンビームの照射を停止させたりすると、基板上にイオンビームが照射されていない部分やイオンビームが照射されているものの、所望するイオンビーム電流よりも小さいイオンビーム電流のイオンビームが照射される部分（両部分のことを、ここではイオンビーム抜け部分と呼ぶ）が発生して、基板面内でのドーズ量分布が不均一になる。このようなドーズ量分布の不均一性を改善する為に、従来では特許文献１で述べられている技術が用いられていた。

特許文献１に記載のイオン注入装置は、リボン状のイオンビームの長手方向と直交する方向に基板を走査する方式のイオン注入装置で、基板がイオンビームを横切ることで、基板の全面にイオンビームが照射される方式のイオン注入装置である。特許文献１では、引出電極系での異常放電の発生によって生じるイオンビーム抜けを補償する為に、通常の基板走査に続けて、特別な基板走査が行われている。この特別な基板走査において、イオン注入装置は次のようにして制御される。

通常の基板走査時に正常にイオンビームが照射された基板面内の場所（イオンビーム抜けがない場所）が、イオンビームの照射位置に走査されている間、イオンビームを通常の軌道から逸らすように、ビームラインコンポーネントのパラメータが操作される。この操作によって、走査中の基板へのイオンビームの照射が停止される。その後、イオンビーム抜けがある基板面内の場所が、イオンビームの照射位置に来た際に、再びビームラインコンポーネントのパラメータが操作される。この操作により、通常の軌道にイオンビームが復旧されて、基板へのイオンビームの照射が開始される。基板の走査が続く中で、イオンビーム抜けがある基板面内の場所へのイオンビームの照射が終了し、正常にイオンビームが照射された基板面内の場所が、イオンビームの照射位置に来た際に、再びイオンビームを通常の軌道から逸らすように、ビームラインコンポーネントのパラメータが操作されて、基板へのイオンビームの照射が停止される。

特表２００８−５３６３０９

特許文献１に記載の技術では、イオンビーム抜けに対する補償は出来るものの、特別な基板走査が必要になるので、基板を走査する回数が多くなる。基板の走査回数が増えると、１枚の基板を処理するのに要する時間が余計にかかってしまい、イオン注入装置の生産性が低下する。

また、通常、基板の受け渡しは特定の場所で行われる。具体的には、イオンビームを横切るように基板を走査させる場合、基板の受け渡し場所は、イオンビームを横切る前か、イオンビームを横切った後のいずれかの場所になる。しかしながら、イオンビーム抜けを補償するための特別な基板走査を行うと、本来の基板の受け渡し場所とは異なる場所で、基板へのイオン注入処理が終了してしまう恐れがある。

例えば、イオンビームを横切る回数が偶数回のときに、基板へのイオン注入の終了時に、受け渡し場所に基板が戻る構成のイオン注入装置の場合に、特別な基板走査が奇数回行われたとする。この場合、基板へのイオン注入処理が終了した時に、基板はイオンビームを挟んで受け渡し位置とは反対側の場所に位置することになる。そうすると、処理済みの基板を受け渡し場所に戻す為の余計な基板走査が必要になってしまう。この結果、さらにイオン注入装置の生産性が低下してしまう。

そこで、本発明ではイオンビーム抜けによる基板面内での不均一なドーズ量分布とイオン注入装置の生産性が改善されたイオン注入装置およびイオン注入装置の運転方法を提供することを主たる目的とする。

本発明のイオン注入装置は、プラズマ生成容器と、複数枚の電極から構成されて、前記プラズマ生成容器からリボン状のイオンビームを引出す引出電極系と、基板が処理される処理室と、を備え、前記処理室内で前記基板を前記イオンビームの進行方向と交差する方向に走査することで、前記基板の全面にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、前記基板へのイオン注入処理中に、前記引出電極系での異常放電を検出するとともに、当該異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、前記基板の走査速度を減速させる制御装置を備えている。

異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、基板の走査速度を減速させるように構成しているので、イオンビーム抜けによる影響を小さくすることができ、イオンビーム抜けによる基板面内のドーズ量分布の不均一性を改善することができる。また、特許文献１のようなイオンビーム抜けを補償するための特別な基板走査が必要ないので、その分、イオン注入装置の生産性を改善することができる。さらに、基板の受け渡し場所をイオンビームの基板への照射位置に対して、常に同じ側にすることができる。この点からもイオン注入装置の生産性を改善することができる。

また、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ことが望ましい。

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可能性は低い。その為、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に、本発明を適用した場合、基板の走査速度の制御をより簡単なものにすることができる。

前記制御装置は、前記基板の走査速度を減速させた後、前記基板の走査を停止させてもよい。

異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、基板の走査速度が常に減速するように、走査速度の制御を行うこともできる。ただし、このような構成では、異常放電の検出から長時間経過した場合、基板面内でのドーズ量分布が不均一なものになってしまう可能性が高い。その為、基板の走査速度を減速させた後に、基板の走査が停止されるようにしておくことが望まれる。このような構成にしておくと、異常放電の検出から長時間経過しても、減速させながら基板を走査し続ける構成に比べて、容易に基板面内でのドーズ量分布の不均一性を改善することができる。

また、前記制御装置は、前記引出電極系での異常放電を検出してからの時間を計測し、予め決められた所定時間を超える場合に、前記基板の走査を停止させるように構成しておいてもよい。

このように構成しておくと、異常放電の検出から長時間経過しても、減速させながら基板を走査し続ける構成に比べて、容易に基板面内でのドーズ量分布の不均一性を改善することができる。また、異常放電を検出してからの経過時間を計測し、これと予め実験等により求められた所定時間とを比較して、所定時間を超える場合に基板の走査を停止させるように構成しているので、実情に応じた基板の走査速度の制御を行うことができる。

さらに、前記制御装置は、前記基板の走査速度を減速させた後、一定の速度にしてもよい。

基板の走査速度を減速させ過ぎた場合、通常のイオン注入処理時の走査速度に戻すまでに時間を要することが考えられる。異常放電から復旧し、基板への正常なイオンビームの照射が再開された時、走査速度を即座に元に戻さないと、基板面内でドーズ量が多くなる領域が形成されてしまう。このような領域でのドーズ量を出来るだけ少なくして、理想とするドーズ量分布に近づける為に、基板の走査速度を所定の走査速度まで減速させた後は、一定の速度に保っておくようにしておく。

本発明のイオン注入装置の運転方法は、プラズマ生成容器と、複数枚の電極から構成されて、前記プラズマ生成容器からリボン状のイオンビームを引出す引出電極系と、 基板が処理される処理室と、を備え、前記処理室内で前記基板を前記イオンビームの進行方向と交差する方向に走査することで、前記基板の全面にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、前記基板へのイオン注入処理中に、前記引出電極系での異常放電を検出するとともに、当該異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、前記基板の走査速度を減速させる。

異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、基板の走査速度を減速させるように構成しているので、イオンビーム抜けによる影響を小さくすることができ、イオンビーム抜けによる基板面内のドーズ量分布の不均一性を改善することができる。また、特許文献１のようなイオンビーム抜けを補償するための特別な基板走査が必要ないので、その分、イオン注入装置の生産性を改善することができる。さらに、基板の受け渡し場所をイオンビームの基板への照射位置に対して、常に同じ側にすることができる。この点からもイオン注入装置の生産性を改善することができる。

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。 基板へのイオン注入処理と基板の走査速度、基板面内に形成されるドーズ量分布の関係を表す。 基板の走査速度を減速させる例を表す。 基板の走査速度を減速させる代表的な処理を表すフローチャートである。 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。

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他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ある。ガスボンベ９からこの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、この開口と対向するように、プラズマ生成容器1内のプラズマ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Ｚ軸方向側に向けて、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、引出電極２bに接続された電気回路に大電流が流れる。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との電位差を小さくして、プラズマ生成容器１内で生成されるプラズマＰの濃度を低くすることができる。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、あるいは、引出されるイオンビーム３のイオンビーム電流を小さなものにすることができる。

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、引出電極系２で異常放電が発生した際、次に説明する処理が行われる。

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の電流量が少なくなるので、抵抗R2の両端での電位差が小さくなって、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。この例では、制御装置２０は、イオン注入処理中の基板４の走査速度を制御する為の信号Ｓ１を生成する装置で、信号Ｓ２の受信により、イオン注入処理中の基板４の走査速度を減速させる。このような走査速度の減速が必要となる理由について、図２、図３を参照して説明する。

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、紙面左側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、基板面内のドーズ量分布を表すスケールが記載されている。ドーズ量分布を表すスケールでは、横軸が基板面内での位置を表し、縦軸がドーズ量の値を表している。

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への正常なイオンビーム３の照射が再開される。この時、領域Ｋで表されている基板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、領域Ｌで表される基板４の部分は、他の領域に比べてドーズ量が少なくなっている。

図２（Ｇ）には、基板の位置と基板の走査速度の関係を表す図が記載されていて、この図において、横軸は走査される基板の位置を表していて、縦軸は基板の走査速度を表している。また、基板の位置として記載されているＡ〜Ｆの各点は、図２（Ａ）〜（Ｆ）に描かれている基板４の位置にそれぞれ対応している。この例では、引出電極系２での異常放電の有無に関わらず、イオンビーム３が基板４に照射されている間、基板４の走査速度は等速である。

図２（Ｈ）には、図２（Ｆ）に記載のドーズ量分布に破線で描かれる許容範囲を付したものが記載されている。ここに記載されている許容範囲は、イオン注入処理が行われる対象物ごとに異なっている。この許容範囲（例えば、ドーズ量のバラツキが３〜５％の範囲）は、ドーズ量分布が均一であるかどうかを表すもので、基板面内のドーズ量分布がこの許容範囲内にあれば、そのドーズ量分布は均一である。

図２（Ｈ）に記載の例では、一点鎖線で囲まれているドーズ量分布の領域が、許容範囲を下回っている。許容範囲を下回る部分のドーズ量のことを、ここではアンダードーズと呼んでいる。イオンビーム抜けの影響を受けて、このアンダードーズが基板面内現れると、ドーズ量分布が不均一となって基板４が注入不良となる。

このようなドーズ量分布の不均一性を改善する為に、本発明では図１で説明したように制御装置２０を用いて、イオン注入処理中に基板４の走査速度を減速させている。具体的な減速制御について、図３を用いて説明する。

図３（Ａ）には、図２（Ｇ）と同様に、基板の位置と基板の走査速度の関係を表す図が記載されていて、この図において、横軸は走査される基板の位置を表していて、縦軸は基板の走査速度を表している。また、基板位置として記載されているＡ〜Ｆの各点は、図２（Ａ）〜（Ｆ）に記載の基板４の位置にそれぞれ対応している。この例では、引出電極系２での異常放電がなく、イオンビーム３が基板４に照射されている間は、基板４の走査速度が等速になるように制御されている。この点は、後述する図３（Ｃ）や図３（Ｅ）でも同じである。

図３（Ｂ）には、図３（Ａ）に記載の走査速度で基板４を走査した時の基板面内のドーズ量分布の様子が記載されている。なお、後述する図３（Ｄ）は図３（Ｃ）に記載の走査速度で基板４を走査した時の基板面内のドーズ量分布の様子を表していて、図３（Ｆ）は図３（Ｅ）に記載の走査速度で基板４を走査した時の基板面内のドーズ量分布の様子を表している。

図３（Ａ）に記載されているように、基板４がＤ点（図２（Ｄ）に記載される基板４の位置）にある時に、基板４の走査速度を減速させる。図２（Ｄ）は引出電極系２での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時、つまりイオンビーム抜けが発生した時である。

その後、図３（Ａ）で、基板４がＥ点（図２（Ｅ）に記載される基板４の位置）にある時に、所定速度に戻すように基板４の走査速度を加速させる。図２（Ｅ）は異常放電から復旧して基板４への正常なイオンビーム３の照射が再開された時である。

基板４の走査速度を減速させておけば、イオンビーム抜けにより基板４へのイオンビーム３の照射が停止されている間に、基板４がイオンビーム３の照射位置を通り抜ける距離を少なくすることができる。その結果、基板面内でのドーズ量が増えて、図３（Ｂ）に記載されているように、図２（Ｈ）に記載のアンダードーズの領域を許容範囲内に収めることができる。

基板４の走査速度の減速度については、基板４の割れや基板搬送機構からの基板４の脱落、イオンビーム３のイオンビーム電流と必要とされるドーズ量との関係等を考慮して、適切なものに設定すればよい。

このように、本発明では、異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、基板の走査速度を減速させるように構成している。これにより、イオンビーム抜けによる影響を小さくすることができ、イオンビーム抜けによる基板面内のドーズ量分布の不均一性を改善することができる。また、特許文献１のようなイオンビーム抜けを補償するための特別な基板走査が必要ないので、その分、イオン注入装置の生産性を改善することができる。

通常、処理室５内外への基板４の搬入出は特定の受け渡し場所で行われる。具体的には、イオンビーム３を挟んで、図２（Ａ）に記載の基板４の場所か、図２（Ｆ）に記載の基板４の場所のいずれかで行われる。特許文献１では、特別な基板走査が必要となるので、特別な基板走査の回数が奇数回であれば、イオン注入処理終了後の基板４の場所は、イオンビーム３を挟んで受け渡し場所と反対側の場所になる。この場合、基板を受け渡し場所に戻す為の余計な基板走査が必要になってしまう。この結果、さらにイオン注入装置の生産性が低下してしまう。これに対して、本発明の構成では、特許文献１のような特別な基板走査を必要としないので、常にイオン注入処理後の基板４の位置を受け渡し場所の側にすることが可能となる。この点からもイオン注入装置の生産性を改善することができる。

また、図３（Ａ）のように、単純に基板４の走査速度を減速させるのではなく、図３（Ｃ）のように基板４の走査速度を減速させた後、基板４の走査を停止するようにしてもよい。

図３（Ａ）の構成では、異常放電の検出から長時間経過した場合、基板面内のドーズ量分布が不均一なものになってしまう可能性が高い。その為、図３（Ｃ）の例では、基板４の走査速度を減速させた後、基板４の走査を停止させるようにしている。このような構成にしておくと、異常放電の検出から長時間経過しても、減速させながら基板４を走査し続ける構成に比べて、基板面内でのドーズ量分布の不均一性を容易に改善することができる。

なお、図３（Ｃ）の構成において、異常放電を検出してからの経過時間を計測し、これと予め実験等により求められた所定時間とを比較して、所定時間を超える場合に基板４の走査を停止させるように構成してもよい。このような構成にしておけば、実情に応じた基板４の走査速度の制御を行うことができる。

また、基板４の走査速度を減速させる際の減速度を段階的に設けておくようにしてもよい。例えば、図３（Ｃ）の例で、所定時間が経過するまでは、第一の減速度で基板４の走査速度を減速させておいて、所定時間経過後は直ちに基板４の走査を停止させるように、第一の減速度よりも大きい第二の減速度で基板４の走査速度を減速させるようにしてもよい。

図３（Ｃ）の構成を用いれば、図３（Ａ）の構成に比べて、アンダードーズの領域を許容範囲の上限側に持ち上げることができる。一方で、図３（Ｃ）の構成の場合、基板４の走査を停止させているので、イオン注入処理中に設定されている所定の走査速度に戻すまでに時間を要してしまうことが懸念される。

一般的に、ドーズ量はイオンビーム電流量に比例して基板４の走査速度に反比例する。基板４へのイオンビーム３の照射が再開された時、つまり図３（Ｃ）で基板位置がＥ点の時、イオンビーム３の電流量は正常に戻る。この際、基板４の走査速度は、イオン注入処理中に用いられる所定の走査速度を下回っている。その結果、図３（Ｄ）に示されるように、他の部分に比べてややドーズ量が多い、一点鎖線で描かれた領域Ｍが形成されることになる。

基板４の走査が停止されている状態からイオン注入処理中に用いられる所定の走査速度へ戻すまでに長時間かかってしまうと、この領域Ｍの部分のドーズ量が、破線で描かれている許容範囲の上限を超えて、オーバードーズになる可能性がある。

このようなオーバードーズを避ける為の手法として、図３（Ｅ）に記載の速度制御を行うことが考えられる。図３（Ｅ）の例では、基板４の走査速度を減速させた後、これを一定速度に保ち、イオンビーム３の照射が再開されたタイミングで、基板４の走査速度を加速させて、最終的に通常のイオン注入処理中に用いられる所定の走査速度になるようにしている。

図３（Ｅ）に記載の速度制御を行うことで、イオン注入処理中に用いられる所定の走査速度に戻すまでに要する時間が短縮される。その結果、図３（Ｆ）に記載されているように、領域Ｍでのドーズ量を破線で描かれる許容範囲の中央付近に持ってくることができる。

図３（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）では、異常放電がなく、基板４にイオンビーム３が照射されている時の基板４の走査速度が等速となるように制御されるものであったが、この時の走査速度はイオンビーム３が照射される基板面内の位置に応じて、変化させるようにしておいてもいい。つまり、基板４の走査速度を等速に代えて変速にしておくことも可能である。基板４の走査速度を変速にした場合、異常放電の検出により基板４へのイオンビーム３の照射が停止される直前に、基板４の走査速度が既に減速されていることが考えられる。この場合には、基板４へのイオンビーム３の照射が停止された時に、減速中の基板４の減速度よりもさらに遅い減速度で基板４の走査が減速されるようにしておく。

半導体デバイスで許容されるドーズ量分布の均一性によっては、現実的には基板４の走査速度を制御することが困難となる場合が考えられる。一方で、走査速度の制御が簡単に済む場合もある。

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、基板４の走査速度の制御を簡単なものにするという点では、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本発明の構成を用いることが望まれる。

制御の困難性との兼ね合いで、上述した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にのみ、本発明を用いるようにしても構わない。その他、同種の基板であっても注入レシピごとに本発明の機能を用いるかどうかの切り替えができるように構成しておいてもよく。このような機能を制御装置２０に持たせておいてもいい。

図４には、異常放電の検出を受けて、基板４の走査速度を減速させる代表的な処理を表すフローチャートが描かれている。これを基に、もう一度、基板４の走査速度を減速させる一連の流れについて説明しておく。まず、Ｔ１で基板４へのイオン注入処理が行われる。Ｔ２で引出電極系２での異常放電が検出される。その後、Ｔ３で基板４へのイオンビーム３の照射が停止され、Ｔ４で基板４の走査速度が減速される。この一連の処理の過程で、Ｔ３とＴ４の処理は並行して行われていても良い。

＜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５〜７に記載のイオン注入装置ＩＭ２〜５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で説明したものと同一の機能を奏する構成であるため、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５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に大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Ｓ３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６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Ｓ３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７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、この変動が大きく、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るのであれば、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８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。図８のような構成にしている理由は、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２〜図４の実施形態では、説明を簡略化する為に、異常放電を検出してから異常放電から復旧するまでの間に、基板４へのイオンビーム３の照射が停止されている例について述べたが、このような構成でなくてもいい。例えば、この期間において、基板に照射されるイオンビーム３のイオンビーム電流を通常のイオン注入処理時に用いられるものから減らすような構成のイオン注入装置にも、本発明を適用することができる。

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 (6)

1. プラズマ生成容器と、
   複数枚の電極から構成されて、前記プラズマ生成容器からリボン状のイオンビームを引出す引出電極系と、
   基板が処理される処理室と、を備え、
   前記処理室内で前記基板を前記イオンビームの進行方向と交差する方向に走査することで、前記基板の全面にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、
   前記基板へのイオン注入処理中に、前記引出電極系での異常放電を検出するとともに、当該異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、前記基板の走査速度を減速させる制御装置を備えたイオン注入装置。
2. 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記載のイオン注入装置。
3. 前記制御装置は、前記基板の走査速度を減速させた後、前記基板の走査を停止させる請求項１または２記載のイオン注入装置
4. 前記制御装置は、前記引出電極系での異常放電を検出してからの時間を計測し、予め決められた所定時間を超える場合に、前記基板の走査を停止させる請求項１または２記載のイオン注入装置。
5. 前記制御装置は、前記基板の走査速度を減速させた後、一定の速度にする請求項１または２記載のイオン注入装置。
6. プラズマ生成容器と、
   複数枚の電極から構成されて、前記プラズマ生成容器からリボン状のイオンビームを引出す引出電極系と、
   基板が処理される処理室と、を備え、
   前記処理室内で前記基板を前記イオンビームの進行方向と交差する方向に走査することで、前記基板の全面にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、
   前記基板へのイオン注入処理中に、前記引出電極系での異常放電を検出するとともに、当該異常放電が検出されてから異常放電から復旧するまでの間に、前記基板の走査速度を減速させるイオン注入装置の運転方法。

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