JP4901203B2 - イオンビームの照射方法及び薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオンビームの照射方法、さらに薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた駆動回路により液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を駆動する液晶表示装置にあっては、その製造過程において、例えばガラス基板上に非晶質シリコン薄膜を成膜し、これをポリシリコン膜（ポリＳｉ膜）とした後、ガラス基板のＴＦＴ形成領域のポリＳｉ膜をパターニングし、ゲート絶縁膜を成膜し、さらに、ゲート電極を成膜後パターニングして形成する。続いて、ゲート電極をマスクとしてＴＦＴのソース−ドレイン形成領域のポリＳｉ膜に、ボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）などの不純物イオンの注入を行う。その後、注入したイオンの活性化を行い、絶縁膜の形成や画素電極の形成等が行われる。

こうした液晶表示装置の製造過程における不純物イオンの注入工程では、ガラス基板のＴＦＴ形成領域の横幅より長い横断面形状が略細長方形状（リボン状）のイオンビームを用い、これを対向配置したイオン源から照射しながら、イオンビームの短手方向（ＴＦＴ形成領域の縦方向）の走査を１回行うことにより、ＴＦＴ形成領域全面へのイオンの注入を行っている。

こうしたなか、生産性を高めるための大きなガラス基板を用いた液晶表示装置の製造の要求や、液晶表示装置の表示画面に対する大型化の要求があり、これに伴いガラス基板のＴＦＴ形成領域も大きなものとする必要がある。このような状況のもと、上記のＴＦＴ形成領域の横幅より長い略細長方形状のイオンビームを用いてイオン注入しようとした場合、それに要するイオン源も大型のものとなってしまい、またイオン源から放射するイオンビームについては、長寸法にわたりイオン密度が均一でなければならない。このため、イオン源は設備が大型化したものとなり、非常に高額のものとなってしまう。

そこで、大きなＴＦＴ形成領域に対し、その横幅より短い略細長方形状のイオンビームを用い、イオンビームの長手方向に分割した分割領域を、各分割領域毎に短手方向に順次走査し、大きなＴＦＴ形成領域全面にイオン注入することが考えられる。なお、イオン注入を分割して行うものとしては、イオン注入領域を選択的に設定する開口部を有するシャッタ機構を半導体ウェハ前方に設け、シャッタ機構によって切替え選択されたウェハのイオン注入領域にイオンビームを照射し、半導体ウェハ全面にイオン注入可能とした多分割イオン注入装置が有る（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記のように大きなＴＦＴ形成領域を分割した各分割領域を走査しイオン注入を行った場合には、イオンビームの走査位置によっては、隣接する分割領域が接する境界部分に、他の部分（境界部分以外の部分）よりも多量のイオン注入が行われるなどして、イオン注入量のピークなどの不均一注入部分が形成され、イオン注入量が均一となっている有効なＴＦＴ形成領域が減少してしまう虞がある。
特開平９−２４５７２２号公報

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、基板のＴＦＴ形成領域を分割した分割領域を、各分割領域毎にイオン注入を行っても、ＴＦＴ形成領域全面にわたってイオン注入量を均一なものとすることができ、また大型設備とならず、高額なものとならないイオンビームの照射方法、薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置を提供することにある。

本発明のイオンビームの照射方法及び薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置は、
イオンビームの照射方法が、
基板の薄膜トランジスタ形成領域に、横断面形状が略細長方形状のイオンビームを短手方向に順次位置を変えながら照射して所定のイオンを注入するイオン注入工程を有するイオンビームの照射方法において、
前記イオン注入工程は、前記薄膜トランジスタ形成領域を前記イオンビームの長手方向に分割した分割領域を、各領域毎に順次位置を変えながら前記イオンビームで照射するものであると共に、前記イオンビームが長手方向両側部分のそれぞれの端部に向けて減少する開口量減少部分を有し前記基板から距離を置いたマスクを通過するものであって、隣合う前記分割領域をそれぞれ照射するにあたり、最初および最終の分割領域を照射する際には、当該分割領域に隣接する前記基板側辺から対応する側の開口量減少部分が外側に位置するように照射すると共に、前記開口量減少部分の一方を通過した前記イオンビームの断面積減少部分で照射された照射減少領域を、次の前記開口量減少部分の他方を通過した前記イオンビームの断面積減少部分を用いて重ねて照射することを特徴とするイオンビームの照射方法であり、
また、薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置が、
基板の薄膜トランジスタ形成領域を横断面形状が略細長方形状のイオンビームの長手方向に分割して形成した各分割領域に、該分割領域毎に前記イオンビームを短手方向の位置を順次変えながら照射して所定イオンを注入する薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置であって、
前記イオンビームを放射するイオン源と前記基板表面の間に、該イオンビームの断面形状を成形するマスクを備えると共に、前記マスクが両端部に開口量減少部分を有する細長方形状の開口を備えたものであり、隣合う前記分割領域を前記イオンビームでそれぞれ照射するにあたり、最初および最終の分割領域を照射する際には、当該分割領域に隣接する前記基板側辺から対応する側の開口量減少部分が外側に位置するように前記基板と前記マスクとの相対位置を設定し、前記開口量減少部分の一方で照射した照射減少領域を、前記開口量減少部分の他方を用いて少なくとも一部重ねて照射するよう形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、基板のＴＦＴ形成領域を分割した分割領域を、各分割領域毎にイオン注入を行っても、ＴＦＴ形成領域全面にわたってイオン注入量を均一なものとすることができ、また、それに要する装置も大型設備とならず、高額なものとはならない等の効果を有する。

以下本発明の一実施形態を、図１乃至図６を参照して説明する。図１は液晶表示装置の製造装置の概略構成を示す横断面図であり、図２はマスクを説明するために示す図で、図２（ａ）はマスクを模式的に示す平面図、図２（ｂ）は成形されたイオンビームのイオン量を模式的に示す図であり、図３はイオン注入の第１工程を示す平面図であり、図４はイオン注入の第２工程を示す平面図であり、図５はイオン注入の第１、第２工程におけるイオンビームを説明するために示す図で、図５（ａ）は各工程において照射するイオン量を模式的に示す図、図５（ｂ）は両工程における合成イオン量を模式的に示す図であり、図６はマスクの各変形形態を模式的に示す平面図である。

先ず、図１において、液晶表示装置の製造装置であるイオン注入装置１は、イオン源２と、真空チャンバ３内に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する、例えばガラス基板の表面にポリシリコン膜（ポリＳｉ膜）を成膜した基板４を内部に収納し、イオン源２からのボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）などの所定のイオンビームを導入してイオン注入処理を行う処理室本体５とを設けて構成されている。イオン源２は、例えばプラズマ部６で生成されたプラズマ中の所定のイオンを電極部７等により引き出し、さらにビーム放射開口８から横断面形状が略細長方形状（リボン状）のイオンビームとして外部へと放射するよう構成されている。

また、処理室本体５は、所定の減圧状態に保持された真空チャンバ３内に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する基板４を、ポリＳｉ膜の成膜面を上面側として載置する基板支持台９と、この基板支持台９を、Ｘ方向のガイドレール１０を設けて水平位置に保持しながら両矢印で示すＸ方向に進退させるＸ方向進退機構１１と、このＸ方向進退機構１１をＹ方向のガイドレール１２を設けて両矢印で示すＹ方向に進退させ、基板支持台９を水平位置に保持しながらＹ方向に進退させるＹ方向進退機構１３とを備えている。さらに処理室本体５には、Ｘ、Ｙ方向に進退可能に設けられた基板支持台９上方の真空チャンバ３の天井部分に、ビーム導入開口１４が形成されており、またさらにビーム導入開口１４には、イオン源２のビーム放射開口８が連通するように設けられていて、イオン源２からのイオンビームが真空チャンバ３の内部に導入できるようになっている。

一方、真空チャンバ３内には、導入されたイオンビームの断面形状を成形する導電性材料で形成したマスク１５が、イオンビームの照射時にチャージされる電荷を逃がし、基板支持台９上の基板４との間に所定離間距離を設けてビーム導入開口１４の下方に配設されるように、天井部分のビーム導入開口１４近傍にチャンバ内方に向け突設された取付部１６に取り付けられている。またマスク１５には、図２（ａ）に模式的に示すように、短手方向長さと長手方向長さの比が大きく、略細長方形状である偏平な左右対称形状をなす台形状の開口１７が形成されており、その長手方向をＸ方向に一致させて真空チャンバ３内に取り付けられている。さらにマスク１５の開口１７の両端部には、それぞれ端部長さ（長手方向の寸法）が等しく、開口量を端部先端に向け漸減するよう直線的に減少させた等しい開口量を持つ開口量減少部分１８が設けられている。

このため、このような開口１７を有するマスク１５で成形されたイオンビームは、開口量減少部分１８で成形された断面積減少部分を両側部分に有する横断面形状が略細長方形状（リボン状）のイオンビームとなる。例えば、長手方向の全長が５０ｃｍで、両側部分の各断面積減少部分の長さが１ｃｍであるイオンビームの形成がなされる。また、このように成形されたイオンビームを照射した場合のイオン量は、図２（ｂ）に模式的に示すように、イオン注入範囲のイオン量が均一な範囲Ｄａの両側部分に、イオン量が範囲端に向けて漸減する減少範囲Ｄｂが生じるものとなる。

そして、上記のイオン注入装置１による基板４へのイオン注入工程は、以下に示す通りとなる。すなわち、図３に示す第１の工程において、例えば全面をＴＦＴ形成領域とした方形状のガラス基板でなる基板４を、所定減圧状態の真空チャンバ３内の基板支持台９上に、各辺をＸ、Ｙ方向に一致させるように載置する。そして、基板支持台９を図中左側に片寄せて、マスク１５の開口１７の図中右側となる一方の開口量減少部分１８が基板４の右側辺の外方に位置するようにして、基板４の図中右下部分をマスク１５の開口１７の直下に位置させる。

その後、イオン源２から真空チャンバ３内に導入したイオンビームを、マスク１５の両端部に開口量減少部分１８を有する開口１７によって、両側部分に断面積減少部分を有する横断面形状が略細長方形状に成形し、さらに成形したイオンビームを基板４上面に連続照射する。また、このイオンビームの照射と同時に、Ｙ方向進退機構１３によって、基板支持台９を図中下方向（イオンビームの短手方向）に所定の速度で、基板４の図示しない上側辺まで照射が行われるよう移送する。

これによって、主に基板４の右側半分の分割領域４ｒへのイオン注入が行われる。また、このイオン注入の際に、図５（ａ）の右側に示すようなイオン量が漸減する減少範囲Ｄｂを、分割領域４ｒの左側部分にして照射しながら走査するため、開口１７の他方の開口量減少部分１８で成形されたイオンビームの図中左側の断面積減少部分が照射された照射減少領域４ｐは、それ以外の分割領域４ｒにおけるイオン注入量以下のイオン注入量となっていて、左側端に向かって漸減するものとなっている。

例えば、幅が７３ｃｍの基板４に対し、長手方向の全長が約５０ｃｍで、両側部分の断面積減少部分の長さがそれぞれ１ｃｍであるイオンビームでの照射を行った場合、イオンビームの長さ約１３ｃｍの右側部分は、基板４の右側辺の外方に位置し、基板４の主に右半分の分割領域４ｒで形成される幅３７ｃｍの領域にイオン注入がなされる。またイオン注入がなされた幅３７ｃｍの領域の左側１ｃｍ幅の部分には、イオンビームの片側の断面積減少部分による照射が行われる。

さらに、基板４の分割領域４ｒへのイオン注入終了後、図４に示す第２の工程において、基板支持台９をＹ方向進退機構１３によって、当初の位置まで戻すと共に、Ｘ方向進退機構１１によって図中右方向（イオンビームの長手方向）に移送し、図中右側に片寄せる。そして、マスク１５の開口１７の図中右側となる一方の開口量減少部分１８が、先にイオン注入を行った照射減少領域４ｐ上に位置し、他方の開口量減少部分１８が基板４の左側辺の外方に位置するようにして、基板４の図中左下部分をマスク１５の開口１７の直下に位置させる。

その後、第１の工程と同様に、イオン源２からのイオンビームを、両端部に開口量減少部分１８を有する開口１７によって成形し、さらに成形した両側部分に断面積減少部分を有する横断面形状が略細長方形状のイオンビームを、基板４上面に連続照射する。このイオンビームの照射と同時に、Ｙ方向進退機構１３によって、基板支持台９を図中下方向に所定の速度で、再び基板４の図示しない上側辺まで照射が行われるよう移送する。

これによって、基板４の残った左側半分の分割領域４ｌへのイオン注入が行われる。また、このイオン注入の際に、
図５（ａ）の左側に示すようなイオン量が漸減する減少範囲Ｄｂを、分割領域４ｌの右側部分にして照射しながら走査するため、開口１７の一方の開口量減少部分１８で成形されたイオンビームの図中右側の断面積減少部分が照射された照射減少領域４ｑは、それ以外の分割領域４ｌにおけるイオン注入量以下のイオン注入量となっていて、右側端に向かって漸減するものとなっている。

しかし、この照射減少領域４ｑは、第１の工程においてイオン注入が行われた照射減少領域４ｐと重複し、イオンビームの両側部分の断面積減少部分による照射を重ねたときのイオン量、すなわち重複照射した際のイオン量の積分値と、断面積減少部分以外の部分による照射でのイオン量とが略等しいため、照射減少領域４ｑは、図５（ｂ）に示すように２回の照射によるイオン量が合成された形となり、断面積減少部分以外の部分で照射が行われた分割領域４ｒ，４ｌのイオン注入量と略等しいイオン注入量となる。

例えば、第１の工程と同様に、基板４の幅が７３ｃｍ、イオンビームの全長が約５０ｃｍ、両側部分の断面積減少部分の長さが１ｃｍ場合には、イオンビームの長さ約１３ｃｍの左側部分は、基板４の左側辺の外方に位置し、基板４の主に左半分の分割領域４ｌで形成される幅３７ｃｍの領域にイオン注入がなされる。なお、イオン注入がなされた幅３７ｃｍの領域の右側１ｃｍ幅の部分には、第１の工程と第２の工程において、イオンビームの両断面積減少部分による重複照射が行われる。

こうして、全面がＴＦＴ形成領域である基板４は、略均等にイオン注入が行われ、以降の工程で注入したイオンの活性化が行われ、絶縁膜の形成や画素電極の形成等が行われる。

これにより、全面がＴＦＴ形成領域である基板４を２分割した分割領域４ｌ，４ｒを、各分割領域４ｌ，４ｒ毎にイオン注入を行っても、両分割領域４ｌ，４ｒの境界部分にイオン注入が多量になされることがなく、全面にわたるイオン注入量が略均一なイオン注入を行うことができる。このため、有効なＴＦＴ形成領域を大きく取ることができ、破棄部分を最小限にとどめることができる。さらに、これに用いるイオンビームも長寸法のものでないため、イオン源も大きなものを必要とせず、全域においてイオン密度を容易に均一なものとすることができ、また、装置としても大型で高額な設備とならない。

なお、上記の実施形態においては、マスク１５の開口１７を、偏平な台形状としたが、これに限るものではなく、要は、開口の両端部の断面積減少部分の形状が、これらの部分で成形されたイオンビームの両側部分の断面積減少部分による照射を、位置を適正に設定して１回ずつ重ねて行った際のイオン量の積分値と、断面積減少部分以外の部分で１回照射したときのイオン量とが等しくなるものであればよい。

例えば、図６（ａ）に示すように、両端部にそれぞれ長さが等しく、開口量を端部に向けて直線的に減少させた開口量の等しい開口量減少部分１８ａを有する平行四辺形状の開口１７ａが形成されたマスク１５ａでもよい。また、図６（ｂ）に示すように、両端部にそれぞれ開口量を端部に向けて曲線的に減少させ、例えば、両開口量減少部分１８ｂの端縁同士を連接した際に、両端縁の曲線が略一致するような開口量減少部分１８ｂを有する開口１７ｂが形成されたマスク１５ｂでもよい。

さらに、図６（ｃ）に示すように、両端部に開口量減少部分１８ｃを有する開口１７ｃが、開口量減少部分１８ｃとそれ以外の部分では開口面積を変えた複数の例えばスリット状の小開口１９を、例えば偏平な台形状となるように分布させた構成のマスク１５ｃでもよい。また図６（ｄ）に示すように、両端部に開口量減少部分１８ｄを有する開口１７ｄが、例えば同直径の複数の円形小開口２０を両端部では先端に行くほど少なくし、偏平な台形状の分布となるようにした小開口分布密度を変えた構成のマスク１５ｄでもよい。

また、上記の実施形態においては、イオン注入装置１による基板４へのイオン注入工程が、第１の工程と第２の工程とも、基板支持台９を一方向に移送しながらイオンビームを基板４に照射するようにしたが、第２の工程では第１の工程とは反対の方向に移送しながらイオンビームを基板４に照射するようにし、基板支持台９の往復動の行程を使うことでイオン注入工程に要する時間を短縮するようにしてもよい。

さらにまた、横断面形状が両側部分に断面積減少部分を有する略細長方形状であるイオンビームによって、ＴＦＴ形成領域である基板４の全面をイオンビームの長手方向に２分割し、各分割領域４ｌ，４ｒをそれぞれ短手方向に連続して走査するようにしたが、さらに広いＴＦＴ形成領域を有する基板では、図示しないが、イオンビームの長さ寸法に応じて分割領域の数を増やし、各分割領域を、同様にそれぞれ短手方向に連続して走査すれば、長いイオンビームを用いずにより大きなＴＦＴ形成領域へのイオン注入を行うことができる。また、同じく図示しないが、イオンビームの照射経路を横断するようにシャッタを設け、各分割領域４ｌ，４ｒをそれぞれ走査する際、その走査途中でシャッタによりイオンビームの照射を断続するようにしてイオン注入を要する領域のみ選択的に照射するようにしてもよい。

本発明の一実施形態である液晶表示装置の製造装置の概略構成を示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係るマスクを説明するために示す図で、図２（ａ）はマスクを模式的に示す平面図、図２（ｂ）は成形されたイオンビームのイオン量を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態におけるイオン注入の第１工程を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるイオン注入の第２工程を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるイオン注入の第１、第２工程におけるイオンビームを説明するために示す図で、図５（ａ）は各工程において照射するイオン量を模式的に示す図、図５（ｂ）は両工程における合成イオン量を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るマスクの各変形形態を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１…イオン注入装置
２…イオン源
４…基板
４ｌ，４ｒ…分割領域
１１…Ｘ方向進退機構
１３…Ｙ方向進退機構
１５…マスク
１７…開口
１８…開口量減少部分

Claims (8)

1. 基板の薄膜トランジスタ形成領域に、横断面形状が略細長方形状のイオンビームを短手方向に順次位置を変えながら照射して所定のイオンを注入するイオン注入工程を有するイオンビームの照射方法において、
   前記イオン注入工程は、前記薄膜トランジスタ形成領域を前記イオンビームの長手方向に分割した分割領域を、各領域毎に順次位置を変えながら前記イオンビームで照射するものであると共に、前記イオンビームが長手方向両側部分のそれぞれの端部に向けて減少する開口量減少部分を有し前記基板から距離を置いたマスクを通過するものであって、隣合う前記分割領域をそれぞれ照射するにあたり、最初および最終の分割領域を照射する際には、当該分割領域に隣接する前記基板側辺から対応する側の開口量減少部分が外側に位置するように照射すると共に、前記開口量減少部分の一方を通過した前記イオンビームの断面積減少部分で照射された照射減少領域を、次の前記開口量減少部分の他方を通過した前記イオンビームの断面積減少部分を用いて重ねて照射することを特徴とするイオンビームの照射方法。
2. 前記断面積減少部分を重ねて照射した時の前記照射減少領域におけるイオン量の積分値が、前記イオンビームで照射された該照射減少領域以外の領域におけるイオン量に略等しくなっていることを特徴とする請求項１記載のイオンビームの照射方法。
3. 基板の薄膜トランジスタ形成領域を横断面形状が略細長方形状のイオンビームの長手方向に分割して形成した各分割領域に、該分割領域毎に前記イオンビームを短手方向の位置を順次変えながら照射して所定イオンを注入する薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置であって、
   前記イオンビームを放射するイオン源と前記基板表面の間に、該イオンビームの断面形状を成形するマスクを備えると共に、前記マスクが両端部に開口量減少部分を有する細長方形状の開口を備えたものであり、隣合う前記分割領域を前記イオンビームでそれぞれ照射するにあたり、最初および最終の分割領域を照射する際には、当該分割領域に隣接する前記基板側辺から対応する側の開口量減少部分が外側に位置するように前記基板と前記マスクとの相対位置を設定し、前記開口量減少部分の一方で照射した照射減少領域を、前記開口量減少部分の他方を用いて少なくとも一部重ねて照射するよう形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置。
4. 前記開口量減少部分は、前記開口の両端部の長さが等しく、各端部先端に向けて開口量が漸減していることを特徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置。
5. 前記開口量減少部分は、両端部で開口量が等しくなっていることを特徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置。
6. 前記開口は、少なくとも一部が複数の小開口によって形成されていることを特徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置。
7. 前記基板を基板支持台に載置し、該基板支持台を移動させることによって、前記分割領域毎の順次位置を変えながらの前記イオンビームの照射が行われるものであることを特徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタをもつ基板の製造装置。
8. 前記マスクの開口量減少部分が少なくとも複数の小開口で形成されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビームの照射方法。

Images