KR100869522B1 - 이온빔 조사 장치 및 이온빔 조사 방법 - Google Patents

이온빔 조사 장치 및 이온빔 조사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이온빔 조사 장치는 진공 챔버(10)와, 이온원(2)과, 기판 구동 기구(30)와, 회전 샤프트(14)과, 아암(12), 그리고 모터를 구비한다. 이온원(2)은 진공 챔버(10) 내부에 마련되고, 기판(6)보다도 폭이 넓은 이온빔(4)을 기판(6)에 조사한다. 기판 구동 기구(30)는 진공 챔버(10) 내에서 기판(6)을 왕복 구동시킨다. 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)은 이온원(2)으로부터 기판을 향해 떨어져 있는 곳에 위치하고, 기판 표면에 실질적으로 평행하다. 아암(12)은 진공 챔버(10) 내에 마련되고, 이온원(2)을 회전 샤프트(14)를 매개로 하여 지지한다. 모터는 진공 챔버(10) 밖에 마련되고, 회전 샤프트(14)를 왕복 회전시킨다.

Description

이온빔 조사 장치 및 이온빔 조사 방법{ION BEAM IRRADIATION APPARATUS AND ION BEAM IRRADIATION METHOD}
본 발명은 처리 대상 기판에 이온빔을 조사하여 상기 기판에 처리를 실시하는 이온빔 조사 장치 및 이온빔 조사 방법에 관한 것이다. 이 장치 및 방법은, 액정 디스플레이 등의 제조에 있어서, 액정 디스플레이용의 기판 표면에 형성되어 있는 배향막에 배향 처리를 실시하는 것이나, 액정 디스플레이용의 기판 표면에 배향막을 형성하는 동시에 상기 배향막에 배향 처리를 실시하는 것에 이용된다.
일본 특허 공개 제9-218408호 공보(단락 0011, 0012, 및 도 1)(이하, 특허문헌 1이라고 칭함)에는 액정 디스플레이용의 기판 표면에 형성되어 있는 배향막에 이온빔을 소정의 입사 각도로 입사시킴으로써, 상기 배향막에 배향 처리(즉, 액정분자를 소정 방향으로 배향시키기 위한 처리)를 실시하는 기술이 기재되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2002-62532호 공보(단락 0018, 0019, 도 2, 도 4)(이하, 특허 문헌 2라고 칭함)에는 기판에 대하여 소정의 각도로 배치된 이온원에 대하여, 기판을 기판 표면에 평행하게 왕복 구동함으로써, 기판 표면에 이온빔을 조사하고, 이에 의해 기판 표면에 액정 디스플레이용의 배향막을 형성하는 동시에 상기 배향막에 배향 처리를 실시하는 기술이 기재되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제9-218408호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-62532호 공보
이온빔 등에 의한 배향 처리 등의 이온빔 조사에 있어서는, 많은 종류의 대상물에 대처하기 위해, 이온빔의 조사 조건을 대개 변경한다. 또한, 이온빔의 기판 표면으로의 입사 각도도 조사 조건의 하나이다.
상기 특허 문헌 1에 기재된 기술과 같이, 진공 챔버의 외부에 플랜지를 매개로 하여 이온원이 부착되는 경우, 이온원의 각도를 변경하여 이온빔의 입사 각도를 변경하는 것은 불가능하지 않다고 하여도 곤란하다. 이것은 입사 각도의 변경시에는 플랜지 부분의 구조를 바꾸어야 하고, 각도의 변경 가능 범위는 매우 좁으며, 또한 진공 챔버를 개방해야만 하기 때문이다.
상기 특허 문헌 2에는 이온빔의 입사 각도를 변경하는 구체적인 구조가 기재되어 있지 않다.
진공 챔버의 내부에 마련된 지지 부재에 이온원을 고정한다는 아이디어도 있다. 이 경우에도 입사 각도 변경시에 지지 부재 부분의 구조를 바꾸어야 하며, 진공 챔버를 개방해야만 한다. 따라서, 입사 각도의 변경은 용이하지 않다.
또한, 도 7에 도시하는 예와 같이, 이온원(2)의 측부에 이온원(2)을 화살표 A로 나타낸 바와 같이 왕복 회전시키는 회전 샤프트(8)가 마련되어 있는 이온원(2)을 진공 챔버 내에 마련한다는 다른 아이디어도 있다. 그러나, 이온원(2)으로부터 출사되는 이온빔(4)의 기판(6)으로의 입사 각도(θ)를 변경할 때는, 진공 챔버를 개방해야 한다. 따라서, 이온빔(4)의 기판(6)으로의 입사 각도(θ)를 변경하기는 용이하지 않다.
또한, 도 8을 참조하면, 도 7의 장치에서는 직사각형 기판(6)의 Y 방향 폭(W2)보다도 폭이 넓은 이온빔(4)이 이온원(2)으로부터 출사된다. 기판(6)은 Y 방향에 실질적으로 수직인 X 방향으로 왕복 구동된다.
또한, 도 7의 예의 경우에, 이온원(2)의 회전 중심, 즉 회전 샤프트(8)의 중심축(8a)이 이온원(2) 내에 위치하고 있다. 따라서, 이온원(2)을 회전시켜 입사 각도(θ)를 변경하는 경우에, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(6)으로의 이온빔(4)의 조사 위치가 입사 각도(θ)에 따라 크게 다르다. 그 결과, 입사 각도(θ)를 작게 할수록 기판(6)으로의 이온빔(4)의 조사 위치가 멀어진다. 따라서, 장치를 대형화해야만 한다. 또한, 도 8에 도시된 예와 같이, 기판(6)으로의 이온빔(4)의 조사 영역(S1, S2 …)의 크기도 입사 각도(θ)에 따라 크게 변화한다. 즉, 입사 각도(θ)를 작게 할수록 조사 영역은 커진다. 그 결과, 이온빔(4)을 기판(6)의 전면에 조사하기 위해서는, 이온빔(4)의 조사 영역이 커질수록 기판(6)의 X 방향 구동 거리(주사 폭)를 크게 해야한다. 따라서, 장치가 대형화되는 동시에 기판 처리 시간이 길어져, 장치의 스루풋이 저하한다.
본 발명은 이온빔의 입사 각도의 변경이 용이하고, 입사 각도를 작게 하는 경우에도 조사 위치의 편차 및 조사 영역의 확대를 작게 억제할 수 있는 이온빔 조사 장치 및 그것을 이용한 이온빔 조사 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 이온빔 조사 장치는, 진공으로 배기되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내에 마련되어 있고, 처리 대상 기판보다도 폭이 넓은 이온빔을 상기 기판에 조사하는 이온원; 상기 진공 챔버 내에서 상기 기판을 상기 이온원으로부터 출사된 이온빔의 폭 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 구동하는 기판 구동 기구; 상기 진공 챔버를 관통하고 있는 회전 샤프트로서, 그 중심축이 상기 이온원으로부터 상기 기판을 향해 떨어져 있는 곳에 위치하며, 상기 기판 표면에 실질적으로 평행한 것인 회전 샤프트; 상기 진공 챔버 내에 마련되어 있고, 상기 이온원을 상기 회전 샤프트를 통해 지지하는 아암; 및 상기 진공 챔버 밖에 마련되어 있고, 상기 회전 샤프트를 왕복 회전시키는 모터를 포함하며, 상기 이온원은 상기 회전 샤프트의 중심축을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있는 것이다.
이 이온빔 조사 장치에 따르면, 모터에 의해 회전 샤프트를 회전시킴으로써, 진공 챔버를 개방하지 않고도, 이온원을 진공 챔버 밖에서 회전 샤프트의 중심축을 중심으로 하여 회전시켜, 기판으로의 이온빔의 입사 각도를 변경할 수 있다. 따라서 이 변경은 용이하게 수행된다.
또한, 회전 샤프트의 중심축은 이온원으로부터 기판을 향해 떨어져 있는 곳에 위치하며, 이온원은 상기 중심축을 중심으로 하여 회전한다. 따라서, 작은 입사 각도의 경우에도, 중심축이 이온원 내에 위치하고 있는 경우에 비해서, 기판으로의 이온빔의 조사 위치의 편차 및 기판으로의 이온빔의 조사 영역의 확장을 작게 억제할 수 있다.
또한, 상기 회전 샤프트의 중심축과 상기 기판의 표면 사이의 거리는, 상기 이온원 출구측의 폭 또는 상기 이온원의 회전 방향측 폭의 대략 절반 이하(하한은 0)로 하여도 좋다.
상기 회전 샤프트 및 아암은 자기 실드 기능을 갖도록 중공형 자성 부재로 이루어져 있고, 접지 전위로 세팅되어 있으며, 상기 진공 챔버의 외부로부터 상기 이온원에 전력을 공급하는 도체가 상기 회전 샤프트 및 아암의 내부에 통하게 하여도 좋다.
상기 진공 챔버 내에서, 상기 기판에 대하여 소정의 각도로 위치되어 있는 이온원에 상기 기판용 통로를 사이에 두고 대향하는 위치에, 상기 이온원으로부터 출사된 이온빔의 폭 방향 전류 밀도 분포를 계측하는 빔 계측기가 마련될 수 있다.
상기 빔 계측기는 상기 기판에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 위치된 상기 이온원에 대향하는 위치에 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 이온빔 조사 방법은, 상기 빔 계측기가 마련되어 있는 이온빔 조사 장치를 이용한 이온빔 조사 방법으로서, 상기 이온원을 상기 빔 계측기에 대향하는 각도로 위치시키고, 상기 빔 계측기를 이용하여 상기 이온원으로부터 출사된 이온빔의 전류 밀도 분포를 계측하는 단계; 이어서, 상기 계측한 전류 밀도 분포가 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하여, 허용 범위 내에 있으면 다음 단계로 진행하고, 허용 범위 내에 없으면 상기 전류 밀도 분포를 허용 범위 내에 들도록 조정하는 단계; 이어서, 상기 이온원을 상기 기판 처리에 필요한 소정의 각도로 위치시키는 단계; 이어서, 기판 구동 기구에 의해 상기 기판을 구동하면서, 상기 기판에 상기 이온원으로부터의 이온빔을 조사하여 상기 기판에 처리를 실시하는 단계를 포함한다.
이 이온빔 조사 방법에 따르면, 이온원의 각도는 진공 챔버의 외부에서 원하는 값으로 용이하게 조정될 수 있다. 예컨대, 기판마다 또는 기판의 로트마다 필요에 따라 이온원을 계측 위치로 이동시켜, 이온빔의 전류 밀도 분포를 계측하고 평가하며, 그리고 필요한 조정을 행한 후에, 이온원을 처리 위치로 이동시켜 기판에 처리를 실시할 수 있다. 그 결과, 안정적인 처리가 쉽게 수행된다.
청구항 1의 발명에 따르면, 모터에 의해 회전 샤프트를 회전시킴으로써, 진공 챔버를 개방하지 않고도 진공 챔버 밖에서 이온원을 회전 샤프트의 중심축을 중심으로 하여 회전시켜, 기판으로의 이온빔의 입사 각도를 용이하게 변경할 수 있다.
또한, 회전 샤프트의 중심축은 이온원으로부터 기판 근처을 향해 떨어져 있는 곳에 위치하고, 이온원은 상기 중심축을 중심으로 하여 회전한다. 따라서, 입사 각도를 작게 하는 경우에도, 기판으로의 이온빔의 조사 위치의 편차 및 기판으로의 이온빔의 조사 영역의 확장을 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 장치의 소형화가 가능해지고, 장치의 스루풋 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 모터를 제어함으로써 입사 각도 조정을 전기적으로 제어할 수 있다. 따라서, 원하는 입사 각도에서 기판을 간단히 그리고 효율적으로 처리할 수 있다.
청구항 2의 발명에 따르면, 다음과 같은 추가적인 효과가 얻어진다. 즉, 회전 샤프트의 중심축은 전술한 바와 같이 기판 표면에 가까운 곳에 위치한다. 따라서, 입사 각도를 작게 하는 경우에도 기판으로의 이온빔의 조사 위치의 편차 및 기판으로의 이온빔의 조사 영역의 확장을 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 장치를 더 소형화할 수 있고, 입사 각도를 작게 하였을 때 기판 표면에서의 이온빔의 전류 밀도 저하를 보다 작게 억제할 수 있다.
청구항 3의 발명에 따르면, 다음과 같은 추가적인 효과가 얻어진다. 즉, 예컨대 이온원은 진공 챔버 내에 수납되어 있고, 진공 챔버 내부 공간은 제한되어 있기 때문에, 이온원에 전력을 공급하는 도체가 이온원의 근처에 설치하여야 하는 경우에도, 상기 도체는 자기 실드 기능을 갖는 회전 샤프트 및 아암의 내부를 통과하고 있고, 그에 따라 상기 도체를 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장의 누설을 억제하여, 상기 자기장이 이온원으로부터 출사된 이온빔에 악영향을 미치는 것을 억제할 수 있다. 예컨대, 이온원으로부터 출사된 이온빔의 전류 밀도 분포가 분산되는 것을 방지할 수 있다.
이온원의 주위는 진공 분위기이고, 또한 방전 트리거의 기능을 하는 이온이나 전자도 많이 존재한다. 상기 도체가 회전 샤프트 및 아암 내부를 통과하지 않고 진공 챔버 내에 노출된 채로 통과하는 경우, 상기 도체에 고전압을 인가하면, 주위의 다른 전위를 갖는 부분에 대하여 방전이 발생하여 이온원으로부터의 이온빔의 출사가 불안정해지는 현상이 쉽게 발생한다. 그러나, 본 발명에서는 도체가 접지 전위의 회전 샤프트 및 아암의 내부를 통과하고 있고, 진공 챔버 내의 분위기로부터 전기적으로 차폐되어 있다. 따라서, 상기 도체에 고전압을 인가하였을 때에, 진공 챔버 내의 다른 전위를 갖는 부분에 대하여 방전이 발생하여 이온원으로부터의 이온빔의 출사가 불안정해지는 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
청구항 4의 발명에 따르면, 기판에 대하여 소정의 각도로 위치된 이온원으로부터 출사되는 이온빔의 폭 방향의 전류 밀도 분포를 빔 계측기에 의해 계측할 수 있다. 따라서, 상기 계측 결과를 이온빔의 특성 평가, 이온원의 조정 등에 이용할 수 있다는 추가적인 효과가 얻어진다.
청구항 5의 발명에 따르면, 기판에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 위치된 이온원에 대향하는 위치에 빔 계측기가 마련된다. 따라서, 이온원의 근처에 빔 계측기가 위치할 수 있고, 빔 계측기에 실질적으로 수직하게 이온빔을 입사시키는 것이 용이하다. 그 결과, 빔 계측기에 의한 계측의 정밀도를 향상시킬 수 있다는 추가적인 효과가 얻어진다.
청구항 6의 발명에 따르면, 진공 챔버의 외부에서 이온원의 각도를 원하는 값으로 용이하게 조정할 수 있다. 예컨대, 기판마다 또는 기판의 로트마다 필요에 따라 이온원을 계측 위치로 이동시키고, 이온빔의 전류 밀도 분포를 계측하여 평가하며, 필요한 조정을 행한 후에, 이온원을 처리 위치로 이동시켜 기판에 처리를 실시할 수 있다. 그 결과, 안정적인 처리가 쉽게 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이온빔 조사 장치의 일 실시예를 도시한 종단면도.
도 2는 도 1의 장치를 우측 방향으로부터 보아 도시한 종단면도.
도 3은 도 1 및 도 2의 빔 계측기의 보다 구체적인 예를 도시한 종단면도.
도 4a는 이온원을 회전시키는 회전 샤프트의 중심축이 기판 표면으로부터 멀리 떨어져 있는 경우에, 기판 표면으로의 이온빔의 입사 상황의 예를 간략히 도시한 측면도.
도 4b는 이온원을 회전시키는 회전 샤프트의 중심축이 기판 표면에 가까이 있는 경우에, 기판 표면으로의 이온빔의 입사 상황의 예를 간략히 도시한 측면도.
도 5는 이온원의 출구측 폭과, 이온원을 회전시키는 회전 샤프트의 중심축의 위치 사이의 관계를 도시한 측면도.
도 6은 이온원의 중심축을 아암의 중심축으로부터 벗어나 있는 예를 도시한 측면도.
도 7은 이온원의 회전 중심이 이온원 내에 위치하고 있는 예를 도시한 측면도.
도 8은 기판과 그 표면에 조사되는 이온빔 사이의 관계의 예를 도시한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 이온원
4 : 이온빔
6 : 기판
10 : 진공 챔버
12 : 아암
14 : 회전 샤프트
14a : 중심축
22 : 모터
30 : 기판 구동 기구
46 : 빔 계측기
도 1은 본 발명에 따른 이온빔 조사 장치의 일 실시예를 도시하는 종단면도이다. 도 2는 도 1의 장치를 우측 방향으로부터 보아 도시하는 종단면도이다. 도 7 및 도 8에 도시된 예와 동일하거나 또는 그에 상당하는 부분에는 동일 도면 부호를 붙이고, 이하에서는 이 예와의 차이점을 주로 설명한다.
이 이온빔 조사 장치는, 진공으로 배기되는 진공 챔버(10)와, 그 내부에 마련되는 이온원(2)을 포함한다.
이온원(2)은 처리 대상 기판(6)보다도 폭이 넓은 이온빔(4)을 조사한다. 기판(6)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다. 기판(6)의 평면 형상이 도 8에 도시된 바와 같이 X 방향으로 길고 Y 방향으로 짧은 직사각형인 경우에, 이온원(2)은 그 짧은 변의(즉, Y 방향의) 폭(W2)보다도 폭이 넓은 이온빔(4)을 조사한다. 따라서, 이 예에서 이온원(2)은 Y 방향으로 긴 직육면체에 가까운 형상을 하고 있다. 예컨대, 이온원(2)은 도 8에 도시된 바와 같이 X 방향으로 짧고 Y 방향으로 긴 직사각형 단면 형상을 한 이온빔(4)을 출사한다. 본 명세서에서, 이온빔(4)의 폭은 Y 방향의 폭을 의미한다.
예컨대, 기판(6)은 액정 디스플레이용의 평판 형상의 기판이다. 이 경우, 이온빔(4)에 의한 배향 처리 이전에 배향막이 기판(6)의 표면에 미리 형성되어 있어도 좋고, 이온빔(4)의 조사에 의해 기판(6)의 표면에 배향막을 형성하는 동시에 상기 배향막에 배향 처리를 실시하여도 좋다.
또한, 이온빔 조사 장치는, 진공 챔버(10) 내에서 기판(6)을, 이온원(2)으로부터 출사된 이온빔(4)의 폭 방향(즉, Y 방향)에 실질적으로 수직인 X 방향으로 직선적으로 구동하는 기판 구동 기구(30)를 포함한다. 기판 구동 기구(30)에 의한 기판(6)의 구동은 한 방향으로 수행될 수 있다. 그러나, 예컨대 기판(6)으로의 이온빔(4)의 조사량이 증대되는 것과 같은 이유로, 왕복 구동쪽이 바람직하다. 이 실시예에서는, 왕복 구동이 수행된다. 또한, 이온빔(4)이 기판(6)에 입사하고 있을 때의 기판(6)의 구동 속도는 일정하게 유지된다.
이 예에서, 기판 구동 기구(30)는, 기판(6)을 지지하는 판 형상의 기판 지지 부재(32)와, 복수의 2열로 배치된 롤러(34), 그리고 모터(36)를 포함한다. 복수의 2열로 배치된 롤러(34)는 기판 지지 부재(32)의 Y 방향의 양단부를 지지한다. 모터(36)는 진공 챔버(10) 밖에 마련되어 있고, 소정의 롤러(34)를 회전 샤프트(38)를 매개로 하여 화살표 D(도 2 참조)로 나타내는 바와 같이 왕복 회전시킨다. 회전 샤프트(38)에 결합된 롤러(34)와 그 밖의 롤러(34)는, 예컨대 체인 또는 벨트 등에 의해 서로 연결되어 연동식으로 회전된다. 회전 샤프트(38)가 진공 챔버(10)를 관통하는 부분에는 진공 시일 기능을 갖는 베어링(40)이 마련되어 있다. 모터(36)가 왕복 회전할 때, 기판 지지 부재(32) 및 그 위의 기판(6)은 롤러(34) 위 에서 그리고 이온원(2)으로부터의 이온빔(4)의 조사 영역 내에서 X 방향으로 왕복 직선 이동할 수 있다.
그러나, 기판 구동 기구(30)는 이 예의 구성에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 기판 지지 부재(32)를 이용하지 않고, 기판이 롤러(34) 상에서 활주하여 왕복 운동하도록, 기판(6)을 직접 롤러(34)로 지지할 수 있다. 별법으로서, 기판 지지 부재(32)로서 트레이 형상 부재를 이용하여도 좋다. 롤러(34), 모터(36) 등 대신에, 상기 판 형상이나 트레이 형상의 기판 지지 부재(32)를 왕복 직선 운동시키는 직선 구동 장치(예컨대, 에어 실린더 등)를 마련하여도 좋다.
또한, 이온빔 조사 장치는 회전 샤프트(14)와, 아암(12), 그리고 모터(22)를 포함한다. 회전 샤프트(14)는 진공 챔버(10)를 관통하고, 그 중심축(14a)이 이온원(2)으로부터 기판(6)을 향해 떨어져 있는 곳에 위치하며, 기판(6)의 표면(6a) 및 Y 방향에 실질적으로 평행하다. 아암(12)은 진공 챔버(10) 내에 마련되어 있고, 이온원(2)을 회전 샤프트(14)을 통해 지지한다[바꿔 말하면, 아암이 진공 챔버(10) 내에서 회전 샤프트(14)와 이온원(2)을 연결함]. 모터(22)는 진공 챔버(10) 밖에 마련되어 있고, 회전 샤프트(14)를 화살표 B로 나타내는 바와 같이 왕복 회전시킨다. 이러한 구성에 따르면, 이온원(2)은 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)을 중심으로 하여 화살표 B로 나타내는 바와 같이 회전할 수 있도록 진공 챔버(10) 내에 지지되어 있다.
이 예에서, 회전 샤프트(14) 및 아암(12)은 이온원(2)의 Y 방향의 양측에 마련된다. 이 구성에 따르면, 이온원(2)을 양측으로부터 안정적으로 지지할 수 있 다. 그러나, 본 발명이 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 회전 샤프트(14) 및 아암(12)을 이온원(2)의 일측에만 마련하여도 좋다. 회전 샤프트(14)가 진공 챔버(10)를 관통하는 부분에는, 진공 시일 기능을 갖는 베어링(16)이 각각 마련된다.
이 예에서 아암(12)은 L자 형상을 갖는다. 아암(12)은, 이온원의 출구[이온빔(4)의 인출구]가 기판(6)측을 향하게 하면서, 이온원(2)을 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)에 실질적으로 평행하게 지지하고 있다.
모터(22)는 화살표 C(도 2 참조)로 나타내는 바와 같이 왕복 회전 가능하다. 이 예에서, 회전력은 모터(22)의 회전 샤프트(24)에 부착된 풀리(26), 회전 샤프트(14)에 부착된 풀리(18) 및 양 풀리(18, 26) 사이에 걸쳐진 벨트(20)를 매개로 하여 회전 샤프트(14)에 전달되도록 구성되어 있다. 단, 모터(22)의 회전력 전달 기구는 상기 예 이외의 것라도 좋다. 예컨대, 상기 기구는 타이밍 벨트, 기어 등을 이용하여도 좋다. 별법으로서, 회전 속도가 낮은 모터(22)를 이용하고 이 모터를 회전 샤프트(14)에 직접 결합하여도 좋다.
상기 회전 샤프트(14) 및 아암(12)은 중실형인 것이어도 좋고, 이 실시예에서와 같이 중공형인 것이어도 좋다. 이것에 대해서는 후술한다.
이온빔 조사 장치에 따르면, 모터(22)에 의해 회전 샤프트(14)를 회전시킴으로써, 진공 챔버(10)를 개방하지 않고도, 이온원(2)을 진공 챔버(10) 밖에서 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)을 중심으로 하여 회전시킨다. 따라서, 기판(6)으로의 이온빔(4)의 입사 각도(θ)(도 4, 도 5, 도 7 참조)를 용이하게 변경할 수 있다.
또한, 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)은 이온원(2)으로부터 기판(6)을 향해 떨어져 있는 곳에 위치하며, 이온원(2)은 중심축(14a)을 중심으로 하여 회전한다. 따라서, 입사 각도(θ)를 작게 하는 경우에도, 도 7에 도시된 예와 같이 중심축(8a)이 이온원(2) 내에 위치하고 있는 경우에 비해서, 기판(6)으로의 이온빔(4)의 조사 위치의 편차 및 기판(6)으로의 이온빔(4)의 조사 영역의 확장을 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 장치의 소형화가 가능해지는 동시에, 장치의 스루풋 저하를 억제할 수 있게 된다.
이를 더 설명한다. 이온원(2)의 회전 중심, 즉 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)의 위치에 의존하여, 입사 각도(θ)를 90°보다 작게 하였을 때의 기판(6)에 대한 이온빔(4)의 조사 영역의 위치 및 크기는 크게 다르다. 도 4a는 중심축(14a)을 이온원(2)의 출구 부근에 위치시킨 예를 도시하고, 도 4b는 중심축(14a)을 기판 표면(6a)의 근처에 위치시킨 예를 도시한다.
두 가지 예에서 모두 이온빔(4)의 입사 각도(θ)를 θ1(＝90°)에서 θ2, θ3으로 작게 할수록, 기판 표면(6a)으로의 이온빔(4)의 조사 위치는 입사 각도(θ1)의 위치로부터 벗어난다(그 거리를 L3으로 함). 그러나, 동일한 크기의 입사 각도(θ2, θ3)를 실현하는 경우, 도 4b에 도시된 예에서의 편차 거리(L3)를 도 4a에 도시된 예에서의 편차 거리에 비해서 훨씬 작게 할 수 있다. 따라서, 이에 상응하게 상기 이온빔 조사 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 이온원으로부터 출사된 이온빔(4)은 공간 전하 효과 등으로 인해 발산 하는 경향을 갖고 있기 때문에, 상기 거리(L3)가 길어질수록 기판 표면(6a)으로의 이온빔(4)의 조사 영역은 넓어진다. 따라서, 도 4b에 도시된 예에서는 상기 조사 영역의 확장을 낮은 수준으로 억제할 수 있다. 그 결과, 이온빔(4)을 기판(6)의 전면에 조사하는 데 필요한 기판(6)의 X 방향의 구동 거리(주사 폭)가 크게 증대되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 이러한 관점에서도 장치를 소형화하는 것이 가능하다. 또한, 기판 처리 시간이 길어지는 것을 방지하여, 장치의 스루풋 저하를 억제할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)은 기판 표면(6a)의 근처에 위치시키는 것이 바람직하다. 그러나, 도 5를 참조하면, 중심축(14a)이 기판 표면(6a)의 근처에 위치하면, 입사 각도(θ)를 매우 작게 할 때에 이온원(2)의 하부가 기판 표면(6a)에 닿게 될 가능성이 있다. 이를 피하기 위해, 아암(12)을 길게 하여 이온원(2)과 중심축(14a) 사이의 거리를 증대시킬 필요가 생긴다.
작은 입사 각도(θ)에 의해 이온원(2)과 중심축(14a) 사이에서 실용적인 거리가 실현될 수 있도록, 이온원(2)의 크기[구체적으로, 이온원(2)의 출구측의 폭 또는 이온원(2)의 상기 회전 방향측의 폭(W1)]를 고려하면, 회전 샤프트(14)의 중심축(14a)과 기판 표면(6a) 사이의 거리(L1)는 0 이상이며 약 W1/2 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
회전 샤프트(14)의 중심축(14a), 즉 이온원(2)의 회전 중심이 상기 범위 내에 위치하여 기판 표면(6a)에 가까운 곳에 위치하면, 입사 각도(θ)가 작은 경우에 도, 기판(6)으로의 이온빔의 조사 위치의 편차 및 기판(6)으로의 이온빔의 조사 영역의 확장을 보다 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 장치의 소형화가 더 가능해지는 동시에, 장치의 스루풋 저하가 더 억제될 수 있다.
도 1의 예에서, 아암(12)의 중심축(12a)과 이온원(2)의 중심축(2a)(모두 도 6 참조)이 일치한다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이온원(2)의 중심축(2a)은 아암(12)의 중심축(12a)으로부터 기판(6)의 반대측으로 옮겨진 상태로 결합될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 작은 입사 각도를 채용할 때에, 이온원(2)의 하부가 기판 표면(6a)에 닿기 어려워진다. 따라서, 동일한 폭(W1)의 이온원을 이용하는 경우에도, 상기 거리(L1)를 더 줄이거나, 또는 이온원(2)과 중심축(14a) 사이의 거리를 더 줄일 수 있다. 그 결과, 어느 경우에서든지 전술한 이유로부터, 장치의 추가적인 소형화가 가능해진다.
전술한 바와 같이, 회전 샤프트(14) 및 아암(12)은 중공형일 수 있다. 이 실시예에서는, 전술한 구조가 채용되어 있다. 구체적으로, 회전 샤프트(14)는 원통형이고, 아암(12)은 덕트 형상을 가지며, 이들 부재(14, 12)의 내부는 서로 연통되어 있다. 아암(12)의 이온원(2)측 단부는 이온원(2)에 접속되어 있다. 회전 샤프트(14)의 내부[예컨대, 진공 챔버(10) 부근의 내부]에는 진공 시일을 행하는 진공 시일 부재(44)가 마련된다. 또한, 회전 샤프트(14) 및 아암(12)은, 예컨대 철 또는 탄소강 등의 자성 재료로 구성된다. 또한, 회전 샤프트(14) 및 아암(12)은 전기적으로 접지되어 있다. 또한, 진공 챔버(10)도 전기적으로 접지되어 있다.
진공 챔버(10)의 외부로부터 이온원(2)에 전력을 공급하는 도체(42)는, 회전 샤프트(14) 및 아암(12)의 내부를 통해 이온원(2)까지 안내된다. 도시를 간략화하기 위해, 도 2에서는 도체(42)를 좌우측에 각각 1개씩 도시하고 있다. 그러나, 도체는 각 측에 하나인 것에 한정되지 않고, 필요한 갯수의 도체가 통과할 수 있다. 회전 샤프트(14) 및 아암(12)이 이온원(2)의 양측에 마련되어 있는 경우, 일측에서 또는 양측에서 도체(42)가 아암(12) 등의 내부를 통과할 수 있다. 예컨대, 도체(42)는 이온원(2)의 필라멘트를 가열하는 필라멘트 전력을 공급하기 위한 도체; 이온원(2)에 아크 방전용의 아크 전력을 공급하기 위한 도체; 이온원(2)의 이온빔 출사 전극 시스템에 고전압을 공급하기 위한 도체를 포함한다. 이들 도체(42)가 진공 챔버(10)를 통과하는 부분에는, 진공 시일 기능을 갖는 전류 도입 단자(도시 생략)가 각각 마련된다. 이들 도체(42)는 회전 샤프트(14) 및 아암(12) 내의 적소에 마련된 절연 스페이서(도시 생략)에 의해 절연 지지된다.
이온원(2)이 진공 챔버(10) 내에 마련되는 경우, 이온원이 진공 챔버(10) 밖에 마련되는 경우에 비해서, 이온원(2)에 전력을 공급하는 전술한 도체는 진공 챔버(10) 내부의 공간 제약 등으로 인해 이온원(2) 부근에 설치하여야 할 필요성이 생긴다. 이와 같은 경우, 특히 상기 도체를 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장이 이온빔(4)에 악영향을 미치는 경우가 종종 발생한다. 예컨대, 이온빔(4)을 구성하는 이온의 진행 방향이 변경되어, 이온빔(4)의 전류 밀도 분포가 분산되는 경우가 종종 발생한다. 특히, 플라즈마 생성을 위해 열 필라멘트를 이용하는 직류 방전 타입의 이온원(2)의 경우, 필라멘트 전류가 크기 때문에(예컨대, 60 A 정도) 이 전류로 인해 강한 자기장이 주변에 종종 발생된다.
이에 비하여, 이 실시예에서 도체(42)는 자기 실드 기능을 갖는 회전 샤프트(14) 및 아암(12)의 안을 통과한다. 따라서, 도체(42)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장의 누설을 억제하여, 상기 자기장이 이온빔(4)에 전술한 바와 같이 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
피복 재료로부터 불순물 및 가스가 발생하는 것을 회피하기 위해, 진공 챔버(10) 내를 통과하는 도체로서 대개 피복을 하지 않은 도체를 이용한다. 이 경우, 상기 도체를 진공 챔버(10) 내에 노출된 상태로 설치하면, 이온원(2)의 주위는 진공 분위기이고, 방전의 트리거로서 기능하는 이온과 전자가 많이 존재하고 있기 때문에, 상기 도체에 고전압(예컨대, 수백 V∼수천 V 정도)을 인가하였을 때에, 도체와 다른 전위를 갖는 근처 부분과의 사이에서 방전이 발생되고, 이온원(2)으로부터의 이온빔(4)의 출사가 불안정해지는 현상이 쉽게 발생한다.
이에 비하여, 이 실시예에서 도체(42)는 접지 전위의 회전 샤프트(14) 및 아암(12)의 내부를 통과하고, 진공 챔버(10) 내의 분위기로부터 전기적으로 차폐되어 있다. 따라서, 도체(42)에 고전압을 인가하였을 때에, 진공 챔버(10) 내의 다른 전위를 갖는 부분에 대하여 방전이 발생하여 이온원(2)으로부터의 이온빔(4)의 출사가 불안정해지는 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이 실시예에서는, 이온원(2)으로부터 출사된 이온빔(4)의 폭 방향의 전류 밀도 분포를 계측하는 빔 계측기(46)가, 진공 챔버(10) 내부의 위치 그리고 기판(6)용 통로를 사이에 두고 이온원(2)에 대향하는 위치에 마련된다. 이온원(2)은 기 판(6)에 대하여 소정의 각도로 위치되어 있다.
보다 구체적으로, 이 실시예에서는 빔 계측기(46)가 기판(6)에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 위치된 이온원(2)에 대향하는 위치에 마련되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
이온빔(4)의 폭 방향의 전류 밀도 분포를 계측하기 위한 빔 계측기(46)는 이 실시예와 같이 이온빔(4)의 폭 방향으로 병설된 복수 개(다수 개)의 빔 계측기(46)일 수 있고, 또는 이온빔(4)의 폭 방향으로 기계적으로 주사(구동)되는 단일 빔 계측기(46)일 수 있다. 그러나, 전자의 구성은 복수 개의 빔 계측기(46)에 의해 한번에 이온빔(4)의 전류 밀도 분포를 계측할 수 있어, 계측 시간이 단축될 수 있으므로 바람직하다. 특히, 기판(6)의 크기가 크고 이온원(2)의 크기도 큰 경우에는 전자의 구성이 바람직하다.
빔 계측기(46)의 보다 구체적인 예가 도 3에 도시되어 있다. 빔 계측기(46)는 패러데이 컵(48); 그 상류측에 마련되는 네거티브 억제 전극(50); 그 상류측에 마련되는 포지티브 억제 전극(52); 그 상류측에 마련되는 접지 전극(54); 및 도체 용기(56)를 포함한다. 패러데이 컵(48)은 이온빔(4)을 받아 빔의 전류 밀도를 계측한다. 네거티브 억제 전극(50)은, 이온빔(4)이 패러데이 컵(48)에 입사하였을 때, 패러데이 컵(48)으로부터 방출되는 2차 전자가 외부로 누설되는 것을 억제하는 것이며, 부전압이 인가된다. 포지티브 억제 전극(52)은 상류의 분위기 중에서 만들어진 이온이 패러데이 컵(48)으로 유입되는 것을 억제하는 것이며, 정전압이 인가된다. 접지 전극(54)은 패러데이 컵(48)에 입사하는 이온빔(4)의 치수를 결정하 는 마스크의 기능을 하고, 하류측의 전극 등을 상류측으로부터 전기적으로 차폐하며, 전기적으로 접지된다. 도체 용기(56)는 접지 전극(54)에 접속되어 있고, 접지 전극(54)과 협동하여, 도체 용기 내부에 있는 패러데이 컵(48) 및 전극(50, 52)을 전기적으로 차폐하며, 전기적으로 접지된다.
전술한 빔 계측기(46)를 마련하면, 기판(6)에 대하여 소정의 각도로 위치된 이온원(2)으로부터 출사되는 이온빔(4)의 폭 방향의 전류 밀도 분포를, 빔 계측기(46)에 의해 계측할 수 있다. 따라서, 계측 결과를 이온빔(4)의 특성 평가, 이온원(2)의 조정 등에 이용할 수 있다.
이온빔(4)의 전류 밀도 분포의 계측 이외에도, 필요 위치에 빔 계측기(46)를 이용하면, 상기 위치에서 이온빔(4)의 전류 밀도를 계측할 수도 있다. 또한, 이온빔(4)의 전류 밀도 분포의 계측 결과로부터, 상기 전류 밀도 분포의 균일성을 획득할 수도 있다. 빔 계측기(46)는 이러한 계측에도 이용할 수 있다.
그 경우, 이 실시예에서와 같이, 빔 계측기(46)가 기판(6)에 대하여 대략 수직인 각도로 위치된 이온원(2)에 대향하는 위치에 마련되면, 빔 계측기(46)가 이온원(2)의 근처에 위치될 수 있고, 이온빔(4)이 빔 계측기(46)에 실질적으로 수직하게 입사하게 하기가 용이하다. 따라서, 빔 계측기(46)에 의한 계측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 상기 이온빔 조사 장치를 이용하여 기판(6)을 처리하는 방법(이온빔 조사 방법)의 예를 설명한다.
(a) 제1 단계
회전 샤프트(14)을 필요에 따라 회전시키고, 이온원(2)을 빔 계측기(46)에 대향하는 각도로 위치시킨다. 수동으로 또는 미리 설정된 조건하에서 이온빔(4)을 이온원(2)으로부터 발생시키는 동시에, 빔 계측기(46)를 이용하여 이온원(2)으로부터 출사된 이온빔(4)의 전류 밀도 분포를 계측한다. 이때, 필요에 따라 이온빔(4)의 소요 위치에서의 전류 밀도와, 이온빔(4)의 전류 밀도 분포의 균일성을 계측할 수 있다.
(b) 제2 단계
이어서, 상기 계측한 전류 밀도 분포가 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단한다. 상기 전류 밀도 분포가 허용 범위 내에 있으면 다음 단계로 진행하고, 허용 범위 내에 없으면 상기 전류 밀도 분포를 허용 범위 내에 들도록 조정을 수동 또는 자동으로 행한다. 이때, 필요에 따라 이온빔(4)의 소요 위치에서의 전류 밀도와, 이온빔(4)의 전류 밀도 분포의 균일성을 평가한다. 필요에 따라, 상기 조정은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 그 후, 필요한 이온빔의 조건이 만족되어 있는 것을 확인한다.
(c) 제3 단계
이어서, 회전 샤프트(14)을 회전시키고, 이온원(2)을 기판(6) 처리에 필요한 소정의 각도로 위치시킨다.
(d) 제4 단계
이어서, 전술한 바와 같이 기판 구동 기구(30)에 의해 기판(6)을 구동하면서, 이온원(2)으로부터의 이온빔을 기판(6)에 조사하여 기판(6)에 처리를 실시한 다. 예컨대, 액정 디스플레이용의 기판(6) 표면에 전술한 바와 같은 배향 처리를 실시한다.
상기 이온빔 조사 방법에 의하면, 진공 챔버(10)의 외부에서 이온원(2)의 각도를 원하는 값으로 쉽게 조정할 수 있다. 예컨대, 기판마다 또는 기판의 로트마다 필요에 따라 이온원을 계측 위치로 이동시키고, 이온빔의 전류 밀도 분포를 계측하여 평가하며, 그리고 필요한 조정을 행한 후에, 이온원을 처리 위치로 이동시켜 기판에 처리를 실시할 수 있다. 그 결과, 안정적인 처리가 쉽게 수행될 수 있다.
기판(6)에 배향 처리를 실시하는 경우, 상기 이온빔 조사 장치는 이온빔 배향 장치 또는 이온빔 배향 처리 장치 등으로 부를 수 있고, 상기 이온빔 조사 방법은 이온빔 배향 방법 또는 이온빔 배향 처리 방법 등으로 부를 수도 있다. 본 발명을 상세하게, 또한 특정 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 분명하다.
본 출원은 2004년 9월 2일 출원한 일본 특허 출원(특허 출원 제2004-255648)에 기초한 것이며, 그 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.

Claims (6)

  1. 진공으로 배기되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내에 마련되어 있고, 처리 대상 기판보다도 폭이 넓은 이온빔을 상기 기판에 조사하는 이온원;
    상기 진공 챔버 내에서 상기 기판을, 상기 이온원으로부터 출사된 이온빔의 폭 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 구동하는 기판 구동 기구;
    상기 진공 챔버를 관통하고 있는 회전 샤프트로서, 이 회전 샤프트의 중심축이 상기 이온원으로부터 상기 기판을 향해 떨어져 있는 곳에 위치하며, 상기 기판 표면에 실질적으로 평행한 것인 회전 샤프트;
    상기 진공 챔버 내에 마련되어 있고, 상기 이온원을 상기 회전 샤프트를 통해 지지하는 아암; 및
    상기 진공 챔버 밖에 마련되어 있고, 상기 회전 샤프트를 왕복 회전시키는 모터
    를 포함하며,
    상기 이온원은 상기 회전 샤프트의 중심축을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있으며,
    상기 회전 샤프트의 중심축과 상기 기판의 표면 사이의 거리는, 상기 이온원 출구측의 폭 또는 상기 이온원의 회전 방향측 폭의 절반과 같거나 그보다 작은 것인 이온빔 조사 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 회전 샤프트 및 아암은, 자기 실드 기능을 갖도록 중공형 자성 부재로 구성되고 접지 전위로 세팅되어 있으며, 상기 진공 챔버의 외부로부터 상기 이온원에 전력을 공급하는 도체가 상기 회전 샤프트 및 아암의 내부를 통과하는 것인 이온빔 조사 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 이온원으로부터 출사된 이온빔의 폭 방향 전류 밀도 분포를 계측하는 빔 계측기가, 상기 진공 챔버 내에서, 상기 기판이 구동되는 공간을 사이에 두고 상기 기판에 대하여 소정의 각도로 위치되어 있는 상기 이온원에 대향하는 위치에 마련되는 것인 이온빔 조사 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 빔 계측기는 상기 기판에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 위치된 상기 이온원에 대향하는 위치에 마련되는 것인 이온빔 조사 장치.
  6. 제4항에 따른 이온빔 조사 장치를 이용한 이온빔 조사 방법으로서,
    상기 이온원을 상기 빔 계측기에 대향하는 각도로 위치시키고, 상기 빔 계측기를 이용하여 상기 이온원으로부터 출사된 이온빔의 전류 밀도 분포를 계측하는 단계;
    상기 계측한 전류 밀도 분포가 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하여, 허용 범위 내에 있으면 상기 이온원을 상기 기판의 처리에 필요한 소정의 각도로 위치시키는 다음 단계로 진행하고, 허용 범위 내에 없으면 상기 전류 밀도 분포를 허용 범위 내에 들도록 조정하는 단계;
    상기 이온원을 상기 기판의 처리에 필요한 소정의 각도로 위치시키는 단계;
    상기 기판 구동 기구에 의해 상기 기판을 구동하면서, 상기 기판에 상기 이온원으로부터의 이온빔을 조사하여 상기 기판에 처리를 실시하는 단계
    를 포함하는 이온빔 조사 방법.
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