KR101068345B1 - 이온 주입 장치 - Google Patents

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타츠야 소데코다
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가부시키가이샤 아이에이치아이
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Abstract

본 발명은 질량분리한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 질량분리형 이온 주입 장치에 관한 것이다.
질량분리 전자석(17)으로부터 방출된 이온 빔(1)을 받아 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿(20)을 구비한 이온 주입 장치(10)에 있어서, 분리 슬릿(20)은 이온 빔(1)을 통과시키는 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있다.
또한, 이온 주입 장치(10)는, 인출 전극계(15)와 질량분리 전자석(17) 사이에 배치되고, 이온 빔(1)이 통과하는 틈을 형성하는 것으로서, 이온원(源)(12)으로부터 인출된 이온 빔(1)의 일부를 차폐하도록 틈의 형상이 가변적으로 구성된 가변 슬릿(30)을 구비한다. 이 이온 주입 장치(10)는 분리 슬릿(20)과 가변 슬릿(30)의 양방을 구비해도 되고, 어느 일방을 구비해도 된다.

Description

이온 주입 장치{ION IMPLANTER}
본 발명은, 이온원(源)으로부터 뽑아낸 원하는 이온종을 포함한 이온 빔을 자기장 안을 통과시킴으로써 질량분리하고, 질량분리한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 질량분리형 이온 주입 장치에 관한 것이다.
반도체 기판이나 액정 패널용 유리 기판에 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하는 공정에 있어서, 실리콘 또는 실리콘 박막에 불순물을 주입하는 이온 주입을 행하기 위해 이온 주입 장치가 이용된다. 기판에 주입하는 이온종은 인(P)이나 붕소(B) 등이 있고, 이것들을 포함한 원료 가스를 이온원에 공급하여 플라즈마화하고, 플라즈마 중으로부터 뽑아내어 가속한 단면이 직사각형상의 리본 모양인 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행한다.
상기의 원료 가스로는 포스핀(PH3)이나 디보란(B2H6) 등을 수소로 희석한 것을 사용하기 때문에, 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔을 그대로 기판에 주입하면, 주입해야 할 P 이온종(PHx)이나 B 이온종(B2Hx) 등 외에 수소 이온 등의 불필요한 이온종이 주입된다. 이와 같이 불필요한 이온종을 제거하기 위해, 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔을 질량분리함으로써, 원하는 이온종을 선별하여 기판에 조사하도록 한 질량분리형 이온 주입 장치가 알려져 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 1, 2 참조).
이러한 질량분리형 이온 주입 장치는, 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔을 통과시키는 질량분리 전자석과, 이 전자석을 통과한 이온 빔을 받는 슬릿을 구비하고 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에 개시된 슬릿은 도 1a에 나타내는 바와 같이 슬릿판(62)에 홀(63)을 형성한 것이다. 특허 문헌 2에 개시된 슬릿은 도 1b에 나타내는 바와 같이 이온 빔의 두께 방향(빔 단면의 짧은 변 방향)의 양측에 대향하여 배치되고 그 간격을 조정가능한 1쌍의 슬릿판(64, 64)이다.
이온은 균일한 자기장 중을 이동할 때 그 전하와 질량에 의존한 곡률반경으로 회전 운동을 하므로, 질량분리 전자석 안으로 이온 빔을 통과시키고, 통과 후에 원하는 이온종이 도달할 것으로 예측되는 궤도상에 슬릿을 배치함으로써, 이온종의 질량분리를 행할 수 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평11-339711호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2005-327713호 공보
질량분리형 이온 주입 장치는 액정 패널 제조용이 아닌 반도체 제조용으로서 이전부터 많이 제조되고 있다. 반도체 제조용으로는 기판 사이즈가 기껏해야 300㎜정도이기 때문에, 기판을 스캔하지 않고 일괄주입하기 위해서는 이온 빔 사이즈도 동일한 정도이면 된다. 그러나, 이온 주입 공정을 필요로 하는 액정 패널 제조용 유리 기판으로는 현재 최대 730㎜×920㎜인 것이 있다. 이 사이즈의 기판의 경우, 기판의 긴 변 방향으로는 스캔한다고 하더라도 이온 빔의 폭 방향(빔 단면의 긴 변 방향)의 치수는 800㎜정도인 것이 요구된다. 질량분리를 행하는 질량분리 전자석의 자극(磁極)은 이온 빔의 폭 방향의 양측에 대향하여 배치되기 때문에, 상기와 같은 빔 폭이 800㎜정도의 치수를 가지는 이온 빔을 질량분리할 경우 질량분리 전자석의 자극 간격도 800㎜이상이 필요하다.
현재까지 반도체 제조용이나 가속기용으로 사용되고 있는 전자석의 자극 간격은 커봐야 수백㎜정도인 것을 고려하면, 이온 주입 공정을 필요로 하는 액정 패널 제조용 질량분리 전자석의 자극 간격은 매우 크다. 이와 같이 큰 자극 간격 내에 자기장을 형성한 경우, 이온 빔이 통과하는 전 영역에 걸쳐 균일한 자기장을 형성하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 자극 간격을 크게 한 전자석 내에 이온 빔을 통과시켰을 때, 그 자기장 균일성의 불완전함에 기인하여 빔이 통과하는 위치에 따라 자극 간격 내에서 이온이 느끼는 자기장의 강도나 방향에 차이가 생긴다.
자기장 균일성이 불완전한 영역에 단면이 직사각형상인 이온 빔을 통과시킨 경우, 출력되는 이온 빔은 전류 밀도 분포에 불균일이 발생하게 되거나, 빔의 단면 형상이 직사각형에서 일그러진 형상으로 변형되는 경향이 있다. 예를 들어, 자극간에 형성되는 자기장이 자극에 가까운 위치에서 강한 구배가 있으므로, 도 2에 나타내는 바와 같이 빔의 단면 형상이 직사각형에서 ‘(’모양으로 일그러지는 경향이 있다. 이는, 자기장이 강한 부분을 통과한 이온이 받는 로렌츠 힘(Lorentz force)이 자기장이 약한 부분을 통과한 이온이 받는 로렌츠 힘보다 강해지기 때문이다. 한편, 빔의 일그러진 형상은 사용하는 전자석의 형태, 사양, 자기장의 인가 방법 등에 따라 다양하며, 반드시 ‘(’모양으로 변형되는 것은 아니고, ‘)’모양이나 그 밖의 형상으로 변형되는 경우도 있다.
이와 같이 빔 형상이 일그러져 버리기 때문에 도 1a에 나타낸 바와 같은 슬릿판에 형성한 홀에 상기와 같은 ‘(’모양의 이온 빔을 통과시키면, 슬릿으로부터 튀어나온 부분은 차폐되어 통과할 수 없어 전류 손실을 일으키는 문제가 있다.
또한, 도 1b에 나타낸 바와 같은 간격 조정이 가능한 1쌍의 슬릿판을 이용해 전류 손실을 저감하기 위해(환언하면, 빔 전류량을 늘리기 위해) 슬릿 간격을 크게 하면, 이온의 질량분리 분해능이 저하되는 문제가 있다.
또한, 전류 밀도 분포의 불균일이나 빔 형상의 일그러짐을 없애는 비교적 균일한 자기장을 형성하는 방법으로서, 전자석의 자극을 가동(可動)형의 다극 자극으로 하여 자극 형상을 최적화하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 통상적으로 자극은 순철(純鐵)이나 저탄소강으로 제작되어 중량이 수100kg에서 1ton 가까이 되기 때문에 이러한 자극에 조정 기구를 부가하면 비용이 늘어나는 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 문제에 착안하여 이루어진 것으로, 이온의 질량분리시에 높은 질량분리 분해능을 유지하면서 전류 손실을 저감할 수 있는 이온 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이온 빔의 전류 밀도 분포의 불균일을 저감하여 균일화를 도모할 수 있는 이온 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 이온 주입 장치는, 이하의 수단을 채용한다.
(1) 본 발명에 따른 이온 주입 장치는, 기판에 주입할 원하는 이온종을 포함한 플라즈마를 발생시키는 이온원과, 이 이온원의 플라즈마 중으로부터 상기 원하는 이온종을 포함한 단면이 직사각형상인 이온 빔을 뽑아내는 인출 전극계와, 뽑아낸 상기 이온 빔을 그 두께 방향 쪽으로 구부려 질량분리하여 원하는 이온종을 포함한 이온 빔을 도출하는 질량분리 전자석과, 이 질량분리 전자석으로부터 이온 빔을 받아 상기 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿을 구비하고, 상기 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 분리 슬릿은, 이온 빔을 통과시키는 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 분리 슬릿은 이온 빔을 통과시키는 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있으므로, 질량분리 전자석을 통과한 이온 빔의 일그러진 빔 형상에 맞추어 그 틈의 형상을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 상술한 ‘(’모양의 빔에 대해서는 동일한 ‘(’모양의 틈 형상으로 할 수 있다. 따라서, 높은 질량분리 분해능을 유지하면서 전류 손실을 저감할 수 있다.
(2) 본 발명에 따른 이온 주입 장치는, 기판에 주입할 원하는 이온종을 포함한 플라즈마를 발생시키는 이온원과, 이 이온원의 플라즈마 중으로부터 상기 원하는 이온종을 포함한 단면이 직사각형상인 이온 빔을 뽑아내는 인출 전극계와, 뽑아낸 상기 이온 빔을 그 두께 방향 쪽으로 구부려 질량분리하여 원하는 이온종을 포함한 이온 빔을 도출하는 질량분리 전자석과, 이 질량분리 전자석으로부터 이온 빔을 받아 상기 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿을 구비하고, 상기 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 인출 전극계와 상기 질량분리 전자석 사이에 배치되고, 상기 이온 빔이 통과하는 틈을 형성하는 것으로서, 상기 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔의 일부를 차폐하도록 상기 틈의 형상이 가변적으로 구성된 가변 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 이온 빔으로부터 뽑아낸 이온 빔의 일부를 차폐하도록 틈의 형상이 가변적으로 구성된 가변 슬릿을 구비하므로, 질량분리 전자석을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아질 것으로 예측되는 부분을 차폐하여 미리 제거해 둠으로써, 질량분리 전자석을 통과한 후의 이온 빔의 전류 밀도 분포의 불균일을 저감하여 균일화를 도모할 수 있다.
(3) 본 발명에 따른 이온 주입 장치는, 기판에 주입할 원하는 이온종을 포함한 플라즈마를 발생시키는 이온원과, 이 이온원의 플라즈마 중으로부터 상기 원하는 이온종을 포함한 단면이 직사각형상인 이온 빔을 뽑아내는 인출 전극계와, 뽑아낸 상기 이온 빔을 그 두께 방향 쪽으로 구부려 질량분리하여 원하는 이온종을 포함한 이온 빔을 도출하는 질량분리 전자석과, 이 질량분리 전자석으로부터 이온 빔을 받아 상기 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿을 구비하고, 상기 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 분리 슬릿은, 이온 빔을 통과시키는 틈 형상이 가변적으로 구성되어 있고, 또한 상기 인출 전극계와 상기 질량분리 전자석 사이에 배치되고, 상기 이온 빔이 통과하는 틈을 형성하는 것으로서, 상기 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔의 일부를 차폐하도록 상기 틈의 형상이 가변적으로 구성된 가변 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 분리 슬릿은, 이온 빔을 통과시키는 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있으므로, 질량분리 전자석을 통과한 이온 빔의 일그러진 빔 형상에 맞추어 그 틈의 형상을 변화시킬 수 있다. 따라서, 높은 질량분리 분해능을 유지하면서 전류 손실을 저감할 수 있다.
또한, 이온 빔으로부터 뽑아낸 이온 빔의 일부를 차폐하도록 상기 틈의 형상이 가변적으로 구성된 가변 슬릿을 구비하므로, 질량분리 전자석을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아질 것으로 예측되는 부분을 차폐하여 미리 제거해 둠으로써, 질량분리 전자석을 통과한 후의 이온 빔의 전류 밀도 분포의 불균일을 저감하여 균일화를 도모할 수 있다.
(4) 또한, 상기 (1) 또는 (3)의 이온 주입 장치에 있어서, 상기 분리 슬릿은, 상기 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 슬릿과 제2 슬릿으로 이루어지고, 제1 슬릿 및 제2 슬릿은 상기 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 슬릿으로 이루어지고, 각 소형 슬릿은 상기 폭 방향으로 인접한 각 소형 슬릿 사이에 이온 빔이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치되고, 각 소형 슬릿은 상기 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 슬릿과 제2 슬릿이, 각각 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 슬릿으로 이루어지고, 또한 각 소형 슬릿이 이온 빔의 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성되어 있으므로, 각 소형 슬릿의 위치를 조정함으로써 질량분리 전자석을 통과한 이온 빔의 일그러진 빔 형상에 맞추어 그 틈의 형상을 용이하게 변화시킬 수 있다. 또한, 분할수를 많게 할수록 빔 형상의 일그러짐에 대한 추종성이 좋아지므로, 이온의 질량분리 분해능이 향상됨과 함께 전류 손실이 보다 저감가능하다.
(5) 상기 (4)의 이온 주입 장치에 있어서, 상기 질량분리 전자석보다 이온 빔 진행 방향의 하류측에 배치되고, 상기 이온 빔을 받아 이 이온 빔의 단면 형상을 측정하는 빔 프로파일 모니터와, 상기 분리 슬릿보다 이온 빔 진행 방향의 하류측에 배치되고, 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 받아 이 이온 빔에 포함되는 이온종의 종류 및 그 비율을 측정하는 이온 모니터와, 상기 복수의 소형 슬릿 각각의 동작을 독립적으로 제어가능하고, 상기 빔 프로파일 모니터와 상기 이온 모니터로부터의 측정 정보에 근거하여 원하는 질량분리 분해능이 얻어지도록 상기 각 소형 슬릿을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 빔 프로파일 모니터, 이온 모니터 및 제어 장치에 의해 분리 슬릿의 각 소형 슬릿을 피드백 제어하여 원하는 질량분리 분해능을 얻도록 했으므로, 높은 질량분리 분해능의 유지와 전류 손실의 저감을 자동 제어에 의해 실현할 수 있다.
(6) 또한, 상기 (2) 또는 (3)의 이온 주입 장치에 있어서, 상기 가변 슬릿은, 상기 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 슬릿과 제2 슬릿으로 이루어지고, 제1 슬릿 및 제2 슬릿은 상기 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 슬릿으로 이루어지고, 각 소형 슬릿은 상기 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 슬릿과 제2 슬릿이, 각각 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 슬릿으로 이루어지고, 또한 각 소형 슬릿이 이온 빔의 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성되어 있으므로, 각 소형 슬릿의 위치를 조정함으로써 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔의 일부를 차폐하도록 틈의 형상을 용이하게 변화시킬 수 있다.
또한, 분할수를 많게 할수록 틈의 형상을 세세하게 변화시킬 수 있으므로, 질량분리 전자석을 통과한 후의 이온 빔의 전류 밀도 분포의 불균일을 저감하는 효과가 향상되어, 보다 균일화를 도모할 수 있다.
(7) 상기 (6)의 이온 주입 장치에 있어서, 상기 질량분리 전자석보다 이온 빔 진행 방향의 하류측에 배치되고, 상기 이온 빔을 받아 이 이온 빔의 단면 형상 및 전류 밀도 분포를 측정하는 빔 프로파일 모니터와, 상기 복수의 소형 슬릿 각각의 동작을 독립적으로 제어가능하고, 상기 빔 프로파일 모니터로부터의 측정 정보에 근거하여 상기 가변 슬릿이 받는 이온 빔 중 상기 질량분리 전자석을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아지는 부분을 예측하고, 예측한 부분에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 슬릿에 의해 이온 빔의 일부를 차폐하도록 상기 각 소형 슬릿을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 빔 프로파일 모니터 및 제어 장치에 의해 가변 슬릿의 각 소형 슬릿을 피드백 제어하여, 질량분리 전자석을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아지는 부분을 예측하고, 예측된 부분에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 슬릿에 의해 이온 빔의 일부를 차폐하게 각 소형 슬릿을 제어하도록 했으므로, 질량분리 전자석을 통과한 후의 이온 빔의 전류 밀도 분포의 균일화를 자동 제어에 의해 실현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이온의 질량분리시에 높은 질량분리 분해능을 유지하면서 전류 손실을 저감할 수 있다. 또한, 이온 빔의 전류 밀도 분포의 불균일을 저감하여 균일화를 도모할 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 있어서의 분리 슬릿의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1b는 종래 기술에 있어서의 다른 분리 슬릿의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 이온 빔의 단면 형상의 변형에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 이온 주입 장치에 있어서의 분리 슬릿의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 이온 주입 장치에 있어서의 가변 슬릿의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 구성을 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 이온 주입 장치(10)의 구성을 나타내는 도면으로, 도 3은 평면도, 도 4는 측면도이다.
이 이온 주입 장치(10)에 있어서, 처리 대상이 되는 기판(3)은 반도체 기판(3), 액정 패널용 유리 기판 등이다. 본 실시형태에 있어서, 기판(3)은 직사각형상을 이루고, 예를 들어, 단변 치수 W1은 730㎜이고, 장변 치수 W2는 920㎜이다. 단, 기판 형상은 직사각형으로 한정되지 않으며, 정사각형이나 원형이어도 된다.
이 이온 주입 장치(10)는, 이온원(12)으로부터 뽑아낸 원하는 이온종을 포함한 이온 빔(1)을 질량분리 전자석(17)에 의해 질량분리하고, 분리 슬릿(20)에 의해 원하는 이온종을 선별해 통과시켜 처리실(19)까지 유도하고, 이 이온 빔(1)을 처리실(19) 내의 기판(3)에 조사하여 이온 주입을 행하게 되어 있다. 즉, 이 이온 주입 장치(10)는 질량분리형 이온 주입 장치이다.
이온원(12)과 처리실(19) 사이의 이온 빔(1)의 경로는 진공 용기(16)에 의해 둘러싸여 있다. 이온원(12)과 진공 용기(16), 진공 용기(16)와 처리실(19)은 각각 서로 기밀하게 접속되어 있고, 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 내부가 진공 배기 되게 되어 있다.
이온원(12)은, 기판(3)에 주입할 원하는 이온종을 포함한 플라즈마(13)를 발생시키는 장치이다. 기판(3)에 주입할 이온종으로는, P 이온이나 B 이온 등이 있다. 이것들의 원료가 되는 원료 가스가 도시하지 않은 원료 가스 공급 장치로부터 이온원(12)에 공급되게 되어 있다. 원료 가스는, 주입할 이온종이 P 이온인 경우 예를 들어 포스핀(PH3)이고, B 이온인 경우 예를 들어 디보란(B2H6)이며, 이것들이 수소 가스로 희석되어 사용된다.
이 이온원(12)에서는 도시하지 않은 필라멘트에 의해 열 전자를 발생시키고, 공급된 원료 가스의 분자를 전리시켜 원하는 이온종을 포함한 플라즈마(13)를 발생시킨다.
이온원(12)에서 발생한 원하는 이온종을 포함한 플라즈마(13)는, 이온원(12)의 출구측에 배치된 인출 전극계(15)에 의해 단면이 직사각형상의 리본 모양인 이온 빔(1)으로서 인출된다(도 6 참조). 이 인출 전극계(15)는 복수의 홀을 가지는 전극을 복수(이 예에서는 3개) 구비하고 있다. 단, 인출 전극계(15)는 격자 모양 또는 그물 모양의 전극, 혹은 슬릿 모양의 전극이어도 된다.
이 이온 빔의 진행 방향에 수직인 단면의 장변 방향의 치수는, 기판(3)의 단변 치수 W1보다 크다. 기판의 단변 치수가 730㎜인 경우, 상기 장변 방향의 치수는 800㎜(정도) 이상이 된다.
이하, 본 명세서에서는, 이온 빔 진행 방향에 수직인 단면을 이온 빔의 단면 또는 간단히 빔 단면이라 한다. 빔 단면의 장변 방향의 치수를 이온 빔의 폭이라 한다. 빔 단면의 단변 방향의 치수를 이온 빔의 두께라 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단면이 직사각형상이란, 단면이 직사각형에 가깝거나 혹은 단면이 직사각형과 같은 형상도 포함한 개념이며, 완전한 직사각형만을 의미하는 것은 아니다.
이온원(12)으로부터 뽑아낸 이온 빔(1)은 가변 슬릿(30)을 통과하여 질량분리 전자석(17)에 도입된다. 질량분리 전자석(17)은 그 내부를 통과하는 이온 빔(1)의 폭 방향의 양측에 대향하여 배치된 자극(18)을 가지고, 이 자극(18)에 의해 빔 진행 방향과 수직인 자기장을 형성하게 되어 있다. 본 실시형태에서는, 도 4의 화살표 B의 방향으로 자기장을 형성한다. 상기와 같이 이온 빔(1)의 폭을 800㎜ 정도로 할 경우, 자극 간격은 800㎜ 이상이 된다.
이와 같이 구성된 질량분리 전자석(17)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 이온원(12)으로부터 인출된 이온 빔(1)을 그 두께 방향 쪽으로 구부려 질량분리하여 원하는 이온종을 포함한 이온 빔(1)을 도출한다.
이온 빔(1)이 질량분리 전자석(17)의 자기장 안을 통과할 때 이온 빔(1)에 포함되는 각 이온종은, 그 전하와 질량에 의존한 곡률반경으로 회전 운동을 하므로, 통과한 후에 원하는 이온종이 도달할 것으로 예측되는 궤도 상에, 질량분리 전자석(17)으로부터 방출된 이온 빔(1)을 받아 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿(20)이 배치되어 있다. 또한, 이 분리 슬릿(20)은 이온 빔(1)을 통과시키는 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있다.
질량분리 전자석(17)의 자극 간격을 800㎜ 이상으로 넓게 한 경우, 상술한 바와 같이 이온 빔이 통과하는 전 영역에 균일한 자기장을 형성하는 것은 어렵다. 그리고 이러한 불균일한 자기장 영역을 포함한 전자석 안으로 단면이 직사각형상인 이온 빔(1)을 통과시키면, 상술한 바와 같이 빔의 단면 형상은 직사각형상에서 일그러진 형상(예를 들어, ‘(’모양)으로 변형된다.
본 발명에서 분리 슬릿(20)은, 이온 빔(1)을 통과시키는 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있으므로, 질량분리 전자석(17)을 통과한 이온 빔(1)의 일그러진 빔 형상에 맞추어 그 틈의 형상을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 상술한 ‘(’모양의 빔에 대해서는 동일한 ‘(’모양의 틈 형상으로 할 수 있다. 따라서, 높은 질량분리 분해능을 유지하면서 전류 손실을 저감할 수 있다.
한편, 빔의 일그러진 형상은 사용하는 전자석의 형태, 사양, 자기장의 인가 방법 등에 따라 다양하며, 반드시 ‘(’모양으로 변형되는 것은 아니고, ‘)’모양이나 그 밖의 형상으로 변형되는 경우도 있다.
본 실시형태에 있어서의 분리 슬릿(20)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 5는 본 실시형태에 있어서의 분리 슬릿(20)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에서 이온 빔(1)은 질량분리 전자석(17)을 통과함으로써 ‘(’모양으로 변형된 예를 나타내고 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이 분리 슬릿(20)은, 이온 빔(1)의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 슬릿(21A)과 제2 슬릿(21B)으로 이루어진다. 이 제1 슬릿(21A)과 제2 슬릿(21B)에 의해 형성된 틈을 이온 빔(1)이 통과한 다. 제1 슬릿(21A) 및 제2 슬릿(21B)은 이온 빔(1)의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 슬릿(23, 23…)으로 이루어진다.
본 실시형태에서, 소형 슬릿(23)은 직사각형이다. 또한, 제1 슬릿(21A) 및 제2 슬릿(21B)은, 각각 10분할되어 빔의 두께 방향으로 서로 대향하는 조를 1쌍으로 하여, 이것이 10쌍 배치된 구성으로 되고 있다.
각 소형 슬릿(23)은, 이온 빔(1)의 폭 방향으로 인접한 각 소형 슬릿(23) 사이에 이온 빔(1)이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치되어 있다. 각 소형 슬릿(23) 사이에 이온 빔(1)이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치하는 구성으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 빔 진행 방향에서 보았을 때에 이온 빔(1)의 폭 방향으로 인접한 각 소형 슬릿(23)이 일부 겹치도록 각 소형 슬릿(23)을 어긋나게 배치하는 구성이 고려된다. 혹은, 이온 빔(1)의 폭 방향으로 서로 인접한 하나의 소형 슬릿(23)과 다른 소형 슬릿(23)의 서로 대향하는 변 부분에, 일방이 타방에 삽입되고 또한 이온 빔(1)의 두께 방향의 상대 이동을 허용하는 단면 요홈부와 단면 돌출부를 형성하는 구성이 고려된다.
또한, 각 소형 슬릿(23)은 이온 빔(1)의 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성되어 있다. 본 실시형태에서 각 소형 슬릿(23)은, 각각 액츄에이터(25, 25…)에 의해 이온 빔(1)의 두께 방향으로 진퇴 운동할 수 있게 되어 있다. 한편, 각 액츄에이터(25)는 후술하는 제어 장치(38)로부터의 제어 신호 S1을 받아 제어된다.
이와 같은 구성에 따르면, 각 소형 슬릿(23)의 위치를 조정함으로써, 질량분 리 전자석(17)을 통과한 이온 빔(1)의 일그러진 빔 형상에 맞추어 그 틈의 형상을 용이하게 변화시킬 수 있다.
따라서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 원하는 이온종만 포함한 빔의 외형에 따르도록 각 소형 슬릿(23)의 위치를 조정함으로써, 원하지 않는 이온종을 차폐하고 원하는 이온종을 선별하여 통과시킬 수 있으므로, 높은 질량분리 분해능을 유지할 수 있음과 함께 전류 손실을 저감할 수 있다.
또한, 분할수를 많게 할수록 빔 형상의 일그러짐에 대한 추종성이 좋아지므로, 이온의 질량분리 분해능이 향상됨과 함께 전류 손실을 보다 저감할 수 있다.
한편, 도 5에서는 각 소형 슬릿(23)이 원하는 이온종만을 포함한 빔의 외형에 정확히 접하도록 위치가 조정되어 있지만, 보다 높은 질량분리 분해능을 얻고자 하는 경우에는, 원하지 않는 이온종을 포함한 부분을 완전히 차폐하도록 각 소형 슬릿(23)의 위치를 조정하면 된다. 이 경우, 보다 높은 질량분리 분해능이 얻어지지만, 전류 손실의 저감 효과는 도 5의 예보다 약간 떨어진다. 단, 이 경우에도 여전히 종래 기술에 비해 전류 손실이 적은 것은 분명하다.
한편, 질량분리 분해능의 향상과 전류 손실의 저감 중 어느 것을, 어느 정도 우선시킬지는 대상으로 하는 제품이나 사용자에 의해 개별적으로 결정되어야 할 사항이며, 어느 쪽이 보다 우수하다고 말할 수 없다. 어느 것을 우선시하더라도 높은 질량분리 분해능을 유지할 수 있음과 함께 전류 손실을 저감할 수 있는 뛰어난 효과가 얻어지는 것에는 변화가 없다.
처리실(19) 내에는 기판(3)을 지지하면서 기판(3)을 도면의 화살표 C의 방향 으로 이동시키는 기판 슬라이더(28)가 마련되어 있다. 기판 슬라이더(28)는 도시하지 않은 구동장치에 의해 왕복구동된다. 본 실시형태에 있어서 화살표 C는, 분리 슬릿(20)을 통과한 이온 빔(1)의 두께 방향과 동일한 방향이다. 이와 같이, 기판(3)을 이동시키면서 기판(3)의 단변 치수 W1보다 폭이 넓은 이온 빔(1)을 조사함으로써, 기판(3)의 전체면에 이온 빔(1)을 조사하여 이온 주입을 행할 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 이온 주입 장치(10)는, 또한 빔 프로파일 모니터(40)와, 이온 모니터(29)와, 제어 장치(38)를 구비하고 있다.
빔 프로파일 모니터(40)는, 질량분리 전자석(17)보다 이온 빔(1)의 진행 방향 하류측에 배치되고, 이온 빔(1)을 받아 이 이온 빔(1)의 단면 형상을 측정하는 것이다. 본 실시형태에 있어서, 빔 프로파일 모니터(40)는 가동 와이어 컬렉터(40A)이고, 도면의 화살표 X방향(이온 빔(1)의 두께 방향과 동일)으로 왕복 이동가능하게 마련된 제1 와이어(41)와, 도면의 화살표 Y방향으로 왕복 이동가능하게 마련된 제2 와이어(42)로 이루어진다. 이 가동 와이어 컬렉터(40A)에서는 이온 빔(1)을 받으면서 제1 와이어(41)와 제2 와이어(42)를 각각 X방향, Y방향으로 이동시킴으로써, 이온 빔(1)의 X방향 전류값과 Y방향 전류값을 얻고, 이 전류값에 근거하여 이온 빔(1)의 단면 형상을 측정할 수 있다. 한편, 이온 빔(1)의 단면 형상을 측정할 때에는 분리 슬릿(20)의 슬릿 폭을 전개(全開)로 해 둘 필요가 있다.
또한, 이 빔 프로파일 모니터(40)에 의해 이온 빔(1)의 전류 밀도 분포를 측정(추정)할 수 있다.
한편, 빔 프로파일 모니터(40)는, 가동 와이어 컬렉터(40A)로 한정되지 않으며 다른 공지된 것을 채용해도 된다. 본 실시형태에서 빔 프로파일 모니터(40)는 분리 슬릿(20)과 처리실(19) 사이에 배치되어 있으나, 이온 빔(1)을 포착할 수 있는 범위 내에서 처리실(19) 내부의 기판 슬라이더(28)의 전면측 또는 배면측, 혹은 질량분리 전자석(17)과 분리 슬릿(20) 사이에 배치되어도 된다.
이온 모니터(29)는, 분리 슬릿(20)보다 이온 빔(1) 진행 방향의 하류측에 배치되고, 분리 슬릿(20)을 통과한 이온 빔(1)을 받아 이 이온 빔(1)에 포함되는 이온종의 종류 및 그 비율을 측정하는 것이다. 이 이온 모니터(29)의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 전자석과 1개 또는 복수의 패러데이 컵(Faraday cup)을 이용한 질량 분석 방식의 것 등 공지된 것을 채용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 이온 모니터(29)는, X방향(이온 빔(1)의 두께 방향과 동일)으로는 이동하지 않지만, 이온 빔(1)의 두께에 충분히 대응할 수 있게 되어 있다. 또한, 이 이온 모니터(29)는 도시하지 않은 구동장치에 의해 도면의 Y방향(이온 빔(1)의 폭 방향과 동일)으로 왕복 이동가능하게 구성되어 있다.
이 구성에 의해 이온 빔(1)의 폭 방향의 임의의 위치의 일정 범위에서, 여기에 포함되는 이온종의 종류 및 그 비율을 측정할 수 있다. 이 이온 모니터(29)는 상술한 소형 슬릿(23)의 1쌍 마다 또는 복수쌍 마다 대응한 범위의 빔에 포함되는 이온종 및 그 비율을 측정할 수 있게 되어 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 이온 모니터(29)는 기판 슬라이더(28)의 배면측에 배치되어 있지만, 분리 슬릿(20)보다 이온 빔 진행 방향의 하류측이면, 기판 슬라 이더(28)의 전면측에 배치되어도 된다.
제어 장치(38)는, 분리 슬릿(20)의 복수의 소형 슬릿(23) 각각의 동작을 독립적으로 제어가능하고, 빔 프로파일 모니터(40)와 이온 모니터(29)로부터의 측정 정보에 근거하여 원하는 질량분리 분해능이 얻어지도록 각 소형 슬릿(23)을 제어하는 것이다.
이 제어에 대하여 도 5를 참조하면서 구체적으로 설명한다. 먼저, 분리 슬릿(20)에 있어서의 제1 슬릿(21A)과 제2 슬릿(21B)의 슬릿폭이 최대가 되도록 각 소형 슬릿(23)의 위치를 조정한다. 이 상태에서 질량분리 전자석(17)을 통과해 온 이온 빔(1)의 단면 형상(즉, 도 5에서의 원하는 것 이외의 이온종도 포함한 빔 전체의 형상)을 빔 프로파일 모니터(40)로 측정(추정)한다. 이 측정 정보에 근거하여 각 소형 슬릿(23)을 소정 위치까지 이동시킨다. 이 소정 위치는, 예를 들어, 원하는 것 이외의 이온종도 포함한 빔 전체의 형상에 대하여, 빔의 두께 방향의 양측을 소정량씩 차폐하는 위치로 하거나, 혹은 각 소형 슬릿(23)이 원하는 이온종만 포함한 빔의 외형에 따르면, 미리 실험적으로 얻어진 데이터에 근거하여 예측되는 위치로 할 수 있다.
이어서, 이온 모니터(29)에 의해 어느 1쌍 또는 복수쌍의 소형 슬릿(23)에 대응하는 범위의 이온 빔(1)에 포함되는 이온종의 종류 및 그 비율을 측정한다. 이 측정 정보로부터 질량분리 분해능을 구하고, 질량분리 분해능이 소정값을 만족하지 않는 경우에는 슬릿폭을 좁히도록 소형 슬릿(23) 쌍의 일방 또는 양방을 이동시켜 다시 이온 모니터(29)의 측정 정보에 근거하여 질량분리 분해능을 구하고, 질량분 리 분해능이 소정값을 만족할 때까지 이 작업을 반복한다. 한편, 질량분리 분해능이 소정값을 만족한 경우에는 이온 모니터(29)를 다른 소형 슬릿(23)의 쌍에 대응하는 범위로 이동시켜 상기와 같은 작업을 행한다. 이와 같이 하여 이온 빔(1)의 폭 방향 전체에 대하여 질량분리 분해능이 소정값을 만족하면, 제어 장치(38)에 의한 분리 슬릿(20)의 위치 조정 제어는 종료된다.
이와 같이, 빔 프로파일 모니터(40), 이온 모니터(29) 및 제어 장치(38)에 의해 분리 슬릿(20)의 각 소형 슬릿(23)을 피드백 제어하여 원하는 질량분리 분해능을 얻도록 했으므로, 높은 질량분리 분해능의 유지와 전류 손실의 저감을 자동 제어에 의해 실현할 수 있다.
본 실시형태에 따른 이온 주입 장치(10)는, 또한 인출 전극계(15)와 질량분리 전자석(17) 사이에 배치된 가변 슬릿(30)을 구비한다. 이 가변 슬릿(30)은 이온 빔(1)이 통과하는 틈을 형성하는 것으로써, 이온원(12)으로부터 인출된 이온 빔(1)의 일부를 차폐하도록 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있다.
상술한 바와 같이, 대면적의 기판(3)에 대응시켜 질량분리 전자석(17)의 자극 간격을 크게 한 경우, 이온 빔이 통과하는 전 영역에 걸쳐 균일한 자기장을 확보하는 것이 곤란해진다. 이러한 경우, 질량분리 전자석(17)을 통과한 이온 빔(1)은 자기장의 불균일함에 기인하여 빔 단면에서 전류 밀도의 불균일이 생긴다.
본 발명에서 가변 슬릿(30)은, 이온 빔(1)으로부터 뽑아낸 이온 빔(1)의 일부를 차폐하도록 틈의 형상이 가변적으로 구성되어 있으므로, 질량분리 전자석(17)을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아질 것으로 예측되는 부분을 차폐하여 미리 제거해 둠으로써, 질량분리 전자석(17)을 통과한 후의 이온 빔(1)의 전류 밀도 분포의 불균일을 저감하여 균일화를 도모할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 가변 슬릿(30)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 6은 본 실시형태에 있어서의 가변 슬릿(30)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가변 슬릿(30)은 상술한 분리 슬릿(20)과 마찬가지의 구성을 가지고 있다. 즉, 가변 슬릿(30)은 이온 빔(1)의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 슬릿(31A)과 제2 슬릿(31B)으로 이루어진다. 이 제1 슬릿(31A)과 제2 슬릿(31B)에 의해 형성된 틈을 이온 빔(1)이 통과한다. 제1 슬릿(31A) 및 제2 슬릿(31B)은 이온 빔(1)의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 슬릿(33, 33…)으로 이루어진다.
본 실시형태에서 소형 슬릿(33)은 직사각형이다. 또한, 제1 슬릿(31A) 및 제2 슬릿(31B)은, 각각, 10분할되고, 빔의 두께 방향으로 서로 대향하는 조를 1쌍으로 하여, 이것이 10쌍 배치된 구성으로 되어 있다.
각 소형 슬릿(33)은, 이온 빔(1)의 폭 방향으로 인접한 각 소형 슬릿(33) 사이에 이온 빔(1)이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치되어 있다. 각 소형 슬릿(33) 사이에 이온 빔(1)이 통과할 틈이 형성되지 않게 배치하는 구성으로서는, 상술한 분리 슬릿(20)의 경우와 마찬가지의 구성이 고려된다.
단, 상기 분리 슬릿(20)에서는 원하지 않는 이온종을 차폐하여 원하는 이온종을 선별할 목적에서 이온 빔(1)이 통과할 간격이 형성되지 않도록 하였지만, 이 가변 슬릿(30)에서는 개개의 소형 슬릿(33)에 의해 이온 빔(1)의 일부를 차폐할 수 있으면 되므로, 반드시 각 소형 슬릿(33) 사이에 이온 빔(1)이 통과할 틈이 형성되지 않게 배치되어 있을 필요는 없다.
각 소형 슬릿(33)은 이온 빔(1)의 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성되어 있다. 본 실시형태에서 각 소형 슬릿(33)은, 각각, 액츄에이터(35, 35…)에 의해 이온 빔(1)의 두께 방향으로 진퇴 운동할 수 있게 되어 있다. 각 액츄에이터는 제어 장치(38)로부터의 제어 신호 S2를 수신하여 제어된다.
이러한 구성에 따르면, 각 소형 슬릿(33)의 위치를 조정함으로써, 이온원(12)으로부터 뽑아낸 이온 빔(1)의 일부를 차폐하도록 틈 형상을 용이하게 변화시킬 수 있다.
따라서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 질량분리 전자석(17)을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아질 것으로 예측되는 부분을 차폐하여 미리 제거해 둘 수 있다. 구체적으로 설명하면, 예를 들어, 질량분리 전자석(17)을 통과한 후에 자극(18)에 가까운 빔폭 방향의 양측 부근의 전류 밀도가 빔 중앙부보다 상대적으로 높아질 것으로 예측되는 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이, 빔폭 방향의 양측 부근에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 슬릿(33)의 슬릿폭을 좁혀 미리 빔의 일부를 차폐해 제거하여 둔다. 이렇게 하면, 이온 빔(1)이 질량분리 전자석(17)을 통과한 후, 일부가 제거된 빔폭 방향의 양측 부근의 전류 밀도가 높아지는 것을 억제하여, 결과적으로 빔 중앙부의 전류 밀도와의 전류 밀도차가 완화되어 빔 전체의 전류 밀도 분포가 균일화된다.
또한, 분할수를 많게 할수록 틈 형상을 세세하게 변화시킬 수 있으므로, 질 량분리 전자석(17)을 통과한 후의 이온 빔(1)의 전류 밀도 분포의 불균일을 저감하는 효과가 향상되어, 보다 균일화를 도모할 수 있다.
가변 슬릿(30)은 제어 장치(38)로부터 제어 신호 S2를 받아 제어된다. 제어 장치(38)는, 복수의 소형 슬릿(33) 각각의 동작을 독립적으로 제어가능하고, 빔 프로파일 모니터(40)로부터의 측정 정보에 근거하여 가변 슬릿(30)이 받는 이온 빔(1) 중 질량분리 전자석(17)을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아지는 부분을 예측하고, 예측한 부분에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 슬릿(33)에 의해 이온 빔(1)의 일부를 차폐하도록 각 소형 슬릿(33)을 제어한다. 본 실시형태에서는, 가변 슬릿(30)과 분리 슬릿(20)을 동일한 제어 장치(38)로 제어하는 구성으로 하고 있지만, 각각 다른 제어 장치(38)에 의해 제어하도록 해도 된다.
이 제어에 대하여, 도 6을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 먼저, 가변 슬릿(30)의 제1 슬릿(31A)과 제2 슬릿(31B)의 슬릿폭이 최대가 되도록 각 소형 슬릿(33)의 위치를 조정한다. 이 상태에서 이온 빔(1)의 단면 형상과 전류 밀도 분포를 빔 프로파일 모니터(40)로 측정(추정)한다. 빔 프로파일 모니터(40)는, 질량분리 전자석(17)보다 빔 진행 방향의 하류측에 배치되어 있으므로, 질량분리 전자석(17)을 통과한 후의 이온 빔(1)의 단면 형상과 전류 밀도 분포를 측정할 수 있다. 제어 장치(38)는 이 측정 정보에 근거하여 가변 슬릿(30)이 받는 이온 빔(1) 중 질량분리 전자석(17)을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아지는 부분을 예측한다. 제어 장치(38)는 이 예측 결과에 근거하여 예측된 부분에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 슬릿(33)의 슬릿폭을 좁혀, 미리 빔의 일부를 차폐해 제거하여 둔다. 예를 들어, 자극(18)에 가까운 빔폭 방향의 양측 부근의 전류 밀도가 빔 중앙부 보다 상대적으로 높아질 것으로 예측되는 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이, 빔폭 방향의 양측 부근에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 슬릿(33)의 슬릿폭을 좁혀 미리 빔의 일부를 차폐하여 제거한다.
이 상태의 가변 슬릿(30)과 질량분리 전자석(17)을 통과한 이온 빔(1)의 전류 밀도 분포를 다시 빔 프로파일 모니터(40)로 측정한다. 제어 장치(38)는, 전류 밀도 분포가 균일화되어 있는지를 판단한다. 최초 측정에서 전류 밀도가 상대적으로 높을 것으로 예측된 부분이 여전히 높은 경우, 좁힌 슬릿폭을 더욱 좁히는 방향으로 각 소형 슬릿(33)을 이동시킨다. 반대로, 전류 밀도가 상대적으로 높을 것으로 예측된 부분의 전류 밀도가 너무 낮아진 경우에는, 좁힌 슬릿폭을 넓히는 방향으로 각 소형 슬릿(33)을 이동시킨다. 제어 장치(38)는 이러한 작업을 반복하여 전류 밀도 분포가 균일화되었다고 판단되면, 가변 슬릿(30)의 위치 조정 제어를 종료한다.
이와 같이, 빔 프로파일 모니터(40) 및 제어 장치(38)에 의해 가변 슬릿(30)의 각 소형 슬릿(33)을 피드백 제어하여, 질량분리 전자석(17)을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아질 부분을 예측하고, 예측한 부분에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 슬릿(33)에 의해 이온 빔(1)의 일부를 차폐하게 각 소형 슬릿(33)을 제어하도록 했으므로, 질량분리 전자석을 통과한 후의 이온 빔(1)의 전류 밀도 분포의 균일화를 자동 제어에 의해 실현할 수 있다.
상술한 실시형태에서는 빔 프로파일 모니터(40)로서 가동 와이어 컬렉 터(40A)를 이용했지만, 이를 대신하여 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같은 패러데이 컵 어레이(40B)를 이용해도 된다. 이 패러데이 컵 어레이(40B)는 이온 모니터(29)의 배면측에 배치되어 있다. 패러데이 컵 어레이(40B)는, 이온 빔(1)의 폭 방향 및 두께 방향에 걸쳐 복수(다수)의 패러데이 컵을 배치한 것이다. 복수의 패러데이 컵은 이온 빔(1)의 단면 형상보다 큰 범위에 걸쳐 병설되어 있다.
이와 같이 구성된 패러데이 컵 어레이(40B)에 의해 이온 빔(1)을 받아 이 이온 빔(1)의 단면 형상과 전류 밀도 분포를 측정할 수 있다. 한편, 패러데이 컵 어레이(40B)에 의한 측정시에는, 패러데이 컵 어레이(40B)로의 이온 빔(1) 조사에 방해가 되지 않는 위치로 기판 슬라이더(28)가 이동한다.
또한, 도 8에서는, 패러데이 컵 어레이(40B)에 의한 측정을 행할 때에, 패러데이 컵 어레이(40B)로의 이온 빔(1) 조사에 방해가 되지 않게, 이온 모니터(29)가 점선으로 나타내는 위치까지 후퇴할 수 있게 되어 있다.
상술한 실시형태에서는, 틈의 형상이 가변인 분리 슬릿(20)과 가변 슬릿(30) 양방을 구비한 구성으로 하였지만, 어느 일방을 구비한 구성이어도 된다.
즉, 틈 형상이 가변인 분리 슬릿(20)을 구비하지만 가변 슬릿(30)은 구비하지 않는 구성이어도 되며, 이 경우 이온 빔(1)의 전류 밀도의 균일화 효과는 얻어지지 않지만, 높은 질량분리 분해능을 유지하면서 전류 손실을 저감할 수 있는 효과는 얻어진다.
또한, 가변 슬릿(30)은 구비하지만 틈 형상이 가변인 분리 슬릿(20)은 구비하지 않는 구성이어도 되며, 이 경우 높은 질량분리 분해능을 유지하면서 전류 손 실을 저감할 수 있는 효과는 얻어지지 않지만, 이온 빔(1)의 전류 밀도의 균일화 효과는 얻어진다. 단, 틈 형상이 가변인 분리 슬릿(20)을 구비하지 않는 경우, 원하는 이온종을 선별하기 위한, 예를 들어 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같은 어떠한 다른 분리 슬릿을 구비할 필요가 있다.
한편, 상기에 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 상기에 개시된 본 발명의 실시형태는 어디까지나 예시이며, 본 발명의 범위는 이들 발명의 실시형태로 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위의 기재에 의해 나타나며, 또한 특허청구의 범위의 기재와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.

Claims (8)

  1. 기판에 주입할 원하는 이온종을 포함한 플라즈마를 발생시키는 이온원(源)과, 이 이온원의 플라즈마 중으로부터 상기 원하는 이온종을 포함한 단면이 직사각형상인 이온 빔을 뽑아내는 인출 전극계와, 뽑아낸 상기 이온 빔을 그 두께 방향 쪽으로 구부려 질량분리하여 원하는 이온종을 포함한 이온 빔을 도출하는 질량분리 전자석과, 이 질량분리 전자석으로부터 이온 빔을 받아 상기 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿을 구비하고, 상기 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 이온 주입 장치에 있어서,
    상기 분리 슬릿은, 상기 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 분리 슬릿과 제2 분리 슬릿으로 이루어지고, 상기 제1 분리 슬릿 및 제2 분리 슬릿은 상기 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 분리 슬릿으로 이루어지고, 각 소형 분리 슬릿은 상기 폭 방향으로 인접한 각 소형 분리 슬릿 사이에 이온 빔이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치되고, 각 소형 분리 슬릿은 상기 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성됨에 따라, 상기 이온 빔을 통과시키는 틈의 형상이 직사각형 이외의 형상으로도 변화가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  2. 기판에 주입할 원하는 이온종을 포함한 플라즈마를 발생시키는 이온원과, 이 이온원의 플라즈마 중으로부터 상기 원하는 이온종을 포함한 단면이 직사각형상인 이온 빔을 뽑아내는 인출 전극계와, 뽑아낸 상기 이온 빔을 그 두께 방향 쪽으로 구부려 질량분리하여 원하는 이온종을 포함한 이온 빔을 도출하는 질량분리 전자석과, 이 질량분리 전자석으로부터 이온 빔을 받아 상기 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿을 구비하고, 상기 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 이온 주입 장치에 있어서,
    상기 인출 전극계와 상기 질량분리 전자석 사이에 배치되고, 상기 이온 빔이 통과하는 틈을 형성하는 것으로서, 상기 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔의 일부를 차폐하는 가변 슬릿을 구비하고,
    상기 가변 슬릿은, 상기 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 가변 슬릿과 제2 가변 슬릿으로 이루어지고, 상기 제1 가변 슬릿 및 제2 가변 슬릿은 상기 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 가변 슬릿으로 이루어지고, 각 소형 가변 슬릿은 상기 폭 방향으로 인접한 각 소형 가변 슬릿 사이에 이온 빔이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치되고, 각 소형 가변 슬릿은 상기 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성됨에 따라, 상기 틈의 형상이 직사각형 이외의 형상으로도 변화가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  3. 기판에 주입할 원하는 이온종을 포함한 플라즈마를 발생시키는 이온원과, 이 이온원의 플라즈마 중으로부터 상기 원하는 이온종을 포함한 단면이 직사각형상인 이온 빔을 뽑아내는 인출 전극계와, 뽑아낸 상기 이온 빔을 그 두께 방향 쪽으로 구부려 질량분리하여 원하는 이온종을 포함한 이온 빔을 도출하는 질량분리 전자석과, 이 질량분리 전자석으로부터 이온 빔을 받아 상기 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 분리 슬릿을 구비하고, 상기 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 기판에 조사하여 이온 주입을 행하는 이온 주입 장치에 있어서,
    상기 분리 슬릿은, 상기 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 분리 슬릿과 제2 분리 슬릿으로 이루어지고, 상기 제1 분리 슬릿 및 제2 분리 슬릿은 상기 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 분리 슬릿으로 이루어지고, 각 소형 분리 슬릿은 상기 폭 방향으로 인접한 각 소형 분리 슬릿 사이에 이온 빔이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치되고, 각 소형 분리 슬릿은 상기 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성됨에 따라, 상기 이온 빔을 통과시키는 틈의 형상이 직사각형 이외의 형상으로도 변화가능하게 구성되어 있고,
    또한, 상기 인출 전극계와 상기 질량분리 전자석 사이에 배치되고, 상기 이온 빔이 통과하는 틈을 형성하는 것으로서, 상기 이온원으로부터 뽑아낸 이온 빔의 일부를 차폐하는 가변 슬릿을 구비하고,
    상기 가변 슬릿은, 상기 이온 빔의 두께 방향의 양측에 간격을 두고 대향하여 배치된 제1 가변 슬릿과 제2 가변 슬릿으로 이루어지고, 상기 제1 가변 슬릿 및 제2 가변 슬릿은 상기 이온 빔의 폭 방향으로 복수로 분할된 소형 가변 슬릿으로 이루어지고, 각 소형 가변 슬릿은 상기 폭 방향으로 인접한 각 소형 가변 슬릿 사이에 이온 빔이 통과하는 틈이 형성되지 않게 배치되고, 각 소형 가변 슬릿은 상기 두께 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하게 구성됨에 따라, 상기 이온 빔이 통과하는 틈의 형상이 직사각형 이외의 형상으로도 변화가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 질량분리 전자석보다 이온 빔 진행 방향의 하류측에 배치되고, 상기 이온 빔을 받아 이 이온 빔의 단면 형상을 측정하는 빔 프로파일 모니터와,
    상기 분리 슬릿보다 이온 빔 진행 방향의 하류측에 배치되고, 분리 슬릿을 통과한 이온 빔을 받아 이 이온 빔에 포함되는 이온종의 종류 및 그 비율을 측정하는 이온 모니터와,
    상기 복수의 소형 분리 슬릿 각각의 동작을 독립적으로 제어가능하고, 상기 빔 프로파일 모니터와 상기 이온 모니터로부터의 측정 정보에 근거하여 원하는 질량분리 분해능이 얻어지도록 상기 각 소형 분리 슬릿을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  6. 삭제
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 질량분리 전자석보다 이온 빔 진행 방향의 하류측에 배치되고, 상기 이온 빔을 받아 당해 이온 빔의 단면 형상 및 전류 밀도 분포를 측정하는 빔 프로파일 모니터와,
    상기 복수의 소형 가변 슬릿 각각의 동작을 독립적으로 제어가능하고, 상기 빔 프로파일 모니터로부터의 측정 정보에 근거하여 상기 가변 슬릿이 받는 이온 빔 중 상기 질량분리 전자석을 통과한 후에 전류 밀도가 상대적으로 높아지는 부분을 예측하고, 예측한 부분에 해당하는 위치에 배치된 각 소형 가변 슬릿에 의해 이온 빔의 일부를 차폐하도록 상기 각 소형 가변 슬릿을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 주입 장치는 대형 표시패널용 유리 기판에 이온 주입을 행하는 장치인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
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