KR101167474B1 - 이온주입방법 및 이온주입장치 - Google Patents

Abstract

복수개의 리본형상 이온빔을 적어도 부분적으로 포개서 유리 기판상에 소정의 주입량 분포를 실현하는 이온주입방법에 있어서, 각 리본형상 이온빔의 빔 전류밀도분포를 효율적으로 조정한다.
복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작을 개시시킨 후, 각 장치의 빔 시동조작의 완료를 개별적으로 검출함으로써, 가장 빔 시동조작의 완료가 느리다고 여겨지는 이온빔 공급장치를 특정한다. 그 후, 각 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔에 의해 유리 기판상에 형성되는 이온주입량 분포를 포갰을 때, 이 포개짐에 의한 주입량 분포가 미리 정해진 소정의 분포가 되도록, 특정된 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔의 빔 전류밀도분포를 조정한다.

Description

이온주입방법 및 이온주입장치{METHOD OF ION IMPLANTATION AND SYSTEM THE SAME}

이 발명은 복수의 리본형상 이온빔에 의한 조사영역을 포개어, 유리 기판상에 소정의 주입량 분포를 형성시키는 이온주입방법과 당해 이온주입을 실현하기 위한 이온주입장치에 관한 것이다.

최근, 액정 텔레비전으로 대표되는 액정제품의 대형화가 현저하다. 반도체 제조공정에서는 하나의 처리 공정으로 보다 많은 액정 패널을 처리하기 위해, 유리 기판의 치수를 크게 하여, 대형 유리 기판으로부터 액정 패널을 멀티플 베벨링(multiple-beveling)하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 반도체 제조장치 중 하나인 이온주입장치에 대해서도, 이러한 대형 유리 기판에 대한 대응이 요구되고 있다. 이러한 요망에 대응하기 위해, 지금까지 특허문헌 1에 기재된 이온주입장치가 개발되어 왔다.

특허문헌 1에는 유리 기판의 치수보다 작은 2개의 이온빔을 이용해서, 유리 기판의 전면(全面)에 이온주입처리를 실시하는 기술이 개시되어 있다. 여기서는 일례로서, 서로 직교하는 3방향(X, Y, Z방향)의 각각을, 이온빔의 짧은 변 방향, 이온빔의 긴 변 방향, 이온빔의 진행방향으로서 정의하고 있다. 2개의 이온빔은 X방향에 있어서 서로 이간(離間)되어 있는 동시에, Y방향에 있어서 유리 기판상에서의 각 이온빔에 의한 조사영역이 부분적으로 겹치도록 서로의 중심위치를 어긋나게 해서 유리 기판에의 이온주입처리가 실시되는 처리실 내에 조사되고 있다. 그리고 이러한 이온빔을 가로지르도록, X방향을 따라 유리 기판을 반송(搬送)시킴으로써 유리 기판 전면에 걸친 이온주입처리를 실현시키고 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술에서는 유리 기판의 반송 속도를 일정하게 하고 있다. 그 때문에, 유리 기판의 전면에 걸쳐 균일한 주입량 분포를 실현할 경우, 특허문헌 1의 도 6에 나타나 있는 바와 같이, Y방향을 따라 2개의 이온빔의 전류밀도분포를 합한 결과가 거의 균일해지도록 조정해 둘 필요가 있다.

일본국 공개특허공보 2009-152002호(도 1, 도 3, 도 6, 단락 0077～0088)

일반적으로 기판상에서 복수의 이온빔의 조사영역이 포개질 경우, 이 영역에 조사되는 이온빔의 빔 전류밀도분포의 조정은 1개의 이온빔의 빔 전류밀도분포를 조정하는 경우와 비교해서, 조정 대상이 되는 파라미터의 수가 많아 복잡해진다. 그 때문에, 이러한 조정을 맹목적으로 하고 있었다면, 조정이 종료될 때까지 상당한 시간을 요하게 된다. 또한 빔 전류밀도분포의 조정에 시간이 걸리면, 이온주입장치의 스루풋(처리 능력)의 저하를 초래한다는 문제도 생길 수 있다.

그러나 특허문헌 1에서는, 이온빔의 조사영역이 포개지는 영역에서의 빔 전류밀도분포의 조정방법에 대해서는, 다른 영역(포개지지 않는 영역)에서의 빔 전류밀도분포와 거의 같아지도록 조정한다는 정도의 기재밖에 되어 있지 않아, 구체적으로 어떻게 조정하는지에 대하여 명확히 되어 있지 않았다.

본 발명에서는 효율적으로 빔 전류밀도분포를 조정할 수 있는 이온주입방법 및 당해 방법을 실현하기 위한 장치를 제공하는 것을 소기의 과제로 한다.

즉, 본 발명의 이온주입방법은 개별적으로 리본형상 이온빔을 공급하고, 당해 리본형상 이온빔의 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정수단을 가지는 복수의 이온빔 공급장치를 이용해서 유리 기판상에 소정의 이온주입량 분포를 형성하는 이온주입방법에 있어서, 상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동(始動) 조작을 순차적으로 혹은 동시에 개시시키는 빔 시동개시공정과, 상기 빔 시동개시공정 후, 상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작완료를 개별적으로 검출하는 빔 시동조작완료 검출공정과, 상기 빔 시동조작완료 검출공정의 결과에 기초하여, 가장 빔 시동조작의 완료가 느리다고 여겨지는 이온빔 공급장치를 특정하는 이온빔 공급장치 특정공정과, 상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔에 의해 유리 기판상에 형성되는 이온주입량 분포를 포갰을 때, 이 포개짐에 의한 주입량 분포가 미리 정해진 소정의 분포가 되도록, 상기 이온빔 공급장치 특정공정에서 특정된 이온빔 공급장치에 구비된 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서 당해 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔의 빔 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정공정을 거쳐 유리 기판에의 이온주입처리가 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 상기 빔 시동조작완료 검출공정에 있어서, 각 이온빔 공급장치의 운전 파라미터가 소정 범위 외이면서, 소정 시간이 경과했을 경우에는 상기 빔 시동조작완료 검출공정을 중지하도록 구성해 두는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 이용함으로써, 유리 기판에의 이온주입처리가 이루어지기 전의 단계에서 이온주입장치의 이상을 검출하여, 즉석에서 장치의 유지 보수(maintenance)를 행하는 것이 가능하게 된다.

또한 상기 이온주입방법은 상기 빔 시동조작시에, 상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 빔 전류밀도분포가 제1 허용범위 내에 있는지 여부를 확인하는 공정과, 상기 빔 전류밀도분포가 상기 제1 허용범위 내에 없을 경우에는 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서, 당해 범위 내에 들어가도록 상기 빔 전류밀도분포를 조정하는 공정을 더 가지고 있는 동시에, 상기 빔 전류밀도분포 조정공정에서 빔 전류밀도분포의 조정이 이루어질 때에 이용되는 허용범위를 제2 허용범위라고 하면, 상기 제1 허용범위는 상기 제2 허용범위보다 넓은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 이용함으로써, 보다 확실하게 기판상에 소정의 이온주입량 분포를 형성시키는 것이 가능하게 된다.

한편 본 발명의 이온주입장치는 개별적으로 리본형상 이온빔을 공급하고, 당해 리본형상 이온빔의 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정수단을 가지는 복수의 이온빔 공급장치를 구비한 이온주입장치로서, 상기 이온주입장치는 (1)상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작을 개시시키는 빔 시동개시공정과, (2)상기 빔 시동개시공정 후, 상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작완료를 개별적으로 검출하는 빔 시동조작완료 검출공정과, (3)상기 빔 시동조작완료 검출공정의 결과에 기초하여 가장 빔 시동조작의 완료가 느리다고 여겨지는 이온빔 공급장치를 특정하는 이온빔 공급장치 특정공정과, (4)상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔에 의해 유리 기판상에 형성되는 이온주입량 분포를 포갰을 때, 이 포개짐에 의한 주입량 분포가 미리 정해진 소정의 분포가 되도록, 상기 이온빔 공급장치 특정공정에서 특정된 이온빔 공급장치에 구비된 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서 당해 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔의 빔 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정공정을 행하는 제어장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 상기 제어장치는 상기 빔 시동조작완료 검출공정에 있어서, 각 이온빔 공급장치의 운전 파라미터가 소정 범위 외이면서, 소정 시간이 경과했을 경우에는 상기 빔 시동조작완료 검출공정을 중지하도록 구성해 두는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어장치는 상기 빔 시동조작시에, 상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 빔 전류밀도분포가 제1 허용범위 내에 있는지 여부를 확인하는 공정과, 상기 빔 전류밀도분포가 상기 제1 허용범위 내에 없을 경우에는 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서, 당해 범위 내에 들어가도록 상기 빔 전류밀도분포를 조정하는 공정을 행하는 기능을 가지고 있는 동시에, 상기 빔 전류밀도분포 조정공정에서 빔 전류밀도분포의 조정이 이루어질 때에 이용되는 허용범위를 제2 허용범위라고 하면, 상기 제1 허용범위는 상기 제2 허용범위보다 넓은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 복수의 이온빔 공급장치 중, 마지막으로 빔 시동이 완료되는 이온빔 공급장치의 빔 전류밀도분포에 대해서만 정밀도 좋게 조정하면 된다. 그 때문에, 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 모든 이온빔의 빔 전류밀도분포를 정밀도 좋게 조정하는 경우에 비해 시간이 걸리지 않는다. 또한 마지막으로 빔 시동조작이 완료되는 이온빔 공급장치의 빔 전류밀도분포를 조정할 때, 그 밖의 이온빔의 전류밀도분포의 측정값을 고려하고 있으므로, 기판상에 소정의 이온주입분포를 정밀도 좋게 형성시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 이온주입장치에 따른 하나의 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 처리실 내부를 Z방향에서 보았을 때의 평면도이다.
도 3은 전류밀도분포의 조정예에 관한 설명도이다.
도 4는 빔 시동의 개시에서 이온주입처리의 개시에 이르기까지의 일련의 흐름을 나타낸다.
도 5는 빔 전류밀도분포 조정공정에서 조정되지 않는 이온빔의 빔 전류밀도분포의 일례를 나타낸다.
도 6은 빔 전류밀도분포 조정공정에서 조정되는 이온빔의 조정 목표로 하는 빔 전류밀도분포의 도출방법에 관한 설명도이다.
도 7은 빔 시동조작완료 검출공정에서 이용되는 제어 흐름의 일례를 나타낸다.
도 8은 도 1의 이온주입장치에서 이용되는 제어장치의 구성에 관한 다른 실시예이다.
도 9는 도 1의 이온주입장치에서 이용되는 제어장치의 구성에 관한 다른 실시예이다.

도 1은 본 발명에 따른 이온주입장치(1)의 하나의 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 처리실 내부를 Z방향에서 보았을 때의 평면도이다. 이 도면들을 바탕으로 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이온주입장치의 전체 구성을 설명한다.

이 발명에 있어서, X방향을 기판의 반송방향, Y방향을 이온빔의 긴 변 방향, Z방향을 처리실 내에서 유리 기판에 조사되는 이온빔의 진행방향으로 하고, 이 방향들은 서로 직교하고 있다. 또한 이 발명에서 리본형상 이온빔이란, 이온빔의 진행방향에 직교하는 평면으로 이온빔을 끊었을 경우에, 그 단면이 대략 장방형상인 이온빔을 가리키고 있다.

도 1에 기재된 이온주입장치(1)는 제1 이온빔 공급장치(2), 제2 이온빔 공급장치(12), 제3 이온빔 공급장치(32) 및 제4 이온빔 공급장치(42)를 가지고 있다. 제1～제4 이온빔 공급장치는 각각 제1 이온빔(6), 제2 이온빔(16), 제3 이온빔(36) 및 제4 이온빔(46)을 처리실(11) 내에 공급하기 위한 장치이다.

이온빔 공급장치에 대하여 간단하게 설명한다. 제1～제4 이온빔 공급장치는 각각 같은 성능의 공급장치여도 상관없고, 다른 성능이어도 된다. 또한 공급장치의 구성에 대해서도 마찬가지로 말할 수 있다. 한편 도 1의 예에서는 각 공급장치의 구성이 공통되므로, 제1 이온빔 공급장치(2)의 구성을 대표로 해서 설명하고, 다른 공급장치에 관한 설명은 생략한다.

제1 이온빔 공급장치(2)는 이온원(3)을 구비하고 있으며, 이 이온원(3)으로부터 제1 이온빔(6)이 인출된다. 이온원(3)으로부터 인출된 제1 이온빔(6)에는 다양한 이온이 혼재되어 있다. 이 중, 소망하는 이온만을 유리 기판(10)에 조사시키기 위해, 질량분석 마그넷(4)과 분석 슬릿(5)을 협동시켜, 소망하는 이온과 그 밖의 이온을 분리한다. 이 분리는 이온마다의 질량수의 차이를 이용해서, 분석 슬릿(5)을 소망하는 이온만 통과할 수 있도록 질량분석 마그넷(4)에서의 제1 이온빔의 편향량을 조정함으로써 행해진다.

제1 이온빔 공급장치(2)로부터 공급되는 제1 이온빔(6)은 처리실(11) 내에 마련된 빔 프로파일러(7)에 의해, 긴 변 방향(Y방향)에 있어서의 빔 전류밀도분포가 측정된다. 이 빔 프로파일러의 예로서는, 공지의 패러데이 컵(Faraday cup)을 Y방향을 따라 복수개 배열한 다점(多點) 패러데이 방식이나 단일 패러데이 컵을 Y방향을 따라 이동시키는 무빙 패러데이 방식을 이용하는 것을 생각할 수 있다.

한편 상기 설명에서는 이온빔 공급장치로서, 질량분석 마그넷이나 분석 슬릿을 구비하는 구성의 공급장치에 대하여 설명했지만, 이들을 구비하지 않는 타입의 이온빔 공급장치여도 된다.

이 이온주입장치(1)에 있어서의 유리 기판의 반송예에 대하여 설명한다. 먼저, 제1 진공예비실(22)의 대기측에 위치하는 게이트 밸브(20)가 열린다. 그 후, 유리 기판(10)은 대기측에 마련된 도시되지 않은 반송 로봇에 의해 제1 진공예비실(22) 내부로 반입된다. 이때, 제1 진공예비실(22)과 처리실(11) 사이에 위치하는 게이트 밸브(18)는 처리실(11)측이 대기에 개방되지 않도록 닫혀 있다.

유리 기판(10)이 제1 진공예비실(22) 내부로 반입된 후 게이트 밸브(20)가 닫히고, 도시되지 않은 제1 진공예비실(22)에 연결된 진공 펌프에 의해, 제1 진공예비실(22) 내부가 처리실(11)과 같은 정도의 진공도(압력)가 될 때까지 진공 배기된다.

제1 진공예비실(22) 내의 진공도가 처리실(11)과 같은 정도가 된 후 게이트 밸브(18)가 열린다. 그리고 유리 기판(10)은 처리실(11) 내에 반입되어, X방향을 따라 제1 이온빔(6), 제2 이온빔(16)을 가로지르도록 처리실 내부를 반송된다. 이로 인해 유리 기판(10)에의 이온주입처리가 달성된다.

그 후, 유리 기판(10)은 게이트 밸브(19)를 통과하여, 제2 진공예비실(23) 내에 반입된다. 여기서 게이트 밸브(19)는 처리실(11) 내에서의 유리 기판(10)에의 이온주입처리 중, 혹은 이온주입처리 후의 적당한 타이밍에 개방되는 것으로 한다.

제2 진공예비실(23) 내부로의 유리 기판(10)의 반입이 완료된 후 게이트 밸브(19)가 닫힌다. 이때, 제2 진공예비실(23)의 대기측에 위치하는 게이트 밸브(21)는 닫혀 있다. 그리고 제2 진공예비실(23)을 밀폐한 뒤에, 실내의 분위기가 대기압과 같은 정도가 될 때까지, 도시되지 않은 제2 진공예비실(23)에 연결된 진공 펌프에 의해 제2 진공예비실(23)의 압력 조정이 이루어진다.

제2 진공예비실(23)의 실내가 대기압이 된 후 게이트 밸브(21)가 열리고, 대기측에 마련된 도시되지 않은 반송 로봇에 의해 유리 기판(10)이 대기측으로 반출된다.

도 2는 도 1의 처리실(11) 내부를 Z방향에서 보았을 때의 평면도이다. 유리 기판(10)의 반송 기구의 일례로서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 유리 기판(10)을 유지하는 홀더(24)의 하면에 차륜(車輪)을 마련해 두고, 이 차륜이 제1, 제2 진공예비실(22, 23), 처리실(11) 내에 배치된 도시되지 않은 레일 위를 구름으로써 X방향을 따라 홀더(24)를 이동시키는 것이 가능하게 된다. 한편 이 경우, 모터 등의 홀더(24)를 이동시키기 위한 동력원이 마련되어 있는 것으로 한다. 유리 기판(10)의 왕복 반송을 생각했을 경우, 동력원이 모터이면 정역(正逆) 회전이 가능한 구성으로 해 두는 것이 바람직하다.

Y방향에 있어서, 제1～제4 이온빔은 유리 기판(10)보다 긴 치수를 가지고 있다. 그 때문에, 유리 기판(10)이 도 2에 나타내는 화살표 A 방향을 따라, 제1 진공예비실(22)로부터 제2 진공예비실(23)로 반송되었을 경우, 유리 기판의 전면에 있어서, 각 이온빔에 의한 조사영역은 포개지게 된다. 한편 도 2 중에 기재된 제1～제4 이온빔을 둘러싸고 있는 파선은 각 이온빔 공급장치로부터 처리실(11) 내부로 이온빔을 공급하기 위한 공급 경로(빔 라인)의 외형을 나타내고 있다.

이온주입처리에 있어서, 유리 기판(10)상에 형성되는 이온주입량의 분포와 이온빔의 전류밀도분포와 유리 기판의 반송 속도는 각각이 밀접하게 관련되어 있다. 일반적으로 이온주입량(도즈량이라고도 함)은 이온빔 전류밀도에 비례하고, 피(被)조사 대상물(여기서는 유리 기판)이 이온빔을 가로지를 때의 속도에 반비례한다.

예를 들어, 유리 기판(10)의 전면에 걸쳐 형성되는 이온주입량 분포의 목표 분포가 거의 균일한 분포라고 한다. 유리 기판(10)의 반송 속도가 일정한 경우, 반송방향과 직교하는 방향에 있어서의 이온빔의 빔 전류밀도분포를 거의 균일하게 하면, 유리 기판 전면에 걸친 이온주입량의 분포도 거의 균일해진다.

보다 구체적으로 설명하면, 유리 기판 전면에 걸쳐 이온주입량 분포를 거의 균일하게 하기 위해서는, 도 2에서 유리 기판(10)이 이온빔의 짧은 변 방향을 따라 일정 속도로 이동할 경우, 일례로서 각 이온빔의 긴 변 방향에 있어서의 빔 전류밀도분포를 거의 균일하게 해 두면 된다. 이와 같이 함으로써 각각의 이온빔에 의한 주입량 분포를 거의 균일하게 할 수 있으므로, 그들의 합쳐짐에 의해 유리 기판상에 형성되는 주입량 분포도 대체로 균일하게 할 수 있다.

이 경우, 이온빔의 짧은 변 방향에 있어서의 빔 전류밀도분포는 균일하지 않아도 된다. 유리 기판(10)의 반송방향과 거의 일치하고 있는 이온빔의 짧은 변 방향에 있어서의 빔 전류밀도분포의 차이(불균일성)는 유리 기판의 반송에 따라 적분되게 된다. 그 때문에, 가령 차이가 있었다고 해도, 이온빔의 짧은 변 방향에 있어서, 최종적으로는 어느 일정량의 주입이 이루어지게 되므로, 이온빔의 짧은 변 방향에 있어서의 빔 전류밀도의 균일성은 고려할 필요가 없다.

또한 유리 기판(10)을 반송시켰을 때에, 유리 기판상에 조사되지 않는 이온빔의 양 단부(端部)에 있어서의 빔 전류밀도분포는 유리 기판상에서의 주입량 분포와 무관하기 때문에, 어떠한 분포여도 상관없다.

한편 도 2의 예에서는 이온빔의 긴 변 방향과 직교하도록 유리 기판을 반송시키고 있지만, 유리 기판을 반송하는 방향은 반드시 직교에 한정되지 않는다. 예를 들면, 대략 직교하는 방향으로 유리 기판을 반송시킨 경우라도, 유리 기판상에 형성되는 소정의 주입량 분포에 대하여 설정된 허용범위 내에서의 이온주입처리가 실현 가능하기 때문이다. 유리 기판상에 형성되는 주입량 분포의 허용범위와의 균형으로, 이온빔의 긴 변 방향에 대하여 어느 정도 기울어진 반송이 허용될지가 결정되게 된다. 이것을 고려하면, 유리 기판의 반송방향을 이온빔의 긴 변 방향과 교차하는 방향으로 표현할 수 있다.

다음으로 상술한 빔 전류밀도분포의 조정방법에 대하여 설명한다. 각 이온빔 공급장치에 있어서의 빔 전류밀도분포의 조정은 예를 들면 공지기술로서 알려져 있는 것과 같은 멀티 필라멘트를 가지는 이온원을 이용하고, 필라멘트에 흘리는 전류량을 증감시킴으로써 행해진다.

구체적으로는 도 1에 나타내는 이온빔 공급장치의 이온원을 Y방향을 따라 복수의 필라멘트가 배열된 멀티 필라멘트 타입의 이온원으로 해 둔다. 그리고 나서, 빔 프로파일러에 의한 Y방향에 있어서의 이온빔의 측정영역과, 각 이온원에 마련된 필라멘트를 대응시켜 둔다.

여기서 말하는 대응이란, 예를 들면 빔 프로파일러가 16개의 패러데이 컵으로 구성되어 있다고 했을 경우, 빔 프로파일러를 패러데이 컵 4개로 구성되는 4개의 영역으로 나누는 동시에, 각 영역에 대하여 필라멘트 1개(각 이온원에 있어서, 필라멘트는 Y방향을 따라 총 4개가 있다.)를 대응시켜 두는 것과 같은 것을 의미한다.

도 3에는 상기 대응 관계의 필라멘트와 패러데이 컵이 나타나 있다. 도면의 세로축은 빔 전류밀도를 나타내고, 가로축은 Y방향으로서, 01과 02 사이의 치수는 유리 기판의 치수와 일치하고 있고, 원점 0은 Y방향에서의 이온빔의 일단부(一端部)와 일치하고 있다. 세로축, 가로축의 항목에 대해서는 후술하는 도 5, 도 6에서도 마찬가지이다.

빔 전류밀도분포의 조정을 행함에 있어서는, 조정 목표로 하는 분포(균일한 분포일 경우에는 일정값이 됨)와 그 분포를 중심으로 해서 소정의 허용범위(도 3에서는 목표 분포를 중심으로 위아래로 ε의 허용범위가 설정되어 있음)가 마련되어 있으므로, 그 허용범위 내에 들어가도록 각 영역에 대응하는 필라멘트에 흘리는 전류량을 증감시킨다.

도 3에 나타내는 영역 1에서는 허용범위보다 위쪽으로 빔 전류밀도의 값이 일탈하고, 반대로 영역 3에서는 허용범위보다 아래쪽으로 빔 전류밀도의 값이 일탈하고 있다. 그 때문에, 영역 1에 대응하는 필라멘트에 흘리는 전류량을 줄이는 동시에, 영역 3에 대응하는 필라멘트에 흘리는 전류량을 늘리는 조작을 행한다. 이와 같이 해서 전류밀도분포가 조정된다.

도 4에는 지금까지 설명한 이온주입장치(1)에 있어서, 복수의 이온빔 공급장치(2, 12, 32, 42)를 시동하여, 유리 기판에의 이온주입처리가 실시되기까지의 일련의 흐름이 나타나 있다. 이하에, 이 일련의 흐름을 설명한다.

먼저, 빔 시동개시공정(50)에서는 복수의 이온빔 공급장치(2, 12, 32, 42)를 운전 상태로 하고, 각 장치로부터 이온빔의 공급을 개시시킨다. 이때, 각 이온빔 공급장치의 운전을 일제히 행해도 되고, 미리 정해진 순번에 따라 행하도록 해도 된다.

그 후, 각 이온빔 공급장치에서의 빔 시동조작이 완료되었는지 여부를 검출하는 빔 시동조작완료 검출공정(51)이 행해진다. 이 공정에서는 빔 시동개시공정(50)에서, 운전을 개시시킨 각 이온빔 공급장치(2, 12, 32, 42)의 운전 파라미터(예를 들면 이온빔 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 전류량이나 그 전류밀도분포, 이온원의 필라멘트에 흐르는 전류량과 같은 이온빔 공급장치의 운전에 관계되는 파라미터를 의미하고 있으며, 이온주입장치의 구성에 따라서는 대상으로 하는 파라미터가 변경된다.)의 모니터가 이루어진다. 그리고 운전 파라미터의 값이 미리 정해진 소정 범위 내에 들어갔다고 판단된 시점에서, 각 이온빔 공급장치의 빔 시동조작이 완료된다.

여기서 설명한 운전 파라미터의 모니터나 빔 시동조작의 완료 검출은 도 1에서 설명한 제어장치(25)를 이용해서 자동적으로 행할 수 있도록 해도 된다. 또한 이것과는 별도로, 도 1의 사용자 인터페이스(26)에 운전 파라미터의 변동하는 모습을 표시시켜 두고, 이온주입장치(1)의 사용자가 이것을 보고 빔 시동조작의 완료를 판단할 수 있도록 해 두어도 된다.

이 빔 시동조작시에, 예를 들면 운전 파라미터 중 하나인 빔 전류밀도분포가 소정 범위에 들어가 있지 않을 경우에는 빔 전류밀도분포의 조정이 행해진다. 단, 여기서 행해지는 빔 전류밀도분포의 조정은 매우 간단한 것으로서, 도 3의 부분에서 설명한 허용범위는 예를 들면 소망하는 빔 전류밀도분포의 값에 대하여 ±10% 정도이며, 그 범위에 빔 전류밀도분포가 들어가도록 간단한(정밀하지 않은) 조정이 이루어진다. 그 때문에, 이러한 조정에는 거의 시간을 요하지 않는다. 이에 반해, 후술하는 빔 전류밀도분포 조정공정에서는 허용범위가 ±5%나 ±3%와 같은 것으로서, 매우 정밀도 좋은(섬세한) 조정이 요구되고 있다. 이러한 정밀도 좋은 조정은 빔 시동조작시에 이루어지는 빔 전류밀도분포의 간단한 조정에 비해 시간을 요하게 된다.

이온빔 공급장치 특정공정(52)에서는 마지막으로 빔 시동조작이 완료되는 장치의 특정이 행해진다. 이 특정은 앞서 행해진 빔 시동조작완료 검출공정(51)의 결과에 기초하여 행해진다. 한편 이온빔 공급장치(2, 12, 32, 42)마다 운전 조건이나 장치 특성이 다르므로, 미리 정해진 순번으로 빔 시동을 개시하였다고 해도 반드시 그 순번대로 장치의 시동이 종료된다고는 할 수 없다.

다음의 빔 전류밀도분포 조정공정(53)에서는, 이온빔 공급장치 특정공정(52)에서 특정된 장치에 관하여 빔 전류밀도분포의 조정이 이루어진다. 이 빔 전류밀도분포의 조정에 대하여, 도 5 및 도 6을 바탕으로 설명한다.

도 5 및 도 6에서는 도 1의 이온주입장치(1)와 마찬가지로, 4대의 이온빔 공급장치를 가지는 이온주입장치를 상정하고 있다. 그리고 각 이온빔 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 목표로 하는 전류밀도분포는 유리 기판의 Y방향에 있어서의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝에 이르기까지 값 α로 균일한 분포로 하고, 각 이온빔 공급장치로부터 공급되는 이온빔이 동일한 유리 기판상에 조사되는 것으로 한다.

통상, 빔 시동의 개시시에, 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 빔 전류밀도분포가 소망하는 분포가 되도록, 빔 전류밀도분포의 조정수단(예를 들면 도 3의 설명에서 예시한 멀티 필라멘트)에 있어서 미리 파라미터(예를 들어 멀티 필라멘트일 경우에는 필라멘트에 흘리는 전류량)의 값이 적절한 것으로 설정되어 있다.

단, 각 이온빔 공급장치에 설정되는 빔 시동시의 운전 조건이나 각 이온빔 공급장치에 있어서의 장치 특성의 시간 경과에 따른 변화에 의해, 미리 적절한 파라미터의 설정이 이루어졌다고 해도, 반드시 소망하는 빔 전류밀도분포가 된다고는 할 수 없다. 많은 경우, 소망하는 분포에 대하여 얼마간의 차이가 생긴다. 이 차이가 너무 클 경우에는 빔 전류밀도분포 조정공정(53)에서 이루어지는 빔 전류밀도분포의 조정을 행해도 소정의 이온주입량 분포를 실현하는 것이 불가능할 우려가 있으므로, 빔 시동조작시에 이 차이가 어느 정도의 범위에 들어가도록 미리 간단히 빔 전류밀도분포를 조정해 두는 것이 바람직하다.

빔 전류밀도분포 조정공정(53)에서는, 마지막으로 빔 시동조작이 완료되는 공급장치 이외에서는 빔 전류밀도분포의 조정이 행해지지 않는다. 이러한 장치로부터 공급되는 이온빔의 전류밀도분포는 목표로 하는 값 α에 대하여, 차이가 생기게 된다. 도 5에는 이 장치들로부터 공급되는 이온빔의 빔 전류밀도분포를 측정한 모습이 그려져 있다.

도 6에는 도 5에 나타낸 각 빔 전류밀도분포(A)～(C)를 합한 모습이 그려져 있다. 도 2의 설명에서 기술한 바와 같이, 유리 기판의 반송 속도가 일정한 경우, 각 이온빔에 의한 빔 전류밀도분포를 합한 것이, 유리 기판에 주입되는 주입량 분포의 형상과 거의 일치하게 된다.

그 때문에, 4개의 이온빔의 목표로 하는 빔 전류밀도분포를 합한 경우에 형성되는 이상적인 전류밀도분포(도 6 중, 4α로 표시되는 균일한 분포)에서, 이온빔 공급장치 특정공정(52)에서 특정되지 않은 공급장치로부터 공급되는 빔 전류밀도분포를 합한 합계 분포(도 6 중의 (A)+(B)+(C)로 나타내는 분포)를 뺌으로써, 빔 전류밀도분포 조정공정(53)에서 조정 목표로 하는 분포(도 6 중의 사선으로 나타내는 부분을 충족하는 전류밀도분포)를 도출할 수 있다. 그리고 빔 전류밀도분포 조정공정(53)에서는, 앞선 이온빔 공급장치 특정공정에서 특정된 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 빔 전류밀도분포가 여기서 도출된 목표 분포와 대략 일치하도록 조정이 행해진다.

본 발명에서는 복수의 이온빔 공급장치 중, 마지막으로 빔 시동이 완료되는 이온빔 공급장치의 빔 전류밀도분포에 대해서만 정밀도 좋게 조정하면 된다. 그 때문에 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 모든 이온빔의 빔 전류밀도분포를 정밀도 좋게 조정하는 경우에 비해 시간이 걸리지 않는다. 또한 마지막으로 빔 시동조작이 완료되는 이온빔 공급장치의 빔 전류밀도분포를 조정할 때, 그 밖의 이온빔의 전류밀도분포의 측정값을 고려하고 있으므로, 기판상에 소정의 이온주입분포를 정밀도 좋게 형성시킬 수 있다.

<그 밖의 변형예>

도 7에는 빔 시동조작완료 검출공정에서 이용되는 제어 흐름의 일례가 나타나 있다. 앞선 실시예에서는 각 이온빔 공급장치의 착안하고 있는 운전 파라미터가 소정 범위 내의 값이 되었을 경우에, 시동조작이 완료된 것을 검출한다는 구성으로 했지만, 장치의 예기치 않은 고장에 따라, 아무리 시간이 흘러도 운전 파라미터가 소정 범위 내에 들어가지 않는 것과 같은 경우를 생각할 수 있다. 이러한 경우, 즉석에서, 이온주입장치를 정지시키고, 장치의 유지 보수 작업을 행할 수 있도록 구성해 두는 것이 바람직하다. 도 7에는 이러한 요망에 부응하기 위한 제어 흐름의 일례가 개시되어 있다.

먼저 처리 55에서, 착안하고 있는 운전 파라미터가 소정 범위의 값이 되었는지 여부의 검출이 이루어진다. 여기서는 실시간으로 운전 파라미터를 모니터하여, 소정 범위의 값이 되었는지 여부를 검출하는 구성으로 하였지만, 특정 간격(예를 들면 30초 정도)마다 모니터하도록 구성해도 된다.

그 후, 소정 범위 내에 운전 파라미터의 값이 들어가 있을 경우에는 검출 대상으로 하고 있는 이온빔 공급장치에 대한 빔 시동조작완료 검출공정이 종료된다. 한편, 소정 범위 내에 운전 파라미터의 값이 들어가 있지 않을 경우에는 처리 56으로 들어간다. 여기서는 소정 시간이 경과했는지 여부의 확인이 행해진다. 한편 여기서 말하는 소정 시간의 계측을 개시하는 타이밍은 예를 들면, 빔 시동의 개시로 해도 되고, 빔 시동조작완료 검출공정의 개시부터로 해도 된다.

처리 56에서 소정 시간이 경과하지 않았을 경우에는 처리 55로 되돌아간다. 한편 소정 시간이 경과했을 경우에는 처리 57로 진행하고, 빔 시동조작완료 검출공정이 중지된다. 이러한 구성으로 함으로써, 이온주입장치에 예기치 않은 고장이 발생했을 경우에는 즉시 유지 보수 작업으로 이행하는 것이 가능하게 된다.

도 1에 나타내는 이온주입장치(1)에는 각 이온빔 공급장치의 제어를 행하는 제어장치로서 1대의 제어장치(25)가 구비되어 있지만, 본 발명의 제어장치는 이러한 구성에 한정되지 않는다. 도 8, 도 9에는 본 발명의 이온주입장치(1)에서 이용되는 제어장치의 다른 예가 개시되어 있다. 여기서는 각 이온빔 공급장치에 대하여 개별적으로 제어장치가 마련되어 있다.

도 8의 구성에 대하여 설명한다. 제1 이온빔 공급장치(2), 제2 이온빔 공급장치(12), 제3 이온빔 공급장치(32), 제4 이온빔 공급장치(42)에는 각각 제1 제어장치(60), 제2 제어장치(61), 제3 제어장치(62), 제4 제어장치(63)가 대응하고 있다. 그리고 그 중 1대의 제어장치(이 예에서는 제3 제어장치(62))가 다른 제어장치를 통괄 제어하는 기능을 가지고 있다. 한편 이 통괄 제어 기능은, 각 제어장치에 부여해 두고 필요에 따라서 어느 제어장치로 다른 제어장치를 통괄할지를 선택할 수 있도록 해 두어도 된다.

한편 도 9에 나타내는 구성에서는 통괄 기능을 구비한 제어장치로서, 제5 제어장치(64)를 제1～제4 제어장치(60～63)와는 별도로 마련하고 있다. 이러한 구성을 채용해도 된다.

지금까지 기술한 실시예에서는 Y방향에 있어서 유리 기판(10)보다 긴 치수를 가지는 4개의 이온빔을 이용한 이온주입처리를 예로 들어 설명했지만, 이온빔의 개수는 이에 한정되지 않는다. 이온빔의 개수로서는 2개 이상이면 된다. 또한 본 발명의 종래기술로서 제시한 특허문헌 1의 도 3에 기재되어 있는 바와 같이, 각 이온빔의 긴 변 방향의 위치를 서로 엇갈려서 배치하도록 해도 된다. 이러한 경우에는 포개짐을 행하지 않는 이온빔의 부분에 관해서는, 종래대로 빔 전류밀도분포를 조정하고, 포개짐을 행하는 이온빔의 부분에 관해서만 앞선 실시예에서 나타낸 수법을 이용해서 빔 전류밀도를 조정한다. 한편 포개짐을 행하지 않는 이온빔의 부분에 관한 빔 전류밀도분포의 조정은 빔 시동조작완료와 동시에 행해지는 것으로 한다. 또한 여기서 행해지는 빔 전류밀도분포의 조정이, 포개지는 영역에서의 이온빔의 빔 전류밀도분포에 영향을 줄지도 모르므로, 포개지지 않는 영역에서의 이온빔의 빔 전류밀도분포의 조정이 모두 종료된 후에, 포개지는 영역에서의 빔 전류밀도분포 조정공정이 개시되는 것으로 한다.

또한 상기한 실시예에 있어서, 빔 전류밀도분포 조정부재로서, 멀티 필라멘트를 가지는 이온원에 대하여 기술했지만, 이것 대신에 다른 것을 사용해도 된다.

구체적으로는 멀티 필라멘트 타입의 이온원 대신에, 이온빔을 공급하기 위한 공급 경로(빔 라인)에, Y방향을 따라 다른 전위분포나 자장(磁場)분포를 형성시키는 전계 렌즈나 자계 렌즈를 배치해 둔다. 한편 이 경우, 이온원은 멀티 필라멘트 타입의 것이 아니어도 된다.

전계 렌즈에 대해서는 이온빔을 그 짧은 변 방향에서 끼우도록 해서 1조의 전극을 마련해 두고, 그것이 Y방향을 따라 복수조 있는 것과 같은 구성인 것을 생각할 수 있다. 그리고 빔 프로파일러에서의 빔 전류밀도분포의 측정 결과에 따라, 각 조에 인가하는 전압을 다르게 해서 전극조간에 전위차를 발생시킨다. 그렇게 하면, Y방향에 배치된 각 전극조 사이를 통과하는 이온빔은 전극조간의 전위차에 따라 Y방향을 따라 국소적으로 이동하게 되므로, Y방향에 있어서의 이온빔의 전류밀도분포를 소정의 목표 분포에 근접하게 조정할 수 있다.

또한 자계 렌즈는 이온빔을 그 짧은 변 방향에서 끼우도록 해서 1조의 자극(磁極)을 마련해 두고, 그것이 Y방향을 따라 복수조 있는 것과 같은 구성인 것을 생각할 수 있다. 그리고 각 자극조에 대하여 권회(卷回;winding)된 코일에 흘리는 전류량 및 그 방향은 자극조마다 독립적으로 조정 가능하게 해 둔다. 그리고 나서, 빔 프로파일러에서의 측정 결과에 따라, 각 자극조에 권회된 코일에 흘리는 전류를 독립적으로 조정한다. 그렇게 하면, 각 자극조를 구성하는 1조의 자극 사이를 통과하는 이온빔은 각 자극조에서 발생되는 자계의 크기 및 방향에 따라, Y방향을 따라 국소적으로 이동하게 되므로, Y방향에 있어서의 이온빔의 빔 전류밀도분포를 소정의 목표 분포에 근접하게 조정할 수 있다.

나아가, 지금까지의 실시예에서는 유리 기판의 전면에 걸쳐 균일한 이온주입량 분포를 실현하는 예에 대하여 기술해 왔지만, 예를 들면 공지기술인 일본국 공개특허공보 2005-235682호의 도 9에 기재된 바와 같이, 유리 기판의 반송방향을 따라 주입량의 분포를 다르게 해 두어도 된다. 그러한 주입량 분포라고 해도, 이온빔의 포개짐에 의해 소정의 주입량 분포를 실현하는 경우에는 본 발명을 적용할 수 있다.

상술한 것 이외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 실시해도 되는 것은 물론이다.

1 이온주입장치
2 제1 이온빔 공급장치
6 제1 이온빔
10 유리 기판
12 제2 이온빔 공급장치
16 제2 이온빔
25 제어장치
32 제3 이온빔 공급장치
36 제3 이온빔
42 제4 이온빔 공급장치
46 제4 이온빔

Claims (6)

1. 개별적으로 리본형상 이온빔을 공급하고, 상기 리본형상 이온빔의 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정수단을 가지는 복수의 이온빔 공급장치를 이용해서 유리 기판상에 소정의 이온주입량 분포를 형성하는 이온주입방법에 있어서,
   상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작을 개시시키는 빔 시동개시공정과,
   상기 빔 시동개시공정 후, 상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작완료를 개별적으로 검출하는 빔 시동조작완료 검출공정과,
   상기 빔 시동조작완료 검출공정의 결과에 기초하여, 가장 빔 시동조작의 완료가 느리다고 여겨지는 이온빔 공급장치를 특정하는 이온빔 공급장치 특정공정과,
   상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔에 의해 유리 기판상에 형성되는 이온주입량 분포를 포갰을 때, 이 포개짐에 의한 주입량 분포가 미리 정해진 소정의 분포가 되도록, 상기 이온빔 공급장치 특정공정에서 특정된 이온빔 공급장치에 구비된 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서 상기 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔의 빔 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정공정을 거쳐 유리 기판에의 이온주입처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 빔 시동조작완료 검출공정에 있어서, 각 이온빔 공급장치의 운전 파라미터가 소정 범위 외이면서, 소정 시간이 경과했을 경우에는, 상기 빔 시동조작완료 검출공정을 중지하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 이온주입방법은 상기 빔 시동조작시에, 상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 빔 전류밀도분포가 제1 허용범위 내에 있는지 여부를 확인하는 공정과,
   상기 빔 전류밀도분포가 상기 제1 허용범위 내에 없을 경우에는 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서, 상기 제1 허용범위 내에 들어가도록 상기 빔 전류밀도분포를 조정하는 공정을 더 가지고 있는 동시에,
   상기 빔 전류밀도분포 조정공정에서 빔 전류밀도분포의 조정이 이루어질 때에 이용되는 허용범위를 제2 허용범위라고 하면, 상기 제1 허용범위는 상기 제2 허용범위보다 넓은 범위인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
4. 개별적으로 리본형상 이온빔을 공급하고, 상기 리본형상 이온빔의 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정수단을 가지는 복수의 이온빔 공급장치를 구비한 이온주입장치로서,
   상기 이온주입장치는 (1)상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작을 개시시키는 빔 시동개시공정과, (2)상기 빔 시동개시공정 후, 상기 복수의 이온빔 공급장치의 빔 시동조작완료를 개별적으로 검출하는 빔 시동조작완료 검출공정과, (3)상기 빔 시동조작완료 검출공정의 결과에 기초하여, 가장 빔 시동조작의 완료가 느리다고 여겨지는 이온빔 공급장치를 특정하는 이온빔 공급장치 특정공정과, (4)상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔에 의해 유리 기판상에 형성되는 이온주입량 분포를 포갰을 때, 이 포개짐에 의한 주입량 분포가 미리 정해진 소정의 분포가 되도록, 상기 이온빔 공급장치 특정공정에서 특정된 이온빔 공급장치에 구비된 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서 상기 이온빔 공급장치로부터 공급되는 리본형상 이온빔의 빔 전류밀도분포를 조정하는 빔 전류밀도분포 조정공정을 행하는 제어장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 빔 시동조작완료 검출공정에 있어서, 각 이온빔 공급장치의 운전 파라미터가 소정 범위 외이면서, 소정 시간이 경과했을 경우에는, 상기 빔 시동조작완료 검출공정을 중지하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 빔 시동조작시에, 상기 복수의 이온빔 공급장치로부터 공급되는 이온빔의 빔 전류밀도분포가 제1 허용범위 내에 있는지 여부를 확인하는 공정과,
   상기 빔 전류밀도분포가 상기 제1 허용범위 내에 없을 경우에는 상기 빔 전류밀도분포 조정수단을 이용해서, 상기 제1 허용범위 내에 들어가도록 상기 빔 전류밀도분포를 조정하는 공정을 행하는 기능을 가지고 있는 동시에,
   상기 빔 전류밀도분포 조정공정에서 빔 전류밀도분포의 조정이 이루어질 때에 이용되는 허용범위를 제2 허용범위라고 하면, 상기 제1 허용범위는 상기 제2 허용범위보다 넓은 범위인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.

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