KR101245501B1

KR101245501B1 - 이온 주입 장치

Info

Publication number: KR101245501B1
Application number: KR1020110013668A
Authority: KR
Inventors: 마사오 나이토
Original assignee: 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2013-03-25
Also published as: KR20110133413A; TW201145343A; JP5041260B2; CN102270557A; JP2011253775A; CN102270557B; TWI420563B

Abstract

본 발명은, 평행화 렌즈를 이용하지 않고, 유리 기판에 대한 이온 주입을 실현하는 COO가 우수한 이온 주입 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 이온 주입 장치는 리본형의 이온 빔(3)을 유리 기판(7)에 조사하는 질량 분석형의 이온 주입 장치(1)로서, 이온원(2)으로부터 질량 분석 마그넷(4)까지의 이온 빔(3)의 수송 경로에 이온 빔 발산 수단을 구비한다. 이온 빔 발산 수단은 이온 빔(3)의 장변 방향(Y 방향)과 이온 빔의 진행 방향(Z 방향)을 포함하는 평면에 있어서, 유리 기판(7) 위에 그어진 수선과 유리 기판(7)에 입사되는 이온 빔(3)이 이루는 각도인 이온 빔(3)의 조사 각도가 0도보다 크며 디자인 룰에 기초하여 설정되는 허용 발산 각도 이하가 되도록, 이온 빔(3)을 그 장변 방향으로 발산시킨다.

Description

이온 주입 장치{ION IMPLANTATION APPARATUS}

본 발명은 유리 기판에 대하여 이온 주입 처리를 실시하는 이온 주입 장치이며, 특히, 이온 빔을 그 진행 방향을 따라 평행이 되도록 정형화하는 평행화 렌즈를 갖지 않는 질량 분석형의 이온 주입 장치에 관한 것이다.

이온 주입 장치는 생산 장치라는 기본적인 성격으로부터, 생산성이 높은 장치인 것이 필수이다. 또한, 실리콘 등의 웨이퍼에 이온 주입을 실시하여 반도체 디바이스를 제조하는 반도체 디바이스 제조용의 이온 주입 장치는, 디바이스의 미세화(집적 밀도)가 무어의 법칙을 따라 진전하기 때문에, 미세화를 위한 여러가지 요소 기술을 장치에 부가해 가는 것, 즉 「미세화에의 대응」이 「생산성의 향상」이라고 하는 것에 더하여 요구된다.

한편, 유리 기판에 이온 주입을 실시하여 FPD 패널을 제조하는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 패널 제조용 이온 주입 장치에서는, 주입 프로세스를 적용하는 최종 디바이스가 인간의 시인(視認)을 위한 표시 패널이기 때문에, 기본적으로는 인간의 눈의 분해능 이상의 미세화는 불필요하다. 그 때문에, 이러한 이온 주입 장치에의 기술적 요구에 있어서, 생산성을 향상시키기 위한 장치 기술이 전적으로 중요하게 된다.

FPD 패널 제조용 이온 주입 장치의 일례로서, 특허문헌 1에 기재된 장치를 들 수 있다. 이 이온 주입 장치는, 주로, 확대 각도를 갖는 이온 빔을 발생시키는 이온원과, 그 이온 빔으로부터 원하는 이온만을 추출하는 이온 분석기와, 이온 분석기를 통과한 이온 빔을 대략 평행 빔으로 하기 위한 4중극자 디바이스와, 4중극자 디바이스를 이온 빔의 진행 방향으로 이동 가능하게 지지하는 이동대와, 타겟 기판이 배치되는 처리부로 구성된다.

일본 특허 공개 제2006-139996호 공보(도 1)

FPD 패널의 제조 프로세스에서는, 디자인 룰 상, 0.3 ㎛ 이상이면 전혀 문제는 없다. 이 이유는, 그보다도 디바이스의 배선 치수를 미세하게 하여 미세화를 촉진시켜도, 이미 인간이 인식할 수 있는 것이 아니기 때문이다.

한편, 미세화가 부단하게 진행되는 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 이용되는 이온 주입 장치에서는, 디자인 룰이 0.2 ㎛가 된 프로세스 이후, 이온 빔의 수송 경로에 평행화 마그넷을 설치하여, 그 마그넷에 의해 평행화된 이온 빔을 타겟(실리콘 등의 웨이퍼)에 조사하는 것이 일반적이었다. 그러나, 그때까지의 디자인 룰에서는, 주사기에 의해 각도 주사된 이온 빔, 즉 타겟에의 이온 빔의 조사각이 평행이 아닌 이온 빔(최대 각도 폭으로 약 ±2.5도)을 사용하는 것이 통상적이었고, 그것으로 충분하였다.

따라서, 0.3 ㎛ 이상의 디자인 룰을 사용하는 FPD 패널 제조용의 이온 주입 장치에서는, 본래, 평행 빔으로 기판을 처리할 필요는 없다고 생각할 수 있지만, 특허문헌 1에 기재되어 있는 FPD 제조용의 이온 주입 장치에는, 반도체 제조용의 이온 주입 장치와 마찬가지로 평행화 렌즈로서 4중극자 렌즈가 설치되어 있다.

반도체 제조 장치의 생산성을 나타내는 지표의 하나로, COO(Cost Of Ownership)가 있다. 이 지표는 주로 장치의 가격 대 성능비에 관련된다. 요즘, 반도체 제조 장치의 제조에 있어서는, COO의 저감은 필수이다. 이에, 일정 생산성을 유지하면서 여분의 비용을 삭감하는 대처로서, 여분의 기능을 배제하는 것이나 장치 치수를 작게 하는 등의 대처가 이루어지고 있다.

유리 기판 치수의 대형화에 따라, FPD 패널 제조용의 이온 주입 장치에서 취급되는 이온 빔의 치수도 커지고 있다. 평행화 렌즈는 이온 주입이 이루어지는 유리 기판의 직전에 배치된다. 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 이온 빔의 수송 경로의 상류측에 위치하는 이온원측의 이온 빔의 치수에 비해, 하류측에 위치하는 유리 기판의 직전에서는 그 치수가 매우 커지게 된다. 이와 같이 큰 치수를 갖는 이온 빔을 평행하게 정형화하기 위해, 평행화 렌즈의 치수도 크게 하지 않으면 안 되게 되었다. 대형 평행화 렌즈를 배치하는 만큼, 평행화 렌즈를 구비한 이온 주입 장치에서는, 장치 전체의 치수가 커진다. 그렇게 되면, 반도체 공장 내에 대형 장치를 설치하는 만큼의 공간을 확보하지 않으면 안 된다. 또한, 대형의 평행화 렌즈를 제조하는데 드는 비용은 비싸기 때문에, 그만큼, 이온 주입 장치의 가격이 고등한다. 이러한 이유에서, 평행화 렌즈를 구비한 이온 주입 장치에서는 COO의 저감이 곤란하였다.

따라서, 본 발명에서는, 평행화 렌즈를 이용하지 않고, 유리 기판에 대한 이온 주입을 실현하는 COO가 우수한 이온 주입 장치를 제공하는 것을 소기의 과제로 한다.

즉, 본 발명에 따른 이온 주입 장치는 리본형의 이온 빔을 유리 기판에 조사하는 질량 분석형의 이온 주입 장치로서, 이온원으로부터 질량 분석 마그넷까지의 상기 이온 빔의 수송 경로에 이온 빔 발산 수단을 구비하고, 상기 이온 빔 발산 수단은, 상기 이온 빔의 장변 방향과 상기 이온 빔의 진행 방향을 포함하는 평면에 있어서, 상기 유리 기판 위에 그어진 수선과 상기 유리 기판에 입사되는 상기 이온 빔이 이루는 각도인 상기 이온 빔의 조사 각도가 0도보다 크며 디자인 룰에 기초하여 설정되는 허용 발산 각도 이하가 되도록, 상기 이온 빔을 그 장변 방향으로 발산시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 평행화 렌즈를 이용하는 대신에, 이온원으로부터 질량 분석 마그넷까지의 비교적 상류측에 위치하는 이온 빔의 수송 경로에 이온 빔 발산 수단을 설치하고, 이것을 이용하여 유리 기판에 조사되는 이온 빔의 조사 각도가 0도보다 크며 디자인 룰에 기초하여 설정되는 허용 발산 각도 이하가 되도록 리본형 이온 빔을 그 장변 방향으로 발산시키는 구성을 갖기 때문에, 장치 치수의 소형화나 장치 가격을 내리는 것이 가능해지고, 나아가서는 이온 주입 장치의 COO를 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 이온 빔 발산 수단은 상기 이온원이나 상기 질량 분석 마그넷, 또는 그 양쪽을 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 것을 이온 빔 발산 수단으로서 이용한 경우, 종래 구비되어 있는 부재의 일부의 구성을 개량하는 정도가 되기 때문에, 새로운 부재를 제조하는 경우에 비해, 제조 비용이 저렴하게 해결된다.

상기 이온 빔의 장변 방향에 있어서의 일부를 선택적으로 통과시키는 이온 빔 제한 수단과, 상기 이온 빔 제한 수단을 통과한 상기 이온 빔의 장변 방향에 있어서의 이온 빔 단부를 검출하는 이온 빔 프로파일러를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이러한 이온 빔 제한 수단과 이온 빔 프로파일러를 구비함으로써, 이온 빔의 조사 각도가 원하는 것인지의 여부를 확인할 수 있다.

상기 이온 빔 제한 수단은, 상기 이온 빔의 수송 경로에 있어서, 상기 이온 빔의 질량을 분석하는 분석 슬릿에 인접하여 설치되는 것이 바람직하다.

리본형의 이온빔은 그 단변 방향이 분석 슬릿 위치에서 집속한다. 이에, 분석 슬릿에 인접하여 이온 빔 제한 수단을 배치한다면, 이온 빔 제한 수단의 치수를 작게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 평행화 렌즈를 이용하는 대신에, 이온원으로부터 질량 분석 마그넷까지의 비교적 상류측에 위치하는 이온 빔의 수송 경로에 이온 빔 발산 수단을 설치하고, 이것을 이용하여, 유리 기판에 조사되는 이온 빔의 조사 각도가 0도보다 크며 디자인 룰에 기초하여 설정되는 허용 발산 각도 이하가 되도록 리본형 이온 빔을 그 장변 방향으로 발산시키는 구성을 갖기 때문에, 장치 치수의 소형화나 장치 가격을 내리는 것이 가능해지고, 나아가서는, 이온 주입 장치의 COO를 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 일 실시형태를 나타내는 XZ 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 YZ 평면 내에서의 이온 빔의 궤도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 이온원의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이온원의 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 이온원을 구성하는 인출 전극계의 다른 실시예이다.
도 6은 도 2에 도시된 질량 분석 마그넷의 일례로서, (a)는 질량 분석 마그넷의 단면도이고, (b)는 XZ 평면에서의 자극 폭의 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 질량 분석 마그넷 내부를 통과하는 이온 빔이 받는 로렌츠 힘에 대한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 YZ 평면 내에서의 이온 빔의 궤도를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 이온원의 일례를 나타내는 사시도로서, (a)는 Y 방향을 따른 대략 직사각 형상의 슬릿을 갖는 인출 전극계이고, (b)는 X 방향을 따른 대략 직사각 형상의 슬릿을 갖는 인출 전극계를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 이온원의 평면도로서, (a)는 도 9의 (a)에 대응하는 평면도이고, (b)는 도 9의 (b)에 대응하는 평면도이다.
도 11은 각 전극 사이를 통과하는 이온 빔에 발생하는 편향 작용을 나타내며, (a)는 플라즈마 전극과 억제 전극 사이에서 발생하는 작용이고, (b)는 억제 전극과 접지 전극 사이에서 발생하는 작용을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 9에 도시된 이온원을 구성하는 인출 전극계의 다른 실시예로서, (a)는 각 전극에 형성된 전극 구멍의 Y 방향에 있어서의 중심 위치의 관계를 나타내고, (b)는 도 12의 (a)에 도시된 c2로부터 Y 방향 반대측에 위치하는 전극 구멍을 통과하는 이온 빔이 편향되는 양태를 나타내며, (c)는 도 12의 (a)에 도시된 c2로부터 Y 방향측에 위치하는 전극 구멍을 통과하는 이온 빔이 편향되는 양태를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 8에 도시된 질량 분석 마그넷의 일례로서, (a)는 질량 분석 마그넷의 단면도이고, (b)는 XZ 평면에서의 자극 폭의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 추가 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 YZ 평면 내에서의 이온 빔의 궤도를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 YZ 평면 내에서의 이온 빔의 궤도를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에 도시된 편향 전자석의 일례를 나타내는 도면으로서, (a)는 편향 전자석의 단면도이고, (b)는 YZ 평면에서 본 편향 전자석의 양태를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 일 실시형태를 나타내는 XZ 평면도로서, 조사 각도를 계측하는 수단을 구비한 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17에 도시된 이온 빔 제한 수단의 일례로서, (a)는 XY 평면에서의 양태를 나타내고, (b)는 YZ 평면에서의 양태를 나타내는 도면이다.
도 19는 도 17에 도시된 이온 빔 제한 수단의 다른 예로서, (a)는 XY 평면에서의 양태를 나타내고, (b)는 YZ 평면에서의 양태를 나타내는 도면이다.
도 20은 이온 빔의 유리 기판에의 조사 각도의 계측예를 나타내는 도면이다.

본 발명에서 취급하는 이온 빔은 리본형의 이온 빔이다. 여기서 말하는 리본형의 이온 빔이란, 이온 빔의 진행 방향에 직교하는 평면으로 이온 빔을 절단하였을 때, 그 절단면이 직사각 형상을 이루는 이온 빔을 말한다. 또한, 본 발명에서는, 리본형의 이온 빔의 진행 방향을 항상 Z 방향으로 하고, 그 Z 방향과 직교하는 2 방향으로서, 리본형의 이온 빔의 장변을 따르는 방향을 Y 방향으로 하며, 단변 방향을 따르는 방향을 X 방향으로 한다. 따라서, X, Y, Z 방향은 이온 주입 장치 내의 이온 빔의 수송 경로의 장소에 따라, 적절하게 변경되는 것으로 한다.

도 1은 본 발명에서 이용되는 이온 주입 장치(1)의 XZ 평면도이다. 이온원(2)으로부터 사출된 이온 빔(3)은 질량 분석 마그넷(4)과 분석 슬릿(5)에 의해 질량 분석되고, 원하는 이온만이 유리 기판(7)에 조사되도록, 처리실(6) 내에 유도된다. 도 1에 도시하는 점선은 이온 빔(3)의 중심 궤도를 나타낸다.

처리실(6) 내에서, 유리 기판(7)은 홀더(8)에 의해 지지되고, 도시되지 않는 구동 기구에 의해, 이온 빔(3)을 가로지르도록, X 방향과 대략 평행한 화살표(A)로 나타내는 방향으로 왕복 반송된다. 이 구동 기구에 대해서는, 종래부터 이용되고 있는 것이면 좋다.

예컨대, 처리실(6)의 외부에 설치된 모터에 의해 정역(正逆)으로 회전 가능한 볼 나사를, 진공 시일을 통해, 처리실(6) 내에 도입해 두고, 이 볼 나사에, 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 볼 너트를 나사 결합시키며, 최종적으로 이 볼 너트와 홀더(8)를 접속시킴으로써, 화살표(A)로 나타내는 방향에의 홀더(8)의 반송을 가능하게 하는 기구나, 처리실(6)의 외부에 설치된 모터에 의해 화살표(A)로 나타내는 방향을 따라 이동 가능한 샤프트를, 진공 시일을 통해, 처리실(6) 내에 도입해 두고, 이 샤프트의 단부에 홀더(8)를 지지시킴으로써, 화살표(A) 방향에의 홀더(8)의 반송을 가능하게 하는 기구를 이용하는 것을 생각할 수 있다.

또한, 처리실(6)에는 이온 빔(3)의 장변 방향인 Y 방향의 전류 밀도 분포를 계측하기 위한 이온 빔 프로파일러(9)가 설치되어 있고, 여기서의 계측 결과는, 빔 전류 밀도 분포의 조정에 이용된다. 이 계측 결과를 이용한 전류 밀도 분포의 조정의 예로서는, 이온원(2)을, 복수의 필라멘트가 Y 방향을 따라 배열된 이온원으로 해 두고, 이온 빔 프로파일러(9)에서의 계측 결과에 따라, 각 필라멘트에 흐르게 하는 전류량을 조정하도록 구성된 것을 생각할 수 있다. 물론, 복수의 필라멘트를 구비한 이온원(2) 외에, 이온 빔의 수송 경로에 멀티 폴을 구비한 자계 렌즈나 이온 빔의 길이 방향을 따라 다단으로 배열된 복수개의 전극을 갖는 전계 렌즈를 설치해 두고, 이온 빔 프로파일러(9)에서의 계측 결과에 따라, 폴의 위치나 전극에 인가하는 전압을 조정하도록 구성된 것을 이용할 수도 있다. 이온 빔 프로파일러(9)로서는, 복수개의 패러데이 컵을 Y 방향을 따라 배열하도록 구성된 것이나 단일 패러데이 컵을 Y 방향을 따라 이동시키도록 구성된 것을 생각할 수 있다.

도 2에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 YZ 평면 내에서의 이온 빔(3)의 궤도가 도시되어 있다. 이 도 2는 도 1의 이온 주입 장치(1)의 다른 평면에서의 양태를 그린 것이다. 단, 본 발명의 특징 부분인 이온 빔(3)의 궤도를 이해하기 쉽도록, 도 1에 도시된 이온 주입 장치(1)의 구성을 요약하여 그리고 있기 때문에, 도 1에 도시된 이온 주입 장치(1)의 구성과 정확하게 일치하는 것은 아니다. 후술하는 도 8, 도 14, 도 15에 있어서도 동일한 기재 방식을 이용하고 있다. 또한, 이들 도면에 기재되어 있는 X, Y, Z의 각각의 축은 처리실(6)에 입사되는 이온 빔(3)에 대하여 설정되어 있는 것이다. 전술한 바와 같이, 이온 빔(3)이 통과하는 장소에 따라서, 도면에 표시된 X, Y, Z 축과는 다른 축이 설정되게 된다.

도 2에 나타내는 예에서는, 이온원(2)으로부터 평행한 이온 빔(3)을 사출시키고, 질량 분석 마그넷(4)에서, 유리 기판(7)에의 이온 빔(3)의 조사 각도가 0도보다 크며 디자인 룰에 기초하여 설정되는 허용 발산 각도 이하가 되도록 그 장변 방향으로 이온 빔(3)을 발산시킨다. Y 방향에 있어서의 이온 빔(3)의 치수는 유리 기판(7)의 치수보다 크다. 그 때문에, 유리 기판(7)을 지지하는 홀더(8)를 도 1의 X 방향에 대략 평행한 화살표(A)로 나타내는 방향으로 이동시킴으로써, 유리 기판(7)의 전체면에 대한 이온 빔(3)의 조사를 가능하게 한다. 또한, 후술하는 도 8, 도 14, 도 15, 도 17의 예에 있어서도, 유리 기판(7)의 전체면에 이온 빔(3)을 조사하는 구성은 여기서 설명한 구성과 동일하다.

본 발명에 있어서의 이온 빔(3)의 조사 각도는 YZ 평면에 있어서, 유리 기판(7)의 면 위에 그어진 수선과 유리 기판(7)에 입사되는 이온 빔(3)이 이루는 각도로 정의된다. 단, 이온 빔(3)이 입사되는 측의 유리 기판(7)의 면과, 그 뒷면 및 유리 기판(7)을 지지하는 홀더(8)의 면이 서로 평행한 관계인 경우에는, 홀더(8)의 면 위에 그어진 수선을 유리 기판(7) 위에 그어진 수선이라고 볼 수 있다. 도 2나 후술하는 도 8 및 도 14에서는, 유리 기판(7)과 홀더(8)의 면이 전술한 바와 같이 서로 평행한 관계로 되어 있다. 그 때문에, 이들 도면에는, 홀더(8) 위에 그어진 수선과 이온 빔(3)이 이루는 각도(예컨대, 도 2에서 α)를 이온 빔의 조사 각도(확대 각도)로 하고 있다.

본 발명에서는, 임의의 디자인 룰일 때에 허용되는 최대의 조사 각도의 값을 허용 발산 각도라고 부르고 있다. 이 각도는 다음과 같이 하여 디자인 룰에 따라 설정된다. 우선, 사람의 시각이 인식할 수 있는지의 여부로, 디바이스 제조 시의 미세화의 레벨이 결정된다. 그리고, 미세화의 레벨에 따라 디바이스의 회로 배선 등의 치수에 관한 디자인 룰이 결정된다. 이 디자인 룰에 따라, 디바이스를 제조하게 되지만, 디자인 룰에 따라서는, 전술한 이온 빔의 조사 각도의 허용되는 최대값이 달라진다. 예컨대, 디자인 룰에서 회로 배선의 치수가 0.3 ㎛인 경우에, 허용할 수 있는 레벨의 특성의 디바이스를 제조하기 위해서는, 이온 빔의 조사 각도가 최대로 2.5도까지의 범위에 들어가지 않으면 안 된다. 한편으로, 디자인 룰에서 회로 배선의 치수가 1 ㎛로 큰 경우에는, 허용할 수 있는 레벨의 특성의 디바이스를 제조하기 위해서는, 이온 빔의 조사 각도가 최대로 3도 정도까지의 범위에 들어가지 않으면 안 된다. 본 발명에서는 제조되는 디바이스의 특성을 고려하여, 유리 기판(7)에의 이온 빔(3)의 조사 각도를 0도보다 크며 허용 발산 각도 이하가 되도록 설정한다.

또한, 이온 빔(3)을 발산시키는 것은 유리 기판(7)의 대형화에 대하여, 다음 점에서 유리하게 작용한다. 유리 기판(7)의 치수는 액정 제품의 대형화에 따라, 해마다 대형화되고 있다. 이온원으로부터 평행한 이온 빔을 사출시키고, 그것을 유리 기판에 조사하는 타입의 이온 주입 장치에서는, 이온 주입 장치를 구성하는 각 부재를 큰 것으로 변경하는 것이 필요하다.

한편, 본 발명과 같은 발산 빔을 이용한 경우, 이온 빔을 발산시킨 장소로부터 유리 기판까지의 거리에 따라 이온 빔의 치수가 커지기 때문에, 전술한 바와 같은 타입의 이온 주입 장치에 비해, 이온원 등의 부재를 작게 할 수 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 평행화 렌즈를 구비한 이온 주입 장치와 비교해서도, 이온 빔을 평행화시키지 않는 만큼, 이온 빔의 치수를 더욱 크게 하는 것이 가능해진다.

이온원(2)의 보다 구체적인 구성 중 하나가 도 3에 도시되어 있다. 이 이온원(2)은 아크 챔버(10)로부터 Z 방향으로 평행한 이온 빔(3)을 인출하기 위한 플라즈마 전극(11), 억제 전극(12), 접지 전극(13)을 포함하는 인출 전극계를 갖고, 각 전극에는 이온 빔(3)을 통과시키기 위한 대략 직사각 형상의 슬릿이 형성되어 있다. 또한, 본 발명의 이온원(2)에 있어서, 플라즈마 전극(11)은 아크 챔버(10)의 덮개를 겸하고 있고, 양자는 전기적으로 접속되어 있는 것으로 한다.

도 4에는, 도 3에 도시된 인출 전극계를 구성하는 각 전극과 이들에 인가되는 전압의 관계가 도시되어 있다. 또한, 본 발명에서는, 양전하를 갖는 이온 빔을 상정하고 있으며, 후술하는 다른 실시형태에 있어서도 마찬가지이다.

아크 챔버(10)로부터 인출되는 이온 빔(3)의 에너지는 아크 챔버(10)에 전기적으로 접속된 플라즈마 전극(11)과 접지 전극(13)과의 전위차(V1)에 의해 결정된다. 그리고, 억제 전극(12)에는, 이온 빔(3)의 진행 방향 반대측으로부터의 전자의 유입을 방지하기 위해, V2의 부전압이 인가된다.

도 3의 인출 전극계를 구성하는 각 전극은 이온 빔(3)을 통과시키기 위해 대략 직사각 형상의 슬릿을 갖고 있지만, 이 구성 대신에, 대전류이며 발산 각도가 작은 이온 빔을 인출하는 경우에 사용되는 다공 전극을 이용할 수도 있다. 그 경우, 예컨대, X 방향 및 Y 방향에 있어서의 각 전극에 형성된 각 구멍의 중심 위치를 딱 맞추어, 3개의 다공 전극을 Z 방향으로 배열시키는 것을 생각할 수 있다. 도 5에는, 그 구체예가 도시되어 있다. 또한, 도 5에서는 각 전극이 Z 방향에서 겹쳐져 있기 때문에, 하나의 전극밖에 보이지 않는다.

도 6에는, 도 2의 실시형태에서 이용되는 질량 분석 마그넷(4)의 예가 개시되어 있다. 도 6의 (a)는 질량 분석 마그넷(4)의 단면도이며, 도 6의 (b)에 도시된 d-d로 나타내는 일점 쇄선을 따라, 질량 분석 마그넷(4)을 절단하고, 그 절단면을 Z 방향에서 보았을 때의 양태를 나타내고 있다. 이 질량 분석 마그넷(4)에서는, 윈도우 프레임형의 요크(16)에, 이온 빔(3)의 경로를 향하여 Y 방향을 따른 방향으로 돌출된 한쌍의 자극이 형성되어 있다. 이들 자극에서는, 이온 빔(3)의 선회 반경의 내측[도 6의 (a)에 나타내는 Y 방향 상측의 자극의 b측]으로부터 외측[도 6의 (a)에 나타내는 Y 방향 상측의 자극의 a측]을 향하여, Y 방향에 있어서의 자극 사이 치수가 좁아지도록 자극 표면이 기울어져 있다. 도 6의 (b)는 XZ 평면 위에서의 질량 분석 마그넷(4)의 양태를 나타낸다. 도 6의 (b)에서 도면부호 a, b는 도 6의 (a)에 도시되는 Y 방향 상측에 위치하는 자극의 단부(a, b)에 대응한다. 이 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 도 6의 (a)에 도시된 자극 단부(a, b) 사이의 폭은 이온 빔(3)의 경로를 따라 일정하게 되어 있다. 또한, 도 6의 (b)에 도시된 X, Y, Z 축은 질량 분석 마그넷에 입사되는 이온 빔(3)에 대한 것이다. 이 점은 후술하는 도 13에 대해서도 마찬가지이다.

그리고, 한쌍의 자극에는, 각각 상측 코일(14), 하측 코일(15)이 권취되어 있고, 이들 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 자극 사이에 있어서, Y 방향 하측으로부터 상측을 향하여 만곡된 자계(B)를 발생시킨다. 또한, 상측 코일(14), 하측 코일(15)로서는, 각 자극을 따라, 그 주위를 덮도록 레이스 트랙 코일이나 안장형 코일을 이용할 수 있다.

도 7은 도 6에 도시된 질량 분석 마그넷 내부를 통과하는 이온 빔이 받는 로렌츠 힘에 대한 설명도이다.

Y 방향의 장소에 따라, 이온 빔에 작용하는 로렌츠 힘이 다르다. 그 때문에, Y 방향을 따라 대표점으로서 e1, e2, e3을 취하여, 각 점에 있어서 어떠한 로렌츠 힘이 발생하고, 그것이 이온 빔(3)의 Y 방향에 있어서의 발산에 어떠한 영향을 미치는가에 대해서 설명한다. 또한, 대표점(e1, e2, e3)은 각각, 자계 방향이 지면 우측 위 방향을 향하는 장소, 자계 방향이 Y 방향과 평행하게 되는 장소, 자계 방향이 지면 좌측 위를 향하는 장소에서의 임의의 점이다.

로렌츠 힘(F)은 자계를 가로지르는 이온 빔과 자계의 방향에 대하여 수직으로 작용한다. 그 때문에, e1에 있어서, 로렌츠 힘(F)의 방향은 지면 우측 아래 방향이 된다. 그리고, 이 로렌츠 힘(F)은 도면에 나타내는 바와 같이 X 방향 및 Y 방향을 따르는 벡터 성분(F_X, F_Y)으로 나눌 수 있다.

F_X 성분에 의해, 이온 빔(3)은 X 방향으로 편향된다. 이 편향은 질량 분석 마그넷(4)에서 이온 빔(3)을 질량 분석할 때에 이용되는 것이다. 한편, 이온 빔(3)은 F_Y 성분에 의해 Y 방향 하측(반대측)을 향하여 편향된다.

e2에서의 로렌츠 힘(F)은 X 방향을 따른 F_X 성분만으로 된다. 여기서는 Y 방향에 있어서의 로렌츠 힘의 벡터 성분이 발생하지 않기 때문에. Y 방향에의 이온 빔의 편향 작용은 일어나지 않는다.

그리고, e3에서의 로렌츠 힘(F)의 방향은 지면 우측 위 방향이 된다. 이 로렌츠 힘(F)을 X 방향 및 Y 방향을 따르는 벡터 성분(F_X, F_Y)으로 나누면, F_Y 성분이 정확히 e1의 장소에서 생긴 로렌츠 힘(F)의 F_Y 성분과 반대 방향에 생기는 것을 알 수 있다. 이 F_Y 성분에 의해, e3의 장소에서는, 이온 빔(3)이 Y 방향 상측을 향하여 편향된다.

전술한 바와 같이, e1의 장소를 통과하는 이온 빔(3)은 Y 방향 하측을 향하여 편향되고, e3의 장소를 통과하는 이온 빔(3)은 Y 방향 상측을 향하여 편향되기 때문에, 이온 빔(3)은 전체적으로 Y 방향을 따라 발산되게 된다. 또한, 이온 빔의 발산 정도는 자극쌍의 경사 각도나 질량 분석 마그넷(4)의 자계(B)의 강도를 적절하게 조정함으로써, 원하는 것으로 설정될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 자극쌍의 경사 각도를 크게 하면, 자극쌍 사이에 발생하는 자계(B)는 더욱 만곡하게 된다. 그 경우, e1, e3의 장소를 통과하는 이온 빔에 작용하는 로렌츠 힘의 Y 방향 성분이 커지기 때문에, 이온 빔(3)의 Y 방향에의 발산 정도를 보다 크게 할 수 있다.

또한, e1, e3의 장소에서의 F_X 성분은 e2의 장소에서의 F_X 성분과 비교하여 작아지기 때문에, 각 점에 있어서의 X 방향에의 이온 빔의 편향량에 차이가 있다고 생각될지도 모르지만, 그렇지 않다. e1, e3의 장소에서의 자속 밀도는 자극에 가깝기 때문에, e2에 비해 큰 값이 된다. 그 때문에, e1, e3의 장소에서의 로렌츠 힘의 전부가 F_X 성분이 되지 않아도, 이온 빔(3)을 균등하게 X 방향을 따르는 방향으로 편향시켜, 질량 분석하는 것이 가능해진다.

도 8에는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 YZ 평면 내에서의 이온 빔의 궤도가 도시되어 있다. 이 예에서는, 도 2와 다르게, 이온원(2)으로부터 발산된 이온 빔(3)을 사출시킨다. 또한, 이 실시형태의 질량 분석 마그넷(4)은 이온 빔(3)을 Y 방향으로 발산시키는 기능이 없다.

이 실시형태에 있어서의 이온원(2)의 구체예가 도 9에 도시되어 있다. 도 9의 (a)에 도시된 이온원(2)의 구성과 앞의 실시형태에서 설명한 도 3에 도시된 이온원(2)에서는, 플라즈마 전극(11)과 억제 전극(12)의 대향면의 형상이 다르다. 이 실시형태에서는, 플라즈마 전극(11)과 억제 전극(12)의 대향면에 있어서, 플라즈마 전극(11)측의 전극면을 볼록형으로 하고, 억제 전극(12)측의 전극면을 오목형으로 하고 있다.

또한, 도 9의 (a)에서는, 인출 전극계의 구성으로서, Y 방향을 따른 대략 직사각 형상의 슬릿을 갖는 전극을 일례로서 예를 들었지만, 이것 외에, 예컨대 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이 X 방향을 따른 대략 직사각 형상의 슬릿이 Y 방향을 따라 복수개 배열된 전극을 이용할 수도 있다.

도 10에는, 도 9에 도시된 인출 전극계를 구성하는 각 전극과 이들에 인가되는 전압의 관계가 도시되어 있다. 도 10의 (a)와 도 10의 (b)는 도 9의 (a)와 도 9의 (b)에 각각 대응한다. 인가되는 전압의 정부(正負)나 각 전극에 대하여 인가되는 전압에 따른 작용은 앞의 실시형태에 있어서의 도 4에서 설명한 바와 같기 때문에, 그 설명은 생략한다. 도 10의 (b)에는, 도 9의 (b)에 나타낸 Y 방향을 따라 배열된 각 슬릿으로부터 인출되는 이온 빔(3)이 점선으로 도시되어 있다. 이 도 10의 (b)에 기재되어 있는 바와 같이, 각 슬릿으로부터 인출된 이온 빔(3)은 Y 방향으로 발산하여 서로 중합된다. 그리고, 최종적으로는, 도 10의 (a)에서 도시하는 이온 빔(3)과 동등한 외형을 갖는 이온 빔(3)으로서 이온원(2)으로부터 사출되게 된다.

도 11에는, 도 9와 도 10에 나타내는 각 전극 사이를 통과하는 이온 빔(3)이 전극 사이에서 발생하는 전계(E)에 의해, 어떻게 편향되는지가 도시되어 있다. 여기서 설명하는 이온 빔(3)이 편향하는 원리에 대해서는 도 9의 (a)[도 10의 (a)]와 도 9의 (b)[도 10의 (b)]에 예시한 이온원(2)에서 동일하다.

도 11의 (a)에는, 플라즈마 전극(11)과 억제 전극(12)의 사이를 통과하는 이온 빔(3)이 편향되는 양태가 도 11의 (b)에는, 억제 전극(12)과 접지 전극(13)의 사이를 통과하는 이온 빔(3)이 편향되는 양태가 각각 도시되어 있다. 각 도면에 나타낸 점선은 등전위선이며, 일점 쇄선은 전계를 나타낸다. 또한, 실선은 각 전극에 입사되는 이온 빔(3)을 나타내며, 이점 쇄선은 각 전극 사이에서 발생하는 전계에 의해 편향된 이온 빔을 나타낸다.

도 11의 (a)에 있어서, 플라즈마 전극(11)측(도면에서, 좌측)은 억제 전극(12)측(도면에서, 우측)보다 전위가 높기 때문에, 등전위선에 직교하도록 플라즈마 전극(11)측으로부터 억제 전극(12)측을 향하여 전계(E)가 발생한다. 그리고, 전극 사이에 입사된 이온 빔(3)은 전계(E)의 영향을 받아, 이점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 Y 방향으로 확대되고, 그 후, 억제 전극(12)과 접지 전극(13)의 사이에 입사된다. 이 이온 빔(3)의 편향 방향은 전극 사이에 입사되는 이온 빔의 진행 방향을 나타내는 방향 벡터와 전극 사이에 발생하는 전계의 방향을 나타내는 방향 벡터와의 합성 벡터에 의해 결정된다.

도 11의 (b)에서는, 억제 전극(12)측(도면에서, 좌측)은 접지 전극(13)측(도면에서, 우측)보다 전위가 낮기 때문에, 등전위선에 직교하도록 접지 전극(13)측으로부터 억제 전극(12)측을 향하여 전계(E)가 발생한다. 그리고, 전극 사이에 입사된 이온 빔(3)은 전계의 영향을 받아 Y 방향으로 더욱 확대된다. 이렇게, Y 방향에 있어서의 이온 빔(3)의 발산이 달성된다.

또한, 이 예에 있어서도, 각 전극을 다공 전극으로 구성하는 것을 생각할 수 있다. 단, 이 실시형태의 경우, 앞의 실시형태에 있어서 도 5에 나타낸 구성의 것과는 다르다. 이 점에 대해서, 이하에 설명한다.

구체적으로는, 도 12의 (a)에 나타내는 다공 전극을 이용한다. 도 12의 (a)에서는, 각 전극에 형성된 구멍의 중심 위치가 Y 방향에 있어서 다르다는 것을 이해하기 쉽게 하기 위해, 도 5와 같이 각 전극을 Z 방향으로 겹치게 도시하고 있지 않다. 여기서는, 편의상, 각 전극을 X 방향으로 배열하고 있다. 실제로 인출 전극계로서 이들 전극을 배치하는 경우에는, Y 방향에 있어서 한가운데에 위치하는 행에 형성된 전극 구멍에 주목한다. 그리고, 각 전극에 있어서, 이 행에 형성된 전극 구멍의 중심 위치가 X 방향과 Y 방향에서 일치하도록, 각 전극을 Z 방향을 따라 배열시킨다.

도 12의 (a)에는, 7행 4열로 구성되는 다공 전극의 Y 방향에 있어서의 3개의 위치(c1, c2, c3)에, X 방향을 따라서 보조선(도면에서 점선을 참조)이 그려져 있다. 우선, Y 방향에 있어서, 전극의 중앙에 위치하는 c2 위치(제4행)에 그어진 보조선에 주목하면, 각 전극(11∼13)에 형성된 다공 전극의 중심 위치가 일치하는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 이 c2 위치의 전극 구멍을 통과하는 이온 빔은 도 5에서 나타낸 실시형태와 마찬가지로 Z 방향을 따라 똑바로 진행하게 된다.

다음에, c3 위치(제7행)에 그어진 보조선에 주목하면, Y 방향에 있어서, 각 전극(11∼13)에 형성된 구멍의 중심 위치가 다른 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 억제 전극(12)의 전극 구멍이 다른 전극에 형성된 전극 구멍에 비해, Y 방향측으로 어긋나 있다. 이러한 구성의 전극 구멍을 통과하는 이온 빔(3)의 궤적이 도 12의 (b)에 도시되어 있다.

도 12의 (b)에서는, c3 위치에 있는 1개의 전극 구멍에 주목하고 있다. 아크 챔버(10) 내에 발생한 플라즈마(도면에서, 빗금친 부분)로부터 각 전극 구멍을 통하여 이온 빔(3)이 인출된다. 인출된 이온 빔(3)은 대략 전극 구멍의 중심 위치의 시프트 방향에 따라 편향된다. 억제 전극(12)에 형성된 구멍의 중심 위치는 플라즈마 전극(11)에 형성된 구멍의 중심 위치보다도 Y 방향으로 어긋나 있다. 그 때문에, 이온 빔(3)은 각 전극 사이에 발생하는 전계의 영향을 받아, Y 방향측으로 편향되게 된다. 이것과는 반대로, 억제 전극(12)과 접지 전극(13)에 형성된 구멍의 중심 위치를 비교하면, 접지 전극(13)에 형성된 구멍의 중심 위치가 억제 전극(12)에 형성된 구멍의 중심 위치보다도 Y 방향 반대측으로 어긋나 있기 때문에, 여기서는 이온 빔(3)이 Y 방향 반대측으로 편향되게 된다. 이렇게 각 전극에서의 구멍의 중심 위치를 다르게 함으로써, 그곳을 통과하는 이온 빔을 편향시킬 수 있다. 이 예에서는, c2 위치로부터 Y 방향 반대측(c3측)에 위치하는 제5행, 제6행의 전극 구멍에 대해서도, c3 위치에 있는 전극 구멍과 동일하게 구성하기 때문에, 이들 전극 구멍을 통과하는 이온 빔(3)도 Y 방향의 반대측을 향하여 편향되게 된다.

한편. c1 위치(제1행)에 그어진 보조선에 주목하면, 억제 전극(12)에 형성된 구멍의 중심 위치가, 다른 전극에 형성된 구멍의 중심 위치와 비교하여, Y 방향 반대측으로 어긋나 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, c1 위치를 통과하는 이온 빔(3)은, 앞에 설명한 c3 위치를 통과하는 이온 빔(3)과는 반대로, 도 12의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 최종적으로는 Y 방향측으로 편향되게 된다. 또한, c2로부터 Y 방향측에 배치된 제2행, 제3행의 전극 구멍에 대해서도, c1 위치에 있는 전극 구멍과 동일하게 구성하기 때문에, 이들 전극 구멍을 통과하는 이온 빔(3)도 Y 방향을 향하여 편향되게 된다.

상기한 바와 같이, 각 전극에 형성된 전극 구멍의 중심 위치를 설정하기 때문에, Y 방향을 따라 이온 빔(3)을 발산하게 된다. 상기 실시형태에서는, 제1행∼제3행 혹은 제5행∼제7행에 배치된 각 전극에 있어서의 전극 구멍의 중심 위치의 관계가 동일하도록 설정하지만, 이것을 다르게 할 수도 있다. 예컨대, 억제 전극(12)에 형성된 전극 구멍의 중심 위치와 다른 전극에 형성된 전극 구멍의 중심 위치의 편차량이 제1행∼제3행에 걸쳐 서서히 커지도록 설정할 수도 있다. 또한, 반대로 서서히 작아지도록 설정할 수도 있다. 제5행∼제7행에 배치된 전극 구멍의 관계도 제1행∼제3행에 배치된 전극 구멍과 같이, 각 행에 있어서의 전극 구멍의 중심 위치의 간격을 확대하거나 좁혀, 행마다 다른 설정을 이용할 수도 있다. 또한, 제4행(c2 위치)을 중심으로 하여, Y 방향에 있어서, 이온 빔(3)의 확대가 비대칭이 되도록 각 전극의 전극 구멍을 구성할 수도 있다.

도 13은 도 8에 나타내는 실시형태에서 이용되는 질량 분석 마그넷(4)이다. 이 실시형태에서의 질량 분석 마그넷(4)은 이온 빔(3)을 발산시키는 기능이 없다. 그 때문에, Y 방향에 설치된 한쌍의 자극은 XY 평면에서 본 경우, X 방향으로 대략 평행한 형상을 하고 있다. 이 실시형태에서는, 이온원(2)으로부터 발산된 이온 빔(3)이 사출되기 때문에, Z 방향을 향함에 따라 서서히 커지는 이온 빔(3)의 치수를 허용할 수 있을 정도로, 질량 분석 마그넷(4)의 자극 간의 치수를 크게 해 둘 필요가 있다. 그 외의 점에 대해서는, 다른 실시형태로서 도 6에서 설명한 질량 분석 마그넷(4)의 구성과 같기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.

도 14에는 본 발명의 추가 실시형태에 따른 이온 주입 장치의 YZ 평면 내에서의 이온 빔(3)의 궤도가 도시되어 있다.

이 실시형태는, 이온원(2)으로부터 Z 방향에 대하여 α1의 각도로 발산하는 이온 빔(3)을 사출하고, 질량 분석 마그넷(4)에서 이 이온 빔(3)을 더욱 발산시켜, 최종적으로, 유리 기판(7)에 대하여 이온 빔(3)이 α2의 각도로 조사되도록 구성된다. 앞의 실시형태에서는, 이온원(2)과 질량 분석 마그넷(4) 중 어느 하나를 이용하여, 이온 빔(3)을 발산시켰지만, 여기서는 그 양쪽을 이용하여 2단계로 이온 빔(3)을 발산시킨다.

이 실시형태에 있어서, 이온원(2) 및 질량 분석 마그넷(4)의 구체적인 구성으로서는, 지금까지의 실시형태 중에서 설명한 것을 조합하는 것이 좋다. 예컨대, 이온원(2)으로서는 도 9∼도 12에서 설명한 구성의 것을 이용한다. 한편, 질량 분석 마그넷(4)으로서는 도 6과 도 7에서 설명한 구성의 것을 이용한다. 그리고, 각 부재에 의한 이온 빔(3)의 발산 정도가 원하는 것이 되도록, 인출 전극계의 전극 형상, 전극 구멍의 배치, 질량 분석 마그넷에서의 자극의 기울기 등을 적절하게 설정하여, 최종적으로 유리 기판(7)에 대해 이온 빔(3)이 0도보다 크며 디자인 룰에 기초해 설정되는 허용 발산 각도 이하의 조사 각도로 조사되도록 한다.

또한, 이온원(2)과 질량 분석 마그넷(4)의 사이에, 양부재와는 별도로, 이온원(2)으로부터 사출된 이온 빔(3)을 Y 방향으로 발산시키는 부재를 배치할 수도 있다. 도 15에는, 일례로서, 이온원(2)으로부터 평행하게 사출된 이온 빔(3)을 발산시키는 편향 전자석(17)이 도시되어 있다. 이 실시형태에서 사용되는 이온원(2)과 질량 분석 마그넷(4)으로는, 앞의 실시형태에서 설명한 도 3∼도 5에 도시된 이온원과, 도 13에 도시된 질량 분석 마그넷을 사용하는 것이 좋다.

더 구체적으로는, 도 16에 편향 전자석(17)의 일례가 도시되어 있다. 도 16의 (a)에는, 도 15에 도시된 f-f로 나타내는 일점 쇄선으로 편향 전자석(17)을 절단하고, 그 절단면을 Z 방향에서 보았을 때의 양태가 도시되어 있다. 그리고, 도 16의 (b)에는, 도 16의 (a)를 X 방향에서 보았을 때의 평면도가 도시되어 있다.

편향 전자석은 도 16의 (a)에 도시되는 바와 같이, 이온 빔(3)을 그 단변 방향인 X 방향으로 사이에 두는 한쌍의 요크(18, 19)를 구비한다. 그리고, 각각의 요크에는, Y 방향을 따라 대략 이온 빔(3)을 2등분 하도록 2개의 코일이 권취되어 있고, 각 요크에 권취된 각각의 코일은 X 방향에 있어서 이온 빔(3)을 사이에 두고 서로 대향한다. 또한, 각 요크에 설치된 코일에서, Y 방향 상측에 위치하는 코일을 상측 코일(22, 23)로 하고, Y 방향 하측에 위치하는 코일을 하측 코일(20, 21)로 하였을 때, 상측 코일 사이에서는, X 방향으로 자계(B)를 발생시키고, 하측 코일 사이에서는 X 방향과 역방향으로 자계(B)를 발생시키도록, 각 코일에 대하여 전류를 공급한다.

이러한 자계(B)를 발생시킴으로써, 상측 코일(22, 23) 사이를 통과하는 이온 빔(3)은 Y 방향으로 편향되고, 하측 코일(20, 21) 사이를 통과하는 이온 빔(3)은 Y 방향과 반대측으로 편향된다. 이 편향에 의해, 도 16의 (b)에 도시하는 바와 같이 이온 빔(3) 전체를 Y 방향으로 발산시키는 것이 가능해진다.

유리 기판(7)에 조사되는 이온 빔(3)의 조사 각도를 계측하는 구성에 대해서는, 도 17에 그 일례가 도시되어 있다. 도 17의 이온 주입 장치(1)는 분석 슬릿(5) 바로 뒤에 이온 빔 제한 수단(24)을 구비한다. 이온 빔 제한 수단(24)에서는, 이온 빔(3)의 Y 방향에 있어서의 일부만을 통과시킨다. 그리고, 이온 빔 제한 수단(24)을 통과한 이온 빔(3)을 이온 빔 프로파일러(9)에서 검출한다. 그 후, Z 방향에 있어서의 이온 빔 제한 수단(24)과 이온 빔 프로파일러(9) 사이의 거리, Y 방향에 있어서의 이온 빔 제한 수단(24)의 개구 중심 위치와 이온 빔 프로파일러(9)에 조사되는 이온 빔(3)의 단부 위치 사이의 거리에 따라, 제어 장치(25)에 의해, 이온 빔(3)의 유리 기판(7)에의 조사 각도가 산출된다. 이 산출에 이르기까지의 경위를 도 18∼도 20을 이용하여 이하에 상세하게 서술한다.

질량 분석형의 이온 주입 장치(1)에 있어서, X 방향에 있어서의 이온 빔(3)의 치수는 분석 슬릿(5)의 근방에서 최소가 된다[도 17에서의 이온 빔(3)의 외형을 나타내는 일점 쇄선을 참조]. 이온 빔 제한 수단(24)은 이온 빔(3)의 일부만을 통과시키도록 작용한다. 그 때문에, 이온 빔(3) 전체를 덮을 만큼의 치수가 필요하게 되지만, 분석 슬릿(5)의 후단 위치에서는, X 방향에서의 이온 빔(3)이 집속하기 때문에, 이온 빔 제한 수단(24)의 X 방향의 치수를 작게 할 수 있다는 메리트가 있다. 또한, 도 17에서는 분석 슬릿(5)의 후단에 이온 빔 제한 수단(24)을 배치하고 있지만, 분석 슬릿(5)의 전단에 배치할 수도 있다.

도 18의 (a)에는 이온 빔 제한 수단(24)의 일례가 도시되어 있다. 이 예에 있어서, 이온 빔 제한 수단(24)은 X 방향을 따라 독립적으로 이동 가능한 복수의 셔터(26)로 구성되어 있고, 각 셔터(26)는, Z 방향으로 엇갈리게 위치를 어긋나게 하면서 Y 방향을 따라 배열되어 있다[도 18의 (b)를 참조]. 각 셔터(26)에는 볼 너트가 부착되고, 이것이 X 방향을 따라 연장된 볼 나사와 나사 결합한다. 그리고, 모터(27)에 의해 각 볼 나사를 정역으로 회전시킴으로써, X 방향에의 각 셔터(26)의 이동을 가능하게 한다.

도 19의 (a)에는, 이온 빔 제한 수단(24)의 다른 예가 도시되어 있다. 앞의 예와 다르게, 이 예에서는 셔터가 Y 방향을 따라 이동하도록 구성되어 있다. 각 셔터(28∼30)를 Y 방향을 따라 이동시키는 기구는, 앞의 예와 같이, 각 셔터에 설치된 볼 너트, 볼 너트와 나사 결합하는 볼 나사, 각 볼 나사를 회전시키는 모터(31)에 의해 구성된다. 또한, 이 예에 있어서의 셔터(28∼30)도 Z 방향으로 엇갈리게 위치를 어긋나게 하면서 Y 방향을 따라 배열되어 있다[도 19의 (b)를 참조]. 또한, Y 방향에 있어서의 장치 치수를 고려하지 않는다면, 셔터(28∼30)의 3개의 셔터를 포함하는 구성 대신에, 셔터(28) 혹은 셔터(29)와 셔터(30)로 이루어지는 2개의 셔터를 포함하는 구성을 이온 빔 제한 수단으로서 이용할 수도 있다.

도 18과 도 19에 예시한 복수개의 셔터를, 적절하게, X 방향 혹은 Y 방향으로 이동시킴으로써, Y 방향의 임의의 위치에 있어서, 이온 빔을 부분적으로 통과시키기 위한 슬릿을 형성하는 것이 가능해진다. 이러한 슬릿을, Y 방향을 따라 순차 형성해 나가며, 이온 빔(3)의 유리 기판(7)에의 조사 각도가 계측된다.

도 20에는, 이온 빔 제한 수단(24)을 통과한 이온 빔(3)의 일부가 이온 빔 프로파일러(9)에 조사되고 있는 양태가 도시되어 있다. 이 예에 있어서, 이온 빔 프로파일러(9)는 YZ 평면 내에서 이온 빔(3)이 조사되는 유리 기판(7)의 면과 평행하게 배치되어 있는 것으로 한다. 이온 빔 제한 수단(24)을 통과한 이온 빔(3)은 Y 방향에서 확대가 이루어진다. 이 확대는 Y 방향의 상하에서 대칭인 경우도 있지만, 비대칭인 경우도 있다. Y 방향측으로 확대되는 이온 빔(3)의 조사 각도를 α3, Y 방향과 반대측으로 확대되는 이온 빔(3)의 조사 각도를 α4로 한다. 각각의 조사 각도는 Z 방향과 Y 방향의 파라미터에 의해 산출될 수 있다. 구체적으로는, 이온 빔 제한 수단(24)과 이온 빔 프로파일러(9)의 Z 방향에 있어서의 거리(Z2-Z1)와, 이온 빔 제한 수단(24)에서 형성되는 슬릿의 중심 위치와 이온 빔 프로파일러(9)에서 검출되는 이온 빔(3)의 Y 방향에 있어서의 이온 빔 단부까지의 거리(Y1, Y2)에 의해 산출될 수 있다.

이 예에서는 이온 빔(3)이 조사되는 유리 기판(7)의 면과 이온 빔 프로파일러(9)가 서로 평행하게 Y 방향을 따라 배치되어 있다고 하지만, 이것에 한정되지 않고, 유리 기판(7)을 Y 방향에 대하여 경사지게 할 수도 있다. 이러한 경우에서도, Y 방향에 대한 유리 기판(7)의 경사 각도의 정보를 제어 장치(25)에 설정 혹은 송신하는 수단을 설치해 둠으로써, 제어 장치(25)에서 산출된 Y 방향을 따라 배치되는 이온 빔 프로파일러(9)에의 이온 빔(3)의 조사 각도에 기초하여, 유리 기판(7)에 조사되는 이온 빔(3)의 조사 각도를 도출할 수 있다.

이와 같이 하여 유리 기판(7)에의 이온 빔(3)의 조사 각도를 산출한 결과, 조사 각도가 원하는 범위 내에 없는 경우에는, 원하는 범위 내에 들어가도록, 이온 빔 발산 수단인 이온원(2), 질량 분석 마그넷(4), 편향 전자석(17) 등의 자장이나 전장, 혹은 전극 매치, 전극 구조, 자극 구조 등을 적절하게 다시 설정할 수도 있고, 이온 주입 장치(1)의 오퍼레이터에 대하여 허용 범위 내에서 벗어나 있음을 것을 알리는 어떤 경보를 출력시키는 구조를 마련할 수도 있다. 결국, 이러한 조사 각도를 계측하는 구조를 마련해 둠으로써, 이온 주입 처리에 앞서, 유리 기판(7)에의 이온 빔(3)의 조사 각도가 바른 것인지의 여부를 확인할 수 있다.

<그 외의 변형예>

상기한 실시형태에 있어서, 이온원(2)은 버나스형, 프리맨형, 버킷형, 간접 가열형 중 어느 타입의 이온원이어도 상관없다.

또한, 상기한 편향 전자석(17)과는 별도로, 이온원(2)과 질량 분석 마그넷(4)의 사이에, 자장 혹은 전장에 의해 이온 빔(3)을 그 장변 방향으로 주사하는 주사기를 설치해 두고, 이것을 이용하여, 이온 빔(3)을 발산시키도록 이온 주입 장치를 구성할 수도 있다.

또한, 도 15의 예에서는, 이온원(2)이나 질량 분석 마그넷(4)에서 이온 빔(3)을 발산시키지 않고, 편향 전자석(17)에서 이온 빔(3)을 Y 방향으로 발산시키도록 구성하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 지금까지의 실시형태에서 이미 설명한 이온원(2)이나 질량 분석 마그넷(4)에서의 발산 작용과 편향 전자석(17)에서의 발산 작용을 조합하는 구성이어도 좋다. 주사기를 배치하는 경우도 마찬가지라고 말할 수 있다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 이온 빔으로서 양전하를 갖는 이온 빔을 상정하였지만, 음전하를 갖는 이온 빔이어도 상관없다. 이 경우, 이온 빔을 편향시키는 마그넷에서의 자장의 방향이나 이온원(2)의 인출 전극계에 인가하는 전압의 극성을 반대로 설정해 둘 수 있다.

또, 상기한 실시형태에서는, 유리 기판(7)을 지지하는 홀더(8)의 각도는 일정하였지만, 홀더를 X축 둘레로 회전시키는 기구를 설치하여, 이온원(2) 등에 의한 이온 빔(3)의 발산 작용과 조합함으로써, 유리 기판(7)에 조사되는 이온 빔 조사 각도(확대 각도)를 조절하도록 할 수도 있다.

또한, 도 17에 나타내는 바와 같이 제어 장치(25)를 구비해 두고, 미리 결정된 프로그램에 기초하여 조사 각도를 산출하도록 하여도 좋지만, 제어 장치(25)를 구비하는 것은 필수적이지 않다. 예컨대, Y 방향에 있어서의 이온 빔 제한 수단(24)에서 형성되는 슬릿의 중심 위치, 이온 빔 프로파일러(9)에서 검출되는 Y 방향에서의 이온 빔 단부 위치, 이온 빔 제한 수단(24)과 이온 빔 프로파일러(9)의 Z 방향에서의 위치와 같은 각종 정보를 모니터에 표시해 둠으로써, 이온 주입 장치의 오퍼레이터가 계산하여, 조사 각도가 원하는 것인지의 여부를 확인하도록 하여도 좋다.

기타, 전술한 이외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종 개량 및 변경이 이루어질 수도 있음도 물론이다.

1: 이온 주입 장치 2: 이온원
3: 이온 빔 4: 질량 분석 마그넷
5: 분석 슬릿 6: 처리실
7: 유리 기판 8: 홀더
9: 이온 빔 프로파일러 10: 아크 챔버
11: 플라즈마 전극 12: 억제 전극
13: 접지 전극 17: 편향 전자석
24: 이온 빔 제한 수단

Claims

리본형의 이온 빔의 단변 방향을 가로지르도록 유리 기판을 구동시키고, 상기 유리 기판의 전체면에 상기 이온 빔을 조사하는 질량 분석형의 이온 주입 장치에 있어서,
이온원으로부터 질량 분석 마그넷까지의 상기 이온 빔의 수송 경로에 이온 빔 발산 수단을 구비하고,
상기 이온 빔 발산 수단은, 상기 이온 빔의 장변 방향과 상기 이온 빔의 진행 방향을 포함하는 평면에 있어서, 상기 유리 기판 위에 그어진 수선과 상기 유리 기판에 입사되는 상기 이온 빔이 이루는 각도인 상기 이온 빔의 조사 각도를 0도보다 크며 디자인 룰에 기초하여 설정되는 허용 발산 각도 이하가 되도록, 상기 이온 빔을 그 장변 방향으로 발산시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제1항에 있어서, 상기 이온 빔 발산 수단은 상기 이온원인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제1항에 있어서, 상기 이온 빔 발산 수단은 상기 질량 분석 마그넷인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제1항에 있어서, 상기 이온 빔 발산 수단은 상기 이온원과 상기 질량 분석 마그넷의 양쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 빔의 장변 방향에 있어서의 일부를 선택적으로 통과시키는 이온 빔 제한 수단과, 상기 이온 빔 제한 수단을 통과한 상기 이온 빔의 장변 방향에 있어서의 이온 빔 단부를 검출하는 이온 빔 프로파일러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제5항에 있어서, 상기 이온 빔 제한 수단은, 상기 이온 빔의 수송 경로에 있어서, 상기 이온 빔의 질량을 분석하는 분석 슬릿에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.