KR20140061233A - Ion implanting device and ion implanting method - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 2012년 11월 13일에 출원된 일본 특허출원 제2012-249537호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-249537 filed on November 13, 2012. The entire contents of which are incorporated herein by reference.
본 발명은, 이온주입에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.The present invention relates to ion implantation, and more particularly, to an ion implantation apparatus and an ion implantation method.
태양전지 제조를 위한 빔라인 이온주입장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2 참조). 이 장치에 있어서는, 이온원으로부터 인출된 이온빔은, 질량분석기, 분해 애퍼처, 각도보정자석을 가지는 빔라인을 거쳐 엔드스테이션으로 옮겨진다. 원하지 않는 이온종은, 분해 애퍼처를 통과하지 않고, 마스킹전극에 의하여 블록된다.A beamline ion implantation apparatus for manufacturing a solar cell is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In this apparatus, an ion beam extracted from an ion source is transferred to an end station via a beam line having a mass analyzer, a decomposition aperture, and an angle correction magnet. Unwanted ion species do not pass through the decomposition aperture, but are blocked by the masking electrode.
원리적으로는 이온주입을 적용할 수 있는 프로세스이더라도, 경제적인 이유에서 이온주입이 적용되지 않은 프로세스가 있다. 기존의 이온주입장치가 비교적 고가이기 때문에, 이러한 프로세스에서는, 그 프로세스로 생산되는 디바이스에 요구되는 생산 코스트에 이온주입은 적합하지 않다.In principle, there are processes that do not have ion implantation for economical reasons, even though they are processes that can be used for ion implantation. Since the conventional ion implantation apparatus is relatively expensive, in this process, ion implantation is not suitable for the production cost required for the device produced by the process.
그러한 프로세스의 대표적인 예에는, 태양전지기판을 제조하기 위한 몇 개의 프로세스가 있다. 이들 프로세스에 이온주입을 적용함으로써, 태양전지기판에 주입하는 불순물의 도스량이나 깊이 방향의 분포를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 이로써, 태양전지의 성능 향상이 기대된다. 그러나, 주입을 위한 이온빔전류가 요구되는 수준에 도달하지 않고 있다. 이로 인하여, 이온주입은, 태양전지기판의 제조에 충분한 생산성을 부여하지 않는다.Representative examples of such processes include several processes for manufacturing solar cell substrates. By applying ion implantation to these processes, it is possible to precisely control the dose amount of the impurity implanted into the solar cell substrate and the distribution in the depth direction. As a result, the performance of the solar cell is expected to be improved. However, the ion beam current for implantation has not reached the required level. Due to this, the ion implantation does not give sufficient productivity to the production of the solar cell substrate.
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 몇 개의 프로세스의 생산성 향상에 도움이 되는 고빔전류를 부여하는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공하는 것에 있다.One of the exemplary objects of one aspect of the present invention is to provide an ion implantation apparatus and ion implantation method for imparting a high beam current for improving the productivity of several processes.
본 발명의 일 양태에 의하면, 플라즈마실과, 상기 플라즈마실에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마원과, 장척 빔단면을 가지는 이온빔을 상기 플라즈마실로부터 인출하기 위한 인출전극계를 구비하는 이온원과, 상기 이온원에 인접하여 설치되어, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔을 받아들이는 처리실로서, 이온빔 조사영역을 통과하는 기판이동경로를 따라 기판을 이동시키기 위한 기판이동기구를 구비하는 처리실과, 상기 이온원의 이온빔 생성조건을 제어하기 위한 제어부를 구비하고, 상기 이온빔은, 상기 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 빔전류를 가지며, 상기 이온빔은, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에, 상기 빔전류를 유지하여 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: a plasma source; an ion source including a plasma source for generating plasma in the plasma chamber; and an extraction electrode system for extracting an ion beam having a long- And a substrate moving mechanism for moving the substrate along a substrate moving path passing through the ion beam irradiation area, the processing chamber having a processing chamber provided adjacent to the ion source and receiving the ion beam from the drawing electrode system, Wherein the ion beam has a beam current determined in accordance with the ion beam generating condition and the ion beam is irradiated onto the substrate moving from the drawing electrode system through the ion beam irradiation region to the beam current And the ion beam is irradiated directly.
본 발명의 다른 일 양태에 의하면, 이온원의 이온빔 생성조건을 제어하는 것과, 상기 이온원의 인출전극계를 통하여 이온빔을 인출하는 것과, 상기 이온원으로부터 상기 이온빔을 처리실에 받아들이는 것과, 상기 처리실의 이온빔 조사영역을 통과하도록 기판을 이동시키는 것을 구비하고, 상기 이온빔은, 상기 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 빔전류를 가지며, 상기 이온빔은, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에, 상기 빔전류를 유지하여 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an ion beam, comprising: controlling an ion beam generating condition of an ion source; drawing out an ion beam through an extraction electrode system of the ion source; accepting the ion beam from the ion source into the processing chamber; Wherein the ion beam has a beam current determined according to the ion beam generating condition and the ion beam is irradiated from the drawing electrode system to the substrate being moved through the ion beam irradiation region , And the beam current is maintained and directly irradiated.
본 발명의 다른 일 양태에 의하면, 이온빔을 인출하기 위한 인출전극계를 구비하는 이온원과, 상기 이온원으로부터 상기 이온빔을 받아들이는 처리실로서, 이온빔 조사영역을 기판에 통과시키도록 구성되어 있는 처리실을 구비하고, 상기 이온빔은, 상기 이온원의 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 특성을 가지며, 또한, 상기 이온빔 조사영역을 기판이 통과하는 동안에 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역으로 상기 특성을 유지하여, 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: an ion source having an extraction electrode system for extracting an ion beam; and a processing chamber for receiving the ion beam from the ion source, Wherein the ion beam has a characteristic determined according to an ion beam generating condition of the ion source and maintains the characteristic from the drawing electrode system to the ion beam irradiation region while the substrate passes through the ion beam irradiation region, And the ion beam irradiation region is irradiated directly onto the moving substrate.
본 발명의 다른 일 양태에 의하면, 이온원의 인출전극계를 통하여 이온빔을 인출하는 것과, 상기 이온원으로부터 상기 이온빔을 처리실에 받아들이는 것과, 상기 처리실의 이온빔 조사영역을 기판에 통과시키는 것을 구비하고, 상기 이온빔은, 상기 이온원의 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 특성을 가지며, 또한, 상기 이온빔 조사영역을 기판이 통과하는 동안에 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역으로 상기 특성을 유지하여, 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: extracting an ion beam through an extraction electrode system of an ion source; receiving the ion beam from the ion source into a processing chamber; Wherein the ion beam has a characteristic determined according to an ion beam generating condition of the ion source and maintains the characteristic from the drawing electrode system to the ion beam irradiation region while the substrate passes through the ion beam irradiation region, And the irradiation region is directly irradiated onto the moving substrate.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템, 프로그램 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.However, it is also effective as an aspect of the present invention that any combination of the above-described elements or the elements or expressions of the present invention are replaced with each other among methods, apparatuses, systems, programs, and the like.
본 발명에 의하면, 생산성 향상에 도움이 되는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an ion implantation apparatus and an ion implantation method that can improve productivity.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 일부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 인출전극계를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 빔측정계를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치에 의하여 얻어지는 주입프로파일을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 위한 인라인형의 진공챔버시스템을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 schematically shows an ion implanting apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a perspective view schematically showing a part of an ion implanting apparatus according to one embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a view schematically showing a drawing electrode system of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. Fig.
4 is a plan view schematically showing a beam measuring system of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an injection profile obtained by an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view schematically showing an in-line type vacuum chamber system for an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart showing an ion implantation method according to one embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals and redundant explanations are appropriately omitted. The configuration described below is an example and does not limit the scope of the present invention at all.
본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치는, 기판에 대한 이온주입단계에서의 이온빔의 특성을, 이온빔의 생성단계에서 제어하도록 구성되어 있다. 이온빔의 생성단계란, 이온의 공급원인 플라즈마의 생성부터 이온의 인출까지를 말한다. 이온의 인출에 의하여 이온빔이 생성된다. 인출된 이온은 기판에 주입된다.The ion implantation apparatus according to one embodiment of the present invention is configured to control the characteristics of the ion beam in the ion implantation step with respect to the substrate in the ion beam generation step. The generation step of the ion beam refers to the period from the generation of plasma which is the supply source of ions to the extraction of ions. The ion beam is generated by the extraction of the ions. The drawn ions are injected into the substrate.
이렇게 하여, 제어된 빔특성을 가지는 이온빔이 기판에 직접적으로 조사된다. 이온 인출부터 이온주입까지의 빔라인을 매우 짧게 할 수 있으므로, 수송 중의 이온의 손실을 최소로 할 수 있다. 따라서, 인출되었을 때의 고빔전류로 기판에 이온을 주입할 수 있으므로, 높은 생산성을 가지는 이온주입장치를 제공할 수 있다.In this way, the ion beam having the controlled beam characteristic is directly irradiated to the substrate. Since the beam line from ion extraction to ion implantation can be made very short, loss of ions during transportation can be minimized. Therefore, ions can be injected into the substrate with the high beam current at the time of withdrawal, so that an ion implantation apparatus having high productivity can be provided.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 1은, 이온주입장치(10)를 측방으로부터 본 도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(10)의 일부를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2에는, 도 1에 있어서 도면에 평행한 평면에 의한 이온주입장치(10)의 일부의 단면도 나타나 있다. 도 2에 있어서 단면영역에 사선으로 표시하고 있다.1 schematically shows an
이온주입장치(10)는, 이온빔(12)을 기판(S)에 조사하도록 구성되어 있다. 이온빔(12)은 길이방향(도 1에 있어서 도면에 수직인 방향)으로 뻗는 장척 빔단면을 가진다. 이하에서는 이온빔(12)을 리본빔(12)이라고 부르는 경우가 있다. 리본빔(12)은, 그 단면에 상당하는 이온빔 조사영역(이하, 이온빔영역이라고도 함)(14)을 프로세스챔버(26)에 형성한다. 어느 특정의 시점에 있어서 이온빔영역(14)은 기판(S)의 표면 상의 특정 부분에 있다. 이해를 용이하게 하기 위하여 도 2에 있어서 이온빔영역(14)에 미세한 도트로 표시하고 있다. 프로세스챔버(26)에 있어서 기판(S)은, 기판이동경로(A)를 따라 이온빔영역(14)을 통과한다. 이렇게 하여 기판(S)의 표면의 넓은 범위에 이온주입을 할 수 있다.The
이 실시형태에 있어서는, 기판(S)은, 태양전지용의 기판 또는 태양전지셀이다. 따라서, 이온주입장치(10)는, 태양전지기판의 제조를 위하여 사용된다. 기판(S)은 대부분의 경우 평판형상을 가지는 반도체 부재이지만, 기판(S)은 그 외의 임의의 형상 및 재질을 가지는 피처리물이어도 된다. 기판(S)은, 1매의 대형 기판이어도 되고, 복수 매의 소형 기판이어도 된다. 기판(S)이 복수의 기판을 나타내는 경우, 기판(S)은, 이들 기판을 평면으로(예를 들면 매트릭스형상으로) 배치하기 위한 트레이 등의 용기를 포함하여도 된다. 이 트레이는 예를 들면 4열 이상의 매트릭스 배치의 기판에 각 열 동시에 주입처리할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 또, 기판(S)은 마스크로 덮이는 경우도 있다. 이하에서는 설명의 편의상, 이러한 기판, 용기, 마스크, 및 그 외의 피처리물을 총칭하여 기판(S)이라고 부르는 경우가 있다.In this embodiment, the substrate S is a substrate for a solar cell or a solar cell. Therefore, the
도 1에 나타내는 바와 같이, 이온주입장치(10)는, 리본빔(12)을 생성하도록 구성되어 있는 이온원(18)을 구비한다. 이온원(18)은, 리본빔(12)을 중앙챔버(16)에 부여한다. 이온원(18)은, 플라즈마실(20)과, 플라즈마실(20)에 플라즈마(21)를 생성하기 위한 플라즈마원(22)과, 리본빔(12)을 플라즈마실(20)로부터 인출하기 위한 인출전극계(24)를 구비한다. 또, 이온주입장치(10)는, 이온원(18) 및 중앙챔버(16)에 원하는 진공환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.As shown in Figure 1, the
이온주입장치(10)는, 중앙챔버(16)를 구비한다. 중앙챔버(16)는, 이온원(18)으로부터 리본빔(12)을 받도록 이온원(18)에 접속되어 있다. 중앙챔버(16)는, 리본빔(12)을 이용하여 기판(S)의 이온주입처리를 하기 위한 프로세스챔버(26)를 구비한다. 또, 중앙챔버(16)는, 프로세스챔버(26)에 접속되어 있는 상류버퍼챔버(28) 및 하류버퍼챔버(30)를 구비한다. 다만 도면을 불필요하게 복잡하게 하는 것을 피하기 위하여, 도 2에는 중앙챔버(16)를 도시하고 있지 않다.The
중앙챔버(16)는, 기판이동경로(A)를 따라 기판(S)을 이동시키기 위한 기판이동기구(도 6 참조)를 구비한다. 기판이동경로(A)는, 리본빔(12)의 길이방향에 수직인 방향으로 뻗는 직선적인 경로이며, 상류버퍼챔버(28), 프로세스챔버(26), 및 하류버퍼챔버(30)를 통과한다. 기판이동경로(A)는, 프로세스챔버(26)에 있어서 이온빔영역(14)을 통과한다. 이 기판이동기구는, 기판이동경로(A)를 따라 기판(S)을 연속적으로 이동시키도록 구성되어 있다. 기판이동기구는, 기판(S)을 실질적으로 일정한 속도로 이동시킬 수 있다. 이러한 인라인식의 진공챔버의 구성에 대해서는, 자세하게는 도 6을 참조하여 후술한다.The
프로세스챔버(26)는, 이온원(18)에 인접하여 설치되어 있다. 프로세스챔버(26)는, 이온원(18)(정확하게는, 인출전극계(24))으로부터 나온 리본빔(12)을 받아들인다. 따라서 프로세스챔버(26)는 그 내부에 이온빔영역(14)을 가진다. 프로세스챔버(26)의 이온빔영역(14)으로부터 보아, 인출전극계(24)는 노출되어 있다.The
이온주입장치(10)는, 이온주입장치(10)를 제어하기 위한 제어부(32)를 구비한다. 특히, 제어부(32)는, 이온원(18)의 이온빔 생성조건을 제어하기 위하여 설치되어 있다. 이온빔 생성조건은 예를 들면, 인출전극계(24)의 이온빔 제어조건, 및/또는, 플라즈마원(22)의 플라즈마 제어조건을 포함한다. 이온빔 제어조건은, 인출전극계(24)의 이온빔 인출조건을 포함한다. 이온빔 인출조건은 예를 들면, 인출전극계(24)의 인출전압을 포함한다. 이온빔 제어조건은, 플라즈마 제어조건을 포함하여도 된다. 따라서, 제어부(32)는, 플라즈마원(22) 및 인출전극계(24) 중 적어도 일방을 제어하도록 구성되어 있다. 제어부(32)는, 이온원(18) 및 기판이동기구를 포함하는 이온주입장치(10)의 전체를 제어하도록 구성되어 있어도 된다.The
리본빔(12)은, 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 빔특성을 가진다. 이 빔특성은 예를 들면, 리본빔(12)의 빔전류, 리본빔(12)의 이온조성, 및/또는, 리본빔(12)의 단면에 있어서의 균일성을 포함한다. 프로세스챔버(26)가 이온원(18)에 인접하고 있으므로, 리본빔(12)은, 인출전극계(24)로부터 이온빔영역(14)에 직접 조사된다. 이로 인하여, 리본빔(12)의 특성은, 인출전극계(24)를 통하여 인출된 단계에서 이미 결정되어 있으며, 인출전극계(24)로부터 프로세스챔버(26)로의 빔수송공간에 있어서 빔특성은 유지된다. 따라서, 기판(S) 상에서 얻어지는 이온주입특성(예를 들면, 주입도스량, 주입에너지, 및/또는, 주입프로파일)은, 이온원(18)의 이온빔 생성조건에 따라 결정된다.The
따라서, 제어부(32)는, 상세하게는 후술하는 바와 같이, 기판(S)에 대한 주어진 주입조건(예를 들면 주입도스량) 및 주어진 기판이동속도에 근거하여, 이온빔 생성조건을 제어하여(예를 들면 이온빔 인출조건을 변경하여) 리본빔(12)의 빔전류를 조정한다. 또, 일 실시형태에 있어서는, 제어부(32)는, 플라즈마원(22)의 플라즈마 제어조건을 변경함으로써, 이온빔(12)의 이온조성을 제어한다. 예를 들면, 기판(S)에 주입되어야 할 이온종의 모노머이온 및 다이머이온의 비율이 제어된다. 이렇게 하여, 주입도펀트전류를 제어할 수 있다.Therefore, the
이온주입장치(10)는, 이온원(18)을 프로세스챔버(26)에 접속하는 빔가이드(34)를 구비한다. 따라서, 프로세스챔버(26)는, 빔가이드(34)를 통하여 이온원(18)에 인접한다. 빔가이드(34)는 리본빔(12)을 둘러싸는 통형상의 부재이며, 리본빔(12)을 수송하기 위한 진공환경을 이온원(18)과 프로세스챔버(26)와의 사이에 제공한다. 리본빔(12)을 방해하지 않도록, 빔가이드(34)는 그 내벽면이 리본빔(12)의 외주부로부터 떨어져 있다. 빔가이드(34)의 내벽면에는, 파티클을 방지하기 위한 방착판(예를 들면, 그래파이트제의 라이너)이 장착되어 있어도 된다.The
도 2에 나타나는 바와 같이, 이온주입장치(10)는, 플라즈마실(20)과 빔가이드(34)와의 사이에 장착되어 있는 고전압 인슐레이터(48)를 구비한다. 고전압 인슐레이터(48)는, 빔가이드(34)를 플라즈마실(20)로부터 절연한다. 따라서 프로세스챔버(26)도 플라즈마실(20)로부터 절연되어 있다. 고전압 인슐레이터(48)는, 인출전극계(24)를 둘러싸도록 설치되어 있다.2, the
이와 같이 하여, 이온주입장치(10)는, 직선 빔라인을 가진다. 이 직선 빔라인은, 인출전극계(24)에 의하여 인출된 이온빔(12)을 그대로 프로세스챔버(26)로 수송하기 위하여 이온원(18)과 프로세스챔버(26)와의 사이에 개재한다. 빔라인은 매우 짧고, 이온빔(12)의 빔특성(예를 들면 빔전류)에 작용하는 빔라인 구성요소를 갖지 않는다. 예를 들면, 이온주입장치(10)는, 일반적인 장치와는 달리, 질량분석기를 갖지 않는다. 이렇게 하여, 이온빔(12)이 기판(S)에 직접 조사된다. 이온주입장치(10)는 이와 같이 단순한 구성의 빔라인을 가지므로, 그 제조 코스트를 작게 할 수 있다.In this manner, the
이온원(18)에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 더욱 설명한다. 플라즈마실(20)은, 생성된 플라즈마(21)를 유지하여 수용하기 위한 공간을 제공한다. 플라즈마실(20)은, 그 벽부 또는 그 근방에 플라즈마(21)를 가두기 위한 마그넷(도시하지 않음)을 가진다. 이 플라즈마 수용공간은 예를 들면 직육면체 형상을 가지고 있으며, 그 상측에 플라즈마원(22)이 설치되어 있고, 하측에 인출전극계(24)가 설치되어 있다.The ion source 18 will be further described with reference to Figs. 1 and 2. Fig. The
도 2에 나타나는 바와 같이, 플라즈마실(20)은, 플라즈마(21)를 외부로 취출하기 위한 복수의 출구개구(50)를 가진다. 출구개구(50)는 인출전극계(24)에 관련하여 형성되어 있다. 이렇게 하여, 인출전극계(24) 및 출구개구(50)에 플라즈마원(22)이 대향하고 있다.As shown in Fig. 2, the
복수의 출구개구(50)는, 서로 인접하여 형성되어 있으며, 각각이 기판이동경로(A)에 수직인 방향으로 뻗는 장척 형상을 가진다. 복수의 출구개구(50)는, 서로 평행하게 등간격으로 배열되어 있다. 플라즈마실(20)은, 복수의 출구개구(50)의 일부 또는 전부를 개폐하기 위한 빔셔터(도시하지 않음)를 구비하여도 된다. 빔셔터가 개방되어 있을 때 플라즈마실(20)로부터 이온빔(12)을 인출하는 것이 가능하고, 빔셔터가 폐쇄되어 있을 때 이온빔(12)의 인출은 물리적으로 차단되어, 이온빔량을 줄일 수 있다.The plurality of
도 1로 되돌아간다. 플라즈마원(22)은, 플라즈마실(20)에 소스가스를 공급하기 위한 가스공급원(36)을 구비한다. 소스가스는, 기판(S)에 주입되어야 할 원하는 이온종을 포함한다. 예를 들면, 기판(S)에 주입하는 이온종이 인(P)인 경우에는, 소스가스는 예를 들면, H2로 희석된 PH3이다. 기판(S)에 주입하는 이온종이 붕소(B)인 경우에는, 소스가스는 예를 들면, H2로 희석된 B2H6이다. 또, 기판(S)의 수소 패시베이션을 위하여, 소스가스는 H2여도 된다. 소스가스는, 필요에 따라서, H2와는 상이한 임의의 희석가스, 플라즈마의 착화성을 개선하기 위한 어시스트가스, 및/또는, 그 외의 희가스를 포함하여도 된다.Returning to Fig. The
가스공급원(36)은, 가스배관(38)을 통하여 플라즈마실(20)에 접속되어 있다. 소스가스는, 가스배관(38)을 통하여 플라즈마실(20)에 공급된다. 플라즈마실(20)에 도입되는 소스가스의 농도 및/또는 유량을 조정하기 위하여, 가스공급원(36) 및/또는 가스배관(38)에 가스조정부(예를 들면 매스플로우컨트롤러)가 설치되어 있어도 된다.The
플라즈마원(22)은, 프로세스챔버(26)에 있어서 소스가스로부터 플라즈마(21)를 생성하기 위한 고주파 플라즈마 여기원, 예를 들면 RF안테나(40)를 구비한다. 또, 플라즈마원(22)은, RF안테나(40)로의 급전을 위한 RF매칭박스(42) 및 RF전원(44)을 구비한다. RF안테나(40)는 플라즈마실(20) 내에 설치되고, RF매칭박스(42) 및 RF전원(44)은 플라즈마실(20)의 밖에 설치되어 있다. RF매칭박스(42)는 플라즈마실(20)의 외측에 장착되어 있다. 이렇게 하여, 이온원(18)은, RF플라즈마 여기형의 이온원으로서 구성되어 있다.The
도 2에 나타나는 바와 같이, 플라즈마원(22)은, 복수의 RF안테나(40)와 복수의 RF매칭박스(42)를 구비한다. RF매칭박스(42)는 RF안테나(40)마다 설치되어 있다. 복수의 RF안테나(40)는, 플라즈마실(20)의 출구개구(50)를 따라 배열되어 있다. 이로써, 출구개구(50)를 따라 장척의 플라즈마(21)를 플라즈마실(20)에 생성할 수 있다. 이와 같이, 이온원(18)은 버킷형의 이온원이다.As shown in FIG. 2, the
도 1에 나타나는 바와 같이, 플라즈마원(22)은, 소스박스(46)를 구비한다. 소스박스(46)는 가스공급원(36)과 RF전원(44)을 수용한다. 플라즈마실(20) 및 소스박스(46)에는, 예를 들면 후술하는 전원장치(70)(도 3 참조)에 의하여, 원하는 주입에너지에 대응하는 전압이 인가된다. 따라서, 플라즈마실(20)의 출구개구(50)에는, 원하는 주입에너지에 대응하는 전압을 인가할 수 있다.As shown in FIG. 1, the
제어부(32)는, 플라즈마 제어조건에 따라 플라즈마원(22)을 제어한다. 이로써, 가스공급원(36)으로부터 플라즈마실(20)에 소스가스가 공급되고, RF전원(44)으로부터 RF안테나(40)에 전력이 공급된다. 그 결과, 원하는 이온종을 포함하는 플라즈마(21)가 플라즈마실(20)에 여기된다.The
플라즈마 제어조건은, 플라즈마(21)를 제어하기 위한 1개 또는 복수의 플라즈마제어 파라미터를 포함한다. 플라즈마제어 파라미터에는 예를 들면, 소스가스의 농도(예를 들면 수소 희석률), 소스가스의 유량, 이온원(18)의 토탈 RF파워, 각 RF안테나(40)의 RF파워, 각 RF안테나(40)의 위치, 원하는 주입에너지에 대응하는 인가전압이 있고, 이들에는 한정되지 않는다. 플라즈마제어 파라미터를 조정 또는 변경함으로써, 플라즈마(21)를 제어할 수 있다. 플라즈마(21)를 제어함으로써, 예를 들면, 리본빔(12)의 빔전류를 어느 정도 조정할 수 있다.The plasma control condition includes one or a plurality of plasma control parameters for controlling the
혹은, 플라즈마실(20)에 도입되는 소스가스의 농도, 유량, 및 RF파워를 조정함으로써, 플라즈마(21) 중의 모노머이온과 다이머이온의 비율을 제어할 수 있다. 도펀트가 인인 경우에는, 모노머이온 PHx +와 다이머이온 P2Hx +와의 비율을 제어할 수 있다. 마찬가지로, 도펀트가 붕소인 경우에는, 모노머이온 BHx +와 다이머이온 B2Hx +와의 비율을 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(32)는, 플라즈마 제어조건을 변경함으로써, 주입도펀트전류 및/또는 기판(S)의 주입프로파일을 제어할 수 있다.Alternatively, the ratio of the monomer ions and the dimer ions in the
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(10)의 인출전극계(24)를 개략적으로 나타내는 도이다. 인출전극계(24)는, 플라즈마전극(52)과 인출가속전극부(54)를 구비한다. 플라즈마전극(52)에는 상술한 복수의 출구개구(50)가 형성되어 있다. 플라즈마전극(52)은, 플라즈마실(20)의 내부를 외부로부터 구획하는 바닥판이다. 인출가속전극부(54)는, 인출전극(56)과 서프레션전극(58)과 그라운드전극(60)을 구비한다. 따라서 인출전극계(24)는 4개의 전극을 구비한다.3 schematically shows a
인출전극계(24)의 4개의 전극, 즉, 플라즈마전극(52), 인출전극(56), 서프레션전극(58), 및 그라운드전극(60)은, 이온원(18)으로부터 프로세스챔버(26)를 향하는 방향으로 이 기재된 순서대로 배치되어 있다. 이들 전극은 각각이 슬릿이 장착된 평판이고, 서로 평행하게 배열되어 있다. 플라즈마전극(52)과 인출전극(56)의 간격은, 인출전극(56)과 서프레션전극(58)의 간격보다 좁다. 인출전극(56)과 서프레션전극(58)의 간격은, 서프레션전극(58)과 그라운드전극(60)의 간격보다 넓다.The four electrodes of the
인출전극계(24)는, 플라즈마전극(52)의 복수의 출구개구(50)에 대응하는 복수의 슬릿을 가진다. 즉, 플라즈마전극(52)의 복수의 출구개구(50)와 동일한 형상 및 배치로, 인출전극(56), 서프레션전극(58), 및 그라운드전극(60)은 각각, 복수의 제2 슬릿(62), 복수의 제3 슬릿(64), 및 복수의 제4 슬릿(66)을 가진다. 따라서 인출가속전극부(54)의 각 전극에는, 서로 인접하는 복수의 장척 개구가 형성되어 있다. 이들 장척 개구는 기판이동경로(A)에 수직인 방향을 따라 형성되어 있다. 플라즈마전극(52)의 출구개구(50)를 인출전극계(24)의 제1 슬릿이라고 부를 수도 있다.The
제1 내지 제4 슬릿은 플라즈마실(20)로부터 인출되는 이온빔을 위한 직선적인 슬릿경로를 부여한다. 개개의 슬릿경로를 통하여 장척 이온빔(68)이 인출된다. 복수의 슬릿경로에 대응하는 복수의 장척 이온빔(68)에 의하여, 리본빔(12)이 형성된다. 이와 같이 하여 기판이동경로(A)를 따라 복수의 슬릿경로를 형성함으로써, 광폭의 리본빔(12)(즉, 광폭의 이온빔영역(14))을 얻을 수 있다. 이러한 슬릿 구성은 리본빔(12)의 대면적화에 도움이 된다. 인출전극계(24)는, 리본빔(12)의 길이방향으로(적어도 기판(S)의 폭에 걸쳐서) 균일성을 가지는 리본빔(12)을 인출할 수 있도록 설계되어 있다.The first through fourth slits provide a linear slit path for the ion beam extracted from the
인출전극계(24)는, 각 전극에 전압을 부여하기 위한 전원장치(70)를 구비한다. 전원장치(70)는, 플라즈마전극(52), 인출전극(56), 및 서프레션전극(58)에 관련하여, 인출전원(72), 가속전원(74), 및 서프레션전원(76)을 구비한다. 이들 전원은 전압 가변의 직류전원이며, 제어부(32)에 의하여 제어된다.The drawing
인출전원(72)은, 정(正)의 인출전압(Vex)을 플라즈마전극(52)에 인가하도록 플라즈마전극(52)과 인출전극(56)의 사이에 접속되어 있다. 가속전원(74)은, 정의 가속 전압을 인출전극(56)에 인가하도록 인출전극(56)과 그라운드전극(60)의 사이에 접속되어 있다. 서프레션전원(76)은, 부(負)의 서프레션전압을 서프레션전극(58)에 인가하도록 서프레션전극(58)과 그라운드전극(60)의 사이에 접속되어 있다. 그라운드전극(60)은 접지되어 있다.The drawing
제어부(32)는, 이온빔 인출조건에 따라 인출전극계(24)를 제어한다. 그 인출조건에 따라 전원장치(70)가 인출전극계(24)에 전압을 인가하면, 리본빔(12)이 플라즈마실(20)로부터 인출전극계(24)를 통하여 연속적으로 인출된다. 인출된 리본빔(12)은 빔가이드(34)를 통과하여 그대로 프로세스챔버(26)에 입사된다.The
따라서, 인출전극계(24)에 의하여 인출된 리본빔(12)의 이온조성은 플라즈마(21)에 유래한다. 상술과 같이 플라즈마(21)는 기판(S)에 주입되는 도펀트의 모노머이온 및 다이머이온을 포함하기 때문에, 리본빔(12)도 또한, 모노머이온과 다이머이온을 포함한다. 리본빔(12)은 질량분석기를 경유하지 않고 프로세스챔버(26)에 입사되므로, 이온빔영역(14)은, 모노머이온과 다이머이온의 양방을 받는 것이 허용되고 있다.Therefore, the ion composition of the
이온빔 인출조건은, 인출전극계(24)를 제어하기 위한 1개 또는 복수의 인출제어 파라미터를 포함한다. 인출제어 파라미터에는 예를 들면, 인출전압(Vex), 서프레션전압, 출구개구(50)의 형상, 플라즈마전극(52)과 인출전극(56)의 간격, 플라즈마전극(52)과 인출전극(56)의 간격의 빔길이방향 분포가 있고, 이들에는 한정되지 않는다. 인출제어 파라미터를 조정 또는 변경함으로써, 리본빔(12)을 제어할 수 있다.The ion beam extraction condition includes one or a plurality of extraction control parameters for controlling the
예를 들면, 제어부(32)는, 주입에너지를 일정하게 유지하도록 인출전압(Vex) 및/또는 서프레션전압을 변경함으로써, 인출빔전류를 제어하여도 된다. 혹은, 제어부(32)는, 출구개구(50)의 형상을 조정함으로써, 인출빔전류를 제어하여도 된다. 이로 인하여, 플라즈마전극(52)은 가변의 출구개구를 가져도 된다.For example, the
제어부(32)는, 인출전극계(24) 중 적어도 1개의 전극의 위치 및/또는 형상을 바꿈으로써, 인출빔전류를 제어하여도 된다. 이로 인하여, 예를 들면, 플라즈마전극(52)과 인출전극(56)의 간격을 조정하기 위한 액츄에이터가, 플라즈마전극(52) 및/또는 인출전극(56)에 설치되어 있어도 된다. 플라즈마전극(52)과 인출전극(56)의 간격의 빔길이방향 분포를 조정하기 위하여, 플라즈마전극(52) 및/또는 인출전극(56)을 이동 및/또는 변형시키기 위한 액츄에이터가 설치되어 있어도 된다.The
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(10)의 빔측정계(78)를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 1 및 도 4를 참조하여 빔측정계(78)를 설명한다.4 is a plan view schematically showing a
다만, 도 1과는 달리, 도 4에 나타내는 기판(S)과 리본빔(12)의 위치 관계는 이온주입 전의 상태이다. 기판(S)은 기판주사속도(Vs)로 리본빔(12)을 향하여 이동하고 있다. 기판(S)은 리본빔(12)과 중첩되어 있지 않고, 이온주입이 아직 개시되고 있지 않다. 여기에서, 기판(S)은, 다수의 기판 및 이들을 얹는 트레이여도 된다. 도 4에 있어서는, 7행 5열의 매트릭스 형상의 기판 배치를 가능하게 하는 트레이가 나타나 있다. 5열의 기판에 동시에 리본빔(12)이 조사된다.However, unlike FIG. 1, the positional relationship between the substrate S and the
도 1에 나타나는 바와 같이, 빔측정계(78)는 측정챔버(80)에 수용되어 있다. 측정챔버(80)는, 프로세스챔버(26)의 하방에 있다. 즉, 측정챔버(80)와 이온원(18)은, 프로세스챔버(26)에 대하여 서로 반대측에 있다. 측정챔버(80)는, 프로세스챔버(26)를 통하여 이온원(18)으로부터 리본빔(12)을 받아들이도록 구성되어 있다. 따라서 빔측정계(78)는 기판(S)보다 빔경로의 하류측에 있다.As shown in FIG. 1, the
빔측정계(78)는, 리본빔(12)의 특성을 측정하도록 구성되어 있다. 빔측정계(78)는, 스캔패러데이(82), 고정패러데이(84), 및 질량분석기(86)를 구비한다. 스캔패러데이(82), 고정패러데이(84), 및 질량분석기(86)는, 리본빔(12)의 수송 방향을 따라 이 기재된 순서대로 배치되어 있다. 따라서 질량분석기(86)는 빔경로의 종단에 위치한다.The
스캔패러데이(82), 고정패러데이(84), 및 질량분석기(86)는 각각 측정결과를 제어부(32)에 출력할 수 있다. 스캔패러데이(82) 및/또는 고정패러데이(84)는, 기판(S)에 대한 주입 전 및/또는 주입 중에 주입빔전류를 측정하도록 구성되어 있다.The
스캔패러데이(82)는, 리본빔(12)의 길이방향으로 이동하는 고속이동식 프로파일 모니터이다. 스캔패러데이(82)는, 가동식의 빔전류측정기이며, 예를 들면 패러데이컵이다. 스캔패러데이(82)는, 리본빔(12)의 길이방향의 빔전류의 균일성을 측정하기 위하여 설치되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 스캔패러데이(82)는, 리본빔(12)의 길이방향의 폭을 포함하는 가동범위(C)를 주사하면서 리본빔(12)의 빔강도를 측정한다. 가동범위(C)의 복수의 위치에서 측정함으로써, 리본빔(12)의 빔전류 균일성을 측정할 수 있다.The
스캔패러데이(82)의 가동범위(C)는 리본빔(12)의 길이방향 단부에 이르고 있다. 리본빔(12)은 길이방향 폭이 기판(S)보다 넓기 때문에, 리본빔(12)의 단부는 기판(S)이 리본빔(12)에 진입하였을 때이더라도 기판(S)의 측방을 통과한다. 이로 인하여, 스캔패러데이(82)는 기판(S)이 리본빔(12)에 진입하였을 때에도 리본빔(12)의 빔전류를 (빔단부에서) 측정할 수 있다. 따라서, 스캔패러데이(82)는, 주입 전후뿐만 아니라 주입 중에도 빔전류를 측정할 수 있다.The movable range (C) of the scan faraday (82) reaches the longitudinal end of the ribbon beam (12). The end of the
빔전류 균일성의 측정결과를 이용하여, 제어부(32)는, 리본빔(12)의 길이방향에 있어서의 빔전류 균일성을 제어하여도 된다. 예를 들면, 제어부(32)는, 빔전류 균일성을 개선하기 위하여, 복수의 플라즈마 여기원(예를 들면 RF안테나(40))의 각각에 대한 입력파워를 조정하여도 된다. 혹은, 빔전류 균일성을 개선하기 위하여, 플라즈마전극(52) 및/또는 인출전극(56)을 이동 및/또는 변형시켜, 플라즈마전극(52)과 인출전극(56)의 간격의 빔길이방향 분포가 조정되어도 된다.By using the measurement result of the beam current uniformity, the
다만, 빔전류 균일성을 측정하는 측정기는 가동식이 아니어도 된다. 예를 들면, 빔길이방향으로 배열된 다수의 측정기를 이용하여 빔전류 균일성을 측정할 수도 있다. 이 빔전류측정기는, 다음에 설명하는 고정패러데이(84)를 포함하여도 된다.However, the measuring device for measuring the beam current uniformity may not be a movable type. For example, beam current uniformity may be measured using a plurality of measuring devices arranged in the beam length direction. The beam current meter may include a fixed
고정패러데이(84)는, 고정식의 빔전류측정기이며, 예를 들면 패러데이컵이다. 고정패러데이(84)는, 평균적인 빔강도를 측정하기 위하여 설치되어 있다. 고정패러데이(84)는 예를 들면 3개 설치되어 있고, 그 중 2개는 리본빔(12)의 양단에 배치되며, 나머지 1개는 리본빔(12)의 중앙에 배치되어 있다. 양단의 고정패러데이(84)는, 기판(S)이 리본빔(12)에 진입하였을 때에도 리본빔(12)의 빔전류를 측정할 수 있도록 배치되어 있다. 따라서, 고정패러데이(84)도 또한, 주입 전후뿐만 아니라 주입 중에 빔전류를 측정할 수 있다. 중앙의 고정패러데이(84)는 예를 들면 주입 전의 빔전류측정에 사용된다. 따라서 제어부(32)는 복수(예를 들면 3개)의 고정패러데이(84)의 측정치의 평균을 주입 전 빔전류로서 사용할 수 있다.The
질량분석기(86)는, 이온의 종류마다 이온전류를 측정한다. 리본빔(12)에는, 소스가스 조성에 유래하여, 적어도 도펀트이온과 수소이온(Hx +)이 포함된다. 도펀트이온에는 모노머이온과 다이머이온이 포함된다. 따라서 질량분석기(86)는, 모노머이온, 다이머이온, 수소이온, 및 (존재하는 경우에는) 그 외의 이온의 이온전류를 각각 측정할 수 있다. 질량분석기(86)에 의해, 리본빔(12)의 빔전류에 대한 도펀트이온전류의 비율(즉, 도펀트비율(Fd))을 측정할 수 있다. 질량분석기(86)는, 리본빔(12)의 이온조성을 측정할 수 있다.The
리본빔(12)은 기판(S)과 질량분석기(86)를 선택적으로 조사한다. 즉, 질량분석기(86)는, 기판(S)이 리본빔(12)으로 조사되고 있을 때에는 리본빔(12)을 받지 않는 장소에 배치되어 있다. 따라서, 질량분석기(86)는, 복수의 기판에 대한 연속적인 주입처리에 있어서 어느 기판과 그 다음 기판과의 처리의 사이에 빔질량 분석계측을 행한다.The
이온주입장치(10)는 인라인형으로 구성되어 있으므로, 리본빔(12)을 복수의 기판이 연속하여 순차 통과한다. 이들 복수의 기판의 각각의 처리 시간은 일정하게 하는 것이 요망된다. 따라서, 그 일정 처리시간에 적합한 일정한 기판주사속도(Vs)로 복수의 기판을 이동시키는 것이 요망된다. 그러나, 기판에 의하여 이온주입조건이 상이한 경우가 있다.Since the
따라서, 제어부(32)는, 기판(S)에 대한 원하는 주입도스량(D) 및 기판주사속도(Vs)에 근거하여, 인출전압(Vex)을 제어하여 리본빔(12)의 빔전류(J)를 조정한다. 빔전류(J)는, 인출전압(Vex)의 함수로서 J(Vex)로 나타낼 수 있다. 주입도스량(D) 및 기판주사속도(Vs)와 빔전류(J)(Vex)를 관련지을 수 있다. 이러한 관련짓기의 일례를 다음 식에 나타낸다. 여기에서, qe는 전자전하, α는 비례상수이다. 비례상수(α)는 예를 들면 빔측정계(78)에 의존하여 결정된다.The
[수 1][Number 1]
상술과 같이 소스가스의 농도, 유량, 및 RF파워로부터 플라즈마(21) 상태가 결정된다. 이들의 플라즈마제어 파라미터를 일정하게 유지할 때 플라즈마 상태는 일정하게 유지되어, 도펀트비율(Fd)은 일정하게 된다. 주입도스량(D), 전자전하(qe), 및 비례상수(α)도 역시 모두 상수이기 때문에, 상기 식은, 기판주사속도(Vs)와 빔전류(J)(Vex)와의 관계를 부여하고 있다.The state of the
따라서, 제어부(32)는, 주어진 조건에 맞춰 주입 전에 빔전류(J)(Vex) 및 인출전압(Vex)을 설정할 수 있다. 즉, 제어부(32)는, 원하는 주입도스량(D)을 부여하고 또한 일정한 기판주사속도(Vs)를 유지하도록 인출전압(Vex)을 제어할 수 있다. 제어부(32)는, 기판(S)에 대한 주입 전에 상기 관계식의 우변으로부터 빔전류(J)를 도출하고, 그 전류치에 대응하는 인출전압(Vex)에 인출전원(72)을 설정한다. 그 결과, 인출전압(Vex)에 따른 빔전류(J)(Vex)를 가지는 리본빔(12)이 기판(S)에 조사된다.Therefore, the
인출전압(Vex) 대신에, 또는 인출전압(Vex)과 함께, 제어부(32)는, 서프레션전압을 제어하여도 된다. 이와 같이 하여도 마찬가지로, 주입도스량(D) 및 기판주사속도(Vs)를 실현시킬 수 있다. 이 때 제어부(32)는, 주입도스량(D)을 얻음과 함께 소정의 주입프로파일을 유지하도록 이온빔 인출조건을 제어하여도 된다.The
일 실시형태에 있어서는, 제어부(32)는, 빔전류(J)의 피드백 제어를 실행하여도 된다. 제어부(32)는, 주입 전 및/또는 주입 중의 빔전류 측정결과에 근거하여 주입 전 및/또는 주입 중에 빔전류(J)를 제어하여도 된다. 예를 들면, 제어부(32)는, 측정되는 빔전류가 목표 빔전류에 일치하도록 이온빔 인출조건(예를 들면 인출전압(Vex))을 제어하여도 된다. 목표 빔전류는 예를 들면 상기 관계식의 우변에 의하여 부여된다. 또, 일 실시형태에 있어서는, 제어부(32)는, 주입 전 및/또는 주입 중의 측정된 빔전류와 주입도스량(D)에 근거하여, 기판주사속도(Vs)를 제어하여도 된다.In one embodiment, the
또, 일 실시형태에 있어서는, 제어부(32)는, 플라즈마 제어조건의 변경과 이온빔 인출조건의 변경을 조합하여 이온원(18)을 제어하여도 된다. 이 경우, 변경된 플라즈마 제어조건에 의하여 플라즈마원(22)이 운전되고, 변경된 이온빔 인출조건에 의하여 인출전극계(24)가 운전된다. 제어부(32)는, 이러한 복합 제어를 이용하여 최적 제어를 실행하여도 된다. 예를 들면, 제어부(32)는, 인출빔전류 및/또는 도펀트주입 빔전류를 최대로 하도록 복합 제어를 실행하여도 된다. 혹은, 제어부(32)는, 최선의 빔 균일성을 얻도록 복합 제어를 실행하여도 된다.In one embodiment, the
또한, 일 실시형태에 있어서는, 제어부(32)는, 플라즈마원(22)의 플라즈마 제어조건을 변경함으로써, 도펀트비율(Fd)을 제어하여도 된다. 도펀트비율(Fd)을 제어함으로써, 주입프로파일을 개선시킬 수 있다.Further, in one embodiment, the
도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(10)에 의하여 얻어지는 주입프로파일을 나타내는 도이다. 도 5에 있어서 세로축은 도펀트농도를, 가로축은 주입 깊이를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 이온주입장치(10)에 의하면, 기판(S)의 대략 표면에 현저한 피크를 가지고, 깊이가 늘어남에 따라 도펀트농도가 단조롭게 감소하는 주입프로파일을 얻을 수 있다. 이러한 프로파일은 태양전지에 있어서 성능상 바람직하다. 이와 같이 프로파일이 개선되는 것은, 리본빔(12)이 도펀트의 다이머이온을 포함하기 때문이라고 생각된다. 도 5에 나타내는 비교예는 종래형의 이온주입장치로 모노머이온만을 주입한 경우에 얻어지는 프로파일이다. 비교예는, 실시예에 비하여 깊은 장소에 피크를 가진다.5 is a diagram showing an injection profile obtained by an
도 6은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(10)를 위한 인라인형의 진공챔버시스템(100)을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 진공챔버시스템(100)은 상술과 같이 중앙챔버(16)를 구비하고, 중앙챔버(16)는, 프로세스챔버(26), 상류버퍼챔버(28), 및 하류버퍼챔버(30)를 구비한다. 프로세스챔버(26)에 리본빔(12)이 공급된다.6 is a plan view schematically showing an in-line type
진공챔버시스템(100)은, 기판이동경로(A)를 따라 기판(S)을 이동시키기 위한 기판반송시스템(102)을 구비한다. 기판반송시스템(102)은, 기판이동경로(A)를 따라 일방향으로 기판(S)을 반송하고, 이로써 1스캔의 주입처리가 가능하다. 기판반송시스템(102)은, 중앙챔버(16)를 위한 기판이동기구를 포함한다.The
진공챔버시스템(100)은, 중앙챔버(16)의 상류에 제1 로드록챔버(104)를 구비하고, 중앙챔버(16)의 하류에 제2 로드록챔버(106)를 구비한다. 제1 로드록챔버(104)는, 제1 로드록밸브(108)를 통하여 중앙챔버(16)의 상류버퍼챔버(28)에 장착되어 있다. 제2 로드록챔버(106)는, 제2 로드록밸브(110)를 통하여 중앙챔버(16)의 하류버퍼챔버(30)에 장착되어 있다.The
필요로 하는 경우에는, 진공챔버시스템(100)은, 전공정처리부(111)와, 후공정처리부(112)를 구비한다. 전공정처리부(111)는, 중앙챔버(16)에서 행하는 기판(S)에 대한 이온주입처리의 전공정을 행한다. 후공정처리부(112)는, 이온주입처리의 후공정을 행한다. 전공정처리부(111)는, 제3 로드록밸브(114)를 통하여 제1 로드록챔버(104)에 장착되어 있다. 후공정처리부(112)는, 제4 로드록밸브(116)을 통하여 제2 로드록챔버(106)에 장착되어 있다.If necessary, the
따라서, 기판반송시스템(102)은, 전공정처리부(111), 제1 로드록챔버(104), 중앙챔버(16), 제2 로드록챔버(106), 후공정처리부(112)의 순서로 기판(S)을 반송하도록 구성되어 있다. 도시되는 바와 같이, 기판반송시스템(102)은, 복수의 기판(S)을 연속적으로 반송하고, 인라인에서의 이온주입처리를 가능하게 한다. 중앙챔버(16)는, 2개의 기판(S)을 동시에 수용하도록 구성되어 있다. 도 1 및 도 6에는, 이온주입처리 중인 기판(S1)과, 그 다음으로 처리되는 기판(S2)이 나타나 있다.Therefore, the
제1 로드록챔버(104) 및 제2 로드록챔버(106)는, 대기 분위기와 중앙챔버(16)의 고진공환경과의 사이에서 기판(S)을 이송하기 위하여 설치되어 있다. 전공정처리부(111) 및/또는 후공정처리부(112)가 중앙챔버(16)와 동일 레벨의 고진공환경에 있는 경우에는, 제1 로드록챔버(104) 및/또는 제2 로드록챔버(106)는 필요하지 않은 경우도 있다.The first
로드록챔버(104, 106)는, 중앙챔버(16)와의 기판(S)의 반송 시에 벤트 및 러핑의 진공제거 동작을 행하도록 구성되어 있어도 된다. 이와 같이 하여, 소스가스의 외부로의 누설을 방지할 수 있다. 독성을 가지는 소스가스가 사용되고 있는 경우에는 이러한 로드록 방식이 바람직하다.The
중앙챔버(16)에 있어서의 이온주입처리를 위하여 마스크(M)가 사용되어도 된다. 따라서, 전공정처리부(111)는 마스크(M)를 기판(S)(예를 들면 태양전지셀 트레이, 본 도면에 관련하여 이하 동일)에 장착하도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 마스크(M)를 장착한 상태로 프로세스챔버(26)에서 기판(S)에 대한 이온주입이 행해진다. 후공정처리부(112)는, 처리완료된 기판(S)으로부터 마스크(M)를 분리하도록 구성되어 있어도 된다. 이러한 마스크(M)의 장착 및 탈착을 위하여, 마스크 장탈착 셀 트레이 이송기구(118)가 진공챔버시스템(100)의 외측에 설치되어 있어도 된다. 이 이송기구(118)는, 분리된 마스크(M)를 다시 장착하기 위하여 반송하도록 구성되어 있어도 된다.A mask M may be used for the ion implantation treatment in the
진공챔버시스템(100) 및 기판반송시스템(102)을 제어하기 위한 반송제어장치(120)가 설치되어 있다. 반송제어장치(120)는, 이온주입장치(10)를 위한 제어부(32)와 일체로 구성되어 있어도 되고, 제어부(32)와는 별도로 설치되어 있어도 된다.A
반송제어장치(120)는, 기판반송시스템(102)에 있어서의 기판주사속도(Vs)를 일정하게 설정할 수 있다. 반송제어장치(120)는, 기판주사속도(Vs)를, 이온빔 생성조건 및/또는 기판(S)에 대한 이온주입조건에 따라 설정하여도 된다.The
혹은, 반송제어장치(120)는, 필요에 따라서, 기판주사속도(Vs)를 조정하여도 된다. 예를 들면, 반송제어장치(120)는, 이온빔영역(14)을 기판(S)이 통과하는 동안에 기판주사속도(Vs)를 조정하여도 된다. 혹은, 반송제어장치(120)는, 이온빔영역(14)을 기판(S)이 통과하는 동안과, 이온빔영역(14)으로부터 기판(S)이 벗어나 있을 때에, 기판주사속도(Vs)를 바꾸어도 된다.Alternatively, the
기판반송시스템(102)은, 반송되는 기판(S)을 위한 냉각장치를 구비하여도 된다. 이 냉각장치는, 기판을 재치하는 테이블 및/또는 트레이에 냉각액을 유통시키도록 구성되어 있어도 된다. 기판과 그 재치면과의 양호한 열접촉을 위하여, 재치면은 예를 들면 Ra로 30㎛ 정도의 표면조도를 가져도 된다. 재치면은 예를 들면 Si 용사(溶射) 등으로 조화(粗化)되어도 된다.The
이온주입장치(10)의 동작을 설명한다. 기판(S)이, 복수 매의 태양전지셀을 매트릭스형상으로 재치한 태양전지셀 트레이(S)인 경우를 예로 하여 설명한다. 먼저, 원하는 이온주입조건 및 인라인 진공챔버(100)의 주사 속도(Vs)로부터, 플라즈마 제어조건 및 이온빔 인출조건을 포함하는 이온빔 생성조건이 설정된다.The operation of the
이온빔 생성조건에 따라 이온원(18)이 운전된다. 플라즈마 제어조건에 따라 플라즈마원(22)이 운전되어, 원하는 이온종을 포함하는 플라즈마(21)가 플라즈마실(20)에 여기된다. 이온빔 인출조건에 따라 인출전극계(24)가 운전되어, 리본빔(12)이 플라즈마실(20)로부터 인출전극계(24)를 통하여 연속적으로 인출된다. 인출된 리본빔(12)은 프로세스챔버(26)에 직접 입사된다. 이와 같이 하여, 태양전지셀 트레이(S)의 폭을 충족하는 장척의 리본빔(12)이 프로세스챔버(26)에 상시 조사되고 있다.The ion source 18 is operated in accordance with the ion beam generating conditions. The
태양전지셀 트레이(S)가 전공정부터 제1 로드록챔버(104)의 앞으로 이송되어 온다. 필요에 따라서 태양전지셀 트레이(S)에 마스크(M)가 장착된다. 제3 로드록밸브(114)가 개방되고, 제1 로드록챔버(104)에 태양전지셀 트레이(S)가 삽입된다. 제3 로드록밸브(114)가 폐쇄되고, 러핑펌프(도시하지 않음)에 의하여 제1 로드록챔버(104)가 러핑된다. 다음으로, 제1 로드록밸브(108)가 개방되고, 태양전지셀 트레이(S)가 상류버퍼챔버(28)로 이송된다. 제1 로드록밸브(108)가 폐쇄되고, 태양전지셀 트레이(S)가 상류버퍼챔버(28)에 수용된다.The solar cell tray S is transferred to the first
태양전지셀 트레이(S)는, 중앙챔버(16) 내의 셀 트레이 주사기구(102)에 의하여 주사 속도(Vs)로 리본빔(12)의 하부를 통과하면서 하류버퍼챔버(30)까지 옮겨진다. 태양전지셀 트레이(S)가 프로세스챔버(26)를 이동하고 있을 때에 리본빔(12)이 태양전지셀 트레이(S)에 조사되어 이온주입이 이루어진다. 이온주입 중에 측정결과에 근거하여 필요에 따라서 이온빔 생성조건이 변경된다. 이로써, 주사 속도(Vs)에 근거하여 원하는 주입이 이루어진다.The solar cell tray S is transferred to the
도 1 및 도 6에는, 이온주입처리 중인 태양전지셀 트레이(S1)와, 그 다음으로 처리되는 태양전지셀 트레이(S2)가 나타나 있다. 선행하는 셀 트레이(S1)와 후속의 셀 트레이(S2)는 함께 동일한 주사 속도(Vs)로 옮겨지고 있다. 후속의 셀 트레이(S2)는 소정의 간격 떨어져 선행 셀 트레이(S1)에 추종하고 있다. 셀 트레이(S1)가 리본빔(12)을 완전히 통과하면 셀 트레이(S1)에 대한 1회의 이온주입처리가 완료된다. 계속해서 다음의 셀 트레이(S2)가 리본빔(12)에 진입하고, 셀 트레이(S2)의 이온주입이 개시된다.1 and 6 show a solar cell tray S1 being subjected to the ion implantation process and a solar cell cell tray S2 being processed next. The preceding cell tray S1 and the succeeding cell tray S2 are moved to the same scanning speed Vs together. The succeeding cell tray S2 follows the preceding cell tray S1 by a predetermined distance. Once the cell tray S1 has completely passed through the
제2 로드록챔버(106)의 러핑 후에 제2 로드록밸브(110)가 개방되고, 주입완료된 태양전지셀 트레이(S)가 제2 로드록챔버(106)에 이송된다. 제2 로드록밸브(110)가 폐쇄되어, 제2 로드록챔버(106)가 대기압에 벤트된다. 그 후, 제4 로드록밸브(116)가 개방되어, 태양전지셀 트레이(S)는 후공정처리부(112)로 넘겨진다. 마스크(M)가 장착되어 있는 경우에는 태양전지셀 트레이(S)로부터 마스크(M)가 분리된다. 마스크(M)는 마스크 장탈착 셀 트레이 이송기구(118)에 의하여 전공정처리부(111)로 되돌려진다.After the roughing of the second
도 7은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다. 이 이온주입방법은, 제어부(32) 및/또는 반송제어장치(120)에 의하여 실행된다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 이 방법은, 이온빔 생성 스텝(S10)과, 이온주입 스텝(S20)을 구비한다.7 is a flowchart showing an ion implantation method according to one embodiment of the present invention. This ion implantation method is executed by the
이온빔 생성 스텝(S10)은, 이온원(18)의 이온빔 생성조건을 설정 및/또는 제어하는 것과, 이온원(18)의 플라즈마실(20)에 플라즈마(21)를 발생시키는 것과, 이온원(18)의 인출전극계(24)를 통하여 이온빔(12)을 인출하는 것을 구비한다. 이온빔(12)은, 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 특성(예를 들면 빔전류)을 가진다.The ion beam generating step S10 includes setting and / or controlling the ion beam generating conditions of the ion source 18, generating the
이온주입 스텝(S20)은, 이온원(18)으로부터 이온빔(12)을 프로세스챔버(26)에 받아들이는 것과, 프로세스챔버(26)의 이온빔영역(14)을 통과하도록 기판(S)을 이동시키는 것을 구비한다. 이온빔영역(14)을 기판(S)이 통과하는 동안에, 이온빔(12)은, 인출전극계(24)로부터 이온빔영역(14)으로 직접 조사된다. 인출전극계(24)로부터 인출된 단계에서 결정되고 있는 빔특성이 이온빔영역(14)에 있어서 유지되고 있다.The ion implantation step S20 includes the steps of receiving the
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 이온주입장치(10)는, 대면적이며 고전류의 리본빔(12)의 빔특성을, 원하는 주입조건 및 인라인기판 주사에 적합시키도록 이온원(18)에 있어서 결정하고, 그 리본빔(12)을 기판(S)에 조사한다. 이와 같이 하여, 이온주입장치(10)는, 높은 생산성을 저비용으로 실현시킬 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the
또, 본 실시형태에 의하면, 상기의 대표적인 효과에 더하여, 이하에 서술하는 다양한 효과를 나타낼 수도 있다.According to the present embodiment, in addition to the above-described typical effects, various effects described below may be exhibited.
이온원은, RF에 의한 유도성 방전을 이용하여 고밀도 플라즈마를 생성 가능한 버킷형 이온원이다. 그와 함께, 또는, 거기에 더하여, 빔인출계는, 대면적이며 광폭의 빔 인출 개구를 가지는 인출슬릿계 등으로 구성되어 있다. 이로 인하여, 높은 주입도펀트전류의 리본빔을 인출할 수 있다. 또한, 이 대면적 리본빔은 질량 분석 없이 기판에 직접 주입된다. 따라서, 높은 생산성을 실현시킬 수 있다.The ion source is a bucket type ion source capable of generating a high-density plasma using inductive discharge by RF. Along with this, or in addition thereto, the beam exit system is constituted by a drawing slit system or the like having a large-area and wide beam drawing opening. This allows the ribbon beam of high implanted dopant current to be drawn. In addition, this large area ribbon beam is injected directly onto the substrate without mass analysis. Therefore, high productivity can be realized.
또, 이러한 고전류의 리본빔이, 인라인 방식의 제조라인에 도입되고 있다. 주입처리에 있어서는 대면적의 주입부에 상시 빔이 조사된다. 다수의 전지기판의 배열이 연속적이며 일정 속도로 일방향으로 빔 하방을 이동한다. 이렇게 하여 원하는 도펀트 도스의 주입이 행해진다. 다수 기판의 연속 처리에 의하여, 높은 생산성이 실현된다. 또, 이들 기판은 인라인으로 일방향으로 이동되므로, 진공을 유지한 채로 다음 공정으로 반송된다. 공정간의 반송 시간이 단축되는 것도 생산성의 향상에 도움이 된다.In addition, such a high-current ribbon beam is introduced into an in-line manufacturing line. In the implantation process, the injection beam of a large area is always irradiated. A plurality of cell substrate arrangements are continuous and move downward in one direction at a constant rate. In this manner, the desired dopant dose is implanted. High productivity is achieved by continuous processing of multiple substrates. Since these substrates are moved in a line in one direction, they are conveyed to the next process while maintaining the vacuum. Shortening the transfer time between processes also helps to improve productivity.
인라인 방식의 제조라인에 있어서는 기판을 일정 속도로 처리하는 것이 중요하다. 이로 인하여, 소정의 도스량으로 기판을 처리한 직후에, 상이한 도스량의 레시피의 기판을 연속하여 처리하는 경우에는, 후자의 기판의 처리를 시작하기 전에 주입도펀트전류를 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에 의하면, 인출전압을 변경하여 인출 전류를 바꿈으로써, 주입에너지를 바꾸지 않고 주입도펀트전류를 변경할 수 있다. 인출전압은 고속으로 변경할 수 있기 때문에, 주입도펀트전류를 신속하게 조정할 수 있다. 따라서, 라인의 처리 속도를 고속으로 유지하면서, 다양한 레시피의 기판을 연속하여 처리할 수 있다. 이렇게 하여, 라인의 처리 속도를 일정하게 유지하면서 원활한 인라인 기판처리를 실현시킬 수 있다.In an in-line manufacturing line, it is important to treat the substrate at a constant speed. Therefore, in the case of successively processing the substrate of the recipes of different doses immediately after the substrate is treated with the predetermined dose amount, it is preferable to appropriately adjust the injected dopant current before starting the processing of the latter substrate. According to the present embodiment, the injection dopant current can be changed without changing the injection energy by changing the extraction current by changing the extraction voltage. Since the output voltage can be changed at high speed, the injected dopant current can be adjusted quickly. Therefore, it is possible to continuously process the substrates of various recipes, while maintaining the processing speed of the line at a high speed. Thus, smooth inline substrate processing can be realized while maintaining the line processing speed constant.
종래의 태양전지셀용의 불순물 도입장치에 있어서는, 반도체용의 이온주입장치에서 채용되고 있는 핫캐소드형 이온원이 사용되고 있을지도 모른다. 그 경우, 단일구멍으로부터 빔이 인출되므로, 충분한 빔인출전류를 얻지 못하고, 따라서 주입빔전류도 많이는 얻을 수 없다. 태양전지셀에 요구되는 주입 깊이는 얕기 때문에(즉 주입에너지가 낮기 때문에), 이 주입에너지에 대응하는 인출전압에서의 인출 전류도 낮아지고, 따라서 주입빔전류도 저하된다. 질량 분석을 하면 더욱 빔전류는 저하된다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 버킷 소스를 채용하여 장척의 인출 개구를 형성함으로써, 인출빔전류량을 크게 할 수 있다. 이로써, 주입빔전류가 증가하고, 주입 시간이 단축되어, 고생산성이 달성된다.In a conventional impurity introducing apparatus for a solar battery cell, a hot cathode type ion source employed in an ion implanting apparatus for a semiconductor may be used. In that case, since the beam is extracted from a single hole, a sufficient beam extraction current can not be obtained, and therefore a large amount of injection beam current can not be obtained. Since the implantation depth required for the solar cell is shallow (i.e., the implantation energy is low), the extraction current at the extraction voltage corresponding to this implantation energy is also lowered, and hence the implantation beam current is also lowered. Mass analysis further degrades the beam current. However, according to the present embodiment, it is possible to increase the amount of outgoing beam current by forming a long drawing opening by employing a bucket source. As a result, the injection beam current is increased, the injection time is shortened, and high productivity is achieved.
핫캐소드형 이온원에 비하여 RF플라즈마 여기형 이온원은 저온으로 운전되므로, 플라즈마 생성실의 온도를 낮게 유지할 수 있다. 이로 인하여, 고온에서 분해하기 쉬운 PH3이나 B2H6(이들 가스는 300℃ 정도로 H와 도펀트원자로 분해됨)을 소스가스로서 사용할 수 있다. 플라즈마 제어조건을 조정함으로써, 다이머이온과 모노머이온의 비율을 자유롭게 바꿀 수 있다. 바람직하게는, PHx +나 BHx + 등의 모노머이온을 억제하고, P2Hx +나 B2Hx +등의 다이머이온을 지배적으로 포함하는 플라즈마를 생성할 수 있다. 이렇게 하여 실주입전류에 대하여 도펀트주입 빔전류를 큰 폭으로 증가시킬 수 있으므로, 주입 시간이 단축되어, 고생산성이 달성된다.The RF plasma excitation type ion source is operated at a lower temperature than the hot cathode type ion source, so that the temperature of the plasma generation chamber can be kept low. As a result, PH 3 or B 2 H 6 (which is decomposed by H and a dopant atom at about 300 ° C.), which is easily decomposed at a high temperature, can be used as a source gas. By adjusting the plasma control conditions, the ratio of the dimer ion to the monomer ion can be freely changed. Preferably, a plasma containing predominantly dimer ions such as P 2 H x + or B 2 H x + can be generated while suppressing monomer ions such as PH x + and BH x + . Thus, the dopant injection beam current can be greatly increased with respect to the yarn injection current, so that the injection time is shortened and high productivity is achieved.
종래의 반도체용 주입장치는 질량분석기를 가지며 빔라인이 길기 때문에, 빔 수송계에서의 손실이 크다. 이로 인하여 주입빔전류가 저하된다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 도펀트 가스로서 H2희석된 PH3, B2H6을 이용하여, 인출빔을 질량 분석하지 않고 Hx +를 포함한 채로 주입하여도 되기 때문에, 빔 수송계의 길이를 1/10 정도로 짧게 할 수 있다. 이렇게 하여 주입빔전류를 큰 폭으로 증가시킬 수 있고, 주입 시간이 단축되어, 고생산성이 달성된다.The conventional semiconductor injection device has a mass analyzer and has a long beam line, so that the loss in the beam transport system is large. This causes the injection beam current to drop. However, according to this embodiment, PH 3 and B 2 H 6 diluted with H 2 as the dopant gas can be used to inject the outgoing beam without including mass analysis and including H x + . Therefore, the length of the beam transport system Can be shortened to about 1/10. In this way, the injection beam current can be greatly increased, the injection time is shortened, and high productivity is achieved.
종래의 어느 장치는 동시에 2열의 기판 밖에 처리할 수 없었다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 장척의 리본빔 인출을 실현하고 있으므로, 4열 이상의 태양전지기판을 나열하여 리본빔을 동시에 조사하여 일정 속도로 반송·주입할 수 있다. 따라서, 종래의 2배 이상으로 생산성을 향상시킬 수 있다.Any conventional apparatus can process only two rows of substrates at the same time. However, according to the present embodiment, since the long ribbon-beam drawing is realized, four or more solar cell substrates can be arranged and the ribbon beams can be simultaneously irradiated and transported and injected at a constant speed. Therefore, the productivity can be improved to twice or more as compared with the conventional art.
종래의 스탠드 얼론식의 장치와는 달리, 본 실시형태에 의하면, 주입 프로세스챔버의 전후에 버퍼챔버가 설치되어 있다. 또한, 필요에 따라서, 로드록챔버가 설치된다. 이렇게 하여, 주입 시에 일방향에서 일정 속도로 반송·주입하도록 하여 인라인식의 장치를 실현할 수 있다.Unlike the conventional stand-alone type apparatus, according to this embodiment, a buffer chamber is provided before and after the injection process chamber. Further, a load lock chamber is provided as needed. In this manner, an in-line type device can be realized by feeding and injecting the material at a constant speed in one direction at the time of injection.
태양전지기판의 제조에 있어서 허용되는 생산 코스트로 이온주입을 적용할 수 있다. 기존의 수법인, 예를 들면, pn접합이나 선택 이미터 제작을 위한 인의 열확산이나, BSF에 있어서의 붕소의 열확산 등을, 이온주입으로 치환할 수 있다. 이온주입에 의하여, 불순물 도스량이나 확산 깊이를 정밀도 좋게 제어할 수 있으므로, 태양전지의 성능(예를 들면 변환 효율)을 향상시킬 수 있다.The ion implantation can be applied to the production cost that is allowed in the production of the solar cell substrate. The conventional technique, for example, thermal diffusion of phosphorus for pn junction or selective emitter fabrication, or thermal diffusion of boron in BSF can be replaced by ion implantation. The impurity dose and the diffusion depth can be precisely controlled by the ion implantation, so that the performance (for example, conversion efficiency) of the solar cell can be improved.
태양전지셀에 있어서 인이나 붕소 등의 불순물의 주입프로파일은 깊이 방향으로 단조롭게 감소하는 것이 성능상 바람직하다. 깊이 방향으로 피크가 있는 경우, 그 깊이 위치에서 불순물 농도가 높고, 따라서 전자의 이동 장벽이 된다. 따라서, 태양전지셀의 변환 효율을 저하시키게 된다. 피크를 가지는 프로파일을 단조 감소의 프로파일로 개선하려면, 기존의 수법에서는 주입에너지가 상이한 복수회의 주입처리를 필요로 한다. 질량 분석을 거쳐 모노머이온만을 주입하는 경우에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 피크를 가지는 프로파일이 되기 쉽다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 다이머이온을 기판에 주입할 수 있다. 이로써, 단조 감소의 주입프로파일을 1회의 주입 주사로 얻을 수 있다. 따라서, 셀의 변환 효율 개선과 함께 생산성을 향상할 수도 있다.In the solar cell, the injection profile of the impurities such as phosphorus or boron is monotonically reduced in the depth direction in terms of performance. When there is a peak in the depth direction, the impurity concentration is high at the depth position, and thus becomes a movement barrier of electrons. Therefore, the conversion efficiency of the solar cell is lowered. To improve the profiles with peaks to the profile of monotonic reduction, the conventional technique requires multiple implantation treatments with different implantation energies. In the case of injecting only monomer ions through mass analysis, as shown in Fig. 5, a profile having a peak tends to be formed. However, according to this embodiment, dimer ions can be injected into the substrate. Thus, the injection profile of monotonous reduction can be obtained by injection injection once. Therefore, the conversion efficiency of the cell can be improved and the productivity can be improved.
소스가스로서 H2희석된 PH3, B2H6을 이용함으로써 주입빔 중에는 다량의 Hx +가 포함되고, 이들은 원하는 이온종과 동시에 주입된다. 이 수소 주입은, 기판의 벌크나 막계면의 수소 패시베이션 효과를 가진다.By using H 2 diluted PH 3 and B 2 H 6 as the source gas, a large amount of H x + is contained in the injection beam and they are injected simultaneously with the desired ion species. This hydrogen implantation has a hydrogen passivation effect at the bulk or film interface of the substrate.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명하였다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.The present invention has been described above based on the embodiments. It is to be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various design changes are possible and that various modifications are possible and that such modifications are also within the scope of the present invention.
상술의 실시형태에 있어서는, 1개 또는 복수의 RF안테나를 구비하는 RF플라즈마 여기형의 장척 이온원이 사용되고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서는, 이온원(18)은, 장척의 ECR플라즈마실을 구비하는 ECR플라즈마 여기형의 이온원이어도 된다. 일 실시형태에 있어서는, 이온원(18)은, 장척의 1개 또는 복수의 가열 음극을 구비하는 필라멘트식 직류방전형 또는 방열필라멘트 음극형의 이온원이어도 된다.In the above-described embodiment, the elongated ion source of the RF plasma excitation type having one or a plurality of RF antennas is used, but the present invention is not limited thereto. In one embodiment, the ion source 18 may be an ECR plasma excitation type ion source having a long ECR plasma chamber. In one embodiment, the ion source 18 may be an ion source of a filament type DC discharge type or a heat radiation filament type cathode having one long or a plurality of heating cathodes.
상술의 실시형태에 있어서는, 기판(S)이 일방향으로 반송되어 1회의 주사로 1회의 이온주입처리가 완료된다고 하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서는, 기판(S)은 리본빔(12)에 의하여 복수회 주사되도록 프로세스챔버(26) 또는 중앙챔버(16)를 왕복 이동하여도 된다. 이와 같이 하여, 고도스주입처리를 가능하게 하여도 된다.In the embodiment described above, the substrate S is transported in one direction, and the ion implantation process is completed once in one scan. However, the present invention is not limited to this. In one embodiment, the substrate S may be reciprocated in the
일 실시형태에 있어서는, 이온주입장치는, 기판(예를 들면 LCD 기판)에 Ar이온을 경사주입하기 위하여 사용되어도 된다. 이 경우, 경사주입을 위하여, 이온원은 기판에 대하여 소정의 각도로 설치된다. 이렇게 하여, 기판에 러빙효과를 줄 수 있다. 혹은, 일 실시형태에 있어서는, 이온주입장치는, 반도체소자의 Cu배선 신뢰성 향상을 위한 Si+, N+의 동시 고도스주입에 의한 CuSiN막 제작용 주입장치로서 사용되어도 된다. 혹은, 일 실시형태에 있어서는, 이온주입장치는, 터치패널센서, LED 등의 제조용 주입장치로서 사용되어도 된다.In one embodiment, the ion implantation apparatus may be used to obliquely inject Ar ions into a substrate (e.g., an LCD substrate). In this case, for inclined implantation, the ion source is installed at a predetermined angle with respect to the substrate. In this way, a rubbing effect can be imparted to the substrate. Alternatively, in one embodiment, the ion implantation apparatus may be used as an implanting apparatus for CuSiN film production by simultaneous high-dose implantation of Si + and N + for improving the reliability of Cu wiring of a semiconductor element. Alternatively, in one embodiment, the ion implantation apparatus may be used as a manufacturing apparatus for manufacturing a touch panel sensor, an LED, or the like.
이하, 본 발명의 몇 개의 양태를 든다.Hereinafter, some aspects of the present invention will be described.
일 실시형태에 관한 이온주입장치는,In an ion implantation apparatus according to an embodiment,
플라즈마실과, 상기 플라즈마실에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마원과, 장척 빔단면을 가지는 이온빔을 상기 플라즈마실로부터 인출하기 위한 인출전극계를 구비하는 이온원과,An ion source including a plasma chamber, a plasma source for generating a plasma in the plasma chamber, and an extraction electrode system for extracting an ion beam having a long beam cross section from the plasma chamber,
상기 이온원에 인접하여 설치되어, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔을 받아들이는 처리실로서, 이온빔 조사영역을 통과하는 기판이동경로를 따라 기판을 이동시키기 위한 기판이동기구를 구비하는 처리실과,A processing chamber provided adjacent to the ion source and having a substrate moving mechanism for moving the substrate along a substrate moving path passing through the ion beam irradiated region as a processing chamber for receiving the ion beam from the drawing electrode system,
상기 이온원의 이온빔 생성조건을 제어하기 위한 제어부를 구비하고,And a control unit for controlling an ion beam generating condition of the ion source,
상기 이온빔은, 상기 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 빔전류를 가지고, 상기 이온빔은, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에, 상기 빔전류를 유지하여 직접 조사된다.The ion beam has a beam current determined in accordance with the ion beam generating condition, and the ion beam is directly irradiated from the drawing electrode system to the substrate moving in the ion beam irradiation region while maintaining the beam current.
상기 이온빔 생성조건은, 상기 인출전극계의 인출조건 및/또는 상기 플라즈마원의 플라즈마 제어조건을 포함하여도 된다. 상기 이온빔 생성조건은, 상기 인출전극계의 인출전압을 포함하여도 된다.The ion beam generating condition may include a drawing condition of the drawing electrode system and / or a plasma controlling condition of the plasma source. The ion beam generating condition may include an extraction voltage of the extraction electrode system.
상기 제어부는, 기판에 대한 주어진 주입도스량 및 주어진 기판이동속도에 근거하여, 상기 이온빔 생성조건을 제어하여 상기 빔전류를 조정하여도 된다. 상기 기판이동기구는, 기판을 실질적으로 일정한 속도로 이동시켜도 된다.The control section may adjust the beam current by controlling the ion beam generating conditions based on a given injection dose amount to the substrate and a given substrate moving speed. The substrate moving mechanism may move the substrate at a substantially constant speed.
상기 제어부는, 상기 플라즈마원의 플라즈마 제어조건을 변경함으로써, 상기 이온빔의 이온조성을 제어하여도 된다.The control section may control an ion composition of the ion beam by changing a plasma control condition of the plasma source.
상기 플라즈마원은, PH3, B2H6, 또는 H2를 포함하는 소스가스를 상기 플라즈마실에 공급하기 위한 가스공급원과, 상기 소스가스로부터 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 플라즈마 여기원을 구비하여도 된다.Wherein the plasma source includes a gas supply source for supplying a source gas containing PH 3 , B 2 H 6 , or H 2 to the plasma chamber, and a high frequency plasma excitation source for generating plasma from the source gas do.
상기 플라즈마실은 서로 인접하는 복수의 장척 출구개구를 가지고, 각 장척 출구개구는 상기 이동 경로에 수직인 방향을 따라 형성되어 있어도 된다. 상기 인출전극계는 상기 복수의 장척 출구개구에 대응하는 복수의 슬릿을 가지고, 각 슬릿은 상기 장척 빔단면을 가지는 이온빔을 인출하기 위하여 설치되어 있어도 된다. 상기 이동 경로를 따르는 방향에 대한 상기 이온빔 조사영역의 폭이, 상기 장척 빔단면의 상기 방향의 폭보다 넓어도 된다.The plasma chamber may have a plurality of elongated exit openings adjacent to each other, and each elongated exit opening may be formed along a direction perpendicular to the movement path. The extraction electrode system may have a plurality of slits corresponding to the plurality of elongated exit openings, and each slit may be provided to extract an ion beam having the long-axis beam cross-section. The width of the ion beam irradiated region with respect to the direction along the movement path may be wider than the width of the longitudinal direction of the long beam.
상기 플라즈마원은, 기판에 주입되어야 할 이온종의 모노머이온과 다이머이온을 포함하는 플라즈마를 상기 플라즈마실에 생성하도록 구성되어 있어도 된다. 상기 인출전극계는, 모노머이온과 다이머이온을 포함하는 이온빔을 상기 플라즈마실로부터 인출하도록 구성되어 있어도 된다. 상기 이온빔 조사영역은, 모노머이온과 다이머이온의 양방을 받는 것이 허용되어 있어도 된다.The plasma source may be configured to generate in the plasma chamber a plasma containing monomer ions and dimer ions of ion species to be injected into the substrate. The drawing electrode system may be configured to draw out an ion beam containing monomer ions and dimer ions from the plasma chamber. The ion beam irradiation region may be allowed to receive both monomer ions and dimer ions.
일 실시형태에 관한 이온주입방법 또는 이온주입장치는, 연속식 장척 리본빔 이온주입장치에 관련한다. 본 장치는, 이온소스의 장척의 플라즈마실 내에 장척형상의 플라즈마를 생성하도록 구성되어 있다. 본 장치는, 장척형상의 플라즈마로부터 장척으로 균일한 리본 형상 이온빔을 소스 개구로부터 빔인출 전극계에 의하여 인출하도록 구성되어 있다. 본 장치는, 인출된 리본 형상 이온빔을, 연속하여 이동하고 있는 기판 또는 기판군에 조사하도록 구성되어 있다. 본 방법 또는 본 장치는, 이온소스의 플라즈마 제어조건 및 빔인출 전극계의 이온빔 제어조건 중 어느 하나 또는 양방을 바꿈으로써, 도펀트주입 빔의 빔전류 및/또는 도펀트주입프로파일을 제어 가능하게 한다. 본 방법 또는 본 장치는, 이온소스 및 빔인출 전극계의 플라즈마 제어조건 및/또는 이온빔 제어조건을 바꿈으로써, 도펀트주입 빔의 빔전류 및/또는 도펀트주입프로파일을 제어 가능하게 하여도 된다.The ion implantation method or ion implantation apparatus according to one embodiment relates to a continuous long ribbon ion implantation apparatus. The present apparatus is configured to generate a long plasma in a long plasma chamber of an ion source. The present apparatus is configured to draw a long ribbon-shaped ion beam from a long-shaped plasma from a source opening by a beam extraction electrode system. The present apparatus is configured to irradiate a continuously moving substrate or group of substrates with the ribbon-shaped ion beam drawn out. The present method or apparatus makes it possible to control the beam current and / or dopant injection profile of the dopant injection beam by changing either or both of the plasma control conditions of the ion source and the ion beam control conditions of the beam extraction electrode system. The present method or apparatus may make it possible to control the beam current and / or dopant injection profile of the dopant injection beam by changing plasma control conditions and / or ion beam control conditions of the ion source and beam extraction electrode system.
일 실시형태에 있어서는, 이온소스의 이온빔 제어조건을 바꿈으로써, 도펀트주입 빔의 빔전류를 제어 가능하게 하여도 된다. 일 실시형태에 있어서는, 이온소스의 플라즈마 제어조건을 바꿈으로써, 도펀트주입프로파일을 제어 가능하게 하여도 된다. 일 실시형태에 있어서는, 이온소스의 빔 제어조건 및 플라즈마 제어조건을 동시에 바꿈으로써, 도펀트주입 빔의 빔전류 및 도펀트주입프로파일을 동시에 제어 가능하게 하여도 된다. 일 실시형태에 있어서는, 이온소스의 플라즈마 생성 제어조건(모노머, 다이머 비율 등)은 바꾸지 않도록 플라즈마 생성조건을 변경하여도 된다.In one embodiment, the beam current of the dopant injection beam may be controllable by changing the ion beam control condition of the ion source. In one embodiment, it is possible to control the dopant implantation profile by changing the plasma control condition of the ion source. In one embodiment, the beam current and the dopant implantation profile of the dopant implantation beam may be controlled simultaneously by simultaneously changing the beam control conditions and the plasma control conditions of the ion source. In one embodiment, plasma generation conditions may be changed so as not to change plasma production control conditions (monomer, dimer ratio, etc.) of the ion source.
10 이온주입장치
12 리본빔
14 이온빔영역
18 이온원
20 플라즈마실
21 플라즈마
22 플라즈마원
24 인출전극계
26 프로세스챔버
32 제어부
36 가스공급원
40 RF안테나
50 출구개구
56 인출전극
120 반송제어장치
A 기판이동경로
S 기판
Vex 인출전압
Vs 기판주사속도10 Ion implantation device
12 Ribbon beam
14 Ion Beam Region
18 ion source
20 Plasma room
21 Plasma
22 plasma source
24 Lead electrode system
26 Process chamber
32 control unit
36 gas supply source
40 RF antenna
50 outlet opening
56 drawing electrode
120 conveyance control device
A substrate moving path
S substrate
Vex output voltage
Vs substrate scanning speed
Claims (12)
상기 이온원에 인접하여 설치되어, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔을 받아들이는 처리실로서, 이온빔 조사영역을 통과하는 기판이동경로를 따라 기판을 이동시키기 위한 기판이동기구를 구비하는 처리실과,
상기 이온원의 이온빔 생성조건을 제어하기 위한 제어부를 구비하고,
상기 이온빔은, 상기 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 빔전류를 가지며, 상기 이온빔은, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에, 상기 빔전류를 유지하여 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.An ion source including a plasma chamber, a plasma source for generating a plasma in the plasma chamber, and an extraction electrode system for extracting an ion beam having a long beam cross section from the plasma chamber,
A processing chamber provided adjacent to the ion source and having a substrate moving mechanism for moving the substrate along a substrate moving path passing through the ion beam irradiated region as a processing chamber for receiving the ion beam from the drawing electrode system,
And a control unit for controlling an ion beam generating condition of the ion source,
Wherein the ion beam has a beam current determined according to the ion beam generating condition and the ion beam is irradiated directly from the drawing electrode system to the substrate moving in the ion beam irradiation region while maintaining the beam current. Injection device.
상기 이온빔 생성조건은, 상기 인출전극계의 인출조건 및/또는 상기 플라즈마원의 플라즈마 제어조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.The method according to claim 1,
Wherein the ion beam generating condition includes a drawing condition of the drawing electrode system and / or a plasma controlling condition of the plasma source.
상기 이온빔 생성조건은, 상기 인출전극계의 인출전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the ion beam generating condition includes an extraction voltage of the extraction electrode system.
상기 제어부는, 기판에 대한 주어진 주입도스량 및 주어진 기판이동속도에 근거하여, 상기 이온빔 생성조건을 제어하여 상기 빔전류를 조정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein said control unit controls said beam generating conditions to adjust said beam current based on a given implant dose for a substrate and a given substrate transfer rate.
상기 기판이동기구는, 기판을 실질적으로 일정한 속도로 이동시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the substrate moving mechanism moves the substrate at a substantially constant speed.
상기 제어부는, 상기 플라즈마원의 플라즈마 제어조건을 변경함으로써, 상기 이온빔의 이온조성을 제어하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the control unit controls the ion composition of the ion beam by changing a plasma control condition of the plasma source.
상기 플라즈마원은, PH3, B2H6, 또는 H2를 포함하는 소스가스를 상기 플라즈마실에 공급하기 위한 가스공급원과, 상기 소스가스로부터 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 플라즈마 여기원을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the plasma source includes a gas supply source for supplying a source gas containing PH 3 , B 2 H 6 , or H 2 to the plasma chamber, and a high frequency plasma excitation source for generating plasma from the source gas Ion implantation device.
상기 플라즈마실은 서로 인접하는 복수의 장척 출구개구를 가지고, 각 장척 출구개구는 상기 이동 경로에 수직인 방향을 따라 형성되어 있으며,
상기 인출전극계는 상기 복수의 장척 출구개구에 대응하는 복수의 슬릿을 가지고, 각 슬릿은 상기 장척 빔단면을 가지는 이온빔을 인출하기 위하여 설치되어 있으며,
상기 이동 경로를 따르는 방향에 대한 상기 이온빔 조사영역의 폭이, 상기 장척 빔단면의 상기 방향의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 이온주입장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the plasma chamber has a plurality of elongated exit openings adjacent to each other, each elongated exit opening formed along a direction perpendicular to the travel path,
Wherein the extraction electrode system has a plurality of slits corresponding to the plurality of elongated exit openings, each slit being provided to extract an ion beam having the long-side beam cross-section,
Wherein a width of the ion beam irradiation region with respect to a direction along the movement path is wider than a width of the longitudinal direction of the long beam.
상기 플라즈마원은, 기판에 주입되어야 할 이온종의 모노머이온과 다이머이온을 포함하는 플라즈마를 상기 플라즈마실에 생성하도록 구성되어 있으며,
상기 인출전극계는, 모노머이온과 다이머이온을 포함하는 이온빔을 상기 플라즈마실로부터 인출하도록 구성되어 있고,
상기 이온빔 조사영역은, 모노머이온과 다이머이온의 양방을 받는 것이 허용되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the plasma source is configured to generate in the plasma chamber a plasma containing monomer ions and dimer ions of ion species to be injected into the substrate,
Wherein the drawing electrode system is configured to draw out an ion beam containing monomer ions and dimer ions from the plasma chamber,
Wherein the ion beam irradiation region is allowed to receive both monomer ions and dimer ions.
상기 이온원의 인출전극계를 통하여 이온빔을 인출하는 것과,
상기 이온원으로부터 상기 이온빔을 처리실에 받아들이는 것과,
상기 처리실의 이온빔 조사영역을 통과하도록 기판을 이동시키는 것을 구비하고,
상기 이온빔은, 상기 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 빔전류를 가지며, 상기 이온빔은, 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에, 상기 빔전류를 유지하여 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.Controlling the ion beam generating conditions of the ion source,
Withdrawing the ion beam through the extraction electrode system of the ion source,
Receiving the ion beam from the ion source into a processing chamber,
And moving the substrate so as to pass through the ion beam irradiation region of the processing chamber,
Wherein the ion beam has a beam current determined according to the ion beam generating condition and the ion beam is irradiated directly from the drawing electrode system to the substrate moving in the ion beam irradiation region while maintaining the beam current. Injection method.
상기 이온원으로부터 상기 이온빔을 받아들이는 처리실로서, 이온빔 조사영역을 기판에 통과시키도록 구성되어 있는 처리실을 구비하고,
상기 이온빔은, 상기 이온원의 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 특성을 가지며, 또한, 상기 이온빔 조사영역을 기판이 통과하는 동안에 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역으로 상기 특성을 유지하여, 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.An ion source having an extraction electrode system for extracting the ion beam,
And a processing chamber configured to receive the ion beam from the ion source and configured to allow the ion beam irradiation region to pass through the substrate,
Wherein the ion beam has a characteristic determined according to an ion beam generating condition of the ion source and maintains the characteristic from the drawing electrode system to the ion beam irradiation region while the substrate passes through the ion beam irradiation region, And the region is directly irradiated onto the moving substrate.
상기 이온원으로부터 상기 이온빔을 처리실에 받아들이는 것과,
상기 처리실의 이온빔 조사영역을 기판에 통과시키는 것을 구비하고,
상기 이온빔은, 상기 이온원의 이온빔 생성조건에 따라 결정되는 특성을 가지며, 또한, 상기 이온빔 조사영역을 기판이 통과하는 동안에 상기 인출전극계로부터 상기 이온빔 조사영역으로 상기 특성을 유지하여, 상기 이온빔 조사영역을 이동 중인 기판에 직접 조사되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.Withdrawing the ion beam through the extraction electrode system of the ion source,
Receiving the ion beam from the ion source into a processing chamber,
Passing the ion beam irradiated region of the treatment chamber to the substrate,
Wherein the ion beam has a characteristic determined according to an ion beam generating condition of the ion source and maintains the characteristic from the drawing electrode system to the ion beam irradiation region while the substrate passes through the ion beam irradiation region, And the region is directly irradiated onto the moving substrate.
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