TWI420563B - Ion implantation device - Google Patents

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Description

離子注入裝置
本發明關於對玻璃基板實施離子注入處理的離子注入裝置，特別是關於不具有使離子束形成為沿其行進方向平行的形狀的平行化透鏡的質量分析型的離子注入裝置。
從作為生產裝置的基本要求來說，離子注入裝置必須是生產率高的裝置。此外，對於透過如矽等的晶片進行離子注入來製造半導體器件的半導體器件製造用離子注入裝置而言，由於器件的微型化(集成密度)按穆爾定律發展，所以除了要求所述離子注入裝置“提高生產率”以外，而且還要求對所述離子注入裝置附加用於微型化的各種基本技術，即要求所述離子注入裝置“適應微型化發展”。
另一方面，在透過向玻璃基板進行離子注入來製造FPD面板的FPD(Flat Panel Display，平板顯示器)面板製造用離子注入裝置中，由於應用注入技術的最終器件是人們要觀看的顯示面板，所以基本上不需要高於人眼睛的分辨率的微型化。因此，對這樣的離子注入裝置的技術要求主要注重於用於使生產率提高的裝置技術。
作為FPD面板製造用離子注入裝置的一個例子，可舉專利文獻1所述的離子注入裝置為例。該離子注入裝置主要包括：離子源，產生具有發散角度的離子束；離子分析儀，係從所述離子束中僅選出想要的離子；四極設備(quadrupole device)，使通過離子分析儀後的離子束成為大體平行的離子束；移動台，用於支承四極設備，可以使其沿離子束的行進方向移動；以及處理部，用於配置目標 基板。
專利文獻1：日本專利公開公報 特開2006-139996號(圖1)。
在FPD面板的製造技術中，按照設計規則，只要是配線尺寸在0.3μm以上就完全沒有問題。其原因是即使器件的配線尺寸比這更細，進一步微型化，人們也辨別不出來。
另一方面，在微型化不斷發展的半導體器件的製造技術中所使用的離子注入裝置中，在設計規則變成配線尺寸為0.2μm的技術後，通常在離子束的輸送路徑中設置平行化磁鐵，將被該磁鐵平行化後的離子束向目標(矽等的晶片)照射。但是，在此前的設計規則中，通常使用利用掃描器進行角度掃描後的離子束，也就是使用朝向目標的離子束的照射角不平行的離子束(最大角度寬約±2.5度)，這樣就足夠了。
因此，在使用0.3μm以上的設計規則的FPD面板製造用離子注入裝置中，原來認為沒有必要利用平行束對基板進行處理，但在專利文獻1所舉出的FPD製造用離子注入裝置中，與半導體製造用的離子注入裝置相同，設置有四極透鏡作為平行化透鏡。
表示半導體製造裝置的生產率的指標之一是COO(cost of ownership，擁有成本)。該指標主要與裝置的性能價格比有關。以往在製造半導體製造裝置時，認為必須降低COO。因此，作為在保持一定的生產率的同時削減多餘成本的對策，採用了去除多餘的功能及減小裝置尺寸等對策。
伴隨玻璃基板尺寸的大型化，FPD面板製造用離子注入裝置所使用的離子束尺寸也變大。平行化透鏡被配置在 要進行離子注入的玻璃基板附近。如專利文獻1所述，與位於離子束輸送路徑的上游的離子源一側的離子束尺寸相比，位於下游的、在玻璃基板附近的離子束尺寸變得非常大。為了使具有所述大尺寸的離子束形成為平行的形狀，也必須使平行化透鏡的尺寸變大。在裝備有平行化透鏡的離子注入裝置中，因配置大型的平行化透鏡，使裝置整體尺寸變大。於是，在半導體工廠內必須要確保設置大型裝置的空間。此外，由於製造大型的平行化透鏡所需要的費用高，所以對應地造成離子注入裝置的價格提高。由於所述原因，對於裝備平行化透鏡的離子注入裝置而言，難以降低COO。
因此，本發明所要解決的問題是提供一種不使用平行化透鏡就可以實現對玻璃基板進行離子注入且在COO方面優良的離子注入裝置。
即，本發明提供一種離子注入裝置，該離子注入裝置是質量分析型的離子注入裝置，該離子注入裝置以橫穿帶狀離子束的短邊方向的方式驅動玻璃基板，向所述玻璃基板的整個面照射所述離子束，在從離子源到質量分析磁鐵的所述離子束的輸送路徑中，設置有離子束發散手段，該離子束發散手段使所述離子束沿該離子束的長邊方向發散，從而使所述離子束的照射角度大於0度且在根據設計規則所設定的容許發散角度以下，所述照射角度是在由所述離子束的長邊方向與所述離子束的行進方向構成的平面中拉向所述玻璃基板的垂直線與入射到所述玻璃基板的所述離子束所構成的角度。
如上所述，由於本發明代替使用平行化透鏡，在從離子源到質量分析磁鐵之間的位於較靠上游一側的離子束輸送路徑中，設置離子束發散手段，使用該離子束發散手段以使向玻璃基板照射的離子束的照射角度大於0度且在根據設計規則設定的容許發散角度以下的方式，使帶狀離子束沿其長邊方向發散，所以可以使裝置尺寸小型化，並且可以降低裝置的價格，進而可以降低離子注入裝置的COO。
此外，較佳的是，所述離子束發散手段是所述離子源、所述質量分析磁鐵、或者包括所述離子源和所述質量分析磁鐵雙方。
在把所述手段作為離子束發散手段使用的情况下，由於僅僅是把以往就具備的手段的一部分的結構進行改進的程度，所以與製造新手段的情况相比，可以降低製造成本。
此外，較佳的是，所述離子注入裝置還包括：離子束限制手段，選擇性地使在所述離子束的長邊方向上的一部分所述離子束通過；以及離子束輪廓儀，檢測通過所述離子束限制手段後的所述離子束在長邊方向上的離子束端部。
由於具備所述離子束限制手段和所述離子束輪廓儀，所以可以確認離子束的照射角度是否是所希望的角度。
此外，較佳的是，所述離子束限制手段被設置成在所述離子束的輸送路徑上，與對所述離子束進行質量分析的分析狹縫鄰接。
帶狀離子束在短邊方向上在分析狹縫的位置聚焦。因此，如果與分析狹縫鄰接配置離子束限制手段，則可以使離子束限制手段的尺寸減小。
按照本發明，代替使用平行化透鏡，在從離子源到質 量分析磁鐵之間的位於較靠向上游一側的離子束輸送路徑中設置離子束發散手段，使用該離子束發散手段以使向玻璃基板照射的離子束的照射角度大於0度且在根據設計規則設定的容許發散角度以下的方式，使帶狀離子束沿其長邊方向發散，所以可以使裝置尺寸小型化，並且可以降低裝置價格，進而可以降低離子注入裝置的COO。
本發明中使用的離子束是帶狀離子束。在此所說的帶狀離子束是指在用與離子束的行進方向垂直的平面切斷離子束時，離子束的斷面為矩形。此外，在本發明中，總是以帶狀離子束的行進方向為Z方向，在與該Z方向垂直的兩個方向上，設沿著帶狀離子束的長邊方向的方向為Y方向，設沿著帶狀離子束的短邊方向的方向為X方向。因此，X、Y、Z方向對應於在離子注入裝置內的離子束輸送路徑上的位置是適當改變的。
圖1是本發明使用的離子注入裝置1的XZ平面圖。利用質量分析磁鐵4和分析狹縫5對從離子源2射出的離子束3進行質量分析，以僅使所期望的離子照射玻璃基板7的方式將離子束3導向處理室6內。圖1中的虛線表示離子束3的中心軌道。
在處理室6內，利用托架8支承玻璃基板7，利用圖中沒有表示的驅動機構，以橫穿離子束3的方式，沿與X方向大體平行的、由箭頭A表示的方向往復輸送玻璃基板7。對於所述驅動機構，只要是以往使用的驅動機構就可以。
在處理室6內，利用托架8支承玻璃基板7，利用圖中沒有表示的驅動機構，以橫穿離子束3的方式，沿與X 方向大體平行的、由箭頭A表示的方向往復輸送玻璃基板7。對於所述驅動機構，只要是以往使用的驅動機構就可以。
在處理室6內，利用托架8支承玻璃基板7，利用圖中沒有表示的驅動機構，以橫穿離子束3的方式，沿與X方向大體平行的、由箭頭A表示的方向往復輸送玻璃基板7。對於所述驅動機構，只要是以往使用的驅動機構就可以。例如，可以考慮使用下述機構，即：把利用設在處理室6外部的電動機可以正反轉的滾珠絲槓透過真空密封導入到處理室6內，透過使把轉動運動轉換成直線運動的滾珠螺母與所述滾珠絲槓螺紋配合，並最終使所述滾珠螺母與托架8連接，可以沿由箭頭A表示的方向輸送托架8的機構；或者把利用設在處理室6外部的電動機可以沿由箭頭A表示的方向移動的軸透過真空密封導入到處理室6內，透過使托架8支承在該軸的端部上，可以沿箭頭A方向輸送托架8的機構。
此外，在處理室6中設置有離子束輪廓儀9，用於測量離子束3在作為長邊方向的Y方向上的電流密度分配，其測量結果用於調節束電流密度分布。作為使用該測量結果調節電流密度分布的例子，可以考慮的結構是：把將多個燈絲沿Y方向排列的離子源作為離子源2，根據利用離子束輪廓儀9的測量結果，調節流經各燈絲的電流量。當然除了具有多個燈絲的離子源2以外，還可以採用的結構是：在離子束輸送路徑中設置具有多極(multipole)的磁透鏡或具有沿離子束長度方向多段排列的多個電極的靜電透鏡，根據利用離子束輪廓儀9的測量結果，調節磁極(pole)的位置或施加在電極上的電壓。作為離子束輪廓儀9可以 考慮採用把多個法拉第杯沿Y方向排列的結構，或者把一個法拉第杯沿Y方向移動的結構。
圖2表示本發明一個實施方式的離子注入裝置在YZ平面內的離子束3的軌道。圖2描繪的是圖1的離子注入裝置1在另外的平面上的情况。但是，由於為了容易理解作為本發明特徵部分的離子束3的軌道，圖2簡要地描述了圖1中記載的離子注入裝置1的結構，所以與圖1中記載的離子注入裝置1的結構不是準確一致。在後述的圖8、圖14、圖15中也使用了相同的記載方法。此外，在這些圖中所描述的X、Y、Z各軸是對於入射到處理室6中的離子束3設定的。如前所述，根據離子束3通過的位置不同，設定有與圖中描述的X、Y、Z軸不同的軸。
在圖2所示的例子中，使平行的離子束3從離子源2射出，利用質量分析磁鐵4使離子束3沿其長邊方向發散，使得離子束3向玻璃基板7的照射角度成為大於0度且在根據設計規則設定的容許發散角度以下。在Y方向上的離子束3的尺寸比玻璃基板7的尺寸大。因此，透過使支承玻璃基板7的托架8沿與圖1的X方向大體平行的由箭頭A表示的方向移動，可以對玻璃基板7的整個面照射離子束3。此外，在後述的圖8、圖14、圖15、圖17的例子中，對玻璃基板7的整個面照射離子束3的結構與在此說明的結構相同。
本發明中的離子束3的照射角度定義為在YZ平面中，拉向玻璃基板7的面上的垂直線與向玻璃基板7入射的離子束3所成的角度。但是，在離子束3入射一側的玻璃基板7的面與其背面及支承玻璃基板7的托架8的面為 相互平行的關係的情况下，可以把拉向托架8的面上的垂直線視作拉向玻璃基板7上的垂直線。在圖2和後述的圖8、圖14中，玻璃基板7與托架8的面為如前所述的相互平行的關係。因此，在這些圖中，把拉向托架8上的垂直線與離子束3所成的角度(例如圖2中的α)作為離子束的照射角度(發散角度)。
在本發明中，把在任意的設計規則時所容許的最大照射角度的值稱為容許發散角度。如下所述，按照設計規則設定所述容許發散角度。首先，根據人的視覺是否可以辨別出來，來決定器件製造時微型化的水準。然後，根據微型化的水準，決定有關器件的電路配線等的尺寸的設計規則。按照該設計規則製造器件，因設計規則不同，前述的離子束的照射角度容許的最大值會不同。例如，在按照設計規則，電路配線尺寸為0.3μm的情况下，為了製造具有可以容許的級別特性的器件，離子束的照射角度必須在最大2.5度的範圍內。另一方面，在按照設計規則，電路配線尺寸在大到1μm的情况下，為了製造具有可以容許的級別特性的器件，離子束的照射角度必須在最大3度左右的範圍內。在本發明中考慮製造的器件的特性，把離子束3向玻璃基板7的照射角度設計成大於0度且在容許發散角度以下。
此外，對於玻璃基板7的大型化，使離子束3發散在以下方面有利。玻璃基板7的尺寸伴隨液晶產品的大型化而逐年大型化。在使平行的離子束從離子源射出，把該平行的離子束向玻璃基板照射類型的離子注入裝置中，必須使構成離子注入裝置的各構件變大。
另一方面，在使用本發明這樣的發散離子束的情况下，由於對應於從使離子束發散的位置到玻璃基板的距離，離子束的尺寸變大，所以與前述那樣類型的離子注入裝置相比，可以使離子源等構件採用小型的構件。此外，與專利文獻1所述的裝備有平行化透鏡的離子注入裝置相比，也因沒有利用平行化透鏡使離子束平行化，對應地可以使離子束的尺寸更大。
圖3表示離子源2的更具體的結構之一。該離子源2具有引出電極(extracting electrode)系統，該引出電極系統用於從電弧室10向Z方向引出平行的離子束3，該引出電極系統包括等離子體電極11、抑制電極12以及接地電極13，在各電極上設置有用於使離子束3通過的大體為矩形的狹縫。此外，在本發明的離子源2中，等離子體電極11兼作為電弧室10的蓋，等離子體電極11與電弧室10這兩者電連接。
圖4描述了構成圖3中記載的引出電極系統的各電極與施加在各電極上的電壓的關係。此外，在本發明中，假設離子束是具有正電荷的離子束，在後述的其它實施方式中也相同。
從電弧室10引出的離子束3的能量由與電弧室10電連接的等離子體電極11與接地電極13的電位差V1決定。為了防止電子從與離子束3的行進方向的相反一側流入，在抑制電極12上施加V2的負電壓。
構成圖3的引出電極系統的各電極具有用於使離子束3透過的大體為矩形的狹縫，但代替該結構，也可以利用在大電流下引出小發散角度的離子束的情况下使用的多孔電 極。在該情况下，例如可以考慮使設在各電極上的各孔中心位置在X方向和Y方向上恰好一致，在Z方向上排列三個多孔電極。圖5表示多孔電極的具體的例子。此外，在圖5中，由於各電極在Z方向上重疊，所以只能看到一個電極。
圖6公開了在圖2的實施方式中使用的質量分析磁鐵4的例子。圖6的(a)是質量分析磁鐵4的剖面圖，表示沿圖6的(b)中記載的d-d所示的單點劃線切斷質量分析磁鐵4，從Z方向看剖面時的情况。在該質量分析磁鐵4中，在窗框型的磁軛16上形成有朝向離子束3的路徑且向沿著Y方向的方向突出的一對磁極。在所述磁極中，磁極表面從離子束3的回轉半徑內側(圖6的(a)所示的Y方向上側的磁極的端部b一側)向外側(圖6的(a)所示的Y方向上側的磁極的端部a一側)傾斜，使得在Y方向上的磁極間尺寸變窄。圖6的(b)表示在XZ平面上的質量分析磁鐵4的情况。圖中的“a、b”對應於圖6的(a)中描述的位於Y方向上側的磁極的端部a、b。如圖6的(b)所示，使圖6的(a)中記載的磁極的端部a、b間的寬度沿著離子束3的路徑為一定。此外，圖6的(b)中記載的X、Y、Z的軸是對於向質量分析磁鐵入射的離子束3而設定的軸。該點在後述的圖13中也相同。
在一對磁極上分別繞有上側線圈14、下側線圈15，透過使電流流過這些線圈，在磁極間產生從Y方向的下側向上側彎曲的磁場B。此外作為上側線圈14、下側線圈15，可以使用沿著各磁極覆蓋其周圍的跑道(racetrack)型線圈或鞍型線圈。
圖7是對通過圖6中記載的質量分析磁鐵4內部的離子束承受的洛倫茲力的說明圖。
根據在Y方向上位置的不同，作用在離子束上的洛倫茲力也不同。因此，沿Y方向取代表點e1、e2、e3作為代表性的點，對在各點產生什麽樣的洛倫茲力，它對離子束3在Y方向上的發散有什麽影響進行說明。此外，代表點e1、e2、e3分別是在磁場方向朝向紙面右上方的位置、磁場方向朝向與Y方向平行的位置、磁場方向朝向紙面左上方的位置中的任意的點。
洛倫茲力F與橫切磁場的離子束和磁場方向垂直地作用。因此，在代表點e1，洛倫茲力F的方向為朝向紙面右下方。而該洛倫茲力F如圖所示那樣可以分解為沿X方向和Y方向的向量成分FX 、FY 。
因向量成分FX ，離子束3沿X方向偏轉。該偏轉用於在用質量分析磁鐵4對離子束3進行質量分析時使用。另一方面，因向量成分FY ，離子束3向Y方向下側(相反一側)偏轉。
在代表點e2的洛倫茲力F成為僅沿X方向的向量成分FX 。由於在此不產生在Y方向上的洛倫茲力的向量成分，所以不在Y方向上產生使離子束偏轉的作用。
而在代表點e3的洛倫茲力F的方向朝向紙面右上方。把該洛倫茲力F分解成沿X方向和Y方向的向量成分FX 、FY ，可以看出向量成分FY 剛好與在代表點e1位置產生的洛倫茲力F的向量成分FY 方向相反。在代表點e3位置，因所述向量成分FY ，離子束3向Y方向上側偏轉。
如上所述，由於使通過代表點e1位置的離子束3向Y 方向下側偏轉，使通過代表點e3位置的離子束3向Y方向上側偏轉，所以使離子束3整體沿Y方向發散。此外，透過適當調整磁極對的傾斜角度和質量分析磁鐵4的磁場B的强度，可以把離子束的發散程度設定為所期望的程度。例如，如果增加圖6中記載的磁極對的傾斜角度，則在磁極對間產生的磁場B進一步彎曲。在這種情况下，由於作用在透過代表點e1、e3位置的離子束上的洛倫茲力的Y方向成分變大，所以可以使離子束3沿Y方向的發散程度更大。
此外，由於在代表點e1、e3位置的向量成分FX 比在代表點e2部位的向量成分FX 小，所以也許認為離子束在各點沿X方向的偏轉量不同，惟實際上並非如此。由於靠近磁極，所以在代表點e1、e3位置的磁通密度的值比在代表點e2位置的磁通密度大。因此，在代表點e1、e3位置的洛倫茲力即使不全部成為向量成分FX ，也可以均勻地使離子束3向沿X方向的方向偏轉，對離子束3進行質量分析。
圖8表示本發明另一個實施方式的離子注入裝置在YZ平面內的離子束的軌道。在該例子中與圖2不同，從離子源2射出發散的離子束3。此外，該實施方式的質量分析磁鐵4不具有使離子束3沿Y方向發散的功能。
圖9表示該實施方式的離子源2的具體例子。在圖9的(a)中記載的離子源2的結構與在前面的實施方式中說明過的圖3中記載的離子源2的結構中，等離子體電極11與抑制電極12的相對的面的形狀不同。在該實施方式中，在等離子體電極11與抑制電極12相對的面中，使等離子體電極11一側的電極面為凸形，使抑制電極12一側的電 極面為凹形。
此外，在圖9的(a)中，把具有沿著Y方向的大體為矩形的狹縫的電極作為引出電極系統的結構的一個例子，除此之外，例如，如圖9的(b)所示，也可以使用把沿著X方向的大體為矩形的狹縫沿Y方向排列多個的電極。
圖10描繪了構成圖9中記載的引出電極系統的各電極與施加在它們上的電壓的關係。圖10的(a)和圖10的(b)分別與圖9的(a)和圖9的(b)對應。由於施加的電壓的正負以及因對各電極施加的電壓造成的作用，與前面的實施方式的參照圖4說明過的內容相同，所以省略了對它們的說明。在圖10的(b)中，用虛線描繪了從圖9的(b)所示的沿Y方向排列的各狹縫引出的離子束3。如該圖10的(b)所示，從各狹縫引出的離子束3沿Y方向發散，並互相重疊。最終從離子源2射出具有與在圖10的(a)中所示的離子束3相同外形的離子束3。
圖11描繪了透過圖9及圖10所示的各電極間的離子束3因在電極間產生的電場E而偏轉的方式。對於在此說明的離子束3偏轉的原理，在圖9的(a)(圖10的(a))、圖9的(b)(圖10的(b))中例舉的離子源2中都是相同的。
圖11的(a)描繪了使透過等離子體電極11和抑制電極12之間的離子束3偏轉的情况，圖11的(b)描繪了使通過抑制電極12和接地電極13之間的離子束3偏轉的情况。在各圖中描繪的虛線為等電位線，單點劃線表示電場。實線表示向各電極入射的離子束3，雙點劃線表示因在各電極間產生的電場而偏轉的離子束。
在圖11的(a)中，由於等離子體電極11一側(圖中左側)的電位比抑制電極12一側(圖中右側)的電位高，所以從等離子體電極11一側向抑制電極12一側產生電場E，該電場E與等電位線垂直。入射到電極間的離子束3受到電場E的影響，如用雙點劃線描繪的那樣沿Y方向擴展，此後，入射到抑制電極12和接地電極13之間。該離子束3的偏轉方向由表示入射到電極間的離子束行進方向的方向向量和表示在電極間產生的電場方向的方向向量的合成向量決定。
在圖11的(b)中，由於抑制電極12一側(圖中左側)的電位比接地電極13一側(圖中右側)的電位低，所以從接地電極13一側向抑制電極12一側產生電場E，該電場E與等電位線垂直。入射到電極間的離子束3受到電場的影響，進一步沿Y方向擴展。這樣就實現了離子束3沿Y方向的發散。
此外，在該例子中，也可以考慮用多孔電極構成各電極。但是，在該實施方式的情况下，與在前面的實施方式中的圖5所示的結構不同。下面對該點進行說明。
具體地說，使用圖12的(a)所示的多孔電極。在圖12的(a)中，為了容易理解設在各電極上的孔的中心位置在Y方向上不同，不是如圖5那樣把各電極在Z方向上重疊。在此為了方便，把各電極並排在X方向上。在實際上作為引出的電極系統配置這些電極的情况下，注意設在位於Y方向上正中的行上的電極孔。以使在各電極中設在該行上的電極孔的中心位置在X方向和Y方向上一致的方式沿Z方向排列各電極。
在圖12的(a)中，在由7行4列構成的多孔電極在Y方向上的三個位置c1、c2、c3上，沿X方向描繪有輔助線(參照圖中的虛線)。首先，如果關注在Y方向上位於電極中央的位置c2(第4行)引出的輔助線，則可以理解設在各電極11~13上的多孔電極的中心位置一致。因此，透過該位置c2的電極孔的離子束與圖5所示的實施方式相同，沿Z方向筆直前進。
然後，如果注意在位置c3(第7行)引出的輔助線，可以看出在Y方向上設在各電極11~13上的孔的中心位置不同。具體地說，抑制電極12的電極孔比設在其它電極上的電極孔偏向Y方向一側。經過這樣構成的電極孔的離子束3的軌跡被描繪在圖12的(b)中。
在圖12的(b)中，注意位於位置c3的一個電極孔。從在電弧室10內產生的等離子體(圖中畫剖面線的部分)透過各電極孔引出離子束3。被引出的離子束3大體對應於電極孔的中心位置偏離的方向偏轉。設在抑制電極12上的孔的中心位置比設在等離子體電極11上的孔的中心位置更向Y方向一側偏離。因此，離子束3受到在各電極間產生的電場的影響，向Y方向一側偏轉。與此相反，如果比較設在抑制電極12與接地電極13上的孔的中心位置，則由於設在接地電極13上的孔的中心位置比設在抑制電極12上的孔的中心位置更向與Y方向相反的一側偏離，所以離子束3在此向與Y方向相反的一側偏轉。這樣透過使各電極上的孔的中心位置不同，可以使通過所述電極孔的離子束偏轉。在該例子中，對於位於比位置c2更靠向與Y方向相反的一側(c3一側)的第5行、第6行的電極孔，由於 與位於位置c3的電極孔採用相同的結構，所以透過這些電極孔的離子束3也向與Y方向相反的一側偏轉。
另一方面，如果注意在位置c1(第1行)引出的輔助線，可以看出設在抑制電極12上的孔的中心位置比設在其它電極上的孔的中心位置偏向與Y方向相反的一側。因此，通過位置c1的離子束3與前面說明過的通過位置c3的離子束3相反，如圖12的(c)描繪的那樣，最終向Y方向一側偏轉。此外，對於配置在比位置c2更靠向Y方向一側的第2行、第3行的電極孔，由於與位於位置c1的電極孔採用相同的結構，所以通過這些電極孔的離子束3也向Y方向偏轉。
如上所述，由於設定了設在各電極上的電極孔的中心位置，所以離子束3沿Y方向發散。在所述實施方式中，把配置在第1行~第3行或第5行~第7行的各電極的電極孔的中心位置的關係設定成相同，但也可以與此不同。例如，可以把設在抑制電極12上的電極孔的中心位置與設在其它電極上的電極孔的中心位置的偏離量設定成從第1行到第3行逐漸變大。此外，也可以與此相反，設定成逐漸變小。配置在第5行~第7行上的電極孔的關係也與配置在第1行~第3行的電極孔相同，使在各行上的電極孔的中心位置的間隔變寬或變窄，也可以按照每行使用不同的設定。此外，也可以以第4行(位置c2)為中心，以使離子束3在Y方向上的發散成為非對稱的方式來構成各電極的電極孔。
圖13是在圖8所示的實施方式中使用的質量分析磁鐵4。在該實施方式中的質量分析磁鐵4不具有使離子束3發 散的功能。因此，在XY平面上看的情况下，設在Y方向上的一對磁極為與X方向大體平行的形狀。在該實施方式中，由於從離子源2射出發散的離子束3，所以必須增加質量分析磁鐵4的磁極間尺寸，以便可以容許隨著朝向Z方向而逐漸變大的離子束3的尺寸。對於其它方面，由於與作為不同的實施方式參照圖6說明過的質量分析磁鐵4的結構相同，所以在此省略了對它們的說明。
圖14表示本發明另外的實施方式的離子注入裝置在YZ平面內的離子束3的軌道。
該實施方式從離子源2射出以與Z方向成α1角度發散的離子束3，利用質量分析磁鐵4使該離子束3進一步發散，最終離子束3以α2的角度照射玻璃基板7。在前面的實施方式中，使用離子源2和質量分析磁鐵4中的任意一個，使離子束3發散，在此使用離子源2和質量分析磁鐵4雙方，分兩階段使離子束3發散。
在該實施方式中，作為離子源2和質量分析磁鐵4的具體結構，可以把在此前的實施方式中說明過的離子源2和質量分析磁鐵4進行組合。例如，作為離子源2使用參照圖9~圖12說明過的結構。另一方面，作為質量分析磁鐵4使用參照圖6、圖7說明過的結構。適當設定引出電極系統的電極形狀、電極孔的配置、在質量分析磁鐵中的磁極的傾斜度等，使得利用各構件的離子束3的發散程度成為所希望的程度，從而最終使離子束3以大於0度且在根據設計規則設定的容許發散角度以下的照射角度照射玻璃基板7。
此外，也可以在離子源2和質量分析磁鐵4之間配置 不同於該兩種構件的、使從離子源2射出的離子束3沿Y方向發散的構件。在圖15中，作為一個例子表示有使從離子源2平行射出的離子束3發散的偏轉電磁鐵17。在該實施方式中使用的離子源2和質量分析磁鐵4可以使用與前面的實施方式中叙述過的圖3~圖5中記載的離子源以及圖13中記載的質量分析磁鐵。
更具體地說，圖16表示偏轉電磁鐵17的一個例子。在圖16的(a)中，描繪了用圖15中記載的f-f所示的單點劃線切斷偏轉電磁鐵17，從Z方向看其斷面時的情况。圖16的(b)表示從X方向看圖16的(a)時的平面圖。
如圖16的(a)所描繪的那樣，偏轉電磁鐵17具有從作為離子束3的短邊方向的X方向夾持離子束3的一對磁軛18、19。在各磁軛上以沿Y方向把離子束3大體分成兩等份的方式繞有兩個線圈，繞在各磁軛上的各線圈在X方向上隔著離子束3相互相對。此外，在設置在各磁軛上的線圈中，在把位於Y方向上側的線圈作為上側線圈22、23，把位於Y方向下側的線圈作為下側線圈20、21時，向各線圈提供電流，使得在上側線圈間產生向X方向的磁場B，在下側線圈間產生向與X方向相反的方向的磁場B。
透過產生這樣的磁場B，透過上側線圈22、23間的離子束3向Y方向偏轉，透過下側線圈20、21間的離子束3向與Y方向相反的一側偏轉。如圖16的(b)所描繪的那樣，利用所述偏轉可以使離子束3整體沿Y方向發散。
對於測量向玻璃基板7照射的離子束3的照射角度的結構，在圖17中表示了一個例子。圖17的離子注入裝置1在分析狹縫5之後具備離子束限制手段24。在離子束限制 手段24中，僅使離子束3在Y方向上的一部分透過。利用離子束輪廓儀9檢測透過離子束限制手段24後的離子束3。此後，根據Z方向上的離子束限制手段24與離子束輪廓儀9之間的距離、Y方向上的離子束限制手段24的開口中心位置與向離子束輪廓儀9照射的離子束3的離子束端部位置之間的距離，利用控制裝置25計算離子束3向玻璃基板7的照射角度。下面參照圖18~圖20詳細描述到計算出所述照射角度為止的過程。
在質量分析型的離子注入裝置1中，在X方向上的離子束3的尺寸在分析狹縫5附近成為最小(參照圖17中表示離子束3外形的單點劃線)。離子束限制手段24進行作用使得僅使離子束3的一部分通過。因此離子束限制手段24需要能覆蓋離子束3整體的尺寸，但如果離子束限制手段24位於分析狹縫5的後部分(後段)的位置，則由於離子束3在X方向上聚焦，所以具有可以使離子束限制手段24在X方向上的尺寸減小的優點。此外，在圖17中，在分析狹縫5的後部分設置離子束限制手段24，但也可以在分析狹縫5的前部分(前段)配置離子束限制手段24。
圖18的(a)表示離子束限制手段24的一個例子。在該例子中，離子束限制手段24包括多個擋板26，擋板26沿X方向可以獨立地移動，各擋板26邊在Z方向上相互錯開位置，邊沿Y方向排列(參照圖18的(b))。在各擋板26上安裝有滾珠螺母，該滾珠螺母與沿X方向伸出的滾珠絲槓螺紋配合。透過利用電動機27使各滾珠絲槓正反轉，可以使各擋板26沿X方向移動。
圖19的(a)表示離子束限制手段24另外的例子。與 前面的例子不同，在該例子中，擋板沿Y方向移動。使各擋板28~30沿Y方向移動的機構與前面的例子相同，包括設在各擋板上的滾珠螺母、與滾珠螺母螺紋配合的滾珠絲槓以及使各滾珠絲槓轉動的電動機31。此外，在該例子中，擋板28~30也邊在Z方向上相互錯開位置，邊沿Y方向排列(參照圖19的(b))。此外，如果不考慮裝置在Y方向上的尺寸，則代替由擋板28~30的三塊擋板構成的結構，也可以把由擋板28或擋板29與擋板30兩塊擋板構成的結構作為離子束限制手段使用。
透過使圖18、圖19所示的多塊擋板在X方向上或在Y方向上適當移動，在Y方向上的任意位置，可以形成用於使離子束部分通過的狹縫。沿Y方向順序形成所述狹縫，並且對離子束3向玻璃基板7的照射角度進行測量。
圖20描繪了通過離子束限制手段24後的離子束3的一部分照射離子束輪廓儀9的情况。在該例子中，把離子束輪廓儀9配置成在YZ平面內與玻璃基板7的被照射離子束3的面平行。通過離子束限制手段24後的離子束3在Y方向上具有寬度。該寬度有時在Y方向上上下對稱，也有時不對稱。設向Y方向一側發散的離子束3的照射角度為α3，向與Y方向相反的一側發散的離子束3的照射角度為α4。可以根據Z方向和Y方向上的參數計算出各照射角度。具體地說，根據離子束限制手段24與離子束輪廓儀9在Z方向上的距離(Z2-Z1)以及由離子束限制手段24形成的狹縫的中心位置與由離子束輪廓儀9檢測到的離子束3在Y方向上的離子束端部的距離(Y1，Y2)，可以計算出各照射角度。
在該例子中，離子束3所照射的玻璃基板7的面與離子束輪廓儀9相互平行地沿Y方向配置，但不限於此，也可以使玻璃基板7相對於Y方向傾斜。即使在這樣的情况下，透過設置把玻璃基板7相對於Y方向的傾斜角度訊息向控制裝置25設定或發送的手段，根據利用控制裝置25計算出的離子束3向沿Y方向配置的離子束輪廓儀9的照射角度，可以導出離子束3照射玻璃基板7的照射角度。
透過這樣地計算出離子束3向玻璃基板7的照射角度的結果，在照射角度不在所希望的範圍內的情况下，可以重新適當設定作為離子束發散手段的離子源2、質量分析磁鐵4、偏轉電磁鐵17等的磁場、電場、電極配置、電極結構、磁極結構等，使得照射角度在所希望的範圍內，也可以設置向離子注入裝置1的操作員輸出用於告知照射角度從容許範圍內偏離了的某種警報的機構。總之，透過設置所述的測量照射角度的機構，可以在離子注入處理之前，確認離子束3向玻璃基板7的照射角度是否正確。
其它的變化例
在上述的實施方式中，離子源2可以是伯納斯(Bernas)式、弗里曼(Freeman)式、桶式、旁熱式等任意類型的離子源。
此外，也可以與上述的偏轉電磁鐵17不同，在離子源2和質量分析磁鐵4之間設置掃描器，該掃描器利用磁場或電場使離子束3沿離子束3的長邊方向掃描，使用掃描器構成離子注入裝置，使得離子束3發散。
此外，在圖15的例子中，不用離子源2或質量分析磁鐵4使離子束3發散，採用利用偏轉電磁鐵17使離子束3 在Y方向上發散的結構，但本發明不限於此。即，也可以採用把在此前的實施方式中已經叙述過的利用離子源2、質量分析磁鐵4的發散作用與利用偏轉電磁鐵17的發散作用組合的結構。在配置掃描器的情况下，也可以同樣地採用把利用離子源2、質量分析磁鐵4的發散作用與利用掃描器的發散作用組合的結構。
此外，在上述的實施方式中，假設作為離子束是具有正電荷的離子束，但也可以是具有負電荷的離子束。在該情况下，只要把使離子束偏轉的磁鐵的磁場方向和施加在離子源2的引出電極系統上的電壓的極性設定成相反的即可。
此外，在上述實施方式中，支承玻璃基板7的托架8的角度是一定的，但也可以設置使托架繞X軸轉動的機構，透過把該機構與利用離子源2等的離子束3的發散作用組合，可以調節向玻璃基板7照射的離子束的照射角度(發散角度)。
此外，如圖17所示，可以設置控制裝置25，根據預先確定的程序計算出照射角度，但不是必須具備控制裝置25。例如，透過在監視器上顯示在Y方向上的由離子束限制手段24形成的狹縫的中心位置、由離子束輪廓儀9檢測出的在Y方向上的離子束端部位置、離子束限制手段24與離子束輪廓儀9在Z方向上的位置這樣的各種訊息，離子注入裝置的操作員進行計算，也可以確認照射角度是否是所期望的角度。
此外，除了前面敍述者以外，在不脫離本發明的宗旨的範圍內，當然也可以進行各種改進和變更。
1‧‧‧離子注入裝置
2‧‧‧離子源
3‧‧‧離子束
4‧‧‧質量分析磁鐵
5‧‧‧分析狹縫
6‧‧‧處理室
7‧‧‧玻璃基板
8‧‧‧托架
9‧‧‧離子束輪廓儀
10‧‧‧電弧室
11‧‧‧等離子體電極
12‧‧‧抑制電極
13‧‧‧接地電極
14‧‧‧上側線圈
15‧‧‧下側線圈
16‧‧‧磁軛
17‧‧‧偏轉電磁鐵
18‧‧‧磁軛
19‧‧‧磁軛
20‧‧‧下側線圈
21‧‧‧下側線圈
22‧‧‧上側線圈
23‧‧‧上側線圈
24‧‧‧離子束限制手段
25‧‧‧控制裝置
26‧‧‧擋板
27‧‧‧電動機
28‧‧‧擋板
29‧‧‧擋板
30‧‧‧擋板
31‧‧‧電動機
圖1係表示本發明的離子注入裝置一個實施方式的XZ平面圖。
圖2係表示在本發明一個實施方式的離子注入裝置的YZ平面內的離子束軌道。
圖3係表示圖2中記載的離子源的一個例子的立體圖。
圖4係圖3中記載的離子源的平面圖。
圖5係構成圖3中記載的離子源的引出電極系統的其它實施例。
圖6係圖2中記載的質量分析磁鐵的一個例子，圖6的(a)為質量分析磁鐵的剖面圖，圖6的(b)表示在XZ平面中的磁極寬度的變化。
圖7係對通過圖6中記載的質量分析磁鐵內部的離子束承受的洛倫茲力的說明圖。
圖8表示本發明另一個實施方式的離子注入裝置在YZ平面內的離子束軌道。
圖9係表示圖8中記載的離子源的一個例子的立體圖，圖9的(a)為具有沿著Y方向的大體為矩形的狹縫的引出電極系統，圖9的(b)為具有沿著X方向的大體矩形的狹縫的引出電極系統。
圖10係圖9中記載的離子源的平面圖，圖10的(a)為與圖9的(a)對應的平面圖，圖10的(b)為與圖9的(b)對應的平面圖。
圖11係表示對通過各電極之間的離子束產生的偏轉作用，圖11的(a)是在等離子體電極和抑制電極之間產生的作用，圖11的(b)表示在抑制電極和接地電極之間產 生的作用。
圖12係構成圖9中記載的離子源的引出電極系統的其它實施例，圖12的(a)表示設在各電極上的電極孔在Y方向上的中心位置的關係。圖12的(b)表示通過比圖12的(a)中記載的位置c2位於更靠向與Y方向相反一側的電極孔的離子束偏轉的情况，圖12的(c)表示通過比圖12的(a)中記載的位置c2位於更靠向Y方向一側的電極孔的離子束偏轉的情况。
圖13係圖8中記載的質量分析磁鐵的一個例子，圖13的(a)為質量分析磁鐵的剖面圖，圖13的(b)表示在XZ平面中的磁極寬度的變化。
圖14係表示本發明另外的實施方式的離子注入裝置在YZ平面內的離子束軌道。
圖15係表示本發明其它實施方式的離子注入裝置在YZ平面內的離子束軌道。
圖16係圖15中記載的偏轉電磁鐵一個例子的圖，圖16的(a)為偏轉電磁鐵的剖面圖，圖16的(b)表示從YZ平面看的偏轉電磁鐵的情况。
圖17係表示本發明的離子注入裝置一個實施方式的XZ平面圖，其為裝備有測量照射角度的手段的例子。
圖18係圖17中記載的離子束限制手段的一個例子，圖18的(a)表示在XY平面上的情况，圖18的(b)表示在YZ平面上的情况。
圖19係圖17中記載的離子束限制手段另外的例子，圖19的(a)表示在XY平面上的情况，圖19的(b)表示在YZ平面上的情况。
圖20係表示測量離子束向玻璃基板的照射角度的例子。
2‧‧‧離子源
3‧‧‧離子束
4‧‧‧質量分析磁鐵
6‧‧‧處理室
7‧‧‧玻璃基板
8‧‧‧托架
9‧‧‧離子束輪廓儀

Claims (6)

  1. 一種離子注入裝置，其特徵在於該離子注入裝置是質量分析型的離子注入裝置，該離子注入裝置以橫穿帶狀離子束的短邊方向的方式驅動玻璃基板，向所述玻璃基板的整個面照射所述離子束，在從離子源到質量分析磁鐵的所述離子束的輸送路徑中，設置有離子束發散手段，該離子束發散手段使該離子束沿該離子束的長邊方向發散，從而使該離子束的照射角度大於0度且在根據設計規則所設定的容許發散角度以下，該照射角度是在由該離子束的長邊方向與該離子束的行進方向構成的平面中拉向該玻璃基板的垂直線與入射到該玻璃基板的該離子束所構成的角度。
  2. 如申請專利範圍第1項的離子注入裝置，其中該離子束發散手段是該離子源。
  3. 如申請專利範圍第1項的離子注入裝置，其中該離子束發散手段是該質量分析磁鐵。
  4. 如申請專利範圍第1項的離子注入裝置，其中該離子束發散手段包括該離子源和該質量分析磁鐵兩者。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的離子注入裝置，其中還包括：離子束限制手段，選擇性地使在該離子束的長邊方向上的一部分該離子束通過；以及離子束輪廓儀，檢測通過該離子束限制手段後的該離子束在長邊方向上的離子束端部。
  6. 如申請專利範圍第5項的離子注入裝置，其中該離子束限制手段被設置成在該離子束的輸送路徑上，與對該離子束進行質量分析的分析狹縫鄰接。
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