イオン注入装置
【課題】平行化レンズを用いずに、ガラス基板に対してのイオン注入を実現するＣООに優れたイオン注入装置を提供する。
【解決手段】本発明のイオン注入装置は、リボン状のイオンビーム３をガラス基板７に照射する質量分析型のイオン注入装置１であって、さらに、イオン源２から質量分析マグネット４までのイオンビーム３の輸送経路にイオンビーム発散手段を備えている。イオンビーム発散手段は、イオンビーム３の長辺方向（Ｙ方向）とイオンビームの進行方向（Ｚ方向）からなる平面において、ガラス基板７上に引かれた垂線とガラス基板７に入射するイオンビーム３との成す角度であるイオンビーム３の照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるように、イオンビーム３をその長辺方向に発散させる。
【解決手段】本発明のイオン注入装置は、リボン状のイオンビーム３をガラス基板７に照射する質量分析型のイオン注入装置１であって、さらに、イオン源２から質量分析マグネット４までのイオンビーム３の輸送経路にイオンビーム発散手段を備えている。イオンビーム発散手段は、イオンビーム３の長辺方向（Ｙ方向）とイオンビームの進行方向（Ｚ方向）からなる平面において、ガラス基板７上に引かれた垂線とガラス基板７に入射するイオンビーム３との成す角度であるイオンビーム３の照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるように、イオンビーム３をその長辺方向に発散させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス基板に対してイオン注入処理を施すイオン注入装置で、特に、イオンビームをその進行方向に沿って平行となるように整形する平行化レンズを有さない質量分析型のイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置は、生産装置であるところの基本的性格から、生産性の高い装置であることが必須である。また、シリコン等のウェーハにイオン注入を行って半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造用のイオン注入装置は、デバイスの微細化（集積密度）がムーアの法則に沿って進展するため、微細化のための種々の要素技術を装置に付加していくこと、即ち「微細化への対応」が、「生産性の向上」ということに加えて要求される。
【０００３】
一方、ガラス基板にイオン注入を行ってＦＰＤパネルを製造するＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）パネル製造用イオン注入装置では、注入プロセスを適用する最終デバイスが人間の視認のための表示パネルであることから、基本的には人間の目の分解能以上の微細化は不要である。その為、このようなイオン注入装置への技術的要求は、生産性を向上させるための装置技術が、専ら、重要となる。
【０００４】
ＦＰＤパネル製造用イオン注入装置の一例として、特許文献１に記載の装置が挙げられる。このイオン注入装置は、主に、広がり角度を有するイオンビームを発生させるイオン源と、当該イオンビームから所望のイオンのみを抜き出すイオン分析器と、イオン分析器を通過したイオンビームを略平行ビームにする為の４重極子デバイスと、４重極子デバイスをイオンビームの進行方向に移動可能に支持する移動台と、ターゲット基板が配置される処理部とから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３９９９６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＰＤパネルの製造プロセスでは、デザインルール上、０．３μm 以上であれば全く問題はない。この理由は、それよりもデバイスの配線寸法を細かくして微細化を促進させても、もはや人間が認識できるものではない為である。
【０００７】
一方、微細化が不断に進む半導体デバイスの製造プロセスに用いられるイオン注入装置では、デザインルールが０．２μmとなったプロセス以降、イオンビームの輸送経路に平行化マグネットを設けて、当該マグネットによって平行化されたイオンビームをターゲット（シリコン等のウェーハ）に照射することが一般となった。しかしながら、それまでのデザインルールでは、走査器にて角度走査されたイオンビーム、すなわち、ターゲットへのイオンビームの照射角が平行でないイオンビーム（最大角度幅で約±２．５度）を使うのが通常であり、それで十分であった。
【０００８】
したがって、０．３μm以上のデザインルールを使うＦＰＤパネル製造用のイオン注入装置では、本来、平行ビームで基板を処理する必要はないと考えられるが、特許文献１に挙げられるＦＰＤ製造用のイオン注入装置には、半導体製造用のイオン注入装置と同じように平行化レンズとして四重極子レンズが設けられていた。
【０００９】
半導体製造装置の生産性を示す指標の一つに、ＣОО（コストオブオーナーシップ）がある。この指標は、主に装置のコストパフォーマンスに関連している。昨今、半導体製造装置の製造にあたっては、ＣООの低減は必須とされている。その為、一定の生産性を保ちながら余分なコストを削減する取り組みとして、余分な機能を排除することや装置寸法を小さくする等の取り組みがなされている。
【００１０】
ガラス基板寸法の大型化に伴って、ＦＰＤパネル製造用のイオン注入装置で扱われるイオンビームの寸法も大きくなってきている。平行化レンズは、イオン注入がなされるガラス基板の直前に配置される。特許文献１に記載のように、イオンビームの輸送経路の上流側に位置するイオン源側のイオンビームの寸法に比べて、下流側に位置するガラス基板の直前ではその寸法が非常に大きなものになっている。このように大きな寸法を有するイオンビームを平行に整形させる為に、平行化レンズの寸法も大きなものにしなければならなかった。大型の平行化レンズを配置する分、平行化レンズを備えたイオン注入装置では、装置全体の寸法が大きくなる。そうなると、半導体工場内に大型の装置を設置するだけのスペースを確保しなければならない。また、大型の平行化レンズを製造するのにかかる費用は高いので、その分、イオン注入装置の価格が高騰する。このような理由から、平行化レンズを備えたイオン注入装置では、ＣООの低減が困難とされてきた。
【００１１】
そこで本発明では、平行化レンズを用いずに、ガラス基板に対してのイオン注入を実現するＣООに優れたイオン注入装置を提供することを所期課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明に係るイオン注入装置は、リボン状のイオンビームをガラス基板に照射する質量分析型のイオン注入装置であって、イオン源から質量分析マグネットまでの前記イオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を備えており、前記イオンビーム発散手段は、前記イオンビームの長辺方向と前記イオンビームの進行方向からなる平面において、前記ガラス基板上に引かれた垂線と前記ガラス基板に入射する前記イオンビームとの成す角度である前記イオンビームの照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるように、前記イオンビームをその長辺方向に発散させることを特徴としている。
【００１３】
上記したように、平行化レンズを用いる代わりに、イオン源から質量分析マグネットまでの比較的上流側に位置するイオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を設け、これを用いてガラス基板へ照射されるイオンビームの照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるようにリボン状イオンビームを、その長辺方向に発散させる構成としているので、装置寸法の小型化や装置価格を下げることが可能となり、ひいては、イオン注入装置のＣООを低減させることが出来る。
【００１４】
また、前記イオンビーム発散手段は、前記イオン源や前記質量分析マグネット、あるいはその両方で構成されていることが望ましい。
【００１５】
このようなものをイオンビーム発散手段として用いた場合、従来備えられている部材の一部の構成を改良する程度となるので、新たな部材を製造する場合に比べて、製造コストが安価で済む。
【００１６】
前記イオンビームの長辺方向における一部を選択的に通過させるビーム制限手段と、前記ビーム制限手段を通過した前記イオンビームの長辺方向におけるビーム端部を検出するビームプロファイラーとを更に備えていることが望ましい。
【００１７】
このようなビーム制限手段とビームプロファイラーとを備えることによって、イオンビームの照射角度が所望するものであるかどうかの確認を行うことが出来る。
【００１８】
前記ビーム制限手段は、前記イオンビームの輸送経路において、前記イオンビームの質量分析を行う分析スリットに隣接して設けられていることが望ましい。
【００１９】
リボン状のイオンビームは、その短辺方向が分析スリット位置で集束する。その為、分析スリットに隣接してビーム制限手段を配置しておくと、ビーム制限手段の寸法を小さなものにしておくことが出来る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、平行化レンズを用いる代わりに、イオン源から質量分析マグネットまでの比較的上流側に位置するイオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を設け、これを用いて、ガラス基板へ照射されるイオンビームの照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるようにリボン状イオンビームを、その長辺方向に発散させる構成としているので、装置寸法の小型化や装置価格を下げることが可能となり、ひいては、イオン注入装置のＣООを低減させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示すＸＺ平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図３】図２に記載のイオン源の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に記載のイオン源の平面図である。
【図５】図３に記載のイオン源を構成する引出し電極系の他の実施例である。
【図６】図２に記載の質量分析マグネットの一例で、（ａ）は質量分析マグネットの断面図であり、（ｂ）はＸＺ平面における磁極幅の変化を表す。
【図７】図６に記載の質量分析マグネット内部を通過するイオンビームが受けるローレンツ力についての説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図９】図８に記載のイオン源の一例を示す斜視図で、（ａ）はＹ方向に沿った略矩形状のスリットを有する引出し電極系で、（ｂ）はＸ方向に沿った略矩形状のスリットを有する引出し電極系である。
【図１０】図９に記載のイオン源の平面図で、（ａ）は図９（ａ）に対応する平面図であり、（ｂ）は図９（ｂ）に対応する平明図である。
【図１１】各電極間を通過するイオンビームに発生する偏向作用を表し、（ａ）はプラズマ電極と抑制電極間で発生する作用で、（ｂ）は抑制電極と接地電極間で発生する作用を表す。
【図１２】図９に記載のイオン源を構成する引出し電極系の他の実施例で、（ａ）は各電極に設けられた電極孔のＹ方向における中心位置の関係を表す。（ｂ）は図１２の（ａ）に記載のｃ２よりもＹ方向逆側に位置する電極孔を通過するイオンビームが偏向される様子を表し、（ｃ）は図１２の（ａ）に記載のｃ２よりもＹ方向側に位置する電極孔を通過するイオンビームが偏向される様子を表す。
【図１３】図８に記載の質量分析マグネットの一例で、（ａ）は質量分析マグネットの断面図であり、（ｂ）はＸＺ平面における磁極幅の変化を表す。
【図１４】本発明の更なる実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図１５】本発明の別の実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図１６】図１５に記載の偏向電磁石の一例を表す図面であり、（ａ）は偏向電磁石の断面図であり、（ｂ）はＹＺ平面から見た偏向電磁石の様子を表す。
【図１７】本発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示すＸＺ平面図で、照射角度を計測する手段を備えた例である。
【図１８】図１７に記載のビーム制限手段の一例であって、（ａ）はＸＹ平面での様態を表し、（ｂ）ＹＺ平面での様態を表す。
【図１９】図１７に記載のビーム制限手段の別の例であって、（ａ）はＸＹ平面での様態を表し、（ｂ）ＹＺ平面での様態を表す。
【図２０】イオンビームのガラス基板への照射角度の計測例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明で取り扱うイオンビームはリボン状のイオンビームである。ここで言うリボン状のイオンビームとは、イオンビームの進行方向に直交する平面でイオンビームを切断した時、その切断面が矩形状を成すイオンビームのことを言う。また、本発明では、リボン状のイオンビームの進行方向を常にＺ方向とし、当該Ｚ方向と直交する２方向であって、リボン状のイオンビームの長辺に沿う方向をＹ方向とし、短辺方向に沿う方向をＸ方向としている。よって、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、イオン注入装置内のイオンビームの輸送経路の場所に応じて、適宜、変更されるものとする。
【００２３】
図１は、本発明で用いられるイオン注入装置１のＸＹ平面図である。イオン源２より射出されたイオンビーム３は、質量分析マグネット４と分析スリット５により質量分析され、所望のイオンのみがガラス基板７へ照射されるように、処理室６内に導かれる。図１中に記載される破線は、イオンビーム３の中心軌道を表す。
【００２４】
処理室６内で、ガラス基板７はホルダー８によって支持され、図示されない駆動機構によって、イオンビーム３を横切るように、Ｘ方向と略平行な矢印Ａで示される方向に往復搬送される。この駆動機構については、従来から用いられているものであれば良い。
【００２５】
例えば、処理室６の外部に設けられたモーターによって正逆に回転可能なボールねじを、真空シールを介して、処理室６内に導入しておき、このボールねじに、回転運動を直線運動に変換するボールナットを螺合させ、最終的にこのボールナットとホルダー８とを接続させることで、矢印Ａで示される方向へのホルダー８の搬送を可能とする機構や、処理室６の外部に設けられたモーターによって矢印Ａで示される方向に沿って移動可能なシャフトを、真空シールを介して、処理室７内に導入しておき、このシャフトの端部にホルダー８を支持させることで、矢印Ａ方向へのホルダー８の搬送を可能とする機構を用いることが考えられる。
【００２６】
また、処理室６にはイオンビーム３の長辺方向であるＹ方向の電流密度分布を計測する為のビームプロファイラー９が設けられおり、ここでの計測結果は、ビーム電流密度分布の調整に用いられる。当該計測結果を用いた電流密度分布の調整の例としては、イオン源２を、複数のフィラメントがＹ方向に沿って配列されたイオン源としておき、ビームプロファイラー９での計測結果に応じて、各フィラメントに流す電流量を調整するといった構成のものが考えられる。もちろん、複数のフィラメントを備えたイオン源２の他に、イオンビームの輸送経路にマルチポールを備えた磁界レンズやイオンビームの長さ方向に沿って多段に配列された複数枚の電極を有する電界レンズを設けておき、ビームプロファイラー９での計測結果に応じて、ポールの位置や電極に印加する電圧を調整するといった構成のものを用いても良い。ビームプロファイラー９としては、複数個のファラデーカップをＹ方向に沿って配列した構成のものや単一のファラデーカップをＹ方向に沿って移動させる構成のものが考えられる。
【００２７】
図２には、本発明の一実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビーム３の軌道が示されている。この図２は図１のイオン注入装置１の別平面での様態を描いたものである。ただし、本発明の特徴部分であるイオンビーム３の軌道が理解し易いように、図１に記載のイオン注入装置１の構成を要約して描いている為、図１に記載のイオン注入装置１の構成と正確に一致しているわけではない。後述する図８、図１４、図１５においても同様の記載方法を用いている。なお、これらの図面に記載されているＸ、Ｙ、Ｚのそれぞれの軸は、処理室６に入射するイオンビーム３に対して設定されているものである。前述したように、イオンビーム３が通過する場所によっては、図面に記載されているＸ、Ｙ、Ｚの軸とは異なる軸が設定されることになる。
【００２８】
図２に示される例では、イオン源２より平行なイオンビーム３を射出させ、質量分析マグネット４で、ガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるようにその長辺方向にイオンビーム３を発散させている。Ｙ方向におけるイオンビーム３の寸法は、ガラス基板７の寸法よりも大きい。その為、ガラス基板７を支持するホルダー８を図１のＸ方向に略平行な矢印Ａで示される方向に移動させることで、ガラス基板７の全面に対するイオンビーム３の照射を可能としている。なお、後述する図８、図１４、図１５、図１７の例においても、ガラス基板７の全面にイオンビーム３を照射する構成は、ここで説明した構成と同じである。
【００２９】
本発明におけるイオンビーム３の照射角度は、ＹＺ平面において、ガラス基板７の面上に引かれた垂線とガラス基板７へ入射するイオンビーム３とが成す角度で定義される。ただし、イオンビーム３が入射する側のガラス基板７の面と、その裏面およびガラス基板７を支持するホルダー８の面とが互いに平行となる関係である場合には、ホルダー８の面上に引かれた垂線をガラス基板７上に引かれた垂線と見ることが出来る。図２や後述する図８及び図１４では、ガラス基板７とホルダー８との面が前述したように互いに平行な関係となっている。その為、これらの図では、ホルダー８上に引かれた垂線とイオンビーム３との成す角度（例えば、図２中のα）をイオンビームの照射角度（広がり角度）としている。
【００３０】
本発明では、任意のデザインルールの時に許容される最大の照射角度の値を許容発散角度と呼んでいる。この角度は、次のようにしてデザインルールに従って設定されている。まず、人の視覚によって認識出来るかどうかで、デバイス製造時の微細化のレベルが決定される。そして、微細化のレベルに応じてデバイスの回路配線等の寸法に関するデザインルールが決定される。このデザインルールに従って、デバイスを製造することになるが、デザインルールによっては、前述したイオンビームの照射角度の許容される最大値が異なってくる。例えば、デザインルールで回路配線の寸法が０．３μｍの場合に、許容出来るレベルの特性のデバイスを製造するには、イオンビームの照射角度が最大で２．５度までの範囲に収まらなければならない。一方で、デザインルールで回路配線の寸法が１μｍと大きい場合には、許容出来るレベルの特性のデバイスを製造するには、イオンビームの照射角度が最大で３度程度までの範囲に収まらなければならない。本発明では製造されるデバイスの特性を考慮し、ガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度を０度よりも大きく許容発散角度以下になるように設定している。
【００３１】
また、イオンビーム３を発散させることは、ガラス基板７の大型化に対して、次の点で有利に働く。ガラス基板７の寸法は、液晶製品の大型化に伴って、年々大型化している。イオン源から平行なイオンビームを射出させ、それをガラス基板へ照射するタイプのイオン注入装置では、イオン注入装置を構成する各部材を大きなものに変更することが必要となる。
【００３２】
一方、本発明のような発散ビームを用いた場合、イオンビームを発散させた場所からガラス基板までの距離に応じてイオンビームの寸法が大きくなるので、前述したようなタイプのイオン注入装置に比べて、イオン源等の部材を小さなものにすることが出来る。更に、特許文献１に記載のような平行化レンズを備えたイオン注入装置と比べても、イオンビームを平行化させない分、イオンビームの寸法を更に大きなものにすることが可能となる。
【００３３】
イオン源２のより具体的な構成の一つが、図３に示されている。このイオン源２は、アークチャンバー１０よりＺ方向に平行なイオンビーム３を引出す為のプラズマ電極１１、抑制電極１２、接地電極１３からなる引出し電極系を有しており、各電極にはイオンビーム３を通過させる為の略矩形状のスリットが設けられている。また、本発明のイオン源２において、プラズマ電極１１はアークチャンバー１０の蓋を兼ねており、両者は電気的に接続されているものとする。
【００３４】
図４には、図３に記載の引出し電極系を構成する各電極とそれらに印加される電圧との関係が描かれている。なお、本発明では、正の電荷を有するイオンビームを想定しており、後述する他の実施形態においても同様である。
【００３５】
アークチャンバー１０から引出されるイオンビーム３のエネルギーは、アークチャンバー１０に電気的に接続されたプラズマ電極１１と接地電極１３との電位差Ｖ１でもって決定される。そして、抑制電極１２には、イオンビーム３の進行方向逆側からの電子の流入を防止する為に、Ｖ２の負電圧が印加されている。
【００３６】
図３の引出し電極系を構成する各電極は、イオンビーム３を通過させる為に略矩形状のスリットを有していたが、この構成の代わりに、大電流で小さい発散角度のイオンビームを引出す場合に使用される多孔電極を用いても良い。その場合、例えば、Ｘ方向及びＹ方向における各電極に設けられた各孔の中心位置をぴったり合わせて、３枚の多孔電極をＺ方向に配列させておくことが考えられる。図５には、その具体例が示されている。なお、図５では各電極がＺ方向において重なっている為、１つの電極しか見えていない。
【００３７】
図６には、図２の実施形態で用いられる質量分析マグネット４の例が開示されている。図６（ａ）は、質量分析マグネット４の断面図で、図６（ｂ）に記載のｄ−ｄで示される一点鎖線に沿って、質量分析マグネット４を切断し、その切断面をＺ方向から見た時の様子を表している。この質量分析マグネット４では、ウィンドウフレーム型のヨーク１６に、イオンビーム３の経路に向けてＹ方向に沿った方向に突出した一対の磁極が形成されている。これらの磁極では、イオンビーム３の旋回半径の内側（図６（ａ）に示すＹ方向上側の磁極のｂ側）から外側（図６（ａ）に示すＹ方向上側の磁極のａ側）に向けて、Ｙ方向における磁極間寸法が狭くなるように磁極表面が傾けられている。図６（ｂ）はＸＺ平面上での質量分析マグネット４の様子を示す。図中のａ、ｂは図６（ａ）に記載されるＹ方向上側に位置する磁極の端部ａ、ｂに対応している。この図６（ｂ）示されるように、図６（ａ）に記載の磁極端部a、ｂ間の幅は、イオンビーム３の経路に沿って一定とされている。なお、図６（ｂ）に記載のＸ、Ｙ、Ｚの軸は質量分析マグネットへ入射するイオンビーム３に対するものである。この点は、後述する図１３についても同様である。
【００３８】
そして、一対の磁極には、それぞれ上側コイル１４、下側コイル１５が巻き回されており、これらのコイルに電流を流すことで、磁極間において、Ｙ方向下側から上側に向けて湾曲した磁界Ｂを発生させている。なお、上側コイル１４、下側コイル１５としては、各磁極に沿って、その周囲を覆うようなレーストラックコイルや鞍型コイルを用いれば良い。
【００３９】
図７は、図６に記載の質量分析マグネット内部を通過するイオンビームが受けるローレンツ力についての説明図である。
【００４０】
Ｙ方向の場所に応じて、イオンビームに作用するローレンツ力が異なる。その為、Ｙ方向に沿って代表点としてｅ１、ｅ２、ｅ３をとり、各点においてどのようなローレンツ力が発生し、それがイオンビーム３のＹ方向における発散にどのような影響を及ぼすのかについて、説明する。なお、代表点ｅ１、ｅ２、ｅ３は、それぞれ、磁界の向きが紙面右上方向へ向かう場所、磁界の向きがＹ方向と平行となる場所、磁界の向きが紙面左上へ向かう場所における任意の点である。
【００４１】
ローレンツ力（Ｆ）は、磁界を横切るイオンビームと磁界の向きに対して垂直に作用する。その為、ｅ１において、ローレンツ力（Ｆ）の向きは紙面右下方向となる。そして、このローレンツ力（Ｆ）は、図に示すようにＸ方向及びＹ方向に沿うベクトル成分ＦＸ、ＦＹに分けることが出来る。
【００４２】
ＦＸ成分によって、イオンビーム３はＸ方向へ偏向させられる。この偏向は、質量分析マグネット４でイオンビーム３を質量分析する際に用いられるものである。一方で、イオンビーム３は、ＦＹ成分によって、Ｙ方向下側（逆側）に向けて偏向させられる。
【００４３】
ｅ２でのローレンツ力（Ｆ）は、Ｘ方向に沿ったＦＸ成分のみとなる。ここではＹ方向におけるローレンツ力のベクトル成分が発生しないので、Ｙ方向へのイオンビームの偏向作用は働かない。
【００４４】
そして、ｅ３でのローレンツ力（Ｆ）の向きは紙面右上方向となる。このローレンツ力（Ｆ）をＸ方向及びＹ方向に沿うベクトル成分ＦＸ、ＦＹに分けると、ＦＹ成分がちょうどｅ１の場所で生じたローレンツ力（Ｆ）のＦＹ成分と反対方向に生じることがわかる。このＦＹ成分によって、ｅ３の場所では、イオンビーム３がＹ方向上側へ向けて偏向させられることになる。
【００４５】
上述したように、ｅ１の場所を通過するイオンビーム３はＹ方向下側へ向けて偏向させられ、ｅ３の場所を通過するイオンビーム３はＹ方向上側へ向けて偏向させられるので、イオンビーム３は全体としてＹ方向に沿って発散させられることになる。なお、イオンビームの発散の程度は、磁極対の傾斜角度や質量分析マグネット４の磁界Ｂの強さを、適宜、調整することで、所望のものに設定することが出来る。例えば、図６に記載の磁極対の傾斜角度を大きくすると、磁極対間に発生する磁界Ｂはさらに湾曲することになる。その場合、ｅ１、ｅ３の場所を通過するイオンビームに働くローレンツ力のＹ方向成分が大きくなるので、イオンビーム３のＹ方向への発散の程度をより大きなものにすることが出来る。
【００４６】
また、ｅ１、ｅ３の場所でのＦＸ成分は、ｅ２の場所でのＦＸ成分と比較して小さくなるので、各点におけるＸ方向へのイオンビームの偏向量に違いがあるように思われるかもしれないが、そうではない。ｅ１、ｅ３の場所での磁束密度は磁極に近い為に、ｅ２に比べて大きな値となる。その為、ｅ１、ｅ３の場所でのローレンツ力の全てがＦＸ成分とならなくても、イオンビーム３を均等にＸ方向に沿う方向へ偏向させ、質量分析することが可能となる。
【００４７】
図８には、本発明の他の実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道が示されている。この例では、図２と異なり、イオン源２から発散したイオンビーム３を射出させている。なお、この実施形態の質量分析マグネット４は、イオンビーム３をＹ方向に発散させる機能を有していない。
【００４８】
この実施形態におけるイオン源２の具体例が、図９に示されている。図９（ａ）に記載のイオン源２の構成と先の実施形態で説明した図３に記載のイオン源２とでは、プラズマ電極１１と抑制電極１２の対向面の形状が異なっている。この実施形態では、プラズマ電極１１と抑制電極１２との対向面において、プラズマ電極１１側の電極面を凸状にし、抑制電極１２側の電極面を凹状としている。
【００４９】
また、図９（ａ）では、引出し電極系の構成として、Ｙ方向に沿った略矩形状のスリットを有する電極を一例として挙げたが、これ以外に、例えば、図９（ｂ）に示すようにＸ方向に沿った略矩形状のスリットをＹ方向に沿って複数個配列された電極を用いても良い。
【００５０】
図１０には、図９に記載の引出し電極系を構成する各電極とそれらに印加される電圧との関係が描かれている。図１０（ａ）と図１０（ｂ）は、図９（ａ）と図９（ｂ）にそれぞれ対応している。印加される電圧の正負や各電極に対して印加される電圧による作用は、先の実施形態における図４で説明したものと同じである為、その説明を省略する。図１０（ｂ）には、図９（ｂ）に示したＹ方向に沿って配列された各スリットより引出されるイオンビーム３が破線で描かれている。この図１０（ｂ）に記載されているように、各スリットより引出されたイオンビーム３はＹ方向に発散して、互いに重なり合う。そして、最終的には、図１０（ａ）で示されるイオンビーム３と同等の外形を有するイオンビーム３としてイオン源２より射出されることになる。
【００５１】
図１１には、図９、図１０に示される各電極間を通過するイオンビーム３が、電極間で発生する電界Ｅによって、どのように偏向させられるのかが描かれている。ここで説明するイオンビーム３が偏向する原理については、図９（ａ）（図１０（ａ））、図９（ｂ）（図１０（ｂ））に例示したイオン源２で同じである。
【００５２】
図１１（ａ）には、プラズマ電極１１と抑制電極１２との間を通過するイオンビーム３が偏向させられる様子が、図１１（ｂ）には、抑制電極１２と接地電極１３との間を通過するイオンビーム３が偏向させられる様子が、それぞれ描かれている。各図に描かれる破線は等電位線であり、一点鎖線は電界を表している。また、実線は各電極に入射するイオンビーム３を表し、二点鎖線は各電極間で発生する電界によって偏向されたイオンビームを表している。
【００５３】
図１１（ａ）において、プラズマ電極１１側（図中、左側）は抑制電極１２側（図中、右側）よりも電位が高い為、等電位線に直交するようにプラズマ電極１１側から抑制電極１２側に向けて電界Ｅが発生する。そして、電極間に入射したイオンビーム３は、電界Ｅの影響を受けて、二点鎖線で描かれるようにＹ方向に広げられ、その後、抑制電極１２と接地電極１３との間に入射する。このイオンビーム３の偏向方向は、電極間に入射するイオンビームの進行方向を表す方向ベクトルと電極間に発生する電界の方向を表す方向ベクトルとの合成ベクトルでもって決定される。
【００５４】
図１１（ｂ）では、抑制電極１２側（図中、左側）は接地電極１３側（図中、右側）よりも電位が低い為、等電位線に直交するように接地電極１３側から抑制電極１２側に向けて電界Ｅが発生する。そして、電極間に入射したイオンビーム３は、電界の影響を受けてＹ方向に更に広げられる。このようにして、Ｙ方向におけるイオンビーム３の発散が達成される。
【００５５】
また、この例においても、各電極を多孔電極で構成することが考えられる。ただし、この実施形態の場合、先の実施形態において図５に示した構成のものとは異なっている。この点について、以下に説明する。
【００５６】
具体的には、図１２（ａ）に示される多孔電極を用いる。図１２（ａ）では、各電極に設けられた孔の中心位置がＹ方向において異なっていることが理解し易いように、図５のように各電極をＺ方向に重ねていない。ここでは、便宜上、各電極をＸ方向に並べている。実際に引き出し電極系としてこれらの電極を配置する場合には、Ｙ方向において真ん中に位置する行に設けられた電極孔に着目する。そして、各電極において、この行に設けられた電極孔の中心位置が、Ｘ方向とＹ方向とで一致するように、各電極をＺ方向に沿って配列させる。
【００５７】
図１２（ａ）には、７行４列で構成される多孔電極のＹ方向における３つの位置（ｃ１、ｃ２、ｃ３）に、Ｘ方向沿って補助線（図中の破線を参照）が描かれている。まず、Ｙ方向において、電極の中央に位置するｃ２位置（４行目）に引かれた補助線に着目すると、各電極（１１〜１３）に設けられた多孔電極の中心位置が一致していることが理解出来る。よって、このｃ２位置の電極孔を通過するイオンビームは図５で示した実施形態と同様にＺ方向に沿って真っ直ぐに進むことになる。
【００５８】
次に、ｃ３位置（７行目）に引かれた補助線に着目すると、Ｙ方向において、各電極（１１〜１３）に設けられた孔の中心位置が異なっていることがわかる。具体的には、抑制電極１２の電極孔が、他の電極に設けられた電極孔に比べて、Ｙ方向側にずれている。このような構成の電極孔を通過するイオンビーム３の軌跡が図１２（ｂ）に描かれている。
【００５９】
図１２（ｂ）では、ｃ３位置にある１つの電極孔に着目している。アークチャンバー１０内に発生したプラズマ（図中、ハッチングしている部分）から各電極孔を通じてイオンビーム３が引き出される。引き出されたイオンビーム３はおおよそ電極孔の中心位置のずれ方向に応じて偏向される。抑制電極１２に設けられた孔の中心位置は、プラズマ電極１１に設けられた孔の中心位置よりもＹ方向側にずれている。その為、イオンビーム３は各電極間に発生する電界の影響を受けて、Ｙ方向側に偏向されることになる。これとは反対に、抑制電極１２と接地電極１３に設けられた孔の中心位置を比較すると、接地電極１３に設けられた孔の中心位置が抑制電極１２に設けられた孔の中心位置よりもＹ方向逆側にずれているので、ここではイオンビーム３がＹ方向逆側へ偏向されることになる。このようにして各電極での孔の中心位置を異ならせることで、そこを通過するイオンビームを偏向させることが可能となる。この例では、ｃ２位置よりもＹ方向逆側（ｃ３側）に位置する５行目、６行目の電極孔に関しても、ｃ３位置にある電極孔と同じ構成にしているので、これらの電極孔を通過するイオンビーム３もＹ方向の逆側へ向けて偏向されることになる。
【００６０】
一方、ｃ１位置（１行目）に引かれた補助線に着目すると、抑制電極１２に設けられた孔の中心位置が、他の電極に設けられた孔の中心位置と比べて、Ｙ方向逆側にずれていることがわかる。その為、ｃ１位置を通過するイオンビーム３は、先に説明したｃ３位置を通過するイオンビーム３とは逆に、図１２（ｃ）に描かれているように、最終的にはＹ方向側に偏向されることになる。なお、ｃ２よりもＹ方向側に配置された２行目、３行目の電極孔に関しても、ｃ１位置にある電極孔と同じ構成にしているので、これらの電極孔を通過するイオンビーム３もＹ方向に向けて偏向されることになる。
【００６１】
上記のようにして、各電極に設けられた電極孔の中心位置を設定しているので、Ｙ方向に沿ってイオンビーム３が発散することになる。上記実施形態では、１行目〜３行目あるいは５行目〜７行目に配置された各電極における電極孔の中心位置の関係が同じになるように設定しているが、これを異ならせても良い。例えば、抑制電極１２に設けられた電極孔の中心位置と他の電極に設けられた電極孔の中心位置のずれ量が、１行目〜３行目にかけて徐々に大きくなるように設定しても良い。また、反対に徐々に小さくなるように設定しても良い。５行目〜７行目に配置された電極孔の関係も、１行目〜３行目に配置された電極孔と同じく、各行における電極孔の中心位置の間隔を広げたり、狭めたりして、行毎に異なる設定を用いても良い。さらに、４行目（ｃ２位置）を中心にして、Ｙ方向において、イオンビーム３の広がりが非対称となるように各電極の電極孔を構成しておいても良い。
【００６２】
図１３は、図８に示す実施形態で用いられる質量分析マグネット４である。この実施形態での質量分析マグネット４は、イオンビーム３を発散させる機能を有していない。その為、Ｙ方向に設けられた一対の磁極は、ＸＹ平面で見た場合、Ｘ方向に略平行な形状をしている。この実施形態では、イオン源２より発散されたイオンビーム３が射出されるので、Ｚ方向へ向かうにつれて徐々に大きくなるイオンビーム３の寸法を許容できる程度、質量分析マグネット４の磁極間の寸法を大きくしておく必要がある。その他の点については、別の実施形態として図６で説明した質量分析マグネット４の構成と同じである為、ここではその説明を省略する。
【００６３】
図１４は、本発明の更なる実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビーム３の軌道が示されている。
【００６４】
この実施形態は、イオン源２よりＺ方向に対してα１の角度で発散するイオンビーム３を射出し、質量分析マグネット４でこのイオンビーム３を更に発散させて、最終的に、ガラス基板７に対してイオンビーム３がα２の角度をもって照射されるように構成されている。先の実施形態では、イオン源２と質量分析マグネット４のいずれかを用いて、イオンビーム３を発散させていたが、ここではその両方を用いて２段階でイオンビーム３を発散させている。
【００６５】
この実施形態において、イオン源２および質量分析マグネット４の具体的な構成としては、これまでの実施形態の中で説明したものを、組み合わせれば良い。例えば、イオン源２としては図９〜１２で説明された構成のものを用いる。一方で、質量分析マグネット４としては図６、７で説明した構成のものを用いる。そして、各部材によるイオンビーム３の発散の程度が所望のものとなるように、引出し電極系の電極形状、電極孔の配置、質量分析マグネットでの磁極の傾き等を適切に設定し、最終的にガラス基板７に対してイオンビーム３が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下の照射角度をもって照射されるようにする。
【００６６】
また、イオン源２と質量分析マグネット４との間に、両部材とは別に、イオン源２から射出されたイオンビーム３をＹ方向へ発散させる部材を配置させても良い。図１５には、一例として、イオン源２より平行に射出されたイオンビーム３を発散させる偏向電磁石１７が記載されている。この実施形態で使用されるイオン源２と質量分析マグネット４は、先の実施形態で述べた図３〜５に記載のイオン源と、図１３に記載の質量分析マグネットとを使用すればよい。
【００６７】
より具体的には、図１６に偏向電磁石１７の一例が示されている。図１６（ａ）には、図１５に記載のｆ―ｆで示される一点鎖線で偏向電磁石１７を切断し、その切断面をＺ方向から見た時の様子が描かれている。そして、図１６（ｂ）には、図１６（ａ）をＸ方向から見た時の平面図が示されている。
【００６８】
偏向電磁石は、図１６（ａ）に描かれているように、イオンビーム３をその短辺方向であるＸ方向から挟む一対のヨーク１８、１９を備えている。そして、それぞれのヨークには、Ｙ方向に沿っておおよそイオンビーム３を２等分するように２つのコイルが巻き回されており、各ヨークに巻き回されたそれぞれのコイルは、Ｘ方向においてイオンビーム３を挟んで互いに対向している。さらに、各ヨークに設けられたコイルで、Ｙ方向上側に位置するコイルを上側コイル（２２、２３）とし、Ｙ方向下側に位置するコイルを下側コイル（２０、２１）とした時、上側コイル間では、Ｘ方向に磁界Ｂを発生させ、下側コイル間ではＸ方向と逆向きに磁界Ｂを発生させるように、各コイルに対して電流が供給しておく。
【００６９】
このような磁界Ｂを発生させることによって、上側コイル（２２、２３）間を通過するイオンビーム３はＹ方向へ偏向され、下側コイル（２０、２１）間を通過するイオンビーム３はＹ方向と逆側へ偏向される。この偏向によって、図１６（ｂ）に描かれているようにイオンビーム３全体をＹ方向へ発散させることが可能となる。
【００７０】
ガラス基板７へ照射されるイオンビーム３の照射角度を計測する構成については、図１７にその一例が記載されている。図１７のイオン注入装置１は、分析スリット５の直後にビーム制限手段２４を備えている。ビーム制限手段２４では、イオンビーム３のＹ方向における一部のみを通過させる。そして、ビーム制限手段２４を通過したイオンビーム３をビームプロファイラー９で検出する。その後、Ｚ方向におけるビーム制限手段２４とビームプロファイラー９との間の距離、Ｙ方向におけるビーム制限手段２４の開口中心位置とビームプロファイラー９に照射されるイオンビーム３の端部位置との間の距離に応じて、制御装置２５にて、イオンビーム３のガラス基板７への照射角度の算出が行われる。この算出に至るまでの経緯を、図１８〜図２０を用いて以下に詳述する。
【００７１】
質量分析型のイオン注入装置１において、Ｘ方向におけるイオンビーム３の寸法は分析スリット５の近傍で最小となる（図１７中のイオンビーム３の外形を示す一点鎖線を参照）。ビーム制限手段２４はイオンビーム３の一部のみを通過させるように作用する。その為、イオンビーム３の全体を覆うだけの寸法が必要となるが、分析スリット５の後段位置であれば、Ｘ方向でのイオンビーム３が集束しているので、ビーム制限手段２４のＸ方向の寸法を小さくしておくことが出来るといったメリットがある。なお、図１７では分析スリット５の後段にビーム制限手段２４を配置させているが、分析スリット５の前段に配置させておいても良い。
【００７２】
図１８（ａ）にはビーム制限手段２４の一例が記載されている。この例において、ビーム制限手段２４はＸ方向に沿って独立して移動可能な複数のシャッター２６で構成されており、各シャッター２６は、Ｚ方向に互い違いに位置ずれしながらＹ方向に沿って配列されている（図１０（ｂ）を参照）。各シャッター２６にはボールナットが取り付けられており、これがＸ方向に沿って延出されたボールねじと螺合する。そして、モーター２７によって各ボールねじを正逆に回転させることで、Ｘ方向への各シャッター２６の移動を可能にしている。
【００７３】
図１９（ａ）には、ビーム制限手段２４の別の例が記載されている。先の例と違って、この例ではシャッターがＹ方向に沿って移動するように構成されている。各シャッター２８〜３０をＹ方向に沿って移動させる機構は、先の例と同じく、各シャッターに設けられたボールナット、ボールナットと螺合するボールねじ、各ボールねじを回転させるモーター３１によって構成されている。なお、この例におけるシャッター２８〜３０もＺ方向に互い違いに位置ずれしながらＹ方向に沿って並べられている（図１９（ｂ）を参照）。なお、Ｙ方向における装置寸法を考慮しないのであれば、シャッター２８〜３０の３枚のシャッターからなる構成に代えて、シャッター２８あるいはシャッター２９とシャッター３０よりなる２枚のシャッターからなる構成を、ビーム制限手段として用いても良い。
【００７４】
図１８、図１９に例示した複数枚のシャッターを、適宜、Ｘ方向あるいはＹ方向へ移動させることで、Ｙ方向の任意の位置において、イオンビームを部分的に通過させる為のスリットを形成させることが可能となる。このようなスリットをＹ方向に沿って、順次、形成していくとともに、イオンビーム３のガラス基板７への照射角度の計測が行われる。
【００７５】
図２０には、ビーム制限手段２４を通過したイオンビーム３の一部がビームプロファイラー９に照射されている様子が描かれている。この例では、ビームプロファイラー９はＹＺ平面内でガラス基板７のイオンビーム３が照射される面と平行に配置されているものとする。ビーム制限手段２４を通過したイオンビーム３はＹ方向において広がりを有している。この広がりはＹ方向の上下で対称な場合もあるが、非対称な場合もある。Ｙ方向側に広がるイオンビーム３の照射角度をα３、Ｙ方向と逆側に広がるイオンビーム３の照射角度をα４とする。それぞれの照射角度は、Ｚ方向とＹ方向のパラメーターによって算出することが出来る。具体的には、ビーム制限手段２４とビームプロファイラー９とのＺ方向における距離（Ｚ２−Ｚ１）と、ビーム制限手段２４で形成されるスリットの中心位置とビームプロファイラー９で検出されるイオンビーム３のＹ方向におけるビーム端部までの距離（Ｙ１、Ｙ２）とによって算出することが可能となる。
【００７６】
この例ではイオンビーム３が照射されるガラス基板７の面とビームプロファイラー９とが、互いに平行にＹ方向に沿って配置されているとしているが、これに限らず、ガラス基板７をＹ方向に対して傾斜させておいても良い。このような場合であっても、Ｙ方向に対するガラス基板７の傾斜角度の情報を制御装置２５へ設定あるいは送信するような手段を設けておくことで、制御装置２５にて算出されたＹ方向に沿って配置されているビームプロファイラー９へのイオンビーム３の照射角度を基にして、ガラス基板７へ照射されるイオンビーム３の照射角度を導き出すことが可能となる。
【００７７】
このようにしてガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度の算出を行った結果、照射角度が所望範囲内にない場合には、所望の範囲内に収まるようにイオンビーム発散手段であるイオン源２、質量分析マグネット４、偏向電磁石１７等の磁場や電場、あるいは電極配置、電極構造、磁極構造等を適切に設定し直すようにしても良いし、イオン注入装置１のオペレーターに対して許容範囲内からずれていることを知らせる何らかの警報を出力させるような仕組みを設けておいても良い。いずれにしろ、このような照射角度を計測する仕組みを設けておくことで、イオン注入処理に先立って、ガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度が正しいものであるかどうかを確認することが出来る。
＜その他の変形例＞
【００７８】
上記した実施形態において、イオン源２は、バーナス型、フリーマン型、バケット型、傍熱型のいずれのタイプのイオン源でも構わない。
【００７９】
さらに、上記した偏向電磁石１７とは別に、イオン源２と質量分析マグネット４との間に、磁場あるいは電場によってイオンビーム３をその長辺方向に走査する走査器を設けておき、これを用いて、イオンビーム３を発散させるようにイオン注入装置を構成しておいても良い。
【００８０】
なお、図１５の例では、イオン源２や質量分析マグネット４でイオンビーム３を発散させずに、 偏向電磁石１７でイオンビーム３をＹ方向において発散させる構成としているが、本発明はこれに限られない。つまり、これまでの実施形態で既に述べてきたイオン源２や質量分析マグネット４での発散作用と偏向電磁石１７での発散作用とを組み合わせるような構成であっても良い。走査器を配置する場合も、同様のことが言える。
【００８１】
また、上記した実施形態では、イオンビームとして正の電荷を有するイオンビームを想定していたが、負の電荷を有するイオンビームであっても構わない。この場合、イオンビームを偏向させるマグネットでの磁場の方向やイオン源２の引出し電極系に印加する電圧の極性を逆に設定しておけば良い。
【００８２】
その上、上記した実施形態では、ガラス基板７を支持するホルダー８の角度は一定であったが、ホルダーをＸ軸周りに回動させる機構を設けておいて、イオン源２等によるイオンビーム３の発散作用と組み合わせることで、ガラス基板７に照射されるイオンビーム照射角度（広がり角度）を調節するようにしても良い。
【００８３】
その上さらに、図１７に示すように制御装置２５を備えておき、予め決められたプログラムに基づいて照射角度の算出を行うようにしても良いが、制御装置２５を備えることは必須ではない。例えば、Ｙ方向におけるビーム制限手段２４で形成されるスリットの中心位置、ビームプロファイラー９で検出されるＹ方向でのビーム端部位置、ビーム制限手段２４とビームプロファーラー９とのＺ方向における位置といった各種情報をモニターに表示させておくことで、イオン注入装置のオペレーターが計算して、照射角度が所望するものであるかどうかの確認を行うようにしても良い。
【００８４】
その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
【符号の説明】
【００８５】
１．イオン注入装置
２．イオン源
３．イオンビーム
４．質量分析マグネット
５．分析スリット
６．処理室
７．ガラス基板
８．ホルダー
９．ビームプロファイラー
１０．アークチャンバー
１１．プラズマ電極
１２．抑制電極
１３．接地電極
１７．偏向電磁石
２４．ビーム制限手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス基板に対してイオン注入処理を施すイオン注入装置で、特に、イオンビームをその進行方向に沿って平行となるように整形する平行化レンズを有さない質量分析型のイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置は、生産装置であるところの基本的性格から、生産性の高い装置であることが必須である。また、シリコン等のウェーハにイオン注入を行って半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造用のイオン注入装置は、デバイスの微細化（集積密度）がムーアの法則に沿って進展するため、微細化のための種々の要素技術を装置に付加していくこと、即ち「微細化への対応」が、「生産性の向上」ということに加えて要求される。
【０００３】
一方、ガラス基板にイオン注入を行ってＦＰＤパネルを製造するＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）パネル製造用イオン注入装置では、注入プロセスを適用する最終デバイスが人間の視認のための表示パネルであることから、基本的には人間の目の分解能以上の微細化は不要である。その為、このようなイオン注入装置への技術的要求は、生産性を向上させるための装置技術が、専ら、重要となる。
【０００４】
ＦＰＤパネル製造用イオン注入装置の一例として、特許文献１に記載の装置が挙げられる。このイオン注入装置は、主に、広がり角度を有するイオンビームを発生させるイオン源と、当該イオンビームから所望のイオンのみを抜き出すイオン分析器と、イオン分析器を通過したイオンビームを略平行ビームにする為の４重極子デバイスと、４重極子デバイスをイオンビームの進行方向に移動可能に支持する移動台と、ターゲット基板が配置される処理部とから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３９９９６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＰＤパネルの製造プロセスでは、デザインルール上、０．３μm 以上であれば全く問題はない。この理由は、それよりもデバイスの配線寸法を細かくして微細化を促進させても、もはや人間が認識できるものではない為である。
【０００７】
一方、微細化が不断に進む半導体デバイスの製造プロセスに用いられるイオン注入装置では、デザインルールが０．２μmとなったプロセス以降、イオンビームの輸送経路に平行化マグネットを設けて、当該マグネットによって平行化されたイオンビームをターゲット（シリコン等のウェーハ）に照射することが一般となった。しかしながら、それまでのデザインルールでは、走査器にて角度走査されたイオンビーム、すなわち、ターゲットへのイオンビームの照射角が平行でないイオンビーム（最大角度幅で約±２．５度）を使うのが通常であり、それで十分であった。
【０００８】
したがって、０．３μm以上のデザインルールを使うＦＰＤパネル製造用のイオン注入装置では、本来、平行ビームで基板を処理する必要はないと考えられるが、特許文献１に挙げられるＦＰＤ製造用のイオン注入装置には、半導体製造用のイオン注入装置と同じように平行化レンズとして四重極子レンズが設けられていた。
【０００９】
半導体製造装置の生産性を示す指標の一つに、ＣОО（コストオブオーナーシップ）がある。この指標は、主に装置のコストパフォーマンスに関連している。昨今、半導体製造装置の製造にあたっては、ＣООの低減は必須とされている。その為、一定の生産性を保ちながら余分なコストを削減する取り組みとして、余分な機能を排除することや装置寸法を小さくする等の取り組みがなされている。
【００１０】
ガラス基板寸法の大型化に伴って、ＦＰＤパネル製造用のイオン注入装置で扱われるイオンビームの寸法も大きくなってきている。平行化レンズは、イオン注入がなされるガラス基板の直前に配置される。特許文献１に記載のように、イオンビームの輸送経路の上流側に位置するイオン源側のイオンビームの寸法に比べて、下流側に位置するガラス基板の直前ではその寸法が非常に大きなものになっている。このように大きな寸法を有するイオンビームを平行に整形させる為に、平行化レンズの寸法も大きなものにしなければならなかった。大型の平行化レンズを配置する分、平行化レンズを備えたイオン注入装置では、装置全体の寸法が大きくなる。そうなると、半導体工場内に大型の装置を設置するだけのスペースを確保しなければならない。また、大型の平行化レンズを製造するのにかかる費用は高いので、その分、イオン注入装置の価格が高騰する。このような理由から、平行化レンズを備えたイオン注入装置では、ＣООの低減が困難とされてきた。
【００１１】
そこで本発明では、平行化レンズを用いずに、ガラス基板に対してのイオン注入を実現するＣООに優れたイオン注入装置を提供することを所期課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明に係るイオン注入装置は、リボン状のイオンビームをガラス基板に照射する質量分析型のイオン注入装置であって、イオン源から質量分析マグネットまでの前記イオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を備えており、前記イオンビーム発散手段は、前記イオンビームの長辺方向と前記イオンビームの進行方向からなる平面において、前記ガラス基板上に引かれた垂線と前記ガラス基板に入射する前記イオンビームとの成す角度である前記イオンビームの照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるように、前記イオンビームをその長辺方向に発散させることを特徴としている。
【００１３】
上記したように、平行化レンズを用いる代わりに、イオン源から質量分析マグネットまでの比較的上流側に位置するイオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を設け、これを用いてガラス基板へ照射されるイオンビームの照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるようにリボン状イオンビームを、その長辺方向に発散させる構成としているので、装置寸法の小型化や装置価格を下げることが可能となり、ひいては、イオン注入装置のＣООを低減させることが出来る。
【００１４】
また、前記イオンビーム発散手段は、前記イオン源や前記質量分析マグネット、あるいはその両方で構成されていることが望ましい。
【００１５】
このようなものをイオンビーム発散手段として用いた場合、従来備えられている部材の一部の構成を改良する程度となるので、新たな部材を製造する場合に比べて、製造コストが安価で済む。
【００１６】
前記イオンビームの長辺方向における一部を選択的に通過させるビーム制限手段と、前記ビーム制限手段を通過した前記イオンビームの長辺方向におけるビーム端部を検出するビームプロファイラーとを更に備えていることが望ましい。
【００１７】
このようなビーム制限手段とビームプロファイラーとを備えることによって、イオンビームの照射角度が所望するものであるかどうかの確認を行うことが出来る。
【００１８】
前記ビーム制限手段は、前記イオンビームの輸送経路において、前記イオンビームの質量分析を行う分析スリットに隣接して設けられていることが望ましい。
【００１９】
リボン状のイオンビームは、その短辺方向が分析スリット位置で集束する。その為、分析スリットに隣接してビーム制限手段を配置しておくと、ビーム制限手段の寸法を小さなものにしておくことが出来る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、平行化レンズを用いる代わりに、イオン源から質量分析マグネットまでの比較的上流側に位置するイオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を設け、これを用いて、ガラス基板へ照射されるイオンビームの照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるようにリボン状イオンビームを、その長辺方向に発散させる構成としているので、装置寸法の小型化や装置価格を下げることが可能となり、ひいては、イオン注入装置のＣООを低減させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示すＸＺ平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図３】図２に記載のイオン源の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に記載のイオン源の平面図である。
【図５】図３に記載のイオン源を構成する引出し電極系の他の実施例である。
【図６】図２に記載の質量分析マグネットの一例で、（ａ）は質量分析マグネットの断面図であり、（ｂ）はＸＺ平面における磁極幅の変化を表す。
【図７】図６に記載の質量分析マグネット内部を通過するイオンビームが受けるローレンツ力についての説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図９】図８に記載のイオン源の一例を示す斜視図で、（ａ）はＹ方向に沿った略矩形状のスリットを有する引出し電極系で、（ｂ）はＸ方向に沿った略矩形状のスリットを有する引出し電極系である。
【図１０】図９に記載のイオン源の平面図で、（ａ）は図９（ａ）に対応する平面図であり、（ｂ）は図９（ｂ）に対応する平明図である。
【図１１】各電極間を通過するイオンビームに発生する偏向作用を表し、（ａ）はプラズマ電極と抑制電極間で発生する作用で、（ｂ）は抑制電極と接地電極間で発生する作用を表す。
【図１２】図９に記載のイオン源を構成する引出し電極系の他の実施例で、（ａ）は各電極に設けられた電極孔のＹ方向における中心位置の関係を表す。（ｂ）は図１２の（ａ）に記載のｃ２よりもＹ方向逆側に位置する電極孔を通過するイオンビームが偏向される様子を表し、（ｃ）は図１２の（ａ）に記載のｃ２よりもＹ方向側に位置する電極孔を通過するイオンビームが偏向される様子を表す。
【図１３】図８に記載の質量分析マグネットの一例で、（ａ）は質量分析マグネットの断面図であり、（ｂ）はＸＺ平面における磁極幅の変化を表す。
【図１４】本発明の更なる実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図１５】本発明の別の実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道を示す。
【図１６】図１５に記載の偏向電磁石の一例を表す図面であり、（ａ）は偏向電磁石の断面図であり、（ｂ）はＹＺ平面から見た偏向電磁石の様子を表す。
【図１７】本発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示すＸＺ平面図で、照射角度を計測する手段を備えた例である。
【図１８】図１７に記載のビーム制限手段の一例であって、（ａ）はＸＹ平面での様態を表し、（ｂ）ＹＺ平面での様態を表す。
【図１９】図１７に記載のビーム制限手段の別の例であって、（ａ）はＸＹ平面での様態を表し、（ｂ）ＹＺ平面での様態を表す。
【図２０】イオンビームのガラス基板への照射角度の計測例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明で取り扱うイオンビームはリボン状のイオンビームである。ここで言うリボン状のイオンビームとは、イオンビームの進行方向に直交する平面でイオンビームを切断した時、その切断面が矩形状を成すイオンビームのことを言う。また、本発明では、リボン状のイオンビームの進行方向を常にＺ方向とし、当該Ｚ方向と直交する２方向であって、リボン状のイオンビームの長辺に沿う方向をＹ方向とし、短辺方向に沿う方向をＸ方向としている。よって、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、イオン注入装置内のイオンビームの輸送経路の場所に応じて、適宜、変更されるものとする。
【００２３】
図１は、本発明で用いられるイオン注入装置１のＸＹ平面図である。イオン源２より射出されたイオンビーム３は、質量分析マグネット４と分析スリット５により質量分析され、所望のイオンのみがガラス基板７へ照射されるように、処理室６内に導かれる。図１中に記載される破線は、イオンビーム３の中心軌道を表す。
【００２４】
処理室６内で、ガラス基板７はホルダー８によって支持され、図示されない駆動機構によって、イオンビーム３を横切るように、Ｘ方向と略平行な矢印Ａで示される方向に往復搬送される。この駆動機構については、従来から用いられているものであれば良い。
【００２５】
例えば、処理室６の外部に設けられたモーターによって正逆に回転可能なボールねじを、真空シールを介して、処理室６内に導入しておき、このボールねじに、回転運動を直線運動に変換するボールナットを螺合させ、最終的にこのボールナットとホルダー８とを接続させることで、矢印Ａで示される方向へのホルダー８の搬送を可能とする機構や、処理室６の外部に設けられたモーターによって矢印Ａで示される方向に沿って移動可能なシャフトを、真空シールを介して、処理室７内に導入しておき、このシャフトの端部にホルダー８を支持させることで、矢印Ａ方向へのホルダー８の搬送を可能とする機構を用いることが考えられる。
【００２６】
また、処理室６にはイオンビーム３の長辺方向であるＹ方向の電流密度分布を計測する為のビームプロファイラー９が設けられおり、ここでの計測結果は、ビーム電流密度分布の調整に用いられる。当該計測結果を用いた電流密度分布の調整の例としては、イオン源２を、複数のフィラメントがＹ方向に沿って配列されたイオン源としておき、ビームプロファイラー９での計測結果に応じて、各フィラメントに流す電流量を調整するといった構成のものが考えられる。もちろん、複数のフィラメントを備えたイオン源２の他に、イオンビームの輸送経路にマルチポールを備えた磁界レンズやイオンビームの長さ方向に沿って多段に配列された複数枚の電極を有する電界レンズを設けておき、ビームプロファイラー９での計測結果に応じて、ポールの位置や電極に印加する電圧を調整するといった構成のものを用いても良い。ビームプロファイラー９としては、複数個のファラデーカップをＹ方向に沿って配列した構成のものや単一のファラデーカップをＹ方向に沿って移動させる構成のものが考えられる。
【００２７】
図２には、本発明の一実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビーム３の軌道が示されている。この図２は図１のイオン注入装置１の別平面での様態を描いたものである。ただし、本発明の特徴部分であるイオンビーム３の軌道が理解し易いように、図１に記載のイオン注入装置１の構成を要約して描いている為、図１に記載のイオン注入装置１の構成と正確に一致しているわけではない。後述する図８、図１４、図１５においても同様の記載方法を用いている。なお、これらの図面に記載されているＸ、Ｙ、Ｚのそれぞれの軸は、処理室６に入射するイオンビーム３に対して設定されているものである。前述したように、イオンビーム３が通過する場所によっては、図面に記載されているＸ、Ｙ、Ｚの軸とは異なる軸が設定されることになる。
【００２８】
図２に示される例では、イオン源２より平行なイオンビーム３を射出させ、質量分析マグネット４で、ガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるようにその長辺方向にイオンビーム３を発散させている。Ｙ方向におけるイオンビーム３の寸法は、ガラス基板７の寸法よりも大きい。その為、ガラス基板７を支持するホルダー８を図１のＸ方向に略平行な矢印Ａで示される方向に移動させることで、ガラス基板７の全面に対するイオンビーム３の照射を可能としている。なお、後述する図８、図１４、図１５、図１７の例においても、ガラス基板７の全面にイオンビーム３を照射する構成は、ここで説明した構成と同じである。
【００２９】
本発明におけるイオンビーム３の照射角度は、ＹＺ平面において、ガラス基板７の面上に引かれた垂線とガラス基板７へ入射するイオンビーム３とが成す角度で定義される。ただし、イオンビーム３が入射する側のガラス基板７の面と、その裏面およびガラス基板７を支持するホルダー８の面とが互いに平行となる関係である場合には、ホルダー８の面上に引かれた垂線をガラス基板７上に引かれた垂線と見ることが出来る。図２や後述する図８及び図１４では、ガラス基板７とホルダー８との面が前述したように互いに平行な関係となっている。その為、これらの図では、ホルダー８上に引かれた垂線とイオンビーム３との成す角度（例えば、図２中のα）をイオンビームの照射角度（広がり角度）としている。
【００３０】
本発明では、任意のデザインルールの時に許容される最大の照射角度の値を許容発散角度と呼んでいる。この角度は、次のようにしてデザインルールに従って設定されている。まず、人の視覚によって認識出来るかどうかで、デバイス製造時の微細化のレベルが決定される。そして、微細化のレベルに応じてデバイスの回路配線等の寸法に関するデザインルールが決定される。このデザインルールに従って、デバイスを製造することになるが、デザインルールによっては、前述したイオンビームの照射角度の許容される最大値が異なってくる。例えば、デザインルールで回路配線の寸法が０．３μｍの場合に、許容出来るレベルの特性のデバイスを製造するには、イオンビームの照射角度が最大で２．５度までの範囲に収まらなければならない。一方で、デザインルールで回路配線の寸法が１μｍと大きい場合には、許容出来るレベルの特性のデバイスを製造するには、イオンビームの照射角度が最大で３度程度までの範囲に収まらなければならない。本発明では製造されるデバイスの特性を考慮し、ガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度を０度よりも大きく許容発散角度以下になるように設定している。
【００３１】
また、イオンビーム３を発散させることは、ガラス基板７の大型化に対して、次の点で有利に働く。ガラス基板７の寸法は、液晶製品の大型化に伴って、年々大型化している。イオン源から平行なイオンビームを射出させ、それをガラス基板へ照射するタイプのイオン注入装置では、イオン注入装置を構成する各部材を大きなものに変更することが必要となる。
【００３２】
一方、本発明のような発散ビームを用いた場合、イオンビームを発散させた場所からガラス基板までの距離に応じてイオンビームの寸法が大きくなるので、前述したようなタイプのイオン注入装置に比べて、イオン源等の部材を小さなものにすることが出来る。更に、特許文献１に記載のような平行化レンズを備えたイオン注入装置と比べても、イオンビームを平行化させない分、イオンビームの寸法を更に大きなものにすることが可能となる。
【００３３】
イオン源２のより具体的な構成の一つが、図３に示されている。このイオン源２は、アークチャンバー１０よりＺ方向に平行なイオンビーム３を引出す為のプラズマ電極１１、抑制電極１２、接地電極１３からなる引出し電極系を有しており、各電極にはイオンビーム３を通過させる為の略矩形状のスリットが設けられている。また、本発明のイオン源２において、プラズマ電極１１はアークチャンバー１０の蓋を兼ねており、両者は電気的に接続されているものとする。
【００３４】
図４には、図３に記載の引出し電極系を構成する各電極とそれらに印加される電圧との関係が描かれている。なお、本発明では、正の電荷を有するイオンビームを想定しており、後述する他の実施形態においても同様である。
【００３５】
アークチャンバー１０から引出されるイオンビーム３のエネルギーは、アークチャンバー１０に電気的に接続されたプラズマ電極１１と接地電極１３との電位差Ｖ１でもって決定される。そして、抑制電極１２には、イオンビーム３の進行方向逆側からの電子の流入を防止する為に、Ｖ２の負電圧が印加されている。
【００３６】
図３の引出し電極系を構成する各電極は、イオンビーム３を通過させる為に略矩形状のスリットを有していたが、この構成の代わりに、大電流で小さい発散角度のイオンビームを引出す場合に使用される多孔電極を用いても良い。その場合、例えば、Ｘ方向及びＹ方向における各電極に設けられた各孔の中心位置をぴったり合わせて、３枚の多孔電極をＺ方向に配列させておくことが考えられる。図５には、その具体例が示されている。なお、図５では各電極がＺ方向において重なっている為、１つの電極しか見えていない。
【００３７】
図６には、図２の実施形態で用いられる質量分析マグネット４の例が開示されている。図６（ａ）は、質量分析マグネット４の断面図で、図６（ｂ）に記載のｄ−ｄで示される一点鎖線に沿って、質量分析マグネット４を切断し、その切断面をＺ方向から見た時の様子を表している。この質量分析マグネット４では、ウィンドウフレーム型のヨーク１６に、イオンビーム３の経路に向けてＹ方向に沿った方向に突出した一対の磁極が形成されている。これらの磁極では、イオンビーム３の旋回半径の内側（図６（ａ）に示すＹ方向上側の磁極のｂ側）から外側（図６（ａ）に示すＹ方向上側の磁極のａ側）に向けて、Ｙ方向における磁極間寸法が狭くなるように磁極表面が傾けられている。図６（ｂ）はＸＺ平面上での質量分析マグネット４の様子を示す。図中のａ、ｂは図６（ａ）に記載されるＹ方向上側に位置する磁極の端部ａ、ｂに対応している。この図６（ｂ）示されるように、図６（ａ）に記載の磁極端部a、ｂ間の幅は、イオンビーム３の経路に沿って一定とされている。なお、図６（ｂ）に記載のＸ、Ｙ、Ｚの軸は質量分析マグネットへ入射するイオンビーム３に対するものである。この点は、後述する図１３についても同様である。
【００３８】
そして、一対の磁極には、それぞれ上側コイル１４、下側コイル１５が巻き回されており、これらのコイルに電流を流すことで、磁極間において、Ｙ方向下側から上側に向けて湾曲した磁界Ｂを発生させている。なお、上側コイル１４、下側コイル１５としては、各磁極に沿って、その周囲を覆うようなレーストラックコイルや鞍型コイルを用いれば良い。
【００３９】
図７は、図６に記載の質量分析マグネット内部を通過するイオンビームが受けるローレンツ力についての説明図である。
【００４０】
Ｙ方向の場所に応じて、イオンビームに作用するローレンツ力が異なる。その為、Ｙ方向に沿って代表点としてｅ１、ｅ２、ｅ３をとり、各点においてどのようなローレンツ力が発生し、それがイオンビーム３のＹ方向における発散にどのような影響を及ぼすのかについて、説明する。なお、代表点ｅ１、ｅ２、ｅ３は、それぞれ、磁界の向きが紙面右上方向へ向かう場所、磁界の向きがＹ方向と平行となる場所、磁界の向きが紙面左上へ向かう場所における任意の点である。
【００４１】
ローレンツ力（Ｆ）は、磁界を横切るイオンビームと磁界の向きに対して垂直に作用する。その為、ｅ１において、ローレンツ力（Ｆ）の向きは紙面右下方向となる。そして、このローレンツ力（Ｆ）は、図に示すようにＸ方向及びＹ方向に沿うベクトル成分ＦＸ、ＦＹに分けることが出来る。
【００４２】
ＦＸ成分によって、イオンビーム３はＸ方向へ偏向させられる。この偏向は、質量分析マグネット４でイオンビーム３を質量分析する際に用いられるものである。一方で、イオンビーム３は、ＦＹ成分によって、Ｙ方向下側（逆側）に向けて偏向させられる。
【００４３】
ｅ２でのローレンツ力（Ｆ）は、Ｘ方向に沿ったＦＸ成分のみとなる。ここではＹ方向におけるローレンツ力のベクトル成分が発生しないので、Ｙ方向へのイオンビームの偏向作用は働かない。
【００４４】
そして、ｅ３でのローレンツ力（Ｆ）の向きは紙面右上方向となる。このローレンツ力（Ｆ）をＸ方向及びＹ方向に沿うベクトル成分ＦＸ、ＦＹに分けると、ＦＹ成分がちょうどｅ１の場所で生じたローレンツ力（Ｆ）のＦＹ成分と反対方向に生じることがわかる。このＦＹ成分によって、ｅ３の場所では、イオンビーム３がＹ方向上側へ向けて偏向させられることになる。
【００４５】
上述したように、ｅ１の場所を通過するイオンビーム３はＹ方向下側へ向けて偏向させられ、ｅ３の場所を通過するイオンビーム３はＹ方向上側へ向けて偏向させられるので、イオンビーム３は全体としてＹ方向に沿って発散させられることになる。なお、イオンビームの発散の程度は、磁極対の傾斜角度や質量分析マグネット４の磁界Ｂの強さを、適宜、調整することで、所望のものに設定することが出来る。例えば、図６に記載の磁極対の傾斜角度を大きくすると、磁極対間に発生する磁界Ｂはさらに湾曲することになる。その場合、ｅ１、ｅ３の場所を通過するイオンビームに働くローレンツ力のＹ方向成分が大きくなるので、イオンビーム３のＹ方向への発散の程度をより大きなものにすることが出来る。
【００４６】
また、ｅ１、ｅ３の場所でのＦＸ成分は、ｅ２の場所でのＦＸ成分と比較して小さくなるので、各点におけるＸ方向へのイオンビームの偏向量に違いがあるように思われるかもしれないが、そうではない。ｅ１、ｅ３の場所での磁束密度は磁極に近い為に、ｅ２に比べて大きな値となる。その為、ｅ１、ｅ３の場所でのローレンツ力の全てがＦＸ成分とならなくても、イオンビーム３を均等にＸ方向に沿う方向へ偏向させ、質量分析することが可能となる。
【００４７】
図８には、本発明の他の実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビームの軌道が示されている。この例では、図２と異なり、イオン源２から発散したイオンビーム３を射出させている。なお、この実施形態の質量分析マグネット４は、イオンビーム３をＹ方向に発散させる機能を有していない。
【００４８】
この実施形態におけるイオン源２の具体例が、図９に示されている。図９（ａ）に記載のイオン源２の構成と先の実施形態で説明した図３に記載のイオン源２とでは、プラズマ電極１１と抑制電極１２の対向面の形状が異なっている。この実施形態では、プラズマ電極１１と抑制電極１２との対向面において、プラズマ電極１１側の電極面を凸状にし、抑制電極１２側の電極面を凹状としている。
【００４９】
また、図９（ａ）では、引出し電極系の構成として、Ｙ方向に沿った略矩形状のスリットを有する電極を一例として挙げたが、これ以外に、例えば、図９（ｂ）に示すようにＸ方向に沿った略矩形状のスリットをＹ方向に沿って複数個配列された電極を用いても良い。
【００５０】
図１０には、図９に記載の引出し電極系を構成する各電極とそれらに印加される電圧との関係が描かれている。図１０（ａ）と図１０（ｂ）は、図９（ａ）と図９（ｂ）にそれぞれ対応している。印加される電圧の正負や各電極に対して印加される電圧による作用は、先の実施形態における図４で説明したものと同じである為、その説明を省略する。図１０（ｂ）には、図９（ｂ）に示したＹ方向に沿って配列された各スリットより引出されるイオンビーム３が破線で描かれている。この図１０（ｂ）に記載されているように、各スリットより引出されたイオンビーム３はＹ方向に発散して、互いに重なり合う。そして、最終的には、図１０（ａ）で示されるイオンビーム３と同等の外形を有するイオンビーム３としてイオン源２より射出されることになる。
【００５１】
図１１には、図９、図１０に示される各電極間を通過するイオンビーム３が、電極間で発生する電界Ｅによって、どのように偏向させられるのかが描かれている。ここで説明するイオンビーム３が偏向する原理については、図９（ａ）（図１０（ａ））、図９（ｂ）（図１０（ｂ））に例示したイオン源２で同じである。
【００５２】
図１１（ａ）には、プラズマ電極１１と抑制電極１２との間を通過するイオンビーム３が偏向させられる様子が、図１１（ｂ）には、抑制電極１２と接地電極１３との間を通過するイオンビーム３が偏向させられる様子が、それぞれ描かれている。各図に描かれる破線は等電位線であり、一点鎖線は電界を表している。また、実線は各電極に入射するイオンビーム３を表し、二点鎖線は各電極間で発生する電界によって偏向されたイオンビームを表している。
【００５３】
図１１（ａ）において、プラズマ電極１１側（図中、左側）は抑制電極１２側（図中、右側）よりも電位が高い為、等電位線に直交するようにプラズマ電極１１側から抑制電極１２側に向けて電界Ｅが発生する。そして、電極間に入射したイオンビーム３は、電界Ｅの影響を受けて、二点鎖線で描かれるようにＹ方向に広げられ、その後、抑制電極１２と接地電極１３との間に入射する。このイオンビーム３の偏向方向は、電極間に入射するイオンビームの進行方向を表す方向ベクトルと電極間に発生する電界の方向を表す方向ベクトルとの合成ベクトルでもって決定される。
【００５４】
図１１（ｂ）では、抑制電極１２側（図中、左側）は接地電極１３側（図中、右側）よりも電位が低い為、等電位線に直交するように接地電極１３側から抑制電極１２側に向けて電界Ｅが発生する。そして、電極間に入射したイオンビーム３は、電界の影響を受けてＹ方向に更に広げられる。このようにして、Ｙ方向におけるイオンビーム３の発散が達成される。
【００５５】
また、この例においても、各電極を多孔電極で構成することが考えられる。ただし、この実施形態の場合、先の実施形態において図５に示した構成のものとは異なっている。この点について、以下に説明する。
【００５６】
具体的には、図１２（ａ）に示される多孔電極を用いる。図１２（ａ）では、各電極に設けられた孔の中心位置がＹ方向において異なっていることが理解し易いように、図５のように各電極をＺ方向に重ねていない。ここでは、便宜上、各電極をＸ方向に並べている。実際に引き出し電極系としてこれらの電極を配置する場合には、Ｙ方向において真ん中に位置する行に設けられた電極孔に着目する。そして、各電極において、この行に設けられた電極孔の中心位置が、Ｘ方向とＹ方向とで一致するように、各電極をＺ方向に沿って配列させる。
【００５７】
図１２（ａ）には、７行４列で構成される多孔電極のＹ方向における３つの位置（ｃ１、ｃ２、ｃ３）に、Ｘ方向沿って補助線（図中の破線を参照）が描かれている。まず、Ｙ方向において、電極の中央に位置するｃ２位置（４行目）に引かれた補助線に着目すると、各電極（１１〜１３）に設けられた多孔電極の中心位置が一致していることが理解出来る。よって、このｃ２位置の電極孔を通過するイオンビームは図５で示した実施形態と同様にＺ方向に沿って真っ直ぐに進むことになる。
【００５８】
次に、ｃ３位置（７行目）に引かれた補助線に着目すると、Ｙ方向において、各電極（１１〜１３）に設けられた孔の中心位置が異なっていることがわかる。具体的には、抑制電極１２の電極孔が、他の電極に設けられた電極孔に比べて、Ｙ方向側にずれている。このような構成の電極孔を通過するイオンビーム３の軌跡が図１２（ｂ）に描かれている。
【００５９】
図１２（ｂ）では、ｃ３位置にある１つの電極孔に着目している。アークチャンバー１０内に発生したプラズマ（図中、ハッチングしている部分）から各電極孔を通じてイオンビーム３が引き出される。引き出されたイオンビーム３はおおよそ電極孔の中心位置のずれ方向に応じて偏向される。抑制電極１２に設けられた孔の中心位置は、プラズマ電極１１に設けられた孔の中心位置よりもＹ方向側にずれている。その為、イオンビーム３は各電極間に発生する電界の影響を受けて、Ｙ方向側に偏向されることになる。これとは反対に、抑制電極１２と接地電極１３に設けられた孔の中心位置を比較すると、接地電極１３に設けられた孔の中心位置が抑制電極１２に設けられた孔の中心位置よりもＹ方向逆側にずれているので、ここではイオンビーム３がＹ方向逆側へ偏向されることになる。このようにして各電極での孔の中心位置を異ならせることで、そこを通過するイオンビームを偏向させることが可能となる。この例では、ｃ２位置よりもＹ方向逆側（ｃ３側）に位置する５行目、６行目の電極孔に関しても、ｃ３位置にある電極孔と同じ構成にしているので、これらの電極孔を通過するイオンビーム３もＹ方向の逆側へ向けて偏向されることになる。
【００６０】
一方、ｃ１位置（１行目）に引かれた補助線に着目すると、抑制電極１２に設けられた孔の中心位置が、他の電極に設けられた孔の中心位置と比べて、Ｙ方向逆側にずれていることがわかる。その為、ｃ１位置を通過するイオンビーム３は、先に説明したｃ３位置を通過するイオンビーム３とは逆に、図１２（ｃ）に描かれているように、最終的にはＹ方向側に偏向されることになる。なお、ｃ２よりもＹ方向側に配置された２行目、３行目の電極孔に関しても、ｃ１位置にある電極孔と同じ構成にしているので、これらの電極孔を通過するイオンビーム３もＹ方向に向けて偏向されることになる。
【００６１】
上記のようにして、各電極に設けられた電極孔の中心位置を設定しているので、Ｙ方向に沿ってイオンビーム３が発散することになる。上記実施形態では、１行目〜３行目あるいは５行目〜７行目に配置された各電極における電極孔の中心位置の関係が同じになるように設定しているが、これを異ならせても良い。例えば、抑制電極１２に設けられた電極孔の中心位置と他の電極に設けられた電極孔の中心位置のずれ量が、１行目〜３行目にかけて徐々に大きくなるように設定しても良い。また、反対に徐々に小さくなるように設定しても良い。５行目〜７行目に配置された電極孔の関係も、１行目〜３行目に配置された電極孔と同じく、各行における電極孔の中心位置の間隔を広げたり、狭めたりして、行毎に異なる設定を用いても良い。さらに、４行目（ｃ２位置）を中心にして、Ｙ方向において、イオンビーム３の広がりが非対称となるように各電極の電極孔を構成しておいても良い。
【００６２】
図１３は、図８に示す実施形態で用いられる質量分析マグネット４である。この実施形態での質量分析マグネット４は、イオンビーム３を発散させる機能を有していない。その為、Ｙ方向に設けられた一対の磁極は、ＸＹ平面で見た場合、Ｘ方向に略平行な形状をしている。この実施形態では、イオン源２より発散されたイオンビーム３が射出されるので、Ｚ方向へ向かうにつれて徐々に大きくなるイオンビーム３の寸法を許容できる程度、質量分析マグネット４の磁極間の寸法を大きくしておく必要がある。その他の点については、別の実施形態として図６で説明した質量分析マグネット４の構成と同じである為、ここではその説明を省略する。
【００６３】
図１４は、本発明の更なる実施形態に係るイオン注入装置のＹＺ平面内でのイオンビーム３の軌道が示されている。
【００６４】
この実施形態は、イオン源２よりＺ方向に対してα１の角度で発散するイオンビーム３を射出し、質量分析マグネット４でこのイオンビーム３を更に発散させて、最終的に、ガラス基板７に対してイオンビーム３がα２の角度をもって照射されるように構成されている。先の実施形態では、イオン源２と質量分析マグネット４のいずれかを用いて、イオンビーム３を発散させていたが、ここではその両方を用いて２段階でイオンビーム３を発散させている。
【００６５】
この実施形態において、イオン源２および質量分析マグネット４の具体的な構成としては、これまでの実施形態の中で説明したものを、組み合わせれば良い。例えば、イオン源２としては図９〜１２で説明された構成のものを用いる。一方で、質量分析マグネット４としては図６、７で説明した構成のものを用いる。そして、各部材によるイオンビーム３の発散の程度が所望のものとなるように、引出し電極系の電極形状、電極孔の配置、質量分析マグネットでの磁極の傾き等を適切に設定し、最終的にガラス基板７に対してイオンビーム３が０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下の照射角度をもって照射されるようにする。
【００６６】
また、イオン源２と質量分析マグネット４との間に、両部材とは別に、イオン源２から射出されたイオンビーム３をＹ方向へ発散させる部材を配置させても良い。図１５には、一例として、イオン源２より平行に射出されたイオンビーム３を発散させる偏向電磁石１７が記載されている。この実施形態で使用されるイオン源２と質量分析マグネット４は、先の実施形態で述べた図３〜５に記載のイオン源と、図１３に記載の質量分析マグネットとを使用すればよい。
【００６７】
より具体的には、図１６に偏向電磁石１７の一例が示されている。図１６（ａ）には、図１５に記載のｆ―ｆで示される一点鎖線で偏向電磁石１７を切断し、その切断面をＺ方向から見た時の様子が描かれている。そして、図１６（ｂ）には、図１６（ａ）をＸ方向から見た時の平面図が示されている。
【００６８】
偏向電磁石は、図１６（ａ）に描かれているように、イオンビーム３をその短辺方向であるＸ方向から挟む一対のヨーク１８、１９を備えている。そして、それぞれのヨークには、Ｙ方向に沿っておおよそイオンビーム３を２等分するように２つのコイルが巻き回されており、各ヨークに巻き回されたそれぞれのコイルは、Ｘ方向においてイオンビーム３を挟んで互いに対向している。さらに、各ヨークに設けられたコイルで、Ｙ方向上側に位置するコイルを上側コイル（２２、２３）とし、Ｙ方向下側に位置するコイルを下側コイル（２０、２１）とした時、上側コイル間では、Ｘ方向に磁界Ｂを発生させ、下側コイル間ではＸ方向と逆向きに磁界Ｂを発生させるように、各コイルに対して電流が供給しておく。
【００６９】
このような磁界Ｂを発生させることによって、上側コイル（２２、２３）間を通過するイオンビーム３はＹ方向へ偏向され、下側コイル（２０、２１）間を通過するイオンビーム３はＹ方向と逆側へ偏向される。この偏向によって、図１６（ｂ）に描かれているようにイオンビーム３全体をＹ方向へ発散させることが可能となる。
【００７０】
ガラス基板７へ照射されるイオンビーム３の照射角度を計測する構成については、図１７にその一例が記載されている。図１７のイオン注入装置１は、分析スリット５の直後にビーム制限手段２４を備えている。ビーム制限手段２４では、イオンビーム３のＹ方向における一部のみを通過させる。そして、ビーム制限手段２４を通過したイオンビーム３をビームプロファイラー９で検出する。その後、Ｚ方向におけるビーム制限手段２４とビームプロファイラー９との間の距離、Ｙ方向におけるビーム制限手段２４の開口中心位置とビームプロファイラー９に照射されるイオンビーム３の端部位置との間の距離に応じて、制御装置２５にて、イオンビーム３のガラス基板７への照射角度の算出が行われる。この算出に至るまでの経緯を、図１８〜図２０を用いて以下に詳述する。
【００７１】
質量分析型のイオン注入装置１において、Ｘ方向におけるイオンビーム３の寸法は分析スリット５の近傍で最小となる（図１７中のイオンビーム３の外形を示す一点鎖線を参照）。ビーム制限手段２４はイオンビーム３の一部のみを通過させるように作用する。その為、イオンビーム３の全体を覆うだけの寸法が必要となるが、分析スリット５の後段位置であれば、Ｘ方向でのイオンビーム３が集束しているので、ビーム制限手段２４のＸ方向の寸法を小さくしておくことが出来るといったメリットがある。なお、図１７では分析スリット５の後段にビーム制限手段２４を配置させているが、分析スリット５の前段に配置させておいても良い。
【００７２】
図１８（ａ）にはビーム制限手段２４の一例が記載されている。この例において、ビーム制限手段２４はＸ方向に沿って独立して移動可能な複数のシャッター２６で構成されており、各シャッター２６は、Ｚ方向に互い違いに位置ずれしながらＹ方向に沿って配列されている（図１０（ｂ）を参照）。各シャッター２６にはボールナットが取り付けられており、これがＸ方向に沿って延出されたボールねじと螺合する。そして、モーター２７によって各ボールねじを正逆に回転させることで、Ｘ方向への各シャッター２６の移動を可能にしている。
【００７３】
図１９（ａ）には、ビーム制限手段２４の別の例が記載されている。先の例と違って、この例ではシャッターがＹ方向に沿って移動するように構成されている。各シャッター２８〜３０をＹ方向に沿って移動させる機構は、先の例と同じく、各シャッターに設けられたボールナット、ボールナットと螺合するボールねじ、各ボールねじを回転させるモーター３１によって構成されている。なお、この例におけるシャッター２８〜３０もＺ方向に互い違いに位置ずれしながらＹ方向に沿って並べられている（図１９（ｂ）を参照）。なお、Ｙ方向における装置寸法を考慮しないのであれば、シャッター２８〜３０の３枚のシャッターからなる構成に代えて、シャッター２８あるいはシャッター２９とシャッター３０よりなる２枚のシャッターからなる構成を、ビーム制限手段として用いても良い。
【００７４】
図１８、図１９に例示した複数枚のシャッターを、適宜、Ｘ方向あるいはＹ方向へ移動させることで、Ｙ方向の任意の位置において、イオンビームを部分的に通過させる為のスリットを形成させることが可能となる。このようなスリットをＹ方向に沿って、順次、形成していくとともに、イオンビーム３のガラス基板７への照射角度の計測が行われる。
【００７５】
図２０には、ビーム制限手段２４を通過したイオンビーム３の一部がビームプロファイラー９に照射されている様子が描かれている。この例では、ビームプロファイラー９はＹＺ平面内でガラス基板７のイオンビーム３が照射される面と平行に配置されているものとする。ビーム制限手段２４を通過したイオンビーム３はＹ方向において広がりを有している。この広がりはＹ方向の上下で対称な場合もあるが、非対称な場合もある。Ｙ方向側に広がるイオンビーム３の照射角度をα３、Ｙ方向と逆側に広がるイオンビーム３の照射角度をα４とする。それぞれの照射角度は、Ｚ方向とＹ方向のパラメーターによって算出することが出来る。具体的には、ビーム制限手段２４とビームプロファイラー９とのＺ方向における距離（Ｚ２−Ｚ１）と、ビーム制限手段２４で形成されるスリットの中心位置とビームプロファイラー９で検出されるイオンビーム３のＹ方向におけるビーム端部までの距離（Ｙ１、Ｙ２）とによって算出することが可能となる。
【００７６】
この例ではイオンビーム３が照射されるガラス基板７の面とビームプロファイラー９とが、互いに平行にＹ方向に沿って配置されているとしているが、これに限らず、ガラス基板７をＹ方向に対して傾斜させておいても良い。このような場合であっても、Ｙ方向に対するガラス基板７の傾斜角度の情報を制御装置２５へ設定あるいは送信するような手段を設けておくことで、制御装置２５にて算出されたＹ方向に沿って配置されているビームプロファイラー９へのイオンビーム３の照射角度を基にして、ガラス基板７へ照射されるイオンビーム３の照射角度を導き出すことが可能となる。
【００７７】
このようにしてガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度の算出を行った結果、照射角度が所望範囲内にない場合には、所望の範囲内に収まるようにイオンビーム発散手段であるイオン源２、質量分析マグネット４、偏向電磁石１７等の磁場や電場、あるいは電極配置、電極構造、磁極構造等を適切に設定し直すようにしても良いし、イオン注入装置１のオペレーターに対して許容範囲内からずれていることを知らせる何らかの警報を出力させるような仕組みを設けておいても良い。いずれにしろ、このような照射角度を計測する仕組みを設けておくことで、イオン注入処理に先立って、ガラス基板７へのイオンビーム３の照射角度が正しいものであるかどうかを確認することが出来る。
＜その他の変形例＞
【００７８】
上記した実施形態において、イオン源２は、バーナス型、フリーマン型、バケット型、傍熱型のいずれのタイプのイオン源でも構わない。
【００７９】
さらに、上記した偏向電磁石１７とは別に、イオン源２と質量分析マグネット４との間に、磁場あるいは電場によってイオンビーム３をその長辺方向に走査する走査器を設けておき、これを用いて、イオンビーム３を発散させるようにイオン注入装置を構成しておいても良い。
【００８０】
なお、図１５の例では、イオン源２や質量分析マグネット４でイオンビーム３を発散させずに、 偏向電磁石１７でイオンビーム３をＹ方向において発散させる構成としているが、本発明はこれに限られない。つまり、これまでの実施形態で既に述べてきたイオン源２や質量分析マグネット４での発散作用と偏向電磁石１７での発散作用とを組み合わせるような構成であっても良い。走査器を配置する場合も、同様のことが言える。
【００８１】
また、上記した実施形態では、イオンビームとして正の電荷を有するイオンビームを想定していたが、負の電荷を有するイオンビームであっても構わない。この場合、イオンビームを偏向させるマグネットでの磁場の方向やイオン源２の引出し電極系に印加する電圧の極性を逆に設定しておけば良い。
【００８２】
その上、上記した実施形態では、ガラス基板７を支持するホルダー８の角度は一定であったが、ホルダーをＸ軸周りに回動させる機構を設けておいて、イオン源２等によるイオンビーム３の発散作用と組み合わせることで、ガラス基板７に照射されるイオンビーム照射角度（広がり角度）を調節するようにしても良い。
【００８３】
その上さらに、図１７に示すように制御装置２５を備えておき、予め決められたプログラムに基づいて照射角度の算出を行うようにしても良いが、制御装置２５を備えることは必須ではない。例えば、Ｙ方向におけるビーム制限手段２４で形成されるスリットの中心位置、ビームプロファイラー９で検出されるＹ方向でのビーム端部位置、ビーム制限手段２４とビームプロファーラー９とのＺ方向における位置といった各種情報をモニターに表示させておくことで、イオン注入装置のオペレーターが計算して、照射角度が所望するものであるかどうかの確認を行うようにしても良い。
【００８４】
その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
【符号の説明】
【００８５】
１．イオン注入装置
２．イオン源
３．イオンビーム
４．質量分析マグネット
５．分析スリット
６．処理室
７．ガラス基板
８．ホルダー
９．ビームプロファイラー
１０．アークチャンバー
１１．プラズマ電極
１２．抑制電極
１３．接地電極
１７．偏向電磁石
２４．ビーム制限手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リボン状のイオンビームをガラス基板に照射する質量分析型のイオン注入装置であって、イオン源から質量分析マグネットまでの前記イオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を備えており、前記イオンビーム発散手段は、前記イオンビームの長辺方向と前記イオンビームの進行方向からなる平面において、前記ガラス基板上に引かれた垂線と前記ガラス基板に入射する前記イオンビームとの成す角度である前記イオンビームの照射角度を０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるように、前記イオンビームをその長辺方向に発散させることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記イオンビーム発散手段は、前記イオン源であることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオンビーム発散手段は、前記質量分析マグネットであることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記イオンビーム発生手段は、前記イオン源と前記質量分析マグネットの両方によって構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記イオンビームの長辺方向における一部を選択的に通過させるビーム制限手段と、前記ビーム制限手段を通過した前記イオンビームの長辺方向におけるビーム端部を検出するビームプロファイラーとを更に備えていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記ビーム制限手段は、前記イオンビームの輸送経路において、前記イオンビームの質量分析を行う分析スリットに隣接して設けられていることを特徴とする請求項５記載のイオン注入装置。
【請求項１】
リボン状のイオンビームをガラス基板に照射する質量分析型のイオン注入装置であって、イオン源から質量分析マグネットまでの前記イオンビームの輸送経路にイオンビーム発散手段を備えており、前記イオンビーム発散手段は、前記イオンビームの長辺方向と前記イオンビームの進行方向からなる平面において、前記ガラス基板上に引かれた垂線と前記ガラス基板に入射する前記イオンビームとの成す角度である前記イオンビームの照射角度を０度よりも大きくデザインルールに基づいて設定される許容発散角度以下となるように、前記イオンビームをその長辺方向に発散させることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記イオンビーム発散手段は、前記イオン源であることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオンビーム発散手段は、前記質量分析マグネットであることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記イオンビーム発生手段は、前記イオン源と前記質量分析マグネットの両方によって構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記イオンビームの長辺方向における一部を選択的に通過させるビーム制限手段と、前記ビーム制限手段を通過した前記イオンビームの長辺方向におけるビーム端部を検出するビームプロファイラーとを更に備えていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記ビーム制限手段は、前記イオンビームの輸送経路において、前記イオンビームの質量分析を行う分析スリットに隣接して設けられていることを特徴とする請求項５記載のイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２５３７７５（Ｐ２０１１−２５３７７５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８４２２（Ｐ２０１０−１２８４２２）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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