(57)【要約】【課題】単位時間当たりの基板の処理枚数を向上させながらも、引き出されるイオンビームの性質及び処理された基板の品質を少なくとも許容範囲内で保ちつづけることができるイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法を提供する。【解決手段】前記高ドーズ注入基板Ｐ１と前記低ドーズ注入基板Ｐ２とを混在させて順番にイオンビームの照射位置へと搬送する基板搬送機構４を備え、運転モード制御部５が、前記イオン源１を低ドーズ注入モードで運転させる場合には、プロセスガスとクリーニングガスを混合した混合ガスを供給するようにガス供給機構２を制御するようにした。【選択図】図1
2014110142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射するイオンビーム照射装置であって、
前記基板が、所定のビーム電流のイオンビームが照射される必要がある高ドーズ注入基板と、前記高ドーズ注入基板に照射されるイオンビームよりもビーム電流の値が小さいイオンビームが照射される必要がある低ドーズ注入基板の少なくとも２種類のものからなり、
前記イオンビーム照射装置が、
前記基板にイオンビームとして照射されるべき成分を含むプロセスガス又はイオン源内部に堆積している堆積物を除去するための成分を含むクリーニングガスを前記イオン源に供給するガス供給機構と、
前記高ドーズ注入基板と前記低ドーズ注入基板とを混在させて順番にイオンビームの照射位置へと搬送する基板搬送機構と、
前記イオン源の運転モードを前記高ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための高ドーズ注入モード又は前記低ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための低ドーズ注入モードに切り替える運転モード制御部と、を備え、
前記運転モード制御部が、前記イオン源を低ドーズ注入モードで運転させる場合には、プロセスガスとクリーニングガスを混合した混合ガスを供給するように前記ガス供給機構を制御することを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項２】
前記ガス供給機構が、プロセスガスが供給されるプロセスガス供給路と、クリーニングガスが供給されるクリーニングガス供給路とを備え、前記プロセスガス供給路及び前記クリーニングガス供給路における流量をそれぞれ独立に制御することにより、前記混合ガスの混合比率を制御可能に構成されている請求項１のイオンビーム照射装置。
【請求項３】
前記高ドーズ注入基板が、Ｓ／Ｄ領域へのイオン注入が行われる基板であり、
前記低ドーズ注入基板が、ＬＤＤ又はＶｔｈへのイオン注入が行われる基板である請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
【請求項４】
前記基板の処理枚数をカウントする処理枚数カウント部をさらに備え、
前記運転モード制御部が、前記処理枚数カウント部においてカウントされた処理枚数に基づいて、前記イオン源の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成された請求項１乃至３いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
【請求項５】
前記イオン源の稼働時間を計測する稼働時間計測部をさらに備え、
前記運転モード制御部が、前記稼働時間計測部において計測された前記イオン源の稼働時間に基づいて、前記イオン源の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成された請求項１乃至３いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
【請求項６】
前記イオン源での放電回数をカウントする放電回数カウント部をさらに備え、
前記運転モード制御部が、前記放電回数カウント部においてカウントされた放電回数に基づいて、前記イオン源の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成された請求項１乃至３いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
【請求項７】
前記運転モード制御部が、運転モードの切替回数が所定回数を超えた場合に、低ドーズ注入モードでの運転頻度を増加させるように構成されている請求項１乃至６いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
【請求項８】
前記ガス供給機構が、プロセスガスとクリーニングガスの混合比率を変更可能に構成されており、
前記運転モード制御部が、運転モードの切替回数が所定回数を超えた場合に、低ドーズ注入モードにおいて前記ガス供給機構から供給される混合ガス中のクリーニングガスの濃度を高くするように制御する請求項１乃至６いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
【請求項９】
前記イオン源から引き出されたイオンビームを質量分析する質量分析器をさらに備え、
前記質量分析器を通過したイオンビームが前記基板に照射されるように構成されている請求項１乃至８いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
【請求項１０】
イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射するイオンビーム照射方法であって、
前記基板が、所定のビーム電流のイオンビームが照射される必要がある高ドーズ注入基板と、前記高ドーズ注入基板に照射されるイオンビームよりもビーム電流の値が小さいイオンビームが照射される必要がある低ドーズ注入基板の少なくとも２種類のものからなり、
前記イオンビーム照射方法が、
前記基板にイオンビームとして照射されるべき成分を含むプロセスガス又はイオン源内部に堆積している堆積物を除去するための成分を含むクリーニングガスを前記イオン源に供給するガス供給ステップと、
前記高ドーズ注入基板と前記低ドーズ注入基板とを混在させて順番にイオンビームの照射位置へと搬送する基板搬送ステップと、
前記イオン源の運転モードを前記高ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための高ドーズ注入モード又は前記低ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための低ドーズ注入モードに切り替える運転モード制御ステップと、を備え、
前記運転モード制御ステップにおいて、前記イオン源を低ドーズ注入モードで運転させる場合には、前記ガス供給ステップにおいてプロセスガスとクリーニングガスを混合した混合ガスを供給することを特徴とするイオンビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射するためのイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばフラットパネルディスプレイに用いられる半導体等においては、トランジスタの動作信頼性を高めたり、リーク電流を低減したりするために、イオン注入により不純物を添加されている。
【０００３】
このようなイオン注入を行うためのイオン注入装置は、イオン源内に注入したい成分を含むプロセスガスを供給し、そのプロセスガスをプラズマ化して、引き出し電極によりイオンビームとして引き出して、基板に照射するように構成されている。
【０００４】
ところで、このようなイオン注入装置においてイオンビームの引き出しを繰り返していると、イオン源内においてプロセスガスの成分の一部が堆積してくる。この堆積物が一定量を超えると、イオン源内において異常放電が頻繁に発生し、安定的にプラズマを生成することができなくなり、ひいてはイオン注入を行うのに適したビーム電流等の性質を有したイオンビームを引き出すことができなくなる。
【０００５】
そこで、特許文献１に示されるイオン注入装置では、基板に対してイオンビームが照射される通常モードと、基板に対してイオンビームを照射せずにイオン源内の堆積物を除去するためのクリーニングモードとを備え、基板の処理枚数が規定値以上となった時にクリーニングモードが実行されるように構成されている。
【０００６】
より具体的には、このクリーニングモードにおいては、前記イオン源内に水素ガスのみがクリーニングガスとして供給され、この水素ガスをプラズマ化して水素イオンによってイオン源の内壁に堆積している堆積物をスパッタリングすることにより堆積物の除去が行われる。このようなクリーニング運転が行われることにより、イオン源内から堆積物が無くなると異常放電等が低減され、所望の品質のイオンビームを再び引き出すことができるようになる。
【０００７】
しかしながら、上述したようにクリーニングモードを実行している間はイオンビームが引き出されず基板の処理も行われないので、クリーニング時間が長くなるほど単位時間当たりの基板の処理枚数（スループット）は低下し、生産効率が低下していることになる。かといって単純にクリーニングモードの実施回数を減らしてしまうと、イオン源内における堆積物の除去が不十分となり、所望の性質のイオンビームが引き出されず、不良品が発生する可能性が高まり、結局生産効率が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許２９５６４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、単位時間当たりの基板の処理枚数を向上させながらも、引き出されるイオンビームの性質及び処理された基板の品質を少なくとも許容範囲内で保ちつづけることができるイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法を提供する事を目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明のイオンビーム照射装置は、イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射するイオンビーム照射装置であって、前記基板が、所定のビーム電流のイオンビームが照射される必要がある高ドーズ注入基板と、前記高ドーズ注入基板に照射されるイオンビームよりもビーム電流の値が小さいイオンビームが照射される必要がある低ドーズ注入基板の少なくとも２種類のものからなり、前記イオンビーム照射装置が、前記基板にイオンビームとして照射されるべき成分を含むプロセスガス又はイオン源内部に堆積している堆積物を除去するための成分を含むクリーニングガスを前記イオン源に供給するガス供給機構と、前記高ドーズ注入基板と前記低ドーズ注入基板とを混在させて順番にイオンビームの照射位置へと搬送する基板搬送機構と、前記イオン源の運転モードを前記高ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための高ドーズ注入モード又は前記低ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための低ドーズ注入モードに切り替える運転モード制御部と、を備え、前記運転モード制御部が、前記イオン源を低ドーズ注入モードで運転させる場合には、プロセスガスとクリーニングガスを混合した混合ガスを供給するように前記ガス供給機構を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のイオンビーム照射方法は、イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射するイオンビーム照射方法であって、前記基板が、所定のビーム電流のイオンビームが照射される必要がある高ドーズ注入基板と、前記高ドーズ注入基板に照射されるイオンビームよりもビーム電流の値が小さいイオンビームが照射される必要がある低ドーズ注入基板の少なくとも２種類のものからなり、前記イオンビーム照射方法が、前記基板にイオンビームとして照射されるべき成分を含むプロセスガス又はイオン源内部に堆積している堆積物を除去するための成分を含むクリーニングガスを前記イオン源に供給するガス供給ステップと、前記高ドーズ注入基板と前記低ドーズ注入基板とを混在させて順番にイオンビームの照射位置へと搬送する基板搬送ステップと、前記イオン源の運転モードを前記高ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための高ドーズ注入モード又は前記低ドーズ注入基板に対応したイオンビームを照射するための低ドーズ注入モードに切り替える運転モード制御ステップと、を備え、前記運転モード制御ステップにおいて、前記イオン源を低ドーズ注入モードで運転させる場合には、前記ガス供給ステップにおいてプロセスガスとクリーニングガスを混合した混合ガスを供給することを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、前記イオン源を低ドーズ注入モードで運転させる場合には、プロセスガスとクリーニングガスを混合した混合ガスを供給するように前記ガス供給機構を制御するので、イオンビームによって基板の処理を行いながらクリーニングガスのプラズマによるイオン源内のクリーニングを行い、堆積物を除去することができる。
【００１３】
したがって、従来のように基板の処理を行わずにクリーニングのみを実行しているのに比べて本発明であれば単位時間当たりの処理枚数（スループット）を向上させることができる。
【００１４】
また、低ドーズ注入基板の処理が行われるときにイオン源のクリーニングも併せて行うように構成されているので、クリーニングによるイオンビームへの影響が表れにくく、処理された低ドーズ注入基板の品質も保つことができる。
【００１５】
さらに、本発明は本願発明者が上述した技術課題に基づいて鋭意検討を行った結果、低ドーズ注入を行う場合であれば、プロセスガス以外にクリーニングガスが含まれた状態でプラズマを生成し、イオンビームを引き出しても処理された基板の品質を保つことができることと、プロセスガスとクリーニングガスの混合ガスにより生成されるプラズマにはイオン源内の堆積物に対するクリーニング効果が存在することを見出したことにより初めてなされたものである。
低ドーズ注入モードにおいて必要とされるビーム電流や、イオン源内の堆積物の除去力を適宜調整できるようにするには、前記ガス供給機構が、プロセスガスが供給されるプロセスガス供給路と、クリーニングガスが供給されるクリーニングガス供給路とを備え、前記プロセスガス供給路及び前記クリーニングガス供給路における流量をそれぞれ独立に制御することにより、前記混合ガスの混合比率を制御可能に構成されていればよい。このようなものであれば、自由に混合ガスの混合比率を所望のものにすることができ、基板処理の精度と堆積物の除去能力を両立させやすくなる。
【００１６】
前記高ドーズ注入基板、及び、前記低ドーズ注入基板の具体例としては、前記高ドーズ注入基板が、Ｓ／Ｄ領域へのイオン注入が行われる基板であり、前記低ドーズ注入基板が、ＬＤＤ又はＶｔｈへのイオン注入が行われる基板である場合が挙げられる。このような２種類のイオン注入対象を混在させて前記基板搬送機構によりイオンビーム照射位置へと順番に搬送することにより、低ドーズ注入基板の処理が行われる度にイオン源内のクリーニングを行うことができ、基板処理を止めることなく、イオンビームの性質及び処理基板の品質を所望のものに保つことができる。
【００１７】
イオン源内の堆積物の量が一定量以上となり、高ドーズ注入基板の処理において、品質を保つことができなくなる前に、低ドーズ注入モードを実行してイオン源内のクリーニングを行い、次の高ドーズ注入基板の処理を問題無く実行できるようにするには、前記基板の処理枚数をカウントする処理枚数カウント部をさらに備え、前記運転モード制御部が、前記処理枚数カウント部においてカウントされた処理枚数に基づいて、前記イオン源の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成されたものであればよい。
【００１８】
例えば高ドーズ注入モードだけが繰り返されてイオン源内の堆積物が除去されることがなく、イオンビームの性質を保てなくなるのを防ぐには、前記イオン源の稼働時間を計測する稼働時間計測部をさらに備え、前記運転モード制御部が、前記稼働時間計測部において計測された前記イオン源の稼働時間に基づいて、前記イオン源の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成されたものであればよい。
【００１９】
これらのような運転モードの切替基準であれば、単純で制御として実装しやすいながらも大まかにイオン源内の状態を把握しつつ、クリーニングが必要な場合には低ドーズ注入モードを実行することで、基板処理を止めずに生産効率を落とすことなく、イオン源のクリーニングを行うことができる。
【００２０】
より正確にイオン源内の堆積物の状況をモニタリングして、クリーニングが必要な時には必ず低ドーズ注入モードを実行できるようにするには、前記イオン源での放電回数をカウントする放電回数カウント部をさらに備え、前記運転モード制御部が、前記放電回数カウント部においてカウントされた放電回数に基づいて、前記イオン源の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成されたものであればよい。
【００２１】
イオン源の稼働時間、又は、処理基板の枚数が増えるにつれて、低ドーズ注入モードを実行しても除去しきれない堆積物の量が増加したとしても、長期間にわたって安定的に必要なイオンビームの性質を保ち基板へのイオン注入を実行できるようにするには、前記運転モード制御部が、運転モードの切替回数が所定回数を超えた場合に、低ドーズ注入モードでの運転頻度を増加させるように構成されていればよい。
【００２２】
経時変化によって低ドーズ注入モードを実行しても取りきれない堆積物が増加したとしても長期間にわたってイオンビームの性質を保ち、クリーニングモードを実行することで基板へのイオン注入が中断されることなく実行できるようにするための別の態様としては、前記ガス供給機構が、プロセスガスとクリーニングガスの混合比率を変更可能に構成されており、前記運転モード制御部が、運転モードの切替回数が所定回数を超えた場合に、低ドーズ注入モードにおいて前記ガス供給機構から供給される混合ガス中のクリーニングガスの濃度を高くするように制御するものが挙げられる。このようなものであれば、低ドーズ注入モードにおいてプラズマ化されるクリーンガスの量が多くなるので、イオン源内の堆積物の除去力を向上させることができ、低ドーズ注入モードを実行した際に残留する堆積物の量を減らすことができる。
【００２３】
低ドーズ注入モードを実行している時に低ドーズ注入基板に対してクリーニングガス由来のイオンがイオンビームとして照射されないようにして、基板のチャージアップを軽減できるようにするには、前記イオン源から引き出されたイオンビームを質量分析する質量分析器をさらに備え、前記質量分析器を通過したイオンビームが前記基板に照射されるように構成されていればよい。
【発明の効果】
【００２４】
このように本発明のイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法によれば、高ドーズ注入基板と低ドーズ注入基板の処理を混在させて順番に行うようにしてあり、低ドーズ注入基板の処理を行うための低ドーズ注入モードにおいては、プロセスガスだけでなくクリーニングガスを含んだ混合ガスをイオン源内に供給して、基板処理とともにイオン源のクリーニングを行うので、イオン注入を休止することになるクリーニングモードを実行する頻度を大幅に減らすことができる。したがって、本発明によれば単位時間当たりの基板処理枚数を落とすことなく、イオンビームの性質を長期間にわたって保つことができる。言い換えると、上述した構成であれば、プロセスガスだけでなくクリーニングガスも使用される低ドーズ注入モードが所定期間ごとに実行されるので、基板処理を止めることなく、クリーニングを実行でき、生産効率と品質を両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置を示す模式図。
【図２】同実施形態において基板搬送機構により搬送される基板の順番の一例。
【図３】従来のイオン注入装置での生産効率について示す模式図。
【図４】本発明の実施形態に係るイオン注入装置での生産効率について示す模式図。
【図５】同実施形態において基板搬送機構における基板の搬送順を最適化した場合の生産効率を示す模式図。
【図６】同実施形態の生産効率が向上する理由について説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の一実施形態に係るイオンビーム照射装置について各図を参照しながら説明する。
【００２７】
本実施形態のイオンビーム照射装置は、イオン注入装置１００であって、例えば、フラットパネルディスプレイの製造に用いられるものであり、ガラス基板Ｐ１、Ｐ２にイオン注入を行うためのものである。イオン注入の対象となる基板Ｐ１、Ｐ２は、Ｓ／Ｄ領域（ソース／ドレイン領域）への高ドーズ量のイオン注入が行われる高ドーズ注入基板Ｐ１と、Ｖｔｈ制御（閾値電圧制御、チャネルドープ）のために低ドーズ量のイオン注入が行われる低ドーズ注入基板Ｐ２の２種類があり、それぞれの基板Ｐ１、Ｐ２を１つのイオン注入装置１００でイオン注入を行うようにしている。
【００２８】
したがって、イオン注入の対象となる基板Ｐ１、Ｐ２ごとに前記イオン注入装置１００の運転モードがそれぞれの基板Ｐ１、Ｐ２の種類に対応した高ドーズ注入モードと低ドーズ注入モードとに切り替えられるようにしてある。さらに、この低ドーズ注入モードにおいては、単に低ドーズ注入基板Ｐ２に対してイオン注入を行うだけでなく、併せて同時にイオンビームＩＢが引き出されるイオン源１内の堆積物の除去するためのクリーニングも行えるように構成している。さらにイオン源１内の堆積物の量等によっては、低ドーズ注入モードよりも堆積物の除去効果が高いクリーニングモードも実行できるようにこのイオン注入装置１００は構成してある。このクリーニングモード時はイオンビームＩＢが引き出されず、基板Ｐ１、Ｐ２の処理が行えないので、本実施形態のイオン注入装置１００ではこのクリーニングモードの使用頻度ができる限り低くなるように前記高ドーズ注入モード及び前記低ドーズ注入モードの切替を工夫している。
【００２９】
前記イオン注入装置１００を構成する各部について図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、基板Ｐ１、Ｐ２に対するイオンビームＩＢの入射方向をＺ軸とし、基板Ｐ１、Ｐ２の搬送方向をＸ軸として、Ｚ軸、Ｘ軸に直交する方向をＹ軸として設定している。
【００３０】
前記イオン注入装置は、内部においてプラズマが生成され、そのプラズマからイオンビームＩＢが引き出されるイオン源１と、前記イオン源１の内部にプラズマ化されるガスを供給するためのガス供給機構２と、前記イオン源１から引き出されたイオンビームＩＢについて質量分析が行われる質量分析器３と、前記質量分析器３を通過したイオンビームＩＢが入射し、基板Ｐ１、Ｐ２への照射が行われる真空に保たれたイオンビーム照射室４３と、を備えている。
【００３１】
前記イオンビーム照射室４３の搬入口側には、基板Ｐ１、Ｐ２が搬入された状態で大気圧から真空圧への減圧が行われるロードロック室４２が接続して設けてあり、このロードロック室４２の外側の大気中には基板搬入ロボット４１と、未処理の高ドーズ注入基板Ｐ１が複数保管された第１カセット４１ａと、未処理の低ドーズ注入基板Ｐ２が複数保管された第２カセット４１ｂとが設けてある。また、前記イオンビーム照射室４３の搬出口側には基板Ｐ１、Ｐ２を搬出するときに真空圧から大気圧へと増圧されるアンロードロック室４４が接続して設けてあり、このアンロードロック室４４の外側の大気中には基板搬出ロボット４５と、処理済みの高ドーズ注入基板Ｐ１が複数保管される第３カセット４５ａと、処理済みの低ドーズ注入基板Ｐ２が複数保管される第４カセット４５ｂとが設けてある。より具体的には、前記搬入ロボット４１によって第１カセット４１ａ又は第２カセット４１ｂから取り出された基板Ｐ１、Ｐ２は、前記ロードロック室４２、前記イオンビーム照射室４３、前記アンロードロック室４４の順番で搬送されて、前記搬出ロボット４５により大気中に搬出されると、基板Ｐ１、Ｐ２の種類に対応する第３カセット４５ａ又は第４カセット４５ｂのいずれかに入れられる。
【００３２】
すなわち、前記基板搬入ロボット４１と、前記ロードロック室４２、前記イオンビーム照射室４３、前記アンロードロック室４４の内部に設けられた図示しない真空搬送ロボットと、前記基板搬出ロボット４５との３つによって基板搬送機構４が構成してある。この基板搬送機構４は、図１に示されているように前記高ドーズ注入基板Ｐ１と前記低ドーズ注入基板Ｐ２とを混在させて順番に１枚ずつ、前記イオンビーム照射室４３内のイオンビームＩＢの照射位置へと各基板Ｐ１、Ｐ２を搬送するものである。より具体的には、高ドーズ注入基板Ｐ１と低ドーズ注入基板Ｐ２の搬送する順番についての指令に基づいて前記搬入ロボット４１が順番に高ドーズ注入基板Ｐ１、又は、低ドーズ注入基板Ｐ２のいずれかをロードロック室４２内へと搬入する。
【００３３】
さらに、このイオン注入装置１００は、前記イオン源１、前記ガス供給機構２、前記基板搬送機構４の制御を司る制御装置ＣＯＭを有している。
【００３４】
各部について詳述する。
【００３５】
前記イオン源１は、図１において紙面表裏方向であるＹ軸方向の幅が、それに直交する方向であるＸ軸方向の厚さよりも十分に大きいシート状をしている、いわゆるリボン状のイオンビームＩＢが引き出されるものである。イオンビームＩＢのイオン種は前記ガス供給機構２から供給されるガス種に応じたものとなる。また、このイオン源１から引き出されるイオンビームＩＢは、高ドーズ注入モードではビーム電流が所定の値のものであり、低ドーズ注入モードでは、高ドーズ注入モードにおけるビーム電流と比較して小さい値のビーム電流を有するイオンビームＩＢが引き出される。より具体的には、高ドーズ注入モードでは前記高ドーズ注入基板Ｐ１のＳ／Ｄ領域に対して例えばドーズ量が５×１０１４〜５×１０１５／ｃｍ２となるようなビーム電流のイオンビームＩＢが前記イオン源１から引き出される。一方、低ドーズ注入モードでは前記低ドーズ注入基板Ｐ２のＶｔｈに対して例えばドーズ量が５×１０１１〜２×１０１２／ｃｍ２となるようなビーム電流のイオンビームＩＢが前記イオン源１から引き出される。
【００３６】
前記ガス供給機構２は、高ドーズ注入基板Ｐ１又は低ドーズ注入基板Ｐ２にイオンビームＩＢとして照射されるべき成分を含むプロセスガス又はイオン源１内部に堆積している堆積物を除去するための成分を含むクリーニングガスを前記イオン源１に供給するものである。また、このガス供給機構２は、プロセスガスが供給されるプロセスガス供給路ＰＧＬと、クリーニングガスが供給されるクリーニングガス供給路ＣＧＬとを備え、前記プロセスガス供給路ＰＧＬ及び前記クリーニングガス供給路ＣＧＬにおける流量をそれぞれ独立に制御することにより、前記混合ガスの混合比率を所望の値に制御できるように構成してある。より具体的には図１に示すようにこのガス供給機構２は、前記プロセスガスが封入された第１ボトル２１と、前記第１ボトル２１に接続されたプロセスガス供給路ＰＧＬと、前記クリーニングガスが封入された第２ボトル２２と、前記第２ボトル２２に接続されたクリーニングガス供給路ＣＧＬと、前記プロセスガス供給路ＰＧＬと前記クリーニングガス供給路ＣＧＬの合流点から前記イオン源１のガス供給口までを接続する接続流路２５と、前記プロセスガス供給路ＰＧＬに設けられた第１流量制御バルブ２３と、前記クリーニングガス供給路ＣＧＬに設けられた第２流量制御バルブ２４とを備えたものである。すなわち、第１流量制御バルブ２３と第２流量制御バルブ２４の開度がそれぞれ調節されることにより、前記イオン源１の内部にプロセスガス単体、クリーニングガス単体、又は、所望の混合比率でプロセスガス及びクリーニングガスが混合された混合ガスを供給する事ができるように構成してある。より具体的には、前記プロセスガス供給路ＰＧＬにおけるプロセスガスの流量と、前記クリーニングガス供給路ＣＧＬにおけるクリーニングガスの流量の比率であるガス流量比率を変更することで、それに対応した混合比率の混合ガスを生成し、前記イオン源１に供給することができる。
【００３７】
前記プロセスガスは、本実施形態はＢＦ３（三フッ化ホウ素）ガスであり、前記クリーニングガスは水素（Ｈ２）ガスである。このガス供給機構２は、高ドーズ注入モードでは、前記第１ボトル２１からプロセスガスのみを前記イオン源１に対して供給するようにしてある。一方、低ドーズ注入モードでは、プロセスガスとクリーニングガスを所定の混合比率で混合した混合ガスを前記イオン源１に対して供給するように構成してある。このような低ドーズ注入モードにおいては、基板Ｐ１、Ｐ２に注入されるべきイオン種とは異なるものもイオンビームＩＢとして引き出されるが、前記質量分析器３によってプロセスガスのイオン種のみが基板Ｐ１、Ｐ２に照射されるように構成してある。また、プロセスガスとクリーニングガスを所定の混合比率で混合してプラズマ化している場合、プロセスガスのイオン種はイオンビームＩＢとして基板Ｐ１、Ｐ２に注入させられるとともに、クリーニングガスのプラズマによるスパッタリングによってイオン源１内の堆積物を除去する効果も発揮させることができる。また、イオンビームＩＢの引き出しを行わずにイオン源１内の完全なクリーニングを行うクリーニングモード時には、前記第２ボトル２２からクリーニングガスのみを前記イオン源１に対して供給するようにしてある。このクリーニングモードでは低ドーズ注入モードにおける堆積物の除去効果よりもさらに高い効果を得ることができる。
【００３８】
なお、各運転モードにおけるビーム電流値、供給ガス種、供給ガスの流量の一例についてまとめると以下の表１のようになる。
【００３９】
【表１】
2014110142.tif 000003
【００４０】
ここで、本実施形態における高ドーズ注入モード、低ドーズ注入モードの特徴について定性的に述べる。低ドーズ注入基板Ｐ２へのイオン注入に用いられるイオンビームＩＢは、高ドーズ注入基板Ｐ１へのイオン注入に用いられるイオンビームＩＢに対して、そのビーム電流の値やドーズ量が略１／５０倍〜１／１００倍となるように設定してある。また、低ドーズ注入モードにおける各ガスの混合比率についてはクリーニングガスがプロセスガスの略１０倍〜２０倍となるようにしてある。また、クリーニングモードと比較すると、低ドーズ注入モードではクリーニングガスの量を減らして、イオン注入に必要な所望のビーム電流が得られるようにしている。
【００４１】
前記制御装置ＣＯＭは、ＣＰＵ、メモリ、入出力機器等で構成されたいわゆるコンピュータであって、メモリに格納されているプログラムを実行することにより、少なくともイオン源１の状態等を監視するモニタリング部６と、モニタリング部６のモニタリング結果や、処理しなければならない基板Ｐ１、Ｐ２の種類に基づいて前記イオン注入装置１００の運転モードを適宜切り替える運転モード制御部５としての機能を実現するものである。
【００４２】
前記モニタリング部６は、本実施形態では基板Ｐ１、Ｐ２の処理枚数をカウントする処理枚数カウント部６１を少なくとも備えている。この処理枚数カウント部６１は、高ドーズ注入基板Ｐ１と低ドーズ注入基板Ｐ２の処理枚数をそれぞれ別々にカウントしている。
【００４３】
前記運転モード制御部５は、高ドーズ注入モード、低ドーズ注入モード、クリーニングモードのいずれかに切り替えて実行するために前記イオン源１、前記ガス供給機構２、前記基板搬送機構４に対して指令を出すように構成してある。
【００４４】
より具体的には、前記運転モード制御部５は、前記処理枚数カウント部６１においてカウントされた処理基板の枚数に基づいて、前記イオン源１の運転モードを設定し、当該イオン源１に対して各モードに対応した電圧等の設定を行うイオン源制御部５１と、前記イオン源制御部５１において設定された運転モードに対応したガスを前記ガス供給機構２に供給させるガス供給機構制御部５２と、前記イオン源制御部５１において設定された運転モードに対応するように、前記搬入ロボット４１に対して高ドーズ注入基板Ｐ１と低ドーズ注入基板Ｐ２の搬入順を指令する基板搬送機構制御部５３とから構成してある。
【００４５】
前記イオン源制御部５１は、高ドーズ注入基板Ｐ１と低ドーズ注入基板Ｐ２の処理枚数に基づいて、できる限り基板Ｐ１、Ｐ２の処理が行われない時間帯ができないように実行可能な運転モードを設定するものである。より具体的には、特に高ドーズ注入モードにおいては、イオン源１内のクリーニングが十分ではなく堆積物が所定量以上存在する場合には異常放電によって途中でイオンビームＩＢが途切れやすく、イオン注入を実行できない場合がある。また、高ドーズ注入モードではイオン源１内の堆積物の除去は行われず、堆積物は増加するのみであるので、高ドーズ注入モードだけが繰り返されると、これ以上のイオン注入ができなくなる場合がある。そこで、このイオン源制御部５１においては、各基板Ｐ１、Ｐ２の処理枚数が閾値を超えており、低ドーズ注入モードによるクリーニングで高ドーズ注入モードを実行可能になる場合には低ドーズ注入モードをイオン源１に実行させる。そして低ドーズ注入モードによるイオン源１のクリーニングの後に許容回数内で高ドーズ注入モードを実行するように構成してある。なお、前記閾値はこれ以上イオン注入が継続できなくなる限界処理枚数に対して所定値だけ小さい値を設定している。
【００４６】
言い換えると、前記イオン源制御部５１は、現在の基板処理枚数によりイオン源１内の堆積物の状況を間接的にモニタリングしており、そのモニタリング結果から高ドーズ注入モードと、低ドーズ注入モードの実行順番を随時更新していくものである。なお、未処理の低ドーズ注入基板Ｐ２が既に存在せず、未処理の高ドーズ注入基板Ｐ１のみが残っている場合や、完全メンテナンス時には前記イオン源制御部５１はクリーニングモードを実行するように構成してある。
【００４７】
前記ガス供給機構制御部５２は、前記イオン源制御部５１において設定される各運転モードの実行順番に応じてプロセスガス、クリーニングガス、混合ガスを前記ガス供給機構２に供給させるようにしてある。
【００４８】
前記基板搬送機構制御部５３は、前記イオン源制御部５１において設定される各運転モードの実行順番に対応するように高ドーズ注入基板Ｐ１と低ドーズ注入基板Ｐ２の搬送順番を変更するものである。すなわち、基板搬送機構制御部５３は、前記イオン源制御部５１において設定された定期的に低ドーズ注入モードが実行される運転モードの実行順番の通りに基板Ｐ１、Ｐ２の搬送順番を並べ替えた上で、前記基板搬送機構４に基板Ｐ１、Ｐ２の搬送をさせるものである。
【００４９】
このように構成されたイオン注入装置１００において単位時間当たりの基板Ｐ１、Ｐ２処理枚数（スループット）が向上することについて具体的設定を用いて従来技術との比較を行いながら説明する。
【００５０】
設定は以下の通りである。
・    高ドーズ注入基板Ｐ１を２枚処理した場合、１回のクリーニングモードを実行しなくてはならない。
・    低ドーズ注入基板Ｐ２を処理した場合は、従来技術、本実施形態のいずれにおいてもイオン源１の汚染は進行しない。本実施形態に限り、低ドーズ注入モードを実行した場合クリーニングモードと同様のクリーニング効果が得られる。
・    各運転モードの実行時間は単純化のため同じ時間がかかるものとする。
・    基板Ｐ１、Ｐ２の搬送順番は固定されており、変更できないものとする。
【００５１】
そして、図２に示すように１０枚の基板Ｐ１、Ｐ２を処理する必要があり、３番目と９番目と１０番目に低ドーズ注入基板Ｐ２が搬送され、それ以外は高ドーズ注入基板Ｐ１であるとする。
【００５２】
従来技術の場合、２枚の高ドーズ注入基板Ｐ１が処理される度にクリーニングモードを実行しなくてはならないので、図３に示すように全部の工程を終了するのに１３単位時間が必要となり、そのうち１０単位時間が基板Ｐ１、Ｐ２処理にかかる時間である。したがって、この例では従来技術のスループットは１０／１３となる。
【００５３】
一方、本実施形態のイオン注入装置１００であれば、図４に示すように３番目の低ドーズ注入基板Ｐ２に対して低ドーズ注入モードを実行することで合わせてクリーニングも実行されるので、全部の工程を終了するのに１２単位時間しか必要ない。したがって、１０単位時間が基板Ｐ１、Ｐ２処理にかかる時間である。したがってこの例ではスループットは１０／１２となり、従来技術と比較して向上していることが分かる。
【００５４】
さらに、前記設定においては基板Ｐ１、Ｐ２の搬送順番は変えられない場合を考えたが、この条件が無い場合には、前記イオン源制御部５１及び前記基板搬送機構制御部５３が上述した構成に基づいて動作することにより、高ドーズ注入基板Ｐ１が２枚処理されるごとに、低ドーズ注入基板Ｐ２の処理を行うように搬送順番を並び変え、それに対応して運転モードを切り替えることになる。したがって、図５に示すように全部の工程を終了するのに１０単位時間しか必要なくなり、スループットはさらに向上して１０／１０となる。
【００５５】
以上の比較結果をまとめると、本実施形態のイオン注入装置１００では図６に示すように従来技術においてはクリーニングのみが行われており、生産が中止されていた工程に、低ドーズ注入モードを実行することでクリーニングを行いつつ、低ドーズ注入基板Ｐ２へのイオン注入を行うようにしているので、その分だけ休止時間を減らし生産効率を高めることができていることが分かる。
【００５６】
このように本実施形態のイオン注入装置１００によれば、前記基板搬送機構４において高ドーズ注入基板Ｐ１と低ドーズ注入基板Ｐ２が混在して順番に流れるようにするとともに、その順番を所定間隔ごと、又は、その所定間隔近傍に低ドーズ注入基板Ｐ２が表れるようにしている。さらに、低ドーズ注入モードにおいては、前記ガス供給機構２はプロセスガスとクリーニングガスを所定の混合比率で混合した混合ガスをイオン源１に供給するので、低ドーズ注入を行いながら、併せてイオン源１のクリーニングを実行することができる。したがって、高ドーズ注入によりイオン源１の汚染が進んだとしても、高ドーズ注入の間に低ドーズ注入を挟むことで基板Ｐ１、Ｐ２の処理を止めることなく、イオン源１のクリーニングを実行し、クリーニングモードを実行することなくイオン注入を継続することを可能にしている。
【００５７】
したがって、従来技術に比べて単位時間当たりの基板Ｐ１、Ｐ２処理枚数を向上させて生産効率を向上させるとともに、イオン源１の清浄度を保って所望の性質のイオンビームＩＢを継続的に引き出せるようにして、処理された基板Ｐ１、Ｐ２を高品質なものにできる。
【００５８】
その他の実施形態について説明する。
【００５９】
前記実施形態においては、前記モニタリング部６が、処理枚数カウント部６１を備えており、基板Ｐ１、Ｐ２の処理枚数をカウントすることによりイオン源１の汚染の進行度合いを把握し、イオン注入が継続不可能となる手前に設定された閾値を超えた場合に低ドーズ注入モードが前記運転モード制御部５により実行されるように構成していた。このイオン源１の汚染度の間接的なモニタリングの別の方法としては、イオン源１の稼働時間を監視する方法が挙げられる。すなわち、前記モニタリング部６が、前記イオン源１の稼働時間を計測する稼働時間計測部を備え、前記運転モード制御部５が、前記稼働時間計測部において計測された前記イオン源１の稼働時間に基づいて、前記イオン源１の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成しても構わない。このようなものであっても前記実施形態と同様にクリーニングモードを実行せずともイオン注入を継続する事が可能となる。
【００６０】
さらに詳細にイオン源１の状態をモニタリングするには、前記イオン源１での放電回数をカウントする放電回数カウント部をさらに備え、前記運転モード制御部５が、前記放電回数カウント部においてカウントされた放電回数に基づいて、前記イオン源１の運転モードを高ドーズ注入モード又は低ドーズ注入モードに切り替えるように構成されたものであればよい。例えば、イオン源１内に堆積物が多くなるほど放電回数は増加する傾向にあるので、その放電回数の値や増加率をモニタリングすればより正確にイオン源１の堆積物の状態を把握することができる。したがって、稼働時間に対する閾値について安全率を小さくとって高ドーズ注入モードを連続して行うこと等が可能となるので、クリーニングモードの実行回数を大幅に減らし、生産効率を高めること等ができる。また、この放電回数のカウントについてはイオン源１の引き出し電極に流れる電流値をモニタリングしておき、放電による不連続点や、急減変化点の出現回数をカウントする方法が挙げられる。
【００６１】
また、イオン源１の稼働時間が累積する、あるいは、基板処理枚数が多くなるにつれて、イオン源１においてそれまでの低ドーズ注入モードでは除去しきれない堆積物の量が増えることがある。また、上述したような経時変化によって堆積物の増加速度が速くなっており、少ない基板処理枚数でもイオン注入が継続できなくなることもある。このようなイオン源１内に堆積物が増えやすくなっている状態でも、クリーニングモードを実行せずに基板Ｐ１、Ｐ２へのイオン注入を継続し続けられるようにするには、前記運転モード制御部５が、運転モードの切替回数が所定回数を超えた場合に、低ドーズ注入モードでの運転頻度を増加させるように構成すればよい。このようなものであれば、堆積物の増加に応じて頻繁に低ドーズ注入モードによるクリーニングが実行できるので、堆積物をこまめに除去してイオン注入を継続することができる。
【００６２】
また、別の対応方法としては、前記ガス供給機構２が、プロセスガスとクリーニングガスの混合比率を変更可能に構成されており、前記運転モード制御部５が、運転モードの切替回数が所定回数を超えた場合に、低ドーズ注入モードにおいて前記ガス供給機構２から供給される混合ガス中のクリーニングガスの濃度を高くするように制御するものであってもよい。このようなものであれば、低ドーズ注入モードにおけるクリーニング効果を高め、低ドーズ注入モードのクリーニングでは残存する堆積物の量を減らし、初期と同様の頻度で低ドーズ注入モードを行ってイオン注入を継続することもできる。
【００６３】
前記実施形態ではプロセスガスとしてＢＦ３を用いていたが、例えばＰＨ３（ホスフィン）をプロセスガスとして用いても構わない。なお、本明細書におけるプロセスガスとは、ＰＨ３単体のガス又は通常イオンビームＩＢを引き出すことのみを目的とした濃度でＰＨ３をＨ２で希釈したガスも含む概念である。したがって、Ｈ２で希釈されたＰＨ３をさらにクリーニングガスであるＨ２と混合したものも混合ガスとなる。この場合、混合ガスにおけるＨ２の占める割合が、ＰＨ３よりも大きく設定してあるものが低ドーズ注入モードにおいて使用される。加えて、プロセスガスとしてＰＨ３を用いる場合には、低ドーズ注入基板Ｐ２が、ＬＤＤへのイオン注入が行われるものであっても構わない。また、クリーニングガスはＨ２に限られるものではなく、例えばその他の希ガスであっても構わない。
【００６４】
さらに前記実施形態では、高ドーズ注入モードにおいてはプロセスガスのみがイオン源１内に供給されていたが、高ドーズ注入モードにおいてプロセスガスとクリーニングガスが混合された混合ガスを用いてもよい。この場合、高ドーズ注入モードにおいて用いられる混合ガスの混合比率は、低ドーズ注入モードにおいて用いられる混合ガスの混合比率と比較して、プロセスガスの占める割合を高くし、高ドーズ注入基板Ｐ１用のビーム電流を得られるようにすればよい。
【００６５】
加えて、前記実施形態ではプロセスガスとクリーニングガスの混合比率を変更可能に構成して低ドーズ注入モード用の混合ガスを様々な混合比率のものにできるようにしていたが、例えば低ドーズ注入モードにおいて使用される混合ガスの混合比率を固定しても構わない場合には予め所定の混合比率に調整された混合ガスをイオン源１に導入するようにしてもよい。
【００６６】
さらに前記実施形態では、プロセスガス供給路ＰＧＬとクリーニングガス供給路ＣＧＬがイオン源１の外部において接続流路２５により合流し、前記イオン源１の外部においてプロセスガスとクリーニングガスが所望の混合比率で混合されて混合ガスとなってから当該イオン源１内に導入されていたが、プロセスガスとクリーニングガスがイオン源１内で混合されるようにしてもよい。すなわち、前記イオン源１に２つのガス供給口が形成してあり、一方のガス供給口に前記プロセスガス供給路ＰＧＬが接続され、他方のガス供給口にクリーニングガス供給路ＣＧＬが接続され、各供給路においてガス流量が独立に制御されるようにし、イオン源１内において所望の混合比率となるように制御されるものであっても構わない。
【００６７】
前記実施形態では、低ドーズ注入モードにおいてクリーニングガス由来のイオンにより基板Ｐ１、Ｐ２がチャージアップするのを防ぐために質量分析器３を用いていたが、場合によってはこの質量分析器３を省略してもよい。
【００６８】
本発明は前記実施形態に図示したものに限られず、例えば、イオン注入装置１００としてイオン源１を複数有する、あるいは、ビームラインが複数存在するものであっても構わない。また、高ドーズ注入基板Ｐ１、及び、低ドーズ注入基板Ｐ２のイオン注入部位は実施形態に限られるものではない。すなわち、２種類の基板Ｐ１、Ｐ２が混在して搬送されており、一方の基板に照射されるべきイオンビームＩＢのビーム電流が小さいものであれば本発明を適用することができる。
【００６９】
また、イオン注入のドーズ量がそれぞれ異なる基板が３種類以上あり、それらが混在して前記基板搬送機構４により搬送されるようなイオン注入装置１００にも本発明を適用することができる。すなわち、必要とされるドーズ量が低い基板に対してイオン注入を行う場合には、前記運転モード制御部５が低ドーズ注入モードを実行して、プロセスガスとともにクリーニングガスが混合された混合ガスをプラズマ化してイオン注入を行うようにすればよい。
【００７０】
さらに、前記実施形態において図示等により示した高ドーズ注入基板Ｐ１と低ドーズ注入基板Ｐ２の搬送順番についてはあくまで一例であり、各種条件によって様々な搬送順番があり得る。
【００７１】
本発明のイオンビーム照射装置は、例えばイオン注入装置に限られるものではなく、イオンドーピング装置等様々な用途を含む概念である。また、イオンビームＩＢが照射される基板Ｐ１、Ｐ２としてはガラス基板に限られるものではなく、シリコンウェーハや、その他の半導体基板等であっても構わない。
【符号の説明】
【００７２】
１００    ：イオン注入装置（イオンビーム照射装置）
１        ：イオン源
２        ：ガス供給機構
２１      ：第１ボトル
２２      ：第２ボトル
２３      ：第１流量制御バルブ
２４      ：第２流量制御バルブ
２５      ：接続流路
ＰＧＬ    ：プロセスガス供給路
ＣＧＬ    ：クリーニングガス供給路
３        ：質量分析器
４        ：基板搬送機構
４１      ：基板搬入ロボット
４１ａ    ：第１カセット
４１ｂ    ：第２カセット
４２      ：ロードロック室
４３      ：イオンビーム照射室
４４      ：アンロードロック室
４５      ：基板搬出ロボット
４５ａ    ：第３カセット
４５ｂ    ：第４カセット
５        ：運転モード制御部
５１      ：イオン源制御部
５２      ：ガス供給機構制御部
５３      ：基板搬送機構制御部
６        ：モニタリング部
６１      ：処理枚数カウント部
Ｐ１      ：高ドーズ注入基板
Ｐ２      ：低ドーズ注入基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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