(57)【要約】【課題】  被照射物に対して目的核種の均一な注入を行なえる質量分離型ドーピング装置を提供する。【解決手段】  質量分離型ドーピング装置は、イオンの流路を含み、断面形状が円弧状に形成されたケーシング１と、断面形状の円弧状の周りを取り巻くように、ケーシングに巻かれたコイル５と、コイル５に電流を流すための電源とを備える。コイル５が巻かれている領域は、第１密度で巻かれた第１密度巻回領域と、コイルの全体が一定の密度で巻かれたときにビーム電流が最大となる位置を避ける領域において第１密度よりも小さい第２密度で巻かれた第２密度巻回領域とを含む。【選択図】        図１
2006120446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンの流路を含み、断面形状が円弧状に形成されたケーシングと、
前記断面形状の前記円弧状の周りを取り巻くように、前記ケーシングに巻かれたコイルと、
前記コイルに電流を流すための電源と
を備え、
前記コイルが巻かれている領域は、第１密度で巻かれた第１密度巻回領域と、
前記コイルの全体が一定の密度で巻かれたときにビーム電流が最大となる位置を避ける領域において、前記コイルが第２密度で巻かれた第２密度巻回領域と
を含む、質量分離型ドーピング装置。
【請求項２】
前記電源は、前記コイルが一定の密度で巻かれたときに、目的核種のイオンの前記ビーム電流が最も大きくなる電流よりも大きな電流を前記コイルに流すことができるように形成され、
前記コイルは、前記第２密度が前記第１密度より小さくなるように形成された、請求項１に記載の質量分離型ドーピング装置。
【請求項３】
イオン発生源からケーシングに向けて複数のイオンを発生させる工程と、
前記ケーシングに巻回されたコイルの磁力を用いて、前記イオンの移動経路を曲げることによって目的核種のイオンを選別する工程と、
前記目的核種のイオンを被照射物に注入する工程と
を含むドーピング方法において、
前記ケーシングに前記コイルを一定の密度で巻回したときに、前記ケーシングから放出される前記目的核種のビーム電流が小さくなる領域に対応する領域おいて、巻回されている密度が小さくなっている前記コイルを用いる、ドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分離型ドーピング装置およびドーピング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、基板などにイオンからなる不純物をドーピングする工程があり、基板などに対して目的とする核種（本発明においては、「目的核種」という。）のイオンが注入される。
【０００３】
近年においては、ドーピングの対象となる基板が大型になる傾向があり、スキャン方式のドーピング装置が主流になっている。スキャン方式のドーピング装置においては、所定の領域に目的核種のイオンを放出して、この領域に基板などの被照射物を移動することにより、被照射物の表面からイオンを注入する。スキャン方式のドーピング装置の中には、イオンの質量を利用して目的核種のイオンのみを注入するための質量分離型のドーピング装置がある（たとえば、特開平７−６５７８０号公報または特開２００２−２０３８０５号公報参照）。
【０００４】
図６に、従来の技術に基づく質量分離型ドーピング装置うち、一のドーピング装置の概略斜視図を示す。この質量分離型ドーピング装置はケーシング１を備える。ケーシング１は、内部にイオン流路としての空洞が形成され、イオン流路の断面形状が円弧状になるように形成されている。イオン発生源２は、ケーシング１のイオン導入口に対向するように配置されている。ケーシング１の周りには、一定の間隔を空けて、巻回されたコイル６が形成されている。コイル６において、矢印２０に示す向きに電流が流されるように電源が形成されている（図示せず）。イオン発生源２で形成されたイオンは、ケーシング１のイオン導入口に進入する。イオンは、ケーシング１のイオン放出口から、イオン照射領域１５に向けて放出される。
【０００５】
図７に、ケーシング１の正面図を示す。コイル６は、１回巻かれたものが並列に並ぶように配置されている。コイル６は、複数本巻回されている。矢印２２に示す幅方向におけるコイル６の密度は一定である。すなわち、ケーシング１の幅方向に対して、一定の間隔でコイル５が巻回された一定密度巻回領域１６が形成されている。
【０００６】
図６において、被照射物としての基板３は、矢印２１に示す方向に移動する。基板３は、ケーシング１から放出される目的核種のイオンの向きに対して垂直な方向に移動可能に形成されている。
【０００７】
目的核種を含むイオンは、イオン発生源２から放出され、ケーシング１の内部を通る。この際に、イオンは、コイル６の磁力の影響を受けて、ケーシング１の断面形状に沿って円弧状に曲がる。このとき、コイル６の電流を最適化することにより、目的核種のイオンのみがケーシング１の壁面に衝突せずに、イオン照射領域１５に向けて放出される。
【０００８】
このように、質量分離型ドーピング装置においては、ケーシング１において目的核種のイオンのみを通過させることができ、目的核種のドーピングを行なうことができる。
【特許文献１】特開平７−６５７８０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図８に、基板の移動方向に垂直な方向の片方の端部において、ケーシング１から放出されるイオンのビーム電流の強度のグラフを示す。横軸は、図７における矢印２２のケーシング１の幅方向（基板の移動方向に垂直な方向）に平行な方向における位置を示す。縦軸は、目的核種のイオンのビーム電流の強度を示す。図８に示すように、ケーシングの幅方向において、ビーム電流が一様になる領域と、ビーム電流が小さくなる領域とがある。このため、ビーム電流が弱い領域においては、基板などの被照射物に対して注入されるイオン密度が小さくなってしまい、均一な注入を行なうことができないという問題があった。すなわち、ケーシングの幅方向において、ドーピングされる目的核種の密度にむらが生じるという問題があった。
【００１０】
ケーシングの幅方向において、ビーム電流を一様にするため（放出されるイオンの個数密度を一定にするため）、イオン発生源から放出されるイオンの該方向における個数密度を局所的に多くしたり少なくしたりすることが考えられる。しかし、このような装置においては、該方向においてイオン発生源から発生するイオンの密度を常に不均一な状態に保たなければならず、制御が複雑になるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、被照射物に対して目的核種の均一な注入を行なえる質量分離型ドーピング装置およびドーピング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に基づく質量分離型ドーピング装置は、イオンの流路を含み、断面形状が円弧状に形成されたケーシングと、上記断面形状の上記円弧状の周りを取り巻くように、上記ケーシングに巻かれたコイルと、上記コイルに電流を流すための電源とを備える。上記コイルが巻かれている領域は、第１密度で巻かれた第１密度巻回領域と、上記コイルの全体が一定の密度で巻かれたときにビーム電流が最大となる位置を避ける領域において、上記コイルが第２密度で巻かれた第２密度巻回領域とを含む。この構成を採用することにより、被照射物に対して、均一なドーピングを行なうことができる質量分離型ドーピング装置を提供することができる。
【００１３】
上記発明において好ましくは、上記電源は、上記コイルが一定の密度で巻かれたときに、目的核種のイオンの上記ビーム電流が最も大きくなる電流よりも大きな電流を上記コイルに流すことができるように形成され、上記コイルは、上記第２密度が上記第１密度より小さくなるように形成されている。この構成を採用することにより、特定の目的核種を効率よく上記被照射物に対して注入することができる。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に基づくドーピング方法は、イオン発生源からケーシングに向けて複数のイオンを発生させる工程と、上記ケーシングに巻回されたコイルの磁力を用いて、上記イオンの移動経路を曲げることによって目的核種のイオンを選別する工程と、上記目的核種のイオンを被照射物に注入する工程とを含むドーピング方法において、上記ケーシングに上記コイルを一定の密度で巻回したときに、上記ケーシングから放出される上記目的核種のビーム電流が小さくなる領域に対応する領域において、巻回されている密度が小さくなっている上記コイルを用いる。この方法を採用することにより、被照射物に対して、均一なドーピングを行なえるドーピング方法を提供できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被照射物に対して目的核種の均一な注入を行なえる質量分離型ドーピング装置およびドーピング方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（構成）
図１から図５を参照して、本発明に基づく質量分離型ドーピング装置およびドーピング方法について説明する。本形態においては、目的核種がホウ酸（Ｂ）であり、本形態における質量分離型ドーピング装置は、ホウ酸のイオン（Ｂ+）を基板に対して注入するための装置である。
【００１７】
図１は、本形態における質量分離型ドーピング装置の概略斜視図である。ケーシング１は、管状に形成されている。ケーシング１は、断面形状が円弧状になるように形成されている。すなわち、ケーシング１は、管の内部を通るイオンの流路が円弧状になるように形成されている。イオン導入口としての一方の開口部は、イオン発生源２に対向するように形成されている。また、イオン放出口としての他方の開口部は、基板３の搬送経路に対向するように形成されている。
【００１８】
イオン発生源２は、ケーシング１のイオン導入口に対して、目的核種を含むイオンを放出することができるように形成されている。本形態において、イオン発生源２は、イオンを水平方向に放出して、ケーシング１の内部にイオンが進入するように形成されている。
【００１９】
ケーシング１の周りには、ケーシング１のイオン流路の形状である円弧状の周りを取り巻くように複数のコイル５が巻かれている。
【００２０】
図２に、ケーシング１を正面から見たときの図を示す。ケーシング１の周りには、１回巻かれたコイル５が複数配置されている。複数のコイル５は、巻回されている方向が互いに平行になるように並列に配置されている。複数のコイル５は、互いに間隔を空けて配置されている。
【００２１】
コイル５が巻かれている領域は、コイル５が第１密度で巻かれた第１密度巻回領域１０を含む。第１密度巻回領域１０は、矢印２２に示すケーシング１の幅方向のほぼ中央部分に配置されている。第１密度巻回領域１０の領域内においては、一定の密度でコイル５が配置されている。
【００２２】
コイル５が巻かれている領域は、コイル５がケーシング１の幅方向において一定の密度で巻かれたときに、ビーム電流が最大となる位置を避ける領域において、第２密度で巻かれた第２密度巻回領域１１を含む。本形態においては、コイル５の密度が一定になるように巻回されたときに、相対的に目的核種のビーム電流が小さくなる領域において、第２密度巻回領域１１が形成されている。図８に示すように、ケーシング１の幅方向の端部でビーム電流が少なくなる。このため、ケーシング１の幅方向の両方の端部に、第２密度巻回領域１１が形成されている。すなわち、第１密度よりも第２密度が小さくなるようにコイル５が巻回されている。第２密度巻回領域１１の領域内においては、一定の密度でコイル５が巻回されている。
【００２３】
本形態の第２密度巻回領域は、第１密度巻回領域からコイル５を一定の間隔で間引いた構成を有する。
【００２４】
図１において、ケーシング１のイオン放出口は、ケーシング１の下側に形成されている。イオン照射領域１５は、ケーシング１のイオン放出口を基板３の搬送経路に投影したときの投影領域である。イオン照射領域１５は、ケーシング１から放出されたイオンが通過する領域である。
【００２５】
コイル５は、コイル５に電流を流すための電源に接続されている（図示せず）。本形態における電源は、複数のコイル５に対してそれぞれに流れる電流を調整できるように形成されている。また、本形態における電源は、コイルが一様に巻回されたときに目的核種のイオンのビーム電流が最も大きくなる電流よりも大きな電流をコイルに流すことができるように形成されている。
【００２６】
図１を参照して、本形態における質量分離型ドーピング装置においては、基板３を搬送するための搬送手段を備える（図示せず）。搬送手段は、矢印２１に示す方向に基板３を搬送するように形成されている。本形態における搬送手段は、ケーシング１から放出されるイオンの進行方向に対して基板３の主表面がほぼ垂直になるように形成されている。すなわち、搬送手段は、基板３の主表面に平行な方向に基板３を搬送することができるように形成されている。搬送手段は、基板３がイオン照射領域１５を通るように形成されている。
【００２７】
（作用・効果、ドーピング方法）
図３に、本形態における質量分離型ドーピング装置の側面図を示す。イオン発生源２からケーシング１に向かって放出されたイオンは、イオン導入口からケーシング１の内部に導入される。
【００２８】
基板３は、搬送手段によってケーシング１のイオン放出口の真下に配置される。ケーシング１の周りに巻回されたコイル５には矢印２０に示す向きに電流が流される。本形態においては、複数のそれぞれのコイルに対して一定の電流が流される。電流は、コイルの幅方向全体においてコイルの密度が一定で巻かれたときに、目的核種のビーム電流が最大になる電流よりも大きなものが流されている。
【００２９】
コイル５に電流が流れることにより、ケーシング１の内部には、図３における紙面に垂直な方向に磁界が発生する。この磁界、イオン発生源２から放出されるイオンの電荷、およびイオンの質量などに依存して、イオンはケーシング１の断面形状に沿って曲がっていく。
【００３０】
イオン発生源２から放出されたそれぞれのイオンは、たとえば、矢印２５ａ〜２５ｃに示すように進行する。目的核種としてのＢ+は、矢印２５ｂに示すように、ケーシング１の断面形状に沿って進行して、ケーシング１のイオン放出口から放出されて、基板３の表面に衝突する。目的核種以外の核種は、矢印２５ａおよび矢印２５ｃに示すように、ケーシング１の壁面に衝突して、その進行が妨げられる。また、目的核種であっても、イオン発生源２から放出される速度などが適切でないものは、ケーシング１の壁面に衝突する。
【００３１】
図４に、ケーシング１の周りに巻回されたコイルの電流と、ケーシング１から放出されるイオンのビーム電流との関係のグラフを示す。横軸がそれぞれのコイルに流す電流であり、縦軸が放出されるイオンのビーム電流である。図４においては、目的核種となるＢ+のピークの他に、目的核種以外の核種のイオンであるＨ+のピークが観察されている。図４に示すように、コイルの密度が幅方向に一定の場合、コイル電流を最適な値（コイル電流値１９）にすることによって、被処理物に対して多くの目的核種を照射することができる。
【００３２】
図１および図２に示すように、本形態における質量分離型ドーピング装置においては、第１密度巻回領域１０と、第１密度巻回領域１０よりも密度が小さい第２密度巻回領域１１とが形成されている。第２密度巻回領域１１は、コイルが幅方向に亘って一定の密度で巻かれたときに、ビーム電流が最大となる位置を避ける領域に形成されている。本形態においては、ケーシング１の幅方向の両端において、第２密度巻回領域１１が形成されている。この構成を採用することにより、ケーシング１の幅方向における目的核種のビーム電流を一定にすることができる。
【００３３】
第２密度巻回領域においては、コイルの密度が小さいため、ケーシング１の内部に形成される磁界が小さくなる。一方で、図４を参照して、本形態においては、目的核種Ｂ+を多く得るためのコイル電流値１９よりも大きなコイル電流値１８が流されている。このため、第１密度巻回領域に対応する領域おいては、目的核種Ｂ+のビーム電流は小さくなる。
【００３４】
これに対して、第２密度巻回領域１１においては、巻回されているコイルの密度である第２密度が第１密度よりも小さいため、ケーシング１の内部に形成される磁界強度は小さくなる。したがって、図４における矢印２４に示すように、実質的にコイル電流を小さくする作用と同じ作用を得ることができる。この結果、第２密度巻回領域１１においては、放出される目的核種のイオンのビーム電流を相対的に大きくすることができる。
【００３５】
図５に、本形態における質量分離型ドーピング装置において、ケーシングから放出される目的核種のイオンのビーム電流のグラフを示す。横軸はケーシング１の幅方向（スキャン方向に垂直な方向）の位置を示し、縦軸は目的核種のイオンのビーム電流を示す。図８に示したように、第１密度巻回領域１０においては、放出されるイオンのビーム電流は、幅方向においてほぼ一定であるが、コイル電流を大きくするためにビーム電流値は小さくなる（図４参照）。
【００３６】
これに対して、第２密度巻回領域１１においては、コイルの密度が小さく形成されることにより（コイルの一部が間引かれることにより）、矢印２３に示すようにケーシング１から放出されるビーム電流が大きくなる。この結果、ケーシング１の幅方向において、放出される目的核種のビーム電流をほぼ一定にすることができる。
【００３７】
本形態においては、コイルに流される電流は、目的核種のビーム電流がピークになる電流よりも大きな電流であり、第２密度巻回領域は、第１密度巻回領域よりも密度が小さくなるように形成されている。本発明においては、特にこの形態に限られず、コイルに流される電流が、目的核種のビーム電流がピークになる電流よりも小さな電流であり、第２密度巻回領域が第１密度巻回領域の密度よりも大きな密度を有するように形成されていても構わない。この構成においても、ケーシングの幅方向においてビーム電流をほぼ一定にすることができる。
【００３８】
但し、図４に示すように、本形態における目的核種であるＢ+のピークよりもコイル電流が小さくなる領域には、たとえば、目的核種ではないＨ+（水素イオン）のピークがある。このため、コイルに流される電流がピークになる電流よりも小さな電流である場合には、Ｂ+の放出とともにＨ+も基板に対して放出される可能性がある。したがって、このような場合においては、目的核種のイオンのビーム電流が最も大きくなる電流よりも大きな電流をコイルに流して、さらに、第２密度が第１密度よりも小さくなるように形成されていることが好ましい。
【００３９】
本形態においては、ケーシングの幅方向において、該幅方向の両側の端部のビーム電流が小さくなる場合を示したが、特にこの形態に限られず、イオンのビーム電流が小さくなる任意の領域において、コイルの密度が小さくなるように形成されていても構わない。たとえば、ケーシングの幅方向において片側の端部のビーム電流が小さくなる領域において、この片側の端部のコイルが間引かれて密度が小さくなる領域が形成されていても構わない。
【００４０】
また、本形態におけるコイルは、巻数が１回の複数のコイルが互いに並列するように配置されているが、特にこの形態に限られず、巻数が複数のコイルが、複数並列に配置されていても構わない。または、一つに直列に繋がったコイルが巻回されていても構わない。さらに、コイルは、電気的に直列に接続され、電流経路が１つになるように形成されていても構わない。
【００４１】
本形態においては、目的核種がホウ酸であるが、特にこの形態に限られず、任意の目的核種のドーピングを行なう質量分離型ドーピング装置およびドーピング方法に本発明を適用することができる。
【００４２】
本発明における質量分離型ドーピング装置およびドーピング方法は、たとえば、ポリシリ液晶のチャンネルドーピング工程において用いることができる。または、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）の製造におけるチャンネルドーピング工程などに用いることができる。
【００４３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に基づく実施の形態における質量分離型ドーピング装置の概略斜視図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態におけるケーシングとコイルとの正面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態における質量分離型ドーピング装置の側面図である。
【図４】コイルに流される電流と、放出されるイオンのビーム電流との関係を表わすグラフである。
【図５】本発明に基づく実施の形態におけるケーシングの幅方向に対するビーム電流の変化を表わすグラフである。
【図６】従来の技術に基づく質量分離型ドーピング装置の概略斜視図である。
【図７】従来の技術に基づく質量分離型ドーピング装置のケーシングとコイルとの正面図である。
【図８】従来の技術に基づく質量分離型ドーピング装置のケーシングの幅方向に対するビーム電流の変化を表わすグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  ケーシング、２  イオン発生源、３  基板、５，６  コイル、１０  第１密度巻回領域、１１  第２密度巻回領域、１５  イオン照射領域、１６  一定密度巻回領域、１８，１９  コイル電流値、２０〜２４，２５ａ〜２５ｃ  矢印。
【図１】
2006120446.tif 000003
【図２】
2006120446.tif 000004
【図３】
2006120446.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006120446.tif 000008
【図７】
2006120446.tif 000009
【図８】
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