(57)【要約】【課題】  １ｍ〜２ｍ角にも及ぶ大型の基板に対してイオン注入を行うイオン注入装置において、基板上への埃の付着を防止しながら、基板の走査及び移動の際に発生する基板の膨らみやばたつきを防止できるイオン注入装置を提供する。【解決手段】  イオンビームＢ１を発生するイオン源１１，１１Ａと、該イオンビームＢ１をリボン状イオンビームＢ３に変化させるビーム偏向機構１２，１３，１３Ａと、前記リボン状イオンビームＢ３の照射方向と交差する方向に基板２０を移動する基板スキャン機構１５，１５Ａとを備えたイオン注入装置１０，１０Ａにおいて、前記基板スキャン機構１５，１５Ａを、基板２０を鉛直方向から後方に５°〜３０°傾斜させると共に、該基板２０の背面を支持体１５ｂ，１５Ａｂで支持するように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを発生するイオン源と、該イオンビームをリボン状イオンビームに変化させるビーム偏向機構と、前記リボン状イオンビームの照射方向と交差する方向に基板を移動する基板スキャン機構とを備えたイオン注入装置において、前記基板スキャン機構を、基板を鉛直方向から後方に５°〜３０°傾斜させると共に、該基板の背面を支持体で支持するように構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や液晶表示装置等の製造過程で不純物導入に使用されるイオン注入方法及びイオン注入装置に関するものである。より詳細には、１ｍ〜２ｍ角にもなる大型の基板に対して、基板走査時の基板の膨らみやばたつきを防止できるイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）等の平坦な表示装置（ＦＰＤ：Flat panel display）は、携帯電話、携帯情報端末、パソコンのディスプレイ、大型テレビ画面等に多く使用されている。近年、このＦＰＤは、大型テレビ向けに使用されるようになって大型化する傾向にあり、また、生産性向上の面から１枚の基板（マザーガラス基板）から複数枚の製品を製造するようになりつつある。そのため、製造段階における基板の大きさは、数十ｃｍ角から１ｍ〜２ｍ角と大型化してきている。
【０００３】
このＦＤＰの内で、今後大幅な需要の伸びが予想されているアクティブ形では、アモルファスシリンコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）や低温ポリシリコンＴＦＴ等の薄型フィルム状トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。
【０００４】
そして、この大型の基板上にＴＦＴを製造する過程においては、半導体の性状を制御するためにイオン注入法による不純物導入が行われている。このイオン注入に使用され、高電流幅広ビームを使用する場合のイオン注入装置の一つとして、大量にイオンを発生するイオン発生源と、このイオン発生源から引き出されるイオンビームを拡大し、偏向し、そして収束させるための質量分離マグネットと、収束されたビームのうち不都合なビームを遮断する分解スリットと、この分解スリットを通過したビームを更に偏向させ、且つ平行にする第二磁石とから構成され、１ｍＡ以上の電流及び数ｋｅＶ以上のエネルギーで高均一性の幅広リボン形ビームを形成する小型の高電流幅広ビームのイオン注入装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このイオン注入装置においては、イオンの注入位置では、ターゲット（基板）は、ステージ上で制御される速度で移動される。また、この基板の移動はターゲットがビームの流れの中で回転しないのであれば直線移動でも曲線経路上を移送してもよいとされている。
【０００６】
また、このイオン注入は、大きなエネルギーを必要とする場合には、水平面内に拡がるビーム状イオンを発生させて、このビーム状イオンを基板に照射しながら、この水平ビーム（横ビーム）に対して基板を鉛直方向（上下方向）に移動させて、基板全面にイオン注入を行うイオン注入装置や、イオン注入装置のためのワーク直線移動装置が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。
【０００７】
このイオン注入装置においては、板部の周囲に枠部を形成した薄板支持フレームの周囲に複数の把持装置を配置した薄板支持装置を用いて、この薄板支持フレームの片面に基板を重ね、この基板の周囲の複数箇所を把持装置で把持固定し、基板をこの薄板支持装置に支持させている。
【０００８】
そして、基板を水平に置いてイオン注入する際の、広い面積で微細なごみを受けて易く、このごみに起因する不良部分の発生や基板の波打ち変形を回避するために、基板を垂直（鉛直）に立てた状態で、上下方向に移動している。
【０００９】
しかしながら、基板を鉛直に立てた状態で走査及び移動する従来技術においては、基板が１ｍ〜２ｍ角に大型化した場合に、走査及び移動する際に、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の非常に薄い基板が太鼓の皮の様に膨らんだり、ばたついてしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平６−３４２６３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７７７１号公報
【特許文献３】特開平１１−１６３０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、１ｍ〜２ｍ角にも及ぶ大型の基板に対してイオン注入を行うイオン注入装置において、基板上への埃の付着を防止しながら、基板の走査及び移動の際に発生する基板の膨らみやばたつきを防止できるイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明のイオン注入装置は、イオンビームを発生するイオン源と、該イオンビームをリボン状イオンビームに変化させるビーム偏向機構と、前記リボン状イオンビームの照射方向と交差する方向に基板を移動する基板スキャン機構とを備えたイオン注入装置において、前記基板スキャン機構を、基板を鉛直方向から後方に５°〜３０°傾斜させると共に、該基板の背面を支持体で支持するように構成される。
【００１２】
この構成によれば、基板２０を５°以上の傾斜角αを有して支持体１４ｂで背面を支えながら保持することにより、薄く不安定な基板２０を安定支持でき、基板スキャン時の基板２０の膨らみやばたつき等を回避することができる。
【００１３】
また、基板２０を保持する傾斜角度αを３０°以内に小さく保つことにより、基板２０上に埃が付着するのを防止するために、基板２０上に埃が発生するようなメカニズムや発塵の可能性のある物を配置しないスペースを取るが、このスペースを小さくすることができ、イオン注入装置内の無駄なスペースを小さくすることができる。
【００１４】
なお、リボン状イオンビームの広がり方向と照射方向と基板スキャン方向に関しては、特に限定しないが、広がり方向と照射方向が垂直で、スキャン方向が広がり方向と照射方向の両方に垂直であることが好ましく、照射方向は、チルトバック（後方傾斜）保持された基板に対応して、基板の傾斜角と同じ、仰角（水平面に対する）を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るイオン注入装置によれば、基板をリボン状イオンビームの入射方向に対して後方に傾斜させて支持することで、薄く不安定な大型基板における基板走査時の基板の膨らみ及びばたつきを防止できるので、大きな基板に対しての安定して不純物導入を行うことができる。
【００１６】
また、基板上に埃が付着するのを防止するために、基板上に設ける埃が発生するようなメカニズムや発塵の可能性のある物を配置しないスペースを小さくすることができ、イオン注入装置内の無駄なスペースを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して本発明に係るイオン注入装置の実施の形態について説明する。
【００１８】
最初に、図１に示すような第１の実施の形態のイオン注入装置１０について説明する。この実施の形態のイオン注入装置１０は、イオンビームＢ１を発生するイオン源１１と、このイオンビームＢ１を質量分離し、リボン状イオンビームＢ３に変化させるビーム偏向機構１２，１３と、所望のイオン電流密度分布に調整するマルチポール（均一制御機構）１４と、リボン状イオンビームＢ３の照射方向に対して垂直に近い所定の角度（以下、略垂直という）、例えば、８０°〜１００°で、かつ、水平方向に基板（半導体ではウエーハ、液晶ではガラス基板）２０を走査（スキャン）する基板スキャン機構１５とを備えて構成される。
【００１９】
このイオン源１１は、ガス源（図示しない）から供給されてイオン化された不純物を加速電圧（例えば、１０〜１００ｋＶ）を印加した引き出し電極により、引き出し及び加速してイオンビームＢ１とするように構成される。
【００２０】
また、ビーム偏向機構１２，１３は、質量分離用マグネット部１２と、この質量分離用マグネット部１２で選択されたイオンビームＢ２を鉛直方向に拡がり、水平方向の幅が狭い縦長の平行ビームで形成されるリボン状イオンビームＢ３に変化させる収束マグネット部（コレクターマグネット部）１３とから構成される。
【００２１】
質量分離用マグネット部１２は、イオン源１１からのイオンビームＢ１を略９０°偏向して、分解スリットを通して所定のエネルギー範囲のイオンビームＢ２のみを通過させることにより、質量の軽いイオンや重いイオン等を除外して、所定の質量のイオンのみを選択して取り出すと共に、水平方向に薄く、鉛直面内で幅を有する偏平なイオンビームＢ２にするように構成される。この通過させる質量の範囲は分解スリットの開口幅によって予め設定する。
【００２２】
収束マグネット部１３は、ビームの偏向と平行化を行う装置である。ここでは、イオンビームＢ２を略７０°偏向して平行ビームにして、リボン状イオンビームＢ３にするように構成される。このリボン状イオンビームＢ３は、基板２０に照射される部分におけるイオンビーム形状が照射方向と略垂直な第一方向（厚み）に薄く、この第一方向と照射方向の両方に略垂直な第二方向（幅）に長く、平行に照射される偏平イオンビームであり、横断面が長方形又は線分状で、各横断面が同一形状である。
【００２３】
そして、このリボン状イオンビームＢ３は、基板２０に対して、略垂直に照射できるようにする。本発明においては、基板２０は、鉛直方向に対して傾斜角度αを持って保持されるので、イオンビームＢ３は、水平面に対して迎角αを持つように構成される。
【００２４】
この実施の形態では、ビーム偏向機構１２，１３を、質量分離を専門に行う質量分離用マグネット部１２と、コレクターと呼ばれるビームの幅を広げてリボン状のビームにすると共に、このリボン状イオンビームＢ３をターゲット（基板）に導く収束マグネット部１３の２つのマグネット部で構成し、イオン源１１から発生したイオンビームＢ１を両方のマグネット部を１２，１３通過させることにより、イオンビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３の軌道をＳ字形状に曲げて基板２０に照射するように構成する。
【００２５】
このイオンビームの軌道をＳ字形状に２度曲げる構成により、ビームラインの高さを抑制でき、これにより、イオン注入装置１０の高さを増やす必要がなくなると共に、イオンビームの水平距離が短縮されるので、イオン注入装置１０の奥行きも短かくでき、省スペース装置にすることができる。
【００２６】
また、マグネットの機能を分けて、二つのマグネット部に質量分離とビームのワイド化の役割をそれぞれ分担させるダブルマグネット方式の構成により、注入するイオン種の一層の高分解能化を可能とすることができ、高いイオン注入品質とビームのワイド化の両方を実現できる。
【００２７】
また、マルチポール（均一制御機構）１４は、左右１組の小型電磁石を複数組（例えば、１５組）並べて形成される。そして、収束マグネット部１３で形成されたリボン状イオンビームＢ３を通過させると共に、各小型電磁石のコイルへの励磁電流を制御して、所定のイオン電流密度分布に調整して、イオン注入の均一化を図る。
【００２８】
そして、本発明においては、基板スキャン機構１５は、基板２０を後方に傾斜させて（チルトバック）して保持する基板保持機能を有して構成される。また、この実施の形態では、基板スキャン機構１５は、更に、基板２０を水平方向に走査する基板走査機能を有して構成され、プロセスチャンバー（エンドステーション）１６内に配置される。この構成によれば、基板２０を上下方向（鉛直方向）に移動せず、水平方向に移動するので、イオン注入装置１０の高さを低くすることができる。
【００２９】
そして、本発明の基板スキャン機構１５では、支持体１５ｂにより、基板２０の周辺を把持すると共に、基板２０の背面を支持する。この支持体１５ｂは、平板、格子板、多孔板等で形成され、ヒンジ１５ｃを介して支持ブラケット１５ｄに支持され、この支持ブラケット１５ｄは支持ベッド１５ｅに固定されている。
【００３０】
この支持体１５ｂの一例を図３に示すが、この支持体１５ｂは、枠体１５ｂａと背面部剤１５ｂｂとを有してなり、枠体１５ｂａの前面に、基板２０の周辺を把持するための爪（把持部材）１５ｂｃが略等間隔に配置されている。この爪１５ｂｃで前面から枠体１５ｂａに当接される基板２０（図３には図示していない）の縁から内側の２〜３ｍｍを押さえて支持する。また、背面部材１５ｂｂは軽量化のために開口部を有する井桁構造で形成され、開口部の位置と大きさにより重量バランスが取られている。また、この井桁の交点には支持ピン１５ｂｄが植立され、この支持ピン１５ｂｄの先端部で基板２０の背面を略点接触で支持するように構成される。
【００３１】
この支持体１５ｂは、平行に照射されるリボン状イオンビームＢ３の照射方向、即ち、リボン状イオンビームＢ３の縁部Ｂ３ａに対して略垂直となるように鉛直方向からの傾斜角度αを持って後側に傾斜するように角度調整される。この傾斜角度αは５°〜３０°、好ましくは、５°〜２０°とする。  
【００３２】
そして、支持ベッド１５ｅはレール１５ｆに載置され、駆動モータ１５ｇにより水平方向に往復移動するように構成される。このレール１５ｆは、水平方向で、かつ、リボン状イオンビームＢ３の照射方向に対して略垂直な方向に設けられる。また、支持ベッド１５ｅがレール１５ｆ上を移動することにより、基板２０の全面をリボン状イオンビームＢ３で照射できるように設けられる。そして、駆動モータ１５ｇは、イオン注入の均一化を図るため、精密に制御される。
【００３３】
なお、このレール１５ｆは、水平方向で、かつ、リボン状イオンビームＢ３の照射方向に対して基板２０の被照射部分が略垂直になれば、必ずしも直線状に限定されず、円弧等の曲線状に形成してもよい。例えば、レール１５ｆを、リボン状イオンビームＢ３の照射方向上に中心を有する円弧状に形成して、基板２０を回転させてもよい。但し、直線状に基板を移動した方が、曲線状に基板を移動させるよりも、基板の変形が少なくなる。
【００３４】
更に、基板スキャン機構１５で保持した基板３０の直近の前方部分にリボン状イオンビームＢ３の均一性等を調べるプロファイラ（図示しない）を配置し、リボン状イオンビームＢ３のイオン電流密度分布を計測して、この計測結果をフィードバックしながら、マルチポール１４と基板スキャン機構１５を制御し、イオン注入の均一化を図る。
【００３５】
なお、このイオンビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３の通る道筋はケース１７で覆い高排気量の真空ポンプ（図示しない）で排気して高真空に保つ。
【００３６】
そして、この構成のイオン注入装置１０において、イオン注入は次のように行われる。
【００３７】
基板２０を基板スキャン機構１５に保持させて、基板２０をプロセスチャンバー１６内に収納する。そして、このプロセスチャンバー１６内を真空ポンプで排気し、プロセスチャンバー１６の内部とイオンビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３の通る道筋を囲むケース１７の内部を真空に保持する。
【００３８】
適正な真空度に達した状態で、イオン源１１の引き出し電極に高電圧を印加しながら不純物イオンを発生させ、イオンビームＢ１を引き出す。この引き出したイオンビームＢ１を質量分離用マグネット部１２で略９０°屈曲して、鉛直方向に拡がるイオンビームＢ２にすると共に、分解スリットを通して所定の質量範囲のイオンビームＢ２のみを通過させることにより、質量の軽いイオンや重いイオン等を除外して、所定の質量のイオンのみとする。
【００３９】
このイオンビームＢ２を収束マグネット部１３で略５０°〜７０°屈曲すると共に平行なビームであるリボン状イオンビームＢ３にする。このリボン状イオンビームＢ３をマルチポール１４において所定のイオン電流密度分布に調整してから基板２０に照射する。
【００４０】
一方、基板２０を保持した基板スキャン機構１５を、照射されるリボン状イオンビームＢ３に対して水平方向に往復移動させて基板２０を走査（スキャン）する。
【００４１】
この基板２０の走査は、プロファイラによるイオンビームＢ３のイオン電流密度分布の検出値と基板２０の背面側で常にイオンビームＢ３を受けるプロセスチャンバー１６の内面に設置されたドーズモニター（図示しない）によるイオンビームＢ３の電流値を基に、マルチポール１４のビームの均一化制御とと共に、適正なイオン注入量になるように制御される。
【００４２】
上記の構成のイオン注入装置１０によれば、基板２０を５°以上の傾斜角αを有して支持体１５ｂで背面を支えながら保持しているので、薄く不安定な基板２０を安定支持でき、基板スキャン時の基板２０の膨らみやばたつき等を回避することができる。
【００４３】
また、基板２０を保持する傾斜角度αを３０°以内にしているので、基板２０上に埃が付着するのを防止するために、基板２０上に埃が発生するようにメカニズムや発塵しそうな物を配置しないスペースを取るが、このスペースを小さくすることができ、イオン注入装置内の無駄なスペースを小さくすることができる。
【００４４】
次に、図２に示すような第２の実施の形態のイオン注入装置１０Ａについて説明する。この実施の形態のイオン注入装置１０Ａは、イオンビームＢ１を発生するイオン源１１Ａと、このイオンビームＢ１を質量分離すると共に、横長のリボン状ビームＢ３に変化させる収束マグネット部（ビーム偏向機構）１３Ａと、このリボン状ビームＢ３を所望のイオン電流密度分布に調整するマルチポール（均一制御機構）１４Ａと、リボン状イオンビームＢ３の照射方向に対して略垂直で、かつ、水平方向に基板２０を走査（スキャン）する基板スキャン機構１５Ａとを備えて構成される。
【００４５】
このイオン源１１Ａは第１の実施の形態のイオン源１１と同じであるが、この実施の形態では収束マグネット部１３Ａは、ビームの進行方向は特に偏向せず、ワイド化のみを行う。また、マルチポール１４Ａはリボン状イオンビームの偏平の方向が異なるが、その機能は第１の実施の形態のマルチポール１４と同じである。
【００４６】
そして、この基板スキャン機構１５Ａでも、基板２０の周辺を把持部材１５Ａａで把持すると共に、基板２０の背面を支持体１５Ａｂで支持する。この支持体１５Ａｂは、平板、格子板、多孔板等で形成され、ヒンジ１５Ａｃを介して支持ブラケット１５Ａｄに支持され、この支持ブラケット１５Ａｄは支持ベッド１５Ａｅに固定されている。
【００４７】
この支持体１５ｂＡは、平行に照射されるリボン状イオンビームＢ３の照射方向、即ち、リボン状イオンビームＢ３の縁部Ｂ３ａに対して略垂直となるように鉛直方向からの傾斜角度αを持って後側に傾斜するように角度調整される。この傾斜角度αは５°〜３０°、好ましくは、５°〜２０°とする。
【００４８】
このように、基板２０を５°以上の傾斜角αを有して支持体１５Ａｂで背面を支えながら保持することにより、薄く不安定な基板２０を安定支持でき、基板スキャン時の基板２０の膨らみやばたつき等を回避することができる。
【００４９】
また、基板２０を保持する傾斜角度αを３０°以内に小さく保つことにより、基板２０上に埃が付着するのを防止するために、基板２０上に埃が発生するようにメカニズムや発塵しそうな物を配置しないスペースを取るが、このスペースを小さくすることができ、イオン注入装置内の無駄なスペースを小さくすることができる。
【００５０】
そして、支持ベッド１５Ａｅはレール１５Ａｆに載置され、駆動モータ１５Ａｇによりスキャン（走査）方向、即ち、基板２０の傾斜方向に往復移動するように構成される。このレール１５Ａｆは、リボン状イオンビームＢ３の照射方向に対して略垂直な方向に設けられる。また、支持ベッド１５Ａｅがレール１５Ａｆ上を移動することにより、基板２０の全面をリボン状イオンビームＢ３で照射できるように設けられる。そして、駆動モータ１５Ａｇは、イオン注入の均一化を図るため、精密に制御される。
【００５１】
なお、このレール１５Ａｆは、水平方向で、かつ、リボン状イオンビームＢ３の照射方向に対して基板２０の被照射部分が略垂直になれば、必ずしも直線状に限定されず、円弧等の曲線状に形成してもよい。例えば、レール１５Ａｆを、リボン状イオンビームＢ３の照射方向上に中心を有する円弧状に形成して、基板２０を回転するように移動させてもよい。但し、直線状に基板２０を移動した方が、曲線状に基板２０を移動させるよりも、基板２０の変形が少なくなる。
【００５２】
この第２の実施の形態のイオン注入装置１０Ａにおけるイオン注入は、基板２０の移動方向が第１の実施の形態のイオン注入装置１０におけるイオン注入と異なるだけで、略同様に行われる。
【００５３】
そして、第１の実施の形態のイオン注入装置１０の効果と同様に、薄く不安定な基板２０を安定支持でき、基板スキャン時の基板２０の膨らみやばたつき等を回避することができる。また、基板２０の上方に設ける、埃よけのスペースを小さくすることができ、イオン注入装置内の無駄なスペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のイオン注入装置の構成を示す模式的な側面図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態のイオン注入装置の構成を示す模式的な斜視図である。
【図３】基板の支持体の構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０，１０Ａ    イオン注入装置
１１，１１Ａ    イオン源
１２    質量分離用マグネット部（ビーム偏向機構）
１３，１３Ａ    収束マグネット部（ビーム偏向機構）
１４，１４Ａ    マルチポール
１５，１５Ａ    基板スキャン機構
１５ｂ  支持体
２０    基板
Ｂ１    イオンビーム
Ｂ２    イオンビーム
Ｂ３    リボン状イオンビーム
【図１】
2005174871.tif 000003
【図２】
2005174871.tif 000004
【図３】
2005174871.tif 000005