(57)【要約】      （修正有）【課題】イオンビームによるスパッタリングの影響を受けにくく、コンパクトな装置構成を可能とするイオンビーム整形手段および当該整形手段を有するイオン注入装置を提供する。【解決手段】イオンビーム整形手段は、その主面に対して垂直な方向に沿って開口部が形成されたマスクと、マスクを保持するマスクホルダー５とから構成される。そして、マスクホルダー５には、マスクを挿入する為のマスク挿入口７と、マスクホルダー５の主面に対してマスクの主面が斜めになる状態でマスクが収納されるマスク収納部８と、マスクに形成された開口部の少なくとも一部をマスクホルダー５の外側に露出させる為にマスクの主面に設けられたマスク露出用の貫通窓６とが設けられている。【選択図】図４
2012059445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部がその主面に対して垂直となる方向に沿って形成されたマスクと前記マスクを保持するマスクホルダーとから構成されるイオンビーム整形手段であって、
前記マスクホルダーが、前記マスクをその内部に挿入する為のマスク挿入口と、
前記マスク挿入口に連設され、前記マスクホルダーの主面に対して前記マスクの主面が斜めになる状態で前記マスクが収納されるマスク収納部と、
前記マスクに形成された開口部の少なくとも一部を前記マスクホルダーの外側に露出させる為に前記マスクの主面に設けられたマスク露出用の貫通窓とを有していることを特徴とするイオンビーム整形手段。
【請求項２】
前記マスク収納部には、前記マスク収納部に前記マスクが収納された時、前記マスク収納部内での前記マスクの移動を規制する段差部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム整形手段。
【請求項３】
前記マスクホルダーの主面が、イオンビームが照射される基板の外形と同一、あるいはイオンビームが照射される基板の外形に外接していることを特徴とする請求項１または２記載のイオンビーム整形手段。
【請求項４】
イオン源と、
前記イオン源より引出されるイオンビームが照射される基板と、
前記イオン源と前記基板との間のビーム経路に配置されたイオンビーム整形手段とを有するイオン注入装置であって、
前記イオンビーム整形手段は、
開口部がその主面に対して垂直となる方向に沿って形成されたマスクと前記マスクを保持するマスクホルダーとから構成されるイオンビーム整形手段であって、
前記マスクホルダーが、前記マスクをその内部に挿入する為のマスク挿入口と、
前記マスク挿入口に連設され、前記マスクホルダーの主面に対して前記マスクの主面が斜めになる状態で前記マスクが収納されるマスク収納部と、
前記マスクに形成された開口部の少なくとも一部を前記マスクホルダーの外側に露出させる為に前記マスクの主面に設けられたマスク露出用の貫通窓とを有しているとともに、
前記イオンビーム整形手段を構成する前記マスクホルダーの主面と前記イオンビームの進行方向とが直交するように、前記イオンビーム整形手段が配置されている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】
この発明は、マスクを介して基板へのイオン注入を行うイオン注入装置において、マスク及び当該マスクを収納するためのマスクホルダーからなるイオンビーム整形手段と当該整形手段を備えたイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の製造工程において、イオン注入装置が用いられているこの様なイオン注入装置では、高価なフォトレジストの代わりに、カーボンやシリコンからなる安価なマスクを利用して基板（例えば、シリコンウェハ）へのイオン注入を実施する為の技術開発が盛んに行われている。
【０００３】
特許文献１には、上述したイオン注入装置の一例が開示されている。ここでは、フォトレジストを用いた場合と同等の効果を奏することが出来るように、先述した安価なマスクを用いて、基板上にイオンビームによる微小な照射領域を形成する為の手法が開示されている。この手法は、マスクに形成された開口部の方向とイオンビームの進行方向との関係を斜めにするというもので、主に次に示す２つの手法が開示されている。
【０００４】
第１の手法は、本発明の図８（特許文献１のＦＩＧ．４と同等）に示されているように、ＹＺ平面に対して斜めに交差する方向に沿うような開口部をマスク上に形成させておき、ＹＺ平面に垂直なＸ方向に沿ってイオンビーム２をマスク３に照射する構成を用いるものである。このような構成を用いることで、イオンビーム２がマスク３に形成された開口部の内側に位置する端部で整形（カット）され、図中に示されるようにＷの幅を有する微小なイオンビーム２を作り出すことが出来る。その結果、基板１上に照射されるイオンビームの照射領域を微小なものにすることが可能となる。
【０００５】
第２の手法は、第１の手法とマスク３に形成される開口部の形状が異なる。この手法では、マスクの主面（イオンビームが照射される面）に対して垂直な方向に沿って開口部が形成されている。そして、マスク３を保持するホルダーを設けておき、当該ホルダーをＹ軸周りに回転させると共に、適当な角度で当該ホルダーの姿勢を固定することが出来るアクチュエーターを用いることを特徴としている。具体的な構成は、本発明の図９（特許文献１のＦＩＧ．５と同等）に示されている。なお、この図では前述したホルダー及びアクチュエーターの図示は省略されている。このような手法を用いることで、第１の手法と同様の効果を奏することが可能となる。
【０００６】
なお、図８及び図９ではＸＺ平面上での基板１、イオンビーム２、マスク３の位置関係を示したものである為、Ｙ方向におけるそれぞれの寸法についての記載はされていないが、当然ながら各々はＹ方向において有限の長さを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許公開公報  ＵＳ２０１０／００５９３６２Ａ１（ＦＩＧ．４、ＦＩＧ．５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
第１の手法で用いられるマスク３では、イオンビーム２が照射されるマスク３の主面に対して斜めとなる方向に沿って開口部が形成されている。その為、開口部を形成するマスク端部の厚みが他の箇所よりも薄い。一般的に、マスクの厚みが薄いほど、マスクの強度は弱くなる。第１の手法ではこのようにマスクの強度が弱い部分を用いてイオンビーム２の整形を行っているので、イオンビーム２のスパッタリングによって、簡単に開口部が削られてしまう恐れがある。開口部が削られた場合、基板１上へのイオンビーム２の照射領域を所望するような微小なものにすることが出来なくなる。
【０００９】
第２の手法を用いた場合、マスク３を保持するホルダーを回転させる為のアクチュエーターが必要となる。このような回転機構を有するアクチュエーターは大型なものである。その為、このアクチュエーターを収納する為に大きなスペースが必要となるので、イオン注入装置の寸法を大きくしなければならない。
【００１０】
本発明では、上記した課題を一挙に解決することが出来るイオンビーム整形手段および当該整形手段を備えたイオン注入装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のイオンビーム整形手段は、開口部がその主面に対して垂直となる方向に沿って形成されたマスクと前記マスクを保持するマスクホルダーとから構成されるイオンビーム整形手段であって、前記マスクホルダーが、前記マスクをその内部に挿入する為のマスク挿入口と、前記マスク挿入口に連設され、前記マスクホルダーの主面に対して前記マスクの主面が斜めになる状態で前記マスクが収納されるマスク収納部と、前記マスクに形成された開口部の少なくとも一部を前記マスクホルダーの外側に露出させる為に前記マスクの主面に設けられたマスク露出用の貫通窓とを有していることを特徴としている。
【００１２】
また、前記マスク収納部には、前記マスク収納部に前記マスクが収納された時、前記マスク収納部内での前記マスクの移動を規制する段差部が設けられていることが望ましい。
【００１３】
このような構成を用いることで、従来のイオン注入装置で用いられているような搬送機構を利用して、マスクホルダーを搬送させることが可能となる。
【００１４】
更には、前記マスクホルダーの主面が、イオンビームが照射される基板の外形と同一、あるいはイオンビームが照射される基板の外形に外接していることが望ましい。
【００１５】
このような構成を用いることで、イオン注入装置で基板を搬送する場合に使用される搬送機構とマスクホルダーを搬送する搬送機構とを兼用することが可能となる。
【００１６】
本発明のイオン注入装置は、イオン源と、前記イオン源より引出されるイオンビームが照射される基板と、前記イオン源と前記基板との間のビーム経路に配置されたイオンビーム整形手段とを有するイオン注入装置であって、前記イオンビーム整形手段は、開口部がその主面に対して垂直となる方向に沿って形成されたマスクと前記マスクを保持するマスクホルダーとから構成されるイオンビーム整形手段であって、前記マスクホルダーが、前記マスクをその内部に挿入する為のマスク挿入口と、前記マスク挿入口に連設され、前記マスクホルダーの主面に対して前記マスクの主面が斜めになる状態で前記マスクが収納されるマスク収納部と、前記マスクに形成された開口部の少なくとも一部を前記マスクホルダーの外側に露出させる為に前記マスクの主面に設けられたマスク露出用の貫通窓とを有しているとともに、前記イオンビーム整形手段を構成する前記マスクホルダーの主面と前記イオンビームの進行方向とが垂直に交差するように、前記イオンビーム整形手段が配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
マスクの開口部を構成するマスク端部の厚みが一定である為、マスクの強度を十分に保つことができ、イオンビームのスパッタリングによる影響を受けにくくなる。また、マスクホルダー内部に予めマスクを斜めにした状態で収納しているので、ホルダーを回転させる為のアクチュエーターが不要となり、装置構成をコンパクトにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のイオン注入装置に係る一実施例を示す平面図である。
【図２】図１に記載のマスクホルダーをＸ方向から見た時の様子を表す。
【図３】本発明で使用されるマスクの一実施例を表す。
【図４】本発明で使用されるマスクホルダーの一実施例を表す。
【図５】本発明で使用されるマスクホルダーの他の実施例を表す。
【図６】図５に記載されるマスクホルダー内にマスクを収納した時の様子を表す。
【図７】基板とマスクホルダーとの外形寸法の関係を表す一例である。
【図８】基板、マスク、イオンビームとの相対的な位置関係を表す従来技術に記載の第１の実施例である。
【図９】基板、マスク、イオンビームとの相対的な位置関係を表す従来技術に記載の第２の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のイオン注入装置の一例が図１に示されている。ここでは、イオン源１２より引出されたイオンビーム２がマスクホルダー５内に収納されたマスク３を介して基板１上に照射される様子が描かれている。
【００２０】
図１のイオンビーム２はＹＺ平面において略長方形状の断面を有している。より具体的には後述する図２に描かれているように、Ｙ方向に長辺を有し、Ｚ方向に短辺を有している。このようなイオンビーム２は一般にリボンビームと呼ばれている。そして、基板１を保持するプラテン１０が駆動装置１１によってＺ方向に沿って往復搬送され、基板１へのイオン注入処理が実施される。
【００２１】
ここではイオン源１２より平行なイオンビーム２が引出される構成を例として挙げているが、本発明のイオン注入装置はこのような構成のものに限られない。例えば、従来から用いられているようにＹ方向に発散するイオンビームを引出すようなイオン源を用いてもいいし、そのようなイオン源より引出されたイオンビームを平行化する為の平行化器を有する構成にしても良い。さらには、基板１の全面を覆う寸法を有するイオンビームを引出せるようなイオン源を用意しておき、前述した駆動機構を用いない構成にしても良い。また、イオン源よりスポット状のイオンビームを引き出し、それを一平面内で走査することでリボンビームを生成するような構成にしても良い。
【００２２】
図１のマスクホルダー５をＸ方向から見た様子が図２に描かれている。ここではマスクホルダー５に照射されるイオンビーム２が破線で記載されているとともに、マスクホルダー５の後ろ側（Ｘ方向側）に位置している基板１（この例では、基板を円形状のウェハにしている。）が一点鎖線で記載されている。
【００２３】
マスクホルダー５は略立方体形状を成し、イオンビーム２が通過する主面（もっとも大きい面、表裏を合わせて２面あり。この例ではＹＺ平面に位置している面のことを指す）にはマスク３の一部をその外側に露出させる為の貫通窓６が、Ｘ方向に沿ってマスクホルダー５の主面を貫通するように形成されている。そして、マスク３も略立方体形状を成し、イオンビーム２が通過する主面（もっとも大きい面、表裏で２面あり。）にはイオンビーム２を部分的に通過させる為の開口部４が、Ｘ方向に沿ってマスク３を貫通するように形成されている。
【００２４】
図３（Ａ）には、図２に記載されたマスク３をマスクホルダー５から取出して、マスク３の主面をＹＺ平面に平行となるように配置させた時の様子が描かれている。
【００２５】
図３（Ｂ）は図３（Ａ）の線分Ｐ−Ｐでマスク３を切断した時の断面図である。ここに示されているように本発明のマスクに形成される開口部４はイオンビーム２が通過するマスク３の主面（もっとも大きい面、表裏で２面あり。この例ではＹＺ平面に配置されている面のことを指す。）に対して垂直となる方向に沿って延設されている。このようにして、開口部４をマスク３に形成しているので、開口部４を構成するマスク３端部の強度を十分に保つことが出来る。
【００２６】
また、マスク３をマスクホルダー５内に斜めにした状態で収納しているので、特許文献１に記載の技術と同様にイオンビーム２の基板１への照射領域をより小さなものにすることが可能となる。
【００２７】
図４には略立方体形状を成すマスクホルダー５を構成する各面の様子が描かれている。図４(Ａ)、図４(Ｂ)は本発明で言う主面に相当する面であり、両面は表裏の関係にある。そして、各々の面を貫通するように貫通窓６（斜線でハッチングがなされている箇所）が設けられている。
【００２８】
また、図４（Ａ）、図４（Ｂ）には、後述する図４（Ｃ）〜（Ｆ）で描かれる各面が図４（Ａ）、図４（Ｂ）に描かれている面との関係でそれぞれどの面に相当するのかが描かれている。一方で、図４（Ｃ）〜（Ｆ）において、矢印で（Ａ）と記載されている面は、図４（Ａ）に描かれている面のことを指している。
【００２９】
図４（Ｃ）に描かれる面にはマスク３を挿入する為のマスク挿入口７が設けられており、ここを通してマスクホルダー５内にマスク３が挿入される。マスク挿入口７にはマスク３が収納されるマスク収納部８が連設されており、マスク収納部８は図４(Ａ)、図４（Ｂ）にその外形が破線で描かれているように、その一部が貫通窓６を通してマスクホルダー５の外側へ露出している。
【００３０】
図４（Ｃ）〜（Ｆ）に描かれているマスク収納部８を見ると理解出来るように、マスク収納部８はマスクホルダー５の主面に対してマスク３の主面が斜めとなるような状態でマスクホルダー５内へのマスク３の収納が可能となるように構成されている。
【００３１】
なお、マスク３を傾斜させる角度は、マスク３に形成された開口部４の寸法をどの程度小さなものにするのかによって決定される。そして、マスク３の傾斜角度は、マスク収納部８の傾きによって決定される。このような事項を考慮した上で、本発明のマスク収納部８の傾斜角度は適切なものになるように設定されている。
【００３２】
マスク３を斜めに収納したマスクホルダー５のビーム経路内での配置については、基板１の前方のビーム経路にマスクホルダー５を保持する機構を設けておくことが考えられる。このような機構を設けたとしてもマスクホルダー５を回転させる機構を設ける必要がないので、前述した特許文献１の第２の手法で説明した回転機構を有するアクチュエーターに比べて大型な機構とはならない。そして、マスクホルダー５をビーム経路に配置する際には、マスクホルダー５の主面に対してイオンビーム２の進行方向が垂直となるように配置されるものとする。
【００３３】
また、このような保持機構の構成としては、基板１を間に挟むようにしてプラテン１０や駆動機構１１に対してマスクホルダー５の取り付けが出来るような構成にしておくことも考えられる。例えばマスクホルダー５から鉤爪状の部材を延設させておき、プラテン１０や駆動機構１１に爪の部分をひっかけるといった構成が考えられる。なお、従来のイオン注入装置で行われているように、本発明のイオン注入装置においても角度注入の為に、基板１をイオンビーム２に対して傾ける場合がある。この場合、プラテン１０や駆動機構１１にマスクホルダー５を組み付けていると、マスクホルダー５をイオンビーム２に対して傾斜させることになる。
【００３４】
なお、マスク収納部８の製作にあたっては、始めにマスク挿入口７が形成される面からその反対側の面に向けて貫通孔を形成させておき、その後でマスク挿入口７が形成される反対側の面の開口を穴埋めするといった手順で製作することが考えられる。このような製作手順を用いると、マスク収納部８の製作が簡単になる。
【００３５】
図５（Ａ）〜（Ｆ）には、本発明に係るマスクホルダー５の別の実施例が開示されている。より具体的には、従来のイオン注入装置で用いられているような基板１の搬送機構を用いて、マスク３を内部に収納した状態でイオン注入装置内の所定の場所への搬送が可能となるマスクホルダー５の構成についての開示がなされている。
【００３６】
図５（Ａ）〜（Ｆ）は、図４（Ａ）〜（Ｆ）の構成と類似している為、ここでは図４（Ａ）〜（Ｆ）で説明した内容と重複する内容の説明は省略し、両者の相違点に絞って説明を行うことにする。
【００３７】
従来のイオン注入装置において、例えばシリコンウェハを大気側からイオン注入装置のエンドステーションに設けられた注入位置へ搬送する場合を考えると、搬送機構によってウェハは旋回、直線、回転運動させられる。旋回、直線運動については、ウェハの主面が地面と平行な姿勢の際に行われる運動であり、回転運動は主にウェハの主面を地面と垂直な方向に向ける際に行われる運動である。
【００３８】
図５（Ａ）〜（Ｆ）に記載の構成を用いることで、図４（Ａ）〜（Ｆ）のマスクホルダー５が奏する効果に加えて、このような運動によってマスクホルダー５に様々な力（例えば、遠心力や慣性力）が作用した場合においてもマスクホルダー５からのマスク３の抜け落ちを防止することが出来るといった追加の効果を奏することが可能となる。
【００３９】
前述した追加の効果を奏する為に、この実施例におけるマスクホルダー５には段差部９が形成されている。このような段差部９を有することによって、マスクホルダー５の搬送時にマスク３の抜け落ちを防止することが出来る。
【００４０】
図６には、図５（Ｆ）を例にとり、マスクホルダー５内にマスク３が保持されている様子が描かれている。この図に示される矢印Ｇの方向は重力方向である。ここでは、矢印で示される（Ａ）の面を上側にしてマスクホルダー５を搬送させている。このような構成にすることで、マスクホルダー５が直線、旋回、回転運動させられたとしてもマスク３の移動が段差部９により規制されるので、マスクホルダー５からのマスク３の抜け落ちを防止することが出来る。
【００４１】
この例では、段差部９を図５（Ｂ）で示される面側に突出させるようにして設けているが、図５（Ａ）で示される面側に突出させるようにしても良い。さらには、図５（Ａ）及び（Ｂ）で示される両面側に突出されるように構成しても良い。なお、回転運動においては、マスクホルダー５を回転させた時に、マスク挿入口７が形成されている面が上側に位置するようにすると、マスク３の抜け落ち防止効果を更に高めることが可能となる。例えば、従来のイオン注入装置には、ウェハにノッチ（切り欠き）を設けておき、これを基準にしてウェハの方向を設定するアライナー機構が備えられているので、これを利用して、マスクホルダー５の向きの設定が行えるように、マスクホルダー５にウェハに設けられるノッチと同等の印を設けておくことが考えられる。
【００４２】
図５を用いて説明した搬送に適したマスクホルダー５の寸法と基板１の寸法との関係は、その外形が同じ形状であるか、図７に示すような関係にすることが望ましい。図７の例では、マスクホルダー５が略立体形状を成し、基板１が円形状を成すものを想定している。ここに記載されているように、基板１の外形に対してマスクホルダー５の主面が外接している関係であることが望ましい。
【００４３】
基板１の搬送を行う搬送機構に設けられたアーム部分は、基板１の保持が出来る程度の大きさに設計されている。その為、マスクホルダー５を上記したような大きさにしておくことで、基板１の搬送を行う為の機構を兼用してマスクホルダー５を搬送することが可能となる。
【００４４】
これまでに述べた実施例では、マスク３やマスクホルダー５の形状は略立方体形状を成していたが、これに代えて円柱形状のものを用いても良い。
【００４５】
また、マスク３に形成される開口部４の形状も先の実施例に記載のものに限定されない。例えば、円柱形状や直方体形状を有するものであっても良い。
【００４６】
さらに、マスクホルダー５に形成される貫通窓６は先の実施例で述べられたように大きな１つの貫通窓によって構成されるものに限られない。例えば、小さな貫通窓６を複数設けるようにしておいても良い。
【００４７】
その上、先の実施例で述べられた貫通窓６は、当該貫通窓６を通してマスク３に形成された開口部４の全ての領域がマスクホルダー５の外側へ露出するような構成としていたが、開口部４の一部領域のみがマスクホルダー５の外側へ露出するような構成にしておいても良い。
【００４８】
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】
【００４９】
１．基板
２．イオンビーム
３．マスク
４．開口部
５．マスクホルダー
６．貫通窓
７．マスク挿入口
８．マスク収納部
９．段差部
１０．プラテン
１１．駆動機構
【図１】
2012059445.tif 000003
【図２】
2012059445.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012059445.tif 000009
【図８】
2012059445.tif 000010
【図９】
2012059445.tif 000011