(57)【要約】【課題】フットプリントの増大を軽減しつつ生産能力を容易に増強することができるイオン注入装置を提供する。【解決手段】イオン注入装置１０は、複数のイオン注入ユニット１１であって、各イオン注入ユニット１１が、プラズマ室と引出電極系とを備えるイオン源ユニット１８と、イオン源ユニット１８を構造的に支持するとともにイオンビームの進路を囲むビームガイド３４と、を備え、複数のイオン注入ユニット１１のイオン源ユニット１８は直列に配列され、複数のイオン注入ユニット１１のビームガイド３４はそれぞれがイオン源ユニット１８の直列の配列に沿って続く真空プロセス領域１５にイオンビームを導く、複数のイオン注入ユニット１１と、真空プロセス領域１５に配置されている基板走査装置１０２であって、イオン源ユニット１８の直列の配列に沿って一方向または双方向にイオンビームに対し基板を走査する基板走査装置１０２と、を備える。【選択図】図８
2017050062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のイオン注入ユニットであって、
各イオン注入ユニットが、プラズマ室と該プラズマ室からイオンビームを引き出す引出電極系とを備えるイオン源ユニットと、前記イオン源ユニットを構造的に支持するとともにイオンビームの進路を囲むビームガイドと、を備え、
複数のイオン注入ユニットのイオン源ユニットは直列に配列され、複数のイオン注入ユニットのビームガイドはそれぞれがイオン源ユニットの直列の配列に沿って続く真空プロセス領域にイオンビームを導く、複数のイオン注入ユニットと、
前記真空プロセス領域に配置されている基板走査装置であって、イオン源ユニットの直列の配列に沿って一方向または双方向にイオンビームに対し基板を走査する基板走査装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記真空プロセス領域を包囲する１以上の真空容器を備える真空プロセス室と、
大気環境と前記真空プロセス室との間の基板搬送のために前記イオン源ユニットの直列の配列の一端側に設置された第１ロードロック室と、
大気環境と前記真空プロセス室との間の基板搬送のために前記イオン源ユニットの直列の配列の他端側に設置された第２ロードロック室と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記第１ロードロック室は、前記真空プロセス室への基板の搬入専用に設けられたロードロック室であり、前記第２ロードロック室は、前記真空プロセス室からの基板の搬出専用に設けられたアンロードロック室であることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記真空プロセス室は、前記基板走査装置の周囲に第１真空度を有する高真空環境を提供するよう構成され、前記第１ロードロック室及び前記第２ロードロック室は、その内部に前記第１真空度より低い第２真空度を有する低真空環境を提供するよう構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記真空プロセス領域は、基板にイオンビームが照射される中央区域と、前記イオン源ユニットの直列の配列の一端側で前記中央区域と隣接する第１バッファ区域と、前記イオン源ユニットの直列の配列の他端側で前記中央区域と隣接する第２バッファ区域と、を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項６】
各イオン注入ユニットが、イオンビーム入口開口を有し前記ビームガイドが前記イオンビーム入口開口を囲むように前記ビームガイドに取り付けられた真空容器を備え、
複数のイオン注入ユニットのそれぞれの真空容器は、前記真空プロセス領域を包囲するよう直列に連結されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項７】
各イオン注入ユニットが、前記イオン源ユニットと前記真空プロセス領域との間に介在するアイソレーションバルブを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項８】
複数のイオン注入ユニットのそれぞれのプラズマ室に同じソースガスを供給するよう構成されたソースガス供給系をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項９】
基板に注入されるべき所望の注入ドーズ量の入力を受け付ける入力部と、
一定の基板走査速度のもとで前記それぞれのイオン源ユニットから基板に注入される個別のドーズ量の合計が前記所望の注入ドーズ量に等しくなるように、前記所望の注入ドーズ量を前記それぞれのイオン源ユニットに配分するドーズ量配分部と、を備える制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
複数のイオン注入ユニットについてそれぞれのイオンビーム電流を測定するビーム電流測定器をさらに備え、
前記ドーズ量配分部は、複数のイオン注入ユニットについてそれぞれ測定されたイオンビーム電流に比例して前記それぞれのイオン源ユニットの前記個別のドーズ量を決定することを特徴とする請求項９に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原理的にはイオン注入を適用し得るプロセスであっても、経済的な理由からイオン注入が適用されていないプロセスがある。既存のイオン注入装置が比較的高額であるために、こうしたプロセスでは、そのプロセスで生産されるデバイスに求められる生産コストにイオン注入が見合わない。
【０００３】
そのようなプロセスの代表的な例には、太陽電池基板を製造するためのいくつかのプロセスがある。これらのプロセスにイオン注入を適用することによって、太陽電池基板に注入する不純物のドーズ量や深さ方向の分布を精度よく制御することができる。それにより、太陽電池の性能向上が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９９２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工場におけるイオン注入プロセスの生産性を高める１つの方法は、その工場に設置されるイオン注入装置の台数を増やすことである。しかし、イオン注入装置の台数が多くなれば、それだけ広い占有床面積、いわゆるフットプリントが必要になる。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、フットプリントの増大を軽減しつつ生産能力を容易に増強することが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】
【０００７】
本発明のある態様によると、イオン注入装置は、複数のイオン注入ユニットであって、各イオン注入ユニットが、プラズマ室と該プラズマ室からイオンビームを引き出す引出電極系とを備えるイオン源ユニットと、前記イオン源ユニットを構造的に支持するとともにイオンビームの進路を囲むビームガイドと、を備え、複数のイオン注入ユニットのイオン源ユニットは直列に配列され、複数のイオン注入ユニットのビームガイドはそれぞれがイオン源ユニットの直列の配列に沿って続く真空プロセス領域にイオンビームを導く、複数のイオン注入ユニットと、前記真空プロセス領域に配置されている基板走査装置であって、イオン源ユニットの直列の配列に沿って一方向または双方向にイオンビームに対し基板を走査する基板走査装置と、を備える。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システム、プログラムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フットプリントの増大を軽減しつつ生産能力を容易に増強することができるイオン注入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。
【図２】ある実施の形態に係るイオン注入装置の一部を概略的に示す斜視図である。
【図３】ある実施の形態に係るイオン注入装置の引出電極系を概略的に示す図である。
【図４】ある実施の形態に係るイオン注入装置のビーム測定系を概略的に示す平面図である。
【図５】ある実施の形態に係るイオン注入装置により得られる注入プロファイルを示す図である。
【図６】ある実施の形態に係るイオン注入装置のためのインライン型の真空室システムを概略的に示す平面図である。
【図７】ある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。
【図８】ある実施の形態に係るイオン注入装置におけるイオン注入ユニットの配列を概略的に示す図である。
【図９】ある実施の形態に係るイオン注入装置におけるイオン注入ユニットの配列を概略的に示す図である。
【図１０】比較例に係るイオン注入装置におけるイオン注入ユニットの配列を概略的に示す図である。
【図１１】図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、ある実施の形態に係るイオン注入ユニットを概略的に示す。
【図１２】ある実施の形態に係るイオン注入装置の制御部の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
本発明のある実施の形態によると、イオン注入装置は、複数のイオン注入ユニットと、基板走査装置と、を備える。複数のイオン注入ユニットの各々は、イオン源ユニットと、イオン源ユニットを構造的に支持するビームガイド及び／または真空壁と、を備える。イオン源ユニットは、プラズマ室と、プラズマ室からイオンビームを引き出す引出電極系と、を備える。複数のイオン源ユニットは、直列に配列されている。ビームガイドはイオン源ユニットの一部を形成してもよい。複数のビームガイドはそれぞれがイオン源ユニットの直列の配列に沿って続く真空プロセス領域にイオンビームを導く。
【００１３】
真空プロセス領域は、単一の真空容器からなる真空プロセス室、または、複数の真空容器の直列の連結からなる真空プロセス室によって、包囲されている。複数の真空容器はそれぞれイオン注入ユニットの一部を形成してもよい。基板走査装置は、真空プロセス領域に配置されている。基板走査装置は、複数のイオン源ユニットの直列の配列に沿って一方向または双方向にイオンビームに対し基板を走査するよう構成されている。基板走査装置はイオン注入ユニットの一部を形成してもよい。
【００１４】
イオン注入装置が複数のイオン注入ユニットを有することは、イオン注入装置の生産能力を容易に調整することに役立つ。追加のイオン注入ユニットを必要に応じてイオン注入装置に増設することによって、イオン注入装置の生産能力を増強することができる。既設のイオン注入ユニットの少なくとも１つの運転を停止し、または撤去することにより、イオン注入装置の生産能力を低減することができる。
【００１５】
複数のイオン源ユニットが並列に配置された場合には、基板走査方向と直交する方向に真空プロセス室が拡張されることになる。真空プロセス室は、その上流及び／または下流に隣接する構成要素（例えばロードロック室）との連結部を有しうる。並列配置によって、この連結部も同様に基板走査方向と直交する方向に長くなりうる。そうすると、真空プロセス室だけでなく、その上流及び／または下流に隣接する構成要素も、基板走査方向と直交する方向に拡張されうる。その結果生じるイオン注入装置のフットプリントの増大は、複数台のイオン注入装置を単に並列に増設した場合とほとんど変わらない。すなわち、複数のイオン源ユニットが並列に配置された場合には、イオン注入装置のフットプリントは大きく増える。
【００１６】
これに対して、複数のイオン源ユニットが直列に並ぶ場合には、基板走査方向に沿って真空プロセス室が拡張される。つまり、真空プロセス室は、基板走査方向に延長されるだけでありうる。そうすると、真空プロセス室の連結部だけでなく、その上流及び／または下流に隣接する構成要素も、変更なくそのまま利用されうる。したがって、複数のイオン源ユニットの直列の配列は、イオン注入装置のフットプリントの増大を軽減することに役立つ。
【００１７】
図１は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置１０の基本構成を概略的に示す図である。図１は、イオン注入装置１０を側方から見た図である。図２は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０の一部を概略的に示す斜視図である。図２には、図１において紙面に平行な平面によるイオン注入装置１０の一部の断面も示されている。図２において断面領域に斜線を付してある。
【００１８】
イオン注入装置１０は、少なくとも１つのイオン注入ユニット１１を備える。詳しくは後述するように、好ましくは、イオン注入装置１０は、複数のイオン注入ユニット１１を備える。簡単のため、図１及び図２には、１つのイオン注入ユニット１１を示し、これに隣接する他のイオン注入ユニットの図示を省略する。
【００１９】
イオン注入ユニット１１は、イオンビーム１２を基板Ｓに照射するよう構成されている。イオンビーム１２は長手方向（図１において紙面に垂直な方向）に延びる長尺ビーム断面を有する。以下ではイオンビーム１２をリボンビームと呼ぶことがある。イオンビーム１２は、その断面に相当するイオンビーム照射領域（以下、イオンビーム領域ともいう）１４を真空プロセス領域１５に形成する。ある特定の時点においてイオンビーム領域１４は基板Ｓの表面上の特定の部分にある。理解の容易のために図２においてイオンビーム領域１４に細かいドットを付してある。真空プロセス領域１５において基板Ｓは、基板移動経路Ａに沿ってイオンビーム領域１４を通過する。こうして基板Ｓの表面の広い範囲にイオン注入をすることができる。
【００２０】
この実施形態においては、基板Ｓは、太陽電池用の基板または太陽電池セルである。したがって、イオン注入装置１０は、太陽電池基板の製造のために使用される。基板Ｓはたいていの場合平板形状をもつ半導体部材であるが、基板Ｓはその他の任意の形状及び材質を有する被処理物であってもよい。基板Ｓは、１枚の大型基板であってもよいし、複数枚の小型基板であってもよい。基板Ｓが複数の基板を指し示す場合、基板Ｓは、これら基板を平面に（例えばマトリックス状に）配置するためのトレイなどの容器を含んでもよい。このトレイは例えば４列以上のマトリックス配置の基板に各列同時に注入処理できるよう構成されていてもよい。また、基板Ｓはマスクで覆われる場合もある。以下では説明の便宜上、こうした基板、容器、マスク、及びその他の被処理物を総称して基板Ｓと呼ぶことがある。
【００２１】
イオン注入ユニット１１は、イオンビーム１２を生成するよう構成されているイオン源ユニット１８を備える。イオン源ユニット１８は、プラズマ室２０と、プラズマ室２０にプラズマ２１を生成するためのプラズマ源２２と、イオンビーム１２をプラズマ室２０から引き出すための引出電極系２４と、を備える。また、イオン注入装置１０は、イオン源ユニット１８及び真空プロセス領域１５に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
【００２２】
真空プロセス領域１５は、真空プロセス室１６によって包囲されている。真空プロセス室１６は、イオン源ユニット１８からイオンビーム１２を受け取るようイオン源ユニット１８に接続されている。真空プロセス領域１５は、中央区域２６と、第１バッファ区域と、第２バッファ区域とに区分けされる。中央区域２６においては、イオンビーム１２を用いて基板Ｓのイオン注入処理が行われる。第１バッファ区域及び第２バッファ区域はそれぞれ中央区域２６の上流側及び下流側に接続されている。そこで、以下では、第１バッファ区域及び第２バッファ区域をそれぞれ上流バッファ区域２８及び下流バッファ区域３０と称する。なお図面を不必要に複雑にするのを避けるために、図２には真空プロセス室１６を図示していない。
【００２３】
真空プロセス室１６は、基板移動経路Ａに沿って基板Ｓを移動させるための基板走査装置１０２を備える。基板移動経路Ａは、リボンビーム断面の長手方向に垂直な方向に延びる直線的な経路であり、上流バッファ区域２８、中央区域２６、及び下流バッファ区域３０を通る。基板移動経路Ａは、中央区域２６においてイオンビーム領域１４を通る。基板走査装置１０２は、基板移動経路Ａに沿って基板Ｓを連続的に移動させるよう構成されている。基板走査装置１０２は、基板Ｓを実質的に一定の速度で移動させることができる。こうしたインライン式の真空室システムの構成については、詳しくは図６を参照して後述する。
【００２４】
イオン注入ユニット１１は、イオン源ユニット１８を構造的に支持する真空壁１７を備える。真空壁１７は、真空プロセス室１６の内部を真空に保持するために設けられている真空プロセス室１６の少なくとも１つの壁部材を含む。真空壁１７にはイオンビーム入口開口１９が形成されている。イオンビーム入口開口１９は、イオン源ユニット１８からイオンビーム１２を受け入れるために真空プロセス室１６に設けられた開口部である。
【００２５】
真空プロセス室１６は、イオン源ユニット１８に隣接して設けられている。真空プロセス室１６は、イオン源ユニット１８（正確には、引出電極系２４）から出たイオンビーム１２を受け入れる。従って真空プロセス室１６はその内部にイオンビーム領域１４を有する。イオンビーム領域１４から見て、引出電極系２４は露出されている。
【００２６】
イオン注入ユニット１１は、イオン源ユニット１８を真空プロセス室１６に接続するビームガイド３４を備える。したがって、真空プロセス室１６は、ビームガイド３４を介してイオン源ユニット１８に隣接する。ビームガイド３４は、イオン源ユニット１８のプラズマ室２０を真空プロセス室１６に構造的に支持する。ビームガイド３４は、イオンビーム１２の進路を囲み、真空プロセス領域１５の中央区域２６にイオンビーム１２を導く。ビームガイド３４はイオンビーム１２を囲む筒状の部材であり、その一端が真空壁１７に取り付けられている。ビームガイド３４は、真空プロセス室１６のイオンビーム入口開口１９を囲むように真空プロセス室１６に取り付けられている。
【００２７】
ビームガイド３４は、イオンビーム１２を輸送するための真空環境をイオン源ユニット１８と真空プロセス室１６との間に提供する。イオンビーム１２を妨げないように、ビームガイド３４はその内壁面がイオンビーム１２の外周部から離れている。ビームガイド３４の内壁面には、パーティクルを防止するための防着板（例えば、グラファイト製のライナー）が取り付けられていてもよい。
【００２８】
図２に示されるように、イオン注入ユニット１１は、プラズマ室２０とビームガイド３４との間に取り付けられている高電圧インシュレーター４８を備える。高電圧インシュレーター４８は、プラズマ室２０及びプラズマ源２２を含む高電圧部からビームガイド３４を絶縁する。従って真空プロセス室１６もプラズマ室２０から絶縁されている。高電圧インシュレーター４８は、引出電極系２４を囲むように設けられている。
【００２９】
このようにして、イオン注入ユニット１１は、直線ビームラインを有する。この直線ビームラインは、引出電極系２４により引き出されたイオンビーム１２をそのまま真空プロセス室１６の中央区域２６へと輸送するためにイオン源ユニット１８と真空プロセス室１６との間に介在する。ビームラインはごく短く、従ってイオンビーム１２のビーム特性（例えばビーム電流）に作用するビームライン構成要素を有しない。ここで、ビームライン構成要素とは、イオンビーム１２の特性を制御するために、静電的、磁気的、または電磁気的作用をイオンビーム１２に適用するビーム光学素子（例えば、質量分析器、ビーム平行化装置、ビーム走査装置など）をいう。よって、イオン注入ユニット１１は、一般的なイオン注入装置とは異なり、イオン源と基板との間に質量分析器を有しない。
【００３０】
こうして、イオンビーム１２が基板Ｓに直接照射される。イオン注入ユニット１１はこのように単純な構成のビームラインをもつので、イオン注入装置１０の製造コストを小さくすることができる。
【００３１】
イオン注入装置１０は、イオン注入ユニット１１を制御するための制御部３２を備える。特に、制御部３２は、イオン源ユニット１８のイオンビーム生成条件を制御するために設けられている。イオンビーム生成条件は例えば、引出電極系２４のイオンビーム制御条件、及び／または、プラズマ源２２のプラズマ制御条件を含む。イオンビーム制御条件は、引出電極系２４のイオンビーム引出条件を含む。イオンビーム引出条件は例えば、引出電極系２４の引出電圧を含む。イオンビーム制御条件は、プラズマ制御条件を含んでもよい。よって、制御部３２は、プラズマ源２２及び引出電極系２４の少なくとも一方を制御するよう構成されている。制御部３２は、イオン源ユニット１８及び基板走査装置１０２を含むイオン注入装置１０の全体を制御するよう構成されていてもよい。
【００３２】
イオンビーム１２は、イオンビーム生成条件に従って決定されるビーム特性を有する。このビーム特性は例えば、イオンビーム１２のビーム電流、イオンビーム１２のイオン組成、及び／または、イオンビーム１２の断面における均一性を含む。真空プロセス室１６がイオン源ユニット１８に隣接しているので、イオンビーム１２は、引出電極系２４からイオンビーム領域１４に直接照射される。そのため、イオンビーム１２の特性は、引出電極系２４を通じて引き出された段階で既に決定されており、引出電極系２４から中央区域２６へのビーム輸送空間においてビーム特性は保持される。したがって、基板Ｓ上で得られるイオン注入特性（例えば、注入ドーズ量、注入エネルギー、及び／または、注入プロファイル）は、イオン源ユニット１８のイオンビーム生成条件に従って決定される。
【００３３】
そこで、制御部３２は、詳しくは後述するように、基板Ｓへの所与の注入条件（例えば注入ドーズ量）及び所与の基板移動速度のもとで、イオンビーム生成条件を制御して（例えばイオンビーム引出条件を変更して）イオンビーム１２のビーム電流を調整する。また、ある実施形態においては、制御部３２は、プラズマ源２２のプラズマ制御条件を変更することにより、イオンビーム１２のイオン組成を制御する。例えば、基板Ｓに注入されるべきイオン種のモノマーイオン及びダイマーイオンの比率が制御される。こうして、注入ドーパント電流を制御することができる。
【００３４】
イオン源ユニット１８について図１及び図２を参照して更に説明する。プラズマ室２０は、生成されたプラズマ２１を保持し収容するための空間を提供する。プラズマ室２０は、その壁部またはその近傍にプラズマ２１を閉じ込めるためのマグネット（図示せず）を有する。このプラズマ収容空間は例えば直方体形状を有しており、その上側にプラズマ源２２が設けられており、下側に引出電極系２４が設けられている。
【００３５】
図２に示されるように、プラズマ室２０は、プラズマ２１を外部に取り出すための複数の出口開口５０を有する。出口開口５０は引出電極系２４に関連して設けられている。こうして、引出電極系２４及び出口開口５０にプラズマ源２２が対向している。
【００３６】
複数の出口開口５０は、互いに隣接して形成されており、各々が基板移動経路Ａに垂直な方向に延びる長尺形状を有する。複数の出口開口５０は、互いに平行に等間隔に配列されている。プラズマ室２０は、複数の出口開口５０の一部または全部を開閉するためのビームシャッター（図示せず）を備えてもよい。ビームシャッターが開かれているときプラズマ室２０からイオンビーム１２を引き出すことが可能であり、ビームシャッターが閉じられているときイオンビーム１２の引き出しは物理的に遮断され、イオンビーム量を減じることができる。
【００３７】
図１に戻る。イオン注入ユニット１１は、ソースガスを供給するよう構成されたソースガス供給系３５を備える。ソースガス供給系３５は、ソースガス供給源３６及びガス配管３８を備える。ソースガス供給系３５は、プラズマ源２２に設けられている。
【００３８】
ソースガスは、基板Ｓに注入されるべき所望のイオン種を含む。例えば、基板Ｓに注入するイオン種がリン（Ｐ）である場合には、ソースガスは例えば、Ｈ２で希釈されたＰＨ３である。基板Ｓに注入するイオン種がボロン（Ｂ）である場合には、ソースガスは例えば、Ｈ２で希釈されたＢ２Ｈ６である。また、基板Ｓの水素パッシベーションのために、ソースガスはＨ２であってもよい。ソースガスは、必要に応じて、Ｈ２とは異なる任意の希釈ガス、プラズマの着火性を改善するためのアシストガス、及び／または、その他の希ガスを含んでもよい。
【００３９】
ソースガス供給源３６は、ガス配管３８を介してプラズマ室２０に接続されている。ソースガスは、ソースガス供給源３６からガス配管３８を通じてプラズマ室２０に供給される。プラズマ室２０に導入されるソースガスの濃度及び／または流量を調整するために、ソースガス供給源３６及び／またはガス配管３８にガス調整部（例えばマスフローコントローラ）が設けられていてもよい。
【００４０】
イオン注入装置１０が複数のイオン注入ユニット１１を有する場合には、ソースガス供給系３５は、複数のイオン注入ユニット１１のそれぞれのプラズマ室２０に同じソースガスを供給するよう構成されていてもよい。このようにすれば、複数のイオン注入ユニット１１を用いて同じイオン種を基板Ｓに累積的に注入することができる。よって、そのイオン種の注入処理の生産性を向上することができる。この場合、ソースガス供給系３５は、互いに独立に動作しうる複数のソースガス供給部を備えてもよい。各ソースガス供給部は、対応するイオン注入ユニット１１ごとに個別のソースガス源とこれをプラズマ室２０に接続するガス配管とを備えてもよい。あるいは、ソースガス供給系３５は、単一のソースガス源とこれを個別のプラズマ室２０に接続する複数のガス配管とを備えてもよい。
【００４１】
あるいは、ソースガス供給系３５は、第１のソースガスを第１のイオン注入ユニット１１に供給し、第１のソースガスと異なる第２のソースガスを第２のイオン注入ユニット１１に供給するよう構成されていてもよい。このようにすれば、複数のイオン注入ユニット１１を用いて異なる複数のイオン種を基板Ｓに累積的に注入することができる。
【００４２】
プラズマ源２２は、プラズマ室２０においてソースガスからプラズマ２１を生成するための高周波プラズマ励起源、例えばＲＦアンテナ４０を備える。また、プラズマ源２２は、ＲＦアンテナ４０への給電のためのＲＦマッチングボックス４２及びＲＦ電源４４を備える。ＲＦアンテナ４０はプラズマ室２０の中に設けられ、ＲＦマッチングボックス４２及びＲＦ電源４４はプラズマ室２０の外に設けられている。ＲＦマッチングボックス４２はプラズマ室２０の外側に取り付けられている。こうして、イオン源ユニット１８は、ＲＦプラズマ励起型のイオン源として構成されている。
【００４３】
図２に示されるように、プラズマ源２２は、複数のＲＦアンテナ４０と複数のＲＦマッチングボックス４２とを備える。ＲＦマッチングボックス４２はＲＦアンテナ４０ごとに設けられている。複数のＲＦアンテナ４０は、プラズマ室２０の出口開口５０に沿って配列されている。これにより、出口開口５０に沿って長尺のプラズマ２１をプラズマ室２０に生成することができる。このように、イオン源ユニット１８はバケット型のイオン源である。
【００４４】
図１に示されるように、プラズマ源２２は、ソースボックス４６を備える。ソースボックス４６はソースガス供給源３６とＲＦ電源４４とを収容する。プラズマ室２０及びソースボックス４６には、例えば後述する電源装置７０（図３参照）によって、所望の注入エネルギーに対応する電圧が印加される。したがって、プラズマ室２０の出口開口５０には、所望の注入エネルギーに対応する電圧を印加することができる。
【００４５】
制御部３２は、プラズマ制御条件に従ってプラズマ源２２を制御する。それにより、ソースガス供給源３６からプラズマ室２０にソースガスが供給され、ＲＦ電源４４からＲＦアンテナ４０に電力が供給される。その結果、所望のイオン種を含むプラズマ２１がプラズマ室２０に励起される。
【００４６】
プラズマ制御条件は、プラズマ２１を制御するための１つ又は複数のプラズマ制御パラメタを含む。プラズマ制御パラメタには例えば、ソースガスの濃度（例えば水素希釈率）、ソースガスの流量、イオン源ユニット１８のトータルＲＦパワー、各ＲＦアンテナ４０のＲＦパワー、各ＲＦアンテナ４０の位置、所望の注入エネルギーに対応する印加電圧があり、これらには限られない。プラズマ制御パラメタを調整または変更することにより、プラズマ２１を制御することができる。プラズマ２１を制御することにより、例えば、イオンビーム１２のビーム電流をいくらか調整することができる。
【００４７】
あるいは、プラズマ室２０に導入されるソースガスの濃度、流量、及びＲＦパワーを調整することにより、プラズマ２１中のモノマーイオンとダイマーイオンの比率を制御することができる。ドーパントがリンである場合には、モノマーイオンＰＨｘ＋とダイマーイオンＰ２Ｈｘ＋との比率を制御することができる。同様に、ドーパントがボロンである場合には、モノマーイオンＢＨｘ＋とダイマーイオンＢ２Ｈｘ＋との比率を制御することができる。したがって、制御部３２は、プラズマ制御条件を変更することにより、注入ドーパント電流及び／または基板Ｓの注入プロファイルを制御することができる。
【００４８】
図３は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０の引出電極系２４を概略的に示す図である。引出電極系２４は、プラズマ電極５２と引出加速電極部５４とを備える。プラズマ電極５２には上述の複数の出口開口５０が形成されている。プラズマ電極５２は、プラズマ室２０の内部を外部から仕切る底板である。引出加速電極部５４は、引出電極５６とサプレッション電極５８とグランド電極６０とを備える。よって引出電極系２４は４つの電極を備える。
【００４９】
引出電極系２４の４つの電極、すなわち、プラズマ電極５２、引出電極５６、サプレッション電極５８、及びグランド電極６０は、イオン源ユニット１８から中央区域２６に向かう方向にこの記載の順序で配設されている。これら電極は各々がスリット付きの平板であり、互いに平行に配列されている。プラズマ電極５２と引出電極５６との間隔は、引出電極５６とサプレッション電極５８との間隔よりも狭い。引出電極５６とサプレッション電極５８との間隔は、サプレッション電極５８とグランド電極６０との間隔よりも広い。
【００５０】
引出電極系２４は、プラズマ電極５２の複数の出口開口５０に対応する複数のスリットを有する。すなわち、プラズマ電極５２の複数の出口開口５０と同様の形状及び配置で、引出電極５６、サプレッション電極５８、及びグランド電極６０はそれぞれ、複数の第２スリット６２、複数の第３スリット６４、及び複数の第４スリット６６を有する。よって引出加速電極部５４の各電極には、互いに隣接する複数の長尺開口が形成されている。これら長尺開口は基板移動経路Ａに垂直な方向に沿って形成されている。プラズマ電極５２の出口開口５０を引出電極系２４の第１スリットと呼ぶこともできる。
【００５１】
第１ないし第４スリットはプラズマ室２０から引き出されるイオンビームのための直線的なスリット経路を与える。個々のスリット経路を通じて長尺イオンビーム６８が引き出される。複数のスリット経路に対応する複数の長尺イオンビーム６８によって、イオンビーム１２が形成される。このようにして基板移動経路Ａに沿って複数のスリット経路を設けることにより、幅広のイオンビーム１２（即ち、幅広のイオンビーム領域１４）を得ることができる。こうしたスリット構成はイオンビーム１２の大面積化に役立つ。引出電極系２４は、リボンビーム断面の長手方向に（少なくとも基板Ｓの幅にわたって）均一性を有するイオンビーム１２を引き出すことができるように設計されている。
【００５２】
引出電極系２４は、各電極に電圧を与えるための電源装置７０を備える。電源装置７０は、プラズマ電極５２、引出電極５６、及びサプレッション電極５８に関連して、引出電源７２、加速電源７４、及びサプレッション電源７６を備える。これら電源は電圧可変の直流電源であり、制御部３２によって制御される。
【００５３】
引出電源７２は、正の引出電圧Ｖｅｘをプラズマ電極５２に印加するようプラズマ電極５２と引出電極５６との間に接続されている。加速電源７４は、正の加速電圧を引出電極５６に印加するよう引出電極５６とグランド電極６０との間に接続されている。サプレッション電源７６は、負のサプレッション電圧をサプレッション電極５８に印加するようサプレッション電極５８とグランド電極６０との間に接続されている。グランド電極６０は接地されている。
【００５４】
制御部３２は、イオンビーム引出条件に従って引出電極系２４を制御する。その引出条件に従って電源装置７０が引出電極系２４に電圧を印加すると、イオンビーム１２がプラズマ室２０から引出電極系２４を通じて連続的に引き出される。引き出されたイオンビーム１２はビームガイド３４及びイオンビーム入口開口１９を通過してそのまま中央区域２６に入射する。
【００５５】
したがって、引出電極系２４により引き出されたイオンビーム１２のイオン組成はプラズマ２１に由来する。上述のようにプラズマ２１は基板Ｓに注入されるドーパントのモノマーイオン及びダイマーイオンを含むから、イオンビーム１２もまた、モノマーイオンとダイマーイオンとを含む。イオンビーム１２は質量分析器を経由せずに中央区域２６に入射するので、イオンビーム領域１４は、モノマーイオンとダイマーイオンの両方を受けることが許容されている。
【００５６】
イオンビーム引出条件は、引出電極系２４を制御するための１つ又は複数の引出制御パラメタを含む。引出制御パラメタには例えば、引出電圧Ｖｅｘ、サプレッション電圧、出口開口５０の形状、プラズマ電極５２と引出電極５６との間隔、プラズマ電極５２と引出電極５６との間隔のビーム長手方向分布があり、これらには限られない。引出制御パラメタを調整または変更することにより、イオンビーム１２を制御することができる。
【００５７】
例えば、制御部３２は、注入エネルギーを一定に保つように引出電圧Ｖｅｘ及び／またはサプレッション電圧を変更することにより、引出ビーム電流を制御してもよい。あるいは、制御部３２は、出口開口５０の形状を調整することにより、引出ビーム電流を制御してもよい。そのために、プラズマ電極５２は可変の出口開口を有してもよい。
【００５８】
制御部３２は、引出電極系２４の少なくとも１つの電極の位置及び／または形状を変えることにより、引出ビーム電流を制御してもよい。そのために、例えば、プラズマ電極５２と引出電極５６との間隔を調整するためのアクチュエータが、プラズマ電極５２及び／または引出電極５６に設けられていてもよい。プラズマ電極５２と引出電極５６との間隔のビーム長手方向分布を調整するために、プラズマ電極５２及び／または引出電極５６を移動及び／または変形させるためのアクチュエータが設けられていてもよい。
【００５９】
図４は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０のビーム測定系７８を概略的に示す平面図である。図１及び図４を参照してビーム測定系７８を説明する。
【００６０】
なお、図１とは異なり、図４に示す基板Ｓとイオンビーム１２との位置関係はイオン注入前の状態である。基板Ｓは基板走査速度Ｖｓでイオンビーム１２に向かって移動している。基板Ｓはイオンビーム１２に重なっておらず、イオン注入がまだ開始されていない。ここで、基板Ｓは、多数の基板及びそれらを載せるトレイであってもよい。図４においては、７行５列のマトリックス状の基板配置を可能とするトレイが示されている。５列の基板に同時にリボンビームが照射される。
【００６１】
図１に示されるように、ビーム測定系７８は、測定室８０に収容されている。測定室８０は、中央区域２６の下方に配置され中央区域２６に接続された真空室である。つまり、測定室８０とイオン源ユニット１８とは、中央区域２６に対して互いに反対側にある。測定室８０は、中央区域２６の一部とみなすこともできる。測定室８０は、中央区域２６を通じてイオン源ユニット１８からイオンビーム１２を受け入れるよう構成されている。よってビーム測定系７８は基板Ｓよりもビーム経路の下流側にある。複数のイオン注入ユニット１１のそれぞれが測定室８０を有してもよい。つまり、ビーム測定系７８及び測定室８０は、イオン注入ユニット１１の一部を形成してもよい。
【００６２】
ビーム測定系７８は、イオンビーム１２の特性を測定するよう構成されている。ビーム測定系７８は、スキャンファラデー８２、固定ファラデー８４、及び質量分析器８６を備える。スキャンファラデー８２、固定ファラデー８４、及び質量分析器８６は、イオンビーム１２の輸送方向に沿ってこの記載の順に配設されている。よって質量分析器８６はビーム経路の終端に位置する。
【００６３】
スキャンファラデー８２、固定ファラデー８４、及び質量分析器８６はそれぞれ測定結果を制御部３２に出力することができる。スキャンファラデー８２及び／または固定ファラデー８４は、基板Ｓへの注入前及び／または注入中に注入ビーム電流を測定するよう構成されている。
【００６４】
スキャンファラデー８２は、リボンビーム断面の長手方向に移動する高速移動式プロファイルモニターである。スキャンファラデー８２は、可動式のビーム電流測定器であり、例えばファラデーカップである。スキャンファラデー８２は、リボンビーム断面の長手方向のビーム電流の均一性を測定するために設けられている。図４に示すように、スキャンファラデー８２は、リボンビーム断面の長手方向の幅を含む可動範囲Ｃを走査しながらリボンビームのビーム強度を測定する。可動範囲Ｃの複数の位置で測定することにより、イオンビーム１２のビーム電流均一性を測定することができる。
【００６５】
スキャンファラデー８２の可動範囲Ｃはリボンビーム断面の長手方向端部に達している。イオンビーム１２は長手方向幅が基板Ｓよりも広いので、イオンビーム１２の端部は基板Ｓがイオンビーム１２に進入したときであっても基板Ｓの側方を通過する。そのため、スキャンファラデー８２は基板Ｓがイオンビーム１２に進入したときにもイオンビーム１２のビーム電流を（ビーム端部で）測定することができる。よって、スキャンファラデー８２は、注入前後だけでなく注入中にもビーム電流を測定することができる。
【００６６】
ビーム電流均一性の測定結果を用いて、制御部３２は、リボンビーム断面の長手方向におけるビーム電流均一性を制御してもよい。例えば、制御部３２は、ビーム電流均一性を改善するために、複数のプラズマ励起源（例えばＲＦアンテナ４０）の各々への入力パワーを調整してもよい。あるいは、ビーム電流均一性を改善するために、プラズマ電極５２及び／または引出電極５６を移動及び／または変形させて、プラズマ電極５２と引出電極５６との間隔のビーム長手方向分布が調整されてもよい。
【００６７】
なお、ビーム電流均一性を測定する測定器は可動式でなくてもよい。例えば、ビーム長手方向に配列された多数の測定器を用いてビーム電流均一性を測定することもできる。このビーム電流測定器は、次に述べる固定ファラデー８４を含んでもよい。
【００６８】
固定ファラデー８４は、固定式のビーム電流測定器であり、例えばファラデーカップである。固定ファラデー８４は、平均的なビーム強度を測定するために設けられている。固定ファラデー８４は例えば３つ設けられており、そのうち２つはリボンビームの両端に配置され、残りの１つはリボンビームの中央に配置されている。両端の固定ファラデー８４は、基板Ｓがイオンビーム１２に進入したときにもイオンビーム１２のビーム電流を測定することができるように配置されている。よって、固定ファラデー８４もまた、注入前後だけでなく注入中にビーム電流を測定することができる。中央の固定ファラデー８４は例えば注入前のビーム電流測定に使用される。従って制御部３２は複数（例えば３つ）の固定ファラデー８４の測定値の平均を注入前ビーム電流として使用することができる。
【００６９】
質量分析器８６は、イオンの種類ごとにイオン電流を測定する。イオンビーム１２には、ソースガス組成に由来して、少なくともドーパントイオンと水素イオン（Ｈｘ＋）とが含まれる。ドーパントイオンにはモノマーイオンとダイマーイオンとが含まれる。したがって質量分析器８６は、モノマーイオン、ダイマーイオン、水素イオン、及び（存在する場合には）その他のイオンのイオン電流をそれぞれ測定することができる。質量分析器８６によって、イオンビーム１２のビーム電流に対するドーパントイオン電流の割合（即ち、ドーパント比率Ｆｄ）を測定することができる。質量分析器８６は、イオンビーム１２のイオン組成を測定することができる。
【００７０】
イオンビーム１２は基板Ｓと質量分析器８６とを選択的に照射する。つまり、質量分析器８６は、基板Ｓがイオンビーム１２で照射されているときにはイオンビーム１２を受けない場所に配置されている。したがって、質量分析器８６は、複数の基板についての連続的な注入処理においてある基板とその次の基板との処理の合間にビーム質量分析計測をする。
【００７１】
イオン注入装置１０はインライン型に構成されているので、イオンビーム１２を複数の基板が連続して順次通過する。これら複数の基板の各々の処理時間は一定にすることが望まれる。従って、その一定処理時間に適合する一定の基板走査速度Ｖｓで複数の基板を移動させることが望まれる。しかし、基板によってイオン注入条件が異なる場合がある。
【００７２】
そこで、制御部３２は、基板Ｓへの所望の注入ドーズ量Ｄ及び基板走査速度Ｖｓのもとで、引出電圧Ｖｅｘを制御してイオンビーム１２のビーム電流Ｊを調整する。ビーム電流Ｊは、引出電圧Ｖｅｘの関数としてＪ（Ｖｅｘ）と表すことができる。注入ドーズ量Ｄ及び基板走査速度Ｖｓとビーム電流Ｊ（Ｖｅｘ）とを関連付けることができる。そうした関連付けの一例を次式に示す。ここで、ｑｅは電子電荷、αは比例定数である。比例定数αは例えばビーム測定系７８に依存して決定される。
【００７３】
【数１】
2017050062.tif 000003
【００７４】
上述のようにソースガスの濃度、流量、及びＲＦパワーからプラズマ２１の状態が決定される。これらのプラズマ制御パラメタを一定に保つときプラズマ状態は一定に保たれ、ドーパント比率Ｆｄは一定となる。注入ドーズ量Ｄ、電子電荷ｑｅ、及び比例定数αもまたすべて定数であるから、上式は、基板走査速度Ｖｓとビーム電流Ｊ（Ｖｅｘ）との関係を与えている。
【００７５】
したがって、制御部３２は、与えられた条件に合わせて注入前にビーム電流Ｊ（Ｖｅｘ）及び引出電圧Ｖｅｘを設定することができる。すなわち、制御部３２は、所望の注入ドーズ量Ｄを与えかつ一定の基板走査速度Ｖｓを維持するように引出電圧Ｖｅｘを制御することができる。制御部３２は、基板Ｓへの注入前に上記関係式の右辺からビーム電流Ｊを導出し、その電流値に対応する引出電圧Ｖｅｘに引出電源７２を設定する。その結果、引出電圧Ｖｅｘに応じたビーム電流Ｊ（Ｖｅｘ）を有するイオンビーム１２が基板Ｓに照射される。
【００７６】
引出電圧Ｖｅｘに代えて、又は引出電圧Ｖｅｘとともに、制御部３２は、サプレッション電圧を制御してもよい。このようにしても同様に、注入ドーズ量Ｄ及び基板走査速度Ｖｓを実現することができる。このとき制御部３２は、注入ドーズ量Ｄを得るとともに所定の注入プロファイルを保持するようにイオンビーム引出条件を制御してもよい。
【００７７】
ある実施形態においては、制御部３２は、ビーム電流Ｊのフィードバック制御を実行してもよい。制御部３２は、注入前及び／または注入中のビーム電流測定結果に基づいて注入前及び／または注入中にビーム電流Ｊを制御してもよい。例えば、制御部３２は、測定されるビーム電流が目標ビーム電流に一致するようにイオンビーム引出条件（例えば引出電圧Ｖｅｘ）を制御してもよい。目標ビーム電流は例えば上記関係式の右辺により与えられる。また、ある実施形態においては、制御部３２は、注入前及び／または注入中の測定されたビーム電流と注入ドーズ量Ｄのもとで、基板走査速度Ｖｓを制御してもよい。
【００７８】
また、ある実施形態においては、制御部３２は、プラズマ制御条件の変更とイオンビーム引出条件の変更とを組み合わせてイオン源ユニット１８を制御してもよい。この場合、変更されたプラズマ制御条件によってプラズマ源２２が運転され、変更されたイオンビーム引出条件によって引出電極系２４が運転される。制御部３２は、このような複合制御を用いて最適制御を実行してもよい。例えば、制御部３２は、引出ビーム電流及び／またはドーパント注入ビーム電流を最大にするように複合制御を実行してもよい。あるいは、制御部３２は、最良のビーム均一性を得るように複合制御を実行してもよい。
【００７９】
さらに、ある実施形態においては、制御部３２は、プラズマ源２２のプラズマ制御条件を変更することにより、ドーパント比率Ｆｄを制御してもよい。ドーパント比率Ｆｄを制御することにより、注入プロファイルを改善することができる。
【００８０】
図５は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０により得られる注入プロファイルを示す図である。図５において縦軸はドーパント濃度を、横軸は注入深さを示す。図示されるように、イオン注入装置１０によると、基板Ｓのほぼ表面に顕著なピークを持ち、深さが増すにつれてドーパント濃度が単調に減少する注入プロファイルを得ることができる。こうしたプロファイルは太陽電池によって性能上好ましい。このようにプロファイルが改善されるのは、イオンビーム１２がドーパントのダイマーイオンを含むためであると考えられる。図５に示す比較例は従来型のイオン注入装置でモノマーイオンのみを注入した場合に得られるプロファイルである。比較例は、実施例に比べて深い場所にピークをもつ。
【００８１】
図６は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０のためのインライン型の真空室システム１００を概略的に示す平面図である。上述のように、真空室システム１００の真空プロセス室１６は、中央区域２６、上流バッファ区域２８、及び下流バッファ区域３０に区分けされる。中央区域２６にイオンビーム１２が供給される。上流バッファ区域２８及び下流バッファ区域３０にはイオンビーム１２は供給されない。
【００８２】
真空室システム１００は、基板移動経路Ａに沿って基板Ｓを移動させるための基板走査装置１０２を備える。基板走査装置１０２は、真空プロセス室１６に収容されている。基板走査装置１０２は、基板移動経路Ａに沿って一方向に基板Ｓを搬送し、これにより１スキャンの注入処理が可能である。基板走査装置１０２は、直列に配列され個別に制御可能な複数の基板走査部１０３を備える。基板走査部１０３は、中央区域２６、上流バッファ区域２８、及び下流バッファ区域３０にそれぞれ設けられている。中央区域２６の基板走査部１０３が走査速度Ｖｓで動作しているとき、他の基板走査部１０３は、基板Ｓの搬入または搬出のために走査速度Ｖｓと異なる速度で動作してもよい。基板走査装置１０２は、基板走査方向と異なる方向に基板Ｓを移動させるよう構成された基板移動機構を含んでもよい。
【００８３】
真空室システム１００は、真空プロセス室１６の上流に第１ロードロック室１０４を備え、真空プロセス室１６の下流に第２ロードロック室１０６を備える。第１ロードロック室１０４は、第１ロードロックバルブ１０８を介して真空プロセス室１６の上流バッファ区域２８に取り付けられている。第２ロードロック室１０６は、第２ロードロックバルブ１１０を介して真空プロセス室１６の下流バッファ区域３０に取り付けられている。
【００８４】
必要とされる場合には、真空室システム１００は、前工程処理部１１１と、後工程処理部１１２と、を備える。前工程処理部１１１は、真空プロセス室１６で行う基板Ｓへのイオン注入処理の前工程を行う。後工程処理部１１２は、イオン注入処理の後工程を行う。前工程処理部１１１は、第３ロードロックバルブ１１４を介して第１ロードロック室１０４に取り付けられている。後工程処理部１１２は、第４ロードロックバルブ１１６を介して第２ロードロック室１０６に取り付けられている。
【００８５】
したがって、基板走査装置１０２は、前工程処理部１１１、第１ロードロック室１０４、真空プロセス室１６、第２ロードロック室１０６、後工程処理部１１２の順に基板Ｓを搬送するよう構成されている。基板走査装置１０２は、前工程処理部１１１、第１ロードロック室１０４、真空プロセス室１６、第２ロードロック室１０６、後工程処理部１１２に各々独立して配置されていても良い。図示されるように、基板走査装置１０２は、複数の基板Ｓを連続的に搬送し、インラインでのイオン注入処理を可能とする。図１及び図６には、基板走査装置１０２によって移動される基板Ｓとイオンビーム１２との位置関係を符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３により示す。イオン注入処理前の基板Ｓ１は上流バッファ区域２８に位置し、イオン注入処理中の基板Ｓ２は中央区域２６に位置し、イオン注入処理後の基板Ｓ３は下流バッファ区域３０に位置する。なおこれは、単一の基板Ｓの移動の様子を示したものであり、真空プロセス室１６に複数枚の基板Ｓが同時に収容されることを意味しない（しかし、真空プロセス室１６は複数枚の基板Ｓを同時に収容してもよい）。
【００８６】
第１ロードロック室１０４及び第２ロードロック室１０６は、大気雰囲気と真空プロセス室１６の高真空環境との間で基板Ｓを移送するために設けられている。前工程処理部１１１及び／または後工程処理部１１２が真空プロセス室１６と同レベルの高真空環境にある場合には、第１ロードロック室１０４及び／または第２ロードロック室１０６は必要とされないこともある。
【００８７】
ロードロック室１０４、１０６は、真空プロセス室１６との基板Ｓの搬送に際してベント及びラフィングの真空引き動作を行うよう構成されていてもよい。このようにして、ソースガスの外部への漏洩を防止することができる。毒性をもつソースガスが使用されている場合にはこうしたロードロック方式が好ましい。
【００８８】
ある実施の形態においては、真空プロセス室１６は、第１真空度を有する高真空環境を基板走査装置１０２の周囲に提供するよう構成されていてもよい。第１ロードロック室１０４及び第２ロードロック室１０６は、それらの内部に第１真空度より低い第２真空度を有する低真空環境を提供するよう構成されていてもよい。更には、真空プロセス室１６でのプロセス処理をより安定化させるために、第１真空度と第２真空度の間に維持されたバッファ室を真空プロセス室１６と各ロードロック室の間に配置しても良い。
【００８９】
真空プロセス室１６におけるイオン注入処理のためにマスクＭが使用されてもよい。そこで、前工程処理部１１１はマスクＭを基板Ｓ（例えば太陽電池セルトレイ、本図に関連して以下同様）に装着するよう構成されていてもよい。この場合、マスクＭを装着した状態で中央区域２６にて基板Ｓへのイオン注入が行われる。後工程処理部１１２は、処理済みの基板ＳからマスクＭを取り外すよう構成されていてもよい。こうしたマスクＭの装着及び脱着のために、マスク装脱着セルトレイ移送機構１１８が真空室システム１００の外側に設置されていてもよい。この移送機構１１８は、取り外されたマスクＭを再び装着するために搬送するよう構成されていてもよい。
【００９０】
真空室システム１００及び基板走査装置１０２を制御するための搬送制御装置１２０が設けられている。搬送制御装置１２０は、イオン注入装置１０のための制御部３２と一体に構成されていてもよいし、制御部３２とは別に設けられていてもよい。
【００９１】
搬送制御装置１２０は、基板走査装置１０２における基板走査速度Ｖｓを一定に設定することができる。搬送制御装置１２０は、基板走査速度Ｖｓを、イオンビーム生成条件及び／または基板Ｓへのイオン注入条件に応じて設定してもよい。
【００９２】
あるいは、搬送制御装置１２０は、必要に応じて、基板走査速度Ｖｓを調整してもよい。例えば、搬送制御装置１２０は、イオンビーム領域１４を基板Ｓが通過する間に基板走査速度Ｖｓを調整してもよい。あるいは、搬送制御装置１２０は、イオンビーム領域１４を基板Ｓが通過する間と、イオンビーム領域１４から基板Ｓが外れているときとで、基板走査速度Ｖｓを変えてもよい。
【００９３】
基板走査装置１０２は、搬送される基板Ｓのための冷却装置を備えてもよい。この冷却装置は、基板を載置するテーブル及び／またはトレイに冷却液を流通させるよう構成されていてもよい。基板とその載置面との良好な熱接触のために、載置面は例えばＲａで３０μｍ程度の表面粗度を有してもよい。載置面は例えばＳｉ溶射等で粗化されてもよい。
【００９４】
イオン注入装置１０の動作を説明する。基板Ｓが、複数枚の太陽電池セルをマトリックス状に載置した太陽電池セルトレイＳである場合を例として説明する。まず、所望のイオン注入条件及びこれに基づく走査速度Ｖｓから、プラズマ制御条件及びイオンビーム引出条件を含むイオンビーム生成条件が設定される。
【００９５】
イオンビーム生成条件に従ってイオン源ユニット１８が運転される。プラズマ制御条件に従ってプラズマ源２２が運転され、所望のイオン種を含むプラズマ２１がプラズマ室２０に励起される。イオンビーム引出条件に従って引出電極系２４が運転され、イオンビーム１２がプラズマ室２０から引出電極系２４を通じて連続的に引き出される。引き出されたイオンビーム１２は中央区域２６に直接入射する。このようにして、太陽電池セルトレイＳの幅を満たす長尺のイオンビーム１２が中央区域２６に常時照射されている。
【００９６】
太陽電池セルトレイＳが前工程から第１ロードロック室１０４の前に移送されてくる。必要に応じて太陽電池セルトレイＳにマスクＭが装着される。第３ロードロックバルブ１１４が開かれ、第１ロードロック室１０４に太陽電池セルトレイＳが挿入される。第３ロードロックバルブ１１４が閉じ、粗引きポンプ（図示せず）により第１ロードロック室１０４が粗引きされる。次に、第１ロードロックバルブ１０８が開き、太陽電池セルトレイＳが上流バッファ区域２８（位置Ｓ１）に移送される。第１ロードロックバルブ１０８が閉じられて、太陽電池セルトレイＳが真空プロセス室１６に収容される。
【００９７】
太陽電池セルトレイＳは、真空プロセス室１６内の基板走査装置１０２によって走査速度Ｖｓでイオンビーム１２の下部を通過しながら（位置Ｓ２）、下流バッファ区域３０まで運ばれる（位置Ｓ３）。太陽電池セルトレイＳが中央区域２６を移動しているときにイオンビーム１２が太陽電池セルトレイＳに照射されイオン注入がなされる（位置Ｓ２）。イオン注入中に測定結果に基づいて必要に応じてイオンビーム生成条件が変更される。これにより、走査速度Ｖｓのもとで所望の注入がなされる。
【００９８】
第２ロードロック室１０６の粗引き後に第２ロードロックバルブ１１０が開かれ、注入済みの太陽電池セルトレイＳが第２ロードロック室１０６に移送される。第２ロードロックバルブ１１０が閉じられ、第２ロードロック室１０６が大気圧にベントされる。その後、第４ロードロックバルブ１１６が開かれ、太陽電池セルトレイＳは後工程処理部１１２へと引き渡される。マスクＭが取り付けられている場合には太陽電池セルトレイＳからマスクＭが取り外される。マスクＭはマスク装脱着セルトレイ移送機構１１８により前工程処理部１１１に戻される。
【００９９】
図７は、ある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。このイオン注入方法は、制御部３２及び／または搬送制御装置１２０により実行される。図７に示されるように、この方法は、イオンビーム生成ステップ（Ｓ１０）と、イオン注入ステップ（Ｓ２０）と、を備える。
【０１００】
イオンビーム生成ステップ（Ｓ１０）は、イオン源ユニット１８のイオンビーム生成条件を設定及び／または制御することと、イオン源ユニット１８のプラズマ室２０にプラズマ２１を発生させることと、イオン源ユニット１８の引出電極系２４を通じてイオンビーム１２を引き出すことと、を備える。イオンビーム１２は、イオンビーム生成条件に従って決定される特性（例えばビーム電流）を有する。
【０１０１】
イオン注入ステップ（Ｓ２０）は、イオン源ユニット１８からイオンビーム１２を真空プロセス室１６に受け入れることと、真空プロセス室１６のイオンビーム領域１４を通るよう基板Ｓを移動させることと、を備える。イオンビーム領域１４を基板Ｓが通過する間に、イオンビーム１２は、引出電極系２４からイオンビーム領域１４へと直接照射される。引出電極系２４から引き出された段階で決定されているビーム特性がイオンビーム領域１４において保持されている。
【０１０２】
図１から図７を参照して説明した基本構成においては、イオン注入装置１０は、少なくとも１つのイオン注入ユニット１１を有する。しかしながら、イオン注入装置１０は、複数のイオン注入ユニット１１を備えてもよい。
【０１０３】
図８は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０におけるイオン注入ユニット１１の配列を概略的に示す図である。上述のように、イオン源ユニット１８とこれを支持するビームガイド３４（破線で図示）とがイオン注入ユニット１１ごとに設けられている。図示される実施の形態においては、複数のイオン源ユニット１８が直列に配列されている。よって複数のビームガイド３４も同様に、直列に配列されている。複数のビームガイド３４はそれぞれがイオン源ユニット１８の直列の配列に沿って続く真空プロセス領域１５にイオンビームを導く。
【０１０４】
各イオン注入ユニット１１が、真空容器２７を備える。真空容器２７は、基板走査装置１０２の周囲に真空環境を保持するよう構成されている。複数のイオン注入ユニット１１のそれぞれの真空容器２７は、真空プロセス領域１５を包囲し真空プロセス室１６を形成するよう直列に連結されている。真空容器２７は、互いに直接取り付けられてもよいし、ゲートバルブを介して連結されてもよい。真空容器２７は、上述のイオンビーム入口開口１９（図１参照）を有し、イオンビーム入口開口１９はビームガイド３４に囲まれている。真空容器２７は、ビームガイド３４に取り付けられている。
【０１０５】
真空容器２７は、イオン源ユニット１８の直列の配列に沿って長く延びている。個々の真空容器２７は、基板にイオンビームが照射される中央区域（例えば図１に示す中央区域２６）と、イオン源ユニット１８の直列の配列の一端側で中央区域と隣接する第１バッファ区域（例えば図１に示す上流バッファ区域２８）と、イオン源ユニット１８の直列の配列の他端側で中央区域と隣接する第２バッファ区域（例えば図１に示す下流バッファ区域３０）と、を含んでもよい。
【０１０６】
各イオン注入ユニット１１が、真空容器２７に収容され真空プロセス領域１５に配置された基板走査装置１０２（破線で図示）を備える。真空容器２７は、基板走査装置１０２の周囲に真空環境を保持するよう構成されている。基板走査装置１０２は、イオン源ユニット１８の直列の配列に沿って一方向に（すなわち基板移動経路Ａに沿って）イオンビームに対し基板を走査するよう構成されている。これらの基板走査装置１０２は、独立に駆動されてもよいし、一体に駆動されてもよい。
【０１０７】
第１ロードロック室１０４は、大気環境と真空プロセス室１６との間の基板搬送のためにイオン源ユニット１８の直列の配列の一端側に設置されている。第１ロードロック室１０４は、真空プロセス室１６への基板の搬入専用に設けられたロードロック室である。第２ロードロック室１０６は、大気環境と真空プロセス室１６との間の基板搬送のためにイオン源ユニット１８の直列の配列の他端側に設置されている。第２ロードロック室１０６は、真空プロセス室１６からの基板の搬出専用に設けられたアンロードロック室である。上述のように、第１ロードロック室１０４の上流には前工程処理部１１１が設けられ、第２ロードロック室１０６の下流には後工程処理部１１２が設けられている。
【０１０８】
このようにして、インライン型の真空室システム１００が構成される。前工程処理部１１１、第１ロードロック室１０４、真空プロセス室１６（すなわちイオン源ユニット１８の直列の配列）、第２ロードロック室１０６、及び後工程処理部１１２が基板移動経路Ａに沿って一列に並ぶ。これらの真空室は直線的に並ぶ。
【０１０９】
図９は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０におけるイオン注入ユニット１１の配列を概略的に示す図である。図９に示される実施の形態においても図８に示される実施の形態と同様に、複数のイオン源ユニット１８が直列に配列されている。前工程処理部１１１、第１ロードロック室１０４、真空プロセス室１６、第２ロードロック室１０６、及び後工程処理部１１２が基板移動経路Ａに沿って一列に並ぶ。
【０１１０】
ただし、図８に示される実施の形態においては、図９に示される実施の形態と異なり、真空プロセス室１６は、真空プロセス領域１５を包囲する単一の真空容器として構成されている。この単一の真空容器に複数のイオン注入ユニット１１が直列に配列されている。
【０１１１】
図８及び図９においては、イオン注入装置１０は３つのイオン注入ユニット１１を有する。しかし、イオン注入装置１０は、直列に配列された２つまたは４つ以上のイオン注入ユニット１１を有してもよい。
【０１１２】
図１０は、比較例に係るイオン注入装置１０’におけるイオン注入ユニット１１’の配列を概略的に示す図である。比較例においては、複数のイオン注入ユニット１１’が並列に並ぶ。イオン注入ユニット１１’の並列配置の両側に第１ロードロック室１０４’及び第２ロードロック室１０６’が連結されている。その両側に前工程処理部１１１’及び後工程処理部１１２’が連結されている。
【０１１３】
図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、ある実施の形態に係るイオン注入ユニット１１を概略的に示す。イオン注入ユニット１１は、イオン源ユニット１８と真空プロセス領域１５との間に介在するアイソレーションバルブ１３０を備える。
【０１１４】
アイソレーションバルブ１３０は、バルブケース１３１と、バルブケース１３１に収容されたゲート１３２と、を備える。バルブケース１３１は、イオン源ユニット１８と真空プロセス室１６との間に配置され、イオン源ユニット１８を真空プロセス室１６に連結する。バルブケース１３１の第１ケース面１３３は引出電極系２４側に取り付けられ、第１ケース面１３３と反対側のバルブケース１３１の第２ケース面１３４は真空プロセス室１６のイオンビーム入口開口１９側に取り付けられている。ゲート１３２は、第１シール面１３６と、第１シール面１３６の反対側を向く第２シール面１３８と、を有する。第１シール面１３６は第１Ｏリング１３７を有し、第２シール面１３８は第２Ｏリング１３９を有する。アイソレーションバルブ１３０は、双方向遮断ゲートバルブ、または、二重ゲートバルブであってもよい。
【０１１５】
図１１（ａ）においては、ゲート１３２が開位置にある。イオン源ユニット１８のプラズマ室２０はアイソレーションバルブ１３０を介して真空プロセス室１６に連通されている。よって、プラズマ室２０から、引出電極系２４、アイソレーションバルブ１３０、及びイオンビーム入口開口１９を通じて、真空プロセス室１６の基板走査装置１０２に向けてイオンビームを供給することができる。
【０１１６】
図１１（ｂ）においては、ゲート１３２が第１閉位置にある。ゲート１３２の第１シール面１３６が第１ケース面１３３に接触する。こうして、真空プロセス室１６をイオン源ユニット１８から遮断することができる。イオン源ユニット１８に真空を保持しつつ、真空プロセス室１６の大気開放をすることができる。このように、第１閉位置は、イオン源ユニット１８の内圧を真空プロセス室１６より低く保持するために使用される。
【０１１７】
図１１（ｃ）においては、ゲート１３２が第２閉位置にある。ゲート１３２の第２シール面１３８が第２ケース面１３４に接触する。こうして、イオン源ユニット１８を真空プロセス室１６から遮断することができる。真空プロセス室１６に真空を保持しつつ、イオン源ユニット１８の大気開放をすることができる。このように、第２閉位置は、真空プロセス室１６の内圧をイオン源ユニット１８より低く保持するために使用される。
【０１１８】
アイソレーションバルブ１３０は、イオン源ユニット１８及び真空プロセス室１６の一方から他方を遮断することができる。そのため、イオン源ユニット１８及び真空プロセス室１６の保守作業を個別に行うことができる。大気に敏感なソースガス（例えばジボラン）がイオン源ユニット１８において使用される場合には、真空プロセス室１６の保守作業中にイオン源ユニット１８に真空を保持することが望まれる。よってこの場合、第１閉位置が用いられる。また、ゲート１３２が第２閉位置にあるときは、イオン注入装置１０の運転を継続しつつイオン源ユニット１８の保守作業をすることができる。
【０１１９】
次に、上述の基板Ｓへの所望の注入ドーズ量Ｄを複数のイオン注入ユニット１１間で配分する方法を説明する。この方法は、図７に示すイオンビーム生成ステップ（Ｓ１０）において制御部３２によって実行されてもよい。
【０１２０】
図１２は、ある実施の形態に係るイオン注入装置１０の制御部３２の構成を概略的に示す図である。制御部３２は、入力部１５０、記憶部１５２、出力部１５４、及びドーズ量配分部１５６を備える。こうした制御装置は、ハードウエア、ソフトウエア、またはそれらの組合せによって実現される。図１２においては、関連するイオン注入装置１０の一部の構成を概略的に示す。
【０１２１】
入力部１５０は、ユーザまたは他の装置からの入力を受け付けるよう構成されている。入力部１５０は例えば、ユーザからの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段、及び／または、他の装置との通信をするための通信手段を含む。記憶部１５２は、イオン注入装置１０の制御に関連する情報を記憶するよう構成されている。出力部１５４は、イオン注入装置１０の制御に関連する情報を出力するよう構成され、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含む。記憶部１５２、入力部１５０、及び出力部１５４はそれぞれドーズ量配分部１５６と通信可能に接続されている。
【０１２２】
入力部１５０は、基板Ｓに注入されるべき所望の注入ドーズ量Ｄの入力を受け付ける。
【０１２３】
ドーズ量配分部１５６は、一定の基板走査速度Ｖｓのもとでそれぞれのイオン源ユニット１８から基板Ｓに注入される個別のドーズ量の合計が所望の注入ドーズ量Ｄに等しくなるように、所望の注入ドーズ量Ｄをそれぞれのイオン源ユニット１８に配分するよう構成されている。ドーズ量配分部１５６は、複数のイオン注入ユニット１１（またはイオン源ユニット１８）についてそれぞれ測定されたイオンビーム電流に比例してそれぞれのイオン源ユニット１８の個別のドーズ量を決定するよう構成されていてもよい。イオンビーム電流は、真空プロセス室１６（例えば測定室８０）に設けられたビーム電流測定器１５８によって、測定されてもよい。ビーム電流測定器１５８は、例えば、上述のスキャンファラデー８２または固定ファラデー８４であってもよい。
【０１２４】
例えば、イオン注入装置１０が３つのイオン注入ユニット１１を有する場合には、所望の注入ドーズ量Ｄは、それぞれのイオン源ユニット１８から基板Ｓに注入される個別のドーズ量Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に配分される。すなわち、Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３である。個別のドーズ量Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、各イオン注入ユニット１１について測定されたイオンビーム電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を用いて、次のように求められてもよい。
Ｄ１＝Ｄ＊Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）
Ｄ２＝Ｄ＊Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）
Ｄ３＝Ｄ＊Ｉ３／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）
【０１２５】
制御部３２は、上述のビーム電流Ｊを表す式において注入ドーズ量Ｄを個別のドーズ量Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に置き換えることによって、各イオン源ユニット１８を制御することができる。これにより、共通の基板走査速度Ｖｓを用いて所望の注入ドーズ量Ｄを基板Ｓに注入することができる。
【０１２６】
記憶部１５２は、個別のドーズ量Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、及び、イオン源ユニット１８の制御に関連するその他の情報を記憶してもよい。出力部１５４は、個別のドーズ量Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、及び、イオン源ユニット１８の制御に関連するその他の情報を出力してもよい。
【０１２７】
以上説明したように、上述の実施形態によると、イオン注入装置１０は、複数のイオン注入ユニット１１を有する。これにより、イオン注入装置１０の生産能力を容易に調整することができる。追加のイオン注入ユニット１１を必要に応じてイオン注入装置１０に増設することによって、イオン注入装置１０の生産能力を増強することができる。既設のイオン注入ユニット１１の少なくとも１つの運転を停止し、または撤去することにより、イオン注入装置１０の生産能力を低減することができる。
【０１２８】
図８及び図９から理解されるように、イオン注入ユニット１１の直列接続は、真空プロセス室１６を基板移動経路Ａの方向に延長するだけである。そのため、イオン注入ユニット１１の台数にかかわらず、第１ロードロック室１０４、第２ロードロック室１０６、及びその他の隣接する構成要素は、変更なくそのまま利用することができる。これは、イオン注入装置１０のフットプリントの増大を軽減することに役立つ。
【０１２９】
これに対して、図１０から理解されるように、イオン注入ユニット１１’の並列配置は、基板移動経路Ａと直交する方向に真空プロセス室１６を拡張する。それとともに、第１ロードロック室１０４’、第２ロードロック室１０６’、及びその他の隣接する構成要素も基板移動経路Ａと直交する方向に長くなる。図８及び図９に示されるイオン注入装置１０に比べて、イオン注入装置１０’のフットプリントはかなり大きくなる。
【０１３０】
また、上述の実施形態によると、イオン源ユニット１８が真空プロセス室１６に一体化されているので、イオン注入ユニット１１はコンパクトである。これもイオン注入装置１０のフットプリントの低減に役立つ。
【０１３１】
イオン注入装置１０が複数のイオン注入ユニット１１を有するので、少なくとも１つのイオン注入ユニット１１が故障または保守作業のために停止しても、他の少なくとも１つのイオン注入ユニット１１を用いてイオン注入装置１０の運転を継続することができる。その間に、イオン注入ユニット１１のクリーニングや部品交換などの保守作業が実行されてもよい。あるいは、新しいイオン注入ユニット１１に交換されてもよい。このようにすれば、イオン注入装置１０のダウンタイムを低減することができる。
【０１３２】
また、上述の実施形態によると、上記の代表的な効果に加えて、以下に述べる種々の効果を奏することもできる。
【０１３３】
イオン注入装置１０は、大面積で高電流のイオンビーム１２のビーム特性を、所望の注入条件及びインライン基板走査に適合させるようにイオン源ユニット１８において決定し、そのイオンビーム１２を基板Ｓに照射する。このようにして、イオン注入装置１０は、高い生産性を低コストで実現することができる。
【０１３４】
イオン源は、ＲＦによる誘導性放電を利用して高密度プラズマを生成可能であるバケット型イオン源である。それとともに、または、それに加えて、ビーム引出系は、大面積で幅広のビーム引出開口を持つ引出スリット系などで構成されている。そのため、高い注入ドーパント電流のリボンビームを引き出すことができる。さらに、この大面積リボンビームは質量分析なしで基板に直接注入される。したがって、高い生産性を実現することができる。
【０１３５】
また、こうした高電流のリボンビームが、インライン方式の製造ラインに組み込まれている。注入処理においては大面積の注入部に常時ビームが照射される。多数の電池基板の配列が連続的に一定速度で一方向にビーム下方を移動する。こうして所望のドーパントドーズの注入が行われる。多数基板の連続処理によって、高い生産性が実現される。また、これら基板はインラインで一方向に移動されるので、真空を保ったまま次工程へ搬送される。工程間の搬送時間が短縮されることも生産性の向上に役立つ。
【０１３６】
インライン方式の製造ラインにおいては基板を一定速度で処理することが重要である。そのため、あるドーズ量で基板を処理した直後に、異なるドーズ量のレシピーの基板を連続して処理する場合には、後者の基板の処理を始める前に注入ドーパント電流を適切に調整することが望まれる。本実施形態によると、引出電圧を変更して引出電流を変えることにより、注入エネルギーを変えることなく注入ドーパント電流を変更することができる。引出電圧は高速に変更することができるから、注入ドーパント電流を迅速に調整することができる。したがって、ラインの処理速度を高速に保ちながら、種々のレシピーの基板を連続して処理することができる。こうして、ラインの処理速度を乱さずに円滑なインライン基板処理を実現することができる。
【０１３７】
従来の太陽電池セル用の不純物導入装置においては、半導体用のイオン注入装置で採用されているホットカソード型イオン源が使用されているかもしれない。その場合、単一孔からビームが引き出されるので、十分なビーム引出電流を得られず、従って注入ビーム電流も多くは得られない。太陽電池セルに要求される注入深さは浅いので（即ち注入エネルギーが低いので）、この注入エネルギーに対応する引出電圧での引出電流も低くなり、従って注入ビーム電流も低下する。質量分析をすればなおさらビーム電流は低下する。しかし、本実施形態によると、バケットソースを採用して長尺の引き出し開口を設けることにより、引出ビーム電流量を大きくすることができる。それにより、注入ビーム電流が増加し、注入時間が短縮され、高生産性が達成される。
【０１３８】
ホットカソード型イオン源に比べてＲＦプラズマ励起型イオン源は低温で運転されるので、プラズマ生成室の温度を低く保つことができる。そのため、高温で分解しやすいＰＨ３やＢ２Ｈ６（これらのガスは３００℃程度でＨとドーパント原子に分解する）をソースガスとして使用することができる。プラズマ制御条件を調整することにより、ダイマーイオンとモノマーイオンの比率を自由に変えることができる。好ましくは、ＰＨｘ＋やＢＨｘ＋等のモノマーイオンを抑制し、Ｐ２Ｈｘ＋やＢ２Ｈｘ＋等のダイマーイオンを支配的に含むプラズマを生成することができる。こうして実注入電流に対してドーパント注入ビーム電流を大幅に増加させることができるので、注入時間が短縮され、高生産性が達成される。
【０１３９】
従来の半導体用注入装置は質量分析器を持ちビームラインが長いので、ビーム輸送系での損失が大きい。そのため注入ビーム電流が低下する。しかし、本実施形態によると、ドーパントガスとしてＨ２希釈されたＰＨ３、Ｂ２Ｈ６を用い、引出ビームを質量分離せずＨｘ＋を含んだまま注入してもよいため、ビーム輸送系の長さを１／１０程度に短くできる。こうして注入ビーム電流を大幅に増加させることができ、注入時間が短縮され、高生産性が達成される。
【０１４０】
従来のある装置は同時に二列の基板しか処理することができない。しかし、本実施形態によると、長尺のリボンビーム引き出しを実現しているので、四列以上の太陽電池基板を並べてリボンビームを同時に照射し一定速度で搬送・注入することができる。よって、従来の二倍以上に生産性を向上することができる。
【０１４１】
従来のスタンドアローン式の装置とは異なり、本実施形態によると、注入プロセス室の前後にロードロック室が設けられている。さらに、必要に応じて、バッファ室が設けられる。こうして、注入時に一方向で一定速度で搬送・注入するようにしてインライン式の装置を実現することができる。なお、ある実施の形態においては、イオン注入装置１０は、スタンドアローン式の装置であってもよい。
【０１４２】
太陽電池基板の製造において許容される生産コストでイオン注入を適用することができる。既存の手法である、例えば、ｐｎ接合や選択エミッター作製のためのリンの熱拡散や、ＢＳＦにおけるボロンの熱拡散などを、イオン注入に置き換えることができる。イオン注入によって、不純物ドーズ量や拡散深さを精度よく制御することができるので、太陽電池の性能（例えば変換効率）を向上させることができる。
【０１４３】
太陽電池セルにおいてリンやボロンなどの不純物の注入プロファイルは深さ方向に単調に減少することが性能上好ましい。深さ方向にピークがある場合、その深さ位置で不純物濃度が高く、従って電子の移動障壁となる。よって、太陽電池セルの変換効率を低下させることになる。ピークをもつプロファイルを単調減少のプロファイルに改善するには、既存の手法では注入エネルギーの異なる複数回の注入処理を必要とする。質量分離を経てモノマーイオンのみを注入する場合には、図５に示すように、ピークをもつプロファイルとなりがちである。しかし、本実施形態によると、ダイマーイオンを基板に注入することができる。それにより、単調減少の注入プロファイルを１回の注入走査で得ることができる。したがって、セルの変換効率改善とともに生産性を向上することもできる。
【０１４４】
ソースガスとしてＨ２希釈されたＰＨ３、Ｂ２Ｈ６を用いることで注入ビーム中には多量のＨｘ＋が含まれ、これらは所望のイオン種と同時に注入される。この水素注入は、基板のバルクや膜界面の水素パッシベーッション効果を有する。
【０１４５】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１４６】
上述の実施形態においては、１つ又は複数のＲＦアンテナを備えるＲＦプラズマ励起型の長尺イオン源が使用されているが、これに限られない。ある実施形態においては、イオン源ユニット１８は、長尺のＥＣＲプラズマ室を備えるＥＣＲプラズマ励起型のイオン源であってもよい。ある実施形態においては、イオン源ユニット１８は、長尺の１つ又は複数の加熱陰極を備えるフィラメント式直流放電型または傍熱フィラメント陰極型のイオン源であってもよい。
【０１４７】
上述の実施形態においては、基板Ｓが一方向に搬送され一回の走査で一回のイオン注入処理が完了するとしているが、これに限られない。ある実施形態においては、基板Ｓはリボンビームによって複数回走査されるように中央区域２６または真空プロセス室１６を基板移動経路Ａに沿って往復移動してもよい。すなわち、基板走査装置１０２は、イオン源ユニット１８の直列の配列に沿って双方向にイオンビームに対し基板を走査するよう構成されていてもよい。このようにして、高ドーズ注入処理を可能としてもよい。
【０１４８】
ある実施形態においては、イオン注入装置は、基板（例えばＬＣＤ基板）にＡｒイオンを斜め注入するために使用されてもよい。この場合、斜め注入のために、イオン源は基板に対しある角度で設置される。こうして、基板にラビング効果を与えることができる。あるいは、ある実施形態においては、イオン注入装置は、半導体素子のＣｕ配線信頼性向上のためのＳｉ＋、 Ｎ＋の同時高ドーズ注入によるＣｕＳｉＮ膜作製用注入装置として使用されてもよい。
【符号の説明】
【０１４９】
１０  イオン注入装置、  １１  イオン注入ユニット、  １２  イオンビーム、  １６  真空プロセス室、  １７  真空壁、  １８  イオン源ユニット、  ２０  プラズマ室、  ２４  引出電極系、  ２７  真空容器、  ２８  上流バッファ区域、  ３０  下流バッファ区域、  ３２  制御部、  ３５  ソースガス供給系、  ５６  引出電極、  １０２  基板走査装置、  １０４  第１ロードロック室、  １０６  第２ロードロック室、  １３０  アイソレーションバルブ、  １５０  入力部、  １５６  ドーズ量配分部、  １５８  ビーム電流測定器。
【図１】
2017050062.tif 000004
【図２】
2017050062.tif 000005
【図３】
2017050062.tif 000006
【図４】
2017050062.tif 000007
【図６】
2017050062.tif 000008
【図７】
2017050062.tif 000009
【図８】
2017050062.tif 000010
【図９】
2017050062.tif 000011
【図１０】
2017050062.tif 000012
【図１１】
2017050062.tif 000013
【図１２】
2017050062.tif 000014
【図５】
2017050062.tif 000015