离子注入装置的制作方法

专利名称：离子注入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种质量分离型的离子注入装置，其使包含从离子源引 出的所希望离子种的离子束在磁场中通过从而质量分离，将质量分离了 的离子束对基板照射从而进行离子注入。
背景技术：
在半导体基板或液晶面板用玻璃基板上形成薄膜晶体管(TFT)的 工序中，为了对硅或硅薄膜进行注入杂质的离子注入，使用离子注入装 置。对基板注入的离子种有磷(P)和硼(B)等，将包含这些的原料气 体对离子源进行供给并等离子化，将从等离子体中引出并加速了的剖面 长方形状的带状离子束对基板照射进行离子注入。
由于上述原料气体使用以氢稀释磷化氢(PH3)或乙硼烷(B2H6)等而
成的原料，所以当将从离子源引出的离子束原样地注入基板时，除了应 该注入的P离子种(PHx)或B离子种(B2Hx)之外，氬离子等不需要的离 子种也被注入。为了去除像这样不需要的离子种，已知有一种质量分离 型的离子注入装置，其通过对从离子源引出的离子束进行质量分离从而 分选所希望的离子种并向基板照射(例如，参照下述专利文献l、 2)。
这种质量分离型离子注入装置，具备使从离子源引出的离子束通 过的质量分离电磁铁；和接收通过了该电磁铁的离子束的狭缝。例如， 在专利文献l中公开的狭缝，如图1A所示，是在狭缝板62上形成了孔穴 63的狭缝。在专利文献2中公开的狭缝，如图1B所示，是在离子束的厚 度方向(离子束剖面的横向方向)的两侧相向配置的能够调整其间隔的 一对狭缝板64、 64。
因为离子在同样的磁场中移动时，在依赖于其电荷和质量的曲率半 径上进行旋转运动，所以使离子束通过质量分离电磁铁，利用在预测的 所希望的离子种在通过后到达的轨道上配置狭缝，从而能够进行离子种 的质量分离。
专利文献l:日本专利申请公开平11-339711号公报专利文献2:日本专利申请公开2005-327713号公才艮
从以前开始制造了很多质量分离型离子注入装置用于半导体制造， 而不是液晶面板制造。在半导体制造用途中，由于基板大小最多就是 300mm左右，所以只要是不扫描基板而一次注入的话，离子束的大小也 是同等程度即可。但是，在需要离子注入工序的液晶面板制造用的玻璃 基板中，现在有最大是730mmx920mm的基板。在这样大小的基板的情 况下，即使在基板的纵向方向上扫描也要求离子束的宽度方向(离子束 剖面的纵向方向)的尺寸是800mm左右。由于进行质量分离的质量分离 电磁铁的磁极在离子束的宽度方向的两侧相向配置，所以在对具有上述 那样的束宽度为800mm左右的尺寸的离子束进行质量分离的情况下，也 需要质量分离电磁铁的磁极间隔为800mm以上。
考虑到迄今为止，半导体制造用途或加速器用途所使用的电磁铁的 磁极间隔最大也只有数百m m左右，需要离子注入工序的液晶面板制造 用途的质量分离电；兹铁的磁极间隔非常大。在这样大的磁极间隔内形成 磁场的情况下，在离子束通过的全区域中形成同样的磁场是非常困难 的。因此，在使离子束通过扩大了磁极间隔的电磁铁内时，由于其^f兹场 均匀性的不完美，离子束依赖于通过的位置，离子在磁极间隔内所受到 的磁场的强度和方向发生不同。
在使剖面长方形状的离子束通过磁场均匀性不完美的区域中时，存 在输出的离子束的电流密度分布产生不均匀、离子束剖面形状由长方形 变形为扭曲形状的倾向。例如，因为在f兹极间形成的,兹场在靠近i兹才及的 位置具有强倾斜度，所以如图2所示，有离子束剖面形状从长方形扭曲 为" < "字形的倾向。这是因为通过强磁场部分的离子所承受的洛伦兹力 比通过弱磁场部分的离子所承受的洛伦兹力强。再有，离子束的扭曲形 状根据所使用的电磁铁的形态、规格、磁场的施加方式等是各种各样的， 并不一定变形为"〈"字形，也有时变形为逆"〈"字形或其他形状。
由于离子束形状像这样扭曲，所以如图1A所示，当使上述那样的 " < "字形的离子束通过作为狭缝在狭缝板上形成的孔穴时，溢出狭缝的 部分^皮遮蔽而不能通过，产生电流损失的问题。
此外，当使用如图1B所示那样的能够调整间隔的一对狭缝板，为了 降低电流损失(换句话说时为了增加离子束电流量)而增大狭缝间隔时， 有离子的质量分离分辨能力下降的问题。此外，作为形成消除电流密度分布的不均匀或消除离子束形状的扭 曲的比较相同的磁场的方法，也可以考虑使电磁铁的磁极作为可动型的 多极磁极来最优化磁极形状的方法。但是，由于通常磁极以纯铁或低碳
素钢制作，重量从数100kg到接近lton，所以当对这样的磁极附加调整机 构时有成本增大的问题。

发明内容
本发明正是鉴于上述问题而做成的，其目的是提供一种在离子的质 量分离时能够维持高质量分离分辨能力并且还能够降低电流损失的离 子注入装置。此外，其目的在于提供一种能够降低离子束的电流密度分 布的不均匀而谋求均匀化的离子注入装置。
为了解决上述课题，本发明的离子注入装置采用以下单元。 (1 )本发明的离子注入装置，具备离子源，使包含应注入基板 的所希望离子种的等离子体发生；引出电极系统，从该离子源的等离子 体中引出包含上述所希望的离子种的剖面长方形状的离子束；质量分离 电磁铁，使引出的上述离子束向其厚度方向一侧弯曲并质量分离，导出 包含所希望的离子种的离子束；以及分离狭缝，接收来自该质量分离电 磁铁的离子束，分选上述所希望的离子并使其通过，使通过了上述分离 狭缝的离子束照射基板进行离子注入，该离子注入装置其特征在于，上 述分离狭缝以使离子束通过的缝隙形状是可变的方式构成。
这样，因为分离狭缝以使离子束通过的缝隙形状是可变的方式构 成，所以配合通过了质量分离电磁铁的离子束的扭曲的离子束形状，能 够使其缝隙形状变化。例如，相对于上述的"〈"字形的离子束能够成为 同样的"〈"字形的缝隙形状。因此，能够在维持高质量分解分辨能力的 同时降低电流损失。 ，
(2)本发明的离子注入装置，具备离子源，使包含应注入基板 的所希望离子种的等离子体发生；引出电极系统，从该离子源的等离子 体中引出包含上述所希望的离子种的剖面长方形状的离子束；质量分离 电磁铁，使引出的上述离子束向其厚度方向一侧弯曲并质量分离，导出 包含所希望的离子种的离子束；以及分离狭缝，接收来自该质量分离电 磁铁的离子束，分选上述所希望的离子并使其通过，使通过了上述分离 狭缝的离子束照射基板进行离子注入，该离子注入装置其特征在于，具备可变狭缝，配置在上述引出电极系统和上述质量分离电磁铁之间， 形成上述离子束通过的缝隙，该可变狭缝以遮蔽从上述离子源引出的离 子束的一部分的方式可变地构成上述缝隙形状。
这样，因为具备可变狭缝，以遮蔽从上述离子源引出的离子束的一 部分的方式可变地构成上述狭缝形状，所以能够遮蔽预测为在通过质量 分离电磁铁后电流密度相对变高的部分，通过预先将其除去能够降低通 过质量分离电磁铁后的离子束的电流密度分布的不均匀从而谋求均匀 化。
(3) 本发明的离子注入装置，具备离子源，使包含应注入基板 的所希望离子种的等离子体发生；引出电极系统，从该离子源的等离子 体中引出包含上述所希望的离子种的剖面长方形状的离子束；质量分离 电磁铁，使引出的上述离子束向其厚度方向一侧弯曲并质量分离，导出 包含所希望的离子种的离子束；以及分离狭缝，接收来自该质量分离电 磁铁的离子束，分选上述所希望的离子并使其通过，使通过了上述分离 狭缝的离子束照射基板进行离子注入，该离子注入装置其特征在于，上 述分离狭缝以使离子束通过的缝隙形状是可变的方式构成，进而，具备 可变狭缝，配置在上述引出电极系统和上述质量分离电磁铁之间，形成 上述离子束通过的缝隙，该可变狭缝以遮蔽从上述离子源引出的离子束 的一部分的方式可变地构成上述缝隙形状。
这样，因为分离狭缝以使离子束通过的缝隙形状是可变的方式构 成，所以配合通过了质量分离电磁铁的离子束的扭曲的离子束形状，能 够使其缝隙形状变化。因此，能够在维持高质量分解分辨能力的同时降 低电流损失。
此外，因为具备可变狭缝，以遮蔽从上述离子源引出的离子束的一 部分的方式可变地构成上述狭缝形状，所以能够遮蔽预测为在通过质量 分离电磁铁后电流密度相对变高的部分，通过预先将其除去能够降低通 过质量分离电磁铁后的离子束的电流密度分布的不均匀从而谋求均匀化。
(4) 此外，上述(1 )或(3)的离子注入装置，其特征在于，上 述分离狭缝包括在上述离子束的厚度方向的两侧有间隔地相向配置的 第一狭缝和第二狭缝，第一狭缝和第二狭缝包括在上述离子束的宽度方 向上分割为多个的小狭缝，各小狭缝以在上述宽度方向上邻接的该各小狭缝之间不形成离子束通过的缝隙的方式配置，各小狭缝以在上述厚度 方向上能够相互独立地移动的方式构成。
这样，在离子束的厚度方向的两侧有间隔地相向配置的第 一狭缝和 第二狭缝，分别包括在上述离子束的宽度方向上分割为多个的小狭缝， 进而，各小狭缝以在离子束的厚度方向上能够相互独立地移动的方式构 成，因此，通过调整各小狭缝的位置，就能够配合通过了质量分离电磁 铁的离子束的歪曲的离子束形状，容易地使该缝隙形状变化。此外，分 割数越多，对离子束形状的扭曲的追随性就变得越好，因此，能够在提 高离子的质量分离分辨能力的同时降低电流损失。
(5) 在上述(4)的离子注入装置，其特征在于，具备束剖面图 监视器，配置在与上述质量分离电磁铁相比离子束行进方向的下游侧， 接收上述离子束并对该离子束的剖面形状进行测定；离子监视器，配置 在上述分离狭缝的离子束行进方向的下游侧，接收通过了分离狭缝的离 子束并对该离子束中包含的离子种的种类及其比例进行测定；以及控制 装置，能独立地控制上述多个小狭缝的每个的工作，基于来自上述束剖 面图监视器和上述离子监视器的测定信息，以能得到所希望的质量分离 分辨能力的方式控制上述各小狭缝。
因为通过这样的束剖面图监视器、离子监视器和控制装置，反馈控 制分离狭缝的各小狭缝，以得到所希望的质量分离分辨能力，所以能够 通过自动控制实现高质量分离分辨能力的维持和电流损失的降低。
(6) 此外，上述(2)或(3)的离子注入装置，其特征在于，上 述可变狭缝包括在上述离子束的厚度方向的两侧有间隔地相向配置的 第一狭缝和第二狭缝，笫一狭缝和第二狭缝包括在上述离子束的宽度方 向上分割为多个的小狭缝，各小狭缝以在上述厚度方向上能够相互独立 地移动的方式构成。
这样，在离子束的厚度方向的两侧有间隔地相向配置的第 一狭缝和 第二狭缝，分别包括在上述离子束的宽度方向上分割为多个的小狭缝， 进而，各小狭缝以在上述厚度方向上能够相互独立地移动的方式构成， 因此，通过调整各小狭缝的位置，就能够以遮蔽从离子源引出的离子束 的 一部分的方式容易地使缝隙形状变化。
此外，因为使分割数越多，就越能够使缝隙形状细致地变化，所以 能够使降低通过了质量分离电磁铁的离子束的电流密度分布的不均匀的效果提高，谋求更均匀化。
(7)上述(6)的离子注入装置，其特征在于，具备束剖面图监 视器，配置在与上述质量分离电磁铁相比离子束行进方向的下游侧，接 收上述离子束并对该离子束的剖面形状及电流密度分布进行测定；以及 控制装置，能独立地控制上述多个小狭缝的每个的工作，基于来自上述 束剖面图监视器的测定信息，预测上述可变狭缝接收的离子束中在通过 了上述质量分离电磁铁后电流密度相对变高的部分，通过在与预测的部 分相当的位置上配置的各小狭缝，以遮蔽离子束的一部分的方式控制上 述各小狭缝。
通过这样的束剖面图监视器和控制装置，反馈控制可变狭缝的各小 狭缝，预测在通过了质量分离电磁铁之后电流密度相对地变高的部分， 通过在与预测的部分相当的位置上配置的各小狭缝，以遮蔽离子束的一 部分的方式控制上述各小狭缝，因此，能够通过自动控制实现通过质量 分离电磁铁之后的离子束的电流密度分布的均匀化。
如上所述，根据本发明，能够在离子的质量分离时，维持高质量分 离分辨能力的同时降低电流损失。此外，能够降低离子束的电流密度分 布的不均勻，谋求均匀化。


图1A是表示在现有技术中的分离狭缝的结构的图。 图1B是表示在现有技术中的另 一个分离狭缝的结构的图。 图2是对离子束的剖面形状的变形进行说明的图。 图3是表示本发明的实施方式的离子注入装置的结构的平面图。 图4是表示本发明的实施方式的离子注入装置的结构的侧面图。 图5是表示本发明的实施方式的离子注入装置中的分离狭缝的结构 的图。
图6是表示本发明的实施方式的离子注入装置中的可变狭缝的结构 的图。
图7是表示本发明的另一个实施方式的离子注入装置的结构的平面图。
图8是表示本发明的另一个实施方式的离子注入装置的结构的侧面图。
具体实施例方式
下面，基于附图对本发明的优选实施方式进行详细地说明。再有， 对各图中共同的部分赋予相同的附图标记，省略重复的说明。
图3和图4是表示本发明的实施方式的离子注入装置10的结构的图， 图3是平面图，图4是侧面图。
在该离子注入装置10中，成为处理对象的基板3有半导体基板3、液 晶面板用的玻璃基板等。在本实施方式中，基板3形成长方形状，例如， 短边尺寸Wl是730mm,长边尺寸W2是920mm。但是，基板形状并不限 于长方形，是正方形或圆形也可。
该离子注入装置IO,对从离子源12引出的包含所希望的离子种的离 子束1通过质量分离电磁铁17进行质量分离，利用分离狭缝20分选所希 望的离子种并使其通过，导向处理室19，以使该离子束1照射处理室19 内的基板3进行离子注入。即，该离子注入装置10是质量分离型离子注 入装置。
离子源12和处理室19之间的离子束1的路径被真空容器16所包围。 离子源12和真空容器16,真空容器16和处理室19分别相互气密地连接， 通过未图示的真空泵，内部被真空排气。
离子源12是使等离子体13发生的装置，等离子体13包含应注入基板 3的所希望的离子种。作为应注入基板3的离子种有P离子和B离子等。这 些成为原料的原料气体从未图示的原料气体供给装置对离子源12进行 供给。在应注入的离子种是P离子的情况下，原料气体例如是磷化氢 (PH3),在应注入的离子种是B离子的情况下，原料气体例如是乙硼烷 (B2H6)，以氢气稀释原料气体来使用。
在该离子源12中，通过未图示的灯丝(filament)使热电子发生， 使供给的原料气体的分子电离，使包含所希望的离子种的等离子体13发 生。
在离子源12发生的包含所希望的离子种的等离子体13，通过配置在 离子源12的出口侧的引出电极系统15,作为剖面长方形状的带状离子束 l被引出(参照图6)。该引出电极系统15具备多个电极(在本例中是三 个)，该电极具有多个孔。其中，引出电极系统15是格子状或网状的电 极，或狭缝状的电极均可。与该离子束行进方向垂直的剖面的纵向方向的尺寸比基板3的短边 尺寸W1大。在短边尺寸是730mm的情况下，上述的纵向方向的尺寸是 800mm (左右)以上。
下面，在本说明书中，将与离子束行进方向垂直的剖面称为"离子 束的剖面"或仅称为"束剖面"。将束剖面的纵向方向的尺寸称为"离子束 的宽度"。将束剖面的横向方向的尺寸称为"离子束的厚度"。
此外，在本说明书中，剖面长方形状指的是剖面接近于长方形，或 剖面是也包含长方形那样的形状的概念，并不意味着仅是完全的长方 形。
从离子源12引出的离子束1通过可变狭缝30，被导入到质量分离电 磁铁17。质量分离电磁铁17具有在通过其内部的离子束l的宽度方向 的两侧上相向配置的磁极18,通过该磁极18形成与离子束行进方向垂直 的i兹场。在本实施方式中，在图4的箭头B的方向上形成磁场。在如上述 那样使离子束1的宽度为800mm左右的情况下，磁极间隔变为800mm以 上。
如图3所示，这样构成的质量分离电磁铁17使从离子源12引出的离 子束l向其厚度方向一侧弯曲并进行质量分离，导出包含所希望的离子
种的离子束l。
在离子束1通过质量分离电磁铁17的磁场中时，因为包含在离子束l 中的各离子种以依赖于其电荷和质量的曲率半径进行旋转运动，所以在 预测为通过后所希望的离子种到达的轨道上配置分离狭缝20,接收来自 质量分离电磁铁17的离子束1，分选所希望的离子并使其通过。此外， 该分离狭缝20以使离子束1通过的缝隙形状是可变的方式构成。
在将质量分离电磁铁17的磁极间隔扩大到800mm以上的情况下，如 上述那样，难以在离子束通过的全区域形成均匀的磁场。而且，当在包 含这样的不均匀磁场区域的电磁铁中使剖面长方形状的离子束1通过时, 如上述那样，离子束剖面形状从长方形变形为扭曲形状(例如"〈，，字形)。
在本发明中，因为分离狭缝20以使离子束1通过的缝隙形状是可变 的方式构成，所以配合通过了质量分离电磁铁17的离子束1的扭曲的离 子束形状，能够使该缝隙形状变化。例如，相对于上述的"〈"字形的离 子束能够成为同样的"〈"字形的缝隙形状。因此，能够在维持高质量分 解分辨能力的同时降低电流损耗。再有，离子束的扭曲形状根据所使用的电磁铁的形态、规格、磁场 的施加方式等有各种各样的，并不一定变形为"〈"字形，也有时变形为 逆"< "字形或其他形状。
对本实施方式中的分离狭缝20进行更详细的说明。图5是表示在本 实施方式中的分离狭缝20的结构的图。在该图中，表示了离子束l通过 质量分离电磁铁17,导致变形为"〈"字形的变形的例子。
如图5所示，分离狭缝20包括在离子束l的厚度方向的两侧有间隔 地相向配置的第一狭缝21A和笫二狭缝21B。离子束l通过由该第一狭缝 21A和第二狭缝21B形成的缝隙。第一狭缝21A和第二狭缝21B包括在 离子束1的宽度方向上分割为多个的小狭缝23、 23...。
在本实施方式中，小狭缝23为长条状。此外，第一狭缝21A和第二 狭缝21B的结构是，分别被十分割，以在离子束的厚度方向上相向的组 为一对，配置十对。
各小狭缝23以在上述离子束1宽度方向上邻接的该各小狭缝之间23 不形成离子束l通过的缝隙的方式配置。作为以各小狭缝23之间不形成 离子束l通过的缝隙的方式配置的结构，没有特别的限定，例如，可以 考虑从离子束行进方向来看时，在离子束l的宽度方向上邻接的各小狭 缝23以一部分重叠的方式，将各小狭缝23错开配置的结构。或者，可以 考虑在离子束l的宽度方向上相互邻接、 一个小狭缝23和其他的小狭缝 23相互相向的边部上，形成一方被另一方插入并且容许离子束l的厚度 方向的相对移动的剖面凹部和剖面凸部的结构。
此外，各小狭缝23以在离子束1的厚度方向上能够相互独立地移动 的方式构成。在本实施方式中，各小狭缝23能够分别通过驱动器25、 25... 在离子束l的厚度方向上进退移动。再有，各驱动器25接收来自后述的 控制装置38的控制信号S1从而被控制。
根据这样的结构，通过调整各小狭缝23的位置，配合通过了质量分 离电磁铁17的离子束1的扭曲的离子束形状，能够容易地使该缝隙形状 变化。
因此，如图5所示那样，通过以沿着包含所希望的离子种的离子束 的外形的方式调整各小狭缝23的位置，能够遮蔽所希望以外的离子种， 分选所希望的离子种并使其通过，因此能够在维持高质量分离分辨能力 的同时降低电流损失。此外，分割数越多，对离子束形状的扭曲的追随性就变得越好，因 此，能够在提高离子的质量分离分辨能力的同时降低电流损失。
再有，在图5中，各小狭缝23以刚好与仅包含所希望的离子种的离 子束的外形相接的方式调整位置，但在想得到更高的质量分离分辨能力 的情况下，只要调整各小狭缝23的位置以使包含所希望以外的离子种的 部分被完全遮蔽即可。在这种情况下，虽然能够得到更高的质量分离分 辨能力，但电流损失的降低效果少许劣于图5的例子。但是，即使在这 种情况下，很明显与现有技术相比电流损失依然少。
再有，使质量分离分辨能力提高和电流损失降低的哪一个以何种程 度优先，是应该根据作为对象的制品、或根据使用者来个别决定的事项， 不能说哪个更优先。不变的是使哪一个优先，都能够得到在维持高质量 分离分辨能力的同时降低电流损失的优越的效果。
在处理室19内，设置有基板滑板28,其一边支持基板3 —边使基板3 在图中的箭头C的方向上移动。基板滑板28通过未图示的驱动装置被往 复驱动。在本实施方式中箭头C与通过了分离狭缝20的离子束1的厚度方 向是相同的方向。这样通过一边使基板3移动一边照射比基板3的短边尺 寸W1宽度宽的离子束1，能够在基板3的整个面上照射离子束1进行离子 注入。
如图3及图4所示，本实施方式的离子注入装置10还具备束剖面图 监视器40;离子监视器29;以及控制装置38。
束剖面图监视器40配置在与质量分离电磁铁17相比离子束l行进方 向的下游侧，接收离子束l并对该离子束l的剖面形状进行测定。在本实 施方式中，束剖面图监视器40是可动线收集器(wire collector) 40A,包 括第一线41，在图中的箭头X方向(与离子束l的厚度方向相同)上以 能够往复移动的方式设置；第二线42,在图中的箭头Y方向上以能够往 复移动的方式设置。在该可动线收集器40A中，通过一边接收离子束l 一边使第一线41和第二线42分别在X方向、Y方向上移动，从而得到离 子束1的X方向电流值和Y方向电流值，基于该电流值，能够测定离子束 l的剖面形状。再有，在测定离子束l的剖面形状时，需要使分离狭缝20 的狭缝宽度全部打开。
此外，通过该束剖面图监视器40，能够测定(推定)离子束l的电 流密度分布。再有，束剖面图监视器40不限于可动线收集器40A,也可以采用其 他的周知的设备。在本实施方式中，束剖面图监视器40配置在分离狭缝 20和处理室19之间，但在能够捕捉离子束l的范围内，也可以配置在处 理室19内的基板滑板28的前面侧或背面侧，或者在质量分离电^f兹铁17和 分离狭缝20之间。
离子监视器29配置在分离狭缝20的离子束1的行进方向下游侧，接 收通过分离狭缝2 0的离子束1,对包含在该离子束1中的离子种的种类以 及其比例进行测定。该离子监视器29的方式没有特别限定，能够采用例 如使用电磁铁和一个或多个法拉第圆筒(faraday cup)的质量分析方式 等的周知的离子监视器。
本实施方式中的离子监视器29虽然在X方向(与离子束l的厚度方向 相同)上不移动，但能够充分对应离子束l的厚度。进而，该离子监视 器29以能够通过未图示的驱动装置在图的Y方向(与离子束l的宽度方向 相同)上往复移动的方式构成。
通过该结构，在离子束l的宽度方向的任意位置的一定范围内，能 够测定在那里包含的离子种的种类及其比例。该离子监视器29能够测定 对应于上述小狭缝23的每一对或每多个对的范围的离子束所包含的离 子种及其比例。
再有，在本实施方式中，离子监视器29配置在基板滑板28的背面侧 上，但只要是与分离狭缝20相比在离子束行进方向的下游侧的话，配置 在基板滑板28的前面侧也可。
控制装置38能够独立地控制分离狭缝20中的多个小狭缝23的每个 的工作，基于来自束剖面图监视器40和离子监视器29的测定信息，以能 得到所希望的质量分离分辨能力的方式控制各小狭缝23 。
关于该控制参照图5具体地进行说明。首先，以分离狭缝20中的第 一狭缝21A和第二狭缝21B的狭缝宽度成为最大的方式调整各小狭缝23 的位置。在该状态下，以束剖面图监视器40测定(推定)通过了质量分 离电磁铁17的离子束1的剖面形状(即，图5中也包含所希望之外的离子 种的离子束整体的形状)。基于该测定信息，使各小狭缝23移动到规定 的位置。该规定的位置，例如可以是对也包含所希望之外的离子种的离 子束整体的形状，遮蔽束的厚度方向的两侧的每个规定量的位置，或者 是各小狭缝23沿着仅包含所希望的离子种的离子束的外形，基于预先从实验得到的数据所预测的位置。
接着，通过离子监视器29，测定与某一对或多对小狭缝23对应的范 围的离子束l所包含的离子种的种类及其比例。根据该测定信息，求取
质量分离分辨能力，在质量分离分辨能力不满足所希望的值的情况下， 以减小狭缝宽度的方式使小狭缝23对的一方或双方移动，再次基于离子 监视器29的测定信息求取质量分离分辨能力，直到质量分离分辨能力满 足所希望的值为止，反复该作业。另一方面，在质量分离分辨能力满足 了所希望的值的情况下，使离子监视器29移动到对应于其他的小狭缝23 的对的范围内，进行与上述相同的作业。通过这样，当针对于离子束l 的宽度方向整体的质量分离分辨能力满足所希望的值时，利用控制装置 3 8的分离狭缝20的位置调整控制结束。
像这样，因为通过束剖面图监视器40、离子监视器29和控制装置38, 反馈控制分离狭缝20的各小狭缝23,从而得到所希望的质量分离分辨能 力，所以能够通过自动控制实现高质量分离分辨能力的维持和电流损失 的降低。
本实施方式的离子注入装置IO,还具备配置在引出电极系统15和质 量分离电磁铁17之间的可.变狭缝30。该可变狭缝30形成离子束1通过的 缝隙，以遮蔽从离子源12引出的离子束l的一部分的方式构成为缝隙形 状是可变的。
如上所述，在对应于大面积基板3而增大质量分离电磁铁17的磁极 间隔的情况下，在离子束通过的整个区域中确保均匀的磁场是很困难 的。在这样的情况下，通过了质量分离电磁铁17的离子束1由于磁场的 不均匀而在束剖面上发生电流密度的不均匀。
在本发明中，因为可变狭缝30以遮蔽从离子束1引出的离子束l的一 部分的方式构成为上述狭缝形状是可变的，所以能够遮蔽在通过质量分 离电磁铁17后预测为电流密度相对变高的部分，通过预先将其除去能够 降低通过质量分离电磁铁17后的离子束1的电流密度分布的不均匀从而 谋求均匀化。
对本实施方式中的可变狭缝30进行更详细的说明。图6是表示在本 实施方式中的可变狭缝30的结构的图。
如图6所示，本实施方式中的可变狭缝30具有与上述分离狭缝20相 同的结构。即，可变狭缝30包括在离子束l的厚度方向的两侧有间隔地相向配置的第一狭缝31A和第二狭缝31B。离子束l通过由该第一狭缝 31A和第二狭缝31B形成的缝隙。第一狭缝31A和第二狭缝31B包括在 离子束1的宽度方向上分割为多个的小狭缝33、 33...。
在本实施方式中，小狭缝33为长条状。此外，第一狭缝31A和第二 狭缝31B的结构是，分别被十分割，以在离子束的厚度方向上相向的组 为一对，配置十对。
各小狭缝33以在上述离子束1的宽度方向上邻接的该各小狭缝33之 间不形成离子束l通过的缝隙的方式配置。作为以各小狭缝33之间不形 成离子束l通过的缝隙的方式配置的结构，可以考虑与上述分离狭缝20 的情况是同样的结构。
但是，虽然在上述分离狭缝20为了遮蔽所希望之外的离子种并分选 所希望的离子种的目的，不形成离子束l通过的间隔，但因为在该可变 狭缝30只要通过各个小狭缝33能够遮蔽离子束1的一部分即可，所以并 不一定需要以在各小狭缝33不形成离子束1通过的缝隙的方式配置。
各小狭缝33以在离子束1的厚度方向上能够相互独立地移动的方式 构成。在本实施方式中，各小狭缝33能够分别通过驱动器35、 35...在离 子束l的厚度方向上进退移动。各驱动器接收来自控制装置38的控制信 号S2而被控制。
根据这样的结构，通过调整各小狭缝33的位置，能够以遮蔽从离子 源12引出的离子束l的一部分的方式容易地使缝隙形状变化。
因此，如图6所示，能够遮蔽预测为通过质量分离电磁铁17后电流 密度会相对变高的部分，预先将其除去。具体地说，例如，预测在通过 质量分离电磁铁17后，靠近磁极18的离子束宽度方向的两侧附近的电流 密度与离子束中央部相比相对变高的情况下，如图6所示，减小在离子 束宽度方向的两侧附近相当的位置上配置的各小狭缝33的狭缝宽度，预 先遮蔽并除去离子束的一部分。这样做的话，离子束l在通过质量分离 电磁铁17后， 一部分被除去了的离子束宽度方向的两侧附近的电流密度 变高被抑制，作为结果，緩和了与离子束中央部的电流密度的电流密度 差，离子束整体的电流密度分布均匀化。
此外，因为使分割数越多，就越能够使缝隙形状细致地变化，所以 能够使降低通过了质量分离电磁铁17之后的离子束1的电流密度分布的 不均匀的效果提高，能够谋求更均匀化。可变狭缝30接收来自控制装置38的控制信号S2而被控制。控制装置 38能够独立地控制多个小狭缝33的每个的工作，基于来自束剖面图监视 器40的测定信息，预测可变狭缝30接收的离子束1中在通过质量分离电 磁铁17后电流密度相对地变高的部分，以通过在与预测部分相当的位置 上配置的各小狭缝33遮蔽离子束1的一部分的方式控制各小狭缝33。在 本实施方式中，虽然采用了以相同的控制装置38控制可变狭缝30和分离 狭缝20的结构，但分别通过不同的控制装置38进行控制也可。
关于该控制，参照图6具体地进行说明。首先，以可变狭缝30中的 第一狭缝31A和第二狭缝31B的狭缝宽度成为最大的方式调整各小狭缝 33的位置。在该状态下，以束剖面图监视器40测定(推定)离子束l的 剖面形状和电流密度分布。因为束剖面图监视器40配置在与质量分离电 磁铁l7相比离子束行进方向的下游侧，所以能够测定通过了质量分离电 磁铁17之后的离子束1的剖面形状和电流密度分布。控制装置3 8基于该 测定信息，预测可变狭缝30接收的离子束1中在通过了质量分离电磁铁 17后电流密度相对地变高的部分。控制装置38基于该预测结果，使配置 在与预测部分相当的位置上的各小狭缝33的狭缝宽度变窄，预先遮蔽并 除去离子束的一部分。例如，在预测靠近磁极18的离子束宽度方向的两 侧附近的电流密度与离子束中央部相比相对变高的情况下，如图6所示， 使在离子束宽度方向的两侧附近相当的位置上配置的各小狭缝33的狭 缝宽度变窄，预先遮蔽并除去离子束的一部分。
再次以束剖面图监视器40测定通过了该状态的可变狭缝30和质量 分离电磁铁17的离子束1的电流密度分布。控制装置38判断电流密度分 布是否均匀化。当在最初的测定中预测电流密度相对较高的部分依然高 时，使各小狭缝33在使已经变窄了的狭缝宽度进一步变窄的方向上移 动。相反，当在预测电流密度相对较高的部分变得太低时，'使各小狭缝 33在将已经减小了的狭缝宽度变宽的方向上移动。控制装置38反复该作 业，当判断电流密度分布均匀化了的时后，结束可变狭缝30的位置调整 控制。
这样，通过束剖面图监视器40和控制装置38,反馈控制可变狭缝30 的各小狭缝33,预测通过质量分离电磁铁17后电流密度相对变高的部 分，通过在与预测部分相当的位置上配置的各小狭缝33以遮蔽离子束1 的一部分的方式对各小狭缝33进行控制，因此能够通过自动控制实现通过质量分离电磁铁后的离子束1的电流密度分布的均匀化。
在上述实施方式中，作为束剖面图监视器40使用了可动线收集器 40A,但也可代替其使用如图7和图8所示的法拉第圆筒阵列40B。该法拉 第圆筒阵列40B配置在离子监视器29的背面侧。法拉第圆筒阵列40B在离 子束l的宽度方向以及厚度方向上配置了多个(很多)的法拉第圆筒。 多个法拉第圆筒一起设置在比离子束1的剖面形状更大的范围中。
通过这样构成的法拉第圆筒阵列40B,接收离子束l,能够测定该离 子束l的剖面形状和电流密度分布。再有，在利用法拉第圆筒阵列40B进 行测定时，基板滑板28移动到不妨碍向法拉第圆筒阵列的离子束l的照 射的位置上。
此外，在图8中，在利用法拉第圆筒阵列40B进行测定时，为了不妨 碍向法拉第圆筒阵列的离子束1的照射，离子监视器2 9能够退避到虛线 所示的位置上。
在上述实施方式中，是具备缝隙形状可变的分离狭缝20和可变狭缝 30双方的结构，^旦也可以是具备任一方的结构。
即，可以是具备缝隙形状可变的分离狭缝20而不具备可变狭缝30的 结构，在该情况下，虽然不能得到离子束l的电流密度的均匀化的效果， 但能得到在维持高质量分离分辨能力的同时降低电流损失的效果。
此外，也可以是具备可变狭缝30而不具备缝隙形状可变的分离狭缝 20的结构，在该情况下，虽然不能得到在维持高质量分离分辨能力的同 时降低电流损失的效果，但能得到离子束1的电流密度的均匀化的效果。 但是，在不具备缝隙形状可变的分离狭缝20的情况下，为了分选所希望 的离子种，需要具备例如图1 A和图1B所示的某一种其他的分离狭缝。
再有，如上所述对本发明的实施方式进行了说明，但上述公开的本 发明的实施方式仅是举例表示，本发明的范围并不限定与这些发明的实 施方式中。本发明的范围如专利要求的范围中的记述所示，还包括与专 利要求的范围的记述同等的意思以及范围内的所有变更。
权利要求
1. 本发明的离子注入装置，具备离子源，使包含应注入基板的所希望离子种的等离子体发生；引出电极系统，从该离子源的等离子体中引出包含上述所希望的离子种的剖面长方形状的离子束；质量分离电磁铁，使引出的上述离子束向其厚度方向一侧弯曲并质量分离，导出包含所希望的离子种的离子束；以及分离狭缝，接收来自该质量分离电磁铁的离子束，分选上述所希望的离子并使其通过，其中，使通过了上述分离狭缝的离子束照射基板进行离子注入，该离子注入装置其特征在于，上述分离狭缝以使离子束通过的缝隙形状是可变的方式构成。
2. 本发明的离子注入装置，具备离子源，使包含应注入基板的所 希望离子种的等离子体发生；引出电极系统，从该离子源的等离子体中 引出包含上述所希望的离子种的剖面长方形状的离子束；质量分离电磁 铁，使引出的上述离子束向其厚度方向一侧弯曲并质量分离，导出包含 所希望的离子种的离子束；以及分离狭缝，接收来自该质量分离电磁铁 的离子束，分选上述所希望的离子并使其通过，其中，使通过了上述分 离狭缝的离子束照射基板进行离子注入，该离子注入装置其特征在于，具备可变狭缝，配置在上述引出电极系统和上述质量分离电磁铁 之间，形成上述离子束通过的缝隙，该可变狭缝以遮蔽从上述离子源引 出的离子束的一部分的方式可变地构成上述缝隙形状。
3. 本发明的离子注入装置，具备离子源，使包含应注入基板的所 希望离子种的等离子体发生；引出电极系统，从该离子源的等离子体中 引出包含上述所希望的离子种的剖面长方形状的离子束；质量分离电磁 铁，使引出的上述离子束向其厚度方向一侧弯曲并质量分离，导出包含 所希望的离子种的离子束；以及分离狭缝，接收来自该质量分离电磁铁 的离子束，分选上述所希望的离子并使其通过，其中，使通过了上述分 离狭缝的离子束照射基板进行离子注入，该离子注入装置其特征在于，上述分离狭缝以使离子束通过的缝隙形状是可变的方式构成， 进而，具备可变狭缝，配置在上述引出电极系统和上述质量分离 电磁铁之间，形成上述离子束通过的缝隙，该可变狭缝以遮蔽从上述离 子源引出的离子束的 一 部分的方式可变地构成上述缝隙形状。
4. 根据权利要求1或3所述的离子注入装置，其特征在于，上述分离 狭缝包括在上述离子束的厚度方向的两侧有间隔地相向配置的第 一狭缝和第二狭缝，第一狭缝和第二狭缝包括在上述离子束的宽度方向上分 割为多个的小狭缝，各小狭缝以在上述宽度方向上邻接的该各小狭缝之 间不形成离子束通过的缝隙的方式配置，各小狭缝以在上述厚度方向上 能够相互独立地移动的方式构成。
5. 根据权利要求4所述的离子注入装置，其特征在于，具备 束剖面图监视器，配置在与上述质量分离电磁铁相比离子束行进方向的下游侧，接收上述离子束并对该离子束的剖面形状进行测定；离子监视器，配置在上述分离狭缝的离子束行进方向的下游侧，接收通过了分离狭缝的离子束并对该离子束中包含的离子种的种类及其比例进4亍测定；以及控制装置，能独立地控制上述多个小狭缝的每个的工作，基于来自上述束剖面图监视器和上述离子监视器的测定信息，以能得到所希望的质量分离分辨能力的方式控制上述各小狭缝。
6. 根据权利要求2或3所述的离子注入装置，其特征在于，上述可变 狭缝包括在上述离子束的厚度方向的两侧有间隔地相向配置的第 一狭 缝和第二狭缝，第一狭缝和第二狭缝包括在上述离子束的宽度方向上分 割为多个的小狭缝，各小狭缝以在上述厚度方向上能够相互独立地移动 的方式构成。
7. 根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，具备束剖面图监视器，配置在与上述质量分离电磁铁相比离子束行进方 向的下游侧，接收上述离子束并对该离子束的剖面形状及电流密度分布 进行测定；以及控制装置，能独立地控制上述多个小狭缝的每个的工作，基于来自 上述束剖面图监视器的测定信息，预测上述可变狭缝接收的离子束中在 通过了上述质量分离电磁铁后电流密度相对变高的部分，通过在与预测 的部分相当的位置上配置的各小狭缝，以遮蔽离子束的一部分的方式控 制上述各小狭缝。
全文摘要
本发明涉及使质量分离了的离子束对基板照射进行离子注入的质量分离型离子注入装置。在具备接收来自质量分离电磁铁(17)的离子束(1)、分选所希望的离子并使其通过的分离狭缝(20)的离子注入装置(10)中，分离狭缝(20)以使离子束(1)通过的缝隙形状是可变的方式构成。此外，离子注入装置(10)具备可变狭缝(30)，其配置在引出电极系统(15)和质量分离电磁铁(17)之间，形成离子束(1)通过的缝隙，该可变狭缝(30)以遮蔽从离子源(12)引出的离子束(1)的一部分的方式可变地构成缝隙形状。该离子注入装置(10)具备分离狭缝(20)可变狭缝(30)的双方也可，具备任一方也可。
文档编号H01J37/317GK101416270SQ20078001202
公开日2009年4月22日 申请日期2007年3月27日 优先权日2006年3月31日
发明者中本一朗, 吉田昌弘, 宝来宽, 袖子田龙也 申请人:株式会社Ihi