[发明专利]离子注入装置

说明书

发明背景

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，氢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1、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1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1：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号公报

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730mm×920mm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mm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磁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，由于其磁场均匀性的不完美，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，因为在磁极间形成的磁场在靠近磁极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“ㄑ”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“ㄑ”字形，也有时变形为逆“ㄑ”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“ㄑ”字形的离子束通过作为狭缝在狭缝板上形成的孔穴时，溢出狭缝的部分被遮蔽而不能通过，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1ton，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