JP2017050062A - Ion implantation device - Google Patents

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知洋 曽我
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implantation device capable of easily enhancing a production capability while reducing increase of footprints.SOLUTION: An ion implantation device 10 comprises a plurality of ion implantation units 11 and a substrate scanning device 102. Each of the ion implantation units 11 includes: an ion source unit 18 including a plasma chamber and an extraction electrode system; and a beam guide 34 structurally supporting the ion source unit 18 and enclosing a route of ion beams. In the plurality of ion implantation units 11, the ion source units 18 of the plurality of ion implantation units 11 are arrayed in series, and the beam guides 34 of the plurality of ion implantation units 11 guide ion beams to a vacuum process region 15 continued along the series array of the ion source units 18. The substrate scanning device 102 is disposed in the vacuum process region 15 and scans a substrate relatively to the ion beams in a unidirectional or bidirectional manner along the series array of the ion source units 18.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、イオン注入装置に関する。   The present invention relates to an ion implantation apparatus.

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。   In principle, there is a process to which ion implantation is not applied for economic reasons even if it is a process to which ion implantation can be applied. Due to the relatively high cost of existing ion implanters, such processes do not meet the ion implantation requirements for the production costs required for the devices produced by the process.

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。   Typical examples of such processes include several processes for manufacturing solar cell substrates. By applying ion implantation to these processes, the dose amount of impurities implanted into the solar cell substrate and the distribution in the depth direction can be accurately controlled. Thereby, the performance improvement of the solar cell is expected.

特開２０１４−９９２８４号公報JP 2014-99284 A

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。   One way to increase the productivity of an ion implantation process in a factory is to increase the number of ion implanters installed in the factory. However, as the number of ion implanters increases, a larger occupied floor area, that is, a so-called footprint is required.

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。   One exemplary object of an aspect of the present invention is to provide an ion implantation apparatus that can easily increase production capacity while reducing an increase in footprint.

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。   According to an aspect of the present invention, an ion implantation apparatus includes a plurality of ion implantation units, each ion implantation unit including a plasma chamber and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma chamber; A beam guide that structurally supports the ion source unit and surrounds the path of the ion beam, the ion source units of the plurality of ion implantation units are arranged in series, and the beam guides of the plurality of ion implantation units each A plurality of ion implantation units for directing an ion beam to a vacuum process area that continues along a series arrangement of ion source units, and a substrate scanning device arranged in the vacuum process area, the series arrangement of ion source units A substrate scanning device that scans the substrate with respect to the ion beam in one or both directions along Obtain.

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。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, programs, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

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。   According to the present invention, it is possible to provide an ion implantation apparatus that can easily increase the production capacity while reducing an increase in footprint.

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。1 is a diagram schematically showing an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. 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。1 is a perspective view schematically showing a part of an ion implantation apparatus according to an embodiment. 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。It is a figure which shows schematically the extraction electrode system of the ion implantation apparatus which concerns on a certain embodiment. 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。It is a top view which shows roughly the beam measurement system of the ion implantation apparatus which concerns on a certain embodiment. 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。It is a figure which shows the implantation profile obtained by the ion implantation apparatus which concerns on a certain embodiment. 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。It is a top view which shows roughly the in-line type vacuum chamber system for the ion implantation apparatus which concerns on a certain embodiment. 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。It is a flowchart showing the ion implantation method which concerns on a certain embodiment. 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。It is a figure which shows schematically the arrangement | sequence of the ion implantation unit in the ion implantation apparatus which concerns on a certain embodiment. 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。It is a figure which shows schematically the arrangement | sequence of the ion implantation unit in the ion implantation apparatus which concerns on a certain embodiment. 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。It is a figure which shows roughly the arrangement | sequence of the ion implantation unit in the ion implantation apparatus which concerns on a comparative example. 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。11 (a) to 11 (c) schematically show an ion implantation unit according to an embodiment. 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。It is a figure which shows schematically the structure of the control part of the ion implantation apparatus which concerns on a certain embodiment.

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。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Moreover, the structure described below is an illustration and does not limit the scope of the present invention at all.

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。   According to an embodiment of the present invention, an ion implantation apparatus includes a plurality of ion implantation units and a substrate scanning device. Each of the plurality of ion implantation units includes an ion source unit and a beam guide and / or a vacuum wall that structurally supports the ion source unit. The ion source unit includes a plasma chamber and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma chamber. The plurality of ion source units are arranged in series. The beam guide may form part of the ion source unit. The plurality of beam guides direct the ion beam to a vacuum process region, each continuing along a serial array of ion source units.

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。   The vacuum process area is surrounded by a vacuum process chamber consisting of a single vacuum vessel or a vacuum process chamber consisting of a series connection of a plurality of vacuum vessels. Each of the plurality of vacuum containers may form part of an ion implantation unit. The substrate scanning device is disposed in the vacuum process area. The substrate scanning device is configured to scan the substrate with respect to the ion beam in one direction or in both directions along a series arrangement of a plurality of ion source units. The substrate scanning device may form part of an ion implantation unit.

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。   The fact that the ion implantation apparatus has a plurality of ion implantation units helps to easily adjust the production capacity of the ion implantation apparatus. By adding an additional ion implantation unit to the ion implantation apparatus as necessary, the production capacity of the ion implantation apparatus can be enhanced. By stopping or removing at least one operation of the existing ion implantation unit, the production capacity of the ion implantation apparatus can be reduced.

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。   When a plurality of ion source units are arranged in parallel, the vacuum process chamber is expanded in a direction orthogonal to the substrate scanning direction. The vacuum process chamber may have a connection with adjacent components (eg, a load lock chamber) upstream and / or downstream thereof. Due to the parallel arrangement, the connecting portion can also be elongated in the direction orthogonal to the substrate scanning direction. Then, not only the vacuum process chamber but also upstream and / or downstream adjacent components can be expanded in a direction perpendicular to the substrate scanning direction. The resulting increase in the footprint of the ion implanter is almost the same as when a plurality of ion implanters are simply added in parallel. That is, when a plurality of ion source units are arranged in parallel, the footprint of the ion implantation apparatus greatly increases.

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。   On the other hand, when a plurality of ion source units are arranged in series, the vacuum process chamber is expanded along the substrate scanning direction. That is, the vacuum process chamber can only be extended in the substrate scanning direction. Then, not only the connection part of a vacuum process chamber but the component which adjoins the upstream and / or downstream can be utilized as it is, without a change. Thus, the serial arrangement of multiple ion source units helps to reduce the footprint of the ion implanter.

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。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a basic configuration of an ion implantation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side view of the ion implantation apparatus 10. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a part of the ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. FIG. 2 also shows a partial cross section of the ion implantation apparatus 10 in a plane parallel to the paper surface in FIG. In FIG. 2, the cross-sectional area is hatched.

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。   The ion implantation apparatus 10 includes at least one ion implantation unit 11. As will be described in detail later, the ion implantation apparatus 10 preferably includes a plurality of ion implantation units 11. For the sake of simplicity, FIG. 1 and FIG. 2 show one ion implantation unit 11 and omit other ion implantation units adjacent thereto.

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。   The ion implantation unit 11 is configured to irradiate the substrate S with the ion beam 12. The ion beam 12 has a long beam cross section extending in the longitudinal direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). Hereinafter, the ion beam 12 may be referred to as a ribbon beam. The ion beam 12 forms an ion beam irradiation region (hereinafter also referred to as an ion beam region) 14 corresponding to the cross section in the vacuum process region 15. At a certain point in time, the ion beam region 14 is in a certain part on the surface of the substrate S. For easy understanding, fine dots are attached to the ion beam region 14 in FIG. In the vacuum process region 15, the substrate S passes through the ion beam region 14 along the substrate movement path A. In this way, ion implantation can be performed over a wide range of the surface of the substrate S.

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。   In this embodiment, the substrate S is a solar cell substrate or a solar battery cell. Therefore, the ion implantation apparatus 10 is used for manufacturing a solar cell substrate. In most cases, the substrate S is a semiconductor member having a flat plate shape, but the substrate S may be an object to be processed having any other shape and material. The substrate S may be a single large substrate or a plurality of small substrates. When the substrate S indicates a plurality of substrates, the substrate S may include a container such as a tray for arranging the substrates in a plane (for example, in a matrix). This tray may be configured so that, for example, each row can be simultaneously injected into a substrate having a matrix arrangement of four rows or more. Further, the substrate S may be covered with a mask. Hereinafter, for convenience of explanation, such a substrate, a container, a mask, and other objects to be processed may be collectively referred to as a substrate S.

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。   The ion implantation unit 11 includes an ion source unit 18 that is configured to generate an ion beam 12. The ion source unit 18 includes a plasma chamber 20, a plasma source 22 for generating plasma 21 in the plasma chamber 20, and an extraction electrode system 24 for extracting the ion beam 12 from the plasma chamber 20. In addition, the ion implantation apparatus 10 includes a vacuum exhaust system (not shown) for providing a desired vacuum environment to the ion source unit 18 and the vacuum process region 15.

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。   The vacuum process area 15 is surrounded by a vacuum process chamber 16. The vacuum process chamber 16 is connected to the ion source unit 18 to receive the ion beam 12 from the ion source unit 18. The vacuum process area 15 is divided into a central area 26, a first buffer area, and a second buffer area. In the central area 26, ion implantation of the substrate S is performed using the ion beam 12. The first buffer area and the second buffer area are connected to the upstream side and the downstream side of the central area 26, respectively. Therefore, hereinafter, the first buffer area and the second buffer area are referred to as an upstream buffer area 28 and a downstream buffer area 30, respectively. Note that the vacuum process chamber 16 is not shown in FIG. 2 to avoid unnecessarily complicating the drawing.

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。   The vacuum process chamber 16 includes a substrate scanning device 102 for moving the substrate S along the substrate movement path A. The substrate movement path A is a linear path extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ribbon beam cross section, and passes through the upstream buffer area 28, the central area 26, and the downstream buffer area 30. The substrate movement path A passes through the ion beam region 14 in the central area 26. The substrate scanning device 102 is configured to continuously move the substrate S along the substrate movement path A. The substrate scanning device 102 can move the substrate S at a substantially constant speed. The configuration of such an in-line vacuum chamber system will be described later in detail with reference to FIG.

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。   The ion implantation unit 11 includes a vacuum wall 17 that structurally supports the ion source unit 18. The vacuum wall 17 includes at least one wall member of the vacuum process chamber 16 provided to hold the inside of the vacuum process chamber 16 in a vacuum. An ion beam entrance opening 19 is formed in the vacuum wall 17. The ion beam inlet opening 19 is an opening provided in the vacuum process chamber 16 for receiving the ion beam 12 from the ion source unit 18.

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。   The vacuum process chamber 16 is provided adjacent to the ion source unit 18. The vacuum process chamber 16 receives the ion beam 12 emitted from the ion source unit 18 (more precisely, the extraction electrode system 24). Accordingly, the vacuum process chamber 16 has an ion beam region 14 therein. The extraction electrode system 24 is exposed when viewed from the ion beam region 14.

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。   The ion implantation unit 11 includes a beam guide 34 that connects the ion source unit 18 to the vacuum process chamber 16. Accordingly, the vacuum process chamber 16 is adjacent to the ion source unit 18 via the beam guide 34. The beam guide 34 structurally supports the plasma chamber 20 of the ion source unit 18 in the vacuum process chamber 16. The beam guide 34 surrounds the path of the ion beam 12 and guides the ion beam 12 to the central area 26 of the vacuum process region 15. The beam guide 34 is a cylindrical member surrounding the ion beam 12, and one end thereof is attached to the vacuum wall 17. The beam guide 34 is attached to the vacuum process chamber 16 so as to surround the ion beam inlet opening 19 of the vacuum process chamber 16.

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。   The beam guide 34 provides a vacuum environment for transporting the ion beam 12 between the ion source unit 18 and the vacuum process chamber 16. The inner surface of the beam guide 34 is separated from the outer periphery of the ion beam 12 so as not to disturb the ion beam 12. An adhesion preventing plate (for example, a graphite liner) for preventing particles may be attached to the inner wall surface of the beam guide 34.

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。   As shown in FIG. 2, the ion implantation unit 11 includes a high voltage insulator 48 attached between the plasma chamber 20 and the beam guide 34. The high voltage insulator 48 insulates the beam guide 34 from a high voltage portion including the plasma chamber 20 and the plasma source 22. Therefore, the vacuum process chamber 16 is also insulated from the plasma chamber 20. The high voltage insulator 48 is provided so as to surround the extraction electrode system 24.

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。   Thus, the ion implantation unit 11 has a straight beam line. This linear beam line is interposed between the ion source unit 18 and the vacuum process chamber 16 in order to transport the ion beam 12 extracted by the extraction electrode system 24 as it is to the central area 26 of the vacuum process chamber 16. The beam line is very short and thus has no beam line components that affect the beam characteristics (eg, beam current) of the ion beam 12. Here, the beam line component is a beam optical element (for example, a mass analyzer, a beam, etc.) that applies an electrostatic, magnetic, or electromagnetic action to the ion beam 12 in order to control the characteristics of the ion beam 12. Collimating device, beam scanning device, etc.). Therefore, unlike a general ion implantation apparatus, the ion implantation unit 11 does not have a mass analyzer between the ion source and the substrate.

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。   In this way, the ion beam 12 is directly applied to the substrate S. Since the ion implantation unit 11 has a beam line with such a simple configuration, the manufacturing cost of the ion implantation apparatus 10 can be reduced.

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。   The ion implantation apparatus 10 includes a control unit 32 for controlling the ion implantation unit 11. In particular, the control unit 32 is provided to control the ion beam generation conditions of the ion source unit 18. The ion beam generation conditions include, for example, ion beam control conditions for the extraction electrode system 24 and / or plasma control conditions for the plasma source 22. The ion beam control conditions include the ion beam extraction conditions of the extraction electrode system 24. The ion beam extraction conditions include, for example, the extraction voltage of the extraction electrode system 24. The ion beam control condition may include a plasma control condition. Therefore, the control unit 32 is configured to control at least one of the plasma source 22 and the extraction electrode system 24. The control unit 32 may be configured to control the entire ion implantation apparatus 10 including the ion source unit 18 and the substrate scanning apparatus 102.

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。   The ion beam 12 has beam characteristics that are determined according to ion beam generation conditions. The beam characteristics include, for example, the beam current of the ion beam 12, the ion composition of the ion beam 12, and / or the uniformity of the ion beam 12 in cross section. Since the vacuum process chamber 16 is adjacent to the ion source unit 18, the ion beam 12 is directly irradiated to the ion beam region 14 from the extraction electrode system 24. For this reason, the characteristics of the ion beam 12 are already determined at the stage of extraction through the extraction electrode system 24, and the beam characteristics are maintained in the beam transport space from the extraction electrode system 24 to the central area 26. Accordingly, ion implantation characteristics (for example, implantation dose, implantation energy, and / or implantation profile) obtained on the substrate S are determined according to the ion beam generation conditions of the ion source unit 18.

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。   Therefore, as will be described in detail later, the control unit 32 controls the ion beam generation conditions based on a given implantation condition (for example, implantation dose) to the substrate S and a given substrate moving speed ( For example, the ion current extraction condition is changed) and the beam current of the ion beam 12 is adjusted. In one embodiment, the control unit 32 controls the ion composition of the ion beam 12 by changing the plasma control condition of the plasma source 22. For example, the ratio of monomer ions and dimer ions of ionic species to be implanted into the substrate S is controlled. Thus, the implanted dopant current can be controlled.

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。   The ion source unit 18 will be further described with reference to FIGS. 1 and 2. The plasma chamber 20 provides a space for holding and containing the generated plasma 21. The plasma chamber 20 has a magnet (not shown) for confining the plasma 21 at or near the wall portion. This plasma accommodating space has, for example, a rectangular parallelepiped shape, a plasma source 22 is provided on the upper side, and an extraction electrode system 24 is provided on the lower side.

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。   As shown in FIG. 2, the plasma chamber 20 has a plurality of outlet openings 50 for taking out the plasma 21 to the outside. An outlet opening 50 is provided in connection with the extraction electrode system 24. Thus, the plasma source 22 faces the extraction electrode system 24 and the outlet opening 50.

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。   The plurality of outlet openings 50 are formed adjacent to each other, and each has an elongated shape extending in a direction perpendicular to the substrate movement path A. The plurality of outlet openings 50 are arranged in parallel with each other at equal intervals. The plasma chamber 20 may include a beam shutter (not shown) for opening and closing part or all of the plurality of outlet openings 50. It is possible to extract the ion beam 12 from the plasma chamber 20 when the beam shutter is opened, and when the beam shutter is closed, the extraction of the ion beam 12 is physically blocked, and the ion beam amount can be reduced. it can.

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。   Returning to FIG. The ion implantation unit 11 includes a source gas supply system 35 configured to supply a source gas. The source gas supply system 35 includes a source gas supply source 36 and a gas pipe 38. The source gas supply system 35 is provided in the plasma source 22.

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。 The source gas contains a desired ionic species to be implanted into the substrate S. For example, when the ion species implanted into the substrate S is phosphorus (P), the source gas is, for example, PH 3 diluted with H 2 . When the ion species implanted into the substrate S is boron (B), the source gas is, for example, B 2 H 6 diluted with H 2 . Further, the source gas may be H 2 for hydrogen passivation of the substrate S. The source gas may include an optional dilution gas different from H 2 , an assist gas for improving plasma ignitability, and / or other noble gases as necessary.

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。   The source gas supply source 36 is connected to the plasma chamber 20 via a gas pipe 38. The source gas is supplied from the source gas supply source 36 to the plasma chamber 20 through the gas pipe 38. In order to adjust the concentration and / or flow rate of the source gas introduced into the plasma chamber 20, a gas adjusting unit (for example, a mass flow controller) may be provided in the source gas supply source 36 and / or the gas pipe 38.

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。   When the ion implantation apparatus 10 includes a plurality of ion implantation units 11, the source gas supply system 35 may be configured to supply the same source gas to each plasma chamber 20 of the plurality of ion implantation units 11. . In this way, the same ion species can be cumulatively implanted into the substrate S using a plurality of ion implantation units 11. Therefore, the productivity of the ion species implantation process can be improved. In this case, the source gas supply system 35 may include a plurality of source gas supply units that can operate independently of each other. Each source gas supply unit may include an individual source gas source for each corresponding ion implantation unit 11 and a gas pipe connecting the source gas source to the plasma chamber 20. Alternatively, the source gas supply system 35 may include a single source gas source and a plurality of gas pipes connecting the source gas source to the individual plasma chambers 20.

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。   Alternatively, the source gas supply system 35 supplies the first source gas to the first ion implantation unit 11 and supplies the second source gas different from the first source gas to the second ion implantation unit 11. It may be configured. In this way, a plurality of different ion species can be cumulatively implanted into the substrate S using the plurality of ion implantation units 11.

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。   The plasma source 22 includes a high-frequency plasma excitation source, for example, an RF antenna 40, for generating the plasma 21 from the source gas in the plasma chamber 20. In addition, the plasma source 22 includes an RF matching box 42 and an RF power supply 44 for supplying power to the RF antenna 40. The RF antenna 40 is provided in the plasma chamber 20, and the RF matching box 42 and the RF power supply 44 are provided outside the plasma chamber 20. The RF matching box 42 is attached to the outside of the plasma chamber 20. Thus, the ion source unit 18 is configured as an RF plasma excitation type ion source.

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。   As shown in FIG. 2, the plasma source 22 includes a plurality of RF antennas 40 and a plurality of RF matching boxes 42. The RF matching box 42 is provided for each RF antenna 40. The plurality of RF antennas 40 are arranged along the outlet opening 50 of the plasma chamber 20. Thereby, the long plasma 21 can be generated in the plasma chamber 20 along the outlet opening 50. Thus, the ion source unit 18 is a bucket type ion source.

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。   As shown in FIG. 1, the plasma source 22 includes a source box 46. The source box 46 houses the source gas supply source 36 and the RF power source 44. A voltage corresponding to the desired implantation energy is applied to the plasma chamber 20 and the source box 46 by, for example, a power supply device 70 (see FIG. 3) described later. Therefore, a voltage corresponding to the desired implantation energy can be applied to the outlet opening 50 of the plasma chamber 20.

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。   The control unit 32 controls the plasma source 22 according to the plasma control conditions. Thereby, source gas is supplied from the source gas supply source 36 to the plasma chamber 20, and power is supplied from the RF power source 44 to the RF antenna 40. As a result, the plasma 21 containing the desired ion species is excited in the plasma chamber 20.

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。   The plasma control conditions include one or more plasma control parameters for controlling the plasma 21. The plasma control parameters include, for example, the concentration of the source gas (for example, hydrogen dilution rate), the flow rate of the source gas, the total RF power of the ion source unit 18, the RF power of each RF antenna 40, the position of each RF antenna 40, and the desired implantation. There is an applied voltage corresponding to energy, but it is not limited to these. The plasma 21 can be controlled by adjusting or changing the plasma control parameters. By controlling the plasma 21, for example, the beam current of the ion beam 12 can be adjusted somewhat.

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。 Alternatively, the ratio of monomer ions and dimer ions in the plasma 21 can be controlled by adjusting the concentration, flow rate, and RF power of the source gas introduced into the plasma chamber 20. When the dopant is phosphorus, the ratio between the monomer ion PH x + and the dimer ion P 2 H x + can be controlled. Similarly, when the dopant is boron, the ratio of the monomer ion BH x + to the dimer ion B 2 H x + can be controlled. Therefore, the control unit 32 can control the implantation dopant current and / or the implantation profile of the substrate S by changing the plasma control condition.

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。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the extraction electrode system 24 of the ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. The extraction electrode system 24 includes a plasma electrode 52 and an extraction acceleration electrode portion 54. The plasma electrode 52 has the plurality of outlet openings 50 described above. The plasma electrode 52 is a bottom plate that partitions the inside of the plasma chamber 20 from the outside. The extraction acceleration electrode unit 54 includes an extraction electrode 56, a suppression electrode 58, and a ground electrode 60. Therefore, the extraction electrode system 24 includes four electrodes.

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。   The four electrodes of the extraction electrode system 24, that is, the plasma electrode 52, the extraction electrode 56, the suppression electrode 58, and the ground electrode 60 are arranged in the order described in the direction from the ion source unit 18 toward the central area 26. Yes. Each of these electrodes is a flat plate with a slit and is arranged in parallel to each other. The distance between the plasma electrode 52 and the extraction electrode 56 is narrower than the distance between the extraction electrode 56 and the suppression electrode 58. The distance between the extraction electrode 56 and the suppression electrode 58 is wider than the distance between the suppression electrode 58 and the ground electrode 60.

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。   The extraction electrode system 24 has a plurality of slits corresponding to the plurality of outlet openings 50 of the plasma electrode 52. That is, the extraction electrode 56, the suppression electrode 58, and the ground electrode 60 have the same shape and arrangement as the plurality of outlet openings 50 of the plasma electrode 52, and the plurality of second slits 62, the plurality of third slits 64, and the plurality The fourth slit 66 is provided. Therefore, a plurality of adjacent long openings are formed in each electrode of the extraction acceleration electrode portion 54. These long openings are formed along a direction perpendicular to the substrate movement path A. The outlet opening 50 of the plasma electrode 52 can also be called the first slit of the extraction electrode system 24.

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。   The first through fourth slits provide a linear slit path for the ion beam extracted from the plasma chamber 20. Long ion beams 68 are extracted through the individual slit paths. The ion beam 12 is formed by the plurality of long ion beams 68 corresponding to the plurality of slit paths. By providing a plurality of slit paths along the substrate movement path A in this way, a wide ion beam 12 (that is, a wide ion beam region 14) can be obtained. Such a slit configuration is useful for increasing the area of the ion beam 12. The extraction electrode system 24 is designed so as to extract the ion beam 12 having uniformity in the longitudinal direction of the ribbon beam cross section (at least over the width of the substrate S).

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。   The extraction electrode system 24 includes a power supply device 70 for applying a voltage to each electrode. The power supply device 70 includes an extraction power source 72, an acceleration power source 74, and a suppression power source 76 in association with the plasma electrode 52, the extraction electrode 56, and the suppression electrode 58. These power sources are DC power sources with variable voltages, and are controlled by the control unit 32.

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。   The extraction power source 72 is connected between the plasma electrode 52 and the extraction electrode 56 so as to apply a positive extraction voltage Vex to the plasma electrode 52. The acceleration power source 74 is connected between the extraction electrode 56 and the ground electrode 60 so as to apply a positive acceleration voltage to the extraction electrode 56. The suppression power source 76 is connected between the suppression electrode 58 and the ground electrode 60 so as to apply a negative suppression voltage to the suppression electrode 58. The ground electrode 60 is grounded.

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。   The control unit 32 controls the extraction electrode system 24 according to the ion beam extraction conditions. When the power supply device 70 applies a voltage to the extraction electrode system 24 in accordance with the extraction conditions, the ion beam 12 is continuously extracted from the plasma chamber 20 through the extraction electrode system 24. The extracted ion beam 12 passes through the beam guide 34 and the ion beam entrance opening 19 and enters the central area 26 as it is.

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。   Therefore, the ion composition of the ion beam 12 extracted by the extraction electrode system 24 is derived from the plasma 21. As described above, since the plasma 21 includes monomer ions and dimer ions of the dopant implanted into the substrate S, the ion beam 12 also includes monomer ions and dimer ions. Since the ion beam 12 is incident on the central area 26 without going through the mass analyzer, the ion beam region 14 is allowed to receive both monomer ions and dimer ions.

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。   The ion beam extraction conditions include one or more extraction control parameters for controlling the extraction electrode system 24. The extraction control parameters include, for example, the extraction voltage Vex, the suppression voltage, the shape of the outlet opening 50, the distance between the plasma electrode 52 and the extraction electrode 56, and the beam longitudinal distribution of the distance between the plasma electrode 52 and the extraction electrode 56. It is not limited to. The ion beam 12 can be controlled by adjusting or changing the extraction control parameter.

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。   For example, the control unit 32 may control the extraction beam current by changing the extraction voltage Vex and / or the suppression voltage so as to keep the implantation energy constant. Alternatively, the control unit 32 may control the extraction beam current by adjusting the shape of the outlet opening 50. For this purpose, the plasma electrode 52 may have a variable outlet opening.

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。   The controller 32 may control the extraction beam current by changing the position and / or shape of at least one electrode of the extraction electrode system 24. Therefore, for example, an actuator for adjusting the distance between the plasma electrode 52 and the extraction electrode 56 may be provided in the plasma electrode 52 and / or the extraction electrode 56. In order to adjust the beam longitudinal distribution of the distance between the plasma electrode 52 and the extraction electrode 56, an actuator for moving and / or deforming the plasma electrode 52 and / or the extraction electrode 56 may be provided.

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。   FIG. 4 is a plan view schematically showing a beam measurement system 78 of the ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. The beam measurement system 78 will be described with reference to FIGS.

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。   Unlike FIG. 1, the positional relationship between the substrate S and the ion beam 12 shown in FIG. 4 is the state before ion implantation. The substrate S moves toward the ion beam 12 at the substrate scanning speed Vs. The substrate S does not overlap the ion beam 12, and ion implantation has not yet started. Here, the substrate S may be a large number of substrates and a tray for placing them. In FIG. 4, a tray is shown that enables a 7 × 5 matrix substrate arrangement. The ribbon beam is simultaneously irradiated onto the five rows of substrates.

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。   As shown in FIG. 1, the beam measurement system 78 is accommodated in a measurement chamber 80. The measurement chamber 80 is a vacuum chamber disposed below the central area 26 and connected to the central area 26. That is, the measurement chamber 80 and the ion source unit 18 are on opposite sides of the central area 26. The measurement chamber 80 can also be considered part of the central area 26. Measurement chamber 80 is configured to receive ion beam 12 from ion source unit 18 through central section 26. Therefore, the beam measurement system 78 is on the downstream side of the beam path from the substrate S. Each of the plurality of ion implantation units 11 may have a measurement chamber 80. That is, the beam measurement system 78 and the measurement chamber 80 may form part of the ion implantation unit 11.

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。   The beam measurement system 78 is configured to measure the characteristics of the ion beam 12. The beam measurement system 78 includes a scan Faraday 82, a fixed Faraday 84, and a mass analyzer 86. The scan Faraday 82, the fixed Faraday 84, and the mass analyzer 86 are arranged in this order along the transport direction of the ion beam 12. Thus, the mass analyzer 86 is located at the end of the beam path.

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。   The scan Faraday 82, the fixed Faraday 84, and the mass analyzer 86 can output measurement results to the control unit 32, respectively. The scan Faraday 82 and / or the fixed Faraday 84 are configured to measure the implantation beam current before and / or during implantation into the substrate S.

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。   The scan Faraday 82 is a high-speed moving profile monitor that moves in the longitudinal direction of the ribbon beam cross section. The scan Faraday 82 is a movable beam current measuring device, for example, a Faraday cup. The scan Faraday 82 is provided to measure the uniformity of the beam current in the longitudinal direction of the ribbon beam cross section. As shown in FIG. 4, the scan Faraday 82 measures the beam intensity of the ribbon beam while scanning the movable range C including the longitudinal width of the ribbon beam cross section. By measuring at a plurality of positions in the movable range C, the beam current uniformity of the ion beam 12 can be measured.

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。   The movable range C of the scan Faraday 82 reaches the longitudinal end of the ribbon beam cross section. Since the ion beam 12 is wider in the longitudinal direction than the substrate S, the end of the ion beam 12 passes through the side of the substrate S even when the substrate S enters the ion beam 12. Therefore, the scan Faraday 82 can measure the beam current of the ion beam 12 (at the beam end) even when the substrate S enters the ion beam 12. Therefore, the scan Faraday 82 can measure the beam current not only before and after the injection but also during the injection.

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。   Using the measurement result of the beam current uniformity, the control unit 32 may control the beam current uniformity in the longitudinal direction of the ribbon beam cross section. For example, the control unit 32 may adjust the input power to each of a plurality of plasma excitation sources (for example, the RF antenna 40) in order to improve the beam current uniformity. Alternatively, in order to improve the beam current uniformity, the plasma electrode 52 and / or the extraction electrode 56 may be moved and / or deformed to adjust the beam longitudinal distribution of the distance between the plasma electrode 52 and the extraction electrode 56. Good.

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。   Note that the measuring device for measuring the beam current uniformity may not be movable. For example, the beam current uniformity can be measured using a number of measuring devices arranged in the longitudinal direction of the beam. The beam current measuring device may include a fixed Faraday 84 described below.

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。   The fixed Faraday 84 is a fixed beam current measuring device, for example, a Faraday cup. Fixed Faraday 84 is provided to measure the average beam intensity. For example, three fixed Faraday 84 are provided, two of which are arranged at both ends of the ribbon beam, and the other one is arranged at the center of the ribbon beam. The fixed Faraday 84 at both ends is arranged so that the beam current of the ion beam 12 can be measured even when the substrate S enters the ion beam 12. Thus, the fixed Faraday 84 can also measure the beam current during implantation as well as before and after implantation. The central fixed Faraday 84 is used, for example, for beam current measurement before injection. Therefore, the control unit 32 can use the average of the measurement values of a plurality of (for example, three) fixed Faraday 84 as the pre-injection beam current.

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。 The mass analyzer 86 measures the ion current for each ion type. The ion beam 12 includes at least dopant ions and hydrogen ions (H x + ) derived from the source gas composition. Dopant ions include monomer ions and dimer ions. Thus, the mass analyzer 86 can measure the ion current of monomer ions, dimer ions, hydrogen ions, and other ions (if any). The mass analyzer 86 can measure the ratio of the dopant ion current to the beam current of the ion beam 12 (that is, the dopant ratio Fd). The mass analyzer 86 can measure the ion composition of the ion beam 12.

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。   The ion beam 12 selectively irradiates the substrate S and the mass analyzer 86. In other words, the mass analyzer 86 is disposed at a location that does not receive the ion beam 12 when the substrate S is irradiated with the ion beam 12. Therefore, the mass analyzer 86 performs beam mass spectrometry measurement between the processing of one substrate and the next substrate in a continuous implantation process for a plurality of substrates.

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。   Since the ion implantation apparatus 10 is configured in an in-line type, a plurality of substrates pass through the ion beam 12 sequentially and sequentially. It is desirable that the processing time for each of the plurality of substrates be constant. Therefore, it is desirable to move a plurality of substrates at a constant substrate scanning speed Vs that matches the constant processing time. However, ion implantation conditions may vary depending on the substrate.

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。   Therefore, the controller 32 adjusts the beam current J of the ion beam 12 by controlling the extraction voltage Vex based on the desired implantation dose D to the substrate S and the substrate scanning speed Vs. The beam current J can be expressed as J (Vex) as a function of the extraction voltage Vex. The implantation dose amount D, the substrate scanning speed Vs, and the beam current J (Vex) can be associated with each other. An example of such association is shown in the following equation. Here, qe is an electronic charge, and α is a proportionality constant. The proportionality constant α is determined depending on the beam measurement system 78, for example.

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。   As described above, the state of the plasma 21 is determined from the concentration, flow rate, and RF power of the source gas. When these plasma control parameters are kept constant, the plasma state is kept constant and the dopant ratio Fd is constant. Since the implantation dose D, the electron charge qe, and the proportionality constant α are all constants, the above equation gives the relationship between the substrate scanning speed Vs and the beam current J (Vex).

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。   Therefore, the control unit 32 can set the beam current J (Vex) and the extraction voltage Vex before injection in accordance with the given conditions. That is, the control unit 32 can control the extraction voltage Vex so as to give a desired implantation dose amount D and maintain a constant substrate scanning speed Vs. The controller 32 derives the beam current J from the right side of the relational expression before injection into the substrate S, and sets the extraction power source 72 to the extraction voltage Vex corresponding to the current value. As a result, the substrate S is irradiated with the ion beam 12 having the beam current J (Vex) corresponding to the extraction voltage Vex.

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。   Instead of the extraction voltage Vex or together with the extraction voltage Vex, the control unit 32 may control the suppression voltage. In this way, similarly, the implantation dose D and the substrate scanning speed Vs can be realized. At this time, the control unit 32 may control the ion beam extraction conditions so as to obtain the implantation dose amount D and maintain a predetermined implantation profile.

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。   In an embodiment, the control unit 32 may perform feedback control of the beam current J. The control unit 32 may control the beam current J before and / or during the injection based on the beam current measurement result before and / or during the injection. For example, the control unit 32 may control the ion beam extraction condition (for example, extraction voltage Vex) so that the measured beam current matches the target beam current. The target beam current is given by, for example, the right side of the above relational expression. In some embodiments, the control unit 32 may control the substrate scanning speed Vs based on the measured beam current and the implantation dose D before and / or during the implantation.

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。   In an embodiment, the control unit 32 may control the ion source unit 18 by combining a change in plasma control conditions and a change in ion beam extraction conditions. In this case, the plasma source 22 is operated according to the changed plasma control condition, and the extraction electrode system 24 is operated according to the changed ion beam extraction condition. The control unit 32 may execute optimal control using such composite control. For example, the control unit 32 may perform composite control so as to maximize the extraction beam current and / or the dopant implantation beam current. Alternatively, the control unit 32 may execute composite control so as to obtain the best beam uniformity.

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。   Furthermore, in a certain embodiment, the control part 32 may control the dopant ratio Fd by changing the plasma control conditions of the plasma source 22. By controlling the dopant ratio Fd, the implantation profile can be improved.

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。   FIG. 5 is a diagram showing an implantation profile obtained by the ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. In FIG. 5, the vertical axis represents the dopant concentration, and the horizontal axis represents the implantation depth. As shown in the figure, according to the ion implantation apparatus 10, it is possible to obtain an implantation profile that has a remarkable peak on almost the surface of the substrate S and whose dopant concentration monotonously decreases as the depth increases. Such a profile is preferable in terms of performance by the solar cell. It is considered that the profile is improved because the ion beam 12 contains the dimer ions of the dopant. The comparative example shown in FIG. 5 is a profile obtained when only monomer ions are implanted by a conventional ion implantation apparatus. The comparative example has a peak at a deeper position than the example.

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。   FIG. 6 is a plan view schematically showing an in-line type vacuum chamber system 100 for the ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. As described above, the vacuum process chamber 16 of the vacuum chamber system 100 is divided into a central area 26, an upstream buffer area 28, and a downstream buffer area 30. The ion beam 12 is supplied to the central area 26. The ion beam 12 is not supplied to the upstream buffer area 28 and the downstream buffer area 30.

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。   The vacuum chamber system 100 includes a substrate scanning device 102 for moving the substrate S along the substrate movement path A. The substrate scanning device 102 is accommodated in the vacuum process chamber 16. The substrate scanning apparatus 102 transports the substrate S in one direction along the substrate movement path A, thereby enabling one scanning injection process. The substrate scanning device 102 includes a plurality of substrate scanning units 103 arranged in series and individually controllable. The substrate scanning unit 103 is provided in each of the central area 26, the upstream buffer area 28, and the downstream buffer area 30. When the substrate scanning unit 103 in the central area 26 is operating at the scanning speed Vs, the other substrate scanning units 103 may operate at a speed different from the scanning speed Vs for loading or unloading the substrate S. The substrate scanning device 102 may include a substrate moving mechanism configured to move the substrate S in a direction different from the substrate scanning direction.

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。   The vacuum chamber system 100 includes a first load lock chamber 104 upstream of the vacuum process chamber 16 and a second load lock chamber 106 downstream of the vacuum process chamber 16. The first load lock chamber 104 is attached to the upstream buffer section 28 of the vacuum process chamber 16 via a first load lock valve 108. The second load lock chamber 106 is attached to the downstream buffer section 30 of the vacuum process chamber 16 via the second load lock valve 110.

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。   When required, the vacuum chamber system 100 includes a pre-process processing unit 111 and a post-process processing unit 112. The pre-process processing unit 111 performs a pre-process of ion implantation processing to the substrate S performed in the vacuum process chamber 16. The post-process processing unit 112 performs a post-process for the ion implantation process. The pre-process processing unit 111 is attached to the first load lock chamber 104 via the third load lock valve 114. The post-process processing unit 112 is attached to the second load lock chamber 106 via the fourth load lock valve 116.

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）。   Therefore, the substrate scanning apparatus 102 is configured to transport the substrate S in the order of the pre-process processing unit 111, the first load lock chamber 104, the vacuum process chamber 16, the second load lock chamber 106, and the post-process processing unit 112. . The substrate scanning device 102 may be independently disposed in the pre-process processing unit 111, the first load lock chamber 104, the vacuum process chamber 16, the second load lock chamber 106, and the post-process processing unit 112. As shown in the figure, the substrate scanning apparatus 102 continuously conveys a plurality of substrates S and enables in-line ion implantation processing. 1 and 6, the positional relationship between the substrate S moved by the substrate scanning apparatus 102 and the ion beam 12 is indicated by reference numerals S1, S2, and S3. The substrate S1 before the ion implantation process is located in the upstream buffer area 28, the substrate S2 during the ion implantation process is located in the central area 26, and the substrate S3 after the ion implantation process is located in the downstream buffer area 30. This shows the state of movement of a single substrate S, and does not mean that a plurality of substrates S are simultaneously accommodated in the vacuum process chamber 16 (however, the vacuum process chamber 16 has a plurality of substrates. The substrate S may be accommodated simultaneously).

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。   The first load lock chamber 104 and the second load lock chamber 106 are provided for transferring the substrate S between the air atmosphere and the high vacuum environment of the vacuum process chamber 16. When the pre-process unit 111 and / or the post-process unit 112 are in a high vacuum environment at the same level as the vacuum process chamber 16, the first load lock chamber 104 and / or the second load lock chamber 106 are not required. Sometimes.

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。   The load lock chambers 104 and 106 may be configured to perform venting and luffing evacuation operations when the substrate S is transferred to and from the vacuum process chamber 16. In this way, leakage of the source gas to the outside can be prevented. Such a load lock method is preferable when a toxic source gas is used.

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。   In some embodiments, the vacuum process chamber 16 may be configured to provide a high vacuum environment having a first degree of vacuum around the substrate scanning device 102. The first load lock chamber 104 and the second load lock chamber 106 may be configured to provide a low vacuum environment having a second vacuum level lower than the first vacuum level therein. Furthermore, in order to further stabilize the process in the vacuum process chamber 16, a buffer chamber maintained between the first vacuum degree and the second vacuum degree is disposed between the vacuum process chamber 16 and each load lock chamber. You may do it.

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。   A mask M may be used for the ion implantation process in the vacuum process chamber 16. Therefore, the pre-process processing unit 111 may be configured to attach the mask M to the substrate S (for example, a solar cell tray, the same applies to the following in the figure). In this case, ion implantation into the substrate S is performed in the central section 26 with the mask M attached. The post-process processing unit 112 may be configured to remove the mask M from the processed substrate S. In order to attach and detach the mask M, the mask detachment cell tray transfer mechanism 118 may be installed outside the vacuum chamber system 100. The transport mechanism 118 may be configured to transport the removed mask M for remounting.

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。   A transfer control device 120 for controlling the vacuum chamber system 100 and the substrate scanning device 102 is provided. The transfer control device 120 may be configured integrally with the control unit 32 for the ion implantation apparatus 10 or may be provided separately from the control unit 32.

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。   The transport control device 120 can set the substrate scanning speed Vs in the substrate scanning device 102 to be constant. The transport control device 120 may set the substrate scanning speed Vs according to the ion beam generation conditions and / or the ion implantation conditions to the substrate S.

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。   Alternatively, the transfer control device 120 may adjust the substrate scanning speed Vs as necessary. For example, the transfer control device 120 may adjust the substrate scanning speed Vs while the substrate S passes through the ion beam region 14. Alternatively, the transfer control device 120 may change the substrate scanning speed Vs between when the substrate S passes through the ion beam region 14 and when the substrate S is removed from the ion beam region 14.

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。   The substrate scanning device 102 may include a cooling device for the substrate S to be transported. The cooling device may be configured to distribute the cooling liquid to a table and / or tray on which the substrate is placed. For good thermal contact between the substrate and its mounting surface, the mounting surface may have a surface roughness of, for example, about 30 μm in Ra. The mounting surface may be roughened by, for example, Si spraying.

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。   The operation of the ion implantation apparatus 10 will be described. The case where the board | substrate S is the photovoltaic cell tray S which mounted the several photovoltaic cell in the matrix form is demonstrated as an example. First, an ion beam generation condition including a plasma control condition and an ion beam extraction condition is set from a desired ion implantation condition and a scanning speed Vs based thereon.

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。   The ion source unit 18 is operated according to the ion beam generation conditions. The plasma source 22 is operated according to the plasma control conditions, and the plasma 21 containing the desired ion species is excited in the plasma chamber 20. The extraction electrode system 24 is operated according to the ion beam extraction conditions, and the ion beam 12 is continuously extracted from the plasma chamber 20 through the extraction electrode system 24. The extracted ion beam 12 is directly incident on the central area 26. In this way, the long ion beam 12 satisfying the width of the solar battery cell tray S is constantly irradiated to the central area 26.

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。   The solar cell tray S is transferred from the previous process to the front of the first load lock chamber 104. A mask M is attached to the solar battery cell tray S as necessary. The third load lock valve 114 is opened, and the solar cell tray S is inserted into the first load lock chamber 104. The third load lock valve 114 is closed, and the first load lock chamber 104 is roughed by a roughing pump (not shown). Next, the first load lock valve 108 is opened, and the solar cell tray S is transferred to the upstream buffer section 28 (position S1). The first load lock valve 108 is closed, and the solar cell tray S is accommodated in the vacuum process chamber 16.

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。   The solar cell tray S is conveyed to the downstream buffer area 30 (position S3) while passing through the lower part of the ion beam 12 at the scanning speed Vs (position S2) by the substrate scanning device 102 in the vacuum process chamber 16. When the solar cell tray S is moving in the central area 26, the ion beam 12 is irradiated onto the solar cell tray S and ion implantation is performed (position S2). During ion implantation, ion beam generation conditions are changed as necessary based on measurement results. Thereby, desired injection is performed under the scanning speed Vs.

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。   After rough pulling of the second load lock chamber 106, the second load lock valve 110 is opened, and the injected solar cell tray S is transferred to the second load lock chamber 106. The second load lock valve 110 is closed, and the second load lock chamber 106 is vented to atmospheric pressure. Thereafter, the fourth load lock valve 116 is opened, and the solar battery cell tray S is delivered to the post-processing unit 112. When the mask M is attached, the mask M is removed from the solar battery cell tray S. The mask M is returned to the pre-process unit 111 by the mask loading / unloading cell tray transfer mechanism 118.

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。   FIG. 7 is a flowchart showing an ion implantation method according to an embodiment. This ion implantation method is executed by the control unit 32 and / or the transfer control device 120. As shown in FIG. 7, the method includes an ion beam generation step (S10) and an ion implantation step (S20).

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。   The ion beam generation step (S10) sets and / or controls ion beam generation conditions of the ion source unit 18, generates a plasma 21 in the plasma chamber 20 of the ion source unit 18, Extracting the ion beam 12 through the extraction electrode system 24. The ion beam 12 has characteristics (for example, beam current) determined according to ion beam generation conditions.

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。   The ion implantation step (S 20) includes receiving the ion beam 12 from the ion source unit 18 into the vacuum process chamber 16 and moving the substrate S through the ion beam region 14 of the vacuum process chamber 16. While the substrate S passes through the ion beam region 14, the ion beam 12 is directly irradiated from the extraction electrode system 24 to the ion beam region 14. The beam characteristics determined at the stage of extraction from the extraction electrode system 24 are maintained in the ion beam region 14.

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。   In the basic configuration described with reference to FIGS. 1 to 7, the ion implantation apparatus 10 includes at least one ion implantation unit 11. However, the ion implantation apparatus 10 may include a plurality of ion implantation units 11.

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。   FIG. 8 schematically shows an arrangement of ion implantation units 11 in ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. As described above, the ion source unit 18 and the beam guide 34 (illustrated by a broken line) that supports the ion source unit 18 are provided for each ion implantation unit 11. In the illustrated embodiment, a plurality of ion source units 18 are arranged in series. Accordingly, the plurality of beam guides 34 are similarly arranged in series. A plurality of beam guides 34 guide the ion beam to the vacuum process region 15, each continuing along a series array of ion source units 18.

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。   Each ion implantation unit 11 includes a vacuum container 27. The vacuum container 27 is configured to maintain a vacuum environment around the substrate scanning device 102. The vacuum vessels 27 of the plurality of ion implantation units 11 are connected in series so as to surround the vacuum process region 15 and form the vacuum process chamber 16. The vacuum vessels 27 may be directly attached to each other or may be connected via a gate valve. The vacuum container 27 has the above-described ion beam inlet opening 19 (see FIG. 1), and the ion beam inlet opening 19 is surrounded by the beam guide 34. The vacuum container 27 is attached to the beam guide 34.

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。   The vacuum container 27 extends long along the series arrangement of the ion source units 18. Each vacuum vessel 27 includes a central area (for example, central area 26 shown in FIG. 1) where the substrate is irradiated with an ion beam, and a first buffer area adjacent to the central area at one end of the series arrangement of ion source units 18. (E.g., upstream buffer area 28 shown in FIG. 1) and a second buffer area (e.g., downstream buffer area 30 shown in FIG. 1) adjacent to the central area at the other end of the series arrangement of ion source units 18. But you can.

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。   Each ion implantation unit 11 includes a substrate scanning device 102 (illustrated by a broken line) accommodated in a vacuum vessel 27 and disposed in the vacuum process region 15. The vacuum container 27 is configured to maintain a vacuum environment around the substrate scanning device 102. The substrate scanning device 102 is configured to scan the substrate with respect to the ion beam in one direction (that is, along the substrate movement path A) along the serial arrangement of the ion source units 18. These substrate scanning devices 102 may be driven independently or may be driven integrally.

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。   The first load lock chamber 104 is installed on one end side of the serial arrangement of the ion source units 18 for transporting the substrate between the atmospheric environment and the vacuum process chamber 16. The first load lock chamber 104 is a load lock chamber provided exclusively for loading a substrate into the vacuum process chamber 16. The second load lock chamber 106 is installed on the other end side of the series arrangement of the ion source units 18 for transporting the substrate between the atmospheric environment and the vacuum process chamber 16. The second load lock chamber 106 is an unload lock chamber provided exclusively for carrying out substrates from the vacuum process chamber 16. As described above, the pre-process processing unit 111 is provided upstream of the first load lock chamber 104, and the post-process processing unit 112 is provided downstream of the second load lock chamber 106.

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。   In this way, the in-line type vacuum chamber system 100 is configured. The pre-process processing unit 111, the first load lock chamber 104, the vacuum process chamber 16 (that is, the serial arrangement of the ion source units 18), the second load lock chamber 106, and the post-process processing unit 112 are along the substrate movement path A. Line up in a row. These vacuum chambers are arranged in a straight line.

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。   FIG. 9 schematically shows an arrangement of ion implantation units 11 in ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. Also in the embodiment shown in FIG. 9, a plurality of ion source units 18 are arranged in series as in the embodiment shown in FIG. The pre-process processing unit 111, the first load lock chamber 104, the vacuum process chamber 16, the second load lock chamber 106, and the post-process processing unit 112 are arranged in a line along the substrate movement path A.

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。   However, in the embodiment shown in FIG. 8, unlike the embodiment shown in FIG. 9, the vacuum process chamber 16 is configured as a single vacuum vessel that surrounds the vacuum process region 15. In this single vacuum vessel, a plurality of ion implantation units 11 are arranged in series.

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。   8 and 9, the ion implantation apparatus 10 has three ion implantation units 11. However, the ion implantation apparatus 10 may include two or four or more ion implantation units 11 arranged in series.

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。   FIG. 10 is a diagram schematically showing the arrangement of ion implantation units 11 ′ in an ion implantation apparatus 10 ′ according to a comparative example. In the comparative example, a plurality of ion implantation units 11 'are arranged in parallel. A first load lock chamber 104 'and a second load lock chamber 106' are connected to both sides of the parallel arrangement of the ion implantation unit 11 '. A pre-process processing unit 111 ′ and a post-process processing unit 112 ′ are connected to both sides thereof.

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。   FIGS. 11A to 11C schematically show an ion implantation unit 11 according to an embodiment. The ion implantation unit 11 includes an isolation valve 130 interposed between the ion source unit 18 and the vacuum process region 15.

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。   The isolation valve 130 includes a valve case 131 and a gate 132 accommodated in the valve case 131. The valve case 131 is disposed between the ion source unit 18 and the vacuum process chamber 16 and connects the ion source unit 18 to the vacuum process chamber 16. The first case surface 133 of the valve case 131 is attached to the extraction electrode system 24 side, and the second case surface 134 of the valve case 131 opposite to the first case surface 133 is on the ion beam inlet opening 19 side of the vacuum process chamber 16. It is attached. The gate 132 has a first seal surface 136 and a second seal surface 138 facing the opposite side of the first seal surface 136. The first seal surface 136 has a first O-ring 137 and the second seal surface 138 has a second O-ring 139. The isolation valve 130 may be a bidirectional shut-off gate valve or a double gate valve.

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。   In FIG. 11A, the gate 132 is in the open position. The plasma chamber 20 of the ion source unit 18 communicates with the vacuum process chamber 16 via an isolation valve 130. Therefore, an ion beam can be supplied from the plasma chamber 20 to the substrate scanning device 102 in the vacuum process chamber 16 through the extraction electrode system 24, the isolation valve 130, and the ion beam inlet opening 19.

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。   In FIG. 11B, the gate 132 is in the first closed position. The first seal surface 136 of the gate 132 contacts the first case surface 133. Thus, the vacuum process chamber 16 can be shut off from the ion source unit 18. The vacuum process chamber 16 can be opened to the atmosphere while maintaining a vacuum in the ion source unit 18. Thus, the first closed position is used to keep the internal pressure of the ion source unit 18 lower than the vacuum process chamber 16.

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。   In FIG. 11C, the gate 132 is in the second closed position. The second seal surface 138 of the gate 132 contacts the second case surface 134. Thus, the ion source unit 18 can be disconnected from the vacuum process chamber 16. While holding the vacuum in the vacuum process chamber 16, the ion source unit 18 can be opened to the atmosphere. Thus, the second closed position is used to keep the internal pressure of the vacuum process chamber 16 lower than the ion source unit 18.

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。   The isolation valve 130 can block the other from one of the ion source unit 18 and the vacuum process chamber 16. Therefore, maintenance work of the ion source unit 18 and the vacuum process chamber 16 can be performed individually. When a source gas (eg, diborane) that is sensitive to the atmosphere is used in the ion source unit 18, it is desirable to maintain a vacuum in the ion source unit 18 during maintenance work of the vacuum process chamber 16. Therefore, in this case, the first closed position is used. Further, when the gate 132 is in the second closed position, the maintenance operation of the ion source unit 18 can be performed while the operation of the ion implantation apparatus 10 is continued.

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。   Next, a method for distributing the desired implantation dose D to the substrate S described above among the plurality of ion implantation units 11 will be described. This method may be executed by the control unit 32 in the ion beam generation step (S10) shown in FIG.

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。   FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of the control unit 32 of the ion implantation apparatus 10 according to an embodiment. The control unit 32 includes an input unit 150, a storage unit 152, an output unit 154, and a dose amount distribution unit 156. Such a control device is realized by hardware, software, or a combination thereof. In FIG. 12, the structure of a part of the related ion implantation apparatus 10 is schematically shown.

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。   The input unit 150 is configured to receive an input from a user or another device. The input unit 150 includes, for example, an input unit such as a mouse and a keyboard for receiving an input from a user and / or a communication unit for communicating with another device. The storage unit 152 is configured to store information related to the control of the ion implantation apparatus 10. The output unit 154 is configured to output information related to the control of the ion implantation apparatus 10 and includes output means such as a display and a printer. The storage unit 152, the input unit 150, and the output unit 154 are connected to the dose distribution unit 156 so as to be able to communicate with each other.

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。   The input unit 150 receives an input of a desired implantation dose D to be implanted into the substrate S.

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。   The dose distribution unit 156 is configured so that the total of the individual doses implanted into the substrate S from each ion source unit 18 under the constant substrate scanning speed Vs is equal to the desired implantation dose D. The implantation dose amount D is distributed to each ion source unit 18. The dose amount distribution unit 156 is configured to determine the individual dose amount of each ion source unit 18 in proportion to the ion beam current measured for each of the plurality of ion implantation units 11 (or ion source units 18). May be. The ion beam current may be measured by a beam current measuring device 158 provided in the vacuum process chamber 16 (for example, the measurement chamber 80). The beam current measuring device 158 may be, for example, the scan Faraday 82 or the fixed Faraday 84 described above.

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） For example, when the ion implantation apparatus 10 includes three ion implantation units 11, the desired implantation dose D is set to individual doses D 1, D 2, D 3 implanted from the respective ion source units 18 into the substrate S. Distributed. That is, D = D1 + D2 + D3. The individual doses D1, D2, and D3 may be obtained as follows using the ion beam currents I1, I2, and I3 measured for each ion implantation unit 11.
D1 = D * I1 / (I1 + I2 + I3)
D2 = D * I2 / (I1 + I2 + I3)
D3 = D * I3 / (I1 + I2 + I3)

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。   The controller 32 can control each ion source unit 18 by replacing the implantation dose amount D with the individual dose amounts D1, D2, and D3 in the above-described equation representing the beam current J. Thereby, a desired implantation dose amount D can be implanted into the substrate S using the common substrate scanning speed Vs.

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。   The storage unit 152 may store individual doses D1, D2, D3 and other information related to the control of the ion source unit 18. The output unit 154 may output the individual doses D1, D2, D3 and other information related to the control of the ion source unit 18.

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。   As described above, according to the above-described embodiment, the ion implantation apparatus 10 includes the plurality of ion implantation units 11. Thereby, the production capacity of the ion implantation apparatus 10 can be easily adjusted. By adding an additional ion implantation unit 11 to the ion implantation apparatus 10 as necessary, the production capacity of the ion implantation apparatus 10 can be enhanced. The production capacity of the ion implantation apparatus 10 can be reduced by stopping or removing at least one operation of the existing ion implantation unit 11.

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。   As understood from FIGS. 8 and 9, the series connection of the ion implantation units 11 only extends the vacuum process chamber 16 in the direction of the substrate movement path A. Therefore, regardless of the number of ion implantation units 11, the first load lock chamber 104, the second load lock chamber 106, and other adjacent components can be used without change. This helps to reduce the footprint of the ion implanter 10.

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。   On the other hand, as understood from FIG. 10, the parallel arrangement of the ion implantation units 11 ′ extends the vacuum process chamber 16 in a direction orthogonal to the substrate movement path A. At the same time, the first load lock chamber 104 ′, the second load lock chamber 106 ′, and other adjacent components are also elongated in the direction orthogonal to the substrate movement path A. Compared to the ion implantation apparatus 10 shown in FIGS. 8 and 9, the footprint of the ion implantation apparatus 10 'is considerably large.

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。   Moreover, according to the above-mentioned embodiment, since the ion source unit 18 is integrated with the vacuum process chamber 16, the ion implantation unit 11 is compact. This also helps to reduce the footprint of the ion implanter 10.

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。   Since the ion implantation apparatus 10 includes a plurality of ion implantation units 11, even if at least one ion implantation unit 11 is stopped due to a failure or maintenance work, the ion implantation apparatus is used by using at least one other ion implantation unit 11. Ten operations can be continued. Meanwhile, maintenance work such as cleaning of the ion implantation unit 11 and replacement of parts may be performed. Alternatively, it may be replaced with a new ion implantation unit 11. In this way, the downtime of the ion implantation apparatus 10 can be reduced.

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。   Moreover, according to the above-mentioned embodiment, in addition to the above typical effects, various effects described below can be achieved.

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。   The ion implantation apparatus 10 determines the beam characteristics of the ion beam 12 having a large area and a high current in the ion source unit 18 so as to be adapted to desired implantation conditions and in-line substrate scanning, and irradiates the substrate S with the ion beam 12. To do. In this way, the ion implantation apparatus 10 can achieve high productivity at a low cost.

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。   The ion source is a bucket type ion source that can generate high-density plasma by using inductive discharge by RF. In addition to or in addition thereto, the beam extraction system is constituted by an extraction slit system having a large area and a wide beam extraction opening. Therefore, a ribbon beam with a high implantation dopant current can be extracted. Furthermore, this large area ribbon beam is directly injected into the substrate without mass analysis. Therefore, high productivity can be realized.

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。   In addition, such a high current ribbon beam is incorporated in an in-line production line. In the implantation process, a beam is always irradiated to a large-area implantation part. An array of a large number of battery substrates continuously moves below the beam in one direction at a constant speed. In this way, a desired dopant dose is implanted. High productivity is realized by continuous processing of a large number of substrates. Moreover, since these substrates are moved in one direction in-line, they are transported to the next process while maintaining a vacuum. Shortening the transfer time between processes also helps to improve productivity.

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。   In an in-line production line, it is important to process a substrate at a constant speed. Therefore, when processing a substrate of a recipe with a different dose immediately after processing the substrate with a certain dose, it is desirable to appropriately adjust the implantation dopant current before starting the processing of the latter substrate. It is. According to the present embodiment, by changing the extraction voltage by changing the extraction voltage, the implantation dopant current can be changed without changing the implantation energy. Since the extraction voltage can be changed at high speed, the implantation dopant current can be adjusted quickly. Therefore, substrates of various recipes can be processed continuously while keeping the processing speed of the line high. In this way, smooth in-line substrate processing can be realized without disturbing the processing speed of the line.

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。   In a conventional impurity introducing device for a solar battery cell, a hot cathode ion source employed in a semiconductor ion implantation device may be used. In that case, since the beam is extracted from the single hole, a sufficient beam extraction current cannot be obtained, and therefore, a large injection beam current cannot be obtained. Since the injection depth required for the solar cell is shallow (ie, the injection energy is low), the extraction current at the extraction voltage corresponding to this injection energy is also low, and thus the injection beam current is also reduced. If the mass analysis is performed, the beam current is further reduced. However, according to the present embodiment, the extraction beam current amount can be increased by adopting a bucket source and providing a long extraction opening. Thereby, the injection beam current is increased, the injection time is shortened, and high productivity is achieved.

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。 Since the RF plasma excitation ion source is operated at a lower temperature than the hot cathode ion source, the temperature of the plasma generation chamber can be kept low. Therefore, PH 3 or B 2 H 6 that easily decomposes at high temperatures (these gases decompose into H and dopant atoms at about 300 ° C.) can be used as the source gas. By adjusting the plasma control conditions, the ratio of dimer ions and monomer ions can be freely changed. Preferably, monomer ions such as PH x + and BH x + can be suppressed, and plasma that predominantly contains dimer ions such as P 2 H x + and B 2 H x + can be generated. Thus, since the dopant implantation beam current can be greatly increased with respect to the actual implantation current, the implantation time is shortened and high productivity is achieved.

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。 Since the conventional semiconductor injection apparatus has a mass analyzer and a long beam line, the loss in the beam transport system is large. Therefore, the injection beam current is reduced. However, according to this embodiment, PH 3 and B 2 H 6 diluted with H 2 may be used as the dopant gas, and the extraction beam may be injected while containing H x + without mass separation. Can be shortened to about 1/10. Thus, the injection beam current can be greatly increased, the injection time is shortened, and high productivity is achieved.

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。   Some conventional devices can process only two rows of substrates simultaneously. However, according to the present embodiment, since a long ribbon beam drawing is realized, four or more rows of solar cell substrates can be arranged and simultaneously irradiated with the ribbon beam to be conveyed and injected at a constant speed. Therefore, productivity can be improved more than twice the conventional method.

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。   Unlike conventional stand-alone devices, according to this embodiment, a load lock chamber is provided before and after the injection process chamber. Furthermore, a buffer chamber is provided if necessary. In this way, an in-line apparatus can be realized by carrying and injecting at a constant speed in one direction at the time of injection. In some embodiments, the ion implantation apparatus 10 may be a stand-alone type apparatus.

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。   Ion implantation can be applied at an acceptable production cost in the production of solar cell substrates. Existing techniques such as phosphorus thermal diffusion for pn junction and selective emitter fabrication, boron thermal diffusion in BSF, and the like can be replaced by ion implantation. Since the ion dose and the diffusion depth can be accurately controlled by ion implantation, the performance (for example, conversion efficiency) of the solar cell can be improved.

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。   In the solar cell, it is preferable in terms of performance that the implantation profile of impurities such as phosphorus and boron decreases monotonously in the depth direction. In the case where there is a peak in the depth direction, the impurity concentration is high at the depth position, and therefore, it becomes an electron movement barrier. Therefore, the conversion efficiency of the solar battery cell is reduced. In order to improve the profile having a peak to a monotonically decreasing profile, the existing method requires multiple injection processes with different injection energies. When only monomer ions are implanted through mass separation, a profile having a peak tends to be formed as shown in FIG. However, according to the present embodiment, dimer ions can be implanted into the substrate. Thereby, a monotonically decreasing injection profile can be obtained with a single injection scan. Therefore, productivity can be improved along with improvement of cell conversion efficiency.

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。 By using PH 3 and B 2 H 6 diluted with H 2 as a source gas, a large amount of H x + is contained in the implantation beam, and these are implanted simultaneously with a desired ion species. This hydrogen implantation has a hydrogen passivation effect on the bulk of the substrate and the film interface.

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。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.

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。   In the above-described embodiment, an RF plasma excitation type long ion source including one or a plurality of RF antennas is used, but the present invention is not limited to this. In an embodiment, the ion source unit 18 may be an ECR plasma excitation type ion source including a long ECR plasma chamber. In an embodiment, the ion source unit 18 may be a filament type DC discharge type or an indirectly heated filament cathode type ion source including one or more elongated heating cathodes.

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。   In the above-described embodiment, the substrate S is transported in one direction and one ion implantation process is completed by one scan. However, the present invention is not limited to this. In an embodiment, the substrate S may reciprocate along the substrate movement path A in the central area 26 or the vacuum process chamber 16 such that the substrate S is scanned multiple times by the ribbon beam. That is, the substrate scanning device 102 may be configured to scan the substrate with respect to the ion beam in both directions along the serial arrangement of the ion source units 18. In this way, a high dose implantation process may be possible.

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。 In certain embodiments, an ion implanter may be used to obliquely implant Ar ions into a substrate (eg, an LCD substrate). In this case, the ion source is placed at an angle with respect to the substrate for oblique implantation. Thus, a rubbing effect can be given to the substrate. Alternatively, in an embodiment, the ion implantation apparatus may be used as an implantation apparatus for forming a CuSiN film by simultaneous high dose implantation of Si + and N + for improving the Cu wiring reliability of a semiconductor element.

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。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ion implantation apparatus, 11 ion implantation unit, 12 ion beam, 16 vacuum process chamber, 17 vacuum wall, 18 ion source unit, 20 plasma chamber, 24 extraction electrode system, 27 vacuum vessel, 28 upstream buffer area, 30 downstream buffer area 32 control unit, 35 source gas supply system, 56 extraction electrode, 102 substrate scanning device, 104 first load lock chamber, 106 second load lock chamber, 130 isolation valve, 150 input unit, 156 dose amount distribution unit, 158 Beam current measuring instrument.

Claims (10)

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。 A plurality of ion implantation units,
Each ion implantation unit includes an ion source unit including a plasma chamber and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma chamber, and a beam guide that structurally supports the ion source unit and surrounds the path of the ion beam. Prepared,
The ion source units of the plurality of ion implantation units are arranged in series, and the beam guides of the plurality of ion implantation units direct the ion beam to a vacuum process region that each continues along the series arrangement of the ion source units. Unit,
A substrate scanning device disposed in the vacuum process area, the substrate scanning device scanning the substrate with respect to the ion beam in one direction or both directions along a serial arrangement of ion source units. Ion implantation equipment. 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。 A vacuum process chamber comprising one or more vacuum vessels surrounding the vacuum process area;
A first load lock chamber installed on one end side of the series arrangement of the ion source units for transporting a substrate between an atmospheric environment and the vacuum process chamber;
The apparatus further comprises a second load lock chamber installed at the other end of the serial arrangement of the ion source units for transporting the substrate between the atmospheric environment and the vacuum process chamber. The ion implantation apparatus described in 1. 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。   The first load lock chamber is a load lock chamber provided exclusively for loading the substrate into the vacuum process chamber, and the second load lock chamber is provided exclusively for carrying out the substrate from the vacuum process chamber. The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein the ion implantation apparatus is an unload lock chamber. 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。   The vacuum process chamber is configured to provide a high vacuum environment having a first degree of vacuum around the substrate scanning device, and the first load lock chamber and the second load lock chamber are disposed therein. The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein the ion implantation apparatus is configured to provide a low vacuum environment having a second degree of vacuum lower than the degree of vacuum. 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。   The vacuum process area includes a central area where the substrate is irradiated with an ion beam, a first buffer area adjacent to the central area at one end of the serial array of the ion source units, and a serial array of the ion source units. 5. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising: a second buffer area adjacent to the central area on the other end side. 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。 Each ion implantation unit comprises an ion beam inlet opening and a vacuum vessel attached to the beam guide such that the beam guide surrounds the ion beam inlet opening;
6. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of ion implantation units is connected in series so as to surround the vacuum process region. 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。   The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein each ion implantation unit includes an isolation valve interposed between the ion source unit and the vacuum process region. 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。   The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising a source gas supply system configured to supply the same source gas to each plasma chamber of the plurality of ion implantation units. 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。 An input unit for receiving an input of a desired implantation dose to be implanted into the substrate;
The desired implantation dose is set to the respective implantation dose so that a total of individual doses implanted into the substrate from the respective ion source units under a constant substrate scanning speed is equal to the desired implantation dose. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that includes a dose amount distribution unit that distributes to the ion source unit. 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。 A beam current measuring device for measuring the ion beam current of each of the plurality of ion implantation units;
The dose amount distribution unit determines the individual dose amount of each ion source unit in proportion to an ion beam current measured for each of a plurality of ion implantation units. Ion implanter.
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