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JP2014099284A - Ion implantation device and ion implantation method - Google Patents

Ion implantation device and ion implantation method Download PDF

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JP2014099284A JP2012249537A JP2012249537A JP2014099284A JP 2014099284 A JP2014099284 A JP 2014099284A JP 2012249537 A JP2012249537 A JP 2012249537A JP 2012249537 A JP2012249537 A JP 2012249537A JP 2014099284 A JP2014099284 A JP 2014099284A
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Abstract

【課題】生産性向上に役立つイオン注入装置及びイオン注入方法を提供する。
【解決手段】イオン注入装置10は、リボンビーム12を引き出すための引出電極系24を備えるイオン源18と、イオン源18からリボンビーム12を受け入れるプロセスチャンバ26と、を備える。プロセスチャンバ26は、イオンビーム照射領域14を基板Sに通過させるよう構成されている。リボンビーム12は、イオン源18のイオンビーム生成条件に従って決定される特性を有する。リボンビーム12は、イオンビーム照射領域14を基板Sが通過する間に引出電極系24からイオンビーム照射領域14へとビーム特性を保持して、イオンビーム照射領域14を移動中の基板Sに直接照射される。
【選択図】図1
An ion implantation apparatus and an ion implantation method useful for improving productivity are provided.
An ion implantation apparatus includes an ion source including an extraction electrode system for extracting a ribbon beam, and a process chamber receiving a ribbon beam from the ion source. The process chamber 26 is configured to pass the ion beam irradiation region 14 through the substrate S. The ribbon beam 12 has characteristics that are determined according to the ion beam generation conditions of the ion source 18. The ribbon beam 12 retains beam characteristics from the extraction electrode system 24 to the ion beam irradiation region 14 while the substrate S passes through the ion beam irradiation region 14, so that the ion beam irradiation region 14 is directly applied to the moving substrate S. Irradiated.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、イオン注入に関し、より詳しくは、イオン注入装置及びイオン注入方法に関する。   The present invention relates to ion implantation, and more particularly to an ion implantation apparatus and an ion implantation method.

太陽電池製造のためのビームラインイオン注入装置が知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。この装置においては、イオン源から引き出されたイオンビームは、質量分析器、分解アパーチャ、角度補正磁石をもつビームラインを経てエンドステーションへと運ばれる。不所望のイオン種は、分解アパーチャを通過せずに、マスキング電極によりブロックされる。   Beam line ion implantation apparatuses for manufacturing solar cells are known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In this apparatus, an ion beam extracted from an ion source is conveyed to an end station via a beam line having a mass analyzer, a resolving aperture, and an angle correction magnet. Undesired ionic species are blocked by the masking electrode without passing through the resolving aperture.

特表2011−513997号公報Special table 2011-513997 gazette 米国特許出願公開第2010/0197126号明細書US Patent Application Publication No. 2010/0197126

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。しかし、注入のためのイオンビーム電流が要求される水準に達していない。そのため、イオン注入は、太陽電池基板の製造に十分な生産性を与えていない。   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. However, the ion beam current for implantation does not reach the required level. Therefore, ion implantation does not provide sufficient productivity for the production of solar cell substrates.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、いくつかのプロセスの生産性向上に役立つ高ビーム電流を与えるイオン注入装置及びイオン注入方法を提供することにある。   One exemplary object of certain aspects of the present invention is to provide an ion implanter and ion implantation method that provides a high beam current to help improve the productivity of some processes.

本発明のある態様によると、プラズマ室と、前記プラズマ室にプラズマを生成するためのプラズマ源と、長尺ビーム断面を有するイオンビームを前記プラズマ室から引き出すための引出電極系と、を備えるイオン源と、前記イオン源に隣接して設けられ、前記引出電極系から前記イオンビームを受け入れる処理室であって、イオンビーム照射領域を通る基板移動経路に沿って基板を移動させるための基板移動機構を備える処理室と、前記イオン源のイオンビーム生成条件を制御するための制御部と、を備え、前記イオンビームは、前記イオンビーム生成条件に従って決定されるビーム電流を有し、前記イオンビームは、前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に、前記ビーム電流を保持して直接照射されることを特徴とするイオン注入装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, an ion comprising: a plasma chamber; a plasma source for generating plasma in the plasma chamber; and an extraction electrode system for extracting an ion beam having a long beam cross section from the plasma chamber. And a substrate moving mechanism for moving the substrate along a substrate moving path passing through the ion beam irradiation region, the processing chamber being provided adjacent to the ion source and receiving the ion beam from the extraction electrode system A control chamber for controlling ion beam generation conditions of the ion source, the ion beam having a beam current determined according to the ion beam generation conditions, and the ion beam The substrate that is moving in the ion beam irradiation region from the extraction electrode system is directly irradiated while holding the beam current. Ion implantation apparatus is provided that.

本発明のある他の態様によると、イオン源のイオンビーム生成条件を制御することと、前記イオン源の引出電極系を通じてイオンビームを引き出すことと、前記イオン源から前記イオンビームを処理室に受け入れることと、前記処理室のイオンビーム照射領域を通るよう基板を移動させることと、を備え、前記イオンビームは、前記イオンビーム生成条件に従って決定されるビーム電流を有し、前記イオンビームは、前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に、前記ビーム電流を保持して直接照射されることを特徴とするイオン注入方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, the ion beam generation conditions of the ion source are controlled, the ion beam is extracted through the extraction electrode system of the ion source, and the ion beam is received from the ion source into the processing chamber. And moving the substrate through the ion beam irradiation region of the processing chamber, wherein the ion beam has a beam current determined according to the ion beam generation conditions, and the ion beam includes the ion beam An ion implantation method is provided in which the substrate moving in the ion beam irradiation region from the extraction electrode system is directly irradiated while holding the beam current.

本発明のある他の態様によると、イオンビームを引き出すための引出電極系を備えるイオン源と、前記イオン源から前記イオンビームを受け入れる処理室であって、イオンビーム照射領域を基板に通過させるよう構成されている処理室と、を備え、前記イオンビームは、前記イオン源のイオンビーム生成条件に従って決定される特性を有し、かつ、前記イオンビーム照射領域を基板が通過する間に前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域へと前記特性を保持して、前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に直接照射されることを特徴とするイオン注入装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, an ion source including an extraction electrode system for extracting an ion beam, and a processing chamber for receiving the ion beam from the ion source, the ion beam irradiation region passing through the substrate. And the extraction beam has characteristics that are determined according to ion beam generation conditions of the ion source, and the extraction electrode while the substrate passes through the ion beam irradiation region. There is provided an ion implantation apparatus characterized in that the substrate is moved directly through the ion beam irradiation region while maintaining the characteristics from the system to the ion beam irradiation region.

本発明のある他の態様によると、イオン源の引出電極系を通じてイオンビームを引き出すことと、前記イオン源から前記イオンビームを処理室に受け入れることと、前記処理室のイオンビーム照射領域を基板に通過させることと、を備え、前記イオンビームは、前記イオン源のイオンビーム生成条件に従って決定される特性を有し、かつ、前記イオンビーム照射領域を基板が通過する間に前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域へと前記特性を保持して、前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に直接照射されることを特徴とするイオン注入方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, an ion beam is extracted through an extraction electrode system of an ion source, the ion beam is received from the ion source into a processing chamber, and an ion beam irradiation region of the processing chamber is used as a substrate. The ion beam has a characteristic that is determined according to ion beam generation conditions of the ion source, and from the extraction electrode system while the substrate passes through the ion beam irradiation region. An ion implantation method is provided in which the substrate is moved directly through the ion beam irradiation region while maintaining the characteristics to the ion beam irradiation region.

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、生産性向上に役立つイオン注入装置及びイオン注入方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion implantation apparatus and ion implantation method which are useful for productivity improvement can be provided.

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. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 one embodiment of this invention. 本発明の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 one embodiment of this invention. 本発明の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 of this invention. 本発明の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チャンバシステムを概略的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing an in-line type vacuum chamber system for an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の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 of this invention.

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係るイオン注入装置は、基板へのイオン注入段階でのイオンビームの特性を、イオンビームの生成段階で制御するよう構成されている。イオンビームの生成段階とは、イオンの供給源であるプラズマの生成からイオンの引き出しまでをいう。イオンの引き出しによってイオンビームが生成される。引き出されたイオンは基板に注入される。   An ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention is configured to control the characteristics of an ion beam at the stage of ion implantation into a substrate at the stage of ion beam generation. The ion beam generation stage refers to the process from generation of plasma, which is a source of ions, to extraction of ions. An ion beam is generated by extracting ions. The extracted ions are implanted into the substrate.

こうして、制御されたビーム特性をもつイオンビームが基板に直接的に照射される。イオン引き出しからイオン注入までのビームラインをごく短くすることができるので、輸送中のイオンの損失を最小にすることができる。よって、引き出されたときの高ビーム電流で基板にイオンを注入することができるので、高い生産性をもつイオン注入装置を提供することができる。   In this way, an ion beam having controlled beam characteristics is directly irradiated onto the substrate. Since the beam line from ion extraction to ion implantation can be made very short, the loss of ions during transport can be minimized. Therefore, since ions can be implanted into the substrate with a high beam current when extracted, an ion implantation apparatus having high productivity can be provided.

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、本発明の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 schematically shows 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 an ion implantation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. 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、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12と呼ぶことがある。リボンビーム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をプロセスチャンバ26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。プロセスチャンバ26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 apparatus 10 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 12. The ribbon 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 process chamber 26. 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 process chamber 26, 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.

図1に示すように、イオン注入装置10は、リボンビーム12を生成するよう構成されているイオン源18を備える。イオン源18は、リボンビーム12を中央チャンバ16に与える。イオン源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、リボンビーム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18及び中央チャンバ16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。   As shown in FIG. 1, the ion implanter 10 includes an ion source 18 that is configured to generate a ribbon beam 12. The ion source 18 provides the ribbon beam 12 to the central chamber 16. The ion source 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 ribbon beam 12 from the plasma chamber 20. The ion implantation apparatus 10 also includes a vacuum exhaust system (not shown) for providing a desired vacuum environment to the ion source 18 and the central chamber 16.

イオン注入装置10は、中央チャンバ16を備える。中央チャンバ16は、イオン源18からリボンビーム12を受け取るようイオン源18に接続されている。中央チャンバ16は、リボンビーム12を用いて基板Sのイオン注入処理をするためのプロセスチャンバ26を備える。また、中央チャンバ16は、プロセスチャンバ26に接続されている上流バッファチャンバ28及び下流バッファチャンバ30を備える。なお図面を不必要に複雑にするのを避けるために、図2には中央チャンバ16を図示していない。   The ion implanter 10 includes a central chamber 16. Central chamber 16 is connected to ion source 18 to receive ribbon beam 12 from ion source 18. The central chamber 16 includes a process chamber 26 for performing ion implantation processing of the substrate S using the ribbon beam 12. The central chamber 16 also includes an upstream buffer chamber 28 and a downstream buffer chamber 30 connected to the process chamber 26. Note that the central chamber 16 is not shown in FIG. 2 to avoid unnecessarily complicating the drawing.

中央チャンバ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移動機構(図6参照)を備える。基板移動経路Aは、リボンビーム12の長手方向に垂直な方向に延びる直線的な経路であり、上流バッファチャンバ28、プロセスチャンバ26、及び下流バッファチャンバ30を通る。基板移動経路Aは、プロセスチャンバ26においてイオンビーム領域14を通る。この基板移動機構は、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。基板移動機構は、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チャンバの構成については、詳しくは図6を参照して後述する。   The central chamber 16 includes a substrate moving mechanism (see FIG. 6) for moving the substrate S along the substrate moving path A. The substrate movement path A is a linear path extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ribbon beam 12 and passes through the upstream buffer chamber 28, the process chamber 26, and the downstream buffer chamber 30. The substrate movement path A passes through the ion beam region 14 in the process chamber 26. The substrate moving mechanism is configured to continuously move the substrate S along the substrate moving path A. The substrate moving mechanism can move the substrate S at a substantially constant speed. The configuration of such an in-line type vacuum chamber will be described later in detail with reference to FIG.

プロセスチャンバ26は、イオン源18に隣接して設けられている。プロセスチャンバ26は、イオン源18(正確には、引出電極系24)から出たリボンビーム12を受け入れる。従ってプロセスチャンバ26はその内部にイオンビーム領域14を有する。プロセスチャンバ26のイオンビーム領域14から見て、引出電極系24は露出されている。   The process chamber 26 is provided adjacent to the ion source 18. The process chamber 26 receives the ribbon beam 12 exiting from the ion source 18 (exactly the extraction electrode system 24). Accordingly, the process chamber 26 has the ion beam region 14 therein. The extraction electrode system 24 is exposed when viewed from the ion beam region 14 of the process chamber 26.

イオン注入装置10は、イオン注入装置10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18及び基板移動機構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 apparatus 10. In particular, the control unit 32 is provided to control the ion beam generation conditions of the ion source 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 controller 32 may be configured to control the entire ion implantation apparatus 10 including the ion source 18 and the substrate moving mechanism.

リボンビーム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、リボンビーム12のビーム電流、リボンビーム12のイオン組成、及び/または、リボンビーム12の断面における均一性を含む。プロセスチャンバ26がイオン源18に隣接しているので、リボンビーム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、リボンビーム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からプロセスチャンバ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18のイオンビーム生成条件に従って決定される。   The ribbon 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 ribbon beam 12, the ion composition of the ribbon beam 12, and / or the uniformity in the cross section of the ribbon beam 12. Since the process chamber 26 is adjacent to the ion source 18, the ribbon beam 12 is directly irradiated onto the ion beam region 14 from the extraction electrode system 24. Therefore, the characteristics of the ribbon beam 12 are already determined at the stage of being extracted 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 process chamber 26. Therefore, 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 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)リボンビーム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 beam current of the ribbon beam 12 is adjusted by changing ion beam extraction conditions. 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.

イオン注入装置10は、イオン源18をプロセスチャンバ26に接続するビームガイド34を備える。したがって、プロセスチャンバ26は、ビームガイド34を介してイオン源18に隣接する。ビームガイド34はリボンビーム12を囲む筒状の部材であり、リボンビーム12を輸送するための真空環境をイオン源18とプロセスチャンバ26との間に提供する。リボンビーム12を妨げないように、ビームガイド34はその内壁面がリボンビーム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 ion implanter 10 includes a beam guide 34 that connects the ion source 18 to the process chamber 26. Accordingly, the process chamber 26 is adjacent to the ion source 18 via the beam guide 34. The beam guide 34 is a cylindrical member surrounding the ribbon beam 12 and provides a vacuum environment between the ion source 18 and the process chamber 26 for transporting the ribbon beam 12. The inner surface of the beam guide 34 is separated from the outer peripheral portion of the ribbon beam 12 so as not to obstruct the ribbon 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、イオン注入装置10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、ビームガイド34をプラズマ室20から絶縁する。従ってプロセスチャンバ26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 apparatus 10 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 the plasma chamber 20. Accordingly, the process chamber 26 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、イオン注入装置10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をそのままプロセスチャンバ26へと輸送するためにイオン源18とプロセスチャンバ26との間に介在する。ビームラインはごく短く、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。例えば、イオン注入装置10は、一般的な装置とは異なり、質量分析器を有しない。こうして、イオンビーム12が基板Sに直接照射される。イオン注入装置10はこのように単純な構成のビームラインをもつので、その製造コストを小さくすることができる。   In this manner, the ion implantation apparatus 10 has a straight beam line. This linear beam line is interposed between the ion source 18 and the process chamber 26 in order to transport the ion beam 12 extracted by the extraction electrode system 24 to the process chamber 26 as it is. The beam line is very short and does not have beam line components that affect the beam characteristics (eg, beam current) of the ion beam 12. For example, unlike a general apparatus, the ion implantation apparatus 10 does not have a mass analyzer. In this way, the ion beam 12 is directly applied to the substrate S. Since the ion implantation apparatus 10 has a beam line with such a simple configuration, the manufacturing cost can be reduced.

イオン源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 18 will be further described with reference to FIGS. 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。プラズマ源22は、プラズマ室20にソースガスを供給するためのガス供給源36を備える。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、Hで希釈されたPH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、Hで希釈されたB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Hであってもよい。ソースガスは、必要に応じて、H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。 Returning to FIG. The plasma source 22 includes a gas supply source 36 for supplying a source gas to the plasma chamber 20. 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.

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、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、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 gas supply source 36 is connected to the plasma chamber 20 via a gas pipe 38. The source gas is supplied 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 gas supply source 36 and / or the gas pipe 38.

プラズマ源22は、プロセスチャンバ26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 process chamber 26. 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 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 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 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、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, the source gas is supplied from the gas supply source 36 to the plasma chamber 20, and power is supplied from the RF power supply 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、リボンビーム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, source gas concentration (for example, hydrogen dilution rate), source gas flow rate, total RF power of the ion source 18, RF power of each RF antenna 40, position of each RF antenna 40, and desired implantation energy. However, the applied voltage 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 ribbon 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PH とダイマーイオンP 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BH とダイマーイオンB 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、本発明の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 of the present invention. 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18からプロセスチャンバ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 18 to the process chamber 26. . 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、リボンビーム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、幅広のリボンビーム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リボンビーム12の大面積化に役立つ。引出電極系24は、リボンビーム12の長手方向に(少なくとも基板Sの幅にわたって)均一性を有するリボンビーム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 ribbon 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 ribbon 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 ribbon beam 12. The extraction electrode system 24 is designed so that the ribbon beam 12 having uniformity in the longitudinal direction of the ribbon beam 12 (at least over the width of the substrate S) can be extracted.

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、リボンビーム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。引き出されたリボンビーム12はビームガイド34を通過してそのままプロセスチャンバ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 ribbon beam 12 is continuously extracted from the plasma chamber 20 through the extraction electrode system 24. The drawn ribbon beam 12 passes through the beam guide 34 and enters the process chamber 26 as it is.

したがって、引出電極系24により引き出されたリボンビーム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、リボンビーム12もまた、モノマーイオンとダイマーイオンとを含む。リボンビーム12は質量分析器を経由せずにプロセスチャンバ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 ribbon 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 ribbon beam 12 also includes monomer ions and dimer ions. Since the ribbon beam 12 is incident on the process chamber 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、リボンビーム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 ribbon beam 12 can be controlled by adjusting or changing the drawing 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、本発明の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 of the present invention. 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とリボンビーム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でリボンビーム12に向かって移動している。基板Sはリボンビーム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12が照射される。   Unlike FIG. 1, the positional relationship between the substrate S and the ribbon beam 12 shown in FIG. 4 is the state before ion implantation. The substrate S is moving toward the ribbon beam 12 at the substrate scanning speed Vs. The substrate S does not overlap the ribbon 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 12 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は測定チャンバ80に収容されている。測定チャンバ80は、プロセスチャンバ26の下方にある。つまり、測定チャンバ80とイオン源18とは、プロセスチャンバ26に対して互いに反対側にある。測定チャンバ80は、プロセスチャンバ26を通じてイオン源18からリボンビーム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。   As shown in FIG. 1, the beam measurement system 78 is accommodated in a measurement chamber 80. The measurement chamber 80 is below the process chamber 26. That is, the measurement chamber 80 and the ion source 18 are on opposite sides of the process chamber 26. Measurement chamber 80 is configured to receive ribbon beam 12 from ion source 18 through process chamber 26. Therefore, the beam measurement system 78 is on the downstream side of the beam path from the substrate S.

ビーム測定系78は、リボンビーム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、リボンビーム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 ribbon 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 ribbon 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12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12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12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12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、リボンビーム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 12. The scan Faraday 82 is a movable beam current measuring device, for example, a Faraday cup. The scan Faraday 82 is provided for measuring the uniformity of the beam current in the longitudinal direction of the ribbon beam 12. As shown in FIG. 4, the scan Faraday 82 measures the beam intensity of the ribbon beam 12 while scanning the movable range C including the longitudinal width of the ribbon beam 12. By measuring at a plurality of positions in the movable range C, the beam current uniformity of the ribbon 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12の長手方向端部に達している。リボンビーム12は長手方向幅が基板Sよりも広いので、リボンビーム12の端部は基板Sがリボンビーム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がリボンビーム12に進入したときにもリボンビーム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 12. Since the longitudinal width of the ribbon beam 12 is wider than that of the substrate S, the end of the ribbon beam 12 passes through the side of the substrate S even when the substrate S enters the ribbon beam 12. Therefore, the scan Faraday 82 can measure the beam current of the ribbon beam 12 (at the beam end) even when the substrate S enters the ribbon 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12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。   The controller 32 may control the beam current uniformity in the longitudinal direction of the ribbon beam 12 using the measurement result of the beam current uniformity. 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12の両端に配置され、残りの1つはリボンビーム12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がリボンビーム12に進入したときにもリボンビーム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 12 and the other one is arranged at the center of the ribbon beam 12. The fixed Faraday 84 at both ends is arranged so that the beam current of the ribbon beam 12 can be measured even when the substrate S enters the ribbon 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。リボンビーム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(H )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、リボンビーム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、リボンビーム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 ribbon 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 ribbon beam 12 (ie, the dopant ratio Fd). The mass analyzer 86 can measure the ion composition of the ribbon beam 12.

リボンビーム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がリボンビーム12で照射されているときにはリボンビーム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 ribbon 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 ribbon beam 12 when the substrate S is irradiated with the ribbon 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、リボンビーム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 inline type, a plurality of substrates pass through the ribbon 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を制御してリボンビーム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 control unit 32 adjusts the beam current J of the ribbon 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)を有するリボンビーム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, a ribbon beam 12 having a beam current J (Vex) corresponding to the extraction voltage Vex is irradiated onto the substrate S.

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 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、本発明の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、リボンビーム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 of the present invention. 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 in this way because the ribbon beam 12 contains 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、本発明の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チャンバシステム100を概略的に示す平面図である。真空チャンバシステム100は上述のように中央チャンバ16を備え、中央チャンバ16は、プロセスチャンバ26、上流バッファチャンバ28、及び下流バッファチャンバ30を備える。プロセスチャンバ26にリボンビーム12が供給される。   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 of the present invention. The vacuum chamber system 100 includes a central chamber 16 as described above, and the central chamber 16 includes a process chamber 26, an upstream buffer chamber 28, and a downstream buffer chamber 30. The ribbon beam 12 is supplied to the process chamber 26.

真空チャンバシステム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搬送システム102を備える。基板搬送システム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。基板搬送システム102は、中央チャンバ16のための基板移動機構を含む。   The vacuum chamber system 100 includes a substrate transfer system 102 for moving the substrate S along the substrate movement path A. The substrate transport system 102 transports the substrate S in one direction along the substrate movement path A, thereby enabling one-scan injection processing. The substrate transfer system 102 includes a substrate transfer mechanism for the central chamber 16.

真空チャンバシステム100は、中央チャンバ16の上流に第1ロードロックチャンバ104を備え、中央チャンバ16の下流に第2ロードロックチャンバ106を備える。第1ロードロックチャンバ104は、第1ロードロックバルブ108を介して中央チャンバ16の上流バッファチャンバ28に取り付けられている。第2ロードロックチャンバ106は、第2ロードロックバルブ110を介して中央チャンバ16の下流バッファチャンバ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 central chamber 16 and a second load lock chamber 106 downstream of the central chamber 16. The first load lock chamber 104 is attached to the upstream buffer chamber 28 of the central chamber 16 via the first load lock valve 108. The second load lock chamber 106 is attached to the downstream buffer chamber 30 of the central chamber 16 via the second load lock valve 110.

必要とされる場合には、真空チャンバシステム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、中央チャンバ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ロードロックチャンバ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ロードロックチャンバ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 central 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、基板搬送システム102は、前工程処理部111、第1ロードロックチャンバ104、中央チャンバ16、第2ロードロックチャンバ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。図示されるように、基板搬送システム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。中央チャンバ16は、2つの基板Sを同時に収容するよう構成されている。図1及び図6には、イオン注入処理中である基板S1と、その次に処理される基板S2とが示されている。   Accordingly, the substrate transport system 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 central chamber 16, the second load lock chamber 106, and the post-process processing unit 112. As shown in the figure, the substrate transport system 102 continuously transports a plurality of substrates S and enables in-line ion implantation processing. The central chamber 16 is configured to accommodate two substrates S simultaneously. 1 and 6 show a substrate S1 that is undergoing an ion implantation process and a substrate S2 that is processed next.

第1ロードロックチャンバ104及び第2ロードロックチャンバ106は、大気雰囲気と中央チャンバ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が中央チャンバ16と同レベルの高真空環境にある場合には、第1ロードロックチャンバ104及び/または第2ロードロックチャンバ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 atmospheric atmosphere and the high vacuum environment of the central chamber 16. When the pre-process processing unit 111 and / or the post-process processing unit 112 are in the same high vacuum environment as the central chamber 16, the first load lock chamber 104 and / or the second load lock chamber 106 are not required. There is also.

ロードロックチャンバ104、106は、中央チャンバ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 central 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.

中央チャンバ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を装着した状態でプロセスチャンバ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が真空チャンバシステム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 central 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 process chamber 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 such a mask M, a 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.

真空チャンバシステム100及び基板搬送システム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 transfer system 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、基板搬送システム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 transport system 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.

基板搬送システム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 transport system 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インライン真空チャンバ100の走査速度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, ion beam generation conditions including plasma control conditions and ion beam extraction conditions are set from desired ion implantation conditions and the scanning speed Vs of the in-line vacuum chamber 100.

イオンビーム生成条件に従ってイオン源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、リボンビーム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。引き出されたリボンビーム12はプロセスチャンバ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リボンビーム12がプロセスチャンバ26に常時照射されている。   The ion source 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 ribbon beam 12 is continuously extracted from the plasma chamber 20 through the extraction electrode system 24. The drawn ribbon beam 12 is directly incident on the process chamber 26. In this way, the long ribbon beam 12 that satisfies the width of the solar battery cell tray S is constantly irradiated to the process chamber 26.

太陽電池セルトレイSが前工程から第1ロードロックチャンバ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ロードロックチャンバ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ロードロックチャンバ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が上流バッファチャンバ28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が上流バッファチャンバ28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 chamber 28. The first load lock valve 108 is closed, and the solar cell tray S is accommodated in the upstream buffer chamber 28.

太陽電池セルトレイSは、中央チャンバ16内のセルトレイ走査機構102によって走査速度Vsでリボンビーム12の下部を通過しながら下流バッファチャンバ30まで運ばれる。太陽電池セルトレイSがプロセスチャンバ26を移動しているときにリボンビーム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。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 battery cell tray S is conveyed to the downstream buffer chamber 30 while passing through the lower part of the ribbon beam 12 at the scanning speed Vs by the cell tray scanning mechanism 102 in the central chamber 16. When the solar cell tray S is moving in the process chamber 26, the ribbon beam 12 is irradiated onto the solar cell tray S and ion implantation is performed. 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.

図1及び図6には、イオン注入処理中である太陽電池セルトレイS1と、その次に処理される太陽電池セルトレイS2とが示されている。先行するセルトレイS1と後続のセルトレイS2とはともに同一の走査速度Vsで運ばれている。後続のセルトレイS2はある間隔離れて先行セルトレイS1に追従している。セルトレイS1がリボンビーム12を完全に通過するとセルトレイS1への1回のイオン注入処理が完了する。引き続いて次のセルトレイS2がリボンビーム12に進入し、セルトレイS2のイオン注入が開始される。   FIGS. 1 and 6 show a solar cell tray S1 that is undergoing an ion implantation process and a solar cell tray S2 that is processed next. Both the preceding cell tray S1 and the succeeding cell tray S2 are carried at the same scanning speed Vs. The succeeding cell tray S2 follows the preceding cell tray S1 at a certain interval. When the cell tray S1 completely passes through the ribbon beam 12, one ion implantation process to the cell tray S1 is completed. Subsequently, the next cell tray S2 enters the ribbon beam 12, and ion implantation of the cell tray S2 is started.

第2ロードロックチャンバ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ロードロックチャンバ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ロードロックチャンバ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 the second load lock chamber 106 is roughly pulled, 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、本発明の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 of the present invention. 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 the ion beam generation conditions of the ion source 18, generates the plasma 21 in the plasma chamber 20 of the ion source 18, and the extraction electrode system of the ion source 18. Extracting the ion beam 12 through 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18からイオンビーム12をプロセスチャンバ26に受け入れることと、プロセスチャンバ26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 (S20) comprises receiving the ion beam 12 from the ion source 18 into the process chamber 26 and moving the substrate S through the ion beam region 14 of the process chamber 26. 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.

以上説明したように、本実施形態によると、イオン注入装置10は、大面積で高電流のリボンビーム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18において決定し、そのリボンビーム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。   As described above, according to the present embodiment, the ion implantation apparatus 10 determines the beam characteristics of the large-area, high-current ribbon beam 12 in the ion source 18 so as to match the desired implantation conditions and in-line substrate scanning. Then, the substrate S is irradiated with the ribbon beam 12. In this way, the ion implantation apparatus 10 can achieve high productivity at a low cost.

また、本実施形態によると、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 this embodiment, in addition to the above typical effects, various effects described below can also be achieved.

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 thus 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PHやB(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、PH やBH 等のモノマーイオンを抑制し、P やB 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H希釈されたPH、Bを用い、引出ビームを質量分離せずH 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、注入プロセスチャンバの前後にバッファチャンバが設けられている。さらに、必要に応じて、ロードロックチャンバが設けられる。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。   Unlike conventional stand-alone devices, according to this embodiment, buffer chambers are provided before and after the injection process chamber. Furthermore, a load lock 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.

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H希釈されたPH、Bを用いることで注入ビーム中には多量のH 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 some embodiments, the ion source 18 may be an ECR plasma excited ion source with an elongated ECR plasma chamber. In an embodiment, the ion source 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12によって複数回走査されるようにプロセスチャンバ26または中央チャンバ16を往復移動してもよい。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 some embodiments, the substrate S may reciprocate in the process chamber 26 or the central chamber 16 such that the substrate S is scanned multiple times by the ribbon beam 12. 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.

以下、本発明の幾つかの態様を挙げる。   Hereinafter, some embodiments of the present invention will be given.

ある実施形態に係るイオン注入装置は、
プラズマ室と、前記プラズマ室にプラズマを生成するためのプラズマ源と、長尺ビーム断面を有するイオンビームを前記プラズマ室から引き出すための引出電極系と、を備えるイオン源と、
前記イオン源に隣接して設けられ、前記引出電極系から前記イオンビームを受け入れる処理室であって、イオンビーム照射領域を通る基板移動経路に沿って基板を移動させるための基板移動機構を備える処理室と、
前記イオン源のイオンビーム生成条件を制御するための制御部と、を備え、
前記イオンビームは、前記イオンビーム生成条件に従って決定されるビーム電流を有し、前記イオンビームは、前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に、前記ビーム電流を保持して直接照射される。
An ion implantation apparatus according to an embodiment includes:
An ion source comprising: a plasma chamber; a plasma source for generating plasma in the plasma chamber; and an extraction electrode system for extracting an ion beam having a long beam cross section from the plasma chamber;
A processing chamber that is provided adjacent to the ion source and receives the ion beam from the extraction electrode system, and includes a substrate moving mechanism for moving the substrate along a substrate moving path passing through the ion beam irradiation region. Room,
A controller for controlling ion beam generation conditions of the ion source,
The ion beam has a beam current determined according to the ion beam generation condition, and the ion beam is directly held from the extraction electrode system on the substrate moving the ion beam irradiation region while holding the beam current. Irradiated.

前記イオンビーム生成条件は、前記引出電極系の引出条件及び/または前記プラズマ源のプラズマ制御条件を含んでもよい。前記イオンビーム生成条件は、前記引出電極系の引出電圧を含んでもよい。   The ion beam generation conditions may include extraction conditions for the extraction electrode system and / or plasma control conditions for the plasma source. The ion beam generation condition may include an extraction voltage of the extraction electrode system.

前記制御部は、基板への所与の注入ドーズ量及び所与の基板移動速度のもとで、前記イオンビーム生成条件を制御して前記ビーム電流を調整してもよい。前記基板移動機構は、基板を実質的に一定の速度で移動させてもよい。   The controller may adjust the beam current by controlling the ion beam generation conditions based on a given implantation dose to the substrate and a given substrate moving speed. The substrate moving mechanism may move the substrate at a substantially constant speed.

前記制御部は、前記プラズマ源のプラズマ制御条件を変更することにより、前記イオンビームのイオン組成を制御してもよい。   The controller may control the ion composition of the ion beam by changing a plasma control condition of the plasma source.

前記プラズマ源は、PH、B、またはHを含むソースガスを前記プラズマ室に供給するためのガス供給源と、前記ソースガスからプラズマを生成するための高周波プラズマ励起源と、を備えてもよい。 The plasma source includes a gas supply source for supplying a source gas containing PH 3 , B 2 H 6 , or H 2 to the plasma chamber, a high-frequency plasma excitation source for generating plasma from the source gas, May be provided.

前記プラズマ室は互いに隣接する複数の長尺出口開口を有し、各長尺出口開口は前記移動経路に垂直な方向に沿って形成されていてもよい。前記引出電極系は前記複数の長尺出口開口に対応する複数のスリットを有し、各スリットは前記長尺ビーム断面を有するイオンビームを引き出すために設けられていてもよい。前記移動経路に沿う方向についての前記イオンビーム照射領域の幅が、前記長尺ビーム断面の前記方向の幅よりも広くてもよい。   The plasma chamber may have a plurality of long outlet openings adjacent to each other, and each long outlet opening may be formed along a direction perpendicular to the movement path. The extraction electrode system may have a plurality of slits corresponding to the plurality of long outlet openings, and each slit may be provided to extract an ion beam having the long beam cross section. The width of the ion beam irradiation region in the direction along the movement path may be wider than the width in the direction of the long beam cross section.

前記プラズマ源は、基板に注入されるべきイオン種のモノマーイオンとダイマーイオンとを含むプラズマを前記プラズマ室に生成するよう構成されていてもよい。前記引出電極系は、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を前記プラズマ室から引き出すよう構成されていてもよい。前記イオンビーム照射領域は、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てもよい。   The plasma source may be configured to generate a plasma in the plasma chamber that includes monomer ions and dimer ions of ionic species to be implanted into the substrate. The extraction electrode system may be configured to extract an ion beam including monomer ions and dimer ions from the plasma chamber. The ion beam irradiation region may be allowed to receive both monomer ions and dimer ions.

ある実施形態に係るイオン注入方法またはイオン注入装置は、連続式長尺リボンビームイオン注入装置に関連する。本装置は、イオンソースの長尺のプラズマ室内に長尺状のプラズマを生成するよう構成されている。本装置は、長尺状のプラズマから長尺で均一なリボン状イオンビームをソース開口からビーム引出電極系により引き出すよう構成されている。本装置は、引き出されたリボン状イオンビームを、連続して移動している基板または基板群に照射するよう構成されている。本方法または本装置は、イオンソースのプラズマ制御条件及びビーム引出電極系のイオンビーム制御条件のいずれか又は両方を変えることにより、ドーパント注入ビームのビーム電流及び/またはドーパント注入プロファイルを制御可能とする。本方法または本装置は、イオンソース及びビーム引出電極系のプラズマ制御条件及び/またはイオンビーム制御条件を変えることにより、ドーパント注入ビームのビーム電流及び/またはドーパント注入プロファイルを制御可能としてもよい。   An ion implantation method or ion implantation apparatus according to an embodiment is related to a continuous long ribbon beam ion implantation apparatus. The apparatus is configured to generate a long plasma in a long plasma chamber of an ion source. This apparatus is configured to extract a long and uniform ribbon-like ion beam from a long plasma by a beam extraction electrode system from a source opening. The apparatus is configured to irradiate a substrate or group of substrates that are continuously moving with the extracted ribbon-like ion beam. The method or apparatus enables control of the beam current and / or dopant implantation profile of the dopant implantation beam by changing either or both of the plasma control conditions of the ion source and the ion beam control conditions of the beam extraction electrode system. . The method or apparatus may be able to control the beam current and / or dopant implantation profile of the dopant implantation beam by changing the plasma control conditions and / or ion beam control conditions of the ion source and beam extraction electrode system.

ある実施形態においては、イオンソースのイオンビーム制御条件を変えることにより、ドーパント注入ビームのビーム電流を制御可能としてもよい。ある実施形態においては、イオンソースのプラズマ制御条件を変えることにより、ドーパント注入プロファイルを制御可能としてもよい。ある実施形態においては、イオンソースのビーム制御条件およびプラズマ制御条件を同時に変えることにより、ドーパント注入ビームのビーム電流およびドーパント注入プロファイルを同時に制御可能としてもよい。ある実施形態においては、イオンソースのプラズマ生成制御条件(モノマー、ダイマー比率等)は変えないようプラズマ生成条件を変更してもよい。   In some embodiments, the beam current of the dopant implantation beam may be controllable by changing the ion beam control conditions of the ion source. In some embodiments, the dopant implantation profile may be controllable by changing the plasma control conditions of the ion source. In some embodiments, the beam current and dopant implantation profile of the dopant implantation beam may be simultaneously controlled by simultaneously changing the beam control conditions and the plasma control conditions of the ion source. In an embodiment, the plasma generation conditions may be changed so that the plasma generation control conditions (monomer, dimer ratio, etc.) of the ion source are not changed.

10 イオン注入装置、 12 リボンビーム、 14 イオンビーム領域、 18 イオン源、 20 プラズマ室、 21 プラズマ、 22 プラズマ源、 24 引出電極系、 26 プロセスチャンバ、 32 制御部、 36 ガス供給源、 40 RFアンテナ、 50 出口開口、 56 引出電極、 120 搬送制御装置、 A 基板移動経路、 S 基板、 Vex 引出電圧、 Vs 基板走査速度。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ion implantation apparatus, 12 Ribbon beam, 14 Ion beam area | region, 18 Ion source, 20 Plasma chamber, 21 Plasma, 22 Plasma source, 24 Extraction electrode system, 26 Process chamber, 32 Control part, 36 Gas supply source, 40 RF antenna , 50 outlet opening, 56 extraction electrode, 120 transport control device, A substrate movement path, S substrate, Vex extraction voltage, Vs substrate scanning speed.

Claims (12)

プラズマ室と、前記プラズマ室にプラズマを生成するためのプラズマ源と、長尺ビーム断面を有するイオンビームを前記プラズマ室から引き出すための引出電極系と、を備えるイオン源と、
前記イオン源に隣接して設けられ、前記引出電極系から前記イオンビームを受け入れる処理室であって、イオンビーム照射領域を通る基板移動経路に沿って基板を移動させるための基板移動機構を備える処理室と、
前記イオン源のイオンビーム生成条件を制御するための制御部と、を備え、
前記イオンビームは、前記イオンビーム生成条件に従って決定されるビーム電流を有し、前記イオンビームは、前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に、前記ビーム電流を保持して直接照射されることを特徴とするイオン注入装置。
An ion source comprising: a plasma chamber; a plasma source for generating plasma in the plasma chamber; and an extraction electrode system for extracting an ion beam having a long beam cross section from the plasma chamber;
A processing chamber that is provided adjacent to the ion source and receives the ion beam from the extraction electrode system, and includes a substrate moving mechanism for moving the substrate along a substrate moving path passing through the ion beam irradiation region. Room,
A controller for controlling ion beam generation conditions of the ion source,
The ion beam has a beam current determined according to the ion beam generation condition, and the ion beam is directly held from the extraction electrode system on the substrate moving the ion beam irradiation region while holding the beam current. An ion implantation apparatus characterized by being irradiated.
前記イオンビーム生成条件は、前記引出電極系の引出条件及び/または前記プラズマ源のプラズマ制御条件を含むことを特徴とする請求項1に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the ion beam generation condition includes an extraction condition of the extraction electrode system and / or a plasma control condition of the plasma source. 前記イオンビーム生成条件は、前記引出電極系の引出電圧を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the ion beam generating condition includes an extraction voltage of the extraction electrode system. 前記制御部は、基板への所与の注入ドーズ量及び所与の基板移動速度のもとで、前記イオンビーム生成条件を制御して前記ビーム電流を調整することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のイオン注入装置。   The control unit adjusts the beam current by controlling the ion beam generation condition based on a given implantation dose to the substrate and a given substrate moving speed. 4. The ion implantation apparatus according to any one of 3. 前記基板移動機構は、基板を実質的に一定の速度で移動させる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 ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the substrate moving mechanism moves the substrate at a substantially constant speed. 前記制御部は、前記プラズマ源のプラズマ制御条件を変更することにより、前記イオンビームのイオン組成を制御す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。   6. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls an ion composition of the ion beam by changing a plasma control condition of the plasma source. 前記プラズマ源は、PH、B、またはHを含むソースガスを前記プラズマ室に供給するためのガス供給源と、前記ソースガスからプラズマを生成するための高周波プラズマ励起源と、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 plasma source includes a gas supply source for supplying a source gas containing PH 3 , B 2 H 6 , or H 2 to the plasma chamber, a high-frequency plasma excitation source for generating plasma from the source gas, The ion implantation apparatus according to claim 1, comprising: 前記プラズマ室は互いに隣接する複数の長尺出口開口を有し、各長尺出口開口は前記移動経路に垂直な方向に沿って形成されており、
前記引出電極系は前記複数の長尺出口開口に対応する複数のスリットを有し、各スリットは前記長尺ビーム断面を有するイオンビームを引き出すために設けられており、
前記移動経路に沿う方向についての前記イオンビーム照射領域の幅が、前記長尺ビーム断面の前記方向の幅よりも広い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 plasma chamber has a plurality of elongated outlet openings adjacent to each other, and each elongated outlet opening is formed along a direction perpendicular to the movement path,
The extraction electrode system has a plurality of slits corresponding to the plurality of long outlet openings, each slit is provided for extracting an ion beam having the long beam cross section,
8. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein a width of the ion beam irradiation region in a direction along the moving path is wider than a width in the direction of the long beam cross section.
前記プラズマ源は、基板に注入されるべきイオン種のモノマーイオンとダイマーイオンとを含むプラズマを前記プラズマ室に生成するよう構成されており、
前記引出電極系は、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を前記プラズマ室から引き出すよう構成されており、
前記イオンビーム照射領域は、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。
The plasma source is configured to generate a plasma in the plasma chamber that includes monomer ions and dimer ions of ionic species to be implanted into the substrate,
The extraction electrode system is configured to extract an ion beam including monomer ions and dimer ions from the plasma chamber,
The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the ion beam irradiation region is allowed to receive both monomer ions and dimer ions.
イオン源のイオンビーム生成条件を制御することと、
前記イオン源の引出電極系を通じてイオンビームを引き出すことと、
前記イオン源から前記イオンビームを処理室に受け入れることと、
前記処理室のイオンビーム照射領域を通るよう基板を移動させることと、を備え、
前記イオンビームは、前記イオンビーム生成条件に従って決定されるビーム電流を有し、前記イオンビームは、前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に、前記ビーム電流を保持して直接照射されることを特徴とするイオン注入方法。
Controlling the ion beam generation conditions of the ion source;
Extracting an ion beam through an extraction electrode system of the ion source;
Receiving the ion beam from the ion source into a processing chamber;
Moving the substrate through the ion beam irradiation region of the processing chamber, and
The ion beam has a beam current determined according to the ion beam generation condition, and the ion beam is directly held from the extraction electrode system on the substrate moving the ion beam irradiation region while holding the beam current. An ion implantation method characterized by irradiation.
イオンビームを引き出すための引出電極系を備えるイオン源と、
前記イオン源から前記イオンビームを受け入れる処理室であって、イオンビーム照射領域を基板に通過させるよう構成されている処理室と、を備え、
前記イオンビームは、前記イオン源のイオンビーム生成条件に従って決定される特性を有し、かつ、前記イオンビーム照射領域を基板が通過する間に前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域へと前記特性を保持して、前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に直接照射されることを特徴とするイオン注入装置。
An ion source comprising an extraction electrode system for extracting an ion beam;
A processing chamber for receiving the ion beam from the ion source, the processing chamber configured to pass the ion beam irradiation region through the substrate, and
The ion beam has a characteristic that is determined according to ion beam generation conditions of the ion source, and the characteristic from the extraction electrode system to the ion beam irradiation area while the substrate passes through the ion beam irradiation area. The ion implantation apparatus is characterized by directly irradiating the moving substrate in the ion beam irradiation region.
イオン源の引出電極系を通じてイオンビームを引き出すことと、
前記イオン源から前記イオンビームを処理室に受け入れることと、
前記処理室のイオンビーム照射領域を基板に通過させることと、を備え、
前記イオンビームは、前記イオン源のイオンビーム生成条件に従って決定される特性を有し、かつ、前記イオンビーム照射領域を基板が通過する間に前記引出電極系から前記イオンビーム照射領域へと前記特性を保持して、前記イオンビーム照射領域を移動中の基板に直接照射されることを特徴とするイオン注入方法。
Extracting the ion beam through the extraction electrode system of the ion source;
Receiving the ion beam from the ion source into a processing chamber;
Passing an ion beam irradiation region of the processing chamber through a substrate, and
The ion beam has a characteristic that is determined according to ion beam generation conditions of the ion source, and the characteristic from the extraction electrode system to the ion beam irradiation area while the substrate passes through the ion beam irradiation area. The ion implantation method is characterized in that the moving substrate is directly irradiated with the ion beam irradiation region while holding the ion beam.
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