JP7534722B2 - Ion beam irradiation device and ion beam irradiation method - Google Patents
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Description
本発明は、ディスプレイ製造工程で使用され、ディスプレイを形成する照射対象物にイオンビームを照射するイオンビーム照射装置およびイオンビーム照射方法に関する。 The present invention relates to an ion beam irradiation device and an ion beam irradiation method that are used in the display manufacturing process and irradiate an ion beam onto an object to be irradiated that forms a display.
近年、フラットパネルディスプレイを構成する薄膜トランジスタ(TFT)を形成する半導体材料に酸化物半導体を用いる研究開発が進められている。特に、IGZOと呼ばれるIn-Ga-Zn-O系の酸化物半導体を使用したディスプレイは既に量産されており、市販のスマートフォンやタブレット端末等に採用されている。 In recent years, research and development has been progressing on using oxide semiconductors as the semiconductor material that forms the thin-film transistors (TFTs) that make up flat panel displays. In particular, displays that use an In-Ga-Zn-O oxide semiconductor called IGZO are already being mass-produced and are being used in commercially available smartphones, tablet devices, and other devices.
特許文献1には、基板上に酸化物半導体材料により形成された半導体膜に低抵抗化処理を行うことが記載されており、低抵抗化処理の一例として、アルゴンまたは水素を用いたプラズマ処理を行うことがあげられている。また、発明者らは、プラズマ処理に変わる低抵抗化処理としてイオン注入を提案しており、アルゴンやボロン等のイオンを酸化物半導体膜にイオン注入することで、酸化物半導体膜の抵抗値が低減されることを確認している。そして、これらの処理と比較して酸化物半導体膜の抵抗値をさらに低減できる装置および方法があれば有益である。 Patent Document 1 describes a resistance-reducing process for a semiconductor film formed on a substrate from an oxide semiconductor material, and cites a plasma process using argon or hydrogen as an example of the resistance-reducing process. The inventors also proposed ion implantation as an alternative resistance-reducing process to plasma treatment, and confirmed that the resistance value of the oxide semiconductor film is reduced by implanting ions such as argon or boron into the oxide semiconductor film. It would be beneficial to have an apparatus and method that can further reduce the resistance value of the oxide semiconductor film compared to these processes.
また、近年、薄型で折り曲げ可能なフレキシブルディスプレイが提案されている。フレキシブルディスプレイの一例としては、フォルダブルディスプレイと称される折り畳み可能なディスプレイがあげられる。その他にもディスプレイを屈曲させることができ、ディスプレイを端末の筐体内に巻き込むように収容させることが可能なローラブルディスプレイ等が提案されている。このようなフレキシブルディスプレイを採用することにより、携帯性や収納性を損なうことなく端末の表示画面を大きくすることが可能となる。 In recent years, thin, bendable flexible displays have been proposed. One example of a flexible display is a foldable display known as a foldable display. Other proposals include a rollable display, which allows the display to be bent and stored in a manner that allows it to be rolled up inside the housing of a terminal. By adopting such flexible displays, it is possible to enlarge the display screen of a terminal without compromising portability or storability.
フレキシブルディスプレイを構成し、表面上にTFTが形成される基板としては、薄型ガラスやポリイミド等のプラスチックフィルム等があげられる。基板にプラスチックフィルムを用いると、薄型ガラスを使用する場合と比較して、基板の耐熱温度が低くなることになる。したがって、基板にプラスチックフィルムを用いる場合には、ガラス基板を使用する場合と比較して、ディスプレイを製造する各工程を低温で行う必要がある。 Substrates that make up flexible displays and on which TFTs are formed include thin glass and plastic films such as polyimide. When a plastic film is used for the substrate, the heat resistance temperature of the substrate is lower than when thin glass is used. Therefore, when a plastic film is used for the substrate, each process of manufacturing the display needs to be carried out at a lower temperature than when a glass substrate is used.
本発明は、ディスプレイのTFTを形成する酸化物半導体膜の抵抗値を低減できるイオンビーム照射装置およびイオンビーム照射方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an ion beam irradiation device and an ion beam irradiation method that can reduce the resistance of an oxide semiconductor film that forms a TFT of a display.
本発明のイオンビーム照射装置は、
ディスプレイパネルの製造工程で使用され、酸化物半導体膜を有する照射対象物に所定のイオンを含むイオンビームを照射するイオンビーム照射装置であって、
前記照射対象物を加熱する加熱装置を備え、
前記加熱装置が前記照射対象物を加熱した後、前記酸化物半導体膜の内部に少なくとも一部の前記イオンが前記酸化物半導体膜を貫通し得るよう構成とされている。
The ion beam irradiation apparatus of the present invention comprises:
An ion beam irradiation device used in a manufacturing process of a display panel, which irradiates an irradiation target having an oxide semiconductor film with an ion beam containing predetermined ions,
A heating device for heating the irradiation object is provided,
The heating device is configured such that after the irradiation object is heated by the heating device, at least some of the ions can penetrate the oxide semiconductor film into the oxide semiconductor film.
この構成によれば、加熱装置によって昇温された酸化物半導体膜にイオンビームが照射されることになる。発明者らは、室温下で照射対象物にイオンビームを照射した場合と比較して、照射対処物を加熱した後にイオンビームを照射すると酸化物半導体膜の抵抗値が低減されることを確認した。抵抗値が低減された理由は、明確には解明されてはいないが、発明者らは以下の(a)~(c)のうちのいずれかひとつ、または複数の要因によるものと考えている。
(a)酸化物半導体膜が昇温された状態でイオンビームが照射されることで、酸化物半導体膜中の金属元素同士が結合することによりキャリアが生成される。あるいは、イオンビームが照射されることによって切断された酸化物半導体膜中の金属元素同士の結合が昇温によって結合し直すことで、キャリア散乱の増加(キャリア減少、秩序性低下)が抑制された。
(b)昇温された酸化物半導体膜にイオンビームが照射されることで、酸化物半導体膜中分子の秩序性が向上し、キャリア移動度が増大する。あるいは、酸化物半導体膜にイオンビームが照射されることで酸化物半導体膜中分子の秩序性低下が抑制され。キャリア移動度の低下が抑制される。
(c)酸化物半導体膜の昇温によって、イオンビーム照射によって酸化物半導体膜の金属元素と酸素の結合が切断されることが抑制され、キャリア散乱の増大が抑制され、キャリア移動度の低下が抑制された。
なお、本発明のイオンビーム照射装置における「前記加熱装置が前記照射対象物を加熱した後、前記酸化物半導体膜の内部に少なくとも一部の前記イオンが到達し得るよう前記イオンビームを照射する」というのは、加熱装置が照射対象物を加熱しながら、前記酸化物半導体膜の内部に少なくとも一部の前記イオンが到達し得るよう前記イオンビームを照射対象物にイオンビームを照射することを含む概念である。本発明のイオンビーム照射装置は、加熱装置により室温または所定の温度から昇温された状態の酸化物半導体膜にイオンビームが照射されるものであればよい。
また、本発明のイオン注入装置においては、照射対象物に少なくとも一部の前記イオンが前記酸化物半導体膜を貫通し得るようにイオンビームが照射される。したがって、照射されるイオンがすべて酸化物半導体膜内に留められる場合と比較して、酸化物半導体膜を構成する原子間の結合がより多く切断されることで、より多くのキャリアが生成される。
According to this configuration, the oxide semiconductor film heated by the heating device is irradiated with an ion beam. The inventors confirmed that the resistance value of the oxide semiconductor film is reduced when the object to be irradiated is irradiated with an ion beam after heating, compared to when the object to be irradiated is irradiated with an ion beam at room temperature. The reason for the reduction in the resistance value has not been clearly elucidated, but the inventors believe that it is due to one or more of the following factors (a) to (c):
(a) When an oxide semiconductor film is irradiated with an ion beam while the temperature is elevated, metal elements in the oxide semiconductor film are bonded to each other, thereby generating carriers. Alternatively, bonds between metal elements in the oxide semiconductor film that have been cut by ion beam irradiation are rebonded by temperature elevation, thereby suppressing an increase in carrier scattering (a decrease in carriers and a decrease in orderliness).
(b) Irradiating the heated oxide semiconductor film with an ion beam improves the order of molecules in the oxide semiconductor film, thereby increasing carrier mobility. Alternatively, irradiating the oxide semiconductor film with an ion beam suppresses a decrease in the order of molecules in the oxide semiconductor film, thereby suppressing a decrease in carrier mobility.
(c) By increasing the temperature of the oxide semiconductor film, the breaking of bonds between metal elements and oxygen in the oxide semiconductor film due to ion beam irradiation was suppressed, an increase in carrier scattering was suppressed, and a decrease in carrier mobility was suppressed.
In the ion beam irradiation device of the present invention, the phrase "after the heating device heats the irradiation target, the ion beam is irradiated so that at least a part of the ions can reach the inside of the oxide semiconductor film" refers to a concept including irradiating the irradiation target with the ion beam so that at least a part of the ions can reach the inside of the oxide semiconductor film while the heating device heats the irradiation target. The ion beam irradiation device of the present invention may be any device that irradiates an ion beam onto an oxide semiconductor film that has been heated from room temperature or a predetermined temperature by a heating device.
In the ion implantation apparatus of the present invention, an ion beam is irradiated onto an object to be irradiated such that at least some of the ions can penetrate the oxide semiconductor film. Therefore, more bonds between atoms constituting the oxide semiconductor film are broken, and more carriers are generated, compared to a case where all of the irradiated ions are retained within the oxide semiconductor film.
また、本発明のイオンビーム照射装置は、前記イオンが、ホウ素イオン、ネオンイオン、アルゴンイオンのいずれかである構成とされていてもよい。 The ion beam irradiation device of the present invention may also be configured such that the ions are boron ions, neon ions, or argon ions.
また、本発明のイオンビーム照射装置は、前記照射対象物が、所定の基材により形成され、前記ディスプレイパネルに柔軟性を与える基材層を有しており、前記加熱装置が、前記基材の耐熱温度以下の温度で前記照射対象物を加熱する構成とされていてもよい。 The ion beam irradiation device of the present invention may also be configured such that the irradiation object is formed from a predetermined base material and has a base material layer that gives flexibility to the display panel, and the heating device heats the irradiation object at a temperature equal to or lower than the heat resistance temperature of the base material.
また、本発明のイオンビーム照射装置は、前記加熱装置が、前記照射対象物に光を照射して前記照射対象物を加熱するランプを備える構成とされていてもよい。 The ion beam irradiation device of the present invention may also be configured such that the heating device includes a lamp that irradiates the irradiation object with light to heat the irradiation object.
また、本発明のイオンビーム照射装置は、前記加熱装置が、複数の前記ランプが所定の位置に配置されたランプユニットを複数有する構成とされていてもよい。 The ion beam irradiation device of the present invention may also be configured such that the heating device has a plurality of lamp units in which a plurality of the lamps are arranged at predetermined positions.
この構成によれば、照射対象物の大きさが変わった場合であってもランプユニットの配置または使用するランプユニットの個数を変えることで加熱装置を構成することができる。 With this configuration, even if the size of the object to be irradiated changes, the heating device can be configured by changing the arrangement of the lamp units or the number of lamp units used.
また、本発明のイオンビーム照射装置は、前記加熱装置が、抵抗加熱により前記照射対象物を加熱する抵抗加熱部を備える構成とされていてもよい。 The ion beam irradiation device of the present invention may also be configured such that the heating device includes a resistance heating section that heats the irradiation object by resistance heating.
この構成によれば、照射対象物を抵抗加熱により加熱できることから、例えば加熱装置がランプヒータによって構成される場合と比較して、照射対象物をより均一に加熱することができる。 With this configuration, the object to be irradiated can be heated by resistance heating, so the object to be irradiated can be heated more uniformly compared to, for example, a case where the heating device is configured with a lamp heater.
本実施形態におけるイオンビーム照射方法は、
ディスプレイパネルの製造工程で使用され、酸化物半導体膜を有する照射対象物に所定のイオンを含むイオンビームを照射するイオンビーム照射方法であって、
前記照射対象物を加熱する第一の工程と、
前記第一の工程より後に、前記酸化物半導体膜の内部に少なくとも一部の前記イオンが到達し得るよう前記イオンビームを照射する第二の工程と、を含む。
The ion beam irradiation method in this embodiment includes the steps of:
An ion beam irradiation method used in a manufacturing process of a display panel, in which an irradiation target having an oxide semiconductor film is irradiated with an ion beam containing predetermined ions, the method comprising the steps of:
A first step of heating the irradiation object;
The method includes a second step, which is performed after the first step, of irradiating the oxide semiconductor film with the ion beam so that at least a part of the ions can reach inside the oxide semiconductor film.
この方法によれば、室温または所定の温度から昇温された酸化物半導体膜にイオンビームが照射されることになる。発明者らは、室温下で照射対象物にイオンビームを照射した場合と比較して、照射対処物を加熱してイオンビームを照射したところ酸化物半導体膜の抵抗値が低減されることを確認した。
なお、本発明のイオンビーム照射方法における、「前記第一の工程より後に、前記酸化物半導体膜の内部に少なくとも一部の前記イオンが到達し得るよう前記イオンビームを照射する第二の工程」とは、前記照射対象物を加熱しながら前記酸化物半導体膜の内部に少なくとも一部の前記イオンが到達し得るよう前記イオンビームを照射することを含む。本発明のイオンビーム照射方法は、加熱装置により室温または所定の温度から昇温された状態の酸化物半導体膜にイオンビームが照射されるものであればよい。
また、本発明のイオン注入方法においては、照射対象物に少なくとも一部の前記イオンが前記酸化物半導体膜を貫通し得るようにイオンビームが照射される。したがって、照射されるイオンがすべて酸化物半導体膜内に留められる場合と比較して、酸化物半導体膜を構成する原子間の結合がより切断されることで、より多くのキャリアが生成される。
According to this method, an oxide semiconductor film heated from room temperature or a predetermined temperature is irradiated with an ion beam. The inventors confirmed that the resistance value of the oxide semiconductor film is reduced when the object to be irradiated is heated and irradiated with an ion beam, compared with the case where the object to be irradiated is irradiated with an ion beam at room temperature.
In the ion beam irradiation method of the present invention, the "second step of irradiating the oxide semiconductor film with the ion beam after the first step so that at least some of the ions can reach the inside of the oxide semiconductor film" includes irradiating the oxide semiconductor film with the ion beam while heating the object to be irradiated so that at least some of the ions can reach the inside of the oxide semiconductor film. The ion beam irradiation method of the present invention may be any method in which an ion beam is irradiated to an oxide semiconductor film that has been heated from room temperature or a predetermined temperature by a heating device.
In the ion implantation method of the present invention, an ion beam is irradiated onto an object to be irradiated such that at least some of the ions can penetrate the oxide semiconductor film. Therefore, more bonds between atoms constituting the oxide semiconductor film are broken, and more carriers are generated, compared to a case where all of the irradiated ions are retained within the oxide semiconductor film.
また、本発明のイオンビーム照射方法は、前記イオンが、ホウ素イオン、ネオンイオン、アルゴンイオンのいずれかであってよい。 In addition, in the ion beam irradiation method of the present invention, the ions may be boron ions, neon ions, or argon ions.
また、前記対象物が、所定の基材により形成され、前記ディスプレイパネルに柔軟性を与える基材層を有しており、前記第一の工程では、前記基材の耐熱温度以下の温度で前記照射対象物を加熱するようにしてもよい。 The object may be formed from a specific base material and have a base material layer that provides flexibility to the display panel, and in the first step, the object to be irradiated may be heated at a temperature equal to or lower than the heat resistance temperature of the base material.
本発明によれば、ディスプレイのTFTを形成する酸化物半導体膜の抵抗値を低減することができる。 The present invention makes it possible to reduce the resistance of the oxide semiconductor film that forms the TFT of a display.
本発明の第一実施形態である第一のイオンビーム照射装置10Aについて説明する。
図1に示された第一のイオンビーム照射装置10Aは、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のディスプレイパネルを製造する工程で使用され、本発明の照射対象物に相当する対象物TにイオンビームIBを照射する装置である。また、第一のイオンビーム照射装置10Aは、特に、図6に示された酸化物半導体膜102を有する対象物Tに対してイオンビームIBを照射する装置である。なお、第一のイオンビーム照射装置10Aは、酸化物半導体膜を有する対象物TにのみイオンビームIBを照射可能とされているものに限らない。例えば、第一のイオンビーム照射装置10Aは、低温ポリシリコン膜が形成された照射対象物にイオンビームIBを照射する場合にも使用可能であってもよい。つまり、第一のイオンビーム照射装置10Aは、酸化物半導体膜を有する対象物TにイオンビームIBを照射し得る機能を備えるものであればよい。
A first ion beam irradiation apparatus 10A according to a first embodiment of the present invention will be described.
The first ion beam irradiation device 10A shown in FIG. 1 is used in a process for manufacturing a display panel such as a liquid crystal display or an organic EL display, and is an apparatus for irradiating an object T corresponding to the irradiation object of the present invention with an ion beam IB. The first ion beam irradiation device 10A is particularly an apparatus for irradiating an object T having an oxide semiconductor film 102 shown in FIG. 6 with an ion beam IB. The first ion beam irradiation device 10A is not limited to an apparatus capable of irradiating an ion beam IB only to an object T having an oxide semiconductor film. For example, the first ion beam irradiation device 10A may also be used when irradiating an object on which a low-temperature polysilicon film is formed with an ion beam IB. In other words, the first ion beam irradiation device 10A may be any apparatus that has a function of irradiating an object T having an oxide semiconductor film with an ion beam IB.
図6に示されるように、本実施形態における対象物Tは、矩形状のガラス基板である基板101上にTFTが形成されるものである。基板101上には酸化物半導体膜102が形成され、酸化物半導体膜102は絶縁膜103により覆われている。また、絶縁膜103上には金属により形成されたゲート104が形成されている。なお、図6においては、本発明の理解を容易にするため、本発明の要旨に関わる構成のみが簡略化されて示されている。酸化物半導体膜102は基板101の表面上に直接形成されている必要はなく、例えば、基板101上に形成された不図示の絶縁膜上に形成されていてよい。なお、本実施形態における酸化物半導体膜102は、IGZO(酸化インジウムガリウム亜鉛:InGaZnO)であるが、これに限定されるものではない。例えば、酸化物半導体膜102は、酸化インジウム亜鉛(ITZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムガリウム(IGO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム(InO)であってもよい。 As shown in FIG. 6, the object T in this embodiment is a rectangular glass substrate 101 on which a TFT is formed. An oxide semiconductor film 102 is formed on the substrate 101, and the oxide semiconductor film 102 is covered with an insulating film 103. A gate 104 made of metal is formed on the insulating film 103. In FIG. 6, in order to facilitate understanding of the present invention, only the configuration related to the gist of the present invention is shown in a simplified form. The oxide semiconductor film 102 does not need to be formed directly on the surface of the substrate 101, and may be formed, for example, on an insulating film (not shown) formed on the substrate 101. In this embodiment, the oxide semiconductor film 102 is IGZO (indium gallium zinc oxide: InGaZnO), but is not limited thereto. For example, the oxide semiconductor film 102 may be indium zinc oxide (ITZO), zinc oxide (ZnO), indium gallium oxide (IGO), indium tin oxide (ITO), or indium oxide (InO).
図1に示すように、第一のイオンビーム照射装置10Aは、イオン源ユニット11と、イオンビーム輸送ユニット12と、処理ユニット13を備えている。イオン源ユニット11は、外部から供給される原料からプラズマを生成するプラズマ生成室11aと、プラズマ生成室11a内で生成したプラズマに含まれるイオンをイオンビームIBとして引き出すための引出電極11bを備えている。また、イオン源ユニット11は、プラズマ生成室11aから引き出されたイオンを加速させるための加速電極11cをさらに備えている。 As shown in FIG. 1, the first ion beam irradiation device 10A includes an ion source unit 11, an ion beam transport unit 12, and a processing unit 13. The ion source unit 11 includes a plasma generation chamber 11a that generates plasma from raw materials supplied from the outside, and an extraction electrode 11b for extracting ions contained in the plasma generated in the plasma generation chamber 11a as an ion beam IB. The ion source unit 11 also includes an acceleration electrode 11c for accelerating the ions extracted from the plasma generation chamber 11a.
イオンビーム輸送ユニット12は、真空排気された内部をイオンビームIBが通過する真空容器12aと質量分析器12bを備えており、イオンビームIBをイオン源ユニット11から処理ユニット13の有する処理室14内に輸送する。イオンビームIBは、真空容器12aの内部を通過する間、質量分析器12bによって質量分離され、所望のイオンから成るイオンビームIBが処理室14内に導入される。処理室14内に導かれたイオンビームIBが対象物Tに照射されることで、対象物Tにイオンビーム照射処理が施される。本実施形態におけるイオン源ユニット11およびイオンビーム輸送ユニット12は、ディスプレイ製造工程で使用されるイオンビーム照射装置において広く知られた構成が採用されている。 The ion beam transport unit 12 includes a vacuum vessel 12a through which the ion beam IB passes and a mass analyzer 12b, and transports the ion beam IB from the ion source unit 11 into the processing chamber 14 of the processing unit 13. While passing through the inside of the vacuum vessel 12a, the ion beam IB is mass-separated by the mass analyzer 12b, and the ion beam IB consisting of the desired ions is introduced into the processing chamber 14. The ion beam IB introduced into the processing chamber 14 is irradiated onto the object T, so that the object T is subjected to an ion beam irradiation process. The ion source unit 11 and the ion beam transport unit 12 in this embodiment adopt a configuration that is widely known in ion beam irradiation devices used in display manufacturing processes.
処理ユニット13は、内部で対象物Tに対するイオンビーム照射処理が施される処理室14と、処理室14に通じる搬送室15と、搬送室15に隣接するロードロック室16を有する。また、処理ユニット13は、ロードロック室16との間で対象物Tの受け渡しを行う受渡部17を備えている。受渡部17は、本実施形態においては特定の仕切られた内部空間を有する部屋として構成されているが、ロードロック室16の外側で大気圧下に置かれた領域であってもよい。 The processing unit 13 has a processing chamber 14 in which an ion beam irradiation process is performed on the target object T, a transfer chamber 15 that communicates with the processing chamber 14, and a load lock chamber 16 adjacent to the transfer chamber 15. The processing unit 13 also has a transfer section 17 that transfers the target object T between the processing unit 13 and the load lock chamber 16. In this embodiment, the transfer section 17 is configured as a room having a specific partitioned internal space, but it may also be an area outside the load lock chamber 16 that is placed under atmospheric pressure.
搬送室15およびロードロック室16は、受渡部17から処理室14の内部に対象物Tを搬入し、処理後の対象物Tを処理室14から受渡部17に搬出する経路である搬送経路L1を構成する。第一のイオンビーム照射装置10Aは、搬送経路L1を二つ備えており、一方を第一搬送経路L1a、他方を第二搬送経路L1bと称するものとする。なお、搬送経路L1に沿った対象物Tの搬送は、不図示の複数の搬送ロボットによって行われる。 The transfer chamber 15 and the load lock chamber 16 constitute a transfer path L1, which is a path along which the object T is transferred from the transfer section 17 into the processing chamber 14 and the processed object T is transferred from the processing chamber 14 to the transfer section 17. The first ion beam irradiation device 10A has two transfer paths L1, one of which is referred to as a first transfer path L1a and the other as a second transfer path L1b. The object T is transferred along the transfer path L1 by multiple transfer robots (not shown).
第一のイオンビーム照射装置10Aは、二つの搬送経路L1、すなわち第一搬送経路L1aおよび第二搬送経路L1bを有することに伴い、二つの搬送室15および二つのロードロック室16を備えている。本実施形態においては、二つの搬送室15のうち、一方を第一搬送室15a、他方を第二搬送室15bと称するものとする。また、二つのロードロック室16のうち、一方を第一ロードロック室16a、他方を第二ロードロック室16bと称するものとする。また、第一ロードロック室16aに対応する受渡部17を特に第一受渡部17a、第二ロードロック室16bに対応する受渡部17を特に第二受渡部17bと称するものとする。なお、第一受渡部17aと第二受渡部17bは別個に独立した部屋または領域である必要はない。例えば、対象物Tが同一箇所から第一ロードロック室16aおよび第二ロードロック室16bのそれぞれに搬入される構成であってもよい。 The first ion beam irradiation device 10A has two transfer paths L1, i.e., the first transfer path L1a and the second transfer path L1b, and is equipped with two transfer chambers 15 and two load lock chambers 16. In this embodiment, one of the two transfer chambers 15 is referred to as the first transfer chamber 15a, and the other is referred to as the second transfer chamber 15b. In addition, one of the two load lock chambers 16 is referred to as the first load lock chamber 16a, and the other is referred to as the second load lock chamber 16b. In addition, the transfer section 17 corresponding to the first load lock chamber 16a is particularly referred to as the first transfer section 17a, and the transfer section 17 corresponding to the second load lock chamber 16b is particularly referred to as the second transfer section 17b. Note that the first transfer section 17a and the second transfer section 17b do not need to be separate independent rooms or areas. For example, the target T may be transported from the same location to each of the first load lock chamber 16a and the second load lock chamber 16b.
第一のイオンビーム照射装置10Aにおいては、第一搬送室15aおよび第一ロードロック室16aが第一搬送経路L1aを構成し、第二搬送室15bおよび第二ロードロック室16bが第二搬送経路L1bを構成する。 In the first ion beam irradiation device 10A, the first transfer chamber 15a and the first load lock chamber 16a form the first transfer path L1a, and the second transfer chamber 15b and the second load lock chamber 16b form the second transfer path L1b.
また、第一ロードロック室16aと第一受渡部17aとの間には第一ロードロック室16a内部を第一受渡部17aから隔離する第一ゲートバルブ19aが配置されている。また、第一ロードロック室16aと第一搬送室15aとの間には互いの内部空間を隔離する第二ゲートバルブ19bが配置されている。同様に、第二ロードロック室16bと第二受渡部17bとの間に第三ゲートバルブ19cが配置され、第二ロードロック室16bと第二搬送室15bとの間には第四ゲートバルブ19dが配置されている。 A first gate valve 19a is disposed between the first load lock chamber 16a and the first transfer section 17a to isolate the interior of the first load lock chamber 16a from the first transfer section 17a. A second gate valve 19b is disposed between the first load lock chamber 16a and the first transfer chamber 15a to isolate the internal spaces of the two chambers. Similarly, a third gate valve 19c is disposed between the second load lock chamber 16b and the second transfer section 17b, and a fourth gate valve 19d is disposed between the second load lock chamber 16b and the second transfer chamber 15b.
第一搬送経路L1a沿って搬送される対象物Tは、まず、第一ゲートバルブ19aが開いており第二ゲートバルブ19bが閉じられている状態で、第一受渡部17aから第一ロードロック室16a内に搬入される。そして、第一ゲートバルブ19aが閉じられた後、第一ロードロック室16aが不図示の排気ポンプにより真空排気された後、第二ゲートバルブ19bが開けられる。その後、対象物Tは第一ロードロック室16aから第一搬送室15a内を通過して処理室14内に搬送され、処理室14内において所定のイオンビーム照射処理が施される。当該処理が施された対象物Tは、処理室14内から再び第一搬送室15a内を通過して第一ロードロック室16a内に搬送される。そして、第二ゲートバルブ19bが閉じられ、第一ロードロック室16a内に所定のガスまたは空気が導入されることで第一ロードロック室16a内が大気圧下に復帰される。その後、第一ゲートバルブ19aが開けられ、対象物Tが第一受渡部17aに搬出される。 The object T to be transported along the first transport path L1a is first transported from the first transfer section 17a into the first load lock chamber 16a with the first gate valve 19a open and the second gate valve 19b closed. Then, after the first gate valve 19a is closed, the first load lock chamber 16a is evacuated by an exhaust pump (not shown), and then the second gate valve 19b is opened. Then, the object T is transported from the first load lock chamber 16a through the first transport chamber 15a into the processing chamber 14, where a predetermined ion beam irradiation process is performed. The processed object T is transported from the processing chamber 14 through the first transport chamber 15a again into the first load lock chamber 16a. Then, the second gate valve 19b is closed, and a predetermined gas or air is introduced into the first load lock chamber 16a, thereby returning the inside of the first load lock chamber 16a to atmospheric pressure. The first gate valve 19a is then opened, and the target object T is transported to the first delivery section 17a.
同様に、第二搬送経路L1b沿って搬送される対象物Tは、まず、第三ゲートバルブ19cが開いており第四ゲートバルブ19dが閉じられた状態で、第二受渡部17bから第一ロードロック室16a内に搬入される。そして、第三ゲートバルブ19cが閉じられた後、第二ロードロック室16bが不図示の排気ポンプにより真空排気された後、第四ゲートバルブ19dが開けられる。その後、対象物Tは第二ロードロック室16bから第二搬送室15b内を通過して処理室14内に搬送され、処理室14内において所定のイオンビーム照射処理が施される。当該処理が施された対象物Tは、処理室14内から再び第二搬送室15b内を通過して第二ロードロック室16b内に搬送される。そして、第四ゲートバルブ19dが閉じられ、第二ロードロック室16b内に所定のガスまたは空気が導入されることで第二ロードロック室16b内が大気圧下に復帰される。その後、第三ゲートバルブ19cが開けられ、対象物Tが第二受渡部17bに搬出される。 Similarly, the object T to be transported along the second transport path L1b is first transported from the second transfer section 17b into the first load lock chamber 16a with the third gate valve 19c open and the fourth gate valve 19d closed. Then, after the third gate valve 19c is closed, the second load lock chamber 16b is evacuated by an exhaust pump (not shown), and then the fourth gate valve 19d is opened. Then, the object T is transported from the second load lock chamber 16b through the second transport chamber 15b into the processing chamber 14, where a predetermined ion beam irradiation process is performed. The object T that has been subjected to the process is transported from the processing chamber 14 through the second transport chamber 15b again into the second load lock chamber 16b. Then, the fourth gate valve 19d is closed, and a predetermined gas or air is introduced into the second load lock chamber 16b, thereby returning the second load lock chamber 16b to atmospheric pressure. The third gate valve 19c is then opened, and the target object T is transported to the second delivery section 17b.
処理室14の内部には、対象物Tを保持する保持装置20と、対象物Tを加熱する加熱装置30が配置されている。第一のイオンビーム照射装置10Aは、保持装置20を二つ備えている。本実施形態においては、第一搬送経路L1aに沿って処理室14内に搬入された対象物Tを保持する一方の保持装置20を第一保持装置20aと称し、第一保持装置20aに保持される対象物Tを第一対象物T1と称するものとする。同様に、第二搬送経路L1bに沿って処理室14内に搬入された対象物Tを保持する他方の保持装置20を第二保持装置20bと称し、第二保持装置20bに保持される対象物Tを第二対象物T2と称するものとする。 Inside the processing chamber 14, a holding device 20 for holding the object T and a heating device 30 for heating the object T are arranged. The first ion beam irradiation device 10A is equipped with two holding devices 20. In this embodiment, one of the holding devices 20 for holding the object T brought into the processing chamber 14 along the first transport path L1a is referred to as the first holding device 20a, and the object T held by the first holding device 20a is referred to as the first object T1. Similarly, the other holding device 20 for holding the object T brought into the processing chamber 14 along the second transport path L1b is referred to as the second holding device 20b, and the object T held by the second holding device 20b is referred to as the second object T2.
また、第一のイオンビーム照射装置10Aは、加熱装置30を二つ備えており、第一対象物T1を加熱する加熱装置30を第一加熱装置30a、第二対象物T2を加熱する加熱装置30を第二加熱装置30bと称するものとする。図1および図2に示すように、第一加熱装置30aおよび第二加熱装置30bはともに処理室14の内壁に設置されている。 The first ion beam irradiation device 10A is equipped with two heating devices 30, the heating device 30 that heats the first object T1 is referred to as the first heating device 30a, and the heating device 30 that heats the second object T2 is referred to as the second heating device 30b. As shown in Figures 1 and 2, the first heating device 30a and the second heating device 30b are both installed on the inner wall of the processing chamber 14.
図1に破線で示すように、保持装置20は、対象物Tを保持した状態で処理室14内の所定の移送経路22に沿って直線移動するように構成されている。より詳細には、保持装置20は図2に示す保持体21に対象物Tを保持させた状態で保持体21を移送経路22に沿って移送させる装置である。つまり、対象物Tは保持装置20の有する保持体21に保持された状態で移送経路22に沿って直線移動する。 As shown by the dashed line in FIG. 1, the holding device 20 is configured to move linearly along a predetermined transfer path 22 in the processing chamber 14 while holding the object T. More specifically, the holding device 20 is a device that transfers the holder 21 shown in FIG. 2 along the transfer path 22 while holding the object T. In other words, the object T moves linearly along the transfer path 22 while being held by the holder 21 of the holding device 20.
第一のイオンビーム照射装置10Aは、対象物Tが移送経路22に沿って直線移動する間にイオンビームIBを横切るように構成されている。つまり、対象物TがイオンビームIBを横切ることによって、対象物Tにイオンビーム照射処理が施される。なお、第一のイオンビーム照射装置10Aは、対象物Tを移送経路22に沿って一又は複数回往復移動させ、対象物TがイオンビームIBを複数回横切るように構成されるものであってもよい。 The first ion beam irradiation device 10A is configured so that the target object T crosses the ion beam IB while moving linearly along the transfer path 22. In other words, the target object T is subjected to an ion beam irradiation process as the target object T crosses the ion beam IB. Note that the first ion beam irradiation device 10A may be configured to move the target object T back and forth along the transfer path 22 once or multiple times, so that the target object T crosses the ion beam IB multiple times.
第一のイオンビーム照射装置10Aは、保持装置20を二つ備えることにより、移送経路22を二つ有する。二つの移送経路22のうち、第一保持装置20aに対応する移送経路22を第一移送経路22a、第一保持装置20aに対応する移送経路22を第二移送経路22bと称するものとする。第一保持装置20aは、第一対象物T1を図1に示す第一始点Paと第一終点Qaとの間を往復移動させる。また、第二保持装置20bは、第二対象物T2を図1に示す第二始点Pbと第二終点Qbとの間を往復移動させる。 The first ion beam irradiation device 10A has two holding devices 20 and thus has two transfer paths 22. Of the two transfer paths 22, the transfer path 22 corresponding to the first holding device 20a is referred to as the first transfer path 22a, and the transfer path 22 corresponding to the first holding device 20a is referred to as the second transfer path 22b. The first holding device 20a moves the first object T1 back and forth between a first start point Pa and a first end point Qa shown in FIG. 1. The second holding device 20b moves the second object T2 back and forth between a second start point Pb and a second end point Qb shown in FIG. 1.
図2に示すように、保持装置20は、載置された対象物Tを保持する櫛状の保持体21を備えており、保持体21は所定の回転軸Aまわりに回転動作し得る構成とされている。図3に示すように、処理室14内に搬入された対象物Tは、寝かせされた状態の保持体21に載置され、不図示のクランプによって保持体21に保持される。その後、保持体21が起き上がるように回転軸Aまわりに回転動作する。この回転動作によって対象物Tが起き上がり、図3に破線で示すように対象物Tが加熱装置30と対向した状態となる。すると、加熱装置30が作動して対象物Tを所定時間加熱し、その直後に保持体21が移送経路22に沿って移動し始める。保持体21が移送経路22に沿って移動するのに伴い、対象物Tが第一始点Paから第一終点Qa、または第二始点Pbから第二終点Qbに移動し、この間に対象物TがイオンビームIBを横切り、対象物TにイオンビームIBが照射される。 As shown in FIG. 2, the holding device 20 has a comb-shaped holding body 21 that holds the placed object T, and the holding body 21 is configured to be able to rotate around a predetermined rotation axis A. As shown in FIG. 3, the object T brought into the processing chamber 14 is placed on the holding body 21 in a lying state and is held by the holding body 21 by a clamp (not shown). The holding body 21 then rotates around the rotation axis A so as to rise up. This rotation causes the object T to rise up, and the object T faces the heating device 30, as shown by the dashed line in FIG. 3. The heating device 30 then operates to heat the object T for a predetermined period of time, and immediately thereafter the holding body 21 begins to move along the transport path 22. As the holder 21 moves along the transfer path 22, the target object T moves from the first starting point Pa to the first ending point Qa, or from the second starting point Pb to the second ending point Qb, during which the target object T crosses the ion beam IB and is irradiated with the ion beam IB.
処理室14内で対象物Tに対するイオンビーム照射処理が施された後、保持体21が再び回転軸Aまわりに回転動作することで対象物Tは再び寝かされた状態となり、不図示の搬送ロボットにより搬送経路L1に沿って外部に搬出される。 After the ion beam irradiation process is performed on the target object T in the processing chamber 14, the holder 21 rotates again around the rotation axis A, so that the target object T is laid down again, and is transported to the outside along the transport path L1 by a transport robot (not shown).
より詳細には、処理室14内に搬入され、第一保持装置20aに保持された第一対象物T1は、第一始点Paにおいて第一加熱装置30aと対向しており、第一始点Paにおいて第一加熱装置30aに加熱される。第一加熱装置30aによって加熱された第一対象物T1は第一保持装置20aにより、第一始点Paから第一終点Qaに搬送され、この間に第一対象物T1にイオンビームIBが照射される。その後、第一対象物T1は再び第一始点Paに戻った後、処理室14から搬出される。同様に、処理室14内に搬入され、第二保持装置20bに保持された第二対象物T2は、第二始点Pbにおいて第二加熱装置30bと対向しており、第二始点Pbにおいて第二加熱装置30bに加熱される。第二加熱装置30bによって加熱された第二対象物T2は第二保持装置20bにより、第二始点Pbから第二終点Qbに搬送され、この間に第二対象物T2にイオンビームIBが照射される。その後、第二対象物T2は再び第二始点Pbに戻った後、処理室14から搬出される。 More specifically, the first object T1, which is carried into the processing chamber 14 and held by the first holding device 20a, faces the first heating device 30a at the first starting point Pa, and is heated by the first heating device 30a at the first starting point Pa. The first object T1 heated by the first heating device 30a is transported by the first holding device 20a from the first starting point Pa to the first end point Qa, during which the first object T1 is irradiated with the ion beam IB. After that, the first object T1 returns to the first starting point Pa again, and is then carried out of the processing chamber 14. Similarly, the second object T2, which is carried into the processing chamber 14 and held by the second holding device 20b, faces the second heating device 30b at the second starting point Pb, and is heated by the second heating device 30b at the second starting point Pb. The second object T2 heated by the second heating device 30b is transported by the second holding device 20b from the second starting point Pb to the second end point Qb, during which the second object T2 is irradiated with the ion beam IB. After that, the second object T2 returns to the second starting point Pb again, and is then transported out of the processing chamber 14.
第一のイオンビーム照射装置10Aにおいては、加熱装置30が対象物Tを加熱した直後にイオンビームIBが照射するように構成されているが、室温または所定の温度から昇温された状態の対象物TにイオンビームIBを照射し得るものであればよい。例えば、第一のイオンビーム照射装置10Aは、加熱装置30が搬送室15またはロードロック室16に配置されていてもよい。また、第一のイオンビーム照射装置10Aは、搬送室15またはロードロック室16等に配置された加熱装置30とは異なる装置によって、予備的に対象物Tを加熱する構成を備えていてもよい。 In the first ion beam irradiation device 10A, the ion beam IB is irradiated immediately after the heating device 30 heats the target T, but it is sufficient that the ion beam IB can be irradiated to the target T that is at room temperature or in a state where the temperature is raised from a predetermined temperature. For example, the first ion beam irradiation device 10A may have the heating device 30 disposed in the transfer chamber 15 or the load lock chamber 16. The first ion beam irradiation device 10A may also have a configuration for preliminarily heating the target T by a device other than the heating device 30 disposed in the transfer chamber 15 or the load lock chamber 16, etc.
本実施形態の加熱装置30は、対象物TにイオンビームIBが照射されるより前に対象物Tを加熱するものであり、加熱装置30は赤外線を放出するハロゲンランプにより構成されるランプヒータである。より詳細には、図2に示すように、加熱装置30は、複数のランプ31が所定の位置に配置された複数のランプユニット32と、各ランプユニット32を制御する制御部33を備えている。本実施形態においては、各ランプユニット32には、縦方向に3個、横方向に4個、合計12個のランプ31が配置されている。また、本実施形態における加熱装置30は、このランプユニット32が、ランプユニット32の筐体の長手方向を水平方向に向けた状態で、縦方向に2個、横方向に2個並べられた構成である。 The heating device 30 of this embodiment heats the object T before the object T is irradiated with the ion beam IB, and is a lamp heater composed of a halogen lamp that emits infrared rays. More specifically, as shown in FIG. 2, the heating device 30 includes a plurality of lamp units 32 in which a plurality of lamps 31 are arranged at predetermined positions, and a control unit 33 that controls each lamp unit 32. In this embodiment, each lamp unit 32 has a total of 12 lamps 31 arranged, three in the vertical direction and four in the horizontal direction. In addition, the heating device 30 of this embodiment has a configuration in which two lamp units 32 are arranged vertically and two in the horizontal direction, with the longitudinal direction of the housing of the lamp unit 32 facing horizontally.
制御部33は、各ランプユニット32を制御するものであるが、ランプ31のオン・オフを制御するだけでなく、ランプ31の出力を変化させるものであってもよい。また、制御部33は、対象物Tの表面温度を測定した測定結果等によってランプユニット32を制御するものであってもよい。 The control unit 33 controls each lamp unit 32, and may not only control the on/off of the lamps 31 but also change the output of the lamps 31. The control unit 33 may also control the lamp units 32 based on the results of measurements of the surface temperature of the object T, etc.
ランプユニット32を使用する数または配置は、対象物Tの大きさによって変更すればよい。図4は、加熱装置30の変形例を示しており、この変形例においては、加熱装置30は、ランプユニット32が筐体の長手方向を鉛直方向に向けた状態で、縦方向に2個、横方向に4個並べられた構成とされている。このように、ランプユニット32の配置または個数を変更することで、対象物Tの大きさに応じた加熱装置30を容易に製作することができる。 The number or arrangement of the lamp units 32 used may be changed depending on the size of the object T. FIG. 4 shows a modified version of the heating device 30, in which the heating device 30 is configured with two lamp units 32 arranged vertically and four lamp units 32 arranged horizontally, with the longitudinal direction of the housing oriented vertically. In this way, by changing the arrangement or number of the lamp units 32, a heating device 30 can be easily manufactured according to the size of the object T.
加熱装置30は本実施形態に示す形態に限定されるものではない。第一のイオンビーム照射装置10Aは、加熱装置30が対象物Tを加熱しながら、酸化物半導体膜102の内部に少なくとも一部のイオンが到達し得るようイオンビームIBを対象物TにイオンビームIBを照射するものであってもよい。つまり、第一のイオンビーム照射装置10Aは、加熱装置30により室温または所定の温度から昇温された状態の酸化物半導体膜102にイオンビームを照射し得るものであればよい。例えば、保持装置20に対象物Tを加熱する機能を備えるようにして加熱装置30を構成してもよい。 The heating device 30 is not limited to the form shown in this embodiment. The first ion beam irradiation device 10A may irradiate the ion beam IB to the object T so that at least some of the ions can reach the inside of the oxide semiconductor film 102 while the heating device 30 heats the object T. In other words, the first ion beam irradiation device 10A may be capable of irradiating the ion beam to the oxide semiconductor film 102 in a state in which the temperature is raised from room temperature or a predetermined temperature by the heating device 30. For example, the heating device 30 may be configured so that the holding device 20 has a function of heating the object T.
次に、第一実施形態の第一のイオンビーム照射装置10Aを使用したイオンビーム照射方法について説明する。
本実施形態におけるイオンビーム照射方法は、図6に示す対象物Tの酸化物半導体膜102にイオンビームIBに含まれる少なくとも一部のイオンを到達させるようにイオンビームIBを照射するものである。発明者らは、加熱された酸化物半導体膜102にイオンビームIBを照射することにより、酸化物半導体膜102の抵抗値が低減されることを発見した。シート抵抗が低減する理由は明確に解明されたわけではないが、発明者らは以下の(a)~(c)のうちのいずれかひとつ、または複数の要因によるものと考えている。
(a)酸化物半導体膜が昇温された状態でイオンビームが照射されることで、酸化物半導体膜中の金属元素同士が結合することによりキャリアが生成される。あるいは、イオンビームが照射されることによって切断された酸化物半導体膜中の金属元素同士の結合が昇温によって結合し直すことで、キャリア散乱の増加(キャリア減少、秩序性低下)が抑制された。
(b)昇温された酸化物半導体膜にイオンビームが照射されることで、酸化物半導体膜中分子の秩序性が向上し、キャリア移動度が増大する。あるいは、酸化物半導体膜にイオンビームが照射されることで酸化物半導体膜中分子の秩序性低下が抑制され。キャリア移動度の低下が抑制される。
(c)酸化物半導体膜の昇温によって、イオンビーム照射によって酸化物半導体膜の金属元素と酸素の結合が切断されることが抑制され、キャリア散乱の増大が抑制され、キャリア移動度の低下が抑制された。
Next, an ion beam irradiation method using the first ion beam irradiation apparatus 10A of the first embodiment will be described.
The ion beam irradiation method in this embodiment irradiates the oxide semiconductor film 102 of the target T shown in Fig. 6 with the ion beam IB so that at least some of the ions contained in the ion beam IB reach the oxide semiconductor film 102. The inventors have discovered that the resistance value of the oxide semiconductor film 102 is reduced by irradiating the heated oxide semiconductor film 102 with the ion beam IB. Although the reason why the sheet resistance is reduced has not been clearly elucidated, the inventors believe that it is due to one or more of the following factors (a) to (c).
(a) When an oxide semiconductor film is irradiated with an ion beam while the temperature is elevated, metal elements in the oxide semiconductor film are bonded to each other, thereby generating carriers. Alternatively, bonds between metal elements in the oxide semiconductor film that have been cut by ion beam irradiation are rebonded by temperature elevation, thereby suppressing an increase in carrier scattering (a decrease in carriers and a decrease in orderliness).
(b) Irradiating the heated oxide semiconductor film with an ion beam improves the order of molecules in the oxide semiconductor film, thereby increasing carrier mobility. Alternatively, irradiating the oxide semiconductor film with an ion beam suppresses a decrease in the order of molecules in the oxide semiconductor film, thereby suppressing a decrease in carrier mobility.
(c) By increasing the temperature of the oxide semiconductor film, the breaking of bonds between metal elements and oxygen in the oxide semiconductor film due to ion beam irradiation was suppressed, an increase in carrier scattering was suppressed, and a decrease in carrier mobility was suppressed.
発明者らは、対象物Tの表面に同一条件で形成されたIGZO膜にH+、He+、B+、C+、N+、O+、F+、Ne+、PHx+、Ar+の各種正イオンについて、室温で各イオン種をイオン注入する処理(以下、室温注入)、室温注入した後に対象物Tを300℃に加熱するアニールを行う処理(以下、室温注入後300℃加熱)、対象物Tを300℃に加熱した状態で各イオン種をイオン注入する処理(以下、300℃高温注入)を行い、各処理後のIGZO膜のシート抵抗を測定した。また、比較のため、室温でのIGZO膜のシート抵抗値、および、300℃のアニール処理を行った後のIGZO膜のシート抵抗値を測定した。図9は、その結果を示すグラフである。 The inventors performed a process of ion implantation of each ion species at room temperature (hereinafter, room temperature implantation) for various positive ions of H + , He + , B + , C + , N + , O + , F + , Ne + , PHx + , and Ar + into an IGZO film formed on the surface of the object T under the same conditions, a process of annealing the object T to 300 ° C after the room temperature implantation (hereinafter, room temperature implantation followed by heating at 300 ° C), and a process of ion implantation of each ion species in a state where the object T is heated to 300 ° C (hereinafter, 300 ° C high temperature implantation), and measured the sheet resistance of the IGZO film after each process. In addition, for comparison, the sheet resistance value of the IGZO film at room temperature and the sheet resistance value of the IGZO film after the annealing process at 300 ° C were measured. FIG. 9 is a graph showing the results.
この測定に使用した対象物Tは、いずれもガラス基板上に厚さ50nmで形成されたIGZO膜が形成されたものであり、各処理ではいずれも当該IGZO膜に1×1015ions/cm2の同一条件で各種イオンを注入した。 The objects T used in the measurements were all glass substrates each having an IGZO film formed thereon to a thickness of 50 nm, and in each treatment, various ions were implanted into the IGZO film under the same conditions of 1×10 15 ions/cm 2 .
図9に示されるように、測定を行ったいずれのイオン種においても、室温注入、および室温注入後300℃加熱処理を行った場合と比較し、300℃高温注入を行うことによってシート抵抗値が低下することが確認された。特に、ホウ素イオン(B+)、ネオンイオン、アルゴンイオン(Ar+)を注入した場合には、300℃高温注入を行った後の抵抗値が1×104Ω/sq. 以下であるとともに、室温注入後300℃加熱処理を行った場合と比較してシート抵抗値が著しく低下した。 9, it was confirmed that for all ion species measured, the sheet resistance value was reduced by high-temperature implantation at 300° C. compared with room-temperature implantation and room-temperature implantation followed by heat treatment at 300° C. In particular, when boron ions (B + ), neon ions, and argon ions (Ar + ) were implanted, the resistance value after high-temperature implantation at 300° C. was 1×10 4 Ω/sq. or less, and the sheet resistance value was significantly reduced compared with room-temperature implantation followed by heat treatment at 300° C.
すなわち、ホウ素イオン(B+)、ネオンイオン、アルゴンイオン(Ar+)のいずれかを含むイオンビームIBを用いることによって、対象物Tを300℃の比較的低温に加熱する場合であっても、IGZO膜の抵抗値を実用に十分に低下させることができることが確認された。 In other words, it was confirmed that by using an ion beam IB containing either boron ions (B + ), neon ions, or argon ions (Ar + ), the resistance value of the IGZO film can be reduced sufficiently for practical use, even when the target object T is heated to a relatively low temperature of 300°C.
また、発明者らは、ホウ素イオン(B+)を使用し、厚さ50nmのIGZO膜に、イオンエネルギーを変化させて、室温注入、室温注入後300℃加熱処理、および300℃高温注入のそれぞれを行った後、各IGZO膜のシート抵抗値を測定した。図10は、その結果を示すグラフである The inventors also used boron ions (B + ) to implant an IGZO film having a thickness of 50 nm at room temperature, heat treatment at 300° C. after implantation at room temperature, and high-temperature implantation at 300° C. while changing the ion energy, and then measured the sheet resistance of each IGZO film. FIG. 10 is a graph showing the results.
図10において、室温注入後300℃加熱処理の場合では、イオンエネルギーが10~20keVの領域では室温注入と比較してシート抵抗値が減少しているが、30~80keVの領域では室温注入と比較してシート抵抗値が増加している。これは、10~20keVの領域では、まず室温注入によってIGZO膜中に酸素欠損が生じることで電子が生成され、その後の熱処理中に酸素欠損が修復されると同時に、IGZO膜中ホウ素と酸素が結合し、新たな酸素欠損が追加で生成されることによるものと考えられる。 In Figure 10, in the case of room temperature implantation followed by 300°C heat treatment, the sheet resistance value is reduced in the 10-20 keV ion energy region compared to room temperature implantation, but is increased in the 30-80 keV region compared to room temperature implantation. This is thought to be because in the 10-20 keV region, room temperature implantation first creates oxygen vacancies in the IGZO film, generating electrons, and then during the subsequent heat treatment, the oxygen vacancies are repaired and at the same time, boron and oxygen in the IGZO film combine to generate additional new oxygen vacancies.
これに対し、30~80keVの領域では、ホウ素イオンのイオン注入時に多くのホウ素イオンがIGZO膜を貫通してしまい、その後の熱処理においては、新たな酸素欠損が追加で生成されることなく、酸素欠損が修復されることによるものと考えられる。 In contrast, in the 30-80 keV region, many boron ions penetrate the IGZO film during boron ion implantation, and it is believed that this is because the oxygen vacancies are repaired without creating any additional oxygen vacancies during the subsequent heat treatment.
一方、300℃高温注入を行った場合には、20~80keVのすべての領域において、室温注入および室温注入後300℃加熱処理と比較して、シート抵抗値が低減されている。これは、予め300℃に加熱された対象物Tにホウ素イオンが注入されることにより、酸素欠損が生成され、キャリアが生成される。同時にホウ素イオンの注入によって切断されたIGZO膜中の未結合手がすぐに結合手へと回復することで、室温注入の場合と比較してシート抵抗値が下がったものと推察される。 On the other hand, when high-temperature implantation at 300°C is performed, the sheet resistance is reduced in all regions from 20 to 80 keV compared to room temperature implantation and room temperature implantation followed by heating at 300°C. This is because oxygen vacancies are generated and carriers are generated by implanting boron ions into the object T, which has been heated to 300°C in advance. At the same time, the dangling bonds in the IGZO film that were cut by the implantation of boron ions are immediately restored to bonds, which is presumably why the sheet resistance is lower than in the case of room temperature implantation.
このように、注入されるホウ素イオンのエネルギーに依らず、300℃高温注入を行うことによって、室温注入および室温注入後300℃加熱処理を行う場合よりもさらにIGZO膜のシート抵抗値を低下させることができることが確認された。 In this way, it was confirmed that regardless of the energy of the boron ions implanted, by performing high-temperature implantation at 300°C, the sheet resistance of the IGZO film can be further reduced compared to room temperature implantation and room temperature implantation followed by heat treatment at 300°C.
発明者らはさらに、IGZO膜の厚さを変えて同様の測定を行った。詳細には、ホウ素イオン(B+)を使用し、厚さ25nmのIGZO膜に、イオンエネルギーを変化させて、室温注入および300℃高温注入のそれぞれを行った後、各IGZO膜のシート抵抗値を測定した。図11は、その結果を示すグラフである The inventors further performed similar measurements by changing the thickness of the IGZO film. In detail, using boron ions (B + ), the ion energy was changed and room temperature implantation and high temperature implantation at 300° C. were performed on an IGZO film having a thickness of 25 nm, and the sheet resistance value of each IGZO film was measured after performing each of these implantations. FIG. 11 is a graph showing the results.
図11から理解されるように、厚さ25nmのIGZO膜を使用する場合であっても、注入されるイオンのエネルギーに依らず、300℃高温注入を行うことによって、室温注入と比較して、IGZO膜のシート抵抗値を低減させることができることが確認された。つまり、IGZO膜を薄くする場合であっても、300℃高温注入を行うことによってIGZO膜のシート抵抗値を低下させることができる。 As can be seen from FIG. 11, it was confirmed that even when a 25 nm thick IGZO film is used, the sheet resistance of the IGZO film can be reduced by performing high-temperature implantation at 300° C., regardless of the energy of the implanted ions, compared to room temperature implantation. In other words, even when the IGZO film is thin, the sheet resistance of the IGZO film can be reduced by performing high-temperature implantation at 300° C.
さらに、IGZO膜の厚さが50nmと25nmのいずれの場合であっても、イオンエネルギーによらず、IGZO膜のシート抵抗値を1×104Ω/sq. 未満に低下させられることが確認された。 Furthermore, it was confirmed that the sheet resistance value of the IGZO film could be reduced to less than 1×10 4 Ω/sq. regardless of whether the IGZO film had a thickness of 50 nm or 25 nm, regardless of the ion energy.
図9~図11から理解されるように、IGZO膜が形成された対象物Tを300℃以下で処理したい場合、対象物Tに室温注入を行った後に300℃でのアニール処理を行う場合よりも、対象物Tを300℃に加熱した状態でイオン注入する場合のほうが、IGZO膜の抵抗値をより低減できる。 As can be seen from Figures 9 to 11, when it is desired to process an object T on which an IGZO film is formed at 300°C or less, the resistance value of the IGZO film can be reduced more by ion implantation in a state where the object T is heated to 300°C than by performing room temperature implantation on the object T and then annealing at 300°C.
さらに、300℃に加熱した対象物Tに、ホウ素イオン(B+)、ネオンイオン、アルゴンイオン(Ar+)をイオン注入することによって、IGZO膜のシート抵抗値を1×104Ω/sq. 未満に低減することができる。特に、厚さ25nmのIGZO膜においてもシート抵抗値をIGZO膜のシート抵抗値を1×104 Ω/sq.未満に低減することができることから、半導体膜をより薄くすることが求められるデバイスへの適用も可能となる。 Furthermore, by implanting boron ions (B + ), neon ions, and argon ions (Ar + ) into the target T heated to 300° C., the sheet resistance of the IGZO film can be reduced to less than 1×10 4 Ω/sq. In particular, since the sheet resistance of an IGZO film having a thickness of 25 nm can be reduced to less than 1×10 4 Ω/sq., the IGZO film can also be applied to devices requiring thinner semiconductor films.
発明者らはさらに、XRR(X-Ray Reflectivity)分析によって、イオン注入されない未注入のアモルファスIGZO(a―IGZO)膜、熱処理したa―IGZO膜、室温でホウ素イオン(B+)注入したa―IGZO膜、ホウ素イオン(B+)注入した後に熱処理したa―IGZO膜、および、高温注入したa―IGZO膜のそれぞれの膜密度を測定した。図12はその結果を示す表である。 The inventors further measured the film density of an amorphous IGZO (a-IGZO) film that was not implanted with ions, a heat-treated a-IGZO film, an a-IGZO film implanted with boron ions (B + ) at room temperature, an a-IGZO film implanted with boron ions (B + ) and then heat-treated, and an a-IGZO film implanted at high temperature, by XRR (X-ray reflectivity) analysis. Figure 12 is a table showing the results.
図12から、ホウ素イオン(B+)注入した後に熱処理したa―IGZO膜では、室温でホウ素イオン(B+)注入とa―IGZO膜と膜密度がほぼ変わらない。これに対し、高温注入したa―IGZO膜では、ホウ素イオン(B+)注入した後に熱処理したa―IGZO膜と比較して、膜密度が0.08g/cm3増加している。 12, the film density of the a-IGZO film heat-treated after implanting boron ions (B + ) is almost the same as that of the a-IGZO film implanted with boron ions (B + ) at room temperature. In contrast, the film density of the a-IGZO film implanted at high temperature is increased by 0.08 g/cm 3 compared to the a-IGZO film heat-treated after implanting boron ions (B + ).
ホウ素イオン(B+)注入した後に熱処理したa―IGZO膜において、未注入の場合と比較して膜密度が小さくなっているのは、イオン注入によってIGZO膜の結晶から酸素が欠損して金属原子の未結合手が増大することに起因する。この場合、結晶中の自由電子の電子移動度が低下することなる。 The film density of the a-IGZO film that was heat-treated after implanting boron ions (B + ) is smaller than that of the unimplanted film. This is because the ion implantation causes oxygen loss in the crystals of the IGZO film, increasing the number of dangling bonds of metal atoms. In this case, the mobility of free electrons in the crystals decreases.
これに対し、高温注入したa―IGZO膜では、室温注入の場合と比較しても膜密度はほぼ変化していない。高温注入する場合、イオン注入した後に熱処理する場合と比較して、結合手および膜密度が増大し、電子移動度が増大する。したがって、IGZO膜への高温注入は高い応答性が求められるデバイスにも適用可能となる。 In contrast, in a-IGZO films implanted at high temperature, the film density remains almost unchanged compared to room temperature implantation. When implanted at high temperature, the bonds and film density increase, and the electron mobility increases, compared to when heat treatment is performed after ion implantation. Therefore, high temperature injection into IGZO films can be applied to devices that require high responsiveness.
本実施形態にかかるイオンビーム照射方法においては、酸化物半導体膜102にイオンビームIBが照射されることで、酸化物半導体膜102内部に酸素または金属の欠損が生じることが酸化物半導体膜102の抵抗値を低減させる要因の一つと考えられる。つまり、本実施形態のイオンビーム照射方法においては、イオンビームIBに含まれるイオンを酸化物半導体膜102内に留めるようにイオンビームIBを照射する必要はない。イオンビームIBに含まれる少なくとも一部のイオンが酸化物半導体膜102を貫通し得るようにビームエネルギーを設定して照射し、これにより酸化物半導体膜102内により多くの欠損を生じさせるようにしてもよい。 In the ion beam irradiation method according to the present embodiment, it is considered that one of the factors that reduces the resistance value of the oxide semiconductor film 102 is that oxygen or metal defects occur inside the oxide semiconductor film 102 due to irradiation of the oxide semiconductor film 102 with the ion beam IB. In other words, in the ion beam irradiation method according to the present embodiment, it is not necessary to irradiate the ion beam IB so that the ions contained in the ion beam IB remain within the oxide semiconductor film 102. The beam energy may be set so that at least some of the ions contained in the ion beam IB can penetrate the oxide semiconductor film 102, thereby causing more defects in the oxide semiconductor film 102.
まず、プラズマ生成室11a内で例えば、アルゴンイオンを含むプラズマを生成する。その後、プラズマ生成室11aで生成したプラズマに含まれるイオンをイオンビームとして引き出し、イオンビームIBを、イオンビーム輸送ユニット12を通過させることで質量分離し、アルゴンイオンから成るイオンビームIBを処理室14内に導く。 First, plasma containing, for example, argon ions is generated in the plasma generation chamber 11a. Then, the ions contained in the plasma generated in the plasma generation chamber 11a are extracted as an ion beam, and the ion beam IB is mass-separated by passing it through the ion beam transport unit 12, and the ion beam IB consisting of argon ions is guided into the processing chamber 14.
一方、図8に示すように、照射対象物である対象物Tを加熱する第一の工程S1を行う。より具体的には、第一の工程S1では、搬送経路L1に沿って処理室14内に搬送された対象物Tを、保持装置20に保持させた状態で加熱装置30により加熱する。対象物Tが加熱されることにより、酸化物半導体膜102が昇温する。その後、対象物Tを移送経路22に沿って移送させ、対象物TにイオンビームIBを対象物Tに照射する第二の工程S2を行う。 On the other hand, as shown in FIG. 8, a first step S1 is performed in which the object T, which is the object to be irradiated, is heated. More specifically, in the first step S1, the object T transported into the processing chamber 14 along the transport path L1 is heated by the heating device 30 while being held by the holding device 20. The temperature of the oxide semiconductor film 102 increases as the object T is heated. After that, the object T is transported along the transfer path 22, and a second step S2 is performed in which the object T is irradiated with the ion beam IB.
第一のイオンビーム照射装置10Aは、第一対象物T1にイオンビームIBが照射される間に、第二対象物T2を第二保持装置20bに保持させて待機させるように構成されている。これにより、第一対象物T1にイオンビーム照射処理が施された後、すぐに第二対象物T2を加熱し第二対象物T2にイオンビーム照射処理を施すことができる。また、第一のイオンビーム照射装置10Aは、第二対象物T2にイオンビームIBが照射される間に、第一対象物T1を第一保持装置20aに保持させて待機させるように構成されている。これにより、第二対象物T2にイオンビーム照射処理が施された後、すぐに第一対象物T1を加熱し第一対象物T1にイオンビーム照射処理を施すことができる。つまり、第一のイオンビーム照射装置10Aは、搬送経路L1を複数備えることによって、対象物Tにイオンビーム照射処理を施す工程のスループットを向上させることができる。 The first ion beam irradiation device 10A is configured to hold the second object T2 in the second holding device 20b and wait while the first object T1 is irradiated with the ion beam IB. This allows the second object T2 to be heated and the second object T2 to be irradiated with the ion beam immediately after the first object T1 is irradiated with the ion beam. The first ion beam irradiation device 10A is also configured to hold the first object T1 in the first holding device 20a and wait while the second object T2 is irradiated with the ion beam IB. This allows the first object T1 to be heated and the first object T1 to be irradiated with the ion beam immediately after the second object T2 is irradiated with the ion beam. In other words, the first ion beam irradiation device 10A is provided with a plurality of transport paths L1, thereby improving the throughput of the process of ion beam irradiation of the object T.
第二の工程S2においては、イオンビームIBに含まれるアルゴンイオンを酸化物半導体膜102の内部に到達させる必要がある。したがって、イオンビームIBのビームエネルギーを適切に設定する必要があるが、このイオンビームIBの最適なビームエネルギーは、酸化物半導体膜102を構成する酸化物半導体の材料や膜厚、または、酸化物半導体膜102を覆う絶縁膜103の有無または当該絶縁膜103の厚さ寸法等によって変化する。 In the second step S2, it is necessary to make the argon ions contained in the ion beam IB reach the inside of the oxide semiconductor film 102. Therefore, it is necessary to appropriately set the beam energy of the ion beam IB, but the optimal beam energy of this ion beam IB varies depending on the material and film thickness of the oxide semiconductor that constitutes the oxide semiconductor film 102, the presence or absence of an insulating film 103 that covers the oxide semiconductor film 102, the thickness dimension of the insulating film 103, etc.
また、図7に示すように、対象物Tは、基板101と酸化物半導体膜102の間に剥離層105および基材層106を有する構成であってもよい。この変形例では、基材層106は、例えばポリイミドを基材としており、基材層106は、対象物Tから形成されるディスプレイパネルに柔軟性を与えるものであり。 Also, as shown in FIG. 7, the object T may have a structure in which a release layer 105 and a base material layer 106 are disposed between the substrate 101 and the oxide semiconductor film 102. In this modification, the base material layer 106 is made of, for example, polyimide, and the base material layer 106 provides flexibility to the display panel formed from the object T.
基材層106は、剥離層105を介してガラス基板である基板101から剥離された場合に、ディスプレイに柔軟性を与えるフレキシブル基板層として機能する。つまり、対象物Tからフレキシブルディスプレイが作成される場合には、当該フレキシブルディスプレイが基材層106を有することにより、折り曲げることや屈曲させることができるようになる。 When the base layer 106 is peeled off from the glass substrate 101 via the peeling layer 105, it functions as a flexible substrate layer that gives flexibility to the display. In other words, when a flexible display is created from the object T, the flexible display can be folded or bent by having the base layer 106.
この場合、第一のイオンビーム照射装置10Aの加熱装置30の有する制御部33は、対象物Tを加熱する温度が、基材層106を形成するポリイミド等の基材の耐熱温度を越えることがないよう加熱装置30を制御する。 In this case, the control unit 33 of the heating device 30 of the first ion beam irradiation device 10A controls the heating device 30 so that the temperature to which the target object T is heated does not exceed the heat resistance temperature of the base material, such as polyimide, that forms the base material layer 106.
本実施形態のイオンビーム照射方法によれば、酸化物半導体膜102の抵抗値を低下させることができる。したがって、対象物Tから形成されるディスプレイパネルの厚さ寸法を低減させることができ、ディスプレイパネルの薄型化に寄与する。また、いわゆるフォルダブルディスプレイやローラブルディスプレイと称される、折り曲げや折り畳み、巻き取り式の収容方法が採用されるディスプレイ装置において本発明のイオンビーム照射装置およびイオンビーム照射方法は特に有用である。 The ion beam irradiation method of this embodiment can reduce the resistance value of the oxide semiconductor film 102. Therefore, the thickness dimension of the display panel formed from the object T can be reduced, which contributes to making the display panel thinner. In addition, the ion beam irradiation device and ion beam irradiation method of the present invention are particularly useful in display devices that employ a folding, folding, or rolling-up storage method, such as so-called foldable displays or rollable displays.
次に、本発明の第二実施形態における、第二のイオンビーム照射装置10Bについて説明する。ただし、第一実施形態の第一のイオンビーム照射装置10Aと同一の機能を有する構成は第一実施形態と同一の符号を付与し、その説明を省略する。また、第二のイオンビーム照射装置10Bは、第一のイオンビーム照射装置10Aと同一のイオン源ユニット11およびイオンビーム輸送ユニット12が使用されており、図5においてはこれらの構成が省略されて示されている。 Next, a second ion beam irradiation device 10B in a second embodiment of the present invention will be described. However, components having the same functions as the first ion beam irradiation device 10A in the first embodiment are given the same reference numerals as in the first embodiment, and their description will be omitted. In addition, the second ion beam irradiation device 10B uses the same ion source unit 11 and ion beam transport unit 12 as the first ion beam irradiation device 10A, and these components are omitted in FIG. 5.
第二のイオンビーム照射装置10Bは、加熱室40および加熱室40内に配置された抵抗加熱装置41を備える。抵抗加熱装置41は、抵抗加熱により対象物Tを加熱するものである。抵抗加熱装置41は、通電することにより発熱する不図示の発熱体を内部に有しており、当該発熱体を発熱させることによって抵抗加熱部41aに載置された対象物Tを加熱するものである。つまり、第二のイオンビーム照射装置10Bにおいては、対象物Tは、抵抗加熱によって発熱する抵抗加熱部41aを介して加熱される。第二のイオンビーム照射装置10Bにおいては、抵抗加熱部41aと接触した状態で対象物Tを加熱でき、ランプヒータである加熱装置30と比較して、対象物Tをより均一に加熱することができ、対象物Tの温度の面内均一性を高めることができる。 The second ion beam irradiation device 10B includes a heating chamber 40 and a resistance heating device 41 disposed in the heating chamber 40. The resistance heating device 41 heats the object T by resistance heating. The resistance heating device 41 has an internal heating element (not shown) that generates heat when electricity is applied, and heats the object T placed on the resistance heating unit 41a by generating heat from the heating element. That is, in the second ion beam irradiation device 10B, the object T is heated via the resistance heating unit 41a that generates heat by resistance heating. In the second ion beam irradiation device 10B, the object T can be heated in contact with the resistance heating unit 41a, and compared to the heating device 30, which is a lamp heater, the object T can be heated more uniformly, and the in-plane uniformity of the temperature of the object T can be improved.
図5に示すように、第二のイオンビーム照射装置10Bは、処理室14につながる搬送室15を一つ備えている。また、搬送室15には、二つのロードロック室16、16および加熱室40が接続されている。 As shown in FIG. 5, the second ion beam irradiation device 10B has one transfer chamber 15 connected to the processing chamber 14. In addition, two load lock chambers 16, 16 and a heating chamber 40 are connected to the transfer chamber 15.
第二のイオンビーム照射装置10Bにおいては、対象物Tは、図5に示す第三搬送経路L2aおよび第四搬送経路L2bに沿って搬送される。第三搬送経路L2aおよび第四搬送経路L2bのいずれにおいても、ロードロック室16に搬入された対象物Tは、搬送室15を経由してまず加熱室40に搬入される。加熱室40に搬入された対象物Tは、抵抗加熱部41aに載置されて抵抗加熱装置41によって加熱される。その後、処理室14に搬入されてイオンビームIBが照射される。そして、再び、搬送室15およびロードロック室16を経由して受渡部17に搬出される。 In the second ion beam irradiation device 10B, the object T is transported along the third transport path L2a and the fourth transport path L2b shown in FIG. 5. In both the third transport path L2a and the fourth transport path L2b, the object T transported into the load lock chamber 16 is first transported into the heating chamber 40 via the transport chamber 15. The object T transported into the heating chamber 40 is placed on the resistance heating unit 41a and heated by the resistance heating device 41. The object T is then transported into the processing chamber 14 and irradiated with the ion beam IB. The object T is then transported again to the delivery unit 17 via the transport chamber 15 and the load lock chamber 16.
第二のイオンビーム照射装置10Bにおいては、一つの対象物Tが加熱されている間に、別の対象物Tが加熱室40内で加熱されるよう構成されている。例えば、図5に示すように、第三搬送経路L2aを経由して処理室14に搬入された第三対象物T3にイオンビームIBが照射される間、第四搬送経路L2bを経由して加熱室40に搬入された第四対象物T4が加熱されている。第三対象物T3にイオンビームIBが照射されて処理室14から搬出されると、第四対象物T4が処理室14に搬入され、第四対象物T4にイオンビームIBが照射される。また、この間に、加熱室40には再び第三搬送経路L2aを経由した対象物Tが搬入されて加熱される。 In the second ion beam irradiation device 10B, while one object T is being heated, another object T is being heated in the heating chamber 40. For example, as shown in FIG. 5, while the third object T3, which has been brought into the processing chamber 14 via the third transport path L2a, is being irradiated with the ion beam IB, the fourth object T4, which has been brought into the heating chamber 40 via the fourth transport path L2b, is being heated. When the third object T3 is irradiated with the ion beam IB and taken out of the processing chamber 14, the fourth object T4 is brought into the processing chamber 14, and the fourth object T4 is irradiated with the ion beam IB. During this time, the object T is again brought into the heating chamber 40 via the third transport path L2a and heated.
つまり、第二実施形態の第二のイオンビーム照射装置10Bは、一方の対象物TにイオンビームIBが照射される間に別の対象物Tを加熱することにより、対象物Tに対するイオンビーム照射処理のスループットを向上させることができる。さらに、第二のイオンビーム照射装置10B、および、第二のイオンビーム照射装置10Bを使用したイオンビーム照射方法においては、加熱された対象物TにイオンビームIBが照射されることで、酸化物半導体膜102の抵抗値が低減させる。 In other words, the second ion beam irradiation device 10B of the second embodiment can improve the throughput of the ion beam irradiation process on one object T by heating another object T while irradiating the other object T with the ion beam IB. Furthermore, in the second ion beam irradiation device 10B and the ion beam irradiation method using the second ion beam irradiation device 10B, the resistance value of the oxide semiconductor film 102 is reduced by irradiating the heated object T with the ion beam IB.
本発明は前記実施形態および前記変形例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and modified examples, and it goes without saying that various modifications are possible without departing from the spirit of the invention.
IB イオンビーム
T 対象物
10A、10B イオンビーム照射装置
11 イオン源ユニット
12 イオンビーム輸送ユニット
13 処理ユニット
14 処理室
20 保持装置
30 加熱装置
31 ランプ
32 ランプユニット
40 加熱室
41 抵抗加熱装置
101 基板
102 酸化物半導体膜
106 基材層
IB Ion beam T Target object 10A, 10B Ion beam irradiation device 11 Ion source unit 12 Ion beam transport unit 13 Processing unit 14 Processing chamber 20 Holding device 30 Heating device 31 Lamp 32 Lamp unit 40 Heating chamber 41 Resistance heating device 101 Substrate 102 Oxide semiconductor film 106 Base material layer
Claims (7)
前記照射対象物を加熱する加熱装置を備え、
前記加熱装置が前記照射対象物を加熱した後、少なくとも一部の前記イオンが前記酸化物半導体膜を貫通し得るよう前記イオンビームを照射し、
前記イオンがH + 、He + 、B + 、C + 、N + 、F + 、Ne + 、PHx + 、Ar + のいずれかであるイオンビーム照射装置。 An ion beam irradiation device used in a manufacturing process of a display panel, which irradiates an irradiation target having an oxide semiconductor film with an ion beam containing predetermined ions,
A heating device for heating the irradiation object is provided,
After the heating device heats the irradiation object, the ion beam is irradiated so that at least a part of the ions can penetrate the oxide semiconductor film ;
The ion beam irradiation device, wherein the ions are any one of H + , He + , B + , C + , N + , F + , Ne + , PHx + , and Ar + .
前記加熱装置が、前記基材の耐熱温度以下の温度で前記照射対象物を加熱する請求項1に記載のイオンビーム照射装置。 the irradiation target is formed of a predetermined base material and has a base material layer that imparts flexibility to the display panel;
2. The ion beam irradiation device according to claim 1 , wherein the heating device heats the irradiation object to a temperature equal to or lower than the heat-resistant temperature of the base material.
前記照射対象物を加熱する第一の工程と、
前記第一の工程より後に、前記酸化物半導体膜の内部に少なくとも一部の前記イオンが前記酸化物半導体膜を貫通し得るよう前記イオンビームを照射する第二の工程と、
を含み、
前記イオンがH + 、He + 、B + 、C + 、N + 、F + 、Ne + 、PHx + 、Ar + のいずれかであるイオンビーム照射方法。 An ion beam irradiation method used in a manufacturing process of a display panel, in which an ion beam containing predetermined ions is irradiated onto an irradiation target having an oxide semiconductor film, the method comprising the steps of:
A first step of heating the irradiation object;
a second step of irradiating the oxide semiconductor film with the ion beam so that at least some of the ions penetrate the oxide semiconductor film into the oxide semiconductor film after the first step;
Including,
The ion beam irradiation method, wherein the ions are any one of H + , He + , B + , C + , N + , F + , Ne + , PHx + , and Ar + .
前記第一の工程では、前記基材の耐熱温度以下の温度で前記照射対象物を加熱する請求項6に記載のイオンビーム照射方法。 the irradiation target is formed of a predetermined base material and has a base material layer that imparts flexibility to the display panel;
The ion beam irradiation method according to claim 6 , wherein in the first step, the irradiation object is heated to a temperature equal to or lower than the heat-resistant temperature of the base material.
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|---|---|---|---|---|
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| JPH04299503A (en) * | 1991-03-27 | 1992-10-22 | Ngk Insulators Ltd | Manufacture of voltage dependent nonlinear resistor |
| JPH09139354A (en) * | 1995-11-10 | 1997-05-27 | Sony Corp | Ion shower doping apparatus and thin film semiconductor device manufacturing method |
| JP5110830B2 (en) * | 2006-08-31 | 2012-12-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
| US8196546B1 (en) * | 2010-11-19 | 2012-06-12 | Corning Incorporated | Semiconductor structure made using improved multiple ion implantation process |
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