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JPH0612660B2 - 高電圧イオン打込み装置 - Google Patents

高電圧イオン打込み装置

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Publication number
JPH0612660B2
JPH0612660B2 JP58226860A JP22686083A JPH0612660B2 JP H0612660 B2 JPH0612660 B2 JP H0612660B2 JP 58226860 A JP58226860 A JP 58226860A JP 22686083 A JP22686083 A JP 22686083A JP H0612660 B2 JPH0612660 B2 JP H0612660B2
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JP
Japan
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frequency
ion
voltage
accelerator
quadrupole accelerator
Prior art date
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JP58226860A
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JPS60121655A (ja
Inventor
克己 登木口
訓之 作道
修身 岡田
英巳 小池
徳郎 斉藤
進 小笹
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US06/763,133 priority patent/US4801847A/en
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Priority to DE8484904176T priority patent/DE3477528D1/de
Priority to EP84904176A priority patent/EP0163745B1/en
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H9/00Linear accelerators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002Details
    • H01J37/3007Electron or ion-optical systems
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン打込み装置に係り、特に数100keV〜
数MeVのエネルギーの大電流ビーム打込みに好適な高
電圧イオン打込み装置に関する。
〔発明の背景〕
従来の工業的に使われているイオン打込み装置で高エネ
ルギイオンを得てこれを基板に打込む場合、イオン源か
ら引出したビームを質量分離器により一旦目的としたイ
オン種に選別した後、これを加速電極リング等を並べた
加速管を使い高エネルギにしていた。この場合、高電圧
印加に伴い、加速電極間の放電やいわゆるコロナ放電が
発生し、実用上達成しうるエネルギーは高々、数100
keV程度であった。(例えばSpringer Series in Ele
ctrophsics 10巻,“Ion Implantation Techvique
s”,Springer-Verlog社出版,1982年,351頁参照)
また、数100keVの桁の加速を行うための加速管の
長さは数mにも及び、巨大なイオン打込み装置となって
いた。さらに、従来の加速リングを並べた後段加速管で
は、ビームを中心軸上に集める集束作用がないため、一
般にビームは広がり、ビーム損失や試料基板で小口径ビ
ームが得られなかった。又、質量分離器としては一般に
磁場形質量分離器が使われているが、ビームを中心軸に
集めるには特殊な入出射角度の設定や別の収束レンズ等
を使わなければ、効率より強い収束効果は得られなかっ
た。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、イオン源から引出されたビームをRF
Qなる加速装置を使い、質量分離,加速,収束を同時に
効率良く行い、数100keV〜数MeVのイオンビー
ムを使った高電圧イオン打込み装置を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
本発明は、イオン源と試料基板との間に高周波四重極加
速器を設け、この高周波四重極加速器で質量分離とイオ
ンの加速を同時に行い、以って数100keV〜数Me
Vの高エネルギーイオン打込みを実現させるものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、本発明の打込み装置は、イオン源1、高周
波四重極加速器(RFQ)を内蔵したRFQタンク2、
及び試料基板5を内蔵した打込み室3とからなる。高周
波四重極加速器の構造を第2図に示す。第2図におい
て、RFQタンク2は波うった形状を持つ四つの電極2
a,2b,2c,2dからなり、相対する2ケの電極の
出っぱった部分では、残りの2組の電極がへこむよう周
期的な波うった形状になっている。このRFQタンク2
は1種の空洞共振器を構成しており、これに数10〜数
100MHZの周波数をもつ高周波電圧を印加すると、中
心軌道部分に軸方向の加速電界が生じイオンは効率良く
数MeVまで加速される。第1図において、イオン源か
ら引出されたイオンビームは一般に種々のイオン種を含
むが、RFQタンク2の波うたせた周期、印加高周波電
圧に応じ、RFQタンク2内で加速されるものは一種類
のイオンだけであり、他のイオン種は発散して透過でき
ない。又、RFQは一種の収束レンズを構成しているの
で透過可能なビームは中心軸上に集まる収束作用をうけ
る。即ちRFQタンク2の使用により、質量分離と加
速,収束が同時に可能となる。またイオン源1から出る
ビームは高高数10keVでよいため、イオン源1の直
流高圧電源の負担が軽く済み、また装置も小形化でき
た。第1図の実施例では、イオン種ごとに形状及び高周
波電圧の異なったRFQタンク2をつかい、数MeVの
+,N+,O+,As+,P+,He+等のイオンビームを
パルス状に得ることができた。イオン源には、特公昭57
−4056号公報、同57−11094号公報,同57−11093号公
報、及び同57−41059号公報に記載されたマイクロ波イ
オン源を使用した。ビーム電流としては直流換算で数m
Aの桁のMeVイオンが得られた。
次に第1図では、イオン種及び最終エネルギを変えるた
びにRFQタンク2の構造を変える必要があった。この
ためRFQタンク2として外部共振形RFQを使ったと
ころ、1つのRFQで種々のイオン種を加速し、基板に
イオン打込みできた。
次に別の実施例を第3図により説明する。第1図の打込
み装置では、ビーム最終エネルギーはイオン種とRFQ
の構造により決まる。このため任意のエネルギーを簡単
に得ることは困難である。第3図ではRFQから出たビ
ーム1′を、これも一種の空洞共振器であるシングルギ
ャップ共振器6に入れ、その印加高周波電圧に応じて発
生する減速電界を使い、打込みエネルギーを可変とした
ものである。これにより、同一のRFQタンク2を使
い、一種類のイオン種については、任意のエネルギーで
イオン打込みが可能となった。
なお、減速のため,シングルギャップの代りに、従来か
ら使われている、円筒リング電極や平板リング電極6′
を複数個並べ、RFQ側の初段の電極を接地電位とし、
試料側にいくにつれ正の電圧を電極に印加した減速電極
系でも同様な効果が得られた。この実施例を第4図に示
す。
次に本発明に基づく別の実施例を第5図に示す。一般に
イオン打込みではシリコンウェーハを初めとして各種基
板の全面に所定の量だけ一様にイオン打込みすることが
要求される。第5図では、このため、試料基板5を回転
する円板13表面に多数枚取付け、ビーム1′に対し半
径方向にも円板13自身を機械的に移動させ、基板5へ
の均一打込みを行っている。この場合、RFQを使って
いることに起因する特有な問題がある。即ち、RFQでは
イオン源1から出たビーム1′が直流的であっても、R
FQ2通過に伴い、塊りとなったパルス状のビームとな
り、そのパルス周期はRFQ2に印加する高周波電圧の
周期に同期する。従って、円板13回転周波数1とR
FQ2印加高周波の周波数2の比が有里数であると、
その値に応じて、照射される場所は回転円板13上でと
びとびの場所となる。したがって本発明では、回転周波
1については、とびとびの点群のうち、最近接した
2点間の距離がビーム直径より小さくなるようにし、円
周方向に沿って均一なイオン打込みが行えるようにし
た。第5図の一実施例で、10は無理数の有限個の桁の
数を発生させる数値発生器であり、エンコーダ8からの
出力と共に、差動増幅器9に入力させる。差動増幅器9
は両者の値の差な応じて電気出力を出し、円板回転モー
タ7の回転数を制御し、両者の差がゼロになるように工
夫されている。
本発明に基づく別の実施例を第6図に示す。第6図では
RFQ2と打込み基板5の間にビームをXY方向に走査
させるビーム走査電極系11を設け、基板5での均一打
込みを行った。この場合、第5図で示したようにX,Y
方向の走査周波数はRFQ周波数より小さくした。この
場合、基板5上でとびとびの照射点群の二点間の距離は
X,Y電極電圧及びその周波数に依存する。本実施例で
は、最近接する二点間の照射位置がビーム直径より小さ
くなるようにした。図では電場を使った実施例を示した
が、磁場コイルを使ったXY走査系でも、同様な均一打
込みが実現できた。
次に、本発明に基づく別の実施例を第7図に示す。第7
図ではイオン源1とRFQタンク2の間にビーム収束用
の二段の磁気四重極レンズ12a,12bをとりつけて
いる。一般に大電流イオン源のビーム断面は長方形断面
である。これに対し、RFQのビーム通過部は数mm〜数
cmの半径をもつ円形部分である。従って、イオン源から
引出されたビームをビーム損失なく有効に加速するには
ビーム断面をRFQ入射部に合った形状に変換する必要
がある。本実施例では二段の磁気四重極レンズを使い、
大電流ビームが有効にRFQ2に導入され、打込み電流
も1mA以上に改善された。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明の高電圧イオン打込み装置によれ
ば、イオン源と試料基板との間に高周波四重極加速器を
設け、この高周波四重極加速器で質量分離とイオンの加
速を同時に行うようにしたものであるから、数100K
eV〜数MeV領域の種々の大電流イオンビームを効率
良く打込みすることが可能となり、実用に供し、その効
果は著しく大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の高電圧イオン打込み装置の一実施例を
示す図、第2図は第1図中に用いられたRFQタンクの詳
細を一部破断して示す斜視図、第3図ないし第7図は本
発明の高電圧イオン打込み装置のそれぞれ別の実施例を
示す図である。 1…イオン源、1′…イオンビーム、2…高周波四重極
加速器、3…打込み室、4…電流測定のためのファラデ
ーカップ、5…打込み試料基板、6…シングルギャップ
共振器、7…回転用モータ、8…エンコーダ、9…差動
増幅器、10…数値発生器、11…ビーム走査電極系、
12…磁気四重極レンズ、6″…減速用電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 英巳 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 斉藤 徳郎 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小笹 進 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン源から引出されたイオンをビームを
    質量分離し、目的とするイオン試料基板に所定の量だけ
    混入させるイオン打込み装置において、 前記イオン源と試料基板との間に高周波四重極加速器を
    設け、該高周波四重極加速器で質量分離とイオンの加速
    を同時に行うことを特徴とする高電圧イオン打込み装
    置。
  2. 【請求項2】前記高周波四重極加速器と試料基板との間
    にイオンの減速を行うシングルギャップ形減速器、もし
    くは平板,円筒状の減速用電極系を設け、該シングルギ
    ャップ形減速器、もしくは減速用電極系で打込みイオン
    のエネルギーを可変としたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の高電圧イオン打込み装置。
  3. 【請求項3】前記試料基板を、回転する円板表面に複数
    取付け、かつ、ビームに対し半径方向に円板自身を駆動
    せしめ、試料基板全体に均一にイオン打込みを可能とし
    た打込み室を設け、前記円板の回転周波数を前記高周波
    四重極加速器に印加する高周波電圧の周波数より小さく
    し、かつ、その回転周波数については、回転円周方向に
    沿って規則的に飛び飛びにビーム照射をうける点群のう
    ち、もっとも近接した2点間の距離がビーム直径より小
    さくなるように周波数値を選び、以って基板への均一打
    込みをできるようにしたことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項、又は第2項記載の高電圧イオン打込み装置。
  4. 【請求項4】前記高周波四重極加速器と試料基板との間
    に電場、あるいは磁場、あるいはこれらを組合せたビー
    ム走査手段を設けると共に、ビーム走査周波数を高周波
    四重極加速器に印加する周波数より小さくし、かつ、走
    査電圧、及び周波数については、基板上で規則的に飛び
    飛びにビーム照射をうける点群のうち、X,Y方向のも
    っとも近接した2点間の距離がビーム直径より小さくな
    るように電圧値、及び周波数値を選んだことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項、又は第2項記載の高電圧イオ
    ン打込み装置。
  5. 【請求項5】前記イオン源と高周波四重極加速器との間
    に、該イオン源から出たイオンビームを効率良く高周波
    四重極加速器内に導入せしめる多段の磁気四重極レンズ
    を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項、又は
    第2項記載の高電圧イオン打込み装置。
JP58226860A 1983-11-28 1983-12-02 高電圧イオン打込み装置 Expired - Lifetime JPH0612660B2 (ja)

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JP58226860A JPH0612660B2 (ja) 1983-12-02 1983-12-02 高電圧イオン打込み装置
US06/763,133 US4801847A (en) 1983-11-28 1984-11-22 Charged particle accelerator using quadrupole electrodes
PCT/JP1984/000557 WO1985002489A1 (fr) 1983-11-28 1984-11-22 Accelerateur de particules quadripolaire
DE8484904176T DE3477528D1 (en) 1983-11-28 1984-11-22 Quadrupole particle accelerator
EP84904176A EP0163745B1 (en) 1983-11-28 1984-11-22 Quadrupole particle accelerator

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JP8209591A Division JP2723106B2 (ja) 1996-08-08 1996-08-08 高電圧イオン打込み装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60121655A JPS60121655A (ja) 1985-06-29
JPH0612660B2 true JPH0612660B2 (ja) 1994-02-16

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4667111C1 (en) * 1985-05-17 2001-04-10 Eaton Corp Cleveland Accelerator for ion implantation
JP2569812B2 (ja) * 1989-06-30 1997-01-08 株式会社島津製作所 高エネルギイオン注入装置
JPH0821355B2 (ja) * 1992-12-24 1996-03-04 株式会社日立製作所 高エネルギーイオン打ち込み装置
JPH0773041B2 (ja) * 1993-03-02 1995-08-02 株式会社日立製作所 イオン注入装置
JP2613351B2 (ja) * 1993-04-02 1997-05-28 株式会社日立製作所 イオン打ち込み装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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