JP2005071737A

JP2005071737A - Ion mass separation method and device, and ion doping device

Info

Publication number: JP2005071737A
Application number: JP2003298343A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kuwabara; 一桑原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion mass separation method and a device in which the opening dimension of the exit of an ion deflection casing can be appropriately adjusted as required, and which can comply with such requirements as an improvement in mass separation performance or an increase in current amount and can expand its application range, and an ion doping device. <P>SOLUTION: A door means 40 which can adjust the opening dimension L" in the direction perpendicular to the width direction of an ion beam 4 is installed at the exit 19 of the ion deflection casing 17. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、大口径、特に幅広のイオンビームにおいて安定してイオン質量分離を行えるようにしたイオン質量分離方法及び装置、並びにイオンドーピング装置に関するものである。 The present invention relates to an ion mass separation method and apparatus, and an ion doping apparatus, which can stably perform ion mass separation in a large-diameter, particularly wide ion beam.

電気的に活性な元素を半導体に添加したり、或いは基材に対して接着が困難な材料を接着するために接着材料の原子を基材に添加させるような場合には、イオンドーピング（注入）装置が使用されている。 Ion doping (implantation) when electrically active elements are added to semiconductors, or when atoms of adhesive materials are added to substrates in order to bond materials that are difficult to bond to substrates. The device is in use.

しかし、現在、大口径（例えば３００ｍｍ×８００ｍｍ）のイオンビームを用いるイオンドーピング装置において、イオン質量分離を行うようにしたものは存在していない。即ち、従来のイオンドーピング装置では、イオン質量を分離しないままのイオンビームをイオンドーピングに使用する非質量分離方式か、又は、イオン発生装置のプラズマ発生部で簡易的に軽イオン種（例えば水素イオン）の比率を低下させる磁気フィルターを用いる磁気フィルター方式であった。 However, at present, there is no ion doping apparatus using an ion beam having a large aperture (for example, 300 mm × 800 mm) that performs ion mass separation. That is, in the conventional ion doping apparatus, a non-mass separation method in which an ion beam without separation of ion mass is used for ion doping, or light ion species (for example, hydrogen ions) can be simply used in a plasma generation unit of the ion generation apparatus. The magnetic filter system uses a magnetic filter that reduces the ratio of

例えば、半導体に用いられるイオンドーピング装置としては、イオン発生装置のプラズマ発生部ソースガスとして、水素希釈のホスフィン（ＰＨ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いるために、プラズマ発生部内では所望のＰＨ_x、Ｂ₂Ｈ_x以外に、Ｈ_x、Ｐ₂Ｈ_x、ＢＨ_x等のイオン種も発生し、プラズマ発生部からはこれらイオン種の混合ビームが引出される。このような所望のイオン種以外のイオン種の存在は、イオンドーピングによるＰ、Ｂの注入深さ分布を不均一にする問題があり、更に、基材に余分な熱負荷を与えるといった問題がある。 For example, as an ion doping apparatus used for a semiconductor, hydrogen diluted phosphine (PH ₃ ) and diborane (B ₂ H ₆ ) are used as a source gas of a plasma generation part of the ion generation apparatus. In addition to PH _x and B ₂ H _x , ion species such as H _x , P ₂ H _x , and BH _x are also generated, and a mixed beam of these ion species is extracted from the plasma generation unit. The presence of such ion species other than the desired ion species has a problem that the P and B implantation depth distribution due to ion doping becomes non-uniform, and there is a problem that an extra thermal load is applied to the substrate. .

従って、大口径、特に幅広のイオンビームのイオン質量分離を安定して行える技術の早期確立が望まれている。 Therefore, early establishment of a technique capable of stably performing ion mass separation of a large aperture, particularly a wide ion beam is desired.

一方、小口径のイオンビームを湾曲させてイオン質量分離するイオン質量分離装置が考えられている。図２、図３は、小口径のイオンビームをイオン質量分離する装置の一例を示したものであり、このイオン質量分離装置１は、イオン発生装置２のプラズマ発生部（図示せず）にて発生させたイオンを、イオン引出し電極３により引出すと共に加速し、そのイオンビーム４を小口径の真空のイオン偏向流路５に一端の入口部６から導入するようにしている。イオン偏向流路５の中間部の外側には鉄心７ａにソレノイド７ｂを巻いた電磁石８が設けられており、この時、図３に示すように、電磁石８の磁力発生部９，９をイオン偏向流路５に接近させている。イオン偏向流路５内を移動するイオンビーム４のイオン（荷電粒子）は、電磁石８の磁場の磁力線Ｇの向きと直角の方向に曲げられる作用を受け、これによってイオンビーム４はイオン偏向流路５内で曲げられる。この時、強い磁場を形成することによって、イオンビーム４を大角度偏向（図２では９０゜）させることができ、これにより、質量が所望より小さいイオンは早く曲げられてイオン偏向流路５内面に衝突して分離され、又、質量が所望より大きいイオンは曲り切れずにイオン偏向流路５内面に衝突して分離されるようになり、これによって目的のイオンのみを、イオン偏向流路５の他端に設けたイオン加速電極１０により加速して出口部１１から取出すことができる。 On the other hand, an ion mass separation apparatus that performs ion mass separation by curving a small-diameter ion beam is considered. FIG. 2 and FIG. 3 show an example of an apparatus for mass separation of an ion beam having a small diameter. This ion mass separation apparatus 1 is a plasma generation unit (not shown) of the ion generation apparatus 2. The generated ions are extracted and accelerated by the ion extraction electrode 3, and the ion beam 4 is introduced into the small-diameter vacuum ion deflection flow path 5 from the inlet 6 at one end. An electromagnet 8 in which a solenoid 7b is wound around an iron core 7a is provided outside the intermediate portion of the ion deflection flow path 5. At this time, as shown in FIG. It is made to approach the flow path 5. The ions (charged particles) of the ion beam 4 moving in the ion deflection channel 5 are bent in a direction perpendicular to the direction of the magnetic lines of force G of the magnetic field of the electromagnet 8, whereby the ion beam 4 is ionized. 5 is bent. At this time, by forming a strong magnetic field, the ion beam 4 can be deflected by a large angle (90 ° in FIG. 2). In addition, ions having a mass larger than desired are separated by colliding with the inner surface of the ion deflection channel 5 without being bent, whereby only target ions are separated. It can be accelerated by the ion acceleration electrode 10 provided at the other end of the electrode and taken out from the outlet portion 11.

そして、上記イオン質量分離装置１から取出されたイオンビーム４は、必要に応じてイオンビーム４の収束等の操作を行った後、被処理物である基材１２に照射してイオンを基材１２に注入するイオンドーピング装置１３として用いられる。この時、イオンドーピング装置１３では、基材１２を移動するか、又はイオンビーム４を電気的に走査することによって、基材１２の広い面に対してイオンドーピングを行うようにしている。 Then, the ion beam 4 taken out from the ion mass separation apparatus 1 is subjected to operations such as convergence of the ion beam 4 as necessary, and then irradiated to the base material 12 which is the object to be processed, so that ions are supplied to the base material. 12 is used as an ion doping apparatus 13 to be implanted into the ion source 12. At this time, the ion doping apparatus 13 performs ion doping on a wide surface of the substrate 12 by moving the substrate 12 or electrically scanning the ion beam 4.

しかし、上記したように鉄心７ａにソレノイド７ｂを巻いた電磁石８を用いたイオン質量分離装置１においては、安定した強い磁場を形成してイオンビーム４を曲げるためには電磁石８の磁力発生部９，９をイオン偏向流路５に接近させて均一な磁力線Ｇが形成されるようにする必要があり、従って、図３におけるイオンビーム４の横方向の大きさＸは、電磁石８を大型化することによってある程度大きくすることはできるが、縦方向の大きさＹは大きくすることができない。即ち、縦方向の大きさＹを大きくするためには、図４に示すように電磁石８の磁力発生部９，９の間隔を大きくする必要があるが、磁力発生部９，９の間隔が大きくなると、磁力線Ｇが外側で歪むことによりイオン偏向流路５に均一な磁場が形成できなくなり、このためにイオンの曲りが不揃いになって安定したイオンビーム４が得られなくなる。このように、縦方向の大きさＹを大きくできないために、大口径のイオンビーム４でしかもイオン質量の分離が有効になされたイオンビーム４を得ることはできなかった。 However, in the ion mass separator 1 using the electromagnet 8 in which the solenoid 7b is wound around the iron core 7a as described above, the magnetic force generator 9 of the electromagnet 8 is used to bend the ion beam 4 by forming a stable strong magnetic field. , 9 must be brought close to the ion deflection flow path 5 so that a uniform magnetic field line G is formed. Therefore, the lateral size X of the ion beam 4 in FIG. 3 enlarges the electromagnet 8. However, the size Y in the vertical direction cannot be increased. That is, in order to increase the vertical size Y, it is necessary to increase the interval between the magnetic force generating portions 9 and 9 of the electromagnet 8 as shown in FIG. 4, but the interval between the magnetic force generating portions 9 and 9 is increased. As a result, the magnetic field lines G are distorted on the outside, so that a uniform magnetic field cannot be formed in the ion deflection flow path 5, so that the ion bending becomes uneven and a stable ion beam 4 cannot be obtained. Thus, since the size Y in the vertical direction cannot be increased, it is impossible to obtain the ion beam 4 having a large diameter ion beam 4 and effective separation of ion mass.

このため、本発明者は、かかる従来装置のもつ問題点を解決すべく、大口径のイオンビームのイオン質量分離が行えるようにしたイオン質量分離方法及び装置、並びにイオンドーピング装置を発明し、既に出願している。（例えば、特許文献１参照。） For this reason, the present inventors have invented an ion mass separation method and apparatus capable of performing ion mass separation of a large-diameter ion beam, and an ion doping apparatus in order to solve the problems of the conventional apparatus. I have applied. (For example, refer to Patent Document 1.)

図５は本発明者が発明し、特許文献１に開示されたイオン質量分離装置１４とそれを用いたイオンドーピング装置１５の一例を示した概略図であり、図中、１６はプラズマ発生部を有するイオン発生装置、１７はイオン偏向ケーシングである。 FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an ion mass separation device 14 invented by the present inventor and disclosed in Patent Document 1, and an ion doping device 15 using the same, in which 16 denotes a plasma generation unit. An ion generator 17 has an ion deflection casing.

図５のイオン偏向ケーシング１７は、側面の形状が扇形で、紙面と直角方向に所要の長い空間を形成している。そして、扇形の両端の直線部は入口部１８と出口部１９となっており、入口部１８は前記イオン発生装置１６に接続されている。そして、入口部１８と出口部１９とは、イオンビーム４の大角度偏向を行うために、相互間の例えば９０゜の角度が形成されるようにしている。 The ion deflection casing 17 of FIG. 5 has a fan-shaped side surface and forms a required long space in a direction perpendicular to the paper surface. The straight portions at both ends of the sector form are an inlet portion 18 and an outlet portion 19, and the inlet portion 18 is connected to the ion generator 16. In order to deflect the ion beam 4 at a large angle, the entrance portion 18 and the exit portion 19 are formed at an angle of 90 °, for example.

前記イオン偏向ケーシング１７の外部には、図６に示すように、図５の入口部１８及び出口部１９を通るように導体２０を所定の間隔で螺旋状に巻き付け、これにより、紙面と直角方向に長い空芯励磁電流路２１を形成している。従って、図５の空芯励磁電流路２１は、扇形電流路２１Ａとなっている。 As shown in FIG. 6, a conductor 20 is spirally wound around the ion deflection casing 17 at a predetermined interval so as to pass through the inlet portion 18 and the outlet portion 19 shown in FIG. A long air core exciting current path 21 is formed. Therefore, the air-core excitation current path 21 in FIG. 5 is a fan-shaped current path 21A.

図５の扇形電流路２１Ａでは、イオン偏向ケーシング１７の大径側外部に所要間隔で配置した外側円弧導体２０ａと、イオン偏向ケーシング１７の小径側外部に所要間隔で配置した内側円弧導体２０ｂと、入口部１８と出口部１９とに所要間隔で配置した直線部２０’を形成する直線導体２０ｃ，２０ｄとを、順次連結部２２で連結することによって螺旋を形成している。 In the fan-shaped current path 21A of FIG. 5, an outer arc conductor 20a arranged at a predetermined interval outside the large-diameter side of the ion deflection casing 17, an inner arc conductor 20b arranged at a predetermined interval outside the small-diameter side of the ion deflection casing 17, Spirals are formed by sequentially connecting the straight conductors 20c and 20d forming the straight portions 20 'arranged at the required distance between the inlet portion 18 and the outlet portion 19 by the connecting portion 22.

上記導体２０は、図７、図８に詳細を示すように、導電芯材２３と該導電芯材２３を包囲する外部導体２４とによってロッド状に構成されており、導電芯材２３と外部導体２４との間には冷却用の純水が供給されるようになっており、又、導電芯材２３と外部導体２４との間は連結部２２に示す絶縁材２５によって絶縁されている。一方、前記外部導体２４の夫々は、互いに電気的に接続されていて空芯励磁電流路２１の電位がシールドされるようになっている。 As shown in detail in FIGS. 7 and 8, the conductor 20 is configured in a rod shape by a conductive core member 23 and an external conductor 24 surrounding the conductive core member 23. The conductive core member 23 and the external conductor Pure water for cooling is supplied between the conductive core member 23 and the outer conductor 24. The conductive core member 23 and the outer conductor 24 are insulated by an insulating member 25 shown in the connecting portion 22. On the other hand, each of the external conductors 24 is electrically connected to each other so that the potential of the air-core exciting current path 21 is shielded.

入口部１８及び出口部１９の直線導体２０ｃ，２０ｄの相互間には、図８に示すように所要の隙間Ｓが形成されており、イオン発生装置１６からのイオンがこの隙間Ｓを通してイオン偏向ケーシング１７内に導入され、そして導出されるようになっている。 A required gap S is formed between the straight conductors 20c and 20d of the inlet portion 18 and the outlet portion 19 as shown in FIG. 8, and ions from the ion generator 16 pass through the gap S and the ion deflection casing. 17 is introduced and derived.

図５の前記入口部１８における直線導体２０ｃとイオン発生装置１６との間には、前記直線導体２０ｃと重なる間隔位置になるように棒状のイオン引出し電極２６が配置されている。 Between the straight conductor 20c and the ion generator 16 in the inlet portion 18 of FIG. 5, a rod-shaped ion extraction electrode 26 is disposed so as to be positioned at an interval overlapping the straight conductor 20c.

又、前記出口部１９にはイオン加速電極２７が配置されている。又、出口部１９における直線導体２０ｄの左右両側部には、直線導体２０ｄの相互間を閉塞するようにした遮蔽部材２８が設けられており、これにより左右方向中間部にイオン取出口２９が形成されている。 An ion acceleration electrode 27 is disposed at the outlet 19. Further, on both left and right sides of the straight conductor 20d in the outlet portion 19, a shielding member 28 is provided so as to block between the straight conductors 20d, thereby forming an ion extraction outlet 29 in the middle portion in the left-right direction. Has been.

更に、扇形電流路２１Ａを構成するイオン偏向ケーシング１７の長手方向端部内側には、イオンビーム４の空間電荷を中和するためのフィラメント等の中和用電子供給源３０が内面に沿って設けられている。 Further, a neutralizing electron supply source 30 such as a filament for neutralizing the space charge of the ion beam 4 is provided along the inner surface inside the longitudinal end of the ion deflection casing 17 constituting the fan-shaped current path 21A. It has been.

上記イオン質量分離装置１４は、該イオン質量分離装置１４にて質量分離したイオンビーム４を、必要に応じてイオンビーム４の収束等の操作を行った後、被処理物である基材１２に照射して基材１２にイオン注入するようにしたイオンドーピング装置１５に適用することができる。 The ion mass separation device 14 performs an operation such as convergence of the ion beam 4 on the ion beam 4 mass-separated by the ion mass separation device 14 as necessary, and then, the ion mass separation device 14 is applied to the substrate 12 that is the object to be processed. The present invention can be applied to the ion doping apparatus 15 that is irradiated and ion-implanted into the substrate 12.

以下に、上記形態例の作用を説明する。 The operation of the above embodiment will be described below.

図５のイオン質量分離装置１４では、イオン発生装置１６のプラズマ発生部により発生したイオンは、入口部１８のイオン引出し電極２６により吸引加速され、更に直線導体２０ｃにより加速されながら直線導体２０ｃの相互の隙間Ｓを通して扇形電流路２１Ａのイオン偏向ケーシング１７内に導入される。イオン偏向ケーシング１７内に導入されたイオンビーム４は、出口部１９のイオン加速電極２７により吸引加速され、又この時、出口部１９の直線導体２０ｄによっても加速される。 In the ion mass separator 14 of FIG. 5, ions generated by the plasma generator of the ion generator 16 are attracted and accelerated by the ion extraction electrode 26 of the inlet 18 and further accelerated by the linear conductor 20c. Is introduced into the ion deflection casing 17 of the fan-shaped current path 21A. The ion beam 4 introduced into the ion deflection casing 17 is attracted and accelerated by the ion accelerating electrode 27 at the outlet 19 and is also accelerated by the straight conductor 20d at the outlet 19 at this time.

扇形電流路２１Ａによれば、図６のように螺旋状に巻かれた導体２０によって、扇形電流路２１Ａの内部には、紙面と直角の長手方向に均一な磁場が形成されるようになる。更にこの時、導体２０の導電芯材２３を包囲している外部導体２４の夫々を互いに電気的に接続していることにより、扇形電流路２１Ａの電位がシールドされ、これによって扇形電流路２１Ａに電位の不均一が生じることが防止されて、更に均一な磁場が形成されるようになる。 According to the fan-shaped current path 21A, a uniform magnetic field is formed in the longitudinal direction perpendicular to the paper surface inside the fan-shaped current path 21A by the conductor 20 spirally wound as shown in FIG. Further, at this time, by electrically connecting the outer conductors 24 surrounding the conductive core member 23 of the conductor 20 to each other, the electric potential of the fan-shaped current path 21A is shielded. The occurrence of non-uniform potential is prevented, and a more uniform magnetic field is formed.

上記したように扇形電流路２１Ａ内部に、長手方向に均一な磁場が形成されることにより、イオンビーム４のイオンはその質量に応じて扇形電流路２１Ａの長手方向で均一に曲げられることになる。そして、質量が所望より小さいイオンは図５に破線で示すように早く曲げられてイオン偏向ケーシング１７内面に衝突して中和用電子供給源３０により中和され、又、質量が所望より大きいイオンは曲り切れずにイオン偏向ケーシング１７内面に衝突して中和用電子供給源３０により中和される。 As described above, a uniform magnetic field is formed in the longitudinal direction inside the fan-shaped current path 21A, so that ions of the ion beam 4 are bent uniformly in the longitudinal direction of the fan-shaped current path 21A according to the mass thereof. . Then, ions whose mass is smaller than desired are quickly bent as shown by a broken line in FIG. 5, collide with the inner surface of the ion deflection casing 17 and neutralized by the neutralizing electron supply source 30, and ions whose mass is larger than desired. Without being completely bent, it collides with the inner surface of the ion deflection casing 17 and is neutralized by the neutralizing electron supply source 30.

これにより、実線で示す所望のイオンのみがイオン偏向ケーシング１７の他端の出口部１９に導かれるようになる。この時、出口部１９における直線導体２０ｄの左右両側部に遮蔽部材２８を設けてイオン取出口２９を形成しているので、このイオン取出口２９の大きさと位置、及び導体２０による磁場の強さを選定することによって、所望のイオンのみを更に正確に分離して取り出すことができる。 As a result, only desired ions indicated by a solid line are guided to the outlet 19 at the other end of the ion deflection casing 17. At this time, since the shielding member 28 is provided on both the left and right sides of the straight conductor 20d at the outlet 19 to form the ion outlet 29, the size and position of the ion outlet 29 and the strength of the magnetic field by the conductor 20 are provided. Therefore, only desired ions can be separated and extracted more accurately.

従って、上記したイオン質量分離装置１４によれば、大口径、特に幅広で、確実にイオン質量分離された良質のイオンビーム４を得ることができる。 Therefore, according to the ion mass separation apparatus 14 described above, it is possible to obtain a high-quality ion beam 4 having a large aperture, particularly wide, and having been reliably subjected to ion mass separation.

又、上記イオン質量分離装置１４を用いたイオンドーピング装置１５では、イオン質量分離装置１４にて作り出されたイオンビーム４を必要に応じて収束等の操作を行った後、被処理物である基材１２に走査しながら照射して、イオンを基材１２に注入する。この時、イオンビーム４は余分のイオン種を含まない所望のイオンのみからなっているので、イオンドーピング時のイオンの注入深さ分布を均一にすることができ、更に、基材１２に余分な熱負荷を与えることが防止できる。又、大口径を有するイオンビーム４によって、一回の操作で基材１２の広い面積にイオンドーピングを行うことができ、よって作業の能率を大幅に向上することができる。 Further, in the ion doping apparatus 15 using the ion mass separation apparatus 14, the ion beam 4 produced by the ion mass separation apparatus 14 is subjected to operations such as focusing as necessary, and then the substrate that is the object to be processed. Irradiation is performed while scanning the material 12 to inject ions into the substrate 12. At this time, since the ion beam 4 is composed only of desired ions that do not include an extra ion species, the ion implantation depth distribution during ion doping can be made uniform, and an extra amount is added to the substrate 12. A heat load can be prevented. In addition, the ion beam 4 having a large diameter can perform ion doping on a wide area of the base material 12 by a single operation, so that the work efficiency can be greatly improved.

尚、空芯励磁電流路２１の断面形状は、図５のように扇形に限定されるものではなく種々の形状とすることができるが、少なくとも入口部１８と出口部１９に配置される導体２０は直線部２０’を形成し、しかも大角度偏向（例えば９０゜）できる形状であることが好ましい。 The cross-sectional shape of the air-core excitation current path 21 is not limited to the sector shape as shown in FIG. 5 and can be various shapes, but the conductor 20 disposed at least at the inlet portion 18 and the outlet portion 19. Preferably has a shape that forms a straight portion 20 'and can be deflected at a large angle (for example, 90 °).

図９は、空芯励磁電流路２１を台形電流路２１Ｂとした場合を示したものであり、台形電流路２１Ｂは、長辺導体２０ｅと、短辺導体２０ｆを有し、長辺導体２０ｅ及び短辺導体２０ｆの両端部間を連結する直線導体２０ｃ，２０ｄが入口部１８と出口部１９に形成されるようにしている。このように構成しても前記図５に示した扇形電流路２１Ａの場合と同様に作用することができる。
特開２００２−２０３８０５号公報（第４頁〜第５頁、図１〜図５） FIG. 9 shows a case where the air-core exciting current path 21 is a trapezoidal current path 21B, and the trapezoidal current path 21B has a long-side conductor 20e and a short-side conductor 20f. Linear conductors 20c and 20d connecting both ends of the short-side conductor 20f are formed at the inlet 18 and outlet 19 respectively. Even if constituted in this way, it can act similarly to the case of the sector-shaped current path 21A shown in FIG.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-203805 (pages 4 to 5, FIGS. 1 to 5)

しかしながら、前述の如き特許文献１に開示されたイオン質量分離装置１４とそれを用いたイオンドーピング装置１５では、イオン偏向ケーシング１７の出口部１９におけるイオンビーム４の幅方向と直角な方向の開口寸法Ｌが固定であったため、質量分離性能（分解能）を向上させる設定（開口寸法Ｌを狭くする設定）では、得られる電流量が少なくなり、電流量を多くしたい場合には対応が困難になる一方、逆に、電流量優先の設定（開口寸法Ｌを広くする設定）では、質量分離性能が低下し、質量分離性能を向上させたい場合には対応が困難になるという欠点を有していた。 However, in the ion mass separation apparatus 14 disclosed in Patent Document 1 and the ion doping apparatus 15 using the ion separation apparatus 14 as described above, the opening dimension in the direction perpendicular to the width direction of the ion beam 4 at the exit portion 19 of the ion deflection casing 17 is used. Since L is fixed, the setting for improving the mass separation performance (resolution) (setting for reducing the opening dimension L) reduces the amount of current obtained, and it becomes difficult to cope with the case where it is desired to increase the amount of current. On the contrary, the current amount priority setting (setting to widen the opening dimension L) has a drawback that the mass separation performance is lowered, and it is difficult to cope with the case where it is desired to improve the mass separation performance.

本発明は、斯かる実情に鑑み、イオン偏向ケーシングの出口部の開口寸法を必要に応じて適宜調節することができ、質量分離性能を向上させたり、或いは電流量を多くしたりする要求に対応し得、適用範囲を広げることができるイオン質量分離方法及び装置、並びにイオンドーピング装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention can appropriately adjust the opening size of the outlet portion of the ion deflection casing as necessary, and responds to demands for improving mass separation performance or increasing the amount of current. It is an object of the present invention to provide an ion mass separation method and apparatus and an ion doping apparatus capable of expanding the applicable range.

本発明は、イオン偏向ケーシングの外部に、導体を螺旋状に巻いて所要長さにした空芯励磁電流路を用い、イオンビームを、導体間を通して空芯励磁電流路の内部に導入し、空芯励磁電流路による磁場の作用によりイオンビームをイオンの質量に応じて湾曲させ、所望の質量のイオンビームを導体間を通して取出すイオン質量分離方法において、
イオン偏向ケーシングの出口部の開口寸法を調節してイオンビームの取出しを行うことを特徴とするイオン質量分離方法にかかるものである。 The present invention uses an air-core excitation current path spirally wound around a conductor outside the ion deflection casing and introduces an ion beam into the air-core excitation current path between the conductors. In an ion mass separation method in which an ion beam is bent according to the mass of ions by the action of a magnetic field generated by a core excitation current path, and an ion beam having a desired mass is taken out between conductors.
The present invention relates to an ion mass separation method characterized in that an ion beam is extracted by adjusting an opening size of an outlet portion of an ion deflection casing.

又、本発明は、イオン偏向ケーシングの外部に、導体を所定の間隔で螺旋状に巻くことにより所要長さに形成した空芯励磁電流路と、イオン偏向ケーシングの入口部における前記導体と重なる間隔位置に配置したイオン引出し電極と、イオン引出し電極に隣接したイオン発生装置と、イオン偏向ケーシングの出口部に配置したイオン加速電極と、を備えたイオン質量分離装置において、
イオン偏向ケーシングの出口部に、開口寸法を調節可能な扉手段を配設したことを特徴とするイオン質量分離装置にかかるものである。 The present invention also provides an air core exciting current path formed in a required length by spirally winding a conductor at a predetermined interval outside the ion deflection casing, and an interval overlapping the conductor at the entrance of the ion deflection casing. In an ion mass separation apparatus comprising: an ion extraction electrode disposed at a position; an ion generator adjacent to the ion extraction electrode; and an ion acceleration electrode disposed at an outlet of an ion deflection casing.
The present invention relates to an ion mass separation apparatus characterized in that door means capable of adjusting the opening size is disposed at the outlet of the ion deflection casing.

更に又、本発明は、前記イオン質量分離装置にて質量分離したイオンビームを基材に照射してイオン注入するようにしたことを特徴とするイオンドーピング装置にかかるものである。 Furthermore, the present invention relates to an ion doping apparatus characterized by irradiating a substrate with an ion beam mass-separated by the ion mass separation apparatus and performing ion implantation.

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.

イオン偏向ケーシングの出口部の開口寸法を狭くすると、質量分離性能が向上し、チャネルドープ等、低ドーズであるが、イオン種分離に関して高性能が要求される用途に適用することが可能となる一方、イオン偏向ケーシングの出口部の開口寸法を広くすると、得られる電流量が多くなり、且つ処理速度も速くなり、ソースドレイン等、高ドーズであるが、イオン種分離性能への要求が比較的緩やかな用途に適用することが可能となる。 When the opening size of the outlet portion of the ion deflection casing is narrowed, the mass separation performance is improved and the channel dope is low dose, but it can be applied to applications requiring high performance with respect to ion species separation. When the opening size of the outlet portion of the ion deflection casing is widened, the amount of current obtained is increased and the processing speed is increased, and the source and drain are high doses, but the demand for ion species separation performance is relatively moderate. It becomes possible to apply to various uses.

本発明のイオン質量分離方法及び装置、並びにイオンドーピング装置によれば、イオン偏向ケーシングの出口部の開口寸法を必要に応じて適宜調節することができ、質量分離性能を向上させたり、或いは電流量を多くしたりする要求に対応し得、適用範囲を広げることができるという優れた効果を奏し得る。 According to the ion mass separation method and apparatus and the ion doping apparatus of the present invention, the opening size of the outlet portion of the ion deflection casing can be appropriately adjusted as necessary to improve the mass separation performance or the current amount. It is possible to meet the demands for increasing the number of applications and to achieve an excellent effect that the application range can be expanded.

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図５に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、イオン偏向ケーシング１７の出口部１９に、イオンビーム４の幅方向と直角な方向の開口寸法Ｌ’を調節可能な扉手段４０を配設した点にある。 FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same components, and the basic configuration is the same as that shown in FIG. However, as shown in FIG. 1, the feature of the illustrated example is that the outlet means 19 of the ion deflection casing 17 has a door means 40 capable of adjusting the opening dimension L ′ in the direction perpendicular to the width direction of the ion beam 4. It is in the point which arranged.

本図示例の場合、前記扉手段４０は、薄板状の二枚のスライド扉４１を、イオン偏向ケーシング１７の出口部１９における開口中心を挟んで互いに近接離反可能となるよう対向配置し、各スライド扉４１にそれぞれ、イオン偏向ケーシング１７の外部に設置した駆動装置としてのエアシリンダ４２のロッド４３を、イオン偏向ケーシング１７を貫通させて連結し、イオン偏向ケーシング１７のロッド４３貫通部に、気密性保持用のベローズ４４を取り付けてなる構成を有している。 In the case of the illustrated example, the door means 40 is arranged so that two thin plate-like slide doors 41 face each other so as to be close to and away from each other across the center of the opening at the outlet 19 of the ion deflection casing 17. A rod 43 of an air cylinder 42 as a driving device installed outside the ion deflection casing 17 is connected to the door 41 by penetrating the ion deflection casing 17, and the rod 43 penetration portion of the ion deflection casing 17 is airtight. The holding bellows 44 is attached.

次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.

扉手段４０のエアシリンダ４２を伸長させることにより、各スライド扉４１を互いに近接させる方向へスライドさせ、イオン偏向ケーシング１７の出口部１９におけるイオンビーム４の幅方向と直角な方向の開口寸法Ｌ’を狭くすると、質量分離性能が向上し、チャネルドープ等、低ドーズであるが、イオン種分離に関して高性能が要求される用途に適用することが可能となる。 By extending the air cylinder 42 of the door means 40, the slide doors 41 are slid in the direction in which they approach each other, and the opening dimension L ′ in the direction perpendicular to the width direction of the ion beam 4 at the outlet 19 of the ion deflection casing 17. If the width is narrowed, mass separation performance is improved, and channel dope and the like are low dose, but can be applied to applications requiring high performance with respect to ion species separation.

一方、扉手段４０のエアシリンダ４２を収縮させることにより、各スライド扉４１を互いに離反させる方向へスライドさせ、イオン偏向ケーシング１７の出口部１９におけるイオンビーム４の幅方向と直角な方向の開口寸法Ｌ’を広くすると、得られる電流量が多くなり、且つ処理速度も速くなり、ソースドレイン等、高ドーズであるが、イオン種分離性能への要求が比較的緩やかな用途に適用することが可能となる。 On the other hand, by contracting the air cylinder 42 of the door means 40, the slide doors 41 are slid in directions away from each other, and the opening dimension in the direction perpendicular to the width direction of the ion beam 4 at the outlet 19 of the ion deflection casing 17. If L ′ is widened, the amount of current obtained is increased and the processing speed is increased, and the source / drain and the like are high doses, but can be applied to applications where the demand for ion species separation performance is relatively moderate. It becomes.

こうして、イオン偏向ケーシング１７の出口部１９におけるイオンビーム４の幅方向と直角な方向の開口寸法Ｌ’を必要に応じて適宜調節することができ、質量分離性能を向上させたり、或いは電流量を多くしたりする要求に対応し得、適用範囲を広げることができる。 In this way, the opening dimension L ′ in the direction perpendicular to the width direction of the ion beam 4 at the exit portion 19 of the ion deflection casing 17 can be adjusted as necessary, and the mass separation performance can be improved or the current amount can be increased. It is possible to meet increasing demands and to expand the application range.

尚、本発明のイオン質量分離方法及び装置、並びにイオンドーピング装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、扉手段４０の各スライド扉４１をそれぞれ複数分割してスライドするようにしても良いこと、駆動装置としてはエアシリンダ４２に限らずモータ等を用いて開口寸法Ｌ’を調節するようにしても良いこと、図９に示すような空芯励磁電流路２１を台形電流路２１Ｂとした場合にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the ion mass separation method and apparatus and ion doping apparatus of the present invention are not limited to the above illustrated examples, and each slide door 41 of the door means 40 is divided into a plurality of pieces and slid. In addition, the driving device is not limited to the air cylinder 42, and the opening dimension L ′ may be adjusted using a motor or the like. The air-core exciting current path 21 as shown in FIG. 9 is replaced with a trapezoidal current path 21B. Needless to say, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明を実施する形態の一例の切断側面図である。It is a cutaway side view of an example of an embodiment which carries out the present invention. 従来のイオン質量分離装置及びイオンドーピング装置の概略側面図である。It is a schematic side view of the conventional ion mass separator and ion doping apparatus. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。It is a III-III direction arrow directional view of FIG. 図３の電磁石の磁力発生部の間隔を大きくした状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which enlarged the space | interval of the magnetic force generation part of the electromagnet of FIG. 本発明者が発明し、特許文献１に開示されたイオン質量分離装置及びイオンドーピング装置の形態の一例を示す切断側面図である。It is a cutaway side view which shows an example of the form of the ion mass separation apparatus and ion doping apparatus which this inventor invented and disclosed by patent document 1. FIG. 導体を螺旋状に巻く状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which winds a conductor helically. 図５の入口部の部分詳細図である。FIG. 6 is a partial detail view of an inlet portion of FIG. 5. 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向矢視図である。It is a VIII-VIII direction arrow line view of FIG. 台形電流路の例を示す概略形状図である。It is a schematic shape figure which shows the example of a trapezoid current path.

Explanation of symbols

４イオンビーム
１４イオン質量分離装置
１５イオンドーピング装置
１６イオン発生装置
１７イオン偏向ケーシング
１８入口部
１９出口部
２０導体
２１空芯励磁電流路
２６イオン引出し電極
２７イオン加速電極
４０扉手段
４１スライド扉
４２エアシリンダ
４３ロッド
４４ベローズ 4 Ion Beam 14 Ion Mass Separator 15 Ion Doping Device 16 Ion Generator 17 Ion Deflection Casing 18 Inlet 19 Outlet 20 Conductor 21 Air Core Excitation Current Path 26 Ion Extraction Electrode 27 Ion Accelerating Electrode 40 Door Means 41 Slide Door 42 Air Cylinder 43 Rod 44 Bellows

Claims

Using an air core excitation current path spirally wound around the outside of the ion deflection casing to the required length, an ion beam is introduced into the air core excitation current path through the conductors, and the air core excitation current path In the ion mass separation method in which the ion beam is bent according to the mass of the ion by the action of the magnetic field, and the ion beam of the desired mass is taken out between the conductors.
An ion mass separation method, wherein an ion beam is extracted by adjusting an opening size of an outlet portion of an ion deflection casing.

An air core exciting current path formed in a required length by spirally winding a conductor at a predetermined interval outside the ion deflection casing, and an ion extractor disposed at an interval position overlapping the conductor at the entrance of the ion deflection casing In an ion mass separation apparatus comprising: an electrode; an ion generator adjacent to the ion extraction electrode; and an ion acceleration electrode disposed at an outlet of the ion deflection casing.
An ion mass separation apparatus characterized in that door means capable of adjusting an opening size is disposed at an outlet of an ion deflection casing.

An ion doping apparatus characterized in that an ion beam mass-separated by an ion mass separation apparatus according to claim 2 is irradiated onto a substrate to perform ion implantation.