JP2713692B2

JP2713692B2 - イオン打込み装置

Info

Publication number: JP2713692B2
Application number: JP6214114A
Authority: JP
Inventors: 健介雨宮; 純也伊藤; 克己登木口; 訓之作道
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1994-09-07
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH0877960A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＭｅＶ領域の高エネル
ギーイオン打込み装置に利用される高周波四重極加速器
(以下ではＲＦＱ（Radio Frequency Quadrupole）加速
器と呼ぶ)に係り、特に、ミリアンペアオーダの大電流
イオンビームを効率よく発生させることに好適なＲＦＱ
加速器及びそれを使用したイオン打込み装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＲＦＱ加速器を使用したイオン打
込み装置としては、特開昭６０−１２１６５６号公報記
載の例がある。この従来例は、基本的には、図３に示す
ように、イオン源１から出射したイオンを、質量分離器
２および磁気四重極レンズ３を通過させ、ＲＦＱ加速器
４で加速し、最後に、ＲＦＱ加速器４から出射された高
エネルギーイオンビームを打込み室５へと導くものであ
る。このような従来例では、ＲＦＱ加速器４で加速する
のは、通常、一種類のイオン種だけである。

【０００３】一方、正イオン及び負イオンを同時にＲＦ
Ｑ加速器へ入射させる従来例が、特開平１−２２７３４
５号公報に記載されている。これは、半導体基板への打
込みに際し、正負両電荷のイオンを供給することで、基
板表面上の絶縁破壊を防止するために行なわれるもので
ある。この従来例は、図４に示すように、正イオン源１
および負イオン源６から出射される正イオンおよび負イ
オンを、質量分離器２を通して、ＲＦＱ加速器４へ導き
少なくとも正イオンを加速して、正イオンおよび負イオ
ンを同時に、打込み室５へ導くものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術で
は、ＲＦＱ加速器へ入射するイオンビームの電流値がミ
リアンペアオーダの大電流になった場合、ＲＦＱ加速器
内では、空間電荷効果の増大によりイオンビームが発散
し、効率的な加速が行なえないという問題がある。

【０００５】例えば、上記前者の従来例では、大電流の
高エネルギーイオンビームの発散、特に、ＲＦＱ加速器
内での空間電荷効果による発散を押さえるという点につ
いて、積極的な考慮がなされていない。ＲＦＱ加速器
は、元来、その四重極電極の形状において、イオンビー
ムを加速する電場だけでなく、イオンビームの収束を行
なうための電場が、両者共同時に発生する構成を有して
いる。ところが、従来技術の四重極電極の形状は、イオ
ンビームの電流量が小さい場合にだけ有効であり、大電
流領域では有効ではないということが観測されている。

【０００６】例えば、現在、ＲＦＱ加速器の透過率は、
マイクロアンペアオーダの小電流の場合には、９５％以
上という高い値を達成しているが、ミリアンペアオーダ
の大電流領域では、この値を達成することができないと
いう問題がある。

【０００７】また、上記後者の従来例では、正イオン及
び負イオンを同時にＲＦＱ加速器に入射しており、結果
として、ＲＦＱ加速器内のイオンビームにおける空間電
荷効果を減少させている。しかし、現在知られている技
術では、種々のイオン種ごとに、正イオンビームと等量
の負イオンビームを発生させることが困難である。この
ため、負イオンを同時に使用した場合でも、イオンビー
ムの空間電荷を完全に中和することはできない。

【０００８】本発明の目的は、種々のイオン種を用いた
ミリアンペアオーダの大電流領域での、イオンビームの
発散を抑制し、より効率的にイオンビームを加速するこ
とができるイオン打ち込み装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、正イオンを
発生し前記正イオンをイオンビームとして出射するイオ
ン発生源と、前記イオン発生源から出射された前記イオ
ンビームを加速する粒子加速装置とを有するイオン打込
み装置において、前記粒子加速装置内を通る前記イオン
ビームの通過している領域の少なくとも一部に、電子を
供給する電子供給手段を有することを特徴とするイオン
打込み装置により達成できる。

【００１０】上記目的は、また、イオンを加速する四重
極電極を有する高周波四重極粒子加速器において、前記
四重極電極は、予め定めた高周波電圧が印加されること
で、前記イオンを加速するための電場を主に形成し、前
記イオンのビームを収束させるための収束電場はほとん
ど形成しない電極形状を有することを特徴とする高周波
四重極粒子加速器により達成できる。

【００１１】上記目的は、また、粒子加速装置を用いて
正イオンを加速する正イオン加速方法において、前記粒
子加速装置内で加速される前記正イオンビームの通過し
ている領域の少なくとも一部に電子を供給することで、
前記正イオンビームの空間電荷効果を減少させることを
特徴とするイオン加速方法により達成できる。

【００１２】

【作用】本発明においては、ＲＦＱ加速器等の粒子加速
装置内の正イオンの通過領域の一部または全部に、電子
を供給して、正イオンのビームの空間電荷効果による発
散を抑制する。具体的には、例えば、前記粒子加速装置
内のイオンビーム軌道に沿って、電子が移動するよう
に、電子を供給する。このような構成によれば、イオン
ビーム自身の空間電荷による発散を押さえることができ
る。

【００１３】以下にこの理由を説明する。イオンのよう
に同一の電荷（この場合には正の電荷）を有する粒子の
集合体（ビーム）は、各イオンの持つ電荷のため、それ
ぞれの粒子が互いに反発し合う。このため、イオンビー
ムは発散してしまうのである。これは、ミリアンペアオ
ーダの大電流イオンビームの場合に、特に顕著である。
このような場合に、異種符号である負の電荷を持つ電子
を、イオンビーム中に取り込むことで、空間電荷効果を
軽減し、イオンビームの発散を抑えることができる。

【００１４】更に、イオンビームに含まれる正イオンの
電荷量と、等しい電荷量の電子を供給することで、イオ
ンビームを電気的に中和することができる。

【００１５】負の電荷を持つものには、電子の他に負イ
オンがあるが、負イオンは、ミリアンペアオーダで正イ
オンと等しい量を得るのが非常に難しく、種々のイオン
に対応することができない。

【００１６】これに対し、電子の発生は容易であり、そ
の発生量もアンペアのオーダまで容易に可能である。こ
のため、ミリアンペアオーダの種々の正イオンビームと
常に等しい量の供給が容易にでき、イオンビームを構成
するイオン種によらず、そのイオンビームを完全に中和
することができる。

【００１７】本発明により、粒子加速装置内でのイオン
ビームの空間電荷を中和できれば、イオンビームをより
効率的に加速することができる。従来、空間電荷効果に
よる発散のために低下していた透過率を、原理的には、
低電流領域でのイオンビームにより達成される透過率の
値まで増大することが可能となる。

【００１８】本発明のイオン打ち込み装置においての粒
子加速装置としては、エネルギー固定型のＲＦＱ加速
器、もしくは、エネルギー可変型のＲＦＱ加速器等を用
いることができる。

【００１９】特に、エネルギー可変型のＲＦＱ加速器を
用いることにより、種々のエネルギーの大電流ＭｅＶイ
オン加速を効率よく行えるようになる。さらに、このＲ
ＦＱ加速器をイオン打込み装置に使用することによっ
て、半導体等の材料へ数１０ミリアンペアの大電流イオ
ンビームの打込み可能となり、高スループット用の大電
流ＭｅＶイオン打込み装置を実現することができる。

【００２０】

【実施例】本発明を適用したイオン打込み装置の一実施
例を、図１、図５、図６、および、図７を用いて説明す
る。

【００２１】本実施例は、図１に示すように、正イオン
を発生し前記正イオンをイオンビーム９として出射する
イオン源１と、イオン源１から出射されたイオンビーム
９を偏向して前記正イオンの質量分離する質量分離器２
と、質量分離されたイオンビーム９を収束する磁気四重
極レンズ３と、収束されたイオンビーム９を受け入れて
所定のエネルギーまで加速するＲＦＱ加速器４と、ＲＦ
Ｑ加速器４から出射された高エネルギーイオンビーム９
を導入する打ち込み室５とを有する。

【００２２】打ち込み室５には、処理対象である半導体
部材等のターゲット材料５ａが、導入された高エネルギ
ーイオンビーム９により照射されるような所定の位置に
保持されている。

【００２３】本実施例は、さらに、本発明の特徴である
電子供給手段として、電子を発生すると共に前記電子を
電子ビーム１０として予め定めた引出電圧で引き出す電
子銃７と、前記電子ビーム１０をイオンビーム９に沿っ
て、ＲＦＱ加速器４内に共に導入するための、イオンビ
ーム９の軌道を変化させない程度の弱い磁場を発生する
偏向電磁石８とを有する。

【００２４】イオン源１には、例えば、マイクロ波放電
型イオン源、フィラメント型イオン源を用いることがで
きる。イオン源１は、予め定めた種の正イオンを発生さ
せ、２０〜６０ｋＶ程度の引出電圧で、イオンビーム９
を引出す。

【００２５】質量分離器２は、１対の扇型電磁石を有す
るものであり、ミリアンペア程度の大電流イオンビーム
９を通過させるために、イオンビーム９が通過する領域
にあたる磁極間のギャップ長を、例えば、６０ｍｍ以上
と、広くしている。

【００２６】磁気四重極レンズ３は、質量分離されたイ
オンビーム９を収束させるものであり、例えば、三段型
の磁気四重極レンズを用いる。

【００２７】ＲＦＱ加速器４は、磁気四重極レンズ３で
収束されたイオンビーム９を受け入れ、そのイオンビー
ム９を所定のエネルギーまで加速して、打ち込み室５へ
出射するものである。

【００２８】本実施例において、ＲＦＱ加速器４は、加
速されたイオンの出射エネルギーが可変である、エネル
ギー可変型のＲＦＱ加速器である。このＲＦＱ加速器４
は、図５に示すように、対向する電極面が互いに波打っ
た形状を構成する２対の電極からなる四重極電極を有す
るＲＦＱ電極部４１と、インダクタンスを変化すること
ができるＬＣ共振回路部４２と、ＲＦＱ電極部４１の電
極に高周波電圧を供給するためのＲＦ給電部４３とを有
する。

【００２９】本実施例のＲＦＱ加速器４では、ＬＣ共振
回路部４２のインダクタンスを変えることで、ＲＦＱ電
極部４１内で加速される荷電粒子の加速エネルギーを変
えることができる構成となっている。

【００３０】ＬＣ共振回路部４２は、図６に示すよう
に、ＲＦＱ電極部４１に含まれる２対の電極４１１、４
１２のうちの、一方の対の電極のそれぞれに接続された
２つの導電板４２０と、２つの導電板４２０のそれぞれ
に電気的に接続された、それぞれが複数の棒状導体から
構成される上側導体部４２１および下側導体部４２２
と、これら上側導体部４２１と下側導体部４２２とを短
絡する可動短絡板４２３とを有する。

【００３１】可動短絡板４２３は、上側導体部４２１と
下側導体部４２２との短絡位置を変化することができる
構成となっている。この短絡位置を変えることで、ＲＦ
Ｑ加速器４のインダクタンスを変化させることができ
る。

【００３２】ＬＣ共振回路部４２としては、本実施例の
ようなインダクタンス可変型のものに限定されず、他
に、電気容量可変型の共振回路、または、インダクタン
スおよび電気容量を変化させることができる共振回路を
有するものでもよい。

【００３３】電子銃７には、生成したプラズマから電子
を引き出す、プラズマ電子銃を用いることができる。こ
こで、電子銃７における電子の引出電圧、すなわち、電
子ビーム１０のエネルギーは、前記エネルギーにおける
電子の速度が、イオンビーム９のイオンの速度と同程度
となるようにする。

【００３４】具体的には、上記で説明したような、数１
０ｋＶの引出電圧を有するイオン源１から出射されるイ
オンビーム９に対しては、引き出されたイオン種にもよ
るが、１００Ｖ程度の引出電圧が好適である。

【００３５】プラズマ電子銃は、その基本的構成とし
て、図７に示すように、電子を発生させるためのプラズ
マ７４をその内部空間で発生させる円筒状のウェネルト
電極７１と、プラズマ７４の電子を電子ビーム１０とし
て引き出す陽極７３と、ウェネルト電極７１を覆うよう
に配置されるシールド電極７２とを有する。なお、陽極
７３とシールド電極７２とは、同じ電位とされ、ウェネ
ルト電極７１との間に直流の高電圧７５が印加される。

【００３６】また、本実施例において、電子銃７として
用いることができるのは、上記プラズマ電子銃に限らな
い。上記プラズマ電子銃と同様に、充分な電子を発生
し、１００Ｖ程度の引出電圧で電子ビームを引きだすこ
とができるものであれば、他のタイプの電子発生源、例
えば、熱フィラメントからの電子を加速するタイプの電
子銃を用いることができる。

【００３７】偏向電磁石８は、電子銃７で発生された電
子ビーム１０を、イオンビーム９に沿って、イオンビー
ム９と共にＲＦＱ加速器４へ入射させるためのものであ
る。偏向電磁石８は、電子ビーム１０の軌道を変えるた
めの、ごく弱い磁場を発生させる１対の扇形の電磁石
と、磁場発生のために電磁石へ電力を供給する給電制御
装置とを有する。

【００３８】磁束密度Ｂの磁場中の荷電粒子（質量：
ｍ、電荷：ｑ、加速電圧：Ｖ）の円軌道半径をｒとする
と、次式の関係が成り立つことが知られている。

【００３９】（ｒＢ）² ∝ （ｍ/ｑ）・Ｖ上記関係式から、本実施例において、この偏向電磁石８
を通過するイオンに対する影響を考えてみる。例えば、
ＲＦＱ加速器４に入射するイオンビーム９が、４０ｋｅ
Ｖの³¹Ｐ（リン）の１価イオンから構成されており、電
子銃７から引き出された電子ビーム１０を構成するのが
１００ｅＶの電子の場合には、上記関係式から、前記イ
オンの軌道半径は、電子の軌道半径の約４８００倍にも
なる。

【００４０】すなわち、電子銃７で発生され引き出され
た電子ビーム１０の軌道を９０度偏向して、イオンビー
ム９の軌道に重ねるために、例えば、軌道半径１０ｃｍ
で電子ビーム１０を偏向させるような磁場を、偏向電磁
石８が発生したとすると、その磁場中を通るイオンビー
ム９の軌道半径は、約４８０ｍとなる。

【００４１】したがって、偏向電磁石８の発生する磁場
は、電子ビーム１０を充分に小さい半径で偏向させるこ
とが可能であると同時に、イオンビーム９の軌道には影
響しないものである。偏向電磁石８が発生する磁場強度
は、具体的には、上記関係式にも示されているように、
電子銃７から発生され引き出された電子ビーム１０とイ
オンビーム９との相対角度、イオンの質量、イオンの電
荷量、イオンのエネルギー、および、電子のエネルギー
から決定する。

【００４２】次に、本実施例の作用を、図１を用いて説
明する。

【００４３】本実施例において、イオン源１から出射し
たイオンビーム９は、質量分離器２で偏向され、質量分
離される。質量分離されたイオンビーム９は、三段型の
磁気四重極レンズ３で収束された後、上記のようにごく
弱い磁場を発生させる偏向電磁石８を通過してＲＦＱ加
速器４に入射する。

【００４４】ＲＦＱ加速器４には、また、電子銃７から
出射され偏向電磁石８により軌道が偏向された電子ビー
ム１０が、イオンビーム９と重なるようにして入射され
る。ここで、イオンビーム９と同じ電流量の電子ビーム
１０を供給することで、ＲＦＱ加速器４に入射するイオ
ンビーム９の空間電荷が中和される。

【００４５】このため、ＲＦＱ加速器４内におけるイオ
ンビーム９の通過領域において、イオンビーム９の空間
電荷効果による発散を抑制する。その結果、ＲＦＱ加速
器４におけるイオンビーム９の透過率が増加するため、
ミリアンペア程度の大電流、高エネルギーのイオンビー
ム９を容易に得ることができる。

【００４６】最後に、ＲＦＱ加速器４から出射されたイ
オンビーム９は、打込み室５に設置された、処理対象と
なるターゲット材料５ａへ打込まれる。

【００４７】本実施例によれば、ＲＦＱ加速器４内での
イオンビーム９の空間電荷効果による発散が抑制できる
ため、ミリアンペア以上の大電流領域で、数百ｋｅＶか
ら数ＭｅＶまでの任意のエネルギーの高エネルギーイオ
ンビームをターゲット材料５ａへ打ち込むことが可能
な、効率的にイオンを加速できるイオン打込み装置を提
供することができる。

【００４８】さらに、本実施例を利用することで、装置
寸法制約の厳しい半導体製造工場の大量生産工程に、大
電流ＭｅＶイオンビ−ムが利用できるようになるばかり
ではなく、金属、セラミックス等の材料表層改質を短時
間で行える大量生産用イオン処理装置が実現できる。

【００４９】また、本実施例の構成に加えて、ＲＦＱ加
速器４と打込み室５との間に磁場型或いは静電型のイオ
ン偏向器を設けて、ＲＦＱ加速器４を通過してきた電子
を打込み室５へは導かずに、加速されたイオンのみを、
打ち込み室５のターゲット材料５ａへ照射する構成とし
てもよい。

【００５０】また、本実施例においては、従来のエネル
ギー可変型のＲＦＱ加速器を粒子加速装置として用いた
が、本発明において粒子加速装置は、これに限定される
ものではない。粒子加速装置としては、例えば、エネル
ギー固定型のＲＦＱ加速器や、ＲＦＱ加速器を含む複数
の加速器からなる粒子加速装置であってもよい。

【００５１】また、ＲＦＱ加速器の四重極電極の代わり
に、六極以上の偶数極を持つ多重極電極を有する粒子加
速装置に、本発明を適用した場合にも同等の効果があ
る。

【００５２】また、本実施例で用いられていた従来のＲ
ＦＱ加速器の代わりに、従来とは異なる電極形状を有す
るＲＦＱ加速器を用いることもできる。

【００５３】ＲＦＱ加速器の四重極電極は、従来、予め
定めた高周波電圧が印加されることにより、ＲＦＱ加速
器内でのイオンビームの発散を抑えイオンビームを収束
させるための半径方向の収束用電場と、イオンビームを
加速するための軸方向の加速用電場とを生成するような
形状を有している。

【００５４】本発明では、ＲＦＱ加速器内におけるイオ
ンビームの発散を抑えることができるため、収束用電場
を従来型のものに比べ大きく軽減するような、ＲＦＱ加
速器の四重極電極の形状としてもよい。このような形状
によれば、ＲＦＱ加速器から出射されるイオンビームの
発散量を最小限に留めることが可能となる。この結果、
収束用電場の生成に使用されていた電力を、軸方向の加
速用電場への生成に寄与する電力として利用できるた
め、省エネルギー・省電力型の高エネルギーイオン打ち
込み装置が提供できる。

【００５５】本発明を適用したイオン打込み装置の他の
実施例を、図２を用いて説明する。

【００５６】本実施例は、上記実施例において電子ビー
ム軌道を偏向する偏向電磁石８を取り除き、ＲＦＱ加速
器４の後に設置したイオン偏向器１１を電子偏向にも利
用したものである。なお、本実施例に関する以下の説明
においては、上記実施例における構成要素と同じ構成要
素については、上記実施例と同じ符号を付し、その構成
および作用についての説明を省略する。

【００５７】本実施例は、図２に示すように、イオン源
１と、質量分離器２と、磁気四重極レンズ３と、ＲＦＱ
加速器４と、ＲＦＱ加速器４から出射された高エネルギ
ーイオンビーム９の軌道を所定の角度だけ偏向させるイ
オン偏向器１１と、偏向されたイオンビーム９を導入す
る打ち込み室５とを有する。

【００５８】イオン偏向器１１は、イオンビーム９の軌
道を偏向するためのもので、予め定めた強度の磁場を発
生する１対の偏向電磁石と、磁場発生のための電力を供
給する給電制御装置とを有する。

【００５９】イオン偏向器１１には、ＲＦＱ加速器４か
ら出射されたイオンビーム９が入射するイオン入射口１
１ａと、イオンビーム９が出射するイオン出射口１１ｂ
と、以下に説明する電子銃７からの電子ビーム１０が入
射する電子入射口１１ｃとが設けられている。

【００６０】本実施例は、さらに、本発明の特徴である
電子供給手段として、イオン偏向器１１の所定の位置に
取付けられた、電子を発生する電子銃７を有する。

【００６１】イオンと電子とは、その電荷が互いに逆で
あるため、磁場中でその進行方向に対して、逆方向の力
を受ける。本実施例では、電子銃７で発生した電子ビー
ム１０を、図２に示すように、イオン偏向器１１のイオ
ン入射口１１ａとは逆の方向に設けられた電子入射口１
１ｃから入射させる。

【００６２】ここで、電子入射口１１ｃの位置は、電子
入射口１１ｃから入射した電子ビーム１０が、イオン偏
向器１１の発生する磁場により偏向しイオン入射口１１
ａから出射して、ＲＦＱ加速器４内のイオンビーム９の
通過領域へ、イオンビーム９とは逆方向から導入される
ような位置である。このような構成によれば、ＲＦＱ加
速器４内で、電子ビーム１０とイオンビーム９とが重な
り、イオンビーム９の空間電荷効果による発散を抑制す
ることができる。

【００６３】イオン偏向器１１の磁場強度は、ＲＦＱ加
速器４から出射された高エネルギーのイオンビーム９を
偏向させるためのものである。このような磁場中では、
上記実施例のような低いエネルギーの電子ビームの軌道
半径は、イオンビーム９の軌道半径に比べ非常に小さな
ものとなる。

【００６４】このため、本実施例では、上記実施例より
も高いエネルギーの電子ビーム１０を、電子銃７で発生
させて、その電子ビーム１０の軌道を、イオン偏向器１
１による磁場で偏向させるものとする。例えば、１Ｍｅ
Ｖの¹¹Ｂ（ホウ素）の１価イオンと、１００ｋｅＶの電
子との場合には、電子の軌道半径はイオンの軌道半径の
約１/４５０になる。

【００６５】イオン偏向器１１における、具体的な、電
子入射口１１ｃの位置、イオン出射口１１ｂの位置、お
よび、イオン入射口１１ａの位置のそれぞれは、イオン
ビーム９を構成するイオン種、イオンビーム９の出射エ
ネルギー、イオンビーム９の偏向角の大きさ、イオン偏
向器１１の発生する磁場の強度および断面積、電子ビー
ム１０のエネルギー等により決定される。

【００６６】本実施例によれば、従来、中性粒子等をイ
オンビーム９から除くためのイオン偏向器１１を、電子
偏向用に用いるため、新たに、電子導入のための電子偏
向用電磁石を備える必要が無い。さらに、イオン偏向器
１１の発生する磁場強度が、上記実施例よりも強いた
め、よりエネルギーの高い電子ビーム１０を導入するこ
とができる。このため、電子ビーム１０により得られる
電流量が増加し、より大電流のイオンビームの中和を行
なうことが可能となり、大電流のＭｅＶイオン打込み装
置を実現することができる。

【００６７】また、本実施例のようにイオン偏向器１１
を電子偏向用に用いるのではなく、上記実施例で示され
た偏向電磁石８を、ＲＦＱ加速器４の出射口側に設ける
構成としてもよい。このような構成では、電子偏向用の
前記偏向電磁石を通過するイオンビーム９のエネルギー
は高いため、前記偏向電磁石の発生磁場強度を強くして
も、イオンビーム９に対する影響は無視することができ
る。そのため、電子銃７の引出し電圧をより高くするこ
とが可能となり、本実施例と同様な効果を得ることがで
きる。

【００６８】また、本実施例では、イオンを加速する粒
子加速装置として、上記実施例と同じＲＦＱ加速器を用
いたが、本発明はこれに限定されるものではない。粒子
加速装置としては、例えば、高周波を用いた線形加速
器、コックフロフト型の静電加速器、および、これらの
うちの少なくとも１つを含む複数の加速器から構成され
る加速装置のうち、いずれでもよい。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、大電流領域でのイオン
ビームの空間電荷効果による発散を抑制し、より効率的
にイオンビームを加速することができるイオン打ち込み
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例の構成を示す説明図であ
る。

【図３】従来のイオン打込み装置の構成の一例を示す上
面図である。

【図４】従来のイオン打込み装置の構成の他の例を示す
上面図である。

【図５】エネルギー可変型のＲＦＱ加速器の構成例を示
すブロック図である。

【図６】図５のＲＦＱ加速器の内部構造の一部を示す斜
視図である。

【図７】プラズマ電子銃の断面構造の一例を示す説明図
である。

【符号の説明】１…イオン源、２…質量分離器、３…四重極レンズ、４
…ＲＦＱ加速器、５…打込み室、６…負イオン源、７…
電子銃、８…偏向電磁石、９…イオンビーム、１０…電
子ビーム、１１…イオン偏向器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０５Ｈ 9/00 ＡＨ０５Ｈ 9/00 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｄ (72)発明者作道訓之茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開平５−287525（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−71153（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−227086（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正イオンを発生し前記正イオンをイオンビ
ームとして出射するイオン発生源と、前記イオン発生源
から出射された前記イオンビームを加速する粒子加速装
置とを有するイオン打込み装置において、前記粒子加速装置内を通る加速途中の前記イオンビーム
が通過している領域の少なくとも一部に、電子を供給す
る電子供給手段を有することを特徴とするイオン打込み
装置。
【請求項２】請求項１に記載のイオン打込み装置におい
て、前記電子供給手段は、前記イオンビームによる電流量と
ほぼ同じ電流量の電子を発生する電子源と、発生された
電子を前記加速途中の正イオンビームの通過している領
域に導入する電子導入手段とを有することを特徴とする
イオン打込み装置。
【請求項３】請求項２に記載のイオン打込み装置におい
て、前記電子供給手段は、前記粒子加速装置内で加速されて
いる前記加速途中のイオンビームの軌道に沿って、電子
を供給することを特徴とするイオン打込み装置。
【請求項４】請求項３に記載のイオン打込み装置におい
て、前記粒子加速装置は、静電型加速器、高周波線形加速
器、出射エネルギーが固定である四重極電極を有する高
周波四重極粒子加速器、および、出射エネルギーが可変
である四重極電極を有する高周波四重極粒子加速器のう
ちの、いずれか１つを少なくとも含むものであることを
特徴とするイオン打込み装置。
【請求項５】請求項３に記載のイオン打込み装置におい
て、前記粒子加速装置は、出射エネルギーが固定である四重
極電極を有する高周波四重極粒子加速器、および、前記
出射エネルギーが可変である四重極電極を有する高周波
四重極粒子加速器のうちの、いずれか１つを少なくとも
含むものであり、前記粒子加速装置に含まれる高周波四重極粒子加速器の
四重極電極は、予め定めた高周波電圧が印加されること
で、前記イオンビームを加速するための電場を主に形成
し、前記イオンビームを収束させるための収束電場をほ
とんど形成しない電極形状を有するものであることを特
徴とするイオン打込み装置。
【請求項６】正イオンを発生し前記正イオンをイオンビ
ームとして出射するイオン発生源と、前記イオン発生源
から出射された前記イオンビームを加速する粒子加速装
置とを有するイオン打込み装置において、前記粒子加速装置内を通る前記イオンビームの通過して
いる領域の少なくとも一部に、電子を供給する電子供給
手段を有し、前記電子供給手段は、前記イオンビームによる電流量と
ほぼ同じ電流量の電子を発生する電子源と、発生された
電子を前記正イオンビームの通過している領域に導入す
る電子導入手段とを有し、前記電子供給手段は、前記粒子加速装置内で加速されて
いる前記イオンビームの軌道に沿って、電子を前記粒子
加速装置の出射口側から供給することを特徴とするイオ
ン打込み装置。
【請求項７】請求項６に記載のイオン打込み装置におい
て、予め定めた強度の磁場を発生することで、前記粒子加速
装置から出射された前記イオンビームを所定の角度だけ
偏向させるイオン偏向器をさらに有し、前記電子導入手段は、前記イオン偏向器であり、前記電
子源から発生された電子の軌道を偏向し、前記軌道が偏
向された電子を、前記粒子加速装置の出射口へ導入する
ことを特徴とするイオン打込み装置。
【請求項８】請求項３に記載のイオン打込み装置におい
て、前記電子導入手段は、前記電子を前記粒子加速装置の入
射口側から供給することを特徴とするイオン打込み装
置。
【請求項９】請求項８に記載のイオン打込み装置におい
て、前記電子導入手段は、前記イオン発生系と前記粒子加速
装置との間に設けられる、前記電子源で発生された電子
の軌道を偏向し、前記粒子加速装置の入射口へ導入され
るような磁場を発生する偏向電磁石であることを特徴と
するイオン打込み装置。
【請求項１０】イオンを加速する四重極電極を有する高
周波四重極粒子加速器において、前記四重極電極は、予め定めた高周波電圧が印加される
ことで、前記イオンを加速するための電場を主に形成
し、前記イオンビームを収束させるための収束電場をほ
とんど形成しない電極形状を有し、前記四重極電極によって形成された電場領域のうち、加
速途中の前記イオンビームが通過している領域の少なく
とも一部に、外部から電子が供給されることを特徴とす
る高周波四重極粒子加速器。
【請求項１１】粒子加速装置を用いて正イオンを加速す
る正イオン加速方法において、前記粒子加速装置内における前記加速途中の正イオンビ
ームの通過している領域の少なくとも一部に電子を供給
することで、前記正イオンビームの空間電荷効果を減少
させることを特徴とするイオン加速方法。