JP2863991B2 - Ion beam range measuring device, ion beam range measuring method using the device, and method for controlling implantation depth in ion irradiation using the device - Google Patents

Ion beam range measuring device, ion beam range measuring method using the device, and method for controlling implantation depth in ion irradiation using the device

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JP2863991B2
JP2863991B2 JP7089723A JP8972395A JP2863991B2 JP 2863991 B2 JP2863991 B2 JP 2863991B2 JP 7089723 A JP7089723 A JP 7089723A JP 8972395 A JP8972395 A JP 8972395A JP 2863991 B2 JP2863991 B2 JP 2863991B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオン加速器により加
速されたイオンビームの照射材料中における飛程を高精
度で測定するイオンビームの飛程測定装置、該装置を用
いたイオンビームの飛程測定方法、及び前記装置を用い
たイオン照射における打ち込み深さの制御方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam range measuring apparatus for measuring a range of an ion beam accelerated by an ion accelerator in an irradiation material with high accuracy, and an ion beam range using the apparatus. The present invention relates to a measurement method and a method for controlling an implantation depth in ion irradiation using the apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のイオンビームの飛程測定装置に
は、代表的なものとして固体飛跡検出器があり、特殊な
場合に用いられる拡がり抵抗測定器がある。固体飛跡検
出器を用いたイオンビームの飛程測定方法は、例えば、
特願平5ー85898号に開示されている。ここで、固
体飛跡検出器を用いたイオンビームの飛程測定方法を具
体的に説明する。まず、標準試験材、試験箔、トラック
エッチフィルムを重ねたものにイオンビームを照射し、
化学処理により可視化されたトラックエッチフィルムか
ら、イオンの通過できた試験箔の厚さを調べる。標準試
験材の厚さとイオンの通過できた試験箔の厚さの合計
が、イオンの打ち込み深さに相当する。
2. Description of the Related Art A conventional ion beam range measuring device is typically a solid state track detector, and a spread resistance measuring device used in special cases. The range measurement method of the ion beam using the solid state track detector, for example,
It is disclosed in Japanese Patent Application No. 5-85898. Here, a method of measuring the range of an ion beam using a solid state track detector will be specifically described. First, the standard test material, test foil, and track etch film are stacked and irradiated with an ion beam.
From the track etch film visualized by the chemical treatment, the thickness of the test foil through which ions can pass is examined. The sum of the thickness of the standard test material and the thickness of the test foil through which ions can pass corresponds to the ion implantation depth.

【0003】従来のイオン照射における打ち込み深さの
制御方法には、エネルギー可変型のイオン加速器を用い
てイオンエネルギーを制御する方法と、エネルギー吸収
材を用いてその吸収材の厚さを制御する方法とがある。
いずれの場合にも、コンピュータ等で計算することによ
ってイオンエネルギーやエネルギー吸収材の厚さを決定
することができる。この場合、打ち込み深さの精度を向
上させるためには、照射に使用する実際のイオンビー
ム、照射材料、エネルギー吸収材を用いて実際のイオン
の飛程をその飛程の数百分の一の高精度で測定した上
で、これらの実測データを基に照射を行わなければなら
ない。
Conventional methods for controlling the implantation depth in ion irradiation include a method of controlling ion energy using an ion accelerator of variable energy and a method of controlling the thickness of the absorbing material using an energy absorbing material. There is.
In any case, the ion energy and the thickness of the energy absorbing material can be determined by calculation using a computer or the like. In this case, in order to improve the accuracy of the implantation depth, the actual ion range used by the irradiation, the irradiation material, and the energy absorbing material are used to reduce the actual ion range by several hundredths of the range. Irradiation must be performed based on these measured data after measuring with high accuracy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のイオンビームの飛程測定装置の内、固体飛跡検
出器を用いたイオンビームの飛程測定方法では化学処理
が必要なため作業が煩雑であり、オンラインで使いにく
い等の問題があった。一方、拡がり抵抗測定器を用いた
イオンビームの飛程測定方法では使用できる材料もシリ
コン等の半導体に限定されてしまう上に、必ずしもイオ
ンの飛程を測定していることにならないという問題があ
った。
However, of the above-described conventional ion beam range measuring devices, the method of measuring the range of an ion beam using a solid state track detector requires a chemical treatment, which makes the operation complicated. There were problems such as being difficult to use online. On the other hand, in the method of measuring the range of an ion beam using a spread resistance measuring instrument, the usable materials are limited to semiconductors such as silicon, and the problem is that the range of ions is not necessarily measured. Was.

【0005】又、上記した従来のイオン照射における打
ち込み深さの制御方法では、計算パラメータである照射
材料の密度、エネルギー吸収材の密度、イオンエネルギ
ーなどの不確かさによる計算誤差のため、飛程の数百分
の一の高精度で打ち込み深さを制御することは困難であ
る。
In the above-described conventional method of controlling the implantation depth in ion irradiation, the range of calculation is affected by uncertainties in the calculation parameters such as the density of the irradiation material, the density of the energy absorbing material, and the ion energy. It is difficult to control the implantation depth with hundreds of precision.

【0006】本発明の課題は、高精度のイオンビームの
飛程測定を迅速、かつ簡便に行うことのできるイオンビ
ームの飛程測定装置、該装置を用いたイオンビームの飛
程測定方法、及び前記装置を用いたイオン照射における
打ち込み深さの制御方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ion beam range measuring apparatus capable of quickly and easily measuring an ion beam range with high accuracy, an ion beam range measuring method using the apparatus, and an ion beam range measuring method. An object of the present invention is to provide a method for controlling the implantation depth in ion irradiation using the above-described apparatus.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、イオン
ビームの入射角度を制限するコリメータと、照射材料と
同質の薄板と、該薄板の後方に配置された台座と、それ
ぞれ前記薄板及び前記台座に流れる電流を測定する第1
及び第2の電流計と、前記コリメータ、前記薄板、前記
台座を支持する筒状ケースと、該筒状ケースの近傍に前
記イオンビームの照射方向と直角方向に所定の大きさの
磁場を与える永久磁石を具備して構成された測定子を複
数備えて形成されたことを特徴とするイオンビームの飛
程測定装置が得られる。
According to the present invention, there is provided a collimator for limiting an incident angle of an ion beam, a thin plate of the same quality as the irradiation material, a pedestal disposed behind the thin plate, and First to measure the current flowing through the pedestal
A second ammeter, a cylindrical case supporting the collimator, the thin plate, and the pedestal; and a permanent magnet for applying a magnetic field of a predetermined magnitude in the vicinity of the cylindrical case in a direction perpendicular to the direction of irradiation of the ion beam. An ion beam range measurement device characterized by being provided with a plurality of tracing styluses having magnets is obtained.

【0008】又、本発明によれば、イオンビームの入射
角度を制限するコリメータと、照射材料と同質の薄板
と、該薄板の後方に配置された台座と、それぞれ前記薄
板及び前記台座に流れる電流を測定する第1及び第2の
電流計と、前記コリメータ、前記薄板、前記台座を支持
する筒状ケースと、それぞれ高圧電源に接続され、前記
薄板を挟むようにして配置された一対の電極とを具備し
て構成された測定子を複数備えて形成されたことを特徴
とするイオンビームの飛程測定装置が得られる。
According to the present invention, there is provided a collimator for limiting an incident angle of an ion beam, a thin plate having the same quality as an irradiation material, a pedestal disposed behind the thin plate, and a current flowing through the thin plate and the pedestal, respectively. The collimator, the thin plate, a cylindrical case supporting the pedestal, and a pair of electrodes respectively connected to a high-voltage power supply and arranged so as to sandwich the thin plate. An ion beam range measurement device characterized by being provided with a plurality of tracing elements configured as described above is obtained.

【0009】さらに、本発明によれば、前記複数の薄板
の厚さがそれぞれ異なっていることを特徴とするイオン
ビームの飛程測定装置が得られる。
Further, according to the present invention, there is provided an ion beam range measuring apparatus, wherein the plurality of thin plates have different thicknesses.

【0010】又、本発明によれば、前記複数の薄板の厚
さを測定し、前記飛程測定装置の前面から前記イオンビ
ームを入射させて前記複数の測定子それぞれの薄板及び
台座から流れる電流値を測定し、薄板及び台座から流れ
る合計電流値に対する台座から流れる電流値の割合を透
過ビームの割合として計算し、前記複数の薄板の厚さ及
び前記透過ビームの割合を最小二乗法を用いてフィッテ
ィングして、前記照射材料中でのイオンビームの平均飛
程及び標準偏差を求めることを特徴とするイオンビーム
の飛程測定方法が得られる。
According to the present invention, the thickness of the plurality of thin plates is measured, and the current flowing from the thin plate and the pedestal of each of the plurality of tracing styluses by causing the ion beam to enter from the front of the range measuring device. Measure the value, calculate the ratio of the current value flowing from the pedestal to the total current value flowing from the thin plate and the pedestal as the ratio of the transmitted beam, using the least square method the thickness of the plurality of thin plates and the ratio of the transmitted beam A method for measuring the range of the ion beam, characterized by obtaining the average range and the standard deviation of the ion beam in the irradiation material by fitting.

【0011】又、本発明によれば、エネルギー吸収材の
厚さTを制御することによるイオン照射における照射材
料中の打ち込み深さの制御方法において、請求項4記載
のイオンビームの飛程測定方法により測定されたイオン
ビームのエネルギー吸収材及び照射材料における平均飛
程をそれぞれme 、mt とし、前記照射材料中の打ち込
み深さをDに設定したい場合、T=me −me ・D/m
t なる式にme 、mt、及びDを代入して計算すること
により、前記エネルギー吸収材の厚さTを求めることを
特徴とするイオン照射における照射材料中の打ち込み深
さの制御方法が得られる。
According to the present invention, there is provided a method for controlling a depth of implantation in an irradiation material in ion irradiation by controlling a thickness T of an energy absorbing material. mean range as each m e in the energy-absorbing material and radiation material measured ion beam by, and m t, if you want to set a driving depth in said irradiated material D, T = m e -m e · D / M
A method of controlling the implantation depth in the irradiation material in ion irradiation, wherein the thickness T of the energy absorbing material is obtained by substituting and calculating m e , m t , and D into an expression t . can get.

【0012】[0012]

【実施例】次に本発明の一実施例について図1〜図8を
参照して説明する。図1は深さX(μm)と停止確率Z
(X)の関係を示した標準正規分布図である。縦軸の停
止確率Z(X)は平均値(m)から標準偏差(σ)分だ
け離れたときの確率である。この標準正規分布の式を以
下の数1に示す。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the depth X (μm) and the stopping probability Z.
It is a standard normal distribution figure showing the relation of (X). The stop probability Z (X) on the vertical axis is a probability when the standard deviation (σ) is apart from the average value (m). The equation of this standard normal distribution is shown in the following Equation 1.

【0013】[0013]

【数1】 ある物質中でのイオンビームの停止位置(深さX)はガ
ウス分布となり、m(μm)はイオンビームの平均飛程
であり、σ(μm)は標準偏差である。本発明のイオン
ビームの飛程測定装置は、m(μm)とσ(μm)を変
数(未知数)とし、後述の測定方法によって解を求める
ことのできる装置である。
(Equation 1) The stop position (depth X) of the ion beam in a certain substance has a Gaussian distribution, m (μm) is the average range of the ion beam, and σ (μm) is the standard deviation. The ion beam range measuring device of the present invention is a device that can determine a solution by a measuring method described later, using m (μm) and σ (μm) as variables (unknown numbers).

【0014】本発明は、イオンビームの飛程を迅速かつ
高精度で測定するために、基本的にはイオンビーム電流
を高精度で測定する技術を応用したものである。図2は
このイオンビームの飛程測定装置の構造を示した外観斜
視図である。図2において、イオンビームの飛程測定装
置10は前記2つの未知数(m,σ)を求めるためにそ
れぞれ独立した9つの測定子1から構成されている。こ
の場合測定子の数は最低2つ以上必要である。それぞれ
の測定子1の構造を図3及び図4に示す。ここでは図4
を参照して測定子1の構造を説明する。7は筒状ケース
で、実施例では円筒体である。筒状ケース7は、導電性
の材料、例えばアルミニウムからなるイオンビーム入射
側の筒体7aと、該筒体7aの一端に接続され、絶縁性
の材料、例えばテフロンからなる筒体7bから構成され
ている。3はコリメータで、筒体7aの両端部に設けら
れ、傾斜角度をもったイオンビームの入射を制限するた
めに、中心に穴が形成されている。4は薄板で、イオン
ビームを入射する材料と同質の材料からなり、筒体7b
の中間部に設けられている。5は台座で、筒体7aと同
質の材料からなり、筒体7bの反コリメータ側端部に設
けられている。薄板4及び台座5は、それぞれアーム線
を介して接地されており、そのアース線の途中に、薄板
側の電流計2a及び台座側の電流計2bが設けられてい
る。また、筒体7aもアース線を介して接地されてい
る。6は筒体7bの近傍で互いに対向するように配設さ
れた永久磁石である。
The present invention basically employs a technique for measuring the ion beam current with high accuracy in order to measure the range of the ion beam quickly and with high accuracy. FIG. 2 is an external perspective view showing the structure of the ion beam range measuring device. In FIG. 2, an ion beam range measuring device 10 is composed of nine independent tracing styluses 1 for obtaining the two unknowns (m, σ). In this case, at least two or more measuring elements are required. The structure of each probe 1 is shown in FIGS. Here, FIG.
The structure of the tracing stylus 1 will be described with reference to FIG. Reference numeral 7 denotes a cylindrical case, which is a cylindrical body in the embodiment. The cylindrical case 7 includes a cylindrical body 7a on the ion beam incident side made of a conductive material, for example, aluminum, and a cylindrical body 7b connected to one end of the cylindrical body 7a and made of an insulating material, for example, Teflon. ing. Reference numeral 3 denotes a collimator, which is provided at both ends of the cylindrical body 7a, and has a hole formed at the center to restrict the incidence of an ion beam having an inclined angle. Numeral 4 is a thin plate made of a material having the same quality as the material to which the ion beam is incident.
Is provided in the middle part of. Reference numeral 5 denotes a pedestal, which is made of the same material as the cylinder 7a, and is provided at the end of the cylinder 7b on the side opposite to the collimator. The thin plate 4 and the pedestal 5 are each grounded via an arm wire, and an ammeter 2a on the thin plate side and an ammeter 2b on the pedestal side are provided in the middle of the ground wire. The cylindrical body 7a is also grounded via a ground wire. Reference numeral 6 denotes a permanent magnet disposed so as to face each other near the cylindrical body 7b.

【0015】コリメータ3によって垂直方向に入射角度
を制限されたイオンビームは、評価する物質、即ちイオ
ンビームが照射する材料と同質の薄板4に入射する。こ
こで、各イオンは前記数1の確率分布にしたがって、薄
板4の中で停止するものと透過するものに分かれる。薄
板4を透過したイオンは、台座5の中で最終的に停止す
る。一方、イオンは停止した位置で中性化するため、ア
ースとの間に電流が流れる。薄板4に流れる電流Ia
台座5に流れる電流Ib の値は、それぞれ高精度の電流
計2a,2bで測定される。
The ion beam whose incidence angle is restricted in the vertical direction by the collimator 3 is incident on a thin plate 4 of the same quality as the substance to be evaluated, that is, the material irradiated by the ion beam. Here, each ion is divided into those that stop in the thin plate 4 and those that pass through according to the probability distribution of the above equation (1). The ions transmitted through the thin plate 4 finally stop in the pedestal 5. On the other hand, the ions are neutralized at the stopped position, so that a current flows between the ions and the ground. The value of the current I b flowing in the current I a and the pedestal 5 flowing through the thin plate 4, precision ammeter 2a respectively are measured at 2b.

【0016】薄板4と台座5は検出ラインを除いてそれ
ぞれアースから完全に電気絶縁されているので、高精度
の電流測定が実現できる。さらに、イオンビームの衝撃
によって発生する二次電子を再び発生箇所に引き戻すた
めに、永久磁石6により、イオンビームの照射方向と直
角方向に適当な大きさの磁場を形成させている。各測定
子1の薄板4の厚さはそれぞれ異なっており、あらかじ
め計算によって得られるピッチ(平均飛程の数百分の一
ピッチ)で各測定子1の薄板4の厚さを変化させてい
る。これらの各測定子1の薄板4の厚さはマイクロメー
タや電子天秤を用いて正確に測定しておく。
Since the thin plate 4 and the pedestal 5 are completely electrically insulated from the ground except for the detection line, a highly accurate current measurement can be realized. Further, in order to draw secondary electrons generated by the impact of the ion beam back to the location where they were generated, a permanent magnet 6 forms a magnetic field of an appropriate magnitude in a direction perpendicular to the direction of irradiation of the ion beam. The thickness of the thin plate 4 of each tracing stylus 1 is different, and the thickness of the thin plate 4 of each tracing stylus 1 is changed at a pitch (a hundredth of an average range pitch) obtained in advance by calculation. . The thickness of the thin plate 4 of each of these tracing styluses 1 is accurately measured using a micrometer or an electronic balance.

【0017】飛程測定装置10の前面からイオンビーム
を照射すると薄板4の厚さの違うそれぞれの測定子1か
ら電流Ia と電流Ib が得られる。尚、正確を期すため
に、それぞれの電流を時間的に積分した値を用いてもよ
い。ここで、薄板4の厚さをu(μm)、透過ビームの
割合をP(u)とし、透過ビームの割合P(u)をP
(u)=Ib /(Ia +Ib )の式を用いて、横軸にu
i 、縦軸にPi (ui )をプロットすると、図5に示す
ようなデータ分布が得られる。尚、iは1〜N(Nは自
然数)で測定子1の個数を表す。
When an ion beam is irradiated from the front of the range measuring device 10, currents Ia and Ib are obtained from the respective measuring elements 1 having different thicknesses of the thin plate 4. Note that, for the sake of accuracy, a value obtained by integrating the respective currents over time may be used. Here, the thickness of the thin plate 4 is u (μm), the ratio of the transmitted beam is P (u), and the ratio P (u) of the transmitted beam is P
Using the equation of (u) = I b / (I a + I b ), u is plotted on the horizontal axis.
When i and P i (u i ) are plotted on the vertical axis, a data distribution as shown in FIG. 5 is obtained. In addition, i represents the number of the tracing stylus 1 by 1 to N (N is a natural number).

【0018】ところで、透過ビームの割合P(u)は測
定手法から考察すると原理的に以下の数2に示すような
式で表される。
By the way, the ratio P (u) of the transmitted beam is theoretically expressed by the following equation (2) when considering the measurement method.

【0019】[0019]

【数2】 ここで、以下の表1に示す値を図6に示すようにプロッ
トし、前記数2に示される曲線にフィッティングする
と、イオンビームの平均飛程m(μm)と標準偏差σ
(μm)が得られる。図6に示される曲線は、フィッテ
ィングの結果得られたイオンビームの平均飛程が31
6.2(μm)の場合の曲線である。
(Equation 2) Here, when the values shown in Table 1 below are plotted as shown in FIG. 6 and fitted to the curve shown in the above equation 2, the average range m (μm) of the ion beam and the standard deviation σ
(Μm) is obtained. The curve shown in FIG. 6 indicates that the average range of the ion beam obtained as a result of the fitting is 31.
It is a curve in the case of 6.2 (μm).

【0020】[0020]

【表1】 次に、本発明の飛程測定装置を用いたイオンビームの飛
程測定方法を具体的に説明する。ここで、イオンビーム
3He2+で公称エネルギー24(MeV)のものを使
用し、薄板4の材料は高純度アルミニウムを使用し、測
定子1の数は8個とする。
[Table 1] Next, a method for measuring the range of an ion beam using the range measuring apparatus of the present invention will be specifically described. Here, an ion beam having a nominal energy of 24 (MeV) of 3 He 2+ is used, the material of the thin plate 4 is made of high-purity aluminum, and the number of the probes 1 is eight.

【0021】まず最初に、 3He2+で公称エネルギー2
4(MeV)のイオンビームのアルミニウム中での飛程
をコンピュータを用いて計算すると、平均飛程320
(μm)、標準偏差3.1(μm)であった。ここで、
各測定子1の薄板4の厚さを320(μm)を基準とし
て2(μm)ピッチで設定した。次に、それぞれの薄板
4の厚さui をマイクロメータと電子天秤を用いて正確
に測定した。飛程測定装置10の前面から当該イオンビ
ームを入射させてそれぞれの測定子1からの電流Ia
b を測定し、それらの値から透過ビームの割合P
i (ui )を求める。表1にui ,Pi (ui )の測定
結果を示す。次に、上記測定データを図6に示すように
プロットし、上記数2で示される曲線に最小二乗法を用
いてフィッティングした。このとき、最小二乗法での相
関係数は0.9996であった。又、上記フィッティン
グにより得られた照射材料中での平均飛程は316.2
(μm)であり、標準偏差は3.3(μm)であった。
計算による標準偏差(3.1(μm))と測定データか
ら得られる標準偏差(3.3(μm))から平均飛程3
16.2(μm)にかかった標準偏差は1.1(μm)
と評価される。したがって、この測定精度は1.1/3
16.2であり、約1/300以下であることがわか
る。以上より、本発明の飛程測定装置を用いたイオンビ
ームの飛程測定方法によれば、高精度の飛程測定が可能
となる。
First, a nominal energy 2 of 3 He 2+
When the range of the ion beam of 4 (MeV) in aluminum was calculated using a computer, the average range was 320.
(Μm) and the standard deviation was 3.1 (μm). here,
The thickness of the thin plate 4 of each tracing stylus 1 was set at a pitch of 2 (μm) based on 320 (μm). It was then accurately measured in each of the thin plate 4 the thickness u i using a micrometer and an electronic balance. The ion beam is incident from the front of the range measuring device 10 and the currents I a ,
Ib is measured, and the ratio P of the transmitted beam is calculated from these values.
i (u i ). Table 1 shows the measurement results of u i and P i (u i ). Next, the measured data was plotted as shown in FIG. 6, and fitted to the curve shown in the above equation 2 using the least squares method. At this time, the correlation coefficient by the least squares method was 0.9996. The average range in the irradiated material obtained by the fitting is 316.2.
(Μm) and the standard deviation was 3.3 (μm).
Average range 3 from the calculated standard deviation (3.1 (μm)) and the standard deviation (3.3 (μm)) obtained from the measured data
The standard deviation for 16.2 (μm) is 1.1 (μm)
Is evaluated. Therefore, the measurement accuracy is 1.1 / 3.
16.2, which is about 1/300 or less. As described above, according to the method for measuring the range of an ion beam using the range measuring apparatus of the present invention, highly accurate range measurement can be performed.

【0022】次に、イオン照射における打ち込み深さの
制御方法について詳細に説明する。まず、不確定ながら
も同一エネルギーのイオンビームを用いて実測されるエ
ネルギー吸収材中での平均飛程をme (μm)、照射材
料中での平均飛程をmt (μm)とする。当該イオンビ
ームを用いて照射材料中の深さD(μm)に打ち込み深
さを設定したい場合、以下の数3で示される式に前記m
e 、前記mt 、及び前記Dを代入して得られるT(μ
m)なる厚さのエネルギー吸収材を用いればよい。
Next, a method of controlling the implantation depth in ion irradiation will be described in detail. First, the average range of the energy absorbing material in which is measured using an ion beam of the same energy despite uncertain a m e (μm), the mean range of irradiation material in m t (μm). When it is desired to set the implantation depth to the depth D (μm) in the irradiation material using the ion beam, the above-mentioned m is calculated by the following equation (3).
e, the m t, and it is obtained by substituting the D T (mu
m) may be used.

【0023】[0023]

【数3】 又、図7に示すように、照射材料中17に照射している
イオンビーム18の一部を当該飛程測定装置10に入射
するよう工夫し、照射中のイオンビーム18のエネルギ
ーの変動を平均飛程の変動として観察し、イオン加速器
20のエネルギー調整、若しくはエネルギー吸収材11
の厚さ調整に適当な方法でフィードバックすれば、オン
ラインで打ち込み深さを微調整しながら正確なイオン照
射が可能となる。このとき、薄板4には、熱的安定性の
よい電導物質、例えばシリコン、タングステン等が用い
られる。
(Equation 3) Further, as shown in FIG. 7, a part of the ion beam 18 irradiating the irradiation material 17 is devised so as to be incident on the range measuring device 10, and the energy fluctuation of the ion beam 18 during the irradiation is averaged. Observe as a range variation and adjust the energy of ion accelerator 20 or energy absorber 11
If an appropriate method is used to adjust the thickness of the film, the ion irradiation can be accurately performed while finely adjusting the implantation depth online. At this time, a conductive material having good thermal stability, such as silicon or tungsten, is used for the thin plate 4.

【0024】次に、本発明の飛程測定装置を用いたイオ
ン照射における打ち込み深さの制御方法を具体的に説明
する。ここで、イオンビームは 3He2+で公称エネルギ
ー24(MeV)のものを使用し、照射材料にはシリコ
ン半導体ウエハを使用し、エネルギー吸収材には高純度
アルミニウムを使用し、格子欠陥層深さの設定を80
(μm)とする。
Next, a method of controlling the implantation depth in the ion irradiation using the range measuring apparatus of the present invention will be specifically described. Here, an ion beam having a nominal energy of 24 (MeV) of 3 He 2+ is used, a silicon semiconductor wafer is used as an irradiation material, high-purity aluminum is used as an energy absorbing material, and a lattice defect layer depth is used. Setting 80
(Μm).

【0025】まず、本発明の飛程測定装置を用いて、上
記した実施例における方法でエネルギー吸収材中及び照
射材料中での平均飛程を測定した。その値はエネルギー
吸収材中におけるイオンビームの平均飛程me は31
6.2(μm)であり、照射材料中におけるイオンビー
ムの平均飛程mt は354.7(μm)であった。この
とき上記数3に示される式を用い、必要なエネルギー吸
収材の厚さT(μm)を求めるとT=244.9(μ
m)が得られた。次に、当該イオンビームと244.9
(μm)の厚さをもつエネルギー吸収材を用いて、半導
体ウエハへのイオン照射を行った。その後、格子欠陥の
深さ分布を反映する拡がり抵抗測定を行ったところ、抵
抗のピーク値は、深さ79.5(μm)の位置で得られ
た。したがって、ほぼ、格子欠陥層深さの設定値80
(μm)を得ることができた。
First, using the range measuring apparatus of the present invention, the average range in the energy absorbing material and the irradiation material was measured by the method in the above-described embodiment. The average value of the ion beam in the energy absorbing material me is 31.
6.2 a ([mu] m), mean range as m t of the ion beam during irradiation the material was 354.7 (μm). At this time, the required thickness T (μm) of the energy absorbing material is obtained by using the equation shown in the above equation (3), where T = 244.9 (μm)
m) was obtained. Next, the ion beam and 244.9 were used.
The semiconductor wafer was subjected to ion irradiation using an energy absorbing material having a thickness of (μm). After that, when the spreading resistance reflecting the depth distribution of the lattice defect was measured, the peak value of the resistance was obtained at the position of the depth of 79.5 (μm). Therefore, the set value of the lattice defect layer depth is almost 80.
(Μm).

【0026】ところで、イオンをシリコン等の半導体に
打ち込むと、ほぼイオン飛程付近に格子欠陥層が得られ
ることが知られており、半導体デバイスの性能改善に利
用されている。しかしながら格子欠陥層の深さ制御は現
在のところ、誤差を覚悟して計算に頼るかあるいは、オ
フラインでしか使用できない拡がり抵抗測定によるしか
方法はない。したがって、本発明による飛程測定装置を
用いたイオン照射における打ち込み深さの制御方法によ
れば、ほぼ正確にイオン照射による格子欠陥層の深さ制
御を行うことができる。
Incidentally, it is known that when ions are implanted into a semiconductor such as silicon, a lattice defect layer is obtained substantially in the vicinity of the ion range, and is used for improving the performance of semiconductor devices. However, at present, the only method for controlling the depth of the lattice defect layer is to rely on calculations in preparation for an error, or to measure the spreading resistance, which can be used only off-line. Therefore, according to the method of controlling the implantation depth in the ion irradiation using the range measuring device according to the present invention, it is possible to control the depth of the lattice defect layer by the ion irradiation almost accurately.

【0027】又、イオンビームの衝撃によって発生する
二次電子を再び発生箇所に引き戻すように、永久磁石6
を筒状ケース7の両側に配置したが、図8に示すように
永久磁石6の代わりに薄板4を挟むようにして一対の電
極8を配置してもよい。この場合、各電極によって、二
次電子を再び発生箇所に押し戻すように高圧電源が接続
されている。
Further, the permanent magnets 6 are formed so that secondary electrons generated by the impact of the ion beam are returned to the generation location again.
Are arranged on both sides of the cylindrical case 7, but a pair of electrodes 8 may be arranged so as to sandwich the thin plate 4 instead of the permanent magnet 6 as shown in FIG. In this case, a high-voltage power supply is connected to each electrode so that the secondary electrons are pushed back to the point of occurrence.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、困難とされてきた高精
度のイオンの飛程測定が迅速かつ簡便に行うことがで
き、イオン照射における精密な打ち込み深さのオンライ
ン制御が可能となる。
According to the present invention, highly accurate ion range measurement, which has been considered difficult, can be performed quickly and easily, and precise on-line control of the implantation depth in ion irradiation becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】深さX(μm)と停止確率Z(X)の関係を示
した標準正規分布図である。
FIG. 1 is a standard normal distribution diagram showing a relationship between a depth X (μm) and a stopping probability Z (X).

【図2】イオンビームの飛程測定装置の構造を示した外
観斜視図である。
FIG. 2 is an external perspective view showing a structure of an ion beam range measuring device.

【図3】図2の飛程測定装置を構成する測定子の構造を
示した概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a structure of a tracing stylus included in the range measuring device of FIG. 2;

【図4】図3の測定子の構造をより詳細に示した構成図
である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing the structure of a tracing stylus in FIG. 3 in more detail;

【図5】薄板の厚さと透過ビームの割合をそれぞれ横
軸、縦軸にプロットして得られるデータ分布図である。
FIG. 5 is a data distribution diagram obtained by plotting the thickness of a thin plate and the ratio of a transmitted beam on a horizontal axis and a vertical axis, respectively.

【図6】薄板の厚さと透過ビームの割合のデータ分布か
ら所定の曲線に最小二乗法を用いてフィッティングした
状態を説明するためのグラフである。
FIG. 6 is a graph for explaining a state in which a predetermined curve is fitted using a least squares method from a data distribution of the thickness of a thin plate and the ratio of a transmitted beam.

【図7】本発明に係る飛程測定装置を組み込んだイオン
ビーム照射装置を示した概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an ion beam irradiation device incorporating the range measuring device according to the present invention.

【図8】本発明の他の測定子の構造を示した概略構成図
である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the structure of another tracing stylus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測定子 2a,2b 電流計 3 コリメータ 4 薄板 5 台座 6 永久磁石 7 筒状ケース 8 電極 9 高圧電源 10 飛程測定装置 11 エネルギー吸収材 18 イオンビーム 20 イオン加速器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring element 2a, 2b Ammeter 3 Collimator 4 Thin plate 5 Pedestal 6 Permanent magnet 7 Cylindrical case 8 Electrode 9 High voltage power supply 10 Range measuring device 11 Energy absorbing material 18 Ion beam 20 Ion accelerator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01T 1/00 - 1/40 G21K 5/00 - 5/10 H01J 37/04 H01J 37/30 - 37/317──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01T 1/00-1/40 G21K 5/00-5/10 H01J 37/04 H01J 37/30-37 / 317

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオンビームの入射角度を制限するコリ
メータと、照射材料と同質の薄板と、該薄板の後方に配
置された台座と、それぞれ前記薄板及び前記台座に流れ
る電流を測定する第1及び第2の電流計と、前記コリメ
ータ、前記薄板、前記台座を支持する筒状ケースと、該
筒状ケースの近傍に前記イオンビームの照射方向と直角
方向に所定の大きさの磁場を与える永久磁石を具備して
構成された測定子を複数備えて形成されたことを特徴と
するイオンビームの飛程測定装置。
1. A collimator for limiting the angle of incidence of an ion beam, a thin plate of the same quality as the irradiation material, a pedestal disposed behind the thin plate, and first and second current sensors for measuring the current flowing through the thin plate and the pedestal, respectively. A second ammeter, a cylindrical case supporting the collimator, the thin plate, and the pedestal; and a permanent magnet for applying a magnetic field of a predetermined magnitude in the vicinity of the cylindrical case in a direction perpendicular to the irradiation direction of the ion beam. An ion beam range measuring device, comprising: a plurality of tracing styluses each comprising:
【請求項2】 イオンビームの入射角度を制限するコリ
メータと、照射材料と同質の薄板と、該薄板の後方に配
置された台座と、それぞれ前記薄板及び前記台座に流れ
る電流を測定する第1及び第2の電流計と、前記コリメ
ータ、前記薄板、前記台座を支持する筒状ケースと、そ
れぞれ高圧電源に接続され、前記薄板を挟むようにして
配置された一対の電極とを具備して構成された測定子を
複数備えて形成されたことを特徴とするイオンビームの
飛程測定装置。
2. A collimator for limiting the angle of incidence of the ion beam, a thin plate of the same quality as the irradiation material, a pedestal disposed behind the thin plate, and first and second current sensors for measuring the current flowing through the thin plate and the pedestal, respectively. A measurement comprising a second ammeter, the collimator, the thin plate, a cylindrical case supporting the pedestal, and a pair of electrodes respectively connected to a high-voltage power supply and arranged so as to sandwich the thin plate. An ion beam range measurement device characterized by comprising a plurality of elements.
【請求項3】 前記複数の薄板の厚さがそれぞれ異なっ
ていることを特徴とする請求項1又は2記載のイオンビ
ームの飛程測定装置。
3. The ion beam range measuring apparatus according to claim 1, wherein the plurality of thin plates have different thicknesses.
【請求項4】 請求項1又は2記載のイオンビームの飛
程測定装置を用いたイオンビームの飛程測定方法におい
て、前記複数の薄板の厚さを測定し、前記飛程測定装置
の前面から前記イオンビームを入射させて前記複数の測
定子それぞれの薄板及び台座から流れる電流値を測定
し、薄板及び台座から流れる合計電流値に対する台座か
ら流れる電流値の割合を透過ビームの割合として計算
し、前記複数の薄板の厚さ及び前記透過ビームの割合を
最小二乗法を用いてフィッティングして、前記照射材料
中でのイオンビームの平均飛程及び標準偏差を求めるこ
とを特徴とするイオンビームの飛程測定方法。
4. An ion beam range measuring method using the ion beam range measuring device according to claim 1, wherein the thickness of the plurality of thin plates is measured, and the thickness of the plurality of thin plates is measured from the front of the range measuring device. Measure the current value flowing from the thin plate and the pedestal of each of the plurality of tracing stylus by injecting the ion beam, calculate the ratio of the current value flowing from the pedestal to the total current value flowing from the thin plate and the pedestal as a ratio of the transmitted beam, The thickness of the plurality of thin plates and the ratio of the transmitted beam are fitted using a least-squares method to obtain an average range and a standard deviation of the ion beam in the irradiation material. Measurement method.
【請求項5】 エネルギー吸収材の厚さTを制御するこ
とによるイオン照射における照射材料中の打ち込み深さ
の制御方法において、請求項4記載のイオンビームの飛
程測定方法により測定されたイオンビームのエネルギー
吸収材及び照射材料における平均飛程をそれぞれme
t とし、前記照射材料中の打ち込み深さをDに設定し
たい場合、T=me −me ・D/mt なる式にme 、m
t 、及びDを代入して計算することにより、前記エネル
ギー吸収材の厚さTを求めることを特徴とするイオン照
射における照射材料中の打ち込み深さの制御方法。
5. A method for controlling the implantation depth in an irradiation material in ion irradiation by controlling the thickness T of an energy absorbing material, wherein the ion beam measured by the ion beam range measurement method according to claim 4. The average range of the energy absorbing material and the irradiation material is m e ,
and m t, when the driving depth in said irradiated material to be set to D, T = m e -m e · D / m t become expressions m e, m
A method of controlling the implantation depth in an irradiation material in ion irradiation, wherein a thickness T of the energy absorbing material is obtained by substituting and calculating t and D.
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