JP3168776B2 - 高周波型荷電粒子加速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギーのイオン
等の荷電粒子を照射対象物に照射してイオン注入や表面
改質等を行う装置に供される高周波型加速装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物を
イオン化し、この不純物イオンを磁界を用いた質量分析
法により選択的に取り出し、電界により加速してイオン
照射対象物に照射することで、イオン照射対象物内に不
純物を注入するものである。そして、このイオン注入装
置は、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定す
る不純物を任意の量および深さに制御性良く注入できる
ことから、現在の集積回路の製造に重要な装置になって
いる。

【０００３】近年、半導体デバイスメーカでは、ＭｅＶ
級の高エネルギーイオン注入装置の必要性が高まってい
る。これは、Ｃ−ＭＯＳデバイス製造プロセスにおける
レトログレイドウエルの形成、ＲＯＭ後書込み等を、高
エネルギーイオン注入で行う利点が明らかになってきた
ためである。

【０００４】上記高エネルギーイオン注入装置の一つ
に、図２に示すように、イオン加速手段として高周波４
重極型線形加速器（以下、ＲＦＱ加速器と称する）５６
を用いたものがある。上記高エネルギーイオン注入装置
は、イオン源物質をイオン化してビームとして引き出す
イオン源５２、質量分析により所望のイオンのみを選択
的に取り出す分析マグネット５３、イオンビームをシャ
ープに整形する静電レンズ５４、および上記各部位５２
〜５４に電力を供給する高電圧電源部５５を有するイオ
ンビーム発生部５１を備えている。そして、このイオン
ビーム発生部５１の後段に上記ＲＦＱ加速器５６が設け
られ、イオンビーム発生部５１から出射されたイオンが
ＲＦＱ加速器５６により所定のエネルギーまで加速され
るようになっている。

【０００５】上記ＲＦＱ加速器５６は、真空チャンバ５
６ａ内にモジュレーション（波）を有する４重極電極５
６ｂを備えている。また、上記ＲＦＱ加速器５６のビー
ム入射部には、ビームを加速し易いように集群（バン
チ）するバンチ部が形成されている。上記ＲＦＱ加速器
５６に、図示しない高周波電源より所定周波数の高周波
電力を供給して共振させることにより、イオンの進行方
向と直角な方向に４重極電界が形成され、ビーム入射部
でバンチされたビームが集束されながら加速される。

【０００６】尚、上記ＲＦＱ加速器５６では、その共振
周波数が、その構造によって一定のものに固定されてい
るため、同一イオン種の加速エネルギーを可変できない
という欠点がある。また、あるエネルギー以上になると
加速効率が悪化する。この解決法として、ＲＦＱ加速器
５６の後段に高周波加速器（以下、後段ＲＦ加速器）５
７が付加されている。即ち、上記ＲＦＱ加速器５６から
出射された所定エネルギーのビームを、後段ＲＦ加速器
５７でさらに加速、あるいは減速して、所望のエネルギ
ーに調整するのである。上記後段ＲＦ加速器５７として
は、例えば、真空容器５７ａ内にドリフトチューブ５７
ｂを備えた２ギャップのλ／４共振器を用いることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来では、上記ＲＦＱ
加速器５６の後段に後段ＲＦ加速器５７を設ける場合、
ベローズ５８およびゲートバルブ５９を介して、ＲＦＱ
加速器５６の真空チャンバ５６ａと、後段ＲＦ加速器５
７の真空チャンバ５７ａとを連通している。

【０００８】このため、ＲＦＱ加速器５６のビーム出口
と後段ＲＦ加速器５７のビーム入射口との間のギャップ
長が、ベローズ５８、ゲートバルブ５９およびフランジ
等によって長くなり、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速
器５７との間に比較的長いドリフト空間が形成されてし
まう。したがって、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器
５７とのビームマッチングが不適当になり、ビームの輸
送効率の悪化を招来するという問題が生じる。

【０００９】即ち、上記ＲＦＱ加速器５６から出射され
たビームは、イオンが所定の位相範囲内（例えば−３０
°＜φ＜３０°、φ：位相〔°〕）に存在するバンチ構
造であるが、位相の進んでいるイオンは速度が遅く、位
相の遅れているイオンは速度が速いので、ドリフト空間
を通過するに連れてビームバンチは平滑にされて位相範
囲が広がってしまう。上記後段ＲＦ加速器５７は、所定
の位相範囲内のイオンしか加速しないので、上記ドリフ
ト空間が長くビームバンチの位相範囲が広くなる程、後
段ＲＦ加速器５７で加速されないイオンの割合が多くな
り、ビームの輸送効率の悪化を招くのである。

【００１０】また、ベローズ５８やゲートバルブ５９が
必要な分、全体の長さが長くなり、装置の大型化を招来
すると共に、部品数も多くなり、コスト高も招来する。

【００１１】また、上記ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加
速器５７とがそれぞれ別体の真空チャンバ５６ａ・５７
ａ内に設けられているので、両者５６・５７のビーム軸
を合致させる作業が比較的難しい。即ち、ＲＦＱ加速器
５６と後段ＲＦ加速器５７をそれぞれ別体の真空チャン
バ５６ａ・５７ａ内で正確に位置決め固定し、さらに、
両真空チャンバ５６ａ・５７ａを正確に位置決め固定す
る必要があるからである。また、両真空チャンバ５６ａ
・５７ａを位置決め固定した後、地震等によって何れか
一方の真空チャンバの固定位置がずれると、両加速器５
６・５７のビーム軸にずれが生じてしまうといった不都
合も生じる。

【００１２】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、ビームの輸送効率を高めることがで
き、小型化および低コスト化が図れ、さらに、２つの加
速器間のビーム軸の合致作業が容易であり、ビーム軸の
ずれが生じ難い安定な構造の高周波型荷電粒子加速装置
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波型荷電粒
子加速装置は、被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配
置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力
の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して
加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加
速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の
供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速
された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周
波加速手段とを備えているものであって、上記の課題を
解決するために、以下の手段が講じられていることを特
徴とするものである。

【００１４】即ち、上記高周波４重極加速手段と上記後
段高周波加速手段とが、高周波的に両加速手段を隔離す
るための隔離部材を介して、１つの真空容器内に一体的
に設けられている。

【００１５】

【作用】上記の構成によれば、１つの真空容器内に、隔
離部材を介して高周波４重極加速手段と上記後段高周波
加速手段とが一体的に設けられているので、従来用いら
れていたベローズやゲートバルブが存在しない分、両加
速手段の間の距離が非常に短くなる。このため、高周波
４重極加速手段で集群された状態で加速された荷電粒子
ビームは、略、高周波４重極加速手段から出射された位
相範囲のままで、後段高周波加速手段に入射されること
になるので、両加速手段間のビームのマッチングが最適
に行われ、ビームの輸送効率が高まる。

【００１６】また、従来用いられていたベローズやゲー
トバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装
置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった
真空容器が１つとなり、また、ベローズやゲートバルブ
も不要となるので、部品数の削減および低コスト化が図
れる。

【００１７】また、上記高周波型荷電粒子加速装置で
は、従来よりも両加速手段のビーム軸を合致させる作業
が容易となる。即ち、従来では真空容器内における加速
手段の位置決めと、真空容器の位置決めとを正確に行う
必要があるが、本発明では、１つの真空容器内における
両加速手段の位置決めを正確に行うだけで、ビーム軸の
合致が可能となる。また、従来では、一方の真空チャン
バの固定位置がずれると、ビーム軸がずれてしまうが、
本発明では、一度、真空容器内で両加速手段のビーム軸
を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生
じ難い安定な構造となっている。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例について図１に基づいて説
明すれば、以下の通りである。

【００１９】本実施例に係る高周波型荷電粒子加速装置
としての高周波型イオン加速装置（以下、ＲＦ加速装置
と称する）は、高エネルギーイオン注入装置に用いられ
るものであり、図１に示すように、高エネルギーイオン
注入装置のイオンビーム発生部１の後段に設置されてい
る。

【００２０】上記イオンビーム発生部１は、イオン源物
質をイオン化してビームとして引き出すイオン源２、質
量分析により所望のイオンのみを選択的に取り出す分析
マグネット３、ＲＦ加速装置６へ入射するビーム量の効
率を高めるためにイオンビームをシャープに整形する静
電レンズ４、および上記各部位２〜４に電力を供給する
高電圧電源部５を有している。

【００２１】上記ＲＦ加速装置６は、１つの真空チャン
バ（真空容器）７内に、高周波４重極加速手段としての
高周波４重極型線形加速器（以下、ＲＦＱ加速器と称す
る）８と、このＲＦＱ加速器８の後段に配置される後段
高周波加速手段としての後段高周波加速器（以下、後段
ＲＦ加速器）９とが一体的に設けられたものである。上
記ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間には、両加
速器８・９を高周波的に隔離するための隔離部材として
の仕切り板１０が介在されている。上記仕切り板１０の
中央には、ビーム通過孔が形成されている。

【００２２】上記仕切り板１０は、高周波電流に対して
抵抗の少ない材質、例えば銅により形成されている。ま
た、仕切り板１０として、銅メッキを施した鉄板等を用
いることもできる。上記仕切り板１０の内部には、水等
の冷媒の通路が形成されており、装置運転中の過熱を防
止するようになっている。

【００２３】上記ＲＦＱ加速器８は、被加速荷電粒子ビ
ームとしてのイオンビームの通過経路のまわりに配置さ
れた４重極電極８ａを備えている。この４重極電極８ａ
における各電極の対向面には、イオンの進行方向と直角
な方向に４重極電界を形成するためのモジュレーション
（波）が形成されている。また、上記ＲＦＱ加速器８の
ビーム入射部には、ビームを加速し易いように集群（バ
ンチ）するバンチ部が形成されている。

【００２４】上記後段ＲＦ加速器９は、共振波長λの１
／４倍の長さを有する導体９ａを備え、導体９ａの一端
をショート、他端にビーム通過孔を有するドリフトチュ
ーブ９ｂを形成した２ギャップのλ／４共振器であり、
導体９ａを渦巻き状にしたスパイラルレゾネータと呼称
されるものである。

【００２５】上記真空チャンバ７には、図示しない高真
空ポンプの引口と、上記ＲＦＱ加速器８および後段ＲＦ
加速器９にそれぞれ高周波電力を供給するためのポート
とが設けられている。

【００２６】上記の構成において、ＲＦ加速装置６の動
作を以下に説明する。

【００２７】ＲＦ加速装置６のＲＦＱ加速器８には、図
示しない高周波電源より所定の高周波電力が供給されて
おり、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界が形
成されている。イオンビーム発生部１から出射されたイ
オンビームは、先ず、このＲＦＱ加速器８に入射し、該
ＲＦＱ加速器８のバンチ部でバンチされる。即ち、イオ
ンの位相が所定範囲内なるように揃えられる。そして、
バンチ部でバンチされたビームが、上記４重極電界によ
り集束されながら加速される。

【００２８】上記ＲＦＱ加速器８で所定エネルギーに加
速されたビームは、ＲＦＱ加速器８から出射後、仕切り
板１０のビーム通過孔を通過して直ちに後段ＲＦ加速器
９に入射される。両加速器８・９間の距離は非常に短
く、この間に従来のようにビームバンチの位相範囲が大
きく広がってしまうことはなく、バンチ構造のビーム
は、略、ＲＦＱ加速器８から出射された位相範囲のまま
で、後段ＲＦ加速器９に入射されることになる。

【００２９】上記後段ＲＦ加速器９では、ＲＦＱ加速器
８と後段ＲＦ加速器９との位相関係を１８０°変化させ
ることにより、２つのギャップｇ₁ ・ｇ₂ においてバン
チ構造のビームが加速、または減速される。この後、後
段ＲＦ加速器９から出射されたイオンビームは、照射部
にセットされているウェハ等のイオン照射対象物へ照射
される。

【００３０】以上のように、本実施例のＲＦ加速装置６
は、イオンビームの通過経路のまわりに配置された４重
極電極８ａを備え、高周波電源より所定の高周波電力の
供給を受けて所定周波数で共振し、イオンビームをバン
チ（集群）して加速するＲＦＱ加速器８と、上記ＲＦＱ
加速器８の後段に配置され、高周波電源より高周波電力
の供給を受けて共振し、上記ＲＦＱ加速器８で加速され
たイオンビームのエネルギーを可変する後段ＲＦ加速器
９とを備えているものであって、上記ＲＦＱ加速器８と
後段ＲＦ加速器９とが、高周波的に両加速器８・９を隔
離するための仕切り板１０を介して真空チャンバ７内に
一体的に設けられている構成である。

【００３１】これにより、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加
速器９との間の距離が非常に短くなり、バンチ構造のビ
ームは、略、ＲＦＱ加速器８から出射された位相範囲の
ままで、後段ＲＦ加速器９に入射されることになるの
で、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間のビーム
のマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高ま
る。

【００３２】また、従来、ＲＦＱ加速器と後段ＲＦ加速
器との間に設けられていたベローズやゲートバルブが不
要となるため、全体の長さが短くなり、装置の小型化が
図れる。また、従来では２つ必要であった真空チャンバ
が１つとなり、また、ベローズやゲートバルブも不要と
なるので、部品数の削減が図れ、低コスト化も図れる。

【００３３】また、上記ＲＦ加速装置６では、従来より
も両加速器８・９のビーム軸を合致させる作業が容易で
ある。即ち、従来では真空チャンバ内における加速器の
位置決めと、真空チャンバの位置決めとが正確に行われ
ていないと両加速器のビーム軸を合致させることができ
なかったのに対し、上記ＲＦ加速装置６では、１つの真
空チャンバ７内における両加速器８・９の位置決めを正
確に行うだけで、両加速器８・９のビーム軸を合致させ
ることができる。また、従来では、地震等によって何れ
か一方の真空チャンバの固定位置がずれると、両加速器
のビーム軸がずれてしまうが、上記ＲＦ加速装置６で
は、一度、真空チャンバ７内で両加速器８・９のビーム
軸を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが
生じ難い安定な構造となっている。

【００３４】尚、上記実施例では、高周波型荷電粒子加
速装置を高エネルギーイオン注入装置に適用した例を示
したが、他の装置にも適用可能である。また、上記実施
例では、後段高周波加速手段としてスパイラルレゾネー
タが用いられているが、これに限定されるものではな
く、例えば、ドリフトチューブを複数有し、各ドリフト
チューブ間のギャップで加速を行う構成のドリフトチュ
ーブライナック等の他の高周波加速器を用いることもで
きる。上記実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を
明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限
定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精
神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施する
ことができるものである。

【００３５】

【発明の効果】本発明の高周波型荷電粒子加速装置は、
以上のように、被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配
置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力
の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して
加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加
速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の
供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速
された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周
波加速手段とを備えているものであって、上記高周波４
重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが、高周波的
に両加速手段を隔離するための隔離部材を介して、１つ
の真空容器内に一体的に設けられている構成である。

【００３６】それゆえ、高周波４重極加速手段と後段高
周波加速手段との間の距離が非常に短くなり、両加速手
段間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸
送効率が高まる。

【００３７】また、従来用いられていたベローズやゲー
トバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装
置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった
真空容器が１つとなり、また、ベローズやゲートバルブ
も不要となるので、部品数の削減および低コスト化が図
れる。

【００３８】また、１つの真空容器内における高周波４
重極加速手段および後段高周波加速手段の位置決めを正
確に行うだけで、ビーム軸の合致が可能となり、従来よ
りも両加速手段のビーム軸を合致させる作業が容易とな
る。また、従来では、一方の真空チャンバの固定位置が
ずれると、ビーム軸がずれてしまうが、本発明では、一
度、真空容器内で両加速手段のビーム軸を合致させれ
ば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生じ難い等の効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、高周波型
イオン加速装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の
要部の構成を示す概略構成図である。

【図２】従来例を示すものであり、高周波型イオン加速
装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の要部の構成
を示す概略構成図である。

【符号の説明】 １ イオンビーム発生部 ６ 高周波型イオン加速装置 ７ 真空チャンバ（真空容器） ８ 高周波４重極型線形加速器（高周波４重極加速手
段） ８ａ ４重極電極 ９ 後段高周波加速器（後段高周波加速手段） １０ 仕切り板（隔離部材）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配置
   された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の
   供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加
   速する高周波４重極加速手段と、 上記高周波４重極加速手段の後段に配置され、高周波電
   源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記高周波４
   重極加速手段で加速された荷電粒子ビームのエネルギー
   を可変する後段高周波加速手段とを備えているものであ
   って、 上記高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段と
   が、高周波的に両加速手段を隔離するための隔離部材を
   介して、１つの真空容器内に一体的に設けられているこ
   とを特徴とする高周波型荷電粒子加速装置。