JP3168903B2 - High-frequency accelerator and method of using the same - Google Patents
High-frequency accelerator and method of using the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、イオン注
入装置などに供され、イオン粒子など、荷電粒子を加減
速する高周波加減速器、および、その使用方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency accelerating / decelerating device for use in an ion implanter for accelerating and decelerating charged particles such as ion particles, and a method of using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在、半導体を用いた集積回路は、電子
機器をはじめ、様々な分野で広く使われている。これら
の集積回路を製造する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、イオン注入装置は、重要な
装置になっている。2. Description of the Related Art At present, integrated circuits using semiconductors are widely used in various fields including electronic equipment. In a semiconductor process for manufacturing these integrated circuits, an ion implantation apparatus has become an important apparatus because impurities for determining device characteristics can be implanted into an arbitrary amount and an arbitrary depth with good controllability.
【０００３】上記イオン注入装置は、拡散したい不純ガ
スをイオン化した後、所定の加速電圧で引き出し、磁界
を用いた質量分析法により選択的に取り出してイオンビ
ームとする。さらに、加減速器にて、加速あるいは減速
してイオン照射対象物に所望の速度で照射する。これに
より、イオン照射対象物へイオンを制御性良く打ち込む
ことができる。In the above ion implantation apparatus, an impurity gas to be diffused is ionized, extracted with a predetermined acceleration voltage, and selectively extracted by a mass spectrometry using a magnetic field to form an ion beam. Further, the ion irradiation target is irradiated at a desired speed while being accelerated or decelerated by an acceleration / deceleration device. Thereby, ions can be implanted into the ion irradiation target with good controllability.
【０００４】この加減速器としては、例えば、電極に直
流電位を印加して形成した静電界によって、イオンを加
減速する静電加減速器が挙げられる。ところが、上記静
電加減速器では、イオンビームへ与えるエネルギを高く
するために、電極の電位を高くする必要があり、直流加
速用電位の使用が困難になるという問題がある。例え
ば、半導体材料に深くイオン注入する際には、２００万
電子ボルトにもおよぶエネルギを必要とする。したがっ
て、静電加減速器のみを用いて、加速する場合、１００
ＫＶを越える直流電圧を印加する必要がある。この結
果、加減速器の大きさ、ビーム電流量、取り扱い、操作
性能などの点で問題が生じる虞れがある。[0004] Examples of the accelerating / decelerating device include an electrostatic accelerating / decelerating device for accelerating and decelerating ions by an electrostatic field formed by applying a DC potential to an electrode. However, in the above-mentioned electrostatic accelerating / decelerating device, it is necessary to increase the potential of the electrode in order to increase the energy applied to the ion beam, and there is a problem that it is difficult to use the DC accelerating potential. For example, deep ion implantation into a semiconductor material requires as much as 2 million electron volts of energy. Therefore, when accelerating using only the electrostatic accelerator, 100
It is necessary to apply a DC voltage exceeding KV. As a result, there is a possibility that problems may occur in terms of the size of the accelerator / decelerator, the amount of beam current, handling, operation performance, and the like.
【０００５】このような場合には、高周波を電極へ印加
する高周波加減速器が使われることが多い。図９に示す
ように、上記高周波加減速器５０は、例えば、金属など
の導電体を略円筒状に形成したタンク５１と、タンク５
１内部の空洞５２において、イオンビームの進路上に配
された電極５３とを備えている。これにより、イオンビ
ームの入射側の内壁と電極５３との間には、第１ギャッ
プ５２ａが形成され、電極５３と出射側の内壁との間に
は、第２ギャップ５２ｂが形成される。また、上記電極
５３は、コイル５５を介して、タンク５１の底面５１ｂ
に接続されている。したがって、上記コイル５５のイン
ダクタンスと、第１ギャップ５２ａ間および第２ギャッ
プ５２ｂ間の静電容量によって共振回路５０ａが形成さ
れる。該共振回路５０ａには、タンク５１の外部に設け
られた電力入力部５８から、空洞５２内の電力用プレー
ト５９を介して、電力が供給される。当該電力入力部５
８が供給するＲＦ波の周波数は、上記共振回路５０ａの
共振周波数になるように設定される。また、コイル５５
を伸長したときの長さＬは、ＲＦ波の波長をλとする
と、下式（１）に示すように、 Ｌ≒λ／４ ・・・（１） に設定される。In such a case, a high-frequency accelerator for applying a high frequency to the electrodes is often used. As shown in FIG. 9, the high-frequency accelerator / decelerator 50 includes, for example, a tank 51 in which a conductor such as metal is formed in a substantially cylindrical shape, and a tank 5.
And an electrode 53 disposed on the path of the ion beam. Thus, a first gap 52a is formed between the inner wall on the incident side of the ion beam and the electrode 53, and a second gap 52b is formed between the electrode 53 and the inner wall on the emission side. The electrode 53 is connected to the bottom surface 51 b of the tank 51 via a coil 55.
It is connected to the. Therefore, the resonance circuit 50a is formed by the inductance of the coil 55 and the capacitance between the first gap 52a and the capacitance between the second gap 52b. Power is supplied to the resonance circuit 50 a from a power input unit 58 provided outside the tank 51 via a power plate 59 in the cavity 52. The power input unit 5
The frequency of the RF wave supplied by 8 is set to be the resonance frequency of the resonance circuit 50a. Also, the coil 55
Is set to L λ / 4 (1) as shown in the following equation (1), where λ is the wavelength of the RF wave.
【０００６】正の電荷を持つイオン粒子が第１ギャップ
５２ａにあるとき、該イオン粒子は、電極５３の電位が
タンク５１の入射側の内壁に比べて低い場合に進行方向
へ加速される。また、第２ギャップ５２ｂにあるとき
は、電極５３の電位がタンク５１の出射側の内壁に比べ
て高いときに加速される。したがって、イオン粒子が第
１ギャップ５２ａにあるときに、電極５３の電位を低く
し、該イオン粒子が進行して、第２ギャップ５２ｂへ移
った場合に、電極５３の電位が高くなるように、電極５
３を励振させることによって、イオン粒子を加速でき
る。When ion particles having a positive charge are in the first gap 52a, the ion particles are accelerated in the traveling direction when the potential of the electrode 53 is lower than the inner wall of the tank 51 on the incident side. When the electrode 53 is in the second gap 52b, the acceleration is performed when the potential of the electrode 53 is higher than the inner wall of the tank 51 on the emission side. Therefore, when the ion particles are in the first gap 52a, the potential of the electrode 53 is lowered, and when the ion particles advance and move to the second gap 52b, the potential of the electrode 53 is increased. Electrode 5
By exciting 3, the ion particles can be accelerated.
【０００７】したがって、イオンビームの進行方向に沿
って、第１ギャップ５２ａの中心と第２ギャップ５２ｂ
の中心との距離をｄｇとすると、以下に示すように、 ｄｇ＝（１／２）・β・λ ・・・（２） となる。なお、上式（２）において、βは、イオン粒子
の速度をｖ、光の速度をｃとしたとき、β＝ｖ／ｃで表
される。また、λは、ＲＦ波の波長を示している。Therefore, along the traveling direction of the ion beam, the center of the first gap 52a and the second gap 52b
Assuming that the distance from the center is dg, dg = (1/2) .beta..lambda. In the above equation (2), β is represented by β = v / c, where v is the speed of the ion particles and c is the speed of light. Λ indicates the wavelength of the RF wave.
【０００８】また、あるイオンの同期エネルギＥは、以
下のように、 Ｅ＝（１／２）・ｍ・β2 ｃ2 ・・・（３） で表される。Further, the synchronization energy E of a certain ion is expressed as follows: E = (１ ／) · m · β 2 c 2 (3)
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の高周波加減速器５０では、共振モードが１つである
ため、共振周波数、すなわち、波長λが限定される。し
たがって、イオンの同期エネルギＥが単一になり、入射
エネルギに対する高周波加減速器５０のアクセプタンス
が制限されるという問題を生じている。However, in the high-frequency accelerator / decelerator 50 having the above-described structure, since there is only one resonance mode, the resonance frequency, that is, the wavelength λ is limited. Therefore, there is a problem that the synchronization energy E of the ions becomes single and the acceptance of the high-frequency accelerator 50 for the incident energy is limited.
【００１０】そこで、従来では、互いに異なる入射エネ
ルギのイオンビームを加速する場合には、高周波加減速
器５０自体を交換したり、ギャップ間距離ｄｇを機械的
に変えるなどの操作を行っている。高周波加減速器５０
自体を交換する場合には、イオンビームの入射エネルギ
に合わせて、複数の高周波加減速器５０…を用意する必
要がある。一方、ギャップ間距離ｄｇを機械的に調整す
る場合、高周波加減速器５０の構造が複雑になり、高周
波加減速器５０が大型になる虞れがある。さらに、調整
時の操作が煩雑になる。Therefore, conventionally, when accelerating ion beams having mutually different incident energies, operations such as replacing the high-frequency accelerator 50 itself and mechanically changing the gap distance dg are performed. High-frequency accelerator / decelerator 50
When replacing itself, it is necessary to prepare a plurality of high-frequency accelerators 50 in accordance with the incident energy of the ion beam. On the other hand, when mechanically adjusting the distance dg between the gaps, the structure of the high-frequency accelerator / decelerator 50 becomes complicated, and the high-frequency accelerator / decelerator 50 may become large. Furthermore, the operation at the time of adjustment becomes complicated.
【００１１】本発明は、上記の問題点を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、構成が簡単で、入射エネルギ
に対するアクセプタンスが広い高周波加減速器を提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-frequency accelerator having a simple structure and a wide acceptance with respect to incident energy.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る高
周波加減速器は、上記課題を解決するために、内部に空
洞が形成された導電体の容器を含む共振回路と、該共振
回路へ電力を供給する駆動手段とを有する高周波加減速
器において、以下の手段を講じたことを特徴としてい
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a high-frequency acceleration / deceleration device, comprising: a resonance circuit including a conductive container having a cavity formed therein; And a driving means for supplying electric power to the high-frequency accelerating / decelerating device, wherein the following means are taken.
【００１３】すなわち、上記共振回路は、上記空洞内に
配され、上記駆動手段からの電力により励振する複数の
駆動用電極を備えており、上記空洞内の荷電粒子の通路
上には、上記駆動用電極によって、３つ以上のギャップ
が形成されている。That is, the resonance circuit includes a plurality of driving electrodes arranged in the cavity and excited by electric power from the driving means, and the driving circuit is provided on a path of charged particles in the cavity. Three or more gaps are formed by the electrodes for use.
【００１４】上記構成では、上記駆動用電極は、駆動手
段からの電力によって、隣接する駆動用電極と同位相あ
るいは逆位相で励振できる。これにより、上記共振回路
には、複数の共振モードが設けられる。In the above configuration, the driving electrode can be excited by the electric power from the driving means in the same phase or in the opposite phase to the adjacent driving electrode. Thereby, a plurality of resonance modes are provided in the resonance circuit.
【００１５】ある共振モードにて、駆動手段が共振回路
を励起しているとき、互いに逆位相で励振している駆動
用電極間のギャップには、イオンなどの荷電粒子を加速
あるいは減速するための電場が形成され、該ギャップに
ある荷電粒子が加減速される。また、各駆動用電極は、
励振しているので、上記ギャップ間に形成される電場
は、周期的に変化しており、その向きは、半周期毎に反
転する。なお、互いに同位相にて励振している駆動用電
極間のギャップには、加減速用の電場は形成されない。
したがって、該ギャップ間の荷電粒子は、当初の速度の
まま通過する。In a certain resonance mode, when the driving means excites the resonance circuit, the gap between the driving electrodes which are excited in mutually opposite phases is used to accelerate or decelerate charged particles such as ions. An electric field is formed, and charged particles in the gap are accelerated or decelerated. Also, each drive electrode is
Because of the excitation, the electric field formed between the gaps changes periodically, and the direction is inverted every half cycle. An electric field for acceleration / deceleration is not formed in the gap between the driving electrodes which are excited in the same phase.
Therefore, the charged particles between the gaps pass at the original velocity.
【００１６】加減速用の電場が形成されているギャップ
へ、荷電粒子が進入した場合、該荷電粒子は、加減速さ
れながら当該ギャップを通過する。荷電粒子の入射エネ
ルギが高周波加減速器の同期エネルギと同一であれば、
荷電粒子がギャップ間を通過するタイミングと駆動用電
極の駆動周期とが同期している。したがって、各ギャッ
プ間を通過する際、該ギャップに形成されている電場の
向きは、常に一定となる。これにより、高周波加減速器
は、同期エネルギと同一の入射エネルギを持つ荷電粒子
を高効率で加減速できる。When charged particles enter a gap in which an electric field for acceleration / deceleration is formed, the charged particles pass through the gap while being accelerated / decelerated. If the incident energy of the charged particles is the same as the synchronization energy of the high-frequency accelerator,
The timing at which the charged particles pass through the gap and the drive cycle of the drive electrode are synchronized. Therefore, when passing through each gap, the direction of the electric field formed in the gap is always constant. Thus, the high-frequency accelerator can accelerate and decelerate charged particles having the same incident energy as the synchronization energy with high efficiency.
【００１７】なお、荷電粒子の入射エネルギと、高周波
加減速器の同期エネルギとが一致していない場合は、各
ギャップを通過する際に形成されている電場の向きが統
一されないので、高周波加減速器は、該荷電粒子を効率
良く加減速できない。If the incident energy of the charged particles does not match the synchronization energy of the high-frequency accelerator, the direction of the electric field formed when passing through each gap is not unified, so that the high-frequency acceleration / deceleration is not performed. The device cannot efficiently accelerate or decelerate the charged particles.
【００１８】また、各駆動用電極が励振しており、各ギ
ャップに形成されている電場の強さや向きが変化してい
る。したがって、荷電粒子が高周波加減速器へ入射する
タイミングに応じて、荷電粒子へ加わる力が変化する。
例えば、ギャップに形成される電場が時間と共に強くな
っている期間では、該ギャップへ先に入射した荷電粒子
よりも、後で入射した荷電粒子の方がより強く加減速さ
れる。この結果、荷電粒子が高周波加減速器へ入射する
タイミングに応じて、荷電粒子の出射速度が変化する。
したがって、高周波加減速器へ入射した荷電粒子流は、
所定の空間（ドリフト空間）を通過した時点で集群（バ
ンチング）される。Further, each driving electrode is excited, and the intensity and direction of the electric field formed in each gap are changed. Therefore, the force applied to the charged particles changes according to the timing at which the charged particles enter the high-frequency accelerator.
For example, during a period in which the electric field formed in the gap increases with time, charged particles that later enter the gap are more strongly accelerated / decelerated than charged particles that first enter the gap. As a result, the emission speed of the charged particles changes according to the timing at which the charged particles enter the high-frequency accelerator.
Therefore, the charged particle flow incident on the high-frequency accelerator is
When passing through a predetermined space (drift space), they are bunched.
【００１９】上記高周波加減速器は、荷電粒子の進路上
に、複数の駆動用電極を配して、３つ以上のギャップを
形成しており、その構成を機械的に変位させることな
く、複数の共振モードにて運転できる。したがって、高
周波加減速器の同期エネルギは、共振モードに対応して
複数設けられる。この結果、複数の互いに異なる入射エ
ネルギを持つ荷電粒子であっても、加減速あるいはバン
チングでき、入射エネルギに対する高周波加減速器のア
クセプタンスを従来に比べて広げることができる。In the above-mentioned high-frequency accelerator, a plurality of driving electrodes are arranged on the path of the charged particles to form three or more gaps. It can be operated in the resonance mode. Therefore, a plurality of synchronization energies of the high-frequency accelerator are provided corresponding to the resonance mode. As a result, even a plurality of charged particles having different incident energies can be accelerated / decelerated or bunched, and the acceptance of the high-frequency accelerator / decelerator for the incident energy can be increased as compared with the related art.
【００２０】また、従来の高周波加減速器に比べて、容
器の数に対するギャップの数の割合を高くすることがで
きる。したがって、同じ数のギャップを設ける場合、容
器や当該容器を駆動する駆動手段、あるいは、該容器を
支持する支持部材などの数を削減でき、構成を簡略にで
きる。Further, the ratio of the number of gaps to the number of containers can be increased as compared with the conventional high-frequency accelerator. Therefore, when the same number of gaps are provided, the number of containers, driving means for driving the containers, or support members for supporting the containers can be reduced, and the configuration can be simplified.
【００２１】加えて、ギャップの数が同じであれば、駆
動用電極間に設けられる容器の壁の数を削減できる。し
たがって、高周波加減速器へ入力する電力に対する加減
速電圧の比を従来に比べて高くでき、高周波加減速器の
効率をさらに向上できる。In addition, if the number of gaps is the same, the number of container walls provided between the driving electrodes can be reduced. Therefore, the ratio of the acceleration / deceleration voltage to the power input to the high-frequency accelerator / decelerator can be made higher than before, and the efficiency of the high-frequency accelerator / decelerator can be further improved.
【００２２】また、請求項２の発明に係る高周波加減速
器は、請求項１記載の発明の構成において、上記駆動手
段は、上記共振回路の各共振モードの基本周波数にて、
当該共振回路を駆動することを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, in the high frequency accelerating / decelerating device according to the first aspect of the present invention, the driving means includes a basic frequency of each resonance mode of the resonance circuit.
It is characterized by driving the resonance circuit.
【００２３】それゆえ、共振回路は、イオンの加減速に
有利な低い共振周波数にて、共振することができる。こ
の結果、高周波加減速器において、イオンの加減速に有
利な同期エネルギを従来より多く設けることができる。Therefore, the resonance circuit can resonate at a low resonance frequency that is advantageous for acceleration and deceleration of ions. As a result, in the high-frequency accelerator, more synchronous energy that is advantageous for acceleration and deceleration of ions can be provided than before.
【００２４】一方、請求項３の発明に係る高周波加減速
装置の使用方法は、請求項１記載の高周波加減速器を複
数直列に配し、初段は、荷電粒子をバンチングさせるバ
ンチング部として動作させ、次段以降は、荷電粒子を加
減速する加減速部として動作させることを特徴としてい
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of using the high-frequency acceleration / deceleration device, wherein a plurality of the high-frequency acceleration / deceleration devices according to the first aspect are arranged in series, and the first stage is operated as a bunching section for bunching charged particles. From the next stage onward, it operates as an acceleration / deceleration unit for accelerating and decelerating charged particles.
【００２５】上記構成では、同じ構成の高周波加減速器
を用いて、荷電粒子をバンチングした後、加減速でき
る。それゆえ、バンチング部と加減速部とが同じ構成で
あり、同じ部材を使用できる。この結果、別の構成のバ
ンチング手段を設ける場合に比べて、バンチング部も含
めた装置の製造および管理が容易になる。In the above configuration, the charged particles can be accelerated and decelerated after the charged particles are bunched by using the high-frequency accelerator having the same configuration. Therefore, the bunching portion and the acceleration / deceleration portion have the same configuration, and the same members can be used. As a result, the manufacture and management of the apparatus including the bunching unit is easier than in the case where a bunching unit having another configuration is provided.
【００２６】また、高周波加減速器の同期エネルギを調
整する場合、すなわち、加減速部の共振モードを変更す
る場合でも、加減速部と同様の操作をすることにより、
バンチング部の共振周波数を加減速部の共振周波数へ一
致させることができる。この結果、同期エネルギ調整時
における高周波加減速装置の操作性が向上する。Also, when adjusting the synchronization energy of the high-frequency acceleration / deceleration unit, that is, when changing the resonance mode of the acceleration / deceleration unit, the same operation as that of the acceleration / deceleration unit is performed.
The resonance frequency of the bunching unit can be made to match the resonance frequency of the acceleration / deceleration unit. As a result, the operability of the high-frequency acceleration / deceleration device during the synchronization energy adjustment is improved.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図１
ないし図７に基づいて説明すると以下の通りである。本
実施形態に係る高周波加減速器は、例えば、半導体製造
装置や、表面改質用照射装置など、高エネルギイオン注
入装置に供され、イオンをバンチングして加減速するた
めに用いられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
7 is as follows. The high-frequency accelerator according to the present embodiment is used for a high-energy ion implantation apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus or a surface reforming irradiation apparatus, and is used to accelerate and decelerate ions by bunching.
【００２８】図２に示すように、上記イオン注入装置２
１は、イオン源物質をイオン化するイオン源２２と、該
イオン源２２から引き出された所定のエネルギを持つイ
オンを質量分析する分析電磁石２３と、該分析電磁石２
３にて形成されたイオンビームを加速する静電加速器２
４と、加速後のイオンビームを集束する集束系２５と、
集束したイオンビームを集群（バンチング）させるバン
チャー（バンチング部）２６とを備えている。さらに、
互いに直列に接続され、バンチングされたイオンビーム
をさらに加速する高周波加減速器（加減速部）２７と、
入射されるイオンビームにて、シリコンウェハなど、収
納したイオン照射対象物を加工するエンドステーション
２８とが設けられている。また、イオン注入装置２１の
運転中、イオンビームの通路は、図示しない真空ポンプ
などによって高真空に保たれる。なお、本実施形態で
は、バンチャー２６および高周波加減速器２７は、同じ
構成のものを用いており、双方が特許請求の範囲に記載
の高周波加減速器に対応している。As shown in FIG.
Reference numeral 1 denotes an ion source 22 for ionizing an ion source material, an analysis electromagnet 23 for mass-analyzing ions having a predetermined energy extracted from the ion source 22, and an analysis electromagnet 2
Electrostatic accelerator 2 for accelerating the ion beam formed in 3
4, a focusing system 25 for focusing the accelerated ion beam,
A buncher (bunching unit) 26 for bunching the focused ion beams. further,
A high-frequency accelerator / decelerator (acceleration / deceleration unit) 27 connected in series with each other and further accelerating the bunched ion beam;
An end station 28 for processing a stored ion irradiation target such as a silicon wafer with an incident ion beam is provided. During the operation of the ion implanter 21, the path of the ion beam is maintained at a high vacuum by a vacuum pump (not shown) or the like. In this embodiment, the buncher 26 and the high-frequency accelerator 27 have the same configuration, and both correspond to the high-frequency accelerator described in the claims.
【００２９】上記イオン源２２は、例えば、高周波放電
型や電子衝突型などのイオン源であり、例えば、ＢＦ3
やＰＨ3 などのイオン種ガス、あるいは、ＰやＡｓなど
の固体のイオン源物質をオーブンにて気化して、イオン
源２２内に導入する。その後、内部のイオン種ガスをプ
ラズマ化して、イオン引出電極系により所定のエネルギ
で引き出し、Ｂ+ やＰ+ などのイオンとして分析電磁石
２３へ与えることができる。[0029] The ion source 22, for example, an ion source such as a high-frequency discharge type or electron impact type, for example, BF 3
An ion source gas such as P3 or PH 3 or a solid ion source material such as P or As is vaporized in an oven and introduced into the ion source 22. Thereafter, the ion species gas inside is converted into plasma, extracted with predetermined energy by an ion extraction electrode system, and can be given to the analysis electromagnet 23 as ions such as B + and P + .
【００３０】また、分析電磁石２３は、例えば、６０°
型や９０°型の扇形磁石が用いられており、質量分析す
ることによって、所望のイオンからなるイオンビームを
形成できる。The analysis electromagnet 23 is, for example, 60 °
A type or 90 ° fan magnet is used, and an ion beam composed of desired ions can be formed by mass analysis.
【００３１】さらに、分析電磁石２３の後段に配された
静電加速器２４は、例えば、コックロフト型の静電加速
器であり、イオンビームの上流になる分析電磁石２３側
と、下流になる集束系２５側との電位差により発生する
静電界により、入射されるイオンビームを加速する。し
たがって、イオン注入装置２１の運転中、分析電磁石２
３およびイオン源２２は、集束系２５など、他の回路に
比べて、極めて高電位に保たれる。また、使用者や他の
回路を保護するために、分析電磁石２３およびイオン源
２２は、他の回路と電気的に絶縁された高電圧キャビネ
ット２９内に収納されている。Further, the electrostatic accelerator 24 disposed downstream of the analyzing electromagnet 23 is, for example, a cockloft type electrostatic accelerator, in which the analyzing electromagnet 23 is located upstream of the ion beam and the focusing system 25 is located downstream. The incident ion beam is accelerated by an electrostatic field generated by a potential difference from the side. Therefore, during the operation of the ion implantation apparatus 21, the analysis electromagnet 2
3 and the ion source 22 are kept at a very high potential compared to other circuits such as the focusing system 25. In order to protect the user and other circuits, the analyzing electromagnet 23 and the ion source 22 are housed in a high-voltage cabinet 29 that is electrically insulated from other circuits.
【００３２】本実施形態に係るイオン注入装置２１は、
静電加速器２４の後段に高周波加減速器２７を設けてい
る。したがって、エンドステーション２８にて必要とす
るイオンビームのエネルギに比べて、静電加速器２４が
出射するイオンビームのエネルギは、低く設定されてい
る。この結果、高電圧キャビネット２９の電位、すなわ
ち、静電加速器２４の加速電圧は、静電加速器２４単体
で加速する場合に比べて、低く設定されている。The ion implantation apparatus 21 according to the present embodiment
A high-frequency accelerator 27 is provided downstream of the electrostatic accelerator 24. Therefore, the energy of the ion beam emitted from the electrostatic accelerator 24 is set lower than the energy of the ion beam required at the end station 28. As a result, the potential of the high-voltage cabinet 29, that is, the acceleration voltage of the electrostatic accelerator 24 is set lower than when the electrostatic accelerator 24 is accelerated by itself.
【００３３】また、上記静電加速器２４の後段に、集束
系２５を介して配されたバンチャー２６は、イオン粒子
の入射時間に応じ、各イオン粒子へ加える加速度を調整
して、イオン粒子をバンチングさせる。具体的には、所
定の周期毎に、ある時点を基準にして、早く入射したイ
オン粒子より、遅く入射したイオン粒子を大きく加速す
る。この結果、バンチャー２６の出射側から所定の空間
（ドリフト空間）をおいて、イオン粒子をバンチングで
きる。なお、本実施形態に係るバンチャー２６は、後述
する高周波加減速器２７と同じ構成のものが用いられて
いる。したがって、バンチャー２６の構成の説明は省略
する。A buncher 26 disposed after the electrostatic accelerator 24 via a focusing system 25 adjusts the acceleration applied to each ion particle in accordance with the ion particle incident time, and bunches the ion particles. Let it. Specifically, every predetermined period, the ion particles that have entered late are accelerated more greatly than the ion particles that have entered earlier, based on a certain point in time. As a result, ion particles can be bunched at a predetermined space (drift space) from the emission side of the buncher 26. The buncher 26 according to the present embodiment has the same configuration as a high-frequency accelerator 27 described later. Therefore, description of the configuration of the buncher 26 is omitted.
【００３４】上記バンチャー２６の後段の高周波加減速
器２７は、バンチャー２６から出射したイオン粒子が、
高周波加減速器２７の入射孔１ｃ（後述）にて、バンチ
ングする位置に配されている。また、バンチャー２６の
駆動周波数と高周波加減速器２７の駆動周波数とは、同
一に設定される。さらに、両者の位相差は、バンチング
したイオン粒子群が、高周波加減速器２７の入射孔１ｃ
に進入したときに、加速用の電場が形成されるように設
定される。The high-frequency accelerator / decelerator 27 at the subsequent stage of the buncher 26 converts the ion particles emitted from the buncher 26 into
It is arranged at a bunching position at an incident hole 1c (described later) of the high-frequency accelerator / decelerator 27. The driving frequency of the buncher 26 and the driving frequency of the high-frequency accelerator / decelerator 27 are set to be the same. Further, the phase difference between the two is that the bunched ion particle group is reflected by the incident hole 1 c of the high-frequency accelerator / decelerator 27.
Is set so that an electric field for acceleration is formed when the vehicle enters.
【００３５】この高周波加減速器２７は、図３に示すよ
うに、略円筒状のタンク（容器）１を備えている。な
お、説明の便宜上、タンク１の軸方向と平行な壁面を側
面１ａ、この側面１ａに直交する壁面の一方を底面１ｂ
と称する。また、タンク１の軸とは直交するように、イ
オンビームの進路が設定されており、タンク１の側面１
ａには、イオンビームの進路に沿って、内部の空洞２に
連通し、断面が円形の入射孔１ｃおよび出射孔１ｄが設
けられている。タンク１において、両孔１ｃ・１ｄ近傍
の内壁は、他の部分の内壁より突設しており、イオンビ
ームの進路を軸とする円筒状に形成されている。各凸部
の先端を、それぞれ入射側内壁１ｅおよび出射側内壁１
ｆと称する。As shown in FIG. 3, the high-frequency accelerator 27 has a substantially cylindrical tank (container) 1. For convenience of explanation, a wall surface parallel to the axial direction of the tank 1 is a side surface 1a, and one wall surface orthogonal to the side surface 1a is a bottom surface 1b.
Called. The path of the ion beam is set so as to be orthogonal to the axis of the tank 1.
A is provided with an entrance hole 1c and an exit hole 1d having a circular cross section and communicating with the internal cavity 2 along the path of the ion beam. In the tank 1, the inner wall in the vicinity of both holes 1c and 1d protrudes from the inner wall of the other portion, and is formed in a cylindrical shape around the path of the ion beam. The tips of the projections are respectively set to the incident side inner wall 1e and the output side inner wall 1
Called f.
【００３６】また、タンク１内の空洞２のイオンビーム
の通路上には、特許請求の範囲に記載の駆動用電極に対
応し、高周波で励起する第１電極３および第２電極４が
配されている。したがって、図１に示すように、上記入
射側内壁１ｅと第１電極３との間の第１ギャップ２ａ、
両電極３・４間の第２ギャップ２ｂ、および第２電極４
と入射側内壁１ｆとの間の第３ギャップ２ｃがそれぞれ
形成される。この結果、各ギャップ２ａ・２ｂ・２ｃ間
の静電容量や、後述する第１コイル５および第２コイル
６のインダクタンスによって、共振回路２７ａが形成さ
れている。これにより、２つの電極３・４が高周波で励
振するので、共振回路２７ａは、構成要素を機械的に変
位させることなく、両電極３・４が同位相で励振する”
０”モードと、逆位相で励振する”π”モードとの２つ
の互いに異なる共振モードで共振できる。On the path of the ion beam in the cavity 2 in the tank 1, a first electrode 3 and a second electrode 4 corresponding to the driving electrodes described in the claims and exciting at a high frequency are arranged. ing. Therefore, as shown in FIG. 1, the first gap 2 a between the incident side inner wall 1 e and the first electrode 3,
A second gap 2b between the electrodes 3 and 4, and a second electrode 4
A third gap 2c is formed between the first gap 2c and the incident side inner wall 1f. As a result, the resonance circuit 27a is formed by the capacitance between the gaps 2a, 2b, and 2c and the inductance of the first coil 5 and the second coil 6 described later. As a result, the two electrodes 3 and 4 excite at high frequency, so that the resonance circuit 27a excites both electrodes 3 and 4 in phase without mechanically displacing the components. "
It is possible to resonate in two different resonance modes, that is, a “0” mode and a “π” mode that is excited in opposite phases.
【００３７】以下では、イオンビームの進路に沿って計
ったとき、第１ギャップ２ａの中心と第２ギャップ２ｂ
の中心との距離をｄｇ１、第２ギャップ２ｂの中心と第
３ギャップ２ｃの中心との距離をｄｇ２、また、第１ギ
ャップ２ａの中心と第３ギャップ２ｃの中心との距離を
ｄｇ０で表す。各ギャップ間距離ｄｇ０・ｄｇ１・ｄｇ
２は、入射粒子のエネルギ、放電限界、共振周波数など
の組み合わせで決定され、”π”モードにおける波長を
λπ、同期βｓをβｓπとし、”０”モードにおける波
長をλ０、同期βｓをβｓ０としたとき、各ギャップ間
距離ｄｇ０・ｄｇ１・ｄｇ２は、下式（４）、（５）に
示すように、 ｄｇ０＝（１／２）・βｓ０・λ０ ・・・（４） ｄｇ１＝ｄｇ２＝（１／２）・βｓπ・λπ ・・・（５） に設定される。なお、両電極３・４は、各ギャップ間距
離ｄｇ０・ｄｇ１・ｄｇ２が、所望の値となるように配
置される。Hereinafter, when measured along the path of the ion beam, the center of the first gap 2a and the second gap 2b
Is represented by dg1, the distance between the center of the second gap 2b and the center of the third gap 2c is represented by dg2, and the distance between the center of the first gap 2a and the center of the third gap 2c is represented by dg0. Distance between gaps dg0 ・ dg1 ・ dg
2 is determined by a combination of the energy of the incident particles, the discharge limit, the resonance frequency, and the like. The wavelength in the “π” mode is λπ, the synchronization βs is βsπ, the wavelength in the “0” mode is λ0, and the synchronization βs is βs0. At this time, the distances dg0, dg1, and dg2 between the gaps are represented by dg0 = (1/2) .beta.s0.lambda.0 (4) dg1 = dg2 = (1) / 2) · βsπ · λπ (5) The electrodes 3 and 4 are arranged such that the gap distances dg0, dg1, and dg2 have desired values.
【００３８】また、ドリフトチューブと称される各電極
３・４は、略円板状に形成されており、その中心には、
イオンビームの通路となる断面が円形の貫通孔３ａ・４
ａがそれぞれ形成されている。また、上記両電極３・４
は、タンク１の底面１ｂから突設された第１コイル５あ
るいは第２コイル６に、それぞれ接続されている。各コ
イル５・６の導体内には、水などの冷却液を流通するた
めの孔が形成されており、高周波加減速器２７の運転時
には、大電流が流れて特に高温になりがちな各コイル５
・６の底面１ｂ近傍も冷却できる。Each of the electrodes 3 and 4 called a drift tube is formed in a substantially disc shape, and the center thereof is
Circular through-holes 3a and 4 serving as ion beam passages
a are respectively formed. In addition, both electrodes 3 and 4
Are connected to the first coil 5 or the second coil 6 protruding from the bottom surface 1b of the tank 1, respectively. Holes are formed in the conductors of the coils 5 and 6 for flowing a cooling liquid such as water. When the high-frequency accelerator 27 is operated, a large current flows and each coil tends to be particularly high in temperature. 5
-The vicinity of the bottom surface 1b of 6 can also be cooled.
【００３９】さらに、上記各コイル５・６は、タンク１
の側面１ａから突設する支持体７・７によって、それぞ
れ電極側を支持されている。各支持体７は、例えば、Ｂ
Ｎやセラミックなど、電気抵抗が高く、誘電損が低い材
質にて、薄板状に形成されている。また、支持体７の先
端部には、例えば、図４に示すように、第１あるいは第
２コイル５・６の外径と略同じ内径の孔７ａが形成され
ており、図１に示す各コイル５・６は、この孔７ａに貫
装される。これにより、両コイル５・６の振動を抑制で
き、各電極３・４を所定の位置に保持できる。この結
果、各ギャップ間距離ｄｇ０・ｄｇ１・ｄｇ２を、所望
の値に保つことができる。Further, each of the coils 5 and 6 is connected to the tank 1
The electrode side is supported by the support members 7 projecting from the side surface 1a. Each support 7 is, for example, B
It is formed of a material having a high electric resistance and a low dielectric loss, such as N or ceramic, in a thin plate shape. In addition, for example, as shown in FIG. 4, a hole 7a having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the first or second coil 5, 6 is formed at the tip end of the support 7, and each of the holes 7a shown in FIG. The coils 5 and 6 are inserted through the holes 7a. Thereby, the vibration of both coils 5 and 6 can be suppressed, and each electrode 3 and 4 can be held at a predetermined position. As a result, the gap distances dg0, dg1, and dg2 can be maintained at desired values.
【００４０】ここで、本実施形態に係る高周波加減速器
２７の寸法について簡単に説明する。すなわち、タンク
１は、内径が１４ｃｍ、軸方向の内寸が４５ｃｍに設定
されている。また、両電極３・４の外径は、２．５ｃｍ
に設定されている。また、各電極３・４が所定の位置に
配されている場合、タンク１の入射側内壁１ｅおよび第
１電極３間の距離と、各電極３・４間の距離と、第２電
極４および出射側内壁１ｆ間の距離とは、それぞれ１ｃ
ｍに設定されている。したがって、ギャップ間距離ｄｇ
０は、２ｃｍ、両ギャップ間距離ｄｇ１・ｄｇ２は、１
ｃｍにそれぞれ保たれている。また、両コイル５・６
は、外径１ｍｍ、長さ３ｍの銅線を、外径が３ｃｍにな
るように巻いて用いている。Here, the dimensions of the high-frequency accelerator / decelerator 27 according to the present embodiment will be briefly described. That is, the tank 1 is set to have an inner diameter of 14 cm and an inner dimension in the axial direction of 45 cm. The outer diameter of both electrodes 3 and 4 is 2.5 cm
Is set to When the electrodes 3 and 4 are arranged at predetermined positions, the distance between the incident side inner wall 1 e of the tank 1 and the first electrode 3, the distance between the electrodes 3 and 4, the second electrode 4 and The distance between the emission side inner walls 1f is 1c, respectively.
m. Therefore, the gap distance dg
0 is 2 cm, and the distance dg1 · dg2 between the gaps is 1
cm. In addition, both coils 5.6
Is used by winding a copper wire having an outer diameter of 1 mm and a length of 3 m so that the outer diameter becomes 3 cm.
【００４１】また、上記寸法のコールドモデルの場
合、”π”モードの共振周波数は、２５ＭＨｚ、”０”
モードの共振周波数は、３１ＭＨｚとなる。したがっ
て、各モードの波長λπ・λ０は、以下に示すように、
それぞれ、 λπ＝１．２×１０3 〔ｃｍ〕 ・・・（６） λ０＝９．７×１０2 〔ｃｍ〕 ・・・（７） となる。In the case of the cold model having the above dimensions, the resonance frequency of the “π” mode is 25 MHz and “0”.
The resonance frequency of the mode is 31 MHz. Therefore, the wavelength λπ · λ0 of each mode is as shown below.
Λπ = 1.2 × 10 3 [cm] (6) λ0 = 9.7 × 10 2 [cm] (7)
【００４２】また、上述の式（４）および（５）か
ら、”π”モードにおけるギャップ間距離ｄｇ１に対す
る、”０”モードにおけるギャップ間距離ｄｇ０の比率
ｄｇ０／ｄｇ１は、２となる。この比率と、上記の式
（２）とから、各モード間の同期βｓの比は、下式
（８）に示すように、 βｓ０／βｓπ＝２・λπ／λ０ ・・・（８） となり、さらに、上記（６）および（７）の値を代入し
て、 βｓ０／βｓπ＝２．４７ ・・・（９） となる。From the above equations (4) and (5), the ratio dg0 / dg1 of the gap distance dg0 in the “0” mode to the gap distance dg1 in the “π” mode is 2. From this ratio and the above equation (2), the ratio of the synchronization βs between the modes is βs0 / βsπ = 2 · λπ / λ0 (8) as shown in the following equation (8). Further, by substituting the values of (6) and (7), βs0 / βsπ = 2.47 (9)
【００４３】同様にして、上述の式（３）から、各モー
ドにおける同期Ｅｓの比は、 Ｅｓ０／Ｅｓπ＝（βｓ０／βｓπ）2 ・・・（１０） Ｅｓ０／Ｅｓπ＝６．１ ・・・（１１） となる。したがって、例えば、Ｅｓπ＝５０ＫｅＶの場
合、Ｅｓ０≒３００ＫｅＶとなる。Similarly, from the above equation (3), the ratio of the synchronization Es in each mode is: Es0 / Esπ = (βs0 / βsπ) 2 (10) Es0 / Esπ = 6.1 (10) (11) Therefore, for example, when Esπ = 50 KeV, Es0 ≒ 300 KeV.
【００４４】一方、タンク１の外部には、上記共振回路
２７ａを励振させるための電力を供給する電力入力部
（駆動手段）８が設けられている。該電力入力部８は、
タンク１の側面１ａに設けられた電力用フィールドスル
ー１ｇを介して、タンク１内部の電力用プレート９へ高
周波電力を供給できる。本実施形態に係る高周波加減速
器２７は、イオン加速に適した周波数帯域で２つの共振
周波数を持っている。したがって、電力入力部８は、例
えば、３１ＭＨｚと２５ＭＨｚとなど、上記各共振周波
数のＲＦ波を選択して出力できる。これにより、それぞ
れの共振周波数にて、共振回路２７ａを励起できる。On the other hand, outside the tank 1, a power input section (driving means) 8 for supplying power for exciting the resonance circuit 27a is provided. The power input unit 8
High-frequency power can be supplied to the power plate 9 inside the tank 1 via the power field through 1 g provided on the side surface 1 a of the tank 1. The high-frequency accelerator / decelerator 27 according to the present embodiment has two resonance frequencies in a frequency band suitable for ion acceleration. Therefore, the power input unit 8 can select and output the RF waves of the above-described respective resonance frequencies, for example, 31 MHz and 25 MHz. Thereby, the resonance circuit 27a can be excited at each resonance frequency.
【００４５】上記電力用プレート９は、第２コイル６の
電極側端部に相対し、かつ、数センチ間隔を空けて配置
されている。この電力用プレート９は、図示しない制御
モータなどにより移動して、第２コイル６との距離を調
整できる。電力用プレート９の移動に伴って、第２コイ
ル６と電力用プレート９との間の結合キャパシタンスが
変化する。これにより、共振回路２７ａの入力インピー
ダンスは、例えば、５０Ωなど、所望の値に保持され、
共振回路２７ａと電力入力部８とのインピーダンス整合
を維持できる。The power plate 9 faces the electrode-side end of the second coil 6 and is arranged at an interval of several centimeters. The power plate 9 can be moved by a control motor (not shown) or the like to adjust the distance from the second coil 6. As the power plate 9 moves, the coupling capacitance between the second coil 6 and the power plate 9 changes. As a result, the input impedance of the resonance circuit 27a is maintained at a desired value such as, for example, 50Ω.
The impedance matching between the resonance circuit 27a and the power input unit 8 can be maintained.
【００４６】また、高周波加減速器２７は、共振回路２
７ａの共振周波数を微調整するために、タンク１の外部
に設けられた周波数チューナ１０と、タンク１内の空洞
２に設けられたチューナプレート１１とを備えている。
このチューナプレート１１は、第２コイル６の底面１ｂ
側端部に相対して設けられている。周波数チューナ１０
は、チューナ用フィールドスルー１ｈを介して、チュー
ナプレート１１を第２コイル６と側面１ａとの間で変位
させる。これにより、大地電位に対する浮遊キャパシタ
ンスを調整して、共振回路２７ａの共振周波数を微調整
できる。この結果、共振周波数を精密に調整したり、例
えば、第１コイル５や第２コイル６が加熱して寸法が変
化した場合などに、当該共振周波数を維持したりでき
る。The high-frequency accelerator / decelerator 27 includes a resonance circuit 2
A frequency tuner 10 provided outside the tank 1 and a tuner plate 11 provided in the cavity 2 in the tank 1 are provided for fine adjustment of the resonance frequency 7a.
This tuner plate 11 is provided on the bottom surface 1 b of the second coil 6.
It is provided opposite to the side end. Frequency tuner 10
Displaces the tuner plate 11 between the second coil 6 and the side surface 1a via the tuner field through 1h. Thereby, it is possible to finely adjust the resonance frequency of the resonance circuit 27a by adjusting the floating capacitance with respect to the ground potential. As a result, it is possible to precisely adjust the resonance frequency, or to maintain the resonance frequency, for example, when the first coil 5 or the second coil 6 is heated to change the dimensions.
【００４７】さらに、図２に示すエンドステーション２
８内には、例えば、シリコンウェハなどのイオン照射対
象物が、高周波加減速器２７が出射するイオンビームの
進路上に配されている。これにより、イオン照射対象物
へイオンを照射して、不純物を注入したり、表面を改質
したりできる。Further, the end station 2 shown in FIG.
In 8, for example, an ion irradiation target such as a silicon wafer is arranged on the path of the ion beam emitted from the high-frequency accelerator / decelerator 27. This makes it possible to irradiate the ion irradiation target with ions to implant impurities or to modify the surface.
【００４８】上記構成において、”π”モード時におけ
るバンチャー２６各部の動作について、図５および図６
に基づき説明すると以下の通りである。In the above configuration, the operation of each part of the buncher 26 in the "π" mode will be described with reference to FIGS.
The description will be made based on the following.
【００４９】バンチャー２６を”π”モードにて運転し
ているとき、図１に示す電力入力部８は、例えば、２５
ＭＨｚなど、”π”モードの共振周波数にて、バンチャ
ー２６の共振回路２６ａを駆動している。この状態で
は、電力用プレート９は、図示しない制御モータによっ
て、第２コイル６との距離が調整されている。これによ
り、電力入力部８と共振回路２６ａとのインピーダンス
整合は、維持されている。また、周波数チューナ１０
は、チューナプレート１１の位置を制御して、共振回路
２６ａの共振周波数を所定の値に維持している。When the buncher 26 is operating in the “π” mode, the power input unit 8 shown in FIG.
The resonance circuit 26a of the buncher 26 is driven at a resonance frequency of the “π” mode such as MHz. In this state, the distance between the power plate 9 and the second coil 6 is adjusted by a control motor (not shown). Thereby, the impedance matching between the power input unit 8 and the resonance circuit 26a is maintained. The frequency tuner 10
Controls the position of the tuner plate 11 to maintain the resonance frequency of the resonance circuit 26a at a predetermined value.
【００５０】この結果、図５に示すように、第１電極３
および第２電極４は、互いに異なる位相にて励振してい
る。したがって、例えば、第１電極３の電位が−、第２
電極４の電位が＋にあるときのバンチャー２６内部の電
界は、図中、実線にて示すように、第１ギャップ２ａお
よび第３ギャップ２ｃでは、イオンビームの進行方向と
同方向（順方向）になり、第２ギャップ２ｂでは、イオ
ンビームの進行方向と逆方向（以下では、単に逆方向と
称する）になる。一方、第１電極３の電位が＋、第２電
極４の電位が−にあるときの電界は、図中、破線にて示
すように、第１ギャップ２ａおよび第３ギャップ２ｃで
逆方向になり、第２ギャップ２ｂで順方向になる。As a result, as shown in FIG.
The second electrode 4 and the second electrode 4 are excited with different phases. Therefore, for example, the potential of the first electrode 3 is-,
The electric field inside the buncher 26 when the potential of the electrode 4 is + is in the first gap 2a and the third gap 2c in the same direction (forward direction) as the traveling direction of the ion beam, as shown by the solid lines in the figure. In the second gap 2b, the direction is opposite to the traveling direction of the ion beam (hereinafter, simply referred to as the opposite direction). On the other hand, when the electric potential of the first electrode 3 is + and the electric potential of the second electrode 4 is-, the electric field is reversed in the first gap 2a and the third gap 2c as shown by broken lines in the drawing. , In the second gap 2b.
【００５１】また、第１ギャップ２ａのイオンビームの
進路上の点Ａにおいて、イオンビームの進行方向への電
界強度Ｅの時間変化は、図６に示すように、上記共振周
波数の正弦波となっている。したがって、時間の変化に
伴って上昇している時点をｔ０とすると、時間ｔ０にお
ける電界強度Ｅ０は、時間ｔ０の直前ｔ１における電界
強度Ｅ１よりも強くなり、時間ｔ０の直後ｔ２における
電界強度Ｅ２よりも、弱くなる。この結果、時間ｔ０に
点Ａにあるイオン粒子を基準にすると、時間ｔ２に点Ａ
にあるイオン粒子、すなわち、遅くきたイオン粒子は、
速くきたイオン粒子に比べてより大きく加速される。し
たがって、バンチャー２６から出射したイオン粒子は、
ある一定の空間を隔てた場所、すなわち、高周波加減速
器２７の入口にてバンチングする。バンチャー２６は、
所定の共振周波数にて駆動しているので、高周波加減速
器２７へ入射するイオンビームには、この共振周波数に
同期して、疎の部分と密の部分とが交互に現れる。At a point A on the path of the ion beam in the first gap 2a, the time change of the electric field strength E in the traveling direction of the ion beam becomes a sine wave of the resonance frequency as shown in FIG. ing. Therefore, assuming that the point of time that rises with the change of time is t0, the electric field intensity E0 at time t0 is stronger than the electric field intensity E1 at t1 immediately before time t0, and is higher than the electric field intensity E2 at t2 immediately after time t0. Too weak. As a result, based on the ion particles at the point A at the time t0, the point A at the time t2 is obtained.
The ion particles at
It is greatly accelerated compared to the faster ion particles. Therefore, the ion particles emitted from the buncher 26 are
Bunching is performed at a location separated by a certain space, that is, at the entrance of the high-frequency accelerator / decelerator 27. The buncher 26
Since driving is performed at a predetermined resonance frequency, a sparse portion and a dense portion alternately appear in the ion beam incident on the high-frequency accelerator 27 in synchronization with the resonance frequency.
【００５２】上記高周波加減速器２７では、バンチャー
２６と同様に、例えば、２５ＭＨｚなど、”π”モード
における共振周波数にて、電力入力部８が共振回路２７
ａを駆動している。また、前段のバンチャー２６と高周
波加減速器２７との間の位相差は、バンチングされたイ
オン粒子が第１ギャップ２ａを通過する間、印加される
電界が順方向になるように設定されている。In the high-frequency accelerator 27, similarly to the buncher 26, the power input section 8 is connected to the resonance circuit 27 at a resonance frequency in the "π" mode such as 25 MHz.
a is being driven. The phase difference between the buncher 26 and the high-frequency accelerator 27 in the preceding stage is set so that the applied electric field is in the forward direction while the bunched ion particles pass through the first gap 2a. .
【００５３】したがって、バンチングしたイオン粒子群
が入射孔１ｃを介して、第１ギャップ２ａへ入射し、第
１電極３へ到達するまでの間、第１ギャップ２ａの電界
は、順方向になる（図５に示す実線の状態）。この結
果、イオン粒子群は、さらに加速されて、第１電極３へ
到達する。また、イオン粒子が第１ギャップ１ａを飛行
している時間と、第１電極３の極性が反転する時間とが
略一致するように、すなわち、イオン粒子の入射エネル
ギと同期エネルギＥｓπとが一致するように、共振回路
２７ａの共振周波数が決められている。この結果、上記
のイオン粒子群が、図１に示す貫通孔３ａを通過して、
第２ギャップ２ｂへ入り、第２電極４へ到達するまでの
間は、第１ギャップ１ａの電界が逆方向になり、第２ギ
ャップ２ｂの電界が順方向となる（図５に示す破線の状
態）。したがって、該イオン粒子群は、さらに加速され
て、第２電極４へ到達する。同様にして、該イオン粒子
群は、第３ギャップ２ｃにある場合も加速される。この
結果、高周波加減速器２７は、各ギャップ２ａ・２ｂ・
２ｃの３ギャップにて入射したイオン粒子群を加速し、
出射孔１ｄから出射できる。Accordingly, the electric field in the first gap 2a is in the forward direction until the bunched ion particles enter the first gap 2a through the incident hole 1c and reach the first electrode 3 ( (The state of the solid line shown in FIG. 5). As a result, the ion particle group is further accelerated and reaches the first electrode 3. Further, the time during which the ion particles fly in the first gap 1a substantially coincides with the time during which the polarity of the first electrode 3 is reversed, that is, the incident energy of the ion particles coincides with the synchronization energy Esπ. Thus, the resonance frequency of the resonance circuit 27a is determined. As a result, the above-mentioned ion particle group passes through the through hole 3a shown in FIG.
Before entering the second gap 2b and arriving at the second electrode 4, the electric field in the first gap 1a is in the reverse direction, and the electric field in the second gap 2b is in the forward direction (the state shown by the broken line in FIG. 5). ). Therefore, the ion particle group is further accelerated and reaches the second electrode 4. Similarly, the ion particle group is accelerated when it is in the third gap 2c. As a result, the high-frequency accelerator / decelerator 27 has the gaps 2a, 2b,
Accelerate the ion particle group incident at 3g of 2c,
Light can be emitted from the emission hole 1d.
【００５４】次に、”０”モードにおける高周波加減速
器２７の動作について、図７に基づいて説明する。な
お、”０”モードにおけるバンチャー２６の動作は、電
界の分布が高周波加減速器２７と同様であり、各ギャッ
プ間における荷電粒子の動作は、”π”モード時の動作
と略同じであるため、説明を省略する。Next, the operation of the high-frequency accelerator 27 in the "0" mode will be described with reference to FIG. The operation of the buncher 26 in the “0” mode has the same electric field distribution as that of the high-frequency accelerator 27, and the operation of the charged particles between the gaps is substantially the same as the operation in the “π” mode. The description is omitted.
【００５５】上述の”π”モードと同様に、図１に示す
電力入力部８は、３１ＭＨｚなど、”０”モードにおけ
る共振周波数にて共振回路２７ａを駆動している。この
モードでは、上記”π”モードとは異なり、両電極３・
４は、同位相で励振している。したがって、両電極３・
４が共に−の電位にあるときは、図７中、実線で示すよ
うに、第１ギャップ２ａには、順方向の電界が形成さ
れ、第３ギャップ２ｃには、逆方向の電界が形成されて
いる。また、両電極３・４が共に＋の電位にあるとき
は、図中、破線で示すように、第１ギャップ２ａおよび
第３ギャップ２ｃには、それぞれ、逆方向、順方向の電
界が形成されている。いずれの場合でも、両電極３・４
の電位が同じであるため、第２ギャップ２ｂには、加速
電場が形成されない。Similarly to the above-mentioned “π” mode, the power input unit 8 shown in FIG. 1 drives the resonance circuit 27a at a resonance frequency in the “0” mode, such as 31 MHz. In this mode, unlike the above “π” mode, both electrodes 3.
4 is excited in phase. Therefore, both electrodes 3
When both of them are at a negative potential, a forward electric field is formed in the first gap 2a and a reverse electric field is formed in the third gap 2c as shown by a solid line in FIG. ing. When both the electrodes 3 and 4 are at a positive potential, as shown by broken lines in the drawing, electric fields in the reverse direction and the forward direction are formed in the first gap 2a and the third gap 2c, respectively. ing. In any case, both electrodes 3 and 4
, The accelerating electric field is not formed in the second gap 2b.
【００５６】第１ギャップ２ａへ順方向の電界が形成さ
れているときに、高周波加減速器２７の同期エネルギＥ
ｓ０と同じ入射エネルギを持つイオン粒子群が入射する
と、該イオン粒子群は、加速されながら、第１電極３へ
到達し、そのままの速度を保ったまま、第２電極４へ到
達する。さらに、該イオン粒子群が、第３ギャップ２ｃ
へ入った時点では、両電極３・４の電位が反転して、第
３ギャップ２ｃに順方向の電界が形成されている。した
がって、このイオン粒子群は、さらに加速されて、出射
孔１ｄより出射される。この結果、高周波加減速器２７
は、第１ギャップ２ａおよび第３ギャップ２ｃの２つの
ギャップにおいて、入射したイオン粒子を加速し、出射
孔１ｄより出射できる。When a forward electric field is formed in the first gap 2a, the synchronization energy E of the high-frequency accelerator 27
When an ion particle group having the same incident energy as s0 is incident, the ion particle group reaches the first electrode 3 while being accelerated, and reaches the second electrode 4 while maintaining the same speed. Further, the group of ion particles forms the third gap 2c.
At this point, the potentials of the electrodes 3 and 4 are inverted, and a forward electric field is formed in the third gap 2c. Therefore, the ion particles are further accelerated and emitted from the emission hole 1d. As a result, the high-frequency accelerator 27
In the two gaps of the first gap 2a and the third gap 2c, the incident ion particles can be accelerated and emitted from the emission hole 1d.
【００５７】なお、上記では、各モードにおいて加速す
る場合についてのみ説明したが、高周波加減速器２７へ
イオン粒子群が入射する際、第１ギャップ２ａに逆方向
の電界が形成されるように、バンチャー２６と高周波加
減速器２７との位相差を調整することによって、イオン
粒子群を減速できる。また、加減速するイオン粒子の電
荷が負である場合にも、同様にして、イオン粒子群を加
減速できる。Although only the case of accelerating in each mode has been described above, when an ion particle group is incident on the high-frequency accelerator 27, an electric field in the opposite direction is formed in the first gap 2a. By adjusting the phase difference between the buncher 26 and the high-frequency accelerator 27, the ion particle group can be decelerated. Even when the charge of the ion particles to be accelerated / decelerated is negative, the ion particle group can be accelerated / decelerated in the same manner.
【００５８】また、いずれのモードで運転している場合
であっても、高周波加減速器２７の同期エネルギＥｓと
イオン粒子群の入射エネルギとが異なる場合、各ギャッ
プ２ａ・２ｂ・２ｃ間をイオン粒子群が飛行する時間
と、両電極３・４の反転する時間とが異なる。したがっ
て、イオン粒子群がギャップを飛行中に、当該ギャップ
に形成されている電界が反転したり、あるいは、イオン
粒子群が順方向の電界が形成されたギャップを通り過ぎ
て、逆方向の電界が形成された他のギャップへ突入した
りして、イオン粒子群を正常に加速できない。Regardless of the operation mode, if the synchronization energy Es of the high-frequency accelerator 27 is different from the incident energy of the ion particle group, the gap between the gaps 2a, 2b, and 2c is changed. The time when the particle group flies is different from the time when the electrodes 3 and 4 are reversed. Therefore, while the ion particles fly through the gap, the electric field formed in the gap is reversed, or the ion particles pass through the gap in which the forward electric field is formed, and an electric field in the reverse direction is formed. The ion particles cannot be accelerated normally by rushing into another gap.
【００５９】以上のように、本実施形態に係る高周波加
減速器２７は、導電率の高いタンク１内の空洞２に、イ
オンビームの進路上に沿って、第１コイル５を介してタ
ンク１へ接続される第１電極３と、第２コイル６を介し
てタンク１へ接続される第２電極４とを配し、タンク１
の内壁と両電極３・４との間に、３つのギャップ２ａ、
２ｂ、２ｃを形成すると共に、両電極３・４を高周波に
て励振させる電力入力部８を備えた構成である。As described above, the high-frequency accelerator / decelerator 27 according to the present embodiment is provided in the cavity 2 in the tank 1 having high conductivity along the path of the ion beam via the first coil 5 along the tank 1. A first electrode 3 connected to the tank 1 and a second electrode 4 connected to the tank 1 via the second coil 6.
Three gaps 2a between the inner wall of
2b and 2c and a power input unit 8 for exciting both electrodes 3 and 4 at a high frequency.
【００６０】それゆえ、上記タンク１、両電極３・４、
および両コイル５・６などから構成された共振回路２７
ａは、両電極３・４が逆位相で励振する”π”モード
と、同位相で励振する”０”モードとの２つの共振モー
ドにて共振できる。Therefore, the tank 1, the electrodes 3 and 4,
And resonance circuit 27 composed of both coils 5 and 6
“a” can resonate in two resonance modes, a “π” mode in which the electrodes 3 and 4 are excited in opposite phases, and a “0” mode in which the electrodes 3 and 4 are excited in the same phase.
【００６１】例えば、電力入力部８が共振回路２７ａ
を”π”モードにて運転している場合、各ギャップ２ａ
・２ｂ・２ｃには、隣接するギャップとは異なる向きの
電場が形成される。したがって、高周波加減速器２７
は、その同期エネルギＥｓπと同じ入射エネルギを持つ
イオンビームを３つのギャップにて効率良く加速あるい
は減速できる。また、共振回路２７ａが”０”モードに
て運転されている場合、両端のギャップ２ａ・２ｃに
は、互いに異なる向きの電場が形成されると共に、中間
の第２ギャップ２ｂには、加減速用の電場が形成されな
い。したがって、高周波加減速器２７は、その同期エネ
ルギＥｓ０と同じ入射エネルギを持つイオンビームを両
端の２つのギャップにて効率よく加減速できる。For example, when the power input section 8 is connected to the resonance circuit 27a
Is operated in the “π” mode, the gap 2a
An electric field having a direction different from that of the adjacent gap is formed in 2b and 2c. Therefore, the high-frequency accelerator 27
Can efficiently accelerate or decelerate an ion beam having the same incident energy as its synchronization energy Esπ in three gaps. When the resonance circuit 27a is operated in the “0” mode, electric fields having different directions are formed in the gaps 2a and 2c at both ends, and acceleration / deceleration is provided in the middle second gap 2b. Electric field is not formed. Accordingly, the high-frequency accelerator 27 can efficiently accelerate and decelerate the ion beam having the same incident energy as the synchronization energy Es0 in the two gaps at both ends.
【００６２】一方、いずれのモードであっても、形成さ
れている電場の強さや向きは周期的に変化する。したが
って、高周波加減速器２７と同じ構造のバンチャー２６
は、イオン粒子の入射タイミングによって、該イオン粒
子へ加える力を変化させて出射時の速度を変化させるこ
とができる。この結果、バンチャー２６は、入射したイ
オンビームを、ドリフト空間をおいて、バンチャー２６
の駆動周波数でバンチングさせることができる。On the other hand, in any of the modes, the intensity and direction of the formed electric field change periodically. Therefore, the buncher 26 having the same structure as the high-frequency accelerator 27
Can change the speed at the time of emission by changing the force applied to the ion particles according to the timing of incidence of the ion particles. As a result, the buncher 26 converts the incident ion beam into a buncher 26 with a drift space.
Bunching can be performed at the driving frequency.
【００６３】また、いずれのモードであっても、高周波
加減速器２７は、運転中の同期エネルギＥｓとは異なる
入射エネルギを持つイオンビームが入射された場合、該
イオンビームを効率良く加減速あるいはバンチングでき
ない。したがって、イオンビームの入射エネルギに応じ
て、高周波加減速器２７の同期エネルギＥｓ、すなわ
ち、共振回路２７ａの共振周波数を設定する必要があ
る。In any mode, when an ion beam having an incident energy different from the synchronous energy Es during operation is incident, the high-frequency accelerator / decelerator 27 efficiently accelerates or decelerates the ion beam. I can't bunch. Therefore, it is necessary to set the synchronization energy Es of the high-frequency accelerator 27, that is, the resonance frequency of the resonance circuit 27a, according to the incident energy of the ion beam.
【００６４】従来の高周波加減速器であれば、共振回路
の共振モードが１つしか設けられていないため、設定可
能な共振周波数が限定されている。したがって、イオン
ビームの加減速に適した範囲で、同期エネルギＥｓを柔
軟に変更するために、互いに異なる同期エネルギＥｓを
持つ高周波加減速器を複数用意して、イオンビームに合
わせて交換したり、高周波加減速器を構成する部材の位
置を機械的に変位させて、共振回路の共振周波数を調整
したりしている。In the conventional high-frequency accelerator, only one resonance mode of the resonance circuit is provided, so that the settable resonance frequency is limited. Therefore, in order to flexibly change the synchronization energy Es within a range suitable for acceleration / deceleration of the ion beam, a plurality of high-frequency accelerators having different synchronization energies Es are prepared and exchanged according to the ion beam. The position of the member constituting the high-frequency accelerator is mechanically displaced to adjust the resonance frequency of the resonance circuit.
【００６５】ところが、本実施形態に係る高周波加減速
器２７では、共振回路２７ａの共振モードを変更するこ
とによって、当該高周波加減速器２７の構成部材を機械
的に変更することなく、共振周波数を主調整できる。高
周波加減速器２７に、同期エネルギＥｓを２点設けるこ
とができるので、従来に比べて同期エネルギＥｓを柔軟
に変更できる。However, in the high-frequency acceleration / deceleration device 27 according to the present embodiment, by changing the resonance mode of the resonance circuit 27a, the resonance frequency can be reduced without mechanically changing the components of the high-frequency acceleration / deceleration device 27. Mainly adjustable. Since two points of the synchronizing energy Es can be provided in the high-frequency accelerator / decelerator 27, the synchronizing energy Es can be flexibly changed as compared with the related art.
【００６６】この結果、互いに異なる速度のイオン粒子
群であっても、加減速あるいはバンチング効果を得るこ
とができる。また、図２に示す静電加速器２４から出射
されるビームエネルギは、電荷数に比例しており、例え
ば、６価のイオン粒子は、１価のイオン粒子の６倍のエ
ネルギを持っている。このような場合でも、同一構造の
高周波加減速器２７を用いて、加減速あるいはバンチン
グ作用を得ることができる。したがって、従来に比べ
て、入射エネルギに対するアクセプタンスの広い高周波
加減速器２７を実現できる。As a result, acceleration / deceleration or bunching effects can be obtained even with ion particle groups having different velocities. The beam energy emitted from the electrostatic accelerator 24 shown in FIG. 2 is proportional to the number of charges. For example, hexavalent ion particles have six times the energy of monovalent ion particles. Even in such a case, acceleration / deceleration or bunching can be obtained by using the high-frequency accelerator / decelerator 27 having the same structure. Therefore, it is possible to realize the high-frequency accelerator / decelerator 27 having a wider acceptance with respect to the incident energy as compared with the related art.
【００６７】また、本実施形態に係る高周波加減速器２
７では、共振周波数を主調整する際に機械的な調整を必
要としない。したがって、高周波加減速器２７の構成を
簡単にすると共に、主調整時の手間が大幅に削減でき
る。Further, the high-frequency accelerator / decelerator 2 according to the present embodiment
In 7, the main adjustment of the resonance frequency does not require any mechanical adjustment. Therefore, the configuration of the high-frequency accelerator / decelerator 27 can be simplified, and the labor for the main adjustment can be greatly reduced.
【００６８】さらに、上記高周波加減速器２７は、従来
の２ギャップ方式の高周波加減速器に比べて、タンク１
の数に対するギャップの数の割合を増やすことができ
る。したがって、同じ数のギャップを設ける場合、タン
ク１や電力入力部８、あるいは、該タンク１を支持する
図示しない支持部材などの数を削減でき、イオン注入装
置２１の構成を簡略にできる。Further, the high-frequency accelerator / decelerator 27 is different from the conventional two-gap type high-frequency accelerator / decelerator in the tank 1
The ratio of the number of gaps to the number of gaps can be increased. Therefore, when the same number of gaps are provided, the number of the tank 1 and the power input unit 8 or the number of support members (not shown) that support the tank 1 can be reduced, and the configuration of the ion implantation apparatus 21 can be simplified.
【００６９】加えて、上記２ギャップ方式に比べて、ギ
ャップの個数に対する壁の数を減らすことができる。例
えば、本実施形態に係る高周波加減速器２７のように３
つのギャップを設けようとすると、従来では、２つの高
周波加減速器が必要となり、入射側から数えて、２つめ
のギャップと３つめのギャップとの間にタンクの壁が介
在することになる。ところが、本実施形態では、この壁
が不要となり、各ギャップ間距離を短くできる。この結
果、加速電圧に対する入力電力の比を大きくすることが
でき、高周波加減速器２７の効率を向上できる。In addition, the number of walls with respect to the number of gaps can be reduced as compared with the above two gap system. For example, as in the high-frequency accelerator / decelerator 27 according to the present embodiment, 3
If two gaps are to be provided, conventionally, two high-frequency accelerators are required, and a tank wall is interposed between the second gap and the third gap counted from the incident side. However, in the present embodiment, this wall becomes unnecessary, and the distance between the gaps can be reduced. As a result, the ratio of the input power to the acceleration voltage can be increased, and the efficiency of the high-frequency accelerator / decelerator 27 can be improved.
【００７０】また、上記電力入力部８は、共振回路２７
ａに設けられた各共振モードの基本周波数にて、当該共
振回路２７ａを駆動することが望まれる。これにより、
共振回路２７ａは、イオンの加減速に有利な低い共振周
波数にて共振できる。したがって、高周波加減速器２７
には、イオンの加減速に有利な同期エネルギＥｓを従来
より多く設けることができる。この結果、イオンビーム
の加減速やバンチングに特に適した高周波加減速器２７
を提供できる。The power input section 8 is connected to the resonance circuit 27.
It is desired that the resonance circuit 27a be driven at the fundamental frequency of each resonance mode provided in a. This allows
The resonance circuit 27a can resonate at a low resonance frequency that is advantageous for acceleration and deceleration of ions. Therefore, the high-frequency accelerator 27
, It is possible to provide more synchronization energy Es that is advantageous for acceleration and deceleration of ions than before. As a result, the high-frequency accelerator / decelerator 27 particularly suitable for acceleration / deceleration and bunching of the ion beam.
Can be provided.
【００７１】なお、本実施形態では、バンチャー２６と
して、高周波加減速器２７と同じ構成のものを使用して
いるが、これに限るものではない。例えば、後述するＲ
ＦＱなど、他の構成のバンチング装置を用いてもよい。In the present embodiment, the buncher 26 has the same structure as the high-frequency accelerator / decelerator 27, but is not limited to this. For example, R
A bunching device having another configuration such as FQ may be used.
【００７２】ただし、本実施形態のように、バンチャー
２６と高周波加減速器２７との構成を同一にすることに
よって、別の構成のバンチング装置を設ける場合に比べ
て、製造および管理が容易になる。例えば、両者が同じ
構成なので、同じ部材を使用することができ、不具合な
どに備えて用意する部材を流用できる。However, by making the configuration of the buncher 26 and the high-frequency accelerator / decelerator 27 the same as in this embodiment, the manufacture and management become easier as compared with the case where a bunching device of another configuration is provided. . For example, since both have the same configuration, the same member can be used, and a member prepared in preparation for a defect or the like can be used.
【００７３】さらに、入射するイオンビームのエネルギ
に応じて、高周波加減速器２７の同期エネルギＥｓを調
整する場合、すなわち、共振周波数を変更する場合で
も、バンチャー２６は、高周波加減速器２７と同様に、
共振モードを変更して共振周波数を調整できる。この結
果、両者の周波数を容易に同一に設定でき、同期エネル
ギＥｓ調整時の操作性が向上する。Further, even when the synchronization energy Es of the high-frequency accelerator 27 is adjusted in accordance with the energy of the incident ion beam, that is, when the resonance frequency is changed, the buncher 26 is similar to the high-frequency accelerator 27. To
The resonance frequency can be adjusted by changing the resonance mode. As a result, the two frequencies can be easily set to the same value, and the operability at the time of adjusting the synchronization energy Es is improved.
【００７４】また、本実施形態では、バンチャー２６お
よび高周波加減速器２７を静電加速器２４の後段に配
し、エネルギブースターとして用いている。これによ
り、静電加速器２４が出射するイオンビームのエネルギ
より高いエネルギをエンドステーション２８へ供給でき
る。ところで、静電加速器２４単体で、イオンビームを
加速する場合、高いエネルギを得るためには、高い加速
電圧を必要とするので、高電圧キャビネット２９内の電
位を高く保つ必要がある。これに伴い、高電圧キャビネ
ット２９や、これに電力を供給する高電圧電源（図示せ
ず）などが大型化する。ところが、静電加速器２４のエ
ネルギブースターとして、高周波加減速器２７などを用
いることによって、安定で収差の少ない静電加速器２４
を用いながら、高エネルギでイオンを注入でき、かつ、
コンパクトなイオン注入装置２１を実現できる。また、
高エネルギイオン注入装置において、上記静電加速器２
４の加速電圧を低く抑えることができるので、装置コス
トを削減でき、ビーム電流量、取り扱い、操作性能など
を向上させることができる。In the present embodiment, the buncher 26 and the high-frequency accelerator 27 are arranged at the subsequent stage of the electrostatic accelerator 24, and are used as an energy booster. Thereby, energy higher than the energy of the ion beam emitted from the electrostatic accelerator 24 can be supplied to the end station 28. By the way, when accelerating the ion beam by the electrostatic accelerator 24 alone, a high accelerating voltage is required in order to obtain high energy. Therefore, it is necessary to keep the potential in the high voltage cabinet 29 high. Accompanying this, the high-voltage cabinet 29 and a high-voltage power supply (not shown) for supplying electric power thereto become larger. However, by using a high-frequency accelerator / decelerator 27 or the like as an energy booster of the electrostatic accelerator 24, the electrostatic accelerator 24 with stable and less aberration is used.
Can be used to implant ions with high energy, and
A compact ion implanter 21 can be realized. Also,
In the high energy ion implanter, the electrostatic accelerator 2
Since the acceleration voltage of No. 4 can be kept low, the cost of the apparatus can be reduced, and the beam current amount, handling, operation performance, and the like can be improved.
【００７５】なお、本実施形態では、両ギャップ間距離
ｄｇ１・ｄｇ２を同じに設定しているが、これに限るも
のではない。イオン粒子は、各ギャップ２ａ・２ｂ・２
ｃにて加減速されるので、厳密には、両ギャップ間距離
ｄｇ１・ｄｇ２を同じに設定すると、前段のギャップの
通過に要する時間と後段のギャップの通過に要する時間
とが異なっている。本実施形態では、イオンビームの加
減速に支障を生じないため、設計や製造時の手間の点か
ら、両ギャップ間距離ｄｇ１・ｄｇ２を同じに設定して
いる。ところが、前段のギャップの所要時間と後段のギ
ャップの所要時間とが大きく異なり、イオンビームの加
減速に支障が生じる場合には、各ギャップ間距離ｄｇ１
・ｄｇ２をそれぞれ別に設定して、両ギャップの所要時
間の相違を抑えることによって、イオンビームを何ら支
障無く加減速できる。In the present embodiment, the distances dg1 and dg2 between the gaps are set to be the same, but the invention is not limited to this. The ion particles have a gap 2a, 2b, 2
Since the acceleration and deceleration are performed at c, strictly speaking, if the distances dg1 and dg2 between the two gaps are set to be the same, the time required to pass through the preceding gap is different from the time required to pass through the subsequent gap. In the present embodiment, the distances dg1 and dg2 between the two gaps are set to be the same from the viewpoint of trouble in designing and manufacturing so as not to hinder acceleration and deceleration of the ion beam. However, when the required time of the gap at the preceding stage is significantly different from the required time of the gap at the subsequent stage, and there is a problem in acceleration and deceleration of the ion beam, the distance dg1 between the gaps is set.
The ion beam can be accelerated and decelerated without any trouble by setting dg2 separately and suppressing the difference in required time between the two gaps.
【００７６】また、本実施形態に係る高周波加減速器２
７は、２つの電極３・４を備え、空洞２内に、３つのギ
ャップ２ａ・２ｂ・２ｃを形成しているが、電極の数
は、これに限るものではない。複数の電極が設けられ、
３つ以上のギャップが形成されていれば、本実施形態と
同様の効果が得られる。The high-frequency accelerator / decelerator 2 according to the present embodiment
7 has two electrodes 3 and 4 and forms three gaps 2a, 2b and 2c in the cavity 2, but the number of electrodes is not limited to this. A plurality of electrodes are provided,
If three or more gaps are formed, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
【００７７】例えば、電極の数を３つに設定し、４つの
ギャップを設けてもよい。この場合、高周波加減速器
は、３つの電極全てが同位相で励振するｆ２モードと、
両端の電極が同位相、かつ、中間の電極が逆位相で励振
するｆ０モード、イオンビームの進路方向から見て、最
初の２つの電極が同位相、最後の電極が逆位相にて励振
するｆ１モードの３つのモードを備え、同期エネルギＥ
ｓを３点設けることができる。この結果、２つの電極を
設ける場合に比べて、高周波加減速器の入射エネルギに
対するアクセプタンスは、さらに向上し、加速電圧対入
力電力の比をさらに大きくできる。For example, the number of electrodes may be set to three and four gaps may be provided. In this case, the high-frequency accelerator / decelerator has an f2 mode in which all three electrodes are excited in phase,
F0 mode in which the electrodes at both ends are excited in phase and the intermediate electrode is excited in opposite phase, and f1 in which the first two electrodes are excited in phase and the last electrode is excited in opposite phase when viewed from the direction of travel of the ion beam. It has three modes, the synchronization energy E
s can be provided at three points. As a result, as compared with the case where two electrodes are provided, the acceptance of the high-frequency accelerator / decelerator with respect to the incident energy is further improved, and the ratio of the acceleration voltage to the input power can be further increased.
【００７８】次に、上記高周波加減速器２７を他の構成
のイオン注入装置に適用した場合について、図８に基づ
いて説明する。なお、図２に示す部材と同一の機能を有
する部材には、同一の符号を付記して、その説明を省略
する。Next, a case where the high-frequency accelerator 27 is applied to an ion implantation apparatus having another configuration will be described with reference to FIG. Members having the same functions as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００７９】本実施形態に係るイオン注入装置２１ａ
は、図２に示すイオン注入装置２１の静電加速器２４を
排し、バンチャー２６に代えて、入射したイオンビーム
のバンチング、集束および加速ができるＲＦＱ３０を備
えている。The ion implantation apparatus 21a according to the present embodiment
Is provided with an RFQ 30 that eliminates the electrostatic accelerator 24 of the ion implantation apparatus 21 shown in FIG. 2 and replaces the buncher 26, which can bunch, focus, and accelerate an incident ion beam.
【００８０】上記ＲＦＱ３０は、イオンビームの進路を
取り囲むように配された４つの伝送線を備えている。対
角線上に対抗する２対のＱ電極が電極間のキャパシタン
スと電極を支えるポストのインダクタンスで結合された
共振器となり、これらが”π”モードにて共振すること
によって、大電流の直流ビームを効率良く、かつ、コン
パクトに、バンチング、集束、加速できる。The RFQ 30 has four transmission lines arranged so as to surround the path of the ion beam. Two pairs of Q electrodes opposing each other on a diagonal line form a resonator that is coupled by the capacitance between the electrodes and the inductance of the post that supports the electrodes. These resonators resonate in the “π” mode, allowing efficient DC beams to be efficiently generated. Good and compact, bunching, focusing and acceleration.
【００８１】上記構成では、図２に示す高周波加減速器
２７と同様に、ＲＦＱ３０より出射したイオン粒子がバ
ンチングする位置に高周波加減速器２７を配し、ＲＦＱ
３０と高周波加減速器２７との位相差を調整することに
よって、高周波加減速器２７は、ＲＦＱ３０からのイオ
ンビームを加速できる。In the above configuration, similarly to the high-frequency accelerator 27 shown in FIG. 2, the high-frequency accelerator 27 is disposed at a position where the ion particles emitted from the RFQ 30 bunch.
By adjusting the phase difference between the RFQ 30 and the RF accelerator 27, the RF accelerator 27 can accelerate the ion beam from the RFQ 30.
【００８２】本実施形態に係るイオン注入装置２１ａで
は、図２に示すイオン注入装置２１とは異なり、静電加
速器２４に代えて、ＲＦＱ３０を用いている。したがっ
て、イオン源２２および分析電磁石２３を、例えば、高
周波加減速器２７など他の部材に比べて、特に高電位に
保つことなく、イオンビームをバンチングして加速でき
る。この結果、静電加速器２４へ加速電位を供給する図
示しない高電圧電源が不要になる。また、上記イオン注
入装置２１のように、イオン源２２および分析電磁石２
３を高電圧キャビネット２９に収納する必要がなくなる
ので、イオン注入装置２１ａの構成をより簡略化でき
る。さらに、本実施形態では、イオン源２２および分析
電磁石２３が高電位にならないため、イオン源２２およ
び分析電磁石２３の取り扱いも容易になる。この結果、
高エネルギでイオンを注入できるコンパクトなイオン注
入装置２１ａを実現できる。In the ion implanter 21a according to the present embodiment, unlike the ion implanter 21 shown in FIG. 2, an RFQ 30 is used instead of the electrostatic accelerator 24. Therefore, the ion beam can be bunched and accelerated without keeping the ion source 22 and the analysis electromagnet 23 at a particularly high potential as compared with other members such as the high-frequency accelerator 27, for example. As a result, a high-voltage power supply (not shown) for supplying an acceleration potential to the electrostatic accelerator 24 becomes unnecessary. Further, as in the ion implantation apparatus 21, the ion source 22 and the analyzing electromagnet 2
Since it is no longer necessary to house 3 in the high-voltage cabinet 29, the configuration of the ion implanter 21a can be further simplified. Furthermore, in this embodiment, since the ion source 22 and the analyzing electromagnet 23 do not become high potential, the handling of the ion source 22 and the analyzing electromagnet 23 becomes easy. As a result,
A compact ion implanter 21a capable of implanting ions with high energy can be realized.
【００８３】なお、上記各実施形態では、例えば、高周
波加減速器２７を２つ直列に設けて、イオンビームを順
次加速しているが、高周波加減速器２７の数は、これに
限るものではない。単体で使用してもよいし、３つ以上
直列に設けてもよい。高周波加減速器２７の数は、エン
ドステーション２８にて必要とするイオンビームのエネ
ルギに応じて任意に設定できる。In each of the above embodiments, for example, two high-frequency accelerators and decelerators 27 are provided in series to sequentially accelerate the ion beam. However, the number of high-frequency accelerators and decelerators 27 is not limited to this. Absent. It may be used alone or three or more may be provided in series. The number of the high-frequency accelerators / decelerators 27 can be set arbitrarily according to the energy of the ion beam required in the end station 28.
【００８４】また、高周波加減速器２７は、上記各実施
形態に示す構成のイオン注入装置２１（２１ａ）に限ら
ず、他の構成のイオン注入装置にも適用できる。また、
上記各実施形態では、高周波加減速器２７をイオンの加
減速あるいはバンチングに用いているが、これに限るも
のではない。例えば、電子など、他の荷電粒子の加減速
あるいはバンチングに用いることができる。ただし、イ
オンの場合、電荷や質量が豊富であるため、種々の入射
エネルギを持つ。この結果、上記各実施形態に示すよう
に、入射エネルギに対するアクセプタンスの広い高周波
加減速器２７は、イオンの処理に特に適している。The high-frequency accelerator / decelerator 27 is not limited to the ion implanter 21 (21a) having the configuration shown in each of the above embodiments, but can be applied to ion implanters having other configurations. Also,
In the above embodiments, the high-frequency accelerator 27 is used for acceleration / deceleration or bunching of ions. However, the present invention is not limited to this. For example, it can be used for acceleration or deceleration or bunching of other charged particles such as electrons. However, ions have various incident energies due to their rich charge and mass. As a result, as shown in the above embodiments, the high-frequency accelerator / decelerator 27 having a wide acceptance for incident energy is particularly suitable for processing ions.
【００８５】[0085]
【発明の効果】請求項１の発明に係る高周波加減速器
は、以上のように、共振回路は、導電体の容器内部に形
成された空洞に配され、駆動手段からの電力により励振
する複数の駆動用電極を備えており、上記空洞内の荷電
粒子の通路上には、上記駆動用電極によって、３つ以上
のギャップが形成されている構成である。According to the first aspect of the present invention, as described above, the resonance circuit is provided in the cavity formed inside the conductive container and is excited by the electric power from the driving means. And three or more gaps are formed on the passage of the charged particles in the cavity by the driving electrode.
【００８６】それゆえ、高周波加減速器の構成を機械的
に変位させることなく、高周波加減速器の同期エネルギ
は、各共振モードに対応して複数設けられる。この結
果、従来に比べて、入射エネルギに対する高周波加減速
器のアクセプタンスを広げることができるという効果を
奏する。Therefore, without mechanically displacing the structure of the high-frequency accelerator, a plurality of synchronization energies of the high-frequency accelerator are provided corresponding to each resonance mode. As a result, there is an effect that the acceptance of the high-frequency accelerator / decelerator with respect to the incident energy can be increased as compared with the related art.
【００８７】また、ギャップの数が同じであれば、駆動
用電極間に設けられる容器の壁の数を削減できる。した
がって、高周波加減速器へ入力される電力に対する加減
速電圧の比を従来に比べて高くでき、高周波加減速器の
効率をさらに向上できるという効果を併せて奏する。If the number of gaps is the same, the number of container walls provided between the driving electrodes can be reduced. Therefore, the ratio of the acceleration / deceleration voltage to the power input to the high-frequency accelerator / decelerator can be made higher than before, and the effect of further improving the efficiency of the high-frequency accelerator / decelerator can be achieved.
【００８８】請求項２の発明に係る高周波加減速器は、
以上のように、請求項１記載の発明の構成において、上
記駆動手段は、上記共振回路の各共振モードの基本周波
数にて、当該共振回路を駆動する構成である。A high-frequency accelerator according to a second aspect of the present invention
As described above, in the configuration according to the first aspect of the present invention, the driving unit drives the resonance circuit at a fundamental frequency of each resonance mode of the resonance circuit.
【００８９】それゆえ、高周波加減速器において、イオ
ンの加減速に有利な同期エネルギを従来より多く設ける
ことができる。この結果、イオンビームの加減速あるい
はバンチングに特に適した高周波加減速器を実現できる
という効果を奏する。Therefore, in the high-frequency acceleration / deceleration device, it is possible to provide more synchronizing energy that is advantageous for acceleration / deceleration of ions than before. As a result, there is an effect that a high-frequency accelerator / decelerator particularly suitable for acceleration / deceleration or bunching of an ion beam can be realized.
【００９０】請求項３の発明に係る高周波加減速装置の
使用方法は、以上のように、請求項１記載の高周波加減
速器を複数直列に配し、初段は、荷電粒子をバンチング
させるバンチング部として動作させ、次段以降は、荷電
粒子を加減速する加減速部として動作させる構成であ
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of using the high-frequency acceleration / deceleration device, wherein a plurality of the high-frequency acceleration / deceleration devices according to the first aspect are arranged in series, and the first stage comprises a bunching section for bunching charged particles. , And from the next stage onward, it operates as an acceleration / deceleration unit that accelerates / decelerates charged particles.
【００９１】上記構成では、バンチング部と加減速部と
を同じ構成の高周波加減速器によって実現できるので、
別の構成のバンチング部を設ける場合に比べて、バンチ
ング部を含めた装置の製造や管理が容易になるという効
果を奏する。また、両者の構成が同じなので、同期エネ
ルギ調整時における高周波加減速装置の操作性を向上で
きるという効果を併せて奏する。In the above configuration, the bunching section and the acceleration / deceleration section can be realized by the high-frequency accelerator / decelerator having the same configuration.
As compared with the case where a bunching portion having another configuration is provided, there is an effect that manufacture and management of the device including the bunching portion are facilitated. In addition, since both configurations are the same, there is also an effect that the operability of the high-frequency acceleration / deceleration device can be improved during the synchronization energy adjustment.
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、高周波
加減速器の要部を示す構成図である。FIG. 1 illustrates an embodiment of the present invention, and is a configuration diagram illustrating a main part of a high-frequency accelerator / decelerator.
【図２】上記高周波加減速器を具備するイオン注入装置
を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing an ion implantation apparatus provided with the high-frequency accelerator / decelerator.
【図３】上記高周波加減速器の容器付近を示す斜視図で
ある。FIG. 3 is a perspective view showing the vicinity of a container of the high-frequency accelerator.
【図４】上記高周波加減速器に設けられたコイルの支持
部材を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a support member for a coil provided in the high-frequency accelerator.
【図５】上記高周波加減速器において、”π”モード時
における電極間の電界を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an electric field between electrodes in the “π” mode in the high-frequency accelerator / decelerator.
【図６】上記高周波加減速器において、容器内のある点
における電界強度の時間変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a time change of the electric field intensity at a certain point in the container in the high-frequency accelerator.
【図７】上記高周波加減速器において、”０”モード時
における電極間の電界を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an electric field between electrodes in a “0” mode in the high-frequency accelerator / decelerator.
【図８】他の実施形態を示すものであり、上記高周波加
減速器を具備するイオン注入装置を示す構成図である。FIG. 8 illustrates another embodiment, and is a configuration diagram illustrating an ion implantation apparatus including the high-frequency accelerator / decelerator.
【図９】従来例を示すものであり、高周波加減速器の要
部を示す構成図である。FIG. 9 illustrates a conventional example, and is a configuration diagram illustrating a main part of a high-frequency accelerator.
１ タンク（容器） ２ 空洞 ２ａ 第１ギャップ ２ｂ 第２ギャップ ２ｃ 第３ギャップ ３ 第１電極（駆動用電極） ４ 第２電極（駆動用電極） ８ 電力入力部（駆動手段） ２６ バンチャー（高周波加減速器；バンチング部） ２７ 高周波加減速器（高周波加減速器；加減速部） ２７ａ 共振回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tank (container) 2 Cavity 2a 1st gap 2b 2nd gap 2c 3rd gap 3 1st electrode (drive electrode) 4 2nd electrode (drive electrode) 8 Power input part (drive means) 26 Buncher (high frequency application) Speed reducer; bunching part) 27 High-frequency accelerator / decelerator (High-frequency accelerator / accelerator / decelerator) 27a Resonant circuit
Claims (3)
む共振回路と、該共振回路へ電力を供給する駆動手段と
を有する高周波加減速器において、 上記共振回路は、上記空洞内に配され、上記駆動手段か
らの電力により励振する複数の駆動用電極を備えてお
り、 上記空洞内の荷電粒子の通路上には、上記駆動用電極に
よって、３つ以上のギャップが形成されていることを特
徴とする高周波加減速器。1. A high-frequency accelerator having a resonance circuit including a conductive container having a cavity formed therein and driving means for supplying power to the resonance circuit, wherein the resonance circuit is provided in the cavity. A plurality of driving electrodes arranged and excited by electric power from the driving means, and three or more gaps are formed on the passage of the charged particles in the cavity by the driving electrodes. A high-frequency accelerator / decelerator characterized by the above-mentioned.
ードの基本周波数にて、当該共振回路を駆動することを
特徴とする請求項１記載の高周波加減速器。2. The high-frequency accelerating / decelerating device according to claim 1, wherein said driving means drives said resonance circuit at a fundamental frequency of each resonance mode of said resonance circuit.
に配し、 初段は、荷電粒子をバンチングさせるバンチング部とし
て動作させ、 次段以降は、荷電粒子を加減速する加減速部として動作
させることを特徴とする請求項１記載の高周波加減速器
の使用方法。3. A high-frequency accelerating / decelerating device according to claim 1, wherein a plurality of high-frequency accelerating / decelerating units are arranged in series, the first stage is operated as a bunching unit for bunching charged particles, and the second and subsequent stages are as accelerating / decelerating units for accelerating / decelerating charged particles. The method according to claim 1, wherein the high-frequency accelerator is operated.
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