JP3264993B2 - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JP3264993B2
JP3264993B2 JP24002192A JP24002192A JP3264993B2 JP 3264993 B2 JP3264993 B2 JP 3264993B2 JP 24002192 A JP24002192 A JP 24002192A JP 24002192 A JP24002192 A JP 24002192A JP 3264993 B2 JP3264993 B2 JP 3264993B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオン注入装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】図2は従来例のイオン注
入装置の要部を示すものであるが、高電圧ターミナル1
8は図示せずとも、この下方又は側方に配設された、高
電圧発生装置により、高電圧、例えば400KVが印加
されており、又図示せずともイオン発生源などを内蔵し
ており、これから導出されるイオンを質量分析マグネッ
ト1に配管を介して導くように構成されている。又イオ
ン発生源や、質量分析マグネット1などに電力を供給す
るための電力供給装置も高電圧ターミナル18の下方又
は側方に配設されている。
【0003】質量分析マグネット1の磁場発生空間
には、真空配管2が設けられており、この端部には真空
チャンバー4が接続されている。又これに近接して、長
方形状の開口を有する質量分析ケース8が配設されてお
り、ここを通るイオンビームは高電圧ターミナル18に
近接して配設される公知の構造の加速管3内に導かれ、
更に接地電位側の真空チャンバー4’内に導入されるよ
うに構成されている。
【0004】上述の真空配管2の質量分析マグネット1
から突出している部分には、高電圧部偏向電極5が配設
されており、これは上下に配設された一対の電極5a、
5bからなるが、5aは真空チャンバー4と同電位とさ
れているが、他方の電極5bは真空チャンバー4に取り
つけられた電流導入端子6から導出している電線に接続
されている。又この高電圧部偏向電極5に対向してファ
ラデイカップ7が設けられており、これで受けられる電
流を測定するための電流計11が高電圧ターミナル18
内に設けられている。
【0005】又接地電位側の真空チャンバー4’内に
は、接地電位側偏向電極13が設けられており、この下
流側に接地電位側のファラデイカップ12が図示するよ
うな位置に配設されている。
【0006】従来例のイオン注入装置は以上のように構
成されるのであるが、次にこの作用について説明する。
【0009】図示しないイオン発生源から導出されたイ
オンは、質量分析マグネット1内に導かれ、この真空配
管2内で90度偏向し、所定のイオンのみ、かつ同一エ
ネルギーのイオンが、この質量により軌道曲率半径が他
とは異なることにより、質量分離され、この90度偏向
されたイオンビームが、まず直進用ファラデイカップ7
に導入される。これには電流計11が接続されているの
で、このイオンビームの強度が測定される。次いで、こ
のイオンビームの強度に応じて電流導入端子6に適切な
電圧を印加することにより、光軸9に沿って走行してい
たイオンビームは、質量分析ケーシング8の長方形状の
開口8aに向かって偏向し、この開口を通り、加速管3
内に導かれる。ここで400KV×イオン価数の加速エ
ネルギーを得て、真空チャンバー4’内に導かれ、接地
電位側ファラデイカップ12に導入され、この電流が最
大になるように偏向電極5に加えられる電圧が調整され
るのであるが、このような条件下で質量分析マグネット
1を通過してから、偏向電極5を通過するまでに、ガス
分子17との衝突により、電荷変化を起こしていた粒子
(コンタミネイション)が大部分取り除かれる。
【0010】以上のようにして、コンタミネイション粒
子の除去は高電圧部の偏向電極5により水平線より下方
にビーム軌道を偏向することにより行われる。このため
にイオンビームの光軸が水平面から一定の角度で傾き、
光軸10に沿って走行することになる。この走行に平行
して各構成機器を組み立てなければならないが、基準を
選定して組み立てなければならず、この基準の選定が非
常に難しい。
【0011】又、加速管3を通過し、エンドステイショ
ンに至る間にイオンビームの位置が低くなり過ぎるため
に、イオン加速後に再度ビームを偏向して、水平方向に
戻しておく必要がある。このためにイオンチャンバー
4’内に接地偏位側の偏向電極13が設けられているの
であるが、これによりイオンビームを水平方向に戻すた
めに偏向電極13の印加電圧は加速エネルギーに応じて
変化しなければならず、又この加速エネルギーが大きく
なると、図からも明らかなように偏向電極13の長さを
大きくするか、あるいはこれに加える印加電圧を大きく
しなければ成らなくなる。よってイオン注入装置全体の
長さが大きくなるか、あるいは電源に要するコストが高
価になるという問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、ビーム設定手順の簡略化と接地側の偏
向電極を不要とし、従ってこれに偏向電位を加えるため
の偏向電源も不要となり、装置コストを大巾に小とする
ことができ、またイオンビーム中の中性粒子やコンタミ
ネーション粒子を取り除いて第2偏向電極内に導くこと
ができるイオン注入装置を提供することを目的とする。
【0013】
【問題点を解決するための手段】以上の目的は、質量分
析マグネットと、該質量分析マグネットから導出される
イオンビームを所定角度偏向させるための第1偏向電極
と、前記所定角度と等しい角度で反対方向に前記イオン
ビームを偏向させるための第2偏向電極と、前記イオン
ビームのイオンを加速するための加速管とを備えたイオ
ン注入装置において、前記第1偏向電極と前記第2偏向
電極とを前記質量分析マグネットと前記加速管との間に
設け、更に前記第2偏向電極に、前記イオンビームの上
流側に向かって対向して質量分析用平板を設け、該質量
分析用平板に第1の小孔を形成し、前記第1偏向電極か
らの前記イオンビームを該第1の小孔を通って前記第2
偏向電極内へ導入するようにしたことを特徴とするイオ
ン注入装置によって達成される。
【0014】
【作用】質量分析マグネットと加速管との間に第1、第
2の偏向電極を設けるようにしているので、イオン加速
管に導入する前にイオンビームは水平方向に偏向されて
おり、従って、加速管を含む装置全体の組み立て時の基
準の選定が容易であり、又加速管の下流側に接続される
真空チャンバー内には偏向電極を配設する必要もなく、
従ってこれに要する偏向電源も不要であり、装置全体の
長さを従来より小とし、かつコストを大巾に低下させる
ことができる。また第2の偏向電極内へは中性粒子やコ
ンタミを除いて導入することができるので、加速管へは
純度の高いイオン流として導入することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例によるイオン注入装置
について図面を参照して説明する。なお従来例に対応す
る部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は
省略する。
【0016】図1において、真空チャンバー4”の左端
壁には、真空配管2の下流側端部が接続されており、図
1には図示せずともこれには質量分析マグネット1が接
続されている。この端部内には、碍子20を介して第1
の偏向電極5’が真空配管2に対し、固定されている。
又真空チャンバー4”のほぼ中間部には第2の偏向電極
14が配設されており、これは碍子20を介して真空チ
ャンバー4”に支持されている電極取付装置30に対し
固定されており、これに上流側に向かって対向して質量
分析用平板8’が部材mを介して真空チャンバー4”に
固定されている。又、この質量分析用平板8’に形成し
た一方の小孔8a’に対向して電極取付装置30にはフ
ァラデイカップ7’が固定されており、これに導入され
るイオンビームの電流は導線24を介し、電流計11に
より測定されるように構成されている。
【0017】真空チャンバー4”の上壁部には、電流導
入端子6、16が取りつけられており、これらはそれぞ
れ導線22、22’を介して第1の偏向電極5’及び第
2の偏向電極14に接続されている。
【0018】又第2の偏向電極14の下流側には対向し
て集束レンズ19が設けられており、これは真空チャン
バー4”の右端壁にベロー配管25内に若干突出してお
り、又ベロー配管25には加速管3が取りつけられてい
る。集束レンズ19に加速管3を介在させて対向するよ
うにファラデイカップ12’が設けられており、これは
電流計26に接続される。
【0019】本発明の実施例は、以上のように構成され
るが、次にこの作用について説明する。真空配管2に質
量分析マグネットから、所定のイオンだけが導入され、
今第1の偏向電極5’には電圧が印加されていないの
で、光軸9に沿って直進し、質量分析板8’に形成した
小孔8a’を通り、ファラデイカップ7’に導入され
る。この電流が電流計11により測定され、今光軸9に
沿って走行するイオンビームの強度が測定される。次い
で、このイオンビームのエネルギーに応じて偏向電極
5’に印加される電圧を変えると、光軸10に沿うよう
にイオンビームが水平方向から上方に偏向され、質量分
析板8’の他方の小孔8b’を通り、第2の偏向電極1
4側に導入される。他方、これに電流導入端子16を介
して印加される電圧を変えることにより、光軸15に沿
うように偏向されるのであるが、これは、光軸15に対
向して設けられたファラデイカップ12’に導入される
イオンビーム電流を電流計26をみて観測しながら、第
2の偏向電極14に加えられる電圧を変えてファラデイ
カップ12’に導入される電流が最大となるように調整
される。
【0020】又、真空チャンバー4”内にはガス分子1
7が、その真空度に応じた密度で存在しているのである
が、これらとイオンとの衝突により、イオンの電価数が
変化する、すなわちコンタミネイションとなるが、これ
らは質量分析板8’の開口8b’を通ることがないので
第2の偏向電極14により、再び水平方向に、すなわち
光軸15に沿うように偏向されたイオンビーム内には存
在することがない。すなわちコンタミネイションは分離
されて加速管3内に導かれる。すなわち、純度の高いイ
オンビームを加速管内に導くことができる。
【0021】本実施例のイオン注入装置は以上のような
作用を行うのであるが、第1の偏向電極5’により、偏
向されたイオンビームは真空チャンバー4”内に設けら
れた第2の偏向電極14により、再び水平方向に偏向さ
れてイオン加速管3内に導入されるために、従来では加
速管3から加速されたイオンを水平方向に偏向するがた
めに図2に示すように接地電位側に偏向電極13を設け
ているが、イオンのエネルギーが大であるがために水平
方向にするために大きな偏向電圧を必要とするのみなら
ず、偏向電極の長さを大としなければならないが、本実
施例では第2の偏向電極14は加速管3より上流側に設
けられており、これにより加速される前に水平方向に戻
しているために、装置全体の長さを従来より大巾に小と
することができ、かつまた加速管3の下流側に設けられ
た偏向電極13が不要であり、これに印加する電源も不
要であるので、装置コストを大巾に小とすることができ
る。
【0022】本発明の実施例は、以上のように構成され
るが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【0023】例えば、以上の実施例では、電流導入端子
6、16には同一の電源が印加され、かつまた第1、第
2の偏向電極5’、14は同一の形状を呈するものであ
るが、これらは別個に設け別形状であってもよい。すな
わち第1、第2の偏向電極5’、14の形状を異にし、
かつこれらに電圧を印加する電流導入端子6、16に接
続される電源を別個に設けて、それぞれ独立して調節す
るようにしてもよい。又以上の実施例では接地電位側に
設けられたファラデイカップ12’を用いてイオンビー
ムの調整の指標にしているが、この代わりに光軸15上
で高電圧ターミナル18内に高電圧部ファラデイカップ
を設けて、調整用としてもよい。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように本発明のイオン注入装
置によれば、質量分析マグネットと加速管との間に第
1、第2の偏向電極を設け、イオンビームを水平方向に
して、加速管に導入するようにしたので、この加速管を
通過後には、接地電位側で水平面上に偏向する必要がな
くなり、従って装置全体の長さを小とし、かつ接地電位
側の水平方向への偏向専用電源が不要であるために、装
置コストを大巾に小とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイオン注入装置の断面図である。
【図2】従来例のイオン注入装置の断面図である。
【符号の説明】
5’ 第1偏向電極 14 第2偏向電極
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/317 G21K 5/04 H01J 37/05 H01J 37/147 H05H 5/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量分析マグネットと、該質量分析マグ
    ネットから導出されるイオンビームを所定角度偏向させ
    るための第1偏向電極と、前記所定角度と等しい角度で
    反対方向に前記イオンビームを偏向させるための第2偏
    向電極と、前記イオンビームのイオンを加速するための
    加速管とを備えたイオン注入装置において、前記第1偏
    向電極と前記第2偏向電極とを前記質量分析マグネット
    と前記加速管との間に設け、更に前記第2偏向電極に、
    前記イオンビームの上流側に向かって対向して質量分析
    用平板を設け、該質量分析用平板に第1の小孔を形成
    し、前記第1偏向電極からの前記イオンビームを該第1
    の小孔を通って前記第2偏向電極内へ導入するようにし
    ことを特徴とするイオン注入装置。
  2. 【請求項2】 前記質量分析用平板に第2の小孔を形成
    し、前記イオンビームの下流側で前記第2の小孔に対向
    させてファラディカップを設け、前記第1偏向電極に偏
    向のための電圧を印加しない時には、前記イオンビーム
    を前記ファラディカップで受けるようにし、該ファラデ
    ィカップによりイオンビームの強度を測定し、このイオ
    ンビームのエネルギーに応じて前記第1偏向電極に印加
    される電圧を変えるようにして、前記イオンビームを前
    記質量分析用平板の前記第1の小孔に通すようにしたこ
    とを特徴とする請求項1に記載のイオン注入装置。
  3. 【請求項3】 前記第2偏向電極に対向して下流側に第
    2のファラディカップを設け、該ファラディカップに導
    入されるイオンビーム電流を電流計を見ながら前記第2
    の偏向電極に加えられる電圧を変えて、該第2のファラ
    ディカップに導入される電流を最大となるように調整し
    たことを特徴とする請求項1又は2に記載のイオン注入
    装置。
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