JP3365226B2 - Ion implanter - Google Patents

Ion implanter

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JP3365226B2
JP3365226B2 JP29816096A JP29816096A JP3365226B2 JP 3365226 B2 JP3365226 B2 JP 3365226B2 JP 29816096 A JP29816096 A JP 29816096A JP 29816096 A JP29816096 A JP 29816096A JP 3365226 B2 JP3365226 B2 JP 3365226B2
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deceleration
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Nissin Electric Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、高周波型の加減
速空洞を複数個直列に並べた加減速装置を備えるイオン
注入装置に関し、より具体的には、その加減速装置のエ
ネルギー可変範囲を拡大する手段に関する。 【0002】 【従来の技術】イオンの加速エネルギーがMeVオーダ
ーという高エネルギーのイオン注入装置の一つに、イオ
ンの加速手段として、高周波型の加減速空洞を複数個直
列に並べて成る高周波型線形加速器タイプの加減速装置
を用いたイオン注入装置があり、その従来例を図5およ
び図6にそれぞれ示す。 【0003】このイオン注入装置は、図示しないイオン
源から引き出され、必要に応じて質量分離および前段加
速の行われたバンチ状(集団状)のイオン2を、加減速
装置4で加速または減速し、その後更に必要に応じて質
量分離を行って、ターゲット(例えば半導体基板)6に
入射させて、当該ターゲット6にイオン注入を行うよう
構成されている。なお、イオン2の経路は全て真空雰囲
気にされる。 【0004】前段加速手段が例えばアルバレ型、ウィデ
レー型またはRFQ型のような高周波型加速器であれ
ば、それらからそのまま上記バンチ状のイオン2が得ら
れる。前段加速手段が、例えば静電加速管のタンデム型
のような直流型加速器であれば、それから得られるDC
ビームをバンチャーによってバンチすることによって上
記バンチ状のイオン2を得ることができる。 【0005】上記加減速装置4は、互いに直列に並べら
れた複数個の2ギャップ型(図5の例の場合)または3
ギャップ型(図6の例の場合)の加減速空洞10と、こ
の各加減速空洞10に高周波電力をそれぞれ独立して供
給する複数の高周波電源20とを有している。各加減速
空洞10間は、ドリフト管30で接続されている。この
ドリフト管30の代わりに、ビームの発散を防ぐQレン
ズが設けられる場合もある。 【0006】各加減速空洞10は、空洞12の入口部お
よび出口部に配置された二つの接地電極14と、その間
に配置された一つ(図5の例の場合)または二つ(図6
の例の場合)の加減速電極16とを有しており、これら
の電極間に二つ(図5の例の場合)または三つ(図6の
例の場合)のギャップ18が形成されている。各加減速
空洞10は、例えば1/4波長型共振空洞であり、πモ
ードの共振を用いている。πモードとは、後述するギャ
ップ間距離Ln が、高周波電力の位相の1/2に相当す
る距離に設定されているモードを言う。 【0007】各加減速空洞10のギャップ間距離L
n (nは前から何段目かを示し、n=1、2、3・・
・)は、後段のものほど大きく、即ちL1 <L2 <L3
<L4 ・・・としている。その理由は後述する。 【0008】各高周波電源20から、それに対応する各
加減速空洞10への高周波電力の供給は、例えば結合コ
イル22によって、または静電容量結合によって行われ
る。高周波電源20を各加減速空洞10に対してそれぞ
れ独立して設けているので、各加減速空洞10に供給す
る高周波電力の位相およびパワーを、各加減速空洞10
に対してそれぞれ独立して制御することができる。 【0009】2ギャップ型の加減速空洞10の動作原理
を図7を参照して、3ギャップ型の加減速空洞10の動
作原理を図8を参照して、それぞれ説明する。なお、加
減速電極16に高周波電源20が直接接続されているの
でないことは前述のとおりである。 【0010】まず図7を参照して、この加減速空洞10
が共振したとき、加減速電極16には数1で表される電
位V(t)を生じる。V0 は電圧振幅、ωは角速度、t
は時間である。図中のEは、そのときの電界の一例を示
す。 【0011】 【数1】V(t)=V0 cos(ωt) 【0012】今、加減速空洞10内でイオン2の速度が
殆ど変わらないと仮定して、ギャップ間距離Ln に対応
した速度の1価のイオン2が入射した場合を考えると、
イオン2は、一番目のギャップ18でV0 cosφ×F
(φはイオン2がギャップ18の中央を通過するときの
高周波電力の位相、Fはギャップ18を通過する時間に
関する係数)のエネルギーを受ける。更に二番目のギャ
ップ18を通過するときに高周波電力の位相はπ進む
(πモード共振だから)ので、イオン2は再び同じエネ
ルギーを受け取り、結局、一つの加減速空洞10で2V
0 cosφ×Fのエネルギーで加速される。 【0013】3ギャップ型の場合は、図8を参照して、
πモード共振時は、二つの加減速電極16において位相
が180度異なった電位、即ち数1に示したV(t)と
−V(t)とを生じる。その場合、中央のギャップ18
の電界は他のギャップ18の電界の2倍になっているの
で、イオン2は、一番目、二番目および三番目のギャッ
プ18で、それぞれV0 cosφ×F、2V0 cosφ
×FおよびV0 cosφ×Fのエネルギーを受け取り、
結局、一つの加減速空洞10で4V0 cosφ×Fのエ
ネルギーで加速される。 【0014】このような加減速空洞10の利点は、ギャ
ップ間距離Ln に完全に対応していない速度を持つイオ
ン2でも加減速することができるということである。つ
まり、供給する高周波電力の位相φを調整することによ
って、ギャップ18で常にある程度の大きさの加速また
は減速電界をイオン2に与えることができる。また、供
給する高周波電力のパワーを変えることによって、上記
電圧振幅V0 を制御することができるので、比較的広い
エネルギー可変性を持っている。 【0015】その場合、2ギャップ型または3ギャップ
型の加減速空洞10を用いるのは、入射イオン2の速度
に対する加減速効率T(Transit Time F
actor)の変化が比較的小さいからである。その例
を図9に示す。この図では、イオン2の入射速度vを、
光速cに対するイオン速度の比β(=v/c)で示して
いるが、加減速効率Tは、イオン2の入射速度がギャッ
プ間距離Ln にちょうど対応している最適値β0 のとき
に最大となり、それよりも入射速度が大きい場合は緩や
かに減少するけれども、小さい場合は急激に減少する。 【0016】ギャップ間距離Ln と、上記最適値β0
の関係は、πモード共振の場合、数2で表される。λは
共振波長である。 【0017】 【数2】Ln =β0 λ/2 【0018】このような加減速空洞10を用いた従来の
加減速装置4は、通常はイオン2を加速する加速モード
に合わされており、この加速モードにおいて最大のエネ
ルギーが得られるように各段のギャップ間距離Ln が決
められている。従って、ギャップ間距離Ln は、前述し
たように、後段の加減速空洞10ほど大きくしている。 【0019】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記加減速
装置4でそれに入射して来るイオン2を減速しようとす
ると、せいぜい1段目の加減速空洞10でしか減速する
ことができない。これは、2段目の加減速空洞10で
は、元々そのギャップ間距離L2 は加速用に最適化され
ているため、1段目で減速されたイオン2の速度から考
えるとギャップ間距離L2 が大き過ぎ、換言すれば上記
イオン速度の比βが最適値β0 よりも小さい側になり、
図9に示したように加減速効率Tが急激に低下するため
である。定性的には、2ギャップ型の加減速空洞10で
考えると、その一番目のギャップ18で減速しても二番
目のギャップ18ではイオン2が通過するときに高周波
電力が加速側の位相となってこの部分で加速されるとい
うことも起こり得る。3段目以降は、加減速効率Tの低
下が一層甚だしくなる。 【0020】従って、上記のような加減速装置4では、
減速できるエネルギー範囲は、加速できるエネルギー範
囲に比べて非常に狭くなり、そのぶん、全体のエネルギ
ー可変範囲が狭いという問題がある。 【0021】そこでこの発明は、上記のような加減速装
置において減速できるエネルギー範囲を広げることによ
って、全体のエネルギー可変範囲を拡大することを主た
る目的とする。 【0022】 【課題を解決するための手段】この発明のイオン注入装
置は、前記加減速装置の第1段目の加減速空洞のすぐ後
に、当該第1段目の加減速空洞よりもギャップ間距離の
小さい1以上の2ギャップ型または3ギャップ型の加減
速空洞であって後段のものほどそのギャップ間距離の小
さいものを互いに直列に挿入し、かつ当該挿入した各加
減速空洞に高周波電力をそれぞれ独立して供給する1以
上の高周波電源を設けたことを特徴としている。 【0023】上記構成によれば、加減速装置の第1段目
のすぐ後に挿入した加減速空洞は、そのギャップ間距離
が第1段目の加減速空洞よりも小さいので、減速モード
において、第1段目の加減速空洞でイオンを減速した場
合でも、この第1段目のすぐ後に挿入した加減速空洞に
よって、第1段目からのイオンを効率良く減速すること
ができる。従って、減速できるエネルギー範囲が広が
る。 【0024】また、加速モードにおいて、第1段目の加
減速空洞でイオンを加速した場合でも、2ギャップ型ま
たは3ギャップ型の加減速空洞では、前述したようにイ
オンの速度が最適値よりも高速側の方が低速側よりも加
減速効率の低下が少ないので、第1段目のすぐ後に挿入
した加減速空洞によって、イオンを比較的効率良く加速
することができる。従って、加速できるエネルギー範囲
も広い。 【0025】その結果、上記加減速装置の全体のエネル
ギー可変範囲を拡大することができる。 【0026】 【発明の実施の形態】図1および図2は2ギャップ型の
加減速空洞を用いた実施例を、図3および図4は3ギャ
ップ型の加減速空洞を用いた実施例を、それぞれ示す。
図5および図6の従来例と同一または相当する部分には
同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点
を主に説明する。また、図7〜図9の説明内容は以下の
実施例でも適用される。 【0027】図1のイオン注入装置は、図5に示した従
来の加減速装置4に相当する加減速装置4aを備えてお
り、その第1段目の加減速空洞10のギャップ間距離L
1 は、それに入射するイオン2の速度にちょうど対応す
るように、即ちL1 =β0 λ/2に設定している。
β0 、λは前述のとおりである。これは図2〜図4の実
施例においても同様である。 【0028】そしてこの第1段目の加減速空洞10のす
ぐ後に、即ちこの例では第2段目に、当該第1段目の加
減速空洞10よりもギャップ間距離の小さい2ギャップ
型の加減速空洞10を一つ挿入している。第3段目以降
の加減速空洞10のギャップ間距離は、第1段目のギャ
ップ間距離よりも大きく、かつ後段のものほど大きくし
ている。この実施例の各段のギャップ間距離Ln (nは
前述のとおり。以下も同様)の関係をまとめて数3に示
す。 【0029】 【数3】L1 >L2 、L1 <L3 <L4 ・・・ 【0030】各段の加減速空洞10のギャップ間距離L
n は、具体的には、最も効率良く加減速したいイオン2
の種類、加減速したいエネルギー範囲および最大パワー
を投入したときの前記電圧振幅V0 に応じて、上記数3
に示す関係を満たす範囲で設定すれば良い。 【0031】そして上記各段の加減速空洞10に対し
て、当該各加減速空洞10に高周波電力をそれぞれ独立
して供給する高周波電源20をそれぞれ接続している。
各高周波電源20と各加減速空洞10との結合手段は、
前述のとおりである。 【0032】上記加減速装置4aにおける第2段目の加
減速空洞10は、第1段目の加減速空洞10よりもギャ
ップ間距離を小さくしているので、第1段目の加減速空
洞10よりも低速のイオン2に適合させやすい。従っ
て、上記加減速装置4aを減速モードで使用する場合、
まず第1段目の加減速空洞10でイオン2を減速するこ
とになるが、その場合、第2段目の加減速空洞10によ
って更に、第1段目からのイオン2を効率良く減速する
ことができる。従って、この加減速装置4aにおいて
は、減速できるエネルギー範囲が図5の従来例よりも広
がる。 【0033】なお、減速モードの場合、上記第3段目以
降の加減速空洞10は、特に後段に近づくほど、そのギ
ャップ間距離が減速されたイオン2に対して大き過ぎる
ので、イオン2を更に減速させることは通常は困難にな
る。従ってその場合は、第3段目以降の加減速空洞10
に、特に後段側の加減速空洞10に、高周波電力を供給
せず、当該加減速空洞10の動作を停止すれば良い。そ
のようにすれば、イオン2は当該加減速空洞10を素通
りする。 【0034】また、上記加減速装置4aを加速モードで
使用する場合、まず第1段目の加減速空洞10でイオン
2を加速することになるが、その場合、第2段目の加減
速空洞10に対しては、イオン2の速度が、当該第2段
目の加減速空洞10のギャップ間距離L2 に最適な速度
(即ちイオン速度の比で言えば上記β0 )よりも大きく
なるけれども、2ギャップ型または3ギャップ型の加減
速空洞10では、先に図9を参照して説明したように、
イオン2の速度が最適値β0 よりも高速側の方が低速側
よりも加減速効率Tの低下が少ないので、即ち高速側の
方が加減速効率Tの許容範囲が大きいので、この第2段
目の加減速空洞10によってもイオン2を比較的効率良
く加速することができる。即ちこの第2段目の加減速空
洞10は、イオン2の減速だけでなく加速にも十分に使
えるのである。勿論、第3段目以降の加減速空洞10に
おいても、そのギャップ間距離を、数3に示したよう
に、第1段目の加減速空洞10のギャップ間距離も大き
くかつ後段側のものほど大きくしているので、イオン2
を効率良く加速することができる。従って、この加減速
装置4aにおいては、加速できるエネルギー範囲も広
い。 【0035】減速できるエネルギー範囲を更に広げたい
場合は、上記第2段目の加減速空洞10のすぐ後に続け
て、ギャップ間距離がより小さい加減速空洞10を1個
またはそれ以上直列に挿入しても良い。第3段目に、ギ
ャップ間距離L3 が第2段目よりも小さい加減速空洞1
0を更に挿入した実施例を図2に示す。 【0036】この実施例の各段のギャップ間距離Ln
関係をまとめて数4に示す。 【0037】 【数4】L1 >L2 >L3 、L1 <L4 <L5 ・・・ 【0038】この図2の実施例の場合、加速モードで使
用する場合は、第3段目の加減速空洞10のギャップ間
距離L3 が小さくなり過ぎて、当該加減速空洞10に対
応するように高周波電力の位相をうまく設定することが
できないことが起こり得るけれども、その場合は、加速
モード時はこの第3段目の加減速空洞10に高周波電力
を供給しなければ良く、第4段目以降で更に加速するよ
うにすれば良い。 【0039】図3および図4の実施例は、各加減速空洞
10を3ギャップ型にしたものであり、それ以外は図1
および図2の実施例の場合と同様であるので、その説明
を参照するものとし、ここでは重複説明を省略する。 【0040】なお、上記加減速装置4aを構成する加減
速空洞10の段数は、上記例のようなものに限定される
ものではなく、複数段で任意であり、具体的には、必要
とするエネルギー範囲等に応じて決めれば良い。 【0041】 【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、加減速
装置の第1段目の加減速空洞のすぐ後に挿入したギャッ
プ間距離の小さい加減速空洞によって更に、第1段目の
加減速空洞からのイオンを効率良く減速することができ
るので、減速できるエネルギー範囲が広がる。しかも、
2ギャップ型または3ギャップ型の加減速空洞では、イ
オンの速度が最適値よりも高速側の方が低速側よりも加
減速効率の低下が少ないので、第1段目のすぐ後に挿入
した上記加減速空洞によって、イオンを比較的効率良く
加速することもできる。従って加速できるエネルギー範
囲も広い。その結果、上記加減速装置の全体のエネルギ
ー可変範囲を拡大することができる。またそれによっ
て、種々のイオンを広範囲なエネルギーに加速してター
ゲットに注入することができるようになるので、当該イ
オン注入装置の適用範囲が広がる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation apparatus provided with an acceleration / deceleration device in which a plurality of high-frequency type acceleration / deceleration cavities are arranged in series. The present invention relates to means for expanding the energy variable range of the acceleration / deceleration device. 2. Description of the Related Art A high-frequency linear accelerator comprising a plurality of high-frequency accelerating / decelerating cavities arranged in series as an ion accelerating means in one of ion implanters having a high energy of ion acceleration energy on the order of MeV. There is an ion implantation apparatus using a type of acceleration / deceleration device, and a conventional example thereof is shown in FIGS. 5 and 6, respectively. This ion implantation apparatus accelerates or decelerates bunch-like (collective) ions 2 extracted from an ion source (not shown) and subjected to mass separation and pre-acceleration as required by an acceleration / deceleration device 4. After that, mass separation is performed as necessary, and the resultant is incident on a target (for example, a semiconductor substrate) 6 to perform ion implantation on the target 6. It should be noted that the entire path of the ions 2 is set in a vacuum atmosphere. If the pre-acceleration means is, for example, a high-frequency accelerator such as an Alvaret type, a Widley type or an RFQ type, the bunch-like ions 2 can be obtained as they are. If the pre-acceleration means is a direct current type accelerator such as a tandem type of electrostatic accelerating tube, the DC
The bunch-shaped ions 2 can be obtained by bunching the beam with a buncher. The acceleration / deceleration device 4 includes a plurality of two-gap type (in the case of FIG. 5) or
It has a gap-type (in the case of the example of FIG. 6) acceleration / deceleration cavity 10 and a plurality of high-frequency power supplies 20 for independently supplying high-frequency power to each acceleration / deceleration cavity 10. The respective acceleration / deceleration cavities 10 are connected by a drift tube 30. Instead of the drift tube 30, a Q lens that prevents divergence of the beam may be provided. Each of the acceleration / deceleration cavities 10 has two ground electrodes 14 disposed at the entrance and exit of the cavity 12, and one (in the case of FIG. 5) or two (FIG. 6) disposed therebetween.
5) and two (in the case of FIG. 5) or three (in the case of FIG. 6) gaps 18 are formed between these electrodes. I have. Each acceleration / deceleration cavity 10 is, for example, a quarter-wave resonance cavity, and uses π-mode resonance. The π mode, the gap distance L n to be described later, refers to a mode that is set to a distance corresponding to 1/2 of the high-frequency power of the phase. The distance L between the gaps of the respective acceleration / deceleration cavities 10
n (n indicates the order from the front, and n = 1, 2, 3,...
・) Is larger in the latter stage, that is, L 1 <L 2 <L 3
<L 4 ... The reason will be described later. The supply of high-frequency power from each high-frequency power supply 20 to each corresponding acceleration / deceleration cavity 10 is performed by, for example, a coupling coil 22 or by capacitive coupling. Since the high-frequency power supply 20 is provided independently for each of the acceleration / deceleration cavities 10, the phase and power of the high-frequency power supplied to each of the acceleration / deceleration cavities 10
Can be controlled independently of each other. The operation principle of the two-gap type acceleration / deceleration cavity 10 will be described with reference to FIG. 7, and the operation principle of the three-gap type acceleration / deceleration cavity 10 will be described with reference to FIG. As described above, the high-frequency power source 20 is not directly connected to the acceleration / deceleration electrode 16. Referring first to FIG. 7, this acceleration / deceleration cavity 10
Resonates, a potential V (t) expressed by the equation 1 is generated at the acceleration / deceleration electrode 16. V 0 is the voltage amplitude, ω is the angular velocity, t
Is time. E in the figure shows an example of the electric field at that time. [0011] Equation 1] V (t) = V 0 cos (ωt) [0012] Now, assuming that the speed of the ions 2 at acceleration cavity 10. little changes, corresponding to the gap distance L n Considering the case where a monovalent ion 2 of velocity is incident,
The ion 2 has V 0 cos φ × F at the first gap 18.
(Φ is the phase of the high-frequency power when the ions 2 pass through the center of the gap 18, and F is a coefficient relating to the time of passing through the gap 18). Further, when passing through the second gap 18, the phase of the high-frequency power advances by π (because of the π mode resonance), so that the ions 2 receive the same energy again, and as a result, 2 V is applied to one acceleration / deceleration cavity 10.
It is accelerated with energy of 0 cos φ × F. In the case of the three-gap type, referring to FIG.
At the time of the π mode resonance, a potential having a phase difference of 180 degrees between the two acceleration / deceleration electrodes 16, that is, V (t) and −V (t) shown in Expression 1 are generated. In that case, the central gap 18
Is twice as large as the electric field of the other gaps 18, so that the ions 2 are V 0 cosφ × F and 2V 0 cosφ at the first, second and third gaps 18, respectively.
× F and V 0 cosφ × F energy,
As a result, the acceleration / deceleration cavity 10 is accelerated by the energy of 4V 0 cos φ × F. An advantage of such a deceleration cavity 10 is that it is possible to accelerate or decelerate even-ion having a velocity that is not fully compatible with the gap distance L n. In other words, by adjusting the phase φ of the supplied high frequency power, an acceleration or deceleration electric field of a certain magnitude can always be given to the ions 2 in the gap 18. Further, by changing the RF power supply, it is possible to control the voltage amplitude V 0, has a relatively wide energy variability. In this case, the two-gap type or three-gap type acceleration / deceleration cavity 10 is used because the acceleration / deceleration efficiency T (Transmit Time F) with respect to the velocity of the incident ion 2 is used.
This is because the change in actor is relatively small. An example is shown in FIG. In this figure, the incident velocity v of the ion 2 is
Is shown by a ratio of ion velocity β (= v / c) for the speed of light c, acceleration efficiency T, when the optimum value beta 0 to incoming velocity of ions 2 corresponds exactly to the gap distance L n It becomes maximum and decreases gradually when the incident velocity is higher, but decreases rapidly when the incident velocity is low. [0016] and the distance L n between the gap, the relationship between the optimum value beta 0, when the π mode resonance, represented by the number 2. λ is the resonance wavelength. L n = β 0 λ / 2 The conventional acceleration / deceleration device 4 using such an acceleration / deceleration cavity 10 is normally set in an acceleration mode for accelerating the ions 2. maximum gap distance L n of each stage as the energy is obtained has been determined in this acceleration mode. Thus, the gap distance L n, as described above, are large enough acceleration cavities 10 of the subsequent stage. However, if the acceleration / deceleration device 4 attempts to decelerate the ions 2 incident thereon, it can only be decelerated at most in the first stage acceleration / deceleration cavity 10. This is because, in the second-stage acceleration / deceleration cavity 10, the gap distance L 2 is originally optimized for acceleration, so considering the velocity of the ions 2 decelerated in the first step, the gap distance L 2 is considered. Is too large, in other words, the ion velocity ratio β is smaller than the optimum value β 0 ,
This is because the acceleration / deceleration efficiency T sharply decreases as shown in FIG. Qualitatively, considering the two-gap type acceleration / deceleration cavity 10, even when decelerating in the first gap 18, the high-frequency power becomes the phase on the acceleration side when the ions 2 pass in the second gap 18. Acceleration at the leverage can happen. From the third stage onward, the acceleration / deceleration efficiency T is further reduced. Therefore, in the acceleration / deceleration device 4 as described above,
The energy range that can be decelerated is much narrower than the energy range that can be accelerated, and there is a problem that the entire energy variable range is narrower. Accordingly, the present invention has a main object of expanding the entire energy variable range by expanding the energy range in which the above-described acceleration / deceleration device can decelerate. According to the ion implantation apparatus of the present invention, the gap between the first stage acceleration / deceleration cavity and the gap is located immediately after the first stage acceleration / deceleration cavity of the acceleration / deceleration device. One or more two-gap or three-gap type acceleration / deceleration cavities with a small distance are inserted in series at a later stage with a smaller distance between the gaps, and high-frequency power is supplied to the inserted acceleration / deceleration cavities. It is characterized in that one or more high-frequency power supplies that are supplied independently of each other are provided. According to the above configuration, the distance between the gaps of the acceleration / deceleration cavity inserted immediately after the first stage of the acceleration / deceleration device is smaller than that of the acceleration / deceleration cavity of the first stage. Even when the ions are decelerated in the first-stage acceleration / deceleration cavity, the ions from the first stage can be efficiently decelerated by the acceleration / deceleration cavity inserted immediately after the first stage. Therefore, the energy range in which deceleration can be performed is widened. In the acceleration mode, even when ions are accelerated in the first-stage acceleration / deceleration cavity, in the 2-gap type or 3-gap type acceleration / deceleration cavity, the ion velocity is lower than the optimum value as described above. Since the acceleration / deceleration efficiency decreases less on the high-speed side than on the low-speed side, ions can be accelerated relatively efficiently by the acceleration / deceleration cavity inserted immediately after the first stage. Therefore, the energy range that can be accelerated is wide. As a result, the entire energy variable range of the acceleration / deceleration device can be expanded. FIG. 1 and FIG. 2 show an embodiment using a two-gap type acceleration / deceleration cavity, and FIGS. 3 and 4 show an embodiment using a three-gap type acceleration / deceleration cavity. Shown respectively.
5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below. 7 to 9 are also applied to the following embodiments. The ion implantation apparatus shown in FIG. 1 includes an acceleration / deceleration device 4a corresponding to the conventional acceleration / deceleration device 4 shown in FIG.
1 is set to correspond exactly to the velocity of the ions 2 incident on it, ie, L 1 = β 0 λ / 2.
β 0 and λ are as described above. This is the same in the embodiments of FIGS. Immediately after the first-stage acceleration / deceleration cavity 10, that is, at the second stage in this example, a two-gap type acceleration / deceleration cavity having a smaller gap distance than the first-stage acceleration / deceleration cavity 10 is used. One deceleration cavity 10 is inserted. The distance between the gaps in the third and subsequent stages of the acceleration / deceleration cavity 10 is larger than the distance between the gaps in the first stage and larger in the later stages. Equation 3 collectively shows the relationship between the gap distances L n (n is the same as described above, and the same applies to the following) at each stage in this embodiment. L 1 > L 2 , L 1 <L 3 <L 4 ... The distance L between the gaps of the acceleration / deceleration cavities 10 in each stage
n is, specifically, the ion 2 to be most efficiently accelerated or decelerated.
, The energy range to be accelerated / decelerated, and the voltage amplitude V 0 when the maximum power is applied,
May be set in a range that satisfies the relationship shown in FIG. A high-frequency power supply 20 for independently supplying high-frequency power to each of the acceleration / deceleration cavities 10 is connected to each of the acceleration / deceleration cavities 10.
The coupling means between each high-frequency power supply 20 and each acceleration / deceleration cavity 10 is as follows:
As described above. The second-stage acceleration / deceleration cavity 10 in the acceleration / deceleration device 4a has a smaller gap distance than the first-stage acceleration / deceleration cavity 10, so the first-stage acceleration / deceleration cavity 10 It is easier to adapt to the slower ions 2. Therefore, when using the acceleration / deceleration device 4a in the deceleration mode,
First, the ions 2 are decelerated by the first-stage acceleration / deceleration cavity 10. In this case, the ions 2 from the first stage are further efficiently decelerated by the second-stage acceleration / deceleration cavity 10. Can be. Therefore, in the acceleration / deceleration device 4a, the energy range in which deceleration can be performed is wider than that in the conventional example shown in FIG. In the deceleration mode, the acceleration / deceleration cavities 10 of the third and subsequent stages particularly have a larger inter-gap distance than the decelerated ions 2 as they approach the later stages. It is usually difficult to slow down. Therefore, in that case, the third and subsequent stages of the acceleration / deceleration cavity 10
In particular, the operation of the acceleration / deceleration cavity 10 may be stopped without supplying high-frequency power to the acceleration / deceleration cavity 10 on the subsequent stage. In this case, the ions 2 pass through the acceleration / deceleration cavity 10 without any change. When the acceleration / deceleration device 4a is used in the acceleration mode, the ions 2 are first accelerated by the first-stage acceleration / deceleration cavity 10. In this case, the second-stage acceleration / deceleration cavity is used. For 10, the velocity of the ions 2 is higher than the optimal velocity for the inter-gap distance L 2 of the second-stage acceleration / deceleration cavity 10 (that is, the above β 0 in terms of the ion velocity ratio). In the two-gap type or three-gap type acceleration / deceleration cavity 10, as described above with reference to FIG.
Since towards the higher speed side than the rate the optimum value beta 0 ion 2 is less reduction in the acceleration and deceleration efficiency T than the low speed side, that is, toward the high speed side is larger allowable range of the acceleration and deceleration efficiency T, the second The ions 2 can be accelerated relatively efficiently also by the acceleration / deceleration cavity 10 of the stage. That is, the second-stage acceleration / deceleration cavity 10 can be sufficiently used not only for deceleration but also for acceleration of the ions 2. Of course, in the accelerating and decelerating cavities 10 of the third and subsequent stages, as shown in Equation 3, the distance between the gaps of the accelerating and decelerating cavities 10 of the first stage is larger and the distance between the gaps of the latter is larger. Because it is bigger, Ion 2
Can be accelerated efficiently. Therefore, in the acceleration / deceleration device 4a, the energy range in which acceleration can be performed is wide. If it is desired to further increase the energy range that can be decelerated, immediately after the second-stage acceleration / deceleration cavity 10, one or more acceleration / deceleration cavities 10 having a smaller gap distance are inserted in series. May be. In the third stage, the acceleration / deceleration cavity 1 in which the gap distance L 3 is smaller than that in the second stage
FIG. 2 shows an embodiment in which 0 is further inserted. The relationship between the gap distances L n at each stage in this embodiment is shown in Equation 4. ## EQU4 ## L 1 > L 2 > L 3 , L 1 <L 4 <L 5 ... In the case of the embodiment shown in FIG. too small eyes of acceleration cavities 10 the gap distance L 3 of, but can not be successfully set the RF power of the phase so as to correspond to the acceleration or deceleration cavity 10 may occur, in which case, acceleration In the mode, high-frequency power does not need to be supplied to the third-stage acceleration / deceleration cavity 10, and further acceleration may be performed in the fourth and subsequent stages. In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, each of the acceleration / deceleration cavities 10 is of a three-gap type.
2 is the same as that of the embodiment of FIG. 2, and the description thereof will be referred to, and the duplicate description will be omitted here. The number of stages of the accelerating and decelerating cavities 10 constituting the accelerating and decelerating device 4a is not limited to the one described in the above example, but may be any number of stages, and specifically, it is necessary. What is necessary is just to determine according to an energy range etc. As described above, according to the present invention, the acceleration / deceleration cavity having a small gap distance inserted immediately after the acceleration / deceleration cavity of the first stage of the acceleration / deceleration device further enhances the first stage. Ions from the acceleration / deceleration cavity can be efficiently decelerated, and the energy range in which the ions can be decelerated is widened. Moreover,
In a two-gap type or three-gap type acceleration / deceleration cavity, the acceleration / deceleration efficiency on the high-speed side is lower than the low-speed side on the ion velocity than the optimum value. The deceleration cavity can also accelerate ions relatively efficiently. Therefore, the energy range that can be accelerated is wide. As a result, the entire energy variable range of the acceleration / deceleration device can be expanded. In addition, since various ions can be accelerated to a wide range of energy and implanted into the target, the applicable range of the ion implantation apparatus is expanded.

【図面の簡単な説明】 【図1】2ギャップ型の加減速空洞を用いた加減速装置
を備えるこの発明に係るイオン注入装置の一例を部分的
に示す図である。 【図2】2ギャップ型の加減速空洞を用いた加減速装置
を備えるこの発明に係るイオン注入装置の他の例を部分
的に示す図である。 【図3】3ギャップ型の加減速空洞を用いた加減速装置
を備えるこの発明に係るイオン注入装置の一例を部分的
に示す図である。 【図4】3ギャップ型の加減速空洞を用いた加減速装置
を備えるこの発明に係るイオン注入装置の他の例を部分
的に示す図である。 【図5】2ギャップ型の加減速空洞を用いた加減速装置
を備える従来のイオン注入装置の一例を部分的に示す図
である。 【図6】3ギャップ型の加減速空洞を用いた加減速装置
を備える従来のイオン注入装置の一例を部分的に示す図
である。 【図7】2ギャップ型の加減速空洞の動作原理を示す図
である。 【図8】3ギャップ型の加減速空洞の動作原理を示す図
である。 【図9】加減速空洞の、入射イオンの速度に対する加減
速効率の変化の例を示す図である。 【符号の説明】 2 イオン 4a 加減速装置 6 ターゲット 10 加減速空洞 18 ギャップ 20 高周波電源 Ln ギャップ間距離
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view partially showing an example of an ion implantation apparatus according to the present invention including an acceleration / deceleration device using a two-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 2 is a view partially showing another example of an ion implantation apparatus according to the present invention including an acceleration / deceleration device using a two-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 3 is a diagram partially showing an example of an ion implantation apparatus according to the present invention including an acceleration / deceleration device using a three-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 4 is a diagram partially showing another example of an ion implantation apparatus according to the present invention including an acceleration / deceleration device using a three-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 5 is a view partially showing an example of a conventional ion implantation apparatus including an acceleration / deceleration device using a two-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 6 is a view partially showing an example of a conventional ion implantation apparatus including an acceleration / deceleration device using a three-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 7 is a view showing the operation principle of a two-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 8 is a diagram showing the operation principle of a three-gap type acceleration / deceleration cavity. FIG. 9 is a diagram showing an example of a change in acceleration / deceleration efficiency of an acceleration / deceleration cavity with respect to the velocity of incident ions. [Description of Signs] 2 Ions 4a Acceleration / deceleration device 6 Target 10 Acceleration / deceleration cavity 18 Gap 20 High frequency power supply L n Distance between gaps

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−125274(JP,A) 特開 平9−237700(JP,A) 特開 平9−260100(JP,A) 特開 昭62−295400(JP,A) 特開 昭61−264650(JP,A) 特開 昭60−121655(JP,A) 特開 昭62−272446(JP,A) 特開 昭64−21073(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/317 H01L 21/265 603 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-125274 (JP, A) JP-A-9-237700 (JP, A) JP-A-9-260100 (JP, A) JP-A-62- 295400 (JP, A) JP-A-61-264650 (JP, A) JP-A-60-121655 (JP, A) JP-A-62-272446 (JP, A) JP-A-64-21073 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 37/317 H01L 21/265 603

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 互いに直列に並べられていてしかも後段
のものほどギャップ間距離の大きい複数の2ギャップ型
または3ギャップ型の加減速空洞と、この各加減速空洞
に高周波電力をそれぞれ独立して供給する複数の高周波
電源とを有して成る加減速装置を備えていて、バンチ状
のイオンをこの加減速装置で加速または減速してターゲ
ットに入射させて当該ターゲットにイオン注入を行う構
成のイオン注入装置において、 前記加減速装置の第1段目の加減速空洞のすぐ後に、当
該第1段目の加減速空洞よりもギャップ間距離の小さい
1以上の2ギャップ型または3ギャップ型の加減速空洞
であって後段のものほどそのギャップ間距離の小さいも
のを互いに直列に挿入し、かつ当該挿入した各加減速空
洞に高周波電力をそれぞれ独立して供給する1以上の高
周波電源を設けたことを特徴とするイオン注入装置。
(1) A plurality of two-gap or three-gap type acceleration / deceleration cavities which are arranged in series with each other and have a larger distance between gaps in later stages, and respective acceleration / deceleration cavities. An acceleration / deceleration device including a plurality of high-frequency power supplies for independently supplying high-frequency power to the cavity is provided, and the bunch-shaped ions are accelerated or decelerated by the acceleration / deceleration device to be incident on a target. In the ion implantation apparatus configured to perform ion implantation on a target, immediately after the first-stage acceleration / deceleration cavity of the acceleration / deceleration device, at least one of the two or more 2 whose gap distance is smaller than that of the first-stage acceleration / deceleration cavity. Gap-type or three-gap-type acceleration / deceleration cavities, the later ones having a smaller gap distance are inserted in series with each other, and high-frequency power is applied to each inserted acceleration / deceleration cavity. An ion implantation apparatus comprising one or more high-frequency power supplies independently supplied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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