JP3475562B2 - イオンビームの加速装置 - Google Patents
イオンビームの加速装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造工程で用
いられるイオン注入装置などに好適に実施されるイオン
ビームの加速装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】前記イオン注入装置は、イオン化したボ
ロンなどの試料を、シリコンウェーハなどのターゲット
に注入して所望とする電気的特性を得るためのものであ
る。そのイオン注入装置において、加速装置は、イオン
源から引出され分析電磁石で抽出された所望とするイオ
ンを、電界中を通過させることによって、ターゲットウ
ェーハの所望とする注入深さに対応した速度まで加速す
るためのものである。 【０００３】前記加速装置は、たとえば該加速装置の入
出力両端にそれぞれ加速電極を備え、それらの加速電極
の間にフォーカス電極を配置した２ギャップで構成され
ており、入力端側の加速電極とフォーカス電極との間に
は予め定めるフォーカス電圧が印加されており、また両
加速電極間には注入深さに対応した加速電圧が印加され
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上述のような加速電源
とフォーカス電源とを備える加速装置において、典型的
な従来技術では、フォーカス電圧が加速電圧未満の状
態、すなわち加速装置内の電位勾配が、入力端側から出
力端側となるにつれて連続して低下してゆくような状態
において、たとえば、イオン源のパラメータの設定不良
などでイオンビームが発散したり、またビームのアライ
メントが不良であったり、さらにまた真空度に異常があ
るなどして、大地側からフォーカス電極に２次電子が流
入すると、フォーカス電極の電位が引きずり下され、フ
ォーカス電圧が加速電圧にほぼ等しくなってしまう。前
記加速電源の定格電圧は、たとえば１６０（ｋＶ）であ
り、フォーカス電源の定格電圧は、１２５（ｋＶ）であ
る。したがって、フォーカス電源が過電圧に曝されてし
まうという問題がある。 【０００５】本発明の目的は、加速電極間にフォーカス
電極を備える加速装置において、フォーカス電源を過電
圧から保護することができるイオンビームの加速装置を
提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に係るイオンビー
ムの加速装置は、イオンビームの少なくとも入出力両端
側に設けられる加速電極と、前記入出力両端側の両加速
電極の間に設けられるフォーカス電極と、前記入出力両
端側の両加速電極間に加速電圧を印加する加速電源と、
入力端側の加速電極と前記フォーカス電極との間に、任
意に変化することができるフォーカス電圧を印加するフ
ォーカス電源と、イオンビームの出力端に設けられ、大
地と前記出力端側の加速電極との間を電気的に絶縁する
絶縁手段と、前記大地と出力端側の加速電極との間に流
れる電流値を検出する検出手段と、前記検出手段の検出
値が予め定める電流値以上であるときには、イオンビー
ムを消勢する消勢手段とを含むことを特徴とする。 【０００７】 【作用】本発明に従えば、イオンビームの入出力両端側
に加速電極が設けられ、それらの加速電極の間にフォー
カス電極が設けられる少なくとも２ギャップ以上のイオ
ンビームの加速装置において、前記入出力両端側の両加
速電極間に所望とする加速電圧を印加してイオンビーム
を所望とする速度に加速するための加速電源とともに、
入力端側の加速電極とフォーカス電極との間にフォーカ
ス電圧を印加するフォーカス電源を、任意に変化するこ
とができる電圧を発生可能とし、前記イオンビームの速
度および発散を制御可能とする。 【０００８】本発明では、イオンビームの出力端側の加
速電極と、後段の大地構造物との間を絶縁手段によって
電気的に絶縁しておき、その大地と出力端側の加速電極
との間に流れる電流値を検出手段によって検出すること
によって、イオンの出力端側の加速電極への衝突によっ
て放出され、フォーカス電極へ向かって流れてくる２次
電子の電流値を検出する。その検出値が予め定める電流
値以上であると、消勢手段がイオンビームを消勢、たと
えばイオン源からのイオンビームの引出しの停止や、加
速電圧、フォーカス電圧の印加を停止する。 【０００９】したがって、前記２次電子の流入によって
フォーカス電極の電位が低下してフォーカス電源に加速
電圧に近い電圧が印加され、該フォーカス電源が過電圧
になってしまうことを防止することができる。 【００１０】 【実施例】本発明の一実施例について、図１〜図５に基
づいて説明すれば以下のとおりである。 【００１１】図１は本発明の一実施例の加速装置１の構
成を説明するための図であり、図２は前記加速装置１を
用いるイオン注入装置２の全体の構成を簡略化して示す
平面図である。 【００１２】このイオン注入装置２では、イオン源３か
ら引出されたイオンは、分析電磁石４で所望とするイオ
ンのみに抽出された後、前記加速装置１に入力される。
加速装置１では、イオンビームは、発散しないようにタ
ーゲットへの注入深さに対応した所望とする速度にまで
加速または減速される。前記加速装置１からのイオンビ
ームは、ＦＥＭ（Final Energy Magnet)５においてエネ
ルギコンタミネーションが除去された後、スイープマグ
ネット６によって所望とするビーム幅となるように掃引
され、コリメータマグネット７を介してターゲットチャ
ンバ８内のターゲット９に注入される。 【００１３】前記ターゲット９は、たとえばシリコンウ
ェーハなどであり、作業者によってエンドステーション
１０に搬入された前記ターゲット９は、搬送ロボット１
１によって前記ターゲットチャンバ８内のプラテン上の
所定の装填位置へ装填され、またイオン注入の終了した
ターゲット９は、搬送ロボット１１によって前記エンド
ステーション１０に取出される。 【００１４】図１を参照して、加速装置１は、分析電磁
石４側の入力端に設けられる第１の加速電極Ｐ１と、Ｆ
ＥＭ５などの大地構造物１５側の出力端に設けられる第
２の加速電極Ｐ２と、これらの加速電極Ｐ１，Ｐ２の間
に配置されるフォーカス電極Ｐ3 とを備える２ギャップ
の強電界型加速装置であり、さらに各加速電極Ｐ１，Ｐ
２とフォーカス電極Ｐ３との間に、整形電極Ｐ４，Ｐ５
がそれぞれ配置されて構成されている。前記加速電極Ｐ
１，Ｐ２間には加速電源２１からの任意に変化すること
ができる加速電圧Ｖａｃｃが印加されている。また、加
速電極Ｐ１とフォーカス電極Ｐ３との間には、フォーカ
ス電源２２からの任意に変化することができるフォーカ
ス電圧Ｖｆが印加されている。 【００１５】したがって、前記加速電圧Ｖａｃｃを変化
することによって、イオンのターゲットウェーハへの注
入深さを制御することができ、またフォーカス電圧Ｖｆ
を変化することによって、前記イオンに発散または集束
を行わせるフォーカス調整を行うことができる。こうし
て該加速装置１は、強度調整が可能な電子レンズのよう
にも機能し、ターゲット上でのビーム形状を、イオン
種、エネルギー、ビーム電流によらず、所望とする値に
制御するこができる。さらにまた、前記整形電極Ｐ４，
Ｐ５によって、電極Ｐ１，Ｐ３；Ｐ３，Ｐ２間の電位勾
配を整えることができる。 【００１６】前記加速電極Ｐ１とフォーカス電極Ｐ３と
の間は、第１の電位分割抵抗Ｒ１で接続されており、ま
たフォーカス電極Ｐ３と加速電極Ｐ２との間は、第２の
電位分割抵抗Ｒ２で接続されている。電位分割抵抗Ｒ１
は、相互に抵抗値の等しい２つの部分抵抗Ｒ１１，Ｒ１
２から構成されており、これらの抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の
接続点、すなわち該電位分割抵抗Ｒ１の抵抗値が１／２
となる点が前記整形電極Ｐ４に接続されている。同様に
電位分割抵抗Ｒ２は、２つの部分抵抗Ｒ２１，Ｒ２２か
ら構成されており、部分抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の接続点は
前記整形電極Ｐ５に接続されている。各電極Ｐ１〜Ｐ５
間は、絶縁体Ｑ１〜Ｑ４によって相互に電気的に絶縁さ
れて固定されている。 【００１７】一方、前記イオン源３には、前記加速電圧
Ｖａｃｃに、電圧変化可能な引出電源２３によって発生
された引出電圧Ｖｅｘだけ高い電圧が印加される。この
イオン源３および分析電磁石４などは、導電性の筺体２
４内に収納されており、この筺体２４は前記加速電極Ｐ
１と電気的に接続され、すなわちこの筺体２４には前記
加速電圧Ｖａｃｃが印加されている。このためこの筺体
２４は、大地２５に碍子などの絶縁体２６を介して電気
的に絶縁されて設置されている。したがって、イオン源
３と大地２５との間には、該イオン源３内を巡回する冷
却用の純水や、前記絶縁体２６などによって、たとえば
１８０（ＭΩ）程度の雑抵抗成分Ｒｅｔｃが存在するこ
とになる。 【００１８】これに対して加速電極Ｐ２は、絶縁体２７
によって電気的に絶縁されて、前記大地２５上に直接設
けられた大地構造物１５に接続されている。こうして大
地２５から絶縁された加速電極Ｐ２と大地構造物１５と
の間に電流計２８が介在され、この電流計２８によって
加速電極Ｐ２からフォーカス電極Ｐ３へ流入する２次電
子の電流値を後述するようにして測定する。前記電流計
２８の測定結果は制御回路２９に入力されており、この
制御回路２９は、前記測定値が予め定める値、たとえば
１００（μＡ）以上となると、引出電源２３の引出電圧
Ｖｅｘを０として、イオン源３からのイオンの引出を停
止するとともに、加速電圧Ｖａｃｃおよびフォーカス電
圧Ｖｆを０として、イオンビームの集束および加速を停
止する。 【００１９】図３は、上述のように構成された加速装置
１の等価回路図である。加速電極Ｐ１，Ｐ２間には、加
速電源２１から加速電圧Ｖａｃｃ、たとえば１６０（ｋ
Ｖ）が印加されており、電極Ｐ１，Ｐ２間には、フォー
カス電源２２からフォーカス電圧Ｖｆ、たとえば１２５
（ｋＶ）が印加されており、これによって電位分割抵抗
Ｒ１，Ｒ２にはそれぞれ電流ｉ１，ｉ２が流れている。
また、前記加速電圧Ｖａｃｃに加えて、引出電圧Ｖｅ
ｘ、たとえば４０（ｋＶ）が引出電源２３によって印加
されて、参照符ｉｂで示すビーム電流が流れている。 【００２０】なお、真空度などは、このビーム電流ｉｂ
に対して抵抗Ｒｂで示すように機能する。また、前記雑
抵抗成分Ｒｅｔｃは、加速電源２１の両端子間に介在さ
れることになる。さらにまた、フォーカス電源２２は、
電極Ｐ１，Ｐ３間に前記フォーカス電圧Ｖｆで、参照符
ｉｆで示すフォーカス電流を供給する。また、電極Ｐ３
からＰ２に向けて、該電極Ｐ２からＰ３へ流入する２次
電子に対応する電流ｉｅが流れることになり、その電流
ｉｅに対する電極Ｐ２，Ｐ３間の障壁は参照符Ｒｅで示
す。 【００２１】したがって、定常時におけるイオン源３か
らこの加速装置１の終端に至る電位勾配は、図４におい
て参照符α１で示すようになる。これに対して、２次電
子の流入によっては、参照符α２で示すように、フォー
カス電極Ｐ３の電位が加速電極Ｐ２の電位に引きずり下
されてゆく。これによって、前記電流ｉｅが百数十（μ
Ａ）以上となると、Ｖｆ≒Ｖａｃｃとなってしまい、フ
ォーカス電源２２が大地と短絡して過電圧になってしま
う。このような不具合を防止するために、前記電流計２
８の計測結果から後述するようにして、前記電流ｉｅの
電流値を検出し、その検出結果が、たとえば１００（μ
Ａ）以上となると、制御回路２９は前記引出電源２３な
らびに加速電源２１およびフォーカス電源２２を制御し
てイオンビームを消勢する。 【００２２】具体的には、電位分割抵抗Ｒ１とＲ２との
接続点３０において、該接続点３０に流れ込む電流ｉ１
に対して、流れ出る電流はｉ２，ｉｆ，ｉｅの和であ
り、したがって、 ｉ１＝ｉ２＋ｉｆ＋ｉｅ …（１） であり、また、 ｉ１＝Ｖｆ／Ｒ１ …（２） ｉ２＝（Ｖａｃｃ−Ｖｆ）／Ｒ２ …（３） である。したがって、 【００２３】 【数１】 【００２４】が成り立つ。 【００２５】一方、一般に、加速電極Ｐ２からフォーカ
ス電極Ｐ３への２次電子の流入が生じるときには、電流
ｉｅは１００（μＡ）程度であることが実験的に求めら
れている。したがって、前記電位分割抵抗Ｒ１，Ｒ２の
抵抗値によってもＶｆ≒Ｖａｃｃとなることを防止する
ことも可能ではあるけれども、電流ｉｅが予想を超えて
大きな値となるときには、Ｖｆ≒Ｖａｃｃとなってしま
う。 【００２６】したがって本発明は、以下のようにして前
記電流ｉｅを求めて、フォーカス電源２２の過電圧を防
止する。まず、電流計２８の計測結果をｉｍとすると、 ｉｍ＝ｉ２＋ｉｅ …（５） であり、前記式３から ｉｅ＝ｉｍ−（Ｖａｃｃ−Ｖｆ）／Ｒ２ …（６） である。 【００２７】したがって、そのときの既知のパラメータ
Ｖａｃｃ，Ｖｆ，Ｒ２と電流計２８の計測結果ｉｍとか
ら、前記等価回路図において参照符２８ａで示すように
電流計を設けた場合と同様に電流ｉｅを計測することが
でき、この電流ｉｅが異常に大きくなったときには、前
記加速電源２１およびフォーカス電源２２ならびに引出
電源２３を停止させる。 【００２８】図５は、図２で示すイオン注入装置２の制
御回路構成を示すブロック図である。オペレータが操作
するタッチスクリーンなどで実現される入出力装置４１
に対して、マンマシンインタフェイス４２が接続されて
いる。このマンマシンインタフェイス４２は、メインネ
ットワーク４３内に設けられており、このメインネット
ワーク４３には、各種の制御装置４４〜４７が縦続接続
されている。エンドステーション１０を制御するための
エンドステーション制御部４７には、陰極線管およびタ
ッチパネルなどで実現される入出力装置４８が接続され
ている。 【００２９】制御装置４４は、イオンビームの速度や発
散などを制御するためのものであり、この制御装置４４
には２つのサブネットワーク５１，５２が接続されてい
る。サブネットワーク５１には、前記加速電源２１を制
御するためのアナログインタフェイス回路５３や、電流
計２８での計測結果を読込むためのアナログ→デジタル
（Ａ→Ｄ）変換器５４などが縦続接続されている。ま
た、前記サブネットワーク５２には、前記引出電源２３
のためのアナログインタフェイス回路５５や、デジタル
制御対象５６のためのデジタル入出力回路５７などが縦
続接続されている。 【００３０】また、制御装置４５に接続されるサブネッ
トワーク６１には、前記イオン源３におけるイオン発生
用のマグネトロンを制御するマイクロ波電源６２のため
のアナログインタフェイス回路６３や、デジタル制御対
象６４のためのデジタル入出力回路６５などが縦続接続
されている。 【００３１】さらにまた、制御装置４６に接続されるサ
ブネットワーク６６には、ターゲットチャンバ８内のプ
ラテン上に載置されたターゲット９に対して、前記プラ
テンを機械的に変位させて均一な注入を実現する注入制
御装置６７、イオンビームの波形を、たとえば掃引など
によって所望とする波形に整形する波形整形器６８など
が接続されており、前記波形整形器６８に関連して、ビ
ーム電流をモニタするビーム電流変換器６９が接続され
ている。 【００３２】なお、前記メインネットワーク４３および
各サブネットワーク５１，５２，６１，６６は、高電圧
による相互の影響を回避するために、光によって通信を
行うように構成されている。 【００３３】したがって、マンマシンインタフェイス４
２は、電流計２８の計測結果から上述のようにして検出
される２次電子の電流ｉｅが前記１００（μＡ）以上と
なると、制御装置４４を介して前記各電圧Ｖａｃｃ，Ｖ
ｆ，Ｖｅｘを０として、ビームの引出を停止する。さら
にまた必要に応じて、マイクロ波電源６２の停止や注入
制御装置６７および波形整形器６８を停止させる。 【００３４】このように本発明に従う加速装置１では、
加速電極Ｐ２からフォーカス電極Ｐ３へ流入する２次電
子が多くなるとイオンビームを消勢するので、フォーカ
ス電源２２が大地に短絡してしまうことによる該フォー
カス電源２２が過電圧となることを確実に防止すること
ができる。 【００３５】なお、加速電極はさらに多段に設けられて
もよく、また本発明は前記イオン注入装置２に限らず、
両加速電極の間に電位可変電極を備える他のビーム応用
装置の加速装置にも好適に実施することができる。さら
にまた、前記加速電源２１、フォーカス電源２２および
引出電源２３などを停止させたときには、入出力装置４
１，４８によってそのことをオペレータへ報知するよう
にしてもよい。 【００３６】 【発明の効果】本発明に係るイオンビームの加速装置
は、以上のように、イオンビームの少なくとも入出力両
端側に設けられる加速電極の間にフォーカス電極を設
け、これに対応して出力端側の加速電極と大地との間を
絶縁しておき、加速電極からフォーカス電極へ流入する
２次電子の電流が予め定める電流値以上となると、イオ
ンの引出を停止するなどしてイオンビームを消勢する。 【００３７】それゆえ、前記２次電子の流入によって、
フォーカス電源の出力側の電位が加速電圧のグラウンド
側の電位に短絡することによる過電圧から、フォーカス
電源を確実に保護することができる。
いられるイオン注入装置などに好適に実施されるイオン
ビームの加速装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】前記イオン注入装置は、イオン化したボ
ロンなどの試料を、シリコンウェーハなどのターゲット
に注入して所望とする電気的特性を得るためのものであ
る。そのイオン注入装置において、加速装置は、イオン
源から引出され分析電磁石で抽出された所望とするイオ
ンを、電界中を通過させることによって、ターゲットウ
ェーハの所望とする注入深さに対応した速度まで加速す
るためのものである。 【０００３】前記加速装置は、たとえば該加速装置の入
出力両端にそれぞれ加速電極を備え、それらの加速電極
の間にフォーカス電極を配置した２ギャップで構成され
ており、入力端側の加速電極とフォーカス電極との間に
は予め定めるフォーカス電圧が印加されており、また両
加速電極間には注入深さに対応した加速電圧が印加され
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上述のような加速電源
とフォーカス電源とを備える加速装置において、典型的
な従来技術では、フォーカス電圧が加速電圧未満の状
態、すなわち加速装置内の電位勾配が、入力端側から出
力端側となるにつれて連続して低下してゆくような状態
において、たとえば、イオン源のパラメータの設定不良
などでイオンビームが発散したり、またビームのアライ
メントが不良であったり、さらにまた真空度に異常があ
るなどして、大地側からフォーカス電極に２次電子が流
入すると、フォーカス電極の電位が引きずり下され、フ
ォーカス電圧が加速電圧にほぼ等しくなってしまう。前
記加速電源の定格電圧は、たとえば１６０（ｋＶ）であ
り、フォーカス電源の定格電圧は、１２５（ｋＶ）であ
る。したがって、フォーカス電源が過電圧に曝されてし
まうという問題がある。 【０００５】本発明の目的は、加速電極間にフォーカス
電極を備える加速装置において、フォーカス電源を過電
圧から保護することができるイオンビームの加速装置を
提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に係るイオンビー
ムの加速装置は、イオンビームの少なくとも入出力両端
側に設けられる加速電極と、前記入出力両端側の両加速
電極の間に設けられるフォーカス電極と、前記入出力両
端側の両加速電極間に加速電圧を印加する加速電源と、
入力端側の加速電極と前記フォーカス電極との間に、任
意に変化することができるフォーカス電圧を印加するフ
ォーカス電源と、イオンビームの出力端に設けられ、大
地と前記出力端側の加速電極との間を電気的に絶縁する
絶縁手段と、前記大地と出力端側の加速電極との間に流
れる電流値を検出する検出手段と、前記検出手段の検出
値が予め定める電流値以上であるときには、イオンビー
ムを消勢する消勢手段とを含むことを特徴とする。 【０００７】 【作用】本発明に従えば、イオンビームの入出力両端側
に加速電極が設けられ、それらの加速電極の間にフォー
カス電極が設けられる少なくとも２ギャップ以上のイオ
ンビームの加速装置において、前記入出力両端側の両加
速電極間に所望とする加速電圧を印加してイオンビーム
を所望とする速度に加速するための加速電源とともに、
入力端側の加速電極とフォーカス電極との間にフォーカ
ス電圧を印加するフォーカス電源を、任意に変化するこ
とができる電圧を発生可能とし、前記イオンビームの速
度および発散を制御可能とする。 【０００８】本発明では、イオンビームの出力端側の加
速電極と、後段の大地構造物との間を絶縁手段によって
電気的に絶縁しておき、その大地と出力端側の加速電極
との間に流れる電流値を検出手段によって検出すること
によって、イオンの出力端側の加速電極への衝突によっ
て放出され、フォーカス電極へ向かって流れてくる２次
電子の電流値を検出する。その検出値が予め定める電流
値以上であると、消勢手段がイオンビームを消勢、たと
えばイオン源からのイオンビームの引出しの停止や、加
速電圧、フォーカス電圧の印加を停止する。 【０００９】したがって、前記２次電子の流入によって
フォーカス電極の電位が低下してフォーカス電源に加速
電圧に近い電圧が印加され、該フォーカス電源が過電圧
になってしまうことを防止することができる。 【００１０】 【実施例】本発明の一実施例について、図１〜図５に基
づいて説明すれば以下のとおりである。 【００１１】図１は本発明の一実施例の加速装置１の構
成を説明するための図であり、図２は前記加速装置１を
用いるイオン注入装置２の全体の構成を簡略化して示す
平面図である。 【００１２】このイオン注入装置２では、イオン源３か
ら引出されたイオンは、分析電磁石４で所望とするイオ
ンのみに抽出された後、前記加速装置１に入力される。
加速装置１では、イオンビームは、発散しないようにタ
ーゲットへの注入深さに対応した所望とする速度にまで
加速または減速される。前記加速装置１からのイオンビ
ームは、ＦＥＭ（Final Energy Magnet)５においてエネ
ルギコンタミネーションが除去された後、スイープマグ
ネット６によって所望とするビーム幅となるように掃引
され、コリメータマグネット７を介してターゲットチャ
ンバ８内のターゲット９に注入される。 【００１３】前記ターゲット９は、たとえばシリコンウ
ェーハなどであり、作業者によってエンドステーション
１０に搬入された前記ターゲット９は、搬送ロボット１
１によって前記ターゲットチャンバ８内のプラテン上の
所定の装填位置へ装填され、またイオン注入の終了した
ターゲット９は、搬送ロボット１１によって前記エンド
ステーション１０に取出される。 【００１４】図１を参照して、加速装置１は、分析電磁
石４側の入力端に設けられる第１の加速電極Ｐ１と、Ｆ
ＥＭ５などの大地構造物１５側の出力端に設けられる第
２の加速電極Ｐ２と、これらの加速電極Ｐ１，Ｐ２の間
に配置されるフォーカス電極Ｐ3 とを備える２ギャップ
の強電界型加速装置であり、さらに各加速電極Ｐ１，Ｐ
２とフォーカス電極Ｐ３との間に、整形電極Ｐ４，Ｐ５
がそれぞれ配置されて構成されている。前記加速電極Ｐ
１，Ｐ２間には加速電源２１からの任意に変化すること
ができる加速電圧Ｖａｃｃが印加されている。また、加
速電極Ｐ１とフォーカス電極Ｐ３との間には、フォーカ
ス電源２２からの任意に変化することができるフォーカ
ス電圧Ｖｆが印加されている。 【００１５】したがって、前記加速電圧Ｖａｃｃを変化
することによって、イオンのターゲットウェーハへの注
入深さを制御することができ、またフォーカス電圧Ｖｆ
を変化することによって、前記イオンに発散または集束
を行わせるフォーカス調整を行うことができる。こうし
て該加速装置１は、強度調整が可能な電子レンズのよう
にも機能し、ターゲット上でのビーム形状を、イオン
種、エネルギー、ビーム電流によらず、所望とする値に
制御するこができる。さらにまた、前記整形電極Ｐ４，
Ｐ５によって、電極Ｐ１，Ｐ３；Ｐ３，Ｐ２間の電位勾
配を整えることができる。 【００１６】前記加速電極Ｐ１とフォーカス電極Ｐ３と
の間は、第１の電位分割抵抗Ｒ１で接続されており、ま
たフォーカス電極Ｐ３と加速電極Ｐ２との間は、第２の
電位分割抵抗Ｒ２で接続されている。電位分割抵抗Ｒ１
は、相互に抵抗値の等しい２つの部分抵抗Ｒ１１，Ｒ１
２から構成されており、これらの抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の
接続点、すなわち該電位分割抵抗Ｒ１の抵抗値が１／２
となる点が前記整形電極Ｐ４に接続されている。同様に
電位分割抵抗Ｒ２は、２つの部分抵抗Ｒ２１，Ｒ２２か
ら構成されており、部分抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の接続点は
前記整形電極Ｐ５に接続されている。各電極Ｐ１〜Ｐ５
間は、絶縁体Ｑ１〜Ｑ４によって相互に電気的に絶縁さ
れて固定されている。 【００１７】一方、前記イオン源３には、前記加速電圧
Ｖａｃｃに、電圧変化可能な引出電源２３によって発生
された引出電圧Ｖｅｘだけ高い電圧が印加される。この
イオン源３および分析電磁石４などは、導電性の筺体２
４内に収納されており、この筺体２４は前記加速電極Ｐ
１と電気的に接続され、すなわちこの筺体２４には前記
加速電圧Ｖａｃｃが印加されている。このためこの筺体
２４は、大地２５に碍子などの絶縁体２６を介して電気
的に絶縁されて設置されている。したがって、イオン源
３と大地２５との間には、該イオン源３内を巡回する冷
却用の純水や、前記絶縁体２６などによって、たとえば
１８０（ＭΩ）程度の雑抵抗成分Ｒｅｔｃが存在するこ
とになる。 【００１８】これに対して加速電極Ｐ２は、絶縁体２７
によって電気的に絶縁されて、前記大地２５上に直接設
けられた大地構造物１５に接続されている。こうして大
地２５から絶縁された加速電極Ｐ２と大地構造物１５と
の間に電流計２８が介在され、この電流計２８によって
加速電極Ｐ２からフォーカス電極Ｐ３へ流入する２次電
子の電流値を後述するようにして測定する。前記電流計
２８の測定結果は制御回路２９に入力されており、この
制御回路２９は、前記測定値が予め定める値、たとえば
１００（μＡ）以上となると、引出電源２３の引出電圧
Ｖｅｘを０として、イオン源３からのイオンの引出を停
止するとともに、加速電圧Ｖａｃｃおよびフォーカス電
圧Ｖｆを０として、イオンビームの集束および加速を停
止する。 【００１９】図３は、上述のように構成された加速装置
１の等価回路図である。加速電極Ｐ１，Ｐ２間には、加
速電源２１から加速電圧Ｖａｃｃ、たとえば１６０（ｋ
Ｖ）が印加されており、電極Ｐ１，Ｐ２間には、フォー
カス電源２２からフォーカス電圧Ｖｆ、たとえば１２５
（ｋＶ）が印加されており、これによって電位分割抵抗
Ｒ１，Ｒ２にはそれぞれ電流ｉ１，ｉ２が流れている。
また、前記加速電圧Ｖａｃｃに加えて、引出電圧Ｖｅ
ｘ、たとえば４０（ｋＶ）が引出電源２３によって印加
されて、参照符ｉｂで示すビーム電流が流れている。 【００２０】なお、真空度などは、このビーム電流ｉｂ
に対して抵抗Ｒｂで示すように機能する。また、前記雑
抵抗成分Ｒｅｔｃは、加速電源２１の両端子間に介在さ
れることになる。さらにまた、フォーカス電源２２は、
電極Ｐ１，Ｐ３間に前記フォーカス電圧Ｖｆで、参照符
ｉｆで示すフォーカス電流を供給する。また、電極Ｐ３
からＰ２に向けて、該電極Ｐ２からＰ３へ流入する２次
電子に対応する電流ｉｅが流れることになり、その電流
ｉｅに対する電極Ｐ２，Ｐ３間の障壁は参照符Ｒｅで示
す。 【００２１】したがって、定常時におけるイオン源３か
らこの加速装置１の終端に至る電位勾配は、図４におい
て参照符α１で示すようになる。これに対して、２次電
子の流入によっては、参照符α２で示すように、フォー
カス電極Ｐ３の電位が加速電極Ｐ２の電位に引きずり下
されてゆく。これによって、前記電流ｉｅが百数十（μ
Ａ）以上となると、Ｖｆ≒Ｖａｃｃとなってしまい、フ
ォーカス電源２２が大地と短絡して過電圧になってしま
う。このような不具合を防止するために、前記電流計２
８の計測結果から後述するようにして、前記電流ｉｅの
電流値を検出し、その検出結果が、たとえば１００（μ
Ａ）以上となると、制御回路２９は前記引出電源２３な
らびに加速電源２１およびフォーカス電源２２を制御し
てイオンビームを消勢する。 【００２２】具体的には、電位分割抵抗Ｒ１とＲ２との
接続点３０において、該接続点３０に流れ込む電流ｉ１
に対して、流れ出る電流はｉ２，ｉｆ，ｉｅの和であ
り、したがって、 ｉ１＝ｉ２＋ｉｆ＋ｉｅ …（１） であり、また、 ｉ１＝Ｖｆ／Ｒ１ …（２） ｉ２＝（Ｖａｃｃ−Ｖｆ）／Ｒ２ …（３） である。したがって、 【００２３】 【数１】 【００２４】が成り立つ。 【００２５】一方、一般に、加速電極Ｐ２からフォーカ
ス電極Ｐ３への２次電子の流入が生じるときには、電流
ｉｅは１００（μＡ）程度であることが実験的に求めら
れている。したがって、前記電位分割抵抗Ｒ１，Ｒ２の
抵抗値によってもＶｆ≒Ｖａｃｃとなることを防止する
ことも可能ではあるけれども、電流ｉｅが予想を超えて
大きな値となるときには、Ｖｆ≒Ｖａｃｃとなってしま
う。 【００２６】したがって本発明は、以下のようにして前
記電流ｉｅを求めて、フォーカス電源２２の過電圧を防
止する。まず、電流計２８の計測結果をｉｍとすると、 ｉｍ＝ｉ２＋ｉｅ …（５） であり、前記式３から ｉｅ＝ｉｍ−（Ｖａｃｃ−Ｖｆ）／Ｒ２ …（６） である。 【００２７】したがって、そのときの既知のパラメータ
Ｖａｃｃ，Ｖｆ，Ｒ２と電流計２８の計測結果ｉｍとか
ら、前記等価回路図において参照符２８ａで示すように
電流計を設けた場合と同様に電流ｉｅを計測することが
でき、この電流ｉｅが異常に大きくなったときには、前
記加速電源２１およびフォーカス電源２２ならびに引出
電源２３を停止させる。 【００２８】図５は、図２で示すイオン注入装置２の制
御回路構成を示すブロック図である。オペレータが操作
するタッチスクリーンなどで実現される入出力装置４１
に対して、マンマシンインタフェイス４２が接続されて
いる。このマンマシンインタフェイス４２は、メインネ
ットワーク４３内に設けられており、このメインネット
ワーク４３には、各種の制御装置４４〜４７が縦続接続
されている。エンドステーション１０を制御するための
エンドステーション制御部４７には、陰極線管およびタ
ッチパネルなどで実現される入出力装置４８が接続され
ている。 【００２９】制御装置４４は、イオンビームの速度や発
散などを制御するためのものであり、この制御装置４４
には２つのサブネットワーク５１，５２が接続されてい
る。サブネットワーク５１には、前記加速電源２１を制
御するためのアナログインタフェイス回路５３や、電流
計２８での計測結果を読込むためのアナログ→デジタル
（Ａ→Ｄ）変換器５４などが縦続接続されている。ま
た、前記サブネットワーク５２には、前記引出電源２３
のためのアナログインタフェイス回路５５や、デジタル
制御対象５６のためのデジタル入出力回路５７などが縦
続接続されている。 【００３０】また、制御装置４５に接続されるサブネッ
トワーク６１には、前記イオン源３におけるイオン発生
用のマグネトロンを制御するマイクロ波電源６２のため
のアナログインタフェイス回路６３や、デジタル制御対
象６４のためのデジタル入出力回路６５などが縦続接続
されている。 【００３１】さらにまた、制御装置４６に接続されるサ
ブネットワーク６６には、ターゲットチャンバ８内のプ
ラテン上に載置されたターゲット９に対して、前記プラ
テンを機械的に変位させて均一な注入を実現する注入制
御装置６７、イオンビームの波形を、たとえば掃引など
によって所望とする波形に整形する波形整形器６８など
が接続されており、前記波形整形器６８に関連して、ビ
ーム電流をモニタするビーム電流変換器６９が接続され
ている。 【００３２】なお、前記メインネットワーク４３および
各サブネットワーク５１，５２，６１，６６は、高電圧
による相互の影響を回避するために、光によって通信を
行うように構成されている。 【００３３】したがって、マンマシンインタフェイス４
２は、電流計２８の計測結果から上述のようにして検出
される２次電子の電流ｉｅが前記１００（μＡ）以上と
なると、制御装置４４を介して前記各電圧Ｖａｃｃ，Ｖ
ｆ，Ｖｅｘを０として、ビームの引出を停止する。さら
にまた必要に応じて、マイクロ波電源６２の停止や注入
制御装置６７および波形整形器６８を停止させる。 【００３４】このように本発明に従う加速装置１では、
加速電極Ｐ２からフォーカス電極Ｐ３へ流入する２次電
子が多くなるとイオンビームを消勢するので、フォーカ
ス電源２２が大地に短絡してしまうことによる該フォー
カス電源２２が過電圧となることを確実に防止すること
ができる。 【００３５】なお、加速電極はさらに多段に設けられて
もよく、また本発明は前記イオン注入装置２に限らず、
両加速電極の間に電位可変電極を備える他のビーム応用
装置の加速装置にも好適に実施することができる。さら
にまた、前記加速電源２１、フォーカス電源２２および
引出電源２３などを停止させたときには、入出力装置４
１，４８によってそのことをオペレータへ報知するよう
にしてもよい。 【００３６】 【発明の効果】本発明に係るイオンビームの加速装置
は、以上のように、イオンビームの少なくとも入出力両
端側に設けられる加速電極の間にフォーカス電極を設
け、これに対応して出力端側の加速電極と大地との間を
絶縁しておき、加速電極からフォーカス電極へ流入する
２次電子の電流が予め定める電流値以上となると、イオ
ンの引出を停止するなどしてイオンビームを消勢する。 【００３７】それゆえ、前記２次電子の流入によって、
フォーカス電源の出力側の電位が加速電圧のグラウンド
側の電位に短絡することによる過電圧から、フォーカス
電源を確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の加速装置の構成を示す図で
ある。 【図２】図１で示す加速装置が用いられるイオン注入装
置の全体の構成を説明するための簡略化した平面図であ
る。 【図３】図１で示す加速装置の等価回路図である。 【図４】加速電圧がフォーカス電圧よりも高い状態での
イオン源から該加速装置に亘る電位勾配を示すグラフで
ある。 【図５】図２で示すイオン注入装置の制御回路構成を説
明するためのブロック図である。 【符号の説明】 １ 加速装置 ２ イオン注入装置 ３ イオン源 ４ 分析電磁石 ６ スイープマグネット ８ ターゲットチャンバ ９ ターゲット １０ エンドステーション １５ 大地構造物 ２１ 加速電源 ２２ フォーカス電源 ２３ 引出電源 ２４ 筺体 ２５ 大地 ２６ 絶縁体 ２７ 絶縁体 ２８ 電流計 ２９ 制御回路 Ｐ１ 加速電極 Ｐ２ 加速電極 Ｐ３ フォーカス電極 Ｐ４ 整形電極 Ｐ５ 整形電極 Ｒ１ 電位分割抵抗 Ｒ２ 電位分割抵抗
ある。 【図２】図１で示す加速装置が用いられるイオン注入装
置の全体の構成を説明するための簡略化した平面図であ
る。 【図３】図１で示す加速装置の等価回路図である。 【図４】加速電圧がフォーカス電圧よりも高い状態での
イオン源から該加速装置に亘る電位勾配を示すグラフで
ある。 【図５】図２で示すイオン注入装置の制御回路構成を説
明するためのブロック図である。 【符号の説明】 １ 加速装置 ２ イオン注入装置 ３ イオン源 ４ 分析電磁石 ６ スイープマグネット ８ ターゲットチャンバ ９ ターゲット １０ エンドステーション １５ 大地構造物 ２１ 加速電源 ２２ フォーカス電源 ２３ 引出電源 ２４ 筺体 ２５ 大地 ２６ 絶縁体 ２７ 絶縁体 ２８ 電流計 ２９ 制御回路 Ｐ１ 加速電極 Ｐ２ 加速電極 Ｐ３ フォーカス電極 Ｐ４ 整形電極 Ｐ５ 整形電極 Ｒ１ 電位分割抵抗 Ｒ２ 電位分割抵抗
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H05H 5/06
C23C 14/32
G21K 1/087
H01J 37/317
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】イオンビームの少なくとも入出力両端側に
設けられる加速電極と、 前記入出力両端側の両加速電極の間に設けられるフォー
カス電極と、 前記入出力両端側の両加速電極間に加速電圧を印加する
加速電源と、 入力端側の加速電極と前記フォーカス電極との間に、任
意に変化することができるフォーカス電圧を印加するフ
ォーカス電源と、 イオンビームの出力端に設けられ、大地と前記出力端側
の加速電極との間を電気的に絶縁する絶縁手段と、 前記大地と出力端側の加速電極との間に流れる電流値を
検出する検出手段と、 前記検出手段の検出値が予め定める電流値以上であると
きには、イオンビームを消勢する消勢手段とを含むこと
を特徴とするイオンビームの加速装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07681195A JP3475562B2 (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | イオンビームの加速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07681195A JP3475562B2 (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | イオンビームの加速装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08273895A JPH08273895A (ja) | 1996-10-18 |
| JP3475562B2 true JP3475562B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=13616061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07681195A Expired - Fee Related JP3475562B2 (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | イオンビームの加速装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3475562B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3337436B2 (ja) * | 1999-03-31 | 2002-10-21 | 住友重機械工業株式会社 | 加速器施設の操作制御装置 |
| JP3414337B2 (ja) | 1999-11-12 | 2003-06-09 | 日新電機株式会社 | 電磁界レンズの制御方法およびイオン注入装置 |
| US9679745B2 (en) * | 2015-10-14 | 2017-06-13 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Controlling an ion beam in a wide beam current operation range |
-
1995
- 1995-03-31 JP JP07681195A patent/JP3475562B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08273895A (ja) | 1996-10-18 |
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