JPH01252773A - Ion implantation equipment - Google Patents

Ion implantation equipment

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Publication number
JPH01252773A
JPH01252773A JP7583288A JP7583288A JPH01252773A JP H01252773 A JPH01252773 A JP H01252773A JP 7583288 A JP7583288 A JP 7583288A JP 7583288 A JP7583288 A JP 7583288A JP H01252773 A JPH01252773 A JP H01252773A
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JP
Japan
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deflector
ion
scanning
multipole
deflecting
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JP7583288A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuzo Sakurada
勇蔵 桜田
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Ulvac Inc
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Ulvac Inc
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Abstract

PURPOSE:To easily carry out high-precision ion implantation by means of a simplified electric power source by constituting the deflection scanning systems for an ion beam of a magnetic deflecting system for removing neutral particles, a multipole deflecting system for scanning, and another magnetic deflecting system which are capable of independent voltage control, respectively. CONSTITUTION:Ions produced in an ion source 1 are subjected to mass spectrometry by means of an analyzer magnet 2 and accelerated by means of an accelerating tube 3. The resulting ion beam is passed through a focusing lens 4 and then implanted in a specimen 8 via deflection scanning systems. In the above ion implantation equipment, the above deflection scanning systems are constituted of a magnetic deflecting system 5 for removing neutral particles, a multipole deflecting system 7 for scanning, and another magnetic deflecting system 6 provided between the above deflecting systems 5, 7 and used for deflecting the ion beam parallel to the optical axis after concentration, and these deflecting systems 5-7 are made capable of independent voltage control, respectively. By this method, the electric power source for the deflecting systems 5-7 can be simplified and also applied voltage can be maintained at relatively low values. Further, it is preferable that the above muitipole deflecting system 7 for scanning is constituted of a first multipole deflectng system and a second multipole deflection system for deflecting the direction of the ion beam deflected by means of the above first multiple deflecting system to the prescribed direction with respect to the specimen 8 surface.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、イオン源で生成したイオンを質量分析系に入
れ、所要の運動エネルギと質量とをもったイオンを取り
出し、これを加速管で加速した後、偏向走査系を介して
試料に注入するようにしたイオン注入装置に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention introduces ions generated in an ion source into a mass spectrometry system, extracts ions with the required kinetic energy and mass, and collects them in an acceleration tube. The present invention relates to an ion implantation device that implants ions into a sample via a deflection scanning system after acceleration.

[従来の技術] 周知のようにイオン注入技術は、イオンを加速して試料
表面に照射させることにり不純物ドーピングや材料合成
等を行うものであり、試料表面の状態に影響されずにド
ーピングでき、きわめて高精度でしかも清浄な不純物添
加技術であり、この特徴を生かしてLSI 、超LSI
素子の製造や合金または非晶質材料の合成等に利用され
ている。
[Conventional technology] As is well known, ion implantation technology performs impurity doping and material synthesis by accelerating ions and irradiating them onto the sample surface, and it is possible to perform doping without being affected by the condition of the sample surface. This is an extremely precise and clean impurity doping technology, and by taking advantage of this feature, LSI and ultra-LSI
It is used for manufacturing elements and synthesizing alloys or amorphous materials.

ところで、イオン注入装置は、一般に添付図面の第7図
に示すように、イオン源Aと、分析マグネットBを備え
、イオン源Aで生成されたイオンから所要の運動エネル
ギと質量とをもったイオンを取り出す質量分析系と、取
り出したイオンを加速する加速管Cから成る加速系と、
集束レンズ系りと、Y方向走査電極EおよびX方向走査
型iFを備えた偏向走査系と、イオン注入すべき試料G
を収容した試料室とから成っている。イオン注入装置に
おいてはドーピングの高い均一性を得る上でイオン源や
走査系の安定化および中性ビームの発生を抑えることは
重要なことである。中性ビームは、イオンビームがイオ
ン源から試料に到達するまでに残留ガス分子と衝突し、
荷電交換により発生され、この確率は真空度が悪い程ま
た輸送される距離が長い程大きくなる。そのため、イオ
ン注入装置では中性ビームの発生を抑えるため、真空度
を上げると共に第7図に示すように中性ビームが試料に
入射しないようにビームラインを偏向走査系において曲
げる(7°程度)等の手段が講じられている。すなわち
、電気的にはX方向走査電極Fの走査用三角波にイオン
ビームを7゛閤向させるためのDCバイアスを重畳させ
て電圧制御されている。
Incidentally, as shown in FIG. 7 of the accompanying drawings, an ion implantation apparatus generally includes an ion source A and an analysis magnet B, and extracts ions having the required kinetic energy and mass from the ions generated by the ion source A. an acceleration system consisting of a mass spectrometry system that extracts the ions, and an acceleration tube C that accelerates the extracted ions;
A focusing lens system, a deflection scanning system including a Y-direction scanning electrode E and an X-direction scanning type iF, and a sample G to be ion-implanted.
It consists of a sample chamber containing a In an ion implanter, it is important to stabilize the ion source and scanning system and to suppress the generation of neutral beams in order to obtain high doping uniformity. The neutral beam collides with residual gas molecules before the ion beam reaches the sample from the ion source.
It is generated by charge exchange, and the probability of this happening increases as the degree of vacuum deteriorates and the distance traveled becomes longer. Therefore, in order to suppress the generation of neutral beams in ion implanters, the degree of vacuum is increased and the beam line is bent (about 7 degrees) in the deflection scanning system to prevent the neutral beams from entering the sample, as shown in Figure 7. Measures such as these are being taken. That is, electrically, the voltage is controlled by superimposing a DC bias for directing the ion beam 7 degrees on the scanning triangular wave of the X-direction scanning electrode F.

[発明が解決しようとする課題] 従来のこの種のイオン注入装置では、偏向走査系におい
て、端部における電場の乱れのなめ有効領域が狭く、幅
を大きく取らなければならず、電極が大きくなり、電気
容量が大きくなると共に偏向歪がかなり大きくなる。ま
た偏向走査系の少なくとも一方の走査iS極に走査用三
角波電圧と中性粒子除去用の偏向電圧とを重畳させて印
加しているため、f4[#に印加する電圧が高くなり、
高電圧の発生が必要となる。そのため、高速で走査する
場合、三角波電圧が鈍ってしまい、また電圧が10kV
を越えるとコロナ放電やリーケージ対策が困難となり、
電源の設計、製作が難しく、コストの面でも高くなる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional ion implantation apparatus of this type, the effective area for suppressing electric field disturbance at the end of the deflection scanning system is narrow, so the width must be increased, and the electrode becomes large. , as the capacitance increases, the deflection distortion increases considerably. Furthermore, since the triangular wave voltage for scanning and the deflection voltage for neutral particle removal are superimposed and applied to at least one scanning iS pole of the deflection scanning system, the voltage applied to f4[# becomes high.
High voltage generation is required. Therefore, when scanning at high speed, the triangular wave voltage becomes dull and the voltage becomes 10kV.
If it exceeds this, it becomes difficult to take measures against corona discharge and leakage.
It is difficult to design and manufacture a power supply, and the cost is also high.

また電源の寿命も短く、さらには電力損失の点でも問題
がある。
Furthermore, the life of the power supply is short, and there are also problems in terms of power loss.

さらに、従来のイオン注入装置では、中性子粒子除去の
ためQレンズの後方で定角偏向を行っているためイオン
源からのイオンビームラインと走査系の光軸とが平行で
なく、装置の組み立てや配置が龍しくなっている。
Furthermore, in conventional ion implanters, constant-angle deflection is performed behind the Q lens to remove neutron particles, so the ion beam line from the ion source and the optical axis of the scanning system are not parallel, making it difficult to assemble the device. The layout is dragon-like.

一方、イオン注入技術において浅い接合を咋るプロセス
では、低エネルギでしかもイオン電流の強度が要求され
る。その低エネルギイオンのイオン源を従来のイオン注
入装置に組み込むには次のような問題点がある。
On the other hand, in the process of forming shallow junctions in ion implantation technology, low energy and high ion current strength are required. There are the following problems when incorporating this low-energy ion source into a conventional ion implanter.

低エネルギイオンの特性としては一般に、イオン同志は
自らもっている電荷で反発しあい、その反発力はエネル
ギが低い程強く、そのためビーム輸送中に拡がり、ウェ
ハに到達するまでに失われてしまう、従ってイオン電流
強度を得ることは難しい、また低エネルギイオンは真空
中を輸送される間に電子を捕獲して中性になる確率が高
く、これはビーム電流の減少を意味する。そしてこの減
少の程度は、真空度が悪くなる程大きく、また輸送され
る距離が長い程大きい、なお低エネルギの値はイオン源
に印加される前段加速電圧で十分であり、後段加速はゼ
ロでよい。
Generally speaking, the characteristics of low-energy ions are that ions repel each other due to their own electric charge, and the lower the energy, the stronger the repulsive force is, so the ions spread during beam transport and are lost before reaching the wafer. It is difficult to obtain current strength, and low-energy ions have a high probability of capturing electrons and becoming neutral while being transported through the vacuum, which means a reduction in beam current. The degree of this decrease increases as the degree of vacuum worsens, and as the distance of transport increases, the lower the energy value, the earlier acceleration voltage applied to the ion source is sufficient, and the later acceleration is zero. good.

まな、近年イオン注入技術においてウェハの微細化が進
み、パターン幅が狭くなるにつれてシャドーイングが問
題となってきた。このため、ウェハの全面にわたって一
定の方向からイオン注入を行う必要があるが、従来のイ
オン注入装置ではつエバの中心から半径が大きくなるに
つれて偏向角θは増加し、イオンの注入深さは垂直成分
で決まるのでウェハの外周にいく程浅く注入されること
になり、ウェハ面内の注入分布が−様でなくなる。
In recent years, as wafers have become finer in ion implantation technology and pattern widths have become narrower, shadowing has become a problem. For this reason, it is necessary to perform ion implantation from a fixed direction over the entire surface of the wafer, but with conventional ion implanters, the deflection angle θ increases as the radius from the center of the evaporator increases, and the ion implantation depth is vertical. Since it is determined by the component, the implantation becomes shallower toward the outer periphery of the wafer, and the implantation distribution within the wafer surface becomes less uniform.

仮に径の大きなウェハへの注入において偏向角θをある
レベル以内に抑えようとすると、ビーム輸送系を長く取
る必要があり、装置全体が大きくなり、設置面積が増え
、生産コストに響くことになる。
If we were to try to suppress the deflection angle θ within a certain level when implanting large diameter wafers, the beam transport system would need to be long, which would increase the size of the entire device and increase the installation area, which would affect production costs. .

ウェハの微細化に伴ってトレンチのアスペクト比が大き
くなってきており、このようなトレンチの底部にイオン
注入する場合、注入すべきイオンビームが偏向角θをも
っていると底部全域に及ばない、これはウェハを回転さ
せながら注入することによっである程度緩和できるが、
十分ではない。
With the miniaturization of wafers, the aspect ratio of trenches is increasing, and when implanting ions into the bottom of such a trench, if the ion beam to be implanted has a deflection angle θ, it will not be able to cover the entire bottom. This can be alleviated to some extent by implanting while rotating the wafer, but
Not enough.

またトレンチの側面への注入においては、シャドーイン
グを防ぐためトレンチのアスペクト比に応じてウェハを
傾けているが−様な注入分布を得ることは困龍であり、
しかもトレンチの側面に対して斜めにイオンを注入する
と、注入されずに跳ね返ってくるイオンもあったり、あ
るいはイオン注入されない側面がでてくる恐れがある。
In addition, when implanting into the sides of a trench, the wafer is tilted according to the aspect ratio of the trench to prevent shadowing, but it is difficult to obtain a similar implantation distribution.
Furthermore, if ions are implanted obliquely to the side surfaces of the trench, there is a risk that some ions may not be implanted and may bounce back, or that some side surfaces may not be implanted.

すなわち、ウェハが6インチ、8インチと大口径化し、
4Mビット、16Mビットと線幅が小さくなるにつれて
平行イオンビームでイオン注入を行うことが望まれるよ
うになってきた。
In other words, the diameter of the wafer has increased to 6 inches and 8 inches,
As the line width becomes smaller from 4M bits to 16M bits, it has become desirable to perform ion implantation using a parallel ion beam.

このような観点から、本発明が解決しようとする課題は
、偏向走査系の電源に伴う問題の解決、装置の組み立て
容易化とアライメント精度の向上および運転モードを変
えずかつビーム電流を減少させずに低エネルギイオン注
入の実現並びに試料面へのイオン注入の均一化を可能に
することにある。
From this perspective, the problems to be solved by the present invention are to solve the problems associated with the power supply of the deflection scanning system, to facilitate assembly of the device and improve alignment accuracy, and to do so without changing the operation mode or reducing the beam current. The object of this invention is to realize low-energy ion implantation and to make uniform ion implantation onto the sample surface possible.

[課題を解決するための手段] 上記の本発明の課題を解決するなめに、本発明の第一の
目的は、偏向走査系の偏向機能と走査機能とを分離し、
中性粒子除去用偏向部でイオン源からのイオンビームラ
インと走査系の光軸とを平行にさせるようにしたイオン
注入装置を提供することにある。また本発明の第二の目
的は、偏向走査系の偏向機能と走査機能とを分離し、中
性粒子除去用偏向部でイオン源からのイオンビームライ
ンと走査系の光軸とを平行にさせるようにすると共に中
性粒子除去用偏向部に低エネルギイオン源を組込んだイ
オン注入装置を提供することにある。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems of the present invention, the first object of the present invention is to separate the deflection function and the scanning function of the deflection scanning system,
An object of the present invention is to provide an ion implantation device in which an ion beam line from an ion source and an optical axis of a scanning system are made parallel to each other in a neutral particle removal deflection section. A second object of the present invention is to separate the deflection function and scanning function of the deflection scanning system, and to make the ion beam line from the ion source parallel to the optical axis of the scanning system in the neutral particle removal deflection section. It is an object of the present invention to provide an ion implantation device in which a low energy ion source is incorporated in a deflection section for removing neutral particles.

更に本発明の第三の目的は、上記の目的に加えて、平行
走査すなわち偏向角ゼロでイオンを試料に注入するよう
にしたイオン注入装置を提供することにある。
A third object of the present invention, in addition to the above objects, is to provide an ion implantation apparatus that implants ions into a sample in parallel scanning, that is, with zero deflection angle.

上記第一の目的を達成するために、本発明の第一の発明
によるイオン注入装置は、偏向走査系が独立して電圧制
御される中性粒子除去用磁気偏向器と走査用多重極偏向
器とを備え、中性粒子除去用磁気偏向器に上記中性粒子
除去用磁気偏向器からのイオンビームを上記中性粒子除
去用磁気偏向器に入る前のイオンビームの光軸に平行に
偏向させる別の磁気偏向器を設けたことを特徴としてい
る。
In order to achieve the above first object, the ion implantation apparatus according to the first aspect of the present invention includes a magnetic deflector for neutral particle removal and a multipole deflector for scanning, in which the deflection scanning system is independently voltage controlled. and deflecting the ion beam from the neutral particle removal magnetic deflector parallel to the optical axis of the ion beam before entering the neutral particle removal magnetic deflector. It is characterized by the provision of another magnetic deflector.

また上記第二の目的を達成するために、本発明の第二の
発明によるイオン注入装置は、偏向走査系が独立して電
圧制御される中性粒子除去用磁気偏向器と走査用多重極
偏向器とを備え、中性粒子除去用磁気偏向器に上記中性
粒子除去用磁気偏向器からのイオンビームを上記中性粒
子除去用磁気偏向器に入る前のイオンビームの光軸に平
行に偏向させる別の磁気偏向器を設け、また上記中性粒
子除去用磁気偏向器または別の磁気偏向器に、固体試料
を用いた低エネルギ用イオン源を接続したことを特徴と
している。
In addition, in order to achieve the above second object, the ion implantation apparatus according to the second aspect of the present invention includes a magnetic deflector for removing neutral particles whose deflection scanning system is independently voltage controlled, and a multipole deflector for scanning. and a magnetic deflector for neutral particle removal which deflects the ion beam from the magnetic deflector for neutral particle removal parallel to the optical axis of the ion beam before entering the magnetic deflector for neutral particle removal. The present invention is characterized in that a separate magnetic deflector is provided to remove neutral particles, and a low-energy ion source using a solid sample is connected to the neutral particle removal magnetic deflector or another magnetic deflector.

更に上記第三の目的を達成するために、本発明によるイ
オン注入装置では、上記各発明における走査用多重極偏
向器は第1多重極偏向器と、この第1多重[+偏向器と
相似形の構造をもち、第1多重@偏向器で偏向されたイ
オンビームの方向を試料面に対して一定方向にする第2
多重極儲向器とで構成される。
Furthermore, in order to achieve the third object, in the ion implantation apparatus according to the present invention, the scanning multipole deflector in each of the above inventions includes a first multipole deflector and a similar type to the first multipole deflector. It has a structure of
It consists of a multipole profit making device.

上記各発明において、走査用多重@1偏向器は好ましく
は八重極走査電極から成り得る。
In each of the above inventions, the scanning multiple@1 deflector may preferably consist of octupole scanning electrodes.

[作   用] このように構成した本発明の第一の発明によるイオン注
入装置においては、中性粒子除去用磁気偏向器にOC電
圧が印加され、走査用多重極偏向器には走査用電圧が印
加され、これら両電圧は独立して制御され得、比較的電
圧を低く抑えることができる。
[Function] In the ion implantation apparatus according to the first aspect of the present invention configured as described above, an OC voltage is applied to the magnetic deflector for removing neutral particles, and a scanning voltage is applied to the scanning multipole deflector. Both voltages can be controlled independently and can be kept relatively low.

中性粒子除去用磁気偏向器と組み合わされた磁気偏向器
はイオンビームを中性粒子除去用磁気偏向器による偏向
と逆向きに同じ角度偏向させ、従って中性粒子除去用磁
気偏向器に入る前のイオンビームの光軸と走査系を通る
光軸とが互いに平行になるように作用する。
The magnetic deflector combined with the neutral removal magnetic deflector deflects the ion beam at the same angle and in the opposite direction to the deflection by the neutral removal magnetic deflector, so that before entering the neutral removal magnetic deflector The optical axis of the ion beam and the optical axis passing through the scanning system are parallel to each other.

また、第二の発明によるイオン注入装置では、上記の各
作用に加えて、中性粒子除去用磁気偏向器または別の偏
向器に接続された低エネルギ用イオン源は低エネルギイ
オンのビームラインを確立し、通常運転モードを代えず
に所要のイオン電流強度をもつ低エネルギイオンを得る
ことができる。
Further, in the ion implantation apparatus according to the second invention, in addition to the above-mentioned functions, the low-energy ion source connected to the magnetic deflector for neutral particle removal or another deflector operates the beam line for low-energy ions. low energy ions with the required ion current intensity can be obtained without changing the normal operation mode.

一方、二組の走査用多重極1向器によりイオンビームを
光軸に平行にすることができ、試料に注入されるイオン
の均一性を向上させることができる。
On the other hand, the ion beam can be made parallel to the optical axis by two sets of scanning multipole single-direction devices, and the uniformity of ions implanted into the sample can be improved.

[実 施 例コ 以下添付図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
[Embodiments] Examples of the present invention will be described below with reference to the attached drawings.

第1図には本発明によるイオン注入装置の一実施例を示
し、1はイオン源、2はイオン源1からのイオンから所
要の運動エネルギと質量とをもったイオンを取り出す分
析マグネット、3は分析マグネット2で取り出したイオ
ンを加速する加速管、4は加速管3を通って加速されて
きたイオンを集束させるQレンズすなわち集束レンズ、
5はイオン源1から分析マグネット2、加速管3および
集束レンズ4を通ってきたイオンビーム中の中性子をト
ラップするための電磁石から成る定角磁気偏向器であり
、この定角磁気偏向器5に隣接して別の定角磁気偏向器
6が設けられている。
FIG. 1 shows an embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention, in which 1 is an ion source, 2 is an analysis magnet for extracting ions with required kinetic energy and mass from the ions from the ion source 1, and 3 is an ion implanter. An acceleration tube accelerates the ions extracted by the analysis magnet 2, and 4 is a Q lens, that is, a focusing lens, which focuses the ions that have been accelerated through the acceleration tube 3.
Reference numeral 5 denotes a constant angle magnetic deflector consisting of an electromagnet for trapping neutrons in the ion beam that has passed through the analysis magnet 2, acceleration tube 3 and focusing lens 4 from the ion source 1; Another constant angle magnetic deflector 6 is provided adjacently.

中性子除去用の定角磁気偏向器5および別の定角磁気偏
向器6は互いに極性が逆でしかも同じ偏向角をもち、そ
れにより中性子除去用の定角磁気偏向器5に入ってくる
イオンビームの光軸と別の定角磁気偏向器6で偏向され
たイオンビームの光軸とは図示したように互いに平行と
なる。
The fixed-angle magnetic deflector 5 for neutron removal and another fixed-angle magnetic deflector 6 have opposite polarities and the same deflection angle, so that the ion beam entering the fixed-angle magnetic deflector 5 for neutron removal The optical axis of the ion beam and the optical axis of the ion beam deflected by another fixed-angle magnetic deflector 6 are parallel to each other as shown.

また、7は中性子除去用および別の定角磁気偏向器5.
6で一定角度偏向されたイオンビームの方向を中心軸線
とし、イオンビームをX方向およびY方向に同時に走査
する爪型[1電極から成る走査偏向器、8はイオン注入
すべき試料であり、これらの各構成要素は図示した順序
で配列されている。
7 is for neutron removal and another constant angle magnetic deflector 5.
At 6, the direction of the ion beam deflected at a certain angle is taken as the central axis, and the ion beam is scanned simultaneously in the X direction and the Y direction. The components are arranged in the order shown.

第2図には本発明の別の実施例を示し、この実施例は走
査偏向器を二段備えている点および別の定角磁気偏向器
6に固体試料を用いた低エネルギ用イオン源が接続され
ている点で第1図の実施例とは異なっているが、その他
の構成は第1図の実施例と実質的に同じであり、対応す
る部分は同じ符号で示す。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, which is equipped with two stages of scanning deflectors and a low-energy ion source using a solid sample in another fixed-angle magnetic deflector 6. Although this embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that it is connected, the other configurations are substantially the same as the embodiment shown in FIG. 1, and corresponding parts are designated by the same reference numerals.

すなわち、第2図において、走査偏向器は二組の八重極
電極すなわち別の定角磁気偏向器6で一定角度偏向され
たイオンビームの方向を中心軸線とする第1のへffi
極債向器9と、第1の八重極な[#9と相似形で後で例
を挙げて説明するように第1のへf!極電極9より寸法
の大きい第2の八重極電極10とから成っている。第1
のへ至極電[!9および第2の八重極電極10は第3図
に示すように電気的に接続され、すなわち第1のへf!
極電極9における各電極は中心軸線に対して対称位置に
ある第2の八重極電極10における電極に接続され、図
示してない四つの鋸歯状波電源によりそれぞれ図示した
ような電圧が印加される。
That is, in FIG. 2, the scanning deflector has two sets of octupole electrodes, that is, a first beam whose central axis is the direction of the ion beam deflected at a constant angle by another constant angle magnetic deflector 6.
The pole collector 9 and the first octupole [f! The second octupole electrode 10 is larger in size than the polar electrode 9. 1st
Nohe Shikoku Den [! 9 and the second octupole electrode 10 are electrically connected as shown in FIG. 3, ie to the first f!
Each electrode in the polar electrode 9 is connected to an electrode in the second octupole electrode 10 located symmetrically with respect to the central axis, and voltages as shown are applied to each electrode by four sawtooth wave power sources (not shown). .

また別の定角磁気偏向器6には固体試料を用いた低エネ
ルギ用イオン源11が別の定角磁気偏向器6の出力側の
光軸線上に一致させて接続されている。
Further, a low-energy ion source 11 using a solid sample is connected to another constant-angle magnetic deflector 6 so as to be aligned with the optical axis on the output side of the other constant-angle magnetic deflector 6 .

次に第4図を参照して第2図に示す装置の動作原理につ
いて説明する。
Next, the operating principle of the apparatus shown in FIG. 2 will be explained with reference to FIG. 4.

第4図に示すように、第1の爪型@電極9の直径をdl
、その長さをQl、第2の八重極電極10の直径をd2
、その長さをQ2、両爪型極電@間の距離をし、第1の
八重極電極9内の電場をEl、第2の八重極電極10内
の電場をE2、第1の八重極を極りの出口側におけるイ
オンビームの中心軸線に対する出射角(偏向角)を01
、第2の爪型′!f!電極10の出口側におけるイオン
ビームの中心軸線に対する出射角((?i向角)を02
、また第1の八重極電極9に入る前のイオンのエネルギ
をUOとすると、 tanθ1 =E1 Ql /2UO tanθ2 =EI Qi /2UO −E2Q2/2UO(1) となる、ここで EIQ1/2tJO=E2Q2/2UO(2)が成立す
れば、tanθ2=0となり、平行掃引の条件が得られ
ることになる。
As shown in Fig. 4, the diameter of the first claw-shaped electrode 9 is dl.
, its length is Ql, and the diameter of the second octupole electrode 10 is d2.
, its length is Q2, the distance between the two claw electrodes is El, the electric field in the first octupole electrode 9 is El, the electric field in the second octupole electrode 10 is E2, and the distance between the two claw electrodes is E1. The exit angle (deflection angle) with respect to the central axis of the ion beam on the exit side of the pole is 01
, second claw type'! f! The exit angle ((?i direction angle) with respect to the central axis of the ion beam on the exit side of the electrode 10 is 02
, and if the energy of the ions before entering the first octupole electrode 9 is UO, then tanθ1 = E1 Ql /2UO tanθ2 = EI Qi /2UO −E2Q2/2UO (1), where EIQ1/2tJO = E2Q2 If /2UO(2) is established, tan θ2=0, and the parallel sweep condition is obtained.

ところで、第1、第2のへfil電極9.10は相似形
であり、第3図に示すように第1の八重極電極9の電極
9aと第2の爪型[+電極10の電極10aとにV、t
′!f19bと9@10bとに1/J2 (U+V)、
電[9c、10cにUというように同一の電圧を印加す
ると、電場E1、E2は互いに平行で方向が逆となり、
それぞれ次式で与えられる。
By the way, the first and second fil electrodes 9 and 10 have similar shapes, and as shown in FIG. Toni V, t
′! 1/J2 (U+V) for f19b and 9@10b,
When the same voltage, such as U, is applied to the electric fields E1 and E2, the electric fields E1 and E2 are parallel to each other and have opposite directions.
Each is given by the following formula.

E1=λV/d1、E2=λV/d2    (3)こ
れを式(2)に代入すると、 λV/UO・ Ql /d1 =λV/UO・ Q2/d2 と表わされ、ここで第1、第2の八重極電極9.10が
相似形であるので、 Ql /d1= Q2 /d2        (4)
である、この式の両辺にλvt−mけるとλV−Q1/
旧=λV−Q2/d2 が得られ、従って El Ql =E2 Q2 となり、式(2)の平行掃引の条件が満たされ得る。
E1=λV/d1, E2=λV/d2 (3) Substituting this into equation (2), it is expressed as λV/UO・Ql/d1=λV/UO・Q2/d2, where the first and second Since the octupole electrodes 9 and 10 of No. 2 are similar, Ql /d1= Q2 /d2 (4)
By multiplying both sides of this equation by λvt-m, we get λV-Q1/
Old=λV−Q2/d2 is obtained, so El Ql =E2 Q2 and the parallel sweep condition of equation (2) can be satisfied.

また第1、第2の八重極電極の各電極に印加する電圧に
ついて考察すると、今便宜上第5図に示すような円筒状
の偏向器を考え、X方向に−様な電場V/roを生じさ
せるためにはその断面の円周上にどのような電位を与え
ればよいかを考えてみる。
Also, considering the voltage applied to each electrode of the first and second octupole electrodes, for convenience, we will consider a cylindrical deflector as shown in Fig. 5, and generate a −-like electric field V/ro in the X direction. Let's consider what kind of potential should be applied to the circumference of that cross section in order to make this happen.

X方向に対して角度θを成す半径OPを考え、P点の電
位をφとすると、 φ=V/ ro −ro s i nθ=Vsinθと
なる。すなわち、円周上にVsinθのような電位分布
を与えると、円筒内のX方向においてV/roの−様な
電場が生じることになる。同様にしてUcosθのよう
な電位分布を与えると円筒内のX方向にU/roの−様
な電場が生じることになる。そこで円周上にVsinθ
+Ucosθのような電位分布を与えると、U / r
 Oの大きさをもつX方向の電場とV/roの大きさを
もつX方向の電場とを重ね合わせた−様な電場Eが得ら
れる0図示実施例の電極の場合には、Vs1nθ+Uc
osθは第3図に示すようになる。
Considering a radius OP forming an angle θ with respect to the X direction, and assuming that the potential at point P is φ, φ=V/ro − rosinθ=Vsinθ. That is, if a potential distribution such as V sin θ is given on the circumference, a −-like electric field of V/ro will be generated in the X direction within the cylinder. Similarly, if a potential distribution such as U cos θ is given, a −-like electric field of U/ro will be generated in the X direction inside the cylinder. Therefore, Vsinθ on the circumference
Given a potential distribution like +Ucosθ, U/r
In the case of the electrode of the illustrated embodiment, where an electric field E such as - is obtained by superimposing an electric field in the X direction having a magnitude of O and an electric field in the X direction having a magnitude of V/ro, Vs1nθ+Uc
osθ becomes as shown in FIG.

第6図には電圧波形の一例を示し、1/J2(U十V)
等は加算器を用いてU、V波形から合成して形成され得
る。
Figure 6 shows an example of the voltage waveform, 1/J2 (U + V)
etc. can be formed by combining the U and V waveforms using an adder.

ところで、図示実施例では双極型の走査電極を用いてい
るが、当然電極以下または以上の多重極走査N &を用
いることができる。
Incidentally, although bipolar scanning electrodes are used in the illustrated embodiment, it is of course possible to use multipole scanning N & with less than or more than the electrodes.

また第1図の実施例において走査偏向器を第2図の実施
例のように二段に構成することもでき、中性子除去用ま
たは別の定角磁気偏向器に第2図の実施例のように低エ
ネルギ用イオン源を組込むこともできる。
In addition, in the embodiment of FIG. 1, the scanning deflector can be constructed in two stages as in the embodiment of FIG. A low-energy ion source can also be incorporated into the system.

同様に、第2図の実施例において走査偏向器を第1図の
実施例のように一段に構成してもよく、また低エネルギ
用イオン源を別の定角磁気偏向器に組込む代わりに中性
子除去用の定角磁気偏向器に組込むこともできる。
Similarly, the scanning deflector in the embodiment of FIG. 2 may be configured in one stage as in the embodiment of FIG. It can also be incorporated into a constant angle magnetic deflector for removal.

さらに各実施例において中性子除去用、別の定角磁気偏
向器は集束レンズの後段に配置されているが、必要によ
り集束レンズの前段に設けることもできる。
Further, in each embodiment, another fixed-angle magnetic deflector for removing neutrons is arranged after the focusing lens, but it can also be arranged before the focusing lens if necessary.

[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明の第一の発明によるイ
オン注入装置においては、偏向走査系を互いに独立して
電圧制御される中性粒子除去用磁気偏向器と走査用多重
極爛向器とで構成したことにより、偏向器に対する電源
が簡単となり、しかも印加される電圧は重畳されないの
で比較的低く保つことができる。
[Effects of the Invention] As explained above, in the ion implantation apparatus according to the first aspect of the present invention, the deflection scanning system is composed of a magnetic deflector for neutral particle removal and a scanning multiplexer that are voltage controlled independently of each other. By configuring the deflector with a polar deflector, the power supply for the deflector becomes simple, and since the applied voltage is not superimposed, it can be kept relatively low.

また二つの磁気偏向器を用いてイオン源からめイオンビ
ームの光軸と中性粒子除去後の光軸とを互いに平行にな
るように構成したことにより、装置の組み立てや光軸合
わせが容易となるだけでなく、アライメントの精度を上
げることができる。
Additionally, by using two magnetic deflectors to make the optical axis of the ion beam from the ion source parallel to the optical axis after removing neutral particles, it is easier to assemble the device and align the optical axis. In addition, alignment accuracy can be improved.

本発明の第二の発明によるイオン注入装置は上述の効果
の他に、中性粒子除去用磁気偏向器に低エネルギ用イオ
ン源を接続したことにより、専用の低エネルギイオンの
ビームラインが確立でき、低エネルギイオンを加速する
ために通常運転モードを代える必要がなく、その結果運
転が楽になると共にビーム電流が減少することなく装置
のスループットを向上させることができる。
In addition to the above-mentioned effects, the ion implantation apparatus according to the second aspect of the present invention can establish a dedicated low-energy ion beam line by connecting a low-energy ion source to a magnetic deflector for removing neutral particles. , there is no need to change the normal operation mode to accelerate low-energy ions, and as a result, the operation becomes easier and the throughput of the apparatus can be improved without reducing the beam current.

さらに、走査用に二組の多重I#In向器を用いて平行
走査を行うことにより、イオン注入の有効範囲を平行平
板電極を用いた場合に比較して広く取れ、しかも試料に
注入されるイオンの均一性を向上させることができる。
Furthermore, by performing parallel scanning using two sets of multiple I#In devices for scanning, the effective range of ion implantation can be widened compared to when parallel plate electrodes are used, and moreover, the effective range of ion implantation can be widened compared to the case where parallel plate electrodes are used. Ion uniformity can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す概略線図、第2図は本
発明の別の実施例を示す概略斜視図、第3図は第2図に
おける走査偏向器の各電極間の電気的接続および電圧の
印加状態を示す概略線図、第4図は平行走査の原理の説
明図、第5図は各電極への電圧印加方法の説明図、第6
図は各電極に印加される電圧波形を例示する波形線図、
第7図は従来のイオン注入装置の概略線図である。 図   中 1:イオン源 2:分析マグネット 3:加速管 4:集束レンズ 5:中性粒子除去用磁気偏向器 6:別の磁気偏向器 7:走査用多重極偏向器 8:イオン注入すべき試料 9:平行走査用第1多重i#!偏向器 10:平行走査用第2多重極偏向器 11:低エネルギ用イオン源 第3図 第4図
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic perspective view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an electrical connection between each electrode of the scanning deflector in FIG. 4 is an explanatory diagram of the principle of parallel scanning, FIG. 5 is an explanatory diagram of the method of applying voltage to each electrode, and 6
The figure is a waveform diagram illustrating the voltage waveform applied to each electrode,
FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional ion implanter. Figure Middle 1: Ion source 2: Analysis magnet 3: Accelerator tube 4: Focusing lens 5: Magnetic deflector for neutral particle removal 6: Another magnetic deflector 7: Multipole deflector for scanning 8: Sample to be ion-implanted 9: First multiplex i# for parallel scanning! Deflector 10: Second multipole deflector 11 for parallel scanning: Ion source for low energy Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、イオン源で生成したイオンを質量分析系に入れ、所
要の運動エネルギと質量とをもつたイオンを取り出し、
これを加速管で加速した後、偏向走査系を介して試料に
注入するようにしたイオン注入装置において、上記偏向
走査系が独立して電圧制御される中性粒子除去用磁気偏
向器と走査用多重極偏向器とを備え、上記中性粒子除去
用磁気偏向器に上記中性粒子除去用磁気偏向器からのイ
オンビームを上記中性粒子除去用磁気偏向器に入る前の
イオンビームの光軸に平行に偏向させる別の磁気偏向器
を設けたことを特徴とするイオン注入装置。 2、イオン源で生成したイオンを質量分析系に入れ、所
要の運動エネルギと質量とをもつたイオンを取り出し、
これを加速管で加速した後、偏向走査系を介して試料に
注入するようにしたイオン注入装置において、上記偏向
走査系が独立して電圧制御される中性粒子除去用磁気偏
向器と走査用多重極偏向器とを備え、上記中性粒子除去
用磁気偏向器に上記中性粒子除去用磁気偏向器からのイ
オンビームを上記中性粒子除去用磁気偏向器に入る前の
イオンビームの光軸に平行に偏向させる別の磁気偏向器
を設け、また上記中性粒子除去用磁気偏向器または上記
別の磁気偏向器に、固体試料を用いた低エネルギ用イオ
ン源を接続したことを特徴とするイオン注入装置。 3、偏向走査系における走査用多重極偏向器が第1多重
極偏向器と、上記第1多重極偏向器と相似形の構造をも
ち、上記第1多重極偏向器で偏向されたイオンビームの
方向を試料面に対して一定方向にする第2多重極偏向器
とから成る請求項1または請求項2に記載のイオン注入
装置。 4、偏向走査系における走査用多重極偏向器が八重極走
査電極である請求項1または請求項2に記載のイオン注
入装置。
[Claims] 1. Put the ions generated in the ion source into a mass spectrometry system, extract the ions with the required kinetic energy and mass,
In an ion implantation device that accelerates the particles in an accelerating tube and then injects them into a sample via a deflection scanning system, the deflection scanning system includes a magnetic deflector for removing neutral particles whose voltage is controlled independently, and a scanning the optical axis of the ion beam before entering the magnetic deflector for neutral particle removal, and a multipole deflector for directing the ion beam from the magnetic deflector for neutral particle removal to the magnetic deflector for neutral particle removal. An ion implantation apparatus characterized in that an ion implanter is provided with another magnetic deflector that deflects parallel to the ion implanter. 2. Put the ions generated in the ion source into the mass spectrometry system, extract the ions with the required kinetic energy and mass,
In an ion implantation device that accelerates the particles in an accelerating tube and then injects them into a sample via a deflection scanning system, the deflection scanning system includes a magnetic deflector for removing neutral particles whose voltage is controlled independently, and a scanning the optical axis of the ion beam before entering the magnetic deflector for neutral particle removal, and a multipole deflector for directing the ion beam from the magnetic deflector for neutral particle removal to the magnetic deflector for neutral particle removal. Another magnetic deflector is provided for deflecting parallel to the neutral particle, and a low-energy ion source using a solid sample is connected to the neutral particle removal magnetic deflector or the other magnetic deflector. Ion implanter. 3. The scanning multipole deflector in the deflection scanning system has a first multipole deflector and a structure similar to the first multipole deflector, and the ion beam deflected by the first multipole deflector is 3. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising a second multipole deflector that makes the direction constant with respect to the sample surface. 4. The ion implantation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the scanning multipole deflector in the deflection scanning system is an octupole scanning electrode.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010505234A (en) * 2006-09-29 2010-02-18 アクセリス テクノロジーズ, インコーポレイテッド Improved novel beamline architecture for ion implanters

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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