JPH04282547A - Ion implanting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は、ターゲットにイオン
ビームを照射して当該ターゲットにイオン注入を行うイ
オン注入装置に関し、より具体的には、多価イオン注入
時に問題となるエネルギーコンタミネーションの量をイ
ンプロセスで(即ち実際の注入処理を行うときに)モニ
タする手段に関する。[Industrial Application Field] The present invention relates to an ion implanter that implants ions into a target by irradiating the target with an ion beam. The present invention relates to means for monitoring in-process (i.e., during actual injection processing).
【0002】0002
【従来の技術】図4は、従来のイオン注入装置の一例を
示す概略平面図である。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of a conventional ion implantation apparatus.
【0003】イオン源2から引き出されたイオンビーム
4は、質量分析器6で質量分析された後、加速管8で加
速され、一組の垂直走査用の走査電極10で垂直方向に
走査され、かつ一組の水平走査用の走査電極12で水平
方向に走査されてターゲット(例えばウェーハ)14に
入射して、その全面に対してイオン注入が行われる。イ
オンビーム4は、それに含まれている中性粒子がターゲ
ット14に入射しないように、その中心がこの例では走
査電極12で水平方向に所定角度だけ曲げられる(オフ
セットされる)。The ion beam 4 extracted from the ion source 2 is subjected to mass analysis by a mass spectrometer 6, accelerated by an acceleration tube 8, and vertically scanned by a set of scanning electrodes 10 for vertical scanning. The ions are scanned in the horizontal direction by a set of scanning electrodes 12 for horizontal scanning and are incident on a target (for example, a wafer) 14, so that ion implantation is performed over the entire surface of the target. The center of the ion beam 4 is bent (offset) by a predetermined angle in the horizontal direction by the scanning electrode 12 in this example so that the neutral particles contained therein do not enter the target 14 .
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記イオン
注入装置においては、ターゲット14に対して多価イオ
ン(主に2価イオン)を注入する場合に、エネルギーコ
ンタミネーション(即ち異エネルギーイオンの混入)が
問題となる。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above ion implantation apparatus, when multiply charged ions (mainly doubly charged ions) are implanted into the target 14, energy contamination (that is, mixing of ions with different energies) occurs. becomes a problem.
【0005】これを詳述すると、図5に示すように、イ
オン源2から元素A(例えばホウ素、ヒ素等)のイオン
を引き出す場合、引出し電圧を例えば25KVにすると
、エネルギー50KeVの2価イオンA2+と共に、エ
ネルギー25KeVの1価の分子状イオンA2+ が引
き出される。後者のイオンは、質量分析器6に入る前に
ある割合で解離して2個のエネルギー12.5KeVの
1価イオンA+ に分かれる。To explain this in detail, when extracting ions of element A (for example, boron, arsenic, etc.) from the ion source 2, as shown in FIG. At the same time, a monovalent molecular ion A2+ with an energy of 25 KeV is extracted. The latter ions dissociate at a certain rate before entering the mass spectrometer 6 and separate into two singly charged ions A+ each having an energy of 12.5 KeV.
【0006】イオンのエネルギーをE、その電価数をq
とすると、質量が同じ場合、当該イオンの質量分析器6
における曲率半径は(E/q2 )の平方根に比例する
ので、上記50KeVの2価イオンA2+と12.5K
eVの1価イオンA+ は互いに同じ軌道で曲がるため
、質量分析器6で分離することはできない。[0006] The energy of the ion is E, and its charge number is q.
Then, if the masses are the same, the mass spectrometer 6 of the ion
Since the radius of curvature at is proportional to the square root of (E/q2), the above 50KeV doubly charged ion A2+ and 12.5K
Since the eV singly charged ions A+ curve in the same orbit, they cannot be separated by the mass spectrometer 6.
【0007】質量分析器6から出た上記2価イオンA2
+は、電価移行によってその一部が1価イオンA+ と
なり、加速管8での加速電圧を例えば175KVとした
場合、加速管8からは、目的とする400KeVの2価
イオンA2+ (これはエネルギー的には200KeV
の1価イオンA+ に相当する)の他に、225KeV
の1価イオンA+ および187.5KeVの1価イオ
ンA+ が異エネルギーイオンとして出てくる。[0007] The above-mentioned doubly charged ions A2 emitted from the mass spectrometer 6
A part of + becomes monovalent ions A+ due to charge transfer, and if the accelerating voltage in the accelerating tube 8 is set to 175 KV, for example, the accelerating tube 8 will release the target doubly charged ions A2+ of 400 KeV (this is the energy Target is 200KeV
(corresponding to the monovalent ion A+), 225KeV
The monovalent ion A+ of 187.5 KeV and the monovalent ion A+ of 187.5 KeV come out as different energy ions.
【0008】図6に示すように、上記のようなエネルギ
ーの異なるイオンを含むイオンビーム4を走査電極12
で走査して目的とするイオン(例えば上記400KeV
のA2+ )がターゲット14の全面に入射するように
すると、それよりも高エネルギーのイオン(例えば上記
225KeVのA2+)は少ししか偏向されず、逆に低
エネルギーのイオン(例えば上記187.5KeVのA
+ )は多く偏向されるため、これらが目的とするイオ
ンの走査領域と重複するところでエネルギーコンタミネ
ーションが起こる。As shown in FIG. 6, an ion beam 4 containing ions with different energies as described above is passed through a scanning electrode 12.
to target ions (for example, the above 400KeV
A2+) is incident on the entire surface of the target 14, ions with higher energy (for example, the above 225 KeV A2+) are deflected only a little, and conversely, lower energy ions (for example, the above 187.5 KeV A2+) are deflected only a little.
+) are deflected to a large extent, energy contamination occurs where these overlap the target ion scanning region.
【0009】その結果、ターゲット14においては、例
えば図7に示すように、異エネルギーイオン(この図の
場合は低エネルギーイオン)による注入量分布のために
、合成した注入量分布は、目的イオンによる注入量分布
とは掛け離れたものになってしまい、不良注入が起こる
。As a result, in the target 14, as shown in FIG. 7, for example, due to the implantation amount distribution due to different energy ions (low energy ions in the case of this figure), the combined implantation amount distribution differs depending on the target ions. This results in a deviation from the implantation amount distribution, resulting in defective implantation.
【0010】そこでこの発明は、多価イオン注入時に問
題となるエネルギーコンタミネーションの量をインプロ
セスでモニタすることができるようにしたイオン注入装
置を提供することを主たる目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the main object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus that allows in-process monitoring of the amount of energy contamination, which is a problem during multivalent ion implantation.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明のイオン注入装置は、イオンビームを走査す
る走査電極と、この走査電極に走査電圧を供給する走査
電源と、前記走査電極によって走査されたイオンビーム
を受けてそのビーム電流を計測するビーム電流計測器と
、このビーム電流計測器で計測したビーム電流と前記走
査電源から与えられる走査電圧とに基づいてイオンビー
ムのエネルギースペクトルを求める機能、このエネルギ
ースペクトルのピークを検出して各ピークの高さを求め
る機能、目的とするイオンのピークを同定する機能およ
び目的とするイオン以外のイオンのピークの高さを基準
値と比較してそれを超えるものがある場合に警報信号を
出力する機能を有する演算制御装置とを備えることを特
徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, an ion implantation apparatus of the present invention includes a scanning electrode for scanning an ion beam, a scanning power source for supplying a scanning voltage to the scanning electrode, and a scanning electrode for scanning an ion beam. A beam current measuring device receives the scanned ion beam and measures the beam current, and an energy spectrum of the ion beam is determined based on the beam current measured by the beam current measuring device and the scanning voltage given from the scanning power supply. function, a function to detect the peaks of this energy spectrum and find the height of each peak, a function to identify the peak of the target ion, and a function to compare the height of the peak of ions other than the target ion with a reference value. The present invention is characterized by comprising an arithmetic and control unit having a function of outputting an alarm signal when there is a problem exceeding the above range.
【0012】0012
【作用】走査電極によってイオンビームを走査した場合
、当該イオンビームに含まれるイオンはそのエネルギー
によって曲がり方が異なるので、走査電圧を一方の軸(
例えば横軸)にし、ビーム電流計測器で計測したビーム
電流を他方の軸(例えば縦軸)にすることで、イオンビ
ームのエネルギースペクトルを求めることができる。
演算制御装置は、このエネルギースペクトルを求め、目
的とするイオン以外のピークの高さ(これは同イオンの
量に相当する)が基準値を超えているものがある場合に
警報信号を出力する。これにより、エネルギーコンタミ
ネーションの量をインプロセスでモニタすることができ
、その結果、不良注入が起こるのを未然に防止すること
ができる。[Operation] When an ion beam is scanned by a scanning electrode, the ions included in the ion beam bend in different ways depending on their energy, so the scanning voltage is set to one axis (
The energy spectrum of the ion beam can be determined by setting the beam current measured by a beam current measuring device to the other axis (for example, the vertical axis). The arithmetic and control unit obtains this energy spectrum, and outputs an alarm signal if there is any peak height (corresponding to the amount of the ions) other than the target ion that exceeds a reference value. Thereby, the amount of energy contamination can be monitored in-process, and as a result, it is possible to prevent defective injection from occurring.
【0013】[0013]
【実施例】図1は、この発明の一実施例に係るイオン注
入装置の要部を示す図である。図4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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the main parts of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same or corresponding parts as in the conventional example shown in FIG. 4, and the differences from the conventional example will be mainly explained below.
【0014】この実施例においては、エネルギーコンタ
ミネーションを測定するための走査電極として、前述し
た水平走査用の走査電極12を流用するようにしている
。なお、エネルギーコンタミネーション測定時は、前述
した垂直走査用の走査電極10を使う必要はないので、
それを休止させておけば良い。In this embodiment, the aforementioned scanning electrode 12 for horizontal scanning is used as the scanning electrode for measuring energy contamination. Note that when measuring energy contamination, there is no need to use the scanning electrode 10 for vertical scanning described above.
It's better to let it rest.
【0015】この走査電極12の上流側に、この実施例
ではスリット状または小孔状の開口部18aを有するス
リット板18を設けており、これによってイオンビーム
4を細く成形して分解能を上げるようにしている。この
スリット板18は、駆動装置20によって前後に駆動さ
れ、後述する演算制御装置26による制御によって、エ
ネルギーコンタミネーションを測定するときは図示のよ
うにイオンビーム4の経路に入れられ、通常のイオン注
入時はイオンビーム4の経路から外される。但し、この
可動スリット板18は本質的ではなく、これがなくても
、分解能は悪いがエネルギースペクトルの測定は可能で
ある。In this embodiment, a slit plate 18 having a slit-like or small-hole-like opening 18a is provided on the upstream side of the scanning electrode 12, thereby forming the ion beam 4 into a narrow shape to increase resolution. I have to. This slit plate 18 is driven back and forth by a drive device 20, and is placed in the path of the ion beam 4 as shown in the figure when measuring energy contamination under the control of an arithmetic and control device 26, which will be described later. time is removed from the path of the ion beam 4. However, this movable slit plate 18 is not essential, and even without it, it is possible to measure the energy spectrum, although the resolution is poor.
【0016】前記走査電極12には、三角波状の走査電
圧Vを発生する走査電圧発生器16aとそれを高電圧に
増幅する高圧アンプ16bを有する走査電源16から走
査電圧が供給され、これによってイオンビーム4はこの
実施例では水平方向に走査される。A scanning voltage is supplied to the scanning electrode 12 from a scanning power source 16 having a scanning voltage generator 16a that generates a triangular scanning voltage V and a high voltage amplifier 16b that amplifies it to a high voltage. The beam 4 is scanned horizontally in this example.
【0017】また前述したターゲット14が置かれる上
流側には、この実施例では図示しない機構によってイオ
ンビーム4の経路に出し入れ可能であって小さな口径を
持つビーム電流計測器(例えばファラデーカップ)22
が設けられており、走査電極12によって走査されたイ
オンビーム4はこのビーム電流計測器22に入射し、そ
のビーム電流Iが計測される。これによって計測された
ビーム電流Iは、この実施例では変換器24で適当に変
換されて演算制御装置26のY軸入力端子26bに入力
され、そのX軸入力端子26aには前述した走査電圧発
生器16aから出力される走査電圧Vが入力さる。Further, on the upstream side where the target 14 described above is placed, there is a beam current measuring device (for example, a Faraday cup) 22 having a small diameter and which can be inserted into and removed from the path of the ion beam 4 by a mechanism not shown in this embodiment.
The ion beam 4 scanned by the scanning electrode 12 enters the beam current measuring device 22, and its beam current I is measured. In this embodiment, the measured beam current I is appropriately converted by the converter 24 and inputted to the Y-axis input terminal 26b of the arithmetic and control unit 26, and the aforementioned scanning voltage is generated at the X-axis input terminal 26a. The scanning voltage V output from the device 16a is input.
【0018】この演算制御装置26は次の■〜■の機能
を有している。The arithmetic and control unit 26 has the following functions (1) to (4).
【0019】■ 走査電極12によってイオンビーム
4を走査した場合の走査電圧VをX軸(横軸)にし、そ
のときにビーム電流計測器22で計測するビーム電流I
をY軸(縦軸)にして、イオンビーム4のエネルギース
ペクトルを求める。これによって、例えば図2に示すよ
うなエネルギースペクトルが得られる。この図は、先に
図5で説明した3種のエネルギーのイオンを含むイオン
ビーム4のものの例である。このようなエネルギースペ
クトルが得られるのは、走査電極12によってイオンビ
ーム4を走査した場合、当該イオンビーム4に含まれる
イオンはそのエネルギーによって曲がり方が異なり、例
えばエネルギーの小さいイオンは小さい走査電圧Vのと
きにビーム電流計測器22に入射し、エネルギーの大き
いイオンは大きい走査電圧Vのときにビーム電流計測器
22に入射するからである。■ The scanning voltage V when the ion beam 4 is scanned by the scanning electrode 12 is taken as the X axis (horizontal axis), and the beam current I measured by the beam current measuring device 22 at that time is
The energy spectrum of the ion beam 4 is determined by setting the Y axis (vertical axis) to . As a result, an energy spectrum as shown in FIG. 2, for example, is obtained. This figure is an example of the ion beam 4 containing ions of three types of energies as previously explained in FIG. 5. Such an energy spectrum is obtained because when the ion beam 4 is scanned by the scanning electrode 12, the ions included in the ion beam 4 bend in different ways depending on their energy. This is because ions with high energy enter the beam current measuring device 22 when the scanning voltage V is large.
【0020】■ 上記によって得られたエネルギース
ペクトルのピークを検出して各ピークの高さを求める。
図2の例の場合であれば、ピークP1 〜P3 を検出
してそれぞれの高さI1 〜I3 を求める。この高さ
が、それぞれのイオンの量を示している。(2) Detect the peaks of the energy spectrum obtained above and determine the height of each peak. In the case of the example shown in FIG. 2, peaks P1 to P3 are detected and their respective heights I1 to I3 are determined. This height indicates the amount of each ion.
【0021】■ 目的とするイオンの電荷数やエネル
ギーから、走査電圧Vが幾らのときにイオンビーム4が
ビーム電流計測器22に入射するかが求まるから、これ
によって目的イオンの同定を行う。図2の例の場合であ
れば、ピークP2 が目的イオンのものであり、これを
同定する。[0021] From the number of charges and energy of the target ion, it is possible to determine at what scanning voltage V the ion beam 4 is incident on the beam current measuring device 22, so that the target ion can be identified. In the case of the example shown in FIG. 2, peak P2 is the target ion and is identified.
【0022】■ 目的イオン以外のイオンのピークの
高さを予め設定された基準値と比較してそれを超えるも
のがある場合に警報信号Sを出力する。図2の例の場合
であれば、I1 、I3 の内で基準値を超えるものが
あれば警報信号Sを出力する。[0022] The height of the peak of ions other than the target ion is compared with a preset reference value, and if any of the peak heights exceeds the reference value, an alarm signal S is output. In the case of the example shown in FIG. 2, if any of I1 and I3 exceeds the reference value, an alarm signal S is output.
【0023】従って上記構成によれば、例えばターゲッ
ト4に対してサンプル注入を行ってその深さ方向の注入
量分布を測定するというような非常に面倒なことをしな
くても、インプロセスで、即ち実際の注入処理を行うと
きに(より具体的には注入の直前に)エネルギーコンタ
ミネーションの量を簡単にモニタすることができ、その
結果、不良注入が起こるのを未然に防止することができ
る。この場合、上記警報信号Sに基づいて例えば人為的
にイオン注入を中止するようにしても良いし、この警報
信号Sを上位の制御装置に送って自動的にインターロッ
クをかけるようにしても良い。[0023] Therefore, according to the above configuration, in-process processing can be performed in-process without having to perform extremely troublesome steps such as injecting a sample into the target 4 and measuring the injection amount distribution in the depth direction. In other words, it is possible to easily monitor the amount of energy contamination during the actual implantation process (more specifically, just before implantation), and as a result, it is possible to prevent defective implantation from occurring. . In this case, for example, ion implantation may be stopped artificially based on the above-mentioned alarm signal S, or this alarm signal S may be sent to a higher-level control device to automatically apply an interlock. .
【0024】なお、この発明は、上記例のようにイオン
ビーム4を直交する2方向に走査(XYスキャン)する
イオン注入装置の場合のみならず、イオンビームを1方
向に電気的に走査し、ターゲットをそれと直交する方向
に機械的に走査する、いわゆるハイブリッドスキャン方
式のイオン注入装置にも勿論適用することができる。The present invention is applicable not only to an ion implantation apparatus that scans the ion beam 4 in two orthogonal directions (XY scan) as in the above example, but also to an ion implantation apparatus that electrically scans the ion beam in one direction. Of course, the present invention can also be applied to a so-called hybrid scan type ion implantation apparatus that mechanically scans the target in a direction perpendicular to the target.
【0025】例えば、図3はハイブリッドスキャン方式
のイオン注入装置の一例を示し、この装置は、前後二組
の走査電極28および32でイオンビーム4を水平方向
に並行走査(パラレルスキャン)し、ターゲット14を
駆動装置36で垂直方向に機械的に走査し、両走査の協
働によって、ターゲット14の全面にイオン注入を行う
ものである。両走査電極28、32の間には、イオンビ
ーム4を一定角度だけ垂直方向に曲げる(オフセットさ
せる)偏向電極30が設けられており、例えばこの偏向
電極30を図1中の走査電極12の代わりに用い、その
他は図1と同じ構成にすれば、上記と同様にしてエネル
ギーコンタミネーションの量をインプロセスで簡単にモ
ニタすることができる。For example, FIG. 3 shows an example of a hybrid scan type ion implantation apparatus, in which the ion beam 4 is horizontally scanned in parallel (parallel scan) by two sets of front and rear scan electrodes 28 and 32, and the target is 14 is mechanically scanned in the vertical direction by a drive device 36, and ion implantation is performed over the entire surface of the target 14 by the cooperation of both scans. A deflection electrode 30 that bends (offsets) the ion beam 4 in the vertical direction by a certain angle is provided between the scanning electrodes 28 and 32. For example, this deflection electrode 30 can be used instead of the scanning electrode 12 in FIG. If the configuration is otherwise the same as in FIG. 1, the amount of energy contamination can be easily monitored in-process in the same manner as above.
【0026】もっとも、このような偏向電極30を有し
ていない場合は、エネルギーコンタミネーション測定用
の走査電極を設ければ良い。また、図3の例と違ってイ
オンビーム4をパラレルビーム化しないハイブリッドス
キャン方式のイオン注入装置でも良い。However, if such a deflection electrode 30 is not provided, a scanning electrode for measuring energy contamination may be provided. Further, unlike the example shown in FIG. 3, a hybrid scan type ion implantation apparatus that does not convert the ion beam 4 into parallel beams may be used.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、多価イ
オン注入時に問題となるエネルギーコンタミネーション
の量をインプロセスで簡単にモニタすることができ、そ
の結果、不良注入が起こるのを未然に防止することがで
きる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the amount of energy contamination, which is a problem during multivalent ion implantation, can be easily monitored in-process, and as a result, defective implantation can be prevented from occurring. can be prevented.
【図1】 この発明の一実施例に係るイオン注入装置
の要部を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing main parts of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】 イオンビームのエネルギースペクトルの一
例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the energy spectrum of an ion beam.
【図3】 ハイブリッドスキャン方式のイオン注入装
置の一例を部分的に示す図である。FIG. 3 is a diagram partially showing an example of a hybrid scan type ion implantation device.
【図4】 従来のイオン注入装置の一例を示す概略平
面図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of a conventional ion implantation device.
【図5】 異エネルギーイオンの発生要因を示す概略
図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the causes of generation of different energy ions.
【図6】 ターゲットにおいてエネルギーコンタミネ
ーションが起こる状況を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a situation in which energy contamination occurs in a target.
【図7】 エネルギーコンタミネーションが起こった
場合のターゲットにおける深さ方向の注入量分布の一例
を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the implantation amount distribution in the depth direction in the target when energy contamination occurs.
4 イオンビーム 12 走査電極 14 ターゲット 16 走査電源 22 ビーム電流計測器 26 演算制御装置 4 Ion beam 12 Scanning electrode 14 Target 16 Scanning power supply 22 Beam current measuring device 26 Arithmetic control unit
Claims (1)
当該ターゲットにイオン注入を行う装置であって、イオ
ンビームを走査する走査電極と、この走査電極に走査電
圧を供給する走査電源と、前記走査電極によって走査さ
れたイオンビームを受けてそのビーム電流を計測するビ
ーム電流計測器と、このビーム電流計測器で計測したビ
ーム電流と前記走査電源から与えられる走査電圧とに基
づいてイオンビームのエネルギースペクトルを求める機
能、このエネルギースペクトルのピークを検出して各ピ
ークの高さを求める機能、目的とするイオンのピークを
同定する機能および目的とするイオン以外のイオンのピ
ークの高さを基準値と比較してそれを超えるものがある
場合に警報信号を出力する機能を有する演算制御装置と
を備えることを特徴とするイオン注入装置。1. An apparatus for implanting ions into a target by irradiating the target with an ion beam, the apparatus comprising: a scanning electrode for scanning the ion beam; a scanning power source for supplying a scanning voltage to the scanning electrode; and the scanning electrode. a beam current measuring device that receives the ion beam scanned by the device and measures its beam current; and an energy spectrum of the ion beam is determined based on the beam current measured by the beam current measuring device and the scanning voltage given from the scanning power source. A function to detect the peaks of this energy spectrum and determine the height of each peak, a function to identify the peak of the target ion, and a function to compare the heights of the peaks of ions other than the target ion with the reference value. 1. An ion implantation apparatus comprising: an arithmetic and control device having a function of outputting an alarm signal when there is an amount exceeding the above value.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP3068795A JP2722835B2 (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Ion implanter |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
US6720563B1 (en) * | 1999-07-30 | 2004-04-13 | Sumitomo Eaton Nova Corporation | Ion implantation apparatus and ion implantation method |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS613403A (en) * | 1984-06-15 | 1986-01-09 | Toshiba Corp | Ion implantation |
JPH01137546A (en) * | 1987-11-24 | 1989-05-30 | Nec Kyushu Ltd | Semiconductor substrate ion implanter |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP3068795A patent/JP2722835B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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