JPH05135723A - Beam expander - Google Patents

Beam expander

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JPH05135723A
JPH05135723A JP3294242A JP29424291A JPH05135723A JP H05135723 A JPH05135723 A JP H05135723A JP 3294242 A JP3294242 A JP 3294242A JP 29424291 A JP29424291 A JP 29424291A JP H05135723 A JPH05135723 A JP H05135723A
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JP
Japan
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electrodes
pair
beam expander
length
long
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JP3294242A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fujisawa
博 藤沢
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a high-energy ion implanter having a small beam expander, capable of being operated with a high-frequency power source having the power of about 1kW, and being utilized for the semiconductor industry at a low cost. CONSTITUTION:A pair of long electrodes 2, 2 and a pair of short electrodes 3, 3 are supported by the conducting first and second posts 5, 6 erected on a conducting base 4. When the preset high-frequency power is fed from a high- frequency power source, the quadruple electric field and the double electric field are generated in resonance. The length of the long electrodes 2, 2 is equal to the distance that charged particles advance in one cycle of the resonance frequency, and the length of the short electrodes 3, 3 is 1/2 of the length of the long electrodes 2, 2. A beam expander 1 is installed at the later stage of a bunching means, and a beam bunch is fed at every preset interval. When the beam expander 1 is operated synchronously with the feed of the beam bunch in response to the incidence timing of the beam bunch into the beam expander 1, the cross section of the beam bunch can be expanded.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギーイオン注
入装置に供され、パワー密度の高い、高エネルギーのイ
オンビームの断面積を拡大してパワー密度を低くするビ
ームエクスパンダに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam expander for use in a high-energy ion implantation apparatus, which expands the cross-sectional area of a high-energy ion beam having a high power density to reduce the power density.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物を
イオン化し、この不純物イオンを磁界を用いた質量分析
法により選択的に取り出し、電界により加速してイオン
照射対象物に照射することで、イオン照射対象物内に不
純物を注入するものである。そして、このイオン注入装
置は、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定す
る不純物を任意の量および深さに制御性良く注入できる
ことから、現在の集積回路の製造に重要な装置になって
いる。
2. Description of the Related Art An ion implantation apparatus ionizes impurities to be diffused, selectively extracts these impurity ions by mass spectrometry using a magnetic field, accelerates them by an electric field, and irradiates the ion irradiation target with the ions. Impurities are injected into the irradiation target. This ion implantation apparatus is an important apparatus for manufacturing integrated circuits at present because it can implant impurities that determine device characteristics in a semiconductor process to an arbitrary amount and depth with good controllability.

【0003】近年、半導体デバイスメーカでは、C−M
OSデバイス製造プロセスにおけるレトログレイドウエ
ルの形成、ROM後書込み等の利点を有する、MeV級
の高エネルギーイオン注入装置の必要性が高まってい
る。
In recent years, semiconductor device manufacturers have been using CM
There is an increasing need for a MeV-class high-energy ion implanter having advantages such as formation of retrograde wells and post-ROM writing in the OS device manufacturing process.

【0004】上記高エネルギーイオン注入装置の一つ
に、イオン加速手段として高周波線形加速器(以下、R
F加速器と称する)27を用いたものがあり、その一例
を図6に示している。
One of the above high energy ion implanters is a high frequency linear accelerator (hereinafter referred to as R
There is one using an F accelerator) 27, an example of which is shown in FIG.

【0005】この高エネルギーイオン注入装置は、引出
し電源22によってイオン源21から引出したイオン
を、質量分析器23によって質量分析して所定質量のイ
オンのみを選択的に導出し、これを加速電源25に接続
された静電加速管24によってRF型線形加速器27に
適合するエネルギーまで加速し、さらにQレンズ等の集
束系26によってビーム整形した後、高周波電源28か
らの高周波電力が供給されているRF加速器27に導入
し、これによって所定の高エネルギーまで上記イオンを
加速した後、図示しない注入室内のウエハ等のターゲッ
ト29に照射するように構成されている。
This high-energy ion implanter mass-analyzes the ions extracted from the ion source 21 by the extraction power source 22 by the mass analyzer 23 to selectively derive only ions of a predetermined mass, which are accelerated by a power supply 25. After being accelerated to an energy suitable for the RF linear accelerator 27 by the electrostatic accelerating tube 24 connected to the RF accelerating tube, and further subjected to beam shaping by the focusing system 26 such as a Q lens, the high frequency power from the high frequency power supply 28 is supplied to the RF. After being introduced into an accelerator 27, the above ions are accelerated to a predetermined high energy, and then the target 29 such as a wafer in an implantation chamber (not shown) is irradiated.

【0006】上記RF加速器27においては、ビームト
ランスミッションを上げるため低エミッタンスのビーム
が好まれ、また、加速効率との兼ね合いもあり、加速器
通過後のビームの断面形状は略円形でその直径は10m
m前後であることが一般的である。従って、例えばRF
加速器10で1MeVまで加速されたビーム電流1mA
のイオンビームは、約1kW/cm2 のパワー密度でタ
ーゲット29に照射されることになる。
In the RF accelerator 27, a beam having a low emittance is preferred in order to improve the beam transmission, and also in consideration of acceleration efficiency. After passing through the accelerator, the beam has a substantially circular cross section with a diameter of 10 m.
It is generally around m. So, for example, RF
Beam current 1mA accelerated to 1MeV by accelerator 10
The target ion 29 is irradiated with the ion beam of the above with a power density of about 1 kW / cm 2 .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような高いパワー密度でイオン注入が行われた場合、タ
ーゲット29の温度上昇が大きく、また、容易にチャー
ジアップが起こってしまう。このため、イオン注入時の
パワー密度を下げなければ、現在の半導体産業には受け
入れられない。
However, when the ion implantation is performed with the high power density as described above, the temperature of the target 29 is greatly increased and the charge-up easily occurs. Therefore, unless the power density at the time of ion implantation is lowered, it cannot be accepted in the current semiconductor industry.

【0008】現在、半導体デバイスの製造に用いられて
いるイオン注入装置には、加速エネルギーが10〜80
keV程度、ビーム電流が約20mA以下の条件でイオ
ン注入が行える、いわゆる大電流イオン注入装置があ
り、この装置の場合、メカニカルスキャン方式のもの
で、シリコンウエハ上に40W/cm2程度のパワー密
度でイオン注入が可能となっている。
At present, the ion implantation equipment used for manufacturing semiconductor devices has an acceleration energy of 10-80.
There is a so-called high-current ion implanter that can perform ion implantation under the conditions of about keV and a beam current of about 20 mA or less. In this case, a mechanical scan method is used, and a power density of about 40 W / cm 2 on a silicon wafer. Ion implantation is now possible.

【0009】即ち、高エネルギーイオン注入装置におい
ても、少なくともこの程度(40W/cm2 程度)まで
ビームのパワー密度を下げなくてはならない。このため
には、ビーム電流を極端に下げなくてはならないが、こ
れではイオン注入量(ドーズ量)も極端少ないものとな
り、高エネルギーイオン注入装置の半導体産業における
用途が限定されてしまう。上記のような理由より、現
在、高エネルギーイオン注入装置は半導体産業に受け入
れられていないままの状況が続いている。
That is, even in the high energy ion implanter, the power density of the beam must be reduced to at least this level (about 40 W / cm 2 ). For this purpose, the beam current must be extremely reduced, but this also results in an extremely small ion implantation amount (dose amount), which limits the use of the high energy ion implantation apparatus in the semiconductor industry. For the above reasons, the high energy ion implanter is still unaccepted in the semiconductor industry.

【0010】尚、ビームのパワー密度を下げる一つの手
段として、静電型レンズを用いることが考えられる。即
ち、RF加速器10の下流側に発散(凹)レンズとして
働く静電型レンズを設け、ターゲット28に照射される
ビームの断面積を拡大させるのである。しかしながら、
この場合、1つの静電型レンズはビームを線状にしか発
散させないため、発散レンズを構成するためには、複数
段(少なくとも2段)に静電型レンズを組み合わせなく
てはならずイオン注入装置が非常に大型になってしま
う。また、静電型レンズを用いて短い距離でビームの断
面積を充分に拡大させるためには、非常に高電圧の電源
が必要である。上記のことから、静電型レンズは実用に
なり難く、産業上利用されるに至っていないのが現実で
ある。
It is possible to use an electrostatic lens as one means for reducing the power density of the beam. That is, an electrostatic lens that functions as a diverging (concave) lens is provided on the downstream side of the RF accelerator 10 to enlarge the cross-sectional area of the beam with which the target 28 is irradiated. However,
In this case, one electrostatic lens diverges the beam only linearly, so in order to construct a divergent lens, electrostatic lenses must be combined in multiple stages (at least two stages). The device becomes very large. Further, in order to sufficiently expand the cross-sectional area of the beam in a short distance by using the electrostatic lens, a power supply with a very high voltage is required. From the above, the electrostatic lens is difficult to be practically used, and in reality, has not been industrially used.

【0011】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、高エネルギーイオン注入装置を半導体
産業に利用できるようにするため、パワー密度の高い、
高エネルギーのイオンビームの断面積を安価に拡大する
ことができる、小型のビームエクスパンダを提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to have a high power density so that a high energy ion implantation apparatus can be used in the semiconductor industry.
An object of the present invention is to provide a small beam expander capable of inexpensively expanding the cross-sectional area of a high-energy ion beam.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のビームエクスパ
ンダは、上記の課題を解決するために、真空雰囲気中を
通過する荷電粒子ビームの進行方向と直角な方向に相対
向した一対の長電極と、上記長電極の略半分の長さを有
し、長電極を長さの中心で分割した一方の半割部と並列
に配され、一対の長電極の対向方向に直交する方向に相
対向した一対の短電極と、導電性のベースに立設され、
上記一対の長電極および一対の短電極を支持する導電性
のポストとを有し、高周波電源より所定の高周波電力の
供給を受けて共振するものであって、上記荷電粒子ビー
ムを集群して所定間隔毎にビーム集群の状態で出射する
バンチ手段の後段に設置され、上記一対の長電極の長さ
は共振周波の1周期に荷電粒子が進む距離と略等しいこ
とを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a beam expander of the present invention comprises a pair of long electrodes facing each other in a direction perpendicular to the traveling direction of a charged particle beam passing through a vacuum atmosphere. And has a length that is approximately half that of the long electrode, is arranged in parallel with one half of the long electrode divided at the center of the length, and faces each other in a direction orthogonal to the facing direction of the pair of long electrodes. A pair of short electrodes and a standing conductive base,
A conductive post that supports the pair of long electrodes and the pair of short electrodes, resonates when supplied with a predetermined high-frequency power from a high-frequency power supply, and collects the charged particle beams in a predetermined manner. It is characterized in that the lengths of the pair of long electrodes, which are installed in the latter stage of the bunch means that emits in the state of beam bunching at intervals, are approximately equal to the distance traveled by charged particles in one cycle of the resonance frequency.

【0013】[0013]

【作用】上記の構成によれば、ビームエクスパンダは、
一対の長電極および一対の短電極が導電性のベースに立
設された導電性のポストに支持された構造を持ち、上記
短電極は長電極の略半分の長さで、長電極を長さの中心
で分割した一方の半割部と並列に配されている。
With the above arrangement, the beam expander is
It has a structure in which a pair of long electrodes and a pair of short electrodes are supported by conductive posts that are erected on a conductive base, and the short electrodes are approximately half the length of the long electrodes. It is arranged in parallel with one half of the one divided at the center.

【0014】このビームエクスパンダは、電極間のキャ
パシタンスとポストのインダクタンスとで結合された共
振器であり、これに高周波電源より所定周波数の高周波
電力を供給して共振させれば、荷電粒子ビームの進行方
向と直角な方向に、一対の長電極の一方の半割部と一対
の短電極とが並列に配された部位には4重極電界が、ま
た、一対の長電極の他方の半割部には、対地電位に対し
て同極の極性電圧が加わる電界(以下、これを2重極電
界という)がそれぞれできる。
This beam expander is a resonator coupled by a capacitance between electrodes and an inductance of a post. If a high frequency power of a predetermined frequency is supplied from the high frequency power supply to the resonator to resonate the beam expander, a beam of a charged particle beam is generated. A quadrupole electric field is generated in a portion where one half of a pair of long electrodes and a pair of short electrodes are arranged in parallel in a direction perpendicular to the traveling direction, and the other half of the pair of long electrodes is divided. An electric field (hereinafter, this is referred to as a dipole electric field) to which a polarity voltage having the same polarity with respect to the ground potential is applied is generated in each of the portions.

【0015】上記長電極の長さは、共振周波の1周期に
荷電粒子が進む距離と略等しく、従って、ビームエクス
パンダに入射された荷電粒子ビームは、4重極または2
重極のいずれか一方の電界中を通過後、略半周期後に他
方の電界中に入り、この半周期後にビームエクスパンダ
から出射される。
The length of the long electrode is substantially equal to the distance traveled by the charged particles in one cycle of the resonance frequency. Therefore, the charged particle beam incident on the beam expander has a quadrupole or two poles.
After passing through one of the electric fields of the heavy pole, it enters into the other electric field after a half cycle, and is emitted from the beam expander after this half cycle.

【0016】また、ビームエクスパンダは、荷電粒子ビ
ームを集群するバンチ手段の後段に設置され、従って、
荷電粒子ビームは、所定間隔毎にビーム集群の状態でビ
ームエクスパンダに入射される。そこで、このビーム集
群のビームエクスパンダへの入射タイミングに合わせ
て、共振周波が、ゼロ点をクロスする0゜あるいは18
0゜の位相になるように、高周波電源からの高周波電力
の供給を調整して運転すれば、ビーム集群が4重極また
は2重極のいずれか一方の電界中を通過する間、電極の
極性は変わらず、ビーム集群が半周期後に他方の電界中
に入ったときに電極の極性が反転する。
Further, the beam expander is installed after the bunch means for bundling the charged particle beam, and therefore,
The charged particle beam is incident on the beam expander in a state of a beam bunching at predetermined intervals. Therefore, the resonance frequency crosses the zero point at 0 ° or 18 ° in accordance with the timing of incidence of this beam group on the beam expander.
By adjusting the high-frequency power supply from the high-frequency power supply so that the phase becomes 0 °, the polarities of the electrodes can be maintained while the beam cluster passes through the electric field of either the quadrupole or the double pole. Does not change, and the polarity of the electrodes is reversed when the beam cluster enters the other electric field after half a period.

【0017】例えば、上記荷電粒子が陽イオンの場合、
ビーム集群が2重極電界中を通過する間、2重極電界を
発生させる長電極が陰極になるように、ビーム集群と同
期させてビームエクスパンダを運転すれば、ビーム集群
は、2重極電界中を通過することによって一対の長電極
の対向方向に発散される。そして、この場合、ビーム集
群が4重極電界中を通過するとき、一対の長電極は陽極
に、そして一対の短電極は長電極と180゜の位相差が
あり陰極になり、ビーム集群は、一対の長電極の対向方
向に焦束されると共に、一対の短電極の対向方向に発散
される。この結果、ビームエクスパンダを出たビーム集
群は、適当なドリフト空間を経て大きく拡大され、ビー
ムのパワー密度が低下する。
For example, when the charged particles are cations,
If the beam expander is operated in synchronism with the beam bunching so that the long electrode that generates the double pole electric field becomes the cathode while the beam bunching passes through the double pole electric field, the beam bunching will be performed. As it passes through the electric field, it is diverged in the opposing direction of the pair of long electrodes. In this case, when the beam cluster passes through the quadrupole electric field, the pair of long electrodes become the anode, and the pair of short electrodes become the cathode with a phase difference of 180 ° with the long electrode, and the beam cluster becomes The light is focused in the facing direction of the pair of long electrodes and diverged in the facing direction of the pair of short electrodes. As a result, the beam cluster exiting the beam expander is greatly expanded through an appropriate drift space, and the power density of the beam is reduced.

【0018】上記荷電粒子が陰イオンの場合、共振周波
の位相を上記陽イオンのときよりも180゜遅らせてビ
ームエクスパンダを運転すれば、上記同様にビーム集群
の断面を拡大できる。
When the charged particles are negative ions, the cross section of the beam cluster can be expanded in the same manner as above by operating the beam expander with the phase of the resonance frequency being delayed by 180 ° compared to the case of the positive ions.

【0019】上記ビームエクスパンダにおいて、例え
ば、荷電粒子がエネルギー800keVのボロンで、共
振周波数を33MHzとすれば、長電極の長さは11c
m程度にできる。このように、ビームエクスパンダは小
型であり、また、1kW程度の高周波電力を供給するこ
とで、荷電粒子ビームの断面を充分拡大でき、低コスト
でビームのパワー密度の低下を実現できる。
In the above beam expander, for example, if the charged particles are boron with an energy of 800 keV and the resonance frequency is 33 MHz, the length of the long electrode is 11c.
It can be about m. As described above, the beam expander is small, and by supplying high-frequency power of about 1 kW, the cross section of the charged particle beam can be sufficiently expanded, and the beam power density can be reduced at low cost.

【0020】[0020]

【実施例】本発明の一実施例について図1ないし図5に
基づいて説明すれば、以下の通りである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following will describe one embodiment of the present invention with reference to FIGS.

【0021】本実施例のビームエクスパンダ1は、図2
に示すように、高エネルギーイオン注入装置のビームト
ランスポート部におけるRF加速器27の後段に設置さ
れている。
The beam expander 1 of this embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, it is installed after the RF accelerator 27 in the beam transport section of the high energy ion implanter.

【0022】上記高エネルギーイオン注入装置は、引出
し電源22によってイオン源21から引出した荷電粒子
としてのイオンを、質量分析器23によって質量分析し
て所定質量のイオンのみを選択的に導出し、これを加速
電源25に接続された静電加速管24によってRF加速
器27に適合するエネルギーまで加速し、さらにQレン
ズ等の集束系26によってビーム整形した後、高周波電
源28からの高周波電力が供給されているRF加速器2
7に導入し、これによって所定の高エネルギーまで上記
イオンを加速した後、ビームエクスパンダ1によりビー
ム断面を拡げてパワー密度を下げ、注入室内のウエハ等
のターゲット29に照射するように構成されている。
The high-energy ion implanter mass-analyzes ions as charged particles extracted from the ion source 21 by the extraction power source 22 by the mass analyzer 23 to selectively derive only ions of a predetermined mass. Is accelerated to an energy suitable for the RF accelerator 27 by the electrostatic accelerating tube 24 connected to the accelerating power source 25, and is further beam-shaped by the focusing system 26 such as a Q lens, and then high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 28. RF accelerator 2
7 is used to accelerate the ions to a predetermined high energy, and then the beam expander 1 expands the beam cross section to reduce the power density and irradiates a target 29 such as a wafer in the implantation chamber. There is.

【0023】上記RF加速器27としては、同じ長さの
4本の棒(Rod )状電極を互いに90゜の間隔で電極中
心まわりに配置し、これらの電極を導電性のポストで支
持した構造の、いわゆる4Rod−RFQ型線形加速器
が用いられている。
The RF accelerator 27 has a structure in which four rod-shaped electrodes having the same length are arranged around the center of the electrode at intervals of 90 °, and these electrodes are supported by conductive posts. , A so-called 4 Rod-RFQ type linear accelerator is used.

【0024】上記RF加速器27は、電極間のキャパシ
タンスとポストのインダクタンスとで結合された共振器
であり、高周波電源28より所定周波数の高周波電力を
供給して共振させれば、イオンの進行方向と直角な方向
に4重極電界が形成される。
The RF accelerator 27 is a resonator coupled by a capacitance between electrodes and an inductance of a post, and when a high frequency power of a predetermined frequency is supplied from a high frequency power source 28 to resonate, the direction of the ion travels. A quadrupole electric field is formed in the orthogonal direction.

【0025】RF加速器27の場合、その電極にはモジ
ュレーション(波)が形成されており、電極中心軸方向
に加速電界ができ、ビームの収束と加速とが同時に行わ
れる。
In the case of the RF accelerator 27, a modulation (wave) is formed on its electrode, an accelerating electric field is created in the direction of the central axis of the electrode, and the beam is converged and accelerated simultaneously.

【0026】また、バンチ手段としての上記RF加速器
27のビーム入射部には、ビームを加速し易いように集
群(バンチ)するバンチ部が形成されている。従って、
RF加速器27の入射ビームは先ずバンチ部でバンチさ
れた後、収束を受けながら加速され、図3に示すよう
に、断面略円形(直径は10mm前後)のビーム集群の
状態で出射され、後段のビームエクスパンダ1に一定間
隔で順次入射される。
Further, a bunch part for bunching the beam is formed at the beam entrance part of the RF accelerator 27 as the bunch means so that the beam can be easily accelerated. Therefore,
The incident beam of the RF accelerator 27 is first bunched at the bunch part, then accelerated while being converged, and is emitted in the state of a beam cluster having a substantially circular cross section (diameter is about 10 mm) as shown in FIG. The beams are sequentially incident on the beam expander 1 at regular intervals.

【0027】上記ビームエクスパンダ1は、図1に示す
ように、イオンの進行方向と直角な方向に相対向した一
対の長電極2・2と、上記長電極2・2の対向方向に直
交する方向に相対向した一対の短電極3・3とを有して
いる。
As shown in FIG. 1, the beam expander 1 is orthogonal to a pair of long electrodes 2 and 2 facing each other in the direction perpendicular to the ion traveling direction, and the facing direction of the long electrodes 2 and 2. It has a pair of short electrodes 3 facing each other in the direction.

【0028】上記短電極3・3は、長電極2・2の長さ
1 の略半分の長さL2 を有し、長電極2を長さの中心
で分割した一方の半割部2aと並列に配されている。従
って、ビームエクスパンダ1は、長電極2・2の一方の
半割部2aと短電極3・3とから成る4重極部Aと、長
電極2・2の他方の半割部2bから成る2重極部Bとに
二分されている。
The short electrodes 3 and 3 have a length L 2 which is approximately half the length L 1 of the long electrodes 2 and 2 and one half-divided portion 2a obtained by dividing the long electrode 2 at the center of the length. It is arranged in parallel with. Therefore, the beam expander 1 is composed of a quadrupole part A composed of one half-divided portion 2a of the long electrode 2.2 and the short electrode 3.3, and the other half-divided portion 2b of the long electrode 2.2. It is divided into two parts, the double pole part B.

【0029】上記長電極2・2の長さL1 は、共振周波
の1周期にイオンが進む距離と略等しくなるように設計
される。即ち、RF加速器27通過後のイオンの速度を
v、真空中の光の速度をc、共振の波長をλをすると、 L1 =βλ (β=v/c)である。例えば、陽イオンであるボロン
が、RF加速器27により加速電圧800keVで加速
される場合、共振周波数を33MHzとすれば、長電極
2・2の長さL1 は約11cmとなる。
The length L 1 of the long electrodes 2 and 2 is designed to be substantially equal to the distance traveled by the ions in one cycle of the resonance frequency. That is, if the velocity of ions after passing through the RF accelerator 27 is v, the velocity of light in vacuum is c, and the wavelength of resonance is λ, then L 1 = βλ (β = v / c). For example, when boron, which is a cation, is accelerated by the RF accelerator 27 at an acceleration voltage of 800 keV, if the resonance frequency is 33 MHz, the length L 1 of the long electrode 2.2 is about 11 cm.

【0030】また、短電極3・3の長さL2 は、 L2 =L1 /2=βλ/2 であり、従って、4重極部Aおよび2重極部Bの長さ
は、共にβλ/2となる。
Further, the length L 2 of the short electrode 3.3 is L 2 = L 1/2 = βλ / 2, therefore, the length of the quadrupole unit A and the dipole section B, both It becomes βλ / 2.

【0031】上記長電極2・2の一端は、導電性の平板
状ベース4の一端に立設された導電性の第1ポスト5に
よって支持され、また、上記短電極3・3の一端は、上
記ベース4の他端に立設された導電性の第2ポスト6に
よって支持されている。長電極2・2および短電極3・
3の電極長は比較的短いため、上記のような片持ち構造
であっても問題はない。
One end of each of the long electrodes 2 and 2 is supported by a conductive first post 5 standing on one end of a conductive flat plate-shaped base 4, and one end of each of the short electrodes 3 and 3 is It is supported by a conductive second post 6 provided upright on the other end of the base 4. Long electrode 2.2 and short electrode 3
Since the electrode length of 3 is relatively short, there is no problem even with the above cantilever structure.

【0032】上記ビームエクスパンダ1は、電極間のキ
ャパシタンスとポストのインダクタンスとで結合された
共振器であり、このビームエクスパンダ1に、高周波電
源28より所定周波数の高周波電力を供給して共振させ
れば、イオンの進行方向と直角な方向に4重極部Aにお
いては4重極電界が、2重極部Bにおいては対地電位に
対して同極の極性電圧が加わる電界(以下、これを2重
極電界という)ができる。尚、長電極2・2および短電
極3・3には、RF加速器27の電極に形成されている
ようなモジュレーション(波)はなく、電極中心軸方向
には加速電界はできない。
The beam expander 1 is a resonator coupled by a capacitance between electrodes and an inductance of a post. The beam expander 1 is supplied with high frequency power of a predetermined frequency from a high frequency power source 28 to cause resonance. Then, in the direction perpendicular to the ion traveling direction, a quadrupole electric field is applied in the quadrupole part A, and a polar voltage of the same polarity with respect to the ground potential is applied in the double pole part B (hereinafter, It is called a dipole electric field). There is no modulation (wave) formed on the electrodes of the RF accelerator 27 in the long electrodes 2.2 and the short electrodes 3.3, and an accelerating electric field cannot be generated in the central axis direction of the electrodes.

【0033】本実施例では、上記ビームエクスパンダ1
は、図4の(a)に示すように、ビーム集群が4重極部
Aから入射されて2重極部Bから出射されるようにビー
ムトランスボート部に配置されている。尚、ビームエク
スパンダ1は、ビーム集群が2重極部Bから入射されて
4重極部Aから出射されるように配置されていてもよ
い。
In this embodiment, the beam expander 1 described above is used.
4 is arranged in the beam transvoting section so that the beam group is made incident from the quadrupole section A and is emitted from the double pole section B, as shown in FIG. The beam expander 1 may be arranged such that the beam cluster is made incident from the double pole portion B and emitted from the quadrupole portion A.

【0034】上記ビームエクスパンダ1の4重極部Aお
よび2重極部Bの長さは、共にβλ/2となっているの
で、ビーム集群がビームエクスパンダ1に入射されてか
ら4重極部Aを通過する間に共振周波の位相は180゜
進み、この後ビーム集群が2重極部Bを通過する間に位
相はさらに180゜進む。
Since the lengths of the quadrupole part A and the double pole part B of the beam expander 1 are both βλ / 2, the quadrupole after the beam cluster is incident on the beam expander 1. The phase of the resonance frequency advances 180 ° while passing through the section A, and then the phase advances by another 180 ° while the beam cluster passes through the double pole section B.

【0035】上記ビームエクスパンダ1は、ビーム集群
が4重極部Aに入射されるときの共振周波の位相が0゜
になるように、上記RF加速器27と同期して運転され
る。具体的には、RF加速器27およびビームエクスパ
ンダ1の両方のキャビティーからモニタ信号を取り出し
て同期をとることにより、位相の調整が図られる。
The beam expander 1 is operated in synchronization with the RF accelerator 27 so that the phase of the resonance frequency when the beam group is incident on the quadrupole part A becomes 0 °. Specifically, the phase is adjusted by extracting monitor signals from the cavities of both the RF accelerator 27 and the beam expander 1 and synchronizing them.

【0036】従って、ビーム集群が4重極部Aを通過す
る間、4重極部Aの極性は、同図の(c)に示すよう
に、長電極2・2は陽極に、短電極3・3は陰極になる
一方、ビーム集群が2重極部Bを通過する間、2重極部
Bの長電極2・2が陰極になる。
Therefore, while the beam cluster passes through the quadrupole part A, the polarities of the quadrupole part A are as shown in FIG. While 3 becomes a cathode, while the beam cluster passes through the double pole portion B, the long electrode 2.2 of the double pole portion B becomes a cathode.

【0037】このため、ボロン等の陽イオンのビーム集
群がビームエクスパンダ1を通過する場合、同図の
(b)に示すように、4重極部Aでは、長電極2・2の
対向方向(図中Y方向)には焦束されると共に、短電極
3・3の対向方向(図中X方向)には発散され、2重極
部Bでは、長電極2・2の対向方向(Y方向)に発散さ
れる。
For this reason, when a beam cluster of positive ions such as boron passes through the beam expander 1, as shown in FIG. It is focused in the Y direction in the drawing and diverges in the facing direction of the short electrodes 3 and 3 (X direction in the drawing), and in the double pole portion B, the facing direction of the long electrodes 2 and 2 (Y direction). Direction).

【0038】上記の構成において、図2に示すように、
イオン源21(図2)から引出されたボロン等の陽イオ
ンは、RF加速器27で加速され、ビーム集群の状態で
ビームエクスパンダ1に入射されることになる。ビーム
エクスパンダ1は、高周波電源28より所定周波数の高
周波電力を受け、4重極部Aにおいては4重極電界を、
2重極部Bにおいては2重極電界を生じる。
In the above structure, as shown in FIG.
Positive ions such as boron extracted from the ion source 21 (FIG. 2) are accelerated by the RF accelerator 27 and are incident on the beam expander 1 in a beam cluster state. The beam expander 1 receives high-frequency power of a predetermined frequency from the high-frequency power supply 28, and generates a quadrupole electric field in the quadrupole part A.
In the double pole portion B, a double pole electric field is generated.

【0039】この場合、ビームエクスパンダ1は、ビー
ム集群が4重極部Aに入射されるときの共振周波の位相
が0゜になるように、位相調整された運転が行われる。
これにより、ビームエクスパンダ1に入射されたビーム
集群は、図4に示すように、4重極部AでY方向に焦束
されると共にX方向に発散され、半周期後には2重極部
Bに入り、2重極部BでY方向に発散される。
In this case, the beam expander 1 is phase-adjusted so that the phase of the resonance frequency when the beam group is incident on the quadrupole A is 0 °.
As a result, the beam cluster that has entered the beam expander 1 is focused in the Y direction and diverged in the X direction at the quadrupole portion A as shown in FIG. B enters and diverges in the Y direction at the double pole portion B.

【0040】前記のようにビームエクスパンダ1の長電
極2・2の長さL1が11cm程度であれば、高周波電
源28は1kW程度のパワーで、長電極2と短電極3と
の間に50kV程度の電圧を印加することができる。こ
の場合、例えば、ビームエクスパンダ1に入射されるイ
オンのエネルギーを500keVとすれば、ボロン等の
1価の陽イオンでは、図5に示すように、発散角α(r
ad)は、α≒vT /vL =(50/500)1/2≒0.
3(rad)となり、比較的大きな発散角が与えられる
ことがわかる。尚、上式において、vL はイオンの進行
方向の速度、vTはイオンのY方向またはX方向の速度
であり、イオンの質量をmとすれば、500=mvL 2
/2、50=mvT 2 /2である。
As described above, if the length L 1 of the long electrodes 2 and 2 of the beam expander 1 is about 11 cm, the high frequency power source 28 has a power of about 1 kW and the distance between the long electrode 2 and the short electrode 3 is large. A voltage of about 50 kV can be applied. In this case, for example, if the energy of the ions incident on the beam expander 1 is 500 keV, in the case of monovalent cations such as boron, the divergence angle α (r
ad) is α≈v T / v L = (50/500) 1/2 ≈0.
It is 3 (rad), which means that a relatively large divergence angle is given. In the above equation, v L is the velocity of the ion in the advancing direction, v T is the velocity of the ion in the Y or X direction, and if the mass of the ion is m, then 500 = mv L 2
/ 2,50 = is the mv T 2/2.

【0041】この結果、ビームエクスパンダ1から出射
されたビーム集群は、図3に示すように、ターゲット2
9に到達するまでの適当なドリフト空間において大きく
拡大され、パワー密度が低下した状態でターゲット29
に照射される。
As a result, the beam cluster emitted from the beam expander 1 is moved to the target 2 as shown in FIG.
The target 29 is greatly expanded in a suitable drift space until reaching 9 and the power density is reduced.
Is irradiated.

【0042】このように、本ビームエクスパンダ1を用
いることにより、従来の高エネルギーイオン注入装置で
は行えなかった低パワー密度(例えば40W/cm2
度)の条件でイオン注入が可能となる。従って、本高エ
ネルギーイオン注入装置は、半導体産業においても充分
利用可能である。
As described above, by using the present beam expander 1, it becomes possible to perform ion implantation under conditions of low power density (for example, about 40 W / cm 2 ) which cannot be achieved by the conventional high-energy ion implantation apparatus. Therefore, the high-energy ion implanter can be sufficiently used in the semiconductor industry.

【0043】特に、本ビームエクスパンダ1は、長電極
2・2の長さL1 (即ち、装置長さ)が11cm程度と
小型であるため、ビームエクスパンダ1を設けたことに
よる高エネルギーイオン注入装置の大型化の程度は僅か
である。
In particular, the present beam expander 1 has a small length L 1 (that is, device length) of the long electrodes 2 and 2 of about 11 cm. The size of the injection device is slightly increased.

【0044】また、本ビームエクスパンダ1は、1kW
程度のパワーの高周波電源28を用いることで実用で
き、さらに、この高周波電源28も本実施例のようにR
F加速器27と共用できる。従って、本ビームエクスパ
ンダ1を用いることにより、低コストで半導体産業に利
用可能な高エネルギーイオン注入装置を実現できる。
The beam expander 1 is 1 kW.
It can be put into practical use by using a high frequency power source 28 having a power of about the same level.
Can be shared with F accelerator 27. Therefore, by using the present beam expander 1, it is possible to realize a high-energy ion implanter that can be used in the semiconductor industry at low cost.

【0045】尚、本実施例では、ボロン等の陽イオンの
ビーム断面を拡大させることについて説明しているが、
陰イオンのビーム断面を拡大させる場合は、陰イオンの
ビーム集群が4重極部Aに入射されるときの共振周波の
位相が180゜になるように(即ち、上記実施例よりも
位相を180゜遅らせる)、上記RF加速器27のビー
ムバンチと同期させて運転すればよい。
In this embodiment, it is explained that the beam cross section of cations such as boron is enlarged.
When enlarging the beam cross section of the negative ions, the phase of the resonance frequency when the beam cluster of the negative ions is incident on the quadrupole portion A is 180 ° (that is, the phase is 180 degrees more than that in the above embodiment). Delay)) and operate in synchronization with the beam bunch of the RF accelerator 27.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明のビームエクスパンダは、以上の
ように、真空雰囲気中を通過する荷電粒子ビームの進行
方向と直角な方向に相対向した一対の長電極と、上記長
電極の略半分の長さを有し、長電極を長さの中心で分割
した一方の半割部と並列に配され、一対の長電極の対向
方向に直交する方向に相対向した一対の短電極と、導電
性のベースに立設され、上記一対の長電極および一対の
短電極を支持する導電性のポストとを有し、高周波電源
より所定の高周波電力の供給を受けて共振するビームエ
クスパンダであって、上記荷電粒子ビームを集群して所
定間隔毎にビーム集群の状態で出射するバンチ手段の後
段に設置され、上記一対の長電極の長さは共振周波の1
周期に荷電粒子が進む距離と略等しいという構成であ
る。
As described above, the beam expander of the present invention has a pair of long electrodes facing each other in a direction perpendicular to the traveling direction of a charged particle beam passing through a vacuum atmosphere, and approximately half of the long electrodes. And a long electrode, which is arranged in parallel with one half of the long electrode divided at the center of the length, and has a pair of short electrodes facing each other in a direction orthogonal to the facing direction of the pair of long electrodes, and a conductive member. A beam expander that is erected on a flexible base and has a conductive post that supports the pair of long electrodes and the pair of short electrodes and that resonates when supplied with a predetermined high frequency power from a high frequency power supply. The pair of long electrodes are installed at a stage subsequent to the bunch means for collecting the charged particle beams and emitting them in a beam collecting state at a predetermined interval.
The configuration is such that the distance traveled by the charged particles in a cycle is approximately equal.

【0047】それゆえ、ビーム集群の入射と同期させて
ビームエクスパンダを運転すれば、ビーム集群の断面を
拡大できる。このビームエクスパンダは小型であり、1
kW程度のパワーの高周波電源を用いることで運転で
き、例えば、高エネルギーイオン注入装置のRF加速器
により加速、収束されたパワー密度の高い高エネルギー
のイオンビームの断面積を安価に拡大することができ
る。従って、低コストで半導体産業に利用可能な高エネ
ルギーイオン注入装置を実現できるという効果を奏す
る。
Therefore, if the beam expander is operated in synchronization with the incidence of the beam bunches, the cross section of the beam bunches can be enlarged. This beam expander is small and
It can be operated by using a high-frequency power source with a power of about kW, and for example, the cross-sectional area of a high-energy ion beam with high power density, which is accelerated and converged by an RF accelerator of a high-energy ion implanter, can be inexpensively expanded. .. Therefore, it is possible to realize a high-energy ion implanter that can be used in the semiconductor industry at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すものであり、ビームエ
クスパンダの概略の斜視図である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a schematic perspective view of a beam expander.

【図2】上記ビームエクスパンダを用いた高エネルギー
イオン注入装置を示す要部構成図である。
FIG. 2 is a main part configuration diagram showing a high-energy ion implantation apparatus using the beam expander.

【図3】上記ビームエクスパンダ通過前後のビーム集群
を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a group of beams before and after passing through the beam expander.

【図4】上記ビームエクスパンダを通過するビーム集群
の断面と、上記ビームエクスパンダの電極極性を示す説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing a cross section of a beam group passing through the beam expander and electrode polarities of the beam expander.

【図5】上記ビームエクスパンダを通過するビーム集群
の発散角を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a divergence angle of a beam cluster passing through the beam expander.

【図6】従来の高エネルギーイオン注入装置を示す要部
構成図である。
FIG. 6 is a main part configuration diagram showing a conventional high-energy ion implanter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ビームエクスパンダ 2 長電極 3 短電極 4 ベース 5 第1ポスト(ポスト) 6 第2ポスト(ポスト) 27 RF加速器(バンチ手段) 28 高周波電源 1 Beam Expander 2 Long Electrode 3 Short Electrode 4 Base 5 1st Post (Post) 6 2nd Post (Post) 27 RF Accelerator (Bunch Means) 28 High Frequency Power Supply

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空雰囲気中を通過する荷電粒子ビームの
進行方向と直角な方向に相対向した一対の長電極と、上
記長電極の略半分の長さを有し、長電極を長さの中心で
分割した一方の半割部と並列に配され、一対の長電極の
対向方向に直交する方向に相対向した一対の短電極と、
導電性のベースに立設され、上記一対の長電極および一
対の短電極を支持する導電性のポストとを有し、高周波
電源より所定の高周波電力の供給を受けて共振するビー
ムエクスパンダであって、上記荷電粒子ビームを集群し
て所定間隔毎にビーム集群の状態で出射するバンチ手段
の後段に設置され、上記一対の長電極の長さは共振周波
の1周期に荷電粒子が進む距離と略等しいことを特徴と
するビームエクスパンダ。
1. A pair of long electrodes facing each other in a direction perpendicular to a traveling direction of a charged particle beam passing through a vacuum atmosphere, and having a length which is about half of the length of the long electrodes, and the long electrode has a length of A pair of short electrodes, which are arranged in parallel with one half-divided portion divided at the center and face each other in a direction orthogonal to the facing direction of the pair of long electrodes,
A beam expander that is erected on a conductive base, has a conductive post that supports the pair of long electrodes and a pair of short electrodes, and resonates when supplied with a predetermined high-frequency power from a high-frequency power supply. The bunch means for collecting the charged particle beam and emitting the beam in a beam collecting state at a predetermined interval is installed at a stage subsequent to the bunch means. The length of the pair of long electrodes is the distance traveled by the charged particle in one cycle of the resonance frequency. A beam expander characterized by being approximately equal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509714A (en) * 2006-11-08 2010-03-25 シリコン ジェネシス コーポレーション Apparatus and method for introducing fine particles into semiconductor material using high frequency quadrupole linear accelerator

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