JPH0582298A - 高周波４重極型線形加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 対向電極対２を固定する固定部材６が伸縮ベ
ローズ８内に移動可能に内設された支持軸７に支持さ
れ、さらに、ベース１４と固定部材６とが導電性の伸縮
ベローズ８によって短絡されている。支持軸７は大気側
に設けられた縮駆動機構４に駆動されて軸心方向に移動
する。 【効果】 支持軸７を軸心方向に移動させて電極支持部
材１２の長さＨを調整することにより共振周波数が変化
し、加速エネルギーを変化させることができる。縮駆動
機構４が大気側に設けられているので、真空雰囲気中に
ゴミを発生させることがなく装置の信頼性は高く、且
つ、真空中の部材の冷却機構を簡素化でき、メンテナン
ス性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばイオン注入装置
等に用いられる高周波４重極（以下、ＲＦＱ：Radio Fr
equency Quadrupoleと称する) 型線形加速器に関し、特
に、イオン等の被加速粒子の加速エネルギーが可変であ
るＲＦＱ型線形加速器に関する。

【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。

【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。

【０００４】上記高エネルギーイオン注入装置には、イ
オン加速手段としてＲＦＱ型線形加速器が用いられてい
る。このＲＦＱ型線形加速器には、図４に示すように、
筒状の真空容器５１内に４本の棒（Rod ）状の電極５２
・５２・５３・５３を互いに９０゜の間隔で水平軸まわ
りに配置し、これらの電極を導電性のポスト５６・５７
で支持した構造の、いわゆる４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加
速器がある。

【０００５】上記ポスト５６は対角線上に相対向する一
対の電極５２・５２を支持し、また、ポスト５７は同じ
く対角線上に相対向する一対の電極５３・５３を支持し
ている。これらポスト５６・５７は、真空容器５１の内
底部に固着された導電性のベース５８に立設されてい
る。

【０００６】上記４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加速器は、２
対の電極（５２・５２および５３・５３）が電極間のキ
ャパシタンスと第１および第２ポスト５６・５７のイン
ダクタンスとで結合された共振器となり、その構造によ
り共振周波数が決定される。

【０００７】従って、所定の共振周波数を得ようとする
場合、ポスト５６・５７の高さやこれらの間隔が適当に
選定される。

【０００８】そして、図示しない高周波電源から電極５
２・５２・５３・５３に所定周波数の高周波電力を供給
し、これらの中心軸上に４重極電場ができるように共振
させることにより、これを通過するイオンが共振周波数
によって決まる所定エネルギーまで加速される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の４Ｒｏｄ−
ＲＦＱ型線形加速器において、重イオンに対応できる様
な低共振周波数のものを製作する場合、ポスト５６・５
７のインダクタンスを大きくする必要があり、このた
め、ポスト５６・５７の高さを高くしたり、これらの間
隔を大きくしなければならず、装置が大型化するのは拒
めない。

【００１０】また、上記従来の４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形
加速器では、その共振周波数が、その構造によって決ま
る一定のものに固定されているため、同一イオン種の加
速エネルギーを可変できないという問題がある。

【００１１】上記の解決法として、４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型
線形加速器に後段加速器を付加することが考えられる
が、そのようなものを付加すると、装置が大型化すると
共にコスト的に非常に高くなる。

【００１２】そこで、後段加速器等の特別なエネルギー
調整手段を付加することなくイオンの加速エネルギーを
可変にした４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加速器が、特開平１
−１３７５４９号公報に開示されている。この４Ｒｏｄ
−ＲＦＱ型線形加速器は、ポスト５６とポスト５７と短
絡する導電性の短絡板が、第１および第２ポスト５６・
５７に沿って上下方向に移動可能になっている構造であ
り、上記の短絡板を移動させることによってある周波数
帯内で共振周波数を変化させ、イオンの加速エネルギー
を調整するようになっている。

【００１３】しかしながら、上記の４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型
線形加速器においては、短絡板の駆動機構が真空容器５
１内にあるため、真空中にゴミが発生し、加速器の信頼
性の低下を招くと共に、電極等、真空雰囲気中の部材の
冷却機構が複雑になり、メンテナンスが容易ではない。

【００１４】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、加速エネルギーが可変であると共に、
装置の信頼性が高くメンテナンス性にも優れた高周波４
重極型線形加速器を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波４重極型
線形加速器は、上記の課題を解決するために、真空雰囲
気内を通過する被加速粒子の通過経路のまわりに配置さ
れ、対角線上に対向する２対の対向電極対と、導電性の
ベースに設けられて上記対向電極対を各々支持する電極
支持部材とを備えている高周波４重極型線形加速器にお
いて、以下の手段を講じている。

【００１６】即ち、上記電極支持部材は、上記対向電極
対を固定する導電性の固定部材と、上記固定部材と上記
ベースとを短絡する伸縮自在の導電性の伸縮ベローズ
と、上記伸縮ベローズ内に内設されて上記固定部材を支
持すると共に、上記ベースを貫通して真空雰囲気外へと
延びる軸心方向に可動な支持軸とを有している。

【００１７】

【作用】上記の構成によれば、真空雰囲気内には、２対
の対向電極対が対角線上に対向するかたちで被加速粒子
の通過経路のまわりに配置されており、これらの対向電
極対は、導電性のベースに設けられた電極支持部材に各
々支持されている。

【００１８】即ち、上記高周波４重極型線形加速器は、
２対の対向電極対が電極間のキャパシタンスと電極支持
部材のインダクタンスとで結合された共振器となり、そ
の加速エネルギーは、他の条件を一定にすると、共振周
波数の２乗に比例する。また、電極支持部材のインダク
タンスは、他の条件を一定にすれば、電極支持部材の長
さ（対向電極対とベースとの間隔）によって変化する。

【００１９】ここで、上記電極支持部材は、対向電極対
を固定する固定部材が伸縮ベローズ内に内設された支持
軸に支持され、さらに、上記ベースと固定部材とが伸縮
自在の導電性の伸縮ベローズによって短絡されている構
造であり、上記支持軸は軸心方向に可動である。

【００２０】従って、上記支持軸を軸心方向に動かして
電極支持部材の長さを調整することによって、共振周波
数が変化し、被加速粒子の加速エネルギーを変化させる
ことができる。

【００２１】また、上記支持軸が真空雰囲気外へと延び
ているため、支持軸を動かして電極支持部材の長さを調
整する駆動機構を真空雰囲気外に設けることができる。
従って、真空雰囲気中にゴミを発生させることがなく、
さらに、電極等の真空雰囲気内の部材を冷却するための
機構を簡素化することができる。

【００２２】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図３に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２３】本実施例に係る４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加
速器５は、図３に示すように、高エネルギーイオン注入
装置に適用されるが、これに限定されるものではない。

【００２４】上記イオン注入装置において、引出し電源
２２によってイオン源２１から引出されたイオンは、質
量分析器２３によって質量分析され、所定質量のイオン
（被加速粒子）のみが選択的に導出されて静電加速管２
４に導入される。この静電加速管２４は、加速電源２５
によって４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加速器５に適合するエ
ネルギーまでイオンを加速する。加速されたイオンはＱ
レンズ等の集束系２６によって整形された後、４Ｒｏｄ
−ＲＦＱ型線形加速器５に導入される。４Ｒｏｄ−ＲＦ
Ｑ型線形加速器５は、高周波電源２７からの高周波電力
を受けて所定の高エネルギーまで上記イオンを加速す
る。この後、上記高エネルギーイオンは、図示しない注
入室内のウエハ等のターゲット２８に照射される。

【００２５】上記４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加速器５は、
図１に示すように、円筒状の真空容器１を備えており、
容器内には被加速粒子としてのイオンの通過経路のまわ
りに互いに９０゜の間隔で４本の棒（Rod ）状の電極２
ａ・２ｂ・３ａ・３ｂが配置されている。

【００２６】そして、対角線上に相対向する一対の電極
２ａ・２ｂから成る対向電極対２は、導電性（例えば金
属製）の固定部材６によって電気的に接続されると共
に、これらの電極間隔が固定されている。また、対角線
上に相対向する一対の電極３ａ・３ｂから成る対向電極
対３は、導電性（例えば金属製）の固定部材９によって
電気的に接続されると共に、これらの電極間隔が固定さ
れている。

【００２７】上記固定部材６は、後述の伸縮ベローズ８
内に移動可能に内設された支持軸７に支持されている。
この支持軸７は、平板状の導電性（例えば金属製）のベ
ース１４および真空容器１を貫通して真空雰囲気外（即
ち、大気側）へと延びており、大気側に設けられた縮駆
動機構４に接続されている。この伸縮駆動機構４は駆動
モータ等を備えており、支持軸７を軸心方向に移動させ
る。

【００２８】上記支持軸７は機械的に強固であり、本実
施例の場合は絶縁性の材料からつくられている。そし
て、ベース１４に穿設されている貫通孔には、Ｏリング
（図示せず）が設けられており、支持軸７との間に真空
・液漏シールが施されている。

【００２９】また、真空容器１に穿設されている貫通孔
にも、Ｏリング（図示せず）が設けられており、支持軸
７との間に真空シールが施されている。尚、支持軸７は
導電性であってもよく、この場合、ベース１４の下端面
および真空容器１の内壁面の各貫通孔周りには、例えば
表面に銀メッキが施されたステンレス線が支持軸７の周
面と摺接するように設けられ、電気的コンタクトをと
る、いわゆる高周波シール（以下、ＲＦシールと称す
る）が施される。

【００３０】上記固定部材６とベース１４とは、支持軸
７を取り囲むようにして設けられた導電性（例えば金属
製）の伸縮ベローズ８によって短絡されている。上記の
固定部材６、支持軸７、伸縮ベローズ８によって対向電
極対２を支持する電極支持部材１２が構成されている。

【００３１】また、上記同様、固定部材９は伸縮ベロー
ズ８内に移動可能に内設された支持軸１０に支持されて
おり、且つ、固定部材９とベース１４とは導電性の伸縮
ベローズ１１によって短絡されている。上記の固定部材
９、支持軸１０、伸縮ベローズ１１によって対向電極対
３を支持する電極支持部材１３が構成されている。ま
た、上記支持軸１０は上記縮駆動機構４に駆動されて軸
心方向に移動される。

【００３２】尚、伸縮ベローズ８・１１の真空側表面に
は高周波電流が流れて昇温する。そこで、図２に示すよ
うに、真空容器１およびベース１４を貫通して伸縮ベロ
ーズ８・１１内部へ冷却液を導入する導入管１５、およ
び冷却液を導出する導出管１６が設けられて、伸縮ベロ
ーズ８・１１の内部を冷却液が循環してこれらの昇温を
抑制するようになっている。

【００３３】上記４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加速器５は、
２対の対向電極対２・３が電極間のキャパシタンスと、
電極支持部材１７・１８のインダクタンスとで結合され
た共振器となる。

【００３４】そして、高周波電源２７（図４参照）から
対向電極対２・３に所定周波数の高周波電力を供給し、
これらの電極中心軸上に４重極電場ができるように共振
させることにより、電極中心を通過するイオンが所定エ
ネルギーまで加速される。本実施例の高周波電源２７は
周波数可変型のものである。

【００３５】ところで、電極支持部材１７・１８のイン
ダクタンスは、これらの間隔等他の条件を一定にすれ
ば、これらの長さＨ（対向電極対２・３とベース１４と
の間隔）によって変化する。

【００３６】従って、本実施例の４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線
形加速器５の場合、伸縮駆動機構４により支持軸７を軸
心方向に移動させて電極支持部材１７・１８の長さＨを
調整することによって、共振周波数をその構造によって
決まる所定の周波数帯内で任意に設定できる。

【００３７】尚、ＲＦＱ型線形加速器における加速エネ
ルギーは、一般に、イオン種や高周波電力のパワー等の
条件を一定にすると、共振周波数の２乗に比例する。従
って、上記のようにして共振周波数を変化させると共
に、供給する高周波電力の周波数もそれに対応させて変
化させることにより、イオンの加速エネルギーを広範囲
に変化させることができる。

【００３８】上記のように、本実施例の４Ｒｏｄ−ＲＦ
Ｑ型線形加速器５は、簡単な機構で容易にイオンの加速
エネルギーを変化させることができる。また、伸縮駆動
機構４が大気側に具備されているため、真空雰囲気中に
ゴミを発生させることがなく、加速器の信頼性は高く、
さらに、電極２ａ・２ｂ・３ａ・３ｂの冷却機構（図示
せず）の簡素化が図れ、メンテナンスを容易に行うこと
ができる。

【００３９】尚、本実施例の４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加
速器５は、ベース１６が真空容器１の底面部に固着され
る構造のものであるが、ベース１６が真空容器１の真空
壁の一部になっている構造のものであってもよい。この
場合、支持軸７・１０と真空容器１との間の真空シール
が不要となり、支持軸７・１０とベース１４との間の液
漏防止シールを行うだけでよく、構造がより簡素化され
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明の高周波４重極型線形加速器は、
以上のように、電極支持部材は、対向電極対を固定する
導電性の固定部材と、固定部材と導電性のベースとを短
絡する伸縮自在の導電性の伸縮ベローズと、上記伸縮ベ
ローズ内に内設されて上記固定部材を支持すると共に、
上記ベースを貫通して真空雰囲気外へと延びる軸心方向
に可動な支持軸とを有している構成である。

【００４１】それゆえ、上記支持軸を軸心方向に移動さ
せて電極支持部材の長さを調整することによって、共振
周波数が変化し、被加速粒子の加速エネルギーを変化さ
せることができる。

【００４２】また、支持軸を動かして電極支持部材の長
さを調整する駆動機構を真空雰囲気外に設けることがで
きるので、真空雰囲気中にゴミを発生させることがなく
装置の信頼性が高いと共に、電極等の真空雰囲気内の部
材を冷却するための機構を簡素化することができ、メン
テナンス性にも優れている等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、４Ｒｏｄ
−ＲＦＱ型線形加速器の概略の縦断面図である。

【図２】図１における電極支持部材の拡大図である。

【図３】上記４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加速器が適用され
ているイオン注入装置の一例を示す概略構成図である。

【図４】従来例を示すものであり、４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型
線形加速器の概略の縦断面図である。

【符号の説明】

２・３ 対向電極対 ５ ４Ｒｏｄ−ＲＦＱ型線形加速器 ６・９ 固定部材 ７・１０ 支持軸 ８・１１ 伸縮ベローズ １２・１３ 電極支持部材 １４ ベース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空雰囲気内を通過する被加速粒子の通過
   経路のまわりに配置され、対角線上に対向する２対の対
   向電極対と、導電性のベースに設けられて上記対向電極
   対を各々支持する電極支持部材とを備えている高周波４
   重極型線形加速器において、 上記電極支持部材は、上記対向電極対を固定する導電性
   の固定部材と、上記固定部材と上記ベースとを短絡する
   伸縮自在の導電性の伸縮ベローズと、上記伸縮ベローズ
   内に内設されて上記固定部材を支持すると共に、上記ベ
   ースを貫通して真空雰囲気外へと延びる軸心方向に可動
   な支持軸とを有していることを特徴とする高周波４重極
   型線形加速器。