JPH07211497A - 減速管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン源で発生したイオンビ−ムは加速し
て、高速ビ−ムとして輸送し、減速管で減速してタ−ゲ
ットに照射する。低エネルギ−のイオンビ−ムをタ−ゲ
ットに当てようとする場合は減速管でイオンビ−ムを強
く減速しなければならない。すると空間電荷効果のため
に、ビ−ムが強く発散する。発散を押さえ所望のビ−ム
プルフィルを得ることのできる減速管を与えることが目
的である。 【構成】 初めに減速、ついで加速、最後に減速という
ように、減速、加速、減速の三段階のエネルギ−の調整
を行なう。初めの減速は、最終ビ−ムエネルギ−の数十
倍の程度とする。このときはビ−ム形状が乱れない。加
速でビ−ムを収束させる。パラメ−タが二つあってビ−
ムの形状を制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、低エネルギ−イオン
注入装置或いは低エネルギ−イオン薄膜形成装置の減速
管に関する。イオンを用いて物質の特性を改変すること
ができる。イオン注入装置は、イオンを注入することに
より半導体等の電気的特性を変える。またイオンのエネ
ルギ−が低い場合は、薄膜形成に用いることもできる。
イオンビ−ムのエネルギ−が数百ｋｅＶの場合は、高エ
ネルギ−のビ−ムである。低エネルギ−というのは大体
１ｋｅＶ以下のものを言うが人により場合により定義が
変わる。ここでは数百ｅＶ〜数十ｅＶのものを言う。

【０００２】イオンビ−ムを生成するためにはイオン源
が必要である。これは、原料ガスをチャンバに導入し、
放電によりガスを励起しプラズマとし、電極の作用で引
き出すものである。ビ−ムと被処理物の間が離れている
ときは、ビ−ム輸送系が必要である。イオン源からデ−
タイオンビ−ムを加速管で加速し、自由飛行させ、減速
管で減速してから、被処理物に照射する。

【０００３】

【従来の技術】イオンビ−ムを輸送するためには、まず
加速し高速のビ−ムにしてから輸送し、直前で減速し低
エネルギ−のビ−ムとして被処理物に照射する。イオン
ビ−ムは荷電粒子であるので互いにク−ロン斥力を及ぼ
し合う。ために常に発散する傾向にある。高速で走行し
ているとか、微小電流である場合はク−ロン斥力よりも
運動エネルギ−が優越するので発散は弱い。このために
ビ−ムの輸送系ではビ−ムを高速にするのである。しか
し、電流が大きいとか、低速ビ−ムの場合はク−ロン斥
力の作用が優越するから発散が著しくなる。

【０００４】減速管は、高速で飛行してきたイオンビ−
ムを減速するので、発散の問題が深刻になる。ビ−ムの
速度が急に減衰し運動エネルギ−が減る。しかも空間電
荷密度が増えるからク−ロン斥力の強度が増大する。た
めにビ−ムプロフィルが崩れやすい。一般に半径方向に
拡がったビ−ムとなる。

【０００５】従来の減速管は、負の高圧の電極、さらに
高い負の高圧の電極と、接地電極より成っている。図３
の従来例に係る減速管の概略構造を示す。例えば第１の
電極に−２０ｋｅＶ、次の電極に−２５ｋｅＶ、接地電
極に０Ｖの電圧を印加する。第１と第２の電極の間で、
イオンビ−ムが加速される。一旦加速してから接地電極
により減速する。このように減速管は加速＋減速の作用
を組み合わせたものである。一旦加速するのはビ−ムを
整形するためである。空間電荷密度が小さくなりビ−ム
が収束する傾向を持つようになる。その後減速して所望
の低エネルギ−のビ−ムにする。

【０００６】しかしこのような減速管は、第２の電極と
接地電極（第３電極）の間で急に減速するので、ビ−ム
が急に拡がる。一部のイオンビ−ムが逆流することもあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】イオン源で発生したイ
オンビ−ムは一旦加速管によって高エネルギ−のビ−ム
にしてから輸送する。これは途中に質量分離装置を設け
る場合に分解能を上げるという効果がある。なによりも
大電流の場合に、空間電荷密度を下げて、空間電荷効果
による発散を抑制するために高速のビ−ムとするのが望
ましい。

【０００８】ところが被処理物に照射する時には低エネ
ルギ−のビ−ムとなっていなければならない。このため
に減速管で所望の低エネルギ−まで減速するのである。
電流が小さい場合はビ−ムの発散があまり問題にはなら
ない。しかし処理能力を上げるために大電流のイオンビ
−ムを利用したいという要求がある。大電流のビ−ムの
場合、従来のように加速＋減速の組合せでは、減速領域
でのビ−ムの発散が強くて所望のビ−ムプロフィルを得
ることができない。

【０００９】図４は先に本出願人が提案（特願平４−２
１６４３６号：平成４年７月２１日出願）した減速管の
構造を示す。これは４つの電極を用いる。第１の電極に
例えば−２０ｋｅＶ、第２の電極に例えば−２５ｋｅ
Ｖ、第３の電極に例えば＋１ｋｅＶを印加する。第４の
電極は接地電極である。第３の電極は正電位であるから
ビ−ムを側方から中心に向かって押さえ込む作用があ
り、ビ−ムの戻りを防止できる。第３の電極をレンズ電
極と呼ぶが、これはビ−ムの発散を抑止し、逆流を防ぐ
作用がある。しかし、より大電流のイオンビ−ムの場合
は、接地電極の直前に挿入されたレンズ電極だけでは発
散を防ぐことができない。

【００１０】接地電極を除き、接地されたタ−ゲットを
レンズ電極の背後に置くようにした配管を図５に示す。
タ−ゲット自体が接地電極の役割を果たす。この場合も
大電流であるとビ−ムが拡がってしまう。大電流で、低
エネルギ−のイオンビ−ムを必要とする場合において、
ビ−ムの形状を任意に整形できる減速管を提供すること
が本発明の目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の減速管は、初め
に減速し、次に加速し、さらに減速する。つまり初めに
減速の課程を付け加える。本発明のイオンビ−ムに対す
る作用を簡単に書くと、減速＋加速＋減速となる。この
ために電極を一つ増やす必要がある。電源も一つ増やす
必要がある。しかし電源は、抵抗分圧により他の負電圧
を作り出すことができるので、新たな電源を省くことも
できる。

【００１２】

【作用】初めの輸送時のエネルギ−を数百〜数十ｋｅＶ
の程度とする。これを最終的に減速管により１００ｅＶ
まで減速するとする。本発明では、最終エネルギ−の数
十倍である数ｋｅＶの程度まで、初めに減速する。この
減速は穏やかな減速である。だからビ−ムの形状もそれ
ほど崩れない。ついでこのビ−ムを加速する。加速はビ
−ムを収束させる作用があるので、ビ−ムのプロフィル
が整う。これが再び減速されて所望のエネルギ−のビ−
ムになる。減速によりビ−ムが拡がるが、初めに減速し
てビ−ムの形状を変化させ、加速によりさらに形状を変
化させるので、パラメ−タが一つ増えるのである。初め
のビ−ムのエネルギ−と、最終的な低いビ−ムエネルギ
−が決まっているが、従来のように加速＋減速である
と、自由に設定できるパラメ−タは加速エネルギ−Ａだ
けである。

【００１３】本発明は初め減速し、加速しさらに減速す
るので、自由に設定できるパラメ−タは減速エネルギ−
Ｄと加速エネルギ−Ａの二つになる。ＤとＡの調整によ
って、任意の入射エネルギ−、最終エネルギ−のイオン
ビ−ムに対して最適のビ−ムプロフィルを形成すること
ができる。

【００１４】

【実施例】図１により本発明の実施例に係る減速管を説
明する。これは負の高位電極ａと、減速電極ｂ、サプレ
ス電極ｃ、レンズ電極ｄ等よりなる。これらの終点にタ
−ゲットｅが設置される。電極の電位分布が図１の下方
に示される。負の高位電極は、負の高電圧が印加されて
いる。減速電極ｂが新規であるが、これには負のより小
さい電圧が印加されている。サプレス電極ｃは負の高電
圧が印加されている。レンズ電極ｄは低電圧が印加され
る。タ−ゲットｅは接地されている。

【００１５】図２に全行程での電圧分布を示す。イオン
源では低い電圧Ｕ、Ｖが印加される。これはタ−ゲット
に打ち込むときのイオンのエネルギ−に、ほぼ等しい。
イオン源ではイオンを引き出し、イオンに数十ｋｅＶの
エネルギ−を与えるイオン引出し系がある。これが電圧
分布のＶ、Ｘ、Ｙの部分である。長い輸送部を一定の運
動エネルギ−で走行する。これが減速管に入る。

【００１６】減速管では、ｂがａよりも電圧が高い（負
電圧で絶対値が小さい）ので、負の高電位電極ａ、減速
電極ｂの間で減速される。減速電極ｂの電圧は数ｋｅＶ
〜数百ｋｅＶの程度である。この減速によりビ−ムのプ
ロフィルが著しく変化しない。実際は最終ビ−ムエネル
ギ−によって、減速電極の電圧を加減すると良い。

【００１７】しかし減速電極ｂとサプレス電極ｃの間で
は、ビ−ムが加速される。加速されることによりビ−ム
の形が整形される。そして、サプレス電極ｃの後ではタ
−ゲットｅがありこれが接地電位である。レンズ電極は
低電圧を加えるがこれによりビ−ムの拡がりが押さえら
れる。レンズ電極の電位はサプレス電極より大きい。最
大は、正の１０ｋｅＶの程度である。但し、ビ−ム中の
電位が、イオンの出発点であるイオン源の電位（Ｕ、
Ｖ）よりも小さくなる必要がある。レンズ電極ｄは省く
こともできる。

【００１８】

【発明の効果】低エネルギ−のビ−ムを得ようとする
と、高速にしたビ−ムを減速して低速のビ−ムにしなけ
ればならない。減速の課程でビ−ムが拡がる。大電流で
あると拡がりが著しい。従来の減速管は加速と減速の組
合せによりビ−ムの拡がりを防止しようとしていた。し
かし大電流の場合は不完全である。本発明は、減速管内
に初めに減速領域を設ける。減速してから加速しさらに
減速する。減速と加速の作用により、高エネルギ−入射
イオンの整形を可能とする。一般に減速管までの大電流
の輸送のためには、高エネルギ−輸送が必要であるが、
その場合でも、一度減速領域を設けることにより、整形
された低エネルギ−イオンビ−ムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の減速管の電極構造を示す概略断面図。

【図２】イオンビ−ムの発生、輸送、減速、タ−ゲット
照射の全行程における電極の電位変化を示す概略図。

【図３】従来の減速管の概略図。

【図４】本出願人の先願に係る特願平４−２１６４３６
号の減速管の概略図。

【図５】特願平４−２１６４３６号の減速管の後にタ−
ゲットを直接に置いたものを示す概略図。

【符号の説明】

１ 負の高電位電極 ２ サプレス電極 ３ レンズ電極 ４ レンズ電極 ５ タ−ゲット ａ 負の高電位電極 ｂ 減速電極 ｃ サプレス電極 ｄ レンズ電極 ｅ タ−ゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０５Ｈ 5/00 9014−2Ｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速で入射したイオンビ−ムを低速にし
   てタ−ゲットに照射するための減速管であって、負の高
   電位電極と、これより絶対値の小さい負の電圧を印加し
   た減速電極と、減速電極よりも絶対値の大きい負電圧を
   印加したサプレス電極とをこの順に含み、減速電極によ
   り初めにビ−ムを減速し、ついでサプレス電極により加
   速し、さらに接地されたタ−ゲットにより減速するよう
   にしたことを特徴とする減速管。
2. 【請求項２】 高速で入射したイオンビ−ムを低速にし
   てタ−ゲットに照射するための減速管であって、負の高
   電位電極と、これより絶対値の小さい負の電圧を印加し
   た減速電極と、減速電極よりも絶対値の大きい負電圧を
   印加したサプレス電極と、レンズ電極をこの順に含み、
   減速電極により初めにビ−ムを減速し、ついでサプレス
   電極により加速し、レンズ電極でビ−ムを収束させ、さ
   らに接地されたタ−ゲットにより減速するようにしたこ
   とを特徴とする減速管。