JPH0757898A

JPH0757898A - 高周波型荷電粒子加速装置

Info

Publication number: JPH0757898A
Application number: JP19840593A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujisawa; 博藤沢
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【構成】第１高周波４重極型線形加速器７と、第２高
周波４重極型線形加速器８と、ビームのエネルギーを可
変する後段高周波加速器９とが、ビーム入射側からこの
順に設けられている。第２高周波４重極型線形加速器８
に供給する電力を強弱２段階に切り替えることにより、
第２高周波４重極型線形加速器８を加速管として働かせ
るか、単なるレンズとして働かせるかを切り替える。【効果】後段高周波加速器９へ入射されるビームのエ
ネルギーが２段階に切り替え可能となり、装置の長さが
短くても、エネルギー可変幅を広くするすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギーのイオン
等の荷電粒子を照射対象物に照射してイオン注入や表面
改質等を行う装置に供される高周波型加速装置に関する
ものである。

【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、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。これは、Ｃ−ＭＯＳ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後書込み等を、高
エネルギーイオン注入で行う利点が明らかになってきた
ためである。

【０００４】上記高エネルギーイオン注入装置の一つ
に、図２に示すように、イオン加速手段として高周波４
重極型線形加速器（以下、ＲＦＱ加速器と称する）５６
を用いたものがある。上記高エネルギーイオン注入装置
は、イオン源物質をイオン化してビームとして引き出す
イオン源５２、質量分析により所望のイオンのみを選択
的に取り出す分析マグネット５３、イオンビームをシャ
ープに整形するレンズ５４、および上記各部位５２〜５
４に電力を供給する高電圧電源５５を有するイオンビー
ム発生部５１を備えている。そして、このイオンビーム
発生部５１の後段に上記ＲＦＱ加速器５６が設けられ、
イオンビーム発生部５１から出射されたイオンがＲＦＱ
加速器５６により所定のエネルギーまで加速されるよう
になっている。

【０００５】上記ＲＦＱ加速器５６は、真空チャンバ５
６ａ内にモジュレーション（波）を有する４重極電極５
６ｂを備えている。また、上記ＲＦＱ加速器５６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。上記ＲＦＱ加速器
５６に、図示しない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ることにより、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、ビーム入射部
でバンチされたビームが集束されながら加速される。

【０００６】尚、上記ＲＦＱ加速器５６では、その共振
周波数が、その構造によって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
という欠点がある。この解決法として、ＲＦＱ加速器５
６の後段に高周波加速器（以下、後段ＲＦ加速器）５７
が付加されている。即ち、上記ＲＦＱ加速器５６から出
射された所定エネルギーのビームを、後段ＲＦ加速器５
７でさらに加速、あるいは減速して、所望のエネルギー
に調整するのである。上記後段ＲＦ加速器５７として
は、例えば、真空容器５７ａ内にドリフトチューブ５７
ｂを備えた２ギャップのλ／４共振器を用いることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の場合、ビー
ムのエネルギー可変幅は、上記後段ＲＦ加速器５７の構
成および特徴で決まる。よりエネルギー可変幅を広くし
ようとする場合、複数の後段ＲＦ加速器を多段につなぐ
ことが考えられるが、これでは加速部全体の長さが長く
なってしまい装置の大型化を招来するという問題があ
る。

【０００８】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、小型でエネルギー可変幅の広い高周波
型荷電粒子加速装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波型荷電粒
子加速装置は、荷電粒子ビームの通過経路のまわりに配
置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力
の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して
加速する第１高周波４重極加速手段と、上記第１高周波
４重極加速手段よりも後段に配置され、高周波電源より
高周波電力の供給を受けて共振し、荷電粒子ビームのエ
ネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えている
ものであって、上記の課題を解決するために、以下の手
段が講じられていることを特徴とするものである。

【００１０】即ち、上記高周波型荷電粒子加速装置は、
上記第１高周波４重極加速手段と後段高周波加速手段と
の間に配置され、荷電粒子ビームの通過経路のまわりに
配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電
力の供給を受けて共振する第２高周波４重極加速手段
と、上記第２高周波４重極加速手段で荷電粒子ビームの
加速が行われるように、第２高周波４重極加速手段に所
定の加速電力を供給するか、第２高周波４重極加速手段
で荷電粒子ビームの加速が行われないように、第２高周
波４重極加速手段に上記加速電力よりも弱い非加速電力
を供給するかを切り替える供給電力切り替え手段とを備
えている。

【００１１】

【作用】上記の構成によれば、第１高周波４重極加速手
段と後段高周波加速手段との間に第２高周波４重極加速
手段が設けられており、該第２高周波４重極加速手段へ
供給する高周波電力の強さを、供給電力切り替え手段に
より切り替えることによって、後段高周波加速手段に入
射されるビームのエネルギーを２段階に切り替え可能に
なっている。

【００１２】例えば、第２高周波４重極加速手段に所定
の加速電力が供給されると、第１高周波４重極加速手段
で所定エネルギーまで加速された荷電粒子ビームが第２
高周波４重極加速手段でさらに所定エネルギーまで加速
される。一方、第２高周波４重極加速手段に、上記加速
電力よりも弱い非加速電力が供給されると、第２高周波
４重極加速手段のビーム通過経路には、ビーム進行方向
と直角な方向に４重極電界が形成されるものの、その電
界強度が弱く、ビームはこの電界により集束はされるが
加速はされない。この場合、第２高周波４重極加速手段
は、単にレンズとしてのみ働き、第２高周波４重極加速
手段からは、第１高周波４重極加速手段で加速されたエ
ネルギーのままのビームが出射される。

【００１３】そして、後段高周波加速手段は、２段階の
ビームエネルギーに対して、所定の可変幅でエネルギー
を調整できるので、全体的なエネルギー可変幅は非常に
広くなる。

【００１４】このように、後段高周波加速手段を多段接
続するのではなく、後段高周波加速手段に入射されるビ
ームエネルギーを第２高周波４重極加速手段で２段階調
整することにより、装置の長さが短くても、エネルギー
可変幅を広くするすることができる。

【００１５】また、第２高周波４重極加速手段でビーム
の加速を行わないときでも、僅かな非加速電力を供給す
ることにより、第２高周波４重極加速手段をレンズとし
て働かせているので、ビームの発散を防止でき、ビーム
の輸送効率の低下を招くこともない。

【００１６】

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

【００１７】本実施例に係る高周波型荷電粒子加速装置
としての高周波型イオン加速装置（以下、ＲＦ加速装置
と称する）は、高エネルギーイオン注入装置に用いられ
るものであり、図１に示すように、高エネルギーイオン
注入装置のイオンビーム発生部１の後段に設置されてい
る。

【００１８】上記イオンビーム発生部１は、イオン源物
質をイオン化してビームとして引き出すイオン源２、質
量分析により所望のイオンのみを選択的に取り出す分析
マグネット３、ＲＦ加速装置６へ入射するビーム量の効
率を高めるためにイオンビームをシャープに整形するレ
ンズ４、および上記各部位２〜４に電力を供給する高電
圧電源部５を有している。

【００１９】上記ＲＦ加速装置６は、第１高周波４重極
加速手段としての第１高周波４重極型線形加速器（以
下、第１ＲＦＱ加速器と称する）７と、この第１ＲＦＱ
加速器７の後段に配置される第２高周波４重極加速手段
としての第２高周波４重極型線形加速器（以下、第２Ｒ
ＦＱ加速器と称する）８と、この第２ＲＦＱ加速器８の
後段に配置される後段高周波加速手段としての後段高周
波加速器（以下、後段ＲＦ加速器）９とから構成されて
いる。

【００２０】上記第１ＲＦＱ加速器７は、真空チャンバ
７ａ内に設けられて荷電粒子ビームとしてのイオンビー
ムの通過経路のまわりに配置された４重極電極７ｂを備
えている。この４重極電極７ａにおける各電極の対向面
には、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界を形
成するためのモジュレーション（波）が形成されてい
る。上記第１ＲＦＱ加速器７のビーム入射部側には、ビ
ームを加速し易いように集群（バンチ）するバンチ部が
形成されており、このバンチ部以降の部分が加速部とな
っている。

【００２１】上記第２ＲＦＱ加速器８は、真空チャンバ
８ａ内に設けられてイオンビームの通過経路のまわりに
配置された４重極電極８ｂを備えている。この４重極電
極８ａにおけるの各電極の対向面には、イオンの進行方
向と直角な方向に４重極電界を形成するためのモジュレ
ーションが形成されている。この第２ＲＦＱ加速器８に
は、上記第１ＲＦＱ加速器７でバンチされたバンチ構造
のビームが入射されるので、第１ＲＦＱ加速器７で必要
であったバンチ部が不要であり、その長さは第１ＲＦＱ
加速器７よりも短くなっている。この第２ＲＦＱ加速器
８は、第１ＲＦＱ加速器７の加速部と同様の構成であ
る。この第２ＲＦＱ加速器８は、ビームのエネルギー可
変幅を増大するため、後述のように、通常の加速管とし
て用いるか、それとも単なる輸送管としてのみ用いるか
を切り替えて使用する。

【００２２】上記後段ＲＦ加速器９は、真空チャンバ９
ａ内に共振波長λの１／４倍の長さを有する導体９ｂを
備え、導体９ｂの一端をショート、他端にビーム通過孔
を有するドリフトチューブ９ｃを形成した２ギャップの
λ／４共振器であり、導体９ａを渦巻き状にしたスパイ
ラルレゾネータと呼称されるものである。

【００２３】また、上記ＲＦ加速装置６は、上記第１Ｒ
ＦＱ加速器７、第２ＲＦＱ加速器８、後段ＲＦ加速器９
にそれぞれ高周波電力を供給する高周波電源１０を備え
ている。また、上記高周波電源１０は、上記第２ＲＦＱ
加速器８へ供給する高周波電力の強弱を調節することが
できる供給電力調節部（供給電力切り替え手段）１０ａ
を有している。

【００２４】上記の構成において、ＲＦ加速装置６の動
作を以下に説明する。

【００２５】ＲＦ加速装置６の第１ＲＦＱ加速器７に
は、高周波電源１０より所定周波数の高周波電力が供給
されており、該第１ＲＦＱ加速器７内のイオンビーム通
過経路には、ビーム進行方向と直角な方向に４重極電界
が形成されている。イオンビーム発生部１から出射され
たイオンビームは、先ず、この第１ＲＦＱ加速器７に入
射し、該第１ＲＦＱ加速器７のバンチ部でバンチされ
る。即ち、イオンの位相が所定範囲内なるように揃えら
れる。そして、バンチ部でバンチされたビームが、上記
４重極電界により集束されながら加速される。

【００２６】上記第１ＲＦＱ加速器７で所定エネルギー
に加速されたビームは、上記第２ＲＦＱ加速器８に入射
される。この第２ＲＦＱ加速器８では、高周波電源１０
の供給電力の強弱を２段階（例えば、２０ｋＷと１ｋ
Ｗ）に切り替えることにより、ビームの加速を行うか否
かを選択できる。

【００２７】即ち、上記第２ＲＦＱ加速器８に、高周波
電源１０から通常の電力（加速電力）が供給された場
合、第２ＲＦＱ加速器８は、第１ＲＦＱ加速器７で加速
されたビームをさらに所定のエネルギーまで加速するこ
とになる。一方、上記第２ＲＦＱ加速器８に、周波電源
１０から通常の電力よりも弱い（例えば、通常の電力の
１／１０〜１／２０程度）電力（非加速電力）が供給さ
れた場合、第２ＲＦＱ加速器８内のイオンビーム通過経
路には、ビーム進行方向と直角な方向に４重極電界が形
成されるものの、その電界強度が弱く、ビームはこの電
界により集束はされるが加速はされない。

【００２８】即ち、通常の電力供給を受けた第２ＲＦＱ
加速器８は、４重極電極８ｂ１セル（モジュレーション
の山と谷との間）でバンチ構造のビームを所定のエネル
ギーに加速し、次のセルでそのビームをさらに所定のエ
ネルギーまで加速し、以下、セル数だけこれを繰り返し
てビームを高エネルギーに加速するようになっている。
この場合、ビームはセル間を共振周波の１／２周期で移
動する。ところが、第２ＲＦＱ加速器８への供給電力が
少なく、加速器内に形成される電界強度が弱いと、ビー
ムはセル間を共振周波の１／２周期で移動することはで
きず、ビームは各セルを通過しながら加速と減速を繰り
返し、結局、ビームは電界により集束はされるが加速は
されない状態で出射されるのである。即ち、この場合、
第２ＲＦＱ加速器８はレンズとしてだけ働き、単なる輸
送管となる。

【００２９】上記第２ＲＦＱ加速器８で所定エネルギー
に加速されるか、あるいは第１ＲＦＱ加速器７で加速さ
れたエネルギーのまま第２ＲＦＱ加速器８から出射され
たビームは、後段ＲＦ加速器９に入射される。

【００３０】上記後段ＲＦ加速器９では、第２ＲＦＱ加
速器８と後段ＲＦ加速器９との位相関係を１８０°変化
させることにより、２つのギャップｇ₁・ｇ₂において
バンチ構造のビームが加速、または減速される。この後
段ＲＦ加速器９でエネルギーが調整されたイオンビーム
は、照射部にセットされているウェハ等のイオン照射対
象物へ照射される。

【００３１】以上のように、本実施例のＲＦ加速装置６
は、イオンビームの通過経路のまわりに配置された４重
極電極７ｂを備え、高周波電源１０より所定の高周波電
力の供給を受けて所定周波数で共振し、イオンビームを
バンチ（集群）して加速する第１ＲＦＱ加速器７と、上
記第１ＲＦＱ加速器７の後段に配置され、イオンビーム
の通過経路のまわりに配置された４重極電極８ａを備
え、高周波電源１０より高周波電力の供給を受けて所定
周波数で共振する第２ＲＦＱ加速器８と、上記第２ＲＦ
Ｑ加速器８の後段に配置され、高周波電源１０より高周
波電力の供給を受けて共振し、イオンビームのエネルギ
ーを可変する後段ＲＦ加速器９とを備えているものであ
って、高周波電源１０は、上記第２ＲＦＱ加速器８でビ
ームの加速が行われるように、第２ＲＦＱ加速器８に所
定の加速電力を供給するか、第２ＲＦＱ加速器８でビー
ムの加速が行われないように第２ＲＦＱ加速器８に上記
加速電力よりも弱い非加速電力を供給するかを切り替え
る供給電力調節部１０ａを有している構成である。

【００３２】これにより、第２ＲＦＱ加速器８から出射
されるイオンビームのエネルギーを、２段階に切り替え
ることができる。例えば、第１ＲＦＱ加速器７がボロン
イオン（Ｂ⁺）を３０ｋｅＶから５００ｋｅＶに加速す
るとすると、第２ＲＦＱ加速器８に非加速電力（例えば
１ｋＷ）を供給した状態では、第２ＲＦＱ加速器８から
出射されるボロンイオンのエネルギーは、５００ｋｅＶ
のままである。一方、第２ＲＦＱ加速器８に加速電力
（例えば２０ｋＷ）を供給した状態では、例えば、ボロ
ンイオンが５００ｋｅＶから６５０ｋｅＶに加速され、
第２ＲＦＱ加速器８から出射される。

【００３３】そして、第２ＲＦＱ加速器８の後段に設け
られた後段ＲＦ加速器９により、２段階のビームエネル
ギーに対して、所定の可変幅でエネルギーを可変できる
ので、全体的なエネルギー可変幅は非常に広くなる。例
えば、後段ＲＦ加速器９が入射ビームエネルギーに対し
て±１５０ｋｅＶのエネルギー可変能力があるとする
と、第２ＲＦＱ加速器８に非加速電力を供給した状態で
は、後段ＲＦ加速器９から出射されるイオンビームのエ
ネルギーは５００±１５０ｋｅＶとなり、第２ＲＦＱ加
速器８に加速電力を供給した状態では、後段ＲＦ加速器
９から出射されるイオンビームのエネルギーは６５０±
１５０ｋｅＶとなる。即ち、第２ＲＦＱ加速器８の供給
電力を切り替えることにより、３５０ｋｅＶ〜８００ｋ
ｅＶまで連続的にビームエネルギーを可変できることに
なる。

【００３４】従来技術で述べたように、エネルギー可変
幅を広くする方法としては、ＲＦＱ加速器の後段に複数
の後段ＲＦ加速器を多段接続することが考えられるが、
これでは加速部全体の長さが非常に長くなるが、本実施
例のように、第１ＲＦＱ加速器７と後段ＲＦ加速器９と
の間に第２ＲＦＱ加速器８を接続して、後段ＲＦ加速器
９に入射されるエネルギーを２段階に切り替えることに
より、加速部の長さが短くても、エネルギー可変幅を広
くするすることができる。

【００３５】特に、上記第２ＲＦＱ加速器８は、第１Ｒ
ＦＱ加速器７のバンチ部が必要ないので、加速器の長さ
が第１ＲＦＱ加速器７より３割ないし５割程短いものを
使用できる。

【００３６】また、第２ＲＦＱ加速器８でビームの加速
を行わないときでも、僅かな非加速電力を供給すること
により、第２ＲＦＱ加速器８をレンズとして働かせてい
るので、ビームの輸送効率の低下を招くこともない。も
し、ビームの加速を行わないからといって第２ＲＦＱ加
速器８への供給電力を完全に停止してしまうと、同極性
のイオン同士が反発し合うことにより、第２ＲＦＱ加速
器８を通過するに連れてビームが発散し、ビームのバン
チ構造が崩れ、ビームの輸送効率が低下し、ひいてはビ
ーム電流の低下を来すことになる。

【００３７】尚、上記実施例では、高周波型荷電粒子加
速装置を高エネルギーイオン注入装置に適用した例を示
したが、他の装置にも適用可能である。また、上記実施
例では、後段高周波加速手段としてスパイラルレゾネー
タが用いられているが、これに限定されるものではな
く、例えば、ドリフトチューブを複数有し、各ドリフト
チューブ間のギャップで加速を行う構成のドリフトチュ
ーブライナック等の他の高周波加速器を用いることもで
きる。上記実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を
明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限
定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精
神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施する
ことができるものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明の高周波型荷電粒子加速装置は、
以上のように、荷電粒子ビームの通過経路のまわりに配
置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力
の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して
加速する第１高周波４重極加速手段と、上記第１高周波
４重極加速手段よりも後段に配置され、高周波電源より
高周波電力の供給を受けて共振し、荷電粒子ビームのエ
ネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えている
ものであって、上記第１高周波４重極加速手段と後段高
周波加速手段との間に配置され、荷電粒子ビームの通過
経路のまわりに配置された４重極電極を備え、高周波電
源より高周波電力の供給を受けて共振する第２高周波４
重極加速手段と、上記第２高周波４重極加速手段で荷電
粒子ビームの加速が行われるように、第２高周波４重極
加速手段に所定の加速電力を供給するか、第２高周波４
重極加速手段で荷電粒子ビームの加速が行われないよう
に、第２高周波４重極加速手段に上記加速電力よりも弱
い非加速電力を供給するかを切り替える供給電力切り替
え手段とを備えている構成である。

【００３９】それゆえ、第２高周波４重極加速手段へ供
給する高周波電力の強さを、供給電力切り替え手段によ
り切り替えることによって、後段高周波加速手段に入射
されるビームのエネルギーを２段階に切り替え可能とな
り、装置の長さが短くても、エネルギー可変幅を広くす
るすることができるという効果を奏する。

【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、高周波型
イオン加速装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の
要部の構成を示す概略構成図である。

【図２】従来例を示すものであり、高周波型イオン加速
装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の要部の構成
を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１イオンビーム発生部６高周波型イオン加速装置７第１高周波４重極型線形加速器（第１高周波４重
極加速手段）７ｂ４重極電極８第２高周波４重極型線形加速器（第２高周波４重
極加速手段）８ｂ４重極電極９後段高周波加速器（後段高周波加速手段）１０高周波電源１０ａ供給電力調節部（供給電力切り替え手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームの通過経路のまわりに配置
された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の
供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加
速する第１高周波４重極加速手段と、上記第１高周波４重極加速手段よりも後段に配置され、
高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、荷電
粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周波加速手段
とを備えている高周波型荷電粒子加速装置において、上記第１高周波４重極加速手段と後段高周波加速手段と
の間に配置され、荷電粒子ビームの通過経路のまわりに
配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電
力の供給を受けて共振する第２高周波４重極加速手段
と、上記第２高周波４重極加速手段で荷電粒子ビームの加速
が行われるように、第２高周波４重極加速手段に所定の
加速電力を供給するか、第２高周波４重極加速手段で荷
電粒子ビームの加速が行われないように、第２高周波４
重極加速手段に上記加速電力よりも弱い非加速電力を供
給するかを切り替える供給電力切り替え手段とを備えて
いることを特徴とする高周波型荷電粒子加速装置。