JPH08138894A - High frequency charge particle accelerator - Google Patents

High frequency charge particle accelerator

Info

Publication number
JPH08138894A
JPH08138894A JP27785394A JP27785394A JPH08138894A JP H08138894 A JPH08138894 A JP H08138894A JP 27785394 A JP27785394 A JP 27785394A JP 27785394 A JP27785394 A JP 27785394A JP H08138894 A JPH08138894 A JP H08138894A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
accelerator
ion
ion beam
rfq accelerator
rfq
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP27785394A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3341497B2 (en
Inventor
Hiroshi Fujisawa
博 藤澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP27785394A priority Critical patent/JP3341497B2/en
Publication of JPH08138894A publication Critical patent/JPH08138894A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3341497B2 publication Critical patent/JP3341497B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To hardly cause diffusion due to spatial charge of beam itself. CONSTITUTION: An electron suppressor electrode 9 is installed near a beam coming inlet of a RFQ accelerator 6 and it becomes potential barrier to captured electrons in ion beam and thus electrons are prevented from being separated from the ion beam and being sucked to the RFQ accelerator 6. Consequently, in the upper stream side of the RFQ accelerator 6, electrons stay in the ion beam and the ion beam can be kept electrically neutral.

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
入や表面改質等を行う装置に供され、高周波電力を受け
て共振し、電界により荷電粒子を加速する高周波型荷電
粒子加速器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency charged particle accelerator for use in an apparatus for high-energy ion implantation, surface modification, etc., which resonates when receiving high-frequency power and accelerates charged particles by an electric field. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】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。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、R
OM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。
2. Description of the Related Art An ion implantation apparatus is an important apparatus for manufacturing integrated circuits at present, because it can control the impurities that determine the characteristics of the device in a semiconductor process to an arbitrary amount and depth with good controllability. In recent years, semiconductor device makers have been increasingly required to have high-energy MeV class ion implanters. This is the formation of retrograde wells in the C-MOS device manufacturing process, R
This is because the advantages of performing high energy ion implantation for post-OM writing and the like have become clear.

【0003】上記高エネルギーイオン注入装置の一つ
に、図3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(Radio Frequency Qu
adrupole)加速器と称する)56を用いたものがある。
この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、磁界を
用いた質量分析法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
整形する収束レンズ系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部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R
FQ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。
As shown in FIG. 3, one of the above high-energy ion implanters uses a high frequency 4 as an ion accelerating means.
A quadrupole linear accelerator (hereinafter RFQ (Radio Frequency Qu
There is one using an adrupole) 56).
This high-energy ion implanter ionizes an ion source material and extracts it as a beam, an ion source 52, an analysis magnet 53 that selectively extracts only desired ions by mass spectrometry using a magnetic field, and sharply shapes the ion beam. Converging lens system 54 and each of the above parts 52 to 5
4 is provided with an ion beam generator 51 having a high-voltage power supply 55 for supplying electric power. Then, the RFQ accelerator 56 is provided at the subsequent stage of the ion beam generator 51, so that the ions emitted from the ion beam generator 51 are R
The FQ accelerator 56 accelerates to a predetermined energy.

【0004】上記RFQ加速器56は、真空チャンバ5
6a内に4重極電極56bを備えている。この4重極電
極56bの対向面にはモジュレーションが形成され、ま
た、該4重極電極56bのビーム入射部付近には、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することに
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。
The RFQ accelerator 56 includes a vacuum chamber 5
A quadrupole electrode 56b is provided in 6a. Modulation is formed on the facing surface of the quadrupole electrode 56b, and a bunch portion for bunching is formed near the beam entrance portion of the quadrupole electrode 56b so as to facilitate beam acceleration. There is. By supplying high-frequency power of a predetermined frequency from a high-frequency power source (not shown) to the RFQ accelerator 56, a quadrupole electric field is formed in a direction perpendicular to the traveling direction of the ions, and the bunched beam is focused at the beam entrance portion. While being accelerated.

【0005】上記RFQ加速器56で加速されたビーム
は、エネルギーフィルタ57にて所望のエネルギーを持
つイオンのみが選別され、エンドステーション58にセ
ットされた図示しない半導体ウエハ等のイオン注入対象
物に照射される。
In the beam accelerated by the RFQ accelerator 56, only an ion having a desired energy is selected by the energy filter 57, and the ion implantation target such as a semiconductor wafer (not shown) set in the end station 58 is irradiated with the ion. It

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】RFQ加速器56への
イオン入射部、すなわちイオン源52からRFQ加速器
56のビーム入射口(以下、単に入口と称する)までの
イオンビーム輸送系は、RFQ加速器56の性能を最大
限に引き出すために正しく設計する必要がある。これ
は、特に、低速でしかも電流量の多いイオンビームを加
速する場合に重要である。
The ion beam transport system from the ion source 52 to the beam entrance of the RFQ accelerator 56 (hereinafter simply referred to as the entrance) is the ion entrance portion of the RFQ accelerator 56. It must be properly designed for maximum performance. This is particularly important when accelerating a low-speed and high-current ion beam.

【0007】上記のようにRFQ加速器56をイオン注
入装置に組み入れて産業利用する場合、加速対象のイオ
ンビームの純度を高める必要があり、このため、質量分
解能の大きな、すなわち曲率半径の大きな分析マグネッ
ト53を使用する必要がある。この結果、イオン源52
からRFQ加速器56の入口までのビーム光学軸の距離
は必然的に長くなってしまう。
When the RFQ accelerator 56 is incorporated into an ion implanter for industrial use as described above, it is necessary to enhance the purity of the ion beam to be accelerated. Therefore, the analysis magnet having a large mass resolution, that is, a large radius of curvature. 53 should be used. As a result, the ion source 52
The distance of the beam optical axis from to the entrance of the RFQ accelerator 56 inevitably becomes long.

【0008】また、イオンビームの速度が比較的高い場
合にはあまり問題にならないが、イオン源52からRF
Q加速器56の入口までのイオンビーム輸送系を通過す
るイオンビームの速度が比較的低い場合(例えば、エネ
ルギーが30keVのB+ ビームの場合)、その空間電
荷効果が無視できなくなる。すなわち、正に帯電したイ
オンが真空中の静止残留ガス(ある程度のエネルギーで
輸送されるイオンビームから見た残留ガスは静止してい
る様に見える)と衝突すると、残留ガスを構成している
原子あるいは分子はイオン化される。この場合、正にイ
オン化されればイオンビームの空間電荷によってはじき
飛ばされ、イオン化にともなって発生した電子はビーム
の正ポテンシャルに捕獲される。この過程が自然に発生
し、正イオンビームが捕獲電子によって電気的に完全に
中和している様な状態を保てば、ビーム自身の空間電荷
による発散は原理的に皆無に抑えることができる。しか
しながら、正イオンビーム中に電子が全くあるいは殆ど
無く、ビームの中和が保たれていない状態になれば、ビ
ーム輸送中にビームが大きく広がってしまう。
Further, when the velocity of the ion beam is relatively high, this is not a serious problem, but from the ion source 52 to RF.
When the velocity of the ion beam passing through the ion beam transport system to the entrance of the Q accelerator 56 is relatively low (for example, in the case of a B + beam having an energy of 30 keV), its space charge effect cannot be ignored. That is, when the positively charged ions collide with a stationary residual gas in a vacuum (the residual gas seen by the ion beam transported with a certain amount of energy appears to be stationary), the atoms forming the residual gas Alternatively, the molecule is ionized. In this case, if the ions are positively ionized, they are repelled by the space charge of the ion beam, and the electrons generated by the ionization are captured by the positive potential of the beam. If this process occurs naturally and the positive ion beam is kept completely neutralized by the trapped electrons, the divergence due to the space charge of the beam itself can in principle be suppressed to zero. . However, if there are no or almost no electrons in the positive ion beam and the neutralization of the beam is not maintained, the beam will spread greatly during beam transportation.

【0009】上記のような正イオンビーム中に電子が全
く(あるいは殆ど)無くなる現象は、以下の理由によ
る。すなわち、ビーム中の捕獲電子のエネルギーは高々
数eVと小さく、いわばふわふわと正イオンビームでつ
くられたポテンシャルの谷の中を行ったり来たりさまよ
っている様なものである。このような状態なので、ビー
ムラインにRFQ加速器56のように原理的に電界加速
型の加速器があると、その加速器の電極電圧がビーム中
の捕獲電子を引っ張り出せる程の強い電界を形成し、電
子はその電界にそってビーム外に全てはき出され、加速
器の電極に激突する。この結果、イオンビームは捕獲電
子を失って電気的中和を完全に乱してしまい、ビーム自
身の空間電荷によって発散するのである。
The phenomenon that the electrons disappear (or almost disappear) in the positive ion beam as described above is due to the following reasons. That is, the energy of the trapped electrons in the beam is as small as a few eV, and it is as if wandering back and forth in the valley of potential created by the fluffy positive ion beam. In such a state, if there is an electric field acceleration type accelerator in principle like the RFQ accelerator 56 in the beam line, the electrode voltage of the accelerator forms a strong electric field enough to pull out trapped electrons in the beam, and Is ejected out of the beam along the electric field and collides with the accelerator electrode. As a result, the ion beam loses the trapped electrons and completely disturbs the electrical neutralization, and diverges due to the space charge of the beam itself.

【0010】この様なRFQ加速器56に起因する空間
電荷効果は、上述したように曲率半径の大きな分析マグ
ネット53を使用することによって長くなってしまった
ビームラインとも関連して、ビームを著しく広げてしま
う。この結果、RFQ加速器56の入口よりもビームの
方が大きくなってしまい、RFQ加速器56へ入射する
ビーム量が低減してしまう。例えば、イオン源52から
RFQ加速器56の入口までの距離が2.5mであり、上
記のようにRFQ加速器56に吸い取られてイオンビー
ム中に電子が全くなくなってしまった場合、そのビーム
径は、RFQ加速器56の入口において、イオン源52
から引き出された直後より4倍にも拡大する。これはビ
ームの電流密度にして1/16の減少となり、RFQ加
速器56で加速できるビーム量は著しく低下する。
The space charge effect caused by the RFQ accelerator 56 as described above is remarkably widened in connection with the beam line lengthened by using the analysis magnet 53 having a large radius of curvature as described above. I will end up. As a result, the beam becomes larger than the entrance of the RFQ accelerator 56, and the amount of the beam entering the RFQ accelerator 56 decreases. For example, when the distance from the ion source 52 to the entrance of the RFQ accelerator 56 is 2.5 m and the electrons are completely removed from the ion beam by the RFQ accelerator 56 as described above, the beam diameter is At the entrance of the RFQ accelerator 56, the ion source 52
It is 4 times larger than immediately after being drawn from. This reduces the beam current density by 1/16, and the beam amount that can be accelerated by the RFQ accelerator 56 is significantly reduced.

【0011】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、加速器入射前のイオンビームの中性化
を妨げることなく、ビームの発散を抑制できる高周波型
荷電粒子加速器を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a high-frequency charged particle accelerator capable of suppressing the divergence of a beam without disturbing the neutralization of the ion beam before entering the accelerator. It is in.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る高周波型荷
電粒子加速器は、ビーム入射口から入射した荷電粒子ビ
ームを電界によって加速するものであって、以下の手段
が講じられていることを特徴としている。
A high-frequency charged particle accelerator according to the present invention accelerates a charged particle beam incident from a beam entrance by an electric field, and has the following means. I am trying.

【0013】すなわち、該高周波型荷電粒子加速器のビ
ーム入射口の近傍に負電位の電子サプレッサ電極が設け
られている。
That is, a negative potential electron suppressor electrode is provided near the beam entrance of the high-frequency charged particle accelerator.

【0014】[0014]

【作用】上記の構成によれば、高周波型荷電粒子加速器
のビーム入射口の近傍には負電位の電子サプレッサ電極
が設置されており、これがイオンビーム中の捕獲電子に
対する電位障壁となり、電子がイオンビームから離れて
高周波型荷電粒子加速器へ吸い込まれるのを防止する。
これにより、高周波型荷電粒子加速器の上流側では、電
子がイオンビーム中にとどまり、イオンビームは電気的
中性を維持することができるので、ビーム自身の空間電
荷による発散は殆ど生じない。
According to the above structure, a negative potential electron suppressor electrode is installed in the vicinity of the beam entrance of the high frequency charged particle accelerator, and this serves as a potential barrier for trapped electrons in the ion beam, and the electrons are ionized. Prevents the high-frequency charged particle accelerator from being drawn away from the beam.
As a result, on the upstream side of the high-frequency charged particle accelerator, the electrons remain in the ion beam and the ion beam can maintain electrical neutrality, so that divergence due to the space charge of the beam itself hardly occurs.

【0015】[0015]

【実施例】本発明の一実施例について図1および図2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. 1 and 2.

【0016】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4重極型線形加速器(以下、RFQ加速
器と称する)は、高エネルギーイオン注入装置に組み込
まれ、図1に示すように、該イオン注入装置のイオンビ
ーム発生部1の後段に設置される。
A high frequency quadrupole linear accelerator (hereinafter referred to as RFQ accelerator) as a high frequency charged particle accelerator according to this embodiment is incorporated in a high energy ion implanter and, as shown in FIG. It is installed in the subsequent stage of the ion beam generator 1 of the ion implanter.

【0017】RFQ加速器6へのイオンビーム入射系を
なす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、磁界を用い
た質量分析法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、RFQ加速器6へ入射するビーム
量の効率を高めるために質量分析後のイオンビームを集
束させる集束レンズ系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。
The ion beam generator 1 forming an ion beam incident system to the RFQ accelerator 6 ionizes an ion source material and extracts it as a beam, and selects only desired ions by mass spectrometry using a magnetic field. Analysis magnet 3 that is selectively taken out, a focusing lens system 4 that focuses the ion beam after mass analysis in order to increase the efficiency of the amount of beam that enters the RFQ accelerator 6, and a high-voltage power supply that supplies power to each of the above parts 2-4. It has a part 5.

【0018】上記イオン源2としては、フリーマン型イ
オン源等の一般的なものを使用できる。上記分析マグネ
ット3は90°偏向二極子電磁石であり、RFQ加速器
6へのビーム入射に際して適正なビーム特性(ビームの
大きさ、広がり具合)が得られるように、六極補正部を
備えている。上記集束レンズ系4は、4つの四極子電磁
石とアインツェルレンズとから構成されている。
As the ion source 2, a general Freeman type ion source or the like can be used. The analyzing magnet 3 is a 90 ° -deflecting dipole electromagnet, and is provided with a sextupole correction unit so that proper beam characteristics (beam size, spread) can be obtained when the beam enters the RFQ accelerator 6. The focusing lens system 4 is composed of four quadrupole electromagnets and an Einzel lens.

【0019】上記RFQ加速器6は、ビーム光学軸の近
傍に加速電場を形成する共振構造をなすものであり、真
空チャンバ6aと、該真空チャンバ6a内に設けられ、
ビーム光学軸のまわりに等間隔で配置された4重極電極
6bとを備えている。この4重極電極6b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が形成されて
いる(各電極の対向面が波状に加工されている)。ま
た、上記4重極電極6bのビーム入射部付近には、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。
The RFQ accelerator 6 has a resonance structure for forming an accelerating electric field in the vicinity of the beam optical axis, and is provided in the vacuum chamber 6a and the vacuum chamber 6a.
And a quadrupole electrode 6b arranged at equal intervals around the beam optical axis. Modulation for forming a quadrupole electric field is formed on the facing surface of each electrode of the quadrupole electrode 6b in a direction perpendicular to the ion traveling direction (the facing surface of each electrode is processed into a wavy shape). ing). In addition, a bunch portion for bunching is formed near the beam incident portion of the quadrupole electrode 6b so as to easily accelerate the beam.

【0020】また、上記RFQ加速器6には、図示しな
い高周波電源より所定周波数の高周波電力が供給される
ようになっている。RFQ加速器6に高周波電力を供給
すれば共振し、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。
Further, the RFQ accelerator 6 is supplied with high frequency power of a predetermined frequency from a high frequency power source (not shown). When high-frequency power is supplied to the RFQ accelerator 6, resonance occurs, a quadrupole electric field is formed in a direction perpendicular to the ion traveling direction, and the bunched beam is accelerated while being focused at the beam entrance portion.

【0021】上記RFQ加速器6のビーム入射口(以
下、単に入口と称する)の近傍には、電源10より負の
サプレッサ電圧が印加されて負電位に保持された電子サ
プレッサ電極9が設けられている。この電子サプレッサ
電極9は、中央にビーム通過孔を有するリング形状の電
極である。この電子サプレッサ電極9は、RFQ加速器
6の入口になるべく近い所に設けられることが望まし
く、絶縁支持部材によって電子サプレッサ電極9の入口
に取り付けられている。この電子サプレッサ電極9は、
RFQ加速器6よりも上流側の空間に存在する電子がR
FQ加速器6に吸い込まれるのを防止する電位障壁とな
る。
An electron suppressor electrode 9 to which a negative suppressor voltage is applied from a power source 10 and which is held at a negative potential is provided in the vicinity of a beam entrance (hereinafter simply referred to as an entrance) of the RFQ accelerator 6. . The electron suppressor electrode 9 is a ring-shaped electrode having a beam passage hole at the center. The electron suppressor electrode 9 is preferably provided as close as possible to the entrance of the RFQ accelerator 6, and is attached to the entrance of the electron suppressor electrode 9 by an insulating support member. This electron suppressor electrode 9 is
The electrons existing in the space upstream of the RFQ accelerator 6 are R
It serves as a potential barrier that prevents the FQ accelerator 6 from being sucked.

【0022】上記RFQ加速器6の下流側には、所望の
エネルギーを持つイオンを選別するエネルギーフィルタ
7と、半導体ウエハ等のイオン注入対象物がセットされ
て注入処理が行われるエンドステーション8とがこの順
に設けられている。
On the downstream side of the RFQ accelerator 6, there are an energy filter 7 for selecting ions having a desired energy, and an end station 8 in which an ion implantation target such as a semiconductor wafer is set and implantation processing is performed. They are provided in order.

【0023】上記の構成において、本RFQ加速器6を
適用した高エネルギーイオン注入装置の動作を以下に説
明する。
The operation of the high energy ion implanter to which the RFQ accelerator 6 of the above structure is applied will be described below.

【0024】イオン源2から電界によって引き出された
正極性のイオンビームは、分析マグネット3にて質量分
析され、特定イオンからなるビームにされた後、集束レ
ンズ系4にて集束されてRFQ加速器6へ入射する。
The positive ion beam extracted by the electric field from the ion source 2 is subjected to mass analysis by the analyzing magnet 3 to be a beam of specific ions, which is then focused by the focusing lens system 4 and then the RFQ accelerator 6 Incident on.

【0025】上記RFQ加速器6の入口側には負電位の
電子サプレッサ電極9が設置されており、これがイオン
ビーム中の捕獲電子に対する電位障壁となり、その電子
がイオンビームから離れてRFQ加速器6の4重極電極
6bへ吸い込まれるのを防止する。これにより、RFQ
加速器6の上流側では、電子がイオンビーム中にとどま
り、イオンビームは電気的中性を維持することができる
ので、ビーム自身の空間電荷による発散が殆ど生じるこ
とはない。この結果、イオンビームは適度に集束された
状態でRFQ加速器6へ入射することになる。
A negative potential electron suppressor electrode 9 is installed on the entrance side of the RFQ accelerator 6, which serves as a potential barrier for trapped electrons in the ion beam, and the electron moves away from the ion beam and the RFQ accelerator 6 4 It is prevented from being sucked into the heavy electrode 6b. This allows RFQ
On the upstream side of the accelerator 6, the electrons remain in the ion beam, and the ion beam can maintain electrical neutrality, so that divergence due to the space charge of the beam itself hardly occurs. As a result, the ion beam enters the RFQ accelerator 6 in a properly focused state.

【0026】この後、RFQ加速器6にて加速されたイ
オンは、エネルギーフィルタ7にて所望のエネルギーを
持つイオンのみが選別され、エンドステーション8にセ
ットされた図示しない半導体ウエハ等のイオン注入対象
物に照射される。
After that, among the ions accelerated by the RFQ accelerator 6, only the ions having a desired energy are selected by the energy filter 7, and the ion implantation target such as a semiconductor wafer (not shown) set in the end station 8 is set. Is irradiated.

【0027】尚、RFQ加速器6のビーム出射口側には
電子サプレッサ電極を設けていないため、RFQ加速器
6の下流側の空間に存在する電子がRFQ加速器6に吸
い込まれることになるが、RFQ加速器6を出射したビ
ームは加速されて高速になっているので、空間電荷効果
による影響は殆どない。
Since the electron suppressor electrode is not provided on the beam exit side of the RFQ accelerator 6, electrons existing in the space on the downstream side of the RFQ accelerator 6 are sucked into the RFQ accelerator 6, but the RFQ accelerator 6 Since the beam emitted from 6 is accelerated to have a high speed, it is hardly affected by the space charge effect.

【0028】ここで、イオンビームのエンベロープ(ビ
ーム粒子個別ではなく全体で見たときの一番外側の境界
線)がビーム中の電子の有無によってどの様に異なるか
を示す。図2に示すように、ビーム光学軸z上のある位
置におけるビームの半径をr0 、この位置よりも下流側
のビームの半径をrm とすると、 rm /r0 =1+0.48k(z/r0 2 ・・・(1) となる。ここで、上式(1)中のβは(イオンの速度/
光の速度)、kは下式(2)の関係を有する定数である
(Iはビーム電流)。
Here, it will be shown how the envelope of the ion beam (outermost boundary line when viewed as a whole, not as individual beam particles) differs depending on the presence or absence of electrons in the beam. As shown in FIG. 2, if the radius of the beam at a certain position on the beam optical axis z is r 0 and the radius of the beam on the downstream side of this position is r m , then r m / r 0 = 1 + 0.48k (z / R 0 ) 2 (1) Here, β in the above equation (1) is (the velocity of ions /
The speed of light), k is a constant having the relationship of the following expression (2) (I is the beam current).

【0029】 k∝(I/β3 )(1−fe ) ・・・(2) fe =0:イオンビーム中に電子が無いとき fe =1:イオンビームが完全中和状態のとき 例えば、半径r0 =1cm、ビーム電流I=1mA、エ
ネルギー=30keVのB+ ビームであれば、電子によ
る中和が無い場合(fe =0のとき)、1mの無電界空
間を進む間にビームの径は二倍になる。一般に、イオン
ビームの速度が遅く、相対論を考えに入れなくてもよい
場合、ビームの径はその質量に関係なくβ-3に比例して
広がるので、ビームの中性化が重要であることが認識さ
れる。
K ∝ (I / β 3 ) (1- fe ) ... (2) fe = 0: when there are no electrons in the ion beam fe = 1: when the ion beam is in a completely neutralized state For example, in the case of a B + beam with a radius r 0 = 1 cm, a beam current I = 1 mA, and an energy = 30 keV, when there is no neutralization by electrons (when f e = 0), while traveling in a 1 m non-electric field space. The beam diameter is doubled. In general, when the velocity of the ion beam is slow and relativity is not taken into consideration, the beam diameter expands in proportion to β -3 regardless of its mass, so neutralization of the beam is important. Is recognized.

【0030】以上のように、本実施例に係るRFQ加速
器6は、ビーム入射口から入射したイオンビームを電界
によって加速するものであって、ビーム入射口の近傍に
負電位の電子サプレッサ電極9が設けられている構成で
ある。
As described above, the RFQ accelerator 6 according to this embodiment accelerates the ion beam incident from the beam entrance by the electric field, and the electron suppressor electrode 9 of negative potential is provided near the beam entrance. This is the configuration provided.

【0031】これにより、RFQ加速器6の上流側で
は、電子がイオンビーム中にとどまり、イオンビームは
電気的中性を維持するので、ビーム自身の空間電荷によ
る発散を防ぐことができ、RFQ加速器6への入射ビー
ム量の低減を回避できる。
As a result, on the upstream side of the RFQ accelerator 6, electrons remain in the ion beam and the ion beam maintains electrical neutrality, so that divergence due to the space charge of the beam itself can be prevented, and the RFQ accelerator 6 can be prevented. It is possible to avoid a reduction in the amount of incident beam on the.

【0032】また、本実施例に係るイオン注入装置は、
上記の電子サプレッサ電極9を有するRFQ加速器6を
備えていることを特徴としている。
Further, the ion implantation apparatus according to this embodiment is
The RFQ accelerator 6 having the electron suppressor electrode 9 is provided.

【0033】前述のように、従来物理実験に用いられて
いたRFQ加速器をイオン注入装置に組み入れて産業利
用する場合、加速対象のイオンビームの純度を高める必
要があり、曲率半径の大きな分析マグネットが使用さ
れ、イオン源からRFQ加速器の入口までのビーム光学
軸の距離は、通常の実験に用いられる距離よりも長くな
る。また、イオン注入装置では電流の多い重イオンの加
速を要求されることからも、RFQ加速器6へ入射する
前のイオンビームの中性化が特に重要であり、本実施例
のRFQ加速器6のイオン注入装置への適用が非常に有
効である。
As described above, when the RFQ accelerator, which has been conventionally used for physical experiments, is incorporated into an ion implantation apparatus for industrial use, it is necessary to increase the purity of the ion beam to be accelerated, and an analysis magnet having a large radius of curvature is used. The distance of the beam optic axis used and from the ion source to the entrance of the RFQ accelerator will be longer than that used in normal experiments. Further, since the ion implanter is required to accelerate heavy ions having a large current, it is particularly important to neutralize the ion beam before it is incident on the RFQ accelerator 6, and the ions of the RFQ accelerator 6 of the present embodiment are important. The application to the injection device is very effective.

【0034】また、従来物理実験に用いられていたRF
Q加速器を本実施例のようにイオン注入装置に取り入れ
て産業利用へと発展するには、高いビーム電流値が要求
されるのは必須である。RFQ加速器を応用したイオン
注入システムは、特にMeVエネルギー領域でのイオン
注入に適したシステムとして非常に有効であり、このイ
オン注入システムに本実施例のRFQ加速器6を適用す
れば、ビームラインにRFQ加速器6を設けたことによ
るビーム電流損失が最小限に抑えられ、RFQ加速器6
のビーム透過率が高くなり、注入位置(ターゲット位
置)において高いビーム電流値を得ることができ、高ド
ーズイオン注入に適したシステムを構築することができ
る。
RF used in conventional physical experiments
In order to incorporate the Q accelerator into the ion implantation apparatus as in this embodiment and develop it for industrial use, it is essential that a high beam current value is required. An ion implantation system to which an RFQ accelerator is applied is extremely effective as a system particularly suitable for ion implantation in the MeV energy region. If the RFQ accelerator 6 of this embodiment is applied to this ion implantation system, the RFQ will be applied to the beam line. The beam current loss due to the provision of the accelerator 6 is minimized.
Beam transmittance is high, a high beam current value can be obtained at the implantation position (target position), and a system suitable for high dose ion implantation can be constructed.

【0035】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。
The above-mentioned embodiments are intended to clarify the technical contents of the present invention, and should not be construed in a narrow sense by limiting to such specific examples. Various modifications can be made within the scope of the claims.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の高周波型荷電粒子加速器は、以
上のように、ビーム入射口から入射した荷電粒子ビーム
を電界によって加速するものであって、上記ビーム入射
口の近傍に負電位の電子サプレッサ電極が設けられてい
る構成である。
As described above, the high-frequency charged particle accelerator of the present invention accelerates the charged particle beam incident from the beam entrance by an electric field, and the electron of negative potential is provided in the vicinity of the beam entrance. In this configuration, a suppressor electrode is provided.

【0037】それゆえ、高周波型荷電粒子加速器の上流
側では、電子がイオンビームから離れて加速器内へ吸い
込まれるのを防止できるので、加速器入射前のイオンビ
ームの中性化を妨げることなく、ビームの発散を抑制で
きるという効果を奏する。
Therefore, on the upstream side of the high-frequency charged particle accelerator, electrons can be prevented from being sucked into the accelerator away from the ion beam, so that the ion beam can be prevented from being neutralized before entering the accelerator. The effect that can suppress the divergence of.

【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、RFQ加
速器を適用した高エネルギーイオン注入装置の概略構成
図である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a schematic configuration diagram of a high energy ion implantation apparatus to which an RFQ accelerator is applied.

【図2】イオンビームのエンベロープを説明するための
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an envelope of an ion beam.

【図3】従来のRFQ加速器を適用した高エネルギーイ
オン注入装置の概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a high energy ion implanter to which a conventional RFQ accelerator is applied.

【符号の説明】 1 イオンビーム発生部 2 イオン源 3 分析マグネット 4 集束レンズ系 6 RFQ加速器(高周波型荷電粒子加速器) 9 電子サプレッサ電極 10 電源[Explanation of symbols] 1 ion beam generator 2 ion source 3 analysis magnet 4 focusing lens system 6 RFQ accelerator (high-frequency charged particle accelerator) 9 electron suppressor electrode 10 power supply

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ビーム入射口から入射した荷電粒子ビーム
を電界によって加速する高周波型荷電粒子加速器におい
て、 上記ビーム入射口の近傍に負電位の電子サプレッサ電極
が設けられていることを特徴とする高周波型荷電粒子加
速器。
1. A high frequency charged particle accelerator for accelerating a charged particle beam incident from a beam entrance by an electric field, wherein a negative potential electron suppressor electrode is provided in the vicinity of the beam entrance. Type charged particle accelerator.
JP27785394A 1994-11-11 1994-11-11 High frequency type charged particle accelerator Expired - Fee Related JP3341497B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27785394A JP3341497B2 (en) 1994-11-11 1994-11-11 High frequency type charged particle accelerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27785394A JP3341497B2 (en) 1994-11-11 1994-11-11 High frequency type charged particle accelerator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08138894A true JPH08138894A (en) 1996-05-31
JP3341497B2 JP3341497B2 (en) 2002-11-05

Family

ID=17589194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27785394A Expired - Fee Related JP3341497B2 (en) 1994-11-11 1994-11-11 High frequency type charged particle accelerator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3341497B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105120590A (en) * 2015-09-11 2015-12-02 北京大学 Medical radio isotope production system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105120590A (en) * 2015-09-11 2015-12-02 北京大学 Medical radio isotope production system

Also Published As

Publication number Publication date
JP3341497B2 (en) 2002-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5206516A (en) Low energy, steered ion beam deposition system having high current at low pressure
KR950009618B1 (en) Elliptical ion beam distribution method and apparatus
US7315035B2 (en) Apparatus and method for doping
JP4793696B2 (en) Method and apparatus for selective pre-dispersion of an extracted ion beam in an ion implantation system
US6534775B1 (en) Electrostatic trap for particles entrained in an ion beam
US6819053B2 (en) Hall effect ion source at high current density
JPH1083783A (en) Ion beam neutralizer and method for neutralization
JP2011526063A (en) Magnetic energy filter after decel in ion implantation system
US20020162508A1 (en) Ionizer for gas cluster ion beam formation
KR100904313B1 (en) System and method for removing contaminant particles relative to an ion beam
US6525326B1 (en) System and method for removing particles entrained in an ion beam
KR100479372B1 (en) Toroidal filament for plasma generation
JP2002056786A (en) Ion source for ion implanting equipment
JPH08138894A (en) High frequency charge particle accelerator
JPH0877960A (en) Ion implantating device
JP2007317491A (en) Method and apparatus for ionizing cluster
JP2007280782A (en) Ion source
EP0095879B1 (en) Apparatus and method for working surfaces with a low energy high intensity ion beam
JPH02121233A (en) Ion source
JP2010129297A (en) Cluster ion beam device, and method of generating cluster ion beam
JPH06302293A (en) Microwave ion source
JPH0249334A (en) Method and device for forming charged particle beam

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees