JPH0823067B2 - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JPH0823067B2
JPH0823067B2 JP62176880A JP17688087A JPH0823067B2 JP H0823067 B2 JPH0823067 B2 JP H0823067B2 JP 62176880 A JP62176880 A JP 62176880A JP 17688087 A JP17688087 A JP 17688087A JP H0823067 B2 JPH0823067 B2 JP H0823067B2
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ions
energy
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ion
electrostatic
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智滋 小川
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Nissin Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、加速されたイオンを真空中でターゲット
に注入するイオン注入装置に関し、特に当該イオンの加
速手段の改良に関する。
〔従来の技術とその問題点〕 第2図は、従来のイオン注入装置の一例を示す概略図
である。
この装置は、イオン源2から直流の引出し電源12(電
圧V1)を用いてイオン(イオンビーム)4を引き出し、
その中から所望の質量のイオンを質量分析器6で選択し
た後、直流の加速電源14(電圧V2)に接続された静電加
速管8によって所望のエネルギーまで加速し、ターゲッ
ト(例えばウエハ)10に注入するよう構成されている。
尚、イオン4の経路は全て真空雰囲気にされる。
このような装置において、高エネルギー(例えば1MeV
以上)のイオン4を得るには、加速電圧(V1+V2)を上
げなければならないが、その場合は空気の絶縁限界か
ら、装置が非常に大型化するという問題がある。
また、静電加速管8による加速では、イオン4と共に
それと逆向きに電子も加速され、それに伴って放射線が
発生するが、加速電圧を上げるとこの放射線の遮蔽が非
常に難しくなるという問題もある。
この内、電気絶縁に関しては、イオン源2、質量分析
器6および静電加速管8等の高電圧部を、例えば同図中
に2点鎖線で示すように、SF6ガス等の絶縁ガスを充填
したガスタンク16内に収納してガス絶縁するという考え
もあるが、そのようにすると、ガスタンク6内の機器、
例えばイオン源2のメンテナンスのたび毎に絶縁ガスを
抜くと共に再充填しなければならず、従ってメンテナン
スに非常に手間がかかるという別の問題が生じる。勿論
そのようにしても、前述した放射線遮蔽の問題は何ら解
決されない。
あるいは、例えば第3図に示すように、タンデム加速
にするという考えもある。即ち、負イオン源2nから負イ
オン4nを引き出し、これを前段の静電加速管8aで一旦加
速し、荷電変換器18において正のイオン4に変換した
後、後段の静電加速管8bで再び加速するというものであ
り、このようにすると、同じ加速電圧で数倍のエネルギ
ーが得られるため、電気絶縁の点で若干楽になる。
しかしながらこの場合でもやはり、前述したような高
エネルギーを得るためには、静電加速管8a、8bおよび荷
電変換器18等の高電圧部はガスタンク16内に入れてガス
絶縁しなければならないので、上記と同様にメンテナン
スに非常に手間がかかるという問題と共に、負イオン源
2nを用いるため大きなビーム電流が得にくいという問題
が生じる。また前述したような放射線遮蔽の問題は依然
として解決されない。
一方、これらの問題を解決するために、第2図の静電
加速管8の代わりに、イオン4を高周波電場によって直
線加速する線形加速器を用いるという考えもある。
これによれば、前述したような高エネルギーのイオン
4が、上記のようなメンテナンス、放射線遮蔽、ビーム
電流低下等の問題を生ずることなく得られるが、線形加
速器は、その構造と高周波電力の周波数を変えない限
り、加速されるべいイオンの入射速度と出射速度とが固
定されるため、例えば11B+を20KeVで入射して1MeVで出
射するように設計した線形加速器では、別種のイオン、
例えば75As+を加速するためにはその入射速度を20KeVの
11B+と同じにするためにそれを136KeVで入射させなけれ
ばならないが、イオン源2の構造および特性上、そのよ
うに広範囲に亘り出射エネルギーを変えるのは一般的に
不可能である。従って多種イオンの加速が困難である。
また、線形加速器は、出射速度が固定されるため、イ
オンのエネルギーを変化させるためには、線形加速器の
後段側に別のエネルギー調整用のギャップ空洞等を設け
る必要があるが、そのようにしても通常はエネルギーの
可変範囲が小さい、即ち出射エネルギーに対する可変割
合あ小さいという問題がある。
そこでこの発明は、イオンの静電加速電圧をあまり高
くすることなく、高エネルギーで比較的大電流かつ多種
のイオンの得ることができると共に、そのエネルギーの
可変範囲も大きいイオン注入装置を提供することを目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明のイオン注入装置は、イオンを引き出すため
のイオン源と、イオン源からのイオンを静電場によって
加速する静電加速管と、静電加速管からのイオンを高周
波電場によって加速する線形加速器と、線形加速器から
のイオンの荷電変換を行う荷電変換器と、荷電変換器か
らのイオンのエネルギーを調整するギャップ空洞とを備
えることを特徴とする。
〔作用〕
イオン源から引き出されたイオンは、静電加速管によ
ってイオンの種類に応じて、後段の線形加速器に適合す
るエネルギーまで加速され、更に線形加速器によって所
定の高エネルギーまで加速される。
その場合、静電加速管を用いることによってエネルギ
ーを広範囲に変えられるので、多種類のイオンの加速に
対応することができ、しかも静電加速管で最終エネルギ
ーを得るのではないので、イオンの加速電圧あまり高く
する必要は無く、また比較的大電流の加速が可能であ
る。
そして、線形加速器から所定の高エネルギーで出射さ
れたイオンは、荷電変換器において多価イオンに荷電変
換され、その後ギャップ空洞において加速あるいは減速
される。
その場合、多価イオンを加減速するため、一価イオン
のときよりその価数倍だけ加減速効果が上がる。従っ
て、エネルギーの可変範囲もその分大きくなる。
〔実施例〕
第1図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置
を示す概略図である。第2図の例と同一または相当する
部分には同一符号を付し、以下においてはそれとの相違
点を主に説明する。
この実施例においては、第2図に示したようなイオン
源2、質量分析器6および静電加速管8の後段側に、イ
オン4を電場あるいは磁場によって集束させる集束系2
0、イオン4を高周波電場によって直線加速する線形加
速器22、イオン4の荷電状態を変化させる電荷変換器3
0、電場あるいは磁場の作用で所定電荷のイオン4を選
択的に導出する荷電分析器36、並びに、イオン4のエネ
ルギーを調整する2段のギャップ空洞38aおよび38bをこ
の順で配置している。
イオン源2には直流の引出し電源12が、静電加速管8
には直流の加速電源14が、線形加速器22、ギャップ空洞
38aおよび38bには高周波電源28、44aおよび44bがそれぞ
れ接続されており、これらはいずれも出力電圧あるいは
出力パワーが可変である。また、高周波電源28、44aお
よび44bは、相互間で相対的に位相が可変である。
集束系20としては、例えばQレンズ、アインツェルレ
ンズ、ソレノイドレンズ等が採り得る。
線形加速器22は、図示例はRFQ型のものであり、高周
波電源28からの高周波電力を励振電極26に供給し空洞24
内で十字状に対向する電極25(水平側のみ図に表れてい
る)に共振を起こさせ高周波電場でイオン4を加速する
よう構成されている。もっとも、この形以外に、アルバ
レ型、ヴィデレ型等も採り得る。
荷電変換器30は、図示例はガスストリッパー型のもの
であり、ガスチャンバー32内にガス34を導入し、イオン
4をこのガス分子と衝突させることによって電子を剥ぎ
取り、イオン4の電荷数を上げるよう構成されている。
もっとも、この型以外に、薄膜を用いるフォイルストリ
ッパー型も取り得る。
荷電分析器36としては、偏向磁石あるいは偏向電極が
取り得る。
ギャップ空洞38aは、図示例は2ギャップ型のもので
あり、高周波電源44aからの高周波電力を励振電極43に
供給して空洞40内で共振を起こさせ、それによって二つ
のギャップ41、42における高周波電場でイオン4を加速
あるいは減速するよう構成されている。加減速いずれに
するか、あるいはその大きさは、高周波電源44aから供
給する高周波電力の位相およびパワーによって制御す
る。
ギャップ空洞38bもこの例ではギャップ空洞38aと同構
造をしている。もっともこれらのギャップ空洞38a、38b
は、1ギャップ型等でも良く、また段数は2段に限らず
1段あるいは3段以上でも良い。
上記構成によれば、イオン源2から引き出されたイオ
ン(イオンビーム)4は、質量分析器6によって所望の
質量のものが選択的に導出され、静電加速管8によって
イオンの種類に応じて、線形加速器22に適合するエネル
ギーまで加速される。そして当該イオン4は、集束系20
によって線形加速器22内でその電極25等に当たらないよ
うに整形されて線形加速器22に入射され、そこで所定の
高エネルギーまで加速される。
その場合、線形加速器22によって長さが例えば2〜3m
で、数十KeVのエネルギーのイオン4を数MeVのエネルギ
ーにまで加速することが比較的大電流(例えば500μA
以上)で可能になる。
しかも、静電加速管8を用いることによって線形加速
器22に入射するイオン4のエネルギーを広範囲(例えば
5〜200KeV)に変えられるので、多種類のイオンの加速
に対応することができる。
例えば、11B+を29KeVで入射させ1MeVで出射するよう
に設計された線形加速器22で、別種のイオン、例えば75
As+を加速するには、198KeVでの入射が必要であるがこ
れが可能となる。ちなみにこの時、出射速度は1MeVの11
B+と同じであるから、75As+は6.8MeVまで加速されて出
射される。
また、静電加速管8で最終エネルギーを得る訳ではな
いので、引出し電源12および加速電源14による加速電圧
(V1+V2)をあまり高くする必要は無く、従って絶縁に
ガス絶縁を必ずしも用いなくて良いのでイオン源2等の
メンテナンスに手間がかかるということもない。
また、加速電圧をあまり高くする必要が無いことか
ら、放射線遮蔽の困難さも生じない。
そして、上記のようにして加速されたイオン4は、荷
電変換器30において荷電変換されるが、入射エネルギー
がMeV程度と大きいため、荷電変換器30通過後のイオン
4中には一般的に多価イオンが増加してその平均電荷が
多価にシフトする傾向になる。
そして、荷電分析器36によって多価イオン中の所望の
電荷数のイオン4が選択的に導出され、これがその後ギ
ャップ空洞38a、38bにおいて加速あるいは減速され、そ
して最終的にターゲット10に注入される。
その場合、ギャップ空洞38a、38bにおいては多価イオ
ンを加減速するため、一価イオンのときよりその価数倍
だけ加減速効果が上がる。従って、イオン4のエネルギ
ーの可変範囲もその分大きくなる。
尚、上記構成によれば、線形加速器22を休止させるこ
とにより、200KeV以下のイオン4を取り出すことも可能
である。
また、線形加速器22やギャップ空洞38a、38bは、供給
される高周波電力や入射エネルギーに合ったイオン種し
か加速しないので、質量分析器6や荷電分析器36を設け
ずに、線形加速器22やギャップ空洞38a、38bにおいてイ
オン種を選択することも可能である。もっともこの例の
ように質量分析器6や荷電分析器36を設ける方が、イオ
ン種の選択がより簡単になると共に、余分なイオンが線
形加速器22やギャップ空洞38a、38b内に入らず汚れやパ
ワーロルが少なくて済むので好ましい。
また、集束系20も、この例のようにそれを設ける方が
線形加速器22内の汚れやパワーロスが少なくて済むので
好ましいが、必ずしも設けなければならないものではな
い。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、線形加速器を用いて
いるので、高エネルギーで比較的大電流のイオンを得る
ことができる。しかも静電加速管によって線形加速器へ
の入射エネルギーを広範囲に変えることができるので、
多種類のイオンの加速が可能である。また、電荷変換器
を利用して多価イオンを生成し、そのエネルギーをギャ
ップ空洞で調整するようにしているため、広範囲にエネ
ルギーを変化させることができる。
しかも、静電加速管で最終エネルギーを得るのではな
いので、イオンの加速電圧をあまり高くする必要は無
く、従ってガス絶縁を用いなくて良いのでイオン源等の
メンテナンスに手間がかかるという問題も生じない。ま
た、放射線遮蔽の困難さも生じない。
【図面の簡単な説明】 第1図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置を
示す概略図である。第2図は、従来のイオン注入装置の
一例を示す概略図である。第3図は、従来のイオン注入
装置の他の例を示す概略図である。 2……イオン源、4……イオン、6……質量分析器、8
……静電加速管、10……ターゲット、20……集束系、22
……線形加速器、30……荷電変換器、36……荷電分析
器、38a,38b……ギャップ空洞。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加速されたイオンを真空中でターゲットに
    注入する装置であって、イオンを引き出すためのイオン
    源と、イオン源からのイオンを静電場によって加速する
    静電加速管と、静電加速管からのイオンを高周波電場に
    よって加速する線形加速器と、線形加速器からのイオン
    の荷電変換を行う荷電変換器と、荷電変換器からのイオ
    ンのエネルギーを調整するギャップ空洞とを備えること
    を特徴とするイオン注入装置。
JP62176880A 1987-07-15 1987-07-15 イオン注入装置 Expired - Lifetime JPH0823067B2 (ja)

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JP62176880A JPH0823067B2 (ja) 1987-07-15 1987-07-15 イオン注入装置

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JPS6421073A JPS6421073A (en) 1989-01-24
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