JPS59128750A - 荷電粒子加速器 - Google Patents
荷電粒子加速器Info
- Publication number
- JPS59128750A JPS59128750A JP285183A JP285183A JPS59128750A JP S59128750 A JPS59128750 A JP S59128750A JP 285183 A JP285183 A JP 285183A JP 285183 A JP285183 A JP 285183A JP S59128750 A JPS59128750 A JP S59128750A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ions
- ion
- kinds
- accelerating
- slit
- 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
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、高エネルギー荷電粒子を得るための荷電粒子
加速器に係シ、特に金属や半導体の表面に高エネルギー
荷電粒子を注入あるいは打込するだめのイオン注入装置
に関するものである。
加速器に係シ、特に金属や半導体の表面に高エネルギー
荷電粒子を注入あるいは打込するだめのイオン注入装置
に関するものである。
イオン注入装置は半導体製品を製造する際や金属表面層
の改善の際利用されるようになっているが、その際に注
入される荷電粒子（以下、イオンと称す）は１種類だけ
ではなく一般に２種類以上注入されるようになっている
。このようにイオン注入装置においては２種類以上の高
エネルギーイオンを発生する必要があるが、従来にあっ
ては異種のイオンが速やかに得られないという不具合が
ある。これは、真空状態におかれたイオン源内には唯１
洩類だけのガスを供給したうえでそのガスのイオンを発
生させるようにしていたからでおる。
の改善の際利用されるようになっているが、その際に注
入される荷電粒子（以下、イオンと称す）は１種類だけ
ではなく一般に２種類以上注入されるようになっている
。このようにイオン注入装置においては２種類以上の高
エネルギーイオンを発生する必要があるが、従来にあっ
ては異種のイオンが速やかに得られないという不具合が
ある。これは、真空状態におかれたイオン源内には唯１
洩類だけのガスを供給したうえでそのガスのイオンを発
生させるようにしていたからでおる。
即ち、新たなイオンを得るにはその度にイオン源内を真
空引きによって一旦真空にして目的とするガスをボンベ
より供給しなければならなかったものでおる。したがっ
て、新たなイオンを得るまでに３０〜６０分といった具
合に多くの時間を要１−ていたのが実情である。なお、
イオン源は一般に電子発生用フィラメント、電子加速用
陽極、磁場発生部、イオン引出電極などよりなる。この
場合磁場発生部はイオンとの衝突回数を多くすべく電子
の移動を螺旋状にしその移動距離を犬ならしめるための
ものである。イオン源内に導入されたガスは電子との衝
突によってイオン化されプラズマ状態となるが、このイ
オンは引出電極によって外部に引出可となっているもの
である。
空引きによって一旦真空にして目的とするガスをボンベ
より供給しなければならなかったものでおる。したがっ
て、新たなイオンを得るまでに３０〜６０分といった具
合に多くの時間を要１−ていたのが実情である。なお、
イオン源は一般に電子発生用フィラメント、電子加速用
陽極、磁場発生部、イオン引出電極などよりなる。この
場合磁場発生部はイオンとの衝突回数を多くすべく電子
の移動を螺旋状にしその移動距離を犬ならしめるための
ものである。イオン源内に導入されたガスは電子との衝
突によってイオン化されプラズマ状態となるが、このイ
オンは引出電極によって外部に引出可となっているもの
である。
よって本発明の目的は、２種類以上のイオンが時分割、
サイクリックに速やかにして、しかも望ましくはそれら
イオン各々のエネルギーが可変とされた状態で得られる
荷電粒子加速器を提供するにある。
サイクリックに速やかにして、しかも望ましくはそれら
イオン各々のエネルギーが可変とされた状態で得られる
荷電粒子加速器を提供するにある。
この目的のため本発明は、イオン発生手段内には目的と
するイオンに応じたガスが２種類以上充填されるものと
してそれらガスをイオン化したうえでイオンを外部に引
き出し、引き出されたイオンのうち一定エネルギーのも
ののみを選択してからこれら選択されたイオンを種類別
に時分割、サイクリックに選択したうえで所定に加速す
るようになしたものである。
するイオンに応じたガスが２種類以上充填されるものと
してそれらガスをイオン化したうえでイオンを外部に引
き出し、引き出されたイオンのうち一定エネルギーのも
ののみを選択してからこれら選択されたイオンを種類別
に時分割、サイクリックに選択したうえで所定に加速す
るようになしたものである。
以下、本発明を第１図から第４図により説明する。
先ず本発明による荷電粒子加速器の原理的な構成につい
て説明する。第１図はその構成を示したものである。こ
れによるとポンベ２には目的とするイオンに応じたガス
が２種類以上混合された状態で予め充填されており、こ
れらガスはパルプ手段を介し真空状態におかれたイオン
源１内に導入可とされるようになっている。イオン化さ
れるものがガスの形ではなく固体である場合にはその固
体はオーブン３によってガス化されたうえボンベ４から
ノキャリアガス（Ｈ２、Ｈｅ、 Ａ ｒなど）とともに
イオン源１内に送り込まれるようになっているものであ
る。これによりイオン源１内では２種類以上のガスが同
時にイオン化されるが、この際発生されるイオンは殆ど
１価の正イオンのみである。一般にイオン源１内では負
イオンの発生も可能であるが、その発生量は少なく通常
負イオンは注入イオンとして用いられないようになって
いる。
て説明する。第１図はその構成を示したものである。こ
れによるとポンベ２には目的とするイオンに応じたガス
が２種類以上混合された状態で予め充填されており、こ
れらガスはパルプ手段を介し真空状態におかれたイオン
源１内に導入可とされるようになっている。イオン化さ
れるものがガスの形ではなく固体である場合にはその固
体はオーブン３によってガス化されたうえボンベ４から
ノキャリアガス（Ｈ２、Ｈｅ、 Ａ ｒなど）とともに
イオン源１内に送り込まれるようになっているものであ
る。これによりイオン源１内では２種類以上のガスが同
時にイオン化されるが、この際発生されるイオンは殆ど
１価の正イオンのみである。一般にイオン源１内では負
イオンの発生も可能であるが、その発生量は少なく通常
負イオンは注入イオンとして用いられないようになって
いる。
さて、イオン源１内で発生された２種類以上のイオンは
引出電圧Ｖ、が印加された引出電極５によってイオン源
１外部に引き出されたうえ平行平板電極６によって偏向
されるようになっている。
引出電圧Ｖ、が印加された引出電極５によってイオン源
１外部に引き出されたうえ平行平板電極６によって偏向
されるようになっている。
ここで平行平板電極６間の間隙をｄ１印加される電圧を
ｖ１長さをｔとすれば、加速度について以下の式（１）
が成立する。
ｖ１長さをｔとすれば、加速度について以下の式（１）
が成立する。
但し、ｍ、ｑはそれぞれイオンの質量、電荷を示す。
したがって、Ｘ＝ｙ＝０でのＸ方向、Ｘ方向への初速度
をそれぞれＶ。、０とすれば、ｘ、ｙは以下のように表
わされる。
をそれぞれＶ。、０とすれば、ｘ、ｙは以下のように表
わされる。
即ち、イオンは平行平板電極６間内（ｏくＸくｔ）にお
いては放物腺運動し、平行平板電極６間外（１，くｘく
ｘ＜、ｔ／２＋Ｌ）では直線運動するととＫなる。但し
、Ｌは電極６中心からスリット８での距離を示す。
いては放物腺運動し、平行平板電極６間外（１，くｘく
ｘ＜、ｔ／２＋Ｌ）では直線運動するととＫなる。但し
、Ｌは電極６中心からスリット８での距離を示す。
したがって、Ｘ＝ｔ／２＋ＬでのＸ方向での変位量ｄＩ
！は以下のようになる。
！は以下のようになる。
また、ｍｖｏ２／２＝ｑＶ、なる関係が成立するから、
結局変位量ｄ６は以下のように表わされことＫなる。
結局変位量ｄ６は以下のように表わされことＫなる。
即ち、ｘ＝ｔ／２＋Ｌの位置にスリット８を図示の如く
に配しておけば、イオンの質量とは無関係に一定のエネ
ルギーｑＶ、をもったイオン７のみがスリット８を通過
し得るものである。ここでＶ 、 ＞ Ｖと仮定すれば
、スリット８を通過するイオンの速度はＶ。と近似し得
ることになる。さて、スリット８を通過したイオンは次
に分析マグネット９内部に入り一様な磁界中で円運動す
ることにナル力、その際ローレンツの力と遠心力は平衡
することになる。軌道半径をｒ１磁束密度をＢとすれば
、以下の関係が成立するものである。
に配しておけば、イオンの質量とは無関係に一定のエネ
ルギーｑＶ、をもったイオン７のみがスリット８を通過
し得るものである。ここでＶ 、 ＞ Ｖと仮定すれば
、スリット８を通過するイオンの速度はＶ。と近似し得
ることになる。さて、スリット８を通過したイオンは次
に分析マグネット９内部に入り一様な磁界中で円運動す
ることにナル力、その際ローレンツの力と遠心力は平衡
することになる。軌道半径をｒ１磁束密度をＢとすれば
、以下の関係が成立するものである。
Ｏ２
ｍ〜−−＝ ｖｏＱ Ｂ ・・・（
５）式（５）とｍ ｖ ６” ／ ２ ＝ Ｖ Ａ ｑ
との関係から、結局軌道半径ｒは以下のように求められ
る。
５）式（５）とｍ ｖ ６” ／ ２ ＝ Ｖ Ａ ｑ
との関係から、結局軌道半径ｒは以下のように求められ
る。
ここでイオンは殆ど正の１価イオンのみでおってその電
荷ｑが電子のそれに等しく、シかも■１は一定であると
すれば、ｍとＢとによって軌道半径「が決定されること
になる。このことはｍに応じてＢの値を変化させる場合
は、目的とするイオンのみをスリット１２を介して選択
的に取り出し得ることを意味している。あるＢの値では
イオン１．０は所定の軌道半径となってスリット１２よ
り取シ出せるが、他のイオン１１はその軌道半径よりも
大きかったり、小さかったりしてスリット１２からは取
シ出し得ないわけである。スリット１２から選択的に取
り出されたイオンは加速管１３で所定のエネルギーまで
加速された後ターゲット１５に照射されるところとなる
。
荷ｑが電子のそれに等しく、シかも■１は一定であると
すれば、ｍとＢとによって軌道半径「が決定されること
になる。このことはｍに応じてＢの値を変化させる場合
は、目的とするイオンのみをスリット１２を介して選択
的に取り出し得ることを意味している。あるＢの値では
イオン１．０は所定の軌道半径となってスリット１２よ
り取シ出せるが、他のイオン１１はその軌道半径よりも
大きかったり、小さかったりしてスリット１２からは取
シ出し得ないわけである。スリット１２から選択的に取
り出されたイオンは加速管１３で所定のエネルギーまで
加速された後ターゲット１５に照射されるところとなる
。
したがって、例えば２種類のイオンを交互に加速するた
めには分析マグネット９での磁束密度Ｂを２通υに制御
すればよいことになる。分析マグネット電流制御装置（
電源を含む）１７はそのだめのもので、第２図に示す如
く発振器１６の出力Ａにもとづいて分析マグネット９に
対する電流Ｂは２通りに制御されるようになっている。
めには分析マグネット９での磁束密度Ｂを２通υに制御
すればよいことになる。分析マグネット電流制御装置（
電源を含む）１７はそのだめのもので、第２図に示す如
く発振器１６の出力Ａにもとづいて分析マグネット９に
対する電流Ｂは２通りに制御されるようになっている。
電流ＢがＣであれば質量が小のイオンが、また、ｄであ
れば質量大のイオンがスリット１２より交互に得られタ
ーゲラ）１５に照射注入され得るわけである。この場合
注入イオンの切替は分析マグネット９に対する電流Ｏ１
シたがって、発振器１６の出力Ａによって行なわれるが
、切替に要される時間は秒のオーダであり高速切替が可
能となる。また、発振器１６の出力Ａのデユーティ比を
可変とする場合にはイオン注入量をも可変に制御される
ととになる。
れば質量大のイオンがスリット１２より交互に得られタ
ーゲラ）１５に照射注入され得るわけである。この場合
注入イオンの切替は分析マグネット９に対する電流Ｏ１
シたがって、発振器１６の出力Ａによって行なわれるが
、切替に要される時間は秒のオーダであり高速切替が可
能となる。また、発振器１６の出力Ａのデユーティ比を
可変とする場合にはイオン注入量をも可変に制御される
ととになる。
ところで本発明の望ましい態様では加速管１３での加速
電圧はイオンに応じて可変に制御される。
電圧はイオンに応じて可変に制御される。
加速電圧制御装置（加速電源を合む）１８は発振器１６
の出力Ａにもとづき加速管１３への加速電圧Ｃを制御す
るようになっているものである。第２図に示すように加
速電圧ｅ、ｆに応じてイオンは加速される結果、ターゲ
ット１５へのイオンの打込深さはイオン毎に制御するこ
とが可能となるわけである。なお、３種類以上のイオン
を発生させる場合には、発振器１６は３種以上の出力レ
ベルをもったものとして構成される。
の出力Ａにもとづき加速管１３への加速電圧Ｃを制御す
るようになっているものである。第２図に示すように加
速電圧ｅ、ｆに応じてイオンは加速される結果、ターゲ
ット１５へのイオンの打込深さはイオン毎に制御するこ
とが可能となるわけである。なお、３種類以上のイオン
を発生させる場合には、発振器１６は３種以上の出力レ
ベルをもったものとして構成される。
本発明は以上のようなものであるが、ボンベ２（９）
に充填される混合ガスはイオン注入量や電離断面積を考
慮して混合されている必要がある。ここＫいう電離断面
積とは、１ｃｒｎ２あたシ毎秒１個の電子が原子と衝突
しその原子を電離する確率をいうが、第３図は電子によ
るＯ２と）（ｅの電離断面積を示したものである（）ｌ
ａｓｉｃ ］）ａｔａ ｏｆ ｐｌａ３＋ｒｌａｐｈｙ
ｓｉｃｓ 、 １９６６、著者Ｉ Ｓ ＨＣ、Ｂｒｏｗ
ｎ８発行所ｒ Ｔｈｅ ＭＩＴ Ｉ）ｒｅｓｓ ） 。
慮して混合されている必要がある。ここＫいう電離断面
積とは、１ｃｒｎ２あたシ毎秒１個の電子が原子と衝突
しその原子を電離する確率をいうが、第３図は電子によ
るＯ２と）（ｅの電離断面積を示したものである（）ｌ
ａｓｉｃ ］）ａｔａ ｏｆ ｐｌａ３＋ｒｌａｐｈｙ
ｓｉｃｓ 、 １９６６、著者Ｉ Ｓ ＨＣ、Ｂｒｏｗ
ｎ８発行所ｒ Ｔｈｅ ＭＩＴ Ｉ）ｒｅｓｓ ） 。
通常イオン源ニ使用すれる電子のエネルギー５０〜１０
０ｅＶの範囲ではＯ２とｌ（ｅの断面積の比は４．５〜
３であるから、例えばボンベ２に充填されるＯ２とＩｌ
ｅのガス圧の比を断面積の比の逆数にしておけば、イオ
ン源で発生するＯ２と）（ｅのイオン電流はほぼ等しく
なるものである。
０ｅＶの範囲ではＯ２とｌ（ｅの断面積の比は４．５〜
３であるから、例えばボンベ２に充填されるＯ２とＩｌ
ｅのガス圧の比を断面積の比の逆数にしておけば、イオ
ン源で発生するＯ２と）（ｅのイオン電流はほぼ等しく
なるものである。
次に平行平板電極６について具体的に第４図（ａ）。
（ｂ）により説明すれば、その電極は２枚の電極板が絶
縁体１９によって固定されるようにしてなり、一方はア
ース電位に、他方は所定の電圧源に接続されるようにな
っている。平行平板電極６の具体的寸法は例えばｄ ＝
２ｃｒｒＩ、 ｌ＝ １４．５ｃｒｎとされる（１０
） が、この場合での変位ｔｄａはＶ、＝３０ ｋ ＣＶ）
、ｖ＝ｅｏｏ［Ｖ）、Ｌ＝５０ｍとして３．６ ｃｍと
なる。
縁体１９によって固定されるようにしてなり、一方はア
ース電位に、他方は所定の電圧源に接続されるようにな
っている。平行平板電極６の具体的寸法は例えばｄ ＝
２ｃｒｒＩ、 ｌ＝ １４．５ｃｒｎとされる（１０
） が、この場合での変位ｔｄａはＶ、＝３０ ｋ ＣＶ）
、ｖ＝ｅｏｏ［Ｖ）、Ｌ＝５０ｍとして３．６ ｃｍと
なる。
以上説明したように本発明は、イオン発生手段より所定
エネルギーをもった２種類以上のイオンを選択した後、
とれらイオンを種類別に時分割、サイクリックに選択し
たうえで所定に加速するようになしたものである。した
がって、本発明による場合は、イオン発生手段内にて予
め２種類以上のイオンが得られており、しかも速やかに
してイオンを種類別に選択し得るから、２種類以上のイ
オンが時分割的に、しかも交互あるいはサイクリックに
速やかに得られるという効果がある。また、望ましい態
様においては、最終段で加速されるイオンはその種類別
に応じた加速電圧で加速されるから、イオンの打込深さ
をイオン毎に制御することも可能となる。
エネルギーをもった２種類以上のイオンを選択した後、
とれらイオンを種類別に時分割、サイクリックに選択し
たうえで所定に加速するようになしたものである。した
がって、本発明による場合は、イオン発生手段内にて予
め２種類以上のイオンが得られており、しかも速やかに
してイオンを種類別に選択し得るから、２種類以上のイ
オンが時分割的に、しかも交互あるいはサイクリックに
速やかに得られるという効果がある。また、望ましい態
様においては、最終段で加速されるイオンはその種類別
に応じた加速電圧で加速されるから、イオンの打込深さ
をイオン毎に制御することも可能となる。
第１図は、本発明による荷電粒子加速器の原理的な構成
を示す図、第２図は、発振器の出力によ（１１） つて分析マグネット、加速管を制御する場合での説明図
、第３図は、電離断面積についての説明図、第４図（ａ
）、０））は、平行平板電極の具体的構成を示す図でめ
る。 １・・・イオン源、５・・・引出電極、６・・・平行平
板電極、８．１２・・・スリット、９・・・分析マグネ
ット、１３・・・加速管、１６・・・発振器、１７・・
・分析マグネット電流制御装置、１８・・・加速電圧制
御装置。 代理人 弁理士 秋本正実 （１２） 、ｗ、３ 目 １＋ユ釉レキ゛−（ｅＶ） ＄４目 Ｕつ
を示す図、第２図は、発振器の出力によ（１１） つて分析マグネット、加速管を制御する場合での説明図
、第３図は、電離断面積についての説明図、第４図（ａ
）、０））は、平行平板電極の具体的構成を示す図でめ
る。 １・・・イオン源、５・・・引出電極、６・・・平行平
板電極、８．１２・・・スリット、９・・・分析マグネ
ット、１３・・・加速管、１６・・・発振器、１７・・
・分析マグネット電流制御装置、１８・・・加速電圧制
御装置。 代理人 弁理士 秋本正実 （１２） 、ｗ、３ 目 １＋ユ釉レキ゛−（ｅＶ） ＄４目 Ｕつ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、混合ガスを組成する２種類以上のガスを同時にイオ
ン化するイオン発生手段と、該発生手段からのイオンの
うち所定エネルギーをもったもののみを選択するイオン
選択手段と、該選択手段によって選択されたイオンのう
ちから電荷と質量の比に応じイオンを種別毎に時分割、
サイクリックに選択するイオン種別選択手段と、該稲刈
手段によって選択されたイオンを加速するイオン加速手
段と、イオンを種別毎Ｋｉ４択すべく上記イオン種別選
択手段を制御するイオン種別選択制御手段とからなる構
成を特徴とする荷電粒子加速器。 ２、イオン種別選択制御手段には、イオン種別選択制御
に同期してイオン加速手段でのイオン加速電圧を可変に
制御する手段が含まれる上記特許請求の範囲第１項記載
の荷電粒子加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP285183A JPS59128750A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 荷電粒子加速器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP285183A JPS59128750A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 荷電粒子加速器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59128750A true JPS59128750A (ja) | 1984-07-24 |
| JPH0534770B2 JPH0534770B2 (ja) | 1993-05-24 |
Family
ID=11540895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP285183A Granted JPS59128750A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 荷電粒子加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59128750A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014154250A (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-25 | Japan Atomic Energy Agency | イオンの生成方法 |
-
1983
- 1983-01-13 JP JP285183A patent/JPS59128750A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014154250A (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-25 | Japan Atomic Energy Agency | イオンの生成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0534770B2 (ja) | 1993-05-24 |
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