JPH0523012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＥ×Ｂ速度選別器に係り、特に、選別
された所要の荷電粒子ビームを集束して尖鋭なビ
ームを形成する新しい構造のＥ×Ｂ速度選別器に
関する。

（技術の背景） 半導体装置の製造工程において、半導体基体の
選択された領域に不純物を導入する方法として、
イオン注入法が広く行なわれている。

イオン注入法では周知の如く、イオン源で形成
された所要の不純物イオンが、引出し、分離及び
加速の過程を経て、目的とするイオン折込み部に
導入されるが、イオンビームは通常直径５乃至10
mm程度の太さとなつている。このイオンビームの
直径に対して、半導体基体のイオン注入領域のパ
ターンの寸法は通常は!?かに小さく、半導体基体
面上を皮膜で被覆し、所要のイオン注入領域上の
皮膜を選択的に除去してマスクを形成し、このマ
スクを介してイオン注入が行なわれている。

しかるに半導体装置の高速化、高集積密度化を
推進するために、イオン注入領域のパターンも微
細化が必要となり、前記マスク形成の困難さが高
まるとともに、イオン注入に際してマスクを使用
することなく尖鋭な不純物イオンビームを用い
て、不純物導入領域のみに選択的に不純物を照射
する方法が要求されている。

（従来の技術） ウイーンフイルターとも呼ばれているＥ×Ｂ速
度選別器は、一般的には、平行な２枚の電極とこ
れらに直交する２枚の磁極とにより構成されてお
り、イオンビーム等の荷電ビームの速度選別に用
いられている。

第２図は、従来の一般的なＥ×Ｂ速度選別器の
構成図である。図において、１，２は電極対であ
り、電極１，２の間に、Ｘ軸方向にE_Oなる電界
が形成される。３，４は磁極対であり、磁極３，
４の間に、Ｙ軸方向にB_Oなる磁界が形成される。
一般に、電極１，２は互いに平行であり、磁極
３，４もまた互いに平行であり、電界E_Oと磁界
B_O、即ち、Ｘ軸とＹ軸は互いに直交している。

荷電ビームの進入方向（光軸）５は、Ｘ，Ｙ両
軸に垂直なＺ軸であり、光軸５が絞り部材６を貫
く位置に絞り孔６０が設けられている。

ここで、荷電ビームを構成する荷電粒子（イオ
ン、電子等）の質量をｍ、電荷をｅ、前記Ｘ，
Ｙ，Ｚ座標系に対する位置を（ｘ，ｙ，ｚ）、速
度を（x〓，y〓，z〓）、加速度を（x¨，y¨，z¨）と
すれ
ば、第１図の構成のＥ×Ｂ速度選別器内における
荷電粒子の運動方程式は次式に示すとおりであ
る。

mx＝ｅ（E_O−zB_O） ……(1) my＝ｏ ……(2) mz＝exB_O ……(3) ここで、(1)式においてz〓＝E_O／B_Oであれば、
mx¨＝ｏとなり、Ｘ軸方向に対して、電界E_Oと磁
界B_Oが荷電粒子に作用する力が互に平衡する。
従つて第２図にて、Ｚ軸方向に運動し、かつ、 z〓＝E_O／B_O ……(4) であるような荷電粒子すなわち速度v_O＝（Ｏ，Ｏ，
E_O／B_O）なる荷電粒子は、等速で直進し、絞り
部材６の絞り孔６０を通過する。また速度ｚが前
述の条件(4)から外れる場合には、XZ平面に平行
な力が作用して、Ｘ軸の正、もしくは負の方向に
偏向される。

さて、荷電ビームの速度ｖがv_Oにほぼ等しいと
するとき、Ｚ軸（光軸）近傍の荷電粒子の運動方
程式は、(1)〜(3)式を線型化して次の(5)式のように
得られる。

x¨＝−e²／m²B_O ²ｘ ……(5) (5)式は、Ｚ軸（光軸）からのＸ軸方向の変位Ｘ
に比例した加速度が荷電粒子に作用し、荷電ビー
ムがＸ軸方向（電界方向）につき、Ｚ軸上に集束
されることを示している。

さて、従来は、このようにして荷電ビームがＥ
×Ｂ速度選別器を通過することで、電界方向につ
いて集束を受けるが、それは電界方向についての
みであり、得られる荷電ビームがＺ軸の回りで対
称形にならないという欠点があつた。

この欠点を解決する方法としては、特開昭59−
3856が開示するような、磁極を相互に傾けて磁界
を円弧状にする方法が考えられているが、必要と
する荷電ビームの種類に応じて傾斜の程度を変え
る必要があり、また傾斜の精度の再現性が乏しく
装置が複雑化、大型化するという欠点があつた。

（発明の目的） 本発明は、広い速度分布を持つ荷電ビームに対
して、所望の速度を有する荷電ビームのみを取り
出し、かつ集束し、高品質の荷電ビームを形成す
ることのできるＥ×Ｂ速度選別器を提供すること
を目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明は、上記の問題を解決するため、相互に
対向して配設されて静電界を形成する電極と、相
互に対向して配設されて前記静電界と交叉する静
磁界を形成する磁極と、を具備して四極子を構成
し、かかる四極子の少くとも２個を、互の静電界
の方向を交叉させ、かつ、光軸及び該光軸上に配
設された絞り孔を共通にして、縦属接続的に配置
した構成のＥ×Ｂ速度選別器によつて上記目的を
達成したものである。

（作用） 前記のように縦属接続された、前段と後段の二
つの四極子のうら、前段の四極子の作用は、既述
のＥ×Ｂ速度選別器の作用と変らない。後段の四
極子の電極対によつて形成される電界が、前段の
場合におけると同様に、後段の適宜位置にとつ
た、後段の四極子内における荷電粒子の運動方程
式は、次式で与えられる。

mx¨＝ｏ ……(6) my¨＝ｅ（E_R−z〓B_R） ……(7) mz¨＝ey〓B_R ……(8) この四極子では、Ｘ軸方向に磁界が作用し、Ｙ
軸方向に電界が作用しているためである。

ここでは、後段の四極子の電界をE_R、磁界を
B_Rとしている。そして、先の(5)式に対応する式
としては、(9)式が得られる。

y¨＝−e²／m²B_R ²ｙ ……(9) 前段と同じ考え方で、後段では荷電ビームは、
Ｙ軸方向（後段四極子の電界方向）につき、Ｚ軸
上に集束されることを示す。

即ち、E_O／B_O＝E_R／B_R ……(10) が満足されるとき、v_O＝（Ｏ，Ｏ，E_O／B_O）＝
（Ｏ，Ｏ，E_R／B_R）なる速度を有する荷電ビーム
を絞り孔６０から取り出すことが可能である。

更に集束作用について検討を加えると次のよう
になる。

前段の四極子における荷電ビームサイクロトロ
ン半径r_Oと後段の四極子における荷電ビームのサ
イクロトロン半径r_Rは、次式で与えれる。

r_O＝mv_O／eB_O ……(11) r_R＝mv_O／eB_R ……(12) ここで前段の四極子の有効長をL_O、後段の四
極子の有効長をL_R前段と後段の四極子間の距離
をL_dとすれば r_O／sin（L_O／r_O）＝ L_R＋L_d＋r_R／sin（L_R／r_R） ……(13) なる条件を満たすとき、荷電ビームは後段の四極
子より ｆ＝r_R／sin（L_R／r_R） ……(14) だけ距離を隔てたところにＺ軸に対して対称に集
束される。

従つて、前段、後段の四極子の電界、磁界E_O，
B_O、E_O，B_O、有効長L_O，L_R、前段、後段の四極
子の間隔Ldを荷電ビームの速度、分解能等に応
じて選択することが必要ではあるが、これにより
本発明の目的が達成される。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例である。

第１図において、前段の四極子の符号は従来の
第２図と同様である。後段の四極子にては、７，
８は電極、９，１０は磁極、１１は荷電ビームの
焦点面を示す。本実施例では既述のように、電極
１，２は互いに平行であり、磁極３，４も互いに
平行であり、これと同様に、電極７，８、磁極
９，１０もまたそれぞれ互いに平行であるが、電
極１，２が形成する電界E_Oと、電極７，８が形
成する電界E_Rとは、互いに直交するように前段
の四極子と後段の四極子とは互に縦属接続されて
配置されている。

また前段の四極子の有効長L_O、後段の四極子
の有効長L_R、四極子の間隔をLd、後段の四極子
の焦点距離をｆとすることは第２図の通りであ
る。また、絞り部材６の表面、焦点面１１はとも
に光軸５に対して垂直である。

前述の通り、前段四極子の磁極３，４の間に磁
場B_Oが＋Ｙ方向に形成されていて、電荷ｑ、質
量ｍなる荷電粒子が光軸５に沿つて前段四極子に
入射した場合、磁場B_Oにより−Ｘ方向に偏向さ
れる。そして、荷電ビームの速度がv_Oにほぼ等し
い場合、(4)式を満たすように電界E_Oが電極１，
２の間に＋Ｘ方向に形成されているため該荷電ビ
ームは前段四極子の内部を光軸５に沿つて直進
し、同時にＸ方向につき、Ｚ軸上へと集束作用を
受ける。

次に、実施例においては、更に後段の四極子が
縦属接続されているので、後段の四極子の磁極
９，１０の間に磁場B_Rが＋Ｘ方向に形成される
ときは、前記荷電粒子は、磁場B_Rにより−Ｙ方
向に、偏向される。

ここで(10)式を満たすように電場E_Rが電極７，
８の間に形成されておれば、荷電粒子は後段四極
子内を直進し、また荷電ビームはＹ軸方向につ
き、Ｚ軸上へと集束作用を受ける。

ここで、更に(11)，(12)，(13)式で示す条件を満たす
構成によれば、後段四極子から(14)式で示される距
離ｆを隔てた焦点面１１上に、絞り部材６の絞り
孔６０を通過した荷電ビームが、Ｚ軸（光軸）５
の回りにつき、対称形に集束される。

なお、電極、磁極の形状、構造は本実施例に限
られるものではないし、また電場、磁場の形成方
法も、本実施例に限るものではない。

例えば、前段と後段の四極子の電界は、互に直
交でなく斜交するものでもよい。

さらにまた、四極子間の距離Ldを可変とする
機能を附加するなどによつて更に汎用性を拡大す
ることができる。

（発明の効果） 本発明によりエネルギー分布を有する荷電ビー
ム、例えば異なる質量、電荷を有する複数種より
構成されるイオンビームより、特定の速度、質量
のみを有する荷電ビームを選別し、かつこれを集
束して、高品質の荷電ビームを形成することがで
き、例えば、半導体基板を、マスクを用いること
なく直接微細加工することなどが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のＥ×Ｂ速度選別器の
構成を示す図。第２図は従来のＥ×Ｂ速度選別器
の同様の図。 １，２，７，８……電極、３，４，９，１０…
…磁極、５……光軸、６……絞り部材、６０……
絞り孔、１１……焦点面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 相互に対向して配設されて静電界を形成する
   電極と、相互に対向して配設されて前記静電界と
   交叉する静磁界を形成する磁極と、を具備して四
   極子を構成し、かかる四極子の少くとも２個を、
   互の静電界の方向を交叉させ、かつ、光軸及び該
   光軸上に配設された絞り孔を共通にして、縦属接
   続的に配置したことを特徴とするEXB速度選別
   器。