JPH0523012B2 - - Google Patents
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- JPH0523012B2 JPH0523012B2 JP8629486A JP8629486A JPH0523012B2 JP H0523012 B2 JPH0523012 B2 JP H0523012B2 JP 8629486 A JP8629486 A JP 8629486A JP 8629486 A JP8629486 A JP 8629486A JP H0523012 B2 JPH0523012 B2 JP H0523012B2
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- axis
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- electric field
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- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 claims description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
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- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
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。
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。
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。
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。
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。
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EO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BO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EOと磁界
BO、即ち、X軸とY軸は互いに直交している。
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EO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BO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EOと磁界
BO、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。
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。
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(EO−zBO) ……(1)
my=o ……(2)
mz=exBO ……(3)
ここで、(1)式においてz〓=EO/BOであれば、
mx¨=oとなり、X軸方向に対して、電界EOと磁
界BO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〓=EO/BO ……(4) であるような荷電粒子すなわち速度vO=(O,O,
EO/BO)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。
mx¨=oとなり、X軸方向に対して、電界EOと磁
界BO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〓=EO/BO ……(4) であるような荷電粒子すなわち速度vO=(O,O,
EO/BO)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vO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。
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/m2BO 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。
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。
×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。
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。
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。
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。
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(ER−z〓BR) ……(7)
mz¨=ey〓BR ……(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。
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ER、磁界を
BR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。
BR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/m2BR 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。
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、EO/BO=ER/BR ……(10)
が満足されるとき、vO=(O,O,EO/BO)=
(O,O,ER/BR)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。
(O,O,ER/BR)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。
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rO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rRは、次式で与えれる。
ン半径rO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rRは、次式で与えれる。
rO=mvO/eBO ……(11)
rR=mvO/eBR ……(12)
ここで前段の四極子の有効長をLO、後段の四
極子の有効長をLR前段と後段の四極子間の距離
をLdとすれば rO/sin(LO/rO)= LR+Ld+rR/sin(LR/rR) ……(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=rR/sin(LR/rR) ……(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。
極子の有効長をLR前段と後段の四極子間の距離
をLdとすれば rO/sin(LO/rO)= LR+Ld+rR/sin(LR/rR) ……(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=rR/sin(LR/rR) ……(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EO,
BO、EO,BO、有効長LO,LR、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。
BO、EO,BO、有効長LO,LR、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EOと、電極7,8が形
成する電界ER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。
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EOと、電極7,8が形
成する電界ER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LO、後段の四極子
の有効長LR、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。
の有効長LR、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BO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BOにより−X方向に偏向さ
れる。そして、荷電ビームの速度がvOにほぼ等し
い場合、(4)式を満たすように電界EO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。
場BO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BOにより−X方向に偏向さ
れる。そして、荷電ビームの速度がvOにほぼ等し
い場合、(4)式を満たすように電界EO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BRが+X方向に形成される
ときは、前記荷電粒子は、磁場BRにより−Y方
向に、偏向される。
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BRが+X方向に形成される
ときは、前記荷電粒子は、磁場BR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ER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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8629486A JPS62243230A (ja) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | E×b速度選別器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8629486A JPS62243230A (ja) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | E×b速度選別器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62243230A JPS62243230A (ja) | 1987-10-23 |
JPH0523012B2 true JPH0523012B2 (ja) | 1993-03-31 |
Family
ID=13882813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8629486A Granted JPS62243230A (ja) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | E×b速度選別器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62243230A (ja) |
-
1986
- 1986-04-15 JP JP8629486A patent/JPS62243230A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62243230A (ja) | 1987-10-23 |
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