JPH06290725A - イオン源装置およびそのイオン源装置を備えたイオン打ち込み装置 - Google Patents
イオン源装置およびそのイオン源装置を備えたイオン打ち込み装置Info
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- JPH06290725A JPH06290725A JP5076824A JP7682493A JPH06290725A JP H06290725 A JPH06290725 A JP H06290725A JP 5076824 A JP5076824 A JP 5076824A JP 7682493 A JP7682493 A JP 7682493A JP H06290725 A JPH06290725 A JP H06290725A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高エネルギーイオン打込み装置用のイオン源装
置において、ビーム電流を損ねることなくビームのエミ
ッタンスを独立に制御できるイオン源装置を提供する。 【構成】イオン源装置において、ミラー磁場強度比を変
えられるプラズマ室１０に、別のプラズマ源４からのプ
ラズマを導入し、且つプラズマ室１０の磁場強度最大点
近傍にイオンビーム引出し電極６を設ける。 【効果】イオン源装置からの引出しイオンビームのエミ
ッタンスを、イオン源装置運転パラメータとは独立に調
整できたため、低エミッタンスのイオン源装置を提供で
きるばかりでなく、イオン打込み装置に適用すること
で、打込み電流の増大が図れ、広い加速エネルギー範囲
で、ｍＡ以上の大電流ＭｅＶ級ビームのイオン打ち込み
装置を提供することができた。
置において、ビーム電流を損ねることなくビームのエミ
ッタンスを独立に制御できるイオン源装置を提供する。 【構成】イオン源装置において、ミラー磁場強度比を変
えられるプラズマ室１０に、別のプラズマ源４からのプ
ラズマを導入し、且つプラズマ室１０の磁場強度最大点
近傍にイオンビーム引出し電極６を設ける。 【効果】イオン源装置からの引出しイオンビームのエミ
ッタンスを、イオン源装置運転パラメータとは独立に調
整できたため、低エミッタンスのイオン源装置を提供で
きるばかりでなく、イオン打込み装置に適用すること
で、打込み電流の増大が図れ、広い加速エネルギー範囲
で、ｍＡ以上の大電流ＭｅＶ級ビームのイオン打ち込み
装置を提供することができた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波加速器を使って
イオンビームをＭｅＶ級の高エネルギーに加速し、この
加速イオンを試料基板に打ち込む高エネルギーイオン打
込み装置と、そのイオン源に好適な、低エミッタンスの
イオンビームを発生するイオン源装置に関する。
イオンビームをＭｅＶ級の高エネルギーに加速し、この
加速イオンを試料基板に打ち込む高エネルギーイオン打
込み装置と、そのイオン源に好適な、低エミッタンスの
イオンビームを発生するイオン源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術による高エネルギーイオン打込
み装置で使用されていた、大電流イオン源装置の構造を
図４で説明する。
み装置で使用されていた、大電流イオン源装置の構造を
図４で説明する。
【０００３】図４において、プラズマ源４は、空心コイ
ル３によるミラー磁場の中に置かれる。これに、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波及び放電ガスを導入し、高密度プ
ラズマを発生させる。次に、このプラズマから加速−減
速方式の引出し電極６を使い、イオンビーム２を引出
す。
ル３によるミラー磁場の中に置かれる。これに、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波及び放電ガスを導入し、高密度プ
ラズマを発生させる。次に、このプラズマから加速−減
速方式の引出し電極６を使い、イオンビーム２を引出
す。
【０００４】このようなイオン源装置としては、例え
ば、特開昭６３−１１４０３２号公報に示されるよう
に、ミラー磁場中でのマイクロ波放電によって生成した
高密度プラズマから、引出し電極を使ってイオンビーム
を引出すマイクロ波イオン源装置が使われていた。
ば、特開昭６３−１１４０３２号公報に示されるよう
に、ミラー磁場中でのマイクロ波放電によって生成した
高密度プラズマから、引出し電極を使ってイオンビーム
を引出すマイクロ波イオン源装置が使われていた。
【０００５】この従来型マイクロ波イオン源装置は、高
温高密度のプラズマを生成できるため、大電流ビームを
長時間安定に引出せる特徴があった。しかし、イオン源
装置から引出されるイオンビームの質を表わすエミッタ
ンスについては、他の方式のイオン源装置と同様に制御
は非常に難しかった。エミッタンスを調整しようとする
と、プラズマ状態が大きく変るため、大電流ビーム引出
し性能を維持しながら、エミッタンスを小さくすること
は出来なかった。
温高密度のプラズマを生成できるため、大電流ビームを
長時間安定に引出せる特徴があった。しかし、イオン源
装置から引出されるイオンビームの質を表わすエミッタ
ンスについては、他の方式のイオン源装置と同様に制御
は非常に難しかった。エミッタンスを調整しようとする
と、プラズマ状態が大きく変るため、大電流ビーム引出
し性能を維持しながら、エミッタンスを小さくすること
は出来なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、エミッタンス
の良否は、イオンビーム打ち込み装置の最終段の打込み
室に至るイオンビーム電流の透過率に影響を与える。特
に、高周波加速器では、良質の低エミッタンスビームを
導入しないと、加速器内でのビーム透過率が大きく減る
ことが知られている。
の良否は、イオンビーム打ち込み装置の最終段の打込み
室に至るイオンビーム電流の透過率に影響を与える。特
に、高周波加速器では、良質の低エミッタンスビームを
導入しないと、加速器内でのビーム透過率が大きく減る
ことが知られている。
【０００７】即ち、イオン打ち込み装置においては、イ
オン源装置から大電流のビームを引出しても、イオン源
装置のエミッタンスが大きいと、打込み室に到達するビ
ームが激減するという問題があった。
オン源装置から大電流のビームを引出しても、イオン源
装置のエミッタンスが大きいと、打込み室に到達するビ
ームが激減するという問題があった。
【０００８】また、エミッタンスは、イオン源装置のプ
ラズマ等の性質によって変わるため、その調整には、イ
オン源装置プラズマのパラメータ（例えば、イオン温
度、電子温度等）を変える必要がある。しかし、従来技
術では、それらを変えると、イオンビーム引出し特性も
同時に変わり、その結果、ビーム電流が大きく変わる問
題があった。即ち、従来のイオン源装置では、エミッタ
ンスと電流引出し性能を、独立に制御することが出来な
いという問題があった。
ラズマ等の性質によって変わるため、その調整には、イ
オン源装置プラズマのパラメータ（例えば、イオン温
度、電子温度等）を変える必要がある。しかし、従来技
術では、それらを変えると、イオンビーム引出し特性も
同時に変わり、その結果、ビーム電流が大きく変わる問
題があった。即ち、従来のイオン源装置では、エミッタ
ンスと電流引出し性能を、独立に制御することが出来な
いという問題があった。
【０００９】本発明の目的は、高エネルギーイオン打込
み装置用のイオン源装置において、ビーム電流を損ねる
ことなく、ビームのエミッタンスを独立に制御できる、
低エミッタンスのイオン源を提供することにある。
み装置用のイオン源装置において、ビーム電流を損ねる
ことなく、ビームのエミッタンスを独立に制御できる、
低エミッタンスのイオン源を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、大電流ビー
ムの引出しに好適な高密度プラズマを発生できるマイク
ロ波イオン源装置のエミッタンスを調整するために、プ
ラズマ発生部とエミッタンスを調整する部分を独立に設
けたイオン源装置を有するイオンビーム打ち込み装置に
よって達成できる。
ムの引出しに好適な高密度プラズマを発生できるマイク
ロ波イオン源装置のエミッタンスを調整するために、プ
ラズマ発生部とエミッタンスを調整する部分を独立に設
けたイオン源装置を有するイオンビーム打ち込み装置に
よって達成できる。
【００１１】即ち、前記イオン源装置において、２個の
空心コイルの励磁で発生するミラー磁場中に、別のプラ
ズマ源で発生したプラズマを導入せしめ、更に、プラズ
マ状態を変化させるため、ミラー磁場強度比を変える手
段を設ける。これにより、引出し電極で引出されるイオ
ンビームのエミッタンスが制御可能としたものである。
空心コイルの励磁で発生するミラー磁場中に、別のプラ
ズマ源で発生したプラズマを導入せしめ、更に、プラズ
マ状態を変化させるため、ミラー磁場強度比を変える手
段を設ける。これにより、引出し電極で引出されるイオ
ンビームのエミッタンスが制御可能としたものである。
【００１２】
【作用】本発明の作用を述べるにあたり、最初に、エミ
ッタンスの定義及びミラー磁場によるプラズマ粒子の振
舞いについて説明する。
ッタンスの定義及びミラー磁場によるプラズマ粒子の振
舞いについて説明する。
【００１３】図２は、イオンビームが持つエミッタンス
を説明する図である。図２−（Ａ）で示すように、イオ
ンビーム２中に小孔の開いたスリット１を置き、この小
孔から出るイオンビーム２ａの広がり角度θを測定す
る。小孔の位置ｒを変えて角度θを測定したものを、図
２−（Ｂ）に示す。この時、図２−（Ｂ）で描かれた図
形の面積がエミッタンスである。レンズ等により、ビー
ムが制御を受けるとエミッタンスの形は変わるが、その
面積は変わらない。
を説明する図である。図２−（Ａ）で示すように、イオ
ンビーム２中に小孔の開いたスリット１を置き、この小
孔から出るイオンビーム２ａの広がり角度θを測定す
る。小孔の位置ｒを変えて角度θを測定したものを、図
２−（Ｂ）に示す。この時、図２−（Ｂ）で描かれた図
形の面積がエミッタンスである。レンズ等により、ビー
ムが制御を受けるとエミッタンスの形は変わるが、その
面積は変わらない。
【００１４】イオン打込み装置において、イオン源装置
からビーム照射室に至るイオンビーム透過率は、エミッ
タンスの大小により変わる。特に、大電流ビームを得る
には、イオン源装置から引出されるビーム電流を上げる
と共に、そのエミッタンスを小さくすることが必要であ
る。
からビーム照射室に至るイオンビーム透過率は、エミッ
タンスの大小により変わる。特に、大電流ビームを得る
には、イオン源装置から引出されるビーム電流を上げる
と共に、そのエミッタンスを小さくすることが必要であ
る。
【００１５】エミッタンスは、その定義から分かるよう
に、イオンビーム進行方向と直角な方向のイオン速度の
大小により決まる。イオン速度の大小は、イオンが引出
されるプラズマ室のプラズマ中イオン温度により変わ
る。プラズマ中のイオン温度は、プラズマ生成方法で決
まる。
に、イオンビーム進行方向と直角な方向のイオン速度の
大小により決まる。イオン速度の大小は、イオンが引出
されるプラズマ室のプラズマ中イオン温度により変わ
る。プラズマ中のイオン温度は、プラズマ生成方法で決
まる。
【００１６】一方、プラズマ生成条件を変化させると、
種々のプラズマパラメータ（電子温度、プラズマ密度
等）が同時に複雑に変わるため、プラズマ密度を一定に
保ちながらイオン温度のみを単独に制御することは困難
である。
種々のプラズマパラメータ（電子温度、プラズマ密度
等）が同時に複雑に変わるため、プラズマ密度を一定に
保ちながらイオン温度のみを単独に制御することは困難
である。
【００１７】次に、２個の空心コイルの励磁で出来る、
いわゆるミラー磁場中の荷電粒子の振舞いについては、
以下のことが知られている。
いわゆるミラー磁場中の荷電粒子の振舞いについては、
以下のことが知られている。
【００１８】まず、図３−（Ａ）にミラー磁場形状を示
す。２個の空心コイル３ａ，３ｂで作られた磁場内にプ
ラズマ等の荷電粒子を入れると、大部分の粒子は２個の
コイルの間を往復する。これは、コイル部のところで磁
場が、あたかも鏡のように働き、荷電粒子を反射させる
からである。しかし、一部の粒子については反射されず
軸方向に逃げていく。
す。２個の空心コイル３ａ，３ｂで作られた磁場内にプ
ラズマ等の荷電粒子を入れると、大部分の粒子は２個の
コイルの間を往復する。これは、コイル部のところで磁
場が、あたかも鏡のように働き、荷電粒子を反射させる
からである。しかし、一部の粒子については反射されず
軸方向に逃げていく。
【００１９】図３−（Ｂ）は、ミラー磁場内の粒子につ
いて、磁場方向速度成分Ｖｘ及びこれに直角な方向の成
分Ｖｙをもつ粒子の分布を示したものである。プラズマ
が等方的であれば、粒子は円内で一様に分布する。
いて、磁場方向速度成分Ｖｘ及びこれに直角な方向の成
分Ｖｙをもつ粒子の分布を示したものである。プラズマ
が等方的であれば、粒子は円内で一様に分布する。
【００２０】ミラー磁場内で往復する個々の粒子のＶ
ｘ，Ｖｙの変化は、図３−（Ｂ）に示したような円形状
となるが、コイル中心部の位置において、図３−（Ｂ）
の斜線部に示す速度成分をもつ粒子は、ミラー磁場内で
反射を受けずに軸方向に逃げていく。斜線部の粒子が抜
けた後、他の速度空間にある粒子は相互の衝突により順
次この斜線部に入ってくるので、粒子は次々に軸方向に
逃げて行くことになる。ここで、斜線部の領域を示す角
度θは、ミラー磁場の強度比Ｂｏ／Ｂｍにより変化し、
θ＝ｓｉｎ~ 1√（Ｂｏ／Ｂｍ）で与えられる。ここ
で、Ｂｏはミラー磁場中心における磁束密度、Ｂｍはミ
ラー地点での磁束密度である。
ｘ，Ｖｙの変化は、図３−（Ｂ）に示したような円形状
となるが、コイル中心部の位置において、図３−（Ｂ）
の斜線部に示す速度成分をもつ粒子は、ミラー磁場内で
反射を受けずに軸方向に逃げていく。斜線部の粒子が抜
けた後、他の速度空間にある粒子は相互の衝突により順
次この斜線部に入ってくるので、粒子は次々に軸方向に
逃げて行くことになる。ここで、斜線部の領域を示す角
度θは、ミラー磁場の強度比Ｂｏ／Ｂｍにより変化し、
θ＝ｓｉｎ~ 1√（Ｂｏ／Ｂｍ）で与えられる。ここ
で、Ｂｏはミラー磁場中心における磁束密度、Ｂｍはミ
ラー地点での磁束密度である。
【００２１】つまり、ミラー磁場から出ていった粒子の
Ｖｙは、粒子がミラー磁場中にある場合に比べ、小さな
値を持つことになる。プラズマから引出されるイオンビ
ームのエミッタンスは、Ｖｙ成分が小さい時、小さな値
となる。
Ｖｙは、粒子がミラー磁場中にある場合に比べ、小さな
値を持つことになる。プラズマから引出されるイオンビ
ームのエミッタンスは、Ｖｙ成分が小さい時、小さな値
となる。
【００２２】従って、ミラー磁場から逃げる粒子をイオ
ンビームとして引出せば、エミッタンスの小さなイオン
源装置を得ることができる。特に、ミラー磁場比を変え
る機構を設ければ角度θが変わるので、ミラー磁場より
逃げていく粒子のエミッタンスを調整することが可能と
なる。
ンビームとして引出せば、エミッタンスの小さなイオン
源装置を得ることができる。特に、ミラー磁場比を変え
る機構を設ければ角度θが変わるので、ミラー磁場より
逃げていく粒子のエミッタンスを調整することが可能と
なる。
【００２３】
【実施例】最初に、本発明を適用したイオン源装置に関
するいくつかの実施例を、説明する。次に、それらのイ
オン源装置を備えた、イオン打ち込み装置に関する実施
例を説明する。
するいくつかの実施例を、説明する。次に、それらのイ
オン源装置を備えた、イオン打ち込み装置に関する実施
例を説明する。
【００２４】図１は、本発明に基づくイオン源装置に関
する第１の実施例を説明する図である。図１に示される
本実施例は、プラズマ源部１０２と、同じ軸上に連結さ
れるエミッタンスを調整する調整部１０１とから成る。
する第１の実施例を説明する図である。図１に示される
本実施例は、プラズマ源部１０２と、同じ軸上に連結さ
れるエミッタンスを調整する調整部１０１とから成る。
【００２５】プラズマ源部１０２は、ミラー磁場を発生
する、給電装置（図示せず）を備えた空心コイル３ａ、
３ｂと、プラズマを発生するプラズマ源４と、マイクロ
波を透過すると共にマイクロ波導入部分とプラズマ源部
１０２を遮蔽する絶縁物５と、当該磁場による調整部１
０１への影響を最小にする鉄等の磁性材料で構成される
ヨーク９とから構成される。
する、給電装置（図示せず）を備えた空心コイル３ａ、
３ｂと、プラズマを発生するプラズマ源４と、マイクロ
波を透過すると共にマイクロ波導入部分とプラズマ源部
１０２を遮蔽する絶縁物５と、当該磁場による調整部１
０１への影響を最小にする鉄等の磁性材料で構成される
ヨーク９とから構成される。
【００２６】調整部１０１は、前記ミラー磁場とは独立
にミラー磁場を発生する、給電装置（図示せず）を備え
た空心コイル７ａ、７ｂと、前記プラズマ源４で発生し
たプラズマを導入するプラズマ室１０と、そこからイオ
ンビーム２を引き出すイオンビーム引出し電極６と、鉄
等の磁性材料で構成されるヨーク８ａ、８ｂ、８ｃとか
ら構成される。ただし、８ｂは可動式ヨ−クで、当該ミ
ラー磁場強度比を変化させる。コイル７ａ、７ｂの励磁
で発生する磁力線は、ヨーク８ａ、８ｂ、８ｃ内を主に
通るため、プラズマ源４の磁場分布や強度には影響を与
えない。
にミラー磁場を発生する、給電装置（図示せず）を備え
た空心コイル７ａ、７ｂと、前記プラズマ源４で発生し
たプラズマを導入するプラズマ室１０と、そこからイオ
ンビーム２を引き出すイオンビーム引出し電極６と、鉄
等の磁性材料で構成されるヨーク８ａ、８ｂ、８ｃとか
ら構成される。ただし、８ｂは可動式ヨ−クで、当該ミ
ラー磁場強度比を変化させる。コイル７ａ、７ｂの励磁
で発生する磁力線は、ヨーク８ａ、８ｂ、８ｃ内を主に
通るため、プラズマ源４の磁場分布や強度には影響を与
えない。
【００２７】マイクロ波は、図１左方向から絶縁物５を
通して、プラズマ源４に導入され、そこで、図１下方向
から導入されるガスを、マイクロ波放電によってプラズ
マ化する。発生したプラズマ粒子の内、コイル３ａ、３
ｂによるミラー磁場強度比で決まる速度分布を持つ粒子
は、この磁場を逃げて、コイル７ａ、７ｂによって発生
されるミラー磁場中に置かれたプラズマ室１０へ移動す
る。
通して、プラズマ源４に導入され、そこで、図１下方向
から導入されるガスを、マイクロ波放電によってプラズ
マ化する。発生したプラズマ粒子の内、コイル３ａ、３
ｂによるミラー磁場強度比で決まる速度分布を持つ粒子
は、この磁場を逃げて、コイル７ａ、７ｂによって発生
されるミラー磁場中に置かれたプラズマ室１０へ移動す
る。
【００２８】さらに、プラズマ室１０において、コイル
７ａ、７ｂが作るミラー磁場強度比で決まる速度分布を
持つプラズマ粒子は、当該ミラー磁場を逃げて、引出し
電極６の引出し面に向かう。プラズマ室１０のミラー磁
場強度比は、ヨーク８ｂを機械的に軸方向に出し入れす
れば容易に変えられる（図１中、矢印参照）。したがっ
て、ミラー磁場から逃げるプラズマのＹ方向速度分布が
制御可能となり、引出されるイオンのエミッタンスを調
整することができる。このとき、プラズマ源部１０２に
は、何らの影響も与えない。すなわち、種々のプラズマ
パラメータを変化させない。
７ａ、７ｂが作るミラー磁場強度比で決まる速度分布を
持つプラズマ粒子は、当該ミラー磁場を逃げて、引出し
電極６の引出し面に向かう。プラズマ室１０のミラー磁
場強度比は、ヨーク８ｂを機械的に軸方向に出し入れす
れば容易に変えられる（図１中、矢印参照）。したがっ
て、ミラー磁場から逃げるプラズマのＹ方向速度分布が
制御可能となり、引出されるイオンのエミッタンスを調
整することができる。このとき、プラズマ源部１０２に
は、何らの影響も与えない。すなわち、種々のプラズマ
パラメータを変化させない。
【００２９】本実施例において、種々のイオン種に関す
るイオンビームエミッタンスを測定した。その結果、数
ｍＡ〜数１０ｍＡの引出しイオンビーム電流において、
プラズマ室１０のミラー磁場強度比を変えることで、ビ
ームエミッタンス値を数倍〜数１０倍の範囲で変わるこ
とが示された。ここで、イオン源装置引出し電圧は数ｋ
Ｖ〜５０ｋＶで実験した。
るイオンビームエミッタンスを測定した。その結果、数
ｍＡ〜数１０ｍＡの引出しイオンビーム電流において、
プラズマ室１０のミラー磁場強度比を変えることで、ビ
ームエミッタンス値を数倍〜数１０倍の範囲で変わるこ
とが示された。ここで、イオン源装置引出し電圧は数ｋ
Ｖ〜５０ｋＶで実験した。
【００３０】この電圧電流範囲に対し、エミッタンス値
をイオンビーム速度で規格化した規格化エミッタンスの
実測値は、従来が０．１πｃｍ・ｍｒａｄ程度であっ
た。しかし、本実施例では、０．０１πｃｍ・ｍｒａｄ
の桁とすることができ、従来例に比べ格段に小さくでき
ることが分った。
をイオンビーム速度で規格化した規格化エミッタンスの
実測値は、従来が０．１πｃｍ・ｍｒａｄ程度であっ
た。しかし、本実施例では、０．０１πｃｍ・ｍｒａｄ
の桁とすることができ、従来例に比べ格段に小さくでき
ることが分った。
【００３１】次に、イオン源装置に関する第２の実施例
を説明する。上記第１実施例では、プラズマ発生用のプ
ラズマ源４に単純な形状のミラー磁場のみを印加してい
るが、その代わりに、特開昭６３−１１４０３２号公報
に示される多極磁場を重畳した多価イオン生成用プラズ
マ源を用いた場合でも、エミッタンス制御が可能であ
る。
を説明する。上記第１実施例では、プラズマ発生用のプ
ラズマ源４に単純な形状のミラー磁場のみを印加してい
るが、その代わりに、特開昭６３−１１４０３２号公報
に示される多極磁場を重畳した多価イオン生成用プラズ
マ源を用いた場合でも、エミッタンス制御が可能であ
る。
【００３２】図５は、イオン源装置に関する第２の実施
例を説明する図で、調整部１０１は図１のそれと同じで
ある。
例を説明する図で、調整部１０１は図１のそれと同じで
ある。
【００３３】図５では、ミラー磁場の他に、永久磁石１
３ａ、１３ｂをプラズマ源４の周辺に多極状に配置し、
プラズマ温度やプラズマ密度をさらに高めている。この
場合も、プラズマ源４のミラー磁場端から調整部１０１
に高温、高密度プラズマが導入されるため、低エミッタ
ンスの引出しビーム２を大電流化できる。
３ａ、１３ｂをプラズマ源４の周辺に多極状に配置し、
プラズマ温度やプラズマ密度をさらに高めている。この
場合も、プラズマ源４のミラー磁場端から調整部１０１
に高温、高密度プラズマが導入されるため、低エミッタ
ンスの引出しビーム２を大電流化できる。
【００３４】特に、第１実施例では、一価イオンがプラ
ズマ源４で効率良く生成できるのに対し、本実施例では
２価以上の多価イオンが効率良く生成できるため、低エ
ミッタンスの数１０ｍＡ級大電流多価イオンビームを得
ることができる。
ズマ源４で効率良く生成できるのに対し、本実施例では
２価以上の多価イオンが効率良く生成できるため、低エ
ミッタンスの数１０ｍＡ級大電流多価イオンビームを得
ることができる。
【００３５】次に、第３の実施例を説明する。第１およ
び第２実施例では、ミラー磁場強度比を変化させるため
に、コイルに取り付けたヨークを機械的に移動させてい
た。
び第２実施例では、ミラー磁場強度比を変化させるため
に、コイルに取り付けたヨークを機械的に移動させてい
た。
【００３６】しかし、ここで説明する第３の実施例（図
７）では、これを電気的に変える方法を採用した。即
ち、空心コイル７ａ、７ｂの中間に補助コイル１１を置
き、給電装置１８によって補助コイル１１に流す励磁電
流を変えてミラー比を変化させた。本実施例でも、引出
しビーム２のエミッタンスを、容易に制御することがで
きた。
７）では、これを電気的に変える方法を採用した。即
ち、空心コイル７ａ、７ｂの中間に補助コイル１１を置
き、給電装置１８によって補助コイル１１に流す励磁電
流を変えてミラー比を変化させた。本実施例でも、引出
しビーム２のエミッタンスを、容易に制御することがで
きた。
【００３７】次に、イオン源装置に関する第４の実施例
を説明する。上記第１、２、３実施例においては、図１
に示すように、プラズマ源部１０２と調整部１０１とが
それぞれ１対のコイルを有し、独立にミラー磁場を発生
させていた。しかし、プラズマ源部１０２と調整部１０
１の接続点に近い、いずれかのコイルを省き、３個のコ
イルによっても、同様なミラー磁場を発生させることが
できる。
を説明する。上記第１、２、３実施例においては、図１
に示すように、プラズマ源部１０２と調整部１０１とが
それぞれ１対のコイルを有し、独立にミラー磁場を発生
させていた。しかし、プラズマ源部１０２と調整部１０
１の接続点に近い、いずれかのコイルを省き、３個のコ
イルによっても、同様なミラー磁場を発生させることが
できる。
【００３８】この第４の実施例では、図８に示すよう
に、図１におけるプラズマ室１０のミラー磁場を形成す
るコイル７ａを除去し、コイル３ｂを共用する。つま
り、コイル３ａと３ｂ、および、コイル３ｂと７ｂでミ
ラー磁場を形成する。
に、図１におけるプラズマ室１０のミラー磁場を形成す
るコイル７ａを除去し、コイル３ｂを共用する。つま
り、コイル３ａと３ｂ、および、コイル３ｂと７ｂでミ
ラー磁場を形成する。
【００３９】本実施例において測定した、ビーム電流に
対するエミッタンス制御性の範囲は、実施例１、２、３
に較べやや狭くなるが、従来イオン源装置では、ビーム
電流やイオン源装置電圧が数１０％以上変わると、エミ
ッタンスが大きく変動していたのに対し、数倍のビーム
電流、電圧変化に対しても、本実施例のエミッタンス
を、０．０１πｃｍ・ｍｒａｄの桁に制御することがで
きた。
対するエミッタンス制御性の範囲は、実施例１、２、３
に較べやや狭くなるが、従来イオン源装置では、ビーム
電流やイオン源装置電圧が数１０％以上変わると、エミ
ッタンスが大きく変動していたのに対し、数倍のビーム
電流、電圧変化に対しても、本実施例のエミッタンス
を、０．０１πｃｍ・ｍｒａｄの桁に制御することがで
きた。
【００４０】第４実施例では、図１においてコイル７ａ
を除いたが、コイル３ｂを除いても同様な結果が得られ
る。
を除いたが、コイル３ｂを除いても同様な結果が得られ
る。
【００４１】さらに、上記第１、２、３、４実施例で
は、エミッタンス調整用のミラー磁場内に置かれるプラ
ズマ室１０に一個のプラズマ源を結合している。しか
し、図９に示す第５実施例のように、調整部１０１の中
央部に上下方向から別の複数のプラズマ源部１０２（こ
の例では２個を追加）を結合付加すればプラズマ密度が
上がるため、引出しイオンビーム２の電流が増加でき
る。この場合、低エミッタンスでより大電流のイオンビ
ームが簡単に引出しできることは、発明の作用からして
自明のことである。
は、エミッタンス調整用のミラー磁場内に置かれるプラ
ズマ室１０に一個のプラズマ源を結合している。しか
し、図９に示す第５実施例のように、調整部１０１の中
央部に上下方向から別の複数のプラズマ源部１０２（こ
の例では２個を追加）を結合付加すればプラズマ密度が
上がるため、引出しイオンビーム２の電流が増加でき
る。この場合、低エミッタンスでより大電流のイオンビ
ームが簡単に引出しできることは、発明の作用からして
自明のことである。
【００４２】次に、上記実施例で示されたイオン源装置
を有するＭｅＶエネルギーのイオン打込み装置の一実施
例を説明する。
を有するＭｅＶエネルギーのイオン打込み装置の一実施
例を説明する。
【００４３】図６は、その実施構成例を説明する図であ
る。本実施例は、上記実施例で説明されたいずれかのプ
ラズマ源部１０２および調整部１０１から構成されるイ
オン源装置と、磁場によってイオン軌道を変える質量分
離器１５と、磁場または電場によってビームを収束する
レンズ１６と、イオンをＭｅＶエネルギーにまで加速す
るＲＦＱ加速器１４と、そのイオンを半導体基板等の被
照射物（図示せず）に打ち込むビーム照射室１７とによ
って構成される。ここで、加速器１４には、例えば、特
願昭５８−２２６８６０号公報に示されるＲＦＱ（高周
波４重極）加速器を用いることができる。
る。本実施例は、上記実施例で説明されたいずれかのプ
ラズマ源部１０２および調整部１０１から構成されるイ
オン源装置と、磁場によってイオン軌道を変える質量分
離器１５と、磁場または電場によってビームを収束する
レンズ１６と、イオンをＭｅＶエネルギーにまで加速す
るＲＦＱ加速器１４と、そのイオンを半導体基板等の被
照射物（図示せず）に打ち込むビーム照射室１７とによ
って構成される。ここで、加速器１４には、例えば、特
願昭５８−２２６８６０号公報に示されるＲＦＱ（高周
波４重極）加速器を用いることができる。
【００４４】イオン源装置１０１／１０２から発生され
たイオンは、質量分離器１５によって選択され、その選
ばれたイオンだけがレンズ１６によって収束され加速器
１４で、所定のエネルギ−まで加速され、ビーム照射室
１７に保持される被照射物に照射される。
たイオンは、質量分離器１５によって選択され、その選
ばれたイオンだけがレンズ１６によって収束され加速器
１４で、所定のエネルギ−まで加速され、ビーム照射室
１７に保持される被照射物に照射される。
【００４５】ＲＦＱ加速器１４は、入射ビームのエミッ
タンスにより、加速器内のビーム透過率が大きく左右さ
れる性質を持つ。したがって、ｍＡ級の大電流ＭｅＶビ
ームを得るためには、加速器１４に低エミッタンスのビ
ームを入射することが、特に必要である。
タンスにより、加速器内のビーム透過率が大きく左右さ
れる性質を持つ。したがって、ｍＡ級の大電流ＭｅＶビ
ームを得るためには、加速器１４に低エミッタンスのビ
ームを入射することが、特に必要である。
【００４６】図４に示した従来のイオン源装置の場合、
イオン源装置のエミッタンスを低くするための運転条件
と、大電流ビームを引出すための運転条件が異なってい
る。したがって、本実施例のイオン打ち込み装置におい
て、従来イオン源装置を使用すると、要求されるビーム
エネルギーや入射ビーム電流値により、加速器透過率が
変わり、ＲＦＱ加速器の運転条件の広い範囲において、
効率良く加速することができなかった。
イオン源装置のエミッタンスを低くするための運転条件
と、大電流ビームを引出すための運転条件が異なってい
る。したがって、本実施例のイオン打ち込み装置におい
て、従来イオン源装置を使用すると、要求されるビーム
エネルギーや入射ビーム電流値により、加速器透過率が
変わり、ＲＦＱ加速器の運転条件の広い範囲において、
効率良く加速することができなかった。
【００４７】次に、イオン源装置を本発明のものに置き
換えたところ、ＲＦＱ加速器の広い運転周波数範囲、つ
まり、広い加速エネルギー範囲で、９０％以上の高いビ
ーム透過率が、Ｂ（ボロン）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ
素）イオンビームについて得られた。これは、様々なイ
オン種や加速条件に応じて、入射イオンビームエミッタ
ンスを小さな値（０．０１πｃｍ・ｍｒａｄの桁）に制
御できたためである。
換えたところ、ＲＦＱ加速器の広い運転周波数範囲、つ
まり、広い加速エネルギー範囲で、９０％以上の高いビ
ーム透過率が、Ｂ（ボロン）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ
素）イオンビームについて得られた。これは、様々なイ
オン種や加速条件に応じて、入射イオンビームエミッタ
ンスを小さな値（０．０１πｃｍ・ｍｒａｄの桁）に制
御できたためである。
【００４８】
【発明の効果】本発明により、高エネルギーイオン打込
み装置用のイオン源装置について、引出しイオンビーム
のエミッタンスを、イオン源装置運転パラメータとは独
立に調整できた。その結果、低エミッタンスのイオン源
装置を提供できるばかりでなく、イオン打込み装置に適
用することで、打込み電流の増大が図れ、広い加速エネ
ルギー範囲で、ｍＡ以上の大電流ＭｅＶ級ビームのイオ
ン打ち込み装置を提供することができる。
み装置用のイオン源装置について、引出しイオンビーム
のエミッタンスを、イオン源装置運転パラメータとは独
立に調整できた。その結果、低エミッタンスのイオン源
装置を提供できるばかりでなく、イオン打込み装置に適
用することで、打込み電流の増大が図れ、広い加速エネ
ルギー範囲で、ｍＡ以上の大電流ＭｅＶ級ビームのイオ
ン打ち込み装置を提供することができる。
【００４９】
【図１】図１は、本発明に基ずくイオン源装置の原理を
示す第１実施例の構成図。
示す第１実施例の構成図。
【図２】図２−（Ａ）および（Ｂ）は、イオンビ−ムエ
ミッタンスの定義説明図。
ミッタンスの定義説明図。
【図３】図３−（Ａ）および（Ｂ）は、ミラー磁場の定
義及びミラー磁場中の荷電粒子の速度空間における分布
説明図。
義及びミラー磁場中の荷電粒子の速度空間における分布
説明図。
【図４】図４は、従来のマイクロ波イオン源装置の構成
図。
図。
【図５】図５は、本発明に基づくイオン源装置の第２実
施例の構成図。
施例の構成図。
【図６】図６は、本発明に基づくイオン打ち込み装置の
一実施例のブロック図。
一実施例のブロック図。
【図７】図７は、本発明に基づくイオン源装置の第３実
施例の構成図。
施例の構成図。
【図８】図８は、本発明に基づくイオン源装置の第４実
施例の構成図。
施例の構成図。
【図９】図９は、本発明に基づくイオン源装置の第５実
施例の構成図。
施例の構成図。
１…ビーム遮蔽スリット、 ２…イオンビーム、 ３
ａ、３ｂ…空心コイル、４…マイクロ波プラズマ源、
５…絶縁物、 ６…イオンビーム引出し電極、７ａ、７
ｂ…空心コイル、 ８ａ、８ｃ、８ｄ…磁性材料ヨー
ク、８ｂ…可動ヨーク、 ９…磁性材料ヨーク、 １０
…プラズマ室、１１…補助コイル、 １２…磁力線、
１３ａ、１３ｂ…永久磁石、１４…ＲＦＱ加速器、 １
５…質量分離器、 １６…レンズ、１７…ビーム照射
室、 １８…給電装置、 １０１…調整部、１０２…プ
ラズマ源部。
ａ、３ｂ…空心コイル、４…マイクロ波プラズマ源、
５…絶縁物、 ６…イオンビーム引出し電極、７ａ、７
ｂ…空心コイル、 ８ａ、８ｃ、８ｄ…磁性材料ヨー
ク、８ｂ…可動ヨーク、 ９…磁性材料ヨーク、 １０
…プラズマ室、１１…補助コイル、 １２…磁力線、
１３ａ、１３ｂ…永久磁石、１４…ＲＦＱ加速器、 １
５…質量分離器、 １６…レンズ、１７…ビーム照射
室、 １８…給電装置、 １０１…調整部、１０２…プ
ラズマ源部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 (72)発明者 作道 訓之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】イオンを発生するプラズマ発生源を有する
イオン源装置において、 前記プラズマ発生源と隣接し、イオンの引出側に配置さ
れ、発生したイオンを導入し、引き出されるイオンビー
ムのエミッタンスを調整する調整部を有し、 前記調整部は、同一軸上に少なくとも２個の空心コイル
を離して設置し、発生磁力線が同一方向となるように励
磁して、前記プラズマ発生源から導入したイオンを閉じ
込めるための第１のミラー磁場を形成する手段と、その
磁場強度あるいは磁力線分布の少なくとも一方を変える
ことで当該第１のミラー磁場強度比を変更する手段とを
備えることを特徴とするイオン源装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記第１のミラー磁場
とは別に、少なくとも２個の空心コイルからなる第２の
ミラ−磁場を発生する手段と、マイクロ波導入部とをさ
らに備え、 前記プラズマ発生源は、第２のミラー磁場中に置かれ、
前記マイクロ波導入路から導入されたマイクロ波による
放電によってプラズマを発生することを特徴とするイオ
ン源装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記第１のミ
ラー磁場強度比を変更する手段は、前記ミラー磁場を構
成する２個の空心コイルの間に配置される磁性材料のヨ
ークを有するものであり、これらのヨ−クは、それらが
コイル間領域に占める状態を変えてミラー磁場強度比を
変更するものであることを特徴とするイオン源装置。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記第１のミ
ラー磁場強度比を変更する手段は、前記第１のミラー磁
場を発生する２個の空心コイルの間に配置されるコイル
と、当該コイルに給電する装置とを備え、当該給電装置
はコイルに流す電流を変えて、ミラー磁場強度比を変更
するものであることを特徴とするイオン源装置。 - 【請求項５】請求項２から４のいずれかにおいて、前記
プラズマ発生源の置かれている第２のミラー磁場に重畳
する多極磁場を発生する手段をさらに備えたことを特徴
とするイオン源装置。 - 【請求項６】請求項２から５のいずれかにおいて、前記
プラズマ発生源が置かれている第２のミラ−磁場と前記
第１のミラー磁場とを発生する少なくとも４個以上の空
心コイルの内、隣合う２個のコイルの内１個を省き、残
り１個を共用することを特徴とするイオン源装置。 - 【請求項７】請求項１から６のいずれかにおいて、前記
プラズマ発生源とは別の複数のプラズマ発生源をさらに
備え、それらで発生したプラズマをそれぞれ前記調整部
に導入することを特徴とするイオン源装置。 - 【請求項８】ある特定のイオンを発生するイオン源装置
と、発生されたイオンを加速するイオン加速器と、加速
されたイオンビームを照射する打ち込み室とを有するイ
オン打ち込み装置において、 イオン源装置は、イオンを発生するプラズマ発生源と、
発生したイオンを導入し、出射イオンビームのエミッタ
ンスを調整する調整部とを有し、 前記調整部は、同一軸上に少なくとも２個の空心コイル
を離して設置し、発生磁力線が同一方向となるように励
磁して、前記プラズマ発生源から導入したイオンを閉じ
込めるための第１のミラー磁場を形成する手段と、その
磁場強度あるいは磁力線分布の少なくとも一方を変える
ことで当該第１のミラー磁場強度比を変更する手段とを
備えることを特徴とするイオン打ち込み装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076824A JP2644958B2 (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | イオン源装置およびそのイオン源装置を備えたイオン打ち込み装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076824A JP2644958B2 (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | イオン源装置およびそのイオン源装置を備えたイオン打ち込み装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06290725A true JPH06290725A (ja) | 1994-10-18 |
| JP2644958B2 JP2644958B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=13616433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5076824A Expired - Fee Related JP2644958B2 (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | イオン源装置およびそのイオン源装置を備えたイオン打ち込み装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644958B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005054127A1 (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Ideal Star Inc. | 誘導フラーレンの製造装置及び製造方法 |
| JP2005353537A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Ulvac Japan Ltd | イオン注入装置 |
| JP2011003457A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Tokyo Electron Ltd | 荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置 |
| JP2011526724A (ja) * | 2008-07-02 | 2011-10-13 | コミッサリア ア レネルジ アトミック エ オ エネルジ アルテルナティヴ | 電子サイクロトロン共鳴イオン・ゼネレータ |
| DE102011102723A1 (de) | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Hans-Peter Moers | Faltschloss mit teilweise verkürzten Bügelsegmenten |
| JP2018142434A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン注入装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114433A (ja) * | 1988-10-24 | 1990-04-26 | Nissin Electric Co Ltd | イオン処理装置 |
| JPH04132145A (ja) * | 1990-09-20 | 1992-05-06 | Ulvac Japan Ltd | イオン源 |
| JPH04338639A (ja) * | 1991-05-16 | 1992-11-25 | Fujitsu Ltd | イオン生成装置 |
-
1993
- 1993-04-02 JP JP5076824A patent/JP2644958B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114433A (ja) * | 1988-10-24 | 1990-04-26 | Nissin Electric Co Ltd | イオン処理装置 |
| JPH04132145A (ja) * | 1990-09-20 | 1992-05-06 | Ulvac Japan Ltd | イオン源 |
| JPH04338639A (ja) * | 1991-05-16 | 1992-11-25 | Fujitsu Ltd | イオン生成装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005054127A1 (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Ideal Star Inc. | 誘導フラーレンの製造装置及び製造方法 |
| JP2005353537A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Ulvac Japan Ltd | イオン注入装置 |
| JP2011526724A (ja) * | 2008-07-02 | 2011-10-13 | コミッサリア ア レネルジ アトミック エ オ エネルジ アルテルナティヴ | 電子サイクロトロン共鳴イオン・ゼネレータ |
| JP2011003457A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Tokyo Electron Ltd | 荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置 |
| DE102011102723A1 (de) | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Hans-Peter Moers | Faltschloss mit teilweise verkürzten Bügelsegmenten |
| JP2018142434A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン注入装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2644958B2 (ja) | 1997-08-25 |
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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