高周波型荷電粒子加速装置
【構成】 高周波型イオン加速装置６は、高周波４重極型線形加速器８とビームのエネルギーを可変する後段高周波加速器９とが、高周波的に両加速器８・９を隔離する仕切り板１０を介して真空チャンバ７内に一体的に設けられている構成である。
【効果】 両加速器８・９の間の距離が非常に短くなり、両加速器８・９間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。従来では２つ必要であった真空チャンバが１つとなり、部品数の削減および低コスト化が図れる。従来よりも両加速器８・９のビーム軸を合致させる作業が容易であり、両加速器８・９のビーム軸のずれが生じ難い。
【効果】 両加速器８・９の間の距離が非常に短くなり、両加速器８・９間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。従来では２つ必要であった真空チャンバが１つとなり、部品数の削減および低コスト化が図れる。従来よりも両加速器８・９のビーム軸を合致させる作業が容易であり、両加速器８・９のビーム軸のずれが生じ難い。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギーのイオン等の荷電粒子を照射対象物に照射してイオン注入や表面改質等を行う装置に供される高周波型加速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物をイオン化し、この不純物イオンを磁界を用いた質量分析法により選択的に取り出し、電界により加速してイオン照射対象物に照射することで、イオン照射対象物内に不純物を注入するものである。そして、このイオン注入装置は、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定する不純物を任意の量および深さに制御性良く注入できることから、現在の集積回路の製造に重要な装置になっている。
【０００３】近年、半導体デバイスメーカでは、ＭｅＶ級の高エネルギーイオン注入装置の必要性が高まっている。これは、Ｃ−ＭＯＳデバイス製造プロセスにおけるレトログレイドウエルの形成、ＲＯＭ後書込み等を、高エネルギーイオン注入で行う利点が明らかになってきたためである。
【０００４】上記高エネルギーイオン注入装置の一つに、図２に示すように、イオン加速手段として高周波４重極型線形加速器（以下、ＲＦＱ加速器と称する）５６を用いたものがある。上記高エネルギーイオン注入装置は、イオン源物質をイオン化してビームとして引き出すイオン源５２、質量分析により所望のイオンのみを選択的に取り出す分析マグネット５３、イオンビームをシャープに整形する静電レンズ５４、および上記各部位５２〜５４に電力を供給する高電圧電源部５５を有するイオンビーム発生部５１を備えている。そして、このイオンビーム発生部５１の後段に上記ＲＦＱ加速器５６が設けられ、イオンビーム発生部５１から出射されたイオンがＲＦＱ加速器５６により所定のエネルギーまで加速されるようになっている。
【０００５】上記ＲＦＱ加速器５６は、真空チャンバ５６ａ内にモジュレーション（波）を有する４重極電極５６ｂを備えている。また、上記ＲＦＱ加速器５６のビーム入射部には、ビームを加速し易いように集群（バンチ）するバンチ部が形成されている。上記ＲＦＱ加速器５６に、図示しない高周波電源より所定周波数の高周波電力を供給して共振させることにより、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界が形成され、ビーム入射部でバンチされたビームが集束されながら加速される。
【０００６】尚、上記ＲＦＱ加速器５６では、その共振周波数が、その構造によって一定のものに固定されているため、同一イオン種の加速エネルギーを可変できないという欠点がある。また、あるエネルギー以上になると加速効率が悪化する。この解決法として、ＲＦＱ加速器５６の後段に高周波加速器（以下、後段ＲＦ加速器）５７が付加されている。即ち、上記ＲＦＱ加速器５６から出射された所定エネルギーのビームを、後段ＲＦ加速器５７でさらに加速、あるいは減速して、所望のエネルギーに調整するのである。上記後段ＲＦ加速器５７としては、例えば、真空容器５７ａ内にドリフトチューブ５７ｂを備えた２ギャップのλ／４共振器を用いることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来では、上記ＲＦＱ加速器５６の後段に後段ＲＦ加速器５７を設ける場合、ベローズ５８およびゲートバルブ５９を介して、ＲＦＱ加速器５６の真空チャンバ５６ａと、後段ＲＦ加速器５７の真空チャンバ５７ａとを連通している。
【０００８】このため、ＲＦＱ加速器５６のビーム出口と後段ＲＦ加速器５７のビーム入射口との間のギャップ長が、ベローズ５８、ゲートバルブ５９およびフランジ等によって長くなり、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７との間に比較的長いドリフト空間が形成されてしまう。したがって、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７とのビームマッチングが不適当になり、ビームの輸送効率の悪化を招来するという問題が生じる。
【０００９】即ち、上記ＲＦＱ加速器５６から出射されたビームは、イオンが所定の位相範囲内（例えば−３０°＜φ＜３０°、φ：位相〔°〕）に存在するバンチ構造であるが、位相の進んでいるイオンは速度が遅く、位相の遅れているイオンは速度が速いので、ドリフト空間を通過するに連れてビームバンチは平滑にされて位相範囲が広がってしまう。上記後段ＲＦ加速器５７は、所定の位相範囲内のイオンしか加速しないので、上記ドリフト空間が長くビームバンチの位相範囲が広くなる程、後段ＲＦ加速器５７で加速されないイオンの割合が多くなり、ビームの輸送効率の悪化を招くのである。
【００１０】また、ベローズ５８やゲートバルブ５９が必要な分、全体の長さが長くなり、装置の大型化を招来すると共に、部品数も多くなり、コスト高も招来する。
【００１１】また、上記ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７とがそれぞれ別体の真空チャンバ５６ａ・５７ａ内に設けられているので、両者５６・５７のビーム軸を合致させる作業が比較的難しい。即ち、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７をそれぞれ別体の真空チャンバ５６ａ・５７ａ内で正確に位置決め固定し、さらに、両真空チャンバ５６ａ・５７ａを正確に位置決め固定する必要があるからである。また、両真空チャンバ５６ａ・５７ａを位置決め固定した後、地震等によって何れか一方の真空チャンバの固定位置がずれると、両加速器５６・５７のビーム軸にずれが生じてしまうといった不都合も生じる。
【００１２】本発明は、上記に鑑みなされたものであり、その目的は、ビームの輸送効率を高めることができ、小型化および低コスト化が図れ、さらに、２つの加速器間のビーム軸の合致作業が容易であり、ビーム軸のずれが生じ難い安定な構造の高周波型荷電粒子加速装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波型荷電粒子加速装置は、被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えているものであって、上記の課題を解決するために、以下の手段が講じられていることを特徴とするものである。
【００１４】即ち、上記高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが、高周波的に両加速手段を隔離するための隔離部材を介して、１つの真空容器内に一体的に設けられている。
【００１５】
【作用】上記の構成によれば、１つの真空容器内に、隔離部材を介して高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが一体的に設けられているので、従来用いられていたベローズやゲートバルブが存在しない分、両加速手段の間の距離が非常に短くなる。このため、高周波４重極加速手段で集群された状態で加速された荷電粒子ビームは、略、高周波４重極加速手段から出射された位相範囲のままで、後段高周波加速手段に入射されることになるので、両加速手段間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。
【００１６】また、従来用いられていたベローズやゲートバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった真空容器が１つとなり、また、ベローズやゲートバルブも不要となるので、部品数の削減および低コスト化が図れる。
【００１７】また、上記高周波型荷電粒子加速装置では、従来よりも両加速手段のビーム軸を合致させる作業が容易となる。即ち、従来では真空容器内における加速手段の位置決めと、真空容器の位置決めとを正確に行う必要があるが、本発明では、１つの真空容器内における両加速手段の位置決めを正確に行うだけで、ビーム軸の合致が可能となる。また、従来では、一方の真空チャンバの固定位置がずれると、ビーム軸がずれてしまうが、本発明では、一度、真空容器内で両加速手段のビーム軸を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生じ難い安定な構造となっている。
【００１８】
【実施例】本発明の一実施例について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１９】本実施例に係る高周波型荷電粒子加速装置としての高周波型イオン加速装置（以下、ＲＦ加速装置と称する）は、高エネルギーイオン注入装置に用いられるものであり、図１に示すように、高エネルギーイオン注入装置のイオンビーム発生部１の後段に設置されている。
【００２０】上記イオンビーム発生部１は、イオン源物質をイオン化してビームとして引き出すイオン源２、質量分析により所望のイオンのみを選択的に取り出す分析マグネット３、ＲＦ加速装置６へ入射するビーム量の効率を高めるためにイオンビームをシャープに整形する静電レンズ４、および上記各部位２〜４に電力を供給する高電圧電源部５を有している。
【００２１】上記ＲＦ加速装置６は、１つの真空チャンバ（真空容器）７内に、高周波４重極加速手段としての高周波４重極型線形加速器（以下、ＲＦＱ加速器と称する）８と、このＲＦＱ加速器８の後段に配置される後段高周波加速手段としての後段高周波加速器（以下、後段ＲＦ加速器）９とが一体的に設けられたものである。上記ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間には、両加速器８・９を高周波的に隔離するための隔離部材としての仕切り板１０が介在されている。上記仕切り板１０の中央には、ビーム通過孔が形成されている。
【００２２】上記仕切り板１０は、高周波電流に対して抵抗の少ない材質、例えば銅により形成されている。また、仕切り板１０として、銅メッキを施した鉄板等を用いることもできる。上記仕切り板１０の内部には、水等の冷媒の通路が形成されており、装置運転中の過熱を防止するようになっている。
【００２３】上記ＲＦＱ加速器８は、被加速荷電粒子ビームとしてのイオンビームの通過経路のまわりに配置された４重極電極８ａを備えている。この４重極電極８ａにおける各電極の対向面には、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界を形成するためのモジュレーション（波）が形成されている。また、上記ＲＦＱ加速器８のビーム入射部には、ビームを加速し易いように集群（バンチ）するバンチ部が形成されている。
【００２４】上記後段ＲＦ加速器９は、共振波長λの１／４倍の長さを有する導体９ａを備え、導体９ａの一端をショート、他端にビーム通過孔を有するドリフトチューブ９ｂを形成した２ギャップのλ／４共振器であり、導体９ａを渦巻き状にしたスパイラルレゾネータと呼称されるものである。
【００２５】上記真空チャンバ７には、図示しない高真空ポンプの引口と、上記ＲＦＱ加速器８および後段ＲＦ加速器９にそれぞれ高周波電力を供給するためのポートとが設けられている。
【００２６】上記の構成において、ＲＦ加速装置６の動作を以下に説明する。
【００２７】ＲＦ加速装置６のＲＦＱ加速器８には、図示しない高周波電源より所定の高周波電力が供給されており、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界が形成されている。イオンビーム発生部１から出射されたイオンビームは、先ず、このＲＦＱ加速器８に入射し、該ＲＦＱ加速器８のバンチ部でバンチされる。即ち、イオンの位相が所定範囲内なるように揃えられる。そして、バンチ部でバンチされたビームが、上記４重極電界により集束されながら加速される。
【００２８】上記ＲＦＱ加速器８で所定エネルギーに加速されたビームは、ＲＦＱ加速器８から出射後、仕切り板１０のビーム通過孔を通過して直ちに後段ＲＦ加速器９に入射される。両加速器８・９間の距離は非常に短く、この間に従来のようにビームバンチの位相範囲が大きく広がってしまうことはなく、バンチ構造のビームは、略、ＲＦＱ加速器８から出射された位相範囲のままで、後段ＲＦ加速器９に入射されることになる。
【００２９】上記後段ＲＦ加速器９では、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との位相関係を１８０°変化させることにより、２つのギャップｇ1 ・ｇ2 においてバンチ構造のビームが加速、または減速される。この後、後段ＲＦ加速器９から出射されたイオンビームは、照射部にセットされているウェハ等のイオン照射対象物へ照射される。
【００３０】以上のように、本実施例のＲＦ加速装置６は、イオンビームの通過経路のまわりに配置された４重極電極８ａを備え、高周波電源より所定の高周波電力の供給を受けて所定周波数で共振し、イオンビームをバンチ（集群）して加速するＲＦＱ加速器８と、上記ＲＦＱ加速器８の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記ＲＦＱ加速器８で加速されたイオンビームのエネルギーを可変する後段ＲＦ加速器９とを備えているものであって、上記ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９とが、高周波的に両加速器８・９を隔離するための仕切り板１０を介して真空チャンバ７内に一体的に設けられている構成である。
【００３１】これにより、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間の距離が非常に短くなり、バンチ構造のビームは、略、ＲＦＱ加速器８から出射された位相範囲のままで、後段ＲＦ加速器９に入射されることになるので、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。
【００３２】また、従来、ＲＦＱ加速器と後段ＲＦ加速器との間に設けられていたベローズやゲートバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった真空チャンバが１つとなり、また、ベローズやゲートバルブも不要となるので、部品数の削減が図れ、低コスト化も図れる。
【００３３】また、上記ＲＦ加速装置６では、従来よりも両加速器８・９のビーム軸を合致させる作業が容易である。即ち、従来では真空チャンバ内における加速器の位置決めと、真空チャンバの位置決めとが正確に行われていないと両加速器のビーム軸を合致させることができなかったのに対し、上記ＲＦ加速装置６では、１つの真空チャンバ７内における両加速器８・９の位置決めを正確に行うだけで、両加速器８・９のビーム軸を合致させることができる。また、従来では、地震等によって何れか一方の真空チャンバの固定位置がずれると、両加速器のビーム軸がずれてしまうが、上記ＲＦ加速装置６では、一度、真空チャンバ７内で両加速器８・９のビーム軸を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生じ難い安定な構造となっている。
【００３４】尚、上記実施例では、高周波型荷電粒子加速装置を高エネルギーイオン注入装置に適用した例を示したが、他の装置にも適用可能である。また、上記実施例では、後段高周波加速手段としてスパイラルレゾネータが用いられているが、これに限定されるものではなく、例えば、ドリフトチューブを複数有し、各ドリフトチューブ間のギャップで加速を行う構成のドリフトチューブライナック等の他の高周波加速器を用いることもできる。上記実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【００３５】
【発明の効果】本発明の高周波型荷電粒子加速装置は、以上のように、被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えているものであって、上記高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが、高周波的に両加速手段を隔離するための隔離部材を介して、１つの真空容器内に一体的に設けられている構成である。
【００３６】それゆえ、高周波４重極加速手段と後段高周波加速手段との間の距離が非常に短くなり、両加速手段間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。
【００３７】また、従来用いられていたベローズやゲートバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった真空容器が１つとなり、また、ベローズやゲートバルブも不要となるので、部品数の削減および低コスト化が図れる。
【００３８】また、１つの真空容器内における高周波４重極加速手段および後段高周波加速手段の位置決めを正確に行うだけで、ビーム軸の合致が可能となり、従来よりも両加速手段のビーム軸を合致させる作業が容易となる。また、従来では、一方の真空チャンバの固定位置がずれると、ビーム軸がずれてしまうが、本発明では、一度、真空容器内で両加速手段のビーム軸を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生じ難い等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すものであり、高周波型イオン加速装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の要部の構成を示す概略構成図である。
【図２】従来例を示すものであり、高周波型イオン加速装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の要部の構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ イオンビーム発生部
６ 高周波型イオン加速装置
７ 真空チャンバ（真空容器）
８ 高周波４重極型線形加速器（高周波４重極加速手段）
８ａ ４重極電極
９ 後段高周波加速器（後段高周波加速手段）
１０ 仕切り板（隔離部材）
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギーのイオン等の荷電粒子を照射対象物に照射してイオン注入や表面改質等を行う装置に供される高周波型加速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物をイオン化し、この不純物イオンを磁界を用いた質量分析法により選択的に取り出し、電界により加速してイオン照射対象物に照射することで、イオン照射対象物内に不純物を注入するものである。そして、このイオン注入装置は、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定する不純物を任意の量および深さに制御性良く注入できることから、現在の集積回路の製造に重要な装置になっている。
【０００３】近年、半導体デバイスメーカでは、ＭｅＶ級の高エネルギーイオン注入装置の必要性が高まっている。これは、Ｃ−ＭＯＳデバイス製造プロセスにおけるレトログレイドウエルの形成、ＲＯＭ後書込み等を、高エネルギーイオン注入で行う利点が明らかになってきたためである。
【０００４】上記高エネルギーイオン注入装置の一つに、図２に示すように、イオン加速手段として高周波４重極型線形加速器（以下、ＲＦＱ加速器と称する）５６を用いたものがある。上記高エネルギーイオン注入装置は、イオン源物質をイオン化してビームとして引き出すイオン源５２、質量分析により所望のイオンのみを選択的に取り出す分析マグネット５３、イオンビームをシャープに整形する静電レンズ５４、および上記各部位５２〜５４に電力を供給する高電圧電源部５５を有するイオンビーム発生部５１を備えている。そして、このイオンビーム発生部５１の後段に上記ＲＦＱ加速器５６が設けられ、イオンビーム発生部５１から出射されたイオンがＲＦＱ加速器５６により所定のエネルギーまで加速されるようになっている。
【０００５】上記ＲＦＱ加速器５６は、真空チャンバ５６ａ内にモジュレーション（波）を有する４重極電極５６ｂを備えている。また、上記ＲＦＱ加速器５６のビーム入射部には、ビームを加速し易いように集群（バンチ）するバンチ部が形成されている。上記ＲＦＱ加速器５６に、図示しない高周波電源より所定周波数の高周波電力を供給して共振させることにより、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界が形成され、ビーム入射部でバンチされたビームが集束されながら加速される。
【０００６】尚、上記ＲＦＱ加速器５６では、その共振周波数が、その構造によって一定のものに固定されているため、同一イオン種の加速エネルギーを可変できないという欠点がある。また、あるエネルギー以上になると加速効率が悪化する。この解決法として、ＲＦＱ加速器５６の後段に高周波加速器（以下、後段ＲＦ加速器）５７が付加されている。即ち、上記ＲＦＱ加速器５６から出射された所定エネルギーのビームを、後段ＲＦ加速器５７でさらに加速、あるいは減速して、所望のエネルギーに調整するのである。上記後段ＲＦ加速器５７としては、例えば、真空容器５７ａ内にドリフトチューブ５７ｂを備えた２ギャップのλ／４共振器を用いることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来では、上記ＲＦＱ加速器５６の後段に後段ＲＦ加速器５７を設ける場合、ベローズ５８およびゲートバルブ５９を介して、ＲＦＱ加速器５６の真空チャンバ５６ａと、後段ＲＦ加速器５７の真空チャンバ５７ａとを連通している。
【０００８】このため、ＲＦＱ加速器５６のビーム出口と後段ＲＦ加速器５７のビーム入射口との間のギャップ長が、ベローズ５８、ゲートバルブ５９およびフランジ等によって長くなり、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７との間に比較的長いドリフト空間が形成されてしまう。したがって、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７とのビームマッチングが不適当になり、ビームの輸送効率の悪化を招来するという問題が生じる。
【０００９】即ち、上記ＲＦＱ加速器５６から出射されたビームは、イオンが所定の位相範囲内（例えば−３０°＜φ＜３０°、φ：位相〔°〕）に存在するバンチ構造であるが、位相の進んでいるイオンは速度が遅く、位相の遅れているイオンは速度が速いので、ドリフト空間を通過するに連れてビームバンチは平滑にされて位相範囲が広がってしまう。上記後段ＲＦ加速器５７は、所定の位相範囲内のイオンしか加速しないので、上記ドリフト空間が長くビームバンチの位相範囲が広くなる程、後段ＲＦ加速器５７で加速されないイオンの割合が多くなり、ビームの輸送効率の悪化を招くのである。
【００１０】また、ベローズ５８やゲートバルブ５９が必要な分、全体の長さが長くなり、装置の大型化を招来すると共に、部品数も多くなり、コスト高も招来する。
【００１１】また、上記ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７とがそれぞれ別体の真空チャンバ５６ａ・５７ａ内に設けられているので、両者５６・５７のビーム軸を合致させる作業が比較的難しい。即ち、ＲＦＱ加速器５６と後段ＲＦ加速器５７をそれぞれ別体の真空チャンバ５６ａ・５７ａ内で正確に位置決め固定し、さらに、両真空チャンバ５６ａ・５７ａを正確に位置決め固定する必要があるからである。また、両真空チャンバ５６ａ・５７ａを位置決め固定した後、地震等によって何れか一方の真空チャンバの固定位置がずれると、両加速器５６・５７のビーム軸にずれが生じてしまうといった不都合も生じる。
【００１２】本発明は、上記に鑑みなされたものであり、その目的は、ビームの輸送効率を高めることができ、小型化および低コスト化が図れ、さらに、２つの加速器間のビーム軸の合致作業が容易であり、ビーム軸のずれが生じ難い安定な構造の高周波型荷電粒子加速装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波型荷電粒子加速装置は、被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えているものであって、上記の課題を解決するために、以下の手段が講じられていることを特徴とするものである。
【００１４】即ち、上記高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが、高周波的に両加速手段を隔離するための隔離部材を介して、１つの真空容器内に一体的に設けられている。
【００１５】
【作用】上記の構成によれば、１つの真空容器内に、隔離部材を介して高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが一体的に設けられているので、従来用いられていたベローズやゲートバルブが存在しない分、両加速手段の間の距離が非常に短くなる。このため、高周波４重極加速手段で集群された状態で加速された荷電粒子ビームは、略、高周波４重極加速手段から出射された位相範囲のままで、後段高周波加速手段に入射されることになるので、両加速手段間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。
【００１６】また、従来用いられていたベローズやゲートバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった真空容器が１つとなり、また、ベローズやゲートバルブも不要となるので、部品数の削減および低コスト化が図れる。
【００１７】また、上記高周波型荷電粒子加速装置では、従来よりも両加速手段のビーム軸を合致させる作業が容易となる。即ち、従来では真空容器内における加速手段の位置決めと、真空容器の位置決めとを正確に行う必要があるが、本発明では、１つの真空容器内における両加速手段の位置決めを正確に行うだけで、ビーム軸の合致が可能となる。また、従来では、一方の真空チャンバの固定位置がずれると、ビーム軸がずれてしまうが、本発明では、一度、真空容器内で両加速手段のビーム軸を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生じ難い安定な構造となっている。
【００１８】
【実施例】本発明の一実施例について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１９】本実施例に係る高周波型荷電粒子加速装置としての高周波型イオン加速装置（以下、ＲＦ加速装置と称する）は、高エネルギーイオン注入装置に用いられるものであり、図１に示すように、高エネルギーイオン注入装置のイオンビーム発生部１の後段に設置されている。
【００２０】上記イオンビーム発生部１は、イオン源物質をイオン化してビームとして引き出すイオン源２、質量分析により所望のイオンのみを選択的に取り出す分析マグネット３、ＲＦ加速装置６へ入射するビーム量の効率を高めるためにイオンビームをシャープに整形する静電レンズ４、および上記各部位２〜４に電力を供給する高電圧電源部５を有している。
【００２１】上記ＲＦ加速装置６は、１つの真空チャンバ（真空容器）７内に、高周波４重極加速手段としての高周波４重極型線形加速器（以下、ＲＦＱ加速器と称する）８と、このＲＦＱ加速器８の後段に配置される後段高周波加速手段としての後段高周波加速器（以下、後段ＲＦ加速器）９とが一体的に設けられたものである。上記ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間には、両加速器８・９を高周波的に隔離するための隔離部材としての仕切り板１０が介在されている。上記仕切り板１０の中央には、ビーム通過孔が形成されている。
【００２２】上記仕切り板１０は、高周波電流に対して抵抗の少ない材質、例えば銅により形成されている。また、仕切り板１０として、銅メッキを施した鉄板等を用いることもできる。上記仕切り板１０の内部には、水等の冷媒の通路が形成されており、装置運転中の過熱を防止するようになっている。
【００２３】上記ＲＦＱ加速器８は、被加速荷電粒子ビームとしてのイオンビームの通過経路のまわりに配置された４重極電極８ａを備えている。この４重極電極８ａにおける各電極の対向面には、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界を形成するためのモジュレーション（波）が形成されている。また、上記ＲＦＱ加速器８のビーム入射部には、ビームを加速し易いように集群（バンチ）するバンチ部が形成されている。
【００２４】上記後段ＲＦ加速器９は、共振波長λの１／４倍の長さを有する導体９ａを備え、導体９ａの一端をショート、他端にビーム通過孔を有するドリフトチューブ９ｂを形成した２ギャップのλ／４共振器であり、導体９ａを渦巻き状にしたスパイラルレゾネータと呼称されるものである。
【００２５】上記真空チャンバ７には、図示しない高真空ポンプの引口と、上記ＲＦＱ加速器８および後段ＲＦ加速器９にそれぞれ高周波電力を供給するためのポートとが設けられている。
【００２６】上記の構成において、ＲＦ加速装置６の動作を以下に説明する。
【００２７】ＲＦ加速装置６のＲＦＱ加速器８には、図示しない高周波電源より所定の高周波電力が供給されており、イオンの進行方向と直角な方向に４重極電界が形成されている。イオンビーム発生部１から出射されたイオンビームは、先ず、このＲＦＱ加速器８に入射し、該ＲＦＱ加速器８のバンチ部でバンチされる。即ち、イオンの位相が所定範囲内なるように揃えられる。そして、バンチ部でバンチされたビームが、上記４重極電界により集束されながら加速される。
【００２８】上記ＲＦＱ加速器８で所定エネルギーに加速されたビームは、ＲＦＱ加速器８から出射後、仕切り板１０のビーム通過孔を通過して直ちに後段ＲＦ加速器９に入射される。両加速器８・９間の距離は非常に短く、この間に従来のようにビームバンチの位相範囲が大きく広がってしまうことはなく、バンチ構造のビームは、略、ＲＦＱ加速器８から出射された位相範囲のままで、後段ＲＦ加速器９に入射されることになる。
【００２９】上記後段ＲＦ加速器９では、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との位相関係を１８０°変化させることにより、２つのギャップｇ1 ・ｇ2 においてバンチ構造のビームが加速、または減速される。この後、後段ＲＦ加速器９から出射されたイオンビームは、照射部にセットされているウェハ等のイオン照射対象物へ照射される。
【００３０】以上のように、本実施例のＲＦ加速装置６は、イオンビームの通過経路のまわりに配置された４重極電極８ａを備え、高周波電源より所定の高周波電力の供給を受けて所定周波数で共振し、イオンビームをバンチ（集群）して加速するＲＦＱ加速器８と、上記ＲＦＱ加速器８の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記ＲＦＱ加速器８で加速されたイオンビームのエネルギーを可変する後段ＲＦ加速器９とを備えているものであって、上記ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９とが、高周波的に両加速器８・９を隔離するための仕切り板１０を介して真空チャンバ７内に一体的に設けられている構成である。
【００３１】これにより、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間の距離が非常に短くなり、バンチ構造のビームは、略、ＲＦＱ加速器８から出射された位相範囲のままで、後段ＲＦ加速器９に入射されることになるので、ＲＦＱ加速器８と後段ＲＦ加速器９との間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。
【００３２】また、従来、ＲＦＱ加速器と後段ＲＦ加速器との間に設けられていたベローズやゲートバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった真空チャンバが１つとなり、また、ベローズやゲートバルブも不要となるので、部品数の削減が図れ、低コスト化も図れる。
【００３３】また、上記ＲＦ加速装置６では、従来よりも両加速器８・９のビーム軸を合致させる作業が容易である。即ち、従来では真空チャンバ内における加速器の位置決めと、真空チャンバの位置決めとが正確に行われていないと両加速器のビーム軸を合致させることができなかったのに対し、上記ＲＦ加速装置６では、１つの真空チャンバ７内における両加速器８・９の位置決めを正確に行うだけで、両加速器８・９のビーム軸を合致させることができる。また、従来では、地震等によって何れか一方の真空チャンバの固定位置がずれると、両加速器のビーム軸がずれてしまうが、上記ＲＦ加速装置６では、一度、真空チャンバ７内で両加速器８・９のビーム軸を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生じ難い安定な構造となっている。
【００３４】尚、上記実施例では、高周波型荷電粒子加速装置を高エネルギーイオン注入装置に適用した例を示したが、他の装置にも適用可能である。また、上記実施例では、後段高周波加速手段としてスパイラルレゾネータが用いられているが、これに限定されるものではなく、例えば、ドリフトチューブを複数有し、各ドリフトチューブ間のギャップで加速を行う構成のドリフトチューブライナック等の他の高周波加速器を用いることもできる。上記実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【００３５】
【発明の効果】本発明の高周波型荷電粒子加速装置は、以上のように、被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えているものであって、上記高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが、高周波的に両加速手段を隔離するための隔離部材を介して、１つの真空容器内に一体的に設けられている構成である。
【００３６】それゆえ、高周波４重極加速手段と後段高周波加速手段との間の距離が非常に短くなり、両加速手段間のビームのマッチングが最適に行われ、ビームの輸送効率が高まる。
【００３７】また、従来用いられていたベローズやゲートバルブが不要となるため、全体の長さが短くなり、装置の小型化が図れる。また、従来では２つ必要であった真空容器が１つとなり、また、ベローズやゲートバルブも不要となるので、部品数の削減および低コスト化が図れる。
【００３８】また、１つの真空容器内における高周波４重極加速手段および後段高周波加速手段の位置決めを正確に行うだけで、ビーム軸の合致が可能となり、従来よりも両加速手段のビーム軸を合致させる作業が容易となる。また、従来では、一方の真空チャンバの固定位置がずれると、ビーム軸がずれてしまうが、本発明では、一度、真空容器内で両加速手段のビーム軸を合致させれば、地震等が生じてもビーム軸のずれが生じ難い等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すものであり、高周波型イオン加速装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の要部の構成を示す概略構成図である。
【図２】従来例を示すものであり、高周波型イオン加速装置を用いた高エネルギーイオン注入装置の要部の構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ イオンビーム発生部
６ 高周波型イオン加速装置
７ 真空チャンバ（真空容器）
８ 高周波４重極型線形加速器（高周波４重極加速手段）
８ａ ４重極電極
９ 後段高周波加速器（後段高周波加速手段）
１０ 仕切り板（隔離部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えているものであって、上記高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが、高周波的に両加速手段を隔離するための隔離部材を介して、１つの真空容器内に一体的に設けられていることを特徴とする高周波型荷電粒子加速装置。
【請求項１】被加速荷電粒子の通過経路のまわりに配置された４重極電極を備え、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記荷電粒子ビームを集群して加速する高周波４重極加速手段と、上記高周波４重極加速手段の後段に配置され、高周波電源より高周波電力の供給を受けて共振し、上記高周波４重極加速手段で加速された荷電粒子ビームのエネルギーを可変する後段高周波加速手段とを備えているものであって、上記高周波４重極加速手段と上記後段高周波加速手段とが、高周波的に両加速手段を隔離するための隔離部材を介して、１つの真空容器内に一体的に設けられていることを特徴とする高周波型荷電粒子加速装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開平７−５７８９７
【公開日】平成７年（１９９５）３月３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−１９８４０１
【出願日】平成５年（１９９３）８月１０日
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【公開日】平成７年（１９９５）３月３日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）８月１０日
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
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