JPH0594790A - 質量分析器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 質量分析器には、中心部の軌道よりも内側の
軌道を進行するイオンを衝突させてビーム電流を検出す
る内側ビーム当板９と、中心部の軌道よりも外側の軌道
を進行するイオンを衝突させてビーム電流を外側ビーム
当板１０とが設けられている。そして、内側ビーム当板
９および外側ビーム当板１０は、ビーム電流を基にして
質量分析器の磁束密度を変更する検出制御手段に接続さ
れているもの。 【効果】 内側および外側ビーム当板９・１０に衝突し
たイオンから得られた両ビーム電流の比率を基にしてマ
スチューニングおよびマス値チェックを行うことが可能
なため、マススペクトルの作成が不要になり、マスチュ
ーニングおよびマス値チェックを短時間で完了すること
が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の質量のイオンの
みを選択的に取り出し可能な質量分析器に関するもので
あり、詳細には、質量分析器の内壁面に衝突するイオン
のビーム電流を基にしてマスチューニングおよびマス値
チェックを行うことができる質量分析器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置は、イオンビームを用い
ることによって、所要の不純物イオンをイオン照射対象
物へ任意の量、任意の深さに制御性良く注入できること
から、例えば半導体への不純物の注入や新素材の研究開
発等の用途に多用されている。

【０００３】上記のイオンビームは、通常、イオン源か
ら引出電極により所定の速度で引き出されるようになっ
ているが、イオン源からのイオンビームは、複数のイオ
ンから構成されており、上述の制御性良く注入するため
には、特定のイオンからなるイオンビームに形成する必
要がある。

【０００４】従って、従来、イオン源から引き出された
各イオンは、磁束密度を任意に変更可能な質量分析器に
より各イオンの質量単位に軌道が分離され、分析スリッ
トにより特定の軌道を進行するイオンのみをイオン照射
対象物方向へ通過させることによって、特定のイオンか
らなるイオンビームとされるようになっている。

【０００５】これにより、質量分析器内のイオンビーム
の軌道は、質量分析器の磁束密度とイオンの速度および
質量とからなる要因によって変更することができるた
め、必要とするイオンを特定の軌道へ位置させるマスチ
ューニングおよびイオンの種類を特定するマス値チェッ
クは、質量分析器の磁束密度を変化させながら、分析ス
リットを通過したイオンビームのビーム電流を検出し、
各磁束密度におけるビーム電流の分布状態を示すマスス
ペクトルを得ることによって行なえるようになってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の質量分析器では、質量分析器の磁束密度を変化さ
せ、分析スリットを通過したイオンビームのビーム電流
を各磁束密度について検出する必要があるため、マスチ
ューニングおよびマス値チェックを行う際の作業に長時
間を要するという問題がある。

【０００７】また、従来の質量分析器では、マスチュー
ニングおよびマス値チェックを行う際に、所望のイオン
ビームをマススペクトルから特定する作業が必要であ
り、この作業がマススペクトルのパターン認識処理を要
することから、演算手段への負担を増大させるという問
題も有している。

【０００８】従って、本発明においては、マススペクト
ルを作成することなくマスチューニングおよびマス値チ
ェックを行うことができる質量分析器を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の質量分
析器は、上記課題を解決するために、磁束密度を任意に
変更可能であり、上記の磁束密度によってイオンの進行
方向を曲折して質量に対応した軌道に各イオンを分離す
るものであって、下記の特徴を有している。

【００１０】即ち、上記の質量分析器には、中心部の軌
道よりも内側の軌道を進行するイオンを衝突させてビー
ム電流を検出する内側ビーム電流検出手段である内側ビ
ーム当板および電流計が設けられていると共に、中心部
の軌道よりも外側の軌道を進行するイオンを衝突させて
ビーム電流を検出する外側ビーム電流検出手段である外
側ビーム当板および電流計が設けられている。そして、
上記の内側ビーム電流検出手段および外側ビーム電流検
出手段は、ビーム電流を基にして質量分析器の磁束密度
を変更する検出制御手段に接続されていることを特徴と
している。

【００１１】また、請求項２の発明の質量分析器は、請
求項１記載の検出制御手段が、各イオンが質量分析器の
中心部の軌道を進行したときの内側ビーム電流検出手段
および外側ビーム電流検出手段によって得られた両ビー
ム電流の比率を基準比率として有している。そして、こ
の検出制御手段は、内側ビーム電流検出手段および外側
ビーム電流検出手段からビーム電流が入力されたとき
に、これらビーム電流の比率と上記の基準比率とを比較
して、両比率が一致するように磁束密度を変更させるこ
とを特徴としている。

【００１２】また、請求項３の発明の質量分析器は、請
求項１記載の検出制御手段が、各イオンが質量分析器の
中心部の軌道を進行したときの内側ビーム電流検出手段
および外側ビーム電流検出手段によって得られた両ビー
ム電流の比率を基準比率として有している。そして、こ
の検出制御手段は、内側ビーム電流検出手段および外側
ビーム電流検出手段からビーム電流が入力されたとき
に、これらビーム電流の比率と基準比率とを比較し、ビ
ーム電流の比率に一致した基準比率に対応するイオンを
特定することを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１ないし請求項３の構成によれば、マス
チューニングおよびマス値チェックは、質量分析器の内
側ビーム電流検出手段および外側ビーム電流検出手段に
衝突したイオンから得られた両ビーム電流の比率と基準
比率とを比較することによって行われるようになってい
る。

【００１４】従って、この質量分析器は、マスチューニ
ングおよびマス値チェックを行う際に、ビーム電流を各
磁束密度について検出するマススペクトルの作成が不要
になっているため、マスチューニングおよびマス値チェ
ックを短時間で完了することが可能になっていると共
に、マススペクトルのパターン認識処理が不要であるこ
とから、演算手段の演算処理の負担を軽減させることが
可能になっている。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例を図１に基づいて説明すれ
ば、以下の通りである。

【００１６】本実施例に係る質量分析器は、図１に示す
ように、イオン注入装置に設けられている。このイオン
注入装置は、ボロンイオン（Ｂ⁺ ）や砒素イオン（Ａｓ
⁺ ）等のイオンを発生するイオン源１を有しており、イ
オン源１には、発生したイオンを外部へ放出する開口部
１ａが形成されている。

【００１７】イオン源１の開口部１ａの前方には、負電
圧の引出し電圧を印加された引出電極２が配設されてお
り、引出電極２は、負電圧によりイオン源１内の正電荷
のイオンを開口部１ａから外部へ引き出すようになって
いる。そして、引出電極２により引き出されたイオンの
進行方向には、後述の検出制御手段によって磁束密度を
任意に変更可能な質量分析器４が配設されている。

【００１８】上記の質量分析器４は、質量に対応した軌
道にイオンの進行方向を曲折するようになっており、質
量分析器４の内側内面壁には、後述の電流計１１とで内
側ビーム電流検出手段を構成する内側ビーム当板９が配
設されている。また、外側内面壁には、後述の電流計１
２とで外側ビーム電流検出手段を構成する外側ビーム当
板１０が配設されている。そして、内側ビーム当板９に
は、質量分析器４の中心部を進行するイオンよりも軽い
質量のイオンが衝突するようになっている一方、外側ビ
ーム当板１０には、質量分析器４の中心部を進行するイ
オンよりも重い質量のイオンが衝突するようになってい
る。

【００１９】上記の内側ビーム当板９および外側ビーム
当板１０には、電流計１１・１２がそれぞれ接続されて
いる。これらの電流計１１・１２は、内側および外側ビ
ーム当板９・１０に衝突したイオンのビーム電流を検出
するようになっており、図示しない検出制御手段に内側
ビーム電流データおよび外側ビーム電流データとして入
力させるようになっている。

【００２０】上記の検出制御手段は、ＣＰＵ（Central
Processing Unit)等の演算手段およびＲＡＭ（Random A
ccess Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory) 等からな
る記憶手段を有しており、記憶手段には、質量分析器４
の中心部の軌道を進行するイオンと内側および外側ビー
ム電流データの比率である基準比率とを対応させて記憶
したイオンデータ記憶領域が形成されている。また、記
憶手段には、両ビーム電流データを基にして質量分析器
４の磁束密度を変化させ、必要とするイオンを特定の軌
道へ位置させるマスチューニングルーチンが記憶されて
いると共に、両ビーム電流データの比率からイオンの種
類を特定するマス値チェックルーチンが記憶されてい
る。

【００２１】上記の質量分析器４によって進行方向が曲
折されたイオンは、質量に対応した各軌道に分離してイ
オンビームとして進行するようになっており、質量分析
器４の出口側には、分析スリット５が配設されている。
この分析スリット５には、スリット孔５ａが形成されて
おり、スリット孔５ａは、質量分析器４の中心部の軌道
を進行するイオンビーム３の通過経路に一致して配設さ
れている。

【００２２】上記の分析スリット５からイオンビーム３
の進行方向には、イオンビーム３を加速する加速管６お
よび図示しない静電レンズ等が配設されており、さら
に、イオンビーム３の進行方向には、イオン照射対象物
を取り囲むように形成されたファラデー７が配設されて
いる。そして、このファラデー７には、電流計８が接続
されており、電流計８は、イオンビーム３によりファラ
デー７に生じたビーム電流を検出し、上述の検出制御手
段に中心ビーム電流データとして入力させるようになっ
ている。

【００２３】上記の構成において、質量分析器４の動作
を説明するイオン源１が正電荷のイオンを作成すると、
このイオンは、負電圧を印加された引出電極２方向に引
き寄せられ、開口部１ａから質量分析器４方向へ所定の
速度で引き出されることになる。質量分析器４内に導入
されたイオンは、質量分析器４内の磁界の影響によって
進行方向が曲折され、質量に対応した軌道に分離して進
行することになる。

【００２４】この際、質量分析器４の中心部の軌道を進
行するイオンよりも軽いイオンは、進行方向の曲折が大
きいため、中心部の軌道よりも内側の軌道を進行するこ
とによって内側ビーム当板９に衝突することになる。一
方、質量分析器４の中心部の軌道を進行するイオンより
も重いイオンは、進行方向の曲折が小さいため、中心部
の軌道よりも外側の軌道を進行することによって外側ビ
ーム当板１０に衝突することになる。そして、内側ビー
ム当板９および外側ビーム当板１０にイオンが衝突する
と、電流計１１・１２によってビーム電流が検出される
ことになり、これらのビーム電流は、図示しない検出制
御手段に内側および外側ビーム電流データとして入力さ
れることになる。

【００２５】また、質量分析器４の中心部の軌道を進行
するイオンは、分析スリット５を介してファラデー７方
向へイオンビーム３として進行することになり、ファラ
デー７に到達したイオンビーム３は、電流計８によって
ビーム電流が検出されることになる。そして、このビー
ム電流は、上記の検出制御手段に中心ビーム電流データ
として入力されることになる。

【００２６】次に、マスチューニングを行う場合には、
検出制御手段がマスチューニングルーチンを実行するこ
とになる。即ち、先ず、所望のイオンが質量分析器４の
中心の軌道を進行するように、予めルーチン中に組み込
まれたマス演算値によって質量分析器４の磁束密度が計
算されて設定されることになる。この後、内側ビーム当
板９からの内側ビーム電流データを外側ビーム当板１０
からの外側ビーム電流データで割ることにより、内側ビ
ーム電流データと外側ビーム電流データとの比率が算出
されることになる。

【００２７】上記の比率は、イオンデータ記憶領域に記
憶された基準比率と比較されることになり、イオンデー
タ記憶領域の所望のイオンに対応する基準比率が算出さ
れた比率よりも小さな値である場合には、検出制御手段
が質量分析器４の磁束密度を減少させることになる。そ
して、この磁束密度の減少は、ファラデー７に到達して
いるイオンよりも軽量のイオンが質量分析器４の中心の
軌道を進行してファラデー７によって中心ビーム電流デ
ータとして検出されるまで継続されることになる。

【００２８】一方、イオンデータ記憶領域の基準比率が
算出された比率よりも大きな値である場合には、検出制
御手段が質量分析器４の磁束密度を増加させることにな
る。

【００２９】そして、この磁束密度の増加は、ファラデ
ー７に到達しているイオンよりも重いイオンが質量分析
器４の中心の軌道を進行してファラデー７によってビー
ム電流データとして検出されるまで継続されることにな
る。

【００３０】上記の磁束密度の減少および増加によっ
て、他のイオンがファラデー７により検出されると、内
側ビーム電流データと外側ビーム電流データとの比率が
再び算出されることになる。そして、この算出された比
率は、イオンデータ記憶領域に記憶された基準比率と比
較されることになり、この比較および磁束密度の増減
は、両比率が一致するまで繰り返えされることになる。
この後、電流計８によって検出された中心ビーム電流デ
ータが最大となるように、質量分析器４の磁束密度が微
調整されることにより、マスチューニングが完了するこ
とになる。

【００３１】また、マス値チェックを行う場合には、検
出制御手段がマス値チェックルーチンを実行することに
なる。即ち、内側ビーム当板９からの内側ビーム電流デ
ータを外側ビーム当板１０からの外側ビーム電流データ
で割ることにより、内側ビーム電流データと外側ビーム
電流データとの比率が算出されることになる。そして、
算出された比率がイオンデータ記憶領域に記憶された基
準比率と比較され、両比率の一致したイオンデータ記憶
領域の基準比率に対応したイオンが、質量分析器４の中
心部の軌道を進行するイオンであると特定されることに
なる。これにより、作業者は、所望のイオンがファラデ
ー７に到達しているのか否かを即座に確認することが可
能になっている。

【００３２】このように、本実施例の質量分析器４は、
マスチューニングおよびマス値チェックが質量分析器４
の内側ビーム当板９および外側ビーム当板１０に衝突し
たイオンから得られたビーム電流データの比率を基準比
率と比較することによって行われるようになっている。
従って、この質量分析器４は、マスチューニングおよび
マス値チェックを行う際に、ビーム電流を各磁束密度に
ついて検出するマススペクトルの作成が不要になってい
るため、マスチューニングおよびマス値チェックを短時
間で完了することが可能になっていると共に、マススペ
クトルのパターン認識処理が不要であることから、検出
制御手段等の演算手段の負担を軽減させることが可能に
なっている。

【００３３】

【発明の効果】請求項１の発明の質量分析器は、以上の
ように、磁束密度を任意に変更可能であり、上記磁束密
度によってイオンの進行方向を曲折して質量に対応した
軌道に各イオンを分離するものであって、上記質量分析
器には、中心部の軌道よりも内側の軌道を進行するイオ
ンを衝突させてビーム電流を検出する内側ビーム電流検
出手段と、中心部の軌道よりも外側の軌道を進行するイ
オンを衝突させてビーム電流を検出する外側ビーム電流
検出手段とが設けられており、上記内側ビーム電流検出
手段および外側ビーム電流検出手段は、ビーム電流を基
にして上記磁束密度を変更する検出制御手段に接続され
ている構成である。

【００３４】これにより、質量分析器の内側ビーム電流
検出手段および外側ビーム電流検出手段に衝突したイオ
ンから得られた両ビーム電流の比率を基にしてマスチュ
ーニングおよびマス値チェックを行うことが可能なた
め、マスチューニングおよびマス値チェックを短時間で
完了することが可能であると共に、マススペクトルのパ
ターン認識処理が不要であることから、演算手段の演算
処理の負担を軽減させることが可能であるという効果を
奏する。

【００３５】また、請求項２の発明の質量分析器は、以
上のように、請求項１記載の検出制御手段が、各イオン
が質量分析器の中心部の軌道を進行したときの内側ビー
ム電流検出手段および外側ビーム電流検出手段によって
得られた両ビーム電流の比率を基準比率として有してお
り、内側ビーム電流検出手段および外側ビーム電流検出
手段からビーム電流が入力されたときに、これらビーム
電流の比率と上記基準比率とを比較して、両比率が一致
するように磁束密度を変更させる構成である。

【００３６】これにより、質量分析器の内側ビーム電流
検出手段および外側ビーム電流検出手段に衝突したイオ
ンから得られた両ビーム電流の比率を基にしてマスチュ
ーニングが行われるため、マススペクトルの作成が不要
となり、マスチューニングを短時間で完了することが可
能であると共に、マススペクトルのパターン認識処理が
不要であることから、演算手段の演算処理の負担を軽減
させることが可能であるという効果を奏する。

【００３７】また、請求項３の発明の質量分析器は、以
上のように、請求項１記載の検出制御手段が、各イオン
が質量分析器の中心部の軌道を進行したときの内側ビー
ム電流検出手段および外側ビーム電流検出手段によって
得られた両ビーム電流の比率を基準比率として有してお
り、内側ビーム電流検出手段および外側ビーム電流検出
手段からビーム電流が入力されたときに、これらビーム
電流の比率に一致した基準比率に対応するイオンを特定
する構成である。

【００３８】これにより、質量分析器の内側ビーム電流
検出手段および外側ビーム電流検出手段に衝突したイオ
ンから得られた両ビーム電流の比率を基にしてマス値チ
ェックが行われるため、マススペクトルの作成が不要と
なり、マス値チェックを短時間で完了することが可能で
あると共に、マススペクトルのパターン認識処理が不要
であることから、演算手段の演算処理の負担を軽減させ
ることが可能であるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の質量分析器が設けられたイオン注入装
置の概略図である。

【符号の説明】

１ イオン源 １ａ 開口部 ２ 引出電極 ３ イオンビーム ４ 質量分析器 ５ 分析スリット ５ａ スリット孔 ６ 加速管 ７ ファラデー ８ 電流計 ９ 内側ビーム当板（内側ビーム電流検出手段） １０ 外側ビーム当板（外側ビーム電流検出手段） １１ 電流計（内側ビーム電流検出手段） １２ 電流計（外側ビーム電流検出手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁束密度を任意に変更可能であり、上記磁
   束密度によってイオンの進行方向を曲折して質量に対応
   した軌道に各イオンを分離する質量分析器において、 上記質量分析器には、中心部の軌道よりも内側の軌道を
   進行するイオンを衝突させてビーム電流を検出する内側
   ビーム電流検出手段と、中心部の軌道よりも外側の軌道
   を進行するイオンを衝突させてビーム電流を検出する外
   側ビーム電流検出手段とが設けられており、上記内側ビ
   ーム電流検出手段および外側ビーム電流検出手段は、ビ
   ーム電流を基にして上記磁束密度を変更する検出制御手
   段に接続されていることを特徴とする質量分析器。
2. 【請求項２】検出制御手段は、各イオンが質量分析器の
   中心部の軌道を進行したときの内側ビーム電流検出手段
   および外側ビーム電流検出手段によって得られた両ビー
   ム電流の比率を基準比率として有しており、内側ビーム
   電流検出手段および外側ビーム電流検出手段からビーム
   電流が入力されたときに、これらビーム電流の比率と上
   記基準比率とを比較して、両比率が一致するように磁束
   密度を変更させることを特徴とする請求項１記載の質量
   分析器。
3. 【請求項３】検出制御手段は、各イオンが質量分析器の
   中心部の軌道を進行したときの内側ビーム電流検出手段
   および外側ビーム電流検出手段によって得られた両ビー
   ム電流の比率を基準比率として有しており、内側ビーム
   電流検出手段および外側ビーム電流検出手段からビーム
   電流が入力されたときに、これらビーム電流の比率に一
   致した基準比率に対応するイオンを特定することを特徴
   とする請求項１記載の質量分析器。