JPH0721951A - Particle beam neutralizer and particle beam irradiation device using this neutralizer - Google Patents

Particle beam neutralizer and particle beam irradiation device using this neutralizer

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JPH0721951A
JPH0721951A JP16672293A JP16672293A JPH0721951A JP H0721951 A JPH0721951 A JP H0721951A JP 16672293 A JP16672293 A JP 16672293A JP 16672293 A JP16672293 A JP 16672293A JP H0721951 A JPH0721951 A JP H0721951A
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JP
Japan
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ion beam
work
particle beam
gas
grid
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JP16672293A
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Japanese (ja)
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Katsuhiko Sakai
克彦 酒井
Osamu Nasu
修 那須
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a neutralizer with no secondary charge caused by particle charge for neutralization, low operation voltage. high controllability, and compact control power source. CONSTITUTION:An electron source 5 for keeping cathode potential the same as the potential of a work 9, and a layered grid 2 enclosing an ion beam 1 and applied with positive voltage are installed. Low energy electrons supplied from the electron source 5 are stored in the layered grid 2. The electrons stored in the layered grid 2 are attracted by space charge of the ion beam 1 and trapped to neutralize the ion beam. A neutralizer arranged just before the work 3 acts as Faraday cup and current value of the ion beam 1 is obtained. A particle irradiation device with correct dimension is thus provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビ−ムの空間電
荷を中和する粒子ビ−ム中和装置およびイオンビ−ムを
ワ−クに照射したときに生ずる前記ワ−クの帯電を防止
する粒子ビ−ム中和装置を係り、特に、例えば、中性ビ
−ム注入装置のビ−ム中和管やイオン打込み装置のエレ
クトロンシャワ、プラズマフラッド装置などに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particle beam neutralizer for neutralizing the space charge of an ion beam, and preventing the work from being charged when the work is irradiated with the ion beam. The present invention relates to a particle beam neutralizing device, particularly to a beam neutralizing tube of a neutral beam injecting device, an electron shower of an ion implanting device, a plasma flood device and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン打込み装置の中和装置において
は、例えば、電子によりワ−クの帯電を中和する場合、
前記電子が高いエネルギ−を持っていると前記ワ−クが
負に帯電し損傷するという2次的現象が起きる。このた
め前記電子を低エネルギ−化させる方法が種種考案され
てきた。
2. Description of the Related Art In a neutralizing device for an ion implanter, for example, when the charge of a work is neutralized by electrons,
If the electrons have high energy, a secondary phenomenon occurs in which the work is negatively charged and damaged. For this reason, various methods for reducing the energy of the electrons have been devised.

【0003】従来の中和装置としては、真空中における
被加工物または試料の帯電を抑制するために、前記の被
加工物または試料にこれとぼぼ同電位の電子源から電子
を供給するものがある。すなわち、電子を加速引出し、
そのあと減速して、電子の低エネルギ−化を図り、前記
電子源と前記被加工物または試料とを同電位とし、前記
被加工物または試料の帯電を防止したものである。これ
に関連するものとしては、特開平1−220350号公
報記載の技術がある。
As a conventional neutralizing device, in order to suppress the electrification of the work piece or sample in a vacuum, a device for supplying electrons to the work piece or sample from an electron source having the same potential as the work piece or sample is used. is there. That is, the electrons are accelerated and extracted,
After that, the speed is reduced to reduce the energy of electrons, and the electron source and the workpiece or sample are set to the same potential to prevent the workpiece or sample from being charged. Related to this is the technique described in JP-A-1-220350.

【0004】また、他の従来装置としては、プラズマを
用いる方法もある。プラズマを用いる方法はプラズマブ
リッジによりプラズマを発生させ中和するものである。
すなわち、プラズマ中心のプラスイオンの周囲に低エネ
ルギ−電子を蓄積し、全体としてゼロ電位とし、その密
度をあげたものである。
As another conventional apparatus, there is a method using plasma. The method using plasma is to generate plasma by a plasma bridge for neutralization.
That is, low-energy electrons are accumulated around the positive ions in the center of the plasma to make the potential zero as a whole, and the density thereof is increased.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の中和装置に
おいては、電子を減速等によりで低エネルギ−化させた
場合、前記電子は自分自身の空間電荷のために発散した
り、前記電子がビ−ム周囲の電界をこえられないため、
中和に必要な十分の電荷密度または電流値が得にくいと
いう問題がある。一方プラズマを用いた中和装置は、上
述の電荷密度または電流値の点では改良されていると考
えられるが他に問題もあった。
In the above conventional neutralizer, when electrons are reduced in energy by deceleration or the like, the electrons diverge due to their own space charge, or the electrons are Since the electric field around the beam cannot be exceeded,
There is a problem that it is difficult to obtain a sufficient charge density or current value necessary for neutralization. On the other hand, the neutralization device using plasma is considered to be improved in terms of the above-mentioned charge density or current value, but there were other problems.

【0006】次に、上記問題を詳細に説明する。 1.中和装置動作時の雰囲気圧力が高い、すなわち、真
空度が低い。 このため、イオンビ−ム電流計測に誤差を生ずる恐れが
ある。また、雰囲気ガスをワ−ク表面に打ち込むイオン
ビ−ムミキシング現象が起こり、これによるワ−クの汚
染も問題になる。
Next, the above problem will be described in detail. 1. Atmosphere pressure during operation of the neutralizer is high, that is, the degree of vacuum is low. Therefore, an error may occur in the ion beam current measurement. Further, an ion beam mixing phenomenon occurs in which atmospheric gas is injected into the surface of the work, and the contamination of the work due to this phenomenon becomes a problem.

【0007】2.プラズマコントロ−ルが難しい。 現状では、種種のイオンビ−ム条件に対し、必要十分量
の最適なプラズマ量、すなわち、密度を制御することが
困難である。その理由の第一として、ワ−クの中和状態
を正確に測定する手段が確立されていないということが
ある。これは、プラズマを用いずにエレクトロンシャワ
を用いた場合も同様である。そのためプラズマコントロ
−ルの基準、すなわち、設定値を作るのが困難である。
ただ、プラズマは過剰に照射されてもエレクトロンシャ
ワ−のように負に帯電するという恐れが少ないとされて
いる。このため過大なパワ−を入力し、過剰にプラズマ
を生成し、コントロ−ルをしない場合が多い。
2. Plasma control is difficult. At present, it is difficult to control the optimum and sufficient amount of plasma, that is, the density, for various ion beam conditions. The first reason is that the means for accurately measuring the neutralization state of the work has not been established. This is also the case when using electron showers without using plasma. Therefore, it is difficult to make the standard of the plasma control, that is, the set value.
However, it is said that the plasma is less likely to be negatively charged like the electron shower even when it is excessively irradiated. Therefore, in many cases, excessive power is input, plasma is excessively generated, and control is not performed.

【0008】その理由の第二として、プラズマをコント
ロ−ルするパラメ−タは、プラズマの発生にマイクロ波
を用いる場合、マイクロ波パワ−、磁場強度等であ
り、また、ア−ク放電を用いる場合、ア−クの電圧と
電流、フィラメント電流等である。さらに、これら上
記2方式に共通したパラメ−タとしては、供給ガス流
量がある。前記供給ガス流量は雰囲気ガス圧力を決定
し、前記雰囲気ガス圧力によってプラズマ密度が決定さ
れる。
The second reason is that the parameters for controlling the plasma are microwave power, magnetic field strength, etc. when microwaves are used for plasma generation, and arc discharge is used. In this case, arc voltage and current, filament current, and the like. Further, a parameter common to these two methods is a supply gas flow rate. The supply gas flow rate determines the atmospheric gas pressure, and the plasma density is determined by the atmospheric gas pressure.

【0009】しかし、ワ−クにイオンビ−ムを照射した
場合にもガスが発生し、前記雰囲気ガス圧力が変化す
る。すなわち、上記の如く、設定パラメ−タが多い上に
前記ガス圧のように時間的に変化するものもあり、プラ
ズマ密度を設定すること自体が困難である。
However, even when the work is irradiated with ion beams, gas is generated and the atmospheric gas pressure changes. That is, as described above, there are many setting parameters and some of them change with time like the gas pressure, and it is difficult to set the plasma density itself.

【0010】3.制御電源が大型である。 プラズマの発生にマイクロ波,ア−ク放電のいずれを用
いる場合でも、過剰なプラズマを生成しなければならな
いため、大きな電源容量を必要となる。本発明は、上記
従来技術の問題点を解決するためになされたもので、中
和のための粒子電荷による二次的帯電がなく、動作圧力
がより低く、制御性がよく、かつ、制御電源が小型であ
る中和装置を提供することを第一の目的とするものであ
る。本発明の第二の目的は、上記中和装置を使用しイオ
ンビ−ムの電流値が正確に制御された粒子ビ−ム照射装
置を提供することを目的とするものである。
3. The control power supply is large. Regardless of whether microwave or arc discharge is used to generate plasma, an excessive amount of plasma must be generated, which requires a large power supply capacity. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and there is no secondary charging due to particle charge for neutralization, lower operating pressure, better controllability, and control power supply. The first object is to provide a neutralizer having a small size. A second object of the present invention is to provide a particle beam irradiation apparatus in which the current value of the ion beam is accurately controlled by using the above neutralizing apparatus.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の中和装置に係る第一の発明の構成は、真空
チャンバ−内のワ−クにイオンビ−ムを照射するイオン
源と、前記イオンビ−ムに電子を供給する前記ワ−クと
ほぼ同電位の電子源とを備え、前記イオンビ−ムの空間
電荷もしくは前記イオンビ−ムの照射により生ずる前記
ワ−クの帯電を防止するように構成した粒子ビ−ム中和
装置において、前記イオンビ−ムの周囲に前記電子源か
らの電子を蓄積させる手段を備えたものである。
In order to achieve the above object, the constitution of the first invention relating to the neutralizing apparatus of the present invention is an ion source for irradiating a work in a vacuum chamber with an ion beam. And an electron source having substantially the same electric potential as the work for supplying electrons to the ion beam to prevent space charge of the ion beam or charging of the work caused by irradiation of the ion beam. In the particle beam neutralizing apparatus configured as described above, a means for accumulating electrons from the electron source is provided around the ion beam.

【0012】蓄積手段は、イオンビ−ムの周囲に導電性
層状グリッドを配設し、前記グリッドに正の高電圧を印
加するようにし、電子源からの電子を前記層状グリッド
の電界を経てイオンビ−ムに供給するようにしたもので
ある。イオンビ−ムの外側に最も近いグリッドをワ−ク
または真空チャンバ−とほぼ同電位となるようにしたも
のである。
The storage means has a conductive layered grid arranged around the ion beam, a positive high voltage is applied to the grid, and electrons from an electron source are passed through the electric field of the layered grid to generate an ion beam. It is designed to be supplied to the system. The grid closest to the outside of the ion beam is set to have substantially the same potential as the work or vacuum chamber.

【0013】また、層状グリッドに印加する電圧電源を
電子源カソ−ド部の電子引出し電源と共通にしたもので
ある。また、層状グリッドと電子源とワ−クとによりイ
オンビ−ム電流測定のためのファラデ−カップを構成す
るようにしたものである。また、層状グリッドに対しガ
スを供給する機構を具備したものであり、前記ガスは高
純度のアルゴン、キセノン、クリプトン等希ガスを用い
たものである。また、イオンビ−ムのガス圧力が一定に
なるようガス供給機構に制御機構を設けたものである。
Further, the voltage power supply applied to the layered grid is common to the electron extraction power supply of the electron source cathode section. Further, the layer grid, the electron source and the work constitute a Faraday cup for measuring the ion beam current. Further, it is provided with a mechanism for supplying a gas to the layered grid, and the gas is a rare gas such as high-purity argon, xenon or krypton. Further, a control mechanism is provided in the gas supply mechanism so that the gas pressure of the ion beam becomes constant.

【0014】上記第二の目的を達成するために、本発明
の粒子ビ−ム照射装置に係る第二の発明は、照射される
ワ−クの直前に第一の発明に係る粒子ビ−ム中和装置を
配設したものである。
In order to achieve the above-mentioned second object, the second invention relating to the particle beam irradiation apparatus of the present invention is the particle beam according to the first invention immediately before the irradiated work. A neutralizer is provided.

【0015】[0015]

【作用】上記各技術的手段の働きは次のとおりである。
第一の発明の構成によれば、電子源のカソ−ド電位をワ
−クとほぼ同電位とし電子を引出しを行うので、低エネ
ルギ−の大電流電子が得られる。前記電子源の電子放射
部に層状のグリッドが配設され、前記層状グリッドは正
電圧が印加されているので、前記大電流電子を吸収す
る。その吸収された電子は、前記グリッド内を拡散し、
該グリッドの正電位を相殺するまで多量に蓄積される。
The function of each of the above technical means is as follows.
According to the structure of the first aspect of the invention, the cathode potential of the electron source is set to substantially the same potential as that of the work and the electrons are drawn out, so that low-energy large-current electrons can be obtained. Since a layered grid is arranged in the electron emitting portion of the electron source and a positive voltage is applied to the layered grid, the layered grid absorbs the large current electrons. The absorbed electrons diffuse in the grid,
A large amount is accumulated until the positive potential of the grid is offset.

【0016】前記層状グリッドをイオンビ−ムを囲むよ
うに配設し、イオンビ−ム側に最も近い一連のグリッド
をワ−クまたは真空チャンバと同電位とすると、イオン
ビ−ムの正空間電荷が、前記グリッドに蓄積した電子を
トラップする。この結果、前記イオンビ−ムの正の空間
電荷が中和される。このようなイオンビ−ムが、絶縁物
表面を持つワ−クに照射されるとワ−ク表面が正に帯電
し電位が上昇する。
When the layered grid is arranged so as to surround the ion beam, and the series of grids closest to the ion beam side have the same potential as the work or vacuum chamber, the positive space charge of the ion beam becomes The electrons accumulated in the grid are trapped. As a result, the positive space charge of the ion beam is neutralized. When such a ion beam is applied to a work having an insulator surface, the work surface is positively charged and the potential rises.

【0017】前記の如くワ−ク表面が正に上昇すると、
前記イオンビ−ム中の電子が前記ワ−クに吸いとられ、
前記イオンビ−ムは、その有する正の空間電荷により電
位が上昇する。再び、前記層状グリッドに蓄積された電
子が前記イオンビ−ムに供給される。前記層状グリッド
はイオンビ−ム全体を囲んでいるので、電子は均一に前
記イオンビ−ムに供給され、前記イオンビ−ムを中和す
る。この場合、前記電子は前記イオンビ−ムの一方向か
ら供給されないので、局所的に電子密度が上昇すること
がなく、電子供給時のインピ−ダンスが上昇することを
最小限に抑えることができる。
When the work surface rises positively as described above,
The electrons in the ion beam are absorbed by the work,
The potential of the ion beam increases due to the positive space charge of the ion beam. Again, the electrons accumulated in the layered grid are supplied to the ion beam. Since the layered grid surrounds the entire ion beam, electrons are uniformly supplied to the ion beam to neutralize the ion beam. In this case, since the electrons are not supplied from one direction of the ion beam, the electron density does not locally increase, and the increase in the impedance at the time of supplying the electrons can be minimized.

【0018】また、イオン源側との最近接層の層状グリ
ッドをワ−クとほぼ同電位とすることにより、外層グリ
ッドに対し電位障壁を作り、一度イオンビ−ムに取込ま
れた電子が再び前記層状グリッド側に移動することを防
止する。イオンビ−ム照射によってワ−ク表面からガス
が発生するような場合、発生したガスが層状グリッドに
達すると、前記グリッド内に蓄積されている電子がガス
分子と衝突しプラズマ化され、このプラズマが前記イオ
ンビ−ムを中和するように作用する。
Further, by setting the layered grid of the layer closest to the ion source side to have substantially the same potential as the work, a potential barrier is created with respect to the outer layer grid, and the electrons once trapped in the ion beam are regenerated. It is prevented from moving to the layered grid side. In the case where gas is generated from the work surface by ion beam irradiation, when the generated gas reaches the layered grid, the electrons accumulated in the grid collide with gas molecules and become plasma, and this plasma is generated. It acts to neutralize the ion beam.

【0019】長時間イオンビ−ムを照射すると、前記ガ
ス放出は低下し、中和装置の中和能力が変化する場合が
ある。このような場合、前記グリッド部分に外部からガ
スを供給し、前記ガス圧を一定に保持することにより中
和能力をビ−ム照射時間中一定にすることができる。
When the ion beam is irradiated for a long period of time, the gas emission may be reduced and the neutralizing ability of the neutralizing device may be changed. In such a case, by supplying gas to the grid portion from the outside and keeping the gas pressure constant, the neutralizing ability can be made constant during the beam irradiation time.

【0020】また、ワ−クからイオンビ−ムによるガス
放出がない場合でも、外部からガスをグリッドに放出す
ることにより、プラズマを効率よく生成させ、中和に寄
与させることができる。この場合ア−ク放電を起こさせ
る必要はないので、前記ガス圧をア−ク放電の場合ほど
あげる必要はなく、低い圧力で動作させることができ
る。
Further, even if there is no gas emission from the work due to the ion beam, plasma can be efficiently generated and contribute to neutralization by releasing the gas from the outside to the grid. In this case, since it is not necessary to cause arc discharge, it is not necessary to raise the gas pressure as in the case of arc discharge, and it is possible to operate at a low pressure.

【0021】第二の発明の構成によれば、ワ−クの直前
に粒子ビ−ム中和装置を配設したので、前記粒子ビ−ム
中和装置の電子源,層状グリッドとワ−クとを組合せる
ことによってファラデ−カップが構成され、前記ワ−ク
に入射するイオンビ−ム電流を正確に測定することがで
きるので、正確な電流値を有するイオンビ−ムをワ−ク
に照射することができる。
According to the second aspect of the invention, since the particle beam neutralizer is arranged immediately before the work, the electron source, the layered grid and the work of the particle beam neutralizer are arranged. A Faraday cup is constructed by combining and the ion beam current incident on the work can be accurately measured. Therefore, the work is irradiated with an ion beam having an accurate current value. be able to.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の各実施例を図1ないし図3を
参照して説明する。 〔実施例 1〕図1は、本発明の一実施例に係る粒子ビ
−ム中和装置本体の略示斜視図、図2は、図1の粒子ビ
−ム中和装置本体のA−A´断面図、図3は、図1の粒
子ビ−ム中和装置本体を含む粒子ビ−ム中和装置全体構
成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Each embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. [Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic perspective view of a particle beam neutralizer main body according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an AA of the particle beam neutralizer main body of FIG. ′ A cross-sectional view and FIG. 3 are overall configuration diagrams of a particle beam neutralizing device including the particle beam neutralizing device main body of FIG. 1.

【0023】第一の発明に係る本実施例の粒子ビ−ム中
和装置は、図1,2,3において、1はイオンビ−ム、
2はイオンビ−ム1を集束する層状グリッド、3はイオ
ンビ−ム1を照射するワ−ク、4はファラデ−ケ−ジ、
5は電子源、6は電子源5のフィラメント、7はフィラ
メント6からの電子引出し電極、8はフィラメント6の
遮蔽板、9はフィラメント6から電子、10はファラデ
−ケ−ジ4内にガスを導入するガス管、11はガス流量
制御装置、12はガスボンベ、13はア−スアパ−チ
ャ、14はサプレッサ電極、15はワ−ク3のバイアス
電源、16,17は電流計、18はフィラメント6の加
熱電源、19は電子引出し電極7のバイアス電源、P
a,Pb,Qa,Qbは導体板である。
The particle beam neutralizing apparatus according to the first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1, 2 and 3 in which 1 is an ion beam,
2 is a layered grid for focusing the ion beam 1; 3 is a work for irradiating the ion beam 1; 4 is a Faraday cage;
5 is an electron source, 6 is a filament of the electron source 5, 7 is an electron extraction electrode from the filament 6, 8 is a shield plate of the filament 6, 9 is an electron from the filament 6 and 10 is a gas in the Faraday cage 4. Gas pipe to be introduced, 11 is a gas flow rate control device, 12 is a gas cylinder, 13 is an aperture, 14 is a suppressor electrode, 15 is a bias power supply for the work 3, 16 and 17 are ammeters, 18 is a filament 6 Heating power source, 19 is a bias power source for the electron extraction electrode 7, P
a, Pb, Qa, Qb are conductor plates.

【0024】真空に保持されているチャンバ−(図示せ
ず)内にファラデ−ケ−ジ4が配設され、前記ファラデ
−ケ−ジ4は、その中空の筐体が方形体を形成してい
る。前記ファラデ−ケ−ジ4の両面(図示では左右の両
面)の近接した内側には、前記両面にそれぞれ相対して
導体板Pa,Pbが設けられ、該導体板Pa,Pb間に
は層状をしたワイアのグリッド2が張設されている。
A Faraday cage 4 is disposed in a chamber (not shown) held in a vacuum, and the Faraday cage 4 has a hollow casing forming a rectangular body. There is. Conductor plates Pa and Pb are provided on the inner sides of both sides (both left and right sides in the figure) of the Faraday cage 4 close to each other, and layered between the conductor plates Pa and Pb. The wire grid 2 is stretched.

【0025】前記導体板Pa,Pbの内側には近接して
導体板Qa,Qbが配設されている。前記導体板Qa,
Qbに多数の小孔が設け、該小孔に前記層状ワイアグリ
ッド2を通し、該導体板Qa,Qbと前記層状ワイアグ
リッド2とは、電気的に絶縁されている。前記ファラデ
−ケ−ジ4と前記導体板Pa,Pbとは電気的に絶縁さ
れるように、前記ファラデ−ケ−ジ4と前記導体板Q
a,Qbとは電気的に接続されるようにそれぞれ構成さ
れている。
Conductor plates Qa and Qb are arranged close to each other inside the conductor plates Pa and Pb. The conductor plate Qa,
A large number of small holes are provided in Qb, the layered wire grid 2 is passed through the small holes, and the conductor plates Qa, Qb and the layered wire grid 2 are electrically insulated. The Faraday cage 4 and the conductor plate Q are arranged so that the Faraday cage 4 and the conductor plates Pa and Pb are electrically insulated.
Each of a and Qb is configured to be electrically connected.

【0026】前記ファラデ−ケ−ジ4の前記左右両面に
は、イオンビ−ム1の通し穴Ha,Hbが設けられ、前
記Ha,Hbに対応する前記導体板Pa,Pb、前記導
体板Qa,Qbの部分もそれぞれ通し穴が穿設されてい
る。一の通し穴(図示では左方側)Haはイオンビ−ム
1の入口側、他の一の通し穴(図示では右方側)Hbは
出口側となっている。前記入口の通し穴Haの外側には
ア−スアパ−チャ13、サプレッサ電極14が配設さ
れ、前記出口通し穴Haの外側に近接してワ−ク3が配
設されている。
Through holes Ha and Hb for the ion beam 1 are provided on both the left and right sides of the Faraday cage 4, and the conductor plates Pa and Pb corresponding to the Ha and Hb and the conductor plate Qa, respectively. A through hole is also formed in each of the Qb portions. One through hole (left side in the drawing) Ha is an inlet side of the ion beam 1, and another through hole (right side in the drawing) Hb is an outlet side. An earth aperture 13 and a suppressor electrode 14 are provided outside the inlet through hole Ha, and a work 3 is provided near the outside of the outlet through hole Ha.

【0027】前記ファラデ−ケ−ジ4の上下両面には、
電子源5がそれぞれ1つずつ設けられている。前記それ
ぞれの電子源5は、フィラメント6と電子引出し電極7
とから構成される。前記フィラメント6はフィラメント
電源18と接続されて加熱されると共に、前記ファラデ
−ケ−ジ4の筐体と接続されている。そして、ワ−ク3
とほぼ同電位となっている。
On the upper and lower surfaces of the Faraday cage 4,
One electron source 5 is provided for each. Each of the electron sources 5 includes a filament 6 and an electron extraction electrode 7
Composed of and. The filament 6 is connected to a filament power source 18 to be heated and is also connected to the casing of the Faraday cage 4. And work 3
And the potential is almost the same.

【0028】前記電子引出し電極7は、電子引出し電源
19と接続され、50〜1KV高くバイアスされてい
る。なお、前記電子引出し電源19はCPUにより制御
されている。前記フィラメント6には、前記ワ−ク3と
前記イオンビ−ム1から遮蔽するように遮蔽板8を設け
ている。
The electron extraction electrode 7 is connected to an electron extraction power source 19 and is biased by 50 to 1 KV higher. The electronic drawing power source 19 is controlled by the CPU. A shield plate 8 is provided on the filament 6 so as to shield it from the work 3 and the ion beam 1.

【0029】前記遮蔽板8は、前記導体板Qa,Qb間
に配設され、前記フィラメント6に対して凸状になるよ
う左右に傾斜して構成されている。前記ファラデ−ケ−
ジ4の筐体上面には、ファラデ−ケ−ジ4内にガスを導
入するガス管10が設けられ、前記ガス管10はCPU
により制御されるガス流量制御装置11とガスボンベ1
2とに配管接続されている。
The shield plate 8 is disposed between the conductor plates Qa and Qb, and is inclined to the left and right so as to be convex with respect to the filament 6. The Faraday cage
A gas pipe 10 for introducing gas into the Faraday cage 4 is provided on the upper surface of the casing of the gas pipe 4, and the gas pipe 10 is a CPU.
Gas flow controller 11 and gas cylinder 1 controlled by
2 is connected to the pipe.

【0030】前記ワ−ク3は、バイアス電源15と該ワ
−クに入射する電荷量を測定する電流計16,17とが
直列に接続される。電流計16と電流計17との共通端
子には、前記ファラデ−ケ−ジ4の筐体と前記電子引出
し電源19とが接続されている。前記電流計17の前記
共通端子の反対側端子はア−スされている。前記電流計
16は中和後のイオンビ−ム電流を示し、電流計17
は、イオンビ−ム1の電流値を示めすものである。ま
た、前記電流計16,17はその電流値をCPUに出力
する。
In the work 3, a bias power supply 15 and ammeters 16 and 17 for measuring the amount of electric charges incident on the work are connected in series. The housing of the Faraday cage 4 and the electronic drawing power source 19 are connected to a common terminal of the ammeter 16 and the ammeter 17. The terminal of the ammeter 17 opposite to the common terminal is grounded. The ammeter 16 indicates the ion beam current after neutralization, and the ammeter 17
Shows the current value of the ion beam 1. The ammeters 16 and 17 output the current value to the CPU.

【0031】本実施例の動作を説明する。イオンビ−ム
1は、グランド電位のアパ−チャ13とサプレッサ電極
14を通過し、ファラデ−ゲ−ジ4に通し孔Haから入
り、導体板Pa,Qaの通し孔を通り、層状グリッド2
に囲まれた部分を通り、導体板Qb,Pbの通し孔を通
り、通し孔Hbを出てワ−ク3に照射される。
The operation of this embodiment will be described. The ion beam 1 passes through the ground potential aperture 13 and the suppressor electrode 14, enters the Faraday gauge 4 through the through holes Ha, passes through the through holes of the conductor plates Pa and Qa, and passes through the layered grid 2
Then, the work 3 is irradiated with the light passing through the portion surrounded by the arrow, the through holes of the conductor plates Qb and Pb, and the through hole Hb.

【0032】フィラメント6は、加熱用フィラメント電
源18によりヒ−トされ、電子9を放射させる。前記フ
ィラメント6には電子引出し電極7がおかれ、大量の電
子が引出されるようにバイアスされている。遮蔽板8は
前記導体板Qa,Qbに取り付けられているので前記フ
ァラデ−ケ−ジ4の筐体と同電位である。また、前記フ
ィラメント6も前記ファラデ−ケ−ジ4の筐体と接続さ
れているので前記遮蔽板8とほぼ同電位である。従っ
て、前記電子9は前記遮蔽板8により減速され、前記遮
蔽板8には入射しない。
The filament 6 is heated by the heating filament power source 18 to emit electrons 9. An electron extraction electrode 7 is placed on the filament 6 and is biased so that a large amount of electrons are extracted. Since the shield plate 8 is attached to the conductor plates Qa and Qb, the shield plate 8 has the same potential as the case of the Faraday cage 4. Further, since the filament 6 is also connected to the casing of the Faraday cage 4, it has substantially the same potential as the shielding plate 8. Therefore, the electrons 9 are decelerated by the shield plate 8 and do not enter the shield plate 8.

【0033】前記遮蔽板8は、上述のごとく、前記フィ
ラメント6に対して凸、かつ、左右に傾斜して形成され
ているので、前記電子9は左右へ偏向される。この結
果、この電子9の運動は図2に示すような軌道を描いて
行動する。そして、前記電子9は、前記層状グリッド2
のそれぞれのワイアグリッドに巻きつくようにして前記
ファラデ−ゲ−ジ4内全体に拡散する。前記電子9がフ
ァラデ−4全体に拡散し、中心の前記イオンビ−ム1に
近づくと、イオンビ−ム1の正の空間電荷にトラップさ
れ、イオンビ−ム1を中和することになる。
As described above, the shielding plate 8 is formed so as to be convex with respect to the filament 6 and inclined leftward and rightward, so that the electrons 9 are deflected leftward and rightward. As a result, the movement of the electron 9 acts in a trajectory as shown in FIG. Then, the electrons 9 are transmitted to the layered grid 2
Of the Faraday Gauge 4 so as to be wrapped around each wire grid. When the electrons 9 diffuse into the whole Faraday-4 and approach the central ion beam 1, they are trapped by the positive space charges of the ion beam 1 and neutralize the ion beam 1.

【0034】いま、前記ワ−ク3に入る前記イオンビ−
ム1と前記電子流とは重畳し、電流計16により測定さ
れる。前記電流値がほぼ0ないし若干負の電流値になる
よう電子源5から出る電子量をCPUにてコントロ−ル
する。このとき前記ワ−ク3は、1〜10V程度の正電
圧をバイアス電源15により印加すると前記電子量の制
御が容易になる。
Now, the ion beam entering the work 3
The column 1 and the electron flow are superposed and measured by the ammeter 16. The amount of electrons emitted from the electron source 5 is controlled by the CPU so that the current value becomes approximately 0 to a slightly negative current value. At this time, when the work 3 applies a positive voltage of about 1 to 10 V from the bias power supply 15, the control of the electron amount becomes easy.

【0035】前記電子源5から出射される電子9は、前
記電子9の引出し電極7に印加する電子引出し電源19
によるバイアス電圧をCPUがコントロ−ルして制御し
ている。このバイアス電圧は50〜1kVにすることが
望ましい。なお、前記フィラメント電源18をコントロ
−ルしても差し支えない。前記電子9の制御は、チャ−
ジセンサ等による他の方法をもとにしても差し支えな
い。このようにして、電子9の量を最適値に設定できる
ので電源容量を必要以上にすることがない。また、電子
のエネルギ−は、前記ワ−ク3と前記フィラメント6と
の電位差で決定されるので自由に設定することができ
る。
The electrons 9 emitted from the electron source 5 are applied to the extraction electrode 7 of the electrons 9 and the electron extraction power source 19 is applied.
The bias voltage due to is controlled by the CPU. It is desirable that this bias voltage be 50 to 1 kV. The filament power source 18 may be controlled. The electronic 9 is controlled by the
There is no problem even if another method such as a di-sensor is used. In this way, the amount of the electrons 9 can be set to the optimum value, so that the power supply capacity will not be increased more than necessary. The energy of the electrons can be set freely because it is determined by the potential difference between the work 3 and the filament 6.

【0036】前記ワ−ク3の表面に前記イオンビ−ム1
が照射されたとき、ガスが放出され真空度が低下する。
このガスが層状グリッド2に達すると、この層状グリッ
ド2中に拡散している電子と衝突してイオン化されると
同時に電子を放出する。ここで発生し前記のイオンと電
子とは、プラズマ状態で拡散し、前記イオンビ−ム1お
よび前記ワ−ク3に達してそれぞれの電荷を中和する。
放出ガスは、時間経過とともに減少して来る。このため
中和効果がガス圧とともに変化する。
The ion beam 1 is formed on the surface of the work 3.
Is irradiated, gas is released and the degree of vacuum is lowered.
When this gas reaches the layered grid 2, the gas collides with the electrons diffused in the layered grid 2 and is ionized, and simultaneously emits electrons. The ions and electrons generated here diffuse in the plasma state and reach the ion beam 1 and the work 3 to neutralize their respective charges.
The released gas decreases with time. Therefore, the neutralizing effect changes with the gas pressure.

【0037】この変化を抑えるため、ガス流量制御装置
11とボンベ12とが接続されているパイプ10からフ
ァラデ−ゲ−ジ4内にガスが供給される。このガス供給
系は、ガス圧を必要以上に供給するためではなく前記ワ
−ク3の直前の圧力が一定になるようCPUから制御さ
れている。この時供給される前記ガスは、アルゴン、キ
セノン、クリプトン等の希ガスが望ましい。上記のよう
に、本実施例によれば、高密度,低エネルギ−の電子を
供給し、イオンビ−ムを中性化し、ワ−クの帯電および
損傷が発生しない。
In order to suppress this change, gas is supplied into the Faraday gauge 4 from the pipe 10 to which the gas flow rate control device 11 and the cylinder 12 are connected. The gas supply system is controlled by the CPU so that the pressure immediately before the work 3 is constant, not for supplying the gas pressure more than necessary. The gas supplied at this time is preferably a rare gas such as argon, xenon or krypton. As described above, according to this embodiment, electrons of high density and low energy are supplied, the ion beam is neutralized, and the work is neither charged nor damaged.

【0038】〔実施例 2〕第一の発明に係る本実施例
の粒子ビ−ム照射装置を〔実施例 1〕の説明に使用し
た図1,3により説明する。図1,3は〔実施例 1〕
において説明したので省略する。図1に示す如く、粒子
ビ−ム中和装置とワ−ク3とを近接して配設する。前記
粒子ビ−ムによる前記ワ−ク3の二次電子が拡散しない
ように構成すると、電子源5と層状グリッド2とワ−ク
3とはファラデ−カップを形成し、電流計16によりイ
オンビ−ム電流を正確に測定することができる。これに
より正確に粒子ビ−ムを照射する必要が場合、例えばイ
オン打ち込み装置等において利用することができる。
[Embodiment 2] The particle beam irradiation apparatus of the present embodiment according to the first invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3 used for the description of [Embodiment 1]. 1 and 3 show [Example 1].
Since it has been described above, it will be omitted. As shown in FIG. 1, the particle beam neutralizing device and the work 3 are arranged close to each other. If the secondary electron of the work 3 is prevented from diffusing by the particle beam, the electron source 5, the layered grid 2 and the work 3 form a Faraday cup, and the ammeter 16 is used to form an ion beam. The current can be measured accurately. Thus, when it is necessary to accurately irradiate the particle beam, the particle beam can be used in, for example, an ion implantation device.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、第一に、中和のための粒子電荷による二次的帯電
がなく、動作圧力がより低く、制御性がよく、かつ、制
御電源が小型である中和装置を提供することができる。
また、第二に、上記中和装置を使用しイオンビ−ムの電
流値が正確に制御された粒子ビ−ム照射装置を提供する
ことができる。
As described in detail above, according to the present invention, firstly, there is no secondary electrification due to the particle charge for neutralization, the operating pressure is lower, the controllability is good, and It is possible to provide a neutralizer having a small control power supply.
Secondly, it is possible to provide a particle beam irradiation device in which the current value of the ion beam is accurately controlled by using the neutralizing device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る粒子ビ−ム中和装置本
体の略示斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a particle beam neutralizing apparatus main body according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の粒子ビ−ム中和装置本体のA−A´断面
図である。
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of the particle beam neutralizing device body of FIG.

【図3】図1の粒子ビ−ム中和装置本体を含む粒子ビ−
ム中和装置全体構成図である。
FIG. 3 is a particle beam including the particle beam neutralizing apparatus main body of FIG.
It is a whole neutralization apparatus block diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオンビ−ム 2 層状グリッド 3 ワ−ク 4 ファラデ−ケ−ジ 5 電子源 6 フィラメント 7 電子引出し電極 8 遮蔽板 9 電子 10 ガス導入管 11 ガス流量制御装置 12 ガスボンベ 13 ア−スアパ−チャ 14 サプレッサ電極 15 バイアス電極 16,17 電流計 18 フィラメント電源 19 電子引出し電源 Pa,Pb,Qa,Qb 導体板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion beam 2 Layered grid 3 Work 4 Faraday cage 5 Electron source 6 Filament 7 Electron extraction electrode 8 Shielding plate 9 Electron 10 Gas introduction pipe 11 Gas flow control device 12 Gas cylinder 13 Earth aperture 14 Suppressor Electrode 15 Bias electrode 16,17 Ammeter 18 Filament power supply 19 Electron extraction power supply Pa, Pb, Qa, Qb Conductor plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/027 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 21/027

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空チャンバ−内のワ−クにイオンビ−
ムを照射するイオン源と、前記イオンビ−ムに電子を供
給する前記ワ−クとほぼ同電位の電子源とを備え、前記
イオンビ−ムの空間電荷もしくは前記イオンビ−ムの前
記ワ−クへの照射により生ずる当該ワ−クの帯電を防止
するように構成した粒子ビ−ム中和装置において、 前記イオンビ−ムの周囲に前記電子源からの電子を蓄積
させる手段を備えたことを特徴とする粒子ビ−ム中和装
置。
1. An ion beam is provided in a work in the vacuum chamber.
An ion source for irradiating the ion beam, and an electron source having substantially the same potential as the work for supplying electrons to the ion beam, and to the space charge of the ion beam or the work of the ion beam. In the particle beam neutralizing device configured to prevent the work from being charged by the irradiation of the ion beam, a means for accumulating electrons from the electron source is provided around the ion beam. A particle beam neutralizing device.
【請求項2】 蓄積手段は、イオンビ−ムの周囲に導電
性層状グリッドを配設し、前記グリッドに正の高電圧を
印加するようにしたことを特徴とする請求項1記載の粒
子ビ−ム中和装置。
2. The particle beam according to claim 1, wherein the accumulating means has a conductive layered grid arranged around the ion beam, and a positive high voltage is applied to the grid. Neutralizer.
【請求項3】 イオンビ−ムの外側に最も近いグリッド
をワ−クまたは真空チャンバ−とほぼ同電位としたこと
を特徴とする請求項2記載の粒子ビ−ム中和装置。
3. The particle beam neutralizing apparatus according to claim 2, wherein the grid closest to the outer side of the ion beam has substantially the same potential as that of the work or vacuum chamber.
【請求項4】 層状グリッドに印加する電圧電源を電子
源カソ−ド部の電子引出し電源と共通にしたことを特徴
とする請求項2または3記載のいずれかの粒子ビ−ム中
和装置。
4. The particle beam neutralizing device according to claim 2, wherein the voltage power source applied to the layered grid is common to the electron extracting power source of the electron source cathode section.
【請求項5】 層状グリッドと電子源とワ−クとによ
り、イオンビ−ム電流測定のためのファラデ−カップを
構成するようにしたことを特徴とする請求項2ないし4
記載のいずれかの粒子ビ−ム中和装置。
5. A Faraday cup for measuring an ion beam current is constituted by a layered grid, an electron source and a work.
Any of the particle beam neutralization devices described.
【請求項6】 層状グリッドに対しガスを供給するガス
供給機構を具備したことを特徴とする請求項2ないし5
記載のいずれかの粒子ビ−ム中和装置。
6. A gas supply mechanism for supplying a gas to the layered grid is provided.
Any of the particle beam neutralization devices described.
【請求項7】 ガス供給機構は、イオンビ−ムのガス圧
力が一定になるようにガス供給を制御する制御部を具備
していることを特徴とする請求項6の粒子ビ−ム中和装
置。
7. The particle beam neutralizing apparatus according to claim 6, wherein the gas supply mechanism includes a control unit for controlling the gas supply so that the gas pressure of the ion beam becomes constant. .
【請求項8】 ガスは高純度のアルゴン、キセノン、ク
リプトン等希ガスであることを特徴とする請求項6また
は7記載のいずれかの粒子ビ−ム中和装置。
8. The particle beam neutralization device according to claim 6, wherein the gas is a rare gas such as high-purity argon, xenon, or krypton.
【請求項9】 ワ−クの直前に請求項1ないし請求項8
記載のいずれかの粒子ビ−ム中和装置を配設したことを
特徴とする粒子ビ−ム照射装置。
9. The method according to any one of claims 1 to 8 immediately before the work.
A particle beam irradiating device comprising the particle beam neutralizing device according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9058547B2 (en) 2010-09-01 2015-06-16 Hyundai Card Co., Ltd. Metal payment card and method of manufacturing the same

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