JP2004205223A - イオンビーム分布検出装置およびこれを用いたイオンビーム配向処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】任意のイオンビーム処理位置に照射されるイオンビームの照射量を電気的に測定し、この測定結果をもとに、このイオンビームのダイバージェンスを検出するイオンビーム分布検出装置およびこれを用いたイオンビーム配向処理装置を提供すること。
【解決手段】所望の被処理面に照射されるイオンビームの荷電粒子分布を電気的に検出するイオンビーム分布検出装置であって、開口部４１を設けた導電枠４と、開口部４１を通過した前記イオンビームを捕獲するファラデーカップ２０１〜２１５が配置されたファラデーカップ群２と、ファラデーカップ２０１〜２１５で発生した電流をそれぞれ測定する電流計測器５と、を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】所望の被処理面に照射されるイオンビームの荷電粒子分布を電気的に検出するイオンビーム分布検出装置であって、開口部４１を設けた導電枠４と、開口部４１を通過した前記イオンビームを捕獲するファラデーカップ２０１〜２１５が配置されたファラデーカップ群２と、ファラデーカップ２０１〜２１５で発生した電流をそれぞれ測定する電流計測器５と、を備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、任意のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの照射量を電気的に測定し、該イオンビームの角度分布等を検出するイオンビーム分布検出装置およびこれを用いたイオンビーム配向処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、イオンドーピング装置やイオンビームスパッタ装置等のイオンビーム照射装置を用いて、基板等の被処理面にイオンビームを照射する場合、この被処理面におけるイオンビームの照射量は、ファラデーカップを有するビーム量測定装置を用いて、電気的に測定することができる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、互いに交差する２軸方向にそれぞれ複数個ずつワイヤ電極を配置した１つのモニタヘッドを有し、荷電粒子（イオン粒子）の捕獲数に対応する該ワイヤ電極における電位変化を検出して、イオンビームの進行方向と直交する平面上における荷電粒子分布を検出できるようにしたビームプロファイルモニタもある（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１１８６７号公報 （第３−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−２４３９０２号公報 （第３−６頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ますます低消費電力化、軽量・薄型化、液晶カラー表示の高性能化等の開発が進む液晶ディスプレイは、フラットパネルディスプレイの代表技術として成長し、パーソナルコンピュータやＡＶ機器等の情報用表示デバイスとして、急速にその用途を拡大しつつある。これにともない、液晶ディスプレイを構成する液晶表示素子のさらなる高機能化、高性能化の要求は一層高まっている。
【０００６】
ここで、液晶表示素子は、透明電極、配向膜が逐次形成されたガラス基板を配向膜が内側になるように対向し、これらガラス基板の間に液晶層が形成された構造を有しており、また、この液晶層内部における液晶分子が、配向膜と直接接するように構成されている。
【０００７】
また、この液晶表示素子のさらなる高機能化、高性能化を達成するためには、液晶表示素子における液晶分子の配向を可能な限り均一に制御する必要があり、この液晶分子の配向性を制御する配向膜の液晶配向処理が極めて重要である。
【０００８】
この液晶配向処理の方法として、液晶表示素子の配向膜にイオンビームを照射し、その原子構造を所望の方向に配列させる方法（イオンビーム配向法）が開発され、これにともない、この配向膜の照射面におけるイオンビームの照射量のみならず、このイオンビームの角度分布をも検出する必要性が生じてきた。
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された測定装置等のファラデーカップを有する従来のビーム量測定装置では、任意のイオンビーム処理位置に照射されたイオンビームの量に対応するビーム電流が、このイオンビームの角度分布に対応しない状態で測定されているので、液晶表示素子を構成する配向膜の照射面におけるイオンビームの角度分布を検出することは困難な場合が多い。
【００１０】
たとえば、図９に示すファラデーカップ５１を１０個有する従来のビーム量測定装置５０に対して、同一ビーム量分布を有する２種類のイオンビーム２１ｃまたはイオンビーム２１ｄが、一律な方位角φ（図９（ａ）参照）またはランダムな方位角φ’（図９（ｂ）参照）によって、それぞれ照射された場合、ビーム量測定装置５０によって測定されるイオンビーム２１ｃおよびイオンビーム２１ｄの各ビーム量分布は、双方の角度分布が異なるにもかかわらず、同一分布を呈する。
【００１１】
したがって、従来のビーム量測定装置５０では、液晶表示素子の配向膜における任意の位置に照射されるイオンビームの角度分布を検出することは困難であり、上述したイオンビーム配向法による液晶配向処理を行う前に、このイオンビームの平均方向における方位角のばらつき分布（ダイバージェンス）を検出することは困難であるため、上述したイオンビーム配向法による液晶配向の均一制御を困難にするとともに、液晶配向処理における作業性を低下させ、さらに、液晶表示素子の生産効率を低下させるという問題点があった。
【００１２】
一方、上述した特許文献２に記載されたビームプロファイルモニタを用いた場合でも、任意のイオンビーム処理位置に照射されるイオンビームの角度分布を検出することは困難な場合が多く、上述した問題点を解決するまでに至らない。
【００１３】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、任意のイオンビーム処理位置に照射されるイオンビームの照射量を電気的に測定し、この測定結果をもとに、このイオンビームのダイバージェンスを検出するイオンビーム分布検出装置およびこれを用いたイオンビーム配向処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかるイオンビーム分布検出装置は、所望の被処理面に照射されるイオンビームの荷電粒子分布を電気的に検出するイオンビーム分布検出装置であって、前記イオンビームを遮断する壁面に前記イオンビームを通過させる開口部を設けた遮蔽手段と、前記遮蔽手段の開口部を通過した前記イオンビームを捕獲する複数の捕獲手段と、前記捕獲手段と電気的に接続され、前記捕獲手段で発生した電流を測定する測定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、遮蔽手段が、イオンビームを遮断する壁面に設けられたスリット等の開口部から、イオンビームを通過させるようにし、複数の捕獲手段が、前記開口部を通過したイオンビームを捕獲するようにし、測定手段が、前記複数の捕獲手段によって捕獲されたイオンビームの荷電粒子量に対応する電流を測定するようにし、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布に対応した電流分布を検出できるようにしている。
【００１６】
また、請求項２にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記測定手段の測定結果に対応する前記イオンビームの電流分布をもとに、ガウス法に基づく逆畳み込み積分による演算処理を少なくとも行って、前記イオンビームの角度分布を検出する演算処理手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、演算処理手段が、前記測定手段による測定結果に対応する前記イオンビームの電流分布をもとに、ガウス法に基づく逆畳み込み積分による演算処理を少なくとも行うようにし、前記イオンビームの角度分布を確実に検出できるようにしている。
【００１８】
また、請求項３にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記捕獲手段は、一列に配置されることを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、一列に配置されるようにし、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を１軸方向について容易に、かつ高精度に検出できるようにしている。
【００２０】
また、請求項４にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記捕獲手段は、平面配置されることを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、平面配置されるようにし、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を２軸方向について容易に、かつ高精度に検出できるようにしている。
【００２２】
また、請求項５にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記開口部の中心軸は、前記複数の捕獲手段が形成するイオンビーム捕獲面に直交する中心軸と同一軸であることを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、前記遮蔽手段が、前記複数の捕獲手段によって形成されるイオンビーム捕獲面に直交する中心軸と同一中心軸を有する前記開口部を配置されるようにし、前記演算処理手段によって検出される前記イオンビームの角度分布を最適な形状にしている。
【００２４】
また、請求項６にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記複数の捕獲手段の配置数は、奇数であることを特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、前記複数の捕獲手段の配置数が、奇数になるようにし、前記演算処理手段によって検出される前記イオンビームの角度分布の極大値を高精度に導出できるようにしている。
【００２６】
また、請求項７にかかるイオンビーム配向処理装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載のイオンビ−ム分布検出装置を備えたことを特徴とする。
【００２７】
この請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載のイオンビーム分布検出装置を備えるようにしているので、請求項１〜６の作用効果を奏する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかるイオンビーム分布検出装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の構成について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、イオンビーム分布検出装置１は、１５個のファラデーカップ２０１〜２１５を一列に配置したファラデーカップ群２を有し、ファラデーカップ群２全体を取り囲むように、サプレッサ電極３が配置され、サプレッサ電極３全体を取り囲むように、導電枠４が配置される。ファラデーカップ２０１〜２１５は、電流計測器５に対して、それぞれ電気的に接続される。演算処理機６は、電流計測器５によって測定された電流値に対応する信号Ｓｇ１を受信するように配置される。サプレッサ電源７は、サプレッサ電極枠２の電位を接地電位よりも低電位にするように、サプレッサ電極枠２に接続される。ただし、導電枠４および電流計測器５は、接地電位と同電位である。
【００３０】
ファラデーカップ群２を構成するファラデーカップ２０１〜２１５は、イオンビームの入射口部および該入射口部と対向する測定面をそれぞれ有する金属製の中空箱であり、該測定面と電流測定器５とが電気的に接続される。また、測定対象のイオンビームがファラデーカップ２０１〜２１５の各測定面で捕獲された場合、このイオンビームの照射量に応じて発生したビーム電流が、この測定面から電流測定器５に流れる。すなわち、ファラデーカップ群２は、任意の照射面におけるイオンビームの照射量をファラデーカップ２０１〜２１５が配置された一列１５箇所の測定位置における各ビーム電流量として捉えることができる。なお、ファラデーカップ２０１〜２１５を構成する金属材として、アルミニウム、銅、鉄等、または、これらを含む合金等の導電性金属を用いることができる。また、ファラデーカップ群２は、１５個のファラデーカップ２０１〜２１５を５ｍｍ間隔で一列に配置した構造を有しているが、このファラデーカップの配置数は、複数であれば良く、奇数であることが望ましい。ここで、ファラデーカップの配置数を奇数にした場合、後述するビーム電流分布の極大値を高精度に導出することができる。また、ファラデーカップ群２は、可能な限り多数のファラデーカップが、高密度に配置されていることが望ましい。
【００３１】
サプレッサ電極枠３は、ファラデーカップ２０１〜２１５の各入射口部の前面に対応した開口部３０１〜３１５を有している。また、サプレッサ電極枠３の開口部３０１〜３１５付近は、サプレッサ電源７によって、−２０〜−１００Ｖ程度の負電圧が印加され、イオンビームの捕獲によってファラデーカップ２０１〜２１５からそれぞれ発生する２次電子の放出を抑制し、または、ファラデーカップ２０１〜２１５から放出された２次電子をそれぞれ押し戻すことができる。これによって、ファラデーカップ２０１〜２１５は、イオンビームの照射量に対応するビーム電流を高精度に発生させることができる。ただし、開口部３０１〜３１５は、ファラデーカップ２０１〜２１５の各測定面に対して直交する中心軸と開口部３０１〜３１５の各中心軸とが同一軸になるような位置に配置されることが望ましい。なお、サプレッサ電極枠３を構成する金属材として、アルミニウム、銅、鉄等、または、これらを含む合金等の導電性金属を用いることができる。
【００３２】
導電枠４は、所定の開口幅（たとえば、開口幅ｄ［ｍｍ］）の開口部４１を有し、不図示のイオンビーム照射装置から射出されたイオンビームが、開口部４１を通過し、その後、サプレッサ電極枠３の開口部３０１〜３１５を通過して、ファラデーカップ群２のファラデーカップ２０１〜２１５に捕獲されるようにしている。また、導電枠４は、開口部４１を備えた壁面とファラデーカップ群２とが、所定の距離（たとえば、距離Ｌ［ｍｍ］）になるように配置される。ただし、導電枠４は、開口部４１以外の壁面に到達するイオンビームに対して、導電枠４内部を遮蔽する。また、導電枠４は、接地電極と接続され、これによって、イオンビームの照射による帯電を防止している。なお、開口部４１の開口幅ｄは、所望のイオンビーム角度分布を検出する位置範囲を満足する程度であれば良く、距離Ｌは、開口部４１で回折したイオンビームが、ファラデーカップ群２に効率よく捕獲される程度の距離であれば良い。さらに、開口部４１は、サプレッサ電極枠３の中心付近に配置された開口部（たとえば、開口部３０８）の中心軸と開口部４１の中心軸とが同一軸になるように配置されることが望ましい。また、遮蔽枠１４を構成する金属材として、アルミニウム、銅、鉄等、または、これらを含む合金等の導電性金属を用いることができる。
【００３３】
電流計測器５は、ファラデーカップ群２の各ファラデーカップ２０１〜２１５から発生するビーム電流の値をそれぞれ測定し、得られたビーム電流値に対応する信号Ｓｇ１を出力し、演算処理機６に送信する。
【００３４】
演算処理機６は、電流計測器５から受信した信号Ｓｇ１をもとに、開口部４１に照射されるイオンビームの照射量に対応したビーム電流分布を検出する演算処理（ビーム電流分布演算処理）を行った後、この電流分布を表す関数ｆ（ｘ）に対して、ガウス法を用いた逆畳み込み積分（ディコンボルーション）による演算処理（ディコンボルーション演算処理）を行い、開口部４１におけるイオンビームの角度分布を検出する。さらに、この角度分布を表す関数ｚ（ｘ）をもとに、開口部４１に照射されるイオンビームの方位角を導出する演算処理（方位角演算処理）を行い、このイオンビームのダイバージェンスを検出する。
【００３５】
なお、電流計測器５と演算処理機６との間の信号Ｓｇ１の送受信は、電流計測器５および演算処理機６に有線のインターフェース等（不図示）を配置させて、配線やケーブル等を介して行うようにしてもよいし、無線のインターフェース等（不図示）を配置させて、無線通信によって行うようにしてもよい。また、演算処理機６は、装置構成として、電流計測器５と一体化されていてもよいし、演算処理機６として、上述した各演算処理の機能を有する電子計算機やパーソナルコンピュータ等の電子機器を用い、イオンビーム分布検出装置１に対して外部に備えるようにしてもよい。さらに、演算処理機６は、後述する入力部６５から上述した各ビーム電流の値を入力するようにしてもよく、この場合、入力部６５から入力されたビーム電流の値は、デジタル化された信号Ｓｇ１に相当する信号として、後述する制御部６２に受信される。
【００３６】
つぎに、演算処理機６の構成について詳細に説明する。図２は、演算処理機６の構成を示すブロック図である。図２において、演算処理機６は、Ａ／Ｄコンバータ６１と、制御部６２と、記憶部６３と、出力部６４と、入力部６５とを有する。
【００３７】
Ａ／Ｄコンバータ６１は、上述した電流計測器５から出力される信号Ｓｇ１を受信し、デジタル信号に変換し、その後、デジタル信号化された信号Ｓｇ１を制御部６２に送信する。
【００３８】
制御部６２は、受信した信号Ｓｇ１をもとに、上述したビーム電流演算処理を行って、ビーム電流分布およびその関数ｆ（ｘ）を導出し、ディコンボルーション演算処理を行って、イオンビームの角度分布およびその関数ｚ（ｘ）を導出し、方位角演算処理を行って、イオンビームの照射方位角を導出し、そのダイバージェンスを検出する演算処理制御機能を有する。また、制御部６２は、上記各演算処理によって導出された演算処理結果を記憶部６３に送信し、記憶させる記憶制御機能を有する。さらに、入力部６５から出力依頼が入力された場合、制御部６２は、上記各演算処理によって導出された演算処理結果を出力部に送信し、出力させる出力制御機能を有する。
【００３９】
記憶部６３は、制御部６２から受信した上記演算処理結果を記憶する機能を有する。また、記憶部６３は、制御部６２が上述した各制御機能を達成するためのプログラムを予め記憶している。なお、記憶部６３として、上記プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）等の再書き込みが可能なメモリとを併用すればよいが、ＥＥＰＲＯＭ（Electronic Erasable Programmable Read Only Memory）等の再書き込みが可能な不揮発性メモリを用いてもよいし、これらのメモリを組み合わせて用いてもよい。
【００４０】
出力部６４は、制御部６２から受信した上記演算処理結果を画面出力、プリント出力、またはフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の所望の記憶媒体に対する出力する機能を有する。
【００４１】
入力部６５は、キーボード、マウス、またはタッチパネル等を単独または組み合わせることで実現され、常時入力依頼状態に設定される。ここで、入力部６５は、上述した演算処理結果を出力部６４に出力させる場合、出力依頼情報が入力され、上述した各ビーム電流の値を入力した場合、デジタル化された信号Ｓｇ１に相当する信号を制御部６２に送信する。
【００４２】
つぎに、イオンビーム分布検出装置１に照射されるイオンビームの照射方位角を導出し、このイオンビームのダイバージェンスを検出するまでの処理手順について、詳細に説明する。図３は、イオンビーム照射装置から射出されたイオンビームが、イオンビーム分布検出装置１を構成する導電枠４の開口部４１を通過し、ファラデーカップ群２のファラデーカップ２０１〜２１５に捕獲されてから、開口部４１に照射されたイオンビームの方位角を導出し、さらに、このイオンビームのダイバージェンスを検出するまでの処理手順を示すフローチャートである。また、図４は、イオンビーム照射装置から射出されたイオンビームが、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射された状態を示す模式図である。なお、イオンビーム分布検出装置１は、ファラデーカップ群２とｘ軸とが平行であり、かつ、開口部４１の中心が原点Ｏと一致するようにｘｙ平面上に配置される。
【００４３】
図３および図４において、イオンビーム照射装置２０は、イオンビーム分布検出装置１に対して垂直な方向から、イオンビーム２１を射出し、その後、イオンビーム２１は、イオンビーム分布検出装置１に到達する。ここで、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されたイオンビーム２１は、開口部４１を通過して導電枠４の内部に入射する。入射したイオンビーム２１は、図１に示すサプレッサ電極枠２の開口部３０１〜３１５をそれぞれ通過した後、ファラデーカップ群２のファラデーカップ２０１〜２１５に到達し、ファラデーカップ２０１〜２１５の各測定面で捕獲される（ステップＳ１０）。その後、イオンビーム２１を捕獲したファラデーカップ２０１〜２１５では、それぞれ捕獲したイオンビームの照射量に対応するビーム電流が発生する。
【００４４】
つぎに、電流計測器５は、上述した各ビーム電流の量をそれぞれ計測し（ステップＳ１１）、得られたビーム電流量に対応する信号Ｓｇ１を出力する。この信号Ｓｇ１は、図２に示すＡ／Ｄコンバータ６１によって、デジタル信号に変換された後、制御部６２に受信される。その後、制御部６２は、受信した信号Ｓｇ１をもとに、上述したビーム電流分布演算処理を行って（ステップＳ１２）、ファラデーカップ群２における位置ｘに対するビーム電流の分布を表す電流分布関数ｆ（ｘ）を導出し、この電流分布関数ｆ(ｘ)を用いて、測定位置ｘに対するビーム電流分布を検出する。
【００４５】
図５は、ステップＳ１２におけるビーム電流分布演算処理によって検出されたビーム電流分布を示す図であり、位置ｘ［ｍｍ］は、原点Ｏを起点とし、イオンビーム２１を捕獲したファラデーカップ２０１〜２１５の各配置に対応している。図５に示すように、ビーム電流分布を表す電流分布関数ｆ（ｘ）は、原点Ｏで極大値（たとえば、２９μＡ程度）を取り、正規分布に近似な分布を呈する。
【００４６】
つぎに、制御部６２は、上述した電流分布関数ｆ（ｘ）に対して、ガウス法を用いた逆畳み込み積分（ディコンボルーション）による演算処理（ディコンボルーション演算処理）を行って（ステップＳ１３）、角度分布関数ｚ（ｘ）を導出し、この角度分布関数ｚ（ｘ）を用いて、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１におけるイオンビーム２１の角度分布を検出する。
【００４７】
ここで、電流分布関数ｆ（ｘ）で表されるイオンビーム２１のビーム電流分布は、イオンビーム照射装置２０におけるイオンビーム光源の形状および該光源の強度分布を反映しており、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されたイオンビーム２１の角度分布情報を有している。したがって、電流分布関数ｆ（ｘ）は、開口部４１の形状を表すスリット関数ｈ（ｘ）とイオンビームの角度分布を表す角度分布関数ｚ（ｘ）を用いて、次式（１）のように表すことができる。
ｆ（ｘ）＝∫ｈ（τ）・ｚ（ｘ−τ）ｄτ （−∞＜τ＜∞）・・・（１）
この式（１）によれば、電流分布関数ｆ（ｘ）と、スリット関数ｈ（ｘ）と、角度分布関数ｚ（ｘ）との間には、畳み込み積分の関係が成立することを理解できる。したがって、式(１)に対して、上述したディコンボルーション演算処理を行うことで、角度分布関数ｚ（ｘ）を導出することができる。また、開口部４１のスリット形状が正方形である場合、スリット関数ｈ（ｘ）は、開口部４１の開口幅ｄ［ｍｍ］の範囲に対応して、次式（２）および（３）によって表すことができる。
ｈ（ｘ）＝０ （ｘ＜−ｄ／２、ｄ／２＜ｘ） ・・・（２）
ｈ（ｘ）＝ｃ （−ｄ／２＜ｘ＜ｄ／２） ・・・（３）
ただし、式（３）における値ｃは、スリットの透過定数である。
【００４８】
なお、式（２）および（３）によれば、スリット関数ｈ（ｘ）は、幅ｄを有するパルス関数であり、開口部４１のスリット形状に対応している。また、式（１）は、任意のスリット形状を表すスリット関数ｈ（ｘ）に対して成立するので、開口部４１のスリット形状は、正方形や長方形等のパルス型に限るものではなく、三角形や五角形以上の多角形、または円や楕円等の各種形状のスリットであっても良い。
【００４９】
図６は、ステップＳ１３におけるディコンボルーション演算処理によって検出したイオンビーム２１の角度分布を示す図であり、位置ｘ［ｍｍ］は、原点Ｏを起点とし、イオンビーム２１を捕獲したファラデーカップ２０１〜２１５の各配置に対応している。図６に示すように、開口部４１におけるイオンビーム２１の角度分布を表す角度分布関数ｚ（ｘ）は、原点Ｏで極大値を取り、正規分布に近似な分布を呈する。なお、この角度分布関数ｚ（ｘ）の極限値は、「１」に規格化している。
【００５０】
つぎに、制御部６２は、図６に示すイオンビーム２１の角度分布をもとに、方位角演算処理を行って（ステップＳ１４）、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されたイオンビーム２１の方位角θ［ｄｅｇ．］を導出する。ここで、この方位角θ［ｄｅｇ．］は、図４に示すイオンビーム２２とｘ軸との間でなす角度であり、上述したイオンビーム２１の角度分布における平均角度と定義することができる。ただし、イオンビーム２２は、開口部４１に照射されるイオンビーム２１の平均方向を示す集合体であり、イオンビーム２２内部で最大角度をなすイオンビーム２１ａ、２１ｂを有する。
【００５１】
したがって、この方位角θ［ｄｅｇ．］は、図６に示すイオンビーム２１の角度分布における半値幅に対応する位置ｘ0と、導電枠４およびファラデーカップ群２の間の距離Ｌとを用いて、次式（４）によって表すことができる。
θ＝ｔａｎ-1（Ｌ／ｘ0） ・・・（４）
たとえば、式（４）において、距離Ｌが３０ｍｍであり、位置ｘ0が１０ｍｍである場合、方位角θは、７２ｄｅｇ．程度となる。
【００５２】
また、図６に示すイオンビーム２１の角度分布は、上述した方位角θをイオンビーム２１の角度分布における平均角度と定義した場合、開口部４１に照射されるイオンビーム２１のダイバージェンスを示している。
【００５３】
すなわち、図６に示すイオンビーム２１の角度分布において、極大値と極大値を呈する位置ｘとの関係が、所望の照射面に対するイオンビーム２１の指向性を示し、また、この角度分布の幅が、所望の照射面におけるイオンビーム２１の配向性（平行性）を示す。たとえば、この角度分布の極大値を呈する位置ｘが原点（ｘ＝０）である場合、イオンビーム２１は、所望の照射面に対して、所望の方向に照射される。一方、この角度分布の幅が狭い場合、イオンビーム２１のダイバージェンス角度θｄが小さくなり、イオンビーム２１の平行性が増大する。
【００５４】
さらに、上述したイオンビーム２１の角度分布の極大値を５０％にする角度（半値角）は、このイオンビーム２１の平均方向における方位角のばらつき分布を表すダイバージェンス角度θｄ［ｄｅｇ．］と定義することができる。たとえば、角度分布関数ｚ（ｘ）が、図６に示すイオンビーム２１の角度分布を表す場合、このイオンビーム２１のダイバージェンス角度θｄは、１８ｄｅｇ．になる。なお、ダイバージェンス角度θｄ［ｄｅｇ．］は、図４に示すイオンビーム２２内部のイオンビーム２１ａ，２１ｂのなす角度に相当する。
【００５５】
したがって、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４における各演算処理を行った場合、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されるイオンビーム２１の方位角θを導出することができ、さらに、このイオンビーム２１のダイバージェンスを表す角度分布（図６を参照）およびダイバージェンス角度θｄを検出することができる。
【００５６】
また、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４における各演算処理結果は、入力部６５から出力依頼情報を入力した場合、出力部６４によって、画面表示等の出力がなされる（ステップＳ１５）。
【００５７】
なお、上述したステップＳ１０〜Ｓ１４では、ｘｙ平面上において、ファラデーカップ群２をｘ軸に平行になるようにイオンビーム分布検出装置１を配置し、ｘ方向におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、ダイバージェンス角度θｄを検出するようにしているが、ファラデーカップ群２をｙ軸に平行になるようにイオンビーム分布検出装置１を配置すれば、ｙ方向におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、ダイバージェンス角度θｄを検出することもできる。また、ｘｙ平面上の任意の位置に開口部４１を合わせた場合、イオンビーム分布検出装置１は、ｘｙ平面上の任意の位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、ダイバージェンス角度θｄを検出することもできる。
【００５８】
ここで、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１を所望のイオンビーム処理位置と合わせた場合、イオンビーム分布検出装置１は、このイオンビーム処理位置に照射されるイオンビームの角度分布および方位角θを検出することができ、さらに、このイオンビームのダイバージェンスおよびダイバージェンス角度θｄを検出することができる。これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を評価することができ、また、イオンビーム照射装置の照射条件に対するイオンビームのダイバージェンス依存性を容易に検出することができる。さらに、このイオンビームのダイバージェンスをモニタリングした場合、イオンビーム照射装置は、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射可能な条件に容易に設定できる。
【００５９】
図７は、イオンビームのダイバージェンス角度θｄと、このイオンビームを用いて液晶配向処理を行った配向膜の異方性ＤΔとの関係を示す図である。なお、配向膜の異方性ＤΔは、高い値であるほど、良好な液晶異方性を示す。図７において、配向膜の異方性ＤΔは、イオンビームのダイバージェンス角度θｄが小さいほど、高い値を示す。すなわち、配向性（平行性）の高いイオンビームを用いて液晶配向処理を行った場合、良好な液晶異方性が得ることができる。したがって、イオンビームのダイバージェンスをモニタリングして、イオンビーム照射装置の照射条件を設定した場合、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射することができ、これによって、一層高い液晶配向規制力（アンカリング）を有する配向膜を得ることができる。
【００６０】
以上に説明したように、イオンビーム分布検出装置１は、ファラデーカップ２０１〜２１５を一列に配置したファラデーカップ群２が、ファラデーカップ２０１〜２１５の各位置に対応して配置された開口部３０１〜３１５を有するサプレッサ電極枠３の内部に配置され、サプレッサ電極枠３が、開口部４１を有する導電枠４の内部に配置された構造を有し、開口部４１に照射されたイオンビームのみが、導電枠４内部を進行し、ファラデーカップ群２に到達して、ビーム電流を発生させ、その後、このビーム電流値に対応する出力信号Ｓｇ１をもとに、ビーム電流分布および電流分布関数ｆ（ｘ）を検出し、電流分布関数ｆ（ｘ）に対して、ガウス法を用いたディコンボルーション演算処理を行って、角度分布および角度分布関数ｚ（ｘ）を検出し、その後、このイオンビームの方位角θおよびダイバージェンスを検出するように構成しているので、開口部４１に照射されるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを検出することができる。
【００６１】
したがって、所望のイオンビーム処理位置を開口部４１に合わせた場合、イオンビーム分布検出装置１は、このイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを検出することができ、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を容易に評価することができる。これによって、イオンビーム照射装置は、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射可能な条件に容易に設定でき、液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現可能なイオンビームを容易に照射することができる。
【００６２】
また、液晶表示素子の配向膜に対してイオンビーム配向法による配向処理を行うイオンビーム配向処理装置に、この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置１を用いてもよい。ここで、イオンビーム配向処理装置は、イオンビーム照射装置と照射ステージとイオンビーム分布検出装置１とを備え、イオンビーム分布検出装置１と照射ステージとが、同一平面上を自在に平面駆動し、イオンビーム照射装置から所望の射出角度で射出されたイオンビームを照射ステージ上の所望の処理位置またはイオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射するように構成されている。したがって、イオンビーム分布検出装置１が、開口部４１に照射されたイオンビームの角度分布を検出し、その後、液晶配向膜を搭載した照射ステージとイオンビーム分布検出装置１とを平面駆動させ、照射ステージ上の所望の処理位置と開口部４１の位置とを切り換えることができる。これによって、イオンビーム配向処理装置は、照射ステージ上の所望の処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを配向処理前に検出できるので、所望の処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を容易に評価することができ、イオンビーム配向法による液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現できる。したがって、このイオンビーム配向処理装置を用いた場合、液晶表示素子の生産工程において、イオンビーム配向法による液晶配向処理の作業性および生産効率を一層向上させることができる。
【００６３】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。上述した実施の形態１では、一列に配置されたファラデーカップ２０１〜２１５を有するファラデーカップ群２によって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを１軸方向について検出するようにしていたが、この実施の形態２では、格子状に配置されたファラデーカップを有するファラデーカップ群を用いている。
【００６４】
図８は、この発明の実施の形態２であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。このイオンビーム分布検出装置３０は、実施の形態１のイオンビーム分布検出装置１のファラデーカップ群２に代えてファラデーカップ群８を有し、サプレッサ電極枠３に代えてサプレッサ電極枠９を有している。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付している。
【００６５】
ファラデーカップ群８は、ファラデーカップ８ａを縦５列、横５列の格子状に配置されており、ファラデーカップ群８の各ファラデーカップ８ａは、電流計測器５と電気的に接続されている。また、サプレッサ電極９は、ファラデーカップ群８の各ファラデーカップ８ａに対応した開口部９ａを有している。
【００６６】
ここで、イオンビーム分布検出装置３０が、所望のイオンビーム処理位置と開口部４１とを合わせるように配置された場合、イオンビーム分布検出装置３０は、このイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを２軸方向（たとえば、ｘ，ｙ軸）について同時に検出することができる。
【００６７】
この実施の形態２では、格子状に配置されたファラデーカップを有するファラデーカップ群を用いて、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを２軸方向について同時に検出するようにしているので、このイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を一層緻密に評価することができ、これによって、イオンビーム照射装置の照射条件を容易に最適化することができる。
【００６８】
また、液晶表示素子の配向膜に対してイオンビーム配向法による配向処理を行うイオンビーム配向処理装置に、この発明の実施の形態２であるイオンビーム分布検出装置３０を用いてもよい。ここで、このイオンビーム配向処理装置は、上述したイオンビーム分布検出装置１を備えたイオンビーム配向処理装置と同様の構成を有しており、配向処理前において、所望の処理位置に照射されるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを２軸方向について検出できるので、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を一層容易かつ高精度に評価することができ、イオンビーム配向法による液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現できる。したがって、このイオンビーム配向処理装置を用いた場合、液晶表示素子の生産工程において、イオンビーム配向法による液晶配向処理の作業性および生産効率を一層向上させることができる。
【００６９】
なお、この発明の実施の形態１，２では、ファラデーカップにおける２次電子の発生を抑制し、または、発生した２次電子を再度ファラデーカップに押し戻す手段として、サプレッサ電極枠を用いた場合を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、サプレッサ電極板を用いた場合に適用することもできる。
【００７０】
また、この発明の実施の形態１，２では、１つの開口部を有した導電枠を用いた場合を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、１つの開口部を有した導電板を用いた場合に適用することもできる。
【００７１】
また、この発明の実施の形態１，２では、複数個のファラデーカップを配置した場合を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、ファラデーカップの代わりに複数のワイヤ電極を並べて設けた場合に適用することもできる。
【００７２】
また、この発明の実施の形態２では、２５個のファラデーカップ８ａを縦５列、横５列の格子状に配置したファラデーカップ群８を用いているが、ファラデーカップ群８を構成するファラデーカップは、縦に少なくとも２列、横に少なくとも２列配置されていればよく、また、縦横の配列数は、同数でなくてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この請求項１の発明によれば、遮蔽手段が、イオンビームを遮断する壁面に設けられたスリット等の開口部から、イオンビームを通過させるようにし、複数の捕獲手段が、前記開口部を通過したイオンビームを捕獲するようにし、測定手段が、前記複数の捕獲手段によって捕獲されたイオンビームの荷電粒子量に対応する電流を測定するようにしているので、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布に対応した電流分布を確実に検出することができ、これをもとにして、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を確実に検出することができるという効果を奏する。これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を容易に評価可能なイオンビーム分布検出装置を実現することができ、また、このイオンビーム分布検出装置を用いて、イオンビームの指向性および配向性を評価されたイオンビーム照射装置は、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射可能な条件に容易に設定できるので、液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現可能なイオンビームを容易に照射することができるようになり、液晶表示素子の生産工程において、イオンビーム配向法による液晶配向処理の作業性および生産効率が一層向上するという効果を奏する。
【００７４】
また、この請求項２の発明によれば、演算処理手段が、前記測定手段による測定結果に対応する前記イオンビームの電流分布をもとに、ガウス法に基づく逆畳み込み積分による演算処理を少なくとも行うようにしているので、前記イオンビームの角度分布を容易に、かつ確実に検出することができるという効果を奏する。
【００７５】
また、この請求項３の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、一列に配置されるように構成しているので、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を１軸方向について容易に、かつ高精度に検出することができるという効果を奏する。
【００７６】
また、この請求項４の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、平面配置されるように構成しているので、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を２軸方向について容易に、かつ高精度に検出することができるという効果を奏する。
【００７７】
また、この請求項５の発明によれば、前記遮蔽手段が、前記複数の捕獲手段によって形成されるイオンビーム捕獲面に直交する中心軸と同一中心軸を有する前記開口部を配置されるように構成しているので、前記演算処理手段によって検出されるイオンビームの角度分布を最適な形状にすることができ、これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を確実に評価することができるという効果を奏する。
【００７８】
また、この請求項６の発明によれば、前記複数の捕獲手段の配置数が、奇数になるように構成しているので、前記演算処理手段によって検出される前記イオンビームの角度分布の極大値を高精度に導出することができ、これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を高精度に評価することができるという効果を奏する。
【００７９】
また、この請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載のイオンビーム分布検出装置を備えるようにしているので、上述した請求項１〜６の作用効果を奏するイオンビーム配向処理装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の演算処理機の構成を示すブロック図である。
【図３】イオンビームのダイバージェンスを検出するまでの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】イオンビーム分布検出装置に対するイオンビームの照射状態を説明する模式図である。
【図５】イオンビーム照射量に対応するビーム電流分布を示す図である。
【図６】ディコンボルーション演算処理によって導出したイオンビーム角度分布を示す図である。
【図７】ダイバージェンス角度と配向膜の異方性との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来のビーム量測定装置によって測定されるイオンビームの照射量分布を説明する図である。
【符号の説明】
１，３０ イオンビーム分布検出装置
２，８ ファラデーカップ群
３，９ サプレッサ電極枠
４ 導電枠
５ 電流計測器
６ 演算処理機
７ サプレッサ電源
２０ イオンビーム照射装置
２１，２１ａ〜２１ｄ，２２ イオンビーム
ビーム量測定装置
６１ Ａ／Ｄコンバータ
６２ 制御部
６３ 記憶部
６４ 出力部
６５ 入力部
８ａ，５１，２０１〜２１５ ファラデーカップ
９ａ，４１，３０１〜３１５ 開口部
Ｓｇ１ 信号
【発明の属する技術分野】
この発明は、任意のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの照射量を電気的に測定し、該イオンビームの角度分布等を検出するイオンビーム分布検出装置およびこれを用いたイオンビーム配向処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、イオンドーピング装置やイオンビームスパッタ装置等のイオンビーム照射装置を用いて、基板等の被処理面にイオンビームを照射する場合、この被処理面におけるイオンビームの照射量は、ファラデーカップを有するビーム量測定装置を用いて、電気的に測定することができる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、互いに交差する２軸方向にそれぞれ複数個ずつワイヤ電極を配置した１つのモニタヘッドを有し、荷電粒子（イオン粒子）の捕獲数に対応する該ワイヤ電極における電位変化を検出して、イオンビームの進行方向と直交する平面上における荷電粒子分布を検出できるようにしたビームプロファイルモニタもある（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１１８６７号公報 （第３−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−２４３９０２号公報 （第３−６頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ますます低消費電力化、軽量・薄型化、液晶カラー表示の高性能化等の開発が進む液晶ディスプレイは、フラットパネルディスプレイの代表技術として成長し、パーソナルコンピュータやＡＶ機器等の情報用表示デバイスとして、急速にその用途を拡大しつつある。これにともない、液晶ディスプレイを構成する液晶表示素子のさらなる高機能化、高性能化の要求は一層高まっている。
【０００６】
ここで、液晶表示素子は、透明電極、配向膜が逐次形成されたガラス基板を配向膜が内側になるように対向し、これらガラス基板の間に液晶層が形成された構造を有しており、また、この液晶層内部における液晶分子が、配向膜と直接接するように構成されている。
【０００７】
また、この液晶表示素子のさらなる高機能化、高性能化を達成するためには、液晶表示素子における液晶分子の配向を可能な限り均一に制御する必要があり、この液晶分子の配向性を制御する配向膜の液晶配向処理が極めて重要である。
【０００８】
この液晶配向処理の方法として、液晶表示素子の配向膜にイオンビームを照射し、その原子構造を所望の方向に配列させる方法（イオンビーム配向法）が開発され、これにともない、この配向膜の照射面におけるイオンビームの照射量のみならず、このイオンビームの角度分布をも検出する必要性が生じてきた。
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された測定装置等のファラデーカップを有する従来のビーム量測定装置では、任意のイオンビーム処理位置に照射されたイオンビームの量に対応するビーム電流が、このイオンビームの角度分布に対応しない状態で測定されているので、液晶表示素子を構成する配向膜の照射面におけるイオンビームの角度分布を検出することは困難な場合が多い。
【００１０】
たとえば、図９に示すファラデーカップ５１を１０個有する従来のビーム量測定装置５０に対して、同一ビーム量分布を有する２種類のイオンビーム２１ｃまたはイオンビーム２１ｄが、一律な方位角φ（図９（ａ）参照）またはランダムな方位角φ’（図９（ｂ）参照）によって、それぞれ照射された場合、ビーム量測定装置５０によって測定されるイオンビーム２１ｃおよびイオンビーム２１ｄの各ビーム量分布は、双方の角度分布が異なるにもかかわらず、同一分布を呈する。
【００１１】
したがって、従来のビーム量測定装置５０では、液晶表示素子の配向膜における任意の位置に照射されるイオンビームの角度分布を検出することは困難であり、上述したイオンビーム配向法による液晶配向処理を行う前に、このイオンビームの平均方向における方位角のばらつき分布（ダイバージェンス）を検出することは困難であるため、上述したイオンビーム配向法による液晶配向の均一制御を困難にするとともに、液晶配向処理における作業性を低下させ、さらに、液晶表示素子の生産効率を低下させるという問題点があった。
【００１２】
一方、上述した特許文献２に記載されたビームプロファイルモニタを用いた場合でも、任意のイオンビーム処理位置に照射されるイオンビームの角度分布を検出することは困難な場合が多く、上述した問題点を解決するまでに至らない。
【００１３】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、任意のイオンビーム処理位置に照射されるイオンビームの照射量を電気的に測定し、この測定結果をもとに、このイオンビームのダイバージェンスを検出するイオンビーム分布検出装置およびこれを用いたイオンビーム配向処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかるイオンビーム分布検出装置は、所望の被処理面に照射されるイオンビームの荷電粒子分布を電気的に検出するイオンビーム分布検出装置であって、前記イオンビームを遮断する壁面に前記イオンビームを通過させる開口部を設けた遮蔽手段と、前記遮蔽手段の開口部を通過した前記イオンビームを捕獲する複数の捕獲手段と、前記捕獲手段と電気的に接続され、前記捕獲手段で発生した電流を測定する測定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、遮蔽手段が、イオンビームを遮断する壁面に設けられたスリット等の開口部から、イオンビームを通過させるようにし、複数の捕獲手段が、前記開口部を通過したイオンビームを捕獲するようにし、測定手段が、前記複数の捕獲手段によって捕獲されたイオンビームの荷電粒子量に対応する電流を測定するようにし、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布に対応した電流分布を検出できるようにしている。
【００１６】
また、請求項２にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記測定手段の測定結果に対応する前記イオンビームの電流分布をもとに、ガウス法に基づく逆畳み込み積分による演算処理を少なくとも行って、前記イオンビームの角度分布を検出する演算処理手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、演算処理手段が、前記測定手段による測定結果に対応する前記イオンビームの電流分布をもとに、ガウス法に基づく逆畳み込み積分による演算処理を少なくとも行うようにし、前記イオンビームの角度分布を確実に検出できるようにしている。
【００１８】
また、請求項３にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記捕獲手段は、一列に配置されることを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、一列に配置されるようにし、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を１軸方向について容易に、かつ高精度に検出できるようにしている。
【００２０】
また、請求項４にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記捕獲手段は、平面配置されることを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、平面配置されるようにし、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を２軸方向について容易に、かつ高精度に検出できるようにしている。
【００２２】
また、請求項５にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記開口部の中心軸は、前記複数の捕獲手段が形成するイオンビーム捕獲面に直交する中心軸と同一軸であることを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、前記遮蔽手段が、前記複数の捕獲手段によって形成されるイオンビーム捕獲面に直交する中心軸と同一中心軸を有する前記開口部を配置されるようにし、前記演算処理手段によって検出される前記イオンビームの角度分布を最適な形状にしている。
【００２４】
また、請求項６にかかるイオンビーム分布検出装置は、上記発明において、前記複数の捕獲手段の配置数は、奇数であることを特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、前記複数の捕獲手段の配置数が、奇数になるようにし、前記演算処理手段によって検出される前記イオンビームの角度分布の極大値を高精度に導出できるようにしている。
【００２６】
また、請求項７にかかるイオンビーム配向処理装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載のイオンビ−ム分布検出装置を備えたことを特徴とする。
【００２７】
この請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載のイオンビーム分布検出装置を備えるようにしているので、請求項１〜６の作用効果を奏する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかるイオンビーム分布検出装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の構成について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、イオンビーム分布検出装置１は、１５個のファラデーカップ２０１〜２１５を一列に配置したファラデーカップ群２を有し、ファラデーカップ群２全体を取り囲むように、サプレッサ電極３が配置され、サプレッサ電極３全体を取り囲むように、導電枠４が配置される。ファラデーカップ２０１〜２１５は、電流計測器５に対して、それぞれ電気的に接続される。演算処理機６は、電流計測器５によって測定された電流値に対応する信号Ｓｇ１を受信するように配置される。サプレッサ電源７は、サプレッサ電極枠２の電位を接地電位よりも低電位にするように、サプレッサ電極枠２に接続される。ただし、導電枠４および電流計測器５は、接地電位と同電位である。
【００３０】
ファラデーカップ群２を構成するファラデーカップ２０１〜２１５は、イオンビームの入射口部および該入射口部と対向する測定面をそれぞれ有する金属製の中空箱であり、該測定面と電流測定器５とが電気的に接続される。また、測定対象のイオンビームがファラデーカップ２０１〜２１５の各測定面で捕獲された場合、このイオンビームの照射量に応じて発生したビーム電流が、この測定面から電流測定器５に流れる。すなわち、ファラデーカップ群２は、任意の照射面におけるイオンビームの照射量をファラデーカップ２０１〜２１５が配置された一列１５箇所の測定位置における各ビーム電流量として捉えることができる。なお、ファラデーカップ２０１〜２１５を構成する金属材として、アルミニウム、銅、鉄等、または、これらを含む合金等の導電性金属を用いることができる。また、ファラデーカップ群２は、１５個のファラデーカップ２０１〜２１５を５ｍｍ間隔で一列に配置した構造を有しているが、このファラデーカップの配置数は、複数であれば良く、奇数であることが望ましい。ここで、ファラデーカップの配置数を奇数にした場合、後述するビーム電流分布の極大値を高精度に導出することができる。また、ファラデーカップ群２は、可能な限り多数のファラデーカップが、高密度に配置されていることが望ましい。
【００３１】
サプレッサ電極枠３は、ファラデーカップ２０１〜２１５の各入射口部の前面に対応した開口部３０１〜３１５を有している。また、サプレッサ電極枠３の開口部３０１〜３１５付近は、サプレッサ電源７によって、−２０〜−１００Ｖ程度の負電圧が印加され、イオンビームの捕獲によってファラデーカップ２０１〜２１５からそれぞれ発生する２次電子の放出を抑制し、または、ファラデーカップ２０１〜２１５から放出された２次電子をそれぞれ押し戻すことができる。これによって、ファラデーカップ２０１〜２１５は、イオンビームの照射量に対応するビーム電流を高精度に発生させることができる。ただし、開口部３０１〜３１５は、ファラデーカップ２０１〜２１５の各測定面に対して直交する中心軸と開口部３０１〜３１５の各中心軸とが同一軸になるような位置に配置されることが望ましい。なお、サプレッサ電極枠３を構成する金属材として、アルミニウム、銅、鉄等、または、これらを含む合金等の導電性金属を用いることができる。
【００３２】
導電枠４は、所定の開口幅（たとえば、開口幅ｄ［ｍｍ］）の開口部４１を有し、不図示のイオンビーム照射装置から射出されたイオンビームが、開口部４１を通過し、その後、サプレッサ電極枠３の開口部３０１〜３１５を通過して、ファラデーカップ群２のファラデーカップ２０１〜２１５に捕獲されるようにしている。また、導電枠４は、開口部４１を備えた壁面とファラデーカップ群２とが、所定の距離（たとえば、距離Ｌ［ｍｍ］）になるように配置される。ただし、導電枠４は、開口部４１以外の壁面に到達するイオンビームに対して、導電枠４内部を遮蔽する。また、導電枠４は、接地電極と接続され、これによって、イオンビームの照射による帯電を防止している。なお、開口部４１の開口幅ｄは、所望のイオンビーム角度分布を検出する位置範囲を満足する程度であれば良く、距離Ｌは、開口部４１で回折したイオンビームが、ファラデーカップ群２に効率よく捕獲される程度の距離であれば良い。さらに、開口部４１は、サプレッサ電極枠３の中心付近に配置された開口部（たとえば、開口部３０８）の中心軸と開口部４１の中心軸とが同一軸になるように配置されることが望ましい。また、遮蔽枠１４を構成する金属材として、アルミニウム、銅、鉄等、または、これらを含む合金等の導電性金属を用いることができる。
【００３３】
電流計測器５は、ファラデーカップ群２の各ファラデーカップ２０１〜２１５から発生するビーム電流の値をそれぞれ測定し、得られたビーム電流値に対応する信号Ｓｇ１を出力し、演算処理機６に送信する。
【００３４】
演算処理機６は、電流計測器５から受信した信号Ｓｇ１をもとに、開口部４１に照射されるイオンビームの照射量に対応したビーム電流分布を検出する演算処理（ビーム電流分布演算処理）を行った後、この電流分布を表す関数ｆ（ｘ）に対して、ガウス法を用いた逆畳み込み積分（ディコンボルーション）による演算処理（ディコンボルーション演算処理）を行い、開口部４１におけるイオンビームの角度分布を検出する。さらに、この角度分布を表す関数ｚ（ｘ）をもとに、開口部４１に照射されるイオンビームの方位角を導出する演算処理（方位角演算処理）を行い、このイオンビームのダイバージェンスを検出する。
【００３５】
なお、電流計測器５と演算処理機６との間の信号Ｓｇ１の送受信は、電流計測器５および演算処理機６に有線のインターフェース等（不図示）を配置させて、配線やケーブル等を介して行うようにしてもよいし、無線のインターフェース等（不図示）を配置させて、無線通信によって行うようにしてもよい。また、演算処理機６は、装置構成として、電流計測器５と一体化されていてもよいし、演算処理機６として、上述した各演算処理の機能を有する電子計算機やパーソナルコンピュータ等の電子機器を用い、イオンビーム分布検出装置１に対して外部に備えるようにしてもよい。さらに、演算処理機６は、後述する入力部６５から上述した各ビーム電流の値を入力するようにしてもよく、この場合、入力部６５から入力されたビーム電流の値は、デジタル化された信号Ｓｇ１に相当する信号として、後述する制御部６２に受信される。
【００３６】
つぎに、演算処理機６の構成について詳細に説明する。図２は、演算処理機６の構成を示すブロック図である。図２において、演算処理機６は、Ａ／Ｄコンバータ６１と、制御部６２と、記憶部６３と、出力部６４と、入力部６５とを有する。
【００３７】
Ａ／Ｄコンバータ６１は、上述した電流計測器５から出力される信号Ｓｇ１を受信し、デジタル信号に変換し、その後、デジタル信号化された信号Ｓｇ１を制御部６２に送信する。
【００３８】
制御部６２は、受信した信号Ｓｇ１をもとに、上述したビーム電流演算処理を行って、ビーム電流分布およびその関数ｆ（ｘ）を導出し、ディコンボルーション演算処理を行って、イオンビームの角度分布およびその関数ｚ（ｘ）を導出し、方位角演算処理を行って、イオンビームの照射方位角を導出し、そのダイバージェンスを検出する演算処理制御機能を有する。また、制御部６２は、上記各演算処理によって導出された演算処理結果を記憶部６３に送信し、記憶させる記憶制御機能を有する。さらに、入力部６５から出力依頼が入力された場合、制御部６２は、上記各演算処理によって導出された演算処理結果を出力部に送信し、出力させる出力制御機能を有する。
【００３９】
記憶部６３は、制御部６２から受信した上記演算処理結果を記憶する機能を有する。また、記憶部６３は、制御部６２が上述した各制御機能を達成するためのプログラムを予め記憶している。なお、記憶部６３として、上記プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）等の再書き込みが可能なメモリとを併用すればよいが、ＥＥＰＲＯＭ（Electronic Erasable Programmable Read Only Memory）等の再書き込みが可能な不揮発性メモリを用いてもよいし、これらのメモリを組み合わせて用いてもよい。
【００４０】
出力部６４は、制御部６２から受信した上記演算処理結果を画面出力、プリント出力、またはフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の所望の記憶媒体に対する出力する機能を有する。
【００４１】
入力部６５は、キーボード、マウス、またはタッチパネル等を単独または組み合わせることで実現され、常時入力依頼状態に設定される。ここで、入力部６５は、上述した演算処理結果を出力部６４に出力させる場合、出力依頼情報が入力され、上述した各ビーム電流の値を入力した場合、デジタル化された信号Ｓｇ１に相当する信号を制御部６２に送信する。
【００４２】
つぎに、イオンビーム分布検出装置１に照射されるイオンビームの照射方位角を導出し、このイオンビームのダイバージェンスを検出するまでの処理手順について、詳細に説明する。図３は、イオンビーム照射装置から射出されたイオンビームが、イオンビーム分布検出装置１を構成する導電枠４の開口部４１を通過し、ファラデーカップ群２のファラデーカップ２０１〜２１５に捕獲されてから、開口部４１に照射されたイオンビームの方位角を導出し、さらに、このイオンビームのダイバージェンスを検出するまでの処理手順を示すフローチャートである。また、図４は、イオンビーム照射装置から射出されたイオンビームが、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射された状態を示す模式図である。なお、イオンビーム分布検出装置１は、ファラデーカップ群２とｘ軸とが平行であり、かつ、開口部４１の中心が原点Ｏと一致するようにｘｙ平面上に配置される。
【００４３】
図３および図４において、イオンビーム照射装置２０は、イオンビーム分布検出装置１に対して垂直な方向から、イオンビーム２１を射出し、その後、イオンビーム２１は、イオンビーム分布検出装置１に到達する。ここで、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されたイオンビーム２１は、開口部４１を通過して導電枠４の内部に入射する。入射したイオンビーム２１は、図１に示すサプレッサ電極枠２の開口部３０１〜３１５をそれぞれ通過した後、ファラデーカップ群２のファラデーカップ２０１〜２１５に到達し、ファラデーカップ２０１〜２１５の各測定面で捕獲される（ステップＳ１０）。その後、イオンビーム２１を捕獲したファラデーカップ２０１〜２１５では、それぞれ捕獲したイオンビームの照射量に対応するビーム電流が発生する。
【００４４】
つぎに、電流計測器５は、上述した各ビーム電流の量をそれぞれ計測し（ステップＳ１１）、得られたビーム電流量に対応する信号Ｓｇ１を出力する。この信号Ｓｇ１は、図２に示すＡ／Ｄコンバータ６１によって、デジタル信号に変換された後、制御部６２に受信される。その後、制御部６２は、受信した信号Ｓｇ１をもとに、上述したビーム電流分布演算処理を行って（ステップＳ１２）、ファラデーカップ群２における位置ｘに対するビーム電流の分布を表す電流分布関数ｆ（ｘ）を導出し、この電流分布関数ｆ(ｘ)を用いて、測定位置ｘに対するビーム電流分布を検出する。
【００４５】
図５は、ステップＳ１２におけるビーム電流分布演算処理によって検出されたビーム電流分布を示す図であり、位置ｘ［ｍｍ］は、原点Ｏを起点とし、イオンビーム２１を捕獲したファラデーカップ２０１〜２１５の各配置に対応している。図５に示すように、ビーム電流分布を表す電流分布関数ｆ（ｘ）は、原点Ｏで極大値（たとえば、２９μＡ程度）を取り、正規分布に近似な分布を呈する。
【００４６】
つぎに、制御部６２は、上述した電流分布関数ｆ（ｘ）に対して、ガウス法を用いた逆畳み込み積分（ディコンボルーション）による演算処理（ディコンボルーション演算処理）を行って（ステップＳ１３）、角度分布関数ｚ（ｘ）を導出し、この角度分布関数ｚ（ｘ）を用いて、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１におけるイオンビーム２１の角度分布を検出する。
【００４７】
ここで、電流分布関数ｆ（ｘ）で表されるイオンビーム２１のビーム電流分布は、イオンビーム照射装置２０におけるイオンビーム光源の形状および該光源の強度分布を反映しており、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されたイオンビーム２１の角度分布情報を有している。したがって、電流分布関数ｆ（ｘ）は、開口部４１の形状を表すスリット関数ｈ（ｘ）とイオンビームの角度分布を表す角度分布関数ｚ（ｘ）を用いて、次式（１）のように表すことができる。
ｆ（ｘ）＝∫ｈ（τ）・ｚ（ｘ−τ）ｄτ （−∞＜τ＜∞）・・・（１）
この式（１）によれば、電流分布関数ｆ（ｘ）と、スリット関数ｈ（ｘ）と、角度分布関数ｚ（ｘ）との間には、畳み込み積分の関係が成立することを理解できる。したがって、式(１)に対して、上述したディコンボルーション演算処理を行うことで、角度分布関数ｚ（ｘ）を導出することができる。また、開口部４１のスリット形状が正方形である場合、スリット関数ｈ（ｘ）は、開口部４１の開口幅ｄ［ｍｍ］の範囲に対応して、次式（２）および（３）によって表すことができる。
ｈ（ｘ）＝０ （ｘ＜−ｄ／２、ｄ／２＜ｘ） ・・・（２）
ｈ（ｘ）＝ｃ （−ｄ／２＜ｘ＜ｄ／２） ・・・（３）
ただし、式（３）における値ｃは、スリットの透過定数である。
【００４８】
なお、式（２）および（３）によれば、スリット関数ｈ（ｘ）は、幅ｄを有するパルス関数であり、開口部４１のスリット形状に対応している。また、式（１）は、任意のスリット形状を表すスリット関数ｈ（ｘ）に対して成立するので、開口部４１のスリット形状は、正方形や長方形等のパルス型に限るものではなく、三角形や五角形以上の多角形、または円や楕円等の各種形状のスリットであっても良い。
【００４９】
図６は、ステップＳ１３におけるディコンボルーション演算処理によって検出したイオンビーム２１の角度分布を示す図であり、位置ｘ［ｍｍ］は、原点Ｏを起点とし、イオンビーム２１を捕獲したファラデーカップ２０１〜２１５の各配置に対応している。図６に示すように、開口部４１におけるイオンビーム２１の角度分布を表す角度分布関数ｚ（ｘ）は、原点Ｏで極大値を取り、正規分布に近似な分布を呈する。なお、この角度分布関数ｚ（ｘ）の極限値は、「１」に規格化している。
【００５０】
つぎに、制御部６２は、図６に示すイオンビーム２１の角度分布をもとに、方位角演算処理を行って（ステップＳ１４）、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されたイオンビーム２１の方位角θ［ｄｅｇ．］を導出する。ここで、この方位角θ［ｄｅｇ．］は、図４に示すイオンビーム２２とｘ軸との間でなす角度であり、上述したイオンビーム２１の角度分布における平均角度と定義することができる。ただし、イオンビーム２２は、開口部４１に照射されるイオンビーム２１の平均方向を示す集合体であり、イオンビーム２２内部で最大角度をなすイオンビーム２１ａ、２１ｂを有する。
【００５１】
したがって、この方位角θ［ｄｅｇ．］は、図６に示すイオンビーム２１の角度分布における半値幅に対応する位置ｘ0と、導電枠４およびファラデーカップ群２の間の距離Ｌとを用いて、次式（４）によって表すことができる。
θ＝ｔａｎ-1（Ｌ／ｘ0） ・・・（４）
たとえば、式（４）において、距離Ｌが３０ｍｍであり、位置ｘ0が１０ｍｍである場合、方位角θは、７２ｄｅｇ．程度となる。
【００５２】
また、図６に示すイオンビーム２１の角度分布は、上述した方位角θをイオンビーム２１の角度分布における平均角度と定義した場合、開口部４１に照射されるイオンビーム２１のダイバージェンスを示している。
【００５３】
すなわち、図６に示すイオンビーム２１の角度分布において、極大値と極大値を呈する位置ｘとの関係が、所望の照射面に対するイオンビーム２１の指向性を示し、また、この角度分布の幅が、所望の照射面におけるイオンビーム２１の配向性（平行性）を示す。たとえば、この角度分布の極大値を呈する位置ｘが原点（ｘ＝０）である場合、イオンビーム２１は、所望の照射面に対して、所望の方向に照射される。一方、この角度分布の幅が狭い場合、イオンビーム２１のダイバージェンス角度θｄが小さくなり、イオンビーム２１の平行性が増大する。
【００５４】
さらに、上述したイオンビーム２１の角度分布の極大値を５０％にする角度（半値角）は、このイオンビーム２１の平均方向における方位角のばらつき分布を表すダイバージェンス角度θｄ［ｄｅｇ．］と定義することができる。たとえば、角度分布関数ｚ（ｘ）が、図６に示すイオンビーム２１の角度分布を表す場合、このイオンビーム２１のダイバージェンス角度θｄは、１８ｄｅｇ．になる。なお、ダイバージェンス角度θｄ［ｄｅｇ．］は、図４に示すイオンビーム２２内部のイオンビーム２１ａ，２１ｂのなす角度に相当する。
【００５５】
したがって、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４における各演算処理を行った場合、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射されるイオンビーム２１の方位角θを導出することができ、さらに、このイオンビーム２１のダイバージェンスを表す角度分布（図６を参照）およびダイバージェンス角度θｄを検出することができる。
【００５６】
また、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４における各演算処理結果は、入力部６５から出力依頼情報を入力した場合、出力部６４によって、画面表示等の出力がなされる（ステップＳ１５）。
【００５７】
なお、上述したステップＳ１０〜Ｓ１４では、ｘｙ平面上において、ファラデーカップ群２をｘ軸に平行になるようにイオンビーム分布検出装置１を配置し、ｘ方向におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、ダイバージェンス角度θｄを検出するようにしているが、ファラデーカップ群２をｙ軸に平行になるようにイオンビーム分布検出装置１を配置すれば、ｙ方向におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、ダイバージェンス角度θｄを検出することもできる。また、ｘｙ平面上の任意の位置に開口部４１を合わせた場合、イオンビーム分布検出装置１は、ｘｙ平面上の任意の位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、ダイバージェンス角度θｄを検出することもできる。
【００５８】
ここで、イオンビーム分布検出装置１の開口部４１を所望のイオンビーム処理位置と合わせた場合、イオンビーム分布検出装置１は、このイオンビーム処理位置に照射されるイオンビームの角度分布および方位角θを検出することができ、さらに、このイオンビームのダイバージェンスおよびダイバージェンス角度θｄを検出することができる。これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を評価することができ、また、イオンビーム照射装置の照射条件に対するイオンビームのダイバージェンス依存性を容易に検出することができる。さらに、このイオンビームのダイバージェンスをモニタリングした場合、イオンビーム照射装置は、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射可能な条件に容易に設定できる。
【００５９】
図７は、イオンビームのダイバージェンス角度θｄと、このイオンビームを用いて液晶配向処理を行った配向膜の異方性ＤΔとの関係を示す図である。なお、配向膜の異方性ＤΔは、高い値であるほど、良好な液晶異方性を示す。図７において、配向膜の異方性ＤΔは、イオンビームのダイバージェンス角度θｄが小さいほど、高い値を示す。すなわち、配向性（平行性）の高いイオンビームを用いて液晶配向処理を行った場合、良好な液晶異方性が得ることができる。したがって、イオンビームのダイバージェンスをモニタリングして、イオンビーム照射装置の照射条件を設定した場合、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射することができ、これによって、一層高い液晶配向規制力（アンカリング）を有する配向膜を得ることができる。
【００６０】
以上に説明したように、イオンビーム分布検出装置１は、ファラデーカップ２０１〜２１５を一列に配置したファラデーカップ群２が、ファラデーカップ２０１〜２１５の各位置に対応して配置された開口部３０１〜３１５を有するサプレッサ電極枠３の内部に配置され、サプレッサ電極枠３が、開口部４１を有する導電枠４の内部に配置された構造を有し、開口部４１に照射されたイオンビームのみが、導電枠４内部を進行し、ファラデーカップ群２に到達して、ビーム電流を発生させ、その後、このビーム電流値に対応する出力信号Ｓｇ１をもとに、ビーム電流分布および電流分布関数ｆ（ｘ）を検出し、電流分布関数ｆ（ｘ）に対して、ガウス法を用いたディコンボルーション演算処理を行って、角度分布および角度分布関数ｚ（ｘ）を検出し、その後、このイオンビームの方位角θおよびダイバージェンスを検出するように構成しているので、開口部４１に照射されるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを検出することができる。
【００６１】
したがって、所望のイオンビーム処理位置を開口部４１に合わせた場合、イオンビーム分布検出装置１は、このイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを検出することができ、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を容易に評価することができる。これによって、イオンビーム照射装置は、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射可能な条件に容易に設定でき、液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現可能なイオンビームを容易に照射することができる。
【００６２】
また、液晶表示素子の配向膜に対してイオンビーム配向法による配向処理を行うイオンビーム配向処理装置に、この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置１を用いてもよい。ここで、イオンビーム配向処理装置は、イオンビーム照射装置と照射ステージとイオンビーム分布検出装置１とを備え、イオンビーム分布検出装置１と照射ステージとが、同一平面上を自在に平面駆動し、イオンビーム照射装置から所望の射出角度で射出されたイオンビームを照射ステージ上の所望の処理位置またはイオンビーム分布検出装置１の開口部４１に照射するように構成されている。したがって、イオンビーム分布検出装置１が、開口部４１に照射されたイオンビームの角度分布を検出し、その後、液晶配向膜を搭載した照射ステージとイオンビーム分布検出装置１とを平面駆動させ、照射ステージ上の所望の処理位置と開口部４１の位置とを切り換えることができる。これによって、イオンビーム配向処理装置は、照射ステージ上の所望の処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを配向処理前に検出できるので、所望の処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を容易に評価することができ、イオンビーム配向法による液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現できる。したがって、このイオンビーム配向処理装置を用いた場合、液晶表示素子の生産工程において、イオンビーム配向法による液晶配向処理の作業性および生産効率を一層向上させることができる。
【００６３】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。上述した実施の形態１では、一列に配置されたファラデーカップ２０１〜２１５を有するファラデーカップ群２によって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを１軸方向について検出するようにしていたが、この実施の形態２では、格子状に配置されたファラデーカップを有するファラデーカップ群を用いている。
【００６４】
図８は、この発明の実施の形態２であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。このイオンビーム分布検出装置３０は、実施の形態１のイオンビーム分布検出装置１のファラデーカップ群２に代えてファラデーカップ群８を有し、サプレッサ電極枠３に代えてサプレッサ電極枠９を有している。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付している。
【００６５】
ファラデーカップ群８は、ファラデーカップ８ａを縦５列、横５列の格子状に配置されており、ファラデーカップ群８の各ファラデーカップ８ａは、電流計測器５と電気的に接続されている。また、サプレッサ電極９は、ファラデーカップ群８の各ファラデーカップ８ａに対応した開口部９ａを有している。
【００６６】
ここで、イオンビーム分布検出装置３０が、所望のイオンビーム処理位置と開口部４１とを合わせるように配置された場合、イオンビーム分布検出装置３０は、このイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを２軸方向（たとえば、ｘ，ｙ軸）について同時に検出することができる。
【００６７】
この実施の形態２では、格子状に配置されたファラデーカップを有するファラデーカップ群を用いて、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを２軸方向について同時に検出するようにしているので、このイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を一層緻密に評価することができ、これによって、イオンビーム照射装置の照射条件を容易に最適化することができる。
【００６８】
また、液晶表示素子の配向膜に対してイオンビーム配向法による配向処理を行うイオンビーム配向処理装置に、この発明の実施の形態２であるイオンビーム分布検出装置３０を用いてもよい。ここで、このイオンビーム配向処理装置は、上述したイオンビーム分布検出装置１を備えたイオンビーム配向処理装置と同様の構成を有しており、配向処理前において、所望の処理位置に照射されるイオンビームの方位角θ、ダイバージェンス、およびダイバージェンス角度θｄを２軸方向について検出できるので、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を一層容易かつ高精度に評価することができ、イオンビーム配向法による液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現できる。したがって、このイオンビーム配向処理装置を用いた場合、液晶表示素子の生産工程において、イオンビーム配向法による液晶配向処理の作業性および生産効率を一層向上させることができる。
【００６９】
なお、この発明の実施の形態１，２では、ファラデーカップにおける２次電子の発生を抑制し、または、発生した２次電子を再度ファラデーカップに押し戻す手段として、サプレッサ電極枠を用いた場合を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、サプレッサ電極板を用いた場合に適用することもできる。
【００７０】
また、この発明の実施の形態１，２では、１つの開口部を有した導電枠を用いた場合を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、１つの開口部を有した導電板を用いた場合に適用することもできる。
【００７１】
また、この発明の実施の形態１，２では、複数個のファラデーカップを配置した場合を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、ファラデーカップの代わりに複数のワイヤ電極を並べて設けた場合に適用することもできる。
【００７２】
また、この発明の実施の形態２では、２５個のファラデーカップ８ａを縦５列、横５列の格子状に配置したファラデーカップ群８を用いているが、ファラデーカップ群８を構成するファラデーカップは、縦に少なくとも２列、横に少なくとも２列配置されていればよく、また、縦横の配列数は、同数でなくてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この請求項１の発明によれば、遮蔽手段が、イオンビームを遮断する壁面に設けられたスリット等の開口部から、イオンビームを通過させるようにし、複数の捕獲手段が、前記開口部を通過したイオンビームを捕獲するようにし、測定手段が、前記複数の捕獲手段によって捕獲されたイオンビームの荷電粒子量に対応する電流を測定するようにしているので、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布に対応した電流分布を確実に検出することができ、これをもとにして、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を確実に検出することができるという効果を奏する。これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を容易に評価可能なイオンビーム分布検出装置を実現することができ、また、このイオンビーム分布検出装置を用いて、イオンビームの指向性および配向性を評価されたイオンビーム照射装置は、良好な指向性および配向性を有するイオンビームを照射可能な条件に容易に設定できるので、液晶配向を均一制御するとともに、一層高い液晶配向規制力を有する配向膜を実現可能なイオンビームを容易に照射することができるようになり、液晶表示素子の生産工程において、イオンビーム配向法による液晶配向処理の作業性および生産効率が一層向上するという効果を奏する。
【００７４】
また、この請求項２の発明によれば、演算処理手段が、前記測定手段による測定結果に対応する前記イオンビームの電流分布をもとに、ガウス法に基づく逆畳み込み積分による演算処理を少なくとも行うようにしているので、前記イオンビームの角度分布を容易に、かつ確実に検出することができるという効果を奏する。
【００７５】
また、この請求項３の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、一列に配置されるように構成しているので、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を１軸方向について容易に、かつ高精度に検出することができるという効果を奏する。
【００７６】
また、この請求項４の発明によれば、前記複数の捕獲手段が、平面配置されるように構成しているので、所望の被処理面に照射されるイオンビームの角度分布を２軸方向について容易に、かつ高精度に検出することができるという効果を奏する。
【００７７】
また、この請求項５の発明によれば、前記遮蔽手段が、前記複数の捕獲手段によって形成されるイオンビーム捕獲面に直交する中心軸と同一中心軸を有する前記開口部を配置されるように構成しているので、前記演算処理手段によって検出されるイオンビームの角度分布を最適な形状にすることができ、これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を確実に評価することができるという効果を奏する。
【００７８】
また、この請求項６の発明によれば、前記複数の捕獲手段の配置数が、奇数になるように構成しているので、前記演算処理手段によって検出される前記イオンビームの角度分布の極大値を高精度に導出することができ、これによって、所望のイオンビーム処理位置におけるイオンビームの指向性および配向性を高精度に評価することができるという効果を奏する。
【００７９】
また、この請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載のイオンビーム分布検出装置を備えるようにしているので、上述した請求項１〜６の作用効果を奏するイオンビーム配向処理装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１であるイオンビーム分布検出装置の演算処理機の構成を示すブロック図である。
【図３】イオンビームのダイバージェンスを検出するまでの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】イオンビーム分布検出装置に対するイオンビームの照射状態を説明する模式図である。
【図５】イオンビーム照射量に対応するビーム電流分布を示す図である。
【図６】ディコンボルーション演算処理によって導出したイオンビーム角度分布を示す図である。
【図７】ダイバージェンス角度と配向膜の異方性との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２であるイオンビーム分布検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来のビーム量測定装置によって測定されるイオンビームの照射量分布を説明する図である。
【符号の説明】
１，３０ イオンビーム分布検出装置
２，８ ファラデーカップ群
３，９ サプレッサ電極枠
４ 導電枠
５ 電流計測器
６ 演算処理機
７ サプレッサ電源
２０ イオンビーム照射装置
２１，２１ａ〜２１ｄ，２２ イオンビーム
ビーム量測定装置
６１ Ａ／Ｄコンバータ
６２ 制御部
６３ 記憶部
６４ 出力部
６５ 入力部
８ａ，５１，２０１〜２１５ ファラデーカップ
９ａ，４１，３０１〜３１５ 開口部
Ｓｇ１ 信号
Claims (7)
- 所望の被処理面に照射されるイオンビームの荷電粒子分布を電気的に検出するイオンビーム分布検出装置であって、
前記イオンビームを遮断する壁面に前記イオンビームを通過させる開口部を設けた遮蔽手段と、
前記遮蔽手段の開口部を通過した前記イオンビームを捕獲する複数の捕獲手段と、
前記捕獲手段と電気的に接続され、前記捕獲手段で発生した電流を測定する測定手段と、
を備えたことを特徴とするイオンビーム分布検出装置。 - 前記測定手段の測定結果に対応する前記イオンビームの電流分布をもとに、ガウス法に基づく逆畳み込み積分による演算処理を少なくとも行って、前記イオンビームの角度分布を検出する演算処理手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム分布検出装置。
- 前記捕獲手段は、一列に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のイオンビーム分布検出装置。
- 前記捕獲手段は、平面配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のイオンビーム分布検出装置。
- 前記開口部の中心軸は、前記複数の捕獲手段が形成するイオンビーム捕獲面に直交する中心軸と同一軸であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のイオンビーム分布検出装置。
- 前記複数の捕獲手段の配置数は、奇数であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のイオンビーム分布検出装置。
- 請求項１〜６のいずれか一つに記載のイオンビ−ム分布検出装置を備えたことを特徴とするイオンビーム配向処理装置。
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| TW (1) | TWI230261B (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100865507B1 (ko) | 2006-04-04 | 2008-10-29 | 닛신 이온기기 가부시기가이샤 | 이온 빔 측정 장치와 측정 방법 및 이온 빔 조사 장치 |
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| CN102819033A (zh) * | 2012-08-29 | 2012-12-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种离子束流自动测量系统及测量方法 |
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| CN112666593A (zh) * | 2019-10-15 | 2021-04-16 | 北京烁科中科信电子装备有限公司 | 一种多个杯子测量离子束流垂直角度的方法 |
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2002
- 2002-12-20 JP JP2002371067A patent/JP2004205223A/ja active Pending
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2003
- 2003-12-16 TW TW92135494A patent/TWI230261B/zh not_active IP Right Cessation
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