JP2591079Y2 - Current measuring device for charged particle beam - Google Patents

Current measuring device for charged particle beam

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JP2591079Y2
JP2591079Y2 JP1993066337U JP6633793U JP2591079Y2 JP 2591079 Y2 JP2591079 Y2 JP 2591079Y2 JP 1993066337 U JP1993066337 U JP 1993066337U JP 6633793 U JP6633793 U JP 6633793U JP 2591079 Y2 JP2591079 Y2 JP 2591079Y2
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、イオン注入装置等の荷
電粒子ビーム装置に供され、荷電粒子ビームのビーム電
流を測定する荷電粒子ビームの電流測定装置に関し、詳
しくは、ファラデカップを効率よく冷却することができ
るファラデカップの冷却構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam current measuring device for measuring the beam current of a charged particle beam, which is used for a charged particle beam device such as an ion implantation device. The present invention relates to a cooling structure of a Faraday cup that can be cooled.

【0002】[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、必要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。
2. Description of the Related Art An ion implantation apparatus ionizes impurities to be diffused, selectively extracts the impurity ions by mass spectrometry using a magnetic field, accelerates the ions as necessary, and irradiates the ion irradiation target with ions. This is for implanting impurities into the irradiation object. This ion implantation apparatus is an important apparatus for manufacturing integrated circuits at present because it can implant impurities that determine device characteristics in an arbitrary amount and depth with good controllability in a semiconductor process.

【0003】上記イオン注入装置では、半導体ウェハ等
のイオン照射対象物にイオンを均一注入するため、およ
び注入量を規定の値に制御するため、注入処理中、イオ
ンビームのビーム電流を計測し、イオン注入量(ドーズ
量)をカウントする必要がある。
In the above ion implantation apparatus, the beam current of an ion beam is measured during the implantation process in order to uniformly implant ions into an ion irradiation target such as a semiconductor wafer and to control the amount of implantation to a specified value. It is necessary to count the ion implantation amount (dose amount).

【0004】例えば、スポット状のイオンビームを静電
的または電磁的にX方向(例えば水平方向)走査させる
一方、ビーム照射対象物側をX方向(走査方向)と直交
するY方向(例えば垂直方向)に機械的に駆動する、い
わゆるハイブリッドスキャン方式の中電流型イオン注入
装置では、ビーム走査領域内の端部にファラデカップ
(いわゆるドーズファラデ)を設置し、このファラデカ
ップに入射するイオンビームの電流量を、電流/電圧変
換回路、増幅回路、アナログ/ディジタル変換回路、積
算回路等で構成されるビーム電流計測部によって計測す
るようになっている。
For example, while a spot-shaped ion beam is electrostatically or electromagnetically scanned in the X direction (for example, horizontal direction), the beam irradiation object side is scanned in the Y direction (for example, vertical direction) orthogonal to the X direction (scanning direction). In a so-called hybrid scan type medium-current ion implanter that is mechanically driven in (1), a Faraday cup (so-called dose Farade) is installed at an end in a beam scanning area, and the current amount of the ion beam incident on the Faraday cup Is measured by a beam current measurement unit including a current / voltage conversion circuit, an amplification circuit, an analog / digital conversion circuit, an integration circuit, and the like.

【0005】上記ファラデカップには、比較的高いエネ
ルギーを持ったイオンビームが直接当たるので、ファラ
デカップの温度上昇は避けられない。しかしながら、現
在の中電流型イオン注入装置では、イオンビームのエネ
ルギーがそれほど大きくはないため、ファラデカップの
温度上昇によって大きな問題が起きることは殆どない。
このため、従来、ファラデカップの冷却に対しては、そ
れほど考慮されていない。
Since the ion beam having a relatively high energy is directly applied to the Faraday cup, an increase in the temperature of the Faraday cup is inevitable. However, in the current medium-current ion implantation apparatus, since the energy of the ion beam is not so large, a large problem hardly occurs due to the temperature rise of the Faraday cup.
For this reason, cooling of the Faraday cup has not been considered so far.

【0006】通常、ファラデカップの材質としては、カ
ーボンが使用されるので、ファラデカップ内に冷媒通路
を形成して冷却水を流すのは困難であり、仮にそれが可
能であったとしても、電位的に大地電位側と絶縁する必
要上、ファラデカップ内に直接冷却水を流すことはでき
ない。このため、従来におけるファラデカップの冷却
は、自然冷却にたよるか、あるいは、強制冷却するにし
ても、ファラデカップをイオン注入装置本体に取り付け
るためのステンレス等からなる金属製取付部材の内部に
冷媒通路を形成し、該水媒通路に冷却水を流すだけであ
る。
Normally, carbon is used as the material of the Faraday cup, so it is difficult to form a coolant passage in the Faraday cup and to flow the cooling water. Cooling water cannot be flowed directly into the Faraday cup because it must be electrically insulated from the ground potential side. For this reason, the conventional cooling of the Faraday cup is performed by natural cooling, or even if the cooling is performed by forced cooling, the refrigerant is placed inside a metal mounting member made of stainless steel or the like for mounting the Faraday cup to the ion implantation apparatus main body. All that is required is to form a passage and allow the cooling water to flow through the water medium passage.

【0007】[0007]

【考案が解決しようとする課題】ところで、今日では、
さらなるデバイスの微細化および量産化を実現するため
に、現在のイオン注入装置よりもビーム量を増やして注
入処理を行うことができる中電流型イオン注入装置が望
まれており、そのようなイオン注入装置においては、イ
オンビームのビーム量の増加に伴い、ビームから与えら
れるエネルギーも増加するので、イオンビームの照射を
受けるファラデカップの温度が従来よりも高くなり、従
来にはなかった以下のような問題が生じる。
[Problem to be solved by the invention] By the way, today,
In order to realize further miniaturization and mass production of devices, a medium-current ion implanter capable of performing an implantation process by increasing the beam amount compared with the current ion implanter is desired. In the apparatus, the energy given from the beam increases with the increase in the beam amount of the ion beam, so the temperature of the Faraday cup receiving the irradiation of the ion beam becomes higher than before, and the following, which has not existed in the past, such as the following: Problems arise.

【0008】即ち、ファラデカップがある温度以上に上
昇すると、その表面から熱電子が飛び出すようになる。
この場合、ファラデカップから飛び出した熱電子もビー
ム電流として測定されてしまうことになるので、正確な
ビーム電流量を測定できなくなる。
[0008] That is, when the Faraday cup rises above a certain temperature, thermoelectrons jump out from the surface.
In this case, since the thermoelectrons jumping out of the Faraday cup are also measured as the beam current, an accurate beam current amount cannot be measured.

【0009】また、ファラデカップを構成する部品が温
度上昇のために膨張し、該構成部品に亀裂が起きたり、
あるいは該構成部品が溶解するといった部品の損傷が生
じる。
[0009] Further, the components constituting the Faraday cup expand due to a rise in temperature, and cracks occur in the components,
Alternatively, component damage such as melting of the component occurs.

【0010】また、イオンビームの電流量を測定するフ
ァラデカップは、高真空中にて使用されるため、Oリン
グによって真空シールが施された真空チャンバ内に設け
られる。ファラデカップの温度上昇によってその周辺部
もかなり温度が高くなるが、その中で、真空シールをし
ている真空チャンバのフランジ等が加熱されると、真空
チャンバに取り付けているOリングが変形または溶解
し、真空シールが不可能となる。
A Faraday cup for measuring the amount of current of an ion beam is used in a high vacuum, and is therefore provided in a vacuum chamber sealed with a vacuum by an O-ring. The temperature of the periphery of the Faraday cup also rises considerably due to the rise in temperature, but when the flange of the vacuum chamber that seals the vacuum is heated, the O-ring attached to the vacuum chamber deforms or melts. However, vacuum sealing becomes impossible.

【0011】本考案は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、ファラデカップを効率よく冷却するこ
とができ、上記のような問題を解消できる荷電粒子ビー
ムの電流測定装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a charged particle beam current measuring device capable of efficiently cooling a Faraday cup and solving the above-mentioned problems. It is in.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本考案の荷電粒子ビーム
の電流測定装置は、絶縁手段によって他の部材と電気的
に絶縁されて真空中に設けられ、荷電粒子ビームの入射
口を有するカップ状のファラデカップを備えているもの
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。
SUMMARY OF THE INVENTION A charged particle beam current measuring device according to the present invention is provided in a vacuum, electrically insulated from other members by insulating means, and has a cup-like shape having a charged particle beam entrance. In order to solve the above-mentioned problem, the following means have been taken.

【0013】即ち、上記荷電粒子ビームの電流測定装置
は、上記ファラデカップの外表面部を覆うようにして設
けられ、上記ファラデカップの外表面部と対向する内表
面部が黒色の冷却カバーを備え、上記ファラデカップ
は、その外表面部が黒色であり、上記冷却カバーの内部
には、冷媒を流すための冷媒通路が形成されている。
That is, the charged particle beam current measuring device is provided so as to cover the outer surface of the Faraday cup, and has a black cooling cover whose inner surface facing the outer surface of the Faraday cup is black. The outer surface of the Faraday cup is black, and a coolant passage for flowing a coolant is formed inside the cooling cover.

【0014】[0014]

【作用】上記ファラデカップは真空中に設けられるの
で、対流伝熱によるファラデカップの冷却は見込めな
い。また、ファラデカップは他の部位と絶縁しなくては
ならないので、ファラデカップ内に直接冷却水を流すこ
とはできず、また、絶縁性を高めるため、ファラデカッ
プと絶縁手段との接触面積は大きくできず、ファラデカ
ップの熱が熱伝導度の低い絶縁手段を介して熱伝導によ
って他の部材へと移るのは極僅かであり、熱伝導による
ファラデカップの冷却も見込めない。また、全ての物体
は輻射エネルギーを放出しているが、輻射エネルギの放
出量は温度とともに急激に増大するので、高温において
は輻射伝熱(放射伝熱)が支配的となる。以上のことか
ら、ファラデカップに入射するビームのエネルギーを受
けてファラデカップの温度が上昇すると、ファラデカッ
プの熱は、輻射によって周囲の部材へ移動すると考えら
れる。
Since the Faraday cup is provided in a vacuum, cooling of the Faraday cup by convective heat transfer cannot be expected. In addition, since the Faraday cup must be insulated from other parts, it is not possible to flow cooling water directly into the Faraday cup, and to increase the insulation, the contact area between the Faraday cup and the insulating means is large. Since the heat of the Faraday cup cannot be transferred to other members by heat conduction via the insulating means having low thermal conductivity, the cooling of the Faraday cup by heat conduction cannot be expected. In addition, all objects emit radiant energy, but the amount of emitted radiant energy increases rapidly with temperature, so that radiant heat transfer (radiative heat transfer) becomes dominant at high temperatures. From the above, it is considered that when the temperature of the Faraday cup increases due to the energy of the beam incident on the Faraday cup, the heat of the Faraday cup moves to the surrounding members by radiation.

【0015】上記の構成によれば、上記ファラデカップ
の外表面部は冷却カバーによって覆われているので、輻
射によってファラデカップの熱が冷却カバーに移動す
る。上記ファラデカップの外表面部と冷却カバーにおけ
るファラデカップの外表面部と対向する内表面部とは、
共に黒色に処理されているので、ファラデカップと冷却
カバーとの間の輻射による伝熱性が高い。このため、ビ
ームのエネルギーを受けて温度上昇したファラデカップ
の熱が効率よく冷却カバーに移動する。
According to the above configuration, since the outer surface of the Faraday cup is covered with the cooling cover, heat of the Faraday cup moves to the cooling cover by radiation. The outer surface of the Faraday cup and the inner surface facing the outer surface of the Faraday cup in the cooling cover,
Since both are treated in black, heat transfer by radiation between the Faraday cup and the cooling cover is high. For this reason, the heat of the Faraday cup, whose temperature has increased due to the energy of the beam, efficiently moves to the cooling cover.

【0016】また、上記冷却カバーの内部には冷媒通路
が形成されており、冷媒通路に冷却水等の冷媒を流せ
ば、ファラデカップから冷却カバーへ移動した熱が冷媒
に伝導されて冷媒とともに外部へと排出される。
A coolant passage is formed inside the cooling cover, and when a coolant such as cooling water flows through the coolant passage, heat transferred from the Faraday cup to the cooling cover is transmitted to the coolant and is transferred to the outside together with the coolant. Is discharged to

【0017】上記のように、ファラデカップの熱が効率
よく冷却カバーに移動して冷媒によって外部へ排熱され
るので、ファラデカップの冷却効率の向上が図れる。
As described above, since the heat of the Faraday cup efficiently moves to the cooling cover and is discharged to the outside by the refrigerant, the cooling efficiency of the Faraday cup can be improved.

【0018】[0018]

【実施例】本考案の一実施例について図1および図2に
基づいて説明すれば、以下の通りである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0019】本実施例に係る荷電粒子ビームの電流測定
装置は、図1に示すように、ビームを入射させるための
ビーム入射口1aを有する箱型カップ状のカーボン製フ
ァラデカップ1と、上記ファラデカップ1のビーム入射
口1aを除いてファラデカップ1の外表面部を全て覆う
冷却カバー2とを有している。上記冷却カバー2におけ
る上記ファラデカップ1のビーム入射口1aと対応する
部位には、ビームを通過させるためのビーム通過孔2a
が穿設されている。
As shown in FIG. 1, the charged particle beam current measuring apparatus according to the present embodiment includes a box-shaped cup-shaped carbon Faraday cup 1 having a beam entrance 1a through which a beam is incident. A cooling cover 2 that covers the entire outer surface of the Faraday cup 1 except for the beam entrance 1a of the decup 1; A beam passage hole 2a for passing a beam is provided in a portion of the cooling cover 2 corresponding to the beam entrance 1a of the Faraday cup 1.
Are drilled.

【0020】上記冷却カバー2の内部には冷媒通路2b
が形成されており、該冷媒通路2b内を冷却水等の冷媒
が通過して冷却カバー2を冷却するようになっている。
上記冷却カバー2は、熱伝導度が高く、且つ、内部に冷
媒通路2bを形成できる程度の加工性を有する材質、例
えば、アルミニウムやステンレス等の金属によって形成
されている。
A coolant passage 2b is provided inside the cooling cover 2.
Is formed, and a coolant such as cooling water passes through the coolant passage 2b to cool the cooling cover 2.
The cooling cover 2 is formed of a material having a high thermal conductivity and a workability sufficient to form the refrigerant passage 2b therein, for example, a metal such as aluminum or stainless steel.

【0021】上記ファラデカップ1と冷却カバー2と
は、絶縁ワッシャ3、絶縁ワッシャ4、および取り付け
ボルト5によって、ファラデカップ1の外表面部と冷却
カバー2の内表面部との間隔がどの部位も略一定距離に
なるように固定されている。上記ファラデカップ1と冷
却カバー2との間には、絶縁手段としての上記絶縁ワッ
シャ3が介在しており、両者1・2間の絶縁が図られて
いる。
The Faraday cup 1 and the cooling cover 2 are separated by an insulating washer 3, an insulating washer 4, and a mounting bolt 5 so that the distance between the outer surface of the Faraday cup 1 and the inner surface of the cooling cover 2 can be any position. It is fixed so as to have a substantially constant distance. The insulating washer 3 as insulating means is interposed between the Faraday cup 1 and the cooling cover 2 so as to insulate the two from each other.

【0022】上記ファラデカップ1は、このファラデカ
ップ1に入射するイオンビーム等の荷電粒子ビームの電
流量を計測するための図示しないビーム電流計測部に、
図示しない電流検出リード線によって接続されている。
上記ビーム電流計測部は、ファラデカップ1に流入する
ビーム電流を電圧に変換する電流/電圧変換回路、電圧
に変換された信号を増幅する増幅回路、上記増幅回路の
出力を高速でアナログ/ディジタル変換するアナログ/
ディジタル変換回路、および所定時間毎にアナログ/デ
ィジタル変換回路の出力を積算する積算回路等から構成
されている。
The Faraday cup 1 is connected to a beam current measuring unit (not shown) for measuring a current amount of a charged particle beam such as an ion beam incident on the Faraday cup 1.
It is connected by a current detection lead wire (not shown).
The beam current measurement unit includes a current / voltage conversion circuit that converts a beam current flowing into the Faraday cup 1 into a voltage, an amplification circuit that amplifies a signal converted into a voltage, and an analog / digital conversion of an output of the amplification circuit at high speed. Analog /
It is composed of a digital conversion circuit, an integration circuit for integrating the output of the analog / digital conversion circuit every predetermined time, and the like.

【0023】上記冷却カバー2は、電流測定装置が用い
られる装置(例えば、イオン注入装置)の本体に、図示
しないボルト等の固定手段によって固定される。電流測
定装置が用いられる装置本体は、通常は大地電位であ
り、冷却カバー2もその装置本体と同電位となる。
The cooling cover 2 is fixed to a main body of a device (for example, an ion implantation device) using the current measuring device by a fixing means such as a bolt (not shown). The device main body in which the current measuring device is used is usually at the ground potential, and the cooling cover 2 has the same potential as the device main body.

【0024】上記冷却カバー2の内表面部におけるファ
ラデカップ1の外表面部と対向している部位2c(同図
中に二点鎖線で示す部位)は、黒色に表面処理が施され
ている。表面処理の具体的な例としては、冷却カバー2
がアルミニウムの場合は黒色アルマイト処理、ステンレ
スの場合は黒色の無電荷ニッケルメッキ処理が挙げられ
る。
A portion 2c (a portion indicated by a two-dot chain line in the figure) of the inner surface of the cooling cover 2 facing the outer surface of the Faraday cup 1 is subjected to a surface treatment in black. As a specific example of the surface treatment, the cooling cover 2
When aluminum is used, black alumite processing is used, and when stainless steel is used, black non-charged nickel plating processing is used.

【0025】尚、上記冷却カバー2は、その内表面部に
おける少なくともファラデカップ1の外表面部と対向し
ている部位2cが黒色であればよいが、勿論、冷却カバ
ー2の全表面を黒色に処理してもよい。
The cooling cover 2 has only to be black at least at a portion 2c of the inner surface thereof facing the outer surface of the Faraday cup 1, but of course, the entire surface of the cooling cover 2 is black. May be processed.

【0026】上記の構成において、荷電粒子ビームの電
流測定装置を、図2に示すように、スポット状のイオン
ビーム10を、二組の平行平板電極(第1走査電極11
a・11bおよび第2走査電極12a・12b)によ
り、X方向(例えば水平方向)に平行走査(パラレルス
キャン)させると共に、ウェハ13を保持している保持
部材14をX方向と直交するY方向(例えば垂直方向)
に機械的に駆動するハイブリッドスキャン方式の中電流
型イオン注入装置に適用した例を以下に示す。
In the above configuration, as shown in FIG. 2, a current measuring device for a charged particle beam is used to apply a spot-shaped ion beam 10 to two sets of parallel plate electrodes (first scanning electrodes 11).
a and 11b and the second scanning electrodes 12a and 12b) perform parallel scanning (parallel scanning) in the X direction (for example, the horizontal direction), and move the holding member 14 holding the wafer 13 in the Y direction (orthogonal to the X direction). (For example, vertical direction)
An example in which the present invention is applied to a medium-current ion implanter of a hybrid scan type that is mechanically driven is described below.

【0027】上記の各第1走査電極11a・11bに
は、走査電源6より互いに180度位相が異なる略三角
波状の走査電圧が印加され、また、上記の各第2走査電
極12a・12bにも、走査電源6より互いに180度
位相が異なる略三角波状の走電圧が印加されている。そ
して、第1走査電極11aと第2走査電極12bとに同
じ走査電圧が印加されると共に、第1走査電極11bと
第2走査電極12aとに同じ走査電圧が印加されてい
る。これにより、第1走査電極11a・11b間の略中
央を通過するスポット状のイオンビーム10は、第1走
査電極11a・11b間に形成される電界によって扇形
状の走査ビームとなり、この後、第2走査電極12a・
12b間に形成される電界によって平行ビームとなる。
A substantially triangular scan voltage having a phase difference of 180 degrees from the scan power source 6 is applied to the first scan electrodes 11a and 11b from the scan power source 6, and the second scan electrodes 12a and 12b are also applied to the second scan electrodes 12a and 12b. A scanning voltage having a substantially triangular waveform having a phase difference of 180 degrees from the scanning power supply 6 is applied. The same scan voltage is applied to the first scan electrode 11a and the second scan electrode 12b, and the same scan voltage is applied to the first scan electrode 11b and the second scan electrode 12a. As a result, the spot-like ion beam 10 passing substantially at the center between the first scan electrodes 11a and 11b becomes a fan-shaped scan beam due to the electric field formed between the first scan electrodes 11a and 11b. 2 scanning electrodes 12a
A parallel beam is formed by the electric field formed between the electrodes 12b.

【0028】上記第2走査電極12a・12bの後方に
は、スリット状の開口部15aを持ったマスク15が配
置されている。このマスク15の開口部15aは、ビー
ム走査領域内に配置され、開口部15aを通過したイオ
ンビーム10のみが、その後方の保持部材14に保持さ
れたウェハ13に照射されるようになっている。
A mask 15 having a slit-like opening 15a is arranged behind the second scanning electrodes 12a and 12b. The opening 15a of the mask 15 is arranged in the beam scanning area, and only the ion beam 10 that has passed through the opening 15a is irradiated on the wafer 13 held by the holding member 14 behind the opening. .

【0029】また、上記マスク15における開口部15
aの側方には、ドーズファラデ16にイオンビーム10
を入射させるための開口部15bが形成されており、そ
の開口部15bの後方には、ドーズファラデ16が設置
されている。このドーズファラデ16は、注入量(ドー
ズ量)をカウントするため、およびイオンビーム10の
オーバースキャンを確認するためのものである。
The opening 15 in the mask 15
On the side of a, the ion beam 10 is
An opening 15b through which the light is incident is formed, and a dose farad 16 is provided behind the opening 15b. The dose Faraday 16 is used to count an implantation amount (dose amount) and to confirm an overscan of the ion beam 10.

【0030】また、注入位置の後方(保持部材14の後
方)には、複数のファラデーカップをビーム走査方向に
密に並列配置した構成の多点バックファラデ17が設け
られており、保持部材14がビーム照射領域外へ移動し
たとき(即ち、メカニカルオーバースキャン時)、多点
バックファラデ17にはマスク15の開口部15aを通
過したイオンビーム10が入射するようになっている。
上記バックファラデ17は、上記ドーズファラデ16に
よるビーム電流計測値と実際にウェハ13に照射される
ビームの電流との誤差から生じるドーズ量の計測誤差を
補正するためのドーズ補正係数を求めるときに用いられ
ると共に、ビーム走査速度を略一定にすることを目的と
して、図示しない多点フロントファラデ(注入位置の前
方位置において、複数のファラデーカップをビーム走査
方向に密に並列配置した構成のもの)と伴に用いられて
ビーム入射角を求めるためにも使用されるものである。
A multipoint back Faraday 17 having a structure in which a plurality of Faraday cups are densely arranged in the beam scanning direction is provided behind the injection position (behind the holding member 14). When moving out of the irradiation area (that is, at the time of mechanical overscan), the ion beam 10 that has passed through the opening 15 a of the mask 15 is incident on the multipoint back Faraday 17.
The back Faraday 17 is used when obtaining a dose correction coefficient for correcting a measurement error of a dose amount caused by an error between a beam current measurement value by the dose Faraday 16 and a current of a beam actually irradiated on the wafer 13. For the purpose of making the beam scanning speed substantially constant, a multi-point front Faraday (not shown) having a structure in which a plurality of Faraday cups are densely arranged in the beam scanning direction in a position in front of the injection position is provided for the purpose of making the beam scanning speed substantially constant. It is also used to determine the beam incident angle.

【0031】イオン注入装置内には、その役割に応じて
幾つかのファラデカップが設けられているが、その中で
も、注入処理中に、常時、イオンビーム10が入射して
特に温度上昇が大きくなる上記のドーズファラデ16お
よび多点バックファラデ17に、図1に示す構成のファ
ラデを適用する。即ち、ドーズファラデ16にはイオン
ビーム10のオーバースキャン時、そして、多点バック
ファラデ17にはウェハ13の保持部材14のオーバー
スキャン時に、それぞれイオンビーム10がファラデカ
ップに入射することになり、ファラデカップの温度上昇
は避けられないので、これらのファラデ16・17に図
1に示す構成のファラデを適用すれば、非常に有効であ
る。
Several Faraday cups are provided in the ion implantation apparatus according to their functions. Among them, the ion beam 10 is always incident during the implantation process, and the temperature rise is particularly large. The Faraday having the configuration shown in FIG. 1 is applied to the above-described dose Faraday 16 and multipoint back Faraday 17. That is, the ion beam 10 enters the Faraday cup when the ion beam 10 is overscanned on the dose Faraday 16 and when the holding member 14 of the wafer 13 is overscanned on the multipoint back Faraday 17. Since a temperature rise is unavoidable, it is very effective to apply the Faraday having the configuration shown in FIG.

【0032】図1において、ファラデカップ1に入射す
るビームのエネルギーを受けてファラデカップ1の温度
が上昇すると、輻射(放射)によってファラデカップ1
の熱が冷却カバー2に移動する。輻射伝熱においては、
互いの構造物の間隔、対向面積、それらの黒度によって
伝熱性(熱伝達性)が決まる。本実施例では、ファラデ
カップ1と冷却カバー2との間隔は、両者1・2間の絶
縁性が保持できる程度に狭くなっており、また、ファラ
デカップ1のビーム入射口1aを除いてファラデカップ
1の外表面部は冷却カバー2によって全て覆われてお
り、さらに、ファラデカップ1は黒度1.0のカーボーン
からなると共に冷却カバー2の内表面部におけるファラ
デカップ1の外表面部と対向している部位2cは、黒色
に表面処理が施されているので、輻射による伝熱性が非
常に高くなっている。
In FIG. 1, when the temperature of the Faraday cup 1 rises due to the energy of the beam incident on the Faraday cup 1, the Faraday cup 1 is radiated (radiated).
Is transferred to the cooling cover 2. In radiant heat transfer,
The heat transfer (heat transfer) is determined by the spacing between the structures, the facing area, and their blackness. In the present embodiment, the distance between the Faraday cup 1 and the cooling cover 2 is so small that the insulation between the two can be maintained, and the Faraday cup except for the beam entrance 1a of the Faraday cup 1 is provided. The outer surface of the cooling cover 2 is entirely covered with a cooling cover 2, and the Faraday cup 1 is made of a carbon having a blackness of 1.0 and faces the outer surface of the Faraday cup 1 on the inner surface of the cooling cover 2. Since the surface 2c has been subjected to the surface treatment in black, the heat transfer by radiation is very high.

【0033】上記のように輻射伝熱によってファラデカ
ップ1から冷却カバー2側へ移動した熱は、冷却カバー
2内の冷媒通路2bを流れる冷却水に伝導され、冷却水
と伴に外部へ排出される。
The heat transferred from the Faraday cup 1 to the cooling cover 2 by the radiant heat transfer as described above is conducted to the cooling water flowing through the refrigerant passage 2b in the cooling cover 2, and is discharged to the outside together with the cooling water. You.

【0034】ファラデカップ1は、入射したビームの電
流が大地電位の冷却カバー2側へ流れてしまわないよう
に、ファラデカップ1と冷却カバー2との間にはセラミ
ック等からなる高絶縁性の絶縁ワッシャ3が介在されて
いる。高い絶縁性を確保するため、ファラデカップ1と
絶縁ワッシャ3との接触面積は小さくなっており、ファ
ラデカップ1の熱が熱伝導度の低い絶縁ワッシャ3を介
して熱伝導によって冷却カバー2へと移るのは極僅かで
ある。また、ビーム通路内は真空になっているので、対
流伝熱によってファラデカップ1の熱が他へ移動するも
の見込めない。したがって、ファラデカップ1の熱の移
動は、その大部分が輻射伝熱によるものであり、上記の
ように、ファラデカップ1の外表面部を冷却カバー2に
よって全て覆ってファラデカップ1の内表面部を黒色に
表面処理して輻射による伝熱性を向上させることによ
り、ファラデカップ1の冷却効率を高めることができ
る。特に、全ての物体は輻射エネルギーを放出している
が、輻射エネルギの放出量は温度とともに急激に増大す
るので、高温においては輻射による伝熱が支配的となる
ことから、上記のドーズファラデ16や多点バックファ
ラデ17のように、高温になるファラデカップには本考
案の適用が非常に有効である。
The Faraday cup 1 is provided between the Faraday cup 1 and the cooling cover 2 so as to prevent a current of the incident beam from flowing toward the cooling cover 2 at the ground potential. The washer 3 is interposed. In order to ensure high insulation, the contact area between the Faraday cup 1 and the insulating washer 3 is small, and the heat of the Faraday cup 1 is transferred to the cooling cover 2 by heat conduction via the insulating washer 3 having low thermal conductivity. Only a few move. Further, since the inside of the beam passage is in a vacuum, it is not expected that the heat of the Faraday cup 1 moves to the other due to convective heat transfer. Therefore, most of the heat transfer of the Faraday cup 1 is caused by radiant heat transfer, and as described above, the outer surface of the Faraday cup 1 is entirely covered with the cooling cover 2 and the inner surface of the Faraday cup 1 is thus covered. Of the Faraday cup 1 can be surface-treated in black to improve heat transfer by radiation, thereby improving the cooling efficiency of the Faraday cup 1. In particular, all objects emit radiant energy. However, since the amount of radiant energy increases rapidly with temperature, heat transfer by radiation becomes dominant at high temperatures. The application of the present invention is very effective for a Faraday cup having a high temperature, such as the point back Faraday 17.

【0035】以上のように、本実施例の荷電粒子ビーム
の電流測定装置は、絶縁手段としての絶縁ワッシャ3に
よって他の部材と絶縁されて真空中に設けられ、その外
表面部が黒色であり、ビーム入射口1aを有するカップ
状のファラデカップ1と、ファラデカップ1の外表面部
を覆うようにして設けられ、上記ファラデカップ1の外
表面部と対向する内表面部が黒色の冷却カバー2とを備
え、上記冷却カバー2の内部には、冷媒としての冷却水
を流すための冷媒通路2bが形成されている構成であ
る。
As described above, the charged particle beam current measuring apparatus of this embodiment is provided in a vacuum while being insulated from other members by the insulating washer 3 as an insulating means, and has an outer surface black. , A cup-shaped Faraday cup 1 having a beam entrance 1 a, and a cooling cover 2 provided to cover the outer surface of the Faraday cup 1 and having a black inner surface facing the outer surface of the Faraday cup 1. The cooling cover 2 has a configuration in which a coolant passage 2b for flowing cooling water as a coolant is formed inside the cooling cover 2.

【0036】これにより、ファラデカップ1と冷却カバ
ー2との間の輻射による伝熱性が大幅に向上する。この
ため、ビームのエネルギーを受けて温度上昇したファラ
デカップ1の熱が効率よく冷却カバー2に移動し、冷却
カバー2内の冷媒通路2bを流れる冷却水によって外部
へと排出されるので、ファラデカップ1の冷却効率の向
上が図れる。
As a result, the heat transfer due to radiation between the Faraday cup 1 and the cooling cover 2 is greatly improved. For this reason, the heat of the Faraday cup 1, whose temperature has increased due to the energy of the beam, efficiently moves to the cooling cover 2 and is discharged to the outside by the cooling water flowing through the refrigerant passage 2 b in the cooling cover 2. 1 can improve the cooling efficiency.

【0037】例えば、自然放熱のみによる冷却では、フ
ァラデカップ内に比較的高いエネルギーのイオンビーム
を15分間程度入射させると、ファラデカップが400
〔K〕以上に温度上昇し、その後もイオンビームの照射
を継続すると、ファラデカップがさらに加熱され、その
周辺部の金属が溶解することになり、また、ファラデカ
ップ1から熱電子は飛び出す。これに対し、本実施例の
構成にすると、上記と同様の条件でファラデカップ1内
にイオンビームを入射させても、ファラデカップ1の温
度上昇は350〔K〕程度に抑えることができる。この
程度の温度上昇では、ファラデカップ1の周辺部の金属
の溶解、損傷もなく、ファラデカップ1からの熱電子の
発生も抑えられる。したがって、本実施例の荷電粒子ビ
ームの電流測定装置を用いれば、正確なビーム電流の測
定ができる。
For example, in cooling only by natural heat radiation, if an ion beam of relatively high energy is incident into the Faraday cup for about 15 minutes, the Faraday cup becomes 400
If the temperature rises above [K] and the irradiation of the ion beam is continued thereafter, the Faraday cup is further heated, and the metal in the peripheral portion thereof is melted, and thermoelectrons jump out of the Faraday cup 1. On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, the temperature rise of the Faraday cup 1 can be suppressed to about 350 [K] even if the ion beam is incident on the Faraday cup 1 under the same conditions as described above. With such a temperature rise, there is no melting or damage of the metal in the periphery of the Faraday cup 1, and generation of thermoelectrons from the Faraday cup 1 can be suppressed. Therefore, the use of the charged particle beam current measuring device of the present embodiment enables accurate measurement of the beam current.

【0038】尚、ファラデカップ1および冷却カバー2
の材質は上記に限定されるものではなく、いかなる材質
のものを用いても、少なくともファラデカップ1の外表
面部、および冷却カバー2におけるファラデカップ1の
外表面部と対向する内表面部を黒色(出来るだけ黒度が
1.0に近い程よい)に処理すればよい。
The Faraday cup 1 and the cooling cover 2
The material of the Faraday cup is not limited to the above, and even if any material is used, at least the outer surface of the Faraday cup 1 and the inner surface of the cooling cover 2 facing the outer surface of the Faraday cup 1 are black. (As much blackness as possible
(The closer to 1.0, the better).

【0039】上記の実施例では、本考案をイオン注入装
置に適用した例を示しているが、ビーム電流の測定が必
要なその他の荷電粒子ビーム装置にも適用できる。上記
の実施例は、あくまでも、本考案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、本考案の精神と実用
新案登録請求の範囲内で、いろいろと変更して実施する
ことができるものである。
In the above embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to an ion implantation apparatus. However, the present invention can be applied to other charged particle beam apparatuses which need to measure a beam current. The embodiments described above are intended to clarify the technical contents of the present invention, and should not be construed as being limited to such specific examples in a narrow sense. Various changes can be made within the scope of the claims.

【0040】[0040]

【考案の効果】本考案の荷電粒子ビームの電流測定装置
は、以上のように、ファラデカップの外表面部を覆うよ
うにして設けられ、上記ファラデカップの外表面部と対
向する内表面部が黒色の冷却カバーを備え、上記ファラ
デカップは、その外表面部が黒色であり、冷却カバーの
内部には、冷媒を流すための冷媒通路が形成されている
構成である。
As described above, the charged particle beam current measuring device of the present invention is provided so as to cover the outer surface portion of the Faraday cup, and the inner surface portion facing the outer surface portion of the Faraday cup is provided. The Faraday cup has a black cooling cover, the outer surface of the Faraday cup is black, and a cooling medium passage for flowing a cooling medium is formed inside the cooling cover.

【0041】それゆえ、ファラデカップと冷却カバーと
の間の輻射による伝熱性が大幅に向上し、ビームのエネ
ルギーを受けて温度上昇したファラデカップの熱が冷却
カバー内の冷媒通路を流れる冷媒によって効率良く外部
へと排出されるので、ファラデカップの冷却効率の向上
が図れる。したがって、ファラデカップからの熱電子の
発生を抑えることができ、正確なビーム電流測定が可能
となると共に、ファラデカップの周囲の部材に与える熱
による悪影響も低減できるという効果を奏する。
Therefore, the heat transfer by the radiation between the Faraday cup and the cooling cover is greatly improved, and the heat of the Faraday cup whose temperature has increased due to the energy of the beam is efficiently generated by the refrigerant flowing through the refrigerant passage in the cooling cover. Since the air is well discharged to the outside, the cooling efficiency of the Faraday cup can be improved. Therefore, it is possible to suppress the generation of thermoelectrons from the Faraday cup, to achieve accurate beam current measurement, and to reduce the adverse effect of heat on members surrounding the Faraday cup.

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

【図1】本考案の一実施例を示すものであり、荷電粒子
ビームの電流測定装置のファラデカップおよび冷却カバ
ーの構成を示す概略の横断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention and showing a configuration of a Faraday cup and a cooling cover of a charged particle beam current measuring device.

【図2】本考案の荷電粒子ビームの電流測定装置のイオ
ン注入装置への適用例を示すものであり、イオン注入装
置の要部を示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an application example of the charged particle beam current measuring device of the present invention to an ion implantation device, and is a schematic configuration diagram showing a main part of the ion implantation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ファラデカップ 1a ビーム入射口 2 冷却カバー 2b 冷媒通路 3 絶縁ワッシャ(絶縁手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Faraday cup 1a Beam entrance 2 Cooling cover 2b Refrigerant passage 3 Insulating washer (insulating means)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】絶縁手段によって他の部材と電気的に絶縁
されて真空中に設けられ、荷電粒子ビームの入射口を有
するカップ状のファラデカップを備えている荷電粒子ビ
ームの電流測定装置において、 上記ファラデカップは、その外表面部が黒色であり、 上記ファラデカップの外表面部を覆うようにして設けら
れ、上記ファラデカップの外表面部と対向する内表面部
が黒色の冷却カバーを備え、 上記冷却カバーの内部には、冷媒を流すための冷媒通路
が形成されていることを特徴とする荷電粒子ビームの電
流測定装置。
1. A charged particle beam current measuring device comprising a cup-shaped Faraday cup provided in a vacuum and electrically insulated from other members by insulating means, and having a charged particle beam entrance. The Faraday cup has an outer surface part black, and is provided so as to cover the outer surface part of the Faraday cup, and an inner surface part facing the outer surface part of the Faraday cup includes a black cooling cover, A current measuring device for a charged particle beam, wherein a coolant passage for flowing a coolant is formed inside the cooling cover.
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