JP2867628B2 - イオン注入装置およびその使用方法 - Google Patents

イオン注入装置およびその使用方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン注入されるべき基板に電子を供給
してイオン注入に伴う基板の帯電を防止する中性化手段
を備えるイオン注入装置およびその使用方法に関する。
〔従来の技術〕
この種のイオン注入装置の一例を第3図に示す。
この装置は、基本的には、ホルダ6に保持された基板
5にイオンビーム2を照射してそれにイオン注入を行う
よう構成されている。基板5は、例えばガラス基板等に
絶縁物基板や半導体基板であるが、特定のものに限定さ
れるものではない。
また、ホルダ6をファラデーケース4内に収納すると
共に、その入口部に負電位のサプレッサ電極3を配置す
ることによって、イオンビーム2がホルダ6等に当たっ
た際に放出される二次電子のアースへの逃げを防止し
て、ビーム電流計測器26によるイオンビーム2のビーム
電流Ibの計測を正確に行なえるようにしている。
また、イオンビーム2の照射に伴って基板5の表面
が、特に当該表面が絶縁物の場合に、正に帯電して放電
等の不具合が発生するのを防止するために、次のような
中性化手段を設けている。即ち、ファラデーケース4の
側部にフイラメント8を設け、これから放出させた一次
電子11をこの例ではファラデーケース4の内壁に当てて
そこから二次電子12を放出させ、この二次電子12を基板
5に供給してイオンビーム2による正電荷を中和させる
ようにしている。14はフィラメント8を加熱するための
フィラメント電源、16はフィラメント8から一次電子11
を引き出すためのエミッション電源である。また、18は
二次電子12をホルダ6上の基板5に効率良く導くための
ホルダバイアス電源、20はファラデーケース4から二次
電子12を逃がさないためのファラデーバイアス電源であ
るが、これらは省略される場合もある。
イオン注入の際、ホルダバイアス電源18に直列に挿入
した抵抗22には、イオンビーム2によるビーム電流Ibと
二次電子12による二次電子電流I2を合成したホルダ電流
Ih(=Ib−I2)が流れるが、これを中性化制御回路24に
取り込み、この中性化制御回路24によってフィラメント
電源14を制御してフィラメント電流を制御してフィラメ
ント8から放出する一次電子11の量を制御し、それによ
ってホルダ電流Ihが所望の一定値(これは経験的に言え
ば0ではなく例えば−100μA位が好ましい)になるよ
うにして基板5の帯電防止が効果的に行なえるようにし
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記中性化手段用のフィラメント電源14、エミッショ
ン電源16、ホルダバイアス電源18、ファラデーバイアス
電源20および中性化制御回路24等のための制御電源は、
従来はいずれも、交流を整流して直流を得る方式の直流
電源を用いているが、これらの電源からのノイズ対策が
重要な課題となっていた。
これは、これらの電源は、ビーム電流計測器26による
ビーム電流計測系に直接つながっており、しかもビーム
電流Ibが微小である(例えば数十μA〜数mA程度)こと
もあって、これらの電源がノイズ源となって、ビーム電
流計測に支障を来すからである。
これの対策として従来は、上記各電源に、外来ノイズ
を除去するノイズカットトランスを用いているが、この
ようなノイズカットトランスを用いても、十分な低ノイ
ズ化を実現できていないのが現状である。これは、簡単
に言えば、ノイズカットトランスの巻線間や巻線とコア
間に存在する浮遊容量を介して、どうしても交流ライン
からノイズが回り込むからである。
そこでこの発明は、上記のような中性化手段用の各電
源から発生するノイズをほぼ完全に無くすることができ
るようにしたイオン注入装置およびその使用方法を提供
することを主たる目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、この発明のイオン注入装置
は、前記フィラメントを加熱するためのフィラメント電
源、前記フィラメントから一次電子を引き出すためのエ
ミッション電源およびファラデー系と直接つながる計測
回路や制御回路のための制御電源にそれぞれバッテリー
を使用したことを特徴とする。
その場合、前記フィラメント電源用に2系統のバッテ
リーと、両者に共通の充電回路と、この2系統のバッテ
リーの内の一方を前記フィラメント側に他方を充電回路
側に交互に切り換えて接続する切換手段とを設けても良
い。
また、この発明に係るイオン注入装置の使用方法は、
前記フィラメント電源用に2系統のバッテリーを設けて
一方を前記フィラメントへの電力供給源として使用して
いるときは他方を充電しておいて両バッテリーを所定時
間ごとに切り換えるようにし、かつ前記エミッション電
源用のバッテリーおよび制御電源用のバッテリーは前記
フィラメントの不使用時に充電することを特徴とする。
〔作用〕
上記のように各電源にバッテリーを使用することで、
交流ラインからのノイズの回り込みを排除することがで
きる。その結果、各電源から発生するノイズをほぼ完全
に無くすることができる。
その場合、フィラメントが一番消費電力が大きいの
で、上記のようにフィラメント電源用に2系統のバッテ
リーを設けて切り換えるようにすると、バッテリーを使
用しているにも拘わらず、中性化手段の長時間の連続使
用が可能になる。
同様に、上記のような使用方法によれば、バッテリー
を使用しているにも拘わらず、中性化手段の長時間の連
続使用が可能になる。
〔実施例〕 第1図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置
の中性化手段用の電源周りを示す回路図である。イオン
注入装置としての構成は第3図を参照するものとし、こ
こではその図示および説明を省略する。
この実施例においては、前述したようなフィラメント
電源14にバッテリー14aを、エミッション電源16にバッ
テリー16aを、ホルダバイアス電源18にバッテリー18a
を、ファラデーバイアス電源20にバッテリー20aをそれ
ぞれ用いている。
フィラメント8には、このバッテリー14aからこの例
ではフィラメント電流制御回路28を介して電力を供給す
る。このフィラメント電流制御回路28は、フィラメント
8への急激な電流入力を防ぎかつフィラメント電流を安
定化させるトランジスタ28bおよびフィラメント電流検
出用のシャント抵抗28c等を含んでおり、前述した中性
化制御回路24による制御下でフィラメント電流を制御す
る。
このフィラメント電流制御回路28および中性化制御回
路24は、ファラデー系(即ちビーム電流計測器26に接続
されているファラデーケース4やホルダ6等)と直接つ
ながっているため、これらの制御電源にも、バッテリー
28aおよび24aをそれぞれ用いている。また、後述するエ
ミッション電流検出用抵抗30にも絶縁アンプ回路(図示
省略)が接続されているが、これはフィラメント電流制
御回路28と同電位であるので、上記バッテリー28aを兼
用するようにしている。
エミッション電源用のバッテリー16aは、この例では
特に制御は行わない。但し、それに直列に抵抗30を挿入
し、これでエミッション電流の検出および負荷がショー
トした場合の限流を兼ねさせるようにしている。このこ
とは、ホルダバイアス電源用のバッテリー18aおよびフ
ァラデーバイアス電源用のバッテリー20aについても同
様である。22および32は、それぞれ、電流検出用および
限流用を兼ねる抵抗である。
上記のように各電源にバッテリーを使用すると、従来
例のように交流をノイズカットトランスを介して整流す
る電源の場合と違って、交流ラインからのノイズの回り
込みを排除することができる。従って、各電源から発生
するノイズをほぼ完全に無くすることができ、ビーム電
流が微小な場合にもその計測に支障を来すことがなくな
る。
ところで、上記中性化手段を長時間連続して使用する
ためには、各バッテリーをその負荷との兼ね合いで、適
当に充電しなければならない。そのための好ましい手段
の例を第2図を参照して説明する。
ここで取り上げているようなイオン注入装置は、一般
的に3日間も連続して運転(イオン注入)されることは
ない。そのため、上記のような中性化手段は3日間程度
連続して使用できれば良いが、フィラメント8が一番消
費電力が大きいのでそれ用のバッテリー14aが特に問題
となる。他の電源用のバッテリー、即ちエミッション用
のバッテリー16a、ホルダバイアス用のバッテリー18a,
制御用のバッテリー24aおよび28aは、負荷が小さいの
で、通常は一回の充電で5〜6日間以上は連続使用する
ことができる。また、ファラデーバイアス用のバッテリ
ー20aは、イオンビーム2のビーム電流Ibによって充電
されるので、特に充電は必要ない。
そこで第2図の例では、簡単に言えば、フィラメント
電源用に2系統のバッテリー14a1、14a2を設けてこれを
交互に充電しながら使用し、他のバッテリー16a、18a、
24a、28aは、フィラメント8の不使用時に(即ち中性化
手段の不使用時に)充電するようにしている。
詳述すると、前記2系統のバッテリー14a1および14a2
を、切換スイッチ(例えばマグネットスイッチ)36によ
って、その一方をフィラメント8側に他方を充電回路34
側に交互に切り換えて接続し、一方をフィラメント8へ
の電力供給源として使用しているときは他方を充電回路
34によって充電するようにしている。この切り換えは、
例えば、中性化手段を使用中は10〜20分ごとに行い(但
しイオン注入中は切り換えない)、中性化手段不使用時
は30分ごとに行う。この設定は、例えばタイマーを用い
て行えば良い。
その場合、切換スイッチ36の切換動作中(例えば50mS
程度)はフィラメント電流が瞬断することになるが、こ
れを放置しておくとフィラメント電流制御回路28内のト
ランジスタ28b等に悪影響が出るので、この例のように
フィラメント回路に第3のバッテリー14a3を常時接続し
ておくのが好ましい。このようにすると、バッテリー14
a1と14a2の切り換え中でもフィラメント電流は連続して
流れるようになる。
このとき、バッテリー14a3がバッテリー14a1また、14
a2と直接つながると、バッテリーは内部抵抗が非常に小
さいため、両バッテリー間の電圧差により、バッテリー
14a3の方へ大電流が流入することになる。これを防止す
るためには次のようにするのが好ましい。即ち、この例
では、抵抗38を介してバッテリー同士を接続し、これを
介してバッテリー14a3を充電するようにしている。但し
この抵抗38だけではバッテリー14a3からフィラメント8
へ電力を供給するときに電流が制限されるので、抵抗38
にダイオード40を並列接続し、バッテリー14a3からフィ
ラメント8へ電力を供給するときはこのダイオード40を
通して電流が流れるようにしている。
一方、エミッション電源用のバッテリー16aに対して
は、充電回路42と切換スイッチ(例えばリレー)44を設
け、この切換スイッチ44を切り換えて中性化手段の不使
用時に充電するようにしている。ホルダバイアス電源用
のバッテリー18aについても、充電回路46と切換スイッ
チ(例えばリレー)48を設け、この切換スイッチ48を切
り換えて中性化手段の不使用時に充電するようにしてい
る。また、制御用のバッテリー24aおよび28aについて
も、図示しないけれども、上記バッテリーと同様に、中
性化手段の不使用時に充電回路によって充電するように
している。
また、ファラデーバイアス用のンバッテリー20aは、
回路構成上、上述したようにイオンビーム2のビーム電
流Ibが流入して充電され続ける。そのため、この実施例
のように、抵抗50とツェナダイオード52とを直列接続し
たものをこのバッテリー20aに並列に接続し、バッテリ
ー20aの電圧がある一定の電圧(ツェナダイオード52の
ツェナ電圧)に達した場合にこの回路を通し放電させる
ようにするのが好ましい。
上記のようにすることにより、バッテリーを使用して
いるにも拘わらず、中性化手段を長時間(例えば3日間
程度)連続して使用することが可能になる。
なお、前述したようにホルダバイアス電源およびファ
ラデーバイアス電源は省略される場合があり、その場合
はそれら用のバッテリー18a、20aおよびこれらの付属回
路も省略される。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明に係るイオン注入装置によれ
ば、中性化手段用の各電源にバッテリーを使用したの
で、交流ラインからのノイズの回り込みを排除すること
ができ、その結果、各電源から発生するノイズをほぼ完
全に無くすることができる。従って、ビーム電流が微小
な場合にもその計測に支障を来すことがなくなる。
また、フィラメント電源用に2系統のバッテリーと両
者に共通の充電回路とバッテリーの切換手段とを設ける
と、バッテリーを使用しているにも拘わらず、中性化手
段の長時間の連続使用が可能になる。
同様にこの発明に係るイオン注入装置の使用方法によ
れば、バッテリーを使用してるにも拘わらず、その中性
化手段の長時間の連続使用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置の
中性化手段用の電源周りを示す回路図である。第2図
は、この発明の他の実施例に係るイオン注入装置の中性
化手段用の電源周りを示す回路図である。第3図は、中
性化手段を備えるイオン注入装置の一例を部分的に示す
図である。 2……イオンビーム、5……基板、6……ホルダ、8…
…フィラメント、14a,14a1〜14a3……フィラメント電源
用のバッテリー、16a……エミッション電源用のバッテ
リー、18a……ホルダバイアス電源用のバッテリー、20a
……ファラデーバイアス電源用のバッテリー、24a,28a
……制御用のバッテリー。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フィラメントから放出させた一次電子をフ
    ァラデー系の構造物に当ててそこから二次電子を放出さ
    せ、この二次電子をホルダ上のイオン注入されるべき基
    板に供給するようにしたイオン注入装置において、前記
    フィラメントを加熱するためのフィラメント電源、前記
    フィラメントから一次電子を引き出すためのエミッショ
    ン電源およびファラデー系と直接つながる計測回路や制
    御回路のための制御電源にそれぞれバッテリーを使用し
    たことを特徴とするイオン注入装置。
  2. 【請求項2】前記フィラメント電源用に2系統のバッテ
    リーと、両者に共通の充電回路と、この2系統のバッテ
    リーの内の一方を前記フィラメント側に他方を充電回路
    側に交互に切り換えて接続する切換手段とを備える請求
    項1記載のイオン注入装置。
  3. 【請求項3】フィラメントから放出させた一次電子をフ
    ァラデー系の構造物に当ててそこから二次電子を放出さ
    せ、この二次電子をホルダ上のイオン注入されるべき基
    板に供給するようにしたイオン注入装置であって、前記
    フィラメントを加熱するためのフィラメント電源、前記
    フィラメントから一次電子を引き出すためのエミッショ
    ン電源およびファラデー系と直接つながる計測回路や制
    御回路のための制御電源にそれぞれバッテリーを使用し
    たものの使用方法において、前記フィラメント電源用に
    2系統のバッテリーを設けて一方を前記フィラメントへ
    の電力供給源として使用しているときは他方を充電して
    おいて両バッテリーを所定時間ごとに切り換えるように
    し、かつ前記エミッション電源用のバッテリーおよび制
    御電源用のバッテリーは前記フィラメントの不使用時に
    充電することを特徴とするイオン注入装置の使用方法。
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