JP3135864B2 - Ion plasma type electron gun and its control method - Google Patents

Ion plasma type electron gun and its control method

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JP3135864B2
JP3135864B2 JP09137106A JP13710697A JP3135864B2 JP 3135864 B2 JP3135864 B2 JP 3135864B2 JP 09137106 A JP09137106 A JP 09137106A JP 13710697 A JP13710697 A JP 13710697A JP 3135864 B2 JP3135864 B2 JP 3135864B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン・プラズマ
型電子銃とその制御方法に関し、特に広い線量領域で安
定した動作を行えるイオン・プラズマ型電子銃とその制
御方法に関する。
The present invention relates to an ion plasma type electron gun and a control method thereof, and more particularly to an ion plasma type electron gun capable of performing a stable operation in a wide dose range and a control method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン・プラズマ型電子銃は、プラズマ
チェンバ中にヘリウムガスのプラズマを発生させ、ハニ
カム状グリッドを介して配置したカソード板に向かって
ヘリウムイオンを加速し、ヘリウムイオンがカソード板
に衝突することによって発生する2次電子をヘリウムイ
オンと逆方向に加速し、ハニカム状グリッドを通し、さ
らに窓支持体上に支持された窓箔を通して大気中に放出
させる。
2. Description of the Related Art An ion plasma type electron gun generates a plasma of helium gas in a plasma chamber and accelerates helium ions toward a cathode plate arranged through a honeycomb grid. Secondary electrons generated by the collision are accelerated in a direction opposite to that of the helium ions, and emitted to the atmosphere through a honeycomb grid and further through a window foil supported on a window support.

【0003】電子ビームによって、シート上の被照射物
の処理を行う場合、電子ビームはその幅全体に渡って均
一な線量を有することが望まれる。また、被照射物の移
動速度等に応じ、その線量を安定に制御できることが望
まれる。
When an object to be irradiated on a sheet is processed by an electron beam, it is desired that the electron beam has a uniform dose over its entire width. In addition, it is desired that the dose can be stably controlled according to the moving speed of the irradiation object.

【0004】従来、イオン・プラズマ型電子銃におい
て、発生する電子ビームの線量を制御する技術として直
流(DC)制御、プラズマパルスの電圧・電流制御が知
られている。
Conventionally, direct current (DC) control and plasma pulse voltage / current control have been known as techniques for controlling the dose of an electron beam generated in an ion plasma type electron gun.

【0005】DC制御は、DCプラズマを用いて電子ビ
ームを引き出すイオン・プラズマ型電子銃において、電
子ビームの電流が一定になるようにプラズマ電流を制御
する方法である。ビーム電流は、通常高圧電力源によっ
てカソードに供給される電流に比例する。従って、均一
で一定の照射量になるようにカソードに印加される電流
を測定し、制御する方法である。
[0005] DC control is a method of controlling a plasma current so that an electron beam current is constant in an ion plasma type electron gun that extracts an electron beam using DC plasma. Beam current is usually proportional to the current supplied to the cathode by a high voltage power source. Therefore, this is a method of measuring and controlling the current applied to the cathode so that the irradiation amount is uniform and constant.

【0006】しかしながら、カソードに印加される電流
は、プラズマチャンバで発生し、カソードに入射する入
射ヘリウムイオンとカソードの表面から放出される2次
電子との和で形成される。放出電子と入射イオンとの
比、すなわち2次放出係数は電子を放出するカソード表
面の表面状態に依存する。カソードの表面状態は極めて
変動しやすく、単に高電圧電流をモニターするだけでは
発生する2次電子出力を制御し、一定に保持することに
は必ずしもならない。
However, the current applied to the cathode is generated in the plasma chamber and is formed by the sum of incident helium ions incident on the cathode and secondary electrons emitted from the surface of the cathode. The ratio between the emitted electrons and the incident ions, that is, the secondary emission coefficient, depends on the surface condition of the cathode surface that emits electrons. The surface state of the cathode is extremely variable, and merely monitoring the high voltage current does not necessarily control the secondary electron output generated and keep it constant.

【0007】プラズマパルスの電圧・電流制御は、2次
電子が衝突すると電圧を発生することができるターゲッ
トを設け、この出力信号を用いて2次電子の出力を実質
的に一定に保持できるように制御する方法である。
The voltage / current control of the plasma pulse is performed by providing a target capable of generating a voltage when secondary electrons collide, and using this output signal to keep the output of the secondary electrons substantially constant. How to control.

【0008】低い線量が望まれる場合、プラズマ電流を
下げる必要がある。しかしながら、プラズマ電流を下げ
るとビーム幅方法の均一性が低下する傾向がある。ビー
ム幅方向の線量の均一性の観点からは、あるしきい値が
あり、プラズマ電流をそのしきい値以上に保つことが望
まれる。
If a lower dose is desired, the plasma current needs to be reduced. However, reducing the plasma current tends to reduce the uniformity of the beam width method. From the viewpoint of the uniformity of the dose in the beam width direction, there is a certain threshold, and it is desired that the plasma current be maintained at the threshold or more.

【0009】高い線量が望ましい場合、プラズマ電流を
上げる必要がある。しかしながら、ある電流値以上にな
ると、プラズマ室内を汚し、ひいては高電圧チェンバも
汚すことになり、結果的に高電圧が印加できなくなる。
If a high dose is desired, the plasma current needs to be increased. However, when the current value exceeds a certain value, the plasma chamber is contaminated, and the high-voltage chamber is also contaminated. As a result, a high voltage cannot be applied.

【0010】たとえば、電子線照射をしようとする被加
工物の移動速度が極端に遅い場合、プラズマ電流を下げ
ることが望まれるが、上述の理由によりプラズマ電流を
あるしきい値以下に下げることができない。従って、被
処理物の移動速度もある値までしか下げることができな
くなる。反対に、被処理物の速度が速くなった場合、プ
ラズマ電流を上げる事が必要であるが、上述の理由によ
り結局ある速度までしか上げられない。
For example, when the moving speed of a workpiece to be irradiated with an electron beam is extremely slow, it is desired to lower the plasma current. For the above-mentioned reason, it is necessary to lower the plasma current to a certain threshold value or less. Can not. Therefore, the moving speed of the object can be reduced only to a certain value. Conversely, when the speed of the object to be processed increases, it is necessary to increase the plasma current.

【0011】また、急激な被処理物の速度変化が生じた
場合、電子ビームの線量を速度に追随して速やかに変化
させることが困難であった。
Further, when the speed of the object to be processed changes suddenly, it is difficult to quickly change the dose of the electron beam to follow the speed.

【0012】また、プラズマチェンバにおいてもプラズ
マチェンバ内壁での2次電子放出によりプラズマ生成が
維持される。ところで、2次電子放出はプラズマチェン
バ内壁の表面状態に依存する。この表面状態は極めて変
動しやすく、特に運転開始時に顕著である。同じプラズ
マ電流でもプラズマ密度が変化する訳であり、このプラ
ズマ密度が直接電子ビームのビーム電流と関係する。
In the plasma chamber, the generation of the secondary electrons on the inner wall of the plasma chamber maintains the plasma generation. Incidentally, secondary electron emission depends on the surface condition of the inner wall of the plasma chamber. This surface condition is extremely variable, and is particularly remarkable at the start of operation. The plasma density changes even with the same plasma current, and this plasma density is directly related to the beam current of the electron beam.

【0013】従って、単に電子ビームの電流値に基づい
てパルスプラズマの電流、電圧を制御するだけでは、イ
オン・プラズマ型電子銃の照射量または2次電子放出量
を安定に制御し、一定に保持することが困難である。
Therefore, simply controlling the current and voltage of the pulsed plasma based on the current value of the electron beam stably controls the irradiation amount or the secondary electron emission amount of the ion plasma type electron gun and keeps it constant. Is difficult to do.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
イオン・プラズマ型電子銃において、広い線量範囲で発
生する電子ビームの線量を安定に変化させることが困難
であった。
As described above,
In the ion plasma type electron gun, it has been difficult to stably change the dose of the electron beam generated in a wide dose range.

【0015】本発明の目的は、広い線量範囲で安定した
動作を行えるイオン・プラズマ型電子銃を提供すること
である。
An object of the present invention is to provide an ion plasma type electron gun capable of performing a stable operation in a wide dose range.

【0016】本発明の他の目的は、広い線量範囲で電子
ビームの幅方向の均一性を確保できるイオン・プラズマ
型電子銃を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an ion plasma type electron gun which can ensure the uniformity of the width of an electron beam in a wide dose range.

【0017】本発明のさらに他の目的は、運転開始時か
ら安定した線量を得ることのできるイオン・プラズマ型
電子銃を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide an ion plasma type electron gun capable of obtaining a stable dose from the start of operation.

【0018】本発明のさらに他の目的は、広い線量範囲
で幅方向の均一性の良い電子ビームを発生させることの
できるイオン・プラズマ型電子銃の制御方法を提供する
ことである。
Still another object of the present invention is to provide a method for controlling an ion plasma type electron gun capable of generating an electron beam having good uniformity in the width direction over a wide dose range.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、プラズマ中の正イオンを加速してカソードに衝突さ
せ、カソードから発生する2次電子を外部に取り出すイ
オン・プラズマ型電子銃であって、所望線量に基づいて
プラズマパルスの繰り返し周波数を決定する演算回路
と、プラズマ発生用アノードに一定パルス幅のアノード
電圧パルスを前記繰り返し周波数で印加するプラズマ電
源とを有するイオン・プラズマ型電子銃が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided an ion plasma type electron gun for accelerating positive ions in plasma to collide with a cathode and extracting secondary electrons generated from the cathode to the outside. An ion plasma type electron gun having an arithmetic circuit for determining a repetition frequency of a plasma pulse based on a desired dose, and a plasma power supply for applying an anode voltage pulse having a constant pulse width to the plasma generation anode at the repetition frequency. Is provided.

【0020】本発明の他の観点によれば、プラズマ中の
正イオンを加速してカソードに衝突させ、カソードから
発生する2次電子を外部に取り出すイオン・プラズマ型
電子銃の制御方法であって、所望線量に基づいてプラズ
マパルスの繰り返し周波数を決定する工程と、プラズマ
発生用アノードに一定パルス幅のアノード電圧パルスを
前記繰り返し周波数で印加する工程とを有するイオン・
プラズマ型電子銃の制御方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an ion plasma type electron gun in which positive ions in a plasma are accelerated and collided with a cathode to extract secondary electrons generated from the cathode to the outside. Determining a repetition frequency of a plasma pulse based on a desired dose; and applying an anode voltage pulse having a constant pulse width to the plasma generating anode at the repetition frequency.
A method for controlling a plasma-type electron gun is provided.

【0021】プラズマパルスを一定のパルス幅を有し、
繰り返し周波数の変化するプラズマパルスとすることに
より、安定な動作と広い線量範囲での制御が可能とな
る。
The plasma pulse has a constant pulse width,
By using a plasma pulse whose repetition frequency changes, stable operation and control over a wide dose range become possible.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1は、イオン・プラズマ型電子
銃の構成を概略的に示す断面図である。図1(A)は横
断面図を示し、図1(B)は縦断面図を示す。真空チェ
ンバ11は、その内部にカソード組み立て体12を収容
する。カソード組み立て体12は、Moなどで形成され
たカソード板21およびカソードカバー22を含み、セ
ラミック製ブッシング24によりフランジ上に支持され
ている。フランジの中央部を通って高圧ケーブル25が
真空チェンバ11内に導入され、カソード板21に負の
高電圧を印加する。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the configuration of an ion plasma type electron gun. FIG. 1A shows a cross-sectional view, and FIG. 1B shows a vertical cross-sectional view. Vacuum chamber 11 houses cathode assembly 12 therein. The cathode assembly 12 includes a cathode plate 21 and a cathode cover 22 formed of Mo or the like, and is supported on a flange by a ceramic bushing 24. A high-voltage cable 25 is introduced into the vacuum chamber 11 through the center of the flange, and applies a high negative voltage to the cathode plate 21.

【0023】真空チェンバ11の下方には、プラズマチ
ェンバ14が結合されている。プラズマチェンバ14の
上面には、多数の開口部が配置されたハニカム状のグリ
ッド18が配置され、プラズマチェンバ14内と真空チ
ェンバ11内とでガス、イオン、電子などが移動できる
構成とされている。プラズマチェンバ14の底面には、
グリッド18同様の多数の開口部を有する窓支持体15
が配置され、その外側表面上にTiやAl等の箔膜で形
成された窓箔16が気密に配置されている。気密封止
は、例えばOリング等を利用して構成される。プラズマ
チェンバ14の中心軸上には、ワイヤアノード19が配
置されている。
Below the vacuum chamber 11, a plasma chamber 14 is connected. On the upper surface of the plasma chamber 14, a honeycomb-shaped grid 18 in which a number of openings are disposed is arranged so that gas, ions, electrons, and the like can be moved between the plasma chamber 14 and the vacuum chamber 11. . On the bottom of the plasma chamber 14,
Window support 15 with multiple openings similar to grid 18
Are disposed, and a window foil 16 formed of a foil film of Ti, Al, or the like is hermetically disposed on an outer surface thereof. The hermetic sealing is configured using, for example, an O-ring. On the central axis of the plasma chamber 14, a wire anode 19 is arranged.

【0024】真空チェンバ11に結合されたターボ分子
ポンプ等の真空ポンプ33を作動させることにより、真
空チェンバ11およびプラズマチェンバ14内を真空に
排気することができる。
By operating a vacuum pump 33 such as a turbo molecular pump coupled to the vacuum chamber 11, the inside of the vacuum chamber 11 and the plasma chamber 14 can be evacuated to a vacuum.

【0025】なお、図示しないがプラズマチェンバ14
には、ピエゾバルブを備えたガス導入口が設けられてお
り、高純度Heをプラズマチェンバおよび真空チェンバ
内に導入することができる。また、タングステン熱フィ
ラメント等のプラズマ点火手段がプラズマチェンバ14
内に設けられている。
Although not shown, the plasma chamber 14
Is provided with a gas inlet provided with a piezo valve so that high-purity He can be introduced into the plasma chamber and the vacuum chamber. Also, a plasma ignition means such as a tungsten hot filament is
It is provided within.

【0026】図1(A)には、窓箔16から出射される
電子ビームを取り囲むように配置された鉛製のシールド
20、電子ビーム進行方向で電子ビームを遮蔽するため
のビームストッパ31、被照射物を搬送するためのロー
ラ30a、30bおよびローラ30a、30bによって
搬送されている。被照射物であるウエブ32も図示され
ている。
FIG. 1A shows a lead shield 20 arranged so as to surround the electron beam emitted from the window foil 16, a beam stopper 31 for shielding the electron beam in the traveling direction of the electron beam, and a cover. The irradiation object is conveyed by rollers 30a and 30b and rollers 30a and 30b. The web 32 to be irradiated is also shown.

【0027】図2に示すように、例えば−200KVで
ある高圧電源36を真空チェンバ11のハウジングとカ
ソード板21間に接続し、例えば300Vであるプラズ
マ電源35を真空チェンバ11のハウジングとワイヤア
ノード19間に接続する。ハウジングは接地37に接続
されている。
As shown in FIG. 2, a high-voltage power supply 36 of, for example, -200 KV is connected between the housing of the vacuum chamber 11 and the cathode plate 21, and a plasma power supply 35 of, for example, 300 V is connected to the housing of the vacuum chamber 11 and the wire anode 19. Connect between. The housing is connected to ground 37.

【0028】プラズマチェンバ14内に高純度Heガス
を、例えば17mTorrの圧力を維持するように導入
し、プラズマ点火手段から熱電子を供給してプラズマ4
0を発生させる。プラズマ40は、ワイヤアノード19
の周囲に形成される。グリッド18は接地されており、
カソード板21にたとえば−200KV程度の負の高電
圧が印加されるため、グリッド18、カソード板21の
空間には高電界が形成される。
High-purity He gas is introduced into the plasma chamber 14 so as to maintain a pressure of, for example, 17 mTorr, and thermal electrons are supplied from plasma ignition means to generate plasma 4.
Generates 0. The plasma 40 is applied to the wire anode 19
Formed around. The grid 18 is grounded,
Since a high negative voltage of, for example, about −200 KV is applied to the cathode plate 21, a high electric field is formed in the space between the grid 18 and the cathode plate 21.

【0029】プラズマ40で発生したHeイオンがグリ
ッド18を通ってグリッド18とカソード板21間の空
間に達すると、高電界によって印加され、カソード板2
1に衝突する。カソード板21に高加速エネルギのHe
イオンが衝突すると、カソード板21からは増倍された
2次電子が発生する。たとえば、カソード板がモリブデ
ンで形成されている場合、衝突するHeイオン1個当た
り14個の電子が発生する。
When the He ions generated by the plasma 40 reach the space between the grid 18 and the cathode plate 21 through the grid 18, they are applied by a high electric field, and
Collide with 1. High acceleration energy He is applied to the cathode plate 21.
When ions collide, the cathode plate 21 generates multiplied secondary electrons. For example, when the cathode plate is made of molybdenum, 14 electrons are generated per colliding He ion.

【0030】発生した2次電子は、高電界によってグリ
ッド18方向に加速される。グリッド18を透過した2
次電子は、プラズマ40中を通過し、窓支持体15に到
達する。窓支持体15には、グリッドの開口部と対応し
た開口部が設けられており、加速された電子は窓支持体
15の開口部を通って窓箔16に達する。
The generated secondary electrons are accelerated in the direction of the grid 18 by the high electric field. 2 transmitted through grid 18
The secondary electrons pass through the plasma 40 and reach the window support 15. The window support 15 is provided with an opening corresponding to the opening of the grid, and the accelerated electrons reach the window foil 16 through the opening of the window support 15.

【0031】窓箔16は、たとえば数μmから20数μ
mの厚さを有し、電子を通過させることのできる材料で
形成されている。従って、窓箔16を通過した2次電子
により電子ビームを形成することができる。
The window foil 16 has a thickness of, for example, several μm to 20 μm.
It has a thickness of m and is made of a material that can pass electrons. Therefore, an electron beam can be formed by the secondary electrons that have passed through the window foil 16.

【0032】図3は、図1、図2に示したイオン・プラ
ズマ型電子銃の駆動回路を示す回路図である。図中、中
央部に、真空チェンバ11、プラズマチェンバ14を有
するイオン・プラズマ型電子銃が示されている。プラズ
マチェンバ14内のワイヤアノード9には、プラズマ電
源35が接続されている。また、真空チェンバ11内の
カソード組み立て体12には、高圧電源36が接続され
ている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a driving circuit of the ion plasma type electron gun shown in FIGS. In the figure, an ion plasma type electron gun having a vacuum chamber 11 and a plasma chamber 14 is shown at the center. A plasma power supply 35 is connected to the wire anode 9 in the plasma chamber 14. Further, a high-voltage power supply 36 is connected to the cathode assembly 12 in the vacuum chamber 11.

【0033】プラズマ電源35においては、交流電源か
らの交流電圧が、定電流源S1を介して整流器REC1
に供給され、整流された電圧がインダクタンスL1、キ
ャパシタンスC1で形成される平滑回路を介してトラン
ジスタTrに供給される。トランジスタTrを通過した
電圧は、正極Pからワイヤアノード19に供給される。
In the plasma power supply 35, the AC voltage from the AC power supply is supplied to the rectifier REC1 via the constant current source S1.
And a rectified voltage is supplied to the transistor Tr via a smoothing circuit formed by the inductance L1 and the capacitance C1. The voltage that has passed through the transistor Tr is supplied from the positive electrode P to the wire anode 19.

【0034】接地37は、負極Nからシャント抵抗SH
1を介して整流回路REC1に接続される。トランジス
タTrのゲートはスイッチング回路SWの出力信号によ
って制御される。スイッチング回路SWは、パルスジェ
ネレータPGからのパルス信号によってゲート開期間が
定められる。また、比較器COMPからの出力信号によ
りゲート開期間の開レベルが決定される。比較器COM
Pはプラズマ電流を表すシャント抵抗SH1の電圧と、
シーケンサSEQから供給される電圧とを比較する。
The ground 37 is connected to the shunt resistor SH from the negative electrode N.
1 is connected to the rectifier circuit REC1. The gate of the transistor Tr is controlled by the output signal of the switching circuit SW. The switching circuit SW has a gate open period determined by a pulse signal from the pulse generator PG. The open level of the gate open period is determined by the output signal from the comparator COMP. Comparator COM
P is the voltage of the shunt resistor SH1 representing the plasma current;
Compare with the voltage supplied from the sequencer SEQ.

【0035】シーケンサSEQは、周波数目標値T
(f)をパルスジェネレータPGに与え、プラズマ電流
目標値T(IP )を比較器COMPに与える。パルスジ
ェネレータPGは、与えられた周波数目標値T(f)に
基づき、一定のパルス幅tP を有し、パルス間隔1/f
(繰り返し周波数f)のパルス電圧を発生する。
The sequencer SEQ has a frequency target value T
Give (f) to the pulse generator PG, giving plasma current target value T of the (I P) to the comparator COMP. Pulse generator PG, based on the given frequency target value T (f), has a constant pulse width t P, the pulse interval 1 / f
A pulse voltage of (repetition frequency f) is generated.

【0036】比較器COMPは、測定したプラズマ電流
P とプラズマ電流目標値T(IP)とを比較し、プラ
ズマ電流目標値から実際に測定したプラズマ電流がずれ
るとそのズレを補正するように出力を形成する。
The comparator COMP compares the measured plasma current I P with the target plasma current value T (I P ), and corrects the deviation if the actually measured plasma current deviates from the target plasma current value. Form the output.

【0037】シーケンサSEQには、高電圧電流のピー
ク値IHVの目標値T(IHV)と、1周期内で平均化した
高電圧電流IHVavの目標値T(IHVav)を設定する。プ
ラズマパルスのパルス幅tP は所定の値にあらかじめ選
択されている。たとえば、t P =500μsecであ
る。平均高圧電流目標値T(IHVav)は、所望の線量を
与えるような値に設定される。高圧電流のピーク値の目
標値T(IHV)は、安定な動作が保証されるような値に
設定される。たとえば、T(IHV)=50mA、であ
る。この条件の場合、パルスの繰り返し周波数fは、
The sequencer SEQ includes high voltage current peaks.
Value IHVTarget value T (IHV) And averaged within one cycle
High voltage current IHVavTarget value T (IHVav) Is set. Step
Pulse width t of plasma pulsePIs pre-selected to a predetermined value.
Has been selected. For example, t P= 500 μsec
You. Average high-voltage current target value T (IHVav) The desired dose
It is set to a value as given. Eye of peak value of high voltage current
The standard value T (IHV) Is set to a value that guarantees stable operation.
Is set. For example, T (IHV) = 50 mA
You. Under this condition, the pulse repetition frequency f is

【0038】[0038]

【数1】 f=(1/tP )・{T(IHVav)/T(IHVav)} に従って設定される。It is set according to f = (1 / t P ) {{T (I HVav ) / T (I HVav )}.

【0039】このようにして、プラズマチェンバ14内
でのプラズマ励起の条件が設定される。プラズマチェン
バ14からカソード組み立て体12に向かうヘリウムイ
オンにより2次電子が放出する。カソード組み立て体1
2に流れる電流は、入射するヘリウムイオンと放出され
る2次電子との和となる。
Thus, the conditions for exciting the plasma in the plasma chamber 14 are set. Helium ions from the plasma chamber 14 toward the cathode assembly 12 emit secondary electrons. Cathode assembly 1
The current flowing through 2 is the sum of the incoming helium ions and the emitted secondary electrons.

【0040】カソード組立て体12には、高圧電源36
が接続されている。高圧電源36は、整流回路REC
に、定電流源S2、シャント抵抗SH2などを含む。シ
ャント抵抗SH2に流れる電流は、カソード組み立て体
12に流れる電流である。したがって、シャント抵抗S
H2に流れる電流による電圧降下を測定すれば、高圧電
流を測定することができる。この高圧電流をIHVとす
る。高圧電流IHVは、積分回路INTにより積分され、
平均化された高圧電流IHVavとなる。この平均化高圧電
流IHVavは、高圧電流IHVavとの間に
The cathode assembly 12 includes a high-voltage power supply 36
Is connected. The high-voltage power supply 36 has a rectifier circuit REC.
Includes a constant current source S2, a shunt resistor SH2, and the like. The current flowing through the shunt resistor SH2 is the current flowing through the cathode assembly 12. Therefore, the shunt resistance S
By measuring the voltage drop due to the current flowing in H2, a high-voltage current can be measured. This high voltage current is referred to as IHV . The high voltage current I HV is integrated by the integration circuit INT,
The averaged high voltage current I HVav is obtained. This averaged high voltage current I HVav is different from the high voltage current I HVav.

【0041】[0041]

【数2】IHVav=IHVav/tP ・f の関係を有する。シーケンサSEQはこの関係式に基づ
き、入力された平均化高圧電流IHVavに基づき、高圧電
流IHVを算出する。この電流IHVは、カソード表面の状
態により、設定された高圧電流目標値T(IHVav)とは
必ずしも一致しない。そこで、設定値と測定値との差に
基づき、修正プラズマ電流M(IP )を以下のように設
定する。
## EQU2 ## It has a relationship of I HVav = I HVav / t P · f. The sequencer SEQ calculates the high-voltage current I HV based on the input averaged high-voltage current I HVav based on this relational expression. This current I HV does not always coincide with the set high voltage current target value T (I HVav ) depending on the state of the cathode surface. Therefore, based on the difference between the set value and the measured value, the corrected plasma current M (I P ) is set as follows.

【0042】[0042]

【数3】 M(IP )=T(IP )+a・{T(IHV)−IHV} ここで、係数aは実験的に決定する。たとえば、プラズ
マ電流IP の初期値は400〜1000mA程度に設定
する。この演算を、例えば1〜10秒ごとのサイクルで
行う。たとえば、T(IHV)−IHVが10mA程度の
時、a=1とすると、修正プラズマ電流M(IP )の設
定が1〜10秒毎に10mA変化する。
M (I P ) = T (I P ) + a · {T (I HV ) −I HV } Here, the coefficient a is experimentally determined. For example, the initial value of the plasma current I P is set to about 400~1000MA. This calculation is performed, for example, every 1 to 10 seconds. For example, when T (I HV ) −I HV is about 10 mA and a = 1, the setting of the modified plasma current M (I P ) changes by 10 mA every 1 to 10 seconds.

【0043】また、パルスの修正繰り返し周波数M
(f)を以下のように設定する。
The modified repetition frequency M of the pulse
(F) is set as follows.

【0044】[0044]

【数4】M(f)=T(f)+b・{T(IHVav)−I
HVav}/T(f) ここで、係数bはやはり実験的に定める。この周波数の
修正制御は、たとえば10〜100msecのサイクル
で行う。
M (f) = T (f) + b · fT (I HVav ) −I
HVav } / T (f) Here, the coefficient b is also determined experimentally. This frequency correction control is performed, for example, in a cycle of 10 to 100 msec.

【0045】高圧電流IHVを積分し、平均化した高圧電
流に変換してプラズマ電流IP を修正するのは、プラズ
マの強度と高圧電流の変化に時間遅れが存在するためで
ある。たとえば、プラズマの反応には50〜100μs
ec程度の時間遅れが存在する。積分回路を用い時間遅
れを吸収してゆっくりフィードバックをかけることによ
り、良好な精度が可能となる。
The reason why the high-voltage current I HV is integrated and converted into an averaged high-voltage current to correct the plasma current I P is that there is a time delay in the change of the plasma intensity and the high-voltage current. For example, for a plasma reaction,
There is a time delay of about ec. By using an integrating circuit to absorb the time delay and slowly apply feedback, good accuracy can be achieved.

【0046】図3(B)は、このようにして得られた高
圧電流IHVの波形の例を示す。積分回路を用いず、高圧
電流IHVを用いて直接プラズマ電源にフィードバックを
かけると、上述の時間遅れのためハンチングを引き起こ
す可能性がある。
FIG. 3B shows an example of the waveform of the high voltage current IHV obtained in this manner. When feedback is directly applied to the plasma power supply using the high-voltage current I HV without using the integration circuit, hunting may be caused due to the above-described time delay.

【0047】図3(C)は、高圧電流IHVを直接プラズ
マ電源にフィードバックした場合の高圧電流IHVの波形
例を示す。
FIG. 3C shows a waveform example of the high voltage current IHV when the high voltage current IHV is directly fed back to the plasma power supply.

【0048】図4(A)は、電子ビーム照射幅方向の線
量の均一性を示すグラフである。ビーム電流を120m
A、20mAと変化させた時、ビーム幅方向においてど
のような均一性が得られているかを示す。なお、放電電
流は600mAであり、ビーム電圧は250kVであ
る。なお、被照射物のスピードは、ビーム電流が20m
Aの時10m/分であり、ビーム電流が120mAの時
24m/分であった。いずれの条件においても、65c
mのビーム幅にわたって良好な均一性が得られている。
FIG. 4A is a graph showing the uniformity of the dose in the electron beam irradiation width direction. Beam current 120m
A, shows how uniformity is obtained in the beam width direction when changed to 20 mA. The discharge current was 600 mA and the beam voltage was 250 kV. In addition, the speed of the irradiation object is such that the beam current is 20 m.
A was 10 m / min at A, and 24 m / min at 120 mA beam current. Under any conditions, 65c
Good uniformity is obtained over a beam width of m.

【0049】図4(B)は、比較のために従来の方法に
よって線量を制御した時の幅方向の均一性を示す。放電
電流を400mA、600mA、800mAに変化させ
た。なお、ビーム電圧は200kVであり、ビーム電流
は120mA、被照射物であるウエブの速度は24m/
分であった。放電電流が800mA、600mAの間
は、65cmのビーム幅方向に渡って良好な均一性が得
られているが、放電電流が400mAに低下すると、均
一に線量が得られるビーム幅は、50cmに低下してい
る。
FIG. 4B shows the uniformity in the width direction when the dose is controlled by the conventional method for comparison. The discharge current was changed to 400 mA, 600 mA, and 800 mA. The beam voltage was 200 kV, the beam current was 120 mA, and the speed of the web to be irradiated was 24 m /
Minutes. When the discharge current is between 800 mA and 600 mA, good uniformity is obtained in the beam width direction of 65 cm. However, when the discharge current is reduced to 400 mA, the beam width at which a uniform dose is obtained is reduced to 50 cm. are doing.

【0050】図4(A)、(B)を比較することによ
り、本実施例の制御方法は従来の制御方法に較べ優れて
いることが判る。
By comparing FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the control method of this embodiment is superior to the conventional control method.

【0051】図5は、時間と共にビーム電流を変化させ
た時の追随性を示すグラフである。台形状の制御信号を
入力し、この制御信号に従ってビーム電流を変化させ
た。点線が制御信号を示し、実線が得られたビーム電流
の測定値を示す。
FIG. 5 is a graph showing the followability when the beam current is changed with time. A trapezoidal control signal was input, and the beam current was changed according to the control signal. The dotted line indicates the control signal, and the solid line indicates the measured beam current value.

【0052】図に示すように、条件の変化に応じて速や
かにビーム電流が変化していることが判る。
As shown in the figure, it can be seen that the beam current changes quickly according to the change in the condition.

【0053】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン・プラズマ型電子銃に所望線量に基づいて繰り返
し周波数の変化する励起電圧を印加し、一定パルス幅の
プラズマパルスを繰り返し発生させることにより、広い
線量領域で安定した動作を行えるイオン・プラズマ型電
子銃が得られる。
As described above, according to the present invention,
An ion-plasma electron gun that can perform stable operation over a wide dose range by applying an excitation voltage with a repetition frequency that changes based on the desired dose to the ion-plasma electron gun and repeatedly generating a plasma pulse with a constant pulse width You get a gun.

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

【図1】本発明の実施例によるイオン・プラズマ型電子
銃の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of an ion plasma type electron gun according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例によるイオン・プラズマ型電子
銃の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing a configuration of an ion plasma type electron gun according to an embodiment of the present invention.

【図3】図1、2に示すイオン・プラズマ型電子銃の回
路構成を示す電気回路図である。
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a circuit configuration of the ion plasma type electron gun shown in FIGS.

【図4】本実施例によって得られるビーム幅方向の均一
性を従来方法によるビーム幅方向の均一性と比較して示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the uniformity in the beam width direction obtained by this embodiment in comparison with the uniformity in the beam width direction according to the conventional method.

【図5】ビーム電流の変化指令に対する追随性を示すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing followability to a beam current change command.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 真空チェンバ 12 カソード組み立て体 14 プラズマチェンバ 15 窓支持体 15a 窓支持体の主体 15b 窓支持体表面上の低スパッタ率金属層 16 窓箔 18 グリッド 19 ワイヤアノード 20 鉛シールド 21 カソード板 22 カソードカバー 24 ブッシング 25 高圧ケーブル 30 ローラ 31 ビームストッパ 32 ウエブ 33 真空ポンプ 35、36 電源 37 接地 40 プラズマ Reference Signs List 11 vacuum chamber 12 cathode assembly 14 plasma chamber 15 window support 15a main body of window support 15b low sputter rate metal layer on window support surface 16 window foil 18 grid 19 wire anode 20 lead shield 21 cathode plate 22 cathode cover 24 Bushing 25 High-voltage cable 30 Roller 31 Beam stopper 32 Web 33 Vacuum pump 35, 36 Power supply 37 Ground 40 Plasma

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマ中の正イオンを加速してカソー
ドに衝突させ、カソードから発生する2次電子を外部に
取り出すイオン・プラズマ型電子銃であって、 所望線量に基づいてプラズマパルスの繰り返し周波数を
決定する演算回路と、 プラズマ発生用アノードに一定パルス幅のアノード電圧
パルスを前記繰り返し周波数で印加するプラズマ電源と
を有するイオン・プラズマ型電子銃。
An ion plasma type electron gun for accelerating positive ions in plasma to collide with a cathode and extracting secondary electrons generated from the cathode to the outside, wherein a repetition frequency of a plasma pulse is determined based on a desired dose. And a plasma power supply for applying an anode voltage pulse having a constant pulse width to the plasma generating anode at the repetition frequency.
【請求項2】 前記演算回路がプラズマ励起中のプラズ
マ電流目標値を設定でき、 前記プラズマ電源が、プラズマ回路中に流れるプラズマ
電流を測定する手段と、測定したプラズマ電流とプラズ
マ電流目標値との差に基づいてアノード電圧パルスを修
正する手段とを有する請求項1記載のイオン・プラズマ
型電子銃。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic circuit is capable of setting a plasma current target value during plasma excitation, wherein the plasma power supply is means for measuring a plasma current flowing through the plasma circuit; Means for correcting the anode voltage pulse based on the difference.
【請求項3】 さらに、カソードに負の高電圧を印加
し、カソードに流れるカソード電流を測定できる高圧電
源と、 測定したカソード電流を平均化して平均カソード電流を
表す信号を発生する手段とを有し、前記演算回路が前記
平均カソード電流に基づいて前記プラズマ電流目標値を
制御する請求項2記載のイオン・プラズマ型電子銃。
And a means for applying a high negative voltage to the cathode to measure a cathode current flowing through the cathode, and a means for averaging the measured cathode current to generate a signal representing the average cathode current. 3. The ion plasma type electron gun according to claim 2, wherein said arithmetic circuit controls said plasma current target value based on said average cathode current.
【請求項4】 プラズマ中の正イオンを加速してカソー
ドに衝突させ、カソードから発生する2次電子を外部に
取り出すイオン・プラズマ型電子銃の制御方法であっ
て、 所望線量に基づいてプラズマパルスの繰り返し周波数を
決定する工程と、 プラズマ発生用アノードに一定パルス幅のアノード電圧
パルスを前記繰り返し周波数で印加する工程とを有する
イオン・プラズマ型電子銃の制御方法。
4. A method for controlling an ion plasma type electron gun for accelerating positive ions in plasma to collide with a cathode and extracting secondary electrons generated from the cathode to the outside, wherein a plasma pulse is generated based on a desired dose. Determining a repetition frequency of: and applying an anode voltage pulse having a constant pulse width to the plasma generating anode at the repetition frequency.
【請求項5】 さらに、プラズマ励起中のプラズマ電流
目標値を設定する工程と、 プラズマ回路中に流れるプラズマ電流を測定する工程
と、 測定したプラズマ電流とプラズマ電流目標値との差に基
づいてアノード電圧パルスを修正する工程とを有する請
求項4記載のイオン・プラズマ型電子銃の制御方法。
5. A step of setting a target value of a plasma current during plasma excitation, a step of measuring a plasma current flowing through a plasma circuit, and an anode based on a difference between the measured plasma current and the target value of the plasma current. 5. The method according to claim 4, further comprising the step of correcting the voltage pulse.
【請求項6】 さらに、カソードに負の高電圧を印加
し、カソードに流れるカソード電流を測定する工程と、 測定したカソード電流を平均化して平均カソード電流を
表す信号を発生する工程と、 前記平均カソード電流に基づいて前記プラズマ電流目標
値を制御する工程とを有する請求項5記載のイオン・プ
ラズマ型電子銃の制御方法。
6. A step of applying a negative high voltage to the cathode to measure a cathode current flowing through the cathode, averaging the measured cathode currents to generate a signal representing an average cathode current, and 6. The method according to claim 5, further comprising the step of controlling the target value of the plasma current based on a cathode current.
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