JPH01195644A - イオンビーム電流の測定方法およびその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はイオン源から引き出されるイオンビーム電流の
測定方法に係り、特にイオンビームを照射するターゲッ
トに流れる電流を測定することなくイオンビーム電流を
測定するイオンビーム電流の測定方法およびその制御装
置に関する。

従来の技術 イオン源をイオン注入等に利用する場合、照射している
イオンの量を正確に測定し、モニタする必要がある。

そこで、あらかじめイオン源の放電電力やイオンの引き
出し電圧等に対するイオンビーム量の変化をファラデー
カップ等で測定しておき、それと同一の条件でイオン源
を運転するか、またはイオンビームを照射しているター
ゲットに流れている電流、すなわちイオンビーム電流を
直接測定し、モニタする方法が採られている。

発明が解決しようとする課題 ところが、あらかじめイオンビーム量をファラデーカッ
プ等で測定しておいて、それと同一の条件でイオン源を
運転しても、イオン注入する物質等が放電室内やイオン
引き出し電極に付着し、しだいにイオンビーム量が変化
してしまうという課題があったっ また、ターゲットに流れる電流を測定しようとするとタ
ーゲット毎に電流測定用の端子を取り付けなければなら
ず、工程が複雑になってしまうという課題があった。更
に、イオンを注入する物質が絶縁物の場合は電流を計る
こともできないという課題があった。

本発明は上記課題に鑑み、簡易な構成でイオンビームの
量を正確に測定し、モニタできるイオンビーム電流の測
定方法およびその制御装置を提供することを目的とする
。

課題を解決するだめの手段 上記課題を解決するために、本発明では放電室内のプラ
ズマ、もしくは放電室から引き出されるイオンビームに
電位を与える電線上に流れる電流を測定しこの電流の収
支よりイオンビーム電流を算出する測定方法であり、特
に、プラズマを断続的なパルスで入力する高周波または
直流の電力で発生させ、かつ電位を与える電線上に流れ
る交流成分の実効値電流の収支によりイオンビーム電流
を算出するイオンビーム電流の測定方法である。

まだ、本発明のイオンビーム電流の制御装置は、前記電
線上に流れる電流を測定し、測定された電流の収支より
イオンビーム電流を測定しこの測定値により放電電力ま
たはイオン引き出し電圧を制御する構成となっている。

作用 本発明は、放電電力をパルスにすることによりプラズマ
および引き出されるイオンビームがパルスで生じる。そ
こで、プラズマまたはイオンに電位を与える電線上にも
パルスで電流が流れ、この電流の交流成分の実効値から
イオンビーム電流が正確に測定、モニタできるものであ
る。

実施例 本発明の第１の実施例を第１図を参照しながら説明する
。

第１図は第１の実施例における高周波電力であるマイク
ロ波を放電電力としたイオン源の断面図である。

図中、１は第２図の乙に図示されるような６０Ｈ２の周
期の断続的なパルスで供給される周波数２．４５　ＧＨ
ｚのマイクロ波であり、２はマイクロ波を伝搬する矩形
導波管で途中から内導体３と外導体４から成る同軸管５
に接続している。

マイクロ波１は矩形導波管２から同軸管５を通り放電室
６内に供給されてプラズマ７を発生する。

８と９はイオンビームを引き出すだめのスクリーン電極
と加速電極であり、プラズマ７に放電管６を通して直流
電源１０により正の電圧を印加し、イオンに加速電圧を
与えるため加速電極９に直流電源１１により負の電圧を
印加すると、正電荷を持ったイオンビーム１２が引き出
される。

なお、１３はマイクロ波の反射を調整するだめの可動短
絡板、１４はセラミック製のマイクロ波窓、１６はソレ
ノイドコイルである。

また一般に高出力のイオン源は放電中に放電室等が高温
に加熱されるだめ、冷却水による冷却が不可欠となる。

本実施例では放電管６の周囲を冷却水を通した水冷ジャ
ケット１６を設け、更に内導体３内にも冷却水管１７を
設けて矢印のように冷却水を流し、放電管６と内導体３
を水冷している０ １８は放電管６に正電位を与える電線１９上に流れる交
流成分の実効値電流を測定する電流計、２０は加速電極
９に負電位を与える電線２１上に流れる交流成分の実効
値電流を測定する電流計である。

イオン源全体はアースから構造上は絶縁されているが、
冷却ジャケット１６および内導体３内を流れる冷却水に
よりアースに対して数十にΩ程度の導通があり、直流電
源１ｏに高電圧を印加すると冷却水を通して若干の直流
のリーク電流が流れてしまう。例えば、上記の冷却水の
抵抗を２０にΩとしても直流電源１ｏに２ＫＶを印加す
れば、電線１９には１００ｍ人のリーク電流が流れる。

この状態で放電を開始すると電線１９上には第２図すの
様に上記リーク電流の直流成分と６０Ｈｚのパルス放電
による断続的なパルス状の交流成分の電流が重畳して流
れる。

但し、第２図のｂ　、　ｄの電流はイオン源に入る電流
を下向き、イオン源から出て行く電流を上向きに表して
いる。

また、加速電極９に流れる電流、すなわち電線２１に流
れる電流と、イオンビーム電流も第２図のｃ、ｄに示す
ようにｅｏＨｚの断続的なパルスで流れる。

そこで、電流の収支より電線１９に流れる電流のうち、
冷却水を通って流れるリーク電流を差し引いた電流、す
なわちパルスで流れる交流成分の実効値電流が、電線２
１を流れるパルスの交流成分の実効値電流とパルスで引
き出されるイオンビーム電流の実効値の和になる。

従って、交流成分の実効値電流を測定する電流計１８と
２０の差が引き出されたイオンビーム電流値となる。

上記のように、マイクロ波の放電電力を断続的なパルス
で入力し、プラズマ７に電位を与える電線上に流れる交
流電流の実効値を測定する電流計１８と、イオンビーム
に加速電位を与える電線２１上に流れる交流電流の実効
値、および電流の収支よりイオンビーム電流を正確に求
めることができる。

本実施例では引き出し電極部にスクリーン電極と加速電
極から成る２枚電極構成について説明したが、しばしば
使用される３枚電極構成でもかまわないし、他の電極構
成でも良い。

但し、毎々の電極毎に交流の実効値を測定する電流計を
設ける必要がある。

丑だ本実施例ではマイクロ波を断続的なパルスで入力す
る周波数としてｅｏＨｚを用いたが、本発明はこの周波
数に限定されるものではない。

更に、引き出されるイオンビームの計を増やすために、
第２図のａのマイクロ波入力のオンの状態の時間を長く
した第３図のａのような断続的なパルス入力でも良い。

この場合イオンビーム電流も第３図のｂのように増える
。

なお、本実施例では高周波電力の発生素子であるマグネ
トロンに６０Ｈ２の半波整流した断続的なパルスの直流
電圧を印加することにより６０Ｈ２のパルスのマイクロ
波電力を得ているが、他の方法によりパルスを発生させ
ても良い。

また、本発明はパルス放電と交流成分の実効値電流の測
定を必須とするものではなく、プラズマもしくはイオン
に電位を与える電線上に流れる電流の収支からイオンビ
ーム電流を算出するものであり、連続的な放電を行い上
記電線上に流れる電流の収支からイオンビーム電流を算
出しても良い。

但しこの場合は、冷却水等によるリーク電流の補正が必
要であることは言うまでもない。

以上のように制御装置２６は、イオンビーム電流を測定
しモニタして、そのイオンビーム電流が一定になる様に
放電電力やイオンの引き出し電圧等を制御するものであ
る。

本発明の第２の実施例を第４図を参照にして説明する。

第４図は直流電力を放電電力としたカウフマン型のイオ
ン源の断面図である。

第４図において、第１図と同一のものには同一の番号を
付けている。

２２は熱電子放熱用のフィラメントであり、２３はフィ
ラメント２２を加熱するための電源、２４は放電電源で
あり直流の断続的なパルスで放電電力を発生する。

２５は放電管６に正の電圧を印加している電線である。

この場合も前述のマイクロ波を用いたイオン源と同様に
交流成分の実効値電流計１８と２０の電流値、および電
流の収支よりイオンビーム電流を正確に求めることがで
きる。

なお、本実施例は、イオン注入用のイオン源にのみ限ら
れるものではなく、イオンビームスパッタやプラズマＣ
ＶＤ　、エツチング、成膜時のイオンミキシングやイオ
ンアシスト蒸着等、イオン源全てに適用できるものであ
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、イオンビームの問を正確
にモニタすることができ、壕だイオンを注入するターゲ
ットにイオン電流測定用の端子を取り付ける必要もなく
、更に、絶縁物のターゲットの場合にも照射しているイ
オンビームの量を正確に測定し、モニタすることができ
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるイオンビーム電
流の測定方法を具現化する装置に用いられるマイクロ波
イオン源の断面図、第２図は断続的なマイクロ波入力と
電流を示す波形図、第３図はオン時間の長い場合のマイ
クロ波入力とイオンビーム電流を示す波形図、第４図は
本発明を用いた直流放電のイオン源の断面図である。 ６・・・・・・放電管、９・・・・・・加速電極、１０
．１１・・・・・・直流電源、１８．２０・・・・・・
交流の実効値電流計、１９・・・・・・プラズマに電圧
を印加する電線、２１・・・・・・イオンに電圧を印加
する電源。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名６−
−−放電臂 ワー　加速を極 ＩＱ、　／／・−直；Ｘ’Ｌ、電源 印加オる電線 第２図 （ｂ）　　を凍１８に協〕にる電漁 第３図 相 （α）　工ｚ７１グＩ］シ只ξ〜νε力（ｂ）　　４オ
ンビーム畝流

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電室内のプラズマ、もしくは前記放電室から引
   き出されるイオンに電位を与える電線上に流れる電流を
   測定し、測定された電流の収支よりイオンビーム電流を
   算出するイオンビーム電流の測定方法。
2. （２）放電室内のプラズマを断続的なパルスで入力する
   高周波または直流の電力で発生させ、かつ電線上に流れ
   る交流成分の実効値電流を測定する特許請求の範囲第１
   項記載のイオンビーム電流の測定方法。
3. （３）放電室内のプラズマ、もしくは前記放電室から引
   き出されるイオンに電位を与える電線を設け、前記電線
   上に流れる電流を測定し、測定された電流の収支よりイ
   オンビーム電流を測定しこの測定値により放電電力また
   はイオン引き出し電圧を制御するイオンビーム電流の制
   御装置。