JPH01248452A

JPH01248452A - イオンビーム中性化装置

Info

Publication number: JPH01248452A
Application number: JP7758188A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nishigami; 靖明西上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-04

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〕この発明は、いわゆるメカニカルスキャン型のイオン注
入装置において、イオン照射対象物を周縁部に装着して
定速回転および往復並進移動するディスクの前方空間に
電子を放射してイオンビームを中性化するイオンビーム
中性化装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のメカニカルスキャン型のイオン注入装置において
は、イオン照射対象物がイオンビームの照射によりチャ
ージアップして静電破壊するのを防止するために、イオ
ン照射対象物を周縁部に装着して定速回転および往復並
進移動するディスクの前方空間に電子を放射してイオン
ビームを中性化するイオンビーム中性化装置を設けてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このイオンビーム中性化装置は、ディスクの
前方空間への電子の放射量についての制御は全く行われ
ていなかったので、イオンビームのビーム電流値が変化
した場合に、電子が不足して十分に中和できずにイオン
照射対象物が正極性にチャージアップしたり、あるいは
電子が過剰になってイオン照射対象物が負極性にチャー
ジアップするという問題があった。

したがって、この発明の目的は、ビーム電流値の変動に
かかわらずイオンビームを最適に中性化してイオン照射
対象物の正極性および負極性のチャージアップを一定レ
ベル以下に抑制することができるイオンビーム中性化装
置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明のイオンビーム中性化装置は、イオン照射対象
物を装着したディスクの前方空間にイオンビーム中和用
の熱電子を放射するフィラメントの他に、ディスク電流
検出回路と、比較回路と、フィラメント電流制御回路と
を備えている。

ディスク電流検出回路は、ディスクに流れるディスク電
流に対応したディスク電流対応電圧を出力する。比較回
路は、ディスク電流対応電圧を上限ディスク電流設定値
電圧および下限ディスク電流設定値電圧とそれぞれ比較
し、ディスク電流対応電圧が上限ディスク電流設定値電
圧を上回ったときに第１の信号を発生し、ディスク電流
対応電圧が下限ディスク電流設定値電圧を下回ったとき
に第２の信号を発生し、ディスク電流対応電圧が上限デ
ィスク電流設定値電圧および下限ディスク電流設定値電
圧間の範囲にあるときに第３の信号を発生する。フィラ
メント電流制御回路は、比較回路の第１の信号に応答し
てフィラメント電流を設定値から増加させ、比較回路の
第２の信号に応答してフィラメント電流を設定値から減
少させ、比較回路の第３の信号に応答してフィラメント
電流を設定値にする。

〔作　　　用〕

この発明の構成によれば、フィラメントからディスクの
前方空間にイオンビーム中和用の熱電子を放射している
間において、ディスクに流れるディスク電流がディスク
電流検出回路により検出され、ディスク電流検出回路か
らディスク電流対応電圧が出力される。

イオンビームのビーム電流の変動により、例えばイオン
ビーム中和用の熱電子が不足すると、ディスク電流対応
電圧が上限ディスク電流設定値電圧を上回ることになり
、比較回路が第１の信号を発生する。この結果、フィラ
メント電流制御回路がフィラメント電流を設定値から増
加させる。

また、イオンビーム中和用の熱電子が過剰となると、デ
ィスク電流対応電圧が下限ディスク電流設定値電圧を下
回ることになり、比較回路が第２の信号を発生する。こ
の結果、フィラメント電流制御回路がフィラメント電流
を設定値から減少させる。

また、イオンビーム中和用の熱電子が適正な範囲になる
と、ディスク電流対応電圧が上限ディスク電流設定値電
圧および下限ディスク電流設定値電圧間の範囲にもどり
、比較回路が第３の信号を発生する。この結果、フィラ
メント電流制御回路がフィラメント電流を設定値にする
。

以上のフィラメント電流の増減制御の結果、ビーム電流
値の変動にかかわらず、ディスク電流が上限ディスク電
流設定値および下限ディスク電流設定値間の範囲に保持
される。この結果、ビーム電流値の変動にかかわらずイ
オンビームを最適に中性化してイオン照射対象物の正極
性および頁捲性のチャージアップを一定しヘル以下に抑
制することができる。

〔実　施　例〕この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。この
イオンビーム中性化装置は、イオン照射対象物ｌを装着
したディスク２の前方空間にイオンビーム中和用の熱電
子を放射するフィラメント３の他に、ディスク電流検出
回路１１と、比較回路】２と、フィラメント電流制御回
路１３とを備えている。

ディスク電流検出回路１１は、ディスク２に流れるディ
スク電流■、に対応したディスク電流対応電圧ＶＤを出
力する。比較回路１２は、ディスク電流対応電圧■。を
上限ディスク電流設定値電圧ＶＴ□　（ディスク電流設
定値近傍の値）および下限ディスク電流設定値電圧Ｖｔ
ｗｚ　　（ディスク電流設定値近傍の値）とそれぞれ比
較し、ディスク電流対応電圧ＶＤが上限ディスク電流設
定値電圧■、□を上回ったときに第１の信号Ｓ１を発生
し、ディスク電流対応電圧■。が下限ディスク電流設定
値電圧Ｖ　ＴＨ２を下回ったときに第２の信号Ｓ。

を発生し、ディスク電流対応電圧ＶＤが上限ディスク電
流設定値電圧■、□および下限ディスク電流設定値電圧
Ｖ　１Ｎ１間の範囲にあるときに第３の信号Ｓ１を発生
する。フィラメント電流制御回路１３は、比較回路１２
の第１の信号Ｓ１に応答してフィラメント電流■、を設
定値から増加させ。

比較回路１２の第２の信号Ｓヨに応答してフィラメント
電流！、を設定値から減少させ、比較回路１２の第３の
信号Ｓｓに応答してフィラメント電流ＩＦを設定値にす
る。

このイオンビーム中性化装置によれば、フィラメント３
からディスク２の前方空間に熱電子を矢印Ａの方向に放
射し、この熱電子がニュートラルカップ５に衝突するこ
とにより発生する二次電子がビーム電流４とともにディ
スク２に流れ、ディスク電流！。がディスク電流検出回
路１１により検出され、ディスク電流検出回路１１から
ディスク電流対応電圧Ｖ、が出力される。

イオンビーム４のビーム電流の変動により、例えばイオ
ンビーム中和用の熱電子によって発生させられた二次電
子が不足すると、ディスク電流対応電圧Ｖｌが上限ディ
スク電流設定値電圧ｖ７．。

を上回ることになり、比較回路１２が第１の信号Ｓ１を
発生する。この結果、フィラメント電流制御回路１３が
フィラメント電流！２を設定値から増加させる。この結
果、熱電子が設定値より増加し、熱電子が増加すると、
熱電子により発生する二次電子が増加する。

また、イオンビーム中和用の熱電子が過剰となると、デ
ィスク電流対応電圧■。が下限ディスク電流設定値電圧
■？□を下回ることになり、比較回路１２が第２の信号
Ｓ！を発生する。この結果、フィラメント電流制御回路
１３がフィラメント電流１ｒを設定値から減少させる。

この結果、熱電子が設定値より減少し、それに伴って発
生する二次電子が減少する。

また、イオンビーム中和用の熱電子が適正な範囲になる
と、ディスク電流対応電圧ＶＤが上限ディスク電流設定
値電圧Ｖｔ５ｌおよび下限ディスク電流設定値電圧Ｖ　
ＴＨＮ間の範囲にもどり、比較回路１２が第３の信号Ｓ
、を発生する。この結果、フィラメント電流制御回路１
３がフィラメント電流１．を設定値にする。この結果、
熱電子が設定値になる。

以上のフィラメント電流ｉ、の増減制御の結果、ビーム
電流値の変動にかかわらず、ディスク電流■。が上限デ
ィスク電流設定値Ｉ、□および下限ディスク電流設定値
＋ｙ、Ｉｔ間の範囲に保持される。

この結果、ビーム電流値の変動にかかわらずイオンビー
ム４を最適に中性化することができる。したがって、イ
オン照射対象物１の正極性および頁捲性のチャージアン
プを一定レベル以下に抑制することができる。

以下、このイオンビーム中性化装置を詳しく説明する。

このイオンビーム中性化装置は、ディスク２の前方空間
に、例えばイオンビーム４の通過経路を囲むようにニュ
ートラルカップ５を配置し、ニュートラルカップ５にフ
ィラメント３を対向配置している。また、フィラメント
３にフィラメント１１ｆｔｆｉ６を接続し、フィラメン
ト３の一端とニュートラルカップ５との間にエミッシッ
ン電源７を接続している。また、ニュートラルカップ５
は、ディスク電流検出用の抵抗８を介してディスク２に
接続している。なお、９はカレントインテグレータであ
る。

この構成により、フィラメント電源６からフィラメント
３に対しフィラメント電流■、が供給され、フィラメン
ト３からイオンビーム中和用の熱電子が発生する。そし
て、この熱電子がエミッション電源７の電圧によってニ
ュートラルカップ５に引き寄せられてニュートラルカッ
プ５に衝突し、ニュートラルカップ５から二次電子が発
生してニュートラルカップ５内の空間を漂うことになる
。

このような状態において、イオンビーム４がディスク２
上のイオン照射対象物１に向けて照射されると、このと
きにイオンビーム４の流れに引き寄せられて二次電子が
矢印Ｂの方向に移動し、ディスク２およびイオン照射対
象物ｌに当ることにす／）、イオン照射対象物１へのイ
オンビーム４の照射による正極性のチャージアップを抑
制することになる。

この場合、ディスク２に流れるディスク電流■。

は、イオンビーム４による電流＋０１とニュートラル力
・７プ５からディスク２に流入する二次電子による電流
−■、との和となる。また、ニュートラルカップ５から
フィラメント３に流れる電流１ｗと上記電流Ｉ■とを加
えたものが、エミッション電源７から流れ出す電流■え
に等しくなる。

なお、■はカレントインテグレータ９を流れる電流で、
イオンビーム４のビーム電流に等しい。

ディスク電流検出回路１１は、抵抗８の両端電圧を検出
することにより、ディスク電流・１．を検出する構成で
あり、このディスク電流検出回路１１から出力されるデ
ィスク電流対応電圧■。を比較回路１２にて上限ディス
ク電流設定（直電圧■７□および下限ディスク電流設定
値電圧ｖ　ｔＨｔと比較することにより、第１．第２お
よび第３の信号８１〜Ｓ、の何れかを比較回路１２が出
力することになる。

フィラメント電流制御回路１３は、第１．第２および第
３の信号Ｓ、−Ｓ３に対応してフィラメント電流１ｒを
増減制御するものであるが、具体的には、出力電圧可変
の初期フィラメント電流設定電圧発生回路１４と一定の
微小電圧を発生する電圧発生回路１５と、スイッチング
回路１６と、加算回路１７と、対数変換回路１８と、フ
ィラメント電流調節回路１９とで構成されている。

初期フィラメント電流設定電圧発生回路１４は、規定の
ビーム電流が流れている状態でディスク電流■。がある
適正な値になるような量の熱電子をフィラメント３が発
生するようなフィラメント電流１．に対応して設定した
電圧ＶＦＩを発生する。

また、電圧発生回路１５は、微小直流電圧ＶＦ２を発生
する。

スイッチング回路１６は、比較回路１２の出力信号に応
答して切替動作を行う。具体的には、比較回路１２が第
１の信号Ｓ１を出力したときには、微小直流電圧＋■、
を出力し、比較回路１２が第２の信号Ｓ２を出力したと
きには、微小直流電圧−■、！を出力し、比較回路１２
が第３の信号Ｓ、ｌを出力したときには、零電圧を出力
する。

加算回路１７は、電圧発生回路１４から出力される電圧
Ｖ□とスイッチング回路１６の出力電圧とを加算したも
のを出力する。

対数変換回路１８は、加算回路１７の出力電圧を対数に
変換する。このようにフィラメント電流！Ｖの設定用の
電圧を対数に変換するのは、フィラメント３より放出さ
れる熱電子が設定電圧に対して指数関数的に変化するこ
とに鑑み、フィラメント電流の設定用の電圧が高くなっ
ても同じような精度でフィラメント電流を制御できるよ
うにするためである。

フィラメント電流調節回路１９は、対数変換回路１８の
出力電圧に従ってフィラメント電流ＩＦを増減制御する
ことになる。

このフィラメント電流制御回路１３によれば、イオンビ
ーム中和用の熱電子が不足して比較回路１２から第１の
信号Ｓ１が出力されると、スイッチング回路１６が微小
直流電圧＋ＶＦｔを出力し、加算回路１７からｖｒｌ”
ｖｙｚの電圧が出力されることになり、フィランメト３
にＶＦＩ＋ＶＦｔの電圧に応じたフィラメント電流ＩＦ
が流れ、イオンビーム中和用の熱電子が設定値より増加
する。

また、イオンビーム中和用の熱電子が過剰となって比較
回路１２から第２の信号Ｓｔが出力されると、スイッチ
ング回路１６が微小直流電圧Ｖ１１を出力し、加算回路
１７からＶＦＩ　　ＶＦＲの電圧が出力されることにな
り、フィランメト３にＶＦＩ　　ｖｙ２の電圧に応じた
フィラメント電流ＩＦが流れ、イオンビーム中和用の熱
電子が設定値より減少する。

また、イオンビーム中和用の熱電子が適正看となって比
較回路１２から第３の信号Ｓ、が出力されると、スイッ
チング回路１６が零電圧を出力し、フィランメト３にＶ
ＦＩの電圧に応じたフィラメント電流■、が流れ、イオ
ンビーム中和用の熱電子が設定値になる。

なお、このイオンビーム中性化装置は、加算回路１７の
出力電圧を対数変換回路１８でもって対数に変換してフ
ィラメント電流調節回路１９に加えているため、フィラ
メント電流■、かどのような値であっても同程度の精度
で制御することができる。

〔発　明　の　効　果〕

この発明のイオンビーム中性化装置によれば、ディスク
電流に対応したディスク電流対応電圧を上限ディスク電
流設定値電圧および下限ディスク電流設定値電圧とそれ
ぞれ比較し、その比較結果に基づいてフィラメント電流
を設定値から増減するようにしたので、ビーム電流値の
変動にかかわらずイオンビームを最適に中性化すること
ができる。したがって、イオン照射対象物の正および負
のチャージアンプを一定レベル以下に抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概略図である
。ｌ・・・イオン照射対象物、２・・・ディスク、３・・
・フィラメント、５・・・ニュートラルカップ、１１・
・・ディスク電流検出回路、１２・・・比較回路、１３
・・・フィラメント電流制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

　イオン照射対象物を装着したディスクの前方空間にイ
オンビーム中和用の熱電子を放射するフィラメントと、
前記ディスクに流れるディスク電流に対応したディスク
電流対応電圧を出力するディスク電流検出回路と、前記
ディスク電流対応電圧を上限ディスク電流設定値電圧お
よび下限ディスク電流設定値電圧とそれぞれ比較し、前
記ディスク電流対応電圧が前記上限ディスク電流設定値
電圧を上回ったときに第１の信号を発生し、前記ディス
ク電流対応電圧が前記下限ディスク電流設定値電圧を下
回ったときに第２の信号を発生し、前記ディスク電流対
応電圧が前記上限ディスク電流設定値電圧および前記下
限ディスク電流設定値電圧間の範囲にあるときに第３の
信号を発生する比較回路と、この比較回路の第１の信号
に応答して前記フィラメントに流すフィラメント電流を
設定値から増加させ、前記比較回路の第２の信号に応答
して前記フィラメント電流を前記設定値から減少させ、
前記比較回路の第３の信号に応答して前記フィラメント
電流を前記設定値にするフィラメント電流制御回路とを
備えたイオンビーム中性化装置。