JPH0517910U - フアラデーケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ファラデーケージは、ビーム入射口を設定す
るマスクスリット５と、電位障壁を形成する開口部４ａ
を有したサプレッサー電極４と、ビーム入射口に対応し
た入射面積でイオンビーム１のビーム電流を検出するフ
ァラデーカップ２とを有している。そして、上記のサプ
レッサー電極の開口部４ａは、阻止可能面積単位に区分
化されて複数形成されているもの。 【効果】 電位障壁がサプレッサー電極４の複数の開口
部４ａでそれぞれ形成されるため、ビーム入射口を拡大
してファラデーカップ２の入射面積を拡大した場合で
も、開口部４ａの数量を増加させることで常に所定の阻
止能力を維持できる。従って、ファラデーカップ２の入
射面積の拡大に伴う外壁部２ｂ等の調整が不要になるた
め、体積の増大を招来することなくビーム入射口を拡大
させることが可能になる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、イオンビームや電子ビームのビーム電流を検出するファラデーケー ジに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

イオン注入装置は、イオンビームを用いることで、所要の不純物イオンをイオ ン照射対象物へ任意の量、任意の深さに制御性良く注入できることから、例えば 半導体への不純物の注入や新素材の研究開発等の用途に多用されている。

【０００３】 上記のイオン注入装置は、通常、ファラデーケージを用いたビーム電流の測定 により、イオン照射対象物への注入ドーズ量が検出されるようになっているが、 このドーズ量は、イオン照射対象物の物性に大きな影響を与えるため、高精度な 検出が要望されている。従って、従来のファラデーケージは、図５および図６に 示すように、ファラデーケージのビーム入射口を設定するマスクスリット５４と 、上記のビーム入射口に対応した入射面積を有し、ビーム電流を検出するファラ デーカップ５１との間に、負電位の印加されたサプレッサー電極５２を介装した 構成にされており、サプレッサー電極５２によりファラデーカップ５１の開口部 ５１ａの前方に電位障壁を形成するようになっている。

【０００４】 これにより、従来のファラデーケージは、サプレッサー電極５２の電位障壁に より、イオンビーム５３のファラデーカップ５１への衝突時に発生する二次電子 がファラデーカップ５１外へ漏洩することを防止すると共に、ファラデーカップ ５１外の電子がファラデーカップ５１内に流入することを防止することで、イオ ンビーム５３のビーム電流を高精度に検出することが可能になっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来のファラデーケージでは、イオンビーム５３のビーム 電流を広範囲に検出するためにビーム入射口を拡大する場合、下記の問題を生じ ている。

【０００６】 即ち、ビーム入射口を拡大する場合には、入射面積も拡大する必要があるため 、マスクスリット５４の開口部５４ａと共に、サプレッサー電極５２の開口部５ ２ａおよびファラデーカップ５１の開口部５１ａを拡大させる必要がある。とこ ろが、サプレッサー電極５２により形成される電位障壁は、開口部５２ａの周縁 部から最も離れた中心部に位置するに伴って電子の通過を阻止する阻止能力が低 下するものである。

【０００７】 従って、電位障壁は、サプレッサー電極５２の開口部５２ａの拡大により、中 心部の阻止能力が一層低下することになり、この阻止能力の低下は、電子のファ ラデーカップ５１への出入りを増大させることで、ビーム電流の高精度な検出を 困難にすることになる。これにより、従来のファラデーケージでは、サプレッサ ー電極５２の開口部５２ａの拡大に伴う電位障壁の阻止能力の低下をサプレッサ ー電極５２を長くすることで補うことが必要になっている。

【０００８】 また、ファラデーカップ５１の側壁部５１ｂは、イオンビーム５３の衝突時に 発生する二次電子やイオンを吸収してファラデーカップ５１外へ漏洩することを 防止するようになっており、開口部５１ａの拡大に伴って高くすることが漏洩の 確率を低下させる上で必要になっている。

【０００９】 このように、従来のファラデーケージは、ファラデーケージのビーム入射口を 拡大させる場合、ビーム電流の高精度な検出を維持するため、サプレッサー電極 ５２を長くすると共に、ファラデーカップ５１の側壁部５１ｂを高くする必要が あり、体積の増大により設計の自由度を低下させるという問題を有している。尚 、上記の問題は、イオンビーム５３に限らず、電子ビームのビーム電流を広範囲 に検出する際にも同様に生じるものである。

【００１０】 従って、本考案においては、ビーム電流の高精度な検出を維持した状態で、体 積を増大させることなくファラデーケージのビーム入射口を拡大させ、上記の問 題を解決することができるファラデーケージを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案のファラデーケージは、上記課題を解決するために、ビーム入射口を設 定するマスクスリットと、電位障壁を形成する開口部を有したサプレッサー電極 と、上記ビーム入射口に対応した入射面積でイオンビームのビーム電流を検出す るファラデーカップとを有している。そして、上記のサプレッサー電極の開口部 は、阻止可能面積単位に区分化されて複数形成されていることを特徴としている 。

【００１２】

【作用】

上記の構成によれば、電位障壁は、サプレッサー電極の阻止可能面積単位に区 分化された複数の開口部でそれぞれ形成されることになる。従って、各開口部で 形成される電位障壁は、ビーム入射口を拡大してファラデーカップの入射面積を 拡大した場合でも、区分化された開口部の数量を増加させることで常に所定の阻 止能力を維持できることになる。

【００１３】 従って、上記の各電位障壁は、電子のファラデーカップへの出入りを充分に防 止することができるため、ファラデーカップの入射面積の拡大に伴う外壁部や内 壁部の高さの調整を不要にすることになると共に、サプレッサー電極の長さの調 整も不要にすることになる。これにより、ファラデーケージは、ビーム電流の高 精度な検出を維持した状態で、設計の自由度を制限させる体積の増大を招来する ことなくファラデーケージのビーム入射口を拡大させることが可能になっている 。

【００１４】

【実施例】

本考案の一実施例を図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである 。

【００１５】 本実施例に係るファラデーケージは、例えばハイブリッド方式のイオン注入装 置に設けられており、図１および図２に示すように、走査電極で水平スキャンさ れたイオンビーム１が入射されるファラデーカップ２を有している。このファラ デーカップ２には、電流計３が接続されており、電流計３は、イオンビーム１に よりファラデーカップ２に生じたビーム電流を検出し、電流値を測定可能にする ようになっている。

【００１６】 上記のファラデーカップ２は、イオンビーム１の進行方向に対して略垂直方向 に配置された底面部２ａを有している。尚、この底面部２ａは、イオンビーム１ との衝突時に二次電子の発生を抑制させるため、例えばカーボンで形成されてい たり、或いは照射面が円錐形や傾斜して形成されていることが望ましい。

【００１７】 上記の底面部２ａには、イオンビーム１の入射方向へ立ち上げられた外壁部２ ｂが周縁部に形成されている。この外壁部２ｂで囲まれる外側開口部２ｆの入射 面積は、後述のマスクスリット５で設定されるビーム入射口に対応した大きさに 設定されており、外側開口部２ｆの長手方向の外壁部２ｂ・２ｂ間には、外壁部 ２ｂ・２ｂ間を適当な間隔で区切る内壁部２ｃ・２ｃが形成されている。そして 、これらの内壁部２ｃ・２ｃと外壁部２ｂとは、上述の外側開口部２ｆを区分化 する開口部２ｄ・・を形成するようになっていると共に、底面部２ａとで空間部 ２ｅ・・を形成するようになっている。尚、これらの空間部２ｅ・・は、二次電 子を外壁部２ｂと内壁部２ｃ・２ｃとで充分に吸収できる程度の容積を有してい ることが望ましい。

【００１８】 上記のファラデーカップ２のイオンビーム１の入射方向（以下ビーム入射方向 と称する。）には、例えば−数百Ｖ〜−１千Ｖ程度の負電位を印加されたサプレ ッサー電極４が配設されている。このサプレッサー電極４は、阻止可能面積単位 に区分化された複数の開口部４ａ・・を有しており、これらの開口部４ａ・・は 、ファラデーカップ２の開口部２ｄ・・と同数で略同一形状に形成されている。

【００１９】 そして、これらの開口部４ａ・・は、ファラデーカップ２の開口部２ｄ・・の ビーム入射方向側に負電位の電位障壁を面状に形成するようになっている。

【００２０】 尚、上記の阻止可能面積とは、各開口部４ａ・・により形成された電位障壁が 、イオンビーム１とファラデーカップ２との衝突で生じた二次電子等のファラデ ーカップ２外への漏洩を防止できると共に、ファラデーカップ２外の電子の空間 部２ｅ・・への入り込みを防止できる程度の面積のことである。

【００２１】 さらに、サプレッサー電極４のビーム入射方向には、サプレッサー電極４の開 口部４ａ・・と同数の開口部５ａ・・が形成されたマスクスリット５が配設され ている。そして、これらの開口部５ａ・・は、イオンビーム１がファラデーカッ プ２の各空間部２ｅ・・へ入射するビーム入射口の入射面積を決定するようにな っており、この入射面積がビーム電流とでドーズ量の算出に使用されるようにな っている。

【００２２】 上記の構成において、ファラデーケージの動作について説明する。

【００２３】 先ず、イオンビーム１が走査電極で平行スキャンされながらマスクスリット５ 方向に進行することになる。マスクスリット５に到達したイオンビーム１は、マ スクスリット５の開口部５ａ・・からなるビーム入射口を介してサプレッサー電 極４の開口部４ａ・・を通過し、ファラデーカップ２の空間部２ｅ・・に到達す ることになる。空間部２ｅ・・に到達したイオンビーム１は、底面部２ａや外壁 部２ｂ、内壁部２ｃ・２ｃに衝突し、空間部２ｅ・・に二次電子を放出させるこ とになる。そして、上記の二次電子は、空間部２ｅ・・の任意の方向へ飛散する ことになり、一部が外壁部２ｂや内壁部２ｃ・２ｃ、底面部２ａに衝突して吸収 されることになる一方、残りが開口部２ｄ・・方向へ移動することになる。

【００２４】 この際、開口部２ｄ・・のビーム入射方向には、サプレッサー電極４により負 電位の電位障壁が形成されており、この電位障壁は、各開口部４ａ・・の周縁部 の負電位によりそれぞれ形成されている。従って、各電位障壁は、電子の通過を 阻止する阻止能力の低下が中心部でも僅かなものになっており、開口部２ｄ・・ 方向へ移動する全ての二次電子は、各電位障壁により移動方向が変更されて空間 部２ｅ・・内に閉じ込められることになる。

【００２５】 これにより、上記の各電位障壁は、空間部２ｅ・・の全ての二次電子を外壁部 ２ｂや内壁部２ｃ・２ｃ、底面部２ａに衝突させて吸収させることになると共に 、ファラデーカップ２外の電子の空間部２ｅ・・への侵入を阻止することになり 、イオンビーム１のビーム電流は、ファラデーカップ２から電流計３を流れる電 流で高精度に検出されることになる。尚、上記のイオンビーム１は、一部がマス クスリット５の開口部５ａ・・以外の部分で遮断されることになるが、この遮断 による検出誤差は、開口部５ａ・・と開口部５ａ・・以外の部分との幾何学的面 積比により算出できるため、精度の低下を招来することはない。

【００２６】 このように、本実施例のファラデーケージは、ファラデーカップ２の電位障壁 がサプレッサー電極４の各開口部４ａ・・でそれぞれ形成されており、各開口部 ４ａ・・で形成される電位障壁は、ファラデーカップ２の外側開口部２ｆで設定 される入射面積を拡大した場合でも、開口部４ａ・・の数量を増加させることで 常に所定の阻止能力を維持できるようになっている。

【００２７】 従って、上記の各電位障壁は、電子のファラデーカップ２への出入りを充分に 防止することができることになり、外側開口部２ｆの入射面積の拡大に伴う外壁 部２ｂや内壁部２ｃ・２ｃの高さの調整を不要にすると共に、サプレッサー電極 ４の長さの調整も不要にすることになる。これにより、ファラデーケージは、ビ ーム電流の高精度な検出を維持した状態で、設計の自由度を制限させる体積の増 大を招来することなくファラデーケージのビーム入射口を拡大させることが可能 になっている。

【００２８】 尚、本実施例のファラデーケージのファラデーカップ２には、内壁部２ｃ・２ ｃが底面部２ａに一体的に形成されているが、これに限定されることはない。即 ち、ファラデーカップ２は、図３に示すように、底面部２ａと外壁部２ｂとで形 成されていても良い。さらに、ファラデーカップ２は、図４に示すように、それ ぞれが独立したファラデーカップ６・・の集合体であっても良く、この場合には 、ファラデーケージのビーム入射口を容易に変更することができる。

【００２９】 また、本実施例のファラデーケージは、ハイブリッド方式のイオン注入装置に 設けられているが、これに限定されることはなく、例えばビームスキャン方式や メカニカルスキャン方式のイオン注入装置に設けられていても良く、さらに、電 子ビームを使用する電子ビーム加工装置に設けられていても良い。但し、上記の イオンビーム１や電子ビームは、ファラデーケージの全面に対して略垂直方向に 照射されることが望ましい。

【００３０】

【考案の効果】

本考案のファラデーケージは、以上のように、ビーム入射口を設定するマスク スリットと、電位障壁を形成する開口部を有したサプレッサー電極と、上記ビー ム入射口に対応した入射面積でイオンビームのビーム電流を検出するファラデー カップとを有しており、上記サプレッサー電極の開口部が、阻止可能面積単位に 区分化されて複数形成されている構成である。

【００３１】 これにより、電位障壁がサプレッサー電極の阻止可能面積単位に区分化された 複数の開口部でそれぞれ形成されるため、ビーム入射口を拡大してファラデーカ ップの入射面積を拡大した場合でも、区分化された開口部の数量を増加させるこ とで常に所定の阻止能力を維持できることになる。そして、この阻止能力の維持 は、ファラデーカップの入射面積の拡大に伴う外壁部や内壁部の高さの調整やサ プレッサー電極の長さの調整を不要にすることになることから、ビーム電流の高 精度な検出を維持した状態で、設計の自由度を制限させる体積の増大を招来する ことなくビーム入射口を拡大させることが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のファラデーケージの横断面を示す説明
図である。

【図２】ファラデーケージの縦断面を示す説明図であ
る。

【図３】ファラデーケージ横断面を示す説明図である。

【図４】ファラデーケージ横断面を示す説明図である。

【図５】従来例を示すものであり、ファラデーケージの
横断面を示す説明図である。

【図６】ファラデーケージの縦断面を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ ファラデーカップ ２ａ 底面部 ２ｂ 外壁部 ２ｃ 内壁部 ２ｄ 開口部 ２ｅ 空間部 ２ｆ 外側開口部 ３ 電流計 ４ サプレッサー電極 ４ａ 開口部 ５ マスクスリット ５ａ 開口部 ６ ファラデーカップ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ビーム入射口を設定するマスクスリット
   と、電位障壁を形成する開口部を有したサプレッサー電
   極と、上記ビーム入射口に対応した入射面積でイオンビ
   ームのビーム電流を検出するファラデーカップとを有す
   るファラデーケージにおいて、上記サプレッサー電極の
   開口部が阻止可能面積単位に区分化されて複数形成され
   ていることを特徴とするファラデーケージ。