JPH06201836A - イオンビーム検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メンテナンスが不必要であるとともに、目視
に頼らずイオンビームの照射位置及び形状を正確に検出
できるようにする。 【構成】 イオンビームがイオンビーム検出部１に照射
されると、イオンビームの照射位置から赤外線が発生
し、この赤外線がレンズ２により集束され、赤外線セン
サ３に到達する。この赤外線の強度分布信号を画像処理
部４で処理し、画像処理部４に対して適当な閾値を閾値
設定部５により設定することで、イオンビームの照射位
置及び形状を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームを検出す
る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビームは、薄膜形成、エッチン
グ、イオン注入、試料分析等に用いられており、例え
ば、小さい穴をもったるつぼの中で蒸着材料を蒸発させ
内部を比較的高い圧力にして小さい穴から吹き出させる
と、原子の塊となって吹き出し、これをイオン化用グリ
ッドと熱陰極を用いてイオン化し、負の電位にしてある
基板に向けて加速し激突させて薄膜を作成するクラスタ
イオンビーム装置や、基板上に電気回路、磁気回路ある
いはその他のパターンを形成するためにイオンビームを
用いてエッチングし、加工を行う装置が知られている。

【０００３】また半導体を不純物でドープする手段とし
て、イオン化した原子を適当なエネルギーにイオン加速
装置で加速し、半導体に打ち込む装置や、試料の表面に
加速されたイオンビームを衝突させ、衝突時に試料から
発生する特性Ｘ線や試料から飛び出してくる原子の状態
等を分析することにより、試料の構成原子や構成してい
る原子がどの深さに存在するか等の分析を行う装置にも
イオンビームが使用されている。

【０００４】これらの装置では、発射されたイオンビー
ムを偏向させるために偏向電圧を変化させた時、基板あ
るいは試料のどの位置にイオンビームが照射されている
のかを知る必要がある。

【０００５】そこで従来図５（ａ）及び図５（ｂ）に示
すようにイオンビーム４１の軌道上に、イオンビームが
照射されると、発光するような蛍光塗料を塗布した基
板、ガラス板等をＡの位置に配置し、その発光状態を観
察できるように、側方や斜め前方に、ガラス、アクリル
等による透明な窓４２を取り付けてＢの方向から直接目
視にて確認するか、ＣＣＤカメラ等の映像を通じてイオ
ンビームの位置、形状等を確認している。

【０００６】またＡの位置には前記の蛍光塗料を塗布し
た基板、ガラス板等に並列に試料すなわちターゲットが
並べられていてイオンビームの位置、形状を確認した
後、試料が蛍光塗料を塗布した基板、ガラス板が配置さ
れていた位置に移動するようになっており、移動が行わ
れてから成膜、エッチング、イオン注入、分析等の所望
の処理を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、イオンビーム
が照射され、蛍光塗料を塗布した基板、ガラス板等が発
光すると、実際にイオンビームが照射されている部分よ
りも広い範囲で発光し、それを操作者が目視により確認
するので正確なイオンビームの位置及び形状の検出がで
きない。

【０００８】また蛍光塗料を用いた場合は、塗料がすぐ
に剥離してしまうのでその都度補修を行わなければなら
ないのでメンテナンスが煩雑である。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決するために創
案されたものであり、イオンビームの照射位置及び形状
を目視に頼らず、正確に検出し、メンテナンスが不必要
であるイオンビーム検出装置を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のイオンビーム検出装置は、イオンビーム検
出部と、イオンビーム検出部からの赤外線を集束させる
レンズと、前記レンズからの赤外線を検出するために２
次元状に配置された赤外線センサと、前記赤外線センサ
から得られた赤外線強度を画像処理する手段とを備えた
ことを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明のイオンビーム検出装置にイオンビーム
が照射されると、まずイオンビームがイオンビーム検出
部に当たり、イオンビーム検出部のイオン照射位置から
赤外線が発生する。発生した赤外線はレンズにより集束
され、２次元状に配置された赤外線センサに到達する。

【００１２】この赤外線センサの出力から赤外線の強度
分布が画像処理されて、イオンビームの照射位置及び形
状が正確に検出される。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を、以下、図１に基づいて
説明する。図１に示すように、本発明のイオンビーム検
出装置は導電性の金属等からなるイオンビーム検出部１
と、レンズ２と、２次元状に配列された焦電センサ等か
らなる赤外線センサ３と画像処理部４と、閾値設定部５
と、表示装置６、電流計７により構成されている。

【００１４】少なくともイオンビーム検出部１と、レン
ズ２と、赤外線センサ３とは一体となってイオンビーム
の軌道上に配置されており、イオンビーム検出部１は電
流計７を通して接地されている。そして、イオンビーム
がイオンビーム検出部１に入射したときの電流を電流計
７で計測するようになっており、イオンビーム検出部１
を導電性の金属にしたことでイオンビームによるチャー
ジアップを防止することができる。

【００１５】次に動作及び閾値を設定する手順について
図１、図２とともに説明する。イオンビームの照射位
置、形状を確認するためにイオンビームが発射される
と、イオンビームは、イオンビーム検出部１に到達し、
イオンビーム検出部１のイオンビームが照射された場所
が発熱することにより赤外線が発生し、照射されたイオ
ンビームの電荷量に比例した電流が、電流計７を介して
イオンビーム検出部１から流れる。この電流量は、イオ
ンビームの種類、イオンビームの加速エネルギーによっ
ても異なる。したがって最初に、イオンビームが例え
ば、水素イオン、窒素イオン等、どのイオンビームであ
るかの種類と、イオンビームのエネルギー（加速電
圧）、及びイオンビーム検出部１から流れる電流のデー
タを取り込む（ＳＴ１）。このデータは、画像処理部４
の中のＣＰＵにより記憶されるが、手動で入力できるよ
うにしても良い。

【００１６】イオンビーム検出部１からの赤外線はレン
ズ２により集束され、２次元状に配列された赤外線セン
サ３で検知され、この検知した赤外線を電流等に変換
し、このセンサ信号を画像処理部４へ送る。画像処理部
４はＣＰＵ、メモリ等を備えており、送られてきたセン
サ信号は赤外線センサ３の２次元状の配列位置に対応し
たメモリのアドレスに記憶されて赤外線強度マップが作
成される。

【００１７】次にこのイオンビーム検出測定が最初であ
れば、前回のイオンビームの種類等のデータは残ってい
ないので今回のイオンビームの種類、イオンビームのエ
ネルギー（加速電圧）、電流量に基づいて閾値を閾値設
定部５により設定し、前回のデータが存在する場合に
は、そのデータと比較し、イオンビームの種類、イオン
ビームのエネルギー（加速電圧）、電流量のどれか一項
目でも変化があれば、再度そのデータに基づいて閾値設
定部５により閾値を設定するが、前回のデータが今回の
データと全く変わらなければ閾値の再設定は行わずに、
前の閾値を用いる（ＳＴ３）。

【００１８】通常荷電量の多いイオンビームや、イオン
ビームのエネルギー（加速電圧）が高くなれば、イオン
ビーム検出部１での赤外線強度が強くなるので、設定閾
値は大きくなる。またイオンビーム検出部１から流れる
電流量は、イオンビームのイオンの個数に比例するので
この電流量も強くなれば、閾値の設定も大きくする必要
がある。

【００１９】さらに閾値の設定については、あらかじめ
イオンビームの種類、イオンビームのエネルギー（加速
電圧）、電流量を変化させた場合の実験的データに基づ
いて基準値を定めておいても良い。

【００２０】画像処理部４では、赤外線センサ３の２次
元状の配列位置に対応したメモリのアドレスに記憶され
ている赤外線強度信号と、この閾値とを比較し、閾値よ
りも大きい信号のみを表示装置６に送出する。このよう
にしてイオンビームの位置、形状の決定が行われる（Ｓ
Ｔ５）。

【００２１】ところで上述のようにイオンビームの位
置、形状の決定を行い表示装置６により観察した場合
に、実際にイオンビームが照射されている部分の位置や
形状がまだ明確にならない場合があり、この場合には再
度閾値の変更設定が必要であるので閾値設定部５により
再設定を行う。そして閾値の変更が必要ないようになれ
ば動作を終了する（ＳＴ６）。

【００２２】イオンビーム検出測定において、イオンビ
ームの種類、イオンビームのエネルギー（加速電圧）、
を変化させた場合には、電流計７を流れる電流量も変化
し、当然上述したルーチンに沿って再度測定を行う必要
があるが、イオンビームの種類、イオンビームのエネル
ギー（加速電圧）が変化していない場合でも装置が電気
的に安定するまでは、時間の経過に伴って、イオンビー
ム検出部１の発熱温度、イオンビームのエネルギー等が
変化するために、赤外線強度の分布状態が変化する。

【００２３】この変化は、イオンビーム検出部１からの
電流に現れるので、電流計７で検知できる。そして上記
の変化に応じて閾値を変化させる必要がある。そこで電
源投入時等の装置が安定していない場合には、一定の周
期で上述のルーチンを繰り返す必要がある。

【００２４】そしてイオンビームの照射位置及び形状を
正確に検出できた後に、イオンビームの軌道上に配置さ
れているイオンビーム検出部１と、レンズ２と、赤外線
センサ３を移動させて、その後の同じ位置に処理を行う
べきターゲット（試料）を配置し、上記イオンビーム検
出時と同様な偏向電圧に設定することで正確にイオンビ
ームを制御することができる。

【００２５】上述のように測定することで、正確にイオ
ンビームの位置、形状を知ることができるとともに、イ
オンビーム検出部１での赤外線発生強度は、イオンビー
ム照射領域での電流密度に比例するので、２次元状に配
列された各赤外線センサ３の分割領域をイオンビーム径
よりも十分小さくしておけば、イオンビームが照射され
ている領域の電流密度分布を各赤外線センサ３の出力信
号と、電流計７の電流量により検出することができる。

【００２６】例えば、イオンビームの形状が、図３に示
すような形であれば、このイオンビームを検出する各赤
外線センサ３は、イオンビーム照射範囲を微小領域に分
割した形で各領域における赤外線強度信号を測定できる
ので分布状態が図３のように検出できる。

【００２７】一方イオンビームが照射されると、イオン
ビーム検出部１から電流計７を介して流れる電流によ
り、イオンビーム全体の電流量を知ることができるの
で、この電流値と、上記各領域における赤外線強度信号
とにより電流密度分布を算出することができる。

【００２８】上述の実施例では、イオンビーム検出部１
を導電性の金属等としたが、図４に示すようにイオンビ
ーム検出部をガラス２１上にＩＴＯ膜のような赤外線を
通過させる透明導電性薄膜２２を形成したものとし、こ
の上にターゲット（試料）２３を取り付け、ＩＴＯ膜の
ような透明導電性薄膜２２を電流計を介して接地するよ
うにしても良い。

【００２９】このようにすれば、イオンビームがターゲ
ット２３上に照射されると、ターゲット２３が発熱し、
発生した赤外線は透明導電性薄膜２２及びガラス２１を
通過していくので赤外線センサ３により検出でき、また
ターゲット２３に照射されたイオンビームの電荷量に比
例した電流がターゲット２３から透明導電性薄膜２２と
電流計を介して流れるので、イオンビームによる発熱電
流も検知でき、イオンビームの検出部とターゲットとを
交互に移動させる必要がなく、イオンビームをターゲッ
トに照射した状態でイオンビームの位置、形状、電流密
度分布の測定を行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のイオンビ
ーム検出装置によれば蛍光塗料を用いていないので、剥
離することがなく、イオンビームの照射位置及び形状を
正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のイオンビーム検出装置を示
す図である。

【図２】本発明のイオンビーム検出装置の閾値設定のフ
ロチャート図である。

【図３】イオンビームの照射領域の赤外線強度分布を示
す図である。

【図４】本発明のイオンビーム検出装置におけるイオン
ビーム検出部の他の実施例である。

【図５】従来のイオンビーム検出手段を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビーム検出部と、イオンビーム検
   出部からの赤外線を集束させるレンズと、前記レンズか
   らの赤外線を検出するために２次元状に配置された赤外
   線センサと、前記赤外線センサから得られた赤外線強度
   信号を画像処理する手段とを備えたことを特徴とするイ
   オンビーム検出装置。