JPH07281000A - Charge convertor for measuring beam quantity - Google Patents

Charge convertor for measuring beam quantity

Info

Publication number
JPH07281000A
JPH07281000A JP10057994A JP10057994A JPH07281000A JP H07281000 A JPH07281000 A JP H07281000A JP 10057994 A JP10057994 A JP 10057994A JP 10057994 A JP10057994 A JP 10057994A JP H07281000 A JPH07281000 A JP H07281000A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
nozzle
charge
charge conversion
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10057994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Yahiro
知行 八尋
Mutsumi Nishifuji
睦 西藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP10057994A priority Critical patent/JPH07281000A/en
Priority to DE69411882T priority patent/DE69411882T2/en
Priority to EP94120961A priority patent/EP0663671B1/en
Priority to KR1019950000301A priority patent/KR100358966B1/en
Priority to US08/371,775 priority patent/US5543615A/en
Publication of JPH07281000A publication Critical patent/JPH07281000A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure a neutron quantity in addition to charge conversion by passing charged particles in a high speed gas fluid, converting electric charge into neutron particles, and immediately detecting ions produced in the gas fluid as electric current. CONSTITUTION:A pass hole 16 of beams 1, 2 is provided halfway of a gas divergent nozzle 5. Gas flow 3 which is made expansion and high speed with the nozzle 5 from a gas reservoir 4 becomes a supersonic jet and has directivity in a tank 6. After the gas flow 3 collides with the ion beam 1 and electric charge is converted, and exhausted. Gas 13 ionized in the gas flow 3 by bias voltage of a power source 9 is collected in the nozzle 5. When it is collected, electric current is allowed to flow to the ground, measured with an ammeter 10, and a charged quantity of the ionization gas 13 can be measured. Because the charged quantity is equal to the other charged quantity in which the gas flow 3 is charge-converted from the charged particle beam 1 into the neutron particle beam 2, the current of the ammeter 10 is proportional to charge- converted neutron particle quantity. Thereby, the measurement of the neutron particle quantity can be made possible.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造等に使用す
る、イオンビーム等の高速荷電粒子ビームの電荷を変換
し中性粒子ビームとするビーム荷電変換装置に係り、特
に同時にそこで得られた中性粒子の量を測定することの
できるビーム量測定荷電変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam charge converter for converting a charge of a high-speed charged particle beam such as an ion beam into a neutral particle beam, which is used in the manufacture of semiconductors. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam amount measurement charge conversion device capable of measuring the amount of functional particles.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来この種の荷電変換装置には、図4に
示すガスセルと呼ばれる装置が用いられていた。ガスセ
ルは、真空容器内に粒子ビームが通過する穴16のあい
たガス容器6を入れ、そのガス容器6内を荷電粒子ビー
ム1を通して、ガス導入パイプから導入されたガス3と
接触させ、荷電変換するものである。又、金属蒸気セル
と呼ばれるガスセルのガスとして、Li等のアルカリ金
属蒸気を使ってその蒸気内を荷電粒子ビーム1を通して
荷電粒子と金属蒸気を接触させ荷電変換するものがあっ
た。
2. Description of the Related Art Conventionally, a device called a gas cell shown in FIG. 4 has been used for this type of charge conversion device. In the gas cell, a gas container 6 having a hole 16 through which a particle beam passes is placed in a vacuum container, and the gas container 6 is passed through a charged particle beam 1 and brought into contact with a gas 3 introduced from a gas introduction pipe for charge conversion. It is a thing. Further, as a gas of a gas cell called a metal vapor cell, there is a gas in which an alkali metal vapor such as Li is used to bring charged particles and metal vapor into contact with each other through the charged particle beam 1 for charge conversion.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスセ
ルは真空容器内にあるガス容器6にガス3を導入するた
め、ガスセルからの圧力拡散による真空度の悪化を防ぐ
目的で、ガス容器6の穴16を小さくしていた。そのた
めガスセル内のガス粒子数や荷電粒子数が多く得られな
かった。また金属蒸気セルはガスセルと同じように真空
度保持のためビーム量が制限されたり、扱うアルカリ金
属が化学的に活性であるので容器本体をいためたり、取
扱いに注意する必要があった。
However, since the gas 3 introduces the gas 3 into the gas container 6 located in the vacuum container, the hole 16 of the gas container 6 is provided for the purpose of preventing deterioration of the degree of vacuum due to pressure diffusion from the gas cell. Was small. Therefore, a large number of gas particles and charged particles in the gas cell cannot be obtained. Further, in the metal vapor cell, the beam amount is limited to maintain the degree of vacuum as in the gas cell, and since the alkali metal to be treated is chemically active, the container body must be damaged and it is necessary to be careful in handling.

【0004】また最近公開された特開平5−12909
6号公報の分子ビームを利用した電荷中和方法によれ
ば、分子ビームの場合には分子数が少ないため荷電変換
効率が悪く、大量のビームの荷電変換は困難である。
又、上述の方法では大量にイオンビームを中性ビームに
変換する場合、装置が大型化してしまう。以上のような
欠点が従来の種々の荷電変換装置にあった。
Recently published Japanese Patent Laid-Open No. 5-12909
According to the charge neutralization method using a molecular beam of Japanese Patent Publication No. 6, in the case of a molecular beam, the charge conversion efficiency is poor because the number of molecules is small, and charge conversion of a large amount of beams is difficult.
Further, in the above method, when a large amount of ion beams are converted into neutral beams, the size of the device becomes large. The above-mentioned drawbacks exist in various conventional charge conversion devices.

【0005】更に、荷電粒子を中性化してもその中性粒
子量を即時的に計測する手段がなかった。
Further, even if the charged particles are neutralized, there is no means for immediately measuring the amount of the neutral particles.

【0006】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、高エネルギー、大ビーム量のビームを高効率で荷電
変換して、且つ得られた中性粒子量を測定することので
きる装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an apparatus capable of highly efficiently performing charge conversion on a beam having a high energy and a large beam amount and measuring the obtained neutral particle amount. The purpose is to do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のビーム量測定荷
電変換装置は、イオンビーム等の高速粒子線源におい
て、荷電粒子のもつ電荷を変換させる装置であって、高
速ガス流体中を荷電粒子を通過させて電荷の変換を行い
中性粒子とすると同時に、前記高速ガス流体中に生成す
るイオンを電流として検出することにより荷電変換する
中性粒子量をモニタすることを特徴とする。
A beam quantity measuring and charge converting apparatus of the present invention is an apparatus for converting charges of charged particles in a high-speed particle beam source such as an ion beam. Through which the charge is converted to form neutral particles, and at the same time, the amount of neutral particles to be converted in charge is monitored by detecting the ions generated in the high-speed gas fluid as a current.

【0008】[0008]

【作用】高速ガス流体中を荷電粒子ビームを通過させ
て、荷電変換することにより、イオン粒子ビームを中性
粒子ビームに変換するので、高速ガス流体がガス容器の
穴からガス容器外に発散するという問題を防止すること
ができる。このため、例えばガス容器の穴を大きくして
ガス流体と荷電粒子ビームとの接触面積を大きくするこ
とにより、荷電変換の高効率化が達成され、ひいてはビ
ームの高エネルギー化等を達成することができる。そし
て、荷電粒子ビームを高速ガス流体中を通過させて荷電
変換して中性粒子ビームを形成する際に、高速ガス粒体
が荷電変換させた余剰の電荷を帯びることとなる。従っ
て、高速ガス流体は荷電変換された電荷量だけ帯電し、
イオン化する。このイオン化したガス流体をイオン捕集
電極に収集して電流値を測定することによりガス流体中
のイオン化した量を測定することができ、荷電ビームか
ら荷電変換されて中性粒子ビームとなった中性粒子量を
測定することができる。
The ion particle beam is converted into the neutral particle beam by passing the charged particle beam through the high-speed gas fluid and converting the charge, so that the high-speed gas fluid diverges from the hole of the gas container to the outside of the gas container. That problem can be prevented. Therefore, for example, by increasing the contact area between the gas fluid and the charged particle beam by enlarging the hole of the gas container, it is possible to achieve high efficiency of charge conversion, and thus to achieve high energy of the beam. it can. Then, when the charged particle beam is passed through the high-speed gas fluid to be charge-converted to form a neutral particle beam, the high-speed gas granules are charged with excess charges that have been charged and converted. Therefore, the high-speed gas fluid is charged by the charge converted charge,
Ionize. The ionized amount in the gas fluid can be measured by collecting the ionized gas fluid in the ion collection electrode and measuring the current value. The amount of the functional particles can be measured.

【0009】[0009]

【実施例】図1乃至図3は本発明を用いたビーム荷電変
換装置の第1乃至第3の実施例である。各図中、符号1
は荷電変換前のイオンビーム、符号2は荷電変換後の中
性粒子ビーム、符号3は荷電変換前のビーム1と接触し
て荷電変換するガス等の高速流体、符号4はガス3のリ
ザーバタンクである。符号5はガス3を超音速流とし、
ガス3の速度成分をビーム1と垂直な方向成分にするた
めの末広ノズルであり、符号6はビーム荷電変換装置の
真空容器、符号7はノズル5から出たガス3を排気する
真空ポンプである。ノズル5の形状及びリザーバタンク
4のガス圧を適当な値に選べばノズル5から出るガス3
は超音速となり、容器6にあいているビーム1,2の通
過用の穴16から出て行くことが少なくなり、容器6の
外側との圧力差を大きくとることができる。符号8はノ
ズル5の電位を真空容器6と独立させるためのセラミッ
ク等からなる絶縁体、符号9は末広ノズル5等のイオン
捕集電極にイオン化したガス13を静電的に捕らえるた
めの電位を与えるバイアス電源、符号10は末広ノズル
5に流れ込むイオン電流を測定する電流計、符号11は
荷電変換する前の荷電粒子ビーム1がノズル5に照射し
て誤電流を測定しないための遮蔽板である。符号12は
通常接地であり、真空容器6に接続されている。
1 to 3 show the first to third embodiments of the beam charge conversion device according to the present invention. Reference numeral 1 in each figure
Is an ion beam before charge conversion, reference numeral 2 is a neutral particle beam after charge conversion, reference numeral 3 is a high-speed fluid such as a gas that contacts the beam 1 before charge conversion to perform charge conversion, and reference numeral 4 is a reservoir tank for the gas 3. Is. Reference numeral 5 indicates that the gas 3 is a supersonic flow,
A divergent nozzle for making the velocity component of the gas 3 into a direction component perpendicular to the beam 1, reference numeral 6 is a vacuum container of the beam charge conversion device, and reference numeral 7 is a vacuum pump for exhausting the gas 3 emitted from the nozzle 5. . If the shape of the nozzle 5 and the gas pressure in the reservoir tank 4 are selected to be appropriate values, the gas 3 that comes out of the nozzle 5
Becomes a supersonic velocity, and it is less likely that the beams 1 and 2 passing through the container 6 will pass through the holes 16 for passage, and a large pressure difference with the outside of the container 6 can be secured. Reference numeral 8 is an insulator made of ceramic or the like for making the potential of the nozzle 5 independent of the vacuum container 6, and reference numeral 9 is a potential for electrostatically capturing the ionized gas 13 in the ion collecting electrode of the Suehiro nozzle 5 or the like. A bias power source to be applied, reference numeral 10 is an ammeter for measuring an ion current flowing into the divergent nozzle 5, and reference numeral 11 is a shield plate for preventing the charged particle beam 1 before charge conversion from irradiating the nozzle 5 to measure an erroneous current. . Reference numeral 12 is normally grounded and is connected to the vacuum container 6.

【0010】図1は、ガス末広ノズル5の途中に、ビー
ム1,2の通過用の穴16を設けたものである。係る構
造により、ガスリザーバタンク4よりガスノズル5で拡
張高速化したガス流体中を荷電粒子(イオン)ビーム1
を通過させて電荷の変換を行い、中性粒子ビーム2とす
ることができる。
In FIG. 1, a hole 16 for passing the beams 1 and 2 is provided in the middle of the gas divergent nozzle 5. With such a structure, the charged particle (ion) beam 1 is passed through the gas fluid which is expanded at a high speed by the gas nozzle 5 from the gas reservoir tank 4.
Can be passed through to convert the charge to form the neutral particle beam 2.

【0011】図2は、ガスリザーバタンク4のノズル5
Bより、真空容器6内にガス流体を自由噴流としたもの
である。符号14は、ノズル5以外でイオン化したガス
を捕集する電極である。ビーム1,2の通過用の穴16
は、容器6及び電極14の上下面に設けられている。係
る構造により、ガスリザーバタンク4のノズル4Bより
自由噴流となった高速のガス流体中を、容器6の穴16
より荷電粒子(イオン)ビーム1を通過させて電荷の変
換を行い、中性粒子ビーム2とすることができる。
FIG. 2 shows the nozzle 5 of the gas reservoir tank 4.
From B, the gas fluid is a free jet in the vacuum container 6. Reference numeral 14 is an electrode for collecting the ionized gas other than the nozzle 5. Holes 16 for passing beams 1 and 2
Are provided on the upper and lower surfaces of the container 6 and the electrode 14. With such a structure, the high-speed gas fluid that has become a free jet from the nozzle 4B of the gas reservoir tank 4 is filled with the holes 16 of the container 6.
The charged particle (ion) beam 1 can be passed through to convert the charge to form the neutral particle beam 2.

【0012】図3は、容器6の内部にガス末広ノズル5
を設け、拡張高速化したガス流体と容器6の穴16から
入射する荷電粒子ビーム1と荷電変換して、中性粒子ビ
ーム2を形成し穴16より出射するようにしたものであ
る。符号15は、ガスノズル5に対して電気的に絶縁し
た電極であって、電源9により電位を与えてイオン化し
たガス13を捕集するものである。ここではイオン捕集
電極15は棒状をなしている。
FIG. 3 shows a gas divergent nozzle 5 inside a container 6.
Is provided, and the charged particle beam 1 entering through the hole 16 of the container 6 and the expanded and high-speed gas are converted into a neutral particle beam 2 and emitted from the hole 16. Reference numeral 15 is an electrode electrically insulated from the gas nozzle 5, which collects the ionized gas 13 by applying a potential from the power supply 9. Here, the ion collecting electrode 15 has a rod shape.

【0013】たとえばノズル5の絞り部断面積をS1、
ノズル拡大部面積をS2とし、S2/S1=30リザー
バータンク4の圧力を1300Pa、ガスをArとする
とノズル5から放出したArガスは圧力が0.74Pa
のマッハ数7程度の超音速の噴流となり、容器6内部で
指向性を持つ。高速ガス流体3はイオンビーム1と衝突
して荷電変換した後、真空ポンプ7で排気される。この
構造による効果として、容器6の外部を高真空に保持し
たまま、容器6内部でイオンビームと高速ガス流体との
衝突を高い割合で達成できる。そのため中性粒子ビーム
を多量に得ることができる。
For example, if the cross-sectional area of the throttle portion of the nozzle 5 is S1,
Assuming that the nozzle enlarged area is S2, S2 / S1 = 30, the pressure of the reservoir tank 4 is 1300 Pa, and the gas is Ar, the Ar gas discharged from the nozzle 5 has a pressure of 0.74 Pa.
Is a supersonic jet with a Mach number of about 7 and has directivity inside the container 6. The high-speed gas fluid 3 collides with the ion beam 1 and undergoes charge conversion, and is then exhausted by the vacuum pump 7. As an effect of this structure, it is possible to achieve a high rate of collision between the ion beam and the high-speed gas fluid inside the container 6 while keeping the outside of the container 6 in a high vacuum. Therefore, a large amount of neutral particle beams can be obtained.

【0014】例えばArガスからなる高速ガス流体3
は、イオンビーム(荷電粒子)1の有する電荷を取り去
って中性粒子ビーム2に荷電変換するが、その際に高速
ガス流体3自体の一部のAr粒子が荷電(イオン化)し
てAr+ のガス13となる。図1乃至3において、この
イオン化したAr+ のガス13は電子エネルギー(e
V)単位で言えば、本実施例においては0.06eV程
度であるため、ノズル5又はイオン捕集電極14,15
に印加するバイアス電圧は、−1v程度あればイオン化
したガス13を捕獲するのに十分である。但し、イオン
化したガスが分離した際に有するエネルギーが数eV程
度であり、ガスとイオンの衝突の際に発生した電子のエ
ネルギーが5から30eV位と考えて、ノズル5或いは
イオン捕集電極14,15に印加する電圧を50V以上
としてもよい。
High-speed gas fluid 3 made of Ar gas, for example
Removes the electric charge of the ion beam (charged particle) 1 and converts the charge into a neutral particle beam 2. At that time, a part of Ar particles of the high-speed gas fluid 3 itself is charged (ionized) to generate Ar + It becomes gas 13. 1 to 3, the ionized Ar + gas 13 has an electron energy (e
In terms of V) unit, it is about 0.06 eV in the present embodiment, so the nozzle 5 or the ion collecting electrodes 14, 15 are used.
A bias voltage of about -1 V is sufficient to trap the ionized gas 13. However, considering that the energy that the ionized gas has when it is separated is about several eV and the energy of the electron that is generated when the gas and the ion collide is about 5 to 30 eV, the nozzle 5 or the ion collection electrode 14, The voltage applied to 15 may be 50 V or higher.

【0015】係る電源9のバイアス電圧により、高速ガ
ス流体3中のイオン化したガス13は、図1の実施例に
おいては末広ノズル電極5に、図2の実施例においては
捕集電極14に、図3の実施例においては捕集電極15
に捕集される。イオン化したガス13がそれぞれの電極
5,14,15に捕集されると接地12に電流が流れ、
この電流が電流計10により測定され、イオン化したガ
ス13の荷電量が測定できる。イオン化したガス13の
荷電量は、高速ガス流体3が荷電粒子ビーム1から中性
粒子ビーム2に荷電変換したビームの荷電量と等しいた
め、電流計10で測定される電流は荷電変換された中性
粒子量に比例したものとなる。従って、中性粒子ビーム
は電気的に中性であるため、従来電気的に中性粒子量を
測定することができなかったが、本実施例の各装置によ
れば、効率的な荷電変換と合せて中性粒子量の計測が可
能となる。
Due to the bias voltage of the power supply 9, the ionized gas 13 in the high-speed gas fluid 3 is applied to the divergent nozzle electrode 5 in the embodiment of FIG. 1, to the collection electrode 14 in the embodiment of FIG. In the third embodiment, the collection electrode 15
To be collected by. When the ionized gas 13 is collected by the electrodes 5, 14 and 15, a current flows to the ground 12,
This current is measured by the ammeter 10 and the charge amount of the ionized gas 13 can be measured. Since the amount of charge of the ionized gas 13 is equal to the amount of charge of the beam in which the high-speed gas fluid 3 is charge-converted from the charged particle beam 1 to the neutral particle beam 2, the current measured by the ammeter 10 is converted into the charged one. It is proportional to the amount of the functional particles. Therefore, since the neutral particle beam is electrically neutral, it has not been possible to electrically measure the amount of neutral particles in the past. In addition, the amount of neutral particles can be measured.

【0016】次に、高速ガス流体3について説明する。
高速ガス流体の分子速度は、超音速(マッハ数Mで、5
>M>1.2)又は極超音速(マッハ数Mで、M>5)
であることが好ましい。気体の流速aは、 a=(KRT)1/2 但し、K:比熱比、R:気体定数、T:温度 Arガスの場合、 K=1.658、 R=208.15、 T=20(K
°) として、 超音速 100〜415m/s 極超音速 >415m/s 程度の流速が必要である。前述のようにノズルの形状、
ガス圧力等を適宜選択することにより、超音速ノズル、
極超音速ノズルを製作することができる。広範囲の流速
のノズルを準備することにより、荷電変換の対象となる
多様な荷電粒子ビームのエネルギー(速度)に合ったガ
ス流体速度を選択することが可能となる。これにより高
エネルギー粒子の荷電変換の確率の制御性を高め、変換
効率を上げることができる。
Next, the high speed gas fluid 3 will be described.
The molecular velocity of a high-speed gas fluid is supersonic (5 at Mach number M).
>M> 1.2) or hypersonic speed (Mach number M, M> 5)
Is preferred. The gas flow rate a is a = (KRT) 1/2 where K: specific heat ratio, R: gas constant, T: temperature In the case of Ar gas, K = 1.658, R = 208.15, T = 20 ( K
°) is required to have a flow velocity of about 100 to 415 m / s for supersonic velocity> 415 m / s for hypersonic velocity. The shape of the nozzle as described above,
By selecting gas pressure etc. appropriately, supersonic nozzle,
Hypersonic nozzles can be manufactured. By preparing a nozzle having a wide range of flow velocities, it becomes possible to select a gas fluid velocity matching the energy (velocity) of various charged particle beams to be subjected to charge conversion. Thereby, the controllability of the probability of charge conversion of high-energy particles can be improved, and the conversion efficiency can be increased.

【0017】高速ガス流体の自由分子流状態は、 ガスの平均自由行程(λ)/ノズル代表寸法(L)>1 と定義されている。λ/Lはクヌーセン数と呼ばれ、ク
ヌーセン数が1以上の高速ガス流体が自由分子流状態で
あることが荷電変換には好ましい。 平均自由行程 λ=2.3×10-20 T/Pa2(c
m) 但し、T:温度(°K)、P:圧力(Torr)、a:
分子直径(cm) なので、Arガスの場合、 T=20(°K)、P=1×10-5(Torr) a=
3.67×10-8(cm) として、 λ>34(cm) であると自由分子流状態となる。
The free molecular flow state of a high-speed gas fluid is defined as the mean free path of gas (λ) / representative dimension of nozzle (L)> 1. λ / L is called the Knudsen number, and it is preferable for charge conversion that a high-speed gas fluid having a Knudsen number of 1 or more is in a free molecular flow state. Mean free path λ = 2.3 × 10 −20 T / Pa 2 (c
m) where T: temperature (° K), P: pressure (Torr), a:
Since the molecular diameter (cm) is Ar gas, T = 20 (° K), P = 1 × 10 −5 (Torr) a =
When 3.67 × 10 −8 (cm) and λ> 34 (cm), a free molecular flow state is established.

【0018】本実施例のビーム荷電変換装置は通常の荷
電変換ガスセルのガス導入方法と異なり、ノズルを使用
することでガス容器外の真空度を従来のものより悪化さ
せずに、荷電粒子の通過する穴を拡大でき、中性粒子ビ
ームを従来のものより高効率、多量に得ることができ
る。これはノズル寸法を適当な値に選ぶことにより、ノ
ズル部から出た流体の速度をビーム通過穴方向の速度成
分をほとんど持たないようにすることにより達成され
る。
The beam charge conversion apparatus of this embodiment differs from the usual gas introduction method of a charge conversion gas cell in that the use of a nozzle allows the passage of charged particles without deteriorating the vacuum degree outside the gas container as compared with the conventional one. The holes to be formed can be enlarged, and the neutral particle beam can be obtained in high efficiency and in a large amount as compared with the conventional one. This is achieved by selecting the nozzle size to an appropriate value so that the velocity of the fluid exiting the nozzle has almost no velocity component in the beam passage hole direction.

【0019】またノズルからの高速流は、断熱膨張を行
うため、同じ圧力のガスセル容器内密度に比べ高密度の
高速流体、つまり粒子数の多い高速流体を達成できるた
め、荷電変換確率は向上する。高速流体とすることでガ
ス容器と真空容器の圧力差を充分大きくとることができ
る。つまりガス容器内に容器外の真空度を悪化させない
大量のガスを導入できる。ここで荷電変換用穴付近を通
過したガス容器内のガスはガス容器用の真空ポンプで排
気したり、循環して再利用して、ガスのビーム系全体の
真空容器への拡散を防止する。
Further, since the high-speed flow from the nozzle undergoes adiabatic expansion, a high-speed fluid having a higher density than that in the gas cell container at the same pressure, that is, a high-speed fluid having a large number of particles can be achieved, so that the charge conversion probability is improved. . By using a high-speed fluid, the pressure difference between the gas container and the vacuum container can be made sufficiently large. That is, a large amount of gas can be introduced into the gas container without deteriorating the degree of vacuum outside the container. The gas in the gas container that has passed through the vicinity of the charge conversion hole is exhausted by a vacuum pump for the gas container or is circulated and reused to prevent the gas from diffusing into the entire vacuum system.

【0020】従来の荷電変換装置ではガス容器内のガ
ス、金属蒸気は容器のビーム通過用穴に対してランダム
な速度を持っているため、拡散し、真空容器内圧力を悪
化する。本実施例の装置では、高効率の荷電変換がで
き、多量のビームを得ることができる。特に、高エネル
ギーの荷電粒子の変換に有効で、従来難しかった数Me
V程度のビームを中性化することも可能となる。またノ
ズルのサイズを小さくすることも可能で、それに準じて
荷電変換装置も小型化できる。
In the conventional charge conversion device, the gas and metal vapor in the gas container have a random velocity with respect to the beam passage hole of the container, and therefore diffuse and deteriorate the pressure in the vacuum container. The apparatus of this embodiment can perform charge conversion with high efficiency and can obtain a large amount of beams. In particular, it is effective for the conversion of high-energy charged particles and is difficult to achieve by several Me
It is also possible to neutralize the beam of about V. Also, the size of the nozzle can be reduced, and the charge conversion device can be downsized accordingly.

【0021】尚、以上の説明はArガス等を用いた高速
ガス流体について説明したが、高速ガス流体としてはN
a,Ka,Cs等の金属蒸気、或いは液体窒素等の液体
からなるものを用いてもよい。多様な種類の高速流体を
用いることにより、多様な元素、多様なエネルギーの荷
電粒子ビームの荷電変換に対応することができる。この
ように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実
施例が可能である。又、各図中同一符号は同一又は相当
部分を示す。
In the above description, a high-speed gas fluid using Ar gas or the like has been explained, but as a high-speed gas fluid, N is used.
A metal vapor such as a, Ka or Cs, or a liquid such as liquid nitrogen may be used. By using various kinds of high-speed fluids, it is possible to cope with charge conversion of charged particles beams of various elements and various energies. As described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the same reference numerals in the respective drawings indicate the same or corresponding parts.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
荷電変換装置外部の真空度悪化を防止し多量で高効率の
ビーム荷電変換を小型装置で達成でき、合せて荷電変換
した中性粒子量をモニタすることができる。本発明の荷
電変換装置によれば、多量の電気的に中性な粒子ビーム
を得ることができ、且つ中性粒子量が測定可能である。
このため、例えば半導体に不純物を注入するイオン注入
技術のイオンの代わりに中性粒子を所定量だけ注入する
ことができる。これにより、例えば絶縁膜上に不純物を
イオン注入する際に起きるチャージアップの問題が中性
粒子にすることでなくなり、しかもイオン注入装置の長
所である精密な照射量制御も達成できるため産業上大き
な効果が期待できる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to prevent the deterioration of the degree of vacuum outside the charge conversion device, achieve a large amount of highly efficient beam charge conversion with a small device, and monitor the amount of neutral particles that have undergone charge conversion. According to the charge conversion device of the present invention, a large amount of electrically neutral particle beams can be obtained, and the amount of neutral particles can be measured.
Therefore, for example, a predetermined amount of neutral particles can be implanted instead of the ions of the ion implantation technique of implanting impurities into the semiconductor. This eliminates the problem of charge-up that occurs when impurities are ion-implanted on an insulating film, not by using neutral particles, and also achieves precise dose control, which is an advantage of ion-implantation devices, which is a major industry concern. You can expect an effect.

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

【図1】本発明の第1実施例のビーム量測定荷電変換装
置の説明図であり、末広ノズルの途中にビーム通過用の
穴を設けたものである。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a beam amount measurement charge conversion device according to a first embodiment of the present invention, in which a beam passage hole is provided in the middle of a divergent nozzle.

【図2】本発明の第2実施例のビーム量測定荷電変換装
置の説明図であり、リザーバタンクのノズルよりガス流
体を自由噴流としたものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a beam amount measuring / charge converting device according to a second embodiment of the present invention, in which a gas fluid is made into a free jet from a nozzle of a reservoir tank.

【図3】本発明の第3実施例のビーム量測定荷電変換装
置の説明図であり、容器の内部に末広ノズルを設けたも
のである。
FIG. 3 is an explanatory view of a beam amount measuring charge conversion device according to a third embodiment of the present invention, in which a divergent nozzle is provided inside the container.

【図4】従来のビーム荷電変換装置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional beam charge conversion device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 荷電変換前のビーム 2 荷電変換後のビーム 3 高速ガス流体 4 リザーバタンク 5 末広ノズル 6 容器 7 真空ポンプ 8 絶縁体 9 バイアス電圧源 10 電流計 11 イオンビーム遮閉板 12 接地 13 イオン化したガス 14,15 イオン捕集電極 16 穴 1 Beam before charge conversion 2 Beam after charge conversion 3 High-speed gas fluid 4 Reservoir tank 5 Suehiro nozzle 6 Container 7 Vacuum pump 8 Insulator 9 Bias voltage source 10 Ammeter 11 Ion beam shield plate 12 Grounding 13 Ionized gas 14 , 15 Ion collector electrode 16 holes

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオンビーム等の高速粒子線源におい
て、荷電粒子のもつ電荷を変換させる装置であって、高
速ガス流体中を荷電粒子を通過させて電荷の変換を行い
中性粒子とすると同時に、前記高速ガス流体中に生成す
るイオンを電流として検出することにより荷電変換する
中性粒子量をモニタすることを特徴とするビーム量測定
荷電変換装置。
1. A high-speed particle beam source such as an ion beam, which is an apparatus for converting the electric charge of charged particles, wherein the charged particles are passed through a high-speed gas fluid to convert the electric charges into neutral particles. A beam amount measurement charge conversion device, wherein the amount of neutral particles for charge conversion is monitored by detecting ions generated in the high-speed gas fluid as a current.
【請求項2】 前記荷電粒子を、ノズルから噴出する高
速ガス流体中を通過させて電荷の変換を行い中性粒子と
することを特徴とする請求項1記載のビーム量測定荷電
変換装置。
2. The beam amount measurement charge conversion device according to claim 1, wherein the charged particles are passed through a high-speed gas fluid ejected from a nozzle to convert charges to be neutral particles.
【請求項3】 前記荷電粒子を、ノズルによる超音速ガ
ス流体中を通過させて電荷の変換を行い中性粒子とする
ことを特徴とする請求項1記載のビーム量測定荷電変換
装置。
3. The beam amount measuring charge converting apparatus according to claim 1, wherein the charged particles are passed through a supersonic gas fluid by a nozzle to convert charges to be neutral particles.
【請求項4】 前記荷電粒子を、ノズルによる極超音速
ガス流体中を通過させて電荷の変換を行い中性粒子とす
ることを特徴とする請求項1記載のビーム量測定荷電変
換装置。
4. The beam amount measurement charge conversion apparatus according to claim 1, wherein the charged particles are passed through a hypersonic gas fluid by a nozzle to convert charges to be neutral particles.
【請求項5】 前記荷電粒子を、ノズルによって加速及
び膨張された高速ガス流体や自由噴流を自由分子流状態
とし、その自由分子流体中を通過させて電荷の変換を行
い中性粒子とすることを特徴とする請求項1記載のビー
ム量測定荷電変換装置。
5. The charged particles are made into a high-speed gas fluid accelerated or expanded by a nozzle or a free jet in a free molecular flow state, and passed through the free molecular fluid to convert charges to become neutral particles. The beam amount measurement charge conversion device according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記荷電粒子のエネルギー値が1keV
程度から数MeV程度のビームに対して、請求項1乃至
5に記載のビーム量測定荷電変換装置を利用したビーム
応用装置。
6. The energy value of the charged particles is 1 keV.
A beam application apparatus using the beam amount measurement charge conversion apparatus according to claim 1 to a beam of about several to several MeV.
【請求項7】 前記ノズルによって加速させる高速ガス
流体は、液体や金属蒸気を含む気体を用いることを特徴
とする請求項1乃至5に記載のビーム量測定荷電変換装
置を利用したビーム応用装置。
7. The beam application apparatus using a beam amount measurement charge conversion apparatus according to claim 1, wherein a gas containing a liquid or a metal vapor is used as a high-speed gas fluid accelerated by the nozzle.
JP10057994A 1994-01-13 1994-04-14 Charge convertor for measuring beam quantity Pending JPH07281000A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10057994A JPH07281000A (en) 1994-04-14 1994-04-14 Charge convertor for measuring beam quantity
DE69411882T DE69411882T2 (en) 1994-01-13 1994-12-30 Jet charge exchange device
EP94120961A EP0663671B1 (en) 1994-01-13 1994-12-30 Beam charge exchanging apparatus
KR1019950000301A KR100358966B1 (en) 1994-01-13 1995-01-10 Beam Charge Exchange Device
US08/371,775 US5543615A (en) 1994-01-13 1995-01-12 Beam charge exchanging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10057994A JPH07281000A (en) 1994-04-14 1994-04-14 Charge convertor for measuring beam quantity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07281000A true JPH07281000A (en) 1995-10-27

Family

ID=14277808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10057994A Pending JPH07281000A (en) 1994-01-13 1994-04-14 Charge convertor for measuring beam quantity

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07281000A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013021923A1 (en) * 2011-08-08 2013-02-14 株式会社パスカル Analysis device and analysis method by secondary ions employing atomic probe

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013021923A1 (en) * 2011-08-08 2013-02-14 株式会社パスカル Analysis device and analysis method by secondary ions employing atomic probe
JP2013037894A (en) * 2011-08-08 2013-02-21 Pascal:Kk Analyzer by secondary ion using atomic probe and analytical method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5319212A (en) Method of monitoring ion beam current in ion implantation apparatus for use in manufacturing semiconductors
Barnett et al. A calibrated neutral atom spectrometer for measuring plasma ion temperatures in the 0.165-to 10-keV energy region
Nottingham et al. Ionization in gases by electrons in electric fields
Meckbach et al. Do present'charge transfer to the continuum'theories correctly describe the production of vi= ve electrons in ion beam-foil collisions?
Dubenkov et al. Acceleration of Ta10+ ions produced by laser ion source in RFQ MAXILAC
Schneider et al. Charge states of reflected particles for grazing incidence of D+, D2+ and D0 on Ni and Cs targets
JPH07281000A (en) Charge convertor for measuring beam quantity
EP0663671A1 (en) Beam charge exchanging apparatus
US5631526A (en) Hydrogen ion accelerator
Utterback et al. Low energy ionizing collisions between N2 and CO beam molecules and CO, N2, NO, CH4, and CO2 target molecules
JPH07192687A (en) Ion detecting method, mass spectrometry, ion detecting device and mass spectrograph
JP2000311867A (en) Method and device for beam measuring
Melchert et al. Charge transfer in collisions
Shi et al. Energy spectrum of an abnormal glow discharge created electron beam
Hird et al. Charge neutralization of F− ions in thin rare-gas targets
JPS5871548A (en) Ion source
JPS61208799A (en) Fast atomic beam source unit
Soulem et al. Analysis of the laser-produced current impulse below the breakdown threshold in a homogeneous field
McKenna Faraday cup designs for ion implantation
JPH0817374A (en) Negative ion gun
Wynter et al. Molecular beam detection using electron impact ionization
JPH08184694A (en) High speed atom beam device
Becker et al. Negative hydrogen ions for neutral beam injection
Hiraishi et al. Ionizing Collisions of Long-Lived Highly Excited Hydrogen Molecules with H2O and SF6
JPH08184697A (en) Device removing residual ion in high speed atom beam