JPH07281000A - ビーム量測定荷電変換装置 - Google Patents
ビーム量測定荷電変換装置Info
- Publication number
- JPH07281000A JPH07281000A JP6100579A JP10057994A JPH07281000A JP H07281000 A JPH07281000 A JP H07281000A JP 6100579 A JP6100579 A JP 6100579A 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
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 73
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 42
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 98
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 高エネルギー、大ビーム量のイオンビームを
高効率で荷電変換して、且つ得られた中性粒子量を測定
することのできるビーム量測定荷電変換装置を提供す
る。 【構成】 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３中を荷電粒子１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そこで生成するイオンを電流とし
て検出することにより変換する中性粒子量をモニタす
る。
高効率で荷電変換して、且つ得られた中性粒子量を測定
することのできるビーム量測定荷電変換装置を提供す
る。 【構成】 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３中を荷電粒子１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そこで生成するイオンを電流とし
て検出することにより変換する中性粒子量をモニタす
る。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
子量を即時的に計測する手段がなかった。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図４】従来のビーム荷電変換装置の説明図である。
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
Claims (7)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6100579A JPH07281000A (ja) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | ビーム量測定荷電変換装置 |
| EP94120961A EP0663671B1 (en) | 1994-01-13 | 1994-12-30 | Beam charge exchanging apparatus |
| DE69411882T DE69411882T2 (de) | 1994-01-13 | 1994-12-30 | Strahlladungsaustauschvorrichtung |
| KR1019950000301A KR100358966B1 (ko) | 1994-01-13 | 1995-01-10 | 빔전하교환장치 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP6100579A JPH07281000A (ja) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | ビーム量測定荷電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07281000A true JPH07281000A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=14277808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6100579A Pending JPH07281000A (ja) | 1994-01-13 | 1994-04-14 | ビーム量測定荷電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07281000A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013021923A1 (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-14 | 株式会社パスカル | 原子プローブを用いた二次イオンによる分析装置および分析方法 |
-
1994
- 1994-04-14 JP JP6100579A patent/JPH07281000A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013021923A1 (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-14 | 株式会社パスカル | 原子プローブを用いた二次イオンによる分析装置および分析方法 |
| JP2013037894A (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Pascal:Kk | 原子プローブを用いた二次イオンによる分析装置および分析方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5319212A (en) | Method of monitoring ion beam current in ion implantation apparatus for use in manufacturing semiconductors | |
| Rinn et al. | Measurements of charge transfer in H+-He+ collisions | |
| Von Engel | Ionization in gases by electrons in electric fields | |
| Dubenkov et al. | Acceleration of Ta10+ ions produced by laser ion source in RFQ MAXILAC | |
| EP0663671B1 (en) | Beam charge exchanging apparatus | |
| Schneider et al. | Charge states of reflected particles for grazing incidence of D+, D2+ and D0 on Ni and Cs targets | |
| JPH07281000A (ja) | ビーム量測定荷電変換装置 | |
| JP2000311867A (ja) | ビーム量測定方法および測定装置 | |
| Utterback et al. | Low energy ionizing collisions between N2 and CO beam molecules and CO, N2, NO, CH4, and CO2 target molecules | |
| Melchert et al. | Charge transfer in collisions | |
| JP3297181B2 (ja) | ビーム荷電変換装置 | |
| JPS5871548A (ja) | イオン源 | |
| McKenna | Faraday cup designs for ion implantation | |
| JPH07211496A (ja) | 中性ビーム荷電変換装置 | |
| Wynter et al. | Molecular beam detection using electron impact ionization | |
| JPH08184694A (ja) | 高速原子線装置 | |
| Hiraishi et al. | Ionizing Collisions of Long-Lived Highly Excited Hydrogen Molecules with H2O and SF6 | |
| JPH0817374A (ja) | 負イオン銃 | |
| Becker et al. | Negative hydrogen ions for neutral beam injection | |
| JPH08184697A (ja) | 高速原子線の残留イオン除去装置 | |
| JPH04138647A (ja) | ビームアナリシス装置およびビームアナリシス方法 | |
| Tsui et al. | Single shot charge analyzer for laser‐produced plasma studies | |
| JPH0754959Y2 (ja) | 多段式加速管 | |
| JPS559107A (en) | Ion generation method and device for ionization detection | |
| Rees | Basic processes of electrical discharges |