JPS63132200A - ビ−ム電流測定装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は粒子加速器等より出力されるイオンビームのビ
ーム電流を測定するビーム電流測定装置に係り、特に、
試料に照射中のイオンビームのビーム電流を測定するよ
うに改良したビーム１を流測定装置に関する。

（従来の技術） 一般に、原子炉材料等の材料評価試験として、所要温度
に加熱された金属材料にイオンビームを照射する試験が
ある。

これは粒子加速器等で所要のエネルギに加速されたイオ
ンビームを、所要湿度に加熱された金属試料に照射して
、ボイドを生成させ、スエリング（体１ａ膨張）ωを測
定したり、機械強度試験を行なうものである。

また、金属試料のヘリウム損傷効果を調べる検査がある
。これは、高温に加熱した金ｆｆｔＪ膜の試料に、例え
ば比較的低エネルギの水素や重水素等のイオンビームを
照射するものであり、まず、この試料を透過する水素や
重水素イオンの透過量を、超高真空系内に配置された質
口分析計により検出し、透過状態を調べる。

次に、高エネルギの例えば２００ＫｅＶのヘリウムイオ
ンを金属薄膜試料に一定ｍ照射して損傷を与えておき、
しかる鴇に、低エネルギの例えば２０ＫｅＶの水素や重
水素等のイオン照射を行ない、超高真空系内の上記質量
分析計により、試料を透過した水素や重水素イオンの透
過量を検出して透過状態を調べ、ヘリウム損傷の効果を
検査する。

このように加速器等から出力されるイオンビームを高温
に加熱された金属試料に照射する実験では、金属試料が
高温に加熱されているために、金属試料表面より熱電子
や二次電子が放出される。

したがって、イオンビームを試料に照射中にそのビ・−
ム電流を試料面で直接測定した場合には熱電子や二次電
子の影響を受けてその測定値の精度が低いという問題が
ある。

そこで、従来ではビーム電流測定装置を第２図（Ａ）、
（Ｂ）に示すように構成して、イオンビームのビーム電
流を測定していた。

すなわち、従来のビーム電流測定装置は第２図（Ａ＞に
示すようにイオンビーム１を所定形状に整形するための
所定形状の入口スリット２を開口させた入口スリット板
３を有し、この入口スリット板３の入口スリット２を通
過するイオンビームの照射路Ａ内にて、ファラデーカッ
プ４と照射箱５とを真空系内で配置している。

照射箱５は遮熱材により箱状に形成された熱遮蔽板６に
より試料７を支持すると共に、この試料７を加熱するヒ
ータ等の加熱源８を内蔵している。

ファラデーカップ４は第２図＜Ａ）、（Ｂ）に示すよう
にカップ状に形成されて、横置き状態で配置され、入口
スリット板３の入口スリット２を通過したイオンビーム
１をカップ状間口端より受けて、そのビーム電流を測定
するように構成されており、金属メツシュと石英ガラス
とが張設されているカップ状底部をイオンビーム１が透
過するようになっている。

ファラデーカップ４の底部外周には鏡取付台９がそのカ
ップ底面に対し所要の鈍角で立ち上がるように固定され
、ファラデーカップ４の底面を透過するイオンビーム１
が照射される鏡取付台９の照射面にビームプロファイル
観察用の所定寸法の鏡１０が貼着され、透過イオンビー
ム１が鏡１０により所要角度で反射されるようになって
いる。

また、ファラデーカップ４はその間口端の前方（第２図
では左側方）にてサプレッサー電極１１を固定しており
、このサプレッサーＬｒ１１４１１によりファラデーカ
ップ４内で二次電子が発生するのを抑制するようになっ
ている。

次に、このように構成された従来のビーム電流測定！四
の作用について述べる。

まず、第２図（Ａ）に示すように入口スリット板３の入
口スリット２の後方（第２図（Ａ＞では右側方）にて、
サプレッサーｒ１極１１およびファラデーカップ４をイ
オンビーム１の照射路Ａ上に同軸状に配置し、ファラデ
ーカップ４の底部を透過したイオンビーム１を鏡１０に
より所定方向に反射させて、イオンビーム１のビームプ
ロファイルを目視チェックにより確認する。

このビームプロファイルを確認しながら、ファラデーカ
ップ４により、イオンビーム１のビーム電流を一定時間
、例えば１分間測定し、その１分間測定を数回繰り返し
て、ビーム電流の測定値の１分間当りの平均値を算出す
る。

次に、このビーム電流の１分間当りの測定平均値と、試
料７の照射面に照射すべき照射Ｍとから、試料７へのイ
オンビーム１の必要照射時間を算出する。

しかる後に、第２図（Ｂ）に示すようにすプレッサー電
極１１およびファラデーカップ４をイオンビーム１の照
射路Ａより外して、イオンビーム１を必要照射時間試料
７に照射する。

したがって、イオンビーム１を試料７に照射している間
はファラデーカップ４によりイオンビーム１のビーム電
流を測定することができず、しかも、その間にイオンビ
ーム１のビーム電流が変動する懸念があるので、試料７
へのイオンビーム１の照射を中断して、例えば３０分間
毎にファラデーカップ４を第２図（Ａ＞に示すようにイ
オンビーム１の照射路Ａ上へ再び移動させて、ビーム電
流の測定を所要時間行なう。

このときのビーム電流の測定値がその前の測定値より仮
に、変動している場合は、図示しない粒子加速器等の出
力調整を行ない、イオンビーム１のビーム電流を変動前
の測定値に戻し、再び、イオンビーム１を試料７へ必要
照射時間照射する。

また、粒子加速器の出力調整が不可能な場合は変動した
ビーム電流測定値を基に必要照射時間を計算し直し、こ
の必要照射時間により再び、試料７へのイオンビーム１
照射を行なう。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このように構成された従来のビーム電流
測定装置では、イオンビーム１を試料７へ照射中はその
ビーム電流を測定することができないうえに、ビーム電
流を測定する場合は試料７へのイオンビーム１の照射を
中断しなけばならず、さらにその際のビーム電流測定値
に変動があった場合は必要照射時間を再度計算し直さな
ければならず、作業効率が低いという問題がある。

そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
試料へのイオンビームの照射を中１ｇｉ′ｔ！ずに、ビ
ーム電流が測定することができる等、作業効率の向上を
図ることができるビーム電流測定装置を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、イオンビームを第２のファラデーカップを通
して試料へ照射し、この第２のファラデーカップにより
イオンビームのビーム電流を測定するように構成した点
に特徴があり、次のように構成される。

所要温度に加熱された試料に真空状態で照射されるイオ
ンビームの照射路へ、イオンビームのビーム電流測定時
に挿脱自在に挿入され、しかもイオンビームを受けてそ
のビーム電流を測定すると共に、この入射イオンビーム
をビームプロファイル確認用の鎖により所要方向に反射
させるフラデーカップを有するビーム電流測定装置にお
いて、上記ファラデーカップが挿入される上記イオンビ
ーム照射路の挿入部上流側にて、イオンビームを受けて
そのビーム電流を測定する第２のファラデーカップを固
定し、この第２の７７ラデーカツプには入射ビームのビ
ーム径より小径で、かつ入射ビームの一部を通過させる
出口スリットを開口した。

（作用） イオンビームを試料に照射する場合は、その前に照射イ
オンビームのビーム電流を測定するために、まず、第２
のファラデーカップの下流側にてイオンビーム照射路に
ファラデーカップを挿入し、各ファラデーカップにより
ビーム電流をそれぞれ測定する。

これと同時に、ファラデーカップの鏡によりイオンビー
ムを反射させて目視チェックによりビームプロファイル
を確認する。

また、両ファラデーカップによる各ビーム電流測定値の
！３５数を惇出して、較正表を作成する。

次にファラデーカップをイオンビーム照射路より取り外
し、イオンビームを第２のファラデーカップの出口スリ
ットを通して、所要温度に加熱された試料に照射する。

したがって、試料へのイオンビームの照射中は第２のフ
ァラデーカップにより常時ビーム電流が測定されている
。

このために、試料へのイオンビームの照射を中断して、
そのビーム電流を測定する必要がなく、作業効率の向上
を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図（Ａ）。

（８）に基づいて説明する。なお、第１図（Ａ）。

（Ｂ）において第２図（Ａ）、（Ｂ）と共通ずる部分に
は同一符号を付して、その説明を省略する。

第１図（△＞、（Ｂ）は本発明の一実施例の全体構成を
示しており、本実施例が第２図（△）。

（Ｂ）で示す従来例と相違する点は第２のファラデーカ
ップ２０をイオンビーム１の照射路Δ上に固定したこと
にある。

第２のファラデーカップ２０は第２図（Ａ）。

（Ｂ）で示すファラデーカップ４（以下、第１のファラ
デーカップという）本体とほぼ同様に構成されており、
カップ状に形成されている。

第２のファラデーカップ２０はそのカップ状間口端を入
ロスリット板３の入口スリット２に向けて横置き状態で
イオンビーム照射路Ａ上に固定される。

また、第２のファラデーカップ２ｏはそのカップ状間口
端の前方（第１図では左側方）にて第２のサプレッサー
電極２１を固定しており、第２のファラデーカップ２０
内に入射されたイオンビーム１により二次電子が発生す
るのを抑制している。

さらに、第２のファラデーカップ２０のカップ状底部に
は、この第２のファラデーカップ２０内に入）Ｊされる
入射イオンビームのビーム径より若干小径の出口スリッ
ト２０ａが開口され、この出口スリット２０ａより入射
イオンビームの殆どが出力される。

したがって、本実施例では第１図（Ｂ）に示すようにイ
オンビームを第２のファラデーカップ２０内を通して試
料７に照射することができるので、試料７へ照射中のイ
オンビーム１のビーム電流を第２のファラデーカップ２
０により測定することができる。

次に本実施例の作用について述べる。

まず、第１図（Ａ＞に示すように入ロスリッ１〜板３と
試料７との間におけるイオンビーム１の照射路Ａ上に、
第２のファラデーカップ２０よりもイオンビーム１の照
射方向下流側に、第１のファラデーカップ４を挿入して
、イオンビーム１を照射する。

照射されたイオンビーム１は入口スリット板３の入口ス
リット２を通過する際にこの入口スリット２によりビー
ム径が絞られて、第２のサプレッサー電極２１の電極間
を通って第２のファラデーカップ２０内に入射される。

この侵、イオンビーム１は第２のファラデーカップ２０
の出口スリット２０ａよりサプレッサー電極１１の電極
間を通って第１の７７ラデーカツプ４内に入射され、さ
らに、その底部を透過して鏡１０により所要方向に反射
される。

そして、イオンビーム１のビーム電流は第１および第２
のファラデーカップ４，２０によりそれぞれ測定され、
これらファラデーカップ４，２０内の二次電子の発生は
各サプレッサー電極１１゜２１により抑制される。

また、イオンビーム１のビームプロファイルはｆｆ１１
０により反射されたイオンビーム１を目視することによ
り確認される。

ところで、第１および第２のファラデーカップ４．２０
によるイオンビーム１の各ビームｆｆｌの測定は所定時
間、例えば１分間行ない、しかも、この１分間測定を例
えば５回行なう。

このようにして得た各ビーム電流値の平均値と、第１お
よび第２のファラデーカップ４．２０の各測定値の相関
関数とを予め求めて較正表を作成すると共に、試料７に
イオンビーム１を照射すべき必要照射時間を等比してお
く。

次に、試料７を加熱源８により所要温度に加熱し、第１
図（Ｂ）に示ずように第１のファラデーカップ４をイオ
ンビーム１の照）１路Ａより取り外し、イオンビーム１
を第２のファラデーカップ４内と出口スリット２０ａと
を通して試料７に必要照（ト）時間照射する。

したがって、試料７に照射中のイオンビーム１のビーム
ｍｌが第２のファラデーカップ２０により測定されてい
るので、その測定値より上記較正表を参照することによ
り、試料７に照射されているイオンビーム１のビーム電
流値を求めることができる。

このために、従来例のように試料７へのイオンビーム１
の照射を中断して、ビーム電流を適宜測定する必要がな
く、作業効率の向上を図ることができると共に、試料７
にイオンビーム１を正確に必要照射時間照射することが
できる。

また、第２のファラデーカップ２０によりイオンビーム
１のビーム電流を連続して測定することができるので、
そのビーム電流の変動も測定することができる。

したがって、ビームｒｒｉ流の変動を第２のファラデー
カップ２０が測定した場合は図示しない粒子加速器等イ
オンビーム１の発生源の出力調整、もしくは必要照射時
間の変更等を適宜正確に行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、イオンビームを第２のフ
ァラデーカップ内を通して試料へ照ｒ）１ツる構成とし
たので、イオンビームを試料へ照射中にも第２のファラ
デーカップによりイオンビームのビーム電流を測定する
ことができる。

したがって、本発明によれば、従来例のように試料への
イオンビームの照射を中断して、ビーム電流を測定する
必要がなく、作業効率の向上を図ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ＞、（Ｂ）は本発明のビーム“電流測定装置
に係る一実施例の全体構成を示しており、（Ａ）はイオ
ンビームを試料へ照射する前の状態を示す模式図、（Ｂ
）はイオンビームを試料へ照射している状態を示す模式
図、第２図（Ａ）。 （Ｂ）は従来例の全体構成を示す模式図である。 １・・・イオンビーム、２・・・入口スリット、３・・
・入口スリット板、４・・・第１のファラデーカップ、
７・・・試料、２０・・・第２のファラデーカップ、Ａ
・・・イオンビームの照射路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、所要温度に加熱された試料に真空状態で照射される
   イオンビームの照射路へ、イオンビームのビーム電流測
   定時に挿脱自在に挿入され、しかもイオンビームを受け
   てそのビーム電流を測定すると共に、この入射イオンビ
   ームをビームプロファイル確認用の鏡により所要方向に
   反射させるフラデーカップを有するビーム電流測定装置
   において、上記ファラデーカップが挿入される上記イオ
   ンビーム照射路の挿入部上流側にて、イオンビームを受
   けてそのビーム電流を測定する第２のファラデーカップ
   を固定し、この第２のファラデーカップには入射ビーム
   のビーム径より小径で、かつ入射ビームの一部を通過さ
   せる出口スリットを開口したことを特徴とするビーム電
   流測定装置。