專利名稱：法拉第裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量離子發(fā)射器、離子摻雜裝置(非質(zhì)量分離型離子發(fā)射器)、離子束輻射裝置等中離子束電流的法拉第裝置。尤其涉及一種法拉第裝置，能夠減小由于包含在等離子體中的離子進(jìn)入到法拉第杯而引起的束電流測(cè)量誤差。在本說明書中，“離子”一詞指正離子。
背景技術(shù)：
圖5表示相關(guān)技術(shù)的法拉第裝置。法拉第裝置包括一個(gè)障板4，一個(gè)法拉第杯12，一個(gè)抑制器電極10和一個(gè)正偏置電極8。障板4有一個(gè)孔徑6，用于限定離子束2穿過孔徑6的面積(形狀)。法拉第杯12接收已經(jīng)穿過孔徑6的離子束2并測(cè)量離子束的束電流。在法拉第杯12和障板4之間法拉第杯12的附近設(shè)置抑制器電極10。在抑制器電極10和障板4之間設(shè)置正偏置電極8。
障板4通常接地(地電勢(shì)部位)。從正偏置電源16向正偏置電極8施加正電壓(相對(duì)于地)。從抑制器電源18向抑制器電極10施加負(fù)電壓(相對(duì)于地)。流到法拉第杯12的束電流例如通過連結(jié)到法拉第杯12的電流測(cè)量?jī)x器14測(cè)量。
被施加負(fù)電壓的抑制器電極10防止源于上游部位、即離子束2的束流線(beam line)的電子進(jìn)入到法拉第杯12。當(dāng)離子束2入射到法拉第杯12上時(shí)，抑制器電極10還將從法拉第杯12發(fā)射的二次電子返回到法拉第杯12。這種功能防止這些二次電子在原始束電流測(cè)量中導(dǎo)致的誤差。
當(dāng)在離子束2的束流線中包含不能忽略的一定量低能離子時(shí)，提供被施加正電壓的正偏置電極8。正偏置電極處的正電壓起著將低能離子返回到上游的作用。這種作用防止這些低能離子在原始束電流測(cè)量中導(dǎo)致的誤差。
在離子束2周圍由于離子束2和殘留氣體的碰撞而產(chǎn)生電子和離子，從而產(chǎn)生等離子體20a。這種等離子體被稱作射束等離子體。
隨著離子束2束流線真空度變低(即氣壓變高)，射束等離子體20a的濃度變高。標(biāo)準(zhǔn)離子發(fā)射器中的離子束真空度約為10-4Pa。在離子摻雜裝置中，直接從基底上的離子源輻射離子束(即沒有質(zhì)量分離器)。因?yàn)橐子谑艿诫x子源氣流的影響，真空度約為10-2Pa。后一裝置具有更高濃度的射束等離子體20a。
在障板4表面的孔徑6附近，離子束2與障板4碰撞，產(chǎn)生二次電子、離子等，以致于產(chǎn)生等離子體20b。這些等離子體20b的濃度也相當(dāng)高。
因此，既使設(shè)置正偏置電極8，但如果包含射束等離子體20a和等離子體20b的等離子體20濃度變得較高，則等離子體也能到達(dá)圖5所示的正偏置電極8。如果等離子體20到達(dá)正偏置電極8，則受抑制器電極10的負(fù)電壓影響。等離子體20的一個(gè)離子22(圖5中典型地示出了大量離子中的一個(gè)離子22)在抑制器電極10的負(fù)電壓作用下從等離子體拉向法拉第杯12，并且入射到法拉第杯12上。
結(jié)果，除最初要測(cè)量的離子束2的束電流外，法拉第杯12還測(cè)量到等離子體20的一部分離子22，因此在束電流中導(dǎo)致誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是防止包含在射束等離子體以及障板表面附近產(chǎn)生的等離子體中的離子進(jìn)入法拉第杯，由此減少束電流測(cè)量中的誤差。
本發(fā)明的法拉第裝置包括用于在孔徑附件產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體，該磁場(chǎng)具有橫跨障板的孔徑的方向。
由于離子束碰撞而產(chǎn)生的射束等離子體和障板表面附近產(chǎn)生的等離子體被等離子體孔徑的附近產(chǎn)生的磁場(chǎng)俘獲，并因而不能到達(dá)正偏置電極。結(jié)果，減少了包含于等離子體中的離子被抑制器電極的負(fù)電壓引出并入射到法拉第杯的機(jī)會(huì)。因此，減小了束電流測(cè)量中的誤差。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的法拉第裝置的截面圖；
圖2是法拉第裝置的平面圖；圖3是用在法拉第裝置中的磁體的另一分布的截面圖；圖4是圖1所示的法拉第裝置中包含磁體的結(jié)構(gòu)的放大截面圖；圖5是現(xiàn)有的法拉第裝置的截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的法拉第裝置的截面圖。圖2是法拉第裝置的平面圖。圖中與圖5所示現(xiàn)有技術(shù)的相同部分用相同的標(biāo)號(hào)表示。描述將主要集中在不同的部分。
本發(fā)明的法拉第裝置中，在障板4中掩藏著一對(duì)磁體30，兩個(gè)磁體的極性相反。磁體30橫跨障板4的孔徑6設(shè)置。磁體30在障板4的孔徑附近產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)橫跨孔徑6分布。磁場(chǎng)的磁力線由標(biāo)號(hào)32表示。
雖然在本實(shí)施例中并不總是需要把磁體40掩藏在障板4中，但優(yōu)選掩藏磁體30，因?yàn)檫@樣的話離子束2和等離子體20沒有機(jī)會(huì)撞擊磁體30而濺蝕磁體。
磁體30可以是電磁體。優(yōu)選地，磁體30是永磁體，這樣易于處理。在此實(shí)施例中，磁體是永磁體。
如圖4所示，把每個(gè)磁體30放置成兩個(gè)磁極(N，S)垂直分布(即沿離子束2通過的方向分布)。其原因后述。本例中磁力線32的方向與圖1所示的磁力線方向相反。
為了避免干擾磁體30產(chǎn)生的磁場(chǎng)，設(shè)置在磁體30附近的部分和元件優(yōu)選地由非磁性材料制成。在此實(shí)施例中，障板4、正偏置電極8、抑制器電極10和法拉第杯12由非磁性材料制成。在抑制器電極10、法拉第杯12等遠(yuǎn)離障板4的情況下，它們可以由非磁性材料以外的材料制成。非磁性材料例如是鋁、非磁性不銹鋼和鉬。
本發(fā)明法拉第裝置中，由于離子束碰撞而產(chǎn)生的射束離子20a和在障板4的表面附近產(chǎn)生的等離子體20b、即由這些等離子體構(gòu)成的等離子體20被障板4的孔徑6附近產(chǎn)生的磁場(chǎng)俘獲。更具體地說，等離子體20的電子和離子產(chǎn)生拉莫爾進(jìn)動(dòng)，同時(shí)繞磁力線螺旋回轉(zhuǎn)。特別是，電子繞磁力線以較小的螺旋半徑回轉(zhuǎn)。因此，電子很難穿過磁力線32。當(dāng)電子被俘獲時(shí)，離子被俘獲的電子電吸引，以致于離子也很難穿過磁力線32。通過這種機(jī)制，等離子體20被磁場(chǎng)俘獲并且到達(dá)不了正偏置電極8。當(dāng)?shù)入x子體20的濃度較高時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度也相應(yīng)地增大。
更精確地說，在正偏置電極8的正電壓下，作用到孔徑6附近等離子體20的電子上的力把等離子體20中的電子移到正偏置電極8。在此情況下，電子螺旋半徑較小，并且其繞磁場(chǎng)線32回轉(zhuǎn)的力很強(qiáng)。因此，如果磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度，電子對(duì)正偏置電極8的吸引力減小，這是不能忽視的。
在等離子體20受到磁場(chǎng)作用而避免走向正偏置電極8的時(shí)候，正偏置電極8的正電壓作用到等離子體20上，把等離子體20中的離子移回到正偏置電極8的上游位置。因此，減少了等離子體20的離子受抑制器電極10的負(fù)電壓的吸引并入射到法拉第杯12上的機(jī)會(huì)。結(jié)果是可以減小離子束2的束電流測(cè)量中的誤差。因而，正偏置電極8起到減少測(cè)量離子束2的束電流測(cè)量中的誤差以及磁場(chǎng)。
當(dāng)如同離子摻雜裝置的情形，離子束2的束流線真空度較低，易于出現(xiàn)濃度較高的射束等離子體20a時(shí)，使用本發(fā)明的法拉第裝置的這種效果更加顯著。
雖然在上述實(shí)施例中使用了一個(gè)法拉第裝置，但也可以使用多個(gè)法拉第裝置，如圖2所示(在這種情況下，法拉第裝置并排分布)。在圖2的情況下，對(duì)于一個(gè)障板4并排分布多個(gè)狹槽形的孔徑6。磁體30設(shè)置(掩藏)成每個(gè)狹槽位于兩個(gè)相鄰磁體30之間的狀態(tài)。標(biāo)號(hào)32是磁場(chǎng)線。法拉第杯12設(shè)置在孔徑6陣列的下游位置(圖2中只典型地示出了一個(gè)法拉第杯12)。在此實(shí)施例中，正偏置電極8和抑制器電極10的形狀象盤子，并且共同地用于這些法拉第杯12。
磁體30可以如圖3所示地放置。在圖3中，每個(gè)磁體的兩個(gè)磁極(N，S)水平分布(即沿垂直于離子束2通過的方向分布)。圖1中磁體的分布優(yōu)于圖3中磁體的分布。原因如下。在圖1中，磁體的分布和磁場(chǎng)線32擴(kuò)展到障板4的上游位置。因此，等離子體20在上游方向更遠(yuǎn)離障板4的位置處被俘獲。因而磁體的分布使得等離子體20更難移到正偏置電極8。
從上述可見，由于離子束碰撞而產(chǎn)生的射束等離子體和障板表面附近產(chǎn)生的等離子體被等離子體孔徑附近產(chǎn)生的磁場(chǎng)俘獲。因而射束等離子體和障板表面附近產(chǎn)生的等離子體不能到達(dá)正偏置電極。由此減少了包含于等離子體中的離子被抑制器電極的負(fù)電壓吸引并被入射到法拉第杯上的機(jī)會(huì)，因而減少了束電流測(cè)量中的誤差。
權(quán)利要求
1.一種法拉第裝置，包括一個(gè)障板，具有一個(gè)孔徑，用于決定穿過所述孔徑的離子束面積；一個(gè)法拉第杯，用于接收穿過所述障板的離子束；一個(gè)抑制器電極，設(shè)置在所述法拉第杯和所述障板之間，所述抑制器電極被施以負(fù)電壓；一個(gè)正偏置電極，設(shè)置在所述抑制器電極和所述障板之間，所述正偏置電極被施以正電壓；和一對(duì)磁體，用于在所述孔徑附近產(chǎn)生一個(gè)具有橫跨所述障板孔徑的方向的磁場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的法拉第裝置，其特征在于所述磁體掩藏在所述障板中并設(shè)置成橫跨所述孔徑。
3.如權(quán)利要求1所述的法拉第裝置，其特征在于所述磁體是電磁體。
4.如權(quán)利要求1所述的法拉第裝置，其特征在于所述磁體是永磁體。
5.如權(quán)利要求1所述的法拉第裝置，其特征在于所述磁體布置成兩磁極沿離子束穿過的方向分布。
6.如權(quán)利要求1所述的法拉第裝置，其特征在于所述磁體布置成兩磁極沿垂直于離子束穿過的方向分布。
7.如權(quán)利要求1所述的法拉第裝置，其特征在于所述孔徑是狹槽形。
全文摘要
現(xiàn)有技術(shù)的法拉第裝置中,仍有部分等離子體能夠到達(dá)法拉第杯,因而影響了離子束電流的測(cè)量精度。本發(fā)明提供了一種法拉第裝置,其中設(shè)置了一對(duì)磁體,用于在所述孔徑附近產(chǎn)生一個(gè)具有橫跨所述障板孔徑的方向的磁場(chǎng),于是射束等離子體和障板表面附近產(chǎn)生的等離子體不能到達(dá)正偏置電極。由此減少了包含于等離子體中的離子被抑制器電極的負(fù)電壓吸引并被入射到法拉第杯上的機(jī)會(huì),因而減少了束電流測(cè)量中的誤差。
文檔編號(hào)H01J37/244GK1384525SQ0211881
公開日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月1日
發(fā)明者井內(nèi)裕, 前野修一, 安東靖典, 松田恭博 申請(qǐng)人:日新電機(jī)株式會(huì)社