法拉第装置制造方法及图纸

现有技术的法拉第装置中，仍有部分等离子体能够到达法拉第杯，因而影响了离子束电流的测量精度。本发明专利技术提供了一种法拉第装置，其中设置了一对磁体，用于在所述孔径附近产生一个具有横跨所述障板孔径的方向的磁场，于是射束等离子体和障板表面附近产生的等离子体不能到达正偏置电极。由此减少了包含于等离子体中的离子被抑制器电极的负电压吸引并被入射到法拉第杯上的机会，因而减少了束电流测量中的误差。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测量离子发射器、离子掺杂装置(非质量分离型离子发射器)、离子束辐射装置等中离子束电流的法拉第装置。尤其涉及一种法拉第装置，能够减小由于包含在等离子体中的离子进入到法拉第杯而引起的束电流测量误差。在本说明书中，“离子”一词指正离子。
技术介绍
图5表示相关技术的法拉第装置。法拉第装置包括一个障板4，一个法拉第杯12，一个抑制器电极10和一个正偏置电极8。障板4有一个孔径6，用于限定离子束2穿过孔径6的面积(形状)。法拉第杯12接收已经穿过孔径6的离子束2并测量离子束的束电流。在法拉第杯12和障板4之间法拉第杯12的附近设置抑制器电极10。在抑制器电极10和障板4之间设置正偏置电极8。障板4通常接地(地电势部位)。从正偏置电源16向正偏置电极8施加正电压(相对于地)。从抑制器电源18向抑制器电极10施加负电压(相对于地)。流到法拉第杯12的束电流例如通过连结到法拉第杯12的电流测量仪器14测量。被施加负电压的抑制器电极10防止源于上游部位、即离子束2的束流线(beam line)的电子进入到法拉第杯12。当离子束2入射到法拉第杯12上时，抑制器电极10还将从法拉第杯12发射的二次电子返回到法拉第杯12。这种功能防止这些二次电子在原始束电流测量中导致的误差。当在离子束2的束流线中包含不能忽略的一定量低能离子时，提供被施加正电压的正偏置电极8。正偏置电极处的正电压起着将低能离子返回到上游的作用。这种作用防止这些低能离子在原始束电流测量中导致的误差。在离子束2周围由于离子束2和残留气体的碰撞而产生电子和离子，从而产生等离子体20a。这种等离子体被称作射束等离子体。随着离子束2束流线真空度变低(即气压变高)，射束等离子体20a的浓度变高。标准离子发射器中的离子束真空度约为10-4Pa。在离子掺杂装置中，直接从基底上的离子源辐射离子束(即没有质量分离器)。因为易于受到离子源气流的影响，真空度约为10-2Pa。后一装置具有更高浓度的射束等离子体20a。在障板4表面的孔径6附近，离子束2与障板4碰撞，产生二次电子、离子等，以致于产生等离子体20b。这些等离子体20b的浓度也相当高。因此，既使设置正偏置电极8，但如果包含射束等离子体20a和等离子体20b的等离子体20浓度变得较高，则等离子体也能到达图5所示的正偏置电极8。如果等离子体20到达正偏置电极8，则受抑制器电极10的负电压影响。等离子体20的一个离子22(图5中典型地示出了大量离子中的一个离子22)在抑制器电极10的负电压作用下从等离子体拉向法拉第杯12，并且入射到法拉第杯12上。结果，除最初要测量的离子束2的束电流外，法拉第杯12还测量到等离子体20的一部分离子22，因此在束电流中导致误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是防止包含在射束等离子体以及障板表面附近产生的等离子体中的离子进入法拉第杯，由此减少束电流测量中的误差。本专利技术的法拉第装置包括用于在孔径附件产生磁场的磁体，该磁场具有横跨障板的孔径的方向。由于离子束碰撞而产生的射束等离子体和障板表面附近产生的等离子体被等离子体孔径的附近产生的磁场俘获，并因而不能到达正偏置电极。结果，减少了包含于等离子体中的离子被抑制器电极的负电压引出并入射到法拉第杯的机会。因此，减小了束电流测量中的误差。附图说明图1是根据本专利技术的法拉第装置的截面图； 图2是法拉第装置的平面图；图3是用在法拉第装置中的磁体的另一分布的截面图；图4是图1所示的法拉第装置中包含磁体的结构的放大截面图；图5是现有的法拉第装置的截面图。具体实施例方式图1是根据本专利技术的法拉第装置的截面图。图2是法拉第装置的平面图。图中与图5所示现有技术的相同部分用相同的标号表示。描述将主要集中在不同的部分。本专利技术的法拉第装置中，在障板4中掩藏着一对磁体30，两个磁体的极性相反。磁体30横跨障板4的孔径6设置。磁体30在障板4的孔径附近产生一个磁场，该磁场横跨孔径6分布。磁场的磁力线由标号32表示。虽然在本实施例中并不总是需要把磁体40掩藏在障板4中，但优选掩藏磁体30，因为这样的话离子束2和等离子体20没有机会撞击磁体30而溅蚀磁体。磁体30可以是电磁体。优选地，磁体30是永磁体，这样易于处理。在此实施例中，磁体是永磁体。如图4所示，把每个磁体30放置成两个磁极(N，S)垂直分布(即沿离子束2通过的方向分布)。其原因后述。本例中磁力线32的方向与图1所示的磁力线方向相反。为了避免干扰磁体30产生的磁场，设置在磁体30附近的部分和元件优选地由非磁性材料制成。在此实施例中，障板4、正偏置电极8、抑制器电极10和法拉第杯12由非磁性材料制成。在抑制器电极10、法拉第杯12等远离障板4的情况下，它们可以由非磁性材料以外的材料制成。非磁性材料例如是铝、非磁性不锈钢和钼。本专利技术法拉第装置中，由于离子束碰撞而产生的射束离子20a和在障板4的表面附近产生的等离子体20b、即由这些等离子体构成的等离子体20被障板4的孔径6附近产生的磁场俘获。更具体地说，等离子体20的电子和离子产生拉莫尔进动，同时绕磁力线螺旋回转。特别是，电子绕磁力线以较小的螺旋半径回转。因此，电子很难穿过磁力线32。当电子被俘获时，离子被俘获的电子电吸引，以致于离子也很难穿过磁力线32。通过这种机制，等离子体20被磁场俘获并且到达不了正偏置电极8。当等离子体20的浓度较高时，磁场强度也相应地增大。更精确地说，在正偏置电极8的正电压下，作用到孔径6附近等离子体20的电子上的力把等离子体20中的电子移到正偏置电极8。在此情况下，电子螺旋半径较小，并且其绕磁场线32回转的力很强。因此，如果磁场强度增大到一定程度，电子对正偏置电极8的吸引力减小，这是不能忽视的。在等离子体20受到磁场作用而避免走向正偏置电极8的时候，正偏置电极8的正电压作用到等离子体20上，把等离子体20中的离子移回到正偏置电极8的上游位置。因此，减少了等离子体20的离子受抑制器电极10的负电压的吸引并入射到法拉第杯12上的机会。结果是可以减小离子束2的束电流测量中的误差。因而，正偏置电极8起到减少测量离子束2的束电流测量中的误差以及磁场。当如同离子掺杂装置的情形，离子束2的束流线真空度较低，易于出现浓度较高的射束等离子体20a时，使用本专利技术的法拉第装置的这种效果更加显著。虽然在上述实施例中使用了一个法拉第装置，但也可以使用多个法拉第装置，如图2所示(在这种情况下，法拉第装置并排分布)。在图2的情况下，对于一个障板4并排分布多个狭槽形的孔径6。磁体30设置(掩藏)成每个狭槽位于两个相邻磁体30之间的状态。标号32是磁场线。法拉第杯12设置在孔径6阵列的下游位置(图2中只典型地示出了一个法拉第杯12)。在此实施例中，正偏置电极8和抑制器电极10的形状象盘子，并且共同地用于这些法拉第杯12。磁体30可以如图3所示地放置。在图3中，每个磁体的两个磁极(N，S)水平分布(即沿垂直于离子束2通过的方向分布)。图1中磁体的分布优于图3中磁体的分布。原因如下。在图1中，磁体的分布和磁场线32扩展到障板4的上游位置。因此，等离子体20在上游方向更远离障板4的位置处被俘获。因而磁体的分布使得等离子体20更难移到正偏置电极8。从上述可见，由于离子束碰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种法拉第装置，包括： 一个障板，具有一个孔径，用于决定穿过所述孔径的离子束面积； 一个法拉第杯，用于接收穿过所述障板的离子束； 一个抑制器电极，设置在所述法拉第杯和所述障板之间，所述抑制器电极被施以负电压； 一个正偏置电极，设置在所述抑制器电极和所述障板之间，所述正偏置电极被施以正电压；和 一对磁体，用于在所述孔径附近产生一个具有横跨所述障板孔径的方向的磁场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2001-5-1 134096/011.一种法拉第装置，包括一个障板，具有一个孔径，用于决定穿过所述孔径的离子束面积；一个法拉第杯，用于接收穿过所述障板的离子束；一个抑制器电极，设置在所述法拉第杯和所述障板之间，所述抑制器电极被施以负电压；一个正偏置电极，设置在所述抑制器电极和所述障板之间，所述正偏置电极被施以正电压；和一对磁体，用于在所述孔径附近产生一个具有横跨所述障板孔径的方向的磁场。2.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：井内裕，前野修一，安东靖典，松田恭博，
申请(专利权)人：日新电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]