(57)【要約】【課題】  金属イオン等の照射中はビーム電流の変動が大きい場合があるため、照射量に誤差が生じやすい。この誤差を減らすために、従来の方法では、照射中に何度もビームを遮断して電流値の確認を行うため、実験効率が悪くなっていた。【解決手段】  照射ターゲットのビーム電流値又はターゲット前に設置した透過型ビーム電流計の信号をコンピュータ等に入力して、設定したビーム電流値との比較を行い、その信号によりワイヤー型ビーム調整器を増減方向に回転させ、照射ターゲットでのビーム電流値を常時設定値で一定にする方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射ターゲットのビーム電流値又はターゲット前に設置した透過型ビーム電流計の信号をコンピュータ等に入力して、設定したビーム電流値との比較を行い、その信号によりワイヤー型ビーム調整器を増減方向に回転させ、照射ターゲットでのビーム電流値を常時設定値で一定にする方法。
【請求項２】
ビーム形状を維持しながらビーム電流を連続的に減衰又は増加させることができるワイヤー型ビーム調整器。
【請求項３】
中心軸により回転される中空円筒体の対応する曲面に開口スリットが設けられ、その開口スリット部に、ワイヤーの配置されない透過部、及びワイヤーの配置幅を変えた４種類のワイヤー透過部を有するビーム透過網が固定される請求項２記載の調整器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤー型ビーム調整器を用いたイオンビーム電流の安定化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高機能材料開発、半導体デバイス開発及びバイオ技術開発等で加速器等を用いたターゲットへのイオン照射実験が盛んに行われている。イオン照射実験では信頼性の高いデータを得るために正確な照射量を知る必要がある。ビーム電流の変動は照射量誤差の原因を引き起こすため、常時安定したビームで照射することが望まれている。
【０００３】
ターゲットへのイオン照射量を求めるには、ターゲット位置でのビーム電流値、照射面積及び照射時間により計算される。ビーム電流の測定は、ターゲットをアース電位から絶縁して電流計等を用いて行い、これを積分することによって正確な照射量を求めることができる。しかし、ターゲットを高温にして照射を行う場合等は、試料を絶縁にすることができないためビーム電流を測定することができない。
【０００４】
また、複数の加速器からのビームを一つのターゲットに同時に照射を行う場合は、合計のビーム電流は測定できるが各加速器からのビーム電流を個別に測定することができない。これらの特殊照射時は、照射開始前と照射後にファラディーカップでビームを遮断して、ビーム電流を測定して照射量を見積もっている。長時間の実験では、照射中に何度もビームを遮断してビーム測定を行う必要がある。
【０００５】
また、照射途中にビームが大きく変動した場合は、図１に示される四極スリットの上下左右方向をそれぞれ手動で開閉して、希望のビーム電流値になるように調整を行っている。
【０００６】
又、上記の技術以外に、ターゲットへのイオンビームの照射については、日本原子力研究所のイオン照射研究施設（ＴＩＡＲＡ）の解説及び複合ビーム照射装置の説明（非特許文献１）があり、ターゲットを高温にして照射することについては、日本原子力研究所のイオン照射研究施設の加速器からのイオンビームを用いて、宇宙環境で長寿命かつ高信頼性のＳｉＣ半導体素子をつくるための技術開発、ＳｉＣ基盤（ターゲット）を８０℃以上の高温にしてイオンビーム（ＡｌやＰ）を照射することでＳｉＣ結晶への欠陥を低減するための技術開発（非特許文献２）があり、複合（トリプル）ビーム照射について、バナジウム合金に水素とヘリウムイオンを同時に照射した時の相互作用の効果についての研究（非特許文献３）がある。
【非特許文献１】Y.Saitoh, S.Tajima et al.,TIARA electrostatic accelerators for multiple ion beam application", Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 89 p23
【非特許文献２】H.Itoh, T. Oshima et al., Characterization of Residual Defects in Cubic Silicon Carbide Subjected to Hot-implantation and Subsequent Annealing, J. Appl. Phys. 82, 5339-5347 (1997)
【非特許文献３】N. Sekimura, S. Yonamine et al., Synergistic  Effects  of  Hydrogen  and  Helium  on  Microstructural  Evolution in Vanadium Alloys by Triple Ion Beam Irradiation, J. Nucl. Mat. (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特殊照射時は、照射開始前と照射後にビーム電流を測定しているが、その途中のビーム変動を無視することができない。特に金属イオン等の照射中はビーム電流の変動が大きい場合があるため、照射量に誤差が生じやすい。誤差を減らすために、照射中に何度もビームを遮断して電流値の確認を行うため、実験効率が悪くなっていた。
【０００８】
また、ビーム電流値を目的値に設定するには前記四極スリットを用いるが、この方法では４枚の金属板をビーム電流値を確認しながら、一枚ずつ細かく移動しなければならないため、操作が面倒であった。しかも四極スリットはビームの上下左右をカットするため、ビーム形状が変化して照射面積も変化し再調整が必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
今回発明したイオンビーム電流の安定化方法は、ワイヤー型ビーム調整器、透過型ビーム電流計及び比較回路から構成されている。照射ターゲット前にビームを遮断しない透過型ビーム電流計を設置し、比較回路で常時一定したビーム電流値（設定値）になるようにワイヤー型ビーム電流調整器を制御することで前記の欠点を除くことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、ワイヤー型ビーム電流調整器と透過型ビーム電流計を組み合わせ、コンピュータ等の比較回路で制御することで、直接ビーム電流を測定できない場合でも、目的のビーム電流値で安定に照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のワイヤー型ビーム電流調整器は、図２に示されるように、中心軸により回転される中空円筒体の対応する曲面に開口スリットを設け、その開口スリット部に、ワイヤーの配置されない透過部、及びワイヤーの配置幅を変えた４種類のワイヤー透過部を有するビーム透過網を固定する。その結果、ビーム電流がこの円筒体の回転により透過率１００％、透過率９０％及び透過率７０％において透過することができる。
【００１２】
照射ターゲットに照射されるビーム電流に変動が生じた際には、図３に示されるように、ビーム調整器を回転することによりビーム透過率が変更される。この変更されたビーム電流が透過型ビーム電流計で測定された後に照射ターゲットに照射される。照射ターゲットのビーム電流値又はターゲット前に設置した透過型ビーム電流計の信号をコンピュータ等に入力して、設定したビーム電流値との比較を行い、その信号によりワイヤー型ビーム調整器を増減方向に回転させ、照射ターゲットでのビーム電流値を常時設定値で一定にする。なお、透過型ビーム電流計に流れる電流及びターゲットに流れる電流は、図３の電流計Ａによりそれぞれ切り替えて測定される。
【００１３】
本発明により、ビーム電流は、図４に示されるように、１μＡに一律に長時間制御される。これに対し、本発明における方法を実施しない場合には、長時間一律なビーム電流を維持することができないことが示されている。
【実施例】
【００１４】
［実施例１］
ワイヤー型ビーム電流調整器について図２に基づき説明する。
通常、ビーム電流を目的値に設定するには四極スリットを用いているが、本発明したビーム電流調整器はビームにワイヤーを挿入していく方法で、円筒状の曲面の両側に長方形又は五角形のスリットを設け、そこに徐々に間隔を狭めたワイヤーを配置することにより、ビーム形状を維持したまま容易にビーム電流を増減することができる。スリットの幅は70mm（高さ30mm）、ワイヤー径0.2mmφで、最初の30mmはワイヤー無しにしてビームが100%透過できるようした。そこから10mm毎に5本、10本、15本そして20本とワイヤーの間隔を狭めて配置する。減衰方向に回転させるとワイヤー間隔が狭くなるため、ビームに入るワイヤーの本数が増えてビーム電流を減衰することができる。円筒の手前側と奥側にワイヤーを左右対称に配置してあるので、ビームの両側から同時に挿入され比較的均等に減衰することができる。また、対面のワイヤーとの重なりを減らすため、ワイヤーを斜めに配置して格子状になるようにした。
［実施例２］
イオンビーム電流の安定化方法について図３に基づき説明する。
【００１５】
ターゲット電流値をコンピュータ等に取込み、希望のビーム電流設定値の入力を行う。比較回路によって設定値になるようにビーム電流調整器を減衰又は増加方向へ回転させることで、常時安定したビーム電流値にすることができる。
【００１６】
直接ターゲット電流を測定できない場合は、透過型ビーム電流計を使用する。ビームに極細の金属メッシュを挿入して、メッシュから発生する二次電子(e)を二次電子コレクタで捕集し、測定する。二次電子の発生量とビーム電流は比例関係にあるため、二次電子電流からビーム電流値を計算することができる。これにより、ビームを遮断せずに、常時ビーム電流を測定することができる。
【００１７】
実際にビーム安定化試験を行った結果を図４に示す。制御なしのビームはイオン源の不安定性がそのまま現れるため変動が大きいが、本発明の方法を用いて設定値を１μAにして制御を行った結果、ほぼ1μA±2%以内の非常に安定したビームで照射することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のビーム電流の変動を調整するための四極スリットを示す図である。
【図２】本発明のビーム電流の変動を調整するためのワイヤー型ビーム電流調整器を示す図である。
【図３】本発明のビーム電流安定化方法を示す図である。
【図４】本発明のビーム電流安定化試験結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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