(57)【要約】【課題】ビーム電流値を高精度で非破壊型測定ができ、かつビームの位置を測定できるビーム測定装置を提供する。【構成】外部磁場遮蔽用の磁気遮蔽部と、前記磁気遮蔽部によって生成された遮蔽空間に配された複数の磁場センサとを備え、前記磁場センサは、測定すべきビーム電流が生成する磁場を収集する磁場収集機構を複数個具備し、前記磁場収集機構は、少なくとも表面が超伝導体で外周部には一部分のみを超伝導体で構成したブリッジ部分を有する筒状構造物であり、測定すべきビーム電流が生成する磁場を前記磁場センサで測定するようにしたビーム測定装置であって、前記磁場センサを複数個配設し、ビーム位置及びビーム電流を検出することを特徴とするものである。【選択図】図３
2005227028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁場遮蔽用の磁気遮蔽部と、前記磁気遮蔽部によって生成された遮蔽空間に配された複数の磁場センサとを備え、測定すべきビーム電流が生成する磁場を前記磁場センサで測定するようにしたビーム測定装置であって、
前記磁場センサは、測定すべきビーム電流が生成する磁場を収集する磁場収集機構を複数個具備し、
前記磁場収集機構は、前記各磁場センサの近傍で前記ビーム電流がつくる超伝導表面遮蔽電流を集中させるように構成したことを特徴とするビーム測定装置。
【請求項２】
前記磁場収集機構は、前記ビーム電流が貫通する平面内にある一定の長さ範囲内で、所定の領域を除いて、超伝導表面遮蔽電流が遮断されることにより、前記所定の領域に集中するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載のビーム測定装置。
【請求項３】
前記磁場収集機構は、少なくとも表面が超伝導体で外周部には一部分のみを超伝導体で構成したブリッジ部分を有する筒状構造物である請求項２に記載のビーム測定装置。
【請求項４】
前記磁場収集機構は、複数の超伝導コイルである請求項１に記載のビーム測定装置。
【請求項５】
前記超伝導コイルは軟磁性体で構成された芯体に巻回されている請求項４に記載のビーム測定装置。
【請求項６】
前記複数の磁場センサの出力信号は演算回路に接続され、ビーム電流の電流値、位置を演算して出力するように構成された請求項１乃至５のいずれかに記載のビーム測定装置。
【請求項７】
前記複数の磁場センサの出力信号は演算回路に接続され、同位相のノイズ信号をキャンセルするように演算して出力するように構成された請求項１乃至６のいずれかに記載のビーム測定装置。
【請求項８】
前記磁場センサはSQUIDである請求項１乃至７のいずれかに記載のビーム測定装置。
【請求項９】
前記磁気遮蔽部、前記磁場センサ、前記磁場収集機構は高温超電導体を用いた部品を有する請求項１乃至８のいずれかに記載のビーム測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のビーム測定装置を用い、イオン源または電子線源から被処理物に照射されるビームライン上に、前記ビーム測定装置を配置し、前記磁場センサの出力から、前記ビームラインのビーム電流値、およびビームの位置を測定するようにしたビーム測定方法。
【請求項１１】
前記ビームラインのビーム電流値、およびビームの測定を、同時に行う請求項１０記載のビーム測定方法。
【請求項１２】
イオン源または電子線源を用いて生成されたビームに対し、請求項１０または１１に記載のビーム測定方法を用いてビーム電流を測定する測定工程と、
前記測定工程で得られた前記ビーム電流値、およびビームの位置、或いはその両方を、イオン源、電子線源、分析電磁石、ビームへの電場および磁場印加部の制御パラメータに帰還する制御工程を含むビームの制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のビームの制御工程で得られた制御パラメータを用いて制御されたビーム電流を被処理物に照射する照射工程を含むことを特徴とするビーム照射方法。
【請求項１４】
請求項１乃至９のいずれかに記載のビーム測定装置を備えたビーム照射装置。
【請求項１５】
請求項１乃至９のいずれかに記載のビーム測定装置を具備したイオン注入装置、電子ビーム露光装置、加速器、電子ビーム蒸着装置を用いて製造あるいは検査した被処理物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム測定装置およびこれを用いたビーム測定方法にかかり、特にイオンビームを遮断することなくビーム電流値と位置を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビームを遮断することなく、イオンビームの電流値を高精度で測定する方法としては、従来、研究報告がなされている（非特許文献１参照）。この方法は、極めて高感度の磁場センサであるジョセフソン結合素子を用いたスクイッド（SQUID）と呼ばれるセンサを用いて、ビーム電流がつくる磁場を検出してビーム電流値を測定するものである。SQUIDとは、超伝導リング中に1個（RF-SQUID）もしくは２個(DC-SQUID)のジョセフソン接合を有し、この超伝導リングを貫通する磁束について磁束量子（2.07×10−15 Wb）を尺度に測定するものである。
【０００３】
上記文献では、SQUIDは液体ヘリウム温度で動作する低温超伝導体を用いたものが使用されている。また、このビーム電流測定装置は、ビーム電流に対応した磁場を検知する検知部と、磁束を測定部に伝達する磁束伝達部と、伝達された磁束に感応する超伝導素子と超伝導素子を貫く磁束の変化を打ち消すように帰還電流を流す帰還コイルを有する測定部と、検知部と磁束測定部と測定部をイオンビームが流れる空間を含む外部空間から磁気遮蔽する超伝導体からなるギャップを有する磁気遮蔽部によってその主要部が構成されている。
【０００４】
検知部は、軟磁性体のコアに超伝導線を巻回したコイルであって、ビーム電流によって発生した磁場を軟磁性体コアで収集してコイルに超伝導電流を誘起する。そしてこのコイルに誘起された超伝導電流は、SQUIDに隣接して配置したコイルまで伝達される。ビーム電流の変化に対応して、このコイルに流れる超伝導電流が変化することでSQUIDを貫く磁束量が変化しないように、変化を打ち消すように帰還コイルに帰還電流を流す仕組みとなっている。この帰還電流がビーム電流値の変化に比例しており、帰還電流を測定することでビーム電流値の変化量を決定することができる。
【０００５】
近年、高温超電導体を用いたビーム電流値の測定方法が研究されている（非特許文献２参照）。この非特許文献２に開示されている方法によると、表面を高温超伝導体でコーティングした円筒を検知部として用いる。ただし、円筒の外周面には一部分だけが高温超伝導体のブリッジ部分を設けている。円筒の中央を貫いたビーム電流は円筒の表面に表面遮蔽電流を誘起する。ここで、ブリッジ部分には表面遮蔽電流が集中する。そして、集中させた表面遮蔽電流がつくる磁束をSQUIDで測定する構成である。この方法において使用されているSQUIDは高温超伝導体を用いたものであり、液体窒素温度以上で動作させることができる。
【０００６】
前者の低温超伝導のSQUIDを用いたビーム電流測定装置は数nA程度相当の雑音幅でビーム電流を測定することができる。
一方、後者の高温超伝導のSQUIDを用いたものは液体窒素または冷凍機だけで運転できるという利点があるが、雑音幅は数μA相当と大きいとされている（非特許文献２参照）。さらにゼロ点のドリフトも大きいとされているため、数十秒以上の実際的な測定では１０μA相当程度以上のビーム電流しか測定できないという問題があった。これに対して、磁気遮蔽の設計を工夫し、高温超電導SQUIDの感度を最適化することで1.8μAのイオンビームの測定に成功したという報告がなされた（特許文献１、特許文献２、非特許文献３参照）。このときの雑音幅は0.5μA相当である。このように、最近、研究開発が進んでいる状況である。
【０００７】
他の非破壊型測定方法には直流変流器がある。雑音幅は、磁気遮蔽の設計にもよるが、0.5μAから数μA相当である。
【０００８】
【非特許文献１】超伝導装置およびその応用：Superconducting Quantum Interference Devices and Their Applications ( Walter de Gruyter, 1977 ) p. 311、IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. MAG-21, NO. 2, MARCH 1985、Proc. 5th European Particle Accelerator Conf., Sitges, 1996 ( Institute of Physics, 1997 ) p. 1627、日本物理学会誌Vol. 54, No. 1, 1999
【非特許文献２】アイトリプルイートランスアクションオンスーパーコンダクティビティ：IEEE TRANSACTION ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 11, NO. 1, MARCH 2001 p. 635
【非特許文献３】CNSアニュアルレポート
【特許文献１】特願２００３−１５５４０７
【特許文献２】特願２００３−３３１８４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように種々の非破壊型測定方法があるが、ビーム電流に対する感度が高いもので、ビームの電流値と位置を同時に測定できるものはなかった。
そこで、例えば加速器やイオン注入機のビームラインでは、ファラデーカップやビームプロファイルモニターをそれぞれ設置している。そして、別々に測定した結果を組合せてビームの電流値と位置を把握しているのが現状である。
このような状況から、ビームを非破壊で測定することができ、かつ高精度のビーム電流値の測定ができ、さらにはビームの位置の把握も可能とするビーム測定装置が求められていた。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、ビーム電流値を高精度で非破壊型測定ができ、かつビームの位置を測定できるビーム測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明では、外部磁場遮蔽用の磁気遮蔽部と、前記磁気遮蔽部によって生成された遮蔽空間に配された複数の磁場センサとを備え、前記磁場センサは、測定すべきビーム電流が生成する磁場を収集する磁場収集機構を複数個具備し、前記磁場収集機構は、前記各磁場センサの近傍で前記ビーム電流がつくる超伝導表面遮蔽電流を集中させるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明者らは、高温超電導体を用いた種々の実験結果と、測定すべきビーム電流が生成する磁場を収集する機構の原理の考察から、磁場を収集する機構を複数個備えた構成とすることにより、ビーム電流値だけでなく、ビームの位置も測定できることを見出した。本発明はこの点に着目してなされたものである。
【００１２】
また本発明のビーム測定装置は、前記磁場収集機構は、前記ビーム電流が貫通する平面内にある一定の長さ範囲内で、所定の領域を除いて、超伝導表面遮蔽電流が遮断されることにより、前記所定の領域に集中するように配設されたものを含む。
この方法によれば、効率よく表面遮蔽電流を取り出すことができる。
【００１３】
また本発明のビーム測定装置は、前記磁場収集機構は、少なくとも表面が超伝導体で外周部には一部分のみを超伝導体で構成したブリッジ部分を有する筒状構造物であるものを含む。
この方法によれば、きわめて微細な抵抗しか持たない状態で効率よく遮蔽電流を集中させることができる。
【００１４】
また本発明のビーム測定装置は、前記磁場収集機構は、複数の超伝導コイルであるものを含む。
この構成により、磁場センサ配置位置の自由度が増大する。
なお、磁場収集機構は、磁場センサの近傍に設けられるようにするのが望ましい。しかしながら超伝導コイルを用いる場合は、超伝導コイルは磁場センサと離間して配置してもよい。つまり、超伝導コイルはビーム電流に近いところに置いておき、磁場センサはより高度に磁気遮蔽されたノイズの少ない空間領域に配置することができる。そして、超伝導コイルで収集したビーム電流がつくる磁場を磁場センサに伝達する超伝導回路を導入するようにすればよい。超伝導回路は、現状では形状自由度の高い低温超伝導体でしかできないが、超伝導コイルを用いる場合は、同時に磁場を伝達できる超伝導回路を導入できることから、近傍に設けることなく形成可能である。
【００１５】
また本発明のビーム測定装置は、前記超伝導コイルは軟磁性体で構成された芯体に巻回されているものを含む。
この構成により、より高い感度を得ることができる。
【００１６】
本発明によれば、磁場センサを複数個備えた構成として、それぞれの磁場センサで測定した信号を演算することにより、ビーム電流値だけでなく、ビームの位置を測定できるようになる。
【００１７】
かかる構成によれば、ビームを非破壊型の測定で0.5μA程度相当以下の雑音幅で測定でき、かつビームの位置も同時に測定できるビーム測定装置を提供できる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記複数の磁場センサの出力信号から同位相のノイズ信号をキャンセルするように演算することで、より雑音幅を小さくして高精度の測定ができるビーム測定装置を提供できる。
【００１９】
また、望ましくは、前記磁場センサはSQUIDであることを特徴とする。
【００２０】
なお、高温超電導体を用いた方が、液体窒素温度以上で動作できるので望ましい。高温超電導体を用いることにより、ランニングコストが安い上、遮蔽部が薄くてすむため装置の小型化が可能となる。
【００２１】
例えば数μAから数十mA程度のビーム電流を高精度で測定することが求められるイオン注入装置に応用することで、半導体ウェハにイオンビームを照射しながら、同時に非破壊でビームの電流値と位置が測定できる。
【００２２】
また本発明のビーム電流および位置測定方法は、上記ビーム測定装置を用い、イオン源または電子線源から被処理物に照射されるビームライン上に、前記ビーム測定装置を配置し、前記磁場センサの出力から、前記ビームラインのビーム電流値、およびイオンビームの位置を測定するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
なお、前記ビームラインのビーム電流値、およびイオンビームの位置の測定を、同時に測定するようにした方が、効率よくビームの制御や調整ができるので望ましい。
【００２４】
また本発明のビーム制御方法は、イオン源または電子線源を用いて生成されたビームに対し、上記ビーム電流および位置測定方法を用いてビーム電流を測定する測定工程と、前記測定工程で得られた前記ビーム電流値、およびビームの位置、或いはその両方を、イオン源、電子線源、分析電磁石、ビームへの電場および磁場印加部の制御パラメータに帰還する制御工程を含むことを特徴とする。
【００２５】
また本発明のビーム照射方法は、イオン源または電子線源を用いて生成されたビームに対し、上記ビーム制御および調整工程で得られた制御パラメータを用いて制御されたビーム電流を被処理物に照射する照射工程を含むことを特徴とする。
【００２６】
さらに上記ビーム測定装置を用いたビーム照射装置によれば、高精度にビーム電流値と位置を制御しつつビーム照射を行うことが可能となり、高精度の加工が可能となる。またビームの調整が容易になる。
【００２７】
さらに上記ビーム測定装置を具備したイオン注入装置、電子ビーム露光装置、加速器、電子ビーム蒸着装置を用いて製造あるいは検査した半導体、液晶、バイオチップなどの能動素子および、抵抗、コイル、コンデンサーなどの受動素子、電線なども有効である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、複数の磁場センサを用いることにより、容易に非接触でビーム電流だけでなくビームの位置も測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第1の実施の形態）
図１は本発明の実施の形態のビーム測定装置に用いる高温超伝導SQUIDとフラックスロックループの回路図を示す説明図である
このビーム測定装置は、外部磁場遮蔽用の磁気遮蔽部と、前記磁気遮蔽部によって生成された遮蔽空間に配された複数の磁場センサとを備え、測定すべきビーム電流が生成する磁場を前記磁場センサで測定するようにしたことを特徴とするものである。このビーム測定装置は、図１に示すように、測定すべきビームの経路に配置された検知コイル１１と、ビーム電流に対応した磁場を検知する磁場センサであるSQUID１２と、検知コイル１１とSQUID入力コイル１５の閉回路で構成される前記検知コイル１１で検知された磁束を測定部に伝達する磁束伝達部と、SQUIDを貫く磁束の変化を打ち消すように帰還電流を流す帰還コイル１３を備え、このSQUID１２の出力をプリアンプおよび積分器を経て出力端子に導くとともに帰還コイルに帰還させるように構成されている。ここで、ジョセフソン素子の低周波固有の雑音を消去するため、交流電流でバイアスをかけている。
【００３０】
図１の囲いで示した部分は低温部であり、前記検知コイル１１と磁束伝達部と帰還コイル１３により構成され、直径φ4 cm×高さ2 cm程度のホルダに固定されている。前記ホルダは、図２から図８では便宜的にホルダに含まれる部位を代表してSQUIDと表示した。そして、図中に複数個のSQUIDがある場合には、SQUID_A, SQUID_Bなど添え字で区別した。
【００３１】
SQUIDは、図２で示すように測定すべきビーム電流が生成する磁場を収集する機構の近傍に配置する。磁場を収集する機構１００は、表面を高温超電導体１００ｂでコーティングし外周部には一部分のみを高温超伝導体で構成したブリッジ部分１０１を有する筒状構造物を用いた。ビームが筒状構造物の内径がつくる閉曲面を貫くときに、ビームがつくる磁場により筒状構造物の内壁表面に表面遮蔽電流が誘起される。この表面遮蔽電流は、筒状構造物の内壁表面ではビームの進行方向とは逆方向に流れる。そして、外壁表面ではビームの進行方向と順方向に流れて、一周する。ここで、筒状構造物の外壁表面は一部分のみが高温超伝導であるブリッジ部分１０１を有し、他は高温超伝導体１００ｂのないスリット部Ｓを形成しているので、絶縁体または常伝導体である基材１００ａの剥き出しになっている部分には電流が流れず、ブリッジ部分に表面遮蔽電流が集中する。このようにして、測定すべきビーム電流が生成する磁場を収集する。そして、集中した表面遮蔽電流がブリッジ部分でつくる磁場を前記検知コイルで検知してSQUIDで測定する構成である。
【００３２】
図３（ｂ）は、本発明の特徴を説明するために図１の筒状構造物をビーム進行方向から見た断面図であり、図３（ａ）は、ビーム進行方向に垂直の方向から見た図である。図３（ｂ）に示すように、筒状構造物をビーム進行方向に垂直に切った断面は長方形である。そして長方形の２つの短辺にそれぞれSQUIDを配置した。そして図３（ｃ）、図３（ｄ）は筒状構造物の構造を示す要部図である。
【００３３】
ビーム_B 5は長方形の中心を通過したビームである。ビーム_B 5に対するSQUID_A 2とSQUID_B 3の出力は同等であるものとする。
以下、この測定原理について詳細に説明する。ビームがつくる磁場により筒状構造物内壁表面の各部分には、ビームがつくる磁場の強弱によって異なる電流値の表面遮蔽電流が誘起される。つまり、ビームの中心からの距離をRとすると、ビームがつくる磁場は１／Rに比例して減衰する。そこで、筒状構造物内壁のビーム中心に近い部分には、単位面積あたり電流値の大きな表面遮蔽電流が誘起される一方で、遠い部分には小さな表面遮蔽電流が誘起される。ここで、ビーム_B 5が内壁に誘起する表面遮蔽電流の分布は、YZ平面に対して対称である。内壁に誘起された表面遮蔽電流は、内壁表面をビームの進行方向と順方向に流れた後、外壁表面に回り、外壁表面をビームの進行方向と順方向に流れる。外壁表面には、ブリッジ_A 1とブリッジ_B 6の２つの経路が存在するが、２つの経路はYZ平面に対して対照なので、ブリッジ_A 1とブリッジ_B 6には内壁に誘起された表面遮蔽電流全体の半分の表面遮蔽電流がそれぞれ流れることになる。故に、SQUID_A 2とSQUID_B 3の出力は同等である。
【００３４】
一方、ビーム_A 4で示すように、長方形の中心を原点としてX軸にそってマイナス方向の位置をビームが通過した場合は、SQUID_A 2とSQUID_B 3の出力は同等ではない。このとき、ビーム_A 4が内壁に誘起する表面遮蔽電流の分布は、YZ平面に対して非対称である。つまり、X軸のマイナス側の内壁にはプラス側と比較して大きな電流値の表面遮蔽電流が分布して流れる。そして内壁表面をビームの進行方向と順方向に流れた後、同様の分布をもって外壁表面に回る。そして、X軸のマイナス側の外壁に流れた表面遮蔽電流はブリッジ_A 1に、プラス側に流れた表面遮蔽電流はブリッジ_B 6にそれぞれ流れる。よってSQUID_A 2の出力はSQUID_B 3と比較して大きい。さらに、ビームの位置が原点からX軸マイナス方向にずれている距離が大きい程、SQUID_A 2の出力はSQUID_B 3と比較して大きくなる。
【００３５】
この現象を利用して、X軸におけるビームの位置を測定できる。すなわち、SQUID_A 2とSQUID_B 3の出力をそれぞれVA(X)、VB(X)とし、図３（ｂ）で見た筒状構造物の長軸の長さをD、位置感度係数をαとすると、ビーム位置Xは、X＝（D／２）×α×（VA(X)−VB(X)）／（VA(X)−VB(X)）で計算できる。また、ビームがX軸上からずれた場合も、筒状構造物の構造が図３（ｂ）で見たXZ平面に対して対称であることから、同様の原理でビームが通過した位置のX座標が測定できることは明らかである。
【００３６】
ところで、筒状構造物の内径がつくる閉曲面を貫いたビーム電流が内壁表面に誘起する表面遮蔽電流の総和は、ビームの位置に関係なく一定である。この現象を利用して、SQUID_A 2とSQUID_B 3の出力の和を計算することで、ビーム電流値を測定できる。つまり、SQUID_A 2とSQUID_B 3の出力を用いて演算することで、ビームが通過したX軸上の位置と、ビーム電流値を同時に測定できる。
【００３７】
前記SQUIDを２つ配置した構成では、ビームの位置は１次元で測定することができる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図４、図５（ａ）および（ｂ）は、この原理を拡張してビームの位置を２次元で測定できるように改良した構成の一例である。図５（ｂ）に、図４の筒状構造物をビーム進行方向から見た断面図を示した。また、図５（ａ）はビーム進行方向と垂直方向から見た断面図である。この構成では、ブリッジとSQUIDをそれぞれ３つ設置した。すなわち、前記第１の実施の形態で説明した図２、図３（ａ）および（ｂ）の場合に加えて、Y軸上にブリッジ_C 8とSQUID_C 7を追加した。ビームがY軸のプラス側を通過した場合は、マイナス側を通過した場合と比較して、SQUID_C 7の出力は大きくなり、SQUID_A 2とSQUID_B 3の出力は小さくなる。このように、ビームの位置により３つのSQUIDの出力の比がそれぞれ異なる。そして、ビームの位置のXY平面上の座標と、３つのSQUIDの出力の比は１対１で対応している。つまり、３つのSQUIDの出力の比を計算することで、筒状構造物をビーム進行方向に垂直に切った断面の長方形の中で、ビームの位置をXY平面上の座標として２次元で測定することができる。なお、X軸とY軸方向それぞれに２つのSQUIDを配置すれば、より簡単にビームの位置を２次元で測定することができる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図６は、ブリッジとSQUIDをそれぞれ１つずつと、それに加えて２つの磁場センサを用いた構造である。ここでは筒状構造物が円筒である。つまり、磁場センサはSQUIDとあわせて３つであるが、磁場を収集する機構であるブリッジは１つである。ここで磁場センサはSQUID以外のものを用いても良い。このような構造とすることで、SQUIDでビーム電流値を測定し、別途、磁場センサ_A 10と磁場センサ_B 11でビームの位置を測定することができる。
【００４０】
（第４の実施の形態）
図７は、筒状構造物が円筒であるが、ブリッジとSQUIDをそれぞれ２つずつ有し、前記第１の実施の形態の図２、図３に示した構造と基本的に同じである。SQUID_A 2とSQUID_B 3の出力を演算することで、SQUID_A 2とSQUID_B 3を結ぶ線に対して１次元でビームの位置と、ビーム電流値を同時に測定できることがわかる。
図８、図９は、筒状構造物内壁のX軸正負側にそれぞれ誘起された表面遮蔽電流が、それぞれ近いほうのブリッジに流れやすいように、絶縁体または常伝導体のデザインを工夫したものである。筒状構造物外壁の中央部にブリッジ_A 1とブリッジ_B 6を隔てるように絶縁体または常伝導体を設けることで、それぞれのSQUID出力はビームの位置を反映しやすくなる。ここでは、超伝導体（１００ｂ）で全面を被覆した中において、超伝導体を被覆せず、基体（１００ａ）の露呈したスリットＳを形成することにより、ブリッジ_A 1とブリッジ_B 6を隔てる。なお、ブリッジ_A 1とブリッジ_B 6を隔てるべき絶縁体または常伝導体の配置は、図１０、図１１、図１２、図１３のようにしても効果的である。
【００４１】
（第５の実施の形態）
図１０、図１１（ａ）および（ｂ）は、前記実施の形態における筒状構造物の外壁のビーム方向の一部に形成され、超伝導体から基体が露呈するように形成されたスリットＳを、端面まで貫通するように形成した点で前記実施の形態と相違する。他は前記実施の形態と同様である。
この形態は、前記位置感度係数をなるべく大きくするために、筒状構造物の形状に合わせてスリットSの形状を最適化するものである。
【００４２】
（第６の実施の形態）
図１２、図１３（ａ）および（ｂ）は、超伝導体から露呈するスリットＳを筒状構造物の端面を貫通するようにした点で前記第５の実施の形態と相違する。他は前記実施の形態と同様である。
このようにビームの方向に沿って超伝導領域を分割することにより、さらにビームの位置をはっきりと反映されることになり、位置の検出精度が向上する。
【００４３】
（第７の実施の形態）
図１４は、磁場収集機構の他の例である。本実施の形態では、磁場収集機構として超伝導コイルを２つ設けたものである。この例では各磁場収集機構において、超伝導コイル３１で磁性体からなる超伝導コア３２を巻回し、超伝導回路３３を介して磁場センサ３４に導き磁場を検出する。この構成により、必ずしも磁場センサをビーム電流に近接することなく、検出することができる。他は前記実施の形態と同様である。
なお超伝導コアとしての芯体は必ずしもなくてもよく、複数の超伝導コイルがあればよい。
【００４４】
以上のように本実施の形態によればビームの位置とビーム電流値を同時に測定することができる。
次に、比較例について説明する。
図１５に比較例のビーム電流測定装置に用いた磁場を収集する機構とSQUIDの構成を示す。磁場を収集する機構は、表面を高温超電導体でコーティングし外周部には一部分のみを高温超伝導体で構成したブリッジ部分を有する円筒を用いた。ここで、ブリッジとSQUIDはそれぞれ１個ずつである。比較例の構成では、ブリッジは１つしかないので、表面遮蔽電流は超伝導体で抵抗がゼロのブリッジに集中して流れる。つまり、円筒表面に誘起された表面遮蔽電流は１つのブリッジに集められる。このようにして、測定すべきビーム電流が生成する磁場を収集し、集中した表面遮蔽電流がブリッジ部分でつくる磁場を前記検知コイルで検知してSQUIDで測定する構成である。ここで、円筒の内径がつくる閉曲面を通過するビームの位置が変化しても、ビームがつくる磁場により円筒内壁表面に誘起される表面遮蔽電流の総和は変化しないので、ビームの位置に関係なく、ビーム電流を測定できる。これにより、従来例で説明したように、高温超電導体を用いて数μAのビーム電流を非破壊で測定できる。ただし、ビームの位置については測定できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明してきたように、本発明によればビーム電流値を高精度で非破壊型測定ができ、かつビームの位置を測定できるため、高精度の位置及びビーム電流値の調整が可能となり、微細加工工程で信頼性の高い利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態のビーム測定装置に用いる高温超伝導SQUIDとフラックスロックループの回路図を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の磁場センサの概観を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の磁場センサとビーム位置の関係を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の磁場センサの概観を示す図である。
【図５】本発明第２の実施の形態の磁場センサとビーム位置の関係を説明する図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の磁場センサの概観を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の磁場センサの概観を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の磁場センサの概観を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態の磁場センサの概観を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態の磁場センサとビーム位置の関係を説明する図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の磁場センサの概観を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態の磁場センサとビーム位置の関係を説明する図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態の磁場センサとビーム位置の関係を説明する図である。
【図１４】本発明の第７の実施の形態の磁場センサとビーム位置の関係を説明する図である。
【図１５】比較例の磁場センサの概観を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１           検知コイル
１２           SQUID
１３           帰還コイル
１５           SQUID入力コイル
１００         磁場を収集する機構
１００ａ       絶縁体または常伝導体である基材
１００ｂ       高温超伝導体
１０１         ブリッジ部分
S              スリット
【図１】
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【図２】
2005227028.tif 000004
【図３】
2005227028.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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