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TECHNISCHES GEBIET
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf eine Ionenquelle, die ein Ion durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl generiert.
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HINTERGRUND
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Im Allgemeinen war als ein Verfahren zum Erzeugen eines Ions in einer Ionenquelle beispielsweise ein Verfahren zum Erhalten des Ions durch Verursachen einer Entladung im Gas bekannt. In diesem Fall könnte eine Mikrowelle oder ein Elektronenstrahl verwendet werden, um die Entladung zu verursachen.
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Mittlerweile gibt es eine Technik, die Ionen unter Verwendung eines Lasers generiert. Bei einer Ionenquelle, die Ionen mit einem Laser generiert, wird der Laserstrahl gebündelt und auf ein festes Ziel gestrahlt, wobei ein in dem Ziel enthaltenes Element verdampft und durch Energie des Laserstrahls unter Erzeugung eines Plasmas ionisiert wird, wobei die in dem Plasma enthaltenen Ionen transportiert werden, wenn das Plasma und die Ionen beschleunigt werden, während ein Ionenstrahl entnommen wird.
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Entsprechend der Ionenquelle können die Ionen durch Bestrahlen des Lasers auf das feste Ziel erzeugt werden, und es ist für die Erzeugung von mehrfach geladenen Ionen vorteilhaft.
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Jedoch koexistieren Ionen in verschiedenen geladenen Zuständen unter den von der Ionenquelle generierten Ionen, wie es oben beschrieben wurde.
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In diesem Fall wird ein Linearbeschleuniger mit hochfrequenter Beschleunigung am hinteren Ende der Ionenquelle zum selektiven transportieren nur eines gewünschten Ions einer bestimmten Valenz verwendet, aber in der Ionenquell selbst können Ionen mit unnötigen Valenzen nicht entfernt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG#
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1 ist eine schematische Querschnittansicht einer Konfiguration einer Ionenquelle entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist ein Signalverlaufsdiagramm, das Ionen darstellt, die an einer Zwischenelektrode 5 antreffen;
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3 ist ein Signalverlaufsdiagramm, das Ionen in dem Fall darstellen, in dem ein positives elektrisches Feld an die Zwischenelektrode 5 angelegt wird; und
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4 eine schematische Querschnittansicht einer Konfiguration der Ionenquelle entsprechend einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Entsprechend einer Ausführungsform gibt es im Allgemeinen eine Ionenquelle mit: einer evakuierten Vakuumkammer; einem Ziel, das in der Vakuumkammer eingesetzt ist und eine Mehrzahl Ionen unterschiedlicher Valenzen durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl zu generieren; einer Beschleunigungselektrode, an die eine hohe Spannung angelegt wird, um die durch das Ziel generierten Ionen zu beschleunigen; und einer Zwischenelektrode, die zwischen dem Ziel und der Beschleunigungselektrode vorgesehen ist, und die mit der entgegengesetzten Spannung der Spannung beaufschlagt wird, die an der Beschleunigungselektrode anliegt.
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(Erste Ausführungsform)
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Als Erstes wird eine Ionenquelle entsprechend einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 erläutert. 1 zeigt schematisch eine Konfiguration einer Ionenquelle entsprechend der Ausführungsform. Die Ionenquelle entsprechend der Ausführungsform ist beispielsweise eine Laserionenquelle, die einen Laserstrahl bündelt und auf ein Ziel einstrahlt, und die ein in dem Ziel enthaltenes Element mittels der Energie des Laserstrahls verdampft und ionisiert, um Ionen zu generieren.
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Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die Ionenquelle eine Vakuumkammer 1, ein Ziel 2, ein Kollimator 3, eine Beschleunigungselektrode 4 und eine Zwischenelektrode 5.
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Die Vakuumkammer 1 ist beispielsweise aus rostfreiem Stahl, und das Ziel 2 ist in der Vakuumkammer 1 angeordnet. Des Weiteren wird die Vakuumkammer mittels eines (nicht gezeigten) Absaugsystems evakuiert.
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Ein Laserstrahl 10 wird gebündelt und auf das Ziel 2 in der Vakuumkammer 1 eingestrahlt, um Ionen einer Mehrzahl von Valenzen zu generieren. Genauer gesagt, wird der Laserstrahl 10, der mittels einer nicht gezeigten, in der Vakuumkammer 1 vorgesehenen Fokuslinse gebündelt wird auf das Ziel 2 eingestrahlt, und als ein Ergebnis wird ein Laserabtragungsplasma (im Folgenden einfach als Plasma bezeichnet) 11 erzeugt. Das Plasma 11 enthält ein mehrfach geladenes Ion eines Zielmaterials als ein Ziel in der Ionenquelle. Des Weiteren ist das Ziel 2 beispielsweise ein Kohlenstoff-basiertes plattenähnliches Element.
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Der Kollimator 3 ist zwischen dem Ziel 2 und der Beschleunigungselektrode 4 angeordnet und schließt unnötiges Plasma von dem Plasma 11 aus, das durch Einstrahlen des Lasers 10 auf das Ziel 2 erzeugt wird.
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Die Beschleunigungselektrode 4 wird mit einer Spannung zum Beschleunigen der in dem über dem Kollimator 3 transportierten Plasma 11 enthaltenen Ionen beaufschlagt. Im Ergebnis wird in der Beschleunigungselektrode 4 ein elektrisches Feld zum Beschleunigen und Fokussieren der in dem Plasma 11 enthaltenen Ionen generiert, und das Ion wird beschleunigt. Des Weiteren wird das durch die Beschleunigungselektrode 4 beschleunigte Ion letztendlich durch die Ionenquelle als ein Ion 12 emittiert.
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Die Zwischenelektrode 5 ist zwischen dem Kollimator 3 und der Beschleunigungselektrode 4 angeordnet, und wird mit einer entgegengesetzten Spannung zu der Spannung, die an der Beschleunigungselektrode 4 anliegt, beaufschlagt.
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Anschließend wird der Betrieb der Ionenquelle 11 entsprechend der Ausführungsform beschrieben. Des Weiteren ist das Ion, das von der Ionenquelle der Ausführungsform generiert wird, ein Ion, das durch das Ion verursacht wird, das in dem Ziel 2 enthalten ist, und die Mehrzahl der Valenzen der Ionen koexistieren. Als Ziel 2 ist beispielsweise ein Kohlenstoffziel und ähnliches enthalten.
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Als Erstes wird der Laserstrahl 10, der mittels Verwendung der Fokuslinse gebündelt wird, auf das in der Vakuumkammer 1 eingesetzte Ziel 2 gestrahlt. In diesem Fall wird das Plasma 11 durch das Ziel 2 generiert. In dem Fall, in dem das Ziel 2 ein Kohlenstoffziel ist, werden beispielsweise Ionen von C6+ bis C1+ in dem Plasma koexistieren. Des Weiteren wird das Plasma 11, von dem das unnötige Plasma durch den Kollimator 3 entfernt wird, auf die Zwischenelektrode 5 einfallen.
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Hierbei wird die entgegengesetzte Spannung jener Spannung, die an die Beschleunigungselektrode anliegt, an die Zwischenelektrode 5 angelegt, wie es vorangehend beschrieben wurde, und der Spannungswert wird auf einen optimalen Wert in Abhängigkeit des mehrfach geladenen Ions und des Zielmaterials gesetzt, das das Ziel in der Ionenquelle ist, um zu verhindern, dass ein Ion mit einer niedrigen Geschwindigkeit, beispielsweise ein Clusterion oder ähnliches, aus der in dem Plasma 11 enthaltenen Mehrzahl der Valenzen von Ionen, an der Zwischenelektrode 5 vorbei gelangt. Im Ergebnis können unnötige Ionen vermieden werden, so dass diese nicht in den Teil Downstream gelangen.
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Des Weiteren sind die Form und die Spannung der Zwischenelektrode 5 optimiert, um das Ion auf eine gesteuerte Ionenbahns zu fokussieren und die Ionenausbeute zu verbessern.
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Das an der Zwischenelektrode 5 vorbeigelaufene Ion wird durch die Beschleunigungselektrode 4 beschleunigt. Des Weiteren wird das durch die Beschleunigungselektrode 4 beschleunigte Ion von der Ionenquelle als Ionenstrahl 12 emittiert, um an die Außenseite der Ionenquelle transportiert zu werden (beispielsweise mittels eines Linearbeschleunigers und ähnlichem).
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Des Weiteren unterscheiden sich die in dem Plasma 11 enthaltene Mehrzahl der Valenzen der Ionen voneinander hinsichtlich der Geschwindigkeit. Im Ergebnis sind die in dem Plasma 11 enthaltene Mehrzahl der Valenzen der jeweiligen Ionen untereinander beispielsweise hinsichtlich der Beobachtungszeit bei der Zwischenelektrode 5 unterschiedlich. Unter Ausnutzung dieses Merkmals wird eine Pulstreiberspannung an die Zwischenelektrode 5 angelegt (das heißt, die Zwischenelektrode 5 wird mit Pulsen getrieben), um nur ein Ion einer Valenz, die das Ziel der Ionenquelle ist, unter der Mehrzahl der Valenzen von Ionen (das heißt der Mehrzahl von Valenzen der Ionen, die von dem Ziel 2 generiert werden), die in dem Plasma 11 enthalten sind, an der Zwischenelektrode 5 vorbei zu lassen (das heißt zu der Beschleunigungselektrode 4 zu transportieren), beispielsweise mit einer Zeitsteuerung in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des mehrfach geladenen Ions (das heißt des Ions der Valenz, die das Ziel der Ionenquelle ist) von dem Zielmaterial, das das Ziel in der Ionenquelle ist.
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Im Folgenden zeigt 2 beispielsweise das Eintreffen des Ions bei der Zwischenelektrode 5. Wie es in 2 gezeigt ist, enthält das Ion, das an der Zwischenelektrode 5 ankommt, das mehrfach geladene Ion des Zielmaterials, das das Ziel der Ionenquelle ist, und das unnötige Ion.
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3 zeigt ein Ion in dem Fall, in dem die entgegengesetzte Spannung (beispielsweise ein positives elektrisches Feld) bezüglich der Spannung, die an die Beschleunigungselektrode 4 anliegt, an die Zwischenelektrode 5 angelegt wird.
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Wie es in 3 gezeigt ist, wird die umkehrte Spannung zu der Spannung, die an die Beschleunigungselektrode 4 anliegt, an die Zwischenelektrode 5 angelegt, um das unnötige Ion 2 zu entfernen, wie es in 2 gezeigt ist.
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Des Weiteren, wie es in 3 gezeigt ist, wird in dem Fall, in dem das Ziel 2 ein Kohlenstoffziel ist, beispielsweise C6+ bis C1+ in dem Ion koexistieren, was an der Zwischenelektrode 5 beobachtet wird.
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Da C6+ bis C1+ sich voneinander in der Geschwindigkeit unterscheiden, wie es vorangehend beschrieben wurde, werden C6+ bis C1+ sich voneinander in der Zeit unterscheiden, in der sie an der Zwischenelektrode 5 beobachtet werden, wie es in 3 gezeigt ist.
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In dem Fall, in dem das Ion der Valenz, was das Ziel der Ionenquelle ist, auf C6+ gesetzt wird, wird die Zwischenelektrode im Pulsbetrieb zum Absenken der Spannung, nur während das C6+ durch die Zwischenelektrode 5 läuft, getrieben, an der während der restlichen Zeit eine Spannung anliegt, um Ionen darin zu hindern, durch die Zwischenelektrode 5 durchzulaufen, um so nur den C6+ zu ermöglichen, durch die Zwischenelektrode 5 zu gelangen.
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Des Weiteren ist hier das C6+ das Ion der Valenz, die Ziel der Ionenquelle ist, aber die Zwischenelektrode 5 wird mit einer Zeitsteuerung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der anderen Ionen, außer C6+ getrieben, welches das Ziel ist, um es nur diesem Ion zu ermöglichen, durch die Zwischenelektrode 5 zu gelangen.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der die Konfiguration die unter Vakuum stehende Vakuumkammer 1, das in der Vakuumkammer 1 angeordnete Ziel 2, und das Erzeugen einer Mehrzahl von Valenzen von Ionen durch das Bestrahlen mit einem dem Laserstrahl erzeugt, wird die Beschleunigungselektrode 4 mit einer Spannung beaufschlagt, um das durch das Ziel 2 generierte Ion zu beschleunigen, und die Zwischenelektrode 5 ist zwischen dem Ziel 2 und der Beschleunigungselektrode 4 vorgesehen und wird mit der entgegengesetzten Spannung zu der Spannung beaufschlagt, die an die Beschleunigungselektrode anliegt, wobei das Ion, das eine niedrige Geschwindigkeit hat, wie etwa das Clusterion und ähnliches, nicht in der Lage ist, an der Zwischenelektrode 5 vorbei zu gelangen. So kann das unnötige Ion ausgeschlossen werden.
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Des Weiteren ist es bei der Ausführungsform mit der Konfiguration der Pulstreiberspannung, die an die Zwischenelektrode 5 angelegt wird, mit einer Zeitsteuerung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Ions einer vorgegebenen Valenz, die das Ziel der Ionenquelle ist, möglich, nur das Ion der Valenz, die das Ziel ist, für den weiteren Transport durch die Beschleunigungselektrode 4 durchzulassen.
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Zusätzlich kann bei der Ausführungsform die Pulstreiberspannung an die Beschleunigungselektrode 4 (die Beschleunigungselektrode 4 wird pulsgetrieben) angelegt werden, um so nur das Ion der Valenz zu beschleunigen, das das Ziel ist, mit einer Zeitsteuerung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Ions der Valenz, das Ziel der Ionenquelle ist.
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(Zweite Ausführungsform)
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Anschließend wird eine Ionenquelle entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 zeigt schematisch eine Konfiguration einer Ionenquelle entsprechend einer Ausführungsform. Des Weiteren werden in 4 die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
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Wie es in 4 gezeigt ist, unterscheidet sich die Ionenquelle entsprechend der Ausführungsform von jener der ersten Ausführungsform, dahingehend, dass eine Hilfselektrode 6 stromab von der Beschleunigungselektrode 4 vorgesehen ist.
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Bei der Ausführungsform, wird die Pulstreiberspannung an die Hilfselektrode 6 angelegt, um ein Ion einer vorgegebenen Valenz (das heißt, das Ion der Valenz, die das Ziel der Ionenquelle ist) unter den Ionen, die von der Beschleunigungselektrode 4 beschleunigt werden (das heißt, die Hilfselektrode 6 wird pulsgetrieben), zu transportieren. Im Ergebnis wird nur das Ion der Valenz, die das Ziel ist, in den stromab gelegenen Teil transportiert.
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Des Weiteren wird die Pulsbreite des Treiberpulses an der Hilfselektrode 6 durch Einstellen einer Position, an der die Hilfselektrode 6 installiert ist, und der Spannung, die an die Hilfselektrode 6 angelegt wird, erhöht. Im Ergebnis wird die Koexistenzrate der Ionen – außer dem Ion der Valenz, die das Ziel ist – verringert.
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Bei der Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, wird eine Konfiguration, bei der die Hilfselektrode 6 stromab der Beschleunigungselektrode 4 installiert ist, vorgesehen, und die Pulstreiberspannung wird an die Hilfselektrode 6 zum Transportieren des Ions der vorgegebenen Valenz unter den Ionen, die von der Beschleunigungselektrode 4 beschleunigt werden, angelegt, wobei nur das Ion der Valenz, die das Ziel der Ionenquelle ist, transportiert wird.
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Während bestimmter Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nur als Beispiele vorgestellt und sind nicht für den Schutzumfang der Erfindung beschränkend. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Ausführungsformen in einer Vielzahl von anderen Ausgestaltungen verkörpert werden, wobei verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente sind beabsichtigt, um diese Formen oder Modifikation mit abzudecken, die in den Bereich und den Geist der Erfindung fallen.
