JP2005310704A

JP2005310704A - Beam accelerator for ion mass separator

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Publication number: JP2005310704A
Application number: JP2004129554A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sodeshida; 竜也袖子田; Hajime Kuwabara; 一桑原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: JP4449557B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an electron on the downstream side from entering an acceleration space even when an impression voltage by a deceleration electrode is lowered for preventing problematic generation of a new electron in the acceleration space due to collision of the ion on the downstream side to the deceleration electrode. <P>SOLUTION: This beam accelerator 19 for an ion mass separator constructed of a conductor 6b in an exit part 3 of a curved ion deflection casing 5 and the deceleration electrode 15 and the acceleration electrode 16 arranged sequentially on the downstream side of the conductor 6b is provided with the acceleration space 17 with a required longitudinal width A arranged in the front and back parts of the ion beam bending direction. By means of the beam accelerator 19 for the ion mass separator, an ion beam with a desired mass among the curved ion beams is accelerated in the acceleration space 17 to be taken out to the downstream side. A positive ion retardation electrode 20, to which positive voltage is impressed, is arranged between the deceleration electrode 15 and the acceleration electrode 16. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、イオン質量分離装置のビーム加速装置に関し、特に減速電極の印加電圧を低くしても下流の電子が加速空間に侵入するのを防止することができ、且つ下流のイオンが減速電極に衝突して加速空間に新たな電子が発生する問題を防止すると共に、減速電極の印加電圧で加速されて下流側へ侵入する電子のエネルギを低減できるようにしたイオン質量分離装置のビーム加速装置に関するものである。 The present invention relates to a beam accelerator for an ion mass separator, and in particular, it is possible to prevent downstream electrons from entering the acceleration space even if the applied voltage of the deceleration electrode is lowered, and downstream ions to the deceleration electrode. The present invention relates to a beam acceleration device for an ion mass separation device that can prevent a problem that new electrons are generated in an acceleration space due to a collision, and can reduce energy of electrons that are accelerated by a voltage applied to a deceleration electrode and enter downstream. Is.

従来より、電気的に活性な元素を半導体に添加したり、或いは基材に対して接着が困難な材料を接着するために接着材料の原子を基材に添加するような場合には、イオンドーピング（注入）装置が使用されている。 Conventionally, when an electrically active element is added to a semiconductor, or when an atom of an adhesive material is added to a substrate in order to adhere a material that is difficult to adhere to the substrate, ion doping is performed. An (injection) device is used.

イオンドーピングを行うには、プラズマ発生装置で材料ガスをプラズマ化し、プラズマのイオン（荷電粒子）を加速してそのイオンビームを被処理材に注入している。イオンビームを発生するための材料ガスとしては、水素希釈のホスフィン（ＰＨ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）等が用いられるが、プラズマ発生装置では所望のＰＨ_x、Ｂ₂Ｈ_x以外に、Ｈ_x、Ｐ₂Ｈ_x、ＢＨ_x等の異なるイオン種の不要イオンも発生し、プラズマ発生装置からはこれらイオン種の混合ビームが引出される。 In order to perform ion doping, a material gas is converted into plasma by a plasma generator, plasma ions (charged particles) are accelerated, and an ion beam is injected into a material to be processed. As a material gas for generating an ion beam, hydrogen diluted phosphine (PH ₃ ), diborane (B ₂ H ₆ ) or the like is used. In the plasma generator, in addition to desired PH _x and B ₂ H _x , Unnecessary ions of different ion species such as H _x , P ₂ H _x , and BH _x are also generated, and a mixed beam of these ion species is extracted from the plasma generator.

このように種々のイオン種が混合したイオンビームをそのまま加速して被処理材に注入することも行われているが、所望イオン種以外の不要イオン種が混合したイオンビームを注入した場合には、注入によるＰ、Ｂの注入深さ分布が不均一になる問題があり、更に、被処理材に余分な熱負荷を与えるといった問題がある。このため、不要イオン種は除去することが望まれる。また、幅広の被処理材にイオンビームの注入が行えるようにすることによって生産性の向上を図ることも望まれている。 In this way, the ion beam mixed with various ion species is accelerated as it is and injected into the material to be processed. However, when an ion beam mixed with unnecessary ion species other than the desired ion species is injected, There is a problem that the implantation depth distribution of P and B by the implantation becomes non-uniform, and there is a problem that an extra heat load is applied to the material to be processed. For this reason, it is desirable to remove unnecessary ionic species. It is also desired to improve productivity by enabling ion beam implantation to a wide workpiece.

このため、大口径、特に幅広のイオンビームを湾曲させてイオンの質量分離を行わせることにより幅広で安定した特性のイオンビームを得るようにしたイオン質量分離装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 For this reason, an ion mass separation apparatus has been proposed in which an ion beam having a wide and stable characteristic is obtained by bending a large aperture, particularly a wide ion beam, to perform ion mass separation (for example, patents). Reference 1).

図５は前記特許文献１におけるイオン質量分離装置１の概要を示す斜側面図、図６は図５の側面図であり、このイオン質量分離装置１は、両端に入口部２と出口部３を有して湾曲し、内部に断面長方形の質量分離空間４が形成されたイオン偏向ケーシング５を備えており、図５のイオン偏向ケーシング５は入口部２と出口部３が９０゜の角度になるように大角度で湾曲している。前記イオン偏向ケーシング５の外部には、前記入口部２と出口部３を通るようにイオン偏向ケーシング５の曲りに沿ってイオン偏向ケーシング５の幅方向に導体６ｘを巻いて空芯励磁電流路６を形成している。この空芯励磁電流路６に電流を流して磁場を形成するようになっている。また、前記イオン偏向ケーシング５の例えば幅方向端部の内面には、電子を供給して空間電荷を中和することによりイオンビームの発散を抑制するための中和電子供給体７（例えばフィラメント）が配置されている。 FIG. 5 is an oblique side view showing an outline of the ion mass separator 1 in Patent Document 1, and FIG. 6 is a side view of FIG. 5. The ion mass separator 1 has an inlet portion 2 and an outlet portion 3 at both ends. The ion deflection casing 5 is curved and has a mass separation space 4 having a rectangular cross section formed therein. The ion deflection casing 5 in FIG. 5 has an inlet portion 2 and an outlet portion 3 at an angle of 90 °. Is curved at a large angle. Outside the ion deflection casing 5, a conductor 6 x is wound in the width direction of the ion deflection casing 5 along the bend of the ion deflection casing 5 so as to pass through the inlet portion 2 and the outlet portion 3. Is forming. A current is passed through the air-core excitation current path 6 to form a magnetic field. Further, for example, a neutralized electron supply body 7 (for example, a filament) for suppressing the divergence of the ion beam by supplying electrons to the inner surface of the end portion in the width direction of the ion deflection casing 5 to neutralize space charge. Is arranged.

前記入口部２の外部前方にはプラズマ発生装置８が設けてあり、該プラズマ発生装置８は材料ガスをプラズマ化してイオンを生成させる。また、前記イオン偏向ケーシング５の入口部２とプラズマ発生装置８との間における入口部２の導体６ａと重なる位置には引込み電極９が配置されている。この引込み電極９には、前記空芯励磁電流路６の筺体電圧（例えば５０キロボルト）より高い電圧（例えば５０キロボルト＋２００ボルト）の電圧が印加されており、この電位差によって前記プラズマ発生装置８のプラズマによって生成したイオンが質量分離に必要な速度に加速されてイオン偏向ケーシング５内に引込まれるようになっている。このイオンビームは、幅方向（図６の紙面と直角方向）に広い幅を有してイオン偏向ケーシング５に導入される。 A plasma generator 8 is provided in front of the entrance 2 and the plasma generator 8 converts the material gas into plasma to generate ions. A lead-in electrode 9 is disposed at a position overlapping the conductor 6 a of the inlet portion 2 between the inlet portion 2 of the ion deflection casing 5 and the plasma generator 8. A voltage (for example, 50 kilovolts + 200 volts) higher than the enclosure voltage (for example, 50 kilovolts) of the air-core exciting current path 6 is applied to the lead-in electrode 9, and the potential difference causes the plasma of the plasma generator 8. Are generated at a speed required for mass separation and drawn into the ion deflection casing 5. This ion beam is introduced into the ion deflection casing 5 with a wide width in the width direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6).

質量分離空間４に導入されたイオンビームは、空芯励磁電流路６による磁場の作用によりイオンの質量に応じて湾曲させられ、所望の質量のイオンビームは湾曲方向前後（図６の左右方向）の中心部に収束されて出口部３の導体６ｂ間から外部に導出される。図５では水素希釈のホスフィン（ＰＨ₃）を材料ガスとした場合の所望イオン（ＰＨ_ｘ ⁺）を出口部３に導き、他の質量が小さいＨ⁺、Ｈ₂ ⁺、Ｈ₃ ⁺等の不要イオンは速く曲げられてイオン偏向ケーシングの内壁にぶつかることにより中性化し、また、所望イオンより質量が大きいＰ₂Ｈ_ｘ ⁺等の不要イオンは曲り切れずにイオン偏向ケーシングの内壁に衝突して中性化される。 The ion beam introduced into the mass separation space 4 is bent according to the mass of the ion by the action of the magnetic field by the air-core excitation current path 6, and the ion beam having a desired mass is before and after the bending direction (left and right direction in FIG. 6). And is led out from between the conductors 6b of the outlet portion 3 to the outside. In FIG. 5, desired ions (PH _x ⁺ ) when hydrogen diluted phosphine (PH ₃ ) is used as a material gas are led to the outlet portion 3, and other masses such as H ⁺ , H ₂ ⁺ , H ₃ ^+, etc. with small masses are unnecessary. The ions are quickly bent and neutralized by hitting the inner wall of the ion deflection casing, and unnecessary ions such as P ₂ H _x ^{+ having a} mass larger than the desired ions collide with the inner wall of the ion deflection casing without being bent. Neutralized.

前記出口部３の前後両側部（図６では左右両側部）には遮蔽部材１０が設けられて前後幅が狭められた出口部３が形成されており、前記収束された所望イオンからなるイオンビームは狭められた出口部３の導体６ｂ間から下流に導出されるようになっている。 On both the front and rear side portions (left and right side portions in FIG. 6) of the exit portion 3, the exit portion 3 is formed with a shielding member 10 and the width of the front and rear is narrowed. Is led downstream from between the conductors 6b of the narrowed outlet portion 3.

空芯励磁電流路６の磁場により収束されて出口部３から取り出されるイオンビームは、図５〜図７に示す如く、長方形の大口径単口電極からなるビーム加速装置１２によってイオンドーピングに必要な速度に加速されるようになっている。ビーム加速装置１２は、例えば５０キロボルトが印加されている出口部３の導体６ｂと、例えば−３キロボルトの電圧が印加された減速電極１５と、０（ゼロ）ボルトの加速電極１６により構成されており、上記導体６ｂと減速電極１５と加速電極１６により単口の加速空間１７が形成されている。そして、イオンビームは前記導体６ｂと加速電極１６の電位差によって加速空間１７で下流に向けて加速され、イオン質量分離装置１の質量分離空間４と連通しているプロセス室１３内に配置した被処理材１４に注入されるようになっている。 The ion beam converged by the magnetic field of the air-core excitation current path 6 and taken out from the outlet 3 is necessary for ion doping by a beam accelerator 12 composed of a rectangular large-diameter single-mouth electrode, as shown in FIGS. Accelerated to speed. The beam accelerator 12 is constituted by a conductor 6b of the outlet portion 3 to which, for example, 50 kilovolts are applied, a deceleration electrode 15 to which a voltage of, for example, -3 kilovolts is applied, and an acceleration electrode 16 of 0 (zero) volts. A single acceleration space 17 is formed by the conductor 6b, the deceleration electrode 15 and the acceleration electrode 16. The ion beam is accelerated downstream in the acceleration space 17 by the potential difference between the conductor 6b and the acceleration electrode 16, and is processed in the process chamber 13 communicating with the mass separation space 4 of the ion mass separation apparatus 1. The material 14 is injected.

このとき、前記減速電極１５は、負電位障壁を形成しており、これにより、図７に示す如く、下流側（被処理材１４側）から加速空間１７へ向かう負電荷の電子ａを押し戻して、電子ａが加速空間１７に侵入するのを防止する作用を有している。図５〜図７中１８は絶縁体である。
特開２００２−２０３８０５号公報 At this time, the deceleration electrode 15 forms a negative potential barrier, thereby pushing back the negatively charged electrons a from the downstream side (the processed material 14 side) toward the acceleration space 17 as shown in FIG. , Has the effect of preventing the electrons a from entering the acceleration space 17. 5 to 7, reference numeral 18 denotes an insulator.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-203805

しかし、前記イオン質量分離装置１では、質量分離空間４において出口部３の湾曲方向前後中心（図６の左右中心）に向かって収束されるイオンビームは、前記加速空間１７で再び広がる作用を有しており、更に前記イオンビームは前後にある幅を有して収束するために、前記ビーム加速装置１２の加速空間１７は比較的大きな前後幅Ａを有している必要がある。 However, in the ion mass separation apparatus 1, the ion beam converged toward the front-rear center in the bending direction of the outlet 3 in the mass separation space 4 (the left-right center in FIG. 6) has a function of spreading again in the acceleration space 17. Further, in order for the ion beam to converge with a certain width in the front-rear direction, the acceleration space 17 of the beam accelerator 12 needs to have a relatively large front-back width A.

従って、加速空間１７の前後幅Ａが大きいことにより、前記減速電極１５の前後中心部分では電位が低くなってしまうために下部から加速空間１７に向かう電子ａ（図７）の侵入抑制効果が低下し、そのために電子ａが減速電極１５の前後中間部を通って質量分離空間４に侵入し、この侵入した電子ａが質量分離空間４内部の浮遊ガスに作用して出口部３の上部にプラズマＰを生じさせてしまい、プラズマＰにより新たな不要イオンが発生してイオンビームに混入する問題がある。 Accordingly, since the front-rear width A of the acceleration space 17 is large, the electric potential is lowered at the front-rear center portion of the deceleration electrode 15, so that the effect of suppressing the penetration of electrons a (FIG. 7) from the bottom toward the acceleration space 17 is reduced. For this reason, electrons a enter the mass separation space 4 through the front and rear intermediate portions of the deceleration electrode 15, and the intruded electrons a act on the floating gas inside the mass separation space 4 to generate plasma on the upper portion of the outlet portion 3. P is generated, and there is a problem that new unnecessary ions are generated by the plasma P and mixed into the ion beam.

この問題に対処するため、従来では前記減速電極１５に、加速電極１６の電圧より低い負の高電圧を印加し、これによって電子ａが加速空間１７内に侵入するのを防止している。しかし、このために減速電極１５の高い印加電圧によって加速されて下流側へ飛行する高エネルギの電子が発生し、被処理材１４より下流にあるビーム計測器（図示せず）に流入して計測を誤らせるという問題を有していた。 In order to cope with this problem, conventionally, a negative high voltage lower than the voltage of the acceleration electrode 16 is applied to the deceleration electrode 15, thereby preventing the electrons a from entering the acceleration space 17. However, for this reason, high-energy electrons that are accelerated by the high applied voltage of the deceleration electrode 15 and fly downstream are generated and flow into a beam measuring instrument (not shown) downstream from the material 14 to be measured. Had the problem of misleading.

また、従来装置では、下流側（被処理材１４側）に浮遊するイオンｂが減速電極１５に引き寄せられて衝突する際に新たな電子ａ’を生じる問題があり、この生成した電子ａ’は加速空間１７内をイオンビームと逆流する方向に飛行し、質量分離空間４内の浮遊ガスに作用して出口部３の上部にプラズマＰを生じさせ、このためにイオンビームに不要イオンが混入してしまう問題がある。即ち、従来装置ではイオン質量分離性能を高めることができなかった。また消費電力も増加する問題があった。 Further, in the conventional apparatus, there is a problem in that new electrons a ′ are generated when ions b floating on the downstream side (processed material 14 side) are attracted to and collide with the deceleration electrode 15. The air travels in the direction opposite to the ion beam in the acceleration space 17 and acts on the floating gas in the mass separation space 4 to generate the plasma P at the upper portion of the outlet portion 3. For this reason, unnecessary ions are mixed into the ion beam. There is a problem. That is, the conventional apparatus cannot improve the ion mass separation performance. There is also a problem that power consumption increases.

図７の従来装置の構成をモデル化し、効果確認のための電場解析とビーム軌道解析を行った結果を図８、図９に示した。 FIG. 8 and FIG. 9 show the results of modeling the configuration of the conventional apparatus of FIG. 7 and performing an electric field analysis and a beam trajectory analysis for effect confirmation.

図８は、前記加速電極１６の下流側（図８では右側の被処理材１４側）のＸ位置にイオンｂを置いた場合のイオンｂの動きをシュミレーションした測定線図であり、正電荷を帯びたイオンｂは負電位の減速電極１５に引き寄せられて減速電極１５に衝突して消失している。しかし、このようにイオンｂが減速電極に引き寄せられて衝突する際に新たな電子ａ’を生成する問題がある。 FIG. 8 is a measurement diagram simulating the movement of the ion b when the ion b is placed at the X position downstream of the acceleration electrode 16 (on the right material to be processed 14 side in FIG. 8). The charged ions b are attracted to the deceleration electrode 15 having a negative potential and collide with the deceleration electrode 15 and disappear. However, there is a problem in that new electrons a 'are generated when the ions b are attracted to and collide with the deceleration electrode.

また、図９は、前記図８において減速電極１５の表面Ｙに発生した電子ａ’の動きをシュミレーションした測定線図であり、負電荷の電子ａ’は、一部は下流側（図８では右側の被処理材１４側）に飛行し、また、多量の電子ａ’が減速電極１５によって収束されながら加速空間１７内を上流側（図８では左側の質量分離空間４側）に逆流している。このように逆流した電子ａは、質量分離空間４内の浮遊ガスに作用して図７のようなプラズマＰを生じさせることになるため、イオンビームに不要イオンが混入する問題がある。また、下流側へ飛行する電子ａ’も、減速電極１５の高い印加電圧によって加速され、このために高エネルギを持った電子ａ’が被処理材１４より下流に設置される前記ビーム計測器に侵入して計測を誤らせるという問題がある。 FIG. 9 is a measurement diagram simulating the movement of the electron a ′ generated on the surface Y of the deceleration electrode 15 in FIG. 8. A part of the negatively charged electron a ′ is downstream (in FIG. Flying to the right material 14 side), and a large amount of electrons a ′ flow back to the upstream side (the left mass separation space 4 side in FIG. 8) while converging by the deceleration electrode 15. Yes. Since the electrons a that have flowed back in this way act on the floating gas in the mass separation space 4 to generate the plasma P as shown in FIG. 7, there is a problem that unnecessary ions are mixed into the ion beam. Further, the electrons a ′ flying to the downstream side are also accelerated by the high applied voltage of the deceleration electrode 15, and for this reason, the electrons a ′ having high energy are applied to the beam measuring instrument installed downstream from the workpiece 14. There is a problem of intrusion and mismeasurement.

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、減速電極の印加電圧を低くしても下流の電子が加速空間に侵入するのを防止することができ、且つ下流のイオンが減速電極に衝突して加速空間に新たな電子が発生する問題を防止できると共に、減速電極の印加電圧を低くすることで下流側へ侵入する電子のエネルギを低減できるようにしたイオン質量分離装置のビーム加速装置を提供することを目的としてなしたものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the applied voltage of the deceleration electrode is lowered, it is possible to prevent downstream electrons from entering the acceleration space, and downstream ions collide with the deceleration electrode. A beam accelerator for an ion mass separator that can prevent the generation of new electrons in the acceleration space and reduce the energy of electrons entering the downstream side by lowering the voltage applied to the deceleration electrode. It was made for the purpose of providing.

請求項１に記載の発明は、湾曲したイオン偏向ケーシングの外部に導体を巻いて空芯励磁電流路を形成し、イオン偏向ケーシングの一端の入口部からプラズマのイオンビームを導入し、空芯励磁電流路の磁場の作用によりイオンビームをイオンの質量に応じて湾曲させ、イオン偏向ケーシングの他端の出口部の導体とその下流に順次配置した減速電極及び加速電極により構成されるビーム加速装置を備えて、前記湾曲したイオンビームの所望の質量のイオンビームを加速して下流に取り出すようにしているイオン質量分離装置のビーム加速装置であって、前記減速電極と前記加速電極との間に、正電圧を印加した正イオン抑制電極を設置したことを特徴とするイオン質量分離装置のビーム加速装置、に係るものである。 According to the first aspect of the present invention, a conductor is wound around a curved ion deflection casing to form an air core excitation current path, and an ion beam of plasma is introduced from an inlet portion at one end of the ion deflection casing, thereby air core excitation. A beam accelerating device comprising an ion conductor that is bent according to the mass of ions by the action of a magnetic field in a current path and comprising a conductor at the outlet of the other end of the ion deflection casing, and a deceleration electrode and an accelerating electrode sequentially arranged downstream thereof. A beam accelerator for an ion mass separator that accelerates and extracts an ion beam of a desired mass of the curved ion beam downstream, between the deceleration electrode and the acceleration electrode, The present invention relates to a beam acceleration device for an ion mass separator, which is provided with a positive ion suppression electrode to which a positive voltage is applied.

請求項２に記載の発明は、前記減速電極が、前記正イオン抑制電極近傍における前記イオンビームが湾曲する方向の前後幅が大きく、正イオン抑制電極から上流側に離反するに従い前後幅が減少したテーパ形減速電極であることを特徴とする請求項１に記載のイオン質量分離装置のビーム加速装置、に係るものである。 According to a second aspect of the present invention, the deceleration electrode has a large front-rear width in the direction in which the ion beam is curved in the vicinity of the positive ion suppression electrode, and the front-rear width decreases as it moves away from the positive ion suppression electrode upstream. It is a taper type deceleration electrode, It concerns on the beam acceleration apparatus of the ion mass separator of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

減速電極と加速電極との間に正イオン抑制電極を配置したので、下流側から加速空間へ向かう負電荷の電子を正イオン抑制電極によって効果的に吸収することができ、よって、減速電圧には従来より低い負電圧を印加するのみでよくなるため、減速電極の印加電圧によって加速されて、下流側へ飛行する電子のエネルギを低減できる効果がある。 Since the positive ion suppression electrode is arranged between the deceleration electrode and the acceleration electrode, negatively charged electrons traveling from the downstream side to the acceleration space can be effectively absorbed by the positive ion suppression electrode. Since it is only necessary to apply a lower negative voltage than in the prior art, there is an effect that the energy of electrons that are accelerated by the applied voltage of the deceleration electrode and fly downstream can be reduced.

更に、下流側に浮遊する正電荷を帯びたイオンは前記正イオン抑制電極によって押し戻され、これによりイオンが加速空間に侵入するのを防止できる効果がある。従って、従来のようにイオンが減速電極に引き寄せられて衝突する際に新たな電子を生じ、この電子が質量分離空間内の浮遊ガスに作用して出口部の上部にプラズマを生じさせて、イオンビームに不要イオンを混入させるといった問題の発生を防止できる効果がある。 Furthermore, positively charged ions floating on the downstream side are pushed back by the positive ion suppression electrode, thereby preventing the ions from entering the acceleration space. Therefore, when the ions are attracted to and collide with the deceleration electrode as in the conventional case, new electrons are generated, and these electrons act on the floating gas in the mass separation space to generate plasma at the upper part of the exit portion, thereby generating ions. There is an effect that it is possible to prevent the occurrence of problems such as mixing unnecessary ions into the beam.

また、正イオン抑制電極の上流側に備えられる減速電極を、下流端が大きな前後幅を有し、上流端が狭い前後幅となったテーパ形減速電極としたことにより、前記効果に加えて、加速空間に電子が逆流するのを抑制する作用を更に増強でき、且つ減速電極の印加電圧を更に低減できるという効果がある。 In addition to the above-described effect, the deceleration electrode provided on the upstream side of the positive ion suppression electrode is a tapered deceleration electrode having a large longitudinal width at the downstream end and a narrow longitudinal width at the upstream end. The effect of suppressing the backflow of electrons into the acceleration space can be further enhanced, and the applied voltage to the deceleration electrode can be further reduced.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明のイオン質量分離装置のビーム加速装置の一例を示す概略切断側面図であり、前記図５〜図７と同一の構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。図１に示すビーム加速装置１９は、前記イオン偏向ケーシング５の出口部３の下流に配置している減速電極１５と加速電極１６との間に、正電圧を印加した正イオン抑制電極２０を設置している。 FIG. 1 is a schematic cut side view showing an example of a beam accelerator of an ion mass separation apparatus of the present invention. The same components as those in FIGS. A beam accelerator 19 shown in FIG. 1 is provided with a positive ion suppression electrode 20 to which a positive voltage is applied between a deceleration electrode 15 and an acceleration electrode 16 disposed downstream of the outlet 3 of the ion deflection casing 5. doing.

また、前記したように、例えば空芯励磁電流路６に５０キロボルトの電圧を印加した場合において、前記減速電極１５には例えば−１キロボルトのような低い負電圧を印加し、更に、前記正イオン抑制電極２０には、例えば１キロボルトのような低い正電圧を印加するようにしている。 Further, as described above, when a voltage of 50 kilovolts is applied to the air-core excitation current path 6, for example, a low negative voltage such as -1 kilovolt is applied to the deceleration electrode 15, and the positive ions For example, a low positive voltage such as 1 kilovolt is applied to the suppression electrode 20.

以下に、図１の形態例の作用を説明する。 The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described below.

前記負電位障壁を形成する減速電極１５の下流側に正イオン抑制電極２０を配置しているので、下流側（被処理材１４側）から加速空間１７へ向かう負電荷の電子ａは、前記正イオン抑制電極２０によって効果的に吸収されて消滅するようになる。 Since the positive ion suppression electrode 20 is disposed on the downstream side of the deceleration electrode 15 forming the negative potential barrier, the negatively charged electrons a traveling toward the acceleration space 17 from the downstream side (processed material 14 side) It is effectively absorbed by the ion suppression electrode 20 and disappears.

従って、下流側からの電子ａを正イオン抑制電極２０で吸収して加速空間１７に侵入するのを防止できるので、前記減速電極１５には例えば−１キロボルト程度の低い負電圧を印加するのみでよく、従来装置のように電子ａを押し戻して加速空間１７に侵入するのを防止するための高電圧が必要なくなるので、減速電極１５の印加電圧によって加速されて下流側へ飛行する電子のエネルギを大幅に低減することができる。また、このとき、前記したように−１キロボルトの電圧を印加した減速電極１５は、その電圧に応じた負電位障壁を形成しているので、例えば前記正イオン抑制電極２０によって吸収されなかった電子ａがあってもその電子ａを押し戻して前記正イオン抑制電極２０に吸収させられるという効果がある。 Accordingly, it is possible to prevent the electrons a from the downstream side from being absorbed by the positive ion suppression electrode 20 and to enter the acceleration space 17, so that only a low negative voltage of about −1 kilovolt, for example, is applied to the deceleration electrode 15. Well, since a high voltage for preventing the electron a from being pushed back and entering the acceleration space 17 as in the conventional apparatus is not necessary, the energy of the electrons that are accelerated by the applied voltage of the deceleration electrode 15 and fly downstream is reduced. It can be greatly reduced. At this time, as described above, the deceleration electrode 15 to which a voltage of −1 kilovolt is applied forms a negative potential barrier according to the voltage, so that, for example, electrons that are not absorbed by the positive ion suppression electrode 20 Even if a exists, the electron a is pushed back and absorbed by the positive ion suppressing electrode 20.

一方、下流側に浮遊する正電荷を帯びたイオンｂは、図１の如く前記正イオン抑制電極２０によって押し戻されるために、イオンｂは加速空間１７に侵入することができない。従って、従来のようにイオンｂが減速電極１５に引き寄せられて衝突する際に図７に示すような新たな電子ａ’を生じ、この電子ａ’が質量分離空間４内の浮遊ガスに作用して出口部３の上部にプラズマＰを生じ、このためにイオンビームに不要イオンが混入するといった問題の発生を防止することができる。従って、結果的にイオン質量分離性能を大幅に向上できるようになる。 On the other hand, since the positively charged ions b floating on the downstream side are pushed back by the positive ion suppression electrode 20 as shown in FIG. 1, the ions b cannot enter the acceleration space 17. Therefore, when ions b are attracted to and collide with the deceleration electrode 15 as in the prior art, new electrons a ′ as shown in FIG. 7 are generated, and these electrons a ′ act on the floating gas in the mass separation space 4. As a result, plasma P is generated in the upper part of the outlet portion 3, and therefore, it is possible to prevent a problem that unnecessary ions are mixed into the ion beam. Therefore, as a result, the ion mass separation performance can be greatly improved.

図１に示す如く、減速電極１５と加速電極１６との間に正イオン抑制電極２０を設置した構成をモデル化して、効果確認のための電場解析とビーム軌道解析を実施した結果を図２、図３に示した。 As shown in FIG. 1, the structure in which the positive ion suppression electrode 20 is installed between the deceleration electrode 15 and the acceleration electrode 16 is modeled, and the results of the electric field analysis and beam trajectory analysis for effect confirmation are shown in FIG. This is shown in FIG.

図２は、前記加速電極１６の下流側（図２では右側の被処理材１４側）のＸ位置にイオンｂを置いた場合のイオンの動きをシュミレーションした測定線図であり、イオンｂは正イオン抑制電極２０の作用によって完全に被処理材１４側へ押し戻されており、よって、イオンｂが減速電極１５に引き寄せられて加速空間１７に侵入し、減速電極１５に衝突して新たな電子ａ’（図８）を生じさせることによる問題の発生を確実に防止することができる。 FIG. 2 is a measurement diagram simulating the movement of ions when the ions b are placed at the X position downstream of the acceleration electrode 16 (on the right material 14 side in FIG. 2). The ions b are completely pushed back to the workpiece 14 by the action of the ion suppression electrode 20, so that the ions b are attracted to the deceleration electrode 15, enter the acceleration space 17, collide with the deceleration electrode 15, and new electrons a It is possible to reliably prevent the occurrence of problems due to the occurrence of '(Fig. 8).

図３は、前記加速電極１６の下流側（図３では右側の被処理材１４側）のＸ位置に電子ａを置いた場合の電子ａの動きをシュミレーションした測定線図であり、電子ａは全て正イオン抑制電極２０に吸収されており、電子ａが加速空間１７内に侵入して逆流することを完全に防止している。 FIG. 3 is a measurement diagram simulating the movement of the electron a when the electron a is placed at the X position downstream of the acceleration electrode 16 (on the right workpiece 14 side in FIG. 3). All are absorbed by the positive ion suppressing electrode 20 and completely prevent the electrons a from entering the acceleration space 17 and flowing backward.

図４は、本発明のイオン質量分離装置のビーム加速装置の他の例を示す概略切断側面図であり、このビーム加速装置１９では、前記正イオン抑制電極２０の上流側に配置される減速電極をテーパ形減速電極２１とした場合を示している。テーパ形減速電極２１は、正イオン抑制電極２０近傍の下流端の前後幅が前記加速空間１７の前後幅Ａと同じ大きな間隔を有しており、正イオン抑制電極２０から上流側に離反するに従い前後幅が減少して上流端では狭い前後幅Ｂとなっている。テーパ形減速電極２１のテーパの一例を示すと、テーパ形減速電極２１の下流端の前後幅Ａが１５０ミリメートルである場合において、テーパ形減速電極２１の上流端の前後幅Ｂが１３０ミリメートルになるように前後の壁を内側に傾斜させている。 FIG. 4 is a schematic cut side view showing another example of a beam accelerator of the ion mass separator of the present invention. In this beam accelerator 19, a deceleration electrode arranged on the upstream side of the positive ion suppression electrode 20 is shown. Is shown as a tapered deceleration electrode 21. The tapered deceleration electrode 21 has the same large interval as the front-rear width A of the acceleration space 17 in the front-rear width of the downstream end in the vicinity of the positive ion suppression electrode 20, and as the distance from the positive ion suppression electrode 20 increases to the upstream side. The front-rear width decreases and the upstream end has a narrow front-rear width B. As an example of the taper of the tapered deceleration electrode 21, when the longitudinal width A of the downstream end of the tapered deceleration electrode 21 is 150 millimeters, the longitudinal width B of the upstream end of the tapered deceleration electrode 21 is 130 millimeters. The front and rear walls are inclined inward.

図４に示す如く正イオン抑制電極２０の上流側に、下流端が大きな前後幅Ａを有し、上流端が狭い前後幅Ｂとなったテーパ形減速電極２１を設けた構成において、図２、図３と同様の電場解析とビーム軌道解析を実施したところ、下流側の電子ａを押し戻す作用が増加した。従って、図４の形態によれば、図１の構成による効果に加えて、加速空間１７に電子ａが逆流するのを抑制する作用を更に増強でき、また同じ抑制作用を得るための減速電極１５の印可電圧を低減できる効果がある。 As shown in FIG. 4, in a configuration in which a tapered deceleration electrode 21 having a large front-back width A at the downstream end and a narrow front-back width B at the upstream end is provided on the upstream side of the positive ion suppression electrode 20, FIG. When the electric field analysis and beam trajectory analysis similar to those in FIG. 3 were performed, the action of pushing back the electrons a on the downstream side increased. Therefore, according to the configuration of FIG. 4, in addition to the effect of the configuration of FIG. 1, the action of suppressing the backflow of electrons a into the acceleration space 17 can be further enhanced, and the deceleration electrode 15 for obtaining the same suppression action This is effective in reducing the applied voltage.

なお、本発明のイオン質量分離装置のビーム加速装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the beam accelerator of the ion mass separation apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明のイオン質量分離装置のビーム加速装置の一例を示す概略切断側面図である。It is a general | schematic cutting side view which shows an example of the beam acceleration apparatus of the ion mass separation apparatus of this invention. 図１の装置におけるイオンの動きをシュミレーションした測定線図である。It is the measurement diagram which simulated the motion of the ion in the apparatus of FIG. 図１の装置における電子の動きをシュミレーションした測定線図である。It is the measurement diagram which simulated the motion of the electron in the apparatus of FIG. 本発明のイオン質量分離装置のビーム加速装置の他の例を示す概略切断側面である。It is a general | schematic cutting side surface which shows the other example of the beam acceleration apparatus of the ion mass separation apparatus of this invention. 従来のイオン質量分離装置の概要を示す斜側面図である。It is an oblique side view which shows the outline | summary of the conventional ion mass separator. 図５の側面図である。FIG. 6 is a side view of FIG. 5. 従来のビーム加速装置の一例を示す切断側面図である。It is a cutting side view showing an example of the conventional beam accelerator. 図７の装置におけるイオンの動きをシュミレーションした測定線図である。It is the measurement diagram which simulated the motion of the ion in the apparatus of FIG. 図７の装置における電子の動きをシュミレーションした測定線図である。It is the measurement diagram which simulated the motion of the electron in the apparatus of FIG.

Explanation of symbols

１イオン質量分離装置
２入口部
３出口部
５イオン偏向ケーシング
６空芯励磁電流路
６ｂ導体
１２ビーム加速装置
１５減速電極
１６加速電極
１７加速空間
１９ビーム加速装置
２０正イオン抑制電極
２１テーパ形減速電極
Ａ前後幅
Ｂ前後幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion mass separator 2 Inlet part 3 Outlet part 5 Ion deflection casing 6 Air core exciting current path 6b Conductor 12 Beam accelerator 15 Deceleration electrode 16 Acceleration electrode 17 Acceleration space 19 Beam accelerator 20 Positive ion suppression electrode 21 Tapered deceleration electrode 21 A Front / rear width B Front / rear width

Claims

An air core excitation current path is formed by winding a conductor outside the curved ion deflection casing, an ion beam of plasma is introduced from the entrance of one end of the ion deflection casing, and the ion beam is generated by the action of the magnetic field of the air core excitation current path. A beam accelerating device comprising a conductor at the outlet of the other end of the ion deflection casing and a decelerating electrode and an accelerating electrode sequentially arranged downstream of the conductor. A beam accelerator for an ion mass separator that accelerates and extracts an ion beam having a desired mass downstream, and a positive ion suppression electrode in which a positive voltage is applied between the deceleration electrode and the acceleration electrode A beam accelerator for an ion mass separator, characterized in that

The deceleration electrode is a tapered deceleration electrode having a large front-rear width in a direction in which the ion beam is curved in the vicinity of the positive ion suppression electrode, and a front-rear width decreasing with increasing distance from the positive ion suppression electrode. A beam accelerator for an ion mass separator according to claim 1.