JP2007141545A - Deflecting electromagnet and ion beam irradiating apparatus - Google Patents

Deflecting electromagnet and ion beam irradiating apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce electron loss due to E×B drift from a magnetic pole space for improving containment of an electron in the magnetic pole space so that the space charge of ion beam is neutralized efficiently by the confined electrons for reducing the divergence of the ion beam. <P>SOLUTION: This deflecting electromagnet 30a has first and second magnetic poles 32a and 32b mutually facing via an inter-pole space 34, through which an ion beam 4 passes. The deflecting electromagnet further has a pair of potential adjusting electrodes 52, which are placed to sandwich the path of the ion beam 4, in the same directions as the magnetic poles 32a and 32b in the inter-pole space 34, and a potential adjusting power source 54 which applies a positive voltage V<SB>1</SB>to the potential adjusting electrodes 52. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えば、イオンビームをターゲットに照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム照射装置等に用いられて、イオンビームを磁場によって曲げる偏向電磁石、および、それを備えるイオンビーム照射装置に関する。イオン注入を行う場合は、このイオンビーム照射装置はイオン注入装置とも呼ばれる。   The present invention relates to, for example, a deflection electromagnet that bends an ion beam by a magnetic field and is used in an ion beam irradiation apparatus that performs ion implantation or the like by irradiating a target with an ion beam, and an ion beam irradiation apparatus including the same. . In the case of performing ion implantation, this ion beam irradiation apparatus is also called an ion implantation apparatus.

イオンビーム照射装置の一例を図1に示す。このイオンビーム照射装置は、イオン源2から引き出したイオンビーム4をターゲット16に照射する構成をしている。ターゲット16は、例えば半導体基板である。   An example of an ion beam irradiation apparatus is shown in FIG. This ion beam irradiation apparatus is configured to irradiate a target 16 with an ion beam 4 extracted from an ion source 2. The target 16 is, for example, a semiconductor substrate.

より具体的には、このイオンビーム照射装置は、特許文献1にも記載されているように、イオンビーム4を引き出すイオン源2と、それから引き出されたイオンビーム4から特定のイオン種を選別して導出する質量分離マグネット6と、それから導出されたイオンビーム4を加速または減速する加減速管8と、それから導出されたイオンビーム4から特定エネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離マグネット10と、それから導出されたイオンビーム4を磁界によってY方向(例えば水平方向)に走査する走査マグネット12と、それから導出されたイオンビーム4を曲げ戻して走査マグネット12と協働してイオンビーム4の平行走査を行う、即ち平行なイオンビーム4を作る平行化マグネット14とを備えている。   More specifically, as described in Patent Document 1, this ion beam irradiation apparatus selects a specific ion species from the ion source 2 that extracts the ion beam 4 and the ion beam 4 that is extracted therefrom. A mass separation magnet 6 derived from the ion beam 4; an acceleration / deceleration tube 8 for accelerating or decelerating the ion beam 4 derived therefrom; and an energy separation magnet 10 for selectively extracting ions having a specific energy from the ion beam 4 derived therefrom. The ion beam 4 derived therefrom is scanned in the Y direction (for example, the horizontal direction) by a magnetic field, and the ion beam 4 derived therefrom is bent back and cooperates with the scanning magnet 12 to collimate the ion beam 4. A collimating magnet 14 that performs scanning, that is, creates a parallel ion beam 4 is provided.

平行化マグネット14から導出されたイオンビーム4は、処理室20内のホルダ18に保持されたターゲット16に照射され、それによってターゲット16に対してイオン注入等の処理が施される。その際、ターゲット16は、この例では図示しない走査機構によって、前記Y方向と実質的に直交するZ方向(例えば垂直方向)に往復駆動される。このターゲット16の往復駆動とイオンビーム4の走査との協働によって、ターゲット16の全面に均一性良くイオン注入等の処理を施すことができる。なお、イオンビーム4の経路は全て真空雰囲気に保たれる。   The ion beam 4 led out from the collimating magnet 14 is irradiated onto the target 16 held by the holder 18 in the processing chamber 20, whereby the target 16 is subjected to processing such as ion implantation. At that time, the target 16 is reciprocally driven in a Z direction (for example, a vertical direction) substantially orthogonal to the Y direction by a scanning mechanism (not shown) in this example. By cooperating with the reciprocating drive of the target 16 and the scanning of the ion beam 4, the entire surface of the target 16 can be subjected to processing such as ion implantation with high uniformity. All the paths of the ion beam 4 are kept in a vacuum atmosphere.

上記のようなイオンビーム照射装置においては、装置のスループットを高めると共に、ターゲット16上に形成する半導体デバイスの微細化に伴ってイオン注入深さを浅くする必要があるので、低エネルギーかつ大電流のイオンビーム4を効率良く輸送することが望まれている。しかし、イオンビーム4が低エネルギーかつ大電流になるほど、イオンビーム4の空間電荷による発散が大きくなるため、イオンビーム4を効率良く輸送することが困難になる。   In the ion beam irradiation apparatus as described above, it is necessary to increase the throughput of the apparatus and to reduce the ion implantation depth as the semiconductor device formed on the target 16 is miniaturized. It is desired to transport the ion beam 4 efficiently. However, as the ion beam 4 has a lower energy and a larger current, the divergence due to the space charge of the ion beam 4 increases, and it becomes difficult to efficiently transport the ion beam 4.

イオンビーム4の輸送経路には、上記質量分離マグネット6、エネルギー分離マグネット10、走査マグネット12、平行化マグネット14等の多くのマグネットが存在する。これらはいずれも、イオンビーム4を偏向する(曲げる)ものであるため、偏向電磁石と総称することができる。このような偏向電磁石の磁極間空間を通過する距離が、イオンビーム4の輸送距離全体の大部分を占めている。このため、偏向電磁石の磁極間空間におけるイオンビームの空間電荷を中和して発散を抑制することが、イオンビーム4の輸送効率を高めるために、特に低エネルギーかつ大電流のイオンビーム4の輸送効率を高めるために重要である。   There are many magnets such as the mass separation magnet 6, energy separation magnet 10, scanning magnet 12, and parallelizing magnet 14 in the transport path of the ion beam 4. Since these all deflect (bend) the ion beam 4, they can be collectively referred to as a deflection electromagnet. The distance passing through the space between the magnetic poles of the deflection electromagnet occupies most of the entire transport distance of the ion beam 4. For this reason, neutralizing the space charge of the ion beam in the space between the magnetic poles of the deflecting electromagnet to suppress the divergence increases the transport efficiency of the ion beam 4 in order to increase the transport efficiency of the ion beam 4 in particular. It is important to increase efficiency.

そのためには、例えば、磁極の外部から磁極間空間に電子を供給して、磁極間空間を通過するイオンビームの空間電荷を中和する方法が考えられる。しかし、磁極間空間の強い磁場のために電子のラーモア半径が非常に小さくなるために、電子を外部から磁極間空間に供給することは容易ではない。   For this purpose, for example, a method of supplying electrons from the outside of the magnetic pole to the space between the magnetic poles to neutralize the space charge of the ion beam passing through the space between the magnetic poles is conceivable. However, since the Larmor radius of the electrons becomes very small due to the strong magnetic field in the space between the magnetic poles, it is not easy to supply electrons from the outside to the space between the magnetic poles.

他の方法として、磁極表面に電子源を設置してそれから電子を磁極間空間に供給して、磁極間空間を通過するイオンビームの空間電荷を中和する技術がある(例えば、特許文献2参照)。   As another method, there is a technique in which an electron source is installed on the surface of the magnetic pole and then electrons are supplied to the space between the magnetic poles to neutralize the space charge of the ion beam passing through the space between the magnetic poles (see, for example, Patent Document 2). ).

また、イオンビームは、その周辺の一部が真空壁等に衝突して2次電子を発生させたり、真空中の微量の残留ガスに衝突してそれを電離して電子を発生させたりするため、元々はイオンビームおよびその近傍に電子が存在する。そこで他の方法として、このイオンビームを原因として発生した電子の閉じ込めを、イオンビームラインに形成したカスプ磁場によって改善して、イオンビームの空間電荷を中和する技術がある(例えば、特許文献3、4参照)。   In addition, the ion beam causes a part of its periphery to collide with a vacuum wall or the like to generate secondary electrons, or collide with a small amount of residual gas in the vacuum and ionize it to generate electrons. Originally, electrons exist in the ion beam and its vicinity. Therefore, as another method, there is a technique of neutralizing the space charge of the ion beam by improving confinement of electrons generated due to the ion beam by a cusp magnetic field formed in the ion beam line (for example, Patent Document 3). 4).

特開2001−143651号公報(段落0004−0005、図4)Japanese Patent Laying-Open No. 2001-143651 (paragraphs 0004-0005, FIG. 4) 米国特許第6,762,423号明細書(図2)US Pat. No. 6,762,423 (FIG. 2) 特開2002−352765号公報(段落0012−0019、図5)JP 2002-352765 A (paragraphs 0012-0019, FIG. 5) 米国特許第6,759,665号明細書(図6)US Pat. No. 6,759,665 (FIG. 6)

上記電子源を設置する技術では、構造が複雑になると共に、磁極間空間は通常は非常に狭いために、電子源を設置するのは非常に難しい。しかも、電子源を設置すると、そのぶんイオンビームの通過可能面積が減少するので、電子源にイオンビームが衝突しやすくなり、それによってイオンビームの輸送効率を低下させる。   In the technique for installing the electron source, the structure is complicated and the space between the magnetic poles is usually very narrow, so it is very difficult to install the electron source. In addition, when the electron source is installed, the area through which the ion beam can pass is reduced, so that the ion beam easily collides with the electron source, thereby reducing the transport efficiency of the ion beam.

また、イオンビーム付近の電子は、イオンビーム自身が作る電場Eと偏向電磁石が作る磁場BとによるE×B(イー・クロス・ビー)ドリフトのためにすぐに磁極間空間の外部に流出して消失してしまうので、E×Bドリフトを抑制しない限り、たとえ電子源から電子を磁極間空間に供給したり、イオンビームライン中の電子の閉じ込めをカスプ磁場によって改善しようとしても、イオンビームの空間電荷を中和する効果はあまり期待できない。   Also, the electrons near the ion beam immediately flow out of the space between the magnetic poles due to the E × B (e-cross bee) drift caused by the electric field E created by the ion beam itself and the magnetic field B created by the deflecting electromagnet. As long as the E × B drift is not suppressed, even if an electron is supplied from the electron source to the space between the magnetic poles or the electron confinement in the ion beam line is improved by the cusp magnetic field, the space of the ion beam is lost. The effect of neutralizing the charge cannot be expected so much.

それを以下に詳述する。まずE×Bドリフトについて説明する。   This is described in detail below. First, the E × B drift will be described.

磁場Bがある場合、図2に示すように、電子38は磁場Bに巻き付くようにサイクロトロン運動をする。48はその旋回中心である。   When there is a magnetic field B, the electrons 38 perform a cyclotron motion so as to be wound around the magnetic field B as shown in FIG. Reference numeral 48 denotes the turning center.

更に上記磁場Bと直交する方向に電場Eが加わると、図3に示すように、E×Bの外積の方向に電子38の旋回中心の軌道40がずれていく現象が起こる。これがE×Bドリフトである。このE×Bドリフトは、電場E中の電子38の位置によって電子38の運動エネルギーが変わり、それによってラーモア半径が変化することによって、サイクロトロン運動がずれていくことによるものである。   Further, when an electric field E is applied in a direction orthogonal to the magnetic field B, as shown in FIG. 3, a phenomenon occurs in which the orbit 40 at the center of rotation of the electrons 38 is shifted in the direction of the outer product of E × B. This is E × B drift. This E × B drift is due to the cyclotron motion being shifted due to the change in the kinetic energy of the electron 38 depending on the position of the electron 38 in the electric field E, thereby changing the Larmor radius.

また、図4に示すように、磁場Bが上下方向に向かっている場合、電子38は磁力線に平行な速度成分を持っているので、磁力線に沿って上下に移動する。更に、イオンビーム4が作る電場E(図5、図6参照)が存在すると、それが復元力となって、電子38は磁力線に沿って上下に往復運動をすることになる。そのために、磁場Bと電場Eとが存在すると、水平方向にはE×Bドリフトが起こり、かつ電子38は磁力線に沿って上下に移動するため、電子38は上下方向に往復運動しながら、水平方向にはE×Bドリフトするような複雑な軌道40をとることになる。50は軌道40の中心軌道である。   Further, as shown in FIG. 4, when the magnetic field B is directed in the vertical direction, the electrons 38 have a velocity component parallel to the magnetic field lines, and therefore move up and down along the magnetic field lines. Further, when an electric field E (see FIGS. 5 and 6) created by the ion beam 4 exists, it becomes a restoring force, and the electrons 38 reciprocate up and down along the lines of magnetic force. Therefore, when the magnetic field B and the electric field E exist, E × B drift occurs in the horizontal direction, and the electrons 38 move up and down along the lines of magnetic force. A complicated trajectory 40 that drifts in the direction of E × B is taken. Reference numeral 50 denotes a central trajectory of the trajectory 40.

イオンビーム4は正の電位(ビームポテンシャル)を持っており、図5に示すように、イオンビーム4をビーム電流密度が均一な円柱として考えると、イオンビーム4が作る電場Eは、イオンビーム4の半径方向に放射状に生じる。   The ion beam 4 has a positive potential (beam potential). As shown in FIG. 5, when the ion beam 4 is considered as a cylinder having a uniform beam current density, the electric field E generated by the ion beam 4 is the ion beam 4. It occurs radially in the radial direction.

イオンビーム4の電位VB は、図6に示すように、イオンビーム4の中央に最大値を持ち、イオンビーム4の両端a、b付近で電場Eの絶対値の最大値ができる。その辺りで、電位VB の傾き、即ち|E|=|dVB /dY|が最大になるからである。電場Eの方向は、Y軸を境にして上下で反転している。 As shown in FIG. 6, the potential V B of the ion beam 4 has a maximum value at the center of the ion beam 4, and the maximum value of the absolute value of the electric field E is generated near both ends a and b of the ion beam 4. This is because the gradient of the potential V B , that is, | E | = | dV B / dY | The direction of the electric field E is reversed up and down with respect to the Y axis.

この電場Eに磁場Bが加わると、図7に示すように、電場Eが零となるイオンビーム4の中央ではE×Bドリフトが零になり、イオンビーム4の両端a、b付近では電場Eが最大になるためにE×Bドリフトが最大になる。イオンビーム4の中心からの距離が両端a、bから大きく離れると、電場Eは殆ど零になるために、E×Bはほぼ零になり、E×Bドリフトは殆ど起こらなくなる。E×Bドリフトの方向は、Y軸を境にして上下で反転している。   When the magnetic field B is applied to the electric field E, as shown in FIG. 7, the E × B drift becomes zero at the center of the ion beam 4 where the electric field E becomes zero, and the electric field E near both ends a and b of the ion beam 4. E × B drift is maximized because of the maximum. When the distance from the center of the ion beam 4 is far from both ends a and b, the electric field E becomes almost zero, so E × B becomes almost zero and E × B drift hardly occurs. The direction of E × B drift is reversed up and down with respect to the Y axis.

図8は、従来の偏向電磁石における電子のE×Bドリフトの概要を示す側面図である。図9は、図8の線D−Dに沿う断面図である。   FIG. 8 is a side view showing an outline of E × B drift of electrons in a conventional bending electromagnet. FIG. 9 is a sectional view taken along line DD in FIG.

この偏向電磁石30は、イオンビーム4が通過する磁極間空間34をあけて相対向する第1の磁極32aおよび第2の磁極32bを有していて、両磁極32a、32bによって磁極間空間34に発生させる磁場Bによって、磁極間空間34を通過するイオンビーム4を曲げる(この例では紙面の表裏方向に曲げる)構成をしている。この磁場Bを形成する磁力線36の一例を図示している。イオンビーム4は、例えば、矢印42で示す方向に通過するが、その逆方向でも良い。   The deflection electromagnet 30 has a first magnetic pole 32a and a second magnetic pole 32b that are opposed to each other with a space 34 between the magnetic poles through which the ion beam 4 passes, and the magnetic pole space 34 is formed by both the magnetic poles 32a and 32b. The ion beam 4 passing through the inter-pole space 34 is bent by the generated magnetic field B (in this example, bent in the front and back direction of the paper surface). An example of the magnetic force lines 36 that form the magnetic field B is shown. The ion beam 4 passes in the direction indicated by the arrow 42, for example, but may be in the opposite direction.

この磁極間空間34における電子38のE×Bドリフトは、図2〜図7を参照して前述したとおりであり、当該E×Bドリフトの方向は、図9において、イオンビーム4に対して右側では紙面の表から裏方向に向き、左側ではその逆に紙面の裏から表方向に向き、それによって、電子38が磁極間空間34外へイオンビーム4に沿う方向に流出して損失する。その様子を図10に示す。イオンビーム4の左右で電子38のドリフト方向が反転しており、損失方向44、46が反転しているが、いずれにしてもE×Bドリフトによって、磁極間空間34外へ電子38が流失して損失する。なお、図10では、電子38のドリフトの様子を図示しやすくするために、上側にある磁極32aは想像線で示している。   The E × B drift of the electrons 38 in the inter-magnetic pole space 34 is as described above with reference to FIGS. 2 to 7, and the direction of the E × B drift is the right side of the ion beam 4 in FIG. 9. Is directed from the front side to the back side of the paper surface, and on the left side, conversely, from the back side of the paper surface to the front direction. As a result, the electrons 38 flow out of the inter-magnetic pole space 34 along the ion beam 4 and are lost. This is shown in FIG. The drift direction of the electrons 38 is reversed on the left and right of the ion beam 4, and the loss directions 44 and 46 are reversed. In any case, the electrons 38 flow out of the space 34 between the magnetic poles due to the E × B drift. Loss. In FIG. 10, the magnetic pole 32 a on the upper side is indicated by an imaginary line in order to facilitate the illustration of the drift state of the electrons 38.

上記電子38は、例えば、磁極間空間34を形成する壁面等にイオンビーム4の周辺の一部が衝突することによって発生する2次電子や、磁極間空間34における残留ガスがイオンビーム4の衝突によって電離されて発生する電子である。   The electrons 38 are, for example, secondary electrons generated when a part of the periphery of the ion beam 4 collides with a wall surface or the like that forms the space 34 between the magnetic poles, and residual gas in the space 34 between the magnetic poles collides with the ion beam 4. It is an electron that is generated by ionization.

また、特許第3399117号公報には、偏向電磁石(より具体的には質量分析電磁石)の外側に、イオンビームの軸に沿う方向の磁界を発生させて電子の閉じ込め(イオンビーム半径方向における閉じ込め)を磁気的に行う磁界発生手段と、その両端付近に配置されていて電子の閉じ込め(イオンビーム軸方向における閉じ込め)を静電的に行う第1および第2の筒状の電子閉じ込め電極を配置して、閉じ込めた電子によってイオンビームの空間電荷を抑制する技術が記載されているけれども、この技術は偏向電磁石内に適用することはできない。   Japanese Patent No. 3399117 discloses that a magnetic field in the direction along the axis of the ion beam is generated outside the deflection electromagnet (more specifically, the mass analysis electromagnet) to confine electrons (confinement in the ion beam radial direction). A magnetic field generating means for performing magnetically and first and second cylindrical electron confining electrodes which are disposed near both ends and electrostatically confine electrons (confinement in the ion beam axial direction). Although a technique for suppressing the space charge of the ion beam by the confined electrons has been described, this technique cannot be applied in a deflection electromagnet.

なぜなら、偏向電磁石内では強力な磁場がイオンビームの進行方向にほぼ垂直に加わるので、上記のようにイオンビームの軸に沿う方向の磁界を発生させることができないからである。偏向電磁石内でイオンビームの空間電荷を中和することが重要であることは前述のとおりである。また、上記筒状の電子閉じ込め電極は単に負電圧によって電子を押し戻す作用しか奏しないので、その空間部から、E×Bドリフトによる電子の磁極間空間外への流出を抑制することもできない。   This is because a strong magnetic field is applied in the deflection electromagnet almost perpendicularly to the traveling direction of the ion beam, so that a magnetic field in the direction along the axis of the ion beam cannot be generated as described above. As described above, it is important to neutralize the space charge of the ion beam in the deflecting electromagnet. Further, since the cylindrical electron confinement electrode can only act to push back electrons by a negative voltage, it is also impossible to suppress the outflow of electrons from the space portion to the space between the magnetic poles due to E × B drift.

そこでこの発明は、磁極間空間からのE×Bドリフトによる電子の損失を軽減して磁極間空間における電子の閉じ込めを良くして、閉じ込めた電子によってイオンビームの空間電荷を効率良く中和して、イオンビームの発散を抑制することを主たる目的としている。   Therefore, the present invention reduces the loss of electrons due to E × B drift from the space between the magnetic poles, improves the confinement of electrons in the space between the magnetic poles, and efficiently neutralizes the space charge of the ion beam by the confined electrons. The main purpose is to suppress the divergence of the ion beam.

この発明に係る偏向電磁石の一つは、イオンビームが通過する磁極間空間をあけて相対向する第1および第2の磁極を有していて、当該磁極間空間を通過するイオンビームを曲げる偏向電磁石であって、前記磁極間空間に、前記第1および第2の磁極と同方向からイオンビームの経路を挟むように配置された一対の電位調整電極と、前記一対の電位調整電極に正の電圧を印加する直流の電位調整電源とを備えていることを特徴としている。   One of the deflecting electromagnets according to the present invention has first and second magnetic poles facing each other with a space between magnetic poles through which an ion beam passes, and deflecting the ion beam passing through the space between the magnetic poles. A pair of potential adjusting electrodes disposed in the space between the magnetic poles so as to sandwich the path of the ion beam from the same direction as the first and second magnetic poles; And a direct-current potential adjusting power source for applying a voltage.

この偏向電磁石においては、電位調整電源から正の電圧が印加される電位調整電極によって、イオンビーム周辺の電位を調整することができ、それによって、イオンビーム周辺の電場と磁極が作る磁場とによる電子のE×Bドリフトの軌道として、磁極間空間を含む空間において閉じたものを存在させることができる。その結果、イオンビーム内やその近傍に、軌道が捕捉された状態の電子を存在させることができる。これによって、磁極間空間からのE×Bドリフトによる電子の損失を軽減して、磁極間空間における電子の閉じ込めを良くすることができる。   In this deflecting electromagnet, the potential around the ion beam can be adjusted by a potential adjusting electrode to which a positive voltage is applied from a potential adjusting power source, whereby electrons generated by the electric field around the ion beam and the magnetic field created by the magnetic poles. As the E × B drift trajectory, a closed one in the space including the space between the magnetic poles can exist. As a result, electrons in a state where the trajectory is captured can exist in or near the ion beam. Thereby, electron loss due to E × B drift from the space between the magnetic poles can be reduced, and the confinement of electrons in the space between the magnetic poles can be improved.

上記電子は、例えば、磁極間空間を形成する壁面等にイオンビームの周辺の一部が衝突することによって発生する2次電子や、磁極間空間における残留ガスがイオンビームの衝突によって電離されて発生する電子である。以下に述べる他の偏向電磁石においても同様である。   The electrons are generated by, for example, secondary electrons generated when a part of the periphery of the ion beam collides with a wall surface forming the space between the magnetic poles, or residual gas in the space between the magnetic poles is ionized by the collision of the ion beam. Is an electron. The same applies to other deflection electromagnets described below.

前記電位調整電源から前記電位調整電極に印加する電圧は、前記電位調整電極のイオンビーム入口側端においてイオンビームが作る電位およびイオンビーム出口端においてイオンビームが作る電位の内の高い方よりも高い電圧にするのが好ましい。   The voltage applied to the potential adjustment electrode from the potential adjustment power source is higher than the higher one of the potential created by the ion beam at the ion beam entrance end of the potential adjustment electrode and the potential created by the ion beam at the ion beam exit end. It is preferable to use a voltage.

この発明に係る偏向電磁石の他のものは、イオンビームが通過する磁極間空間をあけて相対向する第1および第2の磁極を有していて、当該磁極間空間を通過するイオンビームを曲げる偏向電磁石であって、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における中央よりも入口寄りの所に、前記第1および第2の磁極と同方向からイオンビームの経路を挟むように配置された第1の対の補正電極と、前記第1の対の補正電極よりもイオンビーム通過方向における外側に位置するように第1の対の補正電極に並べて配置された第2の対の補正電極と、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における中央よりも出口寄りの所に、前記第1および第2の磁極と同方向からイオンビームの経路を挟むように配置された第3の対の補正電極と、前記第3の対の補正電極よりもイオンビーム通過方向における外側に位置するように第3の対の補正電極に並べて配置された第4の対の補正電極と、前記第2の対の補正電極の電位を前記第1の対の補正電極の電位よりも低く保つ直流の第1の補正電源と、前記第4の対の補正電極の電位を前記第3の対の補正電極の電位よりも低く保つ直流の第2の補正電源とを備えていることを特徴としている。   Another deflection electromagnet according to the present invention has first and second magnetic poles facing each other with a space between magnetic poles through which an ion beam passes, and bends the ion beam passing through the space between the magnetic poles. A deflecting electromagnet, which is disposed at a position closer to the entrance than the center of the space between the magnetic poles in the ion beam passing direction so as to sandwich the ion beam path from the same direction as the first and second magnetic poles. A pair of correction electrodes, a second pair of correction electrodes arranged side by side with the first pair of correction electrodes so as to be located outside the first pair of correction electrodes in the ion beam passage direction, A third pair of correction electrodes disposed so as to sandwich the ion beam path from the same direction as the first and second magnetic poles at a position closer to the exit than the center in the ion beam passage direction in the space between the magnetic poles; The third A fourth pair of correction electrodes arranged side by side with the third pair of correction electrodes so as to be located outside of the correction electrode in the ion beam passage direction, and the potentials of the second pair of correction electrodes A first DC correction power source that is kept lower than the potential of one pair of correction electrodes, and a second DC power source that keeps the potential of the fourth pair of correction electrodes lower than the potential of the third pair of correction electrodes. And a correction power supply.

この偏向電磁石においては、第1の対の補正電極と第2の対の補正電極とが作る電場と、イオンビームが作る電場とを合成した電場と、磁極が作る磁場とによる電子のE×Bドリフトは、イオンビームに交差する方向になる。第3の対の補正電極と第4の対の補正電極とが作る電場と、イオンビームが作る電場とを合成した電場と、磁極が作る磁場とによる電子のE×Bドリフトも、第1および第2の対の補正電極側とは逆向きで、イオンビームに交差する方向になる。   In this deflection electromagnet, the electron E × B is generated by the electric field generated by the first pair of correction electrodes and the second pair of correction electrodes, the electric field generated by the ion beam, and the magnetic field generated by the magnetic poles. The drift is in a direction crossing the ion beam. The E × B drift of electrons due to the electric field generated by the third pair of correction electrodes and the fourth pair of correction electrodes and the electric field generated by the ion beam and the magnetic field generated by the magnetic poles are also The direction is opposite to that of the second pair of correction electrodes, and the direction intersects the ion beam.

一方、イオンビームが作る電場と磁極が作る磁場とによる電子のE×Bドリフトの方向は、イオンビームに沿う方向になる。   On the other hand, the direction of the E × B drift of electrons due to the electric field created by the ion beam and the magnetic field created by the magnetic pole is in the direction along the ion beam.

従って、磁極間空間において電子は、上記イオンビームに交差する方向であって入口寄りと出口寄りとで互いに逆向きの2種類のドリフトと、イオンビームに沿う方向のドリフトとが合成された方向にドリフトすることになり、これによって、イオンビーム内やその近傍で電子の軌道に閉じたものが存在するようになる。即ち、イオンビーム内やその近傍に、軌道が捕捉された電子を存在させることができる。従って、磁極間空間からのE×Bドリフトによる電子の損失を軽減して、磁極間空間における電子の閉じ込めを良くすることができる。   Therefore, in the space between the magnetic poles, electrons cross in the direction intersecting with the ion beam, and in a direction in which two types of drifts opposite to each other near the entrance and exit are combined with drift in the direction along the ion beam. As a result, there is a closed electron orbit in or near the ion beam. That is, electrons whose orbits are captured can exist in or near the ion beam. Therefore, the loss of electrons due to the E × B drift from the space between the magnetic poles can be reduced, and the confinement of electrons in the space between the magnetic poles can be improved.

前記第1の補正電源と第2の補正電源とは互いに同一の電源であっても良い。   The first correction power source and the second correction power source may be the same power source.

前記第1および第2の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における入口端付近に配置し、前記第3および第4の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における出口端付近に配置しておいても良い。   The first and second pairs of correction electrodes are disposed in the vicinity of the entrance end in the ion beam passage direction in the inter-magnetic pole space, and the third and fourth pairs of correction electrodes are disposed in the ion beam in the inter-magnetic pole space. It may be arranged near the exit end in the passing direction.

前記第1の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における入口端付近に配置し、前記第2の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における入口端よりも外側に配置し、前記第3の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における出口端付近に配置し、前記第4の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における出口端よりも外側に配置しておいても良い。   The first pair of correction electrodes is disposed in the vicinity of the entrance end in the ion beam passage direction of the space between the magnetic poles, and the second pair of correction electrodes is disposed from the entrance end in the ion beam passage direction of the space between the magnetic poles. Are arranged on the outer side, the third pair of correction electrodes are arranged in the vicinity of the exit end in the ion beam passage direction of the space between the magnetic poles, and the fourth pair of correction electrodes are disposed in the ion beam in the space between the magnetic poles. You may arrange | position outside the exit end in a passage direction.

前記第1および第2の磁極の表面またはその近傍であって、前記第1の対の補正電極と第2の対の補正電極との間に、イオンビームの経路に交差させてそれぞれ配置されていて、前記第1および第2の磁極が作る磁場を強める方向の磁場を作る第1の対の永久磁石と、前記第1および第2の磁極の表面またはその近傍であって、前記第3の対の補正電極と第4の対の補正電極との間に、イオンビームの経路に交差させてそれぞれ配置されていて、前記第1および第2の磁極が作る磁場を強める方向の磁場を作る第2の対の永久磁石とを更に備えていても良い。   Surfaces of the first and second magnetic poles or in the vicinity thereof are disposed between the first pair of correction electrodes and the second pair of correction electrodes so as to cross the path of the ion beam. A first pair of permanent magnets for creating a magnetic field in a direction that intensifies the magnetic field produced by the first and second magnetic poles, and at or near the surfaces of the first and second magnetic poles, A first magnetic field is formed between the pair of correction electrodes and the fourth pair of correction electrodes so as to intersect with the path of the ion beam so as to strengthen the magnetic field generated by the first and second magnetic poles. Two pairs of permanent magnets may be further provided.

この発明に係るイオンビーム照射装置は、イオン源から引き出したイオンビームをターゲットに照射する構成の装置であって、前記イオン源からターゲットまでのイオンビームの経路に、前記偏向電磁石を1以上備えていることを特徴としている。   An ion beam irradiation apparatus according to the present invention is an apparatus configured to irradiate a target with an ion beam extracted from an ion source, and includes one or more deflection electromagnets in a path of the ion beam from the ion source to the target. It is characterized by being.

請求項1に記載の発明によれば次のような効果を奏する。   According to the first aspect of the invention, the following effects can be obtained.

(1)前記電位調整電極およびそれ用の前記電位調整電源を備えているので、イオンビーム内やその近傍に、軌道が捕捉された状態の電子を存在させることができる。これによって、磁極間空間からのE×Bドリフトによる電子の損失を軽減して、磁極間空間における電子の閉じ込めを良くすることができる。その結果、閉じ込めた電子によってイオンビームの空間電荷を効率良く中和して、イオンビームの発散を抑制することができ、ひいてはイオンビームの輸送効率を向上させることができる。   (1) Since the potential adjusting electrode and the potential adjusting power source therefor are provided, electrons in a state where the trajectory is captured can be present in or near the ion beam. Thereby, electron loss due to E × B drift from the space between the magnetic poles can be reduced, and the confinement of electrons in the space between the magnetic poles can be improved. As a result, it is possible to efficiently neutralize the space charge of the ion beam by the confined electrons, thereby suppressing the divergence of the ion beam, and thus improving the transport efficiency of the ion beam.

(2)電子をイオンビーム軌道の近傍内に閉じ込めることができるので、イオンビームが残留ガスと衝突することによってイオンビーム付近から発生する電子の閉じ込めを効率良く行うことができ、これによってイオンビームの空間電荷を中和する効果がより大きくなる。   (2) Since the electrons can be confined in the vicinity of the ion beam trajectory, the electrons generated from the vicinity of the ion beam can be efficiently confined when the ion beam collides with the residual gas. The effect of neutralizing the space charge becomes greater.

(3)カスプ磁場のような複雑な磁場を形成する必要がないので、偏向電磁石の構造の簡素化が可能である。また、イオンビームの軌道を余分な磁場で乱す恐れもない。   (3) Since it is not necessary to form a complicated magnetic field such as a cusp magnetic field, the structure of the deflection electromagnet can be simplified. In addition, there is no fear of disturbing the ion beam trajectory with an extra magnetic field.

(4)イオンビームを原因にして発生した電子を閉じ込めてイオンビームの空間電荷を中和するため、磁極表面や外部から磁極間空間に電子を供給する電子源を設置する必要がない。しかも、イオンビーム電流が多いと、イオンビームを原因にして発生する電子も多くなり、自然に空間電荷中和が調整されるため、大がかりな制御を必要としない。   (4) Since the electrons generated due to the ion beam are confined to neutralize the space charge of the ion beam, it is not necessary to install an electron source for supplying electrons to the magnetic pole surface or the space between the magnetic poles from the outside. In addition, when the ion beam current is large, more electrons are generated due to the ion beam, and space charge neutralization is adjusted naturally, so that no extensive control is required.

(5)イオンビームが走査される場合でも、電子は軽くてイオンビームの電場に引きずられて移動し、かつ電子のドリフト速度は速いので、偏向電磁石が走査マグネットのようにイオンビームを走査するものである場合にも、上記効果を奏することができる。   (5) Even when the ion beam is scanned, the electrons are light and are moved by being dragged by the electric field of the ion beam, and the electron drift speed is fast, so the deflecting electromagnet scans the ion beam like a scanning magnet. Even in this case, the above-described effect can be achieved.

請求項2に記載の発明によれば、電子のE×Bドリフトの軌道の内に、磁極間空間を含む空間において閉じたものをより確実に存在させることができるので、電子の閉じ込め性能をより高めることができる。その結果、イオンビームの空間電荷をより効率良く中和して、イオンビームの発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビームの輸送効率をより向上させることができる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to more surely close the electron orbit of the E × B drift in the space including the space between the magnetic poles. Can be increased. As a result, the space charge of the ion beam can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam can be further improved.

請求項3に記載の発明によれば、前記補正電極およびそれ用の前記補正電源を備えているので、イオンビーム内やその近傍に、軌道が捕捉された状態の電子を存在させることができる。これによって、磁極間空間からのE×Bドリフトによる電子の損失を軽減して、磁極間空間における電子の閉じ込めを良くすることができる。その結果、閉じ込めた電子によってイオンビームの空間電荷を効率良く中和して、イオンビームの発散を抑制することができ、ひいてはイオンビームの輸送効率を向上させることができる。   According to the third aspect of the present invention, since the correction electrode and the correction power supply for the correction electrode are provided, electrons in a state where the trajectory is captured can exist in or near the ion beam. Thereby, electron loss due to E × B drift from the space between the magnetic poles can be reduced, and the confinement of electrons in the space between the magnetic poles can be improved. As a result, it is possible to efficiently neutralize the space charge of the ion beam by the confined electrons, thereby suppressing the divergence of the ion beam, and thus improving the transport efficiency of the ion beam.

更に、請求項1に記載の発明の上記(2)〜(5)の効果と同様の効果を奏する。   Furthermore, there exists an effect similar to the effect of said (2)-(5) of invention of Claim 1.

請求項4に記載の発明によれば、電源構成の簡素化を図ることができる、という更なる効果を奏する。   According to invention of Claim 4, there exists the further effect that simplification of a power supply structure can be aimed at.

請求項5に記載の発明によれば、第1、第2の対の補正電極と第3、第4の対の補正電極との間の距離を長く取って、イオンビーム通過方向に沿う方向における電子の往復の閉じ込め長を長く取ることができるので、イオンビームの空間電荷を中和する領域を広く取ることができる。その結果、イオンビームの空間電荷をより効率良く中和して、イオンビームの発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビームの輸送効率をより向上させることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the distance between the first and second pairs of correction electrodes and the third and fourth pairs of correction electrodes is long, and the direction in the direction along the ion beam passage direction is taken. Since the reciprocal confinement length of electrons can be made long, a wide area for neutralizing the space charge of the ion beam can be taken. As a result, the space charge of the ion beam can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam can be further improved.

請求項6に記載の発明によれば、磁極の端部付近における磁力線の湾曲を利用して、補正電極の近傍における電子のE×Bドリフトの減少を抑制して、電子の弱閉じ込め領域を減少させることができるので、電子の閉じ込め性能をより高めることができる。しかも、第1、第2の対の補正電極と第3、第4の対の補正電極との間の距離を長く取って、イオンビーム通過方向に沿う方向における電子の往復の閉じ込め長を長く取ることができるので、イオンビームの空間電荷を中和する領域を広く取ることができる。その結果、イオンビームの空間電荷をより効率良く中和して、イオンビームの発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビームの輸送効率をより向上させることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, by utilizing the curvature of the magnetic field lines in the vicinity of the end of the magnetic pole, the decrease in the E × B drift of the electrons in the vicinity of the correction electrode is suppressed, thereby reducing the weakly confined region of the electrons. Therefore, the electron confinement performance can be further enhanced. In addition, the distance between the first and second pairs of correction electrodes and the third and fourth pairs of correction electrodes is increased to increase the reciprocal confinement length of electrons in the direction along the ion beam passage direction. Therefore, a wide area for neutralizing the space charge of the ion beam can be taken. As a result, the space charge of the ion beam can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam can be further improved.

請求項7に記載の発明によれば、第1および第2の対の永久磁石が作る磁力線の湾曲を利用して、補正電極の近傍における電子のE×Bドリフトの減少を抑制して、電子の弱閉じ込め領域を減少させることができる。更に、上記永久磁石が作る磁場の勾配によるグラディエントBドリフトによって、電子の閉じ込め領域を拡大することができる。従って、電子の閉じ込め性能をより一層高めることができる。その結果、イオンビームの空間電荷をより効率良く中和して、イオンビームの発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビームの輸送効率をより向上させることができる。   According to the seventh aspect of the present invention, the decrease in the E × B drift of the electrons in the vicinity of the correction electrode is suppressed by utilizing the curvature of the magnetic field lines created by the first and second pairs of permanent magnets. The weak confinement region can be reduced. Further, the electron confinement region can be expanded by the gradient B drift caused by the magnetic field gradient generated by the permanent magnet. Therefore, the electron confinement performance can be further enhanced. As a result, the space charge of the ion beam can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam can be further improved.

請求項8に記載の発明によれば、前記のような偏向電磁石を1以上備えていて、当該各偏向電磁石において前記効果を奏するので、イオン源から引き出したイオンビームのターゲットへの輸送効率を向上させることができる。   According to the eighth aspect of the present invention, since one or more deflection electromagnets as described above are provided and each of the deflection electromagnets exhibits the effect, the transport efficiency of the ion beam extracted from the ion source to the target is improved. Can be made.

図11は、この発明に係る偏向電磁石の第1の実施形態を示す概略縦断面図である。図8〜図10に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。   FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view showing a first embodiment of the bending electromagnet according to the present invention. Portions that are the same as or equivalent to those in the conventional example shown in FIGS. 8 to 10 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

この偏向電磁石30aは、前記第1の磁極32aと第2の磁極32b間の磁極間空間34に、両磁極32a、32bと同方向からイオンビーム4の経路を挟むように配置された一対の電位調整電極52を備えている。より具体的には、磁極32a、32bの表面33a、33bの近傍に、磁極32a、32bとは電気的に絶縁して、一対の板状の電位調整電極52をそれぞれ配置している。   The deflection electromagnet 30a has a pair of potentials arranged so as to sandwich the path of the ion beam 4 from the same direction as both the magnetic poles 32a and 32b in the inter-magnetic pole space 34 between the first magnetic pole 32a and the second magnetic pole 32b. An adjustment electrode 52 is provided. More specifically, a pair of plate-like potential adjustment electrodes 52 are disposed in the vicinity of the surfaces 33a and 33b of the magnetic poles 32a and 32b, respectively, so as to be electrically insulated from the magnetic poles 32a and 32b.

磁極間空間34における互いに直交する座標軸X、Y、Zを図11等に示すように取ると、即ち、磁極間空間の中心の座標を原点とし、イオンビーム4の通過方向42に向かう方向をX軸、それと横に直交する方向をY軸、縦に直交する方向(即ち磁極32a、32b間の上下方向)をZ軸とすると、一対の電位調整電極52は、Z方向においてイオンビーム4を、それとの間に空間をあけて挟むように配置されている。   When coordinate axes X, Y, and Z orthogonal to each other in the inter-magnetic pole space 34 are taken as shown in FIG. 11 and the like, that is, the coordinate of the center of the inter-magnetic pole space is the origin, and the direction toward the passing direction 42 of the ion beam 4 is X Assuming that the axis, the direction perpendicular to the Y axis is the Y axis, and the direction perpendicular to the longitudinal direction (that is, the vertical direction between the magnetic poles 32a and 32b) is the Z axis, the pair of potential adjusting electrodes 52 It is arranged with a space between them.

各電位調整電極52のX方向およびY方向の長さは、磁極間空間34をできるだけ広く覆う長さにするのが好ましい。その方が、磁極間空間34のより広い領域において、イオンビーム周辺の電位を調整することができるからである。この実施形態では、磁極間空間34のほぼ全域を覆う長さにしている。   The lengths of the potential adjustment electrodes 52 in the X direction and the Y direction are preferably long enough to cover the inter-magnetic pole space 34 as much as possible. This is because the potential around the ion beam can be adjusted in a wider region of the space 34 between the magnetic poles. In this embodiment, the length is such that it covers almost the entire area of the inter-magnetic pole space 34.

この偏向電磁石30aは、更に、上記一対の電位調整電極52に正の電圧V1 をそれぞれ印加する直流の電位調整電源54を備えている。この電位調整電源54の正極端は一対の電位調整電極52にそれぞれ接続されており、負極端は接地されている。磁極32a、32bも電気的に接地されている。 The bending electromagnets 30a further includes a DC voltage regulated power supply 54 for applying respective positive the voltages V 1 to the pair of potential adjusting electrode 52. The positive terminal of the potential adjusting power source 54 is connected to the pair of potential adjusting electrodes 52, and the negative terminal is grounded. The magnetic poles 32a and 32b are also electrically grounded.

仮に、電位調整電源54から各電位調整電極52に印加する電圧V1 を0Vにした場合(この場合は、電位調整電極52は磁極32a、32bと同電位になるので、イオンビーム周辺の電位分布は図9等に示した従来の偏向電磁石30の場合と同様になる)、磁極間空間34におけるイオンビーム周辺の電位分布および電子38(図示されていない場合は、例えば図8〜図10、図22〜図27参照。以下同様)のE×Bドリフトの概要を図12および図13に示す。磁場Bは磁極32a、32bが作る磁場であり、電場Eはイオンビーム4が作る電場である。符号56は等電位線を示す。電子38は、前述したように、例えば、磁極間空間34を形成する壁面等にイオンビーム4の周辺の一部が衝突することによって発生する2次電子や、磁極間空間34における残留ガスがイオンビーム4の衝突によって電離されて発生する電子である。以下に述べる電子38も同様である。 If the voltage V 1 applied to each potential adjusting electrode 52 from the potential adjusting power source 54 is 0 V (in this case, the potential adjusting electrode 52 has the same potential as the magnetic poles 32a and 32b, the potential distribution around the ion beam) Is the same as in the case of the conventional deflection electromagnet 30 shown in FIG. 9 and the like), the potential distribution around the ion beam in the inter-magnetic pole space 34 and the electrons 38 (if not shown, for example, FIG. 8 to FIG. 10, FIG. The outline of E × B drift of 22 to 27. The same applies hereinafter) is shown in FIGS. The magnetic field B is a magnetic field generated by the magnetic poles 32 a and 32 b, and the electric field E is an electric field generated by the ion beam 4. Reference numeral 56 denotes an equipotential line. As described above, the electrons 38 are, for example, secondary electrons generated when a part of the periphery of the ion beam 4 collides with a wall surface or the like forming the space 34 between the magnetic poles, or residual gas in the space 34 between the magnetic poles. Electrons generated by ionization due to the collision of the beam 4. The same applies to the electrons 38 described below.

なお、図13、図15では、等電位線56等を図示しやすくするために、上側の磁極32aは図示を省略し、かつ上側の電位調整電極52を想像線で示している。また、図11以降において、イオンビーム4は便宜上、円柱状で図示しているが、これに限られるものではない。イオンビーム4は、本来、磁極32a、32bが作る磁場によって曲げられるが、図示を簡略化するために、当該磁場による曲がりは無視して直線で示している。   In FIG. 13 and FIG. 15, the upper magnetic pole 32a is not shown and the upper potential adjustment electrode 52 is indicated by an imaginary line in order to make the equipotential line 56 and the like easier to show. Further, in FIG. 11 and subsequent figures, the ion beam 4 is shown in a cylindrical shape for convenience, but is not limited thereto. The ion beam 4 is originally bent by the magnetic field generated by the magnetic poles 32a and 32b, but for the sake of simplicity of illustration, the bending due to the magnetic field is ignored and shown as a straight line.

イオンビーム4は前述したように(図6およびその説明参照)正の電位を持っているが、上記電圧V1 を0Vにした場合は、イオンビーム4の周囲の壁面(即ち磁極32a、32bおよび電位調整電極52)の電位は0Vになり、その影響を受けてイオンビーム4の周辺の電位分布は電子38の閉じ込めに適さないものになる。即ち、図12に等電位線56の概要を示すように、イオンビーム4付近の電位は、周囲の壁面の電位の影響で中央では低くなっており、磁極間空間34の入口付近および出口付近では、壁面から離れるために電位が復帰して高くなっている。言わば鞍形をしている。例えば、磁極間空間34の入口部でのイオンビーム4の電位を100Vとした場合、イオンビーム4付近の電位は、高い所(図中に「高」で示す。他の図においても同様)では100V近くに、中間の所(図中に「中」で示す。他の図においても同様)では50V程度に、低い所(図中に「低」で示す。他の図においても同様)では10V以下になる。 As described above (see FIG. 6 and its description), the ion beam 4 has a positive potential. However, when the voltage V 1 is set to 0 V, the wall surface around the ion beam 4 (that is, the magnetic poles 32a, 32b and The potential of the potential adjusting electrode 52) becomes 0 V, and the potential distribution around the ion beam 4 becomes unsuitable for confining the electrons 38 under the influence. That is, as schematically shown in FIG. 12, the potential near the ion beam 4 is low in the center due to the influence of the potential of the surrounding wall surface, and near the entrance and exit of the inter-magnetic pole space 34. In order to get away from the wall surface, the potential returns and becomes high. In other words, it has a saddle shape. For example, when the potential of the ion beam 4 at the entrance of the space 34 between the magnetic poles is 100 V, the potential in the vicinity of the ion beam 4 is high (indicated by “high” in the figure. The same applies to other figures). Nearly 100V, in the middle place (indicated by “middle” in the figure. The same applies to other figures), about 50V, and in the low place (indicated by “low” in the figure. The same applies to other figures), 10V. It becomes the following.

この場合の電子38のE×Bドリフトの方向は、図12に示すように、磁極間空間34のイオンビーム入口側で+Y方向(即ち紙面の表から裏方向)になり、イオンビーム出口側で−Y方向(即ち紙面の裏から表方向)になる。また、図12(および図14等)中に、E×Bドリフトの大きさ|E×B|を、斜線を付した平行四辺形の面積で示している。   In this case, the direction of the E × B drift of the electrons 38 is + Y direction (that is, from the front to the back of the paper) on the ion beam entrance side of the inter-magnetic pole space 34, and on the ion beam exit side, as shown in FIG. -Y direction (ie, from the back of the paper to the front). Further, in FIG. 12 (and FIG. 14 and the like), the magnitude of E × B drift | E × B | is indicated by the area of a parallelogram with diagonal lines.

図12は縦断面図でありイオンビーム4を側方から見たものであるが、イオンビーム4の周辺の電位分布は、上から見ても、図13に示すように、図12と同様な分布をしており鞍形をしている。これは、上述したように、電位調整電極52に印加する電圧V1 が0Vであるために、イオンビーム4の周囲の壁面の電位は0Vであり、図12と図13との主な違いは、磁場Bの向きだけだからである。 FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the ion beam 4 viewed from the side, but the potential distribution around the ion beam 4 is the same as that of FIG. It is distributed and has a bowl shape. As described above, since the voltage V 1 applied to the potential adjusting electrode 52 is 0V, the potential of the wall surface around the ion beam 4 is 0V. The main difference between FIG. 12 and FIG. This is because only the direction of the magnetic field B is present.

イオンビーム周辺の等電位線56の分布、即ち電位の分布が鞍形をしている場合は、図13に示すように、電子38のドリフト軌道58は左右に分かれて閉じないので、電子38は磁極間空間34外へイオンビーム4に沿う方向に流出して損失する。   When the distribution of the equipotential lines 56 around the ion beam, that is, the distribution of the potential has a saddle shape, as shown in FIG. It flows out of the space 34 between the magnetic poles in the direction along the ion beam 4 and is lost.

一方、電位調整電源54から各電位調整電極52に正の電圧V1 を印加した場合の、磁極間空間34におけるイオンビーム周辺の電位分布および電子38のE×Bドリフトの概要を図14および図15に示す。これは、上記図12および図13にそれぞれ対応している。 On the other hand, an outline of the potential distribution around the ion beam and the E × B drift of the electrons 38 in the inter-magnetic pole space 34 when the positive voltage V 1 is applied from the potential adjusting power source 54 to each potential adjusting electrode 52 is shown in FIGS. As shown in FIG. This corresponds to FIGS. 12 and 13, respectively.

図14および図15は、磁極間空間34の入口部でのイオンビーム4の電位が100Vであり、かつ上記電圧V1 を100Vにした場合の例である。この場合、磁極間空間34におけるイオンビーム周辺の電位は、電位調整電極52の電位の影響を受けて、イオンビーム4の中央付近で最も高い凸型の分布になる。例えば、高い所で150V程度になり、そこから周囲に向かって電位が徐々に低くなる。電位調整電極52の近くでは100V程度になる。 FIGS. 14 and 15 are examples in which the potential of the ion beam 4 at the entrance of the inter-magnetic pole space 34 is 100V and the voltage V 1 is 100V. In this case, the potential around the ion beam in the space 34 between the magnetic poles is affected by the potential of the potential adjustment electrode 52 and has the highest convex distribution near the center of the ion beam 4. For example, it becomes about 150 V at a high place, and the potential gradually decreases from there toward the surroundings. In the vicinity of the potential adjustment electrode 52, the voltage is about 100V.

イオンビーム周辺の等電位線56の分布、即ち電位の分布が上記のように凸型をしている場合は、図15に示すように、電子38のE×BドリフトはXY平面内において周回する向きに生じ、電子38のドリフト軌道58には、磁極間空間34を含む空間において閉じたものが含まれるようになる。即ち、この偏向電磁石30aにおいては、電位調整電極52に正の電圧V1 を印加することによって、イオンビーム周辺の電位を調整することができ、それによって、イオンビーム周辺の電場Eと磁極が作る磁場Bとによる電子のE×Bドリフトの軌道として、磁極間空間34を含む空間において閉じたものを存在させることができる。 When the distribution of equipotential lines 56 around the ion beam, that is, the distribution of potential is convex as described above, the E × B drift of the electrons 38 circulates in the XY plane as shown in FIG. The drift trajectory 58 of the electrons 38 is included in the direction including the closed space in the space including the inter-pole space 34. That is, in this bending electromagnets 30a, by applying a positive voltages V 1 to the potential adjustment electrodes 52, it is possible to adjust the potential of the surrounding ion beam, thereby creating an electric field E and the magnetic poles near the ion beam As a trajectory of the electron E × B drift caused by the magnetic field B, a trajectory closed in the space including the inter-pole space 34 can exist.

その結果、イオンビーム4内やその近傍に、軌道が捕捉された状態の電子38を存在させることができる。これによって、磁極間空間34からE×Bドリフトによる電子38の損失を軽減して、磁極間空間34における電子38の閉じ込めを良くすることができる。   As a result, the electrons 38 in a state where the trajectory is captured can exist in the ion beam 4 or in the vicinity thereof. Thereby, the loss of the electrons 38 due to the E × B drift from the inter-pole space 34 can be reduced, and the confinement of the electrons 38 in the inter-pole space 34 can be improved.

更には、閉じ込めた電子38によってイオンビーム4の空間電荷を効率良く中和して、イオンビーム4の発散を抑制することができ、ひいてはイオンビーム4の輸送効率を向上させることができる。   Furthermore, the space charge of the ion beam 4 can be efficiently neutralized by the confined electrons 38, and the divergence of the ion beam 4 can be suppressed, and as a result, the transport efficiency of the ion beam 4 can be improved.

また、電子38をイオンビーム軌道の近傍内に閉じ込めることができるので、イオンビーム4が残留ガスと衝突することによってイオンビーム付近から発生する電子の閉じ込めを効率良く行うことができ、これによってイオンビーム4の空間電荷を中和する効果がより大きくなる。   In addition, since the electrons 38 can be confined within the vicinity of the ion beam trajectory, the electrons generated from the vicinity of the ion beam can be efficiently confined by the collision of the ion beam 4 with the residual gas. The effect of neutralizing the space charge of 4 is further increased.

また、カスプ磁場のような複雑な磁場を形成する必要がないので、偏向電磁石30aの構造の簡素化が可能である。また、イオンビーム4の軌道を余分な磁場で乱す恐れもない。   In addition, since it is not necessary to form a complicated magnetic field such as a cusp magnetic field, the structure of the bending electromagnet 30a can be simplified. In addition, there is no fear of disturbing the trajectory of the ion beam 4 with an extra magnetic field.

また、イオンビーム4を原因にして発生した電子、即ち磁極間空間34を形成する壁面等にイオンビーム4の周辺の一部が衝突することによって発生した2次電子や、磁極間空間34における残留ガスがイオンビーム4の衝突によって電離されて発生した電子を閉じ込めてイオンビーム4の空間電荷を中和するため、磁極表面や外部から磁極間空間34に電子を供給する電子源を設置する必要がない。しかも、イオンビーム電流が多いと、イオンビーム4を原因にして発生する電子も多くなり、自然に空間電荷中和が調整されるため、大がかりな制御を必要としない。   Further, electrons generated due to the ion beam 4, that is, secondary electrons generated when a part of the periphery of the ion beam 4 collides with a wall surface or the like forming the space 34 between the magnetic poles, and residuals in the space 34 between the magnetic poles. In order to confine the electrons generated when the gas is ionized by the collision of the ion beam 4 and neutralize the space charge of the ion beam 4, it is necessary to install an electron source that supplies electrons from the surface of the magnetic pole or from the outside to the space 34 between the magnetic poles. Absent. In addition, if the ion beam current is large, more electrons are generated due to the ion beam 4, and space charge neutralization is adjusted naturally, so that no extensive control is required.

更に、イオンビーム4が走査される場合でも、電子は軽くてイオンビーム4の電場に引きずられて移動し、かつ電子のドリフト速度は速いので、偏向電磁石30aが走査マグネットのようにイオンビーム4を走査するものである場合にも、上記効果を奏することができる。   Further, even when the ion beam 4 is scanned, the electrons are light and are dragged and moved by the electric field of the ion beam 4, and the drift speed of the electrons is fast, so that the deflecting electromagnet 30a moves the ion beam 4 like a scanning magnet. Even when scanning, the above-described effects can be obtained.

上記電位調整電源54から電位調整電極52に印加する電圧V1 は、電位調整電極52のイオンビーム入口端52aにおいてイオンビーム4が作る電位およびイオンビーム出口端52bにおいてイオンビーム4が作る電位の内の高い方よりも高い電圧にするのが好ましい。 The voltage V 1 applied to the potential adjusting electrode 52 from the potential adjusting power source 54 is the potential generated by the ion beam 4 at the ion beam inlet end 52a of the potential adjusting electrode 52 and the potential generated by the ion beam 4 at the ion beam outlet end 52b. It is preferable to set the voltage higher than the higher one.

そのようにすると、イオンビーム4の中央付近の電位を入口端52aおよび出口端52bの電位よりも高めて、イオンビーム周辺の電位分布をより確実に凸型にすることができるので、電子38のE×Bドリフトの軌道の内に、磁極間空間34を含む空間において閉じたものをより確実に存在させることができ、電子38の閉じ込め性能をより高めることができる。その結果、イオンビーム4の空間電荷をより効率良く中和して、イオンビーム4の発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビーム4の輸送効率をより向上させることができる。   By doing so, the potential near the center of the ion beam 4 can be made higher than the potentials at the entrance end 52a and the exit end 52b, and the potential distribution around the ion beam can be more reliably made convex. Within the trajectory of the E × B drift, a closed space in the space including the inter-pole space 34 can be present more reliably, and the confinement performance of the electrons 38 can be further enhanced. As a result, the space charge of the ion beam 4 can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam 4 can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam 4 can be further improved.

図16は、この発明に係る偏向電磁石の第2の実施形態の出口側半分を示す概略縦断面図である。図17は、図16に示す偏向電磁石における電子のE×Bドリフトの方向の概要を示す平面図である。図16において、入口側半分は、図示を省略しているが、対称中心線78を中心にして図示と対称の構造をしている(図17参照)。これは図18および図19においても同様である。なお、図17においては、電子のドリフト方向等を図示しやすくするために、上側にある磁極32aは想像線で示している。また、電位調整電極52は、説明に必要がないので省略している。   FIG. 16 is a schematic longitudinal sectional view showing the outlet half of the second embodiment of the bending electromagnet according to the present invention. FIG. 17 is a plan view showing an outline of the direction of E × B drift of electrons in the bending electromagnet shown in FIG. In FIG. 16, the inlet-side half is not shown, but has a symmetrical structure with respect to the symmetry center line 78 (see FIG. 17). The same applies to FIGS. 18 and 19. In FIG. 17, the magnetic pole 32 a on the upper side is indicated by an imaginary line in order to facilitate the illustration of the electron drift direction and the like. Further, the potential adjusting electrode 52 is omitted because it is not necessary for the description.

この偏向電磁石30bは、前記磁極間空間34のイオンビーム通過方向における中央よりも入口寄りの所に、上記第1および第2の磁極32aおよび32bと同方向からイオンビーム4の経路を挟むように配置された第1の対の補正電極61(図17参照)と、この第1の対の補正電極61よりもイオンビーム通過方向における外側に位置するように第1の対の補正電極61に並べて配置された第2の対の補正電極62(図17参照)と、磁極間空間34のイオンビーム通過方向における中央よりも出口寄りの所に、上記第1および第2の磁極32aおよび32bと同方向からイオンビーム4の経路を挟むように配置された第3の対の補正電極63と、この第3の対の補正電極63よりもイオンビーム通過方向における外側に位置するように第3の対の補正電極63に並べて配置された第4の対の補正電極64とを備えている。   The deflecting electromagnet 30b sandwiches the path of the ion beam 4 from the same direction as the first and second magnetic poles 32a and 32b at a position closer to the entrance than the center of the space 34 between the magnetic poles in the ion beam passing direction. The arranged first pair of correction electrodes 61 (see FIG. 17) and the first pair of correction electrodes 61 so as to be positioned outside the first pair of correction electrodes 61 in the ion beam passing direction. The second pair of correction electrodes 62 (see FIG. 17) and the first and second magnetic poles 32a and 32b, which are closer to the exit than the center of the inter-magnetic pole space 34 in the ion beam passage direction, are the same. A third pair of correction electrodes 63 arranged so as to sandwich the path of the ion beam 4 from the direction, and to be positioned outside the third pair of correction electrodes 63 in the ion beam passage direction. Tile correcting electrode 63 of the third pair and a correction electrode 64 of the fourth pair is located.

上記第1〜第4の対の補正電極61〜64は、いずれも、板状をしており、前述したZ方向においてイオンビーム4を、それとの間に空間をあけて挟むように配置されている。より具体的には、各対の補正電極61〜64は、磁極32a、32bの表面33a、33bの近傍に、磁極32a、32bとは電気的に絶縁して配置されている。   Each of the first to fourth pairs of correction electrodes 61 to 64 has a plate shape and is arranged so as to sandwich the ion beam 4 with a space therebetween in the Z direction described above. Yes. More specifically, each pair of correction electrodes 61 to 64 is disposed in the vicinity of the surfaces 33a and 33b of the magnetic poles 32a and 32b and electrically insulated from the magnetic poles 32a and 32b.

各対の補正電極61〜64のY方向の長さは、磁極間空間34をできるだけ長く覆う長さにするのが好ましい。その方が、より広い領域において電子を閉じ込めることができるからである。この実施形態では、磁極間空間34のY方向の長さと同程度の長さにしている。各対の補正電極61〜64のX方向の長さは、後述する同心半円状の電場(電気力線70参照)を作ることができる長さがあれば良い。   The length in the Y direction of each pair of correction electrodes 61 to 64 is preferably set to a length that covers the inter-magnetic pole space 34 as long as possible. This is because electrons can be confined in a wider area. In this embodiment, the length between the magnetic pole spaces 34 is approximately the same as the length in the Y direction. The length of each pair of correction electrodes 61 to 64 in the X direction only needs to be long enough to create a concentric semicircular electric field (see electric field lines 70) described later.

この偏向電磁石30bは、更に、前記第2の対の補正電極62の電位を第1の対の補正電極61の電位よりも低く保つ直流の第1の補正電源(図示省略。それに対応する第2の補正電源66参照)と、前記第4の対の補正電極64の電位を第3の対の補正電極63の電位よりも低く保つ直流の第2の補正電源66とを備えている。   The deflection electromagnet 30b further includes a first DC correction power source (not shown, corresponding to the second pair) that keeps the potential of the second pair of correction electrodes 62 lower than the potential of the first pair of correction electrodes 61. And a second DC correction power supply 66 that keeps the potential of the fourth pair of correction electrodes 64 lower than the potential of the third pair of correction electrodes 63.

第2の補正電源66は、この例では、正極端が第3の対の補正電極63にそれぞれ接続された直流電源67と、負極端が第4の対の補正電極64にそれぞれ接続された直流電源68とを有している。直流電源67の負極端および直流電源68の正極端は接地されている。直流電源67、68から出力する電圧をそれぞれV2 、V3 とすると、補正電極63、64の電位はそれぞれV2 、V3 となる。図示しないけれども、入口側の第1の補正電源も例えばこれと同様の構成をしている。 In this example, the second correction power supply 66 includes a DC power supply 67 having a positive end connected to the third pair of correction electrodes 63 and a DC power supply having a negative end connected to the fourth pair of correction electrodes 64, respectively. And a power source 68. The negative electrode end of the DC power supply 67 and the positive electrode end of the DC power supply 68 are grounded. If the voltages output from the DC power supplies 67 and 68 are V 2 and V 3 , respectively, the potentials of the correction electrodes 63 and 64 are V 2 and V 3 , respectively. Although not shown, the first correction power source on the inlet side has the same configuration as this, for example.

第1の補正電源と第2の補正電源とは、互いに別の電源にすれば電場補正の自由度が高まる。また、互いに同一の電源にしても良く、そのようにすれば電源構成の簡素化を図ることができる。同一にする場合は、補正電極61と63とに同一の電圧(この例ではV2 )を印加し、補正電極62と64とに同一の電圧(この例ではV3 )を印加する。 If the first correction power source and the second correction power source are different from each other, the degree of freedom in correcting the electric field increases. Further, the same power source may be used, and in this way, the power source configuration can be simplified. If you same applies the (V 2 in this example) the same voltage to the correction electrode 61 and 63, it applies the same voltage to the correction electrode 62 and 64 (V 3 in this example).

なお、この偏向電磁石30bでは、前述した電位調整電極52も備えているけれども、この電位調整電極52は、補正電極61〜64と必ず組み合わせて用いなければならないものではない。電位調整電極52を設けなくても良い。電位調整電極52を設けてそれに前述したような正の電圧V1 を印加すると、電位調整電極52による前述した効果と、補正電極61〜64による以下に述べる効果の両方の効果を奏することができる。 Although the deflection electromagnet 30b includes the potential adjustment electrode 52 described above, the potential adjustment electrode 52 is not necessarily used in combination with the correction electrodes 61 to 64. The potential adjustment electrode 52 may not be provided. When the potential adjusting electrode 52 is provided and the positive voltage V 1 as described above is applied thereto, both of the effects described above by the potential adjusting electrode 52 and the effects described below by the correction electrodes 61 to 64 can be achieved. .

この偏向電磁石30bにおいては、補正電極63よりも補正電極64の方が電位が低いので(換言すれば、補正電極63の方が補正電極64よりも電位が高いので)、補正電極63から補正電極64に向かう、断面が同心半円状の電気力線70が形成される。この補正電極63と補正電極64とが作る電場E1 と、イオンビーム4が作る前記電場(これをここではE2 とする)とを合成した電場Eと、磁極32a、32bが作る磁場BとによるE×Bドリフトは、図16に示すように、イオンビーム4に交差する方向になる。より具体的には、+Y方向になる。このE×Bドリフトの方向を図17中に矢印82で示す。またこのE×Bドリフトの大きさ|E×B|を、前記と同様に、図16中に、斜線を付した平行四辺形の面積で示している。なお、電場E1 と電場E2 とについては、図19中により詳しく図示しているので、それも参照するものとする。 In this deflection electromagnet 30b, the potential of the correction electrode 64 is lower than that of the correction electrode 63 (in other words, the potential of the correction electrode 63 is higher than that of the correction electrode 64). The electric force lines 70 having a concentric semicircular cross section toward 64 are formed. The electric field E 1 formed by the correction electrode 63 and the correction electrode 64 and the electric field generated by the ion beam 4 (here, referred to as E 2 ), and the magnetic field B generated by the magnetic poles 32a and 32b. The E × B drift due to is in the direction intersecting the ion beam 4 as shown in FIG. More specifically, the direction is the + Y direction. The direction of this E × B drift is indicated by an arrow 82 in FIG. Also, the magnitude of this E × B drift | E × B | is indicated by the area of a parallelogram with hatching in FIG. Note that the electric field E 1 and the electric field E 2 are illustrated in more detail in FIG.

入口寄りの第1の対の補正電極61と第2の対の補正電極62とが作る電場と、イオンビーム4が作る電場とを合成した電場Eと、磁極32a、32bが作る磁場BとによるE×Bドリフトは、補正電極61、62が作る電場の向きが反対になって合成の電場Eの向きも反対になるので、第3および第4の対の補正電極63、64側とは逆向きで、イオンビーム4に交差する方向になる。より具体的には、−Y方向になる。このE×Bドリフトの方向を、図17中に矢印81で示す。   Due to the electric field E formed by the electric field generated by the first pair of correction electrodes 61 and the second pair of correction electrodes 62 and the electric field generated by the ion beam 4 near the entrance, and the magnetic field B generated by the magnetic poles 32a and 32b. Since the direction of the electric field generated by the correction electrodes 61 and 62 is reversed and the direction of the combined electric field E is also reversed, the E × B drift is opposite to the third and fourth pairs of correction electrodes 63 and 64 side. The direction is the direction intersecting the ion beam 4. More specifically, it is in the −Y direction. The direction of this E × B drift is indicated by an arrow 81 in FIG.

一方、イオンビーム4が作る電場と磁極32a、32bが作る磁場とによるE×Bドリフトの方向は、先に図10等を参照して説明したように、イオンビーム4に沿う向きになる。より具体的には、イオンビーム4の通過方向42に向かって左側では図17中に矢印83で示すように−X方向になり、右側では矢印84で示すように+X方向になる。   On the other hand, the direction of the E × B drift caused by the electric field generated by the ion beam 4 and the magnetic field generated by the magnetic poles 32a and 32b is the direction along the ion beam 4 as described above with reference to FIG. More specifically, on the left side in the ion beam 4 passing direction 42, the direction is −X as indicated by an arrow 83 in FIG. 17 and on the right side is the + X direction as indicated by an arrow 84.

従って、磁極間空間34において電子38は、上記イオンビーム4に交差するY方向であって入口寄りと出口寄りとで互いに逆向き(図17中の矢印81、82で示す方向)の2種類のE×Bドリフトと、イオンビーム4に沿うX方向(図17中の矢印83、84で示す方向)のE×Bドリフトが合成された方向にドリフトすることになり、これによって、矢印81〜84で示す方向のドリフトが互いにつながるので、イオンビーム4内やその近傍で電子の軌道に閉じたものが存在するようになる。そのような電子の閉じたドリフト軌道86の一例を図17中に示す。これによって、イオンビーム4内やその近傍に、軌道が捕捉された電子38を存在させることができる。従って、磁極間空間34からのE×Bドリフトによる電子38の損失を軽減して、磁極間空間34における電子38の閉じ込めを良くすることができる。その結果、閉じ込めた電子38によってイオンビーム4の空間電荷を効率良く中和して、イオンビーム4の発散を抑制することができ、ひいてはイオンビーム4の輸送効率を向上させることができる。   Therefore, in the inter-magnetic pole space 34, the electrons 38 are of two types in the Y direction intersecting the ion beam 4 and in opposite directions near the entrance and exit (directions indicated by arrows 81 and 82 in FIG. 17). The E × B drift and the E × B drift in the X direction along the ion beam 4 (directions indicated by arrows 83 and 84 in FIG. 17) will drift in the synthesized direction, thereby causing the arrows 81 to 84. Since the drifts in the directions indicated by are connected to each other, a closed electron orbit exists in or near the ion beam 4. An example of such a closed drift trajectory 86 of electrons is shown in FIG. Thereby, the electrons 38 in which the trajectory is captured can be present in or near the ion beam 4. Therefore, the loss of the electrons 38 due to the E × B drift from the interpole space 34 can be reduced, and the confinement of the electrons 38 in the interpole space 34 can be improved. As a result, the space charge of the ion beam 4 can be efficiently neutralized by the confined electrons 38, and the divergence of the ion beam 4 can be suppressed. As a result, the transport efficiency of the ion beam 4 can be improved.

上記第1および第2の対の補正電極61および62は、磁極間空間34のイオンビーム通過方向における入口端付近に配置し、第3および第4の対の補正電極63および64は、磁極間空間34のイオンビーム通過方向における出口端付近に配置するのが好ましい(図19中の補正電極63、64参照)。そのようにすると、第1、第2の対の補正電極61、62と第3、第4の対の補正電極63、64との間の距離を長く取って、イオンビーム通過方向に沿う方向における電子38の往復の閉じ込め長を長く取ることができるので、イオンビーム4の空間電荷を中和する領域を広く取ることができる。その結果、イオンビーム4の空間電荷をより効率良く中和して、イオンビーム4の発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビーム4の輸送効率をより向上させることができる。   The first and second pairs of correction electrodes 61 and 62 are arranged near the entrance end in the ion beam passing direction of the inter-magnetic pole space 34, and the third and fourth pairs of correction electrodes 63 and 64 are arranged between the magnetic poles. It is preferable to arrange in the vicinity of the exit end of the space 34 in the ion beam passage direction (see correction electrodes 63 and 64 in FIG. 19). In such a case, the distance between the first and second pairs of correction electrodes 61 and 62 and the third and fourth pairs of correction electrodes 63 and 64 is increased, and the direction in the direction along the ion beam passage direction is taken. Since the round-trip confinement length of the electrons 38 can be increased, a wide area for neutralizing the space charge of the ion beam 4 can be provided. As a result, the space charge of the ion beam 4 can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam 4 can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam 4 can be further improved.

ところで、上記偏向電磁石30bでは、図16に示すように、上下の補正電極63、64の近傍では、補正電極63、64の作る電場E2 は補正電極63、64にほぼ垂直になるので、その電場E2 とイオンビーム4が作る電場E1 とを合成した電場Eは磁場Bとほぼ平行になり、E×Bドリフトの大きさ|E×B|が小さくなって、電子38の閉じ込めが弱くなる。即ち、図16中に斜線を付して示すように、弱閉じ込め領域71、72が生じる。 By the way, in the deflection electromagnet 30b, as shown in FIG. 16, in the vicinity of the upper and lower correction electrodes 63 and 64, the electric field E 2 formed by the correction electrodes 63 and 64 is almost perpendicular to the correction electrodes 63 and 64. The electric field E obtained by combining the electric field E 2 and the electric field E 1 generated by the ion beam 4 becomes almost parallel to the magnetic field B, and the magnitude of E × B drift | E × B | Become. That is, weak confinement regions 71 and 72 are generated as shown by hatching in FIG.

そこで、この弱閉じ込め領域の課題を改善することができる実施形態(第3の実施形態)を図18に示す。図16に示した実施形態との相違点を主体に説明すると、この偏向電磁石30cでは、前記第3の対の補正電極63を、磁極間空間34のイオンビーム通過方向における出口端付近に配置し、第4の対の補正電極64を、磁極間空間34のイオンビーム通過方向における出口端よりも外側に配置している。入口側についても、図示を省略しているけれども同様である。即ち、前記第1の対の補正電極61を、磁極間空間34のイオンビーム通過方向における入口端付近に配置し、前記第2の対の補正電極62を、磁極間空間34のイオンビーム通過方向における入口端よりも外側に配置している。   FIG. 18 shows an embodiment (third embodiment) that can improve the problem of the weakly confined region. The difference from the embodiment shown in FIG. 16 will be mainly described. In this deflection electromagnet 30c, the third pair of correction electrodes 63 is arranged in the vicinity of the exit end in the ion beam passage direction of the inter-magnetic pole space. The fourth pair of correction electrodes 64 is disposed outside the exit end in the ion beam passage direction of the inter-magnetic pole space 34. The same applies to the inlet side although not shown. That is, the first pair of correction electrodes 61 is arranged near the entrance end in the ion beam passage direction of the inter-magnetic pole space 34, and the second pair of correction electrodes 62 is arranged in the ion beam passage direction of the inter-magnetic pole space 34. It arrange | positions outside the entrance end in.

このようにすると、磁極32a、32bの端部付近では漏れ磁場が存在し、当該磁極32a、32bが作る磁力線36は磁極間空間34の外側方向に湾曲したものとなるので、補正電極64の近傍において上記合成電場Eと磁場Bとが互いに平行になるのを防止して、図16に示した弱閉じ込め領域72が生じるのを防止することができる。また、補正電極63の近傍に生じる上記弱閉じ込め領域71を小さくすることができる。これは、入口側の補正電極61、62の近傍においても同様である。   In this way, a leakage magnetic field exists near the ends of the magnetic poles 32a and 32b, and the magnetic force lines 36 created by the magnetic poles 32a and 32b are curved outward from the inter-magnetic pole space 34. In FIG. 16, it is possible to prevent the synthetic electric field E and the magnetic field B from being parallel to each other, thereby preventing the weak confinement region 72 shown in FIG. Further, the weak confinement region 71 generated in the vicinity of the correction electrode 63 can be reduced. The same applies to the vicinity of the correction electrodes 61 and 62 on the entrance side.

このように、図18に示す偏向電磁石30cによれば、磁極32a、32bの端部付近における磁力線36の湾曲を利用して、補正電極61〜64の近傍における電子38のE×Bドリフトの減少を抑制して、電子38の弱閉じ込め領域を減少させることができるので、電子38の閉じ込め性能をより高めることができる。しかも、第1、第2の対の補正電極61、62と第3、第4の対の補正電極63、64との間の距離を長く取って、イオンビーム通過方向に沿う方向における電子38の往復の閉じ込め長を長く取ることができるので、イオンビーム4の空間電荷を中和する領域を広く取ることができる。その結果、イオンビーム4の空間電荷をより効率良く中和して、イオンビーム4の発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビーム4の輸送効率をより向上させることができる。   As described above, according to the deflection electromagnet 30c shown in FIG. 18, the E × B drift of the electrons 38 in the vicinity of the correction electrodes 61 to 64 is reduced by utilizing the curvature of the magnetic force lines 36 in the vicinity of the ends of the magnetic poles 32a and 32b. Since the weak confinement region of the electrons 38 can be reduced, the confinement performance of the electrons 38 can be further improved. In addition, the distance between the first and second pairs of correction electrodes 61 and 62 and the third and fourth pairs of correction electrodes 63 and 64 is increased so that the electrons 38 in the direction along the ion beam passage direction can be reduced. Since the reciprocating confinement length can be made long, a wide area for neutralizing the space charge of the ion beam 4 can be taken. As a result, the space charge of the ion beam 4 can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam 4 can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam 4 can be further improved.

上記弱閉じ込め領域の課題を解決することができる他の実施形態(第4の実施形態)を図19に示す。図16に示した実施形態との相違点を主体に説明すると、この偏向電磁石30dは、前記磁極32a、32bの表面33a、33bであって、前記第3の対の補正電極63と第4の対の補正電極64との間に、イオンビーム4の経路に交差させてそれぞれ配置されていて、磁極32a、32bが作る磁場を強める方向の磁場を作る一対(第2の対)の永久磁石75を備えている。上下の永久磁石75のイオンビーム4に向かう面の極性は、磁極32a、32bの表面33a、33bの極性とそれぞれ同じにしている。また、各永久磁石75は、イオンビーム4の通過方向と交差する方向に伸びる棒状をしている。   FIG. 19 shows another embodiment (fourth embodiment) that can solve the problem of the weakly confined region. Explaining mainly the differences from the embodiment shown in FIG. 16, the deflection electromagnet 30d is the surfaces 33a and 33b of the magnetic poles 32a and 32b, and the third pair of correction electrodes 63 and the fourth A pair (second pair) of permanent magnets 75 are arranged between the pair of correction electrodes 64 so as to cross the path of the ion beam 4 and create a magnetic field in a direction in which the magnetic field generated by the magnetic poles 32a and 32b is strengthened. It has. The polarities of the surfaces of the upper and lower permanent magnets 75 facing the ion beam 4 are the same as the polarities of the surfaces 33a and 33b of the magnetic poles 32a and 32b, respectively. Each permanent magnet 75 has a rod shape extending in a direction intersecting with the passing direction of the ion beam 4.

入口側についても、図示を省略しているけれども、上記永久磁石75と同様の永久磁石を備えている。即ち、前記磁極32a、32bの表面33a、33bであって、前記第1の対の補正電極61と第2の対の補正電極62との間に、イオンビーム4の経路に交差させてそれぞれ配置されていて、磁極32a、32bが作る磁場を強める方向の磁場を作る一対(第1の対)の永久磁石を備えている。   The inlet side is also provided with a permanent magnet similar to the permanent magnet 75, although not shown. That is, the surfaces 33a and 33b of the magnetic poles 32a and 32b are disposed between the first pair of correction electrodes 61 and the second pair of correction electrodes 62 so as to intersect the path of the ion beam 4 respectively. And a pair of (first pair) permanent magnets for generating a magnetic field in a direction in which the magnetic field generated by the magnetic poles 32a and 32b is strengthened.

この偏向電磁石30dにおいては、磁極32a、32bが作る磁場に、永久磁石75が作る磁場が重畳されて、合成磁場Bが形成される。永久磁石75が作る磁場が湾曲しているので、この合成磁場Bも磁極間空間34の内外方向(換言すれば+X方向および−X方向)に湾曲したものとなる。この磁場Bを表す磁力線76の幾つかを図19中に示している。このように磁場Bが湾曲しているので、補正電極63および64の近傍において当該磁場Bと上記合成電場Eとが互いに平行になるのを防止して、図16に示した弱閉じ込め領域71および72が生じるのを防止または減少させることができる。これは、入口側の補正電極61、62の近傍においても同様である。   In this deflection electromagnet 30d, the magnetic field created by the permanent magnet 75 is superimposed on the magnetic field created by the magnetic poles 32a and 32b, thereby forming a composite magnetic field B. Since the magnetic field generated by the permanent magnet 75 is curved, the resultant magnetic field B is also curved in the inner and outer directions (in other words, the + X direction and the −X direction) of the inter-magnetic pole space 34. Some of the magnetic force lines 76 representing the magnetic field B are shown in FIG. Since the magnetic field B is thus curved, the magnetic field B and the synthetic electric field E are prevented from being parallel to each other in the vicinity of the correction electrodes 63 and 64, and the weak confinement region 71 and 72 can be prevented or reduced. The same applies to the vicinity of the correction electrodes 61 and 62 on the entrance side.

更に、永久磁石75の近くではY軸付近よりも上記合成の磁場Bが強いために、磁場Bの大きさに不均一性が生じ、電子38のラーモア半径が場所によって変化し、やはりサイクロトロン運動がずれていき電子38がドリフトする現象が起きる。これはグラディエント(勾配)Bドリフトと呼ばれる。これは当然、永久磁石75に近い所でより強くなる。   In addition, since the synthesized magnetic field B is stronger near the permanent magnet 75 than near the Y axis, the magnetic field B has a non-uniform magnitude, and the Larmor radius of the electrons 38 varies depending on the location. A phenomenon occurs in which electrons 38 drift and drift. This is called a gradient (drift) B drift. This naturally becomes stronger near the permanent magnet 75.

図20に、上記磁場Bの勾配∇Bの、磁力線76に垂直な成分を∇B⊥で示している。なお、この図20では、磁力線76は磁極間空間34の内側方向(換言すれば−X方向)に湾曲しているもののみを図示しているが、磁極間空間34の外側方向(換言すれば+X方向)に湾曲しているものも存在する。磁場密度勾配∇Bは磁力線76に垂直な成分∇B⊥と平行な成分∇B‖とに分けられるが、∇B‖×B=0であるので、垂直成分∇B⊥のみを考慮すれば良い。従って、それによる∇B⊥×Bドリフトを、以下ではグラディエントBドリフトと呼ぶことにする。磁力線76は磁極間空間34の内外方向に湾曲しているので、グラディエントBドリフトは、磁力線76が磁極間空間34の内側方向に湾曲した側の半分では図20に示すように+Y方向になり、外側方向に湾曲した側の半分では反対に−Y方向になる。このドリフトは当然、電場の影響を受けない。   In FIG. 20, the component perpendicular to the magnetic field line 76 of the gradient ∇B of the magnetic field B is indicated by ∇B⊥. In FIG. 20, only the lines of magnetic force 76 that are curved in the inner direction of the inter-magnetic pole space 34 (in other words, the −X direction) are illustrated, but the outer direction of the inter-magnetic pole space 34 (in other words, in other words, Some are curved in the + X direction. The magnetic field density gradient ∇B is divided into a component ∇B⊥ that is perpendicular to the magnetic field line 76 and a component ∇B‖ that is parallel to the magnetic field line 76. However, since ∇B‖ × B = 0, only the vertical component ∇B⊥ needs to be considered. . Therefore, ∇B⊥ × B drift caused thereby will be referred to as gradient B drift below. Since the magnetic lines of force 76 are curved inward and outward in the inter-magnetic pole space 34, the gradient B drift is in the + Y direction as shown in FIG. On the other hand, the half on the side curved in the outward direction is the -Y direction. This drift is naturally not affected by the electric field.

図20に示したグラディエントBドリフト(∇B⊥×Bドリフト)の大きさと向きは、図21に示すように、Y軸上で最小値を持ち、上下の永久磁石75付近で最大となる。Y軸方向、即ち棒状の永久磁石75の長手方向では磁力線76の湾曲形状に変化はないので、同図(A)〜(C)に示すように、Y座標位置(例えば+Y1 、0、−Y1 )による上記ドリフトの変化はない。 As shown in FIG. 21, the magnitude and direction of the gradient B drift (∇B⊥ × B drift) shown in FIG. 20 has a minimum value on the Y axis and is maximum near the upper and lower permanent magnets 75. In the Y-axis direction, that is, in the longitudinal direction of the rod-like permanent magnet 75, there is no change in the curved shape of the magnetic lines of force 76, so that the Y coordinate position (for example, + Y 1 , 0, − There is no change in the drift due to Y 1 ).

磁極間空間34の入口側の永久磁石付近においても上記と同様にグラディエントBドリフトが生じるが、磁力線の湾曲方向が反対であるために、当該ドリフトの向きは出口側とは反対になる。即ち、磁力線が磁極間空間34の内側方向に湾曲した側の半分ではグラディエントBドリフトは−Y方向になり、外側方向に湾曲した側の半分では+Y方向になる。   In the vicinity of the permanent magnet on the entrance side of the space 34 between the magnetic poles, a gradient B drift occurs as described above, but the direction of the drift is opposite to that on the exit side because the direction of curvature of the magnetic field lines is opposite. That is, the gradient B drift is in the -Y direction in the half of the side where the magnetic lines of force are curved in the inner direction of the inter-magnetic pole space 34, and is in the + Y direction in the half of the side curved in the outer direction.

上記入口側の永久磁石および出口側の永久磁石の磁場によるグラディエントBドリフトの、補正電極61付近および補正電極63付近でのドリフト方向に着目すると、それはそれぞれ図17に示した矢印81および82の方向になる。従って、このグラディエントBドリフトによって、補正電極61および63の近傍における電子のY方向のドリフトを強化して、電子の閉じ込め領域を拡大することができる。即ち、図17中に矢印81〜84で示す方向のドリフトが、Z方向におけるより広い領域で互いにつながるようになるので、Z方向におけるより広い領域において電子の軌道に閉じたものが存在するようになる。   When attention is paid to the drift directions in the vicinity of the correction electrode 61 and the correction electrode 63 of the gradient B drift due to the magnetic fields of the inlet-side permanent magnet and the outlet-side permanent magnet, this is indicated by the directions of arrows 81 and 82 shown in FIG. become. Therefore, this gradient B drift can reinforce the drift of electrons in the Y direction in the vicinity of the correction electrodes 61 and 63, thereby expanding the electron confinement region. That is, drifts in the directions indicated by arrows 81 to 84 in FIG. 17 are connected to each other in a wider region in the Z direction, so that there is a closed electron orbit in a wider region in the Z direction. Become.

このように、図19に示す偏向電磁石30dによれば、第1の対の永久磁石および第2の対の永久磁石を設けたことによって、補正電極61〜64の近傍において電子の弱閉じ込め領域が生じるのを防止または減少させることができ、かつグラディエントBドリフトによってY方向のドリフトを強化することができるので、電子の閉じ込め領域を拡大することができる。従って、電子38の閉じ込め性能をより一層高めることができる。その結果、イオンビーム4の空間電荷をより効率良く中和して、イオンビーム4の発散をより抑制することができ、ひいてはイオンビーム4の輸送効率をより向上させることができる。   As described above, according to the deflection electromagnet 30d shown in FIG. 19, by providing the first pair of permanent magnets and the second pair of permanent magnets, a weakly confined region of electrons is formed in the vicinity of the correction electrodes 61 to 64. This can be prevented or reduced, and the drift in the Y direction can be enhanced by the gradient B drift, so that the electron confinement region can be expanded. Therefore, the confinement performance of the electrons 38 can be further improved. As a result, the space charge of the ion beam 4 can be neutralized more efficiently, the divergence of the ion beam 4 can be further suppressed, and the transport efficiency of the ion beam 4 can be further improved.

なお、上記第1および第2の対の永久磁石は、磁極32a、32bの表面33a、33bに配置する代わりに、当該表面33a、33bの近傍に配置しても良い。その場合でも上記と同様の効果を奏する。   The first and second pairs of permanent magnets may be disposed in the vicinity of the surfaces 33a and 33b instead of being disposed on the surfaces 33a and 33b of the magnetic poles 32a and 32b. Even in this case, the same effects as described above can be obtained.

ところで、図18に示した第3の実施形態の偏向電磁石30cをより詳しく検討すると、磁極32a、32bの端部において当該磁極による磁力線36が外側にはみ出し、そこの磁場Bが弱くなるために、当該磁場Bの強い方向に(即ち磁極間空間34の内側向きに)グラディエントBが発生し、∇B×Bの向きにグラディエントBドリフトが発生する。図18中の|∇B×B|は、その大きさを示す。また、符号88は、磁極32a、32bが作る磁場Bの大きさ|B|の等高線を示す。上記グラディエントBドリフトが、前述したE×Bドリフトによる電子38の閉じ込め作用を打ち消す方向に働くために、その分、電子38の閉じ込め性能が若干悪くなる。ちなみに、例えば図16に示した偏向電磁石30bのように、補正電極61〜64が磁極間空間34の端(即ち磁極32a、32bの端)よりも内側にある場合は、その場所において、磁極32a、32bが作る磁力線36の湾曲は無いかまたは小さいので、即ち磁極32a、32bが作る磁場は均一またはほぼ均一であるので、上記グラディエントBは発生しないかまたは非常に小さい。磁極間空間34の内側ほど、磁極32a、32bが作る磁場は均一である。   By the way, when the deflection electromagnet 30c of the third embodiment shown in FIG. 18 is examined in more detail, the magnetic field lines 36 due to the magnetic poles protrude outward at the ends of the magnetic poles 32a and 32b, and the magnetic field B there is weakened. A gradient B is generated in the direction in which the magnetic field B is strong (that is, inward of the space 34 between the magnetic poles), and a gradient B drift is generated in the direction of ∇B × B. In FIG. 18, | ∇B × B | indicates the size. Reference numeral 88 denotes a contour line of the magnitude | B | of the magnetic field B created by the magnetic poles 32a and 32b. Since the gradient B drift works in a direction to cancel the confinement action of the electrons 38 due to the E × B drift described above, the confinement performance of the electrons 38 is slightly deteriorated. Incidentally, when the correction electrodes 61 to 64 are inside the end of the inter-magnetic pole space 34 (that is, the end of the magnetic poles 32a and 32b) like the deflection electromagnet 30b shown in FIG. 16, for example, the magnetic pole 32a , 32b has no or small curvature of the magnetic field lines 36, that is, the magnetic field generated by the magnetic poles 32a, 32b is uniform or almost uniform, so that the gradient B is not generated or very small. The magnetic field created by the magnetic poles 32a and 32b is more uniform toward the inner side of the inter-pole space 34.

第3の実施形態の偏向電磁石30cの上記課題を解決するためには、例えば、図22に示す第5の実施形態の偏向電磁石30eのように、第3の対の補正電極63と第4の対の補正電極60との間であって磁極32a、32bの端部または端部付近に、上記のような一対の永久磁石75を設ければ良い。図示は省略しているけれども、入口側についても同様に、第1の対の補正電極61と第2の対の補正電極62との間であって磁極32a、32bの端部または端部付近に、上記永久磁石75と同様の一対の永久磁石を設ければ良い。そのようにすると、永久磁石75が作る磁場(その磁力線の例を符号76で示す)によって、磁極32a、32bが作る磁場の曲がりを補正して(抑えて)、上記グラディエントBひいては上記グラディエントBドリフトを小さくすることができる。その結果、電子38の閉じ込め性能が向上する。   In order to solve the above-described problem of the deflection electromagnet 30c of the third embodiment, for example, as in the deflection electromagnet 30e of the fifth embodiment shown in FIG. The pair of permanent magnets 75 as described above may be provided between the pair of correction electrodes 60 and at or near the ends of the magnetic poles 32a and 32b. Although illustration is omitted, the entrance side is similarly between the first pair of correction electrodes 61 and the second pair of correction electrodes 62 and at or near the ends of the magnetic poles 32a and 32b. A pair of permanent magnets similar to the permanent magnet 75 may be provided. By doing so, the magnetic field generated by the permanent magnet 75 (an example of the lines of magnetic force thereof is indicated by reference numeral 76) corrects (suppresses) the bending of the magnetic field generated by the magnetic poles 32a and 32b, and the gradient B and thus the gradient B drift are corrected. Can be reduced. As a result, the confinement performance of the electrons 38 is improved.

なお、従来例および上記第1〜第5の実施形態の偏向電磁石における電子38の閉じ込め性能の比較は、以下において、電子軌道のシミュレーション結果および電子の閉じ込め領域を参照して説明する。   The comparison of the confinement performance of the electrons 38 in the conventional example and the deflection electromagnets of the first to fifth embodiments will be described below with reference to the simulation result of the electron trajectory and the electron confinement region.

従来の偏向電磁石30、第1〜第5の実施形態の偏向電磁石30a〜30eにおける電子軌道のシミュレーション結果の例を図23〜図29にそれぞれ示す。なお、図23〜図29では、磁極32a、32bは、その表面33a、33bのみを図示している。図24では、磁極の代わりにその表面に設けた電位調整電極52を図示している。   Examples of simulation results of electron trajectories in the conventional deflection electromagnet 30 and the deflection electromagnets 30a to 30e of the first to fifth embodiments are shown in FIGS. 23 to 29, only the surfaces 33a and 33b of the magnetic poles 32a and 32b are illustrated. FIG. 24 shows a potential adjustment electrode 52 provided on the surface of the magnetic pole instead of the magnetic pole.

このシミュレーションでは、磁極32a、32bの寸法は、X方向に全長0.3m、Y方向に全長0.16m、磁極32a、32b間の間隔は0.065mとした。図28、図29に示す偏向電磁石30d、30eでは、残留磁束密度が1T(テスラ)、幅(X方向の寸法)が5mm、厚み(Z方向の寸法)が3mmの永久磁石75を磁極32a、32bの表面33a、33bにそれぞれ取り付けている。磁極32a、32bが磁極間空間34のX、Y方向の中央に作る磁場の大きさは、約10mTである。イオンビーム4は、円柱状の均一電流のものとし、その半径は0.02m、電流は1mA、エネルギーは5keV、イオン種は1価のホウ素とした。このイオンビーム4の等電位線56を各図中に併せて示している。電子38は、図中の矢印Pで示す位置、即ち磁極間空間34の中央の原点付近から発射した。この電子38のエネルギーは10eVとした。   In this simulation, the magnetic poles 32a and 32b have a total length of 0.3 m in the X direction, a total length of 0.16 m in the Y direction, and an interval between the magnetic poles 32 a and 32 b of 0.065 m. 28 and 29, a permanent magnet 75 having a residual magnetic flux density of 1 T (Tesla), a width (dimension in the X direction) of 5 mm, and a thickness (dimension in the Z direction) of 3 mm is used as the magnetic pole 32a. It is attached to the surfaces 33a and 33b of 32b. The magnitude of the magnetic field created by the magnetic poles 32a and 32b in the center in the X and Y directions of the inter-magnetic pole space 34 is about 10 mT. The ion beam 4 has a cylindrical uniform current, the radius is 0.02 m, the current is 1 mA, the energy is 5 keV, and the ion species is monovalent boron. The equipotential lines 56 of the ion beam 4 are also shown in the drawings. The electrons 38 were emitted from the position indicated by the arrow P in the drawing, that is, from the vicinity of the origin at the center of the inter-magnetic pole space 34. The energy of the electrons 38 was 10 eV.

図23に示すように、従来の偏向電磁石30においては、磁極間空間34のX方向の端部付近で、電子38の軌道がイオンビーム4から大きく外れており、電子38を閉じ込めることができない。電位調整電極52を設けてそれに印加する電圧V1 を0Vにした場合も同様である。 As shown in FIG. 23, in the conventional bending electromagnet 30, the trajectory of the electrons 38 is greatly deviated from the ion beam 4 in the vicinity of the end portion in the X direction of the inter-pole space 34, and the electrons 38 cannot be confined. The same applies to the case where the potential adjusting electrode 52 is provided and the voltage V 1 applied thereto is 0V.

図24に示す第1の実施形態の偏向電磁石30aでは、電位調整電極52に印加する正の電圧V1 を180Vにした。電子38の軌道が閉じ、電子38を閉じ込めることができている。 In the deflection electromagnet 30a of the first embodiment shown in FIG. 24, the positive voltage V 1 applied to the potential adjustment electrode 52 is set to 180V. The trajectory of the electrons 38 is closed and the electrons 38 can be confined.

図25に示す第2の偏向電磁石30bでは、電位調整電極52、補正電極63、64に印加する電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ15V、15V、−15Vにした。入口側の補正電極61、62(図に表れていない)に印加する電圧V2 、V3 もそれぞれ15V、−15Vにした。電子38の軌道が閉じ、電子38を閉じ込めることができている。図24に示す第1の実施形態では電子を閉じ込めるのに180Vという高い電圧を必要としたが、この第2の実施形態では電圧を15Vまで下げることができる。 In the second deflection electromagnet 30b shown in FIG. 25, the voltages V 1 , V 2 , and V 3 applied to the potential adjustment electrode 52 and the correction electrodes 63 and 64 are set to 15V, 15V, and −15V, respectively. The voltages V 2 and V 3 applied to the inlet-side correction electrodes 61 and 62 (not shown in the figure) were also set to 15V and −15V, respectively. The trajectory of the electrons 38 is closed and the electrons 38 can be confined. In the first embodiment shown in FIG. 24, a high voltage of 180 V is required to confine electrons, but in the second embodiment, the voltage can be lowered to 15 V.

図26に示す第3の実施形態の偏向電磁石30cでは、電位調整電極52、補正電極63、64に印加する電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ30V、30V、−30Vにした。入口側の補正電極61、62(図に表れていない)に印加する電圧V2 、V3 もそれぞれ30V、−30Vにした。電子38の軌道が閉じ、電子38を閉じ込めることができている。この実施形態では、電圧は少し高く30Vである。 In bending magnet 30c of the third embodiment shown in FIG. 26, the potential adjusting electrode 52, and the voltage V 1, V 2, V 3 applied to the correction electrodes 63, 64 30 V respectively, 30 V, the -30 V. The voltages V 2 and V 3 applied to the inlet-side correction electrodes 61 and 62 (not shown in the figure) were also set to 30 V and −30 V, respectively. The trajectory of the electrons 38 is closed and the electrons 38 can be confined. In this embodiment, the voltage is a little higher, 30V.

第3の実施形態の偏向電磁石30cにおいて、電位調整電極52、補正電極63、64に印加する電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ8V、8V、−8Vにして、電子38を閉じ込められなかった場合を図27に示す。このとき、入口側の補正電極61、62(図に表れていない)に印加する電圧もそれぞれ8V、−8Vにした。 In bending magnet 30c of the third embodiment, the potential adjusting electrode 52, voltage V 1 applied to the correction electrode 63, 64, V 2, V 3, respectively 8V, 8V, in the -8 V, not confined electrons 38 This case is shown in FIG. At this time, the voltages applied to the correction electrodes 61 and 62 (not shown in the figure) on the inlet side were also 8V and -8V, respectively.

図28に示す第4の実施形態の偏向電磁石30dのように永久磁石75を追加すると(図に表れていないが、入口側にも永久磁石75に対応する永久磁石を追加している)、上記電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ5V、5V、−5Vに下げても、電子38の軌道が閉じ、電子38を閉じ込めることができている。即ち、図25に示す第2の実施形態よりも電圧を下げることができる。 When the permanent magnet 75 is added like the deflection electromagnet 30d of the fourth embodiment shown in FIG. 28 (not shown in the figure, a permanent magnet corresponding to the permanent magnet 75 is also added on the entrance side), the above Even if the voltages V 1 , V 2 , and V 3 are lowered to 5 V, 5 V, and −5 V, respectively, the trajectory of the electrons 38 is closed and the electrons 38 can be confined. That is, the voltage can be lowered as compared with the second embodiment shown in FIG.

図27に示す場合は電子38を閉じ込めることができなかったが、図29に示す第5の実施形態の偏向電磁石30eのように永久磁石75を追加すると(図に表れていないが、入口側にも永久磁石75に対応する永久磁石を追加しいてる)、図27の場合と同じ電圧で、即ち上記電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ8V、8V、−8Vにしても、電子38の軌道が閉じ、電子38を閉じ込めることができている。 In the case shown in FIG. 27, the electrons 38 could not be confined. However, if a permanent magnet 75 is added like the deflection electromagnet 30e of the fifth embodiment shown in FIG. 29 (not shown in the figure, it is not on the entrance side). In addition, a permanent magnet corresponding to the permanent magnet 75 is added), and even if the voltages V 1 , V 2 , and V 3 are set to 8V, 8V, and −8V, respectively, as shown in FIG. The orbit is closed and the electrons 38 can be confined.

図23〜図29に示した構造の偏向電磁石において、電子38の閉じ込め範囲を調べるために、磁極間空間34の中央の原点付近から電子38を発射し、発射位置に対する電子38の、YZ平面における閉じ込め領域AC (ハッチングを付した領域)と非閉じ込め領域AN (ハッチングを付していない領域)との概要を図30〜図40に示す。 In the deflecting electromagnet having the structure shown in FIGS. 23 to 29, in order to investigate the confinement range of the electrons 38, the electrons 38 are emitted from the vicinity of the origin at the center of the space 34 between the magnetic poles, Outlines of the confinement region A C (the hatched region) and the non-confinement region A N (the region not hatched) are shown in FIGS.

図30に示すように、従来の偏向電磁石30においては、閉じ込め領域は存在せず、イオンビーム4内およびその周面の全域が非閉じ込め領域AN である。 As shown in FIG. 30, in a conventional bending electromagnet 30, confinement region is absent, the ion beam 4 and the entire area of its peripheral surface is unconfined regions A N.

図31は、第1の実施形態の偏向電磁石30aにおいて、電圧V1 を180Vにした場合であり、イオンビーム4内およびその周辺の全域が閉じ込め領域AC である。 Figure 31, in the bending magnet 30a of the first embodiment, a case where the voltages V 1 to 180 V, an ion beam 4 and in the region A C confinement whole of its periphery.

第1の実施形態の偏向電磁石30aにおいて、電圧V1 を30Vにすれば、図32に示すように、閉じ込め領域AC は非常に狭くなる。 In bending magnet 30a of the first embodiment, when the voltages V 1 to 30 V, as shown in FIG. 32, the confinement region A C is very narrow.

図33は、第2の実施形態の偏向電磁石30bにおいて、電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ30V、30V、−30Vにした場合であり、イオンビーム4内およびその周辺の全域が閉じ込め領域AC である。図31の場合よりも低い電圧で済むので、かなり効果が大きい。 FIG. 33 shows a case where the voltages V 1 , V 2 , and V 3 are set to 30 V, 30 V, and −30 V, respectively, in the deflection electromagnet 30 b of the second embodiment, and the entire region in and around the ion beam 4 is a confinement region. a a C. Since a voltage lower than that in the case of FIG. 31 is sufficient, the effect is considerably large.

図35は、第3の実施形態の偏向電磁石30cにおいて、電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ30V、30V、−30Vにした場合であり、イオンビーム4内およびその周辺の全域が閉じ込め領域AC である。図31の場合よりも低い電圧で済むので、かなり効果が大きい。 FIG. 35 shows the case where the voltages V 1 , V 2 , and V 3 are set to 30 V, 30 V, and −30 V, respectively, in the deflection electromagnet 30 c of the third embodiment, and the entire region in and around the ion beam 4 is a confinement region. a a C. Since a voltage lower than that in the case of FIG. 31 is sufficient, the effect is considerably large.

第2の実施形態の偏向電磁石30bと第3の実施形態の偏向電磁石30cとの効果の差を調べるために、電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ15V、15V、−15Vにして電圧を下げて閉じ込め領域を調査した。その結果を図34、図36にそれぞれ示す。図34の方が図36よりも少し閉じ込め領域AC が広いので閉じ込め性能が少し良い。 To investigate the difference in effect between the bending magnet 30c of the second embodiment bending magnet 30b of the third embodiment, 15V voltage V 1, V 2, V 3 respectively, 15V, a voltage in the -15V The confinement area was investigated by lowering. The results are shown in FIGS. 34 and 36, respectively. Since the confinement area A C in FIG. 34 is slightly wider than that in FIG. 36, the confinement performance is slightly better.

図37は、第4の実施形態の偏向電磁石30dにおいて、電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ15V、15V、−15Vにした場合である。同じ電圧で永久磁石を設けていない場合(第2の実施形態)の結果が図34であり、それと比べると閉じ込め領域AC が広くなっている。 FIG. 37 shows a case where the voltages V 1 , V 2 , and V 3 are set to 15V, 15V, and −15V, respectively, in the deflection electromagnet 30d of the fourth embodiment. Results when provided with no permanent magnets (second embodiment) is 34, the same compared to the confinement region A C is wider at the same voltage.

図39は、第5の実施形態の偏向電磁石30eにおいて、電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ15V、15V、−15Vにした場合である。同じ電圧で永久磁石を設けていない場合(第3の実施形態)の結果が図36であり、それと比べると閉じ込め領域AC が広くなっている。 FIG. 39 shows a case where the voltages V 1 , V 2 , and V 3 are set to 15V, 15V, and −15V, respectively, in the bending electromagnet 30e of the fifth embodiment. It results when provided with no permanent magnets (Third Embodiment) of FIG. 36, the same compared to the confinement region A C is wider at the same voltage.

第4の実施形態の偏向電磁石30dおよび第5の実施形態の偏向電磁石30eにおいて、電圧V1 、V2 、V3 をそれぞれ8V、8V、−8Vに下げた場合を図38、図40にそれぞれ示す。図38の方が図40よりも少し閉じ込め領域AC が広いので閉じ込め性能が少し良い。 In the deflection electromagnet 30d of the fourth embodiment and the deflection electromagnet 30e of the fifth embodiment, the cases where the voltages V 1 , V 2 , and V 3 are lowered to 8V, 8V, and −8V, respectively, are shown in FIGS. 38 and 40, respectively. Show. Towards 38 confinement performance slightly better because the wide little confinement region A C than Figure 40.

以上のように、第4および第5の実施形態の偏向電磁石30dおよび30eが、低い電圧で電子38の閉じ込め性能が高い。両者を厳密に見れば、第4の実施形態の偏向電磁石30dの方が電子38の閉じ込め性能が幾分高い。また、第4の実施形態の偏向電磁石30dは、第5の実施形態の偏向電磁石30eのように補正電極61、64を磁極32a、32bの外側に配置しなくて済むので、配置が容易である。従って、第4の実施形態の偏向電磁石30dが実用性が一番高いと言える。   As described above, the deflection electromagnets 30d and 30e of the fourth and fifth embodiments have high confinement performance of the electrons 38 at a low voltage. If both are strictly observed, the deflecting electromagnet 30d of the fourth embodiment has somewhat higher confinement performance of the electrons 38. Further, the deflection electromagnet 30d of the fourth embodiment is easy to arrange because the correction electrodes 61 and 64 do not have to be arranged outside the magnetic poles 32a and 32b, unlike the deflection electromagnet 30e of the fifth embodiment. . Therefore, it can be said that the deflection electromagnet 30d of the fourth embodiment has the highest practicality.

上記各実施形態の偏向電磁石30a〜30eは、イオンビーム照射装置に用いることができる。即ち、イオン源から引き出したイオンビーム4をターゲットに照射する構成のイオンビーム照射装置において、当該イオン源からターゲットまでのイオンビーム4の経路に、上記第1〜第5の実施形態の偏向電磁石30a〜30eのいずれかを1以上備えていても良い。例えば、上記偏向電磁石30a〜30eのいずれかを、図1に示したイオンビーム照射装置の質量分離マグネット6、エネルギー分離マグネット10、走査マグネット12および平行化マグネット14の内の一つ以上に用いても良い。   The deflection electromagnets 30a to 30e of the above embodiments can be used in an ion beam irradiation apparatus. That is, in the ion beam irradiation apparatus configured to irradiate the target with the ion beam 4 extracted from the ion source, the deflecting electromagnet 30a of the first to fifth embodiments is provided along the path of the ion beam 4 from the ion source to the target. One or more of ~ 30e may be provided. For example, any one of the deflection electromagnets 30a to 30e is used for one or more of the mass separation magnet 6, the energy separation magnet 10, the scanning magnet 12, and the parallelizing magnet 14 of the ion beam irradiation apparatus shown in FIG. Also good.

そのようにすれば、各偏向電磁石において、前記効果を奏して、イオンビーム4の空間電荷を効率良く中和してイオンビーム4の発散を抑制することができるので、イオン源2から引き出したイオンビーム4のターゲット16への輸送効率を向上させることができる。   By doing so, each deflecting electromagnet can achieve the above-mentioned effect and efficiently neutralize the space charge of the ion beam 4 to suppress the divergence of the ion beam 4, so that ions extracted from the ion source 2 can be suppressed. The transport efficiency of the beam 4 to the target 16 can be improved.

イオンビーム照射装置の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of an ion beam irradiation apparatus. 電子のサイクロトロン運動の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the cyclotron motion of an electron. 電子のE×Bドリフトの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the E * B drift of an electron. 磁極間での電子のE×Bドリフトの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the ExB drift of the electron between magnetic poles. イオンビームが作る電場の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the electric field which an ion beam produces. 図5のイオンビームの電位および電場の分布の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the electric potential and electric field distribution of the ion beam of FIG. 図5および図6の場合の電子のE×Bドリフトの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the E * B drift of the electron in the case of FIG. 5 and FIG. 従来の偏向電磁石における電子のE×Bドリフトの概要を示す側面図である。It is a side view which shows the outline | summary of the E * B drift of the electron in the conventional bending electromagnet. 図8の線D−Dに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the line DD of FIG. 従来の偏向電磁石における電子のE×Bドリフトによる損失の概要を示す平面図である。It is a top view which shows the outline | summary of the loss by the E * B drift of the electron in the conventional bending electromagnet. この発明に係る偏向電磁石の第1の実施形態を示す概略縦断面図である。1 is a schematic longitudinal sectional view showing a first embodiment of a bending electromagnet according to the present invention. 図11に示した偏向電磁石において電位調整電極に印加する電圧を0Vにしたときの電位分布および電子のE×Bドリフトの概要を示す縦断面図である。FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing an outline of potential distribution and electron E × B drift when the voltage applied to the potential adjusting electrode is 0 V in the deflection electromagnet shown in FIG. 11. 図12のイオンビーム付近の電位分布および電子のドリフト軌道の概要を示す平面図である。It is a top view which shows the outline | summary of the electric potential distribution near the ion beam of FIG. 12, and an electron drift orbit. 図11に示した偏向電磁石において電位調整電極に印加する電圧を100Vにしたときの電位分布および電子のE×Bドリフトの概要を示す縦断面図である。FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing an outline of potential distribution and electron E × B drift when the voltage applied to the potential adjusting electrode is 100 V in the deflection electromagnet shown in FIG. 11. 図14のイオンビーム付近の電位分布および電子のドリフト軌道の概要を示す平面図である。It is a top view which shows the outline | summary of the electric potential distribution of the ion beam vicinity of FIG. 14, and an electron drift orbit. この発明に係る偏向電磁石の第2の実施形態の出口側半分を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the exit side half of 2nd Embodiment of the bending electromagnet which concerns on this invention. 図16に示す偏向電磁石における電子のE×Bドリフトの方向の概要を示す平面図である。It is a top view which shows the outline | summary of the direction of the E * B drift of the electron in the bending electromagnet shown in FIG. 図16に示す偏向電磁石の補正電極を出口側へずらした第3の実施形態を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows 3rd Embodiment which shifted the correction electrode of the deflection electromagnet shown in FIG. 16 to the exit side. この発明に係る偏向電磁石の第4の実施形態の出口側半分を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the exit side half of 4th Embodiment of the bending electromagnet which concerns on this invention. 図19に示す永久磁石を設けたことによる電子のグラディエントBドリフトの概要を示す図であり、磁力線はX方向の片側のみを図示している。It is a figure which shows the outline | summary of the gradient B drift of an electron by having provided the permanent magnet shown in FIG. 19, and the line of magnetic force has shown only the one side of the X direction. 図20に示したグラディエントBドリフトの、異なるY座標位置での分布の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of distribution in the different Y coordinate position of the gradient B drift shown in FIG. この発明に係る偏向電磁石の第5の実施形態の出口側半分を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the exit side half of 5th Embodiment of the bending electromagnet which concerns on this invention. 従来の偏向電磁石における電子軌道のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the electron orbit in the conventional bending electromagnet. 第1の実施形態の偏向電磁石における電子軌道のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the electron orbit in the deflection electromagnet of 1st Embodiment. 第2の実施形態の偏向電磁石における電子軌道のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the electron orbit in the deflection electromagnet of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の偏向電磁石における電子軌道のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the electron orbit in the bending electromagnet of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の偏向電磁石における電子軌道のシミュレーション結果の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the simulation result of the electron orbit in the bending electromagnet of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の偏向電磁石における電子軌道のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the electron orbit in the deflection electromagnet of 4th Embodiment. 第5の実施形態の偏向電磁石における電子軌道のシミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation result of the electron orbit in the bending electromagnet of 5th Embodiment. 従来の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the conventional bending electromagnet. 第1の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 1st Embodiment. 第1の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 1st Embodiment. 第2の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 4th Embodiment. 第4の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 4th Embodiment. 第5の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 5th Embodiment. 第5の実施形態の偏向電磁石における電子の閉じ込め領域および非閉じ込め領域の概要の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the outline | summary of the electron confinement area | region and the non-confinement area | region in the bending electromagnet of 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

2 イオン源
4 イオンビーム
16 ターゲット
30a〜30e 偏向電磁石
32a 第1の磁極
32b 第2の磁極
34 磁極間空間
38 電子
52 電位調整電極
54 電位調整電源
61〜64 補正電極
66 補正電源
75 永久磁石
2 Ion source 4 Ion beam 16 Target 30a-30e Bending electromagnet 32a 1st magnetic pole 32b 2nd magnetic pole 34 Space between magnetic poles 38 Electron 52 Potential adjustment electrode 54 Potential adjustment power supply 61-64 Correction electrode 66 Correction power supply 75 Permanent magnet

Claims (8)

イオンビームが通過する磁極間空間をあけて相対向する第1および第2の磁極を有していて、当該磁極間空間を通過するイオンビームを曲げる偏向電磁石であって、
前記磁極間空間に、前記第1および第2の磁極と同方向からイオンビームの経路を挟むように配置された一対の電位調整電極と、
前記一対の電位調整電極に正の電圧を印加する直流の電位調整電源とを備えていることを特徴とする偏向電磁石。
A deflection electromagnet having first and second magnetic poles facing each other with a space between magnetic poles through which an ion beam passes, and bending the ion beam passing through the space between the magnetic poles;
A pair of potential adjusting electrodes disposed in the space between the magnetic poles so as to sandwich the path of the ion beam from the same direction as the first and second magnetic poles;
A deflection electromagnet comprising a DC potential adjusting power source for applying a positive voltage to the pair of potential adjusting electrodes.
前記電位調整電源から前記電位調整電極に印加する電圧は、前記電位調整電極のイオンビーム入口側端においてイオンビームが作る電位およびイオンビーム出口端においてイオンビームが作る電位の内の高い方よりも高い電圧である請求項1記載の偏向電磁石。   The voltage applied from the potential adjustment power source to the potential adjustment electrode is higher than the higher one of the potential created by the ion beam at the ion beam entrance end of the potential adjustment electrode and the potential created by the ion beam at the ion beam exit end. The deflection electromagnet according to claim 1, which is a voltage. イオンビームが通過する磁極間空間をあけて相対向する第1および第2の磁極を有していて、当該磁極間空間を通過するイオンビームを曲げる偏向電磁石であって、
前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における中央よりも入口寄りの所に、前記第1および第2の磁極と同方向からイオンビームの経路を挟むように配置された第1の対の補正電極と、
前記第1の対の補正電極よりもイオンビーム通過方向における外側に位置するように第1の対の補正電極に並べて配置された第2の対の補正電極と、
前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における中央よりも出口寄りの所に、前記第1および第2の磁極と同方向からイオンビームの経路を挟むように配置された第3の対の補正電極と、
前記第3の対の補正電極よりもイオンビーム通過方向における外側に位置するように第3の対の補正電極に並べて配置された第4の対の補正電極と、
前記第2の対の補正電極の電位を前記第1の対の補正電極の電位よりも低く保つ直流の第1の補正電源と、
前記第4の対の補正電極の電位を前記第3の対の補正電極の電位よりも低く保つ直流の第2の補正電源とを備えていることを特徴とする偏向電磁石。
A deflection electromagnet having first and second magnetic poles facing each other with a space between magnetic poles through which an ion beam passes, and bending the ion beam passing through the space between the magnetic poles;
A first pair of correction electrodes disposed so as to sandwich the path of the ion beam from the same direction as the first and second magnetic poles, closer to the entrance than the center of the space between the magnetic poles in the ion beam passing direction; ,
A second pair of correction electrodes arranged side by side with the first pair of correction electrodes so as to be located outside of the first pair of correction electrodes in the ion beam passage direction;
A third pair of correction electrodes arranged so as to sandwich the path of the ion beam from the same direction as the first and second magnetic poles, closer to the exit than the center in the ion beam passage direction of the space between the magnetic poles; ,
A fourth pair of correction electrodes arranged side by side with the third pair of correction electrodes so as to be located outside the third pair of correction electrodes in the ion beam passage direction;
A first DC correction power source that keeps the potential of the second pair of correction electrodes lower than the potential of the first pair of correction electrodes;
A deflection electromagnet comprising: a second DC correction power source that maintains a potential of the fourth pair of correction electrodes lower than a potential of the third pair of correction electrodes.
前記第1の補正電源と第2の補正電源とは互いに同一の電源である請求項3記載の偏向電磁石。   The deflection electromagnet according to claim 3, wherein the first correction power source and the second correction power source are the same power source. 前記第1および第2の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における入口端付近に配置し、
前記第3および第4の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における出口端付近に配置している請求項3または4記載の偏向電磁石。
The first and second pairs of correction electrodes are disposed in the vicinity of the entrance end in the ion beam passage direction of the space between the magnetic poles;
The deflection electromagnet according to claim 3 or 4, wherein the third and fourth pairs of correction electrodes are arranged in the vicinity of the exit end in the ion beam passage direction of the space between the magnetic poles.
前記第1の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における入口端付近に配置し、
前記第2の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における入口端よりも外側に配置し、
前記第3の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における出口端付近に配置し、
前記第4の対の補正電極を、前記磁極間空間のイオンビーム通過方向における出口端よりも外側に配置している請求項3または4記載の偏向電磁石。
The first pair of correction electrodes is disposed near the entrance end in the ion beam passage direction of the space between the magnetic poles;
The second pair of correction electrodes is disposed outside the entrance end in the ion beam passage direction of the inter-magnetic pole space;
The third pair of correction electrodes is disposed near the exit end in the ion beam passing direction of the space between the magnetic poles;
5. The deflection electromagnet according to claim 3, wherein the fourth pair of correction electrodes is disposed outside an exit end in an ion beam passing direction of the space between the magnetic poles.
前記第1および第2の磁極の表面またはその近傍であって、前記第1の対の補正電極と第2の対の補正電極との間に、イオンビームの経路に交差させてそれぞれ配置されていて、前記第1および第2の磁極が作る磁場を強める方向の磁場を作る第1の対の永久磁石と、
前記第1および第2の磁極の表面またはその近傍であって、前記第3の対の補正電極と第4の対の補正電極との間に、イオンビームの経路に交差させてそれぞれ配置されていて、前記第1および第2の磁極が作る磁場を強める方向の磁場を作る第2の対の永久磁石とを更に備えている請求項3、4、5または6記載の偏向電磁石。
Surfaces of the first and second magnetic poles or in the vicinity thereof are disposed between the first pair of correction electrodes and the second pair of correction electrodes so as to cross the path of the ion beam. A first pair of permanent magnets for creating a magnetic field in a direction that intensifies the magnetic field produced by the first and second magnetic poles;
Surfaces of the first and second magnetic poles or in the vicinity thereof are disposed between the third pair of correction electrodes and the fourth pair of correction electrodes so as to cross the ion beam path. The deflecting electromagnet according to claim 3, 4, 5, or 6, further comprising a second pair of permanent magnets for generating a magnetic field in a direction for strengthening the magnetic field generated by the first and second magnetic poles.
イオン源から引き出したイオンビームをターゲットに照射する構成のイオンビーム照射装置であって、
前記イオン源からターゲットまでのイオンビームの経路に、請求項1ないし7のいずれかに記載の偏向電磁石を1以上備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
An ion beam irradiation apparatus configured to irradiate a target with an ion beam extracted from an ion source,
An ion beam irradiation apparatus comprising at least one deflection electromagnet according to claim 1 in a path of an ion beam from the ion source to the target.
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