JP2007234508A - Mass filter for ion beam and ion beam device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mass filter for ion beams with which a heavy ion containing a C60 cluster can be obtained, and provide an ion beam device for the heavy ion beams which is small and economical. <P>SOLUTION: The ion beam device is provided with a first deflection electrode 11 on a side of an iron source to create a rotating electric field having a predetermined deflection angle which rotates in a plane perpendicular to a light axis and a second deflection electrode 12 on a side of discharging an iron beam IB to create a rotating electric field having a predetermined angle in a same frequency with the rotating electric field of the first deflection electrode 11. Between the first and second deflection electrode 11, 12, there is provided a mass filter 10 of a rotating electric field type composed of a lens system 13 made of a plurality of cylindrical electrodes 14, 15, 16. Apertures 20 are arranged on the side of the ion source of the first deflection electrode 11 and on the side of discharging an ion beam of the second electrode 12. Furthermore, in a middle part of the lens system in an axial direction, there is a shielding means 17 to shield a middle part of the ion beam passage. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はイオンビーム用質量フィルタ及びイオンビーム装置に係り、特にイオンビームをC60(炭素60クラスター)イオンを主体とする重イオンとするのに好適なイオンビーム用質量フィルタ及びイオンビーム装置に関する。   The present invention relates to an ion beam mass filter and an ion beam apparatus, and more particularly to an ion beam mass filter and an ion beam apparatus suitable for making the ion beam heavy ions mainly composed of C60 (carbon 60 cluster) ions.

近時、nm級の微小膜厚である有機薄膜等の有機材料は、表示装置や半導体装置、生命科学(バイオテクノロジ)等の種々の分野で用いられてきている。有機材料を活用するためには、材料表面及び内部の組成や形態等の化学構造を詳細に分析する必要がある。   Recently, an organic material such as an organic thin film having a minute thickness of nm class has been used in various fields such as a display device, a semiconductor device, and life science (biotechnology). In order to utilize an organic material, it is necessary to analyze in detail the chemical structure such as the composition and form of the material surface and inside.

材料解析のため、真空雰囲気とする真空容器内に、有機材料の試料を配置し、試料の表面をArイオン等の希ガスイオン源によりエッチングすると、試料の表面の損傷が著しく、有機物の化学構造を内部深くまで分析できないでいた。最近では、C60主体の重イオンビームを用いて試料の表面を加工すると、均一にエッチング処理しかも表面の損傷が殆どなく、試料の組成や化学状態等の分析に好適であることが知られてきている。このため、分析装置の真空容器に、定められた加速電圧でC60主体のイオンビームを加速するイオンビーム装置を取り付け、試料の低損傷エッチング源とすることも提案されている(特許文献1参照)。   For material analysis, if a sample of organic material is placed in a vacuum container in a vacuum atmosphere and the surface of the sample is etched with a rare gas ion source such as Ar ions, the surface of the sample is significantly damaged, and the chemical structure of the organic matter Could not be analyzed deep inside. Recently, it has been known that when a sample surface is processed using a heavy ion beam mainly composed of C60, etching is uniformly performed and the surface is hardly damaged, and is suitable for analysis of the composition and chemical state of the sample. Yes. For this reason, it has also been proposed that an ion beam device for accelerating an ion beam mainly composed of C60 with a predetermined acceleration voltage is attached to a vacuum vessel of an analyzer to make a low damage etching source of a sample (see Patent Document 1). .

通常イオンビーム装置は、イオン源と筒体内に配置する電磁レンズや対物レンズや偏向レンズ等を備えた構造が一般的である。そして、イオン源でガスに対して電極の間で高い直流電圧を印加して、供給されたガスを電離してガスのプラズマを発生させ、プラズマ中のガスイオンを電極間の電圧によって加速し、ガスイオンをイオンビームとして放出するとき、レンズ等によってイオンビームを偏向或いは収束を行って、試料の表面の加工に適するイオンビームとするものである(例えば特許文献2参照)。   In general, an ion beam apparatus generally has a structure including an ion source, an electromagnetic lens, an objective lens, a deflection lens, and the like arranged in a cylinder. Then, a high DC voltage is applied between the electrodes with respect to the gas in the ion source, the supplied gas is ionized to generate a gas plasma, and the gas ions in the plasma are accelerated by the voltage between the electrodes, When gas ions are emitted as an ion beam, the ion beam is deflected or converged by a lens or the like to obtain an ion beam suitable for processing the surface of the sample (see, for example, Patent Document 2).

ところで、従来のイオンビーム装置は、C60クラスターイオンビームと呼んではいるが、このイオンビームの中には、元となるC60の他に水素元素H、炭素元素C、酸素元素O等の軽イオンや、C60クラスターの中性粒子の成分が混入して多く存在する。これら不純物である軽イオンやC60クラスターの中性粒子の成分を除去し、より高純度のC60クラスターイオンビームを得るための工夫か行われている。   By the way, although the conventional ion beam apparatus is called a C60 cluster ion beam, in this ion beam, in addition to the original C60, light ions such as hydrogen element H, carbon element C, oxygen element O, etc. , There are many neutral particles of C60 clusters. A device has been devised to remove light impurities, which are impurities, and neutral particle components of C60 clusters to obtain a C60 cluster ion beam with higher purity.

イオンビーム装置で重イオンを取り出すには、例えば、四重極フィルタやウィーンフィルタやセクターマグネット等で代表され、一般に質量フィルタと呼ばれる分離機構が用いられる。また、従来のイオンビーム装置には、イオンビーム中から中性粒子の成分を除去するため、中性粒子が電界や磁界中においても直進するという性質を利用し、中性粒子をイオンと分離することが行われている。   In order to take out heavy ions with an ion beam device, for example, a quadrupole filter, a Wien filter, a sector magnet, or the like is used, and a separation mechanism generally called a mass filter is used. In addition, in the conventional ion beam apparatus, neutral particles are separated from ions by utilizing the property that neutral particles travel straight even in an electric field or magnetic field in order to remove neutral particles from the ion beam. Things have been done.

特開2005−134170号公報JP 2005-134170 A 特開2005−44570号公報JP 2005-44570 A

分離機構の一つである四重極フィルターは、4本の柱が互いに等距離に配置され、この柱に直流電圧に高周波を重畳した信号を入れて中心を飛行するイオンに進行方向に対して垂直の力を与えて振動させる方式である。そして、直流電圧の大きさと高周波の振幅の大きさがある特定の値のとき、その値に相当した質量のイオンのみが柱の中を通過でき、他の質量のイオンは発散して通過できないものである。しかし、この方式は、比較的低い周波数の高周波を利用しているため、主に軽イオンに適し、重イオンに適用させるには、機構や構造が複雑で寸法が大きくなり、設備が経済的に製作できない問題がある。   A quadrupole filter, which is one of the separation mechanisms, has four columns arranged at equal distances from each other, and puts a signal in which a high frequency is superimposed on a DC voltage in this column, so that ions fly in the center with respect to the traveling direction. This is a method of vibrating by applying a vertical force. And when the magnitude of the DC voltage and the amplitude of the high frequency are a certain value, only ions of the mass corresponding to that value can pass through the column, and ions of other mass diverge and cannot pass It is. However, since this method uses a high frequency of a relatively low frequency, it is mainly suitable for light ions. To apply to heavy ions, the mechanism and structure are complicated and the dimensions are large, and the equipment is economical. There is a problem that cannot be produced.

また、ウィーンフィルタは、直行する電場と磁場を用いて、所望の電荷と質量比のイオンのみを通過させる方式であって、重イオンの分離のために、非常に強力な磁束線を必要とするからマグネットが巨大化するので、小型のイオンビーム装置には採用できないし、更にセクターマグネットにおいても、同様な問題がある。   In addition, the Wien filter uses a direct electric field and magnetic field to pass only ions having a desired charge and mass ratio, and requires very strong magnetic flux lines to separate heavy ions. Since the magnet becomes enormous, it cannot be used for a small ion beam apparatus, and the sector magnet has the same problem.

上記の高周波電界や静電界や静磁界中での荷電粒子の運動を利用する形式の質量フィルタでは、いずれの方式もイオン質量が大きくなるほど質量分解能は劣化するため、必要とする質量分解能を確保するには、選択すべきイオンの質量に対応してフィルタの形状を大きくしなければならず、重イオンに対して原理的に不利であった。   In the above-mentioned mass filter using the movement of charged particles in a high-frequency electric field, an electrostatic field, or a static magnetic field, the mass resolution deteriorates as the ion mass increases in any method, so the necessary mass resolution is ensured. Therefore, the shape of the filter has to be increased corresponding to the mass of ions to be selected, which is disadvantageous in principle for heavy ions.

これに対して、従来から飛行時間(Time Of Flight、以下「TOF」と略称する。)法のフィルタでは、イオンの質量が大きくなるほど、質量分解能は向上するし、飛行時間が長くなるので飛行距離は短くでき、それ故イオン質量が大きくなるほど全体を小型にできることが知られている。しかし、従来のTOF型フィルタでは、イオンビームをパルス化する必要があり、イオンの使用効率は極めて悪くなってしまう欠点がある。   On the other hand, in the filter of the time-of-flight (Time Of Flight, hereinafter abbreviated as “TOF”) method, as the mass of ions increases, the mass resolution improves and the flight time becomes longer. It is known that can be shortened, and therefore the overall size can be reduced as the ion mass increases. However, the conventional TOF type filter has a drawback that the ion beam needs to be pulsed and the use efficiency of the ions is extremely deteriorated.

また、イオンビーム装置でイオンビーム中から中性粒子の成分を除去するのに、イオン源から加工対象の標的である試料の間で、イオンビームを偏向する必要がある従来の方式では、イオン源とイオン光学系の光軸と試料の三者を、一直線上に配置することができない構成となる。この結果、小型のイオンビーム装置を構築する上で大きな欠点となるし、またイオンビームを収束させるビームスポット寸法の微小化の観点からも問題となる。   Further, in order to remove the neutral particle component from the ion beam by the ion beam apparatus, the ion source needs to be deflected between the ion source and the target sample to be processed. And the optical axis of the ion optical system and the sample cannot be arranged on a straight line. As a result, this is a major drawback in constructing a small ion beam apparatus, and also a problem from the viewpoint of miniaturizing the beam spot size for converging the ion beam.

本発明の目的は、高純度のC60クラスターを含む重イオンが得られるイオンビーム用質量フィルタを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a mass filter for an ion beam from which heavy ions containing high-purity C60 clusters can be obtained.

また、本発明の他の目的は、C60クラスターを含む重イオンビームのイオンビーム装置を小型で経済的に製作できるようにすることにある。   Another object of the present invention is to make it possible to manufacture a heavy ion beam ion beam apparatus including a C60 cluster in a compact and economical manner.

本発明のイオンビーム用質量フィルタは、イオン源側に、光軸に垂直な面内で回転する所定の偏向角の回転電界を作る第一の偏向電極を配置すると共に、イオンビームの放出側に、前記第一の偏向電極の回転電界とは同じ周波数で所定の偏向角の光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第二の偏向電極を配置し、前記第一及び第二の偏向電極間に、複数の円筒状電極よりなるレンズシステムを設けて構成したことを特徴とする。   In the ion beam mass filter of the present invention, a first deflection electrode that creates a rotating electric field having a predetermined deflection angle that rotates in a plane perpendicular to the optical axis is disposed on the ion source side, and on the ion beam emission side. A second deflection electrode that creates a rotating electric field that rotates in a plane perpendicular to the optical axis of a predetermined deflection angle at the same frequency as the rotating electric field of the first deflection electrode; It is characterized in that a lens system comprising a plurality of cylindrical electrodes is provided between the deflection electrodes.

また、本発明のイオンビーム用質量フィルタは、イオン源側に、所定の偏向角の回転電界を作る第一の偏向電極を配置すると共に、イオンビームの放出側に、前記第一の偏向電極の回転電界とは同じ周波数で所定の偏向角の光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第二の偏向電極を配置し、前記第一及び第二の偏向電極間に、複数の円筒状電極よりなるレンズシステムを設け、前記レンズシステムの略軸方向中間部には、イオンビーム通路の中央部分を遮蔽する遮蔽手段を配置して構成したことを特徴とする。   In the ion beam mass filter of the present invention, the first deflection electrode for generating a rotating electric field having a predetermined deflection angle is disposed on the ion source side, and the first deflection electrode is disposed on the ion beam emission side. A second deflection electrode that creates a rotating electric field that rotates in a plane perpendicular to the optical axis of a predetermined deflection angle at the same frequency as the rotating electric field is disposed, and a plurality of cylinders are disposed between the first and second deflecting electrodes. The lens system is provided with a cylindrical electrode, and a shielding means for shielding the central portion of the ion beam passage is disposed at a substantially axial intermediate portion of the lens system.

好ましくは、前記第一の偏向電極のイオン源側及び第二の偏向電極のイオンビーム放出側に、それぞれアパーチャを配置して構成したことを特徴とする。   Preferably, apertures are arranged on the ion source side of the first deflection electrode and the ion beam emission side of the second deflection electrode, respectively.

また、好ましくは前記レンズシステムの軸方向中間部に位置する円筒状電極に、前記遮蔽手段を保持させて構成したことを特徴とする。   Preferably, the shielding means is held by a cylindrical electrode located in an intermediate portion in the axial direction of the lens system.

更に、本発明のイオンビーム装置は、筒状容器の一端側にイオン源を配置し、筒状容器の他端側の放出部からイオンビームを放出するイオンビーム装置であって、前記筒状容器内のイオン源側に、光軸に垂直な面内で回転する所定の偏向角の回転電界を作る第一の偏向電極を配置すると共に、イオンビームの放出側には前記第一の偏向電極の回転電界とは同じ周波数で所定の偏向角の光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第二の偏向電極を配置し、前記第一及び第二の偏向電極間に、複数の円筒状電極よりなるレンズシステムを設け、前記第一の偏向電極のイオン源側及び第二の偏向電極のイオンビーム放出側に、それぞれアパーチャを配置して構成したことを特徴とする。   Furthermore, an ion beam apparatus according to the present invention is an ion beam apparatus in which an ion source is disposed on one end side of a cylindrical container, and the ion beam is emitted from an emission part on the other end side of the cylindrical container, A first deflection electrode that creates a rotating electric field having a predetermined deflection angle that rotates in a plane perpendicular to the optical axis is disposed on the ion source side, and the first deflection electrode is disposed on the ion beam emission side. A second deflection electrode that creates a rotating electric field that rotates in a plane perpendicular to the optical axis of a predetermined deflection angle at the same frequency as the rotating electric field is disposed, and a plurality of cylinders are disposed between the first and second deflecting electrodes. The lens system is formed of a cylindrical electrode, and apertures are arranged on the ion source side of the first deflection electrode and the ion beam emission side of the second deflection electrode, respectively.

好ましくは、前記レンズシステムの略軸方向中間部には、イオンビーム通路の中央部分を遮蔽する遮蔽手段を配置して構成したことを特徴とする。   Preferably, a shielding means for shielding a central portion of the ion beam passage is arranged in a substantially axial middle portion of the lens system.

本発明の如くイオンビーム用質量フィルタは、飛行時間法でしかも連続ビーム型に構成したので、簡単な構造で軽イオン及びC60の中性粒子を除去した高純度のC60クラスターを主体とする重イオンが得ることができる。   Since the ion beam mass filter is constructed in a time-of-flight method and a continuous beam type as in the present invention, heavy ions mainly composed of high-purity C60 clusters from which light ions and neutral particles of C60 are removed with a simple structure. Can get.

また、本発明の如くイオンビーム用質量フィルタ用いてイオンビーム装置を構成すれば、重イオンビームを放出する装置が小型で経済的に製作できる。   Further, if the ion beam apparatus is configured using the ion beam mass filter as in the present invention, the apparatus for emitting a heavy ion beam can be made small and economical.

本発明のイオンビーム用質量フィルタは、イオン源側に光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第一の偏向電極を配置すると共に、イオンビームの放出側には光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第二の偏向電極を配置している。第一及び第二の偏向電極の回転電界は、所定の偏向角でかつ同じ周波数で回転させており、しかも前記第一及び第二の偏向電極間に、複数の円筒状電極よりなるレンズシステムを設けて構成する。   In the ion beam mass filter of the present invention, the first deflection electrode that creates a rotating electric field that rotates in a plane perpendicular to the optical axis is arranged on the ion source side, and the ion beam emission side is perpendicular to the optical axis. A second deflection electrode is provided that creates a rotating electric field that rotates in the plane. The rotating electric fields of the first and second deflection electrodes are rotated at a predetermined deflection angle and the same frequency, and a lens system comprising a plurality of cylindrical electrodes is interposed between the first and second deflection electrodes. Provide and configure.

また、本発明のイオンビーム装置は、筒状容器内に上記の質量フィルタを配置し、しかも第一の偏向電極のイオン源側及び第二の偏向電極のイオンビーム放出側に、それぞれアパーチャを配置して構成する。   In the ion beam apparatus of the present invention, the above-described mass filter is arranged in a cylindrical container, and apertures are arranged on the ion source side of the first deflection electrode and the ion beam emission side of the second deflection electrode, respectively. And configure.

以下本発明のイオンビーム用質量フィルタ及びイオンビーム装置について、図面に示す実施例を用いて説明する。一般にイオン銃と呼ばれるイオンビーム装置は、図1に示すように筒状容器1の一端にイオン源2を設け、筒状容器1の他端側の放出部3からイオンビームを放出する直線状に構成している。イオン源2と放出部3との間には、イオン源2からイオンビームIBを加速して引き出す引出電極4、イオンビームIBを収束するコンデサレンズ5、イオンビームIB軸を中心にするアライナ電極6及びアライナ可動絞り7、イオンビームIBの対物レンズ8、イオンビームIBを加工対象物へ偏向させる偏向電極9を、順に配設しており、放出部3からイオンビームIBを加工対象物へ放出する直線状の構造にしている。   The ion beam mass filter and ion beam apparatus of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. In general, an ion beam apparatus called an ion gun is provided with an ion source 2 at one end of a cylindrical container 1 as shown in FIG. 1, and linearly emits an ion beam from an emission part 3 on the other end side of the cylindrical container 1. It is composed. Between the ion source 2 and the emission part 3, an extraction electrode 4 for accelerating and extracting the ion beam IB from the ion source 2, a condenser lens 5 for converging the ion beam IB, and an aligner electrode 6 centering on the ion beam IB axis. Further, an aligner movable diaphragm 7, an objective lens 8 of the ion beam IB, and a deflection electrode 9 for deflecting the ion beam IB to the object to be processed are disposed in order, and the ion beam IB is emitted from the emitting unit 3 to the object to be processed. It has a linear structure.

しかも、イオン源2と放出部3間、即ち図1の例ではアライナ電極6とアライナ可動絞り7間に、本発明の回転電場を利用した連続型TOF法を用いた回転電場の質量フィルタ(RFMF:Rotating Fild Mass Filter、以下「RFMF」と略称する)10を設け、このRFMF10でイオンビームIBを一旦偏向させた後、もとの状態に振り戻すようにしている。これによって、本発明のイオンビーム装置では、イオン源2と、イオンビームIBの光学系の光軸、加工対象物である試料を直線上に配置できる小型の構造にでき、後述するように60クラスターイオンの中性粒子を効率的に除去し、イオンビームを収束させてビームスポット寸法の微小化も可能になる。   In addition, a mass filter (RFMF) of a rotating electric field using the continuous TOF method using the rotating electric field of the present invention is provided between the ion source 2 and the emitting portion 3, that is, between the aligner electrode 6 and the aligner movable diaphragm 7 in the example of FIG. : Rotating Field Mass Filter (hereinafter abbreviated as “RFMF”) 10, the ion beam IB is once deflected by the RFMF 10 and then returned to the original state. Thereby, in the ion beam apparatus of the present invention, the ion source 2, the optical axis of the optical system of the ion beam IB, and a small structure in which a sample to be processed can be arranged on a straight line can be obtained. Neutral particles of ions can be efficiently removed, and the ion beam can be converged to reduce the beam spot size.

本発明の連続型TOF法のRFMF10は、図2に示すように第一及び第二の偏向電極11、12と、これら間に配置するアインツェルレンズ(Einzel Lens)と称される複数個の静電型の円筒状電極からなるレンズシステム13とによって構成している。   As shown in FIG. 2, the RFMF 10 of the continuous TOF method of the present invention includes a plurality of static electrodes called Einzel lenses arranged between the first and second deflecting electrodes 11 and 12 and between them. The lens system 13 is composed of an electric cylindrical electrode.

RFMF10を構成する第一及び第二の偏向電極11、12は、種々の偏向方式のものを使用することができるが、この図2の例ではそれぞれ光軸に垂直な面内の回転電場発生用に、x軸とy軸方向に直交する二対の平行平板電極を用いており、例えばx方向に正弦波、y方向に余弦波の交流電圧を印可することによって、光軸に垂直な面内での回転電界を発生させている。また、レンズシステム13は、この例では銅やステンレス鋼等の如き非磁性材料で製作する3個の静電型の円筒状電極14、15、16を用いている。   As the first and second deflecting electrodes 11 and 12 constituting the RFMF 10, various deflecting types can be used. In the example of FIG. 2, for generating a rotating electric field in a plane perpendicular to the optical axis, respectively. In addition, two pairs of parallel plate electrodes orthogonal to the x-axis and y-axis directions are used. For example, by applying an alternating voltage of a sine wave in the x direction and a cosine wave in the y direction, an in-plane perpendicular to the optical axis is used. A rotating electric field is generated at In this example, the lens system 13 uses three electrostatic cylindrical electrodes 14, 15 and 16 made of a nonmagnetic material such as copper or stainless steel.

静電型の円筒状電極14、15、16からなるレンズシステム13は、この軸方向寸法の略中間部の位置となる円筒状電極15部分に、イオンビーム通路となる円筒状電極15の空間断面の中心部分、即ちイオンビームIBの進行軸の中心部を遮蔽するように遮蔽手段17を配置しており、これによって60クラスターイオンの中性成分を阻止している。   The lens system 13 composed of the electrostatic cylindrical electrodes 14, 15 and 16 has a spatial cross section of the cylindrical electrode 15 serving as an ion beam passage in a portion of the cylindrical electrode 15 at a position substantially in the middle of the axial dimension. The shielding means 17 is disposed so as to shield the central portion of the ion beam IB, that is, the central portion of the traveling axis of the ion beam IB, thereby blocking neutral components of 60 cluster ions.

遮蔽手段17を取り付けるには、例えば、中央の円筒状電極15を2分割し、これら分割部分間に挟持させて固定するか、図4に示すように円筒状電極15のイオンビームIBの進路側端面にボルト等の固定部材22を用いて固定する。   In order to attach the shielding means 17, for example, the central cylindrical electrode 15 is divided into two parts and fixed by being sandwiched between these divided parts, or the path of the ion beam IB on the cylindrical electrode 15 as shown in FIG. It fixes to the end surface using fixing members 22, such as a bolt.

遮蔽手段17は、ステンレス鋼等の非磁性材料を用い、例えば図5に示すように円筒状電極15のイオンビーム通路の空間断面積に対し、20%程度の面積を持つ大きさ円形の遮蔽板で製作し、環状の支持部材18に同一材料のワイヤや針金等の支持手段19にてイオンビーム通路を確保できるように中心部分に位置させるか、これと同様の形状に非磁性材料から切削加工によって、一体に製作して使用する。   The shielding means 17 uses a non-magnetic material such as stainless steel, and has a circular shielding plate having a size of about 20% of the space cross-sectional area of the ion beam passage of the cylindrical electrode 15 as shown in FIG. And the annular support member 18 is positioned in the central portion so that the ion beam path can be secured by the support means 19 such as a wire or wire of the same material, or is cut from a nonmagnetic material in the same shape as this. By using it, it is manufactured and used as a unit.

また、RFMF10は、タングステン等の高融点材料を用いて中央部に小孔21を形成したアパ−チャ20を、図2の例では第一の偏向電極11のイオン源側及び第二の偏向電極12のイオンビーム放出側、即ちイオンビームIBの入口側位置及び出口側位置にそれぞれ配置している。これら両アパ−チャ20で、不要な水素元素等を遮蔽し、イオンビームIBを60クラスターイオン主体の重イオンにすることができる。   Further, the RFMF 10 includes an aperture 20 having a small hole 21 formed in the center portion thereof using a high melting point material such as tungsten, in the example of FIG. 2, the ion source side of the first deflection electrode 11 and the second deflection electrode. Twelve ion beam emission sides, that is, positions on the entrance side and exit side of the ion beam IB, respectively. Both of these apertures 20 shield unnecessary hydrogen elements and the like, and the ion beam IB can be made heavy ions mainly composed of 60 cluster ions.

この連続型TOFの法のRFMF10は、図3に示すようにレンズシステム13の両端の第一及び第二の偏向電極11、12が、例えばそれぞれ直交する二組の平行平板電極で構成されていると、これらで作る回転電界A及びBが配置され、回転電界Aは偏向角θで、また回転電界Bは、回転電界Aと同一周波数で光軸に垂直な面内を回転している。   In this continuous TOF method RFMF 10, as shown in FIG. 3, the first and second deflection electrodes 11 and 12 at both ends of the lens system 13 are composed of, for example, two sets of parallel plate electrodes that are orthogonal to each other. Rotating electric fields A and B formed by these are arranged, the rotating electric field A is at a deflection angle θ, and the rotating electric field B rotates in the plane perpendicular to the optical axis at the same frequency as the rotating electric field A.

このため、イオン源2から加速して引き出されたイオンビームIBが、図1及び図2に示すように最初の第一の偏向電極11が作る回転電界Aに入ったとき、光軸を中心とし、頂角θのコーン状に発散されレンズシステムに入射する。このとき、一個のイオンに着目し、矢印で示すように偏向角θでy軸の正の方向に曲げられたとする。中間に配置するレンズシステム13により、再び収束されるC60クラスターのイオンは第二の偏向電極12にy軸の負の方向に偏向角−θで入射することになる。このとき、たまたま回転電界Bにおける回転電界の位相が回転電界Aと同位相であれば、イオンは再び光軸上に振り戻され、イオン源2からでてくるときのイオンビームIBと同方向の成分となり、この状態で放出部から加工対象物に放出することができる。   Therefore, when the ion beam IB accelerated and extracted from the ion source 2 enters the rotating electric field A created by the first first deflection electrode 11 as shown in FIGS. 1 and 2, the optical axis is the center. Diverges into a cone with apex angle θ and enters the lens system. At this time, it is assumed that one ion is focused and bent in the positive direction of the y-axis at a deflection angle θ as indicated by an arrow. The C60 cluster ions converged again by the lens system 13 disposed in the middle are incident on the second deflection electrode 12 in the negative y-axis direction at a deflection angle of −θ. At this time, if the phase of the rotating electric field in the rotating electric field B happens to be the same as that of the rotating electric field A, the ions are turned back on the optical axis again in the same direction as the ion beam IB when coming out of the ion source 2. It becomes a component and can be discharged from the discharge portion to the workpiece in this state.

RFMF10について図2及び図3を用いて更に詳細に説明すると、図の左側からz軸に沿ってイオンビームIBが入射しているとき、例えば直行する二組の平行平板電極で構成する第一及び第二の偏向電極11、12に、例えばx軸方向に正弦波、y軸方向に余弦波の交流電圧を印可し、光軸に垂直な面内を回転するそれぞれ定めた偏向角の回転電界A、Bを発生させた状態にしている。イオンビームIBが、第一の偏向電極11に入ってきた時点で、電界がたまたまy軸の正の方向に向いていると、図3のようにイオンビームIBはy軸方向に偏向角θで方向を変え、レンズシステム13に入射する。   The RFMF 10 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3. When the ion beam IB is incident along the z axis from the left side of the drawing, for example, the first and the second configured with two sets of parallel plate electrodes orthogonal to each other. For example, a sine wave in the x-axis direction and a cosine wave in the y-axis direction are applied to the second deflection electrodes 11 and 12, and a rotating electric field A having a predetermined deflection angle that rotates in a plane perpendicular to the optical axis. , B are generated. When the ion beam IB enters the first deflection electrode 11 and the electric field happens to be in the positive direction of the y-axis, the ion beam IB has a deflection angle θ in the y-axis direction as shown in FIG. Change direction and enter the lens system 13.

イオンビームIBは、レンズシステム13の各円筒状電極14から16の収束作用により軌道を変え、第二の偏向電極12にy軸の負の方向に偏向角−θで入射する。このときの第二の偏向電極12における電界の方向がy軸方向であれば、イオンビームIBは角度θだけ偏向し、軌道は元の中心光軸に復帰し、イオンビーム出口側に配置したアパーチャ20を通過することができる。イオンビームがアパーチャ20を通過する条件は、イオンのエネルギーと質量及び回転電界の周波数と二つの回転電界の位相差によって決定される。   The ion beam IB changes its trajectory by the converging action of each cylindrical electrode 14 to 16 of the lens system 13 and is incident on the second deflection electrode 12 in the negative y-axis direction with a deflection angle −θ. If the direction of the electric field at the second deflection electrode 12 at this time is the y-axis direction, the ion beam IB is deflected by an angle θ, the trajectory returns to the original central optical axis, and the aperture disposed on the ion beam exit side. 20 can be passed. The conditions for the ion beam to pass through the aperture 20 are determined by the ion energy and mass, the frequency of the rotating electric field, and the phase difference between the two rotating electric fields.

イオンビームIBが入射したときの電界の方向は、y軸方向でなくても任意の方向で良いものであって、イオンビームIBがRFMF10に入射したときの第一の偏向電極11での電界の方向と、イオンビームIBがRFMF10をでるときの第二の偏向電極12での電界の方向とが同位相で一致しておれば、イオンビームIBはRFMF10を通過することができる。どのような回転角においても、上記が成り立つものであって、イオンビームは連続ビームとなる。   The direction of the electric field when the ion beam IB is incident may be any direction, not the y-axis direction. The electric field at the first deflection electrode 11 when the ion beam IB is incident on the RFMF 10 is acceptable. If the direction and the direction of the electric field at the second deflection electrode 12 when the ion beam IB exits the RFMF 10 coincide with each other, the ion beam IB can pass through the RFMF 10. The above is true at any rotation angle, and the ion beam is a continuous beam.

イオンビームIBが、第一及び第二の偏向電極11、12間の飛行する時間tは、イオンの加速電圧Vとイオンの質量M、イオンの電荷e、電極間距離Lで決まり、下記の(1)式で求まる。

Figure 2007234508
The time t during which the ion beam IB flies between the first and second deflection electrodes 11 and 12 is determined by the ion acceleration voltage V, the ion mass M, the ion charge e, and the interelectrode distance L. 1) It is obtained by the formula.
Figure 2007234508

回転電界の周波数f、偏向電極12における回転電界Bが、第一の回転電界Aより位相φだけ遅れているとすると、次の(2)式を満たす質量のイオンのみが通過できる。

Figure 2007234508
Assuming that the frequency f of the rotating electric field and the rotating electric field B at the deflection electrode 12 are delayed by the phase φ from the first rotating electric field A, only ions having a mass satisfying the following equation (2) can pass through.
Figure 2007234508

このため、周波数f又は位相φを調整することで、通過するイオンの質量を選別することができる。重いイオンほど電極間距離Lを小さくでき、かつイオンビームIBは連続ビームとなる。   For this reason, by adjusting the frequency f or the phase φ, the mass of ions passing therethrough can be selected. The heavier ions can reduce the interelectrode distance L, and the ion beam IB becomes a continuous beam.

また、レンズシステム13の軸方向寸法の中央部付近では、等電位面は中心の光軸に対して垂直であるから、遮蔽手段17はイオンビーム通路を確保できる状態の中央位置に配置し、レンズシステムの軸方向の中央部に位置する円筒状電極15と同電位にしておけば、イオンビームの軌道に影響は与えずに60クラスターイオンの中性粒子を除去でき、装置全体は中心の光軸に対して対称であり、小型でイオンビームの収束に対して有利にできる。   Further, in the vicinity of the central portion of the axial dimension of the lens system 13, the equipotential surface is perpendicular to the central optical axis. Therefore, the shielding means 17 is disposed at the central position where an ion beam path can be secured, and the lens If the potential is the same as that of the cylindrical electrode 15 located in the central portion of the system in the axial direction, neutral particles of 60 cluster ions can be removed without affecting the trajectory of the ion beam, and the entire apparatus has a central optical axis. It is symmetric with respect to, and it is small and can be advantageous to the convergence of the ion beam.

本発明を適用したイオンビーム装置の一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example of the ion beam apparatus to which this invention is applied. 本発明のイオンビーム用質量フィルタを示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the mass filter for ion beams of this invention. 本発明のイオンビーム用質量フィルタの原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principle of the mass filter for ion beams of this invention. 図2のイオンビーム用質量フィルタおけるレンズシステムの一例を示す要部図である。It is a principal part figure which shows an example of the lens system in the mass filter for ion beams of FIG. イオンビーム用質量フィルタに用いる中性粒子の遮蔽手段の一例を示す正面図と側面図である。It is the front view and side view which show an example of the neutral particle shielding means used for the mass filter for ion beams.

符号の説明Explanation of symbols

1…筒状容器、2…イオン源、3…放出部、10…回転電場型の質量フィルタ、11…第一の偏向電極、12…第二の偏向電極、13…レンズシステム、14、15、16…円筒状電極、17…遮蔽手段、20…アパーチャ、IB…イオンビーム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylindrical container, 2 ... Ion source, 3 ... Emitter, 10 ... Rotating electric field type mass filter, 11 ... 1st deflection electrode, 12 ... 2nd deflection electrode, 13 ... Lens system, 14, 15 16 ... cylindrical electrode, 17 ... shielding means, 20 ... aperture, IB ... ion beam.

Claims (6)

イオン源側に、光軸に垂直な面内で回転する所定の偏向角の回転電界を作る第一の偏向電極を配置すると共に、イオンビームの放出側に、前記第一の偏向電極の回転電界とは同じ周波数で所定の偏向角の光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第二の偏向電極を配置し、前記第一及び第二の偏向電極間に、複数の円筒状電極よりなるレンズシステムを設けて構成したことを特徴とするイオンビーム用質量フィルタ。   A first deflection electrode that creates a rotating electric field having a predetermined deflection angle that rotates in a plane perpendicular to the optical axis is disposed on the ion source side, and the rotating electric field of the first deflection electrode is disposed on the ion beam emission side. A second deflection electrode that creates a rotating electric field that rotates in a plane perpendicular to the optical axis at a predetermined deflection angle at the same frequency, and a plurality of cylindrical electrodes are disposed between the first and second deflection electrodes. A mass filter for an ion beam comprising a lens system comprising: イオン源側に、光軸に垂直な面内で回転する所定の偏向角の回転電界を作る第一の偏向電極を配置すると共に、イオンビームの放出側に、前記第一の偏向電極の回転電界とは同じ周波数で所定の偏向角の光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第二の偏向電極を配置し、前記第一及び第二の偏向電極間に、複数の円筒状電極よりなるレンズシステムを設け、前記レンズシステムの略軸方向中間部には、イオンビーム通路の中央部分を遮蔽する遮蔽手段を配置して構成したことを特徴とするイオンビーム用質量フィルタ。   A first deflection electrode that creates a rotating electric field having a predetermined deflection angle that rotates in a plane perpendicular to the optical axis is disposed on the ion source side, and the rotating electric field of the first deflection electrode is disposed on the ion beam emission side. A second deflection electrode that creates a rotating electric field that rotates in a plane perpendicular to the optical axis at a predetermined deflection angle at the same frequency, and a plurality of cylindrical electrodes are disposed between the first and second deflection electrodes. An ion beam mass filter comprising: a lens system comprising: a shielding unit configured to shield a central portion of the ion beam passage at a substantially axial intermediate portion of the lens system. 請求項1又は2のいずれかにおいて、前記第一の偏向電極のイオン源側及び第二の偏向電極のイオンビーム放出側に、それぞれアパーチャを配置して構成したことを特徴とするイオンビーム用質量フィルタ。   3. The ion beam mass according to claim 1, wherein apertures are arranged respectively on the ion source side of the first deflection electrode and on the ion beam emission side of the second deflection electrode. filter. 請求項2において、前記レンズシステムの軸方向中間部に位置する円筒状電極に、前記遮蔽手段を保持させて構成したことを特徴とするイオンビーム用質量フィルタ。   3. The ion beam mass filter according to claim 2, wherein the shielding means is held by a cylindrical electrode located at an axially intermediate portion of the lens system. 筒状容器の一端側にイオン源を配置し、筒状容器の他端側の放出部からイオンビームを放出するイオンビーム装置であって、前記筒状容器内のイオン源側に、光軸に垂直な面内で回転する所定の偏向角の回転電界を作る第一の偏向電極を配置すると共に、イオンビームの放出側に、前記第一の偏向電極の回転電界とは同じ周波数で所定の偏向角の光軸に垂直な面内で回転する回転電界を作る第二の偏向電極を配置し、前記第一及び第二の偏向電極の回転電界は、前記第一及び第二の偏向電極間に、複数の円筒状電極よりなるレンズシステムを設け、前記第一の偏向電極のイオン源側及び第二の偏向電極のイオンビーム放出側に、それぞれアパーチャを配置して構成したことを特徴とするイオンビーム装置。   An ion beam device that disposes an ion source on one end side of a cylindrical container and emits an ion beam from an emitting part on the other end side of the cylindrical container, the ion source side in the cylindrical container on the optical axis A first deflection electrode that creates a rotating electric field having a predetermined deflection angle that rotates in a vertical plane is disposed, and a predetermined deflection is performed at the same frequency as the rotating electric field of the first deflection electrode on the ion beam emission side. A second deflecting electrode that creates a rotating electric field that rotates in a plane perpendicular to the optical axis of the corner, and the rotating electric field of the first and second deflecting electrodes is between the first and second deflecting electrodes; The ion system is characterized in that a lens system comprising a plurality of cylindrical electrodes is provided, and apertures are arranged on the ion source side of the first deflection electrode and the ion beam emission side of the second deflection electrode, respectively. Beam device. 請求項5において、前記レンズシステムの略軸方向中間部には、イオンビーム通路の中央部分を遮蔽する遮蔽手段を配置して構成したことを特徴とするイオンビーム装置。
6. The ion beam apparatus according to claim 5, wherein shielding means for shielding a central portion of the ion beam passage is arranged at a substantially axial intermediate portion of the lens system.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103681204A (en) * 2012-09-08 2014-03-26 复旦大学 Ion transmission system for inductively coupled plasma mass spectrometry
WO2014126227A1 (en) 2013-02-14 2014-08-21 Office Tandem L.L.C. Two rotating electric fields mass analyzer

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103681204A (en) * 2012-09-08 2014-03-26 复旦大学 Ion transmission system for inductively coupled plasma mass spectrometry
WO2014126227A1 (en) 2013-02-14 2014-08-21 Office Tandem L.L.C. Two rotating electric fields mass analyzer
JP2016507127A (en) * 2013-02-14 2016-03-07 合同会社 オフィス タンデム Dual rotating electric field mass spectrometer
EP2956955A4 (en) * 2013-02-14 2016-10-05 Tandem Llc Off Two rotating electric fields mass analyzer
US9570279B2 (en) 2013-02-14 2017-02-14 Office Tandem L.L.C. Two rotating electric fields mass analyzer

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