JP3272441B2 - イオン加速装置 - Google Patents
イオン加速装置Info
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- JP3272441B2 JP3272441B2 JP02625993A JP2625993A JP3272441B2 JP 3272441 B2 JP3272441 B2 JP 3272441B2 JP 02625993 A JP02625993 A JP 02625993A JP 2625993 A JP2625993 A JP 2625993A JP 3272441 B2 JP3272441 B2 JP 3272441B2
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- ion
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はイオンビーム分析ある
いはイオン注入をするために用いられるイオン加速装置
に関するものである。
いはイオン注入をするために用いられるイオン加速装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のイオン加速装置は図７に示されて
おり、同図において、シールドボックス１内の床に固定
された絶縁支柱（図示せず）の上には高電圧ターミナル
２が取り付けられている。高電圧ターミナル２内には、
イオン源３、質量分離磁石４、スリット５の順序で配列
され、イオン源３より引き出されたイオンビームが質量
分離磁石４で質量分析されてから、スリット５を通過す
るようになっている。シールドボックス１の内壁と、高
電圧ターミナル２の外壁との間には加速管６が設けら
れ、スリット５を通過したイオンビームが加速管６に流
入するようになっている。加速管６の出口側、即ち、シ
ールドボックス１の外側にはイオンビーム走行管７が設
けられ、そのイオンビーム走行管７の先端には試料チャ
ンバー８が接続されている。イオンビーム走行管７の加
速管６の付近には集束レンズ９が設置されている。集束
レンズ９の前方には集束レンズ９で集束されたイオンビ
ームを偏向させる走査ユニット１０が配置されている。
走査ユニット１０の前方には試料１１が試料チャンバー
８内に配置されている。スリット５と加速管６との間に
は可動ファラデーカップ１２が設けられ、可動ファラデ
ーカップ１２を可動させてイオンビームの軌道上に挿入
すると、スリット５を通過したイオンビームは加速管６
の手前で可動ファラデーカップ１２内に流入するように
なる。可動ファラデーカップ１２と高電圧ターミナル２
との間には電流計１３が接続され、イオンが可動ファラ
デーカップ１２に到達すると、インオ電流が電流計１３
を通って高電圧ターミナル２に流れる。一方、可動ファ
ラデーカップ１２をイオンビームの軌道上から排除する
ことによって、スリット５を通過したイオンビームは加
速管６に入射される。
おり、同図において、シールドボックス１内の床に固定
された絶縁支柱（図示せず）の上には高電圧ターミナル
２が取り付けられている。高電圧ターミナル２内には、
イオン源３、質量分離磁石４、スリット５の順序で配列
され、イオン源３より引き出されたイオンビームが質量
分離磁石４で質量分析されてから、スリット５を通過す
るようになっている。シールドボックス１の内壁と、高
電圧ターミナル２の外壁との間には加速管６が設けら
れ、スリット５を通過したイオンビームが加速管６に流
入するようになっている。加速管６の出口側、即ち、シ
ールドボックス１の外側にはイオンビーム走行管７が設
けられ、そのイオンビーム走行管７の先端には試料チャ
ンバー８が接続されている。イオンビーム走行管７の加
速管６の付近には集束レンズ９が設置されている。集束
レンズ９の前方には集束レンズ９で集束されたイオンビ
ームを偏向させる走査ユニット１０が配置されている。
走査ユニット１０の前方には試料１１が試料チャンバー
８内に配置されている。スリット５と加速管６との間に
は可動ファラデーカップ１２が設けられ、可動ファラデ
ーカップ１２を可動させてイオンビームの軌道上に挿入
すると、スリット５を通過したイオンビームは加速管６
の手前で可動ファラデーカップ１２内に流入するように
なる。可動ファラデーカップ１２と高電圧ターミナル２
との間には電流計１３が接続され、イオンが可動ファラ
デーカップ１２に到達すると、インオ電流が電流計１３
を通って高電圧ターミナル２に流れる。一方、可動ファ
ラデーカップ１２をイオンビームの軌道上から排除する
ことによって、スリット５を通過したイオンビームは加
速管６に入射される。
【０００３】高電圧ターミナル２内で消費される電力は
電力供給装置１４によりブッシング１５を介して高電圧
ターミナル２内に供給される。また、高電圧ターミナル
２には高電圧発生装置１６よりブッシング１７を介して
数１０ＫＶから４００ＫＶを越える電圧が印加され、加
速管６に入射したイオンビームがグランド電位まで加速
されるようになる。加速管６の入口付近には真空ポンプ
１８が接続され、この真空ポンプ１８によって、加速管
６の上流側が必要に応じて真空排気され、加速管６に流
入するイオンビームにおいて、イオンと中性粒子との衝
突もしくはイオン同士の衝突の確率を減らすようにして
いる。
電力供給装置１４によりブッシング１５を介して高電圧
ターミナル２内に供給される。また、高電圧ターミナル
２には高電圧発生装置１６よりブッシング１７を介して
数１０ＫＶから４００ＫＶを越える電圧が印加され、加
速管６に入射したイオンビームがグランド電位まで加速
されるようになる。加速管６の入口付近には真空ポンプ
１８が接続され、この真空ポンプ１８によって、加速管
６の上流側が必要に応じて真空排気され、加速管６に流
入するイオンビームにおいて、イオンと中性粒子との衝
突もしくはイオン同士の衝突の確率を減らすようにして
いる。
【０００４】なお、図中、１９はイオン源３へのガスボ
ックス、２０はイオン源３へのイオン源生成用電源、２
１はイオン源３の排気ポート、２２はイオン源３の真空
ポンプ、２３は高電圧ターミナル２の排気ポート、２４
は高電圧ターミナル２の真空ポンプであって、加速管６
の入口付近を真空排気する。２５は加速管６の出口付近
を真空排気する真空ポンプ、２６は試料チャンバー８内
を真空排気する真空ポンプである。
ックス、２０はイオン源３へのイオン源生成用電源、２
１はイオン源３の排気ポート、２２はイオン源３の真空
ポンプ、２３は高電圧ターミナル２の排気ポート、２４
は高電圧ターミナル２の真空ポンプであって、加速管６
の入口付近を真空排気する。２５は加速管６の出口付近
を真空排気する真空ポンプ、２６は試料チャンバー８内
を真空排気する真空ポンプである。
【０００５】このようなイオン加速装置において、イオ
ン源３は真空ポンプ２２により排気ポート２１を介して
真空排気される。その後、ガスボックス１９内のガスボ
ンベ（図示せず）より、材料ガスがイオン源３に導入さ
れると共に、イオン源生成用電源２０より、電力がイオ
ン源３に供給されると、イオン源３内にプラズマが生成
される。生成したプラズマの中からイオンだけが数１０
ＫＶで引き出され、質量分離磁石４に入射する。質量分
離磁石４に入射したイオンは質量分離磁石４の磁場の作
用を受けて曲げられ、そして、所望のイオンのみがスリ
ット５を通過し、その他のイオンはスリット５を通過す
ることがなく除外される。スリット５を通過したイオン
ビームの軌道上に可動ファラデーカップ１２を挿入する
と、イオンビームが可動ファラデーカップ１２に流入
し、流入したイオンビームの電流が電流計１３によって
検出されるようになる。反対に、スリット５を通過した
イオンビームの軌道上より可動ファラデーカップ１２を
排除すると、スリット５を通過したイオンビームは加速
管６に入射される。加速管６に入射したイオンビームは
高電圧発生装置１６より高電圧ターミナル２に印加され
る数１０ＫＶから４００ＫＶを越える電圧によってグラ
ンド電位まで加速される。即ち、加速管６に入射したイ
オンビームは高電圧ターミナル２に印加される電圧とイ
オンの価数との積のエネルギーをもってグランド電位ま
で加速される。しかしながら、加速管６でイオンビーム
が加速される前に、イオンと中性粒子との衝突もしくは
イオン同士の衝突が起こり、試料１１への不純物の混入
が生じる場合には、これを避けるために、真空ポンプ１
８で加速管６の入口付近を真空排気して、圧力を下げ
る。また、高電圧ターミナル２に高電圧を印加すると
き、加速管６内の圧力が高いと、加速管６内で放電が起
こり易くなるため、加速管６の出口付近の真空ポンプ２
５で真空排気が行われる。加速管６で加速および発散さ
れたイオンビームは、集束レンズ９で集束された後、走
査ユニット１０により偏向され、試料チャンバー８内の
試料１１上を縦方向と横方向とに走査して、試料１１の
面内に照射される。
ン源３は真空ポンプ２２により排気ポート２１を介して
真空排気される。その後、ガスボックス１９内のガスボ
ンベ（図示せず）より、材料ガスがイオン源３に導入さ
れると共に、イオン源生成用電源２０より、電力がイオ
ン源３に供給されると、イオン源３内にプラズマが生成
される。生成したプラズマの中からイオンだけが数１０
ＫＶで引き出され、質量分離磁石４に入射する。質量分
離磁石４に入射したイオンは質量分離磁石４の磁場の作
用を受けて曲げられ、そして、所望のイオンのみがスリ
ット５を通過し、その他のイオンはスリット５を通過す
ることがなく除外される。スリット５を通過したイオン
ビームの軌道上に可動ファラデーカップ１２を挿入する
と、イオンビームが可動ファラデーカップ１２に流入
し、流入したイオンビームの電流が電流計１３によって
検出されるようになる。反対に、スリット５を通過した
イオンビームの軌道上より可動ファラデーカップ１２を
排除すると、スリット５を通過したイオンビームは加速
管６に入射される。加速管６に入射したイオンビームは
高電圧発生装置１６より高電圧ターミナル２に印加され
る数１０ＫＶから４００ＫＶを越える電圧によってグラ
ンド電位まで加速される。即ち、加速管６に入射したイ
オンビームは高電圧ターミナル２に印加される電圧とイ
オンの価数との積のエネルギーをもってグランド電位ま
で加速される。しかしながら、加速管６でイオンビーム
が加速される前に、イオンと中性粒子との衝突もしくは
イオン同士の衝突が起こり、試料１１への不純物の混入
が生じる場合には、これを避けるために、真空ポンプ１
８で加速管６の入口付近を真空排気して、圧力を下げ
る。また、高電圧ターミナル２に高電圧を印加すると
き、加速管６内の圧力が高いと、加速管６内で放電が起
こり易くなるため、加速管６の出口付近の真空ポンプ２
５で真空排気が行われる。加速管６で加速および発散さ
れたイオンビームは、集束レンズ９で集束された後、走
査ユニット１０により偏向され、試料チャンバー８内の
試料１１上を縦方向と横方向とに走査して、試料１１の
面内に照射される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のイオン加速装置
は、高電圧ターミナル２内において、質量分離磁石４の
下流側にスリット５や可動ファラデーカップ１２あるい
は真空ポンプ１８を配置すると共に、これらを取り付け
るための配管等が設けられている。そのため、イオンビ
ームの軌道上の物点であるスリット５の位置が加速管６
の入口から所定の距離をもって配置されている。また、
加速管６の入口では電場のしみ出しが存在するため、加
速管６に入射するイオンビームにとって光線が凸レンズ
に入射する場合と同様の作用を受ける。図８、図９およ
び図１０は加速電圧の違いによるイオンビームの進路を
示している。図８はイオン源３からの引き出し電圧を３
０ＫＶ、加速管６での加速電圧を０ＫＶにしたときのイ
オンビームの進路を示している。この場合、加速管６の
入口でのレンズ効果がないため、物点の位置はスリット
５の位置になり、そのため、集束レンズ９によって、イ
オンビームが試料１１上に集束される。図９はイオン源
３からの引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管６での加速電
圧を１７０ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示し
ている。この場合、加速管３の入口付近に弱い凸レンズ
が形成されるため、レンズの焦点の位置ｆｂがスリット
５の物点の外側に存在するようになり、スリット５の物
点はスリット５の後方に虚像として形成される。このた
め、集束レンズ９から物点を見ると、見かけ上、物点の
位置がスリット５の後方に下がったことになり、集束レ
ンズ９はスリット５に物点が存在する場合よりも弱くて
すむ。即ち、集束レンズ９が静電レンズの場合には集束
レンズ９に印加する電圧値が下がり、また、集束レンズ
が磁場の場合にはその磁場を形成するためのコイルに流
す励磁電流の値を下げることが出来る。図１０はイオン
源３からの引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管６での加速
電圧を４７０ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示
している。この場合、加速管３の入口付近に非常に強い
凸レンズが形成されるため、レンズの焦点の位置ｆｃが
スリット５の物点の内側に存在するようになり、集束レ
ンズ９の近くに実像が形成されるようになる。このた
め、試料１１上にイオンビームを集束させることが出来
なくなる。
は、高電圧ターミナル２内において、質量分離磁石４の
下流側にスリット５や可動ファラデーカップ１２あるい
は真空ポンプ１８を配置すると共に、これらを取り付け
るための配管等が設けられている。そのため、イオンビ
ームの軌道上の物点であるスリット５の位置が加速管６
の入口から所定の距離をもって配置されている。また、
加速管６の入口では電場のしみ出しが存在するため、加
速管６に入射するイオンビームにとって光線が凸レンズ
に入射する場合と同様の作用を受ける。図８、図９およ
び図１０は加速電圧の違いによるイオンビームの進路を
示している。図８はイオン源３からの引き出し電圧を３
０ＫＶ、加速管６での加速電圧を０ＫＶにしたときのイ
オンビームの進路を示している。この場合、加速管６の
入口でのレンズ効果がないため、物点の位置はスリット
５の位置になり、そのため、集束レンズ９によって、イ
オンビームが試料１１上に集束される。図９はイオン源
３からの引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管６での加速電
圧を１７０ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示し
ている。この場合、加速管３の入口付近に弱い凸レンズ
が形成されるため、レンズの焦点の位置ｆｂがスリット
５の物点の外側に存在するようになり、スリット５の物
点はスリット５の後方に虚像として形成される。このた
め、集束レンズ９から物点を見ると、見かけ上、物点の
位置がスリット５の後方に下がったことになり、集束レ
ンズ９はスリット５に物点が存在する場合よりも弱くて
すむ。即ち、集束レンズ９が静電レンズの場合には集束
レンズ９に印加する電圧値が下がり、また、集束レンズ
が磁場の場合にはその磁場を形成するためのコイルに流
す励磁電流の値を下げることが出来る。図１０はイオン
源３からの引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管６での加速
電圧を４７０ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示
している。この場合、加速管３の入口付近に非常に強い
凸レンズが形成されるため、レンズの焦点の位置ｆｃが
スリット５の物点の内側に存在するようになり、集束レ
ンズ９の近くに実像が形成されるようになる。このた
め、試料１１上にイオンビームを集束させることが出来
なくなる。
【０００７】この発明の目的は、従来の欠点を解決し
て、加速管への加速電圧を広範囲に変化させても、集束
レンズでイオンビームを試料上に集束させることが容易
になると共に、加速管と集束レンズとを通過するイオン
ビームを平行にして、これらとの衝突によるイオン電流
値の減少を防止できるイオン加速器を提供することにあ
る。
て、加速管への加速電圧を広範囲に変化させても、集束
レンズでイオンビームを試料上に集束させることが容易
になると共に、加速管と集束レンズとを通過するイオン
ビームを平行にして、これらとの衝突によるイオン電流
値の減少を防止できるイオン加速器を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、イオン源より引き出されたイオンビー
ムを質量分離磁石で質量分析してからスリットを通過さ
せ、そのスリットを通過したイオンビームを加速管で加
速してから集束レンズで集束し、その集束したイオンビ
ームを試料に照射するイオン加速装置において、前記ス
リットと加速管との間に静電気または磁気を用いた多段
のＱレンズを配置し、この多段のＱレンズによるレンズ
作用を、前記スリットを通過したイオンビームに及ぼす
ことを特徴とするものである。
に、この発明は、イオン源より引き出されたイオンビー
ムを質量分離磁石で質量分析してからスリットを通過さ
せ、そのスリットを通過したイオンビームを加速管で加
速してから集束レンズで集束し、その集束したイオンビ
ームを試料に照射するイオン加速装置において、前記ス
リットと加速管との間に静電気または磁気を用いた多段
のＱレンズを配置し、この多段のＱレンズによるレンズ
作用を、前記スリットを通過したイオンビームに及ぼす
ことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】この発明は、多段のＱレンズによるレンズ作用
を、スリットを通過したイオンビームに及ぼすようにし
ているので、加速管への加速電圧を広範囲に変化させて
も、集束レンズでイオンビームを試料上に集束させるこ
とが出来る。また、加速管と集束レンズとを通過するイ
オンビームを平行にして、イオンビームがこれらと衝突
して、イオン電流値が減少するのを防止できる。
を、スリットを通過したイオンビームに及ぼすようにし
ているので、加速管への加速電圧を広範囲に変化させて
も、集束レンズでイオンビームを試料上に集束させるこ
とが出来る。また、加速管と集束レンズとを通過するイ
オンビームを平行にして、イオンビームがこれらと衝突
して、イオン電流値が減少するのを防止できる。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。この発明の実施例のイオン加速器
は、従来のイオン加速器を示す図７のものとほぼ同じで
あるが、高電圧ターミナル２の内部については従来のイ
オン加速器と異なっている。したがって、従来のイオン
加速器と同じ部分の説明は省略するが、実施例のイオン
加速器に用いられている高電圧ターミナル２の内部につ
いて図１に基づいて説明する。高電圧ターミナル２の内
部にはイオン源３、質量分離磁石４、スリット５の順序
で配列され、イオン源３より引き出されたイオンビーム
は質量分離磁石４で質量分析されてから、スリット５を
通過するようになる。スリット５と加速管６の入口との
間の高電圧ターミナル２内にはダブレット型の静電Ｑレ
ンズ３０が配設されている。図２はダブレット型の静電
Ｑレンズ３０の構成と結線とを示している。図２におい
て、ダブレット型の静電Ｑレンズ３０は前段に４本の金
属円筒３１が均等に配置され、更に、その前段の４本の
金属円筒３１の後方に間隔をおいて後段の４本の金属円
筒３１が均等に配置されている。プラス出力電源３２と
マイナス出力電源３３とは直列に接続され、プラス出力
電源３２からのプラス出力は前段の４本の金属円筒３１
のうちの対向する２本の金属円筒３１にケーブル３５を
介して接続されている。また、マイナス出力電源３３か
らのマイナス出力は前段の４本の金属円筒３１のうちの
残りの対向する２本の金属円筒３１にケーブル３５を介
して接続されている。プラス出力電源３６とマイナス出
力電源３７とは直列に接続され、プラス出力電源３６か
らのプラス出力は後段の４本の金属円筒３１のうちの対
向する２本の金属円筒３１にケーブル３５を介して接続
されている。また、マイナス出力電源３７からのマイナ
ス出力は後段の４本の金属円筒３１のうちの残りの対向
する２本の金属円筒３１にケーブル３５を介して接続さ
れている。しかし、後段の４本の金属円筒３１に接続さ
れる電源の極性は前段の同じ列に配置されている４本の
金属円筒３１に接続されている電源の極性と逆になって
いる。
しながら説明する。この発明の実施例のイオン加速器
は、従来のイオン加速器を示す図７のものとほぼ同じで
あるが、高電圧ターミナル２の内部については従来のイ
オン加速器と異なっている。したがって、従来のイオン
加速器と同じ部分の説明は省略するが、実施例のイオン
加速器に用いられている高電圧ターミナル２の内部につ
いて図１に基づいて説明する。高電圧ターミナル２の内
部にはイオン源３、質量分離磁石４、スリット５の順序
で配列され、イオン源３より引き出されたイオンビーム
は質量分離磁石４で質量分析されてから、スリット５を
通過するようになる。スリット５と加速管６の入口との
間の高電圧ターミナル２内にはダブレット型の静電Ｑレ
ンズ３０が配設されている。図２はダブレット型の静電
Ｑレンズ３０の構成と結線とを示している。図２におい
て、ダブレット型の静電Ｑレンズ３０は前段に４本の金
属円筒３１が均等に配置され、更に、その前段の４本の
金属円筒３１の後方に間隔をおいて後段の４本の金属円
筒３１が均等に配置されている。プラス出力電源３２と
マイナス出力電源３３とは直列に接続され、プラス出力
電源３２からのプラス出力は前段の４本の金属円筒３１
のうちの対向する２本の金属円筒３１にケーブル３５を
介して接続されている。また、マイナス出力電源３３か
らのマイナス出力は前段の４本の金属円筒３１のうちの
残りの対向する２本の金属円筒３１にケーブル３５を介
して接続されている。プラス出力電源３６とマイナス出
力電源３７とは直列に接続され、プラス出力電源３６か
らのプラス出力は後段の４本の金属円筒３１のうちの対
向する２本の金属円筒３１にケーブル３５を介して接続
されている。また、マイナス出力電源３７からのマイナ
ス出力は後段の４本の金属円筒３１のうちの残りの対向
する２本の金属円筒３１にケーブル３５を介して接続さ
れている。しかし、後段の４本の金属円筒３１に接続さ
れる電源の極性は前段の同じ列に配置されている４本の
金属円筒３１に接続されている電源の極性と逆になって
いる。
【００１１】図２において、プラス出力電源３２からプ
ラスの電圧を前段の４本の金属円筒３１のうちの対向す
る縦の列の２本の金属円筒３１に印加する一方で、マイ
ナス出力電源３３からのマイナス電圧を前段の４本の金
属円筒３１のうちの対向する横の列の２本の金属円筒３
１にプラス出力電源３２からプラスの電圧の絶対値と等
しくして印加する。また、プラス出力電源３６からのプ
ラスの電圧を後段の４本の金属円筒３１のうちの対向す
る横の列の２本の金属円筒３１に印加する一方で、マイ
ナス出力電源３７からのマイナス出力を後段の４本の金
属円筒３１のうちの残りの対向する縦の列の２本の金属
円筒３１にプラス出力電源３６からのプラスの電圧の絶
対値と等しくして印加する。このような状態の下で、イ
オンビームをダブレット型の静電Ｑレンズ３０に入射さ
せると、前段の４本の金属円筒３１ではイオンビームが
縦方向に集束されるが、横方向には発散されなくなる。
また、後段の４本の金属円筒３１ではイオンビームが横
方向に集束されるが、縦方向には発散されなくなる。し
たがって、ダブレット型の静電Ｑレンズ３０において
は、イオンビームに対する縦方向の倍率と、横方向の倍
率とが異なる値になるが、ダブレット型の静電Ｑレンズ
３０の全体としてのレンズ作用は集束作用を持つように
なる。
ラスの電圧を前段の４本の金属円筒３１のうちの対向す
る縦の列の２本の金属円筒３１に印加する一方で、マイ
ナス出力電源３３からのマイナス電圧を前段の４本の金
属円筒３１のうちの対向する横の列の２本の金属円筒３
１にプラス出力電源３２からプラスの電圧の絶対値と等
しくして印加する。また、プラス出力電源３６からのプ
ラスの電圧を後段の４本の金属円筒３１のうちの対向す
る横の列の２本の金属円筒３１に印加する一方で、マイ
ナス出力電源３７からのマイナス出力を後段の４本の金
属円筒３１のうちの残りの対向する縦の列の２本の金属
円筒３１にプラス出力電源３６からのプラスの電圧の絶
対値と等しくして印加する。このような状態の下で、イ
オンビームをダブレット型の静電Ｑレンズ３０に入射さ
せると、前段の４本の金属円筒３１ではイオンビームが
縦方向に集束されるが、横方向には発散されなくなる。
また、後段の４本の金属円筒３１ではイオンビームが横
方向に集束されるが、縦方向には発散されなくなる。し
たがって、ダブレット型の静電Ｑレンズ３０において
は、イオンビームに対する縦方向の倍率と、横方向の倍
率とが異なる値になるが、ダブレット型の静電Ｑレンズ
３０の全体としてのレンズ作用は集束作用を持つように
なる。
【００１２】即ち、ダブレット型の静電Ｑレンズ３０を
スリット５と加速管６の入口との間に配設することによ
り、イオン源３より引き出されたイオンビームをスリッ
ト５上に集束させ、このスリット５上の像をダブレット
型の静電Ｑレンズ３０に加速管６の入口付近に結像さ
せ、その像を加速管６内の均一な電場による集束作用
と、集束レンズ９のレンズ作用とにより、試料１１上に
集束させて結像する。
スリット５と加速管６の入口との間に配設することによ
り、イオン源３より引き出されたイオンビームをスリッ
ト５上に集束させ、このスリット５上の像をダブレット
型の静電Ｑレンズ３０に加速管６の入口付近に結像さ
せ、その像を加速管６内の均一な電場による集束作用
と、集束レンズ９のレンズ作用とにより、試料１１上に
集束させて結像する。
【００１３】ところで、上記実施例においては、加速管
６の電極孔と集束レンズ９の孔とでイオンビームが通過
する透過率を良くすることができる。図３〜図６は実施
例の加速管６における加速電圧の変化に対するイオンビ
ームの軌跡を示している。図３はイオン源３より引き出
されたイオンビームを引き出し電圧のみで試料１１まで
加速した時の図を示している。即ち、加速管６入口では
電場のしみだしによるレンズ効果が存在しないため、ス
リット５とダブレット型の静電Ｑレンズ３０との間に、
ダブレット型の静電Ｑレンズ３０の焦点距離ｆＱ１を合
わせると、スリット５を通過したイオンビームはダブレ
ット型の静電Ｑレンズ３０によって平行なビームになっ
て加速管６内を通過する。そして、集束レンズ９の焦点
距離ｆＱ２が集束レンズ９の出口から試料１１までの距
離と等しくなるように集束レンズ９への入力を調整する
と、集束レンズ９に入射した平行ビームは試料１１上に
集束する。
６の電極孔と集束レンズ９の孔とでイオンビームが通過
する透過率を良くすることができる。図３〜図６は実施
例の加速管６における加速電圧の変化に対するイオンビ
ームの軌跡を示している。図３はイオン源３より引き出
されたイオンビームを引き出し電圧のみで試料１１まで
加速した時の図を示している。即ち、加速管６入口では
電場のしみだしによるレンズ効果が存在しないため、ス
リット５とダブレット型の静電Ｑレンズ３０との間に、
ダブレット型の静電Ｑレンズ３０の焦点距離ｆＱ１を合
わせると、スリット５を通過したイオンビームはダブレ
ット型の静電Ｑレンズ３０によって平行なビームになっ
て加速管６内を通過する。そして、集束レンズ９の焦点
距離ｆＱ２が集束レンズ９の出口から試料１１までの距
離と等しくなるように集束レンズ９への入力を調整する
と、集束レンズ９に入射した平行ビームは試料１１上に
集束する。
【００１４】図４は加速管６に加速電圧を１００ＫＶ〜
２００ＫＶ程度印加した時の図を示している。この場合
は、加速管６の入口にレンズ作用が存在するため、レン
ズ作用による焦点距離をｆＡとし、更に、ダブレット型
の静電Ｑレンズ３０の集束作用を弱めることによりダブ
レット型の静電Ｑレンズ３０の焦点距離ｆＱ１をスリッ
ト５の外側に来るように調整し、スリット５の物点の虚
像をｆＡの位置と合わせるように形成することによっ
て、加速管６の入口に入射したイオンビームが平行にな
る。そして、図３の場合と同様に集束レンズ９の焦点距
離ｆＱ２を集束レンズ９の出口から試料１１までの距離
と等しくなるように調整することによって、試料１１上
にイオンビームを集束させることができる。
２００ＫＶ程度印加した時の図を示している。この場合
は、加速管６の入口にレンズ作用が存在するため、レン
ズ作用による焦点距離をｆＡとし、更に、ダブレット型
の静電Ｑレンズ３０の集束作用を弱めることによりダブ
レット型の静電Ｑレンズ３０の焦点距離ｆＱ１をスリッ
ト５の外側に来るように調整し、スリット５の物点の虚
像をｆＡの位置と合わせるように形成することによっ
て、加速管６の入口に入射したイオンビームが平行にな
る。そして、図３の場合と同様に集束レンズ９の焦点距
離ｆＱ２を集束レンズ９の出口から試料１１までの距離
と等しくなるように調整することによって、試料１１上
にイオンビームを集束させることができる。
【００１５】図５は加速管６に加速電圧を約３００ＫＶ
印加した時の図を示している。この場合、加速電圧が上
がるにつれて、加速管６の入口のレンズによる焦点距離
ｆＡは短くなる。焦点距離ｆＡをスリット５から加速管
６の入口までの距離に等しくさせると、ダブレット型の
静電Ｑレンズ３０を使用しなくても、スリット５を通過
したイオンビームは加速管６において平行になる。その
後の試料１１までのイオンビームの走行と、集束レンズ
９の調整とは図３および図４の場合と同様に行われる。
印加した時の図を示している。この場合、加速電圧が上
がるにつれて、加速管６の入口のレンズによる焦点距離
ｆＡは短くなる。焦点距離ｆＡをスリット５から加速管
６の入口までの距離に等しくさせると、ダブレット型の
静電Ｑレンズ３０を使用しなくても、スリット５を通過
したイオンビームは加速管６において平行になる。その
後の試料１１までのイオンビームの走行と、集束レンズ
９の調整とは図３および図４の場合と同様に行われる。
【００１６】図６は加速管６に加速電圧を４００ＫＶ〜
５００ＫＶ印加した時の図を示している。加速管６に加
速電圧を４００ＫＶ〜５００ＫＶ印加した時、加速管６
の入口ではレンズによる集束力が高まり、それにつれて
加速管６の入口のレンズによる焦点距離ｆＡが短くな
る。そして、ついには焦点距離ｆＡがスリット５の下流
側に形成されると、ダブレット型の静電Ｑレンズ３０を
凸レンズのように使用すれば、静電Ｑレンズ３０を調整
して虚像、実像を形成しても、像を焦点距離ｆＡの位置
に合わせることができない。したがって、加速管６に印
加する加速電圧が４００ｋＶ〜５００ｋＶであるとき、
ダブレット型の静電Ｑレンズ３０に、水平方向に発散の
効果をもつ凹レンズとしての機能をもたせることによっ
て、スリット５の物点の虚像をスリット５の下流側に形
成し、その虚像の位置を加速管６の入口のレンズの焦点
に合わせて加速管６内で平行ビームを形成する。その後
の試料１１までのイオンビームの走行と、集束レンズ９
の調整とは図３、図４および図５の場合と同様に行われ
る。
５００ＫＶ印加した時の図を示している。加速管６に加
速電圧を４００ＫＶ〜５００ＫＶ印加した時、加速管６
の入口ではレンズによる集束力が高まり、それにつれて
加速管６の入口のレンズによる焦点距離ｆＡが短くな
る。そして、ついには焦点距離ｆＡがスリット５の下流
側に形成されると、ダブレット型の静電Ｑレンズ３０を
凸レンズのように使用すれば、静電Ｑレンズ３０を調整
して虚像、実像を形成しても、像を焦点距離ｆＡの位置
に合わせることができない。したがって、加速管６に印
加する加速電圧が４００ｋＶ〜５００ｋＶであるとき、
ダブレット型の静電Ｑレンズ３０に、水平方向に発散の
効果をもつ凹レンズとしての機能をもたせることによっ
て、スリット５の物点の虚像をスリット５の下流側に形
成し、その虚像の位置を加速管６の入口のレンズの焦点
に合わせて加速管６内で平行ビームを形成する。その後
の試料１１までのイオンビームの走行と、集束レンズ９
の調整とは図３、図４および図５の場合と同様に行われ
る。
【００１７】なお、上記実施例では、加速管６の入口付
近にイオンビームを集束させるためのレンズとしてダブ
レット型の静電Ｑレンズ３０を用いているが、このダブ
レット型の静電Ｑレンズ３０の代わりにトリプレット型
の静電Ｑレンズ、磁場を用いたダブレット型のＱレンズ
又は磁場を用いたトリプレット型のＱレンズを用いても
よい。また、イオン源３のイオンを引き出す部分の開口
形状が円筒の場合には集束レンズ９としてアインッエル
レンズを用いてもよい。
近にイオンビームを集束させるためのレンズとしてダブ
レット型の静電Ｑレンズ３０を用いているが、このダブ
レット型の静電Ｑレンズ３０の代わりにトリプレット型
の静電Ｑレンズ、磁場を用いたダブレット型のＱレンズ
又は磁場を用いたトリプレット型のＱレンズを用いても
よい。また、イオン源３のイオンを引き出す部分の開口
形状が円筒の場合には集束レンズ９としてアインッエル
レンズを用いてもよい。
【００１８】
【発明の効果】この発明は、上記のようにスリットと加
速管との間に静電気または磁気を用いた多段のＱレンズ
を配置し、この多段のＱレンズによるレンズ作用を、ス
リットを通過したイオンビームに及ぼすようにしている
ので、加速管への加速電圧を広範囲に変化させても、集
束レンズでイオンビームを試料上に集束させることが容
易になると共に、加速管と集束レンズとを通過するイオ
ンビームが平行になり、これらとの衝突によるイオン電
流値の減少を防止できる効果を奏する。
速管との間に静電気または磁気を用いた多段のＱレンズ
を配置し、この多段のＱレンズによるレンズ作用を、ス
リットを通過したイオンビームに及ぼすようにしている
ので、加速管への加速電圧を広範囲に変化させても、集
束レンズでイオンビームを試料上に集束させることが容
易になると共に、加速管と集束レンズとを通過するイオ
ンビームが平行になり、これらとの衝突によるイオン電
流値の減少を防止できる効果を奏する。
【図１】この発明の実施例の説明図
【図２】この発明の実施例の要部のダブレット型の静電
Ｑレンズの構成と結線とを示す斜視図
Ｑレンズの構成と結線とを示す斜視図
【図３】この発明の実施例においてイオン源より引き出
されたイオンビームを引き出し電圧のみで試料まで加速
した時の模式図
されたイオンビームを引き出し電圧のみで試料まで加速
した時の模式図
【図４】この発明の実施例において加速管に加速電圧を
１００ＫＶ〜２００ＫＶ程度印加した時の模式図
１００ＫＶ〜２００ＫＶ程度印加した時の模式図
【図５】この発明の実施例において加速管に加速電圧を
約３００ＫＶ印加した時の模式図
約３００ＫＶ印加した時の模式図
【図６】この発明の実施例において加速管に加速電圧を
４００ＫＶ〜５００ＫＶ程度印加した時の模式図
４００ＫＶ〜５００ＫＶ程度印加した時の模式図
【図７】従来のイオン加速装置の説明図
【図８】従来のイオン加速装置においてイオン源からの
引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管での加速電圧を０ＫＶ
にしたときのイオンビームの進路を示す模式図
引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管での加速電圧を０ＫＶ
にしたときのイオンビームの進路を示す模式図
【図９】従来のイオン加速装置においてイオン源からの
引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管での加速電圧を１７０
ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示す模式図
引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管での加速電圧を１７０
ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示す模式図
【図１０】従来のイオン加速装置においてイオン源から
の引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管での加速電圧を４７
０ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示す模式図
の引き出し電圧を３０ＫＶ、加速管での加速電圧を４７
０ＫＶにしたときのイオンビームの進路を示す模式図
３・・・・・・・イオン源 ４・・・・・・・質量分離磁石 ５・・・・・・・スリット ６・・・・・・・加速管 ９・・・・・・・集束レンズ ３０・・・・・・ダブレット型の静電Ｑレンズ ３１・・・・・・金属円筒 ３２・・・・・・プラス出力電源 ３３・・・・・・マイナス出力電源 ３５・・・・・・ケーブル ３６・・・・・・プラス出力電源 ３７・・・・・・マイナス出力電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 37/30
Claims (1)
- 【請求項１】イオン源より引き出されたイオンビームを
質量分離磁石で質量分析してからスリットを通過させ、
そのスリットを通過したイオンビームを加速管で加速し
てから集束レンズで集束し、その集束したイオンビーム
を試料に照射するイオン加速装置において、前記スリッ
トと加速管との間に静電気または磁気を用いた多段のＱ
レンズを配置し、この多段のＱレンズによるレンズ作用
を、前記スリットを通過したイオンビームに及ぼすこと
を特徴としたイオン加速装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02625993A JP3272441B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | イオン加速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02625993A JP3272441B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | イオン加速装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06215712A JPH06215712A (ja) | 1994-08-05 |
| JP3272441B2 true JP3272441B2 (ja) | 2002-04-08 |
Family
ID=12188274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02625993A Expired - Lifetime JP3272441B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | イオン加速装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3272441B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4691347B2 (ja) * | 2004-10-14 | 2011-06-01 | 株式会社アルバック | イオン注入装置 |
| JP5100963B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2012-12-19 | 株式会社Ｓｅｎ | ビーム照射装置 |
| JP4665117B2 (ja) * | 2005-08-26 | 2011-04-06 | 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 | 小型高エネルギー集束イオンビーム装置 |
| JP6261228B2 (ja) * | 2013-07-31 | 2018-01-17 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 集束イオンビーム装置、集束イオン／電子ビーム加工観察装置、及び試料加工方法 |
| TWI501286B (zh) * | 2014-06-27 | 2015-09-21 | Advanced Ion Beam Tech Inc | 離子佈植機 |
| CN116390324B (zh) * | 2023-05-25 | 2023-08-29 | 之江实验室 | 狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器 |
-
1993
- 1993-01-20 JP JP02625993A patent/JP3272441B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06215712A (ja) | 1994-08-05 |
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