JP4221524B2 - Mass analyzer - Google Patents

Mass analyzer Download PDF

Info

Publication number
JP4221524B2
JP4221524B2 JP19260599A JP19260599A JP4221524B2 JP 4221524 B2 JP4221524 B2 JP 4221524B2 JP 19260599 A JP19260599 A JP 19260599A JP 19260599 A JP19260599 A JP 19260599A JP 4221524 B2 JP4221524 B2 JP 4221524B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnets
magnet
mass
magnetic
electric field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP19260599A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001023564A (en
Inventor
善郎 塩川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Anelva Corp
Original Assignee
Canon Anelva Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
Priority to JP19260599A priority Critical patent/JP4221524B2/en
Publication of JP2001023564A publication Critical patent/JP2001023564A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4221524B2 publication Critical patent/JP4221524B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にガス状分子の質量を測定する質量分析器に関し、特に、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気においても動作する質量分析器に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガス状分子の質量測定の原理は、被測定分子をイオン化させた後に、そのイオンを電磁気的に質量分離して、特定の質量/荷電値を持ったイオンのみをコレクタに到達させ、その電流を測定するものである。
【0003】
電磁気的な質量分離方法としては、高周波電界、磁界のみ、磁界と静電界を利用した方法が知られており、それぞれ代表的な質量分析器としてはマスフィルター型、セクター型、E×B型などがある。
【0004】
スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気で、質量分析器を動作させるためには、通常の質量分析器としての必要条件以外に、1)質量分離されるイオンの行程が短いこと(質量分析器の全体寸法が小さいこと)、2)ガス分子や電極などで散乱する迷イオンがコレクタに到達しないことが必要となる。
【0005】
1)の条件は、質量分離されるイオンが高圧、すなわち高密度となっている雰囲気ガスに衝突せずにコレクタに到達するために必要であり、この行程は概ねガスの平均自由行程の同程度が必要となっている。通常のスパッタリングプロセスでは1Pa程度のAr雰囲気とするため、質量分析器内でのイオンの行程は10mm程度に短くする必要がある。
【0006】
このような条件を満足する質量分析器として、全体寸法を超小型としたマスフィルター型質量分析器が現存している。しかし、マスフィルター型質量分析器の場合には、四重極ポールの精度が1ミクロン程度と厳しく、また印加する高周波の周波数も10MHz程度と高くなっているため、製作コストが非常に高くなっている。しかも、四重極ポールを通過させるイオンのエネルギーは10eV程度と低くなければならないため、散乱された迷イオンと正常に質量分離されたイオンを区別することが困難であり、十分な性能が達成されていない。
【0007】
E×B(イークロスビー)型、別名ウィーンフィルター型とも言われる質量分析器は、磁界と電界を直交させた空間(電磁界部)にイオンを通過させて特定の質量/電荷値を持ったイオンのみを直進させて質量分析を行う方式であり、構造が簡単で、精度・電気制御が厳しくないというメリットがある。
【0008】
しかし、E×B型質量分析器は、実用的には磁界発生に難点があり、質量分析器としてはあまり利用されていない。わずかにイオン打ち込み装置などで照射イオンの純化用に利用されている程度である。この場合、照射イオンと混入している不純物の質量は大きく異なっているので、質量分解能(幅)は、10質量単位(atom mass unit:;amu)程度もあれば十分である。また、通常10-4Pa以下の圧力の低い雰囲気で使用するため、質量分析器内でのイオンの行程は100mm程度とし、磁極ギャップは30mm程度としているものがほとんどである。
【0009】
セクター型質量分析器のように磁界のみを使用する質量分析器では、磁界発生空間、すなわち磁極ギャップをかなり狭くすることが出来るので、電磁石や磁石がそれほど大きなものとはならない。しかしながら、E×B型質量分析器では、磁界と静電界を直交させなければならないので磁極ギャップが大きくなり、電磁石や磁石が大きなものとなってしまう。
【0010】
E×B型質量分析器の電磁界部の従来例を、図7(a)、(b)に示す。図7(a)中、符号1はヨーク、符号2、3は磁石、符号51、52は電極を示している。図7(a)中、破線104で示されている部分を拡大して現したものが図7(b)であるが、磁石2、3と電極51、52とに囲まれた符号100で示される空間が電磁界部であり、符号101で示されている円の内側がイオンビームの通過する範囲である。また、図7(b)中、符号102で現されるように電気力線が、符号103で現されるように磁力線が生じている。電磁界部における磁石2、3間の距離が磁極ギャップに相当する。ここでは磁界発生に永久磁石を利用し、かつ磁極を用いずに、直接磁石が電磁界部に面している。質量分離されるイオンは紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来ており、その径が円101として表されている。電気力線102、磁力線103に示したように、磁界は図の上下方向に、電界は左右方向に形成されている。
【0011】
E×B型質量分析器の基本的な動作としては、イオンビームが通過する範囲すなわち図7(b)中、符号101で示されている円の内側において、磁界、電界の強度が一様で直交していなければならない。この条件が満足されていると、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来たイオンビームのうち、特定の質量/電荷量を持つイオンビームのみが直進し、他のイオンビームは左右方向に偏向する。磁界と電界の強度を変えると直進するイオンビームの質量/電荷量が変化する。そこで、イオンビームが直進する位置にアパーチャおよびコレクタ電極を設置すれば、質量分離が行えることになる。電界および磁界の強度が一様でないと、感度、分解能が劣化してしまう。
【0012】
図7(a)、(b)では、電界の一様性確保のために、電極の幅を大きくしている。この大きな幅の電極が存在するため、必然的に磁極ギャップは大きくなっている。この大きな磁極ギャップにおいても磁界の一様性を確保するため、磁石2、3の幅が大きくなっている。これらのために、磁石2、3、ヨーク1は大変大きなものとならざるをえない。
【0013】
このようなことから、通常の質量分析器としてもE×B型質量分析器が利用されることはほとんどなかった。ましてや、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気でも動作可能な質量分析器としては、E×B型質量分析器が利用されることは決してなかった。
【0014】
なお、従来のE×B型質量分析器に関しては、磁場の一様性向上のため、複数の電磁石を使用している特開平4−351840号、特開平7−161337号や、磁極に電圧を印加し、質量分離方向とは直角方向にイオンビームを偏向している特開平6−132007号が存在している。
【0015】
【発明により解決しようとする課題】
本発明の目的は、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気で動作させることが可能で、しかも十分な性能を有し、製作コストの低い質量分析器を実現することにある。
【0016】
高い圧力雰囲気で動作させるためには、前述したように質量分析器でのイオン行程が非常に短いことが要求される。これを達成するためには、E×B型質量分析器の磁極ギャップを非常に小さくすることが必要となる。これは以下の二つ理由による。
【0017】
第一の理由は、すべての質量分析器共通の問題である端面(フリンジング)効果である。すなわち、電磁界空間の端面付近では、電磁界が存在しない外側の空間の影響で電磁界強度が弱くなり、その部分では質量分離が行えない。つまり、有効に質量分離し得るイオン通過方向長さが短くなる。具体的には入口、出口のそれぞれの端面より内側では、電極ギャップ、磁極ギャップの半分程度の長さは、有効な質量分離がされないことが知られている。1Pa程度のスパッタリングプロセス用では質量分離部の長さは約10mmとしなければならない。そこで、有効に質量分離する長さを約7mm確保しようとすると、電極ギャップ、磁極ギャップを約3mmと非常に小さくしなければならない。
【0018】
第二の理由は、要求される強い磁界強度を達成するためである。約10mm(実効的には約7mm)の短い質量分離部で、しかも十分な分解能を持った質量分離を行うためには、強い磁界強度が必要となる。スパッタリングプロセスで特に問題となる水(18amu)をバックグランドとなるAr2+(40amu)と区別して測定するためには、5〜10kGauss(ガウス)の磁界強度が必要となる。極端に大きな電磁石や磁石を使わずにこのような強い磁界強度を達成するために、磁極ギャップは3〜5mm程度と非常に小さくする必要がある。
【0019】
しかしながら、E×B型質量分析器を従来の構造のまま、磁極ギャップ3mm程度に短くすると性能的に大きな問題が発生する。この状態を図8に示した。図8では、磁界の一様性は保たれているが、電界の一様は確保されていない。つまり、磁極ギャップが小さくなったため電極51、52の幅が小さくなり、しかも紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームが通過する範囲である符号101で示される円のすぐ近傍に磁石2、3の表面が存在してしまっている。この磁石2、3の表面は、磁石が導体の時には、ある一定の電圧に、また磁石が絶縁体の時には、時間、場所的にランダムな電位になって、いずれにしても、電極間の等電位面が電極面に対して平行になる一様電界ではなく、磁石の電位に強く影響されて歪んだ電界分布となってしまう。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、高圧力で動作可能な質量分析器としてE×B型質量分析器に注目した。すなわち、E×B型質量分析器は構造が簡単であること、およびイオンエネルギーが100〜1000eVと高く出来ることの理由から、本質的には高圧力用質量分析器に向いていると考えた。特に、イオンエネルギーが高いことは、バックグランドを形成してしまう迷イオンと正常に質量分離されたイオンを、別途簡単な静電型偏向器にて容易に分離することが出来るので、高圧力用としてとても大きなメリットとなる。そこで、電磁界の形成技術に関する発明を行い、E×B型質量分析器における磁界形成のための磁極あるいは磁石の表面を、電界を形成させる電極として機能させることにより、上記課題の解決を試みたものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
前記課題を解決するために、本発明者が提案する質量分析器は以下の通りである。
【0022】
すなわち、この発明は、
一対の磁石によって形成した磁界と
前記一対の磁石の間に位置する一対の電極への印加電圧及び前記一対の磁石の対向する側に配置された10 〜10 Ωのシート抵抗を有する一対の導体膜への電圧印加によって形成した電界と、
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器である。
また、
一対の磁石によって形成した磁界と、
前記一対の磁石の対向する側に配置されている、それぞれの両端に電圧印加端子を有するシート抵抗10 〜10 Ωの導体膜によって形成した電界と
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器である。
ここで前記導体膜は、炭化ケイ素膜であることを特徴とする。
本発明によれば、電磁界空間に面した磁石の表面を、電界を形成させる電極として機能させることにより、電磁界空間の電界補正、あるいは電界発生と電界補正の双方を行うことが可能になり、磁界形成のための対向する磁石を互いに接近させて磁極ギャップを小さくしても、電極間の等電位面が電極面に対して平行となる一様電界を形成することができる。
【0023】
前記において、電磁界空間に面した磁石の表面を、電界を形成させる電極として機能させるために、磁石の電磁界空間に面した表面に準導体膜を設ける構成を採用することができる。準導体膜、例えば、炭化ケイ素による薄膜であって、一様なシート抵抗値を持つ薄膜を磁石の電磁界空間に面した表面に設けることにより、当該表面の電位が電界方向に沿って一定の増加率もしくは減少率で変化できるようにし、電磁界空間の電界補正、あるいは電磁界空間の電界発生と電界補正の両方を行うものである。
【0026】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例で説明する実施形式に限られるものではなく、本明細書に記載した技術的思想の創作の範囲において種々に変更可能である。
【0027】
【実施例1】
図1は本発明の第一の実施例の概略の構成を現す図である。
【0028】
異極同志が向い合うように導電体の磁石2、3が配置されており、これらの間に、それぞれ+V、−Vの電圧が印加されている非磁性体製の電極51、52が配置されている。
【0029】
磁石2、3と電極51、52との間には、非磁性体製の絶縁膜53、54と非磁性体製の炭化ケイ素膜55、56とが、炭化ケイ素膜55、56が電極51、52と電気的に接するようにして、それぞ介装されている。
【0030】
図1中、磁石2、3及び電極51、52に囲まれ、符号100で示される空間が電磁界部となる。また、符号101で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【0031】
この実施例においても、従来例の図7(b)に符号102で示した方向の電気力線、符号103で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図1においては、省略している。また、従来例の図7(a)に符号1で示したヨークが存在することになるが、図1では省略している。
【0032】
電磁界部100における磁石2、3間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては、これを3mm程度としている。
【0033】
本発明においては、磁石2、3と電極51、52との間に介装されている炭化ケイ素膜55、56は、電極51、52と電気的に接しているので、電磁界空間100に面した磁石2、3の表面は、電磁界を形成する電極として機能することになる。
【0034】
更に、炭化ケイ素膜55、56は、105 〜109 Ω程度の一様なシート抵抗値を持つ膜で構成されており、これによって、電極51、52間で、磁石2、3の表面と絶縁膜53、54を介して接触している炭化ケイ素膜55、56の電位、すなわち電極51、52間で、電磁界空間に面した磁石2、3の表面の電位は、+Vと−Vの電圧が印加されている電極51、52の電極面からの距離で決定される値となり、電界方向(図示していない電気力線の方向)に沿って一定の増加率あるいは減少率で変化することになる。これによって電磁界部100における電位は電極51、52の電位+V、−Vを等分にした一様な電界強度、すなわち電極51、52間の等電位面が電極51、52の面に対して平行になる一様な電界が形成されるのである。
【0035】
一方、電極51、52、絶縁膜53、54、および炭化ケイ素膜55、56はすべて非磁性体で構成されており、これによって磁石2、3による磁界は、これらによって乱されることなく、一様な磁界強度となる。
【0036】
このようにして、本実施例では、磁極ギャップを3mm程度に小さくしたにもかかわらず、電磁界部100において、磁界と電解の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【0037】
なお、この実施例においては、絶縁膜53、54を用いたが、これは、この実施例で用いた磁石2、3が導電体であったので、このような構成としたものである。磁石2、3が絶縁体である場合には、絶縁膜53、54を、電極51、52に電気的に接している炭化ケイ素膜55、56と磁石2、3の表面との間に介装する必要はない。
【0038】
また、図1では図示していないヨーク1は、磁界の強度向上や外部への漏れ磁界の強度減少に効果があるが、必ずしも不可欠という訳ではない。
【0039】
【実施例2】
図2は本発明の第二の実施例の概略の構成を現す図である。
【0040】
異極同志が向い合うように導電体の磁石2、3が配置されており、これらの表面にそれぞれ非磁性体製の絶縁膜53、54を介して非磁性体製の炭化ケイ素膜55、56が設けられている。
【0041】
炭化ケイ素膜55の、図2中、右端、左端には端子57、58が電気的に接続されており、同じく、炭化ケイ素膜56の、図2中、右端、左端には端子59、60が電気的に接続されている。
【0042】
図2中、磁石2、3の表面にそれぞれ設けられている炭化ケイ素膜55、56で挟まれた空間が電磁界部100となる。また、符号101で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【0043】
この実施例においても、従来例の図7(b)に符号102で示した方向の電気力線、符号103で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図2においては、省略されている。また、従来例の図7(a)に符号1で示したヨークが存在することになるが、図2では省略されている。
【0044】
電磁界部100における磁石2、3間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては、4mm程度としている。
【0045】
図2図示のように、端子57、59には+V、端子58、60には−Vの電圧がそれぞれ印加されている。これによって、炭化ケイ素膜55、56、すなわち、電磁界空間に面した磁石2、3の表面は、電磁界を形成する電極として機能することになる。
【0046】
更に、炭化ケイ素膜55、56は、図1図示の実施例1と同じく、105 〜109 Ω程度の一様なシート抵抗値を持つ膜で構成されており、これによって、炭化ケイ素膜55、56の電位、すなわち電磁界空間に面した磁石2、3の表面の電位は、+Vの電圧が印加されている端子57、59と−Vの電圧が印加されている端子58、60からの距離で内分した値となり、電界方向(図示していない電気力線の方向)に沿って一定の増加率あるいは減少率で変化することになる。したがって、電磁界部100における電位は+V、−Vを磁石2、3の幅で等分にした一様な電界強度となる。
【0047】
更に、前記実施例1と同様に、絶縁膜53、54、炭化ケイ素膜55、56はいずれも非磁性体で構成されているので、磁石2、3による磁界が、絶縁膜53、54、炭化ケイ素膜55、56によって乱されることなく、一様な磁界強度となっている。
【0048】
このようにして、本実施例でも、磁極ギャップを4mm程度と小さくしたにもかかわらず、電磁界部100において、磁界と電解の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【0049】
この実施例2において絶縁膜53、54を用いた理由も前記実施例1の場合と同様であり、磁石2、3が絶縁体である場合には、絶縁膜53、54を、炭化ケイ素膜55、56と磁石2、3の表面との間に介装する必要はない。
【0050】
また、図2では図示していないヨーク1は、磁界の強度向上や外部への漏れ磁界の強度減少に効果があるが、必ずしも不可欠という訳ではない点も実施例1と同様である。
【0051】
図1図示の実施例1と比較すると、この実施例2の構成によれば、電極が不要であることから、偏向されたイオンビームが電極にあたって散乱しないという利点がある。
【0052】
(参考実施例1)
図3は本発明の参考となる実施例の概略の構成を現す図である。
【0053】
導電体の磁石4、5、6、7が、磁石4と磁石5とは電気的に絶縁され、同極同志が隣り合うように並設され、磁石6と磁石7も電気的に絶縁され、同極同志が隣り合うように並設され、なおかつ並設されている磁石4、5の組と並設されている磁石6、7の組とが、異極同志向い合うようにして配置されている。
【0054】
このようにして配置された磁石4、5と磁石6、7との間に、それぞれ+V、−Vの電圧が印加されている非磁性体製の電極51、52が配置されている。
【0055】
また、図3に示すように、磁石4と磁石6にはそれぞれ+V/2の電圧が、磁石5と磁石7には−V/2の電圧が印加されている。このように、磁石4、5、6、7に電圧を印加し、磁石4と磁石5との間で、また磁石6と磁石7との間でそれぞれ電界が形成されるように、磁石4と磁石5、磁石6と磁石7とはそれぞれ電気的に絶縁されて並設されている。この実施例においては、磁石4と磁石5との間、磁石6と磁石7との間にそれぞれ空隙を設けることにより電気的な絶縁を図っているが、この空隙の間隔は、これらの磁石の間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。また、空隙を設けずに、絶縁膜を磁石4と磁石5との間、磁石6と磁石7との間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【0056】
図3中、磁石4、5、6、7、及び電極51、52に囲まれ、符号100で示される空間が電磁界部となる。また、符号101で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【0057】
この実施例においても、従来例の図7(b)に符号102で示した方向の電気力線、符号103で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図3においては、省略している。また、従来例の図7(a)に符号1で示したヨークが存在することになるが、図3では省略している。
【0058】
電磁界部100における磁石4、5と磁石6、7との間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては5mm程度となっている。
【0059】
電磁界部100に面している磁石4、5、6、7の表面の電位は、図1、図2図示の実施例1、2の場合のように等分な電位とはなっていないが、前記のように+V/2、−V/2の電圧がそれぞれ印加されているので、+V、−Vの電圧が印加されている電極51、52の中間値の電位となっている。
【0060】
また、イオンビームが通過する範囲101との間の距離を離して電界、磁界の一様性向上に役立つように、電磁界部100方向に向かう磁石4、5、6、7の角が、図3図示の通り、それぞれ、カットされている。
【0061】
これらにより、電磁界部100では概ね一様な電界が形成されている。
【0062】
一方、電磁界部100における磁界について検討すると、磁石4、5は電気的には異なる電位になっているが、磁気的には中央にわずかの隙間を有するのみにして並設されており、電磁界部100方向に向かう角がカットされているだけなので、並設されている磁石4、5が、図1図示の実施例1における磁石2と概ね同じ動作をすることになる。対向して配置されている磁石6、7も同様であり、並設されている磁石6、7が、図1図示の実施例1における磁石3と概ね同じ動作をすることになる。
【0063】
また、電極51、52は、非磁性体で構成されているので、磁石4、5、6、7による磁界が、電極51、52によって乱されることなく、一様な磁界強度となる。
【0064】
したがって、この実施例においても、電磁界部100では概ね一様な磁界が形成されている。
【0065】
そこで、本実施例でも、磁極ギャップを5mm程度と小さくしたにもかかわらず、電磁界部100において、磁界と電界の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【0066】
図3図示の実施例を第1、第2の実施例(図1、図2)と比較すると、電磁界空間に面した磁石そのものの表面を、電界を形成させる電極として機能させるために、炭化ケイ素膜を用いる必要がないという利点がある。
【0067】
(参考実施例2)
図4は本発明の参考となる他の実施例の概略の構成を現す図である。
【0068】
導電体の磁石8、9、10、11が、磁石8と磁石9とは互いに電気的に絶縁されていると共に、同極同志が隣り合うように並設され、磁石10と磁石11も互いに電気的に絶縁されていると共に、同極同志が隣り合うようにして並設され、なおかつ並設されている磁石8、9の組と並設されている磁石10、11の組とが、異極同志向い合うようにして配置されている。
【0069】
このようにして配置された磁石8、9と磁石10、11との間に、それぞれ+V、−Vの電圧が印加されている非磁性体の電極61、62が、スペーサを兼ね介装されており、電極61と磁石8、10、電極62と磁石9、11とは、それぞれ電気的に接続されている。
【0070】
電磁界部100に面している磁石8、9、10、11の表面の電位は、図3図示の実施例3の場合と異なり、電極61、62の中間値の電位とはなっていないが、前記のように、電極61、62とそれぞれ電気的に接続されているので、電極61、62と同電位となっている。
【0071】
このように電極61、62と同電位となっている磁石8、10と磁石9、11との間でそれぞれ電界が形成されるように、磁石8と磁石9、磁石10と磁石11とはそれぞれ電気的に絶縁されて並設されている。この実施例においては、磁石8と磁石9との間、磁石10と磁石11との間にそれぞれ空隙を設けることにより電気的な絶縁を図っているが、この空隙の間隔は、これらの磁石の間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。また、空隙を設けずに、絶縁膜を磁石8と磁石9との間、磁石10と磁石11との間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【0072】
図4中、磁石8、9、10、11、及び電極61、62に囲まれ、符号100で示される空間が電磁界部となる。また、符号101で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【0073】
この実施例においても、従来例の図7(b)に符号102で示した方向の電気力線、符号103で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図4においては、省略している。また、従来例の図7(a)に符号1で示したヨークが存在することになるが、図4では省略している。
【0074】
電磁界部100における磁石8、9と磁石10、11との間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては5mm程度としている。
【0075】
また、実施例3と同じく、イオンビームが通過する範囲101との間の距離をより一層離すことにより、電界、磁界の一様性向上に役立つように、電磁界部100方向に向かう磁石8、9、10、11の角が、図4図示の通り、それぞれ、より一層深くカットされている。
【0076】
これらにより、この実施例においても、電磁界部100では概ね一様な電界が形成されている。
【0077】
一方、電磁界部100における磁界について検討すると、実施例3(図3)の場合と同様の理由で、この実施例においても、電磁界部100では概ね一様な磁界が形成されている。
【0078】
そこで、本実施例でも、磁極ギャップを5mmと小さくしたにもかかわらず、電磁界部100において、磁界と電解の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【0079】
この実施例4を実施例3と比較すると、部品が簡素になっていることが利点となっている。
【0080】
(参考実施例3)
図5は本発明の参考となる他の実施例の概略の構成を現す図である。
【0081】
ヨーク1の中央に、絶縁体の磁石取り付けリング16を介して導電体の磁石12、13、14、15がそれぞれ電気的に絶縁されて取り付けられている。
【0082】
磁石12、13、14、15に囲まれた空間が電磁界部100を構成することになり、符号101で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲となる。また、図5中、電気力線は符号102で現されるように、磁力線は符号103で現されるように発生することになる。
【0083】
この実施例では、図5図示のように、磁石12と13とは、直角方向となって同極同志が隣り合うように配置されている。同様に、磁石14と15も、直角方向となって同極同志が隣り合うように配置されている。そして、磁石12と磁石14、磁石13と磁石15とは、異極同志が向い合うように配置されている。
【0084】
4ヶの磁石は同形状であり、中心に対して4回回転対称の配置となっている。
このような磁石12、13、14、15の配置構成は、強焦点レンズとして知られている四極子レンズに類似しているが、磁極の向きが異なる。
【0085】
前記のような磁石の配置によって、符号103で現される磁力線は、磁石12、13、14、15に囲まれた空間のイオンビームの通過する範囲101において、図5中、下から上方向へ向かうようになり、この空間に概ね一様な磁界が形成されることになる。
【0086】
磁石12、13、14、15にはそれぞれ下に示されたV1、V2、V3、V4の電圧が印加されており、E×Bとしての質量分離だけでなく、静電式偏向器としてイオンビームのX軸・Y軸方向の偏向、および静電式非点補正器としてイオンビームの一次非点補正が行えるようになっている。
【0087】
磁石12:V1=+Vm+Vy−Vs
磁石13:V2=−Vm−Vx+Vs
磁石14:V3=−Vm−Vy−Vs
磁石15:V4=+Vm+Vx+Vs
ここに、Vm:質量分離用電圧、Vx:X軸方向偏向用電圧、Vy:Y軸方向偏向用電圧、Vs:非点補正用電圧である。
【0088】
質量分離用電圧である+Vm、−Vmに注目すると、図5中、右側の磁石12、15が+Vm、左側の磁石13、14が−Vmの電位となっている。
【0089】
磁石12と磁石15、および磁石13と磁石14は、図5中、水平方向に関して線対称となっているため、中心部付近では電気力線は水平方向となる。したがって、+Vm、−Vmにより中央部付近では水平方向の概ね一様な電界が形成されることになる。
【0090】
そこで、前述したように磁石12乃至磁石15の中心部付近における、図5中、下から上方向へ向かう概ね一様な磁界と、この中央部付近における水平方向の概ね一様な電界の存在によって、E×Bとして質量分離が行われる。
【0091】
なお、前記のように、四個の磁石12乃至15にそれぞれ異なる電圧を印加し、電界を形成するために、前述したように、磁石12、13、14、15はそれぞれ電気的に絶縁されている必要がある。
【0092】
この実施例においては、磁石12乃至15のそれぞれの間に空隙を配置することによって相互の電気的な絶縁を図っている。この空隙の間隔は、磁石12乃至15のそれぞれの間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。なお、空隙を配置する構成とせずに、絶縁膜を磁石12乃至15のそれぞれの間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【0093】
X軸方向偏向用電圧である+Vx、−Vxに注目すると、右下の磁石15が+Vx、左上の磁石13が−Vxの電位となっている。したがって、+Vx、−VxによりイオンビームのX軸方向偏向が行われる。同様に、+Vy、−VyによりイオンビームのY軸方向偏向が行われる。
【0094】
非点補正用電圧である+Vs、−Vsに注目すると、それぞれ対向する磁石の電位が等電位となり、しかも直角方向の磁石の電位が正負逆になる。したがって+Vs、−Vsによりイオンビームの形状を一次元方向に調整させる一次非点補正が行われる。
【0095】
この実施例5を実施例(図4)と比較すると、部品がより簡素になっていることがメリットとなっている。
【0096】
(参考実施例4)
図6は本発明の参考となる他の実施例の概略の構成を現す図である。
【0097】
ヨーク1の中央に、絶縁体の磁石取り付けリング16を介して導電体の磁石17、18、19、20、21、22、23、24がそれぞれ電気的に絶縁されて取り付けられている。
【0098】
磁石17乃至24に囲まれた空間が電磁界部100を構成することになり、符号101で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲となる。
【0099】
図6図示のように、磁石17、18、19、20は、45度の角度を持って同極同志が隣り合うように配置され、磁石21、22、23、24も、45度の角度を持って同極同志が隣り合うように配置されている。そして、磁石17と磁石21、磁石18と磁石22、磁石19と磁石23、磁石20と磁石24とは、互いに、異極同志が向い合う形で配置されている。8ヶの磁石は同形状であり、中心に対して8回回転対称の配置となっている。
【0100】
前記のような磁石の配置によって、磁石17乃至24に囲まれた空間のイオンビームの通過する範囲101において、図6中、下から上方向へ向かう概ね一様な磁界が形成されることになる。
【0101】
磁石17乃至24には、それぞれ下に示されたV1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8の電圧が印加されており、E×B装置としての質量分離だけでなく、静電式偏向器としてイオンビームのX・Y軸方向の偏向、および非点補正器としてイオンビームの二次非点補正、立体収束質量分析器としてのイオンビームのX軸方向の収束が行える。
【0102】
磁石17:V1=+Vm +Vdx+a・Vdy +Vsx +Vf
磁石18:V2=+Vm +a・Vdx+Vdy +Vsy
磁石19:V3=−Vm −a・Vdx+Vdy −Vsx −Vf
磁石20:V4=−Vm −Vdx+a・Vdy −Vsy −Vf
磁石21:V5=−Vm −Vdx−a・Vdy +Vsx −Vf
磁石22:V6=−Vm −a・Vdx−Vdy +Vsy −Vf
磁石23:V7=+Vm +a・Vdx−Vdy −Vsx
磁石24:V8=+Vm +Vdx−a・Vdy −Vsy +Vf
ここに、Vm:質量分離用電圧、Vdx:X軸方向偏向用電圧、Vdy:Y軸方向偏向用電圧、Vsx:X軸方向非点補正用電圧、Vsy:Y軸方向非点補正用電圧、Vf:X軸方向収束用電圧、a:任意の係数である。
【0103】
+Vm、−Vmに注目すると、図6中、右側の磁石17、18、23、24が+Vm、左側の磁石19、20、21、22が−Vmの電位となっている。磁石17、18と磁石23、24、および磁石19、20と磁石21、22とは、図6中、水平方向に関して線対称となっているため、中心部付近では電気力線は水平方向となる。したがって、+Vm、−Vmにより中心部付近では水平方向の概ね一様な電界が形成されることになる。
【0104】
そこで、前述したように磁石17乃至磁石24の中心部付近における、図6中、下から上方向へ向かう概ね一様な磁界と、この中央部付近における水平方向の概ね一様な電界の存在によって、E×Bとして質量分離が行われる。
【0105】
なお、前記のように、八個の磁石17乃至24にそれぞれ異なる電圧を印加し、電界を形成するために、前述したように、磁石17乃至24はそれぞれ電気的に絶縁されている必要がある。
【0106】
この実施例においては、磁石17乃至24のそれぞれの間に空隙を配置することによって相互の電気的な絶縁を図っている。この空隙の間隔は、磁石17乃至24のそれぞれの間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。なお、空隙を配置する構成とせずに、絶縁膜を磁石17乃至24のそれぞれの間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【0107】
+Vdx、−Vdx、+Vdy、−Vdyについては詳細な説明は省略するが、この動作原理は大偏向角用8極静電式非点補正器としてよく知られたものである。結論的には、大きな偏向収差を発生させずに+Vdx、−VdxによりX軸方向偏向が、+Vdy、−VdyによりY軸方向偏向が行われる。
【0108】
+Vsx、−Vsx、+Vsy、−Vsyについても詳細な説明は省略するが、この動作原理は8極静電式非点補正器としてよく知られたものである。結論的には、+Vsx、−Vsx、+Vsy、−Vsyよりイオンビームの形状を二次元方向に調整させる二次非点補正が行われる。
【0109】
一様な電磁界空間を持ったE×B型質量分析器は、磁界方向に関してイオンビームの収束作用はあるが、電界方向に関しては収束作用は無いことが知られている。そこで、電界方向にも収束作用を持たせるために、湾曲した電極を使用して電極界空間の電界をわずかに湾曲させる方法が知られている。従来例の図7で説明すれば、電極51、52を平板ではなく、弓形に湾曲したものとすることになる。この方法によりイオンビームが2次元方向に収束する、いわゆる立体収束が達成される。
【0110】
本実施例では電極としても機能する導電体の磁石17乃至24は、同形状であるにもかかわらず、この作用を実現することが出来る。すなわち、+Vfは最も右側の2ヶの磁石に、−Vfは左側の4ヶの磁石に印加することにより、電磁界空間の電界を右向きにわずかに湾曲することになる。これにより、本実施例ではイオンビームの立体収束が達成される。
【0111】
以上、添付図面を用いて説明した本発明は、前述した従来のE×B型質量分析器に関する特許出願に開示されている技術的な考え方とは、本質的に全く異なるものである。
【0112】
すなわち、特開平4−351840号、特開平7−161337号においては複数の磁極が使用されているが、追加された磁極は電極の裏側に設置されており、本発明のように磁極自体が電界の発生や補正を行っているのではない。
【0113】
また、特開平6−132007号では磁極自体に電圧が印加されているが、これによる電界はイオンビームを偏向させるためにしか機能しておらず、本発明のように、磁極に印加された電圧によって、磁界に直交して質量分離させるための電界を発生させているのではない。
【0116】
前記の実施例1、2ではシート抵抗が一様な炭化ケイ素膜55、56を磁石2、3の表面に形成したが、本発明はこのような実施形態に限られるものではない。例えば、複数の細長い導体膜をそれぞれ絶縁された状態で電界方向に沿って並べて形成して、それぞれの導体膜に別の炭化ケイ素膜や抵抗体を使って分割した電位を印加することも出来る。あるいは、シート抵抗値の小さな準導体膜を一筆書きで電界の方向に沿って折り重なるように形成することも出来る。その他、どのような構成であっても、電磁界空間に面した磁石の表面に形成した薄膜により当該磁石の表面の電位が電界方向に沿って単調的に変化するようになればよい。
【0120】
以上の説明では、本発明のE×B装置を高い圧力雰囲気においても動作する質量分析器として説明したが、本発明のE×B装置は、このような高い圧力雰囲気においてのみ使用されるものではない。通常の圧力雰囲気で動作する質量分析器やイオンビームの純化用などとしても使用できる。
【0121】
さらに、本発明のE×B装置の用途は、質量分析器のみに限られるものではない。つまり前述した実施例においては、本発明のE×B装置を、同じエネルギーを持つイオンの質量分離を目的として使用する場合についてのみ説明したが、これに限られるものではない。同じ質量を持つイオンや電子のエネルギー分離にも使用出来る。
【0122】
【発明の効果】
この発明によれば、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気で動作させることが可能であり、しかも十分な性能を有し、製作コストの低い質量分析器を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の質量分析器の第一の好ましい実施例の概略構成図。
【図2】 この発明の質量分析器の第二の好ましい実施例の概略構成図。
【図3】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図4】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図5】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図6】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図7】 (a)は従来のE×B装置の概略構成図、(b)は図7(a)図示のE×B装置の一部を拡大して現した図。
【図8】 従来のE×B装置において磁極ギャップを小さくした場合を説明する概略構成図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass analyzer that mainly measures the mass of gaseous molecules, and more particularly to a mass analyzer that operates even in a high-pressure atmosphere during a process such as sputtering.
[0002]
[Prior art]
The principle of mass measurement of gaseous molecules is that after ionizing a molecule to be measured, the ions are subjected to electromagnetic mass separation so that only ions having a specific mass / charge value reach the collector, and the current is Measure.
[0003]
As an electromagnetic mass separation method, a method using only a high-frequency electric field, a magnetic field, and a magnetic field and an electrostatic field is known, and representative mass analyzers include a mass filter type, a sector type, an E × B type, and the like. There is.
[0004]
In order to operate a mass analyzer in a high pressure atmosphere during a process such as sputtering, in addition to the requirements for a normal mass analyzer, 1) a short process of ions to be mass separated (mass analyzer) 2) It is necessary that stray ions scattered by gas molecules or electrodes do not reach the collector.
[0005]
The condition of 1) is necessary for ions to be mass separated to reach the collector without colliding with high-pressure, that is, high-density atmosphere gas, and this stroke is approximately the same as the mean free stroke of the gas. Is required. In an ordinary sputtering process, an Ar atmosphere of about 1 Pa is used, so that the ion stroke in the mass analyzer needs to be shortened to about 10 mm.
[0006]
As a mass analyzer that satisfies such conditions, there is a mass filter type mass analyzer that has an ultra-small overall size. However, in the case of a mass filter type mass spectrometer, the accuracy of the quadrupole pole is as severe as about 1 micron, and the frequency of the applied high frequency is as high as about 10 MHz, which makes the production cost very high. Yes. Moreover, since the energy of ions passing through the quadrupole pole must be as low as about 10 eV, it is difficult to distinguish between scattered stray ions and normally mass-separated ions, and sufficient performance is achieved. Not.
[0007]
The mass analyzer, also known as the E × B (Ecrosby) type, also known as the Wien filter type, allows ions to pass through a space (electromagnetic field) where the magnetic field and the electric field are orthogonal to each other and has a specific mass / charge value. This is a method for performing mass spectrometry by moving only straight, and has the advantages that the structure is simple and the precision and electrical control are not strict.
[0008]
However, the E × B type mass analyzer has a difficulty in generating a magnetic field in practical use, and is not widely used as a mass analyzer. Slightly used to purify irradiated ions with ion implantation equipment. In this case, since the mass of the impurity mixed with the irradiation ions is greatly different, it is sufficient that the mass resolution (width) is about 10 mass units (amu). Usually 10-FourSince it is used in an atmosphere having a low pressure of Pa or less, the ion stroke in the mass analyzer is about 100 mm and the magnetic pole gap is about 30 mm in most cases.
[0009]
In a mass analyzer that uses only a magnetic field, such as a sector-type mass analyzer, the magnetic field generation space, that is, the magnetic pole gap, can be considerably narrowed, so that the electromagnet and magnet are not so large. However, in the E × B mass spectrometer, the magnetic field and the electrostatic field must be orthogonalized, so that the magnetic pole gap becomes large and the electromagnet and magnet become large.
[0010]
7A and 7B show conventional examples of the electromagnetic field portion of the E × B mass spectrometer. In FIG. 7A, reference numeral 1 denotes a yoke, reference numerals 2 and 3 denote magnets, and reference numerals 51 and 52 denote electrodes. In FIG. 7 (a), an enlarged view of the portion indicated by the broken line 104 is shown in FIG. 7 (b), which is indicated by reference numeral 100 surrounded by the magnets 2, 3 and the electrodes 51, 52. The space to be generated is an electromagnetic field portion, and the inside of a circle indicated by reference numeral 101 is a range through which the ion beam passes. Further, in FIG. 7B, electric lines of force are generated as indicated by reference numeral 102, and magnetic lines of force are generated as indicated by reference numeral 103. The distance between the magnets 2 and 3 in the electromagnetic field portion corresponds to the magnetic pole gap. Here, a permanent magnet is used for generating a magnetic field, and the magnet directly faces the electromagnetic field portion without using the magnetic pole. The ions that are mass-separated progress from the back side to the front side of the paper perpendicular to the paper surface, and the diameter thereof is represented as a circle 101. As indicated by the electric field lines 102 and the magnetic field lines 103, the magnetic field is formed in the vertical direction and the electric field is formed in the horizontal direction.
[0011]
The basic operation of the E × B type mass analyzer is that the intensity of the magnetic field and electric field is uniform within the range through which the ion beam passes, that is, inside the circle denoted by reference numeral 101 in FIG. Must be orthogonal. If this condition is satisfied, only the ion beam having a specific mass / charge amount travels straight from the back side of the paper surface toward the front side perpendicular to the paper surface. The beam is deflected in the left-right direction. Changing the intensity of the magnetic field and electric field changes the mass / charge amount of the ion beam that travels straight. Therefore, if an aperture and a collector electrode are installed at a position where the ion beam goes straight, mass separation can be performed. If the strength of the electric field and magnetic field is not uniform, the sensitivity and resolution are deteriorated.
[0012]
7A and 7B, the width of the electrode is increased in order to ensure the uniformity of the electric field. Due to the presence of this large width electrode, the magnetic pole gap is necessarily increased. Even in this large magnetic pole gap, the widths of the magnets 2 and 3 are increased in order to ensure the uniformity of the magnetic field. For these reasons, the magnets 2 and 3 and the yoke 1 must be very large.
[0013]
For this reason, an E × B type mass analyzer is rarely used as a normal mass analyzer. Moreover, an E × B type mass analyzer has never been used as a mass analyzer that can operate in a high pressure atmosphere during a process such as sputtering.
[0014]
As for conventional E × B type mass analyzers, in order to improve the uniformity of the magnetic field, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-351840 and 7-161337 using a plurality of electromagnets and a voltage applied to the magnetic poles are used. Japanese Patent Laid-Open No. 6-132007 exists in which an ion beam is deflected in a direction perpendicular to the mass separation direction.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to realize a mass spectrometer that can be operated in a high pressure atmosphere during a process such as sputtering, has sufficient performance, and is low in manufacturing cost.
[0016]
In order to operate in a high pressure atmosphere, it is required that the ion process in the mass analyzer is very short as described above. In order to achieve this, it is necessary to make the magnetic pole gap of the E × B mass analyzer very small. This is due to the following two reasons.
[0017]
The first reason is the end face (fringe) effect, which is a problem common to all mass analyzers. That is, in the vicinity of the end face of the electromagnetic field space, the electromagnetic field strength becomes weak due to the influence of the outer space where no electromagnetic field exists, and mass separation cannot be performed in that part. That is, the ion passing direction length that can effectively perform mass separation is shortened. Specifically, it is known that effective mass separation is not performed for the length of about half of the electrode gap and the magnetic pole gap inside the respective end faces of the inlet and outlet. For a sputtering process of about 1 Pa, the length of the mass separator must be about 10 mm. Therefore, in order to secure a length for effective mass separation of about 7 mm, the electrode gap and the magnetic pole gap must be very small, about 3 mm.
[0018]
The second reason is to achieve the required strong magnetic field strength. In order to perform mass separation with a short mass separation portion of about 10 mm (effectively about 7 mm) and sufficient resolution, a strong magnetic field strength is required. Water (18 amu), which is a particular problem in the sputtering process, becomes the background Ar2+In order to perform measurement separately from (40 amu), a magnetic field strength of 5 to 10 kGauss is required. In order to achieve such a strong magnetic field strength without using an extremely large electromagnet or magnet, the magnetic pole gap needs to be very small, about 3 to 5 mm.
[0019]
However, if the E × B type mass analyzer is kept in the conventional structure and is shortened to about 3 mm in the magnetic pole gap, a large performance problem occurs. This state is shown in FIG. In FIG. 8, the uniformity of the magnetic field is maintained, but the uniformity of the electric field is not ensured. In other words, since the magnetic pole gap is reduced, the widths of the electrodes 51 and 52 are reduced, and a circle indicated by reference numeral 101 is a range through which an ion beam traveling from the back side to the front side of the paper passes perpendicularly to the paper. The surfaces of the magnets 2 and 3 exist in the immediate vicinity. When the magnet is a conductor, the surface of the magnets 2 and 3 becomes a certain voltage, and when the magnet is an insulator, the surface becomes a random potential in terms of time and place. It is not a uniform electric field in which the potential surface is parallel to the electrode surface, but a distorted electric field distribution that is strongly influenced by the potential of the magnet.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The inventor paid attention to an E × B type mass analyzer as a mass analyzer operable at a high pressure. That is, it was considered that the E × B type mass analyzer is essentially suitable for a high-pressure mass analyzer because of its simple structure and high ion energy of 100 to 1000 eV. In particular, high ion energy means that stray ions that form a background and ions that have been mass-separated normally can be easily separated with a separate electrostatic type deflector. As a great advantage. Therefore, the inventors have invented an electromagnetic field forming technique and attempted to solve the above-mentioned problems by causing the magnetic poles or the surface of the magnet for forming the magnetic field in the E × B mass spectrometer to function as electrodes for forming an electric field. Is.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  In order to solve the above problems, the present inventor proposesMass analyzerIs as follows.
[0022]
  That is,This invention
  A magnetic field formed by a pair of magnets
  The voltage applied to the pair of electrodes located between the pair of magnets and 10 arranged on the opposite side of the pair of magnets 5 -10 9 An electric field formed by applying a voltage to a pair of conductor films having a sheet resistance of Ω,
  In the electromagnetic field space formed by
  Pass the measured molecular ion in the ionized sputtering process and analyze the mass of the measured molecular ion
  It is characterized byMass spectrometer.
  Also,
  A magnetic field formed by a pair of magnets;
  The sheet resistor 10 having voltage application terminals at both ends, which are disposed on opposite sides of the pair of magnets. 5 -10 9 Electric field formed by Ω conductor film and
  In the electromagnetic field space formed by
  Pass the measured molecular ion in the ionized sputtering process and analyze the mass of the measured molecular ion
  It is characterized byMass spectrometer.
Here, the conductor film is a silicon carbide film.
According to the present invention,Facing the electromagnetic spaceMagneticBy making the surface of the stone function as an electrode for forming an electric field, it is possible to correct the electric field in the electromagnetic field, or to generate and correct the electric field.MagneticEven if stones are brought close to each other to reduce the magnetic pole gap, a uniform electric field can be formed in which the equipotential surface between the electrodes is parallel to the electrode surface.
[0023]
  In the above, facing the electromagnetic field spaceMagneticTo make the surface of the stone function as an electrode that forms an electric field, MagnetismA configuration in which a quasi-conductor film is provided on the surface of the stone facing the electromagnetic field space can be employed. Semi-conductor film, for example, a thin film made of silicon carbide having a uniform sheet resistance valueThe magnetBy providing it on the surface of the stone facing the electromagnetic field space, the electric potential of the surface can be changed at a constant rate of increase or decrease along the electric field direction, and the electric field correction of the electromagnetic field space or the electric field of the electromagnetic field space Both generation and electric field correction are performed.
[0026]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the embodiments described in the following embodiments, and the creation of the technical idea described in the present specification. Various changes can be made within the range.
[0027]
[Example 1]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.
[0028]
Conductor magnets 2 and 3 are arranged so that the opposite poles face each other, and non-magnetic electrodes 51 and 52 to which + V and −V voltages are respectively applied are arranged. ing.
[0029]
Between the magnets 2 and 3 and the electrodes 51 and 52, non-magnetic insulating films 53 and 54 and non-magnetic silicon carbide films 55 and 56, and silicon carbide films 55 and 56 are electrode 51, 52 are provided so as to be in electrical contact with each other.
[0030]
In FIG. 1, a space surrounded by magnets 2 and 3 and electrodes 51 and 52 and denoted by reference numeral 100 is an electromagnetic field portion. Further, the inside of a circle represented by reference numeral 101 is a range through which an ion beam traveling from the back surface side to the front surface side of the paper surface passes perpendicularly to the paper surface.
[0031]
Also in this embodiment, electric lines of force in the direction indicated by reference numeral 102 and magnetic lines of force in the direction indicated by reference numeral 103 are generated in FIG. 7B of the conventional example, but these are omitted in FIG. is doing. Moreover, although the yoke shown with the code | symbol 1 exists in Fig.7 (a) of a prior art example, it is abbreviate | omitting in FIG.
[0032]
The distance between the magnets 2 and 3 in the electromagnetic field portion 100 corresponds to the magnetic pole gap, and in this embodiment, this is about 3 mm.
[0033]
In the present invention, since the silicon carbide films 55 and 56 interposed between the magnets 2 and 3 and the electrodes 51 and 52 are in electrical contact with the electrodes 51 and 52, they face the electromagnetic field space 100. The surfaces of the magnets 2 and 3 function as electrodes for forming an electromagnetic field.
[0034]
Further, the silicon carbide films 55 and 56 are 10Five-109A silicon carbide film that is composed of a film having a uniform sheet resistance value of about Ω and is in contact with the surfaces of the magnets 2 and 3 via the insulating films 53 and 54 between the electrodes 51 and 52. The electric potential of 55 and 56, that is, the electric potential of the surface of the magnets 2 and 3 facing the electromagnetic field space between the electrodes 51 and 52 is from the electrode surfaces of the electrodes 51 and 52 to which voltages of + V and −V are applied. It becomes a value determined by the distance, and changes at a constant increase rate or decrease rate along the electric field direction (direction of electric lines of force not shown). As a result, the electric potential in the electromagnetic field portion 100 is uniform electric field strength obtained by equally dividing the potentials + V and −V of the electrodes 51 and 52, that is, the equipotential surface between the electrodes 51 and 52 is in relation to the surfaces of the electrodes 51 and 52. A parallel electric field is formed.
[0035]
On the other hand, the electrodes 51, 52, the insulating films 53, 54, and the silicon carbide films 55, 56 are all made of a non-magnetic material. Various magnetic field strengths are obtained.
[0036]
In this way, in this embodiment, an ideal electromagnetic field portion in which the strength of the magnetic field and the electrolysis is uniform and orthogonal is formed in the electromagnetic field portion 100 even though the magnetic pole gap is reduced to about 3 mm. Has been.
[0037]
In this embodiment, the insulating films 53 and 54 are used. This is because the magnets 2 and 3 used in this embodiment are conductors. When the magnets 2 and 3 are insulators, the insulating films 53 and 54 are interposed between the silicon carbide films 55 and 56 that are in electrical contact with the electrodes 51 and 52 and the surfaces of the magnets 2 and 3. do not have to.
[0038]
Further, the yoke 1 not shown in FIG. 1 is effective in improving the strength of the magnetic field and decreasing the strength of the leakage magnetic field to the outside, but is not necessarily indispensable.
[0039]
[Example 2]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the present invention.
[0040]
Conductor magnets 2 and 3 are arranged so that the opposite poles face each other, and non-magnetic silicon carbide films 55 and 56 are disposed on these surfaces via non-magnetic insulating films 53 and 54, respectively. Is provided.
[0041]
The terminals 57 and 58 are electrically connected to the right end and the left end of the silicon carbide film 55 in FIG. 2, and similarly, the terminals 59 and 60 are connected to the right end and the left end of the silicon carbide film 56 in FIG. Electrically connected.
[0042]
In FIG. 2, the space between the silicon carbide films 55 and 56 provided on the surfaces of the magnets 2 and 3 is the electromagnetic field portion 100. Further, the inside of a circle represented by reference numeral 101 is a range through which an ion beam traveling from the back surface side to the front surface side of the paper surface passes perpendicularly to the paper surface.
[0043]
Also in this embodiment, electric lines of force in the direction indicated by reference numeral 102 and magnetic lines of force in the direction indicated by reference numeral 103 are generated in FIG. 7B of the conventional example, but these are omitted in FIG. Has been. Moreover, although the yoke shown with the code | symbol 1 exists in Fig.7 (a) of a prior art example, it is abbreviate | omitted in FIG.
[0044]
The distance between the magnets 2 and 3 in the electromagnetic field portion 100 corresponds to a magnetic pole gap, and in this embodiment, it is about 4 mm.
[0045]
As shown in FIG. 2, a voltage of + V is applied to the terminals 57 and 59, and a voltage of −V is applied to the terminals 58 and 60, respectively. Thus, the silicon carbide films 55 and 56, that is, the surfaces of the magnets 2 and 3 facing the electromagnetic field space function as electrodes that form an electromagnetic field.
[0046]
Further, the silicon carbide films 55 and 56 are formed in the same manner as in the first embodiment shown in FIG.Five-109It is composed of a film having a uniform sheet resistance value of about Ω, so that the potential of the silicon carbide films 55 and 56, that is, the potential of the surfaces of the magnets 2 and 3 facing the electromagnetic field space is + V. Is a value internally divided by the distance from the terminals 57 and 59 to which a voltage of −V is applied and the terminals 58 and 60 to which a voltage of −V is applied, and is constant along the electric field direction (direction of electric field lines not shown). It will change at an increasing rate or decreasing rate. Therefore, the electric potential in the electromagnetic field portion 100 has a uniform electric field strength obtained by equally dividing + V and −V by the widths of the magnets 2 and 3.
[0047]
Further, as in the first embodiment, since the insulating films 53 and 54 and the silicon carbide films 55 and 56 are all made of a non-magnetic material, the magnetic field generated by the magnets 2 and 3 is changed into the insulating films 53 and 54 and the carbonized films. The magnetic field is uniform without being disturbed by the silicon films 55 and 56.
[0048]
In this way, even in this embodiment, an ideal electromagnetic field portion in which the strength of the magnetic field and the electrolysis is uniform and orthogonal is formed in the electromagnetic field portion 100 even though the magnetic pole gap is reduced to about 4 mm. Has been.
[0049]
The reason why the insulating films 53 and 54 are used in the second embodiment is the same as that in the first embodiment. When the magnets 2 and 3 are insulators, the insulating films 53 and 54 are replaced with the silicon carbide film 55. 56 and the surfaces of the magnets 2 and 3 do not need to be interposed.
[0050]
The yoke 1 (not shown in FIG. 2) is effective in improving the strength of the magnetic field and reducing the strength of the leakage magnetic field to the outside, but is similar to the first embodiment in that it is not always essential.
[0051]
Compared with the first embodiment shown in FIG. 1, the configuration of the second embodiment has an advantage that the deflected ion beam does not scatter on the electrode because the electrode is unnecessary.
[0052]
(Reference Example 1)
  FIG. 3 illustrates the present invention.Be helpfulIt is a figure showing the outline composition of an example.
[0053]
The conductor magnets 4, 5, 6, and 7 are electrically insulated from each other, and the magnets 6 and 7 are also electrically insulated. The same polarity comrades are arranged side by side, and the set of magnets 4 and 5 arranged side by side and the set of magnets 6 and 7 arranged side by side are arranged so as to face each other. Yes.
[0054]
Between the magnets 4 and 5 and the magnets 6 and 7 arranged in this way, non-magnetic electrodes 51 and 52 to which voltages of + V and −V are applied, respectively, are arranged.
[0055]
Further, as shown in FIG. 3, a voltage of + V / 2 is applied to the magnet 4 and the magnet 6, and a voltage of −V / 2 is applied to the magnet 5 and the magnet 7. In this way, the magnets 4, 5, 6, 7 are applied with a voltage so that an electric field is formed between the magnets 4 and 5 and between the magnets 6 and 7. The magnet 5, the magnet 6 and the magnet 7 are electrically insulated and juxtaposed. In this embodiment, electrical insulation is achieved by providing a gap between the magnet 4 and the magnet 5, and between the magnet 6 and the magnet 7, respectively. It is sufficient that the electric field can be maintained without generating a discharge between them. Further, without providing a gap, an insulating film can be interposed between the magnet 4 and the magnet 5 and between the magnet 6 and the magnet 7 for electrical insulation.
[0056]
In FIG. 3, a space surrounded by magnets 4, 5, 6, 7 and electrodes 51, 52 and indicated by reference numeral 100 is an electromagnetic field portion. Further, the inside of a circle represented by reference numeral 101 is a range through which an ion beam traveling from the back surface side to the front surface side of the paper surface passes perpendicularly to the paper surface.
[0057]
Also in this embodiment, electric lines of force in the direction indicated by reference numeral 102 and magnetic lines of force in the direction indicated by reference numeral 103 are generated in FIG. 7B of the conventional example, but these are omitted in FIG. is doing. Moreover, although the yoke shown with the code | symbol 1 exists in Fig.7 (a) of a prior art example, it abbreviate | omits in FIG.
[0058]
The distance between the magnets 4 and 5 and the magnets 6 and 7 in the electromagnetic field portion 100 corresponds to the magnetic pole gap, and is about 5 mm in this embodiment.
[0059]
Although the surface potential of the magnets 4, 5, 6, and 7 facing the electromagnetic field portion 100 is not equal to the potential as in the first and second embodiments shown in FIGS. Since the voltages of + V / 2 and −V / 2 are applied as described above, the potentials are intermediate values of the electrodes 51 and 52 to which the voltages of + V and −V are applied.
[0060]
In addition, the corners of the magnets 4, 5, 6, and 7 directed toward the electromagnetic field portion 100 are illustrated so that the distance from the range 101 through which the ion beam passes is increased to help improve the uniformity of the electric field and magnetic field. 3 As shown, each is cut.
[0061]
As a result, a substantially uniform electric field is formed in the electromagnetic field portion 100.
[0062]
On the other hand, considering the magnetic field in the electromagnetic field unit 100, the magnets 4 and 5 are electrically at different potentials, but magnetically, the magnets 4 and 5 are arranged in parallel with only a slight gap at the center. Since the angle toward the direction of the field part 100 is only cut, the magnets 4 and 5 arranged side by side perform substantially the same operation as the magnet 2 in the first embodiment shown in FIG. The same applies to the magnets 6 and 7 arranged opposite to each other, and the magnets 6 and 7 arranged in parallel perform substantially the same operation as the magnet 3 in the first embodiment shown in FIG.
[0063]
In addition, since the electrodes 51 and 52 are made of a non-magnetic material, the magnetic fields generated by the magnets 4, 5, 6, and 7 are not disturbed by the electrodes 51 and 52 and have a uniform magnetic field strength.
[0064]
Therefore, also in this embodiment, a substantially uniform magnetic field is formed in the electromagnetic field portion 100.
[0065]
Therefore, in this embodiment, an ideal electromagnetic field portion in which the strength of the magnetic field and the electric field is uniform and orthogonal is formed in the electromagnetic field portion 100 even though the magnetic pole gap is reduced to about 5 mm. .
[0066]
3 is compared with the first and second embodiments (FIGS. 1 and 2), carbonization is performed so that the surface of the magnet itself facing the electromagnetic field space functions as an electrode for forming an electric field. There is an advantage that it is not necessary to use a silicon film.
[0067]
(Reference Example 2)
  FIG. 4 illustrates the present invention.Other helpfulIt is a figure showing the outline composition of an example.
[0068]
The magnets 8, 9, 10, and 11 of the conductor are arranged so that the magnets 8 and 9 are electrically insulated from each other and the same polarity is adjacent to each other, and the magnets 10 and 11 are also electrically connected to each other. The magnets 8 and 9 are arranged in parallel so that the same poles are adjacent to each other, and the magnets 10 and 11 arranged in parallel are different from each other. They are arranged to face each other.
[0069]
Between the magnets 8 and 9 and the magnets 10 and 11 arranged in this way, non-magnetic electrodes 61 and 62 to which + V and −V voltages are applied are interposed as spacers. The electrode 61 and the magnets 8 and 10 and the electrode 62 and the magnets 9 and 11 are electrically connected to each other.
[0070]
Unlike the third embodiment shown in FIG. 3, the surface potential of the magnets 8, 9, 10, and 11 facing the electromagnetic field portion 100 is not the intermediate potential of the electrodes 61 and 62. As described above, since the electrodes 61 and 62 are electrically connected to each other, they have the same potential as the electrodes 61 and 62.
[0071]
Thus, the magnet 8 and the magnet 9, and the magnet 10 and the magnet 11 are respectively formed so that an electric field is formed between the magnets 8 and 10 and the magnets 9 and 11 that have the same potential as the electrodes 61 and 62, respectively. They are electrically insulated and juxtaposed. In this embodiment, electrical insulation is achieved by providing a gap between the magnet 8 and the magnet 9, and between the magnet 10 and the magnet 11, respectively. It is sufficient that the electric field can be maintained without generating a discharge between them. Further, without providing a gap, an insulating film can be interposed between the magnet 8 and the magnet 9 and between the magnet 10 and the magnet 11 to achieve electrical insulation.
[0072]
In FIG. 4, a space surrounded by magnets 8, 9, 10, 11 and electrodes 61, 62 and indicated by reference numeral 100 is an electromagnetic field portion. Further, the inside of a circle represented by reference numeral 101 is a range through which an ion beam traveling from the back surface side to the front surface side of the paper surface passes perpendicularly to the paper surface.
[0073]
Also in this embodiment, electric field lines in the direction indicated by reference numeral 102 and magnetic field lines in the direction indicated by reference numeral 103 in FIG. 7B of the conventional example are generated, but these are omitted in FIG. is doing. Moreover, although the yoke shown with the code | symbol 1 exists in Fig.7 (a) of a prior art example, it abbreviate | omits in FIG.
[0074]
The distance between the magnets 8 and 9 and the magnets 10 and 11 in the electromagnetic field portion 100 corresponds to the magnetic pole gap, and in this embodiment, it is about 5 mm.
[0075]
Similarly to the third embodiment, the magnet 8 toward the electromagnetic field unit 100 is arranged to further improve the uniformity of the electric and magnetic fields by further increasing the distance from the range 101 through which the ion beam passes. As shown in FIG. 4, the corners 9, 10, and 11 are cut deeper.
[0076]
Accordingly, also in this embodiment, a substantially uniform electric field is formed in the electromagnetic field portion 100.
[0077]
On the other hand, when the magnetic field in the electromagnetic field unit 100 is examined, a substantially uniform magnetic field is formed in the electromagnetic field unit 100 also in this example for the same reason as in Example 3 (FIG. 3).
[0078]
Therefore, even in this embodiment, despite the fact that the magnetic pole gap is reduced to 5 mm, in the electromagnetic field portion 100, an ideal electromagnetic field portion in which the magnetic field and the strength of electrolysis are uniform and orthogonal is formed.
[0079]
When this Example 4 is compared with Example 3, it is advantageous that parts are simplified.
[0080]
(Reference Example 3)
  FIG. 5 illustrates the present invention.Other helpfulIt is a figure showing the outline composition of an example.
[0081]
Conductor magnets 12, 13, 14, 15 are electrically insulated and attached to the center of the yoke 1 via an insulator magnet attachment ring 16.
[0082]
The space surrounded by the magnets 12, 13, 14, and 15 constitutes the electromagnetic field unit 100, and the inside of the circle represented by reference numeral 101 is perpendicular to the paper surface from the back surface side to the front surface side of the paper surface. This is the range through which the ion beam that advances is passing. In FIG. 5, the lines of electric force are generated as indicated by reference numeral 102, and the lines of magnetic force are generated as indicated by reference numeral 103.
[0083]
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the magnets 12 and 13 are arranged so that the same poles are adjacent to each other in a perpendicular direction. Similarly, the magnets 14 and 15 are also arranged so that the same poles are adjacent to each other in a perpendicular direction. And the magnet 12 and the magnet 14 and the magnet 13 and the magnet 15 are arrange | positioned so that different polars may face each other.
[0084]
The four magnets have the same shape and are arranged rotationally symmetrical four times with respect to the center.
Such an arrangement configuration of the magnets 12, 13, 14, and 15 is similar to a quadrupole lens known as a strong focus lens, but the direction of the magnetic poles is different.
[0085]
Due to the arrangement of the magnets as described above, the lines of magnetic force represented by reference numeral 103 are from bottom to top in FIG. 5 in the range 101 through which the ion beam passes in the space surrounded by the magnets 12, 13, 14 and 15. As a result, a substantially uniform magnetic field is formed in this space.
[0086]
The magnets 12, 13, 14, and 15 are respectively applied with voltages V1, V2, V3, and V4 shown below, and not only mass separation as E × B but also an ion beam as an electrostatic deflector. The X-axis / Y-axis direction deflection and the primary astigmatism correction of the ion beam can be performed as an electrostatic astigmatism corrector.
[0087]
Magnet 12: V1 = + Vm + Vy−Vs
Magnet 13: V2 = −Vm−Vx + Vs
Magnet 14: V3 = −Vm−Vy−Vs
Magnet 15: V4 = + Vm + Vx + Vs
Here, Vm: mass separation voltage, Vx: X-axis direction deflection voltage, Vy: Y-axis direction deflection voltage, and Vs: astigmatism correction voltage.
[0088]
Focusing on + Vm and -Vm, which are mass separation voltages, in FIG. 5, the right magnets 12 and 15 are at + Vm, and the left magnets 13 and 14 are at -Vm.
[0089]
Since the magnets 12 and 15 and the magnets 13 and 14 are symmetrical with respect to the horizontal direction in FIG. 5, the lines of electric force are in the horizontal direction near the center. Therefore, a substantially uniform electric field in the horizontal direction is formed near the center due to + Vm and -Vm.
[0090]
Therefore, as described above, due to the presence of a substantially uniform magnetic field from the bottom to the top in FIG. 5 in the vicinity of the center of the magnets 12 to 15, and the presence of a generally uniform electric field in the horizontal direction near the center. , E × B, mass separation is performed.
[0091]
As described above, in order to apply different voltages to the four magnets 12 to 15 to form an electric field, the magnets 12, 13, 14, and 15 are electrically insulated as described above. Need to be.
[0092]
In this embodiment, a gap is arranged between each of the magnets 12 to 15 to achieve electrical insulation from each other. The space between the gaps is sufficient as long as no electric discharge is generated between the magnets 12 to 15 and the electric field can be maintained. It should be noted that an insulating film can be interposed between each of the magnets 12 to 15 without electrically disposing the gap, thereby achieving electrical insulation.
[0093]
When attention is paid to + Vx and −Vx which are X-axis direction deflection voltages, the lower right magnet 15 has a potential of + Vx and the upper left magnet 13 has a potential of −Vx. Therefore, the X-axis direction deflection of the ion beam is performed by + Vx and −Vx. Similarly, the ion beam is deflected in the Y-axis direction by + Vy and −Vy.
[0094]
When attention is paid to the astigmatism correction voltages + Vs and -Vs, the potentials of the opposing magnets become equal potentials, and the potentials of the magnets in the perpendicular direction become positive and negative. Therefore, primary astigmatism correction is performed to adjust the shape of the ion beam in a one-dimensional direction by + Vs and -Vs.
[0095]
Compared with Example (FIG. 4), Example 5 is advantageous in that the parts are simpler.
[0096]
(Reference Example 4)
  FIG. 6 shows the present invention.Other helpfulIt is a figure showing the outline composition of an example.
[0097]
Conductor magnets 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, and 24 are electrically insulated and attached to the center of the yoke 1 via an insulator magnet attachment ring 16.
[0098]
The space surrounded by the magnets 17 to 24 constitutes the electromagnetic field unit 100, and the inside of the circle represented by reference numeral 101 advances from the back side to the front side of the page perpendicular to the page. This is the range through which the beam passes.
[0099]
As shown in FIG. 6, the magnets 17, 18, 19 and 20 are arranged so that the same poles are adjacent to each other with an angle of 45 degrees, and the magnets 21, 22, 23 and 24 also have an angle of 45 degrees. Have the same polarity comrades next to each other. And the magnet 17 and the magnet 21, the magnet 18 and the magnet 22, the magnet 19 and the magnet 23, and the magnet 20 and the magnet 24 are arrange | positioned in the form from which opposite poles mutually oppose. The eight magnets have the same shape and are rotationally symmetric with respect to the center.
[0100]
Due to the arrangement of the magnets as described above, a substantially uniform magnetic field from the bottom to the top in FIG. 6 is formed in the range 101 through which the ion beam passes in the space surrounded by the magnets 17 to 24. .
[0101]
The magnets 17 to 24 are applied with the voltages V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, and V8 shown below, respectively. The ion beam can be deflected in the X and Y-axis directions as a type deflector, the secondary astigmatism correction of the ion beam can be performed as an astigmatism corrector, and the ion beam can be converged in the X-axis direction as a stereofocusing mass analyzer.
[0102]
Magnet 17: V1 = + Vm + Vdx + a · Vdy + Vsx + Vf
Magnet 18: V2 = + Vm + a.Vdx + Vdy + Vsy
Magnet 19: V3 = −Vm−a · Vdx + Vdy−Vsx−Vf
Magnet 20: V4 = −Vm−Vdx + a · Vdy−Vsy−Vf
Magnet 21: V5 = −Vm−Vdx−a · Vdy + Vsx−Vf
Magnet 22: V6 = −Vm−a · Vdx−Vdy + Vsy−Vf
Magnet 23: V7 = + Vm + a.Vdx-Vdy-Vsx
Magnet 24: V8 = + Vm + Vdx−a · Vdy−Vsy + Vf
Where Vm: mass separation voltage, Vdx: X axis direction deflection voltage, Vdy: Y axis direction deflection voltage, Vsx: X axis direction astigmatism correction voltage, Vsy: Y axis direction astigmatism correction voltage, Vf: X-axis direction convergence voltage, a: Arbitrary coefficient.
[0103]
Focusing on + Vm and -Vm, in FIG. 6, the right magnets 17, 18, 23, and 24 have a potential of + Vm, and the left magnets 19, 20, 21, and 22 have a potential of -Vm. Since the magnets 17 and 18 and the magnets 23 and 24 and the magnets 19 and 20 and the magnets 21 and 22 are axisymmetric with respect to the horizontal direction in FIG. 6, the lines of electric force are in the horizontal direction near the center. . Therefore, a substantially uniform electric field in the horizontal direction is formed near the center due to + Vm and -Vm.
[0104]
Therefore, as described above, the presence of the substantially uniform magnetic field from the bottom to the top in FIG. 6 near the center of the magnets 17 to 24 and the substantially uniform electric field in the horizontal direction near the center. , E × B, mass separation is performed.
[0105]
As described above, in order to apply different voltages to the eight magnets 17 to 24 and form an electric field, the magnets 17 to 24 need to be electrically insulated as described above. .
[0106]
In this embodiment, a gap is arranged between each of the magnets 17 to 24 to achieve electrical insulation from each other. It is sufficient that the gaps have such a size that no electric discharge is generated between the magnets 17 to 24 and the electric field can be maintained. It should be noted that an insulating film may be interposed between each of the magnets 17 to 24 without electrically disposing the gap, thereby achieving electrical insulation.
[0107]
Although detailed description of + Vdx, -Vdx, + Vdy, and -Vdy is omitted, this principle of operation is well known as an 8-pole electrostatic astigmatism corrector for a large deflection angle. In conclusion, without causing a large deflection aberration, + Vdx and −Vdx perform X-axis direction deflection, and + Vdy and −Vdy perform Y-axis direction deflection.
[0108]
Detailed explanations of + Vsx, -Vsx, + Vsy, and -Vsy are also omitted, but this operating principle is well known as an octupole electrostatic stigmator. In conclusion, secondary astigmatism correction is performed to adjust the shape of the ion beam in a two-dimensional direction from + Vsx, −Vsx, + Vsy, and −Vsy.
[0109]
It is known that an E × B type mass analyzer having a uniform electromagnetic field space has an ion beam converging effect with respect to the magnetic field direction but has no converging effect with respect to the electric field direction. Accordingly, a method is known in which the electric field in the electrode field space is slightly curved using a curved electrode in order to have a converging effect in the direction of the electric field. If it demonstrates in FIG. 7 of a prior art example, the electrodes 51 and 52 shall be curved not in a flat plate but in the shape of a bow. This method achieves so-called stereo convergence in which the ion beam converges in a two-dimensional direction.
[0110]
In this embodiment, although the conductor magnets 17 to 24 that also function as electrodes have the same shape, this function can be realized. That is, when + Vf is applied to the two rightmost magnets and −Vf is applied to the four leftmost magnets, the electric field in the electromagnetic field space is slightly curved rightward. Thereby, in this embodiment, the three-dimensional focusing of the ion beam is achieved.
[0111]
As described above, the present invention described with reference to the attached drawings is essentially completely different from the technical concept disclosed in the aforementioned patent application relating to the conventional E × B mass spectrometer.
[0112]
That is, in JP-A-4-351840 and JP-A-7-161337, a plurality of magnetic poles are used, but the added magnetic poles are installed on the back side of the electrodes, and the magnetic poles themselves are used as electric fields as in the present invention. It does not generate or correct.
[0113]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-132007, a voltage is applied to the magnetic pole itself, but the electric field generated thereby functions only to deflect the ion beam, and the voltage applied to the magnetic pole as in the present invention. Thus, an electric field for mass separation perpendicular to the magnetic field is not generated.
[0116]
In Examples 1 and 2, the silicon carbide films 55 and 56 having uniform sheet resistance are formed on the surfaces of the magnets 2 and 3, but the present invention is not limited to such an embodiment. For example, a plurality of elongated conductor films can be formed by being arranged along the electric field direction in an insulated state, and a potential divided by using another silicon carbide film or a resistor can be applied to each conductor film. Alternatively, a quasi-conductor film having a small sheet resistance value can be formed to be folded along the direction of the electric field with a single stroke. In addition, in any configuration, it is sufficient that the thin film formed on the surface of the magnet facing the electromagnetic field space allows the surface potential of the magnet to change monotonously along the electric field direction.
[0120]
In the above description, the E × B apparatus of the present invention has been described as a mass analyzer that operates even in a high pressure atmosphere. However, the E × B apparatus of the present invention is not used only in such a high pressure atmosphere. Absent. It can also be used as a mass analyzer that operates in a normal pressure atmosphere or for ion beam purification.
[0121]
Furthermore, the use of the E × B apparatus of the present invention is not limited to a mass analyzer. That is, in the above-described embodiments, the case where the E × B apparatus of the present invention is used only for the purpose of mass separation of ions having the same energy has been described, but the present invention is not limited to this. It can also be used for energy separation of ions and electrons with the same mass.
[0122]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a mass analyzer that can be operated in a high pressure atmosphere during a process such as sputtering, has sufficient performance, and is low in manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionMass analyzerThe schematic block diagram of the 1st preferable Example of this.
FIG. 2 of the present inventionMass analyzerThe schematic block diagram of 2nd preferable Example of this.
FIG. 3 of the present inventionreferenceThe schematic block diagram of an Example.
FIG. 4 of the present inventionreferenceThe schematic block diagram of an Example.
FIG. 5 of the present inventionreferenceThe schematic block diagram of an Example.
FIG. 6 of the present inventionreferenceThe schematic block diagram of an Example.
7A is a schematic configuration diagram of a conventional E × B apparatus, and FIG. 7B is an enlarged view of a part of the E × B apparatus shown in FIG. 7A.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram for explaining a case where a magnetic pole gap is reduced in a conventional E × B apparatus.

Claims (3)

一対の磁石によって形成した磁界と
前記一対の磁石の間に位置する一対の電極への印加電圧及び前記一対の磁石の対向する側に配置された10 〜10 Ωのシート抵抗を有する一対の導体膜への電圧印加によって形成した電界と、
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器
A magnetic field formed by a pair of magnets
Formed by applying voltage to a pair of conductor films having a voltage applied to a pair of electrodes positioned between the pair of magnets and a sheet resistance of 10 5 to 10 9 Ω disposed on opposite sides of the pair of magnets Electric field,
In the electromagnetic field space formed by
A mass spectrometer characterized by passing a molecular ion to be measured in an ionized sputtering process and analyzing a mass of the molecular ion to be measured .
一対の磁石によって形成した磁界と、
前記一対の磁石の対向する側に配置されている、それぞれの両端に電圧印加端子を有するシート抵抗10 〜10 Ωの導体膜によって形成した電界と
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器
A magnetic field formed by a pair of magnets;
An electric field formed by a conductor film having a sheet resistance of 10 5 to 10 9 Ω, which is disposed on opposite sides of the pair of magnets and has voltage application terminals at both ends ;
In the electromagnetic field space formed by
A mass spectrometer characterized by passing a molecular ion to be measured in an ionized sputtering process and analyzing a mass of the molecular ion to be measured .
前記導体膜は、炭化ケイ素膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の質量分析器。The mass spectrometer according to claim 1, wherein the conductor film is a silicon carbide film.
JP19260599A 1999-07-07 1999-07-07 Mass analyzer Expired - Fee Related JP4221524B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19260599A JP4221524B2 (en) 1999-07-07 1999-07-07 Mass analyzer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19260599A JP4221524B2 (en) 1999-07-07 1999-07-07 Mass analyzer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001023564A JP2001023564A (en) 2001-01-26
JP4221524B2 true JP4221524B2 (en) 2009-02-12

Family

ID=16294052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19260599A Expired - Fee Related JP4221524B2 (en) 1999-07-07 1999-07-07 Mass analyzer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4221524B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002190273A (en) * 2000-12-22 2002-07-05 Anelva Corp Electromagnetic field superimposed sector type spectroscope
US8294093B1 (en) * 2011-04-15 2012-10-23 Fei Company Wide aperature wien ExB mass filter
WO2016079615A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-26 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Ion sorter
KR20230042105A (en) * 2020-10-28 2023-03-27 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지 Empty filter and multi-electron beam inspection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001023564A (en) 2001-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2033209B1 (en) Parallel plate electrode arrangement apparatus and method
US6580073B2 (en) Monochromator for charged particles
US5206516A (en) Low energy, steered ion beam deposition system having high current at low pressure
TWI648761B (en) An improved ion source assembly for producing a ribbon ion beam
US4789787A (en) Wien filter design
US4163151A (en) Separated ion source
US6294862B1 (en) Multi-cusp ion source
WO2011035260A2 (en) Distributed ion source acceleration column
CA1059656A (en) Charged particle beam apparatus
JP4221524B2 (en) Mass analyzer
JPS62108438A (en) High current mass spectrometer employing space charge lens
JP5521255B2 (en) Magnetic achromatic mass spectrometer with double focusing
KR20150074139A (en) Apparatus for treating ion beam
US4013887A (en) Methods and apparatus for spatial separation of ac and dc electric fields with application to fringe fields in quadrupole mass filters
Yamano et al. Charging characteristics and electric field distribution on alumina as affected by triple junctions in vacuum
AU2017217209B2 (en) Floating magnet for a mass spectrometer
JP2003512703A (en) Double focusing mass spectrometer device and method related to the device
US3371205A (en) Multipole mass filter with a pulsed ionizing electron beam
JP2002190273A (en) Electromagnetic field superimposed sector type spectroscope
Geisse et al. The optics of ISOLDE 3—The new on-line mass separator at CERN
JP3264993B2 (en) Ion implanter
JP2856518B2 (en) Ex-B type energy filter
JP3338099B2 (en) Ion implanter
JPH0467549A (en) Ion source with mass spectrograph
JPH02201855A (en) Wien filter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080623

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080701

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080901

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080930

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081031

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131128

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees