JP6156864B2 - イオンの生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオンの生成方法に関する。

イオンビームは様々な用途に用いられている。イオンを生成するイオン源には、生成するイオンの種類や用途に応じた様々なものが提案されている（例えば、特許文献１−２を参照）。イオン源の一種であるフリーマン型イオン源は、イオン化物質（以下、「試料」という）としてガス、固体の何れも利用可能であり、イオンエネルギーのゆらぎが少なくビームの安定性に優れている（例えば、非特許文献１を参照）。

フリーマン型等の熱電子衝撃型イオン源によるイオンの生成では、ガス状の試料をプラズマ生成室に導入することが必要である。金属やフラーレンなどの常温で固体の試料を用いる場合、試料をオーブンで加熱して生成した試料蒸気にフィラメントからの熱電子を衝突させることでイオン化している。オーブンは、プラズマ生成室に導入される試料蒸気のイオン化効率が適切となり、また、試料蒸気がプラズマ生成室内壁やフィラメントに多量に付着しないよう、試料蒸気の蒸気圧が適当な圧力（例えば、１×１０^-1〜１×１０⁰Ｐ
ａ）となるようなオーブン温度に調整される。

国際公開第２００６／１１５１７２号 特表２００９−５４０５３５号公報

山田圭介，大越清紀，齋藤勇一，織茂貴雄，大前昭臣，山田尚人，水橋清，"ＴＩＡＲＡイオン注入装置におけるイオン生成法の開発"，ＪＡＥＡ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９年３月，Ｖｏｌ．２００８−０９０

イオン源のオーブンに装填する試料に最適なオーブン温度は、試料の種類によって異なる。よって、常温で固体の試料を用いる場合、通常、オーブンには一種類の試料を装填し、装填した試料に最適なオーブン温度となるようにオーブンを昇温することが行われている。従って、２種類以上の試料を使って様々な種類のイオンを照射したい場合、イオン源で生成するイオン種の変更のために、オーブンに装填した試料を交換する必要がある。

しかし、オーブンの試料を交換して再びイオンビームを照射するためには、オーブンの取り出しや冷却、試料の装填、真空引き、オーブンの再加熱といった作業が必要となり、通常は少なくとも数時間以上の作業時間を要する。このため、複数のイオン種のイオンビームを続けて照射したい場合、イオン種の変更に多大な作業時間を要し、イオン注入装置の利用効率が低下する。

そこで、本願は、固体の試料から生成するイオン種を速やかに変更するイオン生成方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、イオン源のオーブンに、オーブン温度が相異な
る複数種類の試料の粉末を混合した混合試料を装填することにより、オーブン温度を段階的に昇温するだけでイオン種が変更できるようにした。

詳細には、本発明は、イオン生成方法であって、イオン源のオーブンに、特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相異なる複数種類の試料の粉末を混合した混合試料を装填し、前記複数種類の試料のうち特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相対的に低い何れか一種の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを昇温して、前記何れか一種の試料からイオンを生成し、前記何れか一種の試料からイオンを生成した後に、前記複数種類の試料のうち前記何れか一種の試料よりも特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が高い何れか他種の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温して、前記何れか他種の試料からイオンを生成する。

このようなイオン生成方法であれば、生成するイオン種を変更したい場合に、オーブンの試料を交換しなくても、オーブンを更に昇温するだけでイオン種が変更できるため、固体の試料から生成するイオン種であってもイオン種を速やかに変更することができる。なお、前記イオン源としては、例えば、電子衝撃型イオン源を適用可能であり、より詳細には、例えば、フリーマン型イオン源を適用してもよい。

また、上記イオン生成方法は、前記何れか一種の試料からイオンを生成している際は、前記イオン源から出射するイオンビームが通過する質量分析電磁石に前記何れか一種の試料から生成されるイオンを選択させ、前記何れか他種の試料からイオンを生成している際は、前記質量分析電磁石に前記何れか他種の試料から生成されるイオンを選択させるようにしてもよい。

このようなイオン生成方法であれば、オーブンを更に昇温して前記他種の試料からイオンを生成している場合であっても、前記何れか一種の試料から生成されるイオンについては質量分析電磁石に選択されないので、混合試料を構成している各試料から生成される複数種のイオンがターゲットに同時に照射されることが無い。よって、オーブンに混合試料を装填していても、所望のイオン種のイオンビームを照射することができる。

また、上記イオン生成方法は、前記オーブンに、第１の試料の粉末と、特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が前記第１の試料よりも高い第２の試料の粉末とを混合した混合試料を装填し、前記第１の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを昇温して、前記第１の試料からイオンを生成し、前記第１の試料からイオンを生成した後に、前記第２の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温して、前記第２の試料からイオンを生成するようにしてもよい。このようなイオン生成方法であれば、照射するイオンビームのイオン種を、２種類のイオン種の間で速やかに変更することができる。

また、上記イオン生成方法は、前記オーブンに、Ｃ₆₀フラーレンの粉末とＣ₇₀フラーレンの粉末とを混合した混合試料を装填し、前記Ｃ₆₀フラーレンからイオンが生成される温度となるように前記オーブンを昇温して、Ｃ₆₀ ⁺イオンを生成し、前記Ｃ₆₀ ⁺イオンを生成した後に、前記Ｃ₇₀フラーレンからイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温してＣ₇₀ ⁺イオンを生成するものであってもよい。クラスターイオンであれば、
例えば、ターゲットの表面をより詳細に解析することができるため、イオン種の速やかな変更を実現可能なイオン生成方法のイオン種に用いることで、各種ターゲットを解析する能力の更なる向上等を図ることが可能である。

また、上記イオン生成方法は、前記オーブンに、ＭｎＣｌ₂の粉末とＣｏＣｌ₂の粉末とを混合した混合試料を装填し、前記ＭｎＣｌ₂からイオンが生成される温度となるように
前記オーブンを昇温して、Ｍｎ⁺イオンを生成し、前記Ｍｎ⁺イオンを生成した後に、前記ＣｏＣｌ₂からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温してＣｏ⁺イオンを生成するものであってもよい。上記イオン生成方法は、このような金属イオンであっても適用可能であり、イオン種の速やかな変更を実現することができる。

本発明に係るイオン生成方法であれば、固体の試料から生成するイオン種を速やかに変更することが可能となる。

実施形態に係るイオン生成方法を実現するイオン注入装置の構成図の一例である。 イオン源の構成図の一例である。 イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）を上側から見た内部構成図である。 イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）を正面側から見た内部構成図である。 Ｃ₆₀フラーレンとＣ₇₀フラーレンの各々について、オーブン温度に対するイオン強度を示したグラフである。 Ｃ₆₀ ⁺イオンとＣ₇₀ ⁺イオンのマススペクトルを示したグラフである。 Ｍｎ⁺イオンとＣｏ⁺イオンのマススペクトルを示したグラフである。

以下、本願発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本願発明の一態様であり、本願発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

＜イオン注入装置の概要＞
図１は、実施形態に係るイオン生成方法を実現するイオン注入装置の構成図の一例である。イオン注入装置１は、試料からイオンを生成するイオン源２と、イオン源２で発生したイオン種群の中から照射したい所定の種類のイオンを選択する質量分析電磁石３とを備えており、チェンバー４内のターゲットに所定の種類のイオンを照射する。

イオン源２は、試料５を入れるオーブン６と、オーブン６内で蒸発した試料蒸気が導かれるイオン生成室７とを備える。オーブン６内で蒸発してイオン生成室７内へ導かれた試料蒸気は、イオン生成室７内に配置された図示しないフィラメントから放出される熱電子に衝突してイオン化され、引出電極８を通過する。引出電極８を通過したイオンは、質量分析電磁石３を通過した後、チェンバー４内へ送られる。

質量分析電磁石３は、イオン源２から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中から所定の種類のイオンを選択し、その他の種類のイオンがチェンバー４内に照射されるのを防ぐ。質量分析電磁石３は、電磁気的作用を利用し、イオン種ごとに相異なる単位電荷あたりの質量数に従って所定の種類のイオンを分離する装置であり、曲率半径やコイル数が選択させるイオン種に合わせて適当に設計されている。

図２は、イオン源２の構成図の一例である。イオン源２のオーブン６には、オーブン６を昇温するための電力を供給する電力線が接続されており、この電力線には温度制御器９が設けられている。よって、温度制御器９を適当に設定することにより、オーブン６を任意の温度に自動制御することが可能である。また、イオン生成室７には、フィラメント１０の軸心に平行な外部磁界をイオン生成室７内に付与する電磁コイル１１が隣接配置されている。また、イオン生成室７を形成する隔壁１２は、正電圧が印加されている。また、イオン生成室７のイオン引出孔１３の前方には、負電圧が印加された引出電極１４と接地電極１５とが順に配置されている。引出電極１４及び接地電極１５には、引出電極孔１６
及び接地電極孔１７がそれぞれ形成されている。

このように構成されるフリーマン型のイオン源２のイオン生成室７内では、正電圧が印加された隔壁１２とフィラメント１０との電位差によって熱電子が放出され、この熱電子が試料蒸気に衝突することによってイオンが発生する。イオン生成室７内に発生したイオンは、負電圧が印加された引出電極１４によって誘引され、イオン引出孔１３を通じてイオン生成室７から引き出される。イオン引出孔１３から引き出されたイオンは、引出電極孔１６を通過した後に接地電極孔１７を通過する過程で減速され、イオンビームとしてイオン源２から射出される。

イオン注入装置１は、このように構成されており、図示しない真空ポンプ等によってイオン源２内や質量分析電磁石３内が適当な真空度に維持され、図示しない電源装置から供給される電力でオーブンの加熱やフィラメントからの熱電子の放出、イオンの加速等が行われる。

＜イオン生成方法の実施形態＞
上述したイオン注入装置１を使って本実施形態に係るイオン生成方法を実現する際は、特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相異なる複数種類の試料の粉末を混合した混合試料を用意し、イオン源２のオーブン６に試料５として装填する。混合試料を構成する各試料が特定のイオン強度に達する際のオーブン温度は、各種の技術文献或いは実験等によって予め把握し、イオン注入装置１を使ったイオン生成の開始前には既知の状態にしておく。

次に、オーブン温度が、混合試料を構成する複数種類の試料のうち特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相対的に低い何れか一種の試料からイオンが生成される温度となるように温度制御器９を調整する。

また、温度制御器９の調整と共に、質量分析電磁石３が、イオン源２から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中から、前記何れか一種の試料から生成されるイオンを選択するように、質量分析電磁石３の制御を司る装置の各種設定を行う。

オーブン６が昇温されると、オーブン６内で蒸発した試料蒸気がイオン生成室７に導かれる。イオン生成室７に導かれた試料蒸気は、イオン生成室７内のフィラメントから放出される熱電子に衝突してイオン化され、引出電極８を通過する。引出電極８を通過したイオンは、質量分析電磁石３を通過した後、チェンバー４内へ送られる。このとき、質量分析電磁石３は、イオン源２から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中から、前記何れか一種の試料から生成されるイオンを選択し、その他の種類のイオンがチェンバー４内に照射されるのを防ぐ。この結果、チェンバー４内のターゲットには、前記何れか一種の試料から生成されるイオンが照射されることになる。

前記何れか一種の試料から生成されるイオンの照射を継続し、十分な量のイオンを照射した後、次に、前記複数種類の試料のうち前記何れか一種の試料よりも特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が高い何れか他種の試料から生成されるイオンを照射したい場合は、オーブン６を更に昇温し、照射するイオンの種類を切り替える。すなわち、前記何れか一種の試料から生成されるイオンの照射を十分に行った後、オーブン温度が前記何れか他種の試料からイオンが生成される温度となるように温度制御器９を再調整する。

また、温度制御器９の再調整と共に、質量分析電磁石３が、イオン源２から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中から、前記何れか他種の試料から生成されるイオンを選択するように、質量分析電磁石３の制御を司る装置の各種設定の変更操作を行う。

オーブン６が更に昇温されると、オーブン６内でそれまでほとんど蒸発していなかった前記何れか他種の試料が蒸発し始め、前記何れか他種の試料蒸気が前記何れか一種の試料蒸気と共にイオン生成室７に導かれる。イオン生成室７に導かれた試料蒸気は、イオン生成室７内のフィラメントから放出される熱電子に衝突してイオン化され、引出電極８を通過する。引出電極８を通過したイオンは、質量分析電磁石３を通過した後、チェンバー４内へ送られる。

このとき、質量分析電磁石３は、イオン源２から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中から、前記何れか他種の試料から生成されるイオンを選択し、その他の種類のイオンがチェンバー４内に照射されるのを防ぐ。よって、オーブン６の更なる昇温により、前記何れか他種の試料蒸気と共に蒸発する前記何れか一種の試料蒸気から生成されるイオンは質量分析電磁石３において選択的に取り除かれる。この結果、チェンバー４内のターゲットには、前記何れか他種の試料から生成されるイオンが照射されることになる。

上述したイオン注入装置１を使い、本実施形態に係るイオン生成方法を実行すれば、オーブン６の温度切り替えや質量分析電磁石３の設定変更のみで、照射するイオン種を変更することができる。よって、照射するイオン種の変更を、オーブン６内の試料５の交換によって実現する場合に比べると、イオン種の変更に要する作業時間が大幅に短縮する。従って、イオン注入装置１の利用効率を上げることができる。このような効果は、多数のイオン種を逐次切り換えながら連続的に照射したい場合に特に有効である。

なお、本実施形態に係るイオン生成方法は、イオン種の切り替えを１度だけ行い、２種類のイオンをターゲットに照射していたが、このような態様に限定されるものではない。本実施形態に係るイオン生成方法は、例えば、３種以上の試料を混合した混合試料を使い、イオン種の切り替えを２度以上行うことで、３種類以上のイオンをターゲットに照射するようにしてもよい。また、本実施形態に係るイオン生成方法は、上述したフリーマン型のイオン注入装置１に限定されるものではなく、その他の電子衝撃型のイオン注入装置に適用してもよい。

本願で開示するイオン生成方法を、イオン注入装置を実際に用いて実施したので、その実施例の内容について以下に説明する。

＜実施例で用いたイオン注入装置の概要＞
本実施例では、上記実施形態のイオン注入装置１の一例にあたる日新イオン機器株式会社（旧日新電機株式会社）製のイオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）を用いた。図３は、イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）を上側から見た内部構成図である。また、図４は、イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）を正面側から見た内部構成図である。なお、イオン源には、同社のイオン源（ＮＩＢ−０１３５３）を用いた。また、オーブンには、同社のオーブン（ＮＩＤ−２４４６０）を用いた。

イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）は、最大加速エネルギーが４００ｋｅＶ、加速イオン電流量が数十μＡである。本イオン注入装置には、上記実施形態で示したイオン注入装置１と同様、試料からイオンを生成するイオン源や、イオン源で発生したイオン種群の中から目的とするイオンを選択する質量分析電磁石が備わっている。また、選択されたイオンを加速する加速管（大気開放型)、加速管に最大３７０ｋＶの電圧を印加するための高
電圧発生回路(コッククロフト回路)、高電圧デッキ内のイオン源、電磁石、真空ポンプ等の機器に電力を供給する絶縁トランス等も備わっている。イオン源、質量分析電磁石等を内蔵した高電圧デッキは、デッキ真下の高電圧発生回路によって発生した電圧によってデ
ッキ全体が一定の高電位に保たれる。高電圧発生回路は１９段の対称型コッククロフト回路であり、１６ｋＨｚ、±１０ｋＶの高周波電力を入力することで最高３７０ｋＶまで昇圧することができる。イオン源部は、高電圧ターミナル電位に対し最大で３０ｋＶ高い電圧が印加され、引出し電極によりイオン源内で生成された正イオンが引き出される。質量分析電磁石は、曲率半径が３０ｃｍ、偏向能力３．１２５(ａｍｕ・ＭｅＶ)で質量分解能（Ｍ／ΔＭ）が１００である。加速管は、全長が１１１５．５ｍｍでアルミニウム電極とセラミックス絶縁体による２４段構造になっており、各電極間は、３３ＭΩ（１００ＭΩ、３本並列）の抵抗で均等に電位分割されている。イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）には、各機器を遠隔で制御するための制御装置が接続されている。

＜イオン生成方法の第１実施例＞
Ｃ₆₀フラーレンの粉末とＣ₇₀フラーレンの粉末との混合物を混合試料として用意し、本願で開示するイオン生成方法を、上記イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）を使って実施した。

なお、Ｃ₆₀フラーレンとＣ₇₀フラーレンの各々について、オーブン温度とイオン強度との関係を予め確認したところ、以下の事項が確認された。図５は、Ｃ₆₀フラーレンとＣ₇₀フラーレンの各々について、オーブン温度に対するイオン強度を示したグラフである。図５のグラフに示されるように、Ｃ₆₀フラーレンとＣ₇₀フラーレンは、特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相異なる関係を有している。例えば、イオン強度が２００ｎＡに達する際のオーブン温度は、Ｃ₆₀フラーレンが４１０℃前後であるのに対し、Ｃ₇₀フラーレンは４６０℃前後となっており、特定のイオン強度に達する際のオーブン温度に約５０℃程度の差があることが認められる。

本第１実施例では、Ｃ₆₀フラーレンの粉末とＣ₇₀フラーレンの粉末とを１対１の割合で混合したものを混合試料として用意し、イオン源のオーブンに試料として装填した。次に、オーブン温度が、混合試料を構成するＣ₆₀フラーレン及びＣ₇₀フラーレンのうち特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相対的に低いＣ₆₀フラーレンのイオンが生成される温度の一例である３８０℃となるように温度制御器を調整した。また、質量分析電磁石がＣ₆₀ ⁺イオンを選択するように制御装置の設定を行った。

オーブンが３８０℃に昇温されると、オーブン内で蒸発したＣ₆₀フラーレンの蒸気がイオン生成室に導かれてイオン化され、Ｃ₆₀ ⁺イオンは質量分析電磁石を通過してチェンバ
ー内へ送られる。

図６は、Ｃ₆₀ ⁺イオンとＣ₇₀ ⁺イオンのマススペクトルを示したグラフである。図６において上段側に「オーブン温度３８０℃」として示したマススペクトルから明らかなように、オーブンが３８０℃の状態ではＣ₇₀ ⁺イオンの強度がＣ₆₀ ⁺イオンの強度に比べて極めて小さいことが判る。これは、オーブン温度が３８０℃の状態ではＣ₇₀フラーレンがほとんど蒸発しないためである。よって、オーブン温度が３８０℃の状態では、Ｃ₇₀フラーレンによるイオン生成室内の汚れの影響は小さい。

このとき、質量分析電磁石は、イオン源から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中から、Ｃ₆₀フラーレンから生成されるＣ₆₀ ⁺イオンを選択し、その他の種類のイ
オン（僅かながらに生成されるＣ₇₀ ⁺イオンを含む）がチェンバー内に照射されるのを防
いでいる。この結果、チェンバー内のターゲットには、Ｃ₆₀ ⁺イオンが照射されることに
なる。

Ｃ₆₀ ⁺イオンを照射した後、次に、混合試料を構成するＣ₆₀フラーレン及びＣ₇₀フラー
レンのうちＣ₆₀フラーレンよりも特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が高いＣ₇₀
フラーレンから生成されるイオンが照射されるように、Ｃ₇₀フラーレンからイオンが生成される温度の一例である４２０℃となるように温度制御器を再調整してオーブンを更に昇温し、照射するイオンの種類を切り替えた。また、質量分析電磁石がＣ₇₀ ⁺イオンを選択
するように制御装置の設定変更操作を行った。

オーブンが４２０℃に昇温されると、オーブン内でそれまでほとんど蒸発していなかったＣ₇₀フラーレンの粉末が蒸発し始め、Ｃ₇₀フラーレンの蒸気がＣ₆₀フラーレンの蒸気と共にイオン生成室に導かれてイオン化され、Ｃ₇₀ ⁺イオンはＣ₆₀ ⁺イオンと共に質量分析電磁石へ送られる。よって、図６において下段側に「オーブン温度４２０℃」として示したマススペクトルから明らかなように、オーブンが４２０℃の状態ではＣ₇₀ ⁺イオンの強度
がオーブン温度３８０℃のときより増大するものの、Ｃ₆₀ ⁺イオンの強度も増大すること
になる。これは、オーブン温度が４２０℃の状態だとＣ₇₀フラーレンが蒸発し始めるのみならず、Ｃ₆₀フラーレンが蒸発する量も増大するためである。よって、オーブン温度が４２０℃の状態では、Ｃ₆₀フラーレンによるイオン生成室内の汚れの影響が大きい。そこで、本願で開示するイオン生成方法は、Ｃ₆₀フラーレンの粉末とＣ₇₀フラーレンの粉末とを混合した混合試料からＣ₆₀ ⁺イオンを生成した後に、オーブンを更に昇温してＣ₇₀ ⁺イオンを生成することにより、Ｃ₇₀ ⁺イオンを生成する際にオーブン内に残留するＣ₆₀フラーレ
ンの量を少しでも減らしておき、イオン生成室内の汚れの抑制を図っている。

なお、オーブンが４２０℃に昇温されたとき、質量分析電磁石は、イオン源から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中からＣ₇₀ ⁺イオンを選択し、その他の種類の
イオン（Ｃ₆₀ ⁺イオンを含む）がチェンバー内に照射されるのを防いでいる。よって、オ
ーブンが４２０℃に昇温されることにより生成されるＣ₆₀ ⁺イオンは質量分析電磁石にお
いて選択的に取り除かれる。この結果、チェンバー内のターゲットには、Ｃ₇₀ ⁺イオンが
照射されることになる。

本第１実施例では、オーブン温度や質量分析電磁石等の設定変更を開始してからオーブンの昇温が完了するまでに要した時間は約２０分であり、オーブン内の試料を交換する場合と比較し、照射するイオン種の変更を極めて短時間で行うことができた。

＜イオン生成方法の第２実施例＞
ＭｎＣｌ₂の粉末とＣｏＣｌ₂の粉末との混合物を混合試料として用意し、本願で開示するイオン生成方法を、上記イオン注入装置（ＮＨ−４０ＳＲ）を使って実施した。

本第１実施例では、ＭｎＣｌ₂の粉末とＣｏＣｌ₂の粉末とを１対１の割合で混合したものを混合試料として用意し、イオン源のオーブンに試料として装填した。次に、オーブン温度が、混合試料を構成するＭｎＣｌ₂及びＣｏＣｌ₂のうち特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相対的に低いＭｎＣｌ₂からイオンが生成される温度の一例である４０
０℃となるように温度制御器を調整した。また、質量分析電磁石がＭｎ⁺イオンを選択す
るように制御装置の設定を行った。

オーブンが４００℃に昇温されると、オーブン内で蒸発したＭｎの蒸気がイオン生成室に導かれてイオン化され、Ｍｎ⁺イオンは質量分析電磁石を通過してチェンバー内へ送ら
れる。

図７は、Ｍｎ⁺イオンとＣｏ⁺イオンのマススペクトルを示したグラフである。図７において上段側に「オーブン温度４００℃」として示したマススペクトルから明らかなように、オーブンが４００℃の状態ではＣｏ⁺イオンの強度がＭｎ⁺イオンの強度に比べて極めて小さいことが判る。これは、オーブン温度が４００℃の状態ではＣｏがほとんど蒸発しないためである。よって、オーブン温度が４００℃の状態では、Ｃｏによるイオン生成室内
の汚れの影響は小さい。

このとき、質量分析電磁石は、イオン源から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中から、ＭｎＣｌ₂から生成されるＭｎ⁺イオンを選択し、その他の種類のイオン（僅かながらに生成されるＣｏ⁺イオンを含む）がチェンバー内に照射されるのを防いでい
る。この結果、チェンバー内のターゲットには、Ｍｎ⁺イオンが照射されることになる。

Ｍｎ⁺イオンを照射した後、次に、混合試料を構成するＭｎＣｌ₂及びＣｏＣｌ₂のうち
ＭｎＣｌ₂よりも特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が高いＣｏＣｌ₂から生成されるイオンが照射されるように、ＣｏＣｌ₂からイオンが生成される温度の一例である４
２０℃となるように温度制御器を再調整してオーブンを更に昇温し、照射するイオンの種類を切り替えた。また、質量分析電磁石がＣｏ⁺イオンを選択するように制御装置の設定
変更操作を行った。

オーブンが４２０℃に昇温されると、オーブン内でそれまで蒸発していなかったＣｏＣｌ₂の粉末が蒸発し始め、Ｃｏの蒸気がＭｎの蒸気と共にイオン生成室に導かれてイオン
化され、Ｃｏ⁺イオンはＭｎ⁺イオンと共に質量分析電磁石へ送られる。よって、図７において下段側に「オーブン温度４２０℃」として示したマススペクトルから明らかなように、オーブンが４２０℃の状態ではＭｎ⁺イオンの強度がオーブン温度４００℃のときより
増大するものの、Ｍｎ⁺イオンの強度も増大することになる。これは、オーブン温度が４
２０℃の状態だとＣｏＣｌ₂が蒸発し始めるのみならず、ＭｎＣｌ₂が蒸発する量も増大するためである。よって、オーブン温度が４２０℃の状態では、Ｍｎによるイオン生成室内の汚れの影響が大きい。そこで、本願で開示するイオン生成方法は、ＭｎＣｌ₂の粉末と
ＣｏＣｌ₂の粉末とを混合した混合試料からＭｎ⁺イオンを生成した後に、オーブンを更に昇温してＣｏ⁺イオンを生成することにより、Ｃｏ⁺イオンを生成する際にオーブン内に残留するＭｎＣｌ₂の量を少しでも減らしておき、イオン生成室内の汚れの抑制を図ってい
る。

なお、オーブンが４２０℃に昇温されたとき、質量分析電磁石は、イオン源から出射したイオンビームに含まれる種々のイオンの中からＣｏ⁺イオンを選択し、その他の種類の
イオン（Ｍｎ⁺イオンを含む）がチェンバー内に照射されるのを防いでいる。よって、オ
ーブンが４２０℃に昇温されることにより生成されるＭｎ⁺イオンは質量分析電磁石にお
いて選択的に取り除かれる。この結果、チェンバー内のターゲットには、Ｃｏ⁺イオンが
照射されることになる。

本第２実施例では、オーブン温度や質量分析電磁石等の設定変更を開始してからオーブンの昇温が完了するまでに要した時間は約１５分であり、オーブン内の試料を交換する場合と比較し、照射するイオン種の変更を極めて短時間で行うことができた。

＜その他の組み合わせ例＞
なお、本願で開示するイオン生成方法が適用できるイオン種の組み合わせは、上記第１実施例や第２実施例に挙げたものの他、例えば、以下のような組み合わせについても適用できる。

オーブン温度が約３８０〜４８０℃で想定されるイオン種（Ｍｇ，Ｋ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｂ，Ｃ₆₀，Ｃ₇₀）の一覧を以下の表１に示す。

また、オーブン温度が約５５０〜６５０℃で想定されるイオン種（Ｌｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ｂａ，Ｅｕ，Ｂｉ）の一覧を以下の表２に示す。

本願で開示するイオン生成方法は、上記の表１に示す何れかのイオン化物質（以下、「第１の試料」という）と上記の表２に示す何れかのイオン化物質（以下、「第２の試料」という）との混合物を上記混合試料とすることができる。この場合、第１の試料からイオンが生成される温度にオーブンを昇温した後、第２の試料からイオンが生成される温度にオーブンを昇温することにより、第１の試料から生成されるイオン種を照射した後、第２の試料から生成されるイオン種への切り替えを速やかに行うことができる。

１・・・イオン注入装置；２・・・イオン源；３・・・質量分析電磁石；４・・・チェンバー；５・・・試料；６・・・オーブン；７・・・イオン生成室；８・・・引出電極；９・・・温度制御器；１０・・・フィラメント；１１・・・電磁コイル；１２・・・隔壁；１３・・・イオン引出孔；１４・・・引出電極；１５・・・接地電極；１６・・・引出電極孔；１７・・・接地電極孔

Claims (6)

1. イオン源のオーブンに、特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相異なる複数種類の試料の粉末を混合した混合試料を装填し、
   前記複数種類の試料のうち特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が相対的に低い何れか一種の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを昇温し、昇温によって生成されるイオンのうち前記何れか一種の試料から生成されるイオンを質量分析電磁石に選択させ、
   前記何れか一種の試料から生成されるイオンを前記質量分析電磁石に選択させた後に、前記複数種類の試料のうち前記何れか一種の試料よりも特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が高い何れか他種の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温し、昇温によって生成されるイオンのうち前記何れか他種の試料から生成されるイオンを前記質量分析電磁石に選択させる、
   イオン生成方法。
2. 前記オーブンに、第１の試料の粉末と、特定のイオン強度に達する際のオーブン温度が前記第１の試料よりも高い第２の試料の粉末とを混合した混合試料を装填し、
   前記第１の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを昇温し、昇温によって生成されるイオンのうち前記第１の試料から生成されるイオンを前記質量分析電磁石に選択させ、
   前記第１の試料から生成されるイオンを前記質量分析電磁石に選択させた後に、前記第２の試料からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温し、昇温によって生成されるイオンのうち前記第２の試料から生成されるイオンを前記質量分析電磁石に選択させる、
   請求項１に記載のイオン生成方法。
3. 前記イオン源は、電子衝撃型イオン源である、
   請求項１または２に記載のイオン生成方法。
4. 前記イオン源は、フリーマン型イオン源である、
   請求項１または２に記載のイオン生成方法。
5. 前記オーブンに、Ｃ_６０フラーレンの粉末とＣ_７０フラーレンの粉末とを混合した混合試料を装填し、
   前記Ｃ_６０フラーレンからイオンが生成される温度となるように前記オーブンを昇温し、昇温によって生成されるイオンのうちＣ_６０ ^＋イオンを前記質量分析電磁石に選択させ、
   前記Ｃ_６０ ^＋イオンを前記質量分析電磁石に選択させた後に、前記Ｃ_７０フラーレンからイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温し、昇温によって生成されるイオンのうちＣ_７０ ^＋イオンを前記質量分析電磁石に選択させる、
   請求項１から４の何れか一項に記載のイオン生成方法。
6. 前記オーブンに、ＭｎＣｌ_２の粉末とＣｏＣｌ_２の粉末とを混合した混合試料を装填し、
   前記ＭｎＣｌ_２からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを昇温し、昇温によって生成されるイオンのうちＭｎ^＋イオンを前記質量分析電磁石に選択させ、
   前記Ｍｎ^＋イオンを前記質量分析電磁石に選択させた後に、前記ＣｏＣｌ_２からイオンが生成される温度となるように前記オーブンを更に昇温し、昇温によって生成されるイオンのうちＣｏ^＋イオンを前記質量分析電磁石に選択させる、
   請求項１から４の何れか一項に記載のイオン生成方法。

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