JPH02201855A - ウィーンフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は荷電粒子の質量分離を行なうウィーンフィル
タに関する。

（従来の技術） 従来、イオンビームを固体試料の表面に照射し、試料中
へのイオンのインプランテーションや試料表面の改質、
或いは試料表面の分析を行なうイオン照射システムにお
いては、照射するイオンの純度を上げるためイオンビー
ム輸送系にイオンの質量選別装置が用いられている。こ
れらのイオンのＭｆｆｉ選別装置は基本的にはイオンの
速度の選別装置であり、扇型の磁石（セクターマグネッ
ト）やウィーンフィルタ等が知られている。この中でウ
ィーンフィルタは構造が簡単でありイオンビームを曲げ
ずに使用できるため多くのイオン照射装置に用いられて
いる。ウィーンフィルタはＥＸＢ質吊分離器とも呼ばれ
、直交する均一静電界と均−磁界とによりイオンの速度
の分離を行なうものである。

このウィーンフィルタは第３図のように、入射してくる
イオンの運動方向１に垂直な磁束２を形成する磁極３と
、磁束２及びイオンの運動方向１に垂直な電界４を与え
る電極５ａ　、５ｂとにより構成されている。

このようなウィーンフィルタに速度Ｖｏのイオンが入射
したとき、電場の強さをＥ、！１重密度を８とするとき
、Ｖｏ＝Ｅ／Ｂの条件を満足する速度のイオンは何の偏
向も受けずに電極５ａ、５ｂと磁極３とで囲まれた空間
内を直進するが、Ｖ。

以外の速度のイオンは第３図の電界４方向に曲げられる
ためにイオンの速度選別が行なわれる。このときイオン
源から出たイオン等、エネルギが一定のイオンの場合に
はイオンの質量が選別されることになる。

ところで、ウィーンフィルタを構成する一対の磁極３は
金属材で構成されており、電極５ａ及び５ｂの中間電位
或いは０電位に保持されている。

このためウィーンフィルタ空間内の等電位線６は第４図
に示すように湾曲して乱れた状態となり、磁極３及び電
Ｍ５ａ　、５ｂで囲まれた空間内には電極５ａ、５ｂの
上下中央では磁束２及びイオンの運動方向１に垂直な電
界を与えるが、磁８１ｉ３側ではＭ極５ａ、５ｂから＠
極３側へ至る電界が形成され、ウィーンフィルタに必要
な均一静電界という条件から外れ、ウィーンフィルタの
質量分解能が低下することになる。

またこれを避けるためにＷＭ５ａ　、５ｂを第５図に示
すように変形させて−様な電界を形成することもできる
。しかしながらこのように電ｉ５８　。

５ｂを変形させると−様な電界が形成される部分が減少
してしまい、ウィーンフィルタ内の空間を有効に利用す
ることができず装置が大型化する恐れがあった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来のウィーンフィルタにあっては、磁極が
金属材で構成され、一対の電極の中間電位或いはＯＮ位
に保持されているため磁極及び電極で囲まれる空間内の
等電位線は非常に乱れた状態となり、均一静電界という
条件から外れたものとなってウィーンフィルタの質量分
解能が低下するものとなっていた。またこれを避けるた
めにｍＡを変形させる場合にはウィーンフィルタ内の空
間を有効に利用することができず、装置の大型化を沼く
恐れがあった。

そこでこの発明は小型化を図りながら分解能を向上させ
ることが可能なウィーンフィルタの提供を目的とする。

［発明の構成］ （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、電界を形成する
一対の電極と、前記電界に交叉する磁界を形成する一対
のｔａ極とを有し、首記電極と磁極とで囲まれた空間内
に荷電粒子を入射させ、静電場及び磁場による偏向作用
によって荷電粒子の質量分離を行なうウィーンフィルタ
において一前記一対の電極間に第２の電極を交叉配置し
、この第２の電極の抵抗値を前記一対の電極間の電位勾
配に対応して変化させる構成とした。

（作用） 電界を形成する一対の電極間に配した第２の電極の抵抗
値が一対の゛電極間の電位勾配に対応して変化している
ため、一対の電極間に方々平行な等電位線が形成され均
一静電界を得ることができる。

（実施例） 以下この発明の詳細な説明する。尚第３図と同一構成部
分には同一符号を付して重複した説明は省略する。

この実施例のウィーンフィルタでは一対の電極５ａ　、
５ｂ間に第２の電極７を交叉配置している。

即ちこの第２の電極７は、第２図に示すようにアルミナ
等で成形された絶縁性の基板８の表面全体にコーティン
グや接着等によって導電材層９が構成されている。この
導電材層９は第２の電極７の幅方向の一側（第２図の右
側）から他側（同左側）へ抵抗値が１０−５Ωｃｍから
１０２ΩＣ１′ｌｌとなるように変化させている。そし
てこの第２の電極７は一対の電極５ａ　、５ｂ間の！１
極３側においてその端面が画電極５ａ、５ｂに接触する
ように構成されている。そして電極５ａ側をプラス、同
５ｂ側をマイナスとした場合用２の電極７の抵抗値の太
きい側の端面が電極５ａ側に、同小さい側の端面が電極
５ｂ側に接触する構成となっている。従って第２の電極
７の抵抗値は一対の電極５ａ　、５ｂ間の電位勾配に対
応して変化させた構成となっている。また、第２の電極
７の抵抗値は一対の電極間の電位勾配方向に直線的に変
化するように構成されている。

次に作用を説明する。

Ｎ極５ａ、５ｂに印加された電圧が第２の電極７に接触
することにより第２の電極７の導電材層９の両端に電圧
が印加されることになる。このことにより導電材層９、
即ち第２の電極７の表面電位は第１図中左右方向へ直線
的に変化したものとなる。従っＴＩＪｉ５ａ　に＋Ｖ（
１）’Ｒ位を′ｉ１１ｗＡ５ｂにＶの電位を印加して質
ｉ分離を行なうときにウィーンフィルタ内の電位分布は
第２の電極７の表面電位の変化によって一様にすること
ができる。

この結果ウィーンフィルタ内の空間の等電位線６は第１
図のようになる。このため電極５ａ、５ｂによって与え
られる電界は電極５ａ、５ｂ間を第１図の左右方向に渡
る均一なものとなり、その全てが磁極３によって形成さ
れる磁束２及びイオンの運動方向１に垂直な均一静電界
となる。このため磁極３及び電極５ａ　、５ｂによって
囲まれる空間を有効に利用することができ、ウィーンフ
ィルタの小型化を図りながら貝母分解能を向上させるこ
とができる。

尚この発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば第２の電極７への電位の印加方法として電極５ａ　
、５ｂとの接触によって行なうほか、別の電圧源を用い
て印加するようにしてもよい。

また導電材Ｈ９は基板８の表裏両面全体に設ける必要は
なく画電極５ａ、５ｂによって囲まれる空間側の表面電
位を変化させればよく、−面に設けるようなものでもよ
い。

［発明の効果コ 以上より明らかなようにこの発明の構成によれば、第２
の電極の抵抗値を一対の電極間の電位勾配に対応して変
化させたため、第２の電極の表面電位が両電極間で変化
し、均一な等電位線を構成することができる。このため
均一静電界を得ることができ、ウィーンフィルタ内の空
間を有効に利用して装置の小型化を図ることができると
共に貝母分解能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係るウィーンフィルタの断
面図、第２図は第２の電極板の断面図、第３図は従来の
ウィーンフィルタの概念図、第４図、第５図は同電位分
布を示す説明図である。 ３・・・電極 ５ａ、５ｂ・・・電極 ７・・・第２の電極 ８・・・基板 ９・・・導電材ｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電界を形成する一対の電極と、前記電界に交叉す
   る磁界を形成する一対の磁極とを有し、前記電極と磁極
   とで囲まれた空間内に荷電粒子を入射させ、静電場及び
   磁場による偏向作用によつて荷電粒子の質量分離を行な
   うウィーンフィルタにおいて、前記一対の電極間に第２
   の電極を交叉配置し、この第２の電極の抵抗値を前記一
   対の電極間の電位勾配に対応して変化させたことを特徴
   とするウィーンフィルタ。
2. （２）前記第２の電極は、絶縁性の基板の表面に電気抵
   抗が１０＾−＾５Ωｃｍから１０＾２Ωｃｍの材料を被
   覆したものであることを特徴とする請求項１記載のウィ
   ーンフィルタ。