JPH05101806A - 質量分離装置及び分離方法 - Google Patents
質量分離装置及び分離方法Info
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- JPH05101806A JPH05101806A JP3077345A JP7734591A JPH05101806A JP H05101806 A JPH05101806 A JP H05101806A JP 3077345 A JP3077345 A JP 3077345A JP 7734591 A JP7734591 A JP 7734591A JP H05101806 A JPH05101806 A JP H05101806A
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- slits
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- 238000000034 method Methods 0.000 title 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 87
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- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 19
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- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 6
- -1 hydrogen atom ions Chemical class 0.000 description 4
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- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 質量分離装置において、大面積のイオンビー
ムの質量分離を可能にする。 【構成】 多数の透過孔２を有するイオン入射板１と、
これに平行に配置され、かつイオン入射板の透過孔の軸
線に対して所望の角度をもって設けられた多数の透過孔
４を有するイオン透過板３を有し、それぞれの透過孔の
軸線に対して垂直に磁界Ｂを加える磁界発生手段とを備
えた質量分離装置。
ムの質量分離を可能にする。 【構成】 多数の透過孔２を有するイオン入射板１と、
これに平行に配置され、かつイオン入射板の透過孔の軸
線に対して所望の角度をもって設けられた多数の透過孔
４を有するイオン透過板３を有し、それぞれの透過孔の
軸線に対して垂直に磁界Ｂを加える磁界発生手段とを備
えた質量分離装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームの質量を
分離するための質量分離装置及び分離方法に関するもの
である。
分離するための質量分離装置及び分離方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】イオンビームの質量分離装置はＳＩＭＳ
などの各種分析装置や不純物を基板へ打ち込むためのイ
オン注入装置などに利用されている。装置としては、磁
場を用いた扇形質量分離装置が広く用いられている。
などの各種分析装置や不純物を基板へ打ち込むためのイ
オン注入装置などに利用されている。装置としては、磁
場を用いた扇形質量分離装置が広く用いられている。
【０００３】図３に、従来の扇形質量分離装置を示す。
図において、２１は入射スリット、２２は透過スリッ
ト、２３は磁場、２４はイオンビームを示す。一様な磁
場中では、荷電粒子は円運動を行う。イオンの質量をｍ
（ａ．ｍ．ｕ）、イオンの加速エネルギーをＵ（ｅ
Ｖ）、軌道半径をｒ（ｃｍ）、磁束密度をＢ（gauss ）
とすると、
図において、２１は入射スリット、２２は透過スリッ
ト、２３は磁場、２４はイオンビームを示す。一様な磁
場中では、荷電粒子は円運動を行う。イオンの質量をｍ
（ａ．ｍ．ｕ）、イオンの加速エネルギーをＵ（ｅ
Ｖ）、軌道半径をｒ（ｃｍ）、磁束密度をＢ（gauss ）
とすると、
【０００４】
【数１】
【０００５】なる関係が成り立つ。上式から明らかなよ
うに質量の異なるイオンは、軌道半径が異なるため、特
定の半径の軌道を通るイオンだけをスリット２２を用い
て分離できる。イオンの加速エネルギーＵを一定とし、
磁束密度Ｂを０から徐々に強くしていくと、質量ｍの小
さいイオンから質量ｍの大きいイオンまで順次分離され
質量スペクトルが得られる。
うに質量の異なるイオンは、軌道半径が異なるため、特
定の半径の軌道を通るイオンだけをスリット２２を用い
て分離できる。イオンの加速エネルギーＵを一定とし、
磁束密度Ｂを０から徐々に強くしていくと、質量ｍの小
さいイオンから質量ｍの大きいイオンまで順次分離され
質量スペクトルが得られる。
【０００６】この質量分離装置の分解能は、スリット２
２の幅ｄと軌道半径ｒにより決められ、次式で表され
る。 Ｒ〜ｒ／２ｄ （２） すなわち、イオンを分離するためにはイオンの軌道を制
限するスリットが必要であり、大面積のままイオンビー
ム２４を質量分離することはできなかった。また、分解
能は軌道半径に比例するため小型化が難しく、さらに分
解能を高めるためにはスリット幅を小さくしなければな
らず、分解能と分離されるイオンの量には相反関係があ
った。
２の幅ｄと軌道半径ｒにより決められ、次式で表され
る。 Ｒ〜ｒ／２ｄ （２） すなわち、イオンを分離するためにはイオンの軌道を制
限するスリットが必要であり、大面積のままイオンビー
ム２４を質量分離することはできなかった。また、分解
能は軌道半径に比例するため小型化が難しく、さらに分
解能を高めるためにはスリット幅を小さくしなければな
らず、分解能と分離されるイオンの量には相反関係があ
った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、大面積
のイオンビームの質量分離を可能とするとともに、小型
化が容易であり、さらに分離されたイオンの量を減少さ
せることなく分解能を高められる質量分離装置及び分離
方法を提供することにある。
改善するために提案されたもので、その目的は、大面積
のイオンビームの質量分離を可能とするとともに、小型
化が容易であり、さらに分離されたイオンの量を減少さ
せることなく分解能を高められる質量分離装置及び分離
方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は互いに軸線が平行な、多数の透過孔を備え
たイオン入射板と、前記イオン入射板に平行に配置さ
れ、かつ前記イオン入射板に設けられた透過孔の軸線に
対して所定の角度をもつ軸線を有する、多数の透過孔を
有するイオン透過板と、前記イオン入射板とイオン透過
板に設けられた、それぞれの透過孔の軸線に対して、と
もに垂直に磁界を発生させる磁界発生手段とを具備する
ことを特徴とする質量分離装置を発明の要旨とするもの
である。さらに、本発明は互いに軸線が平行な、多数の
透過孔を備えたイオン入射板と、前記イオン入射板に対
して平行に配置され、かつ前記イオン入射板に設けられ
た透過孔の軸線に対して所定の角度をもつ軸線を有す
る、多数の透過孔を有するイオン透過板とを用い、前記
イオン入射板を通過したイオンビームに対して、前記の
イオン入射板とイオン透過板に設けられた、それぞれの
透過孔の軸線に対して、ともに垂直に磁界を加え、イオ
ンビームを湾曲させ、これによって所望のイオンのみを
前記イオン透過板の透過孔より得て、質量の分離を行う
ことを特徴とする質量分離方法を発明の要旨とするもの
である。
め、本発明は互いに軸線が平行な、多数の透過孔を備え
たイオン入射板と、前記イオン入射板に平行に配置さ
れ、かつ前記イオン入射板に設けられた透過孔の軸線に
対して所定の角度をもつ軸線を有する、多数の透過孔を
有するイオン透過板と、前記イオン入射板とイオン透過
板に設けられた、それぞれの透過孔の軸線に対して、と
もに垂直に磁界を発生させる磁界発生手段とを具備する
ことを特徴とする質量分離装置を発明の要旨とするもの
である。さらに、本発明は互いに軸線が平行な、多数の
透過孔を備えたイオン入射板と、前記イオン入射板に対
して平行に配置され、かつ前記イオン入射板に設けられ
た透過孔の軸線に対して所定の角度をもつ軸線を有す
る、多数の透過孔を有するイオン透過板とを用い、前記
イオン入射板を通過したイオンビームに対して、前記の
イオン入射板とイオン透過板に設けられた、それぞれの
透過孔の軸線に対して、ともに垂直に磁界を加え、イオ
ンビームを湾曲させ、これによって所望のイオンのみを
前記イオン透過板の透過孔より得て、質量の分離を行う
ことを特徴とする質量分離方法を発明の要旨とするもの
である。
【０００９】
【作用】本発明は、角度の付いた多数のスリットを２枚
平行に配列し、磁界と組み合わせることにより、大面積
のイオンビームの質量分離を可能とする作用を有する。
平行に配列し、磁界と組み合わせることにより、大面積
のイオンビームの質量分離を可能とする作用を有する。
【００１０】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。な
お、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得ること
は言うまでもない。
お、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得ること
は言うまでもない。
【００１１】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例を示す。（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は
装置全体を示す。イオン入射板１は、イオンの入射方向
を揃えるためのものでアスペクト比の高い透過孔２を多
数備えている。透過孔の軸線は互いに平行である。イオ
ン透過板３は、角度θ曲げられたイオンだけが透過する
ように、アスペクト比が高く、かつ角度θをもった透過
孔４を多数備えている。透過孔の軸線は互いに平行であ
る。イオン入射板１とイオン透過板３は平行に配置され
ている。イオンの軌道を曲げるために可変な一様磁場Ｂ
５が、イオン入射板１の透過孔の軸とイオン透過板３の
透過孔の軸に対してともに垂直に印加される。
例を示す。（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は
装置全体を示す。イオン入射板１は、イオンの入射方向
を揃えるためのものでアスペクト比の高い透過孔２を多
数備えている。透過孔の軸線は互いに平行である。イオ
ン透過板３は、角度θ曲げられたイオンだけが透過する
ように、アスペクト比が高く、かつ角度θをもった透過
孔４を多数備えている。透過孔の軸線は互いに平行であ
る。イオン入射板１とイオン透過板３は平行に配置され
ている。イオンの軌道を曲げるために可変な一様磁場Ｂ
５が、イオン入射板１の透過孔の軸とイオン透過板３の
透過孔の軸に対してともに垂直に印加される。
【００１２】本実施例では、イオン入射板１の透過孔２
の形状は矩形状であり、スリット幅ｄ1 ＝１０μｍ、深
さｌ1 ＝１ｍｍのスリットが、２０μｍごとに多数配置
してある。イオン透過板３の形状も矩形状であり、この
スリット４の軸は、スリット２の軸に対してある角度θ
だけ傾いている。イオン入射板１と同様にアスペクト比
が大きいスリットを用いており、スリット幅ｄ2 は１０
μｍ、深さｌ2 は１ｍｍ、角度θは２０度であり、１０
μｍ間隔で配置されている。イオン入射板１とイオン透
過板３は、距離Ｌだけ離して平行に設置されている。距
離Ｌはｌ2 よりかなり大きくする必要があり、５０ｍｍ
としてある。
の形状は矩形状であり、スリット幅ｄ1 ＝１０μｍ、深
さｌ1 ＝１ｍｍのスリットが、２０μｍごとに多数配置
してある。イオン透過板３の形状も矩形状であり、この
スリット４の軸は、スリット２の軸に対してある角度θ
だけ傾いている。イオン入射板１と同様にアスペクト比
が大きいスリットを用いており、スリット幅ｄ2 は１０
μｍ、深さｌ2 は１ｍｍ、角度θは２０度であり、１０
μｍ間隔で配置されている。イオン入射板１とイオン透
過板３は、距離Ｌだけ離して平行に設置されている。距
離Ｌはｌ2 よりかなり大きくする必要があり、５０ｍｍ
としてある。
【００１３】スリットの内壁はある程度導電性を持って
いる材質を使用する。これは、内壁にイオンが衝突する
ため絶縁体だとチャージアップする可能性があるためで
ある。
いる材質を使用する。これは、内壁にイオンが衝突する
ため絶縁体だとチャージアップする可能性があるためで
ある。
【００１４】本実施例では矩形のスリットを用いている
が、アスペクト比が高ければ円形の孔でももちろん良
い。スリット２の軸とスリット４の軸に対して垂直に一
様な磁界Ｂ５がイオン入射板１とイオン透過板３の間に
印加されている。
が、アスペクト比が高ければ円形の孔でももちろん良
い。スリット２の軸とスリット４の軸に対して垂直に一
様な磁界Ｂ５がイオン入射板１とイオン透過板３の間に
印加されている。
【００１５】本装置の動作を説明する。ある加速エネル
ギーＵをもったイオンビームは、まずイオン入射板１に
より、入射方向を揃えられる。方向の揃ったイオンビー
ムは一様磁界Ｂ５により距離Ｌを通る間に角度θだけ曲
げられる。ここでθは、
ギーＵをもったイオンビームは、まずイオン入射板１に
より、入射方向を揃えられる。方向の揃ったイオンビー
ムは一様磁界Ｂ５により距離Ｌを通る間に角度θだけ曲
げられる。ここでθは、
【００１６】
【数２】
【００１７】となる。スリットのアスペクト比が高いた
め角度θだけ曲げられた質量のイオンだけがスリット４
を透過でき、その質量以外のイオンはほとんどスリット
の内壁に衝突して再結合し中性粒子となる。本実施例で
は、Δθ＝±0.57°の分解能で分離できる。磁界Ｂ５が
０の時は、すべてのイオンが直進し、スリットに衝突し
透過できない。徐々に磁界を強めていくと軽いイオンか
ら曲がりはじめ、イオンの加速エネルギーＵが５００ｅ
Ｖのときは、Ｂが２２０gauss でまず水素原子イオン
が、３１１gauss で水素分子イオンが透過する。さらに
磁界を強めていくと、徐々に重いイオンが透過してい
き、質量スペクトルが得られる。
め角度θだけ曲げられた質量のイオンだけがスリット４
を透過でき、その質量以外のイオンはほとんどスリット
の内壁に衝突して再結合し中性粒子となる。本実施例で
は、Δθ＝±0.57°の分解能で分離できる。磁界Ｂ５が
０の時は、すべてのイオンが直進し、スリットに衝突し
透過できない。徐々に磁界を強めていくと軽いイオンか
ら曲がりはじめ、イオンの加速エネルギーＵが５００ｅ
Ｖのときは、Ｂが２２０gauss でまず水素原子イオン
が、３１１gauss で水素分子イオンが透過する。さらに
磁界を強めていくと、徐々に重いイオンが透過してい
き、質量スペクトルが得られる。
【００１８】通常の扇形質量分離装置では、イオンの通
る軌道を狭い領域に制限して質量分離を行うため、広い
面積にわたって質量分離ができないが、本分離装置では
イオンの曲がる角度の違いだけで質量分離を行うため、
広い面積にわたって同時に質量分離ができる。また、分
解能は、回転曲率半径Ｒにはほとんど依存せず、スリッ
トのアスペクト比すなわち角度の分解能にのみ依存する
ため、分離装置を大幅に小型化することが可能である。
る軌道を狭い領域に制限して質量分離を行うため、広い
面積にわたって質量分離ができないが、本分離装置では
イオンの曲がる角度の違いだけで質量分離を行うため、
広い面積にわたって同時に質量分離ができる。また、分
解能は、回転曲率半径Ｒにはほとんど依存せず、スリッ
トのアスペクト比すなわち角度の分解能にのみ依存する
ため、分離装置を大幅に小型化することが可能である。
【００１９】（実施例２）図２に本発明の第２の実施例
を示す。（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は装
置全体を示す。イオン入射板１１及びイオン透過板１３
には、マイクロチャネルプレートを用いている。マイク
ロチャネルプレートは、通常、電子増倍のために使われ
ている。しかし、アスペクト比の高い孔を多数備えてお
り、また、その孔は角度をつけてあけられている。従っ
て、本発明の装置で用いる入射板，透過板として使用で
きる。μｍのオーダーのアスペクト比の高い孔を多数平
行にあけるのは加工が難しいが、マイクロチャネルプレ
ートを用いれば比較的容易に装置を作製できる。
を示す。（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は装
置全体を示す。イオン入射板１１及びイオン透過板１３
には、マイクロチャネルプレートを用いている。マイク
ロチャネルプレートは、通常、電子増倍のために使われ
ている。しかし、アスペクト比の高い孔を多数備えてお
り、また、その孔は角度をつけてあけられている。従っ
て、本発明の装置で用いる入射板，透過板として使用で
きる。μｍのオーダーのアスペクト比の高い孔を多数平
行にあけるのは加工が難しいが、マイクロチャネルプレ
ートを用いれば比較的容易に装置を作製できる。
【００２０】本実施例では、イオン入射板１１とイオン
透過板１３は同じマイクロチャネルプレートを使用して
いる。孔の直径は１２μｍ、深さは0.48ｍｍ、ピッチは
１５μｍ、角度は８度である。イオン入射板１１とイオ
ン透過板１３を平行にかつ孔の軸相互の角度が最大の１
６度になるように配置してある。距離Ｌは５０ｍｍであ
る。一様な磁界Ｂ１５が両方の孔の軸に垂直に印加され
ている。
透過板１３は同じマイクロチャネルプレートを使用して
いる。孔の直径は１２μｍ、深さは0.48ｍｍ、ピッチは
１５μｍ、角度は８度である。イオン入射板１１とイオ
ン透過板１３を平行にかつ孔の軸相互の角度が最大の１
６度になるように配置してある。距離Ｌは５０ｍｍであ
る。一様な磁界Ｂ１５が両方の孔の軸に垂直に印加され
ている。
【００２１】本装置の動作は実施例１とほぼ同様であ
る。ある加速エネルギーＵをもったイオンビームは、ま
ずイオン入射板１１により、入射方向を揃えられ角度θ
1 で入射する。方向の揃ったイオンビームは一様磁界Ｂ
１５により距離Ｌを通る間に軌道半径ｒで曲げられ角度
θ2 で透過していく。θ1 ，θ2 とＢおよび距離Ｌとの
関係は以下の式で表される。
る。ある加速エネルギーＵをもったイオンビームは、ま
ずイオン入射板１１により、入射方向を揃えられ角度θ
1 で入射する。方向の揃ったイオンビームは一様磁界Ｂ
１５により距離Ｌを通る間に軌道半径ｒで曲げられ角度
θ2 で透過していく。θ1 ，θ2 とＢおよび距離Ｌとの
関係は以下の式で表される。
【００２２】
【数３】
【００２３】本実施例では、θ1 ＝θ2 ＝８度のイオン
のみがイオン透過板１３を透過する。加速エネルギーＵ
が５００ｅＶの時、Ｂが１７９gauss でまず水素原子イ
オンが、２５３gauss で水素分子イオンが透過する。さ
らに磁界を強めていくと、徐々に重いイオンが透過して
いき、質量スペクトルが得られる。
のみがイオン透過板１３を透過する。加速エネルギーＵ
が５００ｅＶの時、Ｂが１７９gauss でまず水素原子イ
オンが、２５３gauss で水素分子イオンが透過する。さ
らに磁界を強めていくと、徐々に重いイオンが透過して
いき、質量スペクトルが得られる。
【００２４】実施例１と同様に、本分離装置ではイオン
の曲がる角度の違いだけで質量分離を行うため、広い面
積にわたって同時に質量分離ができる。また、分解能
は、回転半径Ｒにはほとんど依存せず、孔のアスペクト
比すなわち角度の分解能にのみ依存するため、分離装置
を大幅に小型化することが可能である。さらに、マイク
ロチャネルプレートを用いるため製作も容易である。
の曲がる角度の違いだけで質量分離を行うため、広い面
積にわたって同時に質量分離ができる。また、分解能
は、回転半径Ｒにはほとんど依存せず、孔のアスペクト
比すなわち角度の分解能にのみ依存するため、分離装置
を大幅に小型化することが可能である。さらに、マイク
ロチャネルプレートを用いるため製作も容易である。
【００２５】
【発明の効果】叙上のように本発明によれば、従来の扇
形質量分離装置ではできなかった大面積のままのイオン
ビームの質量分離が可能となる。また、小型化が容易で
ありイオンの量を減少させることなく分解能を高めるこ
とができる。
形質量分離装置ではできなかった大面積のままのイオン
ビームの質量分離が可能となる。また、小型化が容易で
ありイオンの量を減少させることなく分解能を高めるこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施例の構成図を示す。（ａ）
は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は装置全体を示す。
は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は装置全体を示す。
【図２】本発明の第２の実施例の構成図を示す。（ａ）
は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は装置全体を示す。
は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は装置全体を示す。
【図３】従来の扇形質量分離装置の構成図を示す。
１ イオン入射板 ２ 透過孔（スリット） ３ イオン透過板 ４ 透過孔（スリット） ５ 磁場 ６ イオンビーム １１ イオン入射板 １２ 透過孔 １３ イオン透過板 １４ 透過孔 １５ 磁場 １６ イオンビーム ２１ 入射スリット ２２ 透過スリット ２３ 磁場 ２４ イオンビーム
Claims (2)
- 【請求項１】 互いに軸線が平行な、多数の透過孔を備
えたイオン入射板と、前記イオン入射板に平行に配置さ
れ、かつ前記イオン入射板に設けられた透過孔の軸線に
対して所定の角度をもつ軸線を有する、多数の透過孔を
有するイオン透過板と、前記イオン入射板とイオン透過
板に設けられた、それぞれの透過孔の軸線に対して、と
もに垂直に磁界を発生させる磁界発生手段とを具備する
ことを特徴とする質量分離装置。 - 【請求項２】 互いに軸線が平行な、多数の透過孔を備
えたイオン入射板と、前記イオン入射板に対して平行に
配置され、かつ前記イオン入射板に設けられた透過孔の
軸線に対して所定の角度をもつ軸線を有する、多数の透
過孔を有するイオン透過板とを用い、前記イオン入射板
を通過したイオンビームに対して、前記のイオン入射板
とイオン透過板に設けられた、それぞれの透過孔の軸線
に対して、ともに垂直に磁界を加え、イオンビームを湾
曲させ、これによって所望のイオンのみを前記イオン透
過板の透過孔より得て、質量の分離を行うことを特徴と
する質量分離方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077345A JP2920847B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 質量分離装置及び分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077345A JP2920847B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 質量分離装置及び分離方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05101806A true JPH05101806A (ja) | 1993-04-23 |
| JP2920847B2 JP2920847B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=13631332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3077345A Expired - Fee Related JP2920847B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 質量分離装置及び分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2920847B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005004989A (ja) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Hamamatsu Photonics Kk | イオン移動度検出器 |
| WO2012091851A3 (en) * | 2010-12-29 | 2012-08-30 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | System and method for producing a mass analyzed ion beam |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP3077345A patent/JP2920847B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005004989A (ja) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Hamamatsu Photonics Kk | イオン移動度検出器 |
| WO2012091851A3 (en) * | 2010-12-29 | 2012-08-30 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | System and method for producing a mass analyzed ion beam |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2920847B2 (ja) | 1999-07-19 |
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