JPH0582083A

JPH0582083A - 質量分離機構を備えたイオン源

Info

Publication number: JPH0582083A
Application number: JP4059459A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Tanjiyou; 正安丹上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】広い断面積を持つ面イオンビ−ム型のイオン
源に於いて質量分離機構を設けて所望の質量のイオンビ
−ムだけを取り出すこと。【構成】イオン源出口のプラズマ電極、引出電極、加
速電極、接地電極のうちイオンの速度が低い段階である
引出電極に、電界磁界の作用で質量分離するウイ−ンフ
ィルタを通し穴ごとに設ける。さらに引出電極のすぐ後
方に通し穴の位置の合致したあまり電圧のかかっていな
い質量分離電極を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は質量分離機構を備えた
面イオン型のイオン源に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン源は真空容器に導入されたガスを
何らかの手段で励起してプラズマとしイオンビ−ムとし
て外部へ取り出すものである。半導体、液晶用ＴＦＴ、
太陽電池などへの不純物導入、あるいはイオンビ−ムに
よるエッチング、スパッタによる加工、さらにはイオン
によるデポジション、改質などの分野に於いて広く用い
られている。イオンビ−ムの種類、ビ−ムの直径、イオ
ンの運動エネルギ−、ビ−ム密度などは目的によって様
々である。イオンビ−ムの直径の狭いものも使われる。
これは物体の加工や処理のためというより、物性の測定
に用いられる事が多い。イオン源の中では多様なイオン
が生成するから所望のイオンのみを取り出そうとする場
合は質量分離しなければならない。イオンビ−ムが細い
場合質量分離機構を設けるのは比較的簡単である。これ
は扇形磁石によってイオンの経路を円弧状に彎曲させ、
スリットを通過させることにより、質量の違うイオンを
区別するものである。

【０００３】ところが物質を加工したり改質したりとい
うように何らかの処理を施すための場合はイオンビ−ム
が広い方が良い。広い面積の対象物或は多くの対象物を
同時に効率良く処理することができるからである。この
ような面イオン型のイオン源の場合、イオンを質量分離
するのは容易ではない。もちろん前述のように扇形磁石
によって質量分離できるはずであるが、イオンビ−ムの
エネルギ−が高く、イオンビ−ムの直径が大きいから現
実には磁石による質量分離は殆どなされていない。

【０００４】物質、目的によって相違するが、イオン源
から引出されたイオンビ−ムのエネルギ−は１０ｋｅＶ
〜２００ｋｅＶ程度あってかなり大きい。エネルギ−の
大きいビ−ムを曲げるには強い磁束密度が必要である。
さらに面イオンビ−ム型の場合イオンビ−ムの直径が大
きい。磁石の直径はイオンビ−ムの直径より当然大きく
なくてはならないからこのようなイオンビ−ムを曲げる
ためには強い磁束密度を持つ巨大な磁石が必要である。
またこの磁石はビ−ムの曲がりに沿う円弧状の形状を持
たなければならない。このような巨大で強力な磁石を製
作するのは容易でない。またこれをイオン源の出口に設
置するのも難しい。たとえ可能であっても極めて嵩高い
機構になってしまう。

【０００５】これらの困難を克服したとしても、イオン
ビ−ム径が大きいから磁場で曲げられたイオンを選択的
に通すべきスリットの穴を大きくせざるを得ないので、
質量分離の分解能が低くなってしまう。そこで本発明者
は、ウイ−ンフイルタを用いてイオンビ−ムを質量分離
する事を考えた。特願平２−２２０５７３である。これ
はイオン源出口にあるプラズマ電極、引出電極、加速電
極、接地電極の４枚の電極の内、引出電極のイオン通し
穴のそれぞれにウイ−ンフイルタを設けたものである。
引出電極の通し穴の両側に永久磁石を埋め込み、これと
直角な位置に電極を設ける。電極に直流電圧を印加して
磁場と電場が直交するようにする。所望の質量を持つイ
オンのみがこの通し穴を直進するように設定しておく。
その他の質量のイオンはこの穴を通過する際に曲げられ
るのでこれの直下にある加速電極の通し穴を通過できな
い。

【０００６】この機構はイオンを加速する前に質量分離
するので、強い磁場がいらないという長所がある。加速
前であるから、イオンエネルギ−は１ｋｅＶより小さ
い。扇形磁石を用いないので、小型のものになる。ビ−
ムラインが直線になるので装置の設計、設置が容易にな
る、などの長所があった。

【０００７】ところが４枚電極のこの質量分離機構には
次のような難点がある。ひとつは質量の異なるイオンを
排除するためにスリットに該当するものが加速電極であ
るため、ここに衝突した時にイオンはかなり高いエネル
ギ−を持つということである。たとえば、プラズマ電極
の電圧を１０ｋＶ、引出電極の電圧を９．６ｋＶ、加速
電極の電圧を−０．５ｋＶとする。加速電極に衝突する
イオンのエネルギ−は１０．５ｋｅＶとなる。所望の質
量を持たない過大過小の質量のイオンはここに衝突する
がエネルギ−が高いため多くの２次電子を発生する。こ
の２次電子の作用で、引出電極と加速電極の間で放電が
発生する。つまり２次電子が電圧の高い引出電極の方へ
引っ張られ加速されるから、これが雰囲気ガスを電離し
て放電が生じるのである。

【０００８】もうひとつの欠点は分解能である。引出電
極と加速電極の間で加速されて加速電極のイオン通し穴
に入るわけであるが、この間で加速されるため、イオン
の飛行方向が軸線から外れていたものでも加速電極の引
力によって飛行方向が軸方向になり加速電極のイオン通
し穴を通ってしまう。つまり所定の質量でないイオンも
この加速電極通し穴を通過するということである。この
ため分解能が低くなってしまう。本発明は２次電子発生
を防ぎより高い分解能を有する質量分離機構を備えたイ
オン源を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン源は先述
のプラズマ電極、引出電極、加速電極、接地電極と並ぶ
電極に加えて、引出電極のすぐ後方にこれと殆ど電位の
変わらない、小さい通し穴を有する質量分離電極を追加
したものである。つまり４枚電極であったものを５枚電
極にする。引出電極のすぐ後方にあるので、これが質量
分離のためのスリット板としての作用を持つようにな
る。

【００１０】

【作用】引出電極のすぐ後方に対応する位置に多数の穴
を有する質量分離電極を設けている。所望の質量を持っ
たイオンはそのまま通し穴を通過してゆく。しかし、そ
うでない質量のイオンについては通し穴を通過できな
い。引出電極の通し穴がウイ−ンフイルタになっている
ので過大過小質量のイオンはここで曲げられて、質量分
離電極の板部に衝突し排除される。この点は同じなので
ある。しかし、引出電極と質量分離電極との間で殆ど電
位差がなくあまり加速されないのでこのイオンが板部に
当たって２次電子を出すという事がない。したがって放
電も起こらない。これは大きな利点である。

【００１１】もうひとつの利点は分解能が向上するとい
うことである。引出電極の次に加速電極がある場合は、
この間で進行方向に加速されるから、引出電極のウイ−
ンフイルタを出た時に、軸方向から多少ずれた速度ベク
トルを有するイオンであっても加速電極の通し穴を通過
する事ができる。このため過大過小質量のイオンも加速
電極の通し穴を通ることができる。つまり分解能が低
い。本発明の場合は、引出電極と質量分離電極との間で
加速されず殆ど等速直線運動をするから、引出電極のウ
イ−ンフイルタを出た時に軸方向からずれた速度ベクト
ルを有するイオンはますます中心軸から外れてゆき、質
量分離電極の通し穴を通り抜けることができない。過大
過小質量のイオンが排除されるということで分解能が高
くなる。

【００１２】実際には、引出電極が厚いので通し穴が長
く、穴径に比べて穴長が大きいから、穴の出口でイオン
ビ−ムが収束するような電位勾配が生ずる。図２にこれ
を示す。点Ｑ、Ｒが収束点である。収束するといっても
ビ−ムは進行しているので収束した後は発散する訳であ
る。また収束するのは同一の質量、同一のエネルギ−を
持ったイオンだけである。異なる質量のイオンはウイ−
ンフイルタのＢ、Ｅの作用のため出口に於いては異なる
地点Ｑ、Ｒで収束する。そのため引出電極のすぐ近くに
小さい通し穴を設けた質量分離電極を設置するという事
は有効である。所望の質量を持つＱ点で収束したイオン
は質量分離電極の穴を通過できるが過大又は過小質量の
Ｒ点で収束したイオンは次の電極の穴を通過できない。
離れた位置により大きい穴径の電極板を設けるのと等価
のように見えるがそうではない。引出電極の出口で収束
したイオンは発散しはじめるので遠くにある電極板（質
量分離電極がないとして）に到達した時は、同一地点に
異なる質量のイオンが飛来する可能性があるのである。
つまり質量分離がウイ−ンフイルタによって一旦なされ
ても、その後発散ビ−ムになるから、ビ−ムが混じりあ
ってしまうのである。引出電極から遠く離れた所にある
加速電極によってスリットの代用をさせるとすればビ−
ムの混合が起こって折角ウイ−ンフイルタによって質量
分離しても以後再び混じりあってしまうのである。

【００１３】本発明ではそうでなく、収束したイオンビ
−ムを分離するため引出電極のすぐ後に質量分離のため
の電極を設けている。イオンは殆ど発散しないうちにこ
の電極に至るから、質量の異なるイオンビ−ムの到達位
置が異なる。適当なＢ、Ｅの決定を行うことにより、所
望の質量のイオンのみを通すことができる。

【００１４】

【実施例】

［実施例１］図１は本発明の実施例に係る質量分離機構
を備えたイオン源の概略構成図である。図２は電極板の
部分の拡大縦断面図である。イオン源の出口に設置され
た多孔板電極は５枚ある。図１の上から順にプラズマ電
極１、引出電極２、質量分離電極３、加速電極４、接地
電極５である。いずれも多数のイオン通し穴を有する多
孔板である。イオン通し穴はイオンの進行方向に一致す
るように穿孔されている。イオン源はイオン源チャンバ
６の中にフィラメント７を設けたものである。イオン源
チャンバ６は真空に排気することができしかも原料ガス
入口８からイオン化すべきガスが導入できるようになっ
ている。チャンバ６の壁の外側にはカスプ磁場を作るた
めの磁石９、１０が設けてある。これはバケット型イオ
ン源の例を示している。その他のイオン源に対しても本
発明を同様に適用することができる。

【００１５】プラズマ電極１、引出電極２，質量分離電
極３、加速電極４、接地電極５のイオン通し穴１１、１
２、１３、１４、１５は軸方向に一致するが、直径やそ
の長さが相違する。特に質量分離電極３の穴Ｂは小さく
なっている。図２は電極の穴を縦に並べて書いている
が、これは電極の厚みを誇張して書いてある。また穴の
径も実際より大きく書いてある。プラズマ電極１、質量
分離電極３、加速電極４、接地電極５などは単純な金属
板に多くの孔を穿ったものである。引出電極２はウイ−
ンフイルタをそれぞれの通し穴１２に設けているから複
雑な構造となっている。

【００１６】電位の関係について説明する。フィラメン
ト７はフィラメント電源１６によって加熱される。フィ
ラメント７を陰極、イオン源チャンバ６を陽極とするよ
うに、ア−ク電源１７が両者に接続されている。チャン
バ６とフィラメント７の間にア−ク放電が起こる。これ
によってガスが励起されてプラズマ１８になる。プラズ
マ電極１１はプラズマの中から正イオンのみを取り出す
ものである。これは大地に対しては正の高電位である
が、チャンバ６よりは低い電圧になっている。

【００１７】引出電極２は電源１９によってプラズマ電
極１より低い電位になっている。これはウイ−ンフイル
タを穴ごとに内蔵しているから、２つの異なる電位を必
要とする。このために電源２０、２１がある。引出電極
２のすぐ後段の質量分離電極３は電源２２によって引出
電極２より僅かに低い電位（或は同一電位）に保たれ
る。加速電極４はプラズマ電極１１に対してイオンを加
速する方向に高い電圧がかかっているので加速電極とい
っている。これは電源２３によるものである。実際には
加速電極４は大地に対して負に保たれる。これはタ−ゲ
ットにイオンが衝突することによって生じた電子がイオ
ン源チャンバの方へ逆流するのを防ぐためである。接地
電極５は接地されている。接地電極からタ−ゲット（図
示せず）までは電界が存在しないので等速直進運動す
る。イオンが加速されるのは、引出電極２と加速電極４
の間である。特に強く加速されるのは、質量分離電極３
と加速電極４の間である。

【００１８】電圧の分布に関する一例を示す。プラズマ
電極が１０ｋＶとすると、引出電極の電位は９．９〜
９．６ｋＶ、質量分離電極の電位は９．７〜８ｋＶ、加
速電極の電位は−０．５〜−１ｋＶ、接地電極は０Ｖで
ある。つまり質量分離電極３まではイオンのエネルギ−
が低く速度は遅いという事である。プラズマ電極の電位
が変わると、その他の質量分離電極の電位もそれに追随
して変わる。全ての電極のイオン通し穴の中心は中心線
ｍｎの上にある。引出電極２は直交する電場Ｅと磁界Ｂ
とを用いたウイ−ンフイルタを備えているので，所望の
質量をもつイオンは直進イオンビ−ム２５となるが、そ
れ以外の質量のイオンは彎曲イオンビ−ム２６となり質
量分離電極３の板面に衝突する。

【００１９】引出電極２はプラズマ電極１の後方にあっ
て、プラズマ電極１のイオン通し穴からイオンを引き出
す働きをする。この点は従来のものと同じである。本発
明に於いてはそれに加えて、質量分離のためのウイ−ン
フイルタを通し穴１２ごとにひとつずつ設けてある。１
本のイオンビ−ムの途中にひとつのウイ−ンフイルタを
設けたものはよく知られているが、本発明のように面積
の大きい面ビ−ムのイオン源で多数のウイ−ンフイルタ
を並設したものは類例がない。引出電極２は電極板２７
と磁石２８を含む。

【００２０】図２では磁石２８を示しているが、これは
磁石と磁場の存在を明示するためであって実際には中心
線上に磁石２８は存在しない。図３のように電極板２７
は通し穴１２の中心を結ぶ方向の中心線に沿って分割さ
れている。分割の方向をｙ軸にとる。これと直角な方向
をｘ軸とする。電極板２７が２分割されて２７ａ、２７
ｂになっているがこれは、両者の間に電圧を印加して通
し穴１２の中にｘ方向の電界Ｅを生ずるためである。こ
のような電界がなければウイ−ンフイルタができない。

【００２１】電極板２が中央で割れており電極板２７
ａ、２７ｂとなっているために、永久磁石２８は両方の
電極板２７ａ、２７ｂの中に２分割して埋め込まれてい
る。ひとつの通し穴の周囲に同じ方向に磁化方向を有す
る４つの永久磁石２８が設置されている。これらはｙ方
向に磁束密度Ｂを生ずる。電極板２７ａ、２７ｂ間の電
圧によって生じた電場（ｘ方向）とともにこれがウイ−
ンフイルタを構成する。これと直角な（ｚ方向）方向か
ら入射したイオンはＢ、Ｅの相拮抗する力を受ける。選
ばれた質量エネルギ−のイオンは一定の速度ｗ₀ を持つ
ので受ける力が均衡しここを直進する。これより遅い速
度（より重いイオン）のイオンは電界Ｅの方向に曲がる
し、速い速度（より軽い）のものは電界Ｅと反対の方向
に曲がるので、この彎曲ビ−ム２６は質量分離電極３の
板面に当たり除去されるのである。

【００２２】ウイ−ンフイルタをイオン加速前の段階に
設けたということが重要である。１００ｅＶ〜数１００
ｅＶのエネルギ−しか持たないから、速度ｗ₀ が小さく
慣性が小さいので弱い電界Ｅによってもこれを曲げる事
ができる。つまり電圧を低くできるのである。穴径が小
さいから電場、磁場ともに小さくできる。ウイ−ンフイ
ルタの長さ、つまり通し穴の長さも短くすることができ
る。これは甚だ有利な点である。この例では全ての通し
穴での電界、磁界の方向を同一にするために隣接する電
極板２７ａ、２７ｂの間にも空隙を作り両者を電気的に
絶縁している。これらの空隙はそのまま空間としてもよ
いのであるが、真空であるとその間に放電が起こりやす
いので、絶縁物２９、絶縁物３０を充填してある。ｘ方
向の電界の大きさは電源２０、２１によって適当に調整
することができる。

【００２３】引出電極２の通し穴１２は、質量分離電極
３の通し穴１３より直径が大きく、通し穴１２の下に通
し穴１３が見えている。両者は同じ程度にしてもよい
が、通し穴１３を小さくすると分解能を上げることがで
きる。このような幾何学的条件であると、所望の質量を
持つイオンであっても引出電極通し穴１２の端近くを通
ったイオンは次の通し穴１３を通過できないように見え
るが、そうではない。既に述べたように引出電極通し穴
１２は長いので凸レンズのような収束作用があって、同
じ質量のイオンであれば出口の一箇所（穴の中心）に収
束させるのである。

【００２４】［実施例２］図４は引出電極の他の実施例
を示す。通し穴１２の配置が縦横に並んでいるのではな
く、チドリになっている。つまり正三角形を多数並列さ
せた場合の頂点に穴を位置させている。さらに電極板間
の分割数を減じ、隣接する穴の電極板２７ｃはひとつに
統合してある。こうすると電極板のくりかえしピッチが
２倍になり電極構造が単純化される。また穴の中心を通
る方向に電極板２７ｃ、２７ｄが分割されているが、分
割部は単に空隙３１となっている。左右の穴で電場の方
向が逆になるので磁石の方向も逆になっている。ここで
は長い永久磁石２８を用いて隣接する通し穴に対して共
通に使っている。

【００２５】［実施例３］図５は引出電極の第３の実施
例を示す。これは通し穴が縦横行列状に並んでいる。電
極板が中間で分割されていないので、電極板のピッチが
図３の穴のピッチの２倍になる。電界、磁界の方向は横
方向の穴について相反するようになっている。図４、図
５の場合、過大質量のイオンがＥ、Ｂによって曲げられ
る方向が穴によって異なる。過小質量のイオンについて
も同様である。しかしこれは差支えのないことである。
引出電極通し穴１２と質量分離電極の通し穴１３のひと
つずつが組になってそれぞれ単一のウイ−ンフイルタを
作っているからである。

【００２６】［実施例４］これ迄に説明したものは、引
出電極２は２つの役割を持っていた。一つはウイ−ンフ
イルタ−を備える基体となるということである。もう一
つはプラズマ電極と引出電極との電位差によってイオン
を引き出すという作用である。図２に示した例では両電
極の電位差が０．１〜０．４ｋＶある。一般にこの電圧
は０．１〜１ｋＶ程度である。この電位差でイオンビ−
ムを引き出している。ウイ−ンフイルタの電極板間の電
圧は４０〜２００Ｖ程度でありこの電圧と磁場の作用で
質量分離している。このような二つの役割を兼ねること
がもちろんできるのであるが、電界の方向が異なるから
イオンビ−ムの流れが意図した通りにならないというこ
とがある。前記の電位差はビ−ムの方向つまりｚ方向に
働く。しかしフィルタとしての電界はビ−ムと直角の方
向つまりこの例ではｘ方向に働く。フィルタのための電
界は通し穴１２の外部まで遠く漏れるということはない
はずであるが、それでも穴の縁辺においては強い電界と
なる。これがｚ方向の引出電界に擾乱を加える。ために
イオンビ−ムがｘ方向に彎曲する可能性がある。

【００２７】引出電極のウイ−ンフイルタは磁界と電界
による反対方向の力によってある一定の質量を持つイオ
ンビ−ムのみを直進させるものである。しかし永久磁石
の作る磁界と、電極板のつくる電界の大きさは同じ物理
法則に従うものではないから、その分布が異なってく
る。通し穴の中心ではＥ＝ｗ₀ Ｂというように設定され
ていたとしても、その他の領域では、電界、磁界の強さ
の比は常にｗ₀ ではない。また方向も異なる。電界は端
的にガウスの法則に従うが、磁界は磁石板の定理に従う
から、その方向性や強度の距離依存性が異なる。従って
通し穴の中心以外では電界と磁界の力の均衡が破れてお
り、電界が優勢であるところや磁界が優勢であるところ
などがどうしても発生してしまう。

【００２８】このような訳で引出電極にｚ方向、ｘ方向
の電界の両方を担わせると穴の中心から外れた軌跡を通
るイオンビ−ムに対してｘ方向の特異な電界がかかる可
能性がある。そうすると直進していたものが曲げられた
り、曲がっていたものが直進したりするので質量分離の
分解能が低下する。これを避けるためには、引出電極を
２つに分離した方が良い。図６と図７はこのような実施
例を示す。これは６枚電極構造のものである。引出電極
２が単なる引出前置電極５１とフィルタ電極５２に分離
されているのである。つまり６枚の電極は、チャンバに
近いほうから順に、プラズマ電極１、引出前置電極５
１、フィルタ電極５２、質量分離電極３、加速電極４、
接地電極５である。電圧の配分について述べる。この例
では、プラズマ電極１は１０ｋＶにバイアスされてい
る。引出前置電極５１はこれに対して−１ｋＶとなって
いる。つまり大地に対しては９ｋＶである。この例で
は、フィルタ電極５２と質量分離電極３と引出前置電極
５１は同電位になっている。つまりプラズマ電極１と引
出前置電極５１の間では１ｋＶの電位差により、ｚ方向
に真っすぐに加速される。この点が、これ迄の実施例と
異なる点である。フィルタ電極５２の電極板の間には＋
２００Ｖと−２００Ｖの電圧が印加される。つまり４０
０Ｖの電圧によって電極板の間に直流電界が生ずるので
ある。またこれより後方の質量分離電極３もこれらと同
電位であるから、フィルタ電極と質量分離電極３の間で
イオンが加速されない。こうすると質量分離の分解能を
あげることができる。勿論質量分離電極３の通し穴の直
径を小さくすることによっても分解能を上げることがで
きる。

【００２９】しかしそうではなくて、引出前置電極５
１、フィルタ電極５２、質量分離電極３の間に電源をつ
なぎ、それぞれ小さい電位差を与えてもよい。もうひと
つこの実施例で注意すべきことは、通し穴５４の形状で
ある。これまでのものは丸い通し穴であった。丸いもの
は加工が容易であるが、電界分布が生じて一様な電界を
形成しにくい。そこでここでは通し穴が角型になってい
る。このようにすれば通し穴の対辺平行であるから、一
様な強度の電界を形成することができる。このようにす
るとウイ−ンフイルタの質量分離の有効範囲が拡がるか
らより正確に質量分離することができる。フィルタ電極
５２の通し穴５４は行方向（ｙ方向）に複数列ならんで
いる。しかし隣接する群の間では通し穴のピッチは半ピ
ッチずれている。またこの例では電極板５３ａ、５３ｂ
が隣接する２行のウイ−ンフイルタについて共通となっ
ている。こうすると電極板５３ａ、５３ｂのピッチが２
倍になって電極板の製作設置が容易になる。しかしこの
ため隣接する行間では磁界電界の方向が逆転する。

【００３０】永久磁石５５はひとつのウイ−ンフイルタ
について４つのものが用いられている。異なる磁極が対
向するように電極板の両側に２つずつ計４つ設けられて
いる。しかし永久磁石５５は隣り合うウイ−ンフイルタ
で半分ずつ共通に用いられている。であるらウイ−ンフ
イルタひとつあたりの永久磁石は２つである。この点は
図４の例と同様である。既に述べたようにこの実施例は
引出電極２が２つの異なる作用をするとビ−ムがｘ方向
の電界のために偏向する可能性がありこれを回避するた
めに考案されたものである。これは従って引出電極によ
って偏向されず対称性の良いビ−ムを作り出すことがで
きる。優れた質量分離機構である。

【００３１】

【発明の効果】広いビ−ム面積を有する面ビ−ム型イオ
ン源は新しいものではあるが、これを質量分離するため
の適当な機構がこれまで存在しなかった。本発明は、イ
オン源の引出電極の中に電極、磁石を設けてウイ−ンフ
イルタとしているので面ビ−ムであっても質量分離する
ことができる。低速のイオンに対して質量分離するから
高電圧が不要であり、それとともに磁界も小さくするこ
とができる。さらに引出電極のすぐ後方に質量分離のた
めの多孔板電極を設けたので、特願平２−２２０５７３
に比べて２つの点で優れている。ひとつは加速されてか
ら電極板に当たって２次電子を多量に発生するという事
がなく電極間で放電が発生する惧れがないということで
ある。もうひとつは引出電極の出口で収束したビ−ムが
発散する間もなく質量分離電極に至るので、分解能が高
揚するということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン源の概略構成を示す縦断面図。

【図２】イオン源出口の電極板の構造を示す一部縦断面
図。

【図３】引出電極の一部の横断面図。

【図４】引出電極の他の実施例を示す一部の横断面図。

【図５】引出電極の第３の実施例を示す一部の横断面
図。

【図６】第４の実施例に係るイオン源出口の電極板の構
造を示す一部縦断面図。

【図７】図６の実施例のフィルタ電極の平面図。

【符号の説明】

１プラズマ電極２引出電極３質量分離電極４加速電極５接地電極６イオン源チャンバ７フィラメント８ガス導入口９磁石１０磁石１１プラズマ電極通し穴１２引出電極通し穴１３質量分離電極通し穴１４加速電極通し穴１５接地電極通し穴１６フィラメント電源１７ア−ク電源１８プラズマ２７電極板２８磁石５１引出前置電極５２フィルタ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空に引くことができ原料ガスを導入し
放電によってこれを励起しプラズマとするイオン源チャ
ンバと、イオン源チャンバからイオンビ−ムを引き出し
加速するためにイオン源チャンバの出口に設けられイオ
ン通し穴が面と直角な方向に一致するように穿たれた多
孔板電極板であるプラズマ電極、引出電極、質量分離電
極、加速電極、接地電極とを含み、引出電極の全てのイ
オン通し穴に、対向磁石と対向電極とよりなり静磁界と
電界とが互いに直交しイオンビ−ムにも直交するように
したウイ−ンフイルタを設け、質量分離電極は引出電極
との間にイオンを加速する方向の小さな電圧が印加され
ているか又は同じ電圧であるものとし質量分離電極のイ
オン通し穴はこれより後段の加速電極のイオン通し穴と
同じ大きさかあるいはこれよりも小径のものとし、引出
電極のイオン通し穴を通過したイオンのうち所望の質量
のイオンのみがその後段にある質量分離電極のイオン通
し穴を通過できるようにした事を特徴とする質量分離機
構を備えたイオン源。
【請求項２】真空に引くことができ原料ガスを導入し
放電によってこれを励起しプラズマとするイオン源チャ
ンバと、イオン源チャンバからイオンビ−ムを引き出し
加速するためにイオン源チャンバの出口に設けられイオ
ン通し穴が面と直角な方向に一致するように穿たれた多
孔板電極板であるプラズマ電極、引出前置電極、フィル
タ電極、質量分離電極、加速電極、接地電極とを含み、
フィルタ電極の全てのイオン通し穴に、対向磁石と対向
電極とよりなり静磁界と電界とが互いに直交しイオンビ
−ムにも直交するようにしたウイ−ンフイルタを設け、
質量分離電極はフィルタ電極との間にイオンを加速する
方向の小さな電圧が印加されているか又は同じ電圧であ
るものとし質量分離電極のイオン通し穴はこれより後段
の加速電極のイオン通し穴と同じ大きさかあるいはこれ
よりも小径のものとし、フィルタ電極のイオン通し穴を
通過したイオンのうち所望の質量のイオンのみがその後
段にある質量分離電極のイオン通し穴を通過できるよう
にした事を特徴とする質量分離機構を備えたイオン源。