JPH0644935A - Deceleration tube - Google Patents

Deceleration tube

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Publication number
JPH0644935A
JPH0644935A JP4216436A JP21643692A JPH0644935A JP H0644935 A JPH0644935 A JP H0644935A JP 4216436 A JP4216436 A JP 4216436A JP 21643692 A JP21643692 A JP 21643692A JP H0644935 A JPH0644935 A JP H0644935A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
ion beam
ions
voltage
suppressor
Prior art date
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Pending
Application number
JP4216436A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Fujiwara
修一 藤原
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.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
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Publication of JPH0644935A publication Critical patent/JPH0644935A/en
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Abstract

PURPOSE:To restrain the divergence of an ion beam near an earth electrode, and stabilize the operation of an ion source by providing a lens electrode between a suppressor electrode and the earth electrode, and applying low voltage of the same polarity as the ion beam to the lens electrode. CONSTITUTION:When ions travelling through a deceleration tube are positive, negative high voltage is applied to the first electrode 1, and higher negative voltage is applied to a suppressor electrode 9 as the second electrode. As a result, secondary electrons generated upon collision of an ion beam with the electrodes and a vessel wall, is prevented from entering an ion source. Also, a lens electrode 10 as the third electrode is provided between the suppressor electrode 9 and an earth electrode 4, and positive low voltage is applied to the electrode 10 for the application of a low repulsive force to the ions. The electrode 10 acts to apply a Coulomb repulsive force to the positive ions from the surrounding thereof and, therefore, causes the positive ions to converge toward a center. Also, cylindrical insulators 11 to 13 are laid among the electrodes for maintaining insulation quality across each electrode and the airtightness of internal space. According to this construction, the divergence of a beam near the earth electrode 4 is restrained, and the operation of an ion source is stabilized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、加速されたイオンを
減速する減速管に関する。イオン源は導入されたガスま
たは蒸気を放電によって励起しプラズマとしこれをビ−
ムとして引き出すものである。これをそのまま対象物に
照射することもある。またさらに加速することもある。
加速した後に減速することもある。加速と減速によって
任意のエネルギ−のイオンビ−ムを生成することができ
る。イオンビ−ムの望ましいエネルギ−は処理によって
異なるからイオンビ−ムを適当なエネルギ−にしてから
対象物に照射しなければならない。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed reducer for decelerating accelerated ions. The ion source excites the introduced gas or vapor by electric discharge to generate plasma, which is beer
It is to be pulled out. The object may be directly irradiated with this. It may also accelerate further.
It may accelerate and then decelerate. Ion beams of arbitrary energy can be generated by acceleration and deceleration. Since the desired energy of the ion beam differs depending on the treatment, it is necessary to make the ion beam have an appropriate energy before irradiating the object.

【0002】イオンビ−ムを加速する装置を加速管とい
う。これは正イオンの場合は、正の高電位にイオン源を
保持し、大地側に向けてイオンビ−ムを走行させれば良
い。電界がビ−ムによって乱れてはいけないし、ビ−ム
の径を制御する必要があるので、途中に幾つかのリング
状の電極が並べられる。電極には電圧を適当に分圧して
与えてある。これに対して減速するものを減速管とい
う。これは先後の電圧が反対になっている。正イオンの
場合は、負の高電位から、大地側へ走行させることによ
ってイオンのエネルギ−を下げる。加速と減速は対照的
であるが、単に反対になるというわけではない。
A device for accelerating an ion beam is called an accelerating tube. In the case of positive ions, the ion source may be held at a positive high potential and the ion beam may be run toward the ground side. Since the electric field must not be disturbed by the beam and the diameter of the beam must be controlled, several ring-shaped electrodes are arranged along the way. The voltage is appropriately divided and applied to the electrodes. On the other hand, what slows down is called a speed reducer. This has the opposite voltage. In the case of positive ions, the energy of the ions is lowered by traveling from the negative high potential to the ground side. Acceleration and deceleration are in contrast, but not simply the opposite.

【0003】[0003]

【従来の技術】図2に従来例に掛かる減速管の断面図を
示す。これはリング状の電極を4枚並べたものである。
1は負の高電位が掛かっている電極である。2はサプレ
ッサ電極で1よりもさらに負の高電位の電極である。3
は1と同じ電位の電極である。最後に大地電極4があ
る。これらの電極の間には、リング状の絶縁物6、7、
8があってこれら電極の間が密封される。イオンビ−ム
5の走行する空間は真空に保持されている。サプレッサ
電極は、電極1、3よりもさらに低い電圧になってい
る。これは、イオンビ−ム5が電極や容器壁に衝突して
発生した二次電子が減速管内を流れてイオン源に入らな
いようにするためのものである。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a sectional view of a speed reducer according to a conventional example. This is an array of four ring-shaped electrodes.
Reference numeral 1 is an electrode to which a negative high potential is applied. Reference numeral 2 is a suppressor electrode, which is an electrode having a higher negative potential than that of 1. Three
Is an electrode having the same potential as 1. Finally, there is the ground electrode 4. Between these electrodes, ring-shaped insulators 6, 7,
8, there is a seal between these electrodes. The space in which the ion beam 5 travels is kept vacuum. The suppressor electrode has a lower voltage than the electrodes 1 and 3. This is to prevent secondary electrons generated by the collision of the ion beam 5 with the electrodes and the wall of the container from flowing into the moderator tube and entering the ion source.

【0004】イオンビ−ム5が電極や、絶縁物の中心線
mnに沿って左から右へ走行するとエネルギ−を失って
減速される。たとえば、第1の負高電圧電極1に−30
kV、次のサプレッサ電極2に−35kV、電極3にも
−30kVが掛かっていて、電極4が0Vであるとす
る。イオンの電極1の近傍での運動エネルギ−が30.
1keVとする。減速後のエネルギ−が100eVにな
る。このように強い減速を行おうとすると、強収束、強
発散が起こりビ−ムの輸送効率が低下する。
When the ion beam 5 travels from the left to the right along the center line mn of the electrode or the insulator, it loses energy and is decelerated. For example, in the first negative high voltage electrode 1, -30
It is assumed that the following suppressor electrode 2 has −35 kV, the electrode 3 has −30 kV, and the electrode 4 has 0 V. The kinetic energy of the ions near the electrode 1 is 30.
It is set to 1 keV. The energy after deceleration becomes 100 eV. If such a strong deceleration is attempted, strong convergence and strong divergence occur and the beam transport efficiency decreases.

【0005】つまり負高電位電極1、2、3の近傍を通
過する時は軸方向の速度が極めて大きいから電荷密度が
低くなり、横方向の静電斥力が小さい。ところが大地電
極4の近傍になると速度がほぼ0に近くなるので、電荷
が前後方向に密集し電荷密度が高くなる。ために空間電
荷制限電流になる。先例で始めのエネルギ−が30ke
Vとし、最終のエネルギ−が0.1keVとするので速
度の比は1/17となる。大地電極近傍での電荷密度が
この逆比で大きくなる。したがって横方向の静電斥力
(ク−ロン斥力)が極めて優勢になる。このためにビ−
ムが横方向に発散しやすい。発散するだけでなくて時と
して反転しイオン源の方に戻るイオンもありうる。
That is, when passing in the vicinity of the negative high-potential electrodes 1, 2, and 3, the axial velocity is extremely high, the charge density is low, and the electrostatic repulsion force in the lateral direction is small. However, when the velocity is close to 0 near the ground electrode 4, the charges are concentrated in the front-rear direction and the charge density is increased. Therefore, it becomes a space charge limited current. In the precedent example, the initial energy is 30 ke
Since V and the final energy are 0.1 keV, the speed ratio is 1/17. The charge density near the ground electrode increases with this inverse ratio. Therefore, the electrostatic repulsion force in the lateral direction (Kurong repulsion force) becomes extremely dominant. Because of this
It tends to diverge laterally. There may be ions that not only diverge, but also occasionally invert and return to the ion source.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】イオンビ−ムの電流値
が小さくて数μA〜数百μAの程度であれば、ビ−ムの
エネルギ−の低下が著しくてもク−ロン斥力が小さいの
で発散モ−ドは小さい。しかし近年イオンビ−ム密度の
高いものが要求されるようになってきた。例えば数mA
〜数十mAのイオン電流のものが要求される。このよう
に電流値が大きいと、イオン間のク−ロン斥力が極めて
強くなる。ために横方向のイオンビ−ムの発散が著しく
なる。イオンビ−ムの発散のためイオンビ−ムが電極や
容器壁に当たり易くなり二次電子の発生確率も増加す
る。二次電子のイオン源への影響を遮断するためにサプ
レッサ電極を大きくし抑制作用を強化する。すると二次
電子の影響を押さえることはできる。しかしながらこれ
では不十分である。イオンビ−ム自身の逆流という思い
がけないことが起きるからである。
If the current value of the ion beam is small and is in the order of several .mu.A to several hundreds .mu.A, the Coulomb repulsion force is small even if the energy of the beam is remarkably reduced, so that the ion beam diverges. The mode is small. However, in recent years, high ion beam density has been required. For example, several mA
A ionic current of several tens of mA is required. When the current value is large as described above, the Coulomb repulsive force between the ions becomes extremely strong. Therefore, the lateral divergence of ion beams becomes remarkable. Due to the divergence of the ion beam, the ion beam easily hits the electrode and the container wall, and the probability of generation of secondary electrons also increases. To suppress the influence of secondary electrons on the ion source, the suppressor electrode is enlarged to enhance the suppression effect. Then the influence of secondary electrons can be suppressed. However, this is not enough. This is because the unexpected phenomenon of backflow of the ion beam itself occurs.

【0007】図3は従来の電極構造より進んで大きいサ
プレッサ電極9を加えた時のイオンビ−ムの進行状態を
シミュレ−ションして得た流線図である。中心線に関し
て対称であるから、ここでは中心線の上半分のみを示し
た。さらに電極10があるがこれは本発明が新たに加え
ようとする電極である。ここではこの電極がないものと
して0Vの電位を与えてビ−ムの運動を計算している。
初め20.1keVのエネルギ−をAlイオンが持って
いる。それぞれの電極には−20kV、−25kV、0
kVの電圧を印加する。サプレッサ電極9と次の0kV
の電極の間の4本の曲線は−20kV(カ)、−15k
V(キ)、−10kV(ク)、−5kV(ケ)の等電位
線である。
FIG. 3 is a streamline diagram obtained by simulating the progressing state of the ion beam when a suppressor electrode 9 larger than the conventional electrode structure is added. Only the upper half of the centerline is shown here because it is symmetrical about the centerline. Further, there is an electrode 10, which is an electrode to which the present invention newly adds. Here, assuming that this electrode is absent, a potential of 0 V is applied and the movement of the beam is calculated.
Initially, Al ions have an energy of 20.1 keV. -20kV, -25kV, 0 for each electrode
A voltage of kV is applied. Suppressor electrode 9 and the next 0 kV
The four curves between the electrodes are -20kV (f), -15k
It is an equipotential line of V (ki), -10 kV (K), and -5 kV (K).

【0008】軸方向の曲線群はイオンビ−ムの流線であ
る。始めの間は加速されているので流線はほぼ平行であ
る。しかしサプレッサ電極9を過ぎるとこれが発散し始
める。等電位線を遡るとき電荷は等電位線に平行になる
方向に力を受けるからこのように発散するのである。簡
単に言えばそうなのであるが、等電位線がこのように軸
に対して勾配をもつにはそれなりの理由がある。これは
先程から述べているようにク−ロン斥力に原因がある。
しかし互いにク−ロン斥力を及ぼしあうというのでは多
体問題になりこれを解くことができない。このシミュレ
−ションは荷電粒子間のク−ロン斥力を一体問題に近似
して式に導入している。つまり、他の粒子が流線上のあ
る点にあるというのではなく、流線に沿って、速度に逆
比例した確率で遍く存在していると仮定する。
The group of curves in the axial direction is the streamline of the ion beam. At the beginning, the streamlines are almost parallel because they are accelerated. However, when it passes the suppressor electrode 9, it begins to diverge. This is because the electric charge receives a force in a direction parallel to the equipotential line when going back to the equipotential line, and thus diverges in this way. To put it simply, there are some reasons why equipotential lines have such a gradient with respect to the axis. This is due to the Coulomb's repulsive force, as I mentioned earlier.
However, if we apply the Coulomb repulsive force to each other, it becomes a many-body problem and we cannot solve it. This simulation approximates the Coulomb repulsive force between charged particles to the integral problem and introduces it into the equation. That is, it is assumed that other particles do not exist at a certain point on the streamline, but rather exist along the streamline evenly with a probability inversely proportional to the velocity.

【0009】そうすると他の荷電粒子による空間的なポ
テンシャルを計算できる。このポテンシャルの中を一つ
の荷電粒子が運動するとして、この荷電粒子の運動を求
める。これで一つの流線と、流線に沿う速度を計算でき
る。これを全ての流線について行う。すべて他の荷電粒
子は流線上に時間的に等確率で存在するという仮定を於
いて一体問題として扱う。一体問題であるのでこれは必
ず解くことができる。1回このような計算をすると、も
う一度この分布に基づいて同様の一体問題を解く。これ
を数回くりかえすと矛盾の無い結果に到達するのでこれ
を解とする。当然電界分布、等電位線も同時に求まる。
これはハ−トリ−ホック近似であるが、荷電粒子の密度
がかなり高くても成り立つ近似と考えられる。
Then, the spatial potential due to other charged particles can be calculated. Assuming that one charged particle moves in this potential, the motion of this charged particle is obtained. With this, one streamline and the velocity along the streamline can be calculated. Do this for all streamlines. All other charged particles are treated as an integral problem on the assumption that they exist on the streamline with equal probability in time. This is a problem that can always be solved. Once such a calculation is performed, the same integral problem is solved again based on this distribution. Repeat this several times to arrive at a consistent result, so this is the solution. Naturally, the electric field distribution and equipotential lines can be obtained at the same time.
This is a heart-hook approximation, but it is considered to be an approximation that holds even if the density of charged particles is considerably high.

【0010】図3から明らかであるが、終点の0kVの
線の近傍では軸方向の速度が減ってくるので、横方向の
速度成分を持つようになる。軸から離れた位置のイオン
はかなり横方向の速度をもち、特にアとイのイオンは0
kVの線で逆転してイオン源の方へ戻っている。これは
大地電極4の位置までの領域を限ってシミュレ−ション
してあるのでそれ以外のビ−ムの逆転しているのが分か
らないが、0kVの先までゆくと更に多くのビ−ムが逆
転する筈である。このように従来の減速管では、高密度
の空間電荷同士のク−ロン斥力のためにイオンビ−ムが
逆転していく。これらはイオン源に戻るとイオン源の動
作を不安定にするので望ましくない。
As is apparent from FIG. 3, since the velocity in the axial direction decreases near the 0 kV line at the end point, the velocity component in the lateral direction comes to have. Ions located away from the axis have a considerably lateral velocity, and the ions A and A are 0 in particular.
It reverses at the line of kV and returns to the ion source. Since this is simulated by limiting the area up to the position of the ground electrode 4, it is not known that the other beams are reversed, but when reaching 0 kV, more beams are generated. It should be reversed. As described above, in the conventional moderator tube, the ion beam reverses due to the Coulomb repulsion between the high-density space charges. These are undesirable because they destabilize the operation of the ion source when it returns to the ion source.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明の減速管は、高
電圧を印加すべきサプレッサ電極と最後の大地電極の間
にもう一つのレンズ電極を設けこれに前記の高電圧とは
反対側の極性の小さい電圧を印加し、大地電極の近傍で
のビ−ムの発散を抑制するようにしたものである。
In the speed reducer of the present invention, another lens electrode is provided between the suppressor electrode to which a high voltage is to be applied and the final ground electrode, and the other lens electrode is provided on the opposite side of the high voltage. By applying a voltage with a small polarity, the divergence of the beam in the vicinity of the ground electrode is suppressed.

【0012】[0012]

【作用】つまり減速管を通るイオンが正イオンであり、
最初の電極が負の高電圧を印加すべきものである場合
は、レンズ電極は正の電圧を加える。反対に減速管を通
るイオンが負イオンであり、最初の電極が正の高電圧を
印加すべきものである場合は、レンズ電極には負の電圧
を印加する。イオンと同じ極性の電圧を印加するのでイ
オンビ−ムに斥力を及ぼす。ためにイオンビ−ムの発散
を押さえることができる。
[Action] In other words, the ions passing through the moderator tube are positive ions,
If the first electrode is to apply a high negative voltage, the lens electrode applies a positive voltage. On the contrary, if the ions passing through the moderator tube are negative ions and the first electrode is to apply a positive high voltage, then a negative voltage is applied to the lens electrode. Since a voltage having the same polarity as that of the ions is applied, a repulsive force is exerted on the ion beam. Therefore, the divergence of ion beams can be suppressed.

【0013】図1は本発明の減速管の電極の配置の例を
示す。正イオンの場合について説明する。第1電極1は
負の高電圧を印加してある。高電圧といっても、イオン
ビ−ムの存在する空間の電圧が負の高電圧にあるのであ
る。第2電極9はサプレッサ電極である。これはさらに
高い負の高電圧を掛けている。これは先述のようにイオ
ンビ−ムが電極や容器壁に消灯衝突し二次電子が出たと
きに、これがイオン源に入らないためのものである。サ
プレッサ電極9が先述のものよりも広くなっているの
は、イオンビ−ム電流が大きくなると外部の電極の電位
の影響が及び難くなるのでこれを解決するためである。
FIG. 1 shows an example of the arrangement of electrodes of the speed reducer of the present invention. The case of positive ions will be described. The first electrode 1 is applied with a high negative voltage. Even if it says a high voltage, the voltage of the space where the ion beam exists is a negative high voltage. The second electrode 9 is a suppressor electrode. This places an even higher negative high voltage. This is because the ion beam does not enter the ion source when the ion beam collides with the electrode or the wall of the container to emit secondary electrons as described above. The suppressor electrode 9 is wider than that described above in order to solve the problem that the influence of the potential of the external electrode is less likely to occur when the ion beam current becomes larger.

【0014】これの次に第3の電極としてレンズ電極1
0を設けている。これが本発明の特徴である。これには
イオンに斥力を及ぼす電圧を印加する。正イオンに対し
ては、正の低電圧を加える。例えば0.5〜3kV程度
の低い電圧でよい。これは次の大地電極に至るまでにビ
−ムが発散するのを防ぐ効果がある。つまりレンズ電極
は正イオンに周辺からク−ロン斥力を及ぼすので、正イ
オンを中心に向けて収束させる作用がある。凸レンズと
同様の作用があるのでここではレンズ電極と表現した。
負イオンの場合は勿論レンズ電極の電位は負の低電圧で
ある。これらの電極の間には、円筒形の絶縁物11、1
2、13が設けられる。これらは電極間を絶縁し、内部
空間を気密に保つ作用がある。
Next to this, the lens electrode 1 is used as a third electrode.
0 is set. This is the feature of the present invention. A voltage that exerts a repulsive force on the ions is applied to this. A positive low voltage is applied to positive ions. For example, a low voltage of about 0.5 to 3 kV may be used. This has the effect of preventing the beam from diverging before reaching the next ground electrode. That is, since the lens electrode exerts a Coulomb repulsive force on the positive ions from the periphery, it has an action of converging the positive ions toward the center. Since it has the same effect as a convex lens, it is referred to as a lens electrode here.
In the case of negative ions, of course, the potential of the lens electrode is a negative low voltage. Between these electrodes is a cylindrical insulator 11, 1
2, 13 are provided. These serve to insulate the electrodes and keep the internal space airtight.

【0015】[0015]

【実施例】図4は本発明の例を示すイオンビ−ムの流線
図である。条件は図3のものとほぼ同じである。イオン
はAlイオンである。初期エネルギ−は20.1keV
である。第1電極1は−20kV、第2電極のサプレッ
サ電極9は−25kV、第3電極のレンズ電極10は1
kVの電圧を印加している。サプレッサ電極9とレンズ
電極10の間に描かれた曲線は等電位線である。カが−
20kV、キが−15kV、クが−10kV、ケが−5
kV、コが0kVの等電位線である。レンズ電極が1k
Vであるからこれの直ぐ前方に0kVの等電位線ができ
る。
EXAMPLE FIG. 4 is a streamline diagram of an ion beam showing an example of the present invention. The conditions are almost the same as those in FIG. The ions are Al ions. Initial energy is 20.1 keV
Is. The first electrode 1 is -20 kV, the second electrode suppressor electrode 9 is -25 kV, and the third electrode lens electrode 10 is 1.
A voltage of kV is applied. The curve drawn between the suppressor electrode 9 and the lens electrode 10 is an equipotential line. Mosquito-
20kV, Ki -15kV, Ku -10kV, Ga -5
Equipotential lines of kV and KO are 0 kV. Lens electrode is 1k
Since it is V, an equipotential line of 0 kV is formed immediately in front of it.

【0016】等電位線カがイオンビ−ムの内部奥深く迄
入っているがこれはサプレッサ電極9が十分に広いから
である。イオンビ−ム密度が極めて高くてもサプレッサ
電極9が広いのでこの電極による電界がビ−ムによって
打ち消されず内部に迄入ってゆく。この電極の形状と配
置は、先述の図3の従来例として示したものとほぼ同じ
である。
The equipotential line power is deep inside the ion beam because the suppressor electrode 9 is sufficiently wide. Since the suppressor electrode 9 is wide even if the ion beam density is extremely high, the electric field generated by this electrode is not canceled by the beam and enters the inside. The shape and arrangement of the electrodes are almost the same as those shown as the conventional example in FIG.

【0017】レンズ電極を附加しこれに1kVの電圧を
印加しているところだけが異なる。レンズ電極の作用は
サ、シ、スの領域で顕著である。イオンビ−ムを中心線
の方向へ押しやっている。流線が内方に向かっている。
図3で中間のア、イのビ−ムが反転していたが、レンズ
電極の作用でこれが内方へ押さえられて、セ、ソのビ−
ムも方向反転を起こさない。どの流線に沿うビ−ムも反
転していない。これは大地電極と、サプレッサ電極との
間にレンズ電極を設けこれに正電圧を加えているからで
ある。
The only difference is that a lens electrode is added and a voltage of 1 kV is applied to it. The action of the lens electrode is remarkable in the sa, shi, and su areas. I'm pushing the ion beam toward the center line. The streamline is inward.
In FIG. 3, the beams of A and B in the middle are reversed, but this is pressed inward by the action of the lens electrode, and the beams of C and S are
Mu also does not reverse direction. Beams along any streamline are not reversed. This is because the lens electrode is provided between the ground electrode and the suppressor electrode and a positive voltage is applied to the lens electrode.

【0018】図5はリング状の電極に本発明の手法を適
用したもののビ−ムの流線を示す。サプレッサ電極9が
単なるリング状の電極になっている。これはサプレッサ
電極の構造に本発明の特徴があるのでは無いことを示す
ものである。レンズ電極10の近傍に0kVの等電位線
がある。レンズ電極がイオンビ−ムに中心向きの力を及
ぼしている。タの近傍でイオンビ−ムを内方へ押しやる
作用が強い。当然空間電荷の作用でより内方にあるチ、
ツの近傍も内方に向かう力が生じている。このためにイ
オンビ−ムの流線の反転が起こらない。本発明はこのよ
うな通常のリング状の電極構造にも適用することができ
る。
FIG. 5 shows a streamline of a beam obtained by applying the method of the present invention to a ring-shaped electrode. The suppressor electrode 9 is a simple ring-shaped electrode. This shows that the structure of the suppressor electrode does not have the characteristics of the present invention. There is an equipotential line of 0 kV near the lens electrode 10. The lens electrode exerts a central force on the ion beam. It has a strong effect of pushing the ion beam inward near the center. Naturally, it is more inward due to the action of space charge,
A force inward is also generated near the tool. For this reason, the streamline of the ion beam does not reverse. The present invention can also be applied to such a normal ring-shaped electrode structure.

【0019】カ、キ、ク、ケ、コは等電位線である。図
4の場合と大きく異なるのは、カがイオンビ−ムの内部
に入らず排除されてしまっていることである。これは電
極が狭いために電界の及ぶ範囲が狭く、イオンビ−ムの
密度が高いと空間電荷のために形成される電界が優勢
で、電極の電界を排除してしまうからである。これはサ
プレッサ電極を広くする理由を説明したもので、直接に
本発明に関係はない。
K, K, K, K and K are equipotential lines. A big difference from the case of FIG. 4 is that the mosquito is eliminated without entering the inside of the ion beam. This is because the range of the electric field is narrow because the electrode is narrow, and when the density of the ion beam is high, the electric field formed due to the space charge is predominant and the electric field of the electrode is eliminated. This explains the reason for widening the suppressor electrode and is not directly related to the present invention.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明はイオンビ−ムの密度が高くしか
も、減速の程度が大きい場合において、減速の終期に空
間電荷密度が過大になり、このためにビ−ムが強発散す
るという新たな問題を克服しようとするものである。数
十kVの高エネルギ−のイオンを0.1kV程度の低エ
ネルギ−に減速ししかも電流密度が数mA〜数十mAと
高い。
According to the present invention, when the density of ion beams is high and the degree of deceleration is large, the space charge density becomes excessive at the end of the deceleration, which causes a strong divergence of the beam. It tries to overcome the problem. Ions of high energy of several tens of kV are decelerated to low energy of approximately 0.1 kV, and the current density is as high as several mA to several tens mA.

【0021】本発明ではサプレッサ電極と大地電極の間
にレンズ電極を設け、これにイオンビ−ムの電荷と同じ
電圧を与え、速度を殆ど失ったビ−ムにク−ロン斥力を
及ぼして発散を防ごうとするものである。これによって
ビ−ムが収束方向に向かい、イオンビ−ムの戻りがなく
なる。イオンビ−ムがイオン源に戻るとイオン源の動作
を不安定にし時としてイオン源を故障させる。本発明は
このような可能性を排除することができる。
In the present invention, a lens electrode is provided between the suppressor electrode and the ground electrode, and the same voltage as the electric charge of the ion beam is applied to the lens electrode, so that Coulomb repulsive force is applied to the beam that has lost most of its velocity to cause divergence. It is what you want to prevent. As a result, the beam moves in the direction of convergence, and the ion beam does not return. When the ion beam returns to the ion source, the operation of the ion source becomes unstable, and the ion source sometimes fails. The present invention can eliminate such a possibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の減速管の電極の配置例を示す概略断面
図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an arrangement example of electrodes of a speed reducer of the present invention.

【図2】従来例にかかる減速管の電極の配置を示す概略
断面図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an arrangement of electrodes of a speed reducer according to a conventional example.

【図3】従来例に係る電極配置に於いてイオンビ−ムの
流線分布のシミュレ−ション結果を示す線図。ただし中
心線より上半分のみを示す。
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of streamline distribution of an ion beam in the electrode arrangement according to the conventional example. However, only the upper half of the center line is shown.

【図4】本発明の実施例に係る電極、電位配置において
イオンビ−ムの流線分布のシユレ−ション結果を示す線
図。ただし中心線より上半分のみを示す。
FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of streamline distribution of ion beams in an electrode and potential arrangement according to an embodiment of the present invention. However, only the upper half of the center line is shown.

【図5】本発明の他の実施例に係る電極、電位配置にお
いてイオンビ−ムの流線分布のシユレ−ション結果を示
す線図。ただし中心線より上半分のみを示す。
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of streamline distribution of ion beams in an electrode and potential arrangement according to another embodiment of the present invention. However, only the upper half of the center line is shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1電極(負の高電圧) 2 サプレッサ電極 3 第3電極(負の高電圧) 4 大地電極 5 イオンビ−ム 6、7、8 絶縁物 9 サプレッサ電極 10 レンズ電極 1 First Electrode (Negative High Voltage) 2 Suppressor Electrode 3 Third Electrode (Negative High Voltage) 4 Ground Electrode 5 Ion Beam 6, 7, 8 Insulator 9 Suppressor Electrode 10 Lens Electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン源で発生し加速されたイオンビ−
ムを減速するための減速管であって、高電圧を印加した
電極と、これよりも低い電位に保持され二次電子がイオ
ン源に戻るのを防ぐサプレッサ電極と、イオンに斥力を
及ぼす電圧を印加したレンズ電極と、大地電位に保持し
た大地電極とがイオンビ−ムの流線に沿って設けられて
いることを特徴とする減速管。
1. An ion beam generated by an ion source and accelerated.
It is a deceleration tube for decelerating the system, and it is composed of an electrode to which a high voltage is applied, a suppressor electrode that is held at a lower potential to prevent secondary electrons from returning to the ion source, and a voltage that exerts a repulsive force on the ions. A deceleration tube characterized in that an applied lens electrode and a ground electrode held at a ground potential are provided along a streamline of an ion beam.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0685872A1 (en) * 1994-05-31 1995-12-06 Hitachi, Ltd. Ion implanter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0685872A1 (en) * 1994-05-31 1995-12-06 Hitachi, Ltd. Ion implanter
US5729027A (en) * 1994-05-31 1998-03-17 Hitachi, Ltd. Ion implanter

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