JPS598949B2 - ion source device - Google Patents
ion source deviceInfo
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- JPS598949B2 JPS598949B2 JP51049951A JP4995176A JPS598949B2 JP S598949 B2 JPS598949 B2 JP S598949B2 JP 51049951 A JP51049951 A JP 51049951A JP 4995176 A JP4995176 A JP 4995176A JP S598949 B2 JPS598949 B2 JP S598949B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、多孔型引出し電極系などを備えた従来のイオ
ン源において、これに磁気四重極レンズを結合させるこ
とにより、大電流、高純度イオンビームが得られるよう
ビーム形状を変化させるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention enables a conventional ion source equipped with a porous extraction electrode system to obtain a high-current, high-purity ion beam by coupling a magnetic quadrupole lens to the conventional ion source. This changes the beam shape.
第1図は従来技術によるイオン源装置である。FIG. 1 shows an ion source device according to the prior art.
図中Aは、プラズマからのイオン引出し法の概略図であ
る。A in the figure is a schematic diagram of a method for extracting ions from plasma.
即ち、プラズマ室1に存在するプラズマ2内のイオンは
、図中B或いは図中Cに各各示された多孔型引出し電極
5、多スリット型引出し電極6からなる引出し電極系3
により、イオンビーム4として引出される。That is, ions in the plasma 2 existing in the plasma chamber 1 are transferred to an extraction electrode system 3 consisting of a porous extraction electrode 5 and a multi-slit extraction electrode 6, respectively shown in B or C in the figure.
The ion beam is extracted as an ion beam 4.
この様な方法を用いて現在まで直径40mmの円形形状
のビームが、電流量で200〜6 0 0 mA連続的
に得られている。Until now, using this method, a circular beam with a diameter of 40 mm has been continuously obtained with a current of 200 to 600 mA.
7はイオン引出し用電源である。7 is a power source for extracting ions.
さて試料ガスとして化合物ガス等でプラズマ生成を行っ
た時、イオンビームとしては種種の元素のイオンを含む
ことになる。Now, when plasma is generated using a compound gas or the like as a sample gas, the ion beam will contain ions of various types of elements.
特定の元素のイオンビームを得るにはイオンビームを質
量分離せねばならない。To obtain an ion beam of a specific element, the ion beam must be mass-separated.
質量分離を可能ならしめるものとしては、大電流イオン
ビームの場合静電場を用いずに磁場のみを使用した質量
分離器が使われる。In the case of large current ion beams, a mass separator that uses only a magnetic field without using an electrostatic field is used to enable mass separation.
ところが分離器の質量分解能は、入射イオンビームの横
幅の増大に逆比例して劣化する。However, the mass resolution of the separator deteriorates in inverse proportion to the increase in the width of the incident ion beam.
従って前述の様な直径40mもの円形ビームを磁場質量
分離器に入れても質量分離は事実上行なえない。Therefore, even if a circular beam with a diameter of 40 m as described above is placed in a magnetic field mass separator, mass separation cannot actually be performed.
磁場半径70cm程度の分離器との結合という実用的な
観点(例えばヒ素イオ、ンビームを考えた時、A35を
分離できる程度)からは、入射イオンビームの横幅は約
5問以内にすることが必要である。From the practical point of view of coupling with a separator with a magnetic field radius of approximately 70 cm (for example, when considering an arsenic ion beam, it is sufficient to separate A35), the width of the incident ion beam must be approximately 5 or less. It is.
このため高純度イオンビームを得たい場合には第2図の
様にして横幅のせまいイオンビームを得ている。Therefore, when it is desired to obtain a high purity ion beam, an ion beam with a narrow width is obtained as shown in FIG.
第2図は質量分離器との結合を考慮した従来技術による
イオン源装置を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an ion source device according to the prior art in which connection with a mass separator is considered.
第2図中Aは、プラズマ室1に設ける引出し電極系3′
の形状を、小さなスリツ}1個にしたものである。A in FIG. 2 indicates an extraction electrode system 3' provided in the plasma chamber 1.
The shape is made into one small slit.
また同図Bは、多孔型或いは多スリット型引出し電極系
3から引出された太いビームの一部のみを通過させるス
リット8を挿入することにより、横幅のせまいイオンビ
ームを得るものである。Further, in FIG. 1B, an ion beam with a narrow width is obtained by inserting a slit 8 through which only a part of the thick beam extracted from the porous or multi-slit extraction electrode system 3 passes.
これらA,Bの従来技術では、イオン源として提供でき
るイオンビーム電流量が少な《なることは自明である。It is obvious that in the conventional techniques A and B, the amount of ion beam current that can be provided by the ion source is small.
またこれら従来技術では質量分離後のイオンビーム電流
量としては高高数mAの桁であった。Furthermore, in these conventional techniques, the ion beam current amount after mass separation was on the order of several mA.
これに対し本発明は、多孔型或いは多スリット型などの
引出し電極系で引出された大電流イオンビームの電流量
を損うことな《質量分離を可能にせしめ、以って数10
mA以上の高純度大電流イオンビームの得られるイオン
源装置を提供するものである。In contrast, the present invention makes it possible to perform mass separation without impairing the current amount of a large current ion beam extracted by a porous type or multi-slit type extraction electrode system.
The present invention provides an ion source device capable of producing a high-purity, large-current ion beam of mA or more.
以下これを説明する。第3図は本発明の原理を説明する
図である。This will be explained below. FIG. 3 is a diagram explaining the principle of the present invention.
図中Aは引出し電極系3の後に、磁気四重極レンズが1
個以上からなる磁気四重極レンズ系9を設けたものであ
り、ビーム形状の変化を説明するものである。In the figure, A shows one magnetic quadrupole lens after the extraction electrode system 3.
A magnetic quadrupole lens system 9 consisting of at least four magnetic quadrupole lenses is provided to explain changes in beam shape.
磁気四重極レンズの組合せ方およびその磁場強度を適当
に調整することにより、第3図Aに示す様に、円形断面
の大電流イオンビーム4′は、ある位置において横幅の
せまい長方形断面のイオンビーム4“に変形される。By suitably adjusting the combination of magnetic quadrupole lenses and the strength of their magnetic fields, a high-current ion beam 4' with a circular cross section can be transformed into an ion beam with a narrow rectangular cross section at a certain position, as shown in FIG. 3A. It is transformed into beam 4''.
したがってこの長方形断面のイオンビーム4“を質量分
離器に導入すれば、分離後に高純度大電流イオンビーム
が得られる。Therefore, if this ion beam 4'' having a rectangular cross section is introduced into a mass separator, a high purity, large current ion beam can be obtained after separation.
第3図のBは、質量分離器16との組合せを説明する図
である。FIG. 3B is a diagram illustrating the combination with the mass separator 16.
すなわち、第3図Bにおいて、引出し電極系3と質量分
離器16との間に磁気四重極レンズ系9が置かれている
。That is, in FIG. 3B, a magnetic quadrupole lens system 9 is placed between the extraction electrode system 3 and the mass separator 16.
そして質量分離器16の物点位置をPとした時、このP
点上でイオンビーム形状の横幅が最も狭くなる様に9を
調整する。When the object point position of the mass separator 16 is P, this P
Adjust 9 so that the width of the ion beam shape becomes the narrowest on the point.
これにより質量分離器160分解能最大の条件下で大電
流イオンビーム4“を質量分離することができる。As a result, the large current ion beam 4'' can be mass separated under conditions where the mass separator 160 has the maximum resolution.
なお四重極レンズでは横、縦の集束位置を独立に変えら
れるから、y方向(A参照)の集束位置を質量分離器1
6のいわゆる像点位置Qとし、X方向については物点P
で集束させれば、像点Qで得られる高純度大電流イオン
ビーム4″′の形状はスポット形状にもなる。Note that with a quadrupole lens, the horizontal and vertical focusing positions can be changed independently, so the focusing position in the y direction (see A) can be changed by mass separator 1.
6, the so-called image point position Q, and the object point P in the X direction.
If the beam is focused at the image point Q, the shape of the high-purity, large-current ion beam 4'' obtained at the image point Q will also be a spot shape.
第3図Cは、四重極レンズ系9の別の使用例を説明する
図である。FIG. 3C is a diagram illustrating another usage example of the quadrupole lens system 9.
すなわち、Bでは、物点Pに一度イオンビーム4“を集
束させイいた。That is, at B, the ion beam 4'' was once focused on the object point P.
Cでは゜9より出るイオンビーム4“は四重極レンズ9
に対し虚像になる様にしたものである。In C, the ion beam 4" coming out from 9 degrees is the quadrupole lens 9.
It is made to look like a virtual image.
ただし、この場合、虚像の位置は質量分離器16の物点
位置Pに一致している。However, in this case, the position of the virtual image coincides with the object point position P of the mass separator 16.
このCの場合、四重極レンズ9の位置としては、P点と
質量分離器160間にすることができ、そのため引出し
電極系3と16の距離は短くなる。In the case of C, the position of the quadrupole lens 9 can be between the point P and the mass separator 160, and therefore the distance between the extraction electrode systems 3 and 16 becomes short.
したがって第3図Bに比べ小型のイオン源装置を提供で
きる。Therefore, it is possible to provide an ion source device that is smaller than that shown in FIG. 3B.
第4図は、磁気四重極レンズの原理を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the principle of a magnetic quadrupole lens.
図で四重極レンズとは、各ソレノイドコイル12に流す
励磁電流値を4つ共、全て同じにし、またそれによって
できる磁極10の極性としては、対角線方向を同じにし
たものである。In the figure, a quadrupole lens is one in which the excitation current values flowing through the four solenoid coils 12 are all the same, and the resulting magnetic poles 10 have the same polarity in the diagonal direction.
11は磁路であり普通は軟鉄等の磁性材料である。Reference numeral 11 denotes a magnetic path, which is usually made of a magnetic material such as soft iron.
この場合、内接円13の内において、X,Y軸上の磁場
は、中心軸からの距離に比例して増大する。In this case, within the inscribed circle 13, the magnetic fields on the X and Y axes increase in proportion to the distance from the central axis.
また紙面手前から紙面裏側に向って走るイオンは、ロー
レンツカによりX軸方向では中心軸に向って力を受けて
収束され、一方Y軸方向では発散となる。Ions running from the front of the paper toward the back of the paper are focused by the Lorentzker in the X-axis direction toward the central axis, while in the Y-axis direction they diverge.
極性を全て逆転させればX軸で発散、Y軸で収束となる
。If all polarities are reversed, there will be divergence on the X axis and convergence on the Y axis.
この磁気四重極レンズ2個以上を適当な距離へたてて設
置すれば、X軸、Y軸方向を同時に収束させることも可
能となる。If two or more of these magnetic quadrupole lenses are installed vertically at an appropriate distance, it becomes possible to simultaneously converge the X-axis and Y-axis directions.
またその結像のX,Y方向の像倍率は、各磁気四重極レ
ンズを励磁するソレノイドコイル電流を調整することに
より、任意に変えられる。Further, the image magnification in the X and Y directions of the image formation can be arbitrarily changed by adjusting the solenoid coil current that excites each magnetic quadrupole lens.
したがって、これら磁気四重極レンズ系により、円形断
面のイオンビームを、長方形断面のイオンビームに変形
することが原理的に可能であることは明らかである。Therefore, it is clear that it is possible in principle to transform an ion beam with a circular cross section into an ion beam with a rectangular cross section using these magnetic quadrupole lens systems.
以下実際に行った実施例について説明する。Examples actually carried out will be described below.
第5図は、本発明の原理に基づいて行った実施例を説明
する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment based on the principle of the present invention.
ここでは多孔型引出し電極からの円形断面イオンビーム
4′が四重極レンズによってスリット形状になるか否か
を確かめたものである。Here, it was confirmed whether the circular cross-section ion beam 4' from the porous extraction electrode could be shaped into a slit by the quadrupole lens.
この確認のためには、蛍光膜15を設けてイオンビーム
断面形状を観測すればよい。To confirm this, it is sufficient to provide the fluorescent film 15 and observe the cross-sectional shape of the ion beam.
さてプラズマとしては、磁場中のアルゴンガスのマイク
ロ波放電で生成されるアルゴンプラズマを用いた。As the plasma, we used argon plasma generated by microwave discharge of argon gas in a magnetic field.
プラズマ源としては、他の生成法によるプラズマ源でも
良いことはいうまでもない。It goes without saying that the plasma source may be a plasma source using other generation methods.
次に、多孔型引出し電極系3としては、直径3朔の小孔
を直径41mmの円内に計61個開けたものを用いた。Next, as the porous type extraction electrode system 3, one in which a total of 61 small holes with a diameter of 3 mm were bored in a circle with a diameter of 41 mm was used.
材質は銅でその厚みは1rrmtである。The material is copper and the thickness is 1rrmt.
電極間隙は各各2mであり、電圧印加は第5図中の引出
し電極に対し左からそれぞれ5KV、−1KV、および
接地とした。The electrode gap was 2 m each, and voltages were applied to the extraction electrodes in FIG. 5 from the left to 5 KV, -1 KV, and ground, respectively.
磁気四重極レンズは、第4図に示したものを3個並べた
ものである。The magnetic quadrupole lens is made by arranging three of the lenses shown in FIG.
この時X軸方向ではイオンはレンズ通過に伴って発散一
収束一発散の力を受け、Y軸上では収束一発散一収束と
なっている。At this time, in the X-axis direction, the ions receive a force of divergence, convergence, and divergence as they pass through the lens, and in the Y-axis, they undergo convergence, divergence, and convergence.
この実験によれば、各四重極レンズの励磁電流を適宜調
整した結果、横幅10闘、長さ20mmという長方形断
面のアルゴンイオンビームに変形が行なえた。According to this experiment, as a result of appropriately adjusting the excitation current of each quadrupole lens, it was possible to transform the argon ion beam into a rectangular cross section with a width of 10 mm and a length of 20 mm.
この場合、レンズ14.14“には同じ励磁電流を流し
て主に実験したが、磁気四重極レンズ14,14’,1
4“を全く独立に励磁させることにより、ビームの横幅
は5門以内に縮少可能となった。In this case, the experiment was mainly carried out by applying the same excitation current to the lenses 14, 14'', but the magnetic quadrupole lenses 14, 14', 1
By excitation of 4" completely independently, the width of the beam can be reduced to within 5 gates.
すなわち、電流値を減少させるこ11 となく、横方向を一以下に、縦方向を一以下に縮82 少させることかできた。In other words, reducing the current value11 82 The horizontal direction is reduced to less than 1, and the vertical direction is reduced to less than 1. I was able to reduce it.
次に本発明に基づいた別の実施例を説明する。Next, another embodiment based on the present invention will be described.
幅3mm,長さ30Trtmのスリット1個から引出さ
れたアルゴンイオンビームについて、二段の四重極レン
ズを使った時、イオンビーム電流を損うことなく横3胴
、長さ10mmの長方形断面にすることができた。When using a two-stage quadrupole lens, an argon ion beam extracted from a single slit with a width of 3 mm and a length of 30 Trtm can be made into a rectangular cross section with three horizontal cylinders and a length of 10 mm without loss of ion beam current. We were able to.
即ち、ビームの横幅を維持したまま、1 縦方向を一に縮少させることができた。In other words, while maintaining the width of the beam, We were able to reduce the size vertically.
これはイ3
オンビーム電流量の減少を少くして、イオンビーム形状
の維持および任意の距離までのイオンビーム輸送が行え
ることを示している。This indicates that the ion beam shape can be maintained and the ion beam can be transported to an arbitrary distance with a small decrease in the amount of ion beam current.
ここでは、種種の実施例のうち、多孔型引出し電極系お
よびスリット1個の場合についてだけ述べたが、多スリ
ット型やその他任意の形状の引出し電極系についても、
磁気四重極レンズの使用により本発明の効果が得られた
。Of the various embodiments, only the porous type extraction electrode system and the case with one slit have been described here, but the extraction electrode system with multiple slits and any other shape can also be described.
The effects of the present invention were obtained by using a magnetic quadrupole lens.
ここでは磁気四重極レンズとして、電磁石を用いたが、
永久磁石で構成された磁気四重極レンズを使っても本発
明の効果が得られる。Here, an electromagnet was used as the magnetic quadrupole lens, but
The effects of the present invention can also be obtained by using a magnetic quadrupole lens made of permanent magnets.
この場合、結像や像倍率の調整は、各四重極レンズの間
隔を変えることによって行なえる。In this case, image formation and image magnification can be adjusted by changing the distance between each quadrupole lens.
次に、ここでは四重極レンズの磁極10の断面形状とし
て、半円状のものを使用した。Next, here, a semicircular cross-sectional shape was used as the magnetic pole 10 of the quadrupole lens.
しかし、断面形状としては、.双曲線、あるいは多角形
のものでもよい。However, the cross-sectional shape is... It may be hyperbolic or polygonal.
要は、中心軸からの距離の増大に比例して磁場強度が増
加する、あるいは近似的に磁場強度が正比例する四重極
構造のものであれば何でもよい。In short, any structure may be used as long as it has a quadrupole structure in which the magnetic field strength increases in proportion to the increase in distance from the central axis, or approximately in direct proportion to the magnetic field strength.
以上の本発明によるイオン源装置に、質量分離器を結合
させれば、高純度大電流イオンビームを提供することが
可能となり、実用に供してはその効果は著しく犬もある
。If a mass separator is coupled to the ion source device according to the present invention as described above, it becomes possible to provide a high-purity, large-current ion beam, and the effect is remarkable in practical use.
第1図は従来技術によるイオン源装置を説明する図、第
2図は質量分離器との結合を考慮した従来技術によるイ
オン源装置を説明する図、第3図は本発明の原理を説明
する図、第4図は磁気四重極レンズを説明する図、第5
図は本発明の原理に基ツいて行ったー実施例を説明する
図である。
図中、1・・・プラズマ室、2・・・プラズマ、3・・
・イオン引出し電極系、4 , 4/, 4// ,
4//仁・・イオンビーム、5・・・多孔型引出し電極
、6・・・多スリット型引出し電極、7・・・イオン引
出し用電源、8・・・スリット、9・・・磁気四重極レ
ンズ系、10・・・磁極、11・・・磁路、12・・・
ンレノイドコイル、13・・・内接円、14.14’,
14″・・・四重極レンズ、15・・・蛍光膜、16・
・・質量分離器。FIG. 1 is a diagram explaining an ion source device according to the prior art, FIG. 2 is a diagram explaining an ion source device according to the prior art considering coupling with a mass separator, and FIG. 3 is a diagram explaining the principle of the present invention. Figure 4 is a diagram explaining the magnetic quadrupole lens, Figure 5 is a diagram explaining the magnetic quadrupole lens.
The figure is a diagram illustrating an embodiment carried out based on the principle of the present invention. In the figure, 1... plasma chamber, 2... plasma, 3...
・Ion extraction electrode system, 4, 4/, 4//,
4//jin: ion beam, 5: porous extraction electrode, 6: multi-slit extraction electrode, 7: ion extraction power source, 8: slit, 9: magnetic quadruple Polar lens system, 10... Magnetic pole, 11... Magnetic path, 12...
Lenoid coil, 13...inscribed circle, 14.14',
14″... Quadrupole lens, 15... Fluorescent film, 16.
...Mass separator.
Claims (1)
内に発生したプラズマからイオンビームを引出すため、
小孔を複数個設けた多孔型引出し電極系、あるいはスリ
ットを複数個設けた多スリット型引出し電極系等からな
るイオン源装置において、引出し電極系の後に磁気四重
極レンズを一個以上設けることにより上記のイオン源装
置から引出される大口径の大電流イオンビームの断面形
状を変化せしめ、以って質量分離器の使用にあたりこの
大電流イオンビームを質量分離可能にならしめたことを
特徴としたイオン源装置。1. A plasma chamber that converts gas into plasma. In order to extract an ion beam from the plasma generated in this plasma chamber,
In an ion source device consisting of a porous extraction electrode system with multiple small holes or a multi-slit extraction electrode system with multiple slits, by providing one or more magnetic quadrupole lenses after the extraction electrode system. The present invention is characterized in that the cross-sectional shape of the large-diameter, high-current ion beam extracted from the above-mentioned ion source device is changed, thereby making it possible to perform mass separation of the high-current ion beam when using a mass separator. Ion source device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51049951A JPS598949B2 (en) | 1976-05-04 | 1976-05-04 | ion source device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51049951A JPS598949B2 (en) | 1976-05-04 | 1976-05-04 | ion source device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52134492A JPS52134492A (en) | 1977-11-10 |
| JPS598949B2 true JPS598949B2 (en) | 1984-02-28 |
Family
ID=12845333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51049951A Expired JPS598949B2 (en) | 1976-05-04 | 1976-05-04 | ion source device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS598949B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6084759A (en) * | 1983-10-14 | 1985-05-14 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Hot-cathode electron impact type ion source |
| JPH0731994B2 (en) * | 1984-11-17 | 1995-04-10 | 日新電機株式会社 | Metal ion source |
| JP2812242B2 (en) * | 1995-04-21 | 1998-10-22 | 株式会社日立製作所 | Ion implantation method |
-
1976
- 1976-05-04 JP JP51049951A patent/JPS598949B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52134492A (en) | 1977-11-10 |
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