JPH0660836A

JPH0660836A - イオン加速装置

Info

Publication number: JPH0660836A
Application number: JP4209100A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Agawa; 阿川　　義昭; Masaki Koike; 正城小池; Akiko Fujinuma; 明子藤沼
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】真空排気管から発生するＸ線の量を少なく
し、外部に漏れ出るＸ線量を低減すること。【構成】真空排気管１２の内部に、絶縁材２１に接着
して取付けられ且つ中央部に孔を有する複数個の電極２
２を取付け、グランド側の取付フランジ２３とポンプ接
続管１５との間にバイアス電極チャンバ３９を介在さ
せ、内部にマイナスのバイアス電極３２を取付けてマイ
ナスの電場を形成する。一方、高圧側の取付フランジ２
４と排気管１３との間にバイアス電極チャンバ３３を介
在させ、内部にバイアス電極３１を取付けてプラスの電
場を形成する。【作用】真空排気管１２の両側にイオンと電子にとっ
て電位的な障壁が形成されるので、電子が管壁に衝突す
ることによって発生するＸ線量が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビーム分析装置
及びイオン注入装置等に使用するイオン加速装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のイオン注入装置の全体を
示す平面図で、その走査ユニット１８より前段を構成し
ているイオン加速装置は、シールドボックス１の床に取
付けられた絶縁支柱に、高電圧ターミナル２が取付けら
れており、該シールドボックス１の側壁と高電圧ターミ
ナル２の側壁間に加速管３が取付けられている。上記高
電圧ターミナル２内には、イオン源４、質量分離磁石
５、ガスボックス６、イオン源生成用電源７が設置され
ており、外部に取付けられた電力供給装置８とはブッシ
ング９を介して接続され、また高電圧発生装置１０とは
ブッシング１１を介して接続されている。また、シール
ドボックス１の側壁と高電圧ターミナル２の側壁間に真
空排気管１２が取付けられており、一側（図で右側）
は、排気管１３及びイオン源排気チャンバ１４を介して
イオン源４に接続され、他側（図で左側）は、ポンプ接
続管１５を介して、イオン源４を排気するための真空ポ
ンプ１６に接続されている。

【０００３】一方、上記加速管３は、シールドボックス
１の外において、該加速管３付近を排気するための真空
ポンプ１７を取り付けた走査ユニット１８に接続され、
該走査ユニット１８は、内部にターゲット（試料ホル
ダ）１９を収納したターゲットチャンバ２０に接続され
ている。

【０００４】図７は、上記シールドボックス１の側壁と
高電圧ターミナル２の側壁との間に取付けられた従来の
真空排気管１２の断面図である。図において、該真空排
気管１２の内部は、絶縁材２１に接着して取付けられ且
つ中央部を開口した複数個（段）の円板状の金属製電極
２２が取付けられて真空を保持しており、その一側（図
で左側）はグランド側取付フランジ２３を介してポンプ
接続管１５に接続され、他側（図で右側）は、高電圧側
取付フランジ２４を介して、排気管１３のフランジ１３
ａに接続されており、これら両取付フランジ２３，２４
と絶縁材２１とは接着されている。なお、図中、２５
は、高電圧ターミナル２とシールドボックス１との間の
各段の電極２２間に取付けられた抵抗であり、また、２
６はＯリングである。

【０００５】次に、作用について説明する。イオン源４
内は、イオン源排気チャンバ１４、排気管１３、真空排
気管１２及びポンプ接続管１５を介して、真空ポンプ１
６によって排気される。該イオン源４内に、ガスボック
ス６内に収納されているガスボンベより材料ガスが導入
され、また同時に、プラズマ発生用電源７よりイオン源
４内にパワーが供給されることによって、該イオン源４
内にプラズマが生成される。生成されたプラズマから数
１０ｋＶでイオンが引き出され、質量分離磁石５に入射
すると、イオンは磁場により曲げられるため、所望のイ
オンのみが選別され、イオンは加速管３に入射する。

【０００６】一方、高電圧ターミナル２内で消費される
電力は、電力供給装置８により、ブッシング９を介して
該高電圧ターミナル２内に供給される。また、加速管３
に入射したイオンをグランド電位まで加速するために、
高電圧発生装置１０により、高電圧ターミナル２に数１
０ｋＶから４００ｋＶを越える電圧が印加される。加速
管３に入射したイオンは、高電圧ターミナル２に印加さ
れた電圧とイオンの価数の積のエネルギをもってグラン
ド電位まで加速される。

【０００７】また、電圧を高電圧ターミナル２に印加す
るときは、加速管３内の圧力が高いと該加速管２内部で
放電が起こり易いため、真空ポンプ１７で排気してい
る。加速管３で加速されたイオンビームは、走査ユニッ
ト１８を作動させることによって、ターゲットチャンバ
２０内に設置されたターゲット（試料ホルダ）１９上に
到達したイオンを、縦方向と横方向に走査し、試料上の
面内にイオンを照射する。

【０００８】図８（ａ）〜（ｄ）は、イオン加速時の真
空排気管１２を取付けたシールドボックス１の面から漏
洩するＸ線の生成過程を示す作用説明図であって、図中
の○印は材料ガスの中性粒子（分子、原子状態）、●印
はイオン、・印は電子を示す。

【０００９】図８（ａ）に示すように、ガスボックス６
のガスボンベからイオン源４内に材料ガスが導入され、
プラズマが生成され、イオン源４からイオンがイオン源
排気チャンバ１４内に引き出されるが、その引き出され
た直後に、イオンが中性粒子と衝突し不規則な方向の速
度成分を持った中性粒子に変換したり、またイオンが生
成され、そのイオンは、排気管１３を通って真空排気管
１２に入射する。この時、高電圧ターミナル２は高電圧
電源１０によって数１００ｋＶの電圧が印加されてお
り、このことから真空排気管１２は、電極２２とその電
極間の各段に取付けられた抵抗２５によって、真空排気
管１２内の中央部に加速電場が形成されるため、加速管
３と同様に作用する。

【００１０】図８（ｂ）は、真空排気管１２に入射した
イオンの挙動を示す作用説明図で、該真空排気管１２に
入射したイオンは、高電圧ターミナル２の電位からシー
ルドボックス１のグランド電位に向って加速される。ま
た、イオン源４からイオンとして引き出されず、且つプ
ラズマとして電離しなかった材料ガスの中性粒子は、排
気管１３を通って真空排気管１２に流入する。この真空
排気管１２内に流入した中性粒子と真空排気管１２内で
加速されたイオンとが衝突し、不規則な速度成分を持っ
たイオンや中性粒子が生成され、その生成されたイオン
や中性粒子が更に中性粒子と衝突し、雪崩現象的にイオ
ンが増加し、グランド電位に向って加速される。

【００１１】図８（ｃ）は、真空排気管１２内で加速さ
れる状態を示す作用説明図で、該真空排気管１２内で加
速され高いエネルギを持ったイオンは、金属製の電極２
２に衝突すると、該電極２２の金属表面から２次電子は
放出される。これらの各電極２２にイオンが衝突し、そ
の各段の電極から放出された２次電子は、イオンと電気
的に極性が逆なので、真空排気管１２内で高電圧ターミ
ナル２の方に向って加速される。

【００１２】図８（ｄ）は、高電圧ターミナル２の方向
に加速されている２次電子の状態を示す作用説明図で、
電極２２より放出された電子が真空排気管１２内に取り
付けられている各電極２２の中央部の孔（開口）を通る
ことによって、その電子が放出された各電極より高電圧
側の電極に衝突することなく高いエネルギまで加速さ
れ、高電圧ターミナル２内のイオン源排気チャンバ１４
の金属製の管壁に衝突する。特に、ポンプ接続管１５の
管壁に高速のイオンが衝突し、その結果、管壁から放出
した２次電子が衝突せずに加速され、イオン源排気チャ
ンバ１４の金属製の管壁に高速の電子が衝突した時、Ｘ
線（連続及び特性Ｘ線）がほぼ等方向に放射し、その一
部はシールドボックス１の壁で吸収されるが、他はシー
ルドボックス１の側壁と真空排気管１２との隙間を通り
抜けたり、真空排気管１２内を通り、ポンプ接続管１５
の管壁を通過して外部へ漏れ出てくる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の装置では、イオン源排気チャンバ１４内から漏れ出た
イオンが排気管１３を通り、真空排気管１２に入射し、
電極２２にイオンが衝突することによって２次電子が発
生し、該２次電子が真空排気管１２内で障壁がないため
に加速され、イオン源排気チャンバ１４の管壁に衝突す
ることによってＸ線が発生し、シールドボックス１の外
側に漏れ出てくる。特にグランド電位まで加速され高い
エネルギを持っているイオンがポンプ接続管１５の管壁
に衝突し、その金属表面から放出された２次電子が真空
排気管１２の電極２２の中央部を走行すると、高電圧タ
ーミナル２に印加した電圧（４００ｋＶ〜５００ｋＶ）
で加速され、非常に高いエネルギを持ってイオン源排気
チャンバ１４の管壁に衝突する。その結果発生するＸ線
のエネルギは高くなり、また線量も多くなるため、Ｘ線
の遮蔽のためのシールドボックス１の壁の厚みを増さな
ければならなくなるという問題点があった。

【００１４】本発明は、上記した従来技術の問題点を解
決するもので、真空排気管から発生するＸ線のエネルギ
を低くし、Ｘ線量を低減することの可能な真空排気管を
備えたイオン加速装置を提供することを目的としてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、イオン加速装置を構成する真空排気管
のグランド側のバイアス電極チャンバ内にマイナスのバ
イアス電極を、また高圧側のバイアス電極チャンバ内に
プラスのバイアス電極をそれぞれ取付けたことを特徴と
し、また上記グランド側のバイアス電極の代りに、グラ
ンド側のバイアス電極チャンバ内に１対の永久磁石を取
付けたことを特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明は上記のように構成されているので、真
空排気管内の高電圧側の電極に、高電圧ターミナルの電
位に対して数ｋＶ以上（若くはイオン源からイオンを引
き出すために印加した電圧以下）のプラスの電圧を印加
することによって、当該真空排気管の入り口付近にプラ
スの電場が形成され、一方、グランド側の電極に、グラ
ンド電位に対してマイナスの電圧を数ｋＶ印加すること
によって、当該真空排気管の出口付近にマイナスの電場
が形成される。

【００１７】上記のようにして、当該真空排気管の両側
にイオンと電子にとって電位的な障壁が形成されるた
め、高圧側とグランド側で当該真空排気管に入射するイ
オンと電子をせき止め、当該真空排気管内で加速するイ
オンや電子の量を抑制することによって、電子が管壁に
衝突することによって発生するＸ線量を減らすことがで
きる。

【００１８】また、グランド側のバイアス電極の代りに
１対の永久磁石を取付けた場合、該永久磁石の磁場によ
って電子の軌道を偏向し、ポンプ接続管の管壁部分で発
生した２次電子を真空排気管内に入射させないようにす
ることができるので、前記と同様にＸ線量を減らすこと
ができる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図１（ａ）は、本発明の一実施例を示す真空排気管
の縦断面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＩ−Ｉ線断面
図であり、図中、図７に記載した符号と同一の符号は同
一ないし同類部分を示すものとする。

【００２０】図（ａ）において、真空排気管１２の内部
に、絶縁材２１に接着して取付けられ且つ中央部に孔を
有する円板状の複数個の金属製電極２２が取付けられて
真空を保持しており、一側（図で左側）はグランド側取
付フランジ２３を介してポンプ接続管１５側に接続さ
れ、他側（図で右側）は高電圧側取付フランジ２４を介
して排気管１３側に接続されていることは従来例（図
７）と変りはないが、本実施例では、真空排気管１２の
高電圧側（図で右側）の排気管１３と取付フランジ２４
との間に、高電圧ターミナル２の電位に対してプラス電
位のバイアス電極３１が取付けられ、一方、グランド側
（図で左側）のポンプ接続管１５とグランド側の取付フ
ランジ２３との間に、グランド電位に対してマイナス電
位のバイアス電極３２が取付けられている点で異ってい
る。

【００２１】上記高電圧側のバイアス電極３１は金属製
メッシュからなり、取付フランジ２４と排気管１３との
間に取付けられた高圧側のバイアス電極チャンバ３３の
フランジ３３ａに、４本の固定碍子３４が取付けられて
おり、これらの固定碍子３４の上に上記金属製メッシュ
のバイアス電極３１が載置され、碍子製のねじ３５によ
って固定碍子３４に取付けられている。

【００２２】また上記バイアス電極チャンバ３３には、
電流導入端子３６が取付けられており、該電流導入端子
３６の真空側の導入部の先端はねじになっており、ナッ
トでケーブル３７が固定され、該ケーブル３７と上記メ
ッシュのバイアス電極３１とはスポット溶接されてい
る。上記電流導入端子３６には、高電圧ターミナル２の
電位に接地したプラス出力の電源３８が接続されてい
る。

【００２３】一方、グランド側では、バイアス電極３２
が同様に金属製メッシュで構成され、バイアス電極チャ
ンバ３９のフランジ３９ａに取付けられた４本の固定碍
子４０の上に載置され、碍子製ねじ４１によって取付け
られている。該メッシュのバイアス電極３２は、ケーブ
ル４２、電流導入端子４３を介して電源４４に接続さ
れ、該電源４４は接地電位がグランド電位であり、出力
は極性がマイナスである。

【００２４】次に、作用について図２の模式図を用いて
説明するに、同図（ａ）は、真空排気管１２の両端部に
取付けられた電流導入端子３６，４３にバイアス電圧を
印加していない状態、つまり従来の真空排気管の動作を
示している。この状態では、図８に示す従来の真空排気
管の動作と同様に、イオン源４から引き出されたイオン
（黒丸印）が、イオン源排気チャンバ１４内で中性粒子
（白丸印）と衝突し、排気管１３に或る速度で入射する
と、真空排気管１２内で加速され高いエネルギをもって
ポンプ接続管１５の管壁に衝突し、２次電子（黒点印）
を放出する。この２次電子が逆方向に加速管１２で加速
され、イオン源排気チャンバ１４の管壁に衝突してＸ線
が発生するが、この原因は、図２（ａ）の電位分布図に
示されているように、イオンが一端の加速管に相当する
真空排気管１２に入ると、坂道を転がるように加速され
る。このことは、電子にも極性が逆の違いはあるが同様
のことがいえる。

【００２５】上記のことから、高電圧ターミナル２内で
は、高電圧ターミナル２の電位に対して、図２（ｂ）に
示すように、プラスの電圧を出力する電源３８を作動さ
せ、数ｋＶの電圧を電流導入端子３６に印加することに
よって、バイアス電極３１が高電圧ターミナル２の電位
に対し（＋）数ｋＶ高くなる。これによりイオン源４か
ら引き出されイオン源排気チャンバ１４内で中性粒子と
衝突し、排気管１３に或る速度で入射してきたイオンの
エネルギが、メッシュのバイアス電極３１に印加した電
圧より低いと、図２（ｂ）の電位分布図に示されている
ように、電位の障壁ができてメッシュのバイアス電極３
１部分近くで跳ね返され、真空排気管１２内には入射で
きない。

【００２６】一方、グランド側（図で左側）では、従来
の真空排気管１２で、図８に示すようにポンプ接続管１
５の管壁付近で生成された電子が該真空排気管１２内の
途中で衝突せずに高電圧ターミナル２の電位まで加速さ
れると非常に高いエネルギまで加速され、この電子がイ
オン源排気チャンバ１４の管壁で衝突することによりエ
ネルギの高いＸ線が多量に発生した。これに対し、本実
施例では、真空排気管１２のグランド側の電流導入端子
４３に、グランド電位に対して（−）数ｋＶの電圧を印
加することによって、メッシュのバイアス電極３２部分
がグランド電位よりマイナスになり、図２（ｂ）の電位
分布図に示されているように、電子にとって電位の障壁
となり、高電圧ターミナル２内でイオンが真空排気管１
２に入射できないのと同様に、電子も真空排気管１２内
に入ることができない。以上のことから、グランド電位
から高電圧ターミナル２まで加速される電子が減少する
ので、Ｘ線量も減少する。

【００２７】図３は、本発明の他の実施例を示す要部説
明図であり、図中、図１に記載した符号と同一の符号は
同一ないし同類部分を示すものとする。この実施例で
は、高電圧側のメッシュのバイアス電極３１の電流導入
端子３６に印加する電源は、イオン源４の引出し電源５
１の出力端子から並列に接続されており、電流導入端子
３６に印加する電圧を調整したい場合は、可変抵抗器５
２を、イオン源引出し電源５１の出力端子と高電圧ター
ミナル２の接地電位との間に取付け、該可変抵抗器５２
の中間の出力端から電流導入端子３６に接続することに
よって、可変抵抗器５２の抵抗値を変えて調整する。

【００２８】この実施例によれば、イオン源４より引き
出されたイオンが中性粒子と衝突して真空排気管１２内
に入射するイオンのエネルギは、イオン源４より引き出
された電圧（数１０ｋＶ）よりは低いので、高圧側のバ
イアス電極３１に印加する電圧は、そのイオンを引き出
すためのイオン源４に印加した電圧以下の電圧を印加さ
れることになる。

【００２９】図４（ａ）は更に他の実施例を示す要部縦
断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のIV−IV線断面図であ
って、図中、図１に記載した符号と同一の符号は同一な
いし同類部分を示すものとする。この実施例では、前記
した実施例（図１）においてグランド側のポンプ接続管
１５の管壁部分で発生した２次電子を真空排気管１２に
入射させないために電気的な遮蔽を用いたのに対し、バ
イアス電極チャンバ３９内に１対の永久磁石５３を取付
け、磁場によって電子の軌道を偏向し、真空排気管１２
内に入射させないようにしている。この実施例によって
も、前記実施例と同様にＸ線量を減らすことができる。

【００３０】図５は、本発明の更に他の実施例を示す要
部縦断面図であって、図中、図１に記載した符号と同一
の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。この実
施例では、グランド側のバイアス電極が、金属メッシュ
の代りに円筒電極６１で構成されている。この場合、円
筒電極６２の内径ｄ₁は電極２２の中央部の孔の内径ｄ
₂より大きく構成される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
部にイオン源を有する高電圧ターミナルとその回りを囲
繞するグランド電位のシールドボックスとの間に、イオ
ン源内部を排気するための真空排気管を有するイオン加
速装置において、真空排気管のグランド側のバイアス電
極チャンバ内にマイナスのバイアス電極を、また高圧側
のバイアス電極チャンバ内にプラスのバイアス電極をそ
れぞれ取付けたことにより、真空排気管の高圧側の入口
付近の空間にプラスの電場が形成されるのでイオンにつ
いて電位的な障壁が形成され、イオンが真空排気管に入
射できないので、イオンの衝突によって生成される２次
電子が原因で発生するＸ線を抑制することができ、ま
た、グランド側の出口付近の空間にマイナスの電場が形
成されるので電子にとって電位的な障壁が形成され、イ
オンの衝突によって生成される２次電子が真空排気管内
に入ることができないので、高いエネルギを持った電子
が管壁に衝突して生ずる高いエネルギのＸ線は発生され
にくくなり、Ｘ線量を減らすことができる。

【００３２】また、グランド側のマイナスのバイアス電
極の代りに１対の永久磁石を取付けた場合も、該永久磁
石の磁場によって電子の軌道を偏向し、グランド側の管
壁部分で発生した２次電子を真空排気管内に入射させな
いようにできるので、前記と同様にＸ線量を減らすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）は真空排気管
の縦断面図、（ｂ）はＩ−Ｉ線断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の真空排気管の異った
動作の模式図と電位分布図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す要部説明図である。

【図４】（ａ）は本発明の他の実施例を示す要部断面
図、（ｂ）はIV−IV線断面図である。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図６】従来のイオン加速装置を備えたイオン注入装置
を示す平面図である。

【図７】従来の真空排気管の断面図である。

【図８】（ａ）ないし（ｄ）は従来の真空排気管内での
Ｘ線の発生機構の模式図である。

【符号の説明】

１シールドボックス２高電圧ターミナル４イオン源１２真空排気管１３排気管１４イオン源排気チャンバ１５ポンプ接続管１６真空ポンプ２１絶縁材２２電極２３，２４取付フランジ２５抵抗３１，３２バイアス電極３３，３９バイアス電極チャンバ３４，４０固定碍子３５，４１碍子製ねじ３６，４３電流導入端子３７，４２ケーブル３８，４４出力電源５１イオン源引出し電源５２可変抵抗器５３永久磁石６１円筒電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０５Ｈ 5/02 Ｂ 9014−2Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にイオン源を有する高電圧ターミナ
ルとその回りを囲繞するグランド電位のシールドボック
スとの間に、イオン源内部を排気するための真空排気管
を有するイオン加速装置において、真空排気管のグラン
ド側のバイアス電極チャンバ内にマイナスのバイアス電
極を、また高圧側のバイアス電極チャンバ内にプラスの
バイアス電極をそれぞれ取付けたことを特徴とするイオ
ン加速装置。
【請求項２】内部にイオン源を有する高電圧ターミナ
ルとその回りを囲繞するグランド電位のシールドボック
スとの間に、イオン源内部を排気するための真空排気管
を有するイオン加速装置において、真空排気管のグラン
ド側のバイアス電極チャンバ内に１対の永久磁石を取付
け、高圧側のバイアス電極チャンバ内にプラスのバイア
ス電極を取付けたことを特徴とするイオン加速装置。