JPH0660840A - 磁気四重極レンズ、これを用いたイオンビーム加速装置並びにイオンビーム減速装置 - Google Patents
磁気四重極レンズ、これを用いたイオンビーム加速装置並びにイオンビーム減速装置Info
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- JPH0660840A JPH0660840A JP4212835A JP21283592A JPH0660840A JP H0660840 A JPH0660840 A JP H0660840A JP 4212835 A JP4212835 A JP 4212835A JP 21283592 A JP21283592 A JP 21283592A JP H0660840 A JPH0660840 A JP H0660840A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、数ミリアンペアから数百ミ
リアンペアの桁の大電流領域のイオンビームを、直径１
０ｍｍ以下の領域に収束させることができるコンパクト
な磁気四重極レンズを提供することにある。 【構成】 本磁気四重極レンズ単体の構成は、磁気回路
を構成するヨーク４の内側に四本の磁極６を取り付け、
磁極６の先端を真空排気管２の外側と接するように取り
付ける。更に磁極６の延長上に、先端磁極３を真空排気
管２の内側に接するように取り付ける。また多段型にす
る場合には、磁極６に巻いたコイル５が隣同士干渉しな
いように段差を付けてヨークに取り付ける。
リアンペアの桁の大電流領域のイオンビームを、直径１
０ｍｍ以下の領域に収束させることができるコンパクト
な磁気四重極レンズを提供することにある。 【構成】 本磁気四重極レンズ単体の構成は、磁気回路
を構成するヨーク４の内側に四本の磁極６を取り付け、
磁極６の先端を真空排気管２の外側と接するように取り
付ける。更に磁極６の延長上に、先端磁極３を真空排気
管２の内側に接するように取り付ける。また多段型にす
る場合には、磁極６に巻いたコイル５が隣同士干渉しな
いように段差を付けてヨークに取り付ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ；高周波四重
極）イオン加速器等のような高周波線形イオン加速器を
利用したイオン打ち込み装置、特に、数ミリアンペアか
ら数百ミリアンペアの桁の大電流領域の高エネルギーイ
オンビームを発生させることのできるイオン打ち込み装
置に用いる四重極レンズ、これを用いたイオンビーム加
速装置並びにイオンビーム減速装置に関する。
ｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ；高周波四重
極）イオン加速器等のような高周波線形イオン加速器を
利用したイオン打ち込み装置、特に、数ミリアンペアか
ら数百ミリアンペアの桁の大電流領域の高エネルギーイ
オンビームを発生させることのできるイオン打ち込み装
置に用いる四重極レンズ、これを用いたイオンビーム加
速装置並びにイオンビーム減速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気四重極レンズの構成は、従来、プロ
シーディングス・オブ・ザ・セブンス・シンポジウム・
オン・アクセラレイター・サイエンス・アンド・テクノ
ロジー、オオサカ、ジャパン（１９８９）第４５頁から
第４７頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ７
ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｃｃｅｌｅｒａｔ
ｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ， Ｏｓａｋａ， Ｊａｐａｎ（１９８９） ｐｐ４
５−４７）の中にあるＦｉｇ．３（ｂ）の写真に示され
ているようなものであった。これは、磁気回路を形成す
るヨークにコイルを巻き、レンズ内に円筒の真空排気管
を挿入した構造のものである。
シーディングス・オブ・ザ・セブンス・シンポジウム・
オン・アクセラレイター・サイエンス・アンド・テクノ
ロジー、オオサカ、ジャパン（１９８９）第４５頁から
第４７頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ７
ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｃｃｅｌｅｒａｔ
ｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ， Ｏｓａｋａ， Ｊａｐａｎ（１９８９） ｐｐ４
５−４７）の中にあるＦｉｇ．３（ｂ）の写真に示され
ているようなものであった。これは、磁気回路を形成す
るヨークにコイルを巻き、レンズ内に円筒の真空排気管
を挿入した構造のものである。
【０００３】一方、上記のような磁気四重極レンズを二
個以上ビームの進行方向に並べた多段型の磁気四重極レ
ンズの構成は、例えば、二段型の磁気四重極レンズの場
合で示すと、従来はプロシーディングス・オブ・ザ・セ
ブンス・シンポジウム・オン・アクセラレイター・サイ
エンス・アンド・テクノロジー・オオサカ・ジャパン
（１９８９）第６５頁から第６７頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ７ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏ
ｎ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｏｓａｋａ， Ｊａｐａｎ
（１９８９）ｐｐ６５−６７）の中にあるＦｉｇ．１の
Ｑ１とＱ２の位置関係、或いはＱ３とＱ４の位置関係に
あった。これは、全く同等の磁気四重極レンズを単に並
べているために、ヨークに巻いたコイル同士が干渉し合
い、レンズ間距離を小さくするにも限度があった。
個以上ビームの進行方向に並べた多段型の磁気四重極レ
ンズの構成は、例えば、二段型の磁気四重極レンズの場
合で示すと、従来はプロシーディングス・オブ・ザ・セ
ブンス・シンポジウム・オン・アクセラレイター・サイ
エンス・アンド・テクノロジー・オオサカ・ジャパン
（１９８９）第６５頁から第６７頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ７ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏ
ｎ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｏｓａｋａ， Ｊａｐａｎ
（１９８９）ｐｐ６５−６７）の中にあるＦｉｇ．１の
Ｑ１とＱ２の位置関係、或いはＱ３とＱ４の位置関係に
あった。これは、全く同等の磁気四重極レンズを単に並
べているために、ヨークに巻いたコイル同士が干渉し合
い、レンズ間距離を小さくするにも限度があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、磁
気四重極レンズの磁極が真空排気管の外にあるため、真
空排気管の直径を大きくする場合には、直径の小さい時
と同等の磁場強度を得るには、コイルの巻き数かコイル
に流す電流を大幅に増大しなければならないという問題
点があった。これを、図及び数式を用いて説明する。
気四重極レンズの磁極が真空排気管の外にあるため、真
空排気管の直径を大きくする場合には、直径の小さい時
と同等の磁場強度を得るには、コイルの巻き数かコイル
に流す電流を大幅に増大しなければならないという問題
点があった。これを、図及び数式を用いて説明する。
【０００５】従来の磁気四重極レンズを軸方向から見た
概略図を、図４に示す。図４の場合は上下方向に発散、
左右方向に収束作用がある場合である。この時、磁極６
は収束発散方向から４５°傾いた方向にある。また真空
排気管２は各磁極に接するように挿入される。従来の方
式でレンズ内に挿入する真空排気管の直径を拡大する場
合には、図３に示すような構造となる。一方、磁気四重
極レンズのレンズ強度：Ｋは次式の関係にある。
概略図を、図４に示す。図４の場合は上下方向に発散、
左右方向に収束作用がある場合である。この時、磁極６
は収束発散方向から４５°傾いた方向にある。また真空
排気管２は各磁極に接するように挿入される。従来の方
式でレンズ内に挿入する真空排気管の直径を拡大する場
合には、図３に示すような構造となる。一方、磁気四重
極レンズのレンズ強度：Ｋは次式の関係にある。
【０００６】
【数１】Ｋ∝ＮＩ／ａ2 但し、Ｎはコイルの巻数、Ｉはコイルに流す電流値、ａ
はレンズの半径（真空排気管が磁極に接している場合
は、真空排気管の半径）である。
はレンズの半径（真空排気管が磁極に接している場合
は、真空排気管の半径）である。
【０００７】従って、図３のように、真空排気管の直径
を拡大した場合に、同等のレンズ強度を保つには、Ｎあ
るいはＩをａ2に比例して増大させる必要があるので、
装置或いは電力の増大が伴ってしまう。
を拡大した場合に、同等のレンズ強度を保つには、Ｎあ
るいはＩをａ2に比例して増大させる必要があるので、
装置或いは電力の増大が伴ってしまう。
【０００８】真空排気管の直径を拡大する理由は、図９
に示すように、主に像倍率を小さくするためである。図
９はイオンビームの軌道計算例である。イオンビームは
図の左側から出射され、質量分離器、三段型磁気四重極
レンズを通って収束される。図９（ａ）は図９（ｂ）に
比べて像倍率が小さい（縮小率が大きい）場合の計算例
であるが、図９（ｂ）が直径７７ｍｍの真空排気管内に
ビームが収まっているのに対して、図９（ａ）の場合に
は排気管内にビームが収まっていないことが分かる。こ
れは、像倍率を小さくするために磁気四重極レンズの磁
場強度を大きくした結果であるが、この時にビーム強度
を減少させることなく輸送するためには、真空排気管の
直径を拡大することが必要となる。
に示すように、主に像倍率を小さくするためである。図
９はイオンビームの軌道計算例である。イオンビームは
図の左側から出射され、質量分離器、三段型磁気四重極
レンズを通って収束される。図９（ａ）は図９（ｂ）に
比べて像倍率が小さい（縮小率が大きい）場合の計算例
であるが、図９（ｂ）が直径７７ｍｍの真空排気管内に
ビームが収まっているのに対して、図９（ａ）の場合に
は排気管内にビームが収まっていないことが分かる。こ
れは、像倍率を小さくするために磁気四重極レンズの磁
場強度を大きくした結果であるが、この時にビーム強度
を減少させることなく輸送するためには、真空排気管の
直径を拡大することが必要となる。
【０００９】また、多段型の磁気四重極レンズの場合
は、個々のレンズ間距離が大きい程ビームの損失が大き
く、大電流のビームを収束するにはレンズ間距離を小さ
くすることが必要となる。これを図９（ａ）を使って説
明すると、距離Ｄを持つレンズ間ではビームは直進する
ので、図に示すような発散過程にあるビームの場合に
は、距離が広がるほど中心から遠ざかってしまう。その
結果、この場合にはＱ１、Ｑ２レンズ間でビームは排気
管に当たってしまい、ビーム強度が減少してしまう。そ
こでＱ１、Ｑ２レンズ間の距離をゼロにできれば、図か
らも分かるように、同一排気管でビーム損失がなく輸送
することができる。しかし上述したような従来構成で
は、ヨークに巻いたコイル同士が干渉し合い、レンズ間
距離を小さくするのにも限度があり、大電流のビームを
損失なく収束するのが難しいという問題点があった。
は、個々のレンズ間距離が大きい程ビームの損失が大き
く、大電流のビームを収束するにはレンズ間距離を小さ
くすることが必要となる。これを図９（ａ）を使って説
明すると、距離Ｄを持つレンズ間ではビームは直進する
ので、図に示すような発散過程にあるビームの場合に
は、距離が広がるほど中心から遠ざかってしまう。その
結果、この場合にはＱ１、Ｑ２レンズ間でビームは排気
管に当たってしまい、ビーム強度が減少してしまう。そ
こでＱ１、Ｑ２レンズ間の距離をゼロにできれば、図か
らも分かるように、同一排気管でビーム損失がなく輸送
することができる。しかし上述したような従来構成で
は、ヨークに巻いたコイル同士が干渉し合い、レンズ間
距離を小さくするのにも限度があり、大電流のビームを
損失なく収束するのが難しいという問題点があった。
【００１０】本発明の目的は、数ミリアンペアから数百
ミリアンペアの桁の大電流領域の荷電粒子ビームを、直
径１０ｍｍ以下の領域に収束させることができるコンパ
クトな磁気四重極レンズを提供することにある。
ミリアンペアの桁の大電流領域の荷電粒子ビームを、直
径１０ｍｍ以下の領域に収束させることができるコンパ
クトな磁気四重極レンズを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、磁気四重極レンズの磁極先端を真空排気管内部に挿
入したものである。
に、磁気四重極レンズの磁極先端を真空排気管内部に挿
入したものである。
【００１２】すなわち、本発明は、荷電粒子ビームを通
過させるための真空排気管、該真空排気管を囲み磁気回
路を構成するヨーク、該ヨーク内側に取付けられた４本
の磁極、および該各磁極に巻かれ磁場を発生させるコイ
ルからなる磁気四重極レンズにおいて、前記４本の磁極
の先端を前記真空排気管の内部に挿入した構造とするこ
とを特徴とする磁気四重極レンズに関する。
過させるための真空排気管、該真空排気管を囲み磁気回
路を構成するヨーク、該ヨーク内側に取付けられた４本
の磁極、および該各磁極に巻かれ磁場を発生させるコイ
ルからなる磁気四重極レンズにおいて、前記４本の磁極
の先端を前記真空排気管の内部に挿入した構造とするこ
とを特徴とする磁気四重極レンズに関する。
【００１３】また、荷電粒子ビームの進行方向に２段以
上並べた多段型の磁気四重極レンズとする場合には、各
レンズの磁極に巻いたコイルが隣同士干渉しないように
するため、隣合う一方のレンズでは磁極の先端側にコイ
ルを巻き、他方のレンズでは磁極の付け根側にコイルを
巻きつける構造とする。
上並べた多段型の磁気四重極レンズとする場合には、各
レンズの磁極に巻いたコイルが隣同士干渉しないように
するため、隣合う一方のレンズでは磁極の先端側にコイ
ルを巻き、他方のレンズでは磁極の付け根側にコイルを
巻きつける構造とする。
【００１４】更に各四重極レンズの距離が変更できるよ
うにするため、真空排気管内の４本の磁極先端がビーム
進行方向に可動となる機構を設ける。
うにするため、真空排気管内の４本の磁極先端がビーム
進行方向に可動となる機構を設ける。
【００１５】
【作用】磁気四重極レンズの磁極先端を真空排気管内部
に挿入すると、ビームの収束・発散作用を妨げることな
く、レンズ強度を増大することができる。このビームの
収束・発散作用を妨げないという作用は、静電四重極レ
ンズにはなく、磁気四重極レンズで初めて効果を発揮す
るものである。以下、図８を使って詳細に説明する。
に挿入すると、ビームの収束・発散作用を妨げることな
く、レンズ強度を増大することができる。このビームの
収束・発散作用を妨げないという作用は、静電四重極レ
ンズにはなく、磁気四重極レンズで初めて効果を発揮す
るものである。以下、図８を使って詳細に説明する。
【００１６】図８は静電四重極レンズを軸方向から見た
図である。静電四重極レンズの場合には、図にも示した
ように、ビームの収束・発散作用の方向と電極の方向が
一致しているため、レンズ強度を強くするとビームが電
極９に当たってしまう。これに対し磁気四重極レンズの
場合には、ビームの収束・発散作用の方向と磁極の方向
が丁度４５°ずれているため、レンズ強度を強くしても
ビームは磁極に当たらずに、強いレンズ作用を受けるこ
とができる。
図である。静電四重極レンズの場合には、図にも示した
ように、ビームの収束・発散作用の方向と電極の方向が
一致しているため、レンズ強度を強くするとビームが電
極９に当たってしまう。これに対し磁気四重極レンズの
場合には、ビームの収束・発散作用の方向と磁極の方向
が丁度４５°ずれているため、レンズ強度を強くしても
ビームは磁極に当たらずに、強いレンズ作用を受けるこ
とができる。
【００１７】本発明においては、磁気四重極レンズの磁
極先端を真空排気管内部に挿入する構造としたことによ
って、コイルの巻き数やコイルに流す電流を大幅に増加
することなく、真空排気管の直径を大きくすることがで
きる。
極先端を真空排気管内部に挿入する構造としたことによ
って、コイルの巻き数やコイルに流す電流を大幅に増加
することなく、真空排気管の直径を大きくすることがで
きる。
【００１８】また、本発明では、多段型の磁気四重極レ
ンズの場合に、各レンズの磁極に巻かれるコイルが隣同
士干渉しない構造であるので、個々のレンズ間距離を小
さくすることができ、その結果大電流のビームを損失な
く収束することができる。
ンズの場合に、各レンズの磁極に巻かれるコイルが隣同
士干渉しない構造であるので、個々のレンズ間距離を小
さくすることができ、その結果大電流のビームを損失な
く収束することができる。
【００１９】
【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２を用いて説
明する。図１は本発明に基づく磁気四重極レンズを軸方
向から見た概略図である。また、図２は本発明の第一実
施例を横方向から見た概略図である。
明する。図１は本発明に基づく磁気四重極レンズを軸方
向から見た概略図である。また、図２は本発明の第一実
施例を横方向から見た概略図である。
【００２０】本レンズの構成は、磁気回路を構成する円
筒形のヨーク４の内側に四本の磁極６を取り付ける。こ
の時、ヨーク４と磁極６とは一体物でもよい。コイル５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各磁極６に固定具等で取り付
け、自重でずれないようにする。磁極６の先端は、円形
の真空排気管２の外側と接するように円弧形状に加工す
る。先端磁極３は各磁極６の延長上に、磁極３と磁極６
とで真空排気管２を挟むように設置する。この時、先端
磁極３の真空排気管２の内側に接する部は真空排気管に
あわせて円弧形状に加工しておく。先端磁極３の先端形
状は理想的には双曲線形状に加工されるが、通常は近似
的に円形加工される。
筒形のヨーク４の内側に四本の磁極６を取り付ける。こ
の時、ヨーク４と磁極６とは一体物でもよい。コイル５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各磁極６に固定具等で取り付
け、自重でずれないようにする。磁極６の先端は、円形
の真空排気管２の外側と接するように円弧形状に加工す
る。先端磁極３は各磁極６の延長上に、磁極３と磁極６
とで真空排気管２を挟むように設置する。この時、先端
磁極３の真空排気管２の内側に接する部は真空排気管に
あわせて円弧形状に加工しておく。先端磁極３の先端形
状は理想的には双曲線形状に加工されるが、通常は近似
的に円形加工される。
【００２１】図１のＮＳ極性になるようにコイル５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄに電流を流し、荷電粒子ビームとして
イオンビーム１を真空排気管２の中心部分の紙面手前か
ら紙面裏側への方向に入射すると、イオンビーム１は、
図１に示すような収束・発散作用を受ける。この時、上
述の様にビームの収束・発散作用の方向と磁極の方向が
丁度４５°ずれているため、レンズ強度を強くしても、
ビームは磁極に当たらずに、強いレンズ作用を受けるこ
とができる。同等のレンズ強度を得る場合、従来の磁気
四重極レンズでは図４に示すような構成となり、明らか
に真空排気管２の直径が小さいために、真空排気管２の
内壁にビームが当り、ビーム損失が起きてしまうことが
わかる。
５ｂ，５ｃ，５ｄに電流を流し、荷電粒子ビームとして
イオンビーム１を真空排気管２の中心部分の紙面手前か
ら紙面裏側への方向に入射すると、イオンビーム１は、
図１に示すような収束・発散作用を受ける。この時、上
述の様にビームの収束・発散作用の方向と磁極の方向が
丁度４５°ずれているため、レンズ強度を強くしても、
ビームは磁極に当たらずに、強いレンズ作用を受けるこ
とができる。同等のレンズ強度を得る場合、従来の磁気
四重極レンズでは図４に示すような構成となり、明らか
に真空排気管２の直径が小さいために、真空排気管２の
内壁にビームが当り、ビーム損失が起きてしまうことが
わかる。
【００２２】本発明の別の実施例を図５を用いて説明す
る。図１の実施例の場合には、磁極６と先端磁極３がそ
れぞれ真空排気管２の外部と内部とで分離していたが、
これに対して本実施例の特徴は、磁極６は磁極先端まで
一体もので構成されていることである。これに伴って本
実施例では、本発明の目的である大電流領域のイオンビ
ームを収束させるために、磁極６に真空排気管２を接合
させたものである。接合方法には、溶接、接着剤等によ
る方法の他、Ｏリング等の真空シールによる方法などが
考えられる。どの方法でも、同等の本発明効果がある。
図５では、溶接による方法の一実施例を示した。
る。図１の実施例の場合には、磁極６と先端磁極３がそ
れぞれ真空排気管２の外部と内部とで分離していたが、
これに対して本実施例の特徴は、磁極６は磁極先端まで
一体もので構成されていることである。これに伴って本
実施例では、本発明の目的である大電流領域のイオンビ
ームを収束させるために、磁極６に真空排気管２を接合
させたものである。接合方法には、溶接、接着剤等によ
る方法の他、Ｏリング等の真空シールによる方法などが
考えられる。どの方法でも、同等の本発明効果がある。
図５では、溶接による方法の一実施例を示した。
【００２３】本発明の別の実施例を図６を用いて説明す
る。図６は、図１のような円形のヨークの代わりに四角
形状のヨークを使用し、更に後述のレールガイド７が容
易に取り付けられるように、真空排気管２も四角形状に
したものである。図６の（ａ）は軸方向から見た概略図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。本実
施例は、真空排気管２内の先端磁極３がビーム１の進行
方向に、可動となるような機構として、真空排気管２の
内壁にレールガイド７を設けたものである。このレール
ガイドにより、特に、多段型の磁気四重極レンズの場合
には、各磁気四重極レンズ間の距離が変えられるため、
全体のレンズ特性を容易に変えることができる。
る。図６は、図１のような円形のヨークの代わりに四角
形状のヨークを使用し、更に後述のレールガイド７が容
易に取り付けられるように、真空排気管２も四角形状に
したものである。図６の（ａ）は軸方向から見た概略図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。本実
施例は、真空排気管２内の先端磁極３がビーム１の進行
方向に、可動となるような機構として、真空排気管２の
内壁にレールガイド７を設けたものである。このレール
ガイドにより、特に、多段型の磁気四重極レンズの場合
には、各磁気四重極レンズ間の距離が変えられるため、
全体のレンズ特性を容易に変えることができる。
【００２４】本発明の別の実施例を図７を用いて説明す
る。図７の（ａ）は軸方向から見た概略図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図６はレールガイド７
でそれぞれの先端磁極３を支持していたが、本図７で
は、四本の先端磁極３をまとめて支持できるように、各
磁極間を絶縁物或いは非磁性金属の支持具８で支えたも
のである。これは、支持具８を鉄等の磁性体で構成する
と、そこに磁気回路ができてしまい、コイル５で生成し
た磁場がビーム１に寄与しなくなるからである。また、
先端磁極３と支持具８の接続は、ボルト締め或いは接着
剤で固定する。
る。図７の（ａ）は軸方向から見た概略図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図６はレールガイド７
でそれぞれの先端磁極３を支持していたが、本図７で
は、四本の先端磁極３をまとめて支持できるように、各
磁極間を絶縁物或いは非磁性金属の支持具８で支えたも
のである。これは、支持具８を鉄等の磁性体で構成する
と、そこに磁気回路ができてしまい、コイル５で生成し
た磁場がビーム１に寄与しなくなるからである。また、
先端磁極３と支持具８の接続は、ボルト締め或いは接着
剤で固定する。
【００２５】また、４個の先端磁極３を固定した支持具
８は真空排気管２の内側に接するように精度よく製作
し、がたのないようにする。更にビーム１の進行方向の
真空排気管内径も同一となるように精度よく製作し、支
持具８が真空排気管２のビーム進行方向に可動となるよ
うにする。
８は真空排気管２の内側に接するように精度よく製作
し、がたのないようにする。更にビーム１の進行方向の
真空排気管内径も同一となるように精度よく製作し、支
持具８が真空排気管２のビーム進行方向に可動となるよ
うにする。
【００２６】本発明の別の実施例を図１０を用いて説明
する。本実施例は、上述した図１、図５、図６、図７等
の単体の磁気四重極レンズを３段組み合わせた、所謂三
段型の磁気四重極レンズの場合の実施例である。本実施
例は、各磁極に巻いたコイル５が隣同士干渉しないよう
に、コイル５の巻き付け位置に段差がつくように取り付
けたものである。従来の三段型の磁気四重極レンズで
は、図１１に示すように、隣同士のコイル５が同位置に
あるため、この場合の各レンズ間の距離（＝Ｄ2）が広
くなってしまう。これに対し、本発明の図１０の実施例
では、各レンズ間の距離は図に示すＤ1のようになり、
最短距離で比較すると、Ｄ1は従来のＤ2に比べて約１／
２の距離にできる。また、図１０において、コイル５が
隣のヨーク４と接触する箇所を削れば、更に距離Ｄ1を
短くできる。本実施例は三段型であるが、本方式は二段
以上の磁気四重極レンズに有効である。本実施例では、
各単体の磁気四重極レンズが大電流領域のイオンビーム
を収束させることができ、更に、それを多段に組んだ場
合の磁気四重極レンズシステムにおいても大電流領域の
イオンビームを収束させることができるという、二重の
効果がある。
する。本実施例は、上述した図１、図５、図６、図７等
の単体の磁気四重極レンズを３段組み合わせた、所謂三
段型の磁気四重極レンズの場合の実施例である。本実施
例は、各磁極に巻いたコイル５が隣同士干渉しないよう
に、コイル５の巻き付け位置に段差がつくように取り付
けたものである。従来の三段型の磁気四重極レンズで
は、図１１に示すように、隣同士のコイル５が同位置に
あるため、この場合の各レンズ間の距離（＝Ｄ2）が広
くなってしまう。これに対し、本発明の図１０の実施例
では、各レンズ間の距離は図に示すＤ1のようになり、
最短距離で比較すると、Ｄ1は従来のＤ2に比べて約１／
２の距離にできる。また、図１０において、コイル５が
隣のヨーク４と接触する箇所を削れば、更に距離Ｄ1を
短くできる。本実施例は三段型であるが、本方式は二段
以上の磁気四重極レンズに有効である。本実施例では、
各単体の磁気四重極レンズが大電流領域のイオンビーム
を収束させることができ、更に、それを多段に組んだ場
合の磁気四重極レンズシステムにおいても大電流領域の
イオンビームを収束させることができるという、二重の
効果がある。
【００２７】図１２は、本発明にかかる多段型磁気四重
極レンズをイオンビーム加速装置に応用した概略図であ
る。図１２において、イオン源１０より出たイオンビー
ムは質量分離器１１を経て、多段型磁気四重極レンズ１
２に入射し、多段型磁気四重極レンズ１２から出射した
イオンビームは、四重極粒子加速器１３に入射して大電
流の高エネルギービームとなり、イオン打ち込み室１４
に送られる。
極レンズをイオンビーム加速装置に応用した概略図であ
る。図１２において、イオン源１０より出たイオンビー
ムは質量分離器１１を経て、多段型磁気四重極レンズ１
２に入射し、多段型磁気四重極レンズ１２から出射した
イオンビームは、四重極粒子加速器１３に入射して大電
流の高エネルギービームとなり、イオン打ち込み室１４
に送られる。
【００２８】図１２において、四重極粒子加速器１３の
代わりに、直流減速器などの四重極粒子減速器を配置す
れば、イオンビーム減速装置となる。
代わりに、直流減速器などの四重極粒子減速器を配置す
れば、イオンビーム減速装置となる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、磁気四重極レンズでイ
オンビームを収束させる際に、発生させた磁場を最大限
に利用することができ、更にビーム輸送中の電流値の減
少を最小限に抑えることができる。このため、本発明に
よれば、数ミリアンペアから数百ミリアンペアの桁の大
電流領域のイオンビームを、直径１０ｍｍ以下の領域に
収束させることができるコンパクトな磁気四重極レンズ
を提供することができる。
オンビームを収束させる際に、発生させた磁場を最大限
に利用することができ、更にビーム輸送中の電流値の減
少を最小限に抑えることができる。このため、本発明に
よれば、数ミリアンペアから数百ミリアンペアの桁の大
電流領域のイオンビームを、直径１０ｍｍ以下の領域に
収束させることができるコンパクトな磁気四重極レンズ
を提供することができる。
【００３０】本発明により、大電流領域でイオンビーム
を収束させることができるコンパクトな磁気四重極レン
ズが提供できるので、半導体製造装置として利用できる
大電流の高エネルギーイオンビーム加速装置、或いはイ
オンビーム蒸着用の大電流イオンビーム減速装置が実現
できる。
を収束させることができるコンパクトな磁気四重極レン
ズが提供できるので、半導体製造装置として利用できる
大電流の高エネルギーイオンビーム加速装置、或いはイ
オンビーム蒸着用の大電流イオンビーム減速装置が実現
できる。
【００３１】本発明により、半導体装置の大量生産工程
にＭｅＶイオンビームが利用できるようになるばかりで
はなく、金属、セラミックス等の材料表層改質を短時間
で行える大量生産用イオン処理装置が実現できる。
にＭｅＶイオンビームが利用できるようになるばかりで
はなく、金属、セラミックス等の材料表層改質を短時間
で行える大量生産用イオン処理装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を軸方向から見た概略図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第一実施例を横方向から見た概略図で
ある。
ある。
【図３】従来の磁気四重極レンズを軸方向から見た概略
図である。
図である。
【図４】従来の磁気四重極レンズを横方向から見た概略
図である。
図である。
【図５】本発明の第二実施例を示す概略図である。
【図６】本発明の第三実施例を示す概略図であり、
（ａ）は軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。
（ａ）は軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。
【図７】本発明の第四実施例を示す概略図であり、
（ａ）は軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。
（ａ）は軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。
【図８】静電四重極レンズを示す図である。
【図９】イオンビーム軌道計算例を示す図である。
【図１０】本発明を三段型の磁気四重極レンズに応用し
た時の配置図である。
た時の配置図である。
【図１１】従来の三段型磁気四重極レンズの配置図であ
る。
る。
【図１２】本発明にかかるイオンビーム加速装置の構成
を示す概略図である。
を示す概略図である。
１ イオンビーム ２ 真空排気管 ３ 先端磁極 ４ ヨーク ５ コイル ６ 磁極 ７ レールガイド ８ 支持具 ９ 電極 １０ イオン源 １１ 質量分離器 １２ 多段型磁気四重極レンズ １３ 四重極粒子加速器 １４ イオン打ち込み室
───────────────────────────────────────────────────── 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 7/04 9014−2Ｇ (72)発明者 袴田 好美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】 荷電粒子ビームを通過させるための真空
排気管、該真空排気管を囲み磁気回路を構成するヨー
ク、該ヨーク内側に取付けられた４本の磁極、および該
各磁極に巻かれ磁場を発生させるコイルを有する磁気四
重極レンズにおいて、前記４本の磁極の先端を前記真空
排気管の内部に挿入した構造とすることを特徴とする磁
気四重極レンズ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の磁気四重極レンズにお
いて、真空排気管内の４本の磁極先端がビームの進行方
向に可動となるような機構を設けたことを特徴とする磁
気四重極レンズ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の磁気四重極レンズにお
いて、真空排気管内の４本の磁極先端同士を絶縁物或い
は非磁性金属等の非磁性材料の支持具で固定し、かつ、
荷電粒子ビームの進行方向に可動となるような機構を設
けたことを特徴とする磁気四重極レンズ。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の磁気
四重極レンズを荷電粒子ビームの進行方向に２段以上並
べるとともに、各レンズの磁極に巻いたコイルが隣同士
干渉しないように、隣り合う一方のレンズでは磁極の先
端側にコイルを巻き、他方のレンズでは磁極の付け根側
にコイルを巻きつけたことを特徴とする多段型の磁気四
重極レンズ。 - 【請求項５】 磁気四重極先端を真空排気管の内部にま
で挿入し、これをイオンビームの進行方向に２段以上並
べ、かつ、各レンズに巻いたコイルが隣同士干渉しない
ようにコイルを巻きつけた多段型の磁気四重極レンズか
ら出射したイオンビームを四重極粒子加速器に入射して
大電流の高エネルギーイオンビームを得ることを特徴と
するイオンビーム加速装置。 - 【請求項６】 磁気四重極先端を真空排気管の内部にま
で挿入し、これをイオンビームの進行方向に２段以上並
べ、かつ、各レンズに巻いたコイルが隣同士干渉しない
ようにコイルを巻きつけた多段型の磁気四重極レンズか
ら出射したイオンビームを四重極粒子減速器に入射して
大電流の低エネルギーイオンビームを得ることを特徴と
するイオンビーム減速装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212835A JPH07118287B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 磁気四重極レンズ、これを用いたイオンビーム加速装置並びにイオンビーム減速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212835A JPH07118287B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 磁気四重極レンズ、これを用いたイオンビーム加速装置並びにイオンビーム減速装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0660840A true JPH0660840A (ja) | 1994-03-04 |
| JPH07118287B2 JPH07118287B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=16629143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4212835A Expired - Fee Related JPH07118287B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 磁気四重極レンズ、これを用いたイオンビーム加速装置並びにイオンビーム減速装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07118287B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2012153599A1 (ja) * | 2011-05-11 | 2012-11-15 | 住友重機械工業株式会社 | 荷電粒子線照射装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS5946448U (ja) * | 1983-07-22 | 1984-03-28 | 池上 栄胤 | 粒子線光学系に於ける分散能可変装置 |
| JPH01115040A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-08 | Shimadzu Corp | 荷電粒子ビームの集束偏向装置 |
-
1992
- 1992-08-10 JP JP4212835A patent/JPH07118287B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2021513205A (ja) * | 2019-03-27 | 2021-05-20 | ▲華▼中科技大学Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ | 電子照射システム |
| EP3749065A4 (en) * | 2019-03-27 | 2021-09-01 | Huazhong University of Science and Technology | CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS |
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| US12148592B2 (en) | 2020-07-31 | 2024-11-19 | General Electric Company | Systems and methods for electron beam focusing in electron beam additive manufacturing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07118287B2 (ja) | 1995-12-18 |
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