(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の磁石によって形成した磁界と
前記一対の磁石の間に位置する一対の電極への印加電圧及び前記一対の磁石の対向する側に配置された１０５〜１０９Ωのシート抵抗を有する一対の導体膜への電圧印加によって形成した電界と、
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器。
【請求項２】
一対の磁石によって形成した磁界と、
前記一対の磁石の対向する側に配置されている、それぞれの両端に電圧印加端子を有するシート抵抗１０５〜１０９Ωの導体膜によって形成した電界と
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器。
【請求項３】
前記導体膜は、炭化ケイ素膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にガス状分子の質量を測定する質量分析器に関し、特に、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気においても動作する質量分析器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス状分子の質量測定の原理は、被測定分子をイオン化させた後に、そのイオンを電磁気的に質量分離して、特定の質量／荷電値を持ったイオンのみをコレクタに到達させ、その電流を測定するものである。
【０００３】
電磁気的な質量分離方法としては、高周波電界、磁界のみ、磁界と静電界を利用した方法が知られており、それぞれ代表的な質量分析器としてはマスフィルター型、セクター型、Ｅ×Ｂ型などがある。
【０００４】
スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気で、質量分析器を動作させるためには、通常の質量分析器としての必要条件以外に、１）質量分離されるイオンの行程が短いこと（質量分析器の全体寸法が小さいこと）、２）ガス分子や電極などで散乱する迷イオンがコレクタに到達しないことが必要となる。
【０００５】
１）の条件は、質量分離されるイオンが高圧、すなわち高密度となっている雰囲気ガスに衝突せずにコレクタに到達するために必要であり、この行程は概ねガスの平均自由行程の同程度が必要となっている。通常のスパッタリングプロセスでは１Ｐａ程度のＡｒ雰囲気とするため、質量分析器内でのイオンの行程は１０ｍｍ程度に短くする必要がある。
【０００６】
このような条件を満足する質量分析器として、全体寸法を超小型としたマスフィルター型質量分析器が現存している。しかし、マスフィルター型質量分析器の場合には、四重極ポールの精度が１ミクロン程度と厳しく、また印加する高周波の周波数も１０ＭＨｚ程度と高くなっているため、製作コストが非常に高くなっている。しかも、四重極ポールを通過させるイオンのエネルギーは１０ｅＶ程度と低くなければならないため、散乱された迷イオンと正常に質量分離されたイオンを区別することが困難であり、十分な性能が達成されていない。
【０００７】
Ｅ×Ｂ（イークロスビー）型、別名ウィーンフィルター型とも言われる質量分析器は、磁界と電界を直交させた空間（電磁界部）にイオンを通過させて特定の質量／電荷値を持ったイオンのみを直進させて質量分析を行う方式であり、構造が簡単で、精度・電気制御が厳しくないというメリットがある。
【０００８】
しかし、Ｅ×Ｂ型質量分析器は、実用的には磁界発生に難点があり、質量分析器としてはあまり利用されていない。わずかにイオン打ち込み装置などで照射イオンの純化用に利用されている程度である。この場合、照射イオンと混入している不純物の質量は大きく異なっているので、質量分解能（幅）は、１０質量単位（ａｔｏｍ  ｍａｓｓ  ｕｎｉｔ：；ａｍｕ）程度もあれば十分である。また、通常１０-4Ｐａ以下の圧力の低い雰囲気で使用するため、質量分析器内でのイオンの行程は１００ｍｍ程度とし、磁極ギャップは３０ｍｍ程度としているものがほとんどである。
【０００９】
セクター型質量分析器のように磁界のみを使用する質量分析器では、磁界発生空間、すなわち磁極ギャップをかなり狭くすることが出来るので、電磁石や磁石がそれほど大きなものとはならない。しかしながら、Ｅ×Ｂ型質量分析器では、磁界と静電界を直交させなければならないので磁極ギャップが大きくなり、電磁石や磁石が大きなものとなってしまう。
【００１０】
Ｅ×Ｂ型質量分析器の電磁界部の従来例を、図７（ａ）、（ｂ）に示す。図７（ａ）中、符号１はヨーク、符号２、３は磁石、符号５１、５２は電極を示している。図７（ａ）中、破線１０４で示されている部分を拡大して現したものが図７（ｂ）であるが、磁石２、３と電極５１、５２とに囲まれた符号１００で示される空間が電磁界部であり、符号１０１で示されている円の内側がイオンビームの通過する範囲である。また、図７（ｂ）中、符号１０２で現されるように電気力線が、符号１０３で現されるように磁力線が生じている。電磁界部における磁石２、３間の距離が磁極ギャップに相当する。ここでは磁界発生に永久磁石を利用し、かつ磁極を用いずに、直接磁石が電磁界部に面している。質量分離されるイオンは紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来ており、その径が円１０１として表されている。電気力線１０２、磁力線１０３に示したように、磁界は図の上下方向に、電界は左右方向に形成されている。
【００１１】
Ｅ×Ｂ型質量分析器の基本的な動作としては、イオンビームが通過する範囲すなわち図７（ｂ）中、符号１０１で示されている円の内側において、磁界、電界の強度が一様で直交していなければならない。この条件が満足されていると、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来たイオンビームのうち、特定の質量／電荷量を持つイオンビームのみが直進し、他のイオンビームは左右方向に偏向する。磁界と電界の強度を変えると直進するイオンビームの質量／電荷量が変化する。そこで、イオンビームが直進する位置にアパーチャおよびコレクタ電極を設置すれば、質量分離が行えることになる。電界および磁界の強度が一様でないと、感度、分解能が劣化してしまう。
【００１２】
図７（ａ）、（ｂ）では、電界の一様性確保のために、電極の幅を大きくしている。この大きな幅の電極が存在するため、必然的に磁極ギャップは大きくなっている。この大きな磁極ギャップにおいても磁界の一様性を確保するため、磁石２、３の幅が大きくなっている。これらのために、磁石２、３、ヨーク１は大変大きなものとならざるをえない。
【００１３】
このようなことから、通常の質量分析器としてもＥ×Ｂ型質量分析器が利用されることはほとんどなかった。ましてや、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気でも動作可能な質量分析器としては、Ｅ×Ｂ型質量分析器が利用されることは決してなかった。
【００１４】
なお、従来のＥ×Ｂ型質量分析器に関しては、磁場の一様性向上のため、複数の電磁石を使用している特開平４−３５１８４０号、特開平７−１６１３３７号や、磁極に電圧を印加し、質量分離方向とは直角方向にイオンビームを偏向している特開平６−１３２００７号が存在している。
【００１５】
【発明により解決しようとする課題】
本発明の目的は、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気で動作させることが可能で、しかも十分な性能を有し、製作コストの低い質量分析器を実現することにある。
【００１６】
高い圧力雰囲気で動作させるためには、前述したように質量分析器でのイオン行程が非常に短いことが要求される。これを達成するためには、Ｅ×Ｂ型質量分析器の磁極ギャップを非常に小さくすることが必要となる。これは以下の二つ理由による。
【００１７】
第一の理由は、すべての質量分析器共通の問題である端面（フリンジング）効果である。すなわち、電磁界空間の端面付近では、電磁界が存在しない外側の空間の影響で電磁界強度が弱くなり、その部分では質量分離が行えない。つまり、有効に質量分離し得るイオン通過方向長さが短くなる。具体的には入口、出口のそれぞれの端面より内側では、電極ギャップ、磁極ギャップの半分程度の長さは、有効な質量分離がされないことが知られている。１Ｐａ程度のスパッタリングプロセス用では質量分離部の長さは約１０ｍｍとしなければならない。そこで、有効に質量分離する長さを約７ｍｍ確保しようとすると、電極ギャップ、磁極ギャップを約３ｍｍと非常に小さくしなければならない。
【００１８】
第二の理由は、要求される強い磁界強度を達成するためである。約１０ｍｍ（実効的には約７ｍｍ）の短い質量分離部で、しかも十分な分解能を持った質量分離を行うためには、強い磁界強度が必要となる。スパッタリングプロセスで特に問題となる水（１８ａｍｕ）をバックグランドとなるＡｒ2+（４０ａｍｕ）と区別して測定するためには、５〜１０ｋＧａｕｓｓ（ガウス）の磁界強度が必要となる。極端に大きな電磁石や磁石を使わずにこのような強い磁界強度を達成するために、磁極ギャップは３〜５ｍｍ程度と非常に小さくする必要がある。
【００１９】
しかしながら、Ｅ×Ｂ型質量分析器を従来の構造のまま、磁極ギャップ３ｍｍ程度に短くすると性能的に大きな問題が発生する。この状態を図８に示した。図８では、磁界の一様性は保たれているが、電界の一様は確保されていない。つまり、磁極ギャップが小さくなったため電極５１、５２の幅が小さくなり、しかも紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームが通過する範囲である符号１０１で示される円のすぐ近傍に磁石２、３の表面が存在してしまっている。この磁石２、３の表面は、磁石が導体の時には、ある一定の電圧に、また磁石が絶縁体の時には、時間、場所的にランダムな電位になって、いずれにしても、電極間の等電位面が電極面に対して平行になる一様電界ではなく、磁石の電位に強く影響されて歪んだ電界分布となってしまう。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、高圧力で動作可能な質量分析器としてＥ×Ｂ型質量分析器に注目した。すなわち、Ｅ×Ｂ型質量分析器は構造が簡単であること、およびイオンエネルギーが１００〜１０００ｅＶと高く出来ることの理由から、本質的には高圧力用質量分析器に向いていると考えた。特に、イオンエネルギーが高いことは、バックグランドを形成してしまう迷イオンと正常に質量分離されたイオンを、別途簡単な静電型偏向器にて容易に分離することが出来るので、高圧力用としてとても大きなメリットとなる。そこで、電磁界の形成技術に関する発明を行い、Ｅ×Ｂ型質量分析器における磁界形成のための磁極あるいは磁石の表面を、電界を形成させる電極として機能させることにより、上記課題の解決を試みたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
前記課題を解決するために、本発明者が提案する質量分析器は以下の通りである。
【００２２】
すなわち、この発明は、
一対の磁石によって形成した磁界と
前記一対の磁石の間に位置する一対の電極への印加電圧及び前記一対の磁石の対向する側に配置された１０５〜１０９Ωのシート抵抗を有する一対の導体膜への電圧印加によって形成した電界と、
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器である。
また、
一対の磁石によって形成した磁界と、
前記一対の磁石の対向する側に配置されている、それぞれの両端に電圧印加端子を有するシート抵抗１０５〜１０９Ωの導体膜によって形成した電界と
によって形成された電磁界空間に、
イオン化されたスパッタリングプロセス中の被測定分子イオンを通過させ、前記被測定分子イオンの質量を分析する
ことを特徴とする質量分析器である。
ここで前記導体膜は、炭化ケイ素膜であることを特徴とする。
本発明によれば、電磁界空間に面した磁石の表面を、電界を形成させる電極として機能させることにより、電磁界空間の電界補正、あるいは電界発生と電界補正の双方を行うことが可能になり、磁界形成のための対向する磁石を互いに接近させて磁極ギャップを小さくしても、電極間の等電位面が電極面に対して平行となる一様電界を形成することができる。
【００２３】
前記において、電磁界空間に面した磁石の表面を、電界を形成させる電極として機能させるために、磁石の電磁界空間に面した表面に準導体膜を設ける構成を採用することができる。準導体膜、例えば、炭化ケイ素による薄膜であって、一様なシート抵抗値を持つ薄膜を磁石の電磁界空間に面した表面に設けることにより、当該表面の電位が電界方向に沿って一定の増加率もしくは減少率で変化できるようにし、電磁界空間の電界補正、あるいは電磁界空間の電界発生と電界補正の両方を行うものである。
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例で説明する実施形式に限られるものではなく、本明細書に記載した技術的思想の創作の範囲において種々に変更可能である。
【００２７】
【実施例１】
図１は本発明の第一の実施例の概略の構成を現す図である。
【００２８】
異極同志が向い合うように導電体の磁石２、３が配置されており、これらの間に、それぞれ＋Ｖ、−Ｖの電圧が印加されている非磁性体製の電極５１、５２が配置されている。
【００２９】
磁石２、３と電極５１、５２との間には、非磁性体製の絶縁膜５３、５４と非磁性体製の炭化ケイ素膜５５、５６とが、炭化ケイ素膜５５、５６が電極５１、５２と電気的に接するようにして、それぞ介装されている。
【００３０】
図１中、磁石２、３及び電極５１、５２に囲まれ、符号１００で示される空間が電磁界部となる。また、符号１０１で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【００３１】
この実施例においても、従来例の図７（ｂ）に符号１０２で示した方向の電気力線、符号１０３で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図１においては、省略している。また、従来例の図７（ａ）に符号１で示したヨークが存在することになるが、図１では省略している。
【００３２】
電磁界部１００における磁石２、３間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては、これを３ｍｍ程度としている。
【００３３】
本発明においては、磁石２、３と電極５１、５２との間に介装されている炭化ケイ素膜５５、５６は、電極５１、５２と電気的に接しているので、電磁界空間１００に面した磁石２、３の表面は、電磁界を形成する電極として機能することになる。
【００３４】
更に、炭化ケイ素膜５５、５６は、１０5 〜１０9 Ω程度の一様なシート抵抗値を持つ膜で構成されており、これによって、電極５１、５２間で、磁石２、３の表面と絶縁膜５３、５４を介して接触している炭化ケイ素膜５５、５６の電位、すなわち電極５１、５２間で、電磁界空間に面した磁石２、３の表面の電位は、＋Ｖと−Ｖの電圧が印加されている電極５１、５２の電極面からの距離で決定される値となり、電界方向（図示していない電気力線の方向）に沿って一定の増加率あるいは減少率で変化することになる。これによって電磁界部１００における電位は電極５１、５２の電位＋Ｖ、−Ｖを等分にした一様な電界強度、すなわち電極５１、５２間の等電位面が電極５１、５２の面に対して平行になる一様な電界が形成されるのである。
【００３５】
一方、電極５１、５２、絶縁膜５３、５４、および炭化ケイ素膜５５、５６はすべて非磁性体で構成されており、これによって磁石２、３による磁界は、これらによって乱されることなく、一様な磁界強度となる。
【００３６】
このようにして、本実施例では、磁極ギャップを３ｍｍ程度に小さくしたにもかかわらず、電磁界部１００において、磁界と電解の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【００３７】
なお、この実施例においては、絶縁膜５３、５４を用いたが、これは、この実施例で用いた磁石２、３が導電体であったので、このような構成としたものである。磁石２、３が絶縁体である場合には、絶縁膜５３、５４を、電極５１、５２に電気的に接している炭化ケイ素膜５５、５６と磁石２、３の表面との間に介装する必要はない。
【００３８】
また、図１では図示していないヨーク１は、磁界の強度向上や外部への漏れ磁界の強度減少に効果があるが、必ずしも不可欠という訳ではない。
【００３９】
【実施例２】
図２は本発明の第二の実施例の概略の構成を現す図である。
【００４０】
異極同志が向い合うように導電体の磁石２、３が配置されており、これらの表面にそれぞれ非磁性体製の絶縁膜５３、５４を介して非磁性体製の炭化ケイ素膜５５、５６が設けられている。
【００４１】
炭化ケイ素膜５５の、図２中、右端、左端には端子５７、５８が電気的に接続されており、同じく、炭化ケイ素膜５６の、図２中、右端、左端には端子５９、６０が電気的に接続されている。
【００４２】
図２中、磁石２、３の表面にそれぞれ設けられている炭化ケイ素膜５５、５６で挟まれた空間が電磁界部１００となる。また、符号１０１で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【００４３】
この実施例においても、従来例の図７（ｂ）に符号１０２で示した方向の電気力線、符号１０３で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図２においては、省略されている。また、従来例の図７（ａ）に符号１で示したヨークが存在することになるが、図２では省略されている。
【００４４】
電磁界部１００における磁石２、３間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては、４ｍｍ程度としている。
【００４５】
図２図示のように、端子５７、５９には＋Ｖ、端子５８、６０には−Ｖの電圧がそれぞれ印加されている。これによって、炭化ケイ素膜５５、５６、すなわち、電磁界空間に面した磁石２、３の表面は、電磁界を形成する電極として機能することになる。
【００４６】
更に、炭化ケイ素膜５５、５６は、図１図示の実施例１と同じく、１０5 〜１０9 Ω程度の一様なシート抵抗値を持つ膜で構成されており、これによって、炭化ケイ素膜５５、５６の電位、すなわち電磁界空間に面した磁石２、３の表面の電位は、＋Ｖの電圧が印加されている端子５７、５９と−Ｖの電圧が印加されている端子５８、６０からの距離で内分した値となり、電界方向（図示していない電気力線の方向）に沿って一定の増加率あるいは減少率で変化することになる。したがって、電磁界部１００における電位は＋Ｖ、−Ｖを磁石２、３の幅で等分にした一様な電界強度となる。
【００４７】
更に、前記実施例１と同様に、絶縁膜５３、５４、炭化ケイ素膜５５、５６はいずれも非磁性体で構成されているので、磁石２、３による磁界が、絶縁膜５３、５４、炭化ケイ素膜５５、５６によって乱されることなく、一様な磁界強度となっている。
【００４８】
このようにして、本実施例でも、磁極ギャップを４ｍｍ程度と小さくしたにもかかわらず、電磁界部１００において、磁界と電解の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【００４９】
この実施例２において絶縁膜５３、５４を用いた理由も前記実施例１の場合と同様であり、磁石２、３が絶縁体である場合には、絶縁膜５３、５４を、炭化ケイ素膜５５、５６と磁石２、３の表面との間に介装する必要はない。
【００５０】
また、図２では図示していないヨーク１は、磁界の強度向上や外部への漏れ磁界の強度減少に効果があるが、必ずしも不可欠という訳ではない点も実施例１と同様である。
【００５１】
図１図示の実施例１と比較すると、この実施例２の構成によれば、電極が不要であることから、偏向されたイオンビームが電極にあたって散乱しないという利点がある。
【００５２】
（参考実施例１）
図３は本発明の参考となる実施例の概略の構成を現す図である。
【００５３】
導電体の磁石４、５、６、７が、磁石４と磁石５とは電気的に絶縁され、同極同志が隣り合うように並設され、磁石６と磁石７も電気的に絶縁され、同極同志が隣り合うように並設され、なおかつ並設されている磁石４、５の組と並設されている磁石６、７の組とが、異極同志向い合うようにして配置されている。
【００５４】
このようにして配置された磁石４、５と磁石６、７との間に、それぞれ＋Ｖ、−Ｖの電圧が印加されている非磁性体製の電極５１、５２が配置されている。
【００５５】
また、図３に示すように、磁石４と磁石６にはそれぞれ＋Ｖ／２の電圧が、磁石５と磁石７には−Ｖ／２の電圧が印加されている。このように、磁石４、５、６、７に電圧を印加し、磁石４と磁石５との間で、また磁石６と磁石７との間でそれぞれ電界が形成されるように、磁石４と磁石５、磁石６と磁石７とはそれぞれ電気的に絶縁されて並設されている。この実施例においては、磁石４と磁石５との間、磁石６と磁石７との間にそれぞれ空隙を設けることにより電気的な絶縁を図っているが、この空隙の間隔は、これらの磁石の間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。また、空隙を設けずに、絶縁膜を磁石４と磁石５との間、磁石６と磁石７との間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【００５６】
図３中、磁石４、５、６、７、及び電極５１、５２に囲まれ、符号１００で示される空間が電磁界部となる。また、符号１０１で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【００５７】
この実施例においても、従来例の図７（ｂ）に符号１０２で示した方向の電気力線、符号１０３で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図３においては、省略している。また、従来例の図７（ａ）に符号１で示したヨークが存在することになるが、図３では省略している。
【００５８】
電磁界部１００における磁石４、５と磁石６、７との間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては５ｍｍ程度となっている。
【００５９】
電磁界部１００に面している磁石４、５、６、７の表面の電位は、図１、図２図示の実施例１、２の場合のように等分な電位とはなっていないが、前記のように＋Ｖ／２、−Ｖ／２の電圧がそれぞれ印加されているので、＋Ｖ、−Ｖの電圧が印加されている電極５１、５２の中間値の電位となっている。
【００６０】
また、イオンビームが通過する範囲１０１との間の距離を離して電界、磁界の一様性向上に役立つように、電磁界部１００方向に向かう磁石４、５、６、７の角が、図３図示の通り、それぞれ、カットされている。
【００６１】
これらにより、電磁界部１００では概ね一様な電界が形成されている。
【００６２】
一方、電磁界部１００における磁界について検討すると、磁石４、５は電気的には異なる電位になっているが、磁気的には中央にわずかの隙間を有するのみにして並設されており、電磁界部１００方向に向かう角がカットされているだけなので、並設されている磁石４、５が、図１図示の実施例１における磁石２と概ね同じ動作をすることになる。対向して配置されている磁石６、７も同様であり、並設されている磁石６、７が、図１図示の実施例１における磁石３と概ね同じ動作をすることになる。
【００６３】
また、電極５１、５２は、非磁性体で構成されているので、磁石４、５、６、７による磁界が、電極５１、５２によって乱されることなく、一様な磁界強度となる。
【００６４】
したがって、この実施例においても、電磁界部１００では概ね一様な磁界が形成されている。
【００６５】
そこで、本実施例でも、磁極ギャップを５ｍｍ程度と小さくしたにもかかわらず、電磁界部１００において、磁界と電界の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【００６６】
図３図示の実施例を第１、第２の実施例（図１、図２）と比較すると、電磁界空間に面した磁石そのものの表面を、電界を形成させる電極として機能させるために、炭化ケイ素膜を用いる必要がないという利点がある。
【００６７】
（参考実施例２）
図４は本発明の参考となる他の実施例の概略の構成を現す図である。
【００６８】
導電体の磁石８、９、１０、１１が、磁石８と磁石９とは互いに電気的に絶縁されていると共に、同極同志が隣り合うように並設され、磁石１０と磁石１１も互いに電気的に絶縁されていると共に、同極同志が隣り合うようにして並設され、なおかつ並設されている磁石８、９の組と並設されている磁石１０、１１の組とが、異極同志向い合うようにして配置されている。
【００６９】
このようにして配置された磁石８、９と磁石１０、１１との間に、それぞれ＋Ｖ、−Ｖの電圧が印加されている非磁性体の電極６１、６２が、スペーサを兼ね介装されており、電極６１と磁石８、１０、電極６２と磁石９、１１とは、それぞれ電気的に接続されている。
【００７０】
電磁界部１００に面している磁石８、９、１０、１１の表面の電位は、図３図示の実施例３の場合と異なり、電極６１、６２の中間値の電位とはなっていないが、前記のように、電極６１、６２とそれぞれ電気的に接続されているので、電極６１、６２と同電位となっている。
【００７１】
このように電極６１、６２と同電位となっている磁石８、１０と磁石９、１１との間でそれぞれ電界が形成されるように、磁石８と磁石９、磁石１０と磁石１１とはそれぞれ電気的に絶縁されて並設されている。この実施例においては、磁石８と磁石９との間、磁石１０と磁石１１との間にそれぞれ空隙を設けることにより電気的な絶縁を図っているが、この空隙の間隔は、これらの磁石の間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。また、空隙を設けずに、絶縁膜を磁石８と磁石９との間、磁石１０と磁石１１との間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【００７２】
図４中、磁石８、９、１０、１１、及び電極６１、６２に囲まれ、符号１００で示される空間が電磁界部となる。また、符号１０１で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲である。
【００７３】
この実施例においても、従来例の図７（ｂ）に符号１０２で示した方向の電気力線、符号１０３で示した方向の磁力線が発生することになるが、これらは図４においては、省略している。また、従来例の図７（ａ）に符号１で示したヨークが存在することになるが、図４では省略している。
【００７４】
電磁界部１００における磁石８、９と磁石１０、１１との間の距離が磁極ギャップに相当し、この実施例においては５ｍｍ程度としている。
【００７５】
また、実施例３と同じく、イオンビームが通過する範囲１０１との間の距離をより一層離すことにより、電界、磁界の一様性向上に役立つように、電磁界部１００方向に向かう磁石８、９、１０、１１の角が、図４図示の通り、それぞれ、より一層深くカットされている。
【００７６】
これらにより、この実施例においても、電磁界部１００では概ね一様な電界が形成されている。
【００７７】
一方、電磁界部１００における磁界について検討すると、実施例３（図３）の場合と同様の理由で、この実施例においても、電磁界部１００では概ね一様な磁界が形成されている。
【００７８】
そこで、本実施例でも、磁極ギャップを５ｍｍと小さくしたにもかかわらず、電磁界部１００において、磁界と電解の強度が一様で直交している理想的な電磁界部が形成されている。
【００７９】
この実施例４を実施例３と比較すると、部品が簡素になっていることが利点となっている。
【００８０】
（参考実施例３）
図５は本発明の参考となる他の実施例の概略の構成を現す図である。
【００８１】
ヨーク１の中央に、絶縁体の磁石取り付けリング１６を介して導電体の磁石１２、１３、１４、１５がそれぞれ電気的に絶縁されて取り付けられている。
【００８２】
磁石１２、１３、１４、１５に囲まれた空間が電磁界部１００を構成することになり、符号１０１で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲となる。また、図５中、電気力線は符号１０２で現されるように、磁力線は符号１０３で現されるように発生することになる。
【００８３】
この実施例では、図５図示のように、磁石１２と１３とは、直角方向となって同極同志が隣り合うように配置されている。同様に、磁石１４と１５も、直角方向となって同極同志が隣り合うように配置されている。そして、磁石１２と磁石１４、磁石１３と磁石１５とは、異極同志が向い合うように配置されている。
【００８４】
４ヶの磁石は同形状であり、中心に対して４回回転対称の配置となっている。
このような磁石１２、１３、１４、１５の配置構成は、強焦点レンズとして知られている四極子レンズに類似しているが、磁極の向きが異なる。
【００８５】
前記のような磁石の配置によって、符号１０３で現される磁力線は、磁石１２、１３、１４、１５に囲まれた空間のイオンビームの通過する範囲１０１において、図５中、下から上方向へ向かうようになり、この空間に概ね一様な磁界が形成されることになる。
【００８６】
磁石１２、１３、１４、１５にはそれぞれ下に示されたＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の電圧が印加されており、Ｅ×Ｂとしての質量分離だけでなく、静電式偏向器としてイオンビームのＸ軸・Ｙ軸方向の偏向、および静電式非点補正器としてイオンビームの一次非点補正が行えるようになっている。
【００８７】
磁石１２：Ｖ１＝＋Ｖｍ＋Ｖｙ−Ｖｓ
磁石１３：Ｖ２＝−Ｖｍ−Ｖｘ＋Ｖｓ
磁石１４：Ｖ３＝−Ｖｍ−Ｖｙ−Ｖｓ
磁石１５：Ｖ４＝＋Ｖｍ＋Ｖｘ＋Ｖｓ
ここに、Ｖｍ：質量分離用電圧、Ｖｘ：Ｘ軸方向偏向用電圧、Ｖｙ：Ｙ軸方向偏向用電圧、Ｖｓ：非点補正用電圧である。
【００８８】
質量分離用電圧である＋Ｖｍ、−Ｖｍに注目すると、図５中、右側の磁石１２、１５が＋Ｖｍ、左側の磁石１３、１４が−Ｖｍの電位となっている。
【００８９】
磁石１２と磁石１５、および磁石１３と磁石１４は、図５中、水平方向に関して線対称となっているため、中心部付近では電気力線は水平方向となる。したがって、＋Ｖｍ、−Ｖｍにより中央部付近では水平方向の概ね一様な電界が形成されることになる。
【００９０】
そこで、前述したように磁石１２乃至磁石１５の中心部付近における、図５中、下から上方向へ向かう概ね一様な磁界と、この中央部付近における水平方向の概ね一様な電界の存在によって、Ｅ×Ｂとして質量分離が行われる。
【００９１】
なお、前記のように、四個の磁石１２乃至１５にそれぞれ異なる電圧を印加し、電界を形成するために、前述したように、磁石１２、１３、１４、１５はそれぞれ電気的に絶縁されている必要がある。
【００９２】
この実施例においては、磁石１２乃至１５のそれぞれの間に空隙を配置することによって相互の電気的な絶縁を図っている。この空隙の間隔は、磁石１２乃至１５のそれぞれの間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。なお、空隙を配置する構成とせずに、絶縁膜を磁石１２乃至１５のそれぞれの間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【００９３】
Ｘ軸方向偏向用電圧である＋Ｖｘ、−Ｖｘに注目すると、右下の磁石１５が＋Ｖｘ、左上の磁石１３が−Ｖｘの電位となっている。したがって、＋Ｖｘ、−ＶｘによりイオンビームのＸ軸方向偏向が行われる。同様に、＋Ｖｙ、−ＶｙによりイオンビームのＹ軸方向偏向が行われる。
【００９４】
非点補正用電圧である＋Ｖｓ、−Ｖｓに注目すると、それぞれ対向する磁石の電位が等電位となり、しかも直角方向の磁石の電位が正負逆になる。したがって＋Ｖｓ、−Ｖｓによりイオンビームの形状を一次元方向に調整させる一次非点補正が行われる。
【００９５】
この実施例５を実施例（図４）と比較すると、部品がより簡素になっていることがメリットとなっている。
【００９６】
（参考実施例４）
図６は本発明の参考となる他の実施例の概略の構成を現す図である。
【００９７】
ヨーク１の中央に、絶縁体の磁石取り付けリング１６を介して導電体の磁石１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４がそれぞれ電気的に絶縁されて取り付けられている。
【００９８】
磁石１７乃至２４に囲まれた空間が電磁界部１００を構成することになり、符号１０１で現される円の内側が、紙面に垂直に紙面の裏面側から表面側に向けて進んで来るイオンビームの通過する範囲となる。
【００９９】
図６図示のように、磁石１７、１８、１９、２０は、４５度の角度を持って同極同志が隣り合うように配置され、磁石２１、２２、２３、２４も、４５度の角度を持って同極同志が隣り合うように配置されている。そして、磁石１７と磁石２１、磁石１８と磁石２２、磁石１９と磁石２３、磁石２０と磁石２４とは、互いに、異極同志が向い合う形で配置されている。８ヶの磁石は同形状であり、中心に対して８回回転対称の配置となっている。
【０１００】
前記のような磁石の配置によって、磁石１７乃至２４に囲まれた空間のイオンビームの通過する範囲１０１において、図６中、下から上方向へ向かう概ね一様な磁界が形成されることになる。
【０１０１】
磁石１７乃至２４には、それぞれ下に示されたＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８の電圧が印加されており、Ｅ×Ｂ装置としての質量分離だけでなく、静電式偏向器としてイオンビームのＸ・Ｙ軸方向の偏向、および非点補正器としてイオンビームの二次非点補正、立体収束質量分析器としてのイオンビームのＸ軸方向の収束が行える。
【０１０２】
磁石１７：Ｖ１＝＋Ｖｍ  ＋Ｖｄｘ＋ａ・Ｖｄｙ  ＋Ｖｓｘ  ＋Ｖｆ
磁石１８：Ｖ２＝＋Ｖｍ  ＋ａ・Ｖｄｘ＋Ｖｄｙ  ＋Ｖｓｙ
磁石１９：Ｖ３＝−Ｖｍ  −ａ・Ｖｄｘ＋Ｖｄｙ  −Ｖｓｘ  −Ｖｆ
磁石２０：Ｖ４＝−Ｖｍ  −Ｖｄｘ＋ａ・Ｖｄｙ  −Ｖｓｙ  −Ｖｆ
磁石２１：Ｖ５＝−Ｖｍ  −Ｖｄｘ−ａ・Ｖｄｙ  ＋Ｖｓｘ  −Ｖｆ
磁石２２：Ｖ６＝−Ｖｍ  −ａ・Ｖｄｘ−Ｖｄｙ  ＋Ｖｓｙ  −Ｖｆ
磁石２３：Ｖ７＝＋Ｖｍ  ＋ａ・Ｖｄｘ−Ｖｄｙ  −Ｖｓｘ
磁石２４：Ｖ８＝＋Ｖｍ  ＋Ｖｄｘ−ａ・Ｖｄｙ  −Ｖｓｙ  ＋Ｖｆ
ここに、Ｖｍ：質量分離用電圧、Ｖｄｘ：Ｘ軸方向偏向用電圧、Ｖｄｙ：Ｙ軸方向偏向用電圧、Ｖｓｘ：Ｘ軸方向非点補正用電圧、Ｖｓｙ：Ｙ軸方向非点補正用電圧、Ｖｆ：Ｘ軸方向収束用電圧、ａ：任意の係数である。
【０１０３】
＋Ｖｍ、−Ｖｍに注目すると、図６中、右側の磁石１７、１８、２３、２４が＋Ｖｍ、左側の磁石１９、２０、２１、２２が−Ｖｍの電位となっている。磁石１７、１８と磁石２３、２４、および磁石１９、２０と磁石２１、２２とは、図６中、水平方向に関して線対称となっているため、中心部付近では電気力線は水平方向となる。したがって、＋Ｖｍ、−Ｖｍにより中心部付近では水平方向の概ね一様な電界が形成されることになる。
【０１０４】
そこで、前述したように磁石１７乃至磁石２４の中心部付近における、図６中、下から上方向へ向かう概ね一様な磁界と、この中央部付近における水平方向の概ね一様な電界の存在によって、Ｅ×Ｂとして質量分離が行われる。
【０１０５】
なお、前記のように、八個の磁石１７乃至２４にそれぞれ異なる電圧を印加し、電界を形成するために、前述したように、磁石１７乃至２４はそれぞれ電気的に絶縁されている必要がある。
【０１０６】
この実施例においては、磁石１７乃至２４のそれぞれの間に空隙を配置することによって相互の電気的な絶縁を図っている。この空隙の間隔は、磁石１７乃至２４のそれぞれの間で放電が発生せず、電界が維持できる大きさであれば十分である。なお、空隙を配置する構成とせずに、絶縁膜を磁石１７乃至２４のそれぞれの間に介装して電気的な絶縁を図ることもできる。
【０１０７】
＋Ｖｄｘ、−Ｖｄｘ、＋Ｖｄｙ、−Ｖｄｙについては詳細な説明は省略するが、この動作原理は大偏向角用８極静電式非点補正器としてよく知られたものである。結論的には、大きな偏向収差を発生させずに＋Ｖｄｘ、−ＶｄｘによりＸ軸方向偏向が、＋Ｖｄｙ、−ＶｄｙによりＹ軸方向偏向が行われる。
【０１０８】
＋Ｖｓｘ、−Ｖｓｘ、＋Ｖｓｙ、−Ｖｓｙについても詳細な説明は省略するが、この動作原理は８極静電式非点補正器としてよく知られたものである。結論的には、＋Ｖｓｘ、−Ｖｓｘ、＋Ｖｓｙ、−Ｖｓｙよりイオンビームの形状を二次元方向に調整させる二次非点補正が行われる。
【０１０９】
一様な電磁界空間を持ったＥ×Ｂ型質量分析器は、磁界方向に関してイオンビームの収束作用はあるが、電界方向に関しては収束作用は無いことが知られている。そこで、電界方向にも収束作用を持たせるために、湾曲した電極を使用して電極界空間の電界をわずかに湾曲させる方法が知られている。従来例の図７で説明すれば、電極５１、５２を平板ではなく、弓形に湾曲したものとすることになる。この方法によりイオンビームが２次元方向に収束する、いわゆる立体収束が達成される。
【０１１０】
本実施例では電極としても機能する導電体の磁石１７乃至２４は、同形状であるにもかかわらず、この作用を実現することが出来る。すなわち、＋Ｖｆは最も右側の２ヶの磁石に、−Ｖｆは左側の４ヶの磁石に印加することにより、電磁界空間の電界を右向きにわずかに湾曲することになる。これにより、本実施例ではイオンビームの立体収束が達成される。
【０１１１】
以上、添付図面を用いて説明した本発明は、前述した従来のＥ×Ｂ型質量分析器に関する特許出願に開示されている技術的な考え方とは、本質的に全く異なるものである。
【０１１２】
すなわち、特開平４−３５１８４０号、特開平７−１６１３３７号においては複数の磁極が使用されているが、追加された磁極は電極の裏側に設置されており、本発明のように磁極自体が電界の発生や補正を行っているのではない。
【０１１３】
また、特開平６−１３２００７号では磁極自体に電圧が印加されているが、これによる電界はイオンビームを偏向させるためにしか機能しておらず、本発明のように、磁極に印加された電圧によって、磁界に直交して質量分離させるための電界を発生させているのではない。
【０１１６】
前記の実施例１、２ではシート抵抗が一様な炭化ケイ素膜５５、５６を磁石２、３の表面に形成したが、本発明はこのような実施形態に限られるものではない。例えば、複数の細長い導体膜をそれぞれ絶縁された状態で電界方向に沿って並べて形成して、それぞれの導体膜に別の炭化ケイ素膜や抵抗体を使って分割した電位を印加することも出来る。あるいは、シート抵抗値の小さな準導体膜を一筆書きで電界の方向に沿って折り重なるように形成することも出来る。その他、どのような構成であっても、電磁界空間に面した磁石の表面に形成した薄膜により当該磁石の表面の電位が電界方向に沿って単調的に変化するようになればよい。
【０１２０】
以上の説明では、本発明のＥ×Ｂ装置を高い圧力雰囲気においても動作する質量分析器として説明したが、本発明のＥ×Ｂ装置は、このような高い圧力雰囲気においてのみ使用されるものではない。通常の圧力雰囲気で動作する質量分析器やイオンビームの純化用などとしても使用できる。
【０１２１】
さらに、本発明のＥ×Ｂ装置の用途は、質量分析器のみに限られるものではない。つまり前述した実施例においては、本発明のＥ×Ｂ装置を、同じエネルギーを持つイオンの質量分離を目的として使用する場合についてのみ説明したが、これに限られるものではない。同じ質量を持つイオンや電子のエネルギー分離にも使用出来る。
【０１２２】
【発明の効果】
この発明によれば、スパッタリングなどのプロセス最中の高い圧力雰囲気で動作させることが可能であり、しかも十分な性能を有し、製作コストの低い質量分析器を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の質量分析器の第一の好ましい実施例の概略構成図。
【図２】 この発明の質量分析器の第二の好ましい実施例の概略構成図。
【図３】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図４】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図５】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図６】 この発明の参考実施例の概略構成図。
【図７】 （ａ）は従来のＥ×Ｂ装置の概略構成図、（ｂ）は図７（ａ）図示のＥ×Ｂ装置の一部を拡大して現した図。
【図８】 従来のＥ×Ｂ装置において磁極ギャップを小さくした場合を説明する概略構成図。
【図１】
0004221524.tif 000002
【図２】
0004221524.tif 000003
【図３】
0004221524.tif 000004
【図４】
0004221524.tif 000005
【図５】
0004221524.tif 000006
【図６】
0004221524.tif 000007
【図７】
0004221524.tif 000008
【図８】
0004221524.tif 000009