DE69021339T2 - Convergence device for charged particles. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen, zum Transport von geladenen Teilchen, die zum Beispiel in einer Ioneneinschußmaschine erzeugt wurden.The present invention relates to a charged particle convergence device for transporting charged particles generated, for example, in an ion injection machine.

Das U.S. Patent 3 886 398 beschreibt bereits eine Vorrichtung, die vier verlängerte magnetische Pole besitzt, die sich um die Mittelachse des Transportweges für geladene Teilchen schrauben. Diese Vorrichtung ist ein elektrisches Elektronenstrahl-Leistungsübertragungssystem, in dem Pole zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sind, das gut an den Transport von kleinen und leichten Teilchen, wie zum Beispiel Elektronen, angepaßt ist.U.S. Patent 3,886,398 already describes a device that has four elongated magnetic poles that spiral around the central axis of the charged particle transport path. This device is an electron beam electric power transmission system in which poles are provided for generating a magnetic field that is well adapted to the transport of small and light particles, such as electrons.

Weiterhin ist herkömmlich eine Quadrupollinse (oder Q- Linse) bekannt, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist (siehe zum Beispiel, "Electron Ion Beam Handbook", 2. Ausgabe, Japan Society for the Promotion of Science, NO. 132 Committee, herausgegeben von Nikkan Industrial Newspaper Inc., Seiten 72-82). Die Linse aus Fig. 5 besteht aus vier linearen stabförmigen Polen 51-54, die symmetrisch in der x-y-Ebene im rechtwinkligen x-y-z-Koordinatensystem angeordnet sind.Furthermore, a quadrupole lens (or Q lens) as shown in Fig. 5 is conventionally known (see, for example, "Electron Ion Beam Handbook", 2nd edition, Japan Society for the Promotion of Science, NO. 132 Committee, published by Nikkan Industrial Newspaper Inc., pages 72-82). The lens of Fig. 5 consists of four linear rod-shaped poles 51-54 arranged symmetrically in the x-y plane in the rectangular x-y-z coordinate system.

Ein positives Potential (oder magnetisches Südpolpotential) wird an dem Polpaar 51 und 52 angelegt, während ein negatives Potential (oder magnetisches Nordpolpotential) an dem entgegengesetzten Polpaar 53 und 54 angelegt wird. Die Pole 51-54 sind zueinander jeweils im rechten Winkel angeordnet. Die ähnlichen Pole 61-64 sind entlang der z-Achse angeordnet, so daß sie so angeordnet werden können, daß sie eine zweifache, dreifache oder vielfache Quadrupollinsenstruktur bilden. In der Vielfachanordnung haben benachbarte Pole entlang der z-Achse umgekehrtes elektrisches (oder magnetisches) Potential. Zum Beispiel zeigt DE-A-36 42 400 eine Synchrotronstruktur, die Tripletts von Quadrupolen hat, die von kurzen Polstücken gebildet werden, deren Polaritäten winkelmäßig verschoben sind.A positive potential (or south magnetic pole potential) is applied to the pole pair 51 and 52, while a negative potential (or north magnetic pole potential) is applied to the opposite pole pair 53 and 54. The poles 51-54 are arranged at right angles to each other. The similar poles 61-64 are arranged along the z-axis so that they can be arranged to form a double, triple or multiple quadrupole lens structure. In the multiple arrangement, adjacent poles along the z-axis have reversed electric (or magnetic) potential. For example, DE-A-36 42 400 shows a synchrotron structure having triplets of quadrupoles formed by short pole pieces whose polarities are angularly shifted.

Dadurch wird, wenn man die Pole verwendet, die das oben beschriebene elektrische (bzw. magnetische) Potential haben, innerhalb des Raumes, der zwischen den Polen eingeschlossen ist, ein Feld geschaffen, mit dem geladenen Teilchen, die sich entlang der Richtung der z-Achse bewegen, eine starke Konvergenz und starke Divergenz mitgeteilt wird. Eine Verbundlinse ist vorgesehen, um die Teilchen zum Konvergieren an einem Punkt auf der z-Achse zu zwingen.This means that if you use the poles that are shown above described electric (or magnetic) potential, a field is created within the space enclosed between the poles, which imparts strong convergence and strong divergence to charged particles moving along the z-axis direction. A compound lens is provided to force the particles to converge at a point on the z-axis.

Jedoch beinhaltet die Quadrupollinse das Problem, daß die positiven und negativen elektrischen Potentiale (oder die magnetischen Südpol- und Nordpolpotentiale) genau geregelt werden müssen. Da grundsätzlich ein Strom geladener Teilchen mit gleicher Energie durch die Quadrupollinse an einem Punkt auf der z-Achse gesammelt wird, ist es unmöglich, geladene Teilchen verschiedener Energie über einen langen Weg zu transportieren oder sie um die z-Achse einzuschränken. Weiterhin ist der Transport der geladenen Teilchen riur auf die geradlinige Anordnung beschränkt.However, the quadrupole lens involves the problem that the positive and negative electrical potentials (or the south pole and north pole magnetic potentials) must be precisely controlled. Since basically a stream of charged particles with equal energy is collected by the quadrupole lens at a point on the z-axis, it is impossible to transport charged particles of different energies over a long distance or to confine them around the z-axis. Furthermore, the transport of the charged particles is limited only to the straight-line arrangement.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen zum Transport der geladenen Teilchen über einen langen Weg zu schaffen und einen beliebig geformten Transportweg der Teilchen zu ermöglichen.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved charged particle convergence device for transporting the charged particles over a long path and enabling an arbitrarily shaped transport path of the particles.

Zur Lösung obiger Aufgabe, betrifft die Erfindung eine Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen, die aufweist:To achieve the above object, the invention relates to a charged particle convergence device comprising:

eine Anzahl von geradzahligen wesentlich verlängerten Polen, die um eine Mittelachse des Transportweges der geladenen Teilchen angeordnet sind;a number of even-numbered, substantially elongated poles arranged around a central axis of the transport path of the charged particles;

wobei jedes Paar der genannten Pole in symmetrischer Weise einander gegenüber in Bezug auf die Mittelachse des Transportweges angeordnet ist;each pair of said poles being arranged symmetrically opposite one another with respect to the central axis of the transport path;

die Anzahl von geradzahligen wesentlich verlängerten Polen wendelförmig um die Mittelachse des Transportweges verlaufen;the number of even-numbered, significantly elongated poles run spirally around the central axis of the transport path;

dadurch gekennzeichnet, daß an jedes Paar der sich gegenüberliegenden Pole das gleich-polarisierte elektrische Potential angelegt wird und daß an das benachbart Paare der genannten Pole das umgekehrt-polarisierte elektrische Potential angelegt wird, und daß der Transportweg eine Kurve ist.characterized in that the same-polarized electrical potential is applied to each pair of opposite poles and the opposite-polarized electrical potential is applied to the adjacent pair of said poles, and that the transport path is a curve.

Gemäß der Erfindung sind die Pole wesentlich verlängert und schrauben sich um die Mittelachse des Transportweges der geladenen Teilchen. Die Anzahl der Pole sind aus einer Anzahl von Paaren gebildet, so daß die beiden Pole eines jedes Paares in Bezug auf die Mittelachse des Transportweges der geladenen Teilchen einander gegenüber liegen. Unter Aufrechterhaltung dieser Beziehung schraubt sich die Anzahl der Pole entlang der verlängerten Seite des Transportweges. Verschieden-polarisierte elektrische oder magnetische Potentiale werden an die entsprechenden Paare der entgegengesetzten Pole angelegt.According to the invention, the poles are substantially elongated and spiral around the central axis of the transport path of the charged particles. The number of poles are formed from a number of pairs so that the two poles of each pair are opposite each other with respect to the central axis of the transport path of the charged particles. While maintaining this relationship, the number of poles spirals along the extended side of the transport path. Differently polarized electric or magnetic potentials are applied to the corresponding pairs of opposite poles.

Deshalb wird, mit anderen Worten, die herkömmliche Quadrupollinse so gelegt, daß sie sich gemäß dem Aufbau der vorliegenden Erfindung in der Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen schraubt. Deshalb erfahren die geladenen Teilchen in einer Ebene, die einen Punkt der Transportweges der geladenen Teilchen schneidet, eine starke elektrische Konvergenzkraft in Richtung der Verbindungslinie eines Polpaares und eine starke Divergenzkraft in einer anderen Richtung, die ein anderes Polpaar verbindet. Im Falle der Verwendung magnetischer Pole ändern sich die Richtungen starker Konvergenz und Divergenz um 45 Grad im Vergleich zur Verwendung elektrischer Pole. Da die Anzahl der Pole in Transportrichtung spiralförmig verläuft, dreht sich die oben beschriebene elektrische oder magnetische Kraft starker Konvergenz und starker Divergenz in einer Ebene, die den Transportweg der geladenen Teilchen schneidet, wenn die geladenen Teilchen sich bewegen. In einer gewissen Entfernung von dem Punkt auf dem Transportweg der geladenen Teilchen, kehren sich die Richtungen der starken Konvergenz und der starken Divergenz um.Therefore, in other words, the conventional quadrupole lens is placed so as to spiral in the direction of movement of the charged particles according to the structure of the present invention. Therefore, in a plane intersecting a point on the transport path of the charged particles, the charged particles experience a strong electric convergence force in the direction of the connecting line of a pair of poles and a strong divergence force in another direction connecting another pair of poles. In the case of using magnetic poles, the directions of strong convergence and divergence change by 45 degrees compared to the case of using electric poles. Since the number of poles spirals in the transport direction, the above-described electric or magnetic force of strong convergence and strong divergence rotates in a plane intersecting the transport path of the charged particles when the charged particles move. At a certain distance from the point on the transport path of the charged particles, the directions of strong convergence and strong divergence are reversed.

Infolgedessen bewegen sich alle geladenen Teilchen um die Mittelachse des Transportweges und können nicht aus dem Raum, der von der Anzahl von Polen eingeschlossen ist, auseinanderlaufen, so daß alle geladenen Teilchen einen weiten Weg zurücklegen können.As a result, all charged particles move around the central axis of the transport path and cannot diverge from the space enclosed by the number of poles, so that all charged particles can travel a long distance.

Sogar wenn die verlängerte Anzahl spiralförmiger Pole verbogen ist, können die geladenen Teilchen sich entlang der verbogenen Pole bewegen, so daß der Transportweg der geladenen Teilchen frei gestaltet werden kann.Even if the extended number of spiral poles are bent, the charged particles can move along the bent poles, so that the transport path of the charged particles can be freely designed.

Es soll festgestellt werden, daß, obwohl hier magnetische Pole und lineare Transportwege als mögliche Ausführungsformen zum leichteren Verständnis erwähnt wurden, diese Ausführungsformen nicht als Erfindung beansprucht werden.It should be noted that although magnetic poles and linear transport paths have been mentioned here as possible embodiments for ease of understanding, these embodiments are not claimed as an invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die vorliegende Erfindung wird aus der hier nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen vollständiger verständlich werden, die nur zur Veranschaulichung gegeben sind und somit nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung sind, und wobei:The present invention will become more fully understood from the detailed description given hereinafter and the drawings which are given by way of illustration only and thus are not limitative of the present invention, and wherein:

FIG. 1 eine perspektivische Ansicht einer Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;FIG. 1 is a perspective view of a charged particle convergence device according to a first preferred embodiment of the present invention;

FIG. 2 eine Schnittansicht von Polen in der Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen aus Fig. 1 ist, wobei diese das an die Pole angelegte elektrische oder magnetische Potential zeigt;FIG. 2 is a sectional view of poles in the charged particle convergence device of FIG. 1, showing the electric or magnetic potential applied to the poles;

FIG. 3A, 3B, 3C und 3D für einige Fälle die Bahnen der geladenen Teilchen zeigen, die durch die Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen gesteuert werden;FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D show, for some cases, the trajectories of the charged particles controlled by the charged particle convergence device;

FIG. 4A eine Vordersicht einer weiteren Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen, gesehen in Richtung der z- Achse, entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;FIG. 4A is a front view of another charged particle convergence device, viewed in the z-axis direction, according to a second preferred embodiment of the present invention;

FIG. 4B eine Seitenansicht der weiteren Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen, gesehen in Richtung der x- Achse, entsprechend der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist;FIG. 4B is a side view of the further charged particle convergence device as viewed in the x-axis direction according to the second preferred embodiment;

FIG. 5 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen ist; undFIG. 5 is a perspective view of a conventional charged particle convergence device; and

FIG. 6 eine Ansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise der herkömmlichen Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen ist, welche die Bahn der Strahlen zeigt.FIG. 6 is a view for explaining the operation of the conventional charged particle convergence device, showing the trajectory of the beams.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUEHRUNGSFORMDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Bezugnehmend auf die bevorzugte Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In FIG. 1 sind vier verlängerte stabförmige Pole 1, 2, 3 und 4 angeordnet, die sich mit einer bestimmten Windungslänge um die Mittelachse (die z-Achse in dieser bevorzugten Ausführungsform) eines Transportweges geladener Teilchen schrauben. In der x-y-Ebene senkrecht zur z-Achse sind die stabförmigen Pole 1 und 2 symmetrisch um die z-Achse angeordnet, während die stabförmigen Pole 3 und 4 ebenfalls ähnlich um die z-Achse angelegt sind. Die benachbarten Paare der Pole 1 und 3 in dem einem Paar und 2 und 4 in dem anderen Paar sind in dieser bevorzugten Ausführungsform im rechten Winkel zueinander angeordnet, es ist aber nicht nötig, diese im rechten Winkel zueinander anzuordnen.Referring to the preferred embodiments, the present invention will now be described with reference to the drawings. In FIG. 1, four elongated rod-shaped poles 1, 2, 3 and 4 are arranged to twist with a certain winding length around the central axis (the z-axis in this preferred embodiment) of a charged particle transport path. In the x-y plane perpendicular to the z-axis, the rod-shaped poles 1 and 2 are arranged symmetrically around the z-axis, while the rod-shaped poles 3 and 4 are also arranged similarly around the z-axis. The adjacent pairs of poles 1 and 3 in one pair and 2 and 4 in the other pair are arranged at right angles to each other in this preferred embodiment, but it is not necessary to arrange them at right angles to each other.

Die Pole 1 bis 4 werden aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, wenn sie hergestellt werden, einen elektrischen Feldeffekt zu erzeugen. Sie können aus einem magnetischen Material hergestellt sein, wenn sie einen magnetischen Effekt erzeugen sollen.Poles 1 to 4 are made of an electrically conductive material if they are designed to produce an electric field effect. They may be made of a magnetic material if they are designed to produce a magnetic effect.

Wie in FIG. 2 gezeigt, wird das gleich-polarisierte elektrische oder magnetische Potential an die gegenüberliegenden Pole angelegt, während umgekehrt-polarisierte elektrische oder magnetische Potentiale an die benachbarten Pole angelegt werden, so daß eine Quadrupollinse gebildet wird.As shown in FIG. 2, the same-polarized electric or magnetic potential is applied to the opposite poles, while reverse-polarized electrical or magnetic potentials are applied to the adjacent poles, forming a quadrupole lens.

Wenn sich positiv geladene Teilchen entlang der Richtung der z-Achse bewegen, erzeugt die Positiv-Negativ-Anordnung der Pole 1 bis 4, wie in FIG. 2 gezeigt, auf die positiv geladenen Teilchen eine starke Konvergenzkraft in der 0-x- Richtung und eine starke Divergenzkraft in der 0-y-Richtung auf die positiv geladenen Teilchen. Da die Pole 1 bis 4 verlängert und spiralig sind, verändert sich die Richtung der Konvergenzkraft und die Richtung der Divergenzkraft mit der Bewegung der geladenen Teilchen in Richtung der z-Achse. An einem Punkt, 1/8 Windungslänge vom Ursprung entfernt, wie in FIG. 2 gezeigt, verkehrt sich die Konvergenzkraft in die 0-y- Richtung und die Divergenzkraft in die 0-x-Richtung. Somit dreht sich die Richtung der Kraft.When positively charged particles move along the z-axis direction, the positive-negative arrangement of poles 1 to 4, as shown in FIG. 2, produces a strong convergence force in the 0-x direction on the positively charged particles and a strong divergence force in the 0-y direction on the positively charged particles. Since poles 1 to 4 are elongated and spiral, the direction of the convergence force and the direction of the divergence force change with the movement of the charged particles in the z-axis direction. At a point 1/8 turn from the origin, as shown in FIG. 2, the convergence force reverses to the 0-y direction and the divergence force reverses to the 0-x direction. Thus, the direction of the force rotates.

Hierbei erhalten die geladenen Teilchen durch die vier Pole 1 bis 4 eine Konvergenzkraft und eine Divergenzkraft, deren Richtungen sich fortlaufend ändern. Indem man das an die Pole 1 bis 4 angelegte elektrische oder magnetische Potential regelt, ergibt sich eine zusammengesetzte Kraft in dem System dahingehend, daß sich alle geladenen Teilchen in Richtung der z-Achse bewegen können, wobei sie um die z-Achse oszillieren.The charged particles receive a convergence force and a divergence force from the four poles 1 to 4, the directions of which are constantly changing. By controlling the electrical or magnetic potential applied to poles 1 to 4, a composite force is created in the system such that all charged particles can move in the direction of the z-axis, oscillating around the z-axis.

FIG. 3A, 3B und 3C zeigen die Bahnen der geladenen Teilchen. Für die Bahn aus FIG. 3A wurde eine elektrische Spannung von +10 kV an die Pole l und 2 und eine andere elektrische Spannung von -5 kV an die Pole 3 und 4 in einer Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen angelegt, in welche positive 100 keV Ionen, die eine Ladungszahl von 1 haben, eingeschossen werden. Für die Bahn aus FIG. 3B wurde eine elektrische Spannung von +16 kV an die Pole 1 und 2 und eine andere elektrische Spannung von -8 kV an die Pole 3 und 4 in einer Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen angelegt, in welche positive 1000 keV Ionen, die eine Ladungszahl von 1 haben, eingeschossen werden. Für die Bahn aus FIG. 3C wurde ein elektrisches Feld von +16 kV an die Pole 1 und 2 und ein anderes elektrisches Feld von -8 kV an die Pole 3 und 4 einer Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen angelegt, in welche Positive 3000 keV Ionen, die eine Ladungszahl von 1 haben, eingeschossen werden. Hierbei wird die Schraubenwindungslänge auf etwa 16 cm in Richtung der z-Achse eingestellt. Die Kurven in den FIG. 3A bis 3C zeigen, daß die Schwingungsperiode der sich bewegenden geladenen Teilchen umso größer wird, je größer die Energie der sich bewegenden Teilchen ist. Die geladenen Teilchen können sich also, obwohl sie schwingen, in Richtung der z- Achse fortbewegen, ohne aus dem Raum, der von den Polen 1 bis 4 eingeschlossen wird, zu entweichen. Das System mit den vier stabförmigen Polen 1 bis 4 stellt ein verlängertes System zum Transport der geladenen Teilchen dar.FIG. 3A, 3B and 3C show the trajectories of the charged particles. For the trajectory of FIG. 3A, an electric voltage of +10 kV was applied to the poles l and 2 and another electric voltage of -5 kV to the poles 3 and 4 in a charged particle convergence device into which positive 100 keV ions having a charge number of 1 were injected. For the trajectory of FIG. 3B, an electric voltage of +16 kV was applied to the poles 1 and 2 and another electric voltage of -8 kV to the poles 3 and 4 in a charged particle convergence device into which positive 1000 keV ions having a charge number of 1 were injected. For the orbit of FIG. 3C, an electric field of +16 kV was applied to poles 1 and 2 and another electric field of -8 kV was applied to poles 3 and 4 of a charged particle convergence device into which positive 3000 keV ions having a charge number of 1 were injected. The coil length was set at about 16 cm in the z-axis direction. The curves in FIGS. 3A to 3C show that the greater the energy of the moving particles, the longer the oscillation period of the moving charged particles becomes. Thus, the charged particles, although oscillating, can move in the z-axis direction without escaping from the space enclosed by poles 1 to 4. The system with the four rod-shaped poles 1 to 4 represents an extended system for transporting the charged particles.

FIG. 3D zeigt die Bahn der geladenen Teilchen, die schräg in das Transportsystem eingeschossen wurden, das durch die stabförmigen Pole 1 bis 4 gebildet wird. In diesem Falle wird eine elektrische Spannung von -10 kV an die Pole 1 und 2 und eine andere elektrische Spannung von -5 kV an die Pole 3 und 4 angelegt, um das Transportsystem zu bilden, in welches positive 100 keV Ionen, die eine Ladungszahl von 1 haben, mit einem Gradienten von dx/dz=0,05 eingeschossen werden. Die Kurve in FIG. 3D zeigt, daß, obwohl die geladenen Teilchen schräg in die Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen eingeschossen werden, sie sich entlang der z-Achse fortbewegen können, ohne aus dem Raum, der von den Polen 1 bis 4 eingeschlossen wird, zu entweichen. Das heißt, daß, wenn die z-Achse eine Krümmung haben könnte, die geladenen Teilchen sich entlang der z-Achse fortbewegen können. Dementsprechend kann der Transportweg an einer frei krümmbaren Kurve gemacht werden.FIG. 3D shows the trajectory of the charged particles obliquely injected into the transport system formed by the rod-shaped poles 1 to 4. In this case, an electric voltage of -10 kV is applied to the poles 1 and 2 and another electric voltage of -5 kV is applied to the poles 3 and 4 to form the transport system into which 100 keV positive ions having a charge number of 1 are injected with a gradient of dx/dz=0.05. The curve in FIG. 3D shows that although the charged particles are obliquely injected into the charged particle convergence device, they can travel along the z-axis without escaping from the space enclosed by the poles 1 to 4. This means that if the z-axis could have a curvature, the charged particles can move along the z-axis. Accordingly, the transport path can be made on a freely bendable curve.

FIG. 4A und 4B zeigen eine weitere Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen entsprechend der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die stabförmigen Pole 1 bis 4 kurzgeschnitten in der z-Achse, so daß kurze Stücke stabförmiger Pole 1a, 1b, ... ..., 2a, 2b, ... ..., 3a, 3b, ... ..., und 4a, 4b, ... ... geradlinig sind und ihre Stellung leicht schraubenförmig in der Richtung der z-Achse ist. Ein elektrisches (oder magnetisches) Potential wird an 1a, 1b, ..., und ein weiteres elektrisches (oder magnetisches) Potential an 2a, 2b, ...angelegt, ein entgegengesetztes elektrisches (oder magnetisches) Potential wird an 3a, 3b, ..., und ein wiederum weiteres entgegengesetztes elektrisches (oder magnetisches) Potential an 4a, 4b, angelegt. Somit kann eine grundlegend gleiche Anordnung einer Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen vorgesehen werden wie die mit den verlängerten stabförmigen Polen 1 bis 4 der FIG. 1.FIGS. 4A and 4B show another charged particle convergence device according to the second preferred Embodiment of the present invention. In the second preferred embodiment, the rod-shaped poles 1 to 4 are cut short in the z-axis so that short pieces of rod-shaped poles 1a, 1b, ... ..., 2a, 2b, ... ..., 3a, 3b, ... ..., and 4a, 4b, ... ... are straight and their position is slightly helical in the z-axis direction. An electric (or magnetic) potential is applied to 1a, 1b, ..., and another electric (or magnetic) potential to 2a, 2b, ..., an opposite electric (or magnetic) potential is applied to 3a, 3b, ..., and yet another opposite electric (or magnetic) potential to 4a, 4b. Thus, a basically similar arrangement of a charged particle convergence device to that with the elongated rod-shaped poles 1 to 4 of FIG. 1 can be provided.

Mit der grundlegend gleichen Anordnung wie der Struktur in FIG. 1, wird ein verlängertes Transportsystem zum Transport der geladenen Teilchen durch die Struktur der FIGS. 4A und 4B bereitgestellt.With the fundamentally same arrangement as the structure in FIG. 1, an extended transport system for transporting the charged particles is provided by the structure of FIGS. 4A and 4B.

Bei den obigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Anzahl der Pole 4, sie muß aber nicht auf 4 beschränkt sein. Es ist möglich, daß die Anzahl der Pole irgendein Vielfaches davon ist, z.B. 8 oder sogar mehr. Die Pole jedes entgegengesetzten Paares sollten in demselben Abstand von der Mittelachse angeordnet sein, aber es ist nicht nötig, daß alle Pole den gleichen Abstand zur Mittelachse haben. Weiterhin wird auf positiv geladene Teilchen wie in der obigen bevorzugten Ausführungsform bezug genommen, es ist aber selbstverständlich, daß negativ geladene Teilchen bzw. Elektronen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.In the above preferred embodiments, the number of poles is 4, but it need not be limited to 4. It is possible that the number of poles is any multiple of this, e.g. 8 or even more. The poles of each opposite pair should be arranged at the same distance from the central axis, but it is not necessary that all poles be at the same distance from the central axis. Furthermore, reference is made to positively charged particles as in the above preferred embodiment, but it is to be understood that negatively charged particles or electrons can be used in the present invention.

Wie oben beschrieben, wird gemäß der Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen der vorliegenden Erfindung ein Transportsystem für geladene Teilchen geschaffen, das einen langen Transportweg und einen änderbar gekrümmten Transportweg besitzt. Spezieller ist, wie in Fig. 6 gezeigt, der Zweck der konventionellen Q-Linse, die geladenen Teilchen gleicher Energie an einem Punkt B auf der z-Achse zu sammeln. Zu diesem Zwecke sind die folgenden Voraussetzungen nötig.As described above, according to the charged particle convergence device of the present invention, there is provided a charged particle transport system having a long transport path and a variably curved transport path. More specifically, as shown in Fig. 6, the purpose of the conventional Q-lens is to collect the charged particles of equal energy at a point B on the z-axis. For this purpose, the following conditions are necessary.

A. Die Linie durch den Punkt A, die Q-Linsenachse und den Punkt B muß mit der z-Achse zusammenfallen.A. The line through point A, the Q lens axis and point B must coincide with the z axis.

B. Es wird bevorzugt, daß der Abstand zwischen den Punkten A und B etwa 5 bis 10 Mal die Länge der Q-Linse ist.B. It is preferred that the distance between points A and B be about 5 to 10 times the length of the Q lens.

C. Bei geladenen Teilchen, die eine unterschiedliche Energie haben, kann es vorkommen, daß sie durch Fehlrichtung entfernt werden.C. Charged particles that have different energies may be removed by misalignment.

D. Der Einfallswinkel am Punkt A sollte weniger als etwa 20 sein.D. The angle of incidence at point A should be less than about 20 .

Im Gegensatz dazu können mit der schraubenförmigen Q- Linse der vorliegenden Erfindung die folgenden Merkmale erreicht werden.In contrast, with the helical Q lens of the present invention, the following features can be achieved.

E. Die Elektroden können verlängert werden und etwa schraubenförmig sein.E. The electrodes can be extended and have a somewhat helical shape.

F. Die geladenen Teilchen mit großer (kleiner) Energie bewegen sich entlang der z-Achse mit großer (kleiner) Oszillation um die z-Achse. Deshalb können sie nicht durch Fehlrichtung entfernt werden.F. The charged particles with large (small) energy move along the z-axis with large (small) oscillation around the z-axis. Therefore, they cannot be removed by misdirection.

G. Sogar wenn der Einfallswinkel der geladenen Teilchen groß sein mag, wie etwa bei 50, können sie sich in dem benachbarten Gebiet der z-Achse bewegen. Deshalb können sich Teilchen, wenn die Mittelachse gebogen sein sollte, in dem benachbarten Gebiet der z-Achse bewegen.G. Even if the angle of incidence of the charged particles may be large, such as 50, they can move in the region adjacent to the z-axis. Therefore, if the central axis should be bent, particles can move in the region adjacent to the z-axis.

Diese Merkmale sind die gleichen wie im Falle optischer Fasern, in denen Licht unterschiedlicher Frequenz oder Energie selbst in einer gebogenen optischen Faser eingeschlossen gehalten werden und sich fortbewegen kann.These features are the same as in the case of optical fibers, where light of different frequencies or energies can be confined and propagated even within a bent optical fiber.

Wenn man die Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen der vorliegenden Erfindung benutzt, kann eine Ioneneinschußmaschine oder ein Hochenergiestrahlbeschleuniger raumsparend gemacht werden und zu niedrigen Kosten hergestellt werden.When using the charged particle convergence device of the present invention, an ion injection machine or a high energy beam accelerator be made space-saving and manufactured at low cost.

Obwohl nur bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, liegt es für den Fachmann auf der Hand, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne den den Bereich der Ansprüche zu verlassen.Although only certain embodiments of the present invention have been described, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made therein without departing from the scope of the claims.

Claims (3)

1. Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen mit einer Anzahl von geradzahligen wesentlich verlängerten Polen (1, 2, 3, 4; 1a... 1d, 2a... 2d, 3a...3d, 4a...4d), die längs einer zentralen Achse (z) eines Transportweges geladener Teilchen angeordnet sind,1. Convergence device for charged particles with a number of even-numbered substantially elongated poles (1, 2, 3, 4; 1a... 1d, 2a... 2d, 3a...3d, 4a...4d) arranged along a central axis (z) of a transport path of charged particles, wobei jedes Paar der Pole in einer symmetrischen Weise in Bezug auf die zentrale Achse des Transportweges einander gegenüberliegen,wherein each pair of poles is opposite each other in a symmetrical manner with respect to the central axis of the transport path, die Anzahl von geradzahligen wesentlich verlängerten Polen spiralförmig um die Mittelachse des Transportweges angeordnet sind,the number of even-numbered, significantly extended poles are arranged spirally around the central axis of the transport path, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von einander gegenüberliegenden Polen auf das gleichpolarisierte elektrische Potential gelegt werden und das benachbarte Paar der Pole auf das umgekehrtpolarisierte elektrische Potential gelegt werden, und der Transportweg eine Kurve ist.characterized in that each pair of opposite poles is placed on the like-polarized electric potential and the adjacent pair of poles is placed on the opposite-polarized electric potential, and the transport path is a curve. 2. Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, bei welcher die Anzahl von Polen (1, 2, 3, 4) verlängerte Stäbe sind.2. A charged particle convergence device according to claim 1, wherein the plurality of poles (1, 2, 3, 4) are elongated rods. 3. Konvergenzvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, bei welcher die Anzahl von Polen (1a...1d, 2a...2d, 3a...3d, 4a...4d) kurzgeschnitten sind und die kurzen Teile der Pole in einer Spirale angeordnet sind.3. A charged particle convergence device according to claim 1, wherein the plurality of poles (1a...1d, 2a...2d, 3a...3d, 4a...4d) are cut short and the short parts of the poles are arranged in a spiral.