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論文

Preliminary study on development of 300 kV compact focused gaseous ion beam system

大久保 猛; 石井 保行; 三宅 善信*; 神谷 富裕

AIP Conference Proceedings 1525, p.370 - 374, 2013/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:83.66

Focused proton beam of several hundreds of keV with micrometer scale range become a powerful tool for high aspect ratio 3-Dimensional structures in proton lithography. A new 300 kV compact focused gaseous ion beam (gas-FIB) system with three-stage acceleration lens was constructed at JAEA. The preliminary experiments of formation of the focused gaseous ion beams were carried out to show the availability of the gas-FIB system as a writing tool for 3D proton lithography. As a result of the experiments, it was proved that the focal point was kept at the same position under changing the kinetic energy but with keeping the kinetic energy ratio constant, which was defined as the ratio of kinetic energy in object side to that in image side for the third acceleration lens. This characteristic of the gas-FIB is a good point to suggest the 3D proton lithography changing penetration depth in a sample by varying the beam energy.

口頭

小型高エネルギー集束イオンビーム装置用の単一ギャップ加速レンズの設計

石井 保行; 大久保 猛; 三宅 善信*; 神谷 富裕

no journal, , 

原子力機構では、高エネルギーの集束プロトンビームを小型の装置で実現するため、原子力機構でこれまで開発してきた小型で、高縮小率が得られる二段加速レンズ系を基礎として、このレンズの後段に高エネルギー化、及び高縮小率化のための、加速管を第3加速レンズとして配置することとした。この研究の一環として、300keVで100nm径の形成を目指した最大電圧300kV用の単一ギャップの加速レンズの設計を行った。設計方針として、レンズ外に集束点を形成する条件で、縮小率を最大に、しかも球面及び色収差の大きさが、ビーム径以下となることとした。これを実現するため、種々な電極形状・配置について電場計算を行い、この結果を用いて、集束点位置及び収差係数の計算を行った。最終的に、これらの計算結果に基づいて目的の加速管の形状を決めた。発表では、上記計算、及び装置の開発状況に関して報告する。

口頭

300keV小型集束イオンビーム装置の加速管のレンズ効果

石井 保行; 大久保 猛; 三宅 善信*; 神谷 富裕

no journal, , 

イオンビームの加速と集束を同時に行う小型マイクロビーム形成装置の開発では、既存の2段加速レンズの後段に、新しく300kVの加速管を付加することで3段加速レンズ系を構築した。今回、このレンズ系の動作を確認するため、ビーム集束実験を行い、ビーム径の測定値と計算値とを比較した。実験では放電やノイズを避けるため、加速管の電圧を150kV以下とし、この電圧での計算による焦点位置(加速管の下流の83mm)で、電圧を微小変化させてビーム径を測定した。この結果、ビーム径の測定位置と像点距離が一致する電圧でビーム径は最小の17$$mu$$mとなり、この前後の電圧で、ビーム径は増大した。この結果は、理論による計算値と良い一致を示し、開発した3段加速レンズ系が設計通りに機能することがわかった。

口頭

3D陽子線リソグラフィに向けた小型マイクロビーム装置のエネルギー連続可変性

大久保 猛; 石井 保行; 三宅 善信*; 神谷 富裕

no journal, , 

MeV級プロトンマイクロビームを用いたプロトンリソグラフィが近年注目されている。しかし、このビームを形成する装置は大型で、また集束点の位置を変えずに連続的にエネルギーを変化させることができないために、装置の普及と利用研究が進んでいない。原子力機構では、全長が650mmの300kV用三段加速レンズ系を用いた小型装置を開発した。さらに、本加速レンズ系を用いると加速前後のエネルギー比が一定である限り、加速後のビームエネルギーを変化させても焦点距離及びビーム径が変わらないことをレンズの式から理論的に見いだした。そこで、本装置を用いた実験を行い、一定のエネルギー比でビームエネルギーを100keV, 120keV, 140keVと変えてビーム径を測定した結果、20$$mu$$m程度のビーム径が維持されることを確認した。これにより、深度方向に滑らかな形状を持つ三次元微細加工に必要なエネルギーの連続可変を実験的に実証できた。

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