904、第2四极透镜906、第3四极透镜908、入口抑制电极914及出口抑制电极915施加对电位基准919而言适当的电位。电位基准919为射束输送部的箱体(例如端子216 (参考图6及图7))。电源部918具备第I负电源920、第I正电源921、第2正电源922、第2负电源923、第3负电源924、第3正电源925、第I抑制电源928及第2抑制电源930。各电源为可变的直流电源，并作为能够独立控制的独立电源而设置。各电源也可以通过构成为对多级四极透镜900进行控制的控制部(例如控制部116 (参考图2))控制成所希望的电压。
[0247]第I负电源920与电极931连接，以在第I四极透镜904向横向对置的一组电极932施加负电位-Vql。第I正电源921与电极932连接，以在第I四极透镜904向纵向对置的一组电极932施加正电位+Vql。
[0248]第2正电源922与电极933连接，以在第2四极透镜906向横向对置的一组电极933施加正电位+Vq2。第2负电源923与电极934连接，以在第2四极透镜906向纵向对置的一组电极934施加负电位_Vq2。
[0249]第3负电源924与电极935连接，以在第3四极透镜908向横向对置的一组电极935施加负电位-Vq3。第3正电源925与电极936连接，以在第3四极透镜908向纵向对置的一组电极936施加正电位+Vq3。
[0250]这样，第I四极透镜904构成为使离子束纵向会聚并横向发散。第2四极透镜906构成为使离子束纵向发散并横向会聚。第3四极透镜908构成为使离子束纵向会聚并横向发散。
[0251]某一四极透镜使离子束纵向(或横向)会聚是指，关于通过该四极透镜的离子的轨迹，四极透镜的出口的该轨迹的纵向(或横向)的倾斜小于四极透镜的入口的该轨迹的纵向(或横向)的倾斜。相反，某一四极透镜使离子束纵向(或横向)发散是指，该四极透镜的出口的该轨迹的纵向(或横向)的倾斜大于四极透镜的入口的该轨迹的纵向(或横向)的倾斜。在此，纵向(或横向)的倾斜是指，射束中心轨道903与离子的轨迹所成的角度的纵向(或横向)的成分。
[0252]并且，如图19所示，第I抑制电源928向入口抑制电极914施加负电位_Vs，第2抑制电源930向出口抑制电极915施加负电位-Vs。入口抑制隔板916及出口抑制隔板917与电位基准919连接。并且，第I隔板910及第2隔板911与电位基准919连接。另外，图示例中第I抑制电源928与第2抑制电源930为独立的独立电源，但因它们被施加相同的负电位_Vs，因此也可以作为一个共用的抑制电源构成。
[0253]第I负电源920、第2负电源923、及第3负电源924分别构成为向所对应的四极透镜施加例如选自约-1kV?约-30kV范围的电压。第I正电源921、第2正电源922、及第3正电源925分别构成为向所对应的四极透镜施加例如选自约IkV?约30kV范围的电压。第I抑制电源928及第2抑制电源930分别构成为向所对应的抑制电极施加例如选自约-0.5kV?约-5kV范围的电压。各电源的电压值例如根据注入能量等所给的离子注入条件而设定。
[0254]用被称为GL积的参数表示四极透镜的会聚力。四极透镜为电场式时，利用Q透镜电压、Q透镜长度及孔半径并用下式表示GL积。
[0255]GL积=2 X [Q透镜电压]X [Q透镜长度]/ ([孔半径]X [孔半径])
[0256]因此，当分别将第I四极透镜904、第2四极透镜906、及第3四极透镜908的GL积标记为GLl、GL2、GL3时，各四极透镜的GL积用下式表示。以下，有时会将GLl、GL2、GL3分别称为第IGL积、第2GL积、第3GL积。
[0257]GLl = 2.Vql.T1/R12
[0258]GL2 = 2.Vq2.T2/R22
[0259]GL3 = 2.Vq3.T3/R32
[0260]典型的三级四极透镜会设计成，第IGL积与第3GL积相等且第2GL积为其2倍(GL1:GL2:GL3 = 1:2:1)。三级四极透镜中的GL积之比并不限定于这种典型例。GL积之比例如也可以为选自GL1:GL2:GL3 = 1:1?3:0.5?2范围的所希望的比例。这是以第IGL积为基准的标记。若以第3GL积为基准作标记，则GL积之比例如也可以为选自GLl: GL2: GL3=0.5?2:1?3:1范围的所希望的比例。即，第2GL积可以在第IGL积的I倍至3倍的范围，第3GL积可以在第IGL积的0.5倍至2倍的范围(或者，第IGL积可以在第3GL积的0.5倍至2倍的范围，第2GL积可以在第3GL积的I倍至3倍的范围)。
[0261]为了将3个四极透镜的GL积之比收容于GL1:GL2:GL3 = 1:1?3:0.5?2(或GLl:GL2:GL3 = 0.5?2:1?3:1)的范围，3个四极透镜的孔半径之比优选为Rl: R2: R3 =1:1?2:1?2 (或Rl: R2: R3 = 0.5?1: 0.5?1:1)。即，第2孔半径R2及第3孔半径R3均可以在第I孔半径Rl的I倍至2倍的范围(或者，第I孔半径Rl及第2孔半径R2均可以在第3孔半径R3的0.5倍至I倍的范围)。其中，如上所述，构成扩口型的三级四极透镜时，第2孔半径R2小于或等于第3孔半径R3。
[0262]同样，为了将3个四极透镜的GL积之比收容于GL1:GL2:GL3 = 1:1?3:0.5?2(或GL1:GL2:GL3 = 0.5?2:1?3:1)的范围，3个四极透镜的长度之比优选为Tl:T2:T3=1:1 ?12:0.5 ?8 (或 Tl: Τ2: Τ3 = 0.5 ?2:0.2 ?3:1)。SP，第 2Q 透镜长度 Τ2 可以在第IQ透镜长度Tl的I倍至12倍的范围，第3Q透镜长度Τ3可以在第IQ透镜长度Tl的0.5倍至8倍的范围(或者，第2Q透镜长度Τ2可以在第3Q透镜长度Tl的0.2倍至3倍的范围，第IQ透镜长度Tl可以在第3Q透镜长度Τ3的0.5倍至2倍的范围)。实际使用中优选的是3个四极透镜的长度之比为Tl:Τ2:Τ3 = 0.5?0.8:0.8?1.6:1。
[0263]图20为表示本发明的一种实施方式所涉及的多级四极透镜900的电源结构的另一例的图。图20所示的电源部918与第2四极透镜906及第3四极透镜908的电源共用，这一点与图19的电源部918不同。除此以外，图20所示的电源部918具有与图19的电源部918相同的结构。
[0264]因此，如图20所示，电源部918具备第2正电源922及第2负电源923作为用于第2四极透镜906及第3四极透镜908的共用电源。第I负电源920及第I正电源921作为用于与第2四极透镜906及第3四极透镜908分开而独立控制第I四极透镜904的独立电源而设置。
[0265]第2正电源922与电极933连接，以在第2四极透镜906向横向对置的一组电极933施加正电位+Vq23。第2负电源923与电极934连接，以在第2四极透镜906向纵向对置的一组电极934施加负电位-Vq23。并且，第2负电源923与电极935连接，以在第3四极透镜908向横向对置的一组电极935施加负电位-Vq23。第2正电源922与电极936连接，以在第3四极透镜908向纵向对置的一组电极936施加正电位+Vq23。
[0266]因此，第I四极透镜904、第2四极透镜906、及第3四极透镜908的GL积分别用下式表示。
[0267]GLl = 2.Vql.T1/R12
[0268]GL2 = 2.Vq23.T2/R22
[0269]GL3 = 2.Vq23.T3/R32
[0270]因此，为了将第2四极透镜906的GL积与第3四极透镜908的GL积之比(GL2:GL3)设为所希望的比例(例如2:1)，以使T2/R22:T3/R32为所希望的比例而对第2Q透镜长度T2、第2孔半径R2、第3Q透镜长度T3及第3孔半径R3进行设定即可。这样，对第2四极透镜906及第3四极透镜908的形状进行设定，以使第I四极透镜904的GL积、第2四极透镜906的GL积、及第3四极透镜908的GL积之比为选自1:1?3:0.5?2范围的所希望的比例。通过这种透镜形状的设计，能够共用第2四极透镜906及第3四极透镜908。
[0271]多级四极透镜900构成为，通过对用于与第2四极透镜906及第3四极透镜908分开而独立控制第I四极透镜904的独立电源、和/或用于第2四极透镜906及第3四极透镜908的共用电源进行控制，来微调多级四极透镜900的会聚力。
[0272]第I正电源921的正电位+Vql与第2正电源922的正电位+Vq23相等，并且第I负电源920的负电位-Vql与第2负电源923的负电位_Vq23相等时，3个四极透镜的GL积之比取由各四极透镜的形状决定的值。例如在GLl: GL2: GL3 = 1:1?3:0.5?2的范围，例如为GL1:GL2:GL3 = 1:2:1。根据该基本状态，对电源部918进行控制，以使电压Vql及电压Vq23中的一个相对于另一个有所不同，由此能够微调基于三级四极透镜的射束会聚(或发散)O
[0273]如上所述，多级四极透镜900构成为以多个射束输送模式中的任意模式动作。多个射束输送模式包括发散射束模式，该模式中使多级四极透镜900动作，以使从多级四极透镜900出来的离子束向纵向会聚并向横向发散。发散射束模式中包括仅使用第I四极透镜904的设定、及使用至少包括第I四极透镜904的2个以上的四极透镜的设定。因此，多级四极透镜900作为单级四极透镜或者2级以上的四极透镜组动作。以下，有时将通过多级四极透镜900被纵向会聚并横向发散的离子束称为发散射束。
[0274]并且，多级四极透镜900的多个射束输送模式包括会聚射束模式，该模式中使多级四极透镜900动作，以使从多级四极透镜900出来的离子束向纵向会聚并向横向会聚。会聚射束模式中使用第I四极透镜904、第2四极透镜906及第3四极透镜908。因此，多级四极透镜900作为三级四极透镜动作。以下，有时将通过多级四极透镜900被纵向会聚并横向会聚的离子束称为会聚射束。
[0275]通过多级四极透镜900使离子束发散，这在射束电流较高时有効。通常，射束电流越高，离子密度也越高，空间电荷效应增大。这是因为空间电荷效应通过离子之间的电排斥力而产生。如果使离子束按所想那样发散而使射束直径变大，则离子密度将变小，能够减小空间电荷效应。发散射束模式中，在多级四极透镜900中对离子束的发散进行控制，以在多级四极透镜900的下游减小空间电荷效应。因此，发散射束模式适于高电流射束的输送。
[0276]发散射束模式中使用上游的第I四极透镜904。如此，在多级四极透镜900的上游使射束直径扩大，这在减小多级四极透镜900内部的空间电荷效应方面是有効的。
[0277]另一方面，会聚射束模式适于低电流射束的输送。射束电流较低时空间电荷效应对射束输送的影响比较小。因此，保持较小的射束直径的同时能够与射束中心轨道大致平行地输送尚子束。
[0278]因此，上述的第I射束线设定SI (参考图2)可以包含使多级四极透镜900以发散射束模式动作的情况。并且，第2射束线设定S2可以包含使多级四极透镜900以会聚射束模式动作的情况。如此，通过区分使用发散射束与会聚射束，能够遍及从高电流至低电流的较宽的射束电流范围而有效地输送离子束。
[0279]参考图22(a)及图22(b)说明将多级四极透镜900作为三级四极透镜而动作时的射束输送，并参考图24(a)及图24(b)说明将多级四极透镜900作为单级四极透镜而动作时的射束输送。图22 (a)及图24(a)中示出横向的射束会聚(或发散)，图22 (b)及图24(b)中示出纵向的射束会聚(或发散)。各图表示模拟结果。图22(c)表示将多级四极透镜900作为三级四极透镜而动作时的各四极透镜的会聚发散作用，图24(c)概念性地表示将多级四极透镜900作为单级四极透镜而动作时的各四极透镜的会聚发散作用。图22(c)及图24(c)中示出分别通过第I四极透镜904、第2四极透镜906及第3四极透镜908的中心的离子束的剖面960，用朝向内部的箭头表示对该离子束的会聚作用，并用朝向外部的箭头表示发散作用。
[0280]因此，图22(a)显示通过多级四极透镜900输送的离子束的设计上的右端950及左端951，此时多级四极透镜900被用作三级四极透镜。图22(b)显示作为三级四极透镜的多级四极透镜900中的离子束的设计上的上端952及下端953。并且，将多级四极透镜900中仅使第I四极透镜904动作时的离子束的设计上的右端954及左端955示于图24 (a)，并将上端956及下端957示于图24(b)。各图中一并示出射束中心轨道903。
[0281]为了比较，参考图21 (a)及图21(b)说明图15所示的使三级四极透镜800动作时的射束输送，并参考图23(a)及图23(b)说明将三级四极透镜800作为单级四极透镜而动作时的射束输送。其中，图21(a)及图21(b)的三级四极透镜800的孔径与图23(a)及图23(b)的三级四极透镜800的孔径相比较小。图21(a)及图23(a)中示出横向的射束会聚(或发散)，图21(b)及图23(b)中示出纵向的射束会聚(或发散)。因此，将三级四极透镜800中的离子束的右端850及左端851示于图21 (a)，并将上端852及下端853示于图21(b) ?将仅使三级四极透镜800的第I四极透镜804动作时的离子束的右端854及左端855示于图23(a)，并将上端856及下端857示于图23(b)。
[0282]如上所述，多级四极透镜900中，对被称为四极透镜、隔板及抑制电极部的构成要件的形状进行设计，以形成沿着射束中心轨道903从上游向下游扩大的扩口型射束输送空间。为了便于理解，将四极透镜等构成要件也一并示于各图中。而三级四极透镜800中，对构成要件的形状进行设计，以形成从上游向下游均匀的筒型射束输送空间。除了这种形状的差异之外，在各图中还示出多级四极透镜900与三级四极透镜800以共同的条件输送射束的情况。另外，入射到多级四极透镜900 (及三级四极透镜800)的离子束如图所示，至少有横向发散的倾向。其中发散的程度微弱。
[0283]如图22(a)及图22(c)所示，通过多级四极透镜900的离子束受第I四极透镜904的横发散、第2四极透镜906的横会聚、及第3四极透镜908的横发散的作用。同时，如图22(b)及图22(c)所示，离子束受第I四极透镜904的纵会聚、第2四极透镜906的纵发散、及第3四极透镜908的纵会聚的作用。这样，被用作三级四极透镜时，多级四极透镜900使离子束向纵向及横向会聚。如图21(a)及图21(b)所示，三级四极透镜800也同样地使离子束向纵向及横向会聚。
[0284]另一方面，如图24(a)、图24(b)及图24(c)所示，多级四极透镜900中离子束受第I四极透镜904的纵会聚及横发散的作用。此时第2四极透镜906及第3四极透镜908并不动作。因此，射束角度在第2四极透镜906 (及第3四极透镜908)的入口及出口相同。因此，与第I四极透镜904中的离子束相比，第3四极透镜908中的离子束向纵向会聚并向横向发散。如此，多级四极透镜900被用作单级四极透镜时，多级四极透镜900使离子束向纵向会聚并向横向发散。并且，如图23(a)及图23(b)所示，三级四极透镜800被用作单级四极透镜时，第I四极透镜804使离子束向纵向会聚并向横向发散。
[0285]例如通过比较图24(a)与图23(a)可知，多级四极透镜900的总长M比三级四极透镜800的总长m短。在如电场式四极透镜那样被施加电场的区域无法存在电子或电子极其稀少，因此离子束的空间电荷效应增大。因此，通过缩短这种缺电子区域的射束输送方向长度，能够减小空间电荷效应的影响。由于多级四极透镜900较短，因此与三级四极透镜800相比对减小空间电荷效应更有效。通过使用多级四极透镜900，能够提高例如几十keV的能量的一价砷离子的几十mA程度的高电流射束的输送效率。
[0286]多级四极透镜900中形成有扩口形状的内部空间，这有助于多级四极透镜900的透镜长度的紧凑化。如上所述，例如四极透镜的长度之比为T1:T2:T3 = 0.5?0.8:0.8?1.6:1时，最大也是Τ1:Τ2:Τ3 = 0.8:1.6:1ο若以第3四极透镜的长度为基准而与多级四极透镜的长度相比，则典型例(tl:t2:t3 = 1:2:1)的总透镜长度表示为4t( = t+2t+t)，而本实施方式中的总透镜长度最大也就3.4T( = 0.8Τ+1.6Τ+Τ)。本实施方式中的第3Q透镜长度T与典型例的第3Q透镜长度t大致相同或比典型例的第3Q透镜长度t短。如此，扩口形状的多级四极透镜900的透镜长度缩短。并且，由于第I孔半径Rl较小从而电极靠近射束，因此能够以较短的第IQ透镜长度Tl来实现所希望的第IGL积(即第I四极透镜904的会聚力)。对第2四极透镜906也同样地，能够以较短的第2Q透镜长度T2来实现所希望的第2GL积。对第3四极透镜908也相同。并且，扩口形状的多级四极透镜900对减小电源容量也有效。这是由于，通过使孔半径小于以往的透镜，能够以更低的Q透镜电压来实现所希望的GL积。
[0287]相对于此，三级四极透镜800以形成直径均匀的筒状内部空间为前提。因此，根据三级四极透镜800出口的发散射束的直径，规定第3四极透镜808的孔半径，并将第I四极透镜804及第2四极透镜806的孔半径也规定为与此相同的值。由于孔半径较大从而电极远离射束。如此一来，为了得到所希望的第IGL积，需要增长Q透镜长度或增大Q透镜电压。若考虑电极之间的放电措施，则不应过度增大Q透镜电压。因此，三级四极透镜800的总长变长。
[0288]图25为表示本发明的一种实施方式所涉及的多级四极透镜900的电源结构的另一例的图。图25所示的电源部918在有关第I四极透镜904的电源方面与图20的电源部918不同。除此以外，图25所示的电源部918具有与图20的电源部918相同的结构。
[0289]电源部918具备与第I四极透镜904中横向对置的一组电极931a、931b对应的一组第I负电源920a、920b。一个第I负电源920a与电极931a连接，以向一个电极931a施加负电位-Vql—( = -Vql-Vst)。另一个第I负电源920b与电极931b连接，以向另一个电极931b施加负电位-Vql + ( = -Vql+Vst)。如此，通过分别对第I四极透镜904中的横向的电极931a、931b设置独立的电源，能够提供调整射束的横向位置的转向功能。在此，与射束的所希望的横向位置对应地设定电压Vst。
[0290]另外，也可以通过设置分别与纵向对置的电极对应的独立的电源，来提供调整射束的纵向位置的转向功能。并且，也可以同样地使其他四极透镜具备转向功能。
[0291]另外，上述实施方式的发散射束模式中，仅使用了第I四极透镜904，但在另一实施方式的发散射束模式中，可以根据需要并用第2四极透镜906和/或第3四极透镜908。或者，在发散射束模式中，也可以以第2四极透镜906或第3四极透镜908为主来使用。并且，在会聚射束模式中，也可以仅使用四极透镜的一部分(例如包括第I四极透镜904的至少2个四极透镜)。
[0292]并且，在上述实施方式中，三级四极透镜从上游依次构成纵会聚、横会聚、纵会聚。但是，在另一实施方式中，也可以从上游依次构成横会聚、纵会聚、横会聚。因此，第I四极透镜904可以构成为使离子束横向会聚并纵向发散。第2四极透镜906可以构成为使离子束横向发散并纵向会聚。第3四极透镜908可以构成为使离子束横向会聚并纵向发散。
[0293]在上述实施方式中，多级四极透镜900为扩口型。但是，在另一实施方式中，多级四极透镜也可以为孔半径在中间最小的准扩口型。此时可以为，多级四极透镜具备入口四极透镜、中间四极透镜及出口四极透镜，入口四极透镜的孔半径小于出口四极透镜的孔半径，中间四极透镜的孔半径小于入口四极透镜及出口四极透镜的孔半径。
[0294]并且，在另一实施方式中，多级四极透镜也可以为孔半径在中间最大的桶型。此时可以为，多级四极透镜具备入口四极透镜、中间四极透镜及出口四极透镜，入口四极透镜的孔半径小于出口四极透镜的孔半径，中间四极透镜的孔半径大于入口四极透镜及出口四极透镜的孔半径。
[0295]在另一实施方式中，多级四极透镜也可以为二级四极透镜或四级以上的多级四极透镜。这种情况下，使入口四极透镜的孔半径小于出口四极透镜的孔半径，这能够有助于多级四极透镜的紧凑化和/或电源容量的减小。
[0296]在上述实施方式中，多级四极透镜为电场式。但是，在另一实施方式中，多级四极透镜也可以为磁场式。
[0297]在另一实施方式中，可以提供一种离子注入装置，设置有配设于离子注入装置的射束线的中途且用于调整射束会聚发散的多级四极透镜，其特征在于，所述离子注入装置具备设置于质谱分析狭缝的上游侧的多级四极透镜，所述多级四极透镜具备入口四极透镜及出口四极透镜，所述入口四极透镜的孔径大于所述出口四极透镜的孔径。这样，所述多级四极透镜可以阶段性地缩小透镜孔径。此时，能够以紧凑的多级四极透镜来实现所入射的离子束的直径朝向所