DE3127441A1

DE3127441A1 - Ion source

Info

Publication number: DE3127441A1
Application number: DE19813127441
Authority: DE
Inventors: Gerd 5000 Köln Kremer; Heinrich Dipl.-Phys. Dr. 5272 Wipperfürth Peters
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Kremer Gerhard 5024 Pulheim De Peters Heinrich
Priority date: 1981-07-11
Filing date: 1981-07-11
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE3127441C2

Abstract

An ion source having an essentially cylindrical cage anode (6), which is open on one side, and an annular cathode (8), which surrounds the cage anode concentrically, is equipped with exactly parallel ion paths, having an extraction shutter (15), in order to achieve ion beams. This extraction shutter (15) has a central section (16) which is of conical design, tapers in the direction of the cage anode and extends into the interior of said cage anode. <IMAGE>

Description

IonenquelleIon source

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenquelle mit einer im wesentlichen zylindrischen, einseitig offenen Käfiganode, einer die Käfiganode konzentrisch umgebenden Ringkathode und einer der offenen Seite der Käfiganode vorgelagerten Extraktionsblende.The invention relates to an ion source having a substantially cylindrical cage anode open on one side, one concentrically surrounding the cage anode Ring cathode and an extraction diaphragm upstream of the open side of the cage anode.

In der Oberflächenanalysen-Technik sind, z. B. zum Beschuß von Proben, Ionenströme erwünscht, die - je nach Art des angewendeten Analyseverfahrens - hinsichtlich ihrer Energie, ihres Strahlungsdurchmessers und dgl. unterschiedliche Eigenschaften haben sollen. Mit ionenoptischen Linsensystemen sind diese Eigenschaften beeinflußbar und einstellbar.In surface analysis technology, e.g. B. for bombarding samples, Ion currents desired, which - depending on the type of analysis method used - with regard to their energy, their radiation diameter and the like. Different properties should have. These properties can be influenced with ion-optical lens systems and adjustable.

Die Genauigkeit, mit der die gewünschten Werte einstellbar sind, hängt u. a. von der Qualität der Ionenquelle ab.The accuracy with which the desired values can be set depends i.a. on the quality of the ion source.

Erwünscht ist, daß der die Ionenquelle verlassende Ionenstrahl möglichst parallele Ionenbahnen (mit unendlich weit entferntem Brennpunkt) hat. Bei Ionenquellen, wie sie z. B.It is desirable that the ion beam leaving the ion source as possible has parallel ion orbits (with a focal point infinitely distant). With ion sources, how they z. B.

aus den DE-OSen 23 19 681 und 25 06 644 bekannt sind, ist das nicht in dem gewünschten Maße der Fall-.are known from DE-OSes 23 19 681 and 25 06 644, this is not to the desired extent of the case.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, eine Ionenquelle der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Bereich ihrer Austrittsblende Ionenstrahlen mit exakt parallel len Ionenbahnen liefert.The present invention is based on the task of an ion source of the type mentioned to create the ion beams in the area of their exit aperture with exactly parallel len ion trajectories.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Extraktionsblende einen zentralen, konisch gestalteten, sich in Richtung Käfiganode verjüngenden und bis in den Innenraum der Käfiganode erstreckenden Abschnitt aufweist.According to the invention, this object is achieved in that the extraction diaphragm a central, conical shape, tapering towards the cage anode and has into the interior of the cage anode extending portion.

Bei einer Ionenquelle mit diesen Merkmalen können die Spannungsverhältnisse so eingestellt werden, daß die entstehenden Ionen derart in Richtung Extraktionsblende abgesaugt werden, daß sie mit exakt achsparallelen Bahnen durch die Extraktionsblende hindurchtreten. Die gewählten Spannungsverhältnisse hängen von den Abmessungen der einzelnen Elemente-der lonenguelle, dem Abstand der Durchtrittsöffnung der Extraktionsblende bzw. ihres konischen Abschnittes von der Ringkathode und vom Konuswinkel ab. Je nach Gasart können die einzustellenden Werte zur Erzielung paralleler Ionenbahnen mit elektronischen Rechnern bestimmt werden.In the case of an ion source with these characteristics, the voltage ratios be set so that the resulting ions in such a direction Extraction diaphragm are sucked out so that they go through with exactly axially parallel paths pass through the extraction aperture. The selected tension relationships depend on the dimensions of the individual elements - the ion source, the spacing of the passage opening the extraction diaphragm or its conical section from the ring cathode and from Cone angle. Depending on the type of gas, the values to be set can be used to achieve parallel Ion trajectories can be determined with electronic computers.

Als zweckmäßig hat sich erwiesen, den Abstand zwischen Extraktionsblende und Ringkathode veränderbar zu gestalten.The distance between the extraction diaphragm has proven to be useful and to make ring cathode changeable.

Dieses Ziel kann z. B. durch eine axial verschieb- und feststellbare Halterung der Ringkathode erreicht werden.This goal can e.g. B. by an axially displaceable and lockable Holding the ring cathode can be achieved.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.Further advantages and details of the invention are based on a are explained in the figure of the embodiment shown schematically.

Die in der Figur im wesentlichen im Schnitt dargestellte Ionenquelle umfaßt ein Gehäuse 1 mit einem Flanschanschluß 2, mit-dem die Quelle an einen Rezipienten oder an das Gehäuse eines sich anschließenden ionenoptischen Linsensystems anschließbar ist. Durch einen dem Flansch 2 gegenüberliegenden, nicht dargestellten Deckelflansch hindurch erfolgt die elektrische Versorgung der im Gehäuse 1 befindlichen, noch zu beschreibenden Elemente. Die weiteren Flanschanschlüsse 3 und 4 dienen der Zufuhr von zu ionisierenden Gasen und dem Anschluß von Vakuumpumpen. Die Achse des gesamten Systems ist mit 5 bezeichnet.The ion source shown in the figure essentially in section comprises a housing 1 with a flange connection 2 with which the source is connected to a recipient or can be connected to the housing of an adjoining ion-optical lens system is. By means of a cover flange (not shown) opposite the flange 2 through this, the electrical supply to those located in the housing 1 is still carried out elements to be described. The other flange connections 3 and 4 are used for supply of gases to be ionized and the connection of vacuum pumps. The axis of the whole Systems is denoted by 5.

Die Entstehung der Ionen findet im wesentlichen im Innenraum der Käfiganode 6 statt. Diese ist zylindrisch gestaltet und hat eine offene, dem Flansch 2 zugewandte Stirnseite 7.The formation of the ions takes place essentially in the interior of the cage anode 6 instead. This is cylindrical and has an open, the flange 2 facing Face 7.

Konzentrisch zur Achse 5 und zur zylindrischen EGfisanade h ist eine Ringkathode 8 angeordnet, die an zwei achsparallelen Stiften 9 (nur einer ist dargestellt) mit Hilfe des auf den Stiften 9 arretierbaren Halterungsstückes 11 verschiebbar befestigt ist. Über die Stifte 9 erfolgt auch die Zuführung der Kathodenspannung. Mittels eines Isolators 12 sind die Stifte 9 in einer Trägerplatte 13 für das gesamte System gehaltert.Concentric to axis 5 and to the cylindrical EGfisanade h is a ring cathode 8 is arranged, which is on two axially parallel pins 9 (only one shown) with the help of the holder piece 11 that can be locked on the pins 9 is slidably attached. The cathode voltage is also supplied via the pins 9. By means of an insulator 12, the pins 9 are in a carrier plate 13 for the whole System held.

Käfiganode 6 und Ringkathode 8 sind noch von einer Reflexionselektrode 14 wageben, die mit einer solchen Spannung versorgt ist, daß die die lonisierung des Gases bewirkenden Elektronen mehr fach durch den Käfi ga nodenraum hindurchpendeln.Cage anode 6 and ring cathode 8 are still from a reflection electrode 14 dare, which is supplied with such a voltage that the ionization of the gas causing electrons to commute several times through the cage node space.

Die im Innenraum der Käfiganode 6 entstehenden Ionen werden mit Hilfe der Extraktorblende 15 in axialer Richtung aus dem Innenraum der Käfiganode 6 abgesaugt. Die Extraktionsblende 15 weist einen konischen Abschnitt 16 auf, der sich in Richtung Käfiganode 6 verjüngt und bis in ihren Innenraum hineinragt. Dadurch entsteht eine Feldverteilung, die bewirkt, daß alle durch den konischen Abschnitt 16 hindurchtretenden Icnen exakt achsparallele Bahnen haben. Dieser Ionenstrahl verläßt den Ionenerzeugungsbereich durch die Austrittsblende 17. Der Blende vorgelagert ist eine Elektrode 18, mit deren Hilfe bei entsprechender Spannungsversorgung bereits ein fokussierender Einfluß auf den Strahl genommen werden kann.The ions produced in the interior of the cage anode 6 are with the help the extractor diaphragm 15 is sucked out of the interior of the cage anode 6 in the axial direction. The extraction diaphragm 15 has a conical section 16, which extends in the direction Cage anode 6 tapers and protrudes into its interior. This creates a Field distribution which causes all of them to pass through the conical section 16 I can have exactly axially parallel paths. This ion beam leaves the ion generation area through the exit aperture 17. Upstream of the aperture is an electrode 18, with the help of which with an appropriate voltage supply already has a focusing influence can be taken on the beam.

Der konische Abschnitt 16 der Extraktionselektrode 15 erstreckt sich durch eine öffnung 19 in der Reflexionselektrode 14 hindurch. Die Größe der Öffnung 19 ist so geholt, daß der verbleibende Ringspalt zwischen den beiden Elektroden möglichst klein ist.The conical section 16 of the extraction electrode 15 extends through an opening 19 in the reflection electrode 14. The size of the opening 19 is brought so that the remaining annular gap between the two electrodes is as small as possible.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Konuswinkel d 400. An den einzelnen Elementen können beispielsweise folgende Spannungen liegen: Kathode 80 4900 V Anode 6: 5000 V Reflexionsblende 14: 4800 V Extraktionsblende 15: 4180 V Mit diesen Spannungswerten und einem bestimmten Abstand der Ringkathode 8 von der Extraktionsblende 15 lassen sich die gewünschten Ionenstrahlen mit achsparallelen Ionenbahnen erzeugen. Bei Argon als zu ionisierendem Gas beträgt dieser Abstand ca. 10 mm. Dieser Abstand ist gleich der Höhe des konischen Abschnittes 16. - LeerseiteIn a preferred embodiment, the cone angle is d 400. For example, the following stresses may be present on the individual elements: cathode 80 4900 V anode 6: 5000 V reflection aperture 14: 4800 V extraction aperture 15: 4180 V With these voltage values and a certain distance between the ring cathode 8 of the extraction diaphragm 15 can be the desired ion beams with axially parallel Generate ion trajectories. If argon is the gas to be ionized, this distance is approx. 10 mm. This distance is equal to the height of the conical section 16.- Blank page

Claims

Ion source CLAIMS rn »Ion source with an essentially cylindrical, Cage anode open on one side, a ring cathode concentrically surrounding the cage anode and an extraction diaphragm upstream of the open side of the cage anode, d a it is indicated that the extraction diaphragm (15) has a central, conical shape tapering towards the cage anode (6) and up in the Has interior of the cage anode extending portion (16).

2. Ion source according to claim 1, d a d u r c h ge e n n z e i ne t that the ring cathode (8) is held axially displaceable and lockable.

3. Ion source according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the cathode (8) and the anode (6) within one largely closed, for example cup-shaped reflection electrode (14) are arranged and that one of the conical section (16) of the extraction electrode (15) as possible tightly enclosing opening (19) is provided in the reflection electrode.