JP2949102B1 - Beam generator - Google Patents

Beam generator

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JP2949102B1
JP2949102B1 JP10115079A JP11507998A JP2949102B1 JP 2949102 B1 JP2949102 B1 JP 2949102B1 JP 10115079 A JP10115079 A JP 10115079A JP 11507998 A JP11507998 A JP 11507998A JP 2949102 B1 JP2949102 B1 JP 2949102B1
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Japan
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chamber
electrode
filament
focusing
opening
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Inventor
哲夫 芳賀沼
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株式会社オメガトロン
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Abstract

【要約】 【課題】サンプルに対して効率的な前処理を施すことが
可能な各種ビームを発生できるビーム発生装置を低価格
で提供することを目的とする。 【解決手段】ビーム発生装置は、Z軸方向に沿って順に
配置されたチャンバ10及び第1電極20を備えてい
る。チャンバ10は、Z軸に沿った一端面に、イオンビ
ーム発生用の第1フィラメント16a、または電子ビー
ム発生用の第2フィラメント16bを嵌合可能な構造を
有し、Z軸に沿った他端面に、集束電極14を備えてい
る。チャンバ10の一端面に第1フィラメント16aを
取り付け、チャンバ10内に正イオンのプラズマを生成
し、チャンバ10と第1電極20との間に+VAの加速
電圧を印加することによりイオンビームが放出される。
また、チャンバ10に第2フィラメント16bを取り付
け、チャンバ10と第2電極20との間に−VAの加速
電圧を印加することにより電子ビームが放出される。
An object of the present invention is to provide a low-cost beam generating apparatus capable of generating various beams capable of performing efficient pre-processing on a sample. A beam generating device includes a chamber and a first electrode arranged in order along a Z-axis direction. The chamber 10 has a structure in which a first filament 16a for generating an ion beam or a second filament 16b for generating an electron beam can be fitted to one end face along the Z axis, and the other end face along the Z axis. And a focusing electrode 14. A first filament 16a is attached to one end surface of the chamber 10, a positive ion plasma is generated in the chamber 10, and an ion beam is emitted by applying an acceleration voltage of + VA between the chamber 10 and the first electrode 20. You.
The electron beam is emitted by attaching the second filament 16b to the chamber 10 and applying an acceleration voltage of -VA between the chamber 10 and the second electrode 20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ビーム発生装置
に関し、特に、サンプルに対して所定の処理を施すため
の電子ビームやイオンビームを発生するビーム発生装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam generator, and more particularly to a beam generator for generating an electron beam or an ion beam for performing a predetermined process on a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種研究開発の分野、特に、金属表面上
における原子配列の解析や原子の構造解析等の基礎研究
の分野では、各実験テーマに合わせて、電子ビームやイ
オンビームなどの各種ビームを発生するビーム発生装置
が必要不可欠である。電子ビームを発生する電子ビーム
発生装置は、例えば、金属などのサンプルを加熱した
り、サンプルに付着している不純物を除去したり、正電
荷を中和する等の前処理に利用される。また、イオンビ
ームを発生するイオンビーム発生装置は、例えば、各種
金属などのサンプル表面に他の金属を蒸着する前や、サ
ンプル表面の分析を行う前に、サンプルをクリーニング
するといった前処理に利用される。
2. Description of the Related Art In the field of various research and development, particularly in the field of basic research such as analysis of atomic arrangement on a metal surface and structural analysis of atoms, various types of beams such as an electron beam and an ion beam are used in accordance with each experimental theme. Is indispensable. An electron beam generator that generates an electron beam is used for pretreatment such as heating a sample such as a metal, removing impurities attached to the sample, and neutralizing a positive charge. In addition, an ion beam generator that generates an ion beam is used for pretreatment such as cleaning a sample before depositing another metal on a sample surface such as various metals or performing analysis of the sample surface. You.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの電
子ビーム発生装置や、イオンビーム発生装置は、それぞ
れ個別の筐体で構成されている。これらの筐体は、それ
ぞれのユニットに組み込まれている。このため、サンプ
ルに対して連続的に電子ビーム及びイオンビームを照射
する場合には、電子ビーム発生装置を備えたユニットと
イオンビーム発生装置を備えたユニットとの間で、サン
プルを移動させる必要がある。
Incidentally, these electron beam generators and ion beam generators are each constituted by a separate casing. These housings are incorporated in each unit. Therefore, when continuously irradiating a sample with an electron beam and an ion beam, it is necessary to move the sample between a unit having an electron beam generator and a unit having an ion beam generator. is there.

【0004】また、電子ビーム発生装置及びイオンビー
ム発生装置は、ともに高価格であるため、両者を必要と
する場合には、設備投資に膨大な予算を必要とする。こ
のように、従来では、電子ビーム発生装置及びイオンビ
ーム発生装置は、それぞれ個別の筐体で構成されている
ため、連続的に電子ビーム及びイオンビームを照射する
必要のあるサンプルを、ユニット間で移動させるといっ
た手間がかかり、サンプルに対してクリーニングなどの
前処理を効率的に施すことができないといった問題があ
る。また、電子ビーム発生装置及びイオンビーム発生装
置を購入するためには、膨大な予算を必要とするといっ
た問題が発生する。
[0004] Further, since both the electron beam generator and the ion beam generator are expensive, if both are required, a huge budget is required for capital investment. As described above, conventionally, since the electron beam generator and the ion beam generator are each configured in a separate casing, a sample that needs to be continuously irradiated with the electron beam and the ion beam is transferred between the units. There is a problem that it takes time and effort to move the sample, and pretreatment such as cleaning cannot be efficiently performed on the sample. Further, there is a problem that a huge budget is required to purchase the electron beam generator and the ion beam generator.

【0005】そこで、この発明は、上述した問題点に鑑
みなされたものであって、サンプルに対して効率的な前
処理を施すことが可能な各種ビームを発生できるビーム
発生装置を低価格で提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a low-cost beam generating apparatus capable of generating various beams capable of performing efficient pre-processing on a sample. The purpose is to do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項1に記載のビーム発生装置は、
イオンビームを発生させるための第1フィラメント部、
または、電子ビームを発生させるための第2フィラメン
ト部を一端部に取り付け可能なチャンバと、前記チャン
バの他端部に取り付けられているとともに、開口部を備
えた集束電極と、前記集束電極に隣接して配置された加
速電極と、前記チャンバに前記第1フィラメント部が取
り付けられた場合に、前記チャンバ内にプラズマを生成
するプラズマ生成手段と、前記チャンバに前記第1フィ
ラメント部が取り付けられた場合に、前記プラズマ生成
手段によって前記チャンバ内に生成されたプラズマを前
記集束電極の開口部から放出させるために、前記集束電
極と前記加速電極との間に第1の電位差を形成する電圧
を前記集束手段に供給する第1電圧供給手段と、前記チ
ャンバに前記第2フィラメント部が取り付けられた場合
に、前記第2フィラメント部から発生した電子を前記集
束電極の開口部から放出させるために、前記集束電極と
前記加速電極との間に第2の電位差を形成する電圧を前
記集束手段に供給する第2電圧供給手段と、を備えたこ
とを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a beam generating apparatus according to claim 1 is provided.
A first filament section for generating an ion beam;
Alternatively, a chamber capable of attaching a second filament part for generating an electron beam to one end thereof, a focusing electrode attached to the other end of the chamber and having an opening, and a focusing electrode provided adjacent to the focusing electrode. An accelerating electrode arranged in a manner as described above, a plasma generating means for generating plasma in the chamber when the first filament portion is attached to the chamber, and a plasma generating means for attaching the first filament portion to the chamber. A voltage for forming a first potential difference between the focusing electrode and the accelerating electrode, in order to discharge plasma generated in the chamber by the plasma generating means from an opening of the focusing electrode. A first voltage supply means for supplying the second filament part to the chamber; A second voltage supply means for supplying a voltage for forming a second potential difference between the focusing electrode and the accelerating electrode to the focusing means in order to emit electrons generated in the focusing section from the opening of the focusing electrode. And characterized in that:

【0007】[0007]

【0008】請求項5に記載のビーム発生装置は、イオ
ンビームを発生させるための第1フィラメント部、また
は、電子ビームを発生させるための第2フィラメント部
を一端部に取り付け可能なチャンバと、前記チャンバの
他端部に取り付けられているとともに、第1の開口部を
備え、前記チャンバ内で発生した熱を遮蔽する熱遮蔽板
と、前記熱遮蔽板に重合された際に、前記熱遮蔽板の第
1の開口部に対応する第2の開口部を備え、前記熱遮蔽
板との間に間隙を形成するための凹部が形成された集束
電極と、前記集束電極に隣接して配置された接地電位の
加速電極と、前記チャンバに前記第1フィラメント部が
取り付けられた場合に、前記チャンバ内にプラズマを生
成するプラズマ生成手段と、前記チャンバに前記第1フ
ィラメント部が取り付けられた場合に、前記プラズマ生
成手段によって前記チャンバ内に生成されたプラズマを
前記熱遮蔽板の第1の開口部を介して前記集束電極の第
2の開口部から放出させるために、前記集束電極と前記
加速電極との間に、接地電位の前記加速電極に対して正
の電位差を形成する電圧を前記集束手段に供給する第1
電圧供給手段と、前記チャンバに前記第2フィラメント
部が取り付けられた場合に、前記第2フィラメント部か
ら発生した電子を前記熱遮蔽板の第1の開口部を介して
前記集束電極の第2の開口部から放出させるために、前
記集束電極と前記加速電極との間に、接地電位の加速電
極に対して負の電位差を形成する電圧を前記集束手段に
供給する第2電圧供給手段と、を備えたことを特徴とす
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a beam generating apparatus, wherein a first filament portion for generating an ion beam or a second filament portion for generating an electron beam can be attached to one end of the chamber; A heat shield plate attached to the other end of the chamber and having a first opening for shielding heat generated in the chamber; and a heat shield plate when superimposed on the heat shield plate. A focusing electrode provided with a second opening corresponding to the first opening, and a concave portion for forming a gap between the heat shielding plate and the focusing electrode, and disposed adjacent to the focusing electrode. An accelerating electrode having a ground potential, plasma generating means for generating plasma in the chamber when the first filament portion is attached to the chamber, and the first filament portion being installed in the chamber. When attached, the focusing is performed so that plasma generated in the chamber by the plasma generating means is emitted from a second opening of the focusing electrode through a first opening of the heat shield plate. A first voltage for supplying a voltage that forms a positive potential difference between the electrode and the acceleration electrode with respect to the acceleration electrode at a ground potential to the focusing means;
When the second filament section is attached to the chamber, electrons generated from the second filament section are supplied to the second electrode of the focusing electrode via the first opening of the heat shield plate when the second filament section is attached to the chamber. A second voltage supply unit that supplies a voltage that forms a negative potential difference with respect to the ground potential acceleration electrode to the focusing unit, between the focusing electrode and the acceleration electrode, in order to release the light from the opening. It is characterized by having.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、この発明のビーム発生装置
の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、
イオンビーム発生装置について説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a beam generating apparatus according to an embodiment of the present invention. First,
The ion beam generator will be described.

【0010】図1は、イオンビーム発生装置の構成を概
略的に示す図である。すなわち、図1に示すように、イ
オンビーム発生装置は、プラズマを生成するチャンバ1
0と、加速電極として機能する第1電極20と、第2電
極30と、第3電極40とを備えている。これらのチャ
ンバ10、第1電極20、第2電極30、及び第3電極
40は、イオンビームが出射されるZ軸方向に沿って順
に配置されているとともに、互いに所定の間隔をおいて
隣接して配置されている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an ion beam generator. That is, as shown in FIG. 1, the ion beam generator includes a chamber 1 for generating plasma.
0, a first electrode 20 functioning as an acceleration electrode, a second electrode 30, and a third electrode 40. The chamber 10, the first electrode 20, the second electrode 30, and the third electrode 40 are arranged in order along the Z-axis direction from which the ion beam is emitted, and are adjacent to each other at a predetermined interval. It is arranged.

【0011】チャンバ10は、アルゴンガスや窒素ガス
などの不活性ガスが導入されるガス導入口11、Z軸を
中心とする円形の開口を有するリング状のアノードリン
グ12、熱電子を放出するコイル状のフィラメント13
a、および、Z軸に沿った端面に配置された集束電極と
して機能するウエネルト14を備えている。
A chamber 10 has a gas inlet 11 into which an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is introduced, a ring-shaped anode ring 12 having a circular opening centered on the Z axis, and a coil for emitting thermoelectrons. Filament 13
a, and a Wehnelt 14 functioning as a focusing electrode disposed on an end face along the Z-axis.

【0012】アノードリング12は、チャンバ10に対
して絶縁されている。フィラメント13aの一端は、チ
ャンバ10に対して絶縁されているとともに、その他端
は、チャンバ10に対して電気的に接続されている。ウ
エネルト14は、チャンバ10の内部に発生したプラズ
マとしての正イオンを放出するための開口部15を備え
ている。このウエネルト14は、チャンバ10に対して
電気的に接続され、チャンバ10と同電位である。ウエ
ネルト14の開口部15は、図1に示したように、Z軸
に対して所定の角度に傾斜した断面形状を有している。
また、この開口部15の内径すなわちチャンバ10の内
部に面した開口径は、開口部15の外径すなわち第1電
極20に対向する面の開口径より小さくなるように形成
されている。
The anode ring 12 is insulated from the chamber 10. One end of the filament 13a is insulated from the chamber 10 and the other end is electrically connected to the chamber 10. The Wehnelt 14 has an opening 15 for emitting positive ions as plasma generated inside the chamber 10. The Wehnelt 14 is electrically connected to the chamber 10 and has the same potential as the chamber 10. As shown in FIG. 1, the opening 15 of the Wehnelt 14 has a sectional shape inclined at a predetermined angle with respect to the Z axis.
The inner diameter of the opening 15, that is, the opening diameter facing the inside of the chamber 10, is formed to be smaller than the outer diameter of the opening 15, that is, the opening diameter of the surface facing the first electrode 20.

【0013】第1電極20は、チャンバ10に対して所
定の間隔をおいて隣接して配置されているとともに、Z
軸を中心とする円形の開口部21を有している。第2電
極30は、第1電極20に対して所定の間隔をおいて隣
接して配置されているとともに、Z軸を中心とする円形
の開口部31を有している。第3電極40は、第2電極
30に対して所定の間隔をおいて隣接して配置されてい
るとともに、Z軸を中心とする円形の開口部41を有し
ている。
The first electrode 20 is disposed adjacent to the chamber 10 at a predetermined interval, and has a Z
It has a circular opening 21 centered on the axis. The second electrode 30 is disposed adjacent to the first electrode 20 at a predetermined interval, and has a circular opening 31 centered on the Z axis. The third electrode 40 is arranged adjacent to the second electrode 30 at a predetermined interval, and has a circular opening 41 centered on the Z axis.

【0014】フィラメント13aの両端には、電位差V
Fを形成するフィラメント電圧が印加される。アノード
リング12には、チャンバ10に対して電位差+VDS
を形成するディスチャージ電圧が印加される。チャンバ
10には、接地されている第1電極20との間で電位差
+VAを形成する加速電圧が印加される。第2電極30
には、接地されている第1電極20及び第3電極40と
の間で電位差+VLを形成する集束電圧が印加される。
A potential difference V is applied to both ends of the filament 13a.
A filament voltage forming F is applied. The anode ring 12 has a potential difference + VDS with respect to the chamber 10.
Is applied. An acceleration voltage that forms a potential difference + VA between the chamber 10 and the grounded first electrode 20 is applied to the chamber 10. Second electrode 30
To the first electrode 20 and the third electrode 40, which are grounded, are applied with a focusing voltage that forms a potential difference + VL.

【0015】このような構成のイオンビーム発生装置に
おいては、まず、チャンバ10内にガス導入口11から
不活性ガス、例えばアルゴンガスが導入される。このと
き、フィラメント13aに電流を流すことによりフィラ
メント13aが加熱され、+VDSの電位のアノードリ
ング12に向けて電子が放出される。フィラメント13
aから放出された電子は、アノードリング12近傍とフ
ィラメント13aとの間で振動する。この電子により、
チャンバ10内に導入されたアルゴンガスがイオン化さ
れ、正のアルゴンイオンからなる高温のプラズマが生成
される。アルゴンイオンは、正の電荷を帯びているた
め、ウエネルト14の付近に蓄積される。
In the ion beam generator having such a configuration, first, an inert gas, for example, an argon gas is introduced into the chamber 10 from the gas inlet 11. At this time, a current is passed through the filament 13a to heat the filament 13a, and electrons are emitted toward the anode ring 12 having a potential of + VDS. Filament 13
The electrons emitted from a vibrate between the vicinity of the anode ring 12 and the filament 13a. With this electron,
The argon gas introduced into the chamber 10 is ionized, and a high-temperature plasma composed of positive argon ions is generated. Since the argon ions have a positive charge, they are accumulated near Wehnelt 14.

【0016】そして、ウエネルト14と第1電極20と
の間に、加速電圧+VAを印加すると、正のアルゴンイ
オンは、ウエネルト14の開口部15から第1電極20
に向けて放出される。
When an acceleration voltage + VA is applied between the Wehnelt 14 and the first electrode 20, positive argon ions flow from the opening 15 of the Wehnelt 14 to the first electrode 20.
It is released toward.

【0017】さらに、第1電極20と第2電極30との
間、及び第2電極30と第3電極40との間に形成され
る電位差によって集束レンズが形成され、所定の集束性
が付与されたイオンビームがZ軸方向に沿って出射され
る。
Further, a focusing lens is formed by a potential difference formed between the first electrode 20 and the second electrode 30 and between the second electrode 30 and the third electrode 40, and a predetermined focusing property is provided. The emitted ion beam is emitted along the Z-axis direction.

【0018】上述したような原理により、イオンビーム
を発生するイオンビーム発生装置が構成されている。次
に、電子ビーム発生装置について説明する。
An ion beam generator for generating an ion beam is constructed based on the above principle. Next, the electron beam generator will be described.

【0019】図2は、電子ビーム発生装置の構成を概略
的に示す図である。なお、図1に示したイオンビーム発
生装置と同一の構成要素に対しては、同一の参照符号を
付して詳細な説明を省略する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the electron beam generator. Note that the same components as those of the ion beam generator shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0020】すなわち、この電子ビーム発生装置は、基
本的にイオンビーム発生装置と同様の構成であり、Z軸
方向に沿って互いに所定の間隔をおいて順に配置された
チャンバ10と、第1乃至第3電極20、30、40と
を備えている。チャンバ10は、不活性ガスを導入する
ためのガス導入口11、Z軸を中心とする円形の開口を
有するリング状のアノードリング12、熱電子を放出す
るフィラメント13b、および、Z軸に沿った端面に配
置された集束電極として機能するウエネルト14を備え
ている。但し、このチャンバ10を電子ビーム発生装置
として利用する場合には、ガス導入口11から不活性ガ
スを導入せず、また、アノードリング12に対しても電
圧を印加しない。
That is, the electron beam generator has basically the same configuration as the ion beam generator, and includes a chamber 10 which is sequentially arranged at a predetermined distance from each other along the Z-axis direction, Third electrodes 20, 30, and 40 are provided. The chamber 10 has a gas inlet 11 for introducing an inert gas, a ring-shaped anode ring 12 having a circular opening centered on the Z axis, a filament 13b for emitting thermoelectrons, and along the Z axis. It has a Wehnelt 14 functioning as a focusing electrode disposed on the end face. However, when the chamber 10 is used as an electron beam generator, no inert gas is introduced from the gas inlet 11 and no voltage is applied to the anode ring 12.

【0021】電子ビーム発生装置として利用される場合
のフィラメント13bは、ウエネルト14に形成された
開口部15付近まで突出した先端部13cを有するVの
字型に形成されている。
When used as an electron beam generator, the filament 13b is formed in a V shape having a tip 13c protruding to the vicinity of an opening 15 formed in Wehnelt 14.

【0022】このフィラメント13bの両端には、電位
差VFの電圧が印加される。また、チャンバ10には、
接地されている第1電極20との間で電位差−VAを形
成する加速電圧が印加される。第2電極30には、接地
されている第1電極20及び第3電極40との間で電位
差−VLを形成する集束電圧が印加される。
A voltage having a potential difference VF is applied to both ends of the filament 13b. Further, the chamber 10 includes:
An acceleration voltage that forms a potential difference -VA with the grounded first electrode 20 is applied. A focusing voltage that forms a potential difference -VL between the grounded first electrode 20 and third electrode 40 is applied to the second electrode 30.

【0023】このような構成の電子ビーム発生装置にお
いては、まず、チャンバ10内のフィラメント13bに
電流を流すことによりフィラメント13bが加熱され、
電子が放出される。フィラメント13bから放出された
電子は、ウエネルト14と第1電極20との間に加速電
圧−VAを印加することにより、ウエネルト14によっ
て集束されつつ、ウエネルト14の開口部15から第1
電極20に向けて放出される。
In the electron beam generator having such a configuration, first, a current is supplied to the filament 13b in the chamber 10 to heat the filament 13b.
Electrons are emitted. The electrons emitted from the filament 13 b are focused by the Wehnelt 14 by applying an acceleration voltage −VA between the Wehnelt 14 and the first electrode 20, and the electrons emitted from the opening 15 of the Wehnelt 14
It is emitted toward the electrode 20.

【0024】さらに、第1電極20と第2電極30との
間、及び第2電極30と第3電極40との間に形成され
る電位差によって集束レンズが形成され、所定の集束性
が付与された電子ビームがZ軸方向に沿って出射され
る。
Further, a focusing lens is formed by a potential difference formed between the first electrode 20 and the second electrode 30 and between the second electrode 30 and the third electrode 40, and a predetermined focusing property is provided. The emitted electron beam is emitted along the Z-axis direction.

【0025】上述したような原理により、電子ビームを
発生する電子ビーム発生装置が構成されている。ところ
で、この発明のビーム発生装置は、図1に示したような
イオンビーム発生装置の構成を利用して電子ビーム発生
装置としても利用可能とするために、フィラメントを交
換可能とし、チャンバ及び各電極に印加する電圧の極性
を反転可能な構成を備えている。
An electron beam generator for generating an electron beam is constructed based on the above principle. By the way, the beam generating apparatus of the present invention makes use of the configuration of the ion beam generating apparatus as shown in FIG. And a configuration capable of reversing the polarity of the voltage applied to.

【0026】すなわち、このビーム発生装置は、イオン
ビーム発生用のフィラメントを備えた第1フィラメント
部、および電子ビーム発生用のフィラメントを備えた第
2フィラメント部のいずれかを一方を取り付け可能な構
造を有するチャンバと、複数の電極とを備えている。ま
た、このビーム発生装置は、イオンビーム発生用の電圧
をチャンバ及び各電極に供給する第1電圧供給手段とし
ての第1駆動回路と、電子ビーム発生用の電圧をチャン
バ及び各電極に供給する第2電圧供給手段としての第2
駆動回路とを備えている。このビーム発生装置のチャン
バ及び各電極は、イオン発生装置の構成を基本構造とし
ている。
That is, this beam generating apparatus has a structure to which either one of a first filament portion having a filament for generating an ion beam and a second filament portion having a filament for generating an electron beam can be attached. And a plurality of electrodes. Further, the beam generating apparatus includes a first driving circuit as first voltage supply means for supplying a voltage for generating an ion beam to the chamber and each electrode, and a first driving circuit for supplying a voltage for generating an electron beam to the chamber and each electrode. 2nd voltage supply means
A drive circuit. The chamber and each electrode of this beam generator have the basic structure of the ion generator.

【0027】そして、このビーム発生装置において、第
1フィラメント部をチャンバに取り付け、第1駆動回路
によって所定の電圧をチャンバ及び各電極に印加するこ
とにより、イオンビームを発生するイオンビーム発生装
置として利用することが可能である。また、このビーム
発生装置において、第2フィラメント部をチャンバに取
り付け、第2駆動回路によって所定の電圧をチャンバ及
び各電極に印加することにより、電子ビームを発生する
電子ビーム発生装置として利用することが可能である。
これらの第1駆動回路及び第2駆動回路は、スイッチに
よって切り換えることが可能である。
In this beam generating apparatus, the first filament section is attached to the chamber, and a predetermined voltage is applied to the chamber and each electrode by the first drive circuit, so that the apparatus is used as an ion beam generating apparatus for generating an ion beam. It is possible to Further, in this beam generating device, the second filament portion is attached to the chamber, and a predetermined voltage is applied to the chamber and each electrode by the second drive circuit, so that the beam generating device can be used as an electron beam generating device for generating an electron beam. It is possible.
These first drive circuit and second drive circuit can be switched by a switch.

【0028】図3は、この発明のビーム発生装置の構成
を概略的に示す図である。なお、図3では、ビーム発生
装置をイオンビーム発生用に利用する場合の構成を示し
ている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the beam generating apparatus of the present invention. FIG. 3 shows a configuration in a case where the beam generator is used for generating an ion beam.

【0029】すなわち、図3に示すように、ビーム発生
装置は、Z軸方向に沿って互いに所定の間隔をおいて順
に配置された円筒型のチャンバ10と、第1電極20
と、第2電極30と、第3電極40とを備えている。第
1電極20、第2電極30、及び第3電極40は、それ
ぞれZ軸を中心とする円形の開口部21、31、41を
備えている。
That is, as shown in FIG. 3, the beam generating device comprises a cylindrical chamber 10 arranged in order at a predetermined interval along the Z-axis direction, and a first electrode 20.
, A second electrode 30, and a third electrode 40. The first electrode 20, the second electrode 30, and the third electrode 40 have circular openings 21, 31, and 41, respectively, centered on the Z axis.

【0030】図4は、イオンビーム発生用の第1フィラ
メント部を備えたチャンバの構造を示す拡大図である。
図5は、チャンバの一端面にイオンビーム発生用の第1
フィラメント部を取り付ける際の分解斜視図である。
FIG. 4 is an enlarged view showing the structure of a chamber provided with a first filament section for generating an ion beam.
FIG. 5 shows a first end of the chamber for generating an ion beam.
It is an exploded perspective view at the time of attaching a filament part.

【0031】図3乃至図5に示すように、円筒形状のチ
ャンバ10は、不活性ガスを導入するためのガス導入口
11、および、Z軸を中心とする円形の開口を有するリ
ング状のアノードリング12を備えている。このアノー
ドリング12は、プラズマ生成手段として機能する。ま
た、円筒状のチャンバ10は、Z軸に沿った一端面に、
イオンビーム発生用の熱電子を放出するコイル状のフィ
ラメント13aを備えた第1フィラメント部16a、ま
たは、電子ビーム発生用の熱電子を放出するV字型のフ
ィラメント13bを備えた第2フィラメント部16bを
取り付け可能な構造を有している。図3乃至図5には、
チャンバ10の一端面に第1フィラメント部16aが取
り付けられた例が示されている。さらに、チャンバ10
は、Z軸に沿った他端面に、集束電極として機能するウ
エネルト14を備えている。
As shown in FIGS. 3 to 5, a cylindrical chamber 10 has a gas inlet 11 for introducing an inert gas, and a ring-shaped anode having a circular opening centered on the Z axis. A ring 12 is provided. The anode ring 12 functions as a plasma generation unit. The cylindrical chamber 10 has one end face along the Z axis,
A first filament portion 16a provided with a coiled filament 13a for emitting thermoelectrons for generating an ion beam, or a second filament portion 16b provided with a V-shaped filament 13b for emitting thermoelectrons for generating an electron beam Has a structure that can be attached. 3 to 5 show:
An example in which the first filament portion 16a is attached to one end surface of the chamber 10 is shown. Further, the chamber 10
Has a Wehnelt 14 functioning as a focusing electrode on the other end surface along the Z-axis.

【0032】アノードリング12は、図3に示したよう
に、チャンバ10に対して絶縁されている。ウエネルト
14は、図3及び図4に示したように、Z軸を中心とし
た円形の開口部15を備えている。このウエネルト14
は、チャンバ10に対して電気的に接続され、チャンバ
10と同電位である。ウエネルト14の開口部15は、
Z軸に対して所定の角度に傾斜した断面形状を有してい
る。すなわち、この開口部15の内径は、開口部15の
外径より小さくなるように形成されている。開口部15
の断面におけるZ軸に対する傾斜角度は、必要とする集
束性能に合わせて適正な角度に設定される。
The anode ring 12 is insulated from the chamber 10 as shown in FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, the Wehnelt 14 has a circular opening 15 centered on the Z axis. This Wehnelt 14
Is electrically connected to the chamber 10 and has the same potential as the chamber 10. The opening 15 of the Wehnelt 14
It has a cross-sectional shape inclined at a predetermined angle with respect to the Z axis. That is, the inner diameter of the opening 15 is formed to be smaller than the outer diameter of the opening 15. Opening 15
The inclination angle with respect to the Z axis in the cross section is set to an appropriate angle in accordance with the required focusing performance.

【0033】第1フィラメント部16aは、図3乃至図
5に示したように、チャンバ10の一端面に係合する円
形の絶縁性の支持部17、この支持部17の内面に設け
られた金属板18、支持板17を貫通してイオンビーム
発生用のフィラメント13aの一端に接続された第1導
入線19A、及び支持板17と金属板18とを貫通して
フィラメント13aの多端に接続された第2導入線19
Bを備えている。第1導入線19Aは、支持部7及びチ
ャンバ10に対して絶縁され、第2導入線19Bは、金
属板18を介してチャンバ10に導通されている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the first filament portion 16a is a circular insulating support portion 17 which engages with one end surface of the chamber 10, and a metal provided on the inner surface of the support portion 17. The first introduction line 19A is connected to one end of the filament 13a for generating an ion beam through the plate 18 and the support plate 17, and is connected to multiple ends of the filament 13a through the support plate 17 and the metal plate 18. Second introduction line 19
B is provided. The first introduction line 19A is insulated from the support 7 and the chamber 10, and the second introduction line 19B is electrically connected to the chamber 10 via the metal plate 18.

【0034】このような構造の第1フィラメント部16
aは、図5に示したように、チャンバ10の一端面に挿
入され、支持板17がチャンバ10の所定位置に嵌合さ
れた後、Cリング51により固定される。さらに、図4
に示したように、第1フィラメント部16aの支持板1
7がネジによりチャンバ10にネジ留めされ、固定され
る。
The first filament portion 16 having such a structure
As shown in FIG. 5, a is inserted into one end surface of the chamber 10, and is fixed by the C-ring 51 after the support plate 17 is fitted to a predetermined position of the chamber 10. Further, FIG.
As shown in the figure, the support plate 1 of the first filament portion 16a
7 is screwed and fixed to the chamber 10 by screws.

【0035】図6は、電子ビーム発生用の第2フィラメ
ント部を備えたチャンバの構造を示す拡大図である。図
6に示すように、電子ビーム発生用の第2フィラメント
部16bの構成は、フィラメント13bの形状が異なる
以外、第1フィラメント部16aと同一の構造であるた
め、同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付して
詳細な説明を省略する。
FIG. 6 is an enlarged view showing the structure of a chamber provided with a second filament section for generating an electron beam. As shown in FIG. 6, the configuration of the second filament portion 16b for generating an electron beam is the same as that of the first filament portion 16a except that the shape of the filament 13b is different. The same reference numerals are given and the detailed description is omitted.

【0036】すなわち、イオンビーム発生用のチャンバ
10を利用して電子ビームを発生させるためには、フィ
ラメント13bの先端部をウエネルト14に形成された
開口部15付近まで延出させる必要がある。このため、
第2フィラメント部16bのフィラメント13bは、ウ
エネルト14に形成された開口部15付近まで突出した
先端部13cを有するVの字型に形成されている。この
先端部13cは、V字型のフィラメント13bの頂角に
相当する。
That is, in order to generate an electron beam using the ion beam generating chamber 10, it is necessary to extend the tip of the filament 13 b to the vicinity of the opening 15 formed in the Wehnelt 14. For this reason,
The filament 13b of the second filament portion 16b is formed in a V-shape having a tip 13c protruding to the vicinity of the opening 15 formed in the Wehnelt 14. This tip 13c corresponds to the apex angle of the V-shaped filament 13b.

【0037】このような構造の第2フィラメント部16
bも、第1フィラメント部16aと同様の方法でCリン
グ51及びネジ52によりチャンバ10に固定される。
続いて、イオンビームを発生させるための第1駆動回路
について説明する。
The second filament portion 16 having such a structure
b is fixed to the chamber 10 by the C ring 51 and the screw 52 in the same manner as the first filament portion 16a.
Subsequently, a first driving circuit for generating an ion beam will be described.

【0038】図3に示すように、イオンビーム発生用の
第1フィラメント部16aがチャンバ10に取り付けら
れている場合には、第1フィラメント部16aの第1導
入線19Aは、フィラメント電源の第1端子TF1に接
続され、第2導入線19Bは、フィラメント電源の第2
端子TF2に接続される。第2導入線19Bは、金属板
18を介してチャンバ10に接続されている。そして、
フィラメント13aの両端には、電位差VFのフィラメ
ント電圧が印加される。フィラメント電圧は、例えば1
0Vであり、4Aの電流が流れるように設定されてい
る。
As shown in FIG. 3, when the first filament portion 16a for generating an ion beam is attached to the chamber 10, the first introduction line 19A of the first filament portion 16a is connected to the first filament power supply. The second lead-in line 19B is connected to the terminal TF1 and is connected to the second
Connected to terminal TF2. The second introduction line 19 </ b> B is connected to the chamber 10 via the metal plate 18. And
A filament voltage having a potential difference VF is applied to both ends of the filament 13a. The filament voltage is, for example, 1
It is set so that the current is 0 V and a current of 4 A flows.

【0039】チャンバ10に対して絶縁されているアノ
ードリング12は、ディスチャージ電源の第1端子TD
1に接続され、チャンバ10は、ディスチャージ電源の
第2端子TD2に接続されている。そして、アノードリ
ング12には、チャンバ10に対して電位差+VDSを
形成するディスチャージ電圧が印加される。ディスチャ
ージ電圧は、例えば、+100Vである。
The anode ring 12 insulated from the chamber 10 is connected to a first terminal TD of a discharge power supply.
1 and the chamber 10 is connected to a second terminal TD2 of the discharge power supply. Then, a discharge voltage for forming a potential difference + VDS with respect to the chamber 10 is applied to the anode ring 12. The discharge voltage is, for example, + 100V.

【0040】加速電源は、例えば500Vの電位差を有
する第1端子TA1及び第2端子TA2を備えている。
イオンビームを発生する場合には、スイッチSWが端子
TIに切り換えられ、加速電源の第2端子TA2が接地
され、第1端子TA1から+500Vの電圧が出力され
る。また、スイッチSWに連動して、端子T1が端子T
2に接続され、端子T3が端子T4に接続される。これ
により、チャンバ10には、接地されている第1電極2
0に対して加速電源の第1端子TA1から第1の電位差
+VAすなわち+500Vの加速電圧が印加される。
The acceleration power supply has a first terminal TA1 and a second terminal TA2 having a potential difference of, for example, 500 V.
When generating an ion beam, the switch SW is switched to the terminal TI, the second terminal TA2 of the acceleration power supply is grounded, and a voltage of +500 V is output from the first terminal TA1. The terminal T1 is connected to the terminal T in conjunction with the switch SW.
2 and the terminal T3 is connected to the terminal T4. Thereby, the first electrode 2 that is grounded is provided in the chamber 10.
For 0, an acceleration voltage of a first potential difference + VA, that is, +500 V is applied from the first terminal TA1 of the acceleration power supply.

【0041】第2電極30は、加速電源の第1端子TA
1及び第2端子TA2との間の電位差の間で任意に電位
を設定可能な端子TLに接続されている。すなわち、図
3に示した例では、0乃至+500Vの範囲内で任意の
電位に設定可能であるが、略中間電位、例えば300V
に設定されている。そして、第2電極30には、接地さ
れている第1電極20及び第3電極40との間で第2の
電位差+VLすなわち+300Vの集束電圧が印加され
る。
The second electrode 30 is connected to a first terminal TA of the acceleration power supply.
It is connected to a terminal TL capable of setting an arbitrary potential between the potential difference between the first and second terminals TA2. That is, in the example shown in FIG. 3, the potential can be set to an arbitrary value within a range of 0 to +500 V, but is set to a substantially intermediate potential, for example, 300 V
Is set to The second electrode 30 is applied with a second potential difference + VL, that is, a focusing voltage of +300 V, between the grounded first electrode 20 and the third electrode 40.

【0042】このような構成のビーム発生装置において
は、まず、チャンバ10内にガス導入口11から不活性
ガスを導入し、フィラメント13aに電流を流すことに
より加熱されたフィラメント13aから電子を放出させ
る。そして、チャンバ10内に正イオンからなる高温の
プラズマを生成する。
In the beam generating apparatus having such a configuration, first, an inert gas is introduced into the chamber 10 through the gas inlet 11 and an electric current is caused to flow through the filament 13a to emit electrons from the heated filament 13a. . Then, high-temperature plasma composed of positive ions is generated in the chamber 10.

【0043】そして、チャンバ10と同電位のウエネル
ト14と第1電極20との間に、加速電圧を印加するこ
とにより、正イオンがウエネルト14の開口部15から
第1電極20に向けて放出される。
By applying an accelerating voltage between the Wehnelt 14 having the same potential as the chamber 10 and the first electrode 20, positive ions are emitted from the opening 15 of the Wehnelt 14 toward the first electrode 20. You.

【0044】さらに、第1電極20と第2電極30との
間、及び第2電極30と第3電極40との間に形成され
る電位差によって集束レンズが形成され、所定の集束性
が付与されたイオンビームがZ軸方向に沿って出射され
る。
Further, a focusing lens is formed by a potential difference formed between the first electrode 20 and the second electrode 30 and between the second electrode 30 and the third electrode 40, and a predetermined focusing property is provided. The emitted ion beam is emitted along the Z-axis direction.

【0045】続いて、電子ビームを発生させるための第
2駆動回路について説明する。図6に示したように、電
子ビーム発生用の第2フィラメント部16bがチャンバ
10に取り付けられている場合には、第2フィラメント
部16bの第1導入線19Aは、フィラメント電源の第
1端子TF1に接続され、第2導入線19Bは、フィラ
メント電源の第2端子TF2に接続される。そして、フ
ィラメント13bの両端には、電位差VFのフィラメン
ト電圧が印加される。フィラメント電圧は、例えば10
Vであり、4Aの電流が流れるように設定されている。
Next, a second drive circuit for generating an electron beam will be described. As shown in FIG. 6, when the second filament section 16b for generating an electron beam is attached to the chamber 10, the first introduction line 19A of the second filament section 16b is connected to the first terminal TF1 of the filament power supply. And the second introduction line 19B is connected to the second terminal TF2 of the filament power supply. Then, a filament voltage having a potential difference VF is applied to both ends of the filament 13b. The filament voltage is, for example, 10
V, and is set so that a current of 4 A flows.

【0046】アノードリング12に接続されたディスチ
ャージ電源の第1端子TD1からの出力は、0Vとす
る。加速電源は、例えば500Vの電位差を有する第1
端子TA1及び第2端子TA2を備えている。電子ビー
ムを発生する場合には、スイッチSWが端子TEに切り
換えられ、加速電源の第1端子TA1が接地され、第2
端子TA2から−500Vの電圧が出力される。また、
スイッチSWに連動して、端子T1が端子T5に接続さ
れ、端子T3が端子T6に接続される。これにより、チ
ャンバ10には、接地されている第1電極20に対して
加速電源の第2端子TA2から電位差−VAすなわち−
500Vの加速電圧が印加される。
The output from the first terminal TD1 of the discharge power supply connected to the anode ring 12 is set to 0V. The accelerating power supply has a first potential difference of, for example, 500 V.
A terminal TA1 and a second terminal TA2 are provided. To generate an electron beam, the switch SW is switched to the terminal TE, the first terminal TA1 of the acceleration power supply is grounded,
A voltage of -500 V is output from the terminal TA2. Also,
In conjunction with the switch SW, the terminal T1 is connected to the terminal T5, and the terminal T3 is connected to the terminal T6. Thereby, the potential difference -VA, that is, -V, from the second terminal TA2 of the acceleration power source to the grounded first electrode 20 is provided in the chamber 10.
An acceleration voltage of 500 V is applied.

【0047】第2電極30は、加速電源の第1端子TA
1及び第2端子TA2との間の電位差の間で任意に電位
を設定可能な端子TLに接続されている。すなわち、図
3に示した例では、−500V乃至0Vの範囲内で任意
の電位に設定可能であるが、略中間電位、例えば−30
0Vに設定されている。そして、第2電極30には、接
地されている第1電極20及び第3電極40との間で電
位差−VLすなわち−300Vの集束電圧が印加され
る。
The second electrode 30 is connected to a first terminal TA of the acceleration power supply.
It is connected to a terminal TL capable of setting an arbitrary potential between the potential difference between the first and second terminals TA2. That is, in the example shown in FIG. 3, the potential can be set to an arbitrary potential within the range of -500 V to 0 V, but is set at a substantially intermediate potential, for example, -30
It is set to 0V. The second electrode 30 is applied with a potential difference of −VL, that is, a focusing voltage of −300 V, between the grounded first electrode 20 and third electrode 40.

【0048】このような構成のビーム発生装置において
は、まず、不活性ガスをチャンバ10内に導入すること
なく、フィラメント13bに電流を流すことにより加熱
されたフィラメント13bから電子を放出させる。
In the beam generating apparatus having such a configuration, first, electrons are emitted from the heated filament 13b by applying a current to the filament 13b without introducing an inert gas into the chamber 10.

【0049】フィラメント13bから放出された電子
は、ウエネルト14と第1電極20との間に加速電圧を
印加することにより、ウエネルト14によって集束され
つつ、ウエネルト14の開口部15から第1電極20に
向けて放出される。
The electrons emitted from the filament 13b are focused by the Wehnelt 14 by applying an accelerating voltage between the Wehnelt 14 and the first electrode 20, and are transferred from the opening 15 of the Wehnelt 14 to the first electrode 20. Released toward.

【0050】さらに、第1電極20と第2電極30との
間、及び第2電極30と第3電極40との間に形成され
る電位差によって集束レンズが形成され、所定の集束性
が付与された電子ビームがZ軸方向に沿って出射され
る。
Further, a focusing lens is formed by a potential difference formed between the first electrode 20 and the second electrode 30, and between the second electrode 30 and the third electrode 40, and a predetermined focusing property is given. The emitted electron beam is emitted along the Z-axis direction.

【0051】上述したように、このビーム発生装置によ
れば、フィラメントを交換し、交換したフィラメントに
適合した駆動回路を選択することにより、1個の筐体で
イオンビーム及び電子ビームを選択的に発生させること
が可能となる。すなわち、このビーム発生装置は、イオ
ンビームを発生するイオンビーム発生装置、または、電
子ビームを発生する電子ビーム発生装置としてそれぞれ
機能させることが可能となる。
As described above, according to this beam generator, the filament is exchanged, and the drive circuit suitable for the exchanged filament is selected, so that the ion beam and the electron beam can be selectively produced in one housing. Can be generated. That is, the beam generator can function as an ion beam generator that generates an ion beam or an electron beam generator that generates an electron beam.

【0052】このため、連続的に電子ビーム及びイオン
ビームを照射する必要のあるサンプルをユニット間で移
動させるといった手間を解消することができ、サンプル
に対して効率的な前処理を施すことが可能となる。ま
た、イオンビーム発生装置及び電子ビーム発生装置を個
別に購入することなく、1個の筐体を共用できるため、
電子ビーム及びイオンビームを発生できるビーム発生装
置を低価格で提供することが可能となる。
Therefore, it is possible to eliminate the trouble of moving a sample which needs to be continuously irradiated with an electron beam and an ion beam between units, and to perform an efficient pretreatment on the sample. Becomes In addition, since one housing can be shared without separately purchasing an ion beam generator and an electron beam generator,
A beam generator capable of generating an electron beam and an ion beam can be provided at low cost.

【0053】次に、このビーム発生装置をイオンビーム
発生装置として利用した場合に適用される好ましい実施
の形態について説明する。すなわち、チャンバの他端部
に備えられたウエネルトは、例えばステンレスで形成さ
れた1枚の金属板によって構成されている場合、チャン
バ内部で発生した数千度に達する高温のプラズマによっ
て劣化しやすく、プラズマの保温性が悪いといった問題
がある。このため、チャンバ内部に導入された不活性ガ
スのイオン化効率が悪く、高い出力を得ることができな
い。この問題を解消するために、フィラメントに大電流
を流し、より多くの熱電子を発生させるといったことが
考えられるが、その分、フィラメントの寿命が短くな
る。
Next, a preferred embodiment applied when this beam generator is used as an ion beam generator will be described. That is, when the Wehnelt provided at the other end of the chamber is made of, for example, a single metal plate made of stainless steel, it is easily deteriorated by high-temperature plasma of several thousand degrees generated inside the chamber, There is a problem that the heat retention of the plasma is poor. Therefore, the ionization efficiency of the inert gas introduced into the chamber is low, and a high output cannot be obtained. To solve this problem, it is conceivable to apply a large current to the filament to generate more thermoelectrons, but the life of the filament is shortened accordingly.

【0054】そこで、この実施の形態に係るビーム発生
装置では、ウエネルトを2重構造としている。すなわ
ち、図7に示すように、イオンビームが放出されるチャ
ンバ10の他端部には、チャンバ10の内部に対向する
円形の第1金属板14Aと、チャンバ10の外部すなわ
ち第1電極20に対向する円形の第2金属板14Bとか
らなる2重構造のウエネルト14が備えられている。
Therefore, in the beam generator according to this embodiment, the Wehnelt has a double structure. That is, as shown in FIG. 7, the other end of the chamber 10 from which the ion beam is emitted is provided with a circular first metal plate 14 </ b> A facing the inside of the chamber 10 and the outside of the chamber 10, that is, the first electrode 20. There is provided a Wehnelt 14 having a double structure composed of the opposed circular second metal plate 14B.

【0055】第1金属板14Aは、例えばモリブデン
(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)など
の金属によって形成され、耐熱性の熱遮蔽板として機能
する。この第1金属板14Aは、Z軸を中心とする円形
の第1の開口部15aを有している。
The first metal plate 14A is formed of, for example, a metal such as molybdenum (Mo), tantalum (Ta), or tungsten (W), and functions as a heat-resistant heat shielding plate. The first metal plate 14A has a circular first opening 15a centered on the Z axis.

【0056】第2金属板14Bは、例えばステンレスに
よって形成されている。この第2金属板14Bは、Z軸
を中心とする円形の第2の開口部15bを有している。
この第2の開口部15bは、第1金属板14Aに対向す
る内径より第1電極20に対向する外径の方が径大とな
るような断面形状を有している。そして、この第2金属
板14bは、実質的に集束電極として機能する。
The second metal plate 14B is made of, for example, stainless steel. The second metal plate 14B has a circular second opening 15b centered on the Z axis.
The second opening 15b has a cross-sectional shape such that the outer diameter facing the first electrode 20 is larger than the inner diameter facing the first metal plate 14A. The second metal plate 14b functions substantially as a focusing electrode.

【0057】第2金属板14bは、図7に示すように、
コの字型の断面形状を有している。すなわち、第2金属
板14Bにおける第1金属板14Aとの対向面には、凹
部が形成されている。このため、第1金属板14Aを第
2金属板14Bの凹部を有する面に重合させると、第1
金属板14Aと第2金属板14Bの凹部との間に間隙1
4Cが形成される。この間隙14Cの幅は、例えば0.
2乃至0.3mmである。
The second metal plate 14b is, as shown in FIG.
It has a U-shaped cross section. That is, a concave portion is formed on the surface of the second metal plate 14B facing the first metal plate 14A. Therefore, when the first metal plate 14A is superimposed on the surface of the second metal plate 14B having the concave portion,
A gap 1 between the metal plate 14A and the concave portion of the second metal plate 14B
4C is formed. The width of the gap 14C is, for example, 0.
2 to 0.3 mm.

【0058】これらの第1金属板14A及び第2金属板
14Bから構成されるウエネルト14は、第1金属板1
4Aがチャンバ10内に面し、第2金属板14Bの凹部
が第1金属板14Aに接触された状態で、チャンバ10
の所定位置に嵌合され、Cリング53によりチャンバ1
0に対して固定される。
The Wehnelt 14, composed of the first metal plate 14A and the second metal plate 14B,
4A faces the inside of the chamber 10 and the recess of the second metal plate 14B is in contact with the first metal plate 14A.
Of the chamber 1 by the C-ring 53.
Fixed to 0.

【0059】このような2重構造のウエネルト14に、
接地電位の加速電極20に対して正の電位差を形成する
ような電圧例えば+500Vを供給することにより、チ
ャンバ10の内部で生成された正イオンのプラズマを第
1金属板14Aの第1開口部15aを介して第2金属板
14Bの第2開口部15bから放出させることによっ
て、イオンビームを形成している。
In such a Wehnelt 14 having a double structure,
By supplying a voltage, for example, +500 V, that forms a positive potential difference to the acceleration electrode 20 at the ground potential, the plasma of the positive ions generated inside the chamber 10 is converted to the first opening 15a of the first metal plate 14A. The ion beam is formed by discharging the light from the second opening 15b of the second metal plate 14B through the hole.

【0060】このような構造とすることにより、耐熱性
に優れた熱遮蔽板としての第1金属板14Aにより、ウ
エネルト14自体の劣化が防止できるとともに、第1金
属板14Aと第2金属板14Bとの間の間隙14Cによ
り、数千度に達するプラズマの保温性を向上することが
可能となる。このため、フィラメントに大電流を流すこ
となく、効率的に不活性ガスをイオン化することが可能
となり、比較的高出力のイオンビームを得ることが可能
となる。また、フィラメントに大電流を流す必要がない
ため、フィラメントの寿命もウエネルトを1枚の金属板
で構成した場合と比較して約2倍長くなる。
With such a structure, deterioration of the Wehnelt 14 itself can be prevented by the first metal plate 14A as a heat shield plate having excellent heat resistance, and the first metal plate 14A and the second metal plate 14B It is possible to improve the heat retention of the plasma reaching several thousand degrees due to the gap 14C. Therefore, the inert gas can be efficiently ionized without passing a large current through the filament, and an ion beam with a relatively high output can be obtained. Further, since it is not necessary to supply a large current to the filament, the life of the filament is about twice as long as the case where the Wehnelt is formed of one metal plate.

【0061】アノードリングに供給するディスチャージ
電流が30mAのとき、ウエネルト14を1枚の金属板
によって構成した場合、イオンビームの出力は、5.8
μAであるのに対して、ウエネルト14を2重構造とし
た場合、12.9μAであり、約2倍以上、出力を向上
することができた。
When the discharge current supplied to the anode ring is 30 mA and the Wehnelt 14 is formed of one metal plate, the output of the ion beam is 5.8.
In contrast to μA, when Wehnelt 14 has a double structure, it is 12.9 μA, and the output can be improved about twice or more.

【0062】上述したように、このビーム発生装置によ
れば、チャンバの他端面に、チャンバ内に面する耐熱性
の熱遮蔽板と、チャンバ内から放出された電子ビームを
集束する集束電極とを備えた2重構造のウエネルトを適
用することにより、チャンバ内で発生するプラズマによ
るウエネルト自体の劣化を防止でき、寿命を長くするこ
とが可能であるとともに、熱遮蔽板と集束電極との間に
形成された間隙により、チャンバ内の保温性を向上する
ことが可能となり、低消費電力でも効率的にプラズマを
生成することが可能となる。したがって、低消費電力
で、高いイオンビーム出力を得ることが可能となる。
お、この発明の熱遮蔽板の考え方を、プラズマを生成す
るための電子を放出するコイル状のフィラメントを備え
たビーム発生装置に適用して、不活性ガスを導入するガ
ス導入口を備えた円筒形のチャンバと、前記チャンバの
一端部に取り付けられた際に、前記チャンバの一端部側
に近接する位置に配置されるとともに、前記ガス導入口
から導入された不活性ガスをイオン化してプラズマを生
成するための電子を放出するコイル状のフィラメント
と、前記チャンバ内部に設けられているとともに、前記
フィラメントから放出された電子を集束するアノード
と、前記チャンバの他端部に取り付けられているととも
に、第1の開口部を備え、前記チャンバ内で発生した熱
を遮蔽する熱遮蔽板と、前記熱遮蔽板に重合された際
に、前記熱遮蔽板の第1の開口部に対応する第2の開口
部を備え、前記熱遮蔽板との間に間隙を形成するための
凹部が形成された集束電極と、前記集束電極に隣接して
配置された接地電位の加速電極と、前記チャンバ内で生
成されたプラズマを前記熱遮蔽板の第1の開口部を介し
て前記集束電極の第2の開口部から放出させるために、
前記集束電極と加速電極との間に、接地電位の前記加速
電極に対して所定の電位差を形成する電圧を前記集束電
極に供給する電圧供給手段と、を備えたことを特徴とす
るビーム発生装置を構成することができる。
As described above, according to this beam generator, a heat-resistant heat shielding plate facing the inside of the chamber and a focusing electrode for focusing the electron beam emitted from the inside of the chamber are provided on the other end surface of the chamber. By applying a double-layered Wehnelt equipped, the deterioration of the Wehnelt itself due to plasma generated in the chamber can be prevented, the service life can be prolonged, and a welt formed between the heat shield plate and the focusing electrode can be formed. The gap provided makes it possible to improve the heat retention in the chamber, and to efficiently generate plasma even with low power consumption. Therefore, it is possible to obtain high ion beam output with low power consumption. What
The concept of the heat shield plate of the present invention is
With a coiled filament that emits electrons for
Gas for introducing inert gas
A cylindrical chamber with a gas inlet,
When attached to one end, one end of the chamber
And the gas inlet
Generates plasma by ionizing inert gas introduced from
Coiled filament that emits electrons to form
And provided inside the chamber,
Anode for focusing electrons emitted from the filament
And attached to the other end of the chamber.
A first opening, wherein heat generated in the chamber is provided.
A heat shielding plate that shields, when superposed on the heat shielding plate
A second opening corresponding to the first opening of the heat shield plate;
Part, for forming a gap between the heat shield plate
A focusing electrode having a recess formed therein, adjacent to the focusing electrode;
A ground potential accelerating electrode and a
The formed plasma is passed through a first opening of the heat shield plate.
In order to release the light from the second opening of the focusing electrode,
The acceleration of the ground potential is provided between the focusing electrode and the acceleration electrode.
A voltage that forms a predetermined potential difference with respect to the electrodes is
And voltage supply means for supplying the voltage to the poles.
Beam generating device.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、サンプルに対して効率的な前処理を施すことが可能
な各種ビームを発生できるビーム発生装置を低価格で提
供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a low-cost beam generating apparatus capable of generating various beams capable of performing efficient pre-processing on a sample.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、イオンビーム発生装置の構成を概略的
に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an ion beam generator.

【図2】図2は、電子ビーム発生装置の構成を概略的に
示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of an electron beam generator.

【図3】図3は、この発明のビーム発生装置の構成を概
略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a beam generating device of the present invention.

【図4】図4は、図3に示したビーム発生装置をイオン
ビーム発生装置として利用する場合の第1フィラメント
部が取り付けられたチャンバの構造を概略的に示す断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing a structure of a chamber to which a first filament portion is attached when the beam generator shown in FIG. 3 is used as an ion beam generator.

【図5】図5は、図4に示したチャンバ及び第1フィラ
メント部の分解斜視図である。
FIG. 5 is an exploded perspective view of the chamber and the first filament section shown in FIG. 4;

【図6】図6は、図3に示したビーム発生装置を電子ビ
ーム発生装置として利用する場合の第2フィラメント部
が取り付けられたチャンバの構造を概略的に示す断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a chamber to which a second filament portion is attached when the beam generating device shown in FIG. 3 is used as an electron beam generating device.

【図7】図7は、この発明のビーム発生装置に適用され
るウエネルトの構造を概略的に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a Wehnelt structure applied to the beam generating device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…チャンバ 11…ガス導入口 12…アノードリング 13(a,b)…フィラメント 14…ウエネルト 14A…熱遮蔽板 14B…集束電極 14C…間隙 15…開口部 16a…第1フィラメント部 16b…第2フィラメント部 17…支持板 18…金属板 19(A,B)…導入線 20…第1電極 30…第2電極 40…第3電極 51、53…Cリング 52…ネジ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Chamber 11 ... Gas inlet 12 ... Anode ring 13 (a, b) ... Filament 14 ... Wehnelt 14A ... Heat shield plate 14B ... Focusing electrode 14C ... Gap 15 ... Opening 16a ... 1st filament part 16b ... 2nd filament Part 17: Support plate 18: Metal plate 19 (A, B) ... Introductory line 20: First electrode 30 ... Second electrode 40 ... Third electrode 51, 53 ... C ring 52 ... Screw

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イオンビームを発生させるための第1フィ
ラメント部、または、電子ビームを発生させるための第
2フィラメント部を一端部に取り付け可能なチャンバ
と、 前記チャンバの他端部に取り付けられているとともに、
開口部を備えた集束電極と、 前記集束電極に隣接して配置された加速電極と、 前記チャンバに前記第1フィラメント部が取り付けられ
た場合に、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズ
マ生成手段と、 前記チャンバに前記第1フィラメント部が取り付けられ
た場合に、前記プラズマ生成手段によって前記チャンバ
内に生成されたプラズマを前記集束電極の開口部から放
出させるために、前記集束電極と前記加速電極との間に
第1の電位差を形成する電圧を前記集束手段に供給する
第1電圧供給手段と、 前記チャンバに前記第2フィラメント部が取り付けられ
た場合に、前記第2フィラメント部から発生した電子を
前記集束電極の開口部から放出させるために、前記集束
電極と前記加速電極との間に第2の電位差を形成する電
圧を前記集束手段に供給する第2電圧供給手段と、 を備えたことを特徴とするビーム発生装置。
1. A chamber to which a first filament portion for generating an ion beam or a second filament portion for generating an electron beam can be attached at one end, and which is attached to the other end of the chamber. Along with
A focusing electrode having an opening, an accelerating electrode arranged adjacent to the focusing electrode, and plasma generating means for generating plasma in the chamber when the first filament part is attached to the chamber. When the first filament part is attached to the chamber, the focusing electrode and the accelerating electrode are used to discharge plasma generated in the chamber by the plasma generating means from an opening of the focusing electrode. A first voltage supply unit for supplying a voltage that forms a first potential difference to the focusing unit, and an electron generated from the second filament unit when the second filament unit is attached to the chamber. In order to emit the light from the opening of the focusing electrode, a voltage that forms a second potential difference between the focusing electrode and the acceleration electrode is applied to the focusing electrode. A second voltage supply means for supplying the bundle means to the bundle means.
【請求項2】前記加速電極は、接地され、前記第1電圧
供給手段は、接地電位の前記加速電極に対して、正の第
1の電位差を形成する電圧を前記集束手段に供給し、前
記第2電圧供給手段は、接地電位の前記加速電極に対し
て、負の第2の電位差を形成する電圧を前記集束手段に
供給することを特徴とする請求項1に記載のビーム発生
装置。
2. The accelerating electrode is grounded, and the first voltage supply means supplies a voltage for forming a first positive potential difference to the focusing means with respect to the acceleration electrode at a ground potential, 2. The beam generating apparatus according to claim 1, wherein the second voltage supply unit supplies a voltage forming a negative second potential difference to the focusing unit with respect to the ground electrode of the acceleration electrode. 3.
【請求項3】前記第1フィラメント部は、前記チャンバ
の一端部に取り付けられた際に、前記チャンバの一端部
側に近接する位置に配置されるコイル状のフィラメント
を備え、前記第2フィラメント部は、前記チャンバの一
端部に取り付けられた際に、前記チャンバの他端部に取
り付けられた前記集束電極の開口部近傍に配置される頂
角を有するV字型のフィラメントを備えていることを特
徴とする請求項1に記載のビーム発生装置。
3. The first filament section includes a coil-shaped filament disposed at a position close to one end side of the chamber when attached to one end of the chamber, and the second filament section. Comprises a V-shaped filament having an apex angle disposed near an opening of the focusing electrode attached to the other end of the chamber when attached to one end of the chamber. The beam generator according to claim 1, wherein
【請求項4】イオンビームを発生させるための第1フィ
ラメント部、または、電子ビームを発生させるための第
2フィラメント部を一端部に取り付け可能なチャンバ
と、 前記チャンバの他端部に取り付けられているとともに、
第1の開口部を備え、前記チャンバ内で発生した熱を遮
蔽する熱遮蔽板と、 前記熱遮蔽板に重合された際に、前記熱遮蔽板の第1の
開口部に対応する第2の開口部を備え、前記熱遮蔽板と
の間に間隙を形成するための凹部が形成された集束電極
と、 前記集束電極に隣接して配置された接地電位の加速電極
と、 前記チャンバに前記第1フィラメント部が取り付けられ
た場合に、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズ
マ生成手段と、 前記チャンバに前記第1フィラメント部が取り付けられ
た場合に、前記プラズマ生成手段によって前記チャンバ
内に生成されたプラズマを前記熱遮蔽板の第1の開口部
を介して前記集束電極の第2の開口部から放出させるた
めに、前記集束電極と前記加速電極との間に、接地電位
の前記加速電極に対して正の電位差を形成する電圧を前
記集束手段に供給する第1電圧供給手段と、 前記チャンバに前記第2フィラメント部が取り付けられ
た場合に、前記第2フィラメント部から発生した電子を
前記熱遮蔽板の第1の開口部を介して前記集束電極の第
2の開口部から放出させるために、前記集束電極と前記
加速電極との間に、接地電位の加速電極に対して負の電
位差を形成する電圧を前記集束手段に供給する第2電圧
供給手段と、 を備えたことを特徴とするビーム発生装置。
4. A chamber capable of attaching a first filament section for generating an ion beam or a second filament section for generating an electron beam to one end, and being attached to the other end of the chamber. Along with
A heat shield plate that has a first opening and shields heat generated in the chamber; and a second shield corresponding to the first opening of the heat shield plate when superimposed on the heat shield plate. A focusing electrode having an opening, and a concave portion for forming a gap between the heat shielding plate, a ground potential accelerating electrode disposed adjacent to the focusing electrode, A plasma generating unit that generates plasma in the chamber when one filament unit is attached; and a plasma generating unit that is generated in the chamber by the plasma generating unit when the first filament unit is attached to the chamber. In order to discharge the plasma from the second opening of the focusing electrode through the first opening of the heat shielding plate, between the focusing electrode and the accelerating electrode, the plasma is discharged with respect to the accelerating electrode at the ground potential. Positive A first voltage supply unit for supplying a voltage for forming a potential difference to the focusing unit; and, when the second filament unit is attached to the chamber, an electron generated from the second filament unit is supplied to the heat shielding plate. A voltage that forms a negative potential difference between the focusing electrode and the accelerating electrode with respect to a ground potential accelerating electrode for emission from the second opening of the focusing electrode through the first opening; And a second voltage supplying means for supplying the voltage to the focusing means.
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