JPH02215028A - 電界放射型ガスイオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ガスを導入し、引出電極とエミッタ間に所
定の高電圧をかけて該ガスをイオン化し、イオンビーム
を外部に放出する電界放射型ガスイオン源に関するもの
であり、特に、高密度のイオンビームが得られるように
改良された電界放射型ガスイオン源に関するものである
。

［従来の技術］ 電界放射型ガスイオン源は、ガスをイオン化しイオンビ
ームを与えるものであり、イオン注入装置、イオンビー
ムエツチング装置、イオンマイクロアナライザ等に使用
されている。

第３図は、第１の従来例である電界放射型ガスイオン源
の断面模式図である。

第３図を参照して、絶縁基台１は熱伝導の良いサファイ
ヤ単結晶等により形成される。絶縁基台１の中央に透孔
が穿たれ、針状エミッタ２が挿通され固定され、該絶縁
基台１の上面より該針状エミッタ２を突出させている。

針状エミッタ２は、タングステン、またはイリジウムの
先端を１０００ないし２０　ＣＩＯＡ程度に電界研摩し
て針状となしたものである。引出電極３はモリブデン等
のスパッタされにくい導電性の金属をカップ状に形成し
たものであり、該引出電極３は絶縁基台１の外周に気密
な状態で固定されている。

引出電極３の中央であって、針状エミッタ２と対向する
位置に０．５ｍｍ程度のアパーチャ４が穿たれている。

さらに絶縁基台１にはガス導入孔５が穿たれており、ガ
ス導入管８が挿通されている。該ガス導入管８は、冷却
層６内を通り抜けている。該ガス導入管８は、その中を
通るガスを十分に冷却させるために、パラジウム等の多
孔質金属で形成されている。ガスを冷却する理由につい
ては後述する。

絶縁基台１の下面に冷却層６が配されており、該冷却層
６内には液体窒素または液体ヘリウム６ａが入れられて
いる。冷却層６内の液体窒素または液体ヘリウム６ａに
より、針状エミッタ２の下端、熱伝導の良い絶縁基台１
およびガス導入管８が冷却される。これらを冷却するこ
とにより、導入ガス９が冷却され、該ガスの分子運動が
抑制され、エミッタ２の近くに該ガスが集まるようにな
る。引出電極３と針状エミッタ２間には、ｌ０ＫｅＶ程
度の高圧が引出電源７によって与えられている。引出電
極３にはマイナスの電位がかけられている。

次に動作について説明する。

ガス導入管８を用いてガス９を引出電極３のカップ内に
導入する。次いで、引出電源７により、引出電極３とエ
ミッタ２間に所定の高電圧をかける。すると、ガスは針
状エミッタ２の近傍の強電界によって分極し、針状エミ
ッタ２に引きつけられる。そして、該分極したガスはイ
オン化されて、アパーチャ４を通って外部にイオンビー
ム１０として放出される。

第４図は第２の従来例である電界放射型ガスイオン源の
断面模式図である。

この第２の従来例が第１の従来例と異なる点はガス導入
管８を引出電極３のカップ内にまで延ばし、その先端を
ノズル状８ａにして、針状エミッタ２の先端部近傍にガ
ス吹出口が現われるように折曲げた点である。第１の従
来例では針状エミツタ２先端部へのガス集中が少ないが
、第２の従来例のような構成にすると、ガスが針状エミ
ツタ２先端部に集中してくるという利点がある。

なお、１１１４図において、第３図と同一のものについ
ては、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

［発明が解決しようとする課題〕 従来の電界放射型ガスイオン源は以上のように構成され
ている。しかしながら、第３図に示す第１の従来例であ
る電界放射型ガスイオン源によれば、カップ状の引出電
極３内でガス圧を一定に保持してはいるものの、針状エ
ミツタ２先端部へのガス集中が少ないため、高密度のイ
オンビームが得られないという問題点があった。また、
第４図に示す第２の従来例である電界放射型ガスイオン
源によれば、上記第１の従来例の問題点を解決するため
に、ガス導入管８を引出電極３内まで延ばし、その先端
をノズル状８ａにして針状エミッタ２の先端部近傍にガ
ス吹出口が現われるように折曲げている。この構造によ
れば、第１の従来例の構造に起因する上記問題点は解決
されるが、エミッタ２とノズル８ａの先端位置を正確に
決定することが難しく、装置製作上の問題点が生じてい
た。

また、エミッタシ近傍の電界がノズル８ａにより乱され
、イオン化効率が低下するという問題点も生じていた。

このような問題点を解決するために、本出願人会社は新
しい型の電界放射型ガスイオン源を開示した（特願昭６
２−３６６７号）。この電界放射型ガスイオン源は、ガ
スを導入し、引出電極とエミッタ間に所定の高電圧をか
けて該ガスをイオン化し、イオンビームを外部に放出す
るものである。

そして、導入されたガスをエミッタまで導くバイブを備
え、上記エミッタは上記パイプの一端開口部に密接して
嵌め入れられた多孔質チップであり、該多孔質チップの
先端部は錐状に尖ってなるものである。本発明は、この
新規な電界放射型ガスイオン源を、さらに高密度のイオ
ンビームが得られるように改良したものである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、ガスを導入し、引出電極とエミッタ間に所
定の高電圧をかけて該ガスをイオン化し、イオンビーム
を外部に放出する電界放射型ガスイオン源にかかるもの
である。そして、上記導入されたガスをエミッタまで導
くパイプを備えている。

エミッタは上記パイプの一端開口部に密接して嵌め入れ
られた多孔質チップで形成されている。そして多孔質チ
ップ内には、その中に冷媒を流すことのできる冷媒輸送
用管路が設けられている。

［作用］ 本発明にかかる電界放射型ガスイオン源によると、多孔
質チップ内に、その中に冷媒を流すことのできる冷媒輸
送用管路が設けられているので、その冷媒によって該多
孔質チップが冷却され、ひいては該多孔質チップ内を通
過するガスが冷却される。エミッタを通るガスが冷却さ
れると、該ガスの分子運動は抑制され、エミッタ先端に
高密度ガス領域が生成される。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は、この発明にかかる第１の実施例である電界放
射型ガスイオン源の断面模式図である。

第１図を参照して、エミッタである多孔質チップ２ａが
バイブ１１の一端開口部に密接して嵌め入れられている
。多孔質チップ２ａの先端部は錐状に尖るように加工さ
れている。バイブ１１の他端開口部はパイプ蓋１２で閉
じられている。バイブ蓋１２には透孔が穿たれており、
その中にガス導入管８および冷媒輸送用管路１５が挿通
され、固定されている。冷媒輸送用管路１５は絶縁基台
１６に固定されており、その端部は冷却槽（図示せず）
へつながっている。冷却槽には、液体窒素または液体ヘ
リウムが入れられており、冷却槽から冷媒輸送用管路１
５へ液体窒素または液体ヘリウム等の冷媒１７が循環さ
れるようになりでいる。

多孔質チップ２ａの先端の対向する位置に、引出電極３
が配置されている。引出電源７によって該引出電極３と
バイブ１１間に所定の高電圧が与えられる。電圧は多孔
質チップ２ａの形状によって異なるが、概して１０ｋＶ
である。引出電源７の一端にはイオンビームを加速する
ための加速電源１３が接続されている。加速電源１３の
他端は接地されている。

なお、多孔質チップ２ａの材質としては、一般的にＮｉ
系、Ｆｅ系、Ｃｕ系、貴金属系を用いるが、本装置に導
入されるガスが反応性ガスである場合には、タングステ
ン、モリブデン、タンタルなどの金属あるいはその炭化
物、またはアルミナなどのセラミックスが好ましい。

またパイプも、本装置に導入されるガスが反応性ガスで
ある場合には、タングステン、モリブデン、タンタルな
どの金属あるいはその炭化物が好ましい。さらに、バイ
ブ蓋１２にはＰＢＮ　（Ｐｙｒｏｌｙｔｌｃ　　Ｂｏｒ
ｏｎ　　Ｎ１ｔｒｉｄｅ）、アルミナ等の高い電気絶縁
性を有し、かつ高熱伝導性の材料が好ましい。

次に動作について説明する。

冷媒輸送用管路１５に液体窒素または液体ヘリウム等の
冷媒１７を流し、多孔質チップ２ａを冷却しておく。次
に、ガス９を、ガス導入管８によりパイプ１１内に導入
する。ガス９は、多孔質チップ２ａ中を通過中に、冷却
される。これによって、該ガスの分子運動は抑制される
。ガスはエミッタである多孔質チップ２ａ内を通り、多
孔質チップ２ａの先端部から流出する。バイブ１１を介
して、エミッタである多孔質チップ２ａと引出電極３間
に高電圧がかけられているので、上記流出ガスはイオン
化される。イオン化されたガスは、引出電極３によって
、イオンビーム１０として外部に取出される。この引出
されたイオンビーム１０は加速電源１３により加速され
る。

本実施例によると、ガスが通過する多孔質チップ２８自
身がエミッタであり、この多孔質チップ２ａが冷媒によ
り冷され、これによりエミッタに導入されるガスが冷却
される。そして、分子運動が抑制されたガスがエミッタ
の先端部から流出するので、エミッタの先端部にガスが
集中する。その結果、高密度のイオンビームが得られる
。

第２Ａ図は、この発明の第２の実施例の部分断面模式図
である。なお、本図においては、多孔質チップ２ａの周
辺部分のみを図示し、他の部分は省略している。

第１図に示す実施例と異なる点は、バイブ１１が多孔質
チップ２ａの錐面と密接し得る形状のものであるという
点である。第１図に示す実施例にかかる形状であると、
多孔質チップ２ａの錐面２ｂからもガスが流出するので
、その分、先端部より流出するガス量が少なくなってい
た。しかし、第２Ａ図のごとき、バイブ１１の形状を多
孔質チップ２ａの錐面と密接し得る形状のものにするこ
とにより、先端部より流出するガス量が多くなり、より
高密度のイオンビームが得られる。

第２Ｂ図は、この発明の第３の実施例の部分断面模式図
である。なお、本図においても、多孔質チップ２ａの周
辺部分のみを図示し、他の部分は省略している。

第１図に示す実施例と異なる点は、多孔質チップ２ａの
先端部に針状金属１４を含ませている点である。エミッ
タである多孔質チップ２ａの先端部がより尖った形状と
できるので、エミッタ部分に電界がより集中する結果、
より高密度のイオンビームが得られる。

第２Ｃ図は、この発明の第４の実施例の部分断面模式図
である。なお、本図においても、多孔質チップ２ａの周
辺部分のみを図示し、他の部分は省略している。

第１図に示す実施例と異なる点は、バイブ１１が多孔質
チップ２ａの錐面と密接し得る形状のものである点と、
多孔質チップ２ａの先端部に針状金属１４を含ませてい
る点である。このようにすることにより、先端部より流
出するガス量が多くなり、かつエミッタ部分に電界がよ
り集中する結果、より高密度のイオンビームが得られる
。

なお、上記実施例では多孔質チップ２ａの先端が尖って
いる場合を好ましい一例として例示したが、本発明はこ
れに限られず、適宜変形が可能である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明にかかる電界放射型ガスイオン源
によれば、導入されたガスをエミッタまで導くバイブを
備え、該エミッタは上記バイブの一端開口部に密接して
嵌め入れられた多孔質チップで形成され、該多孔質チッ
プ内には、その中に冷媒を流すことのできる冷媒輸送用
管路が設けられ、それによって該多孔質チップを冷却で
きるように構成されている。したがって、冷却された多
孔質チップ内を通過するガスは冷却され、該ガスの分子
運動が抑制される。それゆえに、該ガスはエミッタに集
中するようになり、集中したガスがエミッタの先端部か
ら流出する結果、高密度のイオンビームが得られるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例にかかる電界放射型
ガスイオン源の断面模式図である。 第２Ａ図〜第２Ｃ図は、この発明にかかる電界放射型ガ
スイオン源の他の実施例の部分断面模式・・図である。 第３図は、電界放射型ガスイオン源の第１の従来例の断
面模式図である。 第４図は、電界放射型ガスイオン源の従来例の断面模式
図である。 図において、２ｍは多孔質チップ、３は引出電極、７は
引出電源、８はガス導入管、９はガス、１０はイオンビ
ーム、１１はバイブ、１５は冷媒輸送用管路、１７は冷
媒である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスを導入し、引出電極とエミッタ間に所定の電
   圧をかけて該ガスをイオン化し、イオンビームを外部に
   放出する電界放射型ガスイオン源において、 前記導入されたガスをエミッタまで導くパイプを備え、 前記エミッタは前記パイプの一端開口部に密接して嵌め
   入れられた多孔質チップで形成され、前記多孔質チップ
   内には、その中に冷媒を流すことのできる冷媒輸送用管
   路が設けられている、電界放射型ガスイオン源。
2. （２）前記多孔質チップの先端部は錐状に尖っている特
   許請求の範囲第１項記載の電界放射型ガスイオン源。
3. （３）前記パイプは前記多孔質チップの錐面と密接し得
   る形状のものである特許請求の範囲第２項記載の電界放
   射型ガスイオン源。
4. （４）前記多孔質チップはその先端部に針状金属を含む
   特許請求の範囲第２項記載の電界放射型ガスイオン源。
5. （５）前記パイプは前記ガスと化学反応を起こさない材
   料よりなる特許請求の範囲第１項に記載の電界放射型ガ
   スイオン源。
6. （６）前記多孔質チップは前記ガスと化学反応を起こさ
   ない材料よりなる特許請求の範囲第１項記載の電界放射
   型ガスイオン源。