JPH0585858B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はイオン銃等で使用される電子衝撃型イ
オン源内の真空度を測定する方法に関する。

イオン銃は固体表面の分析方法としてのAES
（オージエ電子分光法）、ESCA（Ｘ線電子分光
法）、SIMS（二次イオン質量分析）、ISS（イオン
散乱分光）等において固体表面をスパツタリング
するために使用される。

（従来の技術） イオン銃はイオン源でイオンを発生させ、それ
を特定方向へ導き出すように構成されているが、
出射されるイオン量を制御するためにはイオン源
に導入されるガスの圧力を制御しなければならな
い。そのため、従来はイオン源に真空計を設け、
イオン源内の真空度が一定になるように導入ガス
圧を制御している。

真空計としては電離真空計が一般に使用され、
中でもBA（Bayard−Alpert）型真空計がよく使
用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者らはイオンビームの集中度を高めて十
分なイオンビーム強度を得ることのできるイオン
源として、熱電子発生源の前方にイオンを取り出
すアパーチヤを有するアパーチヤ面が配置され、
熱電子発生源とアパーチヤ面の間には熱電子発生
源から放出された電子を加速するグリツドが配置
され、グリツドの外側には永久磁石が配置され、
かつ熱電子発生源は前記永久磁石の磁界の零点付
近に配置されている電子衝撃型イオン源を提案し
ている。

イオン源に真空計を設けるためには、真空計測
定球を設けるためのスペースが必要となつてイオ
ン源の構成が複雑化し、また、別途設けられる真
空計の分だけコストが上昇することになる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は永久磁石を配置した上記のイオン源の
真空度を測定するために専用の真空計を設けるの
ではなく、イオン源の構成部材を利用して真空度
を測定するものである。

本発明では永久磁石を配置した上記の電子衝撃
型イオン源のリペラー電流又はリペラー電流に対
応する値を測定することによりイオン源の真空度
を測定する。

すなわち、第１図に示されるようにフイラメン
トなどの熱電子発生手段２から放出される電子を
押し返すためのリペラー４をその熱電子発生手段
２より低電位に維持し、リペラー４と熱電子発生
手段２の間に電流検出器６を挿入してリペラー電
流Irを検出する。熱電子発生手段２とリペラー４
はイオン源の構成部材であり、電流検出器６は本
発明のために追加されたものである。

（作用） 熱電子発生手段２から電子が放出されると、そ
の電子はイオン源のイオン化室のガス粒子に衝突
してそのガス粒子をイオン化する。発生したイオ
ンは、一部はイオン源から引き出されイオン銃か
らの出射イオンとして利用されるが、多くはリペ
ラー４へ衝突して電荷を失いリペラー電流Irを生
じさせる。イオン化室で発生するイオン量は、熱
電子発生手段２から放出される電子量を一定にす
ると、イオン化室のガス圧力（真空度）に依存す
るので、このリペラー電流Irもイオン化室の真空
度に依存する。

そこで、予めイオン化室の真空度（このときは
真空計を用いる）とリペラー電流Irとの関係を測
定しておけば、後はリペラー電流の検出により真
空度を測定することができるようになる。

（実施例） 第２図は本発明が適用される一例のイオン源を
示す図である。熱電子発生手段としてのフイラメ
ント８の後方及び側方にリペラー４が設けられ、
リペラー４にはフイラメント８よりリペラー電圧
Vrだけ低い電圧が印加されている。フイラメン
ト８の前方にはイオンを取り出すアパーチヤ１０
を有する軟鉄製のアパーチヤ面１２があり、フイ
ラメント８とアパーチヤ面１２との間にはフイラ
メント８から放出された電子を加速するグリツド
１４が設けられ、グリツド１４にはフイラメント
８よりボンバード電圧Vbだけ高い電圧が印加さ
れている。

１６は円筒型永久磁石で、グリツド１４を取り
囲むように設けられ、かつフイラメント８はこの
永久磁石１６の磁界がゼロになる位置の近傍に配
置されている。この永久磁石１６はフイラメント
８からの放出電子をアパーチヤ１０を通る中心軸
の周りに集め、イオンをその中心軸近傍で発生し
やすくすることによりアパーチヤ１０から取り出
されるイオン量を増加させるためのものである。

永久磁石１６はアルニコ５、アルニコ８又はフ
イラメントにて形成され、永久磁石１６とアパー
チヤ面１２にはリペラー４と同電位の電圧が印加
されている。永久磁石１６で囲まれた空間がイオ
ン化室になるが、永久磁石１６とアパーチヤ面１
０も電子をそのイオン化室に閉じ込めるリペラー
の役目も果たしている。

リペラー４とフイラメント８との間にはリペラ
ー電流Irを検出するための電流検出器６が設けら
れ、また、グリツド１４とフイラメント８との間
にはフイラメント８から放出されてグリツド１４
で捕捉される電子によるエミツシヨン電流Ieを検
出するための電流検出器１８が設けられている。

本実施例において、ボンバード電圧Vbを
200V、リペラー電圧Vrを10Vとし、エミツシヨ
ン電流Ieが10mAになるようにフイラメント８の
通電量を制御してArガスを導入したときのリペ
ラー電流Irとイオン化室の真空度との関係を第３
図に示す。イオン化室の真空度はBA型真空計に
より測定したものである。

この結果によればリペラー電流Irとイオン化室
の真空度との間に明瞭な依存性があることがわか
る。したがつて、この結果をもとにすれば、リペ
ラー電流Irの検出によりイオン化室の真空度を測
定することができる。

また、ボンバード電圧Vb、リペラー電圧Vr、
エミツシヨン電流Ieは他の値に設定することもで
き、その場合にはこのリペラー電流Irと真空度と
の対応関係も変化してくる。

リペラー電流Irからイオン化室の真空度を測定
するには、電流検出器６を電流計としてそのリペ
ラー電流Irから第３図のようなデータにより真空
度を読み取ることができる。

また、第２図に示されるような真空度演算表示
装置１９を電流検出器６に接続し、Vb，Vr，Ie
をパラメータとして第３図のようなリペラー電流
Irと真空度の対応関係のデータをメモリに記憶さ
せておき、電流検出器６により検出されたリペラ
ー電流Irをもとにしてメモリから真空度を呼び出
させ、真空度の値を適当な表示手段により表示さ
せるようにすることもできる。

第４図は本発明が適用されるイオン源の一例を
備えたイオン銃を示す図である。

このイオン銃はイオンを発生させるイオン源部
３０、イオン源部３０からイオンを引き出し、所
定の方向へ導く中間部４０、及び分析室などの超
高真空装置へ挿入される対物レンズ部５０から構
成されている。

イオン源部３０は第２図のイオン源と類似の構
造を有するが、熱電子発生手段として切断の虞れ
のないランタンボライド（LaB₆）カソードを使
用している点で相違している。

イオン源部３０のイオン化室には減圧バルブ３
４とリークバルブ３６を介してガスボンベからア
ルゴンガスの如きイオン化されるガスが導入され
る。３７はガス導入口である。排気口３８は例え
ばターボ分子ポンプのような真空ポンプにより排
気されるようになつている。

中間部４０ではアパーチヤ１０の近くにイオン
引出し電極４２が設けられ、その前方には引き出
されたイオンを集束させ、偏向させるレンズ系４
４が設けられている。イオン源部３０の永久磁石
１６とアパーチヤ面１２がグランド電位よりVa
（例えば2KV）だけ高電位に保たれ、イオン引出
し電極４２が接地されることにより、イオンがア
パーチヤ１０を通つて中間部４０へ引き出されて
くる。

中間部４０にも排気口４６が設けられ、中間部
４０とイオン源部３０の間では、アパーチヤ１０
を介して差動排気が行なわれ、中間部４０はイオ
ン源部３０より２桁程度高真空になつている。

対物レンズ部５０には対物レンズ系５２が設け
られており、イオン出射口５４から超高真空装置
へイオンを出射させる。対物レンズ部５０と中間
部４０とはイオンが通過するアパーチヤ５６を介
してつながり、ここでも差動排気が行なわれて対
物レンズ部５０は中間部４０より２桁程度高真空
になつている。

このイオン銃において、イオン出射口５４から
出射されるイオン量を一定に保つには、Va，
Vb，Vrが一定のもとでリペラー電流Irが所定の
値になるように減圧バルブ３４とリークバルブ３
６によりイオン化室へのガス導入圧を調整してイ
オン化室の真空度を所定の圧力にしておき、イオ
ン出射口５４から出射されるイオン電流を検出し
てそのイオン電流をエミツシヨン電流Ieの調整に
より一定になるようにすればよい。

リペラー電流Irを一定に保つにはリペラー電流
Irが変動したときに減圧バルブ３４又はリークバ
ルブ３６を手動で調整するようにしてもよく、又
は、第４図に示されるようにバルブ駆動機構６０
をリペラー電流検出器６に接続し、リペラー電流
検出器６の出力信号が一定になるように減圧バル
ブ３４又はリークバルブ３６を自動的に調整する
ようにすることもできる。

また、アパーチヤ面１２と永久磁石１６もリペ
ラーの役目を果しているので、リペラー電流検出
器６をこれらとカソードの間に設けてもよく、ま
た、リペラー電流はイオン化室で発生するイオン
量に依存するので、リペラー電流値に対応する値
としてイオン電流を検出してもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、リペラー電流を検出すること
によりイオン源のイオン化室の真空度を測定する
ことができるので、イオン銃などにおいて出射イ
オン量を制御するために別途真空計を装備する必
要がなくなる。そのためイオン銃などの装置が簡
略化でき、安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するための概略
図、第２図は本発明が適用されるイオン源の一例
を示す概略断面図、第３図は同イオン源における
イオン化室の真空度とリペラー電流の関係を示す
図、第４図は本発明が適用されるイオン銃の一例
を示す断面図である。 ２……熱電子発生手段、４，２０……リペラ
ー、６……リペラー電流検出器、８……フイラメ
ント、１２……アパーチヤ面、１６……永久磁
石、３２……ランタンボライドカソード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱電子発生源の前方にイオンを取り出すアパ
   ーチヤを有するアパーチヤ面が配置され、熱電子
   発生源とアパーチヤ面の間には熱電子発生源から
   放出された電子を加速するグリツドが配置され、
   グリツドの外側には永久磁石が配置され、かつ熱
   電子発生源は前記永久磁石の磁界の零点付近に配
   置されている電子衝撃型イオン源のリペラー電流
   値又はリペラー電流値に対応する値を検出するこ
   とにより、イオン源内の真空度を求めることを特
   徴とする真空度測定方法。