JPH11307024A

JPH11307024A - ビーム発生装置

Info

Publication number: JPH11307024A
Application number: JP10115079A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Haganuma; 哲夫芳賀沼
Original assignee: OMEGATRON KK
Current assignee: OMEGATRON KK
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-05
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JP2949102B1

Abstract

(57)【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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００７】請求項４に記載のビーム発生装置は、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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】削除

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。な
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。

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【請求項４】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。
【請求項５】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。