JPS63121235A

JPS63121235A - 電界放出イオン源

Info

Publication number: JPS63121235A
Application number: JP26636086A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tamura; 田村　好広
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1988-05-25

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）本発明は、針状陽極と陰極を備え、咳針状陽極の先端に
電界を形成してイオンビームを放出する電界放出イオン
源に関する。

（従来の技術）第３図に、液体金属イオン源と呼ばれている従来の電界
放出イオン源の概略を示す。図において、１は針状陽極
、２はイオン化すべき溶融状態の被イオン化物質、４は
陰極、５は高電圧電源、７はイオンビーム、８は光軸で
ある。

陰極４にはイオンが通過するように開孔部４０が設けら
れており、該開孔部４０の中心を光軸８が通過している
。

動作原理は次の如くである、針状陽極１には高電圧電源
５により陰極４に対し正の高電圧が印加されており、針
状陽極１の先端には強電界が形成されている。そのため
被イオン化物質２は、該強電界により針状陽極１の先端
まで引き出され、溶融状態の被イオン化物質２の表面張
力と強電界がつり合って、Ｔａｙｌａｒ　　ｃｏｒｎ　
（ティラーコーン）と呼ばれる円錐状の突起が先端に形
成される。この円錐状突起には特に強い電界が集中する
ため被イオン化物質２は電界放出を起こしイオン化して
一定の放出角でイオンビームが放出される。

ところで針状陽極１の先端に形成される前記の円錐状突
起の位置と方向は電界に依存し、かつ、電界に大きく影
響を与えて円錐状突起は必ずしも光軸８上に形成される
とは限らず、また該円錐状突起より放出されるイオンビ
ーム７も光軸方向に放出されるとは限らない。

時には、第３図（ａ）に示す如くイオンビーム７の放出
方向が光軸からはずれてしまい効率的にイオンビームを
陰極開孔部４０の後方へ、輸送できないという問題が生
ずる。

また、外乱や高電圧電源のりプルあるいはノイズにより
不安定となり易く、実際に当該イオン源を集束レンズ等
を備えるイオンビーム装置に搭載して運用をする場合に
は、光軸に対して、円錐状突起の位置が時間と共に変化
して不特定となり、その結果収差の増大を招きイオンビ
ームの品質を低下させるという問題を生じる。

更には、円錐状突起の位置、方向が不安定であると、電
界放出イオン源としての正常なイオン放出動作が損なわ
れ、ひいてはイオン源自身の寿命を低下させるという問
題も生ずる。

（発明の目的）本発明は電界放出イオン源において、上記問題を解決し
、安定でかつ高品質のイオンビームを提供することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段）本願の第１の発明は、針状陽極と陰極の中間に四極子以
上の多極子電極を配設することにより上記の目的を達成
する電界放出イオン源である。

本願の第２の発明は、陰極を四極子以上の多極子電極に
構成することで上記の目的を達成する電界放出イオン源
である。

本願の第３の発明は、陰極を四極子以上の多極子電極に
構成するとともに、針状陽極と当該陰極の中間に四極子
以上の多極子電極を配設することで上記目的を達成する
電界放出イオン源である。

（実施例）第１図は本願の第１の発明の実施例であり、１は針状陽
極、２は被イオン化物質、３は四極子電極、４は陰極、
５は高電圧電源、６は四極子電極用制御電源、７はイオ
ンビーム、８８は光軸、９はファラデーカップ、１０は
電流計である。四極子電極６は四極子電極用制御電源６
に接続されており、陰極電位あるいは接地電位に独立に
、四極子電極を構成する４つの電極に対して電圧印加が
可能となっている。動作原理は次の如くである。

第１図（ａ）は前記した理由などで、針状陽極１の先端
に形成された被イオン化物質２の円錐状突起が光軸８方
向になく、イオンビーム７が該光軸方向に放出されてい
ない状況を示すものである。

このときでは、イオンビーム７は陰極に設けられた開孔
部を通過せず、ファラデーカップ９にイオンビーム７が
流れ込まない。

第１図（ｂ）は四極子電極用制御電源６により四極子電
極３に制御電圧を印加し、針状電極１の先端の電界を制
御して、円錐状突起が光軸８の方向に向き、イオンビー
ム７が該光軸方向に正しく放出されている状況を示すも
のである。

四極子電極に印加する電圧は、ファラデーカップ９に流
れ込むイオンビーム７の電流を電流計１０（第１図）で
測定し、これが最大となるように四極子電極用制御電源
に帰還をかけることで制御される。

第２図は、本願の第２発明の実施例であり、４１は四極
子陰極制御電源、４２は電流計、４３は絞り部材である
。他の部材は第１図と同様であるので省略する。

動作原理は前述とほぼ同様であり、第１の発明では針状
陽極１の先端の電界を針状陽極と陰極の中間に設けた四
極子電極に電圧を印加して制御したのに対して、第２の
発明では四極子陰極（４）そのものを四極子電極に構成
しそれによって同様の制御を行なうものである。この陰
極を構成する四極子電極の４枚の電極の各に持続された
電流計４２により、四極子陰極の４枚の電極に流れ込む
イオンビーム電流をモニターして、各種に流れ込むイオ
ンビーム電流が同一値になるように、四極子陰極制御電
源４１により四極子陰極に印加する電圧を制御して第１
の発明と同様の効果を得ることができる。

なお絞り部材４３はビーム形状を整形するためのもので
ある。

本願の第３の発明の実施例は、図示を省略するが、第１
の発明と第２の発明を組み合わせたものである。第１図
の陰極４の位置に、第２図の陰極４が配置されることに
なる。針状陽極先端の電界を、２種類の四極子電極で制
御することになるので、第１、第２の発明のそれぞれよ
り効果的である。

動作については前述の各実施例により容易に推察できる
のでここでは省略する。

なお、上記の実施例では四極子電極で説明しているが八
極子などの多極子電極でもその効果は同様である。

また、実施例では陰極ならびに電流計（制御電源類）は
、接地電位上に配置されているが他の電源によりある電
位上に配置されても何ら支障はない。

更にまた本発明は、電界放出液体金属イオン源や電界放
出ガスイオン源などのような、電界電離、電界蒸発現象
を含む電界放出現象によってイオンビームを放出する全
てのイオン源に適用し得ることは明らかである。

従って、針状陽極が複数本で構成されてるときにもこれ
に適用し得るし、針状陽極と陰極の間にイオンビーム電
流制御用の電極があるときにもこれは適用し得るのは言
うまでもない。

（発明の効果）本発明は電界放出イオン源のイオンビーム放出特性。特
に放出位置、方向の正常化および安定化に著しい効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はその動作原理の説明の図。第２図は、本願の第２の発明の電界放出イオン源の実施
例の概要図。第３図及び第３図ａは従来の同様の図。第１図は本願の第１の発明の電界放出イオン源の実施例
の概要図。１・・・針状陽極２・・・被イオン化物質３・・・四極子電極４・・・陰極５・・・高電圧電源６・・・四極子電極用制御電源７・・・イオンビーム８・・・光軸９・・・ファラデーカップＩＯ・・・電流計４０・・・開孔部４１・・・四極子陰極制御電源４２・・・電流計ｒ：ｎ凸４３・・・絞り部材特許出願人　日電アネルバ株式会社代理人　　　弁理士　村上　健次ＦＩＧ、３ＦＩＧ、３（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）針状陽極と陰極を備え、該針状陽極の先端に電界
を形成してイオンビームを放出する電界放出イオン源に
おいて、当該針状陽極と陰極の中間に四極子以上の多極子電極を
配設することを特徴とする電界放出イオン源。
（２）針状陽極と陰極を備え、該針状陽極の先端に電界
を形成してイオンビームを放出する電界放出イオン源に
おいて、当該陰極を四極子以上の多極子電極で構成することを特
徴とする電界放出イオン源。
（３）針状陽極と陰極を備え、該針状陽極の先端に電界
を形成してイオンビームを放出する電界放出イオン源に
おいて、該陰極を四極子以上の多極子電極で構成するとともに、
針状陽極と当該陰極との中間に四極子以上の多極子電極
を配設することを特徴とする電界放出イオン源。