JPS6363105B2 - - Google Patents
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- JPS6363105B2 JPS6363105B2 JP59027046A JP2704684A JPS6363105B2 JP S6363105 B2 JPS6363105 B2 JP S6363105B2 JP 59027046 A JP59027046 A JP 59027046A JP 2704684 A JP2704684 A JP 2704684A JP S6363105 B2 JPS6363105 B2 JP S6363105B2
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Classifications
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高輝度の金属成分イオンビームを引き
出すためのイオン源に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion source for extracting a high-intensity metal component ion beam.
最近、イオンビームを利用したサブミクロン計
測および加工が微細構造製作技術分野に広く使わ
れるようになつてきた。このような応用分野に対
して、現在主としてデユオプラズマトロン型イオ
ン源が利用されている。 Recently, submicron measurement and processing using ion beams has become widely used in the field of microstructure fabrication technology. Duoplasmatron ion sources are currently mainly used for such application fields.
第１図に従来のデユオプラズマトロン型イオン
源の原理構成を示す。従来、イオン源は、ホロカ
ソード１、中間電極２、アノード３、引出電極
４、マグネツト５、放電安定化抵抗６、放電々源
７および加速電源８より構成されている。 FIG. 1 shows the principle configuration of a conventional dual plasmatron ion source. Conventionally, an ion source is composed of a hollow cathode 1, an intermediate electrode 2, an anode 3, an extraction electrode 4, a magnet 5, a discharge stabilizing resistor 6, a discharge source 7, and an accelerating power source 8.
動作原理は、次の通りである。先ずイオン源部
１，２，３，および４を高真空に排気し、次にカ
ソード１、中間電極２、アノード３のつくる空間
に取り出すイオン種に相当するガスを導入し、放
電々源７により、カソード１とアノード３の間に
電圧を印加し、放電を発生させ、この空間にプラ
ズマを生成させる。中間電極２とアノード３との
間にマグネツト５により軸方向磁場が印加してあ
り、これによりプラズマがピンチされ、高密度化
される。最後に加速電源８により、引出し電極４
とアノード３の間にイオン引出し電圧を印加し、
イオンビーム９を取り出す。この場合、イオン源
の大きさは、アノード３の孔径により定まる。 The operating principle is as follows. First, the ion source sections 1, 2, 3, and 4 are evacuated to a high vacuum, and then gas corresponding to the ion species to be taken out is introduced into the space created by the cathode 1, intermediate electrode 2, and anode 3, and then the gas is evacuated by the discharge source 7. , a voltage is applied between the cathode 1 and the anode 3 to generate discharge and generate plasma in this space. An axial magnetic field is applied between the intermediate electrode 2 and the anode 3 by a magnet 5, thereby pinching the plasma and densifying it. Finally, the extraction electrode 4 is
Applying an ion extraction voltage between the anode 3 and the anode 3,
Take out the ion beam 9. In this case, the size of the ion source is determined by the pore diameter of the anode 3.
従来のイオン源の欠点は次の通りである。 The disadvantages of conventional ion sources are as follows.
(1) イオン源としての輝度（Ａ／cm2・sr）が低
い。(1) The brightness (A/cm 2 · sr) as an ion source is low.
(2) イオン源としての光源の大きさが大きい。(2) The size of the light source as an ion source is large.
(3) 高温に加熱することが困難なためイオン種に
制限がある。(3) There are restrictions on ion species because it is difficult to heat to high temperatures.
(4) 単一金属イオン種の取り出しが困難である。(4) It is difficult to extract single metal ion species.
上記欠点(1)の輝度は、100〜200A／cm2・sr程度
であり、この値は本質的な限界値を示しており改
善の余地がない。欠点(2)は、アノード３の孔径の
機械加工精度（能力）により定まり、100μmが限
界となる。従来のイオン源では、ガス放電を利用
しているので、取り出せるイオン種に制限があ
る。欠点(3)は、この理由による。欠点(4)は従来の
ガス放電では、混合ガスを利用することが多く、
元素イオンの他にクラスタイオンや分子イオンが
混入する。したがつてイオン源として利用する場
合には質量分離が必要になる。 The luminance of the above drawback (1) is about 100 to 200 A/cm 2 ·sr, and this value represents an essential limit value and there is no room for improvement. Disadvantage (2) is determined by the machining accuracy (ability) of the hole diameter of the anode 3, and the limit is 100 μm. Conventional ion sources utilize gas discharge, which limits the types of ions that can be extracted. Disadvantage (3) is due to this reason. Disadvantage (4) is that conventional gas discharge often uses mixed gas;
In addition to elemental ions, cluster ions and molecular ions are mixed in. Therefore, when used as an ion source, mass separation is required.
従つて、本発明の目的は、上記従来のイオン源
の欠点を除去した高性能なイオン源を提供するこ
とにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a high-performance ion source that eliminates the drawbacks of the conventional ion sources.
本発明の特徴は、イオン化すべき物質またはそ
れを担持した物に電子線を照射することによつて
前記物質を加熱して溶融し、イオンを引出すイオ
ン源にある。イオン源材料としては、金属および
化合物のすべてが対象となる。 A feature of the present invention is an ion source that heats and melts a substance to be ionized or an object supporting it by irradiating the substance with an electron beam to extract ions. All metals and compounds can be used as ion source materials.
以下に実施例の詳細について述べる。 The details of the embodiment will be described below.
第２図は本発明の実施例を示す。これは仕事関
係の大きい材料（例えばＷ、Mo、Ta、Ir、Nb）
を針状構造に形成し、先端を電子衝撃により加熱
し、針の先端に付着しているイオン源材料による
イオンビームを取り出すものである。本イオン源
は、針状電極１４を上下に移動させるための微動
機構を備えた可動棒１１、支え１２、可動棒１１
を可動させるためのベロー１３、イオン源材料１
５を入れる容器１６、電子銃電極１７、電子銃フ
イラメント１８、イオン引出し電極１０、フイラ
メント電源２２、電子加速電源２３およびイオン
加速電源２４により構成されている。電子銃フイ
ラメント１８はイオンビーム１９の通路を取囲ん
で設けられている。 FIG. 2 shows an embodiment of the invention. This is a work-related material (e.g. W, Mo, Ta, Ir, Nb)
The needle is formed into a needle-like structure, the tip of which is heated by electron bombardment, and an ion beam produced by the ion source material attached to the tip of the needle is extracted. This ion source includes a movable rod 11 equipped with a fine movement mechanism for moving the needle electrode 14 up and down, a support 12, and a movable rod 11.
Bellows 13 for moving the ion source material 1
5, an electron gun electrode 17, an electron gun filament 18, an ion extraction electrode 10, a filament power source 22, an electron acceleration power source 23, and an ion acceleration power source 24. The electron gun filament 18 is provided surrounding the path of the ion beam 19.
本イオン源の動作原理は次の通りである。先ず
ネジ機構をもつ可動機１１とベローズ１３によ
り、針状電極１４を容器１６の底の孔にしつかり
押しつけた状態で硝酸セシウム（CsNO3）、硝酸
セシウム（Cs2SO4）、塩化セシウム（CsCl）、セ
シウム（Cs）、ガリウム（Ga）、バリウム（Ｂ）
などのイオン源材料１５を容器１６に入れ、フイ
ラメント１８をフイラメント電源２２により、約
2700℃に加熱し、電子加速電圧源２３により徐々
に供給する。これにより針状電極１４を電子衝撃
により加熱し、イオン源材料１５の一部（針状電
極１４の近傍）を溶融状態に保つ。次にイオン加
速電源２４を働かせ、イオン電流１９を測定しな
がら針状電極１４を上部に微動させ、溶融したイ
オン源材料１５を針状電極１４の先端に供給す
る。針状電極１４は、第２図に示すように、実効
的に熱効果を高めるために針状の先端近傍に細い
くびれ２０を入れ、熱抵抗を大きくしている。針
状電極１４の先端に供給されたイオン源材料１５
のイオン化は、熱電離、電界電離および電子衝撃
電離の重畳効果によつて行なう。 The operating principle of this ion source is as follows. First, cesium nitrate (CsNO 3 ), cesium nitrate (Cs 2 SO 4 ), and cesium chloride (CsCl ), cesium (Cs), gallium (Ga), barium (B)
The ion source material 15 such as
It is heated to 2700° C. and gradually supplied by an electron accelerating voltage source 23. Thereby, the needle electrode 14 is heated by electron impact, and a part of the ion source material 15 (near the needle electrode 14) is kept in a molten state. Next, the ion accelerating power source 24 is activated, the needle electrode 14 is slightly moved upward while the ion current 19 is measured, and the molten ion source material 15 is supplied to the tip of the needle electrode 14 . As shown in FIG. 2, the needle-like electrode 14 has a narrow constriction 20 near the needle-like tip to increase thermal resistance in order to effectively enhance the thermal effect. Ion source material 15 supplied to the tip of needle electrode 14
Ionization is carried out by the superimposed effects of thermal ionization, field ionization, and electron impact ionization.
取り出しうるイオン量は、イオン加速電圧２
４、フイラメント電流および針状電極１４の先端
形状などにより制御できるが、針状電極１４の先
端の曲率半径を30μmにした場合、上記のCsCl、
CsNO3およびCs2CO4などで300μAを安定に取り
出すことができた。この値は、点イオン源として
は、サイズが従来の1/10に縮小され、電流密度が
約100倍向上するものである。 The amount of ions that can be extracted is determined by the ion acceleration voltage 2
4. Although it can be controlled by the filament current and the shape of the tip of the needle electrode 14, when the radius of curvature of the tip of the needle electrode 14 is set to 30 μm, the above CsCl,
We were able to stably extract 300 μA from CsNO 3 and Cs 2 CO 4 . This value means that, as a point ion source, the size is reduced to 1/10 of that of conventional sources, and the current density is improved approximately 100 times.
以上述べた如く、本発明によるイオン源は、次
のような特徴をもつものである。 As described above, the ion source according to the present invention has the following characteristics.
(1) 取り出すイオン種に制限がなく、任意イオン
種が取り出せる。(1) There are no restrictions on the ion species to be extracted, and any ion species can be extracted.
(2) 輝度の高い点イオン源ができる。(2) A point ion source with high brightness can be created.
(3) 電子線衝撃によればイオン化すべき物質を高
温に加熱できるので、単一元素イオンの取り出
しができ、質量分離などの手段が必要ない。(3) Electron beam bombardment allows the substance to be ionized to be heated to high temperatures, making it possible to extract ions of a single element, eliminating the need for mass separation or other means.
第１図は従来のイオン源の基本構成図、第２図
は本発明によるイオン源の基本構成図である。
１０…引出し電極、１１…可動棒、１２…支
え、１３…ベロー、１４…針状電極、１５…イオ
ン源材料、１６…容器、１７…電子銃電極、１８
…電子銃フイラメント、１９…イオンビーム、２
２…フイラメント電源、２３…電子加速電源、２
４…イオン加速電源、２０…くびれ、２９…電子
線。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a conventional ion source, and FIG. 2 is a basic configuration diagram of an ion source according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Extraction electrode, 11... Movable rod, 12... Support, 13... Bellows, 14... Needle electrode, 15... Ion source material, 16... Container, 17... Electron gun electrode, 18
...Electron gun filament, 19...Ion beam, 2
2...Filament power supply, 23...Electron acceleration power supply, 2
4...Ion accelerating power source, 20...Constriction, 29...Electron beam.
Claims (1)
極に担持された前記イオン化すべき物質を溶融す
るため前記イオン化すべき物質および前記電極の
少なくとも一方を電子線衝撃によつて加熱するた
め、イオンビームの通路を取囲んで配置された電
子銃フイラメントと、溶融した前記イオン化すべ
き物質で覆われた前記電極からイオンを引き出す
手段とを備え、上記針状電極のイオン引出部を除
く先端部近傍に熱抵抗を増大させるためのくびれ
を設けてなることを特徴とするイオン源。1. An electrode supporting a substance to be ionized, and an ion beam for heating at least one of the substance to be ionized and the electrode by electron beam impact in order to melt the substance to be ionized supported on the electrode. an electron gun filament disposed surrounding a passageway of the needle-shaped electrode, and a means for extracting ions from the electrode covered with the molten substance to be ionized; An ion source characterized by having a constriction for increasing thermal resistance.
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Family Applications (1)
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- 1984-02-17 JP JP2704684A patent/JPS59160941A/en active Granted
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Also Published As
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