JPS6364027B2 - - Google Patents
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- JPS6364027B2 JPS6364027B2 JP23141484A JP23141484A JPS6364027B2 JP S6364027 B2 JPS6364027 B2 JP S6364027B2 JP 23141484 A JP23141484 A JP 23141484A JP 23141484 A JP23141484 A JP 23141484A JP S6364027 B2 JPS6364027 B2 JP S6364027B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0802—Field ionization sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0802—Field ionization sources
- H01J2237/0805—Liquid metal sources
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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- H01J2237/0807—Gas field ion sources [GFIS]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はイオン源に係り、特に、陽極と、上記
陽極と対向するように設けられた陰極とを含む、
高輝度イオン源に関する。
陽極と対向するように設けられた陰極とを含む、
高輝度イオン源に関する。
〔発明の背景〕
高輝度イオン源には、電気流体力学（Electro
−hydrodynamic）（以下本明細書においては
EHDと略称する。）イオン源と電界イオン化
（Field Ionization）（以下本明細書においてはFI
と略称する。）イオン源がある。前者は、イオン
化対象元素が低融点金属元素であるのに対し、後
者はガス元素である。種々のイオン種を同一イオ
ン源から出すことは、イオン・マイクロビーム技
術の応用を考えるとき、非常に有効である。たと
えば、従来のような光学系の再調整は、本発明に
よれば不要となる。従来、EHDイオン源として
もFIイオン源としても動作させることができる
イオン源は存在していなかつた。
−hydrodynamic）（以下本明細書においては
EHDと略称する。）イオン源と電界イオン化
（Field Ionization）（以下本明細書においてはFI
と略称する。）イオン源がある。前者は、イオン
化対象元素が低融点金属元素であるのに対し、後
者はガス元素である。種々のイオン種を同一イオ
ン源から出すことは、イオン・マイクロビーム技
術の応用を考えるとき、非常に有効である。たと
えば、従来のような光学系の再調整は、本発明に
よれば不要となる。従来、EHDイオン源として
もFIイオン源としても動作させることができる
イオン源は存在していなかつた。
ガスを用いてイオン化する公知例としては、ジ
エイ・エツチ・オウルツフ アンド エル・ダブ
リユー・スワンソン：“スタデイ オブ ア フ
イールド イオニゼイシヨン ソース フオー
マイクロプローブ アプリケーシヨン”ジエイ．
バキユーム．ソサイテイ．テクノロジー．、ボリ
ウム．12、No.６、ノベンバー／デイセンバー
1975（J.H.Orloff and L.W.Swanson：“Study of
ａ field ionization source for microprobe
application”J.Vac.Sci.Technol.、Vol.12、No.
６、Nov.／Dec.1975）ある。
エイ・エツチ・オウルツフ アンド エル・ダブ
リユー・スワンソン：“スタデイ オブ ア フ
イールド イオニゼイシヨン ソース フオー
マイクロプローブ アプリケーシヨン”ジエイ．
バキユーム．ソサイテイ．テクノロジー．、ボリ
ウム．12、No.６、ノベンバー／デイセンバー
1975（J.H.Orloff and L.W.Swanson：“Study of
ａ field ionization source for microprobe
application”J.Vac.Sci.Technol.、Vol.12、No.
６、Nov.／Dec.1975）ある。
本発明の目的は、したがつて、EHDイオン源
としてもFIイオン源としても動作させることが
できるイオン源を提供することである。
としてもFIイオン源としても動作させることが
できるイオン源を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、陽極
と、該陽極に対向して設けられた陰極を有するイ
オン源において、第１のイオン化対象元素を含む
金属を液体として上記陽極に導入する液体状金属
導入手段と、第２のイオン化対象元素を含むガス
を上記陽極近傍へ導入するガス導入手段と、上記
陽極上で上記金属を液体または固体のうち任意の
状態で保つ制御手段とを有し、上記液体状金属導
入手段を動作させ、かつ、上記制御手段によつて
記陽極上の金属を液体に保つEHDモードと、上
記ガス導入手段を動作させ、かつ、上記制御手段
によつて上記陽極上の金属を固体に保つFIモー
ドとを任意に切換えるように構成し、電気流体力
学イオン源としても電界イオン化イオン源として
も動作することができることを特徴とするイオン
源を要旨とする。
と、該陽極に対向して設けられた陰極を有するイ
オン源において、第１のイオン化対象元素を含む
金属を液体として上記陽極に導入する液体状金属
導入手段と、第２のイオン化対象元素を含むガス
を上記陽極近傍へ導入するガス導入手段と、上記
陽極上で上記金属を液体または固体のうち任意の
状態で保つ制御手段とを有し、上記液体状金属導
入手段を動作させ、かつ、上記制御手段によつて
記陽極上の金属を液体に保つEHDモードと、上
記ガス導入手段を動作させ、かつ、上記制御手段
によつて上記陽極上の金属を固体に保つFIモー
ドとを任意に切換えるように構成し、電気流体力
学イオン源としても電界イオン化イオン源として
も動作することができることを特徴とするイオン
源を要旨とする。
以下に付図を参照しながら、実施例を用いて本
発明を一層詳細に説明するけれども、それらは例
示に過ぎず、本発明の枠を越えることなしにいろ
いろな改良や変形があり得ることは勿論である。
発明を一層詳細に説明するけれども、それらは例
示に過ぎず、本発明の枠を越えることなしにいろ
いろな改良や変形があり得ることは勿論である。
第１図は本発明によるイオン源の断面図であ
る。イオン源は、図示のように、陽極１、制御電
極２、陰極３からなつている。陽極１は、この図
の場合、ニードル型のものであり、曲率半径が数
百ｎｍ以下の先端をもつニードルがヘアピン状フ
イラメントの終端にスポツト熔接されている。こ
の陽極は石英などの絶縁物質でできた壜４の底部
に取り付けられている。EHDモードの場合のイ
オン化物質５はフイラメントに付けられている。
これをイオンとして引き出すには、陽極温度をフ
イラメントの通電加熱により上昇させ、イオン化
物質を融かしてニードル先端まで濡らした後、陰
極３の電位を陽極１に対し負の数kV以上にする
とイオン・ビーム８が得られる。
る。イオン源は、図示のように、陽極１、制御電
極２、陰極３からなつている。陽極１は、この図
の場合、ニードル型のものであり、曲率半径が数
百ｎｍ以下の先端をもつニードルがヘアピン状フ
イラメントの終端にスポツト熔接されている。こ
の陽極は石英などの絶縁物質でできた壜４の底部
に取り付けられている。EHDモードの場合のイ
オン化物質５はフイラメントに付けられている。
これをイオンとして引き出すには、陽極温度をフ
イラメントの通電加熱により上昇させ、イオン化
物質を融かしてニードル先端まで濡らした後、陰
極３の電位を陽極１に対し負の数kV以上にする
とイオン・ビーム８が得られる。
一方、FIモードで動作させるには、陽極温度
をイオン化物質の融点以下に保つてこれからのイ
オン放出が起らないようにする。このためにはフ
イラメントの通電を停止すればよい。また、急速
に温度を下げたい場合には、陽極１を冷却した
り、イオン化物質であるガス６を冷却しておけば
よい。このときはイオン化物質であるガス６を壜
４と制御電極２との間、あるいは制御電極２と陰
極３との間から導入する。EHDの場合と同極性
の電位を陽極１と陰極３の間に印加すると、ガス
が元素イオン・ビーム８となつて引き出される。
このモードの場合の壜４と陰極３との間の領域の
ガス分圧は10-2〜1Pa程度が必要である。また、
このモードの場合、イオン電流を大電流化するた
めに、壜４の内側には、液体窒素や液体ヘリウム
などの冷却剤７を入れ、陽極温度を最低4K程度
まで下げられるようになつている。さらにこの場
合、同様の理由からイオン化物質であるガス６も
あらかじめ冷却しておくのが望ましい。
をイオン化物質の融点以下に保つてこれからのイ
オン放出が起らないようにする。このためにはフ
イラメントの通電を停止すればよい。また、急速
に温度を下げたい場合には、陽極１を冷却した
り、イオン化物質であるガス６を冷却しておけば
よい。このときはイオン化物質であるガス６を壜
４と制御電極２との間、あるいは制御電極２と陰
極３との間から導入する。EHDの場合と同極性
の電位を陽極１と陰極３の間に印加すると、ガス
が元素イオン・ビーム８となつて引き出される。
このモードの場合の壜４と陰極３との間の領域の
ガス分圧は10-2〜1Pa程度が必要である。また、
このモードの場合、イオン電流を大電流化するた
めに、壜４の内側には、液体窒素や液体ヘリウム
などの冷却剤７を入れ、陽極温度を最低4K程度
まで下げられるようになつている。さらにこの場
合、同様の理由からイオン化物質であるガス６も
あらかじめ冷却しておくのが望ましい。
制御電極はいずれのモードにおいても陽極１に
対し正あるいは負の1kV程度以下の電位を与え、
イオン電流を制御する。
対し正あるいは負の1kV程度以下の電位を与え、
イオン電流を制御する。
以上記載したイオン源を用い、EHDモードと
しては、引出し電圧が４〜10kVの時Ga、Au、
Bi、などをイオン電流として１〜10μA引き出し
た。一方、FIモードでは、冷却剤に液体窒素を
用い、引出し電圧が８〜20kVの時、Hz、Arなど
のイオン電流10-3〜10-1μAを得た。この時のニ
ードルにはタングステンを用いた。
しては、引出し電圧が４〜10kVの時Ga、Au、
Bi、などをイオン電流として１〜10μA引き出し
た。一方、FIモードでは、冷却剤に液体窒素を
用い、引出し電圧が８〜20kVの時、Hz、Arなど
のイオン電流10-3〜10-1μAを得た。この時のニ
ードルにはタングステンを用いた。
以上は、陽極にニードル型を採用したものであ
るが、キヤピラリー型でもキヤピラリー・ニード
ル型でも同様な結果が得られている。
るが、キヤピラリー型でもキヤピラリー・ニード
ル型でも同様な結果が得られている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、１台のイオン源を必要に応じ
てEHDモードででもFIモードででも使用するこ
とができる。
てEHDモードででもFIモードででも使用するこ
とができる。
第１図は本発明によるイオン源の断面図であ
る。 １……陽極、２……制御電極、３……陰極、４
……壜、５……イオン化物質、６……ガス、７…
…冷却剤、８……イオン・ビーム。
る。 １……陽極、２……制御電極、３……陰極、４
……壜、５……イオン化物質、６……ガス、７…
…冷却剤、８……イオン・ビーム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 陽極と、該陽極に対向して設けられた陰極を
有するイオン源において、第１のイオン化対象元
素を含む金属を液体として上記陽極に導入する液
体状金属導入手段と、第２のイオン化対象元素を
含むガスを上記陽極近傍へ導入するガス導入手段
と、上記陽極上で上記金属を液体または固体のう
ち任意の状態で保つ制御手段とを有し、上記液体
状金属導入手段を動作させ、かつ、上記制御手段
によつて上記陽極上の金属を液体に保つEHDモ
ードと、上記ガス導入手段を動作させ、かつ、上
記制御手段によつて上記陽極上の金属を固体に保
つFIモードとを任意に切換えるように構成した
ことを特徴とするイオン源。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のイオン源におい
て、上記陽極の終端には、ニードル、キヤピラリ
ー、およびキヤピラリー・ニードルのうち少なく
とも１つが取り付けられていることを特徴とする
イオン源。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載のイ
オン源において、上記液体状金属導入手段は、上
記陽極に設けられたフイラメントの発熱により該
フイラメント近傍に担持させた上記金属を溶融さ
せ、液体状金属として上記陽極に導くことにより
構成され、上記制御手段は、上記フイラメントの
発熱を制御することにより構成されることを特徴
とするイオン源。 ４ 特許請求の範囲第３項記載のイオン源におい
て、上記陽極と上記陰極との間には、制御電極が
設けられていることを特徴とするイオン源。 ５ 特許請求の範囲第４項記載のイオン源におい
て、上記ガス導入手段は、上記制御電極と上記陰
極との間、および上記制御電極と上記陽極との間
のうち少なくとも１つに上記ガスを流して上記陽
極近傍へ導くことにより構成されることを特徴と
するイオン源。 ６ 特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
に記載のイオン源において、FIモード時には上
記陽極を冷却する冷却剤が設けられることを特徴
とするイオン源。 ７ 特許請求の範囲第６項記載のイオン源におい
て、上記冷却剤は、液体窒素および液体ヘリウム
のうち少なくとも１つであることを特徴とするイ
オン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23141484A JPS60185338A (ja) | 1984-11-05 | 1984-11-05 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23141484A JPS60185338A (ja) | 1984-11-05 | 1984-11-05 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60185338A JPS60185338A (ja) | 1985-09-20 |
| JPS6364027B2 true JPS6364027B2 (ja) | 1988-12-09 |
Family
ID=16923219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23141484A Granted JPS60185338A (ja) | 1984-11-05 | 1984-11-05 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60185338A (ja) |
-
1984
- 1984-11-05 JP JP23141484A patent/JPS60185338A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60185338A (ja) | 1985-09-20 |
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