KR102326843B1 - 가스 전계 전리 이온원 - Google Patents

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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

(과제) 에미터 팁을 냉각할 필요가 없거나, 또는 종래보다 약한 냉각으로 운용 가능하게 하는 가스 전계 전리 이온원을 제공한다.
(해결 수단) 가스를 이온화하는 전계를 형성하는 가스 전계 전리 이온원(1, 2)은, 선단(先端)을 가지는 에미터 팁(11)과, 에미터 팁(11)에 대향하고, 이격된 위치에 개구를 가지는 인출 전극(13)과, 에미터 팁(11)의 근방에 가스를 공급하는 가스 공급 수단(31, 45)과, 구멍(125)을 갖는 금속제의 진공 격벽(12)과, 에미터 팁(11)과 인출 전극(13) 사이에 전압을 인가하는 고전압 전원(111, 112)을 구비한다. 구멍(125)은, 에미터 팁(11)의 선단이 통과 가능해지도록 구성되고, 진공 격벽(12)은, 구멍(125)의 주변에 있어서 인출 전극(13)측을 향하여 돌출하는 미소(微小) 돌기(121)를 갖는다.

Description

가스 전계 전리 이온원{GAS FIELD IONIZATION SOURCE}
본 발명은 가스 전계 전리 이온원에 관한 것이다.
전자 빔을 전자계 렌즈를 통해 집속(集束)하고, 이것을 주사(走査)하면서 시료에 조사하여, 시료로부터 방출되는 이차 전자 하전 입자를 검출하면, 시료 표면의 구조를 관찰할 수 있다. 이것을 주사 전자 현미경이라고 부른다. 한편, 전자계 렌즈를 통해 이온 빔을 집속하고, 주사하면서 시료에 조사하여, 시료로부터 방출되는 이차 하전 입자를 검출해도, 시료 표면의 구조를 관찰할 수 있다. 이것은 주사 이온 현미경(Scanning Ion Microscope, 이하, SIM이라고 약기)이라고 불린다.
또한, SIM에 사용하는 이온원의 1종으로 가스 전계 전리 이온원(Gas Field Ionization Source, 이하 GFIS라고 약기할 경우가 있음)이 있다. GFIS는, 바람직하게는 선단(先端)의 곡률 반경을 100㎚ 정도 이하로 한 금속제의 에미터 팁에 고전압을 인가하고, 선단에 전계를 집중시켜, 그 부근에 가스(이온화 가스)를 도입하고, 그 가스 분자를 전계 전리하고, 이온 빔으로서 인출하는 것이다. 한편, 본 명세서에 있어서, 이온화되기 전의 가스도 포함하여 「이온화 가스」라고 칭하고, 이것은 반드시 「이온을 포함하는 가스」 또는 「가스가 전리한 것」을 의미하지는 않을 경우가 있다.
GFIS를 사용한 SIM(이하 GFIS-SIM이라고 약기)에 있어서는, 헬륨 이온 빔이나 네온 빔을 사용한 장치가 주류이다. 이것은, 액체 금속의 이온원이나, 플라스마 현상을 이용한 이온원에 비해, GFIS로부터 방출되는 이온 빔은, 에너지 폭이 좁고, 광원 사이즈가 작기 때문에, 미세하게 집속하는 것이 가능하기 때문이다.
특허문헌 1에는, 원료 가스가 충전된 용기와, 이 용기 내에 배치된 침상(針狀) 전극과, 용기의 외벽에 마련된 미소(微小) 개공(開孔)을 구비하고, 용기 내를, 용기 외에 비해 고압으로 하고, 원료 가스를 용기 내로부터 미소 개공을 통해 용기 외로 분사(噴射)시키는 구성으로 하고, 상기 미소 개공 주위를 개공부 전극으로 하고, 침상 전극과 개공부 전극을 동(同)전위로 하고, 침상 전극 및 개공부 전극과, 용기의 외측에 배치된 외부 전극과의 전위차에 의해, 침상 전극의 선단부에 강전계를 인가하여 원료 가스를 전계 전리에 의해 이온화하고, 이 이온을 인출하도록 한 구성의 예가 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 전계 전리 전극과 외부 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 전계 전리 전극의 선단부 근방에 전계를 형성하고, 이온원 용기의 미소 개구로부터 분사되는 원료 가스를 전계 전리함으로써 이온 빔을 생성하는 가스 이온원에 있어서, 상기 전계 전리 전극의 선단에 가까운 영역에 위치하는, 이온원 용기의 일부의 표면, 상기 외부 전극의 일부 혹은 전부의 표면, 또는 동(同)외부 전극의 전부를 이차 전자 방출 억제재의 박막으로 구성하는 예가 개시되어 있다.
일본국 특개2016-76431호 공보 일본국 특개2013-8471호 공보
그러나, 종래의 기술에서는, 충분한 이온 빔 휘도를 확보하기 위해, 에미터 팁을 저온으로 냉각할 필요가 있다는 과제가 있었다.
냉각에 필요한 온도는 어떤 이온을 사용할지에 따라 다르지만, 일반적으로 액화 온도가 낮은 가스(예를 들면 수소나 헬륨 등)일수록, 충분한 휘도 확보에는 낮은 냉각 온도가 필요하다. 에미터 팁의 냉각에는, 액체 질소나 액체 헬륨 등의 냉매를 사용하는 방법과, 기포드-맥마혼(Gifford-McMahon)식 등의 기계식 냉동기를 사용하는 방법이 있다.
냉매를 사용하는 방법은, 유지 비용이 많이 들고, 또한, 냉매의 보충에 드는 유저의 수고가 필요하다. 한편, 기계식 냉동기를 사용하는 방법은, 초기 비용이 많이 든다. 또한, 어떤 방법이어도, 냉각 동작시에 에미터 팁이 진동하기 때문에, 주사 이온상의 상질(像質)이 악화되거나, 이온 빔을 사용한 가공시에 정밀도가 악화된다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 에미터 팁을 냉각할 필요가 없거나, 또는 보다 약한 냉각으로 운용 가능하게 하는, 가스 전계 전리 이온원을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 가스 전계 전리 이온원은, 가스를 이온화하는 전계를 형성하는 가스 전계 전리 이온원으로서,
상기 가스 전계 전리 이온원은,
선단을 가지는 에미터 팁과,
상기 에미터 팁에 대향하고, 이격된 위치에 개구를 가지는 인출 전극과,
상기 에미터 팁의 근방에 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
구멍을 갖는 금속제의 진공 격벽으로서, 상기 구멍은, 상기 에미터 팁의 선단이 통과 가능해지도록 구성되는 진공 격벽과,
상기 에미터 팁과 상기 인출 전극 사이에 전압을 인가하는 수단을 구비하고,
상기 진공 격벽은, 상기 구멍의 주변에 있어서 인출 전극측을 향하여 돌출하는 볼록 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 가스 전계 전리 이온원에 의하면, 에미터 팁을 냉각할 필요가 없거나, 또는 보다 약한 냉각으로 운용 가능하게 할 수 있다.
이 때문에, 예를 들면 GFIS-SIM에 있어서의 가스 전계 전리 이온원을, 냉매나 기계식 냉동기를 사용하지 않고 운용할 수 있다. 이에 따른 효과의 일례로서, 장치의 초기 도입 비용 및 유지 비용을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 가스 전계 전리 이온원의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 진공 격벽의 구성을 설명하는 개략 단면도.
도 3은 도 1의 진공 격벽의 구성을 설명하는 사진.
도 4는 도 1의 미소 돌기(突起)에 관련되는 치수를 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 에미터 팁을 지지하기 위한 구성을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 실험의 효과를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 가스 전계 전리 이온원의 구성을 나타내는 도면.
본 발명자는, 에미터 팁을 냉각하는 수단을 사용하지 않고, 가스 전계 전리 이온원의 휘도를 실용 레벨로 향상하는 기술을 검토했다.
일 실시예에서는, 에미터 팁과 인출 전극 사이에 진공 격벽을 마련하고, 그 진공 격벽에 에미터 팁의 선단을 인출 전극측으로 돌출시키는 구멍을 마련하고, 에미터 팁의 근본측으로부터 이온화 가스를 공급하고, 인출 전극측으로부터 당해 이온화 가스를 진공 배기함으로써 에미터 팁의 선단 근방의 가스압을 높인다.
일 실시예에서는, 당해 구멍의 인출 전극측의 주변을 미소하게 융기(隆起)시키는 볼록 구조를 취함으로써, 에미터 팁 선단의 이온화 가스를 이온화시키기 위한 전계를, 큰 전위차(예를 들면 30kV 이상의 전위차)를 에미터 팁과 인출 전극 사이에 걸지 않고, 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서는, 에미터 팁측에 공급하는 이온화 가스의 가스압을, 당해 이온화 가스의 공급 수단(예를 들면 가스 실린더)을 에미터 팁과 등전위로 함으로써, 방전의 우려 없이 높일 수 있다.
일 실시예에서는, 에미터 팁과 인출 전극과의 상대 위치를 조정하는 기구를 마련함으로써, 에미터 팁 선단 근방에 생기는 전계와, 에미터 팁 주변에 공급되는 이온화 가스의 압력과의 밸런스를 조절할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해서, 실시예에 따라 도면을 사용하여 설명한다. 단, 이하에 기재되는 실시예 이외의 구성이어도, 특허청구범위에 규정되는 본원의 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에 있어서, 본 발명을 실시할 수 있는 것은 물론이다.
실시예 1.
본 발명의 실시예 1에 따른 가스 전계 전리 이온원에 대해서, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5를 참조하여 설명한다.
가스 전계 전리 이온원(1)은, 에미터 팁(11)(에미터 전극이라고도 함)과, 인출 전극(13)과, 진공 챔버(17)(진공 용기)와, 진공 배기 수단(16)과, 가스 봄베(35)와, 고전압 전원(111) 및 고전압 전원(112)과, 마이크로 채널 플레이트(5)를 구비하고, 가스(이온화 가스)를 이온화하는 전계를 형성한다.
에미터 팁(11)은 선단을 갖는다. 선단이란, 예를 들면 인출 전극(13)측의 단부(端部)를 말한다. 선단은, 작은 범위 내에 강한 전계를 생성할 수 있는 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 예를 들면 침상으로 형용되는 형상이다. 인출 전극(13)은, 인출 전극 구멍(131)(개구)을 갖는다. 인출 전극 구멍(131)은, 에미터 팁(11)(엄밀하게는 그 선단)과 이격되어, 이것에 대향하도록 마련된다.
진공 챔버(17)는, 에미터 팁(11) 및 인출 전극(13)을 내포한다. 진공 배기 수단(16)은, 진공 챔버(17)에 접속된다. 가스 봄베(35)는, 이온화 가스를, 진공 챔버(17) 내부에 공급한다.
고전압 전원(111)은, 에미터 팁(11)과 접지 전위 사이에 전압을 인가한다. 이를 위해, 고전압 전원(111)과 에미터 팁(11) 사이에 도전(導電) 부재(도시 생략)를 배치해도 된다. 또한, 고전압 전원(112)은, 인출 전극(13)과 접지 전위 사이에 전압을 인가한다. 이와 같이 하여, 고전압 전원(111) 및 고전압 전원(112)은, 에미터 팁(11)과 인출 전극(13) 사이에 전압을 인가하는 수단으로서 작용하고, 이에 따라, 에미터 팁(11)의 선단 근방에, 가스를 이온화(예를 들면 양이온화)하는 전계를 형성한다.
고전압 전원(111) 및 고전압 전원(112)은, 에미터 팁(11) 및 인출 전극(13)의 전위를 독립적으로 제어 가능하도록 구성해도 된다. 이에 따라, 이온 빔의 가속, 전계 형성, 및 인출의 전압이 제어 가능해진다. 단, 고전압 전원(111) 및 고전압 전원(112)은, 어느 한쪽만을 사용하고, 다른쪽을 생략해도 된다(그 경우에는, 생략되는 측은 항상 접지 전위가 되어도 된다).
가스 전계 전리 이온원(1)은, 에미터 팁(11)으로부터 이온 빔(15)을 방출하기 위해, 우선 에미터 팁(11)과 인출 전극(13) 사이에 고전압을 인가한다. 고전압의 인가에 의해, 에미터 팁(11)의 선단 근방에 강한 전계가 집중한다. 이 선단 근방에 형성되는 전계의 강도가, 이온화 가스의 이온화(예를 들면 수소 가스의 양이온화)에 충분한 강도가 되도록 한다. 이 상태에서, 가스 봄베(35)를 사용하여, 이온화 가스를 진공 챔버(17) 내(특히 에미터 팁(11)의 근방)에 도입하면, 에미터 팁(11)의 선단으로부터 이온 빔이 방출된다.
이온 빔(15)은 관찰 대상의 시료에 충돌하여, 시료로부터 이차 전자 또는 이차 하전 입자가 방출된다. 방출된 이차 전자 또는 이차 하전 입자는, 마이크로 채널 플레이트(5)에 있어서 검출된다.
에미터 팁(11)(또는 에미터 팁(11)과 전기적으로 접속되는 부분)과, 인출 전극(13)(또는 인출 전극(13)과 전기적으로 접속되는 부분) 사이에, 절연 애자(碍子)(132)를 배치해도 된다. 이와 같이 하면, 에미터 팁(11)과 인출 전극(13) 사이에 보다 높은 전압을 인가할 수 있다.
또한, 에미터 팁(11)(또는 에미터 팁(11)과 전기적으로 접속되는 부분)과, 인출 전극(13)(또는 인출 전극(13)과 전기적으로 접속되는 부분) 사이에, 가동 부재(예를 들면 벨로우즈(bellows)(19))를 배치해도 된다. 이와 같이 하면, 에미터 팁(11)과 인출 전극(13)과의 위치 관계를 조정하는 것이 가능해진다. 가동 부재는, 예를 들면 에미터 팁(11)의 선단과 인출 전극 구멍(131)과의 거리를 조정할 수 있도록 구성된다.
또한, 가스 전계 전리 이온원(1)의 에미터 팁(11)의 근방에, 각종 이온화 가스가 도입 가능하도록 구성되어도 된다. 예를 들면, 단일의 가스 봄베(35)뿐만 아니라, 다른 가스 봄베를 구비해도 된다. 또한, 복수의 가스 봄베를 구비할 경우에는, 각각이 서로 다른 종류의 이온화 가스를 공급하는 것이어도 된다. 이온화 가스의 종류로서는 예를 들면 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 질소, 산소, 수소 등의 가스를 사용할 수 있다.
이온화 가스는, 가스 봄베(35)로부터, 유량 조정 수단(37)과, 절연 애자관(38)과, 밸브(33)를 통해, 가스 공급 수단(31)에 우선 공급되도록 구성된다. 가스 공급 수단(31)은 금속제(또는 도전성)의, 기밀성(氣密性)이 있는 용기로 해도 된다. 가스 공급 수단(31)은, 가스 실린더여도 된다. 가스 공급 수단(31)은, 에미터 팁(11)의 근방(특히 에미터 팁(11)의 선단 근방)에 이온화 가스를 공급한다.
여기에서, 가스 봄베(35)는, 가스 공급 수단(31)에 가스를 공급하는, 추가단(追加段) 가스 공급 수단이라고 할 수 있다. 절연 애자관(38)은, 절연 배관으로서, 가스 공급 수단(31)과 가스 봄베(35)를 접속한다. 이에 따라, 가스 공급 수단(31)과 가스 봄베(35)는, 간접적으로 유체 연통(連通)하면서, 전기적으로는 절연되게 된다.
한편, 가스 봄베(35)로부터 가스 공급 수단(31)으로 이온화 가스가 공급된 후, 유로(절연 애자관(38)을 포함함)에 체류하고 있는 이온화 가스가 배기되어도 된다. 예를 들면, 밸브(33) 및 유량 조정 수단(37)을 닫은 후, 밸브(36)를 열고, 밸브(33)와 유량 조정 수단(37) 사이의 이온화 가스를 진공 펌프(34)에 의해 배기해도 된다. 이와 같이 하여, 진공 펌프(34)는 절연 애자관(38) 내를 진공 배기한다.
이와 같이 하여 유로가 진공 배기됨으로써, 이온화 가스의 방전이 억제된다. 특히, 절연 애자관(38) 내가 진공 배기되므로, 방전 경로를 전면적으로 없앨 수 있다.
가스 공급 수단(31)은, 에미터 팁(11)과 마찬가지로, 진공 챔버(17)에 내포되어 있다. 가스 전계 전리 이온원(1)은, 에미터 팁 지지 부품(113)과, 에미터 팁 위치 결정 부품(114)과, 진공 격벽(12)과, 유량 조정 수단(32)을 구비해도 된다. 진공 격벽(12)은, 진공 챔버(17)에 내포된다.
에미터 팁 지지 부품(113)과, 에미터 팁 위치 결정 부품(114)과, 진공 격벽(12)과, 유량 조정 수단(32)과, 가스 공급 수단(31)은, 모두 금속제(또는 도전성)의 부재 또는 재료로 구성되어도 되고, 이들 모두가 전기적으로 접속되어도 된다. 이와 같이 하면, 이들 구성 요소 모두의 전위가, 고전압 전원(111)에 의해 에미터 팁(11)에 나타나는 전위와 동등한 전위가 된다. 즉, 가스 공급 수단(31)이, 에미터 팁(11)과 전기적으로 접속되거나, 또는, 에미터 팁(11)과 동전위가 된다.
또한, 그 경우에는, 이들 구성 요소(예를 들면 가스 공급 수단(31))와, 진공 챔버(17) 사이에 절연 애자관(38)을 배치하고, 전기적으로 절연해도 된다. 이와 같이 구성하면, 에미터 팁(11)과 가스 공급 수단(31)이 등전위가 되기 때문에, 그 동안에 이온화 가스가 높은 가스압으로 존재하고 있었다고 해도, 에미터 팁(11)과 가스 공급 수단 사이에서 가스 방전이 일어날 우려가 원리적으로 없어진다. 즉, 에미터 팁(11)의 주변에 도입되는 이온화 가스의 압력을 보다 높게 할 수 있고, 이에 따라, 이온 빔(15)의 전류를 보다 크게 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예와 같이, 유량 조정 수단(32)이나 밸브(33)가 진공 챔버(17)에 내포되는 구성으로 할 경우에는, 유량 조정 수단(32) 및 밸브(33)를 제어하기 위한 조정 기구를, 진공 챔버(17) 외에 마련해도 된다. 예를 들면 대기측 조정 기구(330)가 마련되고, 밸브(33)(또는 유량 조정 수단(32))와, 접속 기구(331)에 의해 접속된다. 접속 기구(331)는, 동력 전달 기구여도 되고, 정보 전달 수단이어도 된다. 접속 기구(331)가 동력 전달 기구일 경우에는, 절연성의 부재로 구성할 수 있다. 또한, 접속 기구(331)가 정보 전달 수단일 경우에는, 대기측 조정 기구(330)로부터 나온 지령을, 전파 등을 이용하여 원격으로, 밸브(33)(또는 유량 조정 수단(32))에 전달하도록 구성할 수 있다.
본 실시예에서는, 에미터 팁(11)의 근방에 이온화 가스를 고(高)가스압으로 도입함으로써 이온 빔(15)의 전류를 증가시킨다. 여기에서, 일반적으로, 가스 전계 전리 이온원에서는, 가스압이 높아짐에 따라, 이온 빔(15)과 가스 분자와의 충돌에 의한 이온 빔(15)의 집속 성능의 열화(劣化)가 커질 경우가 있다.
이온 빔(15)이 산란되는 비율은, 가스의 압력의 증가에 수반하여 증가한다. 이 비율은, 이온이 가스 분자에 충돌하지 않고 공간을 직진하는 거리의 평균값(평균 자유 행정)으로 나타난다. 평균 자유 행정은, 가스압이 증가하면 감소하는 것은 분명하다. 이온 빔(15)이 에미터 팁(11)의 선단으로부터 목적하는 시료에 도달할 때까지의 거리에 비해, 이 평균 자유 행정이 짧아지면, 상기의 산란의 영향에 의해 이온 빔(15)의 집속이 곤란해진다. 즉, 방전의 우려가 없어졌다고 해도, 이번에는 산란의 영향에 의한 이온화 가스 도입의 압력의 상한이 존재한다.
종래의 가스 전계 전리 이온원에서는, 배기를 다단으로 구성하는 차동(差動) 배기를 이용하여 이온 빔의 행로(行路)의 진공을 높임으로써, 상기의 산란의 영향을 경감하는 구성으로 한 것이 있다. 구체적으로는, 에미터 팁과 인출 전극을 포함하는 기밀성이 높은 용기로 밀폐하고, 그 용기 내에 이온화 가스를 도입하고, 인출 전극 구멍만으로부터 이온화 가스를 진공 배기함으로써 에미터 팁 주변만 이온화 가스압이 높아지도록 구성하여, 상기의 산란의 문제의 영향을 경감하고자 하는 것이다.
본 실시예에서도, 이러한 차동 배기를 채용할 수 있다. 차동 배기는, 예를 들면 에미터 팁(11) 주변에 진공 격벽(12)을 마련함으로써 실현 가능하다.
도 2 및 도 3을 사용하여, 진공 격벽(12)의 구성을 설명한다. 도 2는 개략 단면도이며, 도 3은 도 2의 일부를 도 2와 대략 동일한 방향에서 본 사진이다. 진공 격벽(12)은 금속제(또는 도전성)이다. 진공 격벽(12)은, 진공을 엄밀하게 유지하는 기밀 격벽이 아니고, 이온화 가스를 정상 유량으로 공급했을 경우에 기압차를 정상적으로 유지할 수 있을 정도의 구멍(125)을 갖는다. 구멍(125)은, 에미터 팁(11)의 선단(또는 선단을 포함하는 특정한 길이 부분)이 통과 가능해지도록 구성된다. 도 2의 예에서는, 구멍(125)의 내경은, 에미터 팁(11)의 외경(보다 엄밀하게는, 에미터 팁(11)의 선단 근방 또는 선단을 포함하는 특정한 길이 부분의 외경)보다 크고, 이에 따라 에미터 팁(11)이 관통할 수 있도록 되어 있다.
에미터 팁(11)은, 진공 격벽(12)에 대하여, 근원측이 고압측 즉 유량 조정 수단(32)측이 되고, 선단측이 저압측 즉 인출 전극(13)측이 되도록, 구멍(125)을 관통하여 배치된다. 도 2의 부호 117에서 나타내는 바와 같이, 에미터 팁(11)의 선단은, 진공 격벽(12)의 구멍(125)으로부터 인출 전극(13)측으로 돌출해 있다. 진공 격벽(12)에 의해, 에미터 팁(11)의 선단의 압력을 국소적으로 높이는 것이 가능해진다.
여기에서, 가령 진공 격벽(12)을 유전체로 형성하면, 선단 주변의 전계 강도를 보다 높게 할 수 있고, 보다 확실한 이온화를 행할 수 있을 가능성이 있지만, 에미터 팁(11) 주변의 유전체가 대전함으로써, 전계 강도가 불안정화한다고 생각된다. 한편, 본 실시예와 같이 진공 격벽(12)을 금속 또는 도전 재료로 형성하면, 전계가 차폐되므로, 진공 격벽(12)의 형상에 따라서는, 에미터 팁(11) 선단 부근에 충분한 전계 강도를 형성하는 것이 곤란해진다.
그래서, 본 실시예에서는, 전계의 차폐에 의한 영향을 억제하기 위해, 진공 격벽(12)에 미소 돌기(121)를 마련한다. 미소 돌기(121)는, 진공 격벽(12)의 구멍(125)의 주변에 있어서, 인출 전극(13)측을 향하여 돌출하는 볼록 구조의 예이다. 한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 에미터 팁(11)의 선단은, 미소 돌기(121)의 선단으로부터 더욱 인출 전극(13)측으로 돌출해 있다.
이와 같이, 미소 돌기(121)를 통해 에미터 팁(11)이 진공 격벽(12)의 구멍(125)으로부터 인출 전극(13)측으로 돌출함으로써(부호 117), 에미터 팁(11)의 선단 주변에서는 전계가 그다지 차폐되지 않게 되므로, 에미터 팁(11)의 선단에 형성되는 전계의 강도가 높아져, 이온화 가스를 이온화하는데 충분한 전계 강도를 생성하는 것이 용이해진다.
미소 돌기(121)의 형상은, 이온 빔(15)을 방출하는 방향을 축 방향으로 한 원통 형상으로 구성해도 된다. 또한, 미소 돌기(121)는, 진공 격벽(12)의 구멍(125)의 주변에 있어서, 에미터 팁(11)의 주위를 둘러싸도록 형성되어도 된다.
도 4에, 미소 돌기(121)에 관련되는 치수를 나타낸다. 미소 돌기(121)의 치수는 임의로 설계 가능하지만, 예를 들면, 미소 돌기(121)의 높이(122)(축 방향의 길이)에 대한, 미소 돌기(121)의 외경(123)(미소 돌기(121)의 외형상(外形狀)이 원통의 형상일 경우에는, 직경)의 비(즉 외경(123)／높이(122)의 값)가, 1.22 이하가 되도록 구성할 수 있다. 이러한 값으로 하면, 이온화 가스의 압력과 전계 강도와의 밸런스가 보다 좋게 실현된다.
구체적인 형상의 치수값의 범위로서는, 미소 돌기(121)의 높이(122)를 0.5㎜ 이상으로 할 수 있고, 미소 돌기(121)의 외경(123)을 0.61㎜ 이하로 할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 미소 돌기(121)의 구멍(125)의 내경(미소 돌기(121)의 내형상이 원통의 형상일 경우에는, 직경)은 0.21㎜ 이하로 할 수 있다.
또한, 미소 돌기(121)와 인출 전극(13)과의 거리(124)는, 예를 들면 1.5㎜ 이하로 할 수 있다. 이 거리(124)를 작게 함으로써, 에미터 팁(11) 주변의 전계 강도를 높게 유지할 수 있다.
도 5에, 에미터 팁(11)을 지지하기 위한 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 가스 전계 전리 이온원(1)은, 에미터 팁(11)과 진공 격벽(12)의 구멍(125)과의 상대적 위치 관계(예를 들면 축 방향의 위치 관계)를 조정하는 조정 기구를 구비한다. 조정 기구는, 도 5의 예에서는 에미터 팁 지지 부품(113) 및 에미터 팁 위치 결정 부품(114)을 구비한다.
에미터 팁 지지 부품(113)은, 에미터 팁(11)을 고정하여 지지한다. 또한, 에미터 팁 지지 부품(113)은, 에미터 팁 위치 결정 부품(114)에 의해 지지된다. 에미터 팁 위치 결정 부품(114)은 진공 격벽(12)에 고정되고, 구멍(125)에 대한 위치 관계도 고정된다. 에미터 팁 위치 결정 부품(114)은, 에미터 팁 지지 부품(113)과의 상대적 위치 관계를 조정함으로써, 에미터 팁(11)과 진공 격벽(12)의 구멍(125)과의 상대적 위치 관계를 자유롭게 조정하는 기능을 구비한다.
도 5의 예에서는, 위치 관계의 조정은 나사 기구에 의해 실현된다. 즉, 에미터 팁 지지 부품(113)의 외주(外周)에는 나사 홈(115a)이 형성되고, 에미터 팁 위치 결정 부품(114)의 내주(內周)에는 이것과 대응하는 나사 홈(115b)이 형성된다. 에미터 팁 지지 부품(113)과 에미터 팁 위치 결정 부품(114)이, 각각의 나사 홈(115a 및 115b)에 있어서 서로 끼워맞추면서 회전 이동함으로써, 에미터 팁(11)이 구멍(125)에 대하여 축 방향으로 이동한다.
이와 같이 구성함으로써, 나사 홈(115a) 및 나사 홈(115b)을 따라 에미터 팁 지지 부품(113)을 회전시키는 것만으로 에미터 팁(11)과 인출 전극(13)(또는 인출 전극 구멍(131)의 중심)과의 거리를 간편하게 조절할 수 있다. 이러한 조정 기구를 사용하면, 에미터 팁(11)의 위치(특히 선단의 위치)를 조정할 수 있으므로, 이온화 가스의 압력 분포와, 에미터 팁(11)의 선단의 전계와의 관계를 밸런스 좋게 실현할 수 있다. 또한, 특히 나사 홈을 이용하여 조정 기구를 실현함으로써, 조정 기구의 구성을 비교적 간소한 것으로 할 수 있다.
나사 홈(115a)의 회전 중심축(116)이 진공 격벽(12)의 구멍(125)을 통과하도록 구성해도 된다. 또한, 나사 홈(115a)의 회전 중심축(116)이 에미터 팁(11)의 축과 일치하도록 구성해도 된다. 이와 같이 하면, 에미터 팁(11)의 횡 방향(즉 축 방향과 직교하는 방향)의 위치를 사전에 고정해 둘 수 있으므로, 사용시의 위치 결정 동작을 비교적 용이하게 실시할 수 있다.
한편, 위치 관계의 조정은 다른 기구에 의해 실현되어도 된다. 예를 들면, 에미터 팁(11)의 축과 인출 전극 구멍(131)의 중심이 정합하도록 에미터 팁(11)을 상하 좌우로 움직이기 위한 기구를 구비해도 된다. 한편, 이러한 조정 기구는 생략해도 된다.
도 1로 돌아가, 가스 전계 전리 이온원(1)은, 진공 챔버(17) 내의 진공도를 측정하기 위해 진공계(18)를 구비해도 된다. 측정된 진공도에 따라, 자동 또는 수동으로, 예를 들면 유량 조정 수단(32)을 조정함으로써, 가스압을 조정할 수 있다. 가스압을 적절히 조정함으로써, 이온 빔(15)이 이온화 가스로 산란되는 비율을 작게 할 수 있다. 예를 들면, 진공 챔버(17) 내에 있어서, 진공 격벽(12)에 대하여 저압측이 되는 영역의 가스압이, 0.1㎩보다 높은 진공도(즉 0.1㎩ 미만의 기압)가 되도록 조정해도 된다.
또한, 진공계(18)를 모니터함으로써, 간접적으로 에미터 팁(11)의 주변의 진공도를 알 수 있다. 가스 전계 전리 이온원(1)으로부터 방출되는 전류의 양은, 에미터 팁(11)의 주변의 가스압에 비례하기 때문에, 가스압을 제어하는 것은 매우 중요하다. 진공계(18)에 의해 측정되는 진공도에 따라, 진공 챔버(17) 내의 가스압을 일정하게 하도록 또는 진공 챔버(17) 내의 가스압의 변동을 억제하도록, 유량 조정 수단(32)을 조정해도 된다.
특히 가스의 사용량이 많을 경우에는, 가스 공급 수단(31)에 모인 가스가 시간과 함께 감소하므로, 유량 조정 수단(32)의 컨덕턴스가 일정한 경우에는, 에미터 팁(11)에 공급되는 이온화 가스의 가스압이 저하하게 된다. 상기와 같이, 진공도에 따라 유량 조정 수단(32)을 조정함으로써, 이러한 현상을 방지할 수 있다.
상기와 같은 가스 전계 전리 이온원(1)을 구성함으로써, 에미터 팁(11) 주변의 이온화 가스의 가스압을 국소적으로 높이는 효과를 얻을 수 있다. 이 때문에, 에미터 팁(11)을 냉각하지 않아도, 또는 종래보다 약한 냉각으로, 이온 빔(15)의 휘도를 충분히 확보할 수 있다.
또한, 이온화 가스를 이온하기에 충분한 전계를 에미터 팁(11)의 선단에 생기게 하기 위해 필요한 전압(에미터 팁(11)과 인출 전극(13) 사이의 전위차)은, 충분히 실용 가능한 정도의 전위차(예를 들면 30kV 이하)로 할 수 있다.
또한, 가스 공급 수단(31)이, 에미터 팁(11)과 전기적으로 접속되거나, 또는 에미터 팁(11)과 동전위가 되도록 구성되므로, 가스압을 높여도 이온화 가스를 통한 방전의 우려가 없다.
또한, 에미터 팁(11)과 진공 격벽(12)의 구멍(125)과의 상대 위치를 조정하는 조정 기구를 가지므로, 이온화 가스의 압력 분포와, 에미터 팁(11)의 선단의 전계와의 관계가 최적이 되도록 조정하는 것이 가능해진다.
한편, 종래 기술에 있어서, 에미터 팁의 선단을 원자 1개 내지 3개 정도로 첨예화하는 것이 요구될 경우가 있다. 원자 레벨의 첨예화를 위한 방법은 수많이 제안되고 있지만, 기술적 난이도는 높고, 또한 금전적인 비용이 든다는 문제가 있다. 또한, 방법에 따라서는 첨예화를 위한 공정에 시간이 걸린다는 문제도 있다. 이에 대하여, 본 실시예에 따르면, 충분한 이온 빔 휘도를 확보하는 것이 비교적 용이하므로, 에미터 팁(11)의 선단을 원자 레벨로까지 첨예화할 필요는 없다. 단, 첨예화에 의해 성능을 보다 높이는 것도 가능하다.
도 6에, 본 발명의 실험예에 따른 효과를 나타낸다. 본 발명자는, 실제로 실시예 1과 동등한 구성을 구비하는 가스 전계 전리 이온원을 작성하고, 실제로 이온 빔을 생성하는 실험을 행함으로써, 실시예 1에 따른 가스 전계 전리 이온원(1)의 효과를 확인했다.
도 6의 (a)는, 비교예 즉 종래의 가스 전계 전리 이온원에 따른 이온화의 평가 결과를 나타낸다. 종래의 구성에서는, 이온을 검출하는 마이크로 채널 플레이트의 검출면(510)에 의해 검출된 결과를 나타내는 화상이 어둡고, 시료의 원자로부터의 이온 방출(511)이 적은 것을 알 수 있다
도 6의 (b)는, 본 실험에 따른 가스 전계 전리 이온원에 따른 이온화의 평가 결과를 나타낸다. 이 구성에서는, 이온을 검출하는 마이크로 채널 플레이트(5)(도 1)의 검출면(520)에 의해 검출된 결과를 나타내는 화상이 밝고, 시료의 원자로부터의 이온 방출(521)이 많은 것을 알 수 있다.
이들 두 가지 평가에 대해서, 마이크로 채널 플레이트의 검출 조건은 동등하며, 또한, 진공계에 의해 측정된 진공도도 동등하다(따라서 이온 빔이 통과하는 행로의 진공도도 동등하다). 즉, 이온 빔이 산란되는 정도는 두 가지 결과에서 동정도라고 할 수 있음에도 불구하고 시료로부터의 이온 방출량에 차이가 나타났다는 결과는, 본 실험예에 있어서, 에미터 팁(11)의 주변만의 가스압을 증강함으로써, 이온 빔(15)의 전류량을 증가할 수 있었다는 것을 나타내고 있다. 마이크로 채널 플레이트의 검출 명도에 의하면, 본 실험예에 따른 이온 전류는, 종래의 이온 전류와 비교하여 7배부터 20배까지 증가되어 있다.
이하, 실시예 1에 따른 가스 전계 전리 이온원과, 종래의 가스 전계 전리 이온원과의 비교에 대해서 더 설명한다.
특허문헌 1에서는, 이온 빔의 휘도를 향상시키기 위해, 이온화 가스가 충전되는 용기의 외측에 외부 전극을 배치하고, 침상 전극과 용기에 마련한 미소 개공의 주위의 개공부 전극을 동전위로 하고, 상기 침상 전극 및 개공부 전극과, 상기 외부 전극과의 전위차에 의해, 상기 침상 전극의 선단부에 강전계를 인가하여 가스를 이온화하고 있다. 이 이온화 가스를 상기 미소 개공으로부터 분출시키도록 한 것에 의해 생기는 급격한 압력 구배를 이용하여 효율적으로 가스를 이온화하며, 또한 이온과 가스와의 충돌하는 확률을 낮게 억제하는 것이 가능해진다고 하고 있다. 이 구조에 의해 냉각이 불필요해지는 등, 간이한 구조로, 이온화를 효율적으로 행할 수 있는 것으로 하고 있다.
그러나, 특허문헌 1의 방법에 있어서는, 침상 전극과 외부 전극 사이에 존재하는 개구부 전극의 존재 때문에 침상 전극의 선단에 전계가 생기기 어려워, 침상 전극과 외부 전극 사이에 인가하는 전압이 매우 커진다는 문제가 있다. 또한 개구부 전극의 외부 주변에 생기는 압력 구배는 매우 급준하기 때문에, 이온원 휘도를 향상시키기 위한 가스 도입의 조건과 침상 전극의 위치와의 최적의 관계를 찾아내는 것은 매우 곤란하다. 또한 용기 내부에 이온화 가스를 가능한 한 높은 압력으로 도입하는 것이 필요 불가결하지만, 고전압이 인가된 용기와, 접지 전위에 있는 가스 도입원(예를 들면 고압 가스 봄베) 사이의 전위차에 의해 이온화 가스가 방전을 일으키므로, 도입 가스압에는 상한이 존재한다. 상기의 침상 전극과 외부 전극 사이의 인가 전압이 큰 것을 감안하면, 문제는 더욱 곤란한 것이 된다.
상기의, 침상 전극의 선단에 전계가 생기기 어렵다는 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 2에서는, 상기의 용기를 금속이 아니라 고(高)유전체 재료로 하여 외부 전극과의 사이에 전계를 생기기 쉽게 하고 있다. 또한 침상 전극 근방의 고유전율 재료의 표면을 이차 전자의 발생을 억제하는 소재로 함으로써 침상 전극의 선단 근방의 전계 강도의 저하나 불안정화도 초래하지 않고 장기에 걸쳐 계속해서 고휘도의 안정된 이온 빔을 생성하는 것이 가능한 것으로 하고 있다.
그러나, 특허문헌 2의 방법에 있어서는, 침상 전극의 근방에 고유전율 재료가 있으므로, 외부로부터 침상 전극의 전계를 제어할 수 없다. 정상 상태에 있어서는 선단의 근방의 전계 강도의 저하나 불안정화는 억제될 가능성이 있지만, 예를 들면 방출하는 이온 빔의 전류 등을 변경했을 경우에는 이에 한정되지 않고, 예를 들면 이온 빔의 집속 성능을 유지하기 위해 외부 전극이나 전계 렌즈 등의 광학 요소에 대하여 재조정이 필요해지는 문제가 생긴다. 또한 다시 정상 상태로 안정될 때까지의 시간이 필요해지는 문제가 생긴다. 또한 방전에 의한 고가스압화의 상한이나, 가스 도입과 침상 전극의 위치의 조건 최적화에 관해서는, 여전히 문제가 남아있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 가스 전계 전리 이온원(1)에 의하면, 에미터 팁(11)의 냉각을 불필요하게 하면서도, 특허문헌 1 및 2에 관련하여 상술한 바와 같은 문제를 회피할 수 있다.
상술하는 실시예 1에 있어서, 이하와 같은 변형을 실시할 수 있다.
가스 공급 수단(31)에 모인 이온화 가스는, 필요에 따라 가스 필터 등을 사용하여 가스의 순도(純度)를 높이고 나서 공급되어도 된다. 가스 필터는, 가스 공급 수단(31)의 전단에 마련해도 되고, 가스 공급 수단(31)의 후단에 마련해도 되고, 그 양쪽에 구비해도 된다.
가스 전계 전리 이온원(1)의 진공 챔버(17) 내는, 유량 조정 수단(37)에 의한 가스의 도입이 없을 경우에, 예를 들면 10-7㎩ 이하의 초(超)고진공으로 유지되도록 할 수 있다. 진공 챔버(17) 내를 초고진공에 도달시키기 위해, 진공 챔버(17) 전체를 100도 이상으로 가열하는 처리(소위 베이킹)를, 가스 전계 전리 이온원(1)의 개시 작업에 포함해도 된다.
가스 공급 수단(31)으로부터 진공 챔버(17) 내부 전체에 걸쳐 과도하게 높은 가스압으로 가스가 도입되면, 에미터 팁(11)으로부터 방출된 이온 빔(15)의 광로상 전체에 걸쳐 가스압이 높은 상태가 되고, 이온 빔(15)의 일부가 산란되어 빔의 집속성이 나빠지는 등의 문제가 생긴다. 이를 적절히 억제하기 위해서는, 진공 챔버(17)에 도입하는 가스압을, 약 0.01㎩ 정도로 하는 것이 호적(好適)하다.
또한, 에미터 팁(11) 주변의 이온화 가스의 압력은, 1㎩ 이상으로 할 수 있다.
에미터 팁(11)의 선단을 첨예화해도 된다. 예를 들면, 원자 3개 이하, 바람직하게는 1개로 종단시키기 위해, 에미터 팁(11)의 가열을 포함하는 방법을 이용해도 된다. 또한 마찬가지로 에미터 팁(11)의 선단을 첨예화하기 위해, 에미터 팁(11)을 가열하면서 진공 챔버(17) 내에 예를 들면 O2나 N2 등의 가스를 도입하는 방법을 이용해도 된다. 또한 마찬가지로 에미터 팁(11)을 첨예화하기 위해, 에미터 팁(11)과 인출 전극(13) 사이에 고전압을 인가하면서, 진공 챔버(17) 내에 예를 들면 O2나 N2 등의 가스를 도입하는 방법을 이용해도 된다. 또한 마찬가지로 에미터 팁(11)을 텅스텐을 주성분으로 하는 침으로 구성하고, 그 표면에 귀금속, 예를 들면 이리듐, 팔라듐, 플라티나 등을 증착한 후, 에미터 팁(11)을 가열하는 방법을 이용해도 된다.
한편, 본 발명은 에미터 팁(11)의 냉각을 불필요하게 하거나, 또는 종래보다 약한 냉각으로 운용 가능하게 하는 것이지만, 에미터 팁(11)을 종래와 동정도로 냉각하는 구성을 제외하는 것이 아니다. 이온 빔의 응용 목적 등에 따라, 냉각에 수반하는 불이익(비용 또는 수고의 증가 등)을 허용할 수 있을 경우에는, 에미터 팁(11)을 냉각함으로써, 추가로 이온 빔(15)의 전류량을 증가하는 것이 가능해진다.
실시예 2.
실시예 2는, 실시예 1에 있어서, 이온화 가스를 공급하기 위한 구성을 변경하는 것이다. 이하, 실시예 1과의 상이를 설명한다.
도 7에, 실시예 2에 따른 가스 전계 전리 이온원(2)의 구성을 나타낸다. 가스 전계 전리 이온원(2)은, 실시예 1에 따른 가스 공급 수단(31) 및 가스 봄베(35) 대신에, 가스 공급 수단(45)을 구비한다. 또한, 가스 전계 전리 이온원(2)은, 실시예 1에 따른 유량 조정 수단(32), 밸브(33) 및 유량 조정 수단(37) 대신에, 유량 조정 수단(43)을 구비한다. 가스 공급 수단(45)은 진공 챔버(17)에는 내포되지 않는다. 이 때문에, 이온화 가스의 공급을 실시예 1과 같이 2단이 아니라 단단(單段)으로 행할 수 있어, 구성이 비교적 간소해진다.
가스 도입관(46)이, 가스 공급 수단(45)과 에미터 팁(11)의 근방의 공간 사이를 접속한다. 가스 도입관(46)을 금속(도전 재료)으로 구성함으로써, 가스 공급 수단(45)과 에미터 팁(11)을 동전위로 유지해도 된다.
가스 전계 전리 이온원(2)이 동작하면, 가스 공급 수단(45)에는 고전압이 인가되어지므로, 안전을 위해, 금속제(도전성)의 커버(42)로 가스 공급 수단(45)을 덮어도 된다. 즉, 가스 공급 수단(45)은 커버(42)에 내포되어도 된다. 한편, 여기에서 말하는 「내포」란, 그 전(全)방향이 완전히 덮이는 것을 필요로 하지 않는다. 도 7의 예에서는, 가스 공급 수단(45)의 주위의 일부는 진공 챔버(17), 절연 애자(40) 또는 절연 애자(41)에 의해 덮이고, 다른 부분이 커버(42)에 의해 덮여 있다.
커버(42)는, 진공 챔버(17)와 전기적으로 접속되어도 되고, 또는 접지되어도 된다. 커버(42)의 내부는 진공(예를 들면 진공 챔버(17)와 동정도의 진공)으로 해도 되고, 방전하기 어려운 기체(예를 들면 PF6 등)로 채워도 된다. 또한, 도 7에서는 명확함을 위해 진공 챔버(17), 절연 애자(40) 및 절연 애자(41)와 커버(42) 사이에 공극(空隙)이 있는 것처럼 나타내고 있지만, 이들은 실용상 충분한 정도의 기밀성을 갖고 접합되어도 된다.
이온화 가스는, 가스 공급 수단(45)으로부터 유량 조정 수단(43)을 통해 에미터 팁(11)의 근방에 도입된다. 유량 조정 수단(43)도 에미터 팁(11)과 동전위가 되므로, 유량 조정 수단(43)을 조정할 수 있도록 그라운드측 조정 기구(332)를 마련해도 된다. 그라운드측 조정 기구(332)와 유량 조정 수단(43)은, 접속 기구(333)에 의해 접속된다.
접속 기구(333)는, 동력 전달 기구여도 되고, 정보 전달 수단이어도 된다. 접속 기구(333)가 동력 전달 기구일 경우에는, 절연성의 부재로 구성할 수 있다. 또한, 접속 기구(333)가 정보 전달 수단일 경우에는, 그라운드측 조정 기구(332)로부터 나온 지령을, 전파 등을 이용하여 원격으로, 유량 조정 수단(43)에 전달하도록 구성할 수 있다.
가스 공급 수단(45)은 소형의 가스 실린더로 구성해도 된다. 또한, 가스 공급 수단(45)에는 봉지(封止) 밸브(44)를 마련해도 되고, 외부로부터 봉지 밸브(44)를 통해 충전용 가스 실린더를 접속할 수 있도록 구성해도 된다. 이와 같이 하면, 가스 공급 수단(45) 내부의 가스압이 이온원 사용에 의해 저하했을 때 등에, 커버(42)를 분리하여 가스 실린더를 접속함으로써, 가스 공급 수단(45)의 내부에 이온화 가스를 새롭게 충전할 수 있다. 충전 후는, 충전용 가스 실린더를 분리하여 다시 커버(42)로 덮음으로써, 계속적으로 가스 전계 전리 이온원(2)을 사용할 수 있다.
1, 2: 가스 전계 전리 이온원 5: 마이크로 채널 플레이트
11: 에미터 팁 12: 진공 격벽
13: 인출 전극 15: 이온 빔
16: 진공 배기 수단 17: 진공 챔버(진공 용기)
18: 진공계 19: 벨로우즈
31: 가스 공급 수단 32: 유량 조정 수단
33: 밸브 34: 진공 펌프
35: 가스 봄베(추가단 가스 공급 수단)
36: 밸브 37: 유량 조정 수단
38: 절연 애자관 40, 41: 절연 애자
42: 커버 43: 유량 조정 수단
44: 봉지 밸브 45: 가스 공급 수단
46: 가스 도입관
111, 112: 고전압 전원(전압을 인가하는 수단)
113: 에미터 팁 지지 부품(조정 기구)
114: 에미터 팁 위치 결정 부품(조정 기구)
115a, 115b: 나사 홈
116: 회전 중심축
117: 에미터 팁의 돌출
121: 미소 돌기(볼록 구조)
122: 미소 돌기의 높이
123: 미소 돌기의 외경
124: 미소 돌기와 인출 전극과의 거리
125: 진공 격벽의 구멍
131: 인출 전극 구멍
132: 절연 애자
330: 대기측 조정 기구
331, 333: 접속 기구
332: 그라운드측 조정 기구
510, 520: 마이크로 채널 플레이트의 검출면
511, 521: 원자로부터의 이온 방출

Claims (10)

  1. 가스를 이온화하는 전계를 형성하는 가스 전계 전리 이온원으로서,
    상기 가스 전계 전리 이온원은,
    선단(先端)을 가지는 에미터 팁과,
    상기 에미터 팁에 대향하고, 이격된 위치에 개구를 가지는 인출 전극과,
    상기 에미터 팁의 근방에 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
    구멍을 갖는 금속제의 진공 격벽으로서, 상기 구멍은, 상기 에미터 팁의 선단이 통과 가능해지도록 구성되는 진공 격벽과,
    상기 에미터 팁과 상기 인출 전극 사이에 전압을 인가하는 수단을 구비하고,
    상기 진공 격벽은, 상기 구멍의 주변에 있어서 인출 전극측을 향하여 돌출하는 볼록 구조를 갖는 가스 전계 전리 이온원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급 수단이, 상기 에미터 팁과 전기적으로 접속되거나, 또는 상기 에미터 팁과 동(同)전위가 되도록 구성되는 가스 전계 전리 이온원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에미터 팁과 상기 진공 격벽의 상기 구멍과의 상대적 위치 관계를 조정하는 조정 기구를 구비하는 가스 전계 전리 이온원.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼록 구조의 외형상(外形狀)이 원통의 형상이며,
    상기 볼록 구조는, 축 방향의 길이에 대한 외경의 비가 1.22 이하인 가스 전계 전리 이온원.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급 수단에 가스를 더욱 공급하는 추가단(追加段) 가스 공급 수단과,
    상기 가스 공급 수단과 상기 추가단 가스 공급 수단을 접속하는 절연 배관과,
    상기 절연 배관 내를 진공 배기하는 수단을 구비하는 가스 전계 전리 이온원.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 에미터 팁과 상기 인출 전극과 상기 진공 격벽을 내포하는 진공 용기를 갖고,
    상기 가스 공급 수단이, 상기 에미터 팁과 전기적으로 접속되거나, 또는 상기 에미터 팁과 동전위가 되도록 구성되고,
    상기 가스 공급 수단은, 상기 진공 용기에는 내포되지 않는 가스 전계 전리 이온원.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스 공급 수단은 금속제의 커버에 내포되고,
    상기 커버는, 상기 진공 용기와 전기적으로 접속되거나, 또는 접지되는 가스 전계 전리 이온원.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 조정 기구는, 상기 에미터 팁을 지지하는 지지 부품을 구비하고,
    상기 지지 부품에는 나사 홈이 형성되어 있는 가스 전계 전리 이온원.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 나사 홈의 축은 상기 진공 격벽의 상기 구멍을 통과하는 가스 전계 전리 이온원.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 볼록 구조와 상기 인출 전극과의 거리가 1.5㎜ 이하인 가스 전계 전리 이온원.
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