JPH03266346A - イオン生成装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、イオン生成装置とこれを用いて構成される
イオン源装置、質量分析装置および表面分析装置に関す
る。

（従来の技術） イオン生成装置は半導体へのイオン注入装置や、各種の
加速器のイオン源として利用され、また真空装置のガス
分析装置あるいは固体の表面分析装置などにおいて分析
対象の原子分子などをイオン化するためにも利用される
。

イオン生成装置には放電を利用したものが多い。用いる
放電には、直流放電と交流放電がある。直流放電を用い
たものは、動作が安定していることが特徴である。直流
放電を生成するには陽極と陰極が必要である。陰極の温
度により、直流放電は熱陰極型と冷陰極型に分けられる
。

これらのうち高温部を持たない冷陰極直流放電型イオン
生成装置は、陰極の消耗が非常に少なく、長寿命である
という特徴を持つ。

冷陰極直流放電型イオン生成装置の代表的なものに、ペ
ニング放電型がある。ペニング放電は真空装置により低
圧にされた気体中で行われる一種の気中放電で、磁場中
に置かれ中空部を有する正電位の陽極と、該中空部の二
つの開口部を覆う様に配設され負電位を与えられた陰極
の間で行われるクロストフィールド放電である。

放電が行われる空間では電場と磁場が実質的に直交し、
該電磁場の中に電子が閉し込められて電子群を成し、気
体の分子などが電子との衝突によりイオン化される。陰
極の、陽極中空部の中心軸にあたる位置に貫通孔を穿設
すると、電子群の存在する空間、即ち放電空間で生成さ
れたイオンが該貫通孔から射出される。ペニング放電型
イオン生成装置は、この様にしてイオンを装置の外部に
供給する。

陰極に貫通孔を穿設すると、ペニング放電は不安定にな
り易い。この放電不安定は、イオン射出孔のある陰極の
電位をイオン射出孔のない陰極の電位より充分低くでき
るか、あるいはイオン射出孔のすぐ外側に置かれる物体
の電位をイオン生成装置の陰極の電位より充分低くでき
る場合には、回避することができるから、通常特別な問
題にはならないが、ペニング放電型イオン生成装置には
その場合にも次の問題があった。

イオン射出孔のない側の陰極の、イオン射出孔に対向す
る位置に所定の固体を配設し、放電によって発生したイ
オンで該固体の表面を照射して表面の物質をスパッタし
、スパッタリングにより放出された中性粒子を放電によ
りイオン化する方法は、スパッタ型イオン源に利用され
ている。また、この方法を該固体の表面を分析するため
の手段としても利用できることは、特開昭５９−１２１
７４６号公報（以下、引用するときには文献（１）と記
す）に開示されている通りである。

この方法をペニング放電により実現することは可能であ
るが、その場合放電を不安定にしないために、上述の様
にスパッタされる固体のある側の陰極の電位を、貫通孔
のある側の陰極の電位より高くしなければならず、スパ
ッタされる固体表面に入射するイオンのエネルギを、ス
パッタ率を大きくとるのに必要なだけの大きい値にする
ことができない。このためペニング放電を用いた装置は
、スパッタ型イオン源では出力イオン電流の値を大きく
することができないし、また表面分析装置の場合には分
析感度を高くすることができない、という問題があった
。

この問題を解決するために文献（１）では、ペニング放
電の電極群にさらに制御電極を付加することにより、ク
ロストフィールド二極放電を行わせている。

第１２図は文献（１）に記載された表面分析装置の主要
部縦断面図を、要点を強調するために技術内容を変更す
ることなく書き直したものである。第１２図において、
電磁石１は真空容器２の内部に磁場を印加し、真空容器
２は図示されない真空装置により排気される。前記磁場
の中には貫通した中空部４を有する陽極３が、この中空
部（以下、陽極中空部という）４の中心軸が磁場の方向
に平行になる様に配設されている。この陽極３と、制御
電極５［文献（１）で第二の陰極と称しているもの］と
、第一の陰極６［文献（１）で第三の陰極と称している
ものコおよび第二の陰極７［文献（１）で第一の陰極と
称しているもの］で電極群が構成される。

制御電極５は、陽極中空部４の一方の開口を覆う様にか
つ陽極３から離間して配設され、陽極中空部４の中心軸
と交わる位置に開口を有する。第一の陰極６は、制御電
極５を介して陽極３と反対の側に制御電極５と離間して
配設され、制御電極５の開口に挿入された棒状部を有す
る。

第二の陰極７は、陽極中空部の他方の開口を覆う様にか
つ陽極３から離間して配設されている。

第二の陰極７の陽極中空部４の中心軸と交わる位置に、
イオン射出孔８が穿設されている。第一の陰極６には表
面分析をされる試料６ａが取り付けられている。試料６
ａは放電現象に対しては、第一の陰極６の一部をなして
いる。

第１３図は各電極の間の電位の関係を示す電犀接続図で
ある。本明細書の全ての図を通して、簡単のために、同
一の部分には同一の参照符号を用いる。陽極３には電源
２１により全ての電極の電位の中で最も高い電位を与え
、第一の陰極６には電源２２により、第二の陰極７には
電源２３により、それぞれ制御電極５の電位より低い電
位を与える様に、即ち制御電極うには第一および第二の
陰極６．７のそれぞれより高い電位を与える様になされ
ている。放電は陽極中空部４に閉じ込められた電子群に
より、陽極３、制御電極５および二つの陰極６，７の間
で行われる。すなわち電子は、電磁石１の発生する陽極
中空部４の中心軸に平行な方向の磁場により陽極３に容
易に到達できず、磁場と平行な方向には制御電極５およ
び二つの陰極６．７の作る電位障壁により、これらの電
極５，６．７には容易に到達できないから、陽極中空部
４の中に閉し込められる。これにより、陽極中空部４の
中に電子群が生成され、その電子群が放電を維持する。

この電子群か存在する空間か放電空間である。

放電空間には、高真空領域あるいは超高真空領域の気体
分子が存在する。気体分子は電子によりイオン化され、
生成されたイオンの一部は試料６ａを照射する。試料６
ａからはスパッタリングにより表面にあった物質が放出
される。

放出されたものの大部分か原子などの中性粒子である。

放出された中性粒子のうちの多くのものが放電空間に入
射し、放電空間に入射した中性粒子のうちの多くのもの
が上記の電子群を構成する電子によりイオン化される。

この様にして第１２図に示した表面分析装置におけるイ
オン生成装置では、試料の表面物質のイオンか生成され
る。生成されたイオンの一部が第二の陰′極７に穿設さ
れたイオン射出孔８を通り抜けてイオン質量分離装置９
に入射し、質量分離されたイオンの電流値かイオン電流
測定装置１０により測定される。分離されるイオンの質
量を所定の方法で変化させ、イオン質量とイオン電流を
対応させることによって、イオンの質量分析がおこなわ
れ、イオンの質量分析によって試料６ａの表面分析が行
われる。

第１３図には接地点が示されていない。接地点のとり方
はイオン質量分離装置９との関係で種々考えられるが、
クロストフィールド三極放電を用いたイオン生成装置の
作用そのものには影響を与えない。この様に構成された
イオン生成装置においては、放電空間の電位は二つの陰
極６．７の電位が共に制御電極５の電位より充分低い場
合には、主として制御電極５の電位と陽極３の電位で定
まり、陰極６．７の電位は放電空間とはほとんど無関係
になる。陰極６．７に入射するイオンの運動エネルギは
、放電空間の電位と陰極６，７の電位との差で決定され
る。

従って、陰極６，７に入射するイオンの運動エネルギは
、ある程度大きい値であるならば任意に決定することが
でき、陰極物質のスパッタ率を大きくとることができる
から、上述のペニング放電を用いたときのスパッタ率を
大きくとれないという問題は解決される。

しかし、このクロストフィールド三極放電を用いたイオ
ン生成装置にも、不純物イオンの生成という問題かある
。この問題を第１２図によって表面分析装置に用いた場
合を例にとり説明する。

放電空間で生成されたイオンは、試料６ａとともに制御
電極５と第二の陰極７をも照射する。

これにより制御電極５と第二の陰極７の表面物質がスパ
ッタされて放電空間に放出され、試料の表面物−質と同
様にして制御電極５と該第二の陰極７の表面物質のイオ
ンが生成され、これらのイオンがイオン射出孔８から射
出されて質量分析される結果、試料の表面分析のバック
グラウンドとなる。このバックグラウンドは通常試料の
表面分析の信号とノイズとの比（ＳＮ比）を小さくする
ので、分析の感度が低く制限される。制御電極５と第二
の陰極７の表面物質のイオンは試料の表面物質のイオン
ではないから、不純物イオンである。この不純物イオン
は試料の表面分析に悪影響を与えるので、その量を低減
させＳＮ比を大きくすることが望まれていた。

また同様に、クロストフィールド三極放電型イオン生成
装置をスパッタ型イオン源に用いた場合には、出力イオ
ン電流に不純物イオンか混入するという問題かあり、不
純物イオンの量を少なくすることが望まれていた。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来のペニング放電型イオン生成装置
では、陰極上にイオンとなるべき固体物質を配設してス
パッタ型イオン源として用いる場合には、イオンとなる
べき固体物質のスパッタ率を大きくすることがてきない
から、出力イオンビーム電流の値を大きくすることがで
きないという問題があり、陰極上に表面分析される試料
を配設して表面分析装置として用いる場合には、同様の
理由で分析感度を高くすることができないという問題が
あった。

これらのペニング放電型イオン生成装置における問題は
、クロストフィールド三極放電型イオン生成装置によっ
て解決されるが、クロストフィールド二極放電型イオン
生成装置では制御電極と第二の陰極の表面物質から生成
される不純物イオンが、スパッタ型イオン源として用い
る場合には出力イオンビームに不純物イオンとして混入
し、また表面分析装置として用いる場合には分析のＳＮ
比を小さい値に制限して分析の感度を低く制限するとい
う問題があった。

従って、この発明の主たる目的は、クロストフィールド
三極放電型イオン生成装置を改良し、制御電極と第二の
陰極の表面物質から生成される不純物イオンの量を減ら
すことができるイオン生成装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、上記のイオン生成装置を用いて
、分析のＳＮ比が大きく、高い分析感度か得られる表面
分析装置を提供することにある。

この発明のもう一つの目的は、上記のイオン生成装置を
用いて、不純物が少なくガス効率の高い気体イオンを生
成できるイオン源装置を提供することにある。

この発明の別の目的は、上記のイオン生成装置を用いて
、イオン射出孔から射出されるイオンビームに含まれる
不純物イオンの量を減らすことができる固体起源のイオ
ン源装置を提供することにある。

この発明のさらに別の目的は、上記のイオン生成装置を
用いて、高ＳＮ比、高感度の質量分析装置を提供するこ
とである。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上述した課題を解決するため、この発明では真空容器、
磁場発生装置、中空部を有する陽極、棒状部を有する第
一の陰極、イオン射出孔を有する第二の陰極、制御電極
、および陽極に全ての電極の中で最も高く、制御電極に
第一の陰極および第二の陰極の電位より高い電位を与え
る手段を構成要素とするクロストフィールド三極放電型
イオン生成装置において、制御電極および第二の陰極の
少なくとも一方を陽極中空部と同軸の貫通孔を有する円
筒部と、この円筒部の一端に設けられた板状部とて構成
する。そして、円筒部にはバナジウム、クロム、ニオブ
、モリブデン、タンタルおよびタングステンからなるグ
ループに属する少なくとも一種類の金属により作られた
部分を設け、さらに制御電極と第一の陰極と第二の陰極
の少なくとも一つにはチタンにより作られた部分を設け
ることを特徴とする。

好ましい実施の態様を列挙すると、次の通りである。

（ａ）　　円筒部は貫通孔に面しかつ陽極側の環状部分
が前記グループに属する少なくとも一種類の金属で作ら
れ、他の部分がチタンを主成分とする材料で作られた部
分を有すること。

（ｂ）　　上記（ａ）における円筒部の環状部分を除く
部分のうち、該環状部分より外周側にある外周部分は、
陽極側で薄く板状部側で厚くなる様に形成されているこ
と。

（ｅ）　　円筒部は、貫通孔に面する内周部分および陽
極側の環状部分の少なくとも一方が前」己グループに属
する少なくとも一種類の金属で作られ、外周部分の少な
くとも板状部側がチタンを主成分とする材料で作られた
部分を有すること。

（ｄ）　　円筒部の外周部分は陽極側で薄く、前記板状
部側で厚くなる様に形成されていること。

（ｅ）　　円筒部は、貫通孔の方位角方向に前記グルー
プに属する少なくとも一種類の金属で作られた部分と、
チタンを主成分とする材料で作られた部分とを交互に配
設して構成されること。

（ｆ）　　上記（ｅ）におけるチタンを主成分とする材
料で作られた部分のうち、陽極側の部分は陽極側に向か
って薄くなる様に形成されていること。

（ｇ）　　同じくチタンを主成分とする材料で作られた
部分のうち、陽極側の部分はグループに属する少なくと
も一種類の金属で作られた部分の陽極側の部分より短く
形成されていること。

（ｈ）　　円筒部の板状部側の部分は、貫通孔の方位角
方向に前記グループに属する少なくとも一種類の金属で
作られた部分と、チタンを主成分とする材料で作られた
部分とを交互に配設して構成され、円筒部の陽極側の環
状部分は全周にわたって前記グループに属する少なくと
も一種類の金属で作られていること。

（ｉ）　　円筒部はチタンとニオブの合金により作られ
ること。

この発明の他の態様によれば、同様の基本構成を有する
クロストフィールド三極放電型において、イオン射出孔
の磁場に垂直な断面における断面積を、陽極中空部側の
部分の断面積か第二の陰極内部で陽極中空部に近い他の
部分の断面積より大きくなるようすることによって、上
記の課題を解決する。

この発明による気体イオンを生成するイオン源装置は、
上述したイオン生成装置に、陽極中空部へ気体を供給す
るガス供給系と、第二の陰極のイオン射出孔の近傍に、
第二の陰極を介して陽極と反対の側に配設されたイオン
ビーム形成部を組合わせることによって構成される。

この発明による固体起源のイオン源装置は、上述したイ
オン生成装置に、陽極の中空部へ気体を供給するガス供
給系と、第二の陰極のイオン射出孔の近傍に、第二の陰
極を介して陽極と反対の側に配設されたイオンビーム形
成部と、第一の陰極の棒状部の陽極中空部に面する部位
に配設されたイオンとなるべき物質とを組合わせること
によって構成される。

この発明による質量分析装置は、上述したイオン生成装
置に、陽極中空部へ分析されるべき気体を供給する手段
と、第二の陰極のイオン射出孔の近傍に第二の陰極を介
して陽極と反対の側に配設されたイオン質量分析手段と
を組合わせることによって構成される。

この発明による表面分析装置は、上述したイオン生成装
置に、陽極の中空部へ気体を供給する手段と、第二の陰
極のイオン射出孔の近傍に、第二の陰極を介して陽極と
反対の側に配設されたイオン質量分析手段とを組合わせ
ることによって構成され、第第二の陰極内部で前記中空
部に近い−の陰極の棒状部の陽極中空部に面する部位に
配設された物質の表面分析を行う。

（作用） 上述したバナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、タ
ンタルおよびタングステンからなるグループに属する金
属は、スパッタ率が小さいという特質がある。そこで、
放電により生成された一次イオンの衝撃を最も激しく受
ける二極放電用の制御電極や第二の陰極の円筒部に、こ
のグループに属する少なくとも一種類の金属を用いると
、放電空間へ供給される不純物イオンとなる物質の量か
少なくなり、生成される不純物イオンの量が減少する。

また、制御電極、第一の陰極および第二の陰極のうちの
少なくとも一つがチタンを含む部分を有することにより
、スパッタリングによって例えば陽極内壁などの表面に
形成された堆積物の付着力が増し、剥離が生じ難くなる
ので、堆積物の剥離により生成される不純物イオンの量
も減少する。

一方、第二の陰極のイオン射出孔の磁場に垂直な面にお
ける断面積を、陽極中空部の側の開口部においてそれに
近接する第二の陰極の内部側における断面積より大きく
すると、放電空間で生成されたイオンのうち、不純物イ
オンがイオン射出孔から射出される量が減少する。

以上から、この発明によるイオン生成装置を用いて、例
えば表面分析装置を構成する場合には、生成される不純
物イオンの量が減ることで分析のＳＮ比か大きくなり、
分析感度が向上する。気体イオン源装置を構成する場合
には、不純物が少なくガス効率の高い気体イオンのビー
ムが形成される。固体起源のスパッタ型イオン源装置を
構成する場合には、イオン射出孔から射出されるイオン
ビームに含まれる不純物イオンの量か減少する。質量分
析装置を構成する場合には、ＳＮ比が大きくかつ高感度
の分析か可能となる。

（実施例） 第１図はこの発明の第１の実施例を示したもので、表面
分析装置に適用した例である。この図ではイオン生成装
置の主要部を縦断面図で示し、他の部分をブロック図で
示しである。

第１図において、電磁石１は真空容器２の内部に磁場を
発生する。真空容器２は図示されない真空装置に接続さ
れ、排気される。前記磁場の中に陽極３が配設される。

陽極３は貫通した中空部（以下、陽極中空部という）４
を有し、この陽極中空部４の中心軸か前記磁場の方向に
平行になる様に配置されている。陽極中空部４の一方の
開口に対向し、かつ陽極３から離間して第一の陰極６が
配設されている。第一の陰極６は陽極中空部４の中心軸
と同軸で、陽極３に向かって延在する棒状部６ｂを有す
る。陽極３の他方の開口に対向し、かつ陽極３から離間
して第二の陰極７か配設されている。第二の陰極７は、
陽極中空部４の中心軸と交わる位置にイオン射出孔８を
有する。陽極３と第一の陰極６の間に、画電極３，６か
ら離間して制御電極５か配設されている。陽極３、制御
電極５、第一の陰極６および第二の陰極７は、放電電極
群］１を構成する。第一の陰極６の棒状部６ｂの先端に
は、表面分析されるべき試料６ａが取り付けられている
。試料６ａは放電現象に対しては、第一の陰極６の一部
をなしている。

そして、第二の陰極７のイオン射出孔８の近傍に第二の
陰極７を介して陽極３と反対の側にイオン質量分離装置
９が配設され、このイオン質量分離装置９とイオン電流
測定装置１０とによりイオン質量分析手段が構成されて
いる。

第２図は放電電極群１１の各電極の間の電位の関係を示
す電源接続図である。陽極３には電源２１により全ての
電極の電位の中で最も高い電位を与え、第一の陰極６に
は電源２２により、第二の陰極７には電源２３により、
それぞれ制御電極５の電位より低い電位を与える様に、
即ち制御電極５には第一の陰極６および第二の陰極７の
それぞれより高い電位を与える様に構成されている。な
お、第２図には接地点か示されていない。後述するイオ
ン質量分離装置９との関係で色々な接地法があるが、接
地点のとり方はクロストフィールド二極放電を用いたイ
オン生成装置の作用に影響を与えない。

第１図に示した表面分析装置において、イオン生成装置
での放電は陽極中空部４に閉じ込められた電子群により
、放電電極群１］の各電極間で行われる。すなわち、電
子は電磁石１の発生する中空部４の中心軸に平行な方向
の磁場により、陽極３には容易に到達できず、磁場と平
行な方向には制御電極５および二つの陰極６゜７の作る
電位障壁により、これらの電極には容易に到達できない
から、陽極中空部４の中に閉じ込められ、陽極中空部４
の中に閉じ込められた電子群か生成され、この電子群が
放電を維持する。この電子群が存在する空間か放電空間
である。

放電空間には、高真空領域あるいは超高真空領域の密度
の気体分子が存在する。気体分子は電子によりイオン化
され、生成されたイオンの一部は試料６ａを照射してス
パッタリングを行う。このスパッタリングにより、試料
６ａの表面上の物質が放出される。放出された物質の大
部分か原子などの中性粒子である。放出された中性粒子
のうちの多くのものが放電空間に入射し、さらに放電空
間に入射した中性粒子のうちの多くのものが上記の電子
群を構成する電子によりイオン化される。

この様にして本実施例の表面分析装置内のイオン生成装
置では、試料６ａの表面物質のイオンか生成される。生
成されたイオンの一部は第二の陰極７に穿設されたイオ
ン射出孔８を通り抜けてイオン質量分離装置９に入射し
、質量分離されたイオンの電流値がイオン電流測定装置
１０により測定される。分離されるイオンの質量を所定
の方法で変化させ、イオン質量とイオン電流を対応させ
ることによって、イオンの質量分析が行われ、このイオ
ンの質量分析によって試料６ａの表面分析が行われる。

この様に構成されたイオン生成装置においては、放電空
間の電位は二つの陰極６．７の電位か共に制御電極５の
電位より充分低い場合には、主として制御電極５の電位
と陽極３の電位で定まり、陰極６，７の電位は放電空間
の電位とはほとんど無関係になる。陰極６．７に入射す
るイオンの運動エネルギは、放電空間の電位と陰極６，
７の電位との差で決定されるので、陰極６．７に入射す
るイオンの運動エネルギは、ある程度大きい値であるな
らば任意に決定することができ、陰極物質のスパッタ率
を大きくとることができる。

第３図はこの発明の第２の実施例に係る表面分析装置の
構成図であり、第１図と同様にイオン生成装置の主要部
を縦断面図で示し、他の部分をブロック図で示しである
。この実施例ではイオン生成装置が第１図に示したもの
と異なる。

その相違点は、第１図中のイオン生成装置では制御電極
５が陽極３と第一の陰極６の間に配設されるのに対し、
第３図では制御電極５が陽極３と第二の陰極７の間に配
設されることである。

陽極３、制御電極５、第一の陰極６および第二の陰極７
が、先と同様に放電電極群１１を構成する。放電電極群
１１の各電極の間の電位の関係は図示しないが、第２図
に示したものと同様である。

第４図はこの発明の第３の実施例に係る表面分析装置の
構成図であり、第１図と同様にイオン生成装置の主要部
を縦断面図で示し、他の部分をブロック図で示しである
。この図に示されたイオン生成装置が第１図および第３
図に示されたイオン生成装置と異なるところは、制御電
極が１２．１３の二つあることである。第一の制御電極
１２は陽極３と第一の陰極６の間に配設され、第二の制
御電極１３は陽極３と第二の陰極７の間に配設される。

陽極３、第一の制御電極１２、第二の制御電極１３、第
一の陰極６および第二の陰極７が、放電電極群１］を構
成する。放電電極群１１の各電極の間の電位の関係は図
示しないが、第二の制御電極１３の電位は第一の制御電
極１２の電位と等しく、これらの制御電極１．２．１３
の電位を第２図の制御電極５の電位と等しいとしたとき
、他の電極３゜６．７の電位は第２図に示したものと同
様である。

第５図はこの発明の要部の構成を詳細に示すもので、（
ａ）　（ｃ）　（ｅ）　（ｇ）　（＋　）及び（Ｄは制
御電極５の具体例を示す縦断面図、（ｂ）　（ｄ）（ｆ
’）及び（ｈ）は第二の陰極７の具体例を示す縦断面図
である。制御電極５を示す第５図（ａ）　（ｃ）　（ｅ
）　（ｇ）（ｉ）及び（ｊ）において、５ａは管状部、
５ｂは環状部、５Ｃは板状部であり、管状部５ａと環状
部５ｂとで、陽極中空部４の軸と同軸の貫通孔を有する
制御電極５の円筒部を構成する。また、第二の陰極７を
示す（ｂ）　（ｄ）　（ｆ）及び（ｈ）において、７ａ
は管状部、７ｂは環状部、７ｃは板状部であり、管状部
７ａと環状部７ｂとて、陽極中空部４の軸と同軸の貫通
孔を有する第二の陰極７の円筒部を構成する。

ここで、制御電極の管状部５ａはチタンを主成分するキ
イ料で作られ、環状部５ｂはバナジウム、クロム、ニオ
ブ、モリブデン、タンタルおよびタングステンからなる
グループ（以下、グループＲという）に属する少なくと
も一種類の金属により作られる。また、第二の陰極７の
管状部７ａはチタンを主成分する材料で作られ、環状部
７ｂはグループＲに属する少なくとも一種類の金属によ
り作られる。

なお、第４図における二つの制御電極１２１３も第５図
に示した制御電極５と全く同一構成でよい。

前述したように本発明の主たる課題は、制御電極５　（
１２，１３）および第二の陰極７の表面物質から生成さ
れる不純物イオンの量を減らすことである。不純物イオ
ン生成の原因は、放電により生成されたイオンの衝撃に
よる制御電極５　（１２，１３）および第二の陰極７の
表面物質のスパッタリングである。本発明の上述した第
１〜第３実施例によれば、イオンの激しい衝撃を受ける
制御電極５　（１２，１３）および第二の陰極７の円筒
部に、スパッタ率の小さいグループＲに属する金属を用
いることによって、生成される不純物イオンの量を減ら
している。

ところで、グループＲに属する金属は、スパッタ率が小
さいことか特徴であるが、スパッタ率を零にすることは
できず、スパッタされたグループＲに属する金属か陽極
３の内壁なとの固体表面にある程度付着・堆積すること
は避けられない。堆積した付着物は固体表面から剥離さ
れることがあり、剥離された付着物が放電空間に入ると
、大量の不純物イオンが生成される。

この対策として、本発明の第１〜第３の実施例では、制
御電極および第二の陰極のうちの少なくとも一つはチタ
ンを含む部分を有する様にする。このようにすると、陽
極３の内壁などの固体表面に堆積した付着物にチタンが
混入することによって、堆積した付着物の固体表面への
付着力を増強させる。この結果、堆積した付着物が剥離
されて放電空間に入り、不純物イオンが生成される頻度
を減少させることができる。

第５図（ａ）〜（ｊ）の各側について、更に具体的に説
明する。まず、第５図（ａ）および（ｂ）においては制
御電極５および第二の陰極７の円筒部のうち、貫通孔に
面する部分（即ち円筒部の内壁）の陽極３側に寄った部
分の環状部５ｂおよび７ｂは、グループＲに属する少な
くとも一種類の金属により作られており、これらの円筒
部の他の部分、即ち管状部５ａおよび７ａは主としてチ
タンからなる材料で作られている。制御電極５および第
二の陰極７でイオン衝撃を最も激しく受ける部分は、円
筒部の貫通孔に面する部分、即ち円筒部の内壁の陽極３
側の環状部５ｂ、７ｂである。これらの環状部５ｂ、７
ｂの部分にスパッタ率の小さいグループＲに属する少な
くとも一種類の金属を用いることにより、生成される不
純物イオンの量を減らすことができる。

第５図（Ｃ）および（ｄ）においては、制御電極５およ
び第二の陰極７の円筒部のうち、貫通孔に面する内周部
分がグループＲに属する少なくとも一種類の金属により
作られ、この円筒部の外周部分はチタンで作られている
。このようにイオン衝撃を激しく受ける円筒部の貫通孔
に面する内周部分に、グループＲに属する少なくとも一
種類の金属を用いることにより、生成される不純物イオ
ンの量を減らしている。

第５図（ｅ）および（ｆ）においては、制御電極５およ
び第二の陰極７の円筒部のうち、陽極３側の環状部分が
グループＲに属する少なくとも一種類の金属により環状
に作られ、この円筒部の板状部５ｃ、７ｃ側の部分はチ
タンで環状に作られている。このように、イオン衝撃を
激しく受ける円筒部の陽極３側の環状部５ｂ、７ｂの部
分に、グループＲに属する少なくとも一種類の金属を用
いることにより、生成される不純物イオンの量を減らす
ことができる。

第５図（ｇ）および（ｈ）においては、制御電極５およ
び第二の陰極７の円筒部は、貫通孔に面する内周部分と
陽極３側の環状部５ｂ、７ｂの部分がグループＲに属す
る少なくとも一種類の金属により環状に作られ、円筒部
の外周部の板状部５Ｃ側の環状部分はチタンで作られて
いる。

このように、激しいイオン衝撃を受ける部分のほとんど
全て、即ち制御電極５および第二の陰極７の円筒部の貫
通孔に面する部分と、陽極３側の部分にグループＲに属
する少なくとも一種類の金属を用いることにより、生成
される不純物イオンの量をより効果的に減らすことがで
きる。

第５図（ｉ）においては、制御電極５の円筒部の貫通孔
に面する部分、即ち円筒部の内壁側のうち、陽極３側の
環状部５ｂの部分はグループＲに属する少なくとも一種
類の金属により作られ、この円筒部の他の部分５ａは主
としてチタンからなる材料で作られている。また、この
円筒部の他の部分５ａのうち、環状部５ｂの外周側の部
分は陽極３側で薄く、板状部５ｃ（図示せす）側で厚く
なる様に形成されている。このように、イオン衝撃を最
も激しく受ける円筒部の内壁側の陽極３側の部分に、グ
ループＲに属する少なくとも一種類の金属を用いること
により、生成される不純物イオンの量を減らすことかで
きる。

さらに、主としてチタンからなる材料で作られている部
分のうち、陽極３側の部分、即ち円筒部の外周部の陽極
３側の部分の形状を、陽極３側で薄く、板状部５ｃ、７
ｃ側で厚くなる様にして、スパッタされたチタンなどの
不純物粒子が陽極中空部４の軸の方へ行くことを妨げる
様にしている。イオン射出孔８を通り抜けるイオンは、
陽極中空部４の軸の近くて生成されたものか大部分であ
るから、第５図（１）のような円筒部の形状により、イ
オン射出孔８を通り抜ける不純物イオンの量を大幅に減
少させることかできる。

第５図（Ｄは制御電極５の例を示したが、同様の構成を
第二の陰極７に適用することによって、制御電極５に適
用した場合と同様の効果が得られる。

第５図（ｊ）においては、制御電極５の円筒部の貫通孔
に面する部分、即ち円筒部の内壁側５ｂが、グループＲ
に属する少なくとも一種類の金属により作られ、この円
筒部の外周側５ａが主としてチタンからなる材料で作ら
れている。

このように、イオン衝撃を激しく受ける円筒部の貫通孔
に面する部分に、グループＲに属する少な（とも一種類
の金属を用いることにより、生成される不純物イオンの
量を減らしている。

さらに、主としてチタンからなる材料で作られている部
分のうち、陽極３側の部分の形状を陽極３側で薄く、板
状部５ｃ（図示せず）側で厚くなる様にして、スパッタ
されたチタンなどの不純物粒子が陽極中空部４の軸の方
ｌへ行くことを妨げる様にしている。これにより第５図
（Ｄの場合と同様に、イオン射出孔８を通り抜ける不純
物イオンの量を、大幅に減少させることかできる。

第５図（ｊ）は制御電極５の例を示したか、同様の構成
を第二の陰極７に適用することによって、制御電極５に
適用した場合と同様の効果が得られる。

第６図はこの発明の要部である制御電極５の第５図とは
別の構成を詳細に示すもので（ａ）（ｂ）（ｃ）　（ｄ
）および（ｅ）は縦断面図、（ｒ）（ｇ）（ｈ）および
（ｉ）は横断面図、（ｊ）は各縦断面図の断面の位相を
示す図である。即ち、第６図（ａ＞（ｂ）（ｃ）（ｄ）
および（ｅ）は（ｊ）の鎖線Ｌ−０−Ｍに示した断面に
おける縦断面図である。第６図（ｒ）は第６図（ａ）　
（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）に示した断面Ａ−Ａを矢印の方
に見た横断面図、第６図（ｇ）は第６図（Ｃ）に示した
断面Ｂ−Ｂを矢印の方に見た横断面図、第６図（ｈ）は
第６図（ｄ）に示した断面Ｃ−Ｃを矢印の方に見た横断
面図、第６図（ｉ）は第６図（ｅ）に示した断面Ｄ−Ｄ
を矢印の方に見た横断面図である。

第６図（ａ）〜（ｉ）に示す制御電極５において、５Ｃ
は板状部、５ｄは円筒部のうち主としてチタンからなる
材料で作られた部分、５ｅは円筒部のうちバナジウム、
クロム、ニオブとモリブデン、タンタルおよびタングス
テンからなるグループＲに属する少なくとも一種類の金
属により作られる部分、５ｆはチ、タンとニオブの合金
によって作られる円筒部である。

第６図（ａ）は第６図（ｆ）と合わせて、制御電極５の
円筒部がその貫通孔の方位角方位に、主としてチタンか
らなる材料で作られた部分とグループＲに属する少なく
とも一種類の金属により作られる部分とを交互に配設し
て作られていることを示す。この例によれば、イオン衝
撃を受ける制御電極５の円筒部に、スパッタ率の小さい
グループＲに属する金属を用いることによって、生成さ
れる不純物の量を少な（し、同じく制御電極５の円筒部
に主としてチタンからなる部分を設けることてスパッタ
リングにより形成された付着物が剥離し難い様にして、
不純物イオンか生成される頻度を減少させている。

第６図（ｂ）は第６図（ｆ）と合わせて、制御電極５の
円筒部がその貫通孔の方位角方向に、主としてチタンか
らなる材料で作られた部分と上記グループＲに属する少
なくとも一種類の金属により作られる部分とを交互に配
設して作られ、この主としてチタンからなる材料で作ら
れた部分の陽極３側は、陽極３側に向かって薄くなる様
になされていることを示す。この例によれば、イオン衝
撃を受ける制御電極５の円筒部に、スパッタ率の小さい
グループＲに属する金属を用いることによって、生成さ
れる不純物の量は少なくし、同じく制御電極５の円筒部
に主としてチタンからなる部分を設け、かつその部分は
陽極３側に向かって薄くなる様にして、スパッタリング
により形成された付着物か剥離し難い様にすると共に、
主としてチタンからなる部分へのイオン衝撃を少なくし
て、この部分を発生源とする不純物の量をも少なくして
いる。

第６図（ｃ）は第６図（ｒ）　（ｇ）と合わせて、制御
電極５の円筒部がその貫通孔の方位角方向に、主として
チタンからなる材料で作られた部分とグループＲに属す
る少なくとも一種類の金属により作られる部分とを交互
に配設して作られ、この主としてチタンからなる材料で
作られた部分の陽極３側は、グループＲに属する少なく
とも一種類の金属により作られる部分の陽極３側より短
くなされていることを示す。この例によれば、イオン衝
撃を受ける制御電極５の円筒部に、スパッタ率の小さい
グループＲに属する金属を用いることによって、生成さ
れる不純物の量を少なくし、同じく制御電極５の円筒部
に主としてチタンからなる部分を設け、かつその部分の
陽極３側はグループＲに属する少なくとも一種類の金属
により作られる部分の陽極３側より短くして、スパッタ
リングにより形成された付着物が剥離し難い様にすると
共に、主としてチタンからなる部分へのイオン衝撃を少
なくして、この部分を発生源とする不純物の量をも少な
くしている。

第６図（ｄ）は第６図（ｆ）　（ｈ）と合わせて、制御
電極５の円筒部の板状部側が、制御電極５０貫通孔の方
位角方向に、主としてチタンからなる材料で作られた部
分とグループＲに属する少なくとも一種類の金属により
作られる部分とを交互に配設して作られており、この制
御電極５０円筒部の陽極３側は全周にわたってグループ
Ｒに属する少なくとも一種類の金属により作られている
ことを示している。この例によれば、制御電極５の円筒
部の激しいイオン衝撃を受ける陽極３例の部分に全周に
わたって、スパッタ率ノ小すいグループＲに属する金属
を用いることによって、生成される不純物の量を少なく
し、同じく制御電極５の円筒部の板状部側に主としてチ
タンからなる部分を設け、スパッタリングにより形成さ
れた付着物が剥離し難い様にすると共に、主としてチタ
ンからなる部分からスパッタされた表面物質が陽極中空
部４の軸の近くへ行き難くして、イオン射出孔を通り抜
ける不純物イオンの量が少なくなる様にしている。

第６図（ｅ）は第６図（ｉ）と合わせて、制御電極５の
円筒部かチタンとニオブの合金により作られていること
を示している。激しいイオン衝撃を受ける制御電極５の
円筒部にスパッタ率の小さいニオブを用いることによっ
て、生成される不純物の量を少なくし、また同し部分に
チタンを用いることによってスパッタリングにより形成
された付着物が剥離し難い様にしている。

ニオブは質量数が９３のものだけが存在し、質量数の異
なる同位体は存在しない。従って、試料がニオブを含ま
ないことが分かっている場合には、表面分析に悪影響を
与えないことが、制御電極５の円筒部にニオブを含む合
金を用いることの利点である。

なお、第６図では制御電極５の例を示したが、同様の構
成を第二の陰極７に適用することも可能であり、制御電
極５に適用した場合と同様の効果か得られる。

第７図はこの発明の要部である第二の陰極７の第５図と
は別の構成を詳細に示すもので、（ａ）　（ｂ）　（ｃ
）　（ｄ）および（ｅ）は全て縦断面図である。

但し、第７図（ａ）〜（ｅ）には図示していないが、い
ずれも陽極３が第二の陰極７の左側に配設されているも
のとする。図示のように、第二の陰極７のいずれの例に
おいても、イオン射出孔８の磁場に垂直な断面における
断面積は、陽極中空部４の側、即ち図の左側の開口部に
おいては、それに隣接する第二の陰極７の内部側におけ
る断面積より大きくなされている。

第５図（ａ）〜（ｅ）の各側について、更に具体的に説
明する。まず、第７図（ａ）においては第二の陰極７の
イオン射出孔８か、直径が異なる二個の円筒状空間によ
り構成されている。この例では、イオン射出孔８の磁場
に垂直な断面に於ける面積が、陽極中空部４の側、即ち
図の左側の開口部においては、それに隣接する第二の陰
極７の内部側、即ちイオンが放電電極群から射出される
図の右側における断面積より大きくなっている。このよ
うなイオン射出孔８の形状により、第二の陰極７の表面
から放出された粒子がイオン射出孔８を通って放電電極
群から射出される割合を小さくすることができる。従っ
て、スパッタリングにより第二の陰極７の表面から放出
される粒子のうち、イオン射出孔８を通って放電電極群
から射出されるものの割合が小さくなり、第二の陰極７
の表面物質から生成される不純物イオンの量を少なくす
ることができる。

第７図（ｂ）においては、第二の陰極７のイオン射出孔
８の直径が陽極３から遠ざかるにつれて減少するように
、イオン射出孔８の内部が円錐台状空間を持っている。

第７図（Ｃ）の例も同様であるが、イオン射出孔８の内
部が三つの円錐状空間を持りている点が第７図（ｂ）と
異なる。

イオン射出孔８をこのような形状にすると、第７図（ａ
）の場合と同様の効果が得られる。

第７図（ｄ）においては、第二の陰極７のイオン射出孔
８の直径が陽極３から遠ざかるにつれて滑らかに減少す
る部分を持っている。これにより、第７図（ａ）　（ｂ
）　（ｃ）の場合と同様の効果を得ることができる。

第７図（ａ）〜（ｄ）に示した例では、イオン射出孔８
はそれぞれ放電電極群からイオンか射出される部分、即
ち図の右側で、直径か最小となるように形成されている
が、これは必すしも必要な条件ではなく、例えば第７図
（ｅ）に示す様に放電電極群からイオンが射出される部
分で直径を大きくすることもできる。要するに、第二の
陰極７のイオン射出孔８の磁場に垂直な断面における面
積が、陽極中空部４の側の開口部においては、それに隣
接する第二の陰極７の内部側における断面積より大きく
なっていればよい。

第８図はこの発明の第４の実施例に係るイオン源装置の
構成図であり、イオン生成装置の主要部を縦断面図で示
し、他の部分をブロック図で示しである。第８図におい
て、電磁石１、真空容器２、中空部４を有する陽極３、
制御電極５およびイオン射出孔８を有する第二の陰極７
は、第１図に示した表面分析装置におけるイオン生成装
置と同様のものである。

この実施例では第一の陰極６に、貫通した長穴か穿設さ
れることにより気体流路１４が形成されている。この長
穴からなる気体流路１４は、陽極中空部４ヘイオンとな
るべき気体を供給するガス供給系の一部をなし、この気
体は真空容器２の器壁を貫通する図示されない配管を通
して気体流路１４の一端に供給される。気体流路１４を
通り抜けた気体は、制御電極５の中空部４を通って陽極
中空部４に到達し、その一部は陽極中空部４に存在する
電子群によってイオン化される。

一方、第二の陰極７を介して陽極３と反対の側に、イオ
ンビーム形成部１５が配設されている。陽極中空部４で
生成された気体のイオンの一部は、第二の陰極７のイオ
ン射出孔８を通り抜けてイオンビーム形成部１５に入射
し、イオンビーム形成部１５で大きさと運動の方向の定
まったイオンビームの一部になる。クロストフィールド
放電型気体イオン源の特徴として、ガス効率即ち射出さ
れたイオンの流量と導入された気体の流量の比か大きい
ことが知られているか、このことはクロストフィールド
二極放電を用いた本発明のイオン生成装置を用いた気体
イオン源にも当てはまる。この実施例のイオン源装置に
よれば、不純物か少なくガス効率の大きい気体イオンの
ビームを生成することかかできる。

第９図はこの発明の第５の実施例に係るイオン源装置の
構成図であり、同様にイオン生成装置の主要部を縦断面
図で示し、他の部分をブロック図で示しである。第一の
陰極６とイオン質量分離部１６の他は、第８図に示した
ものと同様である。

この実施例では、第一の陰極６の棒状部６ｂの陽極中空
部４に面する部位に、イオンとなるべき物質６ｃが配設
されている。

一方、イオン質量分離部１６により、第一の陰極６を貫
通した長大の気体流路１４を経て陽極中空部４に供給さ
れた気体のイオンと、イオンとなるべき物質６ｃのイオ
ンとが質量分離される。また、イオンビーム形成部１５
で、イオンとなるべき物質６ｃの、大きさと運動の方向
の定まったイオンビームが形成される。この実施例のイ
オン源装置によれば、不純物が少ない固体起源のイオン
のビームを生成することができる。

第１０図は本発明の第６の実施例に係る質量分析装置の
構成図であり、電磁石１、真空容器２、中空部４を有す
る陽極３およびイオン射出孔８を有する第二の陰極７は
、第１図に示した表面分析装置のイオン生成装置におけ
るものと同様のものである。

制御電極５と第一の陰極６には、絶縁物の管で作られた
気体流路１４が貫通されている。質量分析されるべき気
体は、真空容器２の器壁を貫通する図示されない配管に
より、この絶縁管製の気体流路１４の一端に供給される
。この気体流路１４を通り抜けた気体は陽極中空部４に
到達し、その一部は陽極中空部４に存在する電子群によ
ってイオン化される。

第二の陰極７のイオン射出孔８の近傍に、第二の陰極７
を介して陽極３と反対の側に配設されたイオン質量分離
装置が配設されている。このイオン質量分離装置９とイ
オン電流測定装置１０とでイオン質量分析手段を構成し
、このイオン質量分析手段とイオン生成装置とで、質量
分析装置を構成している。即ち、陽極中空部４で生成さ
れた分析されるべき気体のイオンの一部は、イオン射出
孔８を通り抜け、イオン質量分離装置９に入射し、質量
分析される。この実施例の質量分析装置によれば、ＳＮ
比が良く高感度の質量分析ができる。

第１１図は本発明の第７の実施例に係る表面分析装置の
構成図であり、第９図に示したイオン源装置とは第一の
陰極６が異なり、また第９図のイオン源装置のイオン質
量分離部１６とイオンビーム形成部１５が第１１図の装
置には無い。そして、第二の陰極７のイオン射出孔８の
近傍に第二の陰極７を介して陽極３と反対の側に配設さ
れたイオン質量分離装置９とイオン電流測定装置１０と
によりイオン質量分析手段が構成されていること以外は
、第９図に示したものと同様である。

第一の陰極６の棒状部６ｂの陽極中空部４に面する部位
に、表面分析されるべき物質、即ち試料６ａが配設され
ている。第一の陰極６に穿設された貫通した長穴の気体
流路１４を経て陽極中空部４に供給された気体の一部は
、陽極中空部４に存在する電子群によってイオン化され
る。こうして生成された気体のイオンの一部は試料６ａ
の表面を照射してスパッタする。このスパッタリングで
放出された試料の表面物質の一部は、陽極中空部４に存
在する電子群によってイオン化され、イオン射出孔から
射出されてイオン質量分離装置９に入射することにより
質量分析され、試料６ａの表面分析が行われる。

この実施例の表面分析装置によれば、ＳＮ比が良く感度
の高い表面分析ができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明によれば以下の効果が得
られる。

（１）陰極上に表面分析される試料を配設して表面分析
装置として用いる場合には、試料の表面物質の分析感度
を高くすることができ、さらに生成される不純物イオン
の量を減らして分析のＳＮ比を大きくし、分析感度を向
上させることができる。

（２）気体イオン源装置として用いる場合には、不純物
か少なく、ガス効率を高くできる。

（３）固体起源のスパッタ型イオン源装置として用いる
場合には、イオンとなるべき固体物質の出力イオンビー
ム電流の値を大きくでき、またイオン射出孔から射出さ
れるイオンビームに含まれる不純物イオンの量を減らす
ことが可能となる。

（４）質量分析装置として用いる場合には、ＳＮ比の向
上と高感度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す表面分析装置の
構成図、第２図は第１図における放電電極群の各電極の
間の電位の関係を示す電源接続図、第３図はこの発明の
第２の実施例を示す表面分析装置の構成図、第４図はこ
の発明の第３の実施例を示す表面分析装置の構成図、第
５図はこの発明の主要部である制御電極および第二の陰
極の構成例を示す断面図、第６図はこの発明の主要部で
ある制御電極および第二の陰極の他の構成例を示す断面
図、第７図はこの発明の主要部である第二の陰極の更に
別の構成例の断面図、第８図はこの発明の第４の実施例
を示すイオン源装置の構成図、第９図はこの発明の第５
の実施例を示すイオン源装置の構成図、第１０図はこの
発明の第６の実施例を示す質量分析装置の構成図、第１
１図はこの発明の第７の実施例を示す表面分析装置の構
成図、第１２図は従来の表面分析装置の構成図、第１３
図は第１２図におけるイオン生成装置の各電極の電位の
関係を示す電源接続図である。 １・・・電磁石、２・・・真空容器、３・・・陽極、４
・・陽極の中空部、５・・・制御電極、６・・・第一の
陰極、６ａ・・・試料、６ｂ・・・第一の陰極の棒状部
、７・・・第二の陰極、８・・・イオン射出孔、９・・
イオン質量分離装置、１０・・・イオン電流ｌＩ！ｊ定
装置、よユ・・・放電電極群、１２．１３・・・制御電
極、１４・・・気体流路、１５・・・イオンビーム形成
部、２１．２．２３・・電源。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空装置に接続される真空容器と、 前記真空容器の内部に印加する磁場を発生する磁場発生
   装置と、 両端が開口された中空部を有し、この中空部の中心軸が
   前記磁場の方向に平行となる様に前記磁場の中に配設さ
   れた陽極と、 前記中空部の一方の開口に対向して配設され、前記中空
   部の中心軸と同軸で陽極に向かって延在する棒状部を有
   する第一の陰極と、 前記中空部の他方の開口に対向して配設され、前記中空
   部の中心軸と交わる位置にイオン射出孔を有する第二の
   陰極と、 陽極と第一の陰極の間および陽極と第二の陰極の間の少
   なくとも一方に配設された制御電極と、 陽極に全ての電極の中で最も高く、制御電極に第一の陰
   極および第二の陰極の電位より高い電位を与える手段と を具備するイオン生成装置において、 制御電極および第二の陰極の少なくとも一方は、前記中
   空部と同軸の貫通孔を有する円筒部と、この円筒部の一
   端に設けられた板状部とからなり、円筒部はバナジウム
   、クロム、ニオブ、モリブデン、タンタルおよびタング
   ステンからなるグループに属する少なくとも一種類の金
   属により作られた部分を有し、さらに制御電極と第一の
   陰極と第二の陰極の少なくとも一つはチタンにより作ら
   れた部分を有することを特徴とするイオン生成装置。
2. （２）前記円筒部は、前記貫通孔に面しかつ陽極側の環
   状部分が前記グループに属する少なくとも一種類の金属
   で作られ、他の部分がチタンを主成分とする材料で作ら
   れた部分を有することを特徴とする請求項１記載のイオ
   ン生成装置。
3. （３）前記円筒部の前記環状部分を除く部分のうち、該
   環状部分より外周側にある外周部分は、陽極側で薄く前
   記板状部側で厚くなる様に形成されていることを特徴と
   する請求項２記載のイオン生成装置。
4. （４）前記円筒部は、前記貫通孔に面する内周部分およ
   び陽極側の環状部分の少なくとも一方が前記グループに
   属する少なくとも一種類の金属で作られ、外周部分の少
   なくとも前記板状部側がチタンを主成分とする材料で作
   られた部分を有することを特徴とする請求項１記載のイ
   オン生成装置。
5. （５）前記円筒部の外周部分は陽極側で薄く、前記板状
   部側で厚くなる様に形成されていることを特徴とする請
   求項４記載のイオン生成装置。
6. （６）前記円筒部は、前記貫通孔の方位角方向に前記グ
   ループに属する少なくとも一種類の金属で作られた部分
   と、チタンを主成分とする材料で作られた部分とを交互
   に配設して構成されることを特徴とする請求項１記載の
   イオン生成装置。
7. （７）前記チタンを主成分とする材料で作られた部分の
   うち陽極側の部分は、陽極側に向かって薄くなる様に形
   成されていることを特徴とする請求項６記載のイオン生
   成装置。
8. （８）前記チタンを主成分とする材料で作られた部分の
   陽極側の部分は、前記グループに属する少なくとも一種
   類の金属で作られた部分の陽極側の部分より短く形成さ
   れていることを特徴とする請求項６記載のイオン生成装
   置。
9. （９）前記円筒部の前記板状部側の部分は、前記貫通孔
   の方位角方向に前記グループに属する少なくとも一種類
   の金属で作られた部分と、チタンを主成分とする材料で
   作られた部分とを交互に配設して構成され、前記円筒部
   の前記陽極側の環状部分は全周にわたって前記グループ
   に属する少なくとも一種類の金属で作られていることを
   特徴とする請求項１記載のイオン生成装置。
10. （１０）前記円筒部はチタンとニオブの合金により作ら
    れることを特徴とする請求項１記載のイオン生成装置。
11. （１１）真空装置に接続される真空容器と、前記真空容
    器の内部に印加する磁場を発生する磁場発生装置と、 両端が開口された中空部を有し、この中空部の中心軸が
    前記磁場の方向に平行となる様に前記磁場の中に配設さ
    れた陽極と、 前記中空部の一方の開口に対向して配設され、前記中空
    部の中心軸と同軸で陽極に向かって延在する棒状部を有
    する第一の陰極と、 前記中空部の他方の開口に対向して配設され、前記中空
    部の中心軸と交わる位置にイオン射出孔を有する第二の
    陰極と、 陽極と第一の陰極の間および陽極と第二の陰極の間の少
    なくとも一方に配設された制御電極と、 陽極に全ての電極の中で最も高く、制御電極に第一の陰
    極および第二の陰極の電位より高い電位を与える手段と を具備するイオン生成装置において、 前記イオン射出孔の前記磁場に垂直な断面における断面
    積は、前記中空部側の部分の断面積が第二の陰極内部で
    前記中空部に近い他の部分の断面積より大きいことを特
    徴とするイオン生成装置。
12. （１２）請求項１〜１１のいずれかに記載のイオン生成
    装置と、 前記陽極の中空部へ気体を供給する手段と、前記第二の
    陰極のイオン射出孔の近傍に、第二の陰極を介して前記
    陽極と反対の側に配設されたイオン質量分析手段と を具備し、前記第一の陰極の棒状部の、前記陽極の中空
    部に面する部位に配設された物質の表面分析を行うこと
    を特徴とする表面分析装置。
13. （１３）請求項１〜１１のいずれかに記載のイオン生成
    装置と、 前記陽極の中空部へ気体を供給するガス供給系と、 前記第二の陰極のイオン射出孔の近傍に、第二の陰極を
    介して陽極と反対の側に配設されたイオンビーム形成部
    と を具備することを特徴とするイオン源装置。
14. （１４）請求項１〜１１のいずれかに記載のイオン生成
    装置と、 前記陽極の中空部へ気体を供給するガス供給系と、 前記第二の陰極のイオン射出孔の近傍に、第二の陰極を
    介して陽極と反対の側に配設されたイオンビーム形成部
    と、 前記第一の陰極の棒状部の、前記陽極の中空部に面する
    部位に配設されたイオンとなるべき物質と を具備することを特徴とするイオン源装置。
15. （１５）請求項１〜１１のいずれかに記載のイオン生成
    装置と、 前記陽極の中空部へ分析されるべき気体を供給する手段
    と、 前記第二の陰極のイオン射出孔の近傍に第二の陰極を介
    して陽極と反対の側に配設されたイオン質量分析手段と を具備することを特徴とする質量分析装置。