JPH0423372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンビーム描画装置等のイオンビ
ーム装置に使用して好適なガスフエーズイオン源
に関し、特に、エミツタを効率良く冷却すること
のできるガスフエーズイオン源を提供するもので
ある。

［従来の技術］ 最近、ガスフエーズイオン源を用いたイオンビ
ーム装置が開発されている。

このガスフエーズイオン源は、先端が鋭く形成
されたエミツタ先端に例えばヘリウムガスを供給
し、ヘリウムガス分子を強電界によつて電離さ
せ、イオン化するイオン源である。

このようなイオン源においては、エミツタに高
電圧を印加すると共にビーム電流を増大させるた
め、エミツタを４〓程度に冷却する必要がある。
そのため、従来第２図に示すような構造のものが
開発されている。

第２図において、１は内部が高真空に保たれた
イオン源外壁、２は内部に冷媒、例えば液体ヘリ
ウム３を満たしたタンクで、イオン源外壁１上部
に形成した開口４の縁部分にステンレス製のベロ
ーズ５を介して熱的に遮断された状態で支持され
ている。６はこのタンク２の底部に固定された熱
伝導性が高い電気絶縁物質、例えばサフアイアで
あり、このサフアイアの底部中央部にホルダ７を
介して先端が尖鋭に加工されたエミツタ８が保持
されている。９はこのエミツタ８対向して配置さ
れた引出電極で、中央部にイオン通過用穴９ａが
形成されており、また、この引出電極は絶縁物質
で形成された支持筒１０を介して前記サフアイア
６に支持されている。１１は前記エミツタ８近傍
に例えばヘリウムガスを導入するためのパイプで
ある。１２は前記タンク２内に液体ヘリウムを供
給するための供給パイプ、１３はタンク２内で気
化したヘリウムガスを外部に排出するための排出
パイプである。１４は前記開口４を塞ぐための蓋
体で、熱絶縁物質で形成されている。

かようになせば、エミツタ８はサフアイア６に
よりアース電位のイオン源外壁１やタンク２に対
して電気的に絶縁されると同時に、このサフアイ
アを通して冷却される。そこで、このエミツタ８
に図示外の加速電源から数百Kv定度の加速電圧
を印加すると共に、エミツタ８と引出電極９との
間に数十KV程度の引出電圧を印加した状態にお
いて、パイプ１１よりヘリウムガスをエミツタ近
傍に供給すれば、ヘリウムガスの分子がエミツタ
８の先端に付着し、その付着したガス分子がエミ
ツタと引出電極間の強電界により電離される。こ
の電離により発生したイオンが引出電圧により引
出されると同時に、加速電圧により図示外の陽極
方向に加速される。

［発明が解決しようとする問題点］ このようにサフアイアを用いれば、高電圧に保
たれたエミツタをアース電位のタンクに対して電
気的に絶縁して取付けた状態でこのエミツタを冷
却することが可能となるわけであるが、タンクと
エミツタとの間にはサフアイアが介在しているた
め、冷却効率が悪く、エミツタを液体ヘリウム温
度まで冷却するのに時間がかかるし、温度勾配が
発生することも避けられない。

そこで、本発明はかかる点に鑑みてなされたも
のであり、簡単な構成にてエミツタを効率良く冷
却することのできるガスフエーズイオン源を提供
することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は高電圧が印
加されるエミツタと、該エミツタを冷却するため
内部に冷媒を満たしたタンクと、前記エミツタに
対向して配置され該エミツタとの間に引出し電圧
が印加される引出電極と、前記エミツタ及びその
周辺部にイオン化されるガスを供給する手段と、
これら部材を収納する真空容器とを備えたガスフ
エーズイオン源において、前記タンクの底部を導
電性部材で形成し、前記エミツタに印加された高
電圧に対応する冷媒の絶縁耐圧距離以上の長さを
有する電気絶縁体によつて前記タンクの一部を構
成することにより該タンクの底部を周囲から絶縁
し、前記タンクの底部に、光軸方向に垂直な面が
エミツタのそれより大きい導電性のホルダを介し
てエミツタを固定したことを特徴とするものであ
る。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳説す
る。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す構成略図であ
り、第２図と同一符号のものは同一構成要素を示
すものである。

即ち、本実施例ではタンク２を番号２ａ，２ｂ
で示すように上下方向に２分割し、この分割され
た各タンク２ａと２ｂとを中空円筒状の電気絶縁
物質、例えば碍子１５によつて互いに一体的に接
続すると共に、イオン源外壁１に対して電気的に
絶縁されるタンク２ｂの底部にエミツタ８を保持
したホルダ７を直接固定したことを特徴とするも
のである。

このようになせば、イオン源外壁１に対して絶
縁されたタンク部分にエミツタを保持させること
ができる。このためエミツタ８（ホルダ７）は従
来のようにサフアイアを介して冷却されることな
く直接液体ヘリウムで冷却されるので、エミツタ
を液体ヘリウム温度まで冷却することが可能とな
る。

ところで、タンク２ｂは液体ヘリウム３を介し
てイオン源外壁１に電気的に接続されているた
め、それによる絶縁破壊を防止する必要がある。
そこで、碍子１５の高さを、液体ヘリウムがエミ
ツタ８に印加される高電圧（加速電圧）に耐えら
れる長さに選定することにより、液体ヘリウムに
よる絶縁破壊を防止する。ここで、液体ヘリウム
の絶縁耐圧は約20KV／mm程度なので、加速電圧
を100KVとすれば、碍子１５の長さを５mm以上
取ることにより加速電圧（100KV）に対する液
体ヘリウムの絶縁は保たれる。

尚、この時、碍子の長さ及び形状の選定に際し
ては、この碍子の沿面放電による絶縁破壊が防止
できるよう沿面距離をも考慮する必要があること
は言うまでもない。

また、前述の説明は本発明の一例であり、実施
にあたつては幾多の変形が考えられる。例えば上
記実施例ではタンクを絶縁するための碍子１５を
タンクの中間部に設けた場合を示したが、これに
限定されることなく碍子の一端を直接イオン源外
壁１（このとき碍子とイオン源外壁との間にベロ
ーズを介在させても良い）に固定すると共に、碍
子の他端にタンクを取付けるようにしても良い。
但し、この場合にはタンク全体が高電圧に保たれ
るため、放電し易くなる恐れがある。その点、第
１図で示すような構造となせば、タンクの限られ
た部分だけが高電圧に保たれるだけであるため、
その心配はなくなる。

また、第３図に示すようにタンク２の側壁全体
を碍子１５で形成すると共に、この碍子の下端に
例えば銅の如き熱電導性の高い物質で形成された
底板１６を固定し、この底板の下面にホルダ７を
介してエミツタ８を取り付けるように構成しても
良い。

また、碍子を使用してイオン源外壁に対してタ
ンクを電気的に絶縁するようにしたが、これに限
定されることなく、例えばサフアイアやアルミナ
の如き高い熱伝導性を有する電気絶縁物質を使用
しても良い。

［効果］ 以上詳述した如く本発明によれば、前記タンク
の底部を一般に熱的に良伝導特性を有する導電性
部材で形成すると共に、冷媒を収容した該タンク
の底部に、光軸方向に垂直な面がエミツタのそれ
より大きい導電性のホルダを介してエミツタを固
定し、このタンクを周囲と絶縁するようにしたた
め、エミツタの冷却効率の向上が図られ、短時間
でエミツタを液体ヘリウム温度に冷却することが
できるし、温度勾配も発生しない。

また、本発明では、前記エミツタに印加された
高電圧に対応する冷媒の絶縁耐圧距離以上の長さ
を有する電気絶縁体によつて前記タンクの一部を
構成することにより該タンクの底部を周囲から絶
縁するように成しているので、該タンク内に満た
された冷媒による絶縁破壊を防止することが出来
る。その結果、前記エミツタに印加される高電圧
に対する冷媒の絶縁が保たれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成略図、第
２図は従来例を説明するための図、第３図は本発
明の他の実施例を示す構成略図である。 １：イオン源外壁、２：タンク、３：液体ヘリ
ウム、４：開口、５：ベローズ、６：サフアイ
ア、７：ホルダ、８：エミツタ、９：引出電極、
９ａ：イオン通過用穴、１０：支持筒、１１：パ
イプ、１２：供給パイプ、１３：排出パイプ、１
４：蓋体、１５：碍子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高電圧が印加されるエミツタと、該エミツタ
   を冷却するため内部に冷媒を満たしたタンクと、
   前記エミツタに対向して配置され該エミツタとの
   間に引出し電圧が印加される引出電極と、前記エ
   ミツタ及びその周辺部にイオン化されるガスを供
   給する手段と、これら部材を収納する真空容器と
   を備えたガスフエーズイオン源において、前記タ
   ンクの底部を導電性部材で形成し、前記エミツタ
   に印加された高電圧に対応する冷媒の絶縁耐圧距
   離以上の長さを有する電気絶縁体によつて前記タ
   ンクの一部を構成することにより該タンクの底部
   を周囲から絶縁し、前記タンクの底部に、光軸方
   向に垂直な面がエミツタのそれより大きい導電性
   のホルダを介してエミツタを固定したことを特徴
   とするガスフエーズイオン源。