JPH0724206B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、荷電粒子線を引き出すための引出電極と、引
出電極によって引き出された荷電粒子線を加速するため
の加速電極を備えた装置に関する。

［従来の技術］ 最近、ガスフェ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。

このガスフェーズイオン源は、先端が鋭く形成されたエ
ミッタチップを、例えば、液体ヘリウムで４゜K程度に冷
却すると共に、チップ先端にヘリウムガスを供給し、先
端に付着したヘリウムガス分子を電界によって電離さ
せ、イオン化するイオン源である。

さて、イオンビーム装置においては、この電離したヘリ
ウムイオンを、エミッタチップと引出電極の間に、引出
電圧Veボルトを印加して、ターゲット方向に引出すと共
に、この引き出されたイオンを複数の加速電極により更
にVaボルト加速してターゲットに照射している。その結
果、ヘリウムイオンはトータルで、（Ve＋Va）ボルト＝
Vtボルト（Vtは例えば100kボルト）まで加速されて、タ
ーゲットに衝突することになる。

［発明が解決しようとする問題点］ 所で、このようなイオンビーム装置においては、エミッ
タチップより引き出すイオンビーム量を変えるため、エ
ミッタチップと引出電極の間の電圧をそれまでのVeボル
トから（Ve＋ΔVe）ボルトに変えると、トータルの加速
電圧もVtボルトから（Vt＋ΔVe）ボルトに変化してしま
い、ターゲットに照射されるイオンビームのエネルギー
が所定の値からずれてしまう。

本発明は、このような問題を解決し、イオンビーム電流
を変化させても、常に所定のエネルギーを有する荷電粒
子線をターゲットに照射することのできる荷電粒子線装
置を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するため、本発明はエミッタと、
該エミッタに対向して配置される加速電極と、前記エミ
ッタと前記加速電極との間に配置される引出電極と、前
記エミッタからの荷電粒子線を引出すために前記エミッ
タと前記引出電極との間に第１の電圧を印加するための
第１の電源と、前記エミッタからの荷電粒子線を前記第
１の電圧と相俟って加速するために前記引出電極と前記
加速電極との間に第２の電圧を印加するための第２の電
源と、前記第１の電源の出力電圧と前記第２の電源の出
力電圧の和が所定の設定値になるように前記第１の電源
の出力電圧に応じて前記第２の電源の出力電圧を自動制
御する手段を備えたことを特徴としている。

［実施例〕 添付図は、本発明の一実施例として示したイオンビーム
装置の概略図である。

図中１はエミッタチップで、その先端は、数百〜数千オ
ングストロームの曲率半径を持つ超微小円状に形成され
ている。２は、このチップを保持する為のホルダであ
る。ホルダ２は環状の熱良導体で形成された冷媒槽３の
中央部に熱的接触を保持した状態で挿入されて装着され
る。この冷媒槽は、図示しないが、何らかの保持体によ
って、鏡筒４の上部に固定されている。又、この冷媒槽
には、パイプ５を通じて、液体ヘリウムが供給されると
同時に、ここで気化したヘリウムガスがパイプ６を通じ
て外部へ排出される。７は、前記チップ１に対向して配
置された引出電極で、中央部に小孔が開けられている。
この引出電極は、絶縁材料により形成された支持台８の
上面に固定されている。この支持台は、環状に形成され
ており、その中央部には、円錐台形状の孔９が開けられ
ている。そして、この孔の内面は熱良導体で形成されて
いる。この円錐台形状の孔の一番径の小さい部分が前記
引出電極の小孔と同じ大きさである。この支持台の内部
の空間部8Sには、熱交換器10及びパイプ11を通じて、液
体窒素が供給されると同時に、この空間部8Sで気化した
窒素ガスは、パイプ12を通じて排出される。13、14は夫
々、前記鏡筒４の側壁と冷媒槽３との間に固定されたベ
ローズ、前記鏡筒の側壁と支持台８との間に固定された
ベローズである。これらのベローズ13,14によって鏡筒
上部において隔離された空間Ａは、空間ＢとＣとから熱
的に絶縁される。そして、空間Ａはバルブ28を介して、
空間ＢとＣはバイパス管15によって繋がれている。16
は、前記熱交換器10を通じて送られて来るヘリウムガス
を、前記空間Ａ内のエミッタチップ１の周辺に導く為の
パイプである。

17は集束レンズ、18a,18b,………,18jは加速電極であ
る。19はブランキング用電極、20はブランキング用絞り
である。21は対物レンズ、22は、ヘリウムイオンのター
ゲット23上の位置を制御する偏向器である。24は、前記
加速電極18a,18b,………,18jに夫々印加される直流高電
圧電圧の分圧電圧を決定する為の分圧抵抗体である。こ
の分圧抵抗体の一端ｐは前記引出電極７に繋がってお
り、他端は大地に繋がっている。

25は、前記エミッタチップ１からのイオンビームをター
ゲット23方向に引出すために、前記ホルダ２と前記引出
電極７との間に第１の電圧を印加するための第１の電
源、26は、前記エミッタチップ１からのイオンビームを
前記第１の電圧と相俟って加速するために、前記分圧抵
抗体24の一端ｐと大地間に第２の電圧（直流高電圧）を
印加するための第２の電源である。27は前記第１の電源
25と前記第２の電源26の出力電圧を表わす信号が供給さ
れ、両信号の和が所定の設定値になるように前記第２の
電源26の出力電圧を自動制御する制御回路である。

この様に成した装置は次の様に動作する。

空間A,Bを高真空の状態まで排気してから空間Ａをバル
ブ28により閉じ、冷却槽３の液体ヘリウムによって４゜K
程度に冷却されたチップ先端に、パイプ16を通じて導か
れたヘリウムガスの分子が付着する。この時、ホルダ２
と引出電極７との間に、第１の電源25から引出電圧Veボ
ルトが、又、加速電極18a（引出電極７）と大地（ター
ゲット23）との間に第２の電源26によりVaボルトが夫々
印加される。

さて、ターゲット23に照射するイオンビーム量を例えば
増大させるため、前記第１の電源25の出力電圧をΔVeボ
ルトだけ増加させたとすると、前記第１の電源25より制
御回路27に供給される信号がΔVeボルトに対応しただけ
増加するため、制御回路27は前記第１の電源25よりの信
号と前記第２の電源26よりの信号の和を所定の設定値に
保持するように制御を行ない、前記第２の電源26に制御
信号をその出力電圧をΔVeボルトだけ減少せしめる。そ
の結果、発生したイオンは、引出電極７によって（Ve＋
ΔVe）ボルト加速され、加速電極によって（Va−ΔVe）
ボルト加速されるため、トータルで（Ve＋Va）ボルト加
速されてターゲット23に照射されることになり、引出電
圧を変えても常に所定のエネルギーのイオンをターゲッ
トに照射できる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されることなく幾多
の変形が可能である。

例えば、上述した実施例においては、ガスフェーズ型イ
オンビーム発生装置に本発明を適用したが、電界放出型
電子線発生装置等にも本発明は同様に適用できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、取り出す荷電粒子線の量を変えるため
引出電圧を変えても、常に所定のエネルギーを有する荷
電粒子線をターゲットに照射することができる。

【図面の簡単な説明】

添附図は、本発明の一実施例として示したイオンビーム
装置の概略図である。 1:エミッチチップ、2:ホルダ、3:冷媒槽、4:鏡筒、5,6,
11,12,16:パイプ、7:引出電極、8:支持台、9:孔、10:熱
交換器、13,14:ベローズ、15:バイパス管、17:集束レン
ズ、18a,18b,……,18j:加速電極、19:ブランキング用電
極、20:ブランキング用絞り、21:対物レンズ、22:偏向
器、23:ターゲット、24:分圧抵抗体、25:第１の電源、2
6:第２の電源、27:制御回路、28:バルブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エミッタと、該エミッタに対向して配置さ
   れる加速電極と、前記エミッタと前記加速電極との間に
   配置される引出電極と、前記エミッタからの荷電粒子線
   を引出すために前記エミッタと前記引出電極との間に第
   １の電圧を印加するための第１の電源と、前記エミッタ
   からの荷電粒子線を前記第１の電圧と相俟って加速する
   ために前記引出電極と前記加速電極との間に第２の電圧
   を印加するための第２の電源と、前記第１の電源の出力
   電圧と前記第２の電源の出力電圧の和が所定の設定値に
   なるように前記第１の電源の出力電圧に応じて前記第２
   の電源の出力電圧を自動制御する手段を備えたことを特
   徴とする荷電粒子線装置。