JPS58106733A - イオン銃 - Google Patents

イオン銃

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Publication number
JPS58106733A
JPS58106733A JP56203724A JP20372481A JPS58106733A JP S58106733 A JPS58106733 A JP S58106733A JP 56203724 A JP56203724 A JP 56203724A JP 20372481 A JP20372481 A JP 20372481A JP S58106733 A JPS58106733 A JP S58106733A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion gun
groove
insulator block
electrode
ion
Prior art date
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Pending
Application number
JP56203724A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Futamoto
二本 正昭
Ushio Kawabe
川辺 潮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP56203724A priority Critical patent/JPS58106733A/ja
Publication of JPS58106733A publication Critical patent/JPS58106733A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • H01J2237/0807—Gas field ion sources [GFIS]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

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】 本発明は、イオンマイクロアナライザーなどのイオンビ
ーム応用機器に有用なイオン銃に関する。
高輝度の細いイオンビームを放射するイオン銃として、
高電界中でガスや液体金属をイオン化する方式のイオン
銃が知られている。これは、第1図に示すように対向電
極2に対して正の高電圧を印加した針状チップ1にガス
や液体金属を供給し、針状チップ表面付近の高電界の作
用でこれをイオン化するものである。針状チップ1と対
向電極20間には数kV以上の高電圧が印加されるので
針状チップの保持電極3は電気的絶縁性を持つ絶縁体ブ
ロック4に固定されている。この絶縁体ブロックは電気
絶縁性の良い石英、アルミナ、ステアダイト、ガラスな
どの材料が使用されている。近年この型のイオン銃の高
性能化のために針状チップ1と対向電極20間に印加す
る電圧が上昇する傾向にある。さらにガスをイオン化す
る場合には針状チップ付近に有効にガスを供給する必要
があり簡便なガス供給方法が望まれている。
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、針状
チップと対向電極間の絶縁耐圧が大巻くしかもコンパク
トな形状のイオン銃を提供することにある。さらにはガ
スをイオン化する方式のイオン銃ではガス供給の簡便化
を計るものである。
以下1本発明の詳細な説明する。
針状チップと対向電極、もしくは針状チップとその周囲
の部品との耐1圧は、針状チップと対向電極あるいは周
囲部品との空間距離、針状チップを備えた電極から周囲
部品へ至る絶縁体ブロック上の縁面距離のいずれか低い
方によって決まる。
不発#14らの実験によると、通常のイオン銃において
は後者によって耐電圧が決定されるのが大部分であるこ
とがわかった。これは、イオン銃の動作にともなって針
状チップから蒸発した金属、あるいはイオン衝撃によっ
て発生した不純物が絶縁体ブロック表面に付着して縁面
方向の絶縁耐圧が低下するのが王な原因である。これを
防ぐには絶縁体ブロックの外径を十分大きくすることが
可動であるが、この場合イオン銃の寸法が大きくなり過
ぎるという問題が生ずる。実用上はイオン銃は小さい程
望ましい。
本発明のイオン銃は、絶縁体ブロックに電極を囲んで少
なくとも1つの溝を設けたことを特徴とする。後に図面
を用いて行なう説明から明らかなように、2つの電極を
同時に1の溝で囲むときは、少なくとも1つの溝があれ
ばよい。しかし、2つの電極のそれぞれ1つの溝で囲む
ときは、合せて2つの溝が必要である。
溝の幅W及び深さtは、絶縁体ブロックの外径t−D、
厚さをTとするとき、 D150くWくD/3 T150くtくT/2 の範囲であることが好ましく、ΦとくにT/20<、t
くT/2 の範囲であることがより好ましい。
第2図囚に本発明のイオン銃の一実施例の断面図t5ま
た第2図囚のA−A断面を第2図の)に示す。第2図に
おいては、絶縁ブロックの上、下の両面に溝8を設けた
例を示したが上部の溝は必らずしも設ける必要はない、
下部の電極3を囲む溝があれば十分であるが、上部にも
設けた方がより効果が大きい。上記のように上部にも溝
を設けるときは、下部の溝と上部の溝の深さが、共にT
/2であれば絶縁ブロックが切断されてしまう。
それ故、絶縁ブロックの厚さTの約1/1oは、残す必
要がある。すなわち下部の溝の深さt、上部の溝の深さ
をt/とすれば、/、+t’く9/IOTであることが
必要である。
上記W及びtの長さがW)D/4若しくはt>T/2で
は溝が大きくなりすぎて絶縁体ブロックの強度が低下し
応力が集申すム角部にクラックが発生したりする。W<
D150では一般的に工作上の困難が生じる。z<’r
/2oでは耐電圧を有効に向上できなくなる。上記範囲
の溝8を電極3′ft囲む形で1ヶ以上設けることによ
り耐電圧は大1娼に向上する。溝を設けたことによる耐
電圧の向上は、電極3から溝を通った絶縁体ブロックの
対向電極までの縁面距離に比例して増大した。
したがって、印加電圧の大小に応じて溝の深さや溝の数
を1当に選ぶことによって、目的の耐電圧を維持するこ
とがで粘る。
第3図は溝を設けた絶縁体ブロックの他の実施例を示し
たものであり、イオン銃の側片目的、加工費用等に応じ
て任意に選ぶことができる。第3図(A)、(Q及び[
F]は、それぞれその断面図を、また■、0及び[F]
は、囚、0及び■のA−A断面図をそれぞれ示す。
第3図■は、溝ラミ極軸に垂直に設けたものであり、こ
の場合も、耐電圧の向上には、囚、 (C1同様に有効
である。この場合、当然溝の深さtは、電極が露出しな
い範囲に止める必要が69、また溝の暢Wは、絶縁体ブ
ロックの外径りと厚さTとを読みかえた前述と同じ範囲
、すなわちT150くWくT/3 の範囲に定めることが必要である。
しかし、溝を電極軸に対して喬直に堀るため絶縁体ブロ
ックの外径が第3図(2)、0に比べて大きくなるとい
う間趙点もある。コンパクトな外径の小さいイオン銃を
製造する点では第3図(5)、0のように#Iを電極軸
と実質的に平行に掘る方が望ましい。
第4図は、ガスをイオン化する方式のイオン銃の主要部
を示したもので、ここでは耐電圧向上のための溝8に加
えてガス供給用の孔9が絶縁体ブロックに設けられてい
る。ガスをイオン化する方式のイオン銃においてイオン
化効率を上げるためには針状チップ1と供給ガスをほぼ
同じ温度に冷却することが必要である。′第4図に示す
イオン銃は、この目的の丸めに望ましい構成であり、ガ
スは絶縁体ブロックを貞いて設けられた孔9t−通過す
る過程で絶縁体ブロックとほぼ同じ温度になる。
針状チップは絶縁体ブロックに固定されているため、は
ぼCれと同温度にあり、第4図に示すイオン銃の場合ガ
スのイオン化が効率的に行なわれる。
さらに絶縁体ブロックを通してガスを供給する方式を採
用することによってイオン銃の形が単純化できる4−の
で、イオン銃製造のコストが低減化することも可能とな
る。図において11は、冷却器のヘッドである。
なお、本発明は、第4図の形状に限定されるものではな
く、ガス供給は、第1図の従来のような方法をとっても
さしつかえない。
以下、実施例について述べる。
実施例1 絶縁体ブロック材料に焼結体アルZすを用いて、第2図
に示した構造のイオン銃を作製した。Wから成る針状チ
ップを液体Gaでぬらし、Gaイオン銃として用いた。
絶縁体ブロックの外径D1厚さT1溝のd w 、溝の
深さ11、D==12aa。
T=20闘、W=2m% t=S―とした。
10−”Tollの真空中で、針状チップと対向電極間
の耐電圧を測定したところ15kV以上おることがわか
った。さらに、イオン銃t−100時間以上動作させて
も15kV以上の耐電圧特性が保たれた。これに対し、
溝を設けない同じ寸法の絶縁体ブロックを設けないイオ
ン銃では50〜90時間で耐電圧特性が劣化し、10〜
15kVでリーク電流が流れ始めた。#上膜けた絶縁体
ブロックを使用することにより、耐電圧特性が向上する
ことがわかった。
実施例2 ステアダイ)ヲ用いて第3図(A)VC示した構造の絶
縁体ブロックを作製しこれを用いてイオン銃を作製した
。絶縁体ブロックの外径D5厚さT1溝の幅W% ml
の深さ11、D= 20wn、 T= 30txx。
W= 1.5101t L= 10wnとした。この場
合も実施例1とほぼ同様の効果が認められた。
実施例3 ガラスを用いて第3図(Qに示した構造の絶縁体ブロッ
クを作製−これを用いたイオン銃ヲ製造した。絶縁体ブ
ロックの外径り、厚さTをD=10mm、T=20sg
Iとした。溝の寸法は幅W=11g。
深さは針状チップの電極側で1 = 5 mm、反対側
でt=13wmとした。イオン耽を100時間以上動作
させても、10kV以上の耐電圧を保つことができた。
実施例4 絶縁体ブロック材料にサファイアを用いて、第4図に示
した構造のイオン銃を作製した。絶縁体ブロック4の外
径D:30111%厚さT=40m。
とし−針状チップを取付けた側に設けた溝の寸法を内側
の溝の幅w=2■、深さt=10wms外側の溝の幅W
=4sag、深さt= 18 Ell、これらと反対側
に設けた溝の幅W=2rxx、深さ19mとした。
さらにガス供給用の直径1簡の孔9を絶縁体ブロックを
貫いて設けた。針状チップ1として<111>方位を持
つ工rチップ會用いて、ガス供給管10を通して、H*
 * He @ N e @ A r + X e I
 K r gN、などのガスを針状チップ先端部へ導入
し、上記ガスのイオンを発生させた。、イオン化効率を
上げるためにイオン銃全体は冷却器のヘッド11に取9
つけられており、4〜200にの範囲の最適温度に設定
できるように構成した。針状チップlと対向電極26関
の耐電圧は30kV以上であった。上記のいずれのガス
を用いてもいずれも100時間以上にわたって30kV
以上の耐電圧特性を得ることができ、イオン銃として安
定に動作した。
【図面の簡単な説明】
第1図は高電界中でガスをイオン化する方式のイオン銃
を示す断面図、第2図囚及び■は本発明のイオン銃の一
例を示す断面図、第3図囚、■。 (Q、([)、[F]及び[F]は本発明によるイオン
銃の絶縁体ブロックの形状の他の実施例を示す断面図、
第4図は、本発明によるガスイオン発生用のイオン銃の
構成を示す図である。 ■・・・針状チップ、2・・・対向電極、3・・・針状
チップの保持電極、4・・・絶縁体ブロック、5・・・
リークパルプ、6・・・ガスボンベ、7川イオンビーム
用レンズ、8・・・溝、9・・・ガス供給用の孔、10
・・・ガス併重 1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 イオン発生用の針状チップを備えた電極と、該電
    極を保持しかつ外部に対して電気的絶縁性を持つ絶縁体
    ブロックを具備するイオン銃において、上記絶縁体ブロ
    ックに上記電極を囲む少なくとも1つ以上の溝を設けて
    なることt−特徴とするイオン銃。 2 上記溝は、上記絶縁体ブロック中の電極軸と!1l
    j−的に平行に設けられ、上記絶縁体ブロックの外径t
    −D、厚さ’kTとするとき、上記溝の幅W及び深さt
    がそれぞれ D150くWくD/3 T150<、t<、T/2 の範囲の値である特許請求の範囲第1項記載のイオン銃
    。 λ 上記溝の深さtが T / 20 <t<T/ 2 の範囲の値である特許請求の範囲第2項記載のイオン銃
    。 4、上記溝は、上記絶縁体ブロック中の電極軸に画直に
    設けられている特許請求の範囲第1項記載のイオン銃。 5、上記溝の深さは、上記電極軸が露出しない範Hの深
    さであシ、上記溝の幅Wは、上記絶縁体ブロックの厚さ
    ’t−Tとするとき T150くW<T/3 の範囲であるwW!IFn求の範囲第1項記載のイオン
    銃。 6、上記溝は、上記絶縁体ブロックの上部及び下部にそ
    れぞれ少なくとも1つ以上設けられている特許請求の範
    囲第1項記載のイオン銃。 7、上記溝は、上記絶縁体ブロック中の電極軸と実質的
    に平行に設けられ、上記絶縁体ブロックの外径tD、厚
    さ′tTとするとき、上記上部の溝の幅W′及び深さt
    ′並びに下部の溝の幅W及び深さtがそれぞれ D150<W’ <D/3 T150<、t’ <T/2 D150くWくD/3 T150く/、くT/2 の範囲の唾であり、かつt+t’の値がL+1’ り9
    / 10 T の範囲の値である特許請求の範囲第6項記載のイオン銃
    。 8、 上記溝の深さt′及びtが T/20りt’ <、T/2 T/20くt<、T/2 の範囲の値である特許請求の範囲第7項記載のイオン銃
    。 9、上記溝に、上記絶縁体ブロック中の電極軸に垂直に
    、かつ上記絶縁体ブロックの上部及び下部にそれぞれ少
    なくと41つ以上設けられている特許請求の範囲第1項
    記載のイオン銃。 10、上記溝は、上記電極の1つにつき少なくとも1つ
    設けられてiる特fFtp+求の範囲第1項記載のイオ
    ン銃。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62140663U (ja) * 1986-02-28 1987-09-04
JP2017204342A (ja) * 2016-05-09 2017-11-16 松定プレシジョン株式会社 絶縁構造、荷電粒子銃及び荷電粒子線応用装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4937700B1 (ja) * 1970-12-21 1974-10-11

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