(57)【要約】【課題】従来電子衝撃型ガスイオン銃の加速エネルギーは５ｋｅＶまでが限界であったが、小型で構造が簡単である特徴を維持したまま１０ｋｅＶ以上の高加速を実現し、二次イオン分析やイオン照射等を行うために簡易に既存の真空容器に取り付けることができるイオン銃を提供することを目的とする。【解決手段】真空中の不必要な部分でのグロー放電を防ぐため、第一にイオン化を目的とした部分にのみガスが導入されるようにし、中途でのガス漏れを防ぐ構造にした。第二にガス導入経路にできるだけコンダクタンスを小さくした絶縁管を採用した。第三にイオン化を目的とした部分に高圧を印加するための電極配線からアース部分が直接見えない構造にした。第四にイオン出口と対向電極間の電位差を小さくした。さらに不必要なガスを排気するため差動排気口を設けた。以上の構造により１０ｋｅＶ以上の高加速を実現できた。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体をイオン源物質としてイオン粒子を放出するイオン銃において、イオン化を目的とした部分（イオン化室）以外でのガス漏れによる高電圧印加部とアースの間でグロー放電の生成を防止するため、高電圧印加部であるイオン化室とアース電位である真空容器へのガス導入部の間のガス経路として、絶縁体で高温に耐えるアルミナ、ステアタイト、フォルステライト及びジルコン等のセラミックス製である１００ｍｍ以上のチューブで構成し、高温になるイオン化室側と金属製であるイオン化室との接続をコバール等を間に挟んだ溶接や融着またはセラミックス系耐熱接着剤を使用し、低温側である真空容器へのガス導入部には、セラミックスの熱膨張を考慮して、フッソ系（例バイトン）やポリイミド系（例カルレッツ）のＯリングを使用してガス漏れを防ぐ構造としたことを特徴としたイオン銃。
【請求項２】
真空容器へのガス導入部からイオン化室までのガス導入用絶縁管において、絶縁管内の放電を防止する目的で、できるだけ小さなコンダクタンスを実現するため、絶縁管の内径を０．５ｍｍ以下で１００ｍｍ以上にすることを特徴としたイオン銃。
【請求項３】
真空容器内に電圧・電流を供給するために真空容器に取り付けられた電流導入端子からイオン化室までの真空中の電極配線において、電極配線からアースである真空容器内面までの距離が１０ｍｍ以内と接近している部分とガス排気されにくい部分では、電極配線からアース部が直接見えないようにセラミックスやガラスまたはポリイミド製のフィルム等で電極配線を隠す構造にしたことを特徴としたイオン銃。
【請求項４】
イオン化室のイオン放出口の穴から漏れ出るイオン化されなかった余剰ガスによる対向イオン引出し電極との間の放電を防止するため、イオン化室出口と対向電極の間の電位差を５ｋＶ以下にし、かつ対向電極と次段電極との間の電位差も５ｋＶ以下、以下最終的にアース電位の電極に到るまで隣接した電極間の電位差を５ｋＶ以下になるように引出し電極を複数の電極で構成することを特徴としたイオン銃。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
本発明は、電子衝撃型イオン銃に関し、二次イオン分析装置やイオン打ち込み装置及びイオン照射等のイオン粒子の放出を行うイオン銃において、気体をイオン源物質とする電子衝撃型イオン銃の特徴である小型を維持しつつ、高加速を実現する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体表面及び微小領域の解析等に用いる二次イオン質量分析装置においては、アルゴンや酸素等の気体をイオン源とする５ｋｅＶ以上の高加速イオン銃としてデュオプラズマトロンタイプが使用されている。また微小構造の製作や表面改質等に用いるイオン打ち込み装置等においては、高加速及び大電流を実現するために、高周波を利用したかなり大型のイオン銃を必要としている。これらのイオン銃はそれ専用の装置として製作され、簡易に既存の真空容器に取り付けられる物ではなかった。また様々なイオン照射を目的として用いられる小型で構造が簡単な電子衝撃型ガスイオン銃は、その加速エネルギーとして従来は５ｋｅＶまでが限界であった。それは真空容器内のイオン源部にイオン源物質として導入した気体により、イオン化を目的とした部分（イオン化室）以外とアース電位である真空容器部との間で、印加した高電圧によりグロー放電が生じてしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
従来電子衝撃型ガスイオン銃の加速エネルギーは５ｋｅＶまでが限界であったが、小型で構造が簡単である特徴を維持したまま１０ｋｅＶ以上の高加速を実現し、二次イオン分析やイオン打ち込み及びイオン照射等を行うために簡易に既存の真空容器に取り付けることができるイオン銃を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決する手段】
従来の電子衝撃型ガスイオン銃において、高加速が実現されなかったのは、イオン化室以外でガス導入に伴い高電圧印加部とアースの間でグロー放電が生じ、結果として高電圧を印加できなくなるためであった。本発明では、真空中の不必要な部分でのグロー放電を防ぐため、第一にイオン化を目的とした部分にのみガスが導入されるようにし、中途でのガス漏れを防ぐ構造にした。第二にガス導入経路にできるだけコンダクタンスを小さくした絶縁管を採用した。第三にイオン化を目的とした部分に高圧を印加するための電極配線からアース部分が直接見えない構造にした。第四にイオン出口と対向電極間の電位差を小さくした。さらに不必要なガスを排気するため差動排気口を設けた。以上の構造により１０ｋｅＶ以上の高加速を実現できた。
【０００５】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
図１を用いて、請求項１を説明する。６の絶縁管としては、高温に耐えるセラミックスを使用し、高温になる１のイオン化室と６の絶縁管の接続部には耐熱性セラミックス系接着剤を用いてガス漏れをなくし、この部分からのガス漏れによる高電圧印加部とアースの間でグロー放電の生成を防止している。また真空容器へのガス導入口と絶縁管の接続部には、絶縁管が高温になることによる伸びを吸収し、かつガス漏れを防止するために３のＯリングを使用した。
【０００６】
請求項２も図１を用いて説明する。気体中に強電界を印加した場合の放電は普通パッシェンの法則に基づいている。それは電極間距離と気体圧力の積のみの関数によって放電電圧が決定されるとしたものである（式１参照）。ガスイオン銃の場合、イオン化に必要なガスの通路である６の絶縁管の一端はイオン化室との接続部となり高電圧が印加され、反対側は真空容器のガス導入部でアース電位となり、その高電圧部とアース部の間の距離は設計により固定される。もし絶縁管の内径が一定以上の場合、例えかなり長い絶縁管でも管内の圧力差はほとんどなく、しかもイオン化に必要なガス圧力は絶縁管内でも放電を生じ易い圧力となり、５ｋＶ以上の高電圧ではほとんどの場合管内でグロー放電を生じてしまう。高加速イオン銃では１０ｋＶ以上の高電圧を印加しても距離固定の絶縁管内で放電を生じないようにする必要がある。そこで本発明では６の絶縁管の内径を０．５ｍｍ以下として管内のコンダクタンスを大きくし、管内にガス圧力差をつけて放電の起こらない構造とした。
【０００７】
請求項３，４はイオン化されなかった余剰ガスによる放電防止対策である。余剰ガスは必ず差動排気口をイオン化室近傍に設けて排気させる必要があるが、それ以上の対策も必要である。請求項３は請求項２でも説明したパッシェンの法則による放電の防止対策である。イオン化室に電位を供給する電極配線には高電圧が印加され、周囲の真空容器内壁はアース電位である。したがってこの間の放電を防止するため、特に電極配線からアースである真空容器内面までの距離が１０ｍｍ以内と近い部分とガス排気されにくい部分の電極配線とアース部の間にセラミックスやガラスまたはポリイミド製のフィルム等の絶縁材を設け、電極配線から直接アース部が見えない構造とした。
【０００８】
請求項４は図２を用いて説明する。１のイオン化室のイオン出口からはイオン化されなかった余剰ガスも排出される。ゆえに１のイオン化室のイオン出口と７の引き出し電極の間は、例え差動排気を行っても、イオン化室内と大きく違わない圧力を示すものと予想される。しかもこの引き出し電極にてイオンを充分に引き出す必要があるため、一定以上の電位差を確保しなければならない。もしこの間で放電が生じた場合、放電によって広いエネルギー幅を持った低エネルギーのイオンが生成され、イオン化室内で生成された高エネルギーのイオンと同方向に引き出される。この結果、広いエネルギー成分分布を持ったビームサイズの大きい質の悪いイオンが得られる事となる。以上の理由により１のイオン化室のイオン出口と７の引き出し電極の間での放電を防止しなければならない。そのためこの間の電位差が５ｋＶ以上にならないようにし、かつ次の電極とも５ｋＶ以上の電位差にならないよう抵抗分割した複数の電極で引き出し電極全体を構成し、これらの電極間での余剰ガスによる放電を防止した。また図示していないが、イオン化室への電位供給のために必要な複数の電極には高圧が印加されるため、アース電位である真空容器から１０ｍｍ以下になる近い電極には、絶縁管にて直接アース部が見えない構造とした。図４ではアース電位電極まで含めて４枚の電極で構成した例を示した。
【００９】
【発明の効果】
従来電子衝撃型ガスイオン銃の加速エネルギーは５ｋｅＶまでが限界であったが、小型で構造が簡単である特徴を維持したまま１０ｋｅＶ以上の高加速を実現し、二次イオン分析やイオン打ち込み及びイオン照射等を行うために簡易に既存の真空容器に取り付け可能なイオン銃を提供することができる。
【００１０】
【図面の簡単な説明】
【図１】イオン化室へイオン化するためのガスを導入する部分のみを示した。
【図２】抵抗分割した４個で構成された引き出し電極全体を示した。
（図１、図２共通）
１：イオン化室
２：金属と絶縁管の接続部（図ではセラミックス系耐熱接着剤使用）
３：Ｏリング
４：真空フランジ
５：ガス導入口
６：絶縁管（内径０．５ｍｍ以下）
７：引き出し電極
【図１】
2004235129.tif 000002
【図２】
2004235129.tif 000003