JPH0423372B2 - - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2237/08—Ion sources
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- H01J2237/0807—Gas field ion sources [GFIS]
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a gas phase ion source suitable for use in an ion beam device such as an ion beam lithography device, and particularly to a gas phase ion source suitable for use in an ion beam device such as an ion beam lithography device. This provides a gas phase ion source that can be used.
[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。[Prior Art] Recently, ion beam devices using gas phase ion sources have been developed.
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。 This gas phase ion source is an ion source that supplies, for example, helium gas to an emitter tip formed with a sharp tip, and ionizes helium gas molecules by ionizing them using a strong electric field.
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。 In such an ion source, in order to apply a high voltage to the emitter and increase the beam current, it is necessary to cool the emitter to about 4 mm.
Therefore, a structure as shown in FIG. 2 has been developed.
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。 In Figure 2, 1 is the outer wall of the ion source whose interior is kept in a high vacuum, 2 is a tank filled with a refrigerant, such as liquid helium 3, and the edge of the opening 4 formed at the top of the outer wall 1 of the ion source is made of stainless steel. It is supported in a thermally insulated state through bellows 5 made of aluminum. Reference numeral 6 denotes an electrically insulating material having high thermal conductivity, such as sapphire, which is fixed to the bottom of the tank 2, and an emitter 8 having a sharp tip is held in the center of the bottom of the sapphire via a holder 7. There is. Reference numeral 9 denotes an extraction electrode disposed opposite to the emitter 8, and an ion passage hole 9a is formed in the center thereof. is supported by Reference numeral 11 denotes a pipe for introducing, for example, helium gas into the vicinity of the emitter 8. 12 is a supply pipe for supplying liquid helium into the tank 2, and 13 is a discharge pipe for discharging the helium gas vaporized within the tank 2 to the outside. Reference numeral 14 denotes a lid for closing the opening 4, and is made of a heat insulating material.
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。 By doing so, the emitter 8 is electrically insulated by the sapphire 6 from the ion source outer wall 1 and the tank 2 which are at ground potential, and at the same time is cooled through the sapphire. Therefore, this Emitsuta 8
Helium gas is emittered from the pipe 11 while applying a constant accelerating voltage of several hundred KV from an accelerating power source not shown, and applying an extraction voltage of about several tens of KV between the emitter 8 and the extraction electrode 9. When supplied nearby, helium gas molecules adhere to the tip of the emitter 8, and the attached gas molecules are ionized by the strong electric field between the emitter and the extraction electrode. Ions generated by this ionization are extracted by an extraction voltage and simultaneously accelerated toward an anode (not shown) by an accelerating voltage.
[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。[Problems to be Solved by the Invention] By using saphire as described above, it is possible to cool the emitter, which is maintained at a high voltage, while the emitter is electrically insulated from the earth potential tank. However, since the saphire is interposed between the tank and the emitter, the cooling efficiency is poor, it takes time to cool the emitter to the liquid helium temperature, and a temperature gradient occurs. is also unavoidable.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of this problem, and it is an object of the present invention to provide a gas phase ion source that can efficiently cool an emitter with a simple configuration.
[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。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes an emitter to which a high voltage is applied, a tank filled with a refrigerant inside to cool the emitter, and a tank facing the emitter. an extraction electrode arranged and to which an extraction voltage is applied between the emitter and the emitter; a means for supplying ionized gas to the emitter and its surrounding area;
In a gas phase ion source, the bottom of the tank is formed of a conductive material and has a length equal to or longer than the dielectric strength distance of the refrigerant corresponding to the high voltage applied to the emitter. The bottom of the tank is insulated from the surroundings by configuring a part of the tank with an electrical insulator having The feature is that the emitter is fixed through a holder.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳説す
る。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail based on the drawings.
[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。[Embodiment] FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same components.
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。 That is, in this embodiment, the tanks 2 are numbered 2a and 2b.
The tanks 2a and 2b are divided into two in the vertical direction as shown in FIG. The holder 7 holding the emitter 8 is directly fixed to the bottom of the tank 2b which is electrically insulated.
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。 By doing so, the emitter can be held in the tank portion that is insulated from the ion source outer wall 1. Therefore, the emitter 8 (holder 7) is cooled directly with liquid helium without being cooled via saphire as in the conventional case, so that the emitter can be cooled to the liquid helium temperature.
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。 By the way, since the tank 2b is electrically connected to the ion source outer wall 1 via the liquid helium 3, it is necessary to prevent dielectric breakdown due to this.
Therefore, by selecting the height of the insulator 15 to a length that allows the liquid helium to withstand the high voltage (acceleration voltage) applied to the emitter 8, dielectric breakdown due to the liquid helium is prevented. Here, the dielectric strength of liquid helium is about 20 KV/mm, so if the accelerating voltage is 100 KV, the insulation of liquid helium against the accelerating voltage (100 KV) can be maintained by making the length of the insulator 15 5 mm or more.
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。 At this time, it goes without saying that when selecting the length and shape of the insulator, consideration must be given to the creeping distance so as to prevent dielectric breakdown due to creeping discharge of the insulator.
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。 Further, the above description is an example of the present invention, and many modifications can be made in implementing the present invention. For example, in the above embodiment, the insulator 15 for insulating the tank is provided in the middle of the tank, but the present invention is not limited to this. A bellows may be interposed between the insulator and the outer wall), and a tank may be attached to the other end of the insulator.
However, in this case, the entire tank is kept at a high voltage, so there is a risk that it will be more likely to discharge. On this point, if the structure is as shown in Figure 1, only a limited part of the tank will be kept at high voltage.
That worry will go away.
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。 Further, as shown in FIG. 3, the entire side wall of the tank 2 is formed of an insulator 15, and a bottom plate 16 made of a material with high thermal conductivity such as copper is fixed to the lower end of the insulator. The emitter 8 may be attached to the lower surface via the holder 7.
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。 In addition, although the tank is electrically insulated from the outer wall of the ion source using an insulator, electrical insulating materials with high thermal conductivity such as sapphire or alumina may be used, but the invention is not limited to this. You may do so.
[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。[Effects] As detailed above, according to the present invention, the bottom of the tank is generally formed of a conductive member having good thermal conductivity, and the bottom of the tank containing the refrigerant is provided with a conductive material in the optical axis direction. By fixing the emitter through a conductive holder whose vertical surface is larger than that of the emitter and insulating this tank from the surroundings, the cooling efficiency of the emitter is improved, and the emitter can be brought down to liquid helium temperature in a short time. It can be cooled to 100%, and no temperature gradient occurs.
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。 Further, in the present invention, the bottom of the tank is surrounded by an electric insulator having a length equal to or longer than the dielectric strength distance of the refrigerant corresponding to the high voltage applied to the emitter. Since the tank is insulated from the tank, dielectric breakdown caused by the refrigerant filled in the tank can be prevented. As a result, the insulation of the refrigerant against the high voltage applied to the emitter is maintained.
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。
FIG. 1 is a schematic structural diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional example, and FIG. 3 is a schematic structural diagram showing another embodiment of the present invention. 1: Ion source outer wall, 2: Tank, 3: Liquid helium, 4: Opening, 5: Bellows, 6: Saffire, 7: Holder, 8: Emitter, 9: Extraction electrode,
9a: Ion passage hole, 10: Support cylinder, 11: Pipe, 12: Supply pipe, 13: Discharge pipe, 1
4: Lid body, 15: Insulator.
Claims (1)
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。1. An emitter to which a high voltage is applied; a tank filled with refrigerant to cool the emitter;
An extraction electrode arranged opposite to the emitter and to which an extraction voltage is applied between the emitter and the emitter, a means for supplying ionized gas to the emitter and its surrounding area, and a vacuum container housing these members. In the gas phase ion source, the bottom of the tank is formed of a conductive member, and the tank is formed by an electrical insulator having a length equal to or longer than the dielectric strength distance of the refrigerant corresponding to the high voltage applied to the emitter. The bottom of the tank is insulated from the surroundings by forming a part of the tank, and the emitter is fixed to the bottom of the tank via a conductive holder whose surface perpendicular to the optical axis direction is larger than that of the emitter. A gas phase ion source featuring:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4818387A JPS63216248A (en) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | Gas phase ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4818387A JPS63216248A (en) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | Gas phase ion source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63216248A JPS63216248A (en) | 1988-09-08 |
| JPH0423372B2 true JPH0423372B2 (en) | 1992-04-22 |
Family
ID=12796270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4818387A Granted JPS63216248A (en) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | Gas phase ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63216248A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722842Y2 (en) * | 1989-07-20 | 1995-05-24 | 株式会社島津製作所 | Ion source |
| CN102789946B (en) * | 2011-05-16 | 2016-01-13 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Particle source |
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1987
- 1987-03-03 JP JP4818387A patent/JPS63216248A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63216248A (en) | 1988-09-08 |
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