JP2004273393A - 液体金属イオン源 - Google Patents
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Abstract
【課題】針状体をフィラメントに固定する場合の方向精度の向上等を実現する。
【解決手段】リザーバー１にはイオン化すべき液体金属が収容されている。リザーバー１には、溶融した液体金属で表面が濡らされる針状体２が繋がっている。液体金属を加熱するためのフィラメント４０の中間部に、ループ部３０Ｌが形成されており、ループ部３０Ｌの２箇所で針状体２が固定されている。
【選択図】 図２
【解決手段】リザーバー１にはイオン化すべき液体金属が収容されている。リザーバー１には、溶融した液体金属で表面が濡らされる針状体２が繋がっている。液体金属を加熱するためのフィラメント４０の中間部に、ループ部３０Ｌが形成されており、ループ部３０Ｌの２箇所で針状体２が固定されている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、フィラメントにイオン放出用針状体を固定した構造の液体金属イオン源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は液体金属イオン源の１概略例を示す。
【０００３】
図中１は針金を密にコイル状に巻いて有底円筒状に形成されたリザーバーで、内部に、液体金属（例えば、液状のガリウム）が収容されている。２は前記リザーバー１を成す針金の先端部を該リザーバー１の中心に沿って底部から下方に突き出させた針状体２である。
３はフィラメントで、その中間部の１箇所に、前記針状体１の側面の中間部が、直接、スポット溶接等により固定されている。該フィラメントは、絶縁性支持体４に支持された端子５を介して、加熱用電源６から加熱電流が供給されるように成っている。
【０００４】
７は引き出し電極、８はカソード電極、９は前記針状体２と引出電極７の間に正の引出用高電圧を印加する引出用電源、１０は前記針状体４とカソード電極８の間に正の加速用高電圧を印加する加速用電源である。
【０００５】
この様な構成の液体金属イオン源において、加熱電源６からの電流が端子５を介してフィラメント３へ流れ、該フィラメントが高温状態になると、該フィラメントによる加熱（フラッシング）によりリザーバー１内のガリウムが溶融状態となり、針状体２の先端まで濡らす状態になった時に、引出用電源９から針状体２と引出電極７の間に正の引出用高電圧を印加すると、該先端部を濡らしているガリウムは強電界によってテーラーコーンと称される円錐形状となる。該円錐形状の先端部には高電界が集中するので、該先端部のガリウムが電界蒸発し、更に、イオン化してガリウムイオンとなって引き出される。該引き出されたガリウムイオンは、針状体２とカソード電極８の間に正の加速電圧が印加されているので、カソード電極８方向に加速され、イオンビームとして引き出されることになる。
【０００６】
この様な液体金属イオン源は、引き出されるイオンが高輝度であり、高電流密度のイオンビームを発生することが出来ることから、マスクレスの状態でのパターン描画，エッチング，イオン注入等を微小部分毎に行う場合等に使用することが可能である。
【０００７】
【特許文献】
特開平１１−３０７００３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この様な液体金属イオン源において、前記した様に、針状体１のフィラメント３への固定は、１箇所で行われている。
【０００９】
その為、針状体１の方向を高精度に保って固定することが極めて難しい。針状体を固定する時の方向精度が低いと、この針状体から放出されるイオンビームが引出電極やカソード電極の孔の中心軸からずれてしまい、この様なイオン源をパターン描画，エッチング，若しくはイオン注入等の集束イオンビーム発生源として使用した場合、精度の悪いパターン描画，エッチング，若しくはイオン注入が行われてしまう。
【００１０】
又、前記１箇所での固定では、機械的に弱く、軽い衝撃でも針状体とフィラメントが離れてしまったり、何れかが破損してしまう恐れがあり、取り扱いが面倒であった。又、イオン源の長寿命化を考慮して、リザーバーに収容される液体金属の量を増加したり、或いは、リザーバー自体を大きくし、且つ、収容される液体金属の量を増やすと、針状体とフィラメントが離れてしまったり、リザーバーが落下して破損してしまう恐れがあるので、イオン源の長寿命化の妨げとなっていた。
【００１１】
本発明はこの様に問題を解決するためになされたもので、新規な液体金属イオン源を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく液体金属イオン源は、イオン化すべき材料を収容したリザーバー、該リザーバーに繋がっており、イオン化すべき材料で表面が濡らされる針状体、イオン化すべき材料を加熱するためのフィラメント、及び該針状体の先端部からイオン化すべき材料のイオンを引き出すための電界を形成するための引き出し電極を備えた液体金属イオン源であって、前記針状体が前記フィラメントの中間部の少なくとも２点で固定されていることを特徴とする。
本発明に基づく液体金属イオン源は、イオン化すべき材料を収容したリザーバー、該リザーバーに繋がっており、イオン化すべき材料で表面が濡らされる針状体、イオン化すべき材料を加熱するためのフィラメント、及び該針状体の先端部からイオン化すべき材料のイオンを引き出すための電界を形成するための引き出し電極を備えた液体金属イオン源であって、フィラメントの中間部の少なくとも２箇所で固着された固着部材を設け、針状体がこの固着部材の少なくとも１箇所で固定されていること特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図２は本発明に基づく液体金属イオン源の１概略例を表したもので、前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【００１５】
図２に示したイオン源が図１で示したイオン源と最も異なる点は、フィラメントの構造と、針状体のフィラメントに対する固定構造にある。
【００１６】
即ち、フィラメント３０の中間部にループ部３０Ｌが出来るように、フィラメント３０の中間部が１箇所巻かれており、そのループ部３０Ｌ中の２箇所ａ，ｂにおいて、針状体２がスポット溶接等により固定されている。
【００１７】
尚、液体金属を収容し、針状体２を備えたリザーバー１、引出電極７及びカソード電極８等は真空容器（イオン銃室）（図示せず）内に設けられ、又、該真空容器には排気装置（図示せず）が設けられており、該真空容器は排気装置により高真空に排気されるように成っている。
【００１８】
この様な構成の液体金属イオン源において、加熱電源６からの電流が端子５を介してフィラメント３０へ流れ、該フィラメントが高温状態になると、該フィラメントによる加熱（フラッシング）によりリザーバー１内のガリウムが溶融状体になる。この溶融状態のガリウムが針状体２の先端まで濡らす状態になった時に、引出用電源９から針状体２と引出電極７の間に正の引出用高電圧を印加すると、該先端部を濡らしているガリウムは強電界によってテーラーコーンと称される円錐形状となる。該円錐形状の先端部には高電界が集中するので、該先端部のガリウムが電界蒸発し、更に、イオン化してガリウムイオンとなって引き出される。該引き出されたガリウムイオンは、針状体２とカソード電極８の間に正の加速電圧が印加されているので、カソード電極８方向に加速され、イオンビームとして引き出されることになる。
【００１９】
さて、この様な液体金属イオン源において、フィラメント３０の中間部にループ部３０Ｌが形成されており、そのループ部３０Ｌの２箇所ａ，ｂにおいて、針状体２がスポット溶接等により固定されているので、針状体１の方向を高精度に保って固定することが容易になる。又、ループ部３０Ｌ中の２箇所での固定により、針状体２とフィラメント３０間の機械的強度が増し、機械的衝撃や熱的衝撃による針状体及び／若しくはフィラメントの破損の恐れが極めて少なくなる。又、リザーバーに収容される液体金属の量を増加したり、或いは、リザーバー自体を大きくし、且つ、収容される液体金属の量を増やすことも可能となり、イオン源の長寿命化に繋がる。
【００２０】
尚、前記図２の例において、フィラメント３０のループ部の形状は、円や楕円に限定されず、三角形でも四角形でも良い。又、針状体２のループ部３０Ｌでの固定箇所は２箇所に限定されず、３箇所でも４箇所でも良い。又、フィラメント３０のループ部３０Ｌを形成している交叉箇所ｃにおいて、フィラメント同士が互いに離れて交叉していても良いし、互いに固着されて交叉していても良いが、後者の方が、より、フィラメントの機械的強度が増すので、結果的に針状体の方向精度や、フィラメントと針状体間の機械的強度性が向上する。
【００２１】
図３は本発明に基づく液体金属イオン源の他の概略例を表したもので、前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【００２２】
図３に示したイオン源が図１で示したイオン源と最も異なる点は、フィラメントに対する針状体の固定構造にある。
【００２３】
即ち、フィラメント４０の中間部の２箇所ｄ，ｅで固着される固着部材５０を設け、この固着部材５０の前記固着箇所ｄ，ｅの中間当たりの箇所ｆで、針状体２の中間部の１箇所をスポット溶接等により固着する。尚、前記固着部材５０は棒状形状のものでも良い。
【００２４】
この様に、フィラメント４０の中間部の２箇所ｄ，ｅで固着される固着部材を設け、外固着部材に、針状体２の中間部の１箇所ｆをスポット溶接等により固定しているので、針状体１の方向を高精度に保って固定することが出来るばかりか、フィラメント４０や針状体１の機械的強度が増し、機械的衝撃や熱的衝撃による針状体及び／若しくはフィラメントの破損の恐れが極めて少なくなる。又、リザーバーに収容される液体金属の量を増加したり、或いは、リザーバー自体を大きくし、且つ、収容される液体金属の量を増やすことも可能となる。
【００２５】
尚、フィラメント４０への固着部材５０の固着箇所は２箇所に限定されず、３箇所でも４箇所でも良い。又、固着部材５０への針状体２の固定は１箇所に限定されず、２箇所でも３箇所でも良い。
【００２６】
尚、前記各例では、ガリウムイオンビームを発生させる液体金属イオン源を例に上げて説明したが、他の液体金属イオン源、例えば、セシウムイオンビームを発生させる液体金属イオン源にも応用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液体金属イオン源の一概略例を示している。
【図２】本発明に基づく液体金属イオン源の１概略例を示している。
【図３】本発明に基づく液体金属イオン源の他の概略例を示している。
【符号の説明】
１…リザーバー
２…針状体
３…フィラメント
４…絶縁支持体
６…加熱電源
７…引出電極
８…カソード電極
９…引出用電源
１０…加速用電源
３０…フィラメント
３０Ｌ…ループ部
４０…フィラメント
５０…固着体
【発明の属する分野】
本発明は、フィラメントにイオン放出用針状体を固定した構造の液体金属イオン源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は液体金属イオン源の１概略例を示す。
【０００３】
図中１は針金を密にコイル状に巻いて有底円筒状に形成されたリザーバーで、内部に、液体金属（例えば、液状のガリウム）が収容されている。２は前記リザーバー１を成す針金の先端部を該リザーバー１の中心に沿って底部から下方に突き出させた針状体２である。
３はフィラメントで、その中間部の１箇所に、前記針状体１の側面の中間部が、直接、スポット溶接等により固定されている。該フィラメントは、絶縁性支持体４に支持された端子５を介して、加熱用電源６から加熱電流が供給されるように成っている。
【０００４】
７は引き出し電極、８はカソード電極、９は前記針状体２と引出電極７の間に正の引出用高電圧を印加する引出用電源、１０は前記針状体４とカソード電極８の間に正の加速用高電圧を印加する加速用電源である。
【０００５】
この様な構成の液体金属イオン源において、加熱電源６からの電流が端子５を介してフィラメント３へ流れ、該フィラメントが高温状態になると、該フィラメントによる加熱（フラッシング）によりリザーバー１内のガリウムが溶融状態となり、針状体２の先端まで濡らす状態になった時に、引出用電源９から針状体２と引出電極７の間に正の引出用高電圧を印加すると、該先端部を濡らしているガリウムは強電界によってテーラーコーンと称される円錐形状となる。該円錐形状の先端部には高電界が集中するので、該先端部のガリウムが電界蒸発し、更に、イオン化してガリウムイオンとなって引き出される。該引き出されたガリウムイオンは、針状体２とカソード電極８の間に正の加速電圧が印加されているので、カソード電極８方向に加速され、イオンビームとして引き出されることになる。
【０００６】
この様な液体金属イオン源は、引き出されるイオンが高輝度であり、高電流密度のイオンビームを発生することが出来ることから、マスクレスの状態でのパターン描画，エッチング，イオン注入等を微小部分毎に行う場合等に使用することが可能である。
【０００７】
【特許文献】
特開平１１−３０７００３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この様な液体金属イオン源において、前記した様に、針状体１のフィラメント３への固定は、１箇所で行われている。
【０００９】
その為、針状体１の方向を高精度に保って固定することが極めて難しい。針状体を固定する時の方向精度が低いと、この針状体から放出されるイオンビームが引出電極やカソード電極の孔の中心軸からずれてしまい、この様なイオン源をパターン描画，エッチング，若しくはイオン注入等の集束イオンビーム発生源として使用した場合、精度の悪いパターン描画，エッチング，若しくはイオン注入が行われてしまう。
【００１０】
又、前記１箇所での固定では、機械的に弱く、軽い衝撃でも針状体とフィラメントが離れてしまったり、何れかが破損してしまう恐れがあり、取り扱いが面倒であった。又、イオン源の長寿命化を考慮して、リザーバーに収容される液体金属の量を増加したり、或いは、リザーバー自体を大きくし、且つ、収容される液体金属の量を増やすと、針状体とフィラメントが離れてしまったり、リザーバーが落下して破損してしまう恐れがあるので、イオン源の長寿命化の妨げとなっていた。
【００１１】
本発明はこの様に問題を解決するためになされたもので、新規な液体金属イオン源を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく液体金属イオン源は、イオン化すべき材料を収容したリザーバー、該リザーバーに繋がっており、イオン化すべき材料で表面が濡らされる針状体、イオン化すべき材料を加熱するためのフィラメント、及び該針状体の先端部からイオン化すべき材料のイオンを引き出すための電界を形成するための引き出し電極を備えた液体金属イオン源であって、前記針状体が前記フィラメントの中間部の少なくとも２点で固定されていることを特徴とする。
本発明に基づく液体金属イオン源は、イオン化すべき材料を収容したリザーバー、該リザーバーに繋がっており、イオン化すべき材料で表面が濡らされる針状体、イオン化すべき材料を加熱するためのフィラメント、及び該針状体の先端部からイオン化すべき材料のイオンを引き出すための電界を形成するための引き出し電極を備えた液体金属イオン源であって、フィラメントの中間部の少なくとも２箇所で固着された固着部材を設け、針状体がこの固着部材の少なくとも１箇所で固定されていること特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図２は本発明に基づく液体金属イオン源の１概略例を表したもので、前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【００１５】
図２に示したイオン源が図１で示したイオン源と最も異なる点は、フィラメントの構造と、針状体のフィラメントに対する固定構造にある。
【００１６】
即ち、フィラメント３０の中間部にループ部３０Ｌが出来るように、フィラメント３０の中間部が１箇所巻かれており、そのループ部３０Ｌ中の２箇所ａ，ｂにおいて、針状体２がスポット溶接等により固定されている。
【００１７】
尚、液体金属を収容し、針状体２を備えたリザーバー１、引出電極７及びカソード電極８等は真空容器（イオン銃室）（図示せず）内に設けられ、又、該真空容器には排気装置（図示せず）が設けられており、該真空容器は排気装置により高真空に排気されるように成っている。
【００１８】
この様な構成の液体金属イオン源において、加熱電源６からの電流が端子５を介してフィラメント３０へ流れ、該フィラメントが高温状態になると、該フィラメントによる加熱（フラッシング）によりリザーバー１内のガリウムが溶融状体になる。この溶融状態のガリウムが針状体２の先端まで濡らす状態になった時に、引出用電源９から針状体２と引出電極７の間に正の引出用高電圧を印加すると、該先端部を濡らしているガリウムは強電界によってテーラーコーンと称される円錐形状となる。該円錐形状の先端部には高電界が集中するので、該先端部のガリウムが電界蒸発し、更に、イオン化してガリウムイオンとなって引き出される。該引き出されたガリウムイオンは、針状体２とカソード電極８の間に正の加速電圧が印加されているので、カソード電極８方向に加速され、イオンビームとして引き出されることになる。
【００１９】
さて、この様な液体金属イオン源において、フィラメント３０の中間部にループ部３０Ｌが形成されており、そのループ部３０Ｌの２箇所ａ，ｂにおいて、針状体２がスポット溶接等により固定されているので、針状体１の方向を高精度に保って固定することが容易になる。又、ループ部３０Ｌ中の２箇所での固定により、針状体２とフィラメント３０間の機械的強度が増し、機械的衝撃や熱的衝撃による針状体及び／若しくはフィラメントの破損の恐れが極めて少なくなる。又、リザーバーに収容される液体金属の量を増加したり、或いは、リザーバー自体を大きくし、且つ、収容される液体金属の量を増やすことも可能となり、イオン源の長寿命化に繋がる。
【００２０】
尚、前記図２の例において、フィラメント３０のループ部の形状は、円や楕円に限定されず、三角形でも四角形でも良い。又、針状体２のループ部３０Ｌでの固定箇所は２箇所に限定されず、３箇所でも４箇所でも良い。又、フィラメント３０のループ部３０Ｌを形成している交叉箇所ｃにおいて、フィラメント同士が互いに離れて交叉していても良いし、互いに固着されて交叉していても良いが、後者の方が、より、フィラメントの機械的強度が増すので、結果的に針状体の方向精度や、フィラメントと針状体間の機械的強度性が向上する。
【００２１】
図３は本発明に基づく液体金属イオン源の他の概略例を表したもので、前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【００２２】
図３に示したイオン源が図１で示したイオン源と最も異なる点は、フィラメントに対する針状体の固定構造にある。
【００２３】
即ち、フィラメント４０の中間部の２箇所ｄ，ｅで固着される固着部材５０を設け、この固着部材５０の前記固着箇所ｄ，ｅの中間当たりの箇所ｆで、針状体２の中間部の１箇所をスポット溶接等により固着する。尚、前記固着部材５０は棒状形状のものでも良い。
【００２４】
この様に、フィラメント４０の中間部の２箇所ｄ，ｅで固着される固着部材を設け、外固着部材に、針状体２の中間部の１箇所ｆをスポット溶接等により固定しているので、針状体１の方向を高精度に保って固定することが出来るばかりか、フィラメント４０や針状体１の機械的強度が増し、機械的衝撃や熱的衝撃による針状体及び／若しくはフィラメントの破損の恐れが極めて少なくなる。又、リザーバーに収容される液体金属の量を増加したり、或いは、リザーバー自体を大きくし、且つ、収容される液体金属の量を増やすことも可能となる。
【００２５】
尚、フィラメント４０への固着部材５０の固着箇所は２箇所に限定されず、３箇所でも４箇所でも良い。又、固着部材５０への針状体２の固定は１箇所に限定されず、２箇所でも３箇所でも良い。
【００２６】
尚、前記各例では、ガリウムイオンビームを発生させる液体金属イオン源を例に上げて説明したが、他の液体金属イオン源、例えば、セシウムイオンビームを発生させる液体金属イオン源にも応用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液体金属イオン源の一概略例を示している。
【図２】本発明に基づく液体金属イオン源の１概略例を示している。
【図３】本発明に基づく液体金属イオン源の他の概略例を示している。
【符号の説明】
１…リザーバー
２…針状体
３…フィラメント
４…絶縁支持体
６…加熱電源
７…引出電極
８…カソード電極
９…引出用電源
１０…加速用電源
３０…フィラメント
３０Ｌ…ループ部
４０…フィラメント
５０…固着体
Claims (5)
- イオン化すべき材料を収容したリザーバー、該リザーバーに繋がっており、イオン化すべき材料で表面が濡らされる針状体、イオン化すべき材料を加熱するためのフィラメント、及び該針状体の先端部からイオン化すべき材料のイオンを引き出すための電界を形成するための引き出し電極を備えた液体金属イオン源であって、前記針状体が前記フィラメントの中間部の少なくとも２点で固定されていることを特徴とする液体金属イオン源。
- 前記フィラメントはループが出来るように中間部で交叉しており、前記針状体はそのループ部の少なくとも２点で固定されている請求項１記載の液体金属イオン源。
- 交叉部同士が互いに固着されている請求項２記載の液体金属イオン源。
- イオン化すべき材料を収容したリザーバー、該リザーバーに繋がっており、イオン化すべき材料で表面が濡らされる針状体、イオン化すべき材料を加熱するためのフィラメント、及び該針状体の先端部からイオン化すべき材料のイオンを引き出すための電界を形成するための引き出し電極を備えた液体金属イオン源であって、フィラメントの中間部の少なくとも２箇所で固着された固着部材を設け、針状体がこの固着部材の少なくとも１箇所で固定されていることを特徴とする液体金属イオン源。
- 前記固着部材は板状又は棒状である請求項４記載の液体金属イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003066360A JP2004273393A (ja) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | 液体金属イオン源 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003066360A JP2004273393A (ja) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | 液体金属イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004273393A true JP2004273393A (ja) | 2004-09-30 |
Family
ID=33127097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003066360A Withdrawn JP2004273393A (ja) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | 液体金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004273393A (ja) |
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2003
- 2003-03-12 JP JP2003066360A patent/JP2004273393A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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