JPH02247951A - 電界放出型イオン源 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はイオンビーム露光装置、イオン注入装置など
に用いられ、アルミニウムイオンを放出させることので
きる電界放出型イオン源に関する。

〔従来の技術〕

電界放出型イオン源はイオンビームの輝度が高いため、
微細集束イオンビーム装置を用いたマスクレスイオン注
入、リソグラフィーなどに応用されている。電界放出型
イオン源はイオン化させる物質を液状で支持し、電界の
作用で該物質のイオンを放出させるために針状電極を有
している。針状電極の材料はタングステン（特公昭５９
−１６３８５号公報）、レニウム（特開昭５７−１３２
６５３号公報）などの金属単体、タングステンカーバイ
ド（前記特開昭５７年公報）、ホウ化チタンおよびホウ
化クロム（特開昭６０−１７１７号公報）などが知られ
ている。

イオン化させる物質はアルミニウム、ヒ素、ホウ素、炭
素、ゲルマニウム、インジウム、リン、ケイ素、スズな
ど多くの元素が知られており、これらの元素は主として
合金にして用いられる（特開昭５７−１３２６５３号公
報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、イオン化させる物質がアルミニウム合金
の場合、アルミニウム合金は反応性が大きいので針状電
極の材料が問題である。我々の実験ではタングステン、
レニウム、タングステンカーバイドまたはタンタルの針
状電極はアルミニウム合金と反応して侵食され、また、
チタンカーバイドの針状電極は液状のアルミニウム合金
の濡れ性が悪い。したがってこれらの材料による針状電
極を用いても長時間安定なアルミニウムイオンビームを
放出させることはできない。この発明は、上記の様な欠
点がなく長時間安定にアルミニウムイオンビームを放出
させることのできる電界放出型イオン源を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

発明者らは、上記の目的を達成するために針状電極の材
料について種々検討した結果、この発明に到達した。

すなわち、この発明は、針状電極の表面にアルミニウム
を主成分とする合金を液状で支持し、電界の作用で前記
針状電極の先端からアルミニウムイオンを放出させる電
界放出型イオン源において、前記針状電極としてタング
ステンの硼化物を主成分とするものを用いることを特徴
とする電界放出型イオン源である。

この発明において電界放出型イオン源の構造はとくに限
定がなく、針状電極の表面にアルミニウム合金を液状で
支持し、電界の作用で前記針状電極の先端からアルミニ
ウムイオンを放出させるものであればよい。

針状電極の材質はタングステンの硼化物を主成分とする
ものであり、好ましくは、硼素の含有量が３３原子％以
上８０原子％以下の−、Ｂ、　ＷＢ、−２Ｂ２、もしく
はＷＢ４の単体または、これらの混合物であり、特に好
ましくは、相対密度が９０％以上の目である。

これらの材料は焼結体または単結晶体のいずれでも使用
できる。

針状電極の材料は１００ｋｇ／ａ！以上の圧力であらか
じめ成形した後、１６００〜２１００℃の温度範囲で焼
成した焼結体か、１００ｋｇ／ａＪ以上の加圧下で１６
００〜２１００℃の温度範囲でホットプレス成形した成
形体、または、フローティングゾーン法で作成した単結
晶の先端を針状に加工したものであっても良い。

針状電極への加工は、上記の焼結体または単結晶をワイ
ヤカット放電加工機等で切断加工し、先端を機械研磨ま
たは電解研磨でとがらせる。先端曲率半径は、１〜２μ
−以下が好ましく、円錐角は１０＠〜５０＠の範囲内、
とくに３０°前後が好ましい０円錐角が１０°未満では
、針状電極がこわれやすくなり、また５０°を越えると
電界がかかりにくくなる。

アルミニウムを主成分とする合金は針状電極の表面を覆
う程度の量で足りるが、長時間使用するためには該合金
を貯蔵する貯蔵部を針状電極に併設することが好ましい
、貯蔵部はＴａ、　ＷＳＮｏなどの高融点金属、ＴｉＣ
５ＺｒＣ、、ＴａＣ−、’ＩＣなどの炭化物、ＴｉＢｇ
、ＺｒＢ、、ＴａＢ１、ＷＢ、　Ｃｒ８ｇ７．Ｃどのホ
ウ化物、ＴｉＮ　、　ＴａＮなどの窒化物の成形体が用
いられる。

これらの材料の中でもタングステンの硼化物は前記の通
りアルミニウム合金に対する耐食性に優れるので好まし
い、貯蔵部の構造は前記合金を液体で貯蔵するとともに
、針状電極に安定に供給できるものであればよいが、針
状電極の基部外形に合わせた内面を有する基部と前記合
金を貯蔵する凹部を備えたものが好ましい。

前記合金を液体に保つためにヒーターを併設することが
好ましい。ヒーターはグラッシーカーボンまたは熱分解
カーボン等カーボンのブロックを針状電極に圧接してカ
ーボンブロックに通電する構造にするとよい。とくにタ
ングステンの硼化物は導電性が高いので、これらの材料
で針状電極と貯蔵部を製作すると、針状電極および貯蔵
部を発熱体への通電のための導体とすることができるた
め、構造が筒車で安定したイオン源にすることができる
。

〔実施例〕

実施例１〜４、比較例１〜４ 第１図は実施例の電界放出型イオン源である。

表に示す針状電極の材料を加工して長さ５鶴の棒状にし
、先端を機械研給により尖らせ、先端の曲率半径が０．
５μｍの針状電極１にした。材料の種類、直径および円
錐角は表に示すとおりである。

なお、材料はタングステンとタンタルの場合には塑性加
工品を用いたが、その他の材料の場合には原料粉をホッ
゛ドブレス法で焼結したものを用いた。

ホットプレスの条件は温度は２０５０℃、圧力は１５０
ｋｇ／ｃｊ、時間は３０分であった。

針状電極と同じ材料を長さ３．７鶴のスプーン状に加工
して貯蔵部２とした。貯蔵部の中に表に示すアルミニウ
ム合金３を入れた。

隔壁４Ａ、４Ｂは貯蔵部の表面に濡れ広がったアルミニ
ウム合金が発熱体５Ａ、５Ｂにまで浸透することを防止
する働きをする。発熱体はホットプレスカーボン製であ
り、導電体６Ａ、６Ｂから与えられる加熱電源（図示な
し）により加熱される。

針状電極、１の先端から少し離れたところに、中心に穴
のある引出し電極７を設けた。引出し電極は接地した。

引出し電極の穴を針状電極の先端から放出されるイオン
ビーム８が通過する。イオン源には高圧電源９によりプ
ラスの電圧が印加される。高圧電源のマイナス側は電流
計１０を経て接地した０発熱体５Ａ、５Ｂは通電するこ
とによって貯蔵部を加熱し、貯蔵部内のアルミニウム合
金を融解させ、針状電極１の先端まで浸み出させた。

貯蔵部の温度を６００℃に保ち、イオン源本体と引き出
し電極７との間に高圧電源９により引き出し電圧を印加
した。引き出し電圧は、イオンビーム電流が常にｌＯμ
Ａになるように調節した。イオンビーム電流は、電流計
１０により監視し引き出し電圧は、高圧電源９に付属の
電圧計により測定した。

その結果、表に示すとおり、針状電極としてタングステ
ンの硼化物を用いた場合には引出し電圧が５〜６ｋＶで
安定なアルミニウムイオンビームを３００〜４００時間
安定に放出させることができた。なお、イオンビームが
放出しなくなったときをイオン源の寿命とした。

いっぽう、針状電極にタングステンを用いたとき、およ
びタンタルを用いたときには針状電極が液状のアルミニ
ウム合金に溶解し、全く使用できなかった。また、針状
電極としてタングステンカーバイドを用いたときには最
初から引き出し電圧が不安定であり、３０時間経過後に
針状電極を観察したところ、その一部がアルミニウム合
金に侵されていた０次に、針状電極としてチタンカーバ
イドを用いたときには、針状電極が液状のアルミニウム
合金による濡れが悪く、最初から引き出し電圧が不安定
で、５時間でイオンビームが切れてしまった。

【発明の効果〕

この発明の電界放出型イオン源は、針状電極とアルミニ
ウム合金との濡れ性が良く、また、針状電極がアルミニ
ウム合金により侵食されることもなく、長時間安定にア
ルミニウムイオンビームを放出させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電界放出型イオン源の断面図および付
属の電気回路図である。 符号　ｌ・・・針状電極、２・・・貯蔵部、３・・・ア
ルミニウム合金、４Ａ、４Ｂ・・・隔壁、５Ａ、５Ｂ・
・・発熱体、６Ａ、６Ｂ・・・導電体、７・・・引出し
電極、８・・・イオンビーム、９・・・高圧電源、１０
・・・電流計特許出願人　電気化学工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 針状電極の表面にアルミニウムを主成分とする合金を液
   状で支持し、電界の作用で前記針状電極の先端からアル
   ミニウムイオンを放出させる電界放出型イオン源におい
   て、前記針状電極としてタングステンの硼化物を主成分
   とするものを用いることを特徴とする電界放出型イオン
   源。