JPH063326A

JPH063326A - 液体金属イオン源及びそのエミッタとリザーバの加熱洗浄装置

Info

Publication number: JPH063326A
Application number: JP4159270A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Umemura; 馨梅村; Toru Ishitani; 亨石谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1992-06-18
Publication date: 1994-01-11
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: US5399865A; JP3315720B2

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン材料（液体金属）を貯溜するリザーバ
からエミッタ先端への液体金属の長時間安定した連続流
れを簡単な構造で実現し、長時間安定したイオン放出動
作を行う液体金属イオン源を提供する。【構成】絶縁碍子１０１を貫通して固着された２本の
電流導入端子１０２、１０２′、イオン材料１０８を保
持するためのリザーバ１０３、電流導入端子１０２、１
０２′とリザーバ１０３を電気的に接続する導線１０
５、１０５′、リザーバ１０３を貫通してリザーバ１０
３から供給される溶融イオン材料１０８で表面が濡らさ
れる針状エミッタ１０４、エミッタ１０４を支持する支
持端子を兼ねる電圧供給端子１０６からなり、かつイオ
ン材料１０８の未搭載の状態においては、電流導入端子
１０２、１０２′とエミッタ１０４を支持する電圧供給
端子１０６とが電気的接触がない構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程におけ
るマスクの製作、修正、配線修正、マスクレスイオン注
入、イオン露光、イオンエッチング、デポジション、デ
バイス移植など、また、分析の分野における試料の断面
切出し、微小領域の二次イオン質量分析等に用いられる
集束イオンビームを形成するための液体金属イオン源に
係り、特に、長時間非常に安定したイオン放出を実現で
きる液体金属イオン源に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、イオンビームが工業面で多岐にわ
たり積極的に応用されている。また、各種元素のイオン
を効率良く発生させるために種々のイオン源が開発され
てきた。その一つに、溶融状態にした純金属や合金をイ
オン材料として、これらから強電界によってそれら純金
属や合金の構成元素をイオンとして引出すＥＨＤ（Elec
tro-Hydro-Dynamic）イオン源がある。これは溶融状態
の金属からイオンを引出すことから液体金属イオン源
（Liquid Metal Ion Source；以下、略してＬＭＩＳと
記す）とも呼ばれ、高電界でイオンを放出させることか
ら電界放出型イオン源の一種である。

【０００３】液体金属イオン源は点状領域からイオンが
放出されるため高輝度であり、イオンを最終ターゲット
である試料面上で直径１μｍ以下のビームに集束（一般
に集束イオンビームまたはＦＩＢと呼ばれている。以
下、ＦＩＢと記す）させることが可能なイオン源として
知られている。このＦＩＢ自体が高電流密度で、極微細
なビームであるため、半導体プロセスにおけるリソグラ
フィやイオン注入、エッチングなどが、従来用いられて
きたマスクを使用せず（マスクレス）に行える。また、
イオンビームを試料表面に照射し、スパッタリングによ
り弾き出された二次イオンを分析する、所謂、二次イオ
ン質量分析方法にＦＩＢを適用すると、その試料表面の
サブミクロン領域の成分分析が可能となる。このよう
に、様々な分野でＦＩＢの応用が考えられることから、
ＬＭＩＳは近年特に注目を浴びている。

【０００４】まず、ＬＭＩＳの構成と動作原理を説明す
る。ＬＭＩＳは、例えば、論文集ジャーナル・オブ・ヴ
ァキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、第Ａ
２巻、（１９８４年）第１３６５頁から第１３６９頁
（Journal of Vacuum Scienceand Technology Ａ２，(1
984）1365-1369）に記載のデヴェロップメント・オブ・
ボロン・リクイッド・メタル・イオン・ソース（Develo
pment of boron Liquid-metal-ion source）と題した論
文（公知例１）中でイシタニ（T.Ishitani）らが示して
いるように（図２参照）、イオン化すべき材料（イオン
化材料）１を溶融状態で保持するためのヒータ２と、こ
のヒータ２から供給される溶融状態の上記イオン材料１
のイオン３をその先端から放出するように配置されたエ
ミッタ４と、このエミッタの先端に高電界を集中させる
ことによって上記エミッタ先端からイオン３を引出すた
めの引出し電極５とから構成される。６は真空容器、
７、７′は電流導入端子、８、８′、８″は電源類であ
る。イオン化すべき材料を溶融状態で保持するための手
段としては、イオン材料の溜め部への通電による抵抗加
熱方式や、エミッタの先端近傍を電子衝撃によって加熱
する方式、更には、イオン材料の溜め部（リザーバとも
呼ばれる）のまわりにヒータを巻き付けそのヒータの熱
によってイオン材料を溶融状態にする方式など種々の方
式があるが、ＬＭＩＳの基本構成としては大きな相違は
ない。

【０００５】このような構成をしたＬＭＩＳは次のよう
に動作する。真空容器６内の真空排気後、イオン材料の
溜め部を兼ねたヒータ２を加熱し、その結果熱伝導によ
りイオン材料１、エミッタ４が加熱され、溶融したイオ
ン材料１がエミッタ４先端に濡れ伝わって供給される。
ここで、引出し電極５に、エミッタ４に対して負の高電
圧を印加していくと、エミッタ１先端に電界が集中して
いく。更に、高電圧を印加していくと、あるしきい値で
エミッタ先端の溶融金属はテーラーコーンと呼ばれる円
錐状突起を形成し、その先端からイオン３が引出され
る。引出されたイオンは、イオン源の下流側に設置され
たレンズ、偏向器などのイオン光学系（図示せず）を通
過してＦＩＢとして試料面上に照射される。

【０００６】一般に用いられるＬＭＩＳは、最も典型的
な様式としてヘアピンタイプとリザーバタイプの２形式
がある。図３（ａ）はヘアピンタイプで、絶縁物製の座
１０に２本の電流導入端子１１、１１′が立ち、それら
の端子を結ぶ金属細線１２の中央部に針状電極１３が点
状溶接されている。このタイプの公知例として特公昭５
８−３６７９号公報（公知例２）に開示されている。こ
のタイプの特徴は構造が非常に簡単で、金属細線１２は
イオン材料１４を貯溜するリザーバであり、２本の電流
導入端子１１、１１′間に電流を通電することによりヒ
ータをも兼ねていることである。

【０００７】図３（ｂ）はリザーバタイプであり、絶縁
物製の座１５に２本の電流導入端子１６、１６′が固着
しており、イオン材料１７を保持するリザーバ１８は加
熱電流をリザーバ１８に導く導線１９、１９′によって
支持されている。また、エミッタ２０はリザーバ１８に
固定されている。特徴は、多量のイオン材料１７が貯溜
できることである。このタイプの公知例は、特公昭５８
−３８９０５号公報（公知例３）に開示されている。

【０００８】さらに、リザーバタイプの変形として図３
（ｃ）に示したように、リザーバ２１下端を毛細管（キ
ャピラリ）２２状にしてエミッタ２３とキャピラリ２２
の間隔を非常に小さくして、その間を溶融イオン材料２
４が毛細管現象でエミッタ２３先端まで到達しやすくし
たキャピラリニードルタイプのＬＭＩＳもある。

【０００９】いずれのタイプとも、イオンビーム装置に
これらＬＭＩＳが着脱でき、イオン材料の枯渇や針状電
極の破損等の場合には、電流導入端子、エミッタ、リザ
ーバ、絶縁碍子、導線を一体にしたＬＭＩＳが交換され
る。所謂、ＬＭＩＳはカートリッジ式になっている。

【００１０】また、リザーバ、エミッタの加熱洗浄方
法、これらへのイオン材料の付着方法については、エイ
・ワグナ（Ａ．Ｗａｇｎｅｒ）らが『ジャーナル・オブ
・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノロジ』
（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃ
ｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）なる論文の１９７
９年、第１６巻の第１８７１頁から第１８７５頁に記載
された『リクイッド・ゴールド・イオン・ソース』（Ｌ
ｉｑｕｉｄｇｏｌｄｉｏｎＳｏｕｒｃｅ）と題す
る論文（公知例４）に記されている。つまり、図４
（ａ）に示すようにフィラメント３０によって加熱の可
能な坩堝３１に予めイオン材料３２を保持し溶解させて
おき、フィラメントタイプのＬＭＩＳ３３を通電加熱し
たのち、ＬＭＩＳ３３を溶融状態のイオン材料３２内に
浸漬（ディッピング）し、溶融イオン材料３２をエミッ
タ３４ならびにヒータ３５に付着させる方法である。図
４（ｂ）はイオン材料３６を付着した後のＬＭＩＳ３７
の状態を示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ＬＭＩＳは長時間安定
してイオン放出できることが理想である。ＬＭＩＳが理
想的に動作している場合のエミッタ表面では、イオン放
出として消費されるイオン材料量とリザーバから供給さ
れるイオン材料量が釣り合って、液体金属はリザーバか
らエミッタ先端へスムーズな流れをする。イオン放出部
への液体金属の供給よりイオン放出による消耗の方が多
い場合、一定引出し電圧の下ではイオン電流の減少、一
定電流制御のもとでは引出し電圧の上昇となる。逆に、
イオン放出部への液体金属の供給がイオン放出による消
耗より多い場合、エミッタ先端での液体金属の曲率半径
が大きくなり、引出し電圧の上昇や、液体金属の落下な
どの問題を引き起こす。従って、理想的なＬＭＩＳはエ
ミッタ表面での液体金属の流れが常に一定であることで
ある。一般のＬＭＩＳに見られる問題は、イオン放出部
への液体金属の供給不足が直接の原因となるものが大半
である。

【００１２】液体金属が供給不足となる原因は、ＬＭ
ＩＳそのものの構造、つまり、ＬＭＩＳの構造におい
て、特にエミッタ、リザーバ、ヒータの構成によって
は、液体金属がリザーバからエミッタ先端へ到達するの
にエミッタの表面抵抗により、液体金属の流れが遅くな
ったり、時として流れが停止することが発生する。エ
ミッタ表面での液体金属の非均一な濡れ、具体的には、
エミッタ表面に酸化物などの不純物層が形成されている
と液体金属とエミッタの濡れが悪くなり、液体金属のス
ムーズな流れが阻害されるためである。

【００１３】これら問題点を更に詳しく説明する。

【００１４】（イ）リザーバからエミッタ先端への液体
金属の流れについて。

【００１５】ヘアピンタイプＬＭＩＳの最大の欠点は、
溶融イオン材料がリザーバからエミッタ先端へ連続的に
円滑に移動しないことである。つまり、一定条件のもと
で連続的にイオン放出させると、ある時間毎にイオン電
流が低下し、再度元と同じ放出状態に戻すには、一時的
にＬＭＩＳ動作温度を上昇させる操作をしなければなら
ない。その原因を図５と６を用いて説明する。エミッタ
４１はヒータ４２にスポット溶接されている（図５）。
このために溶接部４３の表面が荒れ、リザーバ４４に貯
溜されたイオン材料４５が円滑にエミッタ先端まで流れ
ることができないためである。ヒータ４２とエミッタ４
１の交点付近Ａの拡大図、特にイオン材が付着していな
い状態を図６に示す。図６において（ａ）は正面図、
（ｂ）は側面図である。タングステン線はその製法上、
表面に軸方向の細溝４６を有し、液体金属（溶融イオン
材料）はその細溝４６に沿って流れることが知られてい
る。この種のＬＭＩＳを連続放出させてその放出が停止
したエミッタ近傍を電子顕微鏡観察すると、リザーバ４
４から流出したイオン材料４５が、エミッタ４１とヒー
タ４２のスポット溶接部４３で堰き止められた状態とな
り、流れが止まっていることが確認できる。一方、ヒー
タ４２側に付着したイオン材料４５はヒータ４２表面に
形成されている細溝４６を横切って反対側に乗り移るこ
とができない。従って、スポット溶接部４３から下のエ
ミッタ部分４１に付着したイオン材料のみがイオン放出
として消耗されるとイオン放出が停止するのである。こ
のように、リザーバ自体４４には十二分にイオン材料４
５が貯溜されているにも関わらず、エミッタに付着して
いるイオン材料がイオン放出により消耗する数十時間毎
にイオン源を加熱して、イオン材料をスポット溶接部や
ヒータの細溝を乗り越えさせてエミッタに補給しなけれ
ばならず、ユーザにとっては非常に面倒な作業を強いら
れるという問題を有している。

【００１６】このような現状から、リザーバに保持され
たイオン材料が枯渇するまで、加熱処理をせずに長時間
に渡って途切れること無く円滑にエミッタ先端に供給さ
れるＬＭＩＳが望まれていた。

【００１７】（ロ）エミッタ表面の不純物除去につい
て。

【００１８】エミッタ、リザーバ表面に不純物が付着し
ていると溶融イオン材料はこれらの表面に一様に濡れる
ことはない。金属表面の酸化膜などの不純物層は液体金
属との一様な接触を阻害する原因となり、イオン放出の
安定性に悪影響を与える。

【００１９】これを避けるためには、超高真空状態にお
いて、少なくともエミッタ、リザーバを高温加熱洗浄す
ることで、エミッタやリザーバ表面の炭素や酸化物など
の不純物が焼き出されて清浄表面となる。このような清
浄表面には多くの液体金属は非常に良く濡れる。

【００２０】これまで、公知例４のようにフィラメント
タイプのＬＭＩＳを通電加熱でエミッタを加熱した例
（図４）や、リザーバタイプでもエミッタがリザーバに
固着された構造で（図３（ｂ））のリザーバを通電加熱
する報告例はあるが、リザーバとエミッタが電気的接触
のない構造のＬＭＩＳについての加熱洗浄方法、装置の
報告はない。また、ＬＭＩＳのその他の課題として以下
の２点が指摘できる。

【００２１】（ハ）エミッタ、リザーバ加熱方法、及び
装置について。

【００２２】ＬＭＩＳにおいて、エミッタの表面が酸化
物などの被膜に被われて、液体金属とエミッタもしくは
リザーバとが濡れが良くない場合、液体金属がエミッタ
先端まで安定して供給されず、延いてはイオン放出の途
切れとなる。長時間安定してイオンが放出し続けること
がイオンビーム装置におけるＬＭＩＳに課せられる使命
にもかかわらず、イオン放出の中断はイオン源として致
命的な動作となる。従って、イオン材料をエミッタ、リ
ザーバに接触させる前の超高真空状態での少なくともエ
ミッタ、リザーバの高温加熱クリーニングはなくてはな
らない操作となる。

【００２３】従来の通電加熱方法によると、エミッタ、
リザーバの加熱効率は、図３（ａ）のヘアピンタイプの
場合非常に良いが、図３（ｂ）、（ｃ）のようなリザー
バタイプでエミッタがリザーバに固着された形状では、
エミッタは加熱されたリザーバからの熱伝導と熱輻射で
のみ加熱され効率的ではない。また、リザーバとエミッ
タとが分離して設置された形状では、リザーバは通電加
熱できるがエミッタは熱輻射で加熱されるのみである。
リザーバタイプのＬＭＩＳで、特に、エミッタとリザー
バが分離したＬＭＩＳについてのエミッタとリザーバ両
者の効率的加熱方法と、それを実現するための装置はこ
れまで報告例がなかった。

【００２４】（ニ）絶縁碍子への蒸着防止について。

【００２５】長時間動作後のＬＭＩＳや、リザーバへの
イオン材料の充填時において、図７に示したように蒸発
したイオン材料６０が絶縁碍子６１に蒸着して、導電性
蒸着膜６３を形成するため、所定の電圧印加が不能にな
ったり、電流供給端子６２、６２′間が短絡してリザー
バ６４加熱のための電流が供給できないなどの問題が生
じる。例えば、電流導入端子の両端子間が短絡すると、
リザーバに所定のイオン材料の溶解のための電流供給が
できなくなり、イオン材料が固化し、ついにはイオン放
出が停止する。従って、溶融イオン材料の蒸着、特に、
加熱電流供給用の端子間の絶縁碍子への蒸着を防止する
何らかの方法が望まれていた。

【００２６】以上の問題点に鑑み、本発明は上記問題点
（イ）、（ロ）を同時に解決することを最大の目的と
し、さらに問題点（ハ）と（ニ）をも解決することを目
的としている。

【００２７】具体的には、本発明の第１の目的は、液体
金属（溶融イオン材料）のエミッタ先端への長時間安定
した連続流れを、簡単な構造で実現する液体金属イオン
源を提供することにある。

【００２８】本発明の第２の目的は、上記第１の目的を
達成して、長時間高安定に動作する液体金属イオン源を
提供することにある。

【００２９】本発明の第３の目的は、エミッタとリザー
バを効率的に加熱できる構造を有する液体金属イオン源
を提供することにある。

【００３０】本発明の第４の目的は、イオン材料の蒸着
による電極間の短絡、それが原因となって生じるイオン
源の短寿命を防止する構造を有する液体金属イオン源を
提供することにある。

【００３１】本発明の第５の目的は、エミッタとリザー
バを高温加熱洗浄する装置を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明の第１と第２と第
３の目的は、（１）絶縁碍子を貫通して固着された２本
の電流導入端子、イオン材料を保持するためのリザー
バ、上記電流導入端子と上記リザーバを電気的に接続す
る導線、上記リザーバを貫通して配置されてリザーバか
ら供給される溶融状態のイオン材料で表面が濡らされる
針状のエミッタ、絶縁碍子を貫通して固着されてエミッ
タを支持する導電性のエミッタ支持端子からなり、かつ
イオン材料の未搭載の状態においては、上記電流導入端
子と上記エミッタ支持端子とに電気的接触がないことを
特徴とする液体金属イオン源、（２）絶縁碍子を貫通し
て固着された２本の電流導入端子、イオン材料を保持す
るためのリザーバ、このリザーバを貫通して配置されて
リザーバから供給される溶融状態の該イオン材料で表面
が濡らされるエミッタ、絶縁碍子を貫通して固着されて
エミッタを支持する導電性のエミッタ支持端子からな
り、上記２本の電流導入端子のエミッタ側の端部を細線
化してリザーバとの電気的接続がなされ、かつイオン材
料の未搭載の状態においては、上記電流導入端子と上記
エミッタ支持端子とに電気的接触がないことを特徴とす
る液体金属イオン源、（３）前記１または２記載の液体
金属イオン源において、前記リザーバが特に円管状であ
ることを特徴とする液体金属イオン源、（４）絶縁碍子
を貫通して固着された２本の電流導入端子、金属線を螺
旋状に巻き、その両端が両電流導入端子に固定されたイ
オン材料を保持するためのリザーバ、このリザーバを貫
通して配置されてリザーバから供給される溶融状態のイ
オン材料で表面が濡らされるエミッタ、絶縁碍子を貫通
して固着されてエミッタを支持する導電性のエミッタ支
持端子からなり、かつイオン材料の未搭載の状態におい
ては、電流導入端子とエミッタ支持端子とが電気的接触
がないことを特徴とする液体金属イオン源、（５）前記
１から４のいずれかに記載の液体金属イオン源におい
て、前記２本の電流導入端子に電流を供給し、前記エミ
ッタ支持端子に電圧を供給し、リザーバとエミッタの間
に電位差を与えられる構造であることを特徴とする液体
金属イオン源、（６）前記３から５のいずれかに記載の
液体金属イオン源において、前記エミッタと前記リザー
バとのエミッタ軸に垂直の半径方向の間隔が０．２ｍｍ
から２ｍｍであることを特徴とする液体金属イオン源、
（７）前記１から６のいずれかに記載の液体金属イオン
源において、エミッタ支持端子と２本の電流導入端子は
絶縁碍子に固着され、特にエミッタ支持端子は上記２本
の電流端子の中心に配置されていることを特徴とする液
体金属イオン源、（８）前記１から６のいずれかに記載
の液体金属イオン源において、前記絶縁碍子は特に円板
状であって、２本の電流導入端子は上記円板状絶縁碍子
の直径上に固着され、エミッタ支持端子は上記円板状絶
縁碍子の中心に固着されていることを特徴とする液体金
属イオン源、（９）前記１から８のいずれかに記載の液
体金属イオン源において、前記エミッタ支持端子がエミ
ッタの着脱機構を有することを特徴とする液体金属イオ
ン源、（１０）前記１から９のいずれかに記載の液体金
属イオン源において、前記２本の電流導入端子及び前記
エミッタ支持端子の前記絶縁碍子面上での互いの距離が
１ｍｍ以上であることを特徴とする液体金属イオン源、
（１１）円管状絶縁碍子を介して金属基板を貫通して固
着された２本の電流導入端子、イオン材料を保持するた
めのリザーバ、上記電流導入端子とリザーバを電気的に
接続する導線、上記リザーバを貫通して配置されてリザ
ーバから供給される溶融状態のイオン材料で表面が濡ら
される針状のエミッタ、このエミッタを支持する金属基
板と同電位の支持部からなり、かつイオン材料を未搭載
の状態においては上記電流導入端子と上記金属基板とに
電気的接触がないことを特徴とする液体金属イオン源に
よって達成される。

【００３３】上記第４の目的は、（１２）前記１から１
０のいずれかに記載の液体金属イオン源において、前記
絶縁碍子へのイオン材料の蒸着を防止するための蒸着シ
ールドを、上記絶縁碍子と前記リザーバの間に設けたこ
とを特徴とする液体金属イオン源、（１３）前記１２記
載の液体金属イオン源において、前記蒸着シールドが液
体金属イオン源に対して着脱可能であることを特徴とす
る液体金属イオン源、（１４）前記１２または１３記載
の液体金属イオン源において、前記蒸着シールドは２分
割でき、前記電流導入端子、エミッタ支持端子列にほぼ
直角方向から上記電流導入端子、エミッタ支持端子列を
挾み込む状態で取り付けられることを特徴とする液体金
属イオン源、（１５）前記１２または１３記載の液体金
属イオン源において、前記蒸着シールドは上記絶縁碍子
に面し、特にその絶縁碍子と蒸着シールドとの間隔が
０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする液
体金属イオン源、（１６）前記１２から１５のいずれか
に記載の液体金属イオン源において、前記蒸着シールド
は、前記電流導入端子、エミッタ支持端子のいずれと
も、少なくとも０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下の間隙を有
していることを特徴とする液体金属イオン源、（１７）
前記１１記載の液体金属イオン源において、前記絶縁碍
子のリザーバ側の端部が円板状つばに形成されているこ
とを特徴とする液体金属イオン源、（１８）前記１１記
載の液体金属イオン源において、前記円管状絶縁碍子の
リザーバ側一端に接して、円管状絶縁碍子に対する蒸着
シールドを前記電流導入端子に一体的に設けたことを特
徴とする液体金属イオン源によって達成される。

【００３４】上記第５の目的は、（１９）前記１から１
０のいずれかに記載の液体金属イオン源を搭載する真空
容器、前記２本の電流導入端子にそれぞれつながる電極
およびこれらの電極に電流を供給して前記リザーバを通
電加熱して洗浄する第１の電源、前記エミッタ支持端子
に接触する電極およびこの電極にリザーバに対して正電
位を印加してリザーバからの熱電子でエミッタを電子衝
撃することでエミッタを加熱洗浄する第２の電源を設け
てなることを特徴とする液体金属イオン源におけるエミ
ッタとリザーバの加熱洗浄装置、（２０）前記１１から
１８のいずれかに記載の液体金属イオン源を搭載する真
空容器、前記２本の電流導入端子にそれぞれつながる電
極およびこれらの電極に電流を供給して前記リザーバを
通電加熱して洗浄する第１の電源、前記エミッタを支持
している前記金属基板に接触する電極およびこの電極に
リザーバに対して正電位を印加してリザーバからの熱電
子でエミッタを電子衝撃することでエミッタを加熱洗浄
する第２の電源を設けてなることを特徴とする液体金属
イオン源におけるエミッタとリザーバの加熱洗浄装置に
よって達成される。

【００３５】以下、上記本発明による構成について詳述
する。

【００３６】（ｉ）パイプ状リザーバについて課題の項で述べたように、導線を折り曲げ、Ｖ字の先端
部にエミッタをスポット溶接したヘアピンタイプのＬＭ
ＩＳは長時間連続運転には不向きである。溶融イオン材
料の流れを阻害しない構造、つまり、エミッタがリザー
バやヒータに溶接されていないリザーバタイプが望まし
い。イオン材料の保持部に要求される役割が、イオン材
料をフィラメントタイプより多く保持でき、リザーバに
保持された溶融イオン材料を連続的にエミッタ先端に供
給できることを同時に満足させるには、イオン材料保持
部がリザーバタイプであることが望ましく、さらに、リ
ザーバからのイオン材料の熱蒸着個所を限定するために
リザーバ上面の露出面積を小さくすることを考慮すると
パイプ状リザーバでなければならない。

【００３７】（ii）電子衝撃加熱について。

【００３８】超高真空下でエミッタ、リザーバを高温加
熱クリーニングができ、かつ、その場でイオン材料を充
填することを考慮すると、リザーバがエミッタを電子衝
撃加熱させる熱電子源の役割を果さなければならない。

【００３９】（iii）エミッタと電流導入端子との電気
的絶縁について。

【００４０】軸合わせの面からエミッタは直線状である
ことが望ましい。また、エミッタの加熱効率を考慮する
と、リザーバと接触させての通電加熱より、電子衝撃加
熱の方が望ましい。従って、リザーバとエミッタとは独
立に電圧を印加できること、つまり、イオン材が充填さ
れていない状態で両者が電気絶縁されていなければなら
ない。

【００４１】イオン材料の充填前に行なわなければなら
ないエミッタ、リザーバの高温加熱洗浄を実行するため
に、電流導入端子とエミッタの電気絶縁を確実にし、加
熱されたリザーバから熱電子が加速されてエミッタに衝
突するような構成にする。

【００４２】（iv）蒸着防止手段の作用について。

【００４３】電流導入端子間にシールドを設け、絶縁碍
子製の基板への蒸着を防止する、または、基板を金属製
とし、電流導入端子と金属基板との間の絶縁碍子を電流
導入端子に設けたシールドによって蒸着による電流端子
間の短絡は防止できる。

【００４４】

【作用】絶縁碍子を貫通して固着された２本の電流導入
端子と導線を介して、リザーバを加熱し、イオン材料を
溶解させて、エミッタ先端に液体金属（溶融イオン材
料）を供給する。エミッタは導電性の支持端子に保持さ
れ、イオン材料を未搭載の状態では電流導入端子とエミ
ッタ間に電圧を印加することができるため、イオン材料
の充填前にエミッタを電子衝撃加熱洗浄することができ
る。また、リザーバが円筒状であるため、リザーバ作成
が容易であること、エミッタ加熱時には効率良い電子源
となること、かつ、溶融イオン材料を円滑にエミッタ先
端のイオン放出部に供給することができること、更に、
図８に示したようにリザーバ７０からの蒸発したイオン
材料７１が絶縁碍子７２に付着する領域が限定され電流
導入端子間７３、７３′の短絡が防げることなどの特徴
を有している。

【００４５】パイプの具体的寸法については、その内径
が０．２ｍｍ以内ではエミッタとリザーバが接触し易
く、一方、２ｍｍ以上では、溶融イオン材料が落下し易
くなる。例えば、エミッタの外径が０．３２ｍｍ、リザ
ーバの内径が１ｍｍ、外径が１．４ｍｍ、長さが２ｍｍ
の場合、このリザーバの貯蔵容量は約１．４ｍｍ³であ
り、パイプの上下端のふくらみ部分をも考慮すると、約
１．８ｍｍ³の溶融イオン材料が保持できる。イオン材
料がガリウムとするとこの容積は約１１ｍｇに相当し、
全放出イオン電流１μＡで連続放出させると、寿命は約
１８０日となって、この種のイオン源に関しては満足で
きる寿命をもたらす。

【００４６】エミッタの加熱には、通電加熱と、エミッ
タの周囲に電子衝撃用のフィラメントを設置し、フィラ
メントとエミッタの間に電位差を与えて、赤熱したフィ
ラメントからの熱電子でのエミッタの電子衝撃加熱とが
ある。本発明では、後者のようなフィラメントは設置せ
ず、導電性のリザーバを通電加熱し、そこからの熱電子
をエミッタに衝突させて赤熱加熱させる。これにより、
余分な加熱電源や電圧導入端子、さらに、フィラメント
設置などのＬＭＩＳ設計上の煩雑な問題を考慮する必要
がなくなった。

【００４７】上述のことから、長寿命リザーバから
エミッタ先端への円滑な流れエミッタ、リザーバの効
率良い加熱方法イオン材料のリザーバへの充填、エミ
ッタへ付着させる装置の観点を満足し、上記課題を解決
するＬＭＩＳの基本構造として、絶縁碍子を貫通して固
着された２本の電流導入端子、イオン材料を保持するた
めの円管状のリザーバ、電流導入端子とリザーバを電気
的に接続する導線、リザーバを貫通して配置されてリザ
ーバから供給される溶融状態のイオン材料で表面が濡ら
される針状のエミッタ、このエミッタを支持する電圧供
給端子からなり、かつイオン材料の未搭載の状態におい
ては、電流導入端子とエミッタ支持端子とが電気的接触
がないことを基本構成とするＬＭＩＳが好適となること
がわかる。この基本構造をもとにして、リザーバを螺旋
状にしたり、蒸着防止用のシールドを付加するなどの構
成にすることが効果的であることがわかる。

【００４８】

【実施例】

（実施例１）本発明によるＬＭＩＳの最も典型的な実施
例を図１に示す。図１（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図
であり、１０１は絶縁碍子、１０２、１０２′は電流導
入端子、１０３はリザーバ、１０４はエミッタ、１０
５、１０５′は導線、１０６はエミッタ支持端子、１０
８はイオン材料である。

【００４９】２本の電流導入端子１０２、１０２′は絶
縁碍子１０１に固定され、タングステン製の薄肉パイプ
からなるリザーバ１０３は、導線１０５、１０５′によ
って電流導入端子１０２、１０２′に溶接固定されてい
る。エミッタ１０４は導電性のエミッタ支持端子１０６
に連結固定され、このエミッタ支持端子１０６は２本の
電流導入端子のほぼ中間に位置し、その端部を僅かに露
出させて絶縁碍子１０１に固定されている。具体的寸法
を示すと、エミッタ１０４は直径０．３ｍｍ、半径約３
μｍの先端曲率を有する針状のタングステン棒、リザー
バ１０３は外径１．４ｍｍ、内径１．０ｍｍ、長さ２ｍ
ｍのタングステンパイプ、導線１０５、１０５′は直径
０．３ｍｍのタングステン線である。また、電流導入端
子１０２、１０２′の形状は、絶縁碍子１０１に対して
リザーバ側を四角柱として導線１０５、１０５′をスポ
ット溶接し易くし、その反対側を円柱にしてメス型電極
（図示せず）と結合し易くした。

【００５０】このＬＭＩＳ、特にエミッタとリザーバを
高温加熱洗浄し、その後、溶融イオン材料をリザーバに
充填する方法及び装置について図９を用いて説明する。
まず、ＬＭＩＳ１１０をイオン材料の充填を兼ねたＬＭ
ＩＳ加熱洗浄装置１１１に装着する。ＬＭＩＳ加熱洗浄
装置１１１はＬＭＩＳ装着部１１２、イオン材料溶解部
１１３、イオン材料１１４の加熱手段１１５から成り、
これらは真空容器１１７に納められる。ＬＭＩＳ加熱洗
浄装置１１１には、特に、エミッタ、リザーバの高温加
熱洗浄時に発生する不純物をイオン材料１１４に付着さ
せないためと、イオン材料溶解部１１３からのイオン材
料１１４のＬＭＩＳ１１０への蒸着を軽減するための回
転導入器１１８で動作するシャッタ１１６を備えている
ことが特徴である。なお、図９では真空排気系の図示は
省略した。本実施例ではイオン材料溶解部１１３にはイ
オン材料１１４であるガリウムを充填し、真空容器１１
７内を排気させた。真空度が約１×１０~⁹Torrに達した
時点で、ＬＭＩＳ１１０の電流導入端子に通電し、リザ
ーバを１８００℃程度に赤熱させ、エミッタを接地電
位、リザーバを負の高電圧状態にしてエミッタを電子衝
撃加熱する。エミッタは約１５００℃程度に加熱され、
加熱電流、加速電圧停止後、即座にシャッタ１１６を開
放し、直線導入器１２０によりイオン材料溶解部１１３
を上昇させて溶融イオン材料１１４に接触させ、リザー
バ内に溶融イオン材料を充填させる。１１９、１１９′
は導線、１２１、１２２、１２３は電源類である。

【００５１】ＬＭＩＳ装着部１１２の詳細については図
１０を用いて説明する。ＬＭＩＳ装着部１１２は２本の
メス型電極３００、３００′と１本のオス型電極３０１
を備えていて、まだ、イオン材料の充填されていないＬ
ＭＩＳ１１０の電流導入端子３０２、３０２′をメス型
電極３００、３００′に差込むとオス型電極３０１はエ
ミッタ支持端子３０３に接続する。オス型電極３０１は
先端部３０６とバネ３０７から成り、エミッタ支持端子
３０３との接触時に余分な力がＬＭＩＳ１１０に伝わら
ないようになっている。ＬＭＩＳ１１０の絶縁碍子３０
８が受け部３０９に密着した後、押え３１０と共にＬＭ
ＩＳ１１０は袋ナット３１１で締め込まれ、イオン源装
着部１１２に固定される。この状態で、ＬＭＩＳ１１０
の電流導入端子に通電し、リザーバ３１２を１８００℃
程度に赤熱させるとともに、負の高電圧を印加していく
と約１ｋＶでリザーバ３１２の熱電子がエミッタ３１３
に向かって飛び出し、エミッタ３１３を電子衝撃加熱し
始める。エミッタは約１５００℃程度に加熱される。な
お、図１０では明確には図示していないが、押え３１
０、受け部３０９、袋ナット３１１はリザーバ３１２と
同電位である。

【００５２】次に、このＬＭＩＳを用いて実際にイオン
放出させ、従来型ＬＭＩＳとの比較評価を行なう。

【００５３】リザーバからエミッタ先端への液体金属
（溶融イオン材料）の流れのスムーズさを示す指標とし
て、Ｖ／Ｉ（引出し電圧値／全放出イオン電流値）（単
位：Ｖ／μＡ）がある。これは、エミッタ表面での液体
金属の流れ抵抗に対応し、この値に時間変化がなく一定
であれば、エミッタ表面の液体金属はイオン放出として
消費される分とリザーバから供給される分が釣り合っ
て、液体金属はスムーズな流れをしているといえる。逆
に、この値が時間とともに増加すると、液体金属の流れ
抵抗が何らかの原因で増し、イオン放出による消耗にリ
ザーバからの供給が追いつけない状態を示す。

【００５４】引出し電圧の変動は、ＦＩＢが形成された
際にビーム径や照射位置の変動につながりＦＩＢ利用の
立場からは大きな問題である。このようなイオン電流が
減少したり、引出し電圧が上昇したり始めると、ＦＩＢ
装置のオペレータはＬＭＩＳ動作温度を上昇させたり、
これまでの放出イオン電流に比べて１０から１００倍も
の大電流を放出させて、もとのイオン放出状態に戻すこ
とを経験的に行なっている。このような大電流や加熱操
作によりイオン電流放出状態をもとの状態に戻すことを
リフレッシュと称する。

【００５５】例えば、エミッタがヒータにスポット溶接
されたガリウムＬＭＩＳ（ここではイオン源Ａと呼ぶ）
と、エミッタはヒータやリザーバと全く接触しない構造
の本発明による上述のガリウムＬＭＩＳ（ここではイオ
ン源Ｂと呼ぶ）のＶ／Ｉ値の時間変化を比較測定した。
勿論、両イオン源におけるイオン材料の充填量、全放出
イオン電流値、真空度、エミッタ先端と引出し電極間距
離など外部環境は全く同一である。全放出イオン電流１
μＡ、動作温度３０℃、イオン材料充填量１０ｍｇの場
合の結果を図１１に示す。イオン源ＡのＶ／Ｉ値の時間
変化を破線で示す。初期状態ではその値は約４０（Ｖ／
μＡ）で一定だが、約６０時間経過するとＶ／Ｉ値は著
しく上昇し、ついにはイオン放出は停止する。イオン材
料充填量１１ｍｇをイオン放出のみで枯渇させるには、
全放出イオン電流値１μＡで約１８０日（約４３００時
間）かかるにもかかわらず、実際にイオン源Ａを動作さ
せると、たった６０時間でイオン放出が停止する。つま
り、イオン源Ａのリフレッシュ無しの寿命は６０μＡ・
ｈである。一方、イオン源Ｂの結果を実戦で示す。イオ
ン源Ｂの場合、イオン放出開始から約４０００時間経過
までＶ／Ｉ値にほとんど変化はなく、約４０００時間経
過後、Ｖ／Ｉ値は上昇し始め、約５０００時間後にイオ
ン放出は停止した。イオン源Ｂの場合のイオン放出停止
の理由は、イオン材料の枯渇（本実施例の場合、リザー
バ容積から予想した充填量より若干多くガリウムが付着
していた）であり、真の寿命であった。結局、イオン源
Ｂにはリフレッシュをする必要がなく、イオン材料を枯
渇するまでイオン放出が継続できた。

【００５６】イオン源Ａの結果と合わせて、溶融イオン
材料を長時間スムーズにエミッタ先端へ至らせるために
は、導線を折り曲げてＶ字の先端部にエミッタをスポッ
ト溶接したヘアピンタイプのＬＭＩＳは長時間連続運転
には不向きであり、エミッタがリザーバやヒータに接触
せず溶融イオン材料の流れを阻害しない、リザーバタイ
プが望ましいことが示された。

【００５７】上述のＬＭＩＳに類似の公知例として、実
開昭６３−１０１４５２号『液体金属イオン源』、実開
昭５９−５５８４８号『電界放射型イオン源』が開示さ
れているが、本発明によるものと最も異なる点は、本発
明がエミッタ、リザーバの高温加熱洗浄を目的として、
エミッタとリザーバに別々の電圧を印加することを考慮
している点にある。

【００５８】（実施例２）上記実施例１では、リザーバ
に薄肉パイプを用いたが、必ずしも薄肉パイプに限る必
要はなく、本実施例では図１２に示したように金属細線
を螺旋状にしたものをリザーバ１３０としている。この
ＬＭＩＳの特徴は、リザーバと導線をスポット溶接する
必要はなく、螺旋状リザーバ１３０の両端１３１、１３
１′を電流導入端子１３２、１３２′に固定する構成で
あるので、リザーバと導線とのスポット溶接部で時折発
生する剥離などの事故は起こらず、信頼性が高い。この
ＬＭＩＳについても、リザーバ１３０にイオン材料１３
３を充填する前に、リザーバ１３０を通電により加熱
し、エミッタ１３４を電子衝撃により加熱洗浄した。

【００５９】本実施例に類似のＬＭＩＳが、日本学術振
興会、荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会の
研究資料、（昭和５５年１０月１３日開催）の第１３頁
から第１８頁に『Ｇａ，Ａｕ，Ｐｂ電界放出液体金属イ
オン源』と題する論文（公知例５）において紹介されて
いる。しかし、このＬＭＩＳは、エミッタの一端がヒー
タ（または電流導入端子）に接続されているため、本発
明のようにエミッタとリザーバ間に電位差を与えること
ができない。

【００６０】（実施例３）上記実施例１、２では、リザ
ーバを赤熱加熱させるための電流供給に電流導入端子と
リザーバの間の細い導線を用いたが、本実施例では図１
３のように細い導線を用いずに、電流導入端子１３５、
１３５′の先端部を細く加工し、これにリザーバ１３６
を直接固定する方法を用いた。図ではリザーバ１３６の
手前側上部と背面側下部でスポット溶接を施した。実施
例１に比べてスポット溶接箇所が軽減され、溶接部の剥
離などの事故発生確率を低減できる利点を有する。

【００６１】（実施例４）本実施例４は実施例１から３
で用いたＬＭＩＳにおける絶縁碍子への蒸着を防止する
ためのシールドを備えたＬＭＩＳである。図１４、１５
を用いて説明する。

【００６２】図１４、１５は、本発明による絶縁碍子の
シールドを実施例１で示したＬＭＩＳに適用した例であ
る。図１４はＬＭＩＳ１４０にシールド１４１を取付け
た状態の断面図である。具体的には図１５に示したよう
に、ＬＭＩＳ１４０の絶縁碍子１４２に固定された２本
の電流導入端子１４３、１４３′と、エミッタ支持端子
１４４の電極列に対して、ほぼ直角方向から挿入でき、
上記電極列を僅かに越える長さを有する金属製のシール
ド１４１′と、シールド１４１′とほぼ同型で高さが僅
かに異なる金属製のシールド１４１″から成り、それぞ
れのシールド１４１′、１４１″は電極類と約１ｍｍの
空隙を保つように切られた溝１５２、１５３、１５４及
び１５５、１５６、１５７を有する。但し、シールド１
４１′、１４１″の電位をリザーバ１６１と同電位にす
るためシールド１４１′、１４１″の一部が電流導入端
子１４３に接触している。シールド１４１′、１４１″
を電極列に対してほぼ直角方向から差し込み、絶縁碍子
１４２側面に当てるとシールド１４１′は絶縁碍子１４
２に加工されたネジ穴１５８を利用してネジ１６０止め
固定することができる。同様に、シールド１４１″につ
いても碍子に固定することができる。シールド１４
１′、１４１″を絶縁碍子１４２に固定すると、エミッ
タ１６２先端方向からＬＭＩＳ１４０を見ると、絶縁碍
子１４２は殆どシールド１４１′、１４１″によって覆
われる。但し、２本の電流導入端子１４３、１４３′
と、１本のエミッタ支持端子１４４の足元は約３ｍｍの
距離を隔てている。これらシールド１４１′、１４１″
は高温加熱洗浄時に発生するリザーバ１６１、エミッタ
１６２の不純物の飛来を絶縁碍子１４２に付着させない
役割と、イオン材料のリザーバ１６１への充填時にイオ
ン材料の蒸着を防ぐ役割を有する。

【００６３】同様の構造として、図１６はシールド１６
３と座１６４によって覆われたＬＭＩＳ１６５を示して
いる。図１７はこのシールドされたＬＭＩＳ１６５が袋
ナット１６７によってイオン源装着部１６６に取付けら
れた様子を示している。

【００６４】さらに、別の実施例として、エミッタ支持
端子をエミッタ側に裾拡がりとなったテーパ形状にする
ことで絶縁基板への蒸着をシールドすることができる。
図１４に示したようなシールドも用いることなく最も簡
単で、部品点数が少なく、上述のシールド付きＬＭＩＳ
と同等の効果をもたらすという特徴を有する。

【００６５】（実施例５）実施例１におけるＬＭＩＳと
異なった構造で同様の働きをするＬＭＩＳを示す。図１
８において、ＬＭＩＳ１７０は円管状の絶縁碍子１７
１、１７１′を介して金属基板１７２を貫通して固着さ
れた２本の電流導入端子１７３、１７３′、イオン材料
を保持するためのリザーバ１７４、上記電流導入端子１
７３、１７３′と該リザーバ１７４を電気的に接続する
導線１７５、１７５′、エミッタ１７６、イオン材料を
未搭載の状態においては、電流導入端子１７３、１７
３′とエミッタ１７６とが電気的接触がなく、絶縁碍子
１７１、１７１′のリザーバ１７４側はつば１７７、１
７７′形状をなしている。エミッタ１７６は金属基板１
７２に直接接続されている。このＬＭＩＳ１７０は絶縁
碍子の末端が円板状つばになっていて、蒸発したイオン
材料は円板状のつば１７７、１７７′によって、絶縁碍
子１７１、１７１′への蒸着が防止でき、長時間のイオ
ン源の動作やイオン材料の充填時に生じる電流導入端子
間の短絡が防げる。この構造は、実施例１のように、エ
ミッタの反対側に３本の電極を立てる必要はなく構成
上、簡素な構造が特徴である。

【００６６】また、イオン源装着部の拡大図を図１９に
示したように、このＬＭＩＳ１７０に、更に実施例４と
類似の蒸着シールド１７８をつけることにより、シール
ド効果が増し、電流導入端子間、エミッタの相互間の蒸
着による短絡が防止でき、長時間のイオン源動作が可能
となる。

【００６７】（実施例６）さらに、別の実施例を図２０
に示す。金属製基板２００と、この金属製基板２００に
絶縁碍子２０１、２０１′を介して固定された電流導入
端子２０２、２０２′との蒸着による導通を防止効果を
更に高めるために、電流導入端子２０２、２０２′の一
部に鍔２０３、２０３′を設けたＬＭＩＳ２０４であ
る。図２１に電流導入端子２０２′周辺の拡大図を示し
た。リザーバ２０５内の溶融イオン材料２０６の蒸発物
２０７は、金属製基板２００と電流導入端子２０２、２
０２′には付着するが、絶縁碍子２０１、２０１′には
付着しないため、金属製基板２００、つまりエミッタ２
０８と電流導入端子２０２、２０２′間の絶縁破壊、電
流導入端子２０２、２０２′間の短絡は防止される。

【００６８】

【発明の効果】液体金属（溶融イオン材料）のエミッタ
先端への長時間安定した連続流れを、簡単な構造で実現
できるため、放出電流／引出し電圧特性が変化せず、イ
オン源の加熱などの処理をしなくとも長時間高安定に動
作できる。また、エミッタとリザーバを効率的に加熱で
きるため、エミッタ、リザーバの表面の清浄化が容易に
でき、これによって液体金属をエミッタに一様に濡れさ
せることができ、安定イオン放出を実現できる。更に、
イオン材料の蒸着による電極間の短絡、それが原因とな
って生じるイオン源の短寿命を防止できるため、液体金
属イオン源の長寿命化が実現できる。

【００６９】また、エミッタ／リザーバの加熱洗浄時に
発生する不純物の液体金属への付着を軽減すると共に、
液体金属の蒸発物をイオン源の絶縁碍子への付着を軽減
する高温加熱洗浄装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であり、最も基本的な構成を
示す、（ａ）は断面図、（ｂ）は下面図である。

【図２】従来の液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）の全体構
成を説明するための概略構成図である。

【図３】従来のＬＭＩＳの、（ａ）はフィラメント・タ
イプの、（ｂ）はリザーバ・タイプの、（ｃ）はキャピ
ラリ・ニードル・タイプの要部断面図である。

【図４】従来のエミッタ、リザーバへの溶融イオン材料
の付着状態を説明する図で、（ａ）はイオン材料付着
前、（ｂ）は付着後の様子を示す。

【図５】従来のフィラメント・タイプＬＭＩＳにおける
周期的イオン放出停止の原因を説明する図である。

【図６】図５におけるエミッタとヒータ（リザーバ）の
交点付近の拡大図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
である。

【図７】従来のリザーバ・タイプＬＭＩＳにおける、電
流導入端子間で短絡を起こす様子を示す図である。

【図８】パイプ状リザーバを用いる場合の蒸着物の付着
する領域を説明する図である。

【図９】本発明における図１の構成のＬＭＩＳの、エミ
ッタとリザーバを加熱洗浄し、溶融イオン材料を付着さ
せる装置の構成図である。

【図１０】図９におけるイオン源装着部の詳細断面図で
ある。

【図１１】従来型フィラメント・タイプＬＭＩＳ（イオ
ン源Ａ）と本発明によるＬＭＩＳ（イオン源Ｂ）との、
電圧／電流の長時間変化の対比を示す実験結果である。

【図１２】本発明の別の実施例を示す断面図である。

【図１３】本発明の別の実施例を示す側面図である。

【図１４】本発明による蒸着シールドを説明するための
図である。

【図１５】本発明による蒸着シールドを更に詳細に説明
する分解斜視図である。

【図１６】本発明による蒸着シールドの別の実施例を示
す断面図である。

【図１７】図１６のＬＭＩＳをイオン源装着部に取付け
た状態を示す断面図である。

【図１８】本発明による蒸着シールドの別の実施例を示
す断面図である。

【図１９】図１８のＬＭＩＳをイオン源装着部に取付け
た状態を示す断面図である。

【図２０】本発明による蒸着シールドの別の実施例を示
す断面図である。

【図２１】図２０の電流導入端子２０２′周辺を拡大し
て示す断面図である。

【符号の説明】

１０１、１４２、３０８…絶縁碍子１０２、１０２′、１３２、１３２′、１３５、１３
５′、１４３、１４３′、１７３、１７３′、２０２、
２０２′、３０２、３０２′…電流導入端子１０３、１３０、１３６、１６１、１７４、２０５、３
１２…リザーバ１０４、１３４、１６２、１７６、２０８、３１３…エ
ミッタ１０５、１０５′、１１９、１１９′、１７５、１７
５′…導線１０６、１４４、３０３…エミッタ支持端子１０８、１１４、１３３、２０６…イオン材料１１０、１４０、１６５、１７０、２０４…ＬＭＩＳ
（液体金属イオン源）１１１…加熱洗浄装置１１２、１６６…ＬＭＩＳ（イオン源）装着部１１３…イオン材料溶解部１１５…加熱手段１１６…シャッタ１１７…真空容器１１８…回転導入器１２０…直線導入器１２１〜１２３…電源１４１、１４１′、１４１″、１６３、１７８…シール
ド１５２〜１５７…溝１５８、１５８′…ネジ
穴１５９、１５９′…穴１６０、１６０′…ネジ１６４…座１６７、３１１…袋ナッ
ト１７１、１７１′、２０１、２０１′…円管状絶縁碍子１７２、２００…金属基板１７７、１７７′、２０３、２０３′…つば３００、３００′…メス型電極３０１…オス型電極３０６…先端部３０７…バネ３０９…受け部３１０…押え

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁碍子を貫通して固着された２本の電流
導入端子、イオン材料を保持するためのリザーバ、上記
電流導入端子とリザーバを電気的に接続する導線、上記
リザーバを貫通して配置されてリザーバから供給される
溶融状態のイオン材料で表面が濡らされる針状のエミッ
タ、上記絶縁碍子を貫通して固着されてエミッタを支持
する導電性のエミッタ支持端子からなり、かつイオン材
料の未搭載の状態においては、上記電流導入端子と上記
エミッタ支持端子とに電気的接触がないことを特徴とす
る液体金属イオン源。
【請求項２】絶縁碍子を貫通して固着された２本の電流
導入端子、イオン材料を保持するためのリザーバ、上記
リザーバを貫通して配置されてリザーバから供給される
溶融状態のイオン材料で表面が濡らされるエミッタ、上
記絶縁碍子を貫通して固着されてエミッタを支持する導
電性のエミッタ支持端子からなり、上記２本の電流導入
端子のエミッタ側の端部を細線化してリザーバとの電気
的接続がなされ、かつイオン材料の未搭載の状態におい
ては、上記電流導入端子と上記エミッタ支持端子とに電
気的接触がないことを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項３】請求項１または２記載の液体金属イオン源
において、前記リザーバが特に円管状であることを特徴
とする液体金属イオン源。
【請求項４】絶縁碍子を貫通して固着された２本の電流
導入端子、金属線を螺旋状に巻き、その両端が両電流導
入端子に固定されてイオン材料を保持するためのリザー
バ、リザーバを貫通して配置されてリザーバから供給さ
れる溶融状態の該イオン材料で表面が濡らされるエミッ
タ、絶縁碍子を貫通して固着されてエミッタを支持する
導電性のエミッタ支持端子からなり、かつイオン材料の
未搭載の状態においては、電流導入端子とエミッタ支持
端子とが電気的接触がないことを特徴とする液体金属イ
オン源。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の液体金
属イオン源において、前記２本の電流導入端子に電流を
供給し、前記エミッタ支持端子に電圧を供給し、リザー
バとエミッタの間に電位差を与えられる構造であること
を特徴とする液体金属イオン源。
【請求項６】請求項３から５のいずれかに記載の液体金
属イオン源において、前記エミッタと前記リザーバとの
エミッタ軸に垂直の半径方向の間隔が０．２ｍｍから２
ｍｍであることを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の液体金
属イオン源において、エミッタ支持端子と２本の電流導
入端子は絶縁碍子に固着され、特にエミッタ支持端子は
上記２本の電流端子の中心に配置されていることを特徴
とする液体金属イオン源。
【請求項８】請求項１から６のいずれかに記載の液体金
属イオン源において、前記絶縁碍子は特に円板状であっ
て、２本の電流導入端子は、円板状絶縁碍子の直径上に
固着され、エミッタ支持端子は円板状絶縁碍子の中心に
固着されていることを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項９】請求項１から８のいずれかに記載の液体金
属イオン源において、前記エミッタ支持端子がエミッタ
の着脱機構を有することを特徴とする液体金属イオン
源。
【請求項１０】請求項１から９のいずれかに記載の液体
金属イオン源において、前記２本の電流導入端子及び前
記エミッタ支持端子の前記絶縁碍子面上での互いの距離
が１ｍｍ以上であることを特徴とする液体金属イオン
源。
【請求項１１】円管状絶縁碍子を介して金属基板を貫通
して固着された２本の電流導入端子、イオン材料を保持
するためのリザーバ、上記電流導入端子とリザーバを電
気的に接続する導線、上記リザーバを貫通して配置され
てリザーバから供給される溶融状態のイオン材料で表面
が濡らされる針状のエミッタ、このエミッタを支持する
金属基板と同電位の支持部からなり、かつイオン材料を
未搭載の状態においては上記電流導入端子と上記金属基
板とに電気的接触がないことを特徴とする液体金属イオ
ン源。
【請求項１２】請求項１から１１のいずれかに記載の液
体金属イオン源において、前記絶縁碍子へのイオン材料
の蒸着を防止するための蒸着シールドを、上記絶縁碍子
と前記リザーバの間に設けたことを特徴とする液体金属
イオン源。
【請求項１３】請求項１２記載の液体金属イオン源にお
いて、前記蒸着シールドが液体金属イオン源に対して着
脱可能であることを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項１４】請求項１２または１３記載の液体金属イ
オン源において、前記蒸着シールドは２分割でき、前記
電流導入端子、エミッタ支持端子列にほぼ直角方向から
上記電流導入端子、エミッタ支持端子列を挾み込む状態
で取り付けられることを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項１５】請求項１２または１４記載の液体金属イ
オン源において、前記蒸着シールドは前記絶縁碍子に面
し、特にその絶縁碍子と蒸着シールドとの間隔が０．５
ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする液体金属
イオン源。
【請求項１６】請求項１２から１５のいずれかに記載の
液体金属イオン源において、前記蒸着シールドは、前記
電流導入端子、エミッタ支持端子のいずれとも、少なく
とも０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下の間隙を有しているこ
とを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項１７】請求項１１記載の液体金属イオン源にお
いて、前記円管状絶縁碍子のリザーバ側の端部が円板状
つばに形成されていることを特徴とする液体金属イオン
源。
【請求項１８】請求項１１記載の液体金属イオン源にお
いて、前記円管状絶縁碍子のリザーバ側一端に接して、
円管状絶縁碍子に対する蒸着シールドを前記電流導入端
子に一体的に設けたことを特徴とする液体金属イオン
源。
【請求項１９】請求項１から１０のいずれかに記載の液
体金属イオン源を搭載する真空容器、前記２本の電流導
入端子にそれぞれつながる電極およびこれらの電極に電
流を供給して前記リザーバを通電加熱して洗浄する第１
の電源、前記エミッタ支持端子に接触する電極およびこ
の電極にリザーバに対して正電位を印加してリザーバか
らの熱電子でエミッタを電子衝撃することでエミッタを
加熱洗浄する第２の電源を設けてなることを特徴とする
液体金属イオン源におけるエミッタとリザーバの加熱洗
浄装置。
【請求項２０】請求項１１から１８のいずれかに記載の
液体金属イオン源を搭載する真空容器、前記２本の電流
導入端子にそれぞれつながる電極およびこれらの電極に
電流を供給して前記リザーバを通電加熱して洗浄する第
１の電源、前記エミッタを支持している前記金属基板に
接触する電極およびこの電極にリザーバに対して正電位
を印加してリザーバからの熱電子でエミッタを電子衝撃
することでエミッタを加熱洗浄する第２の電源を設けて
なることを特徴とする液体金属イオン源におけるエミッ
タとリザーバの加熱洗浄装置。