JPS5835828A - 金属イオン源 - 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】 本発明は液体金属イオン源着こ関し、＄１こ長寿命で安
定なイオンビームを発生することができるイオン源に関
する０ ガリウム等の金属イオンｌこよるイオンビームリソグラ
フィが、フォトシスト内でのイオンの拡敵が電子ビーム
によるリングラフィに比較して小さいことから、サブミ
クロン以下の／櫂ターン製作用のリングラフィとして注
目されており、その為各方面１こおいて金属イオン源の
研究か進められている。第１図は液体金属イオン源の一
部を示しており、１は底部に細孔２が設けられたタンタ
ル等の金属で形成されたりサーバであり、該リザー／（
１内部］こは液体金属例えばガリウム６が入れられてい
る。該りず−バ底部の細孔２を貫通してタングステン製
の針状部材４が配賦され該針状部材の一端は該リザーバ
［ＩＩ　Ｉｃ１ＨＪえばスポット溶接暑こよって固着さ
れＣおり、電解研磨ｌこより針状番こされた他端は接地
電位の陰極５に対抗して配置される。

該リザーバ１１こはフィラメント６ａ、６ｂがスポット
溶接されており、該フィラメント６ｍ　、６ｂ　ｉこは
電源７から加熱電流が供給される。更に該リザーバ１、
針状部材４Ｉこはｔｆ７Ａ８から正の高電圧が印カロさ
れている。

１述したイオン源において針状部材４の先端部には強電
界が印加され、その結果リザーバ内部のガリウムは練強
電界によって底部の細孔２を通り、針状部材４先端部６
ζまで引出される。該先端部のガリウムは強電界１こよ
ってティラーの円錐（ＴａｙｌｏｒＣｏｎｅ　）と称さ
れる円錐突起を形成する０この円錐突起の先端部ｌこは
電界が集中し、先端部のガリ・ツムは電界蒸発し、ガリ
ウムイオンとなって引出される０このようなイオン源は
非常に輝度が高いがガリウムの温度がある温度に保持さ
れていないと安定なイオンビームの発生が困難となる。

すなわらガリウムの温度が低いと、針状部材４の表面を
先端部ｌこ向けて移送される通路の移送抵抗が高くなり
、先端部より電界蒸発に供されるガリウムの流れが不安
定、不連続となり、結果としてイオンビームの不安定性
を招（ことになる。このためフィラメント６ｍ、６ｂ１
こ電流を供給して加熱し、該フィラメントからの伝導熱
によってリザーバ１゜針状部材４．ガリウムを加熱し、
安定に連続してリザーバ内のガリウムが針状部材の先端
部に移送されるようにしでいる。

さて一般にガリウム等の液体金属は熱拡欽によって物質
表面を移動するが、この拡散速度は温度によって変化し
、高温度では速く、温度が低くなるに従って遅くなり、
ある温度以下では拡敵が生じない０又この拡散は温度の
高い部分から低い部分の方向に生じる。今フィラメント
６ｇ　、６ｂをタングステンによって形成すると、該タ
ングステンは（−のｇ抗値〕温度係＠（ａ３Ｘ１０　　
”／　′″Ｃ）が大きく、温度が高くあるいは低くなる
に従ってその抵抗値は高くあるいは低くなる。ここで図
面に示したイオン源の製作においてフィラメント６畠と
６ｂとの淡さや、該フィラメントと他の部分との溶接点
の面積に差があると、通＃Ｌ１こよって供給される電力
の差１こよってフィラメント６ｍと６ｂとで温度の違い
が生じる。前述したようにタングステンは抵抗値の温度
依存が大きく、高温側のフィラメントの抵抗値は更に大
きくなり、両フィラメント間の温度差も大きくなる。こ
の結果例えばフィラメント６ａの温度がフィラメント６
ｂの温度より高いと、該フイラメン）６ｍからフィラメ
ント６ｂ方向への液状金属の流れが発生する０該フィラ
メント６ｂ表面へのＩｔ状金金属拡＃Ｉこより該フィラ
メント６ｂの抵抗値は爽に低（なり両フィラメント間の
温度差は著しく大きくなって該液状金属のフィラメント
６ｂへの流れがより活発化する０このよう盛こ上述した
イオン源ではフィラメント６ｍ側め父゛＾温となりフィ
ラメントｂｂ＠が低温となってフイラメン）６ｂｉｌへ
の液状金属の流れが生じるため、針状部材４の針状先端
部からのイオンビームの発生が不安定となると共に、金
属の無駄な消費が多くなり、イオン源の寿命が短（なる
。

本発明はと述した点に＃ｉみてなされたもので、安定な
イオンビームを発生することができ、長寿命のイオン源
を提供することを目的としでいる０本発明に基づくイオ
ン源はイオン化すべき金属を保持するリザーバ部と、該
リザーバ部から液状金属が供給される針状先端部を有し
た針状部材と、該針状先端部に強電界を形成するための
手段と、該リザーバ部あるいは該針状部付に熱的に接続
されイオン化される金属を加熱するためのフィラメント
とを備え、該フィラメント材料としてその抵抗値の温度
係数がα５ＸｌＯ／Ｃ以下の材料を使用したことを特徴
としている０ 本発明者は添付図面のイオン連番こおいて、フィラメン
ト６、．６ｂの材料としてニッケルクロム系合金及び鉄
クロム系合金を用い実験したところ、両フィラメント間
の＠直筆は生ぜず、焼時間の使用１こよっても一方のフ
ィラメント方向へのｆ＃、状金属の流れは発生しなかっ
た。このことはニッケルクロム系合金及び鉄クロム系合
金の抵抗値の温度係数がαｌ−α５ＸｌＯ／Ｃとタング
ステン、タンタル、白金等の単体金属のそれと比較し？
１桁以上も小さいこと１とよるものである。

このよう５こ本＠明においてはフィラメント材料として
抵抗値の温度係数がαｓｘ＊ｏ　　／Ｃ以下のニッケル
クロム系合金、鉄クロム系合金あるいは池の材料を使用
するので、フィラメント間の温度をバランス良く保つこ
とができ、液状金属の一方のフィラメントへの流れを抑
止することができるので、長寿命で安定なイオンビーム
を発生することができる金属イオン源が提供される０尚
本発明はイオン化する金属としてガリウム以外のセシウ
ム等地の金属を用いる場合、あるいはリザーバ部ｔｃｌ
状金属を入れる臘のイオン源のみならず、例えばセシウ
ム化合物の如き粉末状の物質をリザーバ部に入れ、該物
質を加熱すること４こよって液状として針状先端部ｌこ
供給するようにした臘のイオン臨書こも適用し得る０又
針状先端部を有した部材の一部をコイル状とし、該コイ
ル状部曇こ液状金属を保持し、該部材にフィラメントを
取り付けるよう着こした構造のイオン連番こも本発明を
使用し得る０

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明が使用されるイオン源の一部を示１図
である。 １：リザーバ、２：、ｉｌｌ孔、６：ガリウム、４：針
状部材、５：陰極、６．．６ｂ：フィラメント、７：加
熱電源、８：高圧電源、９：支持体。 特許出願人 日本電子株式会社 代表者加勢忠雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　イオン化すべき金属を保持するリザーバ部と、該リ
   ザーバ部から液状金属が供給される針状先端部を有した
   針状部材と、該針状先端部に強電界を形成するための手
   段と、該リザーバ部あるいは該針状部材に熱的に接続さ
   れイオン化される金属を加熱するためのフィラメントと
   を備え、該フィラメント材料としてその抵抗値の温度係
   数が０５Ｘ１０　　／Ｃ以下の材料を使用したことを特
   徴とする金属イオン源。 ２−　該リザーバ部は底部に細孔を有した容器であり、
   該細孔を貫通して該針状部材が配置されている特許請求
   の範囲第１項記載の金属イオン源。 ＆　該針状部材の一部がイオン化すべき金属を保持する
   リザーバ部となっている特許請求の範囲第１項記載の金
   属イオン源。