JPS5842143A - 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に関し、特に長寿命で安定な
イオンビームを発生することができるイオン源５ζ関す
る。

ガリウム等の金属イオンによるイオンビーム露光が、レ
ジスト内でのイオンの拡欽が電子ビームによる露光に比
較して小さいことから、サブミクロン以下の＃（ターン
製作用の露光として注目されており、その為各方面にお
いて金属イオン源の研究が進められている０Ｊｌ１図は
液体金属イオン源の一同を示しており、１は底部に細孔
２が設けられたタンタル、タングステン等の金属で形成
されたリザーバであり、該リザーバ１内部には液体金属
、例えばガリウム３が入れられている。該リザーバ底部
の細孔２を貫通してタングステン製の針状部材４が配置
され該針状部材の一端は該リザーバ側面腎例えばスポッ
ト溶接によって固着されており１電解研磨により針状に
された他端は接地電位の陰極５に対向して配置される。

該リザーバ１にはタングステン製のフィラメント６がス
ポット溶接されており、鋏フィラメント６には電源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
４＃ｃは電源８から正の高電圧が印加されているＯ と述したイオン源に゛おいて針状部材４の先端部６Ｃ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
該強電解によって底部の細孔２を通り、針状部材４先端
部にまで引出される◎該先端部のガリウムは強電界−ζ
よってテーラ−の円錐（ＴａｙｌｏｒＣｏｎｅ　）と称
される円錐突起を形成する。この円錐突起の先端部には
電界が集中し、先端部のガリウムは電界蒸発イオン化し
、ガリウムイオンとなって引出される◎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直がある温直に
保持されていないと安定なイオンビームの発生が困−と
なる〇すなわら、ガリウムの温度が低いと、針状部材４
の表面を先端部に向けて移送される通路の移送抵抗が轟
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６ζなる◎このためフィラメント６に
電流を供給して加熱し、鎮フィラメント６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ている・ 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−を移動するが、この拡敵速度は温度によって変化し
、高温度では速く、温度が低（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◎このため、上述した
従来のイオン源においてはリザーバ１内のガリウムは熱
拡欽によってリザーバの外Ｉｌｌ画面にじみ出し、更に
はフィラメント６表面を移動する・該フィラメント５は
支持体９＃ｃ一端が固迫されているが、該支持体９に接
近したフィラメント部分は温度が低（なっており、この
部分でガリウムの拡敵速度は着しく低下し、そのため、
ガリウム金属が停留し、塊り１０を形成する◎このフィ
ラメント＃！函のガリウム特に塊り１０はフィラメント
の実効的な電気抵抗を低下させ、結果としてリザーバ内
のガリウムの加熱温度が低（なり、安定にリザーバ内の
ガリウムが針状部材４先端に移送されなくなり１安定な
イオンビームが得られなくなる。更にフィラメント表面
を熱拡歇によって移動するガリウムは、リザーバ内のガ
リウムの消費を早め、イオン源の寿命を短くする〇 本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、イオン化
すべき金属を貯蔵するリザーバ部と、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
ィラメントはその一部に高温度領域が生じるような形状
となし、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を提供する。

以下本発明の実施岡を添付図面に基づき詳述ｒるＯ 第２図は本発明の一夾ＩＩＩＡ例を示しているが、この
央總例で第１図と同一部分は同一番号を付してその説明
を省略する◎ガリウム６が内部に入れられたリザーバ１
１（スポット溶接されたフィラメント１１暑、１１ｂの
一部はへ１−ピン形状＃Ｃ折り返されている口鋏折り返
し部１２鳳、１２ｂＫ：おいてはフィラメント自体の通
電加熱の他に折り返し接近したフィラメント部分からの
極の輻射熱の影響擾ζより折り返し部以外のフィラメン
ト部−ζ比べて高い温度、Ｉζ加熱される＠この結果リ
ザーバ１と支持体９との間のフィラメントの温度分布は
第３１に示す如く、折り返し部においてピークを有し、
リザーバ１に近づく１ζつれて温度は低（なる。ここで
ガリウム等の液状金属の熱拡欽について考察すると、拡
散（移動）の状態は温度の高い部分では拡散し易く、逆
に温度の低い部分では拡赦しｌこくくなり、更４Ｃ拡款
の方向は温度の高い部分から低い部分の方向となる。こ
の結果ｌ５２１１Ｊの実施例においてリザーバ１の外側
表面ににじみ出たガリウムはフイラメン）　１１　ｍ、
１１　ｂの折り返し部１２ｍ、１２ｂが該リザーバ１よ
り高い温Ｒに維持されているため該フィラメント表面を
支持体Ｖ方向には拡散しない０従ってフィラメントには
液状金属の擁りは生ぜず、フィラメントの実効的な電気
抵抗が大きく低下することがないため、リザーバ１内の
ガリウム６を所値温ｒｔに加熱でき、安定にリザーバ内
のガリウムを針状部材４の先端に移送することができる
◎又液状金属がフィラメント表面を拡散せず又、金属の
塊りも生じないため金属の無駄な消費が無（なり、長寿
命のイオン源が提供される〇［４図は本発明の他の実施
ガを示しており、一方の端部が針状にされた部材２１の
中間部分はコイル状とされ、この部分が液状金属のリザ
ーバ部２２となる０該針状部材２１の他端はフィラメン
ト２５にスポット溶接されており、該フィラメント２６
には加熱電流が供給される◎該フィラメントの加熱に伴
い、針状部材２１及び該コイル状のリザーバ部２２に蓄
えられた液状金属は所望温度−こ加熱され、従って部＃
２１の針状先端部ｌζは安定に液状金属が供給される０
該フイラメント２６は針状部材２１との溶接部を中心と
した対照的な２ケ所においてコイル状の捻回し部２４ｍ
、２４ｂを有している。該捻回し部２４ｍ、２４ｂは、
第２図の実施例におけるフィラメントの折り起し部１２
ａ。

１２ｂと同様に輻射熱の影響によって高温度領域となり
、針状部＃２１からの液状金属の拡散を阻止する◎ 以上本発明を詳述したが、本発明に基づくイオン源はフ
ィラメント低温部への液状金属の拡散を防止することが
できるため、長寿命で安定なイオンビームを発生するこ
とができる０内本発明はと述した実施Ｈに限定されるこ
とな（幾多の変形が可能である。例えばイオン化する金
属としてガリウムを用いたが、セシウム等他の金属をイ
オン化金属とする場合にも本発明を適用し得る。又リヂ
ーパ部ｋｃｆｌＬ状金属を入れる型のイオン源のみなら
ず同えばセシウム化合物の如き粉末状の物質をリザーバ
部暑ζ入れ該物質を加熱することによって液状として針
状先端部＃Ｃ供給するよう着こした臘のイオン源にも本
発明を適用し得るｏｊ！にフィラメントの形状は、へ１
−ピン状あるいはコイル状４ｃ＠定されず、実質的に高
温１１を領域が形成されれば、いかなる形状のものも使
用し得る０

【図面の簡単な説明】

第１６１は従来の金４イオン源を示す図、第２図は本発
明の一実施岡を示す図、ｔｉｔ　ｓ　＠はフィラメント
の温度分布を示す図、第４図は本発明の池の実ｆＩ例を
示す図である。 １：リザーバ、２：＃ｌ孔、６：ガリウム、４：針状部
材、５：陰極、６：フィラメント、７：ＪｘＪ熱蝋源、
８：高圧電源、９：支持体、１ｕ：塊り、１１ｓ、ｌｌ
ｂ　：フイラメン）、１２ｍ、１２ｂ　：折り返し部０ 特許出願人 日本区子株式会社 代衆者加勢忠雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　イオン化すべ合金属を貯蔵するリザーバ部と、該リ
   ザーバ部から液状４金属が供給される針状先端部を有し
   た。針状部材と、該針状先端部に強鑞界を形成するため
   の手段と、該リザーバ部あるいは鋏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、該フィラメントはその一部に高温度領域が
   生じるような形状にされている金属イオン源◎＆　該リ
   ザーバ部は底部ｉζ細孔を有した容器であり％該細孔を
   貫通して鎖針状部材が配置されている特許請求の範８Ｊ
   １１項起載の金属イオン源■ａ　該針状部材の一部がイ
   オン化すべ合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Ｊ１１１［記載の金属イオン源◎ ４ｈ　　該フィラメントはその一部にへ１−ピン形状の
   折り返し部を有している特許請求の範囲第１項、第２項
   及びＪ１３項のいずれかｔζ記載の金属イオン源Ｏ Ａｍフィラメントはその一部に捻回し部を何している特
   許請求の範Ｓ第１項、第２項及び第３項のいずれかに記
   載の金属イオン源。