JPS60236431A - 拡散補給形のｅｈｄイオン源 - Google Patents
拡散補給形のｅｈｄイオン源Info
- Publication number
- JPS60236431A JPS60236431A JP9806885A JP9806885A JPS60236431A JP S60236431 A JPS60236431 A JP S60236431A JP 9806885 A JP9806885 A JP 9806885A JP 9806885 A JP9806885 A JP 9806885A JP S60236431 A JPS60236431 A JP S60236431A
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- Japan
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- ion source
- ion
- emitter
- ionized metal
- metal
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は電界電離液体金属イオン源（ｅｌｅｃｔ、ｒｏ
−ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｉｏｎ ５ｏｕｒｃｅ以
下ＦｉＨＤイオン源と略〔発明の背景〕 ＥＨＤイオン源は、液体金属に覆われた針状の金属エミ
ッタ先端に強電界（数十ｋＶ）を印加し、その電界があ
る臨界値になると、液体表面に加わる静電気力は表面張
力による収縮力を上回り、ティラー（Ｔａｙｌｏｒ−）
コーンと呼ばれる円錐状を呈するようになり、同時にこ
のコーンの先端では液体金属の蒸発電界強度に達し、イ
オン放出が始まる。
−ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｉｏｎ ５ｏｕｒｃｅ以
下ＦｉＨＤイオン源と略〔発明の背景〕 ＥＨＤイオン源は、液体金属に覆われた針状の金属エミ
ッタ先端に強電界（数十ｋＶ）を印加し、その電界があ
る臨界値になると、液体表面に加わる静電気力は表面張
力による収縮力を上回り、ティラー（Ｔａｙｌｏｒ−）
コーンと呼ばれる円錐状を呈するようになり、同時にこ
のコーンの先端では液体金属の蒸発電界強度に達し、イ
オン放出が始まる。
これがＥＨＤイオン源の原理である。
近時半導体の高集積化に伴ない、イオンビームによる微
細加工が注目されている。微細加工をする場合、イオン
ビームのスポット径を小さくすることが必要であるが、
これは必然的にイオンビーム電流の減少を伴なう。加工
される試料面に照射されるイオンビーム電流を支配する
パラメータは電流密度とイオンの横方向の運動エネルギ
ー成分であるので、イオン源としては電流放出面が小さ
く、かつ電流密度の高い高輝度のものが要求される。こ
の要求に対して、フィールドエミッタ型にＥＨＤイオン
源は１０’ ＶＣＩｎ２・Ｓｒ以上の高〜・輝度と１０
ｅＶ以下のエネルギー半値幅を持つので、微小集束の
イオンビームな得ることが可能である。一方、液状のイ
オン化金属は針状チップ表面に沿って先端に供給される
ので、イオン源周囲でのイオン化金属の蒸発も無視でき
ないものとなる。従ってイオン化金属としては主として
Ｇａ ’＋’ Ｉｎ 、Ａｕ ＩＢｉ、Ｐｂ、Ｌ孔、
Ｂ、Ｃｓ、 Ａ１等、低蒸気圧のものが用いられる。例
えば、ピーディー プレワット（ＰＤ Ｐｒｅｗｅｔｔ
）らジャーナル・オブ・フィジックス・ディー １３
巻（１９８０） １７４７〜５５頁（Ｊ。
細加工が注目されている。微細加工をする場合、イオン
ビームのスポット径を小さくすることが必要であるが、
これは必然的にイオンビーム電流の減少を伴なう。加工
される試料面に照射されるイオンビーム電流を支配する
パラメータは電流密度とイオンの横方向の運動エネルギ
ー成分であるので、イオン源としては電流放出面が小さ
く、かつ電流密度の高い高輝度のものが要求される。こ
の要求に対して、フィールドエミッタ型にＥＨＤイオン
源は１０’ ＶＣＩｎ２・Ｓｒ以上の高〜・輝度と１０
ｅＶ以下のエネルギー半値幅を持つので、微小集束の
イオンビームな得ることが可能である。一方、液状のイ
オン化金属は針状チップ表面に沿って先端に供給される
ので、イオン源周囲でのイオン化金属の蒸発も無視でき
ないものとなる。従ってイオン化金属としては主として
Ｇａ ’＋’ Ｉｎ 、Ａｕ ＩＢｉ、Ｐｂ、Ｌ孔、
Ｂ、Ｃｓ、 Ａ１等、低蒸気圧のものが用いられる。例
えば、ピーディー プレワット（ＰＤ Ｐｒｅｗｅｔｔ
）らジャーナル・オブ・フィジックス・ディー １３
巻（１９８０） １７４７〜５５頁（Ｊ。
Ｐｈｙｓ、 Ｄ、、！３． （１９８０） １７４７〜
５５ ）。
５５ ）。
従来の最も一般的なＥＨＤイオン源は第１図（ａ）のよ
うに、先端の曲率が１〜２μｍの針状に尖ったイオン放
射体１がヘアピン形のエミッタ線２の先に溶接され、両
者の結合部分にイオン化金属３が搭載されている構造の
ものであり、更に長寿命化を図ったものとしては第１図
（ｂ）のように、針状に尖ったイオン放射体１はヘアピ
ン形のエミッタ線２の先に溶接され、このエミッタ線に
掛は渡されて設けられた補助線４よりイオン放射体１と
ヘアピン形のエミッタ線２の結合部分に至る間にイオン
化金属３が搭載された構造のものである。
うに、先端の曲率が１〜２μｍの針状に尖ったイオン放
射体１がヘアピン形のエミッタ線２の先に溶接され、両
者の結合部分にイオン化金属３が搭載されている構造の
ものであり、更に長寿命化を図ったものとしては第１図
（ｂ）のように、針状に尖ったイオン放射体１はヘアピ
ン形のエミッタ線２の先に溶接され、このエミッタ線に
掛は渡されて設けられた補助線４よりイオン放射体１と
ヘアピン形のエミッタ線２の結合部分に至る間にイオン
化金属３が搭載された構造のものである。
このよりなＲＨＤイオン源に使用されるイオン放射体１
及びエミッタ線２の材料は搭載するイオン化金属との濡
れ性が良く、かつ反応を起さないものであることが必要
である。そのため、例えばイオン化金属がＱａ、 Ｉｎ
、 Ａｕ及びアルカリ金属の場合にはＷ線、 Ｂｉの場
合にはＮｉ−Ｃｒ線が使用される。
及びエミッタ線２の材料は搭載するイオン化金属との濡
れ性が良く、かつ反応を起さないものであることが必要
である。そのため、例えばイオン化金属がＱａ、 Ｉｎ
、 Ａｕ及びアルカリ金属の場合にはＷ線、 Ｂｉの場
合にはＮｉ−Ｃｒ線が使用される。
このような従来のＢＨＤイオン源においてイオン化金属
は次のような方法で搭載している。即ち、溶融したイオ
ン化金属のプールにイオンビーム１及びエミッタ線２の
先端部を浸した後、引き上げてイオン放射体１の周囲に
イオン化金属を凝固させるか、或は［有］等の場合には
注射器によりイオン放射体１の周囲にイオン化金属３を
搭載する方法がある。ＥＥＥイオン源の動作状態では、
イオン放射体１の濡れを均一にするために、イオン化金
属の蒸発、エミッタ線との反応が問題にならない温度に
加熱しながら用いる。この加熱温度はＧａの場合６００
−７００℃、Ａｕの場合約１２００℃が適当とされてい
る。
は次のような方法で搭載している。即ち、溶融したイオ
ン化金属のプールにイオンビーム１及びエミッタ線２の
先端部を浸した後、引き上げてイオン放射体１の周囲に
イオン化金属を凝固させるか、或は［有］等の場合には
注射器によりイオン放射体１の周囲にイオン化金属３を
搭載する方法がある。ＥＥＥイオン源の動作状態では、
イオン放射体１の濡れを均一にするために、イオン化金
属の蒸発、エミッタ線との反応が問題にならない温度に
加熱しながら用いる。この加熱温度はＧａの場合６００
−７００℃、Ａｕの場合約１２００℃が適当とされてい
る。
前述のように、従来のＥＨＤイオン源ではイオン化金属
の搭載は簡単であるが、イオン化金属の搭載量を制御す
ることが困難であり、イオン化金属の搭載中にイオン放
射体１の針状の先端を破損しやすく、イオン化金属が剥
出しであるので蒸発量が多い等の欠点を有している。
の搭載は簡単であるが、イオン化金属の搭載量を制御す
ることが困難であり、イオン化金属の搭載中にイオン放
射体１の針状の先端を破損しやすく、イオン化金属が剥
出しであるので蒸発量が多い等の欠点を有している。
本発明は上述の如き欠点を補った拡散補給型ＥＩ（Ｄイ
オン源で、先端が針状に尖ったイオン放射体と、イオン
化金属を内蔵した多孔質発熱体とからなる構造のイオン
源である。
オン源で、先端が針状に尖ったイオン放射体と、イオン
化金属を内蔵した多孔質発熱体とからなる構造のイオン
源である。
即ち、第２図に示すように、イオン化金属は多孔質発熱
体２′に内蔵され、これに先端が針状に尖ったイオン放
射体１が取りつけられている。なお同図（ａ）は多孔質
発熱体２′がヘアピン形で同図（ｂ）は材料はイオン化
金属と反応しにくい高抵抗材料であればよく、Ｗ＋ Ｎ
ｏ ｌ Ｒｅ 、 、Ｔａ 、Ｎｉあるいはこれらの合
金のいずれかが適用される。多孔質発熱体２′の製造を
Ｗを材料とする場合について述べれば、直径５〜２０μ
ｍ、長さ１０．〜２０ｃ！ｒＬのＷファイバを撚り合わ
せた束を作り、■２中で１０００℃、ｌｈ熱処理して表
面の酸化被膜や炭素被膜を除去するとともに仮焼結を行
なう。次に真空中もしくはＨ２中で１６００〜１９００
℃で１〜２ｈ熱処理し、Ｗファイバの本焼結を行なう。
体２′に内蔵され、これに先端が針状に尖ったイオン放
射体１が取りつけられている。なお同図（ａ）は多孔質
発熱体２′がヘアピン形で同図（ｂ）は材料はイオン化
金属と反応しにくい高抵抗材料であればよく、Ｗ＋ Ｎ
ｏ ｌ Ｒｅ 、 、Ｔａ 、Ｎｉあるいはこれらの合
金のいずれかが適用される。多孔質発熱体２′の製造を
Ｗを材料とする場合について述べれば、直径５〜２０μ
ｍ、長さ１０．〜２０ｃ！ｒＬのＷファイバを撚り合わ
せた束を作り、■２中で１０００℃、ｌｈ熱処理して表
面の酸化被膜や炭素被膜を除去するとともに仮焼結を行
なう。次に真空中もしくはＨ２中で１６００〜１９００
℃で１〜２ｈ熱処理し、Ｗファイバの本焼結を行なう。
以上の処理によって、空孔率２０〜４０％のＷの多孔質
体が得られる。この多孔質体の直径は用いたＷファイバ
の本数、本焼結の熱処理条件により任意に制御すること
ができる。
体が得られる。この多孔質体の直径は用いたＷファイバ
の本数、本焼結の熱処理条件により任意に制御すること
ができる。
また必要に応じて、本焼結後の多孔質体を線引きして空
孔率を容易に調整することができる。即ち線引きの加工
度に応じて空孔率は変えられる。なお他の金属でも上記
に準じて多孔質体を製造することができる。
孔率を容易に調整することができる。即ち線引きの加工
度に応じて空孔率は変えられる。なお他の金属でも上記
に準じて多孔質体を製造することができる。
次に例えば直径Ｑ 、 １５ ｍｍの多孔質体からなる
線を断し、第２図（ハ））のヘアピン形多孔質発熱体２
、′または同図（ｂ）のコイル状多孔質発熱体２′を作
り、これをイオン化金属の融液中に浸すか、もしくは多
孔質発熱体２′の周囲にイオン化金属の線または粉末を
付けて、真空中あるいはＨ２中で熱処理して多孔質発熱
体２′の空孔内にイオン化金属を浸み込ませることによ
り、イオン化金属を内蔵した多孔質発熱体２′ができ上
る。次にこの多孔質発熱体２′の先にイオン放射体用の
線材９例えばＷ線を溶接し、先端をカセイソーダ水溶液
等のエツチング液でエツチングして曲率半径１〜２μｍ
の針状のイオン放射体１を作る。
線を断し、第２図（ハ））のヘアピン形多孔質発熱体２
、′または同図（ｂ）のコイル状多孔質発熱体２′を作
り、これをイオン化金属の融液中に浸すか、もしくは多
孔質発熱体２′の周囲にイオン化金属の線または粉末を
付けて、真空中あるいはＨ２中で熱処理して多孔質発熱
体２′の空孔内にイオン化金属を浸み込ませることによ
り、イオン化金属を内蔵した多孔質発熱体２′ができ上
る。次にこの多孔質発熱体２′の先にイオン放射体用の
線材９例えばＷ線を溶接し、先端をカセイソーダ水溶液
等のエツチング液でエツチングして曲率半径１〜２μｍ
の針状のイオン放射体１を作る。
本発明の拡散補給形ＥＨＤイオン源は上記のようにして
構成され、多孔質発熱体２′を通電加熱することにより
空孔内に内蔵しているイオン化金属をイオン放射体ｌの
針状チップの先端に拡散補給することができる。
構成され、多孔質発熱体２′を通電加熱することにより
空孔内に内蔵しているイオン化金属をイオン放射体ｌの
針状チップの先端に拡散補給することができる。
本発明の拡散補給形ＥＨＤイオン源を一層長寿命化をは
かった例は第２図（ｃ）に示すように、多孔質発熱体２
／に、イオン化金属の融液６を入れた融液溜５を接続し
て用いるが、動作中イオン化金属は融液溜５から多孔質
発熱体２′を介してイオン放射体１に拡散補給され、必
要に応じて融液溜５にイオン化金属を補充することによ
り、一層長寿命化を達成することができる。
かった例は第２図（ｃ）に示すように、多孔質発熱体２
／に、イオン化金属の融液６を入れた融液溜５を接続し
て用いるが、動作中イオン化金属は融液溜５から多孔質
発熱体２′を介してイオン放射体１に拡散補給され、必
要に応じて融液溜５にイオン化金属を補充することによ
り、一層長寿命化を達成することができる。
以上の如く本発明によれば、多孔質発熱体の空孔率によ
り、これに内蔵されるイオン化金属の量、即ち搭載量が
変るので、搭載量の制御が可能となり、また従来のよう
にイオン化金属が露出した状態で搭載されていないので
、イオン源周囲への蒸発量を減少することができ、更に
イオン化金属の融液溜を並用することにより、一層長寿
命のＩＣＨＤイオン源を提供することができる。
り、これに内蔵されるイオン化金属の量、即ち搭載量が
変るので、搭載量の制御が可能となり、また従来のよう
にイオン化金属が露出した状態で搭載されていないので
、イオン源周囲への蒸発量を減少することができ、更に
イオン化金属の融液溜を並用することにより、一層長寿
命のＩＣＨＤイオン源を提供することができる。
第１図は従来の電界電離液体金属イオン源の構造を示す
正面図で、（ａ）はヘアピン形の通常のもの、（ｂ）は
補助線を用いてイオン化金属の搭載量を多くした場合を
示す。第２図は本発明の拡散補給形電界電離液体金属イ
オン源の構造例を示し、ωはヘアピン形の正面図、（ｂ
）はコイル状の正面図、（Ｃ）は（ａ）に融液溜を付し
た場合の一部縦断正面図である。 ｌ；イオン放射体 ２′：多孔質発熱体５：融液溜 ６
：イオン化金属の融液 代理人弁理士 中 村 純之助 才ＩＩＩ ＩＱ） ｌｂ） （Ｃ）
正面図で、（ａ）はヘアピン形の通常のもの、（ｂ）は
補助線を用いてイオン化金属の搭載量を多くした場合を
示す。第２図は本発明の拡散補給形電界電離液体金属イ
オン源の構造例を示し、ωはヘアピン形の正面図、（ｂ
）はコイル状の正面図、（Ｃ）は（ａ）に融液溜を付し
た場合の一部縦断正面図である。 ｌ；イオン放射体 ２′：多孔質発熱体５：融液溜 ６
：イオン化金属の融液 代理人弁理士 中 村 純之助 才ＩＩＩ ＩＱ） ｌｂ） （Ｃ）
Claims (2)
- （１） 先端が針状に尖ったイオン放射体と、イオン化
金属を内蔵した多孔質発熱体とからなることを特徴とす
る拡散補給形イオン源。 - （２） イオン放射体がＷｒ Ｍｏ、Ｒｅ、Ｔａ、 Ｎ
ｉあるいはこれらの合金からなり、イオン化金属がＧａ
、Ｉｎ ＋ Ａｕ＋ Ｂ１．Ｐｂ ＋ Ｌ：ｉ ＋
ＢＨＯ８＋ Ａ！あるいはこれらの合金からなり、多孔
質発熱体力ｔＭｏ、 Ｒｅ、Ｔａ、 Ｎｉ、 Ｏｒある
いはこれらの合金力・らなる特許請求の範囲第１項記載
の拡散補給形イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9806885A JPS60236431A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 拡散補給形のｅｈｄイオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9806885A JPS60236431A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 拡散補給形のｅｈｄイオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60236431A true JPS60236431A (ja) | 1985-11-25 |
| JPH02812B2 JPH02812B2 (ja) | 1990-01-09 |
Family
ID=14210017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9806885A Granted JPS60236431A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 拡散補給形のｅｈｄイオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60236431A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04179303A (ja) * | 1990-11-13 | 1992-06-26 | Dx Antenna Co Ltd | 平面アンテナ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5525943A (en) * | 1978-08-12 | 1980-02-25 | Univ Osaka | Ion source device |
-
1985
- 1985-05-10 JP JP9806885A patent/JPS60236431A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5525943A (en) * | 1978-08-12 | 1980-02-25 | Univ Osaka | Ion source device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02812B2 (ja) | 1990-01-09 |
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