JPS6077339A - 液体金属イオン源 - 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、イオンマイクロアナライザ、イオン打込機、
イオンビーム描画装置などに使用される液体金属イオン
源の改良に関するものである。

液体金属イオン源は高輝度な点状イオン源であｈ−イタ
ーンビーム広田６隻残の性台ｉ面トπ望寸ｊ、力特性を
有しているものである。このイオン源の基本構造と動作
原理は特開昭５２−１２５９９８号（対応米国特許番号
４，０８８，９１９）に詳述されている。

液体金属イオン源の基本構造は、第１図に示すように、
針状チップ１、イオン化すべき物質２、イオン化すべき
物質２のため部３′、および引出し電極４から成ってい
る。イオン化すべき物質２のため部３′には、ヘアービ
ン形状、リボン形状、あるいはパイプ形状のものなどが
あるが、第１図はパイプ形状のため部３′を示したもの
である。

真空中でイオン化すべき物質２のため部３′を通電加熱
あるいは電子衝撃加熱し、イオン化すべき物質２を液体
状に保った状態で針状チップ１の先端を十分に濡らし、
これに正の、又、これと対向して設けた引出し電極４に
負の高電圧を印加すると、その針状チップ１の先端から
液体金属成分のイオンビーム５が放出される。このよう
な液体金属イオン源において、イオン源がン゛ζ定に動
作する榮件は、その針状チップ１の先端において、イオ
ン化すべき物質２のイオンビーム５となって先端から出
ていく放出量と、イオン化すべき物質２のため部３′か
ら先端への流入量との・（ランスがとれることである。

このイオン化すべき物質２の放出量は、引出すイオン′
電流１直に依存しており、一方、流入量は、イオン化す
べき物質２の粘性２表面張力、針状チップ１とのぬれ性
や重力、及び弓１出し電界による力などに影響を受ける
。そのため、上述のバランスはなかなか取りづらく、仮
りに取れても許容栄件が非常に狭い場合が多く何らかの
対策が望まれていた。

したがって、本発明の目的は、動作特性の極めて安定な
液体金属イオン詠を提供することにある。

上記目的全達成するために本発明においては、針状に形
成された先端を有する電極と、イオン化すべき物質を溶
融状態で保持するためのため部と、溶融した物質で濡ら
された針状電極の先端に高電界を印加することによって
先端から物質のイオンを引き出すための引き出し電極と
からなる液体金属イオン源において、針状電極をため部
から離間して設け、かつ、針状電極の先端に対して上記
ため部を可動にする手段を設けて液体金属イオンＷを構
成したことを特徴としている。

かかる本発明の特徴的な構成によってイメン化物質のた
め部から針状？１４極の先端捷での距離を最適値に設定
することが可能となり、その結果、動作特性の極めて安
定な液体金属イオン諒の提供が可能となる、 以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。

はじめに、本発明の原理について説明する。針状チップ
の先端におけるイオン化すべき物質の放出量と流入量と
のバランスを広範囲の人験条件の下で満足させるために
は、イオン化すべき物質のため部から針状チップの先端
１ての距離を真空容器壁の外側から微調整して最適値に
設定することが有効であることが判明した。つ捷り、こ
の距離が長すぎる場合、液状Ｃイｌ−ン化すべき物質の
ため部から針状チップの先端への流れは、特にイオン化
すべき物質の融点が高い場合や）針状チップの表面との
濡れ性が悪い場合には、その流れが不安定となり、流れ
が途中でとぎれたすする。逆に、この距離が短かすぎる
場合は必要以上の流入量になり、針状チップの先端で液
体金属が表面張力のため丸くなり、イオン放出のための
必要力電界強度が得られず、イオン放出が停止する。そ
こで、本発明では、イオン化すべき物質のため部から針
状チップの先端までの距離をその都度最適化するためそ
の距離を可変できる手段を設けたものでちるう 次に、本発明による液体金属イオン源の一実施例を第２
図を用いて説明する。初めにイオン化すべき物質２のた
め部３′となるモリブデン製の幅２闘、厚さ５０μｍ、
、長さ２５間のリボン状シート３の中心に直径０．８　
ｍｍの貫通孔６をあけ、このシート３をＶ字型に折シ曲
げ、この両端を導電性の可撓性部材１８Ａ、１８Ｂを介
して電流導入端子７Ａ、７Ｂにとりつけてヒーターを形
成する。

一方、線径２００μｍのタングステン製の針状チップ１
の一端を孔６に通し、その他端を支持台１４にとりつけ
て針状電極を形成する。ヒータ３１＋−１−給温が１へ
に田安盗れており、と九づ（スライド棒１６の溝にそっ
て上下に微動できるようになっている。調整棒１７の一
端は絶縁板１５に固定され、他端は固定用端子８に固定
さｆシている。

この端子８はベローズ９を介して真空容器凱０に接続さ
れている。そして、端子８は、金属板１１に固定されて
おり、その高さは、真空容器壁１０から立てられｆＴｃ
４本の細目イ・）を切った金属柱１２に通しであるナツ
ト１３を回４云することにより微動することができる。

これと同期してヒータ３が微動でき、ため部３′のＶ字
型コーナ力）ら針状チップ１の先端までの距離■１を調
整することができる。イオン化すべき物質２の−ｆｌｌ
として金（融点１０６３　Ｃ）を用いた。イオンイヒす
べき物質２のため部３′である７字コーナに金を約８０
ｍｇのせ、ため部３′を有する１ノボン状−ノート３、
つ互り、ヒーターを通電加熱により約１１００Ｕまで温
度を上げて金を液状にする。イオンイヒすべき物質２を
液状に保ったまま、ため＠じ３′のＶ字型コーナから針
状チップ１の先端までの距肖租Ｈを０．３咽程度まで上
述のナツト１３をゆるめることにより調節すると、針状
チップ１の先端は、ため部３′の孔６からしみ出した液
状イオン化物質２中に没し、完全に温れる。その後、再
び針状チップ１の先端をため部３′から約１，５而−ま
でつき出し、剣状チップ１の先端に引出し電＆４に対し
て正の７〜８ｋＶの電圧を印加するとイオン５の放出が
始まる。このままでは、イオン電流の変動率が約２０〜
５０　％／１０分と大きいが、再び、針状チップ１の先
端の位置を微調整することにょシイオン電流変動率を３
〜７％／１０分と低減することができた。この時のイオ
ン電流は約４０μＡである。引出し電圧の調節によりこ
のイオン電流値は１０〜２００μＡの範囲で可変でき、
それぞれの電流値に対して針状チップ１を微動させ、そ
の距離Ｈの最適化を行なった。この結果、この広範囲゛
のイオン電流値に対し、イオン電流の変動率を３〜１５
％／１０分にとどめることが可能となった。

以上述べた如く、イオン化すべき物質のため部から針状
チップの先端゛までの距離を可変にし得るため部微動機
構を備えた本発明による液体金属イオン源によって常に
安定したイオンビームが得られるようになり、このよう
なイオン源を備えた機器の高性化ケ達成できるようにな
った。

なお、上述の実施例はイオン化すべき物質のため部をリ
ボン状ノートを用いて形成した例であるか、これはパイ
プ形状であってもコイル形状であっても同様な効果の祠
られることが確認されている。さらに、イオン化すべき
物質として全以外の％＋質でも１司を卦であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体釜属・ｒオ／倣の１唐面構成図、第
２図は、！＋１：５ｉに明による液体金属イオン源の断
面溝成因である。 １・・・針状チップ、２・・・イオン化ずべき物質、３
・・・ヒーター、３′・・・、Ｉこめ部、４・・・引出
し電極、５・・・イオンビーム、６・・・貫通孔、７，
８・・・電流心入端子、９・・・ベローズ、１０・・・
真空容器壁、１１・・・金属板、１２・・・ささえ柱、
１３・・ナツト、１４・・・支持台、１５・・・肥縁板
、１６・・・フライ１′棒、エフ・・・調整棒、１８・
・・可撓性部材、Ｈ・・・ため部からチツ第　ｌ　凶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、針状に形成された先端を有する電極と、イオン化す
   べき物質を溶融状態で保持するためのため部と、上記溶
   融したイオン化すべき物質で諦らされた上記針状電極の
   先端に高電界を印加することによって上記針状電極の先
   端から上記イオン化すべき物質のイオンを引き出すため
   の引き出し電極とからなる液体金属イオン源において、
   上記針状電極を上記ため部から離間して設け、かつ、上
   記針状電極の先端に対して上記ため部を可動にする手段
   を設けてなることを特徴とする液体金属イオン源。