JPS63128527A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、先端を鋭くしたニードルと、このニードル
を内側から挿通して外側へ突出させる貫通孔を備えた液
体金属溜めと、この液体金属溜めから外側へ突出した前
記ニードルの先端に強電界を生ぜしめ液体金属溜めから
浸出して前記ニードル先端に到達した液体金属をイオン
化してニードル先端から引き離す引出し電極とを備え、
ニードル先端から引き離されたイオンによって形成され
るイオンビームにより試料へのイオン注入、イオンビー
ム描画、試料から２次イオンを放出させて質量分析計に
導き試料の組成分析を行なうイオンマイクロアナライザ
などの機能を有する集束イオンビーム装置に用いられる
液体金属イオン源に関する。

〔従来の技術〕

液体金属溜めを有する液体金属イオン源は、通常、第３
図に示される基本構造を持っている。第３図において、
１は先端の鋭い、たとえば先端の曲率半径が数μｍのニ
ードル、２はこのニードルを内側からほぼ密に挿通せし
めて外側へ突出させる貫通孔を底部に備えた液体金属溜
め、いわゆるキャピラリ（以下キャピラリと記す）、３
はヒータ、４は液体金属試料、５は引出し電極である。

ヒータを通電加熱し、キャピラリ内の金属を溶融させ、
引出し電極とニードルとの間にたとえば数ｋＶの電圧を
印加すると、キャピラリから浸出してニードル先端に到
達した液体金属がイオン化され、イオンビーム６となっ
て図の矢印のように飛び出す。ニードル先端で消費され
る液体金属は、キャピラリから、このキャピラリとニー
ドルとの間のわずかなすき間７を通って供給される。し
たがってこのすき間が小さいと液体金属が充分に供給さ
れず、一方、すき間が大きいと、液体金属がしずく状に
落ちてしまう。このため、液体金属の粘性などに応じ適
切なすき間を設けるか、あるいは、すき間からの供給を
やめ、キャピラリの別位置に適量を供給するための細孔
などを設ける必要がある。第４〜６図１こ従来性なわれ
ていた供給方法の例を示す。これらの図はキャピラリを
下方から見た図であり、第４図は断面が円形のニードル
１１と、このニードルと同心の円形貫通孔との間のリン
グ状すき間７１から液体金属を供給するものである。キ
ャピラリは通常耐熱性のセラミックで形成されており、
またニードルは直径が約０．５Ｕ程度のものである。ま
た第５図の方法は貫通孔を正方形とし、この正方形の重
心とニードルの軸心とを一致させたものであり、液体金
属は主として４隅の三角形状のすき間から導出される。

一方、第６図のものでは、ニードルと貫通孔との間にわ
ずかのすき間が存在しているが、このすき間は液溝出用
のすき間ではなく、ニードルと孔径との熱膨張差を吸収
してニードルを常にこの孔をほぼ密に出入り可能とする
ためのすき間であり、液の導出はこの貫通孔から離れた
位置にあけられた細孔８から行なわれ、この細孔から導
出された液体金属はキャピラリの下面をったってニード
ル先端に到達する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上に述べた従来技術における問題点はつぎの通りであ
る。すなわち、第４図および第５因のものでは、キャピ
ラリが通常耐熱性のセラミックで形成されており、また
ニードルが直径約０．５錫程度の細いものであることか
ら、貫通孔の精度を得ることが難しく、この精度が悪い
とすき間の面積が大幅にかわる。また、液体金属の粘性
などの点からすき間を大きくすると、ニードルが振動し
た場合、イオンビームの到達位置も撮動し、たとえば到
達位置に０．１μｍの精度を要するサブミクロン（１μ
ｍ以下）の細密加工に支障を生ずる。

また、第６図のように、貫通孔から離れた位置に細孔を
設けるものでは、この細孔の径を変化せしめることによ
り精度よく液体金属の流出量を変えることができる。し
かしこの場合にはキャピラリの底部に大きい面積を必要
とし、また細孔の位置ずれや、細孔を加工中の本ヤピラ
リの欠けなどに基づくニードル先端への到達液量にばら
つきを生じやすく、安定な供給液量制御が困難である。

この発明の目的は、前記従来の問題点に鑑み、ニードル
先端へ供給される液体金属の量を、ニードルと貫通孔と
の間のすき間を小さくしてニードルの振動を防止しつつ
精度高くかつ自由に設定することができ、かつ供給液量
の制御が安定に行なわれうる。再現性の良好な、しかも
本ヤピラリ底部に大きい面積を必要としない液体金属導
出構造を得ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達゛成するため、この発明によれば、先端
を鋭くしたニードル、そのニードルを内側から挿通して
外側へ突出させる貫通孔を備えた液体金属溜めおよび前
記突出したニードル先端に強電界を生ぜしめ前記液体金
属溜めから浸出して前記ニードル先端に到達した液体金
属をイオン化してニードル先端から引き離す引出し電極
を備えてなる液体金属イオン源において、前記ニードル
を挿通せしめる液体金属溜めの貫通孔を該貫通孔とニー
ドルとの間に実質的にすき間を生じないように形成する
とともｉこ、この貫通孔の周面から孔の外側方向へ切込
みを設けるものとする。

〔作用〕

このように貫通孔の周面から孔の外側方向へ切込みを設
ける構造とすれば、！６図に示す従来の細孔と同様、切
込みの寸法自体により精度よく液体金属の流出量を変え
ることができるのみならず、切込みの加工中にキャピラ
リに欠けが生じても、この切込みを通過する液体金属は
全量がニードル先端に到達し、第６図のように、細孔の
位置ずれに基く供給液量の誤差を生じない。しかもこの
切込みは貫通孔の周面から孔に接続して設けられるから
、キャピラリ底部は広い面積を必要としない。

〔実施例〕

第１図に本発明の第１の実施例を示す。この実施例はニ
ードルへの供給液量が少ない場合の貫通孔部分の構造例
を示すものであり、断面形状が円形のニードル１１と、
このニードルを同心に挿通せしめるキャピラリ底部の貫
通孔７３との間には実質的にすき間が存在しないような
大きさに貫通孔が形成され、この貫通孔の周面から孔の
外側方向へ半円形状の２個の切込み９が貫通孔中心に対
して対称に設けられている。なお、ニードルとの間で実
質的にすき間を生じない貫通孔の大きさは、実際には、
貫通孔とニードルとの間に熱膨張差が存在することから
、この熱膨張差を吸収してニードルがほぼ密に貫通孔を
出入り可能な大きさとする。この構造における流量の変
更は、半円状切込みの大きさもしくは切込み個所数を変
えることにより行なう。

第２図に本発明の第２の実施例を示す。この実施例はニ
ードルへの供給液量が多い場合の貫通孔部分の構造例を
示すものであり、第１図における半円状切込みの直径と
同一幅を有し、貫通孔の周面から半径方向外側へ直線状
ｌこ延びる４個の切込みが貫通孔の周方向等間隔に設け
られている。この構造においても流量の変更は切込みの
幅、長さあるいは切込み個所数を変えることにより行な
う。

前記第１．第２の実施例に共通に、貫通孔周面側の切込
み幅は、ニードル位置の固定もしくは撮動防止の観点か
らニードル直径の２７３以下とすることが望ましい。な
お、切込みの形状は必ずしも前記実施例のように半円形
もしくは直線溝状とする必要はなく、たとえば、半円形
の代わりに角溝状としたり、あるいは頂角がさほど鋭角
でない三角溝状としてもよく、また直線溝の代わりに湾
曲した溝としてもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、ニードルを挿通
せしめる液体金属溜めの貫通孔を該貫通孔とニードルと
の間に実質的にすき間が生じないように形成するととも
に、この貫通孔から孔の外側方向へ切込みを設けること
によりニードル先端に供給される液体金属の量を制御す
るようにした　−ので、供給液量が切込みの寸法のみに
より精度よく定まるようになり、従って切込み寸法を変
えることにより供給液量を自由にかつ高精度に変えるこ
とが可能となった。また液体金属溜めの材質がたとえば
セラミック系である場合は、切込みの形成は単純な切削
加工により可能であり、従って加工時に貫通孔や切込み
に欠けを生じにくく、かりに欠けを生じても切込みが貫
通孔周面に接続して形成されていることから、切込みか
ら導出される液体金属は全景がニードル先端に供給され
、欠は力Ｓ供給液量の誤差の原因となることはなく、設
定された供給液量の再現性が極めて良好となり、供給液
量の制御を著しく安定に行なうことができる。

さらに本発明によれば、切込みが貫通孔周面に接続して
形成され、従来の細孔のように貫通孔から離れていない
ので、液体金属溜めの底部は広い面積を必要とせず、液
体金属溜めを小形に、かつ形状もほぼ自由に形成するこ
とができるという効果があわせて得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による液体金属溜めの貫
通孔部分の構造を示す底面図、第２図は本発明の第２の
実施例による液体金属溜めの貫通孔部分の構造を示す底
面図、第３図は液体金属溜めを有する通常の液体金属イ
オン源の構成を示す説明図、第４図ないし、＠６図はそ
れぞれ従来の液体金属溜めの貫通孔部分の構造例を示す
底面図である。 １．１１・・・ニードル、２，２１・・・液体金属溜め
、４・・液体金嘴、５・・引出し電極、７．　７１．　
７２゜７３・・すき間、９，１０・・・切込み。 第１図　　　　第２図 第３図 第４図　　第５図　　第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）先端を鋭くしたニードル、そのニードルを内側から
   挿通して外側へ突出させる貫通孔を備えた液体金属溜め
   および前記突出したニードル先端に強電界を生ぜしめ前
   記液体金属溜めから浸出して前記ニードル先端に到達し
   た液体金属をイオン化してニードル先端から引き離す引
   出し電極を備えてなる液体金属イオン源において、前記
   ニードルを挿通せしめる液体金属溜めの貫通孔を該貫通
   孔とニードルとの間に実質的にすき間を生じないように
   形成するとともに、この貫通孔の周面から孔の外側方向
   へ切込みを設けたことを特徴とする液体金属イオン源。 ２）特許請求の範囲第１項記載のイオン源において、ニ
   ードルは断面が円形に形成されるとともに、貫通孔の周
   面から孔の外側方向へ設けられる切込みは周面側の切込
   み幅が前記ニードル直径の２／３以下に形成されている
   ことを特徴とする液体金属イオン源。