JPS6329373B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液状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
オン源に関する。

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散が電子ビームに
よる露光に比較して小さいことから、サブミクロ
ン以下のパターン製作用の露光手段として注目さ
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。第１図は液体金属イオン
源の一例を示しており、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に例え
ばスポツト溶接によつて固着されており、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
テン製のフイラメント６がスポツト溶接されてお
り該フイラメント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には電
源８から正の高電圧が印加されている。

上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
ガリウムは該強電界によつて底部の細孔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によつてテーラーの円錐
（Taylor Cone）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し、ガリウムイオンと
なつて引出される。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。すなわち、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くことにな
る。このためフイラメント６に電流を供給して加
熱し、更には該フイラメント６からの伝導熱によ
つてリザーバ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散によ
つて物質表面を移動するが、この拡散速度は温度
によつて変化し、高温度では速く、温度が低くな
るに従つて遅くなり、ある温度以下では拡散が生
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散によつて
リザーバの外側表面ににじみ出し、更にはフイラ
メント６表面を移動する。該フイラメント５は支
持体９に一端が固定されているが、該支持体９に
接近したフイラメント部分は温度が低くなつてお
り、この部分でガリウムの拡散速度は著しく低下
し、そのため、ガリウム金属が停留し、塊り１０
を形成する。このフイラメント表面のガリウム特
に塊り１０はフイ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
熱温度が低くなり、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、安定なイ
オンビームが得られなくなる。更にフイラメント
表面を熱拡散によつ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。

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通電によつて発熱する支
持部材とを備え、該支持部材は該液状金属と親和
性の悪い物質によつて形成されていることを特徴
としており、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。

以下本発明の実施例を添付図面に基づき詳説す
る。

第２図において１１は絶縁性物質で形成された
基台であり、該基台１１には加熱電源（図示せ
ず）に接続された導電性の支柱１２及び１３が取
付けられている。各支柱１２及び１３の先端は
夫々支持部１２ａ，１３ａと可動部１２ｂ，１３
ｂとに分れており、該支持部１２ａ，１３ａには
帯状の弾性体１４，１５の一端が夫々ビス１６，
１７によつて固定されている。該弾性体１４，１
５の他端には熱伝導率の低い材料、例えば碍子１
８，１９の一端が当接しているが、該碍子１８，
１９は夫々支持部１２ａ，１３ａを移動可能に貫
通しておりその他端は可動部１２ｂ，１３ｂに接
している。その結果該可動部１２ｂ，１３ｂは該
弾性体１４，１５の弾性力によつて内側に押圧さ
れる。該可動部１２ｂ，１３ｂの内側には、グラ
フアイト２０，２１を介して内部に液体金属、例
えばガリウム２２が入れられたタンタル製あるい
はタングステン製のリザーバ２３が配置されてい
る。該リザーバ２３の底部には細孔２４が設けら
れ又、該細孔２４を貫通して一端が該リザーバ２
３の側面にスポツト溶接されたタングステン製の
針状部材２５が配置される。該部材２５の針状先
端は陰極（図示せず）に対向して配置される。

上述した如き構成においてリザーバ２３とグラ
フアイト２０，２１は弾性体１４，１５の押圧力
によつて支柱１２，１３に保持される。ここで該
２本の支柱１２と１３との間に加熱電流を供給す
ればグラフアイト２０，２１は通電によつて加熱
し、400〓〜600〓程度に昇温する。該グラフアイ
ト２０，２１の熱はリザーバ２３を介して針状部
材２５、ガリウム２２に伝導し、その結果リザー
バ内のガリウムは安定に連続して針状部材２５の
先端部に移送される。ここで該加熱されたガリウ
ムは熱拡散によつてリザーバ２３の外側表面にに
じみ出すが、該グラフアイト２０，２１はガリウ
ムとの親和性が悪いため、該ガリウムはグラフア
イトの表面には拡散しない。従つてグラフアイト
２０，２１は常に通電によつて所望温度に加熱さ
れるため、長時間に互つて安定にガリウムを針状
部材２５の先端に移送することができ、安定なイ
オンビームが得られる。又ガリウムがグラフアイ
ト表面から支柱１２，１３方向へ拡散しないた
め、液状金属の無駄な消費がなくなり、長寿命の
イオン源が提供される。

第３図は本発明の他の実施例を示しており、一
方の端部が針状にされた部材３１の中間部分はコ
イル状とされ、この部分がガリウム等の液状金属
のリザーバ部３２となる。該針状部材３１はグラ
フアイト２０，２１を介して図示していないが、
第２図の実施例で示した如き支柱１２，１３によ
つて押圧保持され、該グラフアイト２０，２１に
は加熱電流が供給されるように構成されている。
この実施例においても針状部材３１表面を熱拡散
する液状金属はグラフアイト表面では拡散しない
ため、長寿命で安定なイオン源が提供される。

以上本発明を詳述したが、本発明に基づくイオ
ン源は液状金属の不必要な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。尚本発明は上述した実施例に
限定されることなく幾多の変形が可能である。例
えぱ、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。又リザーバ部に液状金
属を入れる型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によつて液状として針
状先端部に供給するようにした型のイオン源にも
本発明を適用し得る。更に液状金属と親和性の悪
い発熱性物質としてグラフアイトを使用したが、
炭化シリコン等の炭化物、あるいは他の液状金属
と親和性の悪い物質を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の金属イオン源を示す図、第２図
及び第３図は夫々本発明の一実施例を示す図であ
る。 １：リザーバ、２：細孔、３：ガリウム、４：
針状部材、５：陰極、６：フイラメント、７：加
熱電源、８：高圧電源、９：支持体、１０：塊
り、１１：基台、１２，１３：支柱、１２ａ，１
３ａ：支持部、１２ｂ，１３ｂ：可動部、１４，
１５：弾性体、１６，１７：ビス、１８，１９：
碍子、２０，２１：グラフアイト、２２：ガリウ
ム、２３：リザーバ、２４：細孔、２５：針状部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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、通電によつて発
   熱する支持部材とを備え、該支持部材は該液状金
   属と親和性の悪い物質によつて形成されているこ
   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。 ３ 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つている特許請求の範囲第
   １項記載の金属イオン源。 ４ 該支持部材はグラフアイトによつて形成され
   ている特許請求の範囲第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。 ５ 該支持部材は炭化物によつて形成されている
   特許請求の範囲第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。