JPS639339B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオンビーム源に関し、特に信頼性お
よび寿命特性の向上したイオンビーム源に関す
る。

ガリウムとか金、鉛などの金属イオンをビーム
状にしてある物体に射突させるイオンビーム源は
例えば半導体ICの電気回路を形成するときのイ
オンビームリソグラフイーとかイオンビーム加工
などに利用されている。そのような従来用いられ
ているイオンビーム源としては第１図に示すよう
な構造のものが使用されている。第１図では例え
ばタングステン棒のような高融点金属材料でヘア
ピン状に形成したヒータで、その中心部にやはり
高融点金属材料であるタングステン棒で作つた電
極棒２を溶接などのより固着し、その先端は細い
ビームを得られるように尖鋭端部２１を有してい
る。このヒータ１と電極棒２の固着部分に必要と
するイオンの源となる金属３を融着などにより付
着しておきヒータ１に電流を流して直熱加熱す
る。一方、この尖鋭端部２１に対向する位置に配
置した電極とこの電極棒２との間に電極棒２が正
となるようの高電圧を印加すれば加熱されて溶融
した金属３が尖鋭端部２１から陽イオンとなつて
対向電極に向つて飛び出し、所望の場所に所望の
イオンビームをうることができる。

しかし、このようなイオンビーム源は、イオン
源となる金属を厚く付着するとヒータ３により溶
融した金属が尖鋭端部２１に付着するためその形
状の不安定により一定のビームが得られなかつた
り、濡れにくい金属の場合には溶融金属が滴下し
て不良動作の原因となることがある。そのため金
属融液３の大きさは余り大きく出来ない。その結
果付着金属そのものが少なくなるためすぐに消耗
し、短時間しかイオンビームを得ることができな
い。従つてその度に電極棒２を取り出して蒸着な
どにより新たに金属を付着しなければならないと
いう不便があると共に、イオンビームそのものの
安定性もよくないという欠点をもつている。

本発明は、このような欠点に鑑み、イオンビー
ム源の金属を度々電極に付着しなくても、定常的
に安定したイオンビームを得られるようなイオン
ビーム源を提供することを目的とするもので、具
体的には筒状体の一端側に高融点金属の多孔質柱
体を固着し、その多孔質柱体の中心部で少なくと
も前記筒状体の一端側方向の端部に高融点金属チ
ツプを固着し、そのチツプの先端を尖鋭にすると
共に、前記筒状体と前記多孔質柱体の他端部とで
囲まれた空間に所望するイオンの材料である金属
材料を配置し、前記筒状体の周囲にヒータを配置
して形成したものである。以下図面により詳細に
説明する。

第２図は本発明の一実施例であるイオンビーム
源の断面図である。第２図で４は例えばタングス
テンで作つた外径３mm、内径１mmの円筒、５はや
はり高融点金属であるタングステン粉末を焼結さ
せ円筒４の内径と一致させて作つた多孔質体の円
柱、６は円柱５の中心部で一端に固着した直径的
0.2mmのタングステン棒のチツプで６１はチツプ
６の先端を尖鋭にした尖鋭端、７はイオンの材料
とする金属塊、８は円筒４の他端を閉塞した蓋、
９は円筒４の周囲に配置されたヒーターである。
このイオンビーム源の製造方法およびイオンビー
ム源としての動作原理を以下に示す。

まず円筒４の内径と同じか若干大きめの外径に
なるように通常の含浸型陰極に用いるのと同程度
の粒度を有するタングステン粉末を約2500℃以上
の温度で焼結させて円柱５を作る。その円柱５の
一端の中心部を穿孔しタングステン棒のチツプ６
を挿入して再度約2600℃で再焼結すれば円柱５は
全体的に収縮し、チツプ６は焼きばめされ固着さ
れる。同時に円柱５の外径も若干縮み円筒４の内
径に滑合するようになる。次にチツプ６の先端６
１が電解又はアルカリ溶融による化学研磨をして
5μ以下位にする。この際イオンの材料である溶
融金属がチツプの先端６１に流れ易いように円柱
５も含めて機械加工することが望ましい。しか
し、第３図に示すようにチツプ６として線状の数
10μの太さのものを使用すれば機械加工をする必
要はなく、化学研磨のみで所望の尖鋭端６１を得
ることができ、この場合円柱５も予めテーパをつ
けた形状にしておけば全然機械加工をする必要は
ない。次にこの円柱５を尖鋭端６１が外方に位置
するように円筒４の一端側に挿入し例えば融点
2000℃のモリブデン―ルテニウム（Mo―Ru）な
ど高温ロウ材により両者をロウ付して固着する。
この際ロウ材が円柱５の多孔質内に余り入り込ま
ないよう外部からの局部加熱でロウ付することが
好ましい。この円筒４の空間にイオン材料である
金属塊７を挿入して円筒４の他端に蓋８を装着す
る。この蓋８はイオンビーム源の電極端子への接
続を容易にするのに便利であるが、円筒４から直
接電極に接続できれば必ずしも必要ではない。こ
の円筒４の周囲にコイル状のヒータ９を配置して
真空中で加熱すれば金属塊７が溶融して円柱５の
多孔質に浸み込む。この円柱部分もヒータ９によ
り加熱されているため溶融した金属は溶融状態に
あるが、粉末を焼結した多数の穴に保持されてい
るため丁度スボンジのような役目となり溶融金属
が尖鋭端６１でたまることなく対向電極との印加
電圧に応じてイオンとして射出され、それに応じ
て次々と溶融金属が補給され定常的にイオンビー
ムを得ることができる。

上記実施例では高融点金属としてタングステン
を用い、形状は円形の例で説明したが高融点金属
であればタングステン以外のモリブデン等でもよ
く、また円筒４や円柱５は筒状体や柱体であれば
形状には関係なく円形以外の四角形や他の形状で
も、イオンビームを発する場所は尖鋭端部６１で
あるため制約されることはない。また尖鋭端部６
１の位置は必ずしも円筒４の外部でなくても外方
を向いていれば円筒４の内部に位置していてもよ
い。更に金属塊７は塊でなく板や線あるいは円筒
４の内部や円柱５に付着した状態でも、どんな状
態でも内部に入れられればよい。

以上説明したように、本発明によればイオン源
の材料である金属を多孔質体を介して保持してい
るためスポンジで保持するような効果を有し、溶
融金属が滴下することなく、しかも多量の金属を
一度に保持できるため、安定したイオンビームを
長時間定常的に得られ、信頼性および寿命の向上
したイオンビーム源を得ることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオンビーム源の側面図、第２
図は本発明の一実施例であるイオンビーム源の断
面図、第３図は本発明の他の実施例であるイオン
ビーム源の電極先端部の断面図である。 ４…円筒、５…多孔質円柱、６…チツプ、６１
…尖鋭端部、７…金属塊、８…蓋、９…ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高融点金属で作られた筒状体と、該筒状体の
   一端側に固着され該筒状体と同種の高融点金属で
   作られた多孔質柱体と、該多孔質柱体の中心部で
   少なくとも前記筒状体の前記一端側の端部に固着
   された高融点金属チツプと、前記筒状体と前記多
   孔質柱体の他端とで囲まれた空間に配置した金属
   材料と、前記筒状体の外部に配置したヒータとか
   らなり、前記高融点金属チツプの先端からイオン
   ビームを放射することを特徴とするイオンビーム
   源。