JPH0218837A - 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］ この発明は液体金属イオン源に関するものであり、特に
、長時間安定に稼動できるように改良された液体金属イ
オン源に関するものである。

［従来の技術］ 液体金属イオン源は、液体金属のイオンから由来するイ
オンビームを与えるものであり、イオン注入装置、イオ
ンビームエツチング装置、イオンマイクロアナライザ等
に利用されている。

第２図は、従来の液体金属イオン源の部分切欠断面図で
ある。

第２図を参照して、１はるつぼである。るつぼ１の外表
面全体に、通電加熱用ヒータ４である導電性材料の膜が
形成されている。この導電性材料の膜は、導電性化合物
ペーストを焼付けて形成するか、あるいは導電性セラミ
ックから形成される。

通電加熱用ヒータ４は、るつぼ１の下方中心部に設けら
れた中心孔１ａ′の内側にまで連なって形成されている
。中心孔１　ａ　Ｊの内側にまで連なって形成された通
電加熱用ヒータ４の終端に、その先端部２ａが接するよ
うに、針状チップ２がるつぼ１内を貫通して設けられて
いる。針状チップ１の先端部２ａには、溝２ｂが形成さ
れており、溝２ｂを通り、るつぼ１内の金属が流出可能
にされている。通電加熱用ヒータ４は、るつぼ１の上方
で、電極１１に接続されている。るつぼ１の上には、る
つぼ蓋６が取付けられており、このるつぼＭ６の上には
るつぼホルダ１２が取付けられている。

通電加熱用ヒータ４がその表面に設けられたるつぼ１の
まわりを取囲むようにして、るつぼカバー１３が設けら
れている。このるつぼカバー１３の厚さは、約０．５ｍ
ｍである。るつぼ１の下方には引出電極３が配置されて
おり、該引出電極３と電極１１との間には、引出電源８
が接続されている。また、イオンのエミッタとして働く
針状チップ２と電極１１との間には、加熱用電源７が接
続されている。加熱用電源７の一端には、イオンを加速
するための加速電源９が接続されており、該加速電源９
の他方端は接地されている。

るつぼ１は、液体金属と反応しない材質たとえばアルミ
ナ等のセラミックで形成されている。また、エミッタで
ある針状チップ２も、液体金属と反応しないたとえばタ
ングステンで形成されている。通電加熱用ヒータ４とし
ては、たとえばモリブデンやタングステンなどの導電性
化合物のペースを焼結したもの、または導電性セラミッ
クが用いられる。導電性セラミックとしては、ＳｉＣ。

Ｓ　ｉ　Ｎ、　Ｔ　ｉ　Ｃ，Ｔ　ｉ　Ｎが用いられてい
る。この場合の膜形成には、たとえばプラズマＣＶＤ法
が利用される。

次に、動作について説明する。

るつぼ１内にイオン源金属５を入れる。次いで、加熱用
電源７をＯＮする。すると、針状チップ２の先端部２ａ
は、中心孔１　ａ／の内側にまで連なって形成された通
電加熱用ヒータ４の終端と接しているため、加熱用電源
７からの電流は、針状チップ２から通電加熱用ヒータ４
に流れる。通電加熱用ヒータ４の他の端は電極１１と接
しているため、通電加熱用ヒータ４を流れる電流は電極
１１を通り加熱用電源７に戻る。このようにして、通電
加熱用ヒータ４に電流が流れることになり、るつぼ１内
のイオン源金属５が加熱される。イオン源金属５がたと
えばＧａ等の金属である場合は約数百度の温度で溶融す
る。液体化した金属は、針状チップ２の先端部２ａに形
成された溝２ｂを通り、流出して、イオン化され、引出
電極３によってイオンビーム１０として引出される。

さて、このとき、イオンビーム１０が引出電極３をスパ
ッタすることがあるが、このスパッタ原子が通電加熱用
ヒータ４の表面に付着しないように、るつぼカバー１３
がるつぼ１のまわりを囲んでいる。通電加熱用ヒータ４
にスパッタ原子が付着すると、該ａ型加熱用ヒータ４の
抵抗が低下し、加熱電力が低下し、ひいてはイオンビー
ムの安定性が悪くなる。それゆえ、るつぼカバー１３の
必要性は大である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の装置では、るつぼカバー１３が通
電加熱用ヒータ４と接近しているため、るつぼカバー１
３が通電加熱用ヒータ４からの輻射熱を受けて、作動後
、わずか数時間で、高熱を持つようになるという問題点
があった。るつぼカバー１３が高熱を持つと、るつぼカ
バー１３から熱電子が発生し、その熱電子がるつぼ１を
加熱する結果、るつぼ１内の温度は急上昇し、暴走し、
ひいては安定なイオンビームが得られなくなり、間通で
あった。この問題点を解決する方法として、るつぼ１と
るつぼカバー１３との距離を大きくする方法も考えられ
るが、装置が大型化し、問題である。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、装置を大型化せずに、安定なイオンビームを
長時間にわたって供給し続けることができる、液体金属
イオン源を提供することをａ的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明は、イオン化すべき金属を入れる絶縁材料製の
るつぼと、上記るつぼの外表面全体に被覆された導電性
材料製の膜で構成され、上記るつぼ内の金属を加熱する
通電加熱用ヒータと、上記通電加熱用ヒータが設けられ
た上記るつぼのまわりを囲むるつぼカバーと、上記るつ
ぼの下方中心部に形成された中心孔に先端部が位置する
ように設けられ、イオンビームのエミッタとして働く針
状チップと、上記針状チップの先端部からイオンを引出
すための引出Ｆｌｉｔと、を備えた液体金属イオン源に
係るものである。

そして、上記問題点を解決するために、上記るつぼカバ
ーに十分な熱容量を持たせ、それによって、上記通電加
熱用ヒータからの輻射熱を逃がせるようにしたことを大
きくする、。

［作用］ るつぼカバーが十分な熱容量を持っているので、通電加
熱用ヒータから輻射熱を受けても、熱電子が発生する前
に、この熱を、当該るつぼカバーに接続されている電極
等に逃がすことができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る液体金属イオン源
の部分切換断面図である。

第１図を参照して、るつぼ１にはその外表面全体に被覆
された導電性の材料の膜で形成された、通電加熱用ヒー
タ４が設けられている。導電性材料の膜は、導電性化合
物ペーストを焼付けて形成するか、あるいは導電性セラ
ミックから形成される。通電加熱用ヒータ４は、るつぼ
１の下方中心部に設けられた中心孔１ａ′の内側にまで
連なって形成されている。中心孔１ａ’の内側にまで連
なって形成された通電加熱用ヒータ４の終端に、その先
端部２ａを接するようにして針状チップ２がるつぼ１内
を貫通して設けられている。該針状チップ２の先端部２
ａには、溝２ｂが形成されており、該溝２ｂを通り、る
つぼ１内の金属が流出ｎ１能にされている。通電加熱用
ヒータ４は、るつは１の上方で、電極１１に接続されて
いる。るつぼ１の上には、るつぼ蓋６が取付けられてお
り、該るつぼ蓋６の上にはるつぼホルダ１２が取付けら
れている。

るつぼ１の下方には引出電極３が配置されており、該引
出電極３と電極１１との間には、引出電源８が接続され
ている。また、イオンのエミッタとして働く針状チップ
２と電極１１との間には、加熱用電源７が接続されてい
る。加熱用電源７の一端には、イオンを加速するための
加速電源９が接続されており、該加速電源９の他方端は
接地されている。以上の構成は、第２図に示した従来の
液体金属イオン源と全く同一である。本発明に係る液体
金属イオン源が、従来の液体金属イオン源と異なる点は
、通電加熱用ヒータ４が設けられたるつぼ１のまわりを
囲むるつぼカバー１３の厚みを厚くする（約数ｍｍ）こ
とにより、該るつぼカバー１３の熱容量を大きくした点
にある。るつぼカバー１３の材質としては、導電性であ
り、十分な熱容量を持つものならば特に制限なく使用さ
れるが、とりわけステンレスなどが好ましい。

次に、動作について説明する。

るつぼ１内にイオン源金属５を入れる。次いで、加熱用
電源７をＯＮする。すると、針状チップ２の先端部２ａ
は、中心孔１ａ’の内側にまで連なって形成されている
通電加熱用ヒータ４の終端と接しているため、加熱用電
源７からの電流は、針状チップ２から通電加熱用ヒータ
４に流れる。通電加熱用ヒータ４の他端は電極１１と接
しているため、通電加熱用ヒータ４を流れる電流は電極
１１を通り、加熱用電源７に戻る。このようにして、通
電加熱用ヒータ４に電流が流れ、るつぼ１内のイオン源
金属５が加熱される。加熱されたイオン源金属５は、液
体状となり針状チップ２の先端部２ａに形成された溝２
ｂを通り、流出し、イオン化され、引出電極３によって
イオンビーム１０として引出される。

このとき、イオンビーム１０が引出電極３等をスパッタ
することがあるが、スパッタ原子はるつぼカバー１３に
よって遮られて、通電加熱用ヒータ４の表面には付着し
ない。これにより、通電加熱用ヒータ４の抵抗は低下し
なくなり、ひいては加熱電力は低下しなくなる。

また、るつぼカバー１３が熱容量の大きい材質で形成さ
れ、その厚さも厚くされているので、通電加熱用ヒータ
４からの輻射熱を受けても、熱電子が発生する前に、こ
の熱を、るつぼカバー１３に接続されている電極１１等
に逃がすことができる。それゆえ、るつぼカバー１３が
高熱になることがなくなり、ひいてはｑ熱電子が発生し
、るつぼ１内の温度を急上昇させるという、従来の問題
点は解決され、安定なイオンビームが長時間にわたって
得られる。

なお、上記実施例では、るつぼ蓋６が設けられているた
め、高飽和蒸気圧のイオン源金属にもこの発明を応用す
ることができる。しかしながら、この発明では必ずしも
るつぼ蓋を取付ける必要はない。

また、るつぼおよび針状チップの材質を金属と反応しに
くいものとすることにより、反応性のイオン源金属にも
応用し得るイオン源とすることができる。

以上、具体的な実施例を挙げてこの発明の液体金属イオ
ン源を説明したが、この発明はこの実施例に限定される
ものではない。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によれば、るつぼカバー
に十分な熱容量を持たせているので、通電加熱用ヒータ
から輻射熱を受けても、熱電子が発生する前に、この熱
を、るつぼカバーに接続されている電極等に逃がすこと
ができる。それゆえ、るつぼカバーが高熱になることが
なくなり、ひいてはるつぼ内の温度を急上昇させるとい
う、従来の問題点は解決され、安定なイオンビームが長
時間にわたって得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の部分切欠断面図である。 第２図は従来の液体金属イオン源の部分切欠断面図であ
る。 図において、１はるつぼ、１ａ′は中心孔、２は針状チ
ップ、２ａは針状チップの先端部、２ｂは溝、３は引出
電極、４は通電加熱用ヒータ、５はイオン源金属、１０
はイオンビーム、１１は電極、１３はるつぼカバーであ
る。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 写 硝ｏｒつ 戒

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）イオン化すべき金属を入れる絶縁材料製のるつぼ
   と、 前記るつぼの外表面全体に被覆された導電性材料製の膜
   で構成され、前記るつぼ内の金属を加熱する通電加熱用
   ヒータと、 前記通電加熱用ヒータが設けられた前記るつぼのまわり
   を囲むるつぼカバーと、 前記るつぼの下方中心部に形成された中心孔に先端部が
   位置するように設けられ、イオンビームのエミッタとし
   て働く針状チップと、 前記針状チップの先端部からイオンを引出すための引出
   電極と、 を備えた液体金属イオン源において、 前記るつぼカバーに十分な熱容量を持たせ、それによっ
   て前記通電加熱用ヒータからの輻射熱を逃がせるように
   したことを特徴とする、液体金属イオン源。 （２）前記るつぼカバーの厚みを厚くすることにより、
   該るつぼカバーの熱容量を大きくする、特許請求の範囲
   第１項に記載の液体金属イオン源。 （３）前記導電性材料が導電性化合物ペーストの焼結体
   から形成されている特許請求の範囲第１項記載の液体金
   属イオン源。 （４）前記導電性化合物がモリブデンまたはタングステ
   ンである特許請求の範囲第３項記載の液体金属イオン源
   。 （５）前記導電性材料が導電性セラミックから形成され
   ている特許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン源。 （６）前記導電性セラミックがＳｉＣ、ＳｉＮ、ＴｉＣ
   およびＴｉＮからなる群より選ばれたものである特許請
   求の範囲第５項記載の液体金属イオン源。 （７）前記るつぼがセラミックから形成されている特許
   請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の液体金属
   イオン源。 （８）前記セラミックがアルミナである特許請求の範囲
   第７項記載の液体金属イオン源。（９）前記針状チップ
   の先端部が、前記るつぼの中心孔の内側にまで延びて形
   成された通電加熱用ヒータに接するように設けられてい
   る特許請求の範囲第１〜８項のいずれか１項に記載の液
   体金属イオン源。 （１０）前記針状チップの先端部に、溶融した金属が通
   るための溝が形成されている特許請求の範囲第１〜９項
   のいずれか１項に記載の液体金属イオン源。