JPH1092362A - Liquid metal ion source - Google Patents
Liquid metal ion sourceInfo
- Publication number
- JPH1092362A JPH1092362A JP8241572A JP24157296A JPH1092362A JP H1092362 A JPH1092362 A JP H1092362A JP 8241572 A JP8241572 A JP 8241572A JP 24157296 A JP24157296 A JP 24157296A JP H1092362 A JPH1092362 A JP H1092362A
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- emitter
- reservoir
- heater
- liquid metal
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】使い易く安定で寿命の長い液体金属イオン源を
提供する。
【解決手段】ベース1は磁器などの絶縁物で、これに支
柱5がシールされる。支柱の一端にヘアーピン型のヒー
タ2が点溶接で接続される。ヒータの中央部にリザー
バ,エミッタが接続される。リザーバはタングステン線
を螺旋状にし、一端に連続してエミッタが形成される。
イオン化物質6はリザーバ3の部分に保持され、この部
分からイオン放出部7まで連続して表面に濡れている状
態で保持される。エミッタの先端は凸状をなし、液体金
属イオンを放出するイオン放出部7が形成される。
(57) [Problem] To provide a liquid metal ion source which is easy to use, stable and has a long life. A base (1) is an insulator such as porcelain and a support (5) is sealed thereto. A hairpin type heater 2 is connected to one end of the support by spot welding. A reservoir and an emitter are connected to the center of the heater. The reservoir spirals a tungsten wire, and an emitter is formed continuously at one end.
The ionized substance 6 is held in the portion of the reservoir 3 and is continuously held from this portion to the ion emitting portion 7 while being wet on the surface. The tip of the emitter has a convex shape, and an ion emitting portion 7 for emitting liquid metal ions is formed.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は集束イオンビーム装
置などに用いられる液体金属イオン源に関する。The present invention relates to a liquid metal ion source used for a focused ion beam device or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、液体金属イオン源の構造は非常に
多くのものが知られている。例えば、本発明の液体金属
イオン源に関係する構造として、図6,図7の構造があ
る。しかし、図6の構造では次の様な問題点があった。2. Description of the Related Art Heretofore, a great number of liquid metal ion source structures are known. For example, structures related to the liquid metal ion source of the present invention include structures shown in FIGS. However, the structure shown in FIG. 6 has the following problems.
【0003】(1)リザーバ,イオン化物質,ヒータが一
体となっているため、イオン化物質の消費量によって、
ヒータの抵抗値が変わるので、最適ヒータ電力が変わ
る。(1) Since the reservoir, the ionized substance, and the heater are integrated, depending on the consumption of the ionized substance,
Since the resistance value of the heater changes, the optimum heater power changes.
【0004】(2)ヒータを加熱した場合、エミッタのイ
オン放出部から遠ざかる方向に温度が低くなり、イオン
化物質が低温方向に移動してしまう。(2) When the heater is heated, the temperature decreases in a direction away from the ion emitting portion of the emitter, and the ionized substance moves in a low temperature direction.
【0005】(3)エミッタは針状でリザーバは円筒(コ
イル)であるためこの間に保持されているイオン化物質
は、消費されるに従って、表面張力の差によってリザー
バ側からエミッタ側に流れにくくなる。(3) Since the emitter is needle-shaped and the reservoir is a cylinder (coil), the ionized substance held between them becomes less likely to flow from the reservoir to the emitter due to the difference in surface tension as it is consumed.
【0006】同様に図7の構造では次の問題点があっ
た。Similarly, the structure shown in FIG. 7 has the following problem.
【0007】(4)リザーバとエミッタ間にヒータが接続
されているため、この部分でイオン化物質の流れが悪く
なる。(4) Since the heater is connected between the reservoir and the emitter, the flow of the ionized substance is deteriorated in this portion.
【0008】上記(1)の問題は図7の構造でも同様であ
る。The above problem (1) is the same in the structure shown in FIG.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明では上記(1)〜
(4)の問題点を解決し、使い易く安定で寿命の長い液体
金属イオン源を提供する。According to the present invention, the above (1) to
(4) To provide a liquid metal ion source that is easy to use, stable, and has a long life by solving the problem (4).
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】問題点(1)に対して、イ
オン化物質の量がヒータ特性を変化させないように、イ
オン化物質が直接ヒータ部に触れない構造とした。(2)
に対して、部品の配置をヒータ,リザーバ,エミッタの
順にした。(3)に対して、図7と同様に、リザーバとエ
ミッタを一体構造とし、表面張力の影響を低減した。
(4)に対してリザーバとエミッタ間にスポット溶接痕等
イオン化物質の流れを疎外する要因を排除した。さら
に、低価格で液体金属イオン源を提供するため、消耗部
を交換することも可能とした。In order to solve the problem (1), a structure is adopted in which the ionized substance does not directly touch the heater so that the amount of the ionized substance does not change the heater characteristics. (2)
In contrast, the components were arranged in the order of heater, reservoir, and emitter. In contrast to (3), as in FIG. 7, the reservoir and the emitter are formed in an integrated structure to reduce the influence of surface tension.
In contrast to (4), factors that alienate the flow of ionized substances such as spot welding marks between the reservoir and the emitter have been eliminated. Furthermore, in order to provide a liquid metal ion source at a low price, the consumable part can be replaced.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施例について図
1を用いて説明する。この液体金属イオン源はベース
1,ヒータ2,リザーバ3,エミッタ4,支柱5,イオ
ン化物質6,イオン放出部7から構成されている。ベー
ス1は磁器などの絶縁物で、これに支柱5がシールされ
る。支柱の一端にヘアーピン型のヒータ2が点溶接で接
続される。ヒータの中央部にリザーバ,エミッタが接続
される。リザーバはタングステン線を螺旋状にし、一端
に連続してエミッタが形成される。イオン化物質6はリ
ザーバ3の部分に保持され、この部分からイオン放出部
7まで連続して表面に濡れている状態で保持される。エ
ミッタの先端は凸状をなし、液体金属イオンを放出する
イオン放出部7が形成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This liquid metal ion source is composed of a base 1, a heater 2, a reservoir 3, an emitter 4, a support 5, an ionized substance 6, and an ion emitting section 7. The base 1 is made of an insulating material such as porcelain, on which the columns 5 are sealed. A hairpin type heater 2 is connected to one end of the support by spot welding. A reservoir and an emitter are connected to the center of the heater. The reservoir spirals a tungsten wire, and an emitter is formed continuously at one end. The ionized substance 6 is held in the portion of the reservoir 3 and is continuously held from this portion to the ion emitting portion 7 while being wet on the surface. The tip of the emitter has a convex shape, and an ion emitting portion 7 for emitting liquid metal ions is formed.
【0012】次に本液体金属イオン源の動作について図
2を用いて説明する。液体金属イオン源9のイオン放出
部7と対向してイオン引出電極13を配置し、エミッタ
4と引出電極間にイオン加速電源により7〜8kVの電
圧を印加すると、イオン化物質であるGaがこの電界で
引き付けられてイオン放出部で鋭利になってその部分の
強電界によりイオン放出する。イオンとして放出された
Gaはリザーバ3から補給される。この補給路となるリ
ザーバとエミッタ,イオン放出部までの間で流路の抵抗
は均一になるように設計されている。このため、出力電
流Ipは安定に得られる。Next, the operation of the present liquid metal ion source will be described with reference to FIG. When an ion extraction electrode 13 is arranged opposite to the ion emission portion 7 of the liquid metal ion source 9 and a voltage of 7 to 8 kV is applied between the emitter 4 and the extraction electrode by an ion accelerating power supply, Ga as an ionized substance causes this electric field to be generated. And become sharp at the ion emitting portion to emit ions by the strong electric field in that portion. Ga released as ions is supplied from the reservoir 3. The resistance of the flow path is designed to be uniform between the reservoir serving as the supply path, the emitter, and the ion emitting section. Therefore, the output current Ip can be obtained stably.
【0013】数十時間液体金属イオン源を動作させる
と、Gaが真空中に残存する周辺の酸素と結合して酸化
物を形成する。この酸化物は液体ではないため、流路を
流れてイオン化部に達すると、イオン放出が不安定とな
る。このようになった場合、ヒータ電源10により、電
流Ihを流してリザーバ部とエミッタ部を約摂氏800
度に加熱し、酸化物を分解気化させることにより元の状
態に戻す。この操作をフラッシングと呼んでいる。フラ
ッシング温度は低いと、その効果が充分得られなく、逆
に高すぎるとGaが気化してしまう。このため、フラッ
シング温度は正しく制御しなければならない。従来はヒ
ータ部にGaが溜まる構造で、Gaは使用時間と共に減
少するため刻々とヒータの抵抗が変化するのと等価であ
った。本発明ではヒータ部の抵抗を変化させるGaがヒ
ータ部に積もることはないので、ヒータの抵抗は一定で
ある。従って、使用上の複雑性は軽減される。When the liquid metal ion source is operated for several tens of hours, Ga combines with the peripheral oxygen remaining in the vacuum to form an oxide. Since this oxide is not a liquid, the ion emission becomes unstable when the oxide flows through the flow path and reaches the ionized portion. In this case, the current Ih is caused to flow by the heater power supply 10 so that the reservoir section and the emitter section are set to about 800 degrees Celsius.
Each time it is heated, it is returned to the original state by decomposing and evaporating the oxide. This operation is called flushing. If the flushing temperature is low, the effect cannot be sufficiently obtained, and if it is too high, Ga is vaporized. For this reason, the flushing temperature must be properly controlled. Conventionally, Ga has a structure in which Ga accumulates in the heater portion, and since Ga decreases with use time, it is equivalent to a change in the resistance of the heater every moment. In the present invention, Ga that changes the resistance of the heater does not accumulate on the heater, so that the resistance of the heater is constant. Thus, the complexity in use is reduced.
【0014】フラッシング時に温度を上げると、Gaは
温度の低い方へ流れる性質がある。ヒータ2を上げた場
合、温度はヒータ部から上昇するのでヒータ部より遠く
へ、すなわち、イオン放出部7の方向へ流れるためGa
を損失することは無い。イオン化物質であるGaはリザ
ーバからエミッタまで連続で濡れており、かつヒータと
離れているため、Gaの流れを阻止する余計な表面張力
作用を受けない。このため、一度充填したGaは全量イ
オン化されるまで動作させることができる。When the temperature is increased during flushing, Ga has a property of flowing to a lower temperature. When the heater 2 is raised, the temperature rises from the heater part, so that it flows farther from the heater part, that is, flows in the direction of the ion emitting part 7, so that Ga
Will not be lost. Since Ga, which is an ionized substance, is continuously wet from the reservoir to the emitter and is separated from the heater, it is not subjected to an extra surface tension effect that prevents the flow of Ga. For this reason, once filled Ga can be operated until the entire amount is ionized.
【0015】図3は本発明の第2の実施例を示す。図1
と異なる点は、ヒータ2がコイル状になっていること、
エミッタ4が直接エミッタ保持金具8に取り付けられて
いる点である。動作は図1と同じであるが、リザーバ,
エミッタを単独で取り外すことができる。エミッタ,リ
ザーバは、ベースに固定されているエミッタ保持金具8
のねじ14を緩めて取り外す。FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. FIG.
The difference is that the heater 2 has a coil shape,
The point is that the emitter 4 is directly attached to the emitter holding bracket 8. The operation is the same as in FIG. 1, except that the reservoir,
The emitter can be removed alone. The emitter and the reservoir are the emitter holding bracket 8 fixed to the base.
Loosen the screw 14 and remove it.
【0016】図4は本発明の第3の実施例を示す。この
場合、ヒータ2はベースの外側に配置してある。この利
点はヒータがイオン放出に伴うバックスパッタや二次電
子の衝撃を受けないため、その特性の変化が少なく安定
して使用できる点である。但し、この構造はエミッタの
取り外しには空間的工夫が必要である。FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In this case, the heater 2 is arranged outside the base. The advantage is that since the heater is not affected by the back spatter or secondary electron impact accompanying the ion emission, its characteristics are not changed much and can be used stably. However, this structure requires a spatial device to remove the emitter.
【0017】図5は本発明の第4の実施例を示す。この
場合の構成は図3とほぼ同じであるがヒータ部が1部リ
ザーバ部に重なっている。重なっているが配置はヒー
タ,リザーバ,イオン放出部の関係を保持している。こ
の場合の加熱では輻射加熱の比率が大きくなっている。FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. The configuration in this case is almost the same as that of FIG. 3, but the heater part overlaps the one-part reservoir part. Although they overlap, the arrangement maintains the relationship between the heater, the reservoir, and the ion emitting section. In the heating in this case, the ratio of the radiant heating is large.
【0018】[0018]
【発明の効果】本発明の液体金属イオン源では下記の効
果がある。The liquid metal ion source of the present invention has the following effects.
【0019】(1)充填されているイオン化物質の総てが
イオン化できるので効率的である。(1) It is efficient because all of the charged ionized substance can be ionized.
【0020】(2)フラッシングの条件は常に一定である
ため、安定に使用でき、失敗することがない。(2) Since the flushing condition is always constant, it can be used stably and does not fail.
【0021】(3)エミッタ部,リザーバ部のみが交換で
きるので、動作経費が安くできる。(3) Since only the emitter and the reservoir can be replaced, the operating cost can be reduced.
【図1】本発明の第1の実施例を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の液体金属イオン源の動作の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the liquid metal ion source of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory view showing a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4の実施例を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing a fourth embodiment of the present invention.
【図6】第1の従来技術の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a first related art.
【図7】第2の従来技術の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a second related art.
1…ベース、2…ヒータ、3…リザーバ、4…エミッ
タ、5…支柱、6…イオン化物質、7…イオン放出部、
8…エミッタ保持金具、9…液体金属イオン源、10…
ヒータ電源、11…イオン引出電源、12…コレクタ、
13…イオン引出電極、14…ねじ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 2 ... Heater, 3 ... Reservoir, 4 ... Emitter, 5 ... Support, 6 ... Ionized substance, 7 ... Ion emission part,
8 ... Emitter holding bracket, 9 ... Liquid metal ion source, 10 ...
Heater power supply, 11 ... ion extraction power supply, 12 ... collector,
13 ... ion extraction electrode, 14 ... screw.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 引地 和人 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuto Hikichi 882 Momo, Oaza, Hitachinaka-shi, Ibaraki Pref.
Claims (4)
れリザーバとエミッタは一体構造であることを特徴とす
る液体金属イオン源。1. A liquid metal ion source, wherein a heater, a reservoir, and an emitter are arranged in this order, and the reservoir and the emitter have an integral structure.
ら構成されている請求項1の液体金属イオン源。2. The liquid metal ion source according to claim 1, wherein the reservoir and the emitter are made of a seamless wire.
構造である請求項1の液体金属イオン源。3. The liquid metal ion source according to claim 1, wherein the heater section has a structure in which the ionized substance does not come into direct contact with the heater section.
1の液体金属イオン源。4. The liquid metal ion source according to claim 1, wherein the emitter and the reservoir are replaceable.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8241572A JPH1092362A (en) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | Liquid metal ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8241572A JPH1092362A (en) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | Liquid metal ion source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1092362A true JPH1092362A (en) | 1998-04-10 |
Family
ID=17076328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8241572A Pending JPH1092362A (en) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | Liquid metal ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1092362A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6509570B1 (en) | 1999-01-07 | 2003-01-21 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Gallium ion source |
-
1996
- 1996-09-12 JP JP8241572A patent/JPH1092362A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6509570B1 (en) | 1999-01-07 | 2003-01-21 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Gallium ion source |
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