JPS60249234A - 液体イオン源 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、イオンマイクロアナライザ、イオン打込機、
イオンビーム描画装置などに使用される液体イオン源の
改良に関するものである。

【発明の背景〕

（１） 液体イオン源は高輝度な点状イオン源であり、イオンビ
ーム応用機器の性能向上に望ましい特性を有しているも
のである。このイオン源の基本構造と動作原理は特開昭
５２−１２５９９８号（対応米国特許番号４，０８８，
９１９）　に詳述されている。液体イオン源の基本構造
は、第１図に示すように、針状電極１、イオン化すべき
物質２、イオン化すべき物質２のため部３、および引き
出し電極４から成っている。イオン化すべき物質２のた
め部３には、ヘアーピン形状、リボン形状、あるいはパ
イプ形状のものなどがあるが、第１図はパイプ形状のた
め部３を示したものである。真空中でイオン化すべき物
質２を液体状に保った状態で（イオン化すべき物質２が
常温で固体の場合には、イオン化すべき物質２をため部
３の通電加熱あるいは電子衝撃加熱により溶融して）、
針状電極１の先端を十分に濡らし、これを対向して設け
た引き出し電極４との間に高電圧を印加すると、針状電
極１の電位が引き出し電極の電位より負の場合には電子
が、正の場合にはイオン化すべき物質２の構成成分か（
２） らなる正のイオンビーム５が、針状電極１の先端から放
出される。このような液体金属イオン源において、イオ
ン源が安定に動作する条件は、その針状電極１の先端に
おいて、イオン化すべき物質２のイオンビーム５となっ
て出ていく放出量と、イオン化すべき物質２のため部３
からの流入量とのバランスがとれることである。特にイ
オン化物質２の粘性が比較的高い場合、およびイオン化
物質２と針状電極１との濡れ性が比較的悪い場合には、
針状電極１の先端がイオン化物質２で一様に濡れずにイ
オン化物質２の針状電極１の先端への流入が不安定とな
る現象が生じることが問題となっていた。従来は、上記
問題に対して、イオン化すべき物質の温度を上げるか、
真空を破って針状電極をイオン化すべき物質で再度濡ら
すなどしていたが完全ではなく、より簡便で完全な対策
が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記問題点を解決し、動作特性の極め
て安定な液体イオン源を提供することに（３） ある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明においては、針状に
形成された先端を有する電極と、イオン化すべき物質を
溶融状態で保持するためのため部と、溶融した物質で濡
らされた針状電極の先端に高電界を印加することによっ
て先端からイオン化すべき物質の成分のイオンを引き出
すための引き出し電極とからなる液体イオン源において
、上記イオン化すべき物質に振動を与えるために上記針
状電極または上記ため部の少なくとも一方を振動させる
ための手段を設けて液体イオン源を構成したことを特徴
としている。

かかる本発明の特徴的な構成によって針状電極の先端が
溶融したイオン化物質で一様に濡れない状態が生じても
イオン化物質に振動を与えることにより一様に濡れた状
態へ回復させることが可能となり、その結果、動作特性
の極めて安定な高性能の液体イオン源の提供が可能とな
る。

〔発明の実施例〕

（４） 以下１本発明を図を用いて詳細に説明する。

はじめに、本発明の原理について説明する。液体イオン
源の安定動作のためには、溶融したイオン化すべき物質
がイオン化すべき物質のため部から針状電極の先端へ安
定に供給されることが必要条件となる。ところが、特に
イオン化すべき物質の融点が高く粘性が比較的高い場合
や、イオン化すべき物質と針状電極との濡れ性が比較的
小さい場合には、針状電極の先端がイオン化すべき物質
で一様に濡れずにイオン化すべき物質の針状電極先端へ
の流入が不安定となる現象が生じる。このような状態の
際、イオン化すべき物質に適当な振動を与えイオン化す
べき物質の流動を速しでやると、針状電極の先端がイオ
ン化すべき物質で一様に濡れてイオン化すべき物質の針
状電極先端への流入が安定な状態へ回復することが判明
した。そこで、本発明では、イオン化すべき物質に振動
を与えるために、針状電極またはイオン化すべき物質の
ため部を振動させるための手段を設けたものである。

（５） 次に、本発明による液体金属イオン源の実施例を図を用
いて説明する。第２図は実施例の一つで、イオン化すべ
き物質２のため部３′がヒーターを兼ねる通電加熱型の
液体イオン源を示している。

本実施例では、イオン化すべき物質２として融点的１０
００℃のニッケル・ボロン合金（ＮｉＢ）を使用し、中
心に貫通孔を持つカーボン製のため部兼ヒーター３′を
電流導入端子８より通電、加熱してイオン化すべき物質
２を溶融し、ため部兼ヒーター３′の貫通孔を通したカ
ーボン製の針状電極１の先端を濡らしている。針状電極
１が先端曲率半径数μｍで、引き出し電極４と間隔が０
．５　ｍｍ程度の場合、針状電極１に対して引き出し電
極４の電位を−７〜−１０ｋＶとすると針状電極１の先
端からイオン化すべき物質２の成分からなるイオンビー
ム５が放出される。ところが、まず針状電極１の先端を
イオン化すべき物質２で濡らす段階で第４図（ａ）に示
すように、一様に濡れないことがありこの時にはイオン
５の放出は数分で途切れるような不安定なものとなった
。そこで針状電極（６） ■の支持体１１に組みこまれ２枚の電極板７にはさまれ
た厚さ０．２ｍｎ＋のチタン酸バリウム製の圧電体６に
電流導入端子９より数十ｋ　Ｈｚ、２００ｖの交流電圧
を加え圧電体６を振動させる。それにより針状電極１を
介してイオン化すべき物質２を振動させると、数分で第
４図（ｂ）に示すように針状電極１の先端がイオン化す
べき物質２で一様に濡れた状態になり、これによってイ
オン５の放出を再び安定におこなうことが可能となった
。またイオン化すべき物質２の量が少なくなってくると
、第４図（ｂ）のように針状電極先端まで完全に濡れて
いる状態から第４図（、）のように一部間れてない部分
が露出する状態になることがある。

これも上記のようにイオン化すべき物質２に振動を与え
ることによって第４図（ｂ）のように針状電極１の先端
がイオン化すべき物質２で一様に濡れた状態へ回復させ
、イオンビーム５の安定放出を行えた。第３図は本発明
の他の実施例を示したものであって、イオン化物質２の
ため部３のまわりに２枚の電極板７ではさまれた圧電体
６を貼り（７） 付けである。本実施例では、圧電体６の振動はため部３
を介してイオン化すべき物質２に伝えられているが、効
果は第２図に示した実施例と同様であった。

なお、上述の実施例では振動をおこす手段として圧電体
を使ったが、磁歪体の振動や、モーターの偏心による振
動等であってもよく、また振動の周波数と振幅は、同様
な効果を得るための時間に差はあるが広範囲で変えるこ
とが可能であった。

また、振動をおこす手段は、イオン化すべき物質もしく
は針状電極先端への振動の伝達が効率よく行える経路を
備えていれば真空容器外など上記実施例以外の位置にあ
ってもよい。さらに、イオン化物質としてニッケル・ボ
ロン合金以外の物質を使用したものでも同様であった。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、イオン化すべき物質２へ振動を与える
手段を備えた本発明による液体イオン源によって、針状
電極の先端がイオン化すべき物質２で濡れずにイオンビ
ームの放出が不安定な状態（８） が生じても即座にイオンビームの放出が安定な状態へ回
復させることが可能となり、このようなイオン源を備え
た機器の高性能化を達成できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体イオン源の断面構成図、第２図、第
３図は本発明による液体イオン源の概略構成図、第４図
（ａ）（ｂ）は針状電極先端のイオン化すべき物質によ
る濡れ具合の差を示す図である。 １・・・針状電極、２・・・イオン化すべき物質、３・
・・ため部、３′・・・貫通孔を有するため部兼ヒータ
ー、４・・・引き出し電極、５・・・イオンビーム、６
・・・圧電体、７・・・電極板、８．９・・・電流導入
端子、１０・・・真空容器壁、１１・・・支持体、１２
・・・ヒーター。 （９）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■、針状に形成された先端を有する電極と、イオン化す
   べき物質を溶融状態で保持するためのため部と、上記溶
   融したイオン化すべき物質で濡らされた上記針状電極の
   先端に高電界を印加することによって上記針状電極の先
   端から上記イオン化すべき物質のイオンを引出すための
   引き出し電極とからなる液体イオン源において、上記イ
   オン化すべき物質に振動を与えるために上記針状電極ま
   たは上記ため部の少なくとも一方を振動させるための手
   段を設けたことを特徴とする液体イオン源。