JPS6059623A - 液体金属イオン源 - Google Patents
液体金属イオン源Info
- Publication number
- JPS6059623A JPS6059623A JP58165874A JP16587483A JPS6059623A JP S6059623 A JPS6059623 A JP S6059623A JP 58165874 A JP58165874 A JP 58165874A JP 16587483 A JP16587483 A JP 16587483A JP S6059623 A JPS6059623 A JP S6059623A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid metal
- metal
- tantalum
- emitter
- ion source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
れだ液体金属イオン源に関し，特に、融点が高く。
かつ反応性の強い液体金属を搭載しだ液体金属イオン源
を，長時間安定にイオン放出させんとするものである。
を，長時間安定にイオン放出させんとするものである。
液体金属イオン源は，高輝度で微小径のイオンビームが
容易に得られることから，電子デ／ぐイス製作における
マスクレスイオン注入，イオンビーームエッチングある
いは薄膜作成などの微細加工技術への応用が期待されて
いる。液体金属イオン源は，エミッタ金属線材を形成す
るだめの耐熱金属の細線（直径０． ２ ｍｍ程度）を
電解研磨法によって先端半径数μｍの針状として，ニー
ドルを形成し，その表面を液体金属で濡らし，先端に印
加した強電界により液体金属をイオン化するものである
。
容易に得られることから，電子デ／ぐイス製作における
マスクレスイオン注入，イオンビーームエッチングある
いは薄膜作成などの微細加工技術への応用が期待されて
いる。液体金属イオン源は，エミッタ金属線材を形成す
るだめの耐熱金属の細線（直径０． ２ ｍｍ程度）を
電解研磨法によって先端半径数μｍの針状として，ニー
ドルを形成し，その表面を液体金属で濡らし，先端に印
加した強電界により液体金属をイオン化するものである
。
液体金属イオン源に搭載される液体金属の種類は液体金
属イオン源の使用目的により選択される。
属イオン源の使用目的により選択される。
特に、液体金属の反応性が強い場合，あるいは液体金属
の融点が高い場合には，液体金属とエミッタ金属線材と
の反応が容易に進行するため，エミッタ金属線材の特に
二ードル部の消耗が著しく。
の融点が高い場合には，液体金属とエミッタ金属線材と
の反応が容易に進行するため，エミッタ金属線材の特に
二ードル部の消耗が著しく。
液体金属イオン源の寿命が旬縮されるという欠点がある
。
。
反応性の強いものの例としては，アルミニウム（ＡＺ）
からなる液体金属があげられる。アルミニウムからなる
液体金属のイオン源は，新しい電子デバイス作製やイオ
ンビームデポジノヨン用とじて重要であるが、エミッタ
金属線材としてタングステン（Ｗ）を用いるような通常
の液体金属イオン源では、寿命は数時間程度であり、実
用に耐えるものではない。捷だ、エミッタ金属線利が液
体金属中に溶出するため、エミッタ金属線材を構成する
元素もイオン化され、放出イオンの純度低下の原因とな
る。また、電子デバイス作製において重要な元素であシ
、融点が高いものの例としてｙＪｅ ロン（Ｂ）やシリ
コン（Ｓｉ）がある。これらは白金（ｐｔ）−ボロン（
Ｂ）、ニッケル（Ｎｉ ）−ボロン（Ｂ）、金（Ａ、）
−シリコン（Ｓｉ）などの共晶合金にして融点を下げて
利用されている。これらの液体金属イオン源は。
からなる液体金属があげられる。アルミニウムからなる
液体金属のイオン源は，新しい電子デバイス作製やイオ
ンビームデポジノヨン用とじて重要であるが、エミッタ
金属線材としてタングステン（Ｗ）を用いるような通常
の液体金属イオン源では、寿命は数時間程度であり、実
用に耐えるものではない。捷だ、エミッタ金属線利が液
体金属中に溶出するため、エミッタ金属線材を構成する
元素もイオン化され、放出イオンの純度低下の原因とな
る。また、電子デバイス作製において重要な元素であシ
、融点が高いものの例としてｙＪｅ ロン（Ｂ）やシリ
コン（Ｓｉ）がある。これらは白金（ｐｔ）−ボロン（
Ｂ）、ニッケル（Ｎｉ ）−ボロン（Ｂ）、金（Ａ、）
−シリコン（Ｓｉ）などの共晶合金にして融点を下げて
利用されている。これらの液体金属イオン源は。
ドーピング用のがロンイオン、あるいは自己イオンス・
母ツタ用のシリコンを取出すためのイオン源として応用
が期待されているにもかかわらず、前述のようにして融
点を下げても、なおかっ、タングステンをエミッタ金属
線材とするような通常の液体金属イオン源では寿命が著
しく短く、実用に耐えるものではない。
母ツタ用のシリコンを取出すためのイオン源として応用
が期待されているにもかかわらず、前述のようにして融
点を下げても、なおかっ、タングステンをエミッタ金属
線材とするような通常の液体金属イオン源では寿命が著
しく短く、実用に耐えるものではない。
エミッタ金属線材としてはタングステンのほかてタンタ
ル（Ｔａ） 、モリブデン（Ｍｏ） 、チタン（Ｔｉ）
、ジルコニウム（Ｚｒ） 、バナジウム（Ｖ）、ある
いはニオブ（Ｎｂ）などの耐熱金属を用いることも可能
であるが、これらの場合でもタングステンをエミッタ金
属線材として用いた場合と同様に寿命が短いという欠点
がある。
ル（Ｔａ） 、モリブデン（Ｍｏ） 、チタン（Ｔｉ）
、ジルコニウム（Ｚｒ） 、バナジウム（Ｖ）、ある
いはニオブ（Ｎｂ）などの耐熱金属を用いることも可能
であるが、これらの場合でもタングステンをエミッタ金
属線材として用いた場合と同様に寿命が短いという欠点
がある。
本発明の目的は以上の様な欠点を除去し２反応性の強い
液体金属あるいは高融点の液体金属を搭載した液体金属
イオン源の長寿命化を達成すること（Ｆ：、ある。
液体金属あるいは高融点の液体金属を搭載した液体金属
イオン源の長寿命化を達成すること（Ｆ：、ある。
本発明によれば、エミッタ金属線利に液体金属が搭載さ
れた液体金属イオン源において、金属炭化物層を表面に
形成せしめたエミッタ金属線材を用いることを特徴とす
る液体金属イオン源が得られる。
れた液体金属イオン源において、金属炭化物層を表面に
形成せしめたエミッタ金属線材を用いることを特徴とす
る液体金属イオン源が得られる。
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第１図を参照すると２本発明の一実施例に係る液体金属
イオン源は、炭化タンタル（ＴａＣ）を表面に形成した
エミッタ金属線材１，３及び５に液体金属４を搭載した
ものである。ここで、■はニードル、３はヘアピン型ヒ
ータ、５は横バーであシ。
イオン源は、炭化タンタル（ＴａＣ）を表面に形成した
エミッタ金属線材１，３及び５に液体金属４を搭載した
ものである。ここで、■はニードル、３はヘアピン型ヒ
ータ、５は横バーであシ。
２は金属溜である。
金属炭化物層を表面に形成せしめた電子放出用エミッタ
（電子顕微鏡等の電子ビーム応用機器の電子線源として
用いられる。）は、特公昭５６−３１０４６号公報、特
公昭５６−３１０４７号公報及び特開昭５４−１３４９
６４号公報に開示されている。
（電子顕微鏡等の電子ビーム応用機器の電子線源として
用いられる。）は、特公昭５６−３１０４６号公報、特
公昭５６−３１０４７号公報及び特開昭５４−１３４９
６４号公報に開示されている。
本発明は、電子放出ではなく、イオン放出を目的とする
エミッタの金属線材として９表面に金属炭化物層を形成
せしめたものを用いる。本発明でも。
エミッタの金属線材として９表面に金属炭化物層を形成
せしめたものを用いる。本発明でも。
土述の電子放出用エミッタの金属炭化物とほぼ同様の処
理にて、エミッタ金属線材の表面に金属炭化物を形成せ
しめることができる。
理にて、エミッタ金属線材の表面に金属炭化物を形成せ
しめることができる。
第１図（４）に示した炭化タンタル（ＴａＣ）を表面に
形成したエミッタ金属線材は９次のようにして作成され
る。即ち、まず、タンタル（Ｔａ）ａのヘアピン（３に
対応する）に２本のタンタル線（王に対応するものと、
５に対応するもの）をスポット溶接し、電界研磨によっ
て、タンタル線（１に対応する）の先端を針状としてニ
ードルを形成するととによってエミッタ金属線材を形成
する。次に、このエミッタ金属線材をＩ Ｘ Ｉ Ｆ９
Ｔｏｒｒ以下の真空中において、ＦＥ（フィールド・エ
ミッンヨン）パターンを観測しながらフラッシングを行
い、上記エミッタ金属線材の表面の清浄化と整形を行う
。次に、この状態でエチレン（Ｃ２Ｈ４） ｒ水素（Ｈ
２）、アルゴン（Ａｒ ）をそれぞれ１（１，２００，
２００Ｔｏｒｒ導入し、上記エミッタ金属線材を約２３
００℃で１５秒間通電加熱することによって炭化反応を
行うと、タンタルエミッタ金属線材の表面に炭化タンタ
ル層が形成され、一番消耗の激しいニードル先端部分は
炭化メンタル（ＴａＣ）単結晶となる。
形成したエミッタ金属線材は９次のようにして作成され
る。即ち、まず、タンタル（Ｔａ）ａのヘアピン（３に
対応する）に２本のタンタル線（王に対応するものと、
５に対応するもの）をスポット溶接し、電界研磨によっ
て、タンタル線（１に対応する）の先端を針状としてニ
ードルを形成するととによってエミッタ金属線材を形成
する。次に、このエミッタ金属線材をＩ Ｘ Ｉ Ｆ９
Ｔｏｒｒ以下の真空中において、ＦＥ（フィールド・エ
ミッンヨン）パターンを観測しながらフラッシングを行
い、上記エミッタ金属線材の表面の清浄化と整形を行う
。次に、この状態でエチレン（Ｃ２Ｈ４） ｒ水素（Ｈ
２）、アルゴン（Ａｒ ）をそれぞれ１（１，２００，
２００Ｔｏｒｒ導入し、上記エミッタ金属線材を約２３
００℃で１５秒間通電加熱することによって炭化反応を
行うと、タンタルエミッタ金属線材の表面に炭化タンタ
ル層が形成され、一番消耗の激しいニードル先端部分は
炭化メンタル（ＴａＣ）単結晶となる。
従来の硬く且つ脆い炭化物のｒｌ’、を結晶やホイスカ
ーをイオン放射に好適な先端形状を有するチップ形状に
成形加工することは困難であり、かつ加工しだテップを
支持体に数句けることも困難であったＯ しかし２本発明では、成形加工を炭化前のエミッター金
属線材に対して行うため、その形状を自由に選択できる
。さらに、一番消耗の激１〜い二一ドル先端部分には良
質な単結晶炭化物を形成できる。
ーをイオン放射に好適な先端形状を有するチップ形状に
成形加工することは困難であり、かつ加工しだテップを
支持体に数句けることも困難であったＯ しかし２本発明では、成形加工を炭化前のエミッター金
属線材に対して行うため、その形状を自由に選択できる
。さらに、一番消耗の激１〜い二一ドル先端部分には良
質な単結晶炭化物を形成できる。
上記の例は通電加熱による炭化の例であるが。
この炭化反応をレーザー光、赤外線等を利用して行うと
２通電加熱を利用出来ない他の形状のイオン源のエミッ
タ金属線拐（特にニードル）も、炭化が可能となシ、は
とんどあらゆる形状のイオン源のエミッタ金属線材（４
？にニードル）の表面に金属炭化物を形成せしめること
ができる。
２通電加熱を利用出来ない他の形状のイオン源のエミッ
タ金属線拐（特にニードル）も、炭化が可能となシ、は
とんどあらゆる形状のイオン源のエミッタ金属線材（４
？にニードル）の表面に金属炭化物を形成せしめること
ができる。
このような２表面に金属炭化物を形成せしめたエミッタ
金属線材を用いれば、金属炭化物が次のような性質を有
するため、長寿命で安定なイオン源を作ることができる
。
金属線材を用いれば、金属炭化物が次のような性質を有
するため、長寿命で安定なイオン源を作ることができる
。
ｌ）融点が高い。 （３５００℃〜４２ｏｏ℃）２）硬
度が高く、高温での機械強度が大きい。
度が高く、高温での機械強度が大きい。
３）残留ガスに対する耐性が強い。
４）電気・熱伝導率が高く、金属２合金と同程度である
。
。
なお、エミッタ金属線材としては、上述したタンタルの
他、タングステン（Ｗ） ？モリブデン（Ｍｏ ） 。
他、タングステン（Ｗ） ？モリブデン（Ｍｏ ） 。
チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ノクナジウム
（Ｖ）、あるいはニオブ（Ｎｂ）なで■〜■族の遷移金
属も用いることができ、前記と同様の方法によりエミッ
タ金属線材上に金属炭化物層を形成することが可能であ
る。
（Ｖ）、あるいはニオブ（Ｎｂ）なで■〜■族の遷移金
属も用いることができ、前記と同様の方法によりエミッ
タ金属線材上に金属炭化物層を形成することが可能であ
る。
以上の方法により作成ｌ−だ金属炭化物層を表面に形成
したエミッタ金属綜拐は、タンタル（Ｔａ）の段階です
でにイオン放出に適した先端半径が数μｔｎの針状とな
っている。これに液体金属を搭載するには、まず、第１
図（Ａ）に示したエミッタ金属線材部を真空チャンバー
に入れ、ヒーター即ちフィラメント３に通電加熱するこ
とによってガス出しを行って表面を清浄化する。次に該
エミッタ線材部を同真空チャンバー中に設置されだ液体
金属るつぼ中に浸し、十分な量を伺着させると、第１図
（Ｂ）に示したような金属溜２に液体金属４が搭載され
た形となる。この状態で、同テ、１−ンノ々−内に設置
された対電極に対して数ｋＶからＩ ＯｋＶ程度の高電
圧を印加すると、電界により液体金属４の表面拡散が促
進され、濡れはニードル先端へと進行し、濡れが均一と
なって第１図（Ｃ）のような完成された形状となる。
したエミッタ金属綜拐は、タンタル（Ｔａ）の段階です
でにイオン放出に適した先端半径が数μｔｎの針状とな
っている。これに液体金属を搭載するには、まず、第１
図（Ａ）に示したエミッタ金属線材部を真空チャンバー
に入れ、ヒーター即ちフィラメント３に通電加熱するこ
とによってガス出しを行って表面を清浄化する。次に該
エミッタ線材部を同真空チャンバー中に設置されだ液体
金属るつぼ中に浸し、十分な量を伺着させると、第１図
（Ｂ）に示したような金属溜２に液体金属４が搭載され
た形となる。この状態で、同テ、１−ンノ々−内に設置
された対電極に対して数ｋＶからＩ ＯｋＶ程度の高電
圧を印加すると、電界により液体金属４の表面拡散が促
進され、濡れはニードル先端へと進行し、濡れが均一と
なって第１図（Ｃ）のような完成された形状となる。
このような方法により金属炭化物層を表面に形成せしめ
たエミッタ金属線材を用いた液体金属イオン源は、金属
炭化物層を形成せしめない通常の液体金属イオン源に比
較して次の様な利点を有する０ （１）金属炭化物の強い耐性にょシ、アルミニウム（Ａ
Ｉ−）のような反応性の強い液体金属に対しても非常に
安定であり、エミッタ金属線拐を構成する物質が液体金
属中に溶出することはない。このために液体金属イオン
源の長寿命化がはかれる。第２図はこのようにして作っ
たＡｔイオン源の単収束磁場型マススペクトロメータに
よる質量スにクトルであシ、エミッタ線材（Ｔａ）溶出
によるイオンの放出は観測されていない。
たエミッタ金属線材を用いた液体金属イオン源は、金属
炭化物層を形成せしめない通常の液体金属イオン源に比
較して次の様な利点を有する０ （１）金属炭化物の強い耐性にょシ、アルミニウム（Ａ
Ｉ−）のような反応性の強い液体金属に対しても非常に
安定であり、エミッタ金属線拐を構成する物質が液体金
属中に溶出することはない。このために液体金属イオン
源の長寿命化がはかれる。第２図はこのようにして作っ
たＡｔイオン源の単収束磁場型マススペクトロメータに
よる質量スにクトルであシ、エミッタ線材（Ｔａ）溶出
によるイオンの放出は観測されていない。
（２）金属炭化物は非常に融点の高い物質であるため（
３４００〜４２００℃）、融点の高い液体金属イオン源
の長寿命化がはかれる。
３４００〜４２００℃）、融点の高い液体金属イオン源
の長寿命化がはかれる。
以上の実施例では、炭化タンクル（ＴａＣ）のエミッタ
金属線拐について説明したが２本発明は該実施例に限定
されず、該実施例に設剖変更したものをも含むことは言
うまでもない。
金属線拐について説明したが２本発明は該実施例に限定
されず、該実施例に設剖変更したものをも含むことは言
うまでもない。
以上説明したように本発明によれば２反応性の強い液体
金属あるいは高融点の液体金属を搭載した液体金属イオ
ン源の長寿命化を達成することができる。
金属あるいは高融点の液体金属を搭載した液体金属イオ
ン源の長寿命化を達成することができる。
第１図（Ａ） ＃ （Ｂ） 、 （Ｃ）は本発明の一実
施例に係る液体金属イオン源を、製造過程順に示した正
面図。 第２図は表面にタンタルカーバイド（ＴａＣ）を形成し
たエミッタ金属線拐を用いた２本発明の一実施例に係る
アルミニウム（Ａｔ）の液体金ス・ハイオン０５町の質
量ス波りトルを示した図である。 図中、］はニードル、２は金属溜、３はヒーター、４は
液体金属、５は横／（−を示す。
施例に係る液体金属イオン源を、製造過程順に示した正
面図。 第２図は表面にタンタルカーバイド（ＴａＣ）を形成し
たエミッタ金属線拐を用いた２本発明の一実施例に係る
アルミニウム（Ａｔ）の液体金ス・ハイオン０５町の質
量ス波りトルを示した図である。 図中、］はニードル、２は金属溜、３はヒーター、４は
液体金属、５は横／（−を示す。
Claims (1)
- 工、 エミッタ金属線材に液体金属が搭載された液体金
属イオン源において、金属炭化物層を表面に形成せしめ
たエミッタ金属線材を用いることを特徴とする液体金属
イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58165874A JPS6059623A (ja) | 1983-09-10 | 1983-09-10 | 液体金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58165874A JPS6059623A (ja) | 1983-09-10 | 1983-09-10 | 液体金属イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6059623A true JPS6059623A (ja) | 1985-04-06 |
Family
ID=15820617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58165874A Pending JPS6059623A (ja) | 1983-09-10 | 1983-09-10 | 液体金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6059623A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6459745A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | Liquid metal ion source |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57132632A (en) * | 1981-02-09 | 1982-08-17 | Hitachi Ltd | Ion source |
| JPS5846542A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界放出型液体金属アルミニウムイオン銃及びその製造方法 |
| JPS5949132A (ja) * | 1982-09-13 | 1984-03-21 | Hitachi Ltd | 高輝度イオン源 |
-
1983
- 1983-09-10 JP JP58165874A patent/JPS6059623A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57132632A (en) * | 1981-02-09 | 1982-08-17 | Hitachi Ltd | Ion source |
| JPS5846542A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界放出型液体金属アルミニウムイオン銃及びその製造方法 |
| JPS5949132A (ja) * | 1982-09-13 | 1984-03-21 | Hitachi Ltd | 高輝度イオン源 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6459745A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | Liquid metal ion source |
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