JP2513675B2 - 電界放射型ガリウム荷電粒子源の保管方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガリウムイオンビームあるいは電子ビームを
放射させることのできる電界放射型ガリウム荷電粒子源
の保管方法に関するものである。ここで荷電粒子とはイ
オンと電子の総称である。

電界放射型ガリウムイオン源は0.1〜1A/cm²程度の高
電流密度で0.1μｍ程度に細く絞つたイオンビームを得
ることができるので、二次イオン質量分析装置等の得る
微少部分質量分析装置や、超LSIの微細加工技術などに
応用されつつある。

また、ガリウムの先端にマイナスの電位を与えて電子
ビームを放射させる電子源は従来用いられているタング
ステン針状電極に比べ１〜２桁高い電流密度が得られる
ので電子顕微鏡への応用が期待されている。また、同一
の荷電粒子源において正負電位切替え型とすることによ
り、ガリウムイオン源による微細加工と電子源による物
質観察とを引続いて行なうこともでき、このような装置
は半導体微細加工プロセスや分析への応用が期待されて
いる。

〔従来の技術とその問題点〕

電界放射型ガリウム荷電粒子源は第１図に示す様に針
状電極１が貯蔵部２内を貫通しており、該針状電極及び
該貯蔵部は発熱体6A,6Bによつて伝熱加熱される。貯蔵
部２内にはガリウム３が充填されており、ガリウムが針
状電極の表面に広がり、針状電極の先端は融解したガリ
ウムによつて濡れている。針状電極にプラスの電位をか
け、引出し電極にマイナスの電界を与えると該針状電極
先端のガリウムは第２図に示すとおり、曲率半径が数10
オングストローム以下のコーンを形成し、この先端より
ガリウムイオンビーム９が放射される。また、これと逆
の電界を与えると、針状電極先端のコーンから電子ビー
ムが放射される。

ガリウムは融点が29.7℃であるが、いつたん融解させ
ると融点未満の温度でも凝固し難く、使用後、加熱電源
を切つた後も液状になつている。そのため、保管中に針
状電極先端のコーン形状が乱れやすく、使用再開後、コ
ーンの形状が整い安定なビームを得るまでに長時間かか
るという問題があつた。また、このような荷電粒子源は
加熱電源を切つた状態では、わずかな衝撃を受けてもそ
の貯蔵部内よりガリウムが飛び出たり、あるいはにじみ
出しを生じ、そのため荷電粒子源の寿命がいちじるしく
短かくなり、場合によつては全く使用できなくなること
もあり、保管および輸送の際には細心の注意を要すると
いう問題があつた。

この発明は上記のような問題を解決し、電界放射型ガ
リウム荷電粒子源を用意に保管あるいは輸送する方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

発明者らは上記目的を達成するためにガリウムの融解
と凝固について種々検討を行なつた結果この発明を完成
させるに致つた。すなわち、この発明は液状のガリウム
を針状電極の先端に導びき、電界を介してガリウムイオ
ンビームまたは電子ビームを得る電界放射型ガリウム荷
電粒子源において、前記電界放射型ガリウム荷電粒子源
を該ガリウムの凝固温度以下に冷却して該ガリウムを凝
固させ、ついで該ガリウムの融解温度未満の温度に保つ
ことを特徴とする電界放射型ガリウム荷電粒子源の保管
方法である。

以下本発明を詳細に説明する。ガリウムは過冷却する
性質があり、液状のガリウムは融点（29.7℃）以下にお
いても準安定な液体の状態を保ちつづける。そして液状
ガリウムを氷水中に注いでも凝固することはまれなほど
である。従つて荷電粒子源の保管に際しては、使用を終
えたガリウム荷電粒子源をすみやかにマイナス10℃程度
以下の環境に少なくとも数時間静置するか、あるいは貯
蔵部内に固体ガリウムの小片を結晶核として投じる方法
により、液状ガリウムを完全に凝固させることが好まし
い。またこの時、該針状電極先端の液状ガリウム・コー
ンが乱されることなく保存され、そのまま凝固する様に
静かに冷却処理を行なうことが大切である。

一度凝固させたガリウムが再び液化することのない様
に、凝固処理されたガリウム荷電粒子源は、その融点
（29.7℃）未満の温度で保管されなければならない。

とくに、輸送の場合にはガリウム荷電粒子源を発泡材
等の断熱クッション材、及びドライアイス等の冷媒とと
もに断熱容器中に梱包するなどして、耐熱性および耐衝
撃性をもたせることが好ましい。また、冷蔵庫を備えた
車輌で輸送してもよい。

〔実施例〕

つぎに、本発明の実施例について述べる。

第１図に示す電界放射型ガリウム荷電粒子源を使用
後、まず、マイナス13℃の冷凍庫に約３時間静置し、貯
蔵部内のガリウムを凝固させた。凝固後、針状電極の先
端を走査型電子顕微鏡で観察した結果、ガリウム・コー
ンの形状は第２図に示すような理想的な形状を保つてい
た。

上記のようなガリウムを凝固させた電界放射型ガリウ
ム荷電粒子源を硬質プラスチツク容器内に固定し、発泡
ビーズのクツシヨン材で囲み、ドライアイス塊とともに
ダンボール製箱詰めにして遠隔地にトラツク輸送した。

輸送されたガリウム荷電粒子源は、ガリウムが固体状
に維持されており、ガリウム・コーンの形状は正常であ
り、ガリウムの飛び出し等の損傷も全く見られなかつ
た。

さらに、この荷電粒子源は安定なイオンビームおよび
安定な電子ビームを放射できることを確認した。

〔発明の効果〕

この発明方法により電界放射型ガリウム荷電粒子源を
保管すると、保管中に多少の衝撃を受けてもガリウムの
飛び出しや、にじみを生ずることがなく、針状電極先端
のガリウム・コーンの形状が理想的な形状に保たれるの
で、使用再開後すぐに安定なイオンビームあるいは安定
な電子ビームを放射させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で用いた電界放射型ガリウム荷電粒子源
の断面図である。第２図は電界放射型ガリウム荷電粒子
源の針状電極先端の断面図である。 符号 １……針状電極、２……貯蔵部、３……ガリウ
ム、４……伝熱性支持部材、5A,5B……隔壁、6A,6B……
発熱体、7A,7B……電導性支持部材、８……引出し電
極、９……荷電粒子ビーム、10……コーン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液状のガリウムを針状電極の先端に導び
   き、電界を介してガリウムイオンビームまたは電子ビー
   ムを得る電界放射型ガリウム荷電粒子源において、前記
   電界放射型ガリウム荷電粒子源を該ガリウムの凝固温度
   以下に冷却して該ガリウムを凝固させ、ついで該ガリウ
   ムの融解温度未満の温度に保つことを特徴とする電界放
   射型ガリウム荷電粒子源の保管方法。