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JPS5838905B2 - metal ion source - Google Patents
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JPS5838905B2 - metal ion source - Google Patents

metal ion source

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Publication number
JPS5838905B2
JPS5838905B2 JP56139092A JP13909281A JPS5838905B2 JP S5838905 B2 JPS5838905 B2 JP S5838905B2 JP 56139092 A JP56139092 A JP 56139092A JP 13909281 A JP13909281 A JP 13909281A JP S5838905 B2 JPS5838905 B2 JP S5838905B2
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JP
Japan
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needle
filament
reservoir
metal
gallium
Prior art date
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Expired
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JP56139092A
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Japanese (ja)
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JPS5840743A (en
Inventor
紀道 穴沢
龍三 相原
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Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26Ion 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)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体金属イオン源に関し、特に長寿命で安定な
イオンビームを発生することができるイオン源に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid metal ion source, and particularly to an ion source capable of generating a stable ion beam with a long life.

ガリウム等の金属イオンによるイオンビーム露光がレジ
スト内でのイオンの拡散が電子ビームによる露光に比較
して小さいことから、サブミクロン以下のパターン製作
用の露光として注目されており、その為各方面にむいて
金属イオン源の研究が進められている。
Ion beam exposure using metal ions such as gallium is attracting attention as an exposure method for producing sub-micron patterns because the diffusion of ions within the resist is smaller than exposure using electron beams. Research into metal ion sources is currently underway.

第1図は液体金属イオン源の一例を示してち一部、1は
底部に細孔2が設けられたタンタル等の金属で形成され
たリザーバであり、該リザーバ1内部には液体金属、例
えばガリウム3が入れられている。
FIG. 1 shows an example of a liquid metal ion source, in which part 1 is a reservoir made of metal such as tantalum with pores 2 provided at the bottom. Contains gallium-3.

該リザーバ底部の細孔2を貫通してタングステン製の針
状部材4が配置され該針状部材の一端は該リザーバ側面
に例えばスポット溶接によって固着されてpす、電解研
磨により針状にされた他端は接地電位の陰極5に対向し
て配置される。
A needle-like member 4 made of tungsten is placed through the pore 2 at the bottom of the reservoir, and one end of the needle-like member is fixed to the side surface of the reservoir by spot welding, for example, and is made into a needle shape by electrolytic polishing. The other end is placed opposite the cathode 5 at ground potential.

該リザーバ1にはタングステン製のフィラメント6がス
ポット溶接されて釦り、該フィラメント6には電源7か
ら加熱電流が供給される。
A tungsten filament 6 is spot-welded to the reservoir 1 and a heating current is supplied to the filament 6 from a power source 7.

更に該リザーバ1、針状部材4には電源8から正の高電
圧が印加されている。
Furthermore, a positive high voltage is applied to the reservoir 1 and the needle member 4 from a power source 8.

上述したイオン源に耘いて針状部材4の先端部には強電
界が印加され、その結果リザーバ内部のガリウムは該強
電界によって底部の細孔2を通り、針状部材4先端部に
1で引出される。
Using the above-mentioned ion source, a strong electric field is applied to the tip of the needle-like member 4, and as a result, gallium inside the reservoir passes through the pore 2 at the bottom due to the strong electric field, and is deposited at the tip of the needle-like member 4. be drawn out.

該先端部のガリウムは強電界によってテーラ−の円錐(
Taylor Cone)と称される円錐突起を形成す
る。
The gallium at the tip forms a Taylor cone (
Forms a conical protrusion called Taylor Cone.

この円錐突起の先端部には電界が集中し、先端部のガリ
ウムは電界蒸発し、イオン化されガリウムイオンとなっ
て引出される。
An electric field is concentrated at the tip of this conical protrusion, and gallium at the tip is evaporated by the electric field, ionized, and extracted as gallium ions.

このようなイオン源は非常に輝度が高いがガリウムの温
度がある温度に保持されていないと安定なイオンビーム
の発生が困難となる。
Although such an ion source has very high brightness, it is difficult to generate a stable ion beam unless the temperature of the gallium is maintained at a certain temperature.

すなわち、ガリウムの温度が低いと、針状部材4の表面
を先端部に向けて移送される通路の移送抵抗が高くなり
、先端部より電界蒸発に供されるガリウムの流れが不安
定、不連続となり、結果としてイオンビームの不安定性
を招くことになる。
In other words, when the temperature of gallium is low, the transfer resistance of the path through which the surface of the needle member 4 is transferred toward the tip becomes high, and the flow of gallium subjected to field evaporation from the tip becomes unstable and discontinuous. This results in instability of the ion beam.

このためフィラメント61/i:電流を供給して加熱し
、該フィラメント6からの伝導熱によってリザーバ1、
針状部材4、ガリウムを加熱し、安定に連続してリザー
バ内のガリウムが針状部材の先端部に移送されるように
している。
For this purpose, the filament 61/i is heated by supplying an electric current, and the reservoir 1,
The needle member 4 and gallium are heated so that gallium in the reservoir is stably and continuously transferred to the tip of the needle member.

さて一般にガリウム等の液体金属は熱拡散によって物質
表面を移動するが、この拡散速度は温度によって変化し
、高温度では速く、温度が低くなるに従って遅くなり、
ある温度以下では拡散が生じない。
In general, liquid metals such as gallium move across material surfaces by thermal diffusion, but this diffusion rate changes depending on the temperature, being faster at higher temperatures and slower as the temperature decreases.
Diffusion does not occur below a certain temperature.

このため、上述した従来のイオン源にむいてはリザーバ
1内のガリウムは熱拡散によってリザーバの外側表面に
にじみ出し、更にはフィラメント6表面を移動する。
Therefore, in the conventional ion source described above, the gallium in the reservoir 1 oozes out to the outer surface of the reservoir due to thermal diffusion and further moves on the surface of the filament 6.

該フィラメント6は支持体9に一端が固定されているが
、該支持体9に接近したフィラメント部分は温度が低く
なっており、この部分でガリウムの拡散速度は著しく低
下し、そのため、ガリウム金属が停留し、塊り10を形
成する。
One end of the filament 6 is fixed to a support 9, but the temperature of the filament portion close to the support 9 is low, and the diffusion rate of gallium is significantly reduced in this portion, so that the gallium metal is It stays and forms a lump 10.

このフィラメント表面のガリウム、特に塊り10はフィ
ラメントの実効的な電気抵抗を低下させ、結果としてリ
ザーバ内のガリウムの加熱温度が低くなり、安定にリザ
ーバ内のガリウムが針状部材4先端に移送されなくなり
、安定なイオンビームが得られなくなる。
This gallium on the surface of the filament, especially the lump 10, lowers the effective electrical resistance of the filament, and as a result, the heating temperature of the gallium in the reservoir becomes low, and the gallium in the reservoir is stably transferred to the tip of the needle-like member 4. As a result, a stable ion beam cannot be obtained.

更にフィラメント表面を熱拡散によって移動するガリウ
ムはリザーバ内のガリウムの消費を早め、イオン源の寿
命を短くする。
Furthermore, gallium that migrates through the filament surface by thermal diffusion accelerates the consumption of gallium in the reservoir, shortening the life of the ion source.

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、イオン化
すべき金属を貯蔵するリザーバ部と、該リザーバ部から
液状金属が供給される針状先端部を有した針状部材と、
該針状先端部に強電界を形成するための手段と、該リザ
ーバ部あるいは該針状部材に熱的に接続されイオン化さ
れる金属を加熱するためのフィラメントとを備え、該フ
ィラメント、リザーバ部、針状部材の同士くともいずれ
かの一部の表面を液状金属と親和性の悪い物質によって
被うように構成し、長寿命で安定なイオンビームを発生
することができる金属イオン源を提供する。
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and includes: a reservoir portion that stores a metal to be ionized; a needle-like member having a needle-like tip portion to which liquid metal is supplied from the reservoir portion;
A means for forming a strong electric field in the needle-like tip, and a filament for heating the metal to be ionized by being thermally connected to the reservoir part or the needle-like member, the filament, the reservoir part, To provide a metal ion source capable of generating a stable ion beam with a long life by configuring so that at least a part of the surface of each needle member is covered with a substance having poor affinity with liquid metal. .

以下本発明の実施例を添付図面に基づき詳述する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第2図は本発明の一実施例を示しているが、この実施例
で第1図と同一部分は同一番号を付して説明を省略する
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, and in this embodiment, the same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers and their explanation will be omitted.

ガリウム3が内部に入れられたリザーバ1にスポット溶
接されたフィラメント6のリザーバ1に接近した表面に
はセラミック11が薄く溶着されている。
A thin ceramic 11 is welded to the surface of the filament 6, which is spot welded to the reservoir 1 containing gallium 3, near the reservoir 1.

該セラミックはガリウム等の液状金属との親和性が悪く
、従ってリザーバ10表面を熱拡散によって移動する液
状金属は、該セラミック11によってフィラメント6の
支持体9に接近した低温度方向への拡散が阻止される。
The ceramic has poor affinity with liquid metals such as gallium, and therefore, the liquid metal moving on the surface of the reservoir 10 by thermal diffusion is prevented from diffusing in the low temperature direction closer to the support 9 of the filament 6 by the ceramic 11. be done.

この結果、フィラメント6には液状金属の塊りは生ぜず
、従ってフィラメントの実効的な電気抵抗が大きく低下
することはなく、リザーバ1内のガリウム3を所望温度
に加熱でき、安定にリザーバ内のガリウムを針状部材4
の先端に移送することができる。
As a result, no lumps of liquid metal are formed in the filament 6, and therefore the effective electrical resistance of the filament does not decrease significantly, and the gallium 3 in the reservoir 1 can be heated to the desired temperature, allowing stable heating of the gallium 3 in the reservoir. Add gallium to the needle-like member 4
can be transferred to the tip of the

又、液状金属がフィラメント6表面を拡散せず、液状金
属の塊りも生じないため、金属の無駄な消費が無くなり
、長寿命のイオン源が提供される。
In addition, since the liquid metal does not diffuse on the surface of the filament 6 and no lumps of liquid metal occur, wasteful consumption of metal is eliminated and an ion source with a long life is provided.

伺この実施例でガリウムに対して親和性の悪い物質であ
るセラミックをフィラメント6の一部を被うように設け
たが、フィラメント6の全面をセラミックによって被う
ようにしても良い又フィラメント6が溶接されている部
分近傍のリザーバ1の表面にセラ□ツクを溶着するよう
にし、フィラメント6への金属の拡散を阻止するように
し°Cも良い。
In this embodiment, ceramic, which is a substance with poor affinity for gallium, is provided so as to partially cover the filament 6, but the entire surface of the filament 6 may be covered with ceramic. It is also preferable to weld ceramic □ to the surface of the reservoir 1 near the part to be welded to prevent the metal from diffusing into the filament 6.

第3図は本発明の他の実施例を示してかり一方の端部が
針状にされた部材21の中間部分はコイル状とされこの
部分が液体金属のリザーバ部22となる。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, in which a member 21 whose one end is needle-shaped has a coiled intermediate portion, which serves as a reservoir portion 22 for the liquid metal.

該針状部材21の他端はフィラメント23にスポット溶
接されて釦り、該フィラメント23には加熱電流が供給
される。
The other end of the needle-like member 21 is spot-welded to a filament 23, and a heating current is supplied to the filament 23.

該フィラメントの加熱に伴い、針状部材21及び該コイ
ル状のリザーバ部22に蓄えられた液状金属は所望温度
に加熱され、従って部材21の針状先端部に安定に液状
金属が供給される。
As the filament is heated, the liquid metal stored in the needle member 21 and the coiled reservoir portion 22 is heated to a desired temperature, so that the liquid metal is stably supplied to the needle tip of the member 21.

該部材21のフィラメント23に接近した部分の表面に
はセラミック24が溶着されており、この結果、フィラ
メント23表面への液状金属の熱拡散は該セラミック2
4によって阻止される。
A ceramic 24 is welded to the surface of the part of the member 21 that is close to the filament 23, and as a result, the heat diffusion of the liquid metal to the surface of the filament 23 is prevented by the ceramic 24.
Blocked by 4.

以上本発明を詳述したが、本発明に基づくイオン源はフ
ィラメント低温部への液状金属の拡散を防止することが
できるため、長寿命で安定なイオンビームを発生するこ
とができる。
The present invention has been described in detail above, and since the ion source according to the present invention can prevent liquid metal from diffusing into the low-temperature portion of the filament, it is possible to generate a stable ion beam with a long life.

尚本発明は上述した実施例に限定されることなく幾多の
変形が可能である。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified in many ways.

例えば、イオン化する金属としてガリウムを用いたが、
セシウム等地の金属をイオン化金属とする場合にも本発
明を適用し得る。
For example, gallium was used as the metal to be ionized, but
The present invention can also be applied when a metal such as cesium is used as an ionized metal.

又リザーバ部に液状金属を入れる型のイオン源のみなら
ず、例えばセシウム化合物の如き粉末状の物質をリザー
バ部に入れ、該物質を加熱することによって液状として
針状先端部に供給するようにした型のイオン源にも本発
明を適用し得る。
In addition to the type of ion source in which liquid metal is placed in the reservoir part, for example, a powdered substance such as a cesium compound is placed in the reservoir part, and by heating the substance, it is supplied in liquid form to the needle tip part. The present invention can also be applied to type ion sources.

更に、液状金属と親和性の悪い物質としてセラ□ツクを
使用したが、ガラスあるいは炭化物等液状金属の種類に
応じ他の物質を使用することができる。
Further, although ceramic is used as a substance having poor affinity with liquid metal, other substances such as glass or carbide can be used depending on the type of liquid metal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の金属イオン源を示す図、第2図及び第3
図は夫々本発明の一実施例を示す図である。 1:リザーバ、2:細孔、3:ガリウム、4:針状部材
、5:陰極、6:フィラメント、7:加熱電源、8:高
圧電源、9:支持体、10:塊り、11:セラミック。
Figure 1 shows a conventional metal ion source, Figures 2 and 3
Each figure is a diagram showing an embodiment of the present invention. 1: Reservoir, 2: Pore, 3: Gallium, 4: Acicular member, 5: Cathode, 6: Filament, 7: Heating power source, 8: High voltage power source, 9: Support, 10: Mass, 11: Ceramic .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオン化すべき金属を貯蔵するリザーバ部と、該リ
ザーバ部から液状金属が供給される針状先端部を有した
針状部材と、該針状先端部に強電界を形成するための手
段と、該リザーバ部あるいは該針状部材に熱的に接続さ
れイオン化される金属を加熱するためのフィラメントと
を備え、該フィラメント、リザーバ部、針状部材の少く
ともいずれかの一部の表面を液状金属と親和性の悪い物
質によって被うように構成した金属イオン源。 2 該リザーバ部は低部に細孔を有した容器であり、該
細孔を貫通して該針状部材が配置されている特許請求の
範囲第1項記載の金属イオン源。 3 該針状部材の一部がイオン化すべき金属を保持する
リザーバ部となっている特許請求の範囲第1項記載の金
属イオン源。
[Scope of Claims] 1. A reservoir portion that stores a metal to be ionized, a needle-like member having a needle-like tip portion to which liquid metal is supplied from the reservoir portion, and a strong electric field formed in the needle-like tip portion. and a filament for heating the metal to be ionized by being thermally connected to the reservoir portion or the needle-like member, and at least one of the filament, the reservoir portion, and the needle-like member. A metal ion source whose surface is covered with a substance that has poor affinity for liquid metals. 2. The metal ion source according to claim 1, wherein the reservoir portion is a container having a pore in its lower part, and the needle-like member is disposed through the pore. 3. The metal ion source according to claim 1, wherein a part of the needle-like member serves as a reservoir portion that holds the metal to be ionized.
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