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JPH027500B2 - - Google Patents
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JPH027500B2 - - Google Patents

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JPH027500B2
JPH027500B2 JP58134405A JP13440583A JPH027500B2 JP H027500 B2 JPH027500 B2 JP H027500B2 JP 58134405 A JP58134405 A JP 58134405A JP 13440583 A JP13440583 A JP 13440583A JP H027500 B2 JPH027500 B2 JP H027500B2
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Japan
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liquid metal
needle
emitter
ion source
metal ion
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JP58134405A
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JPS6028147A (en
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Hiroshi Yamada
Yasuhiro Torii
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns
    • 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

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、長寿命の高輝度イオンビームを放出
するリザーブ構成の電界放出型液体金属イオン源
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a field emission type liquid metal ion source with a reserve configuration that emits a long-life, high-intensity ion beam.

(従来技術) 高輝度イオン源として、針状エミツタを用いた
電界放出型の液体金属イオン源が良く知られてい
る。このイオン源の構成としては、針状エミツタ
を支持する針状エミツタ支持具に電流を流して支
持具を直接抵抗加熱して放出すべき金属を溶融さ
せる簡易な直熱型のイオン源構成と、溶融金属を
貯蔵するリザーバを加熱するリザーブ構成のイオ
ン源とがある。
(Prior Art) A field emission type liquid metal ion source using a needle-like emitter is well known as a high-brightness ion source. The configuration of this ion source includes a simple direct heating type ion source configuration in which a current is passed through a needle-shaped emitter support that supports the needle-shaped emitter, and the support is directly resistance-heated to melt the metal to be emitted. There are reservoir configuration ion sources that heat a reservoir that stores molten metal.

後者のイオン源の方が、溶融金属の貯蔵量を多
くできるとともに、溶融温度の変動が少ないため
安定にかつ長時間にわたつて使用できる。
The latter ion source can store a larger amount of molten metal and has less variation in melting temperature, so it can be used stably over a long period of time.

第1図に従来のリザーブ構成の液体金属イオン
源の主要構成の一例を示す。このイオン源はAu
などの高融点金属用のイオン源として用いられ
る。
FIG. 1 shows an example of the main configuration of a conventional liquid metal ion source with a reserve configuration. This ion source is Au
Used as an ion source for high melting point metals such as

第1図において、1は針状エミツタ、2は金属
製の液体金属貯蔵部、3は貯蔵部2内の溶融金
属、4は針状エミツタ1を支持する支持具、5は
液体金属貯蔵部2の加熱用支持体である。この支
持体5の内部に貯蔵部2を収容し、かつ支持体5
の上部に支持具4を取付ける。
In FIG. 1, 1 is a needle-shaped emitter, 2 is a metallic liquid metal reservoir, 3 is molten metal in the reservoir 2, 4 is a support for supporting the needle-shaped emitter 1, and 5 is a liquid metal reservoir 2 This is a heating support. The storage section 2 is housed inside the support 5, and the support 5
Attach the support 4 to the top of the.

6は支持体5の外周面に配設したリザーバ加熱
用抵抗線、7は熱遮蔽板、8は引出し電極、9は
引出し電極8に給電する引出し電源、10は加熱
用抵抗線6へ給電する加熱用電源である。
6 is a resistance wire for heating the reservoir arranged on the outer peripheral surface of the support 5, 7 is a heat shielding plate, 8 is an extraction electrode, 9 is an extraction power source that supplies power to the extraction electrode 8, and 10 is a power supply that supplies power to the heating resistance wire 6. This is a heating power source.

液体金属貯蔵部2の先端には穴をあけてあり、
その穴の部分から、針状エミツタ1は、わずかの
間隙(約0.1mm)を保つて、液体金属貯蔵部2の
外方に突出している。
A hole is made at the tip of the liquid metal storage section 2,
From the hole, the needle emitter 1 projects outward from the liquid metal reservoir 2 with a small gap (approximately 0.1 mm).

このような構成になつているから、液体金属貯
蔵部2の中にイオン化すべき金属を入れておき、
加熱用抵抗線6に電流を流してこれを加熱する
と、液体金属貯蔵部2の中の金属は溶けて溶融金
属3となる。この溶融金属3は、金属貯蔵部2か
ら突出している針状エミツタ1に沿つて流れ、そ
のエミツタ先端に供給される。このような状態
で、引き出し電源9によつて、液体金属3で覆わ
れた針状エミツタ1の先端の電界がある閾値を越
えると、液体金属表面に加わる静電気力が液体金
属3の表面張力による収縮力を上廻り、テーラー
コーンが発生すると同時に、コーン先端でイオン
放出が始まる。
With this configuration, the metal to be ionized is placed in the liquid metal storage section 2,
When a current is passed through the heating resistance wire 6 to heat it, the metal in the liquid metal reservoir 2 melts and becomes molten metal 3. The molten metal 3 flows along the needle-shaped emitter 1 protruding from the metal reservoir 2 and is supplied to the tip of the emitter. In this state, when the electric field at the tip of the needle emitter 1 covered with the liquid metal 3 is exceeded by the extraction power source 9, the electrostatic force applied to the surface of the liquid metal is caused by the surface tension of the liquid metal 3. When the contraction force is exceeded and a Taylor cone is generated, ion release begins at the tip of the cone.

ところで、針状エミツタ1としては、線径0.2
〜0.5mmφ、先端曲率1〜10μm程度のW,Niな
どの金属線が用いられている。一般に、液体金属
貯蔵部2は、加熱用電力の低減、温度の均一性、
針状エミツタの挿入の容易性(すなわち、針状エ
ミツタ1の先端が液体金属貯蔵部2の内壁にぶつ
からないようにする。)、溶融金属の貯蔵量の増大
などの諸点を考慮して、内径1mm以下、長さ20〜
30mm程度と細長い形状であり、しかも針状エミツ
タ1は上部の針状エミツタ支持具4によつて支持
されていた。
By the way, the needle-like emitter 1 has a wire diameter of 0.2
A metal wire made of W, Ni, etc. is used, with a diameter of ~0.5 mm and a tip curvature of approximately 1 to 10 μm. In general, the liquid metal reservoir 2 is designed to provide reduced heating power, uniformity of temperature,
The inner diameter is determined in consideration of various points such as ease of insertion of the needle-shaped emitter (that is, the tip of the needle-shaped emitter 1 should not hit the inner wall of the liquid metal storage section 2), and an increase in the amount of molten metal stored. 1mm or less, length 20~
It has an elongated shape of about 30 mm, and the needle-like emitter 1 is supported by an upper needle-like emitter supporter 4.

このため、室温で固体になる金属に対しては、
金属を補給する場合に、針状エミツタ1に金属が
凝固しており、導入スペースが著しく減少し、し
かも針状エミツタ1が柔軟性に乏しくなるので、
補給が困難であるとともに、針状エミツタ1が長
いため、熱的な伸縮や溶融金属の膨張などに起因
して針状エミツタ1の先端の位置変動が生じた。
Therefore, for metals that are solid at room temperature,
When replenishing metal, the metal is solidified on the needle-shaped emitter 1, and the introduction space is significantly reduced, and the needle-shaped emitter 1 becomes less flexible.
In addition to being difficult to replenish, since the needle emitter 1 is long, the position of the tip of the needle emitter 1 fluctuates due to thermal expansion and contraction, expansion of molten metal, and the like.

一方、Al金属、B―Ni,B―Ni―Pt,Sb―
Pb―Auなどの合金などの溶融金属は、W,Niな
どの金属と反応するので、これらの溶融金属に対
する針状エミツタ材としては、カーボン,Tiを
コートしたカーボン,硼化物,炭化物,カーボン
を金属でコーテイングしたものなどの高融点導電
性母材を針状エミツタとして用いることが試みら
れている。
On the other hand, Al metal, B-Ni, B-Ni-Pt, Sb-
Molten metals such as alloys such as Pb-Au react with metals such as W and Ni, so carbon, Ti-coated carbon, boride, carbide, and carbon can be used as needle-shaped emitter materials for these molten metals. Attempts have been made to use high melting point conductive base materials, such as those coated with metal, as needle emitters.

しかしながら、このような針状エミツタを用い
たリザーブ構成の液体金属イオン源はまだ実現さ
れていない。一般に、カーボンや硼化物などの針
状エミツタは脆性で、しかも加熱や冷却に対し
て、溶融金属とは膨張係数が異なるので、融解,
凝固に伴う歪みや加熱や冷却に伴う熱歪みが生じ
るとともに、折れ易かつた。
However, a liquid metal ion source with a reserve configuration using such a needle-like emitter has not yet been realized. In general, needle-like emitters such as carbon and borides are brittle and have a different coefficient of expansion than molten metal when heated or cooled, so they do not melt or melt.
Distortion caused by solidification and thermal distortion caused by heating and cooling occurred, and it also broke easily.

そのため、従来の第1図のイオン源構成では、
加熱,冷却の反復を伴なう繰返し使用回数、針状
エミツタの位置精度およびイオンとして放出すべ
き金属の補給などに問題があつた。さらにまた、
第1図示の従来のイオン源では、液体金属貯蔵部
2が金属で形成されているので、Al,合金など
の溶融金属と反応してしまい、安定したイオンビ
ームを放出することは困難であつた。
Therefore, in the conventional ion source configuration shown in Figure 1,
There were problems with the number of times of repeated use due to repeated heating and cooling, the positional accuracy of the needle emitter, and the supply of metal to be emitted as ions. Furthermore,
In the conventional ion source shown in Figure 1, the liquid metal reservoir 2 is made of metal, so it reacts with molten metals such as Al and alloys, making it difficult to emit a stable ion beam. .

(目 的) そこで、本発明の目的は、液体貯蔵部内部で針
状エミツタを適切に支持することによつて、イオ
ン化すべき金属の補給を容易にし、かつ針状エミ
ツタ先端の位置精度を改善するとともに、特に、
金属線と反応し易い溶融金属に対して加熱,冷却
の反復使用に耐える長寿命,高安定なリザーブ構
成の液体金属イオン源を提供することにある。
(Purpose) Therefore, an object of the present invention is to facilitate the replenishment of metal to be ionized and improve the positional accuracy of the tip of the needle emitter by appropriately supporting the needle emitter inside the liquid storage section. In addition, in particular,
The object of the present invention is to provide a liquid metal ion source with a long life and highly stable reserve configuration that can withstand repeated use of heating and cooling for molten metal that easily reacts with metal wires.

(発明の構成) かかる目的を達成するために、本発明は、イオ
ンを放出すべき液体金属を貯溜するリザーバ部
と、リザーバ部の下部に配置された針状エミツタ
と、リザーバ部から針状エミツタに液体金属を供
給する供給部材と、針状エミツタと対向して配置
され、針状エミツタから液体金属のイオンを引き
出す引出し電極とを具え、リザーバ部において、
針状エミツタに対し、イオン放出方向とは反対側
に、液体金属を貯溜するように構成する。
(Structure of the Invention) In order to achieve the above object, the present invention includes a reservoir section that stores liquid metal to which ions are to be emitted, a needle-like emitter disposed at a lower part of the reservoir section, and a needle-like emitter disposed from the reservoir section. a supply member for supplying liquid metal to the reservoir portion; and an extraction electrode disposed opposite to the needle-like emitter to draw out liquid metal ions from the needle-like emitter;
The needle emitter is configured to store liquid metal on the opposite side of the ion emission direction.

(実施例) 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明の液体金属イオン源の一実施例の全体の
構成を第2図に示し、そのイオン源の本体部を第
3図〜第5図に示す。第4図は第3図のA―A線
断面図であり、第5図は第3図示のイオン源本体
部を上方から見た上面図である。ここで、第1図
と同様の個所には同一符号を付すことにする。
The overall structure of an embodiment of the liquid metal ion source of the present invention is shown in FIG. 2, and the main body of the ion source is shown in FIGS. 3 to 5. FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 3, and FIG. 5 is a top view of the ion source main body shown in FIG. 3, viewed from above. Here, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

第2図において、11は装置組込用の電圧導入
端子付フランジ、12は絶縁性基板、13はイオ
ン源本体の支持具、14は針状エミツタに高電圧
を供給する高電圧供給端子である。
In Fig. 2, 11 is a flange with a voltage introduction terminal for installation in the device, 12 is an insulating substrate, 13 is a support for the ion source body, and 14 is a high voltage supply terminal that supplies high voltage to the needle emitter. .

第3図〜第5図において、15は金属線もしく
は高融点母材から作製された針状エミツタ、16
は部材16―1および16―2から成る針状エミ
ツタ支持具、17は部材17―1および17―2
から成る液体金属貯蔵部である。部材17―2は
溶融金属3を収容する中空円筒形状のもので、こ
の部材17―2のまわりには外側部材17―1を
配置する。この外側部材17―1の下部には針状
エミツタ支持具部材16―1および16―2を収
容し、部材16―1に形成した凹部16―1Aに
取付けた針状エミツタ15の先端を下方外部に突
出させる先すぼまりのノズル部17―1Aを形成
する。17―1Bはその針状エミツタ15を突出
させるノズル孔である。さらに、18は絶縁熱伝
導材で作製されている液体金属貯蔵部加熱用支持
体、19は導電性の液体金属貯蔵部固定体であ
り、本実施例では、これら各部16,17,18
および19によつてリザーバ部を構成している。
このような構造によつても、第1図のイオン源と
同様の方法でイオンビームを放出することができ
る。ここで、針状エミツタ15はリザーバ部の下
部に配置され、リザーバ部においては、針状エミ
ツタ15に対して、イオン放出方向とは反対側
に、溶融金属3が貯溜される。従つて、針状エミ
ツタ15の長さを短くでき、リザーバ部の容積を
大きくでき、しかもリザーバ部からノズル孔17
―1Bを通して溶融金属3を針状エミツタ15の
方へのみ効率よく取り出すことができる。
In FIGS. 3 to 5, 15 is a needle-like emitter made of a metal wire or a high-melting point base material, 16
17 is a needle-shaped emitter support consisting of members 16-1 and 16-2, and 17 is a member 17-1 and 17-2.
A liquid metal reservoir consisting of: The member 17-2 has a hollow cylindrical shape that accommodates the molten metal 3, and the outer member 17-1 is arranged around this member 17-2. The lower part of this outer member 17-1 accommodates needle-like emitter support members 16-1 and 16-2, and the tip of the needle-like emitter 15 attached to the recess 16-1A formed in the member 16-1 is inserted into the lower part of the outer member 17-1. A nozzle portion 17-1A with a tapered tip is formed to protrude. 17-1B is a nozzle hole through which the needle emitter 15 projects. Further, 18 is a support for heating the liquid metal reservoir made of an insulating heat conductive material, and 19 is a conductive liquid metal reservoir fixing body.
and 19 constitute a reservoir section.
Even with such a structure, an ion beam can be emitted in the same manner as the ion source of FIG. 1. Here, the needle-shaped emitter 15 is arranged at the lower part of the reservoir section, and in the reservoir section, the molten metal 3 is stored on the opposite side of the needle-shaped emitter 15 from the ion emission direction. Therefore, the length of the needle emitter 15 can be shortened, the volume of the reservoir can be increased, and the nozzle hole 17 can be connected from the reservoir.
The molten metal 3 can be efficiently taken out only toward the needle emitter 15 through -1B.

以上の構成の本発明の実施例を、Alイオン源
を例にとつてより詳細に述べる。
An embodiment of the present invention having the above configuration will be described in more detail by taking an Al ion source as an example.

溶融Alは、反応性が激しいため、イオン源の
構成材料として溶融Alと接触する部分には金属
を用いることができない。そのため、特願昭56−
142529号に開示されているように、溶融Alに反
応耐性のある硼化物(TiB2,CrB2),複合硼化
物(BN―TiB2),炭化物(TiC)等で第2図に
示す針状エミツタ15、針状エミツタ支持部16
および液体金属貯蔵部17を構成している。この
ような材料は脆性で衝撃や歪み(Alの融解・凝
固に伴う歪みや熱歪み)で破損し易いものであ
る。
Since molten Al is highly reactive, metal cannot be used as a constituent material of the ion source in the parts that come into contact with the molten Al. Therefore, the special application
As disclosed in No. 142529, borides (TiB 2 , CrB 2 ), composite borides (BN-TiB 2 ), carbides (TiC), etc., which are resistant to reaction with molten Al, are used to form the needle-like shape shown in Figure 2. Emitter 15, needle-like emitter support part 16
and constitutes a liquid metal storage section 17. Such materials are brittle and easily damaged by impact or distortion (distortion and thermal distortion associated with melting and solidification of Al).

そこで、針状エミツタ15の長さはなるべく短
かい方がよいが、直径0.5mmの針状エミツタに対
しては15〜10mm程度以下の短さにすればよいこと
を確認した。他方、長さ15〜20mm以上では破損し
やすく、繰返しの昇温,冷却に耐えるのは困難で
あつた。実際上は、5mm以下程度の短かい針状エ
ミツタ15を使用することもできる。さらに加え
て、針状エミツタ15の長さを短かくした方が熱
的変形による針状エミツタ先端の位置ずれ量が小
さくなり、イオンビーム放出源の位置変動が減少
する利点を有している。
Therefore, it has been confirmed that the length of the needle-like emitter 15 should be as short as possible, but for a needle-like emitter with a diameter of 0.5 mm, the length should be about 15 to 10 mm or less. On the other hand, if the length is 15 to 20 mm or more, it is easy to break and it is difficult to withstand repeated heating and cooling. In practice, it is also possible to use a short needle-like emitter 15 of about 5 mm or less. In addition, shortening the length of the needle-like emitter 15 has the advantage that the amount of displacement of the tip of the needle-like emitter due to thermal deformation is reduced, and the positional fluctuation of the ion beam emission source is reduced.

針状エミツタ支持具16は、針状エミツタ15
の周囲の金属や融解や凝固に伴う歪みが各部の熱
変形に伴う歪による針状エミツタ15の破損を防
ぐために、針状エミツタ15に可動性を持たせ、
針状エミツタ支持の上下,左右方向に例えば約
0.1〜0.3mmの間隙を有する構造にしておく。さら
に、針状エミツタ支持具16を構成する部材16
―1および16―2は、いずれも第4図のA―A
線断面図に示すように、円板の両側を半月状に切
除した細長い構造となし、部材16―1の上面に
は針状エミツタ15の太径後端部15Aを収容す
る凹部16―1Aを形成しておく。さらに、上側
の部材16―2の幅を下側の部材16―1の幅よ
り狭くしておく。従つて、かかる針状エミツタ支
持具16の上部に貯蔵されている溶融金属3は、
その両脇を通つて、液体金属供給部材としてのノ
ズル孔17―1Bを通つて針状エミツタ15の先
端まで供給され、これによつて、針状エミツタ支
持具16の上部から針状エミツタ15への溶融金
属の補給が容易となる。
The needle-like emitter support 16 supports the needle-like emitter 15
In order to prevent damage to the needle-shaped emitter 15 due to distortion caused by thermal deformation of various parts due to distortion caused by surrounding metal or melting or solidification, the needle-shaped emitter 15 is made movable.
For example, in the vertical and horizontal directions of the needle emitter support.
The structure should have a gap of 0.1 to 0.3 mm. Further, a member 16 constituting the needle-like emitter support 16
-1 and 16-2 are both A-A in Figure 4.
As shown in the line cross-sectional view, the disc has an elongated structure in which both sides are cut out into a half-moon shape, and the upper surface of the member 16-1 has a recess 16-1A for accommodating the large-diameter rear end 15A of the needle-like emitter 15. Form it. Further, the width of the upper member 16-2 is made narrower than the width of the lower member 16-1. Therefore, the molten metal 3 stored above the needle-like emitter support 16 is
The liquid metal is supplied to the tip of the needle-like emitter 15 through the nozzle hole 17-1B as a liquid metal supply member through both sides thereof, and is thereby supplied from the upper part of the needle-like emitter support 16 to the needle-like emitter 15. This makes it easier to replenish molten metal.

この針状エミツタ支持具16は、その上方に配
置されている液体金属貯蔵部部材17―2を介し
て、液体金属貯蔵部固定体19により固定され、
それにより、針状エミツタ支持具16の位置変動
が防止されるようにする。このとき、液体金属貯
蔵部固定体19は、溶融金属3と接触する可能性
があるので、溶融金属3に対して反応耐性が高
く、かつ耐熱性および導電性に優れたカーボン、
あるいは針状エミツタ15と同質の材料によりこ
の固定体19を構成することにより、溶融Alと
の反応が生じないようにすることができると共
に、この部分より針状エミツタ先端に高電圧を印
加することができる。なお、液体金属貯蔵部固定
体19の形状も、第5図に示すように、エミツタ
支持具16と同様に中実円筒の両側を切除した形
状などにして排気口を設けておくことによつて、
液体金属貯蔵部17の内部の残留ガスを高真空に
排気可能であり、以て溶融AlがO2やN2と反応す
ることがなく安定したイオンビームを得ることが
できる。
This needle-like emitter support 16 is fixed by the liquid metal storage part fixing body 19 via the liquid metal storage part member 17-2 arranged above it,
This prevents the needle-like emitter support 16 from changing its position. At this time, the liquid metal storage part fixing body 19 may come into contact with the molten metal 3, so carbon, which has high reaction resistance to the molten metal 3 and has excellent heat resistance and conductivity,
Alternatively, by constructing the fixed body 19 from the same material as the needle-like emitter 15, it is possible to prevent reaction with molten Al, and at the same time, it is possible to apply a high voltage to the tip of the needle-like emitter from this part. Can be done. As shown in FIG. 5, the shape of the liquid metal storage part fixing body 19 can also be changed by making it into a shape in which both sides of a solid cylinder are cut off, and providing an exhaust port in the same manner as the emitter support 16. ,
The residual gas inside the liquid metal storage section 17 can be evacuated to a high vacuum, so that molten Al does not react with O 2 or N 2 and a stable ion beam can be obtained.

液体金属貯蔵部加熱用支持体18は、液体金属
貯蔵部17を支持するとともにリザーバ加熱用抵
抗線6で発生する熱を液体金属貯蔵部17に効率
よく熱伝導する必要があるので、絶縁性熱伝導体
で構成するものとする。さらに、液体金属貯蔵部
17の溶融金属3との濡れ性がよいので、溶融金
属3はノズル部17―1Aの内壁17―1Cか
ら、ノズル孔17―1Bの外壁17―1Dを経
て、ノズル部17―1Aの支持体18との接合部
17―1Eの近傍まで上つていき、接合部17―
1Eで支持体18と接触する可能性がある。従つ
て、支持体18を溶融金属3に対して反応性が高
い硼化物(BN)や酸化物(Al2O3)等で構成す
ることも必要である。なお、液体金属貯蔵部加熱
用支持体18の支持は、上方あるいは下方のいず
れで行つてもよいが、液体金属貯蔵部外側部材1
7―1の先端のノズル孔17―1Bの近傍の熱損
失を軽減するためには、上方で支持する構造の方
が優れている。
The liquid metal storage heating support 18 needs to support the liquid metal storage 17 and efficiently conduct heat generated by the reservoir heating resistance wire 6 to the liquid metal storage 17. It shall be composed of a conductor. Furthermore, since the wettability of the liquid metal storage section 17 with the molten metal 3 is good, the molten metal 3 passes from the inner wall 17-1C of the nozzle section 17-1A, through the outer wall 17-1D of the nozzle hole 17-1B, and then enters the nozzle section. 17-1A to the vicinity of the joint 17-1E with the support 18, and
There is a possibility of contact with the support 18 at 1E. Therefore, it is also necessary that the support 18 be made of boride (BN), oxide (Al 2 O 3 ), or the like, which is highly reactive with the molten metal 3 . The liquid metal storage heating support 18 may be supported either above or below;
In order to reduce heat loss in the vicinity of the nozzle hole 17-1B at the tip of the tube 7-1, a structure in which it is supported above is better.

以上に述べた本発明の実施例による液体金属
Alイオン源の場合の実験例について述べる。1
回のイオン源動作時間約8時間、動作温度660℃
〜900℃(平均約750℃)で約50回繰返し動作させ
ても(昇温時間:約20〜30分,冷却時間:約40〜
60分)、針状エミツタ15の破損やAlによる各構
成部との反応およびAlの変質は全く認められず、
極めて長寿命で信頼性の高いイオン源であること
が実験的に確認された。しかも、針状エミツタ1
5の先端の変動も認められず、各部の位置精度が
熱変動に対して極めて安定していた。また、金属
の補給口となる溶融金属貯蔵部17の上部に針状
エミツタ15が存在しないので、金属の補給、特
に針状エミツタ15が凝固した金属により固定さ
れた状態での金属の補給をも容易に行なうことが
できた。
Liquid metal according to the embodiments of the present invention described above
An experimental example using an Al ion source will be described. 1
Ion source operating time: approximately 8 hours, operating temperature: 660°C
Even if it is operated repeatedly at ~900℃ (average approx. 750℃) about 50 times (heating time: approx. 20-30 minutes, cooling time: approx. 40-
60 minutes), no damage to the needle-like emitter 15, no reaction of Al with each component, and no deterioration of Al were observed.
It has been experimentally confirmed that this is an extremely long-life and highly reliable ion source. Moreover, needle-like emitters 1
No fluctuations were observed at the tip of No. 5, and the positional accuracy of each part was extremely stable against thermal fluctuations. Furthermore, since there is no needle-shaped emitter 15 at the top of the molten metal storage section 17 that serves as a metal supply port, it is also possible to supply metal, especially when the needle-shaped emitter 15 is fixed by solidified metal. It was easy to do.

このように、本発明によれば、昇温と冷却の反
復使用に耐える高寿命のイオン源を提供でき、し
かもこのイオン源に対する金属の補給も容易であ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a long-life ion source that can withstand repeated use of heating and cooling, and it is also possible to easily replenish metal to this ion source.

長時間にわたつて連続してイオンビームを安定
に放出する1例として、第6図に本実施例による
Alイオン源のイオンビーム放出電流の経時特性
を示す。これは、動作温度750℃で、引出し電圧
を7.3KVに一定にした際のイオンビーム放出電流
の安定性を測定したものであるが、ソース電流を
20μAという低い電流にしたにもかかわらず、イ
オンビーム電流の変動率は±1%/3時間以下と
非常に小さく、極めて安定な動作を示している。
このことは、取りも直さず、溶融Alが針状エミ
ツタ15の先端へ円滑に供給され、しかも針状エ
ミツタ15の先端の位置変動も殆んどないことを
実証している。
As an example of continuously and stably emitting an ion beam over a long period of time, Fig.
This shows the time-dependent characteristics of the ion beam emission current of the Al ion source. This is a measurement of the stability of the ion beam emission current when the operating temperature is 750℃ and the extraction voltage is kept constant at 7.3KV.
Despite using a low current of 20 μA, the fluctuation rate of the ion beam current was extremely small at less than ±1%/3 hours, indicating extremely stable operation.
This proves that the molten Al is smoothly supplied to the tip of the needle-like emitter 15 without any changes, and that there is almost no fluctuation in the position of the tip of the needle-like emitter 15.

以上では、液体金属Alイオン源を例にとつて
本発明を説明してきたが、本発明の実施例は溶融
Alの場合にのみ限定されるものではなく、室温
で固体である金属や、金属に対して反応性の高い
溶融合金などに対して本発明を適用できることは
いうまでもない。さらに加えて、脆性な針状エミ
ツタに対してのみ本発明が限定的に適用されるも
のではなく、金属線で作製した針状エミツタに対
しても本発明が有効であることは自明のことであ
る。
The present invention has been explained above using a liquid metal Al ion source as an example, but the embodiments of the present invention are
It goes without saying that the present invention is not limited to Al, but can be applied to metals that are solid at room temperature, molten alloys that are highly reactive to metals, and the like. Furthermore, it is obvious that the present invention is not limitedly applicable only to brittle needle-like emitters, but is also effective to needle-like emitters made of metal wire. be.

第7図および第8図は、本発明の別の実施例の
縦断面図および底面図を示し、ここで、20は第
2図中の針状エミツタ支持具16の部材16―2
と同様の構造をもつ針状エミツタ支持具、21は
貯蔵部17と同様に部材21―1と21―2とか
ら成る液体金属貯蔵部であり、これら両部材20
および21によりリザーバ部を構成する。液体金
属貯蔵部21の内側部材21―2は、第2図の内
側部材17―2と同様に針状エミツタ支持具20
の位置変動を防止するためのものである。本例で
は、エミツタ支持具16のように部材16―1を
設けず、液体金属貯蔵部21の外側部材21―1
に第2図中の針状エミツタ支持具16の部材16
―1と同様に針状エミツタ15を支持するための
凹部21―1Aをノズル部21―1Bに形成し、
更に針状エミツタ15を液体金属貯蔵部21―1
にあけたノズル孔21―1Cより下方に突出させ
る。
7 and 8 show a longitudinal cross-sectional view and a bottom view of another embodiment of the present invention, where 20 is a member 16-2 of the needle emitter support 16 in FIG.
21 is a liquid metal storage section consisting of members 21-1 and 21-2 similar to the storage section 17, and these two members 20
and 21 constitute a reservoir section. The inner member 21-2 of the liquid metal reservoir 21 has a needle-like emitter support 20 similar to the inner member 17-2 in FIG.
This is to prevent positional fluctuations. In this example, unlike the emitter support 16, the member 16-1 is not provided, and the outer member 21-1 of the liquid metal storage section 21 is
The member 16 of the needle-like emitter support 16 in FIG.
-1, a recess 21-1A for supporting the needle emitter 15 is formed in the nozzle part 21-1B,
Further, the needle emitter 15 is connected to the liquid metal storage section 21-1.
The nozzle hole 21-1C is made to protrude downward from the nozzle hole 21-1C.

以上の構成によれば、第2図〜第5図に示した
実施例よりも針状エミツタ15の長さを短縮して
針状エミツタ15の強度および位置精度を高め、
しかも組立ての簡易性を向上させることができ
る。
According to the above configuration, the length of the needle-like emitter 15 is reduced compared to the embodiment shown in FIGS. 2 to 5, and the strength and positional accuracy of the needle-like emitter 15 are increased.
Moreover, the ease of assembly can be improved.

本実施例では、ノズル孔21―1Cが針状エミ
ツタ15によつて半ば閉塞された状態となる。そ
こで、本例では、ノズル孔21―1Cの近傍に溶
融金属伝播用の小孔22(例えば、直径約0.2mm
以上)を1個以上設けることにより液体金属供給
部材を構成して、針状エミツタ15の先端への溶
融金属3の円滑な供給を行う。
In this embodiment, the nozzle hole 21-1C is partially closed by the needle emitter 15. Therefore, in this example, a small hole 22 for molten metal propagation (for example, about 0.2 mm in diameter) is provided near the nozzle hole 21-1C.
By providing one or more of the above), a liquid metal supply member is configured, and the molten metal 3 is smoothly supplied to the tip of the needle emitter 15.

針状エミツタ支持具20および液体金属貯蔵部
21は、第2図〜第5図に示した実施例における
針状エミツタ支持具16および液体金属貯蔵部1
7と同質の材料で構成する。他方、針状エミツタ
支持具20および液体金属貯蔵部21―2につい
ては、液体金属貯蔵部21―1から直接針状エミ
ツタ15へ給電可能であることから、これら部材
20および21―2は導電性を有する材料で形成
する必要がないことは言うまでもない。
The needle-like emitter support 20 and the liquid metal reservoir 21 are similar to the needle-like emitter support 16 and the liquid metal reservoir 1 in the embodiment shown in FIGS. 2 to 5.
Constructed from the same material as 7. On the other hand, regarding the needle-shaped emitter support 20 and the liquid metal storage section 21-2, since power can be supplied directly from the liquid metal storage section 21-1 to the needle-shaped emitter 15, these members 20 and 21-2 are electrically conductive. Needless to say, it is not necessary to use a material having .

第9図および第10図は本発明の更に別の実施
例を示し、ここで、31はリザーバ部を構成する
液体金属貯蔵部である。この液体金属貯蔵部31
は、第2図〜第5図あるいは第7図および第8図
に示した2つの実施例をさらに発展させた構成で
ある。上述したこれら実施例では、針状エミツタ
15とリザーバ部としての液体金属貯蔵部17ま
たは21とが同質材料で構成されていることを考
慮して、本実施例では、液体金属貯蔵部31の下
部に口すぼまりの円錘形部分32を形成し、その
下端に針状エミツタ33を一体にして突設する。
Figures 9 and 10 show a further embodiment of the invention, in which 31 is a liquid metal reservoir forming a reservoir section. This liquid metal storage section 31
This is a configuration that is a further development of the two embodiments shown in FIGS. 2 to 5 or 7 and 8. In these embodiments described above, in consideration of the fact that the needle-shaped emitter 15 and the liquid metal storage section 17 or 21 as a reservoir section are made of the same material, in this embodiment, the lower part of the liquid metal storage section 31 is A conical part 32 with a tapered mouth is formed, and a needle-like emitter 33 is integrally provided at the lower end thereof to protrude.

このように、針状エミツタ支持具16や20を
設けないことにより、針状エミツタ33の強度,
位置精度および構造の簡易性を飛躍的に高めるこ
とができる。ただし、本実施例では、上述した実
施例におけるようなノズル孔は存在しないので、
第7図および第8図の例に示した小孔22と同様
の小孔34(直径例えば約0.2mm以上)を針状エ
ミツタ33の近傍に1個以上設けて溶融金属供給
部材を構成することにより、針状エミツタ33の
先端への溶融金属3の供給を行う。
In this way, by not providing the needle-like emitter supports 16 and 20, the strength of the needle-like emitter 33 can be improved.
Positional accuracy and structural simplicity can be dramatically improved. However, in this example, there is no nozzle hole as in the above-mentioned example, so
One or more small holes 34 (diameter, for example, about 0.2 mm or more) similar to the small holes 22 shown in the examples of FIGS. 7 and 8 are provided in the vicinity of the needle emitter 33 to configure the molten metal supply member. As a result, the molten metal 3 is supplied to the tip of the needle emitter 33.

以上では、本発明の実施例を、針状エミツタ1
5の支持の種々の形態を中心に述べてきたが、次
に、液体金属貯蔵部17も溶融金属3との濡れ性
を中心にして、第2図〜第5図に示した実施例の
説明を行う。
In the above, the embodiment of the present invention will be described with reference to the needle-shaped emitter 1.
5. Next, we will explain the embodiments shown in FIGS. 2 to 5, focusing on the wettability of the liquid metal storage section 17 with the molten metal 3. I do.

一般に、ノズル部17―1Aの内壁17―1C
と溶融金属3との濡れ性が悪いと、液体金属貯蔵
部17が溶融金属3と接触した直後にあつては、
表面張力のために溶融金属3がノズル孔17―1
Bより出難い。ところが、本実施例では、液体金
属貯蔵部17が針状エミツタ15と同質材で構成
されているため、濡れ性が良好であり、イオン源
動作初期から針状エミツタ15の先端へ溶融金属
3が安定に供給される。
Generally, the inner wall 17-1C of the nozzle portion 17-1A
If the wettability between the liquid metal storage portion 17 and the molten metal 3 is poor, immediately after the liquid metal storage portion 17 comes into contact with the molten metal 3,
Due to surface tension, the molten metal 3 flows into the nozzle hole 17-1.
It's harder to get out than B. However, in this embodiment, since the liquid metal storage section 17 is made of the same material as the needle emitter 15, the wettability is good, and the molten metal 3 flows to the tip of the needle emitter 15 from the beginning of the ion source operation. Stable supply.

しかしながら、溶融金属貯蔵部17は同一材料
で構成されているため、溶融金属3はノズル孔1
7―1Bからノズル部17―1Aの外壁17―1
Dへ伝播する。この点を考慮して、本実施例で
は、液体金属貯蔵部加熱用支持体18をノズル部
外壁17―1Dの方へ突出した構造にし、かつ、
Al等の反応性の高い溶融金属3に対する反応耐
性が高く、しかも溶融金属3との濡れ性が悪い硼
化物(BN)や酸化物(Al2O3)等の高融点絶縁
材で液体金属貯蔵部加熱用支持体18を構成する
ことにより、接合部17―1Eでノズル部外壁1
7―1Dを伝播してきた溶融金属3を塞き止める
ように構成した。
However, since the molten metal reservoir 17 is made of the same material, the molten metal 3 is
7-1B to the outer wall 17-1 of the nozzle part 17-1A
Propagates to D. Considering this point, in this embodiment, the liquid metal storage heating support 18 is structured to protrude toward the nozzle outer wall 17-1D, and
Liquid metal storage using high melting point insulating materials such as boride (BN) and oxides (Al 2 O 3 ), which have high reaction resistance against highly reactive molten metals 3 such as Al, and have poor wettability with molten metals 3 By configuring the part heating support 18, the nozzle part outer wall 1 can be heated at the joint part 17-1E.
It is configured to block the molten metal 3 that has propagated through 7-1D.

この構成によれば、溶融金属3は、ノズル部外
壁17―1Dに膜状となつてこの領域に完全に、
しかも安定に保持された状態になるから、針状エ
ミツタ15の先端への溶融金属3の円滑な供給が
可能となり、第6図に示したような安定なイオン
ビーム放出を実現できるのである。
According to this configuration, the molten metal 3 forms a film on the nozzle part outer wall 17-1D and completely covers this area.
Moreover, since the molten metal 3 is held stably, it becomes possible to smoothly supply the molten metal 3 to the tip of the needle emitter 15, and stable ion beam emission as shown in FIG. 6 can be realized.

このような、液体金属貯蔵部17と溶融金属3
との濡れ性を基にすると、ノズル部17―1Aの
外壁17―1Dを、溶融金属3との濡れ性が悪
く、かつ反応耐性の高い高融点材料により、例え
ば、プラズマ・ジエツト法等を用いて、被覆する
ことにより、ノズル部外壁17―1Dへの溶融金
属3の伝播を防ぐ構成も可能である。
Such liquid metal storage section 17 and molten metal 3
Based on the wettability with the molten metal 3, the outer wall 17-1D of the nozzle portion 17-1A is made of a high melting point material that has poor wettability with the molten metal 3 and has high reaction resistance, using, for example, a plasma jet method. A configuration is also possible in which the molten metal 3 is prevented from propagating to the nozzle portion outer wall 17-1D by covering it.

さらに、全く逆の材料構成、すなわち、液体金
属貯蔵部17を溶融金属3との濡れ性が悪く、か
つ反応耐性の高い高融点材料で構成し、液体金属
貯蔵部17の内壁、特にノズル部17―1Aの内
壁17―1Cを溶融金属3との濡れ性がよく、か
つ反応耐性の高い高融点材料で被覆することによ
り、同様な効果を期待できることは言うまでもな
いことである。
Furthermore, the material composition is completely opposite, that is, the liquid metal storage part 17 is made of a high melting point material that has poor wettability with the molten metal 3 and has high reaction resistance, and the inner wall of the liquid metal storage part 17, especially the nozzle part 17. It goes without saying that a similar effect can be expected by coating the inner wall 17-1C of molten metal 3 with a high melting point material that has good wettability with the molten metal 3 and high reaction resistance.

このような濡れ性の考えに立脚して実施した本
発明の更に別の例を第11図および第12図に示
す。
Still another example of the present invention based on the concept of wettability is shown in FIGS. 11 and 12.

ここで、41は液体金属貯蔵部17の部材17
―1のノズル部17―1Aの機能も兼た針状エミ
ツタ支持具、42はノズル構造を有していない液
体金属貯蔵部であり、針状エミツタ支持部41を
この液体金属貯蔵部42の下端部にはめ込むこと
によつてリザーバ部を構成して、溶融金属3の貯
蔵を行うようにする。針状エミツタ支持具41に
は針状エミツタ15を着脱自在に嵌合して突出さ
せて支持する孔43および溶融金属3を針状エミ
ツタ15に供給するための供給部材として、例え
ば直径約0.3mm以上の小孔44を形成する。
Here, 41 is the member 17 of the liquid metal storage section 17.
The needle-shaped emitter support 42 also serves as the function of the nozzle part 17-1A of 1, and 42 is a liquid metal storage part that does not have a nozzle structure. By fitting it into the section, a reservoir section is constructed, and the molten metal 3 is stored. The needle-like emitter support 41 has a hole 43 into which the needle-like emitter 15 is removably fitted and protruded and supported, and a supply member for supplying the molten metal 3 to the needle-like emitter 15, for example, about 0.3 mm in diameter. The above small holes 44 are formed.

ここで、液体金属貯蔵部42は針状エミツタ1
5と同質材で構成するが、針状エミツタ支持具4
1はAl等の反応性の高い溶融金属3に対して反
応耐性があり、かつ濡れ性が悪いカーボン等の高
融点導電材を用いて形成する。それにより、溶融
金属3は、針状エミツタ支持具に設けられた小孔
44を通つて針状エミツタ支持具41の外壁41
Aへ伝播することなく針状エミツタ15に供給さ
れることが可能である。
Here, the liquid metal storage section 42 is connected to the needle-shaped emitter 1
Although it is made of the same material as 5, the needle-shaped emitter support 4
1 is formed using a high melting point conductive material such as carbon which is resistant to reaction with highly reactive molten metal 3 such as Al and has poor wettability. As a result, the molten metal 3 passes through the small hole 44 provided in the needle-like emitter support and passes through the outer wall 41 of the needle-like emitter support 41.
It is possible to be supplied to the needle emitter 15 without propagating to A.

しかも、針状エミツタ15は、針状エミツタ支
持具41に着脱自在に嵌め込んでいるので、針状
エミツタ15の位置精度の向上とイオン源構成の
簡易化が可能である。
Moreover, since the needle emitter 15 is removably fitted into the needle emitter support 41, it is possible to improve the positional accuracy of the needle emitter 15 and to simplify the ion source configuration.

なお、本例にあつては、針状エミツタ支持具4
1と溶融金属3との濡れ性が悪いため、小孔44
を通して溶融金属3を針状エミツタ15へ連続的
に供給することが困難なように考えられるが、こ
の小孔44を比較的大きな径にしたり、針状エミ
ツタ支持具41の外壁41Aに傾斜を設けること
により、針状エミツタ15との接合部分41Bに
溶融金属溜を形成させることによつて、針状エミ
ツタ15の先端へ溶融金属3を円滑に供給するこ
とが可能である。
In addition, in this example, the needle-like emitter support 4
1 and the molten metal 3, small holes 44
Although it may be difficult to continuously supply the molten metal 3 to the needle-shaped emitter 15 through the hole, it is possible to make the small hole 44 relatively large in diameter or to make the outer wall 41A of the needle-shaped emitter support 41 sloped. By forming a molten metal reservoir at the joint portion 41B with the needle emitter 15, it is possible to smoothly supply the molten metal 3 to the tip of the needle emitter 15.

なお、第7図と第8図、および第11図と第1
2図の例では、針状エミツタ15の先端に溶融金
属3を供給するために、小孔22または44を設
けた構造を示したが、このような小孔22や44
を設けることは必ずしも必要ではなく、針状エミ
ツタ15の側面から溶融金属3を供給するように
してもよいこと勿論である。
In addition, Fig. 7 and Fig. 8, and Fig. 11 and Fig. 1
In the example shown in FIG. 2, a structure is shown in which a small hole 22 or 44 is provided in order to supply the molten metal 3 to the tip of the needle emitter 15.
Of course, it is not necessary to provide the molten metal 3 from the side surface of the needle emitter 15.

以上に説明した本発明の実施例では、特に反応
性の高い高融点金属の場合を例にとつて本発明を
説明したが、その他の金属や各種合金等の液体金
属イオン源にも本発明を適用できることは言うま
でもない。
In the embodiments of the present invention described above, the present invention has been explained by taking the case of a particularly reactive high-melting point metal as an example, but the present invention can also be applied to liquid metal ion sources such as other metals and various alloys. Needless to say, it can be applied.

さらにまた、従来の金属性針状エミツタを配置
して構成した液体金属イオン源に対して、本発明
のような構成で針状エミツタを支持し、液体金属
貯蔵部のノズル孔近傍を前述したような濡れ性の
異なる材料で構成する(例えば、クラツド材を用
いたり、溶射被覆法の適用により可能である)こ
とにより、針状エミツタの強度や位置精度の向
上、液体金属の円滑な供給等が可能になり、以て
安定なイオンビームが得られることは当然のこと
である。
Furthermore, in contrast to the conventional liquid metal ion source configured by arranging metallic needle-like emitters, the needle-like emitters are supported with the structure of the present invention, and the vicinity of the nozzle hole of the liquid metal storage section is arranged as described above. By composing the emitter with materials with different wettability (for example, it is possible to use a cladding material or by applying a thermal spray coating method), it is possible to improve the strength and positional accuracy of the needle-shaped emitter, and to ensure a smooth supply of liquid metal. It is a matter of course that this becomes possible and that a stable ion beam can be obtained.

また、リザーバ部は、液体金属貯蔵部を主体に
して構成されていればよく、液体金属貯蔵部加熱
用支持体および液体金属貯蔵部固定体は本発明の
趣旨を生かすものであれば、種々の構成が可能で
あることはいうまでもない。さらに加えて、以上
では、リザーバ部を抵抗線により間接的に加熱す
る構成例について本発明を述べてきたが、リザー
バ部を通電加熱して、金属を溶融させてもよいこ
とも勿論のことである。
Further, the reservoir section only needs to be composed mainly of the liquid metal storage section, and the liquid metal storage section heating support and the liquid metal storage section fixing body may be of various types as long as they take advantage of the spirit of the present invention. Needless to say, configuration is possible. Additionally, although the present invention has been described above with reference to a configuration example in which the reservoir section is indirectly heated by a resistance wire, it goes without saying that the reservoir section may be heated with electricity to melt the metal. be.

(効 果) 以上説明したように、本発明では、イオン化す
べき溶融金属に対して反応耐性のある導電性母材
(一般に脆性な材質である)を加工して針状エミ
ツタとしてリザーブ構成型の液体金属イオン源を
構成したので、高安定に動作し、反復使用可能で
高寿命のイオン源を提供することができる。さら
に、本発明イオン源によれば、金属線エミツタを
使用した場合にも、室温で固体の金属を補充する
のが容易になるとともに、針状エミツタの熱的変
動によるイオンビームの射出方向の変動を改善す
ることができる。このため、本発明はリザーブ構
成の液体金属イオン源として有用である。液体金
属イオン源は高輝度で種々のイオン種の発生が可
能であるから、パタンニング(露光など),イオ
ン打込み、,マイクロエツチング,付着,ドーピ
ングさらにはイオンビームマイクロアナリシス用
のイオン源としても有効に用いることが可能であ
る。
(Effects) As explained above, in the present invention, a conductive base material (generally a brittle material) that is resistant to reaction with the molten metal to be ionized is processed into a needle-shaped emitter with a reserve structure. Since the liquid metal ion source is configured, it is possible to provide an ion source that operates highly stably, can be used repeatedly, and has a long life. Furthermore, according to the ion source of the present invention, even when a metal wire emitter is used, it is easy to replenish solid metal at room temperature, and the ion beam emission direction changes due to thermal fluctuations of the needle emitter. can be improved. Therefore, the present invention is useful as a liquid metal ion source in a reserve configuration. Liquid metal ion sources have high brightness and can generate various ion species, so they are effective as ion sources for patterning (exposure, etc.), ion implantation, microetching, adhesion, doping, and even ion beam microanalysis. It can be used for

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

第1図は従来の電界放出型液体金属イオン源
の、特にエミツタ部分の構成を拡大して示す縦断
面図、第2図は本発明のリザーブ構成型液体金属
イオン源の構成の一例を示す縦断面図、第3図は
そのエミツタ部分の構成を拡大して示す縦断面
図、第4図はそのA―A線断面図、第5図は第3
図示のイオン源の上面図、第6図は本発明イオン
源のイオン電流の経時特性を示す特性曲線図、第
7図は本発明イオン源の第2実施例を示す縦断面
図、第8図はその底面図、第9図は本発明イオン
源の第3実施例を示す縦断面図、第10図はその
底面図、第11図は本発明イオン源の第4実施例
を示す縦断面図、第12図はその底面図である。 1…針状エミツタ、2…液体金属貯蔵部、3…
溶融金属、4…針状エミツタ支持具、5…液体金
属貯蔵部加熱用支持体、6…リザーバ加熱用抵抗
線、7…熱遮蔽板、8…引出し電極、9…引出し
電源、10…加熱用電源、11…電圧導入端子付
フランジ、12…絶縁性基板、13…イオン源本
体支持具、14…高電圧供給端子、15…針状エ
ミツタ、15A…太径後端部、16…針状エミツ
タ支持具、16―1…下側部材、16―2…上側
部材、16―1A…凹部、17…液体金属貯蔵
部、17―1…外側部材、17―2…内側部材、
17―1A…ノズル部、17―1B…ノズル孔、
17―1C…内壁、17―1D…外壁、17―1
E…接合部、18…液体金属貯蔵部加熱用支持
体、19…液体金属貯蔵部固定体、20…針状エ
ミツタ支持部、21…液体金属貯蔵部、21―1
…外側部材、21―2…内側部材、21―1A…
凹部、21―1B…ノズル部、21―1C…ノズ
ル孔、22…小孔、31…液体金属貯蔵部、32
…円錘形部分、33…針状エミツタ、34…小
孔、41…針状エミツタ支持具、41A…外壁、
41B…接合部分、42…液体金属貯蔵部、43
…支持孔、44…小孔。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an enlarged configuration of a conventional field emission type liquid metal ion source, especially the emitter part, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing an example of the configuration of a reserve configuration type liquid metal ion source according to the present invention. 3 is a vertical cross-sectional view showing an enlarged configuration of the emitter portion, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A--A, and FIG.
A top view of the illustrated ion source, FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing the ion current characteristics over time of the ion source of the present invention, FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a second embodiment of the ion source of the present invention, and FIG. 9 is a vertical sectional view showing the third embodiment of the ion source of the present invention, FIG. 10 is a bottom view thereof, and FIG. 11 is a vertical sectional view showing the fourth embodiment of the ion source of the present invention. , FIG. 12 is a bottom view thereof. 1...acicular emitter, 2...liquid metal storage section, 3...
Molten metal, 4... needle-shaped emitter support, 5... support for heating the liquid metal reservoir, 6... resistance wire for heating the reservoir, 7... heat shielding plate, 8... extraction electrode, 9... extraction power supply, 10... for heating Power supply, 11... Flange with voltage introduction terminal, 12... Insulating substrate, 13... Ion source body support, 14... High voltage supply terminal, 15... Needle emitter, 15A... Large diameter rear end, 16... Needle emitter Support, 16-1...lower member, 16-2...upper member, 16-1A...recess, 17...liquid metal storage section, 17-1...outer member, 17-2...inner member,
17-1A...nozzle part, 17-1B...nozzle hole,
17-1C...Inner wall, 17-1D...Outer wall, 17-1
E...Joint part, 18...Liquid metal storage part heating support, 19...Liquid metal storage part fixing body, 20...Acicular emitter support part, 21...Liquid metal storage part, 21-1
...Outer member, 21-2...Inner member, 21-1A...
Recess, 21-1B... Nozzle part, 21-1C... Nozzle hole, 22... Small hole, 31... Liquid metal storage part, 32
...Conical part, 33...Acicular emitter, 34...Small hole, 41...Acicular emitter supporter, 41A...Outer wall,
41B...Joint portion, 42...Liquid metal storage section, 43
...Support hole, 44...Small hole.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオンを放出すべき液体金属を貯溜するリザ
ーバ部と、 該リザーバ部の下部に配置された針状エミツタ
と、 前記リザーバ部から前記針状エミツタに前記液
体金属を供給する供給部材と、 前記針状エミツタと対向して配置され、当該針
状エミツタから前記液体金属のイオンを引き出す
引出し電極とを具え、前記リザーバ部において、
前記針状エミツタに対し、イオン放出方向とは反
対側に、前記液体金属を貯溜するようにしたこと
を特徴とする液体金属イオン源。 2 特許請求の範囲第1項記載の液体金属イオン
源において、前記リザーバ部は、前記針状エミツ
タをゆるく支持する支持具と、該支持具と共に前
記液体金属を貯溜する液体金属貯蔵部とを有する
ことを特徴とする液体金属イオン源。 3 特許請求の範囲第1項記載の液体金属イオン
源において、前記供給部材は前記リザーバ部の底
部にあけた孔であり、該孔を通して前記リザーバ
部に貯溜されている前記液体金属を前記針状エミ
ツタに供給するようにしたことを特徴とする液体
金属イオン源。 4 特許請求の範囲第1項記載の液体金属イオン
源において、前記リザーバ部の底部に一体に前記
針状エミツタを突設し、前記底部には前記針状エ
ミツタの近傍に前記供給部材としての孔をあけた
ことを特徴とする液体金属イオン源。 5 特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部は排気用開口を有することを特徴とす
る液体金属イオン源。 6 特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部、前記針状エミツタおよび前記供給部
材を前記液体金属と反応しにくい材料で構成した
ことを特徴とする液体金属イオン源。 7 特許請求の範囲第1項ないし第6項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部のうち、前記針状エミツタに関連する
部分を導電性材料で構成したことを特徴とする液
体金属イオン源。 8 特許請求の範囲第1項ないし第7項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部の外側であつて、しかも前記針状エミ
ツタの先端に向けて前記供給部材から前記液体金
属が流れる方向以外の部分において、当該液体金
属と接する部分を、当該液体金属が流れにくくす
るようになしたことを特徴とする液体金属イオン
源。
[Scope of Claims] 1. A reservoir section for storing a liquid metal from which ions are to be emitted; a needle-like emitter disposed at a lower part of the reservoir section; and supplying the liquid metal from the reservoir section to the needle-like emitter. a supply member; and an extraction electrode disposed opposite to the needle-like emitter to extract ions of the liquid metal from the needle-like emitter, and in the reservoir section,
A liquid metal ion source characterized in that the liquid metal is stored on a side opposite to the ion emitting direction with respect to the needle-shaped emitter. 2. In the liquid metal ion source according to claim 1, the reservoir section includes a support that loosely supports the needle-like emitter, and a liquid metal storage section that stores the liquid metal together with the support. A liquid metal ion source characterized by: 3. In the liquid metal ion source according to claim 1, the supply member is a hole formed at the bottom of the reservoir section, and the liquid metal stored in the reservoir section is passed through the hole into the acicular shape. A liquid metal ion source characterized in that the source is supplied to an emitter. 4. In the liquid metal ion source according to claim 1, the needle-like emitter is integrally provided at the bottom of the reservoir section, and a hole serving as the supply member is provided in the bottom near the needle-like emitter. A liquid metal ion source characterized by having opened. 5. The liquid metal ion source according to any one of claims 1 to 4, wherein the reservoir section has an exhaust opening. 6. In the liquid metal ion source according to any one of claims 1 to 5, the reservoir section, the needle emitter, and the supply member are made of a material that does not easily react with the liquid metal. A liquid metal ion source characterized by: 7. The liquid metal ion source according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a portion of the reservoir portion related to the needle emitter is made of a conductive material. liquid metal ion source. 8. In the liquid metal ion source according to any one of claims 1 to 7, the liquid metal ion source is supplied from the supply member toward the tip of the needle-like emitter outside the reservoir section and toward the tip of the needle-like emitter. 1. A liquid metal ion source characterized by making it difficult for the liquid metal to flow in a portion that comes into contact with the liquid metal in a direction other than the direction in which the liquid metal flows.
JP58134405A 1983-07-25 1983-07-25 Ion source of liquid-metal Granted JPS6028147A (en)

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