(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端で液体金属イオンビームが放出されるニードル電極を有する液体金属イオン源において、
前記ニードル電極は、
外周面が互いに接する並列に配置された２本の金属ワイヤを有し、
前記２本の金属ワイヤは、
各外周面の互いに接する部分で前記ニードル電極の先端を構成し且つ、各外周面の互いに接する部分を前記ニードル電極の先端から連ねることによって、前記２本の金属ワイヤの断面形状において、前記各外周面の互いに接する部分が底であって各外周面が側壁となる溝を、前記ニードル電極の先端まで形成する
ことを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項２】
前記２本の金属ワイヤは、各外周面が互いに接するように縒り合わせられている
請求項１に記載の液体金属イオン源。
【請求項３】
前記各外周面が円周面である
請求項１又は２に記載の液体金属イオン源。
【請求項４】
前記各外周面の断面形状が互いに同じ直径を有する円である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体金属イオン源。
【請求項５】
前記金属ワイヤを構成する元素はニオブである
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体金属イオン源。
【請求項６】
前記ニードル電極の先端における半角は５°以上６０°以下であり、
前記ニードル電極の先端における曲率半径は０．１μｍ以上５０μｍ以下である
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体金属イオン源。
【請求項７】
前記液体金属は液体ビスマスである
請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体金属イオン源。
【請求項８】
先端で液体金属イオンビームが放出されるニードル電極を有する液体金属イオン源の製造方法において、
２本の金属ワイヤを各金属ワイヤの外周面が互いに接するように並列に配置し、金属ワイヤの断面形状において、各外周面の互いの接点を底として各外周面を側壁とする溝を形成するとともに、該溝が前記電極の先端まで連なるように成形し、
前記接点が前記ニードル電極の先端となるように前記２本の金属ワイヤの外周面を機械的に研磨する
ことを特徴とする液体金属イオン源の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体金属イオン源と、
前記ニードル電極の先端と対向する引き出し電極とを備える
ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体金属を用いてイオンビームを出力するための液体金属イオン源、該液体金属イオン源を製造する方法、及び該液体金属イオン源を備える例えば収束イオンビーム装置や二次イオン質量分析器等のイオンビーム照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば非特許文献１及び２に記載のように、液体金属イオン源に用いられる液体金属の１つである液体ビスマスは原子量の大きい液体金属である。また、およそ２０年前より、液体ビスマスには、Ｂｉｎｐ＋といったクラスターイオンを含むものであることが知られている。このように、液体ビスマスにはクラスターイオンが含まれることから、ビスマスのイオンビームによれば、照射対象物に衝突する単位電流あたりのスパッタリング効率が高くなる。そのため、液体ビスマスが用いられる収束イオンビーム装置や二次イオン質量分析器では、試料の表面から放出される二次イオンが多くなる結果、分析や加工に必要な時間が短縮される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】L.W.Swanson, Appl. Surf. Sci., 76/77, 80(1994)
【非特許文献２】J.Van de Walle, P.Joyes, Phys. Rev. B, 35, 5509 (1987)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、従来型の液体金属イオン源の正面構造を示す正面図である。図８に示されるように、液体金属イオン源は、先端側が円錐状をなす１本の直線状のワイヤからなるニードル電極１０１と、螺旋状に巻き回された１本のワイヤからなり液体金属を内部に貯留するリザーバ１０２とを備えている。また液体金属イオン源は、ニードル電極１０１及びリザーバ１０２を加熱するためのフィラメントヒータ１０３も備えている。
【０００５】
ニードル電極１０１は、ニードル電極１０１の先端側がリザーバ１０２の下端部から突き出るように、リザーバ１０２の内部を貫通している。また、リザーバ１０２の上端部がニードル電極１０１の基端部に固定されるように、図に示された接合点Ａにてニードル電極１０１とリザーバ１０２とが溶接されている。リザーバ１０２の下端部から突き出たニードル電極１０１は、ニードル電極１０１の先端側が図に示された接合点Ｂで固定されるように、フィラメントヒータ１０３に溶接されている。フィラメントヒータ１０３の両端のそれぞれは、フィラメントヒータ１０３に電流を供給するための柱状の端子１０４ａ，１０４ｂに溶接されている。端子１０４ａ，１０４ｂが、例えばアルミナ等のセラミックからなる絶縁性の支持板１０５にろう付け接合されることによって、ニードル電極１０１、リザーバ１０２，及びフィラメントヒータ１０３と、この支持板１０５が一体化されている。
【０００６】
こうした液体金属イオン源は、支持板１０５が装置内の適切な電極に取り付けられるかたちでイオンビーム照射装置に搭載される。そして、イオンビーム照射装置が有する引き出し電極とニードル電極１０１の先端とに十分な電圧が印加されると、ニードル電極１０１の外表面に沿ってリザーバ１０２から流れ出す。なお以下では、ニードル電極の外表面に沿った流れを「サーフェスフロー」と定義する。ニードル電極１０１の先端に到達した液体金属はイオン化され、ニードル電極１０１の先端からイオンビームとして引き出され
る。
【０００７】
この際、リザーバ１０２に貯留された液体金属がニードル電極１０１の先端にまで円滑に流れ続けることによって、はじめてイオンビームの放出電流値が安定することになる。液体金属が、一般に用いられるニードル電極材料、例えばタングステンに対して高い濡れ性をもつ液体ガリウム等であれば、サーフェスフローが発現しやすく、ニードル電極１０１の表面上を液体金属が流れやすいために、ニードル電極１０１の先端に液体金属が円滑に供給され続ける。これに対し、様々なニードル電極材料に対する濡れ性の低い液体ビスマスが液体金属として用いられると、液体ガリウム等と比較してサーフェスフローが発現し難く、ニードル電極１０１の表面上を液体ビスマスが流れ難いために、ニードル電極１０１の表面では、リザーバ１０２から遠い表面ほど液体ビスマスが停滞するようになる。しかも液体ビスマスの流れに影響を及ぼすニードル電極１０１の表面の温度は、フィラメントヒータ１０３から離れるほど低くなり、液体ビスマスの流れが停滞しやすくなる。また液体ビスマスがニードル電極１０１の外表面を流れる間に雰囲気中の残留ガス分子によって酸化されるため、液体ビスマスよりも高い融点を有する酸化物が形成される。この現象によっても、液体ビスマスのサーフェスフローが停滞しやすくなる。これらの原因により、ニードル電極１０１の表面では、液体ビスマスが徐々に固化するようになる。それゆえに、上記構成の液体金属イオン源に液体金属として液体ビスマスが採用された場合には、ニードル電極１０１の先端に供給される液体金属の流量が次第に減少してニードル電極１０１から放出されるイオンビームの放出電流値が時間経過にともない不安定になってしまう。
【０００８】
なお、イオンビームの放出電流値が不安定になるという問題は、上記構成からなる液体金属イオン源に液体ビスマスを用いた構成に限られず、液体ビスマスと似たような物性を持つ液体金属に起因してニードル電極の先端へ液体金属が流れ難いという現象が起きる場合は概ね共通している。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、イオンビームの放出電流値の安定性を向上させることの可能な液体金属イオン源、該液体金属イオン源を製造する方法、及び該液体金属イオン源を備えるイオンビーム照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、先端で液体金属イオンビームが放出されるニードル電極を有する液体金属イオン源において、前記ニードル電極は、外周面が互いに接する並列に配置された２本の金属ワイヤを有し、前記２本の金属ワイヤは、各外周面の互いに接する部分で前記ニードル電極の先端を構成し、且つ、各外周面の互いに接する部分を前記ニードル電極の先端から連ねることによって、前記２本の金属ワイヤの断面形状において、前記各外周面の互いに接する部分が底であって各外周面が側壁となる溝を、前記ニードル電極の先端まで形成することをその要旨とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、外周面が互いに接する２本の金属ワイヤが外周面の互いに接する部分を電極の先端まで連ねることによって、ニードル電極の先端にまで達する溝が構成されている。２つの金属ワイヤの外周面によって形成される溝に液体金属が供給されると、液体金属をニードル電極の先端に向けて流す毛細管現象が溝において発現される。その結果、ニードル電極に供給された液体金属がニードル電極の先端にまで容易に流れるようになるため、ニードル電極の先端において液体金属の供給が安定するようになる。そして、ニードル電極の先端において生成されるイオンの量が安定するようになるため、こうしたニードル電極を有する液体金属イオン源において、イオンビームの放出電流値の安定性が向上されることになる。なお、溝内における毛細管現象による流れを、以下では「ボリュームフロー」と定義し、これは万年筆において発現している現象に該当するも
のである。
【００１２】
そのうえ、ニードル電極の先端が、２つの金属ワイヤの外周面の接する部分で構成され、且つ、液体金属を先端に導くための上記溝も同じく２つの金属ワイヤの外周面の接する部分で構成される。つまり、ニードル電極の先端と液体金属を先端に導くための溝とが、２つの金属ワイヤの外周面が接する部分によって連ねられることになる。そのため、ニードル電極の先端の位置と、液体金属を先端に導くための溝の位置とが自ずと整合される。そして、１つの金属ワイヤに別途溝が形成される場合と比較して、ニードル電極の先端の位置と液体金属が流れる溝の位置とが確実に合致することとなる。この構造は、まさに万年筆の先端部と類似したものである。
【００１３】
ここで、ニードル電極に液体金属イオンビーム放出を得るための電圧が印加されると、ニードル電極の先端に付着した液体金属に円錐形の突起であるいわゆるテーラーコーンが形成され、このテーラーコーンの先端から液体金属イオンが放出される。そして、テーラーコーンの先端が指す方向にイオンビームが放出される。そのため、上記請求項１に記載の発明によるように、ニードル電極の先端の位置と液体金属が流れる溝の位置とが確実に合致する構成であれば、ニードル電極の先端において電圧印加時の液体金属により形成されるテーラーコーンの先端が、所定の位置で形成されやすくなる。その結果、イオンビームの放出される位置と方向が所定の位置と方向に安定するため、イオンビームの制御性が向上する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体金属イオン源において、前記２本の金属ワイヤは、各外周面が互いに接するように縒り合わせられていることをその要旨とする。
【００１５】
２本の金属ワイヤの外周面が接する部分によって液体金属が流れる溝を形成するためには、金属ワイヤの外周面同士が互いに接した状態を維持する必要がある。金属ワイヤの外周面同士が互いに接した状態は、例えば、２本の金属ワイヤを少なくとも一カ所にて溶接する、あるいは接着材等によって接着することによって維持可能ではある。しかしながら、例えば溶接によって金属ワイヤ同士を接合すると、金属ワイヤや溶加材が融解後に冷え固まった金属塊が上記溝の内部に形成されることもある。こうした溝に液体金属が流入した場合には、金属塊により液体金属の流れが止められる虞がある。
【００１６】
これに対し、請求項２に記載の構成のように、２本の金属ワイヤを縒り合わせることによって２本の金属ワイヤが互いに接した状態を維持されるようにすれば、溝において液体金属の流れを止める障害物の形成を簡単に回避することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の液体金属イオン源において、前記各外周面が円周面であることをその要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、２つの金属ワイヤの外周面によって形成される溝は、２つの円周面の互いに接する接線から溝の幅が徐々に広がる形状になる。言い換えれば、溝の底に近づくほど溝の幅が無限小に小さくなる。
【００１８】
ここで一般的に、毛細管現象の液体動作への寄与は、液体が接触する毛管の表面積の該液体の体積に対する割合が大きくなるほど、大きくなる。
金属ワイヤの外周面が円周面である場合、上述したように、金属ワイヤによって形成される溝では、接線と直交する方向に沿って切断された断面がゆがんだＶ字の形状を呈することになる。液体体積が同一となる条件において、上記断面が鋭いＶ字になる溝での接触面積は、上記断面が矩形になる溝での接触面積よりも大きい。そのため、金属ワイヤの外周面が円周面となる構成であれば、毛細管現象によるニードル電極の溝に対する液体金属
の濡れ性を向上させることが可能となる。そして、ボリュームフローが発現し、ニードル電極の先端に液体金属を安定に供給することが可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体金属イオン源において、前記各外周面の断面形状が互いに同じ直径を有する円であることをその要旨とする。
【００２０】
ニードル電極の先端を形成する方法としては一般に、電解研磨と機械研磨が通常用いられる。このうち電解研磨とは、ニードル電極を構成する金属ワイヤの一端を酸あるいはアルカリ溶液中で電気化学的に陽極溶解する方法である。他方、機械研磨とは、同金属ワイヤの一端を砥石等によって物理的に研削する方法である。１本の金属ワイヤによる従来型のニードル電極を形成する場合であれば、これら研磨方法のいずれによってもニードル電極の先端を形成することが可能である。しかしながら、２本のワイヤから構成されるニードル電極を電解研磨によって形成すると、２本の金属ワイヤの各々の先端が円錐状に研磨されて各金属ワイヤの先端間の距離が大きくなる。その結果、ニードル電極の先端において、２つの外周面が接する部分を形成することが技術的に不可能となる。そのため、仮想的にひとつだけの先端を持つニードル電極を２本の金属ワイヤで形成するのであれば、その加工方法として上記機械研磨を選択する必要がある。
【００２１】
そこで、請求項４に記載の発明によれば、２本の金属ワイヤの外周面の断面が互いに同じ直径を有する円であるため、機械研磨に際して、２本の金属ワイヤの接する部分、すなわちニードル電極の仮想的にひとつの先端となるべき部分を容易に決定し、かつ加工を行うために適切な位置へ容易に設置することが可能である。それゆえに、機械研磨による先端の加工を容易なものとすることが可能である。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体金属イオン源において、前記金属ワイヤを構成する元素はニオブであることをその要旨とする。
ニオブからなるワイヤは金属ワイヤの中でも延性に富むワイヤである。そのため、ニオブからなるワイヤは、形状の加工が容易であって、また加工後の形状も維持されやすい。これに対し、ニードル電極の構成材料として一般に用いられるタングステンからなるワイヤは、ニオブからなるワイヤと比較して、高い硬度と高い弾性とを有する。そのため、タングステンからなるワイヤを機械的に加工する場合には、ニオブからなるワイヤを機械的に加工する場合よりも、加工に必要とされる負荷が大きくなる。タングステンは形状の加工が難しく、また加工後の形状維持も難しい材料である。
【００２３】
この点、請求項５に記載の発明によれば、ニードル電極を形成するときに機械的な加工が必要とされる場合であっても、ニオブからなるワイヤが金属ワイヤとして用いられることにより、金属ワイヤの機械的な加工が容易となるとともに、ニードル電極の成形後の形状も維持されやすくなる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体金属イオン源において、前記ニードル電極の先端の半角は５°以上６０°以下であり、前記ニードル電極の先端の曲率半径は０．１μｍ以上５０μｍ以下であることをその要旨とする。
【００２５】
上述のように、液体金属イオンビームを放出するための十分高い電圧がニードル電極に印加されると、ニードル電極の先端に付着した液体金属にテーラーコーンが形成され、このテーラーコーンの先端からイオンが放出されるとともに、テーラーコーンの先端が指す方向にイオンビームが放出される。ニードル電極の先端の半径やニードル電極の先端の半角が小さいほど、テーラーコーンの基端の半径は小さくなり、テーラーコーンの基端の半径が小さいほど、イオンビームが放出される方向と位置が安定する。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、ニードル電極の先端の半角が５°以上６０°以下、且つ、ニードル電極の先端の曲率半径が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることから、上記テーラーコーンの位置と方向が安定化され、ひいては、イオンビームの放出電流値が安定化される。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体金属イオン源において、前記液体金属は液体ビスマスであることをその要旨とする。
単体金属であるビスマスは、ニードル電極の構成材料として用いられるタングステン等に対して濡れ性が低い。請求項７に記載の発明によれば、濡れ性の低い液体ビスマスが液体金属として用いられるため、イオンビームの放出電流値の安定性を向上するという効果がより顕著なものとなる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、先端で液体金属イオンビームが放出されるニードル電極を有する液体金属イオン源の製造方法において、２本の金属ワイヤを各金属ワイヤの外周面が互いに接するように並列に配置し、金属ワイヤの断面形状において、各外周面の互いの接点を底として各外周面を側壁とする溝を形成するとともに、該溝が前記電極の先端まで連なるように成形し、前記接点が前記ニードル電極の先端となるように前記２本の金属ワイヤの外周面を機械的に研磨することをその要旨とする。
【００２９】
請求項８に記載の発明によれば、外周面が互いに接する２本の金属ワイヤが各外周面の互いに接する部分を電極の先端まで連ねることによって、ニードル電極の先端にまで達する溝が形成されている。２つの金属ワイヤの外周面によって形成される溝に液体金属が供給されると、液体金属をニードル電極の先端に向けて流す毛細管現象が溝において発現される。そして、ニードル電極の先端へ向かう液体金属のボリュームフローが発現することで、ニードル電極に供給された液体金属が容易に流れるようになり、ニードル電極の先端において液体金属の供給が安定するようになる。その結果、ニードル電極の先端において生成されるイオンの量が安定するようになり、こうしたニードル電極を有する液体金属イオン源において、イオンビームの放出電流値の安定性が向上されることになる。
【００３０】
そのうえ、ニードル電極の先端が２つの金属ワイヤの外周面の接する部分で構成され且つ、液体金属を先端に導くための上記溝が同じく２つの金属ワイヤの外周面の接する部分で形成される。つまり、ニードル電極の先端と液体金属を先端に導くための溝とが、２つの金属ワイヤの外周面が接する部分によって連ねられることになる。そのため、ニードル電極の先端の位置と、液体金属を先端に導くための溝の位置とが自ずと整合される。そして、１つの金属ワイヤに別途溝が形成される場合と比較して、ニードル電極の先端の位置と液体金属が流れる溝の位置とが確実に合致することとなる。この構造は、万年筆の構造に類似したものである。
【００３１】
なお、金属ワイヤの一端に針状の先端を形成する方法としては一般に、電解研磨と機械研磨が通常用いられている。一方、２本のワイヤから構成されるニードル電極を電解研磨によって形成すると、２本の金属ワイヤの各々の先端が円錐状に研磨されて、各金属ワイヤの先端間の距離が大きくなる。その結果、ニードル電極の先端において、２つの外周面が接する部分を形成することは、技術的に不可能となる。この点、請求項８に記載の発明によれば、２本の金属ワイヤの外周面に対する機械研磨によって、２本の金属ワイヤの接する部分が先端として加工される。それゆえに、２本の金属ワイヤの接する部分を先端とすることが可能である。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体金属イオン源と、前記ニードル電極の先端と対向する引き出し電極とを備えるイオンビーム照射装置をその
要旨とする。
【００３３】
上記構成によれば、液体金属イオン源に供給される液体金属が、ニードル電極の先端にまで容易に流れるようになり、ニードル電極の先端に対する液体金属の供給が安定するようになる。そのため、こうした液体金属イオン源を備えるイオンビーム照射装置においては、ニードル電極の先端でのイオンの生成量が安定化され、ひいては、イオンビームの放出電流値の安定性が向上されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明における一実施の形態のイオンビーム照射装置の概略構成を液体金属イオン源の正面構造と共に示す図。
【図２】（ａ）液体金属イオン源が有するニードル電極の正面構造を示す正面図、（ｂ）図２（ａ）の２Ａ−２Ａ線に沿って切断したニードル電極の断面構造を示す断面図、（ｃ）図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿って切断したニードル電極の断面構造を示す断面図、（ｄ）同ニードル電極をニードル電極の先端側から見た底面構造を示す底面図、（ｅ）液体金属イオン源を液体金属で濡らした際の、図２（ｂ）の断面図における液体金属の凹凸状態図。
【図３】ニードル電極の先端を拡大して示す拡大図。
【図４】（ａ）（ｂ）ニードル電極の先端を形成する工程を模式的に示す図。
【図５】（ａ）実施例におけるイオンビーム照射装置のイオンビーム放出時間と試料電流との関係を示すグラフ、（ｂ）比較例におけるイオンビーム照射装置のイオンビーム放出時間と試料電流との関係を示すグラフ。
【図６】（ａ）他の実施の形態の液体金属イオン源が有するニードル電極の正面構造を示す正面図、（ｂ）同ニードル電極をニードル電極の先端側から見た底面構造を示す底面図。
【図７】（ａ）他の実施の形態の液体金属イオン源が有するニードル電極の正面構造を示す正面図、（ｂ）同ニードル電極をニードル電極の先端側から見た底面構造を示す底面図。
【図８】従来の液体金属イオン源の正面構造を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明に係る液体金属イオン源、液体金属イオン源の製造方法、及びイオンビーム照射装置を具現化した一実施の形態について、図１〜図５を参照して以下に説明する。
図１は、本実施の形態に係るイオンビーム照射装置の概略構成を液体金属イオン源の正面構造と共に示している。図１に示されるように、イオンビーム照射装置は、例えば液体ビスマス、液体ガリウム等の液体金属イオンが発生する液体金属イオン源１０と、液体金属イオン源１０からイオンを引き出す引出電極２１とを備えている。また、イオンビーム照射装置は、液体金属イオン源１０と引出電極２１との間に、フィラメントヒータ１３からの熱電子発生を抑制し、また液体金属イオン源１０から引き出されたイオンのエミッション電流を安定化させるサプレッサ電極２２を有している。
【００３６】
液体金属イオン源１０のニードル電極１１は、螺旋状に巻き回されて液体金属を貯留するリザーバ１２の内部を通り、先細りした先端部分Ｄ（図１の下端部分）がリザーバ１２から引出電極２１に向けて突き出るように配置されている。リザーバ１２の上端部分はニードル電極１１の基端部分（図１の上端部分）に向けて折り曲げられて、接合点Ａでニードル電極１１の基端部分に溶接されている。引出電極２１に向けてリザーバ１２から突き出たニードル電極１１は、接合点Ｂにおいてニードル電極１１及びリザーバ１２の液体金属を加熱するためのフィラメントヒータ１３に溶接されている。そして、ニードル電極１１、リザーバ１２、及びフィラメントヒータ１３は、接合点Ａ及び接合点Ｂにおける接合によって機械的及び電気的に接続されている。
【００３７】
フィラメントヒータ１３の両端部それぞれは、フィラメントヒータ１０３に電流を供給する柱状の端子１０４ａ，１０４ｂに溶接されており、フィラメントヒータ１３は、端子１４ａ，１４ｂを介してフィラメント電源３１に接続されている。端子１４ａ，１４ｂは、例えばアルミナのようなセラミックからなる絶縁性の支持板１５にろう付けされている。そして、フィラメント電源３１がフィラメントヒータ１３に電流を供給すると、フィラメントヒータ１３の発熱によって、ニードル電極１１とリザーバ１２が加熱されて、ニードル電極１１の表面上やリザーバ１２に貯留された液体金属が加熱される。
【００３８】
引出電極２１は、上下方向に貫通する貫通孔２１ａを有し、貫通孔２１ａがニードル電極１１の先端と同軸上になるように、ニードル電極１１の下方に配置されている。引出電極２１は、引出電源３３が印可する電圧によってニードル電極１１に対して負にバイアスされるようになっている。サプレッサ電極２２は、上下方向に貫通する貫通孔２２ａを有し、貫通孔２２ａにニードル電極１１が通るように、フィラメントヒータ１３の下方に配置されている。サプレッサ電極２２は、サプレッサ電源３２が印加する電圧によってニードル電極１１に対して負にバイアスされるようになっている。上記ニードル電極１１と接地との間には、ビーム加速電源３４が接続されている。ニードル電極１１には、ビーム加速電源３４から正の加速電圧が印加される。
【００３９】
こうしたイオンビーム照射装置では、まずフィラメント電源３１からフィラメントヒータ１３に電流が供給されて、フィラメントヒータ１３の発熱によって液体金属が融点以上の温度に加熱されて維持される。次いで引出電源３３から引出電極２１に電圧が印加されて、引出電極２１とニードル電極１１との間の領域に電場が形成される。そして、これらの一連のプロセスによって、ニードル電極１１の先端である放出端Ｔにおいて液体金属がイオン化されて、ニードル電極１１の放出端Ｔから引出電極２１に向けてイオンビームＩＢが放出される。サプレッサ電極２２はサプレッサ電源３２により電圧が印可されて、フィラメントヒータ１３からの熱電子発生を抑制し、ニードル電極１１の先端と引出電極２１との間の電流が調整される。また、ビーム加速電源３４がニードル電極１１に印加する加速電圧によって、上記放出端Ｔから放出されるイオンビームにエネルギーポテンシャルが与えられ、試料に到達する際のイオンビームのエネルギーが調整される。
【００４０】
図２（ａ）〜（ｅ）は、ニードル電極１１を構成する２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂを拡大して示している。図２（ａ）は金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの正面構造を示している。図２（ｂ）は図２（ａ）の２Ａ−２Ａ方向に沿って切断した金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの断面構造をそれぞれ示している。また、図２（ｃ）は図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ方向に沿って切断した金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの断面構造を示している。図２（ｄ）はニードル電極１１を放出端Ｔ側から見た底面構造を示している。図２（ｅ）は、液体金属イオン源を液体金属で濡らした際の、図２（ｂ）の断面図における液体金属の凹凸状態図を示している。
【００４１】
図２（ａ）に示されるように、ニードル電極１１は、円柱状の２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂが並列に配置された状態で互いの外周面Ｓ１，Ｓ２が接するように縒り合わされた構造体である。２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの下側の端面Ｓａ，Ｓｂは、ニードル電極１１の放出端Ｔを頂点にした仮想的な円錐面ＶＣの一部であって、凸状の曲面である。ニードル電極１１の先端部Ｄは、ニードル電極１１の放出端Ｔを頂点にした仮想的な円錐の一部であって、この先端部Ｄの外形は、上記一対の端面Ｓａ，Ｓｂと外周面Ｓ１，Ｓ２の一部とによって構成されている。
【００４２】
図２（ｂ）に示されるように、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２は、互いに同じ直径を有する円周面であって、図２（ａ）の２Ａ−２Ａ方向に沿って切断さ
れた切断面において、一つの接点ＣＰによって互いに接している。図２（ｃ）に示されるように、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２は、ニードル電極１１の基端から放出端Ｔに向けて延びる接線ＴＬで互いに接し、この接線ＴＬ上に上記接点ＣＰが位置するように縒り合わされている。図２（ｄ）に示されるように、ニードル電極１１の放出端Ｔは、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が互いに接する部分であって、一対の端面Ｓａ，Ｓｂが互いに接する部分でもある。２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂは、このような外周面Ｓ１，Ｓ２の互いに接する部分、すなわち接線ＴＬが放出端Ｔを含むように縒り合わされている。
【００４３】
上述のように縒り合わされた２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂによれば、１本の接線ＴＬが挟まれるように、該接線ＴＬが溝の底となるような２つの溝（案内流路１１ｃ）が構成されている。各案内流路１１ｃは、接線ＴＬが形成される全範囲、すなわちニードル電極１１の放出端Ｔからニードル電極１１の基端まで形成されている。各案内流路１１ｃにおける溝の側壁は、外周面Ｓ１，Ｓ２のうちで一つの接線ＴＬを挟んで互いに向かい合う部分によって構成されている。接線ＴＬと交差する方向に沿って切断された各案内流路１１ｃの形状は、１つの接線ＴＬから溝の幅が徐々に広がるようなＶ字の形状を呈している。また２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂが接線ＴＬに沿う螺旋構造であるため、同じく上記各案内流路１１ｃも接線ＴＬに沿う螺旋構造である。
【００４４】
このように、本実施の形態では、ニードル電極１１の基端部から放出端Ｔにまで達する案内流路１１ｃが構成される。この案内流路１１ｃに液体金属が供給されると、図２（ｅ）に示されるように、液体金属の一部のみが案内流路１１ｃの側壁となる外周面Ｓ１，Ｓ２に接触するが、液体金属ＬＭの殆どは外周面Ｓ１，Ｓ２と接触することなく案内流路１１ｃを流れる。さらに、案内流路１１ｃにおいて毛細管現象が発現されるようになり、ボリュームフローが発現する。その結果、ニードル電極１１に供給された液体金属の流れがニードル電極１１の放出端Ｔにおいて途切れることがなくなり、ニードル電極１１の放出端Ｔにおいて液体金属の供給が安定するようになる。そのため、ニードル電極１１の放出端Ｔにおいて生成されるイオンの量が安定するようになり、こうしたニードル電極１１を有する液体金属イオン源１０において、イオンビームＩＢの放出電流値の安定性が向上されることになる。なお、液体ビスマスのように金属ワイヤに対する濡れ性が低い液体金属ほど、上記の効果は、より顕著なものとなる。
【００４５】
上述のように、ニードル電極１１の放出端Ｔは２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２の接する部分で構成され、且つ、液体金属を放出端Ｔに導くための案内流路１１ｃも２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２の接する部分で構成される。つまり、ニードル電極１１の放出端Ｔと、液体金属を放出端Ｔに導くための案内流路１１ｃとが、２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２によって連続的に構成される。そのため、ニードル電極１１の放出端Ｔの位置と、液体金属を先端に導くための案内流路１１ｃの位置とが自ずと整合される。そして、１つの金属ワイヤからなるニードル電極に別途溝が形成される場合と比較して、ニードル電極１１の放出端Ｔにつながる案内流路１１ｃが高い位置精度の下で確実に形成可能となる。
【００４６】
また２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が接する部分によって案内流路１１ｃを形成するためには、まず金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２同士が互いに接した状態を維持する必要がある。金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２同士が互いに接した状態は、例えば、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂを少なくとも一カ所にて溶接することによって維持可能である。しかしながら、溶接によって金属ワイヤ１１ａ，１１ｂ同士を接合すると、金属ワイヤ１１ａ，１１ｂや溶加材が融解後に冷え固まった金属塊が上記案内流路１１ｃの内部に形成されることもある。案内流路１１ｃに液体金属が流入した場合には、こうした金属塊等によって液体金属の流れが止められる虞があ
る。
【００４７】
この点、上述した構成からなるニードル電極１１であれば、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂを縒り合わせることによって２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂが離間しない構成であるため、案内流路１１ｃにおける液体金属の流れを抑制する障害物の形成を簡単に回避することができる。
【００４８】
また金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が同径の円周面であるため、金属ワイヤ１１ａ，１１ｂによって形成される案内流路１１ｃでは、接線ＴＬと直交する方向に沿って切断された断面がゆがんだＶ字形状になる。液体体積が同一となる条件において、この断面が鋭いＶ字である案内流路１１ｃでの液体金属の接触面積は、この断面が矩形である溝での液体金属の接触面積よりも大きい。そのため、本実施の形態のように、金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が同径の円周面となる構成であれば、毛細管現象によるニードル電極１１の案内流路１１ｃに対する液体金属の濡れ性を向上させることが可能となる。そして、ボリュームフローが発現することにより、ニードル電極１１の放出端Ｔに液体金属を安定に供給することが可能となる。
【００４９】
ビーム放出を得るために十分高い電圧がニードル電極１１に印加されると、ニードル電極１１の放出端Ｔに付着した液体金属にテーラーコーンが形成され、このテーラーコーンの先端からイオンが放出されるとともに、テーラーコーンの先端が指す方向にイオンビームが放出される。ニードル電極１１の放出端の曲率半径ｒやニードル電極１１の先端半角θが小さいほど、テーラーコーンの基端の半径は小さくなり、テーラーコーンの基端の半径が小さいほど、イオンビームが放出される方向と位置が安定する。
【００５０】
そこで、ニードル電極１１の先端部Ｄは、図３に示されるように、ニードル電極１１の放出端Ｔを通る中心軸ＣＡと、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの端面Ｓａ，Ｓｂとのなす角である先端半角θが５°以上且つ６０°以下であることが好ましく、１５°〜４５°であることがより好ましい。また、ニードル電極１１の放出端Ｔにおける曲率半径ｒが０．１μｍ以上且つ５０μｍ以下であることが好ましく、０．１〜１０μｍであることがより好ましい。このような範囲の先端半角θ及び曲率半径ｒであれば、上記テーラーコーンの指す方向を安定化させ、ひいては、イオンビームの放出電流値を安定化することが可能である。
【００５１】
また、上述した構造からなるニードル電極１１、リザーバ１２、及びフィラメントヒータ１３は、例えばタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）等の元素からなる金属ワイヤで形成することが可能である。一方、これら元素からなる金属ワイヤのうち、ニオブからなる金属ワイヤは金属ワイヤの中でも延性に富む材料である。そのため、ニオブからなる金属ワイヤは、形状の加工が容易であって、加工後の形状が維持されやすい。これに対し、ニードル電極１１の構成材料として一般に用いられるタングステンは高い硬度と高い弾性とを有する。そのため、タングステンからなる金属ワイヤが機械的に加工される場合には、ニオブからなる金属ワイヤが機械的に加工される場合よりも、加工に必要とされる負荷が大きくなり、また、加工後の形状も維持され難い。そこで、金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの構成材料としてニオブを選択することにより、ニードル電極１１の製作において、機械的な加工が容易となり、また加工後の形状も維持されやすくなる。
【００５２】
次に、液体金属イオン源の製造方法、特に、液体金属イオン源１０が有するニードル電極１１の先端の加工方法を、図４を参照して説明する。
一本の金属ワイヤからなるニードル電極に円錐形状の先端を形成する方法としては一般に、電解研磨と機械研磨とが通常用いられる。電解研磨とは、ニードル電極を構成する金
属ワイヤの一端を酸あるいはアルカリ溶液中で電気化学的に陽極溶解する方法である。他方、機械研磨とは、金属ワイヤの一端を砥石等によって物理的に研削する方法である。１本の金属ワイヤからなる従来のニードル電極であれば、これら研磨方法のいずれによっても円錐形状の先端を形成することが可能である。しかしながら、２本の金属ワイヤから構成されるニードル電極を電解研磨によって形成すると、各金属ワイヤの一端が研削されて円錐形状の先端が２カ所形成されることになる。その結果、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が接する部分に仮想的にひとつの放出端Ｔを形成することが技術的に不可能になる。そのため、ニードル電極１１の放出端Ｔを２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの接する部分で構成するのであれば、その加工方法として上記機械研磨を選択する必要がある。
【００５３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの接する部分がニードル電極１１の放出端Ｔとなるように機械研磨によって加工する工程を模式的に示している。
【００５４】
まず機械研磨によってニードル電極１１の先端を加工することに先立ち、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂは縒り合わされた状態でリザーバ１２に挿入され、接合点Ａにてリザーバ１２が金属ワイヤ１１ａ，１１ｂに溶接される。また、金属ワイヤ１１ａ，１１ｂが接合点Ｂにフィラメントヒータ１３に溶接されて、フィラメントヒータ１３の両端が端子１４ａ，１４ｂに溶接される。そして、放出端Ｔを有していない状態の液体金属イオン源１０に対して機械研磨による加工が施される。
【００５５】
図４（ａ）に示されるように、液体金属イオン源１０の支持板１５は、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂが作る接線ＴＬを含む軸線Ｃ１を中心として回転される。２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂを研磨するためのグラインダ４１は、研削面の回転中心を通る法線（軸線Ｃ２）と上記軸線Ｃ１とのなす角度が、ニードル電極１１の先端半角θとしたときに、９０°- θになるように配置される。また、グラインダ４１の研磨面を正面とする図４（ｂ）に示されるように、液体金属イオン源１０の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂにおいて研磨される部分は、グラインダ４１の研磨面の中心からオフセンタに接触するように配置される。そして、液体金属イオン源１０を相対的にゆっくりと回転させ、グラインダ４１を相対的に速く回転させて、金属ワイヤ１１ａ，１１ｂが研磨される。２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂに対するこのような研磨方法により、接線ＴＬに対して先端半角θの仮想的な円錐面ＶＣが形成され、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの端面Ｓａ，Ｓｂは、接線ＴＬ上の点を頂点にした仮想的な円錐面ＶＣの一部を構成するようになる。そのため、ニードル電極１１の放出端Ｔは、仮想的な円錐面ＶＣの頂点なり、かつ接線ＴＬ上であって、かつ案内流路１１ｃの端となる位置に形成される。また図４（ｂ）のように配置され、液体金属イオン源１０に対するグラインダ４１の回転速度を非常に速くすることによる回転速度設定によって、研磨時に端面Ｓａ，Ｓｂ上に形成される小さな研磨痕の向きがニードル電極１１の先端に向くようになるため、研磨痕による液体金属イオン源の流れが研磨痕によって阻害される可能性を最小限に抑えることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が同じ直径を有する円周面であるため、上記機械研磨に際して、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの接する部分を含む軸線Ｃ１を容易に決定し、かつ容易に加工を行う適切な位置に配置することが可能である。それゆえに、機械研磨による放出端Ｔの加工を容易なものとすることが可能である。
［実施例］
実施例として、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂを縒り合わせたニードル電極１１を有し、ボリュームフローによってニードル電極先端に液体金属が先端に供給される液体金属イオン源１０を作成した。また比較例として、１本の金属ワイヤからなるニードル電極を
有し、サーフェスフローによって液体金属が先端に供給される、従来の液体金属イオン源を作成した。なお、金属ワイヤの形成材料はニオブとし、ニオブからなる金属ワイヤによってリザーバ１２及びフィラメントヒータ１３も形成した。各液体金属イオン源をイオンビーム照射装置に搭載した。また、イオン源となる液体金属には、液体ビスマスを用いた。そして、引出電極に所定の電圧を印加してイオンビームを照射し、安定した後の、ニードル電極の先端で生成される一次イオンに由来するエミッション電流と、試料に到達した一次イオンに由来する試料電流を測定した。
［実施例１］
・エミッション電流      ２μＡ
・引出電圧              ６．５ｋＶ
・ヒータ電流            ２．５Ａ
６．５ｋＶの引出電圧を引出電極に印加すると、２μＡのエミッション電流が安定して得られた。この条件下において試料電流を測定したところ、図６（ａ）に示されるように、イオン測定開始から４０００秒間に渡り凡そ１３ｎＡに保たれていた。これは、ニードル電極に形成された案内流路１１ｃを通って、ニードル電極１１の放出端Ｔに液体ビスマスが安定に供給されているためである。結果として、単位時間当りにイオン化されるビスマスの量が安定化され、イオン化されるビスマスの量により決まるエミッション電流が安定化される。
［比較例１］
・エミッション電流      ２〜３μＡ
・引出電圧              ５．２ｋＶ
・ヒータ電流            ２．４Ａ
５．２ｋＶの引出電圧を引出電極に印加すると、イオンビームエミッションは得られたものの、イオンビームエミッションの安定化のための数時間のウォーミングアップを行っても、安定したエミッションは得られず、エミッション電流の低下が観測された。測定開始時は３μＡのエミッション電流が得られたものの、測定開始から３６００秒後には２μＡにまで低下した。この間に試料電流を測定したところ、図６（ｂ）に示されるように、測定開始時には２５ｎＡ程度であったものの、時間の経過とともに徐々に減少し、測定開始から４０００秒間が経過したときには、凡そ１２ｎＡまで低下した。
【００５７】
エミッション電流の低下は、液体ビスマスがニードル電極の外表面を流れる間に、液体金属イオン源の周りにおける真空中の残留ガスによって酸化されて形成された液体ビスマスよりも高い融点を有する酸化物が、液体ビスマスのサーフェスフローを抑制し、ニードル電極の先端に供給される液体ビスマスの量が低下したために起こった。またエミッション電流の低下に伴い、試料電流の低下も同時に認められた。さらに、測定間における試料電流値のジッターが非常に大きかった。これは、液体ビスマス中に形成された酸化物により、ニードル電極の先端に供給される単位時間当りの液体ビスマス量が不安定化され、単位時間当りに供給される液体ビスマス量の変化率が大きいためである。
【００５８】
このように、従来の液体金属イオン源を用いた液体ビスマスイオンビームの照射を行う場合であっても、エミッション電流を取得することができる。しかしながら、上述のように、イオンビームの照射開始から時間が経過すると、ニードル電極の放出端に対する液体ビスマスの供給が抑制されることで、エミッション電流が低下し、且つ不安定化する。最終的には、ニードル電極の放出端への液体ビスマスの供給量が、イオンビームを照射可能な最小量を下回り、イオンビームの照射が完全に阻害されることになる。
【００５９】
これに対し、実施例の液体金属イオン源においては、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂによって形成された案内流路１１ｃにおいて上述のように毛細管現象が生じる。また、案内流路１１ｃ外壁や液体金属イオン源１０の周りの真空空間に接していない内部の液体ビスマスは酸化され難く、それの流動性が損なわれ難い。これらのボリュームフローの利点
により、ニードル電極１１の放出端Ｔに供給される液体ビスマスの量が安定化され、イオンビーム照射装置におけるエミッション電流、ひいては一次イオンよる試料電流が安定化されるようになる。
【００６０】
以上説明したように、この実施の形態の液体金属イオン源、液体イオン源の製造方法、及びイオンビーム照射装置によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が互いに接する部分をニードル電極１１の放出端Ｔまで連ねることによって、ニードル電極１１の放出端Ｔにまで達する案内流路１１ｃを構成するようにした。そのため、案内流路１１ｃに液体金属が供給されると、液体金属の一部のみが案内流路１１ｃの側壁となる外周面Ｓ１，Ｓ２と接触し、液体金属の殆どは外周面Ｓ１，Ｓ２と接触することなく案内流路１１ｃを流れる。また、液体金属をニードル電極１１の放出端Ｔに向けて流す毛細管現象が案内流路１１ｃにおいて発現される。そして、ニードル電極１１の放出端Ｔへ向かったボリュームフローが発現し、ニードル電極１１に供給された液体金属がニードル電極１１の放出端Ｔにまで容易に流れるようになる。その結果、ニードル電極１１の放出端Ｔに対する液体金属の供給が安定するようになる。それゆえに、ニードル電極１１の放出端Ｔにおいて生成されるイオンの量が安定するようになり、こうしたニードル電極１１を有する液体金属イオン源１０において、イオンビームＩＢの放出電流値の安定性が向上されることになる。
【００６１】
（２）ニードル電極１１の先端が２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２の接する部分で構成され、且つ、液体金属を先端に導くための案内流路１１ｃも２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２の接する部分で構成されるようにした。つまり、ニードル電極１１の放出端Ｔと液体金属を放出端Ｔに導くための案内流路１１ｃとが、２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２によって連続的に構成されるようにした。そのため、ニードル電極１１の放出端Ｔの位置と、液体金属を放出端Ｔに導くための案内流路１１ｃの位置とが自ずと整合され、万年筆に類似した構造が形成される。そして、１つの金属ワイヤに別途溝が形成されたニードル電極の場合と比較して、ニードル電極１１の放出端Ｔにつながる溝が高い精度の下で確実に形成可能である。
【００６２】
（３）２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂを縒り合わせることによって２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂが互いに接している状態が維持されるようにした。これにより、案内流路１１ｃの内部に液体金属の流れを抑制する障害物、例えば溶接に起因する金属塊の形成を回避することができる。
【００６３】
（４）２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２によって形成される案内流路１１ｃは、２つの円周面の互いに接する接線ＴＬから遠くなるにつれて徐々に広がる形状とした。言い換えれば、２つの金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２の互いに接する部分に近くなるほど溝の幅が無限小に小さくなるようにした。これにより、案内流路１１ｃの底付近においては、液体金属の体積に対する接触面積の割合が大きくなり、案内流路１１ｃの底付近において発生する毛細管現象によって、ニードル電極１１の案内流路１１ｃに対する液体金属の濡れ性が向上する。そして、ボリュームフロー発現により、ニードル電極１１の放出端Ｔに液体金属を安定に供給することが可能となる。
【００６４】
（５）２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２が同じ直径を有する円周面とした。そのため、機械研磨に際して、ニードル電極１１の放出端Ｔを含む軸線Ｃ１を容易に決定し、かつ容易に加工を行うために位置に配置することが可能である。それゆえに、機械研磨による先端の加工を容易なものとすることが可能である。
【００６５】
（６）金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの構成材料をニオブとした。これにより、ニードル電極１１が形成されるときに、金属ワイヤの構成材料としてニオブが用いられることにより
、機械的な加工が容易となり、また加工後の形状も維持されやすくなる。
【００６６】
（７）ニードル電極１１の放出端Ｔの先端半角θが５°以上６０°以下、好ましくは１５°〜４５°とし、且つ、ニードル電極１１の先端の曲率半径が０．１μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは０．１μｍ〜１０μｍとしていることから、上記テーラーコーンの位置および方向を安定化させ、ひいては、イオンビームの放出電流値を安定化することが可能である。
【００６７】
（８）様々な金属に対して濡れ性の低い液体ビスマスを、液体金属イオン源用液体金属として用いることができるようになった。また、液体ビスマス金属源からのイオンビームＩＢの放出電流値が安定するという効果がより顕著なものとなる。
【００６８】
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・イオン照射装置が有するサプレッサ電極２２、及びこれに電圧を印加するサプレッサ電源３２を割愛してもよい。
【００６９】
・ニードル電極１１を２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂによって構成するようにした。これに限らず、図６に示されるように、３本以上の金属ワイヤ、例えば３本の金属ワイヤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃによってニードル電極５１を構成するようにしてもよい。この場合、図６（ａ）に示されるように、先の図２等に記載の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂと同様の形状とした２本の金属ワイヤ５１ａ，５１ｂに対して、金属ワイヤ５１ｃを巻回す構成とすることができる。また、図６（ｂ）に示される底面構造によるように、ニードル電極５１の放出端Ｔは、金属ワイヤ５１ａと５１ｂとの接点ＣＰとされる。こうしたニードル電極の構成によれば、２本の金属ワイヤによって形成されたニードル電極と比較して、ニードル電極５１を形成する金属ワイヤ５１ａ，５１ｂ，５１ｃの本数が増えた分だけ、互いに接する金属ワイヤによって形成される溝（案内流路）の数が増えることになる。
【００７０】
・接線ＴＬに巻き回される金属ワイヤの巻き数は、２巻きに限らず、例えば１巻きでもよいし、あるいは３巻き以上であってもよい。
・リザーバ１２とニードル電極１１とを別体とし、リザーバ１２内にニードル電極１１が挿入されるようにした。これに限らず、リザーバとニードルとを一体に形成するようにしてもよい。この場合、１本の金属ワイヤの一端を螺旋形状のリザーバとし、金属ワイヤの他端をリザーバから突出させてニードル電極とすればよい。
【００７１】
・リザーバ１２とフィラメントヒータ１３とが別体からなるようにした。これに限らず、フィラメントヒータとリザーバとを一体に形成するようにしてもよい。この場合、１本の金属ワイヤの両端をフィラメントヒータとしてフィラメント電源に接続し、その他の部分を例えば螺旋形状のリザーバとすればよい。
【００７２】
・ニードル電極１１の放出端Ｔの曲率半径ｒは０．１μｍ〜１０μｍに限らず、０．１μｍ以上且つ５０μｍ以下であれば、他の任意の長さを選択することが可能である。
・ニードル電極１１の放出端Ｔにおける先端半角θは１５°〜４５°に限らず、５°以上且つ６０°以下であれば、他の任意の角度を選択することが可能である。
【００７３】
・ニードル電極１１とリザーバ１２との接合、及びニードル電極１１とフィラメントヒータ１３との接合には溶接を用いるようにした。これに限らず、例えば接着剤を用いてニードル電極１１とリザーバ１２とを接合する、あるいはニードル電極１１とフィラメントヒータ１３とを接合するようにしてもよい。
【００７４】
・ニードル電極１１、リザーバ１２、及びフィラメントヒータ１３は同一の材料によっ
て形成しなくともよい。例えば、ニードル電極１１、リザーバ１２、及びフィラメントヒータ１３をそれぞれ別の導電性材料によって形成するようにしてもよい。
【００７５】
・２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの各外周面Ｓ１，Ｓ２を同じ直径とした。これに限らず、図７（ａ）に示されるように、２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂがそれぞれ異なる直径を有するようにしてもよい。つまり、相対的に直径が大きい金属ワイヤ６１ａに対して、相対的に直径が小さい金属ワイヤ６１ｂが巻回された構成を有するニードル電極６１としてもよい。この場合、図７（ｂ）に示される底面構造によるように、ニードル電極６１の放出端Ｔは、２本の金属ワイヤの直径が同一であるものと比較して、金属ワイヤ６１ａと６１ｂとの直径の差の分だけ、金属ワイヤ６１ｂ側に偏るようになる。なお、金属ワイヤ６１ａに対して金属ワイヤ６１ｂが巻回される回数は任意に選択可能である。
【００７６】
・金属ワイヤ１１ａ，１１ｂの外周面Ｓ１，Ｓ２を円周面とした。これに限らず、他の形状、例えば、金属ワイヤの延びる方向に垂直な断面が三以上の多角形となるような外周面の形状としてもよい。
【００７７】
・２本の金属ワイヤ１１ａ，１１ｂを縒り合わせることにより金属ワイヤ１１ａ，１１ｂ同士が離間しないようにした。これに限らず、金属ワイヤ１１ａ，１１ｂ同士は溶接により接合するようにしてもよい。
【００７８】
・ニードル電極１１の全体にわたり接線ＴＬを設ける構成としたが、ニードル電極１１の一部であって且つ、ニードル電極１１の放出端Ｔを含むように接線ＴＬが設けられる構成であってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１１，５１，６１，１０１…ニードル電極、１１ａ，１１ｂ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，６１ａ，６１ｂ…金属ワイヤ、１１ｃ…溝、１２，１０２…リザーバ、１３，１０３…フィラメントヒータ、１４ａ，１４ｂ，１０４ａ，１０４ｂ…端子、１５…支持板、２１…引出電極、２１ａ…貫通孔、２２…サプレッサ電極、２２ａ…貫通孔、３１…フィラメント電源、３２…サプレッサ電源、３３…引出電源、３４…ビーム加速電源、４１…グラインダ、１０５…支持部材、ＬＭ…液体金属、ｒ…曲率半径、θ…先端半角。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
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