(57)【要約】【課題】液体金属イオン源又は液体合金イオン源のための改良されたエミッタを提供する。【解決手段】液体金属イオン源のためのエミッタ（１００）が提供され、該エミッタは、ワイヤ（１１０）を備え、該ワイヤは、ほぼ湾曲した部分（１１５）及び表面（１２０）を有し；ワイヤ表面（１２０）の少なくとも一部分（１２５）がほぼ湾曲した部分（１１５）で先細にされてエミッタ先端を形成する。更に、このようなエミッタの製造方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ（１１０）を備えた液体金属イオン源のためのエミッタ（１００）であって、
前記ワイヤがほぼ湾曲した部分（１１５）と表面（１２０）とを有し、前記ワイヤ表面（１２０）の少なくとも一部分（１２５）が前記ほぼ湾曲した部分（１１５）で先細にされてエミッタ先端を形成することを特徴とするエミッタ（１００）。
【請求項２】
前記ワイヤ表面（１２０）の先細部分（１２５）が、前記ワイヤ（１１０）の外側表面であることを特徴とする請求項１に記載のエミッタ（１００）。
【請求項３】
前記先細部分（１２５）が、前記エミッタの光学軸（ＯＡ）に沿って見たときに円錐を形成していることを特徴とする前記請求項の何れかに記載のエミッタ（１００）。
【請求項４】
円錐角φが、５０°≦φ≦１３０°の範囲であることを特徴とする請求項３に記載のエミッタ（１００）。
【請求項５】
前記円錐角φが、９８°に等しいことを特徴とする請求項３に記載のエミッタ（１００）。
【請求項６】
前記先細部分（１２５）における前記ワイヤ（１１０）の直径（Ｗ）が、前記先細部分（１２５）の外側の前記ワイヤ（１１０）の直径よりも小さいことを特徴とする前記請求項の何れかに記載のエミッタ（１００）。
【請求項７】
前記Ｖ字形部分（１１５）の少なくとも一部分における前記ワイヤ表面（１２０）にマイクロチャンネル（１２７）が設けられることを特徴とする前記請求項の何れかに記載のエミッタ（１００）。
【請求項８】
前記ワイヤ（１１０）が更に、支持体手段（１５０）と前記ワイヤ（１１０）を接続するフィラメント部分（１４０、１４５）を有することを特徴とする前記請求項の何れかに記載のエミッタ（１００）。
【請求項９】
前記フィラメント部分（１４０、１４５）が、互いに本質的に同一に形成され、前記エミッタ先端に対して対称的に位置付けられることを特徴とする請求項８に記載のエミッタ（１００）。
【請求項１０】
前記フィラメント部分（１４０、１４５）間の角度ξが、１°≦ξ≦２５°の範囲であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のエミッタ（１００）。
【請求項１１】
原材料（１３５）を保持するリザーバ部（１３０）を更に有し、前記リザーバ部（１３０）が、前記フィラメント部分（１４０、１４５）の間に形成されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載のエミッタ（１００）。
【請求項１２】
前記ワイヤ（１１０）が、金属ワイヤ又はワイヤ形の導電性材料であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載のエミッタ（１００）。
【請求項１３】
前記ワイヤが、タングステン、タンタル、チタン又はニッケルから作られることを特徴とする請求項１２に記載のエミッタ（１００）。
【請求項１４】
前記エミッタ（１００）が、Ｓｉを成分として含む合金のための液体金属イオン源であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載のエミッタ（１００）。
【請求項１５】
前記エミッタ（１００）が、二元合金ＰｒＳｉ用の液体合金イオン源であることを特徴とする請求項１３に記載のエミッタ（１００）。
【請求項１６】
エミッタ（１００）を備えた液体金属イオン源（７００）であって、
前記エミッタ（１００）が、
ほぼ湾曲した部分（１１５）と表面（１２０）とを有し、該表面（１２５）の少なくとも一部分（１２５）が前記ほぼ湾曲した部分（１１５）で先細にされてエミッタ先端を形成し、前記エミッタのリザーバ部（１３０）が液体金属（１３５）を含むワイヤ（１１０）と、
前記エミッタ（１００）からイオンを抽出する抽出電極（６００）と、
を含むことを特徴とする液体金属イオン源。
【請求項１７】
前記エミッタ（１００）が、請求項１から１５の何れかに従って構成されることを特徴とする請求項１６に記載の液体金属イオン源。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の液体金属イオン源（７００）を備える荷電粒子ビーム装置。
【請求項１９】
液体金属イオン源のためのエミッタを製造する方法であって、
（ａ）ワイヤを準備する段階と、
（ｂ）前記ワイヤの表面の一部分を先細にしてエミッタ先端を形成する段階と、を含む方法。
【請求項２０】
前記先細にする段階が成形段階を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記先細にする段階が研磨段階を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記先細にする段階がエッチング段階を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記先細にする段階が微細加工段階を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
イオンビームを生成する方法において、
（ａ）エミッタ（１００）を備えた液体金属イオン源（７００）を荷電粒子ビーム装置内に準備する段階を含み、
前記エミッタが、ほぼ湾曲した部分（１１５）と表面（１２０）とを有し、該表面（１２５）の少なくとも一部分（１２５）が前記ほぼ湾曲した部分（１１５）で先細にされてエミッタ先端を形成し、前記エミッタのリザーバ部（１３０）が液体金属（１３５）を含むワイヤ（１１０）と、前記エミッタ（１００）からイオンを抽出する抽出電極（６００）とを含むワイヤ（１１０）を備え、
前記方法が更に、
（ｂ）前記ワイヤ（１１０）に電流を印加する段階と、
（ｃ）前記液体金属（１３５）と前記抽出電極（６００）との間に電圧を印加し、前記液体金属（１３５）からイオンを抽出してイオンビームを発生させる段階と、
を含む方法。
【請求項２５】
（ａ）ワイヤを準備する段階と、
（ｂ）前記ワイヤの表面の一部分を先細にしてエミッタ先端を形成する段階と、
からなる方法によって得られる液体金属イオン源。
【請求項２６】
前記先細にする段階が成形段階を含む請求項２５に記載の液体金属イオン源。
【請求項２７】
前記先細にする段階が研磨段階を含む請求項２５に記載の液体金属イオン源。
【請求項２８】
前記先細にする段階がエッチング段階を含む請求項２５に記載の液体金属イオン源。
【請求項２９】
前記先細にする段階が微細加工段階を含む請求項２５に記載の液体金属イオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源のためのエミッタに関し、詳細には、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）又は液体合金イオン源（ＬＭＡＩＳ）のためのエミッタに関する。本発明は更に、このようなエミッタを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集束イオンビーム（ＦＩＢ）技術は、半導体産業における重要なツールである。集束イオンビームは、故障解析、透過型電子顕微鏡試料の調製、並びに回路及びマスク修正に使用される。ＦＩＢマイクロ及びナノ加工を用いると、特にリソグラフィ、エッチング、及び注入などの、同じ基板上に作製される異なる構成要素の種々の要件を満足させなければならない従来の加工技術に要求される複雑さを低減することができる。
【０００３】
ＦＩＢ技術の成功は、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）及び液体合金イオン源（ＬＭＡＩＳ）それぞれの発明の結果である。以下においては、ＬＭＩＳ単独又はＬＭＡＩＳ単独へのそれぞれの言及は、ＬＭＩＳ又はＬＭＡＩＳの何れかだけを意味することが明らかでない限り、他のタイプのイオン源への言及としても理解すべきである。ＬＭＩＳには、ニードル型エミッタ、キャピラリ型エミッタ、及び多孔質エミッタの３つの基本的な設計が存在する。比較のために、ニードル型エミッタ及びキャピラリ型エミッタの写真が図８に示されている。
【０００４】
ニードル型エミッタでは、通常Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ又はＮｉで作られた小型ヘアピン（ニードルチップ）及びフィラメントがエミッタとして使用される（図７の左側を参照）。エミッタは、液体金属原材料で湿潤されて装荷され、液体金属リザーバを形成する。イオン源の湿潤のためには、原材料が液状で提供される必要がある。この目的のために、抵抗加熱器又は電子ビーム加熱器を使用することができる。次いで、エミッタは、高真空（約１０-7Ｔｏｒｒ）の加熱液体金属内に浸漬される。動作中、電流がフィラメントに供給され、従ってフィラメントは抵抗加熱される。加熱液体金属は、ニードルチップに向かって流動する。次いで、ニードルチップと抽出電極との間に高電圧が印加される。ニードルチップでの高い電界強度により、液体原材料の更に小さい先端がいわゆるテーラーコーンを形成し、ここからイオンが放出される。これにより、安定したイオンビームが原材料から発生する。液体金属イオンが本質的で先端で形成されるように、ニードルチップの先端がエミッタの最も熱いスポットを形成すべきである点は明らかである。
【０００５】
以下において、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながらニードル型エミッタを更に詳細に説明する。図８Ａ及び図８Ｂは、従来技術のニードル型液体金属イオン源の概略図である。エミッタは、ニードルチップ１０、フィラメント１１、及び支持体５０を含む。通常、支持体５０は、セラミック基部に装着され、フィラメント１１に電気端子を提供する。フィラメント１１は、２つの支持体の間に延び、アーク様形状を有する。アークの頂点には、ニードルチップ１０がフィラメント１１に取り付けられる。図８Ｂに示されるように、ニードルチップ１０は、例えば、溶接スポット１５が形成されるように電気スポット溶接などの溶接技法によってフィラメント１１に取付られる。従って、ニードルチップ１０の加熱は、溶接スポット１５を介してフィラメント１１からニードルチップ１０に熱を伝達する必要があるという点で間接的なものに過ぎない。結果として、ニードルチップ１０の先端が実際にエミッタの最も熱い部分であることは保証されない。このことは、エミッタの効率を低下させる可能性がある。更に、ニードルチップ１０のリザーバ部が過剰に過熱される可能性があり、そのため液体金属材料がリザーバから蒸発するようになる。その結果、イオン源の寿命が短縮され、試験片及びイオンビーム装置の汚染が増大する。
【０００６】
第２のタイプのＬＭＩＳは、キャピラリ型又はリザーバ型エミッタとして知られる。こうしたキャピラリ型エミッタの実施例は、図７の右側及び図９に示される。キャピラリ設計では、エミッタモジュール１０は、小さな原材料リザーバ３０を有する２つの金属プレートからなる。各プレートの片側には鋭いブレードが正確に機械加工されている。材料の薄層が、プレートの１つの他の３つの側部にスパッタ堆積されてスペーサとして機能し、すなわち、２つのエミッタ半部分が互いに緊密にクランプされたときに、ブレード間に約１μｍのスリット１７が残る。更に、加熱器４０は、液体状態であるように原材料を加熱するために設けられる。液体の原材料はこの微小流路１７を通って流動し、スリット１７の出口で１μｍ程度の曲率半径を有する自由表面を形成する。エミッタとその前方に直接配置された抽出電極との間の電位差の印加によって発生した強電界の下で、液体金属の自由表面は、静電気力と表面張力との複合効果によって局所的に不安定な状態に近づく。突出した尖端、すなわちテーラーコーンが生成される。電界が約１０9Ｖ／ｍの値に達すると、先端の原子は自発的にイオン化して推力生成イオンジェットが電界によって引き出され、トンネル現象により電子が液体金属全体の大部分において除去されると同時に先端から蒸発した原子はイオン化される。
【０００７】
しかしながら、こうしたキャピラリ型エミッタの構造及び製造は比較的複雑である。更に、大きな加熱電流がキャピラリ型エミッタによって必要とされる。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願第０４０１７８９４．９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、液体金属イオン源又は液体合金イオン源のための改良されたエミッタを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述を考慮して、本発明は、ワイヤを含む液体金属イオン源のためのエミッタを提供し、該ワイヤが、ほぼ湾曲した部分と表面とを含み、ワイヤ表面の少なくとも一部分がほぼ湾曲した部分で先細にされてエミッタ先端を形成する。更に、液体金属イオン源のためのエミッタを製造する方法が提供され、該方法は、ワイヤを準備する段階と、ワイヤの表面の一部分を先細にしてエミッタ先端を形成する段階とを含む。
【００１１】
本発明の別の利点、特徴、態様、並びに詳細は、従属請求項、明細書、及び添付図面から明らかである。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、液体金属イオン源のためのエミッタが提供される。この関連において、用語「液体金属イオン源」は、液体金属イオン源並びに液体合金イオン源を含むことを理解されたい。更に、エミッタはほぼ湾曲した部分を有するワイヤを含む。通常、このほぼ湾曲した部分は、Ｕ字形又はＶ字形であり、ワイヤを屈曲することによって形成することができる。この関連において、ワイヤは、特に、例えばタングステン、タンタル、チタン、又はニッケルなどの金属で作られた細長い導電部材として理解される。更に、ワイヤは、ワイヤ表面の少なくとも一部が面取りされ、Ｕ字形又はＶ字形のほぼ湾曲した部分の先端側で尖状である。このようにして、エミッタ先端がＵ字形又はＶ字形のほぼ湾曲した部分の先端側で形成される。
【００１３】
上述のエミッタは、とりわけキャピラリ型エミッタと比べて簡素な構造を有しており、これは該エミッタが本質的には適切な形状のワイヤしか含まないことによる。従って、上述のエミッタは、ニードレスエミッタと呼ばれる場合のある新しいタイプのＬＭＩＳ又はＬＭＡＩＳエミッタを形成する。言い換えれば、フィラメントへのニードルチップの溶接が、上述のエミッタの設計によって不要となり、同様にこれに付随する問題も克服される。特に、上述のエミッタは、エミッタ先端がワイヤの一部であって、従って直接的に加熱されるので温度分布が改善される。結果として、リザーバからの原材料の望ましくない蒸発を回避することができ、従って、エミッタの寿命が向上し、イオンビーム装置及び試験片の汚染が低減される。更に、エミッタの先端を加熱することができ、そのため、ワイヤ表面に形成されていた場合もある腐食層をエミッタ使用前に蒸発させることができる。更に、上述の特性を有するエミッタは、高融点を有する原材料にとりわけ適合される。このようなエミッタの温度分布によって、高融点を有するこうした材料に伴う加熱の問題が低減される。別の態様によれば、エミッタの特定の設計はまた、湿潤特性が劣る合金をエミッタに装荷することを可能にする。上述のエミッタは、エミッタ先端に向かって連続且つ円滑に増大する温度分布を有する。この温度分布によって、エミッタは、例えばＩｎ‐Ｇａ、Ｐｂ‐Ｓｎ、Ｅｒ‐ＦｅＮｉＣｒ、Ｐｒ‐Ｓｉといった湿潤特性が劣る合金であっても装荷することができる。
【００１４】
別の実施形態によれば、ワイヤの先端側の尖状又は先細の区域は、非対称円錐を形成する。開口又は円錐角は、典型的には、約５０°〜１３０°の範囲である。更に典型的には、９０°〜１１０°の円錐角が使用され、９８°の円錐角がテーラーコーンの理論値に対応している。上述の範囲の円錐角がエミッタ先端に選択された場合、テーラーコーンの形成が支援及び促進される。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、尖状区域内でのワイヤの幅は、尖状区域外のワイヤの幅よりも小さい。従って、尖状部分でのワイヤの抵抗はワイヤの残りの部分よりも高い。結果として、ワイヤは、先細部分においてより高温となり、従って、ワイヤの尖状部分すなわちエミッタ先端がエミッタの最も熱い部分であることが確実になる。このことは、エミッタの寿命を更に向上させ、リザーバから蒸発する原材料による汚染を更に低減する。
【００１６】
更に別の実施形態によれば、マイクロチャンネルが、尖状区域の少なくとも一部分のワイヤ表面上に形成される。通常、これらのマイクロチャンネルは、エミッタの先端側に向かって、例えば螺旋状、蛇行状、又は旋回状に延びている。マイクロチャンネルが、原材料すなわち液体金属又は液体合金をリザーバからエミッタの先端側に向かって導くので、これによりイオンビームの安定性が向上する。動作中、液体金属又は液体合金は、リザーバからマイクロチャンネルを介し、エミッタの先端で形成されたテーラーコーン内に流動する。
【００１７】
本発明の更に別の実施形態によれば、エミッタは、原材料すなわち液体金属又は液体合金を保持するリザーバを有する。通常、リザーバは、Ｕ字形又はＶ字形のほぼ湾曲した部分のリムの間に形成される。
【００１８】
更に別の実施形態によれば、ワイヤのリムの間の角度ξは、１°≦ξ≦２５°の範囲である。角度ξをこの範囲内で選択することにより、原材料１３５でのリザーバ部１３０の湿潤及び装荷が容易になる。更に、リムは互いに対して本質的に同一に形成され、エミッタ先端に対して対称的に位置付けることができる。とりわけ、リムは同じ長さ、厚み、及び外形を有することができる。リムが本質的に同一であれば、一方のリム部分の熱膨張が反対側のリム部分の熱膨張によって相殺されるので、リム部分の熱膨張に起因するエミッタ先端の横方向ドリフトが発生しない。従って、リム部分の熱膨張は、エミッタ先端の光学軸に沿った移動を引き起こすだけとなる。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、液体金属イオン源が提供される。該液体金属イオン源はエミッタを有し、該エミッタが、ほぼ湾曲した部分と表面とを有し、ワイヤ表面の少なくとも一部分はほぼ湾曲した部分で先細にされてエミッタ先端を形成し且つ該エミッタのリザーバ部が液体金属を含むワイヤと、該エミッタからイオンを抽出するための抽出電極とを有する。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、液体金属イオン源又は液体合金イオン源エミッタを製造する方法が提供される。本方法は、ワイヤを準備する段階と、ほぼ湾曲した区域内でワイヤの一区域を面取りする段階とを含む。このようにして、エミッタ先端が、ワイヤのほぼ湾曲した区域の先端に形成される。通常、ワイヤは、ワイヤ表面の成形加工、研磨加工、又はエッチング加工によって面取りされる。しかしながら、他の適切な方法もまた、ほぼ湾曲した区域の先端側での先細部分を作製するのに用いることができる。
【００２１】
本発明の更に別の態様によれば、イオンビームを形成する方法が提供される。この方法は、エミッタを備えた液体金属イオン源を荷電粒子ビーム装置内に準備する段階を含み、該エミッタが、ほぼ湾曲した部分と表面とを有し、該表面の少なくとも一部分が前記ほぼ湾曲した部分で先細にされてエミッタ先端を形成し、エミッタのリザーバ部が液体金属を含むワイヤと、エミッタからイオンを抽出する抽出電極とを含むワイヤを備え、前記方法が更に、ワイヤに電流を印加する段階と、液体金属と抽出電極との間に電圧を印加し、液体金属からイオンを抽出してイオンビームを発生させる段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の上記に示された態様及び他のより詳細な態様の一部は、以下の説明において記載され、部分的には各図を参照して例示される。
【００２３】
ここで本発明の種々の実施形態を詳細に参照し、その１つ又はそれ以上の実施例が各図に示されている。各実施例は本発明の例証として提供され、本発明を限定するものではない。例えば、１つの実施形態の一部として図示され説明される特徴は、他の実施形態で又はこれと同時に用いて、別の実施形態を更に得ることができる。本発明はこのような修正形態及び変形形態を含むことが意図されている。
【００２４】
図１の左側は、本発明の実施形態によるエミッタ１００を示す。エミッタ１００は、本質的にＵ字形又はＶ字形部分１１５を有するようにほぼ湾曲した様態で延びる金属ワイヤ１１０を含む。通常、ワイヤ１１０は、タングステン、タンタル、チタン、又はニッケルで作られる。ワイヤ１１０は、Ｖ字形部分１１５で先細にされ、先細部分１２５を形成する。通常、先細部分１２５は、例えば、成形、研磨、エッチング、又は微細加工によってワイヤ１１０の外側表面１２０に形成される。Ｖ字形部分１１５に加えて、ワイヤ１１０はまた、フィラメント部分１４０、１４５を含み、これらは支持体（図示せず）に装着することができる。通常、これらの支持体はまた、電流をエミッタ１００に印加することができるようにワイヤ１１０用の電気端子として機能する。ある量の原材料すなわち液体金属又は液体合金を保持するためのリザーバ部１３０が、Ｖ字形部分の左リム１４０と右リム１４５との間に形成される。
【００２５】
Ｖ字形部分１１５の拡大図が、図１の右側に示される。ここでは、エミッタの装荷状態が示され、原材料１３５が、リザーバ部１３０に配置されている。通常、リザーバ部は、５ｍｍ3以下、例えば１ｍｍ3と５ｍｍ3の間の容積を有する。従って、リザーバ部は、原材料１３５の相当量、すなわち最大で５ｍｍ3までの量を保持するように適合される。更に、円錐角φは、５０°≦φ≦１３０°の範囲にあり、典型的には９０°≦φ≦１１０°の範囲である。図１に示される特定の実施形態においては円錐角は９８°に等しく、これは、テーラーコーンの円錐角の理論値が９８°に等しいことによる。このようにして、エミッタの動作中の液体金属又は液体合金によるテーラーコーンの形成が促進される。別の角度ξが、図１に示される。この角度ξは、フィラメント部分１４０、１４５間の角度として定められる。フィラメント部分１４０、１４５が幾らかの曲率を有する場合があるので、角度ξは近似値又は平均値である点を理解されたい。更に、フィラメント１４０、１４５は、フィラメント部分１４０、１４５をそれぞれの支持体（図示せず）に装着するために横方向に曲げられる場合があるので、角度ξは、エミッタ先端に比較的近い領域、すなわち先細部分１２５においてのみ定められる点を理解されたい。通常、角度ξは１°≦ξ≦２５°の範囲である。角度ξをこの範囲内で選定することにより、原材料１３５でリザーバ部１３０を湿潤し装荷することが容易となる。
【００２６】
図１の右側から明らかな別の特徴は、ワイヤの幅Ｗが、先細部分１２５の外側のワイヤ部分よりも先細部分１２５の範囲内の方が小さいことである。先細部分１２５内のワイヤのこの断面積が小さいことにより、電気抵抗は、ワイヤ１１０の残部よりも先細部分１２５内の方が大きい。電流がワイヤ１１０に印加されると、先細部分１２５すなわちエミッタ先端はこのために、ワイヤの残部よりも温度が上昇することになる。結果として、エミッタ先端は、ワイヤ１１０の最も高温部分となり、従って、エミッタのほぼ理想的な温度分布が実現される。エミッタの改良された温度分布によって、リザーバからの原材料の蒸発が最小になり、その結果、エミッタの寿命が延び、蒸発原材料によるイオンビーム装置及び試料片の汚染が低減される。
【００２７】
図２は、本発明の別の実施形態によるエミッタの拡大図を示す。ここでは、マイクロチャンネル１２７が、リザーバ部１３０と先細部分１２５の先端側との間でワイヤ１１０の表面上に設けられる。マイクロチャンネル１２７は、リザーバ部１３０からエミッタの先端側に向かって先細部分１２５の周りを巻いている。マイクロチャンネル１２７は、エミッタの動作中に先端側に形成されたテーラーコーンに向かう液体金属又は液体合金１３５の流動を促進する。従って、テーラーコーン内への原材料の安定した流動が可能となり、イオンビームの安定性が高くなる。
【００２８】
次に、このようなエミッタの製造を図３を参照して説明する。図３は、先細部分１２５を形成するためのツールの断面図を示す。ツールは、望ましいエミッタ先端の逆形状で形成された凹部２１０を有する金型２００を含む。更に、ツールは、凹部２１０に嵌合するように適合されたダイ２５０を含む。先細部分１２５は、金型２００上にワイヤ１１０を供給することによって形成される。ワイヤ１１０は、例えばワイヤ１１０に電流を印加することによって加熱され、これによりワイヤ材料が軟化して成形可能となる。次いで、ダイ２５０がワイヤ１１０上に押し下げられ、凹部２１０内に成形可能なワイヤ材料を押し込む。従って、ワイヤ材料は、凹部２１０の形状になり、ワイヤ表面上に先細部分１２５が形成される。更に、ダイ２５０は、ワイヤ材料が凹部２１０から脇に押し出される程度にまで押し下げることができる。その結果、このようにして製作された先細部分１２５は、ワイヤ１１０の残部よりも小さい幅を有する。
【００２９】
ここで、本発明によるエミッタの別の製造方法を図４を参照して説明する。ここでは、ワイヤ１１０が本質的にＵ字形又はＶ字形であるように曲げられる。ワイヤ１１０は、旋盤のチャック４００内にクランプされる。旋盤チャック４００は、回転軸ＡＬを有し、ワイヤ１１０はこの軸に沿って位置調整される。従って、ワイヤ１１０は、軸ＡＬの周りに回転速度ω１で回転するときに、横方向すなわち回転軸ＡＬに垂直には曲がらない。更に、ワイヤ１１０のＵ字形又はＶ字形部分を研磨するためのグラインダ３００が備えられる。研削ホイール３２０がグラインダ３００のシャフト３１０に装着される。シャフト３１０及び研削ホイール３２０は、軸ＡＧの周りに回転速度ω２で回転することができる。
【００３０】
ワイヤ１１０の先端に先細部分１２５を製作するために、旋盤チャック４００、ワイヤ１１０、及び研削ホイール３２０が、回転速度ω１及びω２でそれぞれ回転する。次いで、研削ホイール３２０の表面３２５を先細にされる部分１２５でワイヤ１１０の外側表面に接触させる。ワイヤ１１０の表面材料が研磨によって除去され、これによりワイヤ１１０の外側表面がＵ字形又はＶ字形部分で先細にされる。従って、ワイヤ１１０の先端は、回転軸ＡＬに沿って見ると円錐形状である。しかしながら、円錐は曲がったワイヤの幾何形状により非対称形である。図４から明らかなように、開度又は円錐角φは、ワイヤの回転軸ＡＬとグラインダの回転軸ＡＧとの間の角度θによって決まる。その関係は、
θ＝９０°−φ／２
で与えられる。通常、５０°≦φ≦１３０°の範囲の円錐角が使用され、そのため角度θは通常２５°〜５５°の範囲となる。エミッタ先端のこの円錐形状により、エミッタ先端でのテーラーコーンの形成が容易になり、また、リザーバ部からテーラーコーンへの原材料の流動も促進される。テーラーコーンの円錐角の理論値は９８°であるので、エミッタ先端の極めて典型的な円錐角は、９０°≦φ≦１１０°の範囲であり、そのため角度θは、通常３５°〜４５°の範囲となる。勿論、９８°の円錐角すなわちテーラーコーンの理論値を用いてもよく、これは、エミッタ先端でのテーラーコーンの形成を特に促進することになる。従って、角度θは４１°（４１°＝９０°−４９°）となる。上述の方法によって、種々の開口角度を有するＬＭＩＳ及びＬＭＡＩＳを簡易な方法で製作することができる。特に上述の方法によって、部品の組立及び溶接工程が不要になる。
【００３１】
本発明によるエミッタを製造する第３の方法によれば、エミッタ先端での先細部分１２５は、ワイヤ材料をエッチングすることによって形成される。例えば、ワイヤ材料としてタングステンが使用される場合には、ＮａＯＨを用いてタングステンワイヤをエッチングすることができる。
【００３２】
上述の方法の何れの組み合わせを用いても、本発明によるエミッタを製造することができる点を理解されたい。例えば、エミッタは成形法によって前処理し、研磨によって仕上げることができる。或いは、エミッタはエッチングによって前処理し、研磨によって仕上げることができる。
【００３３】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の実施形態によるエミッタに装荷する方法の各段階を示している。図５Ａでは、本発明の実施形態によるエミッタ１００が準備される。エミッタ１００に電流が印加され、適切な温度までエミッタを加熱する。更に、原材料４１０を液体状態で保持する加熱溶融坩堝５００が準備される。原材料５１０は、液体金属又は液体合金であり、溶融物の正確な温度はその原材料によって決まる。図５Ｂに示されるように、ここでエミッタ１００の先端が液体の原材料５１０内に浸漬される。これによりリザーバ部１３０もまた浸漬することができる。毛管力によって、エミッタ１００に原材料５１０が装荷され、すなわちワイヤ１１０のＶ字形部分が原材料で湿潤され、ワイヤ１００の２つのリムの間のリザーバ部に原材料のリザーバ１３５が形成される。湿潤特性は、ワイヤ１１０の温度並びに合金の温度に依存するので、ワイヤの湿潤は、溶融物の温度及びワイヤの温度を制御することによって正確に制御することができる。これらの温度は、ワイヤ１１０を通る加熱電流及び溶融坩堝５００の温度制御によって制御することができる。とりわけ、過剰な量の原材料がエミッタ１００に装荷されないように制御することができる。エミッタ１００に原材料が装荷された後、図５Ｃに見られるように、エミッタは溶融坩堝５００から引き出される。勿論、上述の装荷方法は、通常５×１０-7Ｔｏｒｒより良好な高真空である真空中で行われる。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態によるエミッタ１００を用いた液体金属イオン源７００の概略図である。エミッタ１００の２つのフィラメント部分１４０、１４５は、本質的に互いに同一に形成され、エミッタ先端に対して対称的に位置付けられる。とりわけ、フィラメント部分は、同じ長さ、厚み、及び外側形状を有する。その結果、1つのフィラメント部分１４０の熱膨張が反対側のフィラメント１４５の熱膨張によって相殺されるので、フィラメント部分の熱膨張によるエミッタ先端の横方向ドリフトは発生しない。従って、フィラメント部分１４０、１４５の熱膨張により、エミッタ先端が光学軸に沿って上昇又は下降だけを行うことになる。ワイヤ１１０の２つのフィラメント部分１４０、１４５は、それぞれ支持体１５０、１５５に装着される。支持体１５０、１５５はまた、ワイヤ１１０に電流を印加することができるように電気端子を提供する。従って、ワイヤ１１０は抵抗加熱することができる。更に、エミッタ１００には、フィラメント部分１４０、１４５間のリザーバ部１３０内に含まれる原材料１３５が装荷される。更に、抽出電極６００が設けられ、抽出電極６００と原材料１３５との間に電圧を印加することができる。勿論、典型的には電圧は抽出電極と支持体１５０との間に印加されるので、これは形式上の説明に過ぎない。印加された電圧に応じて、原材料１３５は、エミッタ先端でテーラーコーンを形成する。
【００３５】
エミッタ１００から原材料１３５のイオンを抽出するため、支持体１５０、１５５を介してワイヤ１１０に電流が印加される。ワイヤ１１０は加熱され、エミッタ先端は、その減少した断面に起因してワイヤ１１０の最も熱い部分となる。原材料１３５は、リザーバ部からエミッタ先端に向かって流動する。原材料の蒸発原子はテーラーコーンの先端でイオン化され、抽出電極６００によって試料片（図示せず）に向かって加速される。このようにして、図６に示されるＬＭＩＳ又はＬＭＡＩＳ７００によってイオンビームが形成される。勿論、上述の液体金属イオン源７００は、例えばＦＩＢ動作のためのイオンビームを生成させる荷電粒子ビーム装置で使用することができる。
【００３６】
別の態様によれば、エミッタは、半導体製造工程に特に重要なＳｉ含有合金に特に好適である。例えば、二元合金ＰｒＳｉを用いる液体合金イオン源が、欧州特許出願第０４０１７８９４．９号に記載されており、これは引用により本明細書に組み込まれる。欧州特許出願第０４０１７８９４．９号では、少量のクラスター及び分子イオンに加えてＰｒ及びＳｉイオンのみがこのようなイオン源によって生成されるので、この二元合金ＰｒＳｉが有利であることが記載されている。本発明の実施形態によるエミッタは、ＰｒＳｉイオン源に有利に用いることができる。このために、二元合金ＰｒＳｉが、タンタルエミッタ又はニッケルエミッタのリザーバ部１３０内の原材料として提供される。ＰｒＳｉに関して説明したが、本発明によるエミッタはまた、ＩｎＧａ、ＰｂＳｎ、ＥｒＦｅＮｉＣｒのような扱いにくい材料にも有利に使用できることを理解されたい。勿論、本発明のエミッタはまた、Ｇａ又は同様のものなどのＬＭＩＳに通常使用される材料に完全に好適である。
【００３７】
以上のように本発明を詳細に説明したが、添付の請求項の精神及び範囲を逸脱することなく本発明において種々の修正が可能であることは当業者には明らかなはずである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態によるエミッタを示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるエミッタ先端の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態によるエミッタの製造方法の或るステップを示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるエミッタの別の製造方法の或るステップを示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態によるエミッタに装荷する方法の各ステップを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態によるエミッタに装荷する方法の各ステップを示す図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態によるエミッタに装荷する方法の各ステップを示す図である。
【図６】本発明の実施形態によるエミッタを用いた液体金属イオン源の概略図である。
【図７】従来技術による液体金属イオン源を示す写真である。
【図８Ａ】従来技術によるニードル型液体金属イオン源の概略図である。
【図８Ｂ】従来技術によるニードル型液体金属イオン源の概略図である。
【図９】従来技術によるキャピラリ型液体金属イオン源の概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  エミッタ
１１０  ワイヤ
１１５  湾曲部分
１２０  ワイヤ表面
１２５  先細部分
１３０  リザーバ部
１３５  原材料
１４０  左リム
１４５  右リム
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図７】
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【外国語明細書】
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