新規クラスター負イオンビーム源の開発：反応性プロトン含有ＦＩＢ技術のＳＩＭＳ展開

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K12666
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 藤原 幸雄 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 上級主任研究員 (60415742)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: イオンビーム / イオン液体 / 表面分析 / 二次イオン質量分析

Outline of Annual Research Achievements

液体金属イオン源は、点光源であることから集束イオンビーム（Focused Ion Beam: FIB）装置に搭載され、ナノテクノロジー等を支える重要な技術となっている。液体金属イオン源は、テーラー・コーンの先端から金属正イオンを電界放出させて正イオンビームを生成する。しかし、金属の負イオンを電界放出することはできないため、負イオンビームは生成できない。
二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS）は、試料表面にイオンビーム（いわゆる一次イオンビーム）を照射し、それによって真空中に放出されたイオン（いわゆる二次イオン）を質量分析することにより、試料構成元素（あるいは分子）の同定や濃度測定を行う分析技術である。正イオンビームを絶縁性試料に照射すると、帯電（チャージアップ）という問題が生じる。帯電の影響でイオンビームが曲げられたり、二次イオン量の低下などの問題が生じる。対策として、電子ビーム照射による帯電中和が行われることが多いが、有機系試料の場合には、電子ビーム照射に起因する材料劣化が問題になる場合がある。一方、負イオンビーム照射を用いると、二次電子放出で生じるプラス電荷と負イオン入射によるマイナス電荷がバランスし、帯電電圧を大幅に小さくできる。そこで本研究では、プロトン性イオン液体を用いた針型エミッター方式のクラスター負イオンビーム源の開発ならびにSIMS応用を目的とする。
本年度は、電気ヒーターと温調器を備えた針型エミッターを製作し、真空中においてイオン液体の温度を制御しながらイオンビームを生成できる装置を構築した。イオン液体は温度を上げることで粘性が低下するため、イオンビーム電流量の増大が期待される。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

イオン液体の物性値は温度により大きく変化し、温度を上げることで粘性が大きく低下する。粘性の低下はイオンビーム電流値の増大につながるものと考えられるため、温度制御機構を備えたエミッターを開発できたことは大きな成果と考える。

Strategy for Future Research Activity

製作した温度制御エミッターを用いて、イオン液体の温度を変えながらイオンビーム特性を調べる。さらに、負イオンビームの特徴である帯電抑制効果等も調べる。

Causes of Carryover

コロナ禍のため、物品調達が難しい物があり、また学会に参加できなかったために旅費が未使用となり、当初の予定よりも支出が少なかった。次年度は、納期等も考慮して物品調達を行い、また学会参加等による旅費の支出も予定している。