EP0620582B1 - Flüssigmetall-Ionenquelle zur Erzeugung von Kobalt-Ionenstrahlen - Google Patents

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EP0620582B1
EP0620582B1 EP94105227A EP94105227A EP0620582B1 EP 0620582 B1 EP0620582 B1 EP 0620582B1 EP 94105227 A EP94105227 A EP 94105227A EP 94105227 A EP94105227 A EP 94105227A EP 0620582 B1 EP0620582 B1 EP 0620582B1
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cobalt
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ion source
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Jochen Dr. Teichert
Evelyn Hesse
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/20—Ion sources; Ion guns using particle beam bombardment, e.g. ionisers
    • H01J27/22—Metal ion sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/08—Ion sources
    • H01J2237/0802—Field ionization sources
    • H01J2237/0805—Liquid metal sources

Definitions

  • the invention relates to a liquid metal ion source for generating cobalt ion beams, in particular the source material of such an ion source wetting the emitter.
  • Liquid metal ion sources are special ion sources which have a very high directional beam value compared to other types of ion sources and which, owing to this property, are used in ion micro-beam systems. These systems make it possible to focus ion beams to a diameter of less than one micrometer, and they are becoming increasingly important for ion beam exposure, ion beam milling, microdoping and surface analysis in the submicron range.
  • Liquid metal ion sources are in / PD Prewett and GLR Mair, Focused Ion Beams from Liquid Metal Ion Sources, Research Studies Press Ltd. 1991 / and described in detail in DE-A-3 443 405.
  • a fine tip made of tungsten, tantalum, carbon or other suitable material serves as an emitter, which is wetted with the source material.
  • the source material In order to be able to wet the emitter and during the operation of the ion source, the source material must be liquid. An electrical resistance heater or an electron beam heater is used for this. An electrical voltage is applied between a counter electrode and the emitter tip.
  • the high electric field strength at the emitter tip means that an even finer tip is formed from the liquid source material and ions are emitted from it. In this way it is possible to generate a long-term stable ion beam of the elements of the source material.
  • the source material must be have special physical and chemical properties. Of particular importance is that the source material behaves metallic, has a low melting point, its vapor pressure is high, the emitter is well wetted and it is chemically compatible with the emitter material. Therefore, only a few elements, such as indium, gallium and gold, are suitable as source material. An effective method to overcome this difficulty and to generate ions of other elements is to use suitable alloys as the source material. An ion current then arises from all elements contained in the alloy. The desired ion type can be separated by means of a subsequent mass separation.
  • the object of the invention is to create a liquid metal ion source which, by being equipped with a new cobalt source material, in particular an alloy with a sufficiently high proportion of the element cobalt, ensures overall long-term stable operation with a sufficiently high emission of the element cobalt.
  • the object is achieved with liquid metal ion sources whose emitter is wetted with the alloys defined in the claims as source material.
  • liquid metal ion sources equipped in this way it is possible to obtain a stable ion current over the long term, which consists sufficiently of cobalt ions.
  • the components of the alloy in combination with the low melting point mean that no chemical reactions occur with the emitter and heater material.
  • the use of rare earth elements in the alloy is advantageous because the alloy has a low vapor pressure in the temperature range of the melting point. This means that only a small proportion of the source material is evaporated. Both of these facts guarantee a long service life of the liquid metal ion source.
  • Another advantage of the solution according to the invention is the favorable physical properties of the alloy in the liquid phase.
  • the alloy wets the emitter needle lightly and completely, there is a sufficient inflow of source material from the reservoir to the emitter tip, and a drop of the alloy, which can serve as a reservoir, adheres well and stably to the heater and emitter.
  • the alloy of cobalt and the respectively selected rare earth element to be used as the source material is produced by electron beam melting of the metallic cobalt and the elementary rare earth metal in the specified ratios.
  • the emitter is then wetted with the source material in a vacuum, for example by melting the source material in a directly heated tantalum crucible by immersing the held, preheated emitter in the melt.
  • a vacuum for example by melting the source material in a directly heated tantalum crucible by immersing the held, preheated emitter in the melt.
  • an alloy of 36 atomic percent cobalt and 64 atomic percent neodymium is used, which has a melting point of 566 ° C.
  • the melting point for elemental cobalt is 1495 ° C.
  • the proportion of 36 atomic percent cobalt in the alloy corresponds to the eutectic point.
  • a reduction or increase in the cobalt content therefore leads to an increase in the melting temperature, which is disadvantageous for the operation of the liquid metal ion source.
  • the source is operated at a temperature of about 600 ° C, the emission of a stable ion beam in the current range from 2 to 20 ⁇ A can be achieved with a current stability of 1 to 5%.
  • the alloy of 31 atomic percent cobalt and 69 atomic percent lanthanum listed as a second example has a melting point of 500 ° C.
  • the exemplary alloy of 34 atomic percent cobalt and 66 atomic percent praseodymium has a melting point of 541 ° C.
  • the comments on the alloy Co 36 Ne 64 also apply in full to these examples.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flüssigmetall-Ionenquelle zur Erzeugung von Kobaltionenstrahlen, insbesondere das den Emitter benetzende Quellenmaterial einer derartigen Ionenquelle.
  • Flüssigmetall-Ionenquellen sind spezielle Ionenquellen, die gegenüber anderen Typen von Ionenquellen einen sehr hohen Richtstrahlwert besitzen, und die auf Grund dieser Eigenschaft in Ionenmikrostrahlanlagen Verwendung finden. Diese Anlagen ermöglichen es, Ionenstrahlen auf Weniger als einem Mikrometer Durchmesser zu fokussieren, und sie erlangen zunehmende Bedeutung für die Ionenstrahlbelichtung, Ionenstrahlfräsen, Mikrodotierung und Oberflächenanalyse im Submikrometerbereich.
  • Die bekannten Veröffentlichungen zu Flüssigmetall-Ionenquellen und deren Quellenmaterial beziehen sich zumeist auf die Erzeugung von Ionensorten, welche als Dotanten für Halbleiterbauelemente auf Silizium- oder GaAs-Basis benötigt werden. Von zunehmendem Interesse in Silizium-Halbleiterbauelementen ist die Anwendung von Kobaltsilizid-Leitbahnen , die durch Ionenimplantation von Kobalt hergestellt werden. Bislang sind keine Veröffentlichungen über die Emission von Kobaltionen aus einer Flüssigmetall-Ionenquelle bekannt geworden.
  • Flüssigmetall-Ionenquellen sind in / P.D. Prewett and G.L.R. Mair, Focused Ion Beams from Liquid Metal Ion Sources, Research Studies Press Ltd. 1991 / und in DE-A-3 443 405 ausführlich beschrieben. In ihnen dient eine aus Wolfram, Tantal, Kohlenstoff oder anderem geeigneten Material hergestellte feine Spitze als Emitter, der mit dem Quellenmaterial benetzt ist. Um den Emitter benetzten zu können und während des Betriebs der Ionenquelle muß das Quellenmaterial flüssig sein. Dazu wird eine elektrische Widerstandsheizung oder eine Elektronenstrahlheizung verwendet. Zwischen einer Gegenelektrode und der Emitterspitze wird eine elektrische Spannung angelegt. Die hohe elektrische Feldstärke an der Emitterspitze führt dazu, daß sich an dieser eine noch feinere Spitze aus dem flüssigen Quellenmaterial bildet und aus dieser Ionen emittiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen auf lange Zeit stabilen Ionenstrahl der Elemente des Quellenmaterials zu erzeugen. Das Quellenmaterial muß dazu spezielle physikalische und chemische Eigenschaften besitzen. Von besonderer Wichtigkeit ist, daß sich das Quellenmaterial metallisch verhält, einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt, sein Dampfdruck hoch ist, den Emitter gut benetzt und mit dem Emittermaterial chemisch verträglich ist. Daher sind nur wenige Elemente, z.B. Indium, Gallium und Gold als Quellenmaterial geeignet. Ein wirkungsvolles Verfahren um diese Schwierigkeit zu überwinden und Ionen anderer Elemente erzeugen zu können, besteht in der Verwendung geeigneter Legierungen als Quellenmaterial. Es entsteht dann ein Ionenstrom aus allen in der Legierung enthaltenen Elementen. Mittels einer nachfolgenden Massenseparation kann die gewünschte Ionensorte abgetrennt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigmetall-Ionenquelle zu schaffen, die durch Ausstattung mit einem neuen Kobalt-Quellenmaterial, insbesondere einer Legierung mit ausreichend hohem Anteil des Elements Kobalt einen insgesamt langzeitig stabilen Betrieb mit ausreichend hoher Emission des Elements Kobalt gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit Flüssigmetall-Ionenquellen gelöst, deren Emitter mit den in den Patentansprüchen definierten Legierungen als Quellenmaterial benetzt ist. Mit derart ausgestatteten Flüssigmetall-Ionenquellen ist es möglich, langzeitig einen stabilen Ionenstrom, der im ausreichendem Maße aus Kobaltionen besteht, zu erhalten.
  • Die Bestandteile der Legierung im Zusammenspiel mit dem niedrigen Schmelzpunkt führen dazu, daß keine chemischen Reaktionen mit dem Emitter- und Heizermaterial auftreten. Die Verwendung von Seltenerdelementen in der Legierung ist vorteilhaft, da dadurch die Legierung im Temperaturbereich des Schmelzpunktes einen niedrigen Dampfdruck besitzt. Somit wird nur ein geringer Anteil des Quellenmaterials verdampft. Beide genannten Sachverhalte garantieren eine lange Lebensdauer der Flüssigmetall-Ionenquelle.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in den günstigen physikalischen Eigenschaften der Legierung in der flüssigen Phase. Die Legierung benetzt die Emitternadel leicht und vollständig, es erfolgt ein ausreichender Nachfluß von Quellenmaterial aus dem Reservoir zur Emitterspitze, und ein Tropfen der Legierung, welcher als Reservoir dienen kann, haftet gut und stabil am Heizer und Emitter.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Die als Quellenmaterial einzusetzende Legierung aus Kobalt und dem jeweils gewählten Seltenerdelement wird durch Elektronenstrahlschmelzen des metallischen Kobalt und des elementaren Seltenerdmetalls in den angegebenen Verhältnissen hergestellt. Die Benetzung des Emitters mit dem Quellenmaterial erfolgt dann im Vakuum z.B. durch Aufschmelzen des Quellenmaterials in einem direktbeheizten Tantaltiegel durch Eintauchen des gehalterten, vorgeheizten Emitters in die Schmelze.
    Für das erste Beispiel wird eine Legierung aus 36 Atomprozent Kobalt und 64 Atomprozent Neodym verwendet, die einen Schmelzpunkt von 566 °C besitzt. Demgegenüber liegt der Schmelzpunkt für elementares Kobalt bei 1495 °C. Der Anteil von 36 Atomprozenten Kobalt in der Legierung entspricht dem eutektischen Punkt. Eine Verringerung oder Erhöhung des Kobaltanteils führt daher zu einer Erhöhung der Schmelztemperatur, die nachteilig für den Betrieb der Flüssigmetall-Ionenquelle ist.
    Wird die Quelle bei einer Temperatur von etwa 600 °C betrieben, läßt sich die Emission eines stabilen Ionenstrahls im Strombereich von 2 bis 20 µA mit einer Stromstabilität von 1 bis 5 % erzielen.
    Die als zweites Beispiel aufgeführte Legierung aus 31 Atomprozent Kobalt und 69 Atomprozent Lanthan besitzt einen Schmelzpunkt von 500 °C, die beispielhafte Legierung aus 34 Atomprozent Kobalt und 66 Atomprozent Praseodym besitzt einen Schmelzpunkt von 541 °C. Die Bemerkungen zur Legierung Co36Ne64 treffen auch für diese Beispiele vollinhaltlich zu.
    Es ist je nach Einsatzzweck des erzeugten Ionenstrahles auch möglich neben den genannten dualen Legierungen solche aus mehreren Einzelelementen zu verwenden um spezifische Vorteile zu erzielen.

Claims (6)

  1. Flüssigmetall-Ionenquelle zur Erzeugung von Kobalt-Ionenstrahlen, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung des den Emitter benetzenden Quellenmaterials als Legierung aus Kobalt und einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe der Seltenen Erden.
  2. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungselemente neben dem Kobalt die Seltenerden Neodym, Lanthan oder Praseodym eingesetzt werden.
  3. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 36 Atomprozent Kobalt und 64 Atomprozent Neodym besteht.
  4. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 31 Atomprozent Kobalt und 69 Atomprozent Lanthan besteht.
  5. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 34 Atomprozent Kobalt und 66 Atomprozent Praseodym besteht.
  6. Verwendung einer Legierung aus Kobalt und einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe der Seltenen Erden als Quellenmaterial für eine Flüssigmetall-Ionenquelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
EP94105227A 1993-04-13 1994-04-02 Flüssigmetall-Ionenquelle zur Erzeugung von Kobalt-Ionenstrahlen Expired - Lifetime EP0620582B1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPH0685309B2 (ja) * 1985-12-13 1994-10-26 株式会社日立製作所 液体金属イオン源

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