JP2010129253A - Focused ion beam device, and device for controlling the same - Google Patents

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JP2010129253A JP2008300476A JP2008300476A JP2010129253A JP 2010129253 A JP2010129253 A JP 2010129253A JP 2008300476 A JP2008300476 A JP 2008300476A JP 2008300476 A JP2008300476 A JP 2008300476A JP 2010129253 A JP2010129253 A JP 2010129253A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for controlling a focused ion beam device, capable of stably maintaining emission from a liquid metal ion source. <P>SOLUTION: A limiting resistor 28 is provided between an extraction electrode 32 for extracting charged particle beams 2 from a LMIS (liquid metal ion source) 31 and an extraction power source 27 for applying extraction voltage Vext between the LMIS 31 and the extraction electrode 32. A resistance value Ro of the limiting resistor 28, output voltage Vext of the extraction power source 27 and an emission current Ie in the charged particle beams 2 extracted from the LMIS 31, are used for calculating a state discriminating voltage value Vox (=Vext-Ie×Ro) as an evaluated value for the state of the LMIS. When the state discriminating voltage value is out of a predetermined state discriminating voltage range, flashing is performed to restore the state of the LMIS. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体金属イオン源(LMIS:Liquid Metal Ion Source)を用いた集束イオンビーム装置及びその制御装置に関する。   The present invention relates to a focused ion beam apparatus using a liquid metal ion source (LMIS) and a control apparatus therefor.

近年、細く絞った高エネルギーの荷電粒子線(例えば集束イオンビーム)を用いた試料の加工が盛んに行われるようになっている。そのような試料の加工技術としては、荷電粒子源(液体金属イオン源)から放射された荷電粒子線を細く絞って試料に照射することにより、その試料の微細加工を行う技術が知られている(特許文献1等参照)。また、荷電粒子線の安定供給のため、荷電粒子源(液体金属イオン源)からのイオン放射(エミッション)の安定化を図る技術が知られている(特許文献2等参照)。   In recent years, processing of samples using a high-energy charged particle beam (for example, a focused ion beam) that has been narrowed down has been actively performed. As such a sample processing technique, a technique is known in which a charged particle beam emitted from a charged particle source (liquid metal ion source) is finely squeezed and irradiated onto the sample to finely process the sample. (Refer to patent document 1 etc.). In addition, a technique for stabilizing ion emission (emission) from a charged particle source (liquid metal ion source) is known for stable supply of charged particle beams (see Patent Document 2, etc.).

特許第33554846号公報Japanese Patent No. 335554846 特開2005−174604号公報JP 2005-174604 A

上記従来技術においては、液体金属イオン源と引出電極の間に引出電圧を印加して荷電粒子を引き出しており、所定の引出電圧の範囲内においてエミッション電流が所定の値になるかどうかでイオン放出(エミッション)状態の良否を判定している。   In the above prior art, charged particles are extracted by applying an extraction voltage between the liquid metal ion source and the extraction electrode, and ion emission is performed depending on whether or not the emission current becomes a predetermined value within the range of the predetermined extraction voltage. The quality of the (emission) state is judged.

しかしながら、引出電圧とエミッション電流の関係のみを用いたエミッション状態の良否判断ではLMISの状態などを考慮していないので、エミッション状態の把握が必ずしも十分であるとは言えず、エミッション電流が少ない状態で使用した場合には、エミッションが不安定となる恐れがあった。   However, since the LMIS state is not considered in the determination of the quality of the emission state using only the relationship between the extraction voltage and the emission current, it cannot be said that the grasp of the emission state is sufficient and the emission current is low. If used, the emission may become unstable.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、液体金属イオン源のエミッションを安定して維持することができる集束イオンビーム装置の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a control apparatus for a focused ion beam apparatus that can stably maintain the emission of a liquid metal ion source.

液体金属イオン源と、前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗と、前記制限抵抗の抵抗値Roと前記引出電源の出力電圧Vextと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ieとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Vox=Vext−Ie×Roを算出する演算部と、前記状態判別電圧値が予め定めた状態判別電圧範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行う回復処理部とを備えるものとする。   A liquid metal ion source, an extraction electrode for extracting a charged particle beam from the liquid metal ion source, an extraction voltage source for applying an extraction voltage between the liquid metal ion source and the extraction electrode, the extraction electrode and the extraction voltage Using the limiting resistor provided between the sources, the resistance value Ro of the limiting resistor, the output voltage Vext of the extraction power supply, and the emission current Ie of the charged particle beam extracted from the liquid metal ion source An arithmetic unit that calculates a state determination voltage value Vox = Vext−Ie × Ro as an evaluation value of the state of the metal ion source, and the liquid metal ion when the state determination voltage value is outside a predetermined state determination voltage range And a recovery processing unit that performs a state recovery process for recovering the state of the source.

本発明においては、液体金属イオン源のエミッションを安定して維持することができる。   In the present invention, the emission of the liquid metal ion source can be stably maintained.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態においては
図1は、本実施の形態の集束イオンビーム装置の全体構成を示す図である。
In the present embodiment, FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the focused ion beam apparatus of the present embodiment.

図1において、本実施の形態の集束イオンビーム装置は、真空容器1と、真空容器1内に配置され荷電粒子線2を照射するイオン銃3と、イオン銃3から下流側(後述の試料6側)に照射された荷電粒子線(イオンビーム)2を制限し、その絞りを可変することができる可変対物絞りである対物絞り4と、対物絞り4を通過したイオンビーム2を偏向制御する偏向器5と、偏向器5を通過したイオンビーム2を細く絞って試料台(図示せず)上に載置された試料6に照射する対物レンズ7と、イオンビーム2の照射により試料6から放出される信号8を検出する信号検出器9とを備えている。   In FIG. 1, a focused ion beam apparatus according to the present embodiment includes a vacuum vessel 1, an ion gun 3 disposed in the vacuum vessel 1 and irradiating a charged particle beam 2, and a downstream side (sample 6 described later). The objective aperture 4 is a variable objective aperture that can limit the charged particle beam (ion beam) 2 irradiated to the side) and change the aperture, and deflection for controlling the deflection of the ion beam 2 that has passed through the objective aperture 4. The ion beam 2 that has passed through the deflector 5, and the objective lens 7 that irradiates the sample 6 placed on the sample stage (not shown) and the ion beam 2 that is emitted from the sample 6. And a signal detector 9 for detecting the signal 8 to be transmitted.

イオン銃3は、液体金属イオン源(LMIS:Liquid Metal Ion Source)31と、液体金属イオン源(以下、LMISと記載する)31からイオンビーム2(イオン)を引き出す引出電極32と、引出電極32に設けられ、イオンビーム2のビーム広がりを制限するビーム制限アパーチャ33と、ビーム制限アパーチャ33を通過したイオンビーム2(イオン)を加速するアース電極34とを備えている。   The ion gun 3 includes a liquid metal ion source (LMIS) 31, an extraction electrode 32 that extracts an ion beam 2 (ion) from the liquid metal ion source (hereinafter referred to as LMIS) 31, and an extraction electrode 32. A beam limiting aperture 33 for limiting the beam spread of the ion beam 2, and a ground electrode 34 for accelerating the ion beam 2 (ion) that has passed through the beam limiting aperture 33.

また、本実施の形態の集束イオンビーム装置は、真空容器1にゲートバルブ11を介して接続され、真空容器1の排気を行う真空排気装置10と、真空容器1に接続され真空容器1の排気を行うイオンポンプ12と、イオン銃3に電力を供給する高電圧電源部20と、集束イオンビーム装置全体の動作を制御する制御部40とを備えている。   Further, the focused ion beam apparatus according to the present embodiment is connected to the vacuum vessel 1 through the gate valve 11 and is evacuated from the vacuum vessel 1 connected to the vacuum vessel 1 and evacuated from the vacuum vessel 1. An ion pump 12, a high-voltage power supply unit 20 that supplies power to the ion gun 3, and a control unit 40 that controls the operation of the entire focused ion beam apparatus.

高電圧電源部20は、接地されたアース電極21と、LMIS31と引出電極32の間にLMIS31からイオンビーム2(イオン)を引き出すための引出電圧を印加する引出電源27と、引出電源27と引出電極32の間に設けられた制限抵抗28と、アース電極21とLMIS31の間にイオンビーム2(イオン)を加速するための加速電圧を印加する加速電源24と、LMIS31を加熱するための電圧を印加する加熱電源29と、これらの高電圧電源部20の構成要素を接続する高電圧ケーブル22,25と、高電圧ケーブル22,25とLMIS31及び引出電極32をそれぞれ接続する高電圧接続部23,26とを備えている。ここで、制限抵抗28の抵抗値Ro(以下、適宜、制限抵抗Roと記載する)は、例えば300MΩであり、Ro>>1/m(=7MΩ)を満たす抵抗値を有している(後述)。   The high-voltage power supply unit 20 includes a grounding electrode 21 that is grounded, an extraction power supply 27 that applies an extraction voltage for extracting the ion beam 2 (ion) from the LMIS 31 between the LMIS 31 and the extraction electrode 32, an extraction power supply 27, and an extraction A limiting resistor 28 provided between the electrodes 32, an acceleration power supply 24 for applying an acceleration voltage for accelerating the ion beam 2 (ion) between the ground electrode 21 and the LMIS 31, and a voltage for heating the LMIS 31. The heating power supply 29 to be applied, the high voltage cables 22 and 25 for connecting the components of the high voltage power supply unit 20, and the high voltage connection units 23 and 25 for connecting the high voltage cables 22 and 25 to the LMIS 31 and the extraction electrode 32, 26. Here, the resistance value Ro of the limiting resistor 28 (hereinafter, appropriately described as the limiting resistor Ro) is, for example, 300 MΩ, and has a resistance value that satisfies Ro >> 1 / m (= 7 MΩ) (described later). ).

図2は、イオン銃3におけるLMIS31の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the LMIS 31 in the ion gun 3.

図2において、LMIS31、例えば、ガリウム液体金属イオン源(GaLMIS)は、先端が円錐状の針状エミッタ35と、Gaを溜めるリザーバ36と、針状エミッタ35及びリザーバ36内のGaを通電加熱するフィラメント37と、フィラメント37に接続された通電端子38と、通電端子38を固定する碍子ベース39とを備えている。針状エミッタ35、リザーバ36及びフィラメント37は、例えば、タングステン(W)により形成されている。また、リザーバ36内にはガリウム(Ga)が充填されている。   In FIG. 2, an LMIS 31, for example, a gallium liquid metal ion source (GaLMIS), energizes and heats a needle-like emitter 35 having a conical tip, a reservoir 36 for storing Ga, and the needle-like emitter 35 and Ga in the reservoir 36. A filament 37, an energizing terminal 38 connected to the filament 37, and an insulator base 39 for fixing the energizing terminal 38 are provided. The acicular emitter 35, the reservoir 36, and the filament 37 are made of, for example, tungsten (W). The reservoir 36 is filled with gallium (Ga).

図3は、制御部40の機能の概要を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the function of the control unit 40.

図3において、制御部40は、収束イオンビーム全体の動作を制御するものであり、制限抵抗の抵抗値Roと引出電源の出力電圧Vextと液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ieとを用いて、液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Vox等を算出する演算部41と、それら状態判別電圧値Voxなどの各種データを記憶する記憶部42と、状態判別電圧値Voxなどの各種データや各種警告などを表示する表示部43とを備えている。   In FIG. 3, the control unit 40 controls the operation of the entire focused ion beam. The resistance value Ro of the limiting resistor, the output voltage Vext of the extraction power source, and the emission current of the charged particle beam extracted from the liquid metal ion source. A calculation unit 41 that calculates a state determination voltage value Vox as an evaluation value of the state of the liquid metal ion source using Ie, a storage unit 42 that stores various data such as the state determination voltage value Vox, and a state And a display unit 43 for displaying various data such as the discrimination voltage value Vox and various warnings.

次に、本実施の形態の集束イオンビーム装置の動作原理を図面を参照しつつ説明する。   Next, the operation principle of the focused ion beam apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

(1)放射角電流密度
LMIS31の放射角電流密度Jωは、エミッション(プロファイル)分布である。以下、放射角電流密度Jωについて説明する。
(1) Radiation angle current density The radiation angle current density Jω of the LMIS 31 is an emission (profile) distribution. Hereinafter, the radiation angle current density Jω will be described.

図4は、LMIS31から一定距離下流側に蛍光板を配置し、荷電粒子線2を照射した場合の照射範囲(エミッション範囲)をエミッション電流Ieを変化させて測定したときの測定結果を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a measurement result when an emission range (emission range) is measured by changing the emission current Ie when a fluorescent plate is arranged downstream from the LMIS 31 and the charged particle beam 2 is irradiated. .

図4において、左側からエミッション電流Ie=2uA、5uA、8uA、10uAの場合のエミッション範囲をそれぞれ示しており、そのエミッションの範囲はエミッション電流Ieが大きくなるに従って広くなる。   In FIG. 4, the emission ranges for the emission currents Ie = 2uA, 5uA, 8uA, and 10uA are shown from the left side, and the emission range becomes wider as the emission current Ie increases.

図5は、上述したエミッション電流と(エミッションの)半開口角の関係を示す図であり、縦軸はLMIS31から見たエミッションの半開口角α(°)を、横軸はエミッション電流Ie(uA)をそれぞれ示している。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the above-described emission current and the half opening angle (of emission). The vertical axis represents the emission half opening angle α (°) viewed from the LMIS 31, and the horizontal axis represents the emission current Ie (uA). Each is shown.

図5からわかるように、エミッションの半開口角αは、エミッション電流Ie=2uA〜3.2uAの間では半開口角α=11°〜15°(0.19rad〜0.26rad)である。   As can be seen from FIG. 5, the half aperture angle α of the emission is the half aperture angle α = 11 ° to 15 ° (0.19 rad to 0.26 rad) between the emission currents Ie = 2 uA to 3.2 uA.

図6は、エミッション電流Ieと放射角電流密度Jωの関係を示す図である。図6において、横軸はエミッション電流Ie(uA)を示しており、縦軸はエミッション電流Ie=3.2uAの場合の放射角電流密度Jω(3.2uA)と各エミッション電流Ieの場合の電流密度Jωの比を示している。なお、対物絞り4の直径を300umとし、その対物絞り4を通過したビーム電流Ibを測定した。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the emission current Ie and the radiation angle current density Jω. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the emission current Ie (uA), and the vertical axis indicates the radiation angle current density Jω (3.2 uA) when the emission current Ie = 3.2 uA and the current when each emission current Ie. The ratio of density Jω is shown. The diameter of the objective aperture 4 was set to 300 μm, and the beam current Ib that passed through the objective aperture 4 was measured.

図6において、例えば、エミッション電流がIe=3.2uAからIe=2.2uAに変化する、すなわち、エミッション電流が1uA減少すると、放射角電流密度比Jω/Jω(3.2uA)が1から約0.92に変化する。ビーム電流Ibは放射角電流密度Jωに比例するので、エミッション電流Ie=3.2uAのときのビーム電流Ibと比較して、エミッション電流Ie=2.2uAのときのビーム電流Ibは約0.92倍になる。   In FIG. 6, for example, when the emission current changes from Ie = 3.2 uA to Ie = 2.2 uA, that is, when the emission current decreases by 1 uA, the radiation angle current density ratio Jω / Jω (3.2 uA) is about 1 to about It changes to 0.92. Since the beam current Ib is proportional to the radiation angle current density Jω, the beam current Ib at the emission current Ie = 2.2 uA is about 0.92 compared with the beam current Ib at the emission current Ie = 3.2 uA. Double.

図7は、エミッション電流Ieとビーム電流Ibの関係を示す図であり、横軸はエミッション電流Ie(uA)の対数表示を、縦軸はビーム電流Ib(nA)をそれぞれ示している。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the emission current Ie and the beam current Ib. The horizontal axis indicates the logarithmic display of the emission current Ie (uA), and the vertical axis indicates the beam current Ib (nA).

図7からわかるように、Ib∝ln(Ie)、すなわち、ビーム電流Ibがエミッション電流Ieの対数にほぼ比例する。   As can be seen from FIG. 7, Ib∝ln (Ie), that is, the beam current Ib is substantially proportional to the logarithm of the emission current Ie.

また、放射角電流密度Jωは、対物絞り(アパーチャ)を通過したビーム電流Ibを測定して求めるので、そのアパーチャがつくる立体角は同じである。したがって、ビーム電流Ib=(放射角電流密度Jω×アパーチャが作る立体角)∝放射角電流密度Jω、すなわち、Ib∝Jωである。したがって、近似的に、軸上の放射電流密度Jω、エミッション電流Ie及びビーム電流Ibは、Jω∝Ib∝ln(Ie)の関係となる。   Further, since the radiation angle current density Jω is obtained by measuring the beam current Ib that has passed through the objective aperture (aperture), the solid angle formed by the aperture is the same. Therefore, the beam current Ib = (radiation angle current density Jω × solid angle formed by the aperture) ∝radiation angle current density Jω, that is, Ib∝Jω. Therefore, approximately, the on-axis radiation current density Jω, the emission current Ie, and the beam current Ib have a relationship of Jω∝Ib∝ln (Ie).

(2)放射イオン(放射ビーム)のエネルギーの拡がり(ΔE)
図8は、GaLMISを用いた場合のエミッション電流Ieに対する放射ビームのエネルギーの拡がりΔEを示す図であり、横軸はエミッション電流Ie(uA)を、縦軸は放射ビームのエネルギーの拡がりΔEをそれぞれ対数表示している。
(2) Energy spread of radiation ions (radiation beam) (ΔE)
FIG. 8 is a diagram showing the energy spread ΔE of the radiation beam with respect to the emission current Ie when using GaLMIS. The horizontal axis represents the emission current Ie (uA), and the vertical axis represents the energy spread ΔE of the radiation beam. Logarithmic display.

また、図9は、エミッション電流Ieに対するJω/ΔE^2の変化を示す図であり、横軸はエミッション電流Ie(uA)を、縦軸はJω/ΔE^2の対数をそれぞれ示している。図9におけるJω/ΔE^2を変数φを用いてφ∝Jω/ΔE^2とすると、エミッション電流Ie=2uA付近において、φが最大値付近になることがわかる。   FIG. 9 is a diagram showing a change in Jω / ΔE ^ 2 with respect to the emission current Ie. The horizontal axis indicates the emission current Ie (uA), and the vertical axis indicates the logarithm of Jω / ΔE ^ 2. Assuming that Jω / ΔE ^ 2 in FIG. 9 is φ∝Jω / ΔE ^ 2 using the variable φ, it can be seen that φ is near the maximum value in the vicinity of the emission current Ie = 2uA.

(2−1)変数φの物理的意味
ここで、変数φの物理的意味について検討する。イオンビーム2のビーム径dは、d^2=(d0×M)^2+(0.5×Cs×α^3)^2+(Cc×ΔE/Va×α)^2の関係式で求まる。GaLMISを用いた場合のエネルギーの拡がりΔEは、ΔE>5eVであるので、色収差項(Cc×ΔE/Va×α)に注目すると、Ib=Jω×π×αg^2の関係から求まるαg=(Ib/π/Jω)^0.5の関係、及びα=αg/Mαの関係より、ΔE×α=ΔE×(Ib/π/Jω)^0.5/Mα=(Ib/π/φ)^0・5/Mαが求められる。この関係式から、変数φが大きければΔE×αが小さくなることがわかる。これは、変数φが最大値付近となるエミッション電流Ie=2.2uAが、色収差の影響が最小値(極小値)となる条件であることを示している。
(3)Ie_V特性(液体金属イオン源の動作の検討)
図10は、エミッション電流の変化ΔIeと引出電源から出力される出力電圧Vextの関係を示す図である。図10において、横軸はΔV/Vo^(3/2)の対数を、縦軸はエミッション電流Ie(uA)の対数をそれぞれ示している。
(2-1) Physical Meaning of Variable φ Here, the physical meaning of the variable φ will be examined. The beam diameter d of the ion beam 2 is obtained by a relational expression of d ^ 2 = (d0 * M) ^ 2 + (0.5 * Cs * α ^ 3) ^ 2 + (Cc * ΔE / Va * α) ^ 2. Since the energy spread ΔE when using GaLMIS is ΔE> 5 eV, paying attention to the chromatic aberration term (Cc × ΔE / Va × α), αg = (obtained from the relationship of Ib = Jω × π × αg ^ 2 From the relationship of Ib / π / Jω) ^ 0.5 and the relationship of α = αg / Mα, ΔE × α = ΔE × (Ib / π / Jω) ^ 0.5 / Mα = (Ib / π / φ) ^ 0 · 5 / Mα is obtained. From this relational expression, it can be seen that ΔE × α decreases as the variable φ increases. This indicates that the emission current Ie = 2.2 uA at which the variable φ is near the maximum value is a condition under which the influence of chromatic aberration is the minimum value (minimum value).
(3) Ie_V characteristics (examination of operation of liquid metal ion source)
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the emission current change ΔIe and the output voltage Vext output from the extraction power supply. In FIG. 10, the horizontal axis represents the logarithm of ΔV / Vo ^ (3/2), and the vertical axis represents the logarithm of the emission current Ie (uA).

図10は両対数で表されており、また、横軸に対して傾きが1であることから、次式が導かれる。   FIG. 10 is expressed as a logarithm, and since the inclination is 1 with respect to the horizontal axis, the following equation is derived.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式1から、∂Ie/∂V=m’=一定であるので、下記の関係が求められる。   From Equation 1, since ∂Ie / ∂V = m ′ = constant, the following relationship is obtained.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

ここで、チャイルド・ラングミュアの法則(Child-Langmuir Law)を考える。この法則は平行平板(例えば、間隔d、電位差φ)の飽和電流密度Jを表すものであり、次式で表される。   Here we consider Child-Langmuir Law. This law represents the saturation current density J of parallel flat plates (for example, distance d, potential difference φ), and is expressed by the following equation.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式2が示しているのは、空間電荷効果により最大電流密度が制限されているということである。したがって、上記式1から導いたIe∝(Vo)^(3/2)の関係は、LMIS31のエミッションにおいては空間電荷効果(後述)が働いていることを示している。   Equation 2 above shows that the maximum current density is limited by the space charge effect. Therefore, the relationship of Ie∝ (Vo) ^ (3/2) derived from the above equation 1 indicates that the space charge effect (described later) works in the emission of LMIS 31.

図10において、エミッション電流Ie≒1.1uA以下では、エミッション電流Ieはパルス放射になり不安定となる。一方、エミッション電流Ie>1.1uAでは、エミッション電流Ieは安定した連続放射となる。これは、Ie>1.1uAでは空間電荷効果によりエミッションが制限されて安定な連続放射になるためであり、したがって、Ie≒1.1uAが空間電荷効果の働く臨界点であることがわかる。なお、空間電荷効果が働かない状態では連続放射にならず(パルス放射となり)エミッションが不安定となる。   In FIG. 10, when the emission current Ie≈1.1 uA or less, the emission current Ie becomes pulse radiation and becomes unstable. On the other hand, when the emission current Ie> 1.1 uA, the emission current Ie becomes stable continuous radiation. This is because when Ie> 1.1 uA, the emission is limited due to the space charge effect and stable continuous radiation is obtained. Therefore, it can be seen that Ie≈1.1 uA is a critical point where the space charge effect works. In addition, in the state where the space charge effect does not work, it does not become continuous radiation (becomes pulse radiation) and the emission becomes unstable.

(3−1)電界蒸発と空間電荷効果
電界蒸発と空間電荷効果について説明する。
(3-1) Field Evaporation and Space Charge Effect The field evaporation and space charge effect will be described.

まず、LMIS(Liquid Metal Ion Source)のエミッション動作原理の概略について説明する。針状エミッタの先端が円錐状(後の図12参照)であるため先端ほど軸方向の電界勾配が強くなる。針状エミッタの先端付近の液体金属(例えば、ガリウム(Ga))は、電界応力により、電界の強いエミッタ先端に供給され点頂点の円錐状になる。つまり、液体金属は先端では円錐を形成し、その頂点はV/Å程度の強電界になるため、イオン化ポテンシャルが下がり電子を失ってイオン化し易くなる。従って、V/Å程度の強電界においてはイオンが真空中に飛び出しイオン流が発生する。例えば、GaLMISを用いた場合には、このイオン放出に伴いGaイオンの放出量に見合う液体金属(Ga)を供給する必要があるが、Gaは流体的に振舞うため圧力勾配が生じ、連続流体の表層流が生じる。この流れは、表面張力に起因するポアゼイユ流であるため表面張力の変化で流量が変化する。   First, an outline of the emission operation principle of LMIS (Liquid Metal Ion Source) will be described. Since the tip of the needle-like emitter has a conical shape (see FIG. 12 later), the electric field gradient in the axial direction becomes stronger toward the tip. The liquid metal (for example, gallium (Ga)) near the tip of the needle-like emitter is supplied to the tip of the emitter having a strong electric field due to the electric field stress, and becomes a conical shape with a point apex. That is, the liquid metal forms a cone at the tip, and its apex becomes a strong electric field of about V / Å, so that the ionization potential is lowered and the electrons are lost and easily ionized. Therefore, in a strong electric field of about V / Å, ions jump out into the vacuum and an ion flow is generated. For example, when GaLMIS is used, it is necessary to supply a liquid metal (Ga) corresponding to the amount of Ga ions released along with this ion emission, but since Ga behaves fluidly, a pressure gradient occurs, Surface flow occurs. Since this flow is a Poiseuille flow caused by the surface tension, the flow rate changes due to the change in the surface tension.

また、純粋なガリウム(Ga)は、清浄なタングステンに対して濡れ性が良く、タングステン(W)に細い溝がある場合には、表面張力による毛細管現象により溝を通して拡散する。針状エミッタ35としては、タングステン(W)材で成形し、で軸方向に細い縦溝を設けた構成が知られており、これによりリザーバ内のGaを表面張力の毛細管現象で上記の溝を通して拡散させ、エミッタ先端付近まで供給することができる。   Further, pure gallium (Ga) has good wettability with respect to clean tungsten, and when tungsten (W) has a narrow groove, it diffuses through the groove due to a capillary phenomenon due to surface tension. It is known that the needle-like emitter 35 is formed of a tungsten (W) material and is provided with a thin vertical groove in the axial direction. This allows Ga in the reservoir to pass through the groove by capillary action of surface tension. It can be diffused and supplied to the vicinity of the tip of the emitter.

Gaイオンの放出量に見合うGaの供給が行われれば、エミッションは安定するが、液体金属(Ga)の表面張力が変化すると供給量が変わり、エミッションが変化する。   If Ga supply corresponding to the Ga ion release amount is performed, the emission becomes stable, but when the surface tension of the liquid metal (Ga) changes, the supply amount changes and the emission changes.

図11はLMIS先端の物理現象を模式的に示す図であり、図12はLMIS先端のSIM(Scanning Ion Microscope)画像を示す図である。   FIG. 11 is a diagram schematically showing a physical phenomenon at the LMIS tip, and FIG. 12 is a diagram showing a SIM (Scanning Ion Microscope) image at the LMIS tip.

図12に示すような円錐状のLMIS先端(針状エミッタ35の先端)におけるエミッション時のイオン放出点の大きさ、及び形状の観察結果としては、例えば、図11に示すように、エミッション電流Ie=10uAにおいて半径15Å、つまり、直径30Å(=3nm)であるものが知られている。この観察結果からイオン放出面の大きさAo=0.7×π×ro^2、電流密度j=i/Aoとし、その電流密度jを求めるとj=10^12(A/m^2)であるため、大きな空間電荷効果が働いている。   As the observation result of the size and shape of the ion emission point at the time of emission at the tip of the conical LMIS (tip of the needle-like emitter 35) as shown in FIG. 12, for example, as shown in FIG. 11, the emission current Ie = 10 uA, a radius of 15 mm, that is, a diameter of 30 mm (= 3 nm) is known. From this observation result, the ion emission surface size Ao = 0.7 × π × ro ^ 2 and current density j = i / Ao, and the current density j is determined as j = 10 ^ 12 (A / m ^ 2). Therefore, a large space charge effect works.

一方、静電的に円錐先端の曲率をroと定義して電解強度Foを求めると、Fo=2.32Vo/((h^0.5)(ro^0.5))となり、Vo=10kV、h=1mm、ro=20Åと仮定すると、Fo=1.6×10^10(V/m)となる。しかし、この計算においては空間電荷の影響が無く現実の現象と合わない。   On the other hand, when the electrolytic strength Fo is obtained by electrostatically defining the curvature of the cone tip as ro, Fo = 2.32 Vo / ((h ^ 0.5) (ro ^ 0.5)) and Vo = 10 kV. Assuming h = 1 mm and ro = 20 mm, Fo = 1.6 × 10 ^ 10 (V / m). However, this calculation is not affected by space charge and does not match the actual phenomenon.

イオンの電界蒸発に必要な電界は約15V/nmである。電界応力と表面張力のバランスから先端の電界Eoは、Eo=2(γ/(εo×ro))^0.5とし、ro=1.5nmとすると、Eo=15V/nmとなり、現実の現象と良く一致する。また、放出イオンの空間電荷効果による電界緩和を考慮してLMIS先端の電界Eoを求めると、エミッション閾値電圧Voc=6kV、エミッション電流Ie=1uAとして、Eo/Fo≒1/5となる。電界蒸発に必用な電界はEo=15V/nmであるから、イオン放出前のFoはEoの5倍程度となり、エミッション閾値電圧Voc=6kV程度であるLMISにおいては、エミッション電流Ie=1uAであってもFoの1/5程度に緩和されEo≒15V/nmにならなければならない。   The electric field required for ion field evaporation is about 15 V / nm. From the balance between electric field stress and surface tension, the electric field Eo at the tip is Eo = 2 (γ / (εo × ro)) ^ 0.5, and when ro = 1.5 nm, Eo = 15 V / nm, which is an actual phenomenon. Matches well. Further, when the electric field Eo at the tip of the LMIS is calculated in consideration of the electric field relaxation due to the space charge effect of the emitted ions, Eo / Fo≈1 / 5 is obtained with the emission threshold voltage Voc = 6 kV and the emission current Ie = 1 uA. Since the electric field necessary for field evaporation is Eo = 15 V / nm, Fo before ion emission is about 5 times Eo, and in the LMIS where the emission threshold voltage Voc = 6 kV, the emission current Ie = 1 uA. Must be relaxed to about 1/5 of Fo and Eo≈15 V / nm.

ここで、エミッション電流が増えても電界、或いはイオンの放出速度が変わらないとすると、イオン放出面が増加して、F=V/(β×ro)と書ける(βは形状因子)。エミッション電流が増加しても内部圧力は同じ(つまり、電界は同じ)であるので、β×ro=一定である。したがって、曲率roが増加すると、βが減少、つまり、LMIS先端が伸びるということが言える。一般に、放出点においては、空間電荷効果が強く働き、エミッションの増加に伴い放出点が伸びることが知られている。   Here, if the electric field or the ion emission rate does not change even if the emission current increases, the ion emission surface increases, and F = V / (β × ro) can be written (β is a form factor). Even if the emission current increases, the internal pressure is the same (that is, the electric field is the same), so β × ro = constant. Therefore, it can be said that when the curvature ro increases, β decreases, that is, the LMIS tip extends. In general, it is known that the space charge effect works strongly at the emission point, and the emission point increases as the emission increases.

(4)Ie_V特性と制限抵抗の抵抗値Roの関係
Ie_V特性の変化とエミッション変化は、実験的に求めるとエミッション電流Ieと引出電源27の出力電圧Vextの関係においてエミッション電流Ie=0に外挿したときの電圧を状態判別電圧値Voxとして、次の関係がある。
(4) Relationship between the Ie_V characteristic and the resistance value Ro of the limiting resistor The change in the Ie_V characteristic and the emission change are extrapolated to the emission current Ie = 0 in the relationship between the emission current Ie and the output voltage Vext of the extraction power supply 27 when experimentally obtained. The following relationship is established with the voltage at the time being the state determination voltage value Vox.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式4の変分は以下の式により求められる。   The variation of the above equation 4 is obtained by the following equation.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Figure 2010129253
Figure 2010129253

したがって、上記式7からIe_V特性の傾きが変化するとエミッションが変わる。   Therefore, the emission changes when the slope of the Ie_V characteristic changes from Equation 7 above.

(4−1)制限抵抗(フィード・バック抵抗)
ここで、エミッション安定化のために引出電極32と引出電源27の間に挿入して用いる制限抵抗28(フィード・バック抵抗)について検討する。
(4-1) Limiting resistance (feedback resistance)
Here, the limiting resistor 28 (feedback resistor) used by inserting between the extraction electrode 32 and the extraction power supply 27 for the purpose of stabilizing the emission will be considered.

制限抵抗28の抵抗値がRo、エミッション電流がIeであるとき、LMIS31に実際に印加される引出電圧Ve(以下、引出電圧Veと記載する)と引出電源27の出力電圧(表示値)Vext(以下、出力電圧Vextと記載する)の関係は、次式により表される。   When the resistance value of the limiting resistor 28 is Ro and the emission current is Ie, the extraction voltage Ve actually applied to the LMIS 31 (hereinafter referred to as extraction voltage Ve) and the output voltage (display value) Vext (extraction voltage 27). Hereinafter, the relationship of the output voltage Vext) is expressed by the following equation.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式8において、エミッション電流Ieが変化した場合の電圧変化の割合は、次式により求められる。   In the above equation 8, the rate of voltage change when the emission current Ie changes is obtained by the following equation.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

例えば、GaLMISにおけるIe_V特性では、引出電圧Veが10V変化(増加)するとエミッション電流Ieが1.5uA変化(増加)する。したがって、下記の式が成り立つ。   For example, in the Ie_V characteristic in GaLMIS, when the extraction voltage Ve changes (increases) by 10 V, the emission current Ie changes (increases) by 1.5 uA. Therefore, the following equation holds.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式10において、制限抵抗Ro=300MΩ(>>7MΩ)とすると、次式が成り立つ。   In the above equation 10, when the limiting resistance Ro = 300 MΩ (>> 7 MΩ), the following equation is established.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式11からわかるように、制限抵抗Roの制限抵抗を用いた測定系のIe_V特性は出力電圧Vextに対して傾き1/Roで略一致する。   As can be seen from Equation 11 above, the Ie_V characteristic of the measurement system using the limiting resistance of the limiting resistance Ro substantially matches the output voltage Vext with a slope 1 / Ro.

また、Ie_V特性を引出電圧Veで表した場合の傾きをm、出力電圧Vextで表した場合の傾きをMとすると、次式が成り立つ。   Further, when the slope when the Ie_V characteristic is expressed by the extraction voltage Ve is m and the slope when the output voltage Vext is expressed by M, the following equation is established.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式12において、1/mをフロー・インピーダンスと呼ぶ。式12において、m>>Mであるから、M≒1/Roとすることができる。すなわち、抵抗値Roの制限抵抗28を含む測定系のIe_V特性における傾きMは、M≒1/Roである。   In Equation 12, 1 / m is called flow impedance. In Expression 12, m >> M, so that M≈1 / Ro. That is, the slope M in the Ie_V characteristic of the measurement system including the limiting resistor 28 having the resistance value Ro is M≈1 / Ro.

ここで、上記式8において、出力電圧Vextを固定して変分を求めると、下記のように表される。   Here, in the above equation 8, when the variation is obtained with the output voltage Vext fixed, it is expressed as follows.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式14において、エミッション電流の変動ΔIe/Ieを小さく抑える(抑制する)には、傾きmを大きくする、又は、制限抵抗Roを大きくすれば良いことが分かる。なお、傾きmはLMISの個体差により異なるが、通常は傾きmの値が略一定になるように作製したLMISを用いる。   In the above equation 14, it can be seen that in order to suppress (suppress) the fluctuation ΔIe / Ie of the emission current to be small, it is sufficient to increase the slope m or increase the limiting resistance Ro. Although the slope m varies depending on individual differences in LMIS, LMIS produced so that the value of slope m is generally constant is used.

本実施の形態における制限抵抗28の抵抗値Roは、例えば300MΩであり、Ro>>1/m(=7MΩ)を満たす抵抗値を有している。   The resistance value Ro of the limiting resistor 28 in the present embodiment is, for example, 300 MΩ, and has a resistance value that satisfies Ro >> 1 / m (= 7 MΩ).

(4−2)Ie_V特性の検討
制限抵抗(抵抗値Ro)を用いた測定系によるIe_V特性の測定結果を図13を参照しつつ説明する。
(4-2) Examination of Ie_V Characteristic The measurement result of the Ie_V characteristic by the measurement system using the limiting resistance (resistance value Ro) will be described with reference to FIG.

図13は、抵抗値Roを変えた場合の出力電圧Vextとエミッション電流Ieの関係を示す図である。図13において、横軸は出力電圧Vext(kV)を、縦軸はエミッション電流Ie(uA)をそれぞれ示している。また、図13中には、制限抵抗Ro=0MΩ,10MΩ,300MΩの場合のIe_V特性をそれぞれ示している。   FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the output voltage Vext and the emission current Ie when the resistance value Ro is changed. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the output voltage Vext (kV), and the vertical axis indicates the emission current Ie (uA). FIG. 13 shows the Ie_V characteristics when the limiting resistance Ro = 0 MΩ, 10 MΩ, and 300 MΩ.

図13において、制限抵抗Ro=0MΩの場合のIe_V特性は、Vext=x(uA)、Ie=y(kV)とおくと、近似式y=92.654x−683.18で表される。同様に、制限抵抗Ro=10MΩの場合の近似式はy=62x−461.1で表され、制限抵抗Ro=300MΩの場合の近時式はy=3.243x−23.91で表される。また、制限抵抗Ro=10MΩ,300MΩの場合のそれぞれの近似式の傾きは、各軸の単位を考えて計算するとそれぞれ約1/300(1/MΩ)、及び約1/17(1/MΩ)である。   In FIG. 13, the Ie_V characteristic when the limiting resistance Ro = 0 MΩ is expressed by an approximate expression y = 92.654x−683.18, where Vext = x (uA) and Ie = y (kV). Similarly, an approximate expression when the limiting resistance Ro = 10 MΩ is expressed by y = 62x−461.1, and a recent expression when the limiting resistance Ro = 300 MΩ is expressed by y = 3.243x−23.91. . In addition, when the limiting resistance Ro = 10 MΩ and 300 MΩ, the slopes of the approximate equations are about 1/300 (1 / MΩ) and about 1/17 (1 / MΩ) when calculated in consideration of the unit of each axis. It is.

各制限抵抗Roにおいて、出力電圧Vextを0kV(エミッション無しの状態)から徐々に高くした場合に、最初にエミッションが出たときの引出電圧を閾値電圧Vocとする。制限抵抗Ro=300MΩの場合のIe_V特性において、閾値電圧Voc=8.02kVである。また、制限抵抗Ro=10MΩの場合は閾値電圧Voc≒7.65kVである。   In each limiting resistor Ro, when the output voltage Vext is gradually increased from 0 kV (state without emission), the extraction voltage when the emission is first output is set as the threshold voltage Voc. In the Ie_V characteristic when the limiting resistance Ro = 300 MΩ, the threshold voltage Voc = 8.02 kV. When the limiting resistance Ro = 10 MΩ, the threshold voltage Voc≈7.65 kV.

また、エミッションが出ている状態から出力電圧Vextを徐々に低くした場合に、エミッションが連続放射からパルス放射に変わるときの引出電圧を下限閾値電圧Vooとする。制限抵抗Ro=300MΩの場合のIe_V特性において、下限閾値電圧V1≒7.75kVである。また、制限抵抗Ro=10MΩの場合は下限閾値電圧V1≒7.55kVである。例えば、SIM(Scanning Ion Microscope)による撮像時に下限閾値電圧V1となると、その撮像画面に黒い筋が出始める。   In addition, when the output voltage Vext is gradually lowered from the state in which emissions are emitted, the extraction voltage when the emission changes from continuous radiation to pulse radiation is defined as the lower limit threshold voltage Voo. In the Ie_V characteristic when the limiting resistance Ro = 300 MΩ, the lower limit threshold voltage V1≈7.75 kV. When the limiting resistance Ro = 10 MΩ, the lower limit threshold voltage V1≈7.55 kV. For example, when the lower limit threshold voltage V1 is reached during imaging with a SIM (Scanning Ion Microscope), black stripes begin to appear on the imaging screen.

制限抵抗Ro=0の場合のIe_V特性においては、出力電圧Vext(≒引出電圧Ve)が100V変化するとエミッション電流が約15uA変化した。   In the Ie_V characteristic when the limiting resistance Ro = 0, when the output voltage Vext (≈extraction voltage Ve) changes by 100 V, the emission current changes by about 15 uA.

図13からわかるように、Ie_V特性(の近似式)において、エミッション電流Ie=0になる点に外挿した引出電圧(状態判別電圧値)Voxは、制限抵抗Roの大きさに関係なく一致する。   As can be seen from FIG. 13, in the Ie_V characteristic (approximate expression thereof), the extraction voltage (state determination voltage value) Vox extrapolated to the point where the emission current Ie = 0 is equal regardless of the size of the limiting resistor Ro. .

(5)Ie_V特性の経時変化の検討
Ie_V特性の経時変化について図14〜図16を参照しつつ説明する。
(5) Examination of change over time of Ie_V characteristic The change over time of the Ie_V characteristic will be described with reference to FIGS.

上述したように、制限抵抗28の抵抗値がRo、エミッション電流がIeであるときの、LMIS31に実際に印加される引出電圧(印加電圧)Veと引出電源27の出力電圧(表示値)Vextの関係は上記式8により表される。   As described above, when the resistance value of the limiting resistor 28 is Ro and the emission current is Ie, the extraction voltage (application voltage) Ve actually applied to the LMIS 31 and the output voltage (display value) Vext of the extraction power supply 27 are The relationship is expressed by Equation 8 above.

図14はVe−Voxをx、エミッション電流Ieをyとした場合のxとyの関係を示す図であり、図15は出力電圧VextをX、エミッション電流IeをYとした場合のXとYの関係を示す図である。図14及び図15においては、時間hの間にIe_V特性の傾きmが(m+dm)に変化した場合を示している。   FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between x and y when Ve−Vox is x and the emission current Ie is y. FIG. 15 is a graph illustrating X and Y when the output voltage Vext is X and the emission current Ie is Y. It is a figure which shows the relationship. 14 and 15 show a case where the slope m of the Ie_V characteristic changes to (m + dm) during the time h.

図14及び図15において、Ie_V特性はそれぞれ下記の式により表される。   14 and 15, the Ie_V characteristics are represented by the following equations, respectively.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Figure 2010129253
Figure 2010129253

(5−1)xとyの関係(Ve−Vox=x、Ie=y)の検討
上記式15を全微分すると、dy=dm×x+m×dxとなる。
xを一定とすると上記の全微分は、dy=dm×xと表され、これは図14のΔy1,Δy2に対応している。
また、mを一定とすると上記の全微分は、dy=m×dxと表され、これは図14の(Δx1,Δy1)に対応している。
(5-1) Examination of relationship between x and y (Ve−Vox = x, Ie = y) When the above formula 15 is fully differentiated, dy = dm × x + m × dx.
When x is constant, the above total differentiation is expressed as dy = dm × x, which corresponds to Δy1 and Δy2 in FIG.
If m is constant, the total differential is expressed as dy = m × dx, which corresponds to (Δx1, Δy1) in FIG.

Ie_V特性の傾きが時間hの間にmから(m+dm)に変化すると、x=x0においてy0=m×x0がy(h)=(m+dm)×x0に変化する。したがって、Δy1=y(h)−y0=dm×x0となる。これより、下記式が求められる。   When the slope of the Ie_V characteristic changes from m to (m + dm) during time h, y0 = m × x0 changes to y (h) = (m + dm) × x0 at x = x0. Therefore, Δy1 = y (h) −y0 = dm × x0. From this, the following equation is obtained.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

ただし、上記式17において、Ve=constである。   However, in Equation 17, Ve = const.

上記式17より、引出電圧Veが一定である場合にエミッション電流Ieが変化(ΔIe)するのは、Ie_V特性における傾きmの変化(Δm)によることが分かる。dm<0(Gaの供給が悪くなると傾きが小さくなる)のときΔIeは減少する。   From the above equation 17, it can be seen that the emission current Ie changes (ΔIe) when the extraction voltage Ve is constant is due to the change in the slope m (Δm) in the Ie_V characteristic. ΔIe decreases when dm <0 (inclination decreases when Ga supply deteriorates).

ここで、エミッション電流Ieをy(h)=(m+dm)×x0からy0=(m+dm)×x1に変化させる(戻す)場合を考える。   Here, consider a case where the emission current Ie is changed (returned) from y (h) = (m + dm) × x0 to y0 = (m + dm) × x1.

yの変化に関しては、y0−y(h)=(m+dm)×(x1−x0)と表される。また、xに関しては、x0=V0−Vox、x1=V1−Voxとすると、x1−x0=(V1−Vox)−(V0−Vox)=V1−V0と表される。従って、下記式が導かれる。   The change of y is expressed as y0−y (h) = (m + dm) × (x1−x0). As for x, when x0 = V0−Vox and x1 = V1−Vox, x1−x0 = (V1−Vox) − (V0−Vox) = V1−V0. Therefore, the following formula is derived.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

すなわち、上記式18によれば、エミッション電流Ieをy(h)からy0に変化させる(戻す)ことは、図14の傾きm+dmのIe_V特性上において、エミッション電流をΔIe増加させる(引出電圧をΔVe増加させる)ことに相当する。   That is, according to the above equation 18, changing (returning) the emission current Ie from y (h) to y0 increases the emission current by ΔIe (the extraction voltage becomes ΔVe) on the Ie_V characteristic of the slope m + dm in FIG. Is equivalent to increasing).

(5−2)XとYの関係(Vext=X、Ie=Y)に対する傾きmの変化(dm)の影響の検討
X=Vext、Ie=y=Y、Ve−Vox=xを上記式8に代入すると下記式が得られる。
(5-2) Examination of influence of change (dm) in slope m on relationship between X and Y (Vext = X, Ie = Y) X = Vext, Ie = y = Y, Ve−Vox = x is expressed by the above equation 8 Substituting into, the following equation is obtained.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Ie_V特性の傾きが時間hの間にmから(m+dm)に変化すると、Xを一定とした場合、傾きの変化前のXはX=(x0+Vox)+Ro×Y0で表され、変化後のXはX=(x1+Vox)+Ro×Y(h)で表される。これらの差をとると、0=(x0−x1)+Ro×(Y0−Y(h))=−ΔVe+Ro×ΔIeとなる。ただし、Y(h)−Y0=−ΔIe’とした。   When the slope of the Ie_V characteristic changes from m to (m + dm) during time h, when X is constant, X before the slope change is expressed as X = (x0 + Vox) + Ro × Y0, and X after the change is X = (x1 + Vox) + Ro × Y (h). Taking these differences, 0 = (x0−x1) + Ro × (Y0−Y (h)) = − ΔVe + Ro × ΔIe. However, Y (h) −Y0 = −ΔIe ′.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

ただし、上記式20において、ΔVext≒0である。   However, in the above equation 20, ΔVext≈0.

したがって、制限抵抗Roのある場合、ΔVext≒0のIe_V特性の傾きは、1/Roである。   Therefore, when there is the limiting resistance Ro, the slope of the Ie_V characteristic when ΔVext≈0 is 1 / Ro.

また、xを一定にした場合、上記式17より下記式が求められる。   Further, when x is constant, the following equation is obtained from the above equation 17.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式18及び式21から、ΔVe=ΔIe/(m+dm)=Ie×dm/m/(m+dm)=Ro×ΔIe、m>dmが求められ、上記式20から、Ve=Ro×ΔIe’が求められる。これらの関係から下記式が求められる。   From Equation 18 and Equation 21, ΔVe = ΔIe / (m + dm) = Ie × dm / m / (m + dm) = Ro × ΔIe, m> dm is obtained, and Ve = Ro × ΔIe ′ is obtained from Equation 20 above. It is done. The following formula is obtained from these relationships.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Figure 2010129253
Figure 2010129253

また、下記式も求められる。   Further, the following formula is also obtained.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式25は、エミッション電流Ieと出力電圧VextのIe_V特性におけるエミッション電流の変化ΔIe’を表す関係式である。   The above expression 25 is a relational expression representing the emission current change ΔIe ′ in the Ie_V characteristics of the emission current Ie and the output voltage Vext.

上記式25から、Roを大きくするとdM≒0に近付くことが分かる。つまり、Roを大きくすることにより、dMが小さくなり、ΔIe’が小さくなる。   From the above equation 25, it can be seen that increasing Ro approaches dM≈0. That is, by increasing Ro, dM decreases and ΔIe ′ decreases.

このように、制限抵抗Roが大きい場合、Ie_V特性の傾き1/Roが略一定(すなわち、dM≒0)であるので、xが一定(ΔIe≒0)のとき、上記式16に示した関係を含む下記式の関係が求まる。   As described above, when the limiting resistance Ro is large, the slope 1 / Ro of the Ie_V characteristic is substantially constant (that is, dM≈0). Therefore, when x is constant (ΔIe≈0), the relationship shown in the above equation 16 is satisfied. The relationship of the following formula including is obtained.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

Figure 2010129253
Figure 2010129253

図15に上記式27の関係を示す。エミッション電流Ieが変化(ΔIe)するのはIe_V特性における傾きmの変化(Δm)によるが制限抵抗Roが大きい場合dm<0(Gaの供給が悪くなると傾きが小さくなる)であり、このとき次式が求まる。   FIG. 15 shows the relationship of Equation 27 above. The emission current Ie changes (ΔIe) due to the change in the slope m (Δm) in the Ie_V characteristic, but when the limiting resistance Ro is large, dm <0 (the slope becomes smaller when the supply of Ga becomes worse). An expression is obtained.

Figure 2010129253
Figure 2010129253

上記式27から次のことがわかる。すなわち、制限抵抗Roが小さい場合Mがm(Ro=0を含む)に近づき、フロー・インピーダンス(1/m:Gaの供給状態の良否を表す)が経時変化して(1/m)が大きく(悪く)なるとエミッション電流IeがΔIe減少する。   From the above equation 27, the following can be understood. That is, when the limiting resistance Ro is small, M approaches m (including Ro = 0), and the flow impedance (1 / m: represents the quality of the Ga supply state) changes with time, and (1 / m) increases. If (bad), the emission current Ie decreases by ΔIe.

一方、制限抵抗Roが大きい場合、Ie_V特性の傾きMの変化ΔM≒0であるので、エミッション電流Ieの変化は、引出電圧(状態判別電圧値)Voxの変化と出力電圧Vextの変化によるが、Voxの変化量が大きく、フロー・インピーダンス(1/m:Gaの供給状態の良否を表す)が経時変化して(1/m)が大きく(悪く)なるとエミッション電流Ieが減少する。   On the other hand, when the limiting resistance Ro is large, the change M of the slope M of the Ie_V characteristic is ΔM≈0. Therefore, the change in the emission current Ie depends on the change in the extraction voltage (state determination voltage value) Vox and the change in the output voltage Vext. When the amount of change in Vox is large, and the flow impedance (1 / m: indicating whether the Ga supply state is good) changes with time and (1 / m) becomes large (bad), the emission current Ie decreases.

以上のようなIe_V特性の傾きの変化を図16にまとめて示す。   Changes in the slope of the Ie_V characteristic as described above are collectively shown in FIG.

図16は、制限抵抗Roの大きさの違いによるIe_V特性の傾きの変化の違いを示す図であり、縦軸はエミッション電流Ie、横軸は引出電圧Ve及び出力電圧Vextをそれぞれ示している。   FIG. 16 is a diagram illustrating a difference in the slope of the Ie_V characteristic due to a difference in the size of the limiting resistor Ro. The vertical axis represents the emission current Ie, and the horizontal axis represents the extraction voltage Ve and the output voltage Vext.

図16に示すようにIe_V特性の傾きの変化は、制限抵抗Roの大きさによって異なる。Roが小さい場合にフロー・インピーダンス(1/m)が変化するとIe_V特性の傾きが変化(実線の位置から点線の位置に変化)し、Roが大きい場合はVoxの値が変化する。   As shown in FIG. 16, the change in the slope of the Ie_V characteristic varies depending on the magnitude of the limiting resistor Ro. When the flow impedance (1 / m) changes when Ro is small, the slope of the Ie_V characteristic changes (changes from the position of the solid line to the position of the dotted line), and when Ro is large, the value of Vox changes.

(6)制限抵抗による影響の検討
以下、制限抵抗(抵抗値Ro)の各部との関係について検討する。
(6) Examination of influence by limiting resistance Hereinafter, the relationship with each part of limiting resistance (resistance value Ro) is examined.

(6−1)引出電源と制限抵抗の関係
GaLMISを用いた場合のIe_V特性の傾きmは、GaLMISが清浄な状態(初期値)においては、m≒0.15(uA/V)である。
(6-1) Relationship between Extraction Power Supply and Limiting Resistance The slope m of the Ie_V characteristic when GaLMIS is used is m≈0.15 (uA / V) when GaLMIS is clean (initial value).

制限抵抗が無い(制限抵抗Ro=0)場合、エミッション電流Ieを0.1uA単位で制御するには引出電圧Veを0.66V単位で制御する必要がある。GaLMISの引出電圧は約7kVであるため、引出電圧Veの電圧設定範囲を0V〜10kVとすると、引出電源には、0.66/10000=6.6×10^−5の電圧分解能が必用とされる。   When there is no limiting resistance (limiting resistance Ro = 0), it is necessary to control the extraction voltage Ve in units of 0.66 V in order to control the emission current Ie in units of 0.1 uA. Since the extraction voltage of GaLMIS is about 7 kV, if the voltage setting range of the extraction voltage Ve is 0 V to 10 kV, the extraction power supply must have a voltage resolution of 0.66 / 10000 = 6.6 × 10 ^ −5. Is done.

一方、制限抵抗が有る(制限抵抗Roが大きい)場合、例えば、制限抵抗Ro=300MΩとした場合には、ΔVext=Ro×ΔIeの関係に従ってエミッション電流Ieを制御することができるので、エミッション電流Ieを0.1uA単位で制御するには出力電圧Vextを30V単位で制御すれば良く、引出電源に必用とされる電圧分解能を低く抑えることができる。このとき、エミッション電流Ieを1uA増加させるためには出力電圧Vextを300V増加させれば良い。また、エミッション電流Ieの最大値を10uAとした場合、必要とされる出力電圧の増加はVext=3kVであるので、最大出力電圧が12kVの引出電源を用いれば、最大エミッション電流10uAでGaLMISを駆動することができる。   On the other hand, when there is a limiting resistance (the limiting resistance Ro is large), for example, when the limiting resistance Ro = 300 MΩ, the emission current Ie can be controlled according to the relationship of ΔVext = Ro × ΔIe. Can be controlled in units of 0.1 uA by controlling the output voltage Vext in units of 30 V, and the voltage resolution required for the extraction power supply can be kept low. At this time, in order to increase the emission current Ie by 1 uA, the output voltage Vext may be increased by 300V. Further, when the maximum value of the emission current Ie is 10 uA, the required increase in the output voltage is Vext = 3 kV. Therefore, if an extraction power supply with a maximum output voltage of 12 kV is used, the GaLMIS is driven with the maximum emission current of 10 uA. can do.

(6−2)エミッション安定性と制限抵抗の関係
GaLMISのIe_V特性の傾きmは、清浄な状態(初期値)においては、m≒0.15(uA/V)である。しかし、イオンビームによりビーム制限絞り33から放出されるスパッタ粒子のLMIS31への付着、真空容器1内の水分子(H2O)や酸素分子(O2)の吸着や分解によるGaの酸化、或いは、ビーム制限絞り33から放出される2次電子による炭素(C)などのコンタミネーションなどにより、Gaの表面張力やGaの融点が変化してフロー・インピーダンス(1/m)が経時変化する。また、装置を停止した場合など、LMIS31への印加電圧が一度0Vになった後にエミッションを起動すると、LMIS31の先端からGaが後退し、また、Gaの温度が下がり表面張力が大きくなるためIe_V特性が変化する。
(6-2) Relationship between Emission Stability and Limiting Resistance The slope m of the Ie_V characteristic of GaLMIS is m≈0.15 (uA / V) in a clean state (initial value). However, adhesion of sputtered particles emitted from the beam limiting aperture 33 by the ion beam to the LMIS 31, oxidation of Ga by adsorption and decomposition of water molecules (H 2 O) and oxygen molecules (O 2) in the vacuum vessel 1, or beam limitation The surface impedance of Ga and the melting point of Ga change due to contamination of carbon (C) by secondary electrons emitted from the diaphragm 33, and the flow impedance (1 / m) changes with time. In addition, when emission is started after the voltage applied to the LMIS 31 once becomes 0 V, such as when the apparatus is stopped, the Ga retreats from the tip of the LMIS 31, and the temperature of the Ga decreases and the surface tension increases, so that the Ie_V characteristics. Changes.

Ie_V特性においては、LMIS31の先端の曲率半径の変化でVoxが変化し、フロー・インピーダンス(Gaの供給状態)の変化で傾きが変わる。フロー・インピーダンスに変化が無ければ、エミッション電流Ieが増減してもIe_V特性が示す傾きmの直線上の変化であるため、エミッション電流Ieの増加がΔIe=1.5uAである場合、引出電圧Ve≒10V増加する。また、この点はIe_V特性に変化が無ければ、制限抵抗Roの有無(大きさ)に関係なくエミッション電流Ieの増加がΔIe=1.5uAである場合、ΔVe≒10V増加する。   In the Ie_V characteristic, Vox changes with a change in the radius of curvature of the tip of the LMIS 31, and a slope changes with a change in flow impedance (Ga supply state). If there is no change in the flow impedance, even if the emission current Ie increases or decreases, it is a change on the straight line of the slope m indicated by the Ie_V characteristic. Therefore, when the increase in the emission current Ie is ΔIe = 1.5 uA, the extraction voltage Ve ≒ 10V increase. In addition, if there is no change in the Ie_V characteristic, if the increase in the emission current Ie is ΔIe = 1.5 uA regardless of the presence (magnitude) of the limiting resistor Ro, ΔVe≈10V.

フロー・インピーダンスの変化Δ(1/m)でエミッション電流Ieが変化し、その結果、引出電圧Veが変化する(式22参照)。Ro×dm>1の場合には、ΔVext>ΔVeであり、Ro×dm≒1の場合には、ΔVext≒ΔVeである。   The emission current Ie changes with the change Δ (1 / m) in flow impedance, and as a result, the extraction voltage Ve changes (see Equation 22). When Ro × dm> 1, ΔVext> ΔVe, and when Ro × dm≈1, ΔVext≈ΔVe.

(6−3)ΔIe及びΔVeと制限抵抗の関係
引出電圧Veの変化ΔVeは制限抵抗Roに関係なくIe_V特性の変化に応じて決まる。また、引出電圧の変化ΔVeは、フォーカスの変化に関係している。つまり、Ie_V特性の変化はフォーカスの変化に関係している。
(6-3) Relationship between ΔIe and ΔVe and Limiting Resistance The change ΔVe in the extraction voltage Ve is determined according to the change in the Ie_V characteristic regardless of the limiting resistance Ro. Further, the change ΔVe in the extraction voltage is related to the change in focus. That is, the change in the Ie_V characteristic is related to the change in focus.

イオン銃3のレンズ作用はρ^2=(Va/Ve)により表される。その変化Δρ^2は、Δρ^2=Δ(Va/Ve)=−(ρ^2)×(ΔVe/Ve)であるため、引出電圧Veの変化ΔVeにより仮想光源の位置が変わり、そのため、対物レンズ7で試料6上にフォーカスするのに必要な対物レンズ電圧(フォーカス値)が変化する。   The lens action of the ion gun 3 is represented by ρ ^ 2 = (Va / Ve). Since the change Δρ ^ 2 is Δρ ^ 2 = Δ (Va / Ve) = − (ρ ^ 2) × (ΔVe / Ve), the position of the virtual light source is changed by the change ΔVe of the extraction voltage Ve. The objective lens voltage (focus value) required for focusing on the sample 6 with the objective lens 7 changes.

引出電圧Veは、フロー・インピーダンス(1/m)が変化してエミッション電流Ieが変化することにより変化する(式22参照)。制限抵抗Roが大きい場合、フロー・インピーダンスがΔ(1/m)だけ変化しても、ΔIe’=ΔVe/Ro(式20参照)であるからエミッション電流Ieの変化を小さく抑えることができる。しかし、ΔVeは制限抵抗Roに因らず傾きの変化Δmにより変わる(式22参照)。   The extraction voltage Ve changes when the flow impedance (1 / m) changes and the emission current Ie changes (see Equation 22). When the limiting resistance Ro is large, even if the flow impedance changes by Δ (1 / m), ΔIe ′ = ΔVe / Ro (see Equation 20), so that the change in the emission current Ie can be suppressed to a small value. However, ΔVe changes depending on the inclination change Δm regardless of the limiting resistance Ro (see Equation 22).

LMIS31に対してフラッシングを行った直後は、フロー・インピーダンス(1/m)が小さく(すなわち、Gaの供給状態が良く)(図16の実線)、時間が経つにつれてフロー・インピーダンス(1/m)及びVoxが大きくなる(図16の点線)。   Immediately after flushing the LMIS 31, the flow impedance (1 / m) is small (that is, the Ga supply state is good) (solid line in FIG. 16), and the flow impedance (1 / m) over time. And Vox becomes large (dotted line in FIG. 16).

Ie_V特性が変わって、エミッションに見合うだけのGaの供給が出来なくなる(フロー・インピーダンスが高くなる)と傾きmが小さくなる(Δm<0)ため、引出電圧Veを一定にするとエミッション電流IeがΔIeだけ減少する(式20参照)。このときエミッション電流Ieを元に戻す(ΔIeだけ増加させる)には、高くなったフロー・インピーダンスの傾き1/(m+dm)に従って引出電圧VeをΔVeだけ高くする必要がある。制限抵抗RoがRo>>1/mである場合、エミッション電流Ieの変化ΔIeは、フロー・インピーダンス(1/m)ではなく制限抵抗Roに従って変化するため、ΔIe=ΔVe/Ro(式20参照)で変化する。   When the Ie_V characteristic changes and the supply of Ga enough to meet the emission becomes impossible (the flow impedance becomes high), the slope m becomes small (Δm <0). (See equation 20). At this time, in order to return the emission current Ie to the original value (increase it by ΔIe), it is necessary to increase the extraction voltage Ve by ΔVe according to the increased slope 1 / (m + dm) of the flow impedance. When the limiting resistance Ro is Ro >> 1 / m, the change ΔIe of the emission current Ie changes according to the limiting resistance Ro, not the flow impedance (1 / m), and therefore ΔIe = ΔVe / Ro (see Equation 20) It changes with.

従って、制限抵抗Roを大きくするとエミッション電流Ieの変化(ΔIe)を小さくできる。しかし、制限抵抗Roが大きいほどΔIeは小さくなる一方で、エミッション電流Ieの減少分を元に戻す(ΔIe増加させる)には、必用な出力電圧Vextの変化ΔVext=Ro×ΔIe’が大きくなる。   Therefore, when the limiting resistance Ro is increased, the change (ΔIe) in the emission current Ie can be reduced. However, as the limiting resistance Ro increases, ΔIe decreases. On the other hand, in order to reverse the decrease in the emission current Ie (increase ΔIe), the necessary change ΔVext = Ro × ΔIe ′ of the output voltage Vext increases.

以上のように、エミッション安定性は制限抵抗Roの大きさで決まり、フォーカス安定性はフロー・インピーダンス(1/m)の変化で決まる。すなわち、制限抵抗Roによってエミッション状態の安定性を向上した場合であっても、フロー・インピーダンス(1/m)の変化による引出電圧Veの変化(ΔVe)により光学系の条件が変わるため、フォーカスなどの安定性が低下する。   As described above, the emission stability is determined by the magnitude of the limiting resistor Ro, and the focus stability is determined by a change in the flow impedance (1 / m). That is, even when the stability of the emission state is improved by the limiting resistance Ro, the condition of the optical system changes due to the change of the extraction voltage Ve (ΔVe) due to the change of the flow impedance (1 / m). The stability of is reduced.

GaLMISの場合において、フロー・インピーダンス(Ie_V特性)が変化しなければ、制限抵抗Roの大小によらずにエミッション及びフォーカスは安定である。   In the case of GaLMIS, if the flow impedance (Ie_V characteristic) does not change, the emission and focus are stable regardless of the size of the limiting resistor Ro.

Ie_V特性の傾きは、制限抵抗Roの大きさで変わり(図16参照)、制限抵抗Roが小さければ傾きが、制限抵抗Roが大きければ、Voxの値が変化する。   The slope of the Ie_V characteristic changes depending on the magnitude of the limiting resistor Ro (see FIG. 16). The slope is changed when the limiting resistor Ro is small, and the value of Vox is changed when the limiting resistor Ro is large.

制限抵抗Ro=300MΩの場合、フロー・インピーダンスの変化でエミッション電流IeがΔIe≒1uA変化すると(元のエミッションに戻すための)出力電圧VextはΔVext≒300Vになる。このとき、Ie_V特性の傾き1/Roは変わらないとすると、ΔVox(エミッション電流Ie=0に外挿したときのVext)≒300Vである。   When the limiting resistance Ro = 300 MΩ, if the emission current Ie changes by ΔIe≈1 uA due to the change in flow impedance, the output voltage Vext (to return to the original emission) becomes ΔVext≈300V. At this time, if the slope 1 / Ro of the Ie_V characteristic does not change, ΔVox (Vext when extrapolated to the emission current Ie = 0) ≈300V.

また、エミッション閾値電圧Vocのときのエミッション電流Ieが2uAの場合、Voxの変化がΔVox>300Vであるとエミッション電流IeはIe<1uAに減少する。エミッション電流IeがIe<1uAになると、LMIS31の特性で連続放射がパルス放射に変わり、エミッションが不安定になる。このように、エミッションが不安定になった場合の一例を図17に示す。   Further, when the emission current Ie at the emission threshold voltage Voc is 2 uA, the emission current Ie is reduced to Ie <1 uA when the change in Vox is ΔVox> 300V. When the emission current Ie becomes Ie <1 uA, the continuous radiation is changed to pulse radiation due to the characteristics of the LMIS 31, and the emission becomes unstable. An example when the emission becomes unstable is shown in FIG.

図17は、エミッションを測定した結果の一例を示す図である。図17において、横軸は測定時間を示しており、右縦軸は加速電圧Vacc(kV)を、左縦軸は出力電圧Vext(kV)及びエミッション電流Ie(uA)をそれぞれ示している。図17からは、時間の経過とともにIe_V特性が変化してエミッション電流Ieが徐々に減少し、Ie≒1uAでエミッションが不安定になり落ちたことがわかる。   FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a result of measuring the emission. In FIG. 17, the horizontal axis represents the measurement time, the right vertical axis represents the acceleration voltage Vacc (kV), and the left vertical axis represents the output voltage Vext (kV) and the emission current Ie (uA). From FIG. 17, it can be seen that the Ie_V characteristic changes with time, the emission current Ie gradually decreases, and the emission becomes unstable and drops when Ie≈1 uA.

上述したように、エミッション変動を小さく抑えるには制限抵抗Roを大きくする必要がある一方で、フォーカス変動を抑えるには、制限抵抗Roではなくフロー・インピーダンス(1/m)を安定にする必要がある。   As described above, it is necessary to increase the limiting resistance Ro in order to suppress the emission fluctuation, but in order to suppress the focus fluctuation, it is necessary to stabilize the flow impedance (1 / m) instead of the limiting resistance Ro. is there.

Ie_V特性の傾きの変化Δmは、イオン銃回りの構造や真空度などの条件の違いにより経時変化の様子が異なる。例えば、Ga/Wのビーム制限アパーチャ(ガリウムとタングステンにより形成されたアパーチャ)を用いたイオン銃とタングステン(W)アパーチャを用いたイオン銃では、Ie_V特性の経時変化が全く異なる。Ga/Wのビーム制限アパーチャを用いたイオン銃は、Ie_V特性の経時変化が少ない。そのため、10時間程度の連続放射であればエミッション電流が一定であるため、定期的にフラッシングする必要がない。   The change Δm in the slope of the Ie_V characteristic varies with time depending on conditions such as the structure around the ion gun and the degree of vacuum. For example, an ion gun using a Ga / W beam limiting aperture (aperture formed of gallium and tungsten) and an ion gun using a tungsten (W) aperture have completely different temporal changes in Ie_V characteristics. An ion gun using a Ga / W beam limiting aperture has little change over time in the Ie_V characteristic. For this reason, if the radiation is continuous for about 10 hours, the emission current is constant, and therefore it is not necessary to perform flushing periodically.

装置を停止して、その後、起動するとLMISのGaが先端から後退してイオン放出点がなくなっている。また、エミッション動作中と停止中ではGa温度が違い表面張力の違いなどでイオン放射と供給がバランスするLMIS先端の形状から変化しているため、フラッシングによる初期化を必要とする。フラッシングを行うとLMISの状態が初期化され、初期化後のLMISの状態がエミッションを停止する前の状態に戻れば、エミッションの状態も戻る。   When the apparatus is stopped and then started, the LMIS Ga retreats from the tip and the ion emission point disappears. In addition, since the Ga temperature is different during emission operation and when it is stopped, the shape of the LMIS tip that balances ion emission and supply is changed due to a difference in surface tension, etc., so that initialization by flushing is required. When the flushing is performed, the LMIS state is initialized. If the initialized LMIS state returns to the state before stopping the emission, the emission state also returns.

タングステン(W)のビーム制限アパーチャを用いたイオン銃は、Ie_V特性が徐々に変化してエミッション電流Ieが対数的に経時変化する。このため、エミッションが一定になるように制御電極を設け引出電圧Veを変える。この場合、電圧制御の最大値付近になるとフラッシングを必要とし、フラッシングで制御電極の電圧を元に戻す。   In an ion gun using a tungsten (W) beam limiting aperture, the Ie_V characteristic gradually changes and the emission current Ie changes logarithmically with time. For this reason, a control electrode is provided to change the extraction voltage Ve so that the emission becomes constant. In this case, flushing is required near the maximum value of voltage control, and the voltage of the control electrode is restored to the original value by flushing.

LMISの安定なエミッション放射には、引出電圧を0kVから高くして最初にエミッションが出た(Ie≒2uA)時の引出電圧(エミッション閾値電圧Voc)に近い状態で動作するのが望ましい。この状態でエミッションを行えば、液体金属源(LMIS)のGaが固化している場合、また、LMISの表面が酸化してフロー・インピーダンスが高くなっている場合、或いは、Gaが先端から後退している場合においても、少なくともフラッシングによってフロー・インピーダンス(1/m)を回復できれば、エミッション状態を回復することができる。フラッシングしてもエミッションが出ないような状態にはならない。   For stable emission of LMIS, it is desirable to operate in a state close to the extraction voltage (emission threshold voltage Voc) when the extraction voltage is increased from 0 kV and emission is first generated (Ie≈2 uA). If emission is performed in this state, the Ga of the liquid metal source (LMIS) is solidified, the surface of the LMIS is oxidized and the flow impedance is high, or the Ga is retreated from the tip. Even in this case, if at least the flow impedance (1 / m) can be recovered by flushing, the emission state can be recovered. Even if flushing, there will be no emission.

また、Voc付近で動作すると、φが最大値付近で使える。エミッション電流値Ie≒2uAであるため、フロー・インピーダンスの経時変化を抑え、ΔIeを小さくするため制限抵抗Roを大きくする必要がある。このため、液体金属イオン源(LMIS)直下のビーム制限アパーチャをGa/Wアパーチャとし、更に制限抵抗Ro=300MΩとし、フラッシング機能によるLMISの状態回復の再現性を良くする。   When operating near Voc, φ can be used near the maximum value. Since the emission current value Ie≈2 uA, it is necessary to increase the limiting resistance Ro in order to suppress the change over time of the flow impedance and reduce ΔIe. For this reason, the beam limiting aperture immediately below the liquid metal ion source (LMIS) is a Ga / W aperture, and the limiting resistance Ro is set to 300 MΩ, thereby improving the reproducibility of the LMIS state recovery by the flushing function.

(7)エミッション状態の測定
エミッション状態の測定結果を以下に説明する。
(7) Measurement of emission state The measurement result of emission state will be described below.

(7−1)エミッションの起動
エミッション起動の測定結果について図18及び図19を参照して説明する。
(7-1) Activation of Emission The measurement result of emission activation will be described with reference to FIGS.

図18及び図19は、エミッション起動時(起動動作中)におけるエミッション状態を示す図である。図18において、横軸は測定時間を示しており、右縦軸は加速電圧Vacc(kV)を、左縦軸は出力電圧Vext(kV)及びエミッション電流Ie(uA)をそれぞれ示している。また、図19において、横軸は出力電圧Vext(kV)を、縦軸はエミッション電流Ie(uA)をそれぞれ示している。制限抵抗Roは大きい値(例えば、Ro=300MΩ)を用いている。また、Voxは、エミッション電流Ie、及び出力電圧Vextをリアルタイムで測定し、上記式16(式26)に代入して求めた。   18 and 19 are diagrams showing an emission state at the time of emission activation (during activation operation). In FIG. 18, the horizontal axis represents the measurement time, the right vertical axis represents the acceleration voltage Vacc (kV), and the left vertical axis represents the output voltage Vext (kV) and the emission current Ie (uA). In FIG. 19, the horizontal axis represents the output voltage Vext (kV), and the vertical axis represents the emission current Ie (uA). The limiting resistor Ro is a large value (for example, Ro = 300 MΩ). Vox was obtained by measuring the emission current Ie and the output voltage Vext in real time and substituting them into the above equation 16 (equation 26).

図18において、時間1〜時間5に示す時間においてフラッシングを行った。また、時間帯Aはエミッション起動直後(1回目のフラッシング前)であり、時間帯Bは5回目のフラッシング終了後である。時間帯Aと時間帯Bの間には、約4時間の時間がある。   In FIG. 18, flushing was performed during the time indicated by time 1 to time 5. Also, time zone A is immediately after emission activation (before the first flushing), and time zone B is after the end of the fifth flushing. Between time zone A and time zone B, there is a time of about 4 hours.

図19においては、図18の時間帯AにおけるIe_V特性の測定結果、及び時間帯BにおけるIe_V特性の測定結果を示している。   In FIG. 19, the measurement result of the Ie_V characteristic in the time zone A in FIG. 18 and the measurement result of the Ie_V characteristic in the time zone B are shown.

図19に示したIe_V特性からIe=0に外挿して求めたVoxは、時間帯AにいてはVox(A)=7.52kV、時間帯BにおいてはVox(B)=6.99kVであった。図18には上記式27にエミッション電流Ie及び出力電圧Vextをリアルタイムに代入して求めたVoxを表示しており、Vox(A)=7.5kV、Vox(B)=7.0kVである。   Vox obtained by extrapolating to Ie = 0 from the Ie_V characteristic shown in FIG. 19 is Vox (A) = 7.52 kV in time zone A, and Vox (B) = 6.99 kV in time zone B. It was. FIG. 18 shows Vox obtained by substituting the emission current Ie and the output voltage Vext in the above equation 27 in real time, and Vox (A) = 7.5 kV and Vox (B) = 7.0 kV.

図19は、エミッション起動時(時間帯A)とフラッシング終了時(時間帯B)のIe_V特性をしめしているが、エミッション起動時は、Ie_V特性(時間帯A)上の点、あるいは、Ie_V特性(時間帯A)とIe_V特性(時間帯B)から外れた特性を示していた。しかし、フラッシングするとIe_V特性(時間帯B)上の点、あるいは、その近傍の特性を示すようになった。これらの測定結果(Ie,Vext)を上記式27に代入してVoxを求めて図19に示すと、エミッション電流Ie=0上の点でVox=7.5kV、7.2kV、7〜7.1kV付近に集中している。このように、Voxの値は、エミッション起動時は、Vox=7.5kVと7.2kVに、フラッシング終了時はVox=7〜7.1kVに収束することが分かる。また、Voxが同じということはIe_V特性が同じということであり、Voxが同じであるIe_V特性の直線上の点(Ie、Vext)にある場合は、ビームには殆ど影響しないことを示す。従って、フラッシングによってVoxを所望の値に合わせると、その後エミッションを所望の値に合わせてもビーム調整に影響を与えない。   FIG. 19 shows the Ie_V characteristics at the time of emission activation (time zone A) and at the end of flushing (time zone B). At the time of emission activation, points on the Ie_V characteristic (time zone A) or Ie_V characteristics are shown. The characteristic deviated from (time zone A) and the Ie_V characteristic (time zone B). However, when flushing is performed, a point on the Ie_V characteristic (time zone B) or a characteristic in the vicinity thereof is shown. When these measurement results (Ie, Vext) are substituted into the above equation 27 to obtain Vox and shown in FIG. 19, Vox = 7.5 kV, 7.2 kV, 7-7. It is concentrated around 1 kV. Thus, it can be seen that the value of Vox converges to Vox = 7.5 kV and 7.2 kV when emission is started, and to Vox = 7 to 7.1 kV when flushing is completed. Further, the same Vox means that the Ie_V characteristics are the same. When the Vox is at a point (Ie, Vext) on the straight line of the Ie_V characteristics, the beam is hardly affected. Therefore, when Vox is adjusted to a desired value by flushing, the beam adjustment is not affected even if the emission is adjusted to the desired value thereafter.

なお、装置のフォーカス変化は、LMIS31のフロー・インピーダンス(1/m)の変化による。そこで、LMIS直下のビーム制限絞り33をGa/Wアパーチャとすることにより、液体金属イオン源(LMIS)31の液体金属の表面張力の経時変化をなくした。Ga/Wアパーチャは、例えば、ビーム制限アパーチャをタングステン(W)により形成するとともに、ビーム制限アパーチャにおいてイオンビームが実質的に照射される領域の少なくとも一部にガリウム(Ga)溜りを配置したものである。   Note that the change in the focus of the apparatus is due to a change in the flow impedance (1 / m) of the LMIS 31. Therefore, by using the Ga / W aperture as the beam limiting aperture 33 just below the LMIS, the change over time in the surface tension of the liquid metal of the liquid metal ion source (LMIS) 31 is eliminated. In the Ga / W aperture, for example, the beam limiting aperture is formed of tungsten (W), and a gallium (Ga) reservoir is disposed in at least a part of a region where the ion beam is substantially irradiated in the beam limiting aperture. is there.

(7−2)エミッションの駆動
図20及び図21を用いてエミッション変化について説明する。
(7-2) Emission Drive The emission change will be described with reference to FIGS.

図20及び図21は、測定時間とエミッション状態の関係を示す図であり、横軸は測定時間を示しており、右縦軸は加速電圧Vacc(kV)を、左縦軸は出力電圧Vext(kV)及びエミッション電流Ie(uA)をそれぞれ示している。また、図20は900分間(15時間)のエミッションの変化を測定したものであり、図21は図20における測定時間841(分)以降の測定結果について時間軸を拡大して示す図である。図20及び図21において、Voxはエミッション電流Ie及び出力電圧Vextを上記式16(式26)に代入して求めている。   20 and 21 are diagrams showing the relationship between the measurement time and the emission state. The horizontal axis shows the measurement time, the right vertical axis shows the acceleration voltage Vacc (kV), and the left vertical axis shows the output voltage Vext ( kV) and emission current Ie (uA). FIG. 20 shows a change in emission for 900 minutes (15 hours), and FIG. 21 is an enlarged view showing the measurement results after the measurement time 841 (minutes) in FIG. 20 and 21, Vox is obtained by substituting the emission current Ie and the output voltage Vext into the above equation 16 (equation 26).

図20及び図21において、測定開始から測定時間(1)(600分付近)までの経時変化をみると、エミッション電流Ieが徐々に減少している。また、この間にVoxは徐々に増加している。   In FIGS. 20 and 21, when the time-dependent change from the measurement start to the measurement time (1) (around 600 minutes) is seen, the emission current Ie gradually decreases. During this time, Vox gradually increases.

測定時間(1)において、出力電圧Vextを200V増加させた。その結果、エミッション電流Ieが約0.6uA増加したが、Voxについては大きな変化はない。その後、エミッション電流Ieは徐々に減少し、Voxは徐々に増加している。これは、Ie_V特性の傾きの変化dmが略一定の割合で変化しており、その状態が出力電圧Vextの変化の前後で変わっていないことを示している。   In the measurement time (1), the output voltage Vext was increased by 200V. As a result, the emission current Ie increased by about 0.6 uA, but there was no significant change in Vox. Thereafter, the emission current Ie gradually decreases and Vox gradually increases. This indicates that the change dm in the slope of the Ie_V characteristic changes at a substantially constant rate, and the state does not change before and after the change in the output voltage Vext.

測定時間(2)(850分付近)において、フラッシングを行った。フラッシング直前ではエミッション電流Ie=2uA、Vext=8kV、Vox=7.4kVであり、フラッシング後ではIe=3.3uA、Vext=8kV、Vox=7kVである。   Flushing was performed at measurement time (2) (around 850 minutes). Immediately before the flushing, the emission current Ie = 2 uA, Vext = 8 kV, and Vox = 7.4 kV. After the flushing, Ie = 3.3 uA, Vext = 8 kV, and Vox = 7 kV.

測定時間(3)において、さらにフラッシングを行った。フラッシング後の各数値は、エミッション電流Ie=3.2uA、Vext=8kV、Vox=7kVである。   Further flushing was performed at the measurement time (3). The numerical values after flushing are the emission current Ie = 3.2 uA, Vext = 8 kV, and Vox = 7 kV.

測定時間(4)において、出力電圧Vext=7.7kVに下げ、エミッション電流Ie=2.2uAとした。このとき、Vox=7kVであり、出力電圧の変化の前後で変化しなかった。   In the measurement time (4), the output voltage Vext was decreased to 7.7 kV, and the emission current Ie was 2.2 uA. At this time, Vox = 7 kV and did not change before and after the change of the output voltage.

測定時間(5)において、一度エミッションを停止し、引出電圧Vext=7.7kVでエミッションを再起動した。このとき、エミッション電流Ie=1.9uA、Vox=7.1kVである。   At the measurement time (5), the emission was once stopped, and the emission was restarted at the extraction voltage Vext = 7.7 kV. At this time, the emission current Ie = 1.9 uA and Vox = 7.1 kV.

測定時間(6)において、フラッシングを行った。フラッシング後の各数値は、Ie=2.2uA、Vext=7.7kV、Vox=7kVである。   Flushing was performed at the measurement time (6). The numerical values after the flushing are Ie = 2.2 uA, Vext = 7.7 kV, and Vox = 7 kV.

測定時間(7)において、さらにフラッシングを行った。フラッシング後の各数値は、Ie=2.2uA、Vext=7.7kV、Vox=7kVであり、フラッシング前後で変化しなかった。   Further flushing was performed at the measurement time (7). The numerical values after flushing were Ie = 2.2 uA, Vext = 7.7 kV, and Vox = 7 kV, and did not change before and after flushing.

以上のように構成した本実施の形態の集束イオンビーム装置におけるエミッション制御について図22〜図25のフローチャートを用いて説明する。   Emission control in the focused ion beam apparatus of the present embodiment configured as described above will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

図22は、集束イオンビーム装置の起動処理のフローチャートを示す図である。   FIG. 22 is a diagram illustrating a flowchart of the activation process of the focused ion beam apparatus.

制御部40は、まず、出力電圧Vext(e)を記憶部42から読み出して引出電源27に出力させる(ステップS10)。出力電圧Vext(e)は、前回の集束イオンビーム装置のエミッション停止時の出力電圧Vextである。ただし、初めて集束イオンビーム装置を起動する時点では、適当な推奨値(標準値)が予めVext(e)として記憶部42に記憶されている。   First, the control unit 40 reads the output voltage Vext (e) from the storage unit 42 and outputs it to the extraction power supply 27 (step S10). The output voltage Vext (e) is the output voltage Vext when the emission of the focused ion beam device was stopped last time. However, when the focused ion beam apparatus is activated for the first time, an appropriate recommended value (standard value) is stored in advance in the storage unit 42 as Vext (e).

次いで、制御部40は、出力電力Vextとエミッション電流Ieを検出して記憶部42に記憶し(ステップS15)、そのVextとIeから起動時の状態判別電圧値Vox(s)を算出して記憶部42に記憶する(ステップS20)。状態判別基準値Voxは、液体金属イオン源の状態の評価値であり、エミッション電流Ieと引出電源の出力電圧Vextの関係においてエミッション電流Ie=0に外挿したときの電圧(Vox=Vext−Ie×Ro)である。   Next, the control unit 40 detects the output power Vext and the emission current Ie and stores them in the storage unit 42 (step S15), and calculates and stores a state determination voltage value Vox (s) at startup from the Vext and Ie. Store in the unit 42 (step S20). The state determination reference value Vox is an evaluation value of the state of the liquid metal ion source, and is a voltage (Vox = Vext−Ie) when extrapolated to the emission current Ie = 0 in the relationship between the emission current Ie and the output voltage Vext of the extraction power supply. X Ro).

次いで、記憶部42に記憶された状態判別電圧値Vox(e)とVox(s)の差の絶対値があらかじめ定めた基準値(例えば20V)よりも大きいかどうかを判定し(ステップS25)、NOであれば判定変数(フラグ)T=1とし(ステップS26)、その後、起動終了処理を行う(ステップS100)。ここで、Vox(e)は、前回のエミッション停止時(直前)の状態判別電圧値Voxである。ただし、初めて集束イオンビーム装置を起動する時点では、Vext(e)と同様に適当な推奨値(標準値)が予めVox(e)として記憶部42に記憶されている。ステップS25での判定結果がYESであれば、LMIS31の状態を回復するための状態回復処理としてのフラッシングを実施し(ステップS30)、予め定めた待機時間(例えば1分)だけ待機し(ステップS35)、その後、出力電圧Vextとエミッション電流Ieを検出して記憶部42に記憶し(ステップS40)、そのVextとIeから状態判別電圧値Vox(f1)を算出して記憶部42に記憶する(ステップS45)。ステップS25の判定においては、状態判別電圧値Vox(e)とVox(s)を比較することにより、エミッション停止時とエミッション起動時のフロー・インピーダンスの違いを見る。   Next, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the state determination voltage values Vox (e) and Vox (s) stored in the storage unit 42 is larger than a predetermined reference value (for example, 20V) (step S25). If NO, the determination variable (flag) T = 1 is set (step S26), and then the activation end process is performed (step S100). Here, Vox (e) is the state determination voltage value Vox when the previous emission is stopped (immediately before). However, at the time when the focused ion beam apparatus is started for the first time, an appropriate recommended value (standard value) is stored in advance in the storage unit 42 as Vox (e) in the same manner as Vext (e). If the determination result in step S25 is YES, flushing is performed as a state recovery process for recovering the state of the LMIS 31 (step S30), and the process waits for a predetermined standby time (for example, 1 minute) (step S35). Thereafter, the output voltage Vext and the emission current Ie are detected and stored in the storage unit 42 (step S40), and the state determination voltage value Vox (f1) is calculated from the Vext and Ie and stored in the storage unit 42 (step S40). Step S45). In the determination in step S25, the state determination voltage values Vox (e) and Vox (s) are compared to see the difference in flow impedance when emission is stopped and when emission is started.

次いで、状態判別電圧値Vox(f1)とVox(s)の差の絶対値があらかじめ定めた基準値(例えば50V)よりも大きいかどうかを判定し(ステップS50)、NOであれば判定変数(フラグ)T=2とし(ステップS51)、その後、起動終了処理を行う(ステップS100)。ステップS50での判定結果がYESであれば、LMIS31の状態を回復するための状態回復処理としてのフラッシングを実施し(ステップS55)、予め定めた待機時間(例えば1分)だけ待機し(ステップS60)、その後、出力電圧Vextとエミッション電流Ieを検出して記憶部42に記憶し(ステップS65)、そのVextとIeから状態判別電圧値Vox(f2)を算出し記憶部42に記憶する(ステップS70)。   Next, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the state determination voltage values Vox (f1) and Vox (s) is greater than a predetermined reference value (for example, 50V) (step S50). (Flag) T = 2 (step S51), and then an activation end process is performed (step S100). If the determination result in step S50 is YES, flushing is performed as a state recovery process for recovering the state of the LMIS 31 (step S55), and the system waits for a predetermined standby time (for example, 1 minute) (step S60). Thereafter, the output voltage Vext and the emission current Ie are detected and stored in the storage unit 42 (step S65), and the state determination voltage value Vox (f2) is calculated from the Vext and Ie and stored in the storage unit 42 (step S65). S70).

次いで、状態判別電圧値Vox(f1)とVox(f2)の差の絶対値があらかじめ定めた基準値(例えば50V)よりも大きいかどうかを判定し(ステップS75)、NOであれば判定変数(フラグ)T=3とし(ステップS76)、その後、起動終了処理を行う(ステップS100)。ステップS70での判定結果がYESであれば、状態回復処理として表示部43に警告Cを表示し(ステップS80)、判定定数(フラグ)T=0とし(ステップS85)、その後、機動終了処理を行う(ステップS100)。ここで、警告Cは状態判別電圧値Voxが収束しないことをオペレータに報知するものである。   Next, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the state determination voltage values Vox (f1) and Vox (f2) is larger than a predetermined reference value (for example, 50V) (step S75). (Flag) T = 3 (step S76), and then an activation end process is performed (step S100). If the decision result in the step S70 is YES, a warning C is displayed on the display unit 43 as a state recovery process (step S80), a decision constant (flag) T = 0 is set (step S85), and then the movement termination process is performed. Perform (step S100). Here, the warning C notifies the operator that the state determination voltage value Vox does not converge.

図23は、集束イオンビーム装置の起動終了処理のフローチャートを示す図である。   FIG. 23 is a diagram showing a flowchart of start-up end processing of the focused ion beam apparatus.

制御部40は、記憶部42に記憶したVox(e)、Vox(s)、Vox(f1)、Vox(f2)を起動処理(エミッション起動時)のLogとして記憶部42に新たに記憶し(ステップS110)、フラグT≠0であるかどうかを判定し(ステップS120)、判定結果がNOであれば、通常処理を行う(ステップS200)。ステップS120において、判定結果がYESであれば、フラグT≠3であるかどうかを判定し(ステップS130)、判定結果がNOであれば、判定基準値Vox0をVox(f2)に更新し(ステップS131)、Vox許容範囲[a,b]を更新する(ステップS132)。ここで、Vox許容範囲[a,b]は、Vox0を中点とした電圧範囲を設定したもので、例えば、a=Vox0−50V、b=Vox+50Vを設定する。なお、Vox0の初期値としては、適当な推奨値(標準値)が予めVox0として設定され記憶部42に記憶されている。   The control unit 40 newly stores the Vox (e), Vox (s), Vox (f1), and Vox (f2) stored in the storage unit 42 in the storage unit 42 as a log of activation processing (at the time of emission activation) ( In step S110, it is determined whether or not flag T ≠ 0 (step S120). If the determination result is NO, normal processing is performed (step S200). In step S120, if the determination result is YES, it is determined whether or not flag T ≠ 3 (step S130). If the determination result is NO, the determination reference value Vox0 is updated to Vox (f2) (step S130). S131), the Vox allowable range [a, b] is updated (step S132). Here, the Vox allowable range [a, b] is a voltage range with Vox0 as the midpoint, and for example, a = Vox0−50V and b = Vox + 50V are set. As an initial value of Vox0, an appropriate recommended value (standard value) is set in advance as Vox0 and stored in the storage unit 42.

次いで、判定基準値Vox0とVox(e)の差の絶対値があらかじめ定めた基準値(例えば150V)以下かどうかを判定する(ステップS140)。ステップS130において、判定結果がYESである場合も同様にステップS140の判定を行う。ステップS140において、判定結果がYESであれば、出力電圧Vextを調整し(ステップS150)、通常処理を行う(ステップS200)。ステップS150におけるVextの調整は、エミッション電流Ieが所望の値(例えばIe=2uA)になるようにVextの値を調整するものであり、オペレータが手動で行っても良く、予め所望のエミッション電流Ieを設定しておき、自動調整するようにしても良い。   Next, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the determination reference values Vox0 and Vox (e) is equal to or less than a predetermined reference value (for example, 150 V) (step S140). If the determination result in step S130 is YES, the determination in step S140 is performed in the same manner. If the determination result is YES in step S140, the output voltage Vext is adjusted (step S150), and normal processing is performed (step S200). The adjustment of Vext in step S150 is to adjust the value of Vext so that the emission current Ie becomes a desired value (for example, Ie = 2uA), and may be performed manually by the operator, or the desired emission current Ie in advance. May be set and automatic adjustment may be performed.

ステップS140において、判定結果がNOであれば、状態回復処理として表示部43に警告Dを表示し(ステップS141)、その後、ステップS150の処理を行う。ここで、警告Dはフォーカス調整が必要であることをオペレータに報知するものである。   If the determination result in step S140 is NO, a warning D is displayed on the display unit 43 as a state recovery process (step S141), and then the process of step S150 is performed. Here, the warning D notifies the operator that focus adjustment is necessary.

図24は、集束イオンビーム装置の通常処理のフローチャートを示す図である。   FIG. 24 is a diagram showing a flowchart of normal processing of the focused ion beam apparatus.

制御部40は、まず、オペレータによるエミッション終了処理の指示が無いかどうかを判定し(ステップS210)、判定結果がNOであれば、エミッション終了処理を行う(ステップS300)。ステップS210において、判定結果がYESであれば、予め定めた待機時間(例えば1分)だけ待機し(ステップS220)、その後、出力電圧Vextとエミッション電流Ieを検出し記憶部42に記憶し(ステップS230)、そのVextとIeから状態判別電圧値Voxを算出して、その算出時刻とともに記憶部42に記憶する(ステップS240)。   First, the control unit 40 determines whether or not there is an instruction for the emission end process by the operator (step S210). If the determination result is NO, the emission end process is performed (step S300). If the determination result in step S210 is YES, the process waits for a predetermined standby time (for example, 1 minute) (step S220), and then detects the output voltage Vext and the emission current Ie and stores them in the storage unit 42 (step S220). In step S230, the state determination voltage value Vox is calculated from the Vext and Ie, and stored in the storage unit 42 together with the calculation time (step S240).

次いで、状態判別電圧値VoxがVox許容範囲[a,b]の範囲内かどうかを判定し(ステップS250)、YESであれば、再度、通常処理を行い(ステップS200)、NOであれば、LMIS31の状態回復処理としてのフラッシングを実施し(ステップS251)、その後、通常処理を行う(ステップS200)。   Next, it is determined whether or not the state determination voltage value Vox is within the Vox allowable range [a, b] (step S250). If YES, normal processing is performed again (step S200). If NO, Flushing is performed as a state recovery process of the LMIS 31 (step S251), and then a normal process is performed (step S200).

図25は、集束イオンビーム装置のエミッション終了処理のフローチャートを示す図である。   FIG. 25 is a diagram showing a flowchart of the emission end process of the focused ion beam apparatus.

制御部40は、出力電圧Vextとエミッション電流Ieを検出し、
Vext(e)、及びIe(e)として記憶部42に記憶し(ステップS310)、その後、出力電圧Vextを停止する(ステップS320)。
The control unit 40 detects the output voltage Vext and the emission current Ie,
Vext (e) and Ie (e) are stored in the storage unit 42 (step S310), and then the output voltage Vext is stopped (step S320).

以上のように構成した本実施の形体における動作を説明する。   The operation of the present embodiment configured as described above will be described.

(エミッション(自動)立ち上げ時)
エミッションが停止している場合にオペレータが入力装置(図示せず)を用いて制御装置40にエミッション起動の指示を行うと、制御装置40は、前回のエミッション停止時(直前)の出力電圧Vext(e)を記憶部42から読み出し、引出電源27の出力電圧VextをVext(e)に設定して出力させる(図22のステップS10)。
(Emission (automatic) startup)
When the emission is stopped and the operator instructs the control device 40 to start emission using an input device (not shown), the control device 40 outputs the output voltage Vext ( e) is read from the storage unit 42, and the output voltage Vext of the extraction power supply 27 is set to Vext (e) for output (step S10 in FIG. 22).

その後、Vox(e)とVox(s)を比較することにより、エミッション停止時とエミッション起動時のフロー・インピーダンスの差が予め定めた範囲内にあるかどうかを判定し、範囲内であれば起動終了処理に移行する(図22のステップS25,S100)。   Then, by comparing Vox (e) and Vox (s), it is determined whether the difference in flow impedance between emission stop and emission activation is within a predetermined range. The process proceeds to end processing (steps S25 and S100 in FIG. 22).

フロー・インピーダンスの差が予め定めた範囲外であれば、フラッシングを行い、その後、状態判別電圧値Vox(f1)を算出してVox(s)と比較することにより、LMIS31のフロー・インピーダンスがフラッシングで回復したかどうかを判定する(図22のステップS30〜S50)。   If the difference in flow impedance is outside the predetermined range, flushing is performed, and then the state determination voltage value Vox (f1) is calculated and compared with Vox (s), so that the flow impedance of the LMIS 31 is flushed. It is determined whether or not it has been recovered (steps S30 to S50 in FIG. 22).

LMIS31のフロー・インピーダンスがフラッシング(1回目)で回復した場合は、起動終了処理に移行し(図22のステップS50,S100)、1回目のフラッシングで回復しない場合は、再度フラッシング(2回目)を行い、その後、状態判別電圧値Vox(f2)を算出してVox(f1)と比較することにより、LMIS31のフロー・インピーダンスがフラッシング(2回目)で回復したかどうかを判定する(図22のステップS55〜S75)。   When the flow impedance of the LMIS 31 is recovered by the flushing (first time), the process proceeds to the start end process (Steps S50 and S100 in FIG. 22). When the flow impedance is not recovered by the first flushing, the flushing (second time) is performed again. After that, the state determination voltage value Vox (f2) is calculated and compared with Vox (f1), thereby determining whether or not the flow impedance of the LMIS 31 has been recovered by the flushing (second time) (step in FIG. 22). S55-S75).

LMIS31のフロー・インピーダンスがフラッシング(2回目)で回復した場合は、起動終了処理に移行し(図22のステップS75,S100)、2回目のフラッシングで回復しない場合は、表示部43に状態判別電圧値Voxが集束しない旨の警告(警告C)を表示してオペレータに報知し、起動終了処理に移行する(図22のステップS75〜S100)。   When the flow impedance of the LMIS 31 is recovered by the flushing (second time), the process proceeds to the start-end process (steps S75 and S100 in FIG. 22). A warning that the value Vox is not converged (warning C) is displayed to notify the operator, and the process proceeds to the activation end process (steps S75 to S100 in FIG. 22).

起動終了処理において、制御部40は、各数値(Vox(e),Vox(s),Vox(f1),Vox(f2))をLogとして記憶部43に記憶する(図23のステップS110)。   In the activation end process, the control unit 40 stores each numerical value (Vox (e), Vox (s), Vox (f1), Vox (f2)) as a log in the storage unit 43 (step S110 in FIG. 23).

2回のフラッシングにより、LMIS31のフロー・インピーダンスが回復しなかった場合は、通常処理に移行する(ステップS120,S200)。その例外の場合は、判定基準値Vox0とVox(e)を比較することにより、フォーカス調整が必要かどうかを判定し(図23のステップS140)、フォーカス調整の必要がある場合は、表示部43に警告(警告D)を表示してオペレータに報知する(図23のステップS141)。また、フォーカス調整が必要かどうかによらず、エミッション電流Ieが所望の値(例えばIe=2uA)になるように出力電圧Vextの値を調整し(図23のステップS150)、その後、通常処理に移行する。   If the flow impedance of the LMIS 31 is not recovered by two flushings, the process proceeds to normal processing (steps S120 and S200). In the case of the exception, it is determined whether or not the focus adjustment is necessary by comparing the determination reference values Vox0 and Vox (e) (step S140 in FIG. 23). If the focus adjustment is necessary, the display unit 43 A warning (warning D) is displayed to notify the operator (step S141 in FIG. 23). Regardless of whether focus adjustment is necessary, the value of the output voltage Vext is adjusted so that the emission current Ie becomes a desired value (for example, Ie = 2 uA) (step S150 in FIG. 23), and then normal processing is performed. Transition.

(通常動作時)
通常動作時(通常処理時)において、制御部40は、オペレータからエミッション終了処理の指示が無い場合は、一定時間毎(例えば1分毎)待機し、その後、Vext及びIeを検出して記憶部43に記憶するとともに、Voxを算出して記憶部43に記憶し、そのVoxがVox許容範囲内であるかどうかを判定する(図24のステップS210〜S250)。VoxがVox許容範囲内の場合は何もせず、VoxがVox許容範囲外の場合はフラッシングを実施してLMIS31のフロー・インピーダンスを回復する(図24のステップS250〜S251)。オペレータからエミッション終了処理の指示が無い場合は、ステップS210〜S251の処理を繰り返し、エミッション終了処理の指示がある場合は、エミッション終了処理に移行する。
(Normal operation)
During normal operation (during normal processing), the control unit 40 waits for every fixed time (for example, every minute) when there is no instruction from the operator for the end of emission, and then detects Vext and Ie to store 43, Vox is calculated and stored in the storage unit 43, and it is determined whether or not the Vox is within the Vox allowable range (steps S210 to S250 in FIG. 24). If Vox is within the Vox allowable range, nothing is performed. If Vox is outside the Vox allowable range, flushing is performed to restore the flow impedance of the LMIS 31 (steps S250 to S251 in FIG. 24). When there is no instruction for the emission end process from the operator, the processes of steps S210 to S251 are repeated, and when there is an instruction for the emission end process, the process proceeds to the emission end process.

(エミッション終了時)
オペレータからエミッション終了処理が指示された場合、制御部40は、そのときの出力電圧Vext(e)及び状態判別電圧値Vox(e)を記憶部43に記憶し、出力電圧Vextを停止する。
(At the end of emission)
When the emission end process is instructed by the operator, the control unit 40 stores the output voltage Vext (e) and the state determination voltage value Vox (e) at that time in the storage unit 43, and stops the output voltage Vext.

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。   The effect of the present embodiment configured as described above will be described.

1.従来技術における集束イオンビーム装置においては、予め定めた引出電圧Vextの範囲内でエミッション電流Ieが所望の値になるかどうかでエミッション状態の良否判断を行っていたが、LMIS31の状態(Ie_V特性)などを考慮していないので、エミッション状態の把握が必ずしも十分であるとは言えず、エミッションが不安定となる恐れがあった。これに対し、本実施の形態においては、制限抵抗28の抵抗値RoをLMIS31のIe_V特性の傾きmを用いてRo>>1/m(=7MΩ)となるよう構成し、MIS31のフロー・インピーダンスの傾きの変化(LMISのIe_V特性の状態)を状態判別電圧値Voxの変化で判定できるように構成したので、LMIS31のエミッションを安定して維持、管理することができる。   1. In the conventional focused ion beam apparatus, the quality of the emission state is determined based on whether or not the emission current Ie becomes a desired value within the range of the predetermined extraction voltage Vext. The state of the LMIS 31 (Ie_V characteristic) Therefore, it is not necessarily sufficient to grasp the emission state, and there is a possibility that the emission becomes unstable. On the other hand, in the present embodiment, the resistance value Ro of the limiting resistor 28 is configured to be Ro >> 1 / m (= 7 MΩ) using the slope m of the Ie_V characteristic of the LMIS 31, and the flow impedance of the MIS 31 is configured. Since the change in the slope (the state of the Ie_V characteristic of LMIS) can be determined by the change in the state determination voltage value Vox, the emission of the LMIS 31 can be stably maintained and managed.

2.MIS31のフロー・インピーダンスの傾きの変化(LMIS31のIe_V特性の状態)を状態判別電圧値Voxの変化で判定できるように構成したので、Ie_V特性の傾きmや状態判別電圧値Voxを求めるために、IeとVextを複数組測定する必要が無く、1組のIeとVextからVoxを求めることが出来、短時間(リアルタイム)でLMIS31の状態を判定することができる。これにより、LMIS31のエミッション安定性や寿命管理を容易に行うことができる。   2. Since the change of the slope of the flow impedance of the MIS 31 (the state of the Ie_V characteristic of the LMIS 31) can be determined by the change of the state determination voltage value Vox, in order to obtain the inclination m of the Ie_V characteristic and the state determination voltage value Vox, There is no need to measure a plurality of sets of Ie and Vext, Vox can be obtained from one set of Ie and Vext, and the state of the LMIS 31 can be determined in a short time (real time). Thereby, the emission stability and life management of the LMIS 31 can be easily performed.

3.従来技術においては、出力電圧Vextを変化させてエミッション電流Ieを調整した場合、調整の前後でVext及びIeが大きく変化するため、ビーム調整異常と判断され警告表示の対象となっていた。これに対し、本実施の形態においては、ビーム調整の必要性はVoxの変化量によるので、ビーム調整直後のVoxに対するVoxの変化量を観察することにより、ビーム調整の必要性を判定する。VoxはVextの変化の前後において変化しないので、Voxによりビーム調整の必要性を判定しつつ、Vextを調整してエミッションを適宜合わせることができる。   3. In the prior art, when the emission current Ie is adjusted by changing the output voltage Vext, Vext and Ie change greatly before and after the adjustment, so that it is determined that the beam adjustment is abnormal, and is a target of warning display. On the other hand, in this embodiment, since the necessity of beam adjustment depends on the amount of change in Vox, the necessity for beam adjustment is determined by observing the amount of change in Vox with respect to Vox immediately after beam adjustment. Since Vox does not change before and after the change of Vext, it is possible to adjust the emission appropriately by adjusting Vext while determining the necessity of beam adjustment by Vox.

4.ビーム調整の指標となるVoxを用いてエミッション状態の良否判断を行っているので、集束イオンビーム装置のビーム調整を行った状態でエミッション停止した場合、エミッションの再起動時にVoxをエミッション停止時同じ値に調整すれば、ビーム調整を必用とせず、エミッションの再起動を容易に行うことができる。   4). Since Vox, which is an index for beam adjustment, is used to judge the quality of the emission state, if emission is stopped with the beam adjustment of the focused ion beam device, Vox is the same value when emission is restarted. If the adjustment is made, the emission can be easily restarted without adjusting the beam.

5.ビーム制限アパーチャにGa/Wを用いたので、フロー・インピーダンスの経時変化を小さくでき、フォーカス変化を小さくすることができる。   5. Since Ga / W is used for the beam limiting aperture, the change in flow impedance with time can be reduced, and the change in focus can be reduced.

本実施の形態の集束イオンビーム装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the focused ion beam apparatus of this Embodiment. イオン銃におけるLMISの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of LMIS in an ion gun. 制御部の機能の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the function of a control part. 蛍光板に荷電粒子線を照射した場合のエミッション範囲の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the emission range at the time of irradiating a fluorescent particle with a charged particle beam. エミッション電流とエミッションの半開口角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an emission current and the half opening angle of an emission. エミッション電流と放射角電流密度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an emission current and a radiation angle current density. エミッション電流とビーム電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an emission current and a beam current. GaLMISを用いた場合のエミッション電流に対する放射ビームのエネルギーの拡がりを示す図である。It is a figure which shows the spread of the energy of the radiation beam with respect to the emission current at the time of using GaLMIS. エミッション電流に対するJω/ΔE^2の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of J (omega) / (DELTA) E ^ 2 with respect to an emission current. エミッション電流の変化と引出電源から出力される出力電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the change of an emission current, and the output voltage output from an extraction power supply. LMIS先端の物理現象を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the physical phenomenon of a LMIS front-end | tip. LMIS先端のTEM画像を示す図である。It is a figure which shows the TEM image of the LMIS front-end | tip. 制限抵抗を変えた場合の出力電圧とエミッション電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage at the time of changing a limiting resistance, and an emission current. 引出電圧とVoxの差分とエミッション電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the difference of an extraction voltage, Vox, and an emission current. 出力電圧とエミッション電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an output voltage and an emission current. 制限抵抗の大きさの違いに対するIe_V特性の傾きの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the inclination of Ie_V characteristic with respect to the difference in the magnitude | size of a limiting resistance. エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the time-dependent change of emission current. エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the time-dependent change of emission current. エミッション電流の経時変化の測定結果を出力電圧とエミッション電流の関係で示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the time-dependent change of emission current by the relationship between an output voltage and an emission current. エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the time-dependent change of emission current. エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the time-dependent change of emission current. 起動処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of a starting process. 起動終了処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of a start completion process. 通常処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of a normal process. エミッション終了処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of an emission completion | finish process.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空容器
2 荷電粒子線
3 イオン銃
4 対物絞り
5 偏向器
6 試料
7 対物レンズ
8 信号
9 信号検出器
10 真空排気装置
11 ゲートバルブ
12 イオンポンプ
20 高電圧電源部
21 アース電極
22,25 高電圧ケーブル
23,26 高電圧接続部
24 加速電源
27 引出電源
28 制限抵抗
29 加熱電源
31 LMIS
32 引出電極
33 ビーム制限アパーチャ
34 アース電極
35 針状エミッタ
36 リザーバ
37 フィラメント
38 通電端子
39 碍子ベース
40 制御部
41 演算部
42 記憶部
43 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Charged particle beam 3 Ion gun 4 Objective diaphragm 5 Deflector 6 Sample 7 Objective lens 8 Signal 9 Signal detector 10 Evacuation device 11 Gate valve 12 Ion pump 20 High voltage power supply part 21 Ground electrodes 22, 25 High voltage Cables 23 and 26 High voltage connection 24 Acceleration power supply 27 Extraction power supply 28 Limiting resistor 29 Heating power supply 31 LMIS
32 Extraction electrode 33 Beam limiting aperture 34 Ground electrode 35 Needle-like emitter 36 Reservoir 37 Filament 38 Current terminal 39 Insulator base 40 Control unit 41 Calculation unit 42 Storage unit 43 Display unit

Claims (13)

液体金属イオン源と、
前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、
前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、
前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗と、
前記制限抵抗の抵抗値Roと前記引出電源の出力電圧Vextと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ieとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Vox=Vext−Ie×Roを算出する判別値演算手段と、
前記状態判別電圧値が予め定めた状態判別電圧範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行う回復処理手段とを備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
A liquid metal ion source;
An extraction electrode for extracting a charged particle beam from the liquid metal ion source;
An extraction voltage source for applying an extraction voltage between the liquid metal ion source and the extraction electrode;
A limiting resistor provided between the extraction electrode and the extraction voltage source;
A state as an evaluation value of the state of the liquid metal ion source by using the resistance value Ro of the limiting resistor, the output voltage Vext of the extraction power source, and the emission current Ie of the charged particle beam extracted from the liquid metal ion source A discriminant value calculating means for calculating a discriminant voltage value Vox = Vext−Ie × Ro;
A focused ion beam comprising recovery processing means for performing a state recovery process for recovering the state of the liquid metal ion source when the state determination voltage value is outside a predetermined state determination voltage range apparatus.
液体金属イオン源と、
前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、
前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、
前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗と、
前記制限抵抗の抵抗値Roと前記引出電源の出力電圧Vextと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ieとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Vox=Vext−Ie×Roを算出する判別値演算手段と、
予め定めた状態判別基準電圧値Vox0と前記状態判別電圧値Voxとの差分を算出する差分演算手段と、
前記差分演算部で算出した差分が予め定めた前記状態判別差分範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行う回復処理部とを備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
A liquid metal ion source;
An extraction electrode for extracting a charged particle beam from the liquid metal ion source;
An extraction voltage source for applying an extraction voltage between the liquid metal ion source and the extraction electrode;
A limiting resistor provided between the extraction electrode and the extraction voltage source;
A state as an evaluation value of the state of the liquid metal ion source by using the resistance value Ro of the limiting resistor, the output voltage Vext of the extraction power source, and the emission current Ie of the charged particle beam extracted from the liquid metal ion source A discriminant value calculating means for calculating a discriminant voltage value Vox = Vext−Ie × Ro;
Difference calculating means for calculating a difference between a predetermined state determination reference voltage value Vox0 and the state determination voltage value Vox;
A recovery processing unit that performs a state recovery process for recovering the state of the liquid metal ion source when the difference calculated by the difference calculation unit is outside the predetermined state determination difference range; A focused ion beam device.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記回復処理前に算出された状態判別電圧値Vox1と前記回復処理後に算出された状態判別電圧値Vox2とを記憶する記憶手段と、
前記状態判別電圧値Vox1と前記状態判別電圧値Vox2の差分を算出する前後差分演算手段とをさらに備え、
前記回復処理部は、前記差分が予め定めた状態判別差分範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理行うことを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 1.
Storage means for storing the state determination voltage value Vox1 calculated before the recovery process and the state determination voltage value Vox2 calculated after the recovery process;
And a front-rear difference calculating means for calculating a difference between the state determination voltage value Vox1 and the state determination voltage value Vox2.
The said recovery process part performs the state recovery process for recovering the state of the said liquid metal ion source, when the said difference is outside the predetermined state determination difference range, The focused ion beam apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態判別電圧値Voxは、前記エミッション電流Ieと前記引出電源の出力電圧Vextの関係においてエミッション電流Ie=0に外挿したときの電圧であって、
前記エミッション電流Ie、出力電圧Vext、及び比例定数M≒1/Roの関係がIe=M×(Vext−Vox)を満たすように前記制限抵抗の抵抗値Roを定めたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 1.
The state determination voltage value Vox is a voltage when extrapolated to the emission current Ie = 0 in the relationship between the emission current Ie and the output voltage Vext of the extraction power supply,
The focused ion is characterized in that the resistance value Ro of the limiting resistor is determined so that the relationship between the emission current Ie, the output voltage Vext, and the proportionality constant M≈1 / Ro satisfies Ie = M × (Vext−Vox). Beam device.
請求項2記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態回復処理を少なくとも2回実行した後に状態判別電圧値Vox3を演算し、前記状態判別基準電圧値Vox0を前記状態判別電圧値Vox3に更新することを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 2, wherein
The focused ion beam apparatus is characterized in that after the state recovery process is executed at least twice, a state determination voltage value Vox3 is calculated and the state determination reference voltage value Vox0 is updated to the state determination voltage value Vox3.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記液体金属イオン源を加熱する加熱手段をさらに備え、
前記状態回復処理は、前記加熱手段により前記液体金属イオン源を一時的に高温にするフラッシングであることを特徴とする集束イオンビーム。
The focused ion beam device according to claim 1.
Heating means for heating the liquid metal ion source;
The focused ion beam is characterized in that the state recovery process is a flushing that temporarily raises the temperature of the liquid metal ion source by the heating means.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態回復処理は、前記引出電源の引出電圧を一時的に大きくしてエミッション電流を一時的に大電流とする大電流照射であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 1.
The focused ion beam apparatus according to claim 1, wherein the state recovery process is high-current irradiation in which an extraction voltage of the extraction power supply is temporarily increased to temporarily make an emission current a large current.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態回復処理は、エミッションの異常をオペレータに報知するエミッション警告、又は、ビーム調整の異常をオペレータに報知するビーム調整警告であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 1.
The focused ion beam apparatus, wherein the state recovery process is an emission warning for notifying an operator of an emission abnormality or a beam adjustment warning for notifying an operator of an abnormality of beam adjustment.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記演算部で算出した前記状態判別電圧値を表示する表示部を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 1.
A focused ion beam apparatus comprising a display unit that displays the state determination voltage value calculated by the calculation unit.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記液体金属イオン源は、ガリウム液体金属イオン源であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 1.
The focused metal beam apparatus is characterized in that the liquid metal ion source is a gallium liquid metal ion source.
請求項1記載の集束イオンビーム装置において、
前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線の照射を制限するビーム制限絞りを備え、
前記ビーム制限絞りは、ガリウム及びタングステンを用いて形成されたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
The focused ion beam device according to claim 1.
A beam limiting aperture for limiting the irradiation of the charged particle beam extracted from the liquid metal ion source,
The focused ion beam apparatus, wherein the beam limiting diaphragm is formed using gallium and tungsten.
液体金属イオン源と、前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗とを備えた集束イオンビーム装置の制御方法であって、
前記制限抵抗の抵抗値Roと前記引出電源の出力電圧Vextと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ieとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Vox=Vext−Ie×Roを算出し、前記状態判別電圧値が予め定めた状態判別電圧範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行うことを特徴とする集束イオンビーム装置の制御方法。
A liquid metal ion source, an extraction electrode for extracting a charged particle beam from the liquid metal ion source, an extraction voltage source for applying an extraction voltage between the liquid metal ion source and the extraction electrode, the extraction electrode and the extraction voltage A method of controlling a focused ion beam device comprising a limiting resistor provided between sources,
A state as an evaluation value of the state of the liquid metal ion source by using the resistance value Ro of the limiting resistor, the output voltage Vext of the extraction power source, and the emission current Ie of the charged particle beam extracted from the liquid metal ion source A determination voltage value Vox = Vext−Ie × Ro is calculated, and when the state determination voltage value is outside a predetermined state determination voltage range, a state recovery process for recovering the state of the liquid metal ion source is performed. A method for controlling a focused ion beam device.
液体金属イオン源と、前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗とを備えた集束イオンビーム装置の制御方法であって、
前記制限抵抗の抵抗値Roと前記引出電源の出力電圧Vextと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ieとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Vox=Vext−Ie×Roを算出し、予め定めた状態判別基準電圧値Vox0と前記状態判別電圧値Voxとの差分を算出し、前記差分が予め定めた前記状態判別差分範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行うことを特徴とする集束イオンビーム装置の制御方法。
A liquid metal ion source, an extraction electrode for extracting a charged particle beam from the liquid metal ion source, an extraction voltage source for applying an extraction voltage between the liquid metal ion source and the extraction electrode, the extraction electrode and the extraction voltage A method of controlling a focused ion beam device comprising a limiting resistor provided between sources,
A state as an evaluation value of the state of the liquid metal ion source by using the resistance value Ro of the limiting resistor, the output voltage Vext of the extraction power source, and the emission current Ie of the charged particle beam extracted from the liquid metal ion source The determination voltage value Vox = Vext−Ie × Ro is calculated, the difference between the predetermined state determination reference voltage value Vox0 and the state determination voltage value Vox is calculated, and the difference is outside the predetermined state determination difference range. In this case, the control method of the focused ion beam apparatus, wherein state recovery processing for recovering the state of the liquid metal ion source is performed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114236364A (en) * 2022-02-24 2022-03-25 上海聚跃检测技术有限公司 Failure analysis method and system for integrated circuit chip

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