JP2752626B2 - Field ionization gas ionization method and its ion source - Google Patents

Field ionization gas ionization method and its ion source

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JP2752626B2
JP2752626B2 JP63013055A JP1305588A JP2752626B2 JP 2752626 B2 JP2752626 B2 JP 2752626B2 JP 63013055 A JP63013055 A JP 63013055A JP 1305588 A JP1305588 A JP 1305588A JP 2752626 B2 JP2752626 B2 JP 2752626B2
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    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は微細加工に用いる集束イオンビームを形成す
るための電界電離ガスイオン化方法及びその装置に関す
るもので大電流の集束イオンビームを形成することがで
きる。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a field ionization gas ionization method and apparatus for forming a focused ion beam for use in microfabrication, and to forming a focused ion beam with a large current. Can be.

(従来の技術) イオン源とイオン光学系を用いて形成される集束イオ
ンビーム技術はその微細加工性、清浄雰囲気中で加工が
行えること、ビームを電気的に偏向できるためパターン
形成が容易であるなどから、将来の微細加工技術の一つ
として注目されている。このためのイオン源として0.01
μm径の集束イオンビームが形成できるイオン源として
高輝度な電界電離ガスイオン源がある。
(Conventional technology) Focused ion beam technology formed using an ion source and an ion optical system is easy to perform pattern formation because of its fine workability, processing in a clean atmosphere, and electrical deflection of the beam. For this reason, it is attracting attention as one of the future fine processing technologies. 0.01 as an ion source for this purpose
As an ion source capable of forming a focused ion beam having a diameter of μm, there is an electric field ionization gas ion source having high luminance.

電界電離ガスイオン源は、鋭く尖らせた導電性針状電
極(主に金属)の周囲にイオン化させる気体を供給し針
状電極先端に10V/nm程度の高電界を印加しその先端付近
で気体分子を電界電離させるものである。この原理によ
りH,He,Arなどの液体金属イオン源ではイオン化できな
い元素をイオン化することができる。このイオン源では
イオン電流を多く得るために、針状電極及び供給する気
体を極低温に冷却し気体分子の針状電極先端での密度を
増して供給量を増すとともに、電極先端での気体の運動
エネルギーを下げて針先端の前面約0.4nmにあるイオン
化領域内での気体分子の滞在時間を延ばしイオン化効率
を上げ、イオン電流を増加させている。通常このイオン
源では全放出イオン電流は100nA以下である。またこの
イオン源のイオン化領域は0.02nmと大変狭いため、気体
分子の運動エネルギーが揃い、放出されるイオンのエネ
ルギー幅が約1eVと狭く集束イオンビームの形成に有利
である。
The field ionization gas ion source supplies a gas to be ionized around a sharply pointed conductive needle electrode (mainly metal), applies a high electric field of about 10 V / nm to the tip of the needle electrode, and generates a gas near the tip. It is to ionize molecules by electric field. According to this principle, elements that cannot be ionized by a liquid metal ion source, such as H, He, and Ar, can be ionized. In this ion source, in order to obtain a large ion current, the needle electrode and the gas to be supplied are cooled to extremely low temperature, the density of gas molecules at the tip of the needle electrode is increased, and the supply amount is increased. The kinetic energy is lowered, the residence time of gas molecules in the ionization region at about 0.4 nm in front of the needle tip is extended, the ionization efficiency is increased, and the ion current is increased. Normally, this ion source has a total emission ion current of 100 nA or less. Further, since the ionization region of this ion source is as narrow as 0.02 nm, the kinetic energies of gas molecules are uniform, and the energy width of emitted ions is as narrow as about 1 eV, which is advantageous for forming a focused ion beam.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながらこの方法ではイオン化物質を気体の状態
で供給するため、極低温に冷却しても気体分子の密度の
増加には限界があり、その供給量は十分ではない。その
ため全放出イオン電流は小さく実用的ではない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in this method, since the ionized substance is supplied in a gaseous state, there is a limit to an increase in the density of gas molecules even when cooled to a very low temperature, and the supply amount is not sufficient. Absent. Therefore, the total emission ion current is small and not practical.

本発明の目的は0.01μmオーダーの直径をもつ集束イ
オンビームを形成するために必要な高輝度なイオンビー
ムを放出する電界電離ガスイオン源のイオン電流を増加
させ、微細加工技術用として実用的なイオン源を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to increase the ion current of a field ionized gas ion source that emits a high-intensity ion beam necessary to form a focused ion beam having a diameter of the order of 0.01 μm, and to increase the ion current for practical use for fine processing technology. It is to provide an ion source.

(問題を解決するための手段) 第1の発明の電界電離ガスイオン化方法は、高電界を
印加し、チャンバー内に挿入した気体が液化しない温度
に電極を設定した針状金属電極に、気体分子又は原子を
供給することにより、気体分子又は原子を電界電離させ
る電界電離ガスイオン化方法において、針状金属電極上
に吸着した気体分子又は原子に表面拡散エネルギーを与
え、気体分子又は原子を表面拡散させ針状金属電極先端
部へ供給し、針状金属電極先端部で表面拡散あるいは吸
着した気体分子又は原子をイオン化させることを特徴と
する。
(Means for Solving the Problem) According to the field ionization gas ionization method of the first invention, a gas field is applied to a needle-shaped metal electrode in which a high electric field is applied and the electrode is set at a temperature at which the gas inserted into the chamber does not liquefy. Or, by supplying atoms, in the field ionization gas ionization method in which gas molecules or atoms are field-ionized, surface diffusion energy is given to the gas molecules or atoms adsorbed on the needle-shaped metal electrode, and the gas molecules or atoms are surface-diffused. The gas is supplied to the tip of the needle-shaped metal electrode to ionize gas molecules or atoms diffused or adsorbed on the surface at the tip of the needle-shaped metal electrode.

第2の発明の電界電離ガスイオン源は、チャンバー内
に挿入した気体が液化しない温度に電極を設定した針状
金属電極と前記電極に電界を印加する手段と前記電極の
周囲に気体分子又は原子を供給する装置と前記電極と気
体分子又は原子を冷却する手段とにより構成される電界
電離ガス源において、前記電極の表面に吸着した気体分
子又は原子を表面拡散させるために光を照射する光源を
設けたことを特徴とする。
A field ionization gas ion source according to a second aspect of the present invention includes a needle-shaped metal electrode having an electrode set at a temperature at which a gas inserted into a chamber is not liquefied, means for applying an electric field to the electrode, and gas molecules or atoms around the electrode. In an electric field ionization gas source composed of a device for supplying and the electrode and a means for cooling gas molecules or atoms, a light source for irradiating light to diffuse the surface of the gas molecules or atoms adsorbed on the surface of the electrode is provided. It is characterized by having been provided.

第3の発明の電界電離ガスイオン源は、チャンバー内
に挿入した気体が液化しない温度に電極を設定した針状
金属電極と前記電極に電界を印加する手段と前記電極の
周囲に気体分子又は原子を供給する装置と前記電極と気
体分子又は原子を冷却する手段とにより構成される電界
電離ガス源において、前記電極の表面に吸着した気体分
子又は原子を表面拡散させるために電子を照射する電子
銃を設けたことを特徴とする。
A field ionization gas ion source according to a third aspect of the present invention comprises a needle-shaped metal electrode having an electrode set at a temperature at which a gas inserted into a chamber is not liquefied, means for applying an electric field to the electrode, and gas molecules or atoms around the electrode. An electron gun for irradiating electrons to diffuse the surface of gas molecules or atoms adsorbed on the surface of an electrode in an electric field ionization gas source composed of a device for supplying a gas and the electrode and a means for cooling gas molecules or atoms. Is provided.

(作用) 本発明においては、電界電離ガスイオン源において通
常備えられる冷却機構に加え、針表面への吸着気体分子
(原子)を表面拡散させるに必要なエネルギーを表面吸
着分子(原子)に供給する。吸着エネルギーは典型的に
は、物理吸着で0.2eV以下、化学吸着した場合は0.4〜1.
2eV程度である。これは光の波長にして10〜1μmほど
で、この波長領域で適当な値を選択し照射することによ
り、表面拡散を制御することができる。表面吸着分子
(原子)はイオン化させるためにかけられた高電界(10
8V/cm)により分極し針先端に向かう力を受けている。
吸着分子(原子)層は、1原子層吸着すると固体の原子
間隔と同等になり気体と比べ密度が高く、吸着分子(原
子)の拡散により多くの分子(原子)を供給することが
できる。さらに拡散による供給は広い面積に吸着した気
体分子がイオン化領域であるニードル先端に向かうの
で、より多くの気体分子(原子)を供給することができ
る。また針先端部へ供給された吸着分子(原子)は、針
から脱離し針先端前面約0.4nmにあるイオン化領域に届
くが、冷却されているため低運動エネルギーで大量に供
給されるためエネルギー幅は広がらない。その後イオン
化領域でイオン化されて高電界に引かれて放出される。
これにより、従来の電界電離ガスイオン源より高い1μ
A以上の電流のイオンビームを放出させることができ
る。このイオンビームは従来形式の電界電離ガスイオン
源と同等の輝度(108A/cm2・sr)と低エネルギー幅(約
1eV)を持ち、イオン光学系により0.01μm径以下の集
束イオンビームを形成することが可能である。以上のよ
うに液体金属イオン源では形成できなかった超微細加工
用の集束イオンビームが得られ、かつ電流量が多いため
実用的な集束イオンビームを利用することができるよう
になる。
(Operation) In the present invention, in addition to the cooling mechanism normally provided in the field ionization gas ion source, energy necessary for surface diffusion of the adsorbed gas molecules (atoms) on the needle surface is supplied to the surface adsorbed molecules (atoms). . The adsorption energy is typically 0.2 eV or less for physical adsorption, and 0.4 to 1.
It is about 2 eV. This is about 10 to 1 μm in terms of light wavelength, and surface diffusion can be controlled by selecting and irradiating an appropriate value in this wavelength region. The surface adsorbed molecules (atoms) are subjected to a high electric field (10
8 V / cm) and receive the force toward the needle tip.
The adsorbed molecule (atomic) layer becomes equivalent to the atomic spacing of the solid when adsorbed by one atomic layer, has a higher density than gas, and can supply more molecules (atoms) by diffusion of the adsorbed molecules (atoms). Further, in the supply by diffusion, gas molecules adsorbed on a wide area are directed to the needle tip which is an ionization region, so that more gas molecules (atoms) can be supplied. The adsorbed molecules (atoms) supplied to the tip of the needle desorb from the needle and reach the ionization region about 0.4 nm in front of the needle tip. Does not spread. After that, it is ionized in the ionization region, is attracted by a high electric field, and is emitted.
Thereby, 1 μm, which is higher than that of the conventional field ionized gas ion source, is obtained.
An ion beam having a current of A or more can be emitted. This ion beam has the same brightness (10 8 A / cm 2 · sr) and low energy width (about
1eV), and it is possible to form a focused ion beam having a diameter of 0.01 μm or less by an ion optical system. As described above, a focused ion beam for ultra-fine processing, which cannot be formed by the liquid metal ion source, is obtained, and the current amount is large, so that a practical focused ion beam can be used.

(実施例) (実施例1) 第1の発明に関し表面拡散増速エネルギー供給装置を
備えた電界電離ガスイオン化法の実施例について説明す
る。電界電離させるイオン化気体としてHeを用いる。電
界電離ガスイオン源ではHeガスの供給装置、イオン化さ
せるために先端半径を50〜200nmほどに電界研磨したタ
ングステン針、イオン化に必要な電界を与えるための引
出し電極、及びHeとタングステン針の冷却機構を備えて
いる。また本発明の特徴である吸着した気体分子を表面
拡散させるための表面拡散増速エネルギー供給装置を備
えている。冷却機構は通常イオン化効率を高めるために
設けられており、導電性針とイオン化させる気体自身を
冷却し、気体分子(原子)の運動エネルギーを下げる。
この結果、針先端から約0.4nmのところにある幅0.02nm
ほどのイオン化領域内に滞在する時間が長くなりイオン
化効率が高まる。本発明では、冷却機構はHe及び針状電
極を冷却し、導電性針の表面にHeを吸着させる目的を兼
ねている。冷却された気体は導電性針と引出し電極の間
に放出された10-5〜10-3Torrに保たれる。冷却温度はイ
オン化ガスとしてHeを用いた場合、Heの沸点である4.2K
までである。Heは最も沸点の低い気体であるが、4.2Kま
で冷却されると気体は容易に導電性表面に吸着する。本
発明ではこの吸着した気体をイオン化領域である導電性
針先端まで表面拡散で供給する。吸着した気体分子(原
子)を表面拡散により大量に針状電極先端部に導入する
ために光又は電子を照射して表面拡散エネルギーを与え
表面拡散速度を増速させる。これにより針先端部への気
体分子(原子)の供給量が増す。針先端部へ供給された
気体分子(原子)は先端付近で脱離されイオン化され
る。針先端部に表面拡散により供給された気体分子(原
子)は十分冷却され低エネルギーであるので、針先端部
での気体の密度を高めイオン化効率が高まると同時に大
電流イオンビームが得られる。
(Embodiment) (Embodiment 1) An embodiment of a field ionization gas ionization method provided with a surface diffusion-enhancing energy supply device according to the first invention will be described. He is used as the ionized gas for electric field ionization. In the field ionization gas ion source, a supply device of He gas, a tungsten needle whose tip radius is about 50 to 200 nm for ionization, an extraction electrode to give an electric field required for ionization, and a cooling mechanism of He and tungsten needle It has. Further, the present invention is provided with a surface diffusion-enhancing energy supply device for diffusing the adsorbed gas molecules onto the surface, which is a feature of the present invention. The cooling mechanism is usually provided to increase the ionization efficiency, cools the conductive needle and the gas to be ionized, and lowers the kinetic energy of gas molecules (atoms).
As a result, the width of 0.02 nm at about 0.4 nm from the tip of the needle
Therefore, the time spent in the ionization region becomes longer, and the ionization efficiency is increased. In the present invention, the cooling mechanism also serves to cool He and the needle-shaped electrode, and to adsorb He on the surface of the conductive needle. The cooled gas is maintained at 10 -5 to 10 -3 Torr released between the conductive needle and the extraction electrode. When He is used as the ionized gas, the cooling temperature is 4.2 K, which is the boiling point of He.
Up to. He is the gas with the lowest boiling point, but when cooled to 4.2K, the gas readily adsorbs on conductive surfaces. In the present invention, the adsorbed gas is supplied by surface diffusion to the tip of the conductive needle which is an ionization region. In order to introduce a large amount of the adsorbed gas molecules (atoms) to the tip of the needle electrode by surface diffusion, light or electrons are irradiated to give surface diffusion energy and increase the surface diffusion speed. This increases the supply of gas molecules (atoms) to the tip of the needle. The gas molecules (atoms) supplied to the tip of the needle are desorbed and ionized near the tip. Since gas molecules (atoms) supplied to the tip of the needle by surface diffusion are sufficiently cooled and have low energy, the density of gas at the tip of the needle is increased, the ionization efficiency is increased, and a large current ion beam is obtained.

表面拡散増速エネルギー供給装置として光を用いる。
Heのタングステン表面への表面拡散の活性化エネルギー
は0.17eV程度である。また脱離の活性化エネルギーは0.
39eV程度である。よって照射する光のエネルギーは0.17
〜0.39eV、すなわち波長10〜5μm程度の光が用いられ
る。一方針状電極先端にはイオン化させるために10V/nm
程度の高電界が印加されており、吸着He原子は分極して
針先端方向へ引力を受けている。光を照射すると冷却に
より強く吸着していたHeはエネルギーを吸収して拡散の
速度が速まり、高電界による引力により針先端方向へ拡
散する。その結果Heは針先端まで拡散し、その後脱離し
イオン化領域に入り直ちにイオン化される。イオン化さ
れるHeは十分冷却されており、運動速度が遅いので、イ
オン化領域内で大部分のHeがイオン化され効率がよい。
その後高電界により加速され放出される。このようにし
て得られたイオンビームは、イオン化の機構は電界電離
であるので通常の電界電離ガスイオン源と同様に輝度が
高くエネルギー幅も小さいため、極微小径の集束イオン
ビームを形成するのに好都合の特性をもっている。
Light is used as a surface diffusion energy-enhancing device.
The activation energy of He diffusion to the tungsten surface is about 0.17 eV. The activation energy for desorption is 0.
It is about 39 eV. Therefore, the energy of the irradiated light is 0.17
Light having a wavelength of about 0.39 eV, that is, about 10 to 5 μm is used. On the other hand, at the tip of the needle electrode, 10 V / nm
A high electric field is applied, and the adsorbed He atoms are polarized and are attracted toward the needle tip. When irradiated with light, He, which has been strongly adsorbed by cooling, absorbs energy and accelerates the diffusion speed, and diffuses toward the tip of the needle due to the attractive force of the high electric field. As a result, He diffuses to the tip of the needle, then desorbs and immediately ionizes into the ionization region. Since He to be ionized is sufficiently cooled and has a low movement speed, most of He in the ionization region is ionized and the efficiency is high.
After that, it is accelerated and released by the high electric field. The ion beam obtained in this way is ionized by electric field ionization, so it has high brightness and a small energy width like a normal field ionized gas ion source. Has favorable properties.

イオン化できる気体は反応性の物も含み、全ての元素
が可能である。反応性ガスの場合は気体そのものを針の
表面に吸着させるために、その気体と反応しないか、も
しくは反応しにくい材料であることが必要となる。
Gases that can be ionized include reactive substances, and all elements are possible. In the case of a reactive gas, in order to adsorb the gas itself on the surface of the needle, it is necessary that the material does not react with the gas or is difficult to react with the gas.

このように全ての気体種の高電流、高輝度で低エネル
ギー幅のイオンが得られ、第3図に示した光学系と組み
合わせることにより数μAで0.01μm径以下の集束イオ
ンビームを形成することができる。これにより極微細集
束イオンビームによる0.01μmオーダーのマスクレス超
微細加工を行うことができる。
In this way, high current, high brightness and low energy width ions of all gaseous species can be obtained. By combining with the optical system shown in FIG. 3, it is possible to form a focused ion beam of less than 0.01 μm diameter at several μA. Can be. Thereby, maskless ultrafine processing on the order of 0.01 μm using an extremely fine focused ion beam can be performed.

(実施例2) 第2の発明に関し光表面拡散増速エネルギー供給装置
を備えた電界電離ガスイオン装置について説明する。第
1図は本発明の電界電離ガスイオン源の概略図である。
電界電離ガスイオン源はイオン化気体の供給装置、イオ
ン化させるための先端半径の小さな(50〜200nm)導電
性針、イオン化に必要な電界を与えるための引出し電
極、針とイオン化気体の冷却機構とからなる。本発明で
は、吸着した気体分子を表面拡散させるために光を用い
た表面拡散増速エネルギー供給装置を備えている。導電
性針は通常先端半径を0.1μm程度にするために電界研
磨される。そのため針材料としては研磨しやすく丈夫な
タングステンがよく用いられている。冷却機構は通常イ
オン化効率を高めるために設けられており、導電性針と
イオン化させる気体自身を冷却し、気体分子(原子)の
運動エネルギーを下げる。本発明ではこの冷却により気
体分子を針表面に吸着させる目的も兼ねている。冷却さ
れた気体は導電性針と引出し電極の間に放出され通常10
-5〜10-3Torrに保たれる。冷却温度は冷却機の性能や取
扱の簡便さからHeの沸点である4.2K以上である。He、X
e、H等の気体が電界電離ガスイオン源ではよく用いら
れる。
(Example 2) Regarding the second invention, an electric field ionization gas ion device provided with an optical surface diffusion acceleration energy supply device will be described. FIG. 1 is a schematic view of the field ionization gas ion source of the present invention.
The field ionization gas ion source consists of an ionized gas supply device, a conductive needle with a small tip radius (50 to 200 nm) for ionization, an extraction electrode for applying an electric field required for ionization, and a needle and a cooling mechanism for the ionized gas. Become. According to the present invention, a surface diffusion-enhancing energy supply device using light to diffuse the adsorbed gas molecules on the surface is provided. The conductive needle is usually polished with an electric field so that the tip radius is about 0.1 μm. For this reason, tungsten, which is easy to polish and is durable, is often used as a needle material. The cooling mechanism is usually provided to increase the ionization efficiency, cools the conductive needle and the gas to be ionized, and lowers the kinetic energy of gas molecules (atoms). In the present invention, the cooling also serves to adsorb gas molecules to the needle surface. The cooled gas is released between the conductive needle and the extraction electrode, usually 10
-5 to 10 -3 Torr. The cooling temperature is 4.2K or more, which is the boiling point of He, from the performance of the cooler and the ease of handling. He, X
Gases such as e and H are often used in the field ionization gas ion source.

第1図に示すように表面拡散増速エネルギー供給装置
として光を用いる。波長は各気体による吸着エネルギ
ー、表面拡散エネルギーおよび吸収波長を考慮して適当
な拡散を起こすエネルギーを選ぶ。針の一部を照射して
もよいが、効率を高めるため針の表面全体を照射させる
ために図1に示すように集光性のある反射板を用いる構
成にすることが考えられる。光源として波長領域の広い
水銀ランプ、強度の強いレーザ、特に波長を可変できる
色素レーザー等を用いることが有用である。
As shown in FIG. 1, light is used as a surface diffusion-enhancing energy supply device. As the wavelength, an energy causing appropriate diffusion is selected in consideration of the adsorption energy, surface diffusion energy and absorption wavelength of each gas. Although a part of the needle may be irradiated, it is conceivable to adopt a configuration using a light-collecting reflector as shown in FIG. 1 to irradiate the entire surface of the needle in order to increase the efficiency. It is useful to use, as a light source, a mercury lamp having a wide wavelength range, a high-intensity laser, particularly a dye laser capable of changing the wavelength.

(実施例3) 第3の発明に関し電子表面拡散増速エネルギー供給装
置を備えた電界電離ガスイオン装置について説明する。
第2図は本発明の電界電離ガスイオン源の概略図であ
る。電界電離ガスイオン源はイオン化気体の供給装置、
イオン化させるための先端半径の小さな(50〜200nm)
導電性針、イオン化に必要な電界を与えるための引出し
電極、針先端の近傍のイオン化領域におけるイオン化効
率を高めるための、針とイオン化気体の冷却機構とから
なる。本発明では、導電性針の表面に気体分子(原子)
を吸着させることも目的として冷却し、吸着した気体分
子を表面拡散させるための電子表面拡散増速エネルギー
供給装置とからなる。導電性針は通常先端半径を0.1μ
m程度にするために電界研磨される。冷却された気体は
導電性針と引出し電極の間に放出され通常10-5〜10-3To
rrに保たれる。表面拡散増速エネルギー供給装置として
は第2図に示すように電子を用いる。電子を発生させる
電子銃は真空容器内の電子銃本体と容器外におかれた電
源とからなる。電子銃としてはタングステンフィラメン
ト等一般的な物が使用できる。電子ビームの加速エネル
ギー、電流密度(電流量)を調節してイオン化気体と針
材料の組み合わせに対して最適な照射条件を選び吸着し
た気体分子(原子)が十分拡散できるようにすることが
できる。
(Embodiment 3) An electric field ionization gas ion apparatus provided with an electron surface diffusion acceleration energy supply apparatus according to the third invention will be described.
FIG. 2 is a schematic view of the field ionization gas ion source of the present invention. The field ionization gas ion source is an ionized gas supply device,
Small tip radius for ionization (50-200nm)
It comprises a conductive needle, an extraction electrode for applying an electric field necessary for ionization, and a needle and a cooling mechanism for ionized gas for increasing ionization efficiency in an ionization region near the needle tip. In the present invention, gas molecules (atoms) are added to the surface of the conductive needle.
For the purpose of adsorbing the gas molecules, and an electron surface diffusion-enhancing energy supply device for cooling and diffusing the adsorbed gas molecules to the surface. Conductive needles usually have a tip radius of 0.1μ
The electric field is polished in order to make it about m. The cooled gas is released between the conductive needle and the extraction electrode, usually 10 -5 to 10 -3 To
kept at rr. As shown in FIG. 2, electrons are used as a surface diffusion energy-enhancing device. An electron gun for generating electrons includes an electron gun main body in a vacuum container and a power supply placed outside the container. As the electron gun, a general one such as a tungsten filament can be used. By adjusting the acceleration energy of the electron beam and the current density (current amount), optimal irradiation conditions can be selected for the combination of the ionized gas and the needle material so that the adsorbed gas molecules (atoms) can be sufficiently diffused.

上記電界電離ガススオン源を用いて集束イオンビーム
を形成するイオン光学系の一例を第3図に示す。この例
では集束用に2段の静電レンズを備えている。また化合
物ガスを用いた電界電離ガスイオン源から放出される2
種以上のイオンから、必要なイオンのみを選択するため
にE×B型質量分析器を備えている。これによって半導
体やその他の物質の超微細加工が集束イオンビームによ
って容易に行うことができる。
FIG. 3 shows an example of an ion optical system for forming a focused ion beam using the electric field ionization gas source. In this example, a two-stage electrostatic lens is provided for focusing. In addition, 2 emitted from a field ionization gas ion source using a compound gas is used.
An ExB mass spectrometer is provided to select only necessary ions from ions of more than one kind. Thereby, ultrafine processing of semiconductors and other substances can be easily performed by the focused ion beam.

(発明の効果) 本発明は以上説明したように、各種気体のイオン化が
可能で高電流、高輝度、低エネルギー幅のイオンビーム
を得ることができる方法と装置である。このイオンビー
ムを用いて実用的な超微細径(0.01μm以下)の集束イ
オンビームが形成でき、半導体その他の材料のマスクレ
スエッチング、マスクレスイオン注入、マスクレスイオ
ンビーム改質等がレジストやマスク材の汚染なしに清浄
雰囲気中で行える効果を有するものである。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention is a method and an apparatus capable of ionizing various gases and obtaining an ion beam with high current, high brightness, and low energy width. This ion beam can be used to form a focused ion beam with a practical ultra-fine diameter (0.01 μm or less). Maskless etching of semiconductors and other materials, maskless ion implantation, maskless ion beam modification, etc. This has the effect that it can be performed in a clean atmosphere without contamination of the material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による光表面拡散増速エネルギー供給装
置を備えた電界電離ガスイオン源の略示図、第2図は電
子ビーム表面拡散増速エネルギー供給装置を備えた電界
電離ガスイオン源の略示図、第3図は電界電離ガスイオ
ン源を用いた集束イオンビーム装置である。 1……表面拡散増速エネルギー供給装置(光源) 2……光線 3……導電性針 4……引出し電極 5……冷却装置 6……イオン化気体供給装置 9……反射板 16……表面拡散増速エネルギー供給装置(電子) 18……電子ビーム 19……E×B型質量分析器 20……対物レンズ 21……被加工試料
FIG. 1 is a schematic view of an electric field ionization gas ion source equipped with an optical surface diffusion acceleration energy supply device according to the present invention, and FIG. 2 is an electric field ionization gas ion source equipped with an electron beam surface diffusion acceleration energy supply device. FIG. 3 schematically shows a focused ion beam apparatus using an electric field ionization gas ion source. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface diffusion acceleration energy supply device (light source) 2 ... Light beam 3 ... Conductive needle 4 ... Extraction electrode 5 ... Cooling device 6 ... Ionized gas supply device 9 ... Reflector 16 ... Surface diffusion Accelerated energy supply device (electrons) 18 Electron beam 19 Ex-B mass spectrometer 20 Objective lens 21 Sample to be processed

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】高電界を印加し、チャンバー内に挿入した
気体が液化しない温度に電極を設定した針状金属電極
に、気体分子又は原子を供給することにより、気体分子
又は原子を電界電離させる電界電離ガスイオン化方法に
おいて、針状金属電極上に吸着した気体分子又は原子に
表面拡散エネルギーを与え、前記気体分子又は原子を表
面拡散させ前記針状金属電極先端部へ供給し、前記針状
金属電極先端部で表面拡散あるいは吸着した気体分子又
は原子をイオン化させることを特徴とする電界電離ガス
イオン化方法。
1. A high electric field is applied to supply gas molecules or atoms to a needle-shaped metal electrode whose electrodes are set to a temperature at which the gas inserted into the chamber is not liquefied, thereby causing the gas molecules or atoms to be field-ionized. In the field ionization gas ionization method, surface diffusion energy is given to gas molecules or atoms adsorbed on the needle-shaped metal electrode, and the gas molecules or atoms are surface-diffused and supplied to the needle-shaped metal electrode tip, and the needle-shaped metal A field ionization gas ionization method, comprising ionizing gas molecules or atoms that have been surface-diffused or adsorbed at an electrode tip.
【請求項2】チャンバー内に挿入した気体が液化しない
温度に電極を設定した針状金属電極と前記電極に電界を
印加する手段と前記電極の周囲に気体分子又は原子を供
給する装置と前記電極と気体分子又は原子を冷却する手
段とにより構成される電界電離ガス源において、前記電
極の表面に吸着した気体分子又は原子を表面拡散させる
ために光を照射する光源を設けたことを特徴とする電界
電離ガスイオン源。
2. A needle-shaped metal electrode having an electrode set at a temperature at which a gas inserted into a chamber does not liquefy, means for applying an electric field to said electrode, a device for supplying gas molecules or atoms around said electrode, and said electrode And a means for cooling gas molecules or atoms, wherein a light source for irradiating light to diffuse the surface of the gas molecules or atoms adsorbed on the surface of the electrode is provided. Field ionization gas ion source.
【請求項3】チャンバー内に挿入した気体が液化しない
温度に電極を設定した針状金属電極と前記電極に電界を
印加する手段と前記電極の周囲に気体分子又は原子を供
給する装置と前記電極と気体分子又は原子を冷却する手
段とにより構成される電界電離ガス源において、前記電
極の表面に吸着した気体分子又は原子を表面拡散させる
ために電子を照射する電子銃を設けたことを特徴とする
電界電離ガスイオン源。
3. A needle-shaped metal electrode having an electrode set at a temperature at which a gas inserted into a chamber does not liquefy, means for applying an electric field to the electrode, a device for supplying gas molecules or atoms around the electrode, and the electrode And an electron gun for irradiating electrons to diffuse the surface of the gas molecules or atoms adsorbed on the surface of the electrode, in an electric field ionization gas source constituted by and a means for cooling gas molecules or atoms. Field ionizing gas ion source.
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