JP2807719B2 - 集束イオンビーム装置の液体金属イオン源の動作方法 - Google Patents
集束イオンビーム装置の液体金属イオン源の動作方法Info
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- JP2807719B2 JP2807719B2 JP2091241A JP9124190A JP2807719B2 JP 2807719 B2 JP2807719 B2 JP 2807719B2 JP 2091241 A JP2091241 A JP 2091241A JP 9124190 A JP9124190 A JP 9124190A JP 2807719 B2 JP2807719 B2 JP 2807719B2
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J27/20—Ion sources; Ion guns using particle beam bombardment, e.g. ionisers
- H01J27/22—Metal ion sources
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0802—Field ionization sources
- H01J2237/0805—Liquid metal sources
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集束イオンビーム装置に用いられる液体金
属イオン源に関する。
属イオン源に関する。
集束イオンビーム（FIB）装置において、液体金属イ
オン源から引き出されるイオンビームを安定に保つこと
は大変に重要である。本発明は、その液体金属イオン源
から放出されるイオンビームを長時間に渡って安定に保
ち、イオン源の寿命を延ばすとともに、長時間に渡って
安定かつ正確な微細加工が可能となる集束イオンビーム
装置用液体金属イオン源の安定化操作方法を提供するも
のである。その安定化操作は、液体金属イオン源に付帯
したフィラメントヒータ等によって高温に保つことと、
引き出し電圧を操作し、通常条件より多くのイオンを引
き出すことによって実現されることを特徴とするもので
ある。
オン源から引き出されるイオンビームを安定に保つこと
は大変に重要である。本発明は、その液体金属イオン源
から放出されるイオンビームを長時間に渡って安定に保
ち、イオン源の寿命を延ばすとともに、長時間に渡って
安定かつ正確な微細加工が可能となる集束イオンビーム
装置用液体金属イオン源の安定化操作方法を提供するも
のである。その安定化操作は、液体金属イオン源に付帯
したフィラメントヒータ等によって高温に保つことと、
引き出し電圧を操作し、通常条件より多くのイオンを引
き出すことによって実現されることを特徴とするもので
ある。
第１図に液体金属イオン源とその制御回路ブロックの
一例を示す。イオン源はリザーバー1,フィラメントヒー
タ2,金属針13,引き出し電極３からなり、１に溜められ
た液体金属14は、ヒータ２によって融点以上に保持さ
れ、金属針13へ供給される。金属針13と引き出し電極３
との間に印加された引き出し電圧は針先端近傍に強電界
を形成し、液体金属をイオン化して引き出す。こうして
引き出されたイオンは、引き出し電極３に設けられた小
穴を通して、FIB光学系へ導かれる。FIB光学系には、モ
ニターアパーチャ５が設けられ、ここに流入するイオン
の量は電流検出装置10を通じて検出されている。
一例を示す。イオン源はリザーバー1,フィラメントヒー
タ2,金属針13,引き出し電極３からなり、１に溜められ
た液体金属14は、ヒータ２によって融点以上に保持さ
れ、金属針13へ供給される。金属針13と引き出し電極３
との間に印加された引き出し電圧は針先端近傍に強電界
を形成し、液体金属をイオン化して引き出す。こうして
引き出されたイオンは、引き出し電極３に設けられた小
穴を通して、FIB光学系へ導かれる。FIB光学系には、モ
ニターアパーチャ５が設けられ、ここに流入するイオン
の量は電流検出装置10を通じて検出されている。
液体金属イオン源の制御は第１図のようにイオンビー
ム軸６の近軸に接地されたモニターアパーチャ５に流入
するイオン量を一定に保つように引き出し電圧にフィー
ドバックされている。
ム軸６の近軸に接地されたモニターアパーチャ５に流入
するイオン量を一定に保つように引き出し電圧にフィー
ドバックされている。
前記制御時の、引き出し電圧の経時変化のモニターの
一例を第２図（ａ），（ｂ）に示す。Ａの領域は安定動
作状態で、FIBとして利用する上で問題はない。Ｂ領域
は不安定状態で、放出されるイオン量の変動に伴って引
き出し電圧も変化するためFIBとしての軌道変化を生
じ、仮想的な像位置変動等となり、FIB装置の機能を十
分に満足させることはできない。
一例を第２図（ａ），（ｂ）に示す。Ａの領域は安定動
作状態で、FIBとして利用する上で問題はない。Ｂ領域
は不安定状態で、放出されるイオン量の変動に伴って引
き出し電圧も変化するためFIBとしての軌道変化を生
じ、仮想的な像位置変動等となり、FIB装置の機能を十
分に満足させることはできない。
第２図（ａ）のＢの場合のような不安定動作の原因
は、第１図においてイオン発生点である金属針13への液
体金属14の供給が不足となって、イオン放出が減少し、
引き出し電圧の上昇につながったものと考えられる。こ
の液体金属の供給量の変動は、針先端近傍から引き出さ
れたイオンが引き出し電極やその他の電極に衝突し、そ
の際起こるスパッタリング現象により放出された金属原
子（分子）がイオン源の針先や液体金属表面に蒸着した
り、残留ガス分子やその他の異物が吸着、付着すること
によって生成されたコンタミネーションによって、針表
層を流れる液体金属の流れの抵抗が増大することに起因
すると考えられる。
は、第１図においてイオン発生点である金属針13への液
体金属14の供給が不足となって、イオン放出が減少し、
引き出し電圧の上昇につながったものと考えられる。こ
の液体金属の供給量の変動は、針先端近傍から引き出さ
れたイオンが引き出し電極やその他の電極に衝突し、そ
の際起こるスパッタリング現象により放出された金属原
子（分子）がイオン源の針先や液体金属表面に蒸着した
り、残留ガス分子やその他の異物が吸着、付着すること
によって生成されたコンタミネーションによって、針表
層を流れる液体金属の流れの抵抗が増大することに起因
すると考えられる。
またこうした液体金属と異種金属の混合によって、融
点の変化や粘性の変化を生じ、安定したイオンビームが
得られないばからでなく、イオンの発生すらもとぎれて
しまう場合がある。
点の変化や粘性の変化を生じ、安定したイオンビームが
得られないばからでなく、イオンの発生すらもとぎれて
しまう場合がある。
ところで、FIB装置に用いられる液体金属イオン源の
動作条件は、文献「J.Appl,phys,513453−3455（'8
0）」にあるように、低エミッション電流（0.1〜10μＡ
程度）でかつ低温（融点〜＋200℃程度）である方が、
エネルギー拡がりが小さいため、サブミクロンのビーム
径を得るためには有利である。特にFIBマスクリペア装
置や、FIBデバイス加工装置のように、イオン加速電流
が数KVから数十KVの領域の装置に用いられる場合は、こ
の動作条件下で用いることが不可欠となる。しかし、こ
うした低エミッション低温度の条件下での動作において
は、針先を流れる液体金属の流れは遅く、不純物も多く
吸着又は蒸着しやすい。すなわち、容易に不安定動作を
起こしやすい条件であるといえる。
動作条件は、文献「J.Appl,phys,513453−3455（'8
0）」にあるように、低エミッション電流（0.1〜10μＡ
程度）でかつ低温（融点〜＋200℃程度）である方が、
エネルギー拡がりが小さいため、サブミクロンのビーム
径を得るためには有利である。特にFIBマスクリペア装
置や、FIBデバイス加工装置のように、イオン加速電流
が数KVから数十KVの領域の装置に用いられる場合は、こ
の動作条件下で用いることが不可欠となる。しかし、こ
うした低エミッション低温度の条件下での動作において
は、針先を流れる液体金属の流れは遅く、不純物も多く
吸着又は蒸着しやすい。すなわち、容易に不安定動作を
起こしやすい条件であるといえる。
本発明は、こうした不純物の付着を防ぎ、針先端の状
態を安定動作条件に保てるようにする方法を提供するも
のである。
態を安定動作条件に保てるようにする方法を提供するも
のである。
本発明は、長時間に渡って安定なイオン源動作を実現
するために、フィラメント等の加熱手段により、適宜イ
オン源を通常動作条件よりも高温に保つことと、それと
同時、または独立に、通常動作条件よりも多くのイオン
のエミッションを引き出すように引き出し電圧を操作す
ることを特徴とするものである。
するために、フィラメント等の加熱手段により、適宜イ
オン源を通常動作条件よりも高温に保つことと、それと
同時、または独立に、通常動作条件よりも多くのイオン
のエミッションを引き出すように引き出し電圧を操作す
ることを特徴とするものである。
上記の操作によりイオン源を高温に保ち吸着物質が蒸
発しやすくするとともに、液体金属の流れの抵抗や粘性
を低くしつつ、引き出し電圧を作用させてイオンのエミ
ッションを多量に引き出してやることによって、コンタ
ミネーションを流れ落とし、針先の状態を清浄に保つ。
発しやすくするとともに、液体金属の流れの抵抗や粘性
を低くしつつ、引き出し電圧を作用させてイオンのエミ
ッションを多量に引き出してやることによって、コンタ
ミネーションを流れ落とし、針先の状態を清浄に保つ。
前述したように良質のFIBを得るための液体金属イオ
ン源の動作条件は、エミッション電流0.1〜10μＡ、動
作温度は例えばGaイオン源の場合、30℃〜200℃程度の
範囲である。
ン源の動作条件は、エミッション電流0.1〜10μＡ、動
作温度は例えばGaイオン源の場合、30℃〜200℃程度の
範囲である。
本発明によるイオン源の安定化操作によれば、例え
ば、イオン源を400℃以上に１〜５分間保ち、その後、
その温度を保ちながら50〜200μＡのエミッションを引
き出してやると、針先端近傍のコンタミネーションがほ
とんどなくなり、清浄な液体金属表面が得られ、安定し
たイオン動作が可能となる。
ば、イオン源を400℃以上に１〜５分間保ち、その後、
その温度を保ちながら50〜200μＡのエミッションを引
き出してやると、針先端近傍のコンタミネーションがほ
とんどなくなり、清浄な液体金属表面が得られ、安定し
たイオン動作が可能となる。
第３図に安定動作時（図２のＡ領域）と不安定動作時
（図２のＢ領域）の引き出し電圧とエミッション電流の
関係の一例を示す。
（図２のＢ領域）の引き出し電圧とエミッション電流の
関係の一例を示す。
本発明による安定化操作を行うと、液体金属イオン源
のＶ−Ｉ特性が第３図Ｂの状態からＡの状態へ移ってい
く。すなわち、高温に保ちながら引き出し電圧を印加し
ていくと、エミッション電流が増大していくことが検出
でき、安定化操作の成否の判断ができる。
のＶ−Ｉ特性が第３図Ｂの状態からＡの状態へ移ってい
く。すなわち、高温に保ちながら引き出し電圧を印加し
ていくと、エミッション電流が増大していくことが検出
でき、安定化操作の成否の判断ができる。
また、こうした安定化操作を例えば８時間ごとに行え
ば、不安定動作を未然に防ぐことができる。さらに、第
３図のようなＶ−Ｉ特性の測定を適宜行うことによっ
て、安定化操作の要否の判断を行うことができる。
ば、不安定動作を未然に防ぐことができる。さらに、第
３図のようなＶ−Ｉ特性の測定を適宜行うことによっ
て、安定化操作の要否の判断を行うことができる。
本発明によってFIB装置に用いる液体金属イオン源の
動作を長期に渡って安定に保つと共に、不安定動作を未
然に防ぐことができる。
動作を長期に渡って安定に保つと共に、不安定動作を未
然に防ぐことができる。
第１図は本発明を適用する液体金属イオン源とその制御
装置の一例を示す、第２図（ａ），（ｂ）は液体金属イ
オン源のフィードバック制御時の引き出し電圧の経時変
化の例を示す、第３図は液体金属イオン源の引き出し電
圧とエミッション電流の関係の例を示すものである。 １……液体金属イオン源リザーバー ２……フィラメントヒータ ３……引き出し電極 ４……接地電極 ５……モニターアパーチャ ６……イオンビーム ７……ヒータ制御装置 ８……引き出し電圧制御装置 ９……フィードバック制御装置 10……モニター電流検出装置 11……エミッション電流検出装置 12……加速電圧制御装置 13……金属針 14……液体金属
装置の一例を示す、第２図（ａ），（ｂ）は液体金属イ
オン源のフィードバック制御時の引き出し電圧の経時変
化の例を示す、第３図は液体金属イオン源の引き出し電
圧とエミッション電流の関係の例を示すものである。 １……液体金属イオン源リザーバー ２……フィラメントヒータ ３……引き出し電極 ４……接地電極 ５……モニターアパーチャ ６……イオンビーム ７……ヒータ制御装置 ８……引き出し電圧制御装置 ９……フィードバック制御装置 10……モニター電流検出装置 11……エミッション電流検出装置 12……加速電圧制御装置 13……金属針 14……液体金属
Claims (2)
- 【請求項１】先端を鋭く尖らせた金属針と、前記金属針
の表面へガリウム液体金属を供給するためのリザーバー
と、前記金属針と前記ガリウム液体金属を加熱する加熱
手段と、前記金属針に対向した位置にイオンを通過させ
る小穴を設けた引き出し電極と、前記金属針と前記引き
出し電極の間に引き出し電圧を印加する電圧印加手段を
備えた集束イオンビーム装置の液体金属イオン源の動作
方法に於いて、前記加熱手段により前記金属針と前記ガ
リウム液体金属の温度を30〜200℃に加熱し、前記電圧
印加手段による引き出し電圧を制御して前記イオンのエ
ミッション電流を0.1μＡ〜10μＡにして前記イオン源
を動作させる工程と、前記イオン源の動作中適宜に、前
記引き出し電圧と前記エミッション電流との関係を測定
し、その結果に基づいて、前記加熱手段により前記金属
針と前記ガリウム液体金属の温度を400℃以上に一定時
間加熱する工程と、その後前記電圧印加手段による引き
出し電圧を制御して前記イオンのエミッション電流を50
μＡ〜200μＡにして前記イオン源を安定化させる工程
を行い、再び前記加熱手段により前記金属針と前記ガリ
ウム液体金属の温度を30〜200℃に戻し、前記電圧印加
手段による引き出し電圧を制御して前記イオンのエミッ
ション電流を0.1μＡ〜10μＡにして前記イオン源を動
作させる工程よりなる長期にわたって安定なイオン源動
作を実現する液体金属イオン源の動作安定化操作方法。 - 【請求項２】先端を鋭く尖らせた金属針と、前記金属針
の表面へガリウム液体金属を供給するためのリザーバー
と、前記金属針と前記ガリウム液体金属を加熱する加熱
手段と、前記金属針に対向した位置にイオンを通過させ
る小穴を設けた引き出し電極と、前記金属針と前記引き
出し電極の間に引き出し電圧を印加する電圧印加手段を
備えた集束イオンビーム装置の液体金属イオン源の動作
方法に於いて、前記加熱手段により前記金属針と前記ガ
リウム液体金属の温度を30〜200℃に加熱し、前記電圧
印加手段による引き出し電圧を制御して前記イオンのエ
ミッション電流を0.1μＡ〜10μＡにして前記イオン源
を動作させる工程と、前記イオン源の動作中定期的に、
前記引き出し電圧と前記エミッション電流との関係を測
定し、その結果に基づいて、前記加熱手段により前記金
属針と前記ガリウム液体金属の温度を400℃以上に一定
時間加熱する工程と、その後前記電圧印加手段による引
き出し電圧を制御して前記イオンのエミッション電流を
50μＡ〜200μＡにして前記イオン源を安定化させる工
程を行い、再び前記加熱手段により前記金属針と前記ガ
リウム液体金属の温度を30〜200℃に戻し、前記電圧印
加手段による引き出し電圧を制御して前記イオンのエミ
ッション電流を0.1μＡ〜10μＡにして前記イオン源を
動作させる工程よりなる長期にわたって安定なイオン源
動作を実現する液体金属イオン源の動作安定化操作方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2091241A JP2807719B2 (ja) | 1990-04-04 | 1990-04-04 | 集束イオンビーム装置の液体金属イオン源の動作方法 |
| US07/679,861 US5153440A (en) | 1990-04-04 | 1991-04-03 | Method of stabilizing operation for a liquid metal ion source |
| KR1019910005487A KR100228517B1 (ko) | 1990-04-04 | 1991-04-04 | 액체금속 이온소오스 안정화 동작방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2091241A JP2807719B2 (ja) | 1990-04-04 | 1990-04-04 | 集束イオンビーム装置の液体金属イオン源の動作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289034A JPH03289034A (ja) | 1991-12-19 |
| JP2807719B2 true JP2807719B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=14020924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2091241A Expired - Fee Related JP2807719B2 (ja) | 1990-04-04 | 1990-04-04 | 集束イオンビーム装置の液体金属イオン源の動作方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5153440A (ja) |
| JP (1) | JP2807719B2 (ja) |
| KR (1) | KR100228517B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| FR2722333B1 (fr) * | 1994-07-07 | 1996-09-13 | Rech Scient Snrs Centre Nat De | Source d'ions de metaux liquides |
| JP3171298B2 (ja) * | 1994-09-29 | 2001-05-28 | キタムラ機械株式会社 | 数値制御工作機械 |
| JP2000251751A (ja) * | 1999-02-26 | 2000-09-14 | Seiko Instruments Inc | 液体金属イオン源、および、液体金属イオン源のフローインピーダンス測定方法 |
| JP3773398B2 (ja) * | 1999-07-08 | 2006-05-10 | 日本電子株式会社 | 集束イオンビーム装置 |
| JP4300168B2 (ja) * | 2004-09-10 | 2009-07-22 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 集束イオンビーム装置、及びそれに用いる絞り |
| JP5432028B2 (ja) * | 2010-03-29 | 2014-03-05 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 集束イオンビーム装置、チップ先端構造検査方法及びチップ先端構造再生方法 |
| DE102017202339B3 (de) * | 2017-02-14 | 2018-05-24 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Strahlsystem mit geladenen Teilchen und Verfahren dafür |
| KR102285238B1 (ko) | 2019-03-13 | 2021-08-03 | 김권식 | 건축물 내외장재 및 트러스 프로파일 고정용 브라켓 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4686414A (en) * | 1984-11-20 | 1987-08-11 | Hughes Aircraft Company | Enhanced wetting of liquid metal alloy ion sources |
| JPH0797486B2 (ja) * | 1986-08-01 | 1995-10-18 | 電気化学工業株式会社 | 電界放射型イオン源の製造方法 |
| US4892752A (en) * | 1987-08-12 | 1990-01-09 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Method of ion implantation |
| JPH01274346A (ja) * | 1988-04-26 | 1989-11-02 | Seiko Instr Inc | 液体金属イオン源のコントロール方式 |
| US4994711A (en) * | 1989-12-22 | 1991-02-19 | Hughes Aircraft Company | High brightness solid electrolyte ion source |
| US5015862A (en) * | 1990-01-22 | 1991-05-14 | Oregon Graduate Institute Of Science & Technology | Laser modulation of LMI sources |
-
1990
- 1990-04-04 JP JP2091241A patent/JP2807719B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-04-03 US US07/679,861 patent/US5153440A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-04-04 KR KR1019910005487A patent/KR100228517B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR910019096A (ko) | 1991-11-30 |
| JPH03289034A (ja) | 1991-12-19 |
| KR100228517B1 (ko) | 1999-11-01 |
| US5153440A (en) | 1992-10-06 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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