JP2952508B2 - イオン源装置とその構成方法 - Google Patents
イオン源装置とその構成方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はイオン源装置とその構成に関する。もっと詳
しく言えば本発明は液体金属イオン源寿命とイオンビー
ム流安定性を向上させる装置並びに方法に関する。
しく言えば本発明は液体金属イオン源寿命とイオンビー
ム流安定性を向上させる装置並びに方法に関する。
（ロ）従来技術 近年、様々な静電気的光学システムに於て液体金属イ
オン源が使用されている。このシステムは、イオンビー
ム平版印刷や半導体加工、イオン質量分光測定、サブミ
クロン加工等の分野での直接イオン注入を含め様々に応
用されている。
オン源が使用されている。このシステムは、イオンビー
ム平版印刷や半導体加工、イオン質量分光測定、サブミ
クロン加工等の分野での直接イオン注入を含め様々に応
用されている。
多くのイオンビームを使用する製法、加工法、例えば
フォトマスク修理、回路修理、マスクレスイオン注入等
に於て、イオンビーム照射位置を慎重に制御しなければ
ならず、この為にはイオンビーム流が高度に安定してい
なければならない。典型的な液体金属イオンコラムは、
予め選定された液体金属からイオンを発生させるイオン
源と、このイオン源により発生せしめられたイオンから
イオンビームを発生させそれを収束させる一つ又はそれ
以上の、下流に設けられた電極とを、含んでいる。イオ
ンビームは被加工品に照射されて所要の機能を果たす。
フォトマスク修理、回路修理、マスクレスイオン注入等
に於て、イオンビーム照射位置を慎重に制御しなければ
ならず、この為にはイオンビーム流が高度に安定してい
なければならない。典型的な液体金属イオンコラムは、
予め選定された液体金属からイオンを発生させるイオン
源と、このイオン源により発生せしめられたイオンから
イオンビームを発生させそれを収束させる一つ又はそれ
以上の、下流に設けられた電極とを、含んでいる。イオ
ンビームは被加工品に照射されて所要の機能を果たす。
しかし、液体金属イオン源それ自体が原因でイオンビ
ームが不安定になることが少なくない。例えばカリウム
を液体金属として使用する従来のイオン源はガリウム薄
膜で湿らされたタングステンフィラメントを有してい
る。この様なイオン源ではイオンの発生は、フィラメン
ト尖端へのガリウムの一定割合での供給の関数であり、
これが「テイラー円錐体」特性を維持する。この液体金
属の流れは薄膜を通って拡散し、薄膜がもし途切れたり
薄くなったりするとイオンビーム流が不安定になってイ
オン源寿命が短縮されてしまう可能性がある。また、イ
オン源の寿命も液体金属イオン源と混ざる汚染物質によ
って短くなることがある。これらの汚染物質は、液体金
属がその容器と反応する際に発生する。これらの反応の
結果として液体金属に混入する汚染物質を減らす方法が
1983年11月８日発行の「日本の特許要約書」（Vol.7 N
o.251（Ｅ−209）1396）の79ページの「イオン源」に記
載してある。
ームが不安定になることが少なくない。例えばカリウム
を液体金属として使用する従来のイオン源はガリウム薄
膜で湿らされたタングステンフィラメントを有してい
る。この様なイオン源ではイオンの発生は、フィラメン
ト尖端へのガリウムの一定割合での供給の関数であり、
これが「テイラー円錐体」特性を維持する。この液体金
属の流れは薄膜を通って拡散し、薄膜がもし途切れたり
薄くなったりするとイオンビーム流が不安定になってイ
オン源寿命が短縮されてしまう可能性がある。また、イ
オン源の寿命も液体金属イオン源と混ざる汚染物質によ
って短くなることがある。これらの汚染物質は、液体金
属がその容器と反応する際に発生する。これらの反応の
結果として液体金属に混入する汚染物質を減らす方法が
1983年11月８日発行の「日本の特許要約書」（Vol.7 N
o.251（Ｅ−209）1396）の79ページの「イオン源」に記
載してある。
液体金属の流れは「バックスパター」現象、つまり、
イオン源により発生せしめられたイオンが下流に位置す
るエレメントに衝突して同エレメントの材質粒子が放出
され、この粒子が後方へ飛散してイオン源にぶつかる現
象、によって阻害され得る。この粒子は、イオン源寿命
と短期的並びに長期的なイオンビーム流の安定性を含め
イオン源性能に悪影響を及ぼし得る。
イオン源により発生せしめられたイオンが下流に位置す
るエレメントに衝突して同エレメントの材質粒子が放出
され、この粒子が後方へ飛散してイオン源にぶつかる現
象、によって阻害され得る。この粒子は、イオン源寿命
と短期的並びに長期的なイオンビーム流の安定性を含め
イオン源性能に悪影響を及ぼし得る。
（ハ）発明が解決しようとする課題 よって本発明の一つの目的は、イオン源寿命を向上さ
せるイオン源装置並びにその構成方法を提供するにあ
る。
せるイオン源装置並びにその構成方法を提供するにあ
る。
本発明の別の目的は、短期的並びに長期的なイオンビ
ーム流の安定性を向上させるイオン源装置並びにその構
成方法を提供するにある。
ーム流の安定性を向上させるイオン源装置並びにその構
成方法を提供するにある。
本発明の他の一般的並びに特定の目的のいくらかのも
のは以下の説明より自ずから明らかとなりまたいくらか
のものは以下の説明に現れる。
のは以下の説明より自ずから明らかとなりまたいくらか
のものは以下の説明に現れる。
（ニ）課題を解決する為の手段 本発明のイオン源装置は、流れてくる液体源材料の溜
り場を提供するイオン発生エレメントと、同イオン発生
エレメントのまわりに電界を形成する加速エレメント
と、シールドエレメントとを含む。この明細書に於て、
「シールドエレメント」という用語は光学エレメント、
非光学エレメント、ビーム形成エレメント及びその他の
エレメントを含む。イオン発生エレメント、加速エレメ
ント及びシールドエレメントは、通常は予め選定された
イオン流を有するイオンビームを発生させる。特に、イ
オンビームはイオン発生エレメントと加速エレメントの
共働により周知の方法で発生せしめられたイオンから得
られる。
り場を提供するイオン発生エレメントと、同イオン発生
エレメントのまわりに電界を形成する加速エレメント
と、シールドエレメントとを含む。この明細書に於て、
「シールドエレメント」という用語は光学エレメント、
非光学エレメント、ビーム形成エレメント及びその他の
エレメントを含む。イオン発生エレメント、加速エレメ
ント及びシールドエレメントは、通常は予め選定された
イオン流を有するイオンビームを発生させる。特に、イ
オンビームはイオン発生エレメントと加速エレメントの
共働により周知の方法で発生せしめられたイオンから得
られる。
本発明の一側面によれば、イオン発生エレメントを少
なくとも第１の予め選定されたイオン源材料を含むもの
として構成し、そして、少なくとも第１のシールドエレ
メントを予め選定された或る材質で形成する。特に、シ
ールドエレメントは、もしシールドエレメントから放出
されてイオン発生エレメントに付着してもイオン源性能
を大きく低下させない原子で構成された材質で形成され
る。或は、シールドエレメントの材質は、もしシールド
エレメントから放出されてイオン発生エレメントに付着
した場合イオン源性能が低下しないよう液体源金属と混
ざって合金となり得るか又は所定のミクロ構造を持つ構
造を形成する原子で構成された材質であってもよい。
なくとも第１の予め選定されたイオン源材料を含むもの
として構成し、そして、少なくとも第１のシールドエレ
メントを予め選定された或る材質で形成する。特に、シ
ールドエレメントは、もしシールドエレメントから放出
されてイオン発生エレメントに付着してもイオン源性能
を大きく低下させない原子で構成された材質で形成され
る。或は、シールドエレメントの材質は、もしシールド
エレメントから放出されてイオン発生エレメントに付着
した場合イオン源性能が低下しないよう液体源金属と混
ざって合金となり得るか又は所定のミクロ構造を持つ構
造を形成する原子で構成された材質であってもよい。
本発明の別の側面によれば、シールドエレメントの材
質として、もしシールドエレメントから放出されてイオ
ン発生エレメントに付着してもイオン発生エレメント、
加速エレメント及びシールドエレメント全体の電界特性
を大きく変化させないか或はイオン発生エレメントに付
着した場合はほぼ有孔のミクロ構造を持つ構造を形成す
る原子で構成された材質を使用する。
質として、もしシールドエレメントから放出されてイオ
ン発生エレメントに付着してもイオン発生エレメント、
加速エレメント及びシールドエレメント全体の電界特性
を大きく変化させないか或はイオン発生エレメントに付
着した場合はほぼ有孔のミクロ構造を持つ構造を形成す
る原子で構成された材質を使用する。
更にまた、シールドエレメントの材質としては、予め
選定されたイオン源金属と混ざって合金となった場合、
例えばイオン源温度が作動温度である時にイオン源の部
分的又は全体的な固化を惹起してイオン源性能を大きく
低下させてしまうことのない低融点の溶液を生じる材質
であってもよい。
選定されたイオン源金属と混ざって合金となった場合、
例えばイオン源温度が作動温度である時にイオン源の部
分的又は全体的な固化を惹起してイオン源性能を大きく
低下させてしまうことのない低融点の溶液を生じる材質
であってもよい。
本発明によれば、もしイオン発生エレメントの液体金
属としてガリウムを使用する場合には、シールドエレメ
ントの材質としてタングステン、錫、モリブデン或はイ
ンジウムを使用することが出来る。また、珪素・銀合金
成分をシールドエレメント材質として使用することも出
来る。更に、液体源材料の構成元素と同じ元素で構成さ
れた材質をシールドエレメント材質とすることも出来
る。
属としてガリウムを使用する場合には、シールドエレメ
ントの材質としてタングステン、錫、モリブデン或はイ
ンジウムを使用することが出来る。また、珪素・銀合金
成分をシールドエレメント材質として使用することも出
来る。更に、液体源材料の構成元素と同じ元素で構成さ
れた材質をシールドエレメント材質とすることも出来
る。
更に、もしシールドエレメントから放出されてイオン
発生エレメントに付着してもイオン源性能を大きく低下
させない原子で構成された材質を複数種用意し、そし
て、この複数種の材質の中からシールドエレメントの材
質を選択することも出来る。
発生エレメントに付着してもイオン源性能を大きく低下
させない原子で構成された材質を複数種用意し、そし
て、この複数種の材質の中からシールドエレメントの材
質を選択することも出来る。
（ホ）作用 上述した様にイオン発生エレメントのイオン源材料に
合わせてシールドエレメントの材質を選択すれば、イオ
ン源材料の流れは阻害されないし、イオン源寿命と短期
的並びに長期的なイオンビーム流の安定性を含めイオン
源性能に悪影響を及ぼされることもない。
合わせてシールドエレメントの材質を選択すれば、イオ
ン源材料の流れは阻害されないし、イオン源寿命と短期
的並びに長期的なイオンビーム流の安定性を含めイオン
源性能に悪影響を及ぼされることもない。
（ヘ）実施例 第１図は本発明により構成されたイオン源アセンブリ
ー、即ち液体金属イオン源10を示すもので、このイオン
源10は液体金属イオンを発生させるイオン供給部11と加
速電極部12で構成されている。同加速電極部12イオン供
給部11により発生せしめられたイオンの誘引、加速を行
う為の誘引力を加えるもので、これにより同イオンを、
点線で示した照射コース13を通るビームとして被加工物
50に照射するものである。
ー、即ち液体金属イオン源10を示すもので、このイオン
源10は液体金属イオンを発生させるイオン供給部11と加
速電極部12で構成されている。同加速電極部12イオン供
給部11により発生せしめられたイオンの誘引、加速を行
う為の誘引力を加えるもので、これにより同イオンを、
点線で示した照射コース13を通るビームとして被加工物
50に照射するものである。
液体金属イオン源10の応用方法に応じてイオンビーム
を、例えば、被加工物のエッチングに使用することも出
来れば或は被加工物にインプラントイオンを形成する為
に使用することも出来る。更に、液体金属イオン源10の
応用方法に応じては同イオン源10を備えた装置に於て、
他の電極或はその他同様の構造を加速電極部12の、照射
コースの下流側に配置することも可能で、こうして上記
他の電極等を配置することによりイオンビームを更に加
速することも出来れば、同ビームを所望の形に形成する
ことも出来るし、或はその他従来の目的を遂行すること
も出来る。
を、例えば、被加工物のエッチングに使用することも出
来れば或は被加工物にインプラントイオンを形成する為
に使用することも出来る。更に、液体金属イオン源10の
応用方法に応じては同イオン源10を備えた装置に於て、
他の電極或はその他同様の構造を加速電極部12の、照射
コースの下流側に配置することも可能で、こうして上記
他の電極等を配置することによりイオンビームを更に加
速することも出来れば、同ビームを所望の形に形成する
ことも出来るし、或はその他従来の目的を遂行すること
も出来る。
イオン供給部11は液体金属源20とイオン流制御電極21
で構成されている。同液体金属源20はニードル構造22を
有し、このニードル構造22はおおよそ垂直のニードル23
と同ニードル23に取付けられた細いワイヤ24とで構成さ
れている。ニードル23へのワイヤ24の取付けは、例えば
スポット溶接により行うことが出来る。
で構成されている。同液体金属源20はニードル構造22を
有し、このニードル構造22はおおよそ垂直のニードル23
と同ニードル23に取付けられた細いワイヤ24とで構成さ
れている。ニードル23へのワイヤ24の取付けは、例えば
スポット溶接により行うことが出来る。
上記ワイヤ24はニードル23への取付け部分からおおよ
そ上方へ走っており、同ワイヤ24を液体金属に浸すと液
体金属は同ワイヤ24をつたわって下方へ流れ、ワイヤ24
のニードル23への取付け部分で合流しそこで、符号25で
示す様に小さな回転楕円面を以て、溜まる。そして、そ
こに溜った液体金属はニードル23の尖端（図面の下端）
へ流れ、この尖端で液体金属は加速電極部12によりニー
ドル23から誘引され（はなされ）、イオン化される。ニ
ードル23には溝を彫って液体金属の流れを容易ならしめ
てもよい。
そ上方へ走っており、同ワイヤ24を液体金属に浸すと液
体金属は同ワイヤ24をつたわって下方へ流れ、ワイヤ24
のニードル23への取付け部分で合流しそこで、符号25で
示す様に小さな回転楕円面を以て、溜まる。そして、そ
こに溜った液体金属はニードル23の尖端（図面の下端）
へ流れ、この尖端で液体金属は加速電極部12によりニー
ドル23から誘引され（はなされ）、イオン化される。ニ
ードル23には溝を彫って液体金属の流れを容易ならしめ
てもよい。
加速電極部12は電極エレメント30を有している。同電
極エレメント30は２つのプレート31、32と両方プレート
31、32を所定間隔で離しているおおよそ円筒形の側壁33
とで構成されている。両プレート31、32はイオンビーム
照射コース13に対しほぼ直交し、側壁33は同照射コース
13とほぼ平行である。プレート31はビーム通過穴34、プ
レート32はビーム通過穴35を有する。両ビーム通過穴3
4、35はイオンビームがその中心を通るように形成され
ている。電極エレメント30、特にそのプレート31が充電
され、同プレート31とニードル23との間に、イオン供給
部11により形成されたイオンをニードル23の尖端（図示
の下端）から奪う（誘引する）為の電界を形成する。上
記穴35は穴34より小さく、従ってイオンビームは穴35を
通ることによりより細く絞られる。
極エレメント30は２つのプレート31、32と両方プレート
31、32を所定間隔で離しているおおよそ円筒形の側壁33
とで構成されている。両プレート31、32はイオンビーム
照射コース13に対しほぼ直交し、側壁33は同照射コース
13とほぼ平行である。プレート31はビーム通過穴34、プ
レート32はビーム通過穴35を有する。両ビーム通過穴3
4、35はイオンビームがその中心を通るように形成され
ている。電極エレメント30、特にそのプレート31が充電
され、同プレート31とニードル23との間に、イオン供給
部11により形成されたイオンをニードル23の尖端（図示
の下端）から奪う（誘引する）為の電界を形成する。上
記穴35は穴34より小さく、従ってイオンビームは穴35を
通ることによりより細く絞られる。
加速電極部12は更にシールド36を含んでいる。同シー
ルド36は図示の通り電極エレメント30の内側に設けられ
ており、且つプレート31と32の間に位置している。イオ
ンはニードル23の尖端からはなれると、尖端がニードル
23の尖端に有ってイオンビーム照射コース13を中心に左
右対称のほぼ円錐体（「テイラー円錐体」）を形成す
る。シールド36は、加速電極部12の内部を、イオンビー
ムのうちの、イオンビーム照射コースから外れたイオン
に対しておおまかに遮蔽（保護）するものである。
ルド36は図示の通り電極エレメント30の内側に設けられ
ており、且つプレート31と32の間に位置している。イオ
ンはニードル23の尖端からはなれると、尖端がニードル
23の尖端に有ってイオンビーム照射コース13を中心に左
右対称のほぼ円錐体（「テイラー円錐体」）を形成す
る。シールド36は、加速電極部12の内部を、イオンビー
ムのうちの、イオンビーム照射コースから外れたイオン
に対しておおまかに遮蔽（保護）するものである。
シールド36は上記遮蔽の為に、プレート部37とおおよ
そ円筒形の側壁38により構成されている。このシールド
36は電極エレメント30内で導電材を材質とする従来の取
付け部材（図示省略）により支持可能である。上記プレ
ート部37は電極エレメント30のプレート31、32とおおよ
そ平行であり、ビーム通過穴40を有する。同ビーム通過
穴40はイオンビームがその中心を通るように形成されて
いる。また同ビーム通過穴40は直径が既述のビーム通過
穴35より幾分大きいが、既述のビーム通過穴34よりは小
さい。
そ円筒形の側壁38により構成されている。このシールド
36は電極エレメント30内で導電材を材質とする従来の取
付け部材（図示省略）により支持可能である。上記プレ
ート部37は電極エレメント30のプレート31、32とおおよ
そ平行であり、ビーム通過穴40を有する。同ビーム通過
穴40はイオンビームがその中心を通るように形成されて
いる。また同ビーム通過穴40は直径が既述のビーム通過
穴35より幾分大きいが、既述のビーム通過穴34よりは小
さい。
上記のイオンビームコラムエレメント、即ち、プレー
ト部36と側壁38は、光学その他のエレメント並びにビー
ム形成エレメントを含む「遮蔽エレメント」と総称する
ことが出来る。従来のイオンガン構成ではこれらの遮蔽
エレメントの誘引体表面、穴表面が、イオン源使用時に
汚染物質の発生源になる。特に、イオン源寿命や短期
的、長期的イオンビーム流安定性を含めてイオン源性能
はこれらの遮蔽エレメントから汚染物質が後方へ飛散す
るため低下してしまう。典型的な場合にあってイオン源
の短期的安定性はそれが何分或は何時間安定性を持続さ
せるかで測定され、また同じく典型的な場合にあってイ
オン源の長期的安定性はそれが何時間或は何百時間安定
性を持続させるかで測定される。上記のように遮蔽エレ
メントから汚染物質が後方へ飛散すると、イオン源薄膜
（例えばガリウム薄膜）の厚さの減少やイオン源の活性
的部分（典型的な場合にあってイオン源の尖端）での外
物付着によりイオン源が故障してしまう恐れがある。
ト部36と側壁38は、光学その他のエレメント並びにビー
ム形成エレメントを含む「遮蔽エレメント」と総称する
ことが出来る。従来のイオンガン構成ではこれらの遮蔽
エレメントの誘引体表面、穴表面が、イオン源使用時に
汚染物質の発生源になる。特に、イオン源寿命や短期
的、長期的イオンビーム流安定性を含めてイオン源性能
はこれらの遮蔽エレメントから汚染物質が後方へ飛散す
るため低下してしまう。典型的な場合にあってイオン源
の短期的安定性はそれが何分或は何時間安定性を持続さ
せるかで測定され、また同じく典型的な場合にあってイ
オン源の長期的安定性はそれが何時間或は何百時間安定
性を持続させるかで測定される。上記のように遮蔽エレ
メントから汚染物質が後方へ飛散すると、イオン源薄膜
（例えばガリウム薄膜）の厚さの減少やイオン源の活性
的部分（典型的な場合にあってイオン源の尖端）での外
物付着によりイオン源が故障してしまう恐れがある。
第１図を参照して詳しく説明するならば、従来のイオ
ン源に典型的な汚染物質の後方飛散は特に加速電極部12
に関して生じる。というのは、イオンビーム照射コース
から外れたイオンがシールド36と同シールド36のプレー
ト部37の、穴40に近い部分に衝突する可能性があるから
である。もし衝突すればシールド36の材質粒子が放出さ
れて後方へ飛散し、ニードル23の尖端あたりに付着する
可能性がある。
ン源に典型的な汚染物質の後方飛散は特に加速電極部12
に関して生じる。というのは、イオンビーム照射コース
から外れたイオンがシールド36と同シールド36のプレー
ト部37の、穴40に近い部分に衝突する可能性があるから
である。もし衝突すればシールド36の材質粒子が放出さ
れて後方へ飛散し、ニードル23の尖端あたりに付着する
可能性がある。
こうしてニードル23に外物（シールド36の材質）が付
着すると液体金属イオン源10の機能にとり多くの有害な
結果を生じる。例えば、ニードル23への付着物が、液体
金属のニードル尖端への流れを阻害し従ってイオンビー
ム密度を減少させる結晶を形成する可能性がある。更に
もしこうした結晶が形成されるとそれがニードル23の静
電気的特性を変化させ、その結果例えばニードル23とイ
オン流制御電極21と加速電極部12の間の電界特性が変化
してしまう可能性がある。
着すると液体金属イオン源10の機能にとり多くの有害な
結果を生じる。例えば、ニードル23への付着物が、液体
金属のニードル尖端への流れを阻害し従ってイオンビー
ム密度を減少させる結晶を形成する可能性がある。更に
もしこうした結晶が形成されるとそれがニードル23の静
電気的特性を変化させ、その結果例えばニードル23とイ
オン流制御電極21と加速電極部12の間の電界特性が変化
してしまう可能性がある。
本発明者は上記の様なシールド36の材質粒子が放出さ
れて後方へ飛散することによる有害な影響は、シールド
36の材質として特定のものを選択すれば軽減出来る事を
発見した。シールド36の材質として適当なものを選択す
ればイオン源寿命だけでなくイオンビーム流の安定性も
大きく改善出来る 特に、本発明者は、イオン源寿命、イオン流安定性を
含めイオン性能は、シールド36の材質が下記の２つの条
件のうち一方を充たせば、改善される事を発見した。
れて後方へ飛散することによる有害な影響は、シールド
36の材質として特定のものを選択すれば軽減出来る事を
発見した。シールド36の材質として適当なものを選択す
ればイオン源寿命だけでなくイオンビーム流の安定性も
大きく改善出来る 特に、本発明者は、イオン源寿命、イオン流安定性を
含めイオン性能は、シールド36の材質が下記の２つの条
件のうち一方を充たせば、改善される事を発見した。
（１）シールド36の材質を構成する原子がもしシールド
36から放出されて後方飛散した場合、液体源材料、つま
り、液体金属イオン源10の温度が作動温度である限り液
状のままである合金、と混ざって合金になる。
36から放出されて後方飛散した場合、液体源材料、つま
り、液体金属イオン源10の温度が作動温度である限り液
状のままである合金、と混ざって合金になる。
（２）もし液体源材料と混ざって合金にならないなら、
ニードル23の尖端への液体金属の流れを阻害したりしな
い或はニードル23の静電気特性が妨害されるほどニード
ル23の形状を変化させたりしない結晶その他の構造を形
成すること。
ニードル23の尖端への液体金属の流れを阻害したりしな
い或はニードル23の静電気特性が妨害されるほどニード
ル23の形状を変化させたりしない結晶その他の構造を形
成すること。
上記の条件（２）は、もしシールド材質がニードル23
の表面に例えば液体金属に対して有孔性を有する構造を
形成するなら、充たされる。
の表面に例えば液体金属に対して有孔性を有する構造を
形成するなら、充たされる。
本発明者は、更に、液体金属イオン源10の液体金属と
してガリウムを使用した場合に上記各条件を充たす材質
の例を発見した。即ち、液体金属としてガリウムを使用
した場合は例えばタングステンをシールド36の材質とす
れば、シールド36の材質粒子が放出され後方飛散してニ
ードル23に付着した場合、それはニードル表面に、イオ
ン放出安定性とイオン源寿命を大きく減少させないミク
ロ構造を形成する。更に液体金属としてガリウムを使用
した場合、ガリウムと混ざると低融点溶液を生じる材
質、例えばインジウムや錫、を（シールド36の材質とし
て）使用すれば、イオン源性能が安定するだけでなくそ
の寿命も延ばすことが出来る。或は、モリブデン或はガ
リウムそれ自体もシールド36の材質として使用でき、こ
の種の材質を使用すればイオン源性能の維持に有利であ
る。
してガリウムを使用した場合に上記各条件を充たす材質
の例を発見した。即ち、液体金属としてガリウムを使用
した場合は例えばタングステンをシールド36の材質とす
れば、シールド36の材質粒子が放出され後方飛散してニ
ードル23に付着した場合、それはニードル表面に、イオ
ン放出安定性とイオン源寿命を大きく減少させないミク
ロ構造を形成する。更に液体金属としてガリウムを使用
した場合、ガリウムと混ざると低融点溶液を生じる材
質、例えばインジウムや錫、を（シールド36の材質とし
て）使用すれば、イオン源性能が安定するだけでなくそ
の寿命も延ばすことが出来る。或は、モリブデン或はガ
リウムそれ自体もシールド36の材質として使用でき、こ
の種の材質を使用すればイオン源性能の維持に有利であ
る。
更に図面を参照して説明すると、もしシールド36の材
質として錫を使用した場合には、錫がもし放出されてニ
ードル23に付着するとそれはガリウムと混ざって合金に
なり、この合金は周囲温度が例えば室温である限り液状
のままである。従って上記（１）の条件が充たされる。
更に、もしシールド36の材質としてタングステンを使用
した場合には、もしそれがニードル23を付着するとそれ
は、ニードル23をつたわる液体金属（ガリウム）の流れ
を大きく阻害しない、おおよそ有孔で球状の小さな節
（ふし）をニードル23の表面に形成する。従って上記条
件（２）が充たされる。この様に、シードル36の材質と
して錫或はタングステンを使用すれば、液体金属イオン
源は、先行技術の、シールドとして従来材質を使用する
液体金属イオン源に典型的な性能低下を来さない。
質として錫を使用した場合には、錫がもし放出されてニ
ードル23に付着するとそれはガリウムと混ざって合金に
なり、この合金は周囲温度が例えば室温である限り液状
のままである。従って上記（１）の条件が充たされる。
更に、もしシールド36の材質としてタングステンを使用
した場合には、もしそれがニードル23を付着するとそれ
は、ニードル23をつたわる液体金属（ガリウム）の流れ
を大きく阻害しない、おおよそ有孔で球状の小さな節
（ふし）をニードル23の表面に形成する。従って上記条
件（２）が充たされる。この様に、シードル36の材質と
して錫或はタングステンを使用すれば、液体金属イオン
源は、先行技術の、シールドとして従来材質を使用する
液体金属イオン源に典型的な性能低下を来さない。
勿論本発明に使用できるシールド材質は錫、タングス
テンに限定されるものでなく、上記条件（１）又は
（２）を充たすものであれば他の材質も使用可能であ
る。しかしシールド36として使用可能の材質は液体金属
イオン源10に使用される液体金属の種類に左右される。
従ってシールド36として使用可能の材質を更に挙げるな
ら、上記条件（１）或は（２）を充たす珪素・銀合金成
分がある。
テンに限定されるものでなく、上記条件（１）又は
（２）を充たすものであれば他の材質も使用可能であ
る。しかしシールド36として使用可能の材質は液体金属
イオン源10に使用される液体金属の種類に左右される。
従ってシールド36として使用可能の材質を更に挙げるな
ら、上記条件（１）或は（２）を充たす珪素・銀合金成
分がある。
液体金属イオン源10の他の部分、特に加速電極部12も
その材質粒子が放出されてニードル23にぶつかりニード
ル23に機能に悪影響を及ぼす可能性がある。従って加速
電極部12も既述の条件（１）又は（２）を充たす材質で
形成するのが望ましいかも知れない。
その材質粒子が放出されてニードル23にぶつかりニード
ル23に機能に悪影響を及ぼす可能性がある。従って加速
電極部12も既述の条件（１）又は（２）を充たす材質で
形成するのが望ましいかも知れない。
以上の説明を要約すれば、本発明に使用するシールド
材質としては、もし材質粒子が放出されてイオン発生エ
レメントに付着した場合にイオン源性能を大きく阻害し
ない原子のものを選択するか、或は、イオン発生エレメ
ントに付着した場合に、イオン源性能が低下しないよ
う、液体源金属と混ざって合金になることが出来るか又
は所定のミクロ構造を有する構造を形成する原子、のも
のを選択することが出来る。特に、シールド材質として
は、イオン発生エレメントに付着した場合に、イオン発
生エレメント、加速エレメント及びシールドエレメント
全体の電界特性を大きく変化させない原子のもの、イオ
ン発生エレメントをつたわる液体金属の流れを阻害しな
い原子のもの、或は、ほぼ有孔のミクロ構造を有する構
造を形成する原子のもの、を選択することが出来る。
材質としては、もし材質粒子が放出されてイオン発生エ
レメントに付着した場合にイオン源性能を大きく阻害し
ない原子のものを選択するか、或は、イオン発生エレメ
ントに付着した場合に、イオン源性能が低下しないよ
う、液体源金属と混ざって合金になることが出来るか又
は所定のミクロ構造を有する構造を形成する原子、のも
のを選択することが出来る。特に、シールド材質として
は、イオン発生エレメントに付着した場合に、イオン発
生エレメント、加速エレメント及びシールドエレメント
全体の電界特性を大きく変化させない原子のもの、イオ
ン発生エレメントをつたわる液体金属の流れを阻害しな
い原子のもの、或は、ほぼ有孔のミクロ構造を有する構
造を形成する原子のもの、を選択することが出来る。
更に、シールド材質としては、所定のイオン源金属と
混ざって合金になった場合に、例えば液体金属イオン源
温度が作動温度である時にイオン源の部分的或は全体的
な固化を惹起してイオン源性能を大きく低下させること
のない低融点の溶液を生じるものを、選択出来る。
混ざって合金になった場合に、例えば液体金属イオン源
温度が作動温度である時にイオン源の部分的或は全体的
な固化を惹起してイオン源性能を大きく低下させること
のない低融点の溶液を生じるものを、選択出来る。
液体金属としてガリウムを使用する場合にはシールド
材質としてタングステン、錫、モリブデン或はインジウ
ムを使用できる。或はシールド材質として珪素・銀合金
成分を使用することも出来る。更に、液体金属を構成す
る元素は既述の条件（１）又は（２）を充たすが故に、
同元素のものをシールド材質として使用することも可能
である。
材質としてタングステン、錫、モリブデン或はインジウ
ムを使用できる。或はシールド材質として珪素・銀合金
成分を使用することも出来る。更に、液体金属を構成す
る元素は既述の条件（１）又は（２）を充たすが故に、
同元素のものをシールド材質として使用することも可能
である。
本発明は以上の説明より明らかとなった目的のうちと
りわけ既述の目的を効果的に達成するものである。時に
本発明は寿命が長くしかもイオンビーム流の短期的並び
に長期的安定性の優れたイオン源アセンブリーを提供す
るものである。
りわけ既述の目的を効果的に達成するものである。時に
本発明は寿命が長くしかもイオンビーム流の短期的並び
に長期的安定性の優れたイオン源アセンブリーを提供す
るものである。
以上の本発明の構成並びに作動順序は本発明の範囲内
で変更可能である。例えば既述の特性を有する材料を既
述した以外の組合せで使用できる。従って上記の説明或
は添付図面で示した技術内容はすべて限定的意味合いの
ものでなく例示的なものと解釈されるべきである。
で変更可能である。例えば既述の特性を有する材料を既
述した以外の組合せで使用できる。従って上記の説明或
は添付図面で示した技術内容はすべて限定的意味合いの
ものでなく例示的なものと解釈されるべきである。
第１図は本発明により構成されたイオン源アセンブリー
を示す。 10……液体金属イオン源 11……イオン供給部 12……加速電極部 20……液体金属源 21……イオン流制御電極 22……ニードル構造 23……ニードル 24……ワイヤ 25……溜った液体金属 30……電極エレメント 35、40……ビーム通過穴 36……シールド 50……被加工物
を示す。 10……液体金属イオン源 11……イオン供給部 12……加速電極部 20……液体金属源 21……イオン流制御電極 22……ニードル構造 23……ニードル 24……ワイヤ 25……溜った液体金属 30……電極エレメント 35、40……ビーム通過穴 36……シールド 50……被加工物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−165020（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−248038（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08
Claims (14)
- 【請求項１】流れてくる液体金属源（20）の溜り場を提
供するイオン発生エレメント（11）と、前記イオン発生
エレメントの周りに電界を形成する加速エレメント（1
2）と、イオン発生エレメント（11）の先端よりイオン
ビーム引き出し方向側にある少なくとも一つのシールド
エレメント（36）とを含み、前記イオン発生エレメン
ト、加速エレメント及び少なくとも一つのシールドエレ
メントはイオンビーム（13）を発生させ、このイオンビ
ームは前記イオン発生エレメントと加速エレメントとの
共動により発生されたイオンから得られるイオン源アセ
ンブリーを構成する方法であって、 （ａ）前記イオン発生エレメントを、少なくとも第１の
予め選択された液体金属源を含むものとして構成する段
階と、 （ｂ）前記液体金属源の原子以外の原子を含んでおり、
かつ、仮に放出されて前記イオン発生エレメントに付着
しても、イオン源の性能を実質的に低下させない原子を
含む材質により前記少なくとも一つのシールドエレメン
ト（36）を形成する段階 とを含むことを特徴とするイオン源アセンブリーを構成
する方法。 - 【請求項２】前記シールドエレメントの材料が、イオン
源の性能が低下しないよう液体金属源と混ざって合金に
なり得る原子を含む材質であることを特徴とする請求項
１に記載の方法。 - 【請求項３】前記シールドエレメントの材質が、仮に前
記シールドエレメントから放出されて前記イオン発生エ
レメントに付着した場合、イオン源の性能が低下しない
ように、多孔性ミクロ構造を形成する原子を含む材質で
あることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】前記シールドエレメントの材質が、仮に前
記シールドエレメントから放出されて前記イオン発生エ
レメントに付着しても、前記イオン発生エレメント、加
速エレメント及びシールドエレメント全体の電界特性を
大きく変化させない原子を含む材質であることを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】前記シールドエレメントの材質が、仮に前
記シールドエレメントから放出されて前記イオン発生エ
レメントに付着しても前記イオン発生エレメントを伝わ
る液体金属源の流れを変化させない原子を含む材質であ
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】前記シールドエレメントの材質が、仮に前
記シールドエレメントから放出されて前記イオン発生エ
レメントに付着した場合に実質的に多孔性ミクロ構造を
形成する原子を含む材質であることを特徴とする請求項
３に記載の方法。 - 【請求項７】前記イオン発生エレメントをガリウムを含
むものとして構成し、前記少なくとも一つのシールドエ
レメントの材質を錫を含むものとして構成することを特
徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】前記イオン発生エレメントをガリウムを含
むものとして構成し、前記少なくとも一つのシールドエ
レメントの材質をタグステンを含むものとして構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】前記イオン発生エレメントをガリウムを含
むものとして構成し、前記少なくとも一つのシールドエ
レメントの材質をモリブデンを含むものとして構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】前記イオン発生エレメントをガリウムを
含むものとして構成し、前記少なくとも一つのイオン発
生エレメントの材質をインジウムを含むものとして構成
することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】前記シールドエレメントの材質が、予め
選択されたイオン源金属と混ざって合金になると、イオ
ン源の性能を大きく低下させない低融点の溶液を生じる
材質であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】仮に前記少なくとも一つのシールドエレ
メントから放出されて前記イオン発生エレメントに付着
しても、イオン源の性能を大きく低下させない原子を含
む材質を複数種用意し、そして、この複数種の材質の中
から少なくとも前記シールドエレメントの材質を選択す
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】仮に前記少なくとも一つのシールドエレ
メントから放出されて前記イオン発生エレメントに付着
しても、イオン源の性能を大きく低下させない原子を含
む材質の光学エレメントを複数種用意して前記シールド
エレメントの材質を選択することを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項１４】流れてくる液体金属源（20）の溜り場を
提供するイオン発生エレメント（11）と、前記イオン発
生エレメントの周りに電界を形成する加速エレメント
（12）と、イオン発生エレメント（11）の先端よりイオ
ンビーム引き出し方向側にある少なくとも一つのシール
ドエレメント（36）とを含み、前記イオン発生エレメン
ト、加速エレメント及び少なくとも一つのシールドエレ
メントはイオンンビームを発生させ、このイオンビーム
は前記イオン発生エレメントと加速エレメントとの共動
により発生されたイオンから得られるイオン源アセンブ
リーであって、 （ａ）前記イオン発生エレメント（11）が少なくとも第
１の予め選択された液体金属源（20）を含み、 （ｂ）前記少なくとも一つのシールドエレメント（36）
が、前記液体金属源の原子以外の原子を含む材質から形
成されており、前記シールドエレメントの原子が、仮に
放出されて前記イオン発生エレメントに付着しても、イ
オン源の性能を実質的に低下させないこと、を特徴とす
るイオン源アセンブリー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US35840389A | 1989-05-26 | 1989-05-26 | |
| US358.403 | 1989-05-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03149732A JPH03149732A (ja) | 1991-06-26 |
| JP2952508B2 true JP2952508B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=23409520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2136938A Expired - Lifetime JP2952508B2 (ja) | 1989-05-26 | 1990-05-25 | イオン源装置とその構成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0399374B1 (ja) |
| JP (1) | JP2952508B2 (ja) |
| AT (1) | ATE121563T1 (ja) |
| DE (1) | DE69018697T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7005651B2 (en) | 2003-12-08 | 2006-02-28 | Hitachi High-Technologies Corporation | Liquid metal ion gun |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5895923A (en) * | 1996-02-16 | 1999-04-20 | Eaton Corporation | Ion beam shield for implantation systems |
| US6977384B2 (en) * | 2003-08-27 | 2005-12-20 | Fei Company | Shaped sputter shields for improved ion column operation |
| WO2013043794A2 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | Carl Zeiss Nts, Llc | Liquid metal ion source, system and method |
| US9218935B2 (en) | 2013-07-08 | 2015-12-22 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Charged particle beam system and method of operating a charged particle beam system |
| JP6972693B2 (ja) * | 2017-06-19 | 2021-11-24 | ユナイテッド・セミコンダクター・ジャパン株式会社 | イオン生成装置及びイオン生成方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56112058A (en) * | 1980-02-08 | 1981-09-04 | Hitachi Ltd | High brightness ion source |
| JPH0685309B2 (ja) * | 1985-12-13 | 1994-10-26 | 株式会社日立製作所 | 液体金属イオン源 |
| FR2618604B1 (fr) * | 1987-07-22 | 1989-11-24 | Realisations Nucleaires Et | Source d'ions de metaux liquides a arc sous vide |
-
1990
- 1990-05-17 DE DE69018697T patent/DE69018697T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1990-05-17 AT AT90109369T patent/ATE121563T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-05-17 EP EP90109369A patent/EP0399374B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-05-25 JP JP2136938A patent/JP2952508B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7005651B2 (en) | 2003-12-08 | 2006-02-28 | Hitachi High-Technologies Corporation | Liquid metal ion gun |
| US7211805B2 (en) | 2003-12-08 | 2007-05-01 | Hitachi High-Technologies Corporation | Liquid metal ion gun |
| US7420181B2 (en) | 2003-12-08 | 2008-09-02 | Hitachi High-Technologies Corporation | Liquid metal ion gun |
| US7804073B2 (en) | 2003-12-08 | 2010-09-28 | Hitachi High-Technologies Corporation | Liquid metal ion gun |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69018697D1 (de) | 1995-05-24 |
| EP0399374A1 (en) | 1990-11-28 |
| EP0399374B1 (en) | 1995-04-19 |
| DE69018697T2 (de) | 1996-01-04 |
| ATE121563T1 (de) | 1995-05-15 |
| JPH03149732A (ja) | 1991-06-26 |
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