JP3544483B2 - Ion beam equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスイオン源を備えたイオンビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスを電子衝撃法によってイオン化した後、生成したイオンを加速してイオンビームを作成するイオン銃は、表面分析でのイオンエッチング用に広く利用されている。
【0003】
表面分析でイオンエッチングを行う目的は、主に、1)サンプル表面に付着している汚れを除去するためのクリーニングを行うことと、2)深さ方向に対する元素組成分布の分析を行う目的でサンプルの構成元素を表面から徐々に剥ぎ取っていく作業を行うことである。後者の手法を利用した分析はデプスプロファイリングと呼ばれている。
【0004】
電子衝撃法でガスをイオン化するには、図1に示す構造のガスイオン銃が利用される。このイオン銃は次のように動作する。
【0005】
フィラメント1が通電加熱されてフィラメント1から熱電子が放出され、その電子は一定の電場(100〜200V程度)で加速されてイオン化室であるグリッド2に導入される。グリッド内で運動する電子は、ある確率でグリッド内に浮遊するガス分子と衝突し、これをイオン化する。このようにして生成されたイオンはイオン引出電極3によって加速され、引出電極3に設けられた孔を通過してイオンビームが形成される。フィラメント加熱電流は、グリッドへの電子の流入量(これを通常エミッション電流量と呼ぶ)が一定になるように制御される。これは、定エミッション電流方式と呼ばれる。なお、イオン化の効率を上げるために磁場を重畳させるために、マグネット4が配置される場合がある。
【0006】
さて、フィラメントはイオン銃を長時間動作させると断線し、新しいものと交換しなければならない。この断線の原因の最も支配的なものは、フィラメントの周囲の電場がイオンをフィラメント方向に引き込むことによりフィラメントがイオンスパッタされることである。この電場は、定エミッション電流制御を行うために、常に一定の値に制御されている。
【0007】
断線の原因のその次に支配的なものは、フィラメントが真空中で高温度に熱せられることによる、フィラメント自身の蒸発である。これらの原因により、長時間の使用により、イオンスパッタおよび自身の蒸発によってフィラメントの線径が徐々に小さくなり、最終的な断線に至るのである。
【0008】
このようにフィラメントがイオンスパッタされる度合いは、エミッション電流量およびイオン化室内に導入されているガスの圧力に依存し、どちらのパラメータについても、その値が大きいほどスパッタされる量が多くなり、フィラメントの消耗が激しくなる。
【0009】
また、これらの値が同じであるならば、イオン加速電圧が低いほどフィラメントの消耗は激しい。これは、イオン加速電圧が高いほど、イオン引出電極によってイオン化室から引き出されるイオンの量が増加するために、フィラメント側に飛んでくるイオンの量は逆に少なくなるからである。従って、最もフィラメントの消耗が激しいのは、イオン化室にガスが導入され、エミッション電流が流れていて、かつイオン加速電圧が印加されていない時である。
【0010】
また、フィラメント自身の蒸発の量は、フィラメント温度が高いほど激しくなる。すなわち、エミッション電流量が多いほど激しくなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなイオン銃においては、ガスがイオン化室に導入されながらエミッション電流が所定量流れるように制御され、イオンエッチングが必要な時には前記グリッドと引出電極間にイオン加速電圧が印加される。この時、サンプル表面の短時間のクリーニングを行うことが目的の場合には、必要な期間だけイオン化室にガスを導入し、そのクリーニングが終了したら直ちにイオン化室へのガス導入を停止すればフィラメントのイオンスパッタを抑えることができるが、実際には、引き続いてイオンエッチングを何度か行わなければならない場合があることも考慮して、一定の時間はガス導入したままにしておくことが多い。
【0012】
また、デプスプロファイリングを行う場合には、分析の間は常にイオン化室にガスが導入されている状態にするのが一般的である。これは、デプスプロファイリングでは、イオンエッチングと元素組成分析とを1サイクルとして、このサイクルを数十回から数百回にわたって行うため、各サイクルの度毎にイオン化室へのガス導入を「する/しない」をいちいち制御していると、イオン化室のガス圧が安定するまで、すなわち常に一定のイオン電流量を得る条件が満たされるまでに要する時間を各サイクルごとに待たなければならず、トータルの分析時間が長くなってしまうからである。
【0013】
このようなことから、実際の使用に際しては、フィラメントの消耗が最も激しい時間、すなわちイオン加速電圧が印加されていない時間の総計が、実際にイオンエッチングを行わなければならない時間、すなわちイオン加速電圧が印加されている時間の総計よりも長いという状況も発生する場合が多く、フィラメントの寿命が極めて短くなってしまうという結果を招いている。
【0014】
一方、フィラメントが断線した瞬間から以後、イオン化室は動作不能となる。従って、分析の途中、特にデプスプロファイリングの途中で断線が発生するのは極力回避されなければならず、フィラメントの寿命はできるだけ長いことが望まれる。
【0015】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的は、フィラメントの消耗を最小限に抑えることができるイオンビーム装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、フィラメントで発生した電子をガスに照射することによりガスをイオン化し、イオン引出手段に加速電圧を印加してイオンをイオン銃から取り出すように構成したイオンビーム装置を備えた表面分析装置であって、前記加速電圧が印加されていない時のエミッション電流量が、加速電圧が印加されている時のエミッション電流量より少なくなるように、前記フィラメントが加熱制御される表面分析装置である。
請求項2の発明は、エミッション電流量がゼロにならないように、前記フィラメントが加熱制御されることを特徴とした請求項1に記載した表面分析装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【0018】
図2は、本発明のイオンビーム装置の一例を示した図である。
【0019】
図2において、5はガスイオン銃の真空容器であり、ガス貯蔵室6に貯えられたアルゴンガスはガス流量調整弁7を介して真空容器5に導入される。真空容器5内のガス圧力は圧力測定器(図示せず)で測定されており、この圧力測定器に接続されたガス流量調整器(図示せず)は、真空容器5内のガス圧力が所定圧力に維持されるように前記ガス流量調整弁7を制御する。
【0020】
真空容器5内には、電子を発生させるためのフィラメント8、イオン化室9、およびイオン化室9で生成された陽イオンを引き出すための引出電極10が配置されている。
【0021】
前記フィラメント8は、エミッション電流量制御部11に接続されると共に、エミッション電源12を介して前記イオン化室9に接続されている。また、イオン化室9は、イオン加速電源13を介して接地電位に保たれた引出電極10に接続されている。前記エミッション電源12はエミッション電源制御部14に接続され、また、イオン加速電源13はイオン加速電源制御部15に接続されている。
【0022】
このようなイオン銃の後段にはイオンビーム光学系16が配置されており、イオンビーム光学系16は、収束レンズや対物レンズや偏向器等を備えている。17は試料室であり、試料室17には試料18が配置されている。19は、試料室17に取り付けられたオージェ電子分光器などの分析装置である。
【0023】
20はホストコンピュータであり、ホストコンピュータ20はバスを介してCPU21に接続されている。このバスには、前記エミッション電流量制御部11、エミッション電源制御部14、イオン加速電源制御部15、分析装置19、およびROMとRAMから成るメモリ部22が接続されている。このメモリ部22のROMには、上述したデプスプロファイリングの分析プログラムなどが書き込まれている。
【0024】
以上、図2の装置構成について説明したが、次にこの装置の動作について説明する。
【0025】
上述したように、真空容器5内のガス圧力は所定圧力に維持されている。この状態で、オペレータがホストコンピュータ20にデプスプロファイリングの指示を行うと、ホストコンピュータ20は、CPU21にその指示があったことを知らせる。この指示を受けたCPU21は、メモリ部22のROMに書き込まれているデプスプロファイリングプログラムに基づき各構成に制御信号を送る。
【0026】
デプスプロファイリングプログラムは、試料分析とイオンエッチングが交互に行われるようにプログラムされており、CPU21は、まず、分析装置19に分析開始の指示を行う。すると、分析装置19は試料分析を始める。
【0027】
また、この試料分析の時に試料にイオンビームが照射されないように、CPU21は、イオン加速電圧オフの信号をイオン加速電源制御部15に送る。この信号を受けたイオン加速電源制御部15は、イオン加速電圧が0Vになるようにイオン加速電源13を制御する。
【0028】
さらに、CPU21は、エミッション電流量を例えば0.5mAとするための制御信号をエミッション電流量制御部11に送ると共に、フィラメント8の電位をイオン化室9に対して数100Vの負の電位とするための制御信号をエミッション電源制御部14に送る。
【0029】
この制御信号を受けたエミッション電流量制御部11はフィラメント8を加熱し、フィラメント8から熱電子が発生する。また、エミッション電源制御部14は、フィラメント8の電位が上述のようになるようにエミッション電源12を制御するので、フィラメント8で発生した熱電子はイオン化室9の方に加速されてイオン化室に進入する。このようにしてフィラメント8とイオン化室9の間にエミッション電流が流れると、前記エミッション電流量制御部11は、そのエミッション電流量が0.5mAとなるようにフィラメント8の加熱量を制御する。
【0030】
ところで、後でも説明するが、試料のイオンエッチング時のエミッション電流量は通常20〜30mA程度に設定されるが、この0.5mAという値は、それに比べるとかなり低い値である。フィラメントの材質が例えばタングステンの場合、エミッション電流が20〜30mAの時にはフィラメントの温度は2,700度程度であるが、このようにエミッション電流が0.5mAの時にはフィラメント温度は2,500度程度となり、200度も低くなる。このため、従来の方式、すなわち、試料分析時もイオンエッチング時と同じエミッション電流を流す方式に比べて、フィラメントの蒸発量はかなり少なくなる。
【0031】
また、このようにエミッション電流量が少なくなると、イオン化室9におけるガスのイオン化率が低下し、イオンはあまり生成されない。このため、生成された陽イオンがフィラメントを照射する量は、上述した従来の方式に比べてかなり少なくなる。すなわち、フィラメントがイオンスパッタされる量は従来の方式に比べてかなり少なくなる。
【0032】
さて、分析装置19による試料分析が終わると、CPU21は、試料のイオンエッチングのために、エミッション電流量を例えば30mAとするための制御信号をエミッション電流量制御部11に送る。この制御信号を受けたエミッション電流量制御部11は、エミッション電流量が30mAとなるようにフィラメント8の加熱量を制御する。このエミッション電流量の増加により、イオン化室9におけるガスのイオン化は激しくなり、多くのイオンが生成される。
【0033】
さらに、CPU21は、イオン化室9の電位を引出電極10に対して数kVの正の電位とするための制御信号(イオン加速電圧オンの信号)をイオン加速電源制御部15に送る。この信号を受けたイオン加速電源制御部15は、イオン化室9の電位がそのようになるようにイオン加速電源13を制御するので、イオン化室9で生成された陽イオンは引出電極10の方に加速される。
【0034】
そして、引出電極10を通過したイオンは、イオンビーム光学系16で収束および偏向されて試料18を照射する。この照射により、試料18はエッチングされる。
【0035】
このようなイオンエッチングが所定時間行われると、CPU21は、イオン加速電圧オフの信号をイオン加速電源制御部15に送る。この信号を受けたイオン加速電源制御部15は、イオン加速電圧が0Vになるようにイオン加速電源13を制御する。この制御により、生成された陽イオンの引出電極10からの放出は止まり、試料18のイオンエッチングは終わる。
【0036】
さらに、CPU21は、エミッション電流量を前記0.5mAとするための制御信号をエミッション電流量制御部11に送るので、試料のイオンエッチング終了後においてはエミッション電流量は0.5mAとなり、フィラメント温度はそれまでより200度程度低くなる。なお、試料のイオンエッチングが終わっても、フィラメント8の電位はイオン化室9に対して数100Vの負の電位とされている。
【0037】
次に、CPU21は、分析装置19に分析開始の指示を行う。この指示を受けた分析装置19は試料分析を行い、試料分析が終わると、上述したイオンエッチングと試料分析が所定回繰り返し行われる。
【0038】
以上説明したように、図2の装置においては、フィラメントの寿命を延ばすために、イオン加速電圧が印加されていない間はエミッション電流量が極めて低い値に設定されるが、この時にエミッション電流量を完全にゼロにしてしまわないことが本発明の特徴であり、その理由は以下のとおりである。
【0039】
エミッション電流量を完全にゼロにすると、フィラメント温度は急激に常温近くまで低下していく。これが再び熱せられることにより、フィラメントの急激な冷却と加熱による膨張・収縮が発生する。このサイクルが何回も繰り返されることによって、フィラメントがイオンスパッタおよび自身の蒸発による消耗以外の原因、たとえば特定の結晶粒界からの割れの発生等によって断線してしまう可能性が非常に高くなる。
【0040】
なお、上記例では、エミッション電流量は、イオン加速電圧オフの時に0.5mAに設定され、また、イオン加速電圧オンの時に30mAに設定されたが、図2の装置においてはこの値は任意に設定可能である。たとえば、エミッション電流量の設定が0.1〜30mAの間を0.1mAきざみで設定できるようになっている場合には、イオン加速電圧が印加されていない場合には0.1〜1mA程度の値に設定し、イオン加速電圧が印加されている場合には20〜30mA程度の値に設定すれば良い。
【0041】
以上、図2の装置について説明したが、図3は、エミッション電流量やイオンエッチングのオン/オフ等を制御する回路がアナログ回路によって構成されている例を示したものである。
【0042】
図3において、フィラメント23はエミッション電流量制御部24に接続されている。このエミッション電流量制御部24は、イオン加速電圧を印加しない時のエミッション電流量Iを決める基準抵抗Rと、イオン加速電圧を印加する時のエミッション電流量I(I>I)を決める基準抵抗Rと、それらの基準抵抗の何れか一方と切り替えて接続される切替スイッチAと、フィードバック制御回路25を備えている。このフィードバック制御回路25は前記切替スイッチAに接続されており、フィードバック制御回路25は、前記フィラメント23とイオン化室26間に流れるエミッション電流が前記IまたはIになるように、フィラメント23の加熱電流を制御するものである。
【0043】
また、フィラメント23は、エミッション電源27を介して前記イオン化室26に接続されている。また、イオン化室26はイオン加速電圧発生回路28に接続されており、このイオン加速電圧発生回路28は切替スイッチBに接続されている。切替スイッチBは、イオン加速電圧値設定用基準抵抗Rと接地電極Eの何れか一方と切り替えられて接続されるものである。
【0044】
このような構成において、試料分析の時には切替スイッチBが接地電極E側に接続され、この接続により、イオン加速電圧発生回路28は、加速電圧をイオン化室26と引出電極(図示せず)間に印加しない。
【0045】
また、前記切替スイッチAは、切替スイッチBの切り替えと連動して切り替わるように構成されており、切替スイッチAは図中点線で示すように基準抵抗R側に接続される。この接続により、前記フィードバック制御回路25は、エミッション電流量が例えば0.5mAとなるようにフィラメント23を加熱する。
【0046】
一方、試料のイオンエッチングの時には切替スイッチBが基準抵抗R側に接続され、この接続により、イオン加速電圧発生回路28は、イオン加速電圧をイオン化室26と引出電極(図示せず)間に印加する。
【0047】
また、この切替スイッチBの切り替わりにより、切替スイッチAは図中実線で示すように基準抵抗R側に接続される。この接続により、前記フィードバック制御回路25は、エミッション電流量が例えば30mAとなるようにフィラメント23を加熱する。
【0048】
このようなアナログ回路によっても、イオン加速電圧が印加されていない間はエミッション電流量が極めて低い値に設定され、フィラメントの寿命を延ばすことができる。
【0049】
さて、上述した例では、エミッション電流量制御部はフィードバック制御を行うので、イオン加速電圧オフ時にも、フィラメントとイオン化室間に電子加速電圧を印加する必要がある。すなわち、電子加速電圧をオフにするとエミッション電流が流れなくなり、エミッション電流量制御部は必要以上にフィラメントを加熱してしまう。
【0050】
しかしながら、イオン加速電圧オフ時にエミッション電流を流さないようにすれば、ガスのイオン化は行われず、陽イオンによるフィラメントのイオンスパッタを抑えることができる。
【0051】
そこで、前記エミッション電流量制御部とは別にフィラメント加熱制御部を設け、イオン加速電圧オフ時には、前記電子加速電圧の印加を中止すると共に、そのフィラメント加熱制御部の制御によりフィラメント加熱量をイオン加速電圧オン時より少なくなるようにすれば良い。なお、この電子加速電圧オフの時、前記エミッション電流量制御部の制御は中断される。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガスイオン銃を説明するために示した図である。
【図2】本発明のイオンビーム装置の一例を示した図である。
【図3】本発明のイオンビーム装置の一例を示した図である。
【符号の説明】
1…フィラメント、2…グリッド、3…イオン引出電極、4…マグネット、5…真空容器、6…ガス貯蔵室、7…ガス流量調整弁、8…フィラメント、9…イオン化室、10…引出電極、11…エミッション電流量制御部、12…エミッション電源、13…イオン加速電源、14…エミッション電源制御部、15…イオン加速電源制御部、16…イオンビーム光学系、17…試料室、18…試料、19…分析装置、20…ホストコンピュータ、21…CPU、22…メモリ部、23…フィラメント、24…エミッション電流量制御部、25…フィードバック制御回路、26…イオン化室、27…エミッション電源、28…イオン加速電圧発生回路、A、B…切替スイッチ、R、R、R…基準抵抗、E…接地電極
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion beam device provided with a gas ion source.
[0002]
[Prior art]
An ion gun which ionizes a gas by an electron impact method and then accelerates generated ions to form an ion beam is widely used for ion etching in surface analysis.
[0003]
The main purposes of ion etching in surface analysis are 1) cleaning to remove dirt attached to the sample surface, and 2) analysis of element composition distribution in the depth direction. To gradually strip off the constituent elements from the surface. Analysis using the latter method is called depth profiling.
[0004]
In order to ionize gas by the electron impact method, a gas ion gun having a structure shown in FIG. 1 is used. This ion gun operates as follows.
[0005]
The filament 1 is energized and heated to emit thermoelectrons from the filament 1. The electrons are accelerated by a constant electric field (about 100 to 200 V) and introduced into the grid 2 which is an ionization chamber. The electrons moving in the grid collide with gas molecules floating in the grid with a certain probability and ionize them. The ions generated in this manner are accelerated by the ion extraction electrode 3 and pass through holes provided in the extraction electrode 3 to form an ion beam. The filament heating current is controlled so that the amount of electrons flowing into the grid (this is usually called an emission current amount) is constant. This is called a constant emission current method. In some cases, a magnet 4 may be provided to superimpose a magnetic field to increase the efficiency of ionization.
[0006]
Now, the filament breaks when the ion gun is operated for a long time, and must be replaced with a new one. The most predominant cause of this disconnection is that the electric field around the filament draws ions in the direction of the filament, causing the filament to be ion-sputtered. This electric field is always controlled to a constant value in order to perform constant emission current control.
[0007]
The next most dominant cause of breakage is evaporation of the filament itself, as the filament is heated to a high temperature in a vacuum. For these reasons, the wire diameter of the filament is gradually reduced due to ion sputtering and evaporation of itself due to long-term use, resulting in a final disconnection.
[0008]
The degree to which the filament is ion-sputtered depends on the amount of emission current and the pressure of the gas introduced into the ionization chamber. For both parameters, the larger the value, the greater the amount of sputtered filament Consumption becomes severe.
[0009]
Also, if these values are the same, the lower the ion acceleration voltage, the more the filament is consumed. This is because the higher the ion acceleration voltage, the larger the amount of ions extracted from the ionization chamber by the ion extraction electrode, and conversely, the smaller the amount of ions flying to the filament side. Therefore, the filament is most consumed when the gas is introduced into the ionization chamber, the emission current is flowing, and the ion acceleration voltage is not applied.
[0010]
Also, the amount of evaporation of the filament itself increases as the filament temperature increases. In other words, the intensity increases as the amount of emission current increases.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in such an ion gun, an emission current is controlled so that a predetermined amount flows while the gas is introduced into the ionization chamber, and an ion acceleration voltage is applied between the grid and the extraction electrode when ion etching is required. At this time, if the purpose is to clean the sample surface for a short time, introduce the gas into the ionization chamber only for the required period, and stop the gas introduction into the ionization chamber immediately after the cleaning is completed. Although ion sputtering can be suppressed, the gas is often kept introduced for a certain period of time in consideration of the fact that ion etching may have to be performed several times.
[0012]
Further, when performing depth profiling, it is general that the gas is always introduced into the ionization chamber during the analysis. This is because, in depth profiling, ion etching and elemental composition analysis are considered as one cycle, and this cycle is performed tens to hundreds of times. Therefore, gas introduction to the ionization chamber is performed “on / off” at each cycle. ), It is necessary to wait for each cycle until the gas pressure in the ionization chamber becomes stable, that is, until the conditions for obtaining a constant amount of ion current are satisfied. This is because the time becomes longer.
[0013]
Therefore, in actual use, the time during which the filament is most consumed, that is, the total time during which the ion acceleration voltage is not applied, is the time during which ion etching must be actually performed, that is, the ion acceleration voltage is reduced. In many cases, a situation in which the applied time is longer than the total time occurs, which results in a very short life of the filament.
[0014]
On the other hand, from the moment when the filament is disconnected, the ionization chamber becomes inoperable. Therefore, occurrence of disconnection during analysis, particularly during depth profiling, must be avoided as much as possible, and it is desired that the life of the filament be as long as possible.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an ion beam apparatus capable of minimizing filament consumption.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is provided with an ion beam apparatus configured to irradiate the gas with electrons generated by the filament to ionize the gas, apply an accelerating voltage to the ion extraction means, and extract the ions from the ion gun. A surface analyzer, wherein the filament is heated and controlled such that an emission current amount when the acceleration voltage is not applied is smaller than an emission current amount when the acceleration voltage is applied. It is.
A second aspect of the present invention is the surface analyzer according to the first aspect, wherein the heating of the filament is controlled so that the emission current amount does not become zero.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 2 is a diagram showing an example of the ion beam device of the present invention.
[0019]
In FIG. 2, reference numeral 5 denotes a vacuum container of the gas ion gun. Argon gas stored in a gas storage chamber 6 is introduced into the vacuum container 5 via a gas flow control valve 7. The gas pressure in the vacuum vessel 5 is measured by a pressure measuring device (not shown), and a gas flow controller (not shown) connected to this pressure measuring device The gas flow control valve 7 is controlled so as to maintain the pressure.
[0020]
In the vacuum vessel 5, a filament 8 for generating electrons, an ionization chamber 9, and an extraction electrode 10 for extracting cations generated in the ionization chamber 9 are arranged.
[0021]
The filament 8 is connected to an emission current controller 11 and to the ionization chamber 9 via an emission power supply 12. Further, the ionization chamber 9 is connected to an extraction electrode 10 maintained at a ground potential via an ion acceleration power supply 13. The emission power supply 12 is connected to an emission power control unit 14, and the ion acceleration power supply 13 is connected to an ion acceleration power control unit 15.
[0022]
An ion beam optical system 16 is disposed downstream of such an ion gun, and the ion beam optical system 16 includes a converging lens, an objective lens, a deflector, and the like. Reference numeral 17 denotes a sample chamber in which a sample 18 is placed. Reference numeral 19 denotes an analyzer such as an Auger electron spectrometer attached to the sample chamber 17.
[0023]
Reference numeral 20 denotes a host computer, and the host computer 20 is connected to the CPU 21 via a bus. The bus is connected to the emission current control unit 11, the emission power control unit 14, the ion acceleration power control unit 15, the analyzer 19, and the memory unit 22 including a ROM and a RAM. The above-described depth profiling analysis program and the like are written in the ROM of the memory unit 22.
[0024]
The apparatus configuration of FIG. 2 has been described above. Next, the operation of this apparatus will be described.
[0025]
As described above, the gas pressure in the vacuum vessel 5 is maintained at a predetermined pressure. In this state, when the operator gives an instruction for depth profiling to the host computer 20, the host computer 20 notifies the CPU 21 that the instruction has been given. Upon receiving this instruction, the CPU 21 sends a control signal to each component based on the depth profiling program written in the ROM of the memory unit 22.
[0026]
The depth profiling program is programmed so that sample analysis and ion etching are performed alternately. The CPU 21 first instructs the analyzer 19 to start analysis. Then, the analyzer 19 starts sample analysis.
[0027]
Further, the CPU 21 sends a signal for turning off the ion acceleration voltage to the ion acceleration power supply control unit 15 so that the sample is not irradiated with the ion beam during the sample analysis. Upon receiving this signal, the ion acceleration power supply control unit 15 controls the ion acceleration power supply 13 so that the ion acceleration voltage becomes 0 V.
[0028]
Further, the CPU 21 sends a control signal for setting the emission current amount to, for example, 0.5 mA to the emission current amount control unit 11 and sets the potential of the filament 8 to a negative potential of several hundred volts with respect to the ionization chamber 9. Is transmitted to the emission power control unit 14.
[0029]
Upon receiving this control signal, the emission current controller 11 heats the filament 8, and the filament 8 generates thermoelectrons. Further, since the emission power supply control unit 14 controls the emission power supply 12 so that the potential of the filament 8 becomes as described above, the thermoelectrons generated in the filament 8 are accelerated toward the ionization chamber 9 and enter the ionization chamber. I do. When the emission current flows between the filament 8 and the ionization chamber 9 in this way, the emission current amount control unit 11 controls the heating amount of the filament 8 so that the emission current amount becomes 0.5 mA.
[0030]
By the way, as will be described later, the emission current amount during ion etching of the sample is usually set to about 20 to 30 mA, and the value of 0.5 mA is a considerably lower value. When the material of the filament is, for example, tungsten, the temperature of the filament is about 2,700 degrees when the emission current is 20 to 30 mA. Thus, when the emission current is 0.5 mA, the filament temperature becomes about 2,500 degrees. , 200 degrees lower. For this reason, the evaporation amount of the filament is considerably reduced as compared with the conventional method, that is, the method in which the same emission current flows during the sample analysis as during the ion etching.
[0031]
Further, when the amount of emission current is reduced in this manner, the ionization rate of the gas in the ionization chamber 9 decreases, and ions are not generated much. For this reason, the amount of the generated cations irradiating the filament is considerably smaller than that of the above-described conventional method. That is, the amount of ion sputtering of the filament is considerably smaller than in the conventional method.
[0032]
When the sample analysis by the analyzer 19 is completed, the CPU 21 sends a control signal to the emission current controller 11 to set the emission current to, for example, 30 mA for ion etching of the sample. The emission current amount control unit 11 receiving this control signal controls the heating amount of the filament 8 so that the emission current amount becomes 30 mA. Due to this increase in the amount of emission current, ionization of the gas in the ionization chamber 9 becomes intense, and many ions are generated.
[0033]
Further, the CPU 21 sends a control signal (a signal for turning on the ion acceleration voltage) for setting the potential of the ionization chamber 9 to a positive potential of several kV with respect to the extraction electrode 10 to the ion acceleration power supply control unit 15. Upon receiving this signal, the ion acceleration power supply control unit 15 controls the ion acceleration power supply 13 so that the potential of the ionization chamber 9 becomes such that the cations generated in the ionization chamber 9 are directed toward the extraction electrode 10. Accelerated.
[0034]
The ions that have passed through the extraction electrode 10 are converged and deflected by the ion beam optical system 16 and irradiate the sample 18. The sample 18 is etched by this irradiation.
[0035]
When such ion etching is performed for a predetermined time, the CPU 21 sends a signal of turning off the ion acceleration voltage to the ion acceleration power supply control unit 15. Upon receiving this signal, the ion acceleration power supply control unit 15 controls the ion acceleration power supply 13 so that the ion acceleration voltage becomes 0 V. By this control, the release of the generated cations from the extraction electrode 10 stops, and the ion etching of the sample 18 ends.
[0036]
Further, the CPU 21 sends a control signal for setting the emission current amount to the above-mentioned 0.5 mA to the emission current amount control unit 11, so that after the ion etching of the sample is completed, the emission current amount becomes 0.5 mA, and the filament temperature becomes lower. It is about 200 degrees lower than before. Even after the ion etching of the sample is completed, the potential of the filament 8 is kept at a negative potential of several hundred volts with respect to the ionization chamber 9.
[0037]
Next, the CPU 21 instructs the analyzer 19 to start analysis. Upon receiving the instruction, the analyzer 19 performs a sample analysis. When the sample analysis is completed, the above-described ion etching and the sample analysis are repeatedly performed a predetermined number of times.
[0038]
As described above, in the apparatus of FIG. 2, the emission current is set to an extremely low value while the ion accelerating voltage is not applied in order to extend the life of the filament. The feature of the present invention is that it is not completely reduced to zero, for the following reason.
[0039]
When the amount of emission current is completely reduced to zero, the filament temperature rapidly decreases to near normal temperature. When the filament is heated again, the filament rapidly expands and contracts due to rapid cooling and heating. By repeating this cycle many times, there is a very high possibility that the filament will be disconnected due to a cause other than consumption by ion sputtering and evaporation of the filament itself, for example, generation of a crack from a specific crystal grain boundary.
[0040]
In the above example, the emission current amount was set to 0.5 mA when the ion acceleration voltage was off, and was set to 30 mA when the ion acceleration voltage was on. However, in the apparatus shown in FIG. Can be set. For example, when the emission current amount can be set between 0.1 and 30 mA in increments of 0.1 mA, when the ion acceleration voltage is not applied, about 0.1 to 1 mA is applied. The value may be set to about 20 to 30 mA when the ion acceleration voltage is applied.
[0041]
Although the apparatus of FIG. 2 has been described above, FIG. 3 shows an example in which a circuit for controlling the amount of emission current and on / off of ion etching is configured by an analog circuit.
[0042]
In FIG. 3, the filament 23 is connected to the emission current control unit 24. The emission current amount control unit 24 includes a reference resistor R 1 for determining the emission current amount I 1 when no ion acceleration voltage is applied, and an emission current amount I 2 (I 2 > I 1 ) when the ion acceleration voltage is applied. a reference resistor R 2 that determines the, the selector switch a is connected to switch any of those of the reference resistor on the other hand with, and a feedback control circuit 25. The feedback control circuit 25 is connected to the changeover switch A, the feedback control circuit 25, as the emission current flowing between the filament 23 and the ionization chamber 26 becomes the I 1 or I 2, the heating filament 23 It controls the current.
[0043]
Further, the filament 23 is connected to the ionization chamber 26 via an emission power supply 27. Further, the ionization chamber 26 is connected to an ion acceleration voltage generation circuit 28, and the ion acceleration voltage generation circuit 28 is connected to a changeover switch B. The changeover switch B is switched and connected to one of the ion acceleration voltage value setting reference resistor R0 and the ground electrode E.
[0044]
In such a configuration, at the time of sample analysis, the changeover switch B is connected to the ground electrode E side, and by this connection, the ion acceleration voltage generation circuit 28 applies the acceleration voltage between the ionization chamber 26 and the extraction electrode (not shown). Do not apply.
[0045]
Further, the changeover switch A is configured to be switched in conjunction with the switching of the changeover switch B, the selector switch A is connected to a reference resistor R 1 side as shown by a dotted line in FIG. With this connection, the feedback control circuit 25 heats the filament 23 so that the emission current amount becomes, for example, 0.5 mA.
[0046]
On the other hand, at the time of ion etching of the sample, the changeover switch B is connected to the reference resistor R0 side. With this connection, the ion acceleration voltage generation circuit 28 causes the ion acceleration voltage to be applied between the ionization chamber 26 and the extraction electrode (not shown). Apply.
[0047]
Further, the switching of the changeover switch B, the selector switch A is connected to a reference resistor R 2 side as shown by a solid line in FIG. By this connection, the feedback control circuit 25 heats the filament 23 so that the emission current amount becomes, for example, 30 mA.
[0048]
Even with such an analog circuit, the emission current amount is set to an extremely low value while the ion acceleration voltage is not applied, and the life of the filament can be extended.
[0049]
By the way, in the above-described example, since the emission current amount control section performs the feedback control, it is necessary to apply the electron acceleration voltage between the filament and the ionization chamber even when the ion acceleration voltage is off. That is, when the electron acceleration voltage is turned off, the emission current stops flowing, and the emission current amount control unit heats the filament more than necessary.
[0050]
However, if the emission current is prevented from flowing when the ion acceleration voltage is turned off, ionization of the gas is not performed, and ion sputtering of the filament due to cations can be suppressed.
[0051]
Therefore, a filament heating control unit is provided separately from the emission current amount control unit, and when the ion acceleration voltage is turned off, the application of the electron acceleration voltage is stopped, and the filament heating amount is controlled by the filament heating control unit to control the ion acceleration voltage. What is necessary is just to make it less than at the time of ON. When the electron acceleration voltage is off, the control of the emission current amount control unit is interrupted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view for explaining a gas ion gun.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the ion beam device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the ion beam device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Filament, 2 ... Grid, 3 ... Ion extraction electrode, 4 ... Magnet, 5 ... Vacuum container, 6 ... Gas storage chamber, 7 ... Gas flow control valve, 8 ... Filament, 9 ... Ionization chamber, 10 ... Extraction electrode 11: emission current amount control unit, 12: emission power supply, 13: ion acceleration power supply, 14: emission power supply control unit, 15: ion acceleration power supply control unit, 16: ion beam optical system, 17: sample chamber, 18: sample, 19 ... analyzer, 20 ... host computer, 21 ... CPU, 22 ... memory section, 23 ... filament, 24 ... emission current control section, 25 ... feedback control circuit, 26 ... ionization chamber, 27 ... emission power supply, 28 ... ion accelerating voltage generating circuit, A, B ... changeover switch, R 1, R 2, R 0 ... reference resistance, E ... ground electrode

Claims (2)

フィラメントで発生した電子をガスに照射することによりガスをイオン化し、イオン引出手段に加速電圧を印加してイオンをイオン銃から取り出すように構成したイオンビーム装置を備えた表面分析装置であって、前記加速電圧が印加されていない時のエミッション電流量が、加速電圧が印加されている時のエミッション電流量より少なくなるように、前記フィラメントが加熱制御される表面分析装置。 A surface analyzer equipped with an ion beam device configured to irradiate the gas with electrons generated by a filament to ionize the gas, apply an accelerating voltage to the ion extraction means, and extract ions from the ion gun, A surface analyzer in which the filament is heated and controlled such that an emission current amount when the acceleration voltage is not applied is smaller than an emission current amount when the acceleration voltage is applied . エミッション電流量がゼロにならないように、前記フィラメントが加熱制御されることを特徴とした請求項1に記載した表面分析装置。2. The surface analyzer according to claim 1, wherein the heating of the filament is controlled so that the emission current does not become zero.
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