JPH0116531B2 - - Google Patents
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- JPH0116531B2 JPH0116531B2 JP14362982A JP14362982A JPH0116531B2 JP H0116531 B2 JPH0116531 B2 JP H0116531B2 JP 14362982 A JP14362982 A JP 14362982A JP 14362982 A JP14362982 A JP 14362982A JP H0116531 B2 JPH0116531 B2 JP H0116531B2
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電界電離イオン源に関し、特に安定な
ガスイオンを発生させることができるイオン源に
関する。
ガスイオンを発生させることができるイオン源に
関する。
近年サブミクロン以下に細く集束したイオンビ
ームの応用は、液体金属イオン源が開発されて以
来半導体工業等の分野で急速に高まつている。し
かし、液体金属イオン源では得られるイオン種に
制限があり、特にAr（アルゴン）、N2（チツソ）
等の不活性ガスやH2（水素）、O2（酸素）のイオン
ビームを得る場合には液体金属イオン源よりガス
相の電界電離イオン源が適合している。このガス
相の電界電離型イオン源は、10-3Torr程度のガ
ス中で、その先端部が数100Å〜1000Å程度にエ
ツヂングされた金属の尖端に数100MV／cmの強
電界を加えるように構成している。その結果、該
金属尖端近傍のガス分子は電界電離現象によりイ
オンと電子に分離され、分離したイオンがイオン
ビームとして取り出される。ところで、このよう
なイオン源において発生するイオンビーム電流ｉ
は次に示す通りガスの圧力Ｐと温度Ｔとの関数と
なつている。
ームの応用は、液体金属イオン源が開発されて以
来半導体工業等の分野で急速に高まつている。し
かし、液体金属イオン源では得られるイオン種に
制限があり、特にAr（アルゴン）、N2（チツソ）
等の不活性ガスやH2（水素）、O2（酸素）のイオン
ビームを得る場合には液体金属イオン源よりガス
相の電界電離イオン源が適合している。このガス
相の電界電離型イオン源は、10-3Torr程度のガ
ス中で、その先端部が数100Å〜1000Å程度にエ
ツヂングされた金属の尖端に数100MV／cmの強
電界を加えるように構成している。その結果、該
金属尖端近傍のガス分子は電界電離現象によりイ
オンと電子に分離され、分離したイオンがイオン
ビームとして取り出される。ところで、このよう
なイオン源において発生するイオンビーム電流ｉ
は次に示す通りガスの圧力Ｐと温度Ｔとの関数と
なつている。
ｉ∝Pr2F2／T3/2
ここにおいてＰはガス圧力、ｒは先端の径、Ｆ
は電界強度である。上式から判るようにイオンビ
ーム電流ｉは、ガス圧力Ｐ、先端の径と電界の２
乗（r2F2）に比例し、温度の3/2乗に反比例する。
従つて、このイオン化の原理を用いて安定なイオ
ンビームを得ようとすると特にガス圧力Ｐと温度
Ｔを一定に制御する必要がある。ここで、温度は
高輝度のイオンビームを得るために液体窒素温度
で動作させるので一定に保てるが、ガス圧力Ｐは
該金属の先端部近傍で測定することは難しい。ガ
ス圧Ｐは測定制度も悪く又圧力の変動もありイオ
ンビームの安定な制御が難しかつた。又、斯種の
イオン源は、イオンビームが発生している時に生
ずる数ＫHz前後の比較的周波数の高いエミツシヨ
ンノイズがあり、これらがイオンビームの安定化
を妨げる要因となつていた。
は電界強度である。上式から判るようにイオンビ
ーム電流ｉは、ガス圧力Ｐ、先端の径と電界の２
乗（r2F2）に比例し、温度の3/2乗に反比例する。
従つて、このイオン化の原理を用いて安定なイオ
ンビームを得ようとすると特にガス圧力Ｐと温度
Ｔを一定に制御する必要がある。ここで、温度は
高輝度のイオンビームを得るために液体窒素温度
で動作させるので一定に保てるが、ガス圧力Ｐは
該金属の先端部近傍で測定することは難しい。ガ
ス圧Ｐは測定制度も悪く又圧力の変動もありイオ
ンビームの安定な制御が難しかつた。又、斯種の
イオン源は、イオンビームが発生している時に生
ずる数ＫHz前後の比較的周波数の高いエミツシヨ
ンノイズがあり、これらがイオンビームの安定化
を妨げる要因となつていた。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものでイオ
ン化を行う真空室内に配置した針状部材の先端部
に強電界を形成する手段と、該室内に流量調整手
段を通してイオン化ガスを供給する手段を備えた
イオン源において、該針状部材の先端部から発生
したイオンビーム量を実質的に検出する手段を設
け、該検出手段からの信号の低周波変動成分に基
づいて該イオン化ガス流量調整手段を制御するた
めの負帰還回路を設けたことを特徴としている。
ン化を行う真空室内に配置した針状部材の先端部
に強電界を形成する手段と、該室内に流量調整手
段を通してイオン化ガスを供給する手段を備えた
イオン源において、該針状部材の先端部から発生
したイオンビーム量を実質的に検出する手段を設
け、該検出手段からの信号の低周波変動成分に基
づいて該イオン化ガス流量調整手段を制御するた
めの負帰還回路を設けたことを特徴としている。
以下図面を用いて本発明を詳述する。
図面は本発明の一実施例装置で、図中１はイオ
ン化を行う真空に保たれたイオン化室である。該
イオン化室１内には熱伝導の良好な材料で形成さ
れた支柱２，３が配置され、支柱２に支持された
尖鋭な先端部を有する例えばタングステン線より
なるエミツタチツプ４が設けられ、又支柱３は引
き出し電極５に接続されている。該支柱２，３は
イオン化室上部に配置された絶縁碍子６を貫通
し、該碍子６の上部の内部に液体窒素の如き冷媒
７が入れられた冷却槽８の内部まで突出してい
る。９は例えばアルゴンガスが封入されたガスボ
ンベであり、該ガスボンベ９からのアルゴンガス
は制圧弁１０、ガス流量調整弁１１、テフロン製
のガス導入管１２及び接続弁１３を通つてガス放
出管１４よりイオン化室１内に導入される。該イ
オン化室１内のガス圧は差動排気により電界イオ
ン化現象に適当な約10-3Torrに保たれている。
イオン加速電圧と引き出し電圧は、高圧ケーブル
１５によつて電源１６より印加される。１７はコ
ンデンサーレンズ、１８はビーム軸上に設けられ
たビーム電流検出電極で、該電極１８により一部
検出されたビーム電流は制御回路１９に入力され
る。制御回路１９は、電流−電圧変換回路１９
ａ、高周波応答アンプ１９ｂ、低周波応答アンプ
１９ｃ等から構成され、ビーム電流によつて１９
ｄは高周波変動成分により電源１６内の引き出し
電圧を負帰還制御すると共に、１９ｃは低周波変
動成分により流量制御装置２０を介してガス流量
調整弁１１を負帰還制御する。２１はアライメン
ト電極であり、２２は集束用対物レンズで、対物
レンズ２２を通過したイオンビームは絞り２３に
よつて絞られ、静電型偏向電極２４によつて走査
されて試料２５上に照射される。２６は真空容器
２７内を10-5Torr程度に保持する真空ポンプで
ある。
ン化を行う真空に保たれたイオン化室である。該
イオン化室１内には熱伝導の良好な材料で形成さ
れた支柱２，３が配置され、支柱２に支持された
尖鋭な先端部を有する例えばタングステン線より
なるエミツタチツプ４が設けられ、又支柱３は引
き出し電極５に接続されている。該支柱２，３は
イオン化室上部に配置された絶縁碍子６を貫通
し、該碍子６の上部の内部に液体窒素の如き冷媒
７が入れられた冷却槽８の内部まで突出してい
る。９は例えばアルゴンガスが封入されたガスボ
ンベであり、該ガスボンベ９からのアルゴンガス
は制圧弁１０、ガス流量調整弁１１、テフロン製
のガス導入管１２及び接続弁１３を通つてガス放
出管１４よりイオン化室１内に導入される。該イ
オン化室１内のガス圧は差動排気により電界イオ
ン化現象に適当な約10-3Torrに保たれている。
イオン加速電圧と引き出し電圧は、高圧ケーブル
１５によつて電源１６より印加される。１７はコ
ンデンサーレンズ、１８はビーム軸上に設けられ
たビーム電流検出電極で、該電極１８により一部
検出されたビーム電流は制御回路１９に入力され
る。制御回路１９は、電流−電圧変換回路１９
ａ、高周波応答アンプ１９ｂ、低周波応答アンプ
１９ｃ等から構成され、ビーム電流によつて１９
ｄは高周波変動成分により電源１６内の引き出し
電圧を負帰還制御すると共に、１９ｃは低周波変
動成分により流量制御装置２０を介してガス流量
調整弁１１を負帰還制御する。２１はアライメン
ト電極であり、２２は集束用対物レンズで、対物
レンズ２２を通過したイオンビームは絞り２３に
よつて絞られ、静電型偏向電極２４によつて走査
されて試料２５上に照射される。２６は真空容器
２７内を10-5Torr程度に保持する真空ポンプで
ある。
以上の如く構成された装置において、チツプ４
と引き出し電極５の間に引き出し電圧が印加され
ると、該エミツタチツプ４の先端部近傍に数
100Mv／cmもの強電界が形成される。この強電
界は、チツプ先端部近傍のガス分子（本実施例に
おいてはアルゴンガス）が電界電離現象によつて
イオンと電子ｅに分離され、そのイオンがイオン
ビームとなつて取り出される。このイオンビーム
は加速されてイオンビーム電流ｉとしてビーム電
流検出電極１８より検出されるが、該電流ｉには
ガス圧力Ｐによる低周波の変動成分とイオンビー
ムが発生、加速される時に生ずる比較的周波数の
高い変動成分が含まれている。ところで、イオン
ビーム電流ｉは前述の如く ｉ∝Pr2F2／T3/2 によつて決定されるが、本実施例において温度Ｔ
は、冷媒７の液体窒素温度で動作させているため
一定温度に保持され、又エミツタチツプ先端部は
エツチングにより1000Å程度に形成されている。
そのためイオンビーム電流ｉを一定とするために
はガス圧力Ｐ及び電界Ｆを一定となるよう制御す
れば安定したイオンビームを得ることができる。
そこで本発明に基づく一実施例においては、検出
されたイオンビーム電流ｉを制御回路内の電流−
電圧変換回路１９ａにより電圧変換した後、ガス
圧力Ｐによる低周波の変動成分とエミツシヨンノ
イズによる高周波の変動成分とを分離して、それ
ぞれの変動成分に対して補正手段を講じたもので
ある。具体的には、ガス圧力Ｐによる変動成分に
対しては低周波応答アンプ１９ｃにより流量制御
装置２０を介してガス圧力Ｐを一定となる用ガス
流量調整弁１１を制御し、エミツシヨンノイズに
よる高周波変動成分に対しては、高周波応答アン
プ１９ｂにより電源１６内の引き出し電圧を負帰
還制御することによつて該先端部に形成される電
界Ｆを一定に制御するものである。そのため常に
安定したイオンビームを得ることができ、斯種装
置の精度を飛躍的に向上することができる。
と引き出し電極５の間に引き出し電圧が印加され
ると、該エミツタチツプ４の先端部近傍に数
100Mv／cmもの強電界が形成される。この強電
界は、チツプ先端部近傍のガス分子（本実施例に
おいてはアルゴンガス）が電界電離現象によつて
イオンと電子ｅに分離され、そのイオンがイオン
ビームとなつて取り出される。このイオンビーム
は加速されてイオンビーム電流ｉとしてビーム電
流検出電極１８より検出されるが、該電流ｉには
ガス圧力Ｐによる低周波の変動成分とイオンビー
ムが発生、加速される時に生ずる比較的周波数の
高い変動成分が含まれている。ところで、イオン
ビーム電流ｉは前述の如く ｉ∝Pr2F2／T3/2 によつて決定されるが、本実施例において温度Ｔ
は、冷媒７の液体窒素温度で動作させているため
一定温度に保持され、又エミツタチツプ先端部は
エツチングにより1000Å程度に形成されている。
そのためイオンビーム電流ｉを一定とするために
はガス圧力Ｐ及び電界Ｆを一定となるよう制御す
れば安定したイオンビームを得ることができる。
そこで本発明に基づく一実施例においては、検出
されたイオンビーム電流ｉを制御回路内の電流−
電圧変換回路１９ａにより電圧変換した後、ガス
圧力Ｐによる低周波の変動成分とエミツシヨンノ
イズによる高周波の変動成分とを分離して、それ
ぞれの変動成分に対して補正手段を講じたもので
ある。具体的には、ガス圧力Ｐによる変動成分に
対しては低周波応答アンプ１９ｃにより流量制御
装置２０を介してガス圧力Ｐを一定となる用ガス
流量調整弁１１を制御し、エミツシヨンノイズに
よる高周波変動成分に対しては、高周波応答アン
プ１９ｂにより電源１６内の引き出し電圧を負帰
還制御することによつて該先端部に形成される電
界Ｆを一定に制御するものである。そのため常に
安定したイオンビームを得ることができ、斯種装
置の精度を飛躍的に向上することができる。
以上本発明を詳述したが、本発明による電界電
離型イオン源は、イオンビーム電流を安定化する
ために変動する周波数成分を高周波変動成分と低
周波変動成分に分け、高周波変動成分は引き出し
電圧に負帰還をかけて制御し、低周波変動成分に
対してはガス圧力Ｐを制御することにより安定し
たイオンビームを得ることができる。
離型イオン源は、イオンビーム電流を安定化する
ために変動する周波数成分を高周波変動成分と低
周波変動成分に分け、高周波変動成分は引き出し
電圧に負帰還をかけて制御し、低周波変動成分に
対してはガス圧力Ｐを制御することにより安定し
たイオンビームを得ることができる。
尚高周波変動成分について無視できる範囲につ
しては、低周波変動成分であるガス圧力Ｐのみを
制御することにより安定したイオンビームを得る
ことができる。
しては、低周波変動成分であるガス圧力Ｐのみを
制御することにより安定したイオンビームを得る
ことができる。
図面は本発明の一実施例を示す構成略図であ
る。 １：インオ化室、２，３：支柱、４：エミツタ
チツプ、５：引き出し電極、６：絶縁碍子、７：
冷媒、８：冷却槽、９：ガスボンベ、１０：制圧
弁、１１：ガス流量調整弁、１２：ガス導入管、
１３：接続弁、１４：ガス放出管、１５：高圧ケ
ーブル、１６：電源、１７：コンデンサレンズ、
１８：ビーム電流検出電極、１９：制御回路、２
０：流量制御装置、２５：試料、２６：真空ポン
プ、２７：真空容器。
る。 １：インオ化室、２，３：支柱、４：エミツタ
チツプ、５：引き出し電極、６：絶縁碍子、７：
冷媒、８：冷却槽、９：ガスボンベ、１０：制圧
弁、１１：ガス流量調整弁、１２：ガス導入管、
１３：接続弁、１４：ガス放出管、１５：高圧ケ
ーブル、１６：電源、１７：コンデンサレンズ、
１８：ビーム電流検出電極、１９：制御回路、２
０：流量制御装置、２５：試料、２６：真空ポン
プ、２７：真空容器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ イオン化を行う真空室内に配置した針状部材
の先端部に強電界を形成する手段と、該室内に流
量調整手段を通してイオン化ガスを供給する手段
を備えたイオン源において、該針状部材の先端部
から発生したイオンビーム量を実質的に検出する
手段を設け、該検出手段からの信号の低周波変動
成分に基づいて該イオン化ガス流量調整手段を制
御するための負帰還回路を設けたことを特徴とす
る電界電離型イオン源。 ２ イオン化を行う真空室内に配置した針状部材
の先端部に強電界を形成する手段と、該室内に流
量調整手段を通してイオン化ガスを供給する手段
を備えたイオン源において、該針状部材の先端部
から発生したイオンビーム量を実質的に検出する
手段を設け、該検出手段からの信号の低周波変動
成分に基づいて該イオン化ガス流量調整手段を制
御するための負帰還回路と、該検出手段からの信
号の高周波変動成分に基づいて電界強度を制御す
るための負帰還回路を設けたことを特徴とする電
界電離型イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14362982A JPS5932941A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 電界電離型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14362982A JPS5932941A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 電界電離型イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5932941A JPS5932941A (ja) | 1984-02-22 |
| JPH0116531B2 true JPH0116531B2 (ja) | 1989-03-24 |
Family
ID=15343195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14362982A Granted JPS5932941A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 電界電離型イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5932941A (ja) |
-
1982
- 1982-08-18 JP JP14362982A patent/JPS5932941A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5932941A (ja) | 1984-02-22 |
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