JPH03289034A - 液体金属イオン源の安定化操作方法 - Google Patents

液体金属イオン源の安定化操作方法

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JPH03289034A
JPH03289034A JP2091241A JP9124190A JPH03289034A JP H03289034 A JPH03289034 A JP H03289034A JP 2091241 A JP2091241 A JP 2091241A JP 9124190 A JP9124190 A JP 9124190A JP H03289034 A JPH03289034 A JP H03289034A
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    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
〔発明の概要〕
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。
〔従来の技術〕
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。イオン源はりサーバー1.フイラメントヒー
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2it検出装置10を通して検
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
ハックされている。
〔発明が解決しようとする課題〕
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(al、 Cbl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
住し、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fal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
の際起こるスバ。
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し、安定したイオンビームが得
られないばかりでなく、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r J、Appl、phys、513
453−3455 (’80) Jにあるように、低エ
ミツシヨン電流(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
存利である。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、イオン加速電圧が数KVから
数+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
エミツシヨ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。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、長期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。
〔作用〕
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。
〔実施例〕
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ii:fL0.1〜1
0μA、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。
第3図に安定動作時(図2のAt+TJ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。
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−T特性が第3図Bの状態からAの状態へ移ってい(
。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−T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。
〔発明の効果〕
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
然に防くことができる。
【図面の簡単な説明】
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(屹山3は液体金属イオン源
のフィードハ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。 モニターを流検出装置 エミッション電流検出装置 加速電圧制御装置 金属針 液体金属 以上

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)先端を鋭く尖らせた金属針と前記針表面へ液体金
    属を供給するためのリザーバーとそれらを加熱する手段
    と、前記金属針に対応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
    電極の間に電圧を印加する手段を備えた液体金属イオン
    源の制御装置において、前記加熱手段を用いて通常の動
    作温度条件よりも高温にある期間保つことにより、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
    ン源の安定化操作方法。
  2. (2)請求項1の液体金属イオン源の安定化操作方法と
    、同時にあるいは独立に、液体金属イオン源の通常の動
    作条件よりも多くのイオンを引き出すようにある期間引
    き出し電極と金属針の間に電圧を印加する液体金属イオ
    ン源の安定化操作方法。
  3. (3)請求項1または2の記載の安定化操作における温
    度がイオン源部において200℃を超える温度であるこ
    とを特徴とする液体金属イオン源の安定化操作方法。
  4. (4)請求項1ないし3記載の安定化操作におけるイオ
    ンを引き出す量が20μAを超える量であることを特徴
    とする液体金属イオン源の安定化操作方法。
  5. (5)請求項1ないし4記載の安定化操作を定期的に行
    うことを特徴とする液体金属イオン源の安定化操作方法
  6. (6)請求項1ないし5記載の安定化操作を引き出し電
    圧、またはイオンのエミッション量の経時変化をモニタ
    ーしつつ、その変化に応じて適宜行うことを特徴とする
    液体金属イオン源の安定化操作方法。
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