JPH0369137B2 - - Google Patents

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JPH0369137B2
JPH0369137B2 JP57187784A JP18778482A JPH0369137B2 JP H0369137 B2 JPH0369137 B2 JP H0369137B2 JP 57187784 A JP57187784 A JP 57187784A JP 18778482 A JP18778482 A JP 18778482A JP H0369137 B2 JPH0369137 B2 JP H0369137B2
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JP
Japan
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ion source
ion
filament
auxiliary electrode
electron
Prior art date
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JP57187784A
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Japanese (ja)
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JPS5978431A (en
Inventor
Hifumi Tamura
Tooru Ishitani
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5978431A publication Critical patent/JPS5978431A/en
Publication of JPH0369137B2 publication Critical patent/JPH0369137B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
    • H01J2237/0807Gas field ion sources [GFIS]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン源材料を加熱して表面電離また
は電界電離させ高電界を介してイオンビームを引
出す電子衝撃、電界放出形のイオン源装置に関す
るもので、例えば、LSI(大規模集積回路)にお
けるサブミクロン構造の製作や二次イオン質量分
析におけるサブミクロン計測などに使用できる。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an electron impact or field emission type ion source device that heats an ion source material to perform surface ionization or electric field ionization and extracts an ion beam through a high electric field. For example, it can be used for fabricating submicron structures in LSI (large scale integrated circuits) and submicron measurements in secondary ion mass spectrometry.

〔従来技術〕[Prior art]

イオンビームを利用したサブミクロン計測及び
加工が微細構造製作技術分野に広く使われるよう
になつてきたが、このような応用分野に対して用
いるイオン源装置として、従来、低圧の気体雰囲
気中で放電プラズマを発生させ、このプラズマ空
間に引出電界をかけてイオンを引出すようにし
た、いわゆる、プラズマイオン銃がある。
Submicron measurement and processing using ion beams has come to be widely used in the field of microstructure fabrication technology, but conventional ion source devices used in such application fields have been based on electric discharge in a low-pressure gas atmosphere. There is a so-called plasma ion gun that generates plasma and applies an extraction electric field to the plasma space to extract ions.

しかし上記方式のイオン源には、(1)イオン源と
しての輝度が低い、(2)イオン源としての光源の大
きさが大きい、(3)イオン種に制限がある、(4)単一
金属イオン種の取出しが困難である、等の不都合
点があつた。
However, the above-mentioned ion sources have (1) low brightness as an ion source, (2) large size of the light source as an ion source, (3) limitations on ion species, and (4) single metals. There were disadvantages such as difficulty in extracting ionic species.

これに対処して本発明らは、先に、イオン源材
料を電子衝撃することで加熱して表面電離または
電界電離させ、高電界を介してイオンビームを引
出す電子衝撃、電界放出形のイオン源装置を提案
した(特願昭57−108338号参照)。その一例を第
1図によつて説明する。第1図において、1はイ
オン源材料、2はエミタチツプ、3は坩堝であ
る。坩堝3は高融点でかつ反応性の小さい材料で
作られ、先端を尖らせた丸棒状のエミツタチツプ
2を同軸状に保持しており、坩堝3の下端面壁に
はチツプ2の先端を外部に貫通させる開口があけ
てあり、坩堝の内部の下部、チツプ2の先端部外
周、にイオン源材料1が装填されている。チツプ
2には熱抵抗を大きくするためのくびれ(細径
部)が設けてあり、また、チツプ2の軸合せ用と
して中空円板4が1個あるいは複数個(1個だけ
図示)取付けられる。これらの1,2,3,4で
イオン源材料保持部を構成している。
In response to this, the present inventors have developed an ion source using an electron impact or field emission type, in which the ion source material is first heated by electron bombardment to cause surface ionization or electric field ionization, and an ion beam is extracted through a high electric field. proposed a device (see Japanese Patent Application No. 108338/1983). An example of this will be explained with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is an ion source material, 2 is an emitter chip, and 3 is a crucible. The crucible 3 is made of a material with a high melting point and low reactivity, and coaxially holds an emitter chip 2 in the shape of a round bar with a pointed tip. The ion source material 1 is loaded into the lower part of the interior of the crucible and the outer periphery of the tip of the chip 2. The chip 2 is provided with a constriction (a narrow diameter part) for increasing thermal resistance, and one or more hollow discs 4 (only one is shown) are attached for axial alignment of the chip 2. These 1, 2, 3, and 4 constitute an ion source material holding section.

5はチツプ2を下方より電子衝撃するための電
子線を放出するフイラメント、6はその加熱電
源、7はフイラメント5を取り囲むように配置さ
れ、フイラメント5の一端と電気的に接続され
て、フイラメント5からの放出電子線の軌道を補
正する補助電極、8はこの補助電極7とチツプ2
との間に電圧を印加してフイラメント5からチツ
プ2への電子線10を加速するとともにチツプ2
からイオンビーム11を引出す加速電源、12は
補助電極7の下方に設けられてイオンビーム11
を加速するイオンビーム加速電極、9はこの加速
電極12と補助電極7との間にイオンビーム加速
電圧を印加するイオンビーム加速電源である。
5 is a filament that emits an electron beam to bombard the chip 2 with electrons from below; 6 is a heating power source; 7 is arranged to surround the filament 5 and is electrically connected to one end of the filament 5; An auxiliary electrode 8 corrects the trajectory of the emitted electron beam from the auxiliary electrode 7 and the chip 2.
A voltage is applied between the filament 5 and the chip 2 to accelerate the electron beam 10 from the filament 5 to the chip 2.
An acceleration power source 12 is provided below the auxiliary electrode 7 to extract the ion beam 11 from the ion beam 11.
An ion beam accelerating electrode 9 is an ion beam accelerating power source that applies an ion beam accelerating voltage between the accelerating electrode 12 and the auxiliary electrode 7.

以上のような構成を備えた第1図従来装置は次
のように動作する。まず、加熱電源6によりフイ
ラメント5を加熱し、次に加速電源8によりチツ
プ2と補助電極7との間に電圧を印加する。その
結果、フイラメント5より放出された電子線10
はチツプ2の先端部に照射され、チツプ2の先端
部が加熱される。チツプ2の先端部が加熱される
と熱伝導によりイオン源材料1が加熱され、そし
て溶解され、チツプ先端にイオン源材料1が連続
的に供給されるようになる。一方、チツプ2の先
端は加熱されており、イオン源1がイオン化し、
これがイオンビーム11として引出されることに
なる。
The conventional device shown in FIG. 1 having the above configuration operates as follows. First, the filament 5 is heated by the heating power source 6, and then a voltage is applied between the chip 2 and the auxiliary electrode 7 by the acceleration power source 8. As a result, the electron beam 10 emitted from the filament 5
is irradiated onto the tip of the tip 2, and the tip of the tip 2 is heated. When the tip of the tip 2 is heated, the ion source material 1 is heated and melted by thermal conduction, and the ion source material 1 is continuously supplied to the tip of the tip. On the other hand, the tip of the chip 2 is heated, and the ion source 1 is ionized.
This will be extracted as an ion beam 11.

このような電子衝撃、電界放出形のイオン源と
することにより、プラズマイオン銃方式のイオン
源装置での前述した諸不都合点は解除されるが、
しかし、電子衝撃、電界放出形のイオン源装置に
も、なお、次のような問題点が残つていた。即
ち、フイラメント加熱温度の変動や、坩堝内の雰
囲気ガスの影響などに伴つてイオンビーム電流が
変動するという問題である。
By using such an electron impact or field emission type ion source, the aforementioned disadvantages of the plasma ion gun type ion source device can be overcome; however,
However, the following problems still remain with electron impact and field emission type ion source devices. That is, the problem is that the ion beam current fluctuates due to fluctuations in filament heating temperature, the influence of atmospheric gas in the crucible, and the like.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、電子衝撃、電界放出形のイオ
ン源装置における上記した問題点を解決し、フイ
ラメント加熱温度の変動や、雰囲気ガスの影響な
どに対してイオン電流を安定化することのできる
イオン源装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems in electron impact and field emission type ion source devices, and to provide an ion source that can stabilize the ion current against fluctuations in filament heating temperature and the effects of atmospheric gas. The objective is to provide a source device.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴は、電子衝撃、電界放出形のイオ
ン源装置において、補助電極とイオン源部との間
に制御電極を設け、この制御電極と補助電極との
間を半固定バイアス電源を介して電気的に接続
し、かつ、この接続点とイオン源部とを加熱電源
を介して接続する接続線途中にセルフバイアス抵
抗を配置する構成とするにある。
A feature of the present invention is that in an electron impact or field emission type ion source device, a control electrode is provided between an auxiliary electrode and an ion source section, and a semi-fixed bias power source is connected between the control electrode and the auxiliary electrode. A self-bias resistor is arranged in the middle of a connection line that is electrically connected and connects this connection point and the ion source via a heating power source.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第2図により本発明の一実施例を説明する。こ
れは、制御電極と補助電極との間を、半固定バイ
アス電源を介して電気的に接続し、この接続点と
チツプとの間を電気接続する接続線中にセルフバ
イアス抵抗を配置する構成となつている。すなわ
ち、第2図において、13はチツプ2と補助電極
7との間に追加設置される制御電極で、この制御
電極13が半固定バイアス電源15を介して補助
電極7にと電気的に接続されており、この接続点
と加速電源8とを接続する接続線途中にセルフバ
イアス抵抗14が挿入配置されている。その他の
符号は第1図従来装置の場合と同じ部品には同じ
符号が用いてある。
An embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. This is a configuration in which the control electrode and the auxiliary electrode are electrically connected via a semi-fixed bias power supply, and a self-bias resistor is placed in the connection line that electrically connects this connection point and the chip. It's summery. That is, in FIG. 2, 13 is a control electrode additionally installed between the chip 2 and the auxiliary electrode 7, and this control electrode 13 is electrically connected to the auxiliary electrode 7 via the semi-fixed bias power supply 15. A self-bias resistor 14 is inserted in the middle of the connection line connecting this connection point and the acceleration power source 8. The same reference numerals are used for the other parts as in the conventional device shown in FIG.

第2図実施例装置において、坩堝3にイオン源
材料1を装填し、フイラメント5を加熱電源6に
より加熱し、チツプ2の後端部に加速電源8から
の電子加速電圧を印加し、チツプ先端部を電子線
10により加熱し、イオン源材料1を加熱された
チツプ先端部からの熱伝導により加熱、溶融さ
せ、その結果、チツプ先端より高輝度のイオンビ
ームを放出させるまでの動作は、第1図従来装置
の場合と同じである。
In the apparatus of the embodiment shown in FIG. 2, the ion source material 1 is loaded into the crucible 3, the filament 5 is heated by the heating power source 6, the electron acceleration voltage from the acceleration power source 8 is applied to the rear end of the chip 2, and the tip of the chip is heated. The operation of heating the ion source material 1 with the electron beam 10, heating and melting the ion source material 1 by heat conduction from the heated chip tip, and emitting a high-intensity ion beam from the chip tip is as follows. Figure 1 is the same as the conventional device.

第2図実施例で追加設置された制御電極13及
びセルフバイアス抵抗14、半固定バイアス電源
15は次のように機能する。いま、チツプ2が電
子線10の照射を受けてイオンビーム11が放出
されている状態を想定する。この状態でフイラメ
ントからの電子流10によりチツプ2の温度が変
化し、その結果として放出イオン電流iが±Δi
だけ変化してi±Δiとなると、この電流は抵抗
値rを持つバイアス抵抗14を流れ、その電圧変
化分±Δv=±Δi・rだけ、チツプ2に対する制
御電極13の電位が制御的(ネガテイブ・バイア
ス)に働く。即ち、イオン電流iが、例えば増加
する方向に変化するとチツプ2と制御電極13と
の間の電位差がΔvだけ、電流iが流れるときに
比較して大きくなり、その結果としてイオンビー
ム11として引出される電流を源少させ、イオン
電流の安定化が達成される。なお、抵抗値rを可
変とし、これを変化させることにより、セルフバ
イアスの効き方を任意に調節できるようになり、
これによりイオン電流値を変えることも可能とな
る。さらに、半固定バイアス電源15が配置され
ていることにより、イオン電流iのレベルを大幅
に変えることができ、しかも、各電流レベルにお
いて、バイアス抵抗14によりイオン電流を安定
化することが可能となる。なお、この場合の半固
定バイアス電源15としては、例えば、固定電圧
の電池の両端をポテンシヨメータ式の抵抗で接続
し、このポテンシヨメータの摺動接点から取出さ
れる可変電圧源を用いることができる。
The control electrode 13, self-bias resistor 14, and semi-fixed bias power supply 15 additionally installed in the embodiment of FIG. 2 function as follows. Now, assume that the chip 2 is being irradiated with an electron beam 10 and an ion beam 11 is being emitted. In this state, the temperature of the chip 2 changes due to the electron flow 10 from the filament, and as a result, the emitted ion current i increases ±Δi
When the current changes by i±Δi, this current flows through the bias resistor 14 having a resistance value r, and the potential of the control electrode 13 with respect to the chip 2 becomes controlled (negative) by the voltage change ±Δv=±Δi・r.・Bias) That is, when the ion current i changes, for example, in an increasing direction, the potential difference between the chip 2 and the control electrode 13 increases by Δv compared to when the current i flows, and as a result, the ion beam 11 is extracted. Stabilization of the ion current is achieved by reducing the current flowing to the source. In addition, by making the resistance value r variable and changing it, it becomes possible to arbitrarily adjust the effectiveness of the self-bias.
This also makes it possible to change the ion current value. Furthermore, by arranging the semi-fixed bias power supply 15, the level of the ion current i can be changed significantly, and moreover, the ion current can be stabilized by the bias resistor 14 at each current level. . In this case, as the semi-fixed bias power supply 15, for example, a variable voltage source connected to both ends of a fixed voltage battery with a potentiometer type resistor and taken out from the sliding contact of this potentiometer may be used. I can do it.

このように第2図実施例によれば、従来装置に
制御電極13とバイアス抵抗14と半固定バイア
ス電源15を追加するだけの構成で従来装置での
問題点であつたイオン電流の不安定性を解除する
ことができ、さらに、イオン電流のレベルを任意
に変えることができ、しかも、各電流レベルにお
いてイオン電流の安定化を達成できるようにな
る。
As described above, according to the embodiment shown in FIG. 2, the instability of the ion current, which was a problem with the conventional device, can be solved by simply adding the control electrode 13, bias resistor 14, and semi-fixed bias power supply 15 to the conventional device. Furthermore, the level of the ion current can be changed arbitrarily, and stabilization of the ion current can be achieved at each current level.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、電子衝撃、電界放出形のイオ
ン源装置としての前述した効果に加えて、さら
に、 (1) 従来構成に僅かの部品を追加するだけの簡単
な構成であるので低コストの装置とすることが
でき、これによりイオン電流を安定化すること
ができ、 (2) さらに半固定バイアス電源を追加する構成と
すれば、イオン電流の大幅な可変ができ、か
つ、各電流レベルにおいてイオン電流の安定化
が達成できる、という効果がある。具体的効果
の一例を挙げると、イオン源材料1として単体
金属のInあるいはAuを用い第2図実施例構成
で放出されるイオンIn+あるいはAu+の電流を
実測した結果、第1図従来構成でのイオン電流
に比較してその安定度を約一桁向上させること
ができた。
According to the present invention, in addition to the above-mentioned effects as an electron impact and field emission type ion source device, (1) the present invention has a simple configuration that only requires adding a few parts to the conventional configuration, resulting in low cost; (2) If a semi-fixed bias power supply is added, the ion current can be greatly varied, and the ion current can be stabilized at each current level. This has the effect of stabilizing the ionic current. To give an example of a specific effect, as a result of actually measuring the current of ions In + or Au + emitted in the embodiment configuration shown in Figure 2 using a single metal In or Au as the ion source material 1, we found that We were able to improve the stability by about an order of magnitude compared to the ion current at

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来装置の配置構成図、第2図は本発
明の一実施例の配置構成図である。 符号の説明、1…イオン源材料、2…エミツタ
チツプ、3…坩堝、4…中空円板、5…フイラメ
ント、6…加熱電源、7…補助電極、8…電子加
速電源、9…イオン加速電源、10…電子線、1
1…イオンビーム、12…イオン加速電極、13
…制御電極、14…セルフバイアス抵抗、15…
半固定バイアス電源。
FIG. 1 is a layout diagram of a conventional device, and FIG. 2 is a layout diagram of an embodiment of the present invention. Explanation of symbols, 1... Ion source material, 2... Emitter chip, 3... Crucible, 4... Hollow disk, 5... Filament, 6... Heating power source, 7... Auxiliary electrode, 8... Electron acceleration power source, 9... Ion acceleration power source, 10...electron beam, 1
1... Ion beam, 12... Ion accelerating electrode, 13
...Control electrode, 14...Self bias resistance, 15...
Semi-fixed bias power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオン源材料をエミツタチツプと共に坩堝内
に保持してなるイオン源部と、 イオン源部を電子衝撃して加熱するための電子
線を放出するフイラメントと、 このフイラメントを取り囲むように設けられて
放出電子線の軌道を規制する補助電極と、 この補助電極とイオン源部間に電圧を印加して
電子線を加速する加速電源と、 を備えてイオンビームを引出す電子衝撃、電界放
出形のイオン源において、 補助電極とイオン源部との間に制御電極を設
け、 この制御電極と上記補助電極との間を半固定バ
イアス電源を介して電気的に接続し、 かつ、この接続点とイオン源部とを上記加速電
源を介して接続する接続線途中にセルフバイアス
抵抗を配置した ことを特徴とする電子衝撃、電界放出形イオン
源。
[Scope of Claims] 1. An ion source section that holds an ion source material together with an emitter chip in a crucible, a filament that emits an electron beam to heat the ion source section by electron bombardment, and a filament that surrounds the filament. an auxiliary electrode provided on the ion source to regulate the trajectory of the emitted electron beam; an acceleration power source that applies voltage between the auxiliary electrode and the ion source to accelerate the electron beam; and an electron impact and electric field for extracting the ion beam. In the emission type ion source, a control electrode is provided between the auxiliary electrode and the ion source section, and this control electrode and the auxiliary electrode are electrically connected via a semi-fixed bias power source, and this connection An electron impact and field emission type ion source characterized in that a self-bias resistor is disposed in the middle of a connecting line connecting a point and an ion source section via the acceleration power source.
JP18778482A 1982-10-26 1982-10-26 Electron impact, field emission type ion source Granted JPS5978431A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5222991A (en) * 1975-08-15 1977-02-21 Hitachi Ltd Method of controlling plasma type ion source

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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5222991A (en) * 1975-08-15 1977-02-21 Hitachi Ltd Method of controlling plasma type ion source

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