JPH04106850A - Ion beam apparatus and cleaning method for the apparatus - Google Patents

Ion beam apparatus and cleaning method for the apparatus

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JPH04106850A
JPH04106850A JP2222607A JP22260790A JPH04106850A JP H04106850 A JPH04106850 A JP H04106850A JP 2222607 A JP2222607 A JP 2222607A JP 22260790 A JP22260790 A JP 22260790A JP H04106850 A JPH04106850 A JP H04106850A
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JP
Japan
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ion
ion beam
beam device
vacuum
sub
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Application number
JP2222607A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kaoru Umemura
馨 梅村
Hiroyasu Shichi
広康 志知
Toru Ishitani
亨 石谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make a long time operation possible by installing a heating means to heat an ion optical part such as a convergent lens, etc., in a vacuum container and putting a valve as well as a cooling means between a sub-vacuum pump and the vacuum container. CONSTITUTION:An ion beam apparatus is composed of a heating means 7 to heat an ion optical part and valves 14, 14' and a cooling means 13 put between a sub-vacuum pump 11 and a vacuum container 2. At the time of not operating an ion source 3, the ion source is prevented from becoming high temperature as much as possible and only the ion optical part such as a convergent lens 4, etc., and an insulator are heated to degas positively and the generated gas are positively adsorbed on the cooling surface of the cooling means 13. After that, the sub-vacuum pump 11 and the vacuum container 2 are shut and the vacuum degree of the vacuum container 2 having the ion source 3 is maintained. Consequently, a long time operation is made possible.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【産業上の利用分野1 本発明は、イオン源から放出したイオンビームを制御し
て試料に照射するイオンビーム装置に係り、特に、イオ
ン光学系部品のイオンやイオン化物質の蒸気による汚れ
をクリーニングするイオンビーム装置及びそのクリーン
グ方法に関する。 【従来の技術】 イオンビーム装置は、イオン源からイオンを放出させ、
ターゲットである試料にイオンビームを照射する装置で
ある。例えば、イオンビームを照射することで試料中に
イオンを注入したり、試料をスパッタエツチング加工を
施したりする半導体素子製造装置や、特にイオンビーム
を非常に細く集束させて試料に照射する集束イオンビー
ム装置。 イオンビームを照射して試料から放出される二次イオン
を質量分析することで試料の組成元素分析を行なう二次
イオン質量分析計など種々の装置を指す。これらイオン
ビーム装置は液体金属イオン源や表面電離型イオン源な
どのイオン源の他に。 イオンビームを所望の箇所に輸送し照射するための集束
レンズ、偏向器、質量分離器などのイオン光学系部品、
またこれらの電気的絶縁を取るための碍子などから成り
立っている。 これらイオンビーム装置におけるイオン化すべき材料(
イオン材料)はイオン源の種類によって異なり、ガス体
であったり、液体、固体であったりする。イオン化の方
式、イオン材料の状態が異なっても、イオンビーム装置
に共通して求められる仕様は、イオンビームを試料の目
的の箇所に如何に(位置的、電流的に)正確に照射する
かである。 これを実現するために、電極を高精度に加工したり、高
精度に8力する電源で電圧を安定供給して、高精度なビ
ーム制御を行なっている。 イオンビーム装置におけるイオン材料として液体や固体
を用いる場合、その材料の蒸気圧が非常に高いとイオン
材料自身の蒸発のために容器内の真空度を悪化させる。 また、イオン材料がガス体でイオン放出部やそれ以外の
箇所からイオン化されていないイオン材料が流出する場
合も容器内の真空度を悪化させる。 イオン源の形式がどのようなものであれ、イオン源を長
時間動作させると、熱蒸発などしたイオン材料が電極な
どの金属部品や絶縁碍子に付着するという問題点を有し
ている。つまり、蒸発したイオン材料は金属部品に付着
してその電気伝導性を阻害したり、逆に、絶縁物に付い
て電気絶縁性を劣化させたりする。このことは、金属部
品の電気導電性が低下することにより、所望の箇所に電
圧が供給されずにイオンビームの集束や偏向能力を低下
させたり、絶縁物の耐圧劣化は所望の電極の電圧バラン
スを崩すことになる。いずれにしても、蒸発したり流出
したイオン材料のイオン光学系への付着は、イオンビー
ムの高精度な制御の観点から好ましくなく避けなければ
ならない。 例えば、装置内部に付着したイオン材料を除去するため
、特開昭61−32940号公報に記載されるように、
イオン加速電極、レンズ系及びイオン源容器の壁など、
を加熱する機構を備えた装置が知られている。 [発明が解決しようとする課題] 液体金属イオン源のイオン材料として用いられるガリウ
ムとセシウムをその融点での蒸気圧で比較すると、両元
素の融点はそれぞれ、29.8゜28.5°Cと殆ど同
じであるのに対し、その時の蒸気圧はほぼ3 X 10
−311. 3 X 10−’(Pa)と約34桁もセ
シウムの蒸気圧が高い。従って、イオンビーム装置にセ
シウムを用いたイオン源を搭載して長時間運転すると、
イオン放出部やイオン材料保持部から蒸発したセシウム
蒸気によって、レンズ系などの金属面のみならず絶縁碍
子にまでセシウム粒子が付着し、耐圧の劣化などの問題
を生しさせていた。 また、表面電離型イオン源からセシウムイオンを発生さ
せる場合には、イオン材料として塩化セシウム、ヨウ化
セシウム等の化合物がよく用いられる。表面電離型イオ
ン源はイオン放出部を10oo’c近くの高温にするた
め、表面電離したイオンの他に、イオン化されずに蒸発
する化合物粒子も多く発生する。このような熱蒸発した
化合物粒子がレンズなどの金属部品に付着すると絶縁膜
となり、電圧の安定供給に支障を来す。たとえば、レン
ズ電極に高電圧を印加する場合、電圧供給用の端子をレ
ンズに点接触させて供給する場合が多いが、このような
端子と電極の接触部に絶縁皮膜が形成されると、電圧が
安定供給されず、所望のイオンビーム制御ができないと
いう問題を引き起こす。 従来の装置に関しては上述の如き観点から、金属部品、
絶縁部品にイオン材料などの蒸発物が付着しにくいよう
な部品の形状上の工夫は見られる。 例えば、直線的に飛来する粒子であれば、絶縁碍子付近
に障壁を設けることで、飛来する粒子の絶縁碍子への汚
染は防ぐことができ、一般によく用いられている。一方
、真空容器中で非直線的に漂う粒子については上述のよ
うな障壁では碍子への付着は避けることができない。 また、液体金イオン源においてイオン材料が溜められて
いるリザーバは極力密封型にして、その蒸発、飛散を抑
えるような構造上の工夫が必要である。これに対し、リ
ザーバに蓋を付けて密閉型にする工夫がなされているが
、イオン放出部であるエミッタ先端は、露出面積は僅か
であるが液状の・イオン材料が真空中に露出し蒸発して
いる。 従って、イオン光学部品に、たとえ上述のようなイオン
材料が付着したとしても、それらを定期的に除去できる
対策が必要となるが、これまでの装置にはこのような観
点からの考慮はなされていなかった。特に、装置の所定
の運転が中断されることなく、真空度を保持しつつこの
ような対策がなされ、イオンビーム動作時には印加電圧
、得られるイオン電流値など動作条件が再現、保持てき
、高精度なイオンビーム制御が持続できることが望まれ
ていた。 本発明は上記問題点に鑑みなされたもので1本発明の目
的は、イオン光学系にたとえ余分な蒸発物が付着しても
、これをイオン源の非動作時に除去し、絶縁物等の耐圧
劣化を軽減することにより、イオン源の長時間運転を可
能とし、高精度なイオンビーム制御が持続できるイオン
ビーム装置およびそのためのクリーニング方法を提供す
ることにある。
[Industrial Application Field 1] The present invention relates to an ion beam device that controls an ion beam emitted from an ion source to irradiate a sample, and is particularly used to clean ion optical system components from dirt caused by ions and ionized substance vapor. This invention relates to an ion beam device and its cleaning method. [Prior Art] An ion beam device emits ions from an ion source,
This is a device that irradiates a target sample with an ion beam. For example, semiconductor device manufacturing equipment that implants ions into a sample by irradiating it with an ion beam or performs sputter etching on the sample, and focused ion beams that focus an ion beam very narrowly and irradiate the sample. Device. Refers to various devices such as a secondary ion mass spectrometer that performs compositional elemental analysis of a sample by irradiating an ion beam and mass spectrometry the secondary ions emitted from the sample. These ion beam devices include ion sources such as liquid metal ion sources and surface ionization sources. Ion optical system components such as focusing lenses, deflectors, and mass separators for transporting and irradiating ion beams to desired locations;
It also consists of insulators to provide electrical insulation. Materials to be ionized in these ion beam devices (
The ionic material (ionic material) varies depending on the type of ion source and may be gaseous, liquid, or solid. Even if the ionization method and the state of the ion material are different, the common specifications required for ion beam equipment are how accurately (positionally and electrically) the ion beam can be irradiated to the target part of the sample. be. In order to achieve this, the electrodes are processed with high precision and a voltage is stably supplied using a high precision power source to control the beam with high precision. When a liquid or solid is used as an ion material in an ion beam device, if the vapor pressure of the material is very high, the degree of vacuum in the container will deteriorate due to evaporation of the ion material itself. Furthermore, if the ionic material is a gas and unionized ionic material flows out from the ion emitting section or other locations, the degree of vacuum in the container will also deteriorate. Regardless of the type of ion source, when the ion source is operated for a long period of time, there is a problem in that thermally evaporated ion material adheres to metal parts such as electrodes and insulators. In other words, the evaporated ionic material adheres to metal parts and obstructs their electrical conductivity, or conversely, adheres to insulators and deteriorates their electrical insulation. This means that due to the reduced electrical conductivity of metal parts, voltage is not supplied to the desired location, reducing the focusing and deflection ability of the ion beam, and deterioration of the withstand voltage of the insulator may cause the voltage balance of the desired electrode to deteriorate. It will destroy the In any case, adhesion of evaporated or flowed ion material to the ion optical system is undesirable and must be avoided from the viewpoint of highly accurate control of the ion beam. For example, in order to remove ionic materials attached to the inside of the device, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-32940,
Ion accelerating electrodes, lens systems, walls of ion source containers, etc.
Devices equipped with a heating mechanism are known. [Problems to be Solved by the Invention] When comparing gallium and cesium, which are used as ion materials for liquid metal ion sources, in terms of vapor pressure at their melting points, the melting points of both elements are 29.8°C and 28.5°C, respectively. While they are almost the same, the vapor pressure at that time is approximately 3 x 10
-311. The vapor pressure of cesium is about 34 orders of magnitude higher, at 3 x 10-' (Pa). Therefore, if an ion beam device is equipped with an ion source using cesium and operated for a long time,
Due to the cesium vapor evaporated from the ion emitting section and the ion material holding section, cesium particles adhere not only to metal surfaces such as lens systems but also to insulators, causing problems such as deterioration of withstand voltage. Further, when cesium ions are generated from a surface ionization type ion source, compounds such as cesium chloride and cesium iodide are often used as ion materials. In the surface ionization type ion source, the ion emitting part is heated to a high temperature of nearly 100°C, so in addition to surface ionization ions, many compound particles are generated that are not ionized and evaporate. When such thermally evaporated compound particles adhere to metal parts such as lenses, they form an insulating film, which interferes with the stable supply of voltage. For example, when applying a high voltage to a lens electrode, the voltage supply terminal is often brought into point contact with the lens, but if an insulating film is formed on the contact area between such a terminal and the electrode, the voltage This causes the problem that the ion beam cannot be stably supplied and desired ion beam control cannot be performed. Regarding conventional equipment, from the above-mentioned point of view, metal parts,
There are improvements in the shape of parts that make it difficult for evaporated substances such as ionic materials to adhere to insulating parts. For example, if particles are flying in a straight line, providing a barrier near the insulator can prevent the flying particles from contaminating the insulator, and is commonly used. On the other hand, particles floating non-linearly in a vacuum container cannot be prevented from adhering to the insulator by the barrier described above. In addition, the reservoir in which the ionic material is stored in the liquid gold ion source must be as tightly sealed as possible, and structural measures must be taken to suppress its evaporation and scattering. To deal with this, attempts have been made to make the reservoir airtight by putting a lid on it, but the tip of the emitter, which is the ion emitting part, has a small exposed area, but the liquid/ion material is exposed in the vacuum and evaporates. ing. Therefore, even if the above-mentioned ionic materials adhere to the ion optical components, it is necessary to take measures to periodically remove them, but conventional devices have not taken this into consideration. There wasn't. In particular, such measures have been taken while maintaining the degree of vacuum without interrupting the scheduled operation of the device, and the operating conditions such as applied voltage and obtained ion current value can be reproduced and maintained during ion beam operation, achieving high accuracy. It was desired that ion beam control could be sustained. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. 1. An object of the present invention is to remove excess evaporated matter from the ion optical system when the ion source is not in operation, and to remove it when the ion source is not in operation. It is an object of the present invention to provide an ion beam device and a cleaning method therefor that enable long-term operation of an ion source and maintain highly accurate ion beam control by reducing deterioration.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

メイン及びサブの真空ポンプを備えた真空容器内に収め
られたイオン源、集束レンズ等のイオン光学部品等から
なるイオン源装置において、イオン光学部品を加熱させ
る加熱手段と、上記サブ真空ポンプと上記真空容器の間
に設置されたバルブと冷却手段とからイオンビーム装置
を構成することで上記問題は解決できる。 また、これらイオンビーム装置において、イオン源が特
に液体金属イオン源1表面電離型イオン源である場合は
特に効果が見られる。 さらに、これらイオン源に用いるイオン化すべき材料が
、特にセシウムなどアルカリ金属である場合でも、上記
目的は実現される。 また、これら構成要素からなるイオンビーム装置を用い
て、イオン源の非動作時に集束レンズ等のイオン光学部
品を加熱する工程と、サブ真空ポンプと上記真空容器の
間に設置されたバルブを開放し、冷却手段を動作させる
工程と、サブ真空ポンプで真空容器内の脱ガスを真空引
きする工程とを進行させた後、サブ真空ポンプと上記真
空容器の間に設置されたバルブを閉じ真空容器内の真空
を保持する工程からなるイオンビーム装置のクリーング
方法によって上記問題の解決が実現できる。
In an ion source device comprising an ion source housed in a vacuum container equipped with main and sub vacuum pumps, ion optical parts such as a focusing lens, etc., a heating means for heating the ion optical parts, the sub vacuum pump and the above The above problem can be solved by constructing the ion beam device from a valve and a cooling means installed between the vacuum vessels. Further, in these ion beam apparatuses, particularly when the ion source is a liquid metal ion source 1 surface ionization type ion source, the effect is particularly seen. Furthermore, the above object is achieved even if the material to be ionized used in these ion sources is an alkali metal, in particular cesium. In addition, using the ion beam device consisting of these components, there is a process of heating ion optical components such as a focusing lens when the ion source is not operating, and a process of opening a valve installed between the sub-vacuum pump and the vacuum vessel. After proceeding with the step of operating the cooling means and the step of evacuating the degas in the vacuum container with the sub-vacuum pump, the valve installed between the sub-vacuum pump and the vacuum container is closed and the inside of the vacuum container is removed. The above problem can be solved by a cleaning method for an ion beam device that includes a step of maintaining a vacuum.

【作用] イオン光学系を清浄化するための加熱は、真空容器内の
真空度を低下させるためイオン源動作時にはビームが不
安定になったり、ビーム中に不純物が混入するため、行
なうことができない。また、真空容器全体を加熱する方
法も考えられるが、100℃程度の加熱でもイオン材料
の蒸気圧が高ければ、真空容器内を更に汚すばかりか、
イオン材料の枯渇にもつながる。従って1本発明による
イオンビーム装置のクリーニング方法の主眼とするとこ
ろは、イオン源の非動作時に、イオン源は極力昇温させ
ず、集束レンズ等のイオン光学部品、絶縁碍子のみを加
熱して積極的に脱ガスさせ、発生した脱ガスを冷却手段
の冷却面に積極的に吸着させる。その後、サブ真空ポン
プと真空容器を遮断し、イオン源を含む真空容器内の真
空度を維持させる。このような装置構成、方法により、
真空容器内、特に集束レンズ等のイオン光学部品、絶縁
碍子面の汚れが改善される。しかも、これらの工程を予
め設定した自動運転の命令により、夜間などのイオンビ
ーム装置の停止期間に装置内のクリーニングが行なえる
ため1次回の運転時に高精度なイオンビーム制御を再現
、持続できる。 [実施例] 以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。 第1図に本発明の一実施例のイオンビーム装置を示す。 本実施例の装置1は、所謂、集束イオンビーム装置であ
り、真空容器2内にイオン源3、レンズ系4,5、偏向
器(図示せず)などイオン光学系を備え、イオン源3か
ら放出されたイオン6は集束レンズ4,5、偏向器(図
示せず)、ブランカ(図示せず)、アライナ(図示せず
)などのイオン光学系を通過して、ビーム直径を1ミク
ロン以下に非常に細くしたイオンビームを試料8に照射
する装置である。この真空容器2内の排気は、メイン真
空ポンプ9,10およびサブ真空ポンプ11、粗引き真
空ポンプ12等によってなされる。 本実施例で用いたイオン材料は、セシウム単体である。 セシウムは、試料の二次イオン質量分析を行なう場合に
、−次イオンビームとして酸素イオンと共になくてはな
らないイオンである。セシウムイオンを放出させるため
のイオン源として表面電離型イオン源や液体金属イオン
源がよく用いられる。ここでは、液体金属イオン源3 
(30)を用いた。 液体金属イオン源30の原理、構造に関する詳細な説明
はここでは省略するが、第2図に示したように、エミッ
タ31と称する針状の電極にイオン材料32を液状で付
着させ、そのエミッタ31の先端に引出し電極33によ
って高電界を形成させ、その高電界によってイオン材料
32をイオン化させる形式のイオン源である。イオン化
すべき材料32はリザーバ34と称する溜め部に保持さ
れており、イオン35を長時間放出させることができる
。 このような構造の液体金属イオン源からセシウムを放出
させ、上記の如きイオン光学系によって試料に集束セシ
ウムイオンビームを照射する。 セシウム液体金属イオン源を長時間運転させた後、イオ
ン光学系部品を焼き呂し、加熱洗浄する。 この時、真空容器2内の清浄のため、例えば特開昭61
−32940号公報のように、真空容器外から真空容器
全体を加熱する、いわゆる焼出しくベークアウト)を行
なうことも考えられるが、真空容器全体を焼出すとイオ
ン源温度も上昇してしまい、逆にセシウムを積極的に蒸
発させる結果となる。従って、真空容器全体を焼出すこ
とは得策ではなく、イオンビーム制御に最も重要なイオ
ン光学系のみを定期的に焼出す方法を用いた。 レンズ系4の焼出しには、第3図(a)に示したように
接地電位に近い絶縁碍子41に加熱手段7としてセラミ
ックヒータ42を埋め込むか、図示していないが、ヒー
タを上記碍子41に接触固定するようにした。イオン源
の動作していない時に、セラミックヒータ42により、
電極などを150℃程度まで昇温させる。絶縁碍子41
はアルミナ製、電極はステンレス製であり、それらの熱
伝導率はほぼ同じであるため、電極群(レンズ系)4は
局部的に高温になることなく、熱伝導でほぼ一様に加熱
される。また、このレンズ系4とイオンg3とは空間的
に分離されているため、レンズ系4の焼出し時でもイオ
ン源3の昇温、イオン材料32の余分な蒸発の心配はな
い。 また、加熱した熱が熱容量の大きい真空容器に奪われな
いように、第3図(b)に示したようにレンズ系4とこ
れを支える真空容器との間に熱絶縁物43を挾み込むと
加熱効果はよくなる。このように、イオン光学系部品の
みを積極的に加熱するという基本思想が開示された以上
、これに類する別手段、改良は容易に考えられる。 レンズ系4の焼出しによって生じた脱ガスを積極的に吸
着させるために、サブ真空ポンプ11の直前に冷却手段
13を設置した。具体的には、サブ真空ポンプ11はタ
ーボ分子ポンプであり、冷却手段13は液体窒素トラッ
プである。また、冷却手段13と真空容器2の間にはバ
ルブ(ゲートバルブ)14を設け、レンズ系4の焼出し
時にサブ真空ポンプ11を通常運転して開放し、イオン
源動作時には閉鎖する。 冷却手段13はレンズ系4の焼出し時にのみ動作させ、
バルブ14の閉鎖時には室温もしくはそれ以上に昇温し
、吸着したガス粒子を放出させ、サブ真空ポンプ11に
て排気し冷却手段13のガス吸着面の活性化を図ってお
く。この操作によって、焼出し時に一度吸着したガスを
真空容器2内に逆流させることなくレンズ系4のクリー
ン化と真空度の維持ができる。 なお、上述のクリーン化の操作は、イオンビーム装置を
動作させない夜間に行ない、サブ真空ポンプ11、粗引
き真空ポンプ12の動作開始、冷却手段13への液体窒
素の投入、バルブ14の開放、セラミックヒータ42の
加熱開始および終了、バルブ14の閉鎖、冷却手段13
への液体窒素の投入中止、サブ真空ポンプ11、粗引き
真空ポンプ12の動作停止など一連の動作は全てコンピ
ュータ制御され、オペレータが逐一操作する必要はない
。 また、焼出し完了の設定は、予め設定した温度に到達し
た時に終了する方法と、真空容器内の真空度をモニタし
て終了する方法を用いた。 以下に、後者の方法について具体的に説明する。 焼出し操作開始前の真空度が約I X 10−gTor
r出会ったが、焼出し操作を開始すると、絶縁碍子など
のイオン光学部品に付着した蒸着物が蒸発し、真空容器
内の真空度が低下し始める。焼出し温度を、例えば18
0℃に固定して長時間放置すると、蒸着物が減少して真
空度は再び上昇し始める。実施例では、焼出しの設定温
度を180℃とし、真空度の回復時点での設定真空度が
I X 10−’Torrとなったときに焼出しを終了
した。 このようなりリーン作業は、イオンビーム装置の累積動
作時間が100時間毎に行なった。この結果、これまで
このようなりリーン方法を用いなかった時は150〜2
00時間の動作で電極間の絶縁碍子の耐圧が劣化して、
所定の電圧が供給できず、所望のイオンビーム制御がで
きなかったものが、上述の方法を用いることにより、累
積1000時間を超しても従来のような問題は生じず、
本方法の有効性が示された。 【発明の効果】 本発明によれば、イオン光学系に蒸発物の余分な付着を
防ぎ、絶縁物等の耐圧劣化を軽減することにより、イオ
ンビーム装置の長時間運転を可能になった。
[Function] Heating to clean the ion optical system cannot be performed because it lowers the degree of vacuum in the vacuum chamber, making the beam unstable during ion source operation, or introducing impurities into the beam. . Another option is to heat the entire vacuum container, but if the vapor pressure of the ionic material is high even when heated to about 100°C, it will not only further pollute the inside of the vacuum container, but may
It also leads to depletion of ionic materials. Therefore, the main focus of the ion beam device cleaning method according to the present invention is to prevent the ion source from heating up as much as possible when the ion source is not in operation, and to actively heat only the ion optical parts such as the focusing lens and the insulator. The generated degas is actively adsorbed on the cooling surface of the cooling means. Thereafter, the sub-vacuum pump and the vacuum container are shut off to maintain the degree of vacuum in the vacuum container containing the ion source. With such a device configuration and method,
Contamination inside the vacuum chamber, especially on ion optical parts such as a focusing lens and on the insulator surface, is improved. In addition, by using automatic operation instructions that preset these steps, the interior of the ion beam apparatus can be cleaned during periods when the ion beam apparatus is stopped, such as at night, so that highly accurate ion beam control can be reproduced and maintained during the first operation. [Examples] Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an ion beam apparatus according to an embodiment of the present invention. The apparatus 1 of this embodiment is a so-called focused ion beam apparatus, and is equipped with an ion optical system such as an ion source 3, lens systems 4 and 5, and a deflector (not shown) in a vacuum container 2. The emitted ions 6 pass through an ion optical system including focusing lenses 4 and 5, a deflector (not shown), a blanker (not shown), and an aligner (not shown) to reduce the beam diameter to 1 micron or less. This is a device that irradiates the sample 8 with a very narrow ion beam. The vacuum container 2 is evacuated by main vacuum pumps 9, 10, sub vacuum pump 11, roughing vacuum pump 12, and the like. The ionic material used in this example was simple cesium. Cesium is an ion that must be present together with oxygen ions as a -order ion beam when performing secondary ion mass spectrometry of a sample. Surface ionization type ion sources and liquid metal ion sources are often used as ion sources for emitting cesium ions. Here, liquid metal ion source 3
(30) was used. A detailed explanation of the principle and structure of the liquid metal ion source 30 will be omitted here, but as shown in FIG. This is an ion source in which a high electric field is formed by an extraction electrode 33 at the tip of the ion source, and the ion material 32 is ionized by the high electric field. The material 32 to be ionized is held in a reservoir called a reservoir 34, and the ions 35 can be released for a long period of time. Cesium is emitted from the liquid metal ion source having such a structure, and the sample is irradiated with a focused cesium ion beam using the ion optical system as described above. After operating the cesium liquid metal ion source for a long time, the ion optical system components are heated and cleaned. At this time, in order to clean the inside of the vacuum container 2, for example,
It is also possible to heat the entire vacuum container from outside the vacuum container (so-called bakeout) as in Japanese Patent No. 32940, but baking out the entire vacuum container would also increase the ion source temperature. On the contrary, it results in active evaporation of cesium. Therefore, it is not a good idea to bake out the entire vacuum vessel, and we used a method of periodically baking out only the ion optical system, which is the most important for ion beam control. To bake out the lens system 4, as shown in FIG. 3(a), a ceramic heater 42 as the heating means 7 is embedded in the insulator 41 which is close to the ground potential, or a heater 42 is inserted into the insulator 41 (not shown). It was fixed in contact with the When the ion source is not operating, the ceramic heater 42
Raise the temperature of the electrodes to about 150°C. Insulator 41
is made of alumina and the electrodes are made of stainless steel, and their thermal conductivity is almost the same, so the electrode group (lens system) 4 is heated almost uniformly by thermal conduction without locally becoming high temperature. . Further, since the lens system 4 and the ions g3 are spatially separated, there is no need to worry about the temperature of the ion source 3 rising or excessive evaporation of the ion material 32 even when the lens system 4 is baked out. In addition, in order to prevent the heated heat from being taken away by the vacuum container with a large heat capacity, a thermal insulator 43 is inserted between the lens system 4 and the vacuum container that supports it, as shown in FIG. 3(b). The heating effect will be better. As described above, now that the basic idea of actively heating only the ion optical system components has been disclosed, other means and improvements similar to this can be easily conceived. In order to actively adsorb degassed gas produced by baking out the lens system 4, a cooling means 13 was installed immediately before the sub-vacuum pump 11. Specifically, the sub-vacuum pump 11 is a turbo-molecular pump, and the cooling means 13 is a liquid nitrogen trap. Further, a valve (gate valve) 14 is provided between the cooling means 13 and the vacuum vessel 2, and the sub-vacuum pump 11 is normally operated and opened when the lens system 4 is baked out, and is closed when the ion source is operated. The cooling means 13 is operated only when printing out the lens system 4,
When the valve 14 is closed, the temperature is raised to room temperature or higher, the adsorbed gas particles are released, and the sub-vacuum pump 11 exhausts the air to activate the gas adsorption surface of the cooling means 13. By this operation, the lens system 4 can be cleaned and the degree of vacuum can be maintained without causing the gas once adsorbed during baking to flow back into the vacuum container 2. The above-mentioned cleaning operation is performed at night when the ion beam device is not in operation, and involves starting the operation of the sub-vacuum pump 11 and the roughing vacuum pump 12, charging liquid nitrogen to the cooling means 13, opening the valve 14, and cleaning the ceramic. Start and end of heating of heater 42, closing of valve 14, cooling means 13
A series of operations such as stopping the supply of liquid nitrogen to the tank, stopping the operation of the sub-vacuum pump 11 and the roughing vacuum pump 12, etc. are all computer-controlled, and there is no need for an operator to perform each operation. Further, for setting the completion of baking, two methods were used: one method was to finish baking when a preset temperature was reached, and the other method was to finish baking by monitoring the degree of vacuum in the vacuum container. The latter method will be specifically explained below. The degree of vacuum before starting the baking operation is approximately I x 10-g Tor.
However, when the bakeout operation is started, the deposits attached to the ion optical components such as the insulators evaporate, and the degree of vacuum inside the vacuum container begins to decrease. For example, set the baking temperature to 18
If the temperature is fixed at 0°C and left for a long time, the amount of deposits will decrease and the degree of vacuum will start to rise again. In the example, the set temperature for baking out was 180°C, and the baking out was completed when the set vacuum level at the time of recovery of the vacuum level reached I x 10-'Torr. This lean operation was performed every 100 hours of cumulative operating time of the ion beam device. As a result, when the lean method was not used, it was 150 to 2
After 00 hours of operation, the withstand voltage of the insulator between the electrodes deteriorates,
Although the desired ion beam control could not be achieved due to the inability to supply the specified voltage, by using the above-mentioned method, no problem like the conventional one would occur even after a cumulative time of over 1000 hours.
The effectiveness of this method was demonstrated. Effects of the Invention According to the present invention, the ion beam apparatus can be operated for a long period of time by preventing excessive adhesion of evaporated matter to the ion optical system and reducing deterioration of withstand voltage of insulators and the like.

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

第1図は本発明の一実施例によるイオン源装置を示す縦
断面図、第2図は液体金属イオン源の概略構成を示す縦
断面図、第3図は本発明の実施例の要部縦断面図である
。 符号の説明 1・・・イオンビーム装置、2・・・真空容器、3・・
・イオン源、4・・・集束レンズ系、5・・・集束レン
ズ系、6・・・イオンビーム、7・・・加熱手段、8・
・・試料、9・・メイン真空ポンプ、10・・・メイン
真空ポンプ、11・・・サブ真空ポンプ、12・・・粗
引き真空ポンプ、13・・・冷却手段、14.14’・
・・バルブ、30・・液体金属イオン源、31・・・エ
ミッタ、32・・・イオン材料、33・・・引出し電極
、34・・リザーバ、35・・・イオン、41・・・絶
縁碍子、42・・・セラミックヒータ、43・・・熱絶
縁物
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an ion source device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid metal ion source, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of main parts of an embodiment of the present invention. It is a front view. Explanation of symbols 1... Ion beam device, 2... Vacuum vessel, 3...
- Ion source, 4... Focusing lens system, 5... Focusing lens system, 6... Ion beam, 7... Heating means, 8...
...Sample, 9.. Main vacuum pump, 10.. Main vacuum pump, 11.. Sub vacuum pump, 12.. Roughing vacuum pump, 13.. Cooling means, 14.14'.
... Valve, 30... Liquid metal ion source, 31... Emitter, 32... Ionic material, 33... Extraction electrode, 34... Reservoir, 35... Ion, 41... Insulator, 42... Ceramic heater, 43... Thermal insulator

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、メイン及びサブの真空ポンプを備えた真空容器内に
収められたイオン源、集束レンズ等のイオン光学部品等
からなるイオンビーム装置において、真空容器内に上記
集束レンズ等のイオン光学部品を加熱させる加熱手段、
上記サブ真空ポンプと上記真空容器の間に設置されたバ
ルブと冷却手段からなるイオンビーム装置。 2、イオン光学系内に設置された高電圧絶縁碍子にセラ
ミックヒータを内蔵したことを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載のイオンビーム装置。 3、イオン源光学系内に設置された接地電位の金属部品
に加熱源を接触させたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載のイオンビーム装置。 4、イオン光学部品と真空容器につながるイオン光学部
品の支持具との間に熱絶縁性材料を挾み込んだことを特
徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に記載のイ
オンビーム装置。 5、特許請求の範囲第1項に記載のイオン源装置におい
て、イオン源が特に液体金属イオン源であることを特徴
とするイオンビーム装置。 6、特許請求の範囲第1項に記載のイオン源装置におい
て、イオン源が特に表面電離型イオン源であることを特
徴とするイオンビーム装置。 7、上記イオン源に用いるイオン化すべき材料が、特に
アルカリ金属またはその化合物であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項から第6項のいずれかに記載のイ
オンビーム装置。 8、特許請求の範囲第7項に記載のイオンビーム装置の
イオン化すべきアルカリ金属またはその化合物が、特に
セシウム単体またはセシウム化合物からなることを特徴
とするイオンビーム装置。 9、上記イオンビーム装置が特に、二次イオン質量分析
計であること特徴とする特許請求の範囲第1項から第8
項のいずれかに記載のイオンビーム装置。 10、上記イオンビーム装置が特に、集束イオンビーム
装置であること特徴とする特許請求の範囲第1項から第
8項のいずれかに記載のイオンビーム装置。 11、イオン源の非動作時に、集束レンズ等のイオン光
学部品を加熱する工程と、サブ真空ポンプと上記真空容
器の間に設置されたバルブを開放し、冷却手段を動作さ
せる工程と、真空容器内の脱ガスをサブ真空ポンプで真
空引きする工程とを進行させ、ある時間後にサブ真空ポ
ンプと上記真空容器の間に設置されたバルブを閉じる工
程からなるイオンビーム装置のクリーニング方法。 12、上記イオンビーム装置のクリーニング方法におい
て、イオン光学部品の加熱工程での加熱開始時刻、終了
時刻、加熱温度、及びサブ真空ポンプの動作開始時刻、
バルブ開放時刻、冷却開始時刻等を予めコンピュータに
設定することにより、これらの工程を自動的に行なうこ
とを特徴とするイオンビーム装置のクリーニング方法。 13、真空容器内の真空度を検知し、予め設定した真空
度に達すると、イオン光学部品の加熱行程を終了するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第11項または第12項
に記載のイオンビーム装置のクリーニング方法。
[Scope of Claims] 1. In an ion beam device consisting of an ion source, ion optical parts such as a focusing lens, etc. housed in a vacuum container equipped with main and sub vacuum pumps, the focusing lens, etc. are placed in the vacuum container. heating means for heating the ion optical component of the
An ion beam device comprising a valve and cooling means installed between the sub-vacuum pump and the vacuum container. 2. The ion beam device according to claim 1, characterized in that a ceramic heater is built into a high voltage insulator installed in the ion optical system. 3. The ion beam device according to claim 1, wherein the heating source is brought into contact with a metal component at ground potential installed within the ion source optical system. 4. The ion beam according to claim 1 or 2, characterized in that a thermally insulating material is interposed between the ion optical component and the support for the ion optical component connected to the vacuum vessel. Device. 5. An ion beam device according to claim 1, characterized in that the ion source is, in particular, a liquid metal ion source. 6. An ion beam device according to claim 1, wherein the ion source is particularly a surface ionization type ion source. 7. The ion beam device according to any one of claims 1 to 6, wherein the material to be ionized used in the ion source is particularly an alkali metal or a compound thereof. 8. An ion beam device according to claim 7, wherein the alkali metal or compound thereof to be ionized is particularly composed of simple cesium or a cesium compound. 9. Claims 1 to 8, characterized in that the ion beam device is particularly a secondary ion mass spectrometer.
The ion beam device according to any one of paragraphs. 10. The ion beam device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the ion beam device is particularly a focused ion beam device. 11. When the ion source is not in operation, a step of heating ion optical components such as a focusing lens; a step of opening a valve installed between the sub-vacuum pump and the vacuum container and operating a cooling means; and a step of operating the cooling means; A method for cleaning an ion beam device, comprising a step of evacuating the degassed inside with a sub-vacuum pump, and a step of closing a valve installed between the sub-vacuum pump and the vacuum container after a certain period of time. 12. In the above method for cleaning an ion beam device, the heating start time, end time, heating temperature, and operation start time of the sub-vacuum pump in the heating step of the ion optical component;
A method for cleaning an ion beam device, characterized in that these steps are automatically performed by setting valve opening time, cooling start time, etc. in advance in a computer. 13. The ion device according to claim 11 or 12, wherein the degree of vacuum in the vacuum container is detected, and when a preset degree of vacuum is reached, the heating process of the ion optical component is terminated. How to clean the beam device.
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