JPH07240165A - Method for regulating field ionization type gas phase ion source, and ion source - Google Patents

Method for regulating field ionization type gas phase ion source, and ion source

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JPH07240165A
JPH07240165A JP6027955A JP2795594A JPH07240165A JP H07240165 A JPH07240165 A JP H07240165A JP 6027955 A JP6027955 A JP 6027955A JP 2795594 A JP2795594 A JP 2795594A JP H07240165 A JPH07240165 A JP H07240165A
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JP
Japan
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voltage
emitter
extraction
ion source
current density
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Withdrawn
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JP6027955A
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Japanese (ja)
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Takahide Sakata
隆英 坂田
Kiyoto Kumagai
清人 熊谷
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Publication date
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    • 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]

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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize a method for regulating a field ionization type gas phase ion source in which an ion beam having a fixed high angle current density can be regularly generated. CONSTITUTION:In field evaporating operation, the difference (Ve-Vm) between a field evaporating voltage Ve and a drawing voltage Vm which can provide a maximum angle current density stored in a computer 13 is read, and the voltage of this difference is applied from a pulse power source 17 to between an emitter 1 and a drawing electrode 2 in superposition with the voltage Vm from a drawing power source 3. Consequently, the surface of the emitter 1 is field-evaporated, and purified. Thereafter, the application of the voltage from the pulse electrode 17 is stopped, and the voltage Vm which can provide the maximum angle current density Bm is applied to between the emitter 1 and the drawing electrode 2 to restart working operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、先端部に高電界が形成
されたエミッタ部分にイオン化ガスを供給し、ガスのイ
オン化を行うようにした電界電離型ガスフェーズイオン
源の調整方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for adjusting a field ionization type gas phase ion source, in which an ionized gas is supplied to an emitter portion having a high electric field formed at its tip to ionize the gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】電界電離型ガスフェーズイオン源におい
ては、先端が鋭くされたエミッタと引出電極との間に引
出電圧を印加してエミッタ先端部近傍に高電界を形成す
る。そして、エミッタ先端部にヘリウムなどのイオン化
ガスを供給している。供給されたガス原子は、エミッタ
先端部の高電界によって電界電離してイオン化され、引
出電極によって引き出され、加速電極によって加速され
てイオンビームとして取り出される。加速されたイオン
ビームは適宜集束レンズによって集束され、イオンビー
ム加工装置であれば、被加工材料上に細く集束されて照
射される。
2. Description of the Related Art In a field ionization type gas phase ion source, an extraction voltage is applied between an emitter having a sharp tip and an extraction electrode to form a high electric field near the tip of the emitter. Then, an ionized gas such as helium is supplied to the tip of the emitter. The supplied gas atoms are ionized by electric field ionization by the high electric field at the tip of the emitter, extracted by the extraction electrode, accelerated by the acceleration electrode, and extracted as an ion beam. The accelerated ion beam is appropriately focused by a focusing lens, and in the case of an ion beam processing apparatus, the material to be processed is finely focused and irradiated.

【0003】一般に、このような電界電離型ガスフェー
ズイオン源においては、正規の動作を行う前に、引出電
圧を上昇させ、エミッタ先端部を電界蒸発させてエミッ
タの清浄な表面を得る手法が知られている。例えば、エ
ミッタとしてタングステンを使用した場合、電界蒸発時
には、タングステンの(111)面の周辺部での電界が
ガス原子のイオン化に十分となっているため、表面拡散
によりエミッタの柄から(111)面領域へガス原子が
補給されるまで(111)面の周辺部でもイオン化が起
こり、(111)面へのガス原子の補給が減少してしま
う。
Generally, in such a field ionization type gas phase ion source, there is known a method of obtaining a clean surface of the emitter by raising the extraction voltage and field-evaporating the tip of the emitter before the normal operation. Has been. For example, when tungsten is used as the emitter, during electric field evaporation, the electric field at the periphery of the (111) plane of tungsten is sufficient for ionizing gas atoms. Ionization occurs even in the peripheral portion of the (111) plane until the gas atoms are replenished to the region, and the supply of gas atoms to the (111) plane is reduced.

【0004】その後、電界をある電圧まで下げると、電
界蒸発により他の結晶面より多少突出した(111)面
に他より高い表面電界がかかり、それまで(111)面
の周辺部でイオン化されていた結像ガス原子は、そこで
は電界が弱くなり、イオン化し難くなるため、エミッタ
先端の(111)面領域への表面拡散によって補給され
てくる。
After that, when the electric field is lowered to a certain voltage, a higher surface electric field than the other is applied to the (111) plane slightly protruding from the other crystal planes due to field evaporation, and until then, the peripheral portion of the (111) plane is ionized. The imaged gas atoms have a weak electric field and are hard to be ionized, so that they are replenished by surface diffusion to the (111) plane region at the tip of the emitter.

【0005】このような現象のため、電界電離型ガスフ
ェーズイオン源を用いたイオンビーム加工装置などで
は、図1に示すような構成によりエミッタの調整と引出
電圧の設定を行っている。図中1はタングステンで形成
されたエミッタである。このエミッタ1に接近して引出
電極2が設けられている。エミッタ1と引出電極2との
間には引出電圧電源3から引出電圧が印加される。4は
接地電位の加速電極であり、加速電極4とエミッタ1と
の間には加速電源5から加速電圧が印加される。6はヘ
リウムガス源であり、ガス源6からのヘリウムガスは、
イオン化ガスとしてエミッタ1の先端部に供給される。
このエミッタ1、引出電極2、加速電極4、ガス源6な
どは電界電離型ガスフェーズイオン源を構成している。
Due to such a phenomenon, in an ion beam processing apparatus or the like using a field ionization type gas phase ion source, the emitter is adjusted and the extraction voltage is set by the configuration shown in FIG. In the figure, 1 is an emitter formed of tungsten. An extraction electrode 2 is provided close to the emitter 1. An extraction voltage is applied from the extraction voltage power supply 3 between the emitter 1 and the extraction electrode 2. An accelerating electrode 4 has a ground potential, and an accelerating voltage is applied from an accelerating power source 5 between the accelerating electrode 4 and the emitter 1. 6 is a helium gas source, and the helium gas from the gas source 6 is
The ionized gas is supplied to the tip of the emitter 1.
The emitter 1, the extraction electrode 2, the acceleration electrode 4, the gas source 6 and the like constitute a field ionization type gas phase ion source.

【0006】イオン源から発生したイオンビームは、集
束レンズ7、対物レンズ8によって集束され、被加工材
料9上に細く集束されて照射される。被加工材料9に照
射されるイオンビームは、偏向器10によって任意に偏
向され、その結果、被加工材料には所望パターンのイオ
ンビームによる加工が実行されることになる。
The ion beam generated from the ion source is focused by the focusing lens 7 and the objective lens 8 and finely focused on the material 9 to be processed for irradiation. The ion beam with which the material to be processed 9 is irradiated is arbitrarily deflected by the deflector 10, and as a result, the material to be processed is processed by the ion beam having a desired pattern.

【0007】イオン源から発生されたイオンビームの光
軸上にはマイクロチャンネルプレート(MCP)11が
配置されている。このMCP11の裏面には螢光面が設
けられている。また、MCP11はイオンビームの電流
量を検出でき、この検出信号は電流計12に供給され
る。電流計12の値はコンピュータ13に供給される。
このコンピュータ13は、引出電圧電源3や加速電源
5、更には図示していないが各レンズ電源や偏向器10
の偏向制御回路などを制御する。
A microchannel plate (MCP) 11 is arranged on the optical axis of the ion beam generated from the ion source. A fluorescent surface is provided on the back surface of the MCP 11. Further, the MCP 11 can detect the amount of current of the ion beam, and this detection signal is supplied to the ammeter 12. The value of the ammeter 12 is supplied to the computer 13.
The computer 13 includes an extraction voltage power supply 3, an acceleration power supply 5, and, although not shown, each lens power supply and deflector 10.
Control the deflection control circuit and so on.

【0008】イオンビームの光軸上のMCP11の下部
には、ミラー14が配置されており、このミラー14
は、MCP11の裏面の螢光面の像を反射させ、CCD
カメラ15に導くように作用する。CCDカメラ15で
得られた像信号は、陰極線管16に供給され、螢光面の
像は陰極線管16上に表示される。このような構成の動
作を次に説明する。
A mirror 14 is arranged below the MCP 11 on the optical axis of the ion beam.
Reflects the image of the fluorescent surface on the back of the MCP11,
It acts so as to lead to the camera 15. The image signal obtained by the CCD camera 15 is supplied to the cathode ray tube 16, and the image of the fluorescent surface is displayed on the cathode ray tube 16. The operation of such a configuration will be described below.

【0009】最初にイオンビームによる加工動作につい
て説明するが、加工動作を実行する場合には、イオンビ
ーム光軸からMCP11とミラー14は取り除かれてい
る。エミッタ1と引出電極2との間に引出電圧電源3か
ら所定の引出電圧を印加し、更に、エミッタ1と加速電
極4との間に加速電源5から加速電圧を印加する。この
ようにしてエミッタ1の先端部に高電界を形成すると共
に、ガス源6からヘリウムガスをエミッタ1の先端部に
供給する。
First, the processing operation by the ion beam will be described. When the processing operation is executed, the MCP 11 and the mirror 14 are removed from the optical axis of the ion beam. A predetermined extraction voltage is applied from the extraction voltage power supply 3 between the emitter 1 and the extraction electrode 2, and an acceleration voltage is applied from the acceleration power supply 5 between the emitter 1 and the acceleration electrode 4. In this way, a high electric field is formed at the tip of the emitter 1, and helium gas is supplied from the gas source 6 to the tip of the emitter 1.

【0010】ヘリウムガス原子は、エミッタ1の先端部
の高電界によって電界電離しイオン化する。イオン化さ
れたガス原子は、加速電極4によって加速され、イオン
ビームとして取り出される。このイオンビームは集束レ
ンズ7と対物レンズ8によって集束され、被加工材料9
に照射される。偏向器10にはコンピュータ13から図
示していない偏向制御回路を介して加工データに応じた
偏向信号が供給され、その結果、被加工材料9はイオン
ビームによって所望のパターンが加工される。
Helium gas atoms are ionized by field ionization due to the high electric field at the tip of the emitter 1. The ionized gas atoms are accelerated by the acceleration electrode 4 and extracted as an ion beam. This ion beam is focused by the focusing lens 7 and the objective lens 8, and the processed material 9
Is irradiated. The deflector 10 is supplied with a deflection signal corresponding to the processing data from the computer 13 via a deflection control circuit (not shown), and as a result, the material 9 to be processed is processed into a desired pattern by the ion beam.

【0011】さて、上記した加工動作に先立って、十分
な電流のイオンビームが得られるように、イオン源の調
整が行われる。この調整の間は、加速電源5からの加速
電圧は一定値とされている。また、イオンビームの光軸
上には、MCP11とミラー14とが図に示されている
ように配置される。次に引出電圧電源3からの引出電圧
を徐々に上昇させると、ガス原子のイオン化が始まる。
Prior to the above-described processing operation, the ion source is adjusted so that an ion beam having a sufficient current can be obtained. During this adjustment, the acceleration voltage from the acceleration power source 5 is kept constant. Further, the MCP 11 and the mirror 14 are arranged on the optical axis of the ion beam as shown in the figure. Next, when the extraction voltage from the extraction voltage power source 3 is gradually increased, ionization of gas atoms begins.

【0012】このとき、引出電圧と集束レンズ7のレン
ズ電圧とを連動して引き上げると、エミッタ1の電界イ
オン像(FIM像)を観察することができる。例えば、
引出電圧を7kV程度まで上昇させると、MCP11の
裏面の螢光面にFIM像が写し出される。このMCP1
1の裏面の螢光面の像は、ミラー14によってCCDカ
メラ15に導かれ、更に、CCDカメラ15によって得
られた像信号は、陰極線管16に供給されるため、オペ
レータはFIM像を陰極線管16によって観察すること
ができる。
At this time, if the extraction voltage and the lens voltage of the focusing lens 7 are raised in conjunction with each other, the field ion image (FIM image) of the emitter 1 can be observed. For example,
When the extraction voltage is increased to about 7 kV, the FIM image is projected on the fluorescent surface on the back surface of the MCP 11. This MCP1
The image of the fluorescent surface on the back surface of 1 is guided to the CCD camera 15 by the mirror 14, and the image signal obtained by the CCD camera 15 is supplied to the cathode ray tube 16, so that the operator receives the FIM image as the cathode ray tube. 16 can be observed.

【0013】上記した状態で、エミッタ1の先端を電界
蒸発させるため、引出電圧を引き上げる。この時、FI
M像を観察し、電界蒸発が起こった時点の引出電圧を確
認すると共に、その後、引出電圧を徐々に下げ、エミッ
タ先端の(111)面にイオン化を集中させる。そうす
ると、例えば、6kV程度の引出電圧で(111)面に
イオン化が集中して起こる状態が観察される。
In the above-mentioned state, the extraction voltage is raised in order to evaporate the tip of the emitter 1 by electric field evaporation. At this time, FI
By observing the M image and confirming the extraction voltage at the time of field evaporation, the extraction voltage is gradually decreased and the ionization is concentrated on the (111) plane at the tip of the emitter. Then, for example, a state where ionization is concentrated on the (111) plane at an extraction voltage of about 6 kV is observed.

【0014】その結果、それまでの(111)面領域で
の角電流密度は増加し、その時の(111)面領域の曲
率半径と印加電圧とで決まる最適電圧で図2に示す角電
流密度のピークを有する。図2で横軸は引出電圧、縦軸
は角電流密度であり、Vmは最大角電流密度Bmが得ら
れる電圧、Veは電界蒸発に必要な電圧である。
As a result, the angular current density in the (111) plane region up to that time increases, and the angular current density shown in FIG. 2 at the optimum voltage determined by the radius of curvature of the (111) plane region and the applied voltage at that time. It has a peak. In FIG. 2, the horizontal axis is the extraction voltage, the vertical axis is the angular current density, Vm is the voltage at which the maximum angular current density Bm is obtained, and Ve is the voltage required for field evaporation.

【0015】図3(a)に図1のイオン源における引出
電圧の動作波形を示すが、この図で横軸は時間、縦軸は
引出電圧である。図3(a)で、1回目の電界蒸発をさ
せるため引出電圧を徐々に上昇させると、その途中でM
CP11、ミラー14を通してFIM像が観察される。
更に引出電圧を上げていくと、電界蒸発が起こる様子が
FIM像により観察され、電界蒸発電圧Veが明確にな
る。この電圧値Veはコンピュータ13に記憶される。
FIG. 3A shows the operation waveform of the extraction voltage in the ion source of FIG. 1, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the extraction voltage. In FIG. 3 (a), when the extraction voltage is gradually increased to cause the first field evaporation, M
An FIM image is observed through the CP 11 and the mirror 14.
When the extraction voltage is further increased, the state of field evaporation is observed in the FIM image, and the field evaporation voltage Ve becomes clear. This voltage value Ve is stored in the computer 13.

【0016】電圧Veで1回目の電界蒸発を行った後、
MCP11からのイオン電流を電流計12、コンピュー
タ13で読み取ることにより、最大角電流密度Bmが得
られる引出電圧Vmを検出する。この電圧値Vmはコン
ピュータ13に記憶される。そして、この電圧値の下で
イオンビーム加工装置として正規の動作を行う。
After performing the first field evaporation at the voltage Ve,
By reading the ion current from the MCP 11 with the ammeter 12 and the computer 13, the extraction voltage Vm at which the maximum angular current density Bm is obtained is detected. This voltage value Vm is stored in the computer 13. Then, under this voltage value, the ion beam processing apparatus operates normally.

【0017】図3(a)の引出電圧の変化に対応した角
電流密度の時間的変化を図3(b)に示す。図3(b)
において横軸は時間、縦軸は角電流密度である。図3
(a)と(b)に着目すると、1回目の電界蒸発が終了
した後、電圧Vmに下げた直後T1時点では、エミッタ
1の清浄な面が露出していて角電流密度も最大値Bmで
安定であるが、時間の経過と共に、残留ガスの吸着によ
り、エミッタ表面がガス分子により覆われて角電流密度
が図3(b)に示すように減少していく。
FIG. 3B shows the temporal change in the angular current density corresponding to the change in the extraction voltage shown in FIG. Figure 3 (b)
In, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents angular current density. Figure 3
Focusing on (a) and (b), the clean surface of the emitter 1 is exposed and the angular current density is the maximum value Bm at time T1 immediately after the voltage is reduced to Vm after the first field evaporation is completed. Although stable, as time passes, the surface of the emitter is covered with gas molecules due to adsorption of residual gas, and the angular current density decreases as shown in FIG. 3 (b).

【0018】そこで、角電流密度が最大値Bmの何%か
の値Bsまで減少した時点、例えば、T2a時点で、コ
ンピュータ13からの制御によりエミッタ1と引出電極
2との間に電界蒸発電圧Veを印加して2回目の電界蒸
発を行う。そして、再びエミッタの清浄な面を得て、そ
の後最大角電流密度Bmが得られる電圧Vmまで電圧を
下げる。以降、このような動作を角電流密度の減少に対
する対策として、3回目、4回目、……、n回目と実行
する。
Therefore, at the time when the angular current density decreases to a value Bs which is some% of the maximum value Bm, for example, at the time T2a, the electric field evaporation voltage Ve between the emitter 1 and the extraction electrode 2 is controlled by the computer 13. Is applied to perform the second field evaporation. Then, the clean surface of the emitter is obtained again, and then the voltage is lowered to the voltage Vm at which the maximum angular current density Bm is obtained. Hereinafter, such an operation is performed as the third time, the fourth time, ..., And the nth time as a measure against the decrease in the angular current density.

【0019】なお、エミッタ1の各電界蒸発時には、加
工動作を一時的にストップさせることはいうまでもな
い。また、正規の加工動作中には、イオンビームの電流
量を、イオンビームの一部を検出するなどして、角電流
密度の値を間接的に測定し、常に角電流密度がBsにま
で下がっていないかを監視しなければならない。
Needless to say, the processing operation is temporarily stopped during each field evaporation of the emitter 1. Further, during the normal processing operation, the current amount of the ion beam is detected indirectly by measuring a part of the ion beam, and the angular current density is constantly decreased to Bs. Have to watch for.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】図3(a)に示す電界
蒸発電圧Veの立上がり時間ΔTは、10〜20sec
程度要するため、必要時間以上にエミッタ1に電界蒸発
電圧が印加され、電界蒸発を行うごとにエミッタ1先端
部の電界蒸発が過度に進んでしまう。その結果、エミッ
タの曲率半径が正確に制御できず、図3(b)に示すよ
うに、2回目以降の電界蒸発後に引出電圧をVmに設定
しても、1回目の電界蒸発後に得られた最大角電流密度
Bmが得られなかったり、エミッタの放電破壊が生じた
りするなど、正確なエミッタの曲率半径の制御を安定に
行えない問題点がある。その結果、常に一定の最大角電
流密度が得られず、一定のイオン電流が得られない。従
って、このようなイオン源を用いて加工を行った場合
に、精度の高い加工を行うことは困難となる。
The rise time ΔT of the electric field evaporation voltage Ve shown in FIG. 3 (a) is 10 to 20 seconds.
Since a certain amount of time is required, the field evaporation voltage is applied to the emitter 1 for more than the required time, and the field evaporation at the tip of the emitter 1 proceeds excessively every time field evaporation is performed. As a result, the radius of curvature of the emitter could not be controlled accurately, and as shown in FIG. 3B, even if the extraction voltage was set to Vm after the second field evaporation or later, it was obtained after the first field evaporation. There is a problem that the radius of curvature of the emitter cannot be accurately controlled in a stable manner, such as the maximum angular current density Bm not being obtained and the emitter being destroyed by discharge. As a result, a constant maximum angular current density cannot always be obtained, and a constant ion current cannot be obtained. Therefore, when processing is performed using such an ion source, it is difficult to perform processing with high accuracy.

【0021】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、常に一定の高い角電流密度のイオ
ンビームを発生させることができる電界電離型ガスフェ
ーズイオン源の調整方法を実現するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method of adjusting a field ionization type gas phase ion source capable of generating an ion beam having a constant high angular current density. It will be realized.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明に基づく電界電離
型ガスフェーズイオン源の調整方法は、エミッタと、エ
ミツタ部分にイオン化ガスを供給するための手段と、引
出電極と、エミッタと引出電極との間に引出電圧を印加
するための引出電圧電源と、エミッタの先端部分からイ
オン化されたガスを加速するための加速電極とを備えた
電界電離型ガスフェーズイオン源において、エミッタと
引出電極との間にエミッタ先端部を電界蒸発させる電圧
Veを印加し、その後、引出電圧を下げてイオンビーム
の最大角電流密度が得られる電圧Vmを検出し、以降、
イオンビームの角電流密度が設定値にまで下がった都
度、エミッタと引出電極との間に電圧Veを印加してエ
ミッタの電界蒸発を行い、その後引出電圧をVmに設定
するイオン源の調整方法であって、前記エミッタを電界
蒸発させる引出電圧Veの印加をパルス的に行うように
したことを特徴としている。
A method of adjusting a field ionization type gas phase ion source according to the present invention comprises an emitter, a means for supplying an ionized gas to an emitter, an extraction electrode, an emitter and an extraction electrode. In an electric field ionization type gas phase ion source equipped with an extraction voltage power supply for applying an extraction voltage between the two, and an acceleration electrode for accelerating the ionized gas from the tip of the emitter, the emitter and the extraction electrode A voltage Ve for field-evaporating the tip of the emitter is applied between them, and then the extraction voltage is lowered to detect the voltage Vm at which the maximum angular current density of the ion beam is obtained.
Each time the angular current density of the ion beam drops to the set value, a voltage Ve is applied between the emitter and the extraction electrode to perform field evaporation of the emitter, and then the extraction voltage is set to Vm. Therefore, the extraction voltage Ve for field-evaporating the emitter is applied in a pulsed manner.

【0023】本発明に基づく電界電離型ガスフェーズイ
オン源は、エミッタと、エミツタ部分にイオン化ガスを
供給するための手段と、引出電極と、エミッタと引出電
極との間に引出電圧を印加するための引出電圧電源と、
エミッタの先端部分からイオン化されたガスを加速する
ための加速電極とを備えた電界電離型ガスフェーズイオ
ン源において、パルス電圧を発生するパルス電源と、イ
オンビームの角電流密度が設定値にまで下がった都度、
エミッタと引出電極との間に引出電源からの電圧に重畳
してパルス電源からのパルス電圧を印加するように制御
する制御手段とを備えたことを特徴としている。
The field ionization type gas phase ion source according to the present invention is for applying an extraction voltage between the emitter, the means for supplying the ionized gas to the emitter, the extraction electrode, and the emitter and the extraction electrode. With the pull-out voltage power supply of
In a field ionization gas phase ion source equipped with an accelerating electrode for accelerating the ionized gas from the tip of the emitter, a pulse power source for generating a pulse voltage and an angular current density of the ion beam are reduced to a set value. Each time
A control means is provided between the emitter and the extraction electrode so as to superimpose the voltage from the extraction power supply and apply the pulse voltage from the pulse power supply.

【0024】[0024]

【作用】本発明では、イオンビームの角電流密度が設定
値にまで下がった都度、エミッタと引出電極との間に電
圧Veを印加してエミッタの電界蒸発を行う場合、その
電圧をパルス的に印加する。
In the present invention, when the angular current density of the ion beam is reduced to the set value, the voltage Ve is applied between the emitter and the extraction electrode to perform field evaporation of the emitter, the voltage is pulsed. Apply.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図4は本発明の方法を実施するためのイオ
ンビーム加工装置の一例を示しているが、図1の従来装
置と同一部分には同一番号を付してその詳細な説明は省
略する。この実施例と図1の装置と相違する点は、引出
電圧電源3からエミッタ1に印加される引出電圧に重畳
してパルス電源17からパルス電圧が印加できるように
構成した点である。このような構成の動作を次に説明す
る。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 shows an example of an ion beam processing apparatus for carrying out the method of the present invention. The same parts as those of the conventional apparatus of FIG. 1 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. The difference from this embodiment and the device of FIG. 1 is that the pulse voltage is applied from the pulse power supply 17 so as to be superimposed on the extraction voltage applied from the extraction voltage power supply 3 to the emitter 1. The operation of such a configuration will be described below.

【0026】イオンビームによる加工動作は、図1の従
来装置と同様に、イオンビーム光軸からMCP11とミ
ラー14を取り除いて行う。さて、この加工動作に先立
って、十分な電流のイオンビームが得られるように、イ
オン源の調整が行われる。この調整の間は、加速電源5
からの加速電圧は一定値とされている。また、イオンビ
ームの光軸上には、MCP11とミラー14とが図に示
されているように配置される。次に引出電圧電源3から
の引出電圧を徐々に上昇させ、更に、引出電圧と集束レ
ンズ7のレンズ電圧とを連動して引き上げる。この時、
エミッタ1の電界イオン像(FIM像)をMCP11、
ミラー14、CCDカメラ15、陰極線管15によって
観察する。
The processing operation by the ion beam is performed by removing the MCP 11 and the mirror 14 from the optical axis of the ion beam, as in the conventional apparatus shown in FIG. Prior to this processing operation, the ion source is adjusted so that an ion beam with a sufficient current can be obtained. During this adjustment, the acceleration power supply 5
The acceleration voltage from is a constant value. Further, the MCP 11 and the mirror 14 are arranged on the optical axis of the ion beam as shown in the figure. Next, the extraction voltage from the extraction voltage power source 3 is gradually increased, and further the extraction voltage and the lens voltage of the focusing lens 7 are increased in association with each other. This time,
The field ion image (FIM image) of the emitter 1 is displayed on the MCP11,
Observation is performed by the mirror 14, the CCD camera 15, and the cathode ray tube 15.

【0027】第1回目の引出電圧の上昇により、エミッ
タ1先端部で電界蒸発が起こる。この電界蒸発をFIM
像から観察し、電界蒸発が起きたときの電界蒸発電圧V
eを確認する。この電圧Veの値は、コンピュータ13
に記憶される。次に引出電圧を徐々に下げ、その後、M
CP11の検出値を測定する。そして、最大角電流密度
Bmが得られたときの引出電圧Vmを確認する。この電
圧Vmの値はコンピュータ13に記憶される。なお、コ
ンピュータ13は記憶されたVeとVmの値の差を求め
てこれも記憶する。その後、引出電圧をVmに設定し、
所定の加工を実行する。時間の経過と共に、エミッタ1
先端にはガス分子が吸着し、その結果、角電流密度は徐
々に減少することになる。そのため、角電流密度が最大
値Bmより低い設定値Bsにまで減少したとき、加工動
作を一旦止め、エミッタ1の2回目の電界蒸発動作を実
行する。
The first rise in the extraction voltage causes field evaporation at the tip of the emitter 1. This field evaporation is FIM
The field evaporation voltage V when the field evaporation occurs, as observed from the image
Check e. The value of this voltage Ve is calculated by the computer 13
Memorized in. Next, gradually lower the extraction voltage, then M
The detected value of CP11 is measured. Then, the extraction voltage Vm when the maximum angular current density Bm is obtained is confirmed. The value of this voltage Vm is stored in the computer 13. The computer 13 obtains the difference between the stored values of Ve and Vm and stores the difference. After that, set the extraction voltage to Vm,
Perform a predetermined process. Emitter 1 over time
Gas molecules are adsorbed at the tip, and as a result, the angular current density gradually decreases. Therefore, when the angular current density is reduced to the set value Bs lower than the maximum value Bm, the processing operation is temporarily stopped and the second field evaporation operation of the emitter 1 is executed.

【0028】この2回目の電界蒸発動作においては、コ
ンピュータ13に記憶されたVeとVmの差分(Ve−
Vm)の値が読み出され、この差分の電圧がパルス電源
17からエミッタ1と引出電極2との間に引出電圧電源
3からの電圧Vmと重畳して印加される。この結果、エ
ミッタ1の表面は電界蒸発し、清浄化される。その後、
パルス電源17からの電圧の印加は停止され、エミッタ
1と引出電極2との間には最大角電流密度Bmが得られ
る電圧Vmが印加され、加工動作が再開される。
In the second field evaporation operation, the difference between Ve and Vm stored in the computer 13 (Ve-
Vm) value is read out, and the voltage of this difference is applied between the pulse power supply 17 and the voltage Vm from the extraction voltage power supply 3 between the emitter 1 and the extraction electrode 2. As a result, the surface of the emitter 1 is field-evaporated and cleaned. afterwards,
The application of the voltage from the pulse power source 17 is stopped, the voltage Vm that provides the maximum angular current density Bm is applied between the emitter 1 and the extraction electrode 2, and the machining operation is restarted.

【0029】なお、パルス電源17からのパルス電圧の
印加に際しては、極めて短い一定のパルス幅(例えば、
10〜20μsecの範囲の一定のパルス幅)の電圧を
任意の回数繰返して印加することにより、電界蒸発に最
適な時間だけ電界蒸発電圧Veを印加できる。従って、
繰り返しの回数によって電界蒸発の調整をきめ細かく行
うことができ、過度に電界蒸発を行ってエミッタ先端を
著しく太くしたり、逆に、電界蒸発量が少なくなるよう
なことはない。もちろん、エミッタ1の放電破壊を起こ
すことは防止される。又、パルス幅を任意に調整するこ
とにより電界蒸発に最適な時間だけ電界蒸発電圧Veを
印加してもよい。
When the pulse voltage is applied from the pulse power source 17, an extremely short constant pulse width (for example,
By repeatedly applying a voltage having a constant pulse width in the range of 10 to 20 μsec any number of times, the field evaporation voltage Ve can be applied for an optimum time for field evaporation. Therefore,
The electric field evaporation can be finely adjusted by the number of repetitions, and the electric field evaporation is not excessively performed to make the tip of the emitter extremely thick, and conversely, the amount of electric field evaporation is not reduced. Of course, the discharge breakdown of the emitter 1 is prevented. Further, the field evaporation voltage Ve may be applied for an optimum time for field evaporation by adjusting the pulse width arbitrarily.

【0030】上記したパルス電圧の印加によるエミッタ
1の電界蒸発動作は、イオンビームの角電流密度の低下
の都度実行される。図5(a)はこのようなパルス的な
電界蒸発電圧Veの印加と、引出電圧Vmの設定の時間
変化を示したもので、横軸は時間、縦軸は引出電圧であ
る。また、図5(b)に、図5(a)の引出電圧の変化
に対応した角電流密度の時間的変化を示す。図5(b)
において横軸は時間、縦軸は角電流密度である。
The electric field evaporation operation of the emitter 1 by applying the pulse voltage described above is executed every time the angular current density of the ion beam is lowered. FIG. 5A shows such a temporal change in the application of the pulsed electric field evaporation voltage Ve and the setting of the extraction voltage Vm, where the horizontal axis is the time and the vertical axis is the extraction voltage. Further, FIG. 5B shows a temporal change of the angular current density corresponding to the change of the extraction voltage of FIG. Figure 5 (b)
In, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents angular current density.

【0031】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、イオン化原子は
ヘリウム以外にもアルゴン,窒素,酸素ガスなどを用い
ることができる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, as the ionized atom, argon, nitrogen, oxygen gas or the like can be used other than helium.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、イオ
ンビームの角電流密度が設定値にまで下がった都度、エ
ミッタと引出電極との間に電圧Veを印加してエミッタ
の電界蒸発を行う場合、その電圧をパルス的に印加する
ように構成したので、そのパルス電圧のパルス幅を任意
に調整することにより電界蒸発に最適な時間だけ電界蒸
発電圧Veを印加できる。従って、過度に電界蒸発を行
ってエミッタ先端を著しく太くしたり、逆に、電界蒸発
量が少なくなるようなことはない。もちろん、エミッタ
の放電破壊を起こすことは防止される。
As described above, according to the present invention, the voltage Ve is applied between the emitter and the extraction electrode every time when the angular current density of the ion beam is reduced to the set value to perform field evaporation of the emitter. In this case, since the voltage is applied in a pulsed manner, the field evaporation voltage Ve can be applied for an optimum time for field evaporation by adjusting the pulse width of the pulse voltage arbitrarily. Therefore, excessive field evaporation does not cause the emitter tip to become extremely thick, or conversely, the field evaporation amount does not decrease. Of course, the discharge breakdown of the emitter is prevented.

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

【図1】従来のガスフェーズイオン源を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a conventional gas phase ion source.

【図2】引出電圧と角電流密度との関係を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an extraction voltage and an angular current density.

【図3】図1の従来装置における引出電圧の時間変化と
角電流密度の変化とを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing changes over time in the extraction voltage and changes in the angular current density in the conventional device of FIG.

【図4】本発明に基づくガスフェーズイオン源を示す図
である。
FIG. 4 shows a gas phase ion source according to the present invention.

【図5】図4の実施例における引出電圧の時間変化と角
電流密度の変化とを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a change in extraction voltage with time and a change in angular current density in the embodiment of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エミッタ 2 引出電極 3 引出電圧電源 4 加速電極 5 加速電源 6 ガス源 7 集束レンズ 8 対物レンズ 9 被加工材料 10 偏向器 11 マイクロチャンネルプレート(MCP) 12 電流計 13 コンピュータ 14 ミラー 15 CCDカメラ 16 陰極線管 17 パルス電源 1 Emitter 2 Extraction Electrode 3 Extraction Voltage Power Supply 4 Acceleration Electrode 5 Acceleration Power Supply 6 Gas Source 7 Focusing Lens 8 Objective Lens 9 Work Material 10 Deflector 11 Micro Channel Plate (MCP) 12 Ammeter 13 Computer 14 Mirror 15 CCD Camera 16 Cathode Ray Tube 17 pulse power supply

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エミッタと、エミツタ部分にイオン化ガ
スを供給するための手段と、引出電極と、エミッタと引
出電極との間に引出電圧を印加するための引出電圧電源
と、エミッタの先端部分からイオン化されたガスを加速
するための加速電極とを備えた電界電離型ガスフェーズ
イオン源において、エミッタと引出電極との間にエミッ
タ先端部を電界蒸発させる電圧Veを印加し、その後、
引出電圧を下げてイオンビームの最大角電流密度が得ら
れる電圧Vmを検出し、以降、イオンビームの角電流密
度が設定値にまで下がった都度、エミッタと引出電極と
の間に電圧Veを印加してエミッタの電界蒸発を行い、
その後引出電圧をVmに設定するイオン源の調整方法で
あって、前記エミッタを電界蒸発させる引出電圧Veの
印加をパルス的に行うようにしたことを特徴とする電界
電離型ガスフェーズイオン源の調整方法。
1. An emitter, a means for supplying an ionized gas to the emitter, an extraction electrode, an extraction voltage power supply for applying an extraction voltage between the emitter and the extraction electrode, and a tip portion of the emitter. In a field ionization type gas phase ion source provided with an accelerating electrode for accelerating an ionized gas, a voltage Ve for field-evaporating an emitter tip is applied between an emitter and an extraction electrode, and thereafter,
The extraction voltage is lowered to detect the voltage Vm at which the maximum angular current density of the ion beam is obtained, and thereafter, the voltage Ve is applied between the emitter and the extraction electrode every time the angular current density of the ion beam drops to the set value. The field evaporation of the emitter,
After that, a method of adjusting an ion source for setting an extraction voltage to Vm, wherein the extraction voltage Ve for causing the field evaporation of the emitter is applied in a pulsed manner, the adjustment of a field ionization type gas phase ion source. Method.
【請求項2】 エミッタと、エミツタ部分にイオン化ガ
スを供給するための手段と、引出電極と、エミッタと引
出電極との間に引出電圧を印加するための引出電圧電源
と、エミッタの先端部分からイオン化されたガスを加速
するための加速電極とを備えた電界電離型ガスフェーズ
イオン源において、パルス電圧を発生するパルス電源
と、イオンビームの角電流密度が設定値にまで下がった
都度、エミッタと引出電極との間に引出電源からの電圧
に重畳してパルス電源からのパルス電圧を印加するよう
に制御する制御手段とを備えた電界電離型ガスフェーズ
イオン源。
2. An emitter, a means for supplying an ionized gas to the emitter, an extraction electrode, an extraction voltage power supply for applying an extraction voltage between the emitter and the extraction electrode, and a tip portion of the emitter. In an electric field ionization type gas phase ion source equipped with an accelerating electrode for accelerating an ionized gas, a pulse power source for generating a pulse voltage and an emitter each time the angular current density of the ion beam drops to a set value. An electric field ionization type gas phase ion source, comprising: a control means for controlling to apply a pulse voltage from a pulse power source so as to be superimposed on a voltage from an extraction power source between the extraction electrode and the extraction electrode.
JP6027955A 1994-02-25 1994-02-25 Method for regulating field ionization type gas phase ion source, and ion source Withdrawn JPH07240165A (en)

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