JPS61269838A - イオンビーム装置およびイオンビーム形成方法 - Google Patents
イオンビーム装置およびイオンビーム形成方法Info
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- JPS61269838A JPS61269838A JP60110474A JP11047485A JPS61269838A JP S61269838 A JPS61269838 A JP S61269838A JP 60110474 A JP60110474 A JP 60110474A JP 11047485 A JP11047485 A JP 11047485A JP S61269838 A JPS61269838 A JP S61269838A
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は液体金属イオン源に係り、特に、半導体装置製
造時等の微小領域の加工や分析に適用して、加工におい
ては加工速度および制御性の向上に、また分析において
は分析感度の向上に好適な、パルス化イオンビーム形成
機能を備えた液体金属イオン源に関する。
造時等の微小領域の加工や分析に適用して、加工におい
ては加工速度および制御性の向上に、また分析において
は分析感度の向上に好適な、パルス化イオンビーム形成
機能を備えた液体金属イオン源に関する。
従来の液体金属イオン源装置は、特開昭５８−３２３４
６号に記載のように、イオンエミッタチップと引出電極
間にはイオン引出電圧として直流電圧が印加されるよう
になっており、直流ビームが利用されていた。すなわち
、液体金属イオン源では、従来パルスビームの利用は行
われていなかった。パルスビーム形成の困難性は、電圧
値が数ｋＶ０でしかも立ち上がり、立ち下がり特性のよ
いパルス電圧を得ることがむずかしかったことにあった
り〔発明の目的〕 本発明の目的は、液体金属イオン源をパルス動作させる
ことにより、空間電荷効果による電流密度の低下をさけ
、高密度でしかも制御性のよいパルス化イオンビームを
形成することのできる液体金属イオン源を提供すること
にある。
６号に記載のように、イオンエミッタチップと引出電極
間にはイオン引出電圧として直流電圧が印加されるよう
になっており、直流ビームが利用されていた。すなわち
、液体金属イオン源では、従来パルスビームの利用は行
われていなかった。パルスビーム形成の困難性は、電圧
値が数ｋＶ０でしかも立ち上がり、立ち下がり特性のよ
いパルス電圧を得ることがむずかしかったことにあった
り〔発明の目的〕 本発明の目的は、液体金属イオン源をパルス動作させる
ことにより、空間電荷効果による電流密度の低下をさけ
、高密度でしかも制御性のよいパルス化イオンビームを
形成することのできる液体金属イオン源を提供すること
にある。
本発明では、上記した目的を達成するために、イオンエ
ミッタチップと引出電極または制御電極との間に印加さ
れる相対電位をパルス化する手段を設けた構成とする。
ミッタチップと引出電極または制御電極との間に印加さ
れる相対電位をパルス化する手段を設けた構成とする。
液体金属イオン源は、イオン引出電圧としてしきい値を
もち、その後急峻に立ち上がる固有の性質を有する。本
発明の原理は、この特異性を利用し、まずしきい値電圧
に相等する、またはしきい値電圧よりわずかに低いまた
はわずかに高い電圧値の直流電圧をイオンエミッタチッ
プに印加してビームをカットオフまたは直流ビーム放出
状態にしでおき、さらに、この電工に同極性のパルス電
工を重畳印加するかまたは引出電極に同極性のパルス電
圧を印加することにより、ビームをパルス化すること１
ζある。
もち、その後急峻に立ち上がる固有の性質を有する。本
発明の原理は、この特異性を利用し、まずしきい値電圧
に相等する、またはしきい値電圧よりわずかに低いまた
はわずかに高い電圧値の直流電圧をイオンエミッタチッ
プに印加してビームをカットオフまたは直流ビーム放出
状態にしでおき、さらに、この電工に同極性のパルス電
工を重畳印加するかまたは引出電極に同極性のパルス電
圧を印加することにより、ビームをパルス化すること１
ζある。
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第１の実施例としてエミッタチップに印加する直流高電
圧自体にパルス電圧を重畳印加する場合について、第１
図により、述べる。第１図（ａ）に示すように、本実施
例の構成は、イオンエミッタチップ１、イオン源材料溜
２、制御電極３、引出電極４、イオン源材料５、加速電
源６、パルス電源７および制御電極電源８より成る。第
１図（ｂ）には各部に印、加する電圧波形を示す。第１
図（Ｃ）はイオン引出電圧−電流特性の典型例を示す。
圧自体にパルス電圧を重畳印加する場合について、第１
図により、述べる。第１図（ａ）に示すように、本実施
例の構成は、イオンエミッタチップ１、イオン源材料溜
２、制御電極３、引出電極４、イオン源材料５、加速電
源６、パルス電源７および制御電極電源８より成る。第
１図（ｂ）には各部に印、加する電圧波形を示す。第１
図（Ｃ）はイオン引出電圧−電流特性の典型例を示す。
液体金属イオン源ではイオン引出しにしきい電圧（Ｖｔ
ｈ ）が存在することが特徴である。
ｈ ）が存在することが特徴である。
本実施例は次のように動作する。イオンエミッタチップ
ｌと引出電極４との間に加速電源６とパルス電源７を直
列に接続し、パルス電源６の出力電圧〔第１図（ｂ）の
（１）〕を、第１図（Ｃ）に示したイオン源特性のしき
い電圧Ｖｔｈに近い直流高電圧に保ち、イオンビームを
カットオフ状態に保つ。さらに、パルス電源７を動作さ
せ、所望の電圧、周波数およびデュウティ比を有するパ
ルス波形電圧〔第１図（ｂ）の（＋＋））をパルス電源
６の出力電圧に重畳印加ＣＶｔｈ ＋ Ｖａｄｄ 、
（ｉｔ） ］ Ｌ／、所望のパルスイオンビーム（Ｉ。
ｌと引出電極４との間に加速電源６とパルス電源７を直
列に接続し、パルス電源６の出力電圧〔第１図（ｂ）の
（１）〕を、第１図（Ｃ）に示したイオン源特性のしき
い電圧Ｖｔｈに近い直流高電圧に保ち、イオンビームを
カットオフ状態に保つ。さらに、パルス電源７を動作さ
せ、所望の電圧、周波数およびデュウティ比を有するパ
ルス波形電圧〔第１図（ｂ）の（＋＋））をパルス電源
６の出力電圧に重畳印加ＣＶｔｈ ＋ Ｖａｄｄ 、
（ｉｔ） ］ Ｌ／、所望のパルスイオンビーム（Ｉ。
）をとり出す。この場合、イオン強度は、パルス電源７
において、パルス電圧の波高値■ａｄｄ。
において、パルス電圧の波高値■ａｄｄ。
パルス周波数およびデュウティ比を変えることにより、
容易に変えられる。イオンエミッタチップ］と引出電極
４との間には、イオン放出のしきい電圧Ｖｔｈに近い電
圧が印加されており、イオン引出しに必要なパルス電圧
の波高値Ｖａｄｄとしては数１０〜数１００■の低い電
圧でよい。
容易に変えられる。イオンエミッタチップ］と引出電極
４との間には、イオン放出のしきい電圧Ｖｔｈに近い電
圧が印加されており、イオン引出しに必要なパルス電圧
の波高値Ｖａｄｄとしては数１０〜数１００■の低い電
圧でよい。
第２の実施例は、イオン源のしきい値以下の直流電圧を
エミッタチップに与え、さらに任意強度、任意周波数お
よび任意デュウティ比を有するパルス電圧を引出電極に
印加する例で、第２図（ａ）にその構成を示す。本実施
例の構成はほぼ第１の実施例と同様であり、異なるとこ
ろのみを説明する。
エミッタチップに与え、さらに任意強度、任意周波数お
よび任意デュウティ比を有するパルス電圧を引出電極に
印加する例で、第２図（ａ）にその構成を示す。本実施
例の構成はほぼ第１の実施例と同様であり、異なるとこ
ろのみを説明する。
本実施例では、イオン引出系に引出電極４のほかに後段
加速電極１１を設けている。引出電極４には直流電圧Ｖ
ｐ〔第２図（ｂ）の輸）〕を出力する後段加速電源９と
、負のパルス電圧Ｖａｄｄ Ｃ第２図（ｂ）の（：１ｉ
）］を出力する後段加速パルス電源１ｏとが直列接続さ
れており、直流電圧にパルス電圧が重畳印加できるよう
になっている。第２図（ｂ）には各部に印加される電圧
波形の一例を示した。第２図（Ｃ）は、本実施例イオン
源におけるイオン電流Ｉ。の引出電圧依存性と動作電圧
を示す。
加速電極１１を設けている。引出電極４には直流電圧Ｖ
ｐ〔第２図（ｂ）の輸）〕を出力する後段加速電源９と
、負のパルス電圧Ｖａｄｄ Ｃ第２図（ｂ）の（：１ｉ
）］を出力する後段加速パルス電源１ｏとが直列接続さ
れており、直流電圧にパルス電圧が重畳印加できるよう
になっている。第２図（ｂ）には各部に印加される電圧
波形の一例を示した。第２図（Ｃ）は、本実施例イオン
源におけるイオン電流Ｉ。の引出電圧依存性と動作電圧
を示す。
第２図実施例の動作について述べる。まず、イオンエミ
ッタチップ１と引出電極４との間に、加速電源６により
、イオン引出しのしきい電圧より低い電圧■〔第２図（
ｂ）の（１）〕を与えてビームをカットオフ状態に保っ
ておき、次に後段加速電源９および後段加速パルス電源
１０を動作させ、直流電圧Ｖｐに負のパルス電圧−Ｖａ
ｄｄを重畳したものを引出電極４に印加することによっ
て、パルスビームとして引出す。もちろん本技法は後段
加速電極１１がない場合でも同様に動作する。
ッタチップ１と引出電極４との間に、加速電源６により
、イオン引出しのしきい電圧より低い電圧■〔第２図（
ｂ）の（１）〕を与えてビームをカットオフ状態に保っ
ておき、次に後段加速電源９および後段加速パルス電源
１０を動作させ、直流電圧Ｖｐに負のパルス電圧−Ｖａ
ｄｄを重畳したものを引出電極４に印加することによっ
て、パルスビームとして引出す。もちろん本技法は後段
加速電極１１がない場合でも同様に動作する。
具体的な数値例を挙げる。イオン種としてＧａ”および
Ｃｓ＋を用い、第１の実施例では、イオン引出しのしき
い電圧Ｖｔｈ＝ ５ ｋＶ、重畳パルスの波高値■ａｄ
ｄ ＝ １００ Ｖ 、パルス幅： １０μｓｅｃ 〜
ｌ ｍ ＳｅＣ。
Ｃｓ＋を用い、第１の実施例では、イオン引出しのしき
い電圧Ｖｔｈ＝ ５ ｋＶ、重畳パルスの波高値■ａｄ
ｄ ＝ １００ Ｖ 、パルス幅： １０μｓｅｃ 〜
ｌ ｍ ＳｅＣ。
デュウティ比−Ａ〜’Ａｃ＋の条件で安定なパルスビー
ムの引出しが可能であることが実証できた。電流密度と
しては３〜１０Ａ肩が得られ、従来の連続ビームの場合
に比較して約１０倍に向上した。第２の実施例では、し
きい電圧Ｖｔｈ ＝ ７ ｋＶ、引出電極への直流電圧
Ｖ、、＝２ｋＶ（イオンエミッタチップ１−引出電極４
間型位差、 ｖｔ−Ｖｐ＝ ５ｋＶ）、重畳パルスの波
高値Ｖａｄｄ ” １００ Ｖ、パルス幅＝１０μＳ
ｅＣ〜１ｍ５ｅＣ，デュウティ比＝ ’Ａ −’Ａｒ＋
の条件で、上記第１の実施例と同様な結果が得られた。
ムの引出しが可能であることが実証できた。電流密度と
しては３〜１０Ａ肩が得られ、従来の連続ビームの場合
に比較して約１０倍に向上した。第２の実施例では、し
きい電圧Ｖｔｈ ＝ ７ ｋＶ、引出電極への直流電圧
Ｖ、、＝２ｋＶ（イオンエミッタチップ１−引出電極４
間型位差、 ｖｔ−Ｖｐ＝ ５ｋＶ）、重畳パルスの波
高値Ｖａｄｄ ” １００ Ｖ、パルス幅＝１０μＳ
ｅＣ〜１ｍ５ｅＣ，デュウティ比＝ ’Ａ −’Ａｒ＋
の条件で、上記第１の実施例と同様な結果が得られた。
ここでは詳細を省略するが、イオンエミッタチップ１の
先端に形成される電界強度は、引出電極間距離を一定に
抑えても制御電極〔第１図（ａ）および第２図（ａ）の
３〕の電位により変えられ、その結果、以上述べた実施
例と同様に、制御電極３の電位をパルス制御することに
より、パルスビームの形成が可能である。この技法につ
いても実用化実験を行い、実用上極めて制御性のよいパ
ルスビームが得られることが実証できた。
先端に形成される電界強度は、引出電極間距離を一定に
抑えても制御電極〔第１図（ａ）および第２図（ａ）の
３〕の電位により変えられ、その結果、以上述べた実施
例と同様に、制御電極３の電位をパルス制御することに
より、パルスビームの形成が可能である。この技法につ
いても実用化実験を行い、実用上極めて制御性のよいパ
ルスビームが得られることが実証できた。
次に、上記第１および第２の実施例特有の効果について
述べる。は）従来法でパルス化イオンビームを形成しよ
うとすれば、引出電圧に相当する数ｋＶのパルス電圧を
必要とするのに対し、本実施例によれば、パルス化のた
めの電圧が約１００Ｖと低く設定でき、したがって、立
ち上がり、立ち下がり特性のよいパルス電圧が印加でき
、いわゆる、「きれ」のよいパルスビームが得られた。
述べる。は）従来法でパルス化イオンビームを形成しよ
うとすれば、引出電圧に相当する数ｋＶのパルス電圧を
必要とするのに対し、本実施例によれば、パルス化のた
めの電圧が約１００Ｖと低く設定でき、したがって、立
ち上がり、立ち下がり特性のよいパルス電圧が印加でき
、いわゆる、「きれ」のよいパルスビームが得られた。
（２）空間電荷効果が軽減でき、電流密度が、従来法に
比較して５ｙ１０倍向上した。
比較して５ｙ１０倍向上した。
本発明によれば、次のような効果が得られる。
（１）電流密度の向上により、−次励起に対して
１発生する単位面積当りの二次信号が強く、ＳＮ比か改
善され、分析に適用してその感度が向上し、また加工に
適用する際は、高密度ビーム照射が可能になり、処理時
間が短縮できる。
１発生する単位面積当りの二次信号が強く、ＳＮ比か改
善され、分析に適用してその感度が向上し、また加工に
適用する際は、高密度ビーム照射が可能になり、処理時
間が短縮できる。
（１１）パルス制御であることから、パルスの周波数と
デュウティ比およびパルス波高値を適宜組合せて制御す
ることによりビーム径およびビーム強度を目的に応じて
制御できることになり、微小領域のビーム照射量の場所
による制御が可能である。
デュウティ比およびパルス波高値を適宜組合せて制御す
ることによりビーム径およびビーム強度を目的に応じて
制御できることになり、微小領域のビーム照射量の場所
による制御が可能である。
（ｉｉｉ） パルス制御の利用により、計算機制御が
容易になりビーム制御の信頼性が向上する。
容易になりビーム制御の信頼性が向上する。
（１■）パルスの周波数およびパルスのデュウテイ比を
適宜に組合せることによりパルス幅が任意に制御でき、
試料への熱効果が軽減でき、加工および分析に適用する
際の精度が向上する。
適宜に組合せることによりパルス幅が任意に制御でき、
試料への熱効果が軽減でき、加工および分析に適用する
際の精度が向上する。
第１図は本発明の第１の実施例を示し、（ａ）は構成図
、（ｂ）は各部への印加電圧波形図、（Ｃ）は液体金属
イオン源一般におけるイオン電流の引出電圧依存性を示
す図、第２図は本発明の第２の実施例を示し、（ａ）は
構成図、（ｂ）は各部への印加電圧波形図、（Ｃ）は液
体金属イオン源一般のイオン電流の引出電圧依存性を示
す図である。 く符号の説明〉 ｌ・・・イオンエミッタチップ ２・・・イオン源材料溜 ３・・・制御電極４・・・
引出電極 ５・・・イオン源材料６・・・加゛
速電源 ７・・・パルス電源８・・・制御電極
電源 ９・・・後段加速電源１０・・・後段加速パ
ルス電源
、（ｂ）は各部への印加電圧波形図、（Ｃ）は液体金属
イオン源一般におけるイオン電流の引出電圧依存性を示
す図、第２図は本発明の第２の実施例を示し、（ａ）は
構成図、（ｂ）は各部への印加電圧波形図、（Ｃ）は液
体金属イオン源一般のイオン電流の引出電圧依存性を示
す図である。 く符号の説明〉 ｌ・・・イオンエミッタチップ ２・・・イオン源材料溜 ３・・・制御電極４・・・
引出電極 ５・・・イオン源材料６・・・加゛
速電源 ７・・・パルス電源８・・・制御電極
電源 ９・・・後段加速電源１０・・・後段加速パ
ルス電源
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、イオンエミッタチップ、イオン源材料溜、引出電極
、後段加速電極および制御電極を含んで成る液体金属イ
オン源において、イオンエミッタチップと引出電極また
は制御電極との間に印加される相対電位をパルス化する
手段を設けたことを特徴とする液体金属イオン源。 ２、前記相対電位をパルス化する手段が、イオン源のビ
ーム引出しのしきい値電圧に相当する直流電圧をエミッ
タチップに与え、さらに任意強度、任意周波数および任
意デュウティ比を有するパルス電圧を上記直流電圧に重
畳印加する手段であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の液体金属イオン源。 ３、前記相対電位をパルス化する手段が、イオン源のし
きい値電圧よりわずかに低いまたはわずかに高い電圧値
の直流電圧をエミッタチップに与え、さらに任意強度、
任意周波数および任意デュウティ比を有する電圧を引出
電極に印加する手段であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の液体金属イオン源。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60110474A JPH0746585B2 (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | イオンビーム装置およびイオンビーム形成方法 |
| US06/865,976 US4733134A (en) | 1985-05-24 | 1986-05-22 | Liquid metal ion source with pulse generator control |
| DE86107046T DE3688808T2 (de) | 1985-05-24 | 1986-05-23 | Flüssigmetall-Ionenquelle. |
| EP86107046A EP0202685B1 (en) | 1985-05-24 | 1986-05-23 | Liquid metal ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60110474A JPH0746585B2 (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | イオンビーム装置およびイオンビーム形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61269838A true JPS61269838A (ja) | 1986-11-29 |
| JPH0746585B2 JPH0746585B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=14536623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60110474A Expired - Lifetime JPH0746585B2 (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | イオンビーム装置およびイオンビーム形成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4733134A (ja) |
| EP (1) | EP0202685B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0746585B2 (ja) |
| DE (1) | DE3688808T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01206543A (ja) * | 1988-02-15 | 1989-08-18 | Teruhiko Tajima | パルスイオンビーム発生装置 |
| JP2007506255A (ja) * | 2003-09-22 | 2007-03-15 | アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド | 液体金属イオン源および液体金属イオン源を制御する方法 |
| JP2012142312A (ja) * | 2006-07-06 | 2012-07-26 | Hitachi High-Technologies Corp | 集束イオンビーム装置 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0308560A1 (fr) * | 1987-09-22 | 1989-03-29 | Universite De Reims Champagne Ardenne | Canon à particules électriques permettant l'émission pulsée de particules d'énergie déterminée |
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| US7129513B2 (en) * | 2004-06-02 | 2006-10-31 | Xintek, Inc. | Field emission ion source based on nanostructure-containing material |
| EP2068343B1 (en) * | 2007-11-13 | 2011-08-31 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Charged particle source with automated tip formation |
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