TW201942932A - 發射器的製作方法 - Google Patents
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Abstract
[課題] 提供即使發射器之素材存在各種多樣之情況下,亦能夠將發射器之前端成型為較佳形狀的發射器的製作方法。
[解決手段] 發射器的製作方法,具有:對導電性之發射器素材之前端部進行電解拋光加工,以朝向前端逐漸縮小直徑的方式進行加工的工程;在經由該工程加工的發射器素材中的加工部位照射荷電粒子束進行蝕刻加工,形成以前端為頂點的角錐狀之削尖部的工程;對經由該工程而形成有該削尖部的發射器素材之表面進行濺鍍加工,將基於荷電粒子束之蝕刻加工之痕跡進行除去的工程;藉由電場離子顯微鏡一邊觀察經由該工程已被除去該痕跡的發射器素材之該削尖部中的前端之結晶構造,一邊藉由電場感應氣體蝕刻加工進一步削尖該前端,使構成該最前端的原子數成為一定數以下的工程。
[解決手段] 發射器的製作方法,具有:對導電性之發射器素材之前端部進行電解拋光加工,以朝向前端逐漸縮小直徑的方式進行加工的工程;在經由該工程加工的發射器素材中的加工部位照射荷電粒子束進行蝕刻加工,形成以前端為頂點的角錐狀之削尖部的工程;對經由該工程而形成有該削尖部的發射器素材之表面進行濺鍍加工,將基於荷電粒子束之蝕刻加工之痕跡進行除去的工程;藉由電場離子顯微鏡一邊觀察經由該工程已被除去該痕跡的發射器素材之該削尖部中的前端之結晶構造,一邊藉由電場感應氣體蝕刻加工進一步削尖該前端,使構成該最前端的原子數成為一定數以下的工程。
Description
本發明關於放出電子或離子等的作為放出源使用的發射器的製作方法。
習知,聚焦離子束裝置,係具備產生離子的離子源,使離子源產生的離子聚焦為聚焦離子束並進行照射。例如作為離子源而具備電場電離型離子源的聚焦離子束裝置為已知(例如參照專利文獻1)。
電場電離型離子源具備:前端按原子準位削尖的發射器;對發射器之周圍供給氮氣體、氦氣體等之氣體的氣體源;使發射器冷卻的冷卻部;及配置於遠離發射器之前端的位置的引出電極與。電場電離型離子源,在藉由氣體源對發射器之周圍供給氣體之後,對發射器與引出電極之間施加引出電壓並且藉由冷卻部冷卻發射器。據此,電場電離型離子源中,藉由發射器之前端中的電場使氣體電離,生成氣體離子。生成的氣體離子受到施加有正電位的發射器之排斥,而被引出至引出電極側。聚焦離子束裝置係將引出的氣體離子加速並且聚焦,照射聚焦離子束。
具備電場電離型離子源的聚焦離子束裝置,可以縮小照射的聚焦離子束之射束直徑,而且可以縮小該聚焦離子束之能量之擴大。因此,該聚焦離子束裝置可以將射束直徑被縮小且收斂狀態下之聚焦離子束照射至試料。結果,該聚焦離子束裝置中,基於聚焦離子束的試料之觀察中的分辨率變高。又,該聚焦離子束裝置中,基於聚焦離子束的微細的蝕刻加工之精度變高。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 特開平7-240165號公報
[發明所欲解決之課題]
但是,為了產生射束直徑小的聚焦離子束,較好是將發射器之前端之結晶構造成形為金字塔狀,盡可能使較少數之原子配列於最前端。藉此,具備電場電離型離子源的聚焦離子束裝置,局部性離子化氣體成為氣體離子,可以產生射束直徑小的聚焦離子束。
於此,習知之發射器的製作方法中,發射器之前端,藉由導電性之發射器素材之電解拋光,可以將前端之大小(例如前端直徑等)削尖為100nm以下。但是,該製作方法中存在難以藉由電解拋光將前端形成為金字塔狀的發射器素材。因此,針對這樣的發射器素材,藉由基於聚焦離子束的蝕刻加工,可以將前端之大小削尖為100nm以下的方法為已知。
但是,藉由基於聚焦離子束的蝕刻加工將前端之大小削尖為100nm以下而成形的發射器素材,其表面會有殘留該蝕刻加工之痕跡之情況。該痕跡不僅可能降低將該發射器素材之最前端削尖為原子準位時之加工精度,亦有可能使該發射器素材之加工之中在該蝕刻加工之後進行的加工成為困難,結果,有可能惡化該發射器素材之加工中的良品率。另外,該痕跡亦有可能對發射器加工後使用時之離子電流之穩定動作或最前端構造之再生帶來不良影響。
於此,本發明有鑑於上述習知技術之問題,目的在於提供即使發射器之素材有各種多樣之情況下,亦可以將發射器之前端成形為較佳之形狀的發射器的製作方法。
[解決課題之手段]
[解決課題之手段]
(1)本發明之一態樣之發射器的製作方法,係製作削尖的針狀之發射器的方法,包含:對導電性之發射器素材之前端部進行電解拋光加工,以朝向前端逐漸縮小直徑的方式進行加工的電解拋光工程;對已經由上述電解拋光工程加工的上述發射器素材之上述加工部位照射荷電粒子束進行蝕刻加工,形成以前端為頂點的角錐狀之削尖部的第1蝕刻工程;對經由上述第1蝕刻工程形成的上述削尖部照射離子化氣體為稀有氣體的聚焦離子束而進行濺鍍加工的濺鍍工程;及藉由電場離子顯微鏡一邊觀察已經由上述濺鍍工程加工的上述削尖部之上述前端之結晶構造,一邊藉由電場感應氣體蝕刻加工進一步削尖該前端,使構成上述前端的原子數成為一定數以下的第2蝕刻工程。
(2)上述(1)記載之發射器的製作方法中,上述濺鍍工程,係將經由上述第1蝕刻工程形成的上述削尖部之損傷層及殘留雜質粒子之中之至少之一除去亦可。
(3)上述(1)或(2)記載之發射器的製作方法中,上述濺鍍工程,係以上述濺鍍加工之執行前後的上述發射器素材之場致蒸發電壓之增加率成為規定值以下的方式進行上述濺鍍加工亦可。
(4)上述(1)~(3)之任一記載之發射器的製作方法中,上述第1蝕刻工程,係藉由聚焦離子束之照射,以上述削尖部之頂角成為規定角度以下的方式進行上述蝕刻加工亦可。
(5)上述(1)~(4)之任一記載之發射器的製作方法中,上述發射器素材為鎢亦可。
(6)上述(1)~(4)之任一記載之發射器的製作方法中,上述發射器素材為銥亦可。
(7)上述(1)~(6)之任一記載之發射器的製作方法中,上述濺鍍工程之加工範圍之大小設定為上述聚焦離子束之直徑以下亦可。
(8)上述(1)~(6)之任一記載之發射器的製作方法中,上述濺鍍工程之加工範圍之大小設定為較上述聚焦離子束之直徑大之情況下,上述濺鍍工程藉由上述聚焦離子束掃描上述加工範圍亦可。
(9)上述(7)或(8)之任一記載之發射器的製作方法中,上述濺鍍工程從針狀之上述發射器素材之軸向對上述削尖部照射上述聚焦離子束亦可。
(10)上述(7)或(8)之任一記載之發射器的製作方法中,上述濺鍍工程,係從與針狀之上述發射器素材之軸向交叉之方向對上述削尖部照射上述聚焦離子束,而且使上述發射器素材繞中心軸之軸線旋轉亦可。
(11)上述(1)~(10)之任一記載之發射器的製作方法中,上述離子化氣體為氬或氙亦可。
[發明效果]
[發明效果]
依據本發明,可以提供即使發射器之素材存在各種多樣之情況下,亦能夠將發射器之前端成形為較佳之形狀的發射器的製作方法。
<實施形態>
以下,參照圖面說明本發明之實施形態。又,實施形態中舉出構成氣體電場電離型離子源(GFIS:Gas Field Ion Source),作為離子束之放出源使用的發射器之例進行說明。
以下,參照圖面說明本發明之實施形態。又,實施形態中舉出構成氣體電場電離型離子源(GFIS:Gas Field Ion Source),作為離子束之放出源使用的發射器之例進行說明。
首先,參照圖1針對具備具有上述氣體電場電離型離子源的聚焦離子束鏡筒之聚焦離子束裝置之構成進行說明。圖1所示聚焦離子束裝置1,係具備具有該氣體電場電離型離子源的聚焦離子束鏡筒之聚焦離子束裝置之一例。
<聚焦離子束裝置之構成>
如圖1所示,聚焦離子束裝置1具備:對載置於未圖示的載台上的試料S照射聚焦離子束(FIB)的聚焦離子束鏡筒2;對經由聚焦離子束(FIB)之照射而產生的二次荷電粒子進行檢測的檢測器4;供給形成沉積膜之原料氣體的氣體槍5;及依據檢測出的二次荷電粒子生成圖像資料並且將該圖像資料顯示於未圖示的顯示部的控制部7。顯示部例如為液晶顯示器。
如圖1所示,聚焦離子束裝置1具備:對載置於未圖示的載台上的試料S照射聚焦離子束(FIB)的聚焦離子束鏡筒2;對經由聚焦離子束(FIB)之照射而產生的二次荷電粒子進行檢測的檢測器4;供給形成沉積膜之原料氣體的氣體槍5;及依據檢測出的二次荷電粒子生成圖像資料並且將該圖像資料顯示於未圖示的顯示部的控制部7。顯示部例如為液晶顯示器。
上述載台依據控制部7之指示而動作,例如可以沿著5軸變位。據此,聚焦離子束裝置1使該載台沿著5軸變位,可以將聚焦離子束(FIB)向所要之位置照射。又,該載台收納於未圖示的真空腔室內。因此,聚焦離子束裝置1中,係在該真空腔室內進行聚焦離子束(FIB)之照射或原料氣體之供給等。
聚焦離子束鏡筒2具備:發射器10;氣體源11;冷卻部12;加熱部13;引出電極14;引出電源部15;及射束光學系統16。
發射器10,如圖2所示為前端被削尖的針狀之導電性部材,放出離子束的放出源。該發射器10藉由後述之製作方法製作。發射器10之前端係按原子準位等級被削尖。更具體而言,該前端係以結晶構造成為金字塔狀的方式來構成,例如圖3所示構成為在發射器10之最前端配列有3原子A1之狀態,或如圖4所示構成為在最前端配列有1原子A2之狀態。
發射器10,如圖1所示,係收納於內部維持於高真空狀態之離子產生室20內之狀態下被支撐。氣體源11係經由與離子產生室20連通的氣體導入管11a對發射器10之周圍供給微量之氣體(例如氦(He)氣體)G。加熱部13對發射器10之前端進行局部性加熱。加熱部13例如為燈絲。加熱部13藉由來自對應於控制部7之要求而動作的電流源13a之電流對發射器10之前端進行局部性加熱直至規定溫度為止,使構成發射器10的原子進行再配列。
在離子產生室20之開口部,引出電極14以從發射器10之前端分離之狀態被配設。於引出電極14,在與發射器10之前端對向的位置形成有開口部14a。引出電源部15係對引出電極14與發射器10之間施加引出電壓的電極。引出電源部15藉由施加引出電壓而達成在發射器10之最前端使氣體G離子化成為氣體離子之後,將該氣體離子引出至引出電極14側之任務。
冷卻部12,係藉由液體氦或液體窒素等之冷媒對發射器10進行冷卻者,對包含引出電極14的空間E之整體進行冷卻。又,冷卻部12,作為對空間E之整體進行冷卻之構成之取代,亦可以是對包含空間E之中之發射器10的一部分之空間進行冷卻之構成等之冷卻發射器10的其他構成。亦即,冷卻部12為冷卻發射器10之裝置。又,冷卻部12,作為冷卻空間E之整體之方法,亦可以是使用冷凍機的構成。
於此,發射器10、氣體源11、加熱部13、引出電極14、引出電源部15、及離子產生室20係構成從氣體G產生氣體離子的氣體電場電離型離子源21。
又,於引出電極14之下方設置有接地電位之陰極22。加速電源部23對陰極22與發射器10之間施加加速電壓。該加速電壓對引出的氣體離子賦予能量使加速,成為離子束。於陰極22之下方設置有縮小離子束的第1光圈24。於第1光圈24之下方設置有聚焦離子束成為聚焦離子束(FIB)的聚光透鏡25。
於聚光透鏡25之下方設置有可以沿著水平方向移動,將聚焦離子束(FIB)進一步縮小的第2光圈26。於第2光圈26之下方設置有在試料S上掃描聚焦離子束(FIB)的偏向器27。於偏向器27之下方設置有使聚焦離子束(FIB)之焦點對準試料S上的物鏡28。
於此,陰極22、加速電源部23、第1光圈24、聚光透鏡25、第2光圈26、偏向器27、及物鏡28構成將引出的氣體離子形成為聚焦離子束(FIB)之後照射至試料S的射束光學系統16。又,於射束光學系統16,雖未圖示,亦包含習知之聚焦離子束裝置使用的像差(
astigmatism)校正器、射束位置調整機構。
astigmatism)校正器、射束位置調整機構。
在聚焦離子束(FIB)被照射時,檢測器4檢測從試料S發出的二次電子、二次離子、反射離子或散射離子等之二次荷電粒子,並對控制部7輸出。氣體槍5係以含有成為沉積膜之原料的物質(例如菲、鉑、碳或鎢等)的化合物氣體作為原料氣體進行供給。該原料氣體藉由聚焦離子束(FIB)之照射以及該照射產生的二次荷電粒子而被分解,分離成為氣體成分及固體成分。該氣體成分及該固體成分之中之該固體成分被沈積而形成沉積膜。
又,氣體槍5可以使用選擇性加速蝕刻之物質(例如氟化氙、氯、碘、水)。例如試料S為Si類之情況下使用氟化氙,試料S為有機類之情況下使用水。又,聚焦離子束裝置1同時照射該物質與離子束,可以進行特定之材質之蝕刻。
控制部7對聚焦離子束裝置1之整體進行綜合性控制,而且變化引出電壓、加速電壓、聚焦離子束(FIB)之射束電流等。因此,控制部7不僅可以自由調整聚焦離子束(FIB)之射束直徑取得觀察圖像,亦可以對試料S進行局部性蝕刻加工(粗加工或精細加工等)等。
又,控制部7將檢測器4檢測出的二次荷電粒子轉換為亮度信號生成觀察圖像資料。控制部7依據生成的該觀察圖像資料並於顯示部顯示觀察圖像。據此,控制部7可以經由顯示部將觀察圖像提供給作業員。
另外,於控制部7連接有作業員可以輸入的未圖示的輸入部,依據由該輸入部輸入的信號對聚焦離子束裝置1之整體進行控制。因此,作業員經由輸入部可以對所要的區域照射聚焦離子束(FIB)進行觀察、對所要的區域進行蝕刻加工、一邊對所要的區域供給原料氣體一邊照射聚焦離子束(FIB)沈積沉積膜等。
另外,於控制部7連接有作業員可以輸入的未圖示的輸入部,依據由該輸入部輸入的信號對聚焦離子束裝置1之整體進行控制。因此,作業員經由輸入部可以對所要的區域照射聚焦離子束(FIB)進行觀察、對所要的區域進行蝕刻加工、一邊對所要的區域供給原料氣體一邊照射聚焦離子束(FIB)沈積沉積膜等。
<發射器的製作方法>
接著,參照圖5所示流程圖,舉出2個發射器素材之例說明發射器10之製作方法。發射器素材係成為發射器10之材料的素材。
接著,參照圖5所示流程圖,舉出2個發射器素材之例說明發射器10之製作方法。發射器素材係成為發射器10之材料的素材。
<發射器素材為鎢單結晶之情況>
首先,對上述發射器素材之一例之發射器素材30之前端部進行電解拋光加工,以朝向前端逐漸縮小直徑的方式進行加工的電解拋光工程(步驟S10)。於該一例中,發射器素材30為鎢單結晶。
具體而言,首先,如圖6所示,作為發射器素材30而準備例如於軸向具有結晶面(111)面的鎢單結晶構成的金屬線,將發射器素材30之基端部例如透過固定用線材31藉由保持具32進行保持。
又,作為發射器素材30之上述金屬線,例如使用直徑為0.1~0.3mm前後,長度為數mm者。又,固定用線材31除了支撐發射器素材30以外,亦具有藉由通電對發射器素材30進行加熱之功能。
首先,對上述發射器素材之一例之發射器素材30之前端部進行電解拋光加工,以朝向前端逐漸縮小直徑的方式進行加工的電解拋光工程(步驟S10)。於該一例中,發射器素材30為鎢單結晶。
具體而言,首先,如圖6所示,作為發射器素材30而準備例如於軸向具有結晶面(111)面的鎢單結晶構成的金屬線,將發射器素材30之基端部例如透過固定用線材31藉由保持具32進行保持。
又,作為發射器素材30之上述金屬線,例如使用直徑為0.1~0.3mm前後,長度為數mm者。又,固定用線材31除了支撐發射器素材30以外,亦具有藉由通電對發射器素材30進行加熱之功能。
將保持具32所保持的發射器素材30之前端部浸漬於貯存於拋光槽33的拋光溶液W。作為拋光溶液W例如可以舉出3mol/L之KOH(氫氧化鉀)溶液等。又,於拋光槽33內配設有陰極34。
於發射器素材30與陰極34之間藉由電壓施加部35在規定之蝕刻時間(例如400秒前後)之間施加蝕刻電壓(例如DC3V),進行發射器素材30之前端部之電解拋光加工。
於發射器素材30與陰極34之間藉由電壓施加部35在規定之蝕刻時間(例如400秒前後)之間施加蝕刻電壓(例如DC3V),進行發射器素材30之前端部之電解拋光加工。
據此,如圖7所示,於電解拋光工程(步驟S10)中,使發射器素材30之前端部,以朝向前端逐漸縮小直徑的方式大致被削尖。此時,如圖8所示,作為加工基準,在前端直徑R1成為100nm以下,更詳細為30~80nm,前端頂角θ1成為10~30度左右為止進行上述電解拋光加工。
接著,電解拋光工程(步驟S10)結束之後,如圖9、圖10、及圖11所示,對已電解拋光加工的加工部位照射聚焦離子束(例如後述之第1聚焦離子束FIB1)而進行進行蝕刻加工的第1蝕刻工程(步驟S20)。以下,作為一例說明該聚焦離子束為由鎵離子構成的聚焦離子束之情況。亦即,第1蝕刻工程中,照射後述之第1聚焦離子束FIB1的荷電粒子束裝置50,係和上述圖1所示聚焦離子束裝置1不同。
首先,對荷電粒子束裝置50之一例進行說明。圖12係本發明之實施形態之荷電粒子束裝置50之構成圖。如圖12所示,荷電粒子束裝置50具備:內部可以維持於真空狀態的試料室51;於試料室51之內部可以將試料固定的載台52;及驅動載台52的載台驅動機構53。荷電粒子束裝置50具備對試料室51之內部中的規定之照射區域(亦即掃描範圍)內之照射對象照射各聚焦離子束FIB1、FIB2的第1聚焦離子束照射光學系統54及第2聚焦離子束照射光學系統55。另外,荷電粒子束裝置50具備對試料室51之內部中的規定之照射區域內之照射對象照射電子束的電子束照射光學系統(圖示略)亦可。
荷電粒子束裝置50具備對經由各聚焦離子束FIB1、FIB2或電子束之照射而由照射對象產生的二次荷電粒子(二次電子、二次離子)Q進行檢測的檢測器56。荷電粒子束裝置50具備對照射對象之表面供給氣體G的氣體供給部57。氣體供給部57具體而言為外徑200μm左右之噴嘴等。荷電粒子束裝置50具備將基於檢測器56檢測出的二次荷電粒子Q的圖像資料等進行顯示的顯示裝置61、電腦62、及輸入裝置63。
該實施形態之荷電粒子束裝置50,藉由對照射對象之表面邊掃描邊照射各聚焦離子束FIB1、FIB2,據此,可以執行被照射部之圖像化或基於濺鍍的各種加工(掘削、微調加工等)、及沉積膜之形成等。荷電粒子束裝置50,藉由對照射對象之表面邊掃描邊照射各聚焦離子束FIB1、FIB2或電子束,據此,可以執行照射對象之表面之觀察。
試料室51構成為,可以藉由排氣裝置(圖示省略)將內部排氣成為所要之真空狀態,而且可以維持所要之真空狀態。
載台52具備供作為固定保持試料的保持器P之保持器固定台52a。保持器固定台52a為可以搭載複數個保持器P之構造亦可。
載台52具備供作為固定保持試料的保持器P之保持器固定台52a。保持器固定台52a為可以搭載複數個保持器P之構造亦可。
載台驅動機構53,係與載台52連接之狀態下被收納於試料室51之內部,對應於從電腦62輸出的控制信號而使載台52相對於規定軸變位。例如載台驅動機構53為將5軸之驅動機構與2軸之驅動機構以可以裝拆地組合而成的7軸之驅動機構。5軸之驅動機構具備使載台52沿著至少在水平面平行而且相互正交之X軸及Y軸、以及與X軸及Y軸正交之鉛直方向之Z軸平行移動的移動機構53a。5軸之驅動機構具備:使載台52繞X軸或Y軸傾斜的傾斜機構53b,及使載台52繞Z軸旋轉的旋轉機構53c。2軸之驅動機構,係搭載於5軸之驅動機構,例如具備使載台52繞與X軸及Y軸不同而在水平面平行而且相互正交之2軸之各軸傾斜的第2傾斜機構53d。
第1聚焦離子束照射光學系統54,係在試料室51之內部使射束射出部(圖示省略),在照射區域內之載台52之鉛直方向上方之位置面對載台52,而且使光軸U(FIB1)平行於鉛直方向的方式被固定於試料室51。據此,對載置於載台52的試料等之照射對象可以照射從鉛直方向之上方朝向下方的第1聚焦離子束FIB1。
第2聚焦離子束照射光學系統55,係在試料室51之內部使射束射出部(圖示省略),在相對於照射區域內之載台52之鉛直方向傾斜規定角度之傾斜方向面對載台52,而且使光軸U(FIB2)與傾斜方向平行的方式被固定於試料室51。據此,對固定於載台52的試料等之照射對象可以照射從傾斜方向之上方朝向下方的第2聚焦離子束FIB2。
第2聚焦離子束照射光學系統55,係在試料室51之內部使射束射出部(圖示省略),在相對於照射區域內之載台52之鉛直方向傾斜規定角度之傾斜方向面對載台52,而且使光軸U(FIB2)與傾斜方向平行的方式被固定於試料室51。據此,對固定於載台52的試料等之照射對象可以照射從傾斜方向之上方朝向下方的第2聚焦離子束FIB2。
第1及第2聚焦離子束照射光學系統54、55各自具備產生離子的各離子源54a、55a;及使從各離子源54a、55a引出的離子聚焦及偏向的各離子光學系統54b、55b。各離子源54a、55a及各離子光學系統54b、55b,係依據從電腦62輸出的控制信號被控制,各聚焦離子束FIB1、FIB2之照射位置及照射條件等係由電腦62控制。
第1聚焦離子束照射光學系統54之離子源54a例如為使用液體鎵等的液體金屬離子源。第2聚焦離子束照射光學系統55之離子源55a例如為使用將氬或氙等之稀有氣體離子化之氣體的氣體電場電離型離子源。
各離子光學系統54b、55b例如具備聚光透鏡等之第1靜電透鏡、靜電偏向器、物鏡等之第2靜電透鏡等。
第1聚焦離子束照射光學系統54之離子源54a例如為使用液體鎵等的液體金屬離子源。第2聚焦離子束照射光學系統55之離子源55a例如為使用將氬或氙等之稀有氣體離子化之氣體的氣體電場電離型離子源。
各離子光學系統54b、55b例如具備聚光透鏡等之第1靜電透鏡、靜電偏向器、物鏡等之第2靜電透鏡等。
檢測器56係檢測對試料等之照射對象照射各聚焦離子束FIB1、FIB2或電子束時從照射對象放射的二次荷電粒子(二次電子及二次離子)Q之強度(亦即,二次荷電粒子之量),將二次荷電粒子Q之檢測量之資訊輸出。檢測器56,係於試料室51之內部配置於可以檢測二次荷電粒子Q之量的位置,例如配置於相對於照射區域內之試料等之照射對象斜上方之位置等,被固定於試料室51。
氣體供給部57被固定於試料室51,於試料室51之內部具有氣體噴射部57a(例如噴嘴等),使氣體噴射部57a面對載台52而配置。氣體供給部57可以對試料供給以下:與試料之材質對應地選擇性促進基於各聚焦離子束FIB1、FIB2的試料之蝕刻的蝕刻用氣體,及在試料之表面形成基於金屬或絕緣體等之沈積物的沉積膜之沉積用氣體等。例如將對矽類之試料之氟化氙、及對有機類之試料的水等之蝕刻用氣體供給至試料之同時照射各聚焦離子束FIB1、FIB2,據此而與材料對應地選擇性促進蝕刻。又,例如將含有鉑、碳、或鎢等之沉積用氣體供給至試料之同時照射各聚焦離子束FIB1、FIB2,據此而可以使從沉積用氣體分解的固體成分沉積於試料之表面。沉積用氣體之具體例,作為含碳的氣體有菲或萘或芘等,作為含鉑的氣體有三甲基・環戊二烯基乙基・鉑等,又,作為含鎢的氣體鎢有六羰基等。又,藉由供給氣體,藉由照射電子束,亦可以進行蝕刻或沉積。
電腦62至少對載台驅動機構53、各聚焦離子束照射光學系統54、55、氣體供給部57進行控制。
電腦62配置於試料室51之外部,連接有顯示裝置61,及將與操作者之輸入操作對應的信號輸出的滑鼠及鍵盤等之輸入裝置63。
電腦62係藉由從輸入裝置63輸出的信號或事先設定的控制處理所生成的信號等對荷電粒子束裝置50之動作進行統合控制。
電腦62配置於試料室51之外部,連接有顯示裝置61,及將與操作者之輸入操作對應的信號輸出的滑鼠及鍵盤等之輸入裝置63。
電腦62係藉由從輸入裝置63輸出的信號或事先設定的控制處理所生成的信號等對荷電粒子束裝置50之動作進行統合控制。
電腦62係將掃描荷電粒子束之照射位置而由檢測器56檢測出的二次荷電粒子Q之檢測量轉換為與照射位置賦予對應的亮度信號,生成依據二次荷電粒子Q之檢測量之二維位置分布來顯示照射對象之形狀的圖像資料。電腦62將所生成的圖像資料以及執行圖像資料之擴大、縮小、移動、及旋轉等之操作的畫面顯示於顯示裝置61。電腦62係將進行自動序列控制中的模式選擇及加工設定等之各種設定之畫面顯示於顯示裝置61。
以下說明使用荷電粒子束裝置50,以發射器素材30作為照射對象之試料進行蝕刻加工之動作。具體而言,如圖9及10所示,在基於電解拋光工程的發射器素材30之已進行電解拋光加工的加工部位之中,例如在遍及從前端至50μm左右為止之加工區域H,使發射器素材30邊繞其軸線O間歇性旋轉邊照射第1聚焦離子束FIB1,形成角錐狀之削尖部40。圖示之例中,藉由第1聚焦離子束FIB1使角錐面41顯現6面的方式進行加工,形成6角錐狀之削尖部40。
此時,如圖11所示,以削尖部40之前端作為頂點,以該頂角θ2成為第1規定角度以下的方式對削尖部40進行精細加工。第1規定角度例如為20度。又,第1規定角度可以是小於20度的角度,或大於20度的角度亦可。但是,第1規定角度較小為較佳。第1規定角度為規定角度之一例。圖示之例中,頂角θ2精細加工為約10度。
此時,如圖11所示,以削尖部40之前端作為頂點,以該頂角θ2成為第1規定角度以下的方式對削尖部40進行精細加工。第1規定角度例如為20度。又,第1規定角度可以是小於20度的角度,或大於20度的角度亦可。但是,第1規定角度較小為較佳。第1規定角度為規定角度之一例。圖示之例中,頂角θ2精細加工為約10度。
如此般,本實施形態之發射器的製作方法中,藉由第1蝕刻工程(步驟S20),可以製作奈米等級且非常削尖的六角錐狀之削尖部40。特別是,該作成方法利用第1聚焦離子束FIB1,因此可以抑制加工偏差,將削尖部40微細作成所要之形狀。但是,經由第1蝕刻工程(步驟S20)加工後的發射器素材30之表面有可能殘留第1聚焦離子束FIB1的加工痕跡(刻痕)之情況。該痕跡例如包含殘留於該表面的粒子亦即構成第1聚焦離子束FIB1的荷電粒子(該一例中為鎵離子)引起的殘留雜質粒子,及形成於該表面的痕亦即第1聚焦離子束FIB1的加工痕所形成的損傷層之中之至少一方。又,於該痕跡中,作為彼等之取代亦可能包含第1聚焦離子束FIB1的加工引起的其他痕。於該表面殘留該痕跡(刻痕)之情況下,該痕跡不僅可能降低將發射器素材30之最前端削尖成為原子準位時之加工精度,亦有可能使發射器素材30之加工變為困難,結果,發射器素材30之加工中的良品率變為惡化。另外,該痕跡亦有可能對發射器加工後使用時之離子電流之穩定動作或最前端構造之再生帶來不良影響。
於此,本實施形態之發射器的製作方法中,在第1蝕刻工程(步驟S20)結束之後,對經由第1蝕刻工程(步驟S20)而形成有削尖部40的發射器素材30之表面進行濺鍍加工,進行去除第1聚焦離子束FIB1之蝕刻加工引起的痕跡之濺鍍工程(步驟S25)。
具體而言,如圖13所示,接續第1蝕刻工程(步驟S20),使用荷電粒子束裝置50,將發射器素材30之軸線O配置成為與第2聚焦離子束照射光學系統55之光軸U(FIB2)同軸,使發射器素材30之前端部面對第2聚焦離子束照射光學系統55之射束射出口55c。接著,從軸線O方向對發射器素材30之前端部之中包含削尖部40的加工對象部位照射第2聚焦離子束FIB2而進行濺鍍加工。
具體而言,如圖13所示,接續第1蝕刻工程(步驟S20),使用荷電粒子束裝置50,將發射器素材30之軸線O配置成為與第2聚焦離子束照射光學系統55之光軸U(FIB2)同軸,使發射器素材30之前端部面對第2聚焦離子束照射光學系統55之射束射出口55c。接著,從軸線O方向對發射器素材30之前端部之中包含削尖部40的加工對象部位照射第2聚焦離子束FIB2而進行濺鍍加工。
濺鍍工程(步驟S25)之加工對象部位之大小設定成為至少比第1蝕刻工程(步驟S20)之加工區域H之大小更窄。例如濺鍍工程(步驟S25)之加工對象部位之外徑為,以發射器素材30之削尖部40之最前端作為中心的半徑十數μm左右之部位。對該加工對象部位照射第2聚焦離子束FIB2時,例如在第2聚焦離子束FIB2之直徑小於加工對象部位之外徑的情況下,藉由第2聚焦離子束FIB2掃描加工對象部位。另一方面,第2聚焦離子束FIB2之直徑為加工對象部位之外徑以上之情況下,無需第2聚焦離子束FIB2的掃描。
使用第2聚焦離子束FIB2的濺鍍工程(步驟S25)之加工速率,係與射束電流及加速電壓對應地變化,例如比起電解拋光工程(步驟S10)之電解拋光小1~3位左右。據此,例如電解拋光之表面處理時間為0.01~數秒前後之相對較短時間,濺鍍工程(步驟S25)中的第2聚焦離子束FIB2之照射時間為十數~數十分鐘左右,照射時間亦即加工量之調整容易。又,濺鍍工程(步驟S25)中的第2聚焦離子束FIB2之加速電壓,例如設定為低於第1蝕刻工程(步驟S20)中的第1聚焦離子束FIB1之加速電壓。
濺鍍工程(步驟S25)中,係以濺鍍加工之執行前後的發射器素材30之場致蒸發電壓之增加率成為規定值以下的方式進行濺鍍加工。例如規定值為相對於場致蒸發電壓之臨限值的規定之電壓增加率,設定為30%左右。場致蒸發電壓之臨限值例如為發射器素材30之前端表面之中心亦即{111}結晶面之周邊之規定結晶面成為所要之清淨的結晶面之臨限電壓。
場致蒸發電壓之臨限值,係和表示發射器素材30中的削尖部40之前端之削尖度狀況的參數有關,例如伴隨著削尖度狀況降低,變化為增大趨勢。表示削尖部40之前端之削尖度狀況的參數,例如為前端之曲率半徑、或以前端作為頂點的頂角之角度等。亦即,藉由將濺鍍加工之執行前後的發射器素材30之場致蒸發電壓之增加率規範在規定值以下,可以使第1蝕刻工程所形成的削尖部40之前端形狀,即使在濺鍍工程之執行後,亦可以維持在所要之容許變化範圍內。
場致蒸發電壓之臨限值,係和表示發射器素材30中的削尖部40之前端之削尖度狀況的參數有關,例如伴隨著削尖度狀況降低,變化為增大趨勢。表示削尖部40之前端之削尖度狀況的參數,例如為前端之曲率半徑、或以前端作為頂點的頂角之角度等。亦即,藉由將濺鍍加工之執行前後的發射器素材30之場致蒸發電壓之增加率規範在規定值以下,可以使第1蝕刻工程所形成的削尖部40之前端形狀,即使在濺鍍工程之執行後,亦可以維持在所要之容許變化範圍內。
又,相對於濺鍍工程中被設定的場致蒸發電壓之增加率的規定值,例如可以設定為小於相對於電解拋光工程(步驟S10)之電解拋光中可以設定的場致蒸發電壓之增加率的規定值。如上述般,與濺鍍加工比較,電解拋光中相對詳細而且高精度之加工困難,因此削尖部40之前端形狀之變化之偏差較大,第1蝕刻工程形成的削尖部40之前端形狀有可能在電解拋光之執行後無法維持於所要之容許變化範圍內。例如電解拋光之執行前後的發射器素材30之場致蒸發電壓之增加率成為50%以上之過大值之情況存在,相對於為了將削尖部40之前端形狀維持於所要之容許變化範圍內所必要的場致蒸發電壓之增加率的規定值,有可能難以適當地設定。針對這樣的問題,與電解拋光比較,濺鍍加工中相對詳細而且高精度之加工容易,可以防止削尖部40之前端形狀之變化之偏差增大,相對於將削尖部40之前端形狀維持於所要之容許變化範圍內所必要的場致蒸發電壓之增加率的規定值,可以適當地被設定。
據此,濺鍍工程(步驟S25)中,圖14所示第1蝕刻工程(步驟S20)之加工區域H之一部分亦即包含基於第1聚焦離子束FIB1之蝕刻加工之痕跡的表面EL之最前端部ELa,如圖15所示般被除去。圖14係表示第1蝕刻工程(步驟S20)中經由第1聚焦離子束FIB1蝕刻加工後的狀態之發射器素材30之剖面的圖。該剖面為沿著該發射器素材30之軸線O將該發射器素材30切斷之情況下之該發射器素材30之前端部之剖面。圖15係表示濺鍍工程(步驟S25)結束之後之發射器素材30之剖面的圖。該剖面為沿著該發射器素材30之軸線O將該發射器素材30切斷之情況下之該發射器素材30之前端部之剖面。圖14所示表面EL為,在發射器素材30之前端部中殘留有基於第1聚焦離子束FIB1之蝕刻加工之痕跡(刻痕)之部分。表面EL之厚度為50nm左右。又,圖14及圖15所示非拋光對象部分RM為,發射器素材30之前端部中未殘留基於第1聚焦離子束FIB1之蝕刻加工之痕跡(無刻痕)的部分。
接著,上述濺鍍工程(步驟S25)結束之後,藉由電場離子顯微鏡一邊觀察削尖部40中的前端之結晶構造,一邊藉由電場感應氣體蝕刻加工該前端,進行原子準位等級之進一步削尖的第2蝕刻工程(步驟S30)。
對該工程詳細進行說明。
首先,如圖16所示,上述電場離子顯微鏡(FIM:Field Ion Microscope)70具備:被以規定壓力導入各種氣體的未圖示的真空腔室;於該真空腔室內,與發射器素材30之削尖部40隔開間隔配置的MCP(微通道板)71;映出被該MCP71放大的削尖部40之前端之FIM像(電場離子像)的螢光幕72;及對發射器素材30進行加熱之加熱器等之加熱部73。
又,圖16中示出發射器素材30之削尖部40中的結晶構造。
首先,如圖16所示,上述電場離子顯微鏡(FIM:Field Ion Microscope)70具備:被以規定壓力導入各種氣體的未圖示的真空腔室;於該真空腔室內,與發射器素材30之削尖部40隔開間隔配置的MCP(微通道板)71;映出被該MCP71放大的削尖部40之前端之FIM像(電場離子像)的螢光幕72;及對發射器素材30進行加熱之加熱器等之加熱部73。
又,圖16中示出發射器素材30之削尖部40中的結晶構造。
如此般構成的電場離子顯微鏡70中,在對真空腔室內導入惰性氣體例如氦氣體(He)狀態下對發射器素材30施加高電壓時,氦氣體在構成削尖部40之前端原子之附近被強電場離子化,依據電氣力線而朝MCP71側移動。如此則,該氦氣體被離子化的氦離子在MCP71中被轉換為電子,放大之後射入螢光幕72。據此,電場離子顯微鏡70可於螢光幕72上映出削尖部40之前端之FIM像,可以對作業員提供該前端之結晶構造。
於此,在作業員對削尖部40之前端之結晶構造之觀察中,除對真空腔室內導入氦氣體以外,若導入包含氧與氮之中之一方或兩方的未圖示的混合氣體時,可以進行藉由混合氣體奪走鎢之原子而進行蝕刻的電場感應氣體蝕刻加工。
因此,第2蝕刻工程(步驟S30)中,藉由進行該電場感應氣體蝕刻加工,可以逐漸削去削尖部40之前端。結果,該作成方法中,該前端可以按原子準位等級進行削尖。此時,越是削尖,削尖部40之構成最前端的原子數越減少。因此,FIM像之亮點隨時間之經過逐漸減少。
因此,第2蝕刻工程(步驟S30)中,藉由進行該電場感應氣體蝕刻加工,可以逐漸削去削尖部40之前端。結果,該作成方法中,該前端可以按原子準位等級進行削尖。此時,越是削尖,削尖部40之構成最前端的原子數越減少。因此,FIM像之亮點隨時間之經過逐漸減少。
第2蝕刻工程(步驟S30)中,藉由電場離子顯微鏡70的觀察,直至構成最前端的原子數(亮點數)成為一定數以下(例如數個~數十個)為止進行加工。據此,削尖部40之形狀可以按原子準位等級進行削尖。特別是,可以將構成削尖部40之最前端的原子數設為一定數以下,因此和習知者比較可以用遠少的原子數構成最前端。
接著,第2蝕刻工程(步驟S30)結束之後,對發射器素材30進行加熱,進行使構成削尖部40之最前端的原子配列成為金字塔狀之加熱工程(步驟S40)。
本實施形態中,係將發射器素材30設定於圖16所示電場離子顯微鏡70之狀態下進行加熱工程(步驟S40)。具體而言,從真空腔室內排出氦氣體及混合氣體,並且停止對發射器素材30之電壓施加之後,藉由加熱部73對發射器素材30例如以700度~1200度之溫度進行5分鐘左右之加熱。又,加熱工程(步驟S40)中,對發射器素材30之加熱之同時進行對發射器素材30之電壓之施加(重塑)亦可。
本實施形態中,係將發射器素材30設定於圖16所示電場離子顯微鏡70之狀態下進行加熱工程(步驟S40)。具體而言,從真空腔室內排出氦氣體及混合氣體,並且停止對發射器素材30之電壓施加之後,藉由加熱部73對發射器素材30例如以700度~1200度之溫度進行5分鐘左右之加熱。又,加熱工程(步驟S40)中,對發射器素材30之加熱之同時進行對發射器素材30之電壓之施加(重塑)亦可。
據此,加熱工程(步驟S40)中,可以進行發射器素材30之最前端中的原子之配列。特別是,構成最前端的原子數比習知少,因此可以使彼等少數之原子配列成為理想的金字塔狀。亦即,加熱工程(步驟S40)中,如圖3及圖4所示,可以將該最前端之結晶構造設為例如3原子A1或1原子A2配置於最前端的結晶構造。結果,加熱工程(步驟S40)中,可以將該最前端之原子作成該結晶構造,可以製作以原子準位等級削尖的圖2所示針狀之發射器10。
又,加熱工程(步驟S40)後,再度對真空腔室內導入氦氣體之後,對發射器10施加電壓觀察FIM像,可以觀察到3個或1個亮點,可以確認成為在最前端配置有3原子A1或1原子A2的結晶構造。
藉由以上結束一連串之發射器的製作方法之動作。
藉由以上結束一連串之發射器的製作方法之動作。
如圖1所示,具備上述般製作的發射器10的氣體電場電離型離子源21,可以較小的射束直徑而且高亮度放出離子束。因此,使用利用該離子束的聚焦離子束(FIB),且具備該氣體電場電離型離子源21的聚焦離子束裝置1,在進行試料S之觀察之情況下可以高分辨率進行試料S之觀察,在進行試料S之加工之情況下亦可以對試料S進行非常微細而且高精度的加工。
又,伴隨著具備發射器10的氣體電場電離型離子源21之使用致使發射器10之結晶構造變化之情況下,具備該氣體電場電離型離子源21的聚焦離子束裝置1,進行基於加熱的處理,進行原子之再配列。該情況下,聚焦離子束裝置1中,因為構成本實施形態之發射器10之最前端的原子數比習知少,因此,可以使彼等少數之原子有效地再配列。因此,聚焦離子束裝置1中,發射器10之最前端之結晶構造可以良好再現性回復原來之金字塔狀。因此,聚焦離子束裝置1中,可以提升對發射器10的加熱再生之良品率。另外,聚焦離子束裝置1中,第1聚焦離子束FIB1引起的加工痕跡可以從發射器10除去,因此,可以期待再配列之再現性及重複次數之提升。
又,可以使少數之原子有效地再配列,因此可以縮短加熱時間,可以抑制發射器10之前端之粗徑化。因此,和習知之發射器比較,聚焦離子束裝置1中,可以抑制處理後之引出電壓之最適值之上升,可以將最適值保持大致一定。結果,聚焦離子束裝置1中,可以延長發射器10之壽命,發射器10可以長期繼續使用。
<發射器素材為銥210單結晶之情況下>
以下,對發射器素材為銥210單結晶之情況進行說明。以下,為了說明之方便,將銥210單結晶之發射器素材稱為發射器素材80進行說明。
以下,對發射器素材為銥210單結晶之情況進行說明。以下,為了說明之方便,將銥210單結晶之發射器素材稱為發射器素材80進行說明。
於此,發射器素材80僅藉由電解拋光工程(步驟S10)難以將前端成型為100nm以下。此乃因為發射器素材80之銥210單結晶之結晶構造具有異方性(非對稱性)。但是,上述說明的發射器的製作方法(圖5所示流程圖中說明的方法),即使在以如銥210單結晶這樣結晶構造具有異方性的素材作為發射器素材使用之情況下,亦可以將發射器之前端成型為較佳之形狀。
圖5所示流程圖中說明的發射器的製作方法中使用發射器素材80之情況下,該作成方法之說明成為,將上述「發射器素材為鎢單結晶之情況下」之說明中的「發射器素材30」讀成為「發射器素材80」之說明。但是,該作成方法之說明中,各工程中在以下之點和「發射器素材為鎢單結晶之情況下」之說明有所不同。
電解拋光工程(步驟S10,圖6)中,作為由鎢單結晶構成的金屬線之取代,準備由銥210單結晶構成的金屬線。此時,該金屬線使用直徑為0.1~0.3mm前後,長度為數mm~10mm者。又,電解拋光工程(步驟S10)中,作為拋光溶液W係使用數mol/L之KOH(氫氧化鉀)溶液等。藉由彼等,電解拋光工程(步驟S10)中,以使發射器素材80之前端部朝向前端逐漸縮小直徑的方式大致被削尖。此時,作為加工基準,在圖8所示前端直徑R2成為50μm以下為止進行電解拋光工程(步驟S10)中的電解拋光加工。又,如圖8所示,發射器素材30之前端部之前端直徑R1與前端頂角θ1對應,發射器素材80之前端部之前端直徑R2係與前端頂角θ3對應。例如發射器素材80之前端直徑R2大於發射器素材30之前端直徑R1之情況下,發射器素材80之前端頂角θ3大於發射器素材30之前端頂角θ1。
第1蝕刻工程(步驟S20,參照圖9)中,對發射器素材80之已經由電解拋光工程(步驟S10)的電解拋光加工的加工部位之中,例如遍及自前端至50μm為止之加工區域H,使發射器素材80繞其軸線O邊間歇性旋轉邊照射第1聚焦離子束FIB1,使發射器素材80之削尖部90成型為角錐狀。例如圖10所示,削尖部90之外形形成為具有6面之角錐面91的6角錐狀。此時,如圖11所示,已該削尖部90之前端作為頂點,以該頂角θ4成為第2規定角度以下的方式對削尖部90進行精細加工。第2規定角度例如為30度。又,第2規定角度可以是小於30度的角度,也可以是大於30度的角度。但是,第2規定角度較小為較佳。第2規定角度為規定角度之一例。
濺鍍工程(步驟S25,圖13)中,和發射器素材30同樣,從軸線O方向對發射器素材80之前端部之中之包含削尖部90的加工對象部位照射第2聚焦離子束FIB2而進行濺鍍加工。該情況下,以濺鍍加工之執行前後的發射器素材80之場致蒸發電壓之增加率成為規定值以下的方式進行濺鍍加工。例如規定值為相對於場致蒸發電壓之臨限值的規定之電壓增加率,設定為30%左右。場致蒸發電壓之臨限值,例如為使與發射器素材80之前端表面之中心亦即{210}結晶面之外側接觸的{100}結晶面及2個{111}結晶面成為所要之清淨的結晶面之臨限電壓。
加熱工程(步驟S40)中,從真空腔室內排出氦氣體及混合氣體並且停止對發射器素材80之電壓施加之後,藉由加熱部73對發射器素材80例如以300~700度前後之溫度進行1分鐘左右之加熱。又,加熱工程(步驟S40)中,對發射器素材80之加熱之同時進行對發射器素材80之電壓之施加(重塑)亦可。
如此般,本實施形態之發射器的製作方法鐘,即使發射器素材為銥210單結晶之情況下,亦可以將發射器之前端成型為較佳之形狀。亦即,該作成方法中,即使發射器之素材存在各種多樣之情況下,亦可以將發射器之前端成型為較佳之形狀。
如上述般,依據本發明之實施形態的發射器的製作方法,藉由包含第1蝕刻工程(步驟S20)之後續被執行的濺鍍工程(步驟S25),在微小的加工對象部位中,可以防止雜質之產生,可以進行詳細而且高精度之加工。濺鍍工程中,對經由第1蝕刻工程形成的各發射器素材30、80之各削尖部40、90照射第2聚焦離子束FIB2而進行濺鍍加工,因此例如和對各削尖部40、90進行電解拋光之情況等比較,可以更小的加工速率每次少量地逐漸加工微小區域。依據例如電解拋光,在相對短時間之處理時間內廣範圍之區域中之加工量增大,各削尖部40、90之前端中促進拋光,因此各削尖部40、90之前端形狀難以維持。針對這樣的問題,依據濺鍍工程,例如即使是針狀之各削尖部40、90之前端中的數十μm左右之微小區域,在相對長時間之處理時間內針對極為狹窄區域可以進行均勻、詳細而且高精度之加工,可以維持藉由第1蝕刻工程形成的各削尖部40、90之所要之前端形狀。
又,例如依據電解拋光,加工對象物為特定之元素之情況下拋光溶液中溶出的雜質有可能再度附著於加工對象物,難以從各發射器素材30、80之各削尖部40、90除去雜質。針對這樣的問題,依據濺鍍工程,可以防止從各發射器素材30、80之各削尖部40、90經由濺鍍除去的雜質之再度附著於各削尖部40、90,例如可以將第1蝕刻工程之第1聚焦離子束FIB1引起的鎵等之殘留雜質粒子適當地除去。
另外,濺鍍工程中,照射離子化氣體為稀有氣體的第2聚焦離子束FIB2,因此藉由相對反應性低的稀有氣體,可以防止射束引起的雜質之產生。
又,濺鍍工程中,可以在真空中進行加工,而且藉由使用荷電粒子束裝置50,從第1蝕刻工程可以維持真空狀態,可以防止來自外部之雜質之侵入。
又,依據濺鍍工程,可以防止加工對象部位相對增大,因此可以抑制加工對象部位之增大伴隨的雜質之產生。
另外,濺鍍工程中,照射離子化氣體為稀有氣體的第2聚焦離子束FIB2,因此藉由相對反應性低的稀有氣體,可以防止射束引起的雜質之產生。
又,濺鍍工程中,可以在真空中進行加工,而且藉由使用荷電粒子束裝置50,從第1蝕刻工程可以維持真空狀態,可以防止來自外部之雜質之侵入。
又,依據濺鍍工程,可以防止加工對象部位相對增大,因此可以抑制加工對象部位之增大伴隨的雜質之產生。
另外,濺鍍工程中,以濺鍍加工之執行前後的各發射器素材30、80之場致蒸發電壓之增加率成為規定值以下的方式進行濺鍍加工,因此經由第1蝕刻工程形成的各削尖部40、90之前端形狀,即使在濺鍍工程之執行後,亦能維持在所要之容許變化範圍內。
又,本發明之技術範圍不限定於上述實施形態,在不脫離本發明之要旨之範圍內,可以進行各種之變更。
例如上述實施形態中,說明氣體電場電離型離子源21用之發射器10,但不限定於該情況,例如亦可以作為放出電子的電子束之放出源所使用的發射器。
又,第1蝕刻工程(步驟S20)時,照射第1聚焦離子束FIB1進行蝕刻加工,但不限定於第1聚焦離子束FIB1,亦可以是荷電粒子束時。例如利用電子束等進行蝕刻加工亦可。又,第1蝕刻工程中,各削尖部40、90之形狀形成為六角錐狀,但只要是角錐狀即可,例如亦可以形成為3角錐狀、12角錐狀、24角錐狀、36角錐狀。又,各削尖部40、90之形狀亦可以是基於螺旋加工等的圓錐形狀。彼等之情況下,可以構成為奈米等級之削尖化的各削尖部40、90,藉由其後進行的第2蝕刻工程(步驟S30),可以減少構成最前端的原子數。
又,加熱工程(步驟S40)時,係設定於圖16所示電場離子顯微鏡70之狀態下,利用該電場離子顯微鏡70對各發射器素材30、80進行加熱,但例如在第2蝕刻工程(步驟S30)後,將各發射器素材30、80設定於圖1所示氣體電場電離型離子源21進行加熱工程(步驟S40)亦可。該情況下,加熱工程(步驟S40)後可以直接作動氣體電場電離型離子源21。
又,上述實施形態中,第1蝕刻工程及濺鍍工程中,雖使用圖12所示荷電粒子束裝置50,但不限定於此。
例如第1蝕刻工程中照射第1聚焦離子束FIB1的聚焦離子束裝置,與濺鍍工程中照射第2聚焦離子束FIB2的聚焦離子束裝置,可以是相互獨立的不同裝置。
又,例如第1蝕刻工程中,如聚焦離子束裝置1般,使用照射與鎵離子不同的離子所構成的聚焦離子束的聚焦離子束裝置亦可。該情況下,和濺鍍工程同樣地,可以是使氬或氙等之稀有氣體作為離子化氣體使用的聚焦離子束裝置,第1蝕刻工程及濺鍍工程可以使用同一聚焦離子束裝置執行。
例如第1蝕刻工程中照射第1聚焦離子束FIB1的聚焦離子束裝置,與濺鍍工程中照射第2聚焦離子束FIB2的聚焦離子束裝置,可以是相互獨立的不同裝置。
又,例如第1蝕刻工程中,如聚焦離子束裝置1般,使用照射與鎵離子不同的離子所構成的聚焦離子束的聚焦離子束裝置亦可。該情況下,和濺鍍工程同樣地,可以是使氬或氙等之稀有氣體作為離子化氣體使用的聚焦離子束裝置,第1蝕刻工程及濺鍍工程可以使用同一聚焦離子束裝置執行。
又,上述實施形態中,濺鍍工程中,第2聚焦離子束FIB2,係從針狀之各發射器素材30、80之軸線O方向對各削尖部40、90照射,但不限定於此。
例如第2聚焦離子束FIB2,從與各發射器素材30、80之軸線O交叉之方向(例如與軸線O垂直的方向等)對各削尖部40、90照射亦可。該情況下,使各發射器素材30、80相對於第2聚焦離子束FIB2繞軸線O(亦即中心軸)旋轉亦可。
例如第2聚焦離子束FIB2,從與各發射器素材30、80之軸線O交叉之方向(例如與軸線O垂直的方向等)對各削尖部40、90照射亦可。該情況下,使各發射器素材30、80相對於第2聚焦離子束FIB2繞軸線O(亦即中心軸)旋轉亦可。
又,上述實施形態僅為例示者,並非用來限定發明之範圍。彼等新規之實施形態,可以其他各種形態實施,在不脫離發明之要旨範圍內,可以進行各種之省略、置換、變更。彼等實施形態或其變形亦包含於發明之範圍或要旨,而且包含於與申請專利範圍記載的發明均等之範圍內。
10‧‧‧發射器
40、90‧‧‧削尖部
步驟S10‧‧‧電解拋光工程
步驟S20‧‧‧第1蝕刻工程
步驟S25‧‧‧濺鍍工程
步驟S30‧‧‧第2蝕刻工程
步驟S40‧‧‧加熱工程
[圖1] 表示具備本發明之發射器的聚焦離子束裝置之實施形態的整體構成圖。
[圖2] 圖1所示發射器之擴大圖。
[圖3] 將圖2所示發射器之前端按原子準位擴大之圖。
[圖4] 將圖2所示發射器之前端按原子準位擴大之圖。
[圖5] 圖2所示發射器的製作方法之流程圖。
[圖6] 表示製作發射器時之一工程的圖,表示電解拋光工程中對發射器素材之前端部進行電解拋光加工之狀態的圖。
[圖7] 藉由圖6所示電解拋光加工已被加工的發射器素材之前端部之擴大圖。
[圖8] 圖7所示A部分之擴大圖。
[圖9] 電解拋光加工後,藉由第1聚焦離子束FIB1對電解拋光加工之加工部位進行蝕刻加工之狀態的圖。
[圖10] 表示藉由基於圖9所示第1聚焦離子束FIB1的蝕刻加工至形成削尖的削尖部為止之流程之圖。
[圖11] 表示藉由基於圖9所示第1聚焦離子束FIB1之蝕刻加工,形成於發射器素材之前端部的削尖部之擴大圖。
[圖12] 表示本發明之實施形態之第1蝕刻工程及濺鍍工程中對發射器素材進行加工的荷電粒子束裝置之一例的整體構成圖。
[圖13] 濺鍍工程中的荷電粒子束裝置之第2聚焦離子束照射光學系統與發射器素材之相對的配置關係之一例的圖。
[圖14] 表示第1蝕刻工程中藉由第1聚焦離子束FIB1已蝕刻加工的狀態之發射器素材之剖面的圖。
[圖15] 表示濺鍍工程結束之後之發射器素材之剖面的圖。
[圖16] 表示將圖11所示發射器素材設定於電解離子顯微鏡之狀態的圖。
Claims (11)
- 一種發射器的製作方法,係製作削尖的針狀之發射器的方法,包含: 對導電性之發射器素材之前端部進行電解拋光加工,以朝向前端逐漸縮小直徑的方式進行加工的電解拋光工程; 對已經由上述電解拋光工程加工的上述發射器素材之上述加工部位照射荷電粒子束進行蝕刻加工,形成以前端作為頂點的角錐狀之削尖部的第1蝕刻工程; 對經由上述第1蝕刻工程形成的上述削尖部照射離子化氣體為稀有氣體的聚焦離子束而進行濺鍍加工的濺鍍工程;及 藉由電場離子顯微鏡一邊觀察已經由上述濺鍍工程加工的上述削尖部之上述前端之結晶構造,一邊藉由電場感應氣體蝕刻加工進一步削尖該前端,使構成上述前端的原子數成為一定數以下的第2蝕刻工程。
- 如申請專利範圍第1項之發射器的製作方法,其中 上述濺鍍工程,係將經由上述第1蝕刻工程形成的上述削尖部之損傷層及殘留雜質粒子之中之至少之一除去。
- 如申請專利範圍第1或2項之發射器的製作方法,其中 上述濺鍍工程,係以上述濺鍍加工之執行前後的上述發射器素材之場致蒸發電壓之增加率成為規定值以下的方式進行上述濺鍍加工。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之發射器的製作方法,其中 上述第1蝕刻工程,係藉由聚焦離子束之照射,以上述削尖部之頂角成為規定角度以下的方式進行上述蝕刻加工。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發射器的製作方法,其中 上述發射器素材為鎢。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之發射器的製作方法,其中 上述發射器素材為銥。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發射器的製作方法,其中 上述濺鍍工程之加工範圍之大小設定為上述聚焦離子束之直徑以下。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發射器的製作方法,其中 上述濺鍍工程之加工範圍之大小設定為較上述聚焦離子束之直徑大之情況下,上述濺鍍工程藉由上述聚焦離子束掃描上述加工範圍。
- 如申請專利範圍第7或8項之發射器的製作方法,其中 上述濺鍍工程,係從針狀之上述發射器素材之軸向對上述削尖部照射上述聚焦離子束。
- 如申請專利範圍第7或8項之發射器的製作方法,其中 上述濺鍍工程,係從與針狀之上述發射器素材之軸向交叉之方向對上述削尖部照射上述聚焦離子束,而且使上述發射器素材繞中心軸之軸線旋轉。
- 如申請專利範圍第1至10項中任一項之發射器的製作方法,其中 上述離子化氣體為氬或氙。
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