TW449873B - Liquid metal ion source, and, method for measuring liquid metal ion source flow impedance - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 489 73 A7 _B7_；_ 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明有關一種液體金屬離子源，例如使用於聚焦之 離子束裝置，且更特別地有關一種具有偵測流阻抗之功能 的液體金屬離子源。 習知地，已知一種用以從熔融狀態中的金屬萃取及發 射離子之裝置，稱爲液體金屬離子源或LM I S (液體金 屬離子源），例如該液體金屬離子源係使用爲聚焦之離子 束裝置的離子源，該聚焦之離子束裝置稱爲F I B (聚焦 之離子束）裝置•其係一種藉離子光學系統來聚焦金屬離 子及照射它們到樣品之裝置。例如該聚焦之離子束裝置可 使用於掃描離子顯微鏡（S I M)觀察中且亦執行具有可 應用形狀之薄膜的沈積或無需利用光罩之蝕刻。 在液體金屬離子源之中*液體金屬係置於似針狀發射 體電極之表面上以及集中電場係產生於此發射體電極之尖 端處，藉此萃取金屬離子，萃取器電極及抑制器電極係使 用於集中電場之產生，將發射自發射體電極之金屬離子的 電流値稱爲發射電流。 在液體金屬離子源中，較佳地係流袓抗超過指定値以 利用其中止及執行用於回到正常操作狀態之過程，此係因 爲發射體電極尖端之雜質、灰塵等之增加會當作變化流阻 抗之因素，由於此，當長時間持續地使用液體金屬離子源 時，較佳地係在一給定之時隔處執行阻抗量劑。 此處，流阻抗Z係藉方程式（1 )表示於下文，當萃 取電屋Vext之改變量爲△ Vext及發射電流I e之改變量爲 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 — — — — — — 1— - 11 I--11 ^--------- (請先閲讀背面之注$項再旗寫本頁) -4 · A7 4 48 9 73 B7_；____ 五、發明說明（2 ) △ I e 時： Z = Δ Vext /Ale ( 1 ) 習知地，流阻抗已以固定抑制器電極電壓Vsup恆常及 在此時量測發射電流I e之改變量的狀態而藉△ Vext來改 變萃取電壓Vext計算之。 然而，因爲習知地該流阻抗已藉變化發射電流I e予 以量測，故無法在利用該液體金屬離子源的期間量測流阻 抗，所以有必要岔斷該使用，此係因爲若發射電流I e在 執行薄膜沈積，蝕刻或類似者之期間改變時，沈積率或触 刻率會改變，使無法精確地控制膜厚。 同時，本發明人已發明一種液體金屬離子源，其藉控 制抑制器電極（不同申請案）上之電壓來維持發射電流 I e恆常。然而，當以此一液體金屬離子源來執行流阻抗 量測時，必須已切換控制模式使抑制器上之電壓呈恆常。 由於此，已需要岔斷該使用而以所需用於切換該控制模式 之時間延長了用於流阻抗量測所需之時間。 本發明已就習知技術中之問題而完成，且目的在於提 供一種液體金屬離子源，其可在短時間中無需岔斷該使用 而量測流阻抗。 發明槪述 (1 )根據本發明之液體金屬離子源有關一種使用萃 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------^--------^---------^ {請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 -5 - A7 448973 B7_；_ 五、發明說明（3 ) 取器電極及抑制器電極來產生集中電場於發射體電極之尖 端處，藉此自該發射體電極上所置之液體金屬萃取金屬離 子之液體金屬離子源。 包含有：記憶體裝置，用以記憶在固定萃取器電極之 電壓的狀態中之發射體電極的電流改變量ΛΙe與抑制器 電極的電壓改變量AVsiip間之關係爲ΔΙ e=r(AVsup )之函數：偵測裝置，用於當在固定發射體電極之電流的 狀態中萃取器電極之電壓改變△ Vext時|偵測抑制器電極 之電壓改變量△ Vsup ;以及計算裝置，用以利用提取自偵 測裝置之電壓改變量△ Vext，△ Vsup及提取自記憶體裝置 之函數來計算流阻抗△ Vext/Δ I e。 根據建構爲止之該液體金屬離子源，可偵測流阻抗而 無需改變發射體電極之電流値I e，所以此偵測操作可與 平常操作（顯微鏡觀察，薄膜沈積或蝕刻）同時地執行。 (2 )根據本發明之量測液體金屬離子源流阻抗之方 法有關一種使用萃取器電極及抑制器電極來產生集中電場 於發射體電極之尖端處，藉此自該發射體電極上所置之液 體金屬萃取金屬離子之量測液體金屬離子源流阻抗之方法 〇 包含有：記憶過程，輸入/記憶在固定萃取器電極之 電壓Vext的狀態中之發射體電極的電流改變量ΛΙ e與抑 制器電極的電壓改變量△ Vsup間之關係爲△ I e = f ( A Vsup )之函數；偵測過程，當在固定發射體之電流的狀 態中萃取器電極之電壓Vext改變△ Vext時，偵測抑制器電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 11 — — — — ( — — — — 1— -1----II — — — — — — — <锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6- 448973 A7 ___B7_；___五、發明說明（4 ) 極之電壓Vsup之電壓改變量△ Vs up ;以及計算過程，利用 提取自偵測裝置之電壓改變量△ Vext，△ Vsup及提取自記 憶體裝置之函數來計算流阻抗△ Vext / △ I e - 根據此量測流阻抗之方法，可偵測流阻抗而無需改變 發射體電極之電流値I e，所以此偵測操作可與平常操作 (顯微鏡觀察，薄膜沈積或蝕刻）同時地執行β . 圖式簡單說明 第1圖係觀念視圖，顯示根據一實施例之液體金屬離 子源之結構。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [ 主 要 元 件符 號 說 明 ] 1 0 1 針 1 0 1 a 儲 存 體 部 分 1 0 1 b 發 射 體 電 極 1 0 2 燈絲 1 0 3 底座 1 0 4 抑制 器 電 極 1 0 5 萃取 器 電 極 1 0 6 陰極 1 0 7 電流 源 1 0 8 至 11 0 電 壓源 1 1 1 安培計 計算/控制部 — — — — — — — — I I I I I _ I —II--— ·11111111 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 4 489 73 ____B7_；_ 五、發明說明（5 ) 113 記憶體部 發明之詳細說明 下文中將利用該圖式來解說本發明之實施例。順便地 ，在該圖中，構成組件之大小、形狀及位置僅係以理解本 發明之程度來示意地顯示，且在下文中將解說之字符情形 僅係例示》 第_1圖係觀念視圖，顯示根據本發明實施例之液體金 屬離子源。在第1圖中，針1 0 1係配置有線圈形成之儲 存體部分1 0 1 a及針形成之發射體電極1 〇 1 b，該儲 存體部分1 0 1 a係使用來保持液體金屬，亦即，熔融狀 態離子材料（未顯示）。藉流出保持於該儲存體部分 1 0 1 a中之液體金屬，液體金屬膜係形成於發射體電極 1 0 1 b之表面上；藉產生集中電場於該發射體電極 1 0 1 b之尖端處，金屬離子係抽取自此尖端處之液體金 屬膜。例如該針1 0 1可以由鎢形成，同時例如可利用鎵 來當作離子材料。 燈絲1 0 2會加熱該針1 0 1，由於此，諸如鎵之離 子材料可維持於熔融狀態中，同時，該燈絲1 0 2之溫度 會改變將形成於該發射體電極101b之表面上之液體金 屬膜的膜厚，發射電流I e係根據此膜厚。 底座1 0 3支撐該燈絲1 0 2及稍後將描述之抑制器 電極1 0 4，此底座1 0 3係由諸如玻璃之絕緣材料所形 成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） ----—— — — — — - I — · I I----I ^ ·1111111 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- A7 4489 73 B7_；_ 五、發明說明（6 ) 該抑制器電極1 0 4係設置比該針1 0 1低，藉施加 正的或負的低電壓Vsup於該抑制電極1 0 4，會在強度中 調整生於該發射體電極1 0 1 t>之尖端處之集中電場，藉 此固定該發射電流Ie於預定値。 萃取器電極1 0 5係設置比該抑制器電極1 0 4低| 例如藉施加數十仟伏之電壓Vext於該萃取器電極1 0 5， 可產生極高之集中電場於該針101中所配置之發射體電 極1 01 b之尖端處。藉此集中電場’可自該液體金屬抽 取金屬離子。 陰極1 0 6係設置比該萃取器電極1 〇 5低’藉產生 於該陰極1 0 6與該發射體電極1 〇 1 b間之電場，會加 速抽取自該發射體電極101b之尖端的金屬離子而形成 離子束。 電流源1 0 7具有一端連接於該燈絲1 〇 2之一端以 及具有另一端連接於該燈絲1 0 2之另一端及電壓源 1 1 0之十端，藉此電流源1 0 7 ’加熱電流會供應到該 燈絲1 0 2。 電壓源1 0 8具有十端連接於抑制器電極1 〇 4及具 有一端連接於電流源1 1 0之十端’藉此電壓源1 〇 8 ’ 抑制電壓Vsup會施加於抑制器電極1 〇 4。 電壓源1 0 9具有一端連接於該萃取器電極1 〇 5及 十端連接於電壓源1 1 0之十端’藉此電壓源1 〇 9 ’萃 取電壓Vext會施加於該萃取器電極1 〇 5 ° 電壓源1 1 0之一端係連接於陰極1 〇 6及地’藉此 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） I----!!裝 i! — !— 訂-! (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 4 48973 A7 __B7_；_ 五、發明說明（7 ) 電壓源110，電位差Vacc會發生於該陰極1 〇 6與該發 射體電極1 0 1 b之間。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 安培計1 1 1係使用來量測發射電流I e。 計算/控制部1 1 2執行電流源1 0 7之電流控制及 電壓源1 0 8至1 1 0之電壓控制，且藉使用由電流計 1 1 1及記體部1 1 3中所記憶之功能所量測之發射電流 I e來偵測流阻抗。 記憶體部1 1 3記憶下一方程式（2 )中所示之功能 ，此處，該功能（2 )係在固定萃取器電極1 0 5之電壓 Vext及量測抑制器電極1 〇 4此時之電壓改變量△ Vsup之 狀態中藉變化發射器電極1 0 1 b之電流改變量△ I e來 取得，該功能（2 )係在利用該液體金屬離子源之前予以 量測且儲存於該記憶體部1 1 3之中》 △ I e = f ( △ Vsup ) ( 2 ) 固爲功能（2 )會根據液體離子源之製造及操作條件 等之中的變化而變動，故需要再寫入記憶體部1 1 3以執 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 行再量測。 接著，所解說的係第1圖中所顯示之液體金屬離子源 中之流阻抗的量測方法。 首先，在啓動使用該液體金屬離子源之前’量測上述 函數（2)且儲存於該記憶體部1 1 3。 該液體金屬離子源係以平常之程序來操作以啓動平常 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 489 7 3 A7 ____ __B7_；_ 五、發明說明（8 ) 的操作（顯微鏡觀察，薄膜沈積或蝕刻）。 在操作該液體金屬離子源之期間’該計算/控制部 1 1 2會控制電壓源1 0 9以維持萃取電壓vext於恆常値 。同時，該抑制電壓Vsup係適當地變化使得安培計1 1 1 之電流値Ie維持於恆常値之處。 若液體金屬離子源之操作時間到達預定時間’（例如 10小時），計算/控制部112會與平常操作同時地量 測流阻抗，如下所述。 計算/控制部1 1 2首先逐漸地變化該萃取電壓Vext ，與此同地，該計算/控制部1 1 2變化抑制電壓Vsup， 使得安培計111之電流値Ie維持上述恆常値。當萃取 電壓之改變量到達預定値△ Vext時，將偵測出此時抑制電 壓Vsup之改變量△ Vsup。 接著，該計算/控制部1 1 2從記憶體部1 1 3讀取 該功能（2 )，利用此函數（2 )及電壓改變量△ Vext， △ Vsup，計算出流阻抗Δνεχΐ / I e，亦即，在AVsiip 取代於該函數（2)以計算△：[ e之後，此ΛΙ e及 △ Vext會取代於方程式（1)，藉此計算出流阻抗Z。 當流阻抗Z比指定値大時，會暫停平常之操作而執行 一用於返回正常操作狀態之過程，此過程可例如藉加熱法 或發熱法來執行，該加熱法係藉增加經過燈絲1 〇 2之電 流來升高該針1 0 1之溫度（例如7 5 0至8 0 0°C以用 於鎵離子源）以去除發射體電極101b之表面氧化物膜 的操作；同時，該發熱法係藉升高萃取電壓Vext來增加發 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — — · I I----I -------- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - A7 448973 B7_；_ 五、發明說明（9 ) 射電流I e (例如1 〇 〇微安或更多）而去除置於發射體 電極1 0 1 t)上之雜質。當流阻抗Z大於指定値時，可藉 執行該等操作來取得該液體金屬離子源之壽命增加。 相對地，當流阻抗Z並不太於指定値之時|則持續平 常之操作且若該液體金屬離子源的操作時間再次到達預定 時間之時再量測流阻抗Z。 順便地，在此實施例中，該流阻抗係僅量測於當啓動 該液體金屬離子源的操作之後之預定時間消逝時。然而， 企望於量測流阻抗於液體金屬離子源之操作啓動之時。進 —步地，流阻抗可量測於當該操作者判斷爲需要時，即使 是該操作時間並未到達預定之時間。 根據此實施例之方式中，可量測流阻抗而無需改變發 射電流I e »所以可同時地與平常操作（顯微鏡觀察，薄 膜沈積或蝕刻）執行量測，亦即，當量測流阻抗時無需懸 置平常之操作，僅當量測結果超出指定値時，可懸置平常 之操作而執行返回正常操作狀態之過程。 順便地，在量測流阻抗之期間，該抑制電壓Vsup會隨 著該萃取電壓Vext之改變而改變以藉此控制該發射電流 I e至一恆常値，所以會擔心此發射電流多少地會變化， 然而，此變化値很小。相較於習知之液體金屬離子源之例 ，其係易於抑制於可准許之觀察範圍內。 根據此實施例之液體金屬離子源採用一種藉改變平常 操作上之抑制電壓Vsup之設計來維持發射電流I e於一恆 常値。當應用此實施例於此一液體金屬離子源的設計時， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） I-- ----* ί 11II 訂· I ! — I I - <锖先閲讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- # 4489 73 A7 __^B7_；_；____ 五、發明說明) 抑制電壓Vsup之控制方法係相當一致地在平常操作與量測 操作之中，因此，並不需要在量測操作之期間改變該抑制 電壓Vsup之控制模式，所以可縮短用於量測操作所需之時 間。 此實施例特別有效於其中以液體金臑離子源來執行需 長時間精確形成之操作例，例如在自動製備一用於透射型 顯微鏡之樣品之例中。 如上述，根據本發明，可提供一種液體金屬離子源， 能在短時間內量測流阻抗而不會遭到使用之岔斷。 I--I!—!· · ! ! I I I 訂 _ I! — ！| - -- (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13 -

Claims (1)

1. A8B8C8D8 448973 、申請專利範圍 1 · 一種液體金屬離子源，其使用萃取器電極及抑制 器電極來產生集中電場於發射體電極之尖端處，藉此從該 發射體電極之尖端上所置之液體金屬萃取金屬離子，其特 徵爲： 記憶體裝置，用於在固定該萃取器電極之電壓的狀態 中|記憶該發射體電極之電流改變量ΛΙ e與該抑制器電 極之電壓改變量△ Vsup間之關係爲函數△ I e = f ( △ Vsup ); 偵測裝置*用於當在固定該發射體電極之電流的狀態 中，該萃取器電極之電壓改變△ Vext時，偵測該抑制體電 極之電壓改變量△ Vsup :以及 計算裝置，用於利用提取自該偵測裝置之電壓改變量 △ Vext，△ Vsup及提取自該記憶體裝置之函數來計算流阻 抗 Δνεχί/ΔΙ e。 2 .如申請專利範圍第1項之液體金屬離子源，其中 該記憶體裝置係建構爲具備能重寫該函數之能力。 3.如申請專利範圍第1或2項之液體金屬離子源， 其中藉該偵測裝置之偵測操作及藉該計算裝置之計算操作 係與利用該等金屬離子之顯微鏡觀察，薄膜沈積或蝕刻同 時地完成。 4 . 一種量測液體金屬離子源之流阻抗的方法，該金 屬離子源係使用萃取器電極及抑制器電極來產生集中電場 於發射體電極之尖端處，藉此從該發射體電極之尖端上所 置之液體金屬萃取金屬離子，該方法之特徵爲： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐〉 --------- - --裝------- - 訂--—In----線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- • 448973 1 D8 六、申請專利範圍 記憶過程，輸入/記憶在固定該萃取器電極之電壓 △ Vext的狀態中，該發射體電極之電流改變量△ I e與該 抑制器電極之電壓改變量△ Vsup間之關係爲函數ΔΙ e = f ( Δ Vsup ); 偵測過程I偵測當在固定該發射體電極之電流的狀態 中，該萃取器電極之電壓改變△ Vext時，該抑制體電極之 電壓改變量△ Vsup ;以及 計算過程，利用提取自偵測裝置之該電壓改變量 △ Vext，△ Vsup及提取自記憶體裝置之該函數來計算流阻 抗△ Vext / I e。 5 .如申請專利範圍第4項之量測液體金屬離子源之 流阻抗的方法|其中該記億過程係重寫該函數之過程。 6.如申請專利範圍第4或5項之量測液體金屬離子 源之流阻抗的方法，其中該偵測過程及該計算過程係與利 用該等金屬離子之顯微鏡觀察，薄膜沈積或薄膜形成同時 地完成。 -------------裝--------訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（21〇 X 297公爱） 15,