JPH0656745B2 - 荷電粒子ビーム発生装置 - Google Patents
荷電粒子ビーム発生装置Info
- Publication number
- JPH0656745B2 JPH0656745B2 JP25896889A JP25896889A JPH0656745B2 JP H0656745 B2 JPH0656745 B2 JP H0656745B2 JP 25896889 A JP25896889 A JP 25896889A JP 25896889 A JP25896889 A JP 25896889A JP H0656745 B2 JPH0656745 B2 JP H0656745B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chip
- tip
- hole
- metal
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 239000003574 free electron Substances 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 claims 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 14
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 7
- 239000013638 trimer Substances 0.000 description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002171 field ion microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000010952 in-situ formation Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
- H01J37/073—Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0802—Field ionization sources
- H01J2237/0807—Gas field ion sources [GFIS]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 この発明は、電子やイオンなどの荷電粒子の非常に狭い
ビームのための、低電圧動作可能なソースに関する。こ
の発明は、イオン及び電子顕微鏡、干渉計、リソグラフ
ィなどに適用することを意図したものである。
ビームのための、低電圧動作可能なソースに関する。こ
の発明は、イオン及び電子顕微鏡、干渉計、リソグラフ
ィなどに適用することを意図したものである。
Ｂ．従来技術 電子ビームのためのソースは、随分前から知られてい
る。これは、カソードの表面から脱出するに十分なエネ
ルギを電子が獲得するように、高い温度で加熱されたカ
ソードからの熱イオン放出、または、仕事関数が十分に
低下するようにカソードの表面のポテンシャル障壁を低
下させるように働くカソード近傍の極めて高い電界の印
加によっている。このタイプの従来技術の電子ビーム源
は、Ｖ．Ｅ． Ｃｏｓｓｌｅｔｔ，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔ
ｉｏｎ ｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｏ
ｘｆｏｒｄ １９５０に記載されている。
る。これは、カソードの表面から脱出するに十分なエネ
ルギを電子が獲得するように、高い温度で加熱されたカ
ソードからの熱イオン放出、または、仕事関数が十分に
低下するようにカソードの表面のポテンシャル障壁を低
下させるように働くカソード近傍の極めて高い電界の印
加によっている。このタイプの従来技術の電子ビーム源
は、Ｖ．Ｅ． Ｃｏｓｓｌｅｔｔ，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔ
ｉｏｎ ｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｏ
ｘｆｏｒｄ １９５０に記載されている。
従来技術の欠点は、効率が非常に低いことと、発生され
たピームの拡がりが大きいことである。また、ビームを
妥当な大きさのスポットに収束することが困難であると
共に電子ビーム・エネルギが極めて大きいと云う欠点を
有していた。電子ビームの直径を減少させようとする全
ての努力は、結果的には、ビーム・エネルギの増大を招
く欠点を生じてきた。
たピームの拡がりが大きいことである。また、ビームを
妥当な大きさのスポットに収束することが困難であると
共に電子ビーム・エネルギが極めて大きいと云う欠点を
有していた。電子ビームの直径を減少させようとする全
ての努力は、結果的には、ビーム・エネルギの増大を招
く欠点を生じてきた。
高いエネルギをもつビームは、検査されるサンプルを傷
つけ、サンプル中に深く貫入しすぎ、サンプル表面から
ではなくサンプルの不所望の大きい容量部分からの情報
を与えてしまう、という欠点がある。これらの欠点を克
服する１つの方法は、荷電粒子のための尖端ソースを使
用することであり、これについては例えば、Ｈ．Ｗ．
Ｆｉｎｋ，“Ｐｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｉｏ
ｎｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ”， Ｐｈｙｓｉｃ
ａ Ｓｃｒｉｐｔａ，Ｖｏｌ．３８（１９８９），ｐ
ｐ．２６０−２６３がある。この尖端ソースは三量体な
どの、極めてわずかのタングステン原子のクラスタ、ま
たは、三量体の頂点のわずか一個のタングステン原子で
終端するタングステン・チップからなる。そのようなチ
ップを使用すると、電界のほとんどすべてがチツプの尖
端に限定され、従つて、空間的に十分に限定された物理
的な点で順次電子またはイオンが放出される。
つけ、サンプル中に深く貫入しすぎ、サンプル表面から
ではなくサンプルの不所望の大きい容量部分からの情報
を与えてしまう、という欠点がある。これらの欠点を克
服する１つの方法は、荷電粒子のための尖端ソースを使
用することであり、これについては例えば、Ｈ．Ｗ．
Ｆｉｎｋ，“Ｐｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｉｏ
ｎｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ”， Ｐｈｙｓｉｃ
ａ Ｓｃｒｉｐｔａ，Ｖｏｌ．３８（１９８９），ｐ
ｐ．２６０−２６３がある。この尖端ソースは三量体な
どの、極めてわずかのタングステン原子のクラスタ、ま
たは、三量体の頂点のわずか一個のタングステン原子で
終端するタングステン・チップからなる。そのようなチ
ップを使用すると、電界のほとんどすべてがチツプの尖
端に限定され、従つて、空間的に十分に限定された物理
的な点で順次電子またはイオンが放出される。
Ｃ．発明が解決しようとする問題点 この発明の主な目的は、電子源（ソースと呼ぶ）から放
出される電子ビームの直径が極めて小さく、かつ低エネ
ルギであるような、電子やイオンなどの荷電粒子ビーム
発生装置を提供することにある。
出される電子ビームの直径が極めて小さく、かつ低エネ
ルギであるような、電子やイオンなどの荷電粒子ビーム
発生装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、ビーム発散が極めて小さくて、
かつ放出電子エネルギが均質であるような高品質ビーム
を効率的に発生できる荷電粒子ビーム発生装置を提供す
ることにある。
かつ放出電子エネルギが均質であるような高品質ビーム
を効率的に発生できる荷電粒子ビーム発生装置を提供す
ることにある。
Ｄ．問題点を解決するための手段 本発明による荷電粒子ビーム発生装置は次の構成の通り
である。
である。
(１)孔径が１ミクロン以下の貫通孔を有する金属薄膜、 １ないし３原子個の寸法の尖端を有する金属チツプ、 上記チツプ及び金属薄膜を、各々、支持すると共に、チ
ツプ尖端を上記貫通孔に対向させ金属薄膜の前面から微
小間隔を置いて整列させるための手段、 上記チツプ及び金属薄膜間に低直流電圧を印加するため
の低電圧源、 とを具備し、 上記チツプ尖端は、上記貫通孔から１ないし１０ナノメ
ートルの距離に位置決めされており、 上記低直流電圧の大きさは、上記チツプ尖端から放出さ
れる自由電子によるビームの分散が上記貫通孔の平面に
おいてサブミクロンないしナノメートルの範囲にあるよ
うな極めて狭い拡がりのビームを形成して金属薄膜の後
面から放出する程度の低電圧に選択されており、 低エネルギーで高品質のビームを発生する荷電粒子ビー
ム発生装置。
ツプ尖端を上記貫通孔に対向させ金属薄膜の前面から微
小間隔を置いて整列させるための手段、 上記チツプ及び金属薄膜間に低直流電圧を印加するため
の低電圧源、 とを具備し、 上記チツプ尖端は、上記貫通孔から１ないし１０ナノメ
ートルの距離に位置決めされており、 上記低直流電圧の大きさは、上記チツプ尖端から放出さ
れる自由電子によるビームの分散が上記貫通孔の平面に
おいてサブミクロンないしナノメートルの範囲にあるよ
うな極めて狭い拡がりのビームを形成して金属薄膜の後
面から放出する程度の低電圧に選択されており、 低エネルギーで高品質のビームを発生する荷電粒子ビー
ム発生装置。
(２)サンプルを上記金属薄膜の後面に対向して支持する
手段を設け、該支持手段を、上記チツプ及び金属薄膜の
整列手段に関して、同一Ｘ−Ｙ平面において相対的に平
行移動させて荷電粒子ビームのＸ−Ｙ方向の走査を実施
するＸ−Ｙ方向移動手段を設けたことを特徴とする上記
請求項１に記載した荷電粒子ビーム発生装置。
手段を設け、該支持手段を、上記チツプ及び金属薄膜の
整列手段に関して、同一Ｘ−Ｙ平面において相対的に平
行移動させて荷電粒子ビームのＸ−Ｙ方向の走査を実施
するＸ−Ｙ方向移動手段を設けたことを特徴とする上記
請求項１に記載した荷電粒子ビーム発生装置。
本発明の荷電粒子ビーム発生装置によれば、低エネルギ
で分散角の極めて小さい電子ビームが発生される。この
電子ビームのエネルギの強さが均質である。これは、電
子が原子単位の寸法であるチツプ尖端の極めて小さくて
限定された区域から放出されるためである。このため、
放出された各電子が同一電位及び同一電気力線を感触す
ることになる。もしも、各電子がチツプのより広い区域
から放出されたならば、それらの電子は少しずつ異なつ
た電気力線の影響を受けるであろう。
で分散角の極めて小さい電子ビームが発生される。この
電子ビームのエネルギの強さが均質である。これは、電
子が原子単位の寸法であるチツプ尖端の極めて小さくて
限定された区域から放出されるためである。このため、
放出された各電子が同一電位及び同一電気力線を感触す
ることになる。もしも、各電子がチツプのより広い区域
から放出されたならば、それらの電子は少しずつ異なつ
た電気力線の影響を受けるであろう。
Ｅ．実施例 第１図は、本発明による荷電粒子発生装置の主要部の概
略図である。この図において、極めて尖鋭な金属チツプ
１は、薄い金属フオイル３に設けた小さな貫通孔２（端
に孔と呼ぶ）に正確に整合している。後述のように、チ
ツプ１の尖端は、１個ないし３個の原子数に対応する微
小な寸法を有しており、一方、孔の寸法は、１μｍ以下
である。チツプ１は電位Ｖ０に接続され、フオイル３は
電位Ｖ１に接続されている。チツプ１とフオイル３の間
の距離は１ナノメートル（ｎｍ）ないし１０ｎｍの範囲
の非常に小さい寸法に維持されており、このため、比較
的強い電界がその間に発生してチツプ１から電子を吸引
し、この電子は孔２の方向に加速される。孔２を通過す
るときのビームの拡がりは極めて小さく、ビーム４がフ
オイル３の右方の無電界空間へ放出される。ビーム４の
分散角、すなわち拡がり角度は２度以下の小さい角度で
ある。
略図である。この図において、極めて尖鋭な金属チツプ
１は、薄い金属フオイル３に設けた小さな貫通孔２（端
に孔と呼ぶ）に正確に整合している。後述のように、チ
ツプ１の尖端は、１個ないし３個の原子数に対応する微
小な寸法を有しており、一方、孔の寸法は、１μｍ以下
である。チツプ１は電位Ｖ０に接続され、フオイル３は
電位Ｖ１に接続されている。チツプ１とフオイル３の間
の距離は１ナノメートル（ｎｍ）ないし１０ｎｍの範囲
の非常に小さい寸法に維持されており、このため、比較
的強い電界がその間に発生してチツプ１から電子を吸引
し、この電子は孔２の方向に加速される。孔２を通過す
るときのビームの拡がりは極めて小さく、ビーム４がフ
オイル３の右方の無電界空間へ放出される。ビーム４の
分散角、すなわち拡がり角度は２度以下の小さい角度で
ある。
電子ビームが小さい拡がりをもつ１つの要因は、電子の
ソース、すなわち、チツプ１の尖鋭さである。したがつ
て、チツプ尖端の角度的な拡がりが最小であるのが好ま
しい。可能な最も鋭いチツプとは、単一の金属原子で終
端する頂点をもつものである。そのようなチツプ、また
はその頂点に３つ程度の原子をもつチツプは、十分に小
さい角度的拡がりをもつことになり、よつて、孔２の平
面での電子ビームの拡がりは、サブミクロンまたはナノ
メータの範囲にある。
ソース、すなわち、チツプ１の尖鋭さである。したがつ
て、チツプ尖端の角度的な拡がりが最小であるのが好ま
しい。可能な最も鋭いチツプとは、単一の金属原子で終
端する頂点をもつものである。そのようなチツプ、また
はその頂点に３つ程度の原子をもつチツプは、十分に小
さい角度的拡がりをもつことになり、よつて、孔２の平
面での電子ビームの拡がりは、サブミクロンまたはナノ
メータの範囲にある。
安定な単一原子チップを構成する簡単な方式が、Ｈ．
Ｗ．Ｆｉｎｋ，“Ｍｏｎｏ−ａｔｏｍｉｃ ｔｉｐｓ
ｆｏｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｎｕｎｅｌｉｎｇ ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｙ”， ＩＢＭ Ｊｏｎｒｎａｌ ｏｆ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎ
ｔ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５，１９８６，ｐｐ．４６０
−４６５に記載されている。要するに、単一のタングス
テン原子が、電界イオン顕微鏡技術によって、鋭く尖っ
たタングステン・チップの先端に配置される。チップの
先端は、（１１１）平面上のタングステン原子の三量体
によってあらわされる。前述のように、頂点での原子の
三量体でもよい。
Ｗ．Ｆｉｎｋ，“Ｍｏｎｏ−ａｔｏｍｉｃ ｔｉｐｓ
ｆｏｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｎｕｎｅｌｉｎｇ ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｙ”， ＩＢＭ Ｊｏｎｒｎａｌ ｏｆ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎ
ｔ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５，１９８６，ｐｐ．４６０
−４６５に記載されている。要するに、単一のタングス
テン原子が、電界イオン顕微鏡技術によって、鋭く尖っ
たタングステン・チップの先端に配置される。チップの
先端は、（１１１）平面上のタングステン原子の三量体
によってあらわされる。前述のように、頂点での原子の
三量体でもよい。
上記の鋭く尖ったチップの放出電圧は、典型的には、ニ
〜三百ボルトである。この比較的低い値は、孔２に近接
配置されたチップ２によって、本発明の環境に従いさら
に低減される。実際、整合サイクルの開始時点、すなわ
ち、チップ１と孔２の間の距離がまだマイクロメータの
範囲にある時、チップ１での電圧Ｖ0は、３２０ボルト
程度の高さでなくてはならない。そして、チップ１が孔
２に１〜１０ｎｍの範囲に近付く間に、その電位を成功
裡に５０ボルト以下にすることができる。
〜三百ボルトである。この比較的低い値は、孔２に近接
配置されたチップ２によって、本発明の環境に従いさら
に低減される。実際、整合サイクルの開始時点、すなわ
ち、チップ１と孔２の間の距離がまだマイクロメータの
範囲にある時、チップ１での電圧Ｖ0は、３２０ボルト
程度の高さでなくてはならない。そして、チップ１が孔
２に１〜１０ｎｍの範囲に近付く間に、その電位を成功
裡に５０ボルト以下にすることができる。
チップ１と孔２の間の距離は、１〜１０ナノメートルの
範囲になくてはならない。この距離は、よく知られてい
る走査トンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）技術で制御するの
に極めてよく適合している。走査トンネリング顕微鏡の
開発に伴って、いくつかの粗／密接近装置が提案され、
これらには本発明に適用できるものもある。例えば、Ｉ
ＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂ
ｕｌｌｅｔｉｎ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１０Ｂ，Ｍａｒ
ｃｈ １９８５，ｐ．５９７６／７を参照されたい。こ
れには、トンネリング環境で電子放出チップを位置決め
するための３つの脚をもつ圧電ｘｙｚ駆動手段が開示さ
れている。これに示されているような位置決め装置を用
いると、チップ１を孔２に正確に位置決めすることが可
能である。
範囲になくてはならない。この距離は、よく知られてい
る走査トンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）技術で制御するの
に極めてよく適合している。走査トンネリング顕微鏡の
開発に伴って、いくつかの粗／密接近装置が提案され、
これらには本発明に適用できるものもある。例えば、Ｉ
ＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂ
ｕｌｌｅｔｉｎ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１０Ｂ，Ｍａｒ
ｃｈ １９８５，ｐ．５９７６／７を参照されたい。こ
れには、トンネリング環境で電子放出チップを位置決め
するための３つの脚をもつ圧電ｘｙｚ駆動手段が開示さ
れている。これに示されているような位置決め装置を用
いると、チップ１を孔２に正確に位置決めすることが可
能である。
他の可能性としては、チップと自動的に整合する適切な
孔のその場での（ｉｎ−ｓｉｔｕ）形成がある。自己整
合孔の形成方法は、欧州特許出願第８８１１１８０３．
８号に記載されている。このチップは、重い気体原子の
雰囲気中で極めて近接してこの金属フォイルの全面に配
置される。そして、チップに次第に上昇する電圧を印加
すると、スパッタリング動作が始まり、金属フォイルの
チップに対向する箇所が侵食され始める。このスパッタ
リング動作は、好適には、フォイルの反対側で最初のイ
オンが検出されるまで続けられる。
孔のその場での（ｉｎ−ｓｉｔｕ）形成がある。自己整
合孔の形成方法は、欧州特許出願第８８１１１８０３．
８号に記載されている。このチップは、重い気体原子の
雰囲気中で極めて近接してこの金属フォイルの全面に配
置される。そして、チップに次第に上昇する電圧を印加
すると、スパッタリング動作が始まり、金属フォイルの
チップに対向する箇所が侵食され始める。このスパッタ
リング動作は、好適には、フォイルの反対側で最初のイ
オンが検出されるまで続けられる。
第２図は、表面を低エネルギ電子またはイオンのビーム
で描像するための構成を示す図である。この構成は、ｘ
ｙｚ駆動手段５をもつ走査型トンネリング顕微鏡と類似
しており、ｘｙｚ駆動手段５は、例えば、立方体９の直
交する３つの端面に取り付けられた圧電素子６乃至８の
組をもつようなものである。そして、移動支持体１２上
には孔１４をもつフォイル１３が配置され、この孔１４
は、ｘｙｚ駆動手段５に取り付けられたチップ１５に正
確に整合している。サンプル１６は、別のｘｙｚ駆動手
段１７に配置され、これは、粒子ビームがサンプルに到
達するまでに飛行すべき距離の調節と、サンプルを横切
るビームのｘｙ走査を可能ならしめる。
で描像するための構成を示す図である。この構成は、ｘ
ｙｚ駆動手段５をもつ走査型トンネリング顕微鏡と類似
しており、ｘｙｚ駆動手段５は、例えば、立方体９の直
交する３つの端面に取り付けられた圧電素子６乃至８の
組をもつようなものである。そして、移動支持体１２上
には孔１４をもつフォイル１３が配置され、この孔１４
は、ｘｙｚ駆動手段５に取り付けられたチップ１５に正
確に整合している。サンプル１６は、別のｘｙｚ駆動手
段１７に配置され、これは、粒子ビームがサンプルに到
達するまでに飛行すべき距離の調節と、サンプルを横切
るビームのｘｙ走査を可能ならしめる。
孔１４とチップ１５の間の距離の粗調節は、サンプル１
６がない状態で、チャネル・プレート検出器１８上で孔
１４の電子投射像を連続的に監視しながら、支持体１２
を立方体９の方へ近付けることによって達成される。次
に、微調節は、ｘｙｚ駆動手段５のｚ部分を適切に作動
させることによって実行される。この動作においては、
フォイル１３とチップ１５の間の所望の距離に到達する
ために、チップ１５との整合位置からｘまたはｙ方向に
孔を変位させることが必要であろう。そうして、適切な
チップと孔の整合が得られると、フォイル１３とチップ
１５の間のギャップを流れるトンネリング電流が、慣用
的なフィードバック・ループによって一定に維持され
る。チップ電圧が１５ボルトであるとき、トンネリング
電流は、０．１ｎＡのオーダーである。
６がない状態で、チャネル・プレート検出器１８上で孔
１４の電子投射像を連続的に監視しながら、支持体１２
を立方体９の方へ近付けることによって達成される。次
に、微調節は、ｘｙｚ駆動手段５のｚ部分を適切に作動
させることによって実行される。この動作においては、
フォイル１３とチップ１５の間の所望の距離に到達する
ために、チップ１５との整合位置からｘまたはｙ方向に
孔を変位させることが必要であろう。そうして、適切な
チップと孔の整合が得られると、フォイル１３とチップ
１５の間のギャップを流れるトンネリング電流が、慣用
的なフィードバック・ループによって一定に維持され
る。チップ電圧が１５ボルトであるとき、トンネリング
電流は、０．１ｎＡのオーダーである。
第２図の構成は、低エネルギ電子及びイオン・ビームの
どちらの発生にも適している。もし超高真空のもとに置
かれたならば、この装置は、チップ１５からの電界放出
による自由電子のビームを発生し、このビームは、孔１
４を通過するとき狭められる。この、サンプルに入射す
る低エネルギ（例えば１５ｅＶ）の電子ビームは、その
表面の最初の幾つかの分子層にある原子からの２次電子
を発生させる。電子ビームの貫通する深さは、言うまで
もなく、ビームのエネルギ以外に、サンプルの材質に存
在する。明らかに、これらの低エネルギ電子を用いる
と、２次電子が放出される衝撃の点の臨界の隙間が、高
エネルギ（ＫｅＶ）の条件下よりも数桁小さい。この２
次電子は、慣用的なチャネルトロン（ｃｈａｎｎｅｌｔ
ｒｏｎ）検出器を用いて検出することができる。
どちらの発生にも適している。もし超高真空のもとに置
かれたならば、この装置は、チップ１５からの電界放出
による自由電子のビームを発生し、このビームは、孔１
４を通過するとき狭められる。この、サンプルに入射す
る低エネルギ（例えば１５ｅＶ）の電子ビームは、その
表面の最初の幾つかの分子層にある原子からの２次電子
を発生させる。電子ビームの貫通する深さは、言うまで
もなく、ビームのエネルギ以外に、サンプルの材質に存
在する。明らかに、これらの低エネルギ電子を用いる
と、２次電子が放出される衝撃の点の臨界の隙間が、高
エネルギ（ＫｅＶ）の条件下よりも数桁小さい。この２
次電子は、慣用的なチャネルトロン（ｃｈａｎｎｅｌｔ
ｒｏｎ）検出器を用いて検出することができる。
ｘｙｚ駆動手段１７のｘｙ部分によってサンプル１６の
表面に亙ってチップを走査するとともに、チップとサン
プルの距離を制御することによって放出電流を一定に保
つとき、モニタすべき信号は、チャネルトロン検出器１
８から得られるカウント・レートである。このとき、次
のような３つの特徴が明白となろう。
表面に亙ってチップを走査するとともに、チップとサン
プルの距離を制御することによって放出電流を一定に保
つとき、モニタすべき信号は、チャネルトロン検出器１
８から得られるカウント・レートである。このとき、次
のような３つの特徴が明白となろう。
（１）電子ソースの輝度は十分高い。なぜなら、全ての
電子は、チップの頂点の単一の原子（または三量体）を
通じてチップを出発しなくてはならないからである。電
流が１０μＡであるとき、電流密度は極めて高い。
電子は、チップの頂点の単一の原子（または三量体）を
通じてチップを出発しなくてはならないからである。電
流が１０μＡであるとき、電流密度は極めて高い。
（２）高いコントラストのイメージが得られる。２次電
子のカウント・レートは、毎秒１０2と１０5の間であ
る。
子のカウント・レートは、毎秒１０2と１０5の間であ
る。
（３）観察した特性に従うと、横方向３ｎｍのオーダー
の解像度が演繹される。
の解像度が演繹される。
上記の超高真空を、例えば、圧力１０-4ミリバールのオ
ーダーの希ガス（例えばヘリウム）で置き換え、チップ
の電位の極性を変更することにより、イオン・ビームが
発生される。ヘリウムのイオン化に必要な４５Ｖ／ｎｍ
の電界のほとんどがチップ１５の頂点に、すなわち、単
一の原子または原子の三量体に集中され、よって、チッ
プが極めて輝度の高い点となされる。尚、イオン化レー
トは、統計的ゆらぎを無視すると、ほぼ一定である。
ーダーの希ガス（例えばヘリウム）で置き換え、チップ
の電位の極性を変更することにより、イオン・ビームが
発生される。ヘリウムのイオン化に必要な４５Ｖ／ｎｍ
の電界のほとんどがチップ１５の頂点に、すなわち、単
一の原子または原子の三量体に集中され、よって、チッ
プが極めて輝度の高い点となされる。尚、イオン化レー
トは、統計的ゆらぎを無視すると、ほぼ一定である。
イオン・ビーム発生の場合、真空の必要条件は、電子ビ
ームの場合よりも厳密でない。というのは、残留ガス原
子は、ヘリウムよりも低いイオン化電位を呈するので、
それらは、化学的に反応性のタングステン・チップと相
互作用を生じる機会をもつ前に、電界によってイオン化
されるからである。
ームの場合よりも厳密でない。というのは、残留ガス原
子は、ヘリウムよりも低いイオン化電位を呈するので、
それらは、化学的に反応性のタングステン・チップと相
互作用を生じる機会をもつ前に、電界によってイオン化
されるからである。
本発明の装置を用いて実施されたある実験では、（１１
１）配向されたタングステン・チップが、薄いカーボン
・フォイルの孔に近接し且つ整合して配置された。その
フォイルの多くの孔から、約１μｍの直径をもつものが
選択された。チップをその孔に１〜１０ｎｍの範囲に接
近させる間に、当初３２０ボルトであったチップの電位
が、電流一定のままで４６ボルトに低減された。孔の平
面での電子ビームの直径は、約５００ｎｍであることが
見出された。また、ヘリウム・ガスの電界イオン化は、
約４５Ｖという、顕著な低さで開始されることも決定さ
れた。
１）配向されたタングステン・チップが、薄いカーボン
・フォイルの孔に近接し且つ整合して配置された。その
フォイルの多くの孔から、約１μｍの直径をもつものが
選択された。チップをその孔に１〜１０ｎｍの範囲に接
近させる間に、当初３２０ボルトであったチップの電位
が、電流一定のままで４６ボルトに低減された。孔の平
面での電子ビームの直径は、約５００ｎｍであることが
見出された。また、ヘリウム・ガスの電界イオン化は、
約４５Ｖという、顕著な低さで開始されることも決定さ
れた。
電子ビームの発生に必要な上記の低電圧に鑑みると、孔
を伝播する自由電子またはイオンもそれに対応して低い
運動エネルギをもち、その発生に使用されるチップの拡
がり角度が小さいことにより、その孔でのさらなる収束
を、極めて高い効率で行なうことができる。
を伝播する自由電子またはイオンもそれに対応して低い
運動エネルギをもち、その発生に使用されるチップの拡
がり角度が小さいことにより、その孔でのさらなる収束
を、極めて高い効率で行なうことができる。
Ｆ．発明の効果 以上説明したように、この発明によれば、極めて狭く収
束され、且つエネルギが十分低い荷電粒子ビームを放出
することが可能となる。
束され、且つエネルギが十分低い荷電粒子ビームを放出
することが可能となる。
第１図は、本発明に係る電子ソースと孔の配置を示す
図、 第２図は、本発明の電子ソースと孔の構成を採用した顕
微鏡装置の概要斜視図である。
図、 第２図は、本発明の電子ソースと孔の構成を採用した顕
微鏡装置の概要斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハインツ・シユミツト スイス国シイー・エイチ8942オーベルリー デン、ビツケルシユトラーセ10番地 (72)発明者 ヴエルナー・シユトツカー スイス国シイー・エイチ8820ヴエーデンス ヴイル、オーベレ・ギーゼンリユーテイ （番地なし) (56)参考文献 特開 昭59−16255（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−17832（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】孔径が１ミクロン以下の貫通孔を有する金
属薄膜、 １ないし３原子個の寸法の尖端を有する金属チツプ、 上記チツプ及び金属薄膜を、各々、支持すると共に、チ
ツプ尖端を上記貫通孔に対向させ金属薄膜の前面から微
小間隔を置いて整列させるための手段、 上記チツプ及び金属薄膜間に低直流電圧を印加するため
の低電圧源、 とを具備し、 上記チツプ尖端は、上記貫通孔から１ないし１０ナノメ
ートルの距離に位置決めされており、 上記低直流電圧の大きさは、上記チツプ尖端から放出さ
れる自由電子によるビームの分散が上記貫通孔の平面に
おいてサブミクロンないしナノメートルの範囲にあるよ
うな極めて狭い拡がりのビームを形成して金属薄膜の後
面から放出する程度の低電圧に選択されており、 低エネルギで高品質のビームを発生する荷電粒子ビーム
発生装置。 - 【請求項２】サンプルを上記金属薄膜の後面に対向して
支持する手段を設け、該支持手段を、上記チツプ及び金
属薄膜の整列手段に関して、同一Ｘ−Ｙ平面において相
対的に平行移動させて荷電粒子ビームのＸ−Ｙ方向の走
査を実施するＸ−Ｙ方向移動手段を設けたことを特徴と
する上記請求項１に記載した荷電粒子ビーム発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP88810742.2 | 1988-11-01 | ||
| EP88810742A EP0366851B1 (en) | 1988-11-01 | 1988-11-01 | Low-voltage source for narrow electron/ion beams |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02186545A JPH02186545A (ja) | 1990-07-20 |
| JPH0656745B2 true JPH0656745B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=8200614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25896889A Expired - Fee Related JPH0656745B2 (ja) | 1988-11-01 | 1989-10-05 | 荷電粒子ビーム発生装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4954711A (ja) |
| EP (1) | EP0366851B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0656745B2 (ja) |
| CA (1) | CA1311863C (ja) |
| DE (1) | DE3887891T2 (ja) |
Families Citing this family (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0432337B1 (en) * | 1989-12-13 | 1994-08-03 | International Business Machines Corporation | Delta-phi microlens for low-energy particle beams |
| ES2029426A6 (es) * | 1991-03-22 | 1992-08-01 | Univ Madrid | Obtencion de una fuente atomica de iones metalicos produciendo una fusion superficial por medio de un campo electrico. |
| DE69205676D1 (de) * | 1992-04-01 | 1995-11-30 | Ibm | Intensive, kohärente gepulste Elektronenquelle. |
| US5654548A (en) * | 1992-08-06 | 1997-08-05 | International Business Machines Corporation | Source for intense coherent electron pulses |
| JP3153366B2 (ja) * | 1992-12-04 | 2001-04-09 | 日本電子株式会社 | 走査トンネル顕微鏡 |
| DE69506375T2 (de) * | 1994-10-03 | 1999-06-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven | Partikel-optisches gerät mit einer elektronenquelle versehen die eine nadel und eine membranartige extraktionselektrode aufweist |
| US5834781A (en) * | 1996-02-14 | 1998-11-10 | Hitachi, Ltd. | Electron source and electron beam-emitting apparatus equipped with same |
| US6740889B1 (en) * | 1998-09-28 | 2004-05-25 | Applied Materials, Inc. | Charged particle beam microscope with minicolumn |
| ATE438922T1 (de) | 2000-03-16 | 2009-08-15 | Hitachi Ltd | Vorrichtung zum erzeugen eines stromes von ladungsträgern |
| GB2374979A (en) * | 2000-12-28 | 2002-10-30 | Ims Ionen Mikrofab Syst | A field ionisation source |
| CN1145579C (zh) * | 2001-07-11 | 2004-04-14 | 方墨希 | 荷负电纳米粒子产生装置及方法 |
| US7786451B2 (en) * | 2003-10-16 | 2010-08-31 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7557359B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-07-07 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7557361B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-07-07 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7518122B2 (en) | 2003-10-16 | 2009-04-14 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US8110814B2 (en) | 2003-10-16 | 2012-02-07 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7511279B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-03-31 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7368727B2 (en) * | 2003-10-16 | 2008-05-06 | Alis Technology Corporation | Atomic level ion source and method of manufacture and operation |
| US7786452B2 (en) * | 2003-10-16 | 2010-08-31 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7557358B2 (en) | 2003-10-16 | 2009-07-07 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7511280B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-03-31 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7521693B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-04-21 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7488952B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-02-10 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7504639B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-03-17 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7601953B2 (en) * | 2006-03-20 | 2009-10-13 | Alis Corporation | Systems and methods for a gas field ion microscope |
| US7554097B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-06-30 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7554096B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-06-30 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7485873B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-02-03 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7321118B2 (en) * | 2005-06-07 | 2008-01-22 | Alis Corporation | Scanning transmission ion microscope |
| US7557360B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-07-07 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US7414243B2 (en) * | 2005-06-07 | 2008-08-19 | Alis Corporation | Transmission ion microscope |
| US7495232B2 (en) * | 2003-10-16 | 2009-02-24 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| US9159527B2 (en) | 2003-10-16 | 2015-10-13 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Systems and methods for a gas field ionization source |
| US20070116373A1 (en) * | 2005-11-23 | 2007-05-24 | Sonosite, Inc. | Multi-resolution adaptive filtering |
| WO2007067296A2 (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-14 | Alis Corporation | Ion sources, systems and methods |
| EP1826809A1 (en) * | 2006-02-22 | 2007-08-29 | FEI Company | Particle-optical apparatus equipped with a gas ion source |
| US20070227883A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Ward Billy W | Systems and methods for a helium ion pump |
| US7804068B2 (en) * | 2006-11-15 | 2010-09-28 | Alis Corporation | Determining dopant information |
| US7888654B2 (en) * | 2007-01-24 | 2011-02-15 | Fei Company | Cold field emitter |
| EP2091065A1 (en) | 2008-02-18 | 2009-08-19 | ETH Zürich | Low-voltage field emission scanning electron microscope |
| US8736170B1 (en) | 2011-02-22 | 2014-05-27 | Fei Company | Stable cold field emission electron source |
| US9941094B1 (en) | 2017-02-01 | 2018-04-10 | Fei Company | Innovative source assembly for ion beam production |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3814975A (en) * | 1969-08-06 | 1974-06-04 | Gen Electric | Electron emission system |
| US4020387A (en) * | 1972-02-14 | 1977-04-26 | American Optical Corporation | Field emission electron gun |
| US3959651A (en) * | 1974-04-24 | 1976-05-25 | American Optical Corporation | Electron microscope |
| JPS57128433A (en) * | 1980-12-27 | 1982-08-10 | Denki Kagaku Kogyo Kk | High luminance electron gun |
| JPS5916255A (ja) * | 1982-07-19 | 1984-01-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電子銃 |
| US4427886A (en) * | 1982-08-02 | 1984-01-24 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low voltage field emission electron gun |
| EP0204297B1 (en) * | 1985-06-04 | 1991-01-23 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Charged particle emission source structure |
| US4740705A (en) * | 1986-08-11 | 1988-04-26 | Electron Beam Memories | Axially compact field emission cathode assembly |
| US4760567A (en) * | 1986-08-11 | 1988-07-26 | Electron Beam Memories | Electron beam memory system with ultra-compact, high current density electron gun |
| FR2607623B1 (fr) * | 1986-11-27 | 1995-02-17 | Commissariat Energie Atomique | Source d'electrons polarises de spin, utilisant une cathode emissive a micropointes, application en physique des interactions electrons-matiere ou electrons-particules, physique des plasmas, microscopie electronique |
-
1988
- 1988-11-01 DE DE3887891T patent/DE3887891T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-11-01 EP EP88810742A patent/EP0366851B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-07-28 CA CA000607014A patent/CA1311863C/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-05 JP JP25896889A patent/JPH0656745B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-27 US US07/427,651 patent/US4954711A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02186545A (ja) | 1990-07-20 |
| US4954711A (en) | 1990-09-04 |
| CA1311863C (en) | 1992-12-22 |
| EP0366851A1 (en) | 1990-05-09 |
| DE3887891D1 (de) | 1994-03-24 |
| EP0366851B1 (en) | 1994-02-16 |
| DE3887891T2 (de) | 1994-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0656745B2 (ja) | 荷電粒子ビーム発生装置 | |
| Yao | Focused ion beam systems: basics and applications | |
| US7601953B2 (en) | Systems and methods for a gas field ion microscope | |
| EP0195349B1 (en) | Low-energy scanning transmission electron microscope | |
| Stocker et al. | Low-energy electron and ion projection microscopy | |
| Melngailis | Focused ion beam lithography | |
| US20100187433A1 (en) | Improved particle beam generator | |
| EP4376047A2 (en) | Particle beam system | |
| JP7507060B2 (ja) | 熱電界エミッタ、マルチビーム形成装置、及び電子ビームツール用のマルチビーム生成方法 | |
| JPH09506467A (ja) | 針及び隔膜のような抽出電極を有する電子源を具えている粒子−光学装置 | |
| McCord et al. | A novel scanning tunneling microscope controlled field emission microlens electron source | |
| US7576341B2 (en) | Lithography systems and methods for operating the same | |
| CN101647085A (zh) | 改进的粒子束发生器 | |
| McCord et al. | A scanning tunneling microscope for surface modification | |
| EP1113482B1 (en) | High energy electron diffraction apparatus | |
| Lischke et al. | Multi-beam concepts for nanometer devices | |
| US5654548A (en) | Source for intense coherent electron pulses | |
| JP3469404B2 (ja) | 電界放出型荷電粒子銃及び荷電粒子ビーム照射装置 | |
| Lee et al. | Ultra-Compact Free-Electron Laser Advanced Model for Carbon Nano-Tube Tip | |
| JP2002131249A (ja) | 電界放射型低速電子回折装置 | |
| Van Der Mast | Field emission, developments and possibilities | |
| Lawler et al. | Initial Nanoblade-Enhanced Laser-Induced Cathode Emission Measurements | |
| EP0563500B1 (en) | Source for intense coherent electron pulses | |
| Grothaus et al. | Experimental investigation of a plasma edge cathode scheme for pulsed electron beam extraction | |
| JPH0510895A (ja) | 固体の表面物性を探査する方法および走査クラスター顕微鏡 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |