JPH07272653A - 電界電離型ガスフェーズイオン源の調整方法およびイオンビーム装置 - Google Patents
電界電離型ガスフェーズイオン源の調整方法およびイオンビーム装置Info
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- JPH07272653A JPH07272653A JP6058822A JP5882294A JPH07272653A JP H07272653 A JPH07272653 A JP H07272653A JP 6058822 A JP6058822 A JP 6058822A JP 5882294 A JP5882294 A JP 5882294A JP H07272653 A JPH07272653 A JP H07272653A
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- emitter
- voltage
- ion beam
- ions
- extraction
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-
- 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
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低いガス圧でもエミッタの電界蒸発を確認す
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
方法およびイオンビーム装置を実現する。 【構成】 比較的低い第1の圧力下で引出電圧を徐々に
高め、その間エミッタ1の材料のイオンの監視を行い、
エミッタ材料のイオンが検出された際にはその時点でエ
ミッタ1の電界蒸発を行い、その後イオン化室18を比
較的高い第2の圧力とし、イオンビームを発生させる。
エミッタ材料のイオンの発生の確認は、イオンをパルス
的に発生させ、そのイオンを静電偏向電極21で偏向
し、イオン検出器23で検出する。そして、検出された
イオンの飛行時間からイオンの同定を行う。
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
方法およびイオンビーム装置を実現する。 【構成】 比較的低い第1の圧力下で引出電圧を徐々に
高め、その間エミッタ1の材料のイオンの監視を行い、
エミッタ材料のイオンが検出された際にはその時点でエ
ミッタ1の電界蒸発を行い、その後イオン化室18を比
較的高い第2の圧力とし、イオンビームを発生させる。
エミッタ材料のイオンの発生の確認は、イオンをパルス
的に発生させ、そのイオンを静電偏向電極21で偏向
し、イオン検出器23で検出する。そして、検出された
イオンの飛行時間からイオンの同定を行う。
Description
【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
源を用いたイオンビーム装置に関する。
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
源を用いたイオンビーム装置に関する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、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。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
適電圧で角電流密度のピークを有する。
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、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。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
適電圧で角電流密度のピークを有する。
【0014】図2はこのような動作における引出電圧と
角電流密度との関係を示している。この図で横軸は引出
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。電圧値VeとVmとは、前記したようにFIM像の
観察に基づいて明確にされ、それらの値はコンピュータ
13に記憶される。そして、この電圧値Vmの下でイオ
ンビーム加工装置として正規の動作を行う。なお、タン
グステンなどの熱的、化学的侵食に強い金属の電界蒸発
強度は、ヘリウムなどのイオン化ガスの電界電離のため
の電界強度よりも一般的に大きい。例えば、タングステ
ンとヘリウムの場合では、VeはVmの約2倍前後高い
電圧となる。
角電流密度との関係を示している。この図で横軸は引出
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。電圧値VeとVmとは、前記したようにFIM像の
観察に基づいて明確にされ、それらの値はコンピュータ
13に記憶される。そして、この電圧値Vmの下でイオ
ンビーム加工装置として正規の動作を行う。なお、タン
グステンなどの熱的、化学的侵食に強い金属の電界蒸発
強度は、ヘリウムなどのイオン化ガスの電界電離のため
の電界強度よりも一般的に大きい。例えば、タングステ
ンとヘリウムの場合では、VeはVmの約2倍前後高い
電圧となる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】図3に引出電圧値(横
軸)と、その電圧値に対するグロー放電の起こるイオン
化室Heガス圧(縦軸)との関係を示す。電圧が高くな
るに従い、グロー放電の起こるHeガス圧は特に1Pa
〜10−1Paの間で急峻な立ち下がりを示し、やがて
あるガス圧X1(<10−2Pa)で飽和する。またX2
は大気雰囲気側でのしきい値である。電界蒸発電圧Ve
は、イオンビーム加工装置として正規の動作を行う電圧
Vmの約2倍以上高い電圧となるため、グロー放電を防
止するには電界蒸発時のイオン化室Heガス圧をX1よ
り低圧側にしなければならない。ところが、従来FIM
像で電界蒸発を確認する観点から、ガス圧を10−1P
a台にしなければならず、そのガス圧で電界蒸発を行う
際、しばしばグロー放電を起こしエミッタが破壊する事
故が発生した。また、グロー放電を防ぐためガス圧を下
げると、今度は電界蒸発がきちんと行われているかどう
かの確認のためのFIM像が観察できなくなるなどの問
題点があった。
軸)と、その電圧値に対するグロー放電の起こるイオン
化室Heガス圧(縦軸)との関係を示す。電圧が高くな
るに従い、グロー放電の起こるHeガス圧は特に1Pa
〜10−1Paの間で急峻な立ち下がりを示し、やがて
あるガス圧X1(<10−2Pa)で飽和する。またX2
は大気雰囲気側でのしきい値である。電界蒸発電圧Ve
は、イオンビーム加工装置として正規の動作を行う電圧
Vmの約2倍以上高い電圧となるため、グロー放電を防
止するには電界蒸発時のイオン化室Heガス圧をX1よ
り低圧側にしなければならない。ところが、従来FIM
像で電界蒸発を確認する観点から、ガス圧を10−1P
a台にしなければならず、そのガス圧で電界蒸発を行う
際、しばしばグロー放電を起こしエミッタが破壊する事
故が発生した。また、グロー放電を防ぐためガス圧を下
げると、今度は電界蒸発がきちんと行われているかどう
かの確認のためのFIM像が観察できなくなるなどの問
題点があった。
【0016】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、低いガス圧でも適確にエミッタの
電界蒸発を確認す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およびイオンビーム装置を実現す
るにある。
もので、その目的は、低いガス圧でも適確にエミッタの
電界蒸発を確認す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およびイオンビーム装置を実現す
るにある。
【0017】
【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、比較的低い
第1の圧力下で引出電圧を徐々に高め、その間エミッタ
材料のイオンの監視を行い、エミッタ材料のイオンが検
出された際にはその時点でエミッタの電界蒸発を行い、
その後比較的高い第2の圧力下でイオンビームを発生さ
せるようにしたことを特徴としている。
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、比較的低い
第1の圧力下で引出電圧を徐々に高め、その間エミッタ
材料のイオンの監視を行い、エミッタ材料のイオンが検
出された際にはその時点でエミッタの電界蒸発を行い、
その後比較的高い第2の圧力下でイオンビームを発生さ
せるようにしたことを特徴としている。
【0018】本発明に基づく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装置は、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を用いたイオンビーム装
置において、エミッタと引出電極との間に電圧を印加し
た結果電界蒸発したエミッタ材料を検出するための質量
分析装置を設けたことを特徴としている。
オン源を用いたイオンビーム装置は、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を用いたイオンビーム装
置において、エミッタと引出電極との間に電圧を印加し
た結果電界蒸発したエミッタ材料を検出するための質量
分析装置を設けたことを特徴としている。
【0019】
【作用】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、比較的低い第1の圧力下で引出電圧を
徐々に高め、その間エミッタ材料のイオンの監視を行
い、エミッタ材料のイオンが検出された際にはその時点
でエミッタの電界蒸発を行い、その後比較的高い第2の
圧力下でイオンビームを発生させる。
源の調整方法は、比較的低い第1の圧力下で引出電圧を
徐々に高め、その間エミッタ材料のイオンの監視を行
い、エミッタ材料のイオンが検出された際にはその時点
でエミッタの電界蒸発を行い、その後比較的高い第2の
圧力下でイオンビームを発生させる。
【0020】本発明に基づく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装置は、エミッタと引出電
極との間に電圧を印加した結果電界蒸発したエミッタ材
料を検出するために、質量分析装置を設けた。
オン源を用いたイオンビーム装置は、エミッタと引出電
極との間に電圧を印加した結果電界蒸発したエミッタ材
料を検出するために、質量分析装置を設けた。
【0021】
【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は本発明の一実施例であるイオンビー
ム加工装置を示しているが、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
実施例で、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されている。また、エミッタ1や
引出電極2などが配置されたイオン化室18にガス源6
からHeガスのごときイオン化ガスが供給されるが、ガ
ス源6とイオン化室18との間にはリークバルブ19が
設けられている。更に、イオン化室18内のガス圧力
は、ガス圧計20によって測定される。これらパルス電
源17とリークバルブ19はコンピュータ13によって
制御され、また、ガス圧計20によって測定されたイオ
ン化室18内のガス圧はコンピュータ13に供給され
る。
に説明する。図4は本発明の一実施例であるイオンビー
ム加工装置を示しているが、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
実施例で、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されている。また、エミッタ1や
引出電極2などが配置されたイオン化室18にガス源6
からHeガスのごときイオン化ガスが供給されるが、ガ
ス源6とイオン化室18との間にはリークバルブ19が
設けられている。更に、イオン化室18内のガス圧力
は、ガス圧計20によって測定される。これらパルス電
源17とリークバルブ19はコンピュータ13によって
制御され、また、ガス圧計20によって測定されたイオ
ン化室18内のガス圧はコンピュータ13に供給され
る。
【0022】集束レンズ7と対物レンズ8との間には、
静電偏向電極21が設けられている。この偏向電極21
は、図示していない電源から偏向電圧が供給されるがこ
の電源もコンピュータ13によって制御される。偏向電
極21は偏向電圧が印加される時にイオンビームを通過
させるために開口22が穿たれており、偏向電圧が印加
されるとイオンビームをほぼ直角に偏向する。偏向電極
21によって偏向されたイオンビームは、イオン検出器
23によって検出される。検出器23によって検出され
た信号は、増幅器24を介してカウンタ25に供給され
る。カウンタ25はパルス電源17からのパルス信号に
よって時間の計測を開始し、検出器23からの信号によ
ってその計測を停止する。カウンタ25の計測値はコン
ピュータ13に供給される。このような構成の動作を次
に説明する。
静電偏向電極21が設けられている。この偏向電極21
は、図示していない電源から偏向電圧が供給されるがこ
の電源もコンピュータ13によって制御される。偏向電
極21は偏向電圧が印加される時にイオンビームを通過
させるために開口22が穿たれており、偏向電圧が印加
されるとイオンビームをほぼ直角に偏向する。偏向電極
21によって偏向されたイオンビームは、イオン検出器
23によって検出される。検出器23によって検出され
た信号は、増幅器24を介してカウンタ25に供給され
る。カウンタ25はパルス電源17からのパルス信号に
よって時間の計測を開始し、検出器23からの信号によ
ってその計測を停止する。カウンタ25の計測値はコン
ピュータ13に供給される。このような構成の動作を次
に説明する。
【0023】イオンビームによる加工動作は、静電偏向
電極21に偏向電圧を印加しない状態で行われる。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、静電偏向電極21に偏向電圧を印加し、イ
オンビームが偏向電極によって直角に偏向されるように
しておく。次に引出電圧電源3からの引出電圧に重畳し
てパルス電源17からのパルス電圧がエミッタ1と引出
電極2との間に印加される。図5はエミッタ1と引出電
極2との間の引出電圧、イオン化室18のガス圧力、検
出器23の検出信号を示している。図の横軸は時間であ
り、図5(a)の縦軸は引出電圧、図5(b)の縦軸は
ガス圧力、図5(c)の縦軸は検出器23の出力を示
す。
電極21に偏向電圧を印加しない状態で行われる。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、静電偏向電極21に偏向電圧を印加し、イ
オンビームが偏向電極によって直角に偏向されるように
しておく。次に引出電圧電源3からの引出電圧に重畳し
てパルス電源17からのパルス電圧がエミッタ1と引出
電極2との間に印加される。図5はエミッタ1と引出電
極2との間の引出電圧、イオン化室18のガス圧力、検
出器23の検出信号を示している。図の横軸は時間であ
り、図5(a)の縦軸は引出電圧、図5(b)の縦軸は
ガス圧力、図5(c)の縦軸は検出器23の出力を示
す。
【0024】まず、図5(a)に示すように、エミッタ
1と引出電極2との間に引出電圧がパルス的に与えら
れ、その電圧値は徐々に上昇させられる。この時点で、
コンピュータ13はガス圧計20からのデータに基づい
てリークバルブ19を制御し、イオン化室18内の圧力
をグロー放電が生じない圧力X1より低い値にする。こ
こで、パルス的な引出電圧の印加により、イオン化室1
8内のガス分子や原子がイオン化される。イオンは加速
電極3によって加速され、偏向電極21によって偏向さ
れてイオン検出器23に入射する。検出器23は入射し
てきたイオンを検出するが、その検出パルスは増幅器2
4を介してカウンタ25に供給される。
1と引出電極2との間に引出電圧がパルス的に与えら
れ、その電圧値は徐々に上昇させられる。この時点で、
コンピュータ13はガス圧計20からのデータに基づい
てリークバルブ19を制御し、イオン化室18内の圧力
をグロー放電が生じない圧力X1より低い値にする。こ
こで、パルス的な引出電圧の印加により、イオン化室1
8内のガス分子や原子がイオン化される。イオンは加速
電極3によって加速され、偏向電極21によって偏向さ
れてイオン検出器23に入射する。検出器23は入射し
てきたイオンを検出するが、その検出パルスは増幅器2
4を介してカウンタ25に供給される。
【0025】カウンタ25はパルス電源17からのパル
ス電圧の印加から時間の計測を開始し、検出器23から
の信号の供給までの時間を計測する。この計測された時
間は、パルス的引出電圧の印加により発生したイオンが
飛行し、検出器23に到達するまでの飛行時間である。
ところで、イオン化した分子や原子の質量数をM、価電
数をn、電荷をe、エミッタ1から検出器23までの距
離をL、引出電圧電源からの電圧をVo、パルス電源1
7からのパルス電圧をVp、イオンの飛行時間をt、検
出器23にイオンが到達してからカウンタ25が動作す
るまでの時間遅れをδ、係数をαとすると、次式が成立
する。
ス電圧の印加から時間の計測を開始し、検出器23から
の信号の供給までの時間を計測する。この計測された時
間は、パルス的引出電圧の印加により発生したイオンが
飛行し、検出器23に到達するまでの飛行時間である。
ところで、イオン化した分子や原子の質量数をM、価電
数をn、電荷をe、エミッタ1から検出器23までの距
離をL、引出電圧電源からの電圧をVo、パルス電源1
7からのパルス電圧をVp、イオンの飛行時間をt、検
出器23にイオンが到達してからカウンタ25が動作す
るまでの時間遅れをδ、係数をαとすると、次式が成立
する。
【0026】 M/n=(2e/L2)(Vo+α・Vp)(t−δ)2 上式から明らかなように、引出電圧電源からの電圧をV
oとパルス電源17からのパルス電圧をVp、およびイ
オンの飛行時間をtが測定できると、後は装置固有の値
となるので、イオン化した分子や原子の質量数Mを求め
ることができる。この求められた質量数からイオン化し
た分子や原子の種類が判明する。イオン化した分子や原
子がイオン化室内に導かれたイオン化ガスである場合に
は、まだエミッタ1の電界蒸発が始まっていないことで
あり、その場合にはパルス電源17からのパルス電圧値
が上昇させられる。電圧値を上昇させて上記イオンの飛
行時間の計測と、その結果に基づくイオン化元素の同定
動作を実行する。
oとパルス電源17からのパルス電圧をVp、およびイ
オンの飛行時間をtが測定できると、後は装置固有の値
となるので、イオン化した分子や原子の質量数Mを求め
ることができる。この求められた質量数からイオン化し
た分子や原子の種類が判明する。イオン化した分子や原
子がイオン化室内に導かれたイオン化ガスである場合に
は、まだエミッタ1の電界蒸発が始まっていないことで
あり、その場合にはパルス電源17からのパルス電圧値
が上昇させられる。電圧値を上昇させて上記イオンの飛
行時間の計測と、その結果に基づくイオン化元素の同定
動作を実行する。
【0027】上記動作を繰り返し実行することにより、
特定の電圧値においてエミッタ1の材料の元素のイオン
が検出される。例えば、エミッタ1がタングステンで形
成されている場合には、タングステンイオンが検出され
る。エミッタ1の材料元素のイオンが検出されたこと
は、エミッタ1の先端において電界蒸発が生じたことで
あり、このときの電圧値が電界蒸発電圧Veである。そ
の後、この電圧値Veで必要回数パルス電圧を印加し、
エミッタ1の所定の電界蒸発動作を行う。
特定の電圧値においてエミッタ1の材料の元素のイオン
が検出される。例えば、エミッタ1がタングステンで形
成されている場合には、タングステンイオンが検出され
る。エミッタ1の材料元素のイオンが検出されたこと
は、エミッタ1の先端において電界蒸発が生じたことで
あり、このときの電圧値が電界蒸発電圧Veである。そ
の後、この電圧値Veで必要回数パルス電圧を印加し、
エミッタ1の所定の電界蒸発動作を行う。
【0028】エミッタ1の所定の電界蒸発が終了する
と、コンピュータ13はパルス電源17からのパルス電
圧の印加を停止し、更に、ガス圧計20からの信号に基
づきリークバルブ19を制御する。この結果、イオン化
室内の圧力は高い角電流密度が得られる圧力、例えば、
10−1Pa程度にされる。この状態で、引出電圧電源
3からの引出電圧の値を電界蒸発電圧Veの1/2とす
る。その後、引出電圧をゆっくりと変化させ、その間、
図には示していない電流検出器によりイオンビームの電
流値を測定し、最大角電流密度が得られる電圧Vmを検
出し、そして引出電圧をその電圧Vmに設定する。
と、コンピュータ13はパルス電源17からのパルス電
圧の印加を停止し、更に、ガス圧計20からの信号に基
づきリークバルブ19を制御する。この結果、イオン化
室内の圧力は高い角電流密度が得られる圧力、例えば、
10−1Pa程度にされる。この状態で、引出電圧電源
3からの引出電圧の値を電界蒸発電圧Veの1/2とす
る。その後、引出電圧をゆっくりと変化させ、その間、
図には示していない電流検出器によりイオンビームの電
流値を測定し、最大角電流密度が得られる電圧Vmを検
出し、そして引出電圧をその電圧Vmに設定する。
【0029】このような調整の後、通常のイオンビーム
の加工動作が実施される。もちろん、この加工動作の際
には、静電偏向電極21には電圧が印加されず、イオン
ビームは電極21に設けられた開口22を通って材料に
照射される。イオンビームの加工動作を実施している過
程で角電流密度が低下してきた場合には、イオンビーム
の加工動作を停止し、再びイオン化室18の圧力を低く
する。そして、パルス電源17からパルス電圧を印加
し、上記したようにイオン化された物質の質量分析を行
い、エミッタ1の材料元素の検出によりエミッタ1の電
界蒸発動作を適切に実行する。
の加工動作が実施される。もちろん、この加工動作の際
には、静電偏向電極21には電圧が印加されず、イオン
ビームは電極21に設けられた開口22を通って材料に
照射される。イオンビームの加工動作を実施している過
程で角電流密度が低下してきた場合には、イオンビーム
の加工動作を停止し、再びイオン化室18の圧力を低く
する。そして、パルス電源17からパルス電圧を印加
し、上記したようにイオン化された物質の質量分析を行
い、エミッタ1の材料元素の検出によりエミッタ1の電
界蒸発動作を適切に実行する。
【0030】なお、上記した説明では、エミッタ1の電
界蒸発を行った後、引出電圧を電界蒸発電圧Veの1/
2として最大角電流密度の測定を行うようにしたが、電
界蒸発後の引出電圧の設定は、まず引出電圧を最大角電
流密度が得られる電圧以下とし、その後、最大角電流密
度が得られる引出電圧Vmに設定するようにしても良
い。また、所定の角電流密度が得られない場合や、イオ
ンビーム電流が安定しなくなった場合には、再度イオン
化室の圧力をX1以下の条件にして、電界蒸発の回数
(パルス数)を変えて処理を行っても良い。
界蒸発を行った後、引出電圧を電界蒸発電圧Veの1/
2として最大角電流密度の測定を行うようにしたが、電
界蒸発後の引出電圧の設定は、まず引出電圧を最大角電
流密度が得られる電圧以下とし、その後、最大角電流密
度が得られる引出電圧Vmに設定するようにしても良
い。また、所定の角電流密度が得られない場合や、イオ
ンビーム電流が安定しなくなった場合には、再度イオン
化室の圧力をX1以下の条件にして、電界蒸発の回数
(パルス数)を変えて処理を行っても良い。
【0031】図6は本発明の他の実施例を示している。
この実施例では、偏向電極21によって偏向されたイオ
ンの通路上に四重極質量分析器26が設けられている。
四重極質量分析器26は、エミッタ1の材料元素のイオ
ンを検出するように調整されている。この構成で、イオ
ン化室18内の圧力を比較的低い圧力とし、引出電圧を
徐々に上昇させる。そして、四重極質量分析器26から
エミッタ1の材料元素の検出を示す信号が得られた場合
には、コンピュータ13は引出電圧電源3を制御し、そ
の時の引出電圧を一定時間エミッタ1と引出電極2との
間に印加し、エミッタ1の電界蒸発を実行する。この電
界蒸発が終了した後には、イオン化室18の圧力は高く
されると共に、最大角電流密度が得られる引出電圧とさ
れて通常のイオンビームの加工動作が実行される。
この実施例では、偏向電極21によって偏向されたイオ
ンの通路上に四重極質量分析器26が設けられている。
四重極質量分析器26は、エミッタ1の材料元素のイオ
ンを検出するように調整されている。この構成で、イオ
ン化室18内の圧力を比較的低い圧力とし、引出電圧を
徐々に上昇させる。そして、四重極質量分析器26から
エミッタ1の材料元素の検出を示す信号が得られた場合
には、コンピュータ13は引出電圧電源3を制御し、そ
の時の引出電圧を一定時間エミッタ1と引出電極2との
間に印加し、エミッタ1の電界蒸発を実行する。この電
界蒸発が終了した後には、イオン化室18の圧力は高く
されると共に、最大角電流密度が得られる引出電圧とさ
れて通常のイオンビームの加工動作が実行される。
【0032】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。また、エミッタ材料の蒸発,イオン化
を検出するために、飛行時間型や四重極質量分析器を用
いたが、他の型の質量分析器を用いても良い。
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。また、エミッタ材料の蒸発,イオン化
を検出するために、飛行時間型や四重極質量分析器を用
いたが、他の型の質量分析器を用いても良い。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、比較的
低い第1の圧力下で引出電圧を徐々に高め、その間エミ
ッタ材料のイオンの監視を行い、エミッタ材料のイオン
が検出された際にはその時点でエミッタの電界蒸発を行
い、その後比較的高い第2の圧力下でイオンビームを発
生させるようにしたので、低いガス圧でも適確にエミッ
タの電界蒸発を確認することができ、また、イオンビー
ムの発生時は、比較的高い第2の圧力下で行うようにし
たので、大きな角電流密度のイオンビームを得ることが
できる。
低い第1の圧力下で引出電圧を徐々に高め、その間エミ
ッタ材料のイオンの監視を行い、エミッタ材料のイオン
が検出された際にはその時点でエミッタの電界蒸発を行
い、その後比較的高い第2の圧力下でイオンビームを発
生させるようにしたので、低いガス圧でも適確にエミッ
タの電界蒸発を確認することができ、また、イオンビー
ムの発生時は、比較的高い第2の圧力下で行うようにし
たので、大きな角電流密度のイオンビームを得ることが
できる。
【図1】従来のガスフェーズイオン源を用いたイオンビ
ーム装置を示す図である。
ーム装置を示す図である。
【図2】引出電圧と角電流密度との関係を示す図であ
る。
る。
【図3】引出電圧値に対するグロー放電の起こるイオン
化室Heガス圧力の関係を示す図である。
化室Heガス圧力の関係を示す図である。
【図4】本発明の一実施例であるガスフェーズイオン源
を用いたイオンビーム装置を示す図である。
を用いたイオンビーム装置を示す図である。
【図5】図4の実施例の動作を説明するための図であ
る。
る。
【図6】本発明の他の実施例であるガスフェーズイオン
源を用いたイオンビーム装置を示す図である。
源を用いたイオンビーム装置を示す図である。
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 17 パルス電源 18 イオン化室 19 リークバルブ 20 ガス圧計 21 静電偏向電極 22 開口 23 イオン検出器 24 増幅器 25 カウンタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 49/16
Claims (4)
- 【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、比較的低い第1の圧力下で引出電圧
を徐々に高め、その間エミッタ材料のイオンの監視を行
い、エミッタ材料のイオンが検出された際にはその時点
でエミッタの電界蒸発を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。 - 【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
イオン源を用いたイオンビーム装置において、エミッタ
と引出電極との間に電圧を印加した結果電界蒸発したエ
ミッタ材料を検出するための質量分析装置を設けたこと
を特徴とする電界電離型ガスフェーズイオン源を用いた
イオンビーム装置。 - 【請求項3】 前記質量分析装置は、エミッタと引出電
極との間の引出電圧をパルス的に印加し、その際に生じ
たイオンの飛行時間を検出するようにした飛行時間型の
質量分析装置である請求項1記載の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装置。 - 【請求項4】 前記質量分析装置は、四重極質量分析装
置である請求項1記載の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装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6058822A JPH07272653A (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 電界電離型ガスフェーズイオン源の調整方法およびイオンビーム装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6058822A JPH07272653A (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 電界電離型ガスフェーズイオン源の調整方法およびイオンビーム装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07272653A true JPH07272653A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13095335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6058822A Withdrawn JPH07272653A (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 電界電離型ガスフェーズイオン源の調整方法およびイオンビーム装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07272653A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008300149A (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Jeol Ltd | 荷電粒子ビーム偏向装置 |
| JP2009123683A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Ict Integrated Circuit Testing Ges Fuer Halbleiterprueftechnik Mbh | 自動チップ形成を備える帯電粒子源 |
| JP2012501448A (ja) * | 2008-08-29 | 2012-01-19 | カール ツァイス エヌティーエス エルエルシー | イオンビーム安定化方法 |
| JP2012138360A (ja) * | 2005-12-02 | 2012-07-19 | Arisu Corporation:Kk | イオン源、システム及び方法 |
| WO2015005569A1 (ko) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | 한국표준과학연구원 | 입자빔의 방출 이미지 획득 장치 및 방법 |
| JP2015176814A (ja) * | 2014-03-17 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | イオンビームの純度監視装置、方法及びプログラム |
| CN105470082A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-06 | 重庆大学 | 一种电子束90度偏转器 |
| JP2018515899A (ja) * | 2015-05-26 | 2018-06-14 | パーキンエルマー・ヘルス・サイエンシーズ・インコーポレイテッドPerkinelmer Health Sciences, Inc. | 二重曲げイオンガイド及びそれを使用する装置 |
-
1994
- 1994-03-29 JP JP6058822A patent/JPH07272653A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012138360A (ja) * | 2005-12-02 | 2012-07-19 | Arisu Corporation:Kk | イオン源、システム及び方法 |
| JP2008300149A (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Jeol Ltd | 荷電粒子ビーム偏向装置 |
| JP2009123683A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Ict Integrated Circuit Testing Ges Fuer Halbleiterprueftechnik Mbh | 自動チップ形成を備える帯電粒子源 |
| EP2068343A1 (en) | 2007-11-13 | 2009-06-10 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Charged particle source with automated tip formation |
| US8330130B2 (en) | 2007-11-13 | 2012-12-11 | Ict Integrated Circuit Testing Gesellschaft Fur Halbleiterpruftechnik Mbh | Charged particle source with automated tip formation |
| JP2012501448A (ja) * | 2008-08-29 | 2012-01-19 | カール ツァイス エヌティーエス エルエルシー | イオンビーム安定化方法 |
| WO2015005569A1 (ko) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | 한국표준과학연구원 | 입자빔의 방출 이미지 획득 장치 및 방법 |
| JP2015176814A (ja) * | 2014-03-17 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | イオンビームの純度監視装置、方法及びプログラム |
| JP2018515899A (ja) * | 2015-05-26 | 2018-06-14 | パーキンエルマー・ヘルス・サイエンシーズ・インコーポレイテッドPerkinelmer Health Sciences, Inc. | 二重曲げイオンガイド及びそれを使用する装置 |
| CN105470082A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-06 | 重庆大学 | 一种电子束90度偏转器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |