JPH0746585B2 - 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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- JPH0746585B2 JPH0746585B2 JP60110474A JP11047485A JPH0746585B2 JP H0746585 B2 JPH0746585 B2 JP H0746585B2 JP 60110474 A JP60110474 A JP 60110474A JP 11047485 A JP11047485 A JP 11047485A JP H0746585 B2 JPH0746585 B2 JP H0746585B2
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- ion beam
- ion
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
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- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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ビーム装置およびイオンビーム
形成方法に係り、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
金属イオンビーム装置およびイオンビーム形成方法に関
する。
形成方法に係り、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
金属イオンビーム装置およびイオンビーム形成方法に関
する。
従来の液体金属イオン源装置は、特開昭58−32346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
kV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。
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
kV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。
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ビーム装置およ
びイオンビーム形成方法を提供することにある。
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ビーム装置およ
びイオンビーム形成方法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
状態にしておき、さらに、この電圧に同極性のパルス電
圧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に
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
状態にしておき、さらに、この電圧に同極性のパルス電
圧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に
ある。
本発明の第１の要旨は、イオン種物質を収容するための
溜め部と、前記溜め部に付設されたエミッタチップと、
前記エミッタチップ先端からイオンビームを引き出すた
めの引き出し電極と、前記エミッタチップと前記引き出
し電極との間に直流電圧を印加するための第１の手段と
を有するイオン源において、前記第１の手段は、前記直
流電圧の電圧値を前記イオンビームを引き出すためのス
レシホールドレベル近傍の所望の値に設定可能に構成さ
れ、前記所望の直流電圧にパルス電圧を所望の周期で繰
り返し重畳して、被照射物に照射されるイオンビームを
パルス状とする第２の手段を有することを特徴とするイ
オンビーム装置にある。
溜め部と、前記溜め部に付設されたエミッタチップと、
前記エミッタチップ先端からイオンビームを引き出すた
めの引き出し電極と、前記エミッタチップと前記引き出
し電極との間に直流電圧を印加するための第１の手段と
を有するイオン源において、前記第１の手段は、前記直
流電圧の電圧値を前記イオンビームを引き出すためのス
レシホールドレベル近傍の所望の値に設定可能に構成さ
れ、前記所望の直流電圧にパルス電圧を所望の周期で繰
り返し重畳して、被照射物に照射されるイオンビームを
パルス状とする第２の手段を有することを特徴とするイ
オンビーム装置にある。
本願発明の第２の要旨は、次の通りである。
次の工程を有することを特徴とするイオンビーム形成方
法。
法。
（１）イオン種物質を溜め部に収容する工程、 （２）前記イオンビームがカットオフ状態または直流ビ
ーム放出状態となるように、前記溜め部に付設されたエ
ミッタチップと、前記イオン種物質を溶融することによ
りイオンビームとして引き出すための引き出し電極との
間に所望の電圧を印加する工程、 （３）前記イオビームを照射するための被照射物にパル
ス状のイオンビームを照射するために、前記所望の電圧
にパルス電圧を所望の周期で繰り返し重畳する工程。
ーム放出状態となるように、前記溜め部に付設されたエ
ミッタチップと、前記イオン種物質を溶融することによ
りイオンビームとして引き出すための引き出し電極との
間に所望の電圧を印加する工程、 （３）前記イオビームを照射するための被照射物にパル
ス状のイオンビームを照射するために、前記所望の電圧
にパルス電圧を所望の周期で繰り返し重畳する工程。
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および制御電極電圧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（Vth）
が存在することが特徴である。
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および制御電極電圧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（Vth）
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
１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、加速電源６の出力電圧〔第１図（ｂ）の
（ｉ）〕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（ii）〕を加速電源６の
出力電圧に重畳印加〔Vth＋Vadd，（iii）〕し、所望の
パルスイオンビーム（Ｉe）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Vadd，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１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100Vの低い電圧で
よい。
１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、加速電源６の出力電圧〔第１図（ｂ）の
（ｉ）〕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（ii）〕を加速電源６の
出力電圧に重畳印加〔Vth＋Vadd，（iii）〕し、所望の
パルスイオンビーム（Ｉe）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Vadd，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１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100V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。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Vp〔第２図（ｂ）の（ii）〕を出力する
後段加速電源９と、負のパルス電圧Vadd〔第２図（ｂ）
の（iii）〕を出力する後段加速パルス電源10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Ｉeの引出電圧依存性と動
作電圧を示す。
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Vp〔第２図（ｂ）の（ii）〕を出力する
後段加速電源９と、負のパルス電圧Vadd〔第２図（ｂ）
の（iii）〕を出力する後段加速パルス電源10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Ｉe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Vt〔第２図
（ｂ）の（ｉ）〕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Vadd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Vt〔第２図
（ｂ）の（ｉ）〕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Vadd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＝5kV,重畳パルスの波高値Vadd＝100V,パルス幅＝10
μsec〜1msec,デュウティ比＝1/5〜1/10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。
パルスビーム照射時の電流密度としては３〜10A/cm2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＝5kV,引出
電極への直流電圧Vp＝2kV（イオンエミッタチップ１−
引出電極４間電位差,Vt＝5kV）、重畳パルスの波高値V
add＝−100V,パルス幅＝10μsec〜1msec,デュウティ比
＝1/5〜1/10の条件で、上記第１の実施例と同様な結果
が得られた。
を用い、第１の実施例では、イオン引出しのしきい電圧
Vth＝5kV,重畳パルスの波高値Vadd＝100V,パルス幅＝10
μsec〜1msec,デュウティ比＝1/5〜1/10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。
パルスビーム照射時の電流密度としては３〜10A/cm2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＝5kV,引出
電極への直流電圧Vp＝2kV（イオンエミッタチップ１−
引出電極４間電位差,Vt＝5kV）、重畳パルスの波高値V
add＝−100V,パルス幅＝10μsec〜1msec,デュウティ比
＝1/5〜1/10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。（１）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５〜10倍向上した。
述べる。（１）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５〜10倍向上した。
本発明によれば、次のような効果が得られる。
（ｉ）電流密度の向上により、一次励起に対して発生す
る単位面積当りの二次信号が強く、SN比が改善され、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。
る単位面積当りの二次信号が強く、SN比が改善され、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。
（ii）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。
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。
なりビーム制御の信頼性が向上する。
（iv）パルスの周波数およびパルスのデュウティ比を適
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。
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。 符号の説明 １…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
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。 符号の説明 １…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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川浪 義実 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−169761（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】イオン種物質を収容するための溜め部と、
前記溜め部に付設されたエミッタチップと、前記エミッ
タチップ先端からイオンビームを引き出すための引き出
し電極と、前記エミッタチップと前記引き出し電極との
間に直流電圧を印加するための第１の手段とを有するイ
オン源において、前記第１の手段は、前記直流電圧の電
圧値を前記イオンビームを引き出すためのスレシホール
ドレベル近傍の所望の値に設定可能に構成され、前記所
望の直流電圧にパルス電圧を所望の周期で繰り返し重畳
して、被照射物に照射されるイオンビームをパルス状と
する第２の手段を有することを特徴とするイオンビーム
装置。 - 【請求項２】前記第１の手段は直流電源であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム装
置。 - 【請求項３】前記第２の手段はパルス電源であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のイ
オンビーム装置。 - 【請求項４】前記イオン種物質は液体金属イオン源用物
質であることを特徴とする特許請求の範囲第１項，第２
項または第３項記載のイオンビーム装置。 - 【請求項５】次の工程を有することを特徴とするイオン
ビーム形成方法。 （１）イオン種物質を溜め部に収容する工程、 （２）前記イオンビームがカットオフ状態または直流ビ
ーム放出状態となるように、前記溜め部に付設されたエ
ミッタチップと、前記イオン種物質を溶融することによ
りイオンビームとして引き出すための引き出し電極との
間に所望の電圧を印加する工程、 （３）前記イオンビームを照射するための被照射物にパ
ルス状のイオンビームを照射するために、前記所望の電
圧にパルス電圧を所望の周期で繰り返し重畳する工程。
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 JPS61269838A (ja) | 1986-11-29 |
| JPH0746585B2 true 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) |
Families Citing this family (13)
| 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 |
| JP2528859B2 (ja) * | 1987-02-27 | 1996-08-28 | 株式会社日立製作所 | 荷電粒子源 |
| JP2653454B2 (ja) * | 1988-02-15 | 1997-09-17 | 輝彦 田島 | パルスイオンビーム発生装置 |
| US6914386B2 (en) * | 2003-06-20 | 2005-07-05 | Applied Materials Israel, Ltd. | Source of liquid metal ions and a method for controlling the source |
| US20090224700A1 (en) * | 2004-01-15 | 2009-09-10 | Yu-Jiuan Chen | Beam Transport System and Method for Linear Accelerators |
| US7129513B2 (en) * | 2004-06-02 | 2006-10-31 | Xintek, Inc. | Field emission ion source based on nanostructure-containing material |
| US7667209B2 (en) * | 2006-07-06 | 2010-02-23 | Hitachi High-Technologies Corporation | Focused ION beam apparatus |
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