JPS5932941A - 電界電離型イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電界電離イオン源に関し、特に安定なガスイオ
ンを発生させることができるイオン源に関する。

近年サブミクロン以下に細く集束したイオンビームの応
用は、液体金属イオン源が開発されて以来半導体工業等
の分野で急速に高まっている。しかし、液体金属イオン
源では得られるイオン種に制限があり、特にＡ’ｒ（ア
ルゴン）、Ｎ２（チッソ）等の不活性ガスやＨ２（水素
り、’０２　（酸素）のイオンビームを得る場合には液
体金属イオン源よりガス相の電界電離イオン源が適合し
ている。：このガス相の電界電離型イオン源は、１０−
３　Ｔ・Ｏｒ「程喰のガス中で、その先端部が数１００
人〜１０００人ｆｉ！度にエツチングされた金属の尖端
に数１００ＭＶ／ｃｉｎの強電界を加えるように構成し
ている。その結果、該金属尖端近傍のガス分子は電界型
１引現象に」、リイオンど電子に分離され、分ｈ１１ノ
たイオンがイオンビームとしＣ取り出される。

どころぐ、このようなイオン源に（１ｊい−Ｃ発′１り
るイオンビーム電流ｉは次に承り−通りガスの１［／’
１１１）と温１ｎ−［どの関数どなっている３゜１氏　
Ｐ、・　「−・　７・′　丁′・ここにおいて１）はガ
ス圧力、ｒは光幅：の径、１は電界強度である。上式か
ら判るように−（Ａンビーム電流ｉは、ガス圧力ｌ）、
先端のｉ￥と電Ｗの２東＜ｒ２１−２）に比例し、温度
の３／２東に反比例する３、従って、このイオン化の原
理を用い−（安定なイオンビームを１ｑようとり−ると
特にガス圧力１つど温石１−を一定に制御覆る必υがあ
る７、ここぐ、温度は高輝度のイオンビームを（ｆｆ？
るために液体窒索渇疫て゛動作さけるので一定に保−（
るが、ガス１−１力［〕は該金属の先端部近傍で測定り
ることは難しい。ガス圧１］は測定制庶も悪く又ＩＩ力
の変動０あリイオンビームの安定な制御が難（）かつＩ
ご。叉、斯種のイオン源は、イオンビームが発４Ｆシて
いる時に生ずる数Ｋ　ｌ−１ｚ前接の比較的周波数の高
いＪミツシコンノイズがあり、これらがイオンビ−・ム
の安定化を妨げる要因となっていた。。

本発明は以上の点に鑑みてなされたしのτ・イオン化を
行う負空室内に配置した針状部＋４の先端部に強電界を
形成する手段と、該室内に流量調整手段を通してイオン
化ガスを供給する手段を備えたイオン源において、該針
状部材の先端部から発生したイオンビームｉを実質的に
検出りる手段を設け、該検出手段からの信号の低周波変
動成分に基づい−Ｃ該イイオ化カス流樋調整−Ｆ段を制
御するだめの負帰還回路を設けたことを特徴としくいる
３゜以ト図面を用いて本発明を詳述する。

図面は本発明の一実施例装置ぐ、図中１はイオン化を行
う（１空に保たれたイオン化室である。該イオン化室１
内には熱伝導の良好な材料で形成された支柱２．３が配
置され、支社２に支持された尖鋭な先端部を有する例え
ばタングステン線よりなるエミッタチップ４が設けられ
、叉克社３は引き出し電極５に接続されている。該支柱
２，３はイオン化室り部に配置された絶縁Ｒ１−ｆ　６
を貫通（〕、該碍子（３の−１一部の内部に液体窒県の
如き冷媒７が入れられた冷却槽８の内部まで突出してい
る。０は例えばアルゴンガスが封入されｌＪガスボンベ
（゛あり、該ガスボンベ９からのノノルゴンガスμ制御
弁１０．ガス流量調整弁１１．ｌ−〕ｌ」ン製のガス導
入管１２及び接続弁１３を通−）Ｃガス放出管１４より
イオン化室１内に導入される５、該イオン化Ｙ１内のガ
ス丹ｌは差動排気により電界イオン化現象に適当な約１
０゛３丁（ｌ　ｒ　ｒに保たれ（いる、、イオン加速電
圧と引き出し電圧は、高Ｌ「ケーゾル１５）に１つ−（
電源１（３Ｊ、り印加される１、１７は１ンＪ’ンサー
レンズ３１８はビーム軸−１（ご設（ノられだビーム電
流検出電極で、該電極１Ｂにより一部検出されたビーム
電流は制御回路１０にパノノされる。

制御回路１９は、電流−電圧変換回路１９　ａ　、高周
波応答アンプ１９ｂ、低周波応答ノノンプ１９Ｃ等から
構成され、ビーム電流にＪ、っ（’　１９　ｄ　＋、！
＾周波変動成分により電源１６内の引き出し電圧を負帰
還制御すると共に、１９０は低周波変動成分により流φ
制御装置６２０を介し−ＣＣカス流調調整弁１１ｉ帰）
Ｗ制御する。２１は７シイメン１へ電極であり、２２は
集束用対物レンズ゛で、対物レンズ２２を通過したイオ
ンビームは絞り２３によつ℃絞られ、静電型偏向電極２
４により−Ｃ走査されて試料２５１−に照射される。２
Ｇは真空容器２７内を１０′５ｌ−ｏｒｒ　Ｖ１度に保
持りる真空ボンゾである。

以上の如く構成された装置におい（、ｆ−ツブ４と引き
出し電極５の間に引き出ｌ）電封が印加されると、該」
−ミッタヂッゾ４の先端部近傍に数１００ＭＶ／ｃｍも
の強電界が形成される。Ｊの強電界は、チップ先端部近
傍のガス分子（本実施例においてはアルゴンガス）が電
界電離現象によつ−Ｃイオンと電子ｅに分離され、ぞの
イオンがイオンビームとなって取り出される１、このイ
オンビームは加速されてイオンビーム電流ｉどしてビー
ム電流検出電極１Ｅ３より検出されるが、該電流１には
ガス圧力［）による低周波の変動成分とイオンビームが
発生、加速される時に生ずる比較的周波数の高い変動成
分が含まれＣいる。ところで、イオンビ−ム電流ｉは前
述の如く ｉｏＣＰｒ　２　Ｆ２　／伜 によって決定されるが、本実施例にＪ３いて温度Ｔは、
冷媒７の液体窒素温度で動作さゼＣいるため一定温度に
保持され、又エミッタデツプ先端部はエツチングにより
ｉ　ｏｏｏ人程瓜に形成されている。そのためイオンビ
ーム電流ｉを一定とするためにはガス圧力Ｐ及び電界「
を一定どなるＪ、う制御すれば安定したイオンビームを
得ることができる。そこで本発明に基づく一実施例にお
いては、検出されたイオンビーム電流ｉを制御回路内の
電流−電圧変換回路１９ａにより電圧変換した後、ガス
圧力Ｐによる低周波の変動成分と１ミツシヨンノイズに
よる高周波の変動成分とを分離して、それぞれの変動成
分に対して補正手段を鍋したしのである。具体的には、
ガスＬｒ力Ｐによる変動成分に対しては低周波応答アン
プ１９ｃににり流量制御装置２０を介してガス圧力［〕
を一定となる用ガス流量調整弁１１を制御し、エミッシ
ョンノイズによる高周波変動成分に対しては、高周波応
答アンプ１９ｂにより電源１６内の引ぎ出し電圧を負帰
還制御することによって該先端部に形成される電界Ｆを
一定に制御するものである。そのため常に安定したイオ
ンビームを得ることができ、断種装置の精度を飛闘的に
向上することができる。

以上本発明を詳述したが、本発明による電界電離型イオ
ン源は、イオンビーム電流を安定化覆るために変動づる
周波数成分を高周波変動成分と低周波変動成分に分（）
、高周波変動成分は引き出し電圧に負帰還をかけて制御
し、低周波変動成分に対してはガス圧力Ｐを制御するこ
とにＪ、り安定したイオンビームを得ることができる。

尚高周波変動成分について無視できる範囲につしては、
低周波変動成分であるガス圧力Ｐのみを制御することに
より安定したイオンビームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す構成略図である。 １：インオ化室、２．３：支柱、４：エミッタチップ、
５：引き出し電極、６：絶縁碍子、７：冷媒、８：冷却
槽、９：ガスボンベ、１０：制圧弁、１１：ガス流は調
整弁、１２：ガス導入管、１３：接続弁、１４：ガス放
出管、１５）：高汀ケーブル、１６：電源、１７：コン
デンリーレンズ、１８：ビーム電流検出電極、１９：制
御ＩＯ路、２０：流量制御装置、２５：試料、２６：真
空ノ１【ンプ、２７：真空容器。 特許出願人 日本電子株式会ネ１ 代表省　伊藤　−大

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン化を行う真空室内に配ｆｆｆｉ　シた組状部
   材の先端部に強電界を形成する手段と、該室内に流量調
   整手段を通してイオン化ガスを供給する手段を備えたイ
   オン源において、該組状部材の先端部から発生したイオ
   ンビーム量を実軸的に検出Ｊる手段を設け、該検出手段
   からの信号の低周波変動成分に基づいて該イオン化ガス
   流Ｉ整ｆ段を制御づるための負帰還回路を設けたことを
   特徴とする電界電離型イオン源。 ２、イオン化を行う真空室内に配置した組状部材の先端
   部に強電界を形成する手段と、該室内に流量調整手段を
   通してイオン化ガスを供給づる手段を備えたイオン源に
   おいて、該組状部材の先端部から発生したイオンビーム
   鼠を実質的に検出する手段を設け、該検出手段からの信
   号の低周波変動成分に基づいて該イオン化ガス流量調整
   手段を制御（るための負帰還回路と、該検出手段からの
   信号の高周波変動成分に基づいて電界強度を制御するた
   めの負帰還回路を設けたことを特徴とする□電界電離型
   イオン源。