JPS6282635A - 集束イオンビ−ム装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体イオン源方式のイオンガンを備えた集束イ
オンビーム装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、イオンを発生するためのエミッターと、この
エミッターを保持するためのホルダーと、このホルダー
を保持しかつ絶縁するだめの絶縁部材とをそれぞれ具備
する気体イオン源方弐のイオンガンを備えた集束イオン
ビーム装置において、上記絶縁部材の一端面のうちの上
記ホルダーの保持部分を除いた部分がイオンビームを引
き出すための引き出し電極と対向するように上記ホルダ
ーを」二記一端面に設けることにより、エミッターに高
電圧を印加した場合においても引き出し電極表面から放
電が起きるのを防止して安定なイオンビーム電流を得る
と共に、エミ・ツタ−の寿命を長くすることを可能にし
たものである。

〔従来の技術〕

気体イオン源方弐のイオンガンを備えた集束イオンビー
ム装置として従来使用されているものは、第４図に示す
ように、イオンガンを構成する針状のエミッター１と、
引き出し電極２と、ア、ｅ−チャー３、収束レンズ４．
５等から成る静電光学系と、偏向板６とを存し、エミ・
ツタ−１の先端部で発生されたイオンビーム７を上記静
電光学系Ｇこより集束した後、この集束されたイオンビ
ーム７を偏向板６で偏向させることにより試料８上でイ
オンビーム７を走査して、所望のパターンの描画を行う
ようになっている。

上記エミッター１は、第５Ａ図に示すように、円盤状の
エミッターホルダー９により保持されている。このエミ
ッターホルダー９は、サファイア製の絶縁部材１０の一
端面１０ａの全面に亘って設けられている。さらに、こ
の絶縁部材１０は冷却器１１に取り付けられていて、こ
の冷却器１１により絶縁部材１０、エミッターホルダー
９及びエミッター１を冷却し得るようになっている。な
お冷却器１１のうちの絶縁部材９に隣接する部分１０ａ
は通常、銅により構成されている。

上述のように構成された・Ｃオンガンにおけるイオンの
発生は次のようにして行われる。すなわち、第５Ｂ図に
示すように、先端１ａの曲率半径ｒが５００〜５０００
人の針状エミッター１に高電圧を印加すると共に、引き
出し電極２に適当な電圧（通常は０電位）を印加する。

この結果、エミッタ−１の先端１ａの近傍で気体分子ま
たは原子、例えばｌｉｅ原子が高電界によりイオン化さ
れ、これにより発生したイオンがエミッター１の先端１
ａから放射状に発射され、引き出し電極２から静電光学
系側に引き出される。

上述のエミッター１に印加する電圧は、通常、先端１ａ
の曲率半径ｒに依存し、第６図に示すように、曲率半径
ｒが大きくなるにつれてエミッター１の電圧は直線的に
増大する。一方、イオンビームによる描画のスループッ
トを向上させるためにはイオンビームの角電流密度の増
大が要求されるが、第７図に示すように、角電流密度は
エミッタ−１の曲率半径ｒが大きくなるにつれて増大す
る傾向にある。従って、これらの第６図及び第７図より
、イオンビームによる描画のスループットを向上させる
ためには、エミッター１により高い電圧を印加しなけれ
ばならないことがわかる。

ところが、従来のイオンガンにおいては、第８図に示す
等電位線（細線で示す）から明らかなように、引き出し
電極２側にも高電界（第１Ｏ図参照）が発生するため、
この引き出し電極２表面に存在する微細な凹凸部２ａか
ら放電が起き、この放電が拡大して大電流の電子シャワ
ー（電子をｅ−で示す）がエミッター１の先端１ａに向
かって生じ、この結果、エミッター１から発生されるイ
オン電流が不安定になるのみならず、エミッター１の先
端１ａが１員傷を受けてしまう危険性があった。

一方、このような問題を解決した、第８図とは構造の異
なるイオンガンとして第９図に示すようなイオンガンが
知られている。この第９図に示すイオンガンにおいては
、サファイア製の絶縁部材１０にコの字状の細線１２の
両端部が埋め込まれ、この細線１２の中央部にエミッタ
ー１が取り付けられている。

この第９図に示すイオンガンによれば、第８図に示すイ
オンガンにおける既述のような問題は起きないが、エミ
ッター１が細線１２を介して絶縁部材１０に取り付けら
れているためエミッター１の冷却効率が悪いので、十分
に大きなイオンビーム電流を得ることができないという
欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来技術が有する上述のような欠点を是正し
た集束イオンビーム装置を提供することを目的とする。

〔問題点を屏決するだめの手段〕

本発明に係る集束イオンビーム装置は、イオンを発生す
るためのエミッター（例えばタングステン製のエミッタ
ー１）と、このエミッターを保持するためのホルダー（
例えば銅製のエミッターホルダー９）と、このホルダー
を保持しかつ絶縁するための絶縁部材（例えばサファイ
ア製の絶縁部材１０）とをそれぞれ具備する気体イオン
源方式のイオンガンを備えた集束イオンビーム装置にお
いて、上記絶縁部材の一端面のうちの」１記ホルダーの
保持部分を除いた部分がイオンビームを引き出すための
引き出し電極（例えば引き出し電極２）と対向するよう
に上記ホルダーを上記一端面に設けている。

〔作用〕

このように構成することによって、エミッター電圧印加
時の引き出し電極表面における電界強度を弱くすること
が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

なお以下の第一１図及び第３Ａ図〜第３Ｃ図においては
、第４図〜第９図と同一部分には同一の符号を付し、必
要に応じてその説明を省略する。

第１図に示すように、本実施例による集束イオンビーム
装置においては、イオンガンにおけるサファイア製の絶
縁部材１０の一端面１０ａに、引き出し電極２の開口２
ｂとほぼ同一径の円柱状の突出部１０ｂが設けられてい
る。そしてこの突出部１０ｂに例えば銅製のエミッター
ホルダー９が取り付けられている。なお絶縁部材１０の
端面１０ａのうちのエミッターホルダー９の保持部分を
除いた部分は、引き出し電極２と対向している。

このエミッター・ホルダー９の円筒状の側壁にはねし穴
９ａ、９ｂが設けられ、このねじ穴９ａ１９ｂにビス１
３．１４をねじ込むことによって、絶縁部材１０にエミ
ッターホルダー９を固定している。またごのエミッター
ボルダ−９には、上記突出部１０ｂの中心軸と同軸上に
タングステン製のエミッタ−１が取り付けられている。

このエミッター１に高電圧を印加するには、例えばこの
エミ・・ター１にブラシ１５を接触させ、このブラシ１
５に高電圧を与えればよい。なお本実施例による集束イ
オンビーム装置のイオンガン以外の部分の構成は従来と
同様であるので説明を省略する。

上述の実施例による集束イオンビーム装置において、イ
オンガンのエミッター１に印加する電圧を徐々に高くし
て放電の発生を観察した所、印加電圧２０ｋＶ以上でも
放電が起きず、安定したイオンビーム電流が得られるこ
とがわかった。比較のために第８図に示すイオンガンに
ついて同様な実験を行った所、１０ｋＶで放電が起きて
しまって安定なイオンビーム電流が得られなかった。

上述の実施例による集束イオンビーム装置において上述
のように放電が起きにくくなるのは次のような理由によ
る。すなわち、エミッターホルダー９の径を引き出し電
極２の開口２ｂとほぼ同程度に小さくし、このエミッタ
ーホルダー９を除いた部分では絶縁部材１０の端面１０
ａを露出させ、この露出した端面１．　Ｏａを引き出し
電極２と対向させているため、エミッター電圧印加時の
引き出し電極２の表面における電界が十分に弱（なって
いるためである。これは、第２図に示すコンピューター
・シミュレーションによる電位分布の計算結果によって
明らかである。

このように、上述の実施例によれば、エミッター１に高
電圧を印加した場合においても引き出し電極２の表面で
放電が起きるのを防止することができるので、安定なイ
オンビーム電流を得ることができるのみならず、放電に
よるエミッター１の損傷の問題が実質的に解消されるの
でエミ・／ター１の寿命を長くすることが可能である。

さらに、エミッターホルダー９と絶縁部材１０との接触
面積は比較的大きいので、このエミッターホルダー９を
実用上十分な程度に冷却することが可能であり、従って
十分に大きなイオンビーム電流を得ることが可能である
。また既述のように放電を生ずることなくエミッター１
の印加電圧を高くすることが可能であるので、角電流宗
度を増加させることが可能である。従って、イオンビー
ム７による描画のスループットを向上させる、：とが可
能である。

以上本発明の一実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではな（、本発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。例えば、エミッタ
ーホルダー９の形状、構造、寸法等は必要に応して適宜
選定し得るものである。

すなわち、第３Ａ図に示すようにエミソターホルダー９
の先端に丸みを付けたり、第３Ｂ図に示すように、引き
出し電極２から十分に離れた部分におけるエミッターホ
ルダー９の径を大きくしてもよい。後者の場合には、エ
ミッター１を極めて効果的に冷却することが可能である
。なお第３Ｃ図に示すように、引き出し電極２をエミッ
ター１側に曲率中心を有する曲面状にすることも可能で
ある。

さらに上述の実施例においては、絶縁部１イ１０の一端
面１０ａに突出部１０ｂを設け、この突出部１０ｂにエ
ミッターホルダー９を取り付けたが、突出部１０ｂを設
けずに上記端面１０ａに直接エミッターホルダー９を取
り付けることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エミッターに高電圧を印加した場合に
おいても引き出し電極表面における電界強度を弱くする
ことができるので、引き出し電極表面からの放電を防止
して安定なイオンビーム電流を得ることができると共に
、エミッターの寿命を長くすることができる。また放電
を起こすことなくエミッターにより高い電圧を印加する
ことが可能であるので、角電流密度を増加させることが
可能であり、従ってイオンビームによる描画のスループ
ットを向上させることが可能である。さらにまた、ホル
ダーの径を比較的大きくすることにより、エミッターを
十分に冷却することができ、従って十分に大きなイオン
ビーム電流を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による集束イオンビーム装置
のイオンガンを示す断面図、第２図は第１図に示すイオ
ンガンにおけるエミッター近傍の電位分布をコンピュー
ター・シミュレーションにより求めた結果を示す電位分
布図、第３Ａ図〜第３Ｃ図は本発明の変形例による集束
イオンビーム装置のイオンガンの要部を示す断面図、第
４図は従来の気体イオン源方式のイオンガンを備えた集
束イオンビーム装置の全体構成を示す断面図、第５Ａ図
は第４図に示ず集束イオンビーム装置のイオンガンを示
す断面図、第５Ｂ図は第５Ａ図に示すエミッターの先端
の拡大図、第６図はエミッターの先端の曲率半径とエミ
ッター電圧との関係を示すグラフ、第７図はエミッター
の先端の曲率半径と角電流密度との関係を示すグラフ、
第８図及び第９図は従来のイオンガンの詳細を示す断面
図、第１０図は第８図に示す従来のイオンガンにおける
エミッター近傍の電位分布をコンピューター・シミュレ
ーションにより求めた結果を示す電位分布図である。 なお図面に用いた符号において、 １−−一−−−−−−・−エミッター ２−一一−−−−−−−−引き出し電極７　−−−−−
−一−−−イオンビーム９　＝−一−−−−−−エミッ
ターホルダー１０　−−　−絶縁部材 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イオンを発生するためのエミッターと、このエミッター
   を保持するためのホルダーと、このホルダーを保持しか
   つ絶縁するための絶縁部材とをそれぞれ具備する気体イ
   オン源方式のイオンガンを備えた集束イオンビーム装置
   において、 上記絶縁部材の一端面のうちの上記ホルダーの保持部分
   を除いた部分がイオンビームを引き出すための引き出し
   電極と対向するように上記ホルダーを上記一端面に設け
   たことを特徴とする集束イオンビーム装置。