JPH02230641A - Ion beam generating device - Google Patents
Ion beam generating deviceInfo
- Publication number
- JPH02230641A JPH02230641A JP1049913A JP4991389A JPH02230641A JP H02230641 A JPH02230641 A JP H02230641A JP 1049913 A JP1049913 A JP 1049913A JP 4991389 A JP4991389 A JP 4991389A JP H02230641 A JPH02230641 A JP H02230641A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- ion beam
- ion source
- source
- pulse
- 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.)
- Pending
Links
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005592 electrolytic dissociation Effects 0.000 abstract 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 58
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 241000047703 Nonion Species 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野１
本発明はイオンビーム発生装置に関し、さらに詳しくは
パルス状のイオンビームを発生することのできる液体金
属イオン源または電界電離型ガスイオン源をイオン源と
するイオンヒーム発生装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field 1] The present invention relates to an ion beam generator, and more specifically, to an ion beam generator that uses a liquid metal ion source or a field ionization type gas ion source that can generate a pulsed ion beam. The present invention relates to an ion beam generator as a source.
［従来の技術１
従来、集束イオンビームを用いた微細加工は、集束イオ
ンヒームを照射して行う物理的エッチング、反応性ガス
雰囲気中で集束イオンヒームを照＠−１１−る化学的効
果を用いたエッチングに分けられる。しかしながら、こ
れらの方法ではすべて連続的に発生したイオンピームを
照則するものである。[Conventional technology 1 Conventionally, microfabrication using a focused ion beam involves physical etching performed by irradiating a focused ion beam, and etching using the chemical effect of irradiating a focused ion beam in a reactive gas atmosphere. It can be divided into However, all of these methods focus on continuously generated ion beams.
イオン源とイオン光学系を用いて形成される集束イオン
ビーム技術は、その微Ｉｔ｝ｆ ７Ｍ３王性、清浄雰囲
気中で加工が行えること、ビームを電気的に偏向Ｃきる
ためパターン形成が容易であるなどから、将来の微細加
工技術の１つとして注目されている。Focused ion beam technology, which uses an ion source and an ion optical system, has the following advantages: its fineness, the ability to process in a clean atmosphere, and the ability to electrically deflect the beam, making pattern formation easy. For these reasons, it is attracting attention as one of the future microfabrication technologies.
この技術のためのイオン源どしては、０．１ｍ−Ａダの
集束イオンビームが形成できる液体金属イオン源と、０
．０１＃径の集束イオンビームか形成できる、より高輝
度なイオン源としての電界電離型ガスイオン源がある。The ion sources for this technology include a liquid metal ion source that can form a focused ion beam of 0.1 m-A, and a
．． There is a field ionization type gas ion source as a higher brightness ion source that can form a focused ion beam with a diameter of 0.01#.
液体金属イオン源は、液体状の金属で覆われた針状電極
と引き出し電極との間に高電圧を印加することによって
、高電界を誘起し、その結果生じたテイラーコ−ンと叶
ばれる円錐か形成ざれ、その先端から金属かイオンもし
くはクラスターとして生成するものである。通常このイ
オン源では直流の高電圧を印加して一定電流のイオンビ
ームを允牛さぜている。A liquid metal ion source induces a high electric field by applying a high voltage between a needle-like electrode covered with liquid metal and an extraction electrode, and the resulting Taylor cone is formed into a conical shape. It does not form, and metal ions or clusters are generated from the tip. Normally, this ion source applies a high DC voltage to stir an ion beam with a constant current.
一方、電界電離型ガスイオン源は、鋭く尖らＶた導電性
針状電極（主に金属）の周囲にイオン化さける気体を供
給しつつ針状電極先端に０、１Ｖ／ｎｌｎ程度の高電界
を印加し、その先端付近で気体分子を電界電離させるも
のである。この原理により［−１、ｌ−１０，Ａｒなど
の液体金属イオン源ではイオン化でさない元素をイオン
化することができる。このイオン源では、イオン電流を
多ク１ｑるために、針状電種，ｂよび供給ずる気体を４
〜低温に冷却し、気体分子の針状電極先端での密度を増
して供給量を増すとともｋ− ，電｛〜先端での気体の
運動エネルギーを下げで針先喘の前面約１ｎｍにあるイ
オン化領域内での滞在時間を延ばしてイオン化効率を上
げ、イオン電流を増加させている。通常、このイオン源
では直流高電圧を印／ＪＩＪ Ｌて安定なイオンビーム
か得られるよう【こしている。On the other hand, a field ionization type gas ion source applies a high electric field of about 0.1 V/nln to the tip of the needle-like electrode while supplying gas to avoid ionization around a sharply pointed conductive needle-like electrode (mainly metal). The gas molecules are then ionized by an electric field near the tip. Based on this principle, elements that cannot be ionized with a liquid metal ion source such as [-1, l-10, Ar, etc.] can be ionized. In this ion source, in order to increase the ion current by 1q, the needle-like electric species, b, and the supplied gas are
~ By cooling to a low temperature and increasing the density of gas molecules at the tip of the needle-like electrode to increase the amount of gas supplied, the kinetic energy of the gas at the tip is lowered and the gas molecules are approximately 1 nm in front of the needle tip. The residence time in the ionization region is extended to increase the ionization efficiency and increase the ion current. Normally, this ion source applies a high DC voltage to obtain a stable ion beam.
［発明か解決しようとする課題１
従来の集束イオンビームを用いたエッチング方法では、
−Ｌ記したようなイオン源とイオン光学系を用い、連続
的にイオンを照射して物理的なスパツタＴツチング、雰
囲気ガスの化学反応を利用したイオンビームアシストエ
ッチングなどを行っている。[Problem to be solved by the invention 1 In the conventional etching method using a focused ion beam,
Using an ion source and an ion optical system as described in -L, physical sputter etching is performed by continuously irradiating ions, and ion beam assisted etching is performed using a chemical reaction of atmospheric gas.
しかしながら、これらの方法では一定電流の連続イオン
ビームのみを利用しでおり、微細性を要求される超ＬＳ
Ｉの加工では、間口か狭くアスペク［〜比の大きい溝の
加工などではエッチングされたタ−ゲッ１〜材料か側壁
に再イ」看して良好な形状をｊｑることか鈍しい。また
１ツヂング速度を向トさけるためにイオンヒーム電流を
多くとると、連続的に人ｑ４するイオンビームのために
、再イ・」肴か生じ易くなるとともに、試料を加熱させ
、半導体材料の特性を悪化させるなどの不都合か生じる
。集束イオンビームの場合はビーム径か小さく（＜０．
１ｌＪＩｎφ）、高電流密度であるため（〉１Ａ／Ｃｍ
２）、局所的な発熱が問題となってくる。However, these methods only use a continuous ion beam with a constant current, and they are not suitable for ultra-LS, which requires fineness.
When machining a groove with a narrow opening or a large aspect ratio, it is difficult to re-inspect the etched target material or sidewall to obtain a good shape. In addition, if a large ion beam current is used to avoid the 1st digit speed, the continuous ion beam tends to cause re-heating, and it also heats the sample and deteriorates the properties of the semiconductor material. Inconveniences such as deterioration may occur. In the case of a focused ion beam, the beam diameter should be small (<0.
1lJInφ) and high current density (>1A/Cm
2) Local heat generation becomes a problem.
これに対し、パルス状のイオンヒームを用いてイオンヒ
ームエッチングを行うと、上記のような再付着効果にＪ
；る加工形状の悪化や、高電流イオンヒーム照則時の試
料温度のト脊か抑えられ、微細加工を良好に行うことが
できるが、今までのところ、液体金属イオン源や電界電
離型ガスイオン源を用いてパルス状のイオンビームを発
生寸るイオンヒーム発生装置は間発されていない。On the other hand, when ion beam etching is performed using a pulsed ion beam, J
However, so far, liquid metal ion sources and field ionization gas ion sources have been used. The ion beam generator, which uses a source to generate a pulsed ion beam, is not being used intermittently.
本発明は、以上述べたような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、液体企属イＡ−ン源もしくは電界
電離型カス、イオン源を用いるイオンヒーム発生装置に
あいで、パルス状のイオンビームを１ｑる装置を捉供す
ることを目的と覆る。The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above. The purpose is to provide a device that captures 1q of ion beams.
［課題を解決するための手段］
本発明は、液体金属イオン源もしくは電界電離型ガスイ
オン腺をイオン源と覆るイオンじー八発生装置において
、イオン源の引き出し電極にイオン源のスレツショルド
レベルの前後のパルス状の引き出し電圧を印加してパル
ス状のイオンヒームを発生してなることを持微とリるイ
オンヒーム発生装置である。[Means for Solving the Problems] The present invention provides an ion generator in which a liquid metal ion source or a field ionization type gas ion gland is used as an ion source. This is an ion beam generator that generates a pulsed ion beam by applying a pulsed extraction voltage before and after the ion beam.
［作用］
本発明においては、イΔンじームを発生させるために、
イＡン源の引き出し電｛へにパルス状の弓き出し電圧を
印１ノ［１することにより、イオンの発生ぞのちのをパ
ルス状にする。[Function] In the present invention, in order to generate an indentation beam,
By applying a pulsed voltage to the extraction voltage of the ion source, each generation of ions is made into a pulsed state.
集束イオンビームを形成することかできる液体金属イオ
ン源ならびに電界電離ｆ刀スイ４ン源はイＡ゛ンの弁生
にしきい値電圧がある。持【こ、液体金属イオン源の場
合は高電界によって静電的に液体金属表面が引力を受け
、表而張力とつりあってテイラーコーンと呼ばれるイオ
ンを発生１る突起かできる。このテイラ−コーンを安定
に形成し、よってパルスイオンビームを安定に発生させ
るためには、印加するパルス状の引き出し電圧は、イオ
ンを発生させないとぎは使用覆るイオン源のしきい値電
圧を越えないなるべく高い電圧を印加し、イオンを発生
させるときは必要なイオン電流か発生づる電圧を印加１
る。このようにすることにより安定なパルス状のイオン
電流かｊｑられる。電界電離型ガスイオン源の場合にも
、イオン発生の（ノぎい値電圧を有しているので、引き
出し電極に上記のように電圧を印加することにより、安
定したパルス状のイオンヒームを得ることができる。Liquid metal ion sources as well as field ionization sources capable of forming a focused ion beam have a threshold voltage at the ion valve. In the case of a liquid metal ion source, the surface of the liquid metal is electrostatically attracted by a high electric field, which balances the tension and forms a protrusion called a Taylor cone that generates ions. In order to stably form this Taylor cone and thus stably generate a pulsed ion beam, the applied pulsed extraction voltage must not exceed the threshold voltage of the ion source that does not generate ions. Apply as high a voltage as possible, and when generating ions, apply the necessary ion current or voltage 1
Ru. By doing so, a stable pulsed ion current can be generated. In the case of a field ionization gas ion source, it also has a threshold voltage for ion generation, so by applying the voltage to the extraction electrode as described above, it is possible to obtain a stable pulsed ion beam. can.
［実施例１
次に本発明の実施例【こついて、図面を参照して詳細に
説明する。[Example 1] Next, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図（ａ）は、本発明の一実施例（こｄ３けるイオン
源の概略構成図で、液体金属イオン源を用いた場合を示
している。FIG. 1(a) is a schematic diagram of an ion source according to an embodiment of the present invention, and shows a case where a liquid metal ion source is used.
液体金属イオン源１は、真空チ℃・ンバ２内に設置され
た試料金属３と、該金属を加熱するヒータ４およびヒ−
タ電源５と、引き出（ノ電極６および該電極６に接続【
ノたパルス高Ｌ［電源７とで構成されている。液体金属
イオン源１はイオン允牛のしきい値（３〜１０ ｋ）を
有しており、パルス高圧電源７により、しきい値前後で
パルス状に高電圧を変化させることによって、パルス状
にイオンヒームを発生させることができる。A liquid metal ion source 1 includes a sample metal 3 installed in a vacuum chamber 2, a heater 4 for heating the metal, and a heater 4 for heating the metal.
A power source 5, a drawer (electrode 6 and a connection to the electrode 6)
It consists of a pulse height L [power supply 7]. The liquid metal ion source 1 has an ion control threshold (3 to 10 k), and is energized in a pulsed manner by changing the high voltage in a pulsed manner around the threshold using a pulsed high voltage power supply 7. Can generate ion heat.
第１図（ｂ）は、十記装置による印加パルス電圧の−例
を示したものである。なお図中、ＶＳＩは液体金属イオ
ン源のしきい値電圧を示づ。安定にイオンヒームを発生
させるために、イオンを発生させない時間帯の電斤ｖ１
は、しきい値電丹ＶＳＩの近くに設定するのがよい。FIG. 1(b) shows an example of the pulse voltage applied by the device. In the figure, VSI indicates the threshold voltage of the liquid metal ion source. In order to stably generate ion heat, use electric power v1 during the time period when ions are not generated.
is preferably set close to the threshold voltage VSI.
第２図（ａ）は、イオン源として電界電離型ガスイオン
源を用いた場合を示し、上記実施例と同様に、引き出し
電極６にパルス高斤電源７か接続している。なお図中、
９はイオン化カス導入口、１０は冷却器である。電界電
離型ガスイオン源もイオン発生のしきい値を有しており
、しきい値の前後の電圧を印加することにより、容易に
パルス状のイオンじ−ムを１ｑることがでぎる。FIG. 2(a) shows a case where a field ionization type gas ion source is used as the ion source, and a pulsed high-pot power source 7 is connected to the extraction electrode 6 as in the above embodiment. In addition, in the figure,
9 is an ionized waste inlet, and 10 is a cooler. The field ionization type gas ion source also has a threshold value for ion generation, and by applying a voltage around the threshold value, it is possible to easily generate a pulsed ion beam of 1q.
第２図（ｂ）は、−ト記装置による印加バルス電圧の一
例を示したもので、この場合も、イオンを発生させない
時間帯の電斤Ｖ２は、電界電離型ガスイオン源のしきい
値電圧ＶＳ２の近くに設定するのがよい。FIG. 2(b) shows an example of the pulse voltage applied by the device mentioned above. In this case as well, the voltage V2 during the time period in which ions are not generated is the threshold value of the field ionization type gas ion source. It is preferable to set it near the voltage VS2.
第３図は、本発明によるイオンヒーム発生装置を用いた
イオンヒームエッチング法の説明図である。同図に示す
ように、パルスイオンヒーム発生装置１１からは、パル
スイオンヒーム１２か断続的に被エッチング試料１３に
照射されるので、高アスペクト比の加工形状においても
被エッチング物の再イ」看を最小限に抑えることかでき
る。またパルス幅と周期を最適に調節することにより、
イＡンビームか高電流においても非イオンヒーム照帽時
に発生した熱を拡散により除去し、加熱による試料の変
性、］７ツチング条イ１の変化などを防ぐことができる
。FIG. 3 is an explanatory diagram of an ion beam etching method using the ion beam generator according to the present invention. As shown in the figure, since a pulsed ion beam 12 is intermittently irradiated onto a sample 13 to be etched from a pulsed ion beam generator 11, the sample 13 to be etched can be re-irradiated even if the processed shape has a high aspect ratio. ” can be kept to a minimum. In addition, by optimally adjusting the pulse width and period,
Even when using an ion beam or a high current, the heat generated during non-ion beam irradiation can be removed by diffusion, thereby preventing denaturation of the sample due to heating and changes in the cutting strip 1.
［発明の効宋１
以上説明したよう（４二、本梵明のイオンビーム発生装
置【こよれば、液体金属イΔン源および電界電因１型ガ
スイオン源を用いたパルスイオンヒームの発生を実現１
ることかできる。[Effects of the Invention Song 1 As explained above (42) The ion beam generator of this Bonmei [Accordingly, the generation of pulsed ion beam using a liquid metal ion source and an electric field type 1 gas ion source] Realize 1
I can do that.
また、本装置を用いてパルスイオンヒームエッチングを
行うことが可能になり、この場合には、再付着効果を最
小限に抑え、またイオン照射による試料の加熱を防ぎ、
良好な加工形状か得られると共に、試料の損傷も抑えら
れる。In addition, it is now possible to perform pulsed ion beam etching using this device, and in this case, the redeposition effect can be minimized, and heating of the sample due to ion irradiation can be prevented.
Not only can a good processed shape be obtained, but also damage to the sample can be suppressed.
第１図および第２図は本発明の一実施例にあけるイΔ−
ン源の概略構成図と印加パルス電圧波形の一例を示す図
、第３図は本発明によるイオンヒー八発生装置を用いた
イオンヒーム■ツヂング法の説明図である。
１・・・液体金属イオン源
２．１１・・・真空チャンバ
３・・・試料金屈 ４・・・ヒータ５・・
・ヒータ電源 ６・・・引き出し電極７・・
・パルス高１電源
ε３・・・電界電離型ガスイオン源
９・・・イオン化ガス導入Ｄ １０・・・冷却器１
１・・・パルスイオンビーム発生装置１２・・・パルス
イオンビーム
１３・・・被エッチング試料FIGS. 1 and 2 show an illustration of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration diagram of a power source and an example of an applied pulse voltage waveform. FIG. 1... Liquid metal ion source 2.11... Vacuum chamber 3... Sample sample bending 4... Heater 5...
・Heater power supply 6...Extraction electrode 7...
・Pulse height 1 power supply ε3...Field ionization type gas ion source 9...Ionized gas introduction D 10...Cooler 1
1... Pulse ion beam generator 12... Pulse ion beam 13... Sample to be etched
Claims (1)
源をイオン源とするイオンビーム発生装置において、イ
オン源の引き出し電極にイオン源のスレッショルドレベ
ルの前後のパルス状の引き出し電圧を印加してパルス状
のイオンビームを発生してなることを特徴とするイオン
ビーム発生装置。(1) In an ion beam generator using a liquid metal ion source or a field ionization type gas ion source as an ion source, a pulsed extraction voltage around the threshold level of the ion source is applied to the extraction electrode of the ion source. An ion beam generator characterized in that it generates an ion beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049913A JPH02230641A (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Ion beam generating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049913A JPH02230641A (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Ion beam generating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230641A true JPH02230641A (en) | 1990-09-13 |
Family
ID=12844252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1049913A Pending JPH02230641A (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Ion beam generating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02230641A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009517844A (en) * | 2005-12-02 | 2009-04-30 | アリス コーポレーション | Ion source, system and method |
| CN103094028A (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-08 | 日新离子机器株式会社 | Cleaning apparatus of ion source extraction electrode system |
-
1989
- 1989-03-03 JP JP1049913A patent/JPH02230641A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009517844A (en) * | 2005-12-02 | 2009-04-30 | アリス コーポレーション | Ion source, system and method |
| CN103094028A (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-08 | 日新离子机器株式会社 | Cleaning apparatus of ion source extraction electrode system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4013271B2 (en) | Article surface treatment method and apparatus | |
| US5818040A (en) | Neutral particle beam irradiation apparatus | |
| US7034285B2 (en) | Beam source and beam processing apparatus | |
| JPH06260461A (en) | Cleaning of substrate surface by plasma | |
| JPH02230641A (en) | Ion beam generating device | |
| JP2007314845A (en) | Nitriding treatment apparatus and nitriding treatment method | |
| JP6371712B2 (en) | Plasma generation method and endohedral fullerene generation method | |
| JPH11132920A (en) | Ion milling device | |
| JPS61177728A (en) | Apparatus for irradiation with low-energy ionized particle | |
| JPH06290723A (en) | Ion beam device | |
| JP4682387B2 (en) | Insulator surface treatment method | |
| JP2001011622A (en) | Method for surface treating insulating material, printer head and base material for recording medium | |
| JPH05279844A (en) | Laser abrasion device | |
| JPH02230646A (en) | Ion beam generating device | |
| JPH04191364A (en) | Method and device for ion plating | |
| JPS5927383B2 (en) | Ion beam thin film production equipment | |
| JPH0598429A (en) | Method for manufacturing transparent electrically conductive film and apparatus for manufacturing transparent electrically conductive film | |
| TWI433611B (en) | A plasma source, an ion manufacturing method, a plasma manufacturing method, and a method of manufacturing the inner package carbon cluster | |
| JPS5842769A (en) | Ion plating device using light beam | |
| JPH02230731A (en) | Ion beam processing | |
| JPH01207654A (en) | Manufacture of gas sensor | |
| JPH09209128A (en) | Ion plating apparatus using laser for evaporating source | |
| JPH07197259A (en) | Ion beam sputtering device | |
| JP2003218096A (en) | Vacuum processing system for generating oxygen ion | |
| JPH02156075A (en) | Production of thin superconductor film |