JP3048907B2 - High intensity point ion source - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオン・ビー
ム(FIB)技術に関し、より詳細には、融解した塩、
酸または塩基の混合物を含む液状のイオン化合物を使用
した、新規な高輝度点イオン源に関する。この新規な高
輝度点イオン源は、従来の液状金属イオン源(LMI
S)の望ましい高輝度、イオン強度およびエネルギー分
布特性を、イオン種のスペクトルを著しく拡大できる可
能性と関連付けるものである。詳細には、陽イオンと陰
イオン、分子イオン、さらには前記の従来のLMIS源
では不可能であったプロトンをも含む化学反応性のある
イオンが今や生成できるようになった。本発明によれ
ば、従来のどんな集束イオン・ビーム・システムも、こ
の新規な高輝度点イオン源を使用できるように容易に適
合させることができる。The present invention relates to focused ion beam (FIB) technology, and more particularly to molten salt,
The present invention relates to a novel high-brightness point ion source using a liquid ionic compound containing a mixture of an acid or a base. This new high-brightness point ion source is a conventional liquid metal ion source (LMI).
The desirable high brightness, ionic strength and energy distribution characteristics of S) relate to the possibility of significantly expanding the spectrum of ionic species. In particular, chemically reactive ions, including cations and anions, molecular ions, and even protons that were not possible with the conventional LMIS sources described above, can now be generated. According to the present invention, any conventional focused ion beam system can be easily adapted to use this novel high intensity point ion source.
【0002】[0002]
【従来の技術】今日まで、ほとんどすべての工業用点イ
オン源の適用例は、液状金属イオン源(LMIS)に基
づくものであり、これは1970〜1980年の期間に
集束イオン・ビーム(FIB)技術の目覚ましい発展を
もたらした。LMIS源は、他のあらゆる種類のイオン
源に比べて、極めて優れた光学的品質(輝度および低い
エネルギー分散)を示し、そのためにFIBシステムに
このLMIS源を組み込んで工業用用途に十分に適合し
た数A/cm2程度の高い電流密度でサブミクロン・サ
イズのイオン性スポットを集束させることが可能になっ
た。詳細には、FIBシステムは超小型電子技術の分野
で、先進的半導体製品、典型としては集積回路(IC)
の修飾、再構成、障害分析および製造、ならびにその表
面解析に広く使用されている。しかし、LMIS源がF
IB技術発展の歴史的原点であるとするなら、それには
固有の物理的制約があり、そのためFIBシステムとそ
れに由来する科学計器の潜在的応用がかなり制限される
ことになる。LMIS源を使用する場合、イオンの生成
に使用できるイオン化可能なソース材料は、いくつかの
純金属と若干の金属合金に限られてしまう。信頼性と光
学的品質の点から、最も一般的に使用されている金属は
ガリウムである。いくつかの利点が認められているにも
かかわらず、標準のFIBシステムでLMIS源を使用
すると、下記のいくつかのかなりの限界や不都合があ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION To date, almost all industrial point ion source applications are based on liquid metal ion sources (LMIS), which are focused ion beams (FIBs) during the period 1970-1980. Brought remarkable development of technology. The LMIS source exhibits very good optical quality (brightness and low energy dispersion) as compared to all other types of ion sources, and thus is well suited for industrial applications incorporating this LMIS source in a FIB system It has become possible to focus a submicron-sized ionic spot at a high current density of about several A / cm 2 . In particular, FIB systems are a field of microelectronics, an advanced semiconductor product, typically an integrated circuit (IC).
It is widely used for modification, reconstitution, damage analysis and production, and its surface analysis. However, if the LMIS source is F
If it were to be the historical origin of IB technology development, it would have its own physical constraints, which would significantly limit the potential applications of the FIB system and the scientific instruments derived therefrom. When using an LMIS source, the ionizable source materials that can be used to generate ions are limited to some pure metals and some metal alloys. The most commonly used metal is gallium in terms of reliability and optical quality. Despite several benefits, the use of LMIS sources in standard FIB systems has some significant limitations and disadvantages, as described below.
【0003】まず第一に、たとえば従来の反応性イオン
・エッチング・プロセスとは違って、スパッタリング
(イオン衝撃)の衝突過程に伴う化学反応性の作用がな
い。このため、最も普通に使用されるターゲット材料の
除去率は約30kVのエネルギーで入射イオン1個当り
スパッタ原子1〜4個に制限される。副生成物のガスが
形成されないので、この過程中にスパッタ原子は蒸発せ
ず、攻撃を受けた領域の近くにスパッタ材料が再付着す
る。この望ましくない再付着により、多くのFIBベー
スのエッチング工程が複雑なものになる。具体的には、
再付着する材料が導電性のものである場合、半導体製品
上に寄生的接続を形成する可能性がある。その上、スパ
ッタ材料の再付着により、達成可能な側壁角が減少し、
その結果、エッチ・ホールの縦横比がせいぜい約6:1
と不十分なものになる。したがって、深いトレンチをエ
ッチングするには、長たらしい工程が必要であり、穴の
近傍領域に望ましくない損傷を生じる可能性がある。First of all, unlike the conventional reactive ion etching process, for example, there is no chemical reaction effect accompanying the collision process of sputtering (ion bombardment). For this reason, the removal rate of the most commonly used target materials is limited to 1-4 sputter atoms per incident ion at an energy of about 30 kV. Because no by-product gas is formed, the sputter atoms do not evaporate during this process, and the sputter material re-adheres near the attacked area. This undesirable redeposition complicates many FIB-based etching processes. In particular,
If the redepositing material is conductive, it may form a parasitic connection on the semiconductor product. Moreover, the re-deposition of the sputtered material reduces the achievable sidewall angle,
As a result, the aspect ratio of the etch hole is at most about 6: 1.
Will be inadequate. Therefore, etching deep trenches requires a lengthy process, which can cause undesirable damage to the area near the hole.
【0004】この化学反応性を欠くことのもう1つの影
響は、現在SIMSと呼ばれている分析技術で見られる
(SIMSはSecondary Ion Mass Spectrometry(二次
イオン質量分析法)の頭字語)。この技術は、ガリウム
・プローブの使用に基づき、(集束イオン・ビーム適用
例の重要な要件である)高い局所解像度が認められてい
る。すなわちこのSIMSシステムは、数十ナノメート
ルの局所解像度を達成することができる。しかし、定量
的SIMS分析の条件の一つは、二次イオン放出効率が
高いことである。ガリウムは大きな二次イオン収率刺激
作用をもたず高い局所解像度をもつので、サイズが小さ
いというガリウム・プローブの利点は、分析すべき二次
イオンの放出率が小さいことで相殺されてしまう。逆
に、化学作用と二次イオン収率を高めるためのスパッタ
リングの衝突作用とを併せもつ他のイオンを使用した市
販のSIMSシステムは、遺憾ながら局所解像度が不十
分である。具体的には、化学反応性の最も高い金属の一
つであるセシウム(Cs)は、二次イオン収率をかなり
高くする。工業用SIMSシステムでは従来のCs源
(一般に表面イオン化型のもの)を使用しているが、こ
れらのイオン源は輝度が低く、Ga LMIS源とは比
較にならない。その上、セシウムは激しく反応するの
で、取扱いが非常に難しい。Cs LMIS源を生成し
ようとの多くの試みが実験室で行われてきたが、セシウ
ムの化学反応性が高いため、Cs LMIS源は工業に
使用されるSIMSシステムに必要とされる許容できる
信頼性レベルを達成していない。[0004] Another effect of this lack of chemical reactivity is found in an analytical technique now called SIMS (SIMS is an acronym for Secondary Ion Mass Spectrometry). This technique is based on the use of gallium probes and has been recognized for high local resolution (a key requirement for focused ion beam applications). That is, the SIMS system can achieve a local resolution of tens of nanometers. However, one of the conditions for quantitative SIMS analysis is that secondary ion emission efficiency is high. Since gallium does not have a large secondary ion yield stimulating effect and has a high local resolution, the advantage of the small size of the gallium probe is offset by a low emission rate of the secondary ions to be analyzed. Conversely, commercially available SIMS systems using other ions that combine the chemistry with the impact of sputtering to increase secondary ion yield, unfortunately, have poor local resolution. Specifically, cesium (Cs), one of the most chemically reactive metals, significantly increases secondary ion yield. Industrial SIMS systems use conventional Cs sources (generally of the surface ionization type), but these ion sources have low brightness and are incomparable to Ga LMIS sources. Moreover, cesium reacts violently and is very difficult to handle. Many attempts have been made in the laboratory to produce Cs LMIS sources, but due to the high chemical reactivity of cesium, Cs LMIS sources have been found to have the acceptable reliability required for SIMS systems used in industry. Have not achieved the level.
【0005】最後に、量子デバイスの製造などの応用例
では、イオン・ビーム・エネルギーの単なる減少によっ
てイオン・ビームで誘導される欠陥の生成を減らすこと
が難しい。というのは、この操作は電流密度の非常に大
きな損失を伴い、機械加工時間が著しく増大し、結局コ
ストが高くなるからである。[0005] Finally, in applications such as the fabrication of quantum devices, it is difficult to reduce the creation of ion beam induced defects simply by reducing the ion beam energy. This is because this operation involves a very large loss of current density, significantly increases the machining time and ultimately increases costs.
【0006】アルカリ金属の化学反応性が激しいという
問題を解決しようとする1つの試みが、A.E.ベル
(Bell)等の論文「Lithium ion emission from a liqu
id metal source of LiNO3」、the International Jour
nal of Mass Spectrometry andIon Processes, 88 (198
9), pp 59-68に記載されている。この筆者等はLMIS
源に似たイオン源を使って実験を行い、アルカリ金属の
代わりにアルカリ金属を含む化合物を使用した。具体的
には、純粋な融解二元塩、この場合は硝酸リチウム(L
iNO3)を使用した源でLi+イオンを生成した。この
実験では、この加熱した融解塩で被覆した針を標準とし
て使用し、そのイオン源を「LiNO3液状金属イオン
源」と呼んだ。すなわち、LMIS源の一変形である。
筆者等は、気泡の発生とこの融解塩の非常に迅速な蒸発
を観察した。放出イオンのエネルギー分布を逆電圧分析
計で測定して、2個のピークからなる110eVのFW
HM(半値幅)エネルギー分散を認めた。筆者等は、こ
れは針のティップ先端における電界脱離に加えて気相電
界イオン化も関与しているためであると結論した。エネ
ルギー分布がこのように大きく分散するイオン源は、工
業用FIBシステムに使用するには適していない。イオ
ン・ビームの集束は、色収差によっておよそ制限される
からである。One attempt to solve the problem of the high chemical reactivity of alkali metals is disclosed in E. FIG. Bell et al., "Lithium ion emission from a liqu
id metal source of LiNO 3 '', the International Jour
nal of Mass Spectrometry and Ion Processes, 88 (198
9), pp. 59-68. The authors are LMIS
The experiment was performed using an ion source similar to the source, and a compound containing an alkali metal was used instead of the alkali metal. Specifically, a pure molten binary salt, in this case lithium nitrate (L
Li + ions were generated at the source using iNO 3 ). In this experiment, using a needle coated with the heated molten salt as the standard, called the ion source and "LiNO 3 liquid metal ion source." That is, this is a modification of the LMIS source.
The authors observed the formation of bubbles and a very rapid evaporation of this molten salt. The energy distribution of the emitted ions is measured by a reverse voltage analyzer, and the FW of 110 eV consisting of two peaks is obtained.
HM (half width) energy dispersion was observed. The authors concluded that this was due to gas-phase field ionization in addition to the field desorption at the tip of the needle. Ion sources with such a large distribution of energy distribution are not suitable for use in industrial FIB systems. This is because the focusing of the ion beam is approximately limited by chromatic aberration.
【0007】一方、プロトン顕微鏡技術、イオン・ビー
ム・リソグラフィ(小さな構造物に対して近接効果がな
く、イオンに対するレジスト感度が非常に高い)、局在
ラザフォード後方散乱分析(RBS)、空間解像度の非
常に高い粒子線励起X線分光分析(PIXE)など、一
部の進んだマイクロ分析の分野においては、従来のLM
IS源を使用したFIBシステムでは(既知の最も軽い
イオンである)プロトンの発生が全く不可能である。実
際、集束プロトン・ビーム・カラムを実現するために多
くの試みが行われたにせよ、その努力が工業用応用の成
功に結びついたことはない。しばしば電界イオン化源を
気相で使用した。この特定の例では、イオン源は一般に
タングステン針からなり、この針を液体ヘリウムで数ケ
ルビンの温度に冷却する。電界イオン化によって針のテ
ィップに水素原子のフラックスが発生する。これらのイ
オン源は理論的輝度が大きいが、精巧で高価な機器が必
要と思われる。その上、信頼性が非常に低く、全イオン
電流が小さい。On the other hand, proton microscopy techniques, ion beam lithography (no proximity effect on small structures, very high resist sensitivity to ions), localized Rutherford backscattering analysis (RBS), very high spatial resolution In some advanced microanalytical fields, such as high particle beam excitation X-ray spectroscopy (PIXE), conventional LM
The generation of protons (the lightest ions known) is not possible with the FIB system using an IS source. In fact, no matter how many attempts have been made to achieve a focused proton beam column, that effort has never led to successful industrial applications. Often the field ionization source was used in the gas phase. In this particular example, the ion source generally comprises a tungsten needle, which is cooled with liquid helium to a temperature of a few Kelvin. Field ionization generates a flux of hydrogen atoms at the tip of the needle. These sources have high theoretical brightness, but may require sophisticated and expensive equipment. Moreover, the reliability is very low and the total ion current is small.
【0008】したがって、改良型FIBシステムの新規
な高輝度点イオン源が実現できれば、特に集積回路(I
C)のSIMS分析にとって、また他の多くの応用例に
とっても極めて興味深いことになる。このようなイオン
源は、ピンポイント放出特性と電流密度(輝度)の点で
従来のLMIS源の品質を維持し、かつ新たにアルカリ
金属とハロゲンを含むがそれだけには限定されないより
広範囲のイオン種を提供するものでなければならない。
最後に、液状イオン化合物のうちから選択されたイオン
化可能ソース材料と一緒に働いて、その中の既存のイオ
ンの存在を利用することができ、Cs+イオンやCl-イ
オンなど化学的反応性が非常に高く危険なイオン種の使
用を回避することができる、このような新規な高輝度点
イオン源が実現できればやはり有意義であろう。本発明
は、これらすべての要件を満たし、したがって従来のL
MIS源に比べて著しい改良と利益をもたらす、液状イ
オン化合物と一緒に働くようになされた高輝度点イオン
源を提供するものである。Therefore, if a new high-brightness point ion source of the improved FIB system can be realized, in particular, an integrated circuit (I
It will be very interesting for C) SIMS analysis and also for many other applications. Such an ion source maintains the quality of a conventional LMIS source in terms of pinpoint emission characteristics and current density (brightness), and provides a wider range of ion species, including but not limited to alkali metals and halogens. Must be provided.
Finally, working in conjunction with ionizable source material selected from among the liquid ionic compounds, their existing can utilize the presence of ions in, Cs + ions and Cl - ions and chemical reactivity It would also be worthwhile to realize such a novel high intensity point ion source that could avoid the use of very high and dangerous ion species. The present invention satisfies all these requirements, and thus the conventional L
SUMMARY OF THE INVENTION An object is to provide a high intensity point ion source adapted to work with a liquid ionic compound which offers significant improvements and benefits compared to a MIS source.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は、混
合物、たとえば融解した塩、酸または塩基の混合物から
なる液状イオン化合物を使用した、新規な高輝度点イオ
ン源を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is a principal object of the present invention to provide a novel high-brightness point ion source using a liquid ionic compound comprising a mixture, for example, a mixture of a molten salt, acid or base. .
【0010】本発明の他のもう1つの主目的は、放出針
が耐火セラミック材製であって直接または間接に加熱す
ることができる、液状イオン化合物を使用した新規な高
輝度点イオン源を提供することにある。Another primary object of the present invention is to provide a novel high intensity point ion source using a liquid ionic compound, wherein the discharge needle is made of a refractory ceramic material and can be heated directly or indirectly. Is to do.
【0011】本発明の他の目的は、蒸気圧と融点が低い
融解した塩、酸、または塩基の混合物からなる、液状イ
オン化合物を使用した新規な高輝度点イオン源を提供す
ることにある。Another object of the present invention is to provide a novel high-brightness point ion source using a liquid ionic compound comprising a mixture of a molten salt, acid or base having a low vapor pressure and a low melting point.
【0012】本発明の他の目的は、標準LMIS源の所
望の高輝度、ピンポイント放出および低いエネルギー分
散を保有しつつ、液状イオン化合物を使用するのに適合
した、新規な高輝度点イオン源を提供することにある。It is another object of the present invention to provide a novel high intensity point ion source adapted to use liquid ionic compounds while retaining the desired high intensity, pinpoint emission and low energy dispersion of a standard LMIS source. Is to provide.
【0013】本発明の他の目的は、アルカリ金属とハロ
ゲンを含む化学反応性の高い広範囲のイオン種を生成す
るのに適合した、液状イオン化合物を使用する新規な高
輝度点イオン源を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a novel high-brightness point ion source using a liquid ionic compound, which is adapted to generate a wide range of highly reactive ionic species including alkali metals and halogens. It is in.
【0014】本発明の他の目的は、陽イオンおよび陰イ
オンの強い放出を得るために既に存在するイオンを有す
る液状イオン化合物を使用した、新規な高輝度点イオン
源を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a novel high-brightness point ion source using a liquid ionic compound having ions already present in order to obtain a strong emission of cations and anions.
【0015】本発明の他の目的は、プロトンを発生する
のに適合した液状イオン化合物を使用した、新規な高輝
度点イオン源を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a novel high brightness point ion source using a liquid ionic compound adapted to generate protons.
【0016】本発明の他の目的は、液状イオン化合物を
使用したこのような新規な高輝度点イオン源によって、
FIBカラム内でイオンを発生させる方法を提供するこ
とにある。Another object of the present invention is to provide such a novel high-brightness point ion source using a liquid ionic compound.
An object of the present invention is to provide a method for generating ions in a FIB column.
【0017】本発明の他の目的は、局所解像度が高くス
ポットのサイズがサブミクロン級の新しいイオン種のビ
ームを生成するための液状イオン化合物を使用したこの
ような新規な高輝度点イオン源に適合した、改良型FI
Bシステムを提供することにある。Another object of the present invention is to provide such a new high-brightness point ion source using a liquid ionic compound for generating a beam of a new ion species having a high local resolution and a spot size on the order of submicrons. Tailored, improved FI
B system.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、広い範
囲のイオン化可能なソース材料、すなわち液状のイオン
化合物(以下では液状イオン化合物と称する)で動作す
るのに適合した、新規な高輝度点イオン源が始めて記述
される。通常、この液状イオン化合物は、融解した塩、
塩基または酸の(共融または非共融)混合物を含む。一
般に、塩の混合物は、常温で液体である塩基や酸とは違
って、液状にするにはその融点まで加熱する必要があ
る。化学反応性の高いイオン種の広範囲の陽イオンおよ
び陰イオン(たとえばハロゲン、アルカリ金属ラジカル
など)、さらにはプロトンさえ利用可能になる。これら
のイオンは液状イオン化合物中に既に存在するため、イ
オン放出機能の開始には低い抽出電圧(2.5〜3.5
kV)しか必要でない。SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a novel high brightness adapted to operate with a wide range of ionizable source materials, ie, liquid ionic compounds (hereinafter liquid ionic compounds). The point ion source is described for the first time. Usually, the liquid ionic compound is a molten salt,
Includes (eutectic or non-eutectic) mixtures of bases or acids. Generally, unlike a base or an acid that is liquid at room temperature, a salt mixture needs to be heated to its melting point in order to be liquid. A wide range of cations and anions of highly chemically reactive ionic species (eg, halogens, alkali metal radicals, etc.) and even protons become available. Since these ions are already present in the liquid ionic compound, a low extraction voltage (2.5-3.5) is required to initiate the ion release function.
kV).
【0019】本発明の典型的な新規の高輝度点イオン源
は基本的に、針アセンブリと抽出アセンブリの2つの部
分からなる。針アセンブリは、耐火セラミック材製の尖
点状の針からなり、その尖った先端をティップと称す
る。針のこのティップに近接する部分にきつく巻いたス
テンレス鋼製のコイルによって針を加熱する。針の他端
は、2本のピンを中に鋳込んだ絶縁性支持体の凹窩に収
容される。コイルの両端はピンにそれぞれ溶接され、ピ
ンは加熱電流源に接続される。抽出アセンブリは、円形
の抽出電極からなり、この抽出電極は中央部に開孔を備
え、それが円筒形ボデーにねじ込まれて、ティップ頂点
と開孔中心の間隔が調節できるようになっている。抽出
電極と円筒形ボデーは共に金属製である。針アセンブリ
は、円筒形ボデー内部に取り付けられ、心立てねじで正
確に固定される。抽出電圧源で抽出アセンブリとコイル
の間に電位差を印加する。針アセンブリは、使用前に、
たとえば液状イオン化合物を入れたるつぼに浸漬され
て、液状イオン化合物で被覆される。針の表面全体が前
記の液状イオン化合物で濡らされ、その貯槽がコイル位
置に形成される。次に針アセンブリを抽出アセンブリに
挿入し、適切に固定する。これで高輝度点イオン源はF
IBカラム中で使用する準備ができた。The typical novel high intensity point ion source of the present invention basically consists of two parts, a needle assembly and an extraction assembly. The needle assembly consists of a pointed needle made of refractory ceramic material, the pointed tip of which is referred to as a tip. The needle is heated by a stainless steel coil tightly wound on the portion of the needle close to this tip. The other end of the needle is housed in a recess in an insulating support into which two pins are cast. Both ends of the coil are welded to the pins, respectively, and the pins are connected to a heating current source. The extraction assembly consists of a circular extraction electrode, which has a central opening, which is screwed into a cylindrical body so that the distance between the tip apex and the center of the opening can be adjusted. The extraction electrode and the cylindrical body are both made of metal. The needle assembly is mounted inside the cylindrical body and is precisely secured with a centering screw. An extraction voltage source applies a potential difference between the extraction assembly and the coil. Needle assembly, before use
For example, it is immersed in a crucible containing a liquid ionic compound and coated with the liquid ionic compound. The entire surface of the needle is wetted with the liquid ionic compound and a reservoir is formed at the coil location. The needle assembly is then inserted into the extraction assembly and secured properly. The high-brightness point ion source is now F
Ready to use in IB column.
【0020】本発明はさらに、新規の高輝度点イオン源
に適合するように改良された集束イオン・ビーム・カラ
ムを包含する。詳細には、本発明の改良された集束イオ
ン・ビーム・カラムは、陽イオンでも陰イオン・ビーム
でも働くように、FIBシステムの一部またはすべての
電気構成要素(電源電圧、電子レンズ、偏向電極など)
に可逆極性を与えるように適合したシステムを備えてい
る。The present invention further includes a focused ion beam column that has been modified to accommodate the new high intensity point ion source. In particular, the improved focused ion beam column of the present invention operates on some or all of the electrical components (supply voltage, electron lens, deflection electrodes, etc.) of the FIB system to work with both positive and negative ion beams. Such)
With a system adapted to give reversible polarity to the
【0021】したがって、本発明の新規な高輝度点イオ
ン源は、従来のLMIS源の大部分の利点、特に同じ輝
度を維持するだけでなく、それに著しい改良を加えるも
のであり、したがって現在知られているほとんどすべて
の工業用FIB適用例で有利に使用することができる。Thus, the novel high-brightness point ion source of the present invention not only maintains most of the advantages of the conventional LMIS source, especially not only maintaining the same brightness, but also significantly improving it, and is therefore now known. It can be used advantageously in almost all industrial FIB applications.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】図1は、本発明による液状イオン
化合物の直接加熱による新規な高輝度点イオン源の第1
の実施態様を示す概略図である。図1を参照すると、イ
オン源10は、基本的に、針アセンブリ11と抽出アセ
ンブリ12の2つの基本部分から構成され、抽出アセン
ブリ12は、イオン放出に必要で、好ましくは針アセン
ブリ11のハウジングを形成する、抽出手段を含んでい
る。この実施例では、針アセンブリ11は本来の針13
と加熱コイル14とプレート形またはコップ形の基部1
5を備えており、コイル14の両端をそれぞれ14aと
14bで参照する。通常、加熱コイル14はステンレス
鋼または白金製である。図1から明らかなように、針1
3の一端は尖点状で針のティップ13aを形成してい
る。針13は、アルミナ(Al2O3)や酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)を含むセラミックなどの耐火不活性材料
製とすることが好ましい。金属の代わりにセラミック材
料を選ぶ主な理由は、イオン源10の通常の動作中に針
13上に生成する電解副生成物の気泡形成、化学的/電
解的腐食または電気付着を避けるためである。その結
果、その場合に生じる、放出領域位置(クリティカルな
イオン化現象が起こるティップ頂点13a'付近)の望
ましくない不安定性がなくなる。この好ましい実施形態
ではさらに、支持基部15は絶縁材(たとえばアルミ
ナ)製であり、図1に示すような凹窩を備える中空部材
16を受けるようになった中央開孔を有する。針13は
この凹窩中に収容される。支持基部15はさらに、その
中に部分的に鋳込まれた2本の導電ピン17aと17b
を備える。加熱コイル14の各端(14a、14b)
は、それぞれ当該のピン(17a、17b)の頂部に溶
接されて、その間に優れた電気接触をもたらす。一方、
ピン17a、17bの基端はそれぞれ(直流または交
流)加熱電流源18の当該の端子に接続されている。電
流源18は、加熱コイル14中で適当な電流を発生させ
て、針13を必要なら十分な温度に上げる。熱衝撃を避
けるため、電流源18は可変電流を発生するようになっ
ており、したがって針13を前記の十分な温度まで徐々
に上げる。上述の加熱コイルを使用する代わりに、電子
ボンバード、光子加熱、インティップ加熱など、針を加
熱する他の技法も考えることができる。最後にやはりこ
の実施形態で、抽出アセンブリ12はステンレス鋼製の
円筒形ボデー19とタンタル製で中央開孔20aを備え
るコップ形の抽出電極(抽出口)20を含んでいる。抽
出電極20は一般に円形であり、たとえばねじによって
円筒形ボデー上にきつく固定されて、そのカバーとな
る。この目的で、図1に示すように、円筒形ボデー19
の頂部の外面と抽出電極20のリムの内面は位置21に
ねじが切ってある。したがって、ティップ頂点13a'
と抽出電極の開孔20aの中心の間の隙間が正確に調節
できる。この開孔の口径は約1mmであり、ティップ頂
点から開孔20aの縁部までの距離は約0.5mmであ
る。抽出アセンブリ12は、1組のねじ22aと22b
または他の適当な手段で支持基部15に固定され、針ア
センブリ11のハウジングとなる。ねじ22aと22b
により、針アセンブリ11の、特にティップ頂点13
a'の抽出電極20の開孔20aの中心に対する完全な
心合せが可能になる。操作に際しては、円筒形本体19
を抽出電圧源23の第1端子に接続し、その第2の端子
は前記いずれかの導電ピン、たとえばピン17aの基部
に接続する。電圧源23は可変抽出電圧Vを印加できる
ようになっており、したがってイオン放出を変化させる
ことができる。任意選択で、ハウジング内部に付着防止
シールド24を取り付けて、イオン源10の寿命を延ば
し、蒸発したイオン化合物の付着によって抽出電極20
が開孔20aの近傍で汚染されるのを防止することがで
きる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a first embodiment of a novel high-brightness point ion source by direct heating of a liquid ionic compound according to the present invention.
It is a schematic diagram showing an embodiment. Referring to FIG. 1, an ion source 10 is basically comprised of two basic parts, a needle assembly 11 and an extraction assembly 12, which is necessary for ion emission and preferably comprises a housing for the needle assembly 11. Forming, including extraction means. In this embodiment, the needle assembly 11 is
And heating coil 14 and base 1 in plate or cup shape
5 and both ends of the coil 14 are referred to by 14a and 14b, respectively. Usually, the heating coil 14 is made of stainless steel or platinum. As is clear from FIG.
One end of 3 is pointed and forms a needle tip 13a. The needles 13 are preferably made of a refractory inert material such as alumina (Al 2 O 3 ) or ceramic containing zirconium oxide (ZrO 2 ). The main reason for choosing a ceramic material instead of a metal is to avoid bubble formation, chemical / electrolytic corrosion or electroadhesion of electrolytic by-products formed on the needle 13 during normal operation of the ion source 10. . As a result, the undesirable instability of the emission region position (near the tip apex 13a 'where critical ionization phenomena occur) that occurs in that case is eliminated. Further in this preferred embodiment, the support base 15 is made of an insulating material (eg, alumina) and has a central aperture adapted to receive a hollow member 16 having a recess as shown in FIG. The needle 13 is housed in this cavity. The support base 15 further comprises two conductive pins 17a and 17b partially cast therein.
Is provided. Each end of the heating coil 14 (14a, 14b)
Are welded to the top of the respective pins (17a, 17b) to provide good electrical contact therebetween. on the other hand,
The proximal ends of the pins 17a, 17b are each connected to a corresponding terminal of a (DC or AC) heating current source 18. Current source 18 generates an appropriate current in heating coil 14 to raise needle 13 to a sufficient temperature if necessary. To avoid thermal shock, the current source 18 is adapted to generate a variable current and thus gradually raise the needle 13 to said sufficient temperature. Instead of using a heating coil as described above, other techniques for heating the needle, such as electronic bombardment, photon heating, in-tip heating, etc., are also conceivable. Finally, again in this embodiment, the extraction assembly 12 includes a cylindrical body 19 made of stainless steel and a cup-shaped extraction electrode 20 made of tantalum and having a central aperture 20a. The extraction electrode 20 is generally circular and is tightly fixed on the cylindrical body by, for example, screws to provide its cover. For this purpose, as shown in FIG.
The outer surface of the top of the rim and the inner surface of the rim of the extraction electrode 20 are threaded at location 21. Therefore, tip vertex 13a '
The gap between the electrode and the center of the opening 20a of the extraction electrode can be accurately adjusted. The diameter of this opening is about 1 mm, and the distance from the tip apex to the edge of the opening 20a is about 0.5 mm. Extraction assembly 12 includes a set of screws 22a and 22b.
Alternatively, it is secured to the support base 15 by any other suitable means and provides a housing for the needle assembly 11. Screws 22a and 22b
The needle assembly 11, especially the tip apex 13
Perfect centering of the extraction electrode 20 of a ′ with respect to the center of the opening 20a is enabled. In operation, the cylindrical body 19
Is connected to a first terminal of the extraction voltage source 23, and its second terminal is connected to the base of any of the aforementioned conductive pins, for example, the pin 17a. The voltage source 23 is adapted to apply a variable extraction voltage V, so that the ion emission can be varied. Optionally, an anti-adhesion shield 24 is mounted inside the housing to extend the life of the ion source 10 and to enable the extraction electrode 20
Can be prevented from being contaminated near the opening 20a.
【0023】次々にこの新規な高輝度イオン源10の製
作について述べる。まず第一に、針13を製作する。好
ましい実施形態においては、出発材料は直径0.5mm
のセラミック(Al23)ロッド、たとえばフランスの
DEGUSSA社から供給されているものである。ダイ
アモンド・ソーで約1cmの一片を切り出し、たとえば
ダイアモンド研磨板を使ってその一端を約1mmの長さ
だけ尖らせる。放出点の不安定性を避けるため、ティッ
プ頂点の半角が約60°以下であることが好ましい。テ
ィップ13aの曲率半径は、100μm以下であること
が好ましく、典型的な値は10μmである。この曲率半
径の値は、本発明においてクリティカルなパラメータで
あるとは思われない。本発明者等が行った実験によれば
20°および49.3°の半角(テイラーの円錐の厳密
な値)が適切なことが判明した。次に、標準の直径0.
3mmのステンレス鋼ワイヤから加熱コイル14を作成
する。たとえば、フランスのWEBER metaux社から部品番
号304Lで市販のステンレス鋼が適切である。このワ
イヤを針13の周りにきつく巻き付け、あるいは針13
をコイル14中に押し込んで、図1に示す針アセンブリ
11を形成する。次に針アセンブリ11を中空部材16
の凹窩に差し込み、そこにしっかりと固定する。加熱コ
イル14の各端(14a、14b)を絶縁性支持体15
の対応するピン(17a、17b)に溶接する。次にピ
ン17aと17bを加熱電流源18に電気的に接続し
て、イオン源10を動作可能にする。これで針アセンブ
リ11は、針、特にそのティップ部分を適切なイオン化
可能ソース材料の薄膜で被覆する準備ができた。The manufacture of the novel high-intensity ion source 10 will be described one after another. First, the needle 13 is manufactured. In a preferred embodiment, the starting material is 0.5 mm in diameter
(Al23) rod, for example, supplied by DEGUSSA of France. A piece of about 1 cm is cut out with a diamond saw and one end thereof is pointed to a length of about 1 mm using a diamond polishing plate, for example. In order to avoid instability of the emission point, it is preferable that the half angle of the tip apex is about 60 ° or less. The radius of curvature of the tip 13a is preferably 100 μm or less, and a typical value is 10 μm. This value of the radius of curvature is not considered to be a critical parameter in the present invention. Experiments conducted by the inventors have shown that half angles of 20 ° and 49.3 ° (exact values of Taylor's cone) are appropriate. Next, a standard diameter of 0.
The heating coil 14 is made from a 3 mm stainless steel wire. For example, commercially available stainless steel with part number 304L from WEBER metaux, France is suitable. Wrap this wire tightly around needle 13 or
Into the coil 14 to form the needle assembly 11 shown in FIG. Next, the needle assembly 11 is connected to the hollow member 16.
And fix it firmly there. Each end (14a, 14b) of the heating coil 14 is connected to the insulating support 15
To the corresponding pins (17a, 17b). The pins 17a and 17b are then electrically connected to the heating current source 18 to enable the ion source 10. The needle assembly 11 is now ready to coat the needle, especially its tip, with a thin film of a suitable ionizable source material.
【0024】本発明によれば、このようなイオン化可能
ソース材料は、液状イオン化合物、さらに詳細には塩、
塩基または酸の混合物などの混合物から構成される。塩
については、塩の(共融または非共融)混合物は、純粋
の二元塩よりも融点と蒸気圧が低い。純粋の二元イオン
化合物は一般に蒸気圧が高く、そのため、確かにいくつ
かの重大な問題、たとえばソース材料の迅速な蒸発、イ
オン放出の不安定性、A.E.ベルが前記の参照文献で
報告しているように、蒸気相での電界イオン化によって
生じるエネルギー分布の大きな分散を引き起こすことに
なる。According to the invention, such an ionizable source material comprises a liquid ionic compound, more particularly a salt,
It consists of a mixture, such as a mixture of bases or acids. For salts, (eutectic or non-eutectic) mixtures of salts have lower melting points and vapor pressures than pure binary salts. Pure binary ionic compounds generally have a high vapor pressure, and thus certainly have some serious problems, such as rapid evaporation of the source material, instability of ion emission, A.I. E. FIG. As Bell reports in the aforementioned reference, it will cause a large dispersion of the energy distribution caused by field ionization in the vapor phase.
【0025】まず、例として、塩の混合物、たとえばC
sNO3とCsClの混合物のケースを検討してみよ
う。純粋の二元塩は一般に粉末または粒子状で得られ
る。まず、両方の塩をるつぼ内で最適の比にすなわち共
融組成に近い比で混合する。共融組成は、表から得ら
れ、それができない場合は実験で決定する。上記の例で
は、この最適比は、本発明者等がいくつかの実験によっ
て決定したが、それぞれ約82%および18%である。
るつぼの温度を混合物の融点まで上げる。酸および塩基
はしばしば室温で液体であるとしても、塩は一般に液状
にするにはその融点まで加熱する必要があることに留意
されたい。融解塩の均一な混合物がるつぼ内で自然に形
成され、したがって浴の攪拌は不要である。好ましい実
施例では、針13にイオン化合物を充填してから、イオ
ン源10をFIBカラム内に置く。したがって、針アセ
ンブリ11を加熱電流源18に接続し、熱衝撃を避ける
ため混合物の融点に達するまで針を徐々に加熱する。針
と融解塩混合物の間に熱力学的平衡が成立することが望
ましい。次に針アセンブリをるつぼに浸漬して、露出し
た針表面全体を融解塩混合物と接触させる。針が融解塩
混合物と接触するとすぐ付着面積力によって混合物の被
覆層25が生成し、これが針に沿って流れてその全表面
を覆い、針アセンブリ11を上下逆にしても表面上に残
る。図1から明らかな通り、針を濡らす融解塩混合物の
被覆層25は2つの部分から成る。第1の部分は加熱コ
イル14の位置で貯槽25aを形成し、第2の部分は針
の残りの表面、特にティップ13aを覆う薄膜25bか
らなる。セラミック材料、特に上記に引用した材料は優
れた濡れ性を有する。あるいは別の実施例では、未加熱
の針をるつぼに浸漬して、前記の薄い層25で覆うと、
針を取り出すとすぐそれが凝固する。酸または塩基を使
用する場合も、通常はその加熱が不要な点以外は同じ手
段が適用される。貯槽25aを形成する加熱コイル14
の位置に集まる液状イオン化合物の量は、約数mm3で
ある。次に針アセンブリ11をるつぼから取り出して冷
却する。液状のイオン化合物が上記のように塩の混合物
である場合は、塩の凝固後に、被覆層25は結晶した状
態でその場に残る。上記の浸漬、取出し、冷却のステッ
プはすべて、高真空での充填操作が必要なLMISソー
スとは違って常圧で実施できる。次に、抽出アセンブリ
12を準備する。円筒形ボデー19はステンレス鋼円筒
体は、たとえば側壁上に、点イオン源10の内部空間を
十分な真空にするための適切なポンプ孔を備える。抽出
電極20はタンタル製とすることが好ましく、前述のよ
うにねじで一体となるように円筒形ボデー19上に固定
すると、針アセンブリ11用の保護ハウジングが形成さ
れる。最後に、針アセンブリ11を抽出アセンブリ12
に挿入し、次にねじ22a、22bでその中に固定す
る。これらのねじは、ティップ頂点13a'を孔20a
の中心と完全に中心合せするのにも使用される。最後
に、抽出電極20とティップ頂点13a'の間の隙間を
正確に調節する。これでイオン源10はそのソース材料
を(そのイオン化合物が室温で固形の場合は多分加熱し
て)充填すると、FIBカラムなどの真空カラム中で使
用する準備ができている。First, as an example, a mixture of salts such as C
Consider the case of a mixture of sNO 3 and CsCl. Pure binary salts are generally obtained in powder or particulate form. First, both salts are mixed in a crucible at an optimum ratio, that is, a ratio close to the eutectic composition. The eutectic composition can be obtained from the table, if not, is determined by experiment. In the example above, this optimal ratio is about 82% and 18%, respectively, as determined by the inventors by some experiments.
Raise the temperature of the crucible to the melting point of the mixture. Note that although acids and bases are often liquid at room temperature, salts generally need to be heated to their melting point to be liquid. A homogeneous mixture of the molten salt forms spontaneously in the crucible, so that stirring of the bath is not required. In a preferred embodiment, the needle 13 is filled with the ionic compound before placing the ion source 10 in a FIB column. Thus, the needle assembly 11 is connected to a heating current source 18 and the needle is gradually heated until the melting point of the mixture is reached to avoid thermal shock. It is desirable that a thermodynamic equilibrium be established between the needle and the molten salt mixture. The needle assembly is then immersed in a crucible to bring the entire exposed needle surface into contact with the molten salt mixture. As soon as the needles come into contact with the molten salt mixture, the adherent area force creates a coating layer 25 of the mixture, which flows along the needles, covers its entire surface and remains on the surface even if the needle assembly 11 is turned upside down. As is evident from FIG. 1, the coating 25 of the molten salt mixture which wets the needles consists of two parts. The first part forms a reservoir 25a at the location of the heating coil 14, and the second part consists of a thin film 25b covering the remaining surface of the needle, especially the tip 13a. Ceramic materials, especially those cited above, have excellent wettability. Alternatively, in another embodiment, the unheated needle is immersed in a crucible and covered with said thin layer 25,
As soon as the needle is removed, it solidifies. When using an acid or a base, the same means is usually applied except that heating is unnecessary. Heating coil 14 forming storage tank 25a
Is about several mm 3 . Next, the needle assembly 11 is removed from the crucible and cooled. If the liquid ionic compound is a mixture of salts as described above, after solidification of the salt, the coating layer 25 remains in place in a crystalline state. All of the above immersion, removal, and cooling steps can be performed at normal pressure, unlike LMIS sources that require high vacuum filling operations. Next, the extraction assembly 12 is prepared. The cylindrical body 19 is made of a stainless steel cylinder and has, for example, on a side wall thereof, an appropriate pump hole for sufficiently evacuating the internal space of the point ion source 10. The extraction electrode 20 is preferably made of tantalum, and when secured on the cylindrical body 19 so as to be screwed together as described above, forms a protective housing for the needle assembly 11. Finally, the needle assembly 11 is removed from the extraction assembly 12
And then secured therein with screws 22a, 22b. These screws make the tip apex 13a '
It is also used to perfectly center with the center of the Finally, the gap between the extraction electrode 20 and the tip 13a 'is precisely adjusted. The ion source 10 is now ready to be used in a vacuum column, such as a FIB column, once the source material has been filled (probably heated if the ionic compound is solid at room temperature).
【0026】図2に、イオン源10の別の実施態様を示
す。これは、化学反応性の高いイオン化可能ソース材料
の場合に、加熱コイル14を形成する金属と液状イオン
化合物の間に有害な作用が発生するのを防止するので好
ましい。この目的で、電気伝導性かつ熱伝導性である
が、液状イオン化合物に余りよく濡れない材料からなる
中間マンドレルを使用する。グラファイトはこれらすべ
ての点で満足できる。このマンドレルは図2では参照部
分26で示してある。図2の実施態様の製作は、図1を
参照して上述した構造から直接導かれる。FIG. 2 shows another embodiment of the ion source 10. This is preferred in the case of highly ionizable source materials that are highly reactive, as they prevent harmful effects between the metal forming the heating coil 14 and the liquid ionic compound. For this purpose, an intermediate mandrel is used which is made of a material which is electrically and thermally conductive, but which does not wet the liquid ionic compound very well. Graphite is satisfactory in all these respects. This mandrel is shown in FIG. The fabrication of the embodiment of FIG. 2 follows directly from the structure described above with reference to FIG.
【0027】本発明の高輝度点イオン源10では、液状
イオン化合物、好ましくは融解した塩、塩基または酸の
混合物を使用しているので、以下では、頭字語LICI
Sで参照することにする。これは、Liquid Me
tal Ion Sources(液状金属イオン源)
を表す用語LMISになぞらえて、Liquid Io
nic Compound Ion Sources
(液状イオン化合物イオン源)を表す。たとえばアルカ
リ金属イオン源に関しては、イオン化合物の次の2種の
混合物を使用して成功を収めた。CsNO3(82%)
とCsCl(18%)の混合物と、NaNO3(70
%)とNaCl(30%)の混合物が、それぞれCs+
/Cl-イオンおよびNa+/Cl-イオンすなわち化学
反応性の高いアルカリ金属イオンとハロゲンの生成に適
していることが判明している。H3PO4(80%)とH
2SO4(20%)の混合物は、秀れたプロトンH+源と
なる。抽出されるイオンの性質と極性は以下でさらに詳
しく説明するように、電圧源23から印加される抽出電
圧Vの極性に依存する。Since the high intensity point ion source 10 of the present invention uses a liquid ionic compound, preferably a mixture of molten salts, bases or acids, the acronym LICI will be used below.
It will be referred to by S. This is Liquid Me
tal Ion Sources (liquid metal ion source)
Like the term LMIS, which stands for Liquid Io
nic Compound Ion Sources
(Liquid ionic compound ion source). For example, for an alkali metal ion source, the following two mixtures of ionic compounds have been used successfully. CsNO 3 (82%)
And a mixture of CsCl (18%) and NaNO 3 (70
%) And NaCl (30%) were converted to Cs +
It has been found to be suitable for the production of / Cl - ions and Na + / Cl - ions, i.e., highly chemically reactive alkali metal ions and halogens. H 3 PO 4 (80%) and H
A mixture of 2 SO 4 (20%) is an excellent source of proton H + . The nature and polarity of the extracted ions depends on the polarity of the extraction voltage V applied from the voltage source 23, as described in more detail below.
【0028】LICIS源の熱イオン放出機構は比較的
単純である。というのは、既に既存のイオンを含んでい
るイオン化合物を使用し、したがって別のイオン化プロ
セスが不要だからである。その結果、低い抽出電圧
(2.5〜3.5kV)と陽イオンおよび陰イオンの放
出が可能になった。さらに、アルカリ金属とハロゲン、
さらにはプロトンも含めて、広い範囲の化学反応性の高
いイオン源が得られるようになった。さらに、これらの
混合物を使用したLICIS源は真空中でも常圧でも扱
いが容易である。その上、その寿命も許容できる長さで
ある。本発明のこの新規な高輝度点イオン源のこれらの
利点はすべて、多くの工業用FIB適用例において極め
て重要である。The thermionic emission mechanism of the LICIS source is relatively simple. This is because an ionic compound that already contains existing ions is used, so that a separate ionization process is not required. As a result, a low extraction voltage (2.5 to 3.5 kV) and emission of cations and anions became possible. In addition, alkali metals and halogens,
Further, a wide range of highly reactive ion sources including protons can be obtained. Further, a LICIS source using these mixtures is easy to handle under vacuum or normal pressure. Moreover, its lifetime is of acceptable length. All of these advantages of this novel high intensity point ion source of the present invention are very important in many industrial FIB applications.
【0029】ここで、通常のFIBシステムの真空カラ
ム内に置き、その中に適切に固定した、正常動作状態の
LICIS源10を考えてみる。LICIS源10は、
FIBカラムに直接含まれるように設計することがで
き、あるいはぴったり適合するようにFIBカラムに僅
かな改造を加えることもある。FIBカラムは、標準通
り複数の静電式レンズ、マス・フィルタ(たとえばウィ
ーン・フィルタ)などからなる。さらに、液状イオン化
合物は話の一貫性を保つため上述のように塩の混合物で
あると仮定する。まず、図1または図2の実施態様を使
用して、LICIS源10の製作後に、針アセンブリ1
1を加熱電流源18に接続して、針13上に残っていた
凝固した塩の被覆層25が液体になるまで、針13を塩
混合物の融点に加熱する。室温で一般に液状である塩基
および酸の混合物とは違って、塩混合物は一般に、上述
のように冷却後に針13の表面で結晶相をとる。抽出ア
センブリ12と融解塩混合物の間に電圧源23によって
抽出電圧Vを印加する。抽出アセンブリ12を構成する
円筒形ボデー19と抽出電極20は金属製なので、第1
の電位(V1)にある。一方、塩または塩混合物は融解
状態で導電性であることを想起されたい。したがって、
被覆層25とコイル14は(抽出電極20に対する)対
電極を形成し、これは第2の電極(V2)にある。抽出
電圧Vの値(V=V1−V2)を通常通り次第に増大さ
せる。閾値電圧値Vtに達するとすぐ、イオン・ビーム
放出が現れ、図1および図2に実線の角度27で示すよ
うにイオン・ビームが抽出される。抽出電圧Vは数k
V、約2.5〜3.5kVであり、同じ動作条件でLM
IS源の場合(5〜8kV)よりもずっと低い。塩混合
物を抽出電極20に対して正の電位にすると、液状イオ
ン化合物の前記の薄膜で被覆されたティップ頂点13
a'における抽出電圧によって生じた強い静電界の影響
下で、陽イオンのビームが抽出される。形成される液体
円錐(あらゆる点でテイラーの円錐と同様)が、ピンポ
イント放出を生じる。この点放出が、液状イオン化合物
内部の非常に高い供給関数と相まって、最良のGa L
MIS源(約106A/cm2/srまで、エネルギー分
散5eV未満)に匹敵する、本発明の高輝度ピンポイン
ト源を直接にもたらす。さらに、セラミック材料製の針
13を使用するため、ティップとイオン化可能ソース材
料の間で通常なら生じる電気化学反応が避けられる。一
方、望ましくない電気化学的副生成物の形成による放出
の不安定性もなくなる。最後に、LICIS源は安定で
信頼性が極めて高く寿命が長い。Now, consider a LICIS source 10 in a normal operating state, placed in a vacuum column of a normal FIB system and properly fixed therein. The LICIS source 10
The FIB column can be designed to be directly included in the FIB column, or may be slightly modified to fit snugly. The FIB column is composed of a plurality of electrostatic lenses, a mass filter (for example, a Wien filter) and the like as standard. Further, it is assumed that the liquid ionic compound is a mixture of salts as described above for the sake of consistency. First, after fabrication of the LICIS source 10 using the embodiment of FIG.
1 is connected to a heating current source 18 and the needle 13 is heated to the melting point of the salt mixture until the solidified salt coating 25 remaining on the needle 13 becomes liquid. Unlike mixtures of bases and acids, which are generally liquid at room temperature, salt mixtures generally take a crystalline phase on the surface of the needle 13 after cooling, as described above. An extraction voltage V is applied by a voltage source 23 between the extraction assembly 12 and the molten salt mixture. Since the cylindrical body 19 and the extraction electrode 20 constituting the extraction assembly 12 are made of metal, the first
Potential (V1). On the other hand, recall that the salt or salt mixture is conductive in the molten state. Therefore,
Coating layer 25 and coil 14 form a counter electrode (relative to extraction electrode 20), which is at the second electrode (V2). The value of the extraction voltage V (V = V1-V2) is gradually increased as usual. As soon as the threshold voltage value Vt is reached, ion beam emission appears and the ion beam is extracted as shown by the solid angle 27 in FIGS. The extraction voltage V is several k
V, about 2.5 to 3.5 kV, and LM under the same operating conditions.
Much lower than for the IS source (5-8 kV). When the salt mixture is brought to a positive potential with respect to the extraction electrode 20, the tip apex 13 covered with said thin film of liquid ionic compound
Under the influence of the strong electrostatic field created by the extraction voltage at a ', a beam of positive ions is extracted. The liquid cone that forms (similar to Taylor's cone in every respect) produces a pinpoint emission. This point emission, combined with the very high delivery function inside the liquid ionic compound, results in the best Ga L
It directly provides a high-brightness pinpoint source of the present invention, comparable to a MIS source (up to about 10 6 A / cm 2 / sr, energy dispersion less than 5 eV). In addition, the use of the needle 13 made of ceramic material avoids the electrochemical reactions that normally occur between the tip and the ionizable source material. On the other hand, release instability due to the formation of undesirable electrochemical by-products is also eliminated. Finally, LICIS sources are stable, extremely reliable and have a long life.
【0030】より一般に、混合物中のイオン化合物が一
般式A+−B-で表されるものとする。NaClなどの塩
の場合、Aはアルカリ金属を表し、Bはハロゲンを表す
が、陽イオン・ビームの大きな部分が金属Na+イオン
から構成されることがわかっている。一方、H2SO4な
どの酸の場合は、プロトンH+のビームの形成が可能に
なった。ここで、抽出電流源23の極性を反転すると、
代りに陰イオンが生成される。たとえば、NaClやC
sNO3などの塩を使用すると、それぞれ陽イオンCl-
または分子イオンNO3 -を生成することが可能である。[0030] More generally, the ion compound in the mixture formula A + -B - and those represented by. In the case of salts such as NaCl, A represents an alkali metal and B represents a halogen, but it has been found that a large portion of the cation beam is composed of metallic Na + ions. On the other hand, in the case of an acid such as H 2 SO 4 , a beam of protons H + can be formed. Here, when the polarity of the extraction current source 23 is inverted,
Instead, anions are generated. For example, NaCl or C
When salts such as sNO 3 are used, the respective cations Cl −
Or molecular ions NO 3 - is capable of generating.
【0031】その結果、本発明の新規なLICIS源と
従来のLMIS源の構造の間に何らかの類似があるとし
ても、本質的な違いが残っている。どちらの場合も、動
作の際に、液状のイオン化可能ソース材料の薄い膜で針
が再び覆われ、それが、抽出電極のすぐ前のティップ頂
点の所で高い静電界に当てられる。しかし通常のLMI
S源とは違って、LICIS源はイオン化可能ソース材
料として液状金属の代りに液状イオン化合物を使用す
る。したがって、これから説明するようにイオン放出の
機構は非常に異なる。As a result, even if there are any similarities between the structure of the novel LICIS source of the present invention and the conventional LMIS source, substantial differences remain. In either case, in operation, the needle is again covered with a thin film of liquid ionizable source material, which is subjected to a high electrostatic field at the tip apex immediately in front of the extraction electrode. But normal LMI
Unlike the S source, the LICIS source uses a liquid ionic compound instead of a liquid metal as the ionizable source material. Therefore, the mechanism of ion emission is very different, as will be explained.
【0032】イオン放出は、ティップ頂点13a'を覆
う薄膜領域で発生する。静電界の影響下で、テイラーに
よって以前に観察され報告された、従来のLMIS源に
おいて周知の円錐体に酷似の小さな円錐形の突起または
尖端の形成が認められた。この突起は、静電力と表面張
力の平衡の結果である。この突起が存在するため、ピン
ポイント・イオン放出が保証され、したがって極めて望
ましい輝度をもつLICIS源がもたらされる。CsN
O3/CsCl混合物を使用した上記の例をさらに参照
すると、通常のGa LMIS源で得られる最良の値に
全く匹敵する、106A/cm2/srもの高さの輝度が
得られた。これは液状イオン化合物における高い供給関
数によるものである。Ion emission occurs in a thin film region covering the tip apex 13a '. Under the influence of the electrostatic field, the formation of small conical protrusions or tips, previously observed and reported by Taylor, resembling well-known cones in conventional LMIS sources was observed. This protrusion is the result of a balance between electrostatic force and surface tension. The presence of this protrusion guarantees pinpoint ion emission, thus providing a LICIS source with very desirable brightness. CsN
Still referring to the above example using an O 3 / CsCl mixture, brightness as high as 10 6 A / cm 2 / sr was obtained, quite comparable to the best value obtained with a conventional Ga LMIS source. This is due to the high supply function of the liquid ionic compound.
【0033】テイラーのモデルに従って行ったこの解釈
は、上記の閾値電圧Vtに関連する閾値電界の存在によ
って確認される。イオン放出は約1μA以下の電流で開
始する。抽出電圧の閾値は、本発明のLICIS源10
では約2.5〜3.5kVであり、陽イオン・ビームで
も陰イオン・ビームでも同じ値が得られることが注目さ
れる。このことは、テイラーの円錐に匹敵する円錐状構
造という仮定を確証するものである。というのは、抽出
電極20とティップ頂点13a'における薄膜25bと
の間に発生する静電界の2乗に比例する静電エネルギー
が、その極性に依存しないからである。This interpretation, made according to Taylor's model, is confirmed by the presence of the threshold electric field associated with the threshold voltage Vt described above. Ion emission starts at a current of about 1 μA or less. The threshold of the extraction voltage is determined by the LICIS source 10 of the present invention.
Is about 2.5 to 3.5 kV, and the same value can be obtained for both the positive ion beam and the negative ion beam. This confirms the assumption of a conical structure comparable to Taylor's cone. This is because the electrostatic energy proportional to the square of the electrostatic field generated between the extraction electrode 20 and the thin film 25b at the tip apex 13a 'does not depend on its polarity.
【0034】陰イオン放出が可能なことは、液状イオン
化合物を使用するLICIS源10のもう1つの重要な
特徴であり、LMIS源では達成できなかった成果であ
る。LMIS源の極性を反転させると、テイラーの円錐
の形成直後に制御不可能な強い電解放出が開始する。こ
れは、電子放出を生じるのに必要な静電界が、液状金属
から陰イオンを抽出するのに必要な臨界電解よりも1桁
低いためである。その結果、望ましくない「爆発的な」
電子放出が開始して、陰イオン放出をマスクしてしま
う。これに反してLICIS源では、静電界に対する液
状イオン化合物の反作用により、イオン放出のみが発生
する。というのは、電子ガスが存在せず、したがって電
子電界放出の可能性はないからである。閾値電圧より上
で、LICISはそのバイアス抵抗に応じて陽イオン・
ビームまたは陰イオン・ビームの放出を生成する。The ability to release anions is another important feature of the LICIS source 10 that uses liquid ionic compounds, a result that has not been achieved with an LMIS source. Reversing the polarity of the LMIS source initiates an uncontrollable strong field emission immediately after the formation of the Taylor cone. This is because the electrostatic field required to cause electron emission is an order of magnitude lower than the critical electrolysis required to extract anions from the liquid metal. As a result, the undesirable "explosive"
Electron emission starts, masking anion emission. In contrast, in the LICIS source, only ion emission occurs due to the reaction of the liquid ionic compound with the electrostatic field. This is because there is no electron gas and therefore no possibility of electron field emission. Above the threshold voltage, LICIS responds to its bias resistance with positive ion
Generates a beam or negative ion beam emission.
【0035】LICIS源における陽イオンまたは陰イ
オン抽出の機構は、おそらく、強い静電界中で上記の突
起の頂部で既存のイオン種が電界蒸発することである。
LMIS放出との若干の類似にもかかわらず、LICI
S源の放出機構は、LMIS放出で起こる金属電界放出
とは非常に異なる。というのは外部静電の影響より前に
既に液状イオン化合物中にイオンが存在するからであ
る。The mechanism of cation or anion extraction in the LICIS source is probably that the existing ion species evaporate at the top of the protrusion in a strong electrostatic field.
Despite some similarities to LMIS release, LICI
The emission mechanism of the S source is very different from the metal field emission that occurs with LMIS emission. This is because ions already exist in the liquid ionic compound before the influence of external static electricity.
【0036】次に、LICIS源の諸特性と、従来のL
MIS源と比較してのその利点について例示する。Next, various characteristics of the LICIS source and the conventional L
An example of its advantages over a MIS source will be illustrated.
【0037】まず、陰イオン、この場合は本発明のLI
CIS源で生成されるCl-イオンの収束ビームで走査
したときの、アルミニウム基板上に形成した幅6μmの
銅格子からなる試料の2次電子像を観察した。サブミク
ロンの細部がきちんと観察できた。LMIS源は陰イオ
ン、特にこのようなCl-イオンを発生できないため、
これまでLMIS源で同様の像が得られたことはないこ
とに注目すべきである。First, an anion, in this case, LI of the present invention
A secondary electron image of a 6 μm-wide copper lattice sample formed on an aluminum substrate was observed when scanning with a focused beam of Cl − ions generated by a CIS source. Submicron details were clearly observed. Since the LMIS source cannot generate anions, especially such Cl - ions,
It should be noted that similar images have never been obtained with an LMIS source.
【0038】次に、Cs+イオンで従来のLMIS源で
同じ解像度を得るのに通常必要なエネルギーの下限より
も著しく低い値である5kVという低いエネルギー・ビ
ームで得られた、同じ試料の2次電子像を観察した。観
察されたこれらの像は、GaLMIS源で得られる解像
度に匹敵する空間解像度を示した。Next, a second order of the same sample obtained with a low energy beam of 5 kV, which is significantly lower than the lower limit of energy normally required to obtain the same resolution with a conventional LMIS source with Cs + ions, The electronic image was observed. These images observed showed spatial resolution comparable to that obtained with a GaLMIS source.
【0039】要約すると、LICIS源の輝度は、最良
のGa LMIS源の輝度と少なくとも等しく、あるい
は(低エネルギーでは)より優れており、興味深いこと
に、アルカリ金属、ハロゲン、プロトンなど広範囲の新
しいイオン種を供給できる可能性がある。In summary, the brightness of the LICIS source is at least equal to or better (at low energies) than the best Ga LMIS source, and interestingly, a wide range of new ion species such as alkali metals, halogens, protons, etc. Could be supplied.
【0040】本発明の新しいLICIS源は、イオン・
プローブと試料の間の物理的相互作用を伴う収束イオン
・ビームにおける従来のLMIS源のあらゆる用途のほ
とんどに合うようにさらに適合させることができる。た
とえば、IC修理、ICの障害分析、超小型ヒューズの
切断による再構成などの用途で価値のある固体ターゲッ
トの局所的イオン・ビーム・マイクロミリングを引用す
ることができよう。オージェ解析、高解像度SEMやT
EM用のサンプルは、斜角、断面または薄い箔のミリン
グによって調整することができる。もう1つの用途は、
走査された収束イオン・ビームの衝撃によって放出され
た2次電子または2次イオンの検出によってサンプルを
視覚化する、走査型イオン顕微鏡技術の分野である。も
う1つの用途は、スパッタされた化学種の(たとえばS
IMS技術における)識別による局所的ターゲット分
析、イオン注入による半導体の電気特性の局所的改変、
化学結合の局所的改変(イオン・ビーム・リソグラフ
ィ、ポリマーおよび半導体のドーピング)に見られる。
このように、本発明のLICIS源は、FIBシステム
の可能な用途の新しい分野を開きつつある。The new LICIS source of the present invention is ion-
It can be further adapted to fit most of all the uses of a conventional LMIS source in a focused ion beam with physical interaction between the probe and the sample. For example, local ion beam micro-milling of a solid target that may be of value in applications such as IC repair, IC failure analysis, micro-fuse blowout reconstruction, etc. may be cited. Auger analysis, high resolution SEM and T
Samples for EM can be prepared by beveling, cross-section or by milling thin foils. Another use is
The field of scanning ion microscopy technology that visualizes a sample by detecting secondary electrons or secondary ions emitted by the bombardment of a scanned focused ion beam. Another application is for sputtered species (eg, S
Local target analysis by identification (in IMS technology); local modification of semiconductor electrical properties by ion implantation;
Found in local modifications of chemical bonds (ion beam lithography, polymer and semiconductor doping).
Thus, the LICIS source of the present invention is opening up a new field of possible applications for FIB systems.
【0041】まず、化学反応性イオンを生成する液状イ
オン源のケースを考える。ハロゲン・イオンに関して、
Ga LMIS源を装備したFIBシステムの使用者は
しばしば、反応性ハロゲン・ベースのガス(Cl2やX
eF2など)を挿入してスパッタリング(ガス強化エッ
チング)の衝突プロセスに伴う化学的効果を得ている。
LICIS源はこれらの反応性元素を入射イオンとして
直接使用し、これにより、危険かつ腐食性であることが
知られている高反応性ガスの使用が避けられる。ハロゲ
ン・イオンなどの化学反応性の高い化学種の使用にはい
くつかの利益がある。まず第一に、大部分のターゲット
材の除去速度がかなり増大して、機械加工時間が短縮さ
れ、スループットが高くなる。第二に、ハロゲン・イオ
ンはスパッタされた材料と化学的に反応して、多くの場
合に気状の副生成物を形成し、これはポンプ・システム
で除去される。このように、LICIS源を使用する
と、攻撃された領域の近傍でのスパッタ材料の再付着が
減少する。最後に、いくつかのハロゲンは高い選択性を
もつ(たとえば、フッ素化合物は絶縁体をアルミニウム
などの金属よりも速い速度でエッチングする)ため、I
Cの埋設構造上に、その一部分に損傷を与えずに、操作
用の窓を開けることが可能になる。ここでアルカリ金属
イオンのケースを検討すると、化学的反応性の最も高い
金属の1つであるセシウムは、2次イオンの収率をかな
り高める。このことは、SIMS分析におけるLICI
S源の諸用途にとって非常に重要である。良好な量子化
SIMS解析結果を得るには、高いイオン・ビーム電流
と、高い2次イオン収率を与える1次イオン種を得る必
要がある。一方、特に超小型電子技術においては、分析
すべき試料上で高い空間解像度を達成することが非常に
重要である。このため、よく収束された1次イオン・ビ
ームが要求される。FIBカラムにおいてLICIS源
を使用すると、これらの品質、すなわちセシウム・イオ
ンと、サブミクロン級プローブ(25nmまで)におけ
る高いイオン・ビーム電流がすべて得られる。First, consider the case of a liquid ion source that produces chemically reactive ions. Regarding halogen ions,
User of FIB systems with Ga LMIS sources often reactive halogen-based gas (Cl 2 or X
eF 2, etc.) to obtain the chemical effect associated with the collision process of sputtering (gas enhanced etching).
The LICIS source uses these reactive elements directly as incident ions, thereby avoiding the use of highly reactive gases, which are known to be dangerous and corrosive. The use of highly reactive species, such as halogen ions, has several benefits. First of all, the removal rate of most target materials is significantly increased, reducing machining time and increasing throughput. Second, the halogen ions react chemically with the sputtered material, often forming gaseous by-products, which are removed by the pump system. Thus, the use of a LICIS source reduces sputter material redeposition near the attacked area. Finally, some halogens have high selectivity (eg, fluorine compounds etch insulators at a faster rate than metals such as aluminum), and
The operation window can be opened on the buried structure of C without damaging a part thereof. Considering the case of alkali metal ions, cesium, one of the most chemically reactive metals, significantly increases the yield of secondary ions. This is because LICI in SIMS analysis
Very important for various uses of the S source. To obtain a good quantized SIMS analysis result, it is necessary to obtain a primary ion species that gives a high ion beam current and a high secondary ion yield. On the other hand, especially in microelectronics, achieving a high spatial resolution on the sample to be analyzed is very important. This requires a well focused primary ion beam. The use of a LICIS source in a FIB column gives all of these qualities, i.e., cesium ions and high ion beam currents in submicron probes (up to 25 nm).
【0042】次にプロトンの具体的ケースを検討する
と、本発明のLICIS源は可能な用途の広い分野を開
く高輝度プロトン源を提供していることに注目すべきで
ある。たとえば、従来の技術でもってこれまで得ること
が不可能であった、プロトン顕微鏡イオン・ビーム・リ
ソグラフィ(小さな構造物に対する近接効果がなく、イ
オンに対するレジストの感度が非常に高い)、局在ラザ
フォード後方散乱分析(RBS)、非常に高い空間解像
度の粒子線励起X線分光分析(PIXE)の分野があ
る。Turning now to the specific case of protons, it should be noted that the LICIS source of the present invention provides a high intensity proton source that opens up a wide range of possible applications. For example, proton microscopy ion beam lithography (no proximity effect on small structures, very high sensitivity of the resist to ions), localized Rutherford back, previously not possible with conventional techniques There is the field of scattering analysis (RBS), very high spatial resolution particle beam excited x-ray spectroscopy (PIXE).
【0043】最後に、多くの用途では、例えばTEM試
料調製の際にイオン・ビームで誘発される欠陥の生成を
減らすために、低エネルギー・ビームで作業することが
望ましい。LICIS源は、従来のLMIS源の約1/
2の抽出電圧で動作する。このため、ビームを遅延させ
ずに、2.5〜3.5kVまでのビーム・エネルギーで
作業することが可能になる(ビーム遅延は、電流密度の
非常に大きな損失と、その後の機械加工時間の増大をも
たらすことになる)。Finally, for many applications, it is desirable to work with a low energy beam, for example, to reduce ion beam induced defect creation during TEM sample preparation. The LICIS source is about 1/1 of the conventional LMIS source.
It operates with an extraction voltage of 2. This makes it possible to work with beam energies from 2.5 to 3.5 kV without delaying the beam (the beam delay is a very large loss of current density and the subsequent machining time Will increase).
【0044】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。In summary, the following matters are disclosed regarding the configuration of the present invention.
【0045】(1)液状のイオン化合物で動作するよう
になされた高輝度点イオン源(10)であって、 a)ティップ(13a)と称する尖点形末端を備えた、
前記液状イオン化合物で濡れるようになされた耐火セラ
ミック材料製の針(13)、および針を支持する手段
(15)を含む、イオン放出手段(11)と、 b)孔(20a)を備える導電材料製の抽出電極(2
0)、および前記抽出電極と前記ティップの頂点(13
a')の正確な関係を維持する手段を含む、イオン抽出
手段(12)とを備える高輝度点イオン源。 (2)前記イオン放出手段がさらに、針に結合された、
針を前記イオン化合物の融点またはそれよりすぐ上の温
度に加熱するための加熱手段(14)を備えることを特
徴とする、上記(1)に記載の高輝度点イオン源。 (3)前記加熱手段が、針のティップに隣接する位置で
針の周りにきつく巻き付けた加熱コイルからなることを
特徴とする、上記(2)に記載の高輝度点イオン源。 (4)前記加熱手段が、少量の液状イオン化合物を集め
て前記イオン化合物の貯槽(25a)を形成し、そこか
ら前記イオン化合物が流れてティップをその薄い膜(2
5b)で濡らすことができるようになされることを特徴
とする、上記(3)に記載の高輝度点イオン源。 (5)コイルを形成する材料と液状イオン化合物の間の
化学反応を防止するため、液状イオン化合物に容易に濡
れない熱伝導性かつ電気伝導性材料からなるマンドレル
(26)が、コイルと針の中間に配置されることを特徴
とする、上記(3)または(4)に記載の高輝度点イオ
ン源。 (6)前記マンドレルがグラファイト製であることを特
徴とする、上記(5)に記載の高輝度点イオン源。 (7)前記針支持手段が実質的に、(i)針をその中に
固定するための凹窩を有する中空部材(16)と、(i
i)その中に鋳込まれ、その両端が加熱コイルのそれぞ
れの末端に隣接される2本のピン(17a、17b)と
を備える絶縁性支持体からなることを特徴とする、上記
(3)ないし(6)のいずれか一項に記載の高輝度点イ
オン源。 (8)前記抽出電極が、全体的に円形を有し、円筒形金
属ボデー(19)に固定されて、イオン放出手段のハウ
ジングを形成することを特徴とする、上記(1)ないし
(7)のいずれか一項に記載の高輝度点イオン源。 (9)前記イオン放出手段が、前記円筒形金属ボデー内
部に取り付けられ、調節可能な心合せ手段(22)によ
ってその中にきつく固定されることを特徴とする、上記
(8)に記載の高輝度点イオン源。 (10)前記抽出電極および円筒形ボデーが、調節可能
手段(21)を備え、抽出電極の孔の中心とイオン放出
手段のティップ頂点との間の間隔が正確に調節できるよ
うになっていることを特徴とする、上記(8)または
(9)に記載の高輝度点イオン源。 (11)前記耐火セラミック材料が、アルミナ(Al2
O3)と酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる群から選
択されることを特徴とする、上記(1)ないし(10)
のいずれか一項に記載の高輝度点イオン源。 (12)さらに付着防止シールド(24)を備えること
を特徴とする、上記(1)ないし(11)のいずれか一
項に記載の高輝度点イオン源。 (13)前記イオン化合物が塩の混合物であることを特
徴とする、上記(1)ないし(12)のいずれか一項に
記載の高輝度点イオン源。 (14)前記塩混合物が、82%のCsNO3と18%
のCsClの混合物からなることを特徴とする、上記
(13)に記載の高輝度点イオン源。 (15)前記塩混合物が、70%のCsNO3と30%
のNaClの混合物からなることを特徴とする、上記
(13)に記載の高輝度点イオン源。 (16)前記イオン化合物が、酸の混合物であることを
特徴とする、上記(1)ないし(15)のいずれか一項
に記載の高輝度点イオン源。 (17)前記酸混合物が、80%のH3PO4と20%の
H2SO4の混合物からなることを特徴とする、上記(1
6)に記載の高輝度点イオン源。 (18)前記イオン化合物が酸または塩基の混合物から
なることを特徴とする、上記(1)ないし(17)のい
ずれか一項に記載の高輝度点イオン源。 (19)FIBシステムの真空カラム中におけるイオン
放出の方法であって、 a)液状のイオン化合物の混合物を調製するステップ
と、 b)液状または固体状の前記混合物の被覆で覆われた、
ティップ(13a)と称する尖点状末端を有する、耐火
セラミック材料製の針(13)から本質的になる、イオ
ン放出エレメント(11)を製作するステップと、 c)調節可能手段(21)で金属ボデー(19)に固定
された、中心孔(20a)を備える金属製抽出電極(2
0)から本質的になる、イオン抽出エレメント(12)
を製作するステップと、 d)イオン放出エレメントをイオン抽出エレメント中に
取り付けて、その中にかたく固定してよく心合せさせ、
次いで前記抽出電極の孔の中心とティップ頂点との間の
間隔を高輝度点イオン源を得るために正確に調節するス
テップと、 e)イオン源をFIBカラムの放出点に置くステップ
と、 f)前記被覆が固体状の場合は、針を加熱するステップ
と、 g)ティップ頂点の前記被覆と前記イオン抽出エレメン
トの間に適当な抽出電圧を印加して、イオン・ビームを
発生するのに十分な静電界を生成させるステップとを含
む方法。(1) A high intensity point ion source (10) adapted to operate with a liquid ionic compound, comprising: a) a pointed end called a tip (13a);
An ion emitting means (11) including a needle (13) made of a refractory ceramic material adapted to be wetted by said liquid ionic compound, and means (15) for supporting the needle; and b) a conductive material comprising holes (20a). Extraction electrode (2
0), and the apex of the extraction electrode and the tip (13
a high intensity point ion source comprising ion extraction means (12), including means for maintaining the exact relationship of a '). (2) said ion emitting means is further coupled to a needle;
The high-brightness point ion source according to the above (1), further comprising heating means (14) for heating the needle to a temperature at or just above the melting point of the ionic compound. (3) The high-intensity point ion source according to (2), wherein the heating means comprises a heating coil tightly wound around the needle at a position adjacent to the tip of the needle. (4) The heating means collects a small amount of the liquid ionic compound to form a storage tank (25a) for the ionic compound, from which the ionic compound flows to form a thin film (2).
The high-brightness point ion source according to the above (3), characterized in that it can be wetted in 5b). (5) In order to prevent a chemical reaction between the material forming the coil and the liquid ionic compound, a mandrel (26) made of a heat conductive and electrically conductive material that is not easily wetted by the liquid ionic compound is used to form the coil and the needle. The high-brightness point ion source according to the above (3) or (4), which is arranged in the middle. (6) The high-brightness point ion source according to (5), wherein the mandrel is made of graphite. (7) said needle support means substantially comprising: (i) a hollow member (16) having a recess for securing a needle therein;
(3) The above (3), characterized in that it comprises an insulating support cast therein and having two pins (17a, 17b) at both ends adjacent to respective ends of the heating coil. A high-brightness point ion source according to any one of (6) to (6). (8) The above (1) to (7), wherein the extraction electrode has a generally circular shape and is fixed to a cylindrical metal body (19) to form a housing of the ion emitting means. The high brightness point ion source according to any one of the above. (9) The height according to (8), wherein the ion emitting means is mounted inside the cylindrical metal body and is tightly fixed therein by adjustable centering means (22). Bright point ion source. (10) The extraction electrode and the cylindrical body are provided with adjustable means (21) so that the distance between the center of the hole of the extraction electrode and the tip apex of the ion emitting means can be accurately adjusted. The high-intensity point ion source according to the above (8) or (9), characterized in that: (11) The refractory ceramic material is alumina (Al 2
(1) to (10), which are selected from the group consisting of O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ).
The high brightness point ion source according to any one of the above. (12) The high-brightness point ion source according to any one of (1) to (11), further including an adhesion prevention shield (24). (13) The high-brightness point ion source according to any one of (1) to (12), wherein the ionic compound is a mixture of salts. (14) The salt mixture is 82% CsNO 3 and 18%
The high-brightness point ion source according to the above (13), comprising a mixture of CsCl. (15) The salt mixture is 70% CsNO 3 and 30%
The high-brightness point ion source according to the above (13), comprising a mixture of NaCl. (16) The high-brightness point ion source according to any one of (1) to (15), wherein the ionic compound is a mixture of acids. (17) The above (1), wherein the acid mixture comprises a mixture of 80% H 3 PO 4 and 20% H 2 SO 4.
The high-brightness point ion source according to 6). (18) The high-brightness point ion source according to any one of the above (1) to (17), wherein the ionic compound comprises a mixture of an acid or a base. (19) A method of ion release in a vacuum column of a FIB system, comprising: a) preparing a mixture of liquid ionic compounds; b) coated with a coating of the mixture in liquid or solid form;
Fabricating an ion emitting element (11) consisting essentially of a needle (13) made of a refractory ceramic material having a pointed tip called a tip (13a); A metal extraction electrode (2) having a center hole (20a) fixed to the body (19)
Ion extraction element (12) consisting essentially of 0)
D) mounting the ion-emitting element in the ion-extracting element, firmly fixing and firmly centering therein;
Then precisely adjusting the spacing between the center of the extraction electrode hole and the tip apex to obtain a high intensity point ion source; e) placing the ion source at the emission point of the FIB column; f) Heating the needle if the coating is solid; and g) applying a suitable extraction voltage between the coating at the tip apex and the ion extraction element to generate an ion beam. Generating an electrostatic field.
【図1】加熱コイルによって液状イオン化合物を直接加
熱する、本発明の新規な高輝度点イオン源の第1の実施
態様を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the novel high-brightness point ion source of the present invention in which a liquid ionic compound is directly heated by a heating coil.
【図2】グラファイト・マンドレルを用いて間接加熱技
術を実施した、したがって液状イオン化合物が加熱コイ
ルと接触しない、本発明の新規な高輝度点イオン源の第
2の実施態様を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a second embodiment of the novel high brightness point ion source of the present invention in which an indirect heating technique has been performed using a graphite mandrel, and thus no liquid ionic compound has contacted the heating coil. .
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 594113931 オルセー・フィジック フランス国91893、オルセー・セデュー、 クリュブ・オルセー・ユンベルシィテ、 リュー・ジャン・ロスタン・パーク29番 地 (72)発明者 アントワーヌ・コルバン フランス75016 パリ リュー・ド・パ スィ 80 (72)発明者 ピエール・シュドロー フランス91410 サン・シール・シュ ル・ドゥルドン リュー・ド・フワナー ル 2 (72)発明者 レネ・セレ フランス91940 レジュリ レジダン ス・レ・シャン・ラニエ バティモン・ ビー(番地なし) (56)参考文献 特開 昭59−54156(JP,A) 特開 昭62−133643(JP,A) 特開 昭62−232838(JP,A) 特開 昭61−279038(JP,A) 特開 平3−245447(JP,A) 特開 昭60−138831(JP,A) 特開 昭63−221541(JP,A) 特開 平5−205680(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (73) Patent holder 594113931 Orsay-Physic France 91893, Orsay-Cedue, Club-Orsay-Humbersite, 29 Rue Jean-Rostan Park (72) Inventor Antoine Corvin France 75016 Paris Lieux de Pasie 80 (72) Inventor Pierre Sudrow France 91410 Saint-Cyr-sur-Drudon Lieux de Fwanard 2 (72) Inventor Rene Serre France Shan Lanier Batimon B (No address) (56) References JP-A-59-54156 (JP, A) JP-A-62-133643 (JP, A) JP-A-62-232838 (JP, A) Sho 61-279038 (JP, A) 3-245447 (JP, A) JP-A-60-138831 (JP, A) JP-A-63-221541 (JP, A) JP-A-5-205680 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 27/00-27/26 H01J 37/08
Claims (10)
れた高輝度点イオン源であって、 ティップと称する尖点形末端を備えた、前記液状イオン
化合物で濡れるようになされた耐火セラミック材料製の
針、および針を支持する手段を含む、イオン放出手段
と、 孔を備える導電材料製の抽出電極、および前記抽出電極
と前記ティップの頂点の正確な関係を維持する手段を含
む、イオン抽出手段とを備え、 前記イオン放出手段がさらに、針に結合された、針を前
記イオン化合物の融点またはそれよりすぐ上の温度に加
熱するための加熱手段を備え、 前記加熱手段が、針のティップに隣接する位置で針の周
りにきつく巻き付けた加熱コイルからなり、 コイルを形成する材料と液状イオン化合物の間の化学反
応を防止するため、液状イオン化合物に容易に濡れない
熱伝導性かつ電気伝導性材料からなるマンドレルが、前
記コイルと前記針の中間に配置されることを特徴とす
る、高輝度点イオン源。1. A high intensity point ion source adapted to operate with a liquid ionic compound, comprising a refractory ceramic material adapted to be wetted by said liquid ionic compound, having a pointed end called a tip. Ion extraction means comprising: a needle; and means for supporting the needle; an extraction electrode made of a conductive material having holes; and means for maintaining an accurate relationship between the extraction electrode and the apex of the tip. Wherein the ion emitting means further comprises heating means coupled to the needle for heating the needle to a temperature at or above the melting point of the ionic compound, wherein the heating means comprises a needle tip. It consists of a heating coil tightly wound around the needle at an adjacent position, and prevents liquid reaction between the material forming the coil and the liquid ionic compound. Mandrel made of an easily heat-conductive and electrically conductive material not wet, characterized in that it is disposed intermediate of said coil needle, high brightness point ion source.
とを特徴とする、請求項1に記載の高輝度点イオン源。2. The high intensity point ion source according to claim 1, wherein said mandrel is made of graphite.
れた高輝度点イオン源であって、 ティップと称する尖点形末端を備えた、前記液状イオン
化合物で濡れるようになされた耐火セラミック材料製の
針、および針を支持する手段を含む、イオン放出手段
と、 孔を備える導電材料製の抽出電極、および前記抽出電極
と前記ティップの頂点の正確な関係を維持する手段を含
む、イオン抽出手段とを備え、 前記イオン化合物が塩の混合物であることを特徴とす
る、高輝度点イオン源。3. A high intensity point ion source adapted to operate with a liquid ionic compound, comprising a refractory ceramic material adapted to be wetted by said liquid ionic compound, having a pointed tip called a tip. Ion extraction means comprising: a needle; and means for supporting the needle; an extraction electrode made of a conductive material having holes; and means for maintaining an accurate relationship between the extraction electrode and the apex of the tip. And wherein the ionic compound is a mixture of salts.
とを特徴とする、請求項1又は2に記載の高輝度点イオ
ン源。4. The high-brightness point ion source according to claim 1, wherein the ionic compound is a mixture of salts.
lの混合物、CsNO3とNaClの混合物、からなる
グループから選択されることを特徴とする、請求項3又
は4に記載の高輝度点イオン源。5. The mixture of salts comprises CsNO 3 and CsC.
5. The high-brightness point ion source according to claim 3, wherein the high-brightness point ion source is selected from the group consisting of a mixture of C. 1 and a mixture of CsNO 3 and NaCl.
8%のCsClの混合物からなることを特徴とする、請
求項5に記載の高輝度点イオン源。6. The salt mixture comprises 82% CsNO 3 and 1%.
The high intensity point ion source according to claim 5, characterized in that it comprises a mixture of 8% CsCl.
0%のNaClの混合物からなることを特徴とする、請
求項5に記載の高輝度点イオン源。7. The method according to claim 1, wherein said salt mixture comprises 70% CsNO 3 and 3%.
The high-brightness point ion source according to claim 5, comprising a mixture of 0% NaCl.
れた高輝度点イオン源であって、 ティップと称する尖点形末端を備えた、前記液状イオン
化合物で濡れるようになされた耐火セラミック材料製の
針、および針を支持する手段を含む、イオン放出手段
と、 孔を備える導電材料製の抽出電極、および前記抽出電極
と前記ティップの頂点の正確な関係を維持する手段を含
む、イオン抽出手段とを備え、 前記イオン化合物が酸の混合物であることを特徴とす
る、高輝度点イオン源。8. A high intensity point ion source adapted to operate with a liquid ionic compound, comprising a refractory ceramic material adapted to be wetted by said liquid ionic compound, having a pointed end called a tip. Ion extraction means comprising: a needle; and means for supporting the needle; an extraction electrode made of a conductive material having holes; and means for maintaining an accurate relationship between the extraction electrode and the apex of the tip. And wherein the ionic compound is a mixture of acids.
とを特徴とする、請求項1又は2又に記載の高輝度点イ
オン源。9. The high-brightness point ion source according to claim 1, wherein the ionic compound is a mixture of acids.
0%のH2SO4の混合物からなることを特徴とする、請
求項9に記載の高輝度点イオン源。10. An acid mixture comprising 80% H 3 PO 4 and 2%.
Characterized by comprising 0% of a mixture of H 2 SO 4, high-intensity point ion source of claim 9.
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