액체금속 및 기체 이온원의 이온빔 특성에 관한 연구 :A study of Ion beam characteristics of liquid metal and gas Ion source

민부기

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자료유형: 학위논문

저자정보: 민부기 (광운대학교, 광운대학교 대학원)

지도교수: 최은하

발행연도: 2017

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2017

기체 이온원의 이온빔 특성에 관한 연구

민부기 , 김주성 , 김병진 외 2명 한국진공학회 학술발표회초록집 2017.08 학술대회자료

액체금속 및 기체 이온원의 이온빔 특성에 관한 연구

민부기 전자물리학과 2017.01 학위논문

2012

서프레서를 적용한 집속이온빔 장치 액체금속이온원의 각분포 특성연구

민부기 , 오현주 , 강승언 외 1명 한국진공학회 학술발표회초록집 2012.02 학술대회자료

2011

서프레셔를 적용한 액체금속이온원의 에너지 퍼짐 연구

민부기 , 오현주 , 조병성 외 2명 한국진공학회 학술발표회초록집 2011.02 학술대회자료

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본 연구는 집속이온빔 장치(Focused ion beam : FIB, Gamma Fouces ion beam :γ- FIB)에 사용하는 액체금속이온원과 열전자 소스의 특성에 대해서 연구하였다.
액체금속이온원(Liquid metal ion source)의 경우 고 전류 밀도, 고휘도, 낮은 에너지퍼짐등을 가지고 있어서 많은 산업현장에 사용되고 있다. 주 로 표면 분석이나 집적회로의 수정 마스크교정 등에 사용되고 있다. 최근에는 고 분해능의 이온빔 리소그래피와 이온주입의 기술 및 미세가공 기술 등의 분야에 집중되고 있으며 이를 위해서는 집속이온빔 장치의 수렴성을 개선해 나가는 것이 중요하다.
집속이온빔의 경우 수렴성은 이온빔의 에너지 퍼짐(Energy spread)과 각 분포 (Angular distribution)에 많은 영향을 받는다. 에너지 퍼짐의 경우색수차와 밀접한 관련이 있다. 수렴성의 개선을 위해 기존의 에미터(emitter)와 저장소(reservoir)로 제작된 액체금속이온원 이외에 서프레서(supperssor)라는 새로운 전극을 추가하여 기존 두 개의 전극에서 세 개의 전극으로 이온전류를 방출시켜 그에 따른 에너지 퍼짐의 변화와 각분포에 대해 측정하였다.
측정 방식은 방출 전류를 5 μA, 10 μA, 15 μA, 20 μA로 변경해가면서 각각의 전류에 대한 에너지 퍼짐과 각분포를 측정하였으며, 서프레서를 적용한 액체금속이온원과 서프레서가 없는 액체금속 이온원과의 비교 분석을 하였다.
또 FIB구조와 같은 원리로 작동하는 Gamma FIB 또한 수렴성의 개선을통해 더 정밀한 데이터를 얻을 수 있다. 그러기 위해선 현재 gamma FIB에 사용하고 있는 이온원 특성에 대해 정확히 알아야 할 필요가 있다.그래서 액체금속이온원에서의 에너지 퍼짐과 각분포 측정 방식을 이용하여 gamma FIB의 소스 특성 분석 연구를 실시하였다. 측정 방식은 동일한 진공상태에서 주입해주는 가스(아르곤, 헬륨, 질소,
네온)를 바꾸어가며 가속전압(50 V, 100 V, 150 V, 200 V, 250 V)에 따른 에너지 퍼짐과 각분포를 측정하였다.

In this study, we investigate the characteristics of a liquid metal ionsource and a thermo electron source used in a focused ion beam (FIB, gamma Focused ion beam: γ-FIB).
Liquid metal ion sources have high current density, high brightness, low energy spread. And they are used in many industrial fields. It is mainly used for surface analysis, pattern mask correction and correction of integrated circuits. In recent years, many researchers have focused on high-resolution ion beam lithography and ion implantation techniques and micromachining techniques. For those purpose, it is important to improve the convergence of the focused ion
beam apparatus.
In the case of a focused ion beam, convergence is greatly influenced by the energy spread and the angular distribution of the ion beam. Energy spread is closely related to chromatic aberration. In order to improve the convergence, a new electrode called a was added in addition to a liquid metal ion source made of a conventional emitter and a reservoir to emit an ion current from the two electrodes to the three electrodes. The variation of the energy spread and the angular distribution were measured.
The energy spreads and angular distributions for each current were measured while changing the emission currents to 5 μA, 10 μA, 15 μA and 20 μA. A comparison analysis was performed with liquid metal ion source with the suppressor and the liquid metal ion without suppressor.
In addition, the Gamma FIB, which operates on the same principle as the FIB structure, can also obtain more precise data by improving the convergence. In order to do so, it is necessary to know precisely the characteristics of the ion source used in the gamma FIB. So, we analyzed the source characteristics of gamma FIB by using energy spreading and angular distribution measurement method in liquid metal ion source.
The energy spread and angular distribution were measured according to the accelerating voltage (50 V, 100 V, 150 V, 200 V, 250 V) while changing the gas (argon, helium, nitrogen and neon).

제 1 장. 서 론 1
제 2 장. 집속이온빔 장치(Focused ion beam system)와 액체금속이온원(Liquid metal ion source) 3
2.1. 집속이온빔 장치 3
2.2. 집속이온빔 장치의 응용 4
2.3. 액체금속이온원 (LMIS : Liquid Metal Ion Source) 9
2.4. 액체금속이온원의 이온빔 발생 원리 10
제 3 장. 서프레서 전극을 적용한 액체금속이온원의 에너지 퍼짐(Energy Spread)과 각분포(Angular Distribution) 17
3.1. 액체금속이온원 제작 17
3.2. 저지형 에너지 분석장치 (Retarding potential analyser : RPA) 26
3.2.1. 에너지 분석 장치 구조 27
3.3. 에너지 퍼짐과 에너지 결손 28
3.4. 액체금속이온원의 각분포(Angular distribution) 특성 29
3.4.1. 각분포 측정 장치구조 30
제 4 장. 실험과정 및 결과 32
4.1. 서프레서 유·무에 따른 액체금속이온원의 에너지퍼짐(Energy Spread) 측정 32
4.1.1. 액체금속이온원의 에너지 퍼짐 결과(서프레서 전극이 없는 구조) 34
4.1.2. 액체금속이온원의 에너지 퍼짐 결과(서프레서 전극 구조) 44
4.2. 서프레서 유·무에 따른 액체금속이온원의 각분포(Angular distribution)측정 55
4.2.1. 액체금속이온원의 각분포 결과(서프레서 전극이 없는 구조) 55
4.2.2. 액체금속이온원의 각분포 결과(서프레서 전극 구조) 56
제 5 장. γ - FIB(Focused ion beam) 장치와 가스 이온원 64
5.1. 전자방출 64
5.1.1. 열전자 방출 64
5.1.2. Richardson''s law 66
5.2. 실험방법 70
5.2.1. γ- FIB 장치 70
5.2.2. 가스 이온원의 전류 전압 특성 측정 73
5.2.3. 가스 이온원의 에너지 퍼짐 특성 측정 83
5.2.4. 가스 이온원의 각분포 특성 측정 138
제 6 장 결론 144

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