荷電粒子ビーム装置、チップ再生方法、及び試料観察方法
【課題】チップを装置から取り出すことなくチップ先端のピラミッド構造の再生を図ること。
【解決手段】針状のチップ１と、チップ１にガスを供給するガス供給部と、チップ表面に吸着したガスをイオン化してイオンビームを引き出す引出電極４と、チップ１と引出電極４の間に電圧を印加する電圧供給部２７と、チップ表面と同じ金属をイオンビームが照射される面に備えたチップ再生電極と、を有する荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】針状のチップ１と、チップ１にガスを供給するガス供給部と、チップ表面に吸着したガスをイオン化してイオンビームを引き出す引出電極４と、チップ１と引出電極４の間に電圧を印加する電圧供給部２７と、チップ表面と同じ金属をイオンビームが照射される面に備えたチップ再生電極と、を有する荷電粒子ビーム装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ形状のビーム源から荷電粒子ビームを試料に照射し観察する荷電粒子ビーム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、集束イオンビーム装置のイオン源として液体金属ガリウムを用いられている。また、近年では、微細なチップにイオン源ガスを供給して、チップ先端に形成された強力な電界により、チップに吸着したイオン源ガス種をイオン化し、イオンビームを引き出す電界電離型イオン源を用いた集束イオンビームが開発されている。
【０００３】
先端を先鋭化した第一の金属、例えばＷ（１１１）に第二の金属、例えばＩｒを真空蒸着、メッキしたチップを使用するガスイオン源、もしくは電子源を備えた荷電粒子ビーム装置が開示されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
ここでは、イオン源、もしくは電子源はチップを１０００から１１００℃で加熱を行うことで（２１１）面のファセットがおこり、先端から１原子で終端されたピラミッド構造となることを利用している。このピラミッド構造は熱的に安定であり、先端原子が破損しても、再度加熱することでピラミッド構造が再生する。
【０００５】
エミッター（ガスイオン源、もしくは電子源）の光源径が原子サイズと小さいことから、より小さなビーム径を持つイオンビーム、電子ビーム装置を実現することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔｓｕ−Ｙｉ Ｆｕ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ ６４（２００１）１１３４０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、先端が１原子で終端されたピラミッド構造が再生する回数に制限があった。加熱を繰り返すと、先端の第二の金属が不足し、ピラミッド構造先端がファセットし、１１１面（三角形）が形成されてしまう。先端が１１１面になると、光源径が大きくなり、性能が低下する。また先端の淵から放出されるイオンを使用すると放出角度が大きく角度調整が困難となる。このためチップが使用不可能となってしまう。
【０００８】
そこで、第二の金属が不足すると、チップを交換するか、チップに再度真空蒸着、もしくはメッキを施すことが必要になる。しかし、チップ交換、真空蒸着やメッキを施すためには、チップを一度装置の外に取り出すことが必要になり、作業効率が悪かった。
【０００９】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、チップを装置から取り出すことなくチップ先端のピラミッド構造を再生させる荷電粒子ビーム装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、針状のチップと、チップにガスを供給するガス供給部と、チップ表面に吸着したガスをイオン化してイオンビームを引き出す引出電極と、チップと引出電極の間に電圧を印加する電圧供給部と、イオンビームを照射してスパッタリングされた粒子をチップに堆積させるために、チップ表面と同じ金属をイオンビームが照射される面に備えたチップ再生電極と、を有する。これにより、チップから放出したイオンをチップ再生電極に衝突させ、チップ表面と同じ金属をスパッタリングし、スパッタリングされたチップ表面と同じ金属をチップ先端に堆積させることで不足したチップ表面の金属を供給し、再度、先端構造を１原子で終端されたピラミッド構造とすることを可能とする。
【００１１】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、電圧供給部が、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧をチップと引出電極との間に印加可能である。これにより、チップに引き寄せられたガスがチップ先端に到達する前にイオン化させ、チップから大きな角度に放出することができる。
【００１２】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップにガスよりも分子量が大きい第二のガスを供給する第二のガス供給部を有する。これによりスパッタリング効率が小さいガスを用いて試料観察する場合でも、チップ再生用に分子量の大きい第二のガスを用いてチップ再生電極をスパッタリングすることができる。
【００１３】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、第二のガスが、試料観察用のガスよりもイオン化ポテンシャルの小さいことを特徴とする。
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップ再生電極が引出電極である。
【００１４】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップの先端から放出されるイオンビームの光軸上に前記チップ再生電極を移動可能な駆動部を有する。これによりチップ再生時にチップ再生電極をイオンビームの光軸上に移動させ、イオンビームを観察時と同じ光軸上に照射することでチップ再生電極をスパッタリングすることができる。従って、観察時とチップ再生時でイオンビームの照射条件を大きく変更する必要がない。
【００１５】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、電圧供給部が、試料にイオンビームを照射する場合よりも大きい電圧をチップと引出電極との間に印加し、試料に照射するイオンビームのチップ上の放出位置とは異なる位置からチップ再生用のイオンビームをチップ再生電極に照射し、チップにチップの表面と同じ金属を堆積させる。
【００１６】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップの表面と同じ金属を堆積したチップを加熱し、チップ先端の構造を再生させるためにチップと接続されたフィラメントを有する。
【００１７】
本発明に係るチップ再生方法は、イオンビームを放出するチップにガスを供給し、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧をチップと引出電極との間に印加し、イオンビームを放出させ、チップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極をスパッタリングし、チップの表面に金属を堆積させる。
【００１８】
本発明に係る試料観察方法は、上記のチップ再生方法を実施し、チップ先端の構造を再生させた装置内で、チップに試料観察用ガスを供給し、チップの先端からイオンビームを放出する電圧をチップと引出電極との間に印加し、イオンビームを試料に照射し、試料の観察像を取得する。これによりピラミッド構造を有するチップ先端からビームを照射し試料観察することができる。
【００１９】
本発明に係る試料観察方法は、上記のチップ再生方法を実施し、チップ先端の構造を再生させた装置内で、チップから電子ビームを放出する電圧をチップと引出電極の間に印加し、電子ビームを試料に照射し、試料から発生する二次電子を検出し観察像を取得する。
【００２０】
本発明に係る試料観察方法は、チップに試料観察用のイオンビームを放出するガスを供給し、チップと引出電極との間に電圧を印加し、イオンビームを試料に照射し、試料の観察像を取得する工程と、チップにチップ再生用のイオンビームを放出する第二のガスを供給し、チップと引出電極との間に第二の電圧を印加し、第二のガスをイオン化したイオンビームをチップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極に照射する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置によれば、チップを装置から取り出すことなくピラミッド構造のチップ先端を再生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム装置の構成図である。
【図２】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のイオン銃部の模式図である。
【図３】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端と引出電極の模式図である。
【図４】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端と引出電極の模式図である。
【図５】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端とアパーチャの模式図である。
【図６】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端と引出電極の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る集束イオンビーム装置の実施形態について説明する。
本実施形態の集束イオンビーム装置は、図１に示すように、針状のチップ１と、チップ１にガスを供給するイオン源用ガスノズル２とイオン源用ガス供給源３からなるガス供給部と、チップ１との間で電圧を印加し、チップ１の表面に吸着したガスをイオン化してイオンを引き出す引出電極４と、イオンを試料１３に向けて加速させるカソード電極５からなるイオン銃部１９を備えている。ガス供給部は、イオン源用ガス供給源３と異なる第二のイオン源用ガス供給源１０３を備えており、バルブ操作により供給ガス種を切り替えることが可能である。また針状のチップ１はチップ１を支持するフィラメント（図示せず）に電流を流すことにより加熱する機構を備えている。そして、イオン銃部１９とレンズ系の間に配置された第二のアパーチャ１０と、第二のアパーチャ１０を移動させるアパーチャ駆動部１１０と、試料１３にイオンビーム１１を集束させる集束レンズ電極６と対物レンズ電極８からなるレンズ系を備えている。これによりイオン銃部１９から放出されたイオンビーム１１を制限することができる。また、集束レンズ電極６と対物レンズ電極８の間に開口部７ａを有する第一のアパーチャ７を備えている。また、第一のアパーチャ７は開口径の異なる開口部を備えている（図示せず）。異なる大きさの開口径を選択し、ビーム軸の設置することで、通過するイオンビーム１１のビーム量を調整することができる。そして、イオン銃部１９を装置の外側からレンズ系に対して相対的に移動可能な調整機構２０を備える。
【００２４】
また、イオン銃部１９より試料１３側に位置し、イオン銃部１９から放出されたイオンビーム１１の照射方向を調整するガンアライメント電極９を有している。そして、試料室１５の内部は真空状態になっており、試料１３を載置し移動可能な試料ステージ１２と試料１３にデポジションやエッチングガスを供給するガス銃１８と、試料１３から発生する二次荷電粒子を検出する検出器１４を備えている。ここで、図示していないが、試料室１５とイオン銃１９の真空を仕切るバルブを備えている。また、集束イオンビーム装置を制御する制御部１６を備え、検出器１４で検出した検出信号とイオンビームの走査信号より観察像を形成する画像形成部（図示せず）を制御部１６内に有しており、形成した観察像を表示部１７に表示する。
【００２５】
（１）電界電離型イオン源
電界電離型イオン源は、図２に示すように、イオン発生室２１と、チップ１と、引出電極４と、冷却装置２４とを備えている。
【００２６】
イオン発生室２１の壁部に冷却装置２４が配設されており、冷却装置２４のイオン発生室２１に臨む面に針状のチップ１が装着されている。冷却装置２４は、内部に収容された液体窒素、液体ヘリウム等の冷媒によってチップ１を冷却するものである。また冷却装置２４としてＧＭ型、パルスチューブ型等のクローズドサイクル式冷凍機、ガスフロー型の冷凍機を使用しても良い。さらに温調機能を備えてイオン種に応じて最適な温度に調整可能とする。そして、イオン発生室２１の開口端近傍に、チップ１の先端１ａと対向する位置に開口部を有する引出電極４が配設されている。
【００２７】
イオン発生室２１は、図示略の排気装置を用いて内部が所望の高真空状態に保持されるようになっている。図示していないが、試料室１５とイオン銃２０の真空度の差を作るためのオリフィスを複数個備えている。このオリフィスにより、試料室へのイオン化ガスの流入、また試料室に導入するガスのイオン銃室への流入を防いでいる。イオン発生室２１には、イオン源用ガスノズル２を介してイオン源用ガス供給源３が接続されており、イオン発生室２１内に微量のガス（例えば、Ａｒガス）を供給するようになっている。
【００２８】
なお、イオン源用ガス供給源３から供給されるガスは、Ａｒガスに限られるものではなく、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）等のガスであってもよい。また、イオン源用ガス供給源３から複数種のガスを供給可能に構成し、用途に応じてガス種を切り替えたり、１種類以上を混合したりすることができるようにしてもよい。
【００２９】
チップ１は、タングステンやモリブデンからなる針状の基材に、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、金等の貴金属を被覆したものからなる部材であり、その先端１ａは原子レベルで尖鋭化されたピラミッド状になっている。またチップ１は、イオン源の動作時には冷却装置２４によって１００Ｋ程度以下の低温に保持される。チップ１と引出電極４との間には、電圧供給部２７によって引き出し電圧が印加されるようになっている。
【００３０】
チップ１と引出電極４との間に電圧が印加されると、鋭く尖った先端１ａにおいて非常に大きな電界が形成されるとともに、分極してチップ１に引き寄せられたガス分子２５が、先端１ａのうちでも電界の高い位置で電子をトンネリングにより失ってガスイオンとなる。そして、このガスイオンが正電位に保持されているチップ１と反発して引出電極４側へ飛び出し、引出電極４の開口部からレンズ系へ射出されたイオン１１ａがイオンビーム１１を構成する。ここで、引出電極４とチップ１の先端の中心位置は１０ミクロンメートル以内であることが好ましい。またチップ１と引出電極４の間に、チップ１に対して負電位を与える抑制電極を設けても良い。
【００３１】
チップ１の先端１ａは極めて尖鋭な形状であり、ガスイオンはこの先端１ａ上方の限られた領域でイオン化されるため、イオンビーム１１のエネルギー分布幅は極めて狭く、例えば、プラズマ型ガスイオン源や液体金属イオン源と比較して、ビーム径が小さくかつ高輝度のイオンビームを得ることができる。
【００３２】
なお、チップ１への印加電圧が大きすぎると、ガスイオンとともにチップ１の構成元素（タングステンや白金）が引出電極４側へ飛散するため、動作時（イオンビーム放射時）にチップ１に印加する電圧は、チップ１自身の構成元素が飛び出さない程度の電圧に維持される。
【００３３】
一方、このようにチップ１の構成元素を操作できることを利用して、先端１ａの形状を調整することができる。例えば、先端１ａの最先端に位置する元素を故意に取り除いてガスをイオン化する領域を広げ、イオンビーム径を大きくすることができる。
【００３４】
またチップ１は、加熱することで表面の貴金属元素を飛び出させることなく再配置させることができるため、使用により鈍った先端１ａの尖鋭形状を回復することもできる。
【００３５】
（２）イオン銃部
図１に示すように、イオン銃部１９は、上記電界電離型イオン源と引出電極４を通過したイオン１１ａを試料１３に向けて加速させるカソード電極５とを備えている。そして、イオン銃部１９は調整機構２０と接続されている。調整機構２０は真空外部からイオン銃部１９をレンズ系に対して相対的に移動する。これによりレンズ系に入射するイオンビーム１１の位置を調整することができる。
【００３６】
（３）レンズ系
レンズ系は、チップ１側から試料１３側に向けて順に、イオンビーム１１を集束する集束レンズ電極６と、イオンビーム１１を絞り込む第一のアパーチャ７と、イオンビーム１１の光軸を調整するアライナ（図示せず）と、イオンビーム１１の非点を調整するスティグマ（図示せず）と、イオンビーム１１を試料１３に対して集束する対物レンズ電極８と、試料上でイオンビーム１１を走査する偏向器（図示せず）とを備えて構成される。
【００３７】
このような構成の集束イオンビーム装置では、ソースサイズ１ｎｍ以下、イオンビームのエネルギー広がりも１ｅＶ以下にできるため、ビーム径を１ｎｍ以下に絞ることができる。図示していないがイオンの原子番号を選別するためのＥｘＢ等のマスフィルターを備えていても良い。
【００３８】
（４）ガス銃
ガス銃１８は、試料１３表面にデポジション膜の原料ガス（例えば、フェナントレン、ナフタレンなどのカーボン系ガス、プラチナやタングステンなどの金属を含有する金属化合物ガスなど）を原料容器からノズルを通して供給する構成になっている。
【００３９】
また、エッチング加工を行う場合は、エッチングガス（例えば、フッ化キセノン、塩素、ヨウ素、三フッ化塩素、一酸化フッ素、水など）を原料容器からノズルを通して供給することができる。
【００４０】
＜実施例１＞
チップ再生電極として引出電極４を用いて、第二のガスによりチップを再生する方法について説明する。図３に示すように、チップ１側の面にチップ表面と同じ金属である白金の膜４ａを付着させた引出電極４を用いる。
【００４１】
まず、試料１３の観察を行うときは、白金を表面に被覆したチップ１に試料観察用の分子量の小さい第一のガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）を供給する。ガスチップ１の先端１ａは一つの原子で終端されるピラミッド構造１ｂを形成しており、チップ１と引出電極４の間に電圧供給部２７より引出電圧を印加すると、ピラミッド構造１ｂからイオンビーム１１ａが放出される。イオンビーム１１ａは引出電極４の開口部を通過し、試料１３に照射され、試料１３を観察する。ヘリウムイオンビームは分子量が小さく、試料１３をスパッタリングする確率が小さいため、ダメージの少ない試料観察が可能である。
【００４２】
そして、このチップ１の表面を被覆する白金が不足し、チップ１を再生するときは、チップ１に試料観察用のガスよりも分子量の大きいガスとして、第二のイオン源用ガス供給源１０３から酸素（Ｏ２）を第二のガスとして供給する。このとき、第二のガスがチップ１で凝固しないようにフィラメントを加熱してチップ１の温度を調節する。ここで、一般にチップに供給されたガス分子は電界により分極し、チップ１に引きつけられる。そしてチップ付近でホッピングを繰り返しチップ１の先端１ａに向かって移動する。チップ１の先端１ａ付近は、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きな電界領域になっており、ガスはイオン化され、イオンとして放出される。酸素ガスはヘリウムに比べ、イオン化ポテンシャルが低い。よって、第一のガスであるヘリウムガスをイオン化する条件に引き出し電圧を設定した場合、チップ１に供給された第二のガスである酸素ガスは、チップ先端に到達する前にイオン化され、その場でイオンビーム１１ｂになって光軸に対し大きな角度に放出される。放出された第二のガスのイオンビーム１１ｂは引出電極４上に形成された膜４ａをスパッタリングし、スパッタリングされた粒子、つまり膜４ａの白金がチップに堆積しチップ１表面で不足した白金を補充し、チップ１を再生する。白金の堆積量は、酸素ガスの供給時間、ガス圧力で制御できる。そして、酸素ガスを排気し、再生されたチップ１を加熱することでピラミッド構造１ｂを有するチップ１を形成する。
【００４３】
再生したチップ１で再び試料観察用のイオンビームを照射するときは、ヘリウムガスをチップ１に供給しチップ１の温度を試料観察用のイオンビーム照射時の温度に戻して、イオンビーム１１ａを試料１３照射し、発生した二次荷電粒子を検出して試料１３の観察を行う。
【００４４】
ここで、チップ１と引出電極４と膜４ａの配置について説明する。試料観察用のヘリウムイオンビーム１１ｂは引出電極４の開口部を通過し、チップ再生用の酸素イオンビームは引出電極４上の膜４ａに照射されるように引出電極４および膜４ａを配置することが好ましい。なぜなら、試料観察用のヘリウムイオンビーム１１ｂが引出電極４に照射されると、引出電極４から二次電子または負の二次イオンが発生する。発生した二次電子または負の二次イオンはチップ１と引出電極４との間の電界によりチップ１の先端１ａに引き寄せられ、衝突するので、それを防ぐために上記の配置が必要である。
【００４５】
ここでチップ再生用の第二のガスとしては、試料観察用の第一のガスよりも、イオン化ポテンシャルが低く、分子量が大きいことが必要である。
【００４６】
例えば、試料観察用イオンビームのガスがヘリウム（Ｈｅ）の場合は、第二のガスとして、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いることが好ましい。
【００４７】
また、試料観察用イオンビームのガスがネオン（Ｎｅ）の場合は、第二のガスとして、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いることが好ましい。
【００４８】
また、試料観察用イオンビームのガスが水素（Ｈ２）の場合は、第二のガスとして、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いることが好ましい。
【００４９】
＜実施例２＞
チップ１と引出電極４間の印加電圧を制御してチップを再生する方法について説明する。図４に示すように、チップ１側の面にチップ表面と同じ金属である白金の膜４ａを付着させた引出電極４を用いる。
【００５０】
試料観察兼加工用イオンビームのガス種として、膜４ａをスパッタリング可能なガスを用いる。ここでは、アルゴン（Ａｒ）を用いた例について説明する。白金を表面に被覆したチップ１に試料観察用のアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する。チップ１の先端１ａは一つの原子で終端されるピラミッド構造１ｂを形成しており、チップ１と引出電極４の間に電圧供給部２７より引出電圧を印加すると、ピラミッド構造１ｂからイオンビーム１１ａが放出される。イオンビーム１１ａは引出電極４の開口部を通過し、試料１３に照射され、試料１３を観察する。アルゴン（Ａｒ）イオンは分子量が大きく、試料１３をスパッタリングすることができるので試料１３の加工に用いることができる。
【００５１】
そして、このチップ１の表面を被覆する白金が不足し、チップ１を再生するときは、チップ１と引出電極４の間に試料１３への照射時よりも高い第二の電圧を電圧供給部２７より印加する。ここで、アルゴンのイオン化電界が２．２Ｖ／Åであるため、例えばその二倍に設定する。すると、アルゴンガスはチップ１の先端１ａに到達する前にイオン化され、チップ１からイオンビーム４１ｂとして広い角度に放出され、膜４ａ上を照射する。このとき、チップ１からは、中心付近にほとんどイオンビーム照射がなく、ドーナッツ状にイオンビームが照射される。これにより膜４ａをスパッタリングし、スパッタリングされた白金がチップ１の先端１ａに堆積しチップ１を再生する。再生したチップ１で再び試料観察兼加工用のイオンビームを照射するときは、アルゴンガスを排気し、再生されたチップ１を加熱することでピラミッド構造１ｂを有するチップ１を形成する。チップ１と引出電極４の間に印加する電圧をもとにもどし、アルゴンガスを再びチップ１に供給し、イオンビーム１１ａを試料１３へ照射し、表面の観察、加工を行う。
【００５２】
＜実施例３＞
チップ再生電極として第二のアパーチャ１０を用いて、チップ再生電極をイオンビームの光軸上に移動させ、チップを再生する方法について説明する。図５に示すように、イオン源側にチップ表面と同じ金属である白金の膜１０ｂを付着させた第二のアパーチャ１０を用いる。アパーチャ駆動部１１０により、第二のアパーチャ１０を、開口部１０ａがイオンビーム１１の照射軸上にありイオンビーム１１を通過させる配置から、イオンビーム１１の照射軸上に膜１０ｂを配置するように移動させる。膜１０ｂにイオンビーム１１を照射し、スパッタリングされた白金をチップ１に堆積させることによりチップ１を再生する。
【００５３】
ここで、膜１０ｂをスパッタリング可能なガス種を用いる場合は、試料１３にイオンビーム１１を照射するときと同じビーム条件でチップ再生することが可能である。また、膜１０ｂを効率的にスパッタリングができないガス種を用いて試料観察している場合は、分子量の大きい第二のガス種に切り替えて、イオンビーム１１を膜１０ｂに向けて照射する。これによりチップ１を再生することが可能である。
【００５４】
＜実施例４＞
荷電粒子ビームとして電子ビームを用いて試料を観察する場合に、チップ再生電極として引出電極４を用いてチップ１を再生する方法について説明する。
【００５５】
試料観察時は、図６（ａ）に示すように、チップ１と引出電圧４とカソード電極５の間に電圧供給部（電子用引出電圧）６５と電圧供給部（電子用加速電圧）６７で負の引出電圧、加速電圧を供給し、チップ１の先端１ａから電子ビーム６０ａを放出させ、試料１３に電子ビーム６０ａを照射する。
【００５６】
チップ再生する場合は、図６（ｂ）に示すように、引出電圧切り替え用高圧リレー６１と加速電圧切り替え用高圧リレー６２を切り替え、試料観察時と正負を反転した電圧を、チップ１と引出電圧４とカソード電極５の間に電圧供給部２７、電圧供給部（イオン用加速電圧）６８により供給する。チップ１にガスを供給し、イオンビーム１１ｂを放出させる。このとき、ガスは膜４ａを効率よくスパッタリングするイオン種（例えば、アルゴンや酸素）を用いる。また、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい引出電圧を供給する。これによりチップ先端に到達する前にガスがイオン化され、チップ１から放出される。放出されたイオンビーム１１ｂにより膜４ａがスパッタリングされ、膜４ａの材料がチップ１の先端部に堆積する。その後フィラメントを用いてチップ１を加熱し、先端のピラミッド構造を再生する。再生後、ガスを排気し、チップ１と引出電圧４とカソード電極５の間に試料観察時の電圧を供給し、電子ビーム６０ｂを照射する。
【００５７】
また、ここではチップ再生電極として引出電極４を用いたが、チップ再生電極として第二のアパーチャ１０を用いて、チップ再生電極をビームの光軸上に移動させ、チップを再生することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…チップ
２…イオン源用ガスノズル
３…イオン源用ガス供給源
４…引出電極
４ａ・・・膜
５…カソード電極
６…集束レンズ電極
７…第一のアパーチャ
７ａ…開口部
８…対物レンズ電極
９…ガンアライメント
１０…第二のアパーチャ
１０ａ…開口部
１１…イオンビーム
１２…試料ステージ
１３…試料
１４…検出器
１５…試料室
１６…制御部
１７…表示部
１８…ガス銃
１９…イオン銃部
２０…調整機構
２１…イオン発生室
２４…冷却装置
２５…ガス分子
２７…電圧供給部
６１…引出電圧切り替え用高圧リレー
６２…加速電圧切り替え用高圧リレー
６５…電圧供給部
６７…電圧供給部
６８…電圧供給部
１０３…第二のイオン源用ガス供給源
１１０…アパーチャ駆動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ形状のビーム源から荷電粒子ビームを試料に照射し観察する荷電粒子ビーム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、集束イオンビーム装置のイオン源として液体金属ガリウムを用いられている。また、近年では、微細なチップにイオン源ガスを供給して、チップ先端に形成された強力な電界により、チップに吸着したイオン源ガス種をイオン化し、イオンビームを引き出す電界電離型イオン源を用いた集束イオンビームが開発されている。
【０００３】
先端を先鋭化した第一の金属、例えばＷ（１１１）に第二の金属、例えばＩｒを真空蒸着、メッキしたチップを使用するガスイオン源、もしくは電子源を備えた荷電粒子ビーム装置が開示されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
ここでは、イオン源、もしくは電子源はチップを１０００から１１００℃で加熱を行うことで（２１１）面のファセットがおこり、先端から１原子で終端されたピラミッド構造となることを利用している。このピラミッド構造は熱的に安定であり、先端原子が破損しても、再度加熱することでピラミッド構造が再生する。
【０００５】
エミッター（ガスイオン源、もしくは電子源）の光源径が原子サイズと小さいことから、より小さなビーム径を持つイオンビーム、電子ビーム装置を実現することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔｓｕ−Ｙｉ Ｆｕ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ ６４（２００１）１１３４０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、先端が１原子で終端されたピラミッド構造が再生する回数に制限があった。加熱を繰り返すと、先端の第二の金属が不足し、ピラミッド構造先端がファセットし、１１１面（三角形）が形成されてしまう。先端が１１１面になると、光源径が大きくなり、性能が低下する。また先端の淵から放出されるイオンを使用すると放出角度が大きく角度調整が困難となる。このためチップが使用不可能となってしまう。
【０００８】
そこで、第二の金属が不足すると、チップを交換するか、チップに再度真空蒸着、もしくはメッキを施すことが必要になる。しかし、チップ交換、真空蒸着やメッキを施すためには、チップを一度装置の外に取り出すことが必要になり、作業効率が悪かった。
【０００９】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、チップを装置から取り出すことなくチップ先端のピラミッド構造を再生させる荷電粒子ビーム装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、針状のチップと、チップにガスを供給するガス供給部と、チップ表面に吸着したガスをイオン化してイオンビームを引き出す引出電極と、チップと引出電極の間に電圧を印加する電圧供給部と、イオンビームを照射してスパッタリングされた粒子をチップに堆積させるために、チップ表面と同じ金属をイオンビームが照射される面に備えたチップ再生電極と、を有する。これにより、チップから放出したイオンをチップ再生電極に衝突させ、チップ表面と同じ金属をスパッタリングし、スパッタリングされたチップ表面と同じ金属をチップ先端に堆積させることで不足したチップ表面の金属を供給し、再度、先端構造を１原子で終端されたピラミッド構造とすることを可能とする。
【００１１】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、電圧供給部が、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧をチップと引出電極との間に印加可能である。これにより、チップに引き寄せられたガスがチップ先端に到達する前にイオン化させ、チップから大きな角度に放出することができる。
【００１２】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップにガスよりも分子量が大きい第二のガスを供給する第二のガス供給部を有する。これによりスパッタリング効率が小さいガスを用いて試料観察する場合でも、チップ再生用に分子量の大きい第二のガスを用いてチップ再生電極をスパッタリングすることができる。
【００１３】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、第二のガスが、試料観察用のガスよりもイオン化ポテンシャルの小さいことを特徴とする。
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップ再生電極が引出電極である。
【００１４】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップの先端から放出されるイオンビームの光軸上に前記チップ再生電極を移動可能な駆動部を有する。これによりチップ再生時にチップ再生電極をイオンビームの光軸上に移動させ、イオンビームを観察時と同じ光軸上に照射することでチップ再生電極をスパッタリングすることができる。従って、観察時とチップ再生時でイオンビームの照射条件を大きく変更する必要がない。
【００１５】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、電圧供給部が、試料にイオンビームを照射する場合よりも大きい電圧をチップと引出電極との間に印加し、試料に照射するイオンビームのチップ上の放出位置とは異なる位置からチップ再生用のイオンビームをチップ再生電極に照射し、チップにチップの表面と同じ金属を堆積させる。
【００１６】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、チップの表面と同じ金属を堆積したチップを加熱し、チップ先端の構造を再生させるためにチップと接続されたフィラメントを有する。
【００１７】
本発明に係るチップ再生方法は、イオンビームを放出するチップにガスを供給し、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧をチップと引出電極との間に印加し、イオンビームを放出させ、チップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極をスパッタリングし、チップの表面に金属を堆積させる。
【００１８】
本発明に係る試料観察方法は、上記のチップ再生方法を実施し、チップ先端の構造を再生させた装置内で、チップに試料観察用ガスを供給し、チップの先端からイオンビームを放出する電圧をチップと引出電極との間に印加し、イオンビームを試料に照射し、試料の観察像を取得する。これによりピラミッド構造を有するチップ先端からビームを照射し試料観察することができる。
【００１９】
本発明に係る試料観察方法は、上記のチップ再生方法を実施し、チップ先端の構造を再生させた装置内で、チップから電子ビームを放出する電圧をチップと引出電極の間に印加し、電子ビームを試料に照射し、試料から発生する二次電子を検出し観察像を取得する。
【００２０】
本発明に係る試料観察方法は、チップに試料観察用のイオンビームを放出するガスを供給し、チップと引出電極との間に電圧を印加し、イオンビームを試料に照射し、試料の観察像を取得する工程と、チップにチップ再生用のイオンビームを放出する第二のガスを供給し、チップと引出電極との間に第二の電圧を印加し、第二のガスをイオン化したイオンビームをチップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極に照射する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置によれば、チップを装置から取り出すことなくピラミッド構造のチップ先端を再生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム装置の構成図である。
【図２】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のイオン銃部の模式図である。
【図３】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端と引出電極の模式図である。
【図４】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端と引出電極の模式図である。
【図５】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端とアパーチャの模式図である。
【図６】本発明に係る荷電粒子ビーム装置のチップ先端と引出電極の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る集束イオンビーム装置の実施形態について説明する。
本実施形態の集束イオンビーム装置は、図１に示すように、針状のチップ１と、チップ１にガスを供給するイオン源用ガスノズル２とイオン源用ガス供給源３からなるガス供給部と、チップ１との間で電圧を印加し、チップ１の表面に吸着したガスをイオン化してイオンを引き出す引出電極４と、イオンを試料１３に向けて加速させるカソード電極５からなるイオン銃部１９を備えている。ガス供給部は、イオン源用ガス供給源３と異なる第二のイオン源用ガス供給源１０３を備えており、バルブ操作により供給ガス種を切り替えることが可能である。また針状のチップ１はチップ１を支持するフィラメント（図示せず）に電流を流すことにより加熱する機構を備えている。そして、イオン銃部１９とレンズ系の間に配置された第二のアパーチャ１０と、第二のアパーチャ１０を移動させるアパーチャ駆動部１１０と、試料１３にイオンビーム１１を集束させる集束レンズ電極６と対物レンズ電極８からなるレンズ系を備えている。これによりイオン銃部１９から放出されたイオンビーム１１を制限することができる。また、集束レンズ電極６と対物レンズ電極８の間に開口部７ａを有する第一のアパーチャ７を備えている。また、第一のアパーチャ７は開口径の異なる開口部を備えている（図示せず）。異なる大きさの開口径を選択し、ビーム軸の設置することで、通過するイオンビーム１１のビーム量を調整することができる。そして、イオン銃部１９を装置の外側からレンズ系に対して相対的に移動可能な調整機構２０を備える。
【００２４】
また、イオン銃部１９より試料１３側に位置し、イオン銃部１９から放出されたイオンビーム１１の照射方向を調整するガンアライメント電極９を有している。そして、試料室１５の内部は真空状態になっており、試料１３を載置し移動可能な試料ステージ１２と試料１３にデポジションやエッチングガスを供給するガス銃１８と、試料１３から発生する二次荷電粒子を検出する検出器１４を備えている。ここで、図示していないが、試料室１５とイオン銃１９の真空を仕切るバルブを備えている。また、集束イオンビーム装置を制御する制御部１６を備え、検出器１４で検出した検出信号とイオンビームの走査信号より観察像を形成する画像形成部（図示せず）を制御部１６内に有しており、形成した観察像を表示部１７に表示する。
【００２５】
（１）電界電離型イオン源
電界電離型イオン源は、図２に示すように、イオン発生室２１と、チップ１と、引出電極４と、冷却装置２４とを備えている。
【００２６】
イオン発生室２１の壁部に冷却装置２４が配設されており、冷却装置２４のイオン発生室２１に臨む面に針状のチップ１が装着されている。冷却装置２４は、内部に収容された液体窒素、液体ヘリウム等の冷媒によってチップ１を冷却するものである。また冷却装置２４としてＧＭ型、パルスチューブ型等のクローズドサイクル式冷凍機、ガスフロー型の冷凍機を使用しても良い。さらに温調機能を備えてイオン種に応じて最適な温度に調整可能とする。そして、イオン発生室２１の開口端近傍に、チップ１の先端１ａと対向する位置に開口部を有する引出電極４が配設されている。
【００２７】
イオン発生室２１は、図示略の排気装置を用いて内部が所望の高真空状態に保持されるようになっている。図示していないが、試料室１５とイオン銃２０の真空度の差を作るためのオリフィスを複数個備えている。このオリフィスにより、試料室へのイオン化ガスの流入、また試料室に導入するガスのイオン銃室への流入を防いでいる。イオン発生室２１には、イオン源用ガスノズル２を介してイオン源用ガス供給源３が接続されており、イオン発生室２１内に微量のガス（例えば、Ａｒガス）を供給するようになっている。
【００２８】
なお、イオン源用ガス供給源３から供給されるガスは、Ａｒガスに限られるものではなく、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）等のガスであってもよい。また、イオン源用ガス供給源３から複数種のガスを供給可能に構成し、用途に応じてガス種を切り替えたり、１種類以上を混合したりすることができるようにしてもよい。
【００２９】
チップ１は、タングステンやモリブデンからなる針状の基材に、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、金等の貴金属を被覆したものからなる部材であり、その先端１ａは原子レベルで尖鋭化されたピラミッド状になっている。またチップ１は、イオン源の動作時には冷却装置２４によって１００Ｋ程度以下の低温に保持される。チップ１と引出電極４との間には、電圧供給部２７によって引き出し電圧が印加されるようになっている。
【００３０】
チップ１と引出電極４との間に電圧が印加されると、鋭く尖った先端１ａにおいて非常に大きな電界が形成されるとともに、分極してチップ１に引き寄せられたガス分子２５が、先端１ａのうちでも電界の高い位置で電子をトンネリングにより失ってガスイオンとなる。そして、このガスイオンが正電位に保持されているチップ１と反発して引出電極４側へ飛び出し、引出電極４の開口部からレンズ系へ射出されたイオン１１ａがイオンビーム１１を構成する。ここで、引出電極４とチップ１の先端の中心位置は１０ミクロンメートル以内であることが好ましい。またチップ１と引出電極４の間に、チップ１に対して負電位を与える抑制電極を設けても良い。
【００３１】
チップ１の先端１ａは極めて尖鋭な形状であり、ガスイオンはこの先端１ａ上方の限られた領域でイオン化されるため、イオンビーム１１のエネルギー分布幅は極めて狭く、例えば、プラズマ型ガスイオン源や液体金属イオン源と比較して、ビーム径が小さくかつ高輝度のイオンビームを得ることができる。
【００３２】
なお、チップ１への印加電圧が大きすぎると、ガスイオンとともにチップ１の構成元素（タングステンや白金）が引出電極４側へ飛散するため、動作時（イオンビーム放射時）にチップ１に印加する電圧は、チップ１自身の構成元素が飛び出さない程度の電圧に維持される。
【００３３】
一方、このようにチップ１の構成元素を操作できることを利用して、先端１ａの形状を調整することができる。例えば、先端１ａの最先端に位置する元素を故意に取り除いてガスをイオン化する領域を広げ、イオンビーム径を大きくすることができる。
【００３４】
またチップ１は、加熱することで表面の貴金属元素を飛び出させることなく再配置させることができるため、使用により鈍った先端１ａの尖鋭形状を回復することもできる。
【００３５】
（２）イオン銃部
図１に示すように、イオン銃部１９は、上記電界電離型イオン源と引出電極４を通過したイオン１１ａを試料１３に向けて加速させるカソード電極５とを備えている。そして、イオン銃部１９は調整機構２０と接続されている。調整機構２０は真空外部からイオン銃部１９をレンズ系に対して相対的に移動する。これによりレンズ系に入射するイオンビーム１１の位置を調整することができる。
【００３６】
（３）レンズ系
レンズ系は、チップ１側から試料１３側に向けて順に、イオンビーム１１を集束する集束レンズ電極６と、イオンビーム１１を絞り込む第一のアパーチャ７と、イオンビーム１１の光軸を調整するアライナ（図示せず）と、イオンビーム１１の非点を調整するスティグマ（図示せず）と、イオンビーム１１を試料１３に対して集束する対物レンズ電極８と、試料上でイオンビーム１１を走査する偏向器（図示せず）とを備えて構成される。
【００３７】
このような構成の集束イオンビーム装置では、ソースサイズ１ｎｍ以下、イオンビームのエネルギー広がりも１ｅＶ以下にできるため、ビーム径を１ｎｍ以下に絞ることができる。図示していないがイオンの原子番号を選別するためのＥｘＢ等のマスフィルターを備えていても良い。
【００３８】
（４）ガス銃
ガス銃１８は、試料１３表面にデポジション膜の原料ガス（例えば、フェナントレン、ナフタレンなどのカーボン系ガス、プラチナやタングステンなどの金属を含有する金属化合物ガスなど）を原料容器からノズルを通して供給する構成になっている。
【００３９】
また、エッチング加工を行う場合は、エッチングガス（例えば、フッ化キセノン、塩素、ヨウ素、三フッ化塩素、一酸化フッ素、水など）を原料容器からノズルを通して供給することができる。
【００４０】
＜実施例１＞
チップ再生電極として引出電極４を用いて、第二のガスによりチップを再生する方法について説明する。図３に示すように、チップ１側の面にチップ表面と同じ金属である白金の膜４ａを付着させた引出電極４を用いる。
【００４１】
まず、試料１３の観察を行うときは、白金を表面に被覆したチップ１に試料観察用の分子量の小さい第一のガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）を供給する。ガスチップ１の先端１ａは一つの原子で終端されるピラミッド構造１ｂを形成しており、チップ１と引出電極４の間に電圧供給部２７より引出電圧を印加すると、ピラミッド構造１ｂからイオンビーム１１ａが放出される。イオンビーム１１ａは引出電極４の開口部を通過し、試料１３に照射され、試料１３を観察する。ヘリウムイオンビームは分子量が小さく、試料１３をスパッタリングする確率が小さいため、ダメージの少ない試料観察が可能である。
【００４２】
そして、このチップ１の表面を被覆する白金が不足し、チップ１を再生するときは、チップ１に試料観察用のガスよりも分子量の大きいガスとして、第二のイオン源用ガス供給源１０３から酸素（Ｏ２）を第二のガスとして供給する。このとき、第二のガスがチップ１で凝固しないようにフィラメントを加熱してチップ１の温度を調節する。ここで、一般にチップに供給されたガス分子は電界により分極し、チップ１に引きつけられる。そしてチップ付近でホッピングを繰り返しチップ１の先端１ａに向かって移動する。チップ１の先端１ａ付近は、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きな電界領域になっており、ガスはイオン化され、イオンとして放出される。酸素ガスはヘリウムに比べ、イオン化ポテンシャルが低い。よって、第一のガスであるヘリウムガスをイオン化する条件に引き出し電圧を設定した場合、チップ１に供給された第二のガスである酸素ガスは、チップ先端に到達する前にイオン化され、その場でイオンビーム１１ｂになって光軸に対し大きな角度に放出される。放出された第二のガスのイオンビーム１１ｂは引出電極４上に形成された膜４ａをスパッタリングし、スパッタリングされた粒子、つまり膜４ａの白金がチップに堆積しチップ１表面で不足した白金を補充し、チップ１を再生する。白金の堆積量は、酸素ガスの供給時間、ガス圧力で制御できる。そして、酸素ガスを排気し、再生されたチップ１を加熱することでピラミッド構造１ｂを有するチップ１を形成する。
【００４３】
再生したチップ１で再び試料観察用のイオンビームを照射するときは、ヘリウムガスをチップ１に供給しチップ１の温度を試料観察用のイオンビーム照射時の温度に戻して、イオンビーム１１ａを試料１３照射し、発生した二次荷電粒子を検出して試料１３の観察を行う。
【００４４】
ここで、チップ１と引出電極４と膜４ａの配置について説明する。試料観察用のヘリウムイオンビーム１１ｂは引出電極４の開口部を通過し、チップ再生用の酸素イオンビームは引出電極４上の膜４ａに照射されるように引出電極４および膜４ａを配置することが好ましい。なぜなら、試料観察用のヘリウムイオンビーム１１ｂが引出電極４に照射されると、引出電極４から二次電子または負の二次イオンが発生する。発生した二次電子または負の二次イオンはチップ１と引出電極４との間の電界によりチップ１の先端１ａに引き寄せられ、衝突するので、それを防ぐために上記の配置が必要である。
【００４５】
ここでチップ再生用の第二のガスとしては、試料観察用の第一のガスよりも、イオン化ポテンシャルが低く、分子量が大きいことが必要である。
【００４６】
例えば、試料観察用イオンビームのガスがヘリウム（Ｈｅ）の場合は、第二のガスとして、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いることが好ましい。
【００４７】
また、試料観察用イオンビームのガスがネオン（Ｎｅ）の場合は、第二のガスとして、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いることが好ましい。
【００４８】
また、試料観察用イオンビームのガスが水素（Ｈ２）の場合は、第二のガスとして、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いることが好ましい。
【００４９】
＜実施例２＞
チップ１と引出電極４間の印加電圧を制御してチップを再生する方法について説明する。図４に示すように、チップ１側の面にチップ表面と同じ金属である白金の膜４ａを付着させた引出電極４を用いる。
【００５０】
試料観察兼加工用イオンビームのガス種として、膜４ａをスパッタリング可能なガスを用いる。ここでは、アルゴン（Ａｒ）を用いた例について説明する。白金を表面に被覆したチップ１に試料観察用のアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する。チップ１の先端１ａは一つの原子で終端されるピラミッド構造１ｂを形成しており、チップ１と引出電極４の間に電圧供給部２７より引出電圧を印加すると、ピラミッド構造１ｂからイオンビーム１１ａが放出される。イオンビーム１１ａは引出電極４の開口部を通過し、試料１３に照射され、試料１３を観察する。アルゴン（Ａｒ）イオンは分子量が大きく、試料１３をスパッタリングすることができるので試料１３の加工に用いることができる。
【００５１】
そして、このチップ１の表面を被覆する白金が不足し、チップ１を再生するときは、チップ１と引出電極４の間に試料１３への照射時よりも高い第二の電圧を電圧供給部２７より印加する。ここで、アルゴンのイオン化電界が２．２Ｖ／Åであるため、例えばその二倍に設定する。すると、アルゴンガスはチップ１の先端１ａに到達する前にイオン化され、チップ１からイオンビーム４１ｂとして広い角度に放出され、膜４ａ上を照射する。このとき、チップ１からは、中心付近にほとんどイオンビーム照射がなく、ドーナッツ状にイオンビームが照射される。これにより膜４ａをスパッタリングし、スパッタリングされた白金がチップ１の先端１ａに堆積しチップ１を再生する。再生したチップ１で再び試料観察兼加工用のイオンビームを照射するときは、アルゴンガスを排気し、再生されたチップ１を加熱することでピラミッド構造１ｂを有するチップ１を形成する。チップ１と引出電極４の間に印加する電圧をもとにもどし、アルゴンガスを再びチップ１に供給し、イオンビーム１１ａを試料１３へ照射し、表面の観察、加工を行う。
【００５２】
＜実施例３＞
チップ再生電極として第二のアパーチャ１０を用いて、チップ再生電極をイオンビームの光軸上に移動させ、チップを再生する方法について説明する。図５に示すように、イオン源側にチップ表面と同じ金属である白金の膜１０ｂを付着させた第二のアパーチャ１０を用いる。アパーチャ駆動部１１０により、第二のアパーチャ１０を、開口部１０ａがイオンビーム１１の照射軸上にありイオンビーム１１を通過させる配置から、イオンビーム１１の照射軸上に膜１０ｂを配置するように移動させる。膜１０ｂにイオンビーム１１を照射し、スパッタリングされた白金をチップ１に堆積させることによりチップ１を再生する。
【００５３】
ここで、膜１０ｂをスパッタリング可能なガス種を用いる場合は、試料１３にイオンビーム１１を照射するときと同じビーム条件でチップ再生することが可能である。また、膜１０ｂを効率的にスパッタリングができないガス種を用いて試料観察している場合は、分子量の大きい第二のガス種に切り替えて、イオンビーム１１を膜１０ｂに向けて照射する。これによりチップ１を再生することが可能である。
【００５４】
＜実施例４＞
荷電粒子ビームとして電子ビームを用いて試料を観察する場合に、チップ再生電極として引出電極４を用いてチップ１を再生する方法について説明する。
【００５５】
試料観察時は、図６（ａ）に示すように、チップ１と引出電圧４とカソード電極５の間に電圧供給部（電子用引出電圧）６５と電圧供給部（電子用加速電圧）６７で負の引出電圧、加速電圧を供給し、チップ１の先端１ａから電子ビーム６０ａを放出させ、試料１３に電子ビーム６０ａを照射する。
【００５６】
チップ再生する場合は、図６（ｂ）に示すように、引出電圧切り替え用高圧リレー６１と加速電圧切り替え用高圧リレー６２を切り替え、試料観察時と正負を反転した電圧を、チップ１と引出電圧４とカソード電極５の間に電圧供給部２７、電圧供給部（イオン用加速電圧）６８により供給する。チップ１にガスを供給し、イオンビーム１１ｂを放出させる。このとき、ガスは膜４ａを効率よくスパッタリングするイオン種（例えば、アルゴンや酸素）を用いる。また、ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい引出電圧を供給する。これによりチップ先端に到達する前にガスがイオン化され、チップ１から放出される。放出されたイオンビーム１１ｂにより膜４ａがスパッタリングされ、膜４ａの材料がチップ１の先端部に堆積する。その後フィラメントを用いてチップ１を加熱し、先端のピラミッド構造を再生する。再生後、ガスを排気し、チップ１と引出電圧４とカソード電極５の間に試料観察時の電圧を供給し、電子ビーム６０ｂを照射する。
【００５７】
また、ここではチップ再生電極として引出電極４を用いたが、チップ再生電極として第二のアパーチャ１０を用いて、チップ再生電極をビームの光軸上に移動させ、チップを再生することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…チップ
２…イオン源用ガスノズル
３…イオン源用ガス供給源
４…引出電極
４ａ・・・膜
５…カソード電極
６…集束レンズ電極
７…第一のアパーチャ
７ａ…開口部
８…対物レンズ電極
９…ガンアライメント
１０…第二のアパーチャ
１０ａ…開口部
１１…イオンビーム
１２…試料ステージ
１３…試料
１４…検出器
１５…試料室
１６…制御部
１７…表示部
１８…ガス銃
１９…イオン銃部
２０…調整機構
２１…イオン発生室
２４…冷却装置
２５…ガス分子
２７…電圧供給部
６１…引出電圧切り替え用高圧リレー
６２…加速電圧切り替え用高圧リレー
６５…電圧供給部
６７…電圧供給部
６８…電圧供給部
１０３…第二のイオン源用ガス供給源
１１０…アパーチャ駆動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
針状のチップと、
前記チップにガスを供給するガス供給部と、
前記チップ表面に吸着した前記ガスをイオン化してイオンビームを引き出す引出電極と、
前記チップと前記引出電極の間に電圧を印加する電圧供給部と、
前記イオンビームを照射してスパッタリングされた粒子を前記チップに堆積させるために、前記チップの表面と同じ金属を前記イオンビームが照射される面に備えたチップ再生電極と、を有する荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記電圧供給部は、前記ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧を前記チップと前記引出電極との間に印加可能である請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記チップに前記ガスよりも分子量が大きい第二のガスを供給する第二のガス供給部を有する請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記第二のガスは、前記ガスよりもイオン化ポテンシャルの小さい請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記チップ再生電極は、前記引出電極である請求項１から４のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記チップの先端から放出されるイオンビームの光軸上に前記チップ再生電極を移動可能な駆動部を有する請求項１から４のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記電圧供給部は、前記試料に前記イオンビームを照射する場合よりも大きい電圧を前記チップと前記引出電極との間に印加し、前記試料に照射するイオンビームの前記チップ上の放出位置とは異なる位置からチップ再生用のイオンビームを前記チップ再生電極に照射し、前記チップに前記チップの表面と同じ金属を堆積させる請求項１から５のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
前記チップの表面と同じ金属を堆積したチップを加熱し、チップ先端の構造を再生させるために前記チップと接続されたフィラメントを有する請求項１から７のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
前記チップは第一の金属の上に第二の金属を被覆した構造である請求項１から８のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
前記第一の金属はタングステンまたはモリブデンであり、第二の金属は白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、金等のいずれか一つである請求項９に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
前記ガスは、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）のうちいずれかである請求項１から１０のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
イオンビームを放出するチップにガスを供給し、前記ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧を前記チップと引出電極との間に印加し、イオンビームを放出させ、前記チップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極をスパッタリングし、前記チップの表面に前記金属を堆積させるチップ再生方法。
【請求項１３】
前記チップの表面と同じ金属を堆積したチップを加熱し、チップ先端の構造を再生させる請求項１２に記載のチップ再生方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のチップ再生方法により前記チップ先端の構造を再生させた装置内で、前記チップに試料観察用ガスを供給し、前記チップの先端から前記イオンビームを放出する電圧を前記チップと引出電極との間に印加し、前記イオンビームを試料に照射し、前記試料から発生する二次荷電粒子を検出し観察像を取得する試料観察方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載のチップ再生方法により前記チップ先端の構造を再生させた装置内で前記チップから電子ビームを放出する電圧を前記チップと前記引出電極の間に印加し、前記電子ビームを試料に照射し、前記試料から発生する二次電子を検出し観察像を取得する試料観察方法。
【請求項１６】
チップに試料観察用のイオンビームを放出するガスを供給し、前記チップと引出電極との間に電圧を印加し、前記イオンビームを試料に照射し、前記試料の観察像を取得する工程と、
前記チップにチップ再生用のイオンビームを放出する第二のガスを供給し、前記チップと前記引出電極との間に第二の電圧を印加し、前記第二のガスをイオン化したイオンビームを前記チップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極に照射する工程と、を有する試料観察方法。
【請求項１】
針状のチップと、
前記チップにガスを供給するガス供給部と、
前記チップ表面に吸着した前記ガスをイオン化してイオンビームを引き出す引出電極と、
前記チップと前記引出電極の間に電圧を印加する電圧供給部と、
前記イオンビームを照射してスパッタリングされた粒子を前記チップに堆積させるために、前記チップの表面と同じ金属を前記イオンビームが照射される面に備えたチップ再生電極と、を有する荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記電圧供給部は、前記ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧を前記チップと前記引出電極との間に印加可能である請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記チップに前記ガスよりも分子量が大きい第二のガスを供給する第二のガス供給部を有する請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記第二のガスは、前記ガスよりもイオン化ポテンシャルの小さい請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記チップ再生電極は、前記引出電極である請求項１から４のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記チップの先端から放出されるイオンビームの光軸上に前記チップ再生電極を移動可能な駆動部を有する請求項１から４のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記電圧供給部は、前記試料に前記イオンビームを照射する場合よりも大きい電圧を前記チップと前記引出電極との間に印加し、前記試料に照射するイオンビームの前記チップ上の放出位置とは異なる位置からチップ再生用のイオンビームを前記チップ再生電極に照射し、前記チップに前記チップの表面と同じ金属を堆積させる請求項１から５のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
前記チップの表面と同じ金属を堆積したチップを加熱し、チップ先端の構造を再生させるために前記チップと接続されたフィラメントを有する請求項１から７のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
前記チップは第一の金属の上に第二の金属を被覆した構造である請求項１から８のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
前記第一の金属はタングステンまたはモリブデンであり、第二の金属は白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、金等のいずれか一つである請求項９に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
前記ガスは、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）のうちいずれかである請求項１から１０のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
イオンビームを放出するチップにガスを供給し、前記ガスのイオン化ポテンシャルよりも大きい電圧を前記チップと引出電極との間に印加し、イオンビームを放出させ、前記チップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極をスパッタリングし、前記チップの表面に前記金属を堆積させるチップ再生方法。
【請求項１３】
前記チップの表面と同じ金属を堆積したチップを加熱し、チップ先端の構造を再生させる請求項１２に記載のチップ再生方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のチップ再生方法により前記チップ先端の構造を再生させた装置内で、前記チップに試料観察用ガスを供給し、前記チップの先端から前記イオンビームを放出する電圧を前記チップと引出電極との間に印加し、前記イオンビームを試料に照射し、前記試料から発生する二次荷電粒子を検出し観察像を取得する試料観察方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載のチップ再生方法により前記チップ先端の構造を再生させた装置内で前記チップから電子ビームを放出する電圧を前記チップと前記引出電極の間に印加し、前記電子ビームを試料に照射し、前記試料から発生する二次電子を検出し観察像を取得する試料観察方法。
【請求項１６】
チップに試料観察用のイオンビームを放出するガスを供給し、前記チップと引出電極との間に電圧を印加し、前記イオンビームを試料に照射し、前記試料の観察像を取得する工程と、
前記チップにチップ再生用のイオンビームを放出する第二のガスを供給し、前記チップと前記引出電極との間に第二の電圧を印加し、前記第二のガスをイオン化したイオンビームを前記チップ表面と同じ金属を備えたチップ再生電極に照射する工程と、を有する試料観察方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１０４９３（Ｐ２０１１−２１０４９３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６３４９（Ｐ２０１０−７６３４９）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
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