CN104347335B - 铱针尖、及使用铱针尖的离子源、电子源、显微镜和装置 - Google Patents

铱针尖、及使用铱针尖的离子源、电子源、显微镜和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供铱针尖、及使用铱针尖的离子源、电子源、显微镜和装置。本发明能够位置再现性良好地制作形成于铱针尖的前端部的前端为1个原子的角锥结构，既能够使得杂质不易附着，又能够长时间保持前端的1个原子。铱针尖在锐化的＜210＞方位的单晶的前端部具有角锥结构，该角锥结构的前端仅通过{210}方位的1个铱原子形成，该铱原子由1个{100}结晶面和2个{111}结晶面包围。将形成角锥结构的前端的1个铱原子作为第1层，第1层的正下方的第2层具有位于三角形的顶点的3个铱原子，第2层的正下方的第3层具有位于三角形的顶点和边的6个铱原子。

Description

铱针尖、及使用铱针尖的离子源、电子源、显微镜和装置
技术领域
本发明涉及铱针尖、及使用铱针尖的离子源、电子源、显微镜和装置，具体而言涉及铱针尖、气体电场电离离子源、集束离子束装置、电子源、电子显微镜、电子束应用分析装置、离子电子复合束装置、扫描探针显微镜以及掩模修正装置。
背景技术
在以下内容中，将电子显微镜的电子源或集束离子束(FIB：Focused Ion Beam)装置的气体电场电离离子源(GFIS：Gas Field Ion Source)中的产生电子或离子并锐化的针状电极和扫描探针显微镜(SPM：Scanning Probe Microscope)的探针等称作针尖(Tip)。
以往，为了在电子显微镜和集束离子束装置中获得高分辨率的图像，期望将针尖的前端锐化为由几个原子构成的程度。此外，为了在扫描探针显微镜中使针尖的寿命变长，期望将针尖的前端锐化为原子级别(level)。
图15(A)～(C)表示现有的针尖500的概要形状。如图15(A)所示的针尖500的整体形状那样，针尖500形成为直径为几百μm以下的细线的前端被电解研磨(也称之为湿蚀刻)而变细变尖的形状。如图15(B)所示的针尖500的前端部A那样，针尖500在前端部A具有微小的突起501。如图15(C)所示的针尖500的突起501那样，突起501具有通过数层的原子形成的三角锥形状，突起501的前端由1个原子构成。在以下内容中，将突起501称作角锥结构。
当前已知搭载了使用钨针尖的气体电场电离离子源的离子显微镜。针尖的表面的原子密度较低的结晶面易被锐化，因而钨针尖的＜111＞方向被锐化。钨的{111}结晶面为3次旋转对称，{110}结晶面或{112}结晶面成为锥体结构的侧面(锥面)。
作为以钨针尖的前端面由几个原子构成的方式使前端锐化的方法，已知使用氮或氧的电场感应气体蚀刻、热分面(facet)和重塑(remolding)等的方法，通过这些方法能够再现性良好地使＜111＞方向锐化。
电场感应气体蚀刻是在使用电场离子显微镜(FIM：Field Ion Microscope)对以氦等作为成像气体的FIM像的观察中导入氮气，蚀刻钨针尖的方法。氮的电场电离强度比氦的电场电离强度低，因而氮气无法接近能够观察FIM像的区域(即氦进行电场电离的区域)，而被吸附于从钨针尖的前端略微离开的针尖侧面。然后，氮气与针尖表面的钨原子结合而形成钨氧化物。钨氧化物的电场蒸发强度较低，因而仅对从氮气所吸附的前端略微离开的针尖侧面选择性进行蚀刻。此时，钨针尖的前端的钨原子未被蚀刻，因而可获得具有比经电解研磨的针尖更为锐化的前端的针尖(例如，参照专利文献1)。
热分面是在氧气氛中对电解研磨后的针尖进行加热，从而使特定的结晶面成长，在针尖的前端形成多面体结构的方法(例如，参照专利文献2)。
重塑是在超高真空中对电解研磨后的针尖加热和施加高电压，从而在针尖的前端形成结晶面的方法(例如，参照专利文献3)。
此外，当前作为针尖的前端为1个原子的结构的针尖的形成方法，已知在钨或钼的针尖表面电镀金、铂、钯、铱、铑或它们的合金，然后实施电解研磨或加热，通过单一原子封端的方法(例如，参照专利文献4)。
此外，当前已知基于搭载了使用钨针尖的气体电场电离离子源的氦集束离子束的扫描离子显微镜、即集束离子束装置(例如，参照非专利文献1)。
此外，当前已知在基于搭载了使用钨针尖的气体电场电离离子源的氦集束离子束的扫描离子显微镜中，释放离子的钨针尖的前端被由3个钨原子构成的三量体封端(例如，参照非专利文献2)。
此外，当前已知对于作为针尖的材料其化学耐性比钨强的铱，为了形成具有铱细线的前端为单一原子的角锥结构的针尖，需要向真空容器内导入氧并进行加热(热分面)(例如，参照专利文献2)。
此外，当前已知在＜210＞铱单晶针尖的前端形成由1个{110}结晶面和2个{311}结晶面构成的微小的三角锥结构(例如，参照非专利文献3)。
此外，当前已知在锐化的＜210＞铱单晶针尖的前端通过热分面形成由1个{110}结晶面和2个{311}结晶面构成的微小的三角锥，进而其顶点为单一原子。已知该使用铱针尖的气体电场电离离子源能够在大约2250秒的期间内连续进行束释放(例如，参照非专利文献4)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1美国专利第7431856号说明书
专利文献2日本特开2009-107105号公报
专利文献3日本特开2008-239376号公报
专利文献4日本特开2006-189276号公报
非专利文献1 William B.Thompson等，第28次LSI测试研讨会(LSITS2008)会议记录，(2008年)249页～254页，“Helium Ion Microscope for Semiconductor DeviceImaging and Failure Analysis Applications”
非专利文献2 B.W.Ward等，Journal of Vacuum Science&Technology,24卷，(2006年)2871页～2874页，“Helium ion microscope:A new too l for nanoscalemicroscopy and metrology”
非专利文献3 Ivan Ermanoski等，Surf.Sci.596卷，(2005年)，89页～97页“Atomic structure of O/Ir(210)nanofacets”
非专利文献4 Hong-Shi Kuo等，Nanotechnology,20卷，(2009年)335701号，“ASingle-atom sharp iridium tip as an emitter of gas field ion sources”
发明内容
发明欲解决的课题
(关于钨针尖)
另外，在上述现有技术的气体电场电离离子源中使用的钨针尖以被称作三聚体(也称之为三量体)的3个原子作为顶点，从这3个原子同时释放3根离子束。具备该气体电场电离离子源的电子显微镜或集束离子束装置通过在离子束路径内设置的光圈选择从钨针尖释放的3根束中的1根束，使该束聚集并向试样照射。因此，到达试样的束电流至少减少为全束电流的1/3。此外，即使从针尖的前端释放的3根总释放离子电流的合计值固定，从3个原子分别释放的离子电流量的均衡也可能不稳定。束电流的降低会产生如下问题，即在图像化时会招致画质的降低，在加工时会招致加工量的减少。因而，通过3个原子封端的钨针尖存在加工形状和观察图像不稳定的可能性。
此外，在真空的离子室内对钨前端进行加热等的处理时，真空室内的残留气体、尤其是氧或氮易于附着在钨针尖表面，在氧或氮附着于钨针尖表面的情况下会产生反应，生成电场蒸发强度较低的钨氧化物或氮化物。这些氧化物或氮化物可能会使得以较低的电场强度从钨针尖表面进行电场蒸发而导致的损伤加大。微量的氧或氮可用于钨针尖的锐化处理，因而在钨针尖表面的氧化物或氮化物的生成是不可避免的，如果在钨针尖的前端产生了损伤，则可能出现产生离子电流的变动甚至是离子释放的停止。此外，若在钨针尖的前端产生了损伤，则需要再次进行锐化处理，产生搭载了该钨针尖的装置的停机时间(downtime)增加的问题。针对这种问题的产生，如果在通过搭载钨针尖的气体电场电离离子源释放氦离子，向离子源室导入氦气体的情况下，需要高昂的纯度气体，产生費用变高的问题。
(关于铱针尖的锐化方法)
针对钨针尖在前端以3个原子作为顶点的问题，作为能够以1个原子作为顶点且化学耐性比钨强的材料，可考虑使用铱。
然而，本发明人发现，在使铱针尖的前端锐化的精加工中，如果单纯沿用现有的手法，则难以在期望的位置形成期望的形状(即，以1个原子作为顶点的角锥结构)。
此外，铱的{210}结晶面的表面原子密度较低，易于锐化，因而铱针尖的＜210＞方向被锐化。如图4所示，从正面观察铱的{210}结晶面时的结晶相对于包含＜110＞的轴和＜210＞的轴的平面为镜像对称，因此若进行氮蚀刻，则会保留{210}结晶面与{310}结晶面的边界附近，而由于{310}面呈长方形，因此不会保留奇数个的原子。即，使用铱的情况下，即便是三聚体等，也难以在较少的状态下在期望的位置形成终端的原子个数。此外，仅凭电场蒸发进行最终的锐化精加工时，前端部的数层的原子层大多以块状态一并地电场蒸发，难以在前端形成期望的顶点。
此外，作为铱针尖的锐化方法，在电场感应气体蚀刻中基于现有方法的氧气导入时，由于铱比钨化学耐性强，因而与处理钨的情况相比，会产生处理所需时间变长的问题。此外，在取代氧气的导入而导入氮气的情况下，能够在针尖的前端制作与钨同样的突起结构。然而，产生提高导入的氮的压力的需要，并且蚀刻速度比钨慢，因此产生处理所需时间变长的问题。
此外，本发明人通过实验得出，在通过电场感应气体蚀刻使铱针尖锐化时，有时在期望的位置以外的其他位置形成顶点，难以在每次处理时在同一个原子位置再现性良好地形成角锥结构。针尖前端的位置的再现性不稳定意味着离子和电子的释放位置在每次前端形成的处理时都会变化，需要每次高精度进行离子源或电子源的位置调整，以使得以较高精度对准电子显微镜或集束离子束装置的束，会产生实用情况下并非优选的问题。
此外，通过在氧气氛中对铱针尖进行热分面(低指数结晶面的形成)，从而能够再现性良好地使＜210＞方向锐化。然而，若仅凭热分面进行最终的锐化精加工，则残留的氧原子作为对于铱针尖的杂质产生作用，可能妨碍稳定的离子释放。即，即使对铱进行加热处理，期望的结晶面也不会成长，因而难以进行在规定的位置被规定的结晶面包围且前端形成单一原子的角锥结构的控制，基于稳定动作的观点，期望提出一种在不使用氧的情况下使期望的位置锐化的方法。
(关于铱针尖)
此外，在将通过现有的单一原子封端的铱针尖用于电子显微镜的电子源或集束离子束装置的气体电场电离离子源的情况下，会产生装置内的残留杂质的原子和分子容易附着于铱针尖的前端的角锥结构的问题。由此，从电子源释放的电子束或从离子源释放的离子束的电流的稳定性会受到损害，难以实现期望的加工，产生无法获得期望的观察图像的问题。
此外，通过现有的单一原子封端的铱针尖的最前端的原子易于在短时间内脱落，因而即便能够通过加热等的处理再现单一原子的封端，在安装于电子显微镜的电子源或集束离子束装置的气体电场电离离子源的状态下，最前端的原子也可能脱落。在这种情况下，需要中断电子显微镜或集束离子束装置的观察或分析作业，进行通过单一原子对铱针尖封端的再生处理，并且在该再生处理的前后需要束调整等的调整作业，这种实用情况下并不优选，这些都是本发明人通过实验得出的。
如上所述，钨针尖的锐化的钨针尖的前端易于由3个原子构成，可能会产生向照射对象的试样的到达束电流量的减少和束变动。进而，针尖表面容易被氧或氮等的残留气体蚀刻，可能会丢失原子级别的前端。
对此，铱针尖能够通过单一原子对前端封端，与钨相比而言化学耐性较高，因此能够抑制残留气体对前端的损伤。然而，现有的铱针尖的角锥结构由于构成角锥结构的结晶面而易于附着杂质，在较长时间内难以适当地发挥功能。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的之一在于，提供一种铱针尖，其能够再现性良好地进行制作，不易附着杂质，前端由1个原子构成，并且在前端部具有长时间保持该原子的角锥结构。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种使用上述铱针尖，在电流稳定性较好的状态下能够长时间连续释放电子束或离子束的电子源或气体电场电离离子源，或提供一种长时间使用的情况下能够实现再现性较高的观察的探针。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种搭载了上述电子源或气体电场电离离子源或扫描探针针尖(探针)，具有长寿命且稳定性较高的性能的电子显微镜、集束离子束装置和扫描探针显微镜。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种搭载了上述电子源，具有分辨率较高的性能的电子束显微分析仪或俄歇电子能谱装置等的电子束应用分析装置。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种搭载了上述电子源和气体电场电离离子源，具有长寿命且稳定性较高的性能的离子电子复合束装置。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种搭载了上述扫描探针针尖(探针)，能够在长时间内适当使用的扫描探针显微镜。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种使用上述铱针尖，能够在长时间内进行高精度的加工的掩模修正装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，达成该目的，本发明采用如下方式。
(1)本发明的一个方面的铱针尖在锐化的＜210＞方位的单晶的前端部具有角锥结构，该角锥结构具有1个{100}结晶面，作为多个锥面中的任意一个面。
(2)上述(1)所述的铱针尖在所述前端部具有角锥结构，该角锥结构可以具有1个{111}结晶面，作为多个锥面中的任意一个面。
(3)上述(1)或(2)所述的铱针尖的所述前端部具有角锥结构，该角锥结构可以具有通过1个{100}结晶面和2个{111}结晶面包围的＜210＞方位的前端。
(4)在上述(1)至(3)中的任意一项所述的铱针尖中，所述角锥结构可以具有仅通过1个铱原子形成的前端。
(5)上述(4)所述的铱针尖可以将形成所述角锥结构的所述前端的所述1个铱原子作为第1层，所述第1层的正下方的第2层具有位于三角形的顶点的3个铱原子，所述第2层的正下方的第3层具有位于三角形的顶点和边的6个铱原子。
(6)本发明的一个方面的气体电场电离离子源具有上述(1)至(5)中的任意一项所述的铱针尖，作为释放离子束的发射器，其具有：离子源室，其收容所述发射器；气体供给部，其向所述离子源室供给待离子化的气体；导出电极，其使所述气体离子化以产生所述气体的离子，并且施加用于将所述气体的离子从所述发射器导出的电压；以及温度控制部，其冷却所述发射器。
(7)在上述(6)所述的气体电场电离离子源中，所述气体的主成分可以为氢、氮、氧、氦、氖、氩、氪和氙中的至少一种气体或所述至少一种气体的混合。
(8)在上述(6)所述的气体电场电离离子源中，所述气体的主成分可以是氮。
(9)在上述(8)所述的气体电场电离离子源中，作为所述气体的主成分的氮的纯度可以在99％以上。
(10)本发明的一个方面的集束离子束装置具有：上述(6)至(9)中的任意一项所述的气体电场电离离子源；以及控制单元，其通过所述气体电场电离离子源产生的所述气体的离子形成集束离子束，并向试样照射所述集束离子束，进行所述试样的照射区域的观察、加工和分析中的至少一个处理。
(11)本发明的一个方面的电子源具有上述(1)至(5)中的任意一项所述的铱针尖，作为释放电子的针尖，具有导出电极，其产生所述电子，并且施加用于将所述电子从所述针尖导出的电压。
(12)本发明的一个方面的电子显微镜具有：上述(11)所述的电子源；以及控制单元，其通过所述电子源产生的所述电子形成电子束，并且向试样照射所述电子束，进行所述试样的细微区域的观察和计量中的至少一个处理，其中，所述电子显微镜可以是扫描电子显微镜、透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜中的至少某种电子显微镜。
(13)本发明的一个方面的电子束应用分析装置具有：上述(11)所述的电子源；以及控制单元，其通过所述电子源产生的所述电子形成电子束，并且向试样照射所述电子束，进行所述试样的观察、计量和分析中的至少一个处理。
(14)在上述(13)所述的电子束应用分析装置可以是电子束显微分析仪和俄歇电子能谱装置中的至少某种电子束应用分析装置。
(15)本发明的一个方面的离子电子复合束装置具有：上述(6)至(9)中的任意一项所述的气体电场电离离子源和上述(11)所述的电子源中的至少一个；以及控制单元，其将集束离子束和电子束向试样上的大致同一部位照射，至少满足以下某种情况、即所述集束离子束是从所述气体电场电离离子源获得的集束离子束以及所述电子束是从所述电子源获得的电子束。
(16)本发明的一个方面的扫描探针显微镜具有上述(1)至(5)中的任意一项所述的铱针尖作为探针，具有控制单元，其在使所述探针接近试样表面的状态下进行扫描，从而计量所述试样表面的原子级别的形态和状态。
(17)在上述(16)所述的扫描探针显微镜可以是扫描隧道显微镜和扫描原子间力显微镜中的至少某种扫描探针显微镜。
(18)本发明的一个方面的掩模修正装置具有：上述(6)至(9)中的任意一项所述的气体电场电离离子源；以及控制单元，其通过所述气体电场电离离子源产生的所述气体的离子形成集束离子束，并且通过所述集束离子束修正光掩模的缺陷部。
(19)在上述(18)所述的掩模修正装置中，所述集束离子束可以是氮离子束。
发明的效果
根据上述方式，能够提供一种前端具有1个原子的角锥结构的铱针尖。铱针尖的前端的角锥结构能够位置再现性良好地进行制作，不易附着杂质，可长时间保持前端原子。
此外，根据上述方式，能够提供一种电子束或离子束的电流稳定性良好，能够在长时间内连续释放各束的电子源或气体电场电离离子源，进而还能够提供一种长时间使用的情况下能够实现再现性较高的观察的探针。
进而，根据上述方式的电子源或气体电场电离离子源和探针，能够提供一种具有长寿命且高度稳定的性能的电子显微镜、电子束应用分析装置、集束离子束装置和扫描探针显微镜。
附图说明
图1是本发明的实施方式的针尖组件的立体图。
图2是用于制作本发明的实施方式的铱针尖的铱针尖制作装置的概要结构图。
图3是表示本发明的实施方式的铱针尖的制作方法的流程图。
图4是表示本发明的实施方式的铱的各结晶面的配置的图。
图5是用于说明本发明的实施方式的铱针尖的前端的角锥结构的图，其中，(A)是角锥结构的原子模型图，(B)是用于明示结晶面的说明图。
图6是表示本发明的实施方式的铱针尖的前端的角锥结构的结晶面的原子的排列的图，其中，(A)是从正面观察构成锥面的{100}结晶面的图，(B)是从正面观察构成锥面的{111}结晶面的图。
图7是用于说明现有例的铱针尖的前端的第1的角锥结构的图，其中，(A)是角锥结构的原子模型图，(B)是用于明示结晶面的说明图。
图8是用于说明现有例的铱针尖的前端的第2的角锥结构的图，其中，(A)是角锥结构的原子模型图，(B)是用于明示结晶面的说明图。
图9是表示现有例的铱针尖的前端的角锥结构的结晶面的原子的排列的图，其中，(A)是从正面观察构成锥面的{110}结晶面的图，(B)是从正面观察构成锥面的{311}结晶面的图。
图10是用于说明本发明的实施方式的气体电场电离离子源的离子化的概要结构图。
图11是用于说明本发明的实施方式的气体电场电离离子源的结构的概要结构图。
图12是本发明的实施方式的集束离子束装置的结构图。
图13是表示本发明的实施方式的掩模修正装置的概要结构的说明图。
图14是用于说明本发明的实施方式的掩模修正装置的待修正的图形的图。
图15是用于说明现有的针尖的概要图。其中，(B)是(A)的前端部A的放大图，(C)是(B)的前端部B的放大图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的铱针尖、气体电场电离离子源、集束离子束装置、电子源、电子显微镜、电子束应用分析装置、离子电子复合束装置、扫描探针显微镜以及掩模修正装置。
(实施例1)铱针尖制作装置
首先，参照图1，说明在铱针尖1的锐化、离子释放评价和离子束形成等中使用的针尖组件10。
针尖组件10具有固定于绝缘性的基底部材11的1对通电销12、在1对通电销12的前端部间连接的由钨等的细线构成的灯丝13、电和机械性固定于灯丝13的棒状的铱的单晶的针尖部材14。
接着，参照图2，说明用于使后述的实施了电解研磨后的铱针尖1进一步锐化，加工为前端由1个铱原子构成的铱针尖1的铱针尖制作装置20。
图2是铱针尖制作装置20的概要结构图。铱针尖制作装置20具有用于设置针尖组件10的设置部21、通过在与铱针尖1之间产生高电场，从而从铱针尖1的前端(针尖前端)释放离子22的导出电极23、对铱针尖1施加离子22的加速电压，并加热铱针尖1的电源24、检测从铱针尖1释放的离子22的检测器(例如，MCP：Multi Channel Plate(多通道板)等)25、将上述部件收容于内部的真空容器26。
进而，铱针尖制作装置20具有将真空容器26内保持为真空状态的排气装置27、通过视口28对由检测器25生成的FIM像进行摄像(或观察)的相机(例如，CCD相机等)29、记录通过相机29摄像的FIM像的图像并控制电源24的计算处理机30、显示通过相机29摄像的FIM像的图像等的监视器31。
进而，铱针尖制作装置20具有将待离子化的气体向铱针尖1的周围供给的气体供给装置32、冷却铱针尖1和根据需要从气体供给装置32供给的气体的冷却装置33、检测从铱针尖1释放的离子22的电流且可移动的法拉第杯34、移动法拉第杯34的移动机构35等。
真空容器26的基底压力被设定为大约2×10-8Pa。针尖前端的表面优选维持为洁净状态，基底压力越低越好。在真空容器26安装着气体供给装置32。
气体供给装置32能够向真空容器26内供给作为离子22的原料的气体。该气体为能够容易入手的高纯度气体(例如，纯度在99.999％以上等)。该气体可进一步通过气体精制器(省略图示)将杂质浓度降低至几ppb左右。为了延长可维持铱针尖1的纳米结构即角锥结构的时间，就需要降低杂质浓度，优选既降低真空容器26的基底压力，又减少气体的杂质浓度。
在本实施例中，填充了氢、氧、氮、氦、氖、氩、氪和氙等各种气体的多个气体容器(省略图示)配置于气体供给装置32内，能够按照需要适量供给期望的气体。气体供给装置32调整阀32a以向铱针尖1的前端适量供给规定的气体种类，将气体从铱针尖1附近的喷嘴32b向铱针尖1的周围逐步供给。
铱针尖1经由连接部33a与低温冷冻机(cryostat)等的冷却装置33连接，冷却温度被调整至60K左右。由此，通过检测器25生成的FIM像变得明亮，能够通过相机29拍摄鲜明的图像。该冷却温度可以按照由气体供给装置32供给的气体种类加以变更。
电源24是高电压的电流电源，通过真空容器26的馈通(feed-through)(省略图示)与铱针尖1连接，能够经由灯丝13向铱针尖1施加高电压。电源24连接构成为例如电流电源成为高压电源的输出的电位。从电源24输出的电压和从电源24向灯丝13通电的电流等是通过与电源24连接的计算处理机30控制的。计算处理机30能够自动控制从电源24输出的电流和电压，例如能够以固定的比例改变电流。由此，计算处理机30能够再现性良好地重复重塑条件。
导出电极23例如为接地电位，向铱针尖1施加正电压。在针尖前端生成的离子22沿着由铱针尖1和导出电极23生成的电场被导出，通过设置于导出电极23的孔口23a而作为离子束输出。离子束具备与向铱针尖1施加的电压相应的能量，从导出电极23向检测器25释放。
另外，在本实施例中，可以通过构成为导出电极23成为任意的电位，从而使得铱针尖1的电位可变。即，可以形成为从外侧起为真空容器26、导出电极23和铱针尖1的3重结构。在这种情况下，计算处理机30任意设定铱针尖1的电位，将导出电极23的电位设定为相对于铱针尖1的电位为负的电位且作为离子22的原料的气体进行离子化的电位。由此，能够适当地设定离子束的加速能量。
检测器25和屏幕(screen)25a设置于铱针尖1的前端和导出电极23的孔口23a的延长线上。向检测器25施加规定电压(例如，+1.5kV等)，对所产生的电子进行放大。向屏幕25a施加规定电压(例如，+3.0kV等)，通过检测器25放大的电子与屏幕25a冲突，屏幕25a的荧光体发光。该发光显现于屏幕25a，经由视口28被相机29摄像，被设定为可作为FIM图形(FIM像)观察。相机29与计算处理机30连接，将定期摄像的图像存储于计算处理机30。
在FIM像的亮点为1个时，能够判断为铱针尖1的前端为1个原子，以使得离子束进入法拉第杯34的方式移动法拉第杯34，通过法拉第杯34将束电流信号导入计算处理机30。关于该束电流的计量，除了计量该时刻的电流值之外，还能够进行长期连续的电流变动的计量。
铱针尖制作装置20的真空容器26内始终保持为高真空状态，因而可具有适当的结构，其用于将铱针尖1暂时保持于预备排气室(省略图示)，对附着于铱针尖1的污物(杂质等)进行高温加热洗浄等的处理之后，将其导入真空容器26内。
(实施例2)铱针尖制作方法
铱针尖的制作方法如图3所示，包含依次执行的湿蚀刻工序(步骤S10)、FIB加工工序(步骤S20)、电场感应气体蚀刻工序(步骤S30)、重塑工序(步骤S40)。以下说明各工序。
首先，在步骤S10的湿蚀刻工序中，作为待锐化的铱针尖1的原材料，使用作为规定形状(例如，直径0.3mm，长度8mm等)的棒状的铱的单晶，且长边方向在＜210＞方位对齐的针尖部材14。而且，例如通过湿蚀刻使棒状的针尖部材14锐化为圆锥形状的前端直径为规定值(例如，从几百nm到几μm等)，作为铱针尖1。
更具体地，例如在氢氧化钙1mol/L的溶液中浸入铱的针尖部材14和白金的对置电极，向该2极之间(即针尖部材14与对置电极之间)施加交流电压并实施电解研磨。所施加的交流电压例如以频率60Hz被设定为大约30V(rms)。通过该湿蚀刻工序，针尖部材14的前端形成为具有从几百nm至几μm的前端直径的圆锥形状。然后，在湿蚀刻结束后，通过水和丙酮等洗净铱针尖1，将电解溶液等的杂质从铱针尖1除去。
接着，在步骤S20的FIB蚀刻工序中，使铱针尖1的前端直径为更小的几十nm至几百nm左右的情况下，在执行了步骤S10的湿蚀刻工序之后，将铱针尖1导入现有公知的钙集束离子束(Ga-FIB)装置(省略图示)，进行FIB蚀刻，从而使前端直径为几十nm至几百nm左右。
接着，在步骤S30的电场感应气体蚀刻工序中，在后述的气体电场电离离子源70或铱针尖制作装置20内配置铱针尖1，使铱针尖1的周边为真空状态。以图2中的制作为例进行说明。将真空容器26内的压力调整为基底压力(例如，2×10-8Pa等)并且将铱针尖1的冷却温度调整为规定温度(例如，60K左右)。然后，从气体供给装置32向真空容器26内供给氦，直到压力例如为1×10-4Pa等为止。计算处理机30控制电源24以向铱针尖1施加电压。对铱针尖1施加的电压(针尖电压)例如达到4kV左右时，通过相机29对氦的FIM图形(FIM像)进行摄像。
在经过了步骤S20的铱针尖1或前端结构损伤的铱针尖1上，铱针尖1的前端表面吸附着杂质，因而可获得不具备结晶性的图形。若逐渐提高针尖电压，则针尖前端的电场强度将比铱的电场蒸发强度高，于是铱原子开始电场蒸发。铱针尖1的前端表面的数层的原子层进行电场蒸发时，铱的结晶性的洁净表面露出。此时的针尖电压例如从5kV上升至6kV左右。而且，若使针尖电压例如下降约1kV则成为可获得基于氦的图像的最佳电压(最佳影像电压)，显现出规则正确的原子排列的FIM图形。成为洁净表面后，就有可能观察到铱结晶的缺陷。在不存在缺陷的情况下，跳过电场感应气体蚀刻工序(步骤S30)或步骤S30而移至重塑工序(步骤S40)。存在结晶缺陷的情况下，无法在重塑工序(步骤S40)中制作期望的角锥结构。在这种情况下，将电场感应气体蚀刻与电场蒸发进行组合，将结晶前端削入至不存在结晶缺陷的区域。通过观察洁净表面，从而判定是否进入步骤S40。
接着，将导出电压设定为比在电场蒸发中施加的最高电压低0.5kV左右的较低的值(例如4.5kV到5.5kV左右)，将氮或氧作为蚀刻用的气体从气体供给装置32向铱针尖1的周边供给，以使得真空容器内的压力为1×10-4Pa到1×10-3Pa左右。
在这种情况下，导出电压与铱针尖1的被蚀刻区域具有规定的对应关系。即，若导出电压较低则电场较强的铱针尖1的前端区域被蚀刻，若导出电压较高则除去铱针尖1的前端区域之外的周边区域(例如，根部部分等)被蚀刻。因此，在本工序中，将导出电压较高地设定为氦进行电场电离的程度，保留铱针尖1的前端区域，蚀刻其周边区域。由此，能够减少在后述步骤S40的重塑工序中移动的铱原子的数量，能够缩短重塑工序的执行所需的时间。此外，由于铱针尖1的前端为尖细的形状，因此能够防止角锥结构在重塑工序中并不期望的位置处成长。此时，若进行电场感应气体蚀刻，则由于前端尖细，因此能够使导出电压下降至前端原子不会电场蒸发的程度。
若前端在期望的范围内变尖细，则在施加导出电压的情况下，停止气体供给装置32对蚀刻用的气体的供给，将残留的蚀刻用的气体真空排气。此时的氦的最佳影像电压大约为3.6kV。此后，降低导出电压以使得成为氮进行电场电离的电场强度。通过充分进行真空排气能够防止铱针尖1的前端区域被蚀刻，或者通过迅速降低导出电压能够进一步抑制铱针尖1的前端区域的蚀刻。
此外，在铱针尖1的前端附近存在结晶缺陷的情况下，控制导出电压以蚀刻铱针尖1的前端区域，直到除去结晶缺陷为止。由此，在结晶缺陷存在于铱针尖1的前端附近的情况下，能够通过蚀刻除去结晶缺陷。
接着，在步骤S40的重塑工序中，使用铱针尖制作装置20，在铱针尖1的前端形成作为纳米结构的角锥结构。
将导出电压下降至例如基于氦的最佳电压的约1/3、即1.2kV左右。该电压与氮影像电压大致一致。然后，向真空容器26内导入氮气，将压力调整为例如1×10-3Pa等。将导出电压微调为能够观察氮的FIM图形。由此开始本实施例的重塑工序。与现有的重塑不同的是在氮气氛中实施重塑。此外，现有的重塑中使灯丝13的电流固定并进行加热，提升针尖电压，此后下降灯丝13的电流并使针尖前端锐化，而在本实施例中，通过以下的步骤实施锐化。
首先，在施加导出电压的状态下对灯丝13例如接通3.5A的电流3分钟，加热铱针尖1。该加热结束后，可通过相机摄像和观察氮的FIM图形。
而且，在摄像和观察的氮的FIM图形几乎未发生变化的情况下，例如逐次增加0.1A的电流进行加热。
而且，在灯丝13例如大致为3.9A时FIM图形会显现变化。即，如图4所示的各结晶面中的{111}结晶面变大，{110}结晶面变小。此外，{100}结晶面变大，{311}结晶面变小。若如上在台面发生大幅变化，则铱针尖1的前端变尖，因而通过相机29摄像和观察氮的FIM图形的针尖电压(即，能够观看到氮的FIM图形的针尖电压)例如下降几百V。另外，能够观看到氮的FIM图形的针尖电压大约为0.9kV左右。
而且，在能够观看到氮的FIM图形的电压下降后，将灯丝13的电流例如固定为3.9A，将加热时的针尖电压设定为例如在该时刻能够观看到氮的FIM图形的导出电压的20％至180％的值。大多情况下使其向降低侧变化。另外，加热时的针尖电压不限于向在该时刻能够观看到氮的FIM图形的针尖电压以下的降低侧变化，还可以例如按照根据氮的FIM图形等得到的铱针尖1的前端的结晶的变化状态，使其向在该时刻能够观看到氮的FIM图形的导出电压以上的增大侧变化。
然后，例如以0.5kV的针尖电压将灯丝13的电流以3.9A重复加热，则能通过相机29摄像和观察到由几个亮点构成的亮点图形。
此后，最终仅保留1点的亮点，成为铱针尖1的前端仅由1个原子构成的状态。
作为使导出电压向能够观看到氮的FIM图形值的增大侧变化的例子，可举出在导出电压为80％的重塑中，被2个{111}结晶面夹住而制作的棱线为2重线、而{111}结晶面不成长的情况，还可以举出逐渐提升导出电压，在使导出电压提升至120％时{111}结晶面变大而能够成为1根棱线的情况。
另外，在步骤S40的重塑工序中，还可以使用氧气以代替氮气来制作铱针尖1。即，从气体供给装置32向真空容器26内供给氧气以代替氮气，设定为能够观看到氮的FIM图形针尖电压，加热铱针尖1。
然后，停止氧气的供给，供给氮气，确认能够观看到氮的FIM图形针尖电压。通过该电压停止氮气的供给，供给氧气，加热铱针尖1。重复执行这些处理。其中，此时逐渐提升加热温度。
而且，例如在根据氮的FIM图形等探测到铱针尖1的前端原子开始移动时，将导出电压设定为例如在该时刻能够观看到氮的FIM图形的导出电压的20％至180％的值，供给氧气，加热铱针尖1。在大多情况下，使导出电压向降低侧变化。另外，加热时的针尖电压不限于向在该时刻能够观看到氮的FIM图形针尖电压以下的降低侧变化，还可以例如按照从氮的FIM图形等得到的铱针尖1的前端的结晶的变化状态，使其向在该时刻能够观看到氮的FIM图形针尖电压以上的增大侧变化。
然后，最终仅保留1点的亮点，成为铱针尖1的前端仅由1个原子构成的状态。
此外，还可以使用氦或氢以代替氮。例如，在使用氮气作为离子源气体的情况下通过氮气实施重塑，在使用氢气作为离子源气体的情况下通过氢气实施重塑，从而能够在不必切换导入气体的情况下照射离子束。
通过上述的步骤S10～步骤S40的处理，能够制作出图5(A)、(B)所示的具有角锥结构的铱针尖1，该角锥结构具有仅通过由1个{100}结晶面和2个{111}结晶面包围的、＜210＞方位的1个原子构成的前端(顶点)。
在将铱针尖1用于后述的气体电场电离离子源70的情况下，能够在释放离子束的气体电场电离离子源70内实施步骤S30的电场感应气体蚀刻工序和步骤S40的重塑工序。由此，不再需要将铱针尖1从气体电场电离离子源70的外部移设的工序，能够防止移设时的杂质的附着，提升作业效率。
(实施例3)铱针尖
铱结晶为面心立方结构，铱的原子位于立方体的8个角和6个面的中央处。
图5(A)、(B)是根据观察本实施例的铱针尖1的前端的FIM像的结果制作的图，是从＜210＞方位观看本实施例的铱针尖1的前端的表示角锥结构的模型图。图5(A)是使圆形标记与1个铱原子41对应的原子排列。图5(B)是示意性表示结晶面的图。
铱针尖1的前端的角锥结构具有三角锥形状，该三角锥形状具有3个侧面(锥面)、仅由1个铱原子41(42)构成的顶点。该角锥结构的构成原子都为铱原子。如图5(A)所示，通过白圈显示位于各结晶面的最上层(最表面)的铱原子41，而对于最上层以下的内部的铱原子41省略显示。此外，对位于三角锥形状的棱线的铱原子41(43)附上黑三角形标记。如图5(B)所示，角锥结构具有3个锥面44a、44b、44c分别形成的棱线45a、45b、45c和基于1个铱原子41(42)的顶点46。
图5(B)的锥面44a为{100}结晶面，图5(A)的锥面44b、44c为相同的{111}结晶面。
图6(A)、(B)是示意性表示从正面(即法线方向)分别观察本实施例的角锥结构的3个锥面44a、44b、44c的原子排列的图。在图6(A)、(B)中，以白圈标记显示最上层(表面层)的铱原子47，以灰圈标记显示正下方的第2层的铱原子48，其以下省略。
将形成该角锥结构的前端的1个铱原子42作为第1层，在第1层的正下方的第2层的原子配置中，如下表1所示，3个铱原子41位于接近正三角形的等腰三角形(例如，在将1边的长度设为1的情况下的等腰约为1.22的等腰三角形)的各顶点。在第2层的正下方的第3层的原子配置中，6个铱原子41位于三角形的顶点和边上。
另外，本发明人发现第2层和第3层的原子配置可通过在FIM像的观察时凭借强电场而强制使前端的铱原子41(42)脱离来检测到，这与图5(A)、(B)所示的模型图一致。
另外，若将前端的铱原子41(42)脱离的状态的铱针尖1用作电子源或离子源的针状电极或扫描探针显微镜的探针，则会产生向试样的到达束电流的降低或扫描探针显微镜的位置分辨率的降低，因而并不优选。在这种情况下，执行后述的针尖前端的再生处理，从而将前端原子保持为1个原子。
【表1】
另一方面，作为本发明的实施方式的比较例，图7和图8示出了现有例的铱针尖的前端结构。另外，图7是参考上述非专利文献3制作的，图8是参考上述非专利文献4制作的。图7(A)和图8(A)是表示从＜210＞方位观看现有例的铱针尖的角锥结构的模型图。图7(B)和图8(B)是示意性表示结晶面的图。
如图7(A)和图8(A)所示，通过白圈显示位于各结晶面的最上层(最表面)的铱原子51，通过灰圈显示最上层以下的内部的铱原子41。1个铱原子51(52)位于三角锥形状的顶点，对位于三角锥形状的棱线的铱原子51(53)附上黑三角形标记。如图7(B)和图8(B)所示，角锥结构具有3个锥面54a、54b、54c分别形成的棱线55a、55b、55c和基于1个铱原子51(52)的顶点56。
图7(B)和图8(B)的锥面54a为{110}结晶面，图7(B)和图8(B)的锥面54b、54c为相同的{311}结晶面。
图7(A)所示的原子排列与图8(A)所示的原子排列的差异在于，构成锥面54a的底边的铱原子51的数为奇数还是偶数，图7(A)所示的原子排列为偶数，而图8(A)所示的原子排列为奇数。根据构成该底边的铱原子51的数是奇数还是偶数，前端的最上层(表面层)的铱原子51(52)的正下方的构成第2层和第3层的铱原子51的排列会不同。图7(A)所示的原子排列的第2层具有3个铱原子51，图8(A)所示的原子排列的第2层具有6个铱原子51。据此，图8(A)所示的原子排列的前端的最上层(表面层)的铱原子51(52)位于3根棱线55a、55b、55c的交点。对此，图7(A)所示的原子排列的前端的最上层(表面层)的铱原子51(52)错开配置于突出3根棱线55a、55b、55c的交点若干距离的位置上。
图7(A)和图8(A)所示的现有例的铱针尖的角锥结构与图5(A)所示的本实施例的铱针尖1的角锥结构相比，位于各棱线55a、55b、55c的铱原子51(53)彼此的间隔较宽。由此，各棱线55a、55b、55c的倾斜、即各锥面54a、54b、54c的倾斜比本实施例的铱针尖1的角锥结构的各棱线45a、45b、45c和各锥面44a、44b、44c的倾斜缓和。即，本实施例的铱针尖1的前端部比现有例的铱针尖的前端部更尖，在铱针尖1的前端具有电场集中的结构。由此，本实施例的铱针尖1与现有例的铱针尖相比而言，能够通过更低的导出电压进行离子释放，既能够减轻对于施加导出电压的电源(例如，图2所示的电源24等)的负担，又能抑制铱针尖1的前端与导出电极(例如，图2所示的导出电极23等)之间的放电异常的产生。
图9(A)、(B)是示意性表示从正面(即法线方向)分别观看现有例的铱针尖的角锥结构的3个锥面54a、54b、54c的原子排列的图。在图9(A)、(B)中，以白圈标记显示最上层(表面层)的铱原子57，以灰圈标记显示正下方的第2层的铱原子58，再以下省略。
如上表1所示，本实施例的铱针尖1的角锥结构的第1层至第3层的铱原子的个数依次为1个、3个、6个，对此，图7(A)所示的现有例的铱针尖的角锥结构的第1层到第3层的铱原子的个数依次为1个、3个、10个，图8(A)所示的现有例的铱针尖的角锥结构的第1层到第3层的铱原子的个数依次为1个、6个、15个。即，可知本实施例的铱针尖1的角锥结构与现有例的铱针尖的角锥结构在第3层为止的原子排列不同。
进而，本实施例的铱针尖1的角锥结构与现有例的铱针尖的角锥结构关于构成锥面的结晶面的次数不同。即，构成本实施例的铱针尖1的角锥结构的锥面的{100}结晶面和{111}结晶面与构成现有例的铱针尖的角锥结构的锥面的{110}结晶面和{311}结晶面相比而言，具有原子密度更高的低次指数。例如，图6(A)、(B)所示的本实施例的铱针尖1的角锥结构的最表面层的原子排列与图9(A)、(B)所示的现有例的铱针尖的角锥结构的最表面层的原子排列相比，可视觉确认到铱原子更为紧密地排列。
例如在定量的比较中，基于网格常数d，图6(A)、(B)所示的本实施例的铱针尖1的{100}结晶面上相邻的原子列的距离d(100)为0.50d，{111}结晶面上相邻的原子列的距离d(111)为0.61d。对此，对于图9(A)、(B)所示的现有例的铱针尖的{311}结晶面和{110}结晶面的各个而言，距离d(311)为1.17d，距离d(110)为1.00d。即，现有例的铱针尖的角锥结构的锥面上的原子列的距离比本实施例的铱针尖1的角锥结构的锥面上的原子列的距离更大。
此外，基于各结晶面的最上层的表面原子的密度n，若考虑铱的网格常数为0.3839nm，则在{100}结晶面上密度n为13.6×1018/m2，在{111}结晶面上密度n为15.7×1018/m2，而在{110}结晶面上密度n为9.6×1018/m2，{311}结晶面的密度n为8.2×1018/m2。即，现有例的铱针尖的角锥结构的最表面原子密度比本实施例的铱针尖1的角锥结构的最表面原子密度更低，现有例与本实施例相比而言，在表面存在的各原子间的间隙更大。
如上，由于现有例的铱针尖的角锥结构的最表面层的原子列的距离较大，而表面原子密度较小，因而可推测各铱原子的间隙中嵌入例如在针尖周边漂浮的异类原子或分子的概率较高。该异类原子的嵌入，可能有损铱针尖的前端的铱结晶的原子排列，扰乱在铱针尖的前端的电场分布。其结果，来自铱针尖的前端的释放离子电流变得不稳定，照射到试样表面的离子束电流发生变动，可能产生观察图像的紊乱或加工表面的紊乱。此外，无法容易地除去在铱原子的间隙中嵌入的异类原子，因此若产生了图像的紊乱或离子束电流变动，则需要首先进行通过高电场除去铱针尖的角锥结构，然后再次制作角锥结构，使得离子释放稳定化的处理等，需要耗费繁杂的精力和时间的处理，会产生难以进行连续的观察或加工的问题。
与此相对，在构成本实施例的铱针尖1的角锥结构的锥面的1个{110}结晶面和2个{111}结晶面上，原子间距离比现有例小，可抑制异类原子嵌入在铱原子间，使之处于在结晶面上仅附着异类原子的程度(物理吸附等)的状态。在这种情况下，通过略微的加热或比对铱针尖1施加的氮气的离子化所需电场强度弱的电场调整，就能够使在结晶面上附着的物质容易地脱离，因而能够始终保持仅基于铱原子的结晶三角锥结构。其结果，释放离子电流能够长时间稳定，可抑制向试样照射的离子束电流的变动，能够获得不存在紊乱的观察图像或加工表面。
进而，本实施例的铱针尖1的角锥结构以各原子间距离较小的配置构成，从而可确认到对于温度等的干扰的抗性较强。
如上，本实施例的铱针尖1比现有例的铱针尖更尖，因而能够以更低的电压进行离子释放，对于干扰的抗性较强，属于不易附着杂质的结构，因此能够实现长时间稳定的电子释放或离子释放等。
另外，上述本实施例的铱针尖1具有使铱的单晶的针尖部材14的前端按照原子级别锐化的结构，然而不限于此，也可以通过电镀等在锐化的铱针尖1的表面上覆盖铱的薄膜。
(实施例4)气体电场电离离子源
作为使用上述实施例3的铱针尖1的实体例，说明气体电场电离离子源(GFIS)。
首先，参照图10说明离子产生原理。向离子源供给待离子化的气体，在铱针尖1周边存在待离子化的气体分子和原子(在此作为代表描述为气体分子)61。铱针尖1通过冷却装置(省略图示)进行冷却。
而且，通过电源62向铱针尖1与导出电极63之间施加电压，若在铱针尖1的前端的周边产生了高电场，则在铱针尖1周边漂浮的气体分子61极化，通过极化力被吸引到铱针尖1的前端。然后，被吸引的气体分子61通过铱针尖1的前端的高电场进行离子化。
产生的离子64从导出电极63的开口部63a通过下游的离子光学系统(省略图示)朝试样(省略图示)释放。该气体电场电离离子源70的释放离子64的束(离子束)的区域的大小、即离子源的源极尺寸极小，因此成为高亮度的离子源，能够在试样上形成极细的集束离子束。
以下，参照图11，说明气体电场电离离子源70的基本结构。
气体电场电离离子源70具有针尖结构体71、离子源气体供给部72、冷却装置73、导出电极63、导出电源部(省略图示)。
针尖结构体71具有绝缘性的基底部材74、固定于基底部材74的1对通电销75、在1对通电销75的前端部间连接的由钨等的细线构成的灯丝76、电和机械性固定于灯丝76的铱针尖1。铱针尖1通过点焊等与灯丝76连接，从前端部释放离子。
离子源气体供给部72能够向铱针尖1的周围供给待离子化、由气体分子61构成的微量的气体(例如，氦气等)，以能够通过阀72a调整流量的方式经由气体导入管72b与离子源室77连通。在离子源气体供给部72设置的气体种类不限于1种，可以设置多个气体种类的储气瓶(省略图示)，按照需要切换气体种类，或者混合多个气体种类，并向离子源室77供给。
导出电极63与铱针尖1的前端远离配设，具有开口部63a。导出电极63将铱针尖1释放的离子引导至开口部63a的下游的离子光学系统(省略图示)。
导出电源(省略图示)向导出电极63与铱针尖1之间施加导出电压，从而在铱针尖1的前端使气体分子61离子化以生成离子64，将该离子64导出到导出电极63侧。
冷却装置73通过液体氦或液体氮等的制冷剂冷却从铱针尖1和离子源气体供给部72向离子源室77供给的气体。在冷却装置73产生的低温的制冷剂经由连接部73a与包围针尖结构体71的壁面78和气体导入管72b接触，冷却它们以及离子源室77内。
另外，冷却装置73不限于这种结构，只要至少能够冷却铱针尖1即可，例如可以是具有冷却块或冷冻机等的结构。此外，在离子源室77与针尖结构体71之间配设用于放出铱针尖1的热的低温制冷机79。低温制冷机79通过氧化铝或蓝宝石或氮化铝等的陶瓷材料形成为块型，固定于基底部材74。
本实施例的铱针尖1由铱构成，在锐化的＜210＞方位的单晶的前端部具有角锥结构，该角锥结构具有仅通过由1个{100}结晶面和2个{111}结晶面包围的＜210＞方位的1个铱原子形成的前端。这些结晶面和角锥结构能够通过事先的FIM像观察进行确认。
从离子源气体供给部72向离子源室77供给的气体、即用于形成集束离子束的原材料气体既可以是氦、氖、氩、氪和氙等的惰性气体，也可以是氢、氧和氮等的分子气体。此外，还可以是这些气体的混合气体。
在本实施例中使用氮气作为离子源气体。在现有的商用的气体电场电离离子源中使用钨的针尖，而由于氮气腐蚀(蚀刻)钨，因而不会使用以氮为主要成分的气体来积极地释放氮离子。正相反，而是设定为不在离子源室77残留氮，并且在从离子源气体供给部72供给的气体中不会混入氮的方式，抑制氮气的使用。此外，在成型针尖前端形状的情况下，在以氦等的惰性气体作为主要成分的情况下仅添加极微量的氮气。
通过本实施例的铱针尖1，因为将铱针尖1的前端的原子保持为长时间内不会脱落，所以能够在长时间内稳定地释放离子。进而，由于铱针尖1的前端的角锥结构的各锥面的原子排列缜密，因此铱针尖1周边的杂质粒子不易附着于铱针尖1，能够形成电流变动或照射位置变动极小的集束离子束，能够提供一种高性能的集束离子束装置。由此，能够有效减少使铱针尖1的前端的原子恢复为1个的再生处理的执行所需的次数，能够削减装置的维修所需时间，能够大幅减轻用户的负担。
(实施例5)集束离子束装置
本实施例是具有气体电场电离离子源的集束离子束装置。集束离子束装置也被称作扫描离子显微镜(SIM：Scanning Ion Microscope)，而将主要进行对象试样的加工(例如，开孔、剖面形成和沉积膜(deposited film)形成等)和观察的装置称作集束离子束装置，将专门进行对象试样的形状观察的装置称作扫描离子显微镜。因此，在集束离子束装置中使用能够对于对象试样积极地进行溅射的离子种类，而在扫描离子显微镜中使用对于对象试样不易溅射且质量较小的氢或氦等的轻元素离子。其中，无论在何种装置中，对于离子束的集束性和离子束释放的长期稳定性都是同样要求的，离子源、离子束集束光学系统、冷却单元和真空排气装置等的结构基本相同。
图12是集束离子束装置80的概要结构。集束离子束装置80主要具有离子束镜筒81、试样室82、控制部83。
离子束镜筒81具有：具有产生离子的铱针尖1的离子源室84；使从该离子源室84释放的离子集束为集束离子束85的聚束透镜(condenser lenses)电极86；以及使集束离子束85在试样87集束的物镜电极88。
进而，离子束镜筒81在离子源室84与试样室82之间具有中间室89，在离子源室84与中间室89之间以及试样室82与中间室89之间具有孔口90、91。集束离子束85通过孔口90、91，向试样87照射。
中间室89与真空泵92连接，能够通过真空泵92调整真空度，中间室89能够在试样室82与离子源室84之间进行差动排气。
离子源室84具有：具有铱针尖1且释放集束离子束85的气体电场电离离子源93；以及形成用于向铱针尖1的周围导出集束离子束85的电场的导出电极94。
铱针尖1由铱的单晶构成。另外，铱针尖1可以是在由铱的单晶构成的针状的基材的表面通过电镀或蒸镀等覆盖铱的结构。铱针尖1在前端部具有如上述实施例3所述的角锥结构。
铱针尖1连接加热器95。加热器95能够调整铱针尖1的温度，用于洗净铱针尖1的表面以及制作铱针尖1前端部的角锥结构的情况等。
此外，在离子源室84连接着冷却铱针尖1的冷却装置96、向离子源室84内供给离子源气体的离子源气体供给部97、使离子源室84处于真空状态的真空泵98等。
冷却装置96通过液体氮或液体氦等的制冷剂冷却铱针尖1或从离子源气体供给部97向离子源室84供给的离子源气体。例如，冷却装置96经由连接离子源室84的连接部99和离子源室84的壁部100，冷却铱针尖1和离子源气体。
从离子源气体供给部97供给的离子源气体既可以是氦、氖、氩、氪和氙等的惰性气体，也可以是氢、氧和氮等的分子气体。离子源气体从铱针尖1的前端作为离子释放，由于集束离子束85的能量分布宽度极窄，因而色像差的影响被抑制得较小。本实施例的气体电场电离离子源93与现有公知的例如等离子体型气体离子源或液体金属离子源相比而言，是离子产生区域极小且高亮度的离子源。本实施例的离子源气体为氮。氮通过较低的电场强度(例如，17V/nm)进行电场电离，而物理吸附于铱针尖1的表面的异物通过比上述电场强度低的电场强度脱离，因而在对氮离子化时，铱针尖1的表面成为除去了异物的状态。
此外，关于氢(电场电离的电场强度约为22V/nm)、氦(电场电离的电场强度约为44V/nm)、氖(电场电离的电场强度约为35V/nm)、氩(电场电离的电场强度约为22V/nm)等，若与氮相比而言并非强电场则不会被离子化。因此，这些气体即使残留于离子源室84也不会离子化，因此从离子源气体供给部97供给的氮的纯度无需特别为超高纯度。由此，能够削减装置的运转所需的費用。
氮气对金属具有腐蚀性，因而在使用现有的钨针尖的气体电场电离离子源之中，即使向氦中混入少量的氮，钨针尖也会被腐蚀(蚀刻)，针尖形状发生变形，使得用于释放离子的针尖前端部损伤。因此，在使用钨针尖的现有的气体电场电离离子源中，即使以氮气作为主要成分供给，也难以实现氮离子束的生成。
以下，说明铱针尖1的温度控制。
若铱针尖1的温度较低则气体分子的吸附密度变高。因此，通过降低铱针尖1的温度就能够增大集束离子束85的电流量。然而，若降低铱针尖1的温度，则基于气体种类和冷却温度，气体分子有时会吸附于离子源室84的壁部100或冷却装置96与离子源室84的连接部99并固体化。固体化的气体分子在离子源室84的温度上升时会一同气化，因而离子源室84的气体分压急剧升高，气体电场电离离子源的动作变得不稳定，可能放电而使得针尖前端损伤。
铱针尖1的冷却温度根据从离子源气体供给部97供给的离子源气体的气体种类不同而不同，而在本实施例中，能够通过温度控制部101在约40K到200K的范围内进行温度设定。由此，能够稳定地照射细微加工所需的电流量的离子束。
该气体离子的集束离子束能够通过从试样87的照射部(省略图示)产生的二次电子进行试样表面的观察，能够通过向试样87照射的离子对试样87的溅射进行试样表面的加工(例如，开孔和表面层的除去等)。
进而，离子源气体供给部97具有储藏离子源气体的气体储藏部(省略图示)和向铱针尖1附近供给离子源气体的喷嘴部97a，在喷嘴部97a与离子源气体供给部97之间设置高精度的阀97b，能够在调整流量的同时向铱针尖1的前端积极地供给离子源气体。
真空泵98用于提高离子源室84的真空度，气体电场电离离子源93将供给离子源气体之前的真空度例如维持在1×10-5～1×10-8Pa左右的高真空状态。
此外，离子束镜筒81具有用于获得确认气体电场电离离子源93的铱针尖1的前端的原子排列的FIM(电场离子显微镜)像的检测器(未图示)。该检测器能够相对于离子束轴移动，在不需要FIM像的确认的情况下，能够使其远离离子束轴待机。该检测器在离子电流不稳定的情况下或观察像紊乱的情况下等能够按照需要确认铱针尖1的前端的原子排列。
试样室82收容试样工作台102，该试样工作台102使试样87移动至从离子束镜筒81照射的集束离子束85的照射位置。试样工作台102根据操作者的指示等进行动作，能够向5轴变位。即，试样工作台102被变位机构(省略图示)支撑，该变位机构具有在同一面内彼此正交的X轴和Y轴、使试样工作台102沿着与该X轴和Y轴正交的Z轴移动的XYZ轴机构(省略图示)、使试样工作台102绕X轴或Y轴旋转并倾斜的倾斜轴机构(省略图示)、使试样工作台102绕Z轴旋转的旋转机构(省略图示)。
试样室82具有检测器103，该检测器103检测通过集束离子束85的扫描照射而产生的二次离子或二次电子。由此，能够根据二次离子或二次电子的检测信号以及集束离子束85的扫描信号生成观察像。在使用反射离子检测器作为检测器103的情况下，检测由试样87产生的反射离子，能够形成反射离子像。
进而，试样室82具有在集束离子束85的照射过程中能够向试样87喷射气体的气体供给部104。气体供给部104具有储藏气体的气体储藏部(省略图示)和向试样87附近喷射气体的喷嘴部104a。气体供给部104还可以具有调整气体的流量的质量流量控制器(massflow controller)等的气体流量调整部(省略图示)。从气体供给部104向试样87的照射部(省略图示)喷射碳类气体或含有铂或钨等的金属的碳类化合物气体等的沉积气体并照射集束离子束85，从而能够在试样表面形成沉积膜。反之，从气体供给部104喷射碘等的卤素类的蚀刻气体并照射集束离子束，从而能够选择性除去试样表面的异物，或以比溅射加工更快的速度进行加工。
进而，在试样室82连接能够调整试样室82内的真空度的真空泵105。
控制部83具有像形成部106、导出电压控制部107、离子源气体控制部108、以及温度控制部101。进而，控制部83能够控制对聚束透镜电极(省略图示)和物镜电极(省略图示)等的电压施加以及试样工作台102的移动等。
像形成部106根据从检测器103输出的检测信号生成观察像，将生成的观察像显示于显示部109。因此，向试样87照射集束离子束85，通过检测器103检测产生的二次离子或二次电子，从而能够将试样87的观察像显示于显示部109，使之成为能够观察的状态。此外，通过检测器103检测二次电子从而能够探测试样表面的形态，通过检测器103检测二次离子从而能够探测构成试样的元素的分布。
导出电压控制部107控制对导出电极94的施加电压。导出电压控制部107用于对释放离子电流进行调整的情况以及制作或处理铱针尖1的前端的角锥结构的情况等。
离子源气体控制部108控制离子源气体供给部97，该离子源气体供给部97具有调整离子源气体的流量的质量流量控制器等的气体流量调整部(省略图示)。
温度控制部101能够控制冷却铱针尖1的温度或离子源气体的温度的冷却装置96以及在加热洗净铱针尖1时使用的加热器95。
通过该集束离子束装置80，能够形成例如直径1nm以下的集束氮离子束。集束氮离子束的稳定性为例如1％/时间以下的高稳定度，例如在约30日期间的连续动作过程中铱针尖1的前端的原子也不会脱落，离子释放不会中断。此外，本发明人确认到离子产生位置不会发生变动，可连续形成集束氮离子束。这与在上述非专利文献1所述的约2250秒(最多40分钟)的连续动作相比而言已是绝对的长寿命。因此，能够以高分辨率使得表面形态和元素分布可视化，提供一种长寿命且高稳定的集束离子束装置80。在使用现有的气体电场电离离子源的商用集束离子束装置中，由于使用氦离子，因此离子的质量非常轻，几乎无法加工试样表面。对此，能够通过本实施例的使用氮气的集束离子束装置8进行试样表面的加工，基于其集束性，与现有的商用的镓集束离子束装置相比，能够进行更为细微的局部的加工。
在上述的实施例5中，说明了集束离子束装置80，也可以在该集束离子束装置80搭载扫描电子显微镜的镜筒，构成以使得集束离子束85与电子束照射在试样表面的大致相同位置的方式配置的复合装置(离子电子复合束装置)。
此外，该扫描电子显微镜可以是搭载了具有在后述实施例6说明的铱针尖1的电子源的电子显微镜，能够获得基于集束离子束和电子束的高精细图像。
此外，还可以在上述的集束离子束装置80搭载二次离子检测器，分析从试样的照射部(省略图示)产生的二次离子，鉴定构成照射部的元素。例如，通过集束离子束扫描某个区域并进行元素分析，从而能够制作特定元素的图表。对此，在使用现有的镓集束离子束装置的二次离子的分析中，还会检测到植入试样内的镓，会产生与试样中原本包含的镓无法进行区分的问题。此外，本实施例的集束离子束装置80与现有的镓集束离子束装置相比而言束的集束性良好，能够进行更为细微区域的元素分析。
(实施例6)电子显微镜
电子显微镜更具体而言可大致分为扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)等。这些电子显微镜的共同之处在于，使从电子源产生的电子束化并向试样照射。扫描电子显微镜通过由集束电子束的照射区域产生的二次电子生成图像。透射电子显微镜向薄膜化的试样照射集束电子束，放大透射过薄膜试样的电子束并使其图像化，能够进行比一般扫描电子显微镜更高倍率的观察。扫描透射电子显微镜向薄膜化的试样扫描集束电子束，放大透射过薄片试样的像，从而获得细微区域的放大像。对于这些电子显微镜而言，希望获得高倍率且高分辨率的图像。当前已知为了实现对获得的图像的高分辨率化而使用前端仅由1个原子构成的电子源的技术，但存在无法确保期望的稳定性和寿命(例如，能够在不进行针尖前端的再生处理的情况下连续使用的时间)的问题。
在本实施例中，使用实施例1所述的铱针尖1作为扫描电子显微镜的电子源。电子源具有与图11所示的实施例7的气体电场电离离子源70的针尖结构体71同样的结构，并且通过从1对通电销75导入的电流加热灯丝76，加热洗净铱针尖1，并且构成为能够进行角锥结构的形成和再生等的处理，能够拆装于各种电子显微镜上。
包含铱针尖1的电子源室(相当于图11所示的离子源室77)的真空度被设定为例如10-9Pa左右的超高真空状态。本实施例的扫描电子显微镜的SEM图像的分辨率低于1nm，远远超过现有的SEM的分辨率。
在使本实施例的扫描电子显微镜长时间动作的情况下，在包含电子源的装置内残留的杂质原子或分子吸附于铱针尖1而导致的释放电子的束电流的变动与现有的电子源相比而言足够小。
另外，本实施例说明了扫描电子显微镜，而本实施例的电子源搭载于透射电子显微镜(TEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)时也能获得与上述同样的效果。此外，在本实施例的各电子显微镜搭载能量分散型X线分光器，进行电子束照射区域的元素分析，从而能够获得高分辨率的测定数据。
进而，本实施例的电子源可以用作电子束显微分析仪(electron beammicroanalyzer)、俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy)装置等的电子束应用分析装置的电子源。电子束显微分析仪是根据向对象物照射电子束而产生的特性X线的波长和强度进行构成元素分析的装置。此外，俄歇电子能谱装置是测定向对象物照射电子束而产生的俄歇电子的能量分布，进行元素的鉴定、定量的装置。无论何种装置，照射的电子束的粗细提高分析分辨率，长时间且高稳定性地释放电子束都有助于分析数据的可靠性提升，因而通过本实施例的电子源达成上述目的。
(实施例7)扫描探针显微镜
本实施例涉及搭载了通过上述实施例2详细叙述的铱针尖制作方法制作的铱针尖1的扫描探针显微镜。
扫描探针显微镜(SPM)是使锐化的探针以誊写试样表面的方式进行扫描，放大观察试样表面形态或状态的显微镜，使用探针和在试样间流动的隧道电流的显微镜被称作扫描隧道显微镜(STM)，使用探针和试样间的原子间力的显微镜被称作原子间力显微镜(AFM)。
在这些扫描探针显微镜中，基于观察分辨率的观点而言，优选探针的前端为1个原子。即使通过1个原子对刚刚制作的探针封端，通过重复使用而前端原子会脱落，观察分辨率降低，前端原子变为多个，若检测的原子频繁变化，则无法获得希望的分析结果。因此，期望搭载能够长时间保持前端由1个原子构成的状态的探针，实现高分辨率且长寿命的扫描探针显微镜。
以往的情况下，扫描探针显微镜的探针是通过硅或钨制作的，而在本实施例中，使用通过由上述实施例2的铱针尖制作方法制作的单一原子封端的铱针尖1。铱本身的耐化学性较强，基于作为本发明效果的可通过单一原子长时间维持封端的优势，在大气中操作扫描探针显微镜的情况下，也能获得长寿命且高分辨率的观察结果。
此外，在探针附着大气中的杂质，观察分辨率降低的情况下，在上述实施例1所述的铱针尖制作装置20搭载探针，进行加热而能够去除附着杂质。此时，为了确认前端原子的状态，可以通过FIM像确认针尖前端的图形。在前端脱落的情况下，可以通过上述实施例2的铱针尖制作方法，以使用单一原子封端的方式再生。
(实施例8)光掩模修正装置
下面说明搭载了上述实施例4的气体电场电离离子源70的掩模修正装置300。
本实施例的掩模修正装置300修正在制造半导体元件等时用于图形曝光装置(省略图示)的光掩模的缺陷。
当前已知基于镓集束离子束或电子束的掩模修正装置。基于镓集束离子束的加工能够通过溅射效果蚀刻各种材料，然而若向光掩模的待透射区域植入镓离子，则会产生光透射率降低的问题。此外，还会产生镓集束离子束难以获得超细微尺寸的光掩模的修正所需的最小加工尺寸的问题。
另一方面，例如在日本特开2003-328161号公报公开的基于电子束的光掩模的修正的技术那样，使用电子束和辅助气体的光掩模修正装置能够在不降低束照射部位的光透射率的情况下，确保超细微尺寸的光掩模的修正所需的最小加工尺寸。近年来，关于将硅化钼(MoSi)作为遮光膜的光掩膜，提出了多种提高对于曝光和洗浄的损伤的耐性的遮光膜。然而，这些遮光膜的组成都接近基底玻璃基板的组成，因而在遮光膜与基底玻璃基板的蚀刻速度间产生差异的辅助气体并不存在。因而，会产生难以在遮光膜与基底玻璃基板的界面停止蚀刻的问题。
另外，根据搭载了气体电场电离离子源的掩模修正装置，能够通过同一装置切换质量较大的离子源气体和质量较小的离子源气体。即，若照射离子种类的质量较大则能够进行接近镓集束离子束的特性的加工和观察，若照射离子种类的质量较小则能够进行接近电子束的特性的加工和观察。照射离子种类的质量可按照加工目的等进行选择。
例如，在除去上述的遮光膜的情况下，在氢或氦等较轻离子的束中，由于不存在溅射效应而使用辅助气体，而电子束同样地在遮光膜和基底玻璃基板上为大致相同的组成，因此蚀刻速度没有较大差异。另一方面，在氮或氖等的略重的离子束中，由于具有溅射效应，因而遮光膜与基底玻璃基板的结构差异就成为蚀刻速度的差异。进而在作为较重元素的氩、氪和氙等中，植入离子造成的光透射率的恶化成为问题。因此，在采用上述遮光膜的光掩模的修正中，采用氮和氖等略重的离子是最佳方案。
基于离子束的加工速度与释放离子电流成比例，而气体电场电离离子源的释放离子电流比镓集束离子束低几位数。即，由于加工速度极慢，因此需要确保尽可能大的释放离子电流。单纯提高原料气体压力以增大释放离子电流的情况下，会诱发针尖前端的放电，可能导致针尖前端损伤。因此，优选在较低的气体压力使用易于离子化的原料气体。其中，本发明人发现，由于氮的离子化效率比氖的离子化效率高，因此在相同的气体压力下氮束比氖束更易于获得较高的释放离子电流，对于光掩模修正而言氮集束离子束为最佳选择。
本实施例的掩模修正装置300如图13所示，具有离子束镜筒310、电子束镜筒311、控制部312、试样室313。
以下说明修正具有缺陷的光掩模的方法。
首先，掩模修正装置300具有：检测器316，其从离子束镜筒310向在试样室313内的试样工作台314放置的光掩模315照射氮离子束，检测从被照射部分产生的二次电子或二次离子；以及监视器317，其能够将通过检测器316检测的结果以观察像的方式显示。此外，还具有释放用于中和离子束照射导致的带电的电子的电子束镜筒311。另外，监视器317还能够显示各种控制值。
掩模修正装置300具有沉积气体供给部318和蚀刻气体供给部319。
沉积气体供给部318能够向光掩模315上供给沉积用的气体，在照射离子束的同时，照射炭素系气体或硅烷类气体或含有钨等的金属的碳类化合物气体等的沉积气体，从而能够在光掩模315上形成碳、氧化硅和钨等的各种膜。
蚀刻气体供给部319能够向光掩模的缺陷供给碘等的卤素类的蚀刻用气体，在供给蚀刻用气体的同时照射氮离子束，从而与未导入蚀刻用气体的情况相比，能够进行高速加工或仅选择性地加工期望的材料。
参照图14所示的光掩模315的基于氮离子束的二次电子观察像，说明使用掩模修正装置300的掩模修正方法。
光掩模315具有遮光图形部321。在遮光图形部321的一部分存在图形的缺损部322和不要图形323的缺陷。这种缺陷可通过事先的光掩模设计信息与完成制作的光掩模表面的二次电子观察像的比较，或通过怀疑存在缺陷的区域的二次电子观察像与正常区域的二次电子观察像的比较进行检测。缺陷位置的坐标信息、缺陷的种类和缺陷的图像信息等能够储存于掩模修正装置300的控制部312，或用于从外部的信息设备获得信息。
此外，掩模修正装置300考虑缺陷的位置、大小和缺陷形态为缺损缺陷还是不要图形缺陷的区别等，进行使得修正后的状态为与正常区域同等情况的最佳修正方法的计算，根据该计算结果，能够控制离子束镜筒310、电子束镜筒311、沉积气体供给部318、蚀刻气体供给部319。
此外，掩模修正装置300从沉积气体供给部318向存在于光掩模315的缺损部322喷射适当的沉积用气体，并且从离子束镜筒310照射氮离子束，能够填补缺损部322。
此外，掩模修正装置300从蚀刻气体供给部319向存在于光掩模315的不要图形323喷射蚀刻用气体，并从离子束镜筒310照射氮离子束，从而能够蚀刻除去不要图形323。另外，不会植入使光掩模315的待透射区域的光透射率降低的较重离子。
如上，光掩模315处于曝光时也不会转印缺陷而能够正常地转印图形的状态。即，掩模修正装置300能够正常地修正光掩模315。
掩模修正装置300将完成修正的部位的二次电子观察像与修正前的二次电子观察像和正常区域的二次电子观察像对应起来并储存于控制部312或外部信息设备，能够在修正加工后确认修正的完成情况。另外，掩模修正装置300能够全自动执行上述一系列的作业。
如上，通过具有上述实施例3的铱针尖1的气体电场电离离子源70而能够形成氮集束离子束的本实施例的掩模修正装置300在现有技术中并不存在，根据该掩模修正装置300，与现有的基于镓集束离子束的掩模修正相比，不会植入使光掩模315的透射部分的光透射率降低的离子，能够实现更为细微的加工。
此外，与现有的基于电子束的掩模修正相比，还能正确对应与基底玻璃基板组成接近的遮光膜，能够扩大可修正的掩模材料的选项。
进而，与现有的使用氦电场电离离子源的掩模修正相比，既能够保持同等的最小加工尺寸，又能提升加工速度，扩大可修正的掩模材料的选项。而且，气体电场电离离子源70本身使用上述实施例3的铱针尖1，因此能够实现长时间稳定的束形成，同时还能够在长时间内稳定且高精度地进行掩模修正。
另外，本发明的技术的范围不限于上述实施方式，还包含在不脱离本发明主旨的范围内对上述实施方式施加各种变更的情况。即，上述实施方式的结构仅为一例，能够进行适当变更。
符号说明
1…铱针尖，10…针尖组件，12…基底部材，
12…通电销，13…灯丝，14…针尖部材，
20…铱针尖制作装置，
41…铱原子，42…铱原子，43…铱原子，
44a、44b、44c…锥面，45a、45b、45c…棱线，46…顶点，
47…最上层(表面层)的铱原子，48…第2层的铱原子，
51…铱原子，52…铱原子，53…铱原子，
54a、54b、54c…锥面，55a、55b、55c…棱线，56…顶点，
57…最上层(表面层)的铱原子，58…第2层的铱原子，
61…气体分子，62…电源，63…导出电极，
70…气体电场电离离子源，71…针尖结构体，72…离子源气体供给部，
73…冷却装置，74…基底部材，75…通电销，76…灯丝，
77…离子源室，78…壁面，79…低温制冷机，
80…集束离子束装置，81…离子束镜筒，82…试样室，
83…控制部，84…离子源室，85…集束离子束，
86…聚束透镜电极，87…试样，88…物镜电极，89…中间室，
90、91…孔口，92…真空泵，93…气体电场电离离子源，
94…导出电极，95…加热器，96…冷却装置，
97…离子源气体供给部，98…真空泵，99…连接部，100…壁部，
101…温度控制部，102…试样工作台，103…检测器，104…气体供给部，
105…真空泵，106…像形成部，107…导出电压控制部，
108…离子源气体控制部，109…显示部，
300…掩模修正装置，310…离子束镜筒，311…电子束镜筒，
312…控制部，313…试样室，314…试样工作台，315…掩模，
316…检测器，317…监视器，318…沉积气体供给部，
319…蚀刻气体供给部，321…遮光图形，322…缺损部，
323…不要图形
500…针尖，501…突起，
S10…湿蚀刻工序，
S20…FIB加工工序，
S30…电场感应气体蚀刻工序，
S40…重塑工序。

Claims (15)

1.一种铱针尖，其特征在于，在锐化的＜210＞方位的单晶的前端部具有角锥结构，所述角锥结构具有通过1个{100}结晶面和2个{111}结晶面包围的＜210＞方位的前端，所述前端仅通过1个铱原子形成，将形成所述角锥结构的所述前端的所述1个铱原子作为第1层，所述第1层的正下方的第2层具有位于三角形的顶点的3个铱原子，所述第2层的正下方的第3层具有位于三角形的顶点和边的6个铱原子。
2.一种气体电场电离离子源，其特征在于，
具有权利要求1所述的铱针尖，作为释放离子束的发射器，
其具有：
离子源室，其收容所述发射器；
气体供给部，其向所述离子源室供给待离子化的气体；
导出电极，其使所述气体离子化以产生所述气体的离子，并且施加用于将所述气体的离子从所述发射器导出的电压；以及
温度控制部，其冷却所述发射器。
3.根据权利要求2所述的气体电场电离离子源，其特征在于，所述气体的主成分为氢、氮、氧、氦、氖、氩、氪和氙中的至少一种气体。
4.根据权利要求2所述的气体电场电离离子源，其特征在于，所述气体的主成分为氮。
5.根据权利要求4所述的气体电场电离离子源，其特征在于，作为所述气体的主成分的氮的纯度在99％以上。
6.一种集束离子束装置，其特征在于，具有：
权利要求2至5中的任意一项所述的气体电场电离离子源；以及
控制单元，其通过所述气体电场电离离子源产生的所述气体的离子形成集束离子束，并向试样照射所述集束离子束，进行所述试样的照射区域的观察、加工和分析中的至少一个处理。
7.一种电子源，其特征在于，
具有权利要求1所述的铱针尖，作为释放电子的针尖，
具有导出电极，其产生所述电子，并且施加用于将所述电子从所述针尖导出的电压。
8.一种电子显微镜，其具有：
权利要求7所述的电子源；以及
控制单元，其通过所述电子源产生的所述电子形成电子束，并且向试样照射所述电子束，进行所述试样的细微区域的观察和计量中的至少一个处理，其中，
该电子显微镜是扫描电子显微镜、透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜中的至少某种电子显微镜。
9.一种电子束应用分析装置，其特征在于，具有：
权利要求7所述的电子源；以及
控制单元，其通过所述电子源产生的所述电子形成电子束，并且向试样照射所述电子束，进行所述试样的观察、计量和分析中的至少一个处理。
10.根据权利要求9所述的电子束应用分析装置，其特征在于，该电子束应用分析装置是电子束显微分析仪和俄歇电子能谱装置中的至少某种电子束应用分析装置。
11.一种离子电子复合束装置，其特征在于，具有：
权利要求2至5中的任意一项所述的气体电场电离离子源和权利要求7所述的电子源中的至少一个；以及
控制单元，其将集束离子束和电子束向试样上的同一部位照射，
至少满足以下某种情况、即所述集束离子束是从所述气体电场电离离子源获得的集束离子束以及所述电子束是从所述电子源获得的电子束。
12.一种扫描探针显微镜，其特征在于，
具有权利要求1所述的铱针尖作为探针，
具有控制单元，其在使所述探针接近试样表面的状态下进行扫描，从而计量所述试样表面的原子级别的形态和状态。
13.根据权利要求12所述的扫描探针显微镜，其特征在于，该扫描探针显微镜是扫描隧道显微镜和扫描原子间力显微镜中的至少某种扫描探针显微镜。
14.一种掩模修正装置，其特征在于，具有：
权利要求2至5中的任意一项所述的气体电场电离离子源；以及
控制单元，其通过所述气体电场电离离子源产生的所述气体的离子形成集束离子束，并且通过所述集束离子束修正光掩模的缺陷部。
15.根据权利要求14所述的掩模修正装置，其特征在于，所述集束离子束是氮离子束。
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