CN108428609A - 会聚离子束装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供会聚离子束装置，其能够高精度地进行发射尖锥的末端的调整而不会使FIB光学系统的会聚特性、对准特性降低。该会聚离子束装置具有：真空容器；配置在所述真空容器内、末端被尖锐化的发射尖锥；气体电场电离离子源；会聚透镜；第一偏转器；第一光圈；物镜，其使通过所述第一偏转器后的所述离子束会聚；以及试样台，并且在至少具有会聚透镜、第一光圈、第一偏转器以及物镜的光学系统与试样台之间形成针对离子束在点状区域中发生反应的信号产生源，并以使从信号产生源输出的信号和由第一偏转器对离子束进行的扫描对应的方式生成发射尖锥的扫描电场离子显微镜像。

Description

会聚离子束装置
技术领域
本发明涉及具有产生气体离子的气体电场电离型的离子源的会聚离子束装置。
背景技术
以往，作为用于进行半导体器件等试样的观察、各种评价、分析等、或者在从试样取出微细的薄片试样之后将该薄片试样固定在试样支架上而制作TEM试样的装置，公知有会聚离子束装置。
该会聚离子束装置具有产生离子的离子源，将这里产生的离子之后作为会聚离子束(FIB：Focused Ion beam)而进行照射。
作为这样的会聚离子束装置中所使用的离子源，存在几种，例如公知有等离子体型离子源、液体金属离子源，但作为与这些离子源相比能够产生高亮度且射束直径较小的会聚离子束的离子源，公知有气体电场电离型离子源(GFIS：Gas Field Ion Source)(例如，参照专利文献1)。
气体电场电离型离子源主要具有末端被原子级别尖锐化的发射尖锥、向发射尖锥的周围提供氦(He)等气体的气体源、使发射尖锥冷却的冷却部、以及配设在远离发射尖锥的末端的位置的引出电极。
在这样的结构中，在提供气体之后，若对发射尖锥与引出电极之间施加引出电压并且冷却发射尖锥，则气体会被发射尖锥的末端部的高电场电场电离而离子化从而成为气体离子。该气体离子在从保持在正电位的发射尖锥排斥而被引出到引出电极侧之后，一边被适度地加速一边被会聚，由此成为会聚离子束。
尤其是从气体电场电离型离子源产生的离子由于像上述那样高亮度且光源直径较小，能量的扩展也小，因此能够在保持缩小射束直径的状态下照射到试样。因此，能够实现观察时的高分辨率化和微细的蚀刻加工等。
使用这样的气体电场电离型离子源的会聚离子束装置为了使离子束稳定化而需要预先对发射尖锥的末端进行调整。在进行发射尖锥的末端的调整时，是通过在气体电场电离型离子源的后级侧设置微通道板(MCP，micro channel plate)而形成发射尖锥的电场离子显微镜(FIM：Field Ion Microscope)像、或者使用设置在FIB光学系统内的偏转器和光圈来形成扫描FIM像等进行的(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开平7-240165号公报
专利文献2：国际公开第2011/055521号
然而，例如像专利文献2那样，在光学系统的内部设置用于形成扫描FIM像的光圈的结构中，存在如下课题：若为了缩短离子束的照射轴长而使光圈为小型，则对准变难。另外，存在如下课题：若为了容易进行对准而使光圈变大，则扫描FIM像的分辨率恶化而无法高精度地进行发射尖锥的末端的调整。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种会聚离子束装置，其能够高精度地进行发射尖锥的末端的调整而不会使FIB光学系统的会聚特性、对准特性降低。
即，本发明的会聚离子束装置具有以下结构。
该会聚离子束装置具有：真空容器；末端被尖锐化的发射尖锥，其配置在所述真空容器内；气体电场电离离子源，其在所述发射尖锥的末端产生气体离子；会聚透镜，其使从所述气体电场电离离子源释放的离子束会聚；第一偏转器，其使通过所述会聚透镜后的所述离子束偏转；第一光圈，其配置在所述会聚透镜与所述第一偏转器之间，对通过所述会聚透镜后的所述离子束进行限制；物镜，其使通过所述第一偏转器后的所述离子束会聚；以及试样台，其载置测定试样，其特征在于，在至少具有所述会聚透镜、所述第一光圈、所述第一偏转器以及所述物镜的光学系统与所述试样台之间形成针对所述离子束在点状区域中发生反应的信号产生源，并以使从所述信号产生源输出的信号和由所述第一偏转器对所述离子束进行的扫描对应的方式生成所述发射尖锥的扫描电场离子显微镜像。
根据本发明的会聚离子束装置，通过将在点状区域中发生反应的信号产生源设置在离子束光学系统的外部，例如与在气体电场电离离子源的后级侧设置MCP而形成发射尖锥的FIM像那样的现有的会聚离子束装置相比较，能够缩短离子束的照射轴长(光路长度)。由此，发射尖锥和参照试样的相对振动的振幅变小，从而能够高精度地进行发射尖锥的观察、调整。
另外，根据本发明的会聚离子束装置，通过将在点状区域中发生反应的信号产生源设置在离子束光学系统的外部，与现有那样在尺寸上存在限制的离子束光学系统的内部设置信号产生源例如第二光圈的结构相比较，能够设置尺寸更大的第二光圈，从而能够容易进行对准。
另外，本发明的特征在于，所述信号产生源以能够相对于所述离子束的照射轴插拔的方式配置在所述试样台上。
另外，本发明的特征在于，所述信号产生源具有对所述离子束进行限制的第二光圈。
另外，本发明的特征在于，所述会聚离子束装置还具有第二光圈控制装置，该第二光圈控制装置使所述第二光圈以能够插拔的方式在所述离子束的照射轴上移动。
另外，本发明的特征在于，所述信号产生源具有对在所述第二光圈中产生的二次电子、或在使所述离子束入射到配置在所述试样台上的均匀结构的参照试样时产生的二次电子进行测定的二次电子检测器。
另外，本发明的特征在于，所述信号产生源具有与所述第二光圈连接的电流计。
另外，本发明的特征在于，所述信号产生源具有配置在所述第二光圈的后级的法拉第杯或通道电子倍增器。
另外，本发明的特征在于，通过由所述第一偏转器对所述离子束进行扫描并由所述二次电子检测器对释放的二次电子进行检测，形成扫描电场离子显微镜像。
根据本发明的会聚离子束装置，能够提供一种会聚离子束装置，其能够高精度地进行发射尖锥的末端的调整而不会使FIB光学系统的会聚特性、对准特性降低。
附图说明
图1是示出作为本发明的第一实施方式会聚离子束装置的一例的扫描离子显微镜的概略结构图。
图2是示出图1所示的扫描离子显微镜的控制系统统的概略结构图。
图3是示出气体电场电离离子源的概略结构图。
图4是对发射尖锥的调整进行说明的说明图。
图5是对发射尖锥的调整进行说明的说明图。
图6是示出发射尖锥调整时的离子放射图案的像信息的一例的示意图。
图7是示出发射尖锥调整时的离子放射图案的像信息的一例的示意图。
图8是示出作为本发明的第二实施方式的会聚离子束装置的一例的扫描离子显微镜的概略结构图。
标号说明
1：气体电场电离离子源；2：离子束光学系统列；3：试样室；5：会聚透镜；6：第一光圈；8：物镜；9：试样；11：二次粒子检测器(二次电子检测器)；14：离子束；21：发射尖锥；36：第二光圈；100：扫描离子显微镜(会聚离子束装置)；101：真空容器；102：离子束光学系统(光学系统)；103、203：信号产生源。
具体实施方式
以下，参照附图对作为应用本发明的实施方式的会聚离子束装置进行说明。另外，以下所示的各实施方式是为了更好地理解发明的主旨而进行具体说明的实施方式，只要没有特别指定，则并不限定本发明。另外，为了易于理解本发明的特征，以下的说明中所使用的附图为方便起见，有时放大示出作为主要部分的部分，各构成要素的尺寸比例等不一定与实际相同。
(会聚离子束装置：第一实施方式)
图1是示出作为本发明的实施方式的会聚离子束装置的一例的扫描离子显微镜的概略结构图。
扫描离子显微镜(会聚离子束装置)100具有气体电场电离离子源1、离子束光学系统列2、试样室3、以及冷却机构4。气体电场电离离子源1、离子束光学系统列2、以及试样室3分别收纳在真空容器101中。
气体电场电离离子源1具有针状的发射尖锥21；以及引出电极24，其与该发射尖锥21对置设置，具有供离子通过的开口部27。另外，离子束光学系统(光学系统)102由使从气体电场电离离子源1释放的离子会聚的会聚透镜5、对通过该会聚透镜后的离子束14进行限制的第一光圈6、对通过该第一光圈6的离子束14进行扫描或者对准的第一偏转器35、使通过第一偏转器35的离子束偏转的第二偏转器7、使通过第二偏转器7的离子束朝向载置于试样台10上的试样9会聚的物镜8构成。
第一偏转器35是为了获得来自发射尖锥21的离子放射图案而对离子束进行扫描的偏转器。另外，也可以采用如下结构：在第一偏转器35与会聚透镜5之间还设置比该第一偏转器35在光学轴方向上的长度短的偏转器，并将这样的偏转器用于离子束的偏转轴调整。
另外，在试样室3内形成有载置试样9的试样台10，以及在离子束光学系统102与试样台10之间形成有针对离子束14在点状区域中发生反应的信号产生源103。在本实施方式中，作为信号产生源103而设置有对离子束14进行限制的第二光圈36、和二次粒子检测器(二次电子检测器)11。
第二光圈36以能够相对于离子束14的照射轴14A插拔的方式形成在离子束光学系统(光学系统)102的外部即例如试样室3内。即，第二光圈36在对试样9中的通常的测定中所使用的测定试样9a进行测定时，从离子束14的照射轴14A上退避，在对发射尖锥21的末端进行调整时，插入到离子束14的照射轴14A上。
来自气体电场电离离子源1的离子束14经由光学系统101而照射到试样9。通过离子束14的照射而从试样9射出的二次粒子由二次粒子检测器11进行检测。
另外，虽然未图示，但优选设置有用于中和照射离子束时的试样的充电的电子枪、向试样附近提供蚀刻或沉积气体的气体枪。
扫描离子显微镜100还具有对气体电场电离离子源1进行真空排气的离子源真空排气用泵12、以及对试样室3进行真空排气的试样室真空排气用泵13。在配置在地板20上的装置架台17上，隔着防振机构19配置有基座板18。电场电离离子源1、离子束光学系统列2、以及试样室3由该基座板18进行支承。
冷却机构4对气体电场电离离子源1的内部、发射尖锥21、引出电极24等进行冷却。在冷却机构4例如使用吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon)型(GM型)冷冻机的情况下，在地板20上设置有将氦气作为作业气体的未图示的压缩机单元(压缩机)。压缩机单元(压缩机)的振动经由地板20传递到装置架台17。在装置架台17与基座板18之间配置有减振机构19，因而地板20的高频振动不容易传递到气体电场电离离子源1、离子束光学系统列2、试样室3等。
图2是示出图1所示的扫描离子显微镜的控制系统的概略结构图。
扫描离子显微镜(会聚离子束装置)100的控制系统具有对气体电场电离离子源1进行控制的电场电离离子源控制装置91、对冷冻机40进行控制的冷冻机控制装置92、对会聚透镜5和物镜8进行控制的透镜控制装置93、对用于使第一光圈6移动的第一光圈可动装置6A进行控制的第一光圈控制装置94、对第一偏转器35进行控制的第一偏转器控制装置195、对第二偏转器8进行控制的第二偏转器控制装置95、对用于使第二光圈36移动的第二光圈可动装置36A进行控制的第二光圈控制装置90、对二次粒子检测器11进行控制的二次电子检测器控制装置96、对试样台10进行控制的试样台控制装置97、对试样室真空排气用泵13进行控制的真空排气用泵控制装置98、以及包含运算装置在内的计算处理装置99。
计算处理装置99具有图像显示部99A。图像显示部99A显示根据二次粒子检测器11的检测信号而生成的图像、以及键盘等输出构件所输出的信息。
试样台10具有使试样9在试样载置面内向两个垂直方向(X方向、Y方向)直线移动的机构、使试样9在与试样载置面垂直的方向上直线移动的机构、以及使试样9在试样载置面内旋转的机构。试样台10还具有能够通过使试样9绕倾斜轴旋转而使离子束14相对于试样9的照射角度可变的倾斜功能。这些控制是根据来自计算处理装置99的指令而经由试样台控制装置97来进行的。
上述结构的本实施方式的扫描离子显微镜(会聚离子束装置)100根据来自计算处理装置99的指令而被控制。气体电场电离离子源1所生成的离子束14被导入到离子束光学系统(光学系统)102中。然后，被离子束光学系统102的会聚透镜5会聚，并由第一光圈6限制射束直径，被物镜8会聚。会聚后的射束一边扫描一边照射到载置于试样台10上的测定试样9a的一个面上。
通过会聚后的射束的照射，从测定试样9a释放出二次粒子(二次电子)。所释放的二次粒子由二次粒子检测器(二次电子检测器)11进行检测。来自二次粒子检测器11的信号被亮度调制并发送给计算处理装置99。计算处理装置99生成扫描离子显微镜像并将其显示在图像显示部99a上。这样，能够实现测定试样9a的一个面的高分辨率观察。
形成在这样的离子束光学系统(光学系统)102中的第一光圈6在与离子束的照射轴14A大致垂直的平面内的方向上是可动的，通过使第一光圈6的开口部与离子束的照射轴14A一致，能够获得变形少的极微细的离子束14。另外，使这样的第一光圈6的开口部的大小为可变的，或者事先准备大小不同的开口部例如直径不同的多个孔，通过选择开口部大小、或者选择某种直径的孔而使离子束通过其，能够选择离子束14相对于物镜8的打开角度。由此，由于能够控制物镜8的透镜像差的大小，因此能够控制离子束直径和离子束电流。
参照图3更加详细地对气体电场电离离子源1的结构进行说明。图3是示出气体电场电离离子源的概略结构图。气体电场电离离子源1具有发射尖锥21、一对灯丝22、灯丝安装部23、支承棒26、以及发射极基座安装部64。发射尖锥21与灯丝22连接。灯丝22固定在支承棒26上。支承棒26支承在灯丝安装部23上。灯丝安装部23以夹着绝缘材料62的方式固定在例如使用了压电元件的倾斜机构61、以及发射极基座安装部64上。
气体电场电离离子源1还具有引出电极24、圆筒状的电阻加热器30、圆筒状的侧壁28、以及顶板29。引出电极24与发射尖锥21对置配置，具有用于供离子束14通过的开口部27。在侧壁28上插入有绝缘材料63，对施加给引出电极的高电压进行绝缘。
侧壁28和顶板29包围发射尖锥21。另外，形成有被引出电极24、侧壁28、顶板29、绝缘材料63、以及灯丝安装部23包围的气体分子离子化室15。另外，气体分子离子化室15是用于提高发射尖锥21周边的气体圧力的区域。
另外，在气体分子离子化室15中连接有气体提供配管25。由该气体提供配管25向发射尖锥21提供离子材料气体(离子材料气体)。作为离子材料气体(离子材料气体)可以举出氦、氢。
在气体分子离子化室15中，除了引出电极24的电极孔27和气体提供配管25之外，均被密闭。经由气体提供配管25提供到气体分子离子化室15内的离子材料气体不会从引出电极24的电极孔27和气体提供配管25以外的区域泄漏。使引出电极24的开口部27的面积足够小，从而能够使气体分子离子化室15内保持较高的气密性和密闭性。
若使引出电极24的开口部27例如为圆形孔，则其直径例如为0.3mm左右。由此，当从气体提供管25向气体离子化室15提供离子材料气体时，气体离子化室15的气体圧力比真空容器101的气体圧力至少大一位数以上。由此，能够减少离子束14与真空中的气体发生碰撞而中性化的比例，从而生成大电流的离子束14。
电阻加热器30用于对引出电极24、侧壁28等进行脱气处理。通过对引出电极24、侧壁28等进行加热来进行脱气处理。电阻加热器30配置在气体分子离子化室15的外侧。因此，即使电阻加热器30自身脱气化，它也是在气体分子离子化室15的外部进行，因此气体分子离子化室15内能够高真空化。
另外，在本实施方式中，在脱气处理中使用了电阻加热器30，但也可以使用加热用灯取代其。由于加热用灯能够以非接触的方式对引出电极24进行加热，因此能够使引出电极24的周围的构造简单。并且，如果使用加热用灯，则不需要施加高电压，因此能够使加热用灯电源的构造简单。
并且，通过经由气体提供配管25提供高温的惰性气体而对引出电极24、侧壁28等进行加热来进行脱气处理来代替使用电阻加热器30。在这种情况下，能够使气体加热机构为接地电位。并且，能够使引出电极24的周围构造简单化，另外，可以不需要布线和电源。
优选通过安装在试样室3和试样室真空排气用泵13上的电阻加热器30将试样室3和试样室真空排气用泵13加热到约2000℃，使试样室3的真空度大为10-7Pa以下。由此，在对试样9照射离子束14时，能够避免污染物附着在试样9的表面上，从而良好地观察试样9的表面。在真空的状态下对试样室3和试样室真空排气用泵13进行加热处理，使试样室3的真空内的碳氢化合物(hydrocarbon)类的残留气体微量化，由此能够以高分辨率观察试样9的最外表面。
在本实施方式中，对气体分子离子化室15使用非蒸发性吸气材料。即，在从离子材料气体提供配管25释放的离子材料气体所碰撞的壁上配置吸气材料(getter material)520。另外，在气体分子离子化室15的外壁上配置有加热器30，在进行离子材料气体的导入之前，对非蒸发的吸气材料520进行加热而使其活化。而且，在将离子源冷却到极低温之后，从离子材料气体提供配管25提供离子材料气体。通过这样的结构，附着在发射尖锥21的杂质气体分子显著减少，离子束电流稳定，从而能够进对于不存在明亮度的不均匀的观察像进行试样观察。
图4和图5是对发射尖锥的调整进行说明的说明图。穿过灯丝安装部23的中心轴线66能够相对于铅垂线65即气体分子离子化室15的中心轴线66倾斜。图4示出了穿过灯丝安装部23的中心轴线66相对于铅垂线65不倾斜的状态。图5示出了穿过灯丝安装部23的中心轴线66相对于铅垂线65倾斜的状态。
灯丝安装部23固定在倾斜机构的可动部601上。可动部601经由滑动面603与非可动部602连接。该滑动面603为以发射尖锥21的末端为中心的圆筒面或球面的一部分，通过该滑动量的控制，能够大致不使发射尖锥21的末端移动地进行倾斜控制。另外，只要发射尖锥21的末端的移动量为0.5mm左右，则问题不大。只要处于这样的移动范围内，则能够通过偏转器来进行调整。
在滑动面603为圆筒面的一部分的情况下，能够通过以离子束照射轴为中心的圆筒面的旋转角控制来实施倾斜面的方位角控制。在滑动面603为球面的一部分的情况下，只要以期望的方位角进行倾斜控制即可。倾斜构件的滑动面是以发射尖锥21的末端为中心的圆筒面或球面的一部分，因而不是平面。因此，如果从发射尖锥21的末端的中心到圆筒面或球面的滑动面半径小，则滑动面也能够减小，从而能够使气体电场电离离子源小型化。
在本实施方式中，倾斜构件的可动部601、非可动部602以及该部件之间的滑动面603也位于离子源室内，滑动面的半径比离子源的真空体半径小。
压电元件604沿与滑动面603平行的倾斜构件的非可动部602侧的面排列，滑动面603紧贴在压电元件604上。通过对压电元件604施加脉冲状的电压，压电元件604能够向一个方向伸缩，从而能够借助摩擦力使滑动面603移动。
另外，倾斜力的产生构件除了像本实施方式那样使用压电元件之外，例如也可以使用与电动机连接的、基于齿轮的组合的旋转机构，以及基于线性致动器的推拉机构等。
关于发射尖锥21的制成，例如是使用直径约100～400μm左右的轴方位＜111＞的钨线将其末端锐利地成型。这样的发射尖锥21具有曲率半径为几十nm左右的末端。在该发射尖锥21的末端，例如使用真空蒸镀器等使铂进行真空蒸镀。接下来，在高温加热下，使铂原子移动到发射尖锥21的末端。由此，形成了基于铂原子的纳米级的金字塔型构造(以下称为纳米金字塔)。典型来说，发射尖锥21的纳米金字塔在末端具有一个原子，在其下方具有三个或六个原子层，进而在其下方具有10个以上原子层。
在本实施方式中，作为发射尖锥21的母材而使用钨的细线，但除此以外，例如也可以使用钼的细线。另外，在本实施方式中，使用铂的包覆，但也可以使用铱、铼、锇、钯、铑等的包覆。
在作为离子材料气体而使用氦的情况下，重要的是金属的蒸发强度要比氦被电离的电场强度大。因此，特别优选铂、铼、锇、铱的包覆。在作为离子材料气体而使用氢的情况下，优选铂、铼、锇、钯、铑、铱的包覆。另外，这些金属的包覆的形成也能够通过真空蒸镀法来进行，也可以通过溶液中的镀覆来形成包覆。
作为在发射尖锥21的末端形成纳米金字塔的另一方法，例如也可以使用真空中的电场蒸发、离子束照射等。通过这样的方法，能够在钨线、或钼线的末端形成钨原子或钼原子纳米金字塔。例如在使用＜111＞的钨线的情况下，能够形成末端由三个钨原子构成的纳米金字塔。
另外，除此之外，也可以通过真空中的蚀刻作用而在铂、铱、铼、锇、钯、铑等的细线的末端形成纳米金字塔。
发射尖锥21的特征在于位于纳米金字塔构造中。通过对形成在发射尖锥21的末端的电场强度进行调整，能够在发射尖锥21的末端的一个原子的附近生成氦离子。因此，释放离子的区域即离子源是极窄的区域，为纳米以下。这样，通过从非常限定的区域产生离子，能够使离子束14的射束直径为1nm以下。因此，离子源的单位面积和每单位立体角的电流值变大。这是为了在试样9上获得微细径/大电流的离子束而重要的特性。
尤其是在对钨蒸镀铂的情况下，稳定地形成在末端存在一个原子的纳米金字塔构造。在这种情况下，氦离子的产生位置集中在末端的一个原子附近。在钨＜111＞的末端有三个原子的情况下，氦离子产生位置分散在三个原子附近。
因此，氦气集中在一个原子而提供的具有铂的纳米金字塔构造的离子源能够更加增大从单位面积/单位立体角释放的电流。即，若采用对钨蒸镀铂后的发射尖锥21，则优选缩小照射到试样9的离子束14的射束直径、或者增大电流。另外，在使用铼、锇、铱、钯、铑等来形成末端为一个原子的纳米金字塔的情况下，能够同样地增大从单位面积/单位立体角释放的电流，因而优选缩小照射到试样9的离子束14的射束直径、或者增大电流。
另外，在发射尖锥21被充分冷却且气体提供充分的情况下，并不一定需要由一个原子形成末端，即使是三个、七个、十个等原子数量，也能够充分地缩小离子束14的射束直径、或者增大电流。
在进行发射尖锥21的末端的调整时，在试样台10上载置发射尖锥调整用的参照试样9b，另外，作为第一光圈6选择开口部较大的光圈。例如，选择具有直径为3mm的圆形开口部的第一光圈6。即，采用通过构成会聚透镜5的环状的圆盘的开口部的离子束14能够全部通过该第一光圈6的开口部的条件。
通过第一光圈6的离子束通过第一偏转器35，进而通过第二偏转器7和物镜8，从离子束光学系统(光学系统)102射出。而且，通过设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部例如试样室3的第二光圈36的开口部而到达参照试样9b。第二光圈36对通过物镜8的离子束进行限制而容易获得离子束的放射图案，从而使分辨率提高。
而且，从参照试样9b释放的二次粒子(二次电子)像已经说明的那样由二次粒子检测器11进行检测。来自二次粒子检测器11的信号被亮度调制并发送给计算处理装置99。这里，由第一偏转器35对离子束14进行扫描。于是，仅从发射尖锥21释放的离子束中的、通过第二光圈36的离子束到达参照试样9b。
通过离子束14的照射而从参照试样9b释放的二次粒子(二次电子)由二次粒子检测器11进行检测。来自二次粒子检测器11的信号被亮度调制并发送给计算处理装置99。
这里，在发射尖锥21的末端为由一个原子形成的纳米金字塔的情况下，在计算处理装置99的图像显示装置99a上，如图6所示，作为离子放射图案仅获得一处的明亮的图案。即，作为发射尖锥21的倾斜角度，调整成为可以获得该明亮的点的角度。参照所显示的离子放射图案图像，能够进行发射尖锥21的倾斜角度调整，进而也能够进行离子束14向照射轴的对准。
另外，在仅从发射尖锥21的末端的一个原子可以获得几乎所有的离子束的情况下，气体提供集中在一个原子，例如与三个原子以上的情况相比，实现了亮度特别高的离子源。在发射尖锥21的末端的原子为一个的情况下，不需要使用第二光圈36来遮挡来自其他原子的离子放射，因而不需要从离子放射图案选择原子。
另外，由第一偏转器35对通过第一光圈6的离子束14进行扫描，并由二次粒子检测器(二次电子检测器)11对释放的二次电子进行检测，也能够由此形成扫描电场离子显微镜像作为离子放射图案。
通过这样的过程，能够获得来自发射尖锥21的离子放射图案。而且，根据这样的离子放射图案，能够进行发射尖锥21的倾斜角度调整和向离子束光轴的对准。
而且，根据本发明的扫描离子显微镜(会聚离子束装置)100，通过将构成在点状区域中发生反应的信号产生源103的第二光圈36设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部例如试样室3，例如与在气体电场电离离子源的后级侧设置MCP而形成发射尖锥的FIM像那样的现有的会聚离子束装置相比较，能够缩短离子束的照射轴长(光路长度)。由此，发射尖锥21和参照试样9b的相对振动的振幅变小，从而能够高精度地进行发射尖锥21的观察、调整。
另外，根据本发明的扫描离子显微镜(会聚离子束装置)100，通过将构成在点状区域中发生反应的信号产生源103的第二光圈36设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部例如试样室3，与像以往那样在尺寸上存在限制的离子束光学系统的内部设置第二光圈的结构相比较，能够设置尺寸较大的第二光圈36，从而能够容易进行对准。
另外，这样的第二光圈36在进行测定试样9a的观察时，由于能够通过对第二光圈控制装置90进行操作而从离子束的照射轴14A退避，因此能够有效地进行测定试样9a的观察。
在发射尖锥21的末端为由多个原子例如六个原子形成的纳米金字塔的情况下，在第二光圈36中从发射尖锥21的末端的一个原子周边释放的离子束的面积、或其直径与第二光圈36的开口部的面积、或其直径相比至少关闭宽度变大那样的条件下，能够使分别来自发射尖锥21的多个原子的离子束分离并到达参照试样9b。
这意味着通过由第一偏转器35对离子束14进行扫描，能够观察来自发射尖锥21的离子放射图案。另外，如图7所示，该离子放射图案显示在计算处理装置99的图像显示部99a上。一边观察该离子放射图案一边调整发射尖锥21的角度。
即，在离子放射图案中，从六个亮点中选择期望的一个亮点或多个亮点，并以使该亮点到达参照试样9b的方式调整发射尖锥21的角度。另外，离子放射图案不仅是图7所示的六个图案，典型来说，可以获得三个、十个、十五个、或超过十五个的原子的图案。尤其是在发射尖锥21的末端的四个原子至十五个原子的状态下离子放射的情况下，一个原子与三个原子相比电流较少，但离子电流稳定，能够实现长寿命的气体电场电离离子源1。
另外，该离子放射图案的像信息未被图像显示而存储在计算处理装置99的运算装置中，例如也可以对离子放射图案进行图像分析，根据其结果进行发射尖锥21的位置/角度调整、或第一偏转器35的电压调整。
(会聚离子束装置：第二实施方式)
图8是示出作为本发明的实施方式的会聚离子束装置的另外一例的扫描离子显微镜的概略结构图。另外，在以下的说明中，对与上述的第一实施方式相同的结构标注相同的编号而省略详细的说明。
本实施方式的扫描离子显微镜(会聚离子束装置)200具有气体电场电离离子源1、离子束光学系统列2、试样室3、以及冷却机构4。气体电场电离离子源1、离子束光学系统列2、以及试样室3分别收纳在真空容器101中。
气体电场电离离子源1具有针状的发射尖锥21；以及引出电极24，其与该发射尖锥21对置设置，具有供离子通过的开口部27。另外，离子束光学系统(光学系统)102由使从气体电场电离离子源1释放的离子会聚的会聚透镜5、对通过该会聚透镜后的离子束14进行限制的第一光圈6、对通过该第一光圈6的离子束14进行扫描或者对准的第一偏转器35、使通过第一偏转器35的离子束偏转的第二偏转器7、使通过第二偏转器7的离子束朝向载置于试样台10上的试样9会聚的物镜8构成。
另外，在试样室3内形成有能够载置试样9的试样台51。而且，在试样台51的一端形成有针对离子束14在点状区域中发生反应的信号产生源203。
试样台51具有使试样9在试样载置面内向两个垂直方向(X方向、Y方向)直线移动的机构、使试样9在与试样载置面垂直的方向上直线移动的机构、以及使试样9在试样载置面内旋转的机构。试样台10还具有能够通过使试样9绕倾斜轴旋转而使离子束14相对于试样9的照射角度可变的倾斜功能。这些控制是经由试样台控制装置97来进行的。
另外，试样台51能够向两个垂直方向(X方向、Y方向)中的至少一个方向大幅移动，并且能够在将形成在试样台51的一端的信号产生源203插入到离子束14的照射轴14A上的插入位置与使信号产生源203从离子束14的照射轴14A上退避的退避位置之间移动。
在这样的会聚离子束装置200中，以使从信号产生源203输出的信号和由第一偏转器35对离子束14进行的扫描对应的方式生成发射尖锥21的扫描电场离子显微镜像。
而且，根据本实施方式的扫描离子显微镜(会聚离子束装置)200，在对通常的测定中所使用的试样9进行测定时，通过试样台51的移动，信号产生源203退避到从离子束14的照射轴14A上偏离的位置。另一方面，在对发射尖锥21的末端进行调整时，通过试样台51的移动而插入到离子束14的照射轴14A上，进行发射尖锥21的末端调整。
根据第二实施方式的扫描离子显微镜(会聚离子束装置)200，例如与第一实施方式的扫描离子显微镜100相比较，由于省略了第二光圈，因此能够使离子束光学系统(光学系统)102和试样台51接近。由此，在对通常的测定中所使用的试样9进行测定时，物镜8的工作距离变短，从而能够提高离子束14的会聚性能。
(会聚离子束装置：其他实施方式)
另外，在上述的实施方式的扫描离子显微镜(会聚离子束装置)100中，作为针对离子束在点状区域中发生反应的信号产生源103，使用对离子束14进行限制的第二光圈36和二次粒子检测器(二次电子检测器)11，但作为这样的信号产生源103，除此之外，例如也可以由设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部的第二光圈36和与该第二光圈36连接的电流计构成。
另外，作为信号产生源103，也可以由设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部的第二光圈36、代替二次粒子检测器的配置在第二光圈36的后级侧的法拉第杯(Faradaycup)或通道电子倍增器(channeltron)以及与其连接的电流计构成。法拉第杯是由导电性金属构成的杯状体，对带电粒子进行捕捉。
另外，作为信号产生源103，也可以由设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部的第二光圈36、配置在第二光圈36的后级侧的法拉第杯或通道电子倍增器、以及二次粒子检测器(二次电子检测器)11构成。在这样的结构中，使用二次粒子检测器(二次电子检测器)11对在第二光圈36中产生的二次电子进行检测，从而能够获得使明暗反转的观察像。
另外，作为信号产生源103，也可以由设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部的第二光圈36、配置在第二光圈36的后级侧的荧光板、代替二次粒子检测器的配置在荧光板的后级侧的荧光检测器构成。
另外，作为信号产生源103，也可以由代替第二光圈36的设置在离子束光学系统(光学系统)102的外部的多通道板(MCP)和与其连接的电流计构成。MCP形成为在绝缘性的基座板例如玻璃板上贯穿有槽(微通道)，该槽从一面侧向另一面侧倾斜。MCP与通过带电粒子入射而释放的二次电子通道的壁面接触，通过雪崩效应(avalanche effect)将二次电子放大，且该MCP在射出面侧设置电极，由电流计对二次电子进行检测。
以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意味着对发明的范围进行限定。这些实施方式可以通过其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围和主旨内，同样包含于权利要求书中所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (8)

1.一种会聚离子束装置，其具有：真空容器；配置在所述真空容器内、末端被尖锐化的发射尖锥；气体电场电离离子源，其在所述发射尖锥的末端产生气体离子；会聚透镜，其使从所述气体电场电离离子源释放的离子束会聚；第一偏转器，其使通过所述会聚透镜后的所述离子束偏转；第一光圈，其配置在所述会聚透镜与所述第一偏转器之间，对通过所述会聚透镜后的所述离子束进行限制；物镜，其使通过所述第一偏转器后的所述离子束会聚；以及试样台，其载置测定试样，其特征在于，
在至少具有所述会聚透镜、所述第一光圈、所述第一偏转器以及所述物镜的光学系统与所述试样台之间形成针对所述离子束在点状区域中发生反应的信号产生源，
以使从所述信号产生源输出的信号和由所述第一偏转器对所述离子束进行的扫描对应的方式生成所述发射尖锥的扫描电场离子显微镜像。
2.根据权利要求1所述的会聚离子束装置，其特征在于，
所述信号产生源以能够相对于所述离子束的照射轴插拔的方式配置在所述试样台上。
3.根据权利要求1所述的会聚离子束装置，其特征在于，
所述信号产生源具有对所述离子束进行限制的第二光圈。
4.根据权利要求3所述的会聚离子束装置，其特征在于，
该会聚离子束装置还具有第二光圈控制装置，该第二光圈控制装置使所述第二光圈以能够插拔的方式在所述离子束的照射轴上移动。
5.根据权利要求3或4所述的会聚离子束装置，其特征在于，
所述信号产生源具有对在所述第二光圈中产生的二次电子或在使所述离子束入射到配置在所述试样台上的均匀结构的参照试样时产生的二次电子进行测定的二次电子检测器。
6.根据权利要求3或4所述的会聚离子束装置，其特征在于，
所述信号产生源具有与所述第二光圈连接的电流计。
7.根据权利要求3或4所述的会聚离子束装置，其特征在于，
所述信号产生源具有配置在所述第二光圈的后级的法拉第杯或通道电子倍增器。
8.根据权利要求5所述的会聚离子束装置，其特征在于，
通过由所述第一偏转器对所述离子束进行扫描并由所述二次电子检测器对释放的二次电子进行检测，形成扫描电场离子显微镜像。
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