JP2012169297A - ガス電界電離イオン源,荷電粒子顕微鏡、及び装置 - Google Patents
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Abstract
ガス電界電離イオン源において,真空粗引き時のコンダクタンス増大化とイオンの大電流化の観点からの引き出し電極穴の小径化とを両立する。
【解決手段】
電界電離イオン源1において,ガス分子イオン化室15を真空排気するコンダクタンスを可変とする機構を備える。すなわち、ガス分子イオン化室15からイオンビームを引き出す時と,引き出さない時で,ガス分子イオン化室15を真空排気するコンダクタンスを可変とする。このコンダクタンスを可変とする機構を構成する部材の一部であるふた32を、バイメタル合金で形成することにより、ガス分子イオン化室15の温度に対してコンダクタンスが可変となり、比較低温ではコンダクタンスが比較小となり,比較高温ではコンダクタンスが比較大となる。
【選択図】図2
Description
また,イオンビームを試料に照射して,イオンのスパッタ作用によって試料を構成する粒子が,試料から放出される作用を応用した加工を利用する例がある。試料を微細に加工することもできる。このときには液体金属イオン源(Liquid Metal Ion Source,以下LMIS)を用いた集束イオンビーム装置(Focused Ion Beam,以下FIB)を用いるのが好適である。また,近年ではSEMと集束イオンビームの複合機FIB-SEM装置も用いられるようになった。このFIB-SEM装置では,FIBを照射して所望の箇所に角穴を形成することにより,その
断面をSEM観察することができる。
し電極穴の小径化との両立は,本発明の第1の課題である。
真空排気するコンダクタンスを可変とする機構を備えることを特徴とする荷電粒子顕微鏡とすることにより解決できる。
3個あるいは6個の原子の層が存在する。さらにその下には10個以上の原子の層が存在
する。
5によりイオン化ガスであるヘリウムが供給される。ここで,ガス分子イオン化室は図2に示すように引き出し電極,側壁,および天板が独立に構成されている必要は無く,一体化されていても良い。また円柱状の形状に限られるものでなく,エミッタティップを取り囲うような空間で内部にイオン化ガスを導入可能で,さらにエミッタティップに電界を印加できる形状であれば本願に含まれる。
は上部フランジ51より吊り下げる構造となっており,エミッタティップ21を水平直角2方向および上下方向,さらにエミッタティップ先端の角度を調整可能なように可動構造となっている。これに対して,引き出し電極24は真空容器に対して固定である。また,フィラメントマウント23はサファイアベース52によって絶縁されている。本イオン源が真空容器であることはいうまでも無いが,真空排気機構の他に,冷凍機からの冷却伝達機構が存在する。冷凍機4とサファイアベース52は良熱熱伝導体である銅製の冷却伝導棒53によって接続される。しかし,冷凍機は真空容器に固定のため,冷却伝導棒53の先端とサファイアベース52とは変形可能な銅網線54で接続した。これによりエミッタティップ21を可動とするとともに,銅網線54で冷凍機の高振動数の振動伝達を低下させるという効果を奏する。すなわち,高分解能観察が可能なイオン顕微鏡を提供できるという効果を奏する。冷凍機からの振動伝達を低下させるという観点で,引き出し電極24は真空容器に対して固定構造であるが,引き出し電極支持するサファイアベース55と良熱伝導体の冷却伝導棒53の先端との接続も変形可能な銅網線56で接続した。これにより,高分解能観察が可能なイオン顕微鏡を提供できるという効果を奏する。
なお,本実施例では窒素を用いたが他に,ネオン,酸素,アルゴン,メタン,水素なども利用できる。特に固体ネオンを用いた場合には,ヘリウムイオンビームを大電流化するのに好適な低温を実現できるという効果を奏する。
が低い電源を作製するのが容易になるという効果を奏する。
かったからである。
また,ガス分子イオン化室の高真空化が実現し,高安定なイオン放出が可能なガス電解電離イオン源が提供される。特に,非蒸発ゲッタ材料をイオン化室に内蔵する構造にすれば,イオン化室が高真空になりイオンビーム電流が安定するという効果を奏することがわかった。また,非蒸発ゲッタ材料に水素を吸着させて,非蒸発ゲッタ材料を加熱して放出された水素をイオン化ガスとして用いればコンパクトで安全な装置を実現できるという効果を奏することがわかった。
2…イオンビーム照射系カラム
3…真空試料室
4…冷凍機
5…コンデンサレンズ
6…ビーム制限アパーチャ
7…ビーム走査電極
8…対物レンズ
9…試料
10…試料ステージ
11…二次粒子検出器
12…イオン源真空排気用ポンプ
13…試料室真空排気用ポンプ
14…イオンビーム
15…ガス分子イオン化室
21…エミッタティップ
22…フィラメント
23…フィラメントマウント
24…引き出し電極
25…ガス供給配管
26…フィラメントマウントの支持棒
27…小孔
28…側壁
29…天板
30…抵抗加熱器
31…開口
32…ふた
33…電線
34…電源
35…高電圧電源
36…ステンレス製の細線
37…切断機構
38…銅製の太線
39…ステンレス製の細線
40…切断機構
51…上部フランジ
52…サファイアベース
53…冷却伝導棒
54…銅網線
55…サファイアベース
56…銅網線
60…電極
61…真空容器
71…パルス管冷凍機
72…第1冷却ステージ
73…第2冷却ステージ
74…輻射シールド
81…固体窒素チャンバ
82…固体窒素タンク
83…真空排気口
84…固体窒素
85…液体ヘリウムタンク
92…冷凍機制御装置
93…レンズ制御装置
94…ビーム制限アパーチャ制御装置
95…イオンビーム走査制御装置
96…二次電子検出器制御装置
97…試料ステージ制御装置
98…真空排気用ポンプ制御装置
99…計算処理装置
101…電子銃
103…電子レンズ
104…電子ビーム走査偏向器
105…電子ビーム照射系カラム
106…X線検出器
201…液体金属イオン源
202…コンデンサレンズ
203…対物レンズ
204…イオンビーム走査偏向器
205…ステンシルマスク
206…加工用イオンビーム照射系カラム
207…デポガス源
208…プローブ
209…マニュピレータ
210…第2試料ステージ
211…ガリウムイオンビーム
301…走査偏向電極
302…アパーチャ板
303…可動のシャッタ
304…二次粒子
305…二次粒子検出器。
Claims (20)
- 針状の陽極エミッタティップと,前記エミッタティップ先端近傍にガス分子を供給し,前記エミッタティップ先端部にてガス分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室と,真空排気機構とからなるガス電界電離イオン源と,前記ガス分子イオン化室から引き出したイオンビームを集束するレンズ系と,二次粒子を検出する二次粒子検出器と,イオン顕微鏡像を表す画像表示部と,を含む荷電粒子顕微鏡であって、
前記ガス分子イオン化室から前記イオンビームを引き出す時と,引き出さない時で,前記ガス分子イオン化室を真空排気するコンダクタンスを可変とする機構を備えることを特徴とする荷電粒子顕微鏡。 - 針状の陽極エミッタティップと,前記エミッタティップ先端近傍にガス分子を供給し,前記エミッタティップ先端部にてガス分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室と,真空排気機構とからなるガス電界電離イオン源であって,前記ガス分子イオン化室を加熱可能な温度調節機構を備えることを特徴とするガス電界電離イオン源。
- 請求項2記載のガス電界電離イオン源であって、
前記ガス分子イオン化室を加熱可能な温度調節機構が,前記ガス分子イオン化室の外壁に取り付けた抵抗加熱器であることを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 請求項2記載のガス電界電離イオン源であって、
前記ガス分子イオン化室を加熱可能な温度調節機構が,前記ガスイオン化室へ高温のガスを供給する機構であることを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 請求項3記載のガス電界電離イオン源であって、
前記抵抗加熱器に接続される複数の電気配線と、前記複数の電気配線の少なくとも1本を接続・切断切り換え可能な機構とを有することを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 請求項5記載のガス電界電離イオン源であって、
前記接続・切断切り換え可能な機構が,バイメタル合金を用いて形成されたことを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 針状の陽極エミッタティップと,前記エミッタティップ先端近傍にガス分子を供給し,前記エミッタティップ先端部にてガス分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室と,真空排気機構からなるガス電界電離イオン源と,前記ガス分子イオン化室から引き出したイオンビームを集束する静電レンズ系と,二次粒子を検出する二次粒子検出器と,イオン顕微鏡像を表す画像表示部と,を含む荷電粒子顕微鏡であって,
前記エミッタティップおよび前記ガス分子イオン化室を冷却する機構と,
前記静電レンズ系を構成する、前記ガス分子イオン化室に対向する静電レンズの少なくとも一つの電極を冷却する機構と、を備えることを特徴とする荷電粒子顕微鏡。 - 請求項7記載の荷電粒子顕微鏡であって,
前記静電レンズの少なくとも一つの電極を冷却する機構の冷却剤が、常温,大気圧下ではガス状態である冷媒ガスを固体状態とした冷却剤であることを特徴とする荷電粒子顕微鏡。 - 針状の陽極エミッタティップと,前記エミッタティップの保持機構と,前記エミッタティップの先端近傍にガス分子を供給し,前記エミッタティップの先端部にてガス分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室と,真空排気機構とからなるガス電界電離イオン源であって,
前記エミッタティップ,前記エミッタティップ保持機構および前記ガス分子イオン化室を冷却する冷却機構を備え,
前記エミッタティップ保持機構が前記ガス分子イオン化室に対して移動可能であり,前記エミッタティップ保持機構が前記冷却機構と機械的に変形可能な部材で結合されることを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 請求項9記載のガス電界電離イオン源であって,
前記冷却機構の冷却剤が、常温,大気圧下ではガス状態である冷媒ガスを固体状態とした冷却剤であることを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 針状の陽極エミッタティップと,前記エミッタティップ先端近傍にガス分子を供給し,前記エミッタティップ先端部にてガス分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室と,真空排気機構とからなるガス電界電離イオン源であって,通電することにより前記針状の陽極エミッタティップを加熱可能するフィラメントと,前記フィラメントに通電する複数の配線と、前記複数の配線の内、少なくとも1本を接続・切断切り換え可能な機構とを有することを特徴とするガス電界電離イオン源。
- 請求項11記載のガス電界電離イオン源であって、
前記接続・切断切り換え可能な機構が,バイメタル合金を用いて形成されたことを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 請求項2から6、および9から12のいずれか1項記載のガス電界電離イオン源と、前記ガス電界電離イオン源から引き出したイオンを集束するレンズ系と,二次粒子を検出する二次粒子検出器と,イオン顕微鏡像を表す画像表示部と,
を含む荷電粒子顕微鏡。 - ガリウム集束イオンビームとイオン顕微鏡複合装置であって,
針状の陽極エミッタティップを備え,前記エミッタティップ先端にナノピラミッド構造を持ち,前記エミッタティップ先端近傍にヘリウムもしくは水素分子を供給し,前記ヘリウムもしくは水素分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室を備えるガス電界電離イオン源と,
前記ガス分子イオン化室から引き出したヘリウムもしくは水素イオンビームを集束するレンズ系と,
ガリウムを放出する液体金属イオン源と,
前記液体金属イオン源から引き出したガリウムイオンビームを集束するレンズ系と,
真空試料室と,
試料を載置する試料ステージと,
前記試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器とを備え、
前記ヘリウムもしくは水素イオンビームと,前記ガリウムイオンビームが試料上のほぼ同じ位置を照射可能であり、前記イオン顕微鏡のイオンビーム照射軸が,前記装置の設置面に対して概略垂直であり,前記ガリウム集束イオンビームの照射軸が前記装置の設置面に対して傾斜方向に配置されたことを特徴とするガリウム集束イオンビームとイオン顕微鏡複合装置。 - ガリウム集束イオンビームとイオン顕微鏡複合装置であって、
針状の陽極エミッタティップを備え,前記エミッタティップ先端にナノピラミッド構造を持ち,前記エミッタティップ先端近傍にヘリウムもしくは水素分子を供給し,前記ヘリウムもしくは水素分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室を備えるガス電界電離イオン源と,
少なくとも前記ガス分子イオン化室を冷却するための冷凍機と、
前記ガス分子イオン化室から引き出したヘリウムもしくは水素イオンビームを集束するレンズ系と,
ガリウムを放出する液体金属イオン源と,
前記液体金属イオン源から引き出したガリウムイオンビームを集束するレンズ系と,
真空試料室と,
試料を載置する試料ステージと,
前記試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器とを備え
前記ヘリウムもしくは水素イオンビームと,前記ガリウム集束イオンビームが試料上のほぼ同じ位置を照射可能であり、前記イオン顕微鏡の前記イオンビーム照射軸に対して垂直横方向に前記冷凍機を設置し,前記冷凍機の設置方向が,前記イオン顕微鏡の前記イオンビーム照射軸から前記ガリウム集束イオンビームの照射軸方向とは異なる方向であることを特徴とするガリウム集束イオンビームとイオン顕微鏡複合装置。 - 電子ビーム顕微鏡とイオン顕微鏡複合装置であって、
針状の陽極エミッタティップを備え,前記エミッタティップ先端にナノピラミッド構造を持ち,前記エミッタティップ先端近傍にヘリウムもしくは水素分子を供給し,前記ヘリウムもしくは水素分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室を備えるガス電界電離イオン源と,
前記ガス分子イオン化室から引き出した前記ヘリウムもしくは水素イオンビームを集束するレンズ系を備えるイオンビーム照射系カラムと,
電子を放出する電子源と,
前記電子源から引き出した電子ビームを集束するレンズ系を備える電子ビーム照射系カラムと,
真空試料室と,
試料を載置する試料ステージと,
前記試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器と,
前記試料から放出されるX線を検出するX線検出器を備え,
前記ヘリウムもしくは水素イオンビームと,前記電子ビームが前記試料上のほぼ同じ位置を照射可能なように、前記イオンビーム照射系カラムと前記電子ビーム照射系カラムを配置し,
前記真空試料室を,前記電子ビーム照射系カラム取り付け方向を中心に前記電子ビーム照射系カラム取り付け方向とそうでない方向に2分した時,前記真空試料室の前記X線検出器の取り付け位置を,前記電子ビーム照射系カラム取り付け方向内に収めたことを特徴とする電子ビーム顕微鏡とイオン顕微鏡複合装置。 - 電子ビーム顕微鏡とイオン顕微鏡複合装置であって,
針状の陽極エミッタティップを備え,前記エミッタティップ先端にナノピラミッド構造を持ち,前記エミッタティップ先端近傍にヘリウムもしくは水素分子を供給し,前記ヘリウムもしくは水素分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室を備えるガス電界電離イオン源と,
前記ガス分子イオン化室から引き出したヘリウムもしくは水素イオンビームを集束するレンズ系と,
電子を放出する電子源と,
前記電子源から引き出した電子ビームを集束するレンズ系と,
真空試料室と,
試料を載置する試料ステージと,
前記試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器とを備え、
前記イオン顕微鏡のイオンビーム照射軸が,前記装置の設置面に対して概略垂直であり,前記電子ビームの照射軸が前記装置の設置面に対して傾斜方向に配置されたことを特徴とする電子顕微鏡とイオン顕微鏡複合装置。 - 請求項17記載の電子顕微鏡とイオン顕微鏡複合装置であって,
前記イオン顕微鏡の前記イオンビーム照射軸と、前記電子ビーム照射軸が前記試料上では概略交わることなく離れた位置に配置したことを特徴とする電子顕微鏡とイオン顕微鏡複合装置。 - 針状の陽極エミッタティップと,前記エミッタティップ先端近傍にガス分子を供給し,前記エミッタティップ先端部にてガス分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室と,真空排気機構からなるガス電界電離イオン源において,
前記ガス分子がヘリウム分子であり,前記真空排気機構に非蒸発ゲッタポンプを含むことを特徴とするガス電界電離イオン源。 - 針状の陽極エミッタティップと,前記エミッタティップ先端近傍にガス分子を供給し,前記エミッタティップ先端部にてガス分子を電界にてイオン化するガス分子イオン化室と,真空排気機構からなるガス電界電離イオン源と,前記ガス分子イオン化室から引き出したイオンビームを集束する静電レンズ系と,二次粒子を検出する二次粒子検出器を含み,前記二次粒子検出器で得られた信号を用いて試料上の構造の寸法を計測するイオンビーム測長装置であって,
試料に照射するエネルギーが1kV未満であることを特徴とするイオンビーム測長装置。
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