JP6490917B2 - 修正装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガス電界電離イオン源を備えたイオンビームによる修正装置に関し、半導体素子の製造時などで微細パターンを形成する際に用いるフォトマスク、ＥＵＶマスク、およびナノインプリント原版などに存在する欠陥等などを修正する修正装置に関する。

従来、半導体素子などを製造する際にパターン露光装置に用いられるマスクは、透過型マスクやＥＵＶ（Extreme Ultra Violet：極端紫外線）露光用の反射型マスクなどである。これらのマスクのパターンに欠陥等が存在する場合に、高価なマスク全面を再度製作し直すのではなく、経済的および時間的観点から欠陥等のみを修正する方法が知られている。この時に用いられる修正装置は、マスクの他にナノインプリントの原版（モールド）にも適用可能であり、ガリウムイオンによる集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）または電子ビームによるマスクの修正装置が知られている。

例えば、照射ビームとして液体金属イオン源から放出したイオンをイオン光学系で集束して形成される集束イオンビームを用いる装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、直径数ｎｍ程度まで集束されたガリウムイオンの集束イオンビームにより、微細領域の不要パターンの除去およびパターン欠落部への膜付けなどによりマスク修正を行なう。
例えば、電子ビームとアシストガスを用いたマスク修正装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この装置は、ガリウムイオンの集束イオンビームに比べてイオン注入による透過率の低下が防止され、ビーム集束性が優れている。

また従来、ガリウムイオンの集束イオンビームに比べて集束性が良いと期待されている集束イオンビーム装置のイオン源としてガス電界電離イオン源（ＧＦＩＳ：Gas Field Ion Source）が知られている。ガス電界電離イオン源は、原料ガスをティップ先端の高電界領域でイオン化させることにより集束イオンビームに形成できるもので、放出するイオンのエネルギー拡がりが液体金属イオン源の数分の１と小さいため、ガリウムイオンの集束イオンビームに比べてビーム集束性が高い。電子ビームと同様に二次電子とアシストガスによってエッチング効果が発生するが、二次電子の発生領域は電子ビームよりも狭いので、微細領域の加工が可能になると期待されている。

なお、ガス電界電離イオン源においてイオンを発生する先鋭化した針状電極を、ティップ（Ｔｉｐ）と呼ぶ。この尖鋭化した針状電極は、電子顕微鏡における電子源の針状電極および走査プローブ顕微鏡における探針などにも用いられる。従来、電子顕微鏡および集束イオンビーム装置において高分解能の画像を得るためにティップの先端を数個程度の原子で構成されるまで先鋭化することが望まれている。また、走査プローブ顕微鏡においてティップを長寿命化するとともに、高分解能の画像を得るためにティップの先端を原子レベルに先鋭化して、長寿命化することが望まれている。

図１３（Ａ）〜（Ｃ）は従来のティップ５００の概略形状を示している。図１３（Ａ）に示すティップ５００の全体形状のように、ティップ５００は直径数１００μｍ以下の細線の先端が電解研磨（ウエットエッチングともいう）によって細く尖った形状を有するように形成されている。図１３（Ｂ）に示すティップ５００の先端部Ａのように、ティップ５００は先端部Ａに微小な突起５０１を備えている。図１３（Ｃ）に示すティップ５００の突起５０１のように、この微小な突起５０１は原子が数層積み上がった三角錐形状で、さらにその先端（頂点）は多くても数個の原子で構成されている。以下において、突起５０１を角錐構造と呼ぶ。

次に、ティップ５００を用いたガス電界電離イオン源のイオン発生原理について図１４を参照して説明する。
イオン源にはイオン化すべきガスが供給され、ティップ５００周辺にはイオン化すべきガス分子や原子（ここでは略してガス分子と記載）６０１が存在する。ティップ５００は冷却装置（図示略）により冷却されている。
そして、電源６０２によりティップ５００と引出し電極６０３との間に電圧が印加され、ティップ５００の先端の周辺に高電界が発生すると、ティップ５００周辺に漂うガス分子６０１は分極して、分極力によりティップ５００の先端に引き寄せられるように移動する。そして、引き寄せられたガス分子６０１はティップ５００の先端の高電界によりイオン化される。
発生したイオン６０４は引出し電極６０３の開口部６０３ａから下流のイオン光学系（図示略）を通って試料（図示略）に向かって放出される。このガス電界電離イオン源は、イオン６０４のビーム（イオンビーム）が放出される領域の大きさ、つまりイオン源のソースサイズは極めて小さいので、高輝度なイオン源となり、試料上で極めて細い集束イオンビームを形成可能である。

従来、ガス電界電離イオン源を用いた集束イオンビーム装置（またはイオン顕微鏡）において、タングステンティップを用いる技術が知られている。
例えば、ガス電界電離イオン源を用いたフォトマスクの欠陥修正方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。このガス電界電離イオン源から発生した希ガスイオンビームを用いた修正装置においては、マスク透過性の悪化（例えば、従来のガリウムイオンの集束イオンビームにより発生するマスク内へのガリウム注入によるマスク透過性の悪化）を軽減することができる。また、希ガスの一種であるアルゴンは、質量が電子に比べて大きいため、電子ビームによるマスクの修正に比べて加工効率が増大する。

例えば、窒素をイオン化することによって集束イオンビームを形成するマスク修正装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。このマスク修正装置は、ティップとして、タングステンもしくはモリブデン、またはタングステンもしくは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、もしくは金等の貴金属を被覆したものを用いている。
例えば、ガス電界電離イオン源から発生する水素イオンビームによる極端紫外線露光用のマスクの修正について開示されている（例えば、特許文献５参照）。このマスク修正のティップは、タングステンもしくは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、もしくは金等の貴金属が被覆されて形成されている。このティップの先端は原子レベルで尖鋭化されたピラミッド状である。

ティップ先端を原子レベルで尖らせる方法は重要である反面、実行が難しく、種々の方法が知られている。
ティップは結晶表面の原子密度が低い結晶面が先鋭化されやすいため、タングステンティップは＜１１１＞方向が先鋭化されている。タングステンの｛１１１｝結晶面は３回回転対称であり、｛１１０｝結晶面または｛１１２｝結晶面が錐体構造の側面（錐面）となっている。
タングステンティップの先端面が数個の原子で構成されるように先端を先鋭化する方法として、窒素または酸素を用いた電界誘起ガスエッチング、熱ファセット、およびリモールディングなどの方法が知られており、これらの方法により再現性良く＜１１１＞方向を先鋭化させることができる。

電界誘起ガスエッチングは、電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ：Field Ion Microscope）によるヘリウムなどを結像ガスとしたＦＩＭ像の観察中に窒素ガスを導入して、タングステンティップをエッチングする方法である。窒素の電界電離強度はヘリウムの電界電離強度に比べて低いため、窒素ガスはＦＩＭ像が観察出来ている領域（つまりヘリウムが電界電離している領域）に近づくことができず、タングステンティップの先端から少し離れたティップ側面に吸着される。そして、窒素ガスはティップ表面のタングステン原子と結合してタングステン窒化物を形成する。タングステン窒化物の電界蒸発強度は低いため、窒素ガスが吸着された先端から少し離れたティップ側面のみが選択的にエッチングされる。このとき、タングステンティップの先端のタングステン原子はエッチングされないため、電解研磨されたティップよりも更に先鋭化された先端を有するティップが得られる（例えば、特許文献７参照）。

熱ファセットは、電解研磨後のティップに対して、酸素雰囲気中で加熱することで特定の結晶面を成長させ、ティップの先端に多面体構造を形成する方法である（例えば、特許文献８参照）。
リモールディングは、電解研磨後のティップに対して、超高真空中で加熱および高電圧の印加によりティップの先端に結晶面を形成する方法である（例えば、特許文献９参照）。
また、従来、原子レベルに尖ったタングステンティップを用いたガス電界電離イオン源を搭載したヘリウム集束イオンビームによる走査イオン顕微鏡、つまり集束イオンビーム装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この集束イオンビーム装置は、ティップの先端が３個のタングステン原子から構成（３量体、トリマーともいう）され、３個の原子のそれぞれからイオンが放出され、そのうちの１原子から放出されたイオンを選択してビーム集束する。
また、従来、タングステンティップを用いたガス電界電離イオン源を搭載したヘリウム集束イオンビームによる走査イオン顕微鏡において、イオンを放出するタングステンティップの先端が３個のタングステン原子から成る３量体で終端され、３個の原子のそれぞれからイオンが放出され、そのうちの１原子から放出されイオンを選択してビーム集束することが知られている（例えば、非特許文献２参照）。

また、従来、＜２１０＞イリジウム単結晶ティップの先端に、１つの｛１１０｝結晶面と２つの｛３１１｝結晶面からなる微小な三角錐構造が形成されることが知られている（例えば、非特許文献３参照）。
また、従来、先鋭化された＜２１０＞イリジウム単結晶ティップの先端に、熱ファセットで１つの｛１１０｝結晶面と２つの｛３１１｝結晶面からなる微小な三角錐が形成され、さらにその頂点が単一原子であることが知られている。このイリジウムティップを用いたガス電界電離イオン源は、約２２５０秒間の連続したビーム放出が可能であることが知られている（例えば、非特許文献４参照）。

特開２００３−１５６８３３号公報 特開２００３−３２８１６１号公報 特表２００９−５１７８４０号公報 国際公開第２００９／０２２６０３号 特開２０１３−８９５３４号公報 特開２０１１−１８１８９４号公報 米国特許第７４３１８５６号明細書 特開２００９−１０７１０５号公報 特開２００８−２３９３７６号公報

William B. Thompson ら、 第２８回ＬＳＩテスティングシンポジウム（LSITS2008）会議録、（２００８年）２４９頁〜２５４頁、"Helium Ion Microscope for Semiconductor Device Imaging and Failure Analysis Applications" B. W. Wardら、 Journal of Vacuum Science & Technology, ２４巻、（２００６年）２８７１頁〜２８７４頁、"Helium ion microscope: A new tool for nanoscale microscopy and metrology" Ivan Ermanoskiら、Surf. Sci. ５９６巻、 (２００５年)、８９頁〜９７頁 "Atomic structure of O/Ir(210) nanofacets" Hong-Shi Kuo ら、Nanotechnology, ２０巻、（２００９年） ３３５７０１号、"A Single-atom sharp iridium tip as an emitter of gas field ion sources"

（ガリウム集束イオンビームについて）
従来、ガリウム集束イオンビームまたは電子ビームによるマスク修正装置が知られている。ガリウム集束イオンビームによる加工は、スパッタ効果により各種の材料をエッチング可能であるが、マスクの透過すべき領域にガリウムイオンが打ち込まれると、光透過率が低下するという問題が生じる。また、ガリウム集束イオンビームの集束性は、最先端の超微細寸法のマスクの修正に必要とされる最小加工寸法を得るには不十分であるという問題が生じる。

（電子ビームについて）
一方、電子ビームとアシストガスを用いたマスク修正装置は、ビーム照射箇所の光透過率を低下させず、超微細寸法のフォトマスクの修正に必要とされる最小加工ができる。しかしながら、マスク材に対するスパッタリング効率が低いため、加工効率が悪く、パターンを電子ビームで観察する際のコントラストが小さいため、明確にパターンを観察することができない、という問題が生じる。また、近年、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）などを遮光膜とする位相シフトフォトマスクに関して、露光や洗浄での損傷に対する耐性を高めた遮光膜が複数提案されている。しかしながら、これらの遮光膜の組成は下地ガラス基板の組成に近く、遮光膜と下地ガラス基板とのエッチング速度に差が生じるアシストガスが存在しない。よって、エッチング材料選択性が低く、遮光膜と下地ガラス基板との界面などの所望の位置でエッチングを停止させることが困難であるという問題が生じる。さらに、最小加工寸法は２０から３０ｎｍが限界なので、次世代ＥＵＶマスクなどの極微細寸法のパターンには対応できない。

（ガス電界電離イオン源について）
ガス電界電離イオン源を用いたマスク修正装置では、試料観察の際にアルゴンイオンビームのスパッタリング効果により試料にダメージを与えてしまうという問題が生じる。一方、質量が小さいヘリウムでは、透過部分へのダメージを軽減することができ、集束性もガリウム集束イオンビームより高くなるが、試料のエッチング効率が低いため、マスク修正に膨大な時間がかかるという問題が生じる。また、ガス電界電離イオン源のティップについて、以下のような問題が生じる。

（タングステンティップについて）
ティップがタングステンから形成されたものであると、イオン化すべきガスである化学的に活性なガス種、例えば窒素ガスなどに対する耐性が低く、イオン源の寿命が短いという問題が生じる。例えば、酸素または窒素がタングステンティップ表面に付着した場合に反応が生じ、電界蒸発強度が低いタングステン酸化物または窒化物が生成されると、これらの酸化物または窒化物が、低い電界強度でタングステンティップ表面から電界蒸発することによる損傷が進行する虞がある。微量の酸素または窒素は、タングステンティップの先鋭化処理に用いられることから、タングステンティップ表面での酸化物または窒化物の生成は不可避であり、タングステンティップの先端に損傷が発生すれば、発生イオン電流の変動、さらにはイオン放出の停止する虞がある。また、タングステンティップの先端に損傷が生じると、再度、先鋭化処理を行なう必要があり、このタングステンティップを搭載した装置のダウンタイムが増加するという問題が生じる。このような問題が生じることに対して、タングステンティップを搭載したガス電界電離イオン源によりヘリウムイオンを放出させようとして、イオン源室にヘリウムガスを導入する場合には、高価な純度のガスが必要となり、費用が嵩むという問題が生じる。

また、タングステンティップは、先端がトリマーと呼ばれる３個の原子を頂点として、これら３個の原子から３本のビームを同時に放出する。このガス電界電離イオン源を備える装置は、タングステンティップから放出される３本のビームのうちの１本のビームを、イオンビーム経路内に設置した絞りで選択して、ビーム集束させて試料に照射する。従って、試料に到達するビーム電流は、少なくとも全ビーム電流の１／３に減少することになる。また、ティップの先端から放出される３本の総放出イオン電流の合計値が一定であっても、３個の原子のそれぞれから放出されるイオン電流量の均衡は不安定となる虞がある。ビーム電流の低下は、画像化に際しては画質の低下をもたらし、加工に際しては加工量の減少をもたらす、という問題が生じる。よって、３個の原子で終端されたタングステンティップでは、加工形状、および観察画像が不安定になる虞がある。

（被覆されたティップについて）
タングステンもしくはモリブデンから成る針材に、プラチナ、パラジウム、イリジウム、ロジウム、もしくは金等の貴金属を被覆したティップでは、被覆する作業が時間を要し、被覆作業中に先端を損傷させてしまう虞がある。また、被覆が不十分な場合、被覆が不十分な箇所から化学的活性なガスによってエッチングされるという問題が生じる。

（イリジウムティップについて）
タングステンティップが先端で３個の原子を頂点とするという問題に対して、１個の原子を頂点とすることができるとともに化学的耐性がタングステンより強い素材として、イリジウムをティップに用いることが知られている。
しかしながら、イリジウムティップの先端を先鋭化する仕上げ加工において、従来の手法を単純に流用するだけでは、所望の形状（つまり、１個の原子を頂点とする角錐構造）を所望の位置に、１個だけ形成することは困難であることが、本発明者によって見出された。

（イリジウムティップの先鋭化方法について）
また、イリジウムは｛２１０｝結晶面の表面原子密度が低く、先鋭化されやすいため、イリジウムティップは＜２１０＞方向が先鋭化される。図１５に示すようにイリジウムの｛２１０｝結晶面を正面から見た場合の結晶は＜１１０＞の軸と＜２１０＞の軸が含まれる平面に対して鏡像対称なので、電界誘起ガスエッチングを行なうと｛２１０｝結晶面と｛３１０｝結晶面の境界付近が残ることになるが、｛３１０｝面は長方形を成しているので奇数個の原子が残らない。つまりイリジウムでは、トリマーなども含めて終端の原子の個数を少ない状態で所望の位置に形成することが困難である。また、電界蒸発のみで最終の先鋭化仕上げ加工を行なうと、先端部の数層の原子層が塊状態で一度に電界蒸発する場合が多く、先端に所望の頂点を形成することが困難であることが、本発明者による実験によって見出された。

（イリジウムティップの電界誘起窒素エッチングについて）
また、イリジウムティップの先鋭化方法として、電界誘起ガスエッチングにおける従来方法の酸素ガス導入では、イリジウムがタングステンに比べて化学的耐性が強いことに起因して、タングステンを処理する場合に比べて、処理に要する時間が長くなるという問題が生じる。また、酸素ガスの導入に代えて窒素ガスを導入した場合には、タングステンと同様の角錐構造をティップの先端に作製可能である。しかしながら、導入する窒素の圧力を高くする必要が生じる。導入ガス圧を高くすることは、ティップと引出し電極間の放電を誘発し、ティップ先端を損なう危険性が高くなる。また、エッチング速度がタングステンよりも遅くなるので、処理に要する時間が長くなるという問題が生じる。
また、電界誘起ガスエッチングによりイリジウムティップを先鋭化する際に、所望の位置以外の他の位置に頂点が形成される場合があり、毎回の処理ごとに同一の原子位置に再現性良く角錐構造を形成することは困難であることが、本発明者による実験によって見出された。ティップ先端の位置の再現性が不安定であることは、イオンや電子の放出位置が先端形成の処理毎に変わることを意味し、電子顕微鏡または集束イオンビーム装置のビームを光学軸に高い精度で合わせるように、イオン源または電子源の位置調整を、その都度、高精度に行なう必要があり、実用上、好ましくないという問題が生じる。

（イリジウムティップの熱ファセットについて）
また、酸素雰囲気中でイリジウムティップを熱ファセット（低指数結晶面の形成）することで、再現性良く＜２１０＞方向を先鋭化させることができる。しかしながら、熱ファセットのみで最終の先鋭化仕上げ加工を行なうと、所望の頂点が所望の位置のみならず、複数箇所に形成される場合がある。また、イリジウムを加熱処理したとしても所望の結晶面が成長しないため、所定の位置に所定の結晶面で囲まれ先端が単一原子の角錐構造を形成するような制御が難しい。さらに、ガス電界電離イオン源内で熱ファセットを実施した場合、ガス電界電離イオン源内に残留した酸素原子がイリジウムティップに対する不純物として作用し、安定なイオン放出を妨げる虞がある。これにより、安定動作の観点から、酸素を用いずに所望の位置を先鋭化させる方法が望まれている。

ところで、ガス電界電離イオン源を搭載したマスク修正装置によれば、同一装置で質量の大きいイオン源ガスと質量の小さいイオン源ガスとを切り換えることが可能である。すなわち、照射イオン種の質量が大きければガリウム集束イオンビームに近い特性の加工および観察が可能であり、照射イオン種の質量が小さければ電子ビームに近い特性の加工および観察が可能である。照射イオン種の質量は、加工目的などに応じて選択できる。例えば、位相シフト型フォトマスクの欠陥修正おいて、表層のＭｏＳｉ含有ガラス層を除去する場合、下地ガラス基板の界面でエッチングを停止させる必要がある。そのためには、表層のエッチング速度が下地のエッチング速度より大きい、つまり、材料選択性が高いプロセスが要求される。しかし、水素やヘリウムなどの軽いイオンや電子のビームでは、表層も下地も同じガラス材なのでエッチング速度は大差ない。一方、窒素やネオンなどの少し重いイオンのビームはスパッタ効果があるため、表層と下地の構造の違いがエッチング速度の違いとなる。さらに重い元素であるアルゴン、クリプトン、およびキセノンなどでは、イオンが打ち込まれたことによる光透過率の悪化が問題となる。従って、位相シフト型フォトマスクの修正には、窒素やネオンなどの少し重いイオンが最適である。

イオンビームによる加工の速度は放出イオン電流に比例するが、ガス電界電離イオン源の放出イオン電流は、ガリウム集束イオンビームよりも数桁低い。つまり、加工速度が極めて遅いので、できる限り大きな放出イオン電流を確保することが必要となる。単に原料ガス圧を高めて放出イオン電流を増大させた場合には、ティップ先端での放電を誘発し、ティップ先端が損傷する虞がある。このため、イオン化され易い原料ガスを低いガス圧で使用することが望まれる。ここで、窒素のイオン化効率がネオンのイオン化効率よりも高いので、同一のガス圧では窒素ビームの方がネオンビームよりも高い放出イオン電流を得やすく、フォトマスク修正に対しては窒素集束イオンビームが最適であると、本発明者により見出された。

しかしながら、窒素ガスはある金属に対しては腐食性を有し、従来のヘリウムガスによるガス電界電離イオン源のティップ材として標準的に用いられているタングステンは、ヘリウムガス中に僅かに窒素が混入しただけでも腐食（エッチング）される。これにより、ティップ形状が変形し、イオン放出部であるティップ先端部が損傷して、イオン放出の停止に至る虞がある。このため、タングステンティップを用いた従来のガス電界電離イオン源では、窒素ガスを主成分として供給することによる窒素イオンビームの形成は実現が困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、試料へのダメージが小さく、長期間に亘って安定かつ効率良くマスクなどの微細箇所の修正が可能なガス電界電離イオン源を搭載した修正装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る修正装置は、先鋭化されたティップを有するイオン発生部を備えるガス電界電離イオン源と、前記ティップを冷却する冷却手段と、前記ガス電界電離イオン源において発生したガスのイオンを集束させて集束イオンビームを形成するイオンビーム鏡筒と、前記イオンビーム鏡筒により形成された前記集束イオンビームが照射される試料を設置して移動可能な試料ステージと、少なくとも前記試料ステージを内蔵する試料室と、前記イオンビーム鏡筒により形成された前記集束イオンビームによって前記試料としてのマスクまたはナノインプリントリソグラフィのモールドを修正する制御手段と、を少なくとも備え、前記ガス電界電離イオン源は、前記イオンを窒素とし、前記イオンを発生可能なイリジウム単結晶により構成された前記ティップを備える。

（２）上記（１）に記載の修正装置では、前記ティップは、１個のイリジウム原子を頂点とする先端を有する角錐構造を備えてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の修正装置では、前記ティップは、＜２１０＞方位のイリジウム単結晶により構成され、前記ティップの頂点は１つの｛１００｝結晶面および２つの｛１１１｝結晶面により囲まれた先端を備えてもよい。

（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の修正装置は、前記イオン発生部にイオン化すべきガスを供給するガス供給部を備え、前記ガス供給部は、複数のガス種の各々を貯蔵かつ供給可能な容器を備えてもよい。
（５）上記（４）に記載の修正装置では、前記ガス供給部は、前記複数のガス種として少なくとも窒素と水素を含んでもよい。
（６）上記（５）に記載の修正装置では、前記制御手段は、前記マスクとして極端紫外線露光用のマスクを修正する場合に前記集束イオンビームとして水素イオンビームを用い、前記マスクとしてフォトマスクを修正する場合に前記集束イオンビームとして窒素イオンビームを用いてもよい。

（７）上記（１）から（６）の何れか１つに記載の修正装置は、前記ガス供給部から供給されるガスのガス種を切り替え可能なガス切替部を備えてもよい。
（８）上記（４）から（６）の何れか１つに記載の修正装置は、前記イオン発生部におけるガスのイオン化に要する電圧を切り替えることによってイオン種を切り替えるイオン切替部を備えてもよい。

上記態様によれば、試料へのダメージが小さく、長期間に亘って安定かつ効率良くマスクなどの微細箇所の修正が可能なガス電界電離イオン源を搭載した修正装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る修正装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るガス電界電離イオン源の構造を説明するための概略構成図である。 本発明の実施形態に係るティップアセンブリの斜視図である。 本発明の実施形態に係るイオンビーム鏡筒の構成図である。 本発明の実施形態に係る修正装置における修正すべきパターンを説明するための図である。 本発明の実施形態に係るイリジウムのティップの先端の角錐構造を説明するための図であり、特に、図６（Ａ）は角錐構造の原子モデル図であり、図６（Ｂ）は結晶面を明示するための説明図である。 本発明の実施形態に係るイリジウムのティップの先端の角錐構造における結晶面の原子の配列を示す図であり、特に、図７（Ａ）は錐面を成す｛１００｝結晶面を正面から見た図であり、図７（Ｂ）は錐面を成す｛１１１｝結晶面を正面から見た図である。 従来例のイリジウムティップの先端の第１の角錐構造を説明するための図であり、特に、図８（Ａ）は角錐構造の原子モデル図であり、図８（Ｂ）は結晶面を明示するための説明図である。 従来例のイリジウムティップの先端の第２の角錐構造を説明するための図であり、特に、図９（Ａ）は角錐構造の原子モデル図であり、図９（Ｂ）は結晶面を明示するための説明図である。 従来例のイリジウムティップの先端の角錐構造における結晶面の原子の配列を示す図であり、特に、図１０（Ａ）は錐面を成す｛１１０｝結晶面を正面から見た図であり、図１０（Ｂ）は錐面を成す｛３１１｝結晶面を正面から見た図である。 本発明の実施形態に係るティップを作製するためのティップ製造装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係るティップの製造方法を示すフローチャートである。 従来のティップを説明するための概略図である。特に、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）における先端部Ａの拡大図であり、図１３（Ｃ）は図１３（Ｂ）における先端部Ｂの拡大図である。 従来のガス電界電離イオン源におけるイオン化を説明するための概略構成図である。 イリジウムの各結晶面の配置を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る修正装置について添付図面を参照しながら説明する。

（実施例１）フォトマスクの修正装置
先ず、図１を参照して、修正装置１０について説明する。
修正装置１０は、半導体素子などを製造する際にパターン露光装置（図示略）に用いられフォトマスクに存在する欠陥の修正を行なう。
修正装置１０は、後述するガス電界電離イオン源を搭載し、ガス電界電離イオン源から放出するイオンとして、ヘリウムのような軽い元素ではなく、スパッタリング効率の高い窒素を用いている。また、修正装置１０は、窒素を主成分とするイオン化ガスを用いるため、後述するように化学的耐性が強いイリジウムをティップとして用いている。このティップの先鋭化した先端は、特定の結晶面から成り、頂点が１個のイリジウム原子である微小な三角錐形状を有している。

修正装置１０は、主に、ガス電界電離イオン源（図示略）を搭載したイオンビーム鏡筒１１と、電子源（図示略）を搭載した電子ビーム鏡筒１２と、試料室１３と、制御部２０と、を備えている。

イオンビーム鏡筒１１は、イオン発生源であるガス電界電離イオン源（図示略）と、ガス電界電離イオン源において発生したイオンを集束化して集束イオンビームを形成し、試料であるマスク１４上を走査走引するイオンビーム光学系と、を少なくとも備えている。なお、このガス電界電離イオン源およびイオンビーム鏡筒１１については、詳細を後述する。

電子ビーム鏡筒１２は、電子の発生源である電子源（図示略）と、電子源において発生した電子を集束化して電子ビームを形成し、試料であるマスク１４上を走査する電子ビーム光学系（図示略）と、を少なくとも備えている。
なお、イオンビーム鏡筒１１および電子ビーム鏡筒１２は、集束イオンビームと電子ビームがマスク１４上のほぼ同じ箇所に照射されるようにして、配置されている。なお、後述するガス電界電離イオン源に用いるティップアセンブリを電子源として用いることで、集束性の良い電子ビームを得ることができ、鮮明なＳＥＭ（走査電子顕微鏡）画像を得ることができる。また、電子ビーム鏡筒１２は、イオンビーム鏡筒１１のイオンビーム照射による帯電を中和するために電子ビームを照射可能である。

試料室１３は、試料であるマスク１４を載置して移動可能な試料ステージ１５を備えている。試料ステージ１５は、作業者の指示に基づいて動作する。例えば５軸に変位可能に構成されている場合、試料ステージ１５は、同一面内で互いに直交するＸ軸とＹ軸と、これらに直交するＺ軸とに沿って試料ステージ１５を移動させるＸＹＺ軸機構（図示略）と、Ｘ軸またはＹ軸回りで試料ステージ１５を回転させ傾斜させるティルト軸機構（図示略）と、Ｚ軸回りで試料ステージ１５を回転させる回転機構（図示略）と、から成る変位機構（図示略）により支持されている。

また、試料室１３は、マスク１４上の欠落欠陥にデポジション用のガスが供給可能なデポジションガス供給部１６と、マスク１４上の余剰欠陥の選択的除去を促進するエッチングガス供給部１７と、を備えている。これにより、制御部２０は、デポジションガス供給部１６から炭素系ガス、シラン系ガス、またはタングステンなどの金属を含有した炭素系化合物ガスなどをマスク１４上の欠陥部に吹きつけながら、窒素などのイオンビームを照射することで、炭素、酸化シリコン、またはタングステンなどの膜をマスク１４上に形成可能である。これにより欠陥が修正されたマスク１４は、露光されても欠陥を転写することなく、正常にパターンを転写することができる。
また、制御部２０は、マスク１４上の遮光パターン部から余分に形成された欠陥パターンを修正する場合は、エッチングガス供給部１７からヨウ素などのハロゲン系のエッチングガスをマスク１４の欠陥部に照射しつつ窒素などのイオンビームを照射する。これにより制御部２０は、エッチングガスを導入しない場合に比べて、マスクパターンの高速加工または所望の材料のみを選択的に除去可能である。

さらに、試料室１３は、イオンビームや電子ビームの照射によってマスク１４から発生する二次電子、二次イオン、反射電子、およびＸ線などの二次信号を検出する検出器１８と、検出器１８によって検出された結果を観察像として表示可能なモニタ１９と、を備えている。なお、モニタ１９は各種制御値も表示可能である。

制御部２０は、後述するように、像形成部（図４に示す像形成部１３１）、引出し電圧制御部（図４に示す引出し電圧制御部１３２）、イオン源ガス制御部（図４に示すイオン源ガス制御部１３３）、および温度制御部（図４に示す温度制御部１３４）などを備えている。制御部２０は、イオンビーム光学系または電子ビーム光学系におけるコンデンサレンズ電極（図示略）および対物レンズ電極（図示略）などへの印加電圧制御と、試料ステージ１５の移動制御と、なども行なう。

イオンビーム光学系における引出し電圧制御部は、ガス電界電離イオン源（図示略）の引出し電極（図示略）への印加電圧を制御するもので、放出イオン電流を調整するとともに、ティップの先端の角錐構造が作製または処理される場合にも動作する。
像形成部は、後述する集束イオンビームを試料に照射し、発生した二次イオン又は／および二次電子を検出器１８により検出することで、試料の観察像をモニタ１９に表示して観察することができる。つまり、像形成部は、マスク１４に対し窒素などのイオンビームを照射して、二次電子を検出することでマスク１４の表面の形態を検知できる。また、二次イオンを検出することでマスク１４の表面を構成する元素の分布を検知することができる。これらのマスク１４の表面の画像と、元素分布結果と、各種制御値とは、モニタ１９に表示することができる。
なお、制御部２０は、イオンビーム鏡筒１１内と、電子ビーム鏡筒１２内と、試料室１３内とを、各部に備えられた真空排気系の制御によって真空に保持可能である。
イオン源ガス制御部は、ガス電界電離イオン源に供給されるガスの流量を調整するマスフローコントローラなどのガス流量調整部（図示略）、ガス種の切替え部（図示略）を備えるイオン源ガス供給部（図示略）を制御する。

（ガス電界電離イオン源）
図２はガス電界電離イオン源（ＧＦＩＳ）の基本構成を示す。ガス電界電離イオン源３０は、ティップアセンブリ３１と、引出し電極３２と、イオン源ガス供給部３３と、冷却装置３４と、を主に備えている。
ティップアセンブリ３１は、図３に抜き出して示すように、主に、絶縁性のベース部材３５と、ベース部材３５に固定された１対の通電ピン３６と、１対の通電ピン３６の先端部間に接続されたタングステンなどの細線から成るフィラメント３７と、フィラメント３７に電気的および機械的に固定されたティップ１と、を備えている。

ティップ１は、スポット溶接等によってフィラメント３７に電気的および機械的に接続され、その先端部からイオンを放出する。ティップ１は、窒素ガスによる化学反応に耐え得るイリジウムから成り、具体的には、＜２１０＞方位の単結晶イリジウムにより形成されている。ティップ１は、電界が集中しやすいように原子レベルで先鋭化された先端を有している。さらに、ティップ１は、ガス電界電離イオン源３０の長期間動作を実現させるために、先端に、これまでに無い新たな微細な角錐構造を備えている。その角錐構造は、１個の｛１００｝結晶面と、２個の｛１１１｝結晶面とで囲まれて、その頂点が＜２１０＞方位の１個の原子のみにより構成されている。

また、フィラメント３７は、ティップ１の温度を調整可能であり、ティップ１表面の洗浄またはティップ１の先端の角錐構造を作製する際などにおいて用いられる。
このティップ１の先端の詳細構造とその効果、および、その製造方法については、実施例３にて詳述する。

引出し電極３２は、ティップ１の先端から離間して配設され、開口部３２ａを備えている。引出し電極３２は、ティップ１が放出したイオン２を、引出し電極３２の開口部３２ａを通して、下流のイオン光学系に導く。引出し電源（図示略）は、引出し電極３２とティップ１との間に引出し電圧を印加することによって、ティップ１の先端でガス分子をイオン化させてイオン２を生成し、このイオン２を引出し電極３２側に引き出す。
イオン源ガス供給部３３は、ティップ１の周囲にイオン化すべきガス（イオン源ガス、例えば、ガス分子など）３８を供給する。イオン源ガス供給部３３は、流量はバルブ３３ａによって調整可能にガス導入管３３ｂを介してイオン源室３９に連通している。イオン源ガス供給部３３に備えられるガス種は１種類に限ることはなく、複数のガス種のガスボンベ（ガス容器ともいう、図示略）が設置されて、必要に応じてガス種が切替えられて、または複数のガス種が混合されて、イオン源室３９に供給されてもよい。また、複数種のガス種を供給する場合、各ガス種の最適引出し電圧を予め引出し電圧制御部１３２に記憶させておき、イオン切替え時にイオン切替部（図示略）から引出し電圧制御部１３２に指示して、供給される複数種のガスのうち所望のガスのイオンに切替えて発生させるようにしてもよい。

本実施例では、イオン源ガス供給部３３は、供給するイオン源ガスを窒素ガスとしたが、これに限定されず、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンなどのような希ガスでもよいし、水素または酸素などの分子ガスでもよいし、これらの混合ガスでもよい。例えば、イオン源ガス供給部３３は、ヘリウム、水素、窒素、酸素、およびネオンの各々のガスボンベ（図示略）を備え、所望のガスを選択してガスボンベから供給してもよい。例えば、ティップ１の先端の原子オーダで広い領域を電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ：Field Ion Microscope）により観察する際にはヘリウムを、ティップ１の先端の先鋭化の際には酸素または窒素を、集束イオンビームの形成時には水素、窒素、およびネオンの何れかを供給してもよい。また、イオン源ガス供給部３３は、極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra Violet）露光用のマスク（ＥＵＶマスク）の修正時においては、ＥＵＶマスクのパターンがイオン照射による損傷に極めて弱いため、軽いイオン、例えば水素ガスなどを供給する。この場合、ＥＵＶマスクを連続して修正するような場合であっても、ガス種の切替えのみで所望の修正が可能となる。例えば、イオン源ガスとして窒素ガスを用いてフォトマスクの欠陥を修正し、その後イオン源ガスとして水素ガスを用いてＥＵＶマスクの欠陥を修正することで、一台の装置で異なる種類のマスクを修正することができる。

ところで、上記特許文献６には、水素イオンビームを発生するガス電界電離イオン源のエミッタティップが、タングステンもしくはモリブデン、またはタングステンもしくは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ことが開示されている。しかしながらこの特許文献６には、エミッタティップへの印加電圧が大き過ぎると、水素イオンとともにエミッタティップの構成元素（タングステンおよび白金）が引出し電極側へ飛散することが開示されている。このため特許文献６では、動作時（つまりイオンビーム放射時）にエミッタティップに印加する電圧は、エミッタティップ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、と記載されている。このように、従来、エミッタティップの構成元素が電界蒸発しないように水素イオンを発生させることは困難な場合もあった。

これに対して、本実施例の修正装置１０は、水素イオンビームを発生するガス電界電離イオン源３０のティップ１がイリジウムから成り、ＥＵＶマスクを修正可能であり、イリジウムのティップ１の先端は少なくとも｛１００｝結晶面を有する微細な三角錐構造であり、その三角錐構造の先端が１個のイリジウム原子のみにより構成されている。これにより、ティップ１の先端が従来のイリジウムティップと比較して密に構成された角錐構造なので、長期間に亘って安定して水素イオンビームが発生可能であり、ＥＵＶマスクの所望の箇所を修正することができる、という作用効果を発揮する。
このように、修正する対象物の物性に合わせて、照射するイオン種を変えることが最適であり、そのためにはイオン源ガス供給部３３は、多数のガスボンベ（図示略）を設置可能に構成され、ガスの切替え部（図示略）を有していればよい。このガスの切替え部はイオン源ガス制御部１３３によって制御される。

冷却装置３４は、液体ヘリウムまたは液体窒素等の冷媒によってティップ１およびイオン源ガス供給部３３からイオン源室３９内に供給される供給ガス３８を冷却する。冷却装置３４で発生した冷温の冷媒は、接続部３４ａを介してティップアセンブリ３１を囲む壁面４０およびガス導入管３３ｂに接触して、これらとイオン源室３９内を冷却する。
なお、冷却装置３４は、この構成に限定されるものではなく、少なくともティップ１を冷却可能であればよく、例えば冷却ブロックや冷凍機等などを備える構成であってもよい。また、イオン源室３９とティップアセンブリ３１の間には、ティップ１の熱を放熱するためのコールドヘッド４１が配設されている。コールドヘッド４１は、アルミナやサファイヤ、または窒化アルミニウム等のセラミックス材料により形成されたブロック状に形成され、ベース部材３５が固定されている。
ティップ１の冷却温度は、制御部２０の温度制御部により制御され、イオン源ガス供給部３３から供給されるガス種によって異なるが、本実施例では、約４０Ｋから２００Ｋの範囲で温度設定可能である。これにより、微細加工に必要な電流量のイオンビームを安定して照射することができる。
なお、本実施例では、マスク１４としてフォトマスクを例にして修正装置１０の構成を記載した。しかしながら、本発明による修正装置１０はフォトマスクに限られることなく、ＥＵＶマスクの欠陥修正にも適用可能である。

（イオンビーム鏡筒）
イオンビーム鏡筒の構成を図４を用いて説明する。
イオンビーム鏡筒１１０（１１）は、上述したティップアセンブリ３１を有するイオン源室３９と、このイオン源室３９から放出されたイオン２を集束イオンビーム１０１に集束させるコンデンサレンズ電極１１１と、集束イオンビーム１０１を試料（図示略）にフォーカスさせる対物レンズ電極１１２と、を少なくとも備えている。
真空ポンプ１１７はイオン源室３９の真空度を保持する。例えば、ガス電界電離イオン源３０ではイオン源ガスを供給する前の真空度を、１×１０^−５〜１×１０^−８Ｐａ程度の高真空に維持する。イオン源室３９と試料が収容される試料室（図示略）との間には、中間室１１３を備え、イオン源室３９と中間室１１３との間と、試料室と中間室１１３との間にオリフィス１１４，１１５を備えている。

イオンビーム鏡筒１１０は、集束イオンビーム１０１を、オリフィス１１４，１１５を通過させて、試料に照射する。中間室１１３は真空ポンプ１１６に接続され、真空ポンプ１１６によって真空度が調整可能とされている。中間室１１３は、試料室とイオン源室３９との間で差動排気可能とされている。このイオンビーム光学系によって、直径１ｎｍ以下の集束窒素イオンビームを形成可能である。

制御部１３０（２０）は、像形成部１３１と、引出し電圧制御部１３２と、イオン源ガス制御部１３３と、温度制御部１３４と、などを備えている。制御部１３０は、イオンビーム光学系または電子ビーム光学系におけるコンデンサレンズ電極１１１および対物レンズ電極１１２などへの印加電圧制御と、試料が載置された試料ステージ（図示略）の移動制御と、などを実行する。イオンビーム光学系における引出し電圧制御部１３２は、引出し電極３２への印加電圧を制御するもので、放出イオン電流を調整するとともに、ティップ１の先端の角錐構造が作製または処理される場合にも動作する。

このガスイオンの集束イオンビーム１０１は、試料表面上の照射部（図示略）から発生する二次電子を利用した試料表面の観察、および照射されるガスイオンによる試料のスパッタリングを利用した試料表面の加工（穴開けまたは表面層の除去など）に用いられてもよい。
また、イオンビーム鏡筒１１０は、ガス電界電離イオン源３０のティップ１の先端の原子配列を確認するためのＦＩＭ（電界イオン顕微鏡）像を得るための検出器（図１に示す検出器１８など）を備えている。検出器は、イオンビーム軸へ移動可能に構成され、ＦＩＭ像の確認が不要な場合はイオンビーム軸から遠ざけて待機させることが可能である。この検出器は、イオン電流が不安定になった場合および観察像が乱れてきた場合など、必要に応じてティップ１の先端の原子配列を確認することができる。本実施例におけるイリジウムのティップ１は、＜２１０＞方位のイリジウム単結晶から成り、このティップ１の先端には少なくとも｛１００｝結晶面を有し、原子１個を頂点とする角錐構造を有することを特徴としている。この先端形状については、実施例３にて詳述する。

このように、イリジウムのティップ１を有するガス電界電離イオン源３０によって窒素集束イオンビームを形成可能な本実施例の修正装置１０は、従来には無い装置であり、本実施例の修正装置１０によれば、マスク１４の透過部分の光透過性を低下させるようなイオンを打ち込むことが無い。また、従来のガリウム集束イオンビームによるマスク１４の修正よりも微細な加工が可能となる効果をもたらす。
集束窒素イオンビームの安定性は１％／時間以下の高安定度であり、３０日間の連続動作にもティップ１の先端の原子が脱落することなく、イオン放出が中断すること無く、イオン発生位置が変動すること無く、連続して集束窒素イオンビームを形成可能であることを、本発明者は実験により確認した。
これは上記非特許文献１に記載の約２２５０秒（高々３８分）の連続動作に比べて格段に長寿命である。実際のマスク等の修正では、加工の過不足が修正後のマスクの露光性能に強く影響するため、修正中のビーム電流は一定であることが要求され、高々３８分程度の連続照射の性能ではマスクを修正することは困難であった。これに対し、本実施例の修正装置１０の３０日間の連続照射の性能によれば、正確な修正を数多く実施することができる。
また、本実施例の修正装置１０は、高分解能で表面形態や元素分布を可視化でき、長寿命で高安定な集束イオンビームを提供することができる。
従来のガス電界電離イオン源を用いた商用の集束イオンビーム装置ではヘリウムイオンが用いられ、質量が非常に軽いため、スパッタリング効果が期待できない。よって、遮光膜と下地ガラス基板の組成が近く、遮光膜と下地ガラス基板とのエッチング速度に差が生じるアシストガスが存在しない場合、エッチング材料選択性が低く、遮光膜と下地ガラス基板との界面などの所望の位置でエッチングを停止させることが困難であった。しかし、本実施例の修正装置１０による集束窒素イオンビームにより試料の加工が可能となり、また、その集束性により、従来の商用のガリウム集束イオンビーム加工装置に比べても、更に微細な局所的加工が可能になった。

また、本実施例では、イオンビーム鏡筒１１と電子ビーム鏡筒１２が搭載された修正装置１０について説明したが、電子ビーム鏡筒１２が省略され、イオンビーム鏡筒１１のみを備える構成であってもマスク修正に関して同様の効果を有する。以下にその事例を説明する。

イオンビーム鏡筒１１のみを有する修正装置１０は、イオン源ガス供給部３３に水素ガスと窒素ガスのボンベ（図示略）を備え、ガス導入管３３ｂから水素ガスと窒素ガスの混合ガスが供給されるよう、イオン源ガス供給部３３内で調整可能である。水素の電界電離強度は約２２Ｖ/ｎｍであり、窒素は約１７Ｖ/ｎｍであるため、修正装置１０は、イオン源室３９内に水素ガスと窒素ガスの混合ガスを供給しても、上述のイオン切替部による引出し電圧の調整により水素イオンと窒素イオンを別々に放出させることができる。このような構成により、集束窒素イオンビームによってマスク１４を加工し、集束水素イオンビームによってその加工部を観察することができる。言うまでもなく、窒素より水素の方が１／１０以上軽いので、集束イオンビームの照射によるマスク面のスパッタリング損傷は集束水素イオンビームの方が軽微であり、マスク面の観察に適する。つまり、水素がイオン化するようにティップ１の先端の電界強度（引出し電圧）を調整した時、窒素ガスもイオン化されるが、水素イオンはティップ１の先端原子の直近の狭い領域で生じるのに対し、窒素イオンはティップ１の先端原子より少し離れた広い領域で生じるため、水素イオンをビーム集束させている時には、窒素イオンは電流密度が薄いビームとなる。そのため、集束水素イオンビームでマスク面を観察している時には、窒素イオンがマスク面を損傷することは少ない。逆に、窒素をイオン化する時の電界強度（引出し電圧）で水素はイオン化されないので、水素イオンがマスク面に到達せず、集束窒素イオンビームによるマスク加工時に水素イオンはマスク面に影響しない。

このようなイオンビーム鏡筒１１のみを有する修正装置１０は、上記の窒素と水素の組合せに限ることなく、窒素と、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンのうちの少なくとも何れか１つの元素との組合せでもよい。また、常に混合ガスを供給し続けることに限定されず、加工や観察の作業頻度に合わせて供給されるガス種を１種に限定してもよい。

（実施例２）マスクの修正方法
次に、この修正装置１０を用いたマスク修正方法を、図５を用いて説明する。図５はマスク１４のイオンビームによる二次電子観察像の模式図である。
マスク１４は遮光パターン部１５１と透過部１５２を有している。遮光パターン部１５１の一部にパターンの欠け部１５３と不要パターン（余剰欠陥）１５４の欠陥が存在している。このような欠陥は、事前のマスク設計情報と作成し終えたマスク表面の二次電子観察像との比較、または、欠陥の存在が疑われる領域の二次電子観察像と正常領域の二次電子観察像と比較により検出可能である。欠陥位置の座標情報、欠陥の種類、および欠陥の画像情報などは、修正装置１０の制御部２０に格納可能、または外部の情報機器から情報を得るために用いられる。

修正装置１０は、欠陥の位置、大きさ、および欠陥形態が欠け欠陥か不要パターン欠陥かの区別などを考慮して、修正後の状態が正常領域と同等になる最適修正方法の計算を行ない、その計算結果に基づき、イオンビーム鏡筒１１と、電子ビーム鏡筒１２と、デポジションガス供給部１６と、エッチングガス供給部１７と、を制御可能である。
また、修正装置１０は、欠け部１５３に対してはデポジションガス供給部１６から、ピレン、ナフタレン、フェナントレンなどのカーボンガス、またはテトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）などのシラン系ガスを吹きつけながら、窒素イオンビームを照射し、欠け部１５３を埋めることができる。これにより欠陥が修正されたマスク１４は露光されても欠陥を転写することなく正常にパターンを転写することができる。他方、マスク１４上の余剰欠陥１５４がある場合は、修正装置１０は、余剰欠陥１５４にエッチングガスを吹きつけながら窒素イオンビームを照射する。これにより余剰欠陥がエッチング除去されるとともに、マスク１４の透過部分の光透過性を低下させるようなイオンが打ち込まれることは無い。このようにして、修正装置１０は、マスク１４を正常に修正することができる。
また、修正装置１０は、二次電子画像または二次イオン像の変化を観察する事により、遮光帯が除去されて下地ガラス基板が露出するタイミングを検知できる。

修正装置１０は、修正し終えた箇所に対し、窒素イオンビーム照射による二次電子画像を取得すると共に、画像を修正前の画像と対応付けて制御部２０または外部情報機器に格納し、修正加工後に修正の出来具合を確認することができる。このような一連の作業を全自動で行なえることも本実施例による修正装置１０の特徴である。また、修正したマスク１４を用いて実際に露光したパターンを比較して、パターン修正の良し悪しを判定できる。
また、従来技術である電子ビームによるマスク修正よりも、修正可能なマスク材の選択肢が拡がり、最先端のフォトマスク材にも対応できる。さらに、本実施例の修正装置１０によれば、窒素イオンビームを用いることで、従来のヘリウム電界電離イオン源を用いたフォトマスク修正装置に比べて、同等の加工精度を保持しつつ、加工速度を大幅に向上することができる。しかも、イオン源自体が、本実施例によるイリジウムのティップ１を用いたガス電界電離イオン源３０であるため、長期間、安定したビーム形成が可能で、同時に、マスク修正も長期間、安定して、高精度に実行可能である。

ティップ１として化学的耐性が強いイリジウムを用い、かつ、先端を後述する構造にしたことにより、ティップ１の先端の原子が長期間脱落することなく保持されるため、長期間安定してイオンが放出される。さらに、ティップ１の先端の微小な角錐側面の配列が緻密なためティップ１周辺の不純物粒子が付着しにくく、電流変動や照射位置変動が極めて小さい集束イオンビームを形成することができ、高性能な集束イオンビーム装置を提供することができる。これにより、ティップ１の先端の損傷により原子を１個に復帰させる再処理の回数も格段に減少し、メンテナンス機会が削減されるため、装置ユーザの負担を大幅に軽減することができる。本実施例では、フォトマスクの修正例を記載した。しかし、本発明によるマスク修正方法はこれに限られることなく、ＥＵＶマスク、ナノインプリント原版などの欠陥も修正可能である。

（実施例３）イリジウムティップ先端形状
本願発明に関わるイリジウムのティップ１の先端形状について詳述する。
イリジウム結晶は面心立方構造であり、イリジウムの原子は立方体の８個の角と６面の中央とに位置している。
図６（Ａ），（Ｂ）は、本実施例によるイリジウムのティップ１の先端のＦＩＭ像を観察した結果を基に作成した図であり、本実施例によるイリジウムのティップ１の先端を＜２１０＞方位から見た角錐構造を示すモデル図である。図６（Ａ）は、丸印を１個のイリジウム原子１６１に対応させた原子配列である。図６（Ｂ）は、結晶面を模式的に示す図である。
イリジウムのティップ１の先端の角錐構造は、３つの側面（錐面）と、１個のイリジウム原子１６１（１６２）のみで構成された頂点と、を備える三角錐形状を有している。この角錐構造の構成原子は全てイリジウム原子である。図６（Ａ）に示すように、各結晶面の最上層（最表面）にあるイリジウム原子１６１は白丸で表示され、最上層以下の内部のイリジウム原子１６１は表示が省略されている。また、三角錐形状の稜線に位置するイリジウム原子１６１（１６３）には黒三角印が付されている。図６（Ｂ）に示すように、角錐構造は、３つの錐面１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃの各々が形成する稜線４５ａ，４５ｂ，４５ｃと、１個のイリジウム原子１６１（１６２）による頂点１６６と、を備えている。
図６（Ｂ）の錐面１６４ａは、｛１００｝結晶面であり、図６（Ａ）の錐面１６４ｂ，１６４ｃは、同一の｛１１１｝結晶面である。

図７（Ａ），（Ｂ）は、本実施例による角錐構造の３つの錐面１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃの各々を正面（つまり法線方向）から見た原子配列を模式的に示す図である。図７（Ａ），（Ｂ）において、最上層（表面層）のイリジウム原子１６７は白丸印で表示され、直下の第２層のイリジウム原子１６８は灰丸印で表示され、それ以下は省略されている。

この角錐構造の先端を形成する１個のイリジウム原子１６２を第１層として、第１層の直下の第２層の原子配置では、下記表１に示すように、３個のイリジウム原子１６１が正三角形に近い二等辺三角形（例えば、短辺の長さを仮に１とした場合の二等辺がおおよそ１．２２となる二等辺三角形）の各頂点に位置する。第２層の直下の第３層の原子配置では、６個のイリジウム原子１６１が三角形の頂点および辺に位置する。
なお、第２層および第３層の原子配置は、ＦＩＭ像の観察において強電界によって強制的に先端のイリジウム原子１６１（１６２）を脱離させることによって検出され、図６（Ａ），（Ｂ）に示すモデル図と一致することが、本発明者によって見出された。
なお、先端のイリジウム原子１６１（１６２）が脱離した状態のイリジウムのティップ１を、電子源またはイオン源の針状電極、もしくは走査プローブ顕微鏡の探針として用いると、試料への到達ビーム電流の低下または走査プローブ顕微鏡の位置分解能の低下が生じるので好ましくない。この場合には、後述するティップ先端の再生処理を実行することによって、先端原子を１個の原子に保持する。

一方、本発明の実施形態の比較例として、従来例のイリジウムティップの先端構造を図８および図９に示した。なお、図８は上記非特許文献３を参考に作成され、図９は上記非特許文献４を参考に作成されている。図８（Ａ）および図９（Ａ）は従来例のイリジウムティップを＜２１０＞方位から見た角錐構造を示すモデル図である。図８（Ｂ）および図９（Ｂ）は結晶面を模式的に示す図である。
図８（Ａ）および図９（Ａ）に示すように、各結晶面の最上層（最表面）にあるイリジウム原子１７１は白丸印で表示され、最上層以下の内部のイリジウム原子は灰丸印で表示されている。三角錐形状の頂点には１個のイリジウム原子１７１（１７２）が位置し、三角錐形状の稜線に位置するイリジウム原子１７１（１７３）には黒三角印が付されている。図８（Ｂ）および図９（Ｂ）に示すように、角錐構造は、３つの錐面１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃの各々が形成する稜線１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃと、１個のイリジウム原子１７１（１７２）による頂点１７６と、を備えている。
図８（Ｂ）および図９（Ｂ）の錐面１７４ａは、｛１１０｝結晶面であり、図８（Ｂ）および図９（Ｂ）の錐面１７４ｂ，１７４ｃは、同一の｛３１１｝結晶面である。

図８（Ａ）に示す原子配列と図９（Ａ）に示す原子配列との差異は、錐面１７４ａの底辺を構成するイリジウム原子１７１の数が奇数か偶数かであり、図８（Ａ）に示す原子配列では偶数であり、図９（Ａ）に示す原子配列では奇数である。この底辺を構成するイリジウム原子１７１の数が奇数か偶数かに因って、先端の最上層（表面層）のイリジウム原子１７１（１７２）の直下の第２層および第３層を構成するイリジウム原子１７１の配列が異なる。図８（Ａ）に示す原子配列の第２層は３個のイリジウム原子１７１を備え、図９（Ａ）に示す原子配列の第２層は６個のイリジウム原子１７１を備えている。これに伴い、図９（Ａ）に示す原子配列の先端の最上層（表面層）のイリジウム原子１７１（１７２）は、３本の稜線１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃの交点に位置する。これに対して、図８（Ａ）に示す原子配列の先端の最上層（表面層）のイリジウム原子１７１（１７２）は、３本の稜線１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃの交点よりも若干突き出た位置にずれて配置されている。

図８（Ａ）および図９（Ａ）に示す従来例のイリジウムティップの角錐構造は、図６（Ａ）に示す本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造と比べて、各稜線１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃに位置するイリジウム原子１７１（１７３）同士の間隔が広い。これにより、各稜線１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃの傾斜、つまり各錐面１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃの傾斜が、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造の各稜線４５ａ，４５ｂ，４５ｃおよび各錐面１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃの傾斜よりも緩やかである。すなわち、本実施例のイリジウムのティップ１の先端部は、従来例のイリジウムティップの先端部に比べて、より尖っており、イリジウムのティップ１の先端に電界が集中する構造を有している。これにより、本実施例のイリジウムのティップ１は、従来例のイリジウムティップに比べて、より低い引出し電圧でイオン放出が可能であり、引出し電圧を印加する電源への負担を軽減することができるとともに、イリジウムのティップ１の先端と引出し電極（例えば、図２に示す引出し電極３２など）との間の放電異常の発生を抑制することができる。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、従来例のイリジウムティップの角錐構造の３つの錐面１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃの各々を正面（つまり法線方向）から見た原子配列を模式的に示す図である。図１０（Ａ），（Ｂ）において、最上層（表面層）のイリジウム原子１７７は白丸印で表示され、直下の層のイリジウム原子１７８は灰丸印で表示され、さらにそれ以下は省略されている。また、各錐面の上下左右の原子配置は問わない。

上記表１に示すように、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造の第１層目から第３層目までのイリジウム原子の個数は、順次、１個、３個、６個であるのに対し、図８（Ａ）に示す従来例のイリジウムティップの角錐構造の第１層目から第３層目までのイリジウム原子の個数は、順次、１個、３個、１０個であり、図９（Ａ）に示す従来例のイリジウムティップの角錐構造の第１層目から第３層目までのイリジウム原子の個数は、順次、１個、６個、１５個である。すなわち、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造と、従来例のイリジウムティップの角錐構造とでは、第３層までの原子配列で従来例のイリジウムティップと本願発明のイリジウムのティップ１とで構造的相違は明らかである。

さらに、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造と、従来例のイリジウムティップの角錐構造とでは、錐面を成す結晶面の次数が相違している。すなわち、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造の錐面を成す｛１００｝結晶面および｛１１１｝結晶面は、従来例のイリジウムティップの角錐構造の錐面を成す｛１１０｝結晶面および｛３１１｝結晶面に比べて、より原子密度が高い低次の指数を有している。例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示す本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造の最表面層の原子配列は、図１０（Ａ），（Ｂ）に示す従来例のイリジウムティップの角錐構造の最表面層の原子配列に比べて、イリジウム原子が密に配列していることが視覚的に認められる。

例えば定量的な比較では、格子定数をｄとすると、図７（Ａ），（Ｂ）に示す本実施例のイリジウムのティップ１の｛１００｝結晶面における近接する原子列の距離ｄ_{（１００）}は０．５０ｄであり、｛１１１｝結晶面における近接する原子列の距離ｄ_{（１１１）}は０．６１ｄである。これに対して、図１０（Ａ），（Ｂ）に示す従来例のイリジウムティップの｛３１１｝結晶面および｛１１０｝結晶面の各々に対しては、距離ｄ_{（３１１）}が１．１７ｄであり、距離ｄ_{（１１０）}が１．００ｄである。すなわち、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造の錐面における原子列の距離に比べて、従来例のイリジウムティップの角錐構造の錐面における原子列の距離が、より広くなっている。
また、各結晶面における最上層の表面原子の密度をｎとすると、イリジウムの格子定数ｄが０．３８３９ｎｍであることを考慮すると、｛１００｝結晶面では密度ｎが１３．６×１０^１８／ｍ^２であり、｛１１１｝結晶面では密度ｎが１５．７×１０^１８／ｍ^２であるのに対して、｛１１０｝結晶面では密度ｎが９．６×１０^１８／ｍ^２であり、｛３１１｝結晶面の密度ｎが８．２×１０^１８／ｍ^２である。すなわち、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造の最表面原子密度に比べて、従来例のイリジウムティップの角錐構造の最表面原子密度がより低くなっており、本実施例に比べて従来例では、表面に存在する互いの原子間の隙間がより広い。

このように、従来例のイリジウムティップの角錐構造における最表面層の原子列の距離が広いこと、表面原子密度が小さいことから、互いのイリジウム原子の隙間に、例えば、ティップ周辺に漂う異種原子や分子が嵌まり込んでしまう確率が高いことが推測される。この異種原子の嵌まり込みは、イリジウムティップの先端のイリジウム結晶の原子配列を損ない、イリジウムティップの先端での電界分布を乱してしまう虞がある。その結果、イリジウムティップの先端からの放出イオン電流が不安定となり、試料表面に照射されるイオンビーム電流が変動し、観察画像の乱れまたは加工表面の乱れが生じる虞がある。また、イリジウム原子の隙間に嵌まり込んだ異種原子は容易に除去することができないため、画像の乱れやイオンビーム電流変動が発生すると、一旦、イリジウムティップの角錐構造を高電界によって除去し、再度、角錐構造を作製し、イオン放出を安定化させる処理が必要となるなど、煩雑な手間および時間を要する処理が必要となり、連続した観察または加工が困難になるという問題が生じる。

これに対して、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造の錐面を成す１個の｛１１０｝結晶面と２個の｛１１１｝結晶面では、原子間距離が従来例に比べて狭く、イリジウム原子間に異種原子が嵌まり込むことは抑制され、結晶面上に異種原子が付着する程度（物理吸着など）の状態となるだけである。この場合、僅かの加熱またはイリジウムのティップ１に加える窒素ガスのイオン化に必要な電界強度より弱い電界調整によって、結晶面上に付着した物質を容易に脱離させることができるため、常に、イリジウム原子のみの結晶三角錐構造を保持することができる。その結果、放出イオン電流は長期間安定で、試料に照射されるイオンビーム電流の変動は抑制され、乱れの無い観察画像または加工表面を得ることが可能である。
さらに、本実施例のイリジウムのティップ１の角錐構造が互いの原子間距離が小さい配置で構成されていることで、温度などの外乱に強いことが認められる。

このように、本実施例のイリジウムのティップ１は、従来例のイリジウムティップに比べてより尖った角錐構造を有しているため、より低い電圧でイオン放出が可能であり、外乱に強く、不純物が付着し難い構造であるため、長期間安定した電子放出またはイオン放出などが可能である。
なお、上述した本実施例のイリジウムのティップ１は、イリジウムの単結晶のティップ部材の先端を原子レベルに先鋭化させた構造を有するとしたが、これに限定されず、先鋭化されたイリジウムのティップ１の表面上に、めっきなどによって、イリジウムの薄膜が被覆されてもよい。

（実施例４）イリジウムティップの製造装置
次に、図１１を参照して、後述する電解研磨を施した後のイリジウムのティップ１を、さらに先鋭化し、先端が１個のイリジウム原子から成るイリジウムのティップ１に加工するためのティップ製造装置２０１について説明する。
図１１は、ティップ製造装置２０１の概略構成図である。ティップ製造装置２０１は、ティップアセンブリ３１を設置するための設置部２０３と、イリジウムのティップ１との間に高電界を発生させることにより、イリジウムのティップ１の先端（ティップ先端）からイオン２０４を放出させる引出し電極２０５と、イリジウムのティップ１にイオン２０４の加速電圧を印加するとともに、イリジウムのティップ１を加熱する電源２０６と、イリジウムのティップ１から放出されたイオン２０４を検出する検出器（例えば、ＭＣＰ：Multi Channel Plateなど）２０７と、これらを内部に収容する真空容器２０８と、を備えている。
さらに、ティップ製造装置２０１は、真空容器２０８内を真空状態に保持する排気装置２０９と、検出器２０７により生成されるＦＩＭ像を、ビューポート２１０を介して撮像（または観察）するカメラ（例えば、ＣＣＤカメラなど）２１１と、カメラ２１１によって撮像されたＦＩＭ像の画像を記録するとともに電源２０６を制御する計算処理機２１２と、カメラ２１１によって撮像されたＦＩＭ像の画像などを表示するモニタ２１３と、を備えている。
さらに、ティップ製造装置２０１は、イオン化すべきガスをイリジウムのティップ１の周囲に供給するガス供給装置２１４と、イリジウムのティップ１および必要に応じてガス供給装置２１４から供給されたガスを冷却する冷却装置２１５と、イリジウムのティップ１から放出されたイオン２０４の電流を検出する移動可能なファラデーカップ２１６と、ファラデーカップ２１６を移動させる移動機構２１７と、などを備えている。

真空容器２０８のベース圧力はおよそ２×１０^−８Ｐａに設定されている。ティップ先端の表面は清浄状態に維持されるのが好ましく、ベース圧力は低いほうが好ましい。真空容器２０８にはガス供給装置２１４が装着されている。
ガス供給装置２１４は、真空容器２０８内にイオン２０４の原料となるガスを供給可能である。このガスは、容易に入手可能な高純度ガス（例えば、純度が９９．９９９％以上など）である。このガスは、さらに、ガス精製器（図示略）によって、数ｐｐｂ程度まで不純物濃度が低減されてもよい。イリジウムのティップ１のナノ構造である角錐構造を維持可能な時間を長くするためには、不純物濃度を低減させる必要があり、真空容器２０８のベース圧力は低くされるとともに、ガスの不純物濃度は低減されることが好ましい。
本実施例では、水素、酸素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンなどのガスが充填された１個または複数のガス容器（図示略）がガス供給装置２１４内に設置され、必要に応じて所望のガスが適量、供給可能とされている。ガス供給装置２１４は、イリジウムのティップ１の先端に所定のガス種を適量供給するようにバルブ２１４ａを調整し、ガスをイリジウムのティップ１近傍のノズル２１４ｂから徐々にイリジウムのティップ１の周囲に供給する。

イリジウムのティップ１は接続部２１５ａを介してクライオ冷凍機などの冷却装置２１５と接続され、冷却温度が６０Ｋ程度に調整されている。これにより、検出器２０７により生成されるＦＩＭ像は明るくなり、カメラ２１１によってシャープな画像が撮像可能である。この冷却温度はガス供給装置２１４により供給されるガス種に応じて変更されてもよい。
電源２０６は、高電圧の電流電源であって、真空容器２０８のフィードスルー（図示略）を通してイリジウムのティップ１に接続され、イリジウムのティップ１にフィラメント３７を通じて高電圧を印加可能である。電源２０６は、例えば電流電源が高圧電源の出力の電位になるように接続されて構成されている。電源２０６から出力される電圧および電源２０６からフィラメント３７に通電される電流などは、電源２０６に接続された計算処理機２１２によって制御される。計算処理機２１２は電源２０６から出力される電流および電圧を自動制御可能であり、例えば一定の割合で電流を変化させたりすることができる。これにより計算処理機２１２は、リモールディング条件を再現性良く繰り返すことができる。

引出し電極２０５は、例えば接地電位になっており、イリジウムのティップ１には正電圧が印加される。ティップ先端で生成されたイオン２０４は、イリジウムのティップ１と引出し電極２０５とが生成する電界に沿って引出され、引出し電極２０５に設けられたオリフィス２０５ａを通過しイオンビームとして出力される。イオンビームはイリジウムのティップ１に印加された電圧に応じたエネルギーを持って、引出し電極２０５から検出器２０７に向かい放出される。
なお、本実施例では、引出し電極２０５が任意の電位となるように構成することで、イリジウムのティップ１の電位を可変にしてもよい。つまり、外側から真空容器２０８、引出し電極２０５、およびイリジウムのティップ１の３重構造とすることも可能である。この場合、計算処理機２１２は、イリジウムのティップ１の電位を任意に設定し、引出し電極２０５の電位を、イリジウムのティップ１の電位に対して負の電位かつイオン２０４の原料となるガスがイオン化する電位に設定する。これにより、イオンビームの加速エネルギーを適宜に設定することができる。

検出器２０７とスクリーン２０７ａとは、イリジウムのティップ１の先端と引出し電極２０５のオリフィス２０５ａとの延長線上に設置されている。検出器２０７には、所定電圧（例えば、＋１.５ｋＶなど）が印加されて、発生した電子が増幅される。スクリーン２０７ａには所定電圧（例えば、＋３．０ｋＶなど）が印加され、検出器２０７により増幅された電子がスクリーン２０７ａに衝突して、スクリーン２０７ａの蛍光体が発光する。この発光はスクリーン２０７ａに映され、ビューポート２１０を介してカメラ２１１により撮像され、ＦＩＭパターン（ＦＩＭ像）として観察可能に設定される。カメラ２１１は計算処理機２１２と接続され、定期的に撮像した画像を計算処理機２１２に記憶させる。

ティップ１の先端の原子配列に対応するＦＩＭ像における輝点が１個になった時、イリジウムのティップ１の先端が１個の原子になったと判断できる。この時、ファラデーカップ２１６にイオンビームが入るようにファラデーカップ２１６を移動機構２１７によって移動させ、ファラデーカップ２１６に入ったビーム電流を信号に変えて計算処理機２１２に導入する。このビーム電流の計測は、その時点の電流値を計測することに加えて、長期に亘る連続した電流変動の計測もできる。
ティップ製造装置２０１の真空容器２０８内は、常時、高真空状態に保持されるため、イリジウムのティップ１を、一旦、予備排気室（図示略）に保持し、イリジウムのティップ１に付着したコンタミネーション（不純物など）を高温加熱洗浄などで処理した後に、真空容器２０８内に導入するような適宜の機構が備えられてもよい。
なお、ティップ製造装置２０１はタングステンティップの尖鋭化にも使用できる。

（実施例５）イリジウムティップの尖鋭化方法
イリジウムティップの作製方法は、図１２に示すように、順次実行される、ウエットエッチング工程（ステップＳ１０）と、ＦＩＢ加工工程（ステップＳ２０）と、電界誘起ガスエッチング工程（ステップＳ３０）と、リモールディング工程（ステップＳ４０）と、を含む。以下に各工程について説明する。

（１）ウエットエッチング工程
先ず、ステップＳ１０のウエットエッチング工程では、先鋭化すべきイリジウムのティップ１の原材料として、所定形状（例えば、直径０．３ｍｍ、長さ８ｍｍなど）の棒状のイリジウムの単結晶であって、長手方向が＜２１０＞方位に揃ったティップ部材を用いる。そして、例えばウエットエッチングにより棒状のティップ部材を、円錐形状の先端半径が所定値（例えば、数百ｎｍから数μｍなど）になるまで先鋭化してイリジウムのティップ１とする。
より詳細には、例えば水酸化カリウム（例えば、１ｍｏｌ／Ｌ）の電解溶液中にイリジウムのティップ部材と白金の対向電極とを浸し、この２極間（つまりティップ部材と対向電極との間）に交流電圧を印加して電解研磨を実施する。印加する交流電圧は、例えば周波数６０Ｈｚでおよそ３０Ｖ（ｒｍｓ）に設定される。このステップＳ１０のウエットエッチング工程により、ティップ部材の先端は数百ｎｍから数μｍの先端径を有する円錐形状に形成される。そして、ウエットエッチングの終了後、イリジウムのティップ１を水とアセトンなどで洗浄し、電解溶液などの不純物をイリジウムのティップ１から除去する。

（２）ＦＩＢエッチング工程
次に、ステップＳ２０のＦＩＢエッチング工程では、イリジウムのティップ１の先端径をさらに小さい数十ｎｍから数百ｎｍ程度にする場合は、ステップＳ１０のウエットエッチング工程の実行後に、イリジウムのティップ１を従来公知のガリウム集束イオンビーム（Ｇａ−ＦＩＢ）装置（図示略）に導入し、ＦＩＢエッチングを行なうことにより、先端径を数十ｎｍから数百ｎｍ程度にする。

（３）電界誘起ガスエッチング工程
次に、ステップＳ３０の電界誘起ガスエッチング工程では、ガス電界電離イオン源３０またはティップ製造装置２０１内にイリジウムのティップ１を配置して、イリジウムのティップ１の周辺を真空状態にする。図１１におけるティップ製造装置２０１を例に説明する。真空容器２０８内の圧力をベース圧力（例えば、２×１０^−８Ｐａなど）かつイリジウムのティップ１の冷却温度を所定温度（例えば、６０Ｋ程度）になるように調整する。そして、ガス供給装置２１４から真空容器２０８内にヘリウムを、圧力が例えば１×１０^−４Ｐａなどになるまで供給する。計算処理機２１２は、イリジウムのティップ１に電圧を印加するように電源２０６を制御する。イリジウムのティップ１に印加される電圧（ティップ電圧）が、例えば４ｋＶ程度に達すると、ヘリウムのＦＩＭパターン（ＦＩＭ像）がカメラ２１１によって撮像される。
ステップＳ２０を経たイリジウムのティップ１、または先端構造が傷んだイリジウムのティップ１では、イリジウムのティップ１の先端表面に不純物が吸着しているため、結晶性が無いパターンが得られる。ティップ電圧を徐々に高くし、ティップ先端の電界強度がイリジウムの電界蒸発強度より高くなると、イリジウム原子が電界蒸発し始める。イリジウムのティップ１の先端表面の数層の原子層が電界蒸発すると、イリジウムの結晶性の清浄表面が露出する。この時、ティップ１の先端曲率半径が若干大きくなるため、ティップ電圧は、例えば５ｋＶから６ｋＶ程度に上昇する。そして、ティップ電圧を例えば約１ｋＶほど下げるとヘリウムによる画像が得られる最適電圧（ベストイメージング電圧）になり、規則正しい原子配列のＦＩＭパターンが現れる。このような清浄表面が確認されたら、ガス供給装置２１４から真空容器２０８内へのヘリウムの供給を停止する。清浄表面になると、イリジウム結晶の欠陥が観察されることがある。清浄表面に結晶欠陥がある場合は、次のステップＳ４０のリモールディング工程で所望の角錐構造を作ることができない。このような場合には、電界誘起ガスエッチングと電界蒸発を組み合せて、結晶欠陥がない領域までティップ１の先端表面層を除去する。清浄表面を観察することにより、ステップＳ４０へ進めるかどうかを判断する。

次に、電界蒸発で印加した最高電圧より０．５ｋＶほど低い値（例えば４．５ｋＶから５．５ｋＶ程度）に引出し電圧を設定して、エッチング用のガスとして窒素または酸素をガス供給装置２１４から真空容器内の圧力が１×１０^−４Ｐａから１×１０^−３Ｐａ程度になるようにイリジウムのティップ１の周辺に供給する。
この場合、引出し電圧とイリジウムのティップ１の電界誘起ガスエッチングされる領域とは所定の対応関係を有している。すなわち、引出し電圧が低いと電界の強いイリジウムのティップ１の先端領域が電界誘起ガスエッチングされ、引出し電圧が高いとイリジウムのティップ１の先端領域を除く周辺領域（例えば、付け根部分など）が電界誘起ガスエッチングされる。このため、本工程においては、ヘリウムが電界電離する程度に引出し電圧を高く設定し、イリジウムのティップ１の先端領域を残し、その周辺領域をエッチングする。これにより、後述するステップＳ４０のリモールディング工程で移動するイリジウム原子の数を少なくすることができ、リモールディング工程の実行に要する時間を短縮することができる。また、イリジウムのティップ１の先端が細く尖った形状になるので、リモールディング工程で所望していない位置に角錐構造が成長することを防止することができる。ここで、電界誘起ガスエッチングが進行すると、先端が細く尖るので、先端原子が電界蒸発しないように引出し電圧を下げる。

先端が所望の大きさまで細く尖ったら、引出し電圧を印加したまま、ガス供給装置２１４によるエッチング用のガスの供給を停止し、残留した電界誘起ガスエッチング用のガスを真空排気する。この時のヘリウムのベストイメージング電圧はおよそ３．６ｋＶとなる。この後、窒素が電界電離する電界強度になるように引出し電圧を下げる。真空排気を十分に行うことによりイリジウムのティップ１の先端領域がエッチングされることを防ぐ、または、引出し電圧を素早く下げることによってイリジウムのティップ１の先端領域の電界誘起ガスエッチングをより抑制することも可能である。
また、イリジウムのティップ１の先端付近に結晶欠陥が存在する場合は、結晶欠陥が除去されるまで、イリジウムのティップ１の先端領域を電界誘起ガスエッチングするように引出し電圧を調整する。これにより結晶欠陥がイリジウムのティップ１の先端付近に存在する場合であっても、エッチングによって結晶欠陥が除去される。

（４）リモールディング工程
次に、ステップＳ４０のリモールディング工程では、ティップ製造装置２０１を用いて、イリジウムのティップ１の先端にナノ構造である角錐構造を形成する。
引出し電圧を例えばヘリウムによる最適イメージング電圧の約１／３、つまり１．２ｋＶ程度まで下げる。この電圧がほぼ窒素イメージング電圧と一致する。そして、真空容器２０８内に窒素ガスを導入し、圧力を例えば１×１０^−３Ｐａなどに調整する。引出し電圧を窒素のＦＩＭパターンが観察できるように微調整する。ここから本実施例のリモールディング工程を開始する。本実施例におけるステップＳ４０のリモールディング工程は、真空容器２０８にガスを導入しない高真空中で行う従来のリモールディングとは異なり、窒素雰囲気中でリモールディングを実施する。また、従来のリモールディングはフィラメント３７の電流を一定にして加熱し、ティップ電圧を上げ、その後フィラメント３７の電流を下げながらティップ先端を先鋭化しているが、本実施例では、以下の手順で先鋭化を実施する。

先ず、引出し電圧を印加した状態でフィラメント３７に、例えば３．５Ａの電流を３分間通電してイリジウムのティップ１を加熱する。この加熱が終了すると、窒素のＦＩＭパターンがカメラ２１１によって撮像および観察される。
ここで、撮像および観察される窒素のＦＩＭパターンがほとんど変化していない場合は、例えば０．１Ａずつ電流を増やして加熱する。
そして、おおよそフィラメント３７が、例えば３．９ＡになるとＦＩＭパターンに変化が現れる。つまり、図４に示すような各結晶面のうち、｛１１１｝結晶面が広がり、｛１１０｝結晶面が小さくなる。また｛１００｝結晶面が広がり、｛３１１｝結晶面が小さくなる。このようにファセット面が大きく変化すると、イリジウムのティップ１の先端が尖ってくるため、窒素のＦＩＭパターンがカメラ２１１によって撮像および観察されるティップ電圧（つまり、窒素のＦＩＭパターンが見えるティップ電圧）が、例えば数百Ｖ下がる。なお、窒素のＦＩＭパターンが見えるティップ電圧は、おおよそ０．９ｋＶ程度である。
そして、窒素のＦＩＭパターンが見える電圧が下がったら、フィラメント３７の電流を、例えば３．９Ａで固定し、加熱時のティップ電圧を、例えばこの時点で窒素のＦＩＭパターンが見える引出し電圧の２０％から１８０％の値に設定する。多くの場合は低下側に変化させる。なお、加熱時のティップ電圧は、この時点で窒素のＦＩＭパターンが見えるティップ電圧以下の低下側に変化させることに限定されず、例えば窒素のＦＩＭパターンなどから得られるイリジウムのティップ１の先端の結晶の変化状態に応じて、この時点で窒素のＦＩＭパターンが見える引出し電圧以上の増大側に変化させてもよい。
そして、例えば０．５ｋＶのティップ電圧でフィラメント３７の電流を３．９Ａで繰り返し加熱すると、数個から成る輝点パターンがカメラ２１１によって撮像および観察されるようになる。
そして、最終的には１点だけの輝点が残り、イリジウムのティップ１の先端が１個の原子のみで構成された状態になる。
引出し電圧を窒素のＦＩＭパターンが見える値より増大側に変化させる例として、引出し電圧が８０％のリモールディングにおいて、２つの{１１１}結晶面ではさまれて作られる稜線が２重となり、２重線のまま｛１１１｝結晶面が成長しない場合があり、引出し電圧を徐々に高くして１２０％まで引出し電圧を高くしたときに｛１１１｝結晶面が大きくなって１本線の稜線ができることもある。
なお、上述のステップＳ４０のリモールディング工程を、ステップＳ３０の電界誘起ガスエッチングを行なわずに実施すると、所望の角錐構造が、所望の位置のみならず複数個形成されてしまう問題を生じる場合がある。複数個の角錐構造が形成されることは、ティップ先端の電界を乱し、複数個所からのイオン放出や、求める集束イオンビームの電流低下など不都合な事情を多々生じるため、ステップＳ４０に先立ちステップＳ３０を実施することで上記の問題を解決することができる。

なお、ステップＳ４０のリモールディング工程では、窒素ガスの代わりに酸素ガスを用いてイリジウムのティップ１を作製することもできる。つまり、ガス供給装置２１４から真空容器２０８内へ窒素ガスの代わりに酸素ガスを供給し、窒素のＦＩＭパターンが見えるティップ電圧に設定して、イリジウムのティップ１を加熱する。
そして、酸素ガスの供給を止め、窒素ガスを供給し、窒素のＦＩＭパターンが見えるティップ電圧を確認する。この電圧で窒素ガスの供給を止め、酸素ガスを供給し、イリジウムのティップ１を加熱する。これらの処理を繰り返し実行する。ただし、この際、加熱温度を徐々に高くする。
そして、例えば窒素のＦＩＭパターンなどからイリジウムのティップ１の先端原子が動き始めたことが検知されたら、引出し電圧を、例えばこの時点で窒素のＦＩＭパターン見える引出し電圧より２０％から１８０％の値に設定して、酸素ガスを供給して、イリジウムのティップ１を加熱する。多くの場合では、引出し電圧は低下側に変化させる。なお、加熱時のティップ電圧は、この時点で窒素のＦＩＭパターンが見えるティップ電圧以下の低下側に変化させることに限定されず、例えば窒素のＦＩＭパターンなどから得られるイリジウムのティップ１の先端の結晶の変化状態に応じて、この時点で窒素のＦＩＭパターンが見えるティップ電圧以上の増大側に変化させてもよい。
そして、最終的には１点だけの輝点が残り、イリジウムのティップ１の先端が１個の原子のみで構成された状態になる。
また、窒素の代わりにヘリウムまたは水素を用いてもよい。例えば、イオン源ガスとして窒素ガスを用いる場合は窒素ガスによりリモールディングを実施し、イオン源ガスとして水素ガスを用いる場合は水素ガスによりリモールディングを実施することで、導入ガスを切り替えることなくイオンビームを照射することができる。

上記のステップＳ１０〜ステップＳ４０の処理により、図６（Ａ），（Ｂ）に示すような１つの｛１００｝結晶面と２つの｛１１１｝結晶面とで取り囲まれた＜２１０＞方位の１個の原子のみにより構成された先端（頂点）を有する角錐構造を備えるイリジウムのティップ１を作製することができる。
ティップアセンブリ３１を図１１のティップ製造装置２０１ではなく、修正装置１０など集束イオンビームの形成が可能な装置内にガス電界電離イオン源３０を搭載している場合、上記の電界誘起ガスエッチング工程Ｓ３０およびリモールディング工程Ｓ４０をビームエミッションするガス電界電離イオン源３０内で実施することができる。この場合、イリジウムのティップ１をガス電界電離イオン源３０の外部から移設する工程を不要とし、ティップアセンブリ３１の移設による不純物の付着を防止することができ、また、イリジウムのティップ１をガス電界電離イオン源３０の外部から移設する工程を不要とし、移設時の不純物の付着を防止することができ、作業効率を向上させることができる。つまり、修正装置１０など集束イオンビーム形成ができる装置において、イリジウムのティップ１の尖端が損傷を受けた場合、その場で再生作業ができる。特に、窒素による電界誘起ガスエッチング工程Ｓ３０およびリモールディング工程Ｓ４０と、窒素集束イオンビーム形成の間にガス電界電離イオン源３０内への導入ガス種を切り替えることなく、窒素だけでも可能である。

（実施例６）ナノインプリントリソグラフィの原版（モールド）の修正装置
ナノインプリントリソグラフィは、高精度な微細凹凸パターンを持つ原版を作製し、この原版を軟化させたレジストが塗布された転写先基板に圧力をかけて押しつけ、レジストを硬化させてから原版を引き離して原版の凹凸をレジストに転写する。そして、酸素プラズマで全体的に膜厚を薄くして転写先の基板を露出させてからドライエッチングを行ってパターンを転写する。
従来のフォトリソグラフィでは透明基板に遮光膜がパターニングされたフォトマスクが用いられてきたが、ナノインプリントリソグラフィでは露光を用いないため、難易度が極めて高い短波長光源の露光装置を開発する必要無しに、装置が簡略化できる利点を有している。また、引き剥がした原版は何度も使用することが可能である。
最近では原版として石英を使用し、レジストの代わりに光硬化樹脂を転写したい基板上に塗布し、原版を押しつけて原版上面からＵＶ（紫外）光を照射して光硬化樹脂を硬化させて原版の凹凸パターンを転写してから原版を引き剥がす光硬化型ナノインプリントリソグラフィも適用されるようになってきている。光硬化型の場合、室温で行えるため、熱硬化型のような原版や転写先基板の熱膨張による位置精度の低下も起こらない利点を有する。従来、公知技術のガリウム集束イオンビームによるナノインプリントの原版の修正方法が知られている。

本実施例の修正装置１０は、上述のナノインプリントリソグラフィ原版におけるパターンエラーの修正が可能であり、少なくとも窒素イオンを発生するガス電界電離イオン源３０を搭載して、デポジションガス供給部１６およびエッチングガス供給部１７から供給されるガスによって、マスク１４上にデポジション膜による欠落パターンの修復が可能である。また、不要パターンは除去することができる。イリジウムのティップ１を搭載し、さらに、その先端には、１つの｛１００｝結晶面と２つの｛１１１｝結晶面で囲まれた＜２１０＞の１原子を頂点とする角錐構造を有するようにした。これにより、集束窒素イオンビームを長期間、安定的に形成することができ、集束窒素イオンビームによってナノインプリントの原版を修正することができる。

別のナノインプリントリソグラフィ原版の修正装置の実施例を説明する。この修正装置は、上記のナノインプリントリソグラフィ原版の修正装置１０に電子ビーム鏡筒１２も搭載している。この電子ビーム鏡筒１２からの電子ビームにより、パターンエラー部に対応する正常パターンを複数方向から画像撮影でき、これら複数枚の画像情報から正常パターンの三次元形状データを再構築することができる。パターンエラーが欠損、欠落や形状変形の場合、パターンエラー部を集束イオンビームによって除去して原版を一旦平坦化させ、上記の三次元形状情報を基に、正常パターンを上記集束イオンビームによるデポジションにより三次元プリントできる。同じパターンが複数個ある場合は、同じ三次元形状情報によって、同じパターンを次々プリントすることができる。
なお、正常パターンを三次元プリントする場合、上記の様に、パターン形状の三次元形状情報を電子ビーム等でその場で得ることに限定されることはなく、外部記憶手段から正常パターンの三次元形状情報を修正装置に取り込んでもよい。
なお、このナノインプリントリソグラフィ原版の修正装置をナノ三次元プリンターとして、ナノインプリントリソグラフィ原版の修正以外の微小構造の再生に用いてもよい。

（実施例７）マスク修正装置の別構成
上記実施例１においては、イオンビーム鏡筒１１と電子ビーム鏡筒１２が搭載された修正装置１０について説明したが、本実施例は修正装置１０の別構成として、試料室１３に走査プローブ顕微鏡を備えた例である。
走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）は、先鋭化した探針を、試料表面をなぞるように走査させて、試料表面形態や状態を拡大観察する顕微鏡であり、探針と試料間に流れるトンネル電流を用いるのが走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、探針と試料間の原子間力を用いるのが原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と呼ばれている。
これら走査プローブ顕微鏡では、探針の先端が１個の原子であることが、観察分解能の観点から好ましい。作製直後の探針が１個の原子で終端されていても、使用を繰り返すことで先端原子が脱落して観察分解能が低下したり、先端原子が複数個となり、検出する原子が頻繁に変わると、所望の分析結果を得ることができなくなる虞がある。したがって、先端が１個の原子で構成される状態を長期間保持できる探針を搭載し、高分解能で長寿命の走査プローブ顕微鏡が望まれている。
そこで、本実施例では、上記実施例３に記載した１個の原子で終端されたイリジウムのティップ１を走査プローブ顕微鏡の探針として用いた。イリジウムがもともと有する耐化学性が強いことに加え、本発明による効果である１個の原子で終端される状態が長期間維持される優位性により、長寿命で高分解能の観察結果を得ることができる。
本実施例の修正装置１０の基本構成において、イオンビーム鏡筒１１および電子ビーム鏡筒１２は基本的に実施例１と同じであり、試料室１３の真空容器壁面もしくは試料ステージ１５に走査プローブ顕微鏡を搭載する点において実施例１とは構成が異なる。

本実施例の修正装置１０によれば、窒素イオンビームによって修正されたパターンの表面形状を、その場で、この走査プローブ顕微鏡により原子オーダで計測することができる。修正装置１０に電子ビーム鏡筒１２を搭載した装置であれば、走査プローブ顕微鏡で計測すべき箇所を予め二次電子像で把握できるため、ＳＰＭ計測への作業移行が素早くできる。また、走査プローブ顕微鏡により原子オーダでマスクを計測し、欠陥を測定し、測定したデータに基づいて窒素イオンビームの照射量を設定し、欠陥を修正することもできる。また、走査プローブ顕微鏡の探針によって、直接、マスク上の原子を除去、移動させて修正してもよい。

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

１…ティップ、２…イオン、１０…修正装置、１１…イオンビーム鏡筒、
１２…電子ビーム鏡筒、１３…試料室、１４…マスク、１５…試料ステージ、
１６…デポジションガス供給部、１７…エッチングガス供給部、１８…検出器、
１９…モニタ、２０…制御部、３１…ティップアセンブリ、３２…引出し電極、
３２ａ…開口部、３３…イオン源ガス供給部、３４…冷却装置、３５…ベース部材、
３６…通電ピン、３７…フィラメント、３８…供給ガス、３９…イオン源室、
４０…壁面、４１…コールドヘッド、１０１…集束イオンビーム、
１１０…イオンビーム鏡筒、１１１…コンデンサレンズ電極、
１１２…対物レンズ電極、１１３…中間室、１１４，１１５…オリフィス、
１１６，１１７…真空ポンプ、１３０…制御部、１３１…像形成部、
１３２…引出し電圧制御部、１３３…イオン源ガス制御部、１３４…温度制御部、
１５１…遮光パターン部、１５２…透過部、１５３…欠け部、１５４…余剰欠陥、
１６１，１６２，１６３…イリジウム原子、１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ…錐面、
１６５ａ，１６５ｂ，１６５ｃ…稜線、 １６６…頂点、
１６７…最上層（表面層）のイリジウム原子、１６８…第２層のイリジウム原子、
１７１，１７２，１７３…イリジウム原子、１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃ…錐面、
１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃ…稜線、１７６…頂点、
１７７…最上層（表面層）のイリジウム原子、１７８…第２層のイリジウム原子、
２０１…ティップ製造装置、２０３…設置部、２０４…イオン、２０５…オリフィス、
２０６…電源、２０７…検出器、２０７ａ…スクリーン、２０８…真空容器、
２０９…排気装置、２１０…ビューポート、２１１…カメラ、２１２…計算処理機、
２１３…モニタ、２１４…ガス供給装置、２１５…冷却装置、
２１６…ファラデーカップ、２１７…移動機構
５００…ティップ、５０１…突起、
Ｓ１０…ウエットエッチング工程、
Ｓ２０…ＦＩＢ加工工程、
Ｓ３０…電界誘起ガスエッチング工程、
Ｓ４０…リモールディング工程

Claims (6)

1. 先鋭化されたティップを有するイオン発生部を備えるガス電界電離イオン源と、
   前記ティップを冷却する冷却手段と、
   前記ガス電界電離イオン源において発生したガスのイオンを集束させて集束イオンビームを形成するイオンビーム鏡筒と、
   前記イオンビーム鏡筒により形成された前記集束イオンビームが照射される試料を設置して移動可能な試料ステージと、
   少なくとも前記試料ステージを内蔵する試料室と、
   前記イオンビーム鏡筒により形成された前記集束イオンビームによって前記試料としてのマスクまたはナノインプリントリソグラフィのモールドを修正する制御手段と、を少なくとも備え、
   前記ガス電界電離イオン源は、前記イオンを窒素イオンとし、前記イオンを発生可能なイリジウム単結晶により構成された前記ティップを備え、
   前記ティップは、＜２１０＞方位のイリジウム単結晶により構成され、前記ティップの頂点は１つの｛１００｝結晶面および２つの｛１１１｝結晶面により取り囲まれた先端を備える、
   ことを特徴とする修正装置。
2. 先鋭化されたティップを有するイオン発生部を備えるガス電界電離イオン源と、
   前記ティップを冷却する冷却手段と、
   前記ガス電界電離イオン源において発生したガスのイオンを集束させて集束イオンビームを形成するイオンビーム鏡筒と、
   前記イオンビーム鏡筒により形成された前記集束イオンビームが照射される試料を設置して移動可能な試料ステージと、
   少なくとも前記試料ステージを内蔵する試料室と、
   前記イオンビーム鏡筒により形成された前記集束イオンビームによって前記試料としてのマスクまたはナノインプリントリソグラフィのモールドを修正する制御手段と、を少なくとも備え、
   前記ガス電界電離イオン源は、前記イオンを発生可能なイリジウム単結晶により構成された前記ティップを備え、
   前記イオン発生部にイオン化すべきガスを供給するガス供給部を備え、
   前記ガス供給部は、少なくとも窒素を含む複数のガス種の各々を貯蔵かつ供給可能な容器を備え、
   前記ティップの先鋭化に用いるガスと前記集束イオンビームを形成するガスとが同じガス種である、
   ことを特徴とする修正装置。
3. 前記ガス供給部は、前記複数のガス種として少なくとも窒素と水素を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の修正装置。
4. 前記制御手段は、前記マスクとして極端紫外線露光用のマスクを修正する場合に前記集束イオンビームとして水素イオンビームを用い、前記マスクとしてフォトマスクを修正する場合に前記集束イオンビームとして窒素イオンビームを用いる、ことを特徴とする請求項３に記載の修正装置。
5. 前記ガス供給部から供給されるガスのガス種を切り替え可能なガス切替部を備える、ことを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１つに記載の修正装置。
6. 前記イオン発生部におけるガスのイオン化に要する電圧を切り替えることによってイオン種を切り替えるイオン切替部を備える、
   ことを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１つに記載の修正装置。

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