TWI654434B - 铱 needle tip, gas field ionization ion source, focused ion beam device, electron source, electron microscope, electron beam application analysis device, ion electron beam device, scanning probe microscope, and mask correction device - Google Patents

铱 needle tip, gas field ionization ion source, focused ion beam device, electron source, electron microscope, electron beam application analysis device, ion electron beam device, scanning probe microscope, and mask correction device

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Abstract

能夠位置再現性良好地製作形成於銥針尖的末端部的末端為1個原子的角錐結構，既能夠使得雜質不 易附著，又能夠長時間保持末端的1個原子。
銥針尖在銳化的〈210〉方位的單晶的末端部具有角錐結構，該角錐結構的末端僅透過1個銥原子形成，該銥原子由1個{100}結晶面和2個{111}結晶面包圍。將形成角錐結構的末端的1個銥原子作為第1層，第1層的正下方的第2層具有位於三角形的頂點的3個銥原子，第2層的正下方的第3層具有位於三角形的頂點和邊的6個銥原子。

Description

銥針尖、氣體場致電離離子源、聚焦離子束裝置、電子源、電子顯微鏡、電子束應用分析裝置、離子電子複合束裝置、掃描探針顯微鏡、及遮罩修正裝置
該發明有關銥針尖、氣體場致電離離子源、聚焦離子束裝置、電子源、電子顯微鏡、電子束應用分析裝置、離子電子複合束裝置、掃描探針顯微鏡、及遮罩修正裝置。
在以下內容中，將電子顯微鏡的電子源或聚焦離子束(FIB：Focused Ion Beam)裝置的氣體場致電離離子源(GFIS：Gas Field Ion Source)中的產生電子或離子並銳化的針狀電極和掃描探針顯微鏡(SPM：Scanning Probe Microscope)的探針等稱作針尖(Tip)。
以往，為了在電子顯微鏡和聚焦離子束裝置中獲得高解析度的圖像，期望將針尖的末端銳化為由幾個原子構成的程度。此外，為了在掃描探針顯微鏡中使針尖的壽命變長，期望將針尖的末端銳化為原子級別(level)。
圖15(A)~(C)表示以往的針尖500的概 要形狀。如圖15(A)所示的針尖500的整體形狀那樣，針尖500形成為直徑為幾百μm以下的細線的末端被電解研磨(也稱之為濕蝕刻)而變細變尖的形狀。如圖15(B)所示的針尖500的末端部A那樣，針尖500在末端部A具有微小的突起501。如圖15(C)所示的針尖500的突起501那樣，突起501具有以數層的原子所形成的三角錐形狀，突起501的末端是利用1個原子所構成。在以下內容中，將突起501稱作角錐結構。
以往，己知搭載了使用鎢針尖的氣體場致電離離子源的離子顯微鏡。針尖的表面的原子密度較低的結晶面易被銳化，因而鎢針尖的〈111〉方向被銳化。鎢的{111}結晶面為3次旋轉對稱，{110}結晶面或{112}結晶面成為錐體結構的側面(錐面)。
作為以鎢針尖的末端面由幾個原子構成的方式使末端銳化的方法，己知使用氮或氧的電場感應氣體蝕刻、熱分面(facet)和重塑(remolding)等的方法，透過這些方法能夠再現性良好地使〈111〉方向銳化。
電場感應氣體蝕刻是在使用電場離子顯微鏡(FIM：Field Ion Microscope)對以氦等作為成像氣體的FIM像的觀察中導入氮氣，蝕刻鎢針尖的方法。氮的場致電離強度比氦的場致電離強度低，因而氮氣無法接近能夠觀察FIM像的區域(即氦進行場致電離的區域)，而被吸附於從鎢針尖的末端略微離開的針尖側面。然後，氮氣與針尖表面的鎢原子結合而形成鎢氧化物。鎢氧化物的電 場蒸發強度較低，因而僅對從氮氣所吸附的末端略微離開的針尖側面選擇性進行蝕刻。此時，鎢針尖的末端的鎢原子未被蝕刻，因而可獲得具有比經電解研磨的針尖更為銳化的末端的針尖(例如，參閱專利文獻1)。
熱分面是在氧氛圍中對電解研磨後的針尖進行加熱，從而使特定的結晶面成長，在針尖的末端形成多面體結構的方法(例如，參閱專利文獻2)。
重塑是在超高真空中對電解研磨後的針尖加熱和施加高電壓，從而在針尖的末端形成結晶面的方法(例如，參閱專利文獻3)。
此外，以往作為針尖的末端為1個原子的結構的針尖的形成方法，己知在鎢或鉬的針尖表面電鍍金、鉑、鈀、銥、銠或它們的合金，然後實施電解研磨或加熱，透過單一原子封端的方法(例如，參閱專利文獻4)。
此外，以往己知基於搭載了使用鎢針尖的氣體場致電離離子源的氦聚焦離子束的掃描離子顯微鏡、即聚焦離子束裝置(例如，參閱非專利文獻1)。
此外，當前己知在基於搭載了使用鎢針尖的氣體場致電離離子源的氦聚焦離子束的掃描離子顯微鏡中，釋放離子的鎢針尖的末端被由3個鎢原子構成的三量體封端(例如，參閱非專利文獻2)。
此外，以往己知對於作為針尖的材料其化學耐性比鎢強的銥，為了形成具有銥細線的末端為單一原子 的角錐結構的針尖，需要向真空容器內導入氧並進行加熱(熱分面)(例如，參閱專利文獻2)。
此外，以往已知在〈210〉銥單晶針尖的末端形成由1個{110}結晶面和2個{311}結晶面構成的微小的三角錐結構(例如，參閱非專利文獻3)。
此外，以往己知在銳化的〈210〉銥單晶針尖的末端透過熱分面形成由1個{110}結晶面和2個{311}結晶面構成的微小的三角錐，進而其頂點為單一原子。己知該使用銥針尖的氣體場致電離離子源能夠在大約2250秒的期間內連續進行射束釋放(例如，參閱非專利文獻4)。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕美國專利第7431856號公報
〔專利文獻2〕日本特開2009-107105號專利公報
〔專利文獻3〕日本特開2008-239376號專利公報
〔專利文獻4〕日本特開2006-189276號專利公報
〔非專利文獻1〕William B. Thompson等，第28次LSI測試研討會(LSITS2008)會議記錄，(2008年)249頁~254頁，“Helium Ion Microscope for Semiconductor Device Imaging and Failure Analysis Applications”
〔非專利文獻2〕B. W. Ward等，Journal of Vacuum Science & Technology, 24卷，(2006年)2871頁~2874頁，“Helium ion microscope：A new tool for nanoscale microscopy and metrology”
〔非專利文獻3〕Ivan Ermanoski等，Surf. Sci. 596卷，(2005年)，89頁~97頁“Atomic structure of O/Ir(210) nanofacets”
〔非專利文獻4〕Hong-Shi Kuo等，Nanotechnology, 20卷，(2009年)335701號，“A Single-atom sharp iridium tip as an emitter of gas field ion sources”
(關於鎢針尖)
順便一說，在上述習知技術的氣體場致電離離子源中使用的鎢針尖以被稱作三聚體(也稱之為三量體)的3個原子作為頂點，從這3個原子同時釋放3根離子束。具備該氣體場致電離離子源的電子顯微鏡或聚焦離子束裝置透過在離子束路徑內設置的光圈選擇從鎢針尖釋放的3根束中的1根束，使該束聚集並向試樣照射。因此，到達試樣的束電流至少減少為全束電流的1/3。此外，即使從針尖的末端釋放的3根總釋放離子電流的合計值固定，從3個原子分別釋放的離子電流量的均衡也可能不穩定。束電流的降低會產生如下問題，即在圖像化時會招致畫質的降低，在加工時會招致加工量的減少。因而，透過3個原子封端的鎢針尖存在加工形狀和觀察圖像不穩定的可能性。
此外，在真空的離子室內對鎢末端進行加熱等的處理時，真空室內的殘留氣體、尤其是氧或氮易於附著在鎢針尖表面，在氧或氮附著於鎢針尖表面的情況下會產生反應，生成電場蒸發強度較低的鎢氧化物或氮化物。這些氧化物或氮化物可能會使得以較低的電場強度從鎢針尖表面進行電場蒸發而導致的損傷加大。微量的氧或氮可用於鎢針尖的銳化處理，因而在鎢針尖表面的氧化物或氮化物的生成是不可避免的，如果在鎢針尖的末端產生了損傷，則可能出現產生離子電流的變動甚至是離子釋放的停止。此外，若在鎢針尖的末端產生了損傷，則需要再次進行銳化處理，產生搭載了該鎢針尖的裝置的停機時間增加的問題。針對這種問題的產生，如果在透過搭載鎢針尖的氣體場致電離離子源釋放氦離子，向離子源室導入氦氣體的情況下，需要高昂的純度氣體，產生費用變高的問題。
(關於銥針尖的銳化方法)
針對鎢針尖在末端以3個原子作為頂點的問題，作為能夠以1個原子作為頂點且化學耐性比鎢強的材料，可考慮使用銥。
然而，本發明人發現，在使銥針尖的末端銳化的精加工中，如果單純沿用習知的手法，則難以在期望的位置形成期望的形狀(即，以1個原子作為頂點的角錐結構)。
此外，銥的{210}結晶面的表面原子密度較低，易於銳化，因而銥針尖的〈210〉方向被銳化。如圖4所 示，從正面觀察銥的{210}結晶面時的結晶相對於包含〈110〉的軸和〈210〉的軸的平面為鏡像對稱，因此若進行氮蝕刻，則會保留{210}結晶面與{310}結晶面的邊界附近，而由於{310}面呈長方形，因此不會保留奇數個的原子。即，使用銥的情況下，即便是三聚體等，也難以在較少的狀態下在期望的位置形成終端的原子個數。此外，僅憑電場蒸發進行最終的銳化精加工時，末端部的數層的原子層大多以塊狀態一併地電場蒸發，難以在末端形成期望的頂點。
此外，作為銥針尖的銳化方法，在電場感應氣體蝕刻中基於習知方法的氧氣導入時，由於銥比鎢化學耐性強，因而與處理鎢的情況相比，會產生處理所需時間變長的問題。此外，在取代氧氣的導入而導入氮氣的情況下，能夠在針尖的末端製作與鎢同樣的突起結構。然而，產生提高導入的氮的壓力的需要，並且蝕刻速度比鎢慢，因此產生處理所需時間變長的問題。
此外，本發明人透過實驗得出，在透過電場感應氣體蝕刻使銥針尖銳化時，有時在期望的位置以外的其他位置形成頂點，難以在每次處理時在同一個原子位置再現性良好地形成角錐結構。針尖末端的位置的再現性不穩定意味著離子和電子的釋放位置在每次末端形成的處理時都會變化，需要每次高精度進行離子源或電子源的位置調整，以使得以較高精度對準電子顯微鏡或聚焦離子束裝置的束，會產生實用情況下並非適用的問題。
此外，透過在氧氛圍中對銥針尖進行熱分面〈低指數結晶面的形成從而能夠再現性良好地使〈210〉方向銳化。然而，若僅憑熱分面進行最終的銳化精加工，則殘留的氧原子作為對於銥針尖的雜質產生作用，可能妨礙穩定的離子釋放。即，即使對銥進行加熱處理，期望的結晶面也不會成長，因而難以進行在規定的位置被規定的結晶面包圍且末端形成單一原子的角錐結構的控制，基於穩定動作的觀點，期望提出一種在不使用氧的情況下使期望的位置銳化的方法。
(關於銥針尖)
此外，在將透過習知的單一原子封端的銥針尖用於電子顯微鏡的電子源或聚焦離子束裝置的氣體場致電離離子源的情況下，會產生裝置內的殘留雜質的原子和分子容易附著於銥針尖的末端的角錐結構的問題。由此，從電子源釋放的電子束或從離子源釋放的離子束的電流的穩定性會受到損害，難以實現期望的加工，產生無法獲得期望的觀察圖像的問題。
此外，透過習知的單一原子封端的銥針尖的最末端的原子易於在短時間內脫落，因而即便能夠透過加熱等的處理再現單一原子的封端，在安裝於電子顯微鏡的電子源或聚焦離子束裝置的氣體場致電離離子源的狀態下，最末端的原子也可能脫落。在這種情況下，需要中斷電子顯微鏡或聚焦離子束裝置的觀察或分析作業，進行透過單一原子 對銥針尖封端的再生處理，並且在該再生處理的前後需要束調整等的調整作業，這種實用情況下並不適用，這些都是本發明人透過實驗得出的。
如上所述，鎢針尖的銳化的鎢針尖的末端易於由3個原子構成，可能會產生向照射物件的試樣的到達束電流量的減少和束變動。進而，針尖表面容易被氧或氮等的殘留氣體蝕刻，可能會丟失原子級別的末端。
對此，銥針尖能夠透過單一原子對末端封端，與鎢相比而言化學耐性較高，因此能夠抑制殘留氣體對末端的損傷。然而，習知的銥針尖的角錐結構由於構成角錐結構的結晶面而易於附著雜質，在較長時間內難以適當地發揮功能。
本發明是有鑒於上述情況而完成，其中1個目的在於，提供一種銥針尖，其能夠再現性良好地進行製作，不易附著雜質，末端由1個原子構成，並且在末端部具有長時間保持該原子的角錐結構。
此外，本發明的另一個目的在於，提供一種使用上述銥針尖，在電流穩定性較好的狀態下能夠長時間連續釋放電子束或離子束的電子源或氣體場致電離離子源，或提供一種長時間使用的情況下能夠實現再現性較高的觀察的探針。
此外，本發明的另一個目的在於，提供一種搭載了上述電子源或氣體場致電離離子源或掃描探針針尖(探針)，具有長壽命且穩定性較高的性能的電子顯微鏡、聚 焦離子束裝置和掃描探針顯微鏡。
此外，本發明的另一個目的在於，提供一種搭載了上述電子源，具有解析度較高的性能的電子束顯微分析儀或歐傑電子能譜裝置等的電子束應用分析裝置。
此外，本發明的另一個目的在於，提供一種搭載了上述電子源和氣體場致電離離子源，具有長壽命且穩定性較高的性能的離子電子複合束裝置。
此外，本發明的另一個目的在於，提供一種搭載了上述掃描探針針尖(探針)，能夠在長時間內適當使用的掃描探針顯微鏡。
此外，本發明的另一個目的在於，提供一種使用上述銥針尖，能夠在長時間內進行高精度的加工的遮罩修正裝置。
為了解決上述課題，達成該目的，本發明採用如下方式。
(1)本發明之其中一樣態的銥針尖在銳化的〈210〉方位的單晶的末端部具有角錐結構，該角錐結構具有1個{100}結晶面，作為多個錐面中的任意1個面。
(2)上述(1)記載的銥針尖在前述末端部具有角錐結構，該角錐結構可以具有1個{111}結晶面，作為多個錐面中的任意1個面。
(3)上述(1)或(2)記載的銥針尖的前述末端部具有 角錐結構，該角錐結構可以具有透過1個{100}結晶面和2個{111}結晶面包圍的〈210〉方位的末端。
(4)在上述(1)至(3)中的任1項記載的銥針尖中，前述角錐結構可以具有僅透過1個銥原子形成的末端。
(5)上述(4)記載的銥針尖可以將形成前述角錐結構的前述末端的前述1個銥原子作為第1層，前述第1層的正下方的第2層具有位於三角形的頂點的3個銥原子，前述第2層的正下方的第3層具有位於三角形的頂點和邊的6個銥原子。
(6)有關本發明之其中一樣態的氣體場致電離離子源具有上述(1)至(5)中的任意1項記載的銥針尖，作為釋放離子束的發射器，其具有：離子源室，其收容前述發射器；氣體供給部，其向前述離子源室供給待離子化的氣體；導出電極，其使前述氣體離子化以產生前述氣體的離子，並且施加用於將前述氣體的離子從前述發射器導出的電壓；以及溫度控制部，其冷卻前述發射器。
(7)在上述(6)記載的氣體場致電離離子源中，前述氣體的主成分可以為氫、氮、氧、氦、氖、氬、氪和氙中的至少一種氣體或前述至少一種氣體的混合。
(8)在上述(6)記載的氣體場致電離離子源中，前述氣體的主成分可以是氮。
(9)在上述(17)記載的氣體場致電離離子源中，作為前述氣體的主成分的氮的純度可以在99%以上。
(10)本發明的一個方面的聚焦離子束裝置 具有：上述(6)至(9)中的任意1項記載的氣體場致電離離子源；以及控制機構；其透過前述氣體場致電離離子源產生的前述氣體的離子形成聚焦離子束，並向試樣照射前述聚焦離子束，進行前述試樣的照射區域的觀察、加工和分析中的至少一個處理。
(11)本發明之其中一樣態的電子源具有上述(1)至(5)中的任意1項記載的銥針尖，作為釋放電子的針尖，具有導出電極，其產生前述電子，並且施加用於將前述電子從前述針尖導出的電壓。
(12)本發明之其中一樣態的電子顯微鏡具有：上述(11)記載的電子源；以及控制機構，其透過前述電子源產生的前述電子形成電子束，並且向試樣照射前述電子束，進行前述試樣的細微區域的觀察和計量中的至少一個處理，其中，前述電子顯微鏡可以是掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和掃描透射電子顯微鏡中的至少任意一種電子顯微鏡。
(13)本發明之其中一樣態的電子束應用分析裝置具有：上述(11)記載的電子源；以及控制機構，其透過前述電子源產生的前述電子形成電子束，並且向試樣照射前述電子束，進行前述試樣的觀察、計量和分析中的至少一個處理。
(14)在上述(13)記載的電子束應用分析裝置可以是電子束顯微分析儀和歐傑電子能譜裝置中的至少某種電子束應用分析裝置。
(15)本發明的一個方面的離子電子複合束裝置具有：上述(6)至(9)中的任意1項記載的氣體場致電離離子源和上述(11)記載的電子源中的至少一個；以及控制機構，其將聚焦離子束和電子束向試樣上的大致同一部位照射，至少滿足以下某種情況、即前述聚焦離子束是從前述氣體場致電離離子源獲得的聚焦離子束以及前述電子束是從前述電子源獲得的電子束。
(16)本發明之其中一樣態的掃描探針顯微鏡具有上述(1)至(5)中的任意1項記載的銥針尖作為探針，具有控制機構，其在使前述探針接近試樣表面的狀態下進行掃描，從而計量前述試樣表面的原子級別的形態和狀態。
(17)在上述(16)記載的掃描探針顯微鏡可以是掃描隧道顯微鏡和掃描原子間力顯微鏡中的至少某種掃描探針顯微鏡。
(18)本發明之其中一樣態的遮罩修正裝置具有：上述(6)至(9)中的任意1項記載的氣體場致電離離子源；以及控制機構，其透過前述氣體場致電離離子源產生的前述氣體的離子形成聚焦離子束，並且透過前述聚焦離子束修正光罩的缺陷部。
(19)在上述(18)記載的遮罩修正裝置中，前述聚焦離子束可以是氮離子束。
根據上述樣態，能夠提供一種末端具有1個原子的角錐結構的銥針尖。銥針尖的末端的角錐結構能夠位置再現性良好地進行製作，不易附著雜質，可長時間保持末端原子。
此外，根據上述態樣，能夠提供一種電子束或離子束的電流穩定性良好，能夠在長時間內連續釋放各束的電子源或氣體場致電離離子源，進而還能夠提供一種長時間使用的情況下能夠實現再現性較高的觀察的探針。
進而，根據上述樣態的電子源或氣體場致電離離子源和探針，能夠提供一種具有長壽命且高度穩定的性能的電子顯微鏡、電子束應用分析裝置、聚焦離子束裝置和掃描探針顯微鏡。
1‧‧‧銥針尖
10‧‧‧針尖組件
12‧‧‧基底構件
12‧‧‧通電銷
13‧‧‧燈絲
14‧‧‧針尖構件
20‧‧‧銥針尖製作裝置
41‧‧‧銥原子
42‧‧‧銥原子
43‧‧‧銥原子
44a、44b、44c‧‧‧錐面
45a、45b、45c‧‧‧稜線
46‧‧‧頂點
47‧‧‧最上層(表面層)的銥原子
48‧‧‧第2層的銥原子
51‧‧‧銥原子
52‧‧‧銥原子
53‧‧‧銥原子
54a、54b、54c‧‧‧錐面
55a、55b、55c‧‧‧稜線
56‧‧‧頂點
57‧‧‧最上層(表面層)的銥原子
58‧‧‧第2層的銥原子
61‧‧‧氣體分子
62‧‧‧電源
63‧‧‧導出電極
70‧‧‧氣體場致電離離子源
71‧‧‧針尖結構體
72‧‧‧離子源氣體供給部
73‧‧‧冷卻裝置
74‧‧‧基底構件
75‧‧‧通電銷
76‧‧‧燈絲
77‧‧‧離子源室
78‧‧‧壁面
79‧‧‧冷頭
80‧‧‧聚焦離子束裝置
81‧‧‧離子束鏡筒
82‧‧‧試樣室
83‧‧‧控制部
84‧‧‧離子源室
85‧‧‧聚焦離子束
86‧‧‧聚束透鏡電極
87‧‧‧試樣
88‧‧‧物鏡電極
89‧‧‧中間室
90、91‧‧‧孔口
92‧‧‧真空泵
93‧‧‧氣體場致電離離子源
94‧‧‧導出電極
95‧‧‧加熱器
96‧‧‧離子源氣體供給部
97‧‧‧離子源氣體供給部
98‧‧‧真空泵
99‧‧‧連接部
100‧‧‧壁部
101‧‧‧溫度控制部
102‧‧‧試樣工作臺
103‧‧‧檢測器
104‧‧‧氣體供給部
105‧‧‧真空泵
106‧‧‧像形成部
107‧‧‧導出電壓控制部
108‧‧‧離子源氣體控制部
109‧‧‧顯示部
300‧‧‧遮罩修正裝置
310‧‧‧離子束鏡筒
311‧‧‧電子束鏡筒
312‧‧‧控制部
313‧‧‧試樣室
314‧‧‧試樣工作臺
315‧‧‧遮罩
316‧‧‧檢測器
317‧‧‧監視器
318‧‧‧沉積氣體供給部
319‧‧‧蝕刻氣體供給部
321‧‧‧遮光圖形
322‧‧‧缺損部
323‧‧‧不要圖形
500‧‧‧針尖
501‧‧‧突起
S10‧‧‧濕蝕刻製程
S20‧‧‧FIB加工製程
S30‧‧‧電場感應氣體蝕刻製程
S40‧‧‧重塑製程
〔圖1〕是本發明的實施方式的針尖組件的立體圖。
〔圖2〕是用於製作本發明的實施方式的銥針尖的銥針尖製作裝置的概要結構圖。
〔圖3〕是表示本發明的實施方式的銥針尖的製作方法的流程圖。
〔圖4〕是表示本發明的實施方式的銥的各結晶面的配置的圖。
〔圖5〕是用於說明本發明的實施方式的銥針尖的末端的角錐結構的圖，其中，圖5(A)是角錐結構的原子 模型圖，圖5(B)是用於明示結晶面的說明圖。
〔圖6〕是表示本發明的實施方式的銥針尖的末端的角錐結構的結晶面的原子的排列的圖，其中，圖6(A)是從正面觀察構成錐面的{100}結晶面的圖，圖6(B)是從正面觀察構成錐面的{111}結晶面的圖。
〔圖7〕是用於說明習知例的銥針尖的末端的第1角錐結構的圖，其中，圖7(A)是角錐結構的原子模型圖，圖7(B)是用於明示結晶面的說明圖。
〔圖8〕是用於說明習知例的銥針尖的末端的第2角錐結構的圖，其中，圖8(A)是角錐結構的原子模型圖，圖8(B)是用於明示結晶面的說明圖。
〔圖9〕是表示習知例的銥針尖的末端的角錐結構的結晶面的原子的排列的圖，其中，圖9(A)是從正面觀察構成錐面的{110}結晶面的圖，圖9(B)是從正面觀察構成錐面的{311}結晶面的圖。
〔圖10〕是用於說明本發明的實施方式的氣體場致電離離子源的離子化的概要結構圖。
〔圖11〕是用於說明本發明的實施方式的氣體場致電離離子源的結構的概要結構圖。
〔圖12〕是本發明的實施方式的聚焦離子束裝置的結構圖。
〔圖13〕是表示本發明的實施方式的遮罩修正裝置的概要結構的說明圖。
〔圖14〕是用於說明本發明的實施方式的遮罩修正 裝置的待修正的圖形的圖。
〔圖15〕是用於說明習知的針尖的概要圖。其中，圖15(B)是圖15(A)的末端部A的放大圖，圖15(C)是圖15(B)的末端部B的放大圖。
以下，參閱圖式說明本發明的實施方式的銥針尖、氣體場致電離離子源、聚焦離子束裝置、電子源、電子顯微鏡、電子束應用分析裝置、離子電子複合束裝置、掃描探針顯微鏡以及遮罩修正裝置。
(實施例1)銥針尖製作裝置
首先，參閱圖1，說明在銥針尖1的銳化、離子釋放評價和離子束形成等中使用的針尖組件10。
針尖組件10具有固定於絕緣性的基底構件11的1對通電銷12、在1對通電銷12的末端部間連接的由鎢等的細線構成的燈絲13、電和機械性固定於燈絲13的棒狀的銥的單晶的針尖構件14。
接著，參閱圖2，說明用於使後述的實施了電解研磨後的銥針尖1進一步銳化，加工為末端由1個銥原子構成的銥針尖1的銥針尖製作裝置20。
圖2是銥針尖製作裝置20的概要結構圖。銥針尖製作裝置20具有：用於設置針尖組件10的設置部21、透過在與銥針尖1之間產生高電場，從而從銥針尖1的末端 (針尖末端〕釋放離子22的導出電極23、對銥針尖1施加離子22的加速電壓，並加熱銥針尖1的電源24、檢測從銥針尖1釋放的離子22的檢測器(例如，MCP：Multi Channel Plate(多通道板)等)25、將上述部件收容於內部的真空容器26。
進而，銥針尖製作裝置20具有將真空容器26內保持為真空狀態的排氣裝置27、透過視口28對由檢測器25生成的FIM像進行攝像(或觀察)的相機(例如，CCD相機等)29、記錄透過相機29攝像的像的圖像並控制電源24的計算處理機30、顯示透過相機29攝像的像的圖像等的監視器31。
進而，銥針尖製作裝置20具有：將待離子化的氣體向銥針尖1的周圍供給的氣體供給裝置32、冷卻銥針尖1和根據需要從氣體供給裝置32供給的氣體的冷卻裝置33、檢測從銥針尖1釋放的離子22的電流且可移動的法拉第杯34、移動法拉第杯34的移動控制機構35等。
真空容器26的基底壓力被設定為大約2×10-8Pa。針尖末端的表面較佳為維持為潔淨狀態，基底壓力越低越好。在真空容器26安裝著氣體供給裝置32。
氣體供給裝置32能夠向真空容器26內供給作為離子22的原料的氣體。該氣體為能夠容易入手的高純度氣體(例如，純度在99.999%以上等)。該氣體可進一步透過氣體精製器(省略圖示)將雜質濃度降低至幾ppb左右。為了延長可維持銥針尖1的奈米結構即角錐結構的時間， 就需要降低雜質濃度，較佳為既降低真空容器26的基底壓力，又減少氣體的雜質濃度。
在本實施例中，填充了氫、氧、氮、氦、氖、氬、氪和氙等各種氣體的多個氣體容器(省略圖示)配置於氣體供給裝置32內，能夠按照需要適量供給期望的氣體。氣體供給裝置32調整閥32a以向銥針尖1的末端適量供給規定的氣體種類，將氣體從銥針尖1附近的噴嘴32b向銥針尖1的周圍逐步供給。
銥針尖1經由連接部33a與低溫冷凍機等的冷卻裝置33連接，冷卻溫度被調整至60K左右。由此，透過檢測器25所生成的像變得明亮，能夠透過相機29拍攝鮮明的圖像。該冷卻溫度可以按照由氣體供給裝置32供給的氣體種類加以變更。
電源24是高電壓的電流電源，透過真空容器26的饋通(feed-through)(省略圖示)與銥針尖1連接，能夠經由燈絲13向銥針尖1施加高電壓。電源24連接構成為例如電流電源成為高壓電源的輸出的電位。從電源24輸出的電壓和從電源24向燈絲13通電的電流等是透過與電源24連接的計算處理機30控制的。計算處理機30能夠自動控制從電源24輸出的電流和電壓，例如能夠以固定的比例改變電流。由此，計算處理機30能夠再現性良好地重複重塑條件。
導出電極23例如為接地電位，向銥針尖1施加正電壓。在針尖末端生成的離子22沿著由銥針尖1和 導出電極23生成的電場被導出，透過設置於導出電極23的孔口23a而作為離子束輸出。離子束具備與向銥針尖1施加的電壓相應的能量，從導出電極23向檢測器25釋放。
另外，在本實施例中，可以透過構成為導出電極23成為任意的電位，從而使得銥針尖1的電位可變。即，可以形成為從外側起為真空容器26、導出電極23和銥針尖1的3重結構。在這種情況下，計算處理機30任意設定銥針尖1的電位，將導出電極23的電位設定為相對於銥針尖1的電位為負的電位且作為離子22的原料的氣體進行離子化的電位。由此，能夠適當地設定離子束的加速能量。
檢測器25和螢幕(screen)25a設置於依針尖1的末端和導出電極23的孔口23a的延長線上。向檢測器25施加規定電壓(例如，+1.5kV等)，對所產生的電子進行放大。向螢幕25a施加規定電壓(例如，+3.0kV等)，透過檢測器25放大的電子與螢幕25a衝突，螢幕25a的螢光體發光。該發光顯現於螢幕25a，經由視口28被相機29攝像，被設定為可作為FIM圖形(FIM像)觀察。相機29與計算處理機30連接，將定期攝像的圖像儲存於計算處理機30。
在FIM像的亮點為1個時，能夠判斷為銥針尖1的末端為1個原子，以使得離子束進入法拉第杯34的方式移動法拉第杯34，透過法拉第杯34將束電流信號 導入計算處理機30。關於該束電流的計量，除了計量該時刻的電流值之外，還能夠進行長期連續的電流變動的計量。
銥針尖製作裝置20的真空容器26內始終保持為高真空狀態，因而可具有適當的結構，其用於將銥針尖1暫時保持於預備排氣室(省略圖示〉，對附著於銥針尖1的汙物(雜質等)進行高溫加熱洗浄等的處理之後，將其導入真空容器26內。
(實施例2)銥針尖製作方法
銥針尖的製作方法如圖3所示，包含依次執行的濕蝕刻製程(步驟S10)、FIB加工製程(步驟S20)、電場感應氣體蝕刻製程(步驟S30)、重塑製程(步驟S40)。以下說明各製程。
首先，在步驟S10的濕蝕刻製程中，作為待銳化的銥針尖1的原材料，使用作為規定形狀(例如，直徑0.3mm、長度8mm等)的棒狀的銥的單晶，且長邊方向在〈210〉方位對齊的針尖構件14。而且，例如透過濕蝕刻使棒狀的針尖構件14銳化為圓錐形狀的末端直徑為規定值(例如，從幾百nm到幾μm等)作為銥針尖1。
更具體地，例如在氫氧化鈣1mol/L的溶液中浸入銥的針尖構件14和白金的對置電極，向該2極之間(即針尖構件14與對置電極之間)施加交流電壓並實施電解研磨。所施加的交流電壓例如以頻率60Hz被設定為大約 30V(rms)。透過該濕蝕刻製程，針尖構件14的末端形成為具有從幾百nm至幾μm的末端直徑的圓錐形狀。然後，在濕蝕刻結束後，透過水和丙酮等洗淨銥針尖1，將電解溶液等的雜質從銥針尖1除去。
接著，在步驟S20的FIB蝕刻製程中，使銥針尖1的末端直徑為更小的幾十nm至幾百nm左右的情況下，在執行了步驟S10的濕蝕刻製程之後，將銥針尖1導入以往公知的鈣聚焦離子束(Ga-FIB)裝置(省略圖示)進行FIB蝕刻，從而使末端直徑為幾十nm至幾百nm左右。
接著，在步驟S30的電場感應氣體蝕刻製程中，在後述的氣體場致電離離子源70或銥針尖製作裝置20內配置銥針尖1，使銥針尖1的周邊為真空狀態。以圖2中的製作為例進行說明。將真空容器26內的壓力調整為基底壓力(例如，2×10-8Pa等)並且將銥針尖1的冷卻溫度調整為規定溫度(例如，60K左右)。然後，從氣體供給裝置32向真空容器26內供給氦，直到壓力例如為1×10-4Pa等為止。計算處理機30控制電源24以向銥針尖1施加電壓。對銥針尖1施加的電壓(針尖電壓)例如達到4kV左右時，透過相機29對氦的FIM圖形(FIM像)進行攝像。
在經過了步驟S20的銥針尖1或末端結構損傷的銥針尖1上，銥針尖1的末端表面吸附著雜質，因而可獲得不具備結晶性的圖形。若逐漸提高針尖電壓，則針尖末端的 電場強度將比銥的電場蒸發強度高，於是銥原子開始電場蒸發。銥針尖1的末端表面的數層的原子層進行電場蒸發時，銥的結晶性的潔淨表面露出。此時的針尖電壓例如從5kV上升至6kV左右。而且，若使針尖電壓例如下降約1kV則成為可獲得基於氦的圖像的最佳電壓(最佳影像電壓)，顯現出規則正確的原子排列的FIM圖形。成為潔淨表面後，就有可能觀察到銥結晶的缺陷。在不存在缺陷的情況下，跳過電場感應氣體蝕刻製程(步驟S30)或步驟S30而移至重塑製程(步驟S40)。存在結晶缺陷的情況下，無法在重塑製程(步驟S40)中製作期望的角錐結構。在這種情況下，將電場感應氣體蝕刻與電場蒸發進行組合，將結晶末端削入至不存在結晶缺陷的區域。透過觀察潔淨表面，從而判定是否進入步驟S40。
接著，將導出電壓設定為比在電場蒸發中施加的最高電壓低0.5kV左右的較低的值(例如4.5kV到5.5kV左右)將氮或氧作為蝕刻用的氣體從氣體供給裝置32向銥針尖1的周邊供給，以使得真空容器內的壓力為1×10-4Pa到1×10-3Pa左右。在這種情況下，導出電壓與銥針尖1的被蝕刻區域具有規定的對應關係。即，若導出電壓較低則電場較強的銥針尖1的末端區域被蝕刻，若導出電壓較高則除去銥針尖1的末端區域之外的周邊區域(例如，根部部分等)被蝕刻。因此，在本製程中，將導出電壓較高地設定為氦進行場致電離的程度，保留銥針尖1的末端區域，蝕刻其周邊區域。由此，能夠減少在後述步驟 S40的重塑製程中移動的銥原子的數量，能夠縮短重塑製程的執行所需的時間。此外，由於銥針尖1的末端為尖細的形狀，因此能夠防止角錐結構在重塑製程中並不期望的位置處成長。此時，若進行電場感應氣體蝕刻，則由於末端尖細，因此能夠使導出電壓下降至末端原子不會電場蒸發的程度。
若末端在期望的範圍內變尖細，則在施加導出電壓的情況下，停止氣體供給裝置32對蝕刻用的氣體的供給，將殘留的蝕刻用的氣體真空排氣。此時的氦的最佳影像電壓大約為3.6kV。此後，降低導出電壓以使得成為氮進行場致電離的電場強度。透過充分進行真空排氣能夠防止銥針尖1的末端區域被蝕刻，或者透過迅速降低導出電壓能夠進一步抑制銥針尖1的末端區域的蝕刻。
此外，在銥針尖1的末端附近存在結晶缺陷的情況下，控制導出電壓以蝕刻銥針尖1的末端區域，直到除去結晶缺陷為止。由此，在結晶缺陷存在於銥針尖1的末端附近的情況下，能夠透過蝕刻除去結晶缺陷。
接著，在步驟S40的重塑製程中，使用銥針尖製作裝置20，在銥針尖1的末端形成作為奈米結構的角錐結構。
將導出電壓下降至例如基於氦的最佳電壓的約1/3、即1.2kV左右。該電壓與氮影像電壓大致一致。然後，向真空容器26內導入氮氣，將壓力調整為例如1×10-3Pa等。將導出電壓微調為能夠觀察氮的FIM圖形。由此開 始本實施例的重塑製程。與習知的重塑不同的是在氮氛圍中實施重塑。此外，習知的重塑中使燈絲13的電流固定並進行加熱，提升針尖電壓，此後下降燈絲13的電流並使針尖末端銳化，而在本實施例中，透過以下的步驟實施銳化。
首先，在施加導出電壓的狀態下對燈絲13例如接通3.5A的電流3分鐘，加熱銥針尖1。該加熱結束後，可透過相機29攝像和觀察氮的FIM圖形。
而且，在攝像和觀察的氮的FIM圖形幾乎未發生變化的情況下，例如逐次增加0.1A的電流進行加熱。
而且，在燈絲13例如大致為3.9A時FIM圖形會顯現變化。即，如圖4所示的各結晶面中的{111}結晶面變大，{110}結晶面變小。此外，{100}結晶面變大，{310}結晶面變小。若如上在臺面發生大幅變化，則銥針尖1的末端變尖，因而透過相機29攝像和觀察氮的FIM圖形的針尖電壓(即，能夠觀看到氮的FIM圖形的針尖電壓)例如下降幾百V。另外，能夠觀看到氮的圖形的針尖電壓大約為0.9kV左右。
而且，在能夠觀看到氮的FIM圖形的電壓下降後，將燈絲13的電流例如固定為3.9A，將加熱時的針尖電壓設定為例如在該時刻能夠觀看到氮的FIM圖形的導出電壓的20%至180%的值。大多情況下使其向降低側變化。另外，加熱時的針尖電壓不限於向在該時刻能夠觀看到氮的FIM圖形的針尖電壓以下的降低側變化，還可以例如 按照根據氮的FIM圖形等得到的銥針尖1的末端的結晶的變化狀態，使其向在該時刻能夠觀看到氮的FIM圖形的導出電壓以上的增大側變化。然後，例如以0.5kV的針尖電壓將燈絲13的電流以3.9A重複加熱，則能透過相機29攝像和觀察到由幾個亮點構成的亮點圖形。
此後，最終僅保留1點的亮點，成為銥針尖1的末端僅由1個原子構成的狀態。
作為使導出電壓向能夠觀看到氮的FIM圖形值的增大側變化的例子，可舉出在導出電壓為80%的重塑中，被2個{111}結晶面夾住而製作的稜線為2重線、而{111}結晶面不成長的情況，還可以舉出逐漸提升導出電壓，在使導出電壓提升至120%時{111}結晶面變大而能夠成為1根稜線的情況。
另外，在步驟S40的重塑製程中，還可以使用氧氣以代替氮氣來製作銥計尖1。即，從氣體供給裝置32向真空容器26內供給氧氣以代替氮氣，設定為能夠觀看到氮的FIM圖形針尖電壓，加熱銥針尖1。
然後，停止氧氣的供給，供給氮氣，確認能夠觀看到氮的FIM圖形針尖電壓。透過該電壓停止氮氣的供給，供給氧氣，加熱銥針尖1。重複執行這些處理。其中，此時逐漸提升加熱溫度。
而且，例如在根據氮的FIM圖形等探測到銥針尖1的末端原子開始移動時，將導出電壓設定為例如在該時刻能夠觀看到氮的FIM圖形的導出電壓的20%至180%的 值，供給氧氣，加熱銥針尖1。在大多情況下，使導出電壓向降低側變化。另外，加熱時的針尖電壓不限於向在該時刻能夠觀看到氮的FIM圖形針尖電壓以下的降低側變化，還可以例如按照從氮的FIM圖形等得到的銥針尖1的末端的結晶的變化狀態，使其向在該時刻能夠觀看到氮的FIM圖形針尖電壓以上的增大側變化。
此後，最終僅保留1點的亮點，成為銥針尖1的末端僅由1個原子構成的狀態。
此外，還可以使用氦或氫以代替氮。例如，在使用氮氣作為離子源氣體的情況下透過氮氣實施重塑，在使用氫氣作為離子源氣體的情況下透過氫氣實施重塑，從而能夠在不必切換導入氣體的情況下照射離子束。
透過上述的步驟S10~步驟S40的處理，能夠製作出圖5(A)、(B)所示的具有角錐結構的銥針尖1，該角錐結構具有僅透過由1個{100}結晶面和2個{111}結晶面包圍的、〈210〉方位的1個原子構成的末端(頂點)。
在將銥針尖1用於後述的氣體場致電離離子源70的情況下，能夠在釋放離子束的氣體場致電離離子源70內實施步驟S30的電場感應氣體蝕刻製程和步驟S40的重塑製程。由此，不再需要將銥針尖1從氣體場致電離離子源70的外部移設的製程，能夠防止移設時的雜質的附著，提升作業效率。
(實施例3)銥針尖
銥結晶為面心立方結構，銥的原子位於立方體的8個角和6個面的中央處。
圖5(A)、(B)是根據觀察本實施例的銥針尖1的末端的FIM像的結果製作的圖，是從〈210〉方位觀看本實施例的銥針尖1的末端的表示角錐結構的模型圖。圖5(A)是使圓形標記與1個銥原子41對應的原子排列。圖5(B)是示意性表示結晶面的圖。
銥針尖1的末端的角錐結構具有三角錐形狀，該三角錐形狀具有3個側面(錐面〕、僅由1個銥原子41(42)構成的頂點。該角錐結構的構成原子都為銥原子。如圖5(A)所示，透過白圈顯示位於各結晶面的最上層(最表面)的銥原子41，而對於最上層以下的內部的銥原子41省略顯示。此外，對位於三角錐形狀的稜線的銥原子41(43)附上黑三角形標記。如圖5(B)所示，角錐結構具有3個錐面44a、44b、44c分別形成的稜線45a、45b、45c和基於1個銥原子41(42)的頂點46。
圖5(B)的錐面44a為{100}結晶面，圖5(A)的錐面44b、44c為相同的{111}結晶面。
圖6(A)、(B)是示意性表示從正面(即法線方向)分別觀察本實施例的角錐結構的3個錐面44a、44b、44c的原子排列的圖。在圖6(A)、(B)中，以白圈標記顯示最上層(表面層)的銥原子47，以灰圈標記顯示正下方的第2層的銥原子48，其以下省 略。
將形成該角錐結構的末端的1個銥原子42作為第1層，在第1層的正下方的第2層的原子配置中，如下表1所示，3個銥原子41位於接近正三角形的等腰三角形(例如，在將1邊的長度設為1的情況下的等腰約為1.22的等腰三角形)的各頂點。在第2層的正下方的第3層的原子配置中，6個銥原子41位於三角形的頂點和邊上。
另外，本發明人發現第2層和第3層的原子配置可透過在像的觀察時憑藉強電場而強制使末端的銥原子41(42)脫離來檢測到，這與圖5(A)、(B)所示的模型圖一致。
另外，若將末端的銥原子41(42)脫離的狀態的銥針尖1用作電子源或離子源的針狀電極或掃描探針顯微鏡的探針，則會產生向試樣的到達束電流的降低或掃描探針顯微鏡的位置解析度的降低，因而並不適用。在這種情況下，執行後述的針尖末端的再生處理，從而將末端原子保持為1個原子。
另一方面，作為本發明的實施方式的比較例，圖7和圖8示出了習知例的銥針尖的末端結構。另外，圖7是參考上述非專利文獻3製作的，圖8是參考上述非專利文獻4製作的。圖7(A)和圖8(A)是表示從〈210〉方位觀看習知例的銥針尖的角錐結構的模型圖。圖7(B)和圖8(B)是示意性表示結晶面的圖。
如圖7(A)和圖8(A)所示，透過白圈顯示位於各結晶面的最上層(最表面)的銥原子51，透過灰圈顯示最上層以下的內部的銥原子41。1個銥原子51(52)位於三角錐形狀的頂點，對位於三角錐形狀的稜線的銥原子51(53)附上黑三角形標記。如圖7(B)和圖8(B)所示，角錐結構具有3個錐面54a、54b、54c分別形成的稜線55a、55b、55c和基於1個銥原子51(52)的頂點56。
圖7(B)和圖8(B)的錐面54a為{110}結晶面， 圖7(B)和圖8(B)的錐面54b、54c為相同的{311}結晶面。
圖7(A)所示的原子排列與圖8(A)所示的原子排列的差異在於，構成錐面54a的底邊的緣原子51的數為奇數還是偶數，圖7(A)所示的原子排列為偶數，而圖8(A)所示的原子排列為奇數。根據構成該底邊的銥原子51的數是奇數還是偶數，末端的最上層(表面層)的銥原子51(52)的正下方的構成第2層和第3層的銥原子51的排列會不同。圖7(A)所示的原子排列的第2層具有3個銥原子51，圖8(A)所示的原子排列的第2層具有6個銥原子51。據此，圖8(A)所示的原子排列的末端的最上層(表面層)的銥原子51(52)位於3根稜線55a、55b、55c的交點。對此，圖7(A)所示的原子排列的末端的最上層(表面層)的銥原子51(52)錯開配置於突出3根稜線55a、55b、55c的交點若干距離的位置上。
圖7(A)和圖8(A)所示的習知例的銥針尖的角錐結構與圖5(A)所示的本實施例的銥針尖1的角錐結構相比，位於各稜線55a、55b、55c的銥原子51(53)彼此的間隔較寬。由此，各稜線55a、55b、55c的傾斜、即各錐面54a、54b、54c的傾斜比本實施例的銥針尖1的角錐結構的各稜線45a、45b、45c和各錐面44a、44b、44c的傾斜緩a和。即，本實施例的銥針尖1的末端部比習知例的銥針尖的末端部更尖，在銥針尖1的末端具 有電場集中的結構。由此，本實施例的銥針尖1與習知例的銥針尖相比而言，能夠透過更低的導出電壓進行離子釋放，既能夠減輕對於施加導出電壓的電源(例如，圖2所示的電源24等)的負擔，又能抑制銥針尖1的末端與導出電極(例如，圖2所示的導出電極23等)之間的放電異常的產生。
圖9(A)、(B)是示意性表示從正面(即法線方向)分別觀看習知例的銥針尖的角錐結構的3個錐面54a、54b、54c的原子排列的圖。在圖9(A)、(B)中，以白圈標記顯示最上層(表面層)的銥原子57，以灰圈標記顯示正下方的第2層的銥原子58，更在以下省略。
如上表1所示，本實施例的銥針尖1的角錐結構的第1層至第3層的銥原子的個數依次為1個、3個、6個，對此，圖7(A)所示的習知例的銥針尖的角錐結構的第1層到第3層的銥原子的個數依次為1個、3個、10個，圖8(A)所示的習知例的銥針尖的角錐結構的第1層到第3層的銥原子的個數依次為1個、6個、15個。即，可知本實施例的銥針尖1的角錐結構與習知例的銥針尖的角錐結構在第3層為止的原子排列不同。
進而，本實施例的銥針尖1的角錐結構與習知例的銥針尖的角錐結構關於構成錐面的結晶面的次數不同。即，構成本實施例的銥針尖1的角錐結構的錐面的{100}結晶面和{111}結晶面與構成習知例的銥針尖的 角錐結構的錐面的{110}結晶面和{311}結晶面相比而言，具有原子密度更高的低次指數。例如，圖6(A)、(B)所示的本實施例的銥針尖1的角錐結構的最表面層的原子排列與圖9(A)、(B)所示的習知例的銥針尖的角錐結構的最表面層的原子排列相比，可視覺確認到銥原子更為緊密地排列。
例如在定量的比較中，基於網格常數d，圖6(A)、(B)所示的本實施例的銥針尖1的{100}結晶面上相鄰的原子列的距離d(100)為0.50d，{111}結晶面上相鄰的原子列的距離d(111)為0.61d。對此，對於圖9(A)、(B)所示的習知例的銥針尖的{311}結晶面和{110}結晶面的各個而言，距離d(311)為1.17d，距離d(110)為1.00d。即，習知例的銥針尖的角錐結構的錐面上的原子列的距離比本實施例的銥針尖1的角錐結構的錐面上的原子列的距離更大。
此外，基於各結晶面的最上層的表面原子的密度n，若考慮銥的網格常數為0.3839nm，則在{100}結晶面上密度n為13.6×1018/m2，在{111}結晶面上密度n為15.7×1018/m2，而在{110}結晶面上密度n為9.6×1018/m2，{311}結晶面的密度n為8.2×1018/m2。即，習知例的銥針尖的角錐結構的最表面原子密度比本實施例的銥針尖1的角錐結構的最表面原子密度更低，習知例與本實施例相比而言，在表面存在的各原子間的間隙更大。
如上，由於習知例的銥針尖的角錐結構的最 表面層的原子列的距離較大，而表面原子密度較小，因而可推測各銥原子的間隙中嵌入例如在針尖周邊漂浮的異類原子或分子的概率較高。該異類原子的嵌入，可能有損銥針尖的末端的銥結晶的原子排列，擾亂在銥針尖的末端的電場分佈。其結果，來自銥針尖的末端的釋放離子電流變得不穩定，照射到試樣表面的離子束電流發生變動，可能產生觀察圖像的紊亂或加工表面的紊亂。此外，無法容易地除去在銥原子的間隙中嵌入的異類原子，因此若產生了圖像的紊亂或離子束電流變動，則需要首先進行透過高電場除去銥針尖的角錐結構，然後再次製作角錐結構，使得離子釋放穩定化的處理等，需要耗費繁雜的精力和時間的處理，會產生難以進行連續的觀察或加工的問題。
與此相對，在構成本實施例的銥針尖1的角錐結構的錐面的1個{110}結晶面和2個{111}結晶面上，原子間距離比習知例小，可抑制異類原子嵌入在銥原子間，使之處於在結晶面上僅附著異類原子的程度(物理吸附等〉的狀態。在這種情況下，透過略微的加熱或比對銥針尖1施加的氮氣的離子化所需電場強度弱的電場調整，就能夠使在結晶面上附著的物質容易地脫離，因而能夠始終保持僅基於銥原子的結晶三角錐結構。其結果，釋放離子電流能夠長時間穩定，可抑制向試樣照射的離子束電流的變動，能夠獲得不存在紊亂的觀察圖像或加工表面。
進而，本實施例的銥針尖1的角錐結構以各原子間距 離較小的配置構成，從而可確認到對於溫度等的干擾的抗性較強。
如上，本實施例的銥針尖1比習知例的銥針尖更尖，因而能夠以更低的電壓進行離子釋放，對於干擾的抗性較強，屬於不易附著雜質的結構，因此能夠實現長時間穩定的電子釋放或離子釋放等。
另外，上述本實施例的銥針尖1具有使銥的單晶的針尖構件14的末端按照原子級別銳化的結構，然而不限於此，也可以透過電鍍等在銳化的銥針尖1的表面上覆蓋銥的薄膜。
(實施例4)氣體場致電離離子源
作為使用上述實施例3的銥針尖1的實體例，說明氣體場致電離離子源(GFIS)。
首先，參閱圖10說明離子產生原理。向離子源供給待離子化的氣體，在銥針尖1周邊存在待離子化的氣體分子和原子(在此作為代表描述為氣體分子)61。銥針尖1透過冷卻裝置(省略圖示)進行冷卻。
而且，透過電源62向銥針尖1與導出電極63之間施加電壓，若在銥針尖1的末端的周邊產生了高電場，則在銥針尖1周邊漂浮的氣體分子61極化，透過極化力被吸引到銥針尖1的末端。然後，被吸引的氣體分子61透過銥針尖1的末端的高電場進行離子化。
產生的離子64從導出電極63的開口部63a 透過下游的離子光學系統(省略圖示)朝試樣(省略圖示)釋放。該氣體場致電離離子源70的釋放離子64的束(離子束)的區域的大小、即離子源的源極尺寸極小，因此成為高亮度的離子源，能夠在試樣上形成極細的聚焦離子束。
以下，參閱圖11，說明氣體場致電離離子源70的基本結構。
氣體場致電離離子源70具有針尖結構體71、離子源氣體供給部72、冷卻裝置73、導出電極63、導出電源部(省略圖示〕。
針尖結構體71具有絕緣性的基底構件74、固定於基底構件74的1對通電銷75、在1對通電銷75的末端部間連接的由鎢等的細線構成的燈絲76、電和機械性固定於燈絲76的銥針尖1。銥針尖1透過點焊等與燈絲76連接，從末端部釋放離子。
離子源氣體供給部72能夠向銥針尖1的周圍供給待離子化、由氣體分子61構成的微量的氣體(例如，氦氣等〕，以能夠透過閥72a調整流量的方式經由氣體導入管72b與離子源室77連通。在離子源氣體供給部72設置的氣體種類不限於1種，可以設置多個氣體種類的儲氣瓶(省略圖示)，按照需要切換氣體種類，或者混合多個氣體種類，並向離子源室77供給。
導出電極63與銥針尖1的末端遠離配設，具有開口部63a。導出電極63將銥針尖1釋放的離子引導至開口 部63a的下游的離子光學系統(省略圖示)。
導出電源(省略圖示)向導出電極63與銥針尖1之間施加導出電壓，從而在銥針尖1的末端使氣體分子61離子化以生成離子64，將該離子64導出到導出電極63側。
冷卻裝置73透過液體氦或液體氮等的冷媒冷卻從銥針尖1和離子源氣體供給部72向離子源室77供給的氣體。在冷卻裝置73產生的低溫的冷媒經由連接部73a與包圍針尖結構體71的壁面78和氣體導入管72b接觸，冷卻它們以及離子源室77內。
另外，冷卻裝置73不限於這種結構，只要至少能夠冷卻銥針尖1即可，例如可以是具有冷卻模塊或冷凍機等的結構。此外，在離子源室77與針尖結構體71之間配設用於放出銥針尖1的熱的冷頭(cold head)79。冷頭79透過氧化鋁或藍寶石或氮化鋁等的陶瓷材料形成為塊型，固定於基底構件74。
本實施例的銥針尖1由銥構成，在銳化的〈210〉方位的單晶的末端部具有角錐結構，該角錐結構具有僅透過由1個{100}結晶面和2個{111}結晶面包圍的〈210〉方位的1個銥原子形成的末端。這些結晶面和角錐結構能夠透過事先的FIM像觀察進行確認。
從離子源氣體供給部72向離子源室77供給的氣體、即用於形成聚焦離子束的原材料氣體既可以是氦、氖、氬、氪和氙等的惰性氣體，也可以是氫、氧和氮等的分子 氣體。此外，還可以是這些氣體的混合氣體。
在本實施例中使用氮氣作為離子源氣體。在習知的商用的氣體場致電離離子源中使用鎢的針尖，而由於氮氣腐蝕(蝕刻〕鎢，因而不會使用以氮為主要成分的氣體來積極地釋放氮離子。與其這樣，寧可是設定為不在離子源室77殘留氮，並且在從離子源氣體供給部72供給的氣體中不會混入氮的方式，抑制氮氣的使用。此外，在成型針尖末端形狀的情況下，在以氦等的惰性氣體作為主要成分的情況下僅添加極微量的氮氣。
透過本實施例的銥針尖1，因為將銥針尖1的末端的原子保持為長時間內不會脫落，所以能夠在長時間內穩定地釋放離子。進而，由於銥針尖1的末端的角錐結構的各錐面的原子排列縝密，因此銥針尖1周邊的雜質粒子不易附著於銥針尖1，能夠形成電流變動或照射位置變動極小的聚焦離子束，能夠提供一種高性能的聚焦離子束裝置。由此，能夠有效減少使銥針尖1的末端的原子恢復為1個的再生處理的執行所需的次數，能夠削減裝置的維修所需時間，能夠大幅減輕用戶的負擔。
(實施例5)聚焦離子束裝置
本實施例是具有氣體場致電離離子源的聚焦離子束裝置。聚焦離子束裝置也被稱作掃描離子顯微鏡(SIM：Scanning Ion Microscope)，而將主要進行對象試樣的加工(例如，開孔、剖面形成和沉積膜(deposited film)形成 等)和觀察的裝置稱作聚焦離子束裝置，將專門進行物件試樣的形狀觀察的裝置稱作掃描離子顯微鏡。因此，在聚焦離子束裝置中使用能夠對於物件試樣積極地進行濺射的離子種類，而在掃描離子顯微鏡中使用對於物件試樣不易濺射且品質較小的氫或氦等的輕元素離子。其中，無論在何種裝置中，對於離子束的集束性和離子束釋放的長期穩定性都是同樣要求的，離子源、離子束集束光學系統、冷卻單元和真空排氣裝置等的結構基本相同。
圖12是聚焦離子束裝置80的概要結構。聚焦離子束裝置80主要具有離子束鏡筒81、試樣室82、控制部83。
離子束鏡筒81具有：具有產生離子的銥針尖1的離子源室84；使從該離子源室84釋放的離子集束為聚焦離子束85的聚束透鏡(condenser lenses)電極86；以及使聚焦離子束85在試樣87集束的物鏡電極88。
進而，離子束鏡筒81在離子源室84與試樣室82之間具有中間室89，在離子源室84與中間室89之間以及試樣室82與中間室89之間具有孔口90、91。聚焦離子束85透過孔口90、91，向試樣87照射。
中間室89與真空泵92連接，能夠透過真空泵92調整真空度，中間室89能夠在試樣室82與離子源室84之間進行差動排氣。
離子源室84具有：具有銥針尖1且釋放聚焦離子束85的氣體場致電離離子源93；以及形成用於向銥 針尖1的周圍導出聚焦離子束85的電場的導出電極94。
銥針尖1由銥的單晶構成。另外，銥針尖1可以是在由銥的單晶構成的針狀的基材的表面透過電鍍或蒸鍍等覆蓋銥的結構。銥針尖1在末端部具有如上述實施例3前述的角錐結構。
銥針尖1連接加熱器95。加熱器95能夠調整銥針尖1的溫度，用於洗淨銥針尖1的表面以及製作銥針尖1末端部的角錐結構的情況等。
此外，在離子源室84連接著冷卻銥針尖1的冷卻裝置96、向離子源室84內供給離子源氣體的離子源氣體供給部97、使離子源室84處於真空狀態的真空泵98等。
冷卻裝置96透過液體氮或液體氦等的冷媒冷卻銥針尖1或從離子源氣體供給部97向離子源室84供給的離子源氣體。例如，冷卻裝置96經由連接離子源室84的連接部99和離子源室84的壁部100，冷卻銥針尖1和離子源氣體。
從離子源氣體供給部97供給的離子源氣體既可以是氦、氖、氬、氪和氙等的惰性氣體，也可以是氫、氧和氮等的分子氣體。離子源氣體從銥針尖1的末端作為離子釋放，由於聚焦離子束85的能量分佈寬度極窄，因而色像差的影響被抑制得較小。本實施例的氣體場致電離離子源93與習知公知的例如等離子體型氣體離子源或液體金屬離子源相比而言，是離子產生區域極小且高亮度的 離子源。本實施例的離子源氣體為氮。氮透過較低的電場強度〈例如，17V/nm)進行場致電離，而物理吸附於銥針尖1的表面的異物透過比上述電場強度低的電場強度脫離，因而在對氮離子化時，銥針尖1的表面成為除去了異物的狀態。
此外，關於氫(場致電離的電場強度約為22V/nm)、氦(場致電離的電場強度約為44V/nm)、氖(場致電離的電場強度約為35V/nm)、氬(場致電離的電場強度約為22V/nm)等，若與氮相比而言並非強電場則不會被離子化。因此，這些氣體即使殘留於離子源室84也不會離子化，因此從離子源氣體供給部97供給的氮的純度無需特別為超高純度。由此，能夠削減裝置的運轉所需的費用。
氮氣對金屬具有腐蝕性，因而在使用習知的鎢針尖的氣體場致電離離子源之中，即使向氦中混入少量的氮，鎢針尖也會被腐蝕(蝕刻〉，針尖形狀發生變形，使得用於釋放離子的針尖末端部損傷。因此，在使用鎢針尖的習知的氣體場致電離離子源中，即使以氮氣作為主要成分供給，也難以實現氮離子束的生成。
以下，說明銥針尖1的溫度控制。
若銥針尖1的溫度較低則氣體分子的吸附密度變高。因此，透過降低銥針尖1的溫度就能夠增大聚焦離子束85的電流量。然而，若降低銥針尖1的溫度，則基於氣體種類和冷卻溫度，氣體分子有時會吸附於離子源室84 的壁部100或冷卻裝置96與離子源室84的連接部99並固體化。固體化的氣體分子在離子源室84的溫度上升時會一同氣化，因而離子源室84的氣體分壓急劇升高，氣體場致電離離子源的動作變得不穩定，可能放電而使得針尖末端損傷。
銥針尖1的冷卻溫度根據從離子源氣體供給部97供給的離子源氣體的氣體種類不同而不同，而在本實施例中，能夠透過溫度控制部101在約40K到200K的範圍內進行溫度設定。由此，能夠穩定地照射細微加工所需的電流量的離子束。
該氣體離子的聚焦離子束能夠透過從試樣87的照射部(省略圖示)產生的二次電子進行試樣表面的觀察，能夠透過向試樣87照射的離子對試樣87的濺射進行試樣表面的加工(例如，開孔和表面層的除去等)。
進而，離子源氣體供給部97具有儲藏離子源氣體的氣體儲藏部(省略圖示)和向銥針尖1附近供給離子源氣體的噴嘴部97a，在噴嘴部97a與離子源氣體供給部97之間設置高精度的閥97b，能夠在調整流量的同時向銥針尖1的末端積極地供給離子源氣體。
真空泵98用於提高離子源室84的真空度，氣體場致電離離子源93將供給離子源氣體之前的真空度例如維持在1×10-5~1×10-8Pa左右的高真空狀態。
此外，離子束鏡筒81具有用於獲得確認氣體場致電離離子源93的銥針尖1的末端的原子排列的FIM(電場 離子顯微鏡)像的檢測器(未圖示)。該檢測器能夠相對於離子束軸移動，在不需要FIM像的確認的情況下，能夠使其遠離離子束軸待機。該檢測器在離子電流不穩定的情況下或觀察像紊亂的情況下等能夠按照需要確認銥針尖1的末端的原子排列。
試樣室82收容試樣工作臺102，該試樣工作臺使試樣87移動至從離子束鏡筒81照射的聚焦離子束85的照射位置。試樣工作臺102根據操作者的指示等進行動作，能夠向5軸變位。即，試樣工作臺102被變位控制機構(省略圖示)支撐，該變位控制機構具有在同一面內彼此正交的X軸和Y軸、使試樣工作臺102沿著與該X軸和Y軸正交的Z軸移動的XYZ軸控制機構(省略圖示)、使試樣工作臺102繞X軸或Y軸旋轉並傾斜的傾斜軸控制機構(省略圖示)、使試樣工作臺102繞Z軸旋轉的旋轉控制機構(省略圖示)。
試樣室82具有檢測器103，該檢測器103檢測透過聚焦離子束85的掃描照射而產生的二次離子或二次電子。由此，能夠根據二次離子或二次電子的檢測信號以及聚焦離子束85的掃描信號生成觀察像。在使用反射離子檢測器作為檢測器103的情況下，檢測由試樣87產生的反射離子，能夠形成反射離子像。
進而，試樣室82具有在聚焦離子束85的照射過程中能夠向試樣87噴射氣體的氣體供給部104。氣體供給部104具有儲藏氣體的氣體儲藏部(省略圖示)和 向試樣87附近噴射氣體的噴嘴部104a。氣體供給部104還可以具有調整氣體的流量的品質流量控制器(mass flow controller)等的氣體流量調整部(省略圖示)。從氣體供給部104向試樣87的照射部(省略圖示)噴射碳類氣體或含有鉑或鎢等的金屬的碳類化合物氣體等的沉積氣體並照射聚焦離子束85，從而能夠在試樣表面形成沉積膜。反之，從氣體供給部104噴射碘等的鹵素類的蝕刻氣體並照射聚焦離子束，從而能夠選擇性除去試樣表面的異物，或以比濺射加工更快的速度進行加工。
進而，在試樣室82連接能夠調整試樣室82內的真空度的真空泵105。
控制部83具有像形成部106、導出電壓控制部107、離子源氣體控制部108、以及溫度控制部101。進而，控制部83能夠控制對聚束透鏡電極(省略圖示)和物鏡電極(省略圖示)等的電壓施加以及試樣工作臺102的移動等。
像形成部106根據從檢測器103輸出的檢測信號生成觀察像，將生成的觀察像顯示於顯示部109。因此，向試樣87照射聚焦離子束85，透過檢測器103檢測產生的二次離子或二次電子，從而能夠將試樣87的觀察像顯示於顯示部109，使之成為能夠觀察的狀態。此外，透過檢測器103檢測二次電子從而能夠探測試樣表面的形態，透過檢測器103檢測二次離子從而能夠探測構成試樣的元素的分佈。
導出電壓控制部107控制對導出電極94的施加電壓。導出電壓控制部107用於對釋放離子電流進行調整的情況以及製作或處理銥針尖1的末端的角錐結構的情況等。
離子源氣體控制部108控制離子源氣體供給部97，該離子源氣體供給部具有調整離子源氣體的流量的品質流量控制器等的氣體流量調整部(省略圖示)。
溫度控制部101能夠控制冷卻銥針尖1的溫度或離子源氣體的溫度的冷卻裝置96以及在加熱洗淨銥針尖1時使用的加熱器95。
透過該聚焦離子束裝置80，能夠形成例如直徑1nm以下的集束氮離子束。集束氮離子束的穩定性為例如1%/時間以下的高穩定度，例如在約30日期間的連續動作過程中銥針尖1的末端的原子也不會脫落，離子釋放不會中斷。此外，本發明人確認到離子產生位置不會發生變動，可連續形成集束氮離子束。這與在上述非專利文獻1前述的約2250秒(最多40分鐘)的連續動作相比而言已是絕對的長壽命。因此，能夠以高解析度使得表面形態和元素分佈視覺化，提供一種長壽命且高穩定的聚焦離子束裝置80。在使用習知的氣體場致電離離子源的商用聚焦離子束裝置中，由於使用氦離子，因此離子的品質非常輕，幾乎無法加工試樣表面。對此，能夠透過本實施例的使用氮氣的聚焦離子束裝置8進行試樣表面的加工，基於其集束性，與習知的商用的鎵聚焦離子束裝置相比，能 夠進行更為細微的局部的加工。
在上述的實施例5中，說明了聚焦離子束裝置80，也可以在該聚焦離子束裝置80搭載掃描電子顯微鏡的鏡筒，構成以使得聚焦離子束85與電子束照射在試樣表面的大致相同位置的方式配置的複合裝置(離子電子複合束裝置)。
此外，該掃描電子顯微鏡可以是搭載了具有在後述實施例6說明的銥針尖1的電子源的電子顯微鏡，能夠獲得基於聚焦離子束和電子束的高精細圖像。
此外，還可以在上述的聚焦離子束裝置80搭載二次離子檢測器，分析從試樣的照射部(省略圖示)產生的二次離子，鑑定構成照射部的元素。例如，透過聚焦離子束掃描某個區域並進行元素分析，從而能夠製作特定元素的圖表。對此，在使用習知的鎵聚焦離子束裝置的二次離子的分析中，還會檢測到植入試樣內的鎵，會產生與試樣中原本包含的鎵無法進行區分的問題。此外，本實施例的聚焦離子束裝置80與習知的鎵聚焦離子束裝置相比而言束的集束性良好，能夠進行更為細微區域的元素分析。
(實施例6)電子顯微鏡
電子顯微鏡更具體而言可大致分為掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和掃描透射電子顯微鏡(STEM)等。這些電子顯微鏡的共同之處在於，使從電子源產生的電子束化並向試樣照射。掃描電子顯微鏡透 過由集束電子束的照射區域產生的二次電子生成圖像。透射電子顯微鏡向薄膜化的試樣照射集束電子束，放大透射過薄膜試樣的電子束並使其圖像化，能夠進行比一般掃描電子顯微鏡更高倍率的觀察。掃描透射電子顯微鏡向薄膜化的試樣掃描集束電子束，放大透射過薄片試樣的像，從而獲得細微區域的放大像。對於這些電子顯微鏡而言，希望獲得高倍率且高分辨率的圖像。當前已知為了實現對獲得的圖像的高解析度化而使用末端僅由1個原子構成的電子源的技術，但存在無法確保期望的穩定性和壽命(例如，能夠在不進行針尖末端的再生處理的情況下連續使用的時間)的問題。
在本實施例中，使用實施例1前述的銥針尖1作為掃描電子顯微鏡的電子源。電子源具有與圖11所示的實施例7的氣體場致電離離子源70的針尖結構體71同樣的結構，並且透過從1對通電銷75導入的電流加熱燈絲76，加熱洗淨銥針尖1，並且構成為能夠進行角錐結構的形成和再生等的處理，能夠拆裝於各種電子顯微鏡上。
包含銥針尖1的電子源室(相當於圖11所示的離子源室77〉的真空度被設定為例如10-9Pa左右的超高真空狀態。本實施例的掃描電子顯微鏡的SEM圖像的解析度低於1nm，遠遠超過習知的SEM的解析度。
在使本實施例的掃描電子顯微鏡長時間動作的情況下，在包含電子源的裝置內殘留的雜質原子或分子吸附於銥針尖1而導致的釋放電子的束電流的變動與習知的電子 源相比而言足夠小。
另外，本實施例說明了掃描電子顯微鏡，而本實施例的電子源搭載於透射電子顯微鏡(TEM)和掃描透射電子顯微鏡(STEM)時也能獲得與上述同樣的效果。此外，在本實施例的各電子顯微鏡搭載能量分散型X線分光器，進行電子束照射區域的元素分析，從而能夠獲得高解析度的測定資料。
進而，本實施例的電子源可以用作電子束顯微分析儀(electron beam microanalyzer)、歐傑電子能譜(Auger Electron Spectroscopy)裝置等的電子束應用分析裝置的電子源。電子束顯微分析儀是根據向物件物照射電子束而產生的特性X線的波長和強度進行構成元素分析的裝置。此外，歐傑電子能譜裝置是測定向物件物照射電子束而產生的歐傑電子的能量分佈，進行元素的鑒定、定量的裝置。無論何種裝置，照射的電子束的粗細提高分析解析度，長時間且高穩定性地釋放電子束都有助於分析資料的可靠性提升，因而透過本實施例的電子源達成上述目的。
(實施例7)掃描探針顯微鏡
本實施例涉及搭載了透過上述實施例2詳細敘述的銥針尖製作方法製作的銥針尖1的掃描探針顯微鏡。
掃描探針顯微鏡(SPM)是使銳化的探針以謄寫試樣表面的方式進行掃描，放大觀察試樣表面形態或狀態的顯微鏡，使用探針和在試樣間流動的隧道電流的顯微鏡被稱 作掃描隧道顯微鏡(STM)，使用探針和試樣間的原子間力的顯微鏡被稱作原子間力顯微鏡(AFM)。
在這些掃描探針顯微鏡中，基於觀察解析度的觀點而言，較佳為探針的末端為1個原子。即使透過1個原子對剛剛製作的探針封端，透過重複使用而末端原子會脫落，觀察解析度降低，末端原子變為多個，若檢測的原子頻繁變化，則無法獲得希望的分析結果。因此，期望搭載能夠長時間保持末端由1個原子構成的狀態的探針，實現高解析度且長壽命的掃描探針顯微鏡。
以往的情況下，掃描探針顯微鏡的探針是透過矽或鎢製作的；而在本實施例中，使用透過由上述實施例2的銥針尖製作方法製作的單一原子封端的銥針尖1。銥本身的耐化學性較強，基於作為本發明效果的可透過單一原子長時間維持封端的優勢，在大氣中操作掃描探針顯微鏡的情況下，也能獲得長壽命且高解析度的觀察結果。
此外，在探針附著大氣中的雜質，觀察解析度降低的情況下，在上述實施例1前述的銥針尖製作裝置20搭載探針，進行加熱而能夠去除附著雜質。此時，為了確認末端原子的狀態，可以透過FIM像確認針尖末端的圖形。在末端脫落的情況下，可以透過上述實施例2的銥針尖製作方法，以使用單一原子封端的方式再生。
(實施例8)光罩修正裝置
下面說明搭載了上述實施例4的氣體場致電離離子源 70的遮罩修正裝置300。
本實施例的遮罩修正裝置300修正在製造半導體元件等時用於圖形曝光裝置(省略圖示)的光罩的缺陷。
當前己知基於鎵聚焦離子束或電子束的遮罩修正裝置。基於鎵聚焦離子束的加工能夠透過濺射效果蝕刻各種材料，然而若向光罩的待透射區域植入鎵離子，則會產生光透射率降低的問題。此外，還會產生鎵聚焦離子束難以獲得超細微尺寸的光罩的修正所需的最小加工尺寸的問題。
另一方面，例如在日本特開2003-328161號公報公開的基於電子束的光罩的修正的技術那樣，使用電子束和輔助氣體的光罩修正裝置能夠在不降低束照射部位的光透射率的情況下，確保超細微尺寸的光罩的修正所需的最小加工尺寸。近年來，關於將矽化鉬(MoSi)作為遮光膜的光罩，提出了多種提高對於曝光和洗淨的損傷的耐性的遮光膜。然而，這些遮光膜的組成都接近基底玻璃基板的組成，因而在遮光膜與基底玻璃基板的蝕刻速度間產生差異的輔助氣體並不存在。因而，會產生難以在遮光膜與基底玻璃基板的介面停止蝕刻的問題。
另外，根據搭載了氣體場致電離離子源的遮罩修正裝置，能夠透過同一裝置切換質量較大的離子源氣體和品質較小的離子源氣體。即，若照射離子種類的品質較大則能夠進行接近鎵聚焦離子束的特性的加工和觀察，若照射離子種類的品質較小則能夠進行接近電子束的特性 的加工和觀察。照射離子種類的品質可按照加工目的等進行選擇
例如，在除去上述的遮光膜的情況下，在氫或氦等較輕離子的束中，由於不存在濺射效應而使用輔助氣體，而電子束同樣地在遮光膜和基底玻璃基板上為大致相同的組成，因此蝕刻速度沒有較大差異。另一方面，在氮或氖等的略重的離子束中，由於具有濺射效應，因而遮光膜與基底玻璃基板的結構差異就成為蝕刻速度的差異。進而在作為較重元素的氬、氪和氙等中，植入離子造成的光透射率的惡化成為問題。因此，在採用上述遮光膜的光罩的修正中，採用氮和氖等略重的離子是最佳方案。
基於離子束的加工速度與釋放離子電流成比例，而氣體場致電離離子源的釋放離子電流比鎵聚焦離子束低幾位數。即，由於加工速度極慢，因此需要確保盡可能大的釋放離子電流。單純提高原料氣體壓力以增大釋放離子電流的情況下，會誘發針尖末端的放電，可能導致針尖末端損傷。因此，較佳為在較低的氣體壓力使用易於離子化的原料氣體。其中，本發明人發現，由於氮的離子化效率比氖的離子化效率高，因此在相同的氣體壓力下氮束比氖束更易於獲得較高的釋放離子電流，對於光罩修正而言氮聚焦離子束為最佳選擇。
本實施例的遮罩修正裝置300如圖13所示，具有離子束鏡筒310、電子束鏡筒311、控制部312、試樣室313。
以下說明修正具有缺陷的光罩的方法。
首先，遮罩修正裝置300具有：檢測器316，其從離子束鏡筒310向在試樣室313內的試樣工作臺314放置的光罩315照射氮離子束，檢測從被照射部分產生的二次電子或二次離子；以及監視器317，其能夠將透過檢測器316檢測的結果以觀察像的方式顯示。此外，還具有釋放用於中和離子束照射導致的帶電的電子的電子束鏡筒311。另外，監視器317還能夠顯示各種控制值。
遮罩修正裝置300具有沉積氣體供給部318和蝕刻氣體供給部319。
沉積氣體供給部318能夠向光罩315上供給沉積用的氣體，在照射離子束的同時，照射炭素系氣體或矽烷類氣體或含有鎢等的金屬的碳類化合物氣體等的沉積氣體，從而能夠在光罩315上形成碳、氧化矽和鎢等的各種膜。
蝕刻氣體供給部319能夠向光罩的缺陷供給碘等的鹵素類的蝕刻用氣體，在供給蝕刻用氣體的同時照射氮離子束，從而與未導入蝕刻用氣體的情況相比，能夠進行高速加工或僅選擇性地加工期望的材料。
參閱圖14所示的光罩315的基於氮離子束的二次電子觀察像，說明使用遮罩修正裝置300的遮罩修正方法。光罩315具有遮光圖形部321。在遮光圖形部321的一部分存在圖形的缺損部322和不要圖形323的缺陷。這種缺陷可透過事先的光罩設計資訊與完成製作的光罩表面的二次電子觀察像的比較，或透過懷疑存在缺陷的區域 的二次電子觀察像與正常區域的二次電子觀察像的比較進行檢測。缺陷位置的座標資訊、缺陷的種類和缺陷的圖像資訊等能夠儲存於遮罩修正裝置300的控制部312，或用於從外部的資訊設備獲得資訊。
此外，遮罩修正裝置300考慮缺陷的位置、大小和缺陷形態為缺損缺陷還是不要圖形缺陷的區別等，進行使得修正後的狀態為與正常區域同等情況的最佳修正方法的計算，根據該計算結果，能夠控制離子束鏡筒310、電子束鏡筒311、沉積氣體供給部318、蝕刻氣體供給部319。
此外，遮罩修正裝置300從沉積氣體供給部318向存在於光罩315的缺損部322噴射適當的沉積用氣體，並且從離子束鏡筒310照射氮離子束，能夠填補缺損部322。
此外，遮罩修正裝置300從蝕刻氣體供給部319向存在於光罩315的不要圖形323噴射蝕刻用氣體，並從離子束鏡筒310照射氮離子束，從而能夠蝕刻除去不要圖形323。另外，不會植入使光罩315的待透射區域的光透射率降低的較重離子。
如上，光罩315處於曝光時也不會轉印缺陷而能夠正常地轉印圖形的狀態。即，遮罩修正裝置300能夠正常地修正光罩315。
遮罩修正裝置300將完成修正的部位的二次電子觀察像與修正前的二次電子觀察像和正常區域的二次電子觀察像對應起來並儲存於控制部312或外部資訊設 備，能夠在修正加工後確認修正的完成情況。另外，遮罩修正裝置300能夠全自動執行上述一系列的作業。
如上，透過具有上述實施例3的銥針尖1的氣體場致電離離子源70而能夠形成氮聚焦離子束的本實施例的遮罩修正裝置300在習知技術中並不存在，根據該遮罩修正裝置300，與習知的基於鎵聚焦離子束的遮罩修正相比，不會植入使光罩315的透射部分的光透射率降低的離子，能夠實現更為細微的加工。
此外，與習知的基於電子束的遮罩修正相比，還能正確對應與基底玻璃基板組成接近的遮光膜，能夠擴大可修正的遮罩材料的選項。
進而，與習知的使用氦場致電離離子源的遮罩修正相比，既能夠保持同等的最小加工尺寸，又能提升加工速度，擴大可修正的遮罩材料的選項。而且，氣體場致電離離子源70本身使用上述實施例3的銥針尖1，因此能夠實現長時間穩定的束形成，同時還能夠在長時間內穩定且高精度地進行遮罩修正。
另外，本發明的技術的範圍不限於上述實施方式，還包含在不脫離本發明主旨的範圍內對上述實施方式施加各種變更的情況。即，上述實施方式的結構僅為一例，能夠進行適當變更。

Claims (17)

  1. 一種銥針尖，係在氮氛圍中經由重塑所製作出，其中，在銳化過的〈210〉方位的單晶的末端部具有角錐結構，該角錐結構具有1個{100}結晶面作為多個錐面中的任意一個面，具有1個{111}結晶面作為多個錐面中的任意一個面，具有透過1個{100}結晶面和2個{111}結晶面包圍的〈210〉方位的末端。
  2. 如請求項1的銥針尖，其中，前述角錐結構具有僅透過1個銥原子形成的末端。
  3. 如請求項1的銥針尖，其中，將形成前述角錐結構的前述末端的前述1個銥原子作為第1層，前述第1層的正下方的第2層具有位於三角形的頂點的3個銥原子，前述第2層的正下方的第3層具有位於三角形的頂點和邊的6個銥原子。
  4. 一種氣體場致電離離子源，具有作為釋放離子束的發射器之銥針尖，該銥針尖在銳化過的〈210〉方位的單晶的末端部具有角錐結構，該角錐結構具有1個{100}結晶面作為多個錐面中的任意一個面；該氣體場致電離離子源具有：離子源室，其係收容前述發射器；氣體供給部，其係向前述離子源室供給待離子化的氣體；導出電極，其係使前述氣體離子化以產生前述氣體的離子，並且施加用於將前述氣體的離子從前述發射器導出 的電壓；以及溫度控制部，其係冷卻前述發射器。
  5. 如請求項4的氣體場致電離離子源，其中，前述氣體的主成分為氫、氮、氧、氦、氖、氬、氪和氙中的至少一種氣體或前述至少一種氣體的混合。
  6. 如請求項4的氣體場致電離離子源，其中，前述氣體的主成分為氮。
  7. 如請求項6的氣體場致電離離子源，其中，作為前述氣體的主成分的氮的純度在99%以上。
  8. 一種聚焦離子束裝置，具有：如請求項4至7中任1項的氣體場致電離離子源；以及控制機構，其透過前述氣體場致電離離子源產生的前述氣體的離子形成聚焦離子束，並向試樣照射前述聚焦離子束，進行前述試樣的照射區域的觀察、加工和分析中的至少一個處理。
  9. 一種電子源，具有作為釋放電子的針尖之銥針尖，該銥針尖在銳化過的〈210〉方位的單晶的末端部具有角錐結構，該角錐結構具有1個{100}結晶面作為多個錐面中的任意一個面；具有導出電極，其產生前述電子，並且施加用於將前述電子從前述針尖導出的電壓。
  10. 一種電子顯微鏡，具有： 如請求項9的電子源；以及控制機構，其透過前述電子源產生的前述電子形成電子束，並且向試樣照射前述電子束，進行前述試樣的細微區域的觀察和計量中的至少一個處理，其特徵為：該電子顯微鏡是掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和掃描透射電子顯微鏡中的至少某種電子顯微鏡。
  11. 一種電子束應用分析裝置，具有：如請求項9的電子源；以及控制機構，其透過前述電子源產生的前述電子形成電子束，並且向試樣照射前述電子束，進行前述試樣的觀察、計量和分析中的至少一個處理。
  12. 如請求項11的電子束應用分析裝置，其中，該電子束應用分析裝置是電子束顯微分析儀和歐傑電子能譜裝置中的至少某種電子束應用分析裝置。
  13. 一種離子電子複合束裝置，具有：如請求項4至7中任1項的氣體場致電離離子源和如請求項9的電子源中的至少一個；以及控制機構，其將聚焦離子束和電子束向試樣上的大致同一部位照射：至少滿足以下某種情況、即前述聚焦離子束是從前述氣體場致電離離子源獲得的聚焦離子束以及前述電子束是從前述電子源獲得的電子束。
  14. 一種掃描探針顯微鏡，具有作為探針的銥針尖，該銥針尖在銳化過的 〈210〉方位的單晶的末端部具有角錐結構，該角錐結構具有1個{100}結晶面作為多個錐面中的任意一個面；具有控制機構，其在使前述探針接近試樣表面的狀態下進行掃描，從而計量前述試樣表面的原子級別的形態和狀態。
  15. 如請求項14的掃描探針顯微鏡，其中，該掃描探針顯微鏡是掃描隧道顯微鏡和掃描原子間力顯微鏡中的至少某種掃描探針顯微鏡。
  16. 一種遮罩修正裝置，具有：如請求項4至7中任1項的氣體場致電離離子源；以及控制機構，其透過前述氣體場致電離離子源產生的前述氣體的離子形成聚焦離子束，並且透過前述聚焦離子束修正光罩的缺陷部。
  17. 如請求項16的遮罩修正裝置，其中，前述聚焦離子束是氮離子束。
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