(57)【要約】      （修正有）【課題】液体金属イオン源のエミッションを安定して維持することができる集束イオンビーム装置の制御装置を提供する。【解決手段】ＬＭＩＳ３１から荷電粒子線２を引き出す引出電極３２と、ＬＭＩＳ３１と引出電極３２の間に引出電圧Ｖｅｘｔを印加する引出電源２７の間に制限抵抗２８を設け、制限抵抗２８の抵抗値Ｒｏと引出電源２７の出力電圧ＶｅｘｔとＬＭＩＳ３１から引き出された荷電粒子線２のエミッション電流Ｉｅとを用いて、ＬＭＩＳの状態の評価値としての状態判別電圧値Ｖｏｘ＝Ｖｅｘｔ−Ｉｅ×Ｒｏを算出し、状態判別電圧値が予め定めた状態判別電圧範囲外の場合は、ＬＭＩＳの状態を回復するためにフラッシングを行う。【選択図】図１
2010129253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属イオン源と、
前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、
前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、
前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗と、
前記制限抵抗の抵抗値Ｒｏと前記引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ｉｅとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Ｖｏｘ＝Ｖｅｘｔ−Ｉｅ×Ｒｏを算出する判別値演算手段と、
前記状態判別電圧値が予め定めた状態判別電圧範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行う回復処理手段とを備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
液体金属イオン源と、
前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、
前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、
前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗と、
前記制限抵抗の抵抗値Ｒｏと前記引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ｉｅとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Ｖｏｘ＝Ｖｅｘｔ−Ｉｅ×Ｒｏを算出する判別値演算手段と、
予め定めた状態判別基準電圧値Ｖｏｘ０と前記状態判別電圧値Ｖｏｘとの差分を算出する差分演算手段と、
前記差分演算部で算出した差分が予め定めた前記状態判別差分範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行う回復処理部とを備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項３】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記回復処理前に算出された状態判別電圧値Ｖｏｘ１と前記回復処理後に算出された状態判別電圧値Ｖｏｘ２とを記憶する記憶手段と、
前記状態判別電圧値Ｖｏｘ１と前記状態判別電圧値Ｖｏｘ２の差分を算出する前後差分演算手段とをさらに備え、
前記回復処理部は、前記差分が予め定めた状態判別差分範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理行うことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項４】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態判別電圧値Ｖｏｘは、前記エミッション電流Ｉｅと前記引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔの関係においてエミッション電流Ｉｅ＝０に外挿したときの電圧であって、
前記エミッション電流Ｉｅ、出力電圧Ｖｅｘｔ、及び比例定数Ｍ≒１／Ｒｏの関係がＩｅ＝Ｍ×（Ｖｅｘｔ−Ｖｏｘ）を満たすように前記制限抵抗の抵抗値Ｒｏを定めたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項５】
請求項２記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態回復処理を少なくとも２回実行した後に状態判別電圧値Ｖｏｘ３を演算し、前記状態判別基準電圧値Ｖｏｘ０を前記状態判別電圧値Ｖｏｘ３に更新することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項６】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記液体金属イオン源を加熱する加熱手段をさらに備え、
前記状態回復処理は、前記加熱手段により前記液体金属イオン源を一時的に高温にするフラッシングであることを特徴とする集束イオンビーム。
【請求項７】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態回復処理は、前記引出電源の引出電圧を一時的に大きくしてエミッション電流を一時的に大電流とする大電流照射であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項８】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記状態回復処理は、エミッションの異常をオペレータに報知するエミッション警告、又は、ビーム調整の異常をオペレータに報知するビーム調整警告であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項９】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記演算部で算出した前記状態判別電圧値を表示する表示部を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１０】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記液体金属イオン源は、ガリウム液体金属イオン源であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１１】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線の照射を制限するビーム制限絞りを備え、
前記ビーム制限絞りは、ガリウム及びタングステンを用いて形成されたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１２】
液体金属イオン源と、前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗とを備えた集束イオンビーム装置の制御方法であって、
前記制限抵抗の抵抗値Ｒｏと前記引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ｉｅとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Ｖｏｘ＝Ｖｅｘｔ−Ｉｅ×Ｒｏを算出し、前記状態判別電圧値が予め定めた状態判別電圧範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行うことを特徴とする集束イオンビーム装置の制御方法。
【請求項１３】
液体金属イオン源と、前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗とを備えた集束イオンビーム装置の制御方法であって、
前記制限抵抗の抵抗値Ｒｏと前記引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ｉｅとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Ｖｏｘ＝Ｖｅｘｔ−Ｉｅ×Ｒｏを算出し、予め定めた状態判別基準電圧値Ｖｏｘ０と前記状態判別電圧値Ｖｏｘとの差分を算出し、前記差分が予め定めた前記状態判別差分範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行うことを特徴とする集束イオンビーム装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ：Liquid Metal Ion Source）を用いた集束イオンビーム装置及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細く絞った高エネルギーの荷電粒子線（例えば集束イオンビーム）を用いた試料の加工が盛んに行われるようになっている。そのような試料の加工技術としては、荷電粒子源（液体金属イオン源）から放射された荷電粒子線を細く絞って試料に照射することにより、その試料の微細加工を行う技術が知られている（特許文献１等参照）。また、荷電粒子線の安定供給のため、荷電粒子源（液体金属イオン源）からのイオン放射（エミッション）の安定化を図る技術が知られている（特許文献２等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３３５５４８４６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、液体金属イオン源と引出電極の間に引出電圧を印加して荷電粒子を引き出しており、所定の引出電圧の範囲内においてエミッション電流が所定の値になるかどうかでイオン放出（エミッション）状態の良否を判定している。
【０００５】
しかしながら、引出電圧とエミッション電流の関係のみを用いたエミッション状態の良否判断ではＬＭＩＳの状態などを考慮していないので、エミッション状態の把握が必ずしも十分であるとは言えず、エミッション電流が少ない状態で使用した場合には、エミッションが不安定となる恐れがあった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、液体金属イオン源のエミッションを安定して維持することができる集束イオンビーム装置の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
液体金属イオン源と、前記液体金属イオン源から荷電粒子線を引き出す引出電極と、前記液体金属イオン源と前記引出電極の間に引出電圧を印加する引出電圧源と、前記引出電極と前記引出電圧源の間に設けられた制限抵抗と、前記制限抵抗の抵抗値Ｒｏと前記引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔと前記液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ｉｅとを用いて、前記液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Ｖｏｘ＝Ｖｅｘｔ−Ｉｅ×Ｒｏを算出する演算部と、前記状態判別電圧値が予め定めた状態判別電圧範囲外の場合は、前記液体金属イオン源の状態を回復するための状態回復処理を行う回復処理部とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、液体金属イオン源のエミッションを安定して維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
本実施の形態においては
図１は、本実施の形態の集束イオンビーム装置の全体構成を示す図である。
【００１１】
図１において、本実施の形態の集束イオンビーム装置は、真空容器１と、真空容器１内に配置され荷電粒子線２を照射するイオン銃３と、イオン銃３から下流側（後述の試料６側）に照射された荷電粒子線（イオンビーム）２を制限し、その絞りを可変することができる可変対物絞りである対物絞り４と、対物絞り４を通過したイオンビーム２を偏向制御する偏向器５と、偏向器５を通過したイオンビーム２を細く絞って試料台（図示せず）上に載置された試料６に照射する対物レンズ７と、イオンビーム２の照射により試料６から放出される信号８を検出する信号検出器９とを備えている。
【００１２】
イオン銃３は、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ：Liquid Metal Ion Source）３１と、液体金属イオン源（以下、ＬＭＩＳと記載する）３１からイオンビーム２（イオン）を引き出す引出電極３２と、引出電極３２に設けられ、イオンビーム２のビーム広がりを制限するビーム制限アパーチャ３３と、ビーム制限アパーチャ３３を通過したイオンビーム２（イオン）を加速するアース電極３４とを備えている。
【００１３】
また、本実施の形態の集束イオンビーム装置は、真空容器１にゲートバルブ１１を介して接続され、真空容器１の排気を行う真空排気装置１０と、真空容器１に接続され真空容器１の排気を行うイオンポンプ１２と、イオン銃３に電力を供給する高電圧電源部２０と、集束イオンビーム装置全体の動作を制御する制御部４０とを備えている。
【００１４】
高電圧電源部２０は、接地されたアース電極２１と、ＬＭＩＳ３１と引出電極３２の間にＬＭＩＳ３１からイオンビーム２（イオン）を引き出すための引出電圧を印加する引出電源２７と、引出電源２７と引出電極３２の間に設けられた制限抵抗２８と、アース電極２１とＬＭＩＳ３１の間にイオンビーム２（イオン）を加速するための加速電圧を印加する加速電源２４と、ＬＭＩＳ３１を加熱するための電圧を印加する加熱電源２９と、これらの高電圧電源部２０の構成要素を接続する高電圧ケーブル２２，２５と、高電圧ケーブル２２，２５とＬＭＩＳ３１及び引出電極３２をそれぞれ接続する高電圧接続部２３，２６とを備えている。ここで、制限抵抗２８の抵抗値Ｒｏ（以下、適宜、制限抵抗Ｒｏと記載する）は、例えば３００ＭΩであり、Ｒｏ＞＞１／ｍ（＝７ＭΩ）を満たす抵抗値を有している（後述）。
【００１５】
図２は、イオン銃３におけるＬＭＩＳ３１の構成を示す図である。
【００１６】
図２において、ＬＭＩＳ３１、例えば、ガリウム液体金属イオン源（ＧａＬＭＩＳ）は、先端が円錐状の針状エミッタ３５と、Ｇａを溜めるリザーバ３６と、針状エミッタ３５及びリザーバ３６内のＧａを通電加熱するフィラメント３７と、フィラメント３７に接続された通電端子３８と、通電端子３８を固定する碍子ベース３９とを備えている。針状エミッタ３５、リザーバ３６及びフィラメント３７は、例えば、タングステン（Ｗ）により形成されている。また、リザーバ３６内にはガリウム（Ｇａ）が充填されている。
【００１７】
図３は、制御部４０の機能の概要を示すブロック図である。
【００１８】
図３において、制御部４０は、収束イオンビーム全体の動作を制御するものであり、制限抵抗の抵抗値Ｒｏと引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔと液体金属イオン源から引き出された荷電粒子線のエミッション電流Ｉｅとを用いて、液体金属イオン源の状態の評価値としての状態判別電圧値Ｖｏｘ等を算出する演算部４１と、それら状態判別電圧値Ｖｏｘなどの各種データを記憶する記憶部４２と、状態判別電圧値Ｖｏｘなどの各種データや各種警告などを表示する表示部４３とを備えている。
【００１９】
次に、本実施の形態の集束イオンビーム装置の動作原理を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（１）放射角電流密度
ＬＭＩＳ３１の放射角電流密度Ｊωは、エミッション（プロファイル）分布である。以下、放射角電流密度Ｊωについて説明する。
【００２１】
図４は、ＬＭＩＳ３１から一定距離下流側に蛍光板を配置し、荷電粒子線２を照射した場合の照射範囲（エミッション範囲）をエミッション電流Ｉｅを変化させて測定したときの測定結果を示す図である。
【００２２】
図４において、左側からエミッション電流Ｉｅ＝２ｕＡ、５ｕＡ、８ｕＡ、１０ｕＡの場合のエミッション範囲をそれぞれ示しており、そのエミッションの範囲はエミッション電流Ｉｅが大きくなるに従って広くなる。
【００２３】
図５は、上述したエミッション電流と（エミッションの）半開口角の関係を示す図であり、縦軸はＬＭＩＳ３１から見たエミッションの半開口角α（°）を、横軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）をそれぞれ示している。
【００２４】
図５からわかるように、エミッションの半開口角αは、エミッション電流Ｉｅ＝２ｕＡ〜３．２ｕＡの間では半開口角α＝１１°〜１５°（０．１９ｒａｄ〜０．２６ｒａｄ）である。
【００２５】
図６は、エミッション電流Ｉｅと放射角電流密度Ｊωの関係を示す図である。図６において、横軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）を示しており、縦軸はエミッション電流Ｉｅ＝３．２ｕＡの場合の放射角電流密度Ｊω（３．２ｕＡ）と各エミッション電流Ｉｅの場合の電流密度Ｊωの比を示している。なお、対物絞り４の直径を３００ｕｍとし、その対物絞り４を通過したビーム電流Ｉｂを測定した。
【００２６】
図６において、例えば、エミッション電流がＩｅ＝３．２ｕＡからＩｅ＝２．２ｕＡに変化する、すなわち、エミッション電流が１ｕＡ減少すると、放射角電流密度比Ｊω／Ｊω（３．２ｕＡ）が１から約０．９２に変化する。ビーム電流Ｉｂは放射角電流密度Ｊωに比例するので、エミッション電流Ｉｅ＝３．２ｕＡのときのビーム電流Ｉｂと比較して、エミッション電流Ｉｅ＝２．２ｕＡのときのビーム電流Ｉｂは約０．９２倍になる。
【００２７】
図７は、エミッション電流Ｉｅとビーム電流Ｉｂの関係を示す図であり、横軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）の対数表示を、縦軸はビーム電流Ｉｂ（ｎＡ）をそれぞれ示している。
【００２８】
図７からわかるように、Ｉｂ∝ｌｎ（Ｉｅ）、すなわち、ビーム電流Ｉｂがエミッション電流Ｉｅの対数にほぼ比例する。
【００２９】
また、放射角電流密度Ｊωは、対物絞り（アパーチャ）を通過したビーム電流Ｉｂを測定して求めるので、そのアパーチャがつくる立体角は同じである。したがって、ビーム電流Ｉｂ＝（放射角電流密度Ｊω×アパーチャが作る立体角）∝放射角電流密度Ｊω、すなわち、Ｉｂ∝Ｊωである。したがって、近似的に、軸上の放射電流密度Ｊω、エミッション電流Ｉｅ及びビーム電流Ｉｂは、Ｊω∝Ｉｂ∝ｌｎ（Ｉｅ）の関係となる。
【００３０】
（２）放射イオン（放射ビーム）のエネルギーの拡がり（ΔＥ）
図８は、ＧａＬＭＩＳを用いた場合のエミッション電流Ｉｅに対する放射ビームのエネルギーの拡がりΔＥを示す図であり、横軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）を、縦軸は放射ビームのエネルギーの拡がりΔＥをそれぞれ対数表示している。
【００３１】
また、図９は、エミッション電流Ｉｅに対するＪω／ΔＥ＾２の変化を示す図であり、横軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）を、縦軸はＪω／ΔＥ＾２の対数をそれぞれ示している。図９におけるＪω／ΔＥ＾２を変数φを用いてφ∝Ｊω／ΔＥ＾２とすると、エミッション電流Ｉｅ＝２ｕＡ付近において、φが最大値付近になることがわかる。
【００３２】
（２−１）変数φの物理的意味
ここで、変数φの物理的意味について検討する。イオンビーム２のビーム径ｄは、ｄ＾２＝（ｄ０×Ｍ）＾２＋（０．５×Ｃｓ×α＾３）＾２＋（Ｃｃ×ΔＥ／Ｖａ×α）＾２の関係式で求まる。ＧａＬＭＩＳを用いた場合のエネルギーの拡がりΔＥは、ΔＥ＞５ｅＶであるので、色収差項（Ｃｃ×ΔＥ／Ｖａ×α）に注目すると、Ｉｂ＝Ｊω×π×αｇ＾２の関係から求まるαｇ＝（Ｉｂ／π／Ｊω）＾０．５の関係、及びα＝αｇ／Ｍαの関係より、ΔＥ×α＝ΔＥ×（Ｉｂ／π／Ｊω）＾０．５／Ｍα＝（Ｉｂ／π／φ）＾０・５／Ｍαが求められる。この関係式から、変数φが大きければΔＥ×αが小さくなることがわかる。これは、変数φが最大値付近となるエミッション電流Ｉｅ＝２．２ｕＡが、色収差の影響が最小値（極小値）となる条件であることを示している。
（３）Ｉｅ＿Ｖ特性（液体金属イオン源の動作の検討）
図１０は、エミッション電流の変化ΔＩｅと引出電源から出力される出力電圧Ｖｅｘｔの関係を示す図である。図１０において、横軸はΔＶ／Ｖｏ＾（３／２）の対数を、縦軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）の対数をそれぞれ示している。
【００３３】
図１０は両対数で表されており、また、横軸に対して傾きが１であることから、次式が導かれる。
【００３４】
【数１】
2010129253.tif 000003
【００３５】
上記式１から、∂Ｉｅ／∂Ｖ＝ｍ’＝一定であるので、下記の関係が求められる。
【００３６】
【数２】
2010129253.tif 000004
【００３７】
ここで、チャイルド・ラングミュアの法則（Child-Langmuir Law）を考える。この法則は平行平板（例えば、間隔ｄ、電位差φ）の飽和電流密度Ｊを表すものであり、次式で表される。
【００３８】
【数３】
2010129253.tif 000005
【００３９】
上記式２が示しているのは、空間電荷効果により最大電流密度が制限されているということである。したがって、上記式１から導いたＩｅ∝（Ｖｏ）＾（３／２）の関係は、ＬＭＩＳ３１のエミッションにおいては空間電荷効果（後述）が働いていることを示している。
【００４０】
図１０において、エミッション電流Ｉｅ≒１．１ｕＡ以下では、エミッション電流Ｉｅはパルス放射になり不安定となる。一方、エミッション電流Ｉｅ＞１．１ｕＡでは、エミッション電流Ｉｅは安定した連続放射となる。これは、Ｉｅ＞１．１ｕＡでは空間電荷効果によりエミッションが制限されて安定な連続放射になるためであり、したがって、Ｉｅ≒１．１ｕＡが空間電荷効果の働く臨界点であることがわかる。なお、空間電荷効果が働かない状態では連続放射にならず（パルス放射となり）エミッションが不安定となる。
【００４１】
（３−１）電界蒸発と空間電荷効果
電界蒸発と空間電荷効果について説明する。
【００４２】
まず、ＬＭＩＳ（Liquid Metal Ion Source）のエミッション動作原理の概略について説明する。針状エミッタの先端が円錐状（後の図１２参照）であるため先端ほど軸方向の電界勾配が強くなる。針状エミッタの先端付近の液体金属（例えば、ガリウム（Ｇａ））は、電界応力により、電界の強いエミッタ先端に供給され点頂点の円錐状になる。つまり、液体金属は先端では円錐を形成し、その頂点はＶ／Å程度の強電界になるため、イオン化ポテンシャルが下がり電子を失ってイオン化し易くなる。従って、Ｖ／Å程度の強電界においてはイオンが真空中に飛び出しイオン流が発生する。例えば、ＧａＬＭＩＳを用いた場合には、このイオン放出に伴いＧａイオンの放出量に見合う液体金属（Ｇａ）を供給する必要があるが、Ｇａは流体的に振舞うため圧力勾配が生じ、連続流体の表層流が生じる。この流れは、表面張力に起因するポアゼイユ流であるため表面張力の変化で流量が変化する。
【００４３】
また、純粋なガリウム（Ｇａ）は、清浄なタングステンに対して濡れ性が良く、タングステン（Ｗ）に細い溝がある場合には、表面張力による毛細管現象により溝を通して拡散する。針状エミッタ３５としては、タングステン（Ｗ）材で成形し、で軸方向に細い縦溝を設けた構成が知られており、これによりリザーバ内のＧａを表面張力の毛細管現象で上記の溝を通して拡散させ、エミッタ先端付近まで供給することができる。
【００４４】
Ｇａイオンの放出量に見合うＧａの供給が行われれば、エミッションは安定するが、液体金属（Ｇａ）の表面張力が変化すると供給量が変わり、エミッションが変化する。
【００４５】
図１１はＬＭＩＳ先端の物理現象を模式的に示す図であり、図１２はＬＭＩＳ先端のＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）画像を示す図である。
【００４６】
図１２に示すような円錐状のＬＭＩＳ先端（針状エミッタ３５の先端）におけるエミッション時のイオン放出点の大きさ、及び形状の観察結果としては、例えば、図１１に示すように、エミッション電流Ｉｅ＝１０ｕＡにおいて半径１５Å、つまり、直径３０Å（＝３ｎｍ）であるものが知られている。この観察結果からイオン放出面の大きさＡｏ＝０．７×π×ｒｏ＾２、電流密度ｊ＝ｉ／Ａｏとし、その電流密度ｊを求めるとｊ＝１０＾１２（Ａ／ｍ＾２）であるため、大きな空間電荷効果が働いている。
【００４７】
一方、静電的に円錐先端の曲率をｒｏと定義して電解強度Ｆｏを求めると、Ｆｏ＝２．３２Ｖｏ／（（ｈ＾０．５）（ｒｏ＾０．５））となり、Ｖｏ＝１０ｋＶ、ｈ＝１ｍｍ、ｒｏ＝２０Åと仮定すると、Ｆｏ＝１．６×１０＾１０（Ｖ／ｍ）となる。しかし、この計算においては空間電荷の影響が無く現実の現象と合わない。
【００４８】
イオンの電界蒸発に必要な電界は約１５Ｖ／ｎｍである。電界応力と表面張力のバランスから先端の電界Ｅｏは、Ｅｏ＝２（γ／（εｏ×ｒｏ））＾０．５とし、ｒｏ＝１．５ｎｍとすると、Ｅｏ＝１５Ｖ／ｎｍとなり、現実の現象と良く一致する。また、放出イオンの空間電荷効果による電界緩和を考慮してＬＭＩＳ先端の電界Ｅｏを求めると、エミッション閾値電圧Ｖｏｃ＝６ｋＶ、エミッション電流Ｉｅ＝１ｕＡとして、Ｅｏ／Ｆｏ≒１／５となる。電界蒸発に必用な電界はＥｏ＝１５Ｖ／ｎｍであるから、イオン放出前のＦｏはＥｏの５倍程度となり、エミッション閾値電圧Ｖｏｃ＝６ｋＶ程度であるＬＭＩＳにおいては、エミッション電流Ｉｅ＝１ｕＡであってもＦｏの１／５程度に緩和されＥｏ≒１５Ｖ／ｎｍにならなければならない。
【００４９】
ここで、エミッション電流が増えても電界、或いはイオンの放出速度が変わらないとすると、イオン放出面が増加して、Ｆ＝Ｖ／（β×ｒｏ）と書ける（βは形状因子）。エミッション電流が増加しても内部圧力は同じ（つまり、電界は同じ）であるので、β×ｒｏ＝一定である。したがって、曲率ｒｏが増加すると、βが減少、つまり、ＬＭＩＳ先端が伸びるということが言える。一般に、放出点においては、空間電荷効果が強く働き、エミッションの増加に伴い放出点が伸びることが知られている。
【００５０】
（４）Ｉｅ＿Ｖ特性と制限抵抗の抵抗値Ｒｏの関係
Ｉｅ＿Ｖ特性の変化とエミッション変化は、実験的に求めるとエミッション電流Ｉｅと引出電源２７の出力電圧Ｖｅｘｔの関係においてエミッション電流Ｉｅ＝０に外挿したときの電圧を状態判別電圧値Ｖｏｘとして、次の関係がある。
【００５１】
【数４】
2010129253.tif 000006
【００５２】
上記式４の変分は以下の式により求められる。
【００５３】
【数５】
2010129253.tif 000007
【００５４】
【数６】
2010129253.tif 000008
【００５５】
【数７】
2010129253.tif 000009
【００５６】
したがって、上記式７からＩｅ＿Ｖ特性の傾きが変化するとエミッションが変わる。
【００５７】
（４−１）制限抵抗（フィード・バック抵抗）
ここで、エミッション安定化のために引出電極３２と引出電源２７の間に挿入して用いる制限抵抗２８（フィード・バック抵抗）について検討する。
【００５８】
制限抵抗２８の抵抗値がＲｏ、エミッション電流がＩｅであるとき、ＬＭＩＳ３１に実際に印加される引出電圧Ｖｅ（以下、引出電圧Ｖｅと記載する）と引出電源２７の出力電圧（表示値）Ｖｅｘｔ（以下、出力電圧Ｖｅｘｔと記載する）の関係は、次式により表される。
【００５９】
【数８】
2010129253.tif 000010
【００６０】
上記式８において、エミッション電流Ｉｅが変化した場合の電圧変化の割合は、次式により求められる。
【００６１】
【数９】
2010129253.tif 000011
【００６２】
例えば、ＧａＬＭＩＳにおけるＩｅ＿Ｖ特性では、引出電圧Ｖｅが１０Ｖ変化（増加）するとエミッション電流Ｉｅが１．５ｕＡ変化（増加）する。したがって、下記の式が成り立つ。
【００６３】
【数１０】
2010129253.tif 000012
【００６４】
上記式１０において、制限抵抗Ｒｏ＝３００ＭΩ（＞＞７ＭΩ）とすると、次式が成り立つ。
【００６５】
【数１１】
2010129253.tif 000013
【００６６】
上記式１１からわかるように、制限抵抗Ｒｏの制限抵抗を用いた測定系のＩｅ＿Ｖ特性は出力電圧Ｖｅｘｔに対して傾き１／Ｒｏで略一致する。
【００６７】
また、Ｉｅ＿Ｖ特性を引出電圧Ｖｅで表した場合の傾きをｍ、出力電圧Ｖｅｘｔで表した場合の傾きをＭとすると、次式が成り立つ。
【００６８】
【数１２】
2010129253.tif 000014
【００６９】
上記式１２において、１／ｍをフロー・インピーダンスと呼ぶ。式１２において、ｍ＞＞Ｍであるから、Ｍ≒１／Ｒｏとすることができる。すなわち、抵抗値Ｒｏの制限抵抗２８を含む測定系のＩｅ＿Ｖ特性における傾きＭは、Ｍ≒１／Ｒｏである。
【００７０】
ここで、上記式８において、出力電圧Ｖｅｘｔを固定して変分を求めると、下記のように表される。
【００７１】
【数１３】
2010129253.tif 000015
【００７２】
【数１４】
2010129253.tif 000016
【００７３】
上記式１４において、エミッション電流の変動ΔＩｅ／Ｉｅを小さく抑える（抑制する）には、傾きｍを大きくする、又は、制限抵抗Ｒｏを大きくすれば良いことが分かる。なお、傾きｍはＬＭＩＳの個体差により異なるが、通常は傾きｍの値が略一定になるように作製したＬＭＩＳを用いる。
【００７４】
本実施の形態における制限抵抗２８の抵抗値Ｒｏは、例えば３００ＭΩであり、Ｒｏ＞＞１／ｍ（＝７ＭΩ）を満たす抵抗値を有している。
【００７５】
（４−２）Ｉｅ＿Ｖ特性の検討
制限抵抗（抵抗値Ｒｏ）を用いた測定系によるＩｅ＿Ｖ特性の測定結果を図１３を参照しつつ説明する。
【００７６】
図１３は、抵抗値Ｒｏを変えた場合の出力電圧Ｖｅｘｔとエミッション電流Ｉｅの関係を示す図である。図１３において、横軸は出力電圧Ｖｅｘｔ（ｋＶ）を、縦軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）をそれぞれ示している。また、図１３中には、制限抵抗Ｒｏ＝０ＭΩ，１０ＭΩ，３００ＭΩの場合のＩｅ＿Ｖ特性をそれぞれ示している。
【００７７】
図１３において、制限抵抗Ｒｏ＝０ＭΩの場合のＩｅ＿Ｖ特性は、Ｖｅｘｔ＝ｘ（ｕＡ）、Ｉｅ＝ｙ（ｋＶ）とおくと、近似式ｙ＝９２．６５４ｘ−６８３．１８で表される。同様に、制限抵抗Ｒｏ＝１０ＭΩの場合の近似式はｙ＝６２ｘ−４６１．１で表され、制限抵抗Ｒｏ＝３００ＭΩの場合の近時式はｙ＝３．２４３ｘ−２３．９１で表される。また、制限抵抗Ｒｏ＝１０ＭΩ，３００ＭΩの場合のそれぞれの近似式の傾きは、各軸の単位を考えて計算するとそれぞれ約１／３００（１／ＭΩ）、及び約１／１７（１／ＭΩ）である。
【００７８】
各制限抵抗Ｒｏにおいて、出力電圧Ｖｅｘｔを０ｋＶ（エミッション無しの状態）から徐々に高くした場合に、最初にエミッションが出たときの引出電圧を閾値電圧Ｖｏｃとする。制限抵抗Ｒｏ＝３００ＭΩの場合のＩｅ＿Ｖ特性において、閾値電圧Ｖｏｃ＝８．０２ｋＶである。また、制限抵抗Ｒｏ＝１０ＭΩの場合は閾値電圧Ｖｏｃ≒７．６５ｋＶである。
【００７９】
また、エミッションが出ている状態から出力電圧Ｖｅｘｔを徐々に低くした場合に、エミッションが連続放射からパルス放射に変わるときの引出電圧を下限閾値電圧Ｖｏｏとする。制限抵抗Ｒｏ＝３００ＭΩの場合のＩｅ＿Ｖ特性において、下限閾値電圧Ｖ１≒７．７５ｋＶである。また、制限抵抗Ｒｏ＝１０ＭΩの場合は下限閾値電圧Ｖ１≒７．５５ｋＶである。例えば、ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）による撮像時に下限閾値電圧Ｖ１となると、その撮像画面に黒い筋が出始める。
【００８０】
制限抵抗Ｒｏ＝０の場合のＩｅ＿Ｖ特性においては、出力電圧Ｖｅｘｔ（≒引出電圧Ｖｅ）が１００Ｖ変化するとエミッション電流が約１５ｕＡ変化した。
【００８１】
図１３からわかるように、Ｉｅ＿Ｖ特性（の近似式）において、エミッション電流Ｉｅ＝０になる点に外挿した引出電圧（状態判別電圧値）Ｖｏｘは、制限抵抗Ｒｏの大きさに関係なく一致する。
【００８２】
（５）Ｉｅ＿Ｖ特性の経時変化の検討
Ｉｅ＿Ｖ特性の経時変化について図１４〜図１６を参照しつつ説明する。
【００８３】
上述したように、制限抵抗２８の抵抗値がＲｏ、エミッション電流がＩｅであるときの、ＬＭＩＳ３１に実際に印加される引出電圧（印加電圧）Ｖｅと引出電源２７の出力電圧（表示値）Ｖｅｘｔの関係は上記式８により表される。
【００８４】
図１４はＶｅ−Ｖｏｘをｘ、エミッション電流Ｉｅをｙとした場合のｘとｙの関係を示す図であり、図１５は出力電圧ＶｅｘｔをＸ、エミッション電流ＩｅをＹとした場合のＸとＹの関係を示す図である。図１４及び図１５においては、時間ｈの間にＩｅ＿Ｖ特性の傾きｍが（ｍ＋ｄｍ）に変化した場合を示している。
【００８５】
図１４及び図１５において、Ｉｅ＿Ｖ特性はそれぞれ下記の式により表される。
【００８６】
【数１５】
2010129253.tif 000017
【００８７】
【数１６】
2010129253.tif 000018
【００８８】
（５−１）ｘとｙの関係（Ｖｅ−Ｖｏｘ＝ｘ、Ｉｅ＝ｙ）の検討
上記式１５を全微分すると、ｄｙ＝ｄｍ×ｘ＋ｍ×ｄｘとなる。
ｘを一定とすると上記の全微分は、ｄｙ＝ｄｍ×ｘと表され、これは図１４のΔｙ１，Δｙ２に対応している。
また、ｍを一定とすると上記の全微分は、ｄｙ＝ｍ×ｄｘと表され、これは図１４の（Δｘ１，Δｙ１）に対応している。
【００８９】
Ｉｅ＿Ｖ特性の傾きが時間ｈの間にｍから（ｍ＋ｄｍ）に変化すると、ｘ＝ｘ０においてｙ０＝ｍ×ｘ０がｙ（ｈ）＝（ｍ＋ｄｍ）×ｘ０に変化する。したがって、Δｙ１＝ｙ（ｈ）−ｙ０＝ｄｍ×ｘ０となる。これより、下記式が求められる。
【００９０】
【数１７】
2010129253.tif 000019
【００９１】
ただし、上記式１７において、Ｖｅ＝ｃｏｎｓｔである。
【００９２】
上記式１７より、引出電圧Ｖｅが一定である場合にエミッション電流Ｉｅが変化（ΔＩｅ）するのは、Ｉｅ＿Ｖ特性における傾きｍの変化（Δｍ）によることが分かる。ｄｍ＜０（Ｇａの供給が悪くなると傾きが小さくなる）のときΔＩｅは減少する。
【００９３】
ここで、エミッション電流Ｉｅをｙ（ｈ）＝（ｍ＋ｄｍ）×ｘ０からｙ０＝（ｍ＋ｄｍ）×ｘ１に変化させる（戻す）場合を考える。
【００９４】
ｙの変化に関しては、ｙ０−ｙ（ｈ）＝（ｍ＋ｄｍ）×（ｘ１−ｘ０）と表される。また、ｘに関しては、ｘ０＝Ｖ０−Ｖｏｘ、ｘ１＝Ｖ１−Ｖｏｘとすると、ｘ１−ｘ０＝（Ｖ１−Ｖｏｘ）−（Ｖ０−Ｖｏｘ）＝Ｖ１−Ｖ０と表される。従って、下記式が導かれる。
【００９５】
【数１８】
2010129253.tif 000020
【００９６】
すなわち、上記式１８によれば、エミッション電流Ｉｅをｙ（ｈ）からｙ０に変化させる（戻す）ことは、図１４の傾きｍ＋ｄｍのＩｅ＿Ｖ特性上において、エミッション電流をΔＩｅ増加させる（引出電圧をΔＶｅ増加させる）ことに相当する。
【００９７】
（５−２）ＸとＹの関係（Ｖｅｘｔ＝Ｘ、Ｉｅ＝Ｙ）に対する傾きｍの変化（ｄｍ）の影響の検討
Ｘ＝Ｖｅｘｔ、Ｉｅ＝ｙ＝Ｙ、Ｖｅ−Ｖｏｘ＝ｘを上記式８に代入すると下記式が得られる。
【００９８】
【数１９】
2010129253.tif 000021
【００９９】
Ｉｅ＿Ｖ特性の傾きが時間ｈの間にｍから（ｍ＋ｄｍ）に変化すると、Ｘを一定とした場合、傾きの変化前のＸはＸ＝（ｘ０＋Ｖｏｘ）＋Ｒｏ×Ｙ０で表され、変化後のＸはＸ＝（ｘ１＋Ｖｏｘ）＋Ｒｏ×Ｙ（ｈ）で表される。これらの差をとると、０＝（ｘ０−ｘ１）＋Ｒｏ×（Ｙ０−Ｙ（ｈ））＝−ΔＶｅ＋Ｒｏ×ΔＩｅとなる。ただし、Ｙ（ｈ）−Ｙ０＝−ΔＩｅ’とした。
【０１００】
【数２０】
2010129253.tif 000022
【０１０１】
ただし、上記式２０において、ΔＶｅｘｔ≒０である。
【０１０２】
したがって、制限抵抗Ｒｏのある場合、ΔＶｅｘｔ≒０のＩｅ＿Ｖ特性の傾きは、１／Ｒｏである。
【０１０３】
また、ｘを一定にした場合、上記式１７より下記式が求められる。
【０１０４】
【数２１】
2010129253.tif 000023
【０１０５】
上記式１８及び式２１から、ΔＶｅ＝ΔＩｅ／（ｍ＋ｄｍ）＝Ｉｅ×ｄｍ／ｍ／（ｍ＋ｄｍ）＝Ｒｏ×ΔＩｅ、ｍ＞ｄｍが求められ、上記式２０から、Ｖｅ＝Ｒｏ×ΔＩｅ’が求められる。これらの関係から下記式が求められる。
【０１０６】
【数２２】
2010129253.tif 000024
【０１０７】
【数２３】
2010129253.tif 000025
【０１０８】
また、下記式も求められる。
【０１０９】
【数２４】
2010129253.tif 000026
【０１１０】
【数２５】
2010129253.tif 000027
【０１１１】
上記式２５は、エミッション電流Ｉｅと出力電圧ＶｅｘｔのＩｅ＿Ｖ特性におけるエミッション電流の変化ΔＩｅ’を表す関係式である。
【０１１２】
上記式２５から、Ｒｏを大きくするとｄＭ≒０に近付くことが分かる。つまり、Ｒｏを大きくすることにより、ｄＭが小さくなり、ΔＩｅ’が小さくなる。
【０１１３】
このように、制限抵抗Ｒｏが大きい場合、Ｉｅ＿Ｖ特性の傾き１／Ｒｏが略一定（すなわち、ｄＭ≒０）であるので、ｘが一定（ΔＩｅ≒０）のとき、上記式１６に示した関係を含む下記式の関係が求まる。
【０１１４】
【数２６】
2010129253.tif 000028
【０１１５】
【数２７】
2010129253.tif 000029
【０１１６】
図１５に上記式２７の関係を示す。エミッション電流Ｉｅが変化（ΔＩｅ）するのはＩｅ＿Ｖ特性における傾きｍの変化（Δｍ）によるが制限抵抗Ｒｏが大きい場合ｄｍ＜０（Ｇａの供給が悪くなると傾きが小さくなる）であり、このとき次式が求まる。
【０１１７】
【数２８】
2010129253.tif 000030
【０１１８】
上記式２７から次のことがわかる。すなわち、制限抵抗Ｒｏが小さい場合Ｍがｍ（Ｒｏ＝０を含む）に近づき、フロー・インピーダンス（１／ｍ：Ｇａの供給状態の良否を表す）が経時変化して（１／ｍ）が大きく（悪く）なるとエミッション電流ＩｅがΔＩｅ減少する。
【０１１９】
一方、制限抵抗Ｒｏが大きい場合、Ｉｅ＿Ｖ特性の傾きＭの変化ΔＭ≒０であるので、エミッション電流Ｉｅの変化は、引出電圧（状態判別電圧値）Ｖｏｘの変化と出力電圧Ｖｅｘｔの変化によるが、Ｖｏｘの変化量が大きく、フロー・インピーダンス（１／ｍ：Ｇａの供給状態の良否を表す）が経時変化して（１／ｍ）が大きく（悪く）なるとエミッション電流Ｉｅが減少する。
【０１２０】
以上のようなＩｅ＿Ｖ特性の傾きの変化を図１６にまとめて示す。
【０１２１】
図１６は、制限抵抗Ｒｏの大きさの違いによるＩｅ＿Ｖ特性の傾きの変化の違いを示す図であり、縦軸はエミッション電流Ｉｅ、横軸は引出電圧Ｖｅ及び出力電圧Ｖｅｘｔをそれぞれ示している。
【０１２２】
図１６に示すようにＩｅ＿Ｖ特性の傾きの変化は、制限抵抗Ｒｏの大きさによって異なる。Ｒｏが小さい場合にフロー・インピーダンス（１／ｍ）が変化するとＩｅ＿Ｖ特性の傾きが変化（実線の位置から点線の位置に変化）し、Ｒｏが大きい場合はＶｏｘの値が変化する。
【０１２３】
（６）制限抵抗による影響の検討
以下、制限抵抗（抵抗値Ｒｏ）の各部との関係について検討する。
【０１２４】
（６−１）引出電源と制限抵抗の関係
ＧａＬＭＩＳを用いた場合のＩｅ＿Ｖ特性の傾きｍは、ＧａＬＭＩＳが清浄な状態（初期値）においては、ｍ≒０．１５（ｕＡ／Ｖ）である。
【０１２５】
制限抵抗が無い（制限抵抗Ｒｏ＝０）場合、エミッション電流Ｉｅを０．１ｕＡ単位で制御するには引出電圧Ｖｅを０．６６Ｖ単位で制御する必要がある。ＧａＬＭＩＳの引出電圧は約７ｋＶであるため、引出電圧Ｖｅの電圧設定範囲を０Ｖ〜１０ｋＶとすると、引出電源には、０．６６／１００００＝６．６×１０＾−５の電圧分解能が必用とされる。
【０１２６】
一方、制限抵抗が有る（制限抵抗Ｒｏが大きい）場合、例えば、制限抵抗Ｒｏ＝３００ＭΩとした場合には、ΔＶｅｘｔ＝Ｒｏ×ΔＩｅの関係に従ってエミッション電流Ｉｅを制御することができるので、エミッション電流Ｉｅを０．１ｕＡ単位で制御するには出力電圧Ｖｅｘｔを３０Ｖ単位で制御すれば良く、引出電源に必用とされる電圧分解能を低く抑えることができる。このとき、エミッション電流Ｉｅを１ｕＡ増加させるためには出力電圧Ｖｅｘｔを３００Ｖ増加させれば良い。また、エミッション電流Ｉｅの最大値を１０ｕＡとした場合、必要とされる出力電圧の増加はＶｅｘｔ＝３ｋＶであるので、最大出力電圧が１２ｋＶの引出電源を用いれば、最大エミッション電流１０ｕＡでＧａＬＭＩＳを駆動することができる。
【０１２７】
（６−２）エミッション安定性と制限抵抗の関係
ＧａＬＭＩＳのＩｅ＿Ｖ特性の傾きｍは、清浄な状態（初期値）においては、ｍ≒０．１５(ｕＡ／Ｖ）である。しかし、イオンビームによりビーム制限絞り３３から放出されるスパッタ粒子のＬＭＩＳ３１への付着、真空容器１内の水分子（Ｈ２Ｏ）や酸素分子（Ｏ２）の吸着や分解によるＧａの酸化、或いは、ビーム制限絞り３３から放出される２次電子による炭素（Ｃ）などのコンタミネーションなどにより、Ｇａの表面張力やＧａの融点が変化してフロー・インピーダンス（１／ｍ）が経時変化する。また、装置を停止した場合など、ＬＭＩＳ３１への印加電圧が一度０Ｖになった後にエミッションを起動すると、ＬＭＩＳ３１の先端からＧａが後退し、また、Ｇａの温度が下がり表面張力が大きくなるためＩｅ＿Ｖ特性が変化する。
【０１２８】
Ｉｅ＿Ｖ特性においては、ＬＭＩＳ３１の先端の曲率半径の変化でＶｏｘが変化し、フロー・インピーダンス（Ｇａの供給状態）の変化で傾きが変わる。フロー・インピーダンスに変化が無ければ、エミッション電流Ｉｅが増減してもＩｅ＿Ｖ特性が示す傾きｍの直線上の変化であるため、エミッション電流Ｉｅの増加がΔＩｅ＝１．５ｕＡである場合、引出電圧Ｖｅ≒１０Ｖ増加する。また、この点はＩｅ＿Ｖ特性に変化が無ければ、制限抵抗Ｒｏの有無（大きさ）に関係なくエミッション電流Ｉｅの増加がΔＩｅ＝１．５ｕＡである場合、ΔＶｅ≒１０Ｖ増加する。
【０１２９】
フロー・インピーダンスの変化Δ（１／ｍ）でエミッション電流Ｉｅが変化し、その結果、引出電圧Ｖｅが変化する（式２２参照）。Ｒｏ×ｄｍ＞１の場合には、ΔＶｅｘｔ＞ΔＶｅであり、Ｒｏ×ｄｍ≒１の場合には、ΔＶｅｘｔ≒ΔＶｅである。
【０１３０】
（６−３）ΔＩｅ及びΔＶｅと制限抵抗の関係
引出電圧Ｖｅの変化ΔＶｅは制限抵抗Ｒｏに関係なくＩｅ＿Ｖ特性の変化に応じて決まる。また、引出電圧の変化ΔＶｅは、フォーカスの変化に関係している。つまり、Ｉｅ＿Ｖ特性の変化はフォーカスの変化に関係している。
【０１３１】
イオン銃３のレンズ作用はρ＾２＝（Ｖａ／Ｖｅ）により表される。その変化Δρ＾２は、Δρ＾２＝Δ（Ｖａ／Ｖｅ）＝−（ρ＾２）×（ΔＶｅ／Ｖｅ）であるため、引出電圧Ｖｅの変化ΔＶｅにより仮想光源の位置が変わり、そのため、対物レンズ７で試料６上にフォーカスするのに必要な対物レンズ電圧（フォーカス値）が変化する。
【０１３２】
引出電圧Ｖｅは、フロー・インピーダンス（１／ｍ）が変化してエミッション電流Ｉｅが変化することにより変化する（式２２参照）。制限抵抗Ｒｏが大きい場合、フロー・インピーダンスがΔ（１／ｍ）だけ変化しても、ΔＩｅ’＝ΔＶｅ／Ｒｏ（式２０参照)であるからエミッション電流Ｉｅの変化を小さく抑えることができる。しかし、ΔＶｅは制限抵抗Ｒｏに因らず傾きの変化Δｍにより変わる（式２２参照）。
【０１３３】
ＬＭＩＳ３１に対してフラッシングを行った直後は、フロー・インピーダンス（１／ｍ）が小さく（すなわち、Ｇａの供給状態が良く）（図１６の実線）、時間が経つにつれてフロー・インピーダンス（１／ｍ）及びＶｏｘが大きくなる（図１６の点線）。
【０１３４】
Ｉｅ＿Ｖ特性が変わって、エミッションに見合うだけのＧａの供給が出来なくなる（フロー・インピーダンスが高くなる）と傾きｍが小さくなる（Δｍ＜０）ため、引出電圧Ｖｅを一定にするとエミッション電流ＩｅがΔＩｅだけ減少する（式２０参照）。このときエミッション電流Ｉｅを元に戻す（ΔＩｅだけ増加させる）には、高くなったフロー・インピーダンスの傾き１／（ｍ＋ｄｍ）に従って引出電圧ＶｅをΔＶｅだけ高くする必要がある。制限抵抗ＲｏがＲｏ＞＞１／ｍである場合、エミッション電流Ｉｅの変化ΔＩｅは、フロー・インピーダンス（１／ｍ）ではなく制限抵抗Ｒｏに従って変化するため、ΔＩｅ＝ΔＶｅ／Ｒｏ（式２０参照）で変化する。
【０１３５】
従って、制限抵抗Ｒｏを大きくするとエミッション電流Ｉｅの変化（ΔＩｅ）を小さくできる。しかし、制限抵抗Ｒｏが大きいほどΔＩｅは小さくなる一方で、エミッション電流Ｉｅの減少分を元に戻す（ΔＩｅ増加させる）には、必用な出力電圧Ｖｅｘｔの変化ΔＶｅｘｔ＝Ｒｏ×ΔＩｅ’が大きくなる。
【０１３６】
以上のように、エミッション安定性は制限抵抗Ｒｏの大きさで決まり、フォーカス安定性はフロー・インピーダンス（１／ｍ）の変化で決まる。すなわち、制限抵抗Ｒｏによってエミッション状態の安定性を向上した場合であっても、フロー・インピーダンス（１／ｍ）の変化による引出電圧Ｖｅの変化（ΔＶｅ）により光学系の条件が変わるため、フォーカスなどの安定性が低下する。
【０１３７】
ＧａＬＭＩＳの場合において、フロー・インピーダンス（Ｉｅ＿Ｖ特性）が変化しなければ、制限抵抗Ｒｏの大小によらずにエミッション及びフォーカスは安定である。
【０１３８】
Ｉｅ＿Ｖ特性の傾きは、制限抵抗Ｒｏの大きさで変わり（図１６参照）、制限抵抗Ｒｏが小さければ傾きが、制限抵抗Ｒｏが大きければ、Ｖｏｘの値が変化する。
【０１３９】
制限抵抗Ｒｏ＝３００ＭΩの場合、フロー・インピーダンスの変化でエミッション電流ＩｅがΔＩｅ≒１ｕＡ変化すると（元のエミッションに戻すための）出力電圧ＶｅｘｔはΔＶｅｘｔ≒３００Ｖになる。このとき、Ｉｅ＿Ｖ特性の傾き１／Ｒｏは変わらないとすると、ΔＶｏｘ（エミッション電流Ｉｅ＝０に外挿したときのＶｅｘｔ）≒３００Ｖである。
【０１４０】
また、エミッション閾値電圧Ｖｏｃのときのエミッション電流Ｉｅが２ｕＡの場合、Ｖｏｘの変化がΔＶｏｘ＞３００Ｖであるとエミッション電流ＩｅはＩｅ＜１ｕＡに減少する。エミッション電流ＩｅがＩｅ＜１ｕＡになると、ＬＭＩＳ３１の特性で連続放射がパルス放射に変わり、エミッションが不安定になる。このように、エミッションが不安定になった場合の一例を図１７に示す。
【０１４１】
図１７は、エミッションを測定した結果の一例を示す図である。図１７において、横軸は測定時間を示しており、右縦軸は加速電圧Ｖａｃｃ（ｋＶ）を、左縦軸は出力電圧Ｖｅｘｔ（ｋＶ）及びエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）をそれぞれ示している。図１７からは、時間の経過とともにＩｅ＿Ｖ特性が変化してエミッション電流Ｉｅが徐々に減少し、Ｉｅ≒１ｕＡでエミッションが不安定になり落ちたことがわかる。
【０１４２】
上述したように、エミッション変動を小さく抑えるには制限抵抗Ｒｏを大きくする必要がある一方で、フォーカス変動を抑えるには、制限抵抗Ｒｏではなくフロー・インピーダンス（１／ｍ）を安定にする必要がある。
【０１４３】
Ｉｅ＿Ｖ特性の傾きの変化Δｍは、イオン銃回りの構造や真空度などの条件の違いにより経時変化の様子が異なる。例えば、Ｇａ／Ｗのビーム制限アパーチャ（ガリウムとタングステンにより形成されたアパーチャ）を用いたイオン銃とタングステン（Ｗ）アパーチャを用いたイオン銃では、Ｉｅ＿Ｖ特性の経時変化が全く異なる。Ｇａ／Ｗのビーム制限アパーチャを用いたイオン銃は、Ｉｅ＿Ｖ特性の経時変化が少ない。そのため、１０時間程度の連続放射であればエミッション電流が一定であるため、定期的にフラッシングする必要がない。
【０１４４】
装置を停止して、その後、起動するとＬＭＩＳのＧａが先端から後退してイオン放出点がなくなっている。また、エミッション動作中と停止中ではＧａ温度が違い表面張力の違いなどでイオン放射と供給がバランスするＬＭＩＳ先端の形状から変化しているため、フラッシングによる初期化を必要とする。フラッシングを行うとＬＭＩＳの状態が初期化され、初期化後のＬＭＩＳの状態がエミッションを停止する前の状態に戻れば、エミッションの状態も戻る。
【０１４５】
タングステン（Ｗ）のビーム制限アパーチャを用いたイオン銃は、Ｉｅ＿Ｖ特性が徐々に変化してエミッション電流Ｉｅが対数的に経時変化する。このため、エミッションが一定になるように制御電極を設け引出電圧Ｖｅを変える。この場合、電圧制御の最大値付近になるとフラッシングを必要とし、フラッシングで制御電極の電圧を元に戻す。
【０１４６】
ＬＭＩＳの安定なエミッション放射には、引出電圧を０ｋＶから高くして最初にエミッションが出た（Ｉｅ≒２ｕＡ）時の引出電圧（エミッション閾値電圧Ｖｏｃ）に近い状態で動作するのが望ましい。この状態でエミッションを行えば、液体金属源（ＬＭＩＳ）のＧａが固化している場合、また、ＬＭＩＳの表面が酸化してフロー・インピーダンスが高くなっている場合、或いは、Ｇａが先端から後退している場合においても、少なくともフラッシングによってフロー・インピーダンス（１／ｍ）を回復できれば、エミッション状態を回復することができる。フラッシングしてもエミッションが出ないような状態にはならない。
【０１４７】
また、Ｖｏｃ付近で動作すると、φが最大値付近で使える。エミッション電流値Ｉｅ≒２ｕＡであるため、フロー・インピーダンスの経時変化を抑え、ΔＩｅを小さくするため制限抵抗Ｒｏを大きくする必要がある。このため、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）直下のビーム制限アパーチャをＧａ／Ｗアパーチャとし、更に制限抵抗Ｒｏ＝３００ＭΩとし、フラッシング機能によるＬＭＩＳの状態回復の再現性を良くする。
【０１４８】
（７）エミッション状態の測定
エミッション状態の測定結果を以下に説明する。
【０１４９】
（７−１）エミッションの起動
エミッション起動の測定結果について図１８及び図１９を参照して説明する。
【０１５０】
図１８及び図１９は、エミッション起動時（起動動作中）におけるエミッション状態を示す図である。図１８において、横軸は測定時間を示しており、右縦軸は加速電圧Ｖａｃｃ（ｋＶ）を、左縦軸は出力電圧Ｖｅｘｔ（ｋＶ）及びエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）をそれぞれ示している。また、図１９において、横軸は出力電圧Ｖｅｘｔ（ｋＶ）を、縦軸はエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）をそれぞれ示している。制限抵抗Ｒｏは大きい値（例えば、Ｒｏ＝３００ＭΩ）を用いている。また、Ｖｏｘは、エミッション電流Ｉｅ、及び出力電圧Ｖｅｘｔをリアルタイムで測定し、上記式１６（式２６）に代入して求めた。
【０１５１】
図１８において、時間１〜時間５に示す時間においてフラッシングを行った。また、時間帯Ａはエミッション起動直後（１回目のフラッシング前）であり、時間帯Ｂは５回目のフラッシング終了後である。時間帯Ａと時間帯Ｂの間には、約４時間の時間がある。
【０１５２】
図１９においては、図１８の時間帯ＡにおけるＩｅ＿Ｖ特性の測定結果、及び時間帯ＢにおけるＩｅ＿Ｖ特性の測定結果を示している。
【０１５３】
図１９に示したＩｅ＿Ｖ特性からＩｅ＝０に外挿して求めたＶｏｘは、時間帯ＡにいてはＶｏｘ（Ａ）＝７．５２ｋＶ、時間帯ＢにおいてはＶｏｘ（Ｂ）＝６．９９ｋＶであった。図１８には上記式２７にエミッション電流Ｉｅ及び出力電圧Ｖｅｘｔをリアルタイムに代入して求めたＶｏｘを表示しており、Ｖｏｘ（Ａ）＝７．５ｋＶ、Ｖｏｘ（Ｂ）＝７．０ｋＶである。
【０１５４】
図１９は、エミッション起動時（時間帯Ａ）とフラッシング終了時（時間帯Ｂ）のＩｅ＿Ｖ特性をしめしているが、エミッション起動時は、Ｉｅ＿Ｖ特性（時間帯Ａ）上の点、あるいは、Ｉｅ＿Ｖ特性（時間帯Ａ）とＩｅ＿Ｖ特性（時間帯Ｂ）から外れた特性を示していた。しかし、フラッシングするとＩｅ＿Ｖ特性（時間帯Ｂ）上の点、あるいは、その近傍の特性を示すようになった。これらの測定結果（Ｉｅ，Ｖｅｘｔ）を上記式２７に代入してＶｏｘを求めて図１９に示すと、エミッション電流Ｉｅ＝０上の点でＶｏｘ＝７．５ｋＶ、７．２ｋＶ、７〜７．１ｋＶ付近に集中している。このように、Ｖｏｘの値は、エミッション起動時は、Ｖｏｘ＝７．５ｋＶと７．２ｋＶに、フラッシング終了時はＶｏｘ＝７〜７．１ｋＶに収束することが分かる。また、Ｖｏｘが同じということはＩｅ＿Ｖ特性が同じということであり、Ｖｏｘが同じであるＩｅ＿Ｖ特性の直線上の点（Ｉｅ、Ｖｅｘｔ）にある場合は、ビームには殆ど影響しないことを示す。従って、フラッシングによってＶｏｘを所望の値に合わせると、その後エミッションを所望の値に合わせてもビーム調整に影響を与えない。
【０１５５】
なお、装置のフォーカス変化は、ＬＭＩＳ３１のフロー・インピーダンス（１／ｍ）の変化による。そこで、ＬＭＩＳ直下のビーム制限絞り３３をＧａ／Ｗアパーチャとすることにより、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）３１の液体金属の表面張力の経時変化をなくした。Ｇａ／Ｗアパーチャは、例えば、ビーム制限アパーチャをタングステン（Ｗ）により形成するとともに、ビーム制限アパーチャにおいてイオンビームが実質的に照射される領域の少なくとも一部にガリウム（Ｇａ）溜りを配置したものである。
【０１５６】
（７−２）エミッションの駆動
図２０及び図２１を用いてエミッション変化について説明する。
【０１５７】
図２０及び図２１は、測定時間とエミッション状態の関係を示す図であり、横軸は測定時間を示しており、右縦軸は加速電圧Ｖａｃｃ（ｋＶ）を、左縦軸は出力電圧Ｖｅｘｔ（ｋＶ）及びエミッション電流Ｉｅ（ｕＡ）をそれぞれ示している。また、図２０は９００分間（１５時間）のエミッションの変化を測定したものであり、図２１は図２０における測定時間８４１（分）以降の測定結果について時間軸を拡大して示す図である。図２０及び図２１において、Ｖｏｘはエミッション電流Ｉｅ及び出力電圧Ｖｅｘｔを上記式１６（式２６）に代入して求めている。
【０１５８】
図２０及び図２１において、測定開始から測定時間（１）（６００分付近）までの経時変化をみると、エミッション電流Ｉｅが徐々に減少している。また、この間にＶｏｘは徐々に増加している。
【０１５９】
測定時間（１）において、出力電圧Ｖｅｘｔを２００Ｖ増加させた。その結果、エミッション電流Ｉｅが約０．６ｕＡ増加したが、Ｖｏｘについては大きな変化はない。その後、エミッション電流Ｉｅは徐々に減少し、Ｖｏｘは徐々に増加している。これは、Ｉｅ＿Ｖ特性の傾きの変化ｄｍが略一定の割合で変化しており、その状態が出力電圧Ｖｅｘｔの変化の前後で変わっていないことを示している。
【０１６０】
測定時間（２）（８５０分付近）において、フラッシングを行った。フラッシング直前ではエミッション電流Ｉｅ＝２ｕＡ、Ｖｅｘｔ＝８ｋＶ、Ｖｏｘ＝７．４ｋＶであり、フラッシング後ではＩｅ＝３．３ｕＡ、Ｖｅｘｔ＝８ｋＶ、Ｖｏｘ＝７ｋＶである。
【０１６１】
測定時間（３）において、さらにフラッシングを行った。フラッシング後の各数値は、エミッション電流Ｉｅ＝３．２ｕＡ、Ｖｅｘｔ＝８ｋＶ、Ｖｏｘ＝７ｋＶである。
【０１６２】
測定時間（４）において、出力電圧Ｖｅｘｔ＝７．７ｋＶに下げ、エミッション電流Ｉｅ＝２．２ｕＡとした。このとき、Ｖｏｘ＝７ｋＶであり、出力電圧の変化の前後で変化しなかった。
【０１６３】
測定時間（５）において、一度エミッションを停止し、引出電圧Ｖｅｘｔ＝７．７ｋＶでエミッションを再起動した。このとき、エミッション電流Ｉｅ＝１．９ｕＡ、Ｖｏｘ＝７．１ｋＶである。
【０１６４】
測定時間（６）において、フラッシングを行った。フラッシング後の各数値は、Ｉｅ＝２．２ｕＡ、Ｖｅｘｔ＝７．７ｋＶ、Ｖｏｘ＝７ｋＶである。
【０１６５】
測定時間（７）において、さらにフラッシングを行った。フラッシング後の各数値は、Ｉｅ＝２．２ｕＡ、Ｖｅｘｔ＝７．７ｋＶ、Ｖｏｘ＝７ｋＶであり、フラッシング前後で変化しなかった。
【０１６６】
以上のように構成した本実施の形態の集束イオンビーム装置におけるエミッション制御について図２２〜図２５のフローチャートを用いて説明する。
【０１６７】
図２２は、集束イオンビーム装置の起動処理のフローチャートを示す図である。
【０１６８】
制御部４０は、まず、出力電圧Ｖｅｘｔ（ｅ）を記憶部４２から読み出して引出電源２７に出力させる（ステップＳ１０）。出力電圧Ｖｅｘｔ（ｅ）は、前回の集束イオンビーム装置のエミッション停止時の出力電圧Ｖｅｘｔである。ただし、初めて集束イオンビーム装置を起動する時点では、適当な推奨値（標準値）が予めＶｅｘｔ（ｅ）として記憶部４２に記憶されている。
【０１６９】
次いで、制御部４０は、出力電力Ｖｅｘｔとエミッション電流Ｉｅを検出して記憶部４２に記憶し（ステップＳ１５）、そのＶｅｘｔとＩｅから起動時の状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｓ）を算出して記憶部４２に記憶する（ステップＳ２０）。状態判別基準値Ｖｏｘは、液体金属イオン源の状態の評価値であり、エミッション電流Ｉｅと引出電源の出力電圧Ｖｅｘｔの関係においてエミッション電流Ｉｅ＝０に外挿したときの電圧（Ｖｏｘ＝Ｖｅｘｔ−Ｉｅ×Ｒｏ）である。
【０１７０】
次いで、記憶部４２に記憶された状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｅ）とＶｏｘ（ｓ）の差の絶対値があらかじめ定めた基準値（例えば２０Ｖ）よりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ２５）、ＮＯであれば判定変数（フラグ）Ｔ＝１とし（ステップＳ２６）、その後、起動終了処理を行う（ステップＳ１００）。ここで、Ｖｏｘ（ｅ）は、前回のエミッション停止時（直前）の状態判別電圧値Ｖｏｘである。ただし、初めて集束イオンビーム装置を起動する時点では、Ｖｅｘｔ（ｅ）と同様に適当な推奨値（標準値）が予めＶｏｘ（ｅ）として記憶部４２に記憶されている。ステップＳ２５での判定結果がＹＥＳであれば、ＬＭＩＳ３１の状態を回復するための状態回復処理としてのフラッシングを実施し（ステップＳ３０）、予め定めた待機時間（例えば１分）だけ待機し（ステップＳ３５）、その後、出力電圧Ｖｅｘｔとエミッション電流Ｉｅを検出して記憶部４２に記憶し（ステップＳ４０）、そのＶｅｘｔとＩｅから状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｆ１）を算出して記憶部４２に記憶する（ステップＳ４５）。ステップＳ２５の判定においては、状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｅ）とＶｏｘ（ｓ）を比較することにより、エミッション停止時とエミッション起動時のフロー・インピーダンスの違いを見る。
【０１７１】
次いで、状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｆ１）とＶｏｘ（ｓ）の差の絶対値があらかじめ定めた基準値（例えば５０Ｖ）よりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ５０）、ＮＯであれば判定変数（フラグ）Ｔ＝２とし（ステップＳ５１）、その後、起動終了処理を行う（ステップＳ１００）。ステップＳ５０での判定結果がＹＥＳであれば、ＬＭＩＳ３１の状態を回復するための状態回復処理としてのフラッシングを実施し（ステップＳ５５）、予め定めた待機時間（例えば１分）だけ待機し（ステップＳ６０）、その後、出力電圧Ｖｅｘｔとエミッション電流Ｉｅを検出して記憶部４２に記憶し（ステップＳ６５）、そのＶｅｘｔとＩｅから状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｆ２）を算出し記憶部４２に記憶する（ステップＳ７０）。
【０１７２】
次いで、状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｆ１）とＶｏｘ（ｆ２）の差の絶対値があらかじめ定めた基準値（例えば５０Ｖ）よりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ７５）、ＮＯであれば判定変数（フラグ）Ｔ＝３とし（ステップＳ７６）、その後、起動終了処理を行う（ステップＳ１００）。ステップＳ７０での判定結果がＹＥＳであれば、状態回復処理として表示部４３に警告Ｃを表示し（ステップＳ８０）、判定定数（フラグ）Ｔ＝０とし（ステップＳ８５）、その後、機動終了処理を行う（ステップＳ１００）。ここで、警告Ｃは状態判別電圧値Ｖｏｘが収束しないことをオペレータに報知するものである。
【０１７３】
図２３は、集束イオンビーム装置の起動終了処理のフローチャートを示す図である。
【０１７４】
制御部４０は、記憶部４２に記憶したＶｏｘ（ｅ）、Ｖｏｘ（ｓ）、Ｖｏｘ（ｆ１）、Ｖｏｘ（ｆ２）を起動処理（エミッション起動時）のＬｏｇとして記憶部４２に新たに記憶し（ステップＳ１１０）、フラグＴ≠０であるかどうかを判定し（ステップＳ１２０）、判定結果がＮＯであれば、通常処理を行う（ステップＳ２００）。ステップＳ１２０において、判定結果がＹＥＳであれば、フラグＴ≠３であるかどうかを判定し（ステップＳ１３０）、判定結果がＮＯであれば、判定基準値Ｖｏｘ０をＶｏｘ（ｆ２）に更新し（ステップＳ１３１）、Ｖｏｘ許容範囲［ａ，ｂ］を更新する（ステップＳ１３２）。ここで、Ｖｏｘ許容範囲［ａ，ｂ］は、Ｖｏｘ０を中点とした電圧範囲を設定したもので、例えば、ａ＝Ｖｏｘ０−５０Ｖ、ｂ＝Ｖｏｘ＋５０Ｖを設定する。なお、Ｖｏｘ０の初期値としては、適当な推奨値（標準値）が予めＶｏｘ０として設定され記憶部４２に記憶されている。
【０１７５】
次いで、判定基準値Ｖｏｘ０とＶｏｘ（ｅ）の差の絶対値があらかじめ定めた基準値（例えば１５０Ｖ）以下かどうかを判定する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１３０において、判定結果がＹＥＳである場合も同様にステップＳ１４０の判定を行う。ステップＳ１４０において、判定結果がＹＥＳであれば、出力電圧Ｖｅｘｔを調整し（ステップＳ１５０）、通常処理を行う（ステップＳ２００）。ステップＳ１５０におけるＶｅｘｔの調整は、エミッション電流Ｉｅが所望の値（例えばＩｅ＝２ｕＡ）になるようにＶｅｘｔの値を調整するものであり、オペレータが手動で行っても良く、予め所望のエミッション電流Ｉｅを設定しておき、自動調整するようにしても良い。
【０１７６】
ステップＳ１４０において、判定結果がＮＯであれば、状態回復処理として表示部４３に警告Ｄを表示し（ステップＳ１４１）、その後、ステップＳ１５０の処理を行う。ここで、警告Ｄはフォーカス調整が必要であることをオペレータに報知するものである。
【０１７７】
図２４は、集束イオンビーム装置の通常処理のフローチャートを示す図である。
【０１７８】
制御部４０は、まず、オペレータによるエミッション終了処理の指示が無いかどうかを判定し（ステップＳ２１０）、判定結果がＮＯであれば、エミッション終了処理を行う（ステップＳ３００）。ステップＳ２１０において、判定結果がＹＥＳであれば、予め定めた待機時間（例えば１分）だけ待機し（ステップＳ２２０）、その後、出力電圧Ｖｅｘｔとエミッション電流Ｉｅを検出し記憶部４２に記憶し（ステップＳ２３０）、そのＶｅｘｔとＩｅから状態判別電圧値Ｖｏｘを算出して、その算出時刻とともに記憶部４２に記憶する（ステップＳ２４０）。
【０１７９】
次いで、状態判別電圧値ＶｏｘがＶｏｘ許容範囲［ａ，ｂ］の範囲内かどうかを判定し（ステップＳ２５０）、ＹＥＳであれば、再度、通常処理を行い（ステップＳ２００）、ＮＯであれば、ＬＭＩＳ３１の状態回復処理としてのフラッシングを実施し（ステップＳ２５１）、その後、通常処理を行う（ステップＳ２００）。
【０１８０】
図２５は、集束イオンビーム装置のエミッション終了処理のフローチャートを示す図である。
【０１８１】
制御部４０は、出力電圧Ｖｅｘｔとエミッション電流Ｉｅを検出し、
Ｖｅｘｔ（ｅ）、及びＩｅ（ｅ）として記憶部４２に記憶し（ステップＳ３１０）、その後、出力電圧Ｖｅｘｔを停止する（ステップＳ３２０）。
【０１８２】
以上のように構成した本実施の形体における動作を説明する。
【０１８３】
（エミッション（自動）立ち上げ時）
エミッションが停止している場合にオペレータが入力装置（図示せず）を用いて制御装置４０にエミッション起動の指示を行うと、制御装置４０は、前回のエミッション停止時（直前）の出力電圧Ｖｅｘｔ（ｅ）を記憶部４２から読み出し、引出電源２７の出力電圧ＶｅｘｔをＶｅｘｔ（ｅ）に設定して出力させる（図２２のステップＳ１０）。
【０１８４】
その後、Ｖｏｘ（ｅ）とＶｏｘ（ｓ）を比較することにより、エミッション停止時とエミッション起動時のフロー・インピーダンスの差が予め定めた範囲内にあるかどうかを判定し、範囲内であれば起動終了処理に移行する（図２２のステップＳ２５，Ｓ１００）。
【０１８５】
フロー・インピーダンスの差が予め定めた範囲外であれば、フラッシングを行い、その後、状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｆ１）を算出してＶｏｘ（ｓ）と比較することにより、ＬＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスがフラッシングで回復したかどうかを判定する（図２２のステップＳ３０〜Ｓ５０）。
【０１８６】
ＬＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスがフラッシング（１回目）で回復した場合は、起動終了処理に移行し（図２２のステップＳ５０，Ｓ１００）、１回目のフラッシングで回復しない場合は、再度フラッシング（２回目）を行い、その後、状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｆ２）を算出してＶｏｘ（ｆ１）と比較することにより、ＬＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスがフラッシング（２回目）で回復したかどうかを判定する（図２２のステップＳ５５〜Ｓ７５）。
【０１８７】
ＬＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスがフラッシング（２回目）で回復した場合は、起動終了処理に移行し（図２２のステップＳ７５，Ｓ１００）、２回目のフラッシングで回復しない場合は、表示部４３に状態判別電圧値Ｖｏｘが集束しない旨の警告（警告Ｃ）を表示してオペレータに報知し、起動終了処理に移行する（図２２のステップＳ７５〜Ｓ１００）。
【０１８８】
起動終了処理において、制御部４０は、各数値（Ｖｏｘ（ｅ），Ｖｏｘ（ｓ），Ｖｏｘ（ｆ１），Ｖｏｘ（ｆ２））をＬｏｇとして記憶部４３に記憶する（図２３のステップＳ１１０）。
【０１８９】
２回のフラッシングにより、ＬＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスが回復しなかった場合は、通常処理に移行する（ステップＳ１２０，Ｓ２００）。その例外の場合は、判定基準値Ｖｏｘ０とＶｏｘ（ｅ）を比較することにより、フォーカス調整が必要かどうかを判定し（図２３のステップＳ１４０）、フォーカス調整の必要がある場合は、表示部４３に警告（警告Ｄ）を表示してオペレータに報知する（図２３のステップＳ１４１）。また、フォーカス調整が必要かどうかによらず、エミッション電流Ｉｅが所望の値（例えばＩｅ＝２ｕＡ）になるように出力電圧Ｖｅｘｔの値を調整し（図２３のステップＳ１５０）、その後、通常処理に移行する。
【０１９０】
（通常動作時）
通常動作時（通常処理時）において、制御部４０は、オペレータからエミッション終了処理の指示が無い場合は、一定時間毎（例えば１分毎）待機し、その後、Ｖｅｘｔ及びＩｅを検出して記憶部４３に記憶するとともに、Ｖｏｘを算出して記憶部４３に記憶し、そのＶｏｘがＶｏｘ許容範囲内であるかどうかを判定する（図２４のステップＳ２１０〜Ｓ２５０）。ＶｏｘがＶｏｘ許容範囲内の場合は何もせず、ＶｏｘがＶｏｘ許容範囲外の場合はフラッシングを実施してＬＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスを回復する（図２４のステップＳ２５０〜Ｓ２５１）。オペレータからエミッション終了処理の指示が無い場合は、ステップＳ２１０〜Ｓ２５１の処理を繰り返し、エミッション終了処理の指示がある場合は、エミッション終了処理に移行する。
【０１９１】
（エミッション終了時）
オペレータからエミッション終了処理が指示された場合、制御部４０は、そのときの出力電圧Ｖｅｘｔ（ｅ）及び状態判別電圧値Ｖｏｘ（ｅ）を記憶部４３に記憶し、出力電圧Ｖｅｘｔを停止する。
【０１９２】
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
【０１９３】
１．従来技術における集束イオンビーム装置においては、予め定めた引出電圧Ｖｅｘｔの範囲内でエミッション電流Ｉｅが所望の値になるかどうかでエミッション状態の良否判断を行っていたが、ＬＭＩＳ３１の状態（Ｉｅ＿Ｖ特性）などを考慮していないので、エミッション状態の把握が必ずしも十分であるとは言えず、エミッションが不安定となる恐れがあった。これに対し、本実施の形態においては、制限抵抗２８の抵抗値ＲｏをＬＭＩＳ３１のＩｅ＿Ｖ特性の傾きｍを用いてＲｏ＞＞１／ｍ（＝７ＭΩ）となるよう構成し、ＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスの傾きの変化（ＬＭＩＳのＩｅ＿Ｖ特性の状態）を状態判別電圧値Ｖｏｘの変化で判定できるように構成したので、ＬＭＩＳ３１のエミッションを安定して維持、管理することができる。
【０１９４】
２．ＭＩＳ３１のフロー・インピーダンスの傾きの変化（ＬＭＩＳ３１のＩｅ＿Ｖ特性の状態）を状態判別電圧値Ｖｏｘの変化で判定できるように構成したので、Ｉｅ＿Ｖ特性の傾きｍや状態判別電圧値Ｖｏｘを求めるために、ＩｅとＶｅｘｔを複数組測定する必要が無く、１組のＩｅとＶｅｘｔからＶｏｘを求めることが出来、短時間（リアルタイム）でＬＭＩＳ３１の状態を判定することができる。これにより、ＬＭＩＳ３１のエミッション安定性や寿命管理を容易に行うことができる。
【０１９５】
３．従来技術においては、出力電圧Ｖｅｘｔを変化させてエミッション電流Ｉｅを調整した場合、調整の前後でＶｅｘｔ及びＩｅが大きく変化するため、ビーム調整異常と判断され警告表示の対象となっていた。これに対し、本実施の形態においては、ビーム調整の必要性はＶｏｘの変化量によるので、ビーム調整直後のＶｏｘに対するＶｏｘの変化量を観察することにより、ビーム調整の必要性を判定する。ＶｏｘはＶｅｘｔの変化の前後において変化しないので、Ｖｏｘによりビーム調整の必要性を判定しつつ、Ｖｅｘｔを調整してエミッションを適宜合わせることができる。
【０１９６】
４．ビーム調整の指標となるＶｏｘを用いてエミッション状態の良否判断を行っているので、集束イオンビーム装置のビーム調整を行った状態でエミッション停止した場合、エミッションの再起動時にＶｏｘをエミッション停止時同じ値に調整すれば、ビーム調整を必用とせず、エミッションの再起動を容易に行うことができる。
【０１９７】
５．ビーム制限アパーチャにＧａ／Ｗを用いたので、フロー・インピーダンスの経時変化を小さくでき、フォーカス変化を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】本実施の形態の集束イオンビーム装置の全体構成を示す図である。
【図２】イオン銃におけるＬＭＩＳの構成を示す図である。
【図３】制御部の機能の概要を示すブロック図である。
【図４】蛍光板に荷電粒子線を照射した場合のエミッション範囲の測定結果を示す図である。
【図５】エミッション電流とエミッションの半開口角の関係を示す図である。
【図６】エミッション電流と放射角電流密度の関係を示す図である。
【図７】エミッション電流とビーム電流の関係を示す図である。
【図８】ＧａＬＭＩＳを用いた場合のエミッション電流に対する放射ビームのエネルギーの拡がりを示す図である。
【図９】エミッション電流に対するＪω／ΔＥ＾２の変化を示す図である。
【図１０】エミッション電流の変化と引出電源から出力される出力電圧の関係を示す図である。
【図１１】ＬＭＩＳ先端の物理現象を模式的に示す図である。
【図１２】ＬＭＩＳ先端のＴＥＭ画像を示す図である。
【図１３】制限抵抗を変えた場合の出力電圧とエミッション電流の関係を示す図である。
【図１４】引出電圧とＶｏｘの差分とエミッション電流の関係を示す図である。
【図１５】出力電圧とエミッション電流の関係を示す図である。
【図１６】制限抵抗の大きさの違いに対するＩｅ＿Ｖ特性の傾きの変化を示す図である。
【図１７】エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。
【図１８】エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。
【図１９】エミッション電流の経時変化の測定結果を出力電圧とエミッション電流の関係で示す図である。
【図２０】エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。
【図２１】エミッション電流の経時変化の測定結果を示す図である。
【図２２】起動処理のフローチャートを示す図である。
【図２３】起動終了処理のフローチャートを示す図である。
【図２４】通常処理のフローチャートを示す図である。
【図２５】エミッション終了処理のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【０１９９】
１  真空容器
２  荷電粒子線
３  イオン銃
４  対物絞り
５  偏向器
６  試料
７  対物レンズ
８  信号
９  信号検出器
１０  真空排気装置
１１  ゲートバルブ
１２  イオンポンプ
２０  高電圧電源部
２１  アース電極
２２，２５  高電圧ケーブル
２３，２６  高電圧接続部
２４  加速電源
２７  引出電源
２８  制限抵抗
２９  加熱電源
３１  ＬＭＩＳ
３２  引出電極
３３  ビーム制限アパーチャ
３４  アース電極
３５  針状エミッタ
３６  リザーバ
３７  フィラメント
３８  通電端子
３９  碍子ベース
４０  制御部
４１  演算部
４２  記憶部
４３  表示部
【図１】
2010129253.tif 000031
【図２】
2010129253.tif 000032
【図３】
2010129253.tif 000033
【図４】
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【図５】
2010129253.tif 000035
【図６】
2010129253.tif 000036
【図７】
2010129253.tif 000037
【図８】
2010129253.tif 000038
【図９】
2010129253.tif 000039
【図１０】
2010129253.tif 000040
【図１１】
2010129253.tif 000041
【図１２】
2010129253.tif 000042
【図１３】
2010129253.tif 000043
【図１４】
2010129253.tif 000044
【図１５】
2010129253.tif 000045
【図１６】
2010129253.tif 000046
【図１７】
2010129253.tif 000047
【図１８】
2010129253.tif 000048
【図１９】
2010129253.tif 000049
【図２０】
2010129253.tif 000050
【図２１】
2010129253.tif 000051
【図２２】
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【図２３】
2010129253.tif 000053
【図２４】
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【図２５】
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