(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給されたガスを電界電離させてイオンビームを放出する電界電離型ガスイオン源に含まれるエミッタであって、
円柱状または円錐台状の基部と、
前記基部の軸方向における一端に位置する先細り形状の先端部とを備え、
前記先端部は、前記基部の軸方向に沿って外側に向けて突出して位置する微小突起部を含み、
前記基部と前記先端部との境界面の直径をｒとし、前記軸方向に沿った前記境界面と前記微小突起部の先端との間の距離をｄとした場合に、これらｒおよびｄが、ｄ／ｒ≦１／１０の条件を充足している、電界電離型ガスイオン源のエミッタ。
【請求項２】
前記先端部の曲率半径が、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、
前記微小突起部の曲率半径が、０．１ｎｍ以上２ｎｍ以下である、請求項１に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタと、
前記エミッタにガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部から供給されたガスを前記エミッタの表面においてイオン化してイオンビームとして引き出すための引出電極と、
前記エミッタと前記引出電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
前記エミッタから引き出されたイオンビームを試料に集束させるレンズ系とを備えた、集束イオンビーム装置。
【請求項４】
供給されたガスを電界電離させてイオンビームを放出する電界電離型ガスイオン源に含まれるエミッタを金属材料からなる細線の先端部の形状加工を行なうことで製造する電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法であって、
前記細線の先端部に電圧を印加するとともに前記金属材料に対して活性な物質を前記細線の先端部に供給することにより、前記細線の先端部に電界蒸発を生じさせつつ同時に前記細線の先端部を前記金属材料に対して活性な物質にて電界誘起エッチングし、これにより前記細線の先端部の形状加工を行なう第１工程と、
前記第１工程後において、前記細線の先端部に電圧を印加することにより、前記細線の先端部に電界蒸発のみを生じさせ、これにより前記細線の先端部のさらなる形状加工を行なう第２工程とを備えることを特徴とする、電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項５】
前記第１工程において、前記細線の先端部に印加する電圧および前記細線の先端部に供給する前記金属材料に対して活性な物質の供給量が、いずれも常時一定に維持されることを特徴とする、請求項４に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項６】
前記第１工程において常時一定に維持されて前記細線の先端部に印加される電圧の大きさが、前記細線の先端部の形状変化が進行するにつれて前記細線の先端部の大きさが所定の大きさよりも小さくなった時点において、当該時点まで前記細線の先端部の全体において生じていた電界誘起エッチングが当該時点後において前記細線の先端部のうちの根元側の部分を除く位置において生じなくなる電界条件を、前記細線の先端部近傍に生じさせる大きさであることを特徴とする、請求項５に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項７】
前記第１工程において常時一定に維持されて前記細線の先端部に印加される電圧の大きさが、前記細線の先端部の大きさが所定の大きさよりも小さくなった前記時点において、前記細線の先端部近傍に１４．５Ｖ／ｎｍおよび４４．０Ｖ／ｎｍを含む範囲の電界を生じさせる大きさであることを特徴とする、請求項６に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項８】
前記第２工程において、前記金属材料に対して活性な物質の前記細線の先端部への供給を行なわないことを特徴とする、請求項４から７のいずれかに記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項９】
金属ワイヤを電解研磨することで前記細線が製作されることを特徴とする、請求項４から８のいずれかに記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１０】
前記金属材料が、タングステンまたはモリブデンであり、
前記金属材料に対して活性な物質が、酸素、窒素、水素および水からなる群から選択される少なくとも一の物質を含んでいることを特徴とする、請求項４から９のいずれかに記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１１】
前記第１工程および前記第２工程を同一の製造装置を用いて引き続き行なうことを特徴とする、請求項４から１０のいずれかに記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１２】
前記第１工程および前記第２工程において、前記細線の先端部に希ガスを供給することにより、前記細線の先端部から希ガスイオンが放出されるようにし、これにより前記細線の先端部の形状を電界イオン顕微鏡にて観察可能にすることを特徴とする、請求項１１に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１３】
前記第１工程を第１製造装置を用いて行ない、
前記第２工程を前記第１製造装置とは異なる第２製造装置を用いて行なうことを特徴とする、請求項４から１０のいずれかに記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程において、前記細線の先端部に前記金属材料に対して活性な物質に加えて希ガスを供給することにより、前記細線の先端部から希ガスイオンが放出されるようにし、これにより前記細線の先端部の形状を電界イオン顕微鏡にて観察可能にすることを特徴とする、請求項１３に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１５】
前記第２製造装置が、集束イオンビーム装置であることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１６】
前記第２工程において、前記細線の先端部に希ガスを供給することにより、前記細線の先端部から希ガスイオンが放出されるようにすることを特徴とする、請求項１３から１５のいずれかに記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【請求項１７】
前記電界イオン顕微鏡を用いることにより、前記第１工程において前記細線の先端部の形状変化が進行するにつれて前記細線の先端部に形成されることとなる微小突起部の高さが原子数個分程度の高さとなったことが観察された時点において、前記第１工程を終了することを特徴とする、請求項１２または１４に記載の電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビームを放出するための電界電離型ガスイオン源に含まれるエミッタおよびその製造方法に関し、また当該エミッタを具備することで試料に対して集束イオンビームを照射可能にする集束インビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスや金属微細構造物等に代表されるマイクロオーダーあるいはサブマイクロオーダーの超微細構造体の形状観察や形状加工、成膜加工等の分野において、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）法が広く用いられている。ＦＩＢ法は、集束イオンビームを生成してこれを試料に照射することで上述した如くの超微細構造体の形状観察や形状加工、成膜加工等を可能にする技術であり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）／ＮＥＭＳ（Nano Electro Mechanical Systems）技術の中核を担う技術として注目を集めている。
【０００３】
ここで、集束イオンビーム装置は、ＦＩＢ法を利用して試料に集束インビームを照射するための装置であり、当該集束イオンビーム装置には、イオンビームを生成してこれを放出するためのイオン源が具備される。集束イオンビーム装置においては、このイオン源に含まれるエミッタに電圧が印加されるとともに当該エミッタにイオンビームの原料物質が供給されることにより、エミッタの表面において当該原料物質がイオン化し、これがイオンビームとしてエミッタから放出され、放出されたイオンビームが集束レンズ系によって集束されて試料に照射される。
【０００４】
現在普及している集束イオンビーム装置においては、イオン源として液体金属イオン源（ＬＭＩＳ：Liquid Metal Ion Source）が利用されている。しかしながら、当該集束イオンビーム装置において生成されるプローブとしての金属イオン（たとえばガリウムイオン等）は、試料にとっては汚染源となってしまうため、限られた用途にしか当該集束イオンビーム装置を適用することができないという問題があった。そのため、近年においては、ＬＭＩＳに替わるイオン源として、ヘリウムやネオン、アルゴン等に代表される不活性な希ガス等のガスのイオンが生成可能な電界電離型ガスイオン源（ＧＦＩＳ：Gas Field Ion Source）を利用することが検討されている。
【０００５】
ＧＦＩＳをイオン源として利用した集束イオンビーム装置において、供給されるガスとして希ガスを使用した場合には、当該ＧＦＩＳに含まれるエミッタに電圧が印加されるとともに当該エミッタに希ガスが供給されることにより、エミッタの表面において希ガス分子が電界電離され、これが集束イオンビームとしてエミッタから放出される。当該ＧＦＩＳをイオン源として利用した集束イオンビーム装置において生成される希ガスイオンは、何ら試料を汚染することがないため、当該集束イオンビーム装置は、広範な用途にその適用が可能になる。
【０００６】
しかしながら、ＧＦＩＳをイオン源として利用した集束イオンビーム装置においては、エミッタから放出されるイオンビームのビーム開き角が大きいといった問題や、エミッタから放出されるイオンビームの放出イオン電流が小さいといった問題があった。
【０００７】
そこで、前者の問題を解決するために、エミッタの先端部を尖鋭化させることで当該エミッタの先端部近傍に強力な電界を生じせしめ、これによりイオンビームを小さく絞ることを可能にした集束イオンビーム装置が、非特許文献１（Tsu-Yi Fu et al., Physical Review B, 64 (2001) 113401）に開示されている。ここで、使用されるエミッタの先端部の曲率半径としては、おおよそ数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度とされる。
【０００８】
また、後者の問題を解決するために、集束イオンビーム装置に具備されるエミッタとして、比較的大きな曲率半径を有する先端部に局所的に微小な曲率半径を有する原子レベルの突起部が形成されてなるエミッタを使用することにより、大きな放出イオン電流を得ることができることが、非特許文献２（S. Kalbitzer, Nuclear Instrum. & Meth. Phys. Res. B, 158 (1999) 53）において理論的に開示されている。
【０００９】
一方、集束イオンビーム装置への適用が考慮されたものではないものの、電子顕微鏡や電子分光装置等に具備される電子源用探針の先端部を尖鋭化する方法として、電界誘起酸素エッチング法が利用できることが、特許文献１（特開２００８−２９３８４４号公報）において開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２９３８４４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Tsu-Yi Fu et al., Physical Review B, 64 (2001) 113401
【非特許文献２】S.Kalbitzer, Nuclear Instrum. & Meth. Phys. Res. B, 158 (1999) 53
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、上記非特許文献１に開示される如くの形状のエミッタは、特許文献１に開示される如くの電界誘起酸素エッチング法を利用することで再現性よく製造することが可能である。しかしながら、上記非特許文献１に開示される如くの形状のエミッタでは、上述した後者の問題を解決することはできず、大きな放出イオン電流を得ることができない。そのため、当該エミッタを使用した集束イオンビーム装置とした場合には、形状観察や形状加工、成膜加工等に膨大な時間を要することになり、実用化の点でさらなる改善が必要である。
【００１３】
一方、上記非特許文献２においては、大きな放出イオン電流が得られるエミッタの形状が理論的に開示されるのみであり、如何に再現性よく当該形状を有するエミッタを製造するかについては、その言及が一切なされていない。ここで、上記特許文献１に開示の如くの電界誘起酸素エッチング法を利用することを考慮した場合にも、上記非特許文献２に開示される如くの形状のエミッタ、すなわち比較的大きな曲率半径を有する先端部に局所的に微小な曲率半径を有する突起部が原子レベルで形成されてなるエミッタを得ることはできない。
【００１４】
このように、ＧＦＩＳをイオン源とする集束イオンビーム装置を実用化するためには、大きな放出イオン電流が得られる先端部形状を有するエミッタを再現性よく製造することができる技術を確立することが必要不可欠である。
【００１５】
したがって、本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、大きな放出イオン電流が得られる電界電離型ガスイオン源のエミッタおよびこれを備えた集束イオンビーム装置を提供するとともに、大きな放出イオン電流が得られる電界電離型ガスイオン源のエミッタを再現性よく製造することができる電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法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】
【００１６】
本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタは、供給されたガスを電界電離させてイオンビームを放出する電界電離型ガスイオン源に含まれるエミッタであって、円柱状または円錐台状の基部と、上記基部の軸方向における一端に位置する先細り形状の先端部とを備えており、上記先端部は、上記基部の軸方向に沿って外側に向けて突出して位置する微小突起部を含んでおり、上記基部と上記先端部との境界面の直径をｒとし、上記軸方向に沿った上記境界面と上記微小突起部の先端との間の距離をｄとした場合に、これらｒおよびｄが、ｄ／ｒ≦１／１０の条件を充足していることを特徴としている。
【００１７】
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタは、上記先端部の曲率半径が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるとともに、上記微小突起部の曲率半径が０．１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることをさらに特徴としている。
【００１８】
本発明に基づく集束イオンビーム装置は、上述した本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタと、上記エミッタにガスを供給するガス供給部と、上記ガス供給部から供給されたガスを上記エミッタの表面においてイオン化してイオンビームとして引き出すための引出電極と、上記エミッタと上記引出電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、上記エミッタから引き出されたイオンビームを試料に集束させるレンズ系とを備えていることを特徴としている。
【００１９】
本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、供給されたガスを電界電離させてイオンビームを放出する電界電離型ガスイオン源に含まれるエミッタを金属材料からなる細線の先端部の形状加工を行なうことで製造する方法であって、上記細線の先端部に電圧を印加するとともに上記金属材料に対して活性な物質を上記細線の先端部に供給することにより、上記細線の先端部に電界蒸発を生じさせつつ同時に上記細線の先端部を上記金属材料に対して活性な物質にて電界誘起エッチングし、これにより上記細線の先端部の形状加工を行なう第１工程と、上記第１工程後において、上記細線の先端部に電圧を印加することにより、上記細線の先端部に電界蒸発のみを生じさせ、これにより上記細線の先端部のさらなる形状加工を行なう第２工程とを備えることを特徴としている。
【００２０】
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第１工程において、上記細線の先端部に印加する電圧および上記細線の先端部に供給する上記金属材料に対して活性な物質の供給量が、いずれも常時一定に維持されることをさらに特徴としている。
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第１工程において常時一定に維持されて上記細線の先端部に印加される電圧の大きさが、上記細線の先端部の形状変化が進行するにつれて上記細線の先端部の大きさが所定の大きさよりも小さくなった時点において、当該時点まで上記細線の先端部の全体において生じていた電界誘起エッチングが当該時点後において上記細線の先端部のうちの根元側の部分を除く位置において生じなくなる電界条件を、上記細線の先端部近傍に生じさせる大きさであることをさらに特徴としている。
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第１工程において常時一定に維持されて上記細線の先端部に印加される電圧の大きさが、上記細線の先端部の大きさが所定の大きさよりも小さくなった上記時点において、上記細線の先端部近傍に１４．５Ｖ／ｎｍおよび４４．０Ｖ／ｎｍを含む範囲の電界を生じさせる大きさであることをさらに特徴としている。
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第２工程において、上記金属材料に対して活性な物質の上記細線の先端部への供給を行なわないことをさらに特徴としている。
【００２３】
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、金属ワイヤを電解研磨することで上記細線が製作されることをさらに特徴としている。
【００２４】
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記金属材料が、タングステンまたはモリブデンであり、上記金属材料に対して活性な物質が、酸素、窒素、水素および水からなる群から選択される少なくとも一の物質を含んでいることをさらに特徴としている。
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第１工程および上記第２工程を同一の製造装置を用いて引き続き行なうことをさらに特徴としている。
その場合、上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第１工程および上記第２工程において、上記細線の先端部に希ガスを供給することにより、上記細線の先端部から希ガスイオンが放出されるようにし、これにより上記細線の先端部の形状を電界イオン顕微鏡にて観察可能にすることをさらに特徴としている。
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第１工程を第１製造装置を用いて行ない、上記第２工程を上記第１製造装置とは異なる第２製造装置を用いて行なうことをさらに特徴としている。
その場合、上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第１工程において、上記細線の先端部に上記金属材料に対して活性な物質に加えて希ガスを供給することにより、上記細線の先端部から希ガスイオンが放出されるようにし、これにより上記細線の先端部の形状を電界イオン顕微鏡にて観察可能にすることをさらに特徴としている。
また、その場合、上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第２製造装置が、集束イオンビーム装置であることをさらに特徴としている。
その場合、上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記第２工程において、上記細線の先端部に希ガスを供給することにより、上記細線の先端部から希ガスイオンが放出されるようにすることをさらに特徴としている。
上記本発明に基づく電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記電界イオン顕微鏡を用いることにより、上記第１工程において上記細線の先端部の形状変化が進行するにつれて上記細線の先端部に形成されることとなる微小突起部の高さが原子数個分程度の高さとなったことが観察された時点において、上記第１工程を終了することをさらに特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、大きな放出イオン電流が得られる電界電離型ガスイオン源のエミッタおよびこれを備えた集束イオンビーム装置とすることができるとともに、大きな放出イオン電流が得られる電界電離型ガスイオン源のエミッタを再現性よく製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの機能を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端部の形状を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法を示すフロー図である。
【図４】図３に示す製造フローの一工程である電解研磨法を用いた金属ワイヤの先端の尖鋭化処理を実施するための製造装置の模式図である。
【図５】図３に示す製造フローの一工程である電界蒸発法と電界誘起酸素エッチング法とを併用した金属細線の先端部の形状加工処理と、図３に示す製造フローの他の一工程である電界蒸発法のみを用いた金属細線の先端部の形状加工処理とを実施するための製造装置の模式図である。
【図６】図３に示す製造フローの一工程である電界蒸発法と電界誘起酸素エッチング法とを併用した金属細線の先端部の形状加工処理のメカニズムを説明するための模式図である。
【図７】３に示す製造フローの一工程である電界蒸発法と電界誘起酸素エッチング法とを併用した金属細線の先端部の形状加工処理を実施した場合の金属細線の先端部の形状変化を示す模式図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例に係る金属細線の先端部の形状変化を示す電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ：Field Ion Microscope）像であり、（Ｆ）は、（Ｅ）に示すＦＩＭ像を模式化して示した図である。
【図９】比較例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法を示すフロー図である。
【図１０】図９に示す製造フローの一工程である電界誘起酸素エッチング法のみを用いた金属細線の先端部の形状加工処理のメカニズムを説明するための模式図である。
【図１１】図９に示す製造フローの一工程である電界誘起酸素エッチング法のみを用いた金属細線の先端部の形状加工処理を実施した場合の金属細線の先端部の形状変化を示す模式図である。
【図１２】（Ａ）は、実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端のＦＩＭ像であり、（Ｂ）は、比較例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端のＦＩＭ像である。
【図１３】実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの放出イオン電流の実測値を示すグラフである。
【図１４】実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの放出イオンビームの放射角電流密度の実測値を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態における集束イオンビーム装置の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、電界電離型ガスイオン源のエミッタに供給されるガスとして希ガスが使用される場合を例示して説明を行なう。なお、以下に示す実施の形態においては、同一の部分について図中同一の符号を付し、その説明は個々には繰り返さない。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの機能を説明するための模式図である。まず、この図１を参照して、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの機能について説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態における電界電離型イオン源のエミッタ１は、先端が尖鋭化された針形状を有する金属製の部材からなる。当該エミッタ１の先端部側には、引出電極（図１において不図示）が配置されており、当該エミッタ１と引出電極との間に高電圧が印加されることにより、エミッタ１の先端部近傍には、強電界が形成される。エミッタ１の先端部が配置される周囲環境は、超高真空下の状態とされ、ここにヘリウムまたはネオン、アルゴン等に代表される希ガスが導入されることでエミッタ１に向けて希ガス分子が供給される。
【００３０】
ここで、ガス分子は、電界中において分極ポテンシャルエネルギー（Polarization Potential Energy）を有している。この分極ポテンシャルエネルギーをＥPPEとすると、当該ＥPPEは、ガス分子の分極率αおよび電界強度Ｆを用いて以下の式（１）で表わされる。
【００３１】
【数１】
0005564689.tif 000002
【００３２】
また、温度ＴGにおけるガス分子の一次元熱平衡エネルギー（Thermal Equilibrium Energy）は、当該一次元熱平衡エネルギーをＥTEEとすると、ボルツマン定数ｋを用いて以下の式（２）で表わされる。
【００３３】
【数２】
0005564689.tif 000003
【００３４】
そのため、ガス分子は、ＥPPE＞ＥTEEとなる領域において、分極力によってエミッタ１に引き寄せされることになり、ＥPPE＜ＥTEEとなる領域において、熱運動に基づいてランダム運動を行なうことになる。なお、ガス分子の速度はマクスウェル分布に従うため、分極ポテンシャルエネルギーＥPPEと一次元熱平衡エネルギーＥTEEとは、それぞれ平均値として取り扱うことができる。
【００３５】
したがって、図１に示すように、エミッタ１の周囲に供給された希ガス分子３，４，５のうち、エミッタ１の先端部近傍に位置する入射領域２（すなわちＥPPE＞ＥTEEとなる領域）に存する希ガス分子３，４は、エミッタ１の表面に接触し、いわゆるホッピング運動を行ないながらエミッタ１の先端に向けて移動する。そして、エミッタ１の先端部近傍に到達した希ガス分子３，４は、強電界領域であるイオン化領域６に達し、電界電離されてイオン化する。これにより、生成された希ガスイオンは、イオンビーム７としてエミッタ１の先端部から電気力線に沿って放出されることになる。ここで、放出されるイオンビーム７のビーム開き角θは、集束イオンビーム装置においてイオンビームを集束させる場合の集束レンズの収差に影響するため、より小さい値をとることが好ましい。
【００３６】
なお、エミッタ１の周囲に供給された希ガス分子３，４，５のうち、入射領域２外に存する希ガス分子５は、エミッタ１の表面に接触した後に、ホッピング運動を行なうことなくエミッタ１の先端部側とは異なる方向に放出される。
【００３７】
ところで、エミッタ１の先端部へのガス分子の供給関数をＳ［Particles/sec］とすると、当該Ｓは、ガス圧をＰ、エミッタの温度をＴE、電界強度をＦ、ガスの分子量をＭ、ガス分子の分極率をα、ボルツマン定数をｋ、エミッタ１の先端部の幾何学的な形状から決定される因子をＡとした場合に、半経験則から得られた下記の式（３）によって表わされる。
【００３８】
【数３】
0005564689.tif 000004
【００３９】
ここで、上記式（３）に含まれる変数のうち、ガス圧Ｐ、エミッタの温度ＴE、電界強度Ｆ、ガスの分子量Ｍ、ガス分子の分極率αは、使用するガス種や得るべきイオンビームの特性、当該エミッタ１が具備される集束イオンビーム装置の構成等に基づいて必然的に決定されるかあるいは制約されるものであり、残る変数である上記因子Ａが、唯一大きな制約を受けずに調整できるパラメータである。したがって、エミッタ１から放出されるイオンビームの放出イオン電流を増加させるためには、エミッタ１の先端部の幾何学的な形状を如何に構成するかが重要になる。
【００４０】
当該エミッタ１の最適な形状として考えられる一つの形状は、前述した非特許文献２にも理論的に開示される如くの形状、すなわち比較的大きな曲率半径を有する先端部に局所的に微小な曲率半径を有する原子レベルの突起部が形成されてなる形状である。
【００４１】
図２は、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端部の形状を示す拡大図である。次に、この図２を参照して、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端部の形状について詳細に説明する。
【００４２】
図２に示すように、本実施の形態におけるエミッタ１は、円錐台状の形状を有する基部１ａと、基部１ａの軸方向における一端部に位置する先細り形状の先端部１ｂとを備えており、先端部１ｂは、基部１ａの軸方向に沿って外側に向けて突出して位置する微小突起部１ｃを含んでいる。なお、エミッタ１は、たとえばタングステンまたはモリブデン等の金属材料からなる。
【００４３】
先端部１ｂは、基部１ａの軸方向端部から当該軸方向に沿って外側に向かって張り出した形状を有しており、その外表面は、図に示す点Ｏ１を中心とする仮想の球面Ｐ１に近似される。先端部１ｂに設けられた微小突起部１ｃは、基部１ａの軸線と同一直線上に位置しており、原子レベルの大きさ（たとえば原子数個分程度の高さ）とされている。微小突起部１ｃは、上述した仮想の球面Ｐ１から外側に向けて突出して形成されており、その外表面は、図に示す点Ｏ２を中心とする仮想の球面Ｐ２に近似される。
【００４４】
ここで、先端部１ｂの曲率半径（すなわち仮想の球面Ｐ１の曲率半径Ｒ１）は、好ましくは５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とされ、微小突起部１ｃの曲率半径（すなわち仮想の球面Ｐ２の曲率半径Ｒ２）は、好ましくは０．１ｎｍ以上２ｎｍ以下とされる。
【００４５】
また、基部１ａと先端部との境界面１ｄの直径をｒとし、基部１ａの軸方向に沿った境界面１ｄと微小突起部１ｃの先端との距離をｄとした場合には、これらｒおよびｄが、ｄ／ｒ≦１／１０の条件を充足しており、より好ましくはｄ／ｒ≦１／１００の条件を充足しており、さらに好ましくはｄ／ｒ≦１／２５０の条件を充足している。
【００４６】
このような形状を有するエミッタ１とすることにより、放出されるイオンビームを小さく絞ること（すなわち、図１に示すビーム開き角θを小さくすること）が可能になるとともに、放出イオン電流が従来に比して大きいエミッタとすることができる。なお、上記においては、基部１ａが円錐台状の形状を有している場合を例示して説明を行なったが、当該基部１ａが円柱状の形状を有していてもよい。
【００４７】
図３は、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法を示すフロー図である。図４は、図３に示す製造フローの一工程である電解研磨法を用いた金属ワイヤの先端の尖鋭化処理を実施するための製造装置の模式図である。また、図５は、図３に示す製造フローの一工程である電界蒸発法と電界誘起酸素エッチング法とを併用した金属細線の先端部の形状加工処理と、図３に示す製造フローの他の一工程である電界蒸発法のみを用いた金属細線の先端部の形状加工処理とを実施するための製造装置の模式図である。次に、これら図３ないし図５を参照して、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法について説明する。なお、上述した本実施の形態の如くの先端部形状を有するエミッタは、この図３に示す製造フローに従うことで再現性よく製造できる。
【００４８】
図３に示す製造フローにおいては、まずエミッタの材料となる金属ワイヤを準備し、当該金属ワイヤの先端を電解研磨法を用いて尖鋭化処理する（ステップＳ１０１）。当該処理には、図４に示す電解研磨装置１０が利用される。
【００４９】
図４に示すように、電解研磨装置１０は、エッチング液１２が貯留された容器１１と、金属ワイヤ１″を保持するホルダ（アノード）１３と、ループ状に形成されたカソード１４と、電源１５とを備える。カソード１４は、容器１１に貯留されたエッチング液１２に浸漬されており、ホルダ（アノード）１３によって保持された金属ワイヤ１″は、その先端が所定長さだけエッチング液１２に浸漬される。そして、電源１５を用いてホルダ（アノード）１３およびカソード１４間に電圧が印加されることにより、金属ワイヤ１″の先端がエッチング液によって電解研磨され、これにより金属ワイヤ１″の先端が尖鋭化されて細線化する。なお、金属ワイヤ１″としてタングステンワイヤを使用した場合には、エッチング液１２として５規定の水酸化ナトリウム溶液が好適に使用される。
【００５０】
次に、図３に示す製造フローにおいては、ステップＳ１０１において製作された金属細線（すなわち金属ワイヤの尖鋭化された部分）の先端部を電界蒸発法と電界誘起エッチング法とを併用して形状加工処理する（ステップＳ１０２）。当該処理には、図５に示す形状加工装置２０が利用される。
【００５１】
図５に示すように、形状加工装置２０は、内部空間２２を有する超高真空チャンバ２１と、金属細線１′を保持するホルダ２３と、マイクロチャネルプレート２６と、蛍光スクリーン２７と、ファラデーカップ２８と、ＣＣＤカメラ３１と、希ガスを超高真空チャンバ２１の内部空間２２に供給するための希ガスボンベ３２と、活性ガスを超高真空チャンバ２１の内部空間２２に供給するための活性ガスボンベ３３と、超高真空チャンバ２１の内部空間２２に供給される希ガスおよび活性ガスの供給量を調節するバルブ３４と、超高真空チャンバ２１の内部空間２２の温度を低温に保持するための低温維持装置３５とを主として備える。
【００５２】
ここで、マイクロチャネルプレート２６は、ホルダ２３によって保持された金属細線１′に対向するように配置され、蛍光スクリーン２７は、当該マイクロチャネルプレート２６のさらに後方に配置される。また、ファラデーカップ２８は、蛍光スクリーン２７のさらに後方に配置される。蛍光スクリーン２７のさらに後方の超高真空チャンバ２１の壁面には、透過窓３０が設けられており、ＣＣＤカメラ３１は、当該透過窓３０に対向するように配置される。マイクロチャネルプレート２６および蛍光スクリーン２７には、図示しない電源が接続されることで所定の電圧が印加される。
【００５３】
ホルダ２３には、高電圧を印加するための電源２５が接続されており、当該電源２５によってホルダ２３に印加された電圧が、電位計２５ａによって検出される。また、ファラデーカップ２８には、電源２９が接続されており、ファラデーカップ２８に照射されたイオンビームの放出イオン電流が、電流計２９ａによって検出される。加えて、ホルダ２３には、温度センサ２４が取付けられており、当該温度センサ２４によって金属細線１′の温度が検出される。なお、蛍光スクリーン２７に映し出される像（ＦＩＭ像）は、ＣＣＤカメラ３１によって撮像される。
【００５４】
当該形状加工装置２０においては、金属細線１′が超高真空環境下において極低温に冷却され、その状態において金属細線１′に高電圧が印加されることにより、金属細線１′の先端部の形状加工処理が行なわれる。ここで、ステップＳ１０２における形状加工処理においては、超高真空チャンバ２１の内部空間２２に希ガスボンベ３２から所定量の希ガスと活性ガスボンベ３３から所定量の活性ガスが導入される。これにより、当該形状加工処理においては、金属細線１′の先端部に高電圧が印加されるとともに活性ガスが供給されることになり、金属細線１′の先端部に電界蒸発が生じるとともに同時に金属細線１′の先端部において上記活性ガスによる電界誘起エッチングが行なわれることになる。なお、金属細線１′としてタングステン細線を使用した場合には、希ガスとしてたとえばヘリウムやネオン、アルゴン等が利用でき、活性ガスとして酸素や窒素、水素等が利用できる。なお、活性ガスに代えて、水等に代表される金属材料に対して活性な物質を利用することとしてもよい。
【００５５】
以上の製造フローに従えば、金属細線１′の先端部を上述した図２に示す如くの形状とすることができ、本実施の形態におけるエミッタ１を製造することが可能になる。
【００５６】
なお、図３に示す製造フローにおいては、付加的に、金属細線の先端部のさらなる形状加工処理を施すこととしている。すなわち、図３に示す製造フローにおいては、ステップＳ１０２が完了した後に、金属細線の先端部を電界蒸発法を用いてさらに形状加工処理することとしている（ステップＳ１０３）。当該処理には、図５に示す形状加工装置２０が利用でき、具体的には、ステップＳ１０２の形状加工処理が完了した後に、引き続き超高真空チャンバ２１の内部空間に活性ガスボンベ３３から活性ガスを導入することを停止して形状加工処理を継続することで実施できる。
【００５７】
図６は、図３に示す製造フローの一工程である電界蒸発法と電界誘起酸素エッチング法とを併用した金属細線の先端部の形状加工処理のメカニズムを説明するための模式図である。また、図７は、図３に示す製造フローの一工程である電界蒸発法と電界誘起酸素エッチング法とを併用した金属細線の先端部の形状加工処理を実施した場合の金属細線の先端部の形状変化を示す模式図である。次に、これら図６および図７を参照して、電界蒸発法と電界誘起酸素エッチング法とを併用した金属細線の先端部の形状加工処理のメカニズムおよび当該形状加工処理における金属細線の先端部の形状変化について、金属細線としてタングステン細線を使用し、希ガスとしてヘリウムを使用し、活性ガスとして酸素を使用した場合を例示して詳細に説明する。
【００５８】
図６に示すように、金属細線１′に高電圧を印加すると、金属細線１′の先端Ｓ１近傍に強電界が形成される。このとき、図示するように、電界の大きさが１４．５Ｖ／ｎｍとなる領域において酸素分子がイオン化されて跳ね返され、また電界の大きさが４４．０Ｖ／ｎｍとなる領域においてヘリウム分子がイオン化されて跳ね返される。そのため、金属細線１′の先端Ｓ１においては、酸素分子が当該先端Ｓ１にまで到達することができず、結果として金属細線１′の酸素による電界誘起エッチングは生じない。なお、イオン化されて跳ね返されたヘリウムイオンは、蛍光スクリーン２７に達することで金属細線１′の先端部の形状がＦＩＭ像として観察可能になる。
【００５９】
このとき、本実施の形態においては、金属細線１′の先端Ｓ１における電界が当該金属細線１′を構成するタングステンの電界蒸発が生じる強さ以上とされる。このようにすれば、図示するように、金属細線１′の先端Ｓ１において、タングステン原子の電界蒸発による離脱が生じ、金属細線１′の先端Ｓ１における形状加工が行なえることになる。
【００６０】
一方で、金属細線１′の上記先端Ｓ１より僅かに根元側の部分Ｓ２近傍においては、上記強電界が形成されていないため、酸素分子は当該部分Ｓ２に到達することになり、この部分Ｓ２においてタングステンの酸化が生じる。これにより、金属細線１′の上記根元側の部分Ｓ２において、酸素による電界誘起エッチングが生じることになり、酸化タングステンが当該部分Ｓ２において脱離することにより、金属細線１′の上記根元側の部分Ｓ２における形状加工が行なえることになる。
【００６１】
図７に示すように、上記電界蒸発作用および上記電界誘起酸素エッチング作用により、金属細線１′の先端部１ｂの形状加工が徐々に進行し、これに伴い金属細線１′の先端部１ｂの形状は、図示する破線Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２の順で変化する。このとき、上述した電界蒸発作用により、金属細線１′の先端は徐々に後退し、基部１ａと先端部１ｂとの境界面を基準とした当該先端までの距離は、図示するｄ０、ｄ１、ｄ２の順で小さくなる。そして、金属細線１′の先端部１ｂに所望の大きさかつ形状の微小突起部１ｃが形成された時点で酸素の導入を停止することにより、最終的に図示する実線の如くの形状（すなわち、基部１ａと先端部１ｂとの境界面を基準とした先端までの距離がｄである形状）のエミッタ１を得ることができる。
【００６２】
図８（Ａ）ないし図８（Ｅ）は、金属細線としてタングステン細線を使用し、希ガスとしてヘリウムを使用し、活性ガスとして酸素を使用して実際に製造した、実施例に係る金属細線の先端部の形状変化を示すＦＩＭ像であり、図８（Ｆ）は、図８（Ｅ）に示すＦＩＭ像を模式化して示した図である。
【００６３】
これら図８（Ａ）ないし図８（Ｅ）に示すように、実施例においては、初期状態において図７において示す破線Ｌ０の如くの形状であった金属細線が、酸素導入から約１１時間後において図７において実線で示す如くの形状となることがＦＩＭ像に基づいて確認された。なお、図８（Ａ）ないし図８（Ｅ）に示すＦＩＭ像は、図７に示す矢印Ａ方向から金属細線の先端部の形状観察を行なった場合のものである。
【００６４】
図９は、比較例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法を示すフロー図である。次に、図９を参照して、上記特許文献１に開示される製造フローを電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法に適用した場合を、比較例に係る製造フローとして説明する。
【００６５】
図９に示す比較例に係る製造フローにおいては、まずエミッタの材料となる金属ワイヤを準備し、当該金属ワイヤの先端を電解研磨法を用いて尖鋭化処理する（ステップＳ２０１）。当該処理には、図４に示す電解研磨装置１０が利用され、その処理も上述した図３に示すステップＳ１０１の処理と同様である。
【００６６】
次に、図９に示す比較例に係る製造フローにおいては、ステップＳ２０１において製作された金属細線（すなわち金属ワイヤの尖鋭化された部分）の先端部を電界誘起エッチング法のみを用いて形状加工処理する（ステップＳ２０２）。当該処理には、図５に示す形状加工装置２０が利用される。
【００６７】
金属細線１′は、超高真空環境下において極低温に冷却され、その状態において金属細線１′に高電圧が印加されることにより、金属細線１′の先端部の形状加工処理が行なわれる。ここで、ステップＳ２０２における形状加工処理においては、超高真空チャンバ２１の内部空間２２に希ガスボンベ３２から所定量の希ガスと活性ガスボンベ３３から所定量の活性ガスが導入される。このとき、本比較例に係る製造フローにおいては、金属細線１′の先端部に電界蒸発が生じないように印加電圧の大きさが調節される。そのため、金属細線１′の先端部には、上記活性ガスによる電界誘起エッチングのみが生じることになる。
【００６８】
図１０は、図９に示す製造フローの一工程である電界誘起酸素エッチング法のみを用いた金属細線の先端部の形状加工処理のメカニズムを説明するための模式図である。また、図１１は、図９に示す製造フローの一工程である電界誘起酸素エッチング法のみを用いた金属細線の先端部の形状加工処理を実施した場合の金属細線の先端部の形状変化を示す模式図である。次に、これら図１０および図１１を参照して、電界誘起酸素エッチング法のみを用いた金属細線の先端部の形状加工処理のメカニズムおよび当該形状加工処理における金属細線の先端部の形状変化について、金属細線としてタングステン細線を使用し、希ガスとしてヘリウムを使用し、活性ガスとして酸素を使用した場合を例示して詳細に説明する。
【００６９】
図１０に示すように、金属細線１′に高電圧を印加すると、金属細線１′の先端Ｓ１近傍に強電界が形成される。このとき、図示するように、電界の大きさが１４．５Ｖ／ｎｍとなる領域において酸素分子がイオン化されて跳ね返され、また電界の大きさが４４．０Ｖ／ｎｍとなる領域においてヘリウム分子がイオン化されて跳ね返される。そのため、金属細線１′の先端Ｓ１においては、酸素分子が当該先端Ｓ１にまで到達することができず、結果として金属細線１′の酸素による電界誘起エッチングは生じない。
【００７０】
このとき、本実施の形態においては、金属細線１′の先端Ｓ１における電界が当該金属細線１′を構成するタングステンの電界蒸発が生じる強さ未満とされる。したがって、金属細線１′の先端Ｓ１において、タングステン原子の電界蒸発による離脱は生じず、金属細線１′の先端Ｓ１における形状加工は行なわれないことになる。
【００７１】
一方で、金属細線１′の上記先端Ｓ１より僅かに根元側の部分Ｓ２近傍においては、上記強電界が形成されていないため、酸素分子は当該部分Ｓ２に到達することになり、この部分Ｓ２においてタングステンの酸化が生じる。これにより、金属細線１′の上記根元側の部分Ｓ２において、酸素による電界誘起エッチングが生じることになり、酸化タングステンが当該部分Ｓ２において脱離することにより、金属細線１′の上記根元側の部分Ｓ２における形状加工が行なえることになる。
【００７２】
図１１に示すように、上記電界誘起酸素エッチング作用により、金属細線１′の先端部１ｂ′の形状加工が徐々に進行し、これに伴い金属細線１′の先端部１ｂ′の形状は、図示する破線Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２の順で変化する。このとき、金属細線１′の先端は後退せず、基部１ａと先端部１ｂ′との境界面を基準とした先端までの距離は、初期状態の大きさｄ０が維持されることになる。そして、金属細線１′の先端部１ｂ′が所望の大きさにまで先鋭化された時点で酸素の導入を停止することにより、最終的に図示する実線の如くの形状のエミッタが得られることになる。したがって、上記比較例に係る製造フローを採用した場合には、エミッタの先端部１ｂ′全体が尖鋭化されることになり、当該先端部１ｂ′に本実施の形態におけるエミッタ１の如くの微小突起部１ｃ（図２または図７等参照）が形成されることはない。
【００７３】
図１２（Ａ）は、上述した実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端のＦＩＭ像であり、図１２（Ｂ）は、上述した比較例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端のＦＩＭ像である。これら図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示すＦＩＭ像は、図７および図１１に矢印Ｂ方向からエミッタの先端部を撮像したものであり、いずれも同一スケールにて撮像されている。
【００７４】
図１２（Ａ）に示すように、実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタ１の先端のＦＩＭ像においては、先端に位置する微小突起部１ｃが十分に小さく撮像されている。これは、当該実施例に係るエミッタ１から放出されたイオンビームが十分に小さいビーム開き角θをもっていることを意味しており、そのビーム開き角θはおおよそ１．０°程度であった。これに対し、図１２（Ｂ）に示すように、比較例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの先端のＦＩＭ像においては、先端部１ｂ′の先端が十分には小さく撮像されていない。これは、当該比較例に係るエミッタから放出されたイオンビームが十分に小さいビーム開き角θをもってはいないことを意味しており、そのビーム開き角θはおおよそ２．７°であった。
【００７５】
図１３は、実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの放出イオン電流の実測値を示すグラフである。また、図１４は、実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタの放出イオンビームの放射角電流密度の実測値を示すグラフである。
【００７６】
これら図１３および図１４から理解されるように、実施例に係る電界電離型ガスイオン源のエミッタ１とすることにより、エミッタへの印加電圧が９．２ｋＶ、エミッタ温度が３０Ｋ、ヘリウムガス圧が０．０５Ｐａの条件下において、当該エミッタ１から放出されるイオンビームの放出イオン電流の実測値が概ね１５ｐＡ程度であり、放射角電流密度の実測値が概ね６０ｎＡ／ｓｒ程度であることが確認された。当該値は、いずれもＧＦＩＳをイオン源とした場合に従来に得ることのできなかった値である。特に、放射角電流密度については、比較例の約２７．５倍の値が得られた。
【００７７】
以上において説明したように、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法を採用することにより、上述した如くの先端部形状を有する電界電離型ガスイオン源のエミッタ１を再現性よく製造することが可能になる。したがって、大きな放出イオン電流が得られかつイオンビームを小さく絞ることのできる電界電離型ガスイオン源のエミッタを容易に製造することが可能になる。
【００７８】
なお、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法を採用した場合には、上述したステップＳ１０２の形状加工処理中において、金属細線の先端部に印加する印加電圧および金属細線の先端部に供給する活性ガス（活性物質）の供給量をいずれも常時一定に維持することができる。これに対し、上記比較例における製造方法を採用した場合には、金属細線の先端部に電界蒸発が生じないように、上述したステップＳ２０２の形状加工処理中において、金属細線の先端部の形状変化に合わせてこれら印加電圧および供給量を段階的にあるいは断続的に調節することが必要になる。したがって、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法は、上記比較例における製造方法に比して、より容易にエミッタが製造できる利点を有している。
【００７９】
また、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法においては、上述したステップＳ１０２の形状加工処理が完了した後に、引き続き上述したステップＳ１０３の形状加工処理に移行することとしていたが、必ずしもステップＳ１０３の形状加工処理は必須ではない。加えて、ステップＳ１０３の形状加工処理を行なう場合にも、当該ステップＳ１０３の形状加工処理をステップＳ１０２の形状加工処理を行なった製造装置にて引き続き行なう必要はなく、別の装置にて行なうこととしてもよい。すなわち、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法にあっては、ステップＳ１０３の形状加工処理を、エミッタが設置される集束イオンビーム装置にて実施することができる。そのようにすれば、工場等にて製造された電界電離型ガスイオン源のエミッタを大気中において輸送し、当該エミッタが設置される実機にて最終形状加工処理を行なうことが可能となるため、真空下においてエミッタを搬送することが不要となり、より輸送が容易となる効果が得られる。また、使用により先端部の形状が鈍った場合にも、当該実機にて形状加工処理を再度行なうこととすれば、先端部の形状回復を行なうことが可能である。
【００８０】
また、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法においては、ＦＩＭ像を確認することで金属細線の先端部の形状を観察しながらの形状加工処理が可能になる。そのため、より確実に所望の先端部形状を有するエミッタの製造が可能になる効果が得られる。
【００８１】
また、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法を採用することにより、使用する金属細線（金属ワイヤ）として、必ずしも単結晶金属を使用する必要がなく、より安価に入手できる非単結晶金属を使用することが可能になる。そのため、より低コストに電界電離型ガスイオン源のエミッタを製造することが可能になる。
【００８２】
また、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタの製造方法において使用される希ガスとしては、上述したヘリウム、ネオン、アルゴンに加え、クリプトン、キセノン等が使用可能であり、また複数種の希ガスを混合したガスを使用することも可能である。
【００８３】
なお、本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタにおいては、先端部に稜線を有しない滑らかな形状にその表面を仕上げることが好ましく、そのように構成すれば、電圧印加時に形成されるエミッタの先端部近傍の電界分布が、エミッタの軸線周りに一様に安定化することになり、より好ましいエネルギー分布を有するイオンビームを生成することが可能になる。
【００８４】
図１５は、本実施の形態における集束イオンビーム装置の構成を示す概念図である。次に、この図１５を参照して、本実施の形態における集束イオンビーム装置の構成について説明する。なお、図１５に示す集束イオンビーム装置は、上述した本実施の形態における電界電離型ガスイオン源のエミッタを具備したものである。
【００８５】
図１５に示すように、本実施の形態における集束イオンビーム装置１００は、電界電離型イオン源１０１と、集束レンズ１０５と、アパーチャ１０６と、偏向器群１０７と、対物レンズ１０８とを主として備えている。ここで、電界電離型イオン源１０１は、エミッタ１と、ガス供給部１０２と、電圧印加部１０３と、引出電極１０４とを含んでいる。なお、試料２００は、エミッタ１と対向するように集束イオンビーム装置１００にたとえばステージ（不図示）等にて保持されて設置される。
【００８６】
ガス供給部１０２は、エミッタ１に希ガスを供給するためのものであり、引出電極１０４は、ガス供給部１０２から供給された希ガスをエミッタ１の表面においてイオン化してイオンビームとして引き出すためのものである。電圧印加部１０３は、上記エミッタ１と引出電極１０４との間に電圧を印加するためのものである。
【００８７】
集束レンズおよび対物レンズ１０８は、エミッタ１から放出されたイオンビームを試料２００に集束させるためのレンズ系であり、アパーチャ１０６は、通過するイオンビーム量を調整するための絞りに相当する。偏向器群１０７は、エミッタ１から放出されたイオンビームを偏向するものである。
【００８８】
以上において説明した本実施の形態における集束イオンビーム装置１００とすることにより、大きな放出イオン電流が得られかつイオンビームを小さく絞ることのできる集束イオンビーム装置とすることができる。したがって、試料を汚染することなく、高効率に短時間で形状観察や形状加工、成膜加工等が行なえる集束イオンビーム装置とすることができる。
【００８９】
なお、今回開示した上記一実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００９０】
１  エミッタ、１ａ  基部、１ｂ  先端部、１ｃ  微小突起部、１ｄ  境界面、１′  金属ワイヤ、１″  金属細線、２  強電界領域、３〜５  希ガス分子、６  イオン生成領域、７  イオンビーム、１０  電解研磨装置、１１  容器、１２  エッチング溶液、１３  ホルダ（アノード）、１４  カソード、１５  電源、２０  形状加工装置、２１  チャンバ、２２  内部空間、２３  ホルダ、２４  温度センサ、２５  電源、２５ａ  電位計、２６  マイクロチャネルプレート、２７  蛍光スクリーン、２８  ファラデーカップ、２９  電源、２９ａ  電流計、３０  透過窓、３１  ＣＣＤカメラ、３２  希ガス供給源、３３  活性ガス供給源、３４  ガス導入部、３５  低温維持装置、１００  集束イオンビーム装置、１０１  電界電離型ガスイオン源、１０２  ガス供給部、１０３  電圧印加部、１０４  引出電極、１０５  集束レンズ、１０６  アパーチャ、１０７  偏向器群、１０８  対物レンズ、２００  試料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図８】
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【図１２】
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