(57)【要約】      （修正有）【課題】ＦＩＢカラムを傾斜させた場合でもエミッタとビーム制限アパーチャの距離を短くし、カラムを傾斜させない場合と同等のビーム性能を得ることができる集束イオンビーム装置を提供する。【解決手段】ビーム制限絞りにおける液体金属１１０を保持する面の法線が、液体金属イオン銃の引き出し電極２０１の穴中心と、ビーム制限絞り（ベース１１１）の絞り穴中心とが成す直線に対して傾斜している。集束イオンビーム装置の中心軸が鉛直方向の軸１１５から傾斜している場合（角度θ）でも、液体金属を保持するビーム制限絞りにおける液だれや穴詰まり等を回避することが可能となり、エミッションを安定にすることができる。また、傾斜させた集束イオンビーム装置においても、液体金属イオン源のエミッタ１０１とビーム制限絞りとの距離を短くすることが可能となり、大電流ビームでもビームを細く絞ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属イオン源、引き出し電極、及び、液体金属を保持するビーム制限絞りを備えた液体金属イオン銃であって、
前記ビーム制限絞りにおいて前記液体金属を保持する面の法線が、前記引き出し電極の穴中心、及び当該ビーム制限絞りの絞り穴中心が成す直線に対して傾斜していることを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項２】
請求項１記載の液体金属イオン銃において、
前記ビーム制限絞りの保持する液体金属が、イオン源材料である液体金属であることを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項３】
請求項１記載の液体金属イオン銃において、
前記ビーム制限絞りが、前記絞り穴を有するベースと、前記液体金属イオン源に対する前記ベースの相対位置及び相対角度を調整する機構を備えることを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項４】
請求項１記載の液体金属イオン銃において、
前記絞り穴が、前記液体金属を保持する面の法線に対して傾斜した方向に、円筒状の穴を開けることにより作製されたものであることを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項５】
請求項１記載の液体金属イオン銃において、
前記絞り穴の形状が、楕円であることを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項６】
請求項５記載の液体金属イオン銃において、
前記楕円の絞り穴を有するベースを備え、当該ベースが、けがき線又は切り欠きを有することを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項７】
請求項１記載の液体金属イオン銃において、
前記絞り穴を有するベースと、当該ベース保持する電極とを備え、当該電極が略軸対称な形状であることにより、前記ベースとの間に発生する電界が軸対称性を保つことを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項８】
請求項１記載の液体金属イオン銃において、
前記ビーム制限絞りの下流に第二のビーム制限絞りを備えることを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項９】
請求項１記載の液体金属イオン銃において、
前記イオン源材料がガリウムであり、前記ビーム制限絞りがタングステンで形成されていることを特徴とする液体金属イオン銃。
【請求項１０】
液体金属イオン源、引き出し電極、及び、液体金属を保持するビーム制限絞りを備えた液体金属イオン銃を有する集束イオンビーム装置であって、
前記ビーム制限絞りにおいて前記液体金属を保持する面の法線が、前記引き出し電極の穴中心、及び当該ビーム制限絞りの絞り穴中心が成す直線に対して傾斜し、
集束イオンビーム装置の中心軸が水平面に対して傾斜してい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１０記載の集束イオンビーム装置において、
前記ビーム制限絞りの保持する液体金属が、イオン源材料である液体金属であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の集束イオンビーム装置において、
前記ビーム制限絞りが、前記絞り穴を有するベースと、前記液体金属イオン源に対する前記ベースの相対位置及び相対角度を調整する機構を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の集束イオンビーム装置において、
前記絞り穴が、前記液体金属を保持する面の法線に対して傾斜した方向に、円筒状の穴を開けることにより作製されたものであることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の集束イオンビーム装置において、
前記絞り穴の形状が、楕円であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の集束イオンビーム装置において、
前記楕円の絞り穴を有するベースを備え、当該ベースが、けがき線又は切り欠きを有することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１６】
請求項１０記載の集束イオンビーム装置において、
前記絞り穴を有するベースと、当該ベース保持する電極とを備え、当該電極が略軸対称な形状であることにより、前記ベースとの間に発生する電界が軸対称性を保つことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１７】
請求項１０記載の集束イオンビーム装置において、
前記ビーム制限絞りの下流に第二のビーム制限絞りを備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１８】
請求項１０記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオン源材料がガリウムであり、前記ビーム制限絞りがタングステンで形成されていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１９】
請求項１０記載の集束イオンビーム装置において、
電子ビームを照射する電子顕微鏡が備えられていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【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、例えばガリウム（Ｇａ）液体金属イオン源を備えた集束イオンビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、集束イオンビーム装置は、断面観察、半導体デバイスの修正、透過電子顕微鏡の試料作製、及びマイクロマシニング等様々な用途で用いられている。この装置は、イオン源から引き出したイオンビームをレンズで集束して試料に照射するものであり、微小領域での試料の加工や観察を行うことができる。集束イオンビーム装置では、常温で液体状態であり、蒸気圧も極めて小さいガリウムがイオン種として用いられるのが一般的である。
【０００３】
液体金属イオン銃は、真空容器中に配置された液体金属イオン源のエミッタと引き出し電極との間に高電圧を印加することによりイオンを引き出し、イオンビームを形成する。引き出されたイオンビームは、直下に存在するビーム制限アパーチャによって開き角や電流量が制限される。
【０００４】
上記のような液体金属イオン銃では、イオンの放射によりエミッタで消費される液体金属の量と、リザーバからエミッタに供給される液体金属の量が等しい場合にエミッションが安定になる。エミッタに異物が混入するとリザーバからの供給が阻害され、また液体金属の物理特性自体も変化することによって、消費量と供給量のバランスが崩れてエミッションが不安定になる。
【０００５】
混入する主な異物としては、ビーム制限アパーチャがイオンビーム照射によってスパッタリングされる際に生じるスパッタ粒子が挙げられる。
【０００６】
このようなスパッタ粒子のエミッタへの混入を抑制する手段としては、イオンビームが通過する開口部を表面最下点に持つ凹部を備えた容器に、液体金属イオン源と同じ液体金属を載せたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
従来の液体金属イオン銃を構成する液体金属イオン源とビーム制限アパーチャについて説明する。特許文献２によると、液体金属イオン源は、先端が円錐状のエミッタと、液体金属を溜めるリザーバと、エミッタ及びリザーバを通電加熱（フラッシング）するフィラメントと、フィラメントに接続された通電端子と、通電端子を固定する碍子ベースを備えている。例えばエミッタ、リザーバ及びフィラメントはタングステンにより形成されており、リザーバにはガリウムが充填されている。ビーム制限アパーチャは、引き出し電極、ビームを通過させる開口部を備えたベース、ベース上に載せられた液体金属、およびベース保持電極を備えている。ここで液体金属は、リザーバに充填されている液体金属（ガリウム）である。液体金属イオン源には正の電位である加速電圧が印加され、ビーム制限アパーチャには加速電圧よりも低い電位である引き出し電圧が印加されることによりイオンビームが引き出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−７９９５２号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４６０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１６０３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明者が、上記従来技術の液体金属イオン銃を用いた複合荷電粒子装置について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。
【００１０】
現在ＦＩＢカラムと走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)カラム等を備えた複合荷電粒子装置が一般的になってきていることから、ＦＩＢカラムを鉛直方向の軸から大きく傾斜させて使用する状況が増えてきている。しかしながら、上記従来技術においては、ＦＩＢカラムが鉛直方向の軸から傾斜している場合については考慮されていない。
【００１１】
上記従来技術においてＦＩＢカラムと一体でイオン源部を傾斜させた場合、ビーム制限アパーチャも同じ角度で大きく傾斜してしまうため、ベース上に載っている液体金属が重力の作用を受けて移動することにより、前記ベース外に液体金属がこぼれる「液だれ」、又はベースに空いた穴に液体金属が入り詰まらせてしまう「穴詰まり」等の問題が発生する。また、傾斜した絞りの低い部分に液体金属が偏るために、液体金属のスパッタによる消耗、酸化、装置の振動などが原因でベース金属の露出が生じやすく、露出部分のスパッタ、再付着によりエミッションが不安定化しやすい。このため、傾斜させた場合は、信頼性が低い、同じ搭載量の液体金属に対して使用可能な寿命も短いといった問題点がある。
【００１２】
一方、常温で固体状態である、液体金属イオン源に用いられている液体金属とは異なる金属を用いてビーム制限アパーチャを作製し、ＦＩＢカラムを傾斜させた場合、エミッタとビーム制限アパーチャの距離を離すことにより、スパッタ粒子がエミッタに付着する量を減少させることでエミッションを安定させることが必要不可欠である。しかしながら、エミッタとビーム制限アパーチャの距離を長くするということは、特許文献３にも述べられているように、イオン光学系における球面収差係数及び色収差係数が大きくなり、試料に照射されるビームを細く絞るという観点からは好ましくない。
【００１３】
本発明の目的は、ＦＩＢカラムを傾斜させた場合でもエミッタとビーム制限アパーチャの距離を短くし、カラムを傾斜させない場合と同等のビーム性能を得ることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ビーム制限絞りにおける液体金属を保持する面の法線が、液体勤続イオン銃の引き出し電極の穴中心と、ビーム制限絞りの絞り穴中心とが成す直線に対して傾斜していることに関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、集束イオンビーム装置の中心軸が水平面から傾斜している場合でも、液体金属を保持するビーム制限絞りにおける液だれや穴詰まり等を回避することが可能となり、エミッションを安定にすることができる。また、傾斜させた集束イオンビーム装置においても、液体金属イオン源のエミッタとビーム制限絞りとの距離を短くすることが可能となり、大電流ビームでもビームを細く絞ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１（ａ）】実施例１にかかるビーム制限アパーチャの構成図（エミッションの中心軸が鉛直）
【図１（ｂ）】実施例１にかかるビーム制限アパーチャの構成図（エミッションの中心軸が傾斜）
【図２】実施例２にかかる液体金属イオン銃の構成図
【図３（ａ）】実施例３にかかるビーム制限アパーチャの構成図
【図３（ｂ）】実施例３にかかるビーム制限アパーチャの構成図（ベース開口部）
【図３（ｃ）】実施例３にかかるビーム制限アパーチャの構成図（けがき線、切り欠き）
【図４（ａ）】実施例４にかかるビーム制限アパーチャの構成図（ベースの外観図）
【図４（ｂ）】実施例４にかかるビーム制限アパーチャの構成図（ベースの断面図）
【図５】実施例５にかかる集束イオンビーム装置のイオン光学系の構成図
【図６】エミッタとベース間距離によるビーム特性の変化を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施例では、液体金属イオン源、引き出し電極、及び、液体金属を保持するビーム制限絞りを備えた液体金属イオン銃において、ビーム制限絞りにおける液体金属を保持する面の法線が、引き出し電極の穴中心、及びビーム制限絞りの絞り穴中心が成す直線に対して傾斜していることを開示する。
【００１８】
また、実施例では、液体金属イオン源、引き出し電極、及び、液体金属を保持するビーム制限絞りを備えた液体金属イオン銃を有する集束イオンビーム装置において、ビーム制限絞りにおける液体金属を保持する面の法線が、引き出し電極の穴中心、及びビーム制限絞りの絞り穴中心が成す直線に対して傾斜し、集束イオンビーム装置の中心軸が水平面に対して傾斜していることを開示する。また、集束イオンビーム装置において、電子ビームを照射する電子顕微鏡が備えられていることを開示する。
【００１９】
また、実施例では、ビーム制限絞りの保持する液体金属が、イオン源材料である液体金属であることを開示する。
【００２０】
また、実施例では、ビーム制限絞りが、絞り穴を有するベースと、液体金属イオン源に対するベースの相対位置及び相対角度を調整する機構を備えることを開示する。
【００２１】
また、実施例では、絞り穴が、液体金属を保持する面の法線に対して傾斜した方向に、円筒状の穴を開けることにより作製されたものであることを開示する。
【００２２】
また、実施例では、絞り穴の形状が、楕円であることを開示する。また、液体金属イオン銃が、楕円の絞り穴を有するベースを備え、当該ベースが、けがき線又は切り欠きを有することを開示する。
【００２３】
また、実施例では、液体金属イオン銃が、絞り穴を有するベースと、ベース保持する電極とを備え、当該電極が略軸対称な形状であることにより、ベースとの間に発生する電界が軸対称性を保つことを開示する。
【００２４】
また、実施例では、液体金属イオン銃が、ビーム制限絞りの下流に第二のビーム制限絞りを備えることを開示する。
【００２５】
また、実施例では、イオン源材料がガリウムであり、ビーム制限絞りがタングステンで形成されていることを開示する。
以下、上記及びその他の新規な特徴と効果について、図面を参照して説明する。尚、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限定解釈するものではない。
【実施例１】
【００２６】
図１は、実施例１にかかるビーム制限アパーチャの構成図である。図１には、液体金属イオン源のエミッタ１０１、並びに液体金属１１０、ベース１１１、引き出し電極１０２、及びベース保持電極１０３で構成されるビーム制限アパーチャが示されている。液体金属１１０は、エミッタ１０１から引き出されるイオンビームのイオン種である液体金属（例えばガリウム）であり、ベース１１１上に載せられている。図１（ａ)は、イオンビームのエミッションの中心軸１１２が鉛直方向になるように配置されたものであり、図１（ｂ）は、イオンビームのエミッションの中心軸１１４を鉛直方向に対して角度θで傾斜させたものである。
【００２７】
エミッタ１０１には正の電位である加速電圧（Ｖａｃｃ）が印加され、引き出し電極１０２には加速電圧よりも低い電位である引き出し電圧（Ｖｅｘｔ）が印加されることによりイオンが引き出される。図に示すように、引き出し電極１０２の開口部は鉛直方向の軸に対して軸対称の円形となっているので、イオンビームのエミッションの中心軸は鉛直方向の軸と一致する。
【００２８】
ベース保持電極１０３において、ベース１１１を保持する部分をエミッションの中心軸に対して角度α傾斜させることにより、ベース１１１を傾斜させて保持することができる。
【００２９】
この場合、ベース保持電極１０３はエミッションの中心軸に対して非対称な構造となるが、引き出し電極１０２及びベース保持電極１０３と同電位となることからビーム制限絞り内部に非対称な電界は発生せず、引き出したイオンビームが偏向作用等の悪影響を受けることは無い。また、ベース保持電極１０３のイオンビームが通過する出口部分の形状が、エミッションの中心軸に対して軸対称な形状となっているので、直下にレンズ電極を設けた場合でも軸対称な電界を与えることができる。
【００３０】
よって、図１（ｂ）のようにエミッションの中心軸を鉛直方向から傾斜させた場合、すなわちカラムを鉛直方向から傾斜させた場合において、ベース１１１の水平方向に対する傾斜角度はθ-αと緩和されるので、液体金属１１０が重力によってベース１１１の傾斜方向に受ける力を小さくすることができる。傾斜角度θとベース１１１の傾斜角度αを同じにするとベース１１１を地面に対して水平にすることができるが、重力の影響が顕在化しない傾斜角度まで緩和させることにより十分な効果を得ることができる。
また、本実施例では、イオンビームがベース１１１に対し斜め入射するため、ベース１１１自体がスパッタリングされた場合でも、直接エミッタ１０１に向かって打ち出されるスパッタ粒子の量は、垂直入射する場合と比べて少ないという利点も得ることができる。
【実施例２】
【００３１】
図２は、本実施例にかかる液体金属イオン銃の構成図である。以下、本実施例にかかる液体金属イオン銃について、実施例１との相違点を中心に説明する。
【００３２】
図２に示したビーム制限アパーチャは、ベース１１１とその上部に載せられた液体金属１１０、並びに引き出し電極２０１、上段ベース保持電極２０２、下段ベース保持電極２０３、ベース位置調整機構２０５、ベース角度調整機構２０６を備えている。液体金属１１０は、エミッタ１０１から引き出される液体金属イオン材（例えばガリウム）である。本実施例では、傾斜角度（θ）を５３°とした場合に、ベース１１１が地面に対して平行となるような構造となっている。
【００３３】
エミッションの中心軸１１４と、ベース１１１におけるビームが通過する開口部の中心とが、精度よく合っていないと、軸ずれによる寄生収差が発生することにより、ビーム性能が著しく劣化してしまう。そこで、本実施例では、ベース位置調整機構２０５及びベース角度調整機構２０６を備えている。ベース角度調整機構２０６を用いて上段ベース保持電極２０２及び下段ベース保持電極２０３の位置を調整することにより、ベース１１１の傾斜角度が調整可能である。角度調整においては、上段ベース保持電極２０２と下段ベース保持電極２０３を両方位置調整可能とすることにより、角度の調整範囲を大きくすることができる。さらに、図２から分かるとおり、引き出し電極２０１、上段ベース保持電極２０２、及び下段ベース保持電極２０３は、エミッションの中心軸に対して対称な形状となっている。このように軸対称な形状とすることにより、電極の加工・製造が容易となる。
【００３４】
ここで、ベース１１１における開口部が通常の絞りのように円形である場合、ベース１１１の傾斜角度が大きくなると、ベース１１１を通過したイオンビーム２０７の、エミッションの中心軸１１４に垂直な断面で見た形状は楕円形となり、等価的に大きな非点が発生することになる。そこで、下段ベース保持電極２０３の直下に第二ビーム制限アパーチャ２０４を備えることにより、再びビーム形状を円形にすることが有効である。
【００３５】
また、本実施例のようにベース１１１をエミッションの中心軸１１４に対して大きく傾斜させると、ビーム制限アパーチャの直下にレンズ電極を配置した場合、ビーム制限アパーチャとの距離が離れてしまうことにより、ビーム性能が劣化してしまう恐れがある。そこで、図２に示すように、下段ベース保持電極２０３は、そのイオンビームが通過する開口部がベース１１１に近づくようになっているテーパ構造であり、エミッションの中心軸１１４に対して対称な形状となっている。これにより、ビーム制限アパーチャの直下にコンデンサレンズ等の電極を配置した場合でも、ビーム制限アパーチャと電極間に発生する電界の軸対称性を保ち、ビーム制限アパーチャとの距離を小さくできる。
【実施例３】
【００３６】
実施例２にかかる液体金属イオン銃においては、第二ビーム制限アパーチャ２０４にイオンビーム２０７が照射された際に発生するスパッタ粒子の影響や、ビーム制限アパーチャの下流にＦＩＢ装置のレンズを設ける場合に、エミッタからレンズの距離が離れてしまうことによって、ビーム性能が劣化してしまう恐れがある。
【００３７】
そこで、本実施例では、実施例２にかかる第二ビーム制限アパーチャを不要とする構成について、実施例１〜２との相違点を中心に説明する。
【００３８】
図３は、本実施例にかかるビーム制限アパーチャの構成図である。図３（ａ）に示すように、ビーム制限アパーチャにおけるベース３０１のイオンビームが通過するベース開口部３０２の形状を楕円とする。また、図３（ｂ）に示すように、エミッションの中心軸の傾斜方向３０５を楕円の長軸とする。所望の開口径をＤａｐとした場合、開口部の形状を、短軸の長さがＤａｐ、及び長軸の長さがＤａｐ/ｓｉｎθである楕円とすることにより、エミッタから開口部を見た場合の直径がＤａｐの円となり、第二ビーム制限アパーチャを追加しなくても、ビーム形状を円形にすることができる。
【００３９】
ここで、ベース３０１のベース開口部３０２の楕円中心と、引き出し電極の開口部の中心とを単純に一致させただけでは、イオンビームの断面が円形にはならないが、ベース開口部３０２の楕円中心を、エミッションの中心軸１１４からずらすことにより、ベース開口部３０２により絞られたイオンビームの断面を実質円形とできる。
【００４０】
また、図３(ｃ)に示すように、ベース３０１の表面にけがき線３０３を設けたり、ベース端部に切り欠き３０４を設けたりして、ベース開口部３０２の楕円の長軸方向が、けがき線３０３や切り欠き３０４によって表示されていると、穴開け加工や軸合せ等の加工・製造が容易となる。もちろん、けがき線３０３や切り欠き３０４によって、楕円の短軸方向を表示してもよい。このように、ビーム制限アパーチャにおけるベース３０１は、液体金属を保持する構造と、イオンビームが通過する開口部を有していればよく、ベース開口部３０２の形状は、円盤状など軸対称である必要性は無い。
【実施例４】
【００４１】
本実施例は、液体金属イオン銃実施例２にかかる第二ビーム制限アパーチャを不要とする別の構成である。以下、実施例１〜３との相違点を中心に説明する。
【００４２】
図４は、本実施例にかかるビーム制限アパーチャの構成図である。図４（ａ）にベース４０１の外観図、図４（ｂ）に断面図を示す。図４に示すように、本実施例にかかるベース開口部４０２は、ベース４０１の液体金属を保持する面の法線方向に対して角度を成した方向に円形の穴を開けて作製したものであり、イオンビームの形状を円形に保ちつつ、ビーム制限アパーチャによって制限できる。これまで述べた実施例にかかるビーム制限アパーチャのベース開口部の径は、通常０．５ｍｍ程度であるため、穴を開ける方法としては、ドリルによる切削加工、イオンビーム照射による加工、又はポンチによる打ち抜き加工等を用いることができる。
【実施例５】
【００４３】
本実施例では、液体金属イオン銃を搭載した集束イオンビーム装置について、実施例１〜４との相違点を中心に説明する。
【００４４】
図５は、本実施例にかかる集束イオンビーム装置のイオン光学系の構成図である。本実施例にかかるイオン光学系は、上述した実施例にかかるビーム制限アパーチャ５０１、引き出されたイオンビームを加速して集束させるコンデンサレンズ５０２、イオンビームの電流値を調整する可変アパーチャ５０３、イオンビームの軸調整や非点補正を行うアライメント電極５０４、イオンビームをブランキングするためのブランキング電極５０５、ブランキングしたイオンビームを導入して電流値を測定するためのブランキングアパーチャ５０６、イオンビームを試料上で走査するための偏向器５０７、イオンビームを試料上に集束させるための対物レンズ５０８を備えている。また、集束イオンビーム装置は、試料５０９を設置するためのステージ５１０を備えており、イオン光学系からのイオンビームは試料５０９に照射される。また、図５から分かるように、イオンビームのエミッションの中心軸５１１は鉛直方向の軸に対して傾斜しているが、液体金属（ガリウム）が載っているベース部分は水平となっている。
【００４５】
従来の集束イオン/電子ビーム加工観察装置において、ＦＩＢカラムを傾斜させる場合は、常温で固体状態であり、液体金属イオン源に用いられている液体金属とは異なる金属を用いてビーム制限アパーチャを作製していた。このため、エミッタとビーム制限アパーチャの距離を１５ｍｍ程度離し、スパッタ粒子がエミッタに付着する量を減少させて、エミッションを安定させることが必須であった。また、エミッタへスパッタ粒子が付着することによってエミッションが不安定化した場合は、適宜エミッタを通電加熱（フラッシング）することによりエミッションを安定化させることが必要であった。また、イオンビームがビーム制限アパーチャに照射されると開口部が次第に広がってしまう。開口部が広がると、引き出したイオンビームの径を絞る効果が低下するため、試料に照射されるイオンビームの性能が低下する。
【００４６】
しかし、上述した実施例にかかるビーム制限アパーチャ５０１を用いることにより、エミッタとベースの距離を５ｍｍまで近づけてもエミッションを安定させることができた。図６は、ビーム特性のエミッタ-ベース間距離の依存性を示したグラフである。図６に示すように、エミッタ-ベース間距離を小さくすることにより、ビーム電流が大きい領域でもビーム径を細く絞ることが可能となる。また、コンデンサレンズ５０２の電極形状を、図５に示すように上に凸な形状で作製することにより、ビーム制限アパーチャとコンデンサレンズの距離を小さくし、ビーム集束性能を向上させた。
【００４７】
本実施例においては、ＦＩＢカラムを地面に垂直な軸に対して約５３度傾斜させても、ＦＩＢカラムが垂直である場合と同等なビーム性能を得ることができた。また、エミッションの安定性においても、イオン銃の到達真空度が１０-7Ｐａの場合において、引き出し電圧８ｋＶ、エミッション３μＡの状態を連続して１２０時間保持することができ、ＦＩＢカラムが垂直である場合同等の安定度を得ることができた。１２０時間以上経過すると、液体金属イオン源におけるガリウムの酸化が進むことによってエミッションが減少してくるが、８００℃で３０秒程度フラッシング（加熱）を行うことによってエミッションを回復させることができた。
【００４８】
本実施例では、ＳＥＭカラムを垂直配置し、ＦＩＢカラムを傾斜配置した複合荷電粒子装置について説明している。しかしながら、これに限られず、ＳＥＭカラムとＦＩＢカラムの双方を傾斜配置してもよい。また、ＳＥＭカラムを備えないシングル集束ＦＩＢ装置としてもよい。また、ガリウム集束イオンビームカラム、アルゴン集束イオンビームカラム、及び電子ビームカラムを備えた、トリプルカラム構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０１：エミッタ
１０２、２０１：引き出し電極
１０３：ベース保持電極
１１０：液体金属
１１１、３０１、４０１、５０１：ベース
１１２：エミッションの中心軸（鉛直方向） 
１１３：ベース１１１における液体金属を保持する面の法線方向の軸 
１１４：エミッションの中心軸 
１１５：鉛直方向の軸
２０２：上段ベース保持電極
２０３：下段ベース保持電極
２０４：第二ビーム制限アパーチャ
２０５：ベース位置調整機構
２０６：ベース角度調整機構
２０７：イオンビーム
３０２、４０２：ベース開口部
３０３：けがき線
３０４：ベース端部の切り欠き
３０５：傾斜方向
５０１：ビーム制限アパーチャ
５０２：コンデンサレンズ
５０３：可変アパーチャ
５０４：アライメント電極
５０５：ブランキング電極
５０６：ブランキングアパーチャ
５０７：偏向器
５０８：対物レンズ
５０９：試料
５１０：ステージ
５１１：エミッションの中心軸（カラムの中心軸）
【図１（ａ）】
2014149922.tif 000003
【図１（ｂ）】
2014149922.tif 000004
【図２】
2014149922.tif 000005
【図３（ａ）】
2014149922.tif 000006
【図３（ｂ）】
2014149922.tif 000007
【図３（ｃ）】
2014149922.tif 000008
【図４（ａ）】
2014149922.tif 000009
【図４（ｂ）】
2014149922.tif 000010
【図５】
2014149922.tif 000011
【図６】
2014149922.tif 000012