(57)【要約】  本発明のイオンビーム装置は、エミッタ電極を損耗することなくチャンバ内を洗浄することで、イオン放出電流の変動を抑制する。イオンビーム装置は、針状の先端を持つエミッタ電極２１と、エミッタ電極の先端方向に離間した位置に開口を有する引出電極２３と、エミッタ電極を内包するチャンバ１０とを有するＧＦＩＳ１を含む。ＧＦＩＳ１は、エミッタ電極にビーム発生電圧以上の電圧を印加した状態で、チャンバにイオン化用ガスを導入するイオン化用ガス導入経路３０と、エミッタ電極にビーム発生電圧未満の電圧を印加した状態または電圧を印加しない状態のいずれかの状態で、チャンバに洗浄用ガスを導入する洗浄用ガス導入経路６０とを有し、洗浄用ガスが導入された状態でのチャンバの圧力は、イオン化用ガスが導入されるときのチャンバの圧力より高い。
2017029742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
針状の先端を持つエミッタ電極と、該エミッタ電極の先端方向に離間した位置に開口を有する引出電極と、前記エミッタ電極を内包するチャンバとを有するガス電界電離イオン源を含むイオンビーム装置であって、
前記ガス電界電離イオン源は、
前記エミッタ電極にビーム発生電圧以上の電圧を印加した状態で、前記チャンバにイオン化用ガスを導入するイオン化用ガス導入経路と、
前記エミッタ電極に前記ビーム発生電圧未満の電圧を印加した状態または電圧を印加しない状態のいずれかの状態で、前記チャンバに洗浄用ガスを導入する洗浄用ガス導入経路とを有し、
前記洗浄用ガスが導入された状態での前記チャンバの圧力は、前記イオン化用ガスが導入されるときの前記チャンバの圧力より高いイオンビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記チャンバへ前記洗浄用ガスを導入するときには前記イオン化用ガスを導入するときよりも、前記エミッタ電極の温度が高くなるようにするイオンビーム装置。
【請求項３】
請求項２に記載のイオンビーム装置において、さらに、
前記エミッタ電極を冷却する冷却装置を有し、
前記チャンバへ前記イオン化用ガスを導入するときには前記冷却装置を稼働し、
前記チャンバへ前記洗浄用ガスを導入するときには前記冷却装置を停止するイオンビーム装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記チャンバへ前記洗浄用ガスが導入された状態では、前記チャンバ内での放電発生を抑止するイオンビーム装置。
【請求項５】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスの純度は前記イオン化用ガスの純度よりも低いイオンビーム装置。
【請求項６】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記イオン化用ガス導入経路には、前記イオン化用ガスを純化する純化部が設置されるイオンビーム装置。
【請求項７】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記純化部は、前記イオン化用ガスを選択的に透過する膜であるイオンビーム装置。
【請求項８】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスの分子量は、前記イオン化用ガスの分子量以下であるイオンビーム装置。
【請求項９】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスは、前記イオン化用ガスの分子量以下であるガスを含む混合ガスであるイオンビーム装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスは水素を含むイオンビーム装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記イオン化用ガスは水素であるイオンビーム装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記イオン化用ガスとして二種類以上のガスが用いられ、
前記洗浄用ガスは、前記二種類以上のガスのいずれの分子量よりも小さい分子量のガスを含むイオンビーム装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、さらに、
前記ガス電界電離イオン源の稼働時間が所定値を超えた場合、または前記ガス電界電離イオン源から放出されるイオンビームの安定性が所定値より低下した場合のいずれかの場合に、前記洗浄用ガスを前記チャンバに導入する制御をする制御部を有するイオンビーム装置。
【請求項１４】
針状の先端を持つエミッタ電極と、該エミッタ電極の先端方向に離間した位置に開口を有する引出電極と、前記エミッタ電極を内包するチャンバとを有し、前記エミッタ電極にビーム発生電圧以上の電圧をかけた状態で、前記チャンバにイオン化用ガスを導入することでイオンビームを発生させるガス電界電離イオン源を洗浄する洗浄方法であって、
前記エミッタ電極に前記ビーム発生電圧未満の電圧を印加した状態または電圧を印加しない状態のいずれかの状態で前記チャンバに洗浄用ガスを導入することで、前記チャンバの圧力を前記イオン化用ガスを導入するときの圧力よりも高くする第１のステップを有するガス電界電離イオン源の洗浄方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のガス電界電離イオン源の洗浄方法において、さらに、
前記チャンバから前記洗浄用ガスを排出する第２のステップを有し、
前記第１のステップおよび前記第２のステップを繰り返す、または前記第１のステップと前記第２のステップを同時に行うガス電界電離イオン源の洗浄方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載のガス電界電離イオン源の洗浄方法において、
前記ガス電界電離イオン源の稼働時間が所定値を超えた場合、または前記イオンビームの安定性が所定値より低下した場合のいずれかの場合に、前記第１のステップを実行するガス電界電離イオン源の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム装置およびガス電界電離イオン源の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および２には、エミッタ電極の先端に微小突起を持つ、高輝度なガス電界電離イオン源（Gas Field Ion Source、略称：ＧＦＩＳ）が記載されている。特許文献１，２には、ＧＦＩＳを搭載する集束イオンビーム（Focused Ion Beam、略称：ＦＩＢ）装置も記載されている。収束イオンビーム装置は、水素（Ｈ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）などのガスイオンのビームを生成する。【０００３】
ガス集束イオンビーム（略称：ガスＦＩＢ）は、液体金属イオン源（Liquid Metal Ion Source、略称：ＬＭＩＳ）で生成されるガリウム（Ｇａ）集束イオンビーム（略称：Ｇａ−ＦＩＢ）に比べると、試料にＧａ汚染をもたらさないという利点がある。【０００４】
ＧＦＩＳは、試料にＧａ汚染を生じないという利点の他に、Ｇａ−ＦＩＢと比べてより微細なビームを形成できるという利点がある。ＧＦＩＳでは、ガスイオンのエネルギー幅が狭く、かつ、イオン発生源のサイズが小さいためである。【０００５】
ガスＦＩＢ装置は、高分解能の走査イオン顕微鏡として用いられる。すなわち、走査イオン顕微鏡では、試料上でのイオンの走査と同期して、試料から放出される二次粒子を検出することで、試料の像を形成する。【０００６】
ＧＦＩＳでは、エミッタ電極先端への不純物ガスの吸着および脱離によって、イオン化用ガスのイオン放出電流が変動する。微小突起を有するエミッタ電極では、イオンを放出するイオン化サイトがエミッタ電極先端の数原子に限られるような場合がある。この場合、エミッタ電極先端に不純物ガスが吸着したり、エミッタ電極先端からに不純物ガスが脱離したりすると、イオン放出電流は数十％から数倍におよぶほど激しく変動する。【０００７】
従来は、イオン放出電流の変動を抑制するために、イオン源室をベーキングと排気とにより予め超高真空にすること、高純度のイオン化用ガスを使用すること、さらにはイオン化用ガスの供給系にガス純化手段を設けること、が行われている。【０００８】
特許文献３には、イオン化用ガスとして水素を用いるＧＦＩＳにおいて、水素ガスの供給系にガス純化手段を設けることが記載されている。特許文献４には、イオン源のプラズマ室の付着物をクリーニングする方法として、イオン源に水素ガスを導入し、放電により水素プラズマを発生させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１９２６６９号公報
【特許文献２】特表２００９−５１７８４６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８１８９４号公報
【特許文献４】特開平６−２６７４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ガス電界電離イオン源（ＧＦＩＳ）に前述のイオン放出電流の変動対策を施した場合でも、そのＧＦＩＳを用いた走査イオン顕微鏡では、試料の像に輝線や暗線が入ってしまう課題がある。秒以下の短時間の、イオン放出電流の変動が発生しているのである。特にイオン化用ガスとして２原子分子の水素（Ｈ２）や窒素（Ｎ２）を用いた際には、イオン化サイトが不規則に振動して見える現象も加わって、上記課題が顕在化しやすい。【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、イオン放出電流の変動を抑制できるようにしたイオンビーム装置およびガス電界電離イオン源の洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決すべく、本発明の一つの観点に従うイオンビーム装置は、針状の先端を持つエミッタ電極と、該エミッタ電極の先端方向に離間した位置に開口を有する引出電極と、エミッタ電極を内包するチャンバとを有するガス電界電離イオン源を含むイオンビーム装置であって、ガス電界電離イオン源は、エミッタ電極にビーム発生電圧以上の電圧を印加した状態で、チャンバにイオン化用ガスを導入するイオン化用ガス導入経路と、エミッタ電極にビーム発生電圧未満の電圧を印加した状態または電圧を印加しない状態のいずれかの状態で、チャンバに洗浄用ガスを導入する洗浄用ガス導入経路とを有し、洗浄用ガスが導入された状態でのチャンバの圧力は、イオン化用ガスが導入されるときのチャンバの圧力より高い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、チャンバへ導入する洗浄用ガスにより、チャンバ壁部に侵入した不純物ガスを排出させることができる。このため、イオン化用ガスに対する不純物ガスの濃度を低減することができ、イオン放出電流の速い変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例に係るガス電界電離イオン源の全体構成図である。
【図２】通常モードと洗浄モードとで、ガス電界電離イオン源のシステム状態が異なることを示す説明図である。
【図３】洗浄モードの設定画面の例を示す。
【図４】図４（ａ）は比較的低圧の洗浄用ガスにより長時間洗浄するモードを示し、図４（ｂ）は比較的高圧の洗浄用ガスにより短時間で洗浄するモードを示す。
【図５】洗浄処理を示すフローチャートである。
【図６】第５実施例に係るガス電界電離イオン源の全体構成図である。
【図７】第６実施例に係るガス電界電離イオン源の全体構成図である。
【図８】第７実施例に係るガス電界電離イオン源の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態のイオンビーム装置は、ガス電界電離イオン源１を備える。ガス電界電離イオン源１を洗浄する場合、洗浄用ガスを洗浄用ガス供給系６０からチャンバ１０へ、イオン化用ガスの導入圧力よりも高い圧力で導入する。洗浄用ガスの充填されたチャンバ１０内で放電が発生するのを抑制しながら、洗浄用ガスをチャンバ１０内から排気する。これにより、チャンバ１０の内壁部などに含まれていた不純物ガスがチャンバ１０内に放出されて、洗浄用ガスと共に排気される。洗浄工程が終了した後、イオン化用ガスをイオン化用ガス供給系３０からチャンバ１０内に導入し、エミッタ電極２１に通電して、エミッタ電極２１の先端からイオンを放出させる。
【００１６】
本実施形態のガス電界電離イオン源１では、洗浄用ガスを用いた洗浄を行うため、不純物ガスの濃度を低下させることができる。従って、本実施形態のガス電界電離イオン源１は、イオン化用ガスに対する不純物ガスの濃度を低減して、イオン放出電流の速い変動を抑制できる。この結果、本実施形態のガス電界電離イオン源１を用いた「イオンビーム装置」としての走査イオン顕微鏡では、試料像に輝線や暗線などのノイズが入ることが減るため、画質の高い試料像を用いた定量的な測定、加工や分析の精度が向上する。
【実施例１】
【００１７】
図１〜図５を用いて第１実施例を説明する。図１は、ガス電界電離イオン源１の全体構成図である。以下、ガス電界電離イオン源１をＧＦＩＳ１と呼ぶ場合がある。【００１８】
＜構成＞【００１９】
ＧＦＩＳ１は、例えば、チャンバ１０、イオン発生装置２０、イオン化用ガス供給系３０、排気系４０、冷却系５０、洗浄用ガス供給系６０を備える。【００２０】
真空容器として使用されるチャンバ１０内には、イオン発生装置２０のエミッタ電極２１が設けられている。チャンバ１０には、排気口１１、差動排気口１２、イオン化用ガス供給口１３、冷却系接続口１４、洗浄用ガス供給口１５が形成されている。【００２１】
チャンバ１０内のガスは排気口１１から排出される。イオンビーム２７は、エミッタ電極２１に対向してチャンバ１０に形成された差動排気口１２を介して、図外のイオン光学系１２０（図７参照）に供給される。イオン化用ガス供給口１３には、イオン化用ガスを供給するためのイオン化用ガス供給系３０が接続されている。エミッタ電極２１は、冷却系接続口１４を介して冷却系５０に接続されて冷却される。洗浄用ガス供給口１５には、洗浄用ガスを供給するための洗浄用ガス供給系６０が接続されている。【００２２】
イオン発生装置２０は、例えば、エミッタ電極２１、エミッタホルダ２２、引出電極２３、電源２４、電線２５，２６を備える。【００２３】
エミッタ電極２１を保持するエミッタホルダ２２と引出電極２３とは、チャンバ１０内に保持されている。エミッタ電極２１の先端は針状に形成されている。エミッタ電極２１の先端から離間した位置には、中心に開口を持つ引出電極２３が配置されている。エミッタ電極２１の先端近傍には、イオン化用ガス供給系３０からのイオン化用ガスがイオン化用ガス供給口１３から供給されるようになっている。【００２４】
エミッタ電極２１は、針状に成形したタングステン（Ｗ）の基材にイリジウム（Ｉｒ）をコーティングして、アニールにより先端に三角錐状のナノピラミッド構造を形成したものである。エミッタ電極２１の最先端は、単原子（Single Atom）である。【００２５】
引出電源２４のプラス側とエミッタ電極２１とは電線２４を介して電気的に接続されており、引出電源２４のマイナス側と引出電極２３とは電線２５を介して電気的に接続されている。【００２６】
チャンバ１０内のイオン化用ガスの圧力は、イオン化用ガス供給系３０からの供給量と、排気口１１および差動排気口１２からの排気量とのバランスにより調整される。引出電源２４により、エミッタ電極２１と引出電極２３の間にエミッタ電極２１側を正とする高電圧を印加すると、ある閾値以上の電圧でガスのイオン化が発生し、エミッタ電極２１の先端からイオンビーム２７が放出される。【００２７】
エミッタ電極２１は、熱伝導性の高いエミッタホルダ２２および熱接続体５３を介して、冷却系５０に接続されている。冷却系５０の冷却装置５０は、エミッタ電極２１から伝わる熱を放出して、エミッタ電極２１を冷却する。エミッタ電極２１を冷却系５０により冷却することで、イオンビーム２７の電流を増加することができ、イオンビーム２７の輝度を高めることができる。【００２８】
なお、エミッタ電極２１と引出電極２３をチャンバ１０内で保持するための機構や、エミッタ電極２１と引出電極２３の位置を調整するための機構、差動排気口１２から先の排気系などは、本発明の理解および実施に不要であるためその説明を省略する。【００２９】
イオン化用ガス供給系３０の構成を説明する。イオン化用ガス供給系３０は、例えば、イオン化用ガス供給管３１、流量調節機構３２、バルブ３３、ガス純化器３４、圧力調整器３５、ガスボンベ３６を備える。【００３０】
イオン化用ガス供給管３１の一方の側には、イオン化用ガスが充填されたガスボンベ３６が設けられており、イオン化用ガス供給管３１の他方の側はイオン化用ガス供給口１３に接続されている。イオン化用ガスは、ヘリウムガス（Ｈｅ）である。イオン放出動作を行う通常モードでは、エミッタ電極２１の温度を約４０Ｋに保っている。【００３１】
ガスボンベ３６のガス吐出側に位置して供給管３１に設けられる圧力調整器３５は、チャンバ１０へ導入するイオン化用ガスの圧力を、所定の圧力値に調整する。圧力調整器３５の下流に位置して供給管３１に設けられるガス純化器３４は、イオン化用ガスに含まれる不純物ガスを除去して、不純物ガスを除去したイオン化用ガスを通過させる。ガス純化器３４は、例えば、ゲッタ型のガス純化器として構成される。【００３２】
バルブ３３は、ガス純化器３４の下流に位置して供給管３１に設けられる。バルブ３３が開閉することで、供給管３１は連通または遮断する。流量調節機構３２は、イオン化用ガス供給口１３とバルブ３３の間に位置して、供給管３１に設けられている。ニードルバルブを含む流量調節機構３２は、チャンバ１０へ導入されるイオン化用ガスの流量を調整する。【００３３】
排気系４０の構成を説明する。排気系４０は、チャンバ１０内のガスを吸引して排出することで、チャンバ１０を真空状態または低圧状態に保持する。排気系４０は、例えば、排気管４１、排気バルブ４２、排気ポンプ４３を備える。【００３４】
排気管４１の一方の側は排気ポンプ４３に接続されており、排気管４１の他方の側は排気口１１に接続されている。排気口１１と排気ポンプ４３の間には、排気管４１を開閉する排気バルブ４２が設けられている。【００３５】
洗浄用ガス供給系６０の構成を説明する。洗浄用ガス供給系６０は、例えば、洗浄用ガス供給管６１、バルブ６２、圧力調整器６３、ガスボンベ６４を備える。洗浄用ガス供給管６１の一方の側には、洗浄用ガスが充填されたガスボンベ６４が設けられている。洗浄用ガス供給管６１の他方の側は、洗浄用ガス供給口１５に接続されている。【００３６】
ガスボンベ６４の吐出側に接続された圧力調整器６２は、ガスボンベ６４から供給管６１へ供給する洗浄用ガスの圧力を、所定の圧力値に調整する。バルブ６２は、洗浄用ガス供給口１５と圧力調整器６２の間に位置して供給管６１に設けられており、供給管６１を開閉する。【００３７】
上述したイオン発生装置２０、イオン化用ガス供給系３０、排気系４０、冷却系５０、洗浄用ガス供給系６０の作動は、図外のイオン源制御部９０（図８参照）によって制御される。【００３８】
＜不純物ガスの起源＞【００３９】
不純物ガスについて説明する。イオンビーム２７のどのような応用においても、その電流の時間的な安定性の確保が重要である。エミッタ電極２１からのイオン放出の安定性は、イオン化用ガスに含まれる不純物ガスの存在量に影響される。【００４０】
本出願人は、これまでの研究により不純物ガスについて以下の知見を得た。第１に、不純物ガスの大部分は、チャンバ１０へイオン化用ガスを導入する際に、チャンバ１０内の種々の壁とイオン化用ガス供給口１３近傍の配管内の壁とから発生している。したがって、供給するイオン化用ガスを予め純化して不純物を除去しても、チャンバ１０内で発生する不純物ガスを抑制することはできない。第２に、ベーキングおよび排気によりチャンバ１０を超高真空状態にしたとしても、イオン化用ガスをチャンバ１０へ導入する際の不純物ガスの発生を防ぐことができない。第３に、イオン化用ガスに対する不純物ガスの分圧は、ほぼ一定である。第４に、イオンビーム２７の輝度を上げるためにイオン化用ガスの圧力を高めると、不純物ガスの量も増える。不純物ガスの量が増加する結果、イオンビーム２７の変動が増大する。なお、不純物ガスの主成分は、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、などである。【００４１】
＜イオン源の洗浄＞【００４２】
本出願人は、不純物ガスについて研究を進めた結果、さらに以下の知見を得た。すなわち、イオン化用ガスを通常のイオン放出動作時の圧力よりも数桁高い圧力でチャンバ１０へ導入し、その後に高圧のイオン化用ガスをチャンバ１０から排気することで、イオン化用ガスに対する不純物ガスの分圧が数分の一に低下した。高圧のイオン化用ガスの導入と排気は、複数回繰り返しても良い。【００４３】
チャンバ１０を高温でベーキングしてから常温に戻すと、チャンバ１０の壁から真空中に放出されるガスの量が減ることは知られているが、上記はこれに似た現象である。すなわち、イオン放出動作時（イオンビーム生成時）よりも高圧のイオン化用ガスをチャンバ１０へ導入してから排気することで、低圧のイオン化用ガス導入時の不純物ガスの発生を抑制できる。ただし、エミッタ電極２１の交換のためにチャンバ１０を大気開放すると、不純物ガスの量は元の状態に戻ってしまう。【００４４】
通常のイオン放出動作時の圧力よりも高い圧力でイオン化用ガスをチャンバ１０に導入してから排気するというプロセスは、それによりイオン化用ガスに対する不純物ガスの分圧が低下するため、洗浄プロセスの一つであると考えられる。本出願人は、この洗浄プロセスは、高圧のイオン化用ガスの分子がチャンバ１０の壁の表面から拡散進入して、不純物ガス分子に物理的または化学的作用を引き起こす現象であると、推定している。【００４５】
本出願人の発見した上述の洗浄プロセスは、プラズマを用いて壁の付着物を除去するプラズマイオン源でのクリーニング処理とは全く異なる現象である。プラズマイオン源でのクリーニング処理では、洗浄用ガスを導入して、放電によりプラズマを発生させ、プラズマからの高エネルギの荷電粒子によって壁の付着物を除去する。【００４６】
しかしもしも、ＧＦＩＳ１の中で放電を起こすと、エミッタ電極２１やその周りの構造体の材料自体が飛び散ってしまい、その結果、エミッタ電極２１の先端が破壊したり、先端の再生不良を引き起こしたりするであろう。そこで、本実施例のＧＦＩＳ１では、イオン化用ガスよりも高圧の洗浄用ガスをチャンバ１０へ導入した後、そのまま放電を発生させることなく排気する。【００４７】
＜本実施例の動作＞【００４８】
本実施例では、洗浄用ガスをチャンバ１０内に導入するために、洗浄用ガス供給口１５とそれに接続されるガス供給系６０とをＧＦＩＳ１に設けている。【００４９】
ＧＦＩＳ１は、イオンビームを発生させる通常モードのほかに、洗浄処理を行う洗浄モードを備えている。洗浄モードでは、冷却系５０によるエミッタ電極２１の冷却を停止した上で、洗浄用ガス供給口１５から洗浄用ガスを数十Ｐａから大気圧までの高い圧力でチャンバ１０内に充填する。その後に、排気系４０の排気バルブ４２を開いて、排気口１１から高圧の洗浄用ガスを排気する。チャンバ１０の壁などから放出される不純物ガスは、洗浄用ガスと共にチャンバ１０の外へ排出される。【００５０】
洗浄モードの処理を行った後で、ガスの圧力を相対的に低くすると、不純物ガスの濃度が低減する。洗浄モードの実行時には、エミッタ電極２１の冷却を停止する。その理由は、第１に壁の温度が高いほど洗浄効果が高いこと、第２に洗浄モードの実行時には洗浄用ガスによる熱伝導が大きくなるため、チャンバ１０自体が冷やされてしまい、外部に結露や霜の発生する問題が生じるためである。チャンバ１０の外面に結露や霜が発生すると、ＧＦＩＳ１の動作に影響を与えるおそれがある。そこで、本実施例では、洗浄モードの実行時に、冷却系５０を停止させる。【００５１】
なお、後述のように、洗浄モードには、比較的高い圧力の洗浄用ガスを短時間だけ導入して排気する方法と、比較的低い圧力の洗浄用ガスを長時間導入しながら排気する方法とがある。後者の場合、洗浄に要する時間は長くなるが、排気系４０の排気ポンプ４３への負担を軽減できる。【００５２】
イオン放出動作を行う通常モードでは、イオン化用ガス（Ｈｅ）を数Ｐａ以下の低い圧力でエミッタ電極２１の近傍に供給する。さらに、通常モードでは、エミッタ電極２１を冷却系５０により冷却する。エミッタ電極２１の温度は、４０Ｋ程度に保持される。【００５３】
通常モード時にチャンバ１０へ導入するイオン化用ガスの圧力値の上限は、以下の２つの条件から定まる。一つの条件は、ＧＦＩＳ１内でグロー放電が起きないようにすること、である。他の一つの条件は、ＧＦＩＳ１内で余分な伝熱が起きないようにすること、である。【００５４】
以上のように、チャンバ１０内の圧力条件は、通常モードと洗浄モードとの間で、数Ｐａを境に低い圧力と高い圧力とに明確に分けることができる。もとより、洗浄モードでの洗浄効果を明確にするには、１桁以上圧力を高めることが望ましい。【００５５】
図２は、通常モード時のシステム状態（ＧＦＩＳの状態）と洗浄モード時のシステム状態とを対比して示す。通常モードではイオンビームを生成するために、エミッタ電極２１には電圧が印加されており、冷却系５０が動作してエミッタ電極２１を冷却しており、低い圧力のイオン化用ガスがエミッタ電極２１の先端近傍に導入されている。【００５６】
通常モード時のイオン化用ガスの圧力は、例えば０．０５〜０．１Ｐａの範囲で設定される。チャンバ１０内のイオン化用ガスの圧力は、流量調節機構３２で調整する。これに代えて、排気系４０の排気バルブ４２の開度で、チャンバ１０内のイオン化用ガスの圧力を調整することもできる。なお、通常モードでは、洗浄用ガスはチャンバ１０内に導入されない。【００５７】
これに対し、洗浄モードでは、放電を起こさずに洗浄するためにエミッタ電極２１に通電せず、チャンバ１０の結露などを防止すべく冷却系５０を停止させて、洗浄用ガスを高い圧力でチャンバ１０内に導入する。洗浄モードでは、イオン化用ガスをチャンバ１０へ導入しない。【００５８】
本実施例の洗浄用ガスは、イオン化用ガスと同じくヘリウムガス（Ｈｅ）である。不純物ガスを減らす洗浄モードでは、エミッタ電極２１の冷却を停止して、その温度を室温付近にする。洗浄用ガスの導入経路は、ガスボンベ６４、絶対圧を調整できる圧力調整器６３、開けたバルブ６２、洗浄用ガス供給口１５の順である。【００５９】
洗浄モードでは、イオン化用ガス供給系３０のバルブ３３を閉じる。洗浄モードでは、イオン化用ガスをチャンバ１０へ供給しない。洗浄モードでのＨｅ圧力は、絶対圧で０．１MＰａ程度に設定する。この圧力は、排気系４０の排気バルブ４２を閉じた際の値であり、圧力調整器６３で決定される。洗浄モードでは、差動排気口１２の先の排気系（図示せず）も遮断する。【００６０】
図３は、洗浄モードを設定する画面の例を示す。ユーザは、後述の顕微鏡制御部１２０が提供する操作画面Ｇ１からメンテナンスメニューを選択することで、メンテナンス設定画面Ｇ２に移行することができる。【００６１】
ユーザは、ユーザＩＤやパスワードなどのユーザ認証用情報を入力することで、メンテナンス設定画面Ｇ２の下に位置する洗浄モード設定画面Ｇ３に入ることができる。ユーザＩＤやパスワードに代えて、生体認証などを用いてもよい。ユーザ認証に成功したユーザは、洗浄モード設定画面Ｇ３において、例えば洗浄パターンや洗浄予定時間などを設定することができる。【００６２】
洗浄パターンには、例えば、低い圧力（通常モード時の圧力よりは高い）で長時間洗浄するパターンと、高い圧力で短時間洗浄するパターン、短時間の洗浄を複数回繰り返すパターンなどを予め用意しておくことができる。洗浄予定時間は、洗浄モードを実行する時間帯である。洗浄開始日時のみを設定する構成でもよいし、洗浄開始日時および洗浄終了日時を設定する構成でもよい。【００６３】
図４は、洗浄モードに含まれる洗浄パターンの例を示す。図４（ａ）は、低い圧力の洗浄用ガスをチャンバ１０へ導入しながら排気も行う洗浄を長時間実行する長時間洗浄パターンを示す。長時間洗浄パターンでは、通常モード時のイオン化用ガスの圧力よりは高いが、短時間洗浄パターンで使用する圧力よりは低い圧力Ｐ１で、洗浄用ガスをチャンバ１０へ導入する。圧力Ｐ１は、例えば数十パスカル程度に設定できる。ＧＦＩＳ１は、洗浄開始時刻Ｔｓから洗浄終了時刻Ｔｅまでの間、洗浄用ガスにより洗浄される。Ｐ０は真空または真空に近い値である。長時間洗浄パターンでは、例えば数時間〜十数時間程度かけて洗浄する。【００６４】
図４（ｂ）は、高い圧力の洗浄用ガスを短時間だけチャンバ１０へ導入して洗浄する短時間洗浄パターンを示す。洗浄用ガスの圧力Ｐ２は、長時間洗浄パターンでの圧力Ｐ１よりも高く設定される。圧力Ｐ２は、例えば大気圧付近に設定してもよい。【００６５】
短時間洗浄は一回だけ実施してもよいし、複数回実施してもよい。図４（ｂ）に示す例では、一回目の洗浄を洗浄開始時刻Ｔｓ１から洗浄終了時刻Ｔｅ１まで実施する。二回目の洗浄は、一回目の洗浄終了後に時間ΔＴをおいて、洗浄開始時刻Ｔｓ２から洗浄終了時刻Ｔｅ２まで実施する。一回の短時間洗浄には数時間を要する。短時間洗浄を３回以上繰り返してもよい。【００６６】
図５は、洗浄処理を示すフローチャートである。図８で後述するイオン源制御部１００または顕微鏡制御部２００は、所定の契機で洗浄処理を実行する。以下、動作主体を「制御部」として説明する。【００６７】
制御部は、洗浄時期が到来したか判定する（Ｓ１０）。洗浄時期とは、例えば、予め設定される所定の洗浄開始条件が成立した場合である。洗浄開始条件としては、前回の洗浄終了時刻から所定の稼働時間が経過した場合、イオンビーム２７の電流変化からイオン放出の安定性が所定値以上低下した場合、エミッタ電極２１を交換するためにチャンバ１０を大気開放した場合、ＧＦＩＳ１の稼働時間が所定の稼働時間に達した場合、ユーザが洗浄を指示した場合、などを挙げることができる。これらの洗浄開始条件の複数を組み合わせて用いてもよい。【００６８】
洗浄処理は、２段階に分けることができる。第１段階は、ベーキングおよび真空排気による洗浄工程である。第２段階は、洗浄用ガスの導入による洗浄工程である。第１段階の洗浄工程を例えば前洗浄工程あるいは洗浄準備工程と呼んでもよい。第２段階の洗浄工程を後洗浄工程あるいは本洗浄工程と呼んでもよい。【００６９】
制御部は、排気系４０を作動させてチャンバ１０内が真空になるまで排気し（Ｓ１１）、その後にベーキングを実行する（Ｓ１２）。制御部は、再び排気系４０を作動させてチャンバ１０内を真空になるまで排気し、ベーキングによりチャンバ１０の壁部から放出された不純物ガスを排出する（Ｓ１３）。【００７０】
続いて制御部は、洗浄用ガス供給系６０を用いて、チャンバ１０へ洗浄用ガスを供給する（Ｓ１４）。洗浄用ガスをチャンバ１０へ導入すると、チャンバ１０の壁部から不純物ガスが放出されてくる。制御部は、排気系４０を作動させてチャンバ１０から洗浄用ガスおよび不純物ガスを排気させる（Ｓ１５）。【００７１】
制御部は、洗浄を終了するか判定する（Ｓ１６）。制御部は、所定の洗浄終了条件を満たした場合に、洗浄終了と判定し（Ｓ１６：ＹＥＳ）、本処理を終了する。洗浄終了条件としては、例えば、ユーザの指定した回数の洗浄を実行した場合、ユーザが洗浄終了を指示した場合、ユーザの指定した洗浄終了時刻に達した場合などである。【００７２】
図５に示す例では、制御部は所定回数の洗浄を終了するまで、洗浄用ガスの導入と排気を繰り返す（Ｓ１６：ＮＯ→Ｓ１４、Ｓ１５）。【００７３】
このように本実施例のＧＦＩＳ１では、洗浄用ガスをチャンバ１０に充填した後、排気バルブ４２を開けて、排気ポンプ４３により洗浄用ガスを排気する。排気ポンプ４３は、例えばターボ分子ポンプとドライポンプを連結した構成である。排気バルブ４２の開放前はドライポンプのみ動作させておき、チャンバ１０の真空度が上がってきたところで、ターボ分子ポンプも動作させる。この洗浄用ガスの充填と排気のシーケンスは複数回繰り返してもよい。【００７４】
エミッタ電極２１の交換などのためにＧＦＩＳ１を大気開放した場合は、上述のように洗浄用ガスの導入と排気を行うことで洗浄するのが望ましい。ただし、大気開放前に窒素ガスでパージする場合や、イオン化用ガスのガスボンベ３６の交換やイオン化用ガスの種類を切り替えるだけの場合などでは、もう少し緩い条件で洗浄しても良い。【００７５】
すなわち、制御部は、排気系４０の排気バルブ４２を少し開くとともに、洗浄用ガス供給系６０のバルブ６２を少しだけ開いて、チャンバ１０内の洗浄用ガスの圧力を１０〜１００Ｐａ程度に調整してもよい。排気ポンプ４３のターボ分子ポンプとドライポンプの両方とも動作させた状態で、洗浄用ガスの供給と排気とを連続的に行うことで、ＧＦＩＳを洗浄することができる。洗浄用ガスの供給と排気を連続的に実行する洗浄を２４時間程度行った後では、不純物低減の効果が飽和しているので、それ以後はもっと短い洗浄時間でも効果が期待できる。【００７６】
このように構成される本実施例のＧＦＩＳ１によれば、洗浄モードを実施することで、通常モードでのイオン化用ガス（Ｈｅ）に含まれる不純物ガスの濃度を低減することができる。このため、本実施例では、イオンビーム２７の電流変動を小さくできる。【００７７】
ここで、ヘリウムガスはイオン化電界が高いため、洗浄用ガスをチャンバ１０へ導入しているときにエミッタ電極２１でイオン化を実行すると、イオン化電界と不純物ガスとによりエミッタ電極２１の先端原子がエッチングされるおそれがある。これに対して、本実施例のＧＦＩＳ１によれば、洗浄モードでは、放電を発生させないで洗浄用ガスをチャンバ１０から排気するため、エミッタ電極２１の先端の損傷を防止でき、ＧＦＩＳ１の稼働率を伸ばすことができる。【００７８】
なお、本実施例では、洗浄モードを室温で実施している。これに代えて、チャンバ１０やイオン化用ガス供給口１３の周辺配管を例えば２００℃程度まで加熱しながら、洗浄モードを実施しても良い。洗浄モードでは冷却系５０を停止しているため、チャンバ１０やイオン化用ガス供給口１３の周辺配管を加熱しながら洗浄することができる。【００７９】
本実施例では、イオン化用ガスも洗浄用ガスもＨｅから構成するので、イオン化用ガス供給系３０とガス供給系６０との間で、ガスボンベや配管などを一部共有できる。これによりＧＦＩＳ１の製造コストを低減できる。ただし、洗浄モードと通常モードとでは、洗浄用ガスの導入圧力とイオン化用ガスの導入圧力が大きく異なるため、ガス導入経路はそれぞれ分離した方が容易に制御できる。【００８０】
本実施例では、イオン化用ガスと洗浄用ガスを同じＨｅとしているが、これらをネオン（Ｎｅ）などの他の希ガスや、Ｎ２、Ｈ２などの他の不活性ガスに置き換えても、同様の効果が得られる。【００８１】
図５の洗浄処理のシーケンスは、制御部により全て自動的に実施することもできるし、一部の条件をユーザが手動で設定して半自動的に実施することもできる。
【実施例２】
【００８２】
第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、第１実施例の変形例に該当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。ＧＦＩＳ１の基本的構成と動作は、第１実施例と同様である。第１実施例との相違は、洗浄用ガスの詳細にある。【００８３】
本実施例の洗浄用ガスおよびイオン化用ガスは、第１実施例と同様に、いずれもヘリウムガスである。ただし、第１実施例では、洗浄用ガスもイオン化用ガスもいずれも全く同じ純度のヘリウムガスであったが、本実施例では、洗浄用ガスの純度の方がイオン化用ガスの純度よりも低い。すなわち、本実施例では、ガスボンベ６４のヘリウムガス純度は、ガスボンベ３６のそれよりも低い。【００８４】
通常市販されているヘリウムガスの純度は十分高いので、含まれる不純物ガスの量は、洗浄モードにおいてチャンバ１０内に発生する不純物ガスの量よりも十分に小さい。したがって、洗浄モードにおいて、洗浄用ガスの純度が影響することは無く、市販のヘリウムガスを洗浄用ガスに用いた場合でも、第１実施例と同様の効果が得られる。第１実施例においても、洗浄用ガスの純度にこだわる必要はそれほどないため、洗浄用ガス供給系６０には、ガス純化器を設けていない。【００８５】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、洗浄用ガスの純度をイオン化用ガスの純度よりも下げるため、市販のヘリウムガスをそのまま使用することができる。この結果、本実施例では、大量に消費する洗浄用ガスの購入費用を低減でき、ＧＦＩＳ１のランニングコストを低減できる。
【実施例３】
【００８６】
第３実施例を説明する。第３実施例も、ＧＦＩＳ１の基本的構成および動作は第１実施例と同様である。本実施例と第１実施例の相違は、洗浄用ガスの詳細にある。本実施例では、洗浄用ガスとして水素ガス（Ｈ２）を使用する。【００８７】
第１実施例および第２実施例では、洗浄用ガスとしてイオン化用ガスと同じくヘリウムガスを使用しているが、イオン化用ガスよりも分子量の小さいガスを洗浄用ガスとして使用した方が、同じ圧力条件での、不純物ガスの低減効果は大きい。なかでも洗浄用ガスとして水素ガスを使用すると、不純物ガスの低減効果が大きい。洗浄用ガスが不活性ガスまたは水素ガスのいずれかであれば、エミッタ電極２１の先端に影響するような、化学的に活性な不純物ガスが新たに発生することは無い。【００８８】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、イオン化用ガスに用いるヘリウムよりも分子量の小さい水素を洗浄用ガスとして使用するため、第１実施例よりも不純物ガスを除去することができる。したがって、本実施例では、第１実施例よりもイオンビーム２７の電流を安定にできる。【００８９】
本実施例では、イオン化用ガスにヘリウムガスを用い、洗浄用ガスに分子量の小さい水素ガスを用いる場合を説明した。これに代えて、イオン化用ガスとしてネオン（Ｎｅ）や窒素（Ｎ２）を用い、洗浄用ガスとしてネオンや窒素よりも分子量の小さいヘリウムや水素を用いても良い。
【実施例４】
【００９０】
第４実施例を説明する。第４実施例も、ＧＦＩＳ１の基本的構成および動作は第１実施例と同様である。本実施例と第１実施例の相違は、洗浄用ガスの詳細にある。【００９１】
本実施例では、洗浄用ガスとして不活性ガスを使用し、かつ、その中で最も分子量の小さいガス種を選択する。本実施例の洗浄用ガスは、ヘリウムガス（Ｈｅ）と、それよりも分子量の小さい水素ガス（Ｈ２）とを混合する混合ガスである。水素ガスの混合比率は、例えば４％である。なお、イオン化用ガスには、第１実施例と同様にヘリウムガスを使用する。【００９２】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、ヘリウムガスに水素ガスを所定比率で混合した混合ガスを洗浄用ガスとして使用するため、洗浄用ガスにヘリウムガスを使用する場合に比べて洗浄効果が高い。したがって、本実施例では、イオン放出動作を実行する通常モード時において、イオン化用ガスに対する不純物ガスの濃度をより低減できる。この結果、本実施例によれば、イオンビーム２７の電流をより安定にできる。【００９３】
本実施例では、洗浄用ガスに水素ガスを含むが、爆発限界よりも低い混合比率で水素ガスをヘリウムガスに混ぜるため、防爆設備は不要である。したがって、ＧＦＩＳ１のトータルの装置コストを低減できる。【００９４】
なお、本実施例では、イオン化用ガスと同じくヘリウムガスを洗浄用ガスに混合しているが、必ずしもそうする必要は無い。洗浄用ガスとして水素ガス（Ｈ２）を４％混合した窒素ガス（Ｎ２）を用いても同様の効果が得られる。逆に、イオン化用ガスとして窒素ガスを使い、洗浄用ガスとして水素ガスを４％混合したヘリウムガスを用いる場合でも同様の効果が得られる。
【実施例５】
【００９５】
図６を用いて第５実施例を説明する。本実施例のＧＦＩＳ１Ａは、第１実施例のＧＦＩＳ１とほぼ同じである。第１実施例との相違は、イオン化用ガスとして水素ガス（Ｈ２）を用いる点と、イオン化用ガス供給系３０Ａの構成が異なる点と、洗浄用ガスの詳細が異なる点にある。【００９６】
本実施例の洗浄用ガスは、第４実施例と同様にヘリウムガスと水素ガスの混合ガスであり、水素ガスの混合比率は爆発限界以下の４％である。【００９７】
イオン化用ガス供給系３０Ａの構成を説明する。イオン化用ガス供給系３０Ａは、例えば、イオン化用ガス供給管３１、圧力調整器３５、ガス供給用バルブ３８、選択透過手段３７、ガスボンベ３６を備える。ガスボンベ３６を最も上流とすると、圧力調整器３５、ガス供給用バルブ３８、選択透過手段３７の順で、イオン化用ガス供給管３１に配置されている。【００９８】
本実施例のイオン化用ガス供給系３０Ａには、イオン化用ガスの排気系７０が接続されている。この排気系７０は、排気管７１と、排気管７１を開閉する排気バルブ７２と、排気ポンプ（排気系７０内に含む）とを有する。排気管７１の一方の側は、ガス供給バルブ３８と選択透過手段３７の間に位置して、イオン化用ガス供給管３１の途中に接続されている。【００９９】
本実施例では、イオン化用ガスとしての水素ガスを低圧（１ＭＰａ以下）の小さなガスボンベ３６から供給する。さらに本実施例では、イオン化用ガスを選択透過手段３７に通すことで純化し、純化したイオン化用ガスをチャンバ１０へ供給する。選択透過手段３７は、例えば、パラジウム銅合金膜から構成される。【０１００】
ここで、イオン化用ガスとしての水素ガスを供給するガスボンベ３６は低圧なため、ガスボンベ内部での不純物ガス発生の影響が大きく、経時的にガスボンベ内の不純物ガス濃度が高まっていく。この不純物ガスをゲッタ型の純化器で純化したとしても、高圧ガスボンベを使用する場合ほどには純化することはできない。ガスボンベ３６の圧力が低いためである。【０１０１】
そこで、本実施例では、イオン化用ガス供給管３１の下流側に位置してイオン化用ガス供給口１３の近傍に、パラジウム銅合金膜からなる選択透過手段３７を設ける。この選択透過手段３７により、水素ガス以外の不純物ガスを除去することができる。【０１０２】
イオン化用ガスとしての水素ガスの供給量は、圧力調整器３５の決める供給圧力によって制御できる。圧力調整器３５は、絶対圧を調整することができる。水素ガスの供給量は、ほぼ供給圧力の平方根に比例する。【０１０３】
選択透過手段３７を構成するパラジウム銅合金膜は、室温で使用する。パラジウム銅合金膜を加熱して水素ガスの透過率を高めることもできるが、水素ガスの導入先であるエミッタ電極２１は、冷却系５０により冷却されている。したがって、温度の高い水素ガスを冷却系５０により冷却されているＧＦＩＳ１Ａに供給するのは好ましくない。そこで、本実施例では、ＧＦＩＳ１Ａの動作を安定させるために、選択透過手段３７を加熱せずに室温で使用する。【０１０４】
なお、本実施例では、イオン化用ガスとしての水素ガスをチャンバ１０へ供給する際に、圧力調整器３５によりガス圧力を調整したら、ガス供給用バルブ３８を閉じる。これにより、圧力調整器３５での微妙な変動の影響を排除できる。さらにもしも万が一、選択透過手段３７のパラジウム銅合金膜が破れた場合でも、チャンバ１０に漏れ出す水素ガスの量を制限することができる。したがって、圧力調整器３５による圧力調整後にはガス供給用バルブ３８を閉じることで、万が一、選択透過手段３７を通じて水素ガスが漏れ出した場合であっても、排気系４０や差動排気口１２から、それらの先の装置へ与える影響を最小限にとどめることができる。【０１０５】
排気バルブ７２は、通常は閉じて使用するが、所定の場合には開弁し、排気系７０により選択透過手段３７の手前の水素ガスを排気する。所定の場合とは、例えば、イオン化用ガスのチャンバ１０への供給を停止する場合、長期間の使用によりパラジウム銅合金膜の手前側に不純物ガスが堆積し、その透過率が低下した場合、などである。【０１０６】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、イオン化用ガスとしてチャンバ１０に供給する水素ガスに対する不純物ガスの濃度をより低減できる。【０１０７】
つまり、本実施例では、低圧なガスボンベ３６に由来する不純物ガスがチャンバ１０へ侵入するのを選択透過手段３７により抑制し、さらに、第１実施例で述べたと同様に、チャンバ１０の壁部に侵入している不純物ガスを高い圧力の洗浄用ガスにより洗浄することができる。このように本実施例では、ガスボンベ３６の不純物ガスと、チャンバ１０の壁部の不純物ガスの両方を除去できるため、イオン化用ガスに対する不純物ガスの濃度を低減できる。この結果、水素のイオンビーム２７の電流を安定にすることができる。【０１０８】
本実施例では、イオン化用ガスを供給するガスボンベ３６として、小型で低圧の水素ガスボンベを使用する。ガスボンベ３６を小型化するため、ＧＦＩＳ１Ａを小型化することができる。イオン化用ガスは、洗浄用ガスに比べて使用量が少ないため、ガスボンベ３６を小型化した場合でもＧＦＩＳ１Ａの運用上の支障はない。【０１０９】
さらに本実施例では、イオン化用ガスには低圧な水素ガスを使用し、洗浄用ガスは爆発限界未満の混合比で混合された水素ガスしか含んでいないため、防爆設備を設ける必要がなく、ＧＦＩＳ１Ａのトータルの装置コストを低減できる。【０１１０】
なお、本実施例では、イオン化用ガスとしての水素ガスを供給するガスボンベ３６に低圧の小型ガスボンベを用いたが、これに代えて、洗浄用ガス供給系６０から分岐する配管を選択透過手段３７の上流側でイオン化用ガス供給管３１に接続してもよい。この場合、水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを、選択透過手段３７により水素ガスのみに純化して、エミッタ電極２１へ供給する。このように、水素ガスの元を洗浄用ガス供給系６０とイオン化用ガス供給系３０Ａとで共用することで、ＧＦＩＳ１Ａのランニングコストを低減することができる。ただし、その場合、選択透過手段３７のパラジウム銅合金膜の厚さを適性にする必要がある。選択透過手段３７を通過する水素ガスの透過量は、混合ガスの圧力に依存するのではなく、水素ガスの分圧に依存する。
【実施例６】
【０１１１】
図７を用いて第６実施例を説明する。本実施例のＧＦＩＳ１Ｂは、第５実施例で述べたＧＦＩＳ１Ａと共通の構成を有する。イオン化用ガス供給系３０Ａの詳細は、第５実施例と同様である。洗浄用ガスは、第５実施例と同様にヘリウムガスと水素ガスの混合ガスであり、水素ガスの混合比率は爆発限界未満の４％である。洗浄用ガス供給系６０の詳細も第５実施例と同様である。【０１１２】
本実施例と第５実施例との違いは、本実施例では複数種類のイオン化用ガスを切り替えて使用する点にある。本実施例では、水素ガス（Ｈ２）のと窒素ガス（Ｎ２）の２種類のイオン化用ガスを切り替えて使用する。【０１１３】
このため、本実施例では、第１のイオン化用ガスとしての水素ガスをチャンバ１０へ供給するための第１イオン化用ガス供給系３０Ａと、第２のイオン化用ガスとしての窒素ガスをチャンバ１０へ供給するための第２イオン化用ガス供給系３０Ｂを備える。【０１１４】
第２イオン化用ガス供給系３０Ｂは、第１実施例で述べたイオン化用ガス供給系３０の構成要素３１〜３６と同様に、イオン化用ガス供給管３１Ｂ、流量調節機構３２Ｂ、バルブ３３Ｂ、ガス純化器３４Ｂ、圧力調整器３５Ｂ、ガスボンベ３６Ｂを備える。ただし、ガスボンベ３６Ｂは窒素ガスのボンベであり、ガス純化器３４Ｂは窒素ガスを通過させる装置である。【０１１５】
本実施例の洗浄用ガスは、２種類のイオン化用ガス（ここでは、Ｈ２とＮ２）のどちらのガスに対しても、同等かそれ以下の分子量のガス（ここでは、Ｈ２）を含む混合ガスとして構成される。本実施例の洗浄用ガスは、イオン化用ガスと同等またはそれ以下の分子量のガス（例えばＨ２）と不活性ガス（例えばＨｅ）との混合ガスである。このように構成される洗浄用ガスを用いることで、水素ガスと窒素ガスのいずれのイオン化用ガスを使用する場合でも、洗浄用ガスによる不純物ガスの洗浄効果を十分得ることができる。【０１１６】
通常、洗浄用ガスによる洗浄（洗浄モードでの処理）は、エミッタ電極２１の交換のためにチャンバ１０を大気開放した際に行う。しかし、本実施例のように、複数種類のイオン化用ガスを切り替え使用可能な場合、イオン化用ガスの切り替えにより不純物ガスの濃度レベルが変動する可能性がある。そこで、本実施例では、イオン化用ガスの切替回数をカウントしておき、切替回数が所定回数に達した場合は、図４（ａ）に示すような長時間の連続排気による洗浄を実施する。その後に、エミッタ電極２１を交換した場合は、図４（ｂ）に示すような短時間の洗浄を一回または複数回実施する。【０１１７】
本実施例も第１実施例、第５実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、複数種類のイオン化用ガスを切り替えて使用する場合でも、不純物ガスを低減することができる。したがって、本実施例では、複数のイオン種のイオンビーム２７の電流を安定化することができる。
【実施例７】
【０１１８】
図８を用いて第７実施例を説明する。本実施例では、イオンビーム装置として走査イオン顕微鏡にＧＦＩＳ１を適用する場合を説明する。【０１１９】
図６は、走査イオン顕微鏡２の全体構成図である。走査イオン顕微鏡２の基本構成は、ガリウム液体金属イオン源（Ga−LMIS）用に製作された最大加速電圧４０ｋＶの集束イオンビーム（FIB）装置と同じである。走査イオン顕微鏡２のガス電界電離イオン源は、第６実施例で述べたＧＦＩＳ１Ｂとして構成されている。ＧＦＩＳ１Ｂについては、図７で詳細に説明したので、図８では構成を省略している。【０１２０】
走査イオン顕微鏡２は、試料ステージ１０１上の試料１１１にイオンビーム２７を照射することで、試料を観察する。走査イオン顕微鏡２は、例えば、ＧＦＩＳ１Ｂ、イオン源制御部１００、イオン光学系１２０、二次電子検出器１３０、レンズ系制御部１４０、偏向系制御部１５０、画像処理部１６０、顕微鏡制御部２００を備える。【０１２１】
ＧＦＩＳ１Ｂは２種類のイオンビーム２７を出力するイオン源である。イオン源制御部１００は、顕微鏡制御部２００からの指示に従ってＧＦＩＳ１Ｂを制御する。イオン光学系１２０は、イオンビームの加速や集束などを行う。二次電子検出器１３０は、イオンビーム２７が照射されることで試料１１１で生じた二次電子１１２を検出する。レンズ系制御部１４０は、静電レンズ１２１Ａ，１２１Ｂ、絞り１２１Ｃを制御する。偏向系制御部１５０は、偏向用の電極１２２Ａ，１２２Ｂを制御する。画像処理部１６０は、二次電子検出器１３０からの信号から二次電子観察画像を生成する。顕微鏡制御部２００は、ユーザの操作に応じて、走査イオン顕微鏡２の全体動作を制御する。【０１２２】
走査イオン顕微鏡２は、ＧＦＩＳ１Ｂから放出されたＨ２またはＮ２のイオンビーム２７をイオン光学系１２０に入射させる。Ｈ２のイオンビームは微細観察用に用い、Ｎ２のイオンビームは微細加工用に用いる。【０１２３】
イオン光学系１２０によって加速と集束および偏向されたイオンビーム２７は、試料ステージ１１０に載置された試料１１１に照射される。イオンビーム２７の照射により試料１１１から発生した二次電子１１２は、二次電子検出器１３０で検出される。なお、イオンビーム２７の通過領域は基本的に真空排気されている。【０１２４】
イオン光学系１２０のうち、イオンビーム２７の加速と集束と軸調整と開き角制限とに関わる部分は、レンズ系制御部１４０で制御される。イオン光学系１２０のうち、イオンビーム２７の試料１１１上での偏向と走査に関わる部分は、偏向系制御部１５０で制御される。【０１２５】
画像処理部１６０は、二次電子検出器１３０から受け取る二次電子１１２の強度信号と偏向系制御部１５０の走査信号とを対応させることで、二次電子観察像を形成する。【０１２６】
顕微鏡制御部２００は、イオン源制御部１００、レンズ系制御部１４０、偏向系制御部１５０、画像処理部１６０を含む走査イオン顕微鏡２全体を制御するとともに、他の機器やユーザからの入出力も制御する。例えば、顕微鏡制御部２００は、画像処理部１６０から二次電子観察像を読みだし、図示しないディスプレイに表示する。顕微鏡制御部２００は偏向系制御部１５０を制御して、二次電子観察像の画面上でユーザが指定した位置へイオンビーム２７を照射させることができる。【０１２７】
本実施例の顕微鏡制御部２００は、ＧＦＩＳ１Ｂの稼働時間、すなわちイオン放出時間をモニタして記憶している。また、顕微鏡制御部２００は、定期的に（例えば一分間隔で）イオンビーム２７の電流をモニタして記憶している。イオンビーム２７の電流は、例えば、イオン光学系１２０内でブランキング偏向した先に設置するファラデーカップにより測定できる。さらに、顕微鏡制御部２００は、モニタしたイオンビーム２７の電流の変化から、イオン放出の安定性低下の度合いを計算する機能を備える。【０１２８】
本実施例の顕微鏡制御部２００は、ＧＦＩＳ１Ｂの稼働時間の長さ、またはイオンビーム電流の安定性低下のレベルの少なくともいずれかを判断することで、ＧＦＩＳ１Ｂを洗浄用ガスで洗浄する。顕微鏡制御部２００は、エミッタ電極２１からのイオン放出を停止させ、洗浄モードの処理を実行する。すなわち、顕微鏡制御部２００は、エミッタ電極２１の冷却を停止して、洗浄用ガスを高圧でチャンバ１０へ導入し、放電を起こすことなく洗浄用ガス（不純物ガスを含む）を排気する。【０１２９】
ＧＦＩＳ１Ｂの洗浄が終了すると、顕微鏡制御部２００は、通常モードに切り替えて、ＧＦＩＳ１Ｂからイオンビーム２７を出力させる。すなわち、顕微鏡制御部２００は、エミッタ電極２１の冷却を開始し、イオン化用ガスをチャンバ１０へ低圧で導入し、エミッタ電極２１に電界を印加して、イオンビーム２７を放出させる。【０１３０】
基本的には、イオンビーム２７が不安定になる前に、一定時間毎に洗浄モードの処理（例えば図４（ａ）に示すような連続排気による弱い洗浄）を行う。これに限らず、イオンビーム電流の不安定化を検出した場合は、その時点で、ＧＦＩＳ１Ｂを洗浄（上述の連続排気による弱い洗浄）してもよい。【０１３１】
顕微鏡制御部２００は、洗浄処理の開始前に、ＧＦＩＳ１Ｂを洗浄する旨をユーザへ通知するルーチンを組み込んでおくのが好ましい。また、イオンビーム２７を使った自動的な作業プログラムには、洗浄処理に対応する非常処理ルーチンを予め組み込んでおくのが望ましい。さらに、洗浄終了によりＧＦＩＳ１Ｂの再稼働が可能になった場合は、ユーザに次の動作を判断させて指示させるためのルーチンを組み込んでおくのが望ましい。【０１３２】
このように構成される本実施例は、第１実施例や第６実施例で述べたように、エミッタ電極２１を損耗させることなくＧＦＩＳ１Ｂを洗浄でき、安定なイオンビームを用いて試料を観察することができる。この結果、ＧＦＩＳ１Ｂの信頼性が向上し、イオン顕微鏡２を用いた加工などの長時間作業を自動化することもできる。【０１３３】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１，１Ａ，１Ｂ：ガス電界電離イオン源、２：走査イオン顕微鏡、１０：チャンバ、２０：イオン発生装置、２１：エミッタ電極、２７：イオンビーム、３０，３０Ａ，３０Ｂ：イオン化用ガス供給系、３２，３２Ｂ：流量調節機構、３４，３４Ｂ：ガス純化器、３５，３５Ｂ：圧力調整器、３６，３６Ｂ：ガスボンベ、３７：選択透過手段、４０：排気系、５０：冷却系、６０：洗浄用ガス供給系、６３：圧力調整器
【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８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月16日(2018.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
針状の先端を持つエミッタ電極と、該エミッタ電極の先端方向に離間した位置に開口を有する引出電極と、前記エミッタ電極を内包するチャンバとを有するガス電界電離イオン源を含むイオンビーム装置であって、
前記ガス電界電離イオン源は、
前記エミッタ電極にビーム発生電圧以上の電圧を印加した状態で、前記チャンバにイオン化用ガスを導入するイオン化用ガス導入経路と、
前記エミッタ電極に前記ビーム発生電圧未満の電圧を印加した状態または電圧を印加しない状態のいずれかの状態で、前記チャンバに洗浄用ガスを導入する洗浄用ガス導入経路とを有し、
前記洗浄用ガスが導入された状態での前記チャンバの圧力は、前記イオン化用ガスが導入されるときの前記チャンバの圧力より高いイオンビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記チャンバへ前記洗浄用ガスを導入するときには前記イオン化用ガスを導入するときよりも、前記エミッタ電極の温度が高くなるようにするイオンビーム装置。
【請求項３】
請求項２に記載のイオンビーム装置において、さらに、
前記エミッタ電極を冷却する冷却装置を有し、
前記チャンバへ前記イオン化用ガスを導入するときには前記冷却装置を稼働し、
前記チャンバへ前記洗浄用ガスを導入するときには前記冷却装置を停止するイオンビーム装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記チャンバへ前記洗浄用ガスが導入された状態では、前記チャンバ内での放電発生を抑止するイオンビーム装置。
【請求項５】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスの純度は前記イオン化用ガスの純度よりも低いイオンビーム装置。
【請求項６】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記イオン化用ガス導入経路には、前記イオン化用ガスを純化する純化部が設置されるイオンビーム装置。
【請求項７】
請求項６に記載のイオンビーム装置において、
前記純化部は、前記イオン化用ガスを選択的に透過する膜であるイオンビーム装置。
【請求項８】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスの分子量は、前記イオン化用ガスの分子量以下であるイオンビーム装置。
【請求項９】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスは、前記イオン化用ガスの分子量以下であるガスを含む混合ガスであるイオンビーム装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記洗浄用ガスは水素を含むイオンビーム装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記イオン化用ガスは水素であるイオンビーム装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、
前記イオン化用ガスとして二種類以上のガスが用いられ、
前記洗浄用ガスは、前記二種類以上のガスのいずれの分子量よりも小さい分子量のガスを含むイオンビーム装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のイオンビーム装置において、さらに、
前記ガス電界電離イオン源の稼働時間が所定値を超えた場合、または前記ガス電界電離イオン源から放出されるイオンビームの安定性が所定値より低下した場合のいずれかの場合に、前記洗浄用ガスを前記チャンバに導入する制御をする制御部を有するイオンビーム装置。
【請求項１４】
針状の先端を持つエミッタ電極と、該エミッタ電極の先端方向に離間した位置に開口を有する引出電極と、前記エミッタ電極を内包するチャンバとを有し、前記エミッタ電極にビーム発生電圧以上の電圧をかけた状態で、前記チャンバにイオン化用ガスを導入することでイオンビームを発生させるガス電界電離イオン源を洗浄する洗浄方法であって、
前記エミッタ電極に前記ビーム発生電圧未満の電圧を印加した状態または電圧を印加しない状態のいずれかの状態で前記チャンバに洗浄用ガスを導入することで、前記チャンバの圧力を前記イオン化用ガスを導入するときの圧力よりも高くする第１のステップを有するガス電界電離イオン源の洗浄方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のガス電界電離イオン源の洗浄方法において、さらに、
前記チャンバから前記洗浄用ガスを排出する第２のステップを有し、
前記第１のステップおよび前記第２のステップを繰り返す、または前記第１のステップと前記第２のステップを同時に行うガス電界電離イオン源の洗浄方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載のガス電界電離イオン源の洗浄方法において、
前記ガス電界電離イオン源の稼働時間が所定値を超えた場合、または前記イオンビームの安定性が所定値より低下した場合のいずれかの場合に、前記第１のステップを実行するガス電界電離イオン源の洗浄方法。
【国際調査報告】
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