(57)【要約】  本発明の目的は、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することに関する。  真空容器内に収納された被冷却物であって、少なくとも室温よりも低い温度に少なくともその一部が冷却される被冷却物と熱的に連結される冷却熱伝導体（５３、４０６）と、前記冷却熱伝導体と熱的に結合されるとともに、前記真空容器と直接的又は間接的に機械的に連結される熱交換器（４０５、４１４）と、前記熱交換器へ少なくとも前記被冷却物を冷却する室温よりも低い温度の冷媒を供給し、該熱交換器から前記冷媒を回収する往復配管（４０３、４０７、４１３、４１５）と、前記冷媒を冷却する冷凍機（４０１）とをその経路に有する冷媒循環回路と、前記冷媒循環回路の前記熱交換器と前記冷凍機との間の前記往復配管に設けられ、２次元方向若しくは３次元方向に可撓する撓み保有構造機構（５００、５０８）と、を備える冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置が提供される。
2013069410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の真空容器内に収納された被冷却物であって、少なくとも室温よりも低い温度に少なくともその一部が冷却される被冷却物と熱的に連結される冷却熱伝導体と、  前記冷却熱伝導体と熱的に結合された熱交換器と、  前記熱交換器へ少なくとも前記被冷却物を冷却する室温よりも低い温度の冷媒を供給し、該熱交換器から前記冷媒を回収する往復配管と、前記冷媒を冷却する冷凍機と、をその経路に有する冷媒循環回路と、  前記往復配管の一部と前記冷凍機との少なくとも一部を収納する第２の真空容器と、  前記第１の真空容器と一端とが連結され、前記第２の真空容器と他端とが連結され、前記往復配管の一部を少なくとも収納する真空配管と、  前記第２の真空容器内の前記冷媒循環回路の前記熱交換器と前記冷凍機との間の前記往復配管に設けられ２次元方向若しくは３次元方向に可撓する撓み保有構造機構と、を備える冷却装置。
【請求項２】
真空容器内に収納された被冷却物であって、少なくとも室温よりも低い温度に少なくともその一部が冷却される被冷却物と熱的に連結される冷却熱伝導体と、前記冷却熱伝導体と熱的に結合されるとともに、前記真空容器と直接的又は間接的に機械的に連結される熱交換器と、  前記熱交換器へ少なくとも前記被冷却物を冷却する室温よりも低い温度の冷媒を供給し、該熱交換器から前記冷媒を回収する往復配管と、前記冷媒を冷却する冷凍機とをその経路に有する冷媒循環回路と、  前記冷媒循環回路の前記熱交換器と前記冷凍機との間の前記往復配管に設けられ、２次元方向若しくは３次元方向に可撓する撓み保有構造機構と、を備える冷却装置。
【請求項３】
被冷却物と直接的又は間接的に機械的に連結され、該被冷却物の少なくともその一部を直接又は間接的に冷却する熱交換器と、  前記熱交換器に対し冷媒を供給及び回収する往復配管と、  前記冷媒を冷却する冷凍機と、  前記熱交換器と前記冷凍機との間の前記往復配管に設けられ、２次元方向若しくは３次元方向に可撓する撓み保有構造機構と、を備える冷却装置。
【請求項４】
前記撓み保有構造機構は、２つ以上のコイル状配管にて構成されている請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項記載の冷却装置。
【請求項５】
前記撓み保有構造機構は、２次元方向若しくは３次元方向にそれぞれ蛇行状にＵ字湾曲を連続して形成した管路で構成されている請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項記載の低振動冷却装置。
【請求項６】
前記真空容器と前記真空配管の一端とは、  磁性流体シールリングにより連結されている請求項１記載の冷却装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項記載の冷却装置を具備するイオン顕微鏡であって、前記被冷却物が、少なくともエミッタティップで構成されているイオン顕微鏡。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項記載の冷却装置を具備する観察装置又は検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被冷却物を冷却する冷却装置、また、冷却装置を用いたイオン生成するためのガス電界電離イオン源や、半導体デバイスや新材料などの試料の表面や内部を観察するイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置に関する。また、イオンビーム加工装置とイオン顕微鏡との複合装置、イオン顕微鏡と電子顕微鏡との複合装置に関する。また、イオン顕微鏡と電子顕微鏡を適用した解析・検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  電子を走査しながら試料に照射して、試料から放出される二次荷電粒子を検出すれば、試料表面の構造を観察することができる。これは走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope以下、ＳＥＭと略記）と呼ばれる。一方、イオンビームを走査しながら試料に照射して、試料から放出される二次荷電粒子を検出しても、試料表面の構造を観察することができる。これは走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope以下、ＳＩＭと略記）と呼ばれる。特に、水素、ヘリウムなどの質量の軽いイオン種を試料に照射すれば、相対的にスパッタ作用は小さくなり試料を観察するのに好適となる。【０００３】  ここで、水素やヘリウムイオンの試料表面への侵入による二次電子の励起領域が電子照射に比べ試料表面により局在することから、そのＳＩＭ画像がＳＥＭ画像以上に極試料表面情報に敏感になる。さらに、顕微鏡の観点では、イオンは電子に比べて重いため、そのビーム集束において回折効果が無視でき、焦点深度の非常に深い像が得られるという特徴がある。【０００４】  また、電子、又はイオンビームを試料に照射して、試料を透過した電子、又はイオンを検出すれば、試料内部の構造を反映した情報を得ることもできる。これらは、透過電子顕微鏡、又は透過イオン顕微鏡と呼ばれる。特に、水素やヘリウムなどの質量の軽いイオン種を試料に照射すれば、試料を透過する割合が大きくなり観察するのに好適となる。【０００５】  ガス電解電離イオン源は、イオンのエネルギー幅が狭いこと、及びイオン発生源サイズが小さいことから、微細なビームが期待され、上記の走査イオン顕微鏡、及び透過イオン顕微鏡に好適なイオン源である。特許文献１には、ガス電解電離イオン源のエミッタティップ先端に微小な突出部を持たせたエミッタティップを用いるとイオン源特性が良くなることが、開示されている。また、非特許文献１には、エミッタティップ先端の微小な突出部を、エミッタティップ材料とは異なる第２金属を用いて作製することが開示されている。エミッタティップ先端に原子のナノピラミッド構造を作製して、輝度の高いイオン源を実現している。【０００６】  また、非特許文献２には、ヘリウムをイオン放出するガス電解電離イオン源を搭載した走査イオン顕微鏡が開示されている。【０００７】  また、特許文献２には、ガス電解電離イオン源において、イオン化室にベローズが配置された機構が開示されている。但し、イオン化室が真空試料室壁を介して室温に接しており、イオン化室に供給されたガスが高温の真空試料室壁に衝突する問題には触れられていない。また、エミッタティップの傾斜についても関連する記述が無い。【０００８】  また、特許文献３には、ガス電解電離イオン源において、イオン源の軸方向を可変にする方向調整機構が開示されている。但し、イオン化室が真空試料室壁を介して室温に接しており、イオン化室に供給されたガスが高温の真空試料室壁に衝突する問題には触れられていない。また、引き出し電極がイオン源の軸方向変化に伴い傾斜する。【０００９】  また、特許文献４には、引き出し電極用高圧導入線がエミッタティップ用高圧導入線に接続されるような切り換えスイッチが開示されており、イオン源外壁とエミッタティップの間の強制放電処理��いわゆるコンデショニング処理の後にエミッタティップと引き出し電極間の放電を防止することができるガス電解電離イオン源が開示されている。【００１０】  また、特許文献５には、荷電ビーム装置において、荷電粒子装置本体を搭載するベースプレートと装置架台の間に防振具が備えられている構造が開示されている。しかし、荷電粒子源の冷却機構については、関連する記述が全く無い。【００１１】  また、イオンビームを試料に照射して、試料を微細に加工することもできる。この加工は、イオンのスパッタ作用によって試料を構成する粒子が、試料から放出される作用を応用しているが、この加工には、液体金属イオン源（Liquid Metal Ion Source、以下ＬＭＩＳ）を用いた集束イオンビーム装置（Focused Ion Beam、以下ＦＩＢ）を用いるのが好適である。また、近年ではＳＥＭと集束イオンビームの複合機ＦＩＢ−ＳＥＭ装置も用いられるようになった。このＦＩＢ−ＳＥＭ装置では、ＦＩＢを照射して所望の箇所に角穴を形成し、その断面をＳＥＭ観察することができる。【００１２】  例えば、特許文献６には、ＦＩＢにより試料の異常箇所近傍に角穴を形成し、当該角穴の断面をＳＥＭ装置で観察することにより、欠陥や異物などを観察し、解析する装置が提案されている。【００１３】  また、特許文献７には、ＦＩＢおよびプローブを用いて、バルク試料から透過電子顕微鏡観察用の微小試料を摘出する技術が開示されている。【００１４】  また、特許文献８には、超電導磁石の被冷却体と冷凍機を分離し、両者を着脱式の真空断熱配管で熱的に接続する冷却技術が開示されている。両者を装着して冷却運転する際の、冷凍機の運転振動を防振する構造は開示されていない。【００１５】  また、特許文献９には、ＮＭＲ用の高周波受信コイルを被冷却体とし、この日冷却体が、冷媒で冷却された冷却ステージに、真空空間内で熱的に接続された構造が開示されている。但し、被冷却体がある真空空間と、冷却ステージがある真空空間との両者を隔壁にて気密隔離する構造は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭５８−８５２４２号公報
【特許文献２】特公平３−７４４５４号公報
【特許文献３】特開昭６２−１１４２２６号公報
【特許文献４】特開平１−２２１８４７号公報
【特許文献５】特開平８−２０３４６１号公報
【特許文献６】特開２００２−１５０９９０号公報
【特許文献７】国際公開第９９／０５５０６号
【特許文献８】特開平９−３１２２１０号公報
【特許文献９】特開平４−２３０８８０号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】H.-S. Kuo, I.-S. Hwang, T.-Y. Fu, J.-Y. Wu, C.-C. Chang, and T. T. Tsong, Nano Letters 4 (2004) 2379.
【非特許文献２】J. Morgan, J. Notte, R. Hill, and B. Ward, Microscopy Today, July 14 (2006) 24．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  本願発明者が、ガス電界電離イオン源を用いたイオン顕微鏡の大流量化、及び高安定化について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。【００１９】  すなわち、冷却装置を用いて被冷却物となるエミッタティップを冷却する場合には、冷却装置側の振動が、冷却装置とガス電界電離イオン源周辺との間で冷媒をやり取りする配管を伝って、ガス電界電離イオン源を振動させてしまうという課題を本願発明者は見出した。なお、本課題は、上記先行技術文献にはいずれも記載も示唆もない。【００２０】  本発明の目的は、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】  本発明の一態様によれば、真空容器内に収納された被冷却物であって、少なくとも室温よりも低い温度に少なくともその一部が冷却される被冷却物と熱的に連結される冷却熱伝導体と、前記冷却熱伝導体と熱的に結合されるとともに、前記真空容器と直接的又は間接的に機械的に連結される熱交換器と、前記熱交換器へ少なくとも前記被冷却物を冷却する室温よりも低い温度の冷媒を供給し、該熱交換器から前記冷媒を回収する往復配管と、前記冷媒を冷却する冷凍機とをその経路に有する冷媒循環回路と、前記冷媒循環回路の前記熱交換器と前記冷凍機との間の前記往復配管に設けられ、２次元方向若しくは３次元方向に可撓する撓み保有構造機構と、を備える冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置が提供される。
【発明の効果】
【００２２】  本発明によれば、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第一の実施形態としての冷却装置を有するイオン顕微鏡の概略構成図を示す図である。
【図２】第一の実施形態としてのイオン顕微鏡を制御する制御装置を示す図である。
【図３】第一の実施形態としてのイオン顕微鏡におけるガス電界電離イオン源の概略構造図を示す図である。
【図４】第一の実施形態としてのガス電界電離イオン源のエミッタティップ等を冷却する冷凍機構を含めたガス電界電離イオン源の概略構造図を示す図である。
【図５】第二の実施形態としてのイオン顕微鏡で使用する撓み保有構造機構の概略構成図を示す図である。
【図６】第三の実施形態としてのイオン顕微鏡の冷却機構周辺の概略構成図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２４】  図１は、第一の実施形態としての冷却装置を有するイオン顕微鏡の概略構成図を示す図である。本イオン顕微鏡は、概ねガス電界電離イオン源１、イオンビーム照射系カラム２、真空試料室３などから構成される。ガス電界電離イオン源１には、冷却装置としての冷却機構１００の構成要素の一つであるトランスファーチューブ４０４の端部４２０が接続されている。【００２５】  イオンビーム照射系カラム２には、静電型のコンデンサレンズ５、ビーム制限アパーチャ６、ビーム走査電極７、静電型の対物レンズ８などが格納されている。真空試料室３の内部には、試料９を載置する試料ステージ１０、二次粒子検出器１１などが格納されている。また、ガス電界電離イオン源１には、イオン源真空排気用ポンプ１２、及び真空試料室３には試料室真空排気用ポンプ１３がそれぞれ取り付けられている。なお、イオンビーム照射系カラム２内部も真空に維持されている。【００２６】  床２０には、例えば、ヘリウムガスを作業ガスとするヘリウム圧縮機（コンプレッサ）１６が設置されている。ヘリウム圧縮機１６は、例えば、ギフォード・マクマホン型（ＧＭ型）冷凍機４０１に、高圧力のヘリウムガスを、配管１０１、１０２を通じて供給する。また、高圧力のヘリウムガスがＧＭ型冷凍機４０１の内部で周期的に膨張することにより寒冷を発生させ、膨張して低圧力になった低圧ヘリウムガスは、配管１０１を通じてヘリウム圧縮機１６に回収される。【００２７】  作動冷媒となる作業ガスであるヘリウムガスは、ＧＭ型冷凍機４０１、並びに熱交換器４０２、熱交換器４０９、熱交換器４１０、熱交換器４１２を用いて冷却される。圧縮機ユニット３９９は、作業ガスを循環させる。【００２８】  圧縮機ユニット３９９により加圧された、例えば０.９ＭＰａの常温（温度３００Ｋ）の作業ガスであるヘリウムガスは、配管４００を通じて熱交換器４０２に流入し、後述する戻りの低温のヘリウムガスと熱交換して温度約６０Ｋに冷却される。６０Ｋに冷却されたヘリウムガスは、冷媒循環用の配管４０３を通過し、撓み保有構造機構５００に流入する。撓み保有構造機構５００は、配管として、ここでは銅配管を紙面面内で上向きの垂直方向に巻き方向の軸を有するコイル状配管５０１と、それに連結し、銅配管を紙面水平方向に巻き方向の軸を有するコイル状配管５０２で構成される。撓み保有構造機構５００は、紙面の面内における上向きの垂直方向（以下、Ｙ方向ともいう）及び水平方向（以下、Ｘ方向ともいう）の２軸撓み保有構造機構として構成される。これらのコイル状配管５０１およびコイル状配管５０２は、曲げ加工後に、高温にて加熱した容態化処理を施し、非常に柔らかく、微小な変位を吸収できる撓みを有した構造を有している。コイル状配管５０１を通った後、コイル状配管５０２を通ったヘリウムガスが循環する配管４０３は、断熱されたトランスファーチューブ４０４内に導かれる。【００２９】  トランスファーチューブ４０４の入口フランジ５０３の内部に一体化された固定支持体５０４が設けられている。配管４０３は、固定支持体５０４に設けられた貫通部を貫通し、その貫通部で固定支持体５０４に一体化され固定されるように構成されている。入口フランジ��０３は、ベロー管５０５を介して、真空容器としての真空断熱容器４１６に真空気密状態で接続されるように構成されている。また、真空断熱容器４１６は、往復配管の一部と冷凍機との少なくとも一部を収納するよう構成されている。【００３０】  ここで、入口フランジ５０３は、ベースプレート１８に固定支持された支持体４１８に固定された固定支持体４１９で強固に固定支持されるように構成されている。【００３１】  ヘリウムガスは配管４０３を通じて輸送され、トランスファーチューブ４０４内の、ガス電界電離イオン源１の近傍に配置された熱交換器４０５に流入する。ここで、熱交換器４０５に熱的に一体化された冷却熱伝導体４０６を温度約６５Ｋに冷却し、輻射シールド５８等を冷却する。【００３２】  加温されたヘリウムガスは熱交換器４０５を流出し配管４０７を通じて撓み保有構造機構５００側に流入する。配管４０７は、入口フランジ５０３部で、固定支持体５０４に設けられた貫通部を貫通し、その貫通部で固定支持体５０４に一体化され固定される。そののち、再び撓み保有構造機構５００に流入し、撓み保有構造機構５００内で、紙面面内で上向きの垂直方向に巻き方向の軸を有する銅製のコイル状配管５０６と、それに連結し、紙面水平方向に巻き方向の軸を有する銅製のコイル状配管５０７に流入する。本構造は、紙面の面内Ｘ−Ｙの２軸撓み保有構造機構である。これらのコイル状配管５０６およびコイル状配管５０７は曲げ加工後に、高温にて加熱した容態化処理を施し、非常に柔らかく、微小な変位を吸収できる撓みを有した構造を有している。【００３３】  コイル状配管５０６を通った後、コイル状配管５０７を通ったヘリウムガスが循環する配管４０７に流入する。【００３４】  その後、配管４０７を通じ、ＧＭ型冷凍機４０１の第１冷却ステージ４０８に熱的に一体化された熱交換器４０９に流入し、温度約５０Ｋに冷却され、熱交換器４１０に流入する。【００３５】  ここで、後述する戻りの低温のヘリウムガスと熱交換して温度約１５Ｋに冷却され、その後、ＧＭ型冷凍機４０１の第２冷却ステージ４１１に熱的に一体化された熱交換器４１２に流入し、温度約９Ｋに冷却され、配管４１３に流入する。【００３６】  約９Ｋに冷却された冷媒循環ヘリウムガスは配管４１３を通過し、撓み保有構造機構５０８に流入する。撓み保有構造機構５０８は、配管として、ここでは銅配管を紙面面内で上向きの垂直方向に巻き方向の軸を有するコイル状配管５０９と、それに連結し、紙面水平方向に巻き方向の軸を有するコイル状配管５１０で構成される。撓み保有構造機構５０８は、紙面の面内Ｘ−Ｙの２軸撓み保有構造機構として構成される。【００３７】  これらのコイル状配管５０９およびコイル状配管５１０は、曲げ加工後に、高温にて加熱した容態化処理を施し、非常に柔らかく、微小な変位を吸収できる撓みを有した構造を有している。コイル状配管５０９を通った後、コイル状配管５１０を通ったヘリウムガスが循環する配管４１３は、断熱されたトランスファーチューブ４０４内に導かれる。配管４１３は、固定支持体５０４の貫通部を貫通し、その貫通部で固定支持体５０４に一体化され固定されるように構成されている。【００３８】  約９Ｋに冷��されたヘリウムガスはトランスファーチューブ４０４内の配管４１３を通じて輸送され、トランスファーチューブ４０４内の、ガス電界電離イオン源１近くに配置された熱交換器４１４に流入する。【００３９】  ここで、熱交換器４１４に熱的に接続された良熱伝導体の冷却伝導棒としての冷却熱伝導体５３を温度約１０Ｋに冷却する。この冷却熱伝導体５３は、銅網線５４およびサファイアベースを経て、被冷却物としてのエミッタティップ２１に接続される。すなわち、冷却熱伝導体５３は、真空容器内に収納されたエミッタティップ２１であって、少なくとも室温よりも低い温度に少なくともその一部が冷却されるエミッタティップ２１と熱的に連結されるように構成されている。【００４０】  加温されたヘリウムガスは熱交換器４１４を流出し、配管４１５を通じて撓み保有構造機構５０８側に戻る。配管４１５は、入口フランジ５０３部で、固定支持体５０４に設けられた貫通部を貫通し、その貫通部で固定支持体５０４に一体化され固定される。【００４１】  その後、再び撓み保有構造機構５０８に流入し、撓み保有構造機構５０８内で、紙面面内で上向きの垂直方向に巻き方向の軸を有する銅製のコイル状配管５１１と、それに連結し、紙面水平方向に巻き方向の軸を有する銅製のコイル状配管５１２に流入する。【００４２】  本構造は、紙面の面内Ｘ−Ｙの２軸撓み保有構造機構である。これらのコイル状配管５１１およびコイル状配管５１２は曲げ加工後に、高温にて加熱した容態化処理を施し、非常に柔らかく、微小な変位を吸収できる撓みを有した構造を有している。コイル状配管５１１を通った後、コイル状配管５１２を通ったヘリウムガスは循環する配管４１５を通じ、熱交換器４１０、熱交換器４０２に順次流入し、前述のヘリウムガスと熱交換してほぼ常温の温度約２７５Ｋになって、配管４１５を通じて圧縮機ユニット３９９に回収される。【００４３】  なお、前述した第１冷却ステージ４０８、第２冷却ステージ４１１、熱交換器４０２、熱交換器４０９、熱交換器４１０、熱交換器４１２、配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５、撓み保有構造機構５００、撓み保有構造機構５０８等の低温部は真空断熱容器４１６内に収納され、トランスファーチューブ４０４とは、入口フランジ５０３を介して断熱的に接続されている。また、真空断熱容器４１６内には、図示はしていないが、輻射シールド板や、積層断熱材等の断熱部が設けられ、該断熱部により、室温部からの低温部への輻射熱による熱侵入を抑制可能なように構成されている。【００４４】  また、ガス電界電離イオン源１近くにおいて、トランスファーチューブ４０４は、ベースプレート１８に固定支持された支持体４１８に固定支持体４１９を介して支持固定されるように構成されている。【００４５】  なお、好適には、固定支持体４１９は、例えば、ガラス繊維入りのエポキシ樹脂（ＣＦＲＰ）の材質等のような熱伝導率の小さな断熱体であって硬度の高い剛体で構成すると、固定的にトランスファーチューブ４０４を支持することができる。【００４６】  図示していないが熱伝導率が低い断熱材であるガラス繊維入りのプラスチック製の断熱体や輻射熱防止用積層断熱材３０がトランスファーチューブ���０４の内部に敷き詰めてあり、該断熱体や輻射熱防止用積層断熱材３０により配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５は固定支持されるように構成されている。【００４７】  すなわち、配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５は、断熱体や輻射熱防止用積層断熱材３０、トランスファーチューブ４０４、固定支持体４１９を介して支持体４１８により、固定支持されるように構成されている。【００４８】  トランスファーチューブ４０４のガス電界電離イオン源１側の端部４２０のフランジ４２１は、ガス電界電離イオン源１の真空容器壁に固定支持された支持体４２２に固定支持されている。本支持構造により、トランスファーチューブ４０４の内部で固定支持された配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５は、ガス電界電離イオン源１の真空容器壁に固定支持されることになり、前記配管群の振動をガス電界電離イオン源１の振動と同期させることが可能となる。【００４９】  本冷却機構１００は、ヘリウム圧縮機１６により発生させた第１の高圧ガスを膨張させて寒冷を発生する寒冷発生手段と、この寒冷発生手段の寒冷で冷却し、圧縮機ユニット３９９により循環する第２の移動する冷媒であるヘリウムガスにより被冷却体を冷却する冷却機構から構成されている。冷却熱伝導体５３は銅網線５４およびサファイアベースを経てエミッタティップ２１に接続される。【００５０】  また、配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５は夫々往復配管として構成され、夫々熱交換器４０５、熱交換器４１４へ少なくとも前記被冷却物を冷却する室温よりも低い温度の冷媒を供給し、熱交換器４０５、熱交換器４１４から冷媒を回収するよう構成されている。熱交換器４０５、熱交換器４１４は、冷却熱伝導体５３と熱的に結合されるように構成されている。また、熱交換器４０５、熱交換器４１４は、エミッタティップ２１と直接的又は間接的に機械的に連結され、該エミッタティップ２１の少なくともその一部を直接又は間接的に冷却するよう構成される。【００５１】  また、ＧＭ型冷凍機４０１は、この冷媒は冷却する冷凍機として構成されている。また、配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５等は、往復配管と冷凍機とをその経路に有する冷媒循環回路として構成されている。【００５２】  また、トランスファーチューブ４０４は、真空容器と一端とが連結され、別の真空容器と他端とが連結され、往復配管の一部を少なくとも収納する真空配管として構成される。【００５３】  また、撓み保有構造機構は、真空容器内の冷媒循環回路の熱交換器と冷凍機との間の往復配管に設けられ２次元方向若しくは３次元方向に可撓するよう構成される。また、撓み保有構造機構は、冷媒循環回路の熱交換器４０５、熱交換器４１４と冷凍機との間の往復配管に設けられ、２次元方向若しくは３次元方向に可撓するよう構成される。【００５４】  また、撓み保有構造機構は、熱交換器４０５、熱交換器４１４と冷凍機との間の往復配管に設けられ、２次元方向若しくは３次元方向に可撓するよう構成される。【００５５】  これによりエミッタティップ２１の防振と冷却が実現する。ＧＭ型冷凍機４０１にヘリウムを送るコンプレッサとしてのヘリウム圧縮機１６ある���は圧縮機ユニット３９９の稼働音から発生する音波等により、ガス電界電離イオン源１を振動させ、ガス電界電離イオン源１の分解能を劣化させることがある。このため、好適には、コンプレッサとしてのヘリウム圧縮機１６あるいは圧縮機ユニット３９９と電界電離イオン源１とを空間的に分離する装置カバー４２３をガス電界電離イオン源１を覆うように設けると良い。これにより、コンプレッサとしてのヘリウム圧縮機１６あるいは圧縮機ユニット３９９の稼働音から発生する音波等を遮蔽することが可能となり、振動の影響がさらに低減し、高分解能観察が可能なガス電解電離イオン源およびイオン顕微鏡を提供することができる。なお、本明細書の圧縮機等の稼働音に伴う音波を発生させる装置を用いる実施形態であれば、同様に装置カバー４２３を、ガス電界電離イオン源１を覆うように設けると同様の効果を得ることができる。【００５６】  また、本実施形態の場合、圧縮機ユニット３９９を用いて第２のヘリウムガスを循環させたが、圧縮機ユニット３９９を設けずに、ヘリウム圧縮機１６の配管１０１、配管１０２からそれぞれ流量調整弁を介して、配管４０７、配管４１５を連通し、配管４０７内にヘリウム圧縮機１６の一部のヘリウムガスを第２のヘリウムガスとして循環ヘリウムガスを供給し、配管４１５でガスをヘリウム圧縮機１６に回収しても、同様な効果を生じる。このようにしても、冷却機構１００は構成される。【００５７】  図２は、第一の実施形態としてのイオン顕微鏡を制御する制御装置（あるいは制御部と称する）を示す図である。本制御装置は、ガス電界電離イオン源１を制御するガス電界電離イオン源制御装置９１、冷却機構１００を制御する冷却機構制御装置９２、対物レンズ８等を制御するレンズ制御装置９３、ビーム制限アパーチャ６を制御するビーム制限アパーチャ制御装置９４、ビーム走査電極７等を制御するイオンビーム走査制御装置９５、二次粒子検出器１１を制御する二次電子検出器制御装置９６、試料ステージ１０を制御する試料ステージ制御装置９７、イオン源真空排気用ポンプ１２、および試料室真空排気用ポンプ１３等の真空排気用ポンプを制御する真空排気用ポンプ制御装置９８および、計算処理装置９９などから構成される。ここで、計算処理装置９９は、二次粒子検出器１１の検出信号をもとに生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示する画像表示部を備える。【００５８】  また、ここで、試料ステージ１０は、試料載置面内の直行２方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、試料載置面内回転機構および、傾斜軸周りに回転することによりイオンビーム１４の試料９への照射角度を可変できる傾斜機能を備え、これらの制御は計算処理装置９９からの指令によって試料ステージ制御装置９７により行われる。【００５９】  図３は第一の実施形態としてのイオン顕微鏡におけるガス電界電離イオン源の概略構造図を示した図である。また、図４は第一の実施形態としてのガス電界電離イオン源のエミッタティップ等を冷却する冷凍機構を含めたガス電界電離イオン源の概略構造図を示した図である。なお、本ガス電界電離イオン源１は、真空容器として構成されている。エミッタティップ２１��上部フランジ５１より吊り下げられる構造となっており、エミッタティップ２１を水平直角２方向、及び上下方向に調整可能となっており、また、エミッタティップ２１先端の角度を調整できる可動構造となっている。これに対して、引き出し電極２４は、真空容器に対して固定である。また、フィラメントマウント２３は、サファイアベース５２によって絶縁されている。【００６０】  また、本実施形態では、好適には、エミッタティップ２１を可撓性が高い銅網線５４のような変形可能な機構部品により、エミッタティップ２１を可動とするとともに、剛体機構部品で接続する場合に比べて、高い周波数の振動伝達を低下させている。すなわち、本冷却機構を用いたガス電界電離イオン源１はエミッタティップ２１の機械的振動をさらに低減できるという特徴を持つ。また、冷凍機からの振動伝達を低下させるという観点で、引き出し電極２４は真空容器に対して固定構造であるが、好適には、引き出し電極２４を支持するサファイアベース５５と良熱伝導体の冷却熱伝導体５３の先端との接続も変形可能な銅網線５６で接続すると良い。これにより、高分解能観察が可能なイオン顕微鏡を実現することができる。【００６１】  また、輻射シールドは、図示はしていないが、銅製の冷却熱伝導体４０６を経て図３の輻射シールド５８に接続されている。なお、この冷却熱伝導体４０６は上記冷却熱伝導体５３を覆うようにしてエミッタティップ２１近傍まで配置されている。輻射シールド５８は、エミッタティップ２１を含むガス分子イオン化室を囲み、ガス分子イオン化室への熱輻射による熱流入を低減している。さらに、輻射シールド５８は、ガス分子イオン化室からイオンビーム１４の引き出し方向に存在しており、ガス分子イオン化室に対向する静電レンズ５９の少なくとも一つの電極と接続している。図中、静電レンズ５９は３枚の電極で構成されており、ガス分子イオン化室に最も近い電極６０は輻射シールド５８と接続しており、冷却されている。【００６２】  図４は、第一の実施形態のガス電界電離イオン源のエミッタティップ周辺模式図を示す図である。ガス電界電離イオン源１のエミッタティップ２１周辺は、エミッタティップ２１、フィラメント２２、フィラメントマウント２３、引き出し電極２４、ガス供給配管２５、変形可能なベローズＢ６２等によって構成される。また、エミッタティップ２１はフィラメント２２に固定されている。フィラメント２２は、その両端がフィラメントマウント２３の支持棒２６に固定されている。【００６３】  引き出し電極２４は、エミッタティップ２１に対向して配置され、イオンビーム１４を引き出す小孔２７を持つように構成されている。引き出し電極２４には、円筒状の側壁２８、及び天板２９が接続されており、エミッタティップ２１を囲むように構成されている。円筒状の側壁２８の周囲には、円筒状の輻射熱防止用積層断熱材３０が取り付けられている。【００６４】  ここで、引き出し電極２４、側壁２８、および天板２９で囲まれる部屋により、ガス分子イオン化室１５が形成される。ガス分子イオン化室１５には、ガス供給配管２５が接続されている。このガス供給配管２５により、イオン化ガスであるヘリウムガスあるいは水素ガスがガ���分子イオン化室１５へ供給される。このイオン化ガスは、図１に示す流量調節装置４０で所定の流量に制御される。ガス供給配管２５は、図３に示す冷却熱伝導体４０６に熱接触させた後、冷却熱伝導体５３に熱接触させ、冷却熱伝導体５３の温度まで冷却された後、ガス分子イオン化室１５内に導かれる。【００６５】  また、フィラメントマウント２３はエミッタベースマウント６４に固定されており、エミッタベースマウント６４は真空容器６１に変形可能なベローズＡ６１Ａを介して固定されている。【００６６】  次に、ガス電界電離イオン源１の動作について述べる。    図４において真空排気後、ガス分子イオン化室１５の側壁２８の外側に設けられた輻射熱防止用積層断熱材３０により、引き出し電極２４および側壁２８、天板２９などを例えば温度３００℃に加熱することによりベーキングして脱ガスする。この時に真空容器６１も同時に大気中に配置した別の抵抗加熱器によって加熱することにより、ベーキングして脱ガスし、真空容器６１内の真空度を向上し、残留ガス濃度を低下する。この操作により、イオン放出電流の時間安定性を向上できる。【００６７】  ここで、本実施形態では、図１に示すように、トランスファーチューブ４０４の端部４２０において、耐熱性のある例えばステンレス鋼製の支持棒４２６により気密隔離し、支持棒４２６の両面に接する空間を隔離している。ベーキング時のガス電界電離イオン源１側の空間は大気となり、且つ、ベーキング温度３００℃に保持される。この状態では、ガス分子イオン化室１５に面している冷却熱伝導体５３、及び冷却熱伝導体４０６を介して、端部４２０側の熱交換器４０５、熱交換器４１４の温度が上昇する。トランスファーチューブ４０４内部の構成物は、溶接や銀ろう等の結合手段で組み立てられているため、ベーキングにより影響されることはない。しかし、これらの構成要素の周りに配置されている輻射熱防止用積層断熱材３０は、薄いポリエステルフイルムにアルミニュームを蒸着した材料で構成されているため、ベーキング温度で熱分解し、断熱性能を維持することはできない。このため、ベーキング時には、冷却機構制御装置９２の制御により冷却機構１００を動作させて、冷却運転を実施し、熱交換器４０５、及び熱交換器４１４の温度の上昇を抑制し、輻射熱防止用積層断熱材３０の温度を１２０℃以下に冷却する。これにより、輻射熱防止用積層断熱材３０の変質を抑制することができる。また、ベーキング後の冷却運転においても、ガス分子イオン化室１５を速やかに所定の低温に冷却することができる。【００６８】  その後、ガス分子イオン化室１５および真空容器６１の加熱を停止し、十分な時間を経た後、冷却機構制御装置９２の制御により冷却機構１００を動作させて、エミッタティップ２１、引き出し電極２４、及び輻射シールド５８等を冷却する。そして、ガス供給配管２５によりイオン化ガスであるヘリウムあるいは水素をガス分子イオン化室１５に導入する。ここで、好適には、引き出し電極２４の小孔２７を直径０.２mm以下にすると、ガス分子イオン化室１５のガス圧力を、ガス分子イオン化室１５外側の真空容器６１の真空度よりも少なくとも１桁以上大きくすることが可能になる。これにより���イオンビーム１４が真空中のガスと衝突して中性化する割合が少なくなり、大電流のイオンビーム１４を試料９に照射できる。また、高温のヘリウムガス分子が引き出し電極２４と衝突する個数が少なくなり、エミッタティップ２１、及び引き出し電極２４の冷却温度を下げることができ、大電流のイオンビーム１４を試料９に照射できる。【００６９】  エミッタティップ２１と引き出し電極２４の間に電圧を印加すると、エミッタティップ２１先端に強電界が形成される。多くのヘリウムが、強電界によりエミッタティップ２１面に引っ張られ、最も電界の強いエミッタティップ２１の先端近傍に到達する。そこでヘリウムが電界電離し、引き出し電極２４の小孔２７を通してイオンビーム１４を引き出される、ここで、電界強度を調整すると、エミッタティップ２１の先端に存在するナノピラミッド頂点の原子１個近傍でヘリウムイオンが生成される。すなわち非常に限定された領域でイオンが発生するため、単位面積、及び単位立体角から放出される電流を大きくできる。これは、試料９上で微細径・大電流のイオンビームを得るためには重要な特性である。【００７０】  次に、図３において、レンズを通過したイオンビーム１４は、走査偏向電極３０１を通過して、さらにアパーチャ板３０２の微細径の穴を通過して、可動のシャッタ３０３に衝突する。ここで、イオンビーム１４を走査しながら可動のシャッタ３０３で発生する二次電子などの二次粒子３０４を二次粒子検出器３０５で検出して二次粒子像を得るとエミッタティップ２１のイオン放射パターンが観察できる。そこで、イオン放射パターンを観察しながら、エミッタティップ２１の位置および角度を調整する。また、イオン放射パターンの中から、原子１個からのイオンビーム１４がアパーチャ板３０２を通過するように、イオンビーム１４の軌道もしくはアパーチャ板３０２の位置を調整することもできる。ピラミッドの先端が、３個あるいは６個の原子により構成される場合には、いずれか１個の原子近傍から放出されるイオンを選択してアパーチャ板３０２を通過するように、イオンビーム１４の軌道もしくはアパーチャ板３０２の位置を調整することもできる。なお、アパーチャ板３０２から放出された二次電子などの二次粒子を二次粒子検出器３０５により検出して二次粒子像を得ても同等の効果を得ることができる。特に、可動のシャッタ３０３上に微細な突起を設け、この二次粒子像を観察すれば、より明快にパターンが観察できる。そして、本調整の後、シャッタ３０３を移動させてイオンビーム１４を通過させる。【００７１】  本ガス電界電離イオン源１では、ガス分子イオン化室１５の気密が高く、ガス分子イオン化室１５の外側では真空度が高いため、イオンビーム１４が真空中のガスと衝突して中性化する割合が少なく、大電流のイオンビーム１４を試料９に照射できる。また、高温のヘリウムガス分子が引き出し電極２４と衝突する個数が少なくなり、エミッタティップ２１、及び引き出し電極２４の冷却温度を下げることができ、大電流のイオンビーム１４を試料９に照射できる。【００７２】  なお、不測の放電現象などによりナノピラミッドが損傷した場合は、エミッタティップ２１を約３０分間加熱（１０００℃程��）することにより、容易にナノピラミッドを再生することが可能であるが、その処置においても損傷が修復できない場合には、正常なエミッタティップ２１と交換する。【００７３】  次に、図１を用いてイオンビーム照射系の動作について述べる。イオンビーム照射系の動作は、計算処理装置９９からの指令により制御される。まず、ガス電界電離イオン源１のエミッタティップ２１先端から放出されたイオンビーム１４をコンデンサレンズ５、ビーム制限アパーチャ６を通し、対物レンズ８により試料ステージ１０上の試料９の上に集束させる。これにより、微小な点状ビームを試料９上で得ることができる。この場合には、電流は数ｐＡ程度に少ないが、ビーム径は１ｎｍ以下に小さくできる。この微細なイオンビーム１４をイオンビーム走査電極７により走査させることにより、試料９から放出される二次電子などの二次粒子検出器１１で検出し、これを輝度変調することにより計算処理装置９９の画像表示手段上に走査イオン顕微鏡像を得ることができる。すなわち、試料９表面の高分解能観察を実現する。【００７４】  ここで、本実施形態におけるガス電界電離イオン源１においては、好適には、ナノピラミッドの先端の原子１個近傍から放出されたイオンを用いると良い。すなわち、イオンが放出される領域が狭く、イオン光源がナノメータ以下に小さい。このため、イオン光源を同じ倍率で試料９に集束させるか、縮小率を２分の１程度に大きくすると、ガス電界電離イオン源１の特性を最大限に活かすことができる。従来のガリウム液体金属イオン源の光源の大きさは約５０ｎｍと推定されており、試料９上で５ｎｍ以下のビーム径を実現するためには、縮小率を１０分の１以下とする必要がある。この場合には、イオン源のエミッタティップの振動は、試料９上では１０分の１以下に縮小される。例えば、エミッタティップ２１が１０ｎｍ振動していても試料９上では１ｎｍ以下であり、５ｎｍのビーム径に対する影響は軽微であった。ところが、本実施形態によるイオン源では、１０ｎｍの振動は、２分の１の縮小率では試料９上では５ｎｍの振動となり、ビーム径に対して大きくなってしまう。従って、従来の装置ではこの点での配慮が充分でなく、良好な試料表面の観察が必ずしも実現されていなかった。本実施形態では、この振動に対する対策が充分であるため、イオン源の性能を充分発揮し、試料表面の高分解能観察が実現することができる。【００７５】  また、対物レンズ８先端と試料９の表面までの距離を仕事距離と称するが、好適には、これを２mm未満に短くすると、０.５ｎｍ未満の超高分解能を実現することができる。従来は、ガリウムなどのイオンが用いられていたため、試料からのスパッタ粒子が対物レンズを汚染して、正常動作を妨げる懸念があったが、本実施形態におけるイオン顕微鏡ではこの懸念が少なく、超高分解能を実現することができる。【００７６】  なお、本実施形態におけるガス電界電離イオン源１の引き出し電極２４は、真空容器に対して固定されているが、エミッタティップマウント６４が銅網線で接続されることにより、エミッタティップ２１は引き出し電極２４に対して可動となる。これにより、エミッタティップ２１の引き出し電極２４の小孔２７に対する位置調整や光学系に対する軸調整が可能になり、より微細なビームを形成することが可能になる。【００７７】  また、真空試料室、及び試料室真空排気用ポンプを約２００℃まで加熱できるようにして、試料室の真空度を大きくとも１０-7Ｐａ以下にできるようにすると、イオンビームを試料に照射した時にコンタミがあまり起こらず、試料表面を良好に観察できる。従来のＳＥＭと比較すると、ヘリウムや水素イオンビームの照射によるコンタミデポジションの成長が早く、試料表面の観察が困難になる場合があった。そこで、真空試料室、及び試料室真空排気用ポンプを真空の状態で加熱処理をすると、試料室真空内のハイドロカーボン系の残留ガスを少なくすることができ、試料の最表面を高分解能で観察できる。【００７８】  ここで、試料室真空排気用ポンプとしては、ターボ分子ポンプ、サブリメーションポンプ、非蒸発ゲッタポンプ、イオンポンプあるいはノーブルポンプなどを用いることができる。特に、サブリメーションポンプ、非蒸発ゲッタポンプ、イオンポンプ、ノーブルポンプあるいはエクセルポンプなどのいずれかを主たる真空ポンプとして用いると比較的容易に１０-7Ｐａ以下の超高真空を得ることができ、さらに機械振動の影響が少なく試料の最表面を高分解能で観察できる。なお、このときにターボ分子ポンプが動作していても、主たる真空ポンプがサブリメーションポンプ、非蒸発ゲッタポンプ、イオンポンプ、ノーブルポンプあるいはエクセルポンプであれば同じ効果を得ることができる。【００７９】  また、図１に示すように、ベースプレート１８を支持する装置架台１７の脚が防振機構１９を備えていたとしても同様の効果を奏する。【００８０】  以上、本実施形態によれば、以下に示す効果のうち、少なくとも１つ以上の効果を奏する。【００８１】  １）本撓み保有構造機構５００の撓み保有構造により、紙面面内で上向きの垂直方向に巻き方向の図中のＹ軸を有するコイル状配管５０１において、銅配管は容態化処理を施され非常に柔らかく、冷媒循環回路の配管４０３のＹ軸方向の振動を吸収する撓みを有している。また、紙面面内で水平方向に巻き方向の図中のＸ軸を有するコイル状配管５０２において、同様に銅配管は容態化処理を施され非常に柔らかく、配管４０３のＸ軸方向の振動を吸収する撓みを有している。したがって、紙面上部を固定支持体５０４により間接的に固定支持体４１８で固定支持された配管４０３の、真空断熱容器４１６内のＸＹ軸方向の振動は十分吸収され、固定支持体５０４を貫通した後のトランスファーチューブ４０４内の配管４０３への振動はほとんど伝播しない。それ故、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。【００８２】  ２）撓み保有構造機構５００および撓み保有構造機構５０８により、冷媒循環回路の配管４０７、配管４１３、配管４１５の真空断熱容器４１６内のＸＹ軸方向の振動も、コイル状配管５０６、コイル状配管５０７、コイル状配管５０９、コイル状配管５１０およびコイル状配管５１１、コイル状配管５１２により吸収され、固定支持体５０４を貫通した後のトランスファーチューブ４０４内の配管４０７、配管４１３��よび配管４１５への振動はほとんど伝播しない。それ故、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。【００８３】  ３）コンプレッサとしてのヘリウム圧縮機１６若しくは圧縮機ユニット３９９、または、ＧＭ型冷凍機４０１の振動が冷媒循環回路の配管４００、配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５を振動させる原因になるが、撓み保有構造機構５００および撓み保有構造機構５０８のうちの少なくとも１つを設けることにより、この振動を吸収することができる。それ故、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。【００８４】  ４）被冷却物としてのガス電界電離イオン源１、イオンビーム照射系カラム２、真空試料室３などは、コンプレッサとしてのヘリウム圧縮機１６あるいは圧縮機ユニット３９９、ＧＭ型冷凍機４０１とは隔離されて設置されており、さらにガス電界電離イオン源１近傍に設置した熱交換器４０５、熱交換器４１４に連結されたトランスファーチューブ４０４内の配管４０３、配管４０７、配管４１３、配管４１５は殆ど振動しないベースプレート１８に強固に固定支持されているため、振動が抑制されることとなり、機械振動の伝達が極めて少なくてすむ。それ故、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。【００８５】  ５）冷媒循環回路内の撓み保有構造機構を、直管の配管をコイル状に巻き加工して構成するもので、直管の配管同士をベロー管で連結して構成するものでは無い。したがって、配管内に高圧流体が流れる場合、ベロー管はその内圧で伸びてしまいこれを拘束する支持部材がベロー管両端に必要となり、この支持部材を通じてベロー管両端間に振動が伝播し防振効果が生じないが、配管が直管の配管で構成されるので、配管内に高圧流体が流れる場合でも配管が伸びることは非常に少なく、支持部材を必要としない。したがって、高圧流体が流れる場合でも冷媒循環回路内の振動を十分低減できる。それ故、被冷却物へ振動を伝えることを抑制した冷却装置、これを用いたイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。【００８６】  ６）装置架台１７の上にはベースプレート１８が配置されており、ガス電界電離イオン源１、イオンビーム照射系カラム２、真空試料室３などはベースプレート１８に固定されている。装置架台１７とベースプレート１８との間には除振機構１９が配置されており、床の高周波数の振動はガス電界電離イオン源１、イオンビーム照射系カラム２、真空試料室３などには伝達しにくくすることができる。【００８７】  ７）機械振動の低減が実現し高分解能観察が可能なガス電界電離イオン源およびイオン顕微鏡を提供することができる。【００８８】  ８）電界電離イオン源を用いたイオン顕微鏡において、試料上で大きな電流密度のイオンビームが得られれば、高信号／ノイズ比で試料を観察することができる。試料上でより大きな電流密度を得るためには電界電離イオン源のイオン放射角電流密度が大きいほど良い。イオン放射角電流密度を大き��するためには、エミッタティップを極低温に冷却し、エミッタティップ周辺のイオン材料ガス圧力を１０-2〜１０Ｐａ程度まで高める。しかし、イオン材料ガス圧力を１Ｐａ以上に高めた場合に、イオンビームが中性ガスと衝突して中性化するためイオン電流が低下してしまう。【００８９】  また、電界電離イオン源内のガス分子の個数が多くなると、エミッタティップに比べて高温の真空容器壁に衝突して高温になったガス分子が、エミッタティップに衝突することにより、エミッタティップの温度が上昇し、イオン電流が低下してしまうという問題が生じる。【００９０】  このため、エミッタティップ周辺のみに極低温のガス分子が供給されるように、エミッタティップ周辺を機械的に囲う構造、すなわち、イオン引き出し電極などを壁とするガスイオン化室を設けることが考えられる。この場合には、ガスイオン化室とエミッタティップを固定構造になる。【００９１】  しかし、先端に微小な突出部を設けたナノピラミッド構造を持つエミッタティップでは、イオンビームの放出される角度の広がりがわずか１度程度となる。このため、イオンビームを試料の方向に向ける必要がある。このとき、エミッタティップの方向を機械的に調整してエミッタティップを傾斜すると、ガスイオン化室が固定構造のため、引き出し電極の方向も傾斜する。この引き出し電極のわずかな傾斜がイオンビームの集束性能に影響する。すなわち、試料観察の分解能が劣化する。また、ガス電界電離イオン源を搭載したイオン顕微鏡においては、エミッタティップ冷却手段に、機械式冷凍機のような機械振動を発生する要因を含むものが多く、エミッタティップの振動要因になりやすい。エミッタティップが振動すると、イオンビームが振れ、試料観察の分解能が劣化するという問題が起こる。しかしながら、本実施形態によれば、このエミッタティップの機械振動を低減し、高分解能の試料観察を可能にするイオン顕微鏡を提供することができる。【００９２】  ９）イオンビームを試料の方向に向ける必要があるとき、エミッタティップの方向を機械的に調整してエミッタティップを傾斜させるが、ガスイオン化室を可動構造とする場合において、冷却機構がガスイオン化室に機械的に接続され、且つ、冷却機構が重量物であるときには、エミッタティップの方向を機械的に調整するのが困難で、試料観察の分解能が劣化する。本実施形態によれば、エミッタティップの方向を容易に調整できるようにし、エミッタティップの低振動冷却によるイオン源輝度の向上、及びエミッタティップの方向の調整によるイオンビームの集束性能向上の両立させる装置を提供することができる。【００９３】  ガス電界電離イオン源においてイオン電流を多く取るためには、ティップ近傍のガス分子密度を増加させることが重要である。単位圧力当たりのガス分子密度は、ガスの温度に逆比例しており、エミッタティップと含めてガスを冷やすことが重要である。しかし、最も温度が低下する冷凍機のコールドヘッドから、コールドフィンガーである熱良導体を介して熱伝導により、ガス分子を内蔵するガス分子イオン化室を冷却する場合、コールドフィンガーが長くなると温度低下が生じ、ガス分子イオン化室、さらにはガス分子イオン化室に内蔵し��エミッタティップを極低温に冷却できない。本実施形態によれば、ガス分子イオン化室とエミッタティップの極低温化を実現することができる。【００９４】  １０）ガス電界電離イオン源において、運転を継続していると、エミッタティップ先端に装置内の不純物分子が蓄積し、イオン電流を多く取れなくなる。そこで、定期的に新しいエミッタティップに交換するために、装置内を常温まで昇温した後、大気圧に開放する。この際、大気中の不純物が装置内に侵入するため、エミッタティップやエミッタティップを冷却する冷却機構の一部を含め装置内を、３００℃程度の高温でベーキングする必要がある。しかし、冷却機構には、断熱用の輻射熱反射シートにおけるマイーラー等の耐熱性に劣る部材が使用されている場合が多く、ベーキング時にその熱で変質し、断熱性能が劣化し、冷却性能が低下してエミッタティップの極低温化が達成できない。本実施形態によれば、ベーキング時の冷却機構の耐熱性の劣化を抑制することができる。【００９５】  １１）エミッタティップを極低温に冷凍するのに必要な時間は、冷却機構、及び冷却しなければならない部材の質量が大きくなるにつれ大きくなる場合が多い。また、冷却機構の一部を構成する冷凍機としては、運転振動を少なくするために小型低出力の冷凍機を選択する場合が多い。したがって、装置の冷却に長時間を要し、装置の立ち上げ時間が長くなり、装置の運転稼働率が低下する。本実施形態によれば、エミッタティップの冷却時間を短縮することができる。【００９６】  １２）機械振動の低減が実現し、イオン源輝度の向上およびイオンビームの集束性能向上の両立したガス電解電離イオン源、および高分解能観察が可能なイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。【００９７】  １３）エミッタティップの極低温化が実現し、大電流のイオンビームが得られるガス電解電離イオン源、および高分解能観察が可能なイオン顕微鏡、観察装置、又は検査装置を提供することができる。【００９８】  １４）高分解能観察が可能なイオン顕微鏡とイオンビーム加工装置との複合装置としてのイオンビームにより試料を加工して断面を形成して、この断面をイオン顕微鏡で観察する装置、あるいは分解能観察が可能なイオン顕微鏡と電子顕微鏡との複合装置、これらの装置を用いた断面観察方法を提供することができ、また、イオン顕微鏡による試料観察、電子顕微鏡による試料観察および元素分析が１台の装置で実施でき、欠陥や異物などの観察や解析をする解析装置や検査装置を提供することができる。【００９９】  なお、本実施形態ではＸＹ軸の２軸方向の振動を主に吸収する撓み保有構造機構について記載したが、さらに、図紙面の垂直方向（図示しないがＺ軸方向）に巻き方向を有するコイル状配管を追設すれば、ＸＹＺ軸の３軸方向の振動を主に吸収できる撓み保有構造機構を提供できる。【０１００】  ここで、好適には、支持棒４２６は室温からの侵入熱を防止するため、ハニカム構造で熱移動距離を長くする構造とすると良い。【０１０１】  また、本実施形態では、冷却機構１００にＧＭ型冷凍機４０１を用いるように説明したが、冷凍機としてパルス管冷凍機、スターリング式冷凍機や、電子式冷凍機や、膨張タービン���冷凍機を使用しても同様な効果が生じる。
【実施例２】
【０１０２】  図５は、第二の実施形態としてのイオン顕微鏡で使用する撓み保有構造機構５１２Ａの概略構成図を示す図である。本実施形態では図１の撓み保有構造機構５００と異なり、配管、紙面面内で上向きの垂直方向に巻き方向の軸を有するコイル状配管５０１の代わりに、撓み保有構造として、配管を蛇の蛇行体型のようなＵ字湾曲を連続して形成した蛇行状管路５１３で構成した点であり、その他は同様である。この銅配管は曲げ加工後に、高温にて加熱した容態化処理を施し、非常に柔らかく、このように配管を蛇行体で構成することにより、主に図中Ｙ方向の微小な変位を吸収できる撓みを有した構造である。また、同様に蛇行状管路５１４で主に図中Ｘ方向の微小な変位を吸収できる撓みを有した構造となっている。本構造により、冷媒循環回路の配管４０３のＸＹ軸方向の振動を吸収することができる。同様に、撓み保有構造機構５１２Ａの蛇行状管路５１５、５１６により、冷媒循環回路の配管４０７のＸＹ軸方向の振動を吸収することができ、ガス電界電離イオン源１の振動を防止し、鮮明な画像を得ることができる効果がある。また、同様に撓み保有構造機構５０８も同様の形態とすることができる。また、ＸＹ軸の２軸方向の振動を主に吸収する撓み保有構造機構について記載したが、さらに、図紙面の垂直方向（図示しないがＺ軸方向）に巻き方向を有するコイル状配管を追設すれば、ＸＹＺ軸の３軸方向の振動を主に吸収できる撓み保有構造機構を提供できる。
【実施例３】
【０１０３】  図６は、第三の実施形態としてのイオン顕微鏡の冷却機構周辺の概略構成図を示す図である。【０１０４】  第三の実施形態としてのイオン顕微鏡で使用するトランスファーチューブ４０４の入口フランジ５０３と真空断熱容器４１６の接続部を、真空断熱容器４１６の上部フランジ５１７に一体化された磁性流体シールリング５１８で構成し、入口フランジ５０３と磁性流体シールリング５１８間は、磁性流体シールリング５１８内の磁石５１９の磁気力で保持されたドーナツ状の磁性流体５２０で、真空気密を保持する。磁性流体５２０は液状であるので、真空容器側の冷凍機の機械振動等の振動を、入口フランジ５０３側に伝播することを防止できる。入口フランジ５０３は、大気圧で真空容器側に圧力を受けるが、固定支持体４１９で固定支持される。【０１０５】  本実施形態によれば、図１のベロー管５０５に比べ、ベロー管ではベロー管５０５の径方向の面内の振動の伝播を防止する効果は小さいが、磁性流体５２０は液状であるので、当該の振動の伝播を防止できるので、トランスファーチューブ４０４の振動が明確に小さくなり、ガス電界電離イオン源１の振動を防止し、さらに鮮明な画像を得ることができる効果がある。
【符号の説明】
【０１０６】１  ガス電界電離イオン源２  イオンビーム照射系カラム３  真空試料室５  コンデンサレンズ６  ビーム制限アパーチャ７  ビーム走査電極８  対物レンズ９  試料１０  試料ステージ１１  二次粒子検出器１２  イオン源真空排気用ポンプ１３  試料室真空排気用ポンプ１４  イオンビーム１５  ガス分子イオン化室１６  ヘリウム圧縮機１７  装置架台１８  ベースプレート１９  除振機構２１  エミッタティップ２２  フィラメント２３  フィラメントマウント２４  引き出し電極２５  ガス供給配管２６  支持棒２７  小孔２８  側壁２９  天板３０  輻射熱防止用積層断熱材５１  上部フランジ５２、５５  サファイアベース５３、４０６  冷却熱伝導体５４、５６  銅網線６０  電極６１  真空容器９２  冷却機構制御装置９３  レンズ制御装置９４  ビーム制限アパーチャ制御装置９５  イオンビーム走査制御装置９６  二次電子検出器制御装置９７  試料ステージ制御装置９８  真空排気用ポンプ制御装置９９  計算処理装置３９９  圧縮機ユニット４０１  ＧＭ型冷凍機４０２、４０５、４１０  熱交換器４０３、４０７、４１３、４１５  配管４０４  トランスファーチューブ４１９、５０４  固定支持体４２６  支持棒５００、５０８  撓み保有構造機構５０１、５０２、５０６、５０７、５０９、５１０、５１１、５１２  コイル状配管５０３  入口フランジ５０５  ベロー管５１８  磁性流体シールリング５１９  磁石５２０  磁性流体
【図１】
2013069410.tif 000003
【図２】
2013069410.tif 000004
【図３】
2013069410.tif 000005
【図４】
2013069410.tif 000006
【図５】
2013069410.tif 000007
【図６】
2013069410.tif 000008
【国際調査報告】
2013069410.tif 000009
2013069410.tif 000010
2013069410.tif 000011
2013069410.tif 000012