(57)【要約】【課題】先端が１個の原子のみで構成される単原子終端構造を繰り返し再生することができるティップを提供する。【解決手段】単原子終端構造を有するティップ１は、第１の金属材料から成る細線部材２と、細線部材２の少なくとも先端部２ａに設けられ、１個の原子のみにより終端された先端を有し、第２の金属材料から成る突起部４と、細線部材２の先端部２ａ付近に設けられ、突起部４に供給される第２の金属材料から成る供給部５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属材料から成る細線部材と、
前記細線部材の少なくとも先端部に設けられ、１個の原子のみにより終端された先端を有し、第２の金属材料から成る突起部と、
前記細線部材の前記先端部付近に設けられ、前記突起部に供給される前記第２の金属材料から成る供給部と、
を備える、
ことを特徴とする単原子終端構造を有するティップ。
【請求項２】
前記細線部材は、棒状部と、前記棒状部に連続する先細り部とを備え、
前記供給部は、前記細線部材の前記棒状部に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の単原子終端構造を有するティップ。
【請求項３】
前記第１の金属材料は、タングステン、ニオブ、タンタル、およびモリブデンのうちの少なくとも何れかであり、
前記第２の金属材料は、イリジウム、プラチナ、オスミウム、およびパラジウムのうちの少なくとも何れかである、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単原子終端構造を有するティップ。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の単原子終端構造を有するティップを、イオンビームを放出するエミッタとして備え、
前記エミッタを収容するイオン源室と、
前記イオン源室にイオン化すべきガスを供給するガス供給部と、
前記ガスをイオン化して前記ガスのイオンを発生させるとともに、前記ガスのイオンを前記エミッタから引き出すための電圧を印加する引き出し電極と、
前記ティップに正電圧および負電圧を印加する電源と、
前記ティップを加熱する加熱手段と、
を備える、
ことを特徴とするガス電界電離イオン源。
【請求項５】
請求項４に記載のガス電界電離イオン源と、
前記ガス電界電離イオン源において発生した前記ガスのイオンで集束イオンビームを形成するとともに、前記集束イオンビームを試料に照射して、前記試料の照射領域の観察、加工、および分析のうちの少なくとも何れかを行なう制御手段と、
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６】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の単原子終端構造を有するティップを、電子を放出するティップとして備え、
前記電子を発生させるとともに、前記電子を前記ティップから引き出すための電圧を印加する引き出し電極と、
前記ティップに負電圧を印加する電源と、
前記ティップを加熱する加熱手段と、
を備える、
ことを特徴とする電子源。
【請求項７】
請求項６に記載の電子源と、
前記電子源において発生した前記電子で電子ビームを形成するとともに、前記電子ビームを試料に照射して、前記試料の微細領域の観察および計測のうちの少なくとも何れかを行なう制御手段と、を備え、
走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、および走査透過電子顕微鏡のうちの少なくとも何れかである、
ことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項４に記載のガス電界電離イオン源と、
前記ガス電界電離イオン源において発生した前記ガスのイオンで集束イオンビームを形成するとともに、前記集束イオンビームによってフォトマスクの欠陥部を修正する制御手段と、
を備える、
ことを特徴とするマスク修正装置。
【請求項９】
請求項１から請求項３の何れか１つに記載の単原子終端構造を有するティップの製造方法であって、
前記供給部を有する前記細線部材を加熱するとともに前記細線部材に負電圧を印加して、前記供給部から前記細線部材の前記先端部に向かって前記第２の金属材料を拡散させ、前記第２の金属材料の１個の原子により終端する前記先端を形成する単原子終端処理を含む、
ことを特徴とする単原子終端構造を有するティップの製造方法。
【請求項１０】
前記単原子終端処理に先立って順次に実行される、
前記細線部材の前記先端部を洗浄する洗浄処理と、
前記細線部材の前記先端部を加熱する加熱処理と、
前記細線部材の前記先端部付近に前記供給部を形成する供給部形成処理と、
を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の単原子終端構造を有するティップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単原子終端構造を有するイオン源および電子源、単原子終端構造を有するティップ、ガス電界電離イオン源、集束イオンビーム装置、電子源、電子顕微鏡、マスク修正装置、並びに単原子終端構造を有するティップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下において、電子顕微鏡の電子源もしくは集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）装置のガス電界電離イオン源（ＧＦＩＳ：Gas Field Ion Source）における電子もしくはイオンを発生する先鋭化した針状電極などを、ティップ（Ｔｉｐ）と呼ぶ。
従来、電子顕微鏡および集束イオンビーム装置において高分解能の画像を観察して描画加工をするためにティップの先端を数個程度の原子で構成されるまで先鋭化することが望まれている。
【０００３】
従来、単結晶のタングステンティップを用いたガス電界電離イオン源を搭載した走査イオン顕微鏡において、イオンを放出するタングステンティップの先端が３個のタングステン原子から成る３量体で終端されていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、単結晶のイリジウムティップにおいて、１つの｛１００｝結晶面および２つの｛１１１｝結晶面により取り囲まれた＜２１０＞方位の先端を有する角錐構造を備え、先端が１個のイリジウム原子のみにより終端されたイリジウムティップが知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、従来、タングステンまたはモリブデンのティップ先端部を電解研磨で先鋭化した表面に、金、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、またはこれらの合金をめっきした後に、電解研磨または加熱を施して、ティップの先端を単一原子で終端させる方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５１７８３８号公報
【特許文献２】特開２０１５−０５７７６４号公報
【特許文献３】特開２００６−１８９２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
（タングステンティップについて）
ところで、上記従来技術に係るガス電界電離イオン源に用いられるタングステンティップは、トライマー（３量体とも言う）と呼ばれる３個の原子を頂点として、これら３個の原子から３本のビームを同時に放出する。このガス電界電離イオン源を備える電子顕微鏡または集束イオンビーム装置は、タングステンティップから放出される３本のビームのうちの１本のビームを、イオンビーム経路内に設置した絞りで選択して、ビーム集束させて試料に照射する。従って、試料に到達するビーム電流は、少なくとも全ビーム電流の１／３に減少することになる。また、ティップの先端から放出される３本の総放出イオン電流の合計値が一定であっても、３個の原子のそれぞれから放出されるイオン電流量の均衡は不安定となる虞がある。ビーム電流の低下は、画像化に際しては画質の低下をもたらし、加工に際しては加工量の減少をもたらす、という問題が生じる。よって、３個の原子で終端されたタングステンティップでは、加工形状、および観察画像が不安定になる虞がある。
【０００６】
また、タングステン先端に対して真空のイオン室内で加熱などの処理を行なうと、真空室内の残留ガス、特に酸素または窒素がタングステンティップ表面に付着し易くなり、酸素または窒素がタングステンティップ表面に付着した場合に反応が生じ、電界蒸発強度が低いタングステン酸化物または窒化物が生成される。これらの酸化物または窒化物が、低い電界強度でタングステンティップ表面から電界蒸発することによる損傷が進行する虞がある。微量の酸素または窒素は、タングステンティップの先鋭化処理に用いられることから、タングステンティップ表面での酸化物または窒化物の生成は不可避であり、タングステンティップの先端に損傷が発生すれば、発生イオン電流の変動、さらにはイオン放出の停止が生じる虞がある。また、タングステンティップの先端に損傷が生じると、再度、先鋭化処理を行なう必要があり、このタングステンティップを搭載した装置のダウンタイムが増加するという問題が生じる。このような問題が生じることに対して、タングステンティップを搭載したガス電界電離イオン源によりヘリウムイオンを放出させようとして、イオン源室にヘリウムガスを導入する場合には、高価な純度のガスが必要となり、費用が嵩むという問題が生じる。
【０００７】
（イリジウムティップについて）
タングステンティップは、先鋭化された先端が３個の原子により構成され易く、照射対象の試料への到達ビーム電流量の減少およびビーム変動が生じる虞があるという問題に対して、イリジウムティップは、先端を単一原子で終端させることができる。さらに、イリジウムティップは、タングステンティップに比べて化学的に耐性が高いため、残留ガスによる先端の損傷は抑制される。しかしながら、イリジウムティップは、塑性変形し易いため、イリジウムティップを用いたガス電界電離イオン源を備える電子顕微鏡または集束イオンビーム装置などにおいて、イリジウムティップが光軸調整可能な範囲を超えて曲がってしまうと、ビームを光学軸に合わせることが困難になるという問題が生じる。
【０００８】
（先端が電気めっきされた金属ティップについて）
上記従来技術に係る先端が電気めっきされた金属ティップは、ティップ先端以外の領域がマスキングされてティップ先端に少量の貴金属がめっきされるだけなので、加熱処理などによるティップの先端構造の再生を繰り返すと、ティップ先端の貴金属が枯渇する虞がある。ティップの先端構造の再生が困難になると、ティップを交換する必要が生じ、ティップを搭載する電子顕微鏡または集束イオンビーム装置などを長期間に亘って連続的に稼働することができないという問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、目的の１つとして、先端が１個の原子で構成される単原子終端構造を有するとともに、この単原子終端構造を繰り返し再生することができるティップを提供することを目的としている。
また、別の目的として、このような単原子終端構造を有するティップを用いて、イオンビームまたは電子ビームを電流安定性が良い状態で長期間連続して放出可能なガス電界電離イオン源または電子源を提供することを目的としている。
また、別の目的として、このようなガス電界電離イオン源または電子源を搭載して、長寿命かつ安定性が高い性能を有する集束イオンビーム装置または電子顕微鏡を提供することを目的としている。
また、別の目的は、このような単原子終端構造を有するティップを用いて、長期間に亘って高精度な加工が可能なマスク修正装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る単原子終端構造を有するティップは、第１の金属材料から成る細線部材と、前記細線部材の少なくとも先端部に設けられ、１個の原子のみにより終端された先端を有し、第２の金属材料から成る突起部と、前記細線部材の前記先端部付近に設けられ、前記突起部に供給される前記第２の金属材料から成る供給部と、を備える。
（２）上記（１）に記載の単原子終端構造を有するティップでは、前記細線部材は、棒状部と、前記棒状部に連続する先細り部とを備え、前記供給部は、前記細線部材の前記棒状部に設けられてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の単原子終端構造を有するティップでは、前記第１の金属材料は、タングステン、ニオブ、タンタル、およびモリブデンのうちの少なくとも何れかであり、前記第２の金属材料は、イリジウム、プラチナ、オスミウム、およびパラジウムのうちの少なくとも何れかであってもよい。
【００１１】
（４）本発明の一態様に係るガス電界電離イオン源は、上記（１）から（３）の何れか１つに記載の単原子終端構造を有するティップを、イオンビームを放出するエミッタとして備え、前記エミッタを収容するイオン源室と、前記イオン源室にイオン化すべきガスを供給するガス供給部と、前記ガスをイオン化して前記ガスのイオンを発生させるとともに、前記ガスのイオンを前記エミッタから引き出すための電圧を印加する引き出し電極と、前記ティップに正電圧および負電圧を印加する電源と、前記ティップを加熱する加熱部と、を備える。
【００１２】
（５）本発明の一態様に係る集束イオンビーム装置は、上記（４）に記載のガス電界電離イオン源と、前記ガス電界電離イオン源において発生した前記ガスのイオンで集束イオンビームを形成するとともに、前記集束イオンビームを試料に照射して、前記試料の照射領域の観察、加工、および分析のうちの少なくとも何れかを行なう制御手段と、を備える。
【００１３】
（６）本発明の一態様に係る電子源は、上記（１）から（３）の何れか１つに記載の単原子終端構造を有するティップを、電子を放出するティップとして備え、前記電子を発生させるとともに、前記電子を前記ティップから引き出すための電圧を印加する引き出し電極と、前記ティップに負電圧を印加する電源と、前記ティップを加熱する加熱手段と、を備える。
【００１４】
（７）本発明の一態様に係る電子顕微鏡は、上記（６）に記載の電子源と、前記電子源において発生した前記電子で電子ビームを形成するとともに、前記電子ビームを試料に照射して、前記試料の微細領域の観察および計測のうちの少なくとも何れかを行なう制御手段と、を備え、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、および走査透過電子顕微鏡のうちの少なくとも何れかである。
【００１５】
（８）本発明の一態様に係るマスク修正装置は、上記（４）に記載のガス電界電離イオン源と、前記ガス電界電離イオン源において発生した前記ガスのイオンで集束イオンビームを形成するとともに、前記集束イオンビームによってフォトマスクの欠陥部を修正する制御手段と、を備える。
（９）本発明の一態様に係る単原子終端構造を有するティップの製造方法は、上記（１）から（３）の何れか１つに記載の単原子終端構造を有するティップの製造方法であって、前記供給部を有する前記細線部材に負電圧を印加するとともに前記細線部材を加熱して、前記供給部から前記細線部材の前記先端部に向かって前記第２の金属材料を拡散させ、前記第２の金属材料の１個の原子により終端する前記先端を形成する単原子終端処理を含む。
（１０）上記（９）に記載の単原子終端構造を有するティップの製造方法は、前記単原子終端処理に先立って順次に実行される、前記細線部材の前記先端部を洗浄する洗浄処理と、前記細線部材の前記先端部を加熱する加熱処理と、前記細線部材の前記先端部付近に前記供給部を形成する供給部形成処理と、を含んでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
上記態様によれば、先端が１個の原子のみにより終端された突起部に原材料を供給する供給部を備えるティップを提供することができる。供給部は、ティップの単原子終端構造を繰り返し再生するために必要な原材料を突起部に供給することができ、ティップの単原子終端構造を長期間に亘って良好に保持することができる。
また、上記態様によれば、電子ビームまたはイオンビームの電流安定性が良く、長期間連続して各ビームを放出可能なガス電界電離イオン源または電子源を提供することができる。
さらに、上記態様に係るガス電界電離イオン源または電子源によれば、長寿命で高安定な性能を有する集束イオンビーム装置または電子顕微鏡を提供することができる。
さらに、上記態様に係るティップによれば、長期間に亘って高精度な加工が可能なマスク修正装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る単原子終端構造を有するティップの概略断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）における先端領域Ａの拡大断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）における先端領域Ｂの拡大側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る単原子終端構造を有するティップの作製方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係るガス電界電離イオン源におけるイオン化を説明するための概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係るガス電界電離イオン源の構造を説明するための概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置の構造を説明するための概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマスク修正装置の構造を説明するための概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例３に係る単原子終端構造を有するティップの作製方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る単原子終端構造を有するティップ、ガス電界電離イオン源、集束イオンビーム装置、電子源、電子顕微鏡、マスク修正装置、および単原子終端構造を有するティップの製造方法について添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）単原子終端構造を有するティップ
先ず、図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、単原子終端構造を有するティップ１（以下において、単に、単原子終端ティップ１と呼ぶ。）について説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る単原子終端ティップ１の概略断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）における先端領域Ａの拡大断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）における先端領域Ｂの拡大側面図である。
単原子終端ティップ１は、細線部材２と、細線部材２の先端部２ａに設けられた被覆部３および突起部４と、細線部材２の先端部２ａ付近において被覆部３および突起部４に原材料を供給する供給部５とを備えている。
細線部材２の外形は、先端が細く尖った棒状に形成されている。細線部材２は、棒状部２ｂと、棒状部２ｂに連続する先細り部２ｃと、を備えている。棒状部２ｂの直径は、１００μｍ程度に形成されている。なお、上述した細線部材２の先端部２ａは、例えば、棒状部２ｂの一部と、先細り部２ｃと、を備えている。細線部材２は、タングステン、ニオブ、タンタル、およびモリブデンなどの体心立方格子（ＢＣＣ）の金属材料により形成されている。例えば、細線部材２は、＜１１１＞方位に配向した単結晶のタングステンのワイヤーにより形成され、細線部材２の長手方向は＜１１１＞方位に揃っている。
【００２０】
被覆部３の外形は、細線部材２の先端部２ａ表面を覆う薄膜形状に形成されている。例えば、被覆部３の厚さは、単原子層程度に形成されている。突起部４の外形は、被覆部３の先端から突出する三角錐形状に形成されている。例えば、突起部４の突出高さは、数層に積層された原子層程度に形成されている。突起部４の先端は、単一原子のみで終端されている。
被覆部３および突起部４は、イリジウム、プラチナ、およびパラジウムなどの面心立方格子（ＦＣＣ）の金属材料またはオスミウムなどの六方最密充填（ＨＣＰ）の金属材料により形成されている。例えば、被覆部３は、イリジウムの単原子層程度の薄膜により形成されている。例えば、突起部４は、イリジウムの数層程度の原子積層体により形成され、突起部４の先端は、イリジウムの単一原子のみにより構成されている。イリジウムによって形成された突起部４は、単結晶のタングステンによって形成された細線部材２の先端の｛１１１｝結晶面上に設けられている。突起部４のイリジウムの原子積層体は、３つの｛２１１｝結晶面による側面で取り囲まれた＜１１１＞方位の１個の原子のみにより終端されたナノスケールの三角錐構造に形成されている。
【００２１】
供給部５の外形は、細線部材２の先端部２ａ付近の表面上に固定された塊状に形成されている。例えば、供給部５は、細線部材２の棒状部２ｂに設けられている。供給部５は、被覆部３および突起部４に供給される金属材料のリザーバーであり、被覆部３および突起部４と同一の金属材料により形成されている。例えば、供給部５は、被覆部３および突起部４と同一のイリジウムにより形成されている。
【００２２】
（実施例２）単原子終端ティップの作製方法
単原子終端ティップ１の作製方法は、図２に示すように、洗浄工程（ステップＳ０１）と、加熱工程（ステップＳ０２）と、供給部形成工程（ステップＳ０３）と、電気化学エッチング工程（ステップＳ０４）と、拡散工程（ステップＳ０５）と、を含む。図２は、本発明の実施形態に係る単原子終端構造を有するティップ１の作製方法を示すフローチャートである。
以下に、細線部材２の原材料として、単結晶のタングステンであって長手方向が＜１１１＞方位に揃った棒状部材（直径０．１ｍｍ程度）を用いるとともに、被覆部３、突起部４、および供給部５の原材料としてイリジウムを用いる場合の各工程について説明する。
【００２３】
先ず、ステップＳ０１の洗浄工程では、単結晶のタングステンの棒状部材をアセトンによって洗浄し、さらに、棒状部材をオゾン洗浄機によって酸化処理し、棒状部材から不純物を除去する。
次に、ステップＳ０２の加熱工程では、棒状部材を真空容器内で２３００Ｋ程度に加熱し、棒状部材から酸化物を除去する。
上述したステップＳ０１からステップＳ０２の工程によって、清浄な表面を有する棒状部材が形成される。
【００２４】
次に、ステップＳ０３の供給部形成工程では、アルゴンガスを用いたスパッタリング作用によるデポジション、またはファイバーレーザーを用いたスポット溶接によって、棒状部材の先端部付近の清浄な表面上にイリジウムのリザーバーを形成する。例えば、アルゴンガスを用いたスパッタリングによれば、棒状部材の表面上に数十ｎｍ程度の厚さのイリジウム薄膜を堆積させる。例えば、ファイバーレーザーを用いたスポット溶接によれば、棒状部材の表面上にサブミリメータ程度の半径のイリジウム小片を接合させる。このイリジウムのリザーバーは、単原子終端ティップ１において被覆部３および突起部４にイリジウムを供給する供給部５を構成する。
【００２５】
次に、ステップＳ０４の電気化学エッチング工程では、電解研磨により棒状部材におけるレザーバー近傍の先端部を先鋭化する。例えば、水酸化カリウムなどの溶液中に棒状部材と白金の対向電極とを浸し、棒状部材と対向電極との２極間に交流電圧を印加する。この電解研磨により、棒状部材の先端部の外形は、細く尖った先端を有する円錐形状に形成される。この先鋭化された先端部を有する棒状部材は、単原子終端ティップ１における供給部５を有する細線部材２を構成する。
【００２６】
次に、ステップＳ０５の拡散工程では、電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）または電解イオン顕微鏡（ＦＩＭ）の真空容器内において、細線部材２の先端を観察しながら、細線部材２を加熱するとともに負電圧を印加して、供給部５から細線部材２の先端に向かってイリジウムを拡散させる。この拡散工程において、細線部材２は、後述するガス電界電離イオン源３０または電子源などに配置された状態で電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）または電解イオン顕微鏡（ＦＩＭ）の真空容器内に収容され、ガス電界電離イオン源３０または電子源に備えられる加熱手段および電源によって加熱および電圧印加が実施される。
例えば、供給部５を有する細線部材２を電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）の真空容器内に配置して、細線部材２の周辺を真空状態（１０−９Ｐａ程度）にする。次に、細線部材２を２３００Ｋ程度まで加熱して、細線部材２の先端部２ａに付着しているコンタミネーション（不純物など）を除去するとともに、供給部５から細線部材２の先端に向かってイリジウムを拡散させる。これにより、細線部材２の先端部２ａを被覆するイリジウムの単原子層程度の薄膜を形成する。このイリジウムの薄膜は、単原子終端ティップ１における被覆部３を構成する。
次に、細線部材２を１０００Ｋ程度まで加熱しながら、電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）の観察電圧程度の負電圧を細線部材２に印加することによって、細線部材２の先端におけるタングステンの｛１１１｝結晶面上にイリジウムを移動させて、イリジウムの数層程度の原子積層体を形成する。イリジウムの原子積層体は、タングステンの｛１１１｝結晶面上のイリジウムの薄膜において、３つの等価な｛２１１｝結晶面（ファセット面）が広がり、先端が＜１１１＞方位に尖ってくることによって形成される。この場合、電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）の観察像では、各２つの｛２１１｝結晶面で挟まれて形成される稜線に直線状に並ぶ数個のイリジウム原子による輝点が現れる。そして、最終的には＜１１１＞方位に１個だけの輝点が残り、原子積層体の先端が１個のイリジウム原子のみで構成された状態になる。このイリジウムの原子積層体は、３つの｛２１１｝結晶面による側面で取り囲まれた＜１１１＞方位の１個の原子のみにより終端されたナノスケールの三角錐構造に形成され、単原子終端ティップ１における突起部４を構成する。
【００２７】
（実施例３）単原子終端ティップの再生方法
本実施形態の単原子終端ティップ１は、例えばイオンの散乱または残留ガスとの反応などによって突起部４の構造が偶発的に破壊された場合であっても、繰り返し修復可能である。
単原子終端ティップ１の再生方法は、上述したステップＳ０５の拡散工程と同様であり、電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）または電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ）の真空容器内において、細線部材２の先端を観察しながら、細線部材２を加熱するとともに負電圧を印加する。
例えば、単原子終端ティップ１を電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）の真空容器内に配置して、細線部材２の周辺を真空状態（１０−９Ｐａ程度）にする。次に、単原子終端ティップ１を１０００Ｋ以上程度に加熱しながら、電界放射顕微鏡（ＦＥＭ）の観察電圧程度の負電圧を単原子終端ティップ１に印加する。これにより、突起部４の先端にイリジウムを移動させて、＜１１１＞方位の１個の原子のみにより終端されたナノスケールの三角錐構造を再生する。
【００２８】
（実施例４）ガス電界電離イオン源
上述した実施例１の単原子終端ティップ１を用いた実態例としてガス電界電離イオン源（ＧＦＩＳ）について説明する。
先ず、イオン発生原理について図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施形態に係るガス電界電離イオン源におけるイオン化を説明するための概略構成図である。ガス電界電離イオン源３０にはイオン化すべきガスが供給され、冷却されている単原子終端ティップ１周辺にはイオン化すべきガス分子および原子（ここでは代表してガス分子と記載）１１が存在する。
そして、電源３１により単原子終端ティップ１と引き出し電極３３との間に電圧が印加され、単原子終端ティップ１の先端の周辺に高電界が発生すると、単原子終端ティップ１周辺に漂うガス分子１１は分極して、分極力により単原子終端ティップ１の先端に引き寄せられる。そして、引き寄せられたガス分子１１は単原子終端ティップ１の先端の高電界によりイオン化される。
発生したイオン１２は引き出し電極３３の開口部３３ａから下流のイオン光学系（図示略）を通って試料（図示略）に向かって放出される。このガス電界電離イオン源３０は、イオン１２のビーム（イオンビーム）が放出される領域の大きさ、つまりイオン源のソースサイズは極めて小さいので、高輝度なイオン源となり、試料上で極めて細い集束イオンビームを形成可能である。
【００２９】
以下に、図４を参照して、ガス電界電離イオン源３０の基本構成について説明する。図４は、本発明の実施形態に係るガス電界電離イオン源３０の概略構成図である。
ガス電界電離イオン源３０は、電源３１と、引き出し電極３３と、ティップ構造体４１と、イオン源ガス供給部４２と、冷却装置４３と、を備えている。
電源３１は、高電圧の電流電源である。電源３１は、引き出し電極３３と、後述する１対の通電ピン４５とに接続されている。電源３１は、１対の通電ピン４５およびフィラメント４６を通じて単原子終端ティップ１に電気的に接続されている。電源３１から出力される電圧および電源３１からフィラメント４６に通電される電流などは、電源３１に接続される外部のコンピュータによって制御される。なお、外部のコンピュータは、例えば、後述する集束イオンビーム装置５０の制御部５３などである。
【００３０】
電源３１は、ガス電界電離イオン源３０からイオン１２のビームを発生させる場合、並びに上述した単原子終端ティップ１の作製時および再生時などにおいて、引き出し電極３３と単原子終端ティップ１との間に電圧を印加する。電源３１は、引き出し電極３３および単原子終端ティップ１に印加する電圧の正負を切り替え可能に構成されている。例えば、電源３１は、イオン１２を発生させる場合、引き出し電極３３を接地電位として単原子終端ティップ１にイオン化に必要な所定の正電圧を印加することによって、単原子終端ティップ１の先端でガス分子１１をイオン化させてイオン１２を生成し、このイオン１２を引き出し電極３３側に引き出す。例えば、電源３１は、上述したステップＳ０５の拡散工程において、引き出し電極３３を接地電位として単原子終端ティップ１に所定の負電圧を印加することによって、供給部５から細線部材２の先端に向かって突起部４の原材料を拡散させ、突起部４の先端を単一原子のみで終端させる。
引き出し電極３３は、単原子終端ティップ１の先端から離間して配設され、開口部３３ａが形成されている。引き出し電極３３は、単原子終端ティップ１が放出したイオン１２を、開口部３３ａの下流のイオン光学系（図示略）に導く。
【００３１】
ティップ構造体４１は、絶縁性のベース部材４４と、ベース部材４４に固定された１対の通電ピン４５と、１対の通電ピン４５の先端部間に接続されたタングステンなどの細線から成るフィラメント４６と、フィラメント４６に電気的および機械的に固定された単原子終端ティップ１と、を備えている。単原子終端ティップ１は、点溶接などによってフィラメント４６に接続され、先端部からイオン１２を放出する。
１対の通電ピン４５は、電源３１に接続されている。フィラメント４６は、電源３１から出力される電圧を１対の通電ピン４５を通じて単原子終端ティップ１に印加するとともに、電源３１から１対の通電ピン４５を通じて通電される電流により発生するジュール熱によって単原子終端ティップ１を加熱する。例えば、タングステンおよびレニウムの合金材料によって形成されたフィラメント４６（直径０．２５ｍｍ程度）は、ジュール熱によって２０００Ｋ以上程度に加熱される。フィラメント４６は、ジュール熱による加熱作用の点において加熱手段を構成し、上述した単原子終端ティップ１の作製時および再生時に単原子終端ティップ１を加熱する。例えば、フィラメント４６は、上述したステップＳ０２の加熱工程などにおいて単原子終端ティップ１の加熱洗浄が実施される場合、および上述したステップＳ０５の拡散工程などにおいて突起部４の先端を単一原子のみで終端させる場合、単原子終端ティップ１を所定の各温度に加熱する。
なお、加熱手段は、フィラメント４６に限定されず、例えば、単原子終端ティップ１に接続されたヒータであってもよい。ヒータは、単原子終端ティップ１の温度を調整可能であり、単原子終端ティップ１の表面を加熱洗浄する際および単原子終端ティップ１の突起部４の先端を単一原子のみで終端させる際などに用いられてもよい。
【００３２】
イオン源ガス供給部４２は、単原子終端ティップ１の周囲にイオン化すべきガス分子１１からなる微量のガス（例えば、ヘリウムガスなど）を供給可能であり、バルブ４２ａによって流量を調整可能に、ガス導入管４２ｂを介してイオン源室４７に連通している。イオン源ガス供給部４２に備えられるガス種は１種類に限ることはなく、複数のガス種のガスボンベ（図示略）が設置されて、必要に応じてガス種が切替えられて、または複数のガス種が混合されて、イオン源室４７に供給されてもよい。
イオン源ガス供給部４２からイオン源室４７に供給されるガス、つまり集束イオンビームを形成するための原材料ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンなどのような希ガスでもよいし、水素、酸素、および窒素などの分子ガスでもよい。また、これらのガスの混合ガスでもよい。
【００３３】
冷却装置４３は、液体ヘリウムまたは液体窒素などの冷媒によって単原子終端ティップ１およびイオン源ガス供給部４２からイオン源室４７に供給されるガスを冷却する。冷却装置４３で発生した低温の冷媒は、接続部４３ａを介してティップ構造体４１を囲む壁面４８およびガス導入管４２ｂに接触して、これらとイオン源室４７内を冷却する。
なお、冷却装置４３は、この構成に限定されるものではなく、少なくとも単原子終端ティップ１を冷却すればよく、例えば冷却ブロックまたは冷凍機などを備える構成であってもよい。また、イオン源室４７とティップ構造体４１の間には、単原子終端ティップ１の熱を放熱するためのコールドヘッド４９が配設されている。コールドヘッド４９は、アルミナもしくはサファイヤ、または窒化アルミニウムなどのセラミックス材料によりブロック型に形成され、ベース部材４４に固定されている。
【００３４】
（実施例５）集束イオンビーム装置
本実施例は、ガス電界電離イオン源を備える集束イオンビーム装置である。集束イオンビーム装置は、走査イオン顕微鏡(ＳＩＭ：Scanning Ion Microscope)ともいうが、主に対象試料の加工（例えば、穴開け、断面形成、およびデポジション膜形成など）と観察とを行なう装置を集束イオンビーム装置と言い、専ら対象試料の形状観察を行なう装置を走査イオン顕微鏡という。従って、集束イオンビーム装置では対象試料を積極的にスパッタ可能なイオン種が用いられ、走査イオン顕微鏡では対象試料をスパッタし難い、質量の小さい水素またはヘリウムなどの軽元素イオンが用いられる。但し、何れの装置においても、イオンビームの集束性およびイオンビーム放出の長期安定性は共通して求められ、イオン源、イオンビーム集束光学系、冷却手段、および真空排気装置などの構成は基本的に共通である。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置５０の概略構成図である。集束イオンビーム装置５０は、主に、イオンビーム鏡筒５１と、試料室５２と、制御部５３と、を備えている。
イオンビーム鏡筒５１は、イオンを発生する単原子終端ティップ１を備えるイオン源室５４と、このイオン源室５４から放出されたイオンを集束イオンビーム５５に集束させるコンデンサレンズ電極５６と、集束イオンビーム５５を試料５７にフォーカスさせる対物レンズ電極５８と、を備えている。
さらに、イオンビーム鏡筒５１は、イオン源室５４と試料室５２との間に中間室５９を備え、イオン源室５４と中間室５９との間と、試料室５２と中間室５９との間にオリフィス６０，６１を備えている。集束イオンビーム５５は、オリフィス６０，６１を通過して、試料５７に照射される。
中間室５９は真空ポンプ６２に接続され、真空ポンプ６２によって真空度が調整可能であり、中間室５９は試料室５２とイオン源室５４との間で差動排気可能である。
【００３６】
イオン源室５４は、単原子終端ティップ１を備えるとともに集束イオンビーム５５を放出するガス電界電離イオン源６３と、単原子終端ティップ１の周囲に集束イオンビーム５５を引き出すための電界を形成する引き出し電極６４と、を備えている。
単原子終端ティップ１には、加熱手段を構成するヒータ６５が接続されている。ヒータ６５は単原子終端ティップ１の温度を調整可能であり、単原子終端ティップ１の表面を加熱洗浄する際および単原子終端ティップ１の突起部４の先端を単一原子のみで終端させる際などに用いられる。
なお、加熱手段は、ヒータ６５に限定されず、例えば、上述した実施例４のガス電界電離イオン源３０のように、ガス電界電離イオン源６３において単原子終端ティップ１に接続された１対のフィラメント６３ａであってもよい。１対のフィラメント６３ａは、１対の通電ピン６３ｂに接続されている。
【００３７】
また、イオン源室５４には、単原子終端ティップ１を冷却する冷却装置６６と、イオン源室５４内にイオン源ガスを供給するイオン源ガス供給部６７と、イオン源室５４を真空状態にする真空ポンプ６８となどが接続されている。
冷却装置６６は、液体窒素または液体ヘリウムなどの冷媒によって単原子終端ティップ１またはイオン源ガス供給部６７からイオン源室５４に供給されるイオン源ガスを冷却する。例えば、冷却装置６６は、イオン源室５４を接続する接続部６９とイオン源室５４の壁部１００とを介して、単原子終端ティップ１およびイオン源ガスを冷却する。
【００３８】
イオン源ガス供給部６７から供給されるイオン源ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンなどの希ガスでもよいし、水素、酸素、および窒素などの分子ガスでもよい。イオン源ガスは単原子終端ティップ１の先端からイオンとして放出され、集束イオンビーム５５のエネルギー分布幅が極めて狭いために色収差の影響は小さく抑えられる。本実施例のガス電界電離イオン源６３は、従来公知である例えばプラズマ型ガスイオン源または液体金属イオン源と比較して、イオン発生領域が極めて小さい高輝度なイオン源となる。本実施例ではイオン源ガスは窒素である。窒素は比較的低い電界強度（例えば、１７Ｖ／ｎｍ）で電界電離するが、単原子終端ティップ１の表面に物理吸着した異物はそれより低い電界強度で脱離するため、窒素をイオン化する際には単原子終端ティップ１の表面は異物が除去された状態となる。
また、水素（電界電離の電界強度は、約２２Ｖ／ｎｍ）と、ヘリウム（電界電離の電界強度は、約４４Ｖ／ｎｍ）と、ネオン（電界電離の電界強度は、約３５Ｖ／ｎｍ）と、アルゴン（電界電離の電界強度は、約２２Ｖ／ｎｍ）となどは、窒素に比べてより強電界でないとイオン化されない。このため、これらのガスがイオン源室５４に残留していてもイオン化されないので、イオン源ガス供給部６７から供給される窒素の純度は特に超高純度である必要はない。これにより、装置の運転に要する費用を削減することができる。
【００３９】
以下に、単原子終端ティップ１の温度制御について説明する。
単原子終端ティップ１の温度が低いとガス分子の吸着密度が高くなる。従って、単原子終端ティップ１の温度を低くすることで集束イオンビーム５５の電流量を増大させることができる。しかし、単原子終端ティップ１の温度を低くすると、ガス種や冷却温度によっては、イオン源室５４の壁部７０または冷却装置６６とイオン源室５４との接続部６９にガス分子が吸着し、固体化する場合がある。固体化したガス分子はイオン源室５４の温度が上がった際に、一斉に気化するため、イオン源室５４のガス分圧が急激に高くなり、ガス電界電離イオン源の動作が不安定になったり、放電してティップ先端が損傷したりする虞がある。
温度制御部７１により単原子終端ティップ１の冷却温度は、イオン源ガス供給部６７から供給されるイオン源ガスのガス種によって異なるが、本実施例では約４０Ｋから２００Ｋの範囲で温度設定可能である。これにより、微細加工に必要な電流量のイオンビームを安定して照射することができる。
【００４０】
このガスイオンの集束イオンビームは、試料５７の照射部（図示略）から発生する二次電子により試料表面の観察を可能とし、試料５７に照射されるイオンによる試料５７のスパッタリングにより試料表面の加工（例えば、穴開け、および表面層の除去など）を可能とする。
さらに、イオン源ガス供給部６７は、イオン源ガスを貯蔵するガス貯蔵部（図示略）とイオン源ガスを単原子終端ティップ１近傍に供給するノズル６７ａとを備え、ノズル６７ａとイオン源ガス供給部６７の間に高精度のバルブ６７ｂを設けて、単原子終端ティップ１の先端に積極的に流量を調整しつつイオン源ガスを供給可能である。
【００４１】
真空ポンプ６８はイオン源室５４の真空度を高めるもので、ガス電界電離イオン源６３では、イオン源ガスが供給される前の真空度を、例えば１×１０−５〜１×１０−８Ｐａ程度の高真空に維持する。
また、イオンビーム鏡筒５１は、ガス電界電離イオン源６３の単原子終端ティップ１の先端の原子配列を確認するためのＦＩＭ（電界イオン顕微鏡）像を得るための検出器（図示せず）を備えている。この検出器は、イオンビーム軸に対して移動可能であり、ＦＩＭ像の確認が不要な場合は、イオンビーム軸から遠ざけて待機させることも可能である。この検出器は、イオン電流が不安定になった場合または観察像が乱れてきた場合など、必要に応じて単原子終端ティップ１の先端の原子配列を確認することができる。
【００４２】
試料室５２は、イオンビーム鏡筒５１から照射される集束イオンビーム５５の照射位置に試料５７を移動させる試料ステージ７２を収容している。試料ステージ７２は操作者の指示などに基づいて動作し、５軸に変位することができる。すなわち、試料ステージ７２は、同一面内で互いに直交するＸ軸とＹ軸と、これらに直交するＺ軸とに沿って試料ステージ７２を移動させるＸＹＺ軸機構（図示略）と、Ｘ軸またはＹ軸回りで試料ステージ７２を回転させ傾斜させるチルト軸機構（図示略）と、Ｚ軸回りで試料ステージ７２を回転させる回転機構（図示略）と、を備える変位機構（図示略）により支持されている。
試料室５２には、集束イオンビーム５５の走査照射により発生する二次イオンまたは二次電子を検出する検出器７３を備えている。これにより、二次イオンまたは二次電子の検出信号と集束イオンビーム５５の走査信号とから観察像を生成可能である。検出器７３として反射イオン検出器を用いる場合、試料５７から発生した反射イオンを検出して、反射イオン像を形成可能である。
【００４３】
さらに、試料室５２には、集束イオンビーム５５の照射中に試料５７にガスを吹き付け可能なガス供給部７４を備えている。ガス供給部７４は、ガスを貯蔵するガス貯蔵部（図示略）とガスを試料５７近傍に吹き付けるノズル部７４ａとを備えている。ガス供給部７４は、ガスの流量を調整するマスフローコントローラなどのガス流量調整部（図示略）を備えてもよい。ガス供給部７４から、試料５７の照射部（図示略）に、炭素系ガスまたはプラチナもしくはタングステンなどの金属を含有した炭素系化合物ガスなどのデポジションガスを吹きつけながら集束イオンビーム５５を照射することにより、試料表面にデポジション膜を形成可能である。逆に、ヨウ素などのハロゲン系のエッチングガスをガス供給部７４から吹きつけながら集束イオンビームを照射することにより、試料表面の異物を選択に除去したり、スパッタリングによる加工よりも早い速度で加工したりすることができる。
さらに、試料室５２には試料室５２内の真空度を調整可能な真空ポンプ７５が接続されている。
【００４４】
制御部５３は、像形成部７６と、電源制御部７７と、イオン源ガス制御部７８と、温度制御部７１と、を備えている。さらに、制御部５３は、コンデンサレンズ電極（図示略）および対物レンズ電極（図示略）などへの電圧印加と、試料ステージ７２の移動となどを制御可能である。
像形成部７６は、検出器７３から出力される検出信号から観察像を生成し、生成した観察像を表示部７９に表示する。従って、集束イオンビーム５５を試料５７に照射し、発生した二次イオンまたは二次電子を検出器７３により検出することで、試料５７の観察像を表示部７９に表示して、観察可能な状態にすることができる。また、検出器７３により二次電子を検出することで試料表面の形態を検知可能であり、検出器７３により二次イオンを検出することで試料を構成する元素の分布を検知可能である。
【００４５】
電源制御部７７は、電源７７ａを制御する。電源７７ａは、高電圧の電流電源である。電源７７ａは、引き出し電極６４と１対の通電ピン６３ｂとに接続されている。電源７７ａは、１対の通電ピン６３ｂおよびフィラメント６３ａを通じて単原子終端ティップ１に電気的に接続されている。電源制御部７７は、電源７７ａが引き出し電極６４と単原子終端ティップ１との間に印加する電圧を制御する。例えば、電源制御部７７は、放出イオン電流を調整する場合、および単原子終端ティップ１を作製または再生する場合、引き出し電極６４と単原子終端ティップ１との間に印加する電圧を制御する。
また、例えば、電源制御部７７は、単原子終端ティップ１を作製または再生する際にガス電界電離イオン源６３のフィラメント６３ａを加熱手段として作用させる場合、電源７７ａから１対の通電ピン６３ｂおよびフィラメント６３ａを通じて単原子終端ティップ１に通電される電流を制御する。
【００４６】
イオン源ガス制御部７８は、イオン源ガスの流量を調整するマスフローコントローラなどのガス流量調整部（図示略）を備えるイオン源ガス供給部６７を制御する。
温度制御部７１は、単原子終端ティップ１の温度またはイオン源ガスの温度を冷却する冷却装置６６と、単原子終端ティップ１を加熱洗浄する際および単原子終端ティップ１の突起部４の先端を単一原子のみで終端させる際に用いられるヒータ６５と、を制御可能である。また、例えば、温度制御部７１は、ガス電界電離イオン源６３のフィラメント６３ａを加熱手段として作用させる場合、電源制御部７７と協調して、電源７７ａからフィラメント６３ａに通電される電流を制御可能である。
【００４７】
この集束イオンビーム装置５０によれば、試料５７の表面形態および元素分布を高分解能で可視化でき、長寿命で高安定な集束イオンビーム装置５０を提供することができる。
なお、上述の実施例５では、集束イオンビーム装置５０について説明をしたが、この集束イオンビーム装置５０に走査電子顕微鏡の鏡筒を搭載して、集束イオンビーム５５と電子ビームが試料表面のほぼ同位置に照射されるように配置した複合装置（イオン電子複合ビーム装置）を構成してもよい。
また、この走査電子顕微鏡は、後述する実施例６で説明する単原子終端ティップ１を有する電子源を搭載した電子顕微鏡であってもよく、集束イオンビームおよび電子ビームによる高精細な画像を得ることができる。
また、上述の集束イオンビーム装置５０に二次イオン検出器を搭載し、試料の照射部（図示略）から発生する二次イオンを分析して照射部を構成する元素を同定することも可能である。例えば、ある領域を集束イオンビームで走査し、元素分析することで、特定元素のマップを作成することができる。これに対して、従来のガリウム集束イオンビーム装置を用いた二次イオンの分析では、試料内に打込まれたガリウムも検出され、試料に元々含まれていたガリウムと区別ができないという問題が生じる。また、本実施例の集束イオンビーム装置５０は、従来のガリウム集束イオンビーム装置に比べてビームの集束性が良好であり、より微細領域の元素分析が可能である。
【００４８】
（実施例６）電子顕微鏡
電子顕微鏡は、より詳細には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、および走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などに大別される。これらの電子顕微鏡は、電子源から発生した電子をビーム化して試料に照射することで共通している。走査電子顕微鏡は集束電子ビームの照射領域から発生した二次電子で画像を生成する。透過電子顕微鏡は薄膜化した試料に集束電子ビームを照射して、薄膜試料を透過した電子ビームを拡大して画像化し、一般に走査電子顕微鏡より高倍率観察が可能である。走査透過電子顕微鏡は薄膜化した試料に集束電子ビームを走査して、薄片試料を透過した像を拡大することで微細領域の拡大像を得る。これらの電子顕微鏡は、高倍率かつ高分解の画像を得ることが望まれている。従来、得られる画像の高分解能化のために先端が１個の原子のみで構成された電子源を用いる技術が知られているが、所望の安定性および寿命（例えば、ティップ先端の再生処理をせずに連続使用できる時間）を確保することができないという問題がある。
【００４９】
本実施例では、実施例１に記載の単原子終端ティップ１を走査電子顕微鏡の電子源として用いた。電子源は、図４に示した実施例４のガス電界電離イオン源３０のティップ構造体４１と同様の構成を有することに加えて、各種の電子顕微鏡に着脱可能とされている。電子源は、１対の通電ピン４５から導入した電流でフィラメント４６を加熱し、単原子終端ティップ１を加熱洗浄するとともに、突起部４の先端が単一原子のみで終端された突起部４の形成および再生などの処理が可能に構成されている。
単原子終端ティップ１を含む電子源室（図４に示すイオン源室４７に相当）の真空度は、例えば１０−９Ｐａ程度の超高真空状態に設定されている。本実施例の走査電子顕微鏡のＳＥＭ画像の分解能は１ｎｍを下回り、従来のＳＥＭの分解能を遥かに超えている。
本実施例の走査電子顕微鏡を長期間動作させた場合に、電子源を含む装置内に残留する不純物原子または分子が単原子終端ティップ１に吸着することによる放出電子のビーム電流の変動は、従来の電子源に比べて十分小さい。
【００５０】
なお、本実施例では走査電子顕微鏡について説明したが、本実施例による電子源は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）および走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に搭載しても上記と同様の効果を奏する。また、本実施例の各電子顕微鏡にエネルギー分散型Ｘ線分光器を搭載して、電子ビーム照射領域の元素分析を行なうことで、高分解能の測定データを得ることができる。
さらに、本実施例による電子源は、電子線マイクロアナライザ、オージェ電子分光装置などの電子ビーム応用分析装置の電子源として用いることもできる。電子線マイクロアナライザは、電子ビームを対象物に照射して発生する特性Ｘ線の波長と強度から構成元素分析する装置である。また、オージェ電子分光装置は、電子ビームを対象物に照射して発生するオージェ電子のエネルギー分布を測定し、元素の同定、定量を行う装置である。いずれの装置とも、照射する電子ビームの細さが分析分解能を高め、電子ビームが長時間、高安定に放出されることが、分析データの信頼性向上につながるため、本実施例による電子源によってこれらを達成する。
【００５１】
（実施例７）フォトマスク修正装置
以下に、上述した実施例４のガス電界電離イオン源３０を搭載したマスク修正装置８０について説明する。図６は、本発明の実施形態に係るマスク修正装置８０の概略構成図である。
本実施例のマスク修正装置８０は、半導体素子などを製造する際にパターン露光装置（図示略）に用いるフォトマスクの欠陥を修正する。マスク修正装置８０は、イオンビーム鏡筒８１と、電子ビーム鏡筒８２と、制御部８３と、試料室８４と、を備えている。
以下に、欠陥を有するフォトマスクを修正する方法について説明する。
【００５２】
先ず、マスク修正装置８０は、試料室８４内の試料ステージ８５に載置されたフォトマスク８６に対し、イオンビーム鏡筒８１からイオンビームを照射して、被照射部分から発生する二次電子または二次イオンを検出する検出器８７と、検出器８７によって検出された結果を観察像として表示可能なモニタ８８と、を備えている。また、イオンビーム照射による帯電を中和するための電子を放出する電子ビーム鏡筒８２を備えている。なお、モニタ８８は各種制御値も表示可能である。
【００５３】
マスク修正装置８０は、デポジションガス供給部８９と、エッチングガス供給部９０と、を備えている。
デポジションガス供給部８９は、デポジション用のガスをフォトマスク８６上に供給可能であり、イオンビームを照射しつつ、炭素系ガスまたはシラン系ガスもしくはタングステンなどの金属を含有した炭素系化合物ガスなどのデポジションガスを照射することで、炭素、酸化シリコン、およびタングステンなどの各々の膜をフォトマスク８６上に形成可能である。
エッチングガス供給部９０は、ヨウ素などのハロゲン系のエッチング用ガスをフォトマスクの欠陥に供給可能であり、エッチング用ガスを供給しつつ窒素イオンビームを照射することで、エッチング用ガスを導入しない場合に比べて、高速に加工可能または所望の材料のみを選択的に加工可能である。
【００５４】
マスク修正装置８０は、フォトマスク８６のイオンビームによる二次電子観察像を参照して、遮光パターン部の一部に存在するパターンの欠け部および不要パターンの欠陥を検出する。例えば、マスク修正装置８０は、事前のフォトマスク設計情報と作製し終えたフォトマスク表面の二次電子観察像との比較、または、欠陥の存在が疑われる領域の二次電子観察像と正常領域の二次電子観察像と比較により欠損を検出可能である。欠陥位置の座標情報、欠陥の種類、および欠陥の画像情報などは、マスク修正装置８０の制御部８３に格納可能、または外部の情報機器から情報を得るために用いられる。
【００５５】
また、マスク修正装置８０は、欠陥の位置、大きさ、および欠陥形態が欠け欠陥か不要パターン欠陥かの区別などを考慮して、修正後の状態が正常領域と同等になる最適修正方法の計算を行ない、その計算結果に基づき、イオンビーム鏡筒８１と、電子ビーム鏡筒８２と、デポジションガス供給部８９と、エッチングガス供給部９０と、を制御可能である。
また、マスク修正装置８０は、フォトマスク８６に存在する欠け部に対しては、デポジションガス供給部８９から適切なデポジション用ガスを吹き付けながら、イオンビーム鏡筒８１からイオンビームを照射し、欠け部を埋めることができる。
また、マスク修正装置８０は、フォトマスク８６に存在する不要パターンに対しては、エッチングガス供給部９０からエッチング用ガスを吹きつけながら、イオンビーム鏡筒８１からイオンビームを照射し、不要パターンをエッチング除去することができる。なお、フォトマスク８６の透過すべき領域の光透過率を低下させる重いイオンが打ち込まれることは無い。
このようにして、フォトマスク８６は、露光しても欠陥が転写されることなく正常にパターンを転写することができる状態になる。つまり、マスク修正装置８０は、フォトマスク８６を正常に修正することができる。
【００５６】
マスク修正装置８０は、修正し終えた箇所の二次電子観察像を修正前の二次電子観察像や正常領域の二次電子観察像と対応付けて制御部８３または外部情報機器に格納し、修正加工後に修正の出来具合を確認可能とする。なお、マスク修正装置８０は、このような一連の作業を全自動で実行可能である。
【００５７】
このように、上述した実施例３の単原子終端ティップ１を有するガス電界電離イオン源３０によってイオンビームを形成可能な本実施例のマスク修正装置８０は、長期間に亘って安定したビーム形成が可能であると同時に、長期間に亘って安定的かつ高精度にマスク修正を行なうことができる。
【００５８】
（変形例１）
なお、上述した実施例２における単原子終端ティップ１の作製方法においては、スパッタリング作用によるデポジション、またはファイバーレーザーを用いたスポット溶接によって、棒状部材の先端部付近にリザーバーを形成するとしたが、これに限定されない。例えば、蒸着または電気鍍金などによって棒状部材の先端部付近にリザーバーを形成してもよい。
【００５９】
（変形例２）
なお、上述した実施例２における単原子終端ティップ１の作製方法においては、単結晶のタングステンの棒状部材を細線部材２の原材料としたが、これに限定されない。例えば、多結晶のタングステンの棒状部材を細線部材２の原材料としてもよい。
また、上述した実施例１および実施例２においては、＜１１１＞方位に配向した単結晶のタングステンから成る細線部材２の先端に三角錐構造が形成されるとしたが、結晶方位はこれに限定されない。例えば、＜１１０＞方位に配向した多結晶のタングステンからなる針状部材を用いてもよく、この場合、針状部材の配向方位とは異なる＜１１１＞方位に三角錐構造が形成される。
【００６０】
（変形例３）
なお、上述した実施例２においては、ステップＳ０３の供給部形成工程の次にステップＳ０４の電気化学エッチング工程を実行するとしたが、これに限定されない。つまり、実施例２では、イリジウムのリザーバーを棒状部材に形成した後に、棒状部材の先端を先鋭化させたが、これに限らず、棒状部材の先端を先鋭化させてから、リザーバーを棒状部材に形成してもよい。
図７は、本発明の実施形態の変形例３に係る単原子終端構造を有するティップ１の作製方法を示すフローチャートである。変形例３の単原子終端ティップ１の作製方法は、図７に示すように、第１洗浄工程（ステップＳ１１）と、加熱工程（ステップＳ１２）と、電気化学エッチング工程（ステップＳ１３）と、第２洗浄工程（ステップＳ１４）と、供給部形成工程（ステップＳ１５）と、拡散工程（ステップＳ１６）と、を含む。
【００６１】
先ず、ステップＳ１１の第１洗浄工程およびステップＳ１２の加熱工程は、実施例のステップＳ０１の洗浄工程およびステップＳ０２の加熱工程と同一である。
次に、ステップＳ１３の電気化学エッチング工程は、実施例のステップＳ０４の電気化学エッチング工程とほぼ同様の工程であり、電解研磨により棒状部材の先端部を先鋭化する。
次に、ステップＳ１４の第２洗浄工程では、先鋭化された棒状部材を水とアセトンなどで洗浄し、電解溶液などの不純物を除去する。
次に、ステップＳ１５の供給部形成工程およびステップＳ１６の拡散工程は、実施例のステップＳ０３の供給部形成工程およびステップＳ０５の拡散工程と同一である。
【００６２】
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…単原子終端構造を有するティップ、２…細線部材、２ａ…先端部、２ｂ…棒状部、
２ｃ…先細り部、３…被覆部、４…突起部、５…供給部、
３０…ガス電界電離イオン源、３１…電源、３３…引き出し電極、
４１…ティップ構造体、４２…イオン源ガス供給部、４３…冷却装置、
４４…ベース部材、４５…通電ピン、４６…フィラメント、４７…イオン源室、
４８…壁面、４９…コールドヘッド、
５０…集束イオンビーム装置、５１…イオンビーム鏡筒、５２…試料室、
５３…制御部、５４…イオン源室、５５…集束イオンビーム、
５６…コンデンサレンズ電極、５７…試料、５８…対物レンズ電極、５９…中間室、
６０，６１…オリフィス、６２…真空ポンプ、６３…ガス電界電離イオン源、
６４…引き出し電極、６５…ヒータ、６６…冷却装置、６７…イオン源ガス供給部、
６８…真空ポンプ、６９…接続部、７０…壁部、７１…温度制御部、
７２…試料ステージ、７３…検出器、７４…ガス供給部、７５…真空ポンプ、
７６…像形成部、７７…電源制御部、７７ａ…電源、７８…イオン源ガス制御部、
７９…表示部、
８０…マスク修正装置、８１…イオンビーム鏡筒、８２…電子ビーム鏡筒、
８３…制御部、８４…試料室、８５…試料ステージ、８６…フォトマスク、
８７…検出器、８８…モニタ、８９…デポジションガス供給部、
９０…エッチングガス供給部、
Ｓ０１…洗浄工程、
Ｓ０２…加熱工程、
Ｓ０３…供給部形成工程、
Ｓ０４…電気化学エッチング工程、
Ｓ０５…拡散工程
【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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