(57)【要約】 【課題】  正確なエミッション電流の測定と安定なイオンビームの発生を実現する液体金属イオン源を備えた集束イオンビーム装置を提供する。【解決手段】 液体金属イオン源の引出電極１とコンデンサレンズ３のレンズ電極３Ｂとの間隔を６ミリメートル以下とする。あるいはエミッタ１から円錐状に放射されるイオンビームの最大立体角(エミッション最大放射立体角)をΩＥＭ、引出電極の通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(引出電極立体角)をΩＥＸＴ、コンデンサレンズのレンズ電極３Ｂのイオンビーム通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(レンズ電極立体角)をΩＣＬとしたとき、            ΩＥＸＴ  ＞  ΩＥＭ  ＞  ΩＣＬとし、かつ、レンズ電極電圧２４を５ｋV以下とする。【選択図】   図５
2005063865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビームを試料に照射して試料の加工と観察とを行うための、液体金属イオン源と、該イオン源の針状エミッタ先端からのイオンビームを引き出すための引出電極と、該引き出されたイオンビームにエネルギーを与えかつイオンビームの開き角を制御するための電圧が印加されるレンズ電極と接地電極とから成る静電型のコンデンサレンズと、該イオンビームを試料にフォーカスするための対物レンズと、該試料上に照射されるイオンビームの照射位置をコントロールする偏向器とを備えた集束イオンビーム装置であって、
前記引出電極と前記コンデンサレンズのレンズ電極との距離を６ミリメートル以下としたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
開き角を制御するために前記レンズ電極に印加される電圧を５キロボルト以下としたことを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム装置。
【請求項３】
前記エミッタ先端から円錐状に放射されるイオンビームの最大立体角をΩＥＭ、前記引出電極の通過孔をエミッタ先端から見込む立体角をΩＥＸＴ、前記コンデンサレンズのレンズ電極のイオンビーム通過孔をエミッタ先端から見込む立体角をΩＣＬとしたとき、
ΩＥＸＴ  ＞  ΩＥＭ  ＞  ΩＣＬ
としたことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の集束イオンビーム装置。
【請求項４】
前記コンデンサレンズのレンズ電極の少なくともイオンビームが照射される部分はタングステン(Ｗ)製であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項５】
前記液体金属イオン源のエミッタ先端と前記引出電極との間に、エミッタ先端からのイオンビームのエミッション電流量を制御するためのサプレッサ電極を挿入したことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項６】
前記サプレッサ電極にはサプレッサ電圧が印加され、該サプレッサ電圧は前記エミッション電流の変動に伴って制御されることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１に記載の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、液体金属イオン源を備えた集束イオンビーム装置(FIB)に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は液体金属イオン源を備えた集束イオンビーム装置の一例を示す。図２は液体金属イオン源近傍を更に詳しく説明するための図である。１は、液体金属イオン源(LMIS)であって、先端部が針状に形成され液体金属(例えばガリウム)で表面が濡れたエミッタである。図２に示すように、加熱電源２１を用いて、エミッタ１を保持する部材に適宜通電することによって、エミッタ先端部に図示しない液体金属供給源から液体金属が供給されその表面が液体金属で常時濡れているようになっている。２はエミッタ１からイオンを引き出すための引出電極である。図２に示すように、エミッタ１から見て、引出電極２には負の電圧が印加されている。エミッタ１の先端部と引出電極２にできる強い電界によってイオンが引き出される。このようにして引き出されるイオンのエミッション電流は、１μAから数μA程度である。
【０００３】
３は、コンデンサレンズで、２枚ないし３枚の電極で構成される静電レンズである。図１では２枚、図２では３枚の電極で構成されている。このコンデンサレンズ３には、エミッタ１から引き出されたイオンに所定のエネルギーを与える加速電極の役目と、集束イオンビームのビーム径とイオン電流値との関係を制御して所望の値が得られるように調節する働きがある。図２に示すように、接地されているコンデンサレンズの上下の電極から見て、エミッタ１には正の電圧すなわち加速電圧(３０ｋV程度)が印加され、イオンビームにエネルギーを与えている。また、このコンデンサレンズの中央の電極にはエミッタ１から見て負の電圧が印加され、接地された２枚の電極と協働してレンズとして動作する。この電圧を変えることによって、コンデンサレンズ３を出射するイオンビームの開き角を変えることができる。
【０００４】
コンデンサレンズが、３枚の電極で構成される静電レンズの例としては、特許文献１がある。この場合、通常は、上下の第１と第３の２枚の電極は接地され、中央の第２の電極にコンデンサレンズ電源１２から負の高電圧が印加される。２枚の電極で構成される静電レンズの例としては、特許文献２がある。この場合、通常は、第１の電極は省略されており、これに代わって引出電極が第１の電極として働き、第２の電極にコンデンサレンズ電源１２から負の高電圧が印加され、第３の電極は接地される。更に、その中間的な例として、特許文献３がある。この例では、コンデンサレンズは３枚の電極で構成されるものの、第１の電極は電位的には引出電極と同電位である。
【０００５】
図１では、コンデンサレンズ３は２枚の電極で構成される静電レンズであるとし、前述の第２の電極に当たる上方の電極３Ｂはレンズ電源１３から負の高電圧が印加されており、前述の第３の電極に当たる下方の電極３Ｃは接地電極である。以下、電極３Ｃのごとく接地されている電極を接地電極と呼び、電極３Ｂのごとくレンズ電源１３から電圧が印加されている電極をレンズ電極と呼ぶことにする。
【０００６】
４は電流制限絞りで、試料(或いは材料)Ｍ上に照射されるイオンビームの電流量を制限している。レンズ電源１３を介してコンデンサレンズ３を制御することによってコンデンサレンズ３を出射するイオンビームの開き角を変えれば、電流制限絞り４の孔を通過するイオンビームの量が変わるので、所望の値の電流量のイオンビームを得ることができるようになっている。その電流量としては、例えば、1pAから10nAの範囲である。二次イオンによる顕微鏡像(SIM像)や二次電子による顕微鏡像(SEIあるいはSEM像)を用いて試料Ｍを高い分解能で観察する場合には、少ない電流値で、イオンビームによる材料Ｍの切断等の加工を高速で行う場合には、電流値を多くする。なお、図１における絞り４はコンデンサレンズ３の後方（試料或いは材料側）に置かれているが、特許文献４のごとくに、後述するような目的のためコンデンサレンズ３の前方（液体金属イオン源側）に置かれている例もある。
【０００７】
５は対物レンズで、前記コンデンサレンズ３と同様に、２枚以上の電極で構成される静電レンズであり、ここでは３枚の電極で構成されている。３枚の電極の内、上方の第１の電極５Ａと下方の第３の電極５Ｃは接地電極であり、中央の第２の電極５Ｂはレンズ電極でレンズ電源１５から高電圧が印加されている。レンズ電源１５を介して対物レンズ５を制御することによって、試料Ｍ上にイオンビームをフォーカスさせて、細く絞られた集束イオンビームとして照射させることができる。
【０００８】
６は偏向器で、偏向電源１６からの走査信号に基づいて、イオンビームを偏向して試料Ｍ上の所定領域においてイオンビームを走査させるものである。
【０００９】
７は二次電子等の検出器で、試料Ｍからの二次電子等を検出する。この検出信号を陰極線管の如き表示装置１７に送ると、この表示装置１７には前記偏向電源１６から走査信号が同期して送られているので、その表示画面上には試料Ｍの二次電子像等が表示される。
【００１０】
８は試料Ｍを載置して、試料Ｍの所望の場所がイオンビームの照射下に来るように、駆動可能な試料ステージである。試料ステージ８は、通常、Ｘ、Ｙ動、傾斜動等が可能になっている。なお、エミッタ１から偏向器６や対物レンズ５に至るイオン光学系、試料ステージ８や検出器７は、真空雰囲気中に納められている。従って、試料Ｍは、図示しない試料交換のためのエアロック室を介して、装置の外部から試料ステージ８へ転送、載置されるようになっている。
【００１１】
更に、上記図１のエミッタ１と引出電極２との間に、もう一つの制御用の電極を備えた装置もある。特許文献５がその一つの例である。
【００１２】
以上前記例では、集束イオンビーム(FIB：focused ion beam)が走査イオン顕微鏡(SIM：scanning ion microscope)として使用される場合あるいは集束イオンビーム加工装置として使用される場合を説明したが、イオンビーム分析装置(例えば、SIMS：secondary ion mass spectrometer)等として使用される場合も、イオン源からのイオンビームを被イオンビーム照射物上に集束し、被イオンビーム照射物上の所定の箇所に照射するという基本的構造は何ら変わらない。
【００１３】
【特許文献１】特開2002-251976号
【００１４】
【特許文献２】特開平6-260124号
【特許文献３】特開平9-283039号
【特許文献４】特開2001-160369号
【特許文献５】特開平5-182932号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
さて、この様な集束イオンビーム装置においては、図３や図４に示す様に、液体金属イオン源であるエミッタ１の先端から引き出されたイオンビームの一部が引出電極２やコンデンサレンズ３の各電極に照射されることが想定できる。しかも図１に示すイオンビーム装置においては、引出電極２とコンデンサレンズ３の各電極はビーム制限絞り４の前方（液体金属イオン源側）に置かれているので、エミッション電流のほとんど大部分は、引出電極２とコンデンサレンズ３の各電極に照射される。
【００１６】
この様な照射により、引出電極２やコンデンサレンズ３の各電極から発生する大量の二次電子とスパッタ原子（殆ど電荷を持たない中性原子と考えられる）が問題を引き起こす。先ず、引出電極２やコンデンサレンズ３の各電極から発生する二次電子による問題について説明する。
【００１７】
一般に、集束イオンビーム装置においては、図２に示す様に、エミッタ１と加速電源１０の間に電流計２２を入れて、発生したイオンビーム電流、即ち、エミッション電流を測定している。しかしながら、もしもエミッタ１に最も近い距離で対向配置されている引出電極２にイオンビームが照射されると、その照射によって発生した二次電子の殆ど全てがエミッタ１に到達し捕捉される。そのため、電流計２２で読み取られる電流値は、実際のエミッション電流と前記捕捉された二次電子に基づく電流との和となり、正しいエミッション電流が測定出来なくなる。なお、コンデンサレンズ３の各電極から発生する二次電子については、その電極の電位が引出電極２の電位より低い場合は引出電極２に捕捉され、そうでない場合は押し戻される等するため、エミッタ１に到達することはない。ただし、コンデンサレンズの第１電極が引出電極２と同電位の場合は、第１電極で発生した二次電子がエミッタ１に到達し捕捉さるので、程度の差こそあれ問題となる。実際、特許文献３においては、引出電極２と同電位のコンデンサレンズの第１電極から発生する二次電子をエミッタ１に到達しないようにする発明が提案されている。
【００１８】
次に、スパッタ原子が引き起こす問題について説明する。スパッタ原子が引出電極２やコンデンサレンズ３の各電極から発生すると、このスパッタ原子が液体金属イオン源のエミッタ１の先端若しくはその周辺に付着する。すると、エミッタ１の先端に向かって伝ってくる液体金属の粘性を上昇させることになり、エミッタ１の先端へスムーズに伝わってこなくなる。この結果、エミッタ１の先端からのイオンビームの発生が不安定になる。なお、この様な不都合が起こった場合は、通常は、加熱電源２１を用いてエミッタ１を一時的に加熱することによって、エミッタ１に付着したスパッタ粒子等を除去する。このような操作をフラッシング(flashing)と呼ぶ。
【００１９】
そこで、特許文献４においては、コンデンサレンズの各電極にイオンビームが照射されないようにするために、引出電極とコンデンサレンズとの間に、イオン源金属と同種の材料であるガリウム(Ga)、スズ(Sn)、インジウム(In)で作られた保護用絞りなるものを入れている。これに対して、特許文献１においては、エミッタとコンデンサレンズの第１電極との距離を小さくすると共にコンデンサレンズの孔径を大きくする等してコンデンサレンズの各電極にイオンビームが照射されないようにし、かつ絞りをコンデンサレンズの後方に配置している。
【００２０】
しかしながら、前者においては、保護用絞りイオン源金属と同種の材料で作られているといっても、全く同一というわけにはいかず、イオン源に影響を与える。また、ガリウム(Ga)を絞り等の部材としてそのままの形で用いるのはその物理特性上困難である。後者においては、引出電極と３枚のコンデンサレンズ電極全てにイオンビームが当たらない様にしなければならない。このため、エミッタからのイオンの放出立体角度が相当に小さくなるような条件でしか使用できず、十分なエミッション電流値を得るのは困難である。従って、加工と観察とにとってそれぞれ常に都合のよい様に、十分なエミッション電流が得られる設定条件にはできないため、加工のための高いイオンビーム電流値を得ることや高い分解能のための細くても明るいイオンビームを得るには不十分である。
【００２１】
より具体的には、エミッションの安定化の向上と共に、高分解能観察のためにはイオンビーム電流値が1pAないしそれ以下なら分解能5nｍ、加工においてはビーム径1μｍないしそれ以下で40nAの大電流を得る。本発明は上記問題を解決するためになされたもので、新規な集束イオンビーム装置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】
【００２２】
本発明に基づく集束イオンビーム装置は、集束イオンビームを試料に照射して試料の加工と観察とを行うために、液体金属イオン源と、該イオン源の針状エミッタ先端からのイオンビームを引き出すための引出電極と、該引き出されたイオンビームにエネルギーを与えかつイオンビームの開き角を制御するための電圧が印加されるレンズ電極と接地電極とから成る静電型のコンデンサレンズと、該イオンビームを試料にフォーカスするための対物レンズと、該試料上に照射されるイオンビームの照射位置をコントロールする偏向器とを備えた集束イオンビーム装置であって、前記引出電極と前記コンデンサレンズのレンズ電極との距離を６ミリメートル以下としたことを特徴とする。
【００２３】
また、開き角を制御するために前記レンズ電極に印加される電圧を５キロボルト以下とし、前記エミッタ先端から円錐状に放射されるイオンビームの最大立体角をΩＥＭ、前記引出電極の通過孔をエミッタ先端から見込む立体角をΩＥＸＴ、前記コンデンサレンズのレンズ電極のイオンビーム通過孔をエミッタ先端から見込む立体角をΩＣＬとしたとき、
ΩＥＸＴ  ＞  ΩＥＭ  ＞  ΩＣＬ
とし、加えて、前記コンデンサレンズのレンズ電極の少なくともイオンビームが照射される部分はタングステン(Ｗ)製であることを特徴とする。
【００２４】
更にまた、前記液体金属イオン源のエミッタ先端と前記引出電極との間に、エミッタ先端からのイオンビームのエミッション電流量を制御するためのサプレッサ電極を挿入し、前記サプレッサ電極にはサプレッサ電圧が印加され、該サプレッサ電圧は前記エミッション電流の変動に伴って制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
コンデンサレンズ３をレンズ電極３Ｂと接地電極３Ｃとの２枚構成とし、引出電極２とレンズ電極３Ｂとの距離Ｄを６ｍｍとすることによって、コンデンサレンズ３の収差を小さくすることができた。これによって、イオンビーム電流が0.5pAで4.9ｎｍ、イオンビーム電流値が1pAで5.8ｎｍの高い分解能が得られた。更に、距離Ｄを４ｍｍとすれば、イオンビーム電流が40nAの大電流においても、ビーム径1μｍが実現できた。
【００２６】
また、距離Ｄが６ｍｍ以下では、レンズ電極電圧ＶCLが５ｋV以下と低くできた。この様にレンズ電極電圧ＶCLが低くなるとレンズ電極３Ｂにイオンビームが放射されても、スパッタリングイールドが小さくなるから、スパッタ粒子の数を著しく減らすことができる。更に、実験によると、この様に低いエネルギーのイオンに対しては、従来良いとされたスズ(Sn)よりも従来良くないとされたタングステン(W)を用いるのがよいことが分かった。また、距離Ｄを短くすると、引出電極２のみにイオンビームが当たらない様にすればよい条件であれば、エミッタ１からのイオンのエミッション最大放射立体角は相当に大きく取ることができる。
【００２７】
そこで、エミッタ１から円錐状に放射されるイオンビームの最大立体角(エミッション最大放射立体角)をΩＥＭ、引出電極の通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(引出電極立体角)をΩＥＸＴ、コンデンサレンズのレンズ電極３Ｂのイオンビーム通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(レンズ電極立体角)をΩＣＬとしたとき、
ΩＥＸＴ  ＞  ΩＥＭ  ＞  ΩＣＬ
となるようにすれば、コンデンサレンズ３のレンズ電極３Ｂにタングステン(Ｗ)を用いることによって、レンズ電極３Ｂ部材のイオンスパッタによるエミッタ１への影響が軽減でき、エミッションの安定化が向上した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図５は本発明に基づく集束イオンビーム装置の液体金属イオン源近傍の構成を示す一例である。図中、１はエミッタ、２は引出電極、３Ｂはコンデンサレンズ３のレンズ電極、３Ｃはコンデンサレンズ３の接地電極、４は電流制限絞りである。これらの１、２、３Ｂ、３Ｃ、４は、何れも図１に示す同記号と同じ働きをする。従って、コンデンサレンズは２枚の電極で構成された静電レンズになっている。
【００３０】
２１は加熱電源であって、これを用いて、エミッタ１を保持する部材に通電することによって、エミッタ先端部に図示しない液体金属供給源から液体金属が供給されその表面が液体金属で常時濡れているようになっている。２２はエミッション電流を測定するための電流計である。２３はエミッタ１と引出電極２との間に印加する引出電圧Ｖextである。２４はエミッタ１とレンズ電極３との間に印加するレンズ電極電圧ＶCLである。２５はエミッタ１と接地電極３Ｃとの間に印加する加速電圧Ｖaccである。２３、２４、２５の各電圧は、図１と同様に、引出電源１２、レンズ電源１３、加速電源１１からそれぞれ供給されるが、各電圧の極性等の実体を容易に理解するために、あえて図１とは異なる表し方にした。
【００３１】
図５において、図１と異なる構成は、引出電極２とレンズ電極３Ｂとの距離Ｄを６ｍｍ以下とすることと、レンズ電極電圧２４を５ｋV以下としている２点である。なお、図示しないが、上記距離Ｄを６ｍｍ以下とすると、エミッタ１とレンズ電極３Ｂとの距離は８ｍｍ以下となるようにしている。その他の構成は基本的に図１と同じであるので、省略している。以下、上記２点の意味と従来技術との差違について説明する。
【００３２】
引出電極２とレンズ電極３Ｂと接地電極３Ｃとで構成された図５の場合のコンデンサレンズのレンズ主面は、ほぼレンズ電極３Ｂの付近にある。従って、エミッタ１とレンズ主面との距離は高々９ｍｍ程度である。
【００３３】
一方、特許文献１ではエミッタとレンズまでの距離を５ｍｍとするとの記載があるが、コンデンサレンズのレンズ主面はその第２電極の付近にあるから、エミッタとレンズ主面との距離は、図から類推すると、少なくとも１０ｍｍ以上はある。また、特許文献３では、コンデンサレンズのレンズ主面はその第２電極の付近にあるから、エミッタとレンズ主面との距離は、図とその説明の数値から類推すると、少なくとも１０ｍｍ以上はある。同じく、特許文献４では、コンデンサレンズのレンズ主面はその第２電極の付近にあるから、エミッタとコンデンサレンズとの距離を短くできたと記載されているが、図とその説明の数値から類推すると、少なくとも２０ｍｍ以上はあると思われる。なお、特許文献２については、全く推測できない。
【００３４】
このように本発明の図５の構成において、エミッタ１とレンズ主面との距離を９ｍｍ以下にすると、レンズ電極電圧２４を５ｋV以下とすることが可能となる。図６(ａ)に引出電極２とレンズ電極３Ｂとの距離Ｄとレンズ電極電圧ＶCLとの関係、(ｂ)に距離Ｄとイオンビームの径ｄpとの関係を示す。図６(ａ)は、図７に示す寸法での実験結果であり、集束イオンビームの電流1pAと40nAとをパラメータとして表している。図６(ａ)から分かるように、コンデンサレンズをレンズ強度を実用上の最強としたとき得られる電流1pAにおいて、距離Ｄを６ｍｍとしたとき、レンズ電極電圧ＶCLの最大電圧は５ｋV以下となる。
【００３５】
レンズ電極電圧ＶCLをこのように低い電圧にすることができると、レンズ電極３Ｂに照射されるイオンのエネルギーも当然低くなる。従って、この様にエネルギーの低いイオンビームがレンズ電極３Ｂに照射されても、スパッタリングイールドが小さくなるから、レンズ電極３Ｂでのスパッタ粒子の数を大幅に減らすことができる。それに加えて、実験によると、５ｋV以下のエネルギーのガリウムイオンを、従来は好ましいとされたスズ(Sn)で作った部材(アパーチャ状にしたもの)と好ましくないとされたタングステン(W)で作った部材(アパーチャ状にしたもの)に1500時間以上照射したところ、次のような結果を得た。
(a) Sn製アパーチャは500ないし1000時間でその表面がぼろぼろになるのに対して、W製アパーチャは1500時間以上でも変化は見られなかった。
(b) 更に、Sn製アパーチャ使用時はフラッシング(エミッタ１を加熱電源２１を用いて一時的に加熱しエミッタ先端をフレッシュな状態にする操作)直後からエミッション電流(約2μA)を50ないし80時間持続するために必要な引出電圧は5.5ないし6ｋVから7ないし8ｋVに増加するのに対して、W製アパーチャ使用時は引出電圧の増加は前者に比べ非常に少なかった。
【００３６】
従来の考え方は、部材にイオンビームが照射されスパッタされることを前提に、スパッタ原子がエミッタ１に付着する量を少なくする、あるいは付着してもその影響を軽減するというものであった。しかし、上記の実験結果が応用できれば、従来エミッタの特性に好ましくない影響を与えるとされたタングステン(W)製部材が積極的に使用できることになる。
【００３７】
また、距離Ｄを短くすることと、引出電極２のみにイオンビームが当たらない様にすればよいという条件が採用できれば、エミッタ１からのイオンのエミッション最大放射立体角は相当に大きく取ることができることは、容易に分かる。
【００３８】
以上のことから、本発明の液体金属イオン源近傍の構成を示す図５において、エミッタ１から円錐状に放射されるイオンビームの最大立体角(エミッション最大放射立体角)をΩＥＭ、引出電極の通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(引出電極立体角)をΩＥＸＴ、コンデンサレンズのレンズ電極３Ｂのイオンビーム通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(レンズ電極立体角)をΩＣＬとしたとき、
ΩＥＸＴ  ＞  ΩＥＭ  ＞  ΩＣＬ
とし、かつ、レンズ電極電圧２４を５ｋV以下とすれば、引出電極での二次電子の発生をなくし、コンデンサレンズのレンズ電極３Ｂには多量のイオンビームが当たるものの、エミッタ１に与える影響は極めて少なくできる。更に、レンズ電極３Ｂの少なくともイオンビームの当たる部分をタングステン(W)製にすれば、前述の実験結果に示すように、より効果的である。なお、コンデンサレンズの接地電極３Ｃや電流制限絞り４にはエネルギーの大きなイオンビームが照射されるものの、エミッタ１から遠く離れる等によりエミッタ１に与える影響はすくない。
【００３９】
このとき、実用上重要なことは、本発明に係る集束イオンビーム装置においては、材料Ｍの集束イオンビームによる加工に際して、加工の前後、必要なら加工の途中において加工部位の近傍が観察できなくてはならない。従って、本装置の集束イオンビームのイオンビーム電流値は、少なくとも1pAから10nA程度の範囲で可変できなくては、実用上の不都合が起こってしまう。
【００４０】
これに対して、本発明の構成によると、最も高いレンズ電極電圧ＶCLが要求される高分解能での観察時のイオンビーム電流値1pAであっても、図６(ａ)の通り、５ｋV以下である。また、従来は、高いイオンビーム電流値を要する加工に際しては、レンズ電極電圧ＶCLを下げると、レンズの焦点距離が長くなるに伴い色収差や球面収差が大きくなり、ビームがぼけてしまう。こてに対して、本発明の構成によると、２枚構成の特徴を活かして引出電極２とコンデンサレンズ３の主面との距離をより短くしたので、色収差や球面収差が小さくなり、レンズ電極電圧ＶCLを下げも、ビームのぼけが少なくできる。この本発明の構成ではイオンビーム電流の範囲は容易に確保できる。例えば、距離Ｄを４ｍｍとしたとき、ビーム径1μｍでイオンビーム電流が40nAが実現できた(図６(ｂ))。
【実施例２】
【００４１】
図８は図５とは異なる基本構成のイオン光学系に本発明を適用した例を説明する図である。図８において、３１はエミッタ１と引出電極２との間に配置されたサプレッサ電極である。３２はサプレッサ電極３１にサプレッサ電圧を印加するためのサプレッサ電源である。更に、サプレッサ電源は、加速電源内に設けられたエミッション電流計で測定されたエミッション電流の変動に基づいて制御され、エミッション電流が常に一定となるようになっている。他の構成は図１と同じであるので説明を省く。
【００４２】
また図９は先の図５と対比した図である。図９において、エミッタ１と引出電極２との間にサプレッサ電極３１が配置されている。サプレッサ電極３１にはエミッタ１との間にサプレッサ電圧(Ｖsup)３３が印加されている。このサプレッサ電圧３３はエミッタ１から見て１ｋＶから−１ｋＶ程度の可変の電圧であって、電流計２２を流れるエミッション電流値の変化に従って制御されるようになっている。この制御によって、エミッション電流をより安定化しようとするものである。なお、この様なエミッタ１と引出電極２との間にサプレッサ電極３１を挿入する構成そのものは従来から知られている(例えば、特許文献５)。
【００４３】
実は、本発明における引出電極２とレンズ電極３Ｂとの距離Ｄを小さくすると引出電極２の引出電圧２３の変動に対するイオンビーム電流が変動する度合いが大きくなる。従って、例えば、距離Ｄを３ないし４ｍｍ程度に小さくすると、１０時間を超えるような長時間におよぶ自動加工に際しては、制御上問題となることがあると推測される。そこで、その対策として、上記エミッタ１と引出電極２との間にサプレッサ電極３１を挿入することが考えられる。
【００４４】
このようなサプレッサ電極３１を有する図８および図９の構成においても、レンズ電極３Ｂと接地電極３Ｃとの２枚電極構成のコンデンサレンズとし、引出電極２とレンズ電極３Ｂとの距離を６ｍｍ以下とすると、レンズ電極３Ｂのレンズ電極電圧２４は５ｋＶ以下とできる。そこで、更に、エミッタ１から円錐状に放射されるイオンビームの最大立体角(エミッション最大放射立体角)をΩＥＭ、引出電極の通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(引出電極立体角)をΩＥＸＴ、コンデンサレンズのレンズ電極３Ｂのイオンビーム通過孔をエミッタ先端から見込む立体角(レンズ電極立体角)をΩＣＬとしたとき、
ΩＥＸＴ  ＞  ΩＥＭ  ＞  ΩＣＬ
とすれば、レンズ電極３Ｂにタングステン(Ｗ)を使用しても、イオンスパッタによるエミッタ１への影響が軽減される。また、コンデンサレンズの主面はレンズ電極３Ｂにあるので、エミッタ１とレンズ主面との距離が小さくでき、収差が改善され、細くて明るい集束イオンビームを得られる。具体的な性能については、実施例１と同等である。なお、説明は省くが、サプレッサの動作特性からサプレッサ電極３１にはイオンビームが照射されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の液体金属イオン源を備えた集束イオンビーム装置の一例を示す。
【図２】従来の液体金属イオン源近傍を更に詳しく説明するための図である。
【図３】従来の液体金属イオン源の問題点を説明するための図である。
【図４】従来の液体金属イオン源の問題点を説明するためのもうひとつの図である。
【図５】本発明に基づく集束イオンビーム装置の主要部を成す液体金属イオン源近傍の構成例を説明する図である。
【図６】本発明に基づく液体金属イオン源特性を説明する図である。
【図７】本発明に基づく液体金属イオン源近傍の具体的寸法例を説明する図である。
【図８】本発明に基づく集束イオンビーム装置の他の構成例を示す図である。
【図９】本発明に基づく図８の集束イオンビーム装置の主要部を成す液体金属イオン源近傍を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…エミッタ
２…引出電極
３…コンデンサレンズ
３Ｂ…レンズ電極
３Ｃ…接地電極
４…電流制限絞り
５…対物レンズ
６…偏向器
７…検出器
Ｍ…試料あるいは材料
８…試料ステージ
１１…加速電源
１２…引出電源
１３、１５…レンズ電源
１６…偏向電源
１７…表示装置
２１…加熱電源
２２…電流計
２３…引出電圧
２４…レンズ電極電圧
２５…加速電圧
３１…サプレッサ電極
３２…サプレッサ電源
３３…サプレッサ電圧
【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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【図９】
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