(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを生成するためのガス電界電離イオン源と、該ガス電界電離イオン源からのイオンビームを試料上に導くためのイオン照射光系と、前記ガス電界電離イオン源、及び、前記イオン照射光系を収納する真空容器と、を有し、
前記ガス電界電離イオン源は、イオンを生成するエミッタティップと、該エミッタティップに対向して設けられた引き出し電極と、前記エミッタティップの近傍にガスを供給するガス供給管と、前記エミッタティップに電圧を印加するエミッタ電源と、前記エミッタティップを冷却するための冷却機構と、を有し、
前記冷却機構は、前記エミッタティップを冷却するための冷媒を保持する容器と、前記冷媒の温度を測定するための温度測定装置と、前記冷媒を冷却するための冷凍機と、前記冷凍機の位置を制御する冷凍機位置制御装置と、を有し、前記冷媒の温度が所定の作動温度範囲以上になったら、前記ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成を停止し、前記冷凍機の運転を行い、前記冷媒の温度が所定の作動温度範囲以下になったら、前記冷凍機の運転を停止し、前記ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成を開始し、
前記冷凍機は、前記真空容器の外側に設けられた本体と、前記真空容器内に延びるコールドヘッドとを有し、
前記冷凍機の運転中には前記冷凍機のコールドヘッドは前記容器に接触し、前記ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成中には前記冷凍機のコールドヘッドは前記容器から離れるように、前記冷凍機位置制御装置によって前記冷凍機の位置が制御されることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオンビーム装置において、
前記所定の作動温度範囲は、前記冷媒の融点より所定の温度だけ高い上限温度と、前記冷媒の融点より所定の温度だけ低い下限温度の間の温度範囲であることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項３】
請求項１記載のイオンビーム装置において、
前記所定の作動温度範囲は、前記冷媒の沸点より低い温度であることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項４】
請求項１記載のイオンビーム装置において、
前記容器内には、金属部材が設けられ、
前記冷凍機のコールドヘッドと前記金属部材は整合して配置されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項５】
請求項４記載のイオンビーム装置において、
前記金属部材にはフィンが設けられていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項６】
請求項１記載のイオンビーム装置において、
前記容器を囲むように輻射シールドが設けられ、
前記冷凍機の運転中には前記冷凍機のコールドヘッドは前記輻射シールドに接触し、前記ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成中には前記冷凍機のコールドヘッドは前記輻射シールドより離れるように、前記冷凍機位置制御装置によって前記冷凍機の位置が制御されることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項７】
請求項１記載のイオンビーム装置において、
前記エミッタティップには、前記容器内に延びる金属部材が装着され、該金属部材は、絶縁体によって前記容器より電気的に絶縁されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項８】
請求項１記載のイオンビーム装置において、
前記引き出し電極には、前記容器内に延びる金属部材が装着され、該金属部材は、絶縁体によって前記容器より電気的に絶縁されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項９】
請求項１記載のイオンビーム装置において、
前記エミッタティップ及び前記引き出し電極は絶縁体によって前記容器より電気的に絶縁されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１０】
イオンビームを生成するためのガス電界電離イオン源と、該ガス電界電離イオン源からのイオンビームを試料上に導くためのイオン照射光系と、前記ガス電界電離イオン源、及び、前記イオン照射光系を収納する真空容器と、を有し、
前記ガス電界電離イオン源は、イオンを生成するエミッタティップと、該エミッタティップに対向して設けられた引き出し電極と、前記エミッタティップの近傍にガスを供給するガス供給管と、前記エミッタティップに電圧を印加するエミッタ電源と、前記エミッタティップを冷却するための冷却機構と、を有し、
前記冷却機構は、前記エミッタティップを冷却するための冷媒を保持する２つの容器と、前記冷媒の温度を測定する温度測定装置と、前記冷媒を冷却するための冷凍機と、前記冷凍機を前記２つの容器のいずれかに接続する第１の切り替え器と、前記エミッタティップを前記２つの容器のいずれかに接続する第２の切り替え器と、を有し、
前記第１の切り替え器によって前記冷凍機が前記２つの容器の一方に接続されているとき、前記第２の切り替え器によって前記エミッタティップは前記２つの容器の他方に接続されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のイオンビーム装置において、
前記２つの容器の一方の冷媒の温度が所定の作動温度範囲以上になったら、該一方の容器を前記冷凍機に接続し、前記２つの容器の他方を前記エミッタティップに接続し、前記２つの容器の他方の冷媒の温度が所定の作動温度範囲以上になったら該他方の容器を前記冷凍機に接続し、前記２つの容器の一方を前記エミッタティップに接続するように構成されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１２】
請求項１０記載のイオンビーム装置において、
前記第１の切り替え器は前記２つの容器に対応して設けられ、前記第１の切り替え器の各々は、可動部材と該可動部材に装着された熱伝導部材とを有し、該熱伝導部材は前記冷凍機に接続されており、前記可動部材が移動することによって、前記熱伝導部材は、前記対応する容器に接触する第１の位置と前記対応する容器から離れる第２の位置の間を移動するように構成されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１３】
請求項１０記載のイオンビーム装置において、
前記第２の切り替え器は前記２つの容器に対応して設けられ、前記第２の切り替え器の各々は、可動部材と該可動部材に装着された熱伝導部材とを有し、該熱伝導部材は前記対応する容器に接続されており、前記可動部材が移動することによって、前記熱伝導部材は、前記エミッタティップに接触する第１の位置と前記エミッタティップから離れる第２の位置の間を移動するように構成されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１４】
イオンビームを生成するためのガス電界電離イオン源と、該ガス電界電離イオン源からのイオンビームを試料上に導くためのイオン照射光系と、前記ガス電界電離イオン源、及び、前記イオン照射光系を収納する真空容器と、を有し、
前記ガス電界電離イオン源は、イオンを生成するエミッタティップと、該エミッタティップに対向して設けられた引き出し電極と、前記エミッタティップの近傍にガスを供給するガス供給管と、前記エミッタティップに電圧を印加するエミッタ電源と、前記エミッタティップを冷却するための冷却機構と、を有し、
前記冷却機構は、前記エミッタティップを冷却するための冷媒を保持する容器と、前記冷媒の温度を測定するための温度測定装置と、前記容器を真空排気して前記冷媒を気化熱によって冷却するための真空ポンプと、を有し、前記冷媒の温度が所定の作動温度範囲以上になったら、前記ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成を停止し、前記真空ポンプの運転を行い、前記冷媒の温度が所定の作動温度範囲以下になったら、前記真空ポンプの運転を停止し、前記ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成を開始することを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１５】
請求項１４記載のイオンビーム装置において、
前記所定の作動温度範囲は、前記冷媒の融点より所定の温度だけ高い上限温度と、前記冷媒の融点より所定の温度だけ低い下限温度の間の温度範囲であることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１６】
請求項１４記載のイオンビーム装置において、
前記所定の作動温度範囲は、前記冷媒の沸点より低い温度であることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項１７】
請求項１４記載のイオンビーム装置において、
前記冷却機構は、冷媒を貯蔵する冷媒タンクと、該冷媒タンクから前記容器に冷媒を供給する冷媒供給管と、前記容器に設けられた液面測定装置と、を有し、前記液面測定装置によって前記容器内の冷媒の量が所定の値以下になったことが検出されたとき、前記冷媒タンクからの冷媒は、前記冷媒供給管を経由して前記容器内に供給されるように構成されているイオンビーム装置。
【請求項１８】
イオン顕微鏡を用いた画像生成方法において、
ガス電界電離イオン源によって、イオンビームを生成するステップと、
イオン照射光学系によって、前記イオンビームを試料上に照射するステップと、
二次粒子検出器によって、前記試料から放出された二次粒子を検出するステップと、
前記二次粒子検出器からの出力信号を用いて前記試料の像を生成するステップと、
を有し、
前記イオンビームを生成するステップは、
エミッタティップを冷却するための冷媒の温度を測定するステップと、
前記冷媒の温度が所定の作動温度範囲以上になったら、前記エミッタティップに印加する電圧を停止して、イオンビームの生成を停止し、前記冷媒を冷却するための冷凍機の運転を行う第１ステップと、
前記冷媒の温度が所定の作動温度範囲以下になったら、前記冷凍機の運転を停止し、前記エミッタティップに電圧を印加して、イオンビームの生成を開始する第２ステップと、
を含み、
前記冷凍機は、前記イオン照射光学系を収納する真空容器の外側に設けられた本体と、前記真空容器内に延びるコールドヘッドとを有し、
前記第１ステップは、前記冷凍機の運転中に、前記冷凍機のコールドヘッドを前記冷媒を保持する容器に接触させるように、冷凍機位置制御装置によって前記冷凍機の位置を制御するステップを含み、
前記第２ステップは、前記ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成中に、前記冷凍機のコールドヘッドを前記容器から離すように、前記冷凍機位置制御装置によって前記冷凍機の位置を制御するステップを含む、ことを特徴とするイオン顕微鏡を用いた画像生成方法。
【請求項１９】
請求項１８記載のイオン顕微鏡を用いた画像生成方法において、
前記所定の作動温度範囲は、前記冷媒の融点より所定の温度だけ高い上限温度と、前記冷媒の融点より所定の温度だけ低い下限温度の間の温度範囲であることを特徴とするイオン顕微鏡を用いた画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビームを試料に照射することによって、試料の表面の像を生成し、又は、試料の表面を加工するイオンビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、イオンビーム加工機、走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope以下、SIMと略記）、透過イオン顕微鏡等のイオンビーム装置が開発されている。
【０００３】
イオンビーム装置に使用するイオン種は、水素、又は、ヘリウムが好適である。水素及びヘリウムヘリウムは、質量が軽いため、試料表面をスパッタする作用が小さく、試料の表面の損傷を最小化することができる。イオンビームは、電子ビームに比べて試料表面の情報に敏感である特徴を有する。これは、水素やヘリウムイオンが試料表面へ侵入するとき、二次荷電粒子の励起領域が電子ビームの照射に比べて、試料表面により局在するからである。また、電子ビームでは、電子の波としての性質が無視できないため、回折効果により収差が発生する。一方、イオンビームでは、電子に比べて重いため、回折効果を無視することができる。
【０００４】
イオンビーム装置に使用するイオン源として、ガス電界電離イオン源が用いられる。ガス電界電離イオン源は、エネルギー幅が狭いイオンビームを生成することができる。また、イオン発生源はサイズが小さいため、微細なイオンビームを生成することができる。
【０００５】
特許文献１には、エミッタティップの先端に微小な突出部を形成することによって、イオン源特性が向上することが開示されている。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。非特許文献２には、ヘリウムをイオン放出するガス電界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。
【０００６】
ガス電界電離イオン源では、イオン種であるガスの融点付近までエミッタティップの温度を低下させると、引き出されるイオン電流の大きさが大きくなり観察するのに好適となることが知られている。イオン種のガスとして水素、又は、ヘリウムを使用する場合にはエミッタティップを極低温まで冷却する必要がある。
【０００７】
極低温を得る方法として、液体窒素や液体ヘリウム等の冷媒がよく利用される。また、ギフォードマクマホン冷凍機、パルスチューブ冷凍機、スターリング冷凍機等の熱サイクルを行う冷凍機も用いられる。
【０００８】
特許文献２には、液化ガスを固化した状態で磁気センサであるSQUIDを冷却し、SQUIDの振動を低減する手法が開示されている。特許文献３には、冷凍機と冷媒を組み合わせた冷却機構が開示されている。この例では、冷凍機の運転を停止しても、冷媒の潜熱を用いることによって、被冷却体を冷却する。
【０００９】
特許文献４には、冷媒を保持する容器を、絶縁体を挟んで二分割し、分割された容器の片方をエミッタティップと等電位にすることにより、エミッタティップの絶縁と、冷却効率を両立する手法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開昭58-85242
【特許文献２】特開平04-194765
【特許文献３】特開2005-321147
【特許文献４】特公平04-023372
【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】B. W. Ward, John A. Notte, a_ and N. P. Economou, J. Vac. Sci. Technol. B 24(6), 2871 July 14 (2006) 24
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
液体窒素や液体ヘリウム等を冷媒として用いる方法では、液化ガスの沸騰による振動が被冷却物に伝達される場合がある。また冷凍機を使用する方法では、ピストンの運動が被冷却物を振動させる原因となる場合がある。これらの冷却機構を用いてガス電界電離イオン源のエミッタティップを冷却すると、冷却機構からの振動がエミッタティップに伝達される。この振動によって顕微鏡像の解像度に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１２】
本発明は、冷却機構によって生じる振動がガス電界電離イオン源のエミッタティップに伝達するのを防止することができるイオンビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のイオンビーム装置は、ガス電界電離イオン源とイオン照射光系と真空容器とを有する。ガス電界電離イオン源は、エミッタティップと引き出し電極とガス供給管とエミッタ電源と冷却機構とを有する。冷却機構は、冷媒を保持する容器と冷媒を冷却するための冷凍機とを有する。
【００１４】
冷媒の温度が所定の作動温度範囲以上になったら、ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成を停止し、冷凍機の運転を行う。冷媒の温度が所定の作動温度範囲以下になったら、冷凍機の運転を停止し、ガス電界電離イオン源によるイオンビームの生成を開始する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のイオンビーム装置によると、冷却機構によって生じる振動がガス電界電離イオン源のエミッタティップに伝達するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照して本発明によるイオンビーム装置の例を説明する。本例のイオンビーム装置は、走査イオン顕微鏡装置である。本例の走査イオン顕微鏡は、ガス電界電離イオン源１、イオン照射光系２、二次粒子検出器９０８、及び、試料９００を保持する試料台９１１、を有し、これらは、真空容器９０９内に設けられている。真空容器９０９の内部は真空ポンプ９１０によって、高真空に保持される。
【００１７】
ガス電界電離イオン源は、イオンビームを生成するエミッタティップ１０１、エミッタティップ１０１に対向して設けられた引き出し電極１０２、エミッタティップ１０１の近傍にガスを供給するガス供給管１０４、及び、エミッタティップ１０１を冷却するための冷却機構９０７、を有する。エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２は絶縁体１０３によって、冷却機構９０７から電気的に絶縁されている。また、エミッタティップ１０１と引き出し電極１０２は、絶縁体１０３によって、互いに電気的に絶縁されている。
【００１８】
イオン照射光学系は、集束レンズ９０１、対物レンズ９０２、アライナ９０３、ブランカ９０４、アパーチャ９０５、及び、イオンビーム走査偏光器９０６を有する。
【００１９】
ガス電界電離イオン源によって生成されたイオンビームは、イオン照射光学を通り、観察する試料９００上に照射される。イオンビームの照射によって、試料９００から二次粒子が放出される。二次粒子は、二次粒子検出器９０８によって検出される。二次粒子検出器９０８からの検出信号によって、試料の表面の画像が生成される。
【００２０】
ここでは、イオンビーム装置の例として、走査イオン顕微鏡装置を説明した。しかしながら、本発明のイオンビーム装置は、走査イオン顕微鏡に限定されるものではなく、透過イオン顕微鏡、イオンビーム加工機等を含む。本発明の特徴は、ガス電界電離イオン源にあり、以下に、本発明によるガス電界電離イオン源の詳細を説明する。
【００２１】
図２を参照して、本発明によるガス電界電離イオン源の構造の第１の例を説明する。本例のガス電界電離イオン源１は、イオンビームを生成するエミッタティップ１０１、エミッタティップ１０１に対向して設けられた引き出し電極１０２、エミッタティップ１０１の近傍にガスを供給するガス供給管１０４、内部に冷媒（冷却媒体）を保持する容器３１、冷凍機５０、及び、内部を真空に保持する真空容器７１を有する。引き出し電極１０２は、イオンビームが通る孔１０２Ａを有する。冷凍機５０は、本体５１とコールドヘッド５２とを有する。
【００２２】
コールドヘッド５２、容器３１、エミッタティップ１０１、及び、引き出し電極１０２は、真空容器７１内に配置されている。真空容器７１は、図１のイオンビーム装置の真空容器９０９に相当する。
【００２３】
エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２は、絶縁体１０３を介して容器３１の下端に装着されている。エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２は、絶縁体１０３によって、容器３１から電気的に絶縁される。また、エミッタティップ１０１と引き出し電極１０２の間は、絶縁体１０３によって、互いに電気的に絶縁される。
【００２４】
エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２は、容器３１に対して電気的に絶縁されるが、伝熱可能に接触している必要がある。そこで、絶縁体１０３は電気的絶縁性を有するが、同時に熱伝導率が高い必要がある。電気的絶縁材料は、一般的に熱伝導率が低い。熱伝導率が高い電気的絶縁体としてサファイアの単結晶が良く知られている。従って、本例でも、絶縁体１０３をサファイアの単結晶によって構成してよい。
【００２５】
冷媒の種類は、エミッタティップ１０１をどの程度まで冷却する必要があるかによって決定される。冷媒として、液化水素、液化ネオン、液化窒素等が用いられる。容器３１に液化した冷媒を充填してもよいが、容器３１に気体冷媒を注入しながら、冷凍機を運転することによって気体冷媒を液化してもよい。
【００２６】
エミッタティップ１０１は、真空容器７１の外側に設けられたエミッタ電源１０５に接続されている。容器３１の内部には冷媒の温度を測定するための温度測定素子２１が備え付けられている。温度測定素子２１は、熱電対、シリコンダイオード等の感熱素子によって構成されてよい。温度測定素子２１は、真空容器７１の外側に設けられた温度読み取り装置２２に接続されている。温度読み取り装置２２によって、温度測定素子２１の物性値、即ち、熱起電力、抵抗等が読み取られる。温度読み取り装置２２は、読み取った温度を記録するように構成されてよい。温度読み取り装置２２は、単一の機器によって構成されてよいが、物性値を読み取る機器と小型コンピュータ等の複数の機器から構成されてよい。温度測定素子２１を容器３１の外壁に設けてもよい。この場合、容器３１の温度を求めることによって、冷媒の温度を測定することができる。
【００２７】
冷凍機は、ギフォードマクマホン型冷凍機、又は、パルスチューブ冷凍機であってよい。冷凍機の本体５１は真空容器７１の外側に設けられている。コールドヘッド５２は、真空容器７１の内部まで延び、その先端は、容器３１に熱的に接続されている。冷凍機の本体５１は、冷凍機電源５４に接続されている。冷凍機電源５４は、冷凍機制御装置５５に接続されている。冷凍機制御装置５５は温度読み取り装置２２に接続されている。
【００２８】
冷凍機が運転されると、コールドヘッド５２の温度が低下する。それによって、コールドヘッド５２に接触している容器３１の温度が低下する。容器３１の温度が低下すると、内部の冷媒の温度が低下する。即ち、冷媒からの熱は、容器３１、及び、コールドヘッド５２を経由して、冷凍機の本体５１に流れる。容器３１が冷却されると、それに接触しているエミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２の温度が低下する。
【００２９】
温度測定素子２１からの信号は、温度読み取り装置２２によって読み取られ、冷媒の温度が計測される。冷媒の温度は、冷凍機制御装置５５に送られる。冷凍機制御装置５５は、冷媒の温度の測定値に基づいて、冷凍機を運転する。
【００３０】
容器３１内の冷媒によってエミッタティップ１０１が冷却されると、エミッタ電源１０５と引き出し電極１０２の間に電圧を印加する。それによって、エミッタティップ１０１の周囲に電界が生成される。エミッタティップ１０１の周囲にガス供給管１０４から水素、又は、ヘリウムガスが供給される。ガスは、電界が最も強いエミッタティップ１０１の先端に引っ張られ、そこで、電離する。イオン化したガスは、引き出し電極１０２によって引っ張られ、引き出し電極１０２の孔１０２Ａを通過してイオンビームとなる。
【００３１】
図３を参照してイオンビーム装置の運転サイクルを説明する。図３は、横軸が時間、縦軸が冷媒の温度を示すグラフである。容器３１内に温度Ｔ０の液化冷媒を供給し、冷凍機を運転すると、冷媒の温度は低下する。時点ｔＡにて、冷媒の温度が融点Ｔｍに達する。冷凍機を運転し続けると、冷媒は固化し始める。冷凍機を運転し続けても、冷媒の温度は一定である。即ち、液化冷媒と固化冷媒が共存する。このとき、冷媒からの潜熱が、容器３１、及び、コールドヘッド５２を経由して、冷凍機の本体５１に流れ続ける。時点ｔＢにて冷媒が完全に固化する。更に、冷凍機を運転し続けると、固化冷媒の温度が融点Ｔｍより低くなる。
【００３２】
本発明によるガス電界電離イオン源の操作方法の例を説明する。冷媒の温度が融点Ｔｍより所定の温度だけ低い温度Ｔｄになったとき、冷凍機の運転を停止する。そこで、エミッタティップ１０１に電圧を印加し、イオンビームを生成する。冷凍機の運転を停止し、イオンビームを生成すると、冷媒に熱が流れ込む。冷媒が全て液化し、融点Ｔｍより所定の温度だけ高い温度Ｔｕとなったとき、エミッタティップ１０１に印加する電圧を停止し、イオンビームの生成を停止する。そこで、冷凍機の運転を再開する。冷媒の温度が再度温度Ｔｄになったとき、冷凍機の運転を停止する。そこで、エミッタティップ１０１に電圧を印加し、イオンビームを生成する。
【００３３】
こうして本例では、冷媒の温度が温度Ｔｄになったとき、冷凍機の運転を停止し、冷媒の温度が温度Ｔｕになったとき、冷凍機の運転を開始する。それによって、冷媒の温度は、ＴｕとＴｄの間に保持される。また、冷凍機の運転を停止しているときに、エミッタティップ１０１に電圧を印加し、イオンビームを生成する。冷凍機の運転を行っている時は、イオンビームの生成を行わない。従って、エミッタティップ１０１からのイオン放出は、冷凍機の運転による振動の影響を受けることがない。
【００３４】
冷凍機の作動温度範囲の上限温度Ｔｄ、及び、下限温度Ｔｕは次の式１によって表される。
式１    Ｔｄ＝Ｔｍ−ΔＴ１
Ｔｕ＝Ｔｍ＋ΔＴ２
ΔＴ１、ΔＴ２は、それぞれ５〜１０Ｋ程度である。本例では、上限温度Ｔｄは冷媒の融点より５〜１０Ｋ程度高く、下限温度Ｔｕは冷媒の融点より５〜１０Ｋ程度低い。エミッタティップ１０１からのイオン放出を行うことができるのは、冷媒の温度がＴｄからＴｕに上昇するまでの時間である。この時間は、固化冷媒の温度がＴｄから融点Ｔｍに上昇するのに必要な熱が流入し、更に、冷媒が全て液化するのに必要な潜熱に相当する熱が流入し、更に、液化冷媒の温度がＴｍからＴｕまで上昇するのに必要が熱が流入するのに要する時間である。冷媒の潜熱に相当する熱が流入する時間は十分長い。従って、イオン放出を行うことができる時間は充分長い。
【００３５】
冷媒の沸騰による振動の影響を回避するためには、冷凍機の運転を開始するときの温度Ｔｕは冷媒の沸点より低いことが必要である。即ち、冷媒の温度が沸点に到達する前に、冷凍機５０の運転を開始する。
【００３６】
本例のガス電界電離イオン源の操作方法によると、冷凍機等からの振動の影響を受けることがなく、イオンビームを生成する。従って、本例のガス電界電離イオン源を半導体検査装置等に利用すると、高精度の試料の観察を行うことが可能になる。
【００３７】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、本発明によるガス電界電離イオン源の構造の第２の例を説明する。本例のガス電界電離イオン源１は、エミッタティップ１０１、引き出し電極１０２、ガス供給管１０４、冷媒を保持する容器３１、冷凍機５０、及び、真空容器７１を有する。真空容器７１は、図１のイオンビーム装置の真空容器９０９に相当する。引き出し電極１０２は、イオンビームが通る孔１０２Ａを有する。本例の冷凍機５０は、本体５１と２つのコールドヘッド５２、５３を有する。冷凍機の本体５１は、ベローズ７２を介して、真空容器７１の外側に設けられている。冷凍機の本体５１と真空容器７１の間に、冷凍機位置制御装置５６が設けられている。
【００３８】
容器３１内には、柱状の金属部材３５が設けられている。金属部材３５はコールドヘッド５２に近接した位置に、容器の内面に接続される。図示の例では、容器３１の天井面上に装着されている。金属部材３５を設けることによって、冷媒の温度を効率的に均一化することができる。金属部材３５は、その周囲に複数のフィン３６を有する。フィン３６は、薄い金属板によって構成されている。フィン３６を設けることによって、金属部材３５と冷媒の間の接触面積が増加し、金属部材３５と冷媒の間の伝熱量が大きくなる。金属部材３５及びフィン３６は、低温で熱伝導率が良い金属、例えば銅によって構成されてよい。
【００３９】
図示のように、第１のコールドヘッド５２、第２のコールドヘッド５３及び金属部材３５の中心軸線は、整合している。
【００４０】
本例によると真空容器７１の内側に、輻射シールド３７が設けられている。輻射シールド３７は、第１のコールドヘッド５２、容器３１、エミッタティップ１０１、及び、引き出し電極１０２を覆うように配置されている。輻射シールド３７を設けることによって、外部から容器３１等に輻射熱が流入することを防止することができる。輻射シールド３７は、イオンビームが通る孔３７Ａを有する。
【００４１】
エミッタティップ１０１は、真空容器７１の外側に設けられたエミッタ電源１０５に接続されている。エミッタ電源１０５は、エミッタ電源制御装置１０６に接続されている。エミッタ電源制御装置１０６は、真空容器７１の外側に設けられた温度読み取り装置２２に接続されている。
【００４２】
容器３１の内部には温度測定素子２１が備え付けられている。温度測定素子２１は、温度読み取り装置２２に接続されている。冷凍機の本体５１は、冷凍機電源５４に接続されている。冷凍機電源５４は、冷凍機制御装置５５に接続されている。冷凍機制御装置５５は温度読み取り装置２２に接続されている。温度読み取り装置２２は温度表示装置２３に接続されている。温度表示装置２３はコンピュータによって構成してよい。
【００４３】
ユーザは、温度表示装置２３の画面を見て、容器３１内の冷媒の温度を知ることができる。更に、ユーザは、温度表示装置２３の画面を見ながら、冷凍機５０の制御を手動で行うことも可能である。
【００４４】
図４Ａは、冷凍機５０が運転されている状態を示す。このとき、イオンビームは生成されていない。冷凍機５０が運転されているとき、第１のコールドヘッド５２の下端は、容器３１に接している。従って、金属部材３５は、容器３１の壁を介して、第１のコールドヘッド５２に接続されている。冷媒からの熱は、金属部材３５、容器３１の壁、第１のコールドヘッド５２及び第２のコールドヘッド５３を介して冷凍機の本体５１に流れる。第２のコールドヘッド５３の下端は輻射シールド３７に接触している。輻射シールド３７からの熱は、第２のコールドヘッド５３を介して冷凍機の本体５１に流れる。
【００４５】
図４Ｂは、冷凍機５０の運転が停止された状態を示す。このとき、イオンビームは生成されている。冷凍機の運転を停止すると、冷凍機位置制御装置５６を作動させる。それによって、冷凍機の本体５１が持ち上げられる。第１のコールドヘッド５２と第２のコールドヘッド５３も持ち上げられる。第１のコールドヘッド５２の下端は、容器３１から離れる。第２のコールドヘッド５３の下端は、輻射シールド３７から離れる。従って、本例では、冷凍機の運転が停止しているとき、冷媒から容器３１を介して第１のコールドヘッド５２に熱が伝導することが回避される。尚、冷凍機の運転を停止すると、冷凍機の本体５１と真空容器７１の間の距離が大きくなる。しかしながら、冷凍機の本体５１と真空容器７１の間は、ベローズ７２によって接続されている。冷凍機の本体５１と真空容器７１の間の距離が大きくなっても、ベローズ７２が伸びるので、真空容器７１内の真空は維持される。尚、本例の金属部材３５と輻射シールド３７の少なくとも一方を図１に示した第１の例に設けてもよい。
【００４６】
図５は、本発明によるガス電界電離イオン源の第３の例を説明する。本例では、容器３１の底面に絶縁体１１３が設けられている。エミッタティップ１０１に、金属部材１１１が接続されている。金属部材１１１は、絶縁体１１３を貫通し、容器３１の内部にまで延びている。引き出し電極１０２に、金属部材１１２が接続されている。金属部材１１２は、絶縁体１１３を貫通し、容器３１の内部にまで延びている。金属部材１１１、１１２は、容器３１内の冷媒に接触している。従って、エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２から冷媒に熱が効率的に伝達される。本例では、絶縁体１１３は、電気的絶縁性を有する必要があるが、熱伝導率が高い必要はない。従って、サファイアのように、高価な絶縁材料を用いる必要はない。絶縁体１１３は、加工性が良く、安価な絶縁材料、例えばアルミナやテフロン等によって構成されてよい。
【００４７】
金属部材１１１、１１２は、絶縁体１１３によって容器３１に対して電気的に絶縁されているが、冷媒に直接接触している。従って、冷媒が導電性を有する場合には、金属部材１１１、１１２は冷媒を介して容器３１に電気的に導通する。従って、本例では、冷媒として、液体窒素のように、電気的絶縁性が高い物質を用いることが望ましい。それによって、冷媒を介した絶縁破壊を回避することができる。
【００４８】
図５に示す例では、エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２は容器３１の下部に配置されているが、容器３１の側面に配置してもよい。エミッタティップ１０１と金属部材１１１は別部材によって構成し、両者の接続することによって構成してもよいが、一体的に製造してもよい。同様に、引き出し電極１０２と金属部材１１２は別部材によって構成し、両者の接続することによって構成してもよいが、一体的に製造してもよい。金属部材１１１、１１２は、金属撚り線や金属バネなど柔軟な構造を有するように構成してもよい。金属部材１１１、１１２を柔軟な構造とする場合、エミッタティップ１０１、及び、引き出し電極１０２の位置を、容器３１に対して自由に変化させることができる。従って、イオンビームの軸調整が容易となる。
【００４９】
図５に示す例では、エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２の両者に金属部材を接続しているが、エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２の一方に金属部材を接続してもよい。本例でも、図４Ａ及び図４Ｂの例と同様に、容器内の金属部材３５と容器の外側の輻射シールド３７の少なくとも一方を設けてもよい。
【００５０】
図６を参照して、本発明によるガス電界電離イオン源の構造の第４の例を説明する。本例のガス電界電離イオン源１は、イオンビームを生成するエミッタティップ１０１、エミッタティップ１０１を保持する保持部材１０７、エミッタティップ１０１に対向して設けられた引き出し電極１０２、エミッタティップ１０１の近傍にガスを供給するガス供給管１０４、内部に冷媒（冷却媒体）を保持する２つの容器３１Ａ、３１Ｂ、冷凍機５０、冷凍機５０の両側に設けられた１対の切り替え器４１Ａ、４１Ｂ、エミッタティップ１０１の両側に設けられた１対の切り替え器４２Ａ、４２Ｂ、及び、内部を真空に保持する真空容器７１を有する。真空容器７１は、図１のイオンビーム装置の真空容器９０９に相当する。エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２は、絶縁体１０３を介して保持部材１０７に接続されている。引き出し電極１０２は、イオンビームが通る孔１０２Ａを有する。冷凍機５０は、本体５１とコールドヘッド５２とを有する。
【００５１】
コールドヘッド５３、容器３１Ａ、３１Ｂ、保持部材１０７、エミッタティップ１０１、及び、引き出し電極１０２は、真空容器７１内に配置されている。
【００５２】
２つの容器３１Ａ、３１Ｂは同一構造であってよい。上側の２つの切り替え器４１Ａ、４１Ｂは同一構造であってよい。ここでは、図６にて、左側の切り替え器４１Ａについて説明する。左側の切り替え器４１Ａは、可動部材４１１Ａ、可動部材と真空容器７１の間をシールするシール部材４１２Ａ、及び、可動部材の下端に装着された熱伝導部材４１３Ａを有する。熱伝導部材４１３Ａは、柔軟な接続部材４１４Ａを介して、コールドヘッド５２に接続されている。
【００５３】
可動部材４１１Ａが移動することによって、熱伝導部材４１３Ａは、容器３１Ａに接触する下側位置と、容器３１Ａから離れる上側位置の間を移動する。
【００５４】
下側の２つの切り替え器４２Ａ、４２Ｂは同一構造であってよい。ここでは、図６にて、左側の切り替え器４２Ａについて説明する。左側の切り替え器４２Ａは、可動部材４２１Ａ、可動部材と真空容器７１の間をシールするシール部材４２２Ａ、及び、可動部材の内端に装着された熱伝導部材４２３Ａを有する。熱伝導部材４２３Ａは、柔軟な接続部材４２４Ａを介して、容器３１Ａに接続されている。
【００５５】
可動部材４２１Ａが移動することによって、熱伝導部材４２３Ａは、保持部材１０７に接触する内側位置と、保持部材１０７から離れる外側位置の間を移動する。
【００５６】
可動部材４１１Ａ、４２１Ａは、熱伝導性が低い材料によって形成される。熱伝導部材４１３Ａ、４２３Ａ、及び、接続部材４１４Ａ、４２４Ａは、熱伝導性が高い材料によって形成される。
【００５７】
図４Ａの例と同様に、本例では、図示されていないが、容器３１Ａ、３１Ｂの内部には温度測定素子が備え付けられている。温度測定素子は、真空容器７１の外側に設けられた温度読み取り装置２２に接続されている。更に、図示されていないが、切り替え器４１Ａ、４１Ｂ、及び、４２Ａ、４２Ｂを制御する切り替え器制御装置が設けられている。切り替え器制御装置は温度読み取り装置２２に接続されている。温度読み取り装置２２は温度表示装置２３に接続されている。切り替え器制御装置は温度表示装置２３から供給された冷媒の温度の測定値に基づいて、切り替え器を制御する。
【００５８】
本例のガス電界電離イオン源１の動作を説明する。準備段階では、上側の２つの切り替え器４１Ａ、４１Ｂの熱伝導部材４１３Ａ、４１３Ｂを下側位置に配置する。それによって、熱伝導部材４１３Ａ、４１３Ｂは、それぞれ、容器３１Ａ、３１Ｂに接触する。一方、下側の２つの切り替え器４２Ａ、４２Ｂの熱伝導部材４２３Ａ、４２３Ｂは、外側位置に配置させる。それによって、熱伝導部材４２３Ａ、４２３Ｂは、それぞれ、保持部材１０７より離れる。冷凍機５０を運転し、容器３１Ａ、３１Ｂを冷却し、それらの内部に保持された冷媒を液化し、更に、固化する。
【００５９】
準備段階が終わると、エミッタティップ１０１に高電圧を印加し、イオンビームを生成する。本例では、２つの容器３１Ａ、３１Ｂの一方を用いて、エミッタティップ１０１を冷却する。しかしながら、冷凍機は常時運転している。また、エミッタティップ１０１よりイオンビームが常時生成されている。図６に示す例では、第２の容器３１Ｂが、保持部材１０７に接触している。従って、エミッタティップ１０１は、第２の容器３１Ｂ内の冷媒によって冷却される。このとき、第２の容器３１Ｂは、冷凍機のコールドヘッド５２から離れている。従って、冷凍機の振動が、エミッタティップ１０１に伝達されることはない。
【００６０】
第２の容器３１Ｂ内の冷媒の温度が、図３Ａに示した作動温度範囲より高くなると、エミッタティップ１０１を冷却する容器を第２の容器３１Ｂから第１の容器３１Ａに交代する。下側の切り替え器４２Ａを作動させ、熱伝導部材４２３Ａを、保持部材１０７に接触させる。それによって、第１の容器３１Ａは、熱伝導部材４２３Ａ及び保持部材１０７を介して、エミッタティップ１０１に熱的に接続される。エミッタティップ１０１は、第１の容器３１Ａ内の冷媒によって冷却される。切り替え器４２Ｂを作動させ、熱伝導部材４２３Ｂを、保持部材１０７より離す。
【００６１】
冷凍機によって冷却する容器を第１の容器３１Ａから第２の容器３１Ｂに交代する。上側の切り替え器４１Ｂを作動させ、熱伝導部材４１３Ｂを、第２の容器３１Ｂに接触させる。それによって、冷凍機のコールドヘッド５２は、接続部材４１４Ｂ及び熱伝導部材４１３Ｂを介して、第２の容器３１Ｂに熱的に接続される。第２の容器３１Ｂ内の冷媒は、冷凍機５０によって冷却される。切り替え器４１Ａを作動させ、熱伝導部材４１３Ａを、第１の容器３１Ａより離す。
【００６２】
こうして、本例のガス電界電離イオン源１では、２つの容器３１Ａ、３１Ｂを交互に、保持部材１０７に接触させる。従って、エミッタティップ１０１は、２つの容器３１Ａ、３１Ｂによって交互に冷却される。また、冷凍機５０のコールドヘッド５２を交互に、２つの容器３１Ａ、３１Ｂに接触させる。従って、２つの容器３１Ａ、３１Ｂは、交互に冷却される。エミッタティップ１０１に接続されている容器は、冷凍機５０に接続されていない。従って、冷凍機の振動が、エミッタティップ１０１に伝達されることはない。
【００６３】
イオンビーム装置の修理等のとき、冷凍機を停止し、真空容器７１内を大気圧に開放し、容器３１内の冷媒を気化させる。しかしながら、冷媒が全て気化し、内部の温度が常温に戻るまで時間を要する。そこで、容器３１又は、その周辺に、ヒータを装着してもよい。ヒータからの熱によって、容器内の冷媒の蒸発を促進し、さらに温度上昇を早めることができる。本例でも、図４Ａ及び図４Ｂの例と同様に、容器内の金属部材３５と容器の外側の輻射シールド３７の少なくとも一方を設けてもよい。
【００６４】
図７を参照して、本発明によるガス電界電離イオン源の構造の第５の例を説明する。本例のガス電界電離イオン源１は、イオンビームを生成するエミッタティップ１０１、エミッタティップ１０１に対向して設けられた引き出し電極１０２、エミッタティップ１０１の近傍にガスを供給するガス供給管１０４、内部に冷媒（冷却媒体）を保持する容器３１、真空ポンプ６１、弁６２、及び、内部を真空に保持する真空容器７１を有する。引き出し電極１０２は、イオンビームが通る孔１０２Ａを有する。真空ポンプ６１及び弁６２は、容器３１に接続された管３２に設けられている。
【００６５】
容器３１、エミッタティップ１０１、及び、引き出し電極１０２は、真空容器７１内に配置されている。真空容器７１は、図１のイオンビーム装置の真空容器９０９に相当する。
【００６６】
エミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２は、絶縁体１０３を介して容器３１の下端に装着されている。本例でも、絶縁体１０３をサファイアの単結晶によって構成してよい。
【００６７】
冷媒の種類は、エミッタティップ１０１をどの程度まで冷却する必要があるかによって決定される。冷媒として、液化水素、液化ネオン、液化窒素等が用いられる。但し、本例では、気体冷媒を用いることはできない。
【００６８】
エミッタティップ１０１は、真空容器７１の外側に設けられたエミッタ電源１０５に接続されている。容器３１の内部には温度測定素子２１が備え付けられている。温度測定素子２１は、真空容器７１の外側に設けられた温度読み取り装置２２に接続されている。温度読み取り装置２２によって、温度測定素子２１の出力値が読み取られる。
【００６９】
真空ポンプ６１は、真空ポンプ電源６３に接続されている。真空ポンプ電源６３は、真空ポンプ制御装置６４に接続されている。弁６２は真空ポンプ制御装置６４に接続されている。真空ポンプ制御装置６４は温度読み取り装置２２に接続されている。
【００７０】
真空ポンプ６１が運転されると、容器３１内の気相のガスは弁６２を経由して排気される。容器３１内の冷媒が気化する際に周囲から熱を奪う。それによって、容器３１及び冷媒の温度が低下する。容器３１に接触しているエミッタティップ１０１及び引き出し電極１０２の温度が低下する。
【００７１】
温度測定素子２１からの信号は、温度読み取り装置２２によって読み取られ、冷媒の温度が測定される。冷媒の温度の測定値は、真空ポンプ制御装置６４に送られる。真空ポンプ制御装置６４は、冷媒の温度に基づいて、弁６２の開閉を行い、真空ポンプ６１を運転する。
【００７２】
図３を参照して本例のイオンビーム装置の運転サイクルを説明する。本例でも、作動温度範囲は、式１にて示した温度ＴｄとＴｕの間である。先ず、容器内に液化冷媒を充填し、真空ポンプ６１を運転する。容器内は、真空ポンプによって排気される。冷媒の温度が下限温度Ｔｄになったとき、弁６２を閉じ、真空ポンプ６１を停止する。そこで、エミッタティップ１０１に電圧を印加し、イオンビームを生成する。真空ポンプの運転を停止し、イオンビームを生成すると、冷媒に熱が流れ込む。冷媒が全て液化し、上限温度Ｔｕとなると、エミッタティップ１０１に印加する電圧を停止し、イオンビームの生成を停止する。真空ポンプの運転を再開する。冷媒の温度が再度温度Ｔｄになると、弁６２を閉じ、真空ポンプ６１の運転を停止する。そこで、エミッタティップ１０１に電圧を印加し、イオンビームを生成する。
【００７３】
こうして本例では、冷媒の温度が、作動温度範囲の下限温度Ｔｄになったとき、真空ポンプの運転を停止し、冷媒の温度が、作動温度範囲の上限温度Ｔｕになったとき、真空ポンプの運転を開始する。それによって、冷媒の温度は、作動温度範囲に保持される。
【００７４】
また、本例では、真空ポンプの運転を停止しているときに、エミッタティップ１０１に電圧を印加し、イオンビームを生成する。真空ポンプの運転を行っている時は、イオンビームの生成を行わない。従って、エミッタティップ１０１からのイオン放出は、真空ポンプの運転による振動の影響を受けることがない。
【００７５】
本例のガス電界電離イオン源の操作方法によると、真空ポンプ等からの振動の影響を受けることがなく、イオンビームを生成する。従って、本例のガス電界電離イオン源を半導体検査装置等に利用すると、高精度の試料の観察を行うことが可能になる。
【００７６】
尚、真空ポンプを完全に停止する代わりに、弱運転又は低運転してもよい。それによって、エミッタティップ１０１に伝達する振動を緩和することができる。
【００７７】
本例では、容器３１の内部に温度測定素子２１を設け、冷媒の温度を測定した。しかしながら、容器３１の内部に圧力測定素子を設け、容器内の圧力を測定してもよい。この場合、容器内の圧力と溶媒の温度の関係を予め求めておく必要がある。容器内の圧力から冷媒の温度を読取り、それに基づいて、真空ポンプ及び弁を制御する。
【００７８】
図８を参照して、本発明によるガス電界電離イオン源の構造の第６の例を説明する。本例のガス電界電離イオン源１は、エミッタティップ１０１、引き出し電極１０２、ガス供給管１０４、冷媒を保持する容器３１、真空ポンプ６１、弁６２、及び、真空容器７１を有する。真空容器７１は、図１のイオンビーム装置の真空容器９０９に相当する。引き出し電極１０２は、イオンビームが通る孔１０２Ａを有する。真空ポンプ６１及び弁６２は、容器３１に接続された管３２に設けられている。
【００７９】
容器３１内には、金属部材３８が設けられている。金属部材３８はエミッタティップ１０１に近接した位置に、容器の内面に接続される。図示の例では、容器３１の底面上に装着されている。金属部材３８を設けることによって、冷媒の温度を効率的に均一化することができる。金属部材３８は、格子状の構造、又は、網目構造を有してよいが、多数のフィンを有する構造であってもよい。また、金属部材３８と冷媒の間の接触面積が増加し、金属部材３８と冷媒の間の伝熱量が大きくなる。金属部材３８は、低温で熱伝導率が良い金属、例えば銅によって構成されてよい。
【００８０】
本例のガス電界電離イオン源は、冷媒を貯蔵する冷媒タンク９６、冷媒タンク９６に接続された冷媒供給管９１、及び、冷媒供給管９１に設けられた冷媒量調整弁９４を有し、これらは、真空容器の外側に設けられている。冷媒供給管９１の端部は容器３１内に配置されている。本例のガス電界電離イオン源は、更に、容器３１内に配置された液面測定素子９２を有する。液面測定素子９２は、真空容器の外側に設けられた液面読み取り装置９３に接続されている。液面読み取り装置９３は、弁制御装置９５に接続されている。弁制御装置９５は、冷媒量調整弁９４に接続されている。
【００８１】
真空ポンプを運転すると、容器３１内の気相の冷媒が排気される。そのため、冷媒は、時間と共に、減少する。容器内の冷媒の液面は、液面測定素子９２を介して、液面読み取り装置９３によって読み取られ、弁制御装置９５に送られる。弁制御装置９５は、液面読み取り装置９３から供給された冷媒の液面に基づいて、冷媒量調整弁９４に駆動信号を供給する。冷媒量調整弁９４は、弁制御装置９５からの駆動信号によって、開閉される。冷媒量調整弁９４が開かれると、冷媒タンク９６から容器３１内に、冷媒が供給される。例えば容器３１内の冷媒量が初期の冷媒量の２０％以下になったとき、冷媒タンク９６から冷媒を補給するように構成してよい。
【００８２】
エミッタティップ１０１は、真空容器７１の外側に設けられたエミッタ電源１０５に接続されている。容器３１の内部には温度測定素子２１が設けられている。温度測定素子２１は、真空容器７１の外側に設けられた温度読み取り装置２２に接続されている。
【００８３】
真空ポンプ６１は、真空ポンプ電源６３に接続されている。真空ポンプ電源６３は、真空ポンプ制御装置６４に接続されている。弁６２は真空ポンプ制御装置６４に接続されている。真空ポンプ制御装置６４は温度読み取り装置２２に接続されている。温度読み取り装置２２は温度表示装置２３に接続されている。温度表示装置２３はコンピュータによって構成してよい。
【００８４】
ユーザは、温度表示装置２３の画面を見て、冷媒の温度を知ることができる。更に、ユーザは、温度表示装置２３の画面を見ながら、真空ポンプ６１及び弁６２の制御を手動で行うことも可能である。
【００８５】
以上、本発明によるガス電界電離イオン源１及びそれを用いたイオンビーム装置の例を説明したが、ここではこれらの例の利点を再度説明する。
【００８６】
本発明のガス電界電離イオン源１の作動温度は、冷媒の融点付近の温度範囲であり、冷媒の沸点より十分低い。従って、冷媒の沸騰に起因した振動が、エミッタティップに伝達されることはない。イオンビーム装置がイオン顕微鏡の場合、高解像度の画像を得ることができる。
【００８７】
また発明によると、ガス電界電離イオン源１の作動温度は、冷媒の融点付近の温度範囲である。従って、冷媒は、固体と液体が共存した状態に保持される。そのため、容器は液化冷媒と接触している。冷媒の熱を効率よくエミッタティップに伝達することが可能となる。
【００８８】
図４Ａ及び図４Ｂに示した例によると、エミッタ電源を、冷媒の温度、又は、冷凍機の運転の状態によって制御する。そのため、冷凍機の振動がエミッタティップに伝達することを回避することができる。
【００８９】
図４Ａ及び図４Ｂに示した例によると、ユーザは、温度表示装置の画面により、容器内の冷媒の温度を知ることができる。そのため、ユーザは、手動で冷凍機の動作を切り替えることが可能となる。
【００９０】
また本発明によると、容器内に金属部材を設ける。この金属部材に、冷凍機のコールドヘッドを接触させることができる。そのため、冷媒を効率よく冷却させることができる。また金属部材にフィンを形成することにより、冷媒との接触面積が増加する。従って、冷媒が効率よく冷却される。
【００９１】
また本発明によると、冷凍機の運転を停止したとき、冷凍機のコールドヘッドを容器から離す。それによって、冷凍機を経由して、外部から冷媒へ熱が伝達されることを防止することができる。そのため冷媒が固体の状態を長時間維持することが可能となる。
【００９２】
図５に示した例によると、エミッタティップと引き出し電極の少なくとも一方に金属部材が接続されている。この金属部材は、絶縁体を通過し、容器内に突出している。こうして、金属部材が、冷媒に直接接触することにより、エミッタティップ、及び／又は、引き出し電極は、効率的に冷却される。また絶縁体として、電気的絶縁性があればよく熱伝導性が高い材料である必要はない。そのため、絶縁体として、安価で加工性の良い材料を用いることが可能になる。さらに金属部材を、柔軟性のある構造又は材料によって形成することによって、エミッタティップ、及び、引き出し電極の配置を自由に変更することができる。そのため、イオンビーム軸の調整が容易となる。
【００９３】
図６に示した例によると、２つの容器を設け、それぞれを、冷凍機とエミッタティップに交互に接続する。そのため、冷凍機を連続運転することが可能である。また、冷凍機の振動をエミッタティップに伝達させることなく、イオンビームを連続的に取り出すことが可能である。
【００９４】
また本発明によると、容器の周囲に、又は、容器の周辺の部材にヒータを設ける。それによって、イオンビーム装置の分解、修理等の場合に、容器内の冷媒を気化する時間を短縮することができる。
【００９５】
図７に示した例によると、エミッタティップ１０１の冷却源として、冷凍機の代わりに、真空ポンプを使用する。そのため、ガス電解電離イオン源のコストを低減することができる。
【００９６】
図８に示した例によると、ユーザは、温度表示装置の画面により、容器内の温度を知ることができる。そのため、ユーザは、手動で真空ポンプの動作を切り替えることが可能となる。
【００９７】
また本発明によると、容器内に金属部材を配置する。そのため、冷媒の温度を効率的に均一化することができる。
【００９８】
また本発明によると、真空ポンプによって容器内を真空排気すると、冷媒が減少する。しかしながら、冷媒タンクより容器に冷媒を補充することにより容器内の冷媒量は常に一定に保持される。
【００９９】
以上、本発明の例を説明したが、本発明は、上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明に範囲にて様々な変更が可能であることは当業者によって容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明による走査イオン顕微鏡装置の構成の例を示す図である。
【図２】本発明による走査イオン顕微鏡装置のガス電解電離イオン源の第１の例の構成を示す図である。
【図３】本発明による走査イオン顕微鏡装置の運転方法を説明するための説明図である。
【図４Ａ】本発明による走査イオン顕微鏡装置のガス電解電離イオン源の第２の例の構成を示す図である。
【図４Ｂ】本発明による走査イオン顕微鏡装置のガス電解電離イオン源の第２の例の構成を示す図である。
【図５】本発明による走査イオン顕微鏡装置のガス電解電離イオン源の第３の例の構成の詳細を示す図である。
【図６】本発明による走査イオン顕微鏡装置のガス電解電離イオン源の第４の例の構成の詳細を示す図である。
【図７】本発明による走査イオン顕微鏡装置のガス電解電離イオン源の第５の例の構成の詳細を示す図である。
【図８】本発明による走査イオン顕微鏡装置のガス電解電離イオン源の第６の例の構成の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１…ガス電界電離イオン源、２…イオン照射光系、２１…温度測定素子、２２…温度読み取り装置、２３…温度表示装置、３１、３１Ａ，３１Ｂ…容器、３２…管、３５…金属部材、３６…フィン、３７…輻射シールド、３７Ａ…孔、３８…金属部材、４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ…切り替え器、５０…冷凍機、５１…本体、５２、５３…冷凍機コールドヘッド、５４…冷凍機電源、５５…冷凍機制御装置、５６…冷凍機位置制御装置、６１…真空ポンプ、６２…弁、６３…真空ポンプ電源、６４…真空ポンプ制御装置、７１…真空容器、７２…ベローズ、９１…冷媒供給管、９２…液面測定素子、９３…液面読み取り装置、９４…冷媒流量調整弁、９５…弁制御装置、９６…冷媒タンク、１０１…エミッタティップ、１０２…引き出し電極、１０２Ａ…孔、１０３…絶縁体、１０４…ガス供給管、１０５…エミッタ電源、１０６…エミッタ電源制御装置、１０７…保持台、１１１、１１２…金属部材、１１３…絶縁体、９００…試料、９０１…集束レンズ、９０２…対物レンズ、９０３…アライナ、９０４…ブランカ、９０５…アパーチャ、９０６…イオンビーム走査偏光器、９０７…冷却機構、９０８…二次粒子検出器、９０９…真空容器、９１０…真空ポンプ、９１１…試料台
【図１】
0005134439.tif 000002
【図２】
0005134439.tif 000003
【図３】
0005134439.tif 000004
【図４Ａ】
0005134439.tif 000005
【図４Ｂ】
0005134439.tif 000006
【図５】
0005134439.tif 000007
【図６】
0005134439.tif 000008
【図７】
0005134439.tif 000009
【図８】
0005134439.tif 000010