銥針尖、及使用銥針尖的離子源、電子源、顯微鏡和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供銥針尖、及使用銥針尖的離子源、電子源、顯微鏡和裝置。本發(fā)明能夠位置再現(xiàn)性良好地制作形成于銥針尖的前端部的前端為1個原子的角錐結(jié)構(gòu)，既能夠使得雜質(zhì)不易附著，又能夠長時(shí)間保持前端的1個原子。銥針尖在銳化的＜210＞方位的單晶的前端部具有角錐結(jié)構(gòu)，該角錐結(jié)構(gòu)的前端僅通過{210}方位的1個銥原子形成，該銥原子由1個{100}結(jié)晶面和2個{111}結(jié)晶面包圍。將形成角錐結(jié)構(gòu)的前端的1個銥原子作為第1層，第1層的正下方的第2層具有位于三角形的頂點(diǎn)的3個銥原子，第2層的正下方的第3層具有位于三角形的頂點(diǎn)和邊的6個銥原子。
【專利說明】銥針尖、及使用銥針尖的離子源、電子源、顯微鏡和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及銥針尖、及使用銥針尖的離子源、電子源、顯微鏡和裝置，具體而言涉 及銥針尖、氣體電場電離離子源、集束離子束裝置、電子源、電子顯微鏡、電子束應(yīng)用分析裝 置、離子電子復(fù)合束裝置、掃描探針顯微鏡以及掩模修正裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在以下內(nèi)容中，將電子顯微鏡的電子源或集束離子束（FIB:FocusedIonBeam)裝 置的氣體電場電離離子源（GFIS:GasFieldIonSource)中的產(chǎn)生電子或離子并銳化的針 狀電極和掃描探針顯微鏡（SPM:ScanningProbeMicroscope)的探針等稱作針尖（Tip)。
[0003] 以往，為了在電子顯微鏡和集束離子束裝置中獲得高分辨率的圖像，期望將針尖 的前端銳化為由幾個原子構(gòu)成的程度。此外，為了在掃描探針顯微鏡中使針尖的壽命變長， 期望將針尖的前端銳化為原子級別（level)。
[0004] 圖15 (A)?（C)表示現(xiàn)有的針尖500的概要形狀。如圖15 (A)所示的針尖500的 整體形狀那樣，針尖500形成為直徑為幾百μm以下的細(xì)線的前端被電解研磨（也稱之為 濕蝕刻）而變細(xì)變尖的形狀。如圖15(B)所示的針尖500的前端部A那樣，針尖500在前 端部A具有微小的突起501。如圖15 (C)所示的針尖500的突起501那樣，突起501具有通 過數(shù)層的原子形成的三角錐形狀，突起501的前端由1個原子構(gòu)成。在以下內(nèi)容中，將突起 501稱作角錐結(jié)構(gòu)。
[0005] 當(dāng)前已知搭載了使用鎢針尖的氣體電場電離離子源的離子顯微鏡。針尖的表面的 原子密度較低的結(jié)晶面易被銳化，因而鎢針尖的< 111 >方向被銳化。鎢的{111}結(jié)晶面 為3次旋轉(zhuǎn)對稱，{110}結(jié)晶面或{112}結(jié)晶面成為錐體結(jié)構(gòu)的側(cè)面（錐面）。
[0006] 作為以鎢針尖的前端面由幾個原子構(gòu)成的方式使前端銳化的方法，已知使用氮或 氧的電場感應(yīng)氣體蝕刻、熱分面（facet)和重塑（remolding)等的方法，通過這些方法能夠 再現(xiàn)性良好地使< 111 >方向銳化。
[0007] 電場感應(yīng)氣體蝕刻是在使用電場離子顯微鏡（FM:FieldIonMicroscope)對以 氦等作為成像氣體的FIM像的觀察中導(dǎo)入氮?dú)?，蝕刻鎢針尖的方法。氮的電場電離強(qiáng)度比 氦的電場電離強(qiáng)度低，因而氮?dú)鉄o法接近能夠觀察FIM像的區(qū)域（即氦進(jìn)行電場電離的區(qū) 域），而被吸附于從鎢針尖的前端略微離開的針尖側(cè)面。然后，氮?dú)馀c針尖表面的鎢原子結(jié) 合而形成鎢氧化物。鎢氧化物的電場蒸發(fā)強(qiáng)度較低，因而僅對從氮?dú)馑降那岸寺晕㈦x 開的針尖側(cè)面選擇性進(jìn)行蝕刻。此時(shí)，鎢針尖的前端的鎢原子未被蝕刻，因而可獲得具有比 經(jīng)電解研磨的針尖更為銳化的前端的針尖（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0008] 熱分面是在氧氣氛中對電解研磨后的針尖進(jìn)行加熱，從而使特定的結(jié)晶面成長， 在針尖的前端形成多面體結(jié)構(gòu)的方法（例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
[0009] 重塑是在超高真空中對電解研磨后的針尖加熱和施加高電壓，從而在針尖的前端 形成結(jié)晶面的方法（例如，參照專利文獻(xiàn)3)。
[0010] 此外，當(dāng)前作為針尖的前端為1個原子的結(jié)構(gòu)的針尖的形成方法，已知在鎢或鑰 的針尖表面電鍍金、鉬、鈀、銥、銠或它們的合金，然后實(shí)施電解研磨或加熱，通過單一原子 封端的方法（例如，參照專利文獻(xiàn)4)。
[0011] 此外，當(dāng)前已知基于搭載了使用鎢針尖的氣體電場電離離子源的氦集束離子束的 掃描離子顯微鏡、即集束離子束裝置（例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。
[0012] 此外，當(dāng)前已知在基于搭載了使用鎢針尖的氣體電場電離離子源的氦集束離子束 的掃描離子顯微鏡中，釋放離子的鎢針尖的前端被由3個鎢原子構(gòu)成的三量體封端（例如， 參照非專利文獻(xiàn)2)。
[0013] 此外，當(dāng)前已知對于作為針尖的材料其化學(xué)耐性比鎢強(qiáng)的銥，為了形成具有銥細(xì) 線的前端為單一原子的角錐結(jié)構(gòu)的針尖，需要向真空容器內(nèi)導(dǎo)入氧并進(jìn)行加熱（熱分面） (例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
[0014] 此外，當(dāng)前已知在<210 >銥單晶針尖的前端形成由1個{110}結(jié)晶面和2個 {311}結(jié)晶面構(gòu)成的微小的三角錐結(jié)構(gòu)（例如，參照非專利文獻(xiàn)3)。
[0015] 此外，當(dāng)前已知在銳化的<210 >銥單晶針尖的前端通過熱分面形成由1個{110} 結(jié)晶面和2個{311}結(jié)晶面構(gòu)成的微小的三角錐，進(jìn)而其頂點(diǎn)為單一原子。已知該使用銥 針尖的氣體電場電離離子源能夠在大約2250秒的期間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行束釋放（例如，參照非專 利文獻(xiàn)4)。
[0016]在先技術(shù)文獻(xiàn)[0017] 專利文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)1美國專利第7431856號說明書
[0019] 專利文獻(xiàn)2日本特開2009-107105號公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)3日本特開2008-239376號公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)4日本特開2006-189276號公報(bào)
[0022] 非專利文獻(xiàn)IWilliamB.Thompson等，第28次LSI測試研討會（LSITS2008)會 議記錄，（2008 年）249 頁?254 頁，"HeliumIonMicroscopeforSemiconductorDevice ImagingandFailureAnalysisApplications"
[0023]非專利文獻(xiàn) 2B.W.Ward等，JournalofVacuumScience&Technology, 24 卷， (2006 年）2871 頁?2874 頁，"Heliumionmicroscope:AnewtooIfornanoscale microscopyandmetrology"
[0024]非專利文獻(xiàn) 3IvanErmanoski等，Surf.Sci. 596 卷，（2005 年），89 頁?97 頁 "Atomicstructureof0/Ir(210)nanofacets，'
[0025]非專利文獻(xiàn) 4Hong-ShiKuo等，Nanotechnology，20 卷，（2009 年）335701 號，"A Single-atomsharpiridiumtipasanemitterofgasfieldionsources"


【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 發(fā)明欲解決的課題
[0027](關(guān)于鎢針尖）
[0028]另外，在上述現(xiàn)有技術(shù)的氣體電場電離離子源中使用的鎢針尖以被稱作三聚體 (也稱之為三量體）的3個原子作為頂點(diǎn)，從這3個原子同時(shí)釋放3根離子束。具備該氣 體電場電離離子源的電子顯微鏡或集束離子束裝置通過在離子束路徑內(nèi)設(shè)置的光圈選擇 從鎢針尖釋放的3根束中的1根束，使該束聚集并向試樣照射。因此，到達(dá)試樣的束電流至 少減少為全束電流的1/3。此外，即使從針尖的前端釋放的3根總釋放離子電流的合計(jì)值固 定，從3個原子分別釋放的離子電流量的均衡也可能不穩(wěn)定。束電流的降低會產(chǎn)生如下問 題，即在圖像化時(shí)會招致畫質(zhì)的降低，在加工時(shí)會招致加工量的減少。因而，通過3個原子 封端的鎢針尖存在加工形狀和觀察圖像不穩(wěn)定的可能性。
[0029] 此外，在真空的離子室內(nèi)對鎢前端進(jìn)行加熱等的處理時(shí)，真空室內(nèi)的殘留氣體、 尤其是氧或氮易于附著在鎢針尖表面，在氧或氮附著于鎢針尖表面的情況下會產(chǎn)生反應(yīng)， 生成電場蒸發(fā)強(qiáng)度較低的鎢氧化物或氮化物。這些氧化物或氮化物可能會使得以較低的 電場強(qiáng)度從鎢針尖表面進(jìn)行電場蒸發(fā)而導(dǎo)致的損傷加大。微量的氧或氮可用于鎢針尖的 銳化處理，因而在鎢針尖表面的氧化物或氮化物的生成是不可避免的，如果在鎢針尖的前 端產(chǎn)生了損傷，則可能出現(xiàn)產(chǎn)生離子電流的變動甚至是離子釋放的停止。此外，若在鎢針 尖的前端產(chǎn)生了損傷，則需要再次進(jìn)行銳化處理，產(chǎn)生搭載了該鎢針尖的裝置的停機(jī)時(shí)間 (downtime)增加的問題。針對這種問題的產(chǎn)生，如果在通過搭載鎢針尖的氣體電場電離離 子源釋放氦離子，向離子源室導(dǎo)入氦氣體的情況下，需要高昂的純度氣體，產(chǎn)生費(fèi)用變高的 問題。
[0030] (關(guān)于銥針尖的銳化方法）
[0031] 針對鎢針尖在前端以3個原子作為頂點(diǎn)的問題，作為能夠以1個原子作為頂點(diǎn)且 化學(xué)耐性比鎢強(qiáng)的材料，可考慮使用銥。
[0032] 然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在使銥針尖的前端銳化的精加工中，如果單純沿用現(xiàn)有的手 法，則難以在期望的位置形成期望的形狀（S卩，以1個原子作為頂點(diǎn)的角錐結(jié)構(gòu)）。
[0033] 此外，銥的{210}結(jié)晶面的表面原子密度較低，易于銳化，因而銥針尖的< 210 > 方向被銳化。如圖4所示，從正面觀察銥的{210}結(jié)晶面時(shí)的結(jié)晶相對于包含< 110 >的軸 和<210 >的軸的平面為鏡像對稱，因此若進(jìn)行氮蝕刻，則會保留{210}結(jié)晶面與{310}結(jié) 晶面的邊界附近，而由于{310}面呈長方形，因此不會保留奇數(shù)個的原子。即，使用銥的情 況下，即便是三聚體等，也難以在較少的狀態(tài)下在期望的位置形成終端的原子個數(shù)。此外， 僅憑電場蒸發(fā)進(jìn)行最終的銳化精加工時(shí)，前端部的數(shù)層的原子層大多以塊狀態(tài)一并地電場 蒸發(fā)，難以在前端形成期望的頂點(diǎn)。
[0034] 此外，作為銥針尖的銳化方法，在電場感應(yīng)氣體蝕刻中基于現(xiàn)有方法的氧氣導(dǎo)入 時(shí)，由于銥比鎢化學(xué)耐性強(qiáng)，因而與處理鎢的情況相比，會產(chǎn)生處理所需時(shí)間變長的問題。 此外，在取代氧氣的導(dǎo)入而導(dǎo)入氮?dú)獾那闆r下，能夠在針尖的前端制作與鎢同樣的突起結(jié) 構(gòu)。然而，產(chǎn)生提高導(dǎo)入的氮的壓力的需要，并且蝕刻速度比鎢慢，因此產(chǎn)生處理所需時(shí)間 變長的問題。
[0035] 此外，本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)得出，在通過電場感應(yīng)氣體蝕刻使銥針尖銳化時(shí)，有時(shí)在 期望的位置以外的其他位置形成頂點(diǎn)，難以在每次處理時(shí)在同一個原子位置再現(xiàn)性良好地 形成角錐結(jié)構(gòu)。針尖前端的位置的再現(xiàn)性不穩(wěn)定意味著離子和電子的釋放位置在每次前端 形成的處理時(shí)都會變化，需要每次高精度進(jìn)行離子源或電子源的位置調(diào)整，以使得以較高 精度對準(zhǔn)電子顯微鏡或集束離子束裝置的束，會產(chǎn)生實(shí)用情況下并非優(yōu)選的問題。
[0036] 此外，通過在氧氣氛中對銥針尖進(jìn)行熱分面（低指數(shù)結(jié)晶面的形成），從而能夠再 現(xiàn)性良好地使< 210 >方向銳化。然而，若僅憑熱分面進(jìn)行最終的銳化精加工，則殘留的氧 原子作為對于銥針尖的雜質(zhì)產(chǎn)生作用，可能妨礙穩(wěn)定的離子釋放。即，即使對銥進(jìn)行加熱處 理，期望的結(jié)晶面也不會成長，因而難以進(jìn)行在規(guī)定的位置被規(guī)定的結(jié)晶面包圍且前端形 成單一原子的角錐結(jié)構(gòu)的控制，基于穩(wěn)定動作的觀點(diǎn)，期望提出一種在不使用氧的情況下 使期望的位置銳化的方法。
[0037] (關(guān)于銥針尖）
[0038] 此外，在將通過現(xiàn)有的單一原子封端的銥針尖用于電子顯微鏡的電子源或集束離 子束裝置的氣體電場電離離子源的情況下，會產(chǎn)生裝置內(nèi)的殘留雜質(zhì)的原子和分子容易附 著于銥針尖的前端的角錐結(jié)構(gòu)的問題。由此，從電子源釋放的電子束或從離子源釋放的離 子束的電流的穩(wěn)定性會受到損害，難以實(shí)現(xiàn)期望的加工，產(chǎn)生無法獲得期望的觀察圖像的 問題。
[0039] 此外，通過現(xiàn)有的單一原子封端的銥針尖的最前端的原子易于在短時(shí)間內(nèi)脫落， 因而即便能夠通過加熱等的處理再現(xiàn)單一原子的封端，在安裝于電子顯微鏡的電子源或集 束離子束裝置的氣體電場電離離子源的狀態(tài)下，最前端的原子也可能脫落。在這種情況下， 需要中斷電子顯微鏡或集束離子束裝置的觀察或分析作業(yè)，進(jìn)行通過單一原子對銥針尖封 端的再生處理，并且在該再生處理的前后需要束調(diào)整等的調(diào)整作業(yè)，這種實(shí)用情況下并不 優(yōu)選，這些都是本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)得出的。
[0040] 如上所述，鎢針尖的銳化的鎢針尖的前端易于由3個原子構(gòu)成，可能會產(chǎn)生向照 射對象的試樣的到達(dá)束電流量的減少和束變動。進(jìn)而，針尖表面容易被氧或氣等的殘留氣 體蝕刻，可能會丟失原子級別的前端。
[0041] 對此，銥針尖能夠通過單一原子對前端封端，與鎢相比而言化學(xué)耐性較高，因此能 夠抑制殘留氣體對前端的損傷。然而，現(xiàn)有的銥針尖的角錐結(jié)構(gòu)由于構(gòu)成角錐結(jié)構(gòu)的結(jié)晶 面而易于附著雜質(zhì)，在較長時(shí)間內(nèi)難以適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮功能。
[0042] 本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，其目的之一在于，提供一種銥針尖，其能夠再 現(xiàn)性良好地進(jìn)行制作，不易附著雜質(zhì)，前端由1個原子構(gòu)成，并且在前端部具有長時(shí)間保持 該原子的角錐結(jié)構(gòu)。
[0043] 此外，本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種使用上述銥針尖，在電流穩(wěn)定性較好的 狀態(tài)下能夠長時(shí)間連續(xù)釋放電子束或離子束的電子源或氣體電場電離離子源，或提供一種 長時(shí)間使用的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)再現(xiàn)性較高的觀察的探針。
[0044] 此外，本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種搭載了上述電子源或氣體電場電離離 子源或掃描探針針尖（探針），具有長壽命且穩(wěn)定性較高的性能的電子顯微鏡、集束離子束 裝置和掃描探針顯微鏡。
[0045] 此外，本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種搭載了上述電子源，具有分辨率較高的 性能的電子束顯微分析儀或俄歇電子能譜裝置等的電子束應(yīng)用分析裝置。
[0046] 此外，本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種搭載了上述電子源和氣體電場電離離 子源，具有長壽命且穩(wěn)定性較高的性能的離子電子復(fù)合束裝置。
[0047] 此外，本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種搭載了上述掃描探針針尖（探針），能 夠在長時(shí)間內(nèi)適當(dāng)使用的掃描探針顯微鏡。
[0048] 此外，本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種使用上述銥針尖，能夠在長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行 高精度的加工的掩模修正裝置。
[0049] 用于解決課題的手段
[0050] 為了解決上述課題，達(dá)成該目的，本發(fā)明采用如下方式。
[0051] (1)本發(fā)明的一個方面的銥針尖在銳化的< 210 >方位的單晶的前端部具有角錐 結(jié)構(gòu)，該角錐結(jié)構(gòu)具有1個{100}結(jié)晶面，作為多個錐面中的任意一個面。
[0052] (2)上述（1)所述的銥針尖在所述前端部具有角錐結(jié)構(gòu)，該角錐結(jié)構(gòu)可以具有1個 {111}結(jié)晶面，作為多個錐面中的任意一個面。
[0053] (3)上述⑴或⑵所述的銥針尖的所述前端部具有角錐結(jié)構(gòu)，該角錐結(jié)構(gòu)可以具 有通過1個{100}結(jié)晶面和2個{111}結(jié)晶面包圍的< 210 >方位的前端。
[0054] (4)在上述（1)至（3)中的任意一項(xiàng)所述的銥針尖中，所述角錐結(jié)構(gòu)可以具有僅通 過1個銥原子形成的前端。
[0055] (5)上述（4)所述的銥針尖可以將形成所述角錐結(jié)構(gòu)的所述前端的所述1個銥原 子作為第1層，所述第1層的正下方的第2層具有位于三角形的頂點(diǎn)的3個銥原子，所述第 2層的正下方的第3層具有位于三角形的頂點(diǎn)和邊的6個銥原子。
[0056] (6)本發(fā)明的一個方面的氣體電場電離離子源具有上述⑴至（5)中的任意一項(xiàng) 所述的銥針尖，作為釋放離子束的發(fā)射器，其具有：離子源室，其收容所述發(fā)射器；氣體供 給部，其向所述離子源室供給待離子化的氣體；導(dǎo)出電極，其使所述氣體離子化以產(chǎn)生所述 氣體的離子，并且施加用于將所述氣體的離子從所述發(fā)射器導(dǎo)出的電壓；以及溫度控制部， 其冷卻所述發(fā)射器。
[0057] (7)在上述（6)所述的氣體電場電離離子源中，所述氣體的主成分可以為氫、氮、 氧、氦、氖、氬、氪和氙中的至少一種氣體或所述至少一種氣體的混合。
[0058] (8)在上述（6)所述的氣體電場電離離子源中，所述氣體的主成分可以是氮。
[0059] (9)在上述（8)所述的氣體電場電離離子源中，作為所述氣體的主成分的氮的純 度可以在99%以上。
[0060] (10)本發(fā)明的一個方面的集束離子束裝置具有：上述（6)至（9)中的任意一項(xiàng)所 述的氣體電場電離離子源；以及控制單元，其通過所述氣體電場電離離子源產(chǎn)生的所述氣 體的離子形成集束離子束，并向試樣照射所述集束離子束，進(jìn)行所述試樣的照射區(qū)域的觀 察、加工和分析中的至少一個處理。
[0061] (11)本發(fā)明的一個方面的電子源具有上述（1)至（5)中的任意一項(xiàng)所述的銥針 尖，作為釋放電子的針尖，具有導(dǎo)出電極，其產(chǎn)生所述電子，并且施加用于將所述電子從所 述針尖導(dǎo)出的電壓。
[0062] (12)本發(fā)明的一個方面的電子顯微鏡具有：上述（11)所述的電子源；以及控制單 元，其通過所述電子源產(chǎn)生的所述電子形成電子束，并且向試樣照射所述電子束，進(jìn)行所述 試樣的細(xì)微區(qū)域的觀察和計(jì)量中的至少一個處理，其中，所述電子顯微鏡可以是掃描電子 顯微鏡、透射電子顯微鏡和掃描透射電子顯微鏡中的至少某種電子顯微鏡。
[0063] (13)本發(fā)明的一個方面的電子束應(yīng)用分析裝置具有：上述（11)所述的電子源；以 及控制單元，其通過所述電子源產(chǎn)生的所述電子形成電子束，并且向試樣照射所述電子束， 進(jìn)行所述試樣的觀察、計(jì)量和分析中的至少一個處理。
[0064] (14)在上述（13)所述的電子束應(yīng)用分析裝置可以是電子束顯微分析儀和俄歇電 子能譜裝置中的至少某種電子束應(yīng)用分析裝置。
[0065] (15)本發(fā)明的一個方面的離子電子復(fù)合束裝置具有：上述（6)至（9)中的任意一 項(xiàng)所述的氣體電場電離離子源和上述（11)所述的電子源中的至少一個；以及控制單元，其 將集束離子束和電子束向試樣上的大致同一部位照射，至少滿足以下某種情況、即所述集 束離子束是從所述氣體電場電離離子源獲得的集束離子束以及所述電子束是從所述電子 源獲得的電子束。
[0066] (16)本發(fā)明的一個方面的掃描探針顯微鏡具有上述（1)至（5)中的任意一項(xiàng)所述 的銥針尖作為探針，具有控制單元，其在使所述探針接近試樣表面的狀態(tài)下進(jìn)行掃描，從而 計(jì)量所述試樣表面的原子級別的形態(tài)和狀態(tài)。
[0067] (17)在上述（16)所述的掃描探針顯微鏡可以是掃描隧道顯微鏡和掃描原子間力 顯微鏡中的至少某種掃描探針顯微鏡。
[0068] (18)本發(fā)明的一個方面的掩模修正裝置具有：上述（6)至（9)中的任意一項(xiàng)所述 的氣體電場電離離子源；以及控制單元，其通過所述氣體電場電離離子源產(chǎn)生的所述氣體 的離子形成集束離子束，并且通過所述集束離子束修正光掩模的缺陷部。
[0069] (19)在上述（18)所述的掩模修正裝置中，所述集束離子束可以是氮離子束。
[0070] 發(fā)明的效果
[0071] 根據(jù)上述方式，能夠提供一種前端具有1個原子的角錐結(jié)構(gòu)的銥針尖。銥針尖的 前端的角錐結(jié)構(gòu)能夠位置再現(xiàn)性良好地進(jìn)行制作，不易附著雜質(zhì)，可長時(shí)間保持前端原子。
[0072] 此外，根據(jù)上述方式，能夠提供一種電子束或離子束的電流穩(wěn)定性良好，能夠在長 時(shí)間內(nèi)連續(xù)釋放各束的電子源或氣體電場電離離子源，進(jìn)而還能夠提供一種長時(shí)間使用的 情況下能夠?qū)崿F(xiàn)再現(xiàn)性較高的觀察的探針。
[0073] 進(jìn)而，根據(jù)上述方式的電子源或氣體電場電離離子源和探針，能夠提供一種具有 長壽命且高度穩(wěn)定的性能的電子顯微鏡、電子束應(yīng)用分析裝置、集束離子束裝置和掃描探 針顯微鏡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0074] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的針尖組件的立體圖。
[0075] 圖2是用于制作本發(fā)明的實(shí)施方式的銥針尖的銥針尖制作裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0076] 圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的銥針尖的制作方法的流程圖。
[0077] 圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的銥的各結(jié)晶面的配置的圖。
[0078] 圖5是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的銥針尖的前端的角錐結(jié)構(gòu)的圖，其中，（A)是 角錐結(jié)構(gòu)的原子模型圖，（B)是用于明示結(jié)晶面的說明圖。
[0079] 圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的銥針尖的前端的角錐結(jié)構(gòu)的結(jié)晶面的原子的排 列的圖，其中，（A)是從正面觀察構(gòu)成錐面的{100}結(jié)晶面的圖，（B)是從正面觀察構(gòu)成錐面 的{111}結(jié)晶面的圖。
[0080] 圖7是用于說明現(xiàn)有例的銥針尖的前端的第1的角錐結(jié)構(gòu)的圖，其中，㈧是角錐 結(jié)構(gòu)的原子模型圖，（B)是用于明示結(jié)晶面的說明圖。
[0081] 圖8是用于說明現(xiàn)有例的銥針尖的前端的第2的角錐結(jié)構(gòu)的圖，其中，㈧是角錐 結(jié)構(gòu)的原子模型圖，（B)是用于明示結(jié)晶面的說明圖。
[0082] 圖9是表示現(xiàn)有例的銥針尖的前端的角錐結(jié)構(gòu)的結(jié)晶面的原子的排列的圖，其 中，（A)是從正面觀察構(gòu)成錐面的{110}結(jié)晶面的圖，（B)是從正面觀察構(gòu)成錐面的{311} 結(jié)晶面的圖。
[0083] 圖10是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的氣體電場電離離子源的離子化的概要結(jié)構(gòu) 圖。
[0084] 圖11是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的氣體電場電離離子源的結(jié)構(gòu)的概要結(jié)構(gòu) 圖。
[0085] 圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式的集束離子束裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0086] 圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的掩模修正裝置的概要結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0087]圖14是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的掩模修正裝置的待修正的圖形的圖。
[0088] 圖15是用于說明現(xiàn)有的針尖的概要圖。其中，（B)是㈧的前端部A的放大圖， (C)是⑶的前端部B的放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0089] 以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式的銥針尖、氣體電場電離離子源、集束離子 束裝置、電子源、電子顯微鏡、電子束應(yīng)用分析裝置、離子電子復(fù)合束裝置、掃描探針顯微鏡 以及掩模修正裝置。
[0090] (實(shí)施例1)銥針尖制作裝置
[0091] 首先，參照圖1，說明在銥針尖1的銳化、離子釋放評價(jià)和離子束形成等中使用的 針尖組件10。
[0092] 針尖組件10具有固定于絕緣性的基底部材11的1對通電銷12、在1對通電銷12 的前端部間連接的由鎢等的細(xì)線構(gòu)成的燈絲13、電和機(jī)械性固定于燈絲13的棒狀的銥的 單晶的針尖部材14。
[0093] 接著，參照圖2,說明用于使后述的實(shí)施了電解研磨后的銥針尖1進(jìn)一步銳化，力口 工為前端由1個銥原子構(gòu)成的銥針尖1的銥針尖制作裝置20。
[0094] 圖2是銥針尖制作裝置20的概要結(jié)構(gòu)圖。銥針尖制作裝置20具有用于設(shè)置針尖 組件10的設(shè)置部21、通過在與銥針尖1之間產(chǎn)生高電場，從而從銥針尖1的前端（針尖前 端）釋放離子22的導(dǎo)出電極23、對銥針尖1施加離子22的加速電壓，并加熱銥針尖1的電 源24、檢測從銥針尖1釋放的離子22的檢測器（例如，MCP:MultiChannelPlate(多通道 板）等）25、將上述部件收容于內(nèi)部的真空容器26。
[0095] 進(jìn)而，銥針尖制作裝置20具有將真空容器26內(nèi)保持為真空狀態(tài)的排氣裝置27、通 過視口 28對由檢測器25生成的FM像進(jìn)行攝像（或觀察）的相機(jī)（例如，CXD相機(jī)等）29、 記錄通過相機(jī)29攝像的FIM像的圖像并控制電源24的計(jì)算處理機(jī)30、顯示通過相機(jī)29攝 像的FM像的圖像等的監(jiān)視器31。
[0096] 進(jìn)而，銥針尖制作裝置20具有將待離子化的氣體向銥針尖1的周圍供給的氣體供 給裝置32、冷卻銥針尖1和根據(jù)需要從氣體供給裝置32供給的氣體的冷卻裝置33、檢測從 銥針尖1釋放的離子22的電流且可移動的法拉第杯34、移動法拉第杯34的移動機(jī)構(gòu)35 等。
[0097]真空容器26的基底壓力被設(shè)定為大約2Xl(T8Pa。針尖前端的表面優(yōu)選維持為潔 凈狀態(tài)，基底壓力越低越好。在真空容器26安裝著氣體供給裝置32。
[0098] 氣體供給裝置32能夠向真空容器26內(nèi)供給作為離子22的原料的氣體。該氣體 為能夠容易入手的高純度氣體（例如，純度在99. 999%以上等）。該氣體可進(jìn)一步通過氣 體精制器（省略圖示）將雜質(zhì)濃度降低至幾PPb左右。為了延長可維持銥針尖1的納米結(jié) 構(gòu)即角錐結(jié)構(gòu)的時(shí)間，就需要降低雜質(zhì)濃度，優(yōu)選既降低真空容器26的基底壓力，又減少 氣體的雜質(zhì)濃度。
[0099] 在本實(shí)施例中，填充了氫、氧、氮、氦、氖、氬、氪和氙等各種氣體的多個氣體容器 (省略圖示）配置于氣體供給裝置32內(nèi)，能夠按照需要適量供給期望的氣體。氣體供給裝 置32調(diào)整閥32a以向銥針尖1的前端適量供給規(guī)定的氣體種類，將氣體從銥針尖1附近的 噴嘴32b向銥針尖1的周圍逐步供給。
[0100] 銥針尖1經(jīng)由連接部33a與低溫冷凍機(jī)（cryostat)等的冷卻裝置33連接，冷卻 溫度被調(diào)整至60K左右。由此，通過檢測器25生成的FM像變得明亮，能夠通過相機(jī)29拍 攝鮮明的圖像。該冷卻溫度可以按照由氣體供給裝置32供給的氣體種類加以變更。
[0101] 電源24是高電壓的電流電源，通過真空容器26的饋通（feed-through)(省略圖 示）與銥針尖1連接，能夠經(jīng)由燈絲13向銥針尖1施加高電壓。電源24連接構(gòu)成為例如 電流電源成為高壓電源的輸出的電位。從電源24輸出的電壓和從電源24向燈絲13通電 的電流等是通過與電源24連接的計(jì)算處理機(jī)30控制的。計(jì)算處理機(jī)30能夠自動控制從 電源24輸出的電流和電壓，例如能夠以固定的比例改變電流。由此，計(jì)算處理機(jī)30能夠再 現(xiàn)性良好地重復(fù)重塑條件。
[0102] 導(dǎo)出電極23例如為接地電位，向銥針尖1施加正電壓。在針尖前端生成的離子22 沿著由銥針尖1和導(dǎo)出電極23生成的電場被導(dǎo)出，通過設(shè)置于導(dǎo)出電極23的孔口 23a而 作為離子束輸出。離子束具備與向銥針尖1施加的電壓相應(yīng)的能量，從導(dǎo)出電極23向檢測 器25釋放。
[0103] 另外，在本實(shí)施例中，可以通過構(gòu)成為導(dǎo)出電極23成為任意的電位，從而使得銥 針尖1的電位可變。S卩，可以形成為從外側(cè)起為真空容器26、導(dǎo)出電極23和銥針尖1的3 重結(jié)構(gòu)。在這種情況下，計(jì)算處理機(jī)30任意設(shè)定銥針尖1的電位，將導(dǎo)出電極23的電位設(shè) 定為相對于銥針尖1的電位為負(fù)的電位且作為離子22的原料的氣體進(jìn)行離子化的電位。由 此，能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定離子束的加速能量。
[0104] 檢測器25和屏幕（screen) 25a設(shè)置于銥針尖1的前端和導(dǎo)出電極23的孔口 23a 的延長線上。向檢測器25施加規(guī)定電壓（例如，+1.5kV等），對所產(chǎn)生的電子進(jìn)行放大。 向屏幕25a施加規(guī)定電壓（例如，+3.OkV等），通過檢測器25放大的電子與屏幕25a沖突， 屏幕25a的熒光體發(fā)光。該發(fā)光顯現(xiàn)于屏幕25a，經(jīng)由視口 28被相機(jī)29攝像，被設(shè)定為可 作為FM圖形（FIM像）觀察。相機(jī)29與計(jì)算處理機(jī)30連接，將定期攝像的圖像存儲于計(jì) 算處理機(jī)30。
[0105] 在FIM像的亮點(diǎn)為1個時(shí)，能夠判斷為銥針尖1的前端為1個原子，以使得離子束 進(jìn)入法拉第杯34的方式移動法拉第杯34,通過法拉第杯34將束電流信號導(dǎo)入計(jì)算處理機(jī) 30。關(guān)于該束電流的計(jì)量，除了計(jì)量該時(shí)刻的電流值之外，還能夠進(jìn)行長期連續(xù)的電流變動 的計(jì)量。
[0106] 銥針尖制作裝置20的真空容器26內(nèi)始終保持為高真空狀態(tài)，因而可具有適當(dāng)?shù)?結(jié)構(gòu)，其用于將銥針尖1暫時(shí)保持于預(yù)備排氣室（省略圖示），對附著于銥針尖1的污物（雜 質(zhì)等）進(jìn)行高溫加熱洗浄等的處理之后，將其導(dǎo)入真空容器26內(nèi)。
[0107](實(shí)施例2)銥針尖制作方法
[0108] 銥針尖的制作方法如圖3所示，包含依次執(zhí)行的濕蝕刻工序（步驟S10)、FIB加工 工序（步驟S20)、電場感應(yīng)氣體蝕刻工序（步驟S30)、重塑工序（步驟S40)。以下說明各 工序。
[0109] 首先，在步驟SlO的濕蝕刻工序中，作為待銳化的銥針尖1的原材料，使用作為規(guī) 定形狀（例如，直徑〇. 3mm，長度8mm等）的棒狀的銥的單晶，且長邊方向在< 210 >方位對 齊的針尖部材14。而且，例如通過濕蝕刻使棒狀的針尖部材14銳化為圓錐形狀的前端直徑 為規(guī)定值（例如，從幾百nm到幾μm等），作為銥針尖1。
[0110] 更具體地，例如在氫氧化鈣lmol/L的溶液中浸入銥的針尖部材14和白金的對置 電極，向該2極之間（即針尖部材14與對置電極之間）施加交流電壓并實(shí)施電解研磨。所 施加的交流電壓例如以頻率60Hz被設(shè)定為大約30V(rms)。通過該濕蝕刻工序，針尖部材 14的前端形成為具有從幾百nm至幾μm的前端直徑的圓錐形狀。然后，在濕蝕刻結(jié)束后， 通過水和丙酮等洗凈銥針尖1，將電解溶液等的雜質(zhì)從銥針尖1除去。
[0111] 接著，在步驟S20的FIB蝕刻工序中，使銥針尖1的前端直徑為更小的幾十nm至 幾百nm左右的情況下，在執(zhí)行了步驟SlO的濕蝕刻工序之后，將銥針尖1導(dǎo)入現(xiàn)有公知的 鈣集束離子束（Ga-FIB)裝置（省略圖示），進(jìn)行FIB蝕刻，從而使前端直徑為幾十nm至幾 百nm左右。
[0112] 接著，在步驟S30的電場感應(yīng)氣體蝕刻工序中，在后述的氣體電場電離離子源70 或銥針尖制作裝置20內(nèi)配置銥針尖1，使銥針尖1的周邊為真空狀態(tài)。以圖2中的制作為 例進(jìn)行說明。將真空容器26內(nèi)的壓力調(diào)整為基底壓力（例如，2Xl(T8Pa等）并且將銥針 尖1的冷卻溫度調(diào)整為規(guī)定溫度（例如，60K左右）。然后，從氣體供給裝置32向真空容器 26內(nèi)供給氦，直到壓力例如為IXKT4Pa等為止。計(jì)算處理機(jī)30控制電源24以向銥針尖1 施加電壓。對銥針尖1施加的電壓（針尖電壓）例如達(dá)到4kV左右時(shí)，通過相機(jī)29對氦的 FM圖形（FM像）進(jìn)行攝像。
[0113] 在經(jīng)過了步驟S20的銥針尖1或前端結(jié)構(gòu)損傷的銥針尖1上，銥針尖1的前端表面 吸附著雜質(zhì)，因而可獲得不具備結(jié)晶性的圖形。若逐漸提高針尖電壓，則針尖前端的電場強(qiáng) 度將比銥的電場蒸發(fā)強(qiáng)度高，于是銥原子開始電場蒸發(fā)。銥針尖1的前端表面的數(shù)層的原 子層進(jìn)行電場蒸發(fā)時(shí)，銥的結(jié)晶性的潔凈表面露出。此時(shí)的針尖電壓例如從5kV上升至6kV 左右。而且，若使針尖電壓例如下降約IkV則成為可獲得基于氦的圖像的最佳電壓（最佳 影像電壓），顯現(xiàn)出規(guī)則正確的原子排列的FIM圖形。成為潔凈表面后，就有可能觀察到銥 結(jié)晶的缺陷。在不存在缺陷的情況下，跳過電場感應(yīng)氣體蝕刻工序（步驟S30)或步驟S30 而移至重塑工序（步驟S40)。存在結(jié)晶缺陷的情況下，無法在重塑工序（步驟S40)中制作 期望的角錐結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將電場感應(yīng)氣體蝕刻與電場蒸發(fā)進(jìn)行組合，將結(jié)晶前端削 入至不存在結(jié)晶缺陷的區(qū)域。通過觀察潔凈表面，從而判定是否進(jìn)入步驟S40。
[0114] 接著，將導(dǎo)出電壓設(shè)定為比在電場蒸發(fā)中施加的最高電壓低〇.5kV左右的較低的 值（例如4. 5kV到5. 5kV左右），將氮或氧作為蝕刻用的氣體從氣體供給裝置32向銥針尖 1的周邊供給，以使得真空容器內(nèi)的壓力為IXKT4Pa到IXKT3Pa左右。
[0115] 在這種情況下，導(dǎo)出電壓與銥針尖1的被蝕刻區(qū)域具有規(guī)定的對應(yīng)關(guān)系。即，若導(dǎo) 出電壓較低則電場較強(qiáng)的銥針尖1的前端區(qū)域被蝕刻，若導(dǎo)出電壓較高則除去銥針尖1的 前端區(qū)域之外的周邊區(qū)域（例如，根部部分等）被蝕刻。因此，在本工序中，將導(dǎo)出電壓較 高地設(shè)定為氦進(jìn)行電場電離的程度，保留銥針尖1的前端區(qū)域，蝕刻其周邊區(qū)域。由此，能 夠減少在后述步驟S40的重塑工序中移動的銥原子的數(shù)量，能夠縮短重塑工序的執(zhí)行所需 的時(shí)間。此外，由于銥針尖1的前端為尖細(xì)的形狀，因此能夠防止角錐結(jié)構(gòu)在重塑工序中并 不期望的位置處成長。此時(shí)，若進(jìn)行電場感應(yīng)氣體蝕刻，則由于前端尖細(xì)，因此能夠使導(dǎo)出 電壓下降至前端原子不會電場蒸發(fā)的程度。
[0116] 若前端在期望的范圍內(nèi)變尖細(xì)，則在施加導(dǎo)出電壓的情況下，停止氣體供給裝置 32對蝕刻用的氣體的供給，將殘留的蝕刻用的氣體真空排氣。此時(shí)的氦的最佳影像電壓大 約為3. 6kV。此后，降低導(dǎo)出電壓以使得成為氮進(jìn)行電場電離的電場強(qiáng)度。通過充分進(jìn)行真 空排氣能夠防止銥針尖1的前端區(qū)域被蝕刻，或者通過迅速降低導(dǎo)出電壓能夠進(jìn)一步抑制 銥針尖1的前端區(qū)域的蝕刻。
[0117] 此外，在銥針尖1的前端附近存在結(jié)晶缺陷的情況下，控制導(dǎo)出電壓以蝕刻銥針 尖1的前端區(qū)域，直到除去結(jié)晶缺陷為止。由此，在結(jié)晶缺陷存在于銥針尖1的前端附近的 情況下，能夠通過蝕刻除去結(jié)晶缺陷。
[0118] 接著，在步驟S40的重塑工序中，使用銥針尖制作裝置20,在銥針尖1的前端形成 作為納米結(jié)構(gòu)的角錐結(jié)構(gòu)。
[0119] 將導(dǎo)出電壓下降至例如基于氦的最佳電壓的約1/3、即I. 2kV左右。該電壓與氮影 像電壓大致一致。然后，向真空容器26內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)?，將壓力調(diào)整為例如IXKT3Pa等。將導(dǎo) 出電壓微調(diào)為能夠觀察氮的FIM圖形。由此開始本實(shí)施例的重塑工序。與現(xiàn)有的重塑不同 的是在氮?dú)夥罩袑?shí)施重塑。此外，現(xiàn)有的重塑中使燈絲13的電流固定并進(jìn)行加熱，提升針 尖電壓，此后下降燈絲13的電流并使針尖前端銳化，而在本實(shí)施例中，通過以下的步驟實(shí) 施銳化。
[0120] 首先，在施加導(dǎo)出電壓的狀態(tài)下對燈絲13例如接通3. 5A的電流3分鐘，加熱銥針 尖1。該加熱結(jié)束后，可通過相機(jī)攝像和觀察氮的FIM圖形。
[0121] 而且，在攝像和觀察的氮的FM圖形幾乎未發(fā)生變化的情況下，例如逐次增加 0.IA的電流進(jìn)行加熱。
[0122] 而且，在燈絲13例如大致為3. 9A時(shí)FM圖形會顯現(xiàn)變化。即，如圖4所示的各結(jié) 晶面中的{111}結(jié)晶面變大，{110}結(jié)晶面變小。此外，{100}結(jié)晶面變大，{311}結(jié)晶面變 小。若如上在臺面發(fā)生大幅變化，則銥針尖1的前端變尖，因而通過相機(jī)29攝像和觀察氮 的FIM圖形的針尖電壓（S卩，能夠觀看到氮的FIM圖形的針尖電壓）例如下降幾百V。另 夕卜，能夠觀看到氮的FIM圖形的針尖電壓大約為0. 9kV左右。
[0123] 而且，在能夠觀看到氮的FM圖形的電壓下降后，將燈絲13的電流例如固定為 3. 9A，將加熱時(shí)的針尖電壓設(shè)定為例如在該時(shí)刻能夠觀看到氮的FIM圖形的導(dǎo)出電壓的 20%至180%的值。大多情況下使其向降低側(cè)變化。另外，加熱時(shí)的針尖電壓不限于向在 該時(shí)刻能夠觀看到氮的FIM圖形的針尖電壓以下的降低側(cè)變化，還可以例如按照根據(jù)氮的 FIM圖形等得到的銥針尖1的前端的結(jié)晶的變化狀態(tài)，使其向在該時(shí)刻能夠觀看到氮的FIM 圖形的導(dǎo)出電壓以上的增大側(cè)變化。
[0124] 然后，例如以0. 5kV的針尖電壓將燈絲13的電流以3. 9A重復(fù)加熱，則能通過相機(jī) 29攝像和觀察到由幾個殼點(diǎn)構(gòu)成的殼點(diǎn)圖形。
[0125] 此后，最終僅保留1點(diǎn)的亮點(diǎn)，成為銥針尖1的前端僅由1個原子構(gòu)成的狀態(tài)。
[0126] 作為使導(dǎo)出電壓向能夠觀看到氮的FIM圖形值的增大側(cè)變化的例子，可舉出在導(dǎo) 出電壓為80%的重塑中，被2個{111}結(jié)晶面夾住而制作的棱線為2重線、而{111}結(jié)晶面 不成長的情況，還可以舉出逐漸提升導(dǎo)出電壓，在使導(dǎo)出電壓提升至120%時(shí){111}結(jié)晶面 變大而能夠成為1根棱線的情況。
[0127] 另外，在步驟S40的重塑工序中，還可以使用氧氣以代替氮?dú)鈦碇谱縻炨樇?。即， 從氣體供給裝置32向真空容器26內(nèi)供給氧氣以代替氮?dú)?，設(shè)定為能夠觀看到氮的FIM圖 形針尖電壓，加熱銥針尖1。
[0128] 然后，停止氧氣的供給，供給氮?dú)?，確認(rèn)能夠觀看到氮的FIM圖形針尖電壓。通過 該電壓停止氮?dú)獾墓┙o，供給氧氣，加熱銥針尖1。重復(fù)執(zhí)行這些處理。其中，此時(shí)逐漸提升 加熱溫度。
[0129] 而且，例如在根據(jù)氮的FM圖形等探測到銥針尖1的前端原子開始移動時(shí)，將導(dǎo)出 電壓設(shè)定為例如在該時(shí)刻能夠觀看到氮的FM圖形的導(dǎo)出電壓的20%至180%的值，供給 氧氣，加熱銥針尖1。在大多情況下，使導(dǎo)出電壓向降低側(cè)變化。另外，加熱時(shí)的針尖電壓不 限于向在該時(shí)刻能夠觀看到氮的FIM圖形針尖電壓以下的降低側(cè)變化，還可以例如按照從 氮的FIM圖形等得到的銥針尖1的前端的結(jié)晶的變化狀態(tài)，使其向在該時(shí)刻能夠觀看到氮 的FM圖形針尖電壓以上的增大側(cè)變化。
[0130] 然后，最終僅保留1點(diǎn)的亮點(diǎn)，成為銥針尖1的前端僅由1個原子構(gòu)成的狀態(tài)。
[0131] 此外，還可以使用氦或氫以代替氮。例如，在使用氮?dú)庾鳛殡x子源氣體的情況下通 過氮?dú)鈱?shí)施重塑，在使用氫氣作為離子源氣體的情況下通過氫氣實(shí)施重塑，從而能夠在不 必切換導(dǎo)入氣體的情況下照射離子束。
[0132]通過上述的步驟SlO?步驟S40的處理，能夠制作出圖5 (A)、（B)所示的具有角錐 結(jié)構(gòu)的銥針尖1，該角錐結(jié)構(gòu)具有僅通過由1個{100}結(jié)晶面和2個{111}結(jié)晶面包圍的、 < 210 >方位的1個原子構(gòu)成的前端（頂點(diǎn)）。
[0133] 在將銥針尖1用于后述的氣體電場電離離子源70的情況下，能夠在釋放離子束的 氣體電場電離離子源70內(nèi)實(shí)施步驟S30的電場感應(yīng)氣體蝕刻工序和步驟S40的重塑工序。 由此，不再需要將銥針尖1從氣體電場電離離子源70的外部移設(shè)的工序，能夠防止移設(shè)時(shí) 的雜質(zhì)的附著，提升作業(yè)效率。
[0134](實(shí)施例3)銥針尖
[0135] 銥結(jié)晶為面心立方結(jié)構(gòu)，銥的原子位于立方體的8個角和6個面的中央處。
[0136] 圖5(A)、⑶是根據(jù)觀察本實(shí)施例的銥針尖1的前端的FIM像的結(jié)果制作的圖，是 從< 210 >方位觀看本實(shí)施例的銥針尖1的前端的表示角錐結(jié)構(gòu)的模型圖。圖5(A)是使 圓形標(biāo)記與1個銥原子41對應(yīng)的原子排列。圖5(B)是示意性表示結(jié)晶面的圖。
[0137] 銥針尖1的前端的角錐結(jié)構(gòu)具有三角錐形狀，該三角錐形狀具有3個側(cè)面（錐 面）、僅由1個銥原子41(42)構(gòu)成的頂點(diǎn)。該角錐結(jié)構(gòu)的構(gòu)成原子都為銥原子。如圖5(A) 所示，通過白圈顯示位于各結(jié)晶面的最上層（最表面）的銥原子41，而對于最上層以下的內(nèi) 部的銥原子41省略顯示。此外，對位于三角錐形狀的棱線的銥原子41 (43)附上黑三角形 標(biāo)記。如圖5(B)所示，角錐結(jié)構(gòu)具有3個錐面44a、44b、44c分別形成的棱線45a、45b、45c 和基于1個銥原子41 (42)的頂點(diǎn)46。
[0138] 圖5(B)的錐面44a為{100}結(jié)晶面，圖5(A)的錐面44b、44c為相同的{111}結(jié) 晶面。
[0139] 圖6(A)、（B)是示意性表示從正面（即法線方向）分別觀察本實(shí)施例的角錐結(jié)構(gòu) 的3個錐面44a、44b、44c的原子排列的圖。在圖6(A)、（B)中，以白圈標(biāo)記顯不最上層（表 面層）的銥原子47,以灰圈標(biāo)記顯示正下方的第2層的銥原子48,其以下省略。
[0140] 將形成該角錐結(jié)構(gòu)的前端的1個銥原子42作為第1層，在第1層的正下方的第2 層的原子配置中，如下表1所示，3個銥原子41位于接近正三角形的等腰三角形（例如，在 將1邊的長度設(shè)為1的情況下的等腰約為1. 22的等腰三角形）的各頂點(diǎn)。在第2層的正 下方的第3層的原子配置中，6個銥原子41位于三角形的頂點(diǎn)和邊上。
[0141] 另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)第2層和第3層的原子配置可通過在FM像的觀察時(shí)憑借強(qiáng) 電場而強(qiáng)制使前端的銥原子41 (42)脫離來檢測到，這與圖5(A)、（B)所示的模型圖一致。
[0142] 另外，若將前端的銥原子41 (42)脫離的狀態(tài)的銥針尖1用作電子源或離子源的針 狀電極或掃描探針顯微鏡的探針，則會產(chǎn)生向試樣的到達(dá)束電流的降低或掃描探針顯微鏡 的位置分辨率的降低，因而并不優(yōu)選。在這種情況下，執(zhí)行后述的針尖前端的再生處理，從 而將前端原子保持為1個原子。
[0143]【表1】
[0144]

【權(quán)利要求】
1. 一種鑲針尖，其特征在于，在銳化的< 210 >方位的單晶的前端部具有角錐結(jié)構(gòu)，該 角錐結(jié)構(gòu)具有1個{100}結(jié)晶面，作為多個錐面中的任意一個面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑲針尖，其特征在于，在所述前端部具有角錐結(jié)構(gòu)，該角錐結(jié) 構(gòu)具有1個{111}結(jié)晶面，作為多個錐面中的任意一個面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑲針尖，其特征在于，所述前端部具有角錐結(jié)構(gòu)，該角錐 結(jié)構(gòu)具有通過1個{100}結(jié)晶面和2個{111}結(jié)晶面包圍的< 210 >方位的前端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的鑲針尖，其特征在于，所述角錐結(jié)構(gòu)具有僅 通過1個鑲原子形成的前端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑲針尖，其特征在于，將形成所述角錐結(jié)構(gòu)的所述前端的所 述1個鑲原子作為第1層，所述第1層的正下方的第2層具有位于H角形的頂點(diǎn)的3個鑲 原子，所述第2層的正下方的第3層具有位于H角形的頂點(diǎn)和邊的6個鑲原子。
6. -種氣體電場電離離子源，其特征在于， 具有權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的鑲針尖，作為釋放離子束的發(fā)射器， 其具有： 離子源室，其收容所述發(fā)射器； 氣體供給部，其向所述離子源室供給待離子化的氣體； 導(dǎo)出電極，其使所述氣體離子化W產(chǎn)生所述氣體的離子，并且施加用于將所述氣體的 離子從所述發(fā)射器導(dǎo)出的電壓；W及 溫度控制部，其冷卻所述發(fā)射器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體電場電離離子源，其特征在于，所述氣體的主成分為氨、 氮、氧、氮、氛、氮、氮和気中的至少一種氣體或所述至少一種氣體的混合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體電場電離離子源，其特征在于，所述氣體的主成分為氮。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體電場電離離子源，其特征在于，作為所述氣體的主成分 的氮的純度在99% W上。
10. -種集束離子束裝置，其特征在于，具有： 權(quán)利要求6至9中的任意一項(xiàng)所述的氣體電場電離離子源；W及 控制單元，其通過所述氣體電場電離離子源產(chǎn)生的所述氣體的離子形成集束離子束， 并向試樣照射所述集束離子束，進(jìn)行所述試樣的照射區(qū)域的觀察、加工和分析中的至少一 個處理。
11. 一種電子源，其特征在于， 具有權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的鑲針尖，作為釋放電子的針尖， 具有導(dǎo)出電極，其產(chǎn)生所述電子，并且施加用于將所述電子從所述針尖導(dǎo)出的電壓。
12. -種電子顯微鏡，其具有： 權(quán)利要求11所述的電子源；W及 控制單元，其通過所述電子源產(chǎn)生的所述電子形成電子束，并且向試樣照射所述電子 束，進(jìn)行所述試樣的細(xì)微區(qū)域的觀察和計(jì)量中的至少一個處理，其中， 該電子顯微鏡是掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和掃描透射電子顯微鏡中的至少某 種電子顯微鏡。
13. -種電子束應(yīng)用分析裝置，其特征在于，具有： 權(quán)利要求11所述的電子源；w及 控制單元，其通過所述電子源產(chǎn)生的所述電子形成電子束，并且向試樣照射所述電子 束，進(jìn)行所述試樣的觀察、計(jì)量和分析中的至少一個處理。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子束應(yīng)用分析裝置，其特征在于，該電子束應(yīng)用分析裝 置是電子束顯微分析儀和俄歇電子能譜裝置中的至少某種電子束應(yīng)用分析裝置。
15. -種離子電子復(fù)合束裝置，其特征在于，具有： 權(quán)利要求6至9中的任意一項(xiàng)所述的氣體電場電離離子源和權(quán)利要求11所述的電子 源中的至少一個；W及 控制單元，其將集束離子束和電子束向試樣上的大致同一部位照射， 至少滿足W下某種情況、即所述集束離子束是從所述氣體電場電離離子源獲得的集束 離子束W及所述電子束是從所述電子源獲得的電子束。
16. -種掃描探針顯微鏡，其特征在于， 具有權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的鑲針尖作為探針， 具有控制單元，其在使所述探針接近試樣表面的狀態(tài)下進(jìn)行掃描，從而計(jì)量所述試樣 表面的原子級別的形態(tài)和狀態(tài)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的掃描探針顯微鏡，其特征在于，該掃描探針顯微鏡是掃描 隧道顯微鏡和掃描原子間力顯微鏡中的至少某種掃描探針顯微鏡。
18. -種掩模修正裝置，其特征在于，具有： 權(quán)利要求6至9中的任意一項(xiàng)所述的氣體電場電離離子源；W及 控制單元，其通過所述氣體電場電離離子源產(chǎn)生的所述氣體的離子形成集束離子束， 并且通過所述集束離子束修正光掩模的缺陷部。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的掩模修正裝置，其特征在于，所述集束離子束是氮離子束。
【文檔編號】H01J37/02GK104347335SQ201410389960
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】小堺智一, 松田修, 杉山安彥, 相田和男, 荒卷文朗, 八坂行人, 大庭弘 申請人:日本株式會社日立高新技術(shù)科學(xué)