特許 6116303 集束イオンビーム装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6116303

(24)【登録日】2017年3月31日

(45)【発行日】2017年4月19日

(54)【発明の名称】集束イオンビーム装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20170410BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20170410BHJP

   H01J 27/26 20060101ALI20170410BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/22 502C

   H01J37/317 D

   H01J27/26

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-61637(P2013-61637)

(22)【出願日】2013年3月25日

(65)【公開番号】特開2014-186894(P2014-186894A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2015年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】503460323

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクサイエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】杉山 安彦

(72)【発明者】

【氏名】小堺 智一

(72)【発明者】

【氏名】松田 修

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２０５４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７１００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２１３５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２８５

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｊ ２７／２６

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端が先鋭化されたエミッタを有し、該エミッタの先端でガスをイオン化させてガスイオンを発生させるガス電界電離型イオン源と、
前記ガスイオンを試料に向けて引き出しながら加速させ、イオンビームとして照射させるイオン銃部と、
集束レンズ電極を少なくとも有し、前記イオンビームを集束させながら前記試料に照射させるビーム光学系と、
前記イオンビームに基づいて前記エミッタの先端のＦＩＭ像を取得する画像取得機構と、を備え、
前記画像取得機構は、
前記イオン銃部と前記集束レンズ電極との間に設けられ、印加されるアライメント電圧に応じて前記イオンビームを偏向し、前記イオンビームの照射方向を調整するアライメント電極と、
前記アライメント電極に異なる複数のアライメント電圧を印加するアライメント制御部と、
取得した前記ＦＩＭ像を記憶する記憶部と、を備え、
前記アライメント制御部は、異なるアライメント電圧を前記アライメント電極に印加することで、前記イオンビームのうち前記集束レンズ電極を通過できる部分を変化させ、
前記記憶部は、前記イオンビームのうち前記集束レンズ電極を通過できる部分の変化により、異なる視野の前記ＦＩＭ像を記憶し、
前記画像取得機構は、前記記憶部に記憶された前記ＦＩＭ像のうち、異なる前記アライメント電圧の印加時に取得された複数枚の異なる視野のＦＩＭ像同士を、画像処理により繋ぎ合わせて１枚の合成ＦＩＭ像を作成する画像処理部をさらに備えていることを特徴とする集束イオンビーム装置。

【請求項2】

請求項１に記載の集束イオンビーム装置において、
前記画像処理部は、前記ＦＩＭ像に表示される輝点のパターンに基づいて、複数枚の異なる視野の前記ＦＩＭ像同士を繋ぎ合わせることを特徴とする集束イオンビーム装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の集束イオンビーム装置において、
前記集束レンズ電極と前記試料との間において、前記イオンビームの光路上の位置と光路外の位置との間で移動可能に配置され、前記集束レンズ電極を通過した前記イオンビームを入射させて、前記ＦＩＭ像を蛍光スクリーンに映し出すマイクロチャネルプレートを備え、
前記画像取得機構は、
前記蛍光スクリーンに映し出された前記ＦＩＭ像を取得することを特徴とする集束イオンビーム装置。

【請求項4】

請求項３に記載の集束イオンビーム装置において、
前記画像取得機構は、前記集束レンズ電極への電圧印加を停止させた状態で前記ＦＩＭ像を取得することを特徴とする集束イオンビーム装置。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の集束イオンビーム装置において、
前記集束レンズ電極と前記試料との間に配置され、前記集束レンズ電極を通過した前記イオンビームの照射方向を補正すると共に、補正後の前記イオンビームを前記試料の表面に対して平行な方向に走査する偏向器と、
前記偏向器に対して補正信号を印加して前記補正を行わせると共に、走査信号を印加して前記走査を行わせる偏向制御部と、を備え、
前記偏向器は、
前記集束レンズ電極を通過した後の前記イオンビームの照射方向が、前記エミッタの軸線に対して平行になるように前記補正を行い、
前記画像取得機構は、
前記イオンビームの入射時に前記試料から発せられる二次荷電粒子の検出信号と前記走査信号とに基づいて、又は前記試料に入射する前記イオンビームのビーム電流の検出信号と前記走査信号とに基づいて、前記ＦＩＭ像を取得することを特徴とする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、ガス電界電離型イオン源を有する集束イオンビーム装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体デバイス等の試料の観察や各種の評価、解析や、試料から微細な薄片試料を取り出した後、該薄片試料を試料ホルダに固定してＴＥＭ試料を作製するための装置として、集束イオンビーム装置が知られている。
この集束イオンビーム装置は、イオンを発生させるイオン源を備えており、ここで発生したイオンを加速してイオンビームにし、さらにこのイオンビームを集束して集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion beam）にした状態で照射している。

【0003】

イオン源としては、いくつか種類があるが、過去実用化されている集束イオンビーム装置では主に液体金属イオン源（特にガリウム）が用いられてきた。しかしながら、フォトマスク等の試料によってはガリウムの注入による透過率低下等を招いてしまうおそれがあり、低加速化等の対策が取られてきた。また、ナノメートルサイズの試料観察を低ダメージで行いたいというニーズもあり、ビーム径のさらなる縮径化が求められている。

【0004】

そこで、近年、非汚染イオン源として希ガス等をイオン種とし、液体金属イオン源よりもビーム径が小さく、高輝度のイオンビームを発生させることができるガス電界電離型イオン源（ＧＦＩＳ：Gas Field Ion Source）が用いられるようになり、上記した課題に対して一定の効果を有することが確認されている。

【0005】

ガス電界電離型イオン源は、先端が原子レベルで先鋭化された針状のエミッタを備えている。このエミッタは、ガスをイオン化させるための重要部材であるため、その表面構造が重要とされている。輝度の高いイオン源を実現するためには、エミッタの先端をできるだけ先鋭化し、イオン化領域が数原子で形成されるように先端形状を整える必要がある。このようにすることで、局所的にガスをイオン化してガスイオンにすることが可能であるので、ビーム系の小さいイオンビームを発生させることができる。

【0006】

エミッタの先端を先鋭化する方法としては、いくつか知られているが、その中でも酸素や窒素をエミッタ近傍に供給しながらエミッタの先端を局所的にエッチングする電界誘起ガスエッチング法が有望な方法として知られている（例えば、特許文献１参照）。
この方法によれば、エミッタの先端のエミッションパターン像、即ちＦＩＭ像（電界イオン像）を取得し、このＦＩＭ像を観察（ＦＩＭ観察）しながらエッチングの進行状況を把握することができるので先鋭化を図り易く、有望な方法とされている。

【0007】

ところで、ＦＩＭ像を取得するには、裏面側が蛍光面とされ、イオンビームの光路上に配置されるＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）を備えた装置を一般的に利用する場合が多い。この装置は、ビーム鏡筒に組み込み可能とされ、照射されたイオンビーム（又は集束イオンビーム）をＭＣＰで増幅した後に蛍光面に入射させることで、この蛍光面にＦＩＭ像を映し出すことが可能とされる。これにより、エミッタの先端のＦＩＭ観察を行っている。

【0008】

また、上記したＭＣＰ方式ではなく、走査電界イオン顕微鏡（Scanning−FIM）によりエミッタの先端のＦＩＭ観察を行う方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
この方法では、軸合わせ偏向器を用いて絞り表面をラスター走査することで、エミッタの先端の電界放射パターン像を取得することが可能とされ、これによりエミッタの先端のＦＩＭ観察を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００７／００２５９０７号明細書

【特許文献2】特開２０１２−９８２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、電界誘起ガスエッチングを行う場合、エミッタの先端におけるエッチング進行状況を正確に把握するためには、できるだけ広い視野領域でエミッタの先端を確認する必要がある。具体的には、電界研磨後のエミッタにおいて、数十原子以上を確認できる程度の広い視野が必要とされる。
ところが、集束イオンビーム装置に上記ＭＣＰを具備する装置を組み込む場合には、図１２に示すように、イオン源であるエミッタ１００の近くにコンデンサレンズ（集束レンズ電極）１０１を配置したうえで、このコンデンサレンズ１０１の直下にＭＣＰ１０２を配置することが望まれる。これは、集束イオンビーム装置としての性能を確保するためには、エミッタ１００とコンデンサレンズ１０１との距離を短くする必要があるためである。

【0011】

しかしながら、エミッタ１００とコンデンサレンズ１０１との距離を近接配置すると、ＭＣＰ１０２の直上にコンデンサレンズ１０１等の構造物が配置されることになるので、イオンビーム１０３における外周成分（図１２に示す斜線部分）が構造物によって遮られてしまい、ＭＣＰ１０２に入射するイオンビーム１０３の入射量が低減してしまう。従って、視野が狭くなり、エミッタ１００の先端を広範囲で確認することが難しかった。
加えて、ＭＣＰ１０２を利用して長時間に亘ってＦＩＭ像を観察し続けると、ＭＣＰ１０２の倍増率や蛍光面の劣化が進んでしまい、ＦＩＭ像が暗くなってしまう。そのため、エミッタ１００の先端を明瞭に観察することが難しく、ＦＩＭ観察を正確に行うことが難しくなってしまう。

【0012】

一方、上記特許文献２に記載の走査電界イオン顕微鏡による方法では、ＭＣＰを利用しないので、ＦＩＭ像を長時間観察したとしてもＦＩＭ像が暗くなるおそれがない。しかしながら、走査電界イオン顕微鏡の場合であっても、同様にコンデンサレンズ等の構造物による視野の制限を受けてしまうものであった。

【0013】

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、エミッタの先端における広範囲のＦＩＭ像を取得することができ、広視野でＦＩＭ観察を行うことができる集束イオンビーム装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
（１）本発明に係る集束イオンビーム装置は、先端が先鋭化されたエミッタを有し、該エミッタの先端でガスをイオン化させてガスイオンを発生させるガス電界電離型イオン源と、前記ガスイオンを試料に向けて引き出しながら加速させ、イオンビームとして照射させるイオン銃部と、集束レンズ電極を少なくとも有し、前記イオンビームを集束させながら前記試料に照射させるビーム光学系と、前記イオンビームに基づいて前記エミッタの先端のＦＩＭ像を取得する画像取得機構と、を備え、前記画像取得機構は、前記イオン銃部と前記集束レンズ電極との間に設けられ、印加されるアライメント電圧に応じて前記イオンビームを偏向し、前記イオンビームの照射方向を調整するアライメント電極と、前記アライメント電極に異なる複数のアライメント電圧を印加するアライメント制御部と、取得した前記ＦＩＭ像を記憶する記憶部と、を備え、前記アライメント制御部は、異なるアライメント電圧を前記アライメント電極に印加することで、前記イオンビームのうち前記集束レンズ電極を通過できる部分を変化させ、前記記憶部は、前記イオンビームのうち前記集束レンズ電極を通過できる部分の変化により、異なる視野の前記ＦＩＭ像を記憶し、前記画像取得機構は、前記記憶部に記憶された前記ＦＩＭ像のうち、異なる前記アライメント電圧の印加時に取得された複数枚の異なる視野のＦＩＭ像同士を、画像処理により繋ぎ合わせて１枚の合成ＦＩＭ像を作成する画像処理部をさらに備えていることを特徴とする。

【0015】

本発明に係る集束イオンビーム装置において、イオンビームを試料に照射する場合には、ガス電界電離型イオン源を作動させて、エミッタの周囲に供給されたガスをエミッタの先端で電界電離させてイオン化し、ガスイオンを発生させる。イオン銃部は、このガスイオンを試料に向けて引き出しながら加速させ、イオンビームとして照射させる。このイオンビームは、ビーム光学系によって集束された状態（集束イオンビーム）で試料に照射される。これにより、例えば試料の観察や加工等を行える。

【0016】

ここで、エミッタの先端を観察する場合には、画像取得機構によりエミッタの先端のＦＩＭ像を取得する。この際、アライメント制御部によりアライメント電圧を変化させながらＦＩＭ像を取得する。アライメント電極にアライメント電圧を印加すると、その電圧値等に応じて照射されたイオンビームを偏向することができ、その照射方向を変化させることができる。従って、イオンビームが集束レンズ電極を通過する際、外周成分等の一部が集束レンズ電極によって遮られてしまったとしても、アライメント電圧を変化させることで、イオンビームのうち先ほど遮られてしまった部分を通過させることができる。そのため、アライメント電圧を変化させる前後で、異なる視野のＦＩＭ像を取得することができる。

【0017】

このように、画像取得機構はアライメント電圧を変化させることで異なる視野のＦＩＭ像を複数枚取得し、記憶部に記憶させる。そして、画像処理部は、これら取得した複数枚のＦＩＭ像同士を画像処理により繋ぎ合わせて１枚の合成ＦＩＭ像を作成する。これにより、集束レンズ電極等の構造物に影響されることなく、エミッタの先端における広範囲のＦＩＭ像を取得することができる。

【0018】

特に、各ＦＩＭ像には、エミッタの先端における凸部分に対応した輝点が表示されているので、合成ＦＩＭ像によりエミッタの先端の結晶構造を広範囲でＦＩＭ観察することができる。従って、エミッタの先端の結晶構造が理想的な状態（例えばエミッタの先端がピラミッド状の原子配列となり、最先端が１個又は数個の原子からなる状態）であるか否かを正確に把握することができる。
よって、例えば電界誘起ガスエッチングによりエミッタの先端をエッチングする場合等、エッチングの進行状況を正確に把握でき、エミッタの先端を所望の先鋭化状態に確実に仕上げ易い。

【0019】

（２）上記本発明に係る集束イオンビーム装置において、前記画像処理部は、前記ＦＩＭ像に表示される輝点のパターンに基づいて、複数枚の異なる視野の前記ＦＩＭ像同士を繋ぎ合わせることが好ましい。

【0020】

この場合には、画像処理部がＦＩＭ像同士を繋ぎ合わせる際、各ＦＩＭ像に表示される輝点のパターンに基づいて繋ぎ合わせる。例えば、１枚目及び２枚目のＦＩＭ像にそれぞれ表示されている複数の輝点のうち、共通する輝点のパターンを重ね合わせるようにＦＩＭ像同士を繋ぎ合わせる。これにより、マッチングを行いながらＦＩＭ像同士を繋ぎ合わせることができ、正確な合成ＦＩＭ像を得ることができる。特に、ＦＩＭ像に表示される輝点を利用するので、繋ぎ合わせる際の指標等を別個に用意する必要がなく、画像処理作業を簡便且つ正確に行える。

【0021】

（３）上記本発明に係る集束イオンビーム装置において、前記集束レンズ電極と前記試料との間において、前記イオンビームの光路上の位置と光路外の位置との間で移動可能に配置され、前記集束レンズ電極を通過した前記イオンビームを入射させて、前記ＦＩＭ像を蛍光スクリーンに映し出すマイクロチャネルプレートを備え、前記画像取得機構は、前記蛍光スクリーンに映し出された前記ＦＩＭ像を取得することが好ましい。

【0022】

この場合には、エミッタの先端を観察する際、マイクロチャネルプレートをイオンビームの光路上に移動させて、集束レンズ電極を通過したイオンビームを入射させる。これにより、蛍光スクリーンにエミッタの先端のＦＩＭ像を映し出すことができ、ＦＩＭ像を取得することができる。そして、アライメント電圧を変化させることで、変化前の段階では集束レンズ電極で遮られていたイオンビームの一部を、変化後に通過させることが可能となるので、異なる視野のＦＩＭ像を複数枚取得することができる。

【0023】

従って、集束イオンビーム装置としての性能を確保するために、エミッタに対して集束レンズ電極を近接配置し、それによりマイクロチャネルプレートの直上に集束レンズ電極を配置しても、該集束レンズ電極に影響されることなく、合成ＦＩＭ像に基づいてエミッタの先端を広範囲でＦＩＭ観察することができる。

【0024】

（４）上記本発明に係る集束イオンビーム装置において、前記画像取得機構は、前記集束レンズ電極への電圧印加を停止させた状態で前記ＦＩＭ像を取得することが好ましい。

【0025】

この場合には、集束レンズ電極で集束（屈折）されることなくイオンビームを通過させることができるので、イオンビームをマイクロチャネルプレートに対してより広い面積で入射させることができる。従って、より鮮明で屈折の影響のない正確なＦＩＭ像を取得することができ、より正確なＦＩＭ観察を行い易い。

【0026】

（５）上記本発明に係る集束イオンビーム装置において、前記集束レンズ電極と前記試料との間に配置され、前記集束レンズ電極を通過した前記イオンビームの照射方向を補正すると共に、補正後の前記イオンビームを前記試料の表面に対して平行な方向に走査する偏向器と、前記偏向器に対して補正信号を印加して前記補正を行わせると共に、走査信号を印加して前記走査を行わせる偏向制御部と、を備え、前記偏向器は、前記集束レンズ電極を通過した後の前記イオンビームの照射方向が、前記エミッタの軸線に対して平行になるように前記補正を行い、前記画像取得機構は、前記イオンビームの入射時に前記試料から発せられる二次荷電粒子の検出信号と前記走査信号とに基づいて、又は前記試料に入射する前記イオンビームのビーム電流の検出信号と前記走査信号とに基づいて、前記ＦＩＭ像を取得することが好ましい。

【0027】

この場合には、エミッタをＦＩＭ観察する際、アライメント電極によって照射方向が変化したイオンビームが、集束レンズ電極の通過時に集束されると共にその際の屈折作用により照射方向がエミッタの軸線に対して傾斜した状態となって偏向器に入射する。このとき、偏向器は偏向制御部から印加された補正信号により、イオンビームの上記傾斜を補正して、照射方向がエミッタの軸線に対して平行になるように再調整する。これにより、試料の表面に対して集束したイオンビーム（集束イオンビーム）を垂直に入射させることが可能となる。それに加え、偏向器は偏向制御部から印加された走査信号により、試料の表面に対して垂直に入射するイオンビームを試料の表面に対して平行な方向に走査する。

【0028】

そして、画像取得機構は、イオンビームの入射時に試料から発せられる二次荷電粒子の検出信号（強弱変化）と走査信号とに基づいて、又は試料に入射するイオンビームのビーム電流の検出信号（電流変化）と走査信号とに基づいて、エミッタの先端の電界放射パターン像を得ることができ、これによってＦＩＭ像を取得することができる。具体的には、検出信号と走査信号とを同期させることでＦＩＭ像を構築でき、これによりＦＩＭ像を取得できる。そして、アライメント電圧を変化させながら上述したＦＩＭ像の取得を同様に行うことで、異なる視野のＦＩＭ像を複数枚取得することができる。

【0029】

特に、偏向器によって、イオンビームの照射方向を試料の表面に対して垂直な方向に再調整した状態で、試料の表面に対して平行な方向に走査させるので、例えば試料の周辺に導入したガスがガス電界電離型イオン源側に混入することを防止するための小径のオリフィスを設けたとしても、走査に伴ってイオンビームを通過させることができる。従って、このようなオリフィス等が設けられている場合であっても、エミッタの先端の広範囲なＦＩＭ観察を確実に行える。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、エミッタの先端における広範囲のＦＩＭ像を取得することができ、広視野でＦＩＭ観察を行うことができる。従って、例えば電界誘起ガスエッチングによりエミッタの先端をエッチングする場合等、エッチングの進行状況を正確に把握でき、エミッタの先端を所望の先鋭化状態に確実に仕上げ易い。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明に係る集束イオンビーム装置の第１実施形態を示す全体構成図である。

【図2】図１に示す集束イオンビーム装置を構成するビーム鏡筒の構成図である。

【図3】図２に示すエミッタの先端を拡大した図である。

【図4】図３に示すエミッタの先端のファセット成長した結晶面を示す図である。

【図5】図２に示すアライメント電極と集束レンズ電極との位置関係を示す図である。

【図6】図２に示すアライメント電極と集束レンズ電極とＭＣＰとの関係を示す図であって、アライメント電極にアライメント電圧を印加せずにイオンビームを照射した状態を示す図である。

【図7】ＭＣＰを利用して取得したエミッタの先端のＦＩＭ像の一例を示す図である。

【図8】図６に示す状態から、アライメント電極にアライメント電圧を印加した状態でイオンビームを照射した状態を示す図である。

【図9】ＭＣＰを利用して取得した複数枚のＦＩＭ像同士を繋ぎ合わせて１枚の合成ＦＩＭ像を作成した場合の一例を示す図である。

【図10】本発明に係る集束イオンビーム装置の第２実施形態を示す図であって、ビーム鏡筒の構成図である。

【図11】図１０に示すアライメント電極と集束レンズ電極と二段偏向器との関係を示す図であって、二段偏向器によりイオンビームの照射方向を補正しながら走査している状態を示す図である。

【図12】従来の集束レンズ電極とＭＣＰとの関係を示す図であって、イオンビームを照射した状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第１実施形態では、ＭＣＰを利用してエミッタの先端のＦＩＭ像（電界イオン像）を取得する場合を例に挙げて説明する。
（集束イオンビーム装置の構成）

【0033】

図１に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置１は、試料Ｓが載置されるステージ２と、イオンビーム３Ａを照射するビーム鏡筒３と、イオンビーム３Ａの照射によって発生した二次荷電粒子Ｒを検出する検出器４と、デポジション膜を形成するための原料ガスＧ１を供給するガス銃５と、検出された二次荷電粒子Ｒに基づいて画像データを生成すると共に、該画像データを表示部６に表示させる制御部７と、を主に備えている。

【0034】

ステージ２は、制御部７の指示に基づいて５軸に変位可能とされている。即ち、このステージ２は、水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿って移動する水平移動機構８ａと、ステージ２をＸ軸（又はＹ軸）回りに回転させて傾斜させるチルト機構８ｂと、ステージ２をＺ軸回りに回転させるローテーション機構８ｃとから構成される変位機構８によって支持されている。

【0035】

よって、変位機構８によりステージ２を５軸に変位させることで、イオンビーム３Ａを所望する位置に向けて照射することが可能とされている。これらステージ２及び変位機構８は真空チャンバ９（試料室）内に収納されており、この真空チャンバ９内でイオンビーム３Ａの照射や原料ガスＧ１の供給等が行える。

【0036】

ビーム鏡筒３は、図２に示すように、ガス電界電離型イオン源（ＧＦＩＳ）１０と、イオン銃部１１と、ビーム光学系１２と、ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）１３と、画像取得機構１４と、を備えている。

【0037】

ガス電界電離型イオン源１０は、エミッタ２０を有し、該エミッタ２０の先端でガスＧ２をイオン化させてガスイオンを発生させるユニットである。
このエミッタ２０は、図３に示すように先端が先鋭化された針状の部材であり、例えば、タングステン（Ｗ）等からなる基材２０ａにイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属２０ｂが被膜されることで構成されている。エミッタ２０の先端は、原子レベルで先鋭化されており、例えばその理想状態としては、図４に示すように結晶構造がピラミッド状になるように構成されている。なお、図４は結晶軸＜１１１＞のエミッタ２０を加熱によってファセット成長させた結晶面を示した図である。

【0038】

このように構成されたエミッタ２０は、図２に示すように、内部が高真空状態に維持可能なイオン発生室２１内に収容された状態で支持されている。このイオン発生室２１には、ガス導入管２２ａを通じてガス源２２が接続され、エミッタ２０の周囲に微量のガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス）Ｇ２を供給している。
また、エミッタ２０には、該エミッタ２０の先端を局所的に加熱する加熱部２３が接続されている。この加熱部２３は例えばフィラメントであり、制御部７からの指示によって作動する電流源２４からの電流によりエミッタ２０の先端を局所的に所定温度まで加熱して、エミッタ２０を構成する原子の再配列を行わせる働きをしている。

【0039】

イオン発生室２１の開口には、引出電極２５がエミッタ２０の先端から離間した状態で配設されている。この引出電極２５には、エミッタ２０の先端に対向する位置に開口部が形成されている。そして、この引出電極２５とエミッタ２０との間には、両者の間に引出電圧を印加する引出電源部２６が接続されている。この引出電源部２６が引出電圧を印加することにより、エミッタ２０の先端でガスＧ２をイオン化させてガスイオンにさせた後、このガスイオンを引出電極２５側に引き出させる役割を果している。

【0040】

ところで、イオン発生室２１及び引出電極２５を含む空間は、冷却部２７によって冷却されている。この冷却部２７は、液体ヘリウム若しくは液体窒素等の冷媒を利用して、上記空間の全体を冷却することでエミッタ２０を冷却することが可能とされている。
但し、この場合に限定されるものではなく、少なくともエミッタ２０を冷却できればどのように構成されていても良く、例えば冷却ブロックや冷凍機等を使用してエミッタ２０だけを冷却する構成としても構わない。

【0041】

なお、上述したエミッタ２０、ガス源２２、加熱部２３、引出電極２５、引出電源部２６、イオン発生室２１及び冷却部２７は、上記ガス電界電離型イオン源１０を構成している。

【0042】

引出電極２５の下方には、接地電位の陰極３０が設けられている。この陰極３０とエミッタ２０との間には、加速電源部３１から加速電圧が印加されるようになっており、上記ガスイオンにエネルギーを与えることで、試料Ｓに向けてさらに引き出しながら加速させ、イオンビーム３Ａにしている。
よって、これら陰極３０及び加速電源部３１は、ガスイオンをイオンビーム３Ａとして照射させる上記イオン銃部１１として機能する。

【0043】

陰極３０の下方には、アライメント電圧が印加されることでイオンビーム３Ａの照射方向を変化させて調整するアライメント電極３２が設けられている。このアライメント電極３２は、図５に示すように、後述する集束レンズ電極３５よりもイオンビーム３Ａの外周成分が多く入射するように配置されている。具体的には、イオンビーム３Ａがアライメント電極３２に入射する見込み角θ１（例えば３〜４°）が、集束レンズ電極３５に入射する見込み角θ２（例えば１〜２°）よりも大きくなるように配置されている。

【0044】

そして、図２に示すように、アライメント電極３２の下方には、イオンビーム３Ａを集束して集束イオンビーム（ＦＩＢ）にする集束レンズ電極（コンデンサレンズ）３５が設けられている。
集束レンズ電極３５の下方には、イオンビーム３Ａを絞り込むオリフィス３６が設けられている。このオリフィス３６は、微小な小径の開口３６ａを有しており、ガス銃５によって試料Ｓの周辺に供給された原料ガスＧ１がビーム鏡筒３内においてガス電界電離型イオン源１０のイオン発生室２１側に混入してしまうことを防止するガスＧ２の混入防止部材としても機能している。
なお、オリフィス３６に代えて上記開口３６ａの径を変化自在な可動絞りとしても構わない。

【0045】

そして、オリフィス３６の下方には、試料Ｓ上でイオンビーム３Ａを走査する走査電極３７が設けられている。さらに、この走査電極３７の下方には対物レンズ絞り３８が設けられ、この対物レンズ絞り３８の下方に、イオンビーム３Ａの焦点を試料Ｓ上に合わせる対物レンズ電極３９が設けられている。

【0046】

上述した集束レンズ電極３５、オリフィス３６、走査電極３７、対物レンズ絞り３８及び対物レンズ電極３９は、イオンビーム３Ａを集束して集束イオンビーム（ＦＩＢ）にした後に試料Ｓに照射させる上記ビーム光学系１２を構成している。
なお、図示していないが、従来の集束イオンビーム装置で使用されている非点補正器、ビーム位置調整機構もビーム光学径に含まれる。

【0047】

また、集束レンズ電極３５とオリフィス３６との間には、ＭＣＰ１３及びミラー４０がイオンビーム３Ａの光路上におけるセット位置Ｐ１と光路から離れた光路外の離間位置Ｐ２との間で移動可能に設けられている。これらＭＣＰ１３及びミラー４０は、制御部７からの指示に基づいて作動する移動機構４１によって同期しながら移動する。つまり、イオンビーム３Ａを試料Ｓに照射する場合には同じタイミングで光路上から離れて離間位置Ｐ２に移動し、エミッタ２０先端のＦＩＭ像Ｍ（図７参照）を取得する場合には光路上におけるセット位置Ｐ１に移動するように制御されている。
なお、ＭＣＰ１３は、ＦＩＭ像Ｍの取得時にはゲインが自動調整される。また、ＭＣＰ１３及びミラー４０は常に位置が記録されており、毎回光路上の同じセット位置Ｐ１にセットされる。

【0048】

ＭＣＰ１３の下面には蛍光スクリーン１３ａが設けられており、ＦＩＭ像ＭをＭＣＰ１３により増幅させた後に蛍光スクリーン１３ａに入射させている。これにより、蛍光スクリーン１３ａにエミッタ２０先端のＦＩＭ像Ｍを映し出している。そして、この映し出されたＦＩＭ像Ｍは、ミラー４０で反射されて向きが変わり、ＣＣＤカメラ等の撮像部４２に導かれる。このようにして、ＦＩＭ像Ｍを取得することが可能とされている。なお、取得されたＦＩＭ像Ｍは、画像取得機構１４に送られる。

【0049】

図１に示すように、検出器４は、イオンビーム３Ａが試料Ｓに照射されたときに、試料Ｓから発せられる二次電子、二次イオン、反射イオンや散乱イオン等の二次荷電粒子Ｒを検出して、制御部７に出力している。
ガス銃５は、デポジション膜の原料となる物質（例えば、フェナントレン、プラチナ、カーボンやタングステン等）を含有した化合物ガスを原料ガスＧ１として供給する。この原料ガスＧ１は、イオンビーム３Ａの照射によって発生した二次荷電粒子Ｒによって分解され、気体成分と固体成分とに分離する。そして、分離した２つの成分のうち固体成分が堆積することで、デポジション膜となる。

【0050】

なお、ガス銃５には、エッチングを選択的に加速させる物質（例えば、フッ化キセノン、塩素、ヨウ素、水）を使用することができる。例えば、試料Ｓが、Ｓｉ系の場合にはフッ化キセノンを、有機系の場合には水を使用する。また、イオンビーム３Ａと同時に照射することで、特定の材質のエッチングを進めることができる。

【0051】

制御部７は、上述した各構成品を総合的に制御していると共に、引出電圧や加速電圧やビーム電流等を適宜変化させることが可能とされている。そのため、イオンビーム３Ａのビーム径を自在に調整することが可能である。これにより、観察画像を取得するだけでなく、試料Ｓを局所的にエッチング加工（粗加工や仕上げ加工等）することが可能となる。

【0052】

また、制御部７は、検出器４で検出された二次荷電粒子Ｒを輝度信号に変換して観察画像データを生成した後、該観察画像データに基づいて表示部６に観察画像を出力させている。これにより、表示部６を介して観察画像を確認することが可能とされる。また、制御部７には、オペレータが入力可能な入力部７ａが接続されており、該入力部７ａによって入力された信号に基づいて各構成品を制御している。つまり、オペレータは、入力部７ａを介して、所望する領域にイオンビーム３Ａを照射して観察したり、所望する領域をエッチング加工したり、所望する領域に原料ガスＧ１を供給しながらイオンビーム３Ａを照射してデポジション膜を堆積させたりすることが可能である。

【0053】

図２に示すように、上記画像取得機構１４は、エミッタ２０の先端のＦＩＭ像Ｍを取得する機構であり、本実施形態では上記した撮像部４２を経由してＦＩＭ像Ｍを取得している。
この画像取得機構１４は、例えばその一部が制御部７内に組み込まれており、取得したＦＩＭ像Ｍを記憶するメモリ（記憶部）４５と、アライメント電極３２にアライメント電圧を適宜変化させながら印加するアライメント制御部４６と、メモリ４５に記憶された複数枚のＦＩＭ像Ｍのうち、異なるアライメント電圧の印加時に取得された複数枚のＦＩＭ像Ｍ同士を画像処理により繋ぎ合わせて１枚の合成ＦＩＭ像Ｇ（図９参照）を作成する画像処理部４７と、を備えている。
なお、アライメント電極３２も画像取得機構１４の一部として機能する。

【0054】

画像取得機構１４は、メモリ４５内にＦＩＭ像Ｍを記憶させる際、例えば印加したアライメント電圧の電圧値と関連付けて記憶させる。これにより、画像処理部４７は、確実に異なるアライメント電圧の印加時に取得されたＦＩＭ像Ｍ同士を繋ぎ合わせることが可能となる。また、本実施形態の画像処理部４７は、各ＦＩＭ像Ｍに表示される輝点Ｑ（図７参照）パターンに基づいて、複数枚のＦＩＭ同士を繋ぎ合わせるように画像処理している。この点は、後に再度説明する。
また、制御部７は、ＦＩＭ像Ｍを取得する場合には集束レンズ電極３５への電圧印加を停止させる。そして、この間に画像取得機構１４はＦＩＭ像Ｍの取得を行う。

【0055】

（集束イオンビーム装置の作用）
次に、このように構成された集束イオンビーム装置１を使用する場合について、以下に説明する。
はじめに、初期設定として、引出電圧、加速電圧やガスＧ２を供給するガス圧、温度等を最適な値にセットすると共に、ＭＣＰ１３及びミラー４０をイオンビーム３Ａの光路から離間した離間位置Ｐ２に移動させておく。

【0056】

上記初期設定が終了した後、イオンビーム３Ａを試料Ｓに照射するにあたって、まずガス源２２からイオン発生室２１内にガスＧ２を供給すると共に、冷却部２７によりエミッタ２０を所定の温度、例えば２０Ｋ程度まで冷却する。ガスＧ２の供給及びエミッタ２０の冷却が十分に行われた後、引出電源部２６により引出電極２５とエミッタ２０との間に引出電圧を印加する。すると、エミッタ２０の先端の電界が局所的に高まるので、イオン発生室２１内のガスＧ２がエミッタ２０の先端で電界電離してイオン化し、ガスイオンとなる。そして、このガスイオンは、正電位に維持されているエミッタ２０から反発して引出電極２５側に引き出される。

【0057】

さらに、イオン銃部１１における陰極３０とエミッタ２０との間に加速電圧を印加することで、引き出されたガスイオンをさらに加速させてイオンビーム３Ａにし、試料Ｓに向けて照射させる。すると、このイオンビーム３Ａは集束レンズ電極３５を具備するビーム光学系１２によって集束して集束イオンビーム（ＦＩＢ）となり、試料Ｓに照射される。
これにより、試料Ｓの観察やエッチング加工等を行える。この際、走査電極３７に電圧を印加して適宜作動させることで、イオンビーム３Ａを試料Ｓ上で走査できるので、観察や加工を広範囲に亘って行える。

【0058】

また、イオンビーム３Ａを照射する際に、図１に示すように、ガス銃５から原料ガスＧ１を供給することで、デポジション膜を生成することも可能である。つまり、イオンビーム３Ａの照射によって発生した二次電子が、原料ガスＧ１を分解して気体成分と固体成分とに分離させる。すると、分離した２つの成分のうち、固体成分だけが試料Ｓ上に堆積してデポジション膜となる。
このように、観察や加工だけでなくデポジション膜の生成も可能とすることができる。従って、本実施形態の集束イオンビーム装置１によれば、これらの特徴を適宜使い分けることで、顕微鏡、測長、断面観察、断面測長、ＴＥＭ試料Ｓ作製、マスクリペア、描画等を行う装置して幅広く利用することができる。

【0059】

ところで、本実施形態の集束イオンビーム装置１によれば、画像取得機構１４を備えているので、適宜、エミッタ２０の先端をＦＩＭ観察することができる。

【0060】

ＦＩＭ観察を行う場合について詳細に説明する。
まず、制御部７からの指示によって移動機構４１を作動させ、図２に示すように、ＭＣＰ１３及びミラー４０をイオンビーム３Ａの光路上におけるセット位置Ｐ１に移動させる。そして、この状態においてイオンビーム３Ａを照射する。すると、イオンビーム３ＡはＭＣＰ１３に入射して電子に変換され、且つ増幅された後に蛍光スクリーン１３ａに入射する。これにより、蛍光スクリーン１３ａ上にＦＩＭ像Ｍを映し出すことができる。この映し出されたＦＩＭ像Ｍは、ミラー４０を介して撮像部４２で取得された後、画像取得機構１４に送られる。

【0061】

画像取得機構１４は、このようにして取得したＦＩＭ像Ｍをメモリ４５に記憶する。ところで、ＦＩＭ像Ｍを取得する際、集束レンズ電極３５への電圧印加を停止させた状態で行うと共に、アライメント制御部４６がアライメント電極３２に対して印加するアライメント電圧を変化させながらＦＩＭ像Ｍを取得する。
アライメント電極３２にアライメント電圧を印加すると、その電圧値に等に応じてイオンビーム３Ａを偏向することができ、その照射方向を変化させることができる。従って、イオンビーム３Ａが集束レンズ電極３５を通過する際、外周成分等の一部が集束レンズ電極３５によって遮られてしまったとしても、アライメント電圧を変化させることでイオンビーム３Ａのうち先ほど遮られてしまった部分を通過させることができる。そのため、アライメント電圧を変化させる前後で、異なる視野のＦＩＭ像Ｍを取得することができる。

【0062】

具体的には、図６に示すように、例えばアライメント電極３２にアライメント電圧を印加しない場合、イオンビーム３Ａが集束レンズ電極３５を通過する際、その外周成分（図６で示す斜線部分）Ｋが集束レンズ電極３５によって遮られてしまう。そのため、イオンビーム３Ａの中心部分だけがＭＣＰ１３に入射し、これにより図７に示すＦＩＭ像Ｍ（Ｍ１）を取得できる。

【0063】

ここで、アライメント電圧を印加すると、図８に示すように、アライメント電極３２によってイオンビーム３Ａが偏向して照射方向が変化するので、先ほど遮られていた外周成分（Ｋ）を通過させてＭＣＰ１３に入射させることができる。これにより、図９に示すように先ほどとは異なる視野のＦＩＭ像Ｍ（Ｍ２）を取得することができる。

【0064】

このように、画像取得機構１４は、アライメント電圧を数通り変化させることで、例えば図９に示すように異なる視野のＦＩＭ像Ｍ（Ｍ１〜Ｍ４）を４枚取得することができ、これらをメモリ４５に記憶させる。なおＦＩＭ像Ｍは、４枚に限定されるものではない。

【0065】

ＦＩＭ像Ｍの取得を終了すると、画像処理部４７は、図９に示すように、これら複数枚のＦＩＭ像Ｍ（Ｍ１〜Ｍ４）同士を画像処理部４７により繋ぎ合わせて１枚の合成ＦＩＭ像Ｇを作成する。
具体的には、各ＦＩＭ像Ｍに表示される輝点Ｑのパターンに基づいて繋ぎ合わせる。例えば、１枚目及び２枚目のＦＩＭ像Ｍにそれぞれ表示されている複数の輝点Ｑのうち、共通する輝点Ｑのパターンを重ね合わせるようにＦＩＭ像Ｍ同士を繋ぎ合わせる。これにより、正確なマッチングを行いながらＦＩＭ像Ｍ同士を繋ぎ合わせることができ、正確な合成ＦＩＭ像Ｇを得ることができる。

【0066】

その結果、集束レンズ電極３５に影響されることなく、エミッタ２０の先端における広範囲なＦＩＭ像を取得することができる。
特に、各ＦＩＭ像Ｍには、エミッタ２０の先端における凸部分に対応した輝点Ｑが表示されているので、合成ＦＩＭ像Ｇによりエミッタ２０の先端の結晶構造を広範囲でＦＩＭ観察することができる。従って、エミッタ２０の先端の結晶構造が理想的な状態（例えばエミッタ２０の先端がピラミッド状の原子配列となり、最先端が１個又は数個の原子からなる状態）であるか否かを正確に把握することができる。

【0067】

これにより、例えば上記集束イオンビーム装置１を利用して電界誘起ガスエッチングによりエミッタ２０の先端をエッチングする場合等、エッチングの進行状況を正確に把握でき、エミッタ２０の先端を所望の先鋭化状態に仕上げることが可能である。

【0068】

なお、電界誘起ガスエッチングを行う場合には、ガス源２２からイオン発生室２１に供給するガスＧ２を、ヘリウムガスに代えて例えば酸素又は窒素、或いはその両方を含む混合ガスを供給する。これにより、エミッタ２０の基材２０ａであるタングステンの原子を奪うことでエッチングを行う電界誘起ガスエッチングを行うことができ、エミッタ２０の先端を徐々に削って原子レベルオーダーで先鋭化させることができる。また、このとき先鋭化するほど、エミッタ２０の最先端を構成する原子が減るので、ＦＩＭ観察によって輝点Ｑを確認することで、エッチングの進行状況を確認することができる。

【0069】

また、ＦＩＭ観察は、上記した電界誘起ガスエッチングを行う場合に限定されるものではなく、例えば使用中にエミッタ２０の先端の結晶構造が壊れた場合等、結晶構造を元の状態に戻すトリートメント（原子の再配列）を行う場合に行っても良い。
このトリートメントを行う場合には、冷却部２７を停止させた後に加熱部２３を作動させて、エミッタ２０の先端を局所的に加熱（例えば、８００℃〜９００℃で数分間）する。これにより、エミッタ２０の先端を構成する原子が再配列され、エミッタ２０の先端の結晶構造を図４に示す元の結晶構造に戻すことが可能となる。この場合において、再配列後にＦＩＭ観察を行うことで、再配列後の結晶構造が元の理想的な状態に戻った否かを正確に判断することができる。

【0070】

上述したように、本実施形態の集束イオンビーム装置１によれば、合成ＦＩＭ像Ｇによりエミッタ２０の先端における広範囲のＦＩＭ像を取得することができるので、広視野でＦＩＭ観察を行うことができる。従って、例えば電界誘起ガスエッチングによりエミッタ２０の先端をエッチングする場合や、エミッタ２０の先端をトリートメントする場合等、エッチングの進行状況を正確に把握でき、エミッタ２０の先端を所望の先鋭化状態に確実に仕上げ易い。

【0071】

また、画像処理部４７が複数枚のＦＩＭ像Ｍ同士を繋ぎ合わせて合成ＦＩＭ像Ｇを作成する際、各ＦＩＭ像Ｍに表示されている輝点Ｑを利用するので、繋ぎ合わせる際の指標等を別個に用意する必要がない。従って、画像処理作業を簡便且つ正確に行える。
また、集束イオンビーム装置１としての性能を確保するために、エミッタ２０に対して集束レンズ電極３５を近接配置し、それによりＭＣＰ１３の直上に集束レンズ電極３５が配置されていても、集束レンズ電極３５に影響されることなく、合成ＦＩＭ像Ｇに基づいてエミッタ２０の先端を広範囲でＦＩＭ観察することができる。

【0072】

なお、上記第１実施形態では、集束レンズ電極３５への電圧印加を停止させた状態でＦＩＭ像Ｍを取得したが、集束レンズ電極３５を作動させた状態で行っても構わない。
但し、集束レンズ電極３５を停止させることで、該集束レンズ電極３５で集束（屈折）されることなくイオンビーム３Ａを通過させることができるので、イオンビーム３ＡをＭＣＰ１３に対してより広い面積で入射させることができる。従って、より鮮明で屈折の影響のない正確なＦＩＭ像Ｍを取得することができ、より正確なＦＩＭ観察を行い易い。

【0073】

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。
第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ＭＣＰ１３を利用してエミッタ２０のＦＩＭ観察（ＭＣＰ方式）を行ったが、第２実施形態ではイオンビーム３Ａを試料Ｓ上で走査することでＦＩＭ観察（（Scanning−FIM方式）を行う点である。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

【0074】

（集束イオンビーム装置の構成）
図１０に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置５０は、第１実施形態におけるＭＣＰ１３、ミラー４０や撮像部４２等を具備しておらず、その代わりに二段偏向器（偏向器）５１と、該二段偏向器５１を制御する偏向制御部５２と、を有している。

【0075】

二段偏向器５１は、集束レンズ電極３５とオリフィス３６との間において上下二段に分かれて配置されており、集束レンズ電極３５を通過したイオンビーム３Ａの照射方向を補正すると共に、補正後のイオンビーム３Ａを試料Ｓの表面に対して平行な方向に走査する機能を有している。特に、この二段偏向器５１は、図１１に示すように、集束レンズ電極３５を通過した後のイオンビーム３Ａの照射方向がエミッタ２０の軸線Ｏに対して平行になるように上記補正を行う。

【0076】

偏向制御部５２は、二段偏向器５１に対して補正信号（補正電圧）を印加して上記補正を行わせると共に、走査信号（走査電圧）を印加して上記走査を行わせることで、二段偏向器５１の作動を制御している。具体的には、偏向制御部５２は、上下段の二段偏向器５１に対して、補正信号に走査信号を加算したものを印加することで、上記補正及び走査を同時に行わせている。この際、走査信号としては、上下段の二段偏向器５１に対して絶対値は同じで極性が異なる信号を印加している。これにより、イオンビーム３Ａを平行走査することが可能となる。

【0077】

なお、図１１において、走査信号を印加する前のイオンビーム３Ａの軌道を実線で示し、走査信号を印加した後のイオンビーム３Ａの軌道を点線で示している。従って、これら実線と点線との間で矢印に示すようにイオンビーム３Ａを走査することが可能となる。なお、走査信号を大きくすることで、イオンビーム３Ａを大きな走査幅で走査することができる。

【0078】

（集束イオンビーム装置の作用）
次に、上記した集束イオンビーム装置５０により、エミッタ２０をＦＩＭ観察する場合について説明する。
まず、図１１に示すように、アライメント電極３２によって照射方向が変化したイオンビーム３Ａは、集束レンズ電極３５の通過時に集束されると共に、その際の屈折作用により照射方向がエミッタ２０の軸線Ｏに対して傾斜した状態となって二段偏向器５１に入射する。このとき、二段偏向器５１は、偏向制御部５２からの補正信号の印加によりイオンビーム３Ａの傾斜を補正して、照射方向がエミッタ２０の軸線Ｏに対して平行になるように再調整する。これにより、試料Ｓの表面に対して集束したイオンビーム３Ａ（ＦＩＢ）を垂直に入射させることが可能となる。
それに加え、二段偏向器５１は、偏向制御部５２からの走査信号の印加により試料Ｓの表面に対して垂直に入射するイオンビーム３Ａを試料Ｓの表面に対して平行な方向に走査する。

【0079】

すると、この走査されたイオンビーム３Ａは試料Ｓに入射し、図１０に示すように二次荷電粒子Ｒを発生させ、検出器４がこの二次荷電粒子Ｒを検出する。画像取得機構５５は、検出器４で検出された二次荷電粒子Ｒの強弱変化に基づく検出信号と、二段偏向器５１に印加した走査信号と、を同期させることで、エミッタ２０先端の電界放射パターン像を得ることができ、これによりＦＩＭ像Ｍを取得することができる。

【0080】

なお、本実施形態では、二段偏向器５１、偏向制御部５２、検出器４、メモリ４５、アライメント電極３２、アライメント制御部４６及び画像処理部４７が画像取得機構５５として機能する。

【0081】

そして、上述したＦＩＭ像Ｍの取得を、アライメント電圧を変化させながら同様に行うことで、異なる視野のＦＩＭ像Ｍを複数枚取得することができる。従って、第１実施形態と同様に、画像処理部４７により合成ＦＩＭ像Ｇを作成でき、エミッタ２０の先端を広視野でＦＩＭ観察することができる。

【0082】

特に、二段偏向器５１によって、イオンビーム３Ａの照射方向を試料Ｓの表面に対して垂直な方向に再調整した状態で、試料Ｓの表面に対して平行な方向に走査させるので、図１０に示すように、原料ガスＧ１がイオン発生室２１側に混入することを防止するために設けた小径の開口３６ａを有するオリフィス３６内を、走査に伴って通過させることができる。
従って、オリフィス３６が設けられている場合であっても、エミッタ２０の先端の広範囲なＦＩＭ観察を確実に行える。

【0083】

なお、上記実施形態では、検出器４で検出された二次荷電粒子Ｒの強弱変化に基づく検出信号と、二段偏向器５１に印加した走査信号と、を同期させることでＦＩＭ像Ｍを取得したが、この場合に限定されるものではない。
例えば、真空チャンバ９内にファラデーカップを配置し、このファラデーカップにイオンビーム３Ａを入射させる。そして、ファラデーカップに入射したイオンビーム３Ａのビーム電流の検出信号（電流変化）と、二段偏向器５１に印加した走査信号と、を同期させることでＦＩＭ像Ｍを取得しても構わない。

【0084】

なお、本発明の技術範囲は、上記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、種々の変更を加えることが可能である。

【0085】

また、上記実施形態では、エミッタ２０の基材２０ａをタングステン（Ｗ）としたが、モリブデン（Ｍｏ）としても構わない。また、基材２０ａの表面を被膜する貴金属２０ｂをイリジウム（Ｉｒ）としたが、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）等を用いても構わない。特に、エミッタ２０は、このような各種の貴金属２０ｂによって表面が被膜されているので、化学的な耐性を有している。なお、化学的な耐性という点においては、イリジウム（Ｉｒ）を用いることが好ましい。

【0086】

また、上記実施形態では、イオン発生室２１内に供給するガスＧ２として、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給したが、この場合に限定されず、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等を用いても構わない。更に、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）等の希ガス以外のガスも使用可能である。この際、イオンビーム３Ａの用途に応じて、ガスＧ２の種類を途中で切り替えたり、２種類以上のガスＧ２を混合して供給したりするようにしても構わない。

【符号の説明】

【0087】

Ｇ…合成ＦＩＭ像
Ｍ…ＦＩＭ像
Ｏ…エミッタの軸線
Ｑ…輝点
Ｓ…試料
Ｇ２…ガス
１、５０…集束イオンビーム装置
３Ａ…イオンビーム
１０…ガス電界電離型イオン源
１１…イオン銃部
１２…ビーム光学系
１３…ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）
１３ａ…蛍光スクリーン
１４、５５…画像取得機構
２０…エミッタ
３２…アライメント電極
３５…集束レンズ電極
４５…メモリ（記憶部）
４６…アライメント制御部
４７…画像処理部
５１…二段偏向器（偏向器）
５２…偏向制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】