[发明专利]铱针尖、及使用铱针尖的离子源、电子源、显微镜和装置

说明书

技术领域

本发明涉及铱针尖、及使用铱针尖的离子源、电子源、显微镜和装置，具体而言涉及铱针尖、气体电场电离离子源、集束离子束装置、电子源、电子显微镜、电子束应用分析装置、离子电子复合束装置、扫描探针显微镜以及掩模修正装置。

背景技术

在以下内容中，将电子显微镜的电子源或集束离子束(FIB：Focused Ion Beam)装置的气体电场电离离子源(GFIS：Gas Field Ion Source)中的产生电子或离子并锐化的针状电极和扫描探针显微镜(SPM：Scanning Probe Microscope)的探针等称作针尖(Tip)。

以往，为了在电子显微镜和集束离子束装置中获得高分辨率的图像，期望将针尖的前端锐化为由几个原子构成的程度。此外，为了在扫描探针显微镜中使针尖的寿命变长，期望将针尖的前端锐化为原子级别(level)。

图15(A)～(C)表示现有的针尖500的概要形状。如图15(A)所示的针尖500的整体形状那样，针尖500形成为直径为几百μm以下的细线的前端被电解研磨(也称之为湿蚀刻)而变细变尖的形状。如图15(B)所示的针尖500的前端部A那样，针尖500在前端部A具有微小的突起501。如图15(C)所示的针尖500的突起501那样，突起501具有通过数层的原子形成的三角锥形状，突起501的前端由1个原子构成。在以下内容中，将突起501称作角锥结构。

当前已知搭载了使用钨针尖的气体电场电离离子源的离子显微镜。针尖的表面的原子密度较低的结晶面易被锐化，因而钨针尖的＜111＞方向被锐化。钨的{111}结晶面为3次旋转对称，{110}结晶面或{112}结晶面成为锥体结构的侧面(锥面)。

作为以钨针尖的前端面由几个原子构成的方式使前端锐化的方法，已知使用氮或氧的电场感应气体蚀刻、热分面(facet)和重塑(remolding)等的方法，通过这些方法能够再现性良好地使＜111＞方向锐化。

电场感应气体蚀刻是在使用电场离子显微镜(FIM：Field Ion Microscope)对以氦等作为成像气体的FIM像的观察中导入氮气，蚀刻钨针尖的方法。氮的电场电离强度比氦的电场电离强度低，因而氮气无法接近能够观察FIM像的区域(即氦进行电场电离的区域)，而被吸附于从钨针尖的前端略微离开的针尖侧面。然后，氮气与针尖表面的钨原子结合而形成钨氧化物。钨氧化物的电场蒸发强度较低，因而仅对从氮气所吸附的前端略微离开的针尖侧面选择性进行蚀刻。此时，钨针尖的前端的钨原子未被蚀刻，因而可获得具有比经电解研磨的针尖更为锐化的前端的针尖(例如，参照专利文献1)。

热分面是在氧气氛中对电解研磨后的针尖进行加热，从而使特定的结晶面成长，在针尖的前端形成多面体结构的方法(例如，参照专利文献2)。

重塑是在超高真空中对电解研磨后的针尖加热和施加高电压，从而在针尖的前端形成结晶面的方法(例如，参照专利文献3)。

此外，当前作为针尖的前端为1个原子的结构的针尖的形成方法，已知在钨或钼的针尖表面电镀金、铂、钯、铱、铑或它们的合金，然后实施电解研磨或加热，通过单一原子封端的方法(例如，参照专利文献4)。

此外，当前已知基于搭载了使用钨针尖的气体电场电离离子源的氦集束离子束的扫描离子显微镜、即集束离子束装置(例如，参照非专利文献1)。

此外，当前已知在基于搭载了使用钨针尖的气体电场电离离子源的氦集束离子束的扫描离子显微镜中，释放离子的钨针尖的前端被由3个钨原子构成的三量体封端(例如，参照非专利文献2)。

此外，当前已知对于作为针尖的材料其化学耐性比钨强的铱，为了形成具有铱细线的前端为单一原子的角锥结构的针尖，需要向真空容器内导入氧并进行加热(热分面)(例如，参照专利文献2)。

此外，当前已知在＜210＞铱单晶针尖的前端形成由1个{110}结晶面和2个{311}结晶面构成的微小的三角锥结构(例如，参照非专利文献3)。

此外，当前已知在锐化的＜210＞铱单晶针尖的前端通过热分面形成由1个{110}结晶面和2个{311}结晶面构成的微小的三角锥，进而其顶点为单一原子。已知该使用铱针尖的气体电场电离离子源能够在大约2250秒的期间内连续进行束释放(例如，参照非专利文献4)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1美国专利第7431856号说明书

专利文献2日本特开2009-107105号公报

专利文献3日本特开2008-239376号公报