粒子射束装置和复合射束装置的制作方法

1.本发明涉及粒子射束装置和复合射束装置。


背景技术：

2.以往，例如有时在半导体的不良解析等中使用聚焦离子射束(focused ion beam：fib)装置进行微米水平的局部加工。例如根据具备fib装置和扫描电子显微镜(scanning electron microscope：sem)的带电粒子射束装置，能够进行基于试样等照射对象的二次电子图像的观察和基于高能量的离子射束的溅射加工。
3.但是，高能量的离子使试样表面产生损伤，从而产生阻碍观察的问题。针对这样的问题，作为能够以低加速电压进行工作的fib装置，例如已知有通过低能量的稀有气体的离子射束将表面损伤除去的专用加工装置等。与高能量的离子射束相比，低能量的离子射束的情况下，射束的聚焦性差，因此难以在中途通过二次电子图像观察加工部位的状态。因此，例如若需要在基于离子射束的加工装置与电子显微镜之间反复进行试样的更换而慢慢地使试样的完工状态最佳化的工序等，则产生繁杂的工夫增多的问题。
4.以往，已知有一种纳米器件的加工方法，其使用中性粒子射束来抑制表面缺损的生成(例如参见非专利文献1)。
5.以往，已知有一种复合射束装置，其具备聚焦离子射束镜筒、电子射束镜筒和中性粒子射束镜筒，在基于聚焦离子射束对试样进行加工后，一边观察基于电子射束得到的sem(scanning electron microscope)图像，一边通过中性粒子射束进行试样表面的精加工(例如参见专利文献1)。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2018
‑
45811号公报
9.非专利文献
10.非专利文献1：寒川诚二著，“基于中性粒子射束工艺的原子层级别的表面缺陷抑制和表面化学反应的控制”，应用物理，第83卷，第11号，2014年，pp894
‑
899


技术实现要素：

11.发明所要解决的课题
12.但是，上述的复合射束装置的中性粒子射束镜筒通过设置于使离子射束聚焦于试样的物镜的下游的中性化机构而从离子射束生成中性粒子射束。但是，设置于物镜的下游的中性化机构的情况下，在将中性粒子射束照射至试样的模式中，有可能会将未转换成中性粒子射束的离子射束照射至试样。
13.本发明的目的在于提供能够选择性地且适当地切换带电粒子射束和中性粒子射束的粒子射束装置和复合射束装置。
14.用于解决课题的手段
15.为了解决上述课题，本发明的粒子射束装置具备：粒子射束镜筒，其对试样照射粒子射束；带电粒子源，其在上述粒子射束镜筒内产生带电粒子；转换部，其通过使在上述粒子射束镜筒内从上述带电粒子源产生的上述带电粒子的射束的至少一部分中性化而转换成中性粒子的射束；切换部，其在上述粒子射束镜筒内切换上述带电粒子的射束和上述中性粒子的射束作为上述粒子射束；以及减少部，其在上述转换部的下游侧减少朝向上述试样的上述带电粒子的射束。
16.在上述构成中，上述切换部可以具备静电透镜，静电透镜通过与上述带电粒子的射束的聚焦程度相关的透镜强度的变化而切换上述带电粒子的射束和上述中性粒子的射束作为上述粒子射束。
17.在上述构成中，上述切换部可以具备至少一个偏转器，该偏转器通过上述带电粒子的射束的偏转而切换上述带电粒子的射束和上述中性粒子的射束作为上述粒子射束。
18.在上述构成中，上述至少一个偏转器可以具备上游侧偏转器，该上游侧偏转器在比上述转换部靠上游侧的位置使上述带电粒子的射束偏转，由此使上述带电粒子的射束导向上述转换部或从上述转换部偏转。
19.在上述构成中，上述减少部可以具备物镜，按照在比上述转换部靠下游侧的位置使上述带电粒子的射束减速而进行屏蔽的方式对该物镜施加电压。
20.在上述构成中，可以具备屏蔽部，该屏蔽部在比上述粒子射束镜筒内的上述转换部靠上游侧的位置将上述带电粒子的射束屏蔽。
21.在上述构成中，可以具备在上述粒子射束镜筒内对上述带电粒子的射束进行加速的加速电极。
22.本发明的复合射束装置具备上述中任一项所述的粒子射束装置和对通过上述带电粒子的射束的照射而从上述试样产生的二次带电粒子进行检测的检测器。
23.在上述构成中，可以具备对上述试样照射电子射束的电子射束镜筒。
24.在上述构成中，可以具备对上述试样照射聚焦离子射束的聚焦离子射束镜筒。
25.发明效果
26.根据本发明，通过具备在将带电粒子的射束转换成中性粒子的射束的转换部的下游侧使带电粒子的射束减少的减少部，能够抑制在对试样照射中性粒子的射束时将未经中性化的带电粒子的射束照射至试样，能够选择性地且适当地切换带电粒子的射束和中性粒子的射束。
附图说明
27.图1是示出本发明的实施方式中的复合射束装置的构成的图。
28.图2是示意性示出本发明的实施方式中的粒子射束装置的构成的图。
29.图3是示意性示出本发明的实施方式中的粒子射束装置的电荷交换栅极的构成的图。
30.图4是示意性示出基于本发明的实施方式中的复合射束装置的加工工艺的一例的图。
31.图5是示意性示出基于本发明的实施方式中的复合射束装置的加工工艺的另一例的图。
32.图6是示意性示出本发明的实施方式的第1变形例中的电荷交换栅极的构成的图。
33.图7是示意性示出本发明的实施方式的第2变形例中的电荷交换栅极的构成的图。
34.图8是示意性示出本发明的实施方式的第3变形例中的粒子射束装置的构成的图。
35.图9是示意性示出本发明的实施方式的第4变形例中的粒子射束装置的构成的图。
36.图10是示意性示出本发明的实施方式的第4变形例中的粒子射束装置的电子约束电极的构成的图。
37.图11是示意性示出本发明的实施方式的第5变形例中的粒子射束装置的电子约束电极的构成的图。
38.图12是示意性示出本发明的实施方式的第6变形例中的粒子射束装置的构成的图。
39.图13是示意性示出本发明的实施方式的第6变形例中的粒子射束装置的电荷交换栅极的构成的图。
40.图14是示意性示出本发明的实施方式的第7变形例中的粒子射束装置的构成的图。
具体实施方式
41.以下，参照附图对具有本发明的实施方式的粒子射束装置1的复合射束装置10进行说明。
42.(复合射束装置)
43.图1是示出实施方式中的复合射束装置10的构成的图。
44.复合射束装置10具备试样室11、试样固定器12、试样台13以及固定于试样室11的电子射束镜筒15、聚焦离子射束镜筒17和粒子射束镜筒19。
45.复合射束装置10例如具备二次带电粒子检测器21作为固定于试样室11的检测器。复合射束装置10具备对试样s的表面供给气体的气体供给部23。复合射束装置10具备在试样室11的外部对复合射束装置10的运行进行统一地控制的控制装置25以及与控制装置25连接的输入装置27和显示装置29。
46.需要说明的是，在下文中，在3维空间中相互正交的x轴、y轴和z轴的各轴向是与各轴平行的方向。例如z轴向与复合射束装置10的上下方向(例如铅直方向等)平行。x轴向和y轴向与正交于复合射束装置10的上下方向的基准面(例如水平面等)平行。
47.试样室11由能够维持所期望的减压状态的气密结构的耐压壳体而形成。试样室11能够通过排气装置(图示略)进行排气直至使内部成为所期望的减压状态为止。
48.试样固定器12将试样s固定。
49.试样台13配置于试样室11的内部。试样台13具备对试样固定器12进行支承的载台31和使载台31与试样固定器12一体地进行三维地平移和旋转的载台驱动机构33。
50.载台驱动机构33例如使载台31沿着x轴、y轴和z轴的各轴向平移。载台驱动机构33例如使载台31绕规定的旋转轴和倾斜轴的各轴以适当的角度旋转。旋转轴例如相对于载台31相对地设定，载台31处于绕倾斜轴(t轴)的轴的规定基准位置的情况下，旋转轴与复合射束装置10的上下方向平行。倾斜轴例如与正交于复合射束装置10的上下方向的方向平行。载台驱动机构33例如使载台31绕旋转轴和倾斜轴的各轴偏心(eucentric)地旋转。载台驱
动机构33根据复合射束装置10的工作模式等而通过从控制装置25输出的控制信号进行控制。
51.电子射束镜筒15对试样室11的内部的规定的照射区域内的照射对象照射电子射束(eb)。电子射束镜筒15例如在使电子射束的射出端部15a相对于复合射束装置10的上下方向倾斜规定角度的第1倾斜方向上与载台31面对。电子射束镜筒15以电子射束的光轴与第1倾斜方向平行的方式固定于试样室11。
52.电子射束镜筒15具备产生电子的电子源和使从电子源射出的电子聚焦和偏转的电子光学系统。电子光学系统例如具备电磁透镜和偏转器等。电子源和电子光学系统根据电子射束的照射位置和照射条件等而通过从控制装置25输出的控制信号进行控制。
53.聚焦离子射束镜筒17对试样室11的内部的规定的照射区域内的照射对象照射聚焦离子射束(fib)。聚焦离子射束镜筒17例如使聚焦离子射束的射出端部17a在复合射束装置10的上下方向上与载台31面对。聚焦离子射束镜筒17以使聚焦离子射束的光轴与上下方向平行的方式固定于试样室11。
54.聚焦离子射束镜筒17具备产生离子的离子源和使从离子源引出的离子聚焦和偏转的离子光学系统。离子光学系统例如具备聚光镜等第1静电透镜、静电偏转器和物镜等第2静电透镜等。离子源和离子光学系统根据聚焦离子射束的照射位置和照射条件等而通过从控制装置25输出的控制信号进行控制。离子源例如是使用了液体镓等的液体金属离子源、等离子体型离子源和气体电场电离型离子源等。
55.粒子射束镜筒19对试样室11的内部的规定的照射区域内的照射对象照射离子射束或中性粒子射束的粒子射束(pb)。粒子射束镜筒19例如在使各射束的射出端部19a相对于复合射束装置10的上下方向倾斜规定角度的第2倾斜方向(与电子射束镜筒15不同的倾斜方向)上与载台31面对。粒子射束镜筒19以使各射束的光轴与第2倾斜方向平行的方式固定于试样室11。
56.在后文对具备实施方式中的粒子射束镜筒19的粒子射束装置1进行叙述。
57.电子射束镜筒15、聚焦离子射束镜筒17和粒子射束镜筒19的相互的光轴例如在试样台13的上方的规定位置p交叉。
58.需要说明的是，电子射束镜筒15、聚焦离子射束镜筒17和粒子射束镜筒19的相互的配置可以适当地更换。例如可以沿上下方向配置电子射束镜筒15或粒子射束镜筒19，沿相对于上下方向倾斜的倾斜方向配置聚焦离子射束镜筒17。
59.复合射束装置10通过对照射对象的表面一边扫描一边照射聚焦离子射束或粒子射束，能够执行被照射部的图像化、基于溅射的各种加工(挖掘和修整加工等)和沉积膜的形成等。复合射束装置10能够执行从试样s形成基于透射电子显微镜的透射观察用的试样片(例如薄片试样和针状试样等)和基于电子射束的分析用的分析试样片等的加工。复合射束装置10能够执行使移设至试样片固定器的试样片为适合基于透射电子显微镜的透射观察的所期望的厚度的薄膜的加工。复合射束装置10能够通过对试样s、试样片和针状物等照射对象的表面一边扫描一边照射聚焦离子射束、粒子射束或电子射束而执行照射对象的表面的观察。
60.二次带电粒子检测器21对通过聚焦离子射束、粒子射束或电子射束等的照射而从照射对象产生的二次带电粒子(二次电子和二次离子)进行检测。二次带电粒子检测器21与
控制装置25连接，从二次带电粒子检测器21输出的检测信号被发送至控制装置25。
61.复合射束装置10可以具备其他检测器，不限于二次带电粒子检测器21。其他检测器例如是eds(energy dispersive x
‑
ray spectrometer：能量色散x射线谱仪)检测器、反射电子检测器和ebsd(electron back
‑
scattering diffraction：电子背散射衍射)检测器等。eds检测器对通过电子射束的照射而从照射对象产生的x射线进行检测。反射电子检测器对通过电子射束的照射而从照射对象反射的反射电子进行检测。ebsd检测器对通过电子射束的照射而从照射对象产生的电子射线反向散射衍射图谱进行检测。需要说明的是，二次带电粒子检测器21中的对二次电子进行检测的二次电子检测器和反射电子检测器可以收纳于电子射束镜筒15的壳体内。
62.气体供给部23固定于试样室11。气体供给部23具备与载台31面对配置的气体喷射部(喷嘴)。气体供给部23将蚀刻用气体和沉积用气体等供给至照射对象。蚀刻用气体根据照射对象的材质而选择性地促进基于聚焦离子射束的照射对象的蚀刻。沉积用气体在照射对象的表面形成基于金属或绝缘体等堆积物的沉积膜。
63.气体供给部23根据复合射束装置10的工作模式等而通过从控制装置25输出的控制信号进行控制。
64.控制装置25例如根据从输入装置27输出的信号或通过预先设定的自动运行控制处理而生成的信号等，对复合射束装置10的运行进行统一地控制。
65.控制装置25例如是通过cpu(central processing unit：中央处理器)等处理器执行规定的程序而发挥功能的软件功能部。软件功能部是具备cpu等处理器、保存程序的rom(read only memory：只读存储器)、临时存储数据的ram(random access memory：随机存取存储器)和定时器等电子电路的ecu(electronic control unit：电控制单元)。控制装置25的至少一部分可以是lsi(large scale integration：大规模集成)等集成电路。
66.输入装置27例如是输出与操作者的输入操作对应的信号的鼠标和键盘等。
67.显示装置29显示出复合射束装置10的各种信息、根据从二次带电粒子检测器21输出的信号而生成的图像数据以及用于执行图像数据的放大、缩小、移动和旋转等操作的画面等。
68.(粒子射束装置)
69.图2是示出实施方式中的具备粒子射束镜筒19的粒子射束装置1的构成的图。
70.粒子射束装置1例如是气体离子射束装置。粒子射束镜筒19固定于试样室11。粒子射束镜筒19具备离子源41和离子光学系统42。离子源41和离子光学系统42根据粒子射束的照射位置和照射条件等而通过从控制装置25输出的控制信号进行控制。
71.离子源41产生离子。离子源41例如是pig(penning ionization gauge：彭宁电离计)型离子源等，产生氩(ar)等稀有气体或氧等其他气体的离子。
72.例如离子源41能够在加速电压为200v至5kv的范围内进行工作。加速电压为1kv的情况下，能够在试样s上产生作为离子射束的20na相当的粒子流和作为中性粒子射束的5na相当的粒子流。基于加速电压为1kv的离子射束的二次电子图像的图像分辨率约为50微米。
73.离子光学系统42使从离子源41引出的离子聚焦、偏转和中性化。离子光学系统42例如具备从离子源41侧朝向粒子射束镜筒19的射出端部19a侧(即试样s侧)依次配置的引出电极51、聚光镜52、消隐器53、消隐光阑54、电荷交换栅极55、物镜56和偏转器57。
74.引出电极51通过在与离子源41之间产生的电场而从离子源41引出离子。施加至引出电极51的电压例如根据离子射束的加速电压而进行控制。
75.聚光镜52例如是具备沿着光轴配置的三个电极的静电透镜。聚光镜52使通过引出电极51而从离子源41引出的离子射束聚焦。根据粒子射束镜筒19将离子射束作为粒子射束照射至试样s的模式的情况和将中性粒子射束作为粒子射束照射至试样s的模式的情况，聚光镜52变更与离子射束的聚焦程度相关的透镜强度。例如在粒子射束镜筒19将中性粒子射束作为粒子射束照射至试样s的模式的情况下，聚光镜52调整所施加的电压，以使得与将离子射束照射至试样s的模式的情况相比在后述的电荷交换栅极55中进一步扩展离子射束。
76.消隐器53例如具备按照从与离子射束的行进方向交叉的方向的两侧夹着光轴的方式对置配置的一对电极(消隐电极)等。消隐器53对有无离子射束的屏蔽进行切换。例如消隐器53通过使离子射束偏转而与消隐光阑54碰撞来进行屏蔽，通过不使离子射束偏转而解除屏蔽。
77.图3是示意性示出实施方式中的粒子射束装置1的电荷交换栅极55的构成的图。
78.电荷交换栅极55由不屏蔽离子射束而使离子射束的至少一部分碰撞一次以上的规定形状的金属等形成。电荷交换栅极55的外形例如是具有与离子射束的光轴同轴的中心轴的筒状。电荷交换栅极55具有内径从轴向两端部55a朝向轴向中央部55b逐渐向缩小趋势变化的凹曲面状的内周面55c。
79.电荷交换栅极55使以较浅的角度入射至内周面55c的离子的一部分吸收电子，由此进行电荷交换而使离子变化成中性粒子。在图3所示的一例中，入射至电荷交换栅极55的内部的离子射束ib中的通过电荷交换而中性化的中性粒子射束nb与未经电荷交换的离子射束ib一起从电荷交换栅极55的内部朝向物镜56射出。
80.如图2所示，物镜56例如是具备沿着光轴配置的三个电极的静电透镜。物镜56例如具备施加用于形成使离子射束减速的电场的电压的减速用的电极作为中心电极等。
81.在粒子射束镜筒19将离子射束作为粒子射束照射至试样s的模式的情况下，物镜56使离子射束聚焦至试样s。在粒子射束镜筒19将中性粒子射束作为粒子射束照射至试样s的模式的情况下，物镜56对减速用的电极施加相当于离子的运动能量以上的电压，由此抑制离子射束的通过。即，对物镜56施加电压，以使得离子射束减速而进行屏蔽。
82.偏转器57例如具备按照围绕离子射束的光轴的方式呈筒状配置的2个以上的电极等。偏转器57扫描离子射束对于试样s的照射位置。偏转器57例如通过施加二维扫描用的偏转电压而对试样s的表面上的矩形区域进行光栅扫描。
83.(加工工艺)
84.图4是示意性示出基于实施方式中的复合射束装置10的加工工艺的一例的图。
85.例如在绝缘物的试样s的加工中，首先从粒子射束镜筒19对试样s照射离子射束，根据通过二次带电粒子检测器21进行检测的二次电子的扫描电子图像，探索作为扫描范围a1内的对象的加工点a2。接着，从粒子射束镜筒19对试样s照射中性粒子射束，对加工点a2进行加工。
86.例如通过离子射束对加工点a2进行加工的情况下，由于长时间的加工所导致的充电和电磁场的作用等而使离子射束变形，有可能得到不是所期望的形状的加工点a3等。与此相对，利用中性粒子射束的加工，能够在作为对象的加工点a2进行精度良好的加工。
87.图5是示意性示出基于实施方式中的粒子射束装置的加工工艺的另一例的图。
88.例如在合用电子射束镜筒15和粒子射束镜筒19的试样s的加工中，首先从电子射束镜筒15对试样s照射电子射束，根据通过二次带电粒子检测器21进行检测的二次电子的扫描电子图像，探索作为扫描范围a1内的对象的加工点a2。接着，从粒子射束镜筒19对试样s照射中性粒子射束，对加工点a2进行加工。需要说明的是，可以同时进行基于扫描电子图像的加工点a2的观察和基于中性粒子射束的加工点a2的加工。根据中性粒子射束的加工，能够不受在电子射束镜筒15产生的电磁场的作用而进行精度良好的加工。
89.如上所述，实施方式的复合射束装置10具备在电荷交换栅极55的下游侧使离子射束减少的物镜56，由此能够抑制在对试样s照射中性粒子射束时将未经中性化的离子射束照射至试样s。由此，能够选择性地且适当地切换离子射束和中性粒子射束。
90.切换离子射束和中性粒子射束作为照射至试样s的粒子射束的情况下，通过具备通过与离子射束的聚焦程度相关的透镜强度的变化而切换离子射束的聚焦的聚光镜52，能够适当地切换电荷交换栅极55中的离子射束的中性化效率。
91.通过具备在电荷交换栅极55的上游侧将离子射束屏蔽的消隐器53和消隐光阑54，在对试样s照射离子射束和中性粒子射束中的任一者作为粒子射束的情况下，能够容易地进行照射停止。
92.粒子射束镜筒19通过选择性地使用离子射束和中性粒子射束，能够进行基于离子射束的二次电子扫描像的位置检测和基于中性粒子射束的加工中的任一者。
93.通过在粒子射束镜筒19的内部进行基于电荷交换栅极55中的电荷交换的中性化，也能够使用例如氧等反应性离子，例如与气体电荷交换进行比较，能够形成更小型的光学系统。
94.(变形例)
95.以下，对实施方式的变形例进行说明。需要说明的是，对于与上述实施方式相同的部分，标记相同的符号并省略或简化说明。
96.在上述实施方式中，电荷交换栅极55的外形是具有凹曲面状的内周面55c的筒状，但不限于此，也可以是其他形状。通过与离子的碰撞而进行电荷交换的电荷交换栅极55的表面的形状例如可以是为了得到所期望的中性粒子射束的形状和中性粒子密度等所需的形状。
97.图6是示意性示出实施方式的第1变形例中的电荷交换栅极55a的构成的图。
98.第1变形例中的电荷交换栅极55a的外形例如是基于具有与离子射束的光轴同轴的中心轴的2个以上的不同尺寸的筒状体61的多重筒状。2个以上的筒状体61例如是第1圆筒体61(1)、第2圆筒体61(2)、第3圆筒体61(3)和第4圆筒体61(4)。
99.第1变形例中的电荷交换栅极55a使以较浅的角度入射至各筒状体61的内周面的离子的一部分吸收电子，由此进行电荷交换而使离子变化成中性粒子。在图6所示的一例中，入射至电荷交换栅极55a的内部的离子射束ib中的通过各筒状体61的内周面的电荷交换而中性化的中性粒子射束nb与未经电荷交换的离子射束ib一起从电荷交换栅极55a的内部朝向物镜56射出。
100.根据第1变形例，通过增大与离子射束碰撞的筒状体61的数量，能够提高中性化效率。
101.图7是示意性示出实施方式的第2变形例中的电荷交换栅极55b的构成的图。
102.第2变形例中的电荷交换栅极55b的外形例如是具有与离子射束的光轴同轴的中心轴的筒状。电荷交换栅极55b具有内径从中心轴的轴向的入射侧端部62a朝向射出侧端部62b逐渐向缩小趋势变化的尖细型的凹曲面状的内周面62c。
103.第2变形例中的电荷交换栅极55b使以较浅的角度入射至内周面62c的离子的一部分吸收电子，由此进行电荷交换而使离子变化成中性粒子。在图7所示的一例中，入射至电荷交换栅极55b的内部的离子射束ib中的通过在内周面62c的多次电荷交换而中性化的中性粒子射束nb与未经电荷交换的离子射束ib一起从电荷交换栅极55b的内部朝向物镜56射出。
104.根据第2变形例，通过根据电荷交换栅极55b的形状而增大与离子射束的碰撞次数，能够提高中性化效率。
105.在上述实施方式中，粒子射束镜筒19可以具备将离子射束加速的加速电极等。
106.图8是示意性示出实施方式的第3变形例中的粒子射束装置1a的构成的图。
107.第3变形例中的粒子射束装置1a的粒子射束镜筒19a具备离子源41和离子光学系统42a。离子光学系统42a例如在上述实施方式的离子光学系统42的基础上，还具备加速电极63。
108.加速电极63例如配置于聚光镜52与物镜56之间，配置成围绕消隐器53、消隐光阑54和电荷交换栅极55。加速电极63使离子射束的运动能量增大，由此减少离子射束和中性粒子射束各自的像差。
109.根据第3变形例，通过具备将离子射束加速的加速电极63，能够减少离子射束和中性粒子射束的像差，能够提高试样s的加工或观察的精度。
110.在上述实施方式中，粒子射束镜筒19可以具备用于增大电荷交换栅极55的中性化效率的电子约束电极和电子产生装置等。
111.图9是示意性示出实施方式的第4变形例中的粒子射束装置1b的构成的图。图10是示意性示出实施方式的第4变形例中的电子约束电极64的构成的图。
112.如图9所示，第4变形例中的粒子射束装置1b的粒子射束镜筒19b具备离子源41和离子光学系统42b。离子光学系统42b例如在上述实施方式的离子光学系统42的基础上，还具备电子约束电极64和电子产生装置65。
113.如图10所示，电子约束电极64配置成不屏蔽离子射束而覆盖电荷交换栅极55。电子约束电极64通过施加电压而产生将在电荷交换栅极55中产生的二次电子和在电子产生装置65中产生的一次电子约束在电荷交换栅极55的内部的电场。在图10所示的一例中，在电荷交换栅极55中产生的二次电子的轨道eo停留在电荷交换栅极55的内部。
114.电子约束电极64通过将各电子约束在电荷交换栅极55的内部而促进基于离子射束的电荷交换的中性化。
115.如图9所示，电子产生装置65向电荷交换栅极55的内部供给一次电子。电子产生装置65例如是具备通过加热而释放热电子的纤丝等的热电子源等。电子产生装置65例如配置于电荷交换栅极55与物镜56之间。
116.根据第4变形例，通过具备电子约束电极64和电子产生装置65，能够提高电荷交换栅极55的中性化效率。
117.在上述第4变形例中，电子产生装置65配置于电子约束电极64的外部，但不限于此，电子产生装置65也可以配置于电子约束电极64的内部。
118.图11是示意性示出实施方式的第5变形例中的电子约束电极64的构成的图。
119.第5变形例中的电子产生装置65配置于电子约束电极64的内部。在图11所示的一例中，通过形成于电子约束电极64与电荷交换栅极55之间的等电位线el，在电荷交换栅极55中产生的二次电子和在电子产生装置65中产生的一次电子各自的轨道eo停留在电荷交换栅极55的内部。
120.根据第5变形例，通过具备配置于电子约束电极64的内部的电子产生装置65，能够提高电荷交换栅极55的中性化效率。
121.需要说明的是，在上述的第4变形例和第5变形例中，具备电子约束电极64和电子产生装置65，但不限于此，也可以仅具备任意一者。另外，省略电子约束电极64的情况下，可以通过直接对电荷交换栅极55施加电压而形成将在电荷交换栅极55中产生的二次电子和在电子产生装置65中产生的一次电子约束在电荷交换栅极55的内部的电场。
122.在上述实施方式中，电荷交换栅极55的中心轴与离子射束的光轴同轴，但不限于此，电荷交换栅极55的中心轴也可以与离子射束的光轴错开配置。
123.图12是示意性示出实施方式的第6变形例中的粒子射束装置1c的构成的图。图13是示意性示出实施方式的第6变形例中的粒子射束装置1c的电荷交换栅极55c的构成的图。
124.如图12所示，第6变形例中的粒子射束装置1c的粒子射束镜筒19c具备离子源41和离子光学系统42c。离子光学系统42c例如在上述实施方式的离子光学系统42中具备代替电荷交换栅极55的电荷交换栅极55c的基础上，还具备上部偏转器66。
125.第6变形例的电荷交换栅极55c按照在粒子射束镜筒19c对试样s照射离子射束作为粒子射束的模式的情况下与离子射束的光轴错开配置，以免离子射束入射。
126.如图13所示，第6变形例中的电荷交换栅极55c的外形例如是与离子射束的光轴平行的2个以上的平板67的集合体。2个以上的平板67例如是在厚度方向上隔开规定间隔而依次平行地配置的第1平板67(1)、第2平板67(2)、第3平板67(3)和第4平板67(4)。
127.第6变形例中的电荷交换栅极55c使以较浅的角度入射至各平板67的表面的离子的一部分吸收电子，由此进行电荷交换而使离子变化成中性粒子。在图13所示的一例中，入射至电荷交换栅极55c的离子射束ib中的通过各平板67的表面的电荷交换而中性化的中性粒子射束nb从电荷交换栅极55c朝向物镜56反射。
128.如图12所示，上部偏转器66例如具备按照围绕离子射束的光轴的方式呈筒状配置的2个以上的电极等。上部偏转器66配置于电荷交换栅极55c的上游侧，例如配置于消隐光阑54与电荷交换栅极55c之间。上部偏转器66在粒子射束镜筒19c对试样s照射离子射束作为粒子射束的模式的情况下，例如不施加偏转电压，由此不使离子射束偏转而朝向电荷交换栅极55c的外部进行引导。在粒子射束镜筒19c对试样s照射中性粒子射束作为粒子射束的模式的情况下，对上部偏转器66例如施加偏转电压，由此使离子射束偏转而朝向电荷交换栅极55c进行引导。
129.上部偏转器66例如可以根据所施加的偏转电压而调整离子射束的偏转量，由此变更电荷交换栅极55c中的所期望的中性化效率和所期望的中性粒子射束在试样s中的照射位置等。
130.在第6变形例中，在切换离子射束和中性粒子射束作为粒子射束时可以不进行基于聚光镜52的离子射束的聚焦的切换。
131.根据第6变形例，通过具备在切换离子射束和中性粒子射束作为照射至试样s的粒子射束的情况下对离子射束的偏转进行切换的上部偏转器66，能够适当地切换电荷交换栅极55中的离子射束的中性化效率。
132.在上述实施方式中，在粒子射束镜筒19对试样s照射离子射束作为粒子射束的模式的情况下，也使离子射束入射至电荷交换栅极55，但不限于此，也可以将离子射束引导至电荷交换栅极55的外部。
133.图14是示意性示出实施方式的第7变形例中的粒子射束装置1d的构成的图。
134.第7变形例中的粒子射束装置1d的粒子射束镜筒19d具备离子源41和离子光学系统42d。离子光学系统42d例如在上述实施方式的离子光学系统42的基础上，还具备上部偏转器66和中段偏转器68。
135.上部偏转器66和中段偏转器68例如分别具备按照围绕离子射束的光轴的方式呈筒状配置的2个以上的电极等。上部偏转器66和中段偏转器68例如配置于消隐光阑54与电荷交换栅极55c之间。上部偏转器66和中段偏转器68从离子源41侧朝向粒子射束镜筒19d的射出端部19a侧(即试样s侧)依次配置。
136.在粒子射束镜筒19d对试样s照射离子射束作为粒子射束的模式的情况下，例如通过施加偏转电压，上部偏转器66和中段偏转器68使离子射束偏转，朝向电荷交换栅极55的外部进行引导。在粒子射束镜筒19c对试样s照射中性粒子射束作为粒子射束的模式的情况下，例如通过不施加偏转电压，上部偏转器66和中段偏转器68不使离子射束偏转，朝向电荷交换栅极55进行引导。
137.根据第7变形例，通过具备在切换离子射束和中性粒子射束作为照射至试样s的粒子射束的情况下对离子射束的偏转进行切换的上部偏转器66和中段偏转器68，能够适当地切换电荷交换栅极55中的离子射束的中性化效率。
138.为了使复合射束装置10在试样s上的照射点相同，粒子射束镜筒19可以具备用于调整粒子射束的位置的机构。例如粒子射束镜筒19为了对离子射束的入射角度进行微调整，可以具备配置于比电荷交换栅极55靠上游侧的位置的偏转器，也可以具备使粒子射束镜筒19整体机械地可动的机构。例如配置于比电荷交换栅极55靠上游侧的位置的偏转器是用于调整试样s上的水平方向的单方向及其垂直方向的偏转器，可以与上述的第6变形例和第7变形例中的上部偏转器66兼用，也可以与上部偏转器66分开配置。
139.在上述实施方式中，复合射束装置10具备电子射束镜筒15、聚焦离子射束镜筒17和粒子射束镜筒19，但不限于此。例如复合射束装置10可以是基于电子射束镜筒15和粒子射束镜筒19的组合的复合射束装置。
140.本发明的实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式可以利用其他各种方式实施，可以在不脱离发明的要点的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、要点中，而且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
141.符号说明
142.1，1a，1b，1c，1d
…
粒子射束装置、10
…
复合射束装置、11
…
试样室、12
…
试样固定
器、13
…
试样台、15
…
电子射束镜筒、17
…
聚焦离子射束镜筒、19，19a，19b，19c，19d
…
粒子射束镜筒、21
…
二次带电粒子检测器(检测器)、23
…
气体供给部、25
…
控制装置、27
…
输入装置、29
…
显示装置、41
…
离子源(带电粒子源)、42，42a，42b，42c，42d
…
离子光学系统、51
…
引出电极、52
…
聚光镜(切换部、静电透镜)、53
…
消隐器(屏蔽部)、54
…
消隐光阑(屏蔽部)、55，55a，55b，55c
…
电荷交换栅极(转换部)、56
…
物镜(减少部)、57
…
偏转器、63
…
加速电极、64
…
电子约束电极、65
…
电子产生装置、66
…
上部偏转器(切换部、偏转器、上游侧偏转器)、68
…
中段偏转器(切换部、偏转器)、s
…
试样、pb
…
粒子射束、ib
…
离子射束、nb
…
中性粒子射束。