(57)【要約】      （修正有）【課題】試料の観察および加工を可能にする単一カラムのイオンビーム装置を提供する。【解決手段】ガス電界イオン源から引き出されたイオンビームを集束させて試料２４に照射し、試料を加工および観察する集束イオンビーム装置であって、前記イオン源はイオンを生成するエミッタチップ１３と、これを加熱する加熱手段１５と、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスを導入するガス導入口１１０，１１２と、何れかのガスのイオンビームを生成するために第１のエミッタチップ温度と第２のエミッタチップ温度とを切り替えるコントローラ１７２とを備える。前記第１のガスは軽いガスであり、観察モード用に用いられ、前記少なくとも１つの第２のガスは重いガス（不活性ガス、反応ガス）であり、スパッタリングモード用（不活性ガスの場合）、または反応モード用（反応ガスの場合）に用いられる。【選択図】図１Ａ
2010114082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを生成するためのエミッタチップ（１３）およびエミッタ領域を有するガス電界イオン源エミッタを収容するように構成されたイオンビームカラムと、
前記エミッタチップ（１３）を加熱するように構成された加熱手段（１５）と、
第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスを前記エミッタ領域へと導入するように構成された１つ以上のガス導入口（１１０、１１２；６１３）と、
前記第１のガスのイオンのイオンビームまたは前記少なくとも１つの第２のガスのイオンのイオンビームを生成するために、第１のエミッタチップ温度と少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度との間の切り替えを行うように構成されたコントローラ（１７２）と、
を備える集束イオンビーム装置。
【請求項２】
前記エミッタチップは、フィラメントおよびフィラメント基部を備える支持部に設けられ、前記加熱手段（１５）は、前記エミッタチップ、前記フィラメント、および前記フィラメント基部で構成されるグループから選択される少なくとも１つの要素を加熱するように構成されている請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項３】
前記ガス電界イオン源エミッタからイオンを引き出すように構成された電極（１８）と、
前記電極と前記ガス電界イオン源エミッタとの間に電圧を供給するように構成された電圧源（７２）と、
を備え、さらに／あるいは
前記コントローラ（１７２）は、前記第１のガスのイオンのイオンビームまたは前記少なくとも１つの第２のガスのイオンのイオンビームを生成するために、前記電圧源の第１の電圧および少なくとも１つの第２の電圧との間の切り替えを行うようにさらに構成される請求項１または２に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項４】
前記第１のガスは、１０ｇ／ｍｏｌ未満の原子量を有するガス、水素、およびヘリウムで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである軽いガスであり、
前記少なくとも１つの第２のガスは、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有する重いガスおよび反応ガスで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである請求項１〜３のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項５】
前記重いガスは、物理スパッタリングガス、アルゴン、ネオン、およびクリプトンで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスであり、さらに／または前記反応ガスは、酸素、水素、およびＣＯ２で構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである請求項１〜４のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項６】
前記第１のガスまたは前記少なくとも１つの第２のガスから生成された前記イオンビームを集束させるように構成された対物レンズ（２０）と、少なくとも前記エミッタ領域を排気するように構成された真空システムに接続されたガス排出口（１２０；６２０）とで構成されるグループから選択される少なくとも１つの構成要素をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項７】
前記ガス導入口のうちの第１のガス導入口（１１０）に設けられた第１のバルブ（７１８）、および前記ガス導入口のうちの少なくとも１つの第２のガス導入口（１１２）に設けられた少なくとも１つの第２のバルブ（７１９）をさらに備え、
前記第１のバルブおよび前記少なくとも１つの第２のバルブは、前記第１のガスおよび前記少なくとも１つの第２のガスの分圧を調節するために制御される請求項１〜６のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項８】
集束イオンビーム装置を動作させる方法であって、
イオンが生成されるエミッタ領域にエミッタチップ（１３）を有しているエミッタに、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスのうちの少なくとも１つのガスのイオンビームを放射するための引き出し電圧を供給するための電位をバイアスするステップと、
第１のエミッタチップ温度へと加熱を行い、前記第１のガスのイオンビームを放射するステップと、
少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度へと加熱を行い、前記少なくとも１つの第２のガスの少なくとも１つのイオンビームを放射するステップと、
を備える方法。
【請求項９】
前記第１のエミッタチップ温度への加熱のステップにおいて、前記第１のガスの引き出し電圧を供給する第１の電位をバイアスを行うステップ、および／または
前記少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度への加熱のステップにおいて、前記少なくとも１つの第２のガスの引き出し電圧を供給する少なくとも１つの第２の電位をバイアスを行うステップ、
を備える請求項８に記載の集束イオンビーム装置を動作させる方法。
【請求項１０】
前記第１のガスは、軽いガスであり、前記少なくとも１つの第２のガスは、重い不活性ガスおよび反応ガスで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスであり、
前記第１のガスの前記イオンビームは、観察モード用として生成され、
前記重い不活性ガスのイオンビームは、スパッタリングモード用として生成され、
前記反応ガスのイオンビームは、反応モード用として生成される請求項８または９に記載の集束イオンビーム装置を動作させる方法。
【請求項１１】
観察モードにおいて、前記第１のガスから生成されたイオンビームを試料（２４）上で走査し、前記試料の観察のために、前記第１のガスから生成された前記イオンビームの衝突時に前記試料から放出される微粒子を検出するステップと、
改質モードにおいて、前記少なくとも１つの第２のガスが前記エミッタ領域へと導入されるときに、前記試料を改質するステップと、
をさらに備える請求項８または１０に記載の集束イオンビーム装置を動作させる方法。
【請求項１２】
前記改質するステップは、スパッタリング、反応、およびエッチングで構成されるグループから選択される少なくとも１つの工程を含み、さらに／または
前記第１のガスは、軽いガス、１０ｇ／ｍｏｌ未満の原子量を有するガス、水素、およびヘリウムで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスであり、さらに／または
前記少なくとも１つの第２のガスは、重いガス、物理スパッタリングガス、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有するガス、アルゴン、ネオン、クリプトン、反応ガス、プロセスガス、酸素、水素、およびＣＯ２で構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである請求項８〜１１のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置を動作させる方法。
【請求項１３】
酸素であってもよいプロセスガスを前記エミッタ領域に導入し、随意によりさらなるエミッタチップ温度への加熱を行う工程と、
１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有するさらなる重いガスを前記エミッタ領域へと導入し、随意によりさらなるエミッタチップ温度への加熱を行う工程と、
エッチング動作モードにおいて前記エミッタ領域へと水素を導入し、随意によりさらなるエミッタチップ温度への加熱を行う工程と、
から構成されるグループから選択される少なくとも１つのステップと、
前記第１のガスのイオンを前記少なくとも１つの第２のガスのイオンから分離するステップと、
をさらに含む請求項８〜１２のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置を動作させる方法。
【請求項１４】
集束イオンビーム装置を動作させる方法であって、
第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの少なくとも２つの異なるイオンビームは、前記ガスのうちの少なくとも１つのイオン化をそれぞれもたらす少なくとも２つの異なるエミッタチップ温度の間で切り替えを行うことによって、連続的に生成される方法。
【請求項１５】
前記第１のガスおよび前記少なくとも１つの第２のガスの前記少なくとも２つの異なるイオンビームは、前記ガスのうちの少なくとも１つのイオン化をそれぞれもたらすエミッタチップ温度および引き出し電圧に関して、少なくとも２つの異なる引き出し電圧の間及び／あるいは前記第１のガスおよび前記少なくとも第２のガスのうちの少なくとも２つの間で切り替えをさらに行うことによって、連続的に生成される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスのイオンを生成するためのエミッタチップ（１３）およびエミッタ領域を有するエミッタを収容しているイオンビームカラム（１６）、および
第１のエミッタチップ温度と少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度との間で切り替えを行うための手段
を備え、
前記第１のガスが、水素およびヘリウムで構成されるグループから選択され、前記少なくとも１つの第２のガスは、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有している集束イオンビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム装置を動作させる方法に関する。詳しくは、本発明は、特に試料の画像化、検査、および構造化のためのガス電界イオン源を有している集束イオンビーム装置に関する。さらに、本発明は、デュアルモード動作のためのガス電界イオン源カラム、ならびに種々の動作モードを有するガス電界イオン源を動作させる方法に関する。さらに具体的には、本発明は、集束イオンビーム装置および集束イオンビーム装置を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]マイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクス、および、バイオテクノロジなどの技術が、ナノメートルスケールでの試料の構造化および調査について、大きな需要を生み出している。マイクロメートルおよびナノメートルスケールのプロセス制御、検査、または構造化は、荷電粒子ビームによって行われることが多い。調査または構造化が、荷電粒子ビーム装置において生成および集中させられる荷電粒子ビームによって行われることが多い。荷電粒子ビーム装置の例は、電子顕微鏡、電子ビームパターン生成器、イオン顕微鏡、ならびにイオンビームパターン生成器である。荷電粒子ビーム、特にイオンビームは、同等の粒子エネルギにおいて波長がより短いため、光子ビームに比べてより優れた空間分解能を提供する。
【０００３】
[0003]半導体装置などの製造においては、通常は、複数の観察工程および標本改質工程が実行される。一般的なシステムは、試料の観察、画像化、試験、または検査のための電子ビームカラムと、試料のパターニングまたは材料の改質のためのイオンビームカラムとを備える。これらの「デュアルビーム」システムは、高度に複雑であり、したがって高価である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]以上に照らし、本発明は、独立請求項１に記載の集束イオンビーム装置、独立請求項１０に記載の集束イオンビーム装置を動作させる方法、独立請求項１５に記載の集束イオンビーム装置を動作させる方法、および独立請求項１７に記載の集束イオンビーム装置を提供する。
【０００５】
[0005]一実施形態によれば、集束イオンビーム装置が提供される。この集束イオンビーム装置は、イオンを生成するためのエミッタチップおよびエミッタ領域を有するガス電界イオン源エミッタを収容するように構成されたイオンビームカラムと、上記エミッタチップを加熱するように構成された加熱手段と、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスを上記エミッタ領域へと導入するように構成された１つ以上のガス導入口と、上記第１のガスのイオンのイオンビームまたは上記少なくとも１つの第２のガスのイオンのイオンビームを生成するために、第１のエミッタチップ温度と少なくとも第２のエミッタチップ温度との間の切り替えを行うように構成されたコントローラと、を備える。
【０００６】
[0006]別の実施形態によれば、集束イオンビーム装置を動作させる方法が提供される。この方法は、イオンが生成されるエミッタ領域にエミッタチップを有しているエミッタに、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスのうちの少なくとも１つのガスのイオンビームを放射するための引き出し電圧を供給するための電位をバイアスするステップと、第１のエミッタチップ温度へと加熱を行い、上記第１のガスのイオンビームを放射するステップと、少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度へと加熱を行い、上記少なくとも１つの第２のガスの少なくとも１つのイオンビームを放射するステップと、を含んでいる。
【０００７】
[0007]さらなる実施形態によれば、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスのイオンを生成するためのエミッタチップおよびエミッタ領域を有するエミッタを収容しているイオンビームカラムと、第１のエミッタチップ温度と少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度との間で切り替えを行うための手段と、を備えており、上記第１のガスが、水素およびヘリウムで構成されるグループから選択され、上記少なくとも１つの第２のガスが、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有している集束イオンビーム装置が提供される。
【０００８】
[0008]またさらなる実施形態によれば、集束イオンビーム装置を動作させる方法であって、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの少なくとも２つの異なるイオンビームが、上記ガスのうちの少なくとも１つのイオン化をそれぞれもたらす少なくとも２つの異なるエミッタチップ温度の間で切り替えを行うことによって、連続的に生成される方法が提供される。
【０００９】
[0009]本明細書に記載の実施形態と組み合わせることができるさらなる利点、特徴、態様、および詳細は、従属請求項、明細書、および図面から、明らかである。
【００１０】
[0010]いくつかの実施形態は、本明細書に開示の方法を実行するための装置であって、本明細書に記載の方法の各ステップを実行するための装置部分を備える装置にも関する。これらの方法の各ステップは、ハードウェア部品、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータ、これら２者の任意の組み合わせ、または他の任意のやり方で、実行することが可能である。さらに、本発明による実施形態は、本明細書に記載の装置を動作させる方法にも関する。装置の各機能を実行するための方法の各ステップも、包含される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本明細書に記載の実施形態による第１のガス導入口、第２のガス導入口、およびヒータを有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図１Ｂ】本明細書に記載の実施形態による第１のガス導入口、第２のガス導入口、およびヒータを有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図２】ガス電界イオン源のエミッタチップの概略図、および本明細書に記載の実施形態によるエミッタチップの動作原理を示している。
【図３Ａ】本明細書に記載の実施形態による第１のガス導入口および第２のガス導入口を有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図３Ｂ】本明細書に記載の実施形態による第１のガス導入口、第２のガス導入口、および共通のガス導入口を有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図４】ガス電界イオン源のエミッタチップの概略図、および本明細書に記載の実施形態よる第１の動作モードにおけるエミッタチップの動作原理を示している。
【図５】ガス電界イオン源のエミッタチップの概略図、および本明細書に記載の実施形態よる第２の動作モードにおけるエミッタチップの動作原理を示している。
【図６】本明細書に記載の実施形態による第１のガス導入口、第２のガス導入口、および第３のガス導入口を有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図７Ａ】本明細書に記載の実施形態によるガス導入口およびバルブを有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図７Ｂ】本明細書に記載の実施形態によるガス導入口およびバルブを有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図８】本明細書に記載の実施形態によるガス導入口、バルブ、および真空容器を有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【図９】本明細書に記載の実施形態によるガス導入口、バルブ、および真空容器を有する集束イオンビーム装置の形態の荷電粒子ビーム装置の各部の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0011]本発明の上述の特徴を詳しく理解できるようなやり方で、上記のとおり簡単に概説した本発明を、実施形態を参照することによってさらに詳しく説明することができる。添付の図面が、本発明の実施形態に関係しており、以下のとおり説明される。
【００１３】
[0012]次に、本発明のさまざまな実施形態（その１つ以上の実施例が、図に示されている）を詳しく参照する。各々の実施形態は、本発明を説明する目的で提示され、本発明を限定する意図はない。例えば、或る実施形態の一部として図示および説明される特徴を、別の実施形態において用い、あるいは別の実施形態とともに用いて、またさらなる実施形態をもたらすことが可能である。本発明は、そのような変形および変種も包含する。
【００１４】
[0013]本出願の保護の範囲を限定するものではないが、以下では、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素を、例として、二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置として説明する。それでもなお、本発明を、試料の画像を得るために電子またはイオン、光子、Ｘ線、あるいは他の信号の形態の二次および／または後方散乱の荷電粒子などの微粒子を検出する装置および構成要素に適用可能である。
【００１５】
[0014]一般に、微粒子といえば、微粒子が光子であれば、光信号と理解され、微粒子がイオン、原子、電子、または他の粒子であれば、粒子と理解される。
【００１６】
[0015]以下の図面の説明において、同じ参照番号は、同じ構成要素を指し示している。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを、説明する。
【００１７】
[0016]本明細書に言う「試料」として、これらに限られるわけではないが、半導体ウエハ、半導体被加工物、ならびにメモリディスクなどの他の被加工物が挙げられる。本発明の実施形態を、材料の堆積が行われ、あるいは構造化が施される任意の被加工物へと適用することができる。試料が、構造化対象の表面または層の堆積が行われる表面と、エッジと、典型的には面取り部とを備える。
【００１８】
[0017]本明細書に記載の実施形態によれば、高分解能の画像化および標本の改質を可能にする単一カラムの荷電粒子ビーム装置が提供される。したがって、簡素化された単一カラム動作を提供することが可能である。さらに、１つのカラムを省略できるという事実に照らし、コストの削減が達成可能である。
【００１９】
[0018]一般に、集束イオンビーム装置は、例えば、液体金属イオン源またはガスイオン源にもとづくことができる。ガスイオン源におけるイオンは、電子、原子、またはイオンを気体の原子または分子に衝突させることによって生成でき、あるいは気体の原子または分子を強い電界または照射に曝すことによって生成できる。したがって、希ガスイオン源が、集束イオンビームＦＩＢ用途のための潜在的な候補であることが見出されている。電界イオン化プロセスにもとづくイオン源は、ガス電界イオン源（ＧＦＩＳ）として知られている。イオン化プロセスが、それぞれ１０１０Ｖ／ｍよりも大きい高い電界または引き出し電圧で行われる。例えば、電界を、例えば一実施例ではエミッタチップが設けられる筐体を備えることができるガンチャンバに設けられるエミッタチップとバイアスされた引き出し開口との間に印加することができる。
【００２０】
[0019]エミッタチップが、下流の引き出し開口に対して正電位にバイアスされることで、エミッタユニットの先端の付近において、気体原子をイオン化するために充分な強い電界が生成される。所望の電界がもたらされる、あるいは、より一般的には、イオンの生成が行われるエミッタの付近の領域を、エミッタ領域と呼ぶことができる。１０−６ｍｂａｒ〜１０−２ｍｂａｒのガス圧が、エミッタユニットの先端の付近において望ましい。これにより、さらに詳しく後述されるように、一方ではエミッタ領域に充分な量の気体原子または気体分子を供給し、他方では放射されたイオンがガンチャンバ内に供給された気体分子によって妨げられることがないように、ガス勾配が、典型的に使用される。
【００２１】
[0020]図１Ａおよび１Ｂが、第１のガス導入口１１０および第２のガス導入口１１２を示している。本明細書に記載される実施形態によれば、種々の動作モードを提供することができる。或る動作モードによれば、水素またはヘリウムなどの軽いガス、例えば、原子量が１０ｇ／ｍｏｌ未満のガスが、第１および第２のガス導入口の一方を通ってチャンバ／筐体１４へと導入され、イオン化された軽いガスのイオンビームを生成することができる。軽いガスのイオンを、試料を傷めることなく観察または画像化するために使用することができる。
【００２２】
[0021]別の動作モードによれば、より重いガス、例えば、アルゴン、ネオン、キセノン、またはクリプトンなどである別のガスが、第１または第２のガス導入口１１０または１１２の一方を通ってチャンバ／筐体１４へと導入される。ガンチャンバ、すなわち、筐体１４内で生成されるイオン化された重いガスのイオンビームは、スパッタリング材料のための標準的な集束イオンビームカラムのイオンビームに類似している。したがって、この重いガスのビームを、材料を改質し、あるいは試料に切断または溝を生成し、あるいは深さ情報を取得するために、使用することができる。
【００２３】
[0022]本明細書に記載のされる実施形態において、エミッタチップ１３を備えるエミッタ１２が設けられる筐体１４は、イオンビームカラムの一部であってもよい。あるいは、イオンビームカラムに含まれる別個のチャンバでもよい。さらに、筐体１４が、エミッタ領域に相当することができる。さらには、イオンビームカラム自体が、エミッタが位置し、かつガスが導入される筐体を提供することが可能である。
【００２４】
[0023]軽いガスのイオンは、標本材料をスパッタすることがなく、画像化、試験、観察、などのため使用することが可能である。したがって、軽いガスのイオンは、電子ビームに比べてイオンビームの波長が短いため、電子ビームよりもさらに良好な分解能を有することができる。
【００２５】
[0024]一般的に、図１Ａおよび１Ｂに示されているとおり、集束イオンビーム装置１００は、以下のとおりに概略的に説明される。バイアスされたガス電界イオン源エミッタチップ１３を備える筐体１４が用意される。さらに、第１の（軽い）ガスの導入口１１０および第２の（重い）ガスの導入口１１２が設けられる。これにより、第１のガスおよび第２のガスが、エミッタチップ１３に向かって、エミッタの近傍のエミッタ領域へと、筐体１４に供給される。エミッタチップの近傍に、所望の励起条件が用意される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる種々の実施形態によれば、２つのガス導入口を、２つのノズル、ガスチャネル、または他のガス導入手段の形態で設けることが可能である。他の実施形態によれば、２つのガス導入口は、共通のノズル、ガスチャネル、または他のガス導入手段の形で２つのガスを供給する。
【００２６】
[0025]図１Ａおよび１Ｂに示されているように、ガス排出口１２０が設けられている。ガス排出口１２０を、真空ポンプ、さらなる真空チャンバ、または筐体１４の排気および／または圧力の制御を支援する他の手段へと接続することができる。これにより、イオンビームの生成のためのプロセスパラメータを制御することができる。
【００２７】
[0026]典型的には、ガンチャンバにガス圧力勾配を与えることができる。これにより、ガス圧力が、エミッタおよびエミッタチップの近傍でより高く、引き出し電極に向かって低下する。これにより、充分な量のガスをエミッタチップへと供給でき、かつイオン放射を妨げかねないガスの量は少なくなる。本明細書に記載の任意の実施形態と組み合わせることができる種々の実施例によれば、ガス圧力勾配は１ｅ−５ｍｂａｒ〜５ｅ−３ｍｂａｒに達することができ、典型的には１ｅ−４ｍｂａｒ〜１ｅ−３ｍｂａｒに達することができる。引き出し器の背後において、ガスの圧力はさらに低下する。
【００２８】
[0027]図１Ａおよび１Ｂに示されているように、本明細書に記載のいくつかの実施形態によれば、コントローラ１３０を設けることができる。コントローラ１３０は、筐体１４への軽いガスの供給および筐体１４への重いガスの供給を制御する。さらに、別個のガス排出口１２０を備える実施形態においては、コントローラが、ガス排出口、真空システム、真空ポンプ、またはこれらに対応するバルブを制御することができる。さらなる実施形態によれば、コントローラ１１１、１１３、および１２１を設けることができる。これらのコントローラは、個々の導入口、排出口、バルブ、ポンプ、などのためのコントローラである。破線によって示されているように、これらのコントローラは、コントローラ１３０が構成要素を直接的に制御できる場合には、余分であるため省略可能である。
【００２９】
[0028]イオンビームは、レンズ２０によって試料２４へと集束させられる。一実施形態によれば、レンズ２０は、静電レンズである。用途に応じて、レンズ、偏向器、ウィーンフィルタ、集光器、アライメントユニット、コリメータ、加速または減速ユニット、開口、などといった１つ以上の光学要素を、集束イオンビーム装置に付加的に配置することができる。
【００３０】
[0029]一般に、イオンビームは、試料２４上でイオンビームをラスタ走査し、あるいは試料の位置にイオンビームを位置させるために、走査偏向器２６で偏向させられる。二次および／または後方散乱粒子、例えば、二次および／または二次電子は、特に集束イオンビーム装置が観察モードで運転される場合に、検出器２２によって検出される。
【００３１】
[0030]さらなる実施形態によれば、図１Ａおよび１Ｂに示されているように、コントローラ１４０を設けることができる。コントローラ１４０は、走査偏向器２６および検出器２２を制御する。集束イオンビーム装置１００の観察モードの際に、装置は、走査電子顕微鏡と同様に動作する。数ナノメートル以下（例えば、１ｎｍ以下）の直径を有するイオンビームが、試料２４上を走査され、例えば試料２４上を或るパターンでラスタ走査され、ベクター走査され、あるいはインターレース走査される。二次および／または後方散乱の電子または他の微粒子を、検出器で検出することができる。時間分解信号が生成され、コントローラ１４０により、所与の時点での信号を対応する偏向値に相関させることができる。これにより、試料２４上の位置に関して信号を相関させることによって、ラスタパターンを画像へと組み立てることができる。
【００３２】
[0031]デュアルモードのガスイオンカラムを、一方では、異なるガス、すなわち、例えば軽いガスおよび重いガスを筐体１４に供給し、動作モード毎に異なるガスを供給して２つの動作モードの間の切り替えを行うことによって、もたらすことが可能である。個々の実施例の詳細と個別に組み合わせることができる本明細書に記載の実施形態によれば、異なるガスの供給の間の切り替えを行うことによって異なるガス種を供給する代わりに、ガス電界イオン銃が、必要とされるガスの混合物を含んでもよい。実施形態の実施例によれば、種々のイオン種の選択を、異なるチップ温度にもとづいて行うことが可能である。さらには、実施形態のいくつかの実施例によれば、種々のイオン種の選択を、異なるイオン化エネルギにもとづいて実行することも可能である。
【００３３】
[0032]以上に照らし、本明細書に開示される任意の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、加熱手段として、エミッタチップ１３を加熱するためのヒータ１５が設けられる。
【００３４】
[0033]図１Ａに示されているように、ヒータ１５を、加熱のためにエミッタチップ１３へと接続することができる。本明細書に開示される任意の他の実施例または実施形態と組み合わせることができる実施形態の一実施例においては、エミッタチップ１３は、フィラメントおよびフィラメント基部を備える支持部のフィラメントに設けられる。この場合、ヒータ１５は、エミッタチップ、フィラメント、およびフィラメント基部で構成されるグループから選択される少なくとも１つの要素を加熱するように構成することができる。例えば、ヒータ１５は、抵抗ヒータであってもよい。一実施例においては、ヒータ１５は、フィラメントの一端へ接続されている１つのポートとフィラメントの他端へ接続されている第２のポートとを有する、例えば約１０Ｖの加熱電流源を備えることができる。別の実施例では、ヒータ１５を、フィラメント基部へと接続することができ、フィラメント基部およびフィラメントを介してエミッタチップを加熱することができる。結果として、エミッタチップ支持部の前部、すなわちエミッタチップに隣接する部分が加熱され、エミッタチップを加熱する一方で、エミッタチップ支持部の後部、すなわち前部と冷却ユニット（図示せず）との間の部分について、冷却が続けられる。冷却ユニットについては、後述される。
【００３５】
[0034]本明細書に開示される任意の他の実施例または実施形態と組み合わせることができる実施形態の別の実施例においては、ヒータ１５は、エミッタチップに隣接して配置される。この場合、ヒータ１５を、エミッタチップに接続しなくてもよい。例えば、ヒータ１５を、図１Ｂに示されるとおり、例えば筐体１４内で、エミッタチップに隣接するエミッタチップ領域に配置することができる。そのような場合、ヒータ１５は、例えば、電磁ヒータ、誘導ヒータ、放射ヒータ、ＩＲヒータ、電子源等の粒子源、およびレーザで構成されるグループから選択される少なくとも１つの要素であってもよい。結果として、エミッタチップを、エミッタチップ支持部の前部および／または後部の冷却を続けつつ、加熱することができる。
【００３６】
[0035]したがって、本明細書に記載の実施形態によれば、エミッタチップの冷却の動作とエミッタチップの加熱の動作との間の速やかな切り換えを、達成することが可能である。
【００３７】
[0036]さらに、本明細書に記載されるいくつかの実施形態によれば、エミッタチップ１３と電極１８との間に引き出し電圧を供給するために、調節可能な電源７２が用意される。引き出し電圧を、さらに詳しく後述されるように、コントローラ１７２によって制御することができる。さらに、コントローラは、随意により、ガスの分圧を制御するためにコントローラ１３０を制御してもよい。
【００３８】
[0037]図２は、エミッタチップ１３および引き出し電極１８を示している。エミッタチップと引き出し電極との間に、高電界を生成するための電圧源７２が設けられている。典型的には、エミッタチップ１３は、シャンク２１０およびチップ２１２を含み、一実施例では、スーパーチップを含むことができる。種々の実施形態によれば、シャンク２１０に設けられるチップ２１２は、１つ、２つ、３つ、４つ、または５つ以上の原子を含むチップであってもよい。ガス電界イオン源のイオン生成の動作原理が、１つの種に関して説明される。図２に示されているように、例えばヘリウム原子５２が供給され、ヘリウムイオン５３を生成すべくイオン化させられる。
【００３９】
[0038]エミッタチップ１３は、典型的には、冷却ユニット（図示せず）と連絡することができる。本明細書に記載の任意の実施形態と組み合わせることができる種々の実施形態によれば、冷却ユニットは、以下のシステムのうちのいずれかを含むことができる。すなわち、冷却ユニットは、極低温冷却器、ＥＧ、開放または閉鎖サイクル冷却器、開放または閉鎖サイクルヘリウム冷却器、開放または閉鎖サイクルニトロスズ冷却器、またはこれらの組み合わせ、あるいは他の冷却器であってもよい。特定の実施例は、パルス管冷却器またはＧＭ冷却器（ギフォード・マクマホン冷却器）であってもよい。
【００４０】
[0039]ヘリウムガスが図２の上方から下方へ向かう方向に沿ってエミッタチップへと供給される場合、ヘリウム原子５２は、エミッタ１３のシャンク２１０において凝縮する。したがって、典型的には、ヘリウム原子の凝縮のために充分に大きな表面を提供するシャンク２１０を有することが望ましい。表面は、典型的には０．２μｍ２〜５μｍ２の範囲にあってもよい。
【００４１】
[0040]矢印６２によって示されるように、原子がチップ２１２に向かって拡散する。すなわち、チップ２１２に対するシャンク２１０のヘリウム濃度の相違に起因する拡散にもとづく運動、および電界に起因するドリフトにもとづく運動が、チップ２１２へと向かうヘリウム原子５２の移動をもたらすことができる。例として、ヘリウムは、典型的には、イオン化のために約４４Ｖ／ｎｍの電界を必要とする。エミッタチップ１３と引き出し電極１８との間の電圧が、チップ２１２における電界が少なくともイオン化すべき種のイオン化エネルギをもたらすように選択される。したがって、チップにおける電界が、チップの寸法が小さいがゆえに、エミッタの他のいかなる地点より高いことを考慮すべきである。したがって、ヘリウム原子５２は、チップ２１２においてイオン化され、ヘリウムイオン５３として放射される。
【００４２】
[0041]図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ集束イオンビームカラム３００ａおよび３００ｂの一部分のさらなる実施形態を示している。ここで、ガンチャンバ１７は、カラム１６の上部に設けられている。エミッタ１２が、エミッタホルダ１０に取り付けられている。冷却ユニット３０は、エミッタホルダ１０を介した冷却ユニット３０とエミッタチップ１３との間の熱伝導を有するように設けられている。引き出し電極１８は、エミッタチップ１３と引き出し電極との間の電圧のために設けられている。エミッタから引き出し電極までの接続は、種々の電圧を供給することができる電圧源７２を介して接続されている。さらに、図３Ａに示されているように、第１のガス導入口１１０および第２のガス導入口１１２は、それぞれ第１のガスおよび第２のガスを、ガス混合物がエミッタへともたらされるように筐体へと供給する。本明細書に記載されるいくつかの実施形態によれば、エミッタチップ１３を含むエミッタ１２を、筐体１４内に設けることができ、筐体１４を、エミッタチップのシャンクに充分に大きい凝縮表面を与えるために、ガスが上方から下方にエミッタ１３へと供給されるように形作ることができる。排気および／または筐体１４内の圧力の制御のために、ガス排出口１２０が備えられることが可能である。エミッタチップ１３の付近で生成されたイオンは、引き出し電極に向かって加速され、光アクセス１０２に沿って案内される。
【００４３】
[0042]図３Ｂに示されているように、いくつかの実施形態によれば、第１のガス導入口および第２のガス導入口は、ガス混合物をエミッタ領域へと供給する共通のガス導入口３１０へとガスを供給することが可能である。本明細書に記載の実施形態によれば、２つの別個のガス導入口を有すること、それぞれのガスを共通のガス導入口へと送る２つの別個のガス導入口を有すること、またはガス混合物をただ１つのガス導入口を介して供給すること、のいずれかによって、ガス混合物をエミッタチップの近傍へと供給することができる。
【００４４】
[0043]またさらなる実施形態によれば、３つ以上のガス、すなわち３つ以上のガス導入口を、ガスを共通のガス導入口へと送るために設けることができる。さらに、３つ以上のガス、例えば、３つまたは４つのガスの混合物を、エミッタ領域へと直接的に送ることが可能である。
【００４５】
[0044]本明細書に記載される実施形態に従って提供されるデュアルモードまたはマルチモードの動作を、図４および図５に関してよりよく理解することができる。一実施例として、軽い（第１の）ガスとしてのヘリウム、および第２の（重い）ガスとしてのアルゴンが言及される。他の実施形態によれば、本明細書に記載の任意のガスの組み合わせを使用できることを、理解すべきである。
【００４６】
[0045]上述のように、実施形態のいくつかの実施例によれば、種々のイオン種の選択を、異なるイオン化エネルギにもとづいて行うことが可能である。したがって、ガスの間の切り替えの１つの可能性は、エミッタチップ１３の引き出し電圧を切り換えることである。
【００４７】
[0046]図４において、電圧が、電圧源７２によってエミッタ１３と引き出し電極１８との間に供給される。電圧源を、コントローラ１７２によって制御することができる。いくつかの実施形態によれば、コントローラ１７２は、第１および第２のガス導入口の供給のためのコントローラ１３０（図４には示されていない）と通信可能である。エミッタは、シャンク２１０およびチップ２１２を備える。図４に示した実施例においては、異なる形状で示されているヘリウム原子５２およびアルゴン原子５４の混合物が、エミッタチップ１３のシャンク２１０に凝縮または堆積できるように供給されている。典型的には、ヘリウムが、イオン化のために約４４Ｖ／ｎｍの電界を必要とする一方で、アルゴンは、イオン化のために約２２Ｖ／ｎｍの電界を必要とする。例えば、ヘリウムイオン５３のヘリウムイオンビームを形成すべきである場合、電圧源７２は、チップの表面の少なくとも一部分に約４４Ｖ／ｎｍまたはそれよりもわずかに高い電界をもたらすような引き出し電圧を、チップ２１２の位置に加えるように調節される。図４に示されているように、ヘリウム原子５２は、シャンク２１０に凝縮または堆積し、チップ２１２に向かって拡散またはドリフトによって移動し、チップ２１２においてヘリウム原子がイオン化される。図４に示されるようにエミッタチップと引き出し電極との間に加えられる電圧において、ヘリウム原子５２は、チップの小さい半径に起因するより高い電界に鑑み、チップの近傍でイオン化される。アルゴンのイオン化エネルギが、ヘリウムのイオン化エネルギに比べて大幅に低いため、アルゴン原子５４は、チップ２１２に達する前にアルゴンイオン５５へとイオン化される。したがって、アルゴンイオンは、シャンク２１０において生成され、エミッタのシャンクに沿って拡散する間に早期にイオン化されるため、エミッタチップに到達しない。シャンク２１０の正の電位に鑑み、アルゴンイオンは、シャンクによって押し戻され、チップにおいて平行ビームを形成することがない。アルゴンイオンは、ヘリウムイオンに比べてはるかに大きな範囲から放射されるため、アルゴンは、図４に示した電圧源の条件のもとでは、平行ビームを形成しない。
【００４８】
[0047]本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、多数のアルゴンイオンが光アクセスに沿って進んで試料に到達すると考えられる場合に、磁気偏向器またはウィーンフィルタなどといった質量分離器７４２（例えば、図１Ａおよび１Ｂを参照）を設けることが可能であると考えられる。
【００４９】
[0048]図５に示されている第２の動作モードにおいては、電圧源７２は、引き出し電圧によってチップの表面の少なくとも一部分に約２２Ｖ／ｎｍまたはこの値をわずかに上回る電界がもたらされるような電圧を加えるように調節される。その結果、最大電界は、ヘリウムのイオン化に必要とされる値よりもかなり低い。したがって、アルゴンだけがイオン化され、アルゴンイオン５５が、チップ２１２の近傍において生成される。上述のように、アルゴン原子は、エミッタ１３のシャンク２１０に凝縮し、シャンク２１０に沿った濃度の勾配および／または電界によって、チップに向かって拡散および／またはドリフトする。図５に示されている電界強度は、ヘリウムのイオン化には低すぎるため、アルゴンビームが形成され、引き出し電極１８を通って試料に向かって光アクセスに沿って案内される。
【００５０】
[0049]図５に示されているように、ヘリウム原子５２は、エミッタ１３のシャンク２１０に凝縮または堆積する。ヘリウムは、エミッタチップから放射されないため、チップに蓄積する可能性がある。動作条件によっては、蓄積したヘリウムが、シャンク２１０に沿ったアルゴンの供給を減少させる可能性がある。シャンクに沿ってチップ２１２へと向かうアルゴンの供給が、許容できない量にまで減少する場合、ヘリウム原子を放射して、エミッタチップ１３上に凝縮するヘリウム原子の量を少なくするために、高い電界強度を有する短いパルスを印加することができる。さらなる実施形態または代替の実施形態によれば、エミッタチップを、吸収したガスを蒸発させるために、例えば支持ワイヤを通じた短い電流パルスによって加熱することができる。その結果、同様の効果またはさらなる効果を生み出すことができる。
【００５１】
[0050]本明細書に記載の他の実施形態との組み合わせによってもたらすことができるいくつかの実施形態によれば、「軽い」ガスと重いガスとの間の比を、要件に応じて調節することができる。重い種は、高速に実行されるべきエッチングなどに使用されるため、重い種の濃度は、Ｈｅの濃度よりも高くてもよい。
【００５２】
[0051]エミッタチップ１３と引き出し電極１８との間の電位差の切り替え、またはチップ２１２における電界を変化させるための他の調節によって、異なるイオンビームの放射を伴う異なる動作モードを生み出すことができる。
【００５３】
[0052]本明細書に記載の実施形態によれば、ガス混合物を、１０−４ｍｂａｒ〜１０−２ｍｂａｒの範囲で供給することができる。
【００５４】
[0053]本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載の実施形態によれば、少なくとも２つの異なる電圧が、電源７２によって供給される。第１の動作モードによれば、電界が最強になるエミッタチップ１３の先端の位置での高電界に相当する電圧が供給される。その結果、エミッタチップは、第１の低い電界および第２のより高い電界に関して、３つの異なる領域をもたらす。シャンク２１０の最上端では、電界が第１および第２の電界よりも低い。シャンク２１０の中間部分では、電界が、第１の種をイオン化できるように、第１のより低い電界に等しい。さらに、最小の曲率を有する先端の付近では、第２のより高い電界に等しい電界、または少なくとも第２のより高い電界を有する電界がもたらされる。その結果、この動作モードによれば、２つの種がイオン化される。しかしながら、それらのうちの一方だけが、エミッタチップ１３の先端において蓄積ビームを形成する。
【００５５】
[0054]第２の動作モードにおいては、電界は、エミッタチップ１３の大部分において第１のより低い電界よりも低い。エミッタチップのうちの最小の曲率を有する部分またはこの位置の近傍においてのみ、第１のより低い電界に到達する。したがって、１つの種だけがイオン化される。
【００５６】
[0055]上述のように、種々のイオン種の選択を、エミッタチップの温度を選択することによって行うことができる。したがって、ガス間の切り替えのための別の可能性は、エミッタチップ１３の温度を切り換えることである。
【００５７】
[0056]実施形態の一実施例によれば、一定の引き出し電圧を確立することによって一定の電界をもたらしつつ、第１のガスのイオン電流を、第１のチップ温度において最大にできる一方で、第２のガスのイオン電流を、第２のチップ温度において最大にすることができる。一定の引き出し電圧は、例えば、ガスのうちの１つが一般的に用いられる冷却温度において充分な放出電流を有する引き出し電圧と、ガスのうちのもう１つが一般的に用いられる冷却温度において充分な放出電流を有する引き出し電圧との間の範囲から選択される引き出し電圧であってもよい。例えば、チップ表面の少なくとも一部分に約２０Ｖ／ｎｍ〜約５０Ｖ／ｎｍの範囲の電界をもたらす引き出し電圧がエミッタチップ１３に加えられる場合、アルゴンのイオン電流が、約８０Ｋのチップ温度で最大となることができる一方で、Ｈｅは、約２０Ｋに放出の最大値を有する。したがって、優先的に放射されるガスが、チップの温度を切り換えることによって選択される。
【００５８】
[0057]例えば、パルス管冷却器、ギフォード・マクマホン冷却器、スターリング冷却器など、閉鎖サイクルのＨｅ極低温冷却器がエミッタチップの冷却に使用される場合、温度間の迅速な切り替えを、冷却器を常にヘリウムに必要とされるより低い温度で動作させることによって、達成することができる。例えばアルゴンの放射のためにより高い温度が必要とされる場合、エミッタチップの付近に位置する抵抗ヒータ等のヒータ１５をオンにし、温度を上昇させることができる。チップの温度を変化させるときに、大きな熱容量を有する冷却器そのものが同じ温度のままであるため、この方法で温度の素速い切り替えが達成される。
【００５９】
[0058]図４を参照して説明した実施例においては、一定の電圧を、電圧源７２によって、エミッタ１３と引き出し電極１８との間に供給することができる。エミッタチップ２１２へと接続されたヒータ１５は、電圧源７２をも制御することができるコントローラ１７２によって制御される。チップ温度を制御するために、コントローラ１７２へと接続される温度センサ（図示せず）を、例えばエミッタチップ支持部に設けることができる。冷却ユニットとして、例えば閉鎖サイクルのＨｅ極低温冷却器（図示せず）がエミッタチップ支持部へと接続され、エミッタチップ１３を冷却するために使用される。いくつかの実施形態によれば、コントローラ１７２は、第１および第２のガス導入口の供給のためのコントローラ１３０と通信することができる。エミッタは、シャンク２１０およびチップ２１２（例えば、きわめて鋭いチップまたはスーパーチップを含むチップ）を備える。図４に示した実施例においては、別々の形状によって表わされているヘリウム原子５２およびアルゴン原子５４の混合物が、エミッタチップ１３のシャンク２１０に凝縮または堆積できるように供給される。ヘリウムは、イオン化のために約４４Ｖ／ｎｍの電界を必要とする一方で、アルゴンは、イオン化のために約２２Ｖ／ｎｍの電界を必要とする。例えば、電圧源７２は、チップの表面の少なくとも一部分に例えば約４４Ｖ／ｎｍまたはそれよりもわずかに高い電界をもたらすような引き出し電圧を、チップ２１２の位置に加えるように調節される。さらに、エミッタチップ１３に例えば約２０Ｋの温度がもたらされるよう、ヒータ１５は運転されない。図４に示されているように、ヘリウム原子５２およびアルゴン原子５４が、シャンク２１０に凝縮または堆積し、チップ２１２に向かって拡散またはドリフトによって移動する。チップの温度が、ヘリウムの放出が最大となる温度（本明細書において、放出最大温度とも称する）に一致しているため、ヘリウム原子がイオン化される。図４に示されるようにエミッタチップと引き出し電極との間に供給される電圧において、ヘリウム原子５２は、チップの近傍でイオン化される。アルゴンの放出最大温度（８０Ｋ）が、ヘリウムの放出最大温度（２０Ｋ）にくらべて大幅に高いため、多くの量のヘリウム原子５２がイオン化する一方で、アルゴン原子５４は、ほとんどイオン化されない。したがって、図４に関して説明した電圧および温度の条件下では、ヘリウムイオン５３の平行ビームが生成される。したがって、多くの量のアルゴン原子５４をイオン化するためには、ヒータ１５がオンにされる。この状況が、図５に示されている。結果として、アルゴン原子５４のイオン化効率が最大化される一方で、ヘリウム原子５２は、ほとんどイオン化されない。したがって、図５に示した状況においてもたらされる温度および電圧源の条件下では、アルゴンイオン５５の平行ビームが、チップ２１２において生成される。
【００６０】
[0059]当然ながら、この原理を、異なる最適放出温度を有する他の複数のガスの組み合わせにも適用可能である。
【００６１】
[0060]さらに、実施形態のこの実施例において一定の電界を供給するために、他の適切な引き出し電圧を印加してもよい。例えば、引き出し電圧を、一般的に使用される冷却温度においてガスのうちの１つが最大放出電流を有する電界をもたらす引き出し電圧またはその近傍になるように、選択することができる。別の例では、引き出し電圧を、ガスのうちの１つが一般的に用いられる冷却温度において充分な放出電流を有する引き出し電圧と、ガスのうちのもう１つが一般的に用いられる冷却温度において充分な放出電流を有する引き出し電圧との間の範囲から、選択することができる。典型的には、一般的に使用される冷却温度での冷却の一方で、例えば２つのガスの一方（より高いイオン化エネルギを有している方）をイオン化させるための電界を供給する引き出し電圧を選択することができる。別の典型的な実施例では、一般的に使用される冷却温度での冷却の一方で、例えば２つのガスの一方（より小さいイオン化エネルギを有している方）をイオン化させるための電界を供給する引き出し電圧を選択することができる。いずれにせよ、例えば２つのガスの他方のイオン化を、エミッタチップを加熱することによって開始させることができる。
【００６２】
[0061]さらなる実施形態においては、チップ温度の切り替えおよび引き出し電圧の切り替えの原理を、最大の効率を得るために組み合わせることができる。いくつかの実施形態においては、３つ以上のガスを供給することができ、３つ以上のチップ温度を用意し、さらに随意により３つ以上の引き出し電圧を用意し、さらには／あるいは随意によりガスの分圧を調節することによって、優先的に放射されるガスが選択される。したがって、いくつかの実施形態においては、３つ以上の異なるエミッタチップ温度の間の切り替え、随意による３つ以上の異なる引き出し電圧の間の切り替え、および／または随意による３つ以上の異なるガスの間の切り替えによって、３つ以上の異なるイオンビームを生成することが可能である。
【００６３】
[0062]したがって、一実施形態においては、集束イオンビーム装置を動作させる方法であって、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの少なくとも２つの異なるイオンビームが、少なくとも２つの異なるエミッタチップ温度の間の切り替え、ならびに少なくとも２つの異なる引き出し電圧の間および／または第１のガスおよび少なくとも第２のガスのうちの少なくとも２つの間の随意による切り替えによって、連続的に生成される方法が提供される。エミッタチップ温度および引き出し電圧のそれぞれが、ガスのうちの少なくとも１つについて、イオン化をもたらす。いくつかの実施形態においては、エミッタチップ温度および／または引き出し電圧のそれぞれが、ガスのうちの少なくとも１つについて最適な（例えば、最大の）イオン化効率をもたらす。
【００６４】
[0063]例えば、実施形態の一実施例によれば、図４を参照すると、エミッタ１３と引き出し電極１８との間に電圧源７２によって電圧を供給することができる。エミッタチップ２１２に隣接するヒータ１５は、電圧源７２をも制御することができるコントローラ１７２によって制御される。チップ温度を制御するために、コントローラ１７２へと接続される温度センサ（図示せず）を、例えばエミッタチップ支持部に設けることができる。冷却ユニットとして、例えば閉鎖サイクルのＨｅ極低温冷却器（図示せず）がエミッタチップ支持部へと接続され、エミッタチップ１３を冷却するために使用される。いくつかの実施形態によれば、コントローラ１７２は、第１および第２のガス導入口の供給のためのコントローラ１３０と通信することができる。エミッタは、シャンク２１０およびチップ２１２を備える。図４に示した実施例においては、別々の形状によって表わされているヘリウム原子５２およびアルゴン原子５４の混合物が供給され、エミッタチップ１３のシャンク２１０に吸着すること、または堆積されることできる。上述のように、典型的には、ヘリウムが、イオン化のために約４４Ｖ／ｎｍの電界を必要とする一方で、アルゴンは、イオン化のために約２２Ｖ／ｎｍの電界を必要とする。例えば、ヘリウムイオン５３のヘリウムイオンビームを形成すべき場合、電圧源７２は、例えばチップの表面の少なくとも一部分に例えば約４４Ｖ／ｎｍまたはそれよりもわずかに高い電界をもたらすような引き出し電圧を、チップ２１２の位置に加えるように調節される。さらに、エミッタチップ１３に例えば約２０Ｋの温度が与えられるよう、ヒータ１５は運転されない。図４に示されているように、ヘリウム原子５２およびアルゴン原子５４は、シャンク２１０に凝縮または堆積し、チップ２１２に向かって拡散またはドリフトによって移動する。チップの温度およびエミッタチップ１３における電界が、ヘリウムの放出が最大となる温度および電界に一致しているため、ヘリウム原子がイオン化される一方で、アルゴン原子５４はほとんどイオン化されない。したがって、図４に関して説明した電圧および温度の条件下では、ヘリウムイオン５３の平行ビームが生成される。多くの量のアルゴン原子５４をイオン化すべきである場合には、エミッタチップを例えば約８０Ｋへと加熱するために、ヒータ１５がオンにされる。さらに、電圧源７２が、チップの表面の少なくとも一部分に例えば約２２Ｖ／ｎｍまたはそれよりもわずかに高い電界をもたらすような引き出し電圧をチップ２１２の位置に加えるように調節される。このエミッタチップの温度およびエミッタチップの引き出し電圧の切り替えは、実質的に同時に行うことができる。この実施例では、エミッタチップの温度およびエミッタチップの引き出し電圧が切り換えられたときに、アルゴン原子５４のイオン化効率が最大化される一方で、ヘリウム原子５２はほとんどイオン化されない。この状況が、図５に示されている。したがって、図５に関して説明した状況においてもたらされる温度および電圧源の条件下では、アルゴンイオン５５の平行ビームがチップ２１２において生成される。
【００６５】
[0064]図６が、本明細書に開示される任意の他の実施形態と組み合わせることができるさらなる集束イオンビーム装置６００の実施形態を示している。荷電粒子ビーム装置は、エミッタ領域を有するエミッタ１２、随意による筐体／ガンチャンバ１４、およびイオンビームカラム１６を備える。電界は、エミッタ１２のエミッタチップと引き出し電極１８との間に供給される。筐体１４内に存在するガスのイオンが、エミッタチップ（例えば、きわめて鋭いチップまたはスーパーチップを有するチップ）の先端部分の小さい曲率の付近の高電界によって生成される。
【００６６】
[0065]一実施形態によれば、第１のガス導入口１１０、第２のガス導入口１１２、および第３のガス導入口６１３が設けられている。したがって、３つの異なるガスおよび／またはガスの混合物を、筐体に供給することが可能である。例えば、水素またはヘリウムなどの軽いガスを、試料を傷めることなく試料を観察するために、第１のガス導入口１１０によって導入することができる。別の動作モードにおいては、アルゴン、ネオン、キセノン、またはクリプトンなどの第２のガスを、試料のスパッタリングのために第２のガス導入口１１２を通じて導入することができる。さらに別の動作モードにおいて、スパッタリングまたは試料の改質に関して別の特性を有している第３のガスを使用することができる。
【００６７】
[0066]さらなる実施形態によれば、フォトレジストなどの材料をエッチングする場合のまたさらなる動作モードに関して、水素を使用してもよい。水素の還元性を、酸素含有材料のエッチングに利用することができる。それにもかかわらず、シリコンおよび金属などの複数の材料のための画像化モードにおいて、水素を使用することも可能である。
【００６８】
[0067]またさらなる実施形態によれば、第４のガス導入口を設けることが可能である。その結果、第４の動作モードを、酸素等のコンディショニングガスを筐体内のエミッタチップの周囲に導入することによって実行することができる。この実施形態によれば、酸素をチップのコンディショニングに使用することができる。このさらなるコンディショニング動作モードにおいて、エミッタの先端が成形または再成形されるが、これを酸素を導入することによって支援することができる。またさらなる実施形態によれば、画像化および／または試料の改質の動作モードのために、第４または第５のガスを使用することも可能である。
【００６９】
[0068]一般に、本明細書に記載の実施形態において、１つ以上のイオンビームを生成するための少なくとも２つの異なるガス（本明細書において、イオンビーム生成ガスとも称される）を、筐体に導入することができる。本明細書に記載の実施形態によれば、少なくとも２つの異なるイオンビーム生成ガスがガス混合物として筐体に導入され、生成されて集束イオンビーム装置のカラムを通って案内されるイオンビームを、エミッタチップの温度を変更し、随意によりエミッタチップ１３と、引き出し電極、あるいは、エミッタチップの先端部分の電界を調整するために設けられた別の電極との間の電圧を変更することによって、選択することが可能である。
【００７０】
[0069]上述のように、軽いガスおよび重いガスを、イオン生成ガスとして使用することができる。さらなる実施形態によれば、少なくとも１つのさらなるイオン生成ガスを、筐体に導入することが可能である。その結果、エッチングのためのイオン生成ガス、または第２のスパッタリングの選択肢のためのイオン生成ガス（例えば、アルゴンによる第１のスパッタリングの選択肢ならびにネオンまたはキセノンによる第２のスパッタリングの選択肢）を、導入することが可能である。いくつかの実施形態によれば、少なくとも第３のガス導入口が設けられ、あるいは３つのガスの混合物が供給される。スパッタリング用の２つ以上のイオンビーム生成ガスまたはエッチング用の２つ以上のイオンビーム生成ガスが使用される場合、さらに第４、第５、などのガス導入口を設けることができ、あるいは４つまたは５つ以上のガスの混合物を供給することができる。
【００７１】
[0070]さらに、さらなる実施形態によれば、上述したエミッタチップのコンディショニングガス（酸素）、搬送ガス、パージガス、などの形態のプロセスガスを、導入することが可能である。プロセスガスは、イオンビームの生成には使用されないが、プロセス支援のため使用されるガスとして理解すべきである。
【００７２】
[0071]図６に関して説明され、本明細書に開示される任意の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態によれば、さらにガス排出口６２０を設けることが可能である。ガス排出口６２０は、真空ポンプおよび／または真空容器を含む真空システムへと接続することができる。筐体１４の排気を、筐体内の圧力を制御するために使用して、イオン生成のためのプロセスパラメータを制御することができる。典型的には、イオン化されるべきガスの分圧が、エミッタの領域において１０−６〜１０−２ｍｂａｒの範囲にあるように制御される。別の実施形態によれば、筐体１４の排気を、第１の動作モードとさらなる（第２または第３の）動作モードとの間の切り替えの際に、使用することが可能である。これにより、第１の動作モードのために使用されるガスを、イオン生成の領域からより速く除去することが可能である。結果として、一方の動作モードと別の動作モードとの間の切り替えをより速く、例えば５秒以内に実施することができる。
【００７３】
[0072]他の実施と組み合わせることができるいくつかの実施形態においては、ガンチャンバにガス圧力勾配を与えることが可能である。これにより、ガス圧力が、エミッタおよびエミッタチップの付近でより高く、引き出し電極に向かうにつれて低くなる。したがって、充分な量のガスをエミッタチップへと供給でき、イオンの放射を妨げかねないガスの量が低減される。本明細書に記載の任意の実施形態と組み合わせることができる種々の実施例によれば、ガス圧力の勾配は、５ｅ−３ｍｂａｒ〜１０ｅ−６ｍｂａｒに達してもよく、典型的には１０ｅ−３ｍｂａｒ〜１０ｅ−４ｍｂａｒに達してもよい。
【００７４】
[0073]図７Ａにおいて、荷電粒子ビーム装置７００が示されている。荷電粒子ビーム装置は、エミッタ１２、筐体／ガンチャンバ１４、およびイオンビームカラム１６を備える。筐体１４内に存在するガスのイオンは、バイアスされたエミッタ１２の高電界によって生成される。
【００７５】
[0074]一実施形態によれば、第１のガス導入口１１０および第２のガス導入口１１２が設けられている。さらに、バルブ７１８が、第１のガス導入口１１０に設けられている。さらに、バルブ１７９が、第２のガス導入口１１２に設けられている。バルブは、筐体１４への第１のガスの導入と筐体への第２のガスの導入との間の切り替えを行うように構成されたコントローラによって制御される。
【００７６】
[0075]一実施形態によれば、バルブ７１８および７１９は、ガス導入口の出口開口の近くに配置されている。その結果、第２または第３の動作モードのために、除去されなければならない前の動作モードから残留するガスの量が、少なくなる。バルブの一方が閉じられるとき、前の動作モードのガスが依然として存在している容積は、バルブがガス導入口の出口開口の近くに配置されているならば、最小限に抑えられる。このガス導入口の無駄な容積は、例えば１ｃｍ３以下の範囲内にすることができる。典型的には、無駄な容積を小さくするために、マイクロバルブを使用することができる。本明細書において、無駄な容積を、通路の一部分であって、後続の流体を汚染する物質またはガスが残留しうる部分として定義することができる。切り替えの際に、前のガスが、後続のガスを汚染する可能性がある。
【００７７】
[0076]図７Ａに関して言及される他の実施形態によれば、ガス排出口６２０をさらに設けることができる。ガス排出口６２０を、真空ポンプまたは真空容器を含む真空システムに接続することができる。上述のように、筐体１４の排気を、筐体内の圧力を制御するために使用することができる。また、筐体１４の排気を、第１の動作モードとさらなる（第２または第３の）動作モードとの間の切り替えの際に、筐体を排気するために使用することも可能である。これにより、第１の動作モードに使用されるガスを、イオン生成の領域からより速やかに除去することが可能である。
【００７８】
[0077]図７Ｂにおいては、荷電粒子ビーム装置は、エミッタ１２、筐体／ガンチャンバ１４、およびイオンビームカラム１６を備える。筐体１４内に存在するガスのイオンは、バイアスされたエミッタ１２の高電界によって生成される。ガスを、本明細書に記載の任意の実施形態に従って、筐体へと導入することができる。
【００７９】
[0078]例えば図７Ｂに関して説明されるように、別の実施形態によれば、バルブ７２８が、ガス排出口６２０に設けられる。ガス排出口のバルブ７２８を、バルブの筐体１４とは反対側に低い圧力をもたらすために、閉じることができる。その結果、第１の動作モードとさらなる動作モードとの間の切り替えの際に、動作モード間の切り替えにおいて除去しなければならない筐体内のガスをより速やかに除去するために、バルブを開いて、反対側の低い圧力を使用することが可能である。
【００８０】
[0079] さらに別の実施形態によれば、この態様を、図８の集束イオンビーム装置８００に示されているような真空容器８２２と組み合わせることができる。図８において、荷電粒子ビーム装置８００が図示されている。荷電粒子ビーム装置は、エミッタ１２、筐体／ガンチャンバ１４、およびイオンビームカラム１６を備える。筐体１４内に存在するガスのイオンは、バイアスされたエミッタ１２の高電界によって生成される。さらに、バルブ７１８が、第１のガス導入口１１０に設けられている。さらに、バルブ７１９が、第２のガス導入口１１２に設けられている。バルブは、筐体１４への第１のガスの導入および筐体への第２のガスの導入の間で切り替えを行うように構成されたコントローラによって制御される。一方の弁が閉じられるとき、別の動作モードへの切り替えのために、除去する必要がある前の動作モードのガスが依然として存在する容積は、バルブがガス導入口の出口開口の近くに配置されているならば、最小限に抑えられる。
【００８１】
[0080]図８において、ガス排出口６２０の導管が、真空ポンプへと接続されている。真空ポンプが、真空容器８２２を排気する。その結果、低い圧力の容積がより大きくなる。容器８２２の追加の容積の結果として、バルブ７２８の開放時に、筐体１４の容積を、より高速に排気することができる。筐体の排気のための時間の短縮は、２つの動作モードの間のより速やかな切り替えを可能にする。
【００８２】
[0081]図９は、集束イオンビーム装置９００を示している。荷電粒子ビーム装置９００は、エミッタ１２、筐体／ガンチャンバ１４、およびイオンビームカラム１６を備える。筐体１４内に存在するガスのイオンは、バイアスされたエミッタ１２の高電界によって生成される。
【００８３】
[0082]一実施形態によれば、導管を有する第１のガス導入口１１０および導管を有する第２のガス導入口１１２が設けられている。さらに、バルブ８１８は、第１のガス導入口１１０に設けられている。さらに、バルブ８１９は、第２のガス導入口１１２に設けられている。バルブは、筐体１４への第１のガスの導入と筐体への第２のガスの導入との間の切り替えを行うように構成されたコントローラによって制御される。一実施形態によれば、バルブ８１８および８１９は、ガス導入口の出口開口の近くに配置される。その結果、第２または第３の動作モードのために、除去しなければならない前の動作モードから残留するガスの量が、少なくなる。
【００８４】
[0083]図９において、バルブ８１８および８１９は、２方向バルブである。これらのバルブのさらなる接続部は、それぞれ真空容器８２２および８２３に接続されている。真空容器８２２および８２３は、真空ポンプなどによって排気される。その結果、第１の動作モードとさらなる動作モードとの間の切り替えの挙動を、改善することができる。例えば、バルブ８１８が閉じられるとき、一方では、第１のガス導入口１１０によって導入されていた第１のガスの供給が、停止される。他方では、真空容器８２２が、ガス導入口の出口開口の部分に接続される。その結果、ガス導入口の出口開口の部分に残留するガスが、この出口開口の部分から除去され、筐体１４が排気される。同時にまたは事後に、第２のガス導入口１１２の弁８１９を開き、第２のガス導入口を通って導入されるガスを、筐体１４に供給することができる。
【００８５】
[0084]別の実施形態によれば、バルブ８１８および８１９を、それぞれの導管によって共通の真空容器に接続してもよい。
【００８６】
[0085]一実施形態によれば、図９に示されているように、バルブ７２８を備えるさらなるガス排出口６２０が設けられる。ガス排出口のバルブ７２８を、バルブの筐体１４とは反対の側に低圧をもたらすために、閉じることができる。その結果、第１の動作モードとさらなる動作モードとの間の切り替えの際に、動作モード間の切り替えのために除去する必要がある筐体内のガスをより迅速に除去するために、バルブを開いて、低圧を利用することが可能である。
【００８７】
[0086]別の実施形態によれば、ガス排出口６２０を省略することが可能である。その場合、筐体１４を、バルブ８１８および８１９の一方を介して排気することができる。その結果、一方のバルブがエミッタ１２の領域にガスを導入するための位置にあるとき、他方のバルブは、対応するバルブに接続された真空容器を介して筐体１４を排気するための位置にある。一般に、ガス流を遮断するために２方向バルブを使用することによって、ガスとエミッタ室、すなわち筐体との間の接続が閉じられ、エミッタ室と真空容器または真空ポンプとの間の接続が開かれる。結果として、エミッタ内のガス圧力の速やかな低下がもたらされる。
【００８８】
[0087]上述した動作モードに加えて、重いガスのイオンビームを、材料分析のために使用することができる。その結果、二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ  ７２２（例えば、図１Ａおよび１Ｂを参照）に適した検出器が設けられる。検出器が、スパッタリングによって生じる試料のイオンを検出し、分析する。スパッタリング時に、試料は粒子を放射し、それら粒子の一部は、それ自体がイオンである。これらの二次イオンは、表面の定量的な元素組成または同位体組成を割り出すために、質量分析計を用いて測定される。
【００８９】
[0088]一実施形態によれば、スパッタリングは、これまでの図に図示されているとおり、エミッタ１２によって放射されたイオンビームによって実現される。別の実施形態によれば、追加のフラッド電子源７３２（たとえば、図１Ａおよび１Ｂを参照）を設けることができる。その結果、エミッタ１２からのイオンビームの衝突時に試料から放出されるイオン化二次粒子の数を、増やすことができる。イオン化二次粒子の数が増加すると、検出器の検出感度が向上する。
【００９０】
[0089]上述のように、高分解能の画像化および試料の改質を可能にする集束イオンビーム装置の形態の単一カラム荷電粒子ビーム装置を提供することができる。したがって、使用されるカラムが１つだけであるという点に鑑み、コストの削減を達成することができる。
【００９１】
[0090]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、イオンを生成するためのエミッタチップおよびエミッタ領域を有するガス電界イオン源エミッタを収容するように構成されたイオンビームカラムと、エミッタチップを加熱するように構成された加熱手段と、第１のガスおよび少なくとも第２のガスをエミッタ領域へと導入するように構成された１つ以上のガス導入口と、第１のガスのイオンのイオンビームまたは少なくとも第２のガスのイオンのイオンビームを生成するために、第１のエミッタチップ温度と少なくとも第２のエミッタチップ温度との間の切り替えを行うように構成されたコントローラと、を備える集束イオンビーム装置が提供される。
【００９２】
[0091]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、加熱手段は、抵抗ヒータ、電磁ヒータ、誘導ヒータ、放射ヒータ、ＩＲヒータ、粒子源、およびレーザで構成されるグループから選択される少なくとも１つの要素である。
【００９３】
[0092]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、加熱手段は、エミッタチップに隣接して配置される。
【００９４】
[0093]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、エミッタチップは、フィラメントおよびフィラメント基部を備える支持部に設けられ、加熱手段は、エミッタチップ、フィラメント、およびフィラメント基部で構成されるグループから選択される少なくとも１つの要素を加熱するように構成される。
【００９５】
[0094]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、ガス電界イオン源エミッタからイオンを引き出すように構成された電極と、この電極とガス電界イオン源エミッタとの間に電圧を供給するように構成された電圧源と、を備える。
【００９６】
[0095]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、コントローラは、第１のガスのイオンのイオンビームまたは少なくとも１つの第２のガスのイオンのイオンビームを生成するために、電圧源の第１の電圧および少なくとも１つの第２の電圧との間の切り替えを行うようにさらに構成される。
【００９７】
[0096]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、第１のガスは、１０ｇ／ｍｏｌ未満の原子量を有するガス、水素、およびヘリウムで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである軽いガスであり、少なくとも１つの第２のガスは、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有する重いガスおよび反応ガスで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである。
【００９８】
[0097]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、重いガスは、物理スパッタリングガス、アルゴン、ネオン、およびクリプトンで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスであり、反応ガスは、酸素、水素、およびＣＯ２で構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである。
【００９９】
[0098]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、少なくともエミッタ領域を排気するように構成された真空システムへ接続されたガス排出口をさらに備える。
【０１００】
[0099]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、ガス導入口のうちの第１のガス導入口に設けられた第１のバルブ、およびガス導入口のうちの少なくとも１つの第２のガス導入口に設けられた少なくとも１つの第２のバルブをさらに備えており、第１のバルブおよび少なくとも１つの第２のバルブは、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの分圧を調節するために制御される。
【０１０１】
[0100]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態においては、集束イオンビーム装置を動作させる方法であって、イオンが生成されるエミッタ領域にエミッタチップを有しているエミッタに、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスのうちの少なくとも１つのガスのイオンビームを放射するための引き出し電圧を供給するための電位をバイアスするステップと、第１のエミッタチップ温度へと加熱を行い、第１のガスのイオンビームを放射するステップと、少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度へと加熱を行い、少なくとも１つの第２のガスの少なくとも１つのイオンビームを放射するステップと、を含む方法が提供される。
【０１０２】
[0101]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、エミッタは、第１のガスのイオンビームを放射するための引き出し電圧を供給するための電位へとバイアスされる。
【０１０３】
[0102]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、第１のエミッタチップ温度への加熱のステップにおいて、第１のガスの引き出し電圧を供給する第１の電位へのバイアスを行うステップを含む。
【０１０４】
[0103]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、第１のエミッタチップ温度への加熱のステップにおいて、第１のガスの引き出し電圧を供給する第１の電位へのバイアスを行うステップと、少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度への加熱のステップにおいて、少なくとも１つの第２のガスの引き出し電圧を供給する少なくとも１つの第２の電位へのバイアスを行うステップと、を含む。
【０１０５】
[0104]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度への加熱のステップにおいて、少なくとも１つの第２のガスの引き出し電圧を供給する少なくとも１つの第２の電位へのバイアスを行うステップを含む。
【０１０６】
[0105]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態においては、第１のガスは、軽いガスであり、少なくとも１つの第２のガスは、重い不活性ガスおよび反応ガスで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスであり、第１のガスのイオンビームは、観察モード用として生成され、重い不活性ガスのイオンビームは、スパッタリングモード用として生成され、反応ガスのイオンビームは、反応モード用として生成される。
【０１０７】
[0106]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、観察モードにおいて、第１のガスから生成されたイオンビームを試料上で走査し、試料の観察のために、第１のガスから生成されたイオンビームの衝突時に試料から放出される微粒子を検出するステップを含む。
【０１０８】
[0107]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、改質モードにおいて、少なくとも１つの第２のガスがエミッタ領域へと導入されるときに、試料を改質するステップを含む。
【０１０９】
[0108]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、改質するステップは、スパッタリングおよびエッチングで構成されるグループから選択される少なくとも１つの工程を含む。
【０１１０】
[0109]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、第１のガスは、軽いガス、１０ｇ／ｍｏｌ未満の原子量を有するガス、水素、およびヘリウムで構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである。
【０１１１】
[0110]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、少なくとも１つの第２のガスは、重いガス、物理スパッタリングガス、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有するガス、アルゴン、ネオン、クリプトン、反応ガス、プロセスガス、酸素、水素、およびＣＯ２で構成されるグループから選択される少なくとも１つのガスである。
【０１１２】
[0111]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、酸素であってもよいプロセスガスをエミッタ領域に導入し、随意によりさらなるチップ温度への加熱を行うステップ、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有するさらなる重いガスをエミッタ領域へと導入し、随意によりさらなるチップ温度への加熱を行うステップ、およびエッチング動作モードにおいてエミッタ領域へと水素を導入し、随意によりさらなるチップ温度への加熱を行うステップ、で構成されるグループから選択される少なくとも１つのステップ、ならびに第１のガスのイオンを少なくとも１つの第２のガスのイオンから分離するステップ、をさらに含む。
【０１１３】
[0112]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、プロセスガスは酸素である。
【０１１４】
[0113]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスのイオンを生成するためのエミッタチップおよびエミッタ領域を有するエミッタを収容するための筐体を備えるイオンビームカラム、および第１のエミッタチップ温度と少なくとも１つの第２のエミッタチップ温度との間で切り替えを行うための手段を備えており、第１のガスは、水素およびヘリウムで構成されるグループから選択され、少なくとも１つの第２のガスが、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有している、集束イオンビーム装置が提供される。
【０１１５】
[0114]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、第１のバルブは、第１のガスのガス供給源への第１のガス供給導管、第１のガスをチャンバに導入するための第１のガス導入導管、および少なくとも１つの真空容器への接続のための第１の排気導管を有しており、第２のバルブは、第２のガスのガス供給源への第２のガス供給導管、第２のガスをチャンバに導入するための第２のガス導入導管、および少なくとも１つの真空容器への接続のための第２の排気導管を有している。
【０１１６】
[0115]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、第１のガス導入口および第２のガス導入口は、筐体への供給のための共通のガス導入口へとガスを供給する。
【０１１７】
[0116]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、真空システムが、真空容器を含む。
【０１１８】
[0117]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、イオンビームカラムに設けられ、試料上でイオンビームを走査するように構成された走査偏向器、イオンビームカラムに設けられ、イオンビームの衝突時に試料から放出される微粒子を時間分解検出するように構成された検出器、ならびに走査偏向器および検出器へと接続されたコントローラをさらに備える。
【０１１９】
[0118]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、時間分解測定が、２μｓまたは２μｓ未満の時間分解能に合わせて構成される。
【０１２０】
[0119]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、筐体が、イオンビームカラムのガンチャンバに設けられる。
【０１２１】
[0120]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、筐体が、５ｃｍ３以下の容積を有する。
【０１２２】
[0121]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、試料から放出されるイオンまたはイオン化された粒子を特定するための質量分析計をさらに備える。
【０１２３】
[0122]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、試料領域に隣接する領域に設けられたフラッド電子銃をさらに備える。
【０１２４】
[0123]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、少なくとも第３のガスを筐体へと導入するための第３のガス導入口をさらに備える。
【０１２５】
[0124]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、少なくとも第３のガス導入口に設けられ、コントローラによって制御される少なくとも第３のバルブをさらに備える。
【０１２６】
[0125]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、第１のガスは、水素およびヘリウムで構成されるグループから選択される軽いガスであり、第２のガスは、アルゴン、ネオン、クリプトン、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される重いガスである。
【０１２７】
[0126]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、第１のガスからのイオンを第２のガスからのイオンから分離するための質量分離器をさらに備える。
【０１２８】
[0127]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、イオンが生成されるエミッタ領域のエミッタに、軽いガスのイオンビームを放射するための第１の引き出し電圧を供給するための第１の電位をバイアスするステップと、イオンが生成されるエミッタ領域のエミッタに、重いガスのイオンビームを放射するための第２の引き出し電圧を供給するための第２の電位をバイアスするステップと、をさらに含んでおり、軽いガスが、水素およびヘリウムで構成されるグループから選択され、重いガスが、１０ｇ／ｍｏｌ以上の原子量を有している。
【０１２９】
[0128]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、エミッタ領域を囲んでいる筐体を排気するステップをさらに含む。
【０１３０】
[0129]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、切り替えが、引き出し電圧の電源を制御することを含む。
【０１３１】
[0130]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、観察モードにおいて、軽いイオンビーム生成ガスから生成されたイオンビームを試料上で走査し、試料の観察のために、軽いイオンビーム生成ガスからのイオンビームの衝突時に試料から放出される微粒子を検出するステップ、および改質モードにおいて、重いイオンビーム生成ガスがエミッタ領域に導入されるときに、試料を改質するステップ、をさらに含む。
【０１３２】
[0131]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、重いイオンビーム生成ガスがエミッタ領域に導入されるときに試料から放出されるイオン化粒子の質量検出を行うステップをさらに含む。
【０１３３】
[0132]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態は、重いイオンビーム生成ガスがエミッタ領域に導入されるときに試料から放出される粒子をイオン化するステップをさらに含む。
【０１３４】
[0133]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態においては、集束イオンビーム装置を動作させる方法であって、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの少なくとも２つの異なるイオンビームが、ガスのうちの少なくとも１つのイオン化をそれぞれもたらすエミッタチップ温度および引き出し電圧に関して、少なくとも２つの異なるエミッタチップ温度の間で切り替えを行い、さらに随意により少なくとも２つの異なる引き出し電圧の間及び／あるいは第１のガスおよび少なくとも第２のガスのうちの少なくとも２つの間で切り替えを行うことによって、連続的に生成される方法が提供される。
【０１３５】
[0134]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態においては、集束イオンビーム装置を動作させる方法であって、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの少なくとも２つの異なるイオンビームが、ガスのうちの少なくとも１つのイオン化をそれぞれもたらす少なくとも２つの異なるエミッタチップ温度の間で切り替えを行うことによって、連続的に生成される方法が提供される。
【０１３６】
[0135]本明細書に開示の任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態においては、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの少なくとも２つの異なるイオンビームが、ガスのうちの少なくとも１つのイオン化をそれぞれもたらすエミッタチップ温度および引き出し電圧に関して、少なくとも２つの異なる引き出し電圧の間及び／あるいは第１のガスおよび少なくとも第２のガスのうちの少なくとも２つの間で切り替えをさらに行うことによって、連続的に生成される。
【０１３７】
[0136]本明細書の記載は、本発明を開示するための実施例を使用し、そのような実施例が、最良の態様を含んでおり、さらに当業者が本発明を製作および使用することを可能にしている。本発明を、種々の具体的な実施形態に関して説明したが、本発明を、特許請求の範囲の技術的思想および技術的範囲の中で変更を伴いつつ実施できることを、当業者であれば理解できるであろう。とくに、上述した実施形態の相互に排他的でない特徴を、互いに組み合わせることが可能である。本発明の特許可能範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い浮かべる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例も、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【０１３８】
[0137]以上は、本発明のいくつかの実施形態に向けられているが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な技術的範囲から離れることなく考え出すことができ、本発明の技術的範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…エミッタホルダ、１２…エミッタ、１３…エミッタチップ、１４…筐体／チャンバ、１５…ヒータ、１６…イオンビームカラム、１７…ガンチャンバ、１８…引き出し電極、２０…レンズ、２２…検出器、２４…試料、２６…走査偏向器、３０…冷却ユニット、５２…ヘリウム原子、５３…ヘリウムイオン、５４…アルゴン原子、５５…アルゴンイオン、７２…電源、１００、６００、８００、９００…集束イオンビーム装置、１０２…光アクセス、１１０…第１のガス導入口、１１１、１１３、１２１、１３０、１４０、１７２、４７２…コントローラ、１１２…第２のガス導入口、１２０…ガス排出口、２１０…シャンク、２１２…チップ、３００ａ、３００ｂ…集束イオンビームカラム、３１０…共通のガス導入口、６１３…第３のガス導入口、６２０…ガス排出口、７００…荷電粒子ビーム装置、７１８、７１９、７２８…バルブ、７２２…質量分析計、７３２…電子源、７４２…質量分離器、８２２、９２２、９２３…真空容器。
【図１Ａ】
2010114082.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
2010114082.tif 000013
【図９】
2010114082.tif 000014
【外国語明細書】
2010114082000001.pdf