(57)【要約】      （修正有）【課題】クロストーク電流の補償を容易に行うことのできるイオントラップ型質量分析器を提供する。【解決手段】少なくとも１個の第１開口を有する環状電極、及び第１開口に配置された少なくとも１個の第１電極１４０２を含むイオントラップ１４０４において、イオントラップ１４０４に高周波蓄積信号を提供するための少なくとも１個の増幅器１４０８と、高周波蓄積信号が第１電極１４０２に結合されるように増幅器１４０８及び第１電極１４０２に接続される少なくとも１個の第１変圧器１４１１とを備える。【選択図】図５
2014225453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のイオンの質量選択判定装置（1400）であって、
・少なくとも１つの第１開口を有する少なくとも１個の環状電極（1401）、及び前記第１開口に配置された少なくとも１個の第１電極（1402）を含む、少なくとも1個のイオンを蓄積するための少なくとも１つのイオントラップ（1404）と、
・高周波蓄積信号を前記イオントラップ（1404）に提供するための少なくとも１個の増幅器（1408）と、
・前記高周波蓄積信号が前記第１電極（1402）に結合されるよう、前記増幅器（1408）及び前記第１電極（1402）に接続される少なくとも１個の第１変圧器（1411）と、
を備えている装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置（1400）であって、前記環状電極（1401）は、少なくとも１つの第２開口を有し、また、前記イオントラップ（1404）は、前記第２開口に配置された少なくとも１個の第２電極（1403）を含んでいる装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置（1400）であって、
・前記装置（1400）は、少なくとも１個の一次変圧器（1409）を備え、
・前記一次変圧器（1409）及び前記第１変圧器（1411）は、同一の変圧器コア及び同一の一次巻線（1428）を含み、
・前記一次変圧器（1409）は、第１二次巻線（1429）を含み、
・前記第１変圧器（1411）は、前記第１二次巻線（1429）とは異なる第２二次巻線（1430）を含み、更に、
・前記第１二次巻線（1429）の巻線方向と、前記第２二次巻線（1430）の巻線方向とは異なっている装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の装置（1400）であって、前記第１電極（1402）は
少なくとも１個の第１水晶フィルタユニット（1414）に接続されている装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置（1400）であって、
・前記第１変圧器（1411）及び前記第１電極（1402）の間には、少なくとも１個の第１可変コンデンサ（1410）が接続され、更に、
・前記第１水晶フィルタユニット（1414）は、前記第１可変コンデンサ（1410）及び前
記第１電極（1402）も接続された第１回路ノードに接続されている装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の装置（1400）であって、
・前記装置（1400）は、前記第１電極（1402）の第１測定信号を増幅するための少なくとも１個の第１測定増幅器（1416）を備え、更に、
・前記第１電極（1402）と、第１励起信号を前記第１電極（1402）に発生させるための第１励起ユニット（1417）とは、前記第１測定増幅器（1416）の入力端に接続されている装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置（1400）であって、該装置（1400）は、
・前記第１電極（1402）及び前記第１励起ユニット（1417）の間に第１スイッチ（1418）が配置されているか、又は、
・前記第１励起ユニット（1417）及び前記第１測定増幅器（1416）の間に第２スイッチ（1419）が配置されているか、
という特徴の少なくとも１つを有している装置。
【請求項８】
請求項２〜７の何れか一項に記載の装置（1400）であって、少なくとも１個の第２変圧器（1413）を備え、前記高周波蓄積信号が前記第２変圧器（1413）を介して前記第２電極（1403）に結合されるよう、前記第２変圧器（1413）が前記増幅器（1408）及び前記第２電極（1403）に接続されている装置。
【請求項９】
請求項３又は８に記載の装置（1400）であって、
・前記一次変圧器（1409）及び前記第２変圧器（1413）は、同一の変圧器コア及び同一の一次巻線（1428）を含み、
・前記一次変圧器（1409）は、前記第１二次巻線（1429）を含み、
・前記第２変圧器（1413）は、前記第１二次巻線（1429）とは異なる第３二次巻線（1431）を含み、更に、
・前記第１二次巻線（1429）の巻線方向と、前記第３二次巻線（1431）の巻線方向とは異なっている装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の装置（1400）であって、前記第２電極（1403）は、少なくとも１個の第２水晶フィルタユニット（1415）に接続されている装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置（1400）であって、
・前記第２変圧器（1413）及び前記第２電極（1403）の間には、少なくとも１個の第２可変コンデンサ（1412）が接続され、更に、
・前記第２水晶フィルタユニット（1415）は、前記第２可変コンデンサ（1412）及び前
記第２電極（1403）も接続された第２回路ノードに接続されている装置。
【請求項１２】
請求項２〜１１の何れか一項に記載の装置（1400）であって、
・前記装置（1400）は、前記第２電極（1403）の第２測定信号を増幅するための少なくと
も１個の第２測定増幅器（1422）を備え、更に、
・前記第２電極（1403）と、第２励起信号を前記第２電極（1403）に発生させるための第２励起ユニット（1423）とは、前記第２測定増幅器（1422）の入力端に接続されている装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置（1400）であって、該装置（1400）は、
・前記第２電極（1403）及び前記第２励起ユニット（1423）の間に第３スイッチ（1424）が配置されているか、又は、
・前記第２励起ユニット（1423）及び前記第２増幅器（1422）の間に第４スイッチ（1425）が配置されているか、
という特徴の少なくとも１つを有している装置。
【請求項１４】
測定機器（１）であって、
・少なくとも１個のイオン発生ユニット（２）と、
・請求項１〜１３の何れか一項に記載のイオンの質量選択判定装置（1400）と、
を備えている測定機器。
Measuring apparatus (1), comprising
【請求項１５】
請求項１４に記載の測定機器（１）であって、前記イオン発生ユニット（２）は、
・荷電粒子を含む粒子ビーム又は光ビームを発生させる少なくとも１個のビーム発生器（27）と、粒子ビーム又は光ビームを前記対象物（16）上に入射させて少なくとも１個のイオンが発生するよう、粒子ビーム又は光ビームを対象物（16）上に収束させる少なくとも１個の対物レンズ（31）とを有する、少なくとも１個の照射ユニット（２）を含むか、又は、
・プラズマによってイオンを発生させる少なくとも１個のプラズマユニット含む、
という特徴の少なくとも１つを有している測定機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１個又は複数個のイオンの質量選択判定装置に関する。本発明の装置は、特に、少なくとも１個又は複数個のイオンを判定するために機能するものである。本発明に係る装置は、例えば、イオントラップを備える粒子ビーム機器に使用される。イオンは、電界又は磁界によってイオントラップ内に蓄積されるものである。イオントラップ内に蓄積されたこれらイオンは、質量分析法によって検査することができる。この場合の検査は、例えば、イオンに作用する電界及び磁界の種類や強度に応じて行われる。代替的には、特定の質量を有するイオンは、電界及び磁界を変化させることにより、推測し分析することができる。
【背景技術】
【０００２】
粒子ビームは、特定条件化における対象物の特性及び挙動に関する情報を得るために、既に長らく使用されている。このような粒子ビーム機器の１つには、電子ビーム機器、特に走査電子顕微鏡（以下、SEMとも称する）がある。
【０００３】
SEMの場合、電子ビーム（以下、一次電子ビームとも称する）は、ビーム発生器を使用して発生され、ビームガイドシステム、特に対物レンズによって検査対象（試料とも称する）上に収束されるものである。この場合に一次電子ビームは、偏向装置を使用することにより、検査対象の表面上でラスター状にガイドされる。その際、一次電子ビームの電子は、検査対象の材料と相互に作用する。この相互作用により、特に相互作用粒子が発生する。即ちこの場合、特に、電子が検査試料の表面から放出し（いわゆる二次電子）、一次電子ビームの電子は後方に散乱する（いわゆる後方散乱電子）。これら二次電子及び後方散乱電子は、検出されて画像の生成に使用される。このようにして、検査対象の画像を得ることができる。
【０００４】
また、従来技術においては、対象物の検査をするために、電子及びイオンの両方が検査対象にガイドされるコンビネーション機器の使用が既知である。この場合、例えばSEMにイオンビームカラムを付加的に設けることが既知である。この場合、イオンビームカラム内に配置されるイオンビーム発生器によりイオンが発生し、これらイオンは、対象物の前処理（例えば、対象物の表面の除去又は対象物への材料の堆積）だけでなく、代替的には画像を得るためにも使用される。この場合のSEMは、特に、前処理した対象物の観察をするために機能するが、前処理後又は未処理の対象物を更に検査するためにも機能するものである。
【０００５】
上述した画像の生成に加えて、相互作用粒子のエネルギ及び／又は質量をより詳細に分析することも可能である。例えば、質量分析法との関連においては、二次イオンをより詳細に検査する方法が知られており、SIMS（二次イオン質量分析法）の略称で知られている。この方法においては、検査対象の表面が、収束された一次イオンビーム又はレーザビームで照射される。その際、試料の表面から二次イオンとして放出された相互作用粒子は、分析ユニットで検出され、質量分析法によって検査される。この場合に二次イオンは、イオン質量やイオン電荷に基づいて選択かつ同定されるため、対象物の組成に関する推測が可能である。
【０００６】
従来技術においては、例えば、イオントラップ・質量分析器として構成される分析ユニットが既知である。この既知のイオントラップ・質量分析器においては、蓄積セルがポールトラップとして構成される。このポールトラップは、環状電極、第１端部キャップ電極、及び第２端部キャップ電極を有する。この場合に環状電極は、第１軸線周りに回転対称的に配置される。同様に、第１端部キャップ電極及び第２端部キャップ電極も、第１軸線周りに回転対照的に配置される。これら環状電極、第１端部キャップ電極、及び第２端部キャップ電極は、蓄積セルの内部空間を包囲するものである。環状電極は、二次イオンを蓄積セルの内部空間内に取り込むための開口を有する。イオンは、交流電界により、イオントラップ・質量分析器内で動的に蓄積される。一般的に、この場合の交流電界としては電気的四重極によるものが利用される。質量電荷比を測定するためには、励起信号によってイオンを振動させ、また、その際の周波数はイオン質量に依存するものである。この振動情報は、第１端部キャップ電極及び第２端部キャップ電極で取り出され、評価される。この目的のため、誘導された鏡像電荷によって生じる測定電流が、端部キャップ電極で測定される。
【０００７】
しかしながら、上述したイオントラップ・質量分析器においては、干渉効果がクロストーク電流として生じる。即ち、交流電界と第１端部キャップとの第１相互作用により、第１クロストーク電流が生じるだけでなく、交流電界と第２端部キャップとの第２相互作用により、第２クロストーク電流が生じる。第１クロストーク電流は、第１周波数、第１振幅及び第１位相を有し、第２クロストーク電流は、第２周波数、第２振幅及び第２位相を有する。通常、クロストーク電流は、正味（実際）の測定電流に比べて遥かに大きい。正味の測定電流及びクロストーク電流から成る電流（以下、測定信号とも称する）は、第１端部キャップ電極及び第２端部キャップ電極で取り出され、一般的には、測定増幅器によって増幅される。この場合、測定増幅器には、大きなクロストーク電流に起因して過負荷が生じることが多く、従って測定増幅器の増幅信号は、蓄積されたイオンに関して、利用可能な情報を提供することがない。
【０００８】
従来技術には、この問題の解決法が既知である。この解決法では、測定信号が第１端部キャップ電極で測定され、また、上述したのと同様の第１周波数及び第１振幅を有する第１補償電流がもたらされる。更に、第１補償電流は、第１クロストーク電流の第１位相に対して180°ずらした第１補償位相を有する。その後、第１補償電流は、第１合成信号が生じるよう第１測定信号に重畳される。この場合、第１合成信号をフィルタリングすれば、第１フィルタ信号を得ることができ、その第１フィルタ信号は、第１測定電流、即ち実質的には正味の測定信号を含むものである。その後、第１フィルタ信号は、測定増幅器によって増幅され、イオン又は複数個のイオンを判定するために増幅された上述のフィルタ信号の評価が行われる。この過程は、第２測定信号に関しても第２端部キャップ電極で同様に行われる。
【０００９】
一般的に、上述した過程は、ソフトウェアを使用した複雑な操作によって行われるものである。この操作においては、ダイレクトデジタル合成（DDS）が適用される。これらは、デジタル信号処理において、周期的で帯域制限された信号を生成するための方法である。しかしながら、この場合に使用するソフトウェアのプログラミングは複雑であるだけでなく、エラーを含んでいることも多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の課題は、補償電流と、合成信号の後発的なフィルタリングとによって、クロストーク電流の補償をより容易に行うことのできるイオンの質量選択判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴を有すると共に、少なくとも１個又は複数個のイオンの質量選択判定装置によって解決される。このような装置を備える測定機器は、請求項１４の特徴を有する。本発明の更なる特徴は、以下の記載、添付の特許請求の範囲及び／又は添付図面のとおりである。
【００１２】
本発明に係る、少なくとも１個又は複数個のイオンの質量選択判定装置は、少なくとも１個又は複数個のイオンを蓄積するための少なくとも１個のイオントラップを備える。イオンの発生については、以下においてより詳細に説明する。イオンは、例えば帯電した原子又は分子として構成されるものである。イオントラップは、少なくとも１つの開口を有する少なくとも１個の環状電極を含む。イオントラップには更に、第１開口に配置される少なくとも１個の第１電極（第１端部キャップ電極とも称する）が設けられる。これに加えて、本発明に係る装置には、高周波蓄積信号をイオントラップに提供するための増幅器が設けられる。この場合の高周波蓄積信号は、イオンを、環状電極及び第１電極（及び場合により、以下において更に説明する第２電極）によって形成される内部空間内に蓄積するために機能する。換言すれば、環状電極及び第１電極（及び場合により第２電極）は、内部空間を画定するものである。蓄積周波数は、10kHz〜10MHzの範囲にあり、交流静電界を発生させるために使用される交流電圧に含まれる。この交流電圧は、例えば10V〜10kVの範囲にある。
【００１３】
更に、本発明に係る装置は、高周波蓄積信号が第１電極に結合されるよう、増幅器及び第１電極に接続される第１変圧器を備える。換言すれば、第１電極及び増幅器の接続は、高周波蓄積信号が第１変圧器によって結合されるものとする。
【００１４】
本発明は、複雑なソフトウェア制御が、イオントラップ内における潜在的なクロストーク電流を補償するために必ずしも必要ではないという驚くべき認識に基づいている。むしろ、潜在的なクロストーク電流は、構成簡単な電子部品を使用すれば、より容易に補償することができる。なぜなら、本発明に係る装置においては、第１変圧器によって、高周波蓄積信号を逆位相、例えば位相を180°回転させた状態で第１電極に結合することができるという利点を有するからである。これにより、環状電極及び第１電極又は環状電極及び第２電極の間で電圧が生じることはほぼない。従って、環状電極及び第１電極の間（又は、（以下において更に説明する）環状電極及び第２電極の間）でクロストーク電流が生じることもほぼない。そのため、潜在的なクロストーク電流は、高周波蓄積信号の位相を180°回転させた状態で結合することによって、基本的には最初からほぼ補償される。この場合に使用される補償電流の振幅は、第１変圧器によって、増幅器が提供する電流の振幅に比例するものとする。また、第１変圧器によって、増幅器が提供する電流及び補償電流の間で位相のシフトが生じる。更に、第１変圧器は、高周波蓄積信号が生じる装置内の領域と、イオンを検出するための測定電流が確認される領域とをガルバニック絶縁するために機能する。これに加えて、第１変圧器は、電力を、高周波蓄積信号が生じる装置内の領域から、測定電流が確認される装置内の領域へと伝達するためにも機能する。
【００１５】
本発明に係る装置の実施形態において、環状電極は、少なくとも１つの第２開口を付加的又は代替的に有する。更に、イオントラップは、第２開口に配置される少なくとも１個の第２電極（第２端部キャップ電極とも称する）を含む。
【００１６】
上述した利点を特に良好に達成するため、本発明に係る装置の他の実施形態において、装置は、少なくとも１個の一次変圧器を付加的又は代替的に備える。更に、一次変圧器及び第１変圧器は、同一の変圧器コア及び同一の一次巻線を含む。換言すれば、一次変圧器及び第１変圧器は何れも、同一の変圧器コア及び同一の一次巻線を使用するものである。一次変圧器は、第１二次巻線を含む。更に、第１変圧器は、第１二次巻線とは異なる第２二次巻線を含む。換言すれば、一次変圧器及び第１変圧器は、異なる二次巻線を使用するものである。この場合、第１二次巻線の巻線方向と、第２二次巻線の巻線方向とは異なる。
【００１７】
本発明に係る装置の実施形態において、第１電極は、少なくとも１個の第１水晶フィルタユニットに付加的又は代替的に接続される。上述した補償が行われるにも関わらず、数mA（例えば１mA〜20mA）の（僅かな）第１クロストーク電流が第１電極（及び／又は場合により（以下において更に説明する）第２クロストーク電流が第２電極）で生じる可能性があるため、この実施形態では、第１水晶フィルタユニットが設けられる。この第１水晶フィルタユニットは、第１電極で測定される第１電極電流のフィルタリングをするために機能する。第１電極電流とは、正味の第１測定電流（第１測定信号とも称する）及び第１クロストーク電流から成るものである。第１電極電流のフィルタリングに際しては、依然として残留しているクロストーク電流がフィルタで除去される。第１水晶フィルタユニットは、一方では、第１測定電流に対して高インピーダンスを有するよう構成され、他方では、第１クロストーク電流を実質的に短絡させるという利点を有する。第１水晶フィルタユニットは更に、例えば、水晶振動子を有する電気機械フィルタとして構成される。この水晶振動子は、信号における特定の周波数成分を抑制するものである。このようにして、クロストーク電流はフィルタで除去され、また、第１電極で取り込まれると共に、イオントラップに蓄積された１個又は複数個のイオンに関する情報を含む第１測定電流を、干渉信号をなくした状態で評価することができる。第２クロストーク電流をフィルタで除去する点については、以下において説明する。
【００１８】
本発明に係る装置の他の実施形態において、第１変圧器及び第１電極の間には、少なくとも１個の第１可変コンデンサが付加的又は代替的に配置される。更に、第１水晶フィルタユニットは、第１可変コンデンサ及び第１電極も接続される第１回路ノードに接続される。第１可変コンデンサは、基本的には共振同調コンデンサとして機能し、第１水晶フィルタユニットの共振周波数を蓄積周波数に同調させるものである（例えばこの場合、共振周波数は、蓄積周波数に正確に同調される）。基本的には、第１可変コンデンサを使用すれば、生じる可能性のある第１クロストーク電流の補償を調整することができる。本発明に係る装置においては、第１変圧器により、第１クロストーク電流に対する第１の粗補償が行われる。この第１の補償により、第１クロストーク電流が僅かな量に低減される。その後、第１の補償後に依然として残留している第１クロストーク電流は、第１可変コンデンサ及び第１水晶フィルタユニットによって完全に補償される。
【００１９】
本発明に係る装置の他の実施形態において、装置は、第１電極で取り込まれる第１測定電流（即ち、第１測定信号）を増幅するための少なくとも１個の第１測定増幅器を備える。更に、この実施形態においては、第１励起ユニットが設けられる。この場合、第１電極と、第１励起信号を第１電極に発生させるための第１励起ユニットとは、第１測定増幅器の入力端に接続される。この第１励起信号により、内部空間内に蓄積された１個又は複数個のイオンは振動を生じ、また、その際の周波数は個々のイオンの質量に依存する。この場合の振動により、第１電極において、第１測定電流をもたらす鏡像電荷が誘導される。第２測定電流については、以下において説明する。
【００２０】
本発明に係る装置の他の構成において、装置は、以下の特徴の少なくとも１つを有する。即ち、
・第１電極及び第１励起ユニットの間に第１スイッチが配置されるか、又は、
・第１励起ユニット及び第１測定増幅器の間に第２スイッチが配置される。
【００２１】
第１スイッチ及び／又は第２スイッチによって、イオントラップにおける第１動作モード（即ち、通常の動作モード）と、第２動作モード（即ち、適合動作モード）との間で切り替えを行うことが可能である。この場合の通常動作モードは、測定動作モードに相当する。また、適合動作モードは励起動作モードに相当する。例えば、第１動作モードにおいて、第１スイッチは第１切り替え状態にあり、及び／又は、第２スイッチは第２切り替え状態にある。第１動作モードでは、内部空間内に蓄積される１個又は複数個のイオンに関する情報を得るために、第１電極電流の測定、フィルタリング及び評価が行われる。例えば、第２動作モードにおいて、第１スイッチは第３切り替え状態にあり、及び／又は、第２スイッチは第２切り替え状態にある。適合動作モードでは、例えば第１励起信号（例えばその振幅及び周波数）の設定が行われる。この第１励起信号は、任意の時間的プロファイルを有することができる。この場合のプロファイルは、例えば正弦波状又はデルタ波状である。ただし本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、時間的プロファイルは、任意かつ適切なものとすることができる。
【００２２】
本発明に係る装置の他の実施形態において、装置は、高周波蓄積信号が第２電極に結合されるよう、増幅器及び第２電極に接続される少なくとも１個の第２変圧器を付加的又は代替的に備える。換言すれば、増幅器及び第２電極の接続は、高周波蓄積信号が第２変圧器によって結合されるものとする。この場合、上述したのと同様の利点が達成される。高周波蓄積信号は、逆位相、例えば位相を180°回転させた状態で第２電極に結合することができる。これにより、環状電極及び第２電極の間で電圧が生じることはほぼない。従って、環状電極及び第２電極の間で第２クロストーク電流が生じることもほぼない。そのため、潜在的な第２クロストーク電流は、高周波蓄積信号の位相を180°回転させた状態で結合することによって、基本的には最初からほぼ補償される。
【００２３】
本発明に係る装置の他の実施形態において、一次変圧器及び第２変圧器は、同一の変圧器コア及び同一の一次巻線を付加的又は代替的に含む。従ってこの場合、一次変圧器及び第２変圧器は何れも、同一の変圧器コア及び同一の一次巻線を使用するものである。上述したように、一次変圧器は、第１二次巻線を含む。更に、第２変圧器は、第１二次巻線とは異なる第３二次巻線を含む。この場合、第１二次巻線の巻線方向と、第３二次巻線の巻線方向とは異なる。上述した利点を特に良好に達成するため、本発明に係る装置のこの実施形態も、上述した実施形態に加えて適用されるものとする。
【００２４】
本発明に係る装置の実施形態において、第２電極は、少なくとも１個の第２水晶フィルタユニットに付加的又は代替的に接続される。上述した補償が行われるにも関わらず、第２電極で（僅かな）第２クロストーク電流が生じる可能性があるため、本発明に係る粒子ビーム機器のこの実施形態では、第２水晶フィルタユニットが設けられる。この第２水晶フィルタユニットは、第２電極で測定される第２電極電流のフィルタリングをするために機能する。第２電極電流とは、正味の第２測定電流及び第２クロストーク電流から成るものである。第２電極電流のフィルタリングに際しては、依然として残留している第２クロストーク電流がフィルタで除去される。第２水晶フィルタユニットは、例えば第１水晶フィルタユニットと同じ構成とする。従って、第１水晶フィルタユニットに関する記載を参照されたい。
【００２５】
本発明に係る装置の他の実施形態において、第２変圧器及び第２電極の間には、少なくとも１個の第２可変コンデンサが配置される。更に、第２水晶フィルタユニットは、第２可変コンデンサ及び第２電極も接続される第２回路ノードに接続される。第２可変コンデンサは、基本的には共振同調コンデンサとして機能し、第２水晶フィルタユニットの共振周波数を蓄積周波数に同調させるものである（例えばこの場合、共振周波数は、蓄積周波数に正確に同調される）。
【００２６】
基本的には、第２可変コンデンサを使用すれば、生じる可能性のある第２クロストーク電流の補償を調整することができる。本発明に係る装置においては、第２変圧器により、第２クロストーク電流に対する第１の粗補償が行われる。この第１の補償により、第２クロストーク電流が僅かな量に低減される。その後、第１の補償後に依然として残留している第２クロストーク電流は、第２可変コンデンサ及び第２水晶フィルタユニットによって完全に補償される。
【００２７】
本発明に係る装置の他の実施形態において、装置は、第２電極で取り込まれる第２測定電流を増幅するための少なくとも１個の第２測定増幅器を備える。更に、第２励起信号を第２電極に発生させるための第２励起ユニットが設けられる。この場合、第２電極と、第２励起信号を第２電極に発生させるための第２励起ユニットとは、第２測定増幅器の入力端に接続される。この第２励起信号により、内部空間内に蓄積された１個又は複数個のイオンは振動を生じ、また、その際の周波数は個々のイオンの質量に依存する。この場合の振動により、第２電極において、第２測定電流をもたらす鏡像電荷が誘導される。
【００２８】
本発明に係る装置の他の構成において、装置は、以下の特徴の少なくとも１つを有する。即ち、
・第２電極及び第２励起ユニットの間に第３スイッチが配置されるか、又は、
・第２励起ユニット及び第２測定増幅器の間に第４スイッチが配置される。
【００２９】
第３スイッチ及び／又は第４スイッチによって、イオントラップにおける第１動作モード（即ち、通常の動作モード）と、第２動作モード（即ち、適合動作モード）との間で切り替えを行うことが可能である。例えば、第１動作モードにおいて、第３スイッチは第５切り替え状態にあり、及び／又は、第４スイッチは第６切り替え状態にある。第１動作モードでは、内部空間内に蓄積される１個又は複数個のイオンに関する情報を得るために、第２電極電流の測定、フィルタリング及び評価が行われる。例えば、第２動作モードにおいて、第３スイッチは第７切り替え状態にあり、及び／又は、第４スイッチは第８切り替え状態にある。適合動作モードでは、例えば第２励起信号、特にその振幅及び周波数の設定が行われる。この第１励起信号は、任意の時間的プロファイルを有することができる。この場合のプロファイルは、例えば正弦波状又はデルタ波状である。ただし本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、時間的プロファイルは、任意かつ適切なものとすることができる。
【００３０】
本発明は、イオン発生ユニットを少なくとも１個と、少なくとも１個又は複数個のイオンの質量選択判定装置を少なくとも１個備える測定機器にも関し、この場合にイオンの質量選択判定装置は、本明細書に記載の特徴を少なくとも１つ有するか、又は本明細書に記載の少なくとも２つの特徴の組み合わせを有するものである。例えば、イオン発生ユニットは、少なくとも１個の照射ユニットを含み、この場合に照射ユニットは、荷電粒子を含む粒子ビーム又は光ビームを発生させる少なくとも１個のビーム発生器と、粒子ビーム又は光ビームを対象物上に入射させて少なくとも１個のイオンが発生するよう、粒子ビーム又は光ビームを対象物上に収束させる少なくとも１個の対物レンズとを有する。
【００３１】
ただし、イオン発生ユニットは、イオンを対象物で発生させるための粒子ビーム又は光ビームの使用に限定されるものではない。対象物におけるイオンは、任意かつ適切な手段、例えばプラズマユニットによって発生させることも可能である。イオンは、例えば、本発明に係る装置に隣接する空間で発生させ、その後に本発明に係る装置内に導くことができる。
【００３２】
以下、本発明を図面に関連する例示的な実施形態に基づいて詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】電子ビームカラム及びイオンを発生させるためのイオン発生ユニットを備える測定機器を示す第１概略図である。
【図２】図１に係る測定機器の実施形態を正面図として示す第２概略図である。
【図３】粒子分析装置を示す概略図である。
【図４】イオントラップの蓄積セルを示す概略断面図である。
【図５】図４に係るイオントラップを制御及び測定ユニットと共に示す詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明に係る、イオンの質量選択判定装置を備える測定機器１の実施形態を示す。
【００３５】
測定機器１は、イオンを発生させるための第１ビームカラム２、及び粒子ビームカラムとして構成された第２ビームカラム３を備える。この場合に第２ビームカラム３は、電子ビームカラムとして構成されている。第１ビームカラム２は、例えば、レーザビームユニットとして、イオンビームカラムとして又はプラズマユニットとして構成されている。更に、第１ビームカラム２及び第２ビームカラム３は、検査対象物16が配置された試料チャンバ49に配置されている。対象物16をレーザビーム又はイオンで照射することにより、二次イオンが発生する。この点は、以下においてより詳細に説明する。
【００３６】
本発明は、第１ビームカラム２がイオンビームカラム又はレーザビームユニットとして構成され、第２ビームカラム３が電子ビームカラムとして構成されることに限定されるわけではなく、測定機器１は、イオンを対象物16で発生させるのに適した任意の構成とすることができる。
【００３７】
本発明における他の実施形態において、第１ビームカラム２は電子ビームカラムとして、また第２ビームカラム３はイオンビームカラムとして構成することもできる。本発明における他の実施形態において、第１ビームカラム２及び第２ビームカラム３の何れもは、イオンビームカラムとして構成することができる。更に他の実施形態において、測定機器１には、１個のビームカラム、例えば第１ビームカラム２だけを設けることができる。この場合の第１ビームカラム２は、二次イオンを対象物16で発生させるために、例えばイオンビームカラム又はレーザビームユニットとして構成される。
【００３８】
図２は、図１に係る測定機器１の実施形態を詳細図として示す。この場合に試料チャンバ49は、明瞭性を高める見地から図示していない。図２の実施形態において、第１ビームカラム２は、第１光軸４を有するイオンビームカラムとして構成されている。更に、電子ビームカラムとして構成された第２ビームカラム３は、第２光軸５を有する。
【００３９】
以下においては、電子ビームカラムとして構成された第２電子ビームカラム３について先に説明する。第２ビームカラム３は、第２ビーム発生器６、第１電極７、第２電極８及び第３電極９を含む。この場合、例えば第２ビーム発生器６は、熱電界エミッタとする。第１電極７は、抑制電極としての機能を有するのに対して、第２電極８は、抽出電極としての機能を有する。第３電極９は、アノードとして構成されると共に、ビームガイド管10における一方の端部を構成している。第２ビーム発生器６によって、電子ビームである第２粒子ビームが発生される。この場合に第２ビーム発生器６から放出される電子は、第２ビーム発生器６及び第３電極９の間における電位差により、アノード電位、例えば1kV〜30kVの範囲で加速する。電子ビームである第２粒子ビームは、ビームガイド管10を通過して対象物16上に収束される。この点は、以下においてより詳細に説明する。
【００４０】
ビームガイド管10は、第１環状コイル12及びヨーク13を含むコリメータアセンブリ11（図示の実施形態ではコンデンサ）を有する。第２ビーム発生器６から対象物16方向に見て、コリメータアセンブリ11の下方には、ピンホール絞り14と、ビームガイド管10内に中央開口17を有する検出器15とが第２光軸５に沿って配置されている。更に、ビームガイド管10は、第２対物レンズ18内の孔を通って延在している。この第２対物レンズ18は、第２粒子ビームを対象物16上に収束させるために機能する。この目的のため、第２対物レンズ18は、磁気レンズ19及び静電レンズ20を含む。磁気レンズ19には、第２環状コイル21，内側磁極片22及び外側磁極片23が設けられている。静電レンズ20は、ビームガイド管10における一方の端部24及び終端レンズ25を含む。ビームガイド管10の端部24及び終端レンズ25は、静電遅延ユニットを構成している。ビームガイド管10の端部24は、ビームガイド管10と共にアノード電位にあるのに対して、終端電極25及び対象物16は、アノード電位に比べてより低い電位にある。このようにして、第２粒子ビームの電子は、対象物16の検査に所望のエネルギに減速させることができる。更に、第２ビームカラム３は、第２ビームを偏向させて対象物16上で走査するための走査ユニット26を含む。
【００４１】
ビームガイド管10内に配置された検出器15は、画像を得るために、二次イオン及び／又は第２粒子ビームと対象物16との相互作用によって生じる後方散乱電子を検出するのに使用される。検出器15が発生させる信号は、電子ユニット（図示せず）に伝送される。試料16は、試料キャリア（図示せず）上に配置され、その試料キャリアによって、互いに直交する３つの軸線（即ちx軸線、y軸線及びz軸線）で自由に移動可能である。更に、試料キャリアは、互いに直交する２つの回転軸線周りで回転させることができる。これにより、試料16を任意の位置に設定することが可能になる。
【００４２】
上述したように、イオンビームカラムとして構成された第１ビームカラムは、参照符号２で表している。この場合に第１ビームカラム２は、イオン源として構成された第１ビーム発生器27を含む。第１ビーム発生器27は、イオンビームである第１粒子ビームを発生させるために機能する。更に、第１ビームカラム２には、抽出電極28及びコリメータ29が設けられている。対象物16方向におけるコリメータ29の下方には、可変絞り30が第１光軸４に沿って配置されている。第１粒子ビームは、収束レンズとして構成された第１対物レンズ31によって、対象物16上に収束される。更に、第１粒子ビームを対象物16上で走査するために、走査電極32が設けられている。
【００４３】
図２は更に、図３においても概略側面図として示す粒子分析装置1000を示す。粒子分析装置1000は、抽出ユニット1100として構成された収集装置、エネルギ伝達装置1200、イオン伝達ユニット1300及び分析ユニット1400を含む。イオン伝達ユニット1300及び分析ユニット1400は、接続要素1001によって、試料チャンバ49に着脱可能に配置されている。これにより、異なる分析ユニットの使用が可能である。
【００４４】
対象物16を第１粒子ビームで照射したときに放出される二次イオンは、抽出ユニット1100によって抽出される。その後、二次イオンは、エネルギ伝達装置1200に到達する。このエネルギ伝達装置1200は、２つの機能を満たすものである。即ち、一方では、二次イオンを抽出ユニット1100から分析ユニット1400方向に搬送する。他方では、二次イオンのエネルギを中性ガス粒子に伝達することにより、二次イオンを減速することも可能である。二次イオンは、エネルギ伝達装置1200を通過し、場合によって行われるその後の減速に引き続き、イオン伝達ユニット1300によって分析ユニット1400内に搬送される。図示の実施形態における分析ユニット1400（即ち検出ユニット）は、イオントラップ・質量分析器として構成されている。このイオントラップ・質量分析器については、図４においてより詳細に説明する。
【００４５】
図４は、イオントラップ・質量分析器の蓄積セル1404を示す概略図である。図示の蓄積セル1404は、ポールトラップとして構成され、環状電極1401、第１端部キャップ電極1402及び第２端部キャップ電極1403を含む。この場合に環状電極1401は、第１軸線1407周りに回転対称的に配置されている。第１端部キャップ電極1402及び第２端部キャップ電極1403も、やはり第１回転軸線1407周りに回転対称的に配置されている。環状電極1401は開口1406を有し、二次イオンは、その開口1406を通過してイオン伝達ユニット1300から蓄積セル1404の内部空間1405内に取り込まれる。内部空間1405は、環状電極1401により、第１端部キャップ電極1402により、そして第２端部キャップ電極1403により包囲されている。
【００４６】
図５は、制御ユニット及び測定ユニットを含めて、イオントラップの構造を詳細図として示す。まず、イオントラップが含む個々のユニット及びその配置について簡単に説明する。その後、個々のユニットの機能をより詳細に説明する。
【００４７】
図５は、蓄積セル1404を示す。環状電極1401、第１端部キャップ電極1402及び第２端部キャップ電極1403を再度図示する。更に、本発明に係る測定機器１は、一次変圧器1409に接続された増幅器1408を備える。一次変圧器1409は、環状電極1401に接続されている。この場合の増幅器1408は、高周波蓄積信号を増幅するために機能する。この高周波蓄積信号は、一次変圧器1409によって環状電極1401に伝送される。その後、内部空間1405内に交流磁界が発生し、その交流磁界によって、１個又は複数個のイオンが蓄積セル1404の内部空間1405内に蓄積される。
【００４８】
第１端部キャップ電極1402は、第１コンデンサ1410に接続され、その第１コンデンサ1410は、第１変圧器1411に接続されている。第２端部キャップ電極1403は、第２コンデンサ1412に接続され、その第２コンデンサ1412は、第２変圧器1413に接続されている。
【００４９】
一次変圧器1409、第１変圧器1411及び第２変圧器1413は、同一の変圧器コア及び同一の一次巻線1428を有する。即ち図示の実施形態において、一次変圧器1409のみならず、第１変圧器1411及び第２変圧器1413にも同一の変圧器コア及び一次巻線1428が使用されている。一次変圧器1409は、第１二次巻線1429を有する。また、第１変圧器1411は、第１二次巻線1429とは異なる第２二次巻線1430を有する。更に、第２変圧器1413は、第１二次巻線1429及び第２二次巻線1430とは異なる第３二次巻線1431を有する。一方における第１二次巻線1429の巻線方向と、他方における第２二次巻線1430及び第３二次巻線1431の巻線方向とは異なっており、これら巻線は、例えば極性が逆になるよう巻かれている。
【００５０】
更に、第１端部キャップ電極1402は、第１水晶フィルタユニット1414に接続され、第２端部キャップ電極1403は、第２水晶フィルタユニット1415に接続されている。
【００５１】
これに加えて、本発明に係る測定機器１においては、第１端部キャップ電極1402に接続された第１測定増幅器1416が設けられている。第１端部キャップ電極1402及び第１測定増幅器1416の間には、第１励起ユニット1417が接続され、また第１端部キャップ電極1402及び第１励起ユニット1417の間には、第１スイッチ1418が接続されている。更に、第２スイッチ1419が、一方を第１端部キャップ電極1402及び第１励起ユニット1417の間に、他方を第１測定増幅器1416に、接続されている。第１測定増幅器1416には、第１フィルタ1420が後続接続され、その第１フィルタ1420には更に、第１信号増幅器1421が後続接続されている。なお、上述したスイッチは、本明細書に記載の測定特性及び励起特性が保証される限りは、他の位置に配置することも可能である。例えば、第２スイッチ1419は、第１測定増幅器1416及び第１信号増幅器1421の間に配置してもよい。
【００５２】
本発明に係る測定機器１においては、第２端部キャップ電極1403に接続された第２測定増幅器1422が設けられている。第２端部キャップ電極1403及び第２増幅器1422の間には、第２励起ユニット1423が接続され、また第２端部キャップ電極1403及び第２励起ユニット1423の間には、第３スイッチ1424が接続されている。更に、第４スイッチ1425が、一方を第２端部キャップ電極1403及び第２励起ユニット1423の間に、他方を第２測定増幅器1422に、接続されている。第２測定増幅器1422には、第２フィルタ1426が後続接続され、その第２フィルタ1426には更に、第２信号増幅器1427が後続接続されている。
【００５３】
高周波蓄積信号（即ち蓄積周波数）は、第１変圧器1411によって、位相を180°回転させた状態で第１端部キャップ電極1402に結合される。これにより、環状電極1401及び第１端部キャップ電極1402の間で電圧が生じることはほぼない。従って、環状電極1401及び第１端部キャップ電極1402の間でクロストーク電流が生じることもほぼない。そのため、潜在的なクロストーク電流は、高周波蓄積信号の位相を180°回転させた状態で結合することによって、基本的には最初からほぼ補償されている。ただしこのことは、（僅かな）第１クロストーク電流が依然として生じる可能性を排除するものではない。以下に説明するように、この場合の第１クロストーク電流は、フィルタで除去される。
【００５４】
更に、高周波蓄積信号（即ち、蓄積周波数）は、第２変圧器1413によって、位相を180°回転させた状態で第２端部キャップ電極1403に結合される。これにより、環状電極1401及び第２端部キャップ電極1403の間で電圧が生じることはほぼない。従って、環状電極1401及び第２端部キャップ電極1403の間でクロストーク電流が生じることもほぼない。そのため、潜在的なクロストーク電流は、高周波蓄積信号の位相を180°回転させた状態で結合することによって、基本的には最初からほぼ補償されている。ただしこの場合も、（僅かな）第２クロストーク電流が依然として生じる可能性を排除することはできない。以下に説明するように、この場合の第２クロストーク電流は、フィルタで除去される。
【００５５】
第１励起ユニット1417は、第１励起信号を発生させるために機能する。この第１励起信号により、内部空間1405内に蓄積された１個又は複数個のイオンは振動を生じ、また、その際の周波数は個々のイオンの質量に依存する。この場合の振動により、第１端部キャップ電極1402において、第１測定電流をもたらす鏡像電荷が誘導される。
【００５６】
第２励起ユニット1423は、第２励起信号を発生させるために機能する。この第２励起信号により、内部空間1405内に蓄積された１個又は複数個のイオンはやはり振動を生じ、また、その際の周波数は個々のイオンの質量に依存する。この場合の振動により、第２端部キャップ電極1403において、第２測定電流をもたらす鏡像電荷が誘導される。
【００５７】
上述したように、補償が行われるにも関わらず、第１端部キャップ電極1402で（僅かな）第１クロストーク電流が生じる可能性がある。その第１クロストーク電流をフィルタで除去するために、第１水晶フィルタユニット1414が測定機器１のイオントラップに配置されている。第１水晶フィルタユニット1414は、第１端部キャップ電極1402で測定される第１電極電流のフィルタリングをするために機能する。この場合の第１電極電流は、正味の第１測定電流（第１測定信号）及び第１クロストーク電流から成るものである。第１電極電流のフィルタリングに際しては、依然として残留しているクロストーク電流がフィルタで除去される。第１水晶フィルタユニット1414は、第１クロストーク電流を短絡させると共に、第１測定電流に対しては高インピーダンスを有するものである。第１水晶フィルタユニット1414は、例えば、水晶振動子を有する電気機械フィルタとして構成される。第１クロストーク電流をフィルタで除去すれば、第１電極電流には、イオントラップ内に蓄積されたイオンの情報を含む第１測定電流だけが残留することになる。
【００５８】
更に、上述したように、補償が行われるにも関わらず、第２端部キャップ電極1403で（僅かな）第２クロストーク電流が生じる可能性がある。その第２クロストーク電流をフィルタで除去するために、第２水晶フィルタユニット1415が測定機器１のイオントラップに配置されている。第２水晶フィルタユニット1415は、第２端部キャップ電極1403で測定される第２電極電流のフィルタリングをするために機能する。この場合の第２電極電流は、正味の第２測定電流（第２測定信号）及び第２クロストーク電流から成るものである。第２電極電流のフィルタリングに際しては、依然として残留している第２クロストーク電流がフィルタで除去される。第２水晶フィルタユニット1415は、第２クロストーク電流を短絡させると共に、第２測定電流に対しては高インピーダンスを有するものである。第２水晶フィルタユニット1415は、例えば、水晶振動子を有する電気機械フィルタとして構成される。第２クロストーク電流をフィルタで除去すれば、第２電極電流には、イオントラップ内に蓄積されたイオンの情報を含む第２測定電流だけが残留することになる。
【００５９】
第１可変コンデンサ1410は、基本的には共振同調コンデンサとして機能し、第１水晶フィルタユニット1414の共振周波数を蓄積周波数に同調させるものである。基本的には、第１可変コンデンサ1410を使用すれば、生じる可能性のある第１クロストーク電流の補償を調整することができる。同様のことは、第２可変コンデンサ1412についても当てはまる。即ち、第２可変コンデンサ1412は、基本的には共振同調コンデンサとして機能し、第２水晶フィルタユニット1415の共振周波数を蓄積周波数に同調させるものである。基本的には、第２可変コンデンサ1412を使用すれば、生じる可能性のある第２クロストーク電流の補償を調整することができる。
【００６０】
本発明に係る測定機器１においては、第１変圧器1411により、第１クロストーク電流にに対する第１の粗補償が行われる。この第１の補償により、第１クロストーク電流が僅かな量に低減される。その後、第１の補償後に依然として残留している第１クロストーク電流は、第１可変コンデンサ1410及び第１水晶フィルタユニット1414によって補償される。本発明に係る測定機器１においては、第２変圧器1413により、第２クロストーク電流に対する第１の粗補償が行われる。この第１の補償により、第２クロストーク電流が僅かな量に低減される。その後、第１の補償後に依然として残留している第２クロストーク電流は、第２可変コンデンサ1412及び第２水晶フィルタユニット1415によって補償される。
【００６１】
第１測定増幅器1416は、第１測定電流（第１測定信号）を増幅させるために機能する。増幅された第１測定電流は、その後、第１フィルタ1420によってフィルタリングされる。この第１測定電流のフィルタリングに際しては、高周波蓄積信号におけるクロストーク信号がフィルタで除去される。その後、第１フィルタ1420によってフィルタリングされた信号は、第１信号増幅器1421によって再び増幅され、評価（即ち、イオンの種類の確認）用の評価ユニット（図示せず）に伝送される。
【００６２】
第２測定増幅器1422は、第２測定電流（第２測定信号）を増幅させるために機能する。増幅された第２測定電流は、その後、第２フィルタ1426によってフィルタリングされる。この場合も、第２測定電流のフィルタリングに際しては、高周波蓄積信号におけるクロストーク信号がフィルタで除去される。その後、第２フィルタ1426によってフィルタリングされた信号は、第２信号増幅器1427によって再び増幅され、評価（即ち、イオンの種類の確認）用の評価ユニット（図示せず）に伝送される。
【００６３】
第１スイッチ1418及び／又は第２スイッチ1419によって、イオントラップにおける第１動作モード（即ち、通常の動作モード）と、第２動作モード（即ち、適合動作モード）との間で切り替えを行うことができる。例えば、第１動作モードでは、第１スイッチ1418は開いた状態にあるのに対して、第２スイッチ1419は閉じた状態にある。この第１動作モードでは、第１電極電流の測定、フィルタリング及び評価が行われる。
【００６４】
第１動作モード（即ち、通常動作モード）において、第３スイッチ1424は開いた状態にあるのに対して、第４スイッチ1425は閉じた状態にある。この第１動作モードでは、第２電極電流の測定、フィルタリング及び評価が行われる。
【００６５】
第２動作モード（即ち、適合動作モード）において、第１スイッチ1418は閉じた状態にあるのに対して、第２スイッチ1419は開いた状態にある。同様のことは、第３スイッチ1424及び第４スイッチ1425についても当てはまる。即ち、第２動作モード（即ち、適合動作モード）において、第３スイッチ1424は閉じた状態にあるのに対して、第４スイッチ1425は開いた状態にある。適合動作モードでは、第１励起信号及び第２励起信号（例えばその振幅及び周波数）の設定が行われる。上述したように、第１励起信号及び第２励起信号は、任意の時間的プロファイルを有することができる。
【００６６】
本明細書、図面及び特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、種々の実施形態の実現にとって、個別のものとしてのみならず、任意の組み合わせとしても重要であり得る。
【符号の説明】
【００６７】
１     測定機器
２     第１ビームカラム
３     第２ビームカラム
４     第１光軸
５     第２光軸
６     第２ビーム発生器
７     第１電極
８     第２電極
９     第３電極
10     ビームガイド管
11     コリメータアセンブリ
12     第１環状コイル
13     ヨーク
14     ピンホール絞り 
15     検出器 
16     対象物
17     中央開口
18     第２対物レンズ
19     磁気レンズ
20     静電レンズ
21     第２環状コイル
22     内側磁極片
23     外側磁極片
24     ビームガイド管の端部
25     終端電極
26     走査ユニット
27     第１ビーム発生器
28     抽出電極
29     コリメータ 
30     可変絞り
31     第１対物レンズ
32     走査電極
49     試料チャンバ
1000   粒子分析装置
1001   試料チャンバの接続要素
1100   抽出ユニット
1200   エネルギ伝達装置
1300   イオン伝達ユニット
1400   分析ユニット
1401   環状電極
1402   第１端部キャップ電極
1403   第２端部キャップ電極
1404   蓄積セル
1405   第２内部空間（蓄積セル）
1406   開口
1407   第１軸線
1408   増幅器
1409   一次変圧器
1410   第１コンデンサ
1411   第１変圧器
1412   第２コンデンサ
1413   第２変圧器
1414   第１水晶フィルタユニット
1415   第２水晶フィルタユニット
1416   第１測定増幅器
1417   第１励起ユニット
1418   第１スイッチ
1419   第２スイッチ
1420   第１フィルタ
1421   第１信号増幅器
1422   第２測定増幅器
1423   第２励起ユニット
1424   第３スイッチ
1425   第４スイッチ
1426   第２フィルタ
1427   第２信号増幅器
1428   一次巻線
1429   第１二次巻線
1430   第２二次巻線
1431   第３二次巻線
【図１】
2014225453.tif 000003
【図２】
2014225453.tif 000004
【図３】
2014225453.tif 000005
【図４】
2014225453.tif 000006
【図５】
2014225453.tif 000007
【外国語明細書】
2014225453000001.pdf