(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットの表面に荷電粒子ビームを軸に沿って集束させるカラムと、
前記カラムの軸に沿って概して平行に荷電粒子を放出するようにそれぞれが構成された、前記軸の周囲に配置された多数の荷電粒子放出器を備える荷電粒子源と、
前記多数の荷電粒子放出器のそれぞれの放出器に対する１つの接続、または前記多数の荷電粒子放出器のうちの全てではない一群の放出器に対する１つの接続を有するように構成された多数の電気接続と、
前記多数の荷電粒子放出器を制御する放出器制御回路であって、前記一群の放出器が一群として、放出し、または放出しないようにアドレス指定することが可能であるように、前記一群の放出器および前記放出器のうち全てではない放出器を共に操作可能であり、前記荷電粒子源を、単一の放出器のみが荷電粒子を放出する第１のモードおよび単一の荷電粒子ビームを形成するための前記カラムによって結合して集束する荷電粒子を多数の放出器が同時に放出する第２のモードで制御するために操作可能であり、前記荷電粒子源が、前記第２のモードにおいて、前記第１のモードよりも相対的に低輝度であり、前記第１のモードよりも相対的に高角強度である、放出器制御回路と、
を備える荷電粒子システム。
【請求項２】
荷電粒子源は１つの中心放出器と多数のオフアクシス放出器を備え、前記中心放出器は前記カラムに対して機械的に整列し、前記多数のオフアクシス放出器のそれぞれは前記カラムに対して電気的に整列し、別個かつ固有のＸ−Ｙアラインメント偏向を有する、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項３】
個別に使用される荷電粒子放出器のアラインメント偏向設定を保存するため、および逐次的に荷電粒子放出器が個別に活動化されるときにそれらの設定を活動化させるために操作可能な荷電粒子システム制御装置をさらに備える、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項４】
前記第１のモードにおいて、荷電粒子を逐次的にではあるが前記放出器の寿命を延ばすために同時にではなく放出するように、前記荷電粒子放出器のうち少なくとも２つを独立してアドレス指定する、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項５】
荷電粒子を放出し、または荷電粒子を放出しないように、前記放出器のうちの少なくとも２つの放出器を独立してアドレス指定することができ、それにより、前記放出器が同時に放出し、または逐次的に放出するようにすることができる、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項６】
前記荷電粒子が電子である、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項７】
前記荷電粒子がイオンである、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項８】
前記放出器が冷陰極電界電子放出器である、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項９】
前記放出器がガス電界イオン化イオン放出器である、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１０】
前記放出器が液体金属イオン放出器である、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１１】
前記荷電粒子カラムがアラインメント偏向器を備える、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１２】
前記多数の荷電粒子放出器のうちのそれぞれの放出器が、放出器チップおよび引出し電極を備える、請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１３】
前記放出器制御回路が、それぞれの放出器チップに別個の電圧を印加するように構成された、請求項１２に記載の荷電粒子システム。
【請求項１４】
前記放出器制御回路が、それぞれの引出し電極に別個の電圧を印加するように構成された、請求項１２に記載の荷電粒子システム。
【請求項１５】
ターゲットの表面に電子ビームを軸に沿って集束させるカラムと、
前記カラムの軸に沿って概して平行に電子を放出するようにそれぞれが構成された、前記軸の周囲に配置された多数の電子放出器を備える電子源と、
前記多数の電子放出器のそれぞれの放出器に対する１つの接続を有するように構成された多数の電気接続と、
放出器制御回路であって、一群の前記放出器が一群として、放出し、または放出しないようにアドレス指定することが可能であるように、一群の前記放出器および前記放出器のうち全てではない放出器を共に操作可能であり、前記電子源を、単一の放出器のみが電子を放出する第１のモードおよび単一の電子ビームを形成するための前記カラムによって結合して集束する電子を多数の放出器が同時に放出する第２のモードで制御するために操作可能であり、前記電子源は前記第２のモードにおいて、前記第１のモードよりも相対的に低輝度であり、前記第１のモードよりも相対的に高角強度である、放出器制御回路と、
を備える電子ビーム・システム。
【請求項１６】
前記電子放出器が冷陰極電界放出器であり、冷陰極電界放出器がそれぞれ、放出器チップおよび引出し電極を備える、請求項１５に記載の電子ビーム・システム。
【請求項１７】
前記放出器制御回路が、それぞれの放出器チップに別個の電圧を印加するように構成された、請求項１６に記載の電子ビーム・システム。
【請求項１８】
前記放出器制御回路が、それぞれの引出し電極に別個の電圧を印加するように構成された、請求項１６に記載の電子ビーム・システム。
【請求項１９】
ターゲットの表面にイオン・ビームを軸に沿って集束させるカラムと、
前記カラムの軸に沿って概して平行にイオンを放出するようにそれぞれが構成された、前記軸の周囲に配置された多数のイオン放出器を備えるイオン源と、
前記多数のイオン放出器のそれぞれの放出器に対する１つの接続を有するように構成された多数の電気接続と、
一群の前記放出器が一群として、放出し、または放出しないようにアドレス指定することが可能であるように、一群の前記放出器および前記放出器のうち全てではない放出器を共に操作可能であり、前記イオン源を、単一の放出器のみがイオンを放出する第１のモードおよび単一のイオン・ビームを形成するための前記カラムによって結合して集束するイオンを多数の放出器が同時に放出する第２のモードで制御するために操作可能であり、前記イオン源は前記第２のモードにおいて、前記第１のモードよりも相対的に低輝度であり、前記第１のモードよりも相対的に高角強度である、放出器制御回路と、
を備える集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２０】
前記イオン放出器がガス電界イオン化イオン放出器であり、ガス電界イオン化イオン放出器がそれぞれ、放出器チップおよび引出し電極を備える、請求項１９に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２１】
前記放出器制御回路が、それぞれの放出器チップに別個の電圧を印加するように構成された、請求項２０に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２２】
前記放出器制御回路が、それぞれの引出し電極に別個の電圧を印加するように構成された、請求項２０に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２３】
前記イオン放出器が液体金属イオン放出器であり、液体金属イオン放出器がそれぞれ、放出器チップおよび引出し電極を備える、請求項１９に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２４】
前記放出器制御回路が、それぞれの放出器チップに別個の電圧を印加するように構成された、請求項２３に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２５】
前記放出器制御回路が、それぞれの引出し電極に別個の電圧を印加するように構成された、請求項２３に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２６】
荷電粒子ビーム・システムを動作させる方法であって、
軸の周囲に配置された複数の荷電粒子放出器を提供するステップと、
前記複数の放出器からの荷電粒子を前記軸に沿って試料表面に集束させる能力を有する集束カラムを前記軸に沿って提供するステップと、
荷電粒子源を、単一の前記放出器のみが荷電粒子を放出する第１のモードおよび単一の荷電粒子ビームを形成するための前記カラムによって結合して集束する荷電粒子を多数の前記放出器が同時に放出する第２のモードで制御するステップであって、前記荷電粒子源が、前記第２のモードにおいて、前記第１のモードよりも相対的に低輝度であり、前記第１のモードよりも相対的に高角強度である、ステップと
を含む方法。
【請求項２７】
個別に使用される荷電粒子放出器のアラインメント偏向設定を保存し、および逐次的に荷電粒子放出器が個別に活動化されるときにそれらの設定を活動化させるステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、集束荷電粒子ビーム・システムに関し、具体的には、集束荷電粒子ビームを発生させる目的に使用される荷電粒子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡と集束イオン・ビーム・システムの両方を備える荷電粒子システムでは一般に、荷電粒子ビームを使用して画像化し、（任意選択で）処理する対象であるターゲットの表面に荷電粒子ビームを集束させるために、カラムが使用される。このカラム内では、荷電粒子源が、初期電子ビームまたは初期イオン・ビームを発生させ、その初期ビームは次いで荷電粒子「銃」に入り、荷電粒子銃は一般に、それらの荷電粒子を集束させて概ね平行なビームとし、このビームはカラムの本体に入る。カラムの本体内で、このビームを、ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）し（すなわちオン／オフし）、偏向させ（ターゲット表面のさまざまな位置へ移動させ）、ターゲットの表面に集束させることができる。荷電粒子が生じる源内の構成要素は「放出器（ｅｍｉｔｔｅｒ）」と呼ばれ、放出器は一般に、非常に鋭い金属尖端を備える。先行技術では、この荷電粒子源が一般に、電子を放出する冷陰極電界放出器もしくはショットキー放出器、またはイオン（通常は正に帯電したイオン）を放出するガス電界イオン化イオン源もしくは液体金属イオン源などの荷電粒子放出器を１つだけ備える。液体金属イオン源（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ）（ＬＭＩＳ）の場合にはこの金属尖端が液体だが、他のタイプの源ではこの金属が固体であり、しばしば「チップ（ｔｉｐ）」と呼ばれる。電子放出器としてカーボン・ナノチューブを使用することもできる。しかしながら、全ての場合に、これらの放出器は、寿命が有限であることを特徴とする。放出器の寿命は、チップの表面の汚染、イオン衝撃によるチップの腐食などのさまざまな因子によって制限され、これらの因子により、チップは、時間の経過とともに丸くなり、ついには、許容される引出し電圧ではもはや放出を持続させることができなくなる。
【０００３】
荷電粒子カラムの動作を最適化するためには、カラムの対称軸（または光軸）に対して源を正確に、一般的にはカラムの対称軸（または光軸）から５μｍないし２０μｍ以内に、源を配置する必要がある。そのため、荷電粒子源は一般に、システム動作中の源の運動を可能にする多軸運動アセンブリによって支持される。カラムによって形成されたターゲット上の画像を観察し、次いで、求められている特定の用途に対する十分なコントラストおよび分解能をその画像が有するようになるまで、源を移動させる。場合によっては、画像化に加えて、電子ビーム誘起エッチング（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｅｔｃｈｉｎｇ）（ＥＢＩＥ）、電子ビーム誘起付着（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＥＢＩＤ）、イオン・ミリング、イオン・ビーム誘起エッチング（ＩＢＩＥ）、イオン・ビーム誘起付着（ＩＢＩＤ）、２次イオン質量分析（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｉｏｎ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）（ＳＩＭＳ）などのターゲットの処理を実行するために、荷電粒子ビームを使用することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、集束荷電粒子システム内の複数放出器荷電粒子源を、複数の放出モードで動作することができるように構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの放出モードは、次々に使用される多数の単一放出器を逐次的に使用することによって、以前に達成可能であった寿命よりもはるかに長い源寿命を可能にする。その場合、源全体の寿命は個々の放出器の寿命の和となる。他の放出モードは、ターゲットを高速処理するため、この多数の放出器を使用して大きなビーム電流を達成する。
【０００６】
上記に、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。下記に、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の目的と同じ目的を達成するために他の構造を変更しまたは設計するベースとして、容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【０００７】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】複数の荷電粒子放出器と放出器制御回路とを備える荷電粒子源の概略図である。
【図２】本発明の複数放出器荷電粒子源を実装することができる例示的な荷電粒子カラムの側断面図である。
【図３】図１の源のオンアクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）放出器の図２のカラムを横切る荷電粒子軌道の側面図である。
【図４】図１の源のオフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）放出器の図２のカラムを横切る荷電粒子軌道の側面図である。
【図５】背面アドレス指定される６つの冷陰極電界放出器を備える本発明の第１の実施形態の各種図である。
【図６】背面アドレス指定される１２個の冷陰極電界放出器を備える本発明の第２の実施形態の各種図である。
【図７】前面アドレス指定される６つの冷陰極電界放出器を備える本発明の第３の実施形態の各種図である。
【図８】前面アドレス指定される１２個の冷陰極電界放出器を備える本発明の第４の実施形態の各種図である。
【図９】前面アドレス指定され、横ガス供給開口を有する１２個のガス電界イオン化イオン放出器を備える本発明の第５の実施形態の各種図である。
【図１０】前面アドレス指定され、軸ガス供給開口を有する１２個のガス電界イオン化イオン放出器を備える本発明の第６の実施形態の各種図である。
【図１１】前面アドレス指定され、軸液体金属供給開口を有する複数の液体金属イオン源を備える本発明の第７の実施形態の側断面図である。
【図１２】背面アドレス指定される本発明の荷電粒子源用の制御回路の単純化された電気接続図である。
【図１３】前面アドレス指定される本発明の荷電粒子源用の制御回路の単純化された電気接続図である。
【図１４Ａ】図１の放出器アレイ内の単一の荷電粒子放出器から放出された荷電粒子の概略側面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの荷電粒子源の概略拡大図である。
【図１５Ａ】図１の放出器アレイ内の多数の荷電粒子放出器から放出された荷電粒子の概略側面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの荷電粒子源の概略拡大図である。
【図１６】本発明の複数放出器源に適用可能なアラインメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）工程の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、荷電粒子（電子またはイオン）の集束ビームを使用して、ターゲットを画像化し、（任意選択で）ターゲットを処理する荷電粒子システムに関する。これらのシステムは一般に、荷電粒子源を使用して初期ビームを形成し、この初期ビームは次いで、カラム内のレンズ、ブランカ（ｂｌａｎｋｅｒ）、偏向器などの静電要素および（任意選択の）磁気要素によって加速され、集束され、ブランキングされ、偏向される。荷電粒子システムが許容可能に機能するためには、源が適正に動作することが決定的に重要である。源の動作は一般に、以下のパラメータによって特徴づけることができる（ただしこれらに限定されるわけではない）。
【００１０】
１）全放出電流
２）放出パターン、すなわち源から粒子がどのように出てくるのか？
３）放出エネルギー分布
４）仮想源のサイズ、すなわち放出領域の大きさがどれくらいか？
５）源の寿命、すなわち劣化するまでに源が何時間放出するのか？
本発明の荷電粒子源の実施形態は、上記のパラメータのうちのいくつかのパラメータについて、先行技術の単一放出器源で可能な制御よりも優れた制御を可能にする。実施形態は、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）チップ放出器を含む冷陰極電界放出器（ｃｏｌｄ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｔｔｅｒ）（ＣＦＥ）、カーボン・ナノチューブ放出器、ショットキー源、ガス電界イオン化源（ｇａｓｅｏｕｓ  ｆｉｅｌｄ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）（ＧＦＩＳ）、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）など、任意のタイプの放出器を使用することができる。
【００１１】
本発明の実施形態はいくつかのモードで動作することができる。高輝度動作モード（ｈｉｇｈ  ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｍｏｄｅ）では、多数の放出器のうちの作動させた単一の放出器から荷電粒子ビームが生成される。このモードは、高い輝度および中程度の放出電流を特徴とし、仮想源のサイズが非常に小さいため、ターゲットの表面に小さな集束スポットを形成することができる。高角強度動作モード（ｈｉｇｈ  ａｎｇｕｌａｒ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｍｏｄｅ）では、多数の放出器のうちの複数の放出器を同時に作動させて、より大きな全ビーム電流（したがってより高い角強度）を生み出すが、その代償として、仮想源のサイズがより大きくなり、輝度がより低くなる。このモードは、ターゲットの表面に、より大きな高電流スポットを形成することを可能にする。独立してアドレス指定可能な本発明の複数放出器源は、アレイの背面において個々の放出器のアドレスを指定する手段と、アレイの前面において個々の放出器のアドレスを指定する手段の二者択一の手段があることを特徴とする。独立してアドレス指定可能であるとは、独立して放出器に荷電粒子を放出させ、または独立して放出器に荷電粒子を放出させないようにすることができることを意味する。実施形態では、それぞれの放出器が、独立してアドレス指定可能であるとして示されるが、いくつかの実施形態では、一群の放出器をアドレス指定することができる。例えば、中心の放出器を、独立してアドレス指定可能な放出器とし、環をなす複数のオフアクシス放出器を、中心放出器から独立した１つのグループとしてアドレス指定することは可能だが、その環のそれぞれの放出器を個別にアドレス指定することはできない放出器とする。電子を放出する冷陰極電界放出器、ならびにイオンを放出するガス電界イオン化（ＧＦＩ）源および液体金属イオン（ＬＭＩ）源を含む本発明の７つの例示的な実施形態が記載される。
【００１２】
複数の放出器を同時に作動させる動作モードでは、全放出電流を先行技術よりも大きくすることが可能である。複数の放出器を一度に１つずつ逐次的に使用すると、先行技術に比べて源の寿命を大幅に延長することができる。放出パターン（チップの幾何形状の関数）、放出エネルギー分布（いくつかのチップ関連因子および放出電流関連因子の関数）、源のサイズ（単一放出器動作の場合）など、このほかのパラメータのうちのいくつかのパラメータは、先行技術に対するものと同じである。
【００１３】
好ましいいくつかの実施形態では、全ての放出器が整列しているとみなすことができ、小さなアラインメント偏向を使用することができる十分に小さなカラム軸の半径の内側に、源内の多数の放出器がある。２つの異なる放出器アドレス指定方式（背面アドレス指定方式および前面アドレス指定方式）用の代表的な電気制御回路が、異なる放出モード（単一放出器放出モードおよび複数放出器放出モード）で動作している本発明の角強度および輝度の分析とともに提示される。最後に、源内の全ての放出器に対するアラインメント手順であって、全ての動作モードにおいてオンアクシス・チップとオフアクシス・チップの両方のチップの性能を最適化することを可能にする手順が記載される。
【００１４】
以下のセクションでは、最初に、複数放出器源の概念を、源全体のサイズおよび源内の放出器の例示的なコンパクトな分布に関して説明する。次に、本発明の源を実装することができるカラムを、ターゲット上に集束スポットを形成する主レンズに対して機械的および静電的ビームアラインメントを説明する代表的なオンアクシス軌道およびオフアクシス軌道と共に示す。次に、電子源とイオン源の両方を含む本発明の７つの実施形態を説明し、源内の個々の放出器を独立してアドレス指定する２つの方法を例示する。この源用の単純化された電気制御回路を示し、単一の放出器を作動する方法と複数の放出器を作動する方法の両方を例示する。さまざまな動作モードにおける源の角強度および輝度の根源について論じ、高輝度動作と高角強度動作の両方を例示する。最後に、中心（オンアクシス）放出器と複数のオフアクシス放出器の両方に対するアラインメント手順を示す。
【００１５】
独立してアドレス指定可能な複数の荷電粒子放出器を備える荷電粒子源
図１は、複数の荷電粒子放出器１０１〜１１２と放出器制御回路１４０とを備える荷電粒子源１００の概略図を示す。第１の放出器１０１は放出器アレイの中心に位置する。５つの放出器１０２〜１０６からなる第１の放出器環が放出器１０１を取り囲んでいる。６つの放出器１０７〜１１２からなる第２の放出器環が第１の放出器環を取り囲んでいる。したがって、放出器１０１を中心とする半径１３６の円１３４内に合計１２個の放出器１０１〜１１２が位置する。それぞれの放出器１０１〜１１２には対応するそれぞれの制御線１２１〜１３２が接続されている。例えば、制御線１２１は、放出器１０１が作動中である（すなわち荷電粒子を放出している）かどうかを判定する。放出器制御回路１４０は、荷電粒子システム制御装置（図示せず）に接続された制御ケーブル１４２によって制御される。放出器１０１〜１１２のアーキテクチャの詳細については、下記の第１から第７の実施形態（図５〜１１）において説明する。これらのさまざまな実施形態の制御回路の詳細については、後に図１２〜１３において説明する。
【００１６】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラムなどの荷電粒子カラム内のあらゆる荷電粒子源を適正に動作させるために考慮すべき事項は、カラムの光軸に対する荷電粒子源のアラインメントである。従来の（すなわち単一放出器）荷電粒子源の放出器は一般に、カラムの軸から最大でも５μｍないし２０μｍ以内のところに、カラムの軸に対して整列するように、機械的に配置される。許容することができる不整列の正確な量は、カラム設計および動作モードの詳細、特にターゲットに対する源の縮小（ｄｅｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）によって決定される。過大な不整列は、ターゲット位置において達成可能なビーム・スポット・サイズ、形状および電流密度に不利な影響を与えるオフアクシス幾何収差およびオフアクシス色収差を誘起する。したがって、荷電粒子源は一般に、荷電粒子システムが動作しているあいだカラム軸に対して源を物理的に整列させることを可能にする機械的運動アセンブリの中に取り付けられる。このリアルタイム・アラインメント工程を補助するために頻繁に使用される１つの手順が、荷電粒子源を含む銃内のレンズの電圧または電流の「ウォブリング（ｗｏｂｂｌｉｎｇ）」である。このウォブリングは、非常に低い周波数（一般に０．１〜０．３Ｈｚ）でのレンズの強さの小さな変動を構成し、銃内のレンズの軸に対して荷電粒子源が整列していない場合、この変動によって、ターゲットの画像が振動的に運動する。次いで、Ｘ−Ｙ運動（場合によってはさらにＺ運動および傾斜運動（Ｚはカラム軸である））を使用して源を移動させて、この画像「ウォブル（ｗｏｂｂｌｅ）」を低減させ、または（好ましくは）排除する。このウォブルの低減または排除によって、カラムに対して源が機械的に整列したことが示される。
【００１７】
源に含まれる放出器のアレイを含む荷電粒子源は、このアラインメント手順に複雑さを加える。これは、それらの放出器のうち、一度にカラムの軸上に物理的に配置することができる放出器は１つだけであるためである。後により詳細に説明する図１６は、本発明の複数放出器源に適用可能なアラインメント工程の概要を示している。他のアラインメント工程を使用することもできる。図１６の工程は最初に、当業者によく知られているビーム「ウォブリング」工程を使用して、カラム軸に対して中心放出器を機械的に整列させる。画像ウォブリングが見られないことをもって、中心放出器はカラム軸に対して整列しているとみなす。この整列が達成された後、残りの（オフアクシス）放出器を順に作動し、画像ウォブリングを排除するのに必要な、アラインメント偏向器（ターゲットを画像化するのに使用するビーム偏向器とすることができる）に対するＸ−Ｙ設定を決定する。記載された実施形態では、１）中心放出器をカラムに対して機械的に整列させる（中心放出器をオンアクシス放出器にする）ことができ、２）全てのオフアクシス放出器が電気的に整列され、３）オフアクシス放出器のカラム軸からの機械的オフセットはそれぞれ異なるため、それぞれの放出器は、別個の固有のＸ−Ｙアラインメント偏向を有する、ことに留意されたい。
【００１８】
荷電粒子カラムの実施形態
図２は、本発明の荷電粒子源２０２を実装することができる例示的な荷電粒子カラム２００の側断面図である。源２０２と引出し電極２０４の間に「引出し」電圧が印加される。源２０２が電子を放出する場合、このバイアス電圧は一般に＋３０００Ｖから＋５０００Ｖである。源２０２が正イオンを放出する場合、このバイアス電圧は一般に−７０００Ｖから−１５０００Ｖである。全ての場合に、源２０２内の放出器は一般に、放出器２０２と引出し電極２０４の間のほぼ全ての電圧降下を放出器チップの近傍（数１０μｍ）に集める傾向を有する針または円錐（一般に「チップ」と呼ばれる）などの非常に鋭い構造を備える。荷電粒子の初期放出は一般に、半角が約３０°（すなわち立体角がπ（π３０°／１８０°）2≒０．８６ステラジアン）の円錐形になる。荷電粒子「銃」は、源２０２、引出し電極２０４、銃集束電極２０６および銃出口電極２０８を備える。銃内には、銃出口電極２０８内に取り付けられたビーム画定開口（ｂｅａｍ−ｄｅｆｉｎｉｎｇ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）（ＢＤＡ）２１０も示されている。銃集束電極２０６に集束電圧が印加され、銃出口電極２０８がグランド電位（０Ｖ）にバイアスされる。したがって、この例では、ターゲットもグランド電位にバイアスされているため、銃を出た荷電粒子はすでに、その最終的なビーム・エネルギーを有する。引出し電極２０４、集束電極２０６および出口電極２０８上の異なる電圧は、銃内のカラム軸上およびカラム軸の近くに電界を誘導する。この電界は、図３および４の軌道図に示されているように、荷電粒子を偏向させ、集束させる。ある場合、特に、ターゲット位置においてより小さなビームが望ましく、したがってより高い源の縮小が必要とされる場合には、最小集束（ｍｉｎｉｍａｌ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）の効果がある。他の場合には、銃が、概ね平行なビームを形成し、形成されたビームは次いで、主レンズによって、より低い縮小でターゲット上に集束され、より大きな電流を有するより大きなビームを生成する。銃の下方には、電極２１２および２１４を備えるビーム・ブランカがある。ビームがオンのとき、電極２１２および２１４はともに一般に０Ｖであり、したがってビーム２３０は、偏向されずにブランカおよびビーム・ブランキング開口（ｂｅａｍ−ｂｌａｎｋｉｎｇ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）（ＢＢＡ）２１６を通過する。ビームをオフにするためには、電極２１２に正電圧を、電極２１４に負電圧を印加し、それによって、ビーム２３０が偏向されて軸を外れ、ＢＢＡ２１６に当たるようにする。一般的なブランキング電圧は５Ｖから１０Ｖであり得る。
【００１９】
ＢＢＡ２１６の下方には、上偏向器２１８および下偏向器２２０がある。これらの偏向器はともに一般に（静電および／または磁気）四極子または八極子である。全ての場合に、偏向は双極子場を必要とし、当業者にはよく知られているとおり、より均一な電界を生成することによって偏向収差を低減させる目的には、八極子など、より高次の電極構成が使用される。偏向器２１８および２２０は「２重偏向器」を構成し、この２重偏向器は、図３および４に示されているように、主レンズに入るビームの位置と傾きの両方を制御することができる。電極２２２、２２４および２２６は、ターゲット２２８の表面の位置２３２にビーム２３０を集束させる主レンズを構成する。ここに示した例では、電極２２２上の電圧と電極２２６上の電圧が同じであり、グランドに対して０Ｖである。次いで、集束させるために、電極２２４上の電圧を０Ｖとは異なる電圧にして、電極２２２、２２４および２２６間に必要な集束電界を発生させる。源２０２から電子を放出させる場合、電極２２４上の電圧が＜０Ｖである場合には、主レンズは「減速レンズ」であり、電極２２４上の電圧が＞０Ｖである場合には、主レンズは「加速レンズ」である。源２０２から正イオンを放出させる場合には、これらの電圧を逆にすることになる。本発明の複数放出器源２０２とともに使用する目的には、両方のタイプの主レンズ構成がともに適している。
【００２０】
オンアクシス荷電粒子放出器およびオフアクシス荷電粒子放出器の例示的な軌道
図３は、オンアクシス放出器３０２（図１の源１００の放出器１０１など）の図２のカラム２００を横切る荷電粒子軌道の側面図３００である。カラム２００は、光軸３１２、ビーム画定開口（ＢＤＡ）２１０およびブランキング開口（ＢＢＡ）２１６を有する。図２の電極２０４、２０６および２０８を備える銃レンズは、収束レンズ３０４によって概略的に示されている。同様に、図２の電極２２２、２２４および２２６を備える主レンズは、収束レンズ３０６によって示されている。この例では、放出器３０２が、オンアクシス放出器（図１の放出器１０１に対応する）であり、放出器３０２は、カラム２００に対して機械的に整列されている（図１６のアラインメント手順を参照されたい）。したがって、ビーム３１４もオンアクシスであり、オンアクシスでかつ軸に平行に主レンズ３０６に入るようにビーム３１４の向きを定めるのに、上偏向器２１８または下偏向器２２０上のアラインメント電圧を一切必要としない。ビーム３１４は、主レンズ３０６によって、ターゲット３０８の表面のオンアクシスの位置３１０に集束する。カラム・アラインメントの目標は、ここで示したように、ビーム３１４が、軸３１２上で、軸３１２に平行に進んで、主レンズ３０６に入ることを保証することである。ビーム３１４を構成するさまざまな軌道は光線追跡プログラムＳＩＭＩＯＮ  ７．０によって生成した。それらの軌道は図２に示したカラム設計に対応する。
【００２１】
図４は、オフアクシス放出器４０２（例えば図１の源１００の放出器１０２〜１１２のうちの任意の１つの放出器）の図３のカラムと同じカラムを横切る荷電粒子軌道の側面図４００である。図３と図４の主な違いは以下の２つである：１）放出器４０２はオフアクシス放出器であり、２）双極子偏向電界を発生させるために、上偏向器２１８および下偏向器２２０を作動させており、その結果、ビーム４１４に、それぞれ矢印４１６および４１８によって示された力ベクトルが作用している。図４の左側の銃内において、放出器４０２がオフアクシス放出器であることの影響を見ることができる。ビーム４１４は最初、軸３１２に向かって下方へ偏向され、示されているように、軸３１２よりも低い位置で銃から現れ、下向きの角度を有する。上偏向器２１８および下偏向器２２０上に必要なＸ−Ｙアラインメント偏向電圧を発生させるために、図１６のアライメント手順はすでに実行されていると仮定する。偏向器２１８および２２０内の双極子場によって誘起された組み合わされたビーム偏向の結果は、軸３１２上で、かつ軸３１２に平行に主レンズ３０６に入るようにビーム４１４の向きを定めることである。その結果、ビームは、ターゲット３０８のオンアクシスの位置４１０に集束する（すなわち、位置４１０は図３の位置３１０に等しい）。
【００２２】
第１の実施形態  −  背面アドレス指定される６つの冷陰極電界放出器のアレイを有する電子源
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、背面アドレス指定される６つの冷陰極電界放出器を備える本発明の第１の実施形態の各種図である。「背面アドレス指定」は、それぞれの放出器５０１〜５０６に引出し電圧（上記図１の議論を参照されたい）を印加する方法を指し、このアドレス指定法では、全ての放出器５０１〜５０６が共通の引出し電極５０８を共用するが、放出器チップはそれぞれ固有の背面電気接続５２１〜５２６を有する。図（Ａ）は、電子源の上面図（すなわちカラムから源の内部を見た図であり、電子は図の平面から放出されることになる）５００を示し、中心に放出器５０１があり、放出器５０１は、５つのオフアクシス放出器５０２〜５０６によって取り囲まれている。図（Ｂ）は、図（Ａ）の方向と同じ方向から源の全ての層を透かして見た「Ｘ線」上面図５２０である。この図では、６つの背面アドレス指定接続５２１〜５２６を見ることができる。図（Ｃ）５４０および図（Ｄ）５６０はそれぞれ、図（Ｂ）に示された断面Ａ−Ａおよび断面Ｂ−Ｂを示す。この源は、基板５４６上に製造することができ、基板５４６は、二酸化シリコンなどの絶縁層でコーティングされた半導体ウェーハ、またはセラミックなどの絶縁材料とすることができる。
【００２３】
側断面図Ａ−Ａでは、中心放出器５０１およびオフアクシス放出器５０４を見ることができる。６つの放出器５０１〜５０６は全て、一般にモリブデンまたはタングステンから製造され、一般にニッケルであり得る概ね円筒形の柱５４２上に支持することができる。図（Ｃ）および図（Ｄ）に示された背面接続５２１〜５２６を介して、それぞれの放出器５０１〜５０６に電圧が印加される。絶縁層５４４が、図（Ａ）に示されているように源の前面の全体にわたって連続した導電性の前面ゲート層５０８を支持している。この絶縁層５４４はさらに、一部の放出器だけを作動させた場合に（その結果、図（Ｃ）の５２１と５２４などの近隣の背面接続間に電圧差が生じる）、それぞれの背面接続５２１〜５２６を互いに電気的に分離する役目を果たす。本発明のこの第１の実施形態の動作については、後の図１２の説明で論じる。
【００２４】
第２の実施形態  −  背面アドレス指定される１２個の冷陰極電界放出器のアレイを有する電子源
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、背面アドレス指定される１２個の冷陰極電界放出器を備える本発明の第２の実施形態の各種図である。「背面アドレス指定」は、それぞれの放出器６０１〜６１２に引出し電圧（上記図１の議論を参照されたい）を印加する方法を指し、このアドレス指定法では、全ての放出器６０１〜６１２が共通の引出し電極６１４を共用するが、放出器チップはそれぞれ固有の背面接続６２１〜６３２を有する。図（Ａ）は、電子源の上面図（すなわちカラムから源の内部を見た図であり、電子は図の平面から放出されることになる）６００を示し、中心に放出器６０１があり、放出器６０１は、１１個のオフアクシス放出器６０２〜６１２によって取り囲まれている。図（Ｂ）は、図（Ａ）の方向と同じ方向から源の全ての層を透かして見た「Ｘ線」上面図６２０である。この図では、１２個の背面アドレス指定接続６２１〜６３２を見ることができる。図（Ｃ）６４０および図（Ｄ）６６０はそれぞれ、図（Ｂ）に示された断面Ｃ−Ｃおよび断面Ｄ−Ｄを示す。この源は、基板６４６上に製造することができ、基板６４６は、二酸化シリコンなどの絶縁層でコーティングされた半導体ウェーハ、またはセラミックなどの絶縁材料とすることができる。
【００２５】
側断面図Ｃ−Ｃでは、中心放出器６０１およびオフアクシス放出器６０４を見ることができる。１２個の放出器６０１〜６１２は全て、一般にモリブデンまたはタングステンから製造され、一般にニッケルであり得る概ね円筒形の柱６４２上に支持することができる。図（Ｃ）および図（Ｄ）に示された背面接続６２１〜６３２を介して、それぞれの放出器６０１〜６１２に電圧が印加される。絶縁層６４４が、図（Ａ）に示されているように源の前面の全体にわたって連続した導電性の前面ゲート層６１４を支持している。この絶縁層６４４はさらに、一部の放出器だけが活動化された場合に（その結果、図（Ｃ）の６２１と６２４などの近隣の背面接続間に電圧差が生じる）、それぞれの背面接続６２１〜６３２を互いに電気的に分離する役目を果たす。本発明のこの第２の実施形態の動作については、後の図１２の説明で論じる。
【００２６】
第３の実施形態  −  前面アドレス指定される６つの冷陰極電界放出器のアレイを有する電子源
図７（Ａ）〜（Ｄ）は、前面アドレス指定される６つの冷陰極電界放出器を備える本発明の第３の実施形態の各種図である。「前面アドレス指定」は、それぞれの放出器７０１〜７０６に引出し電圧（上記図１の議論を参照されたい）を印加する方法を指し、このアドレス指定法では、全ての放出器７０１〜７０６が共通の導電性ベース７４６を共用するが、放出器チップ７０１〜７０６はそれぞれ固有の引出し電極７２１〜７２６を有する。図（Ａ）は、電子源の上面図（すなわちカラムから源の内部を見た図であり、電子は図の平面から放出されることになる）７００を示し、中心に放出器７０１があり、放出器７０１は、５つのオフアクシス放出器７０２〜７０６によって取り囲まれている。図（Ｂ）は、図（Ａ）の方向と同じ方向から源の全ての層を透かして見た「Ｘ線」上面図７２０である。この図では、６つの前面アドレス指定接続７２１〜７２６を見ることができる。図（Ｃ）７４０および図（Ｄ）７６０はそれぞれ、図（Ｂ）に示された断面Ｅ−Ｅおよび断面Ｆ−Ｆを示す。この源は、導電性基板７４６上に製造することができ、基板７４６は、導電層（モリブデン、クロムなど）でコーティングされた絶縁材料（セラミック、無ドープの半導体ウェーハなど）、または濃くドープされた半導体ウェーハなどの導電材料とすることができる。
【００２７】
側断面図Ｅ−Ｅでは、中心放出器７０１およびオフアクシス放出器７０４を見ることができる。６つの放出器７０１〜７０６は全て、一般にモリブデンまたはタングステンから製造され、一般にニッケルであり得る概ね円筒形の柱７４２上に支持することができる。図（Ｃ）および図（Ｄ）に示された共通の基板７４６を介して、全ての放出器７０１〜７０６に同じ電圧が印加される。絶縁層７４４が、引出し電極７２１〜７２６を含むパターン形成された前面ゲート層を支持している。絶縁層７４８が、引出し電極７２１〜７２６を覆い、間を埋めて、近隣の引出し電極間の電気絶縁および引出し電極と遮蔽層７０８の間の電気絶縁を提供する。遮蔽層７０８は、図（Ａ）に示されているように源の前面の全体にわたって連続した導電層である。遮蔽層７０８は、源の前面の全体にわたって共通の電圧を提供して、源の動作中の近隣の放出器間の電気光学的分離を容易にする役目を果たす。本発明のこの第３の実施形態の動作については、後の図１３の説明で論じる。
【００２８】
第４の実施形態  −  前面アドレス指定される１２個の冷陰極電界放出器のアレイを有する電子源
図８（Ａ）〜（Ｄ）は、前面アドレス指定される１２個の冷陰極電界放出器を備える本発明の第４の実施形態の各種図である。「前面アドレス指定」は、それぞれの放出器８０１〜８１２に引出し電圧（上記図１の議論を参照されたい）を印加する方法を指し、このアドレス指定法では、全ての放出器８０１〜８１２が共通の導電性ベース８４６を共用するが、放出器チップ８０１〜８１２はそれぞれ固有の引出し電極８２１〜８３２を有する。図（Ａ）は、電子源の上面図（すなわちカラムから源の内部を見た図であり、電子は図の平面から放出されることになる）８００を示し、中心に放出器８０１があり、放出器８０１は、１１個のオフアクシス放出器８０２〜８１２によって取り囲まれている。図（Ｂ）は、図（Ａ）の方向と同じ方向から源の全ての層を透かして見た「Ｘ線」上面図８２０である。この図では、１２個の前面アドレス指定接続８２１〜８３２を見ることができる。図（Ｃ）８４０および図（Ｄ）８６０はそれぞれ、図（Ｂ）に示された断面Ｇ−Ｇおよび断面Ｈ−Ｈを示す。この源は、導電性基板８４６上に製造することができ、基板８４６は、導電層（モリブデン、クロムなど）でコーティングされた絶縁材料（セラミック、無ドープの半導体ウェーハなど）、または濃くドープされた半導体ウェーハなどの導電材料とすることができる。
【００２９】
側断面図Ｇ−Ｇでは、中心放出器８０１およびオフアクシス放出器８０４を見ることができる。１２個の放出器８０１〜８１２は全て、一般にモリブデンまたはタングステンから製造され、一般にニッケルであり得る概ね円筒形の柱８４２上に支持することができる。図（Ｃ）および図（Ｄ）に示された共通の基板８４６を介して、全ての放出器８０１〜８１２に同じ電圧が印加される。絶縁層８４４が、引出し電極８２１〜８３２を含むパターン形成された前面ゲート層を支持している。絶縁層８４８が、引出し電極８２１〜８３２を覆い、間を埋めて、近隣の引出し電極間の電気絶縁および引出し電極と遮蔽層８１４の間の電気絶縁を提供する。遮蔽層８１４は、図（Ａ）に示されているように源の前面の全体にわたって連続した導電層である。遮蔽層８１４は、源の前面の全体にわたって共通の電圧を提供して、源の動作中の近隣の放出器間の電気光学的分離を容易にする役目を果たす。本発明のこの第４の実施形態の動作については、後の図１３の説明で論じる。
【００３０】
第５の実施形態  −  前面アドレス指定され、横ガス供給開口を有する１２個のガス電界イオン化放出器のアレイを有するイオン源
図９（Ａ）〜（Ｄ）は、前面アドレス指定され、横ガス供給開口を有する１２個のガス電界イオン化（ＧＦＩ）イオン放出器を備える本発明の第５の実施形態の各種図である。「前面アドレス指定」は、それぞれの放出器９０１〜９１２に引出し電圧（上記図１の議論を参照されたい）を印加する方法を指し、このアドレス指定法では、全ての放出器９０１〜９１２が共通の導電性ベース９４６を共用するが、放出器チップはそれぞれ固有の引出し電極９２１〜９３２を有する。図（Ａ）は、イオン源の上面図（すなわちカラムから源の内部を見た図であり、正イオンは図の平面から放出されることになる）９００を示し、中心に放出器９０１があり、放出器９０１は、１１個のオフアクシス放出器９０２〜９１２によって取り囲まれている。図（Ｂ）は、図（Ａ）の方向と同じ方向から源の全ての層を透かして見た「Ｘ線」上面図９２０である。この図では、１２個の前面アドレス指定接続９２１〜９３２を見ることができる。図（Ｃ）９４０および図（Ｄ）９６０はそれぞれ、図（Ｂ）に示された断面Ｉ−Ｉおよび断面Ｊ−Ｊを示す。この源は、導電性基板９４６上に製造することができ、基板９４６は、導電層（モリブデン、クロムなど）でコーティングされた絶縁材料（セラミック、無ドープの半導体ウェーハなど）、または濃くドープされた半導体ウェーハなどの導電材料とすることができる。基板９４６はさらに、イオン化用のガスを、側断面図Ｊ−ＪおよびＸ線図（Ｂ）に示された個々の供給穴９１６を通してそれぞれの放出器チップ９０１〜９１２に供給するフィード・ガス・プレナム９５０を含む。ガスは、供給システム（図示せず）からプレナム９５０に供給され、この供給システムは、圧力を調整して、放出器チップ９０１〜９１２と対応するそれぞれの引出し電極９２１〜９３２との間の真空絶縁破壊およびアーク発生を引き起こす可能性がある、穴９１６を通した過大なガスの流出を防ぐ。
【００３１】
側断面図Ｉ−Ｉでは、中心放出器９０１およびオフアクシス放出器９０４を見ることができる。１２個の放出器９０１〜９１２は全て、一般にモリブデンまたはタングステンから製造され、一般にニッケルであり得る概ね円筒形の柱９４２上に支持することができる。図（Ｃ）および図（Ｄ）に示された共通の基板９４６を介して、全ての放出器９０１〜９１２に同じ電圧が印加される。絶縁層９４４が、引出し電極９２１〜９３２を含むパターン形成された前面ゲート層を支持している。絶縁層９４８が、引出し電極９２１〜９３２を覆い、間を埋めて、近隣の引出し電極間の電気絶縁および引出し電極と遮蔽層９１４の間の電気絶縁を提供する。遮蔽層９１４は、図（Ａ）に示されているように源の前面の全体にわたって連続した導電層である。遮蔽層９１４は、源の前面の全体にわたって共通の電圧を提供して、源の動作中の近隣の放出器間の電気光学的分離を容易にする役目を果たす。本発明のこの第５の実施形態の動作については、後の図１３の説明で論じる。
【００３２】
第６の実施形態  −  前面アドレス指定され、軸ガス供給開口を有する１２個のガス電界イオン化放出器のアレイを有するイオン源
図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、前面アドレス指定され、軸ガス供給開口を有する１２個のガス電界イオン化（ＧＦＩ）放出器を備える本発明の第６の実施形態の各種図である。「前面アドレス指定」は、それぞれの放出器１００１〜１０１２に引出し電圧（上記図１の議論を参照されたい）を印加する方法を指し、このアドレス指定法では、全ての放出器１００１〜１０１２が共通の導電性ベース１０４６を共用するが、放出器チップはそれぞれ固有の引出し電極１０２１〜１０３２を有する。図（Ａ）は、イオン源の上面図（すなわちカラムから源の内部を見た図であり、正イオンは図の平面から放出されることになる）１０００を示し、中心に放出器１００１があり、放出器１００１は、１１個のオフアクシス放出器１００２〜１０１２によって取り囲まれている。図（Ｂ）は、図（Ａ）の方向と同じ方向から源の全ての層を透かして見た「Ｘ線」上面図１０２０である。この図では、１２個の前面アドレス指定接続１０２１〜１０３２を見ることができる。図（Ｃ）１０４０および図（Ｄ）１０６０はそれぞれ、図（Ｂ）に示された断面Ｋ−Ｋおよび断面Ｌ−Ｌを示す。この源は、導電性基板１０４６上に製造することができ、基板１０４６は、（導電層モリブデン、クロムなど）でコーティングされた絶縁材料（セラミック、無ドープの半導体ウェーハなど）、または濃くドープされた半導体ウェーハなどの導電材料とすることができる。基板１０４６はさらに、イオン化用のガスを、側断面図Ｌ−Ｌに示された中心開口１０１６を通してそれぞれの放出器チップ１００１〜１０１２に供給するフィード・ガス・プレナム１０５０を含む。ガスは、供給システム（図示せず）からプレナム１０５０に供給され、この供給システムは、圧力を調整して、放出器チップ１００１〜１０１２と対応するそれぞれの引出し電極１０２１〜１０３２との間の真空絶縁破壊およびアーク発生を引き起こす可能性がある、中心開口１０１６を通した過大なガスの流出を防ぐ。
【００３３】
側断面図Ｋ−Ｋでは、中心放出器１００１およびオフアクシス放出器１００４を見ることができる。１２個の放出器１００１〜１０１２は全て、一般にモリブデンまたはタングステンから製造され、一般にニッケルであり得る概ね円筒形の中空の柱１０４２上に支持することができる。図（Ｃ）および図（Ｄ）に示された共通の基板１０４６を介して、全ての放出器１００１〜１０１２に同じ電圧が印加される。絶縁層１０４４が、引出し電極１０２１〜１０３２を含むパターン形成された前面ゲート層を支持している。絶縁層１０４８が、引出し電極１０２１〜１０３２を覆い、間を埋めて、近隣の引出し電極間の電気絶縁および引出し電極と遮蔽層１０１４の間の電気絶縁を提供する。遮蔽層１０１４は、図（Ａ）に示されているように源の前面の全体にわたって連続した導電層である。遮蔽層１０１４は、源の前面の全体にわたって共通の電圧を提供して、源の動作中の近隣の放出器間の電気光学的分離を容易にする役目を果たす。本発明のこの第６の実施形態の動作については、後の図１３の説明で論じる。
【００３４】
第７の実施形態  −  前面アドレス指定され、軸液体金属供給開口を有する１２個の液体金属イオン放出器のアレイを有するイオン源
図１１は、前面アドレス指定され、軸液体金属供給開口を有する複数の液体金属イオン源を備える本発明の第７の実施形態１１００の側断面図である。この第７の実施形態の源の全体的な構造は、図１０の第６の実施形態の構造と同じだが、第７の実施形態では、プレナム１０５０および供給開口が、イオン化用の液体金属をそれぞれの放出器チップに輸送する目的に使用される点が異なる。一般的な液体金属は、ガリウム、インジウムなどの純金属、またはシリコン−金、ベリリウム−シリコン−金、ベリリウム−金などの合金である。ガリウムなどの一部の金属では、金属を溶融し、溶融した金属が、プレナム１１５０から、開口１１１６、１１５１および１１５４を通って流れて、１１６１、１１６４などのテイラー円錐（Ｔａｙｌｏｒ  ｃｏｎｅ）を形成するようにするのに、加熱がほとんどまたは全く必要ない。他の金属は、それらの金属の融点に到達するためにある量の加熱を必要とする。一般的な最大融点は最高でも摂氏数百度であり得る。側断面図Ｋ’−Ｋ’は、図１０の側断面図Ｋ−Ｋに液体金属を追加したものに相当し、この液体金属は、プレナム１１５０内ならびに開口１１１６、１１５１および１１５４内にあって、テイラー円錐１１６１および１１６４を形成する。テイラー円錐１１６１および１１６４は、中空の柱１１０１および１１０４によって、引出し電極１１２１および１１２４の中心に置かれる。１２本の支柱（図１１には１１０１および１１０４だけが示されている）は全て、一般にモリブデンまたはタングステンから製造することができる。共通の基板１１４６を介してそれぞれの支柱に同じ電圧が印加される。絶縁層１１４４が、１１２１、１１２４などの引出し電極を含むパターン形成された前面ゲート層を支持している。絶縁層１１４８が、引出し電極を覆い、間を埋めて、近隣の引出し電極間の電気絶縁および引出し電極と遮蔽層１１１４の間の電気絶縁を提供する。遮蔽層１１１４は、源の前面の全体にわたって連続した導電層である。遮蔽層１１１４は、源の前面の全体にわたって共通の電圧を提供して、源の動作中の近隣の放出器間の電気光学的分離を容易にする役目を果たす。本発明のこの第７の実施形態の動作については、後の図１３の説明で論じる。
【００３５】
各種実施形態に対する電気制御回路
図１２は、背面アドレス指定される本発明の荷電粒子源用の制御回路の単純化された接続図であり、この回路は、図５〜６に示した第１および第２の実施形態に適用可能である。電線１２２１〜１２２３によってバイアス電源１２３１〜１２３３に順番に接続された３つの背面接続１２１１〜１２１３を介して、それぞれの放出器１２０１〜１２０３に電圧が印加される。バイアス電源１２３１〜１２３３は、共通ゲート（引出し）電極１２０４に対する引出し電圧をチップ１２０１〜１２０３に供給する。共通ゲート１２０４には、共通ゲート電圧電源１２３４が、電線１２２４によって接続されている。グランド１２４８と電源１２３１〜１２３４に対する共通基準電圧接続１２４０との間には、ビーム加速電圧電源１２４６が接続されている。この回路の動作を例示するため、放出器１２０１からは放出させたいが、放出器１２０２および１２０３からは放出させたくないと仮定する。最初に、初期化ステップとして、電源１２３１〜１２３４および１２４６の出力を０Ｖに設定する。荷電粒子の放出を誘起させるのに必要な任意の１つの放出器１２０１〜１２０３と共通引出し電極１２０４との間の電圧差をＶextractionとする。２番目に、荷電粒子（電子またはイオン）がチップ１２０１から放出される際の所望のエネルギーに対応する電圧を共通接続１２４０に供給するように、ビーム加速電圧源１２４６を設定する。３番目に、４つの全ての電源１２３１〜１２３４を、Ｖextractionに等しい出力電圧を供給するように設定する。この時点で、３つの放出器１２０１〜１２０３のうちのどの１つの放出器と共通ゲート（引出し電極）１２０４との間にも電圧差はない。したがって、放出器は非活動化状態のままであり、荷電粒子を放出してはいない。次に、放出器１２０１を活動化させるため、電源１２３１の電圧出力を０Ｖに引き下げる。そうすると、放出器１２０１と共通ゲート１２０４の間にＶextractionに等しい電圧差が生じ、それによってチップ１２０１からの放出が誘起される。一方、チップ１２０２〜１２０３と共通ゲート１２０４の間には電圧差がないため、チップ１２０２〜１２０３についてはそれまで通り放出は起こらない。チップ１２０２またはチップ１２０３を活動化させるときにも同様の手順に従うことになる。チップ１２０１〜１２０３のアレイ中の２つ以上のチップを同時に活動化させるためには（図１５参照）、電源１２３１〜１２３３のうちの対応する電源の出力を０Ｖに設定する。ここに示した例は、３つの放出器１２０１〜１２０３のみの制御を示しているが、チップ・バイアス電圧源の数は、例えば図５および７については６、図６および８〜１１については１２など、源内の制御すべき放出器の数に等しくなるように設定されることは明らかである。
【００３６】
図１３は、前面アドレス指定される本発明の荷電粒子源用の制御回路の単純化された接続図であり、この回路は、図７〜１１に示した第３の実施形態から第７の実施形態に適用可能である。放出器１３０２〜１３０３は全て共通して、基板１３６０および接続１３４０を介してビーム加速電圧源１３４６に接続されている。電線１３２１〜１３２３によってゲート電源１３３１〜１３３３に順番に接続された３つの前面接続１３２１〜１３２３をそれぞれ介して、引出し電極１３１１〜１３１３に電圧が印加される。ゲート電源１３３１〜１３３３は、共通ベース電圧に対する引出し電圧をチップ１２０１〜１２０３に供給する。共通遮蔽電極１３１４には、共通遮蔽電圧電源１３３４が、電線１３２４によって接続されている。グランド１３４８と電源１３３１〜１３３４に対する共通基準電圧接続１３４０との間には、ビーム加速電圧電源１３４６が接続されている。この回路の動作を例示するため、放出器１３０１からは放出させたいが、放出器１３０２および１３０３からは放出させたくないと仮定する。最初に、初期化ステップとして、電源１３３１〜１３３４および１３４６の出力を０Ｖに設定する。荷電粒子の放出を誘起させるのに必要な任意の１つの放出器１３０１〜１３０３とそれに対応する引出し電極１３１１〜１３１３との間の電圧差をＶextractionとする。２番目に、荷電粒子（電子またはイオン）がチップ１３０１から放出される際の所望のエネルギーに対応する電圧を共通接続１３４０に供給するように、ビーム加速電圧電源１３４６を設定する。３番目に、共通遮蔽電圧電源１３３４を、一般にＶextractionに等しいか、またはそれよりも大きくすることができる遮蔽電圧を供給するように設定する。この時点で、３つの放出器１３０１〜１３０３のうちのどの１つの放出器と３つの引出し電極１３１１〜１３１３のうちの対応するそれぞれの電極との間にも電圧差はない。したがって、全ての放出器は非活動化状態のままであり、荷電粒子を放出してはいない。次に、放出器１３０１を活動化させるため、電源１３３１の電圧出力をＶextractionまで高める。そうすると、放出器１３０１と引出し電極１３１１の間にＶextractionに等しい電圧差が生じ、それによってチップ１３０１からの放出が誘起される。一方、チップ１３０２〜１３０３とそれぞれの引出し電極１３１２〜１３１３の間には電圧差がないため、チップ１３０２〜１３０３についてはそれまで通り放出は起こらない。チップ１３０２またはチップ１３０３を活動化させるときにも同様の手順に従うことになる。チップ１３０１〜１３０３のアレイ中の２つ以上のチップを同時に活動化させるためには（図１５参照）、電源１３３１〜１３３３のうちの対応する電源の出力を、同時にＶextractionに設定する。ここに示した例は、３つの放出器１３０１〜１３０３のみの制御を示しているが、ゲート・バイアス電圧源の数は、例えば図５および７については６、図６および８〜１１については１２など、源内の制御すべき放出器の数に等しくなるように設定されることは明らかである。
【００３７】
各種実施形態の異なる動作モードの角強度および輝度
図１４Ａは、源１４０２内の単一の荷電粒子放出器１４０４から放出された荷電粒子の概略側面図１４００である。荷電粒子、すなわち図５〜８の荷電粒子である電子または図９〜１１の荷電粒子であるイオンは一般に、放出軸１４０８を中心とする半角１４０６が約３０°（およそ０．５２ラジアン）の円錐形の立体角１４１０の中に放出される。その場合、源１４０２の角強度は以下のとおりである。
【００３８】
角強度＝（放出器１４０４からの電流）／［π（角度１４０６）2］
輝度は次のようになる。
【００３９】
輝度＝（角強度）／［π（仮想源の直径）2／４］
図１４Ａの例では、図５〜８の放出器などの冷陰極電界放出器の場合に、仮想源の直径が非常に小さいことがあり、したがって、角強度が必ずしも非常に大きくない場合であっても、単一放出器モードで（すなわち１つの放出器だけが活動化された状態で）動作している源１４０２の輝度が非常に高くなることがあり得る。したがって、単一放出器動作を「高輝度モード」と呼ぶことができる。
【００４０】
図１４Ｂは、非常に小さな仮想源サイズを示す図１４Ａに示した荷電粒子源の概略拡大図１４２０であり、仮想源のサイズは、冷陰極電界放出器で直径が約２ｎｍまで小さくなることがあり、液体金属源では直径が２０ｎｍまでの範囲にあることがあることを示す。
【００４１】
図１５Ａは、源１５０２内の放出器アレイ中の３つの荷電粒子放出器１５０４〜１５０６から放出された荷電粒子の概略側面図１５００である。荷電粒子、すなわち図５〜８の荷電粒子である電子または図９〜１１の荷電粒子であるイオンは一般に、放出軸１５０８を中心とする半角１５０６が約３０°（およそ０．５２ラジアン）の円錐形の立体角１５１０の中に放出される。源１５０２のサイズよりもはるかに大きな距離のところにおいて、これらの放出器の円錐形の放出パターンは、それらの全てが結合して、それぞれの個々の放出器１５０４〜１５０６の放出電流の和に等しい全電流を有する荷電粒子の単一の円錐となることに留意されたい。その場合、源１５０２の角強度は以下のとおりである。
【００４２】
角強度＝（放出器１５０４〜１５０６からの全電流）／［π（角度１５０６）2］
輝度は次のようになる。
【００４３】
輝度＝（角強度）／［π（仮想源１５１４の直径）2／４］
図１５Ａの例では、仮想源の直径はもはや、単一の放出器の仮想源サイズによっては決まらず、その代わりに、図１５Ｂに示されているように、源１５０２内の放出器１５０４〜１５０６の全体的な分布に依存する。
【００４４】
図１５Ｂは、図１５Ａに示した荷電粒子源の概略拡大図１５２０である。放出器１５０４〜１５０６の全体の空間分布は、放出軸１５０８に垂直な距離１５１４に及ぶ。したがって、輝度の計算に関しては、仮想源のサイズが図１４の場合よりもはるかに大きく、その結果、この動作モードの輝度はより低くなる。しかしながら、活動化された放出器の総数（この例では３）によって全放出電流が増大するため、角強度は増大する。したがって、複数放出器動作を「高角強度モード」と呼ぶことができる。
本発明の複数放出器源用のアラインメント工程
図１６は、本発明の複数放出器源に適用可能なアラインメント工程１６００の流れ図である。このアラインメント工程は、図１において上で論じたとおり、中心放出器（例えば図１の放出器１０１）を機械的に整列させ、次いで、放出器アレイ内の残りの全ての（オフアクシス）放出器（例えば図１の放出器１０２〜１１２）に対して電気的なアラインメントを使用する。最初に、ブロック１６０２で、画像がウォブリングした（すなわち荷電粒子システムの画像化画面上で画像が左右に、および／または上下に移動した）ときにシステム・オペレータがその画像を追跡することができる十分に遅い０．１ないし０．３Ｈｚなどの非常に低い周波数で、銃のレンズの強さを（電圧またはレンズ電流を周期的に振動させることによって）上下にウォブリングさせるように、荷電粒子銃を制御する電子装置を設定する。次に、ブロック１６０４で、中心放出器（例えば図１の１０１）だけを作動させて、カラムに沿って荷電粒子を放出し、それによってブロック１６０６でターゲットの画像を形成する。機械的な調整を必要とせずに源が偶然に整列することはまれなので、一般に、この画像は最初、いくらかウォブリングする。判断ブロック１６０８で、その画像がウォブリングしていると判断された場合には、ブロック１６１２へと続く経路１６１０を進み、ブロック１６１２で、源の機械的運動を使用して、放出器アレイ全体をカラム軸に対して再配置する。観察された画像ウォブルの軸および大きさと、このウォブリングを低減させる正確な機械的運動との間には通常、既知の相関がある。源を移動させた後、ブロック１６０６へ戻る経路１６１４を進み、ブロック１６０６で、次のターゲット画像化を実行して、残存している画像ウォブルを観察する。ブロック１６０８で、画像がもはやウォブリングしていないと判断されたら、中心放出器は、カラムに対して機械的に十分に整列したとみなし、繰返しブロック１６３０内のブロック１６３２へと続く経路１６１６を進む。
【００４５】
繰返しブロック１６３０内の全てのブロックを、放出器ｋ＝２，３，．．．，Ｎに対して実行する。Ｎは、アレイ内の放出器の総数である。これによって、それぞれのオフアクシス放出器ｋ（ｋ＞１）をカラムに対して電気的に整列させることができる。この整列は、カラムに対して機械的に整列させた中心放出器の場合とは異なることに留意されたい。放出器アレイは中心放出器のほぼ中心にあるため、源アレイの機械的アラインメントは、オフアクシス放出器の平均不整列を最小化し、それによって平均Ｘ−Ｙアラインメント電圧を低減させる。ブロック１６３２で放出器ｋを作動させた後、ブロック１６３４で、ブロック１６０６の場合と同じく画像を形成する。その画像がウォブリングしていると判断ブロック１６３６で判定した場合には、ブロック１６４０へと続く経路１６３８を進み、ブロック１６４０で、系統的な手順を使用して、Ｘ−Ｙアラインメント偏向（静電偏向器の電圧または磁気偏向器の電流とすることができる）を設定する。観察された画像ウォブルの軸および大きさと、このウォブリングを低減させる正確な電気的なＸ−Ｙビーム偏向との間には通常、既知の相関がある。ブロック１６４０で、放出器ｋのＸ−Ｙアラインメント偏向を変更し、保存した後、ブロック１６３４へ戻る経路１６４２を進み、ブロック１６３４で、次のターゲット画像化を実行して、残存している画像ウォブルを観察する。ブロック１６３６で、画像がもはやウォブリングしていないと判断されたら、放出器ｋは、カラムに対して電気的に十分に整列したとみなされる。ｋ＜Ｎの場合には、ｋを１増分し、ブロック１６３０を繰り返す。ｋ＝Ｎの場合には、経路１６４４をたどり、ブロック１６５０へ進む。ブロック１６５０は、源内の全ての放出器（例えば図１の放出器１０１〜１１２）の動作準備が完了したことを意味する。
【００４６】
電気的にアドレス指定可能であるとして放出器を説明したが、機械的に放出器を移動させてカラム軸と整列させることも可能である。
【００４７】
本発明の実施形態およびそれらの利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。上記のグリッドに対する電圧源は、単一の電源に由来するものとし、分圧器を使用することができるが、それぞれのグリッドに対して別個の電源を使用することもでき、または分圧器と電源のある組合せを使用することもできる。上記の例は、２次粒子の軌道を変化させるのに電界を提供するが、磁界を使用することもできる。とは言え、その場合には、１次ビームに対する磁場の影響を考慮しなければならない。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載された工程、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発される工程、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このような工程、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４８】
１００  荷電粒子源
１０１〜１１２  荷電粒子放出器
１２１〜１３２  制御線
１４０  放出器制御回路
２００  荷電粒子カラム
２０２  荷電粒子源
２１８  上偏向器
２２０  下偏向器
２２８  ターゲット
２３２  ターゲット表面の位置
【図１】
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【図２】
0005988570.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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