(57)【要約】  コーティングされた先端部、関連部材、システムおよび方法が開示されている。
2011514637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス電界電離イオン源の先端部において、
第１導電性材料およびコーティングを備え、前記先端部からの平均放出電流密度が前記先端部からの最大放出電流密度の５０％以下である場所でのみ、前記コーティングが前記第１導電性材料によって支持されていることを特徴とする先端部。
【請求項２】
請求項１に記載の先端部において、
前記先端部からの平均放出電流密度が最大放出電流密度の２５％以下である場所でのみ、前記コーティングが前記第１導電性材料によって支持されている先端部。
【請求項３】
請求項１に記載の先端部において、
前記先端部からの平均放出電流密度が最大放出電流密度の１０％以下である場所でのみ、前記コーティングが第１導電性材料によって支持されている先端部。
【請求項４】
請求項１に記載の先端部において、
前記最大放出電流密度が、０．０１ｐＡ／Å２以下である先端部。
【請求項５】
請求項１に記載の先端部において、
前記最大放出電流密度が、０．１ｐＡ／Å２以下である先端部。
【請求項６】
請求項１に記載の先端部において、
前記最大放出電流密度が、１ｐＡ／Å２以下である先端部。
【請求項７】
請求項１に記載の先端部において、
前記コーティングが、第２導電性材料を備える先端部。
【請求項８】
請求項７に記載の先端部において、
前記第２導電性材料が、金属、合金または炭素からなる群から選択された導電性材料を備える先端部。
【請求項９】
請求項７に記載の先端部において、
前記第２導電性材料が金属を備える先端部。
【請求項１０】
請求項９に記載の先端部において、
前記金属が、金、銀、パラジウム、オスミウム、タングステン、タンタル、イリジウム、レニウム、ニオブ、白金およびモリブデンからなる群から選択された金属を備える先端部。
【請求項１１】
請求項７に記載の先端部において、
前記第２導電性材料が合金を備える先端部。
【請求項１２】
請求項１１に記載の先端部において、
前記合金が、金、銀、パラジウム、オスミウム、タングステン、タンタル、イリジウム、レニウム、ニオブ、白金およびモリブデンからなる群から選択された少なくとも２種の材料を含む先端部。
【請求項１３】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が表面を有し、前記第１導電性材料の前記表面における垂線が第１導電性材料の先端に対して垂直な軸線の６０°以内に位置する場所でのみ、前記コーティングが第１導電性材料によって支持されている先端部。
【請求項１４】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が表面を有し、前記第１導電性材料の前記表面における垂線が、第１導電性材料の先端に対して垂直な軸線の４５°以内に位置する場所でのみ、前記コーティングが前記第１導電性材料によって支持されている先端部。
【請求項１５】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が表面を有し、前記第１導電性材料の前記表面における垂線が、第１導電性材料の先端に対して垂直な軸線の３０°以内に位置する場所でのみ、前記コーティングが前記第１導電性材料によって支持されている先端部。
【請求項１６】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が表面を有し、前記第１導電性材料の前記表面に沿って測定した前記第１導電性材料における頂部の２００ｎｍの距離範囲内を除いて、前記コーティングが前記第１導電性材料により支持されている先端部。
【請求項１７】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が表面を有し、前記第１導電性材料の前記表面に沿って測定した前記第１導電性材料における頂部の１００ｎｍ以内を除いて、前記コーティングが前記第１導電性材料により支持されている先端部。
【請求項１８】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が表面を有し、前記第１導電性材料の前記表面に沿って測定した前記第１導電性材料における頂部の５０ｎｍ以内を除いて、前記コーティングが前記第１導電性材料により支持されている先端部。
【請求項１９】
請求項１に記載の先端部において、
該先端部が、１５°〜４５°の平均円錐角を有している先端部。
【請求項２０】
請求項１に記載の先端部において、
該先端部が、２００ｎｍ未満の平均曲率半径を有している先端部。
【請求項２１】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が、金属、合金、炭素、ポリマーおよびセラミックスからなる群から選択された導電性材料を備える先端部。
【請求項２２】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が、タングステン、炭素、タンタル、イリジウム、レニウム、ニオブ、白金およびモリブデンからなる群から選択された材料を備える先端部。
【請求項２３】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が、Ｗ（１１１）を備える先端部。
【請求項２４】
請求項１に記載の先端部において、
前記第１導電性材料が、三量体である終端原子層を有する先端部。
【請求項２５】
表面を有する第１導電性材料およびコーティングを備えるガス電界電離イオン源の先端部において、
前記第１導電性材料が表面を有し、前記第１導電性材料の前記表面における垂線が第１導電性材料の先端に対して垂直な軸線の６０°以内に位置する場所でのみ、前記コーティングが第１導電性材料によって支持されていることを特徴とする先端部。
【請求項２６】
請求項２５に記載の先端部において、
前記第１導電性材料の表面に沿って測定した前記第１導電性材料における頂部の２００ｎｍの距離範囲内を除いて、前記コーティングが前記第１導電性材料によって支持されている先端部。
【請求項２７】
表面を有する第１導電性材料およびコーティングを備えるガス電界電離イオン源の先端部において、
前記コーティングが、前記第１導電性材料の表面に沿って測定した前記第１導電性材料における頂部の２００ｎｍの距離範囲内を除いて、前記第１導電性材料によって支持されている先端部。
【請求項２８】
ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法において、
導電性材料によって支持されたコーティングを形成するステップと、
前記コーティングを除去するステップと
を含み、
前記先端部からの平均放出電流密度が前記先端部からの最大放出電流密度のせいぜい５０％である場所でのみ、前記コーティングを第１導電性材料によって支持することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法において、
蒸発、液体蒸着、電気化学蒸着、化学蒸着、物理蒸着、分子ビーム蒸着、プラズマ蒸着およびこれらの組み合わせからなる群から選択した工程を用いて、前記コーティングを形成する方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の方法において、
蒸発、スパッタリング、エッチングまたはこれらの組み合わせからなる群から選択した工程を用いて前記コーティングの一部を除去する方法。
【請求項３１】
請求項２８に記載の方法において、
前記導電性材料の加熱により、前記コーティングの一部を除去する方法。
【請求項３２】
請求項２８に記載の方法において、
電界により、前記コーティングの一部を除去する方法。
【請求項３３】
ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法において、
導電性材料の表面によって支持されたコーティングを形成するステップと、
前記コーティングを除去するステップと
を含み、
第１導電性材料が表面を有し、
前記第１導電性材料の前記表面における垂線が第１導電性材料の頂部に対して垂直な軸線の６０°以内に位置する場所でのみ、前記第１導電性材料によって前記コーティングを支持することを特徴とする方法。
【請求項３４】
ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法において、
導電性材料の表面によって支持されたコーティングを形成するステップと、
前記コーティングを除去するステップと
を含み、
第１導電性材料が表面を有し、
前記第１導電性材料の前記表面に沿って測定した前記第１導電性材料における頂部の２００ｎｍの距離範囲内を除いて、前記第１導電性材料によって前記コーティングを支持することを特徴とする方法。
【請求項３５】
ガス電界電離イオン源の先端部において、
頂部を有する第１導電性材料と、
該第１導電性材料の頂部以外の箇所で第１導電性材料によって支持されたコーティングと
を備えることを特徴とする先端部。
【請求項３６】
ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法において、
頂部を有する導電性材料の表面によって支持されたコーティングを形成するステップと、
前記導電性材料の頂部からコーティングを除去するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項１に記載のガス電界電離イオン源の先端部と、光学系とを備えるシステムにおいて、
前記光学系が、使用時に前記先端部がイオンビームを放出した場合に前記イオンビームを試料の表面に向けるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
請求項２５に記載のガス電界電離イオン源の先端部と、光学系とを備えるシステムにおいて、
前記光学系が、使用時に前記先端部がイオンビームを放出した場合に前記イオンビームを試料の表面に向けるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３９】
請求項２７に記載のガス電界電離イオン源の先端部と、光学系とを備えるシステムにおいて、
前記光学系が、使用時に前記先端部がイオンビームを放出した場合に前記イオンビームを試料の表面に向けるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項４０】
請求項３５に記載のガス電界電離イオン源の先端部と、光学系とを備えるシステムにおいて、
前記光学系が、使用時に前記先端部がイオンビームを放出した場合に前記イオンビームを試料の表面に向けるように構成されていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、コーティングされたガス電界電離イオン源先端部、関連部材、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス電界電離イオン源は既知である。一般にガス電界電離イオン源は、導電性材料により形成された先端部を含む。使用時に、先端部は、中性ガス種を先端部の近傍に移動させ、先端部の頂部に高い正電位を印可することによって中性ガス種をイオン化し、イオンを生成するために使用することができる。例えば、イオンからビームを形成し、試料の所定の特性を決定し、および／または試料を変化させるためにこのビームを用いることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、一般に、コーティングされたガス電界電離イオン源先端部、関連部材、システムおよび方法に関する。
【０００４】
出願人は、ガス電界電離イオン先端部の腐食はある程度の量では場合によって望ましいが、不都合な結果が生じる程度にまで先端部の腐食を進行すること場合があることを発見した。特に出願人は、先端部腐食が生じた場合に先端部のジオメトリが変化する場合があり、これにより、先端部を形成する材料の電界蒸発強度を超過する点まで先端部の頂部で電界強度が増大し、先端部で原子の不都合な電界蒸発が生じることを発見した。出願人は、先端部の所定部分をコーティングし、他の部分をコーティングしないことによって、不都合な腐食を減少させ、場合によっては取り除くことさえもできると考える。例として、出願人は、使用中に電界中間値が得られる先端部における部分のみをコーティングすることによって先端部腐食を制御し、これにより、不都合な先端部腐食を制限することができると考える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部は第１導電性材料およびコーティングを含む。先端部からの平均放出電流密度が、先端部からの最大放出電流密度の５０％以下である場所でのみ、コーティングは第１の導電性材料によって支持されている。
【０００６】
本発明の別の実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部は面およびコーティングを有する第１導電性材料を含む。第１導電性材料は表面を有し、第１導電性材料の表面における垂線が第１導電性材料の先端に対して垂直な軸線の６０°以内に位置する場所でのみ、コーティングは第１導電性材料によって支持されている。
【０００７】
本発明の別の実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部は、表面およびコーティングを有する第1導電性材料を含む。第１導電性材料は表面を有している。第１導電性材料の表面に沿って測定した第１導電性材料における頂部の２００ｎｍの距離範囲内を除いて、コーティングは第１導電性材料により支持されている。
【０００８】
本発明の付加的な実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法は、導電性材料によって支持されたコーティングを形成するステップと、ガス電界電離イオン源の先端部を提供するコーティングの一部を除去するステップとを含む。コーティングは、ガス電界電離イオン源の先端部からの平均放出電流密度が、先端部からの最大放出電流密度の５０％以下である場所でのみ、第１導電性材料によって支持されている。
【０００９】
本発明の別の実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法は、導電性材料の表面によって支持されたコーティングを形成するステップと、コーティングを除去するステップとを含む。第１導電性材料は表面を有する。第１導電性材料の表面における垂線が、第１導電性材料の頂部に対して垂直な軸線の６０°以内である場所においてのみ、コーティングは第１導電性材料によって支持されている。
【００１０】
本発明の別の実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法は、導電性材料の表面によって支持されたコーティングを形成するステップと、コーティングの一部を除去するステップとを含む方法。第１導電性材料は表面を有する。第１導電性材料の表面に沿って測定した第１導電性材料における頂部の２００ｎｍの距離範囲内を除いては、コーティングは第１導電性材料により支持されている。
【００１１】
本発明の付加的な実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部は、頂部を有する第１導電性材料と、第１導電性材料の頂部以外の箇所で第１導電性材料によって支持されたコーティングとを含む。
【００１２】
本発明の別の実施態様では、ガス電界電離イオン源の先端部を製造する方法は、頂部を有する導電性材料の面によって支持されたコーティングを形成するステップと、導電性材料の頂部からコーティングを除去するステップとを含む。
【００１３】
これらの実施形態は、以下の利点を１つ以上もたらすことができる。
【００１４】
幾つかの実施形態では、先端部は信頼性を高め、および／または耐用寿命を延長することができる。これは、例えば粒子源として（例えば、ガス電界電離イオン源などとして）使用した場合に動作の改善をもたらす。
【００１５】
幾つかの実施形態では、先端部は、不都合な腐食をほとんど伴わないか、または全く伴わない工程によって準備することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガス電界電離イオン源における先端部の一部を示す断面図である。
【図２】ガス電界電離イオン源における先端部の腐食を示す概略図である。
【図３】コーティングを有するガス電界電離イオン源における先端部の一部を示す断面図である。
【図４】イオン顕微鏡システムを示す概略図である。
【図５】ガス電界電離イオン源を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
Ｉ．先端部
図１は、ガス電界電離イオン源における先端部１００の一部を示す断面図である。一般に、先端部１００は、炭素、金属または合金などの導電性材料からなっている。例示的な金属は、金、銀、パラジウム、オスミウム、タングステン、タンタル、イリジウム、レニウム、ニオブ、白金およびモリブデンを含む。例示的な合金は、金、銀、パラジウム、オスミウム、タングステン、タンタル、イリジウム、レニウム、ニオブ、白金およびモリブデンから選択された少なくとも２種の材料を含む。
【００１８】
幾つかの実施形態では、先端部１００は、単結晶金属などの単結晶材料から形成することができる。一般に、先端部１００の頂部１０１における原子の終端層の単結晶配向は面１０３と整列されており、面１０３は、１０°未満（例えば５°未満、３°未満など）で頂部１０１に接触している。幾つかの実施形態では、先端部１００の頂部１０１は所定数の原子（例えば２０個以下、１５個以下、１０個以下、９個以下、６個以下、３個以下などの原子）を有する原子層で終端している。例えば、先端部１００の頂部１０１は、Ｗ（１１１）により構成することができ、３個の原子（三量体）を備える終端層を有することができる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、先端部１００は、３個未満または４個以上の原子を含む終端層を有することができる。例えば、Ｗ（１１１）先端部は、２個の原子を含む終端層または単一原子のみを含む終端層を有していてもよい。代替的に、Ｗ（１１１）先端部は、４個以上の原子（例えば５個以上、６個以上、７個以上、８個以上、９個以上、１０個以上、１１個以上などの原子）を含む終端層を有していてもよい。
【００２０】
代替的または付加的に、先端部１００は、Ｗ（１１２）、Ｗ（１１０）またはＷ（１００）などの異なるＷ結晶配向に対応していてもよい。このような先端部は、１個以上の原子（例えば、２個以上、３個以上、４個以上、５個以上、６個以上、７個以上、８個以上、９個以上、１０個以上、１１個以上などの原子）を含む終端層を有していてもよい。
【００２１】
幾つかの実施形態では、先端部１００は、単結晶Ｗ（例えば、上記金属の１つからなる単結晶などの単結晶の金属）以外の材料から形成することもでき、このような先端部は、1個以上の原子（例えば、２個以上、３個以上、４個以上、５個以上、６個以上、７個以上、８個以上、９個以上、１０個以上、１１個以上などの原子）を含む終端層を有していてもよい。
【００２２】
先端部１００は、領域１０４、１０６および１０８を備える表面１０２を有している。領域１０４は、比較的高い平均放出電流および／または比較的高い平均放出電流密度を有し、領域１０８は、比較的低い平均放出電流および／または比較的低い平均放出電流密度を有している。領域１０６は、領域１０４および領域１０８の中間の平均放出電流および／または平均放出電流密度を有している。
【００２３】
幾つかの実施形態では、領域１０６には、表面１０２における垂線１０５と面１０３に対して垂直な軸線１０１との間の角度αは６０°以下（例えば４５°以下、または３０°以下）である。幾つかの実施形態では、領域１０６では、αは１５°〜６０°（例えば、１５°〜４５°、１５°〜３０°、２５°〜６０°、２５°〜４５°、２５°〜３０°、３０°〜６０°、３０°〜４５°など）であってもよい。
【００２４】
幾つかの実施形態では、領域１０６の最高点１０９から頂部１０１までの距離は、面１０２に沿って測定した場合、２００ｎｍ以下（例えば、せいぜい１００ｎｍ以下または５０ｎｍ以下）である。幾つかの実施形態では、点１０９から頂部１０１までの距離は、面１０２に沿って測定した場合、少なくとも２５ｎｍ（例えば３０ｎｍ、４０ｎｍ）である。例えば、領域１０６の最上点１０９から頂部１０１までの距離は、面１０２に沿って測定した場合、２５ｎｍ〜２００ｎｍ（例えば、２５ｎｍ〜１００ｎｍ、２５ｎｍ〜５０ｎｍ、３０ｎｍ〜２００ｎｍ、３０ｎｍ〜１００ｎｍ、３０ｎｍ〜５０ｎｍ、４０ｎｍ〜２００ｎｍ、４０ｎｍ〜１００ｎｍ、４０ｎｍ〜５０ｎｍなど）であってよい。
【００２５】
図２は、使用時に一般的な高い正電位が頂部に印可された場合に先端部１００に生じる場合のある腐食を示す概略図である。出願人は、理論に縛られることなしに、領域１０８における電界は、ガス原子が領域１０８に到達できる程度に低く、表面１０２に吸収されることさえもが可能であるが、しかしながら、ほとんどのガス原子はイオン化されず、腐食は生じないと考える。理論に縛られることなしに、出願人は、領域１０４では、電界は、ほとんどのガス原子がイオン化され、表面１０２に接触することなしに表面１０２から離反して加速される程度に高いと考える。理論に縛られることなしに、出願人は、領域１０６では、電界はガス原子を引きつけるために十分に強いが、しかしながら、電界は、全てのイオンがイオン化され、表面１０２と接触することなしに先端部１００から離反して加速される程度に強いと考える。このように、多くのイオンは、領域１０６で表面１０２と相互作用する。さらに、出願人は、領域１０６では、それ以外では生じないであろう中間電界において特有の化学反応が生じる場合があると考える。
【００２６】
図３は、先端部１００、および先端部１００の表面１０２における領域１０６のみに配置されたコーティング３１０を含む、ガス電界電離イオン源の先端部３００の断面図を示す。
【００２７】
幾つかの実施形態では、ガス電界電離イオン源の先端部３００の平均放出電流密度は、領域１０６では、先端部３００の最大放出電流密度の５０％以下（例えば、２５％以下、または１０％以下など）であり、領域１０６におけるガス電界電離イオン源の先端部３００の平均放出電流密度は、先端部３００の最大放出電流密度の少なくとも１％（例えば、少なくとも５％、少なくとも１０％など）である。幾つかの実施形態では、領域１０６における電界電離イオン源の先端部３００の平均放出電流密度は、先端部３００の最大放出電流密度の１％〜５０％（例えば、５％〜５０％、１０％〜５０％、１％〜２５％、１％〜１０％、１０％〜５０％、１０％〜２５％など）である。一般に、ガス電界電離イオン源の先端部３００の最大放出電流密度は、せいぜい１０ｐＡ／Å（例えば、１．０ｐＡ／Å２以下、０．１ｐＡ／Å２以下など）および／または少なくとも０．００１ｐＡ／Å２（例えば、少なくとも０．０１ｐＡ／Å２、少なくとも０．１ｐＡ／Å２など）である。
【００２８】
一般に、コーティング３１０は、炭素、金属または合金などの導電性材料により形成される。例示的な金属は、金、銀、パラジウム、オスミウム、タングステン、タンタル、イリジウム、レニウム、ニオブ、白金およびモリブデンを含む。例示的な合金は、金、銀、パラジウム、オスミウム、タングステン、タンタル、イリジウム、レニウム、ニオブ、白金およびモリブデンから選択された少なくとも２種の材料を含む。
【００２９】
一般に、コーティング３１０は、任意の望ましい工程によって形成される。例示的な工程は、蒸発、液体蒸着、電気化学蒸着、化学蒸着、物理蒸着、分子ビーム蒸着、プラズマ蒸着を含む。
【００３０】
幾つかの実施形態では、コーティングを形成する材料は、表面１０２の領域１０６にのみ配置される。幾つかの実施形態では、これは、コーティング３１０の形成中に（例えば、材料がガス状または固体状である場合に）層３１０を形成する材料に表面１０２の領域１０４および１０８が露出されることを防止することにより、達成することができる。
【００３１】
幾つかの実施形態では、コーティングを形成する材料は、表面１０２の領域１０６だけではなく他の領域（例えば、表面１０２の領域１０８および／または表面１０２の領域１０４など）にも配置され、面１０２の領域１０６以外から材料除去を行ってもよい。例えば、コーティング３１０を形成する材料は、表面１０２の領域１０４以外の領域にも配置し、次いで、領域１０６以外の表面１０２から材料を除去するために（例えば蒸発、スパッタリングおよび／またはエッチングにより）先端部を処理してもよい。幾つかの実施形態では、材料除去は、先端部を加熱することにより行うことができる（例えば、表面１０２の選択した領域から熱誘起により材料を蒸発させる）。幾つかの実施形態では、材料除去は、先端部１００に適宜な強度の電界を印可することにより行うことができる。（例えば、頂部近傍の高電場を用いて表面１０２の領域１０４から材料を蒸発させる）
【００３２】
II．イオンビームシステム
ここでは、イオンビームを生成し、イオンビームに試料を露出することによって、関心のある試料を離れる二次電子を含む粒子を検出するためのシステムおよび方法を説明する。これらのシステムおよび方法は、試料の1つ以上の画像を取得し、および／または試料を変更するために用いることができる。
【００３３】
概して、このようなイオンビームは、多目的顕微鏡システムで生成される。試料分析（例えば画像形成）に用いることのできるイオンを生成するガス電界電離イオン源を用いた顕微鏡システムは、「ガス電界イオン顕微鏡」と呼ばれる。ガス電界電離イオン源は、中性ガス種を導電性先端部の近傍（約４〜５Åの距離内）に供給し、導電性材料の頂部に高い正電位（例えば（以下に説明する）抽出器に対して１ｋＶ以上）を印可することによって、中性ガス種をイオン化し、（例えばイオンビームの形態の）イオンを生成するために用いることができる導電性の（概して１０個以下の原子を備える頂部を有する）先端部を含む装置である。随意に、本明細書に記載のようにコーティングを先端部に設けてもよい。
【００３４】
図４は、ガス電界イオン顕微鏡システム４００を示す概略図である。システム４００は、ガス源４１０、ガス電界電離イオン源４２０、イオン光学系４３０、試料マニピュレータ４４０、前側検出器４５０、後側検出器４６０および電子制御システム４７０（例えばコンピュータなどの電子プロセッサ）を含み、電子制御システム４７０は、通信ライン４７２ａ〜４７２ｆを介してシステム４００の様々な構成素子に電気接続されている。試料４８０は、イオン光学計４３０と検出器４５０，４６０との間で試料マニピュレータ４４０の内部または上部に位置決めされている。使用時に、イオンビーム４９２はイオン光学系４３０を介して試料４８０の表面４８１に向けられ、イオンビーム４９２と試料４８０との相互作用によって生じた粒子４９４が検出器４５０および／または４６０により測定される。検出された粒子は、イオンビーム、イオンビームと試料および／または、入射イオンビームに初期に存在していた粒子（後方散乱されたヘリウムイオン、後方散乱された中性ヘリウム、透過され、反射されなかったヘリウムイオン、透過され、反射されなかった中性ヘリウム、透過され、偏向されたヘリウムイオン、透過され、偏向された中性ヘリウムを含む）との相互作用によって生成された粒子（例えば光子、Ｘ線など）との相互作用前に試料内に既に存在していた粒子（例えば、二次電子、オージェ電子、スパッタリングされた中性原子、スパッタリングされたイオン、反跳高速中性原子、反跳高速イオン）を含んでいてもよい。
【００３５】
一般に、システムを空にすることによって、システム４００の内部に存在する不都合な化学種を減じることが望ましい。概して、システム４００の異なる構成素子は、異なる背圧で保持される。例えば、ガス電界電離イオン源４２０は、約１０−１０Torrの圧力で保持される。ガス電界電離イオン源４２０にガスが導入された場合、背圧は約１０−４Torrまで上昇する。イオン光学計４３０は、ガス電界電離イオン源４２０へのガスの導入前には約１０−８の背圧で保持される。ガスが導入された場合、イオン光学計４３０における背圧は、概して約１０−７Torrに増大する。試料４８０は、概して約１０−６Torrの背圧に保持されたチャンバ内に位置決めされる。この圧力は、ガス電界電離イオン源４２０におけるガスの有無によってはさほど変化しない。
【００３６】
図５に示すように、ガス源４１０が、ガス電界電離イオン源４２０に１種以上のガス４８２を供給するように構成されている。一般に、ガス源４１０は、多様な純度、流量、圧力および温度でガスを供給するように構成することができる。一般に、ガス源４１０によって供給されるガスの少なくとも一種は、希ガス（ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ））であり、希ガスのイオンは、望ましくはイオンビーム４９２における第一成分である。一般に、試料４８０の表面４８１で測定されるように、イオンビーム４９２におけるイオンの電流は、システム４００における希ガスの圧力が上昇するにつれて単調に増大する。幾つかの実施形態では、この関係は、所定範囲の希ガス圧で電流が一般にガス圧に比例して増大する場合、ベキ法則によって記述することができる。作動時に、希ガスの圧力は、先端部頂部の近傍では概して１０−２Torr以下（例えば、１０−３Torr以下、１０−４Torr以下など）および／または１０−７Torr以上（例えば、１０−６Torr以上、１０−５Torr以上など）である（以下の説明を参照）。一般に、（例えば、システムにおける不都合な化学種の圧力を減じるために）比較的高純度のガスを使用することが望ましい。
【００３７】
随意に、ガス源４１０は、希ガスに付加的に１種以上のガスを供給することができる。以下にさらに詳細に説明するように、このようなガスの例は窒素である。概して、付加的なガスは、希ガスにおける不純度レベルを上回るレベルで存在してもよいが、付加的なガスは、ガス源４１０によって導入される全般的なガス混合物の小数成分を構成している。例として、ＨｅガスおよびＮｅガスがガス源４１０によってガス電界電離イオン源４２０に導入された実施形態では、全般的なガス混合物は、２０％以下（例えば１５％以下、１２％以下など）のＮｅ、および／または１％以上（例えば３％以上、８％以上など）のＮｅを含んでいてもよい。例えば、ＨｅガスおよびＮｅガスがガス源４１０によってガス電界電離イオン源４２０に導入された実施形態では、全般的なガス混合物は、５〜１５％（例えば８％〜１２％、９％〜１１％など）のＮｅを含んでいてもよい。別の例として、Ｈｅガスと窒素がガス源４１０によって導入された実施形態では、全般的なガス混合物は１％以下（例えば０．５％以下、０．１％以下など）の窒素および／または０．０１％以上（例えば０．０５％以上など）の窒素を含んでいてもよい。例えば、Ｈｅガスおよび窒素がガス源４１０によって導入された実施形態では、全体的なガス混合物は、０．０１％〜０．１％（例えば０．０５％〜０．５％、０．０８％〜０．１２％など）の窒素を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、付加的なガスは、（例えば、ガスを混合し、次いで混合物を単一の入口からシステム４００に搬入するガスマニホルドによって）システム４００に供給される前に希ガスと混合される。幾つかの実施形態では、付加的なガスは、システム４００に供給される前に希ガスと混合されない（例えば、それぞれのガスをシステム４００に供給するために別個の入口が使用されるが、別個の入口は、ガス電界電離イオン源４２０におけるいずれかの素子と相互作用する前にガスが混合されるのに十分に近くに位置している）。
【００３８】
ガス電界電離イオン源４２０は、ガス源４１０から一種以上のガス４８２を取り込み、ガス４８２からガスイオンを生成するように構成されている。ガス電界イオン源４２０は、先端部頂部４８７を有する導電性の先端部４８６、抽出機４９０および、随意に抑制器４８８を含む。
【００３９】
使用中に、先端部４８６は抽出器４９０に対して正にバイアスをかけられており（例えば、約２０ｋＶ）、抽出器４９０は、外部接地に対して負または正にバイアスをかけられており（例えば、−２０ｋＶ〜＋５０ｋＶ）、随意の抑制器４８８は、先端部４８６に対して正または負にバイアスをかけられている（例えば−５ｋＶ〜＋５ｋＶ）。先端部４８６は導電性材料から形成されているので、先端部４８６の頂部４８７における電界は、先端部頂部４８７の表面から外方に向けられている。先端部４８６の形状により、電界は、先端部頂部４８７の近傍で最も強い。先端部４８６の電界強度は、例えば、先端部４８６に印可される正電圧を変更することによって調整することができる。このような構成では、ガス源４１０によって供給されたイオン化されていないガス原子４８２はイオン化され、頂部４８７の近傍で正電荷イオンとなる。正電荷イオンは、正電荷を持つ先端部４８６によって反発され、負電荷を持つ抽出器４９０によって引きつけられ、これにより、正電荷イオンは、イオンビーム４９２として先端部４８６からイオン光学系４３０に向けられる。抑制器４８８は、先端部４８６と抽出器４９０との間における全般的な電界、すなわち、先端部４８６からイオン光学系４３０への正電荷イオンの軌跡制御を支援する。一般に、先端部４８６と抽出器４９０との間の全般的な電界を調整し、頂部４８７で生成される正電荷イオン量および正電荷イオンが先端部からイオン光学系４３０に搬送される効率を制御することができる。
【００４０】
例として、論理によって縛られることなしに、Ｈｅイオンは、次のようにして生成することができると考えられる。ガス電界電離イオン源４２０は、先端部４８６の頂部４８７の近傍における電界が、イオン化されていないＨｅガス原子４８２のイオン化電界を超過し、先端部４８６が比較的低い温度に保持されるように構成されている。イオン化されていないＨｅガス原子４８２が頂部４８７の近傍に存在する場合、Ｈｅ原子は、先端部の電界によって分極することができ、Ｈｅ原子４８２と頂部４８７との間には弱い引力が生成される。結果として、Ｈｅ原子４８２は先端部頂部４８７に接触し、しばらく先端部頂部４８７に結合された（例えば物理吸着された）状態で保持される。頂部４８７の近傍では、電界強度は、頂部４８７に吸着されたＨｅ原子４８２をイオン化するために十分に高く、（例えばイオンビームの形態で）正電荷を持つＨｅイオンが生成される。
【００４１】
一般に、イオン光学系４３０は、試料４８０の表面４８１にイオンビーム４９２を向けるように構成されている。イオン光学系４３０は、例えば、ビーム４９２におけるイオンを集束し、コリメートし、偏向し、加速および／または減速することができる。イオン光学系４３０は、イオンビーム４９２における一部のイオンのみがイオン光学系４３０を通過するようにすることもできる。一般に、イオン光学系４３０は、多様な静電イオン光学素子、または所望のように構成された他のイオン光学素子を含む。イオン光学系４３０における１つ以上の構成素子（例えば静電ディフレクタ）の電界強度を操作することによって、Ｈｅイオンビーム４９２を試料４８０の表面４８１にわたってスキャンすることができる。例えば、イオン光学系４３０は、２つの直交方向のいずれかにイオンビーム４９２を偏向する２つのディフレクタを含んでいてもよい。これらのディフレクタは、イオンビーム４９２が表面４９１の一領域にわたって走査されるように可変の電界強度を有している。
【００４２】
イオンビーム４９２が試料４８０に入射した場合、異なる種類の様々な粒子４９４が生成される。これらの粒子は、例えば、二次電子、オージェ電子、二次イオン、二次中性粒子、一次中性粒子、散乱イオンおよび光子（例えば、Ｘ線光子、ＩＲ光子、可視光子およびＵＶ光子など）を含む。検出器４５０および４６０は、それぞれＨｅイオンビーム４９２と試料４８０との間の相互作用により生じる１つ以上の異なる種類の粒子を測定するように位置決めされ、構成されている。図４からわかるように、検出器４５０は、主に試料４８０の表面４８１に由来する粒子４９４を検出するように位置決めされており、検出器４６０は、主に試料４８０の表面４８３から現れた粒子４９４（例えば透過粒子）を検出するように位置決めされている。以下にさらに詳細に説明するように、一般に本明細書に開示の顕微鏡システムでは任意の数および構成の検出器を使用することができる。幾つかの実施形態では、多重検出器が用いられ、幾つかの多重検出器は、異なる種類の粒子を測定するように構成されており、これらの検出器は、同じ種類の粒子に関する異なる情報（例えば、粒子のエネルギー、所定粒子の角度分布、所定粒子の総量など）を供給するように構成されている。随意に、このような検出装置の複合装置をしようすることもできる。
【００４３】
一般に、検出器によって測定された情報は、試料４８０に関する情報を決定するために用いられる。概して、この情報は、試料４８０の２つ以上の画像を取得することによって決定される。表面４８１にわたってイオンビーム４９２を走査することによって、個別のステップで試料４８０に関する画素毎の情報を取得することができる。
【００４４】
顕微鏡システム４００の動作は、概して電子制御システム４７０によって制御される。例えば、電子制御システム４７０は、ガス源４１０によって供給されたガス、先端部４８６の温度、先端部４８６の電位、抽出器４９０の電位、抑制器４８８の電位、イオン光学系４３０の成分の設定、試料マニピュレータ４４０の位置、および／または検出器４５０および４６０の場所および設定を制御するように構成することもできる。随意に、これらのパラメータの１つ以上を（例えば、電子制御システム４７０と一体のユーザーインタフェースを介して）手動により制御してもよい。付加的または代替的に、電子制御システム４７０は、検出器４５０および４６０によって収集された情報を（例えば、コンピュータなどの電子プロセッサによって）分析し、試料４８０に関する情報（例えば、断層撮影情報、材料構成情報、結晶情報、電圧コントラスト情報、光学特性情報、電磁情報など）を供給するために使用することもできる。これらの情報は、随意に、画像、グラフ、表、スプレッドシートなどの形態であってもよい。概して、電子制御システム４７０は、ディスプレイまたは他の種類の出力装置、入力装置および保存手段となるユーザーインタフェースを含んでいる。
【００４５】
電子制御システム４７０は、本明細書に開示のパルス計数技術を実施するように構成してもよい。例えば、電子制御システム４７０は、（例えば、コンパレータ設定もしくは他のハードウェア装置の設定の形式で、または電子制御システムにおけるソフトウェアフィルタとして、検出器４５０および／または検出器４６０における）閾値レベルを設定するように構成してもよい。電子制御装置１７０は、検出器１５０によって測定された信号におけるパルスを計数し、計数パルスに基づいて画素強度値を決定するように構成することもできる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、システム４００は、半導体製造時に、半導体製品製造中または半導体製品製造完了時に試料の表面領域および／または表面下領域に関する情報を決定し、および／または半導体製品の製造中に化学蒸着（例えば、イオンビーム蒸着などのイオンビームに誘起される化学蒸着）を生じさせるために用いられる。このような使用例は、マスクレス・リソグラフィ、ガス支援型化学蒸着、スパッタリング、欠陥検出、オーバーレイずれ記録、臨界寸法計測法、ライン端粗さ、ライン端厚さ、回路編集、マスク修復、欠陥検査、欠陥点検および／または回路テストを含む。幾つかの実施形態では、システム４００は様々な装置および材料における金属腐食を特定し、検査するために使用される。幾つかの実施形態では、システム４００は、ハードディスクなどの磁気式記憶装置で使用される読取／書込ヘッドにおける欠陥を検出するために使用される。幾つかの実施形態では、システム４００は、生物試料に関する元素および／または化学組成情報を（例えば、非破壊的方式で）決定するために使用される。幾つかの実施形態では、システム４００は、治療薬（例えば、小分子薬）についての結晶学的情報を決定するために使用される。
【００４７】
幾つかの実施形態を開示したが、他の実施形態も可能である。
【００４８】
例として、先端部における表面の一部にのみコーティングが形成される実施形態を説明したが、他の実施形態では、コーティングは先端部表面全体に形成してもよい。随意に、ガス電界電離イオン源で使用される場合に、先端部において比較的高い平均放出電流および／または比較的高い平均放出電流密度を有する領域、および／または比較的低い平均放出電流および／または比較的低い平均放出電流密度を有する領域にコーティングを形成してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、コーティングは、領域１０４，１０６および１０８に形成される。別の実施形態では、コーティングは領域１０４および１０６に形成される。幾つかの実施形態では、コーティングは、領域１０４および１０８に形成される。
【００４９】
別の実施例では、先端部におけるコーティングが単一の材料層で形成された実施形態を説明したが、幾つかの実施形態では、コーティングは複数の材料層により形成されていてもよい。各層を形成する材料は、一般に所望のように選択することができる。幾つかの実施形態では、各層の材料は同じであってもよい。幾つかの実施形態では、各層の材料は異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、幾つかの層は同じ材料から形成し、幾つかの層は異なる材料から形成してもよい。
【００５０】
追加の例として、先端部がガス電界電離イオン源で使用される実施形態を説明したが、幾つかの実施例では、先端部は他のシステムで使用することもできる。例えば、先端部は、電子顕微鏡（例えば、走査型電子顕微鏡など）における電子ビーム源として使用してもよい。一般に、電子顕微鏡で使用する場合には、比較的高い負電位が先端部の頂部に印可され、電子は先端部から放出される。先端部によって生成された電子は、適宜な電子光学系を通過し、試料に到達することができ、そこで電子は試料と相互作用し、粒子を生成し、粒子は試料に関する情報を供給するために検出することができ、および／または粒子は、試料で、および／または試料の近傍で適宜な化学蒸着を生じさせるために使用してもよい。より一般的には、本明細書に開示の先端部は、粒子を生成するために使用してもよい。他の実施形態が特許請求の範囲に記載されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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