(57)【要約】本発明は、チップ（５０４）と、ガス粒子をチップに供給するように構成された少なくとも１つのガス注入口（５１２ａ−ｆ）と、非イオン化ガス粒子（１８２ａ−ｄ）を吸着し、脱着するガス粒子を導いて前記チップに向けて伝播させるように配置された曲面（５１４）を有する素子（５１６）とを備える荷電粒子システムに関するものである。荷電粒子システムは、チップに接続され、チップの頂端部における電界を調整する構成された界磁分流器を備えることができる。
2011528489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源であって、
頂端部を有するチップ、
ガス粒子を前記チップに供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、および
非イオン化ガス粒子を吸着し、脱着するガス粒子を導いて前記チップに向けて伝播させるように位置決めした曲面を有する素子、を備える荷電粒子源において、
前記曲面が、該曲面の表面法線の少なくとも５０％またはそれ以上が前記チップの前記頂端部の位置で交差するように形成されてなる、
荷電粒子源。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記素子は抽出器である、
荷電粒子源。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は前記抽出器の前記チップに対向する面である、
荷電粒子源。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子源は、さらに、抽出器を備え、
前記素子は、前記チップと前記抽出器との間に配置されたことを特徴とする、
荷電粒子源。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記少なくとも１つのガス注入口は２つまたはそれ以上のガス注入口を含む、
荷電粒子源。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記少なくとも１つのガス注入口は６０またはそれ以上のガス注入口を含む、
荷電粒子源。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記素子は前記荷電粒子源からガス粒子を除去できるような位置に配置した複数の開口を含む、
荷電粒子源。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は球面である、
荷電粒子源。
【請求項９】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は放物面である、
荷電粒子源。
【請求項１０】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は、１８０度より大きい角をなす角弧に対応する弧状面である、
荷電粒子源。
【請求項１１】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は、該曲面の表面法線の少なくとも９０％またはそれ以上が前記チップの前記頂端部の位置で交差するように、形成された、
荷電粒子源。
【請求項１２】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
動作時、前記チップの前記頂端部の位置におけるガス粒子の濃度は、前記曲面が存在しない場合の前記チップの前記頂端部の位置におけるガス粒子の濃度よりも、５％またはそれ以上高い、
荷電粒子源。
【請求項１３】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
動作時、前記チップの前記頂端部の位置におけるガス粒子の濃度は、前記曲面が存在しない場合の前記チップの前記頂端部の位置におけるガス粒子の濃度よりも、１５％またはそれ以上高い、
荷電粒子源。
【請求項１４】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
動作時、前記ガス粒子の平均イオン化効率は、１０１０分の３またはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項１５】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
動作時、前記ガス粒子の平均イオン化効率は、１０９分の１またはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項１６】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
動作時、該荷電粒子源のビーム電流は１００ｐＡまたはそれ以上であり、該荷電粒子源内のガス粒子の圧力は１×１０−３トルまたはそれ以下である、
荷電粒子源。
【請求項１７】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
動作時、該荷電粒子源のビーム電流は１ｎＡまたはそれ以上であり、該荷電粒子源内のガス粒子の圧力は５×１０−５トルまたはそれ以下である、
荷電粒子源。
【請求項１８】
請求項１に記載の荷電粒子源は、さらに、
前記チップに接続され、前記チップの前記頂端部における電界を調整するように構成した界磁分流器、
を備える荷電粒子源。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷電粒子源は、さらに、
前記界磁分流器に接続され、該界磁分流器を前記チップに対して移動させることにより前記チップの前記頂端部における電界を調整するように構成した電子制御装置、
を備える荷電粒子源。
【請求項２０】
請求項１８に記載の荷電粒子源は、さらに、
前記界磁分流器に接続され、該界磁分流器に印加する電位を調整することにより前記チップの前記頂端部における電界を調整するように構成した電子制御装置、
を備える荷電粒子源。
【請求項２１】
請求項１８に記載の荷電粒子源において、
前記界磁分流器は、該荷電粒子源の軸線に平行な方向に沿って伸縮可能である、
荷電粒子源。
【請求項２２】
請求項１８に記載の荷電粒子源において、
前記チップは第１電位にあり、
前記界磁分流器は、前記第１電位とは異なる第２電位にある、
荷電粒子源。
【請求項２３】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記ガス粒子は希ガス原子を含む、
荷電粒子源。
【請求項２４】
請求項２３に記載の荷電粒子源において、
前記希ガス原子はヘリウムを含む、
荷電粒子源。
【請求項２５】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
該荷電粒子源はガス電界イオン源である、
荷電粒子源。
【請求項２６】
請求項１に記載の荷電粒子源は、さらに、
前記チップおよび前記素子を収容するハウジング、
を備える荷電粒子源。
【請求項２７】
荷電粒子源であって、
チップ、およびガス粒子を該チップに供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、
前記チップの頂端部における電界を変調するように構成した界磁分流器、および
前記界磁分流器に接続した電子制御装置、を備える荷電粒子源において、
前記界磁分流器が完全収縮位置にあるとき、前記電界は第１振幅を有し、
前記界磁分流器が完全伸長位置にあるとき、前記電界は前記第１振幅よりも大きい第２振幅を有し、
前記電子制御装置は、前記完全伸長位置と前記完全収縮位置との間に前記界磁分流器を配置するように構成される、
荷電粒子源。
【請求項２８】
請求項２７に記載の荷電粒子源において、
前記界磁分流器は、前記完全収縮位置と前記完全伸長位置との間を移動するように構成した、機械的に伸縮可能な界磁分流器である、
荷電粒子源。
【請求項２９】
請求項２８に記載の荷電粒子源において、
界磁分流器は、前記完全収縮位置に対して複数の異なる長さに伸縮可能である、
荷電粒子源。
【請求項３０】
請求項２７に記載の荷電粒子源において、
前記第１振幅と前記第２振幅との差は５Ｖ／Åまたはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項３１】
請求項２７に記載の荷電粒子源において、
前記第２振幅の前記第１振幅に対する比は２．０またはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項３２】
請求項２７に記載の荷電粒子源において、
前記チップは第１電位にあり、
前記界磁分流器は、前記第１電位とは異なる第２電位にある、
荷電粒子源。
【請求項３３】
請求項３２に記載の荷電粒子源において、
前記第１電位と前記第２電位との差は、１００Ｖまたはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項３４】
請求項３２に記載の荷電粒子源において、
前記第１電位と前記第２電位との差は、２ｋＶまたはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項３５】
請求項２７に記載の荷電粒子源において、
前記界磁分流器は、長さの異なる複数の相互交換可能な界磁分流器を含み、該界磁分流器はそれぞれ前記チップのベースに連結するように構成した、
荷電粒子源。
【請求項３６】
請求項２７に記載の荷電粒子源は、さらに、
非イオン化ガス粒子を吸着し、脱着するガス粒子を導いて前記チップに向けて伝播させるように位置決めした曲面を有する素子、
を備える荷電粒子源。
【請求項３７】
請求項３６に記載の荷電粒子源において、
前記素子は抽出器である、
荷電粒子源。
【請求項３８】
請求項３６に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は球面である、
荷電粒子源。
【請求項３９】
請求項３６に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は放物面である、
荷電粒子源。
【請求項４０】
請求項３６に記載の荷電粒子源において、
前記曲面は、１８０度より大きい角をなす角弧に対応する弧状面である
荷電粒子源。
【請求項４１】
請求項３６に記載の荷電粒子源において、
該荷電粒子源のビーム電流は１００ｐＡまたはそれ以上であり、該荷電粒子源内のガス粒子の圧力は１×１０−３トルまたはそれ以下である、
荷電粒子源。
【請求項４２】
請求項２７に記載の荷電粒子源において、
前記ガス粒子は希ガス原子を含む、
荷電粒子源。
【請求項４３】
請求項４２に記載の荷電粒子源において、
前記希ガス原子はヘリウムを含む、
荷電粒子源。
【請求項４４】
請求項２７に記載の荷電粒子源において、
前記界磁分流器の一部分は円筒形状である、
荷電粒子源。
【請求項４５】
請求項４４に記載の荷電粒子源は、さらに、
前記チップを取り付ける支持体を備え、
前記界磁分流器の該支持体に取り付けた第１端部における開口の最大直径は、前記界磁分流器の前記チップの前記頂端部に近接する第２端部における開口の最大直径よりも大きいことを特徴とする、
荷電粒子源。
【請求項４６】
請求項４４に記載の荷電粒子源において、
前記界磁分流器は、内径が一定の円筒部分および内径が変化する円錐部分を含む、
荷電粒子源。
【請求項４７】
請求項４６に記載の荷電粒子源において、
前記円錐部分は第１端部および第２端部を含み、該第１端部の外径は該第２端部の外径よりも大きく、
該第２端部は、前記界磁分流器の前記チップの前記頂端部に近接する端部を構成する、
荷電粒子源。
【請求項４８】
荷電粒子源であって、
チップ、該チップを収容するハウジング、および、該ハウジングの内部と流体連結し該チップにガス粒子を供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、
前記ハウジング内に配置され、前記チップの頂端部における電界振幅を変調するように構成した素子、を備える荷電粒子源において、
前記素子は、円筒部分および該円筒部分に取り付けた円錐部分を有し、
前記円錐部分の最大内径は前記円筒部分の内径に相当し、該円錐部分の最小内径は該最大内径よりも小さく、前記素子の一端部は、前記チップに近接して配置した前記最小内径に相当し、
前記素子は、収縮位置と伸長位置との間で移動可能である、
荷電粒子源。
【請求項４９】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記素子の前記曲面は互いに非法線方向に配向された隣接する複数の平面セグメントを含む、
荷電粒子源。
【請求項５０】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記素子の前記曲面は、曲面形状を近似するように配置した複数の平面セグメントを含む、
荷電粒子源。
【請求項５１】
請求項５０に記載の荷電粒子源において、
動作時、前記チップの前記頂端部の位置におけるガス粒子の濃度は、前記チップの前記頂端部の位置における、平面を用いたときに生成されることになるガス粒子の濃度よりも、５％またはそれ以上高い、
荷電粒子源。
【請求項５２】
請求項５０に記載の荷電粒子源において、
動作時、前記チップの前記頂端部の位置におけるガス粒子の濃度は、前記チップの前記頂端部の位置における、平面を用いたときに生成されることになるガス粒子の濃度よりも、１５％またはそれ以上高い、
荷電粒子源。
【請求項５３】
荷電粒子源であって、
チップおよび該チップにガス粒子を供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、
前記チップの頂端部における電界を変調するように構成した界磁分流器、および
前記界磁分流器に接続した電子制御装置、を備える荷電粒子源において、
動作時、前記電子制御装置は前記界磁分流器に電位を印加して前記チップの前記頂端部における前記電界を変調するように構成され、該界磁分流器は収縮位置と伸長位置との間で移動可能である、
荷電粒子源
【請求項５４】
請求項５３に記載の荷電粒子源において、
動作時、電子制御装置は前記界磁分流器に第１電位を印加し、前記界磁分流器に第２電位を印加するように構成され、
前記界磁分流器に第１電位を印加したときの前記チップの前記頂端部における電界振幅と、前記界磁分流器に第２電位を印加したときの前記チップの前記頂端部における電界振幅との差は、５Ｖ／Åまたはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項５５】
請求項５３に記載の荷電粒子源において、
動作時、電子制御装置は前記界磁分流器に第１電位を印加し、前記界磁分流器に第２電位を印加するように構成され、
前記界磁分流器に第１電位を印加したときの前記チップの前記頂端部における電界振幅と、前記界磁分流器に第２電位を印加したときの前記チップの前記頂端部における電界振幅との比は、２．０またはそれ以上である、
荷電粒子源。
【請求項５６】
請求項１に記載の荷電粒子源において、
前記少なくとも１つのガス注入口は、前記素子内のチャネルである、
荷電粒子源。
【請求項５７】
荷電粒子源請求項３６に記載の荷電粒子源において、
前記少なくとも１つのガス注入口は、前記素子内のチャネルである、
荷電粒子源。
【請求項５８】
請求項４８に記載の荷電粒子源において、
前記少なくとも１つのガス注入口は、前記素子内のチャネルである、
荷電粒子源。
【請求項５９】
請求項５３に記載の荷電粒子源は、さらに、
非イオン化ガス粒子を吸着し、脱着するガス粒子を導いて前記チップに向けて伝播させるように位置決めした曲面を有する素子、
を備える荷電粒子源。
【請求項６０】
請求項５８に記載の荷電粒子源において、
前記少なくとも１つのガス注入口は前記素子内に形成される、
荷電粒子源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、荷電粒子を生成することに関し、特に、顕微鏡システムにおいて荷電粒子を生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の結像をはじめとするさまざまな用途のため、試料を荷電粒子で露光することができる。ガス粒子をチャンバ内でイオン化することにより、荷電粒子を形成することができる。これら荷電粒子は、チャンバ内に導入したガス粒子のうちの比較的わずかな部分をイオン化することにより、形成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本開示は、概して、試料の結像をはじめとする試料特性の測定に使用するイオンビームを生成する荷電粒子システムに関する。この荷電粒子システムは、ガス粒子濃縮器を含むことができ、それにより、このシステム内に投入したガス粒子のイオン化効率を向上する。代案または追加として、荷電粒子システムは界磁分流器（field shunt）を含むことができ、界磁分流器を用いてシステム内のチップの頂端部における電界振幅を制御することができる。頂端部における電界振幅を制御することにより、イオンビーム内の平均イオンエネルギーを所望の値に調整することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概して、第１の態様において、本開示による荷電粒子源は、チップ、このチップにガス粒子を供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、および、非イオン化ガス粒子を吸着し、脱着するガス粒子を導いてチップに向けて伝播させるように位置決めした曲面を有する素子を備える。
【０００５】
別の態様において、本開示による荷電粒子源は、チップ、このチップにガス粒子を供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、および、非イオン化ガス粒子を吸着し、脱着するガス粒子を導いてチップに向けて伝播させる手段を備える。
【０００６】
さらなる態様において、本開示による荷電粒子源は、チップ、このチップにガス粒子を供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、および、チップの頂端部における電界を変更するように構成した界磁分流器を備え、界磁分流器が完全収縮位置にあるとき、電界は第１振幅を有し、界磁分流器が完全伸長位置にあるとき、電界は第１振幅よりも大きい第２振幅を有する。
【０００７】
別の態様において、本開示による荷電粒子源は、（ａ）チップ、このチップを収容するハウジング、および、このハウジングの内部と流体連結しチップにガス粒子を供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、および（ｂ）ハウジング内に配置され、チップの頂端部における電界振幅を変調するように構成した素子、を備える。この素子は、円筒部分およびこの円筒部分に取り付けた円錐部分を有することができる。円錐部分の最大内径は円筒部分の内径に相当し、円錐部分の最小内径は最大内径よりも小さい。最小内径に相当する素子の一端部は、前記チップに近接して配置することができる。
【０００８】
さらなる態様において、本開示による荷電粒子源は、（ａ）チップ、（ｂ）ガス粒子をチップに供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、および（ｃ）非イオン化ガス粒子を吸着し、脱着するガス粒子を導いてチップに向けて伝播させるように位置決めした曲面を有する素子、を有する。
【０００９】
別の態様において、本開示による荷電粒子源は、（ａ）チップ、およびガス粒子をチップに供給するように構成した少なくとも１つのガス注入口、（ｂ）チップの頂端部における電界を変調するように構成した界磁分流器、および（ｃ）界磁分流器に接続した電子制御装置、を備える。動作時、電子制御装置は、界磁分流器に電位を印加してチップの頂端部における電界を変調するように構成することができる。
【００１０】
荷電粒子源の実施形態は、以下に示す特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【００１１】
素子は、抽出器とすることができる。曲面は、抽出器のチップに対向する面とすることができる。代案または追加として、荷電粒子源は抽出器を含むことができ、素子はチップと抽出器との間に配置することができる。
【００１２】
少なくとも１つのガス注入口は、２つまたはそれ以上のガス注入口（例えば、６０またはそれ以上のガス注入口）を含むことができる。
【００１３】
素子は、荷電粒子源からガス粒子を除去できるような位置に配置した複数の開口を備えることができる。
【００１４】
曲面は、球面とすることができる。代案または追加として、曲面を放物面とすることができる。曲面は、１８０度より大きい角をなす角弧に対応する弧状面とすることができる。
【００１５】
曲面は、曲面の表面法線の少なくとも５０％またはそれ以上（すくなくとも９０％またはそれ以上）がチップ位置で交差するように、形成する。
【００１６】
動作時、チップ位置におけるガス粒子の濃度は、曲面が存在しない場合のチップ位置におけるガス粒子の濃度よりも、５％またはそれ以上（例えば、１５％またはそれ以上）高い。
【００１７】
動作時、ガス粒子の平均イオン化効率は、１０１０分の３またはそれ以上（例えば、１０９分の１またはそれ以上）とする。
【００１８】
動作時、荷電粒子源の粒子電流は１００ｐＡまたはそれ以上とすることができ、荷電粒子源内のガス粒子の圧力は１×１０−３トル以下（例えば、荷電粒子源の粒子電流を１ｎＡまたはそれ以上、荷電粒子源内のガス粒子の圧力を５×１０−５トル以下）とすることができる。
【００１９】
荷電粒子源は、チップに接続されチップの頂端部における電界を調整するように構成した界磁分流器を含むことができる。界磁分流器は、荷電粒子源の軸線に平行な方向に沿って伸縮可能である。チップは第１電位とすることができ、界磁分流器を、第１電位とは異なる第２電位とする。第１電位と第２電位との差は０またはそれ以上（例えば、２ｋＶまたはそれ以上、５ｋＶまたはそれ以上、１０ｋＶまたはそれ以上、２０ｋＶまたはそれ以上）とすることができる。代案または追加として、第１電位と第２電位は、イオン電圧の０．２５倍またはそれ以上（例えば、イオン電圧の０．５倍またはそれ以上、イオン電圧の０．７５倍またはそれ以上、イオン電圧と同等またはそれ以上、イオン電圧の１．２５倍またはそれ以上、イオン電圧の１．５倍またはそれ以上、イオン電圧の２倍またはそれ以上、イオン電圧の２．５倍またはそれ以上）とすることができる。
【００２０】
ガス粒子は希ガス原子を含むことができる。この希ガス原子はヘリウムをふくむことができる。
【００２１】
荷電粒子源は、ガス電界イオン源とすることができる。
【００２２】
荷電粒子源は、チップおよび素子を収容するハウジングを備えることができる。
【００２３】
界磁分流器は、完全収縮位置と完全伸長位置との間を移動するように構成した、機械的に伸縮可能な界磁分流器とすることができる。界磁分流器は、完全収縮位置に対して複数の異なる長さに伸長可能とすることができる。
【００２４】
第１振幅と第２振幅との差は０Ｖ／Åまたはそれ以上（例えば、１Ｖ／Åまたはそれ以上、２Ｖ／Åまたはそれ以上、３Ｖ／Åまたはそれ以上、５Ｖ／Åまたはそれ以上、７Ｖ／Åまたはそれ以上、１０Ｖ／Åまたはそれ以上）とすることができる。
【００２５】
界磁分流器が完全収縮位置にあるときの第１平均イオンエネルギーと界磁分流器が完全伸長位置にあるときの第２平均イオンエネルギーとの差は、２ｋｅＶまたはそれ以上（例えば、１０ｋｅＶまたはそれ以上）とすることができる。
【００２６】
界磁分流器は、長さの異なる複数の相互交換可能な界磁分流器を含むことができ、各界磁分流器はチップのベースに連結するように構成される。
【００２７】
荷電粒子源は、非イオン化ガス粒子を吸着し、脱着するガス粒子を導いてチップに向けて伝播させるように位置決めした曲面を有する素子を備えることができる。
【００２８】
界磁分流器は円筒形状とすることができる。荷電粒子源は、チップを取り付けるベースを含み、ベースに取り付けた界磁分流器の第１端部における開口の最大直径は、チップの頂端部に近接する界磁分流器の第２端部における開口の最大直径よりも大きい。
【００２９】
界磁分流器は、内径が一定の円筒部分および内径が変化する円錐部分を含むことができる。円錐部分は第１端部および第２端部を含み、第１端部の外径は第２端部の外径よりも大きく、第２端部は、界磁分流器のチップの頂端部に近接する端部を構成する。
【００３０】
少なくとも１つのガス注入口は、素子内に形成した１つまたはそれ以上（例えば、２つまたはそれ以上、３つまたはそれ以上、４つまたはそれ以上、５つまたはそれ以上、６つまたはそれ以上、８つまたはそれ以上、１０またはそれ以上、ひいてはそれ以上）のチャネルを含むことができる。
【００３１】
荷電粒子源の実施形態は、以下に示す利点のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、粒子濃縮器を用いて荷電粒子源内の供給ガスのイオン化効率を向上することができる。例えば、粒子濃縮器を用いることにより、供給ガス粒子のより多くの部分を荷電粒子源内でイオン化することができる。その結果、荷電粒子源内のチップ周囲の領域における供給ガスの平均圧力を上昇させることなく、荷電粒子源の輝度を向上させることができる。さらに、粒子濃縮器を用いることで、結果として、供給ガスを導いてチップに向けて伝播させることができ、それにより、イオンビーム路上に存在する中性ガス粒子を減らすことができる。
【００３３】
あるいくつかの実施形態において、供給ガス注入口の形状および配向は、コリメートされたガス流をチップに向かって配向できるように選択する。供給ガス粒子の発散は（例えば、直径に対する長さの比を約５：１またはそれ以上とした供給ガス注入口を設けることにより）調整可能であり、それにより、チップに到達する供給ガス粒子の流量を比較的多くする一方、チャンバ内のバックグラウンド圧力を比較的低く維持することが確実にできるように支援する。チップ近傍のイオン化されていない供給ガス粒子はポンピングによりチップ領域から除去することができ、これらの中性粒子がイオンビーム路に進入しないようにする。
【００３４】
あるいくつかの実施形態において、粒子濃縮器および複数の供給ガス注入口を用いることにより、粒子濃縮器を設けずガス注入口が１つのみの場合に生ずる供給ガス粒子の空間分布よりも、供給ガス粒子のチップ近傍における空間分布がより均一となるようにすることができる。チップ近傍において供給ガス粒子の比較的均一な空間分布を生成することにより、例えば、チップ頂端部原子のうち、出射した１つの原子のみから抽出した荷電粒子ビームも同様の輝度を有することができる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、調節可能な界磁分流器を用いて、チップにおける特定の電界振幅を維持する一方、チップに印加される電位を調節することができる。通常、イオン源の動作時には、チップにおける電界は比較的狭い範囲に維持され、これは供給ガスの粒子がイオン化される電界振幅（例えば、３．５Ｖ／Åから４．５Ｖ／Åの範囲）に相当する。チップにおける電界振幅をこの範囲（または、通常、任意の所望の値）に維持する一方、分流器に印加する電位が変化する場合、および／または、分流器の調整可能な位置が変化する場合（例えば、分流器がチップに対して伸長または収縮する場合）は、チップに印加される電位も変化する。分流器および分流器に印加する電位のどちらか一方または両方を変更することにより、チップに印加された電位の変化は分流器を調整することにより相殺され、チップにおける電界振幅は変化しない。このような方法により、チップにおける電界振幅を調整することなく、また、電荷粒子カラム内に加速素子を追加的に設けることなく、イオン化したガス粒子のエネルギーを調整することができる。通常、加速素子は、大型で高価な絶縁体を備える。界磁分流器をこの方法で調整することにより、加速素子を不要とすることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、調整可能な界磁分流器の電位は、チップの電位とは異なるようにすることができる。界磁分流器に印加する電位を調整することにより、チップにおける電界をほぼ一定に維持する一方、電荷粒子カラムの素子をどれも機械的に移動させずにチップにより印加された加速電圧を調整することができる。電気的に調整可能な界磁分流器は、機械的に調整可能な界磁分流器よりも、通常、構成が簡略で、操作が容易である。
【００３７】
１つまたはそれ以上の実施形態について、図面を参照して以下に詳述する。その他の特徴および利点は、発明の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】顕微鏡システムの概略図である。
【図２】ガス電界イオン源の概略図である。
【図３】粒子濃縮器を備える荷電粒子源の概略断面図である。
【図４】表面に吸着したガス粒子の脱着の各確率を示す概略図である。
【図５】粒子濃縮器の実施形態の概略断面図である。
【図６】界磁分流器を備える荷電粒子源の概略図である。
【００３９】
異なる図面における同一の参照符号は同一の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
一般的に、試料の検査に用いるガスイオンビーム等の荷電粒子ビームは多目的顕微鏡システムにおいて生成する。ガス電界イオン源を用いて、試料分析（例えば、画像化）に使用可能なイオンを生成する顕微鏡システムは、ガス電界イオン顕微鏡と呼ばれる。ガス電界イオン源は、チップ（チップは、一般的に、１０またはそれ以下の原子を持つ頂端部を有する）を備える装置である。このチップを用いて、中性ガス種をチップ近傍（例えば、約４〜５オングストロームの距離範囲内）に引き寄せる一方、高い陽電位（例えば、抽出器（後述の記載を参照）に対して０ｋＶまたはそれ以上）をチップの頂端部に印加する。いくつかの実施形態において、チップは導電性とすることができる。
【００４１】
図１に、ガス電界イオン顕微鏡システム１００を示す。ガス電界イオン顕微鏡システムは、ガス源１１０、ガス電界イオン源１２０、イオン光学系１３０、試料マニピュレータ１４０、正面検出器１５０、裏面検出器１６０、および電子制御システム１７０（例えば、コンピュータ等の電子プロセッサ）を備える。電子制御システムは、通信線１７２ａ〜１７２ｆを介してシステム１００内の各コンポーネントに接続される。試料１８０は、イオン光学系１３０と検出器１５０，１６０との間の試料マニピュレータ１４０内または試料マニピュレータ上に載置する。使用時は、イオン光学系１３０を介してイオンビーム１９２を試料１８０の表面１８１に導き、このイオンビーム１９２が試料１８０と相互作用することにより発生する粒子１９４を検出器１５０および／または１６０により測定する。
【００４２】
図２に示すように、ガス源１１０は、１種類またはそれ以上の種類のガス１８２をガス電界イオン源１２０に供給するように構成する。ガス源１１０は、（１種類またはそれ以上の種類の）ガス１８２を、さまざまな純度、流量、圧力、および温度で供給するように構成することもできる。一般に、ガス源１１０により供給するガスのうち少なくとも１種類は希ガス（ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、またはキセノン（Ｘｅ））であり、この希ガスのイオンをイオンビーム１９２の主要構成要素とすることが望ましい。
【００４３】
選択肢として、ガス源１１０は、（１種類またはそれ以上の種類の）希ガスに加え、１種類またはそれ以上の種類のガスを付加的に供給することができる。そのようなガスとして、例えば、窒素が挙げられる。一般的に、この付加的な（１種類またはそれ以上の種類の）ガスは、（１種類またはそれ以上の種類の）希ガス中の不純物レベルを超えて存在することができるが、この付加的な（１種類またはそれ以上の種類の）ガスは、ガス源１１０から導入した混合ガス全体の少数成分を構成する。
【００４４】
ガス電界イオン源１２０は、ガス源１１０からの１種類またはそれ以上の種類のガス１８２を受け入れ、これらの（１種類またはそれ以上の種類の）ガス１８２からガスイオンを生成するように構成する。ガス電界イオン源１２０は、チップ頂端部１８７を有するチップ１８６、抽出器１９０、および、任意選択の抑制器１８８を備える。
【００４５】
チップ１８６は導電性とすることができ、種々の材料で形成することができる。いくつかの実施形態において、チップ１８６を金属（例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム  （Ｒｈ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ））で形成する。いくつかの実施形態において、導電性のチップ１８６を合金で形成することもでき、いくつかの実施形態においては、導電性のチップ１８６を別の材料（例えば、炭素（Ｃ））で形成することもできる。
【００４６】
使用時は、チップ１８６を抽出器１９０に対して正に（例えば、約２０ｋＶ）バイアスし、抽出器１９０を外部接地に対して正または負に（例えば、−２０ｋＶ〜＋５０ｋＶ）バイアスし、任意選択の抑制器１８８をチップ１８６に対して正または負に（例えば、−５ｋＶ〜＋５ｋＶ）バイアスする。チップ１８６を導電性材料で形成した場合、チップ１８６のチップ頂端部１８７における電界は、チップ頂端部１８７の表面から外側に向かう。チップ１８６の形状により、チップ頂端部１８７近傍において電界は最も強くなる。チップ１８６の電界強度は、例えば、チップ１８６に印加する正電圧を変化させることにより調整可能である。このような構成により、ガス源１１０からの供給ガス１８２の非イオン化ガス原子がイオン化され、チップ頂端部１８７近傍において正電荷を持つイオンとなる。この正電荷を持つイオンは、同時に、正に帯電したチップ１８６からはじかれて、負に帯電した抽出器１９０に引き寄せられ、正電荷を持つイオンがイオンビーム１９２としてチップ１８６からイオン光学系１３０に導かれる。抑制器１８８の支援の下、チップ１８６と抽出器１９０との間の電界全体を制御し、および、その結果、チップ１８６からイオン光学系１３０に至る、正電荷を持つイオンの軌道を制御する。一般に、チップ１８６と抽出器１９０との間の電界全体を調整することにより、チップ頂端部１８７における正電荷を持つイオンの生成速度および、正電荷を持つイオンがチップ１８６からイオン光学系１３０まで移動する際の効率を制御することができる。
【００４７】
通常、イオン光学系１３０は、イオンビーム１９２を試料１８０の表面１８１に導くように構成する。イオン光学系１３０は、例えば、ビーム１９２内のイオンを集束、コリメート、偏向、加速、および／または減速することができる。イオン光学系１３０は、また、イオンビーム１９２内の一部のイオンのみをイオン光学系１３０に通過させることもできる。通常、イオン光学系１３０は、所望に応じて構成した種々の静電イオン光学素子およびその他のイオン光学素子を備える。イオン光学系１３０内の１つまたはそれ以上のコンポーネント（例えば、静電偏向器）の電界強度を操作することにより、試料１８０の表面１８１を横切ってイオンビーム１９２を走査することができる。例えば、イオン光学系１３０には、イオンビーム１９２を２つの直交する方向に偏向する２つの偏向器を備えることができる。これらの偏向器はさまざまな電界強度を有することができ、イオンビーム１９２を表面１８１の領域の端から端までラスタ走査（raster）する。
【００４８】
イオンビーム１９２を試料１８０上に作用させて、さまざまな異なる種類の粒子１９４を生成することができる。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、赤外（ＩＲ）光子、可視光子、紫外（ＵＶ）光子）等を含む。検出器１５０および１６０を配置して、それぞれ、イオンビーム１９２と試料１８０の相互作用により発生する１種類またはそれ以上の種類の粒子を測定するように構成する。図１に示すように、検出器１５０は、試料１８０の表面１８１から主に発生する粒子１９４を検出する位置に配置し、検出器１６０は、試料１８０の表面１８３から主に出現する粒子１９４（例えば、通過粒子）を検出する位置に配置する。一般に、本明細書に開示する顕微鏡システムにおいて用いることのできる検出器の数および構成は任意である。いくつかの実施形態において、複数の検出器を用い、その複数の検出器のうちのいくつかは、異なる種類の粒子を測定するように構成される。あるいくつかの実施形態において、検出器は、同じ種類の粒子について異なる情報（例えば、粒子のエネルギー、所与の粒子の角度分布、所与の粒子の全存在量）を提供するように構成される。任意で、そのような検出器の構成を組み合わせて利用することもできる。
【００４９】
一般に、検出器により測定した情報を用いて、試料１８０に関する情報を決定する。通常、この情報は、試料１８０の１つまたはそれ以上の画像を取得することにより決定する。イオンビーム１９２で表面１８１を横断的にラスタ走査することにより、試料１８０に関する画素ごとの情報を別個の各ステップにおいて得ることができる。検出器１５０および／または１６０は、各画素において、１つまたはそれ以上の異なる種類の粒子１９４を検出するように構成することができる。
【００５０】
顕微鏡システム１００の動作は、通常、電子制御システム１７０により制御する。例えば、ガス源１１０から供給された（１種類または複数の種類の）ガス、チップ１８６の温度、チップ１８６の電位、抽出器１９０の電位、抑制器１８８の電位、イオン光学系１３０のコンポーネントの設置、試料マニピュレータ１４０の位置、および／または検出器１５０ならびに１６０の位置と設定を制御するように、電子制御システム１７０を構成することができる。選択肢として、１つまたはそれ以上のこれらのパラメータを手作業で（例えば、電子制御システム１７０と一体化したユーザインターフェースを介して）制御することができる。追加または代案として、電子制御システム１７０を（例えば、コンピュータ等の電子プロセッサを介して）用いて、検出器１５０および１６０により収集した情報を分析し、試料１８０に関する情報（例えば、トポグラフィ情報、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、磁気情報）を提供することができる。これらの情報は、選択肢として、画像、グラフ、表、集計表（スプレッドシート）等として提供されうる。通常、電子制御システム１７０は、ディスプレイまたはその他の種類の出力装置、入力装置、記憶媒体として構成した、ユーザインターフェースを含む。
【００５１】
あるいくつかの実施形態において、電子制御システム１７０は、イオンビーム１９２のさまざまな特性を制御するように構成される。例えば、制御システム１７０は、ガス電界イオン源１２０に流入するガスの流れを規制することにより、イオンビーム１９２の組成を制御することができる。イオン源１２０およびイオン光学系１３０内のさまざまな電位を調整することにより、制御システム１７０は、イオンビーム１９２のその他の特性、例えば、イオンビームの試料１８０上における位置および入射イオンの平均エネルギー等を制御することができる。
【００５２】
図１に検出器１５０および１６０を概略的に示す。検出器１５０は、試料１８０の表面１８１（イオンビームが作用する表面）からの粒子を検出する位置に配置され、検出器１６０は、試料１８０の表面１８３からの粒子を検出する位置に配置される。一般に、顕微鏡システム２００において、多種多様のさまざまな検出器を用いて、異なる粒子を検出し、顕微鏡システム２００は、通常、所望する任意の数の検出器を備えることができる。これらさまざまな検出器の構成は、測定対象粒子および測定条件に応じて選択可能である。いくつかの実施形態において、スペクトル分解検出器を用いることができる。そのような検出器は、異なるエネルギーおよび／または波長の粒子を検出すること、および、各検出粒子のエネルギーおよび／または波長に基づいてこの粒子を分解することができる。
【００５３】
イオンビームシステムおよび方法は、概して、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に開示されており、その開示は参照により本明細書に完全に援用される。
【００５４】
ある荷電粒子システムにおいては、供給ガス１８２のイオン化効率が比較的低いことがある。例えば、いくつかの実施形態において、約１０１０に１つのガス粒子がイオン化されてイオンビーム１９２を形成する。このようなイオン化効率により、荷電粒子システムにおいて利用可能なイオンビーム電流および輝度が制限されてしまうことがある。
【００５５】
荷電粒子システムにより生成したイオンビームで試料を露光し、その試料の１つまたはそれ以上の特性を測定するとき、その測定時間の一部は、利用可能なイオンビーム電流に応じて決まる。イオンビーム電流が増加すると、通常、荷電粒子源の輝度が高くなり、測定回数（例えば、画像取得回数）が減少し、イオンビームをより広い用途に利用することができるようになる。一般的に、輝度がより高い荷電粒子源を用いると、解像度がより高い画像を得ることができる。
【００５６】
イオンビーム電流（および荷電粒子源の輝度）を増加させるには、荷電粒子システム内の供給ガス１８２の圧力を（例えば、追加的なガス粒子を供給することにより）上昇することができる。しかしながら、荷電粒子源内でガスの圧力を上昇すると、望ましくない結果をもたらすことがある。すなわち、非イオン化ガス粒子からイオンビームが散乱してしまう、非イオン化ガス粒子が試料表面に吸着してしまう、またより多くの場合には、所望の供給ガスに関連するガス状の不純物が多量に導入されてしまう、といった結果をもたらすことがある。
【００５７】
イオンビーム電流および源の輝度を増加するための別の手法としては、粒子濃縮器を介して供給ガスのイオン化効率を向上することができる。図３は、粒子濃縮器を備えた荷電粒子源５００の概略断面図である。源５００は、頂端部を含むチップ５０４を支持するベース５０２を備える。抽出器５０６をチップ５０４に近接して配置し、このチップは矢印５１０で示す方向に沿って伝播するイオンビームを生成する。レンズ５０８を、伝播方向に沿って抽出器５０６の後に配置する。
【００５８】
源５００は、供給ガス１８２をチップ５０４近傍に導入する複数のガス注入口５１２ａ〜５１２ｆを備える。供給ガスの粒子がチップ５０４の頂端部周囲のイオン化領域に進入すると、ガス粒子はイオン化され、チップ５０４に印加した高い正電位により加速されてチップ５０４から離れ、ここで加速されたイオンはイオンビーム１９２の一部を構成する。源５００は、また、非イオン化ガス粒子を源５００から除去するのに使用するガス排気口５０７（図３において、抽出器５０６に形成した開口として実装される）を備える。
【００５９】
複数のガス注入口５１２ａ〜５１２ｆを用いることにより、チップ５０４の頂端部付近において供給ガス１８２を比較的均一に分散することができる。通常、チップ５０４の頂端部は１〜２０の原子を含み、このチップ原子のうちいずれか１つの原子近傍において発生したイオンによってのみイオンビーム１９２を生成することができる。その他のチップ原子から発生したイオンは、源５００内のフィルタ素子（図３には図示せず）および／またはイオン光学系１３０の１つまたはそれ以上の素子を用いて遮断することができる。チップ５０４の頂端部付近において供給ガス１８２を比較的均一に分散することにより、各チップ原子から発生したイオンビームは同様のイオンビーム電流（および／または輝度）を有することができる。
【００６０】
図３には、供給ガス１８２をチップ５０４近傍に導入する６つのガス注入口５１２ａ〜５１２ｆを示す。しかしながら、一般に、供給ガス１８２の供給に用いるガス注入口の数は任意とすることができる。いくつかの実施形態において、ガス注入口の数は、１つまたはそれ以上（例えば、２つまたはそれ以上、４つまたはそれ以上、６つまたはそれ以上、８つまたはそれ以上、１０またはそれ以上、１５またはそれ以上、２０またはそれ以上、３０またはそれ以上、４０またはそれ以上、５０またはそれ以上、６０またはそれ以上、７０またはそれ以上、８０またはそれ以上、９０またはそれ以上）とすることができる。先に述べたように、複数のガス注入口を用いることで、チップ５０４の頂端部付近においてガス粒子を比較的均一に分散することができる。
【００６１】
あるいくつかの実施形態において、チップ頂端部原子のうちの１つから発生した最大電流と、その他のチップ頂端部原子のうちの別の１つから発生した最小電流との差は、１０ｎＡまたはそれ以下（例えば、１ｎＡまたはそれ以下、１００ｐＡまたはそれ以下、１ｐＡまたはそれ以下、１ｆＡまたはそれ以下）である。
【００６２】
いくつかの実施形態において、チップ頂端部原子のうちの１つにおけるガス粒子をイオン化することにより発生したイオンビームの最大輝度と、その他のチップ頂端部原子のうちの別の１つにおけるガス粒子をイオン化することにより発生したイオンビームの最小輝度との差は、１０１１Ａ／ｃｍ２−ｓｒまたはそれ以下（例えば、１０１０Ａ／ｃｍ２−ｓｒまたはそれ以下、１０９Ａ／ｃｍ２−ｓｒまたはそれ以下、１０８Ａ／ｃｍ２−ｓｒまたはそれ以下、１０７Ａ／ｃｍ２−ｓｒまたはそれ以下、１０６Ａ／ｃｍ２−ｓｒまたはそれ以下）である。
【００６３】
先に述べたように、荷電粒子源５００の動作時には、供給ガス１８２粒子の大部分は、イオン化できるほどチップ５０４の近くを通過しないため、無駄になってしまう。供給ガス１８２のイオン化効率を向上するため、源５００は粒子濃縮器を備える。図３において、粒子濃縮器は、抽出器５０６の、チップ５０４に対向する曲面５１４として実装される。
【００６４】
曲面５１４は、荷電粒子源５００内の供給ガス１８２のイオン化効率を向上するような形状とする。粒子濃縮器を持たない源５００に供給ガス１８２を導入した場合、チップ５０４の頂端部周囲のイオン化領域を通過しないガス粒子はチップ５０４から離れて伝播し、最終的にはポンピングにより源５００から除去されてしまう。
【００６５】
一方、粒子濃縮器存在下では、源５００を最初に通過するときにチップ５０４の頂端部周囲のイオン化領域を通過しないガス粒子のうちのいくつかは面５１４に吸着する。図３に、曲面５１４に吸着したガス粒子１８２ａ〜１８２ｄを示す。各吸着粒子１８２ａ〜１８２ｄは、その後、面５１４から脱着し、チップ５０４の方向へ伝播することができ、源５００をもう一度通過する。源５００を２回目に通過する際は、脱着したガス粒子のごく一部がチップ５０４のイオン化領域を通過してイオン化され、イオンビーム１９２の一部を構成する。
【００６６】
非イオン化ガス粒子を、面５１４において繰り返し吸着および脱着することができる。このプロセスの結果、供給ガス１８２のイオン化効率が向上し、粒子濃縮器を持たない類似システムと比べ、イオンビーム１９２のビーム電流全体（および／またはイオンビーム１９２の輝度）が増加する。
【００６７】
面５１４は、通常、チップ５０４の頂端部方向へのガス粒子の脱着を促進するような形状とする。図４に、面５１４に吸着したガス粒子１８２ａの脱着の各確率５１６ａ〜５１６ｈを例示的に示す。同図において、各矢印の長さは、その矢印で示す方向への粒子１８２ａの脱着確率に相当する。図４に示すように、あるいくつかの実施形態においては、脱着は順方向（例えば、面５１４の法線方向）に向かって起こる確率が一番高い。
【００６８】
いくつかの実施形態において、面５１４は、面５１４上の各点における表面法線がチップ５０４の頂端部の位置で略交差するような形状とする。より一般的には、面５１４は、面５１４の表面法線の少なくとも２０％またはそれ以上（例えば、３０％またはそれ以上、４０％またはそれ以上、５０％またはそれ以上、６０％またはそれ以上、７０％またはそれ以上、８０％またはそれ以上、９０％またはそれ以上）がチップ５０４の頂端部の位置で略交差するような形状とする。
【００６９】
あるいくつかの実施形態において、面５１４を球面とする。いくつかの実施形態において、面５１４を放物面とする。より一般的には、面５１４は、規則的形状および不規則形状の両方を含むさまざまな形状とすることができ、チップ５０４の頂端部近傍におけるガス粒子１８２の濃度を上昇させる。さらに、面５１４は、源５００を１回またはそれ以上（例えば、２回またはそれ以上、３回またはそれ以上、４回またはそれ以上、５回またはそれ以上）通過する供給ガス１８２粒子を吸着するような形状とすることができ、各通過ごとに粒子が面５１４に吸着して、その後脱着し、チップ５０４の方向へと伝播することができるようにする。
【００７０】
いくつかの実施形態において、表面５１４を弧状面とし、３０度またはそれ以上（例えば、６０度またはそれ以上、９０度またはそれ以上、１２０度またはそれ以上、１５０度またはそれ以上、１８０度またはそれ以上、２１０度またはそれ以上、２４０度またはそれ以上、２７０度またはそれ以上）の角弧に対応するものとすることができる。
【００７１】
あるいくつかの実施形態において、面５１４は、複数の平面セグメントにより形成することができる。例えば、面５１４は、結合して階段状の面を形成する複数の面セグメントを含む。隣接する面セグメントは互いに直交させることができ、階段状の面５１４を形成する。代案または追加として、面５１４の段差のいくつかまたは全部を、互いに直交しない隣接する面セグメントで構成することができる。例えば、面５１４を、角度をなす複数の面セグメントにより形成し、各面セグメントを平面とする。この場合、複数の部分のうち隣接する面セグメントはいずれも直交せず、角度をなす複数の面セグメントが組み合わさって、曲面（例えば、球面および／または放物面）の湾曲に近似した、それぞれが平坦であり次第に傾斜する一連のセグメントを有する面５１４を形成することもできる。面５１４は、より一般には、任意の数の表面セグメント（例えば、２つの表面セグメント、３つの表面セグメント、５つの表面セグメント、８つの表面セグメント、１２の表面セグメント、１６の表面セグメント、２０の表面セグメント、ひいては、２０またはそれ以上の表面セグメント）を含むことができる。表面セグメントは、一般に、任意の所望の規則的な形状または不規則形状および／または湾曲を有する曲面を近似するような方向に配向することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態において、面５１４を、チップ５０４の頂端部方向へガス粒子の脱着を促進するように配向した単独の平面とすることができる。さらに、一般に、面５１４は非平坦な部分および平坦な部分の両方を含むことができ、通常、チップ５０４の頂端部方向へのガス粒子の脱着を促進するような任意の位置に配置する。
【００７３】
ガス注入口５１２ａ〜５１２ｆは、図３において、抽出器５０６の上方に配置する。いくつかの実施形態において、ガス注入口は、抽出器５０６内のチャネルとして形成することができ、このチャネルにより供給ガス１８２をチップ５０４に供給する。図５に、複数のチャネル５１３ａ〜５１３ｆを備える抽出器５０６の実施形態を示す。複数のチャネルは抽出器内に形成され、供給ガス１８２をチップに向けて導くように配向される。図５には、６つのチャネルを示すが、一般に、抽出器５０６が備えるガス導入用のチャネルの数は任意とすることができる。チャネル５１３ａ〜５１３ｆを抽出器５０６内に配置することにより、ガス注入口をそれ以外の配置とした場合と比べ、供給ガスをより効率的にチップ５０４に導くことができる。特に、シャドウイング効果、すなわち、供給ガス１８２の導入軌道がチップ５０４の表面の略接線となるときに生ずる効果であって、供給ガスのイオン化効率を低下させることがある効果を低減および／または排除することができる。
【００７４】
いくつかの実施形態において、このシャドウイング効果を回避し、供給ガスの効率的なイオン化効率を向上するため、ガスチャネル（例えば、チャネル５１３ａ〜５１３ｆのうちのいずれか１つ）の軸線とイオンビーム伝播方向（例えば、矢印５１０で示す）との間の角度αを６０度またはそれ以下（例えば、５０度またはそれ以下、４０度またはそれ以下、３０度またはそれ以下、２０度またはそれ以下、１０度またはそれ以下）とする。
【００７５】
粒子濃縮器（例えば、曲面５１４）は、チップ５０４の頂端部近傍におけるガス粒子１８２の濃度を上昇させることにより、源５００内の供給ガス１８２のイオン化効率を向上させる。いくつかの実施形態において、粒子濃縮器により、チップ５０４の頂端部近傍における供給ガス１８２の濃度を上昇させ、粒子濃縮器が存在しない場合にチップ５０４の頂端部近傍に生じうる供給ガス１８２の濃度に対し、１％またはそれ以上（例えば、２％またはそれ以上、３％またはそれ以上、５％またはそれ以上、１０％またはそれ以上、１５％またはそれ以上、２０％またはそれ以上、２５％またはそれ以上、３０％またはそれ以上、４０％またはそれ以上、５０％またはそれ以上、７５％またはそれ以上、ひいてはそれ以上）上昇させるようにする。
【００７６】
あるいくつかの実施形態において、粒子濃縮器を用いることにより、源５００における供給ガスイオン化の平均効率は、１０１０分の２またはそれ以上（例えば、１０１０分の３またはそれ以上、１０１０分の４またはそれ以上、１０１０分の５またはそれ以上、１０１０分の６またはそれ以上、１０１０分の８またはそれ以上、１０９分の１またはそれ以上、１０９分の５またはそれ以上、１０８分の１またはそれ以上、ひいてはそれ以上）となる。供給ガスのイオン化効率を向上させることにより、源５００に供給するガス粒子を増加しなくとも、イオンビーム１９２のイオン電流および／または輝度をさらに増加させることができる。
【００７７】
いくつかの実施形態において、イオンビーム１９２中のイオンビーム電流は、１ｆＡまたはそれ以上（例えば、１００ｆＡまたはそれ以上、１ｐＡまたはそれ以上、１００ｐＡまたはそれ以上、１ｎＡまたはそれ以上、１００ｎＡまたはそれ以上）である。イオンビームの平均電流が増加するにつれ、その他のイオンビーム特性（例えば、スポットサイズ）が比較的一定であれば、通常、イオン源の輝度も上昇する。
【００７８】
あるいくつかの実施形態において、源５００内における供給ガス１８２の圧力は、１×１０−７トルまたはそれ以上（例えば、５×１０−７トルまたはそれ以上、１×１０−６トルまたはそれ以上、５×１０−６トルまたはそれ以上、１×１０−５トルまたはそれ以上）および／または５×１０−３トルまたはそれ以下（例えば、１×１０−３トルまたはそれ以下、５×１０−４トルまたはそれ以下、１×１０−４トルまたはそれ以下、５×１０−５トルまたはそれ以下）である。
【００７９】
いくつかの実施形態において、粒子濃縮器を、抽出器５０６の曲面として実装する以外の別の方法で実装することができる。例えば、あるいくつかの実施形態において、粒子濃縮器を、源５００内におけるチップ５０４と抽出器５０６との間に配置した付加的な素子の曲面として実装することができる。いくつかの実施形態において、この付加的な素子には電位が印加され、付加的な素子は、レンズ、偏向器、またはその他のタイプの荷電粒子光学素子として機能する。
【００８０】
あるいくつかの実施形態において、源５００は、チップ５０４により生成され電界を調整して粒子１８２を加速する素子を備えることができる。チップ電界を制御することにより、イオンビーム１９２内のイオンの平均エネルギーを調整することができる。
【００８１】
図６に、調整可能な界磁分流器を備える荷電粒子源６００の一部を示す。界磁分流器は、源のチップにおける電界振幅を制御する。源６００は、ベース５０２およびチップ５０４を備え、チップは高圧フィードスルー５０３を介してベース５０２上に搭載される。抽出器５０６はチップに近接して配置する。調整可能な界磁分流器６０２もベース５０２上に配置し、界磁分流器は、収縮位置（図６において実線で示す）と伸長位置（点線で示す）との間で伸縮可能である。
【００８２】
図６に示すように、いくつかの実施形態においては、界磁分流器６０２は円筒形状とすることができる。ベース５０２に取り付けた界磁分流器６０２の端部には、開口を設ける。この開口の最大直径は、界磁分流器６０２の他端部（この他端部は、例えば、チップ５０４の頂端部に近接する）における開口の最大直径よりも大きい。界磁分流器６０２は、内径が一定の円筒部分、および、この円筒部分に取り付けた、内径が変化する円錐部分を含む。円錐部分の内径は先細り（テーパ）して、界磁分流器のチップ５０４に近接する端部に、最大直径が小さい開口を形成する。図６に示すように、界磁分流器６０２のチップ５０４に最も近接する端部の外径は、界磁分流器６０２の円筒部分の外径よりも小さい。
【００８３】
あるいくつかの実施形態において、界磁分流器６０２は、円筒以外の形状とすることができる。例えば、分流器６０２を円錐形状とすることができる。いくつかの実施形態において、分流器６０２は、分流器表面に形成した複数の段部を含むことができる。段部は、互いに直交または非直交となるように配向した隣接する平面セグメントで形成することができる。これら平面セグメントの集合により、例えば、連続面を近似する分流器面を形成することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態においては、界磁分流器６０２をベース５０２に取り付けない。例えば、界磁分流器６０２を荷電粒子源内の別の面に取り付けることができる。分流器を取り付ける面は、導電面または非導電面とすることができる。電荷を、直接または分流器６０２を連結した面を介して、分流器６０２に印加し、チップ５０４の電界振幅を調整することができる。
【００８５】
動作時には、電子制御システム１７０により、比較的大きい正電位（例えば、約３０ｋＶ）をチップ５０４に印加する。いくつかの実施形態において、界磁分流器６０２はチップ５０４と電気的に接続され、したがって、チップ５０４と同電位に維持される。チップ５０４の頂端部における電界振幅を調整するため、分流器６０２をチップ５０４に対し機械的に伸長または収縮させる。例えば、電界振幅を減少するには、分流器６０２を収縮してチップ５０４に近づけて配置することができる。逆に、電界振幅を増加するには、分流器６０２を伸長してチップ５０４から遠ざけて配置することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、分流器６０２の、完全収縮位置から完全伸長位置までの荷電粒子源の軸線に沿って測定される最大延伸域は、０．５ｍｍまたはそれ以上（例えば、１．０ｍｍまたはそれ以上、２．０ｍｍまたはそれ以上、３．０ｍｍまたはそれ以上、５．０ｍｍまたはそれ以上、７．０ｍｍまたはそれ以上、１０ｍｍまたはそれ以上、２５ｍｍまたはそれ以上）である。
【００８７】
一般的に、動作時には、チップ５０４の頂端部において特定の最小電界振幅を維持してガス粒子をイオン化し、界磁分流器６０２を調整して（この調整は例えば、システムオペレータからの指示を受けることのできる電子制御システム１７０により行う）、チップ５０４の頂端部における電磁振幅を維持する。最小電界振幅は、粒子のイオン化に不可欠な臨界電界振幅（例えば、約４．４Ｖ／オングストローム）に相当するものとすることができ、界磁分流器６０２を用いて電界振幅を選択的にわずかずつ増加または減少することができる。一般に、動作時には、チップ５０４において生じたイオンは、チップ５０４と抽出器５０６との間の電位差により加速する。この加速したイオンのエネルギーを調整するため、チップ５０４に印加する電位を変化させて、チップ５０４と抽出器５０６との間の電位差を変更する。しかしながら、チップ５０４に印加する電位を変化すると、チップ５０４の頂端部における電界振幅も変化する。チップ５０４の頂端部における電界振幅の選択値を維持するため、この電界振幅の変化を相殺するように界磁分流器６０２を調整することができる。すなわち、分流器６０２を適切に調整することにより、イオンエネルギーを制御するためチップ５０４に印加する電位を変化させたときにも、チップ５０４の頂端部における電界振幅の選択値を維持することができる。このようにして、源６００において１つまたはそれ以上の加速段を用いなくても、荷電粒子エネルギーを制御することができる。特に、分流器６０２を用いることにより、荷電粒子源は、イオンをさらに高エネルギーに加速することができるとともに、チップ５０４の頂端部における選択した電界振幅を維持することができる。
【００８８】
界磁分流器を用いることにより、荷電粒子源６００の電気的サブシステムを安定させることができる。例えば、界磁分流器を含まない粒子源においては、チップ５０４および抽出器５０６はどちらも、２つの高圧電源が組み合わされることにより、大きい正電荷に維持される。抽出器５０６の電位を維持するため、この２つの高圧電源は相互に接続される。このような構成においては、これら高圧電源のどちらか一方により供給される電圧のわずかな変化（例えば、リップル）であっても、荷電粒子源６００の全体的な安定性（例えば、イオンビーム１９２電流の変動）に著しく影響する。一方、界磁分流器６０２を用いることにより、第２高圧電源が省略され、供給電圧のばらつきを抑制し、源６００の構成および動作を簡略化することができる。
【００８９】
いくつかの実施形態においては、界磁分流器６０２を機械的に伸縮可能としない。代わりに、荷電粒子源６００には、長さがそれぞれ異なる複数の界磁分流器を設けることができる（その長さは、例えば、チップ５０４に対する界磁分流器の種々の伸縮長さにそれぞれ相当する長さとする）。チップ５０４の頂端部近傍における電界振幅を選択するには、適切な長さの界磁分流器を選択して用い、支持体（例えば、ベース５０２、または荷電粒子源内の別の支持体）にクランプして、チップ５０４と電気的に接続する。チップ５０４における電界振幅は、異なる長さの界磁分流器を選択することにより、調整することができる。
【００９０】
あるいくつかの実施形態において、界磁分流器（例えば、伸縮可能な界磁分流器６０２または固定長の界磁分流器のどちらか一方）の電位を、チップ５０４の電位とは異なるものとすることができる。界磁分流器に印加する電位を電子制御システム１７０によって変化させ、特に、チップ５０４と抽出器５０６との間の電位差が変化したときに、チップ５０４の頂端部近傍の電界振幅をさらに制御および／または維持することができる。いくつかの実施形態において、分流器の電位を変化させることにより、分流器を機械的に調整する（例えば、分流器６０２を伸長または収縮する、または異なる長さの分流器を選択する）ことなしに、チップ５０４の頂端部における電界振幅を調整または維持することができる。
【００９１】
いくつかの実施形態において、チップ５０４に印加した電位と、界磁分流器に印加した電位との差は、０Ｖまたはそれ以上（例えば、１００Ｖまたはそれ以上、５００Ｖまたはそれ以上、１ｋＶまたはそれ以上、２ｋＶまたはそれ以上、）および／または７ｋＶまたはそれ以下（例えば、６ｋＶまたはそれ以下、５ｋＶまたはそれ以下、４ｋＶまたはそれ以下、３ｋＶまたはそれ以下）である。
【００９２】
いくつかの実施形態において、チップ５０４に印加した電位と、界磁分流器に印加した電位との差は、イオン電圧の０．２５倍以上（例えば、イオン電圧の０．５倍以上、イオン電圧の０．７５倍以上、イオン電圧と同等またはそれ以上、イオン電圧の１．２５倍以上、イオン電圧の１．５倍以上、イオン電圧の２倍以上、イオン電圧の２．５倍以上）とすることができる。
【００９３】
いくつかの実施形態において、分流器６０２に第１電位を印加することによりチップ５０４の頂端部に印加された電位と、分流器６０２に第２電位を印加することによりチップ５０４の頂端部に印加された電位との差は、０Ｖ／Åまたはそれ以上（例えば、１Ｖ／Åまたはそれ以上、２Ｖ／Åまたはそれ以上、３Ｖ／Åまたはそれ以上、４Ｖ／Åまたはそれ以上、５Ｖ／Åまたはそれ以上、６Ｖ／Åまたはそれ以上、８Ｖ／Åまたはそれ以上、１０Ｖ／Åまたはそれ以上）および／または２０Ｖ／Åまたはそれ以下（例えば、１８Ｖ／Åまたはそれ以下、１６Ｖ／Åまたはそれ以下、１４Ｖ／Åまたはそれ以下、１２Ｖ／Åまたはそれ以下）とすることができる。いくつかの実施形態において、分流器６０２に第１電位を印加したときのチップ５０４の頂端部における電界振幅と、分流器６０２に第２電位を印加したときのチップ５０４の頂端部における電界振幅にとの比は、１．０またはそれ以上（例えば、１．２またはそれ以上、１．５またはそれ以上、２．０またはそれ以上、３．０またはそれ以上、５．０またはそれ以上、１０．０またはそれ以上）である。
【００９４】
いくつかの実施形態において、分流器６０２が完全収縮位置にあるときのチップ５０４の頂端部における電界振幅と、分流器６０２に完全伸長位置にあるときのチップ５０４の頂端部における電界振幅との差は、０Ｖ／Åまたはそれ以上（例えば、１Ｖ／Åまたはそれ以上、２Ｖ／Åまたはそれ以上、３Ｖ／Åまたはそれ以上、４Ｖ／Åまたはそれ以上、５Ｖ／Åまたはそれ以上、６Ｖ／Åまたはそれ以上、８Ｖ／Åまたはそれ以上、１０Ｖ／Åまたはそれ以上）および／または２０Ｖ／Åまたはそれ以下（例えば、１８Ｖ／Åまたはそれ以下、１６Ｖ／Åまたはそれ以下、１４Ｖ／Åまたはそれ以下、１２Ｖ／ＡÅまたはそれ以下）である。いくつかの実施形態において、分流器６０２が完全伸長位置にあるときのチップ５０４の頂端部における電界振幅の、分流器６０２が完全収縮位置にあるときのチップ５０４の頂端部における電界振幅に対する比は、１．０またはそれ以上（例えば、１．２またはそれ以上、１．５またはそれ以上、２．０またはそれ以上、３．０またはそれ以上、５．０またはそれ以上、１０．０またはそれ以上）である。
【００９５】
コンピュータハードウエアおよびソフトウエア
概して、上記の方法、すなわち、供給ガスの荷電粒子源への供給の調整、界磁分流器の機械的調整、および、チップ、界磁分流器、および抽出器等の素子に印加する電位の調整を含む上記の方法はいずれも、コンピュータハードウエアまたはソフトウエア、またはその両方の組み合わせにおける電子制御システム１７０として実装することができる。これらの方法は、本明細書に記載の方法および図面に沿った標準的なプログラム技術を用いるコンピュータプログラムとして実装することができる。プログラムコードを用いてデータを入力し、本明細書に記載の機能を実行し出力情報を生成する。この出力情報を、ディスプレイモニター等の１つまたはそれ以上の出力装置に適用する。各プログラムは、コンピュータシステムと通信するための高水準手続き型プログラミング言語またはオブジェクト指向プログラミング言語により実装することができる。しかしながら、これらのプログラムは、必要に応じて、アセンブリ言語または機械語により実装することもできる。いずれの場合も、この言語は、コンパイラ型言語またはインタープリタ型言語とすることができる。さらに、プログラムは、その用途に応じてプログラムされた専用の集積回路上で実行することができる。
【００９６】
そのようなコンピュータプログラムのそれぞれを、好ましくは、プログラム可能な汎用または専用コンピュータで読み取り可能な記憶媒体または記憶装置（例えば、ＲＯＭまたは磁気ディスケット）に格納し、コンピュータは、その記憶媒体または記憶装置を読み取ることにより、本明細書に記載の手順を実行するように構成または運用される。コンピュータプログラムは、プログラム実行時は、キャッシュメモリまたはメインメモリにあってもよい。分析方法も、コンピュータプログラムで構成した、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体として実装することができ、この場合、このように構成した記録媒体によりコンピュータを特定の方法またはあらかじめ決められた方法で動作させ、本明細書に記載の機能を実行させる。
【００９７】
［その他の実施形態］
先に述べた荷電粒子源は、一般的には、ガス電界イオン源である。しかしながら、概して、本明細書に開示する界磁分流器は、液状金属イオン源（ｌｉｑｕｉｄ  ｍｅｔａｌ  ｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅｓ：ＬＭＩＳ）、電子ビーム源、およびその他のタイプのイオン源を含む荷電粒子源に用いることができる。
【００９８】
上記には、ヘリウムおよびその他の希ガスの粒子を用いて荷電粒子ビームを生成することについて述べたが、希ガス原子、金属原子、さまざまな二原子のガス粒子、三原子のガス粒子、および、より一般には、多原子のガス粒子、および種々のヘテロ核のガス粒子を含む、多種多様のさまざまなガス粒子を用いることができる。
【００９９】
その他の実施例は、特許請求の範囲に含まれる。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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