イオン源、システムおよび方法
イオン源およびシステムおよび方法が開示されている。幾つかの実施形態では、イオン源、システムおよび方法は、不都合な振動を比較的わずかにしか示さず、および／または不都合な振動を十分に減衰することができる。これにより、性能を向上させることができる（例えば、確実性、安定性などを増大することができる）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン源およびシステムは、サンプルを検査および／または変更するために使用するイオンビームを生成することができる。
【発明の概要】
【０００３】
幾つかの実施形態では、イオン源、システムおよび方法は、不都合な振動を比較的わずかにしか示さず、および／または不都合な振動を十分に減衰することができる。これにより、性能を向上させることができる（例えば、確実性、安定性などを増大することができる）。
【０００４】
一態様では、開示内容は、（ａ）環境温度で支持構造部に取り付けた外部構造部と、（ｂ）外部構造部に取り付けた中間構造部と、（ｃ）中間構造部に取り付けた内部構造部と、（ｄ）内部構造部に取り付けた荷電粒子放出器と、（ｅ）中間構造部に熱接続された冷却装置とを含む電界放出型荷電粒子源を特徴とする。外部構造部は、冷却温度で内部構造部の材料より低い熱伝導率を有する材料により形成されている。
【０００５】
別の態様では、開示内容は、（ａ）環境温度で支持構造部に取り付けた外部構造部と、（ｂ）外部構造部に取り付けた中間構造部と、（ｃ）中間構造部に取り付けた内部構造部と、（ｄ）内部構造部に取り付けた電界放出器と、（ｅ）中間構造部に熱接続された冷却装置とを含む電界放出型荷電粒子源を特徴とする。中間構造部は、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有している。
【０００６】
別の態様では、開示内容は、（ａ）主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、（ｂ）電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、（ｃ）電界放出源によって生成されたビームを主伝搬方向に対して垂直方向に偏向することができる走査システムと、（ｄ）電界放出システムを操作するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムとを含むガス電界放出型ビームシステムを特徴とする。第１操作モードでは、冷却装置は電界放出器を冷却するように作動され、第２操作モードでは、冷却装置はスイッチオフされ、操作システムは、ビームを偏向し、サンプルをスキャンするように作動される。
【０００７】
別の態様では、開示内容は、（ａ）主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、（ｂ）電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、（ｃ）電界放出源によって生成されたビームを主伝搬方向に対して垂直方向に偏向する走査システムと、（ｄ）電界放出システムを走査するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムとを含むガス電界放出型ビームシステムを特徴とする。第１操作モードでは、冷却装置は電界放出器を冷却するように作動され、第２操作モードでは、冷却装置はスイッチオフされ、走査システムは、ビームを偏向し、サンプルをスキャンするように作動される。
【０００８】
別の態様では、開示内容は、荷電粒子システムの先端部によって生成された荷電粒子ビームによりサンプルを露光するステップを含む方法を特徴とし、サンプルの露光時に、先端部の振動変位関数と、サンプルにおける荷電粒子ビームの露光パターンの対応部分との間に一定の位相が保持される。
【０００９】
別の態様では、開示内容は、ガス粒子のイオン化を誘起し、イオンビームを生成するように構成され、支持構造部に取り付けられた先端部、ならびに、支持構造部および冷却装置に接続され、支持構造部に接続された第１の複数の弾性部材と、冷却装置に接続された第２の複数の弾性部材と、第１の複数の弾性部材および第２の複数の弾性部材の間に配置された中実部材とを含む振動減衰器を含むシステムを特徴とする。
【００１０】
別の態様では、開示内容は、第１湾曲表面を備える第１部材と、先端部に接続され、第１湾曲表面に対して相補的な第２湾曲表面を備える第２部材とを含み、第１部材と第２部材との間の相対移動を可能とするように構成されたイオン顕微鏡システムを特徴とし、第２湾曲表面は、複数の環状突起を含み、第１部材と第２部材とが相互に引き寄せられた場合に、少なくとも幾つかの環状突起が第１湾曲表面に接触し、第１表面と第２表面との間に環状の接触部分を形成する。
【００１１】
実施形態は、次の特徴を１つ以上含んでいてもよい。外部構造部は、第１壁厚さを有し、内部構造部は第２壁厚さを有していてもよく、第１壁厚さは第２壁厚さよりも小さい。内部構造部は銅により形成し、外部構造部はステンレス鋼により形成してもよい。
【００１２】
外部構造部は、第１直径を有する円筒形状を有し、内部構造部は第２直径を有する円筒形状を有していてもよく、第２直径は第１直径よりも小さい。
【００１３】
冷却装置は、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って中間構造部に熱接続してもよい。冷却装置は、弾性ワイヤの第２の束および中間構造部に１本以上の堅固なロッドに沿って接続してもよい。１本以上の堅固なロッドは熱伝導性弾性ワイヤの第１および第２の束の間に直列に配置されている。弾性ワイヤの第１および／または第２の束は銅により形成してもよい。弾性ワイヤの第１および／または第２の束は、炭化ピッチ材料により形成してもよい。堅固なロッドは銅を含んでいてもよい。
【００１４】
荷電粒子源は、電界放出器から電気絶縁された抽出電極を含んでいてもよい。作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される。
【００１５】
電界放出器は、外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けてもよい。
【００１６】
電界放出荷電粒子源は、内部構造部内の領域にガスを供給するための導管を含んでいてもよい。ガス導管は、外部構造部と内部構造部との間の中間領域で終了し、内部構造部は、中間領域から、内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える。
【００１７】
電界放出荷電粒子源は、所定時間にわたって冷却装置をスイッチオフできる制御部を含んでいてもよい。
【００１８】
冷却装置は、等熱的に、中間構造部に熱接続してもよい。
【００１９】
内部構造部は円筒体であってもよい。中間構造部はリングの形状を有し、冷却装置は、中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている。
【００２０】
外部構造部は、冷却温度で内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成してもよい。
【００２１】
１つ以上の実施形態の詳細を添付の図面に示し、以下の発明を実施するための形態に説明する。他の特徴および利点が発明を実施するための形態、図面および特許請求の範囲に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】イオン顕微鏡システムを示す概略図である。
【図２】ガス電界電離イオン源を示す概略図である。
【図３】振動減衰器を含むイオン顕微鏡システムの一部を示す概略図である。
【図４】振動減衰器の別の実施形態を示す概略図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、サンプル表面における材料の線の画像を示す概略図である。
【図６Ａ】先端部の振幅を示す概略図である。
【図６Ｂ】サンプル画像を示す概略図である。
【図７】先端部の振動変位関数に対する画像走査シーケンスの位相ロックを示す概略図である。
【図８】先端マニピュレータの一部を示す概略図である。
【図９】先端マニピュレータの一部を示す別の概略図である。
【図１０】先端マニピュレータの一部を示す別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
異なる図面における同様の参照符号は同様の素子を示す。
【００２４】
導入
様々なサンプルの特性を検査するために使用する場合、イオンビームは、原子分解能に対して精密で正確な質的および／または量的測定を提供することができる。イオンビームによって測定したサンプル像（例えば、二次電子および／または散乱イオンおよび／または散乱中性原子の測定により得られた画像）は、極めて高い解像度を有することができ、他の結像技術を用いて観察することが困難なサンプルの特徴を露呈する。随意に、イオンビームを用いてサンプルについての質的および／または量的な材料組成情報を提供することもできる。
【００２５】
サンプルの例は半導体素子である。半導体の加工は、概して、集積電子回路、集積回路素子および／または異なる微小電子装置を形成するために、連続的に被覆し、処理した多層材料を含む素子（半導体素子）の準備を伴う。このような素子は、概して、様々な特徴部分（例えば、導電性材料により形成された回路線、非導電性材料を充填したウェル、電気的に半導体の材料により形成された部分）を含み、これらは相互に正確に（例えば、概して数ナノメートル以内の規模で）位置決めされている。所定の特徴部分の位置、寸法（長さ、幅、深さ）、組成（化学組成）および関連特性（導電性、結晶配向、磁気特性）は素子の性能に重要な影響を及ぼす場合がある。例えば、幾つかの例では１つ以上のパラメータが適切な範囲外である場合、素子は望ましい機能を示さない恐れがあるので除外してもよい。したがって、半導体の加工時にそれぞれのステップで極めて良好な制御を行うことが概して望ましい。また製造プロセスのそれぞれのステップで半導体素子の加工を監視することができる手段を設け、これにより、半導体加工プロセスの様々な段階で１つ以上の特徴部分の位置、寸法、組成および関連した特性を検査することが有利である。本明細書では、「半導体素子」という用語は、集積電子回路、集積回路素子、微小電子装置または集積電子回路の加工プロセスで形成された素子を指す。幾つかの実施形態では、半導体素子は、フラットパネルディスプレイまたは太陽電池の一部であってもよい。半導体素子の部分は、異なる種類の材料（導電性、非導電性、電気的に半導体の材料）によって構成してもよい。例示的な導電性材料は、アルミニウム、クロム、ニッケル、タンタル、チタン、タングステンおよびこれらの金属を１つ以上含む合金（例えば、銅−アルミニウム合金など）などの金属を含む。金属シリサイド（例えば、ニッケルシリサイド、タンタルシリサイド）も導電性となり得る。例示的な非導電性材料は、１つ以上の金属のホウ化物、窒化物、酸化物、リン化物、硫化物（例えば、タンタルホウ化物、タンタルゲルマニウム、タンタル窒化物、タンタル窒化ケイ素およびタンタル窒化物）を含む。例示的な導電性材料は、ケイ素、ゲルマニウムおよびガリウムヒ素を含む。随意に、電気的に半導体の材料は、材料の電気伝導性を向上させるためにドーピング（ｐ型ドーピング、ｎ型ドーピング）してもよい。材料の所定層の蒸着／処理における一般的なステップは、（例えば、所望の特徴が配置されるべき場所を決定するために）素子を結像するステップ、適宜な材料（例えば、導電性材料、電気的に半導体の材料、非導電性材料）を蒸着するステップ、および素子の所定箇所から不要な材料を除去するためにエッチング処理するステップを含む。しばしば、フォトレジスト、例えばポリマーのフォトレジストが適宜な光線に対して蒸着／露光され、所定の特徴部分における所定箇所および寸法の制御を支援するために選択的にエッチング処理される。一般に、フォトレジストは１つ以上の後続の処理ステップで除去され、概して、最後の半導体素子は、好ましくは相当量のフォトレジストを含まない。
【００２６】
図１は、ガス電界電離型イオン顕微鏡システム１００の概略図を示す。システム１００は、ガス源１１０、ガス電界電離型イオン源１２０、イオン光学系１３０、サンプルマニピュレータ１４０、前面検出器１５０、後面検出器１６０、および電子制御システム１７０（例えば、コンピュータなどの電子プロセッサ）を含み、電子制御システム１７０は、通信ライン１７２ａ〜１７２ｆによってシステム１００の様々な素子に電気接続されている。サンプル１８０は、イオン光学系１３０と検出器１５０，１６０との間のサンプルマニピュレータ１４０の内部またはサンプルマニピュレータ１４０の上部に位置決めされている。使用時に、イオンビーム１９２がイオン光学系１３０を介してサンプル１８０の表面１８１に向けられ、イオンビーム１９２とサンプル１８０との相互作用によって生じた粒子１９４が検出器１５０および／または検出器１６０によって測定される。
【００２７】
図２に示すように、ガス源１１０は、１種以上のガス１８２をガス電界電離型イオン源１２０に供給するように構成されている。ガス源１１０は、様々な純度、流量、圧力および温度でガスを供給するように構成してもよい。概して、ガス源１１０によって供給される少なくとも１種のガスは、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、好ましくはイオンビーム１９２における主成分である。概して、サンプル１８０の表面１８１で測定した場合、イオンビーム１９２におけるイオンの電流は、システム１００における希ガスの圧力の上昇に伴い単調に増大する。幾つかの実施形態では、この関係は、所定範囲の希ガス圧について、電流が概してガス圧に比例して増大する「べき法則」によって記述することができる。
【００２８】
随意に、ガス源１１０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。このようなガスの例は窒素である。一般に、付加的なガスは希ガスの不純度を超えた度合いで存在していてもよい。付加的なガスは、ガス源１１０によって導入された全般的なガス混合物の小数成分を構成する。
【００２９】
ガス電界電離型イオン源１２０は、ガス源１１０から１種以上のガス１８２を受け取り、ガス１８２からガスイオンを生成するように構成されている。ガス電界電離型イオン源１２０は、先端部頂部１８７を有する導電性先端部１８６と、抽出装置１９０と、随意に抑制器１８８とを含む。
【００３０】
導電性先端部１８６は、様々な材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、先端部１８６は金属（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）、プラチナ（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ））から形成される。幾つかの実施形態では、導電性先端部１８６は、合金により形成してもよい。幾つかの実施形態では、導電性先端部１８６は、異なる材料（例えば、カーボン（Ｃ））から形成してもよい。
【００３１】
使用時に、先端部１８６は抽出装置１９０に対して正に（例えば、約２０ｋＶなど）バイアスをかけられ、抽出装置１９０は外部接地に対して負または正に（例えば、−２０ｋＶ〜＋５０ｋＶ）バイアスをかけられ、随意の抑制器１８８は、先端部１８６に対して正または負に（例えば、−５ｋＶ〜＋５ｋＶ）にバイアスをかけられる。先端部１８６は、導電性材料によって形成されているので、先端部１８６の電界は先端部頂部１８７で先端部頂部１８７の表面から外方に向けられる。先端部１８６の形状により、電界は、先端部頂部１８７の近傍で最強となる。先端部１８６の電界強度は、例えば、先端部１８６に印可される正電圧を変更することにより調整することができる。このような構成により、ガス源１１０によって供給されたイオン化していないガス原子１８２は、先端部頂部１８７の近傍でイオン化され、正電荷を持つイオンとなる。正電荷を持つイオンは、正電荷を持つ先端部１８６と同時に反発し合い、負電荷を持つ抽出装置１９０に引きつけられ、正電荷を持つイオンは、イオンビーム１９２として先端部１８６からイオン光学系１９２に向けられる。抑制器１８８は、先端部１８６と抽出装置１９０との間の全般的な電界、ひいては先端部１８６からイオン光学系１３０への正電荷を持つイオンの軌道の制御を支援する。概して、先端部１８６と抽出装置１９０との間の全般的な電界を調整し、先端部頂部１８７で生成される正電荷イオンの割合、および正電荷イオンを先端部１８６からイオン光学系１３０に搬送する効率を制御することができる。
【００３２】
概して、イオン光学系１３０は、イオンビーム１９２をサンプル１８０の表面１８１に向けるように構成されている。イオン光学系１３０は、例えば、ビーム１９２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、イオンビーム１９２のイオンの一部のみがイオン光学系１３０を通過することを可能にする。概して、イオン光学系１３０は、所望のように構成された様々な静電型イオン光学素子および他のイオン光学素子を含む。イオン光学系１３０の１つ以上の素子（例えば、静電型偏光器）の電界強度を操作することによって、サンプル１８０の表面１８１を横断してＨｅ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は直交する２方向にイオンビーム１９２を偏向する２つの偏光器を含んでいてもよい。偏光器は、表面１８１の一部を横断してイオンビーム１９２が走査されるように、変化する電界強度を有していてもよい。
【００３３】
イオンビーム１９２がサンプル１８０に入射した場合、様々に異なる種類の粒子１９４が生成され得る。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、光子（例えば、Ｘ線光子、ＩＲ光子、可視光子、ＵＶ光子など）を含む。検出器１５０および１６０は、Ｈｅイオンビーム１９２とサンプル１８０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それぞれ位置決めおよび構成されている。図１に示すように、検出器１５０は、サンプル１８０の表面１８１から一次的に生じる粒子１９４を検出するように位置決めされており、検出器１６０は、サンプル１８０の表面１８３から一次的に生じる粒子１９４（例えば透過粒子）を検出するように位置決めされている。以下により詳細に示すように、概して、本明細書に開示した顕微鏡システムでは検出器は幾つ用いてもよいし、どのような構成としてもよい。幾つかの実施形態では、複数の検出器が用いられ、これらのうち幾つかの検出器は、異なる種類の粒子を測定するように構成されている。幾つかの実施形態では、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）を提供するように構成されている。
【００３４】
概して、検出器によって測定した情報は、サンプル１８０に関する情報を決定するために用いられる。一般に、この情報は、サンプル１８０の１つ以上の画像によって決定される。表面１８１を横断してイオンビーム１９２を走査することによって、個別のステップでサンプル１８０に関する画素毎の情報を得ることができる。検出器１５０および／検出器１６０は、それぞれの画素で１つ以上の異なる種類の粒子１９４を検出するように構成してもよい。
【００３５】
顕微鏡システム１００の操作は、一般に電子制御システム１７０によって制御される。例えば、電子制御システム１７０は、ガス源１１０によって供給されたガス、先端部１８６の温度、先端部１８６の電位、抽出装置１９０の電位、抑制器１８８の電位、イオン光学系１３０の構成素子の設定、サンプルマニピュレータ１４０の位置および／または検出器１５０，１６０の設定を制御するように構成してもよい。随意に、これらのパラメータのうち１つ以上を手動で（例えば、電子制御システム１７０と一体的なユーザインタフェースによって）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１７０を使用して検出器１５０および１６０によって収集した情報を分析し、サンプル１８０に関する情報（例えばトポグラフィ情報、材料組成情報、結晶情報、電圧コントラスト情報、光学特性情報、磁気情報など）を提供することもでき、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１７０は、ディスプレイまたは他の種類の出力装置、入力装置、および記憶媒体などのユーザインタフェースを含む。
【００３６】
幾つかの実施形態では、電子制御システム１７０は、イオンビーム１９２の様々な特徴を制御するように構成してもよい。例えば、制御システム１７０は、ガス電界電離型イオン源１２０へのガスの流量を制御することによってイオンビーム１９２の組成を制御することもできる。イオン源１２０およびイオン光学系１３０の様々な電位を調整することにより、制御システム１７０は、ビーム１９２の他の特性、例えば、サンプル１８０におけるビームの位置および入射イオンの平均エネルギーなどを制御することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、電子制御システム１７０は、１つ以上の付加的な粒子ビームを制御するように構成してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、１つ以上の種類のイオンビーム源および／または電子ビーム源を設けてもよい。制御システム１７０は、それぞれの粒子ビーム源および関連した光学素子および電子素子を制御してもよい。
【００３８】
検出器１５０および１６０は図１に概略的に示されており、検出器１５０は、サンプル１８０の表面１８１（イオンビームが入射する表面）からの粒子を検出するように位置決めされており、検出器１６０は、サンプル１８０の表面１８３からの粒子を検出するように位置決めされている。概して、顕微鏡システム２００では、種々の異なる粒子を検出するために多様な検出器を使用することができ、一般に顕微鏡システム２００は所望の数の検出器を含んでいてよい。様々な検出器の構成は、測定すべき粒子および測定条件に応じて選択することができる。幾つかの実施形態では、スペクトル解像型検出器を用いてもよい。このような検出器は、異なったエネルギーおよび／または波長の粒子を検出し、それぞれの検出粒子のエネルギーおよび／または波長に基づいて粒子を解像することができる。
【００３９】
検出システムおよび方法は一般に開示されており、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、その全開示内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００４０】
イオンビーム測定
概して、ビーム測定の精度は、部分的には、測定時のイオンビームの安定性に関係している。例えば、測定時のサンプルの表面におけるイオンビームの位置変動は、空間解像式の測定時に誤差をもたらす場合がある。このような誤差があまりに大きい場合、所定の用途のためのイオンビームの適合性が著しく制限されることもある。（例えば、真空ポンプによって）システム内で生成され、または外部要因（例えば、床の振動）によりシステム内に伝達され得るイオン顕微鏡システムの振動は先端部を振動させ、サンプル表面におけるイオンビームの位置変動を生じる場合がある。したがって、本明細書に記載のイオンビームシステムは、少なくとも部分的に、このような振動の作用を低減させる特徴を含む。
【００４１】
図３は、イオン顕微鏡システムの一部を示す概略的な拡大図を示す。システムは、外部構造部５００（例えば、真空チャンバ）と、外部構造部５００に接触する内部構造部５１０とを含む。内部構造部５１０には、先端部１８６を支持する支持部５３０が取り付けられている。上述のように、操作時にガス粒子（例えば、ヘリウムガス粒子または他の希ガスの粒子）が先端部１８６の近傍でイオン化され、新たに生成されたイオンは、外部構造部５００の中心軸線に対してほぼ平行に伝搬する。新たに生成されたイオンが外部構造部５００の軸線に沿って配向される精度を改善するために、抽出機５５０が先端部１８６に隣接して位置決めされる。上述のように、抽出機５５０は、先端部１８６の近傍で生成されたイオンから、顕微鏡のイオンビームを形成する所定のイオン部分を選択する。さらにシステムは光線シールド５４０を含み、これにより、漂遊イオンが大きい角度ずれで外部構造部５００の内部を伝搬することを防止する。
【００４２】
システムは、内部構造部５１０および外部構造部５００の双方に接触する中間構造部５２０を含む。システム（特に先端部１８６）を冷却するために、中間構造部５２０は、熱接触装置５６０を介して冷却装置６００に接触する。
【００４３】
概して、中間構造部５２０は外部構造部５００と内部構造部５１０に接触するので、双方の構造部を冷却することができる。しかしながら、先端部１８６が好ましくは外部構造部５００に対して冷却されることがより重要である。なぜなら、先端部１８６を極めて低い温度に冷却することは、電界電離イオン顕微鏡の操作において重要なステップとなり得るからである。
【００４４】
先端部１８６は一般にセラミック材料などの材料から形成された支持部５３０に取り付けられる。支持部５３０（外部構造部５００よりも大きい熱伝導率を有している場合もある）は、内部構造部５１０に熱的に接触し、これにより、冷却装置６００は、支持部５３０、内部構造部５１０、中間構造部５２０および熱接触装置５６０を介して排熱することによって先端部１８６を冷却することができる。
【００４５】
概して、内部構造部５１０および外部構造部５００は、熱流が外部構造部５００と冷却装置６００との間においてよりも内部構造部５１０と中間構造部５２０との間に（そして、究極的には冷却装置６００に対して）より生じやすいように構成されている。例えば、幾つかの実施形態では、内部構造部５１０は、外部構造部５００を形成するステンレス鋼よりも高い熱伝導率を有する材料（例えば、銅、酸素を含まない高伝導性の銅）により形成されている。内部構造部５１０の熱伝導率は、１．１倍以上（例えば、１．３倍以上、１．５倍以上、１．７倍以上、２．０倍以上、２．５倍以上、３．０倍以上、３．５倍以上、４．０倍以上、５．０倍以上、１０．０倍以上、１００倍以上、１０００倍以上など）、外部構造部５００の熱伝導率よりも大きくてもよい。内部構造部５１０の熱伝導率は、室温および／または室温よりも低い温度（液体窒素温度および／または液体ヘリウム温度を含む）における外部構造部５００の熱伝導率よりも大きくてもよい。
【００４６】
図３に示した実施形態では、外部構造部５００は中心軸線６２０を備える円筒形状を有している。内部構造部５１０は同様の円筒形状を有し、共通の中心軸線を有する。概して、内部構造部５１０および外部構造部５００の形状は、特定の用途に合わせて、異なる形状の先端部を収容するために望ましい形で選択される。
【００４７】
外部構造部５００および内部構造部５１０のそれぞれの厚さは、図３の軸線６２０に対して水平方向に沿って測定される。概して、これらの構造部の厚さは、内部構造部５１０の熱容量が外部構造部５００の熱容量よりも確実に大きくなるように選択することができる。したがって、幾つかの実施形態では、内部構造部５１０の厚さは、外部構造部５００の厚さよりも１．１倍以上（例えば、１．２倍以上、１．３倍以上、１．５倍以上、２．０倍以上、２．５倍以上、３．０倍以上、３．５倍以上、４．０倍以上、４．５倍以上、５．０倍以上、６．０倍以上、７．０倍以上、８．０倍以上、１０倍以上など）大きくてもよい。
【００４８】
一般に、作動時に先端部１８６により生成されるイオンは、サンプルに入射するように方向付けられ、入射イオンに反応してサンプルを離れる粒子がサンプルの特性を決定するために（例えば、サンプルの１つ以上の画像を取得するために）測定される。このプロセスの間に、冷却装置６００によってシステム内に導入される振動が測定結果に誤差をもたらす場合がある。冷却装置６００によりシステムに導入される振幅を低減するために、先端部１８６により生成されるイオンビームによりサンプルが露光される間、冷却装置６００をスイッチオフすることができる。例えば、幾つかの実施形態では、冷却装置６００は、特定の作動温度で先端部１８６を冷却するように操作することができ、次いで冷却装置６００は、１分以上（例えば２分以上、３分以上、５分以上、７分以上、９分以上、１１分以上、１３分以上、１５分以上、２０分以上など）の時間にわたってスイッチオフすることもでき、その間にサンプルはイオンビームにより露光され、サンプルを離れる粒子が測定される。中間構造部５２０は、一般に銅などの高い熱伝導率を有する材料により形成され、一種の「熱電池」を形成し、これにより、中間構造部５２０は、冷却装置６００がスイッチオフされている場合に冷却リザーバとしての役割を果たす。このように、幾つかの実施形態では、冷却装置６００がスイッチオフされている場合に先端部１８６の温度上昇を数度Ｋ未満まで制限することができる。
【００４９】
図３に示すように、システムは熱接触装置５６０を含む。熱接触装置５６０は、一方では中間支持部５２０に接続され、他方では中央部材５８０に接続された第１の複数の弾性的な接触部材５７０を含む。第２の複数の弾性的な接触部材５９０は、中央部材５８０を冷却装置６００に接触させる。図３には１つの中央部材５８０が示されているが、概して、任意の数（例えば、２つ以上、３つ以上、４つ以上、またはそれよりも多く）の中心部材５８０を使用してもよい。
【００５０】
熱接触装置５６０は、冷却装置６００と中間構造部５２０との間の熱伝達のための導管を備える。このように、接触部材５７０，５９０および中央部材５８０は、概して比較的高い熱伝導率を有する１つ以上の材料、例えば銅などから形成されている。接触部材５７０，５９０および中央部材５８０の幾つかまたは全てを形成することもできる他の材料は、炭素質ピッチなどの炭素ベースの材料、銀および／または金を含む。幾つかの実施形態では、例えば弾性的な接触部材５７０および／または５９０は、接触部材５７０および／または５９０に対応したロープ状の編組の形に織り込み、および／または相互に巻き付けた１つ以上の熱伝導性材料、例えば銅などの小径の弾性的なストランドをから形成してもよい。
【００５１】
熱接触装置５６０は、構造部５００，５１０および５２０（また支持部５３０および先端部１８６）に伝達される振幅を減じる振動減衰装置としての役割を果たす。接触部材５７０および５９０を弾性材料から形成することにより、材料を介した振動伝達は、より堅固な材料を介した振動伝達に比べて減衰される。さらに、中央部材は、ポンプ６００から弾性的な接触部材５９０に接続される振動に反作用する一種の振り子の役割を果たす。
【００５２】
概して、弾性的な接触部材５７０および５９０の幾何学特性は、冷却装置６００の振動特性に反作用するように選択される。特に、接触部材５７０および５９０および／または中央部材５８０の幾何学特性を選択および／または偏向することにより、熱接触装置５６０の振動減衰能力を冷却装置６００の共振周波数（または振動減衰能力のより高調波に）に合わせて調整してもよい。一般に、例えば冷却装置６００は約４６Ｈｚの高調波共振周波数を有し、熱接触装置５６０はこの共振周波数の高調波における高周波数振動を減衰するように調整してもよい（例えば、第２次高調波以上、第３次高調波以上、第４次高調波以上、第６次高調波以上、第８次高調波以上、第１０次高調波以上など）。
【００５３】
熱接触装置５６０の振動減衰能力は幾つかの方法で調整することができる。一般に、熱接触装置５６０は、部分的に中央部材５８０の重量および接触部材５７０の有効高調波ばね定数に応じた中心振動減衰周波数を含む振動減衰周波数の有効帯域を有している。幾つかの実施形態では、熱接触装置５６０の中心振動減衰周波数を調整するために、接触部材５７０に対する中央部材５８０の位置を選択および／または変更してもよい（例えば接触部材５７０の長さを変更するなど）。接触部材５７０の長さを変更することにより、これらの部材のばね定数を変更し、装置５６０の中心振動減衰周波数を変更する。一般に、接触部材５７０の長さ短縮は、装置５６０の中心振動減衰周波数を増大させるので部材にとって不利である。反対に、接触部材５７０の長さを増大することにより、装置５６０の中心振動減衰周波数が減少する。
【００５４】
幾つかの実施形態では、中央部材５８０は、中実円筒体として実施されており、接触部材５７０および５９０に対する中央部材５６０の位置変化は、装置５６０の製造時における接触部材５７０の短縮または伸張に対応する。幾つかの実施形態では、中央部材５８０は、接触部材５７０および５９０（例えば、接触部材５７０および５９０は連続した部材）に沿ってスライドする中空円筒体として実施されており、接触部材５７０は、連続する部材に沿って部材５８０をスライドさせることによって短縮または伸張することができ、（例えば、ねじなどの固定装置によって）部材５８０の位置を確保する。
【００５５】
幾つかの実施形態では、中央部材５８０の質量を調整することによって、装置５６０の中央振動減衰周波数を変更することができる。概して、中央部材５８０の質量の増大によって、装置５６０の中央振動減衰周波数は減衰され、中央部材５８０の質量の減少によって、装置５６０の中央振動減衰周波数は増大される。中央部材５８０の質量は装置５６０の製造時に選択することができ、これにより、冷却装置６００の振動周波数（および／または高調波）の既知の振動周波数を補償するか、および／または中央部材５８０の質量を、製造に続いて（例えば、図３に示していない、中央部材５８０と同心的な環状の材料ストリップを追加または除去することによって）調整し、装置５６０の中心周波数を調整することができる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、接触部材５７０および５９０のいずれか、または双方をこれらの部材によって振動伝達を減衰するように形成してもよい。例えば、接触部材５７０および５９０のいずれか、または双方は、中央部材５８０と中間構造部５２０または冷却装置６００の間にＵ字形の湾曲部をそれぞれ含んでいてもよい。Ｕ字形の湾曲部は、接触部材５７０および５９０の長さに沿った効率的な振幅伝達防止を支援する。それぞれの部材５７０および／または５９０は所望の複数のＵ字形湾曲部を含んでいてよい。
【００５７】
幾つかの実施形態では、部材５７０および／または５９０に軸回転を加えることにより装置５６０の中心振動緩衝周波数を変更することができる。例えば、中間支持部５２０に部材５７０を取り付ける前に、部材をねじるために部材５７０にねじり力を加え、これにより、装置５６０が構造部５２０と冷却装置６００との間に取り付けられた後に部材５７０に残留ねじり力が生じる。残留ねじり力は、部材５７０の有効ばね定数を増大し、装置５６０の中心振動減衰周波数を増大する。
【００５８】
図３に示すように、接触部材５７０は中間構造部５２０の一方側にのみ取り付けられる。一般に、接触部材５７０は、接触部材５７０と構造部５２０および／または中央部材５８０の嵌合面の間隙を満たし、これら面の間の熱接触を改善するインジウム膜のような変形可能な熱伝導率の材料を用いて構造部５２０に（幾つかの実施形態では、中央部材５８０に）取り付けることができる。同様に、幾つかの実施形態では、接触部材５９０は、インジウム膜などの変形可能材料によって中央部材５８０および／または冷却部６００に取り付けることもできる。
【００５９】
構造部５２０の周囲に沿って比較的一様な温度分布を達成するために、構造部５２０は、比較的高い熱伝導率を有する材料により形成される。図３に示すように、接触部材５７０は構造部５２０の一方側にのみ取り付けられ、構造部５２０の熱伝導率が十分に大きくない場合には、構造部５２０の周囲に沿って熱勾配が形成される。幾つかの実施形態では、このような熱勾配が形成される可能性を減じるために、構造部５２０に沿って様々な点に接触部材５７０を取り付けてもよい。
【００６０】
図４は、中間構造部５２０に沿って間隔をおいて接触部材５７０を配置した実施形態を示す（明確化のために図３の他の部分は示していない）。接触部材５７０は、図３の中央部材５８０と同様に効果的に機能する環状部材６３０にも接続されている。環状部材６３０は、例えば、接触部材５９０によって冷却装置６００に接続されている。中間構造部５２０に沿って間隔をおいて接触部材５７０を配置することにより、中間構造部５２０に形成される熱勾配の大きさを減じることができる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、中央部材５８０を支持構造部に取り付けることができる。例えば、支持構造部（例えば、ワイヤ）によって中央部材５８０を外部構造部５００、または別の外部構造部（例えば、冷却装置６００から振動分離されるように振動減衰基盤に位置決めされた外部構造部）に接続することもできる。
【００６２】
先端部１８６によって生成されたイオンビームによりサンプルを露光し、入射イオンとしてサンプルを離れた粒子を検出することによってサンプルを結像した場合、先端部１８６の機械的振動は結像誤差をもたらす。図５Ａは、サンプル表面における材料６５０の線を含むサンプル１８０を示す。線６５０は直線状の平行した側部を有する。しかしながら、（例えば、冷却装置６００および／または他の源から先端部１８６に伝達された振動による）先端部１８６の振動時にサンプル１８０が結像された場合、線６５０は図５Ｂに示すように、波状の不規則な側部を有する線として生じる場合がある。
【００６３】
図６Ａは、時間ｔの関数として先端部１８６の機械的振動６００の振幅Ａを示す。図６Ｂは、先端部１８６によって形成されたイオンビームにより露光されたサンプルの像６６３を示す。４つの画素６６１ａ〜ｄが図６ｂに示されている。図６Ａを参照すると、画素６６１ａがイオンビームに露光された場合、先端部１８６は平行した位置から振動により変位されない。振幅はゼロ（位置６６２ａ）である。したがって、先端部１８６の振動は、画素６６１ａの位置測定に対する誤差には関係しない。画素６６１ｂがビームに露光された場合、先端部１８６は、位置６６２ｂで平衡した位置から振動により変位される。このように、画素６６１ｂは、正しい位置で測定されず、像の位置６６４ａで測定される。画素６６１ｃがイオンビームに露光された場合、先端部１８６は位置６６２ｃで平衡した位置から振動により変位され、したがって画素６６１ｃは、画像において正しい位置に現れず、（例えば、負に変位された）位置６６４ｃに現れる。画素６６１ｄがイオンビームに露光された場合、先端部１８６は平衡した位置から再び正に変位される。図６Ｂの画素６６４ａ〜ｄを接続することにより、線６４０の波形および不規則性がどのようにして生じるかが明らかである。
【００６４】
上述した結像の不規則性は、部分的には、画像の画素データを取得するランダム位相から先端部１８６の振動に対して生じる。このような不規則性を低減するために、サンプルにおけるイオンビームの画素走査パターンを先端部１８６の機械的振動に位相ロックすることができる。例えば、図７に示すように、サンプルの表面にわたってイオンビームを走査するために印可された走査電圧６７０に機械的振幅関数６６０を位相ロックすることができる。位相ロックの作用は、平衡位置から先端部１８６のランダム振動変位で画像の画素６６１ａ〜ｄを露光するのではなく、それぞれの画素６６１ａ〜ｄが平衡からのほぼ同じ振動変位で（例えば、振幅関数６６０の点６７１ａ〜ｄで）先端部１８６によって露光される。位相ロックの結果、所定の画素の走査と先端部１８６の振幅との間の位相変動から生じる動的な結像誤差を大幅に低減および／または除去することができる。
【００６５】
異なる画素（例えば、共通の水平線に沿って異なる画素）が先端部１８６の異なる振動変位で採取されることにより画像がまだ静的誤差を含んでいる場合がある。幾つかの実施形態では、（例えば取得後にそれぞれの画素位置における平行位置からの先端部１８６の振動変位の知識および／または推定から導いた画素に関係したずれを適用することにより）画素を補正することができる。画素走査パターンと先端部の振動変位との間の位相ロックにより、画素位置測定誤差の大部分は、位相に関係したランダムな誤差というよりもむしろ位置に関係した体系的な誤差から生じ、その結果、補正は極めて容易になる。
【００６６】
幾つかの実施形態では、画像における位相に関係した（例えば、動的）誤差と静的誤差の双方を除去するために、それぞれの画素を共通の振動変位で先端部１８６によって露光することができる。例えば、図７を参照して、サンプルの画素におけるそれぞれの画素を、先端部１８６が位置６７１ａに対応した位置にある場合に露光してもよい。すなわち、先端部１８６が平衡位置から一方向に最大限に変位された場合に、それぞれの画素を露光することができる。それぞれの画素（例えば、それぞれの列の第１画素のみではなく）と先端部１８６の振動変位との間の相対位相は同じなので、それぞれの画素は、平衡位置からの先端部１８６の共通の振動変位に対応する。その結果、結像時の先端部１８６の振動による画素における動的および静的誤差の両方を著しく低減することができる。
【００６７】
サンプル表面におけるイオンビームの単純な線形走査を上述したが、一般に任意の走査パターンを使用することができる。例えば、幾つかの実施形態では、碁盤状の走査パターンを使用し、走査パターンを平衡位置から先端部１８６の振動変位に位相ロックしてもよい。さらに洗練された走査パターンを本明細書に記載のように平衡位置からの先端部１８６の振動変位に位相ロックすることもできる。
【００６８】
イオン顕微鏡システムにおける振動による不安定性の他の潜在的な原因は先端部マニピュレータである。先端部マニピュレータは、ドーム形の可動面と、先端部１８６に接続された並進装置とを含み、並進装置の係合面は、可動面に沿って移動できるように形成されている。先端部マニピュレータは、ｘ−ｙ平面における先端部１８６の並進およびイオン光学系１３０の軸線１１３２に対する先端部１８６の傾動の両方を可能にする。図８は、先端部１８６、支持アセンブリ１５２０および先端部マニピュレータの一実施形態を含むイオン顕微鏡システムの一部の断面図である。先端部マニピュレータは、シャフト１６０２、ドーム１５０４、ショルダ１５１０および並進装置１５１４を含む。並進装置１５１４はシャフト１５０２に接続されており、シャフト１５０２は、ショルダ１５１０に設けた開口部１５１６に嵌入するように寸法決めされている。さらにシャフト１５０２はベース１５０８に接続されており、ベース１５０８はアセンブリ１５２０に接続されている。ショルダ１５１０は表面１５１２および１５１３の間の静的摩擦力によってドーム１５０４に対して固定位置に位置している。
【００６９】
先端部マニピュレータは、ｘ−ｙ平面における先端部１８６の並進を提供する。先端部１８６を並進させるために、高圧ガスがインレット１５０３に導入される。インレット１５０３に導入される高圧ガスは、例えば室内空気などのガスであってもよい。概して、ガスは５０ポンド・平方インチ（psi）以上（例えば、７５psi以上、１００psi以上または１２５psi以上など）の圧力で導入してもよい。高圧ガスを導入した結果、ショルダ１５１０から離れるｚ方向に並進装置１５１４に力が加えられる。加えられた力は表面１５１８および１５１９の間の摩擦力を減衰し（しかしながら、ゼロには減衰しない）、ｘ−ｙ平面で横方向の力を加えることによってショルダ１５１０に対して並進装置１５１４の再位置決めを可能にする。先端部１８６は、並進装置１５１４が再位置決めされた場合にｘ−ｙ平面で並進される。先端部１８６が新たな位置に位置すると、高圧ガスの供給が停止され、１つ以上の真空ポンプを用いて先端部マニピュレータの内部を排気することによって表面１５１８および１５１９の間に強い静的摩擦力が再形成される。先端部１８６は、再形成された強い摩擦力の結果、所定位置に堅固に固定される。
【００７０】
先端部マニピュレータは、イオン光学系１３０の軸線１１３２に対して先端部１８６の傾動も提供する。先端部１８６を傾斜させるために、インレット１５０５に高圧ガスが導入される。インレット１５０５に導入される高圧ガスは、例えば、室内空気などのガスであってもよい。インレット１５０３に導入される高圧ガスは、例えば室内空気などのガスであってもよい。概して、ガスは５０ポンド・平方インチ（psi）以上（例えば、７５psi以上、１００psi以上または１２５psi以上など）の圧力で導入してもよい。高圧ガスを導入した結果、力がドームから離れるｚ方向にショルダ１５１０に加えられる。加えられた力は表面１５１２および１５１３の間の摩擦力を減衰する（しかしながら、ゼロには減衰しない）。次いで、矢印１５０６で示した方向にショルダ１５１０を並進させる横方向の力を加えることによって、ドーム１５０４に対してショルダ１５１０を再位置決めすることができる。ショルダ１５１０の並進は、ドーム１５０４の湾曲した表面に沿った相対移動に対応する。この移動の結果、軸線１１３２および１２０７の間の角度（先端部１８６の傾斜角に対応する）が変化する。先端部１８６の傾斜の調節が完了すると、高圧ガスの供給は停止され、先端部マニピュレータの内部を排気することによって表面１５１２および１５１３の間に強い静的摩擦力が再形成される。先端部１８６は、再形成された強い摩擦力の結果、所定位置に堅固に固定される。
【００７１】
係合面１５１２および１５１３がいずれもあまり平滑ではない場合、いずれかの表面の小さい突起が表面１５１２および１５１３の間の接触面に接点を形成する恐れがある。換言すれば、図９に示すように、表面１５１２および１５１３の間の接触面に全体的な環状接触部の代わりに、幾つかの接点１５１２ａおよび１５１２ｂが表面間に生じる。その結果、先端部１８６を所定位置に保持する摩擦力は著しく低減され、外部振動が先端部１８６の不都合な移動をもたらす恐れがある。
【００７２】
小さい突起のような表面不規則性が生じている状態で表面１５１２および１５１３の間の接触面を増大させるために、表面１５１２は、図１０に示すように、連続的な係合面の代わりに、２つ以上の環状突起を含んでいてもよい。環状突起１５１５ａおよび１５１５ｂは表面１５１２に形成されており、表面の間には凹部１５１７が設けられている。それぞれの突起１５１５ａおよび１５１５ｂは、突起の表面に対して垂直方向に測定した厚さｔｐを有する。
【００７３】
一般に、厚さｔｐは１ｍｍ未満（例えば８００ミクロン未満、６００ミクロン未満、５００ミクロン未満、４００ミクロン未満、３００ミクロン未満、２００ミクロン未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２５ミクロン未満または１０ミクロン未満など）である。突起１５１５ａおよび１５１５ｂの比較的小さい厚さにより、先端部マニピュレータの内部が排気された場合、ショルダ１５１０とドーム１５０４との間のクランプ力により、それぞれの突起１５１５ａおよび１５１５ｂを変形させ、表面１５１３との２つの密な接触部を形成する。これらの部分は環状であり、ドーム１５０４の湾曲した表面周囲に延在している。ショルダ１５１０とドーム１５０４との間が環状に接触した結果、先端部１８６を所定位置に保持する摩擦力は、表面１５１２および１５１３の間に比較的小さい接点のみが存在する図９に示した状態よりも大きい。したがって、先端部１８６の安定性は改善し、先端部１８６の振動の幅を低減することができる。
【００７４】
上記実施形態では、表面１５１２は２つの突起１５１５ａおよび１５１５ｂを含み、凹部１５１７が突起の間に設けられている。概して、表面１５１２は突起を幾つ含んでいてもよい（例えば、３個以上、４個以上、５個以上、６個以上、８個以上、１０個以上またはこれよりも多くてもよい）。先端部マニピュレータの内部が排気された場合に突起の変形を可能にするように突起の間に凹部を位置決めしてもよい。
【００７５】
幾つかの実施形態では、例えば、イオンビーム電流を増大するためにガス利用（例えば、ヘリウムなどのビーム形成ガスの利用）を改善することが望ましい場合もある。イオンビームによって得られるサンプル測定時の低い信号対雑音比は、所定の測定用途についてイオンビームの適合性を制限する。例えば、低い信号対雑音比は、測定精度に誤差をもたらし、こうした測定の信頼性を低下させる場合がある。イオンビームを使用してサンプルの画像を獲得する場合、サンプル表面の詳細が取得した画像のノイズによってわかりにくくなる場合もある。測定した画像における信号対雑音比を改善するための１つの方法は、イオンビーム電流を増大させることである。イオンビーム電流は、わずかに大きい曲率半径を有する先端部１８６を用いて増大させることができる。ガスのイオン化は、先端部頂部の近傍で生じる。わずかに大きい曲率半径を有する先端部１８６を用いることにより、ガス粒子のイオン化をもたらすことのできる先端部１８６を包囲する空間部分が大きくなる。結果として、イオンビームにおけるイオン電流を増大させることができる。
【００７６】
一般に、大きい曲率半径を有する先端部を形成するためには、先端部はまず製造プロセスで形成される（適宜な製造プロセスが、例えば米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号公報に記載されている）。製造プロセスは、先端部の先鋭化を防止するために酸素ガスなしに実施することができる。製造プロセスにより、先端部１８６は、一般に３０°〜４５°の完全な円錐角を有している。
【００７７】
先端部１８６の曲率半径は、一般に１００ｎｍ以上（例えば１２０ｎｍ以上、１４０ｎｍ以上、１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以上または２００ｎｍ以上など）である。ガス（例えば、ヘリウムガス）は、チューブを介して内部構造部５１０の冷却通路６１０に導入され、ここであらかじめ冷却されてから、支持部５３０を通ってイオン顕微鏡システムに進入する。ガスのイオン化は先端部１８６の近傍で生じ、イオンビームが生成され、このイオンビームは、抽出器５５０（より一般的には、イオン光学系１４０）によって方向付けられ、主方向に沿って（例えば、図３の軸線６２０に沿って）伝搬し、サンプルに入射する。
【００７８】
他の実施形態
ガス電界電離型イオン源を使用する実施形態を例として説明したが、他の種類のイオン源を使用してもよい。幾つかの実施形態では、液体金属イオン源を使用することもできる。液体金属イオン源の例は、Ｇａイオン源（例えば、Ｇａ集束イオンビームカラム）である。
【００７９】
イオン源を使用する実施形態を例として説明したが、一般に任意の荷電粒子源を使用することができる。幾つかの実施形態では、電子顕微鏡（例えば、走査型電子顕微鏡）などの電子源を使用することもできる。
【００８０】
サンプルが半導体素子である実施形態を例として説明したが、幾つかの実施形態では、他の種類のサンプルを使用することもできる。例は、生体学的サンプル（例えば、組織、核酸、タンパク質、炭水化物、脂質および細胞膜）、薬学的サンプル（例えば、小分子薬剤）、凍結水（例えば、氷）、磁気記憶装置で使用される読取り／書込みヘッドならびに金属および合金サンプルを含む。例示的なサンプルは、例えば、米国特許出願公開第２００７−０１５８５５８号公報に開示されている。
【００８１】
代替的または付加的にサンプルを検査する実施形態を付加的な例として説明したが、サンプルを変更（例えば、修繕）するために（例えば、断面図で露出される素子部分または素子部分の近傍素子の一部を修繕するために）システムおよび方法を使用することもできる。このような変更は、サンプルに材料を付加するためおよび／またはサンプルから材料（例えば、サンプルの所定層）を除去するために用いることができるガスアシスト化学を含んでいてもよい。例として、半導体素子に不正確に加工された回路または損傷された回路を修繕する半導体回路編集のためにガスアシスト化学を用いることもできる。一般に、回路編集は、（例えば、開いた回路を閉じるために）材料を回路に付加するステップおよび／または（例えば閉じた回路を開くために）材料を回路から除去するステップを含む。ガスアシスト化学は、フォトリソグラフィにおけるマスク修繕に用いることもできる。マスク欠陥は、一般に材料が不要なマスク部分におけるマスク材料の余剰および／または材料が設けられているべき場所におけるマスク材料の欠如を含む。このように、ガスアシスト化学は、適宜なガス（例えば、ＣＩ２、Ｏ２、Ｉ２、ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、Ｈ２Ｏ，ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、ＷＦ６）と相互作用する荷電粒子ビーム（例えば、イオンビーム、電子ビームまたはこれら両方）の使用を含む。別の例として、サンプルの変更はスパッタリングを含む。幾つかの例では、素子を加工する場合に、所定のステップ（例えば回路を編集するために回路から所望の材料を除去するステップ、マスクを修繕するステップなど）で材料を取り除くことが望ましい場合もある。このためにイオンビームによりサンプルから材料をスパッタする場合にイオンビームを使用することもできる。特に、ガス原子と本明細書に記載のガス電界電離イオン源との相互作用によって発生するイオンビームは、サンプルをスパッタ処理するために使用することができる。Ｈｅガスイオンを使用してもよいが、より重いイオン（例えば、Ｎｅガスイオン、Ａｒガスイオン、Ｋｒガスイオン、Ｘｅガスイオン）を使用して材料を取り除くことが一般に好ましい。材料を除去する場合に、除去すべき材料が位置するサンプル部分にイオンビームを集束する。このような検査の例は、例えば米国特許出願公開第２００７−０１５８５５８号公報に開示されている。
【００８２】
様々な実施形態で様々な特徴の組合せを使用することができる。他の実施形態が特許請求の範囲に含まれている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン源およびシステムは、サンプルを検査および／または変更するために使用するイオンビームを生成することができる。
【発明の概要】
【０００３】
幾つかの実施形態では、イオン源、システムおよび方法は、不都合な振動を比較的わずかにしか示さず、および／または不都合な振動を十分に減衰することができる。これにより、性能を向上させることができる（例えば、確実性、安定性などを増大することができる）。
【０００４】
一態様では、開示内容は、（ａ）環境温度で支持構造部に取り付けた外部構造部と、（ｂ）外部構造部に取り付けた中間構造部と、（ｃ）中間構造部に取り付けた内部構造部と、（ｄ）内部構造部に取り付けた荷電粒子放出器と、（ｅ）中間構造部に熱接続された冷却装置とを含む電界放出型荷電粒子源を特徴とする。外部構造部は、冷却温度で内部構造部の材料より低い熱伝導率を有する材料により形成されている。
【０００５】
別の態様では、開示内容は、（ａ）環境温度で支持構造部に取り付けた外部構造部と、（ｂ）外部構造部に取り付けた中間構造部と、（ｃ）中間構造部に取り付けた内部構造部と、（ｄ）内部構造部に取り付けた電界放出器と、（ｅ）中間構造部に熱接続された冷却装置とを含む電界放出型荷電粒子源を特徴とする。中間構造部は、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有している。
【０００６】
別の態様では、開示内容は、（ａ）主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、（ｂ）電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、（ｃ）電界放出源によって生成されたビームを主伝搬方向に対して垂直方向に偏向することができる走査システムと、（ｄ）電界放出システムを操作するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムとを含むガス電界放出型ビームシステムを特徴とする。第１操作モードでは、冷却装置は電界放出器を冷却するように作動され、第２操作モードでは、冷却装置はスイッチオフされ、操作システムは、ビームを偏向し、サンプルをスキャンするように作動される。
【０００７】
別の態様では、開示内容は、（ａ）主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、（ｂ）電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、（ｃ）電界放出源によって生成されたビームを主伝搬方向に対して垂直方向に偏向する走査システムと、（ｄ）電界放出システムを走査するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムとを含むガス電界放出型ビームシステムを特徴とする。第１操作モードでは、冷却装置は電界放出器を冷却するように作動され、第２操作モードでは、冷却装置はスイッチオフされ、走査システムは、ビームを偏向し、サンプルをスキャンするように作動される。
【０００８】
別の態様では、開示内容は、荷電粒子システムの先端部によって生成された荷電粒子ビームによりサンプルを露光するステップを含む方法を特徴とし、サンプルの露光時に、先端部の振動変位関数と、サンプルにおける荷電粒子ビームの露光パターンの対応部分との間に一定の位相が保持される。
【０００９】
別の態様では、開示内容は、ガス粒子のイオン化を誘起し、イオンビームを生成するように構成され、支持構造部に取り付けられた先端部、ならびに、支持構造部および冷却装置に接続され、支持構造部に接続された第１の複数の弾性部材と、冷却装置に接続された第２の複数の弾性部材と、第１の複数の弾性部材および第２の複数の弾性部材の間に配置された中実部材とを含む振動減衰器を含むシステムを特徴とする。
【００１０】
別の態様では、開示内容は、第１湾曲表面を備える第１部材と、先端部に接続され、第１湾曲表面に対して相補的な第２湾曲表面を備える第２部材とを含み、第１部材と第２部材との間の相対移動を可能とするように構成されたイオン顕微鏡システムを特徴とし、第２湾曲表面は、複数の環状突起を含み、第１部材と第２部材とが相互に引き寄せられた場合に、少なくとも幾つかの環状突起が第１湾曲表面に接触し、第１表面と第２表面との間に環状の接触部分を形成する。
【００１１】
実施形態は、次の特徴を１つ以上含んでいてもよい。外部構造部は、第１壁厚さを有し、内部構造部は第２壁厚さを有していてもよく、第１壁厚さは第２壁厚さよりも小さい。内部構造部は銅により形成し、外部構造部はステンレス鋼により形成してもよい。
【００１２】
外部構造部は、第１直径を有する円筒形状を有し、内部構造部は第２直径を有する円筒形状を有していてもよく、第２直径は第１直径よりも小さい。
【００１３】
冷却装置は、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って中間構造部に熱接続してもよい。冷却装置は、弾性ワイヤの第２の束および中間構造部に１本以上の堅固なロッドに沿って接続してもよい。１本以上の堅固なロッドは熱伝導性弾性ワイヤの第１および第２の束の間に直列に配置されている。弾性ワイヤの第１および／または第２の束は銅により形成してもよい。弾性ワイヤの第１および／または第２の束は、炭化ピッチ材料により形成してもよい。堅固なロッドは銅を含んでいてもよい。
【００１４】
荷電粒子源は、電界放出器から電気絶縁された抽出電極を含んでいてもよい。作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される。
【００１５】
電界放出器は、外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けてもよい。
【００１６】
電界放出荷電粒子源は、内部構造部内の領域にガスを供給するための導管を含んでいてもよい。ガス導管は、外部構造部と内部構造部との間の中間領域で終了し、内部構造部は、中間領域から、内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える。
【００１７】
電界放出荷電粒子源は、所定時間にわたって冷却装置をスイッチオフできる制御部を含んでいてもよい。
【００１８】
冷却装置は、等熱的に、中間構造部に熱接続してもよい。
【００１９】
内部構造部は円筒体であってもよい。中間構造部はリングの形状を有し、冷却装置は、中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている。
【００２０】
外部構造部は、冷却温度で内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成してもよい。
【００２１】
１つ以上の実施形態の詳細を添付の図面に示し、以下の発明を実施するための形態に説明する。他の特徴および利点が発明を実施するための形態、図面および特許請求の範囲に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】イオン顕微鏡システムを示す概略図である。
【図２】ガス電界電離イオン源を示す概略図である。
【図３】振動減衰器を含むイオン顕微鏡システムの一部を示す概略図である。
【図４】振動減衰器の別の実施形態を示す概略図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、サンプル表面における材料の線の画像を示す概略図である。
【図６Ａ】先端部の振幅を示す概略図である。
【図６Ｂ】サンプル画像を示す概略図である。
【図７】先端部の振動変位関数に対する画像走査シーケンスの位相ロックを示す概略図である。
【図８】先端マニピュレータの一部を示す概略図である。
【図９】先端マニピュレータの一部を示す別の概略図である。
【図１０】先端マニピュレータの一部を示す別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
異なる図面における同様の参照符号は同様の素子を示す。
【００２４】
導入
様々なサンプルの特性を検査するために使用する場合、イオンビームは、原子分解能に対して精密で正確な質的および／または量的測定を提供することができる。イオンビームによって測定したサンプル像（例えば、二次電子および／または散乱イオンおよび／または散乱中性原子の測定により得られた画像）は、極めて高い解像度を有することができ、他の結像技術を用いて観察することが困難なサンプルの特徴を露呈する。随意に、イオンビームを用いてサンプルについての質的および／または量的な材料組成情報を提供することもできる。
【００２５】
サンプルの例は半導体素子である。半導体の加工は、概して、集積電子回路、集積回路素子および／または異なる微小電子装置を形成するために、連続的に被覆し、処理した多層材料を含む素子（半導体素子）の準備を伴う。このような素子は、概して、様々な特徴部分（例えば、導電性材料により形成された回路線、非導電性材料を充填したウェル、電気的に半導体の材料により形成された部分）を含み、これらは相互に正確に（例えば、概して数ナノメートル以内の規模で）位置決めされている。所定の特徴部分の位置、寸法（長さ、幅、深さ）、組成（化学組成）および関連特性（導電性、結晶配向、磁気特性）は素子の性能に重要な影響を及ぼす場合がある。例えば、幾つかの例では１つ以上のパラメータが適切な範囲外である場合、素子は望ましい機能を示さない恐れがあるので除外してもよい。したがって、半導体の加工時にそれぞれのステップで極めて良好な制御を行うことが概して望ましい。また製造プロセスのそれぞれのステップで半導体素子の加工を監視することができる手段を設け、これにより、半導体加工プロセスの様々な段階で１つ以上の特徴部分の位置、寸法、組成および関連した特性を検査することが有利である。本明細書では、「半導体素子」という用語は、集積電子回路、集積回路素子、微小電子装置または集積電子回路の加工プロセスで形成された素子を指す。幾つかの実施形態では、半導体素子は、フラットパネルディスプレイまたは太陽電池の一部であってもよい。半導体素子の部分は、異なる種類の材料（導電性、非導電性、電気的に半導体の材料）によって構成してもよい。例示的な導電性材料は、アルミニウム、クロム、ニッケル、タンタル、チタン、タングステンおよびこれらの金属を１つ以上含む合金（例えば、銅−アルミニウム合金など）などの金属を含む。金属シリサイド（例えば、ニッケルシリサイド、タンタルシリサイド）も導電性となり得る。例示的な非導電性材料は、１つ以上の金属のホウ化物、窒化物、酸化物、リン化物、硫化物（例えば、タンタルホウ化物、タンタルゲルマニウム、タンタル窒化物、タンタル窒化ケイ素およびタンタル窒化物）を含む。例示的な導電性材料は、ケイ素、ゲルマニウムおよびガリウムヒ素を含む。随意に、電気的に半導体の材料は、材料の電気伝導性を向上させるためにドーピング（ｐ型ドーピング、ｎ型ドーピング）してもよい。材料の所定層の蒸着／処理における一般的なステップは、（例えば、所望の特徴が配置されるべき場所を決定するために）素子を結像するステップ、適宜な材料（例えば、導電性材料、電気的に半導体の材料、非導電性材料）を蒸着するステップ、および素子の所定箇所から不要な材料を除去するためにエッチング処理するステップを含む。しばしば、フォトレジスト、例えばポリマーのフォトレジストが適宜な光線に対して蒸着／露光され、所定の特徴部分における所定箇所および寸法の制御を支援するために選択的にエッチング処理される。一般に、フォトレジストは１つ以上の後続の処理ステップで除去され、概して、最後の半導体素子は、好ましくは相当量のフォトレジストを含まない。
【００２６】
図１は、ガス電界電離型イオン顕微鏡システム１００の概略図を示す。システム１００は、ガス源１１０、ガス電界電離型イオン源１２０、イオン光学系１３０、サンプルマニピュレータ１４０、前面検出器１５０、後面検出器１６０、および電子制御システム１７０（例えば、コンピュータなどの電子プロセッサ）を含み、電子制御システム１７０は、通信ライン１７２ａ〜１７２ｆによってシステム１００の様々な素子に電気接続されている。サンプル１８０は、イオン光学系１３０と検出器１５０，１６０との間のサンプルマニピュレータ１４０の内部またはサンプルマニピュレータ１４０の上部に位置決めされている。使用時に、イオンビーム１９２がイオン光学系１３０を介してサンプル１８０の表面１８１に向けられ、イオンビーム１９２とサンプル１８０との相互作用によって生じた粒子１９４が検出器１５０および／または検出器１６０によって測定される。
【００２７】
図２に示すように、ガス源１１０は、１種以上のガス１８２をガス電界電離型イオン源１２０に供給するように構成されている。ガス源１１０は、様々な純度、流量、圧力および温度でガスを供給するように構成してもよい。概して、ガス源１１０によって供給される少なくとも１種のガスは、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、好ましくはイオンビーム１９２における主成分である。概して、サンプル１８０の表面１８１で測定した場合、イオンビーム１９２におけるイオンの電流は、システム１００における希ガスの圧力の上昇に伴い単調に増大する。幾つかの実施形態では、この関係は、所定範囲の希ガス圧について、電流が概してガス圧に比例して増大する「べき法則」によって記述することができる。
【００２８】
随意に、ガス源１１０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。このようなガスの例は窒素である。一般に、付加的なガスは希ガスの不純度を超えた度合いで存在していてもよい。付加的なガスは、ガス源１１０によって導入された全般的なガス混合物の小数成分を構成する。
【００２９】
ガス電界電離型イオン源１２０は、ガス源１１０から１種以上のガス１８２を受け取り、ガス１８２からガスイオンを生成するように構成されている。ガス電界電離型イオン源１２０は、先端部頂部１８７を有する導電性先端部１８６と、抽出装置１９０と、随意に抑制器１８８とを含む。
【００３０】
導電性先端部１８６は、様々な材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、先端部１８６は金属（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）、プラチナ（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ））から形成される。幾つかの実施形態では、導電性先端部１８６は、合金により形成してもよい。幾つかの実施形態では、導電性先端部１８６は、異なる材料（例えば、カーボン（Ｃ））から形成してもよい。
【００３１】
使用時に、先端部１８６は抽出装置１９０に対して正に（例えば、約２０ｋＶなど）バイアスをかけられ、抽出装置１９０は外部接地に対して負または正に（例えば、−２０ｋＶ〜＋５０ｋＶ）バイアスをかけられ、随意の抑制器１８８は、先端部１８６に対して正または負に（例えば、−５ｋＶ〜＋５ｋＶ）にバイアスをかけられる。先端部１８６は、導電性材料によって形成されているので、先端部１８６の電界は先端部頂部１８７で先端部頂部１８７の表面から外方に向けられる。先端部１８６の形状により、電界は、先端部頂部１８７の近傍で最強となる。先端部１８６の電界強度は、例えば、先端部１８６に印可される正電圧を変更することにより調整することができる。このような構成により、ガス源１１０によって供給されたイオン化していないガス原子１８２は、先端部頂部１８７の近傍でイオン化され、正電荷を持つイオンとなる。正電荷を持つイオンは、正電荷を持つ先端部１８６と同時に反発し合い、負電荷を持つ抽出装置１９０に引きつけられ、正電荷を持つイオンは、イオンビーム１９２として先端部１８６からイオン光学系１９２に向けられる。抑制器１８８は、先端部１８６と抽出装置１９０との間の全般的な電界、ひいては先端部１８６からイオン光学系１３０への正電荷を持つイオンの軌道の制御を支援する。概して、先端部１８６と抽出装置１９０との間の全般的な電界を調整し、先端部頂部１８７で生成される正電荷イオンの割合、および正電荷イオンを先端部１８６からイオン光学系１３０に搬送する効率を制御することができる。
【００３２】
概して、イオン光学系１３０は、イオンビーム１９２をサンプル１８０の表面１８１に向けるように構成されている。イオン光学系１３０は、例えば、ビーム１９２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、イオンビーム１９２のイオンの一部のみがイオン光学系１３０を通過することを可能にする。概して、イオン光学系１３０は、所望のように構成された様々な静電型イオン光学素子および他のイオン光学素子を含む。イオン光学系１３０の１つ以上の素子（例えば、静電型偏光器）の電界強度を操作することによって、サンプル１８０の表面１８１を横断してＨｅ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は直交する２方向にイオンビーム１９２を偏向する２つの偏光器を含んでいてもよい。偏光器は、表面１８１の一部を横断してイオンビーム１９２が走査されるように、変化する電界強度を有していてもよい。
【００３３】
イオンビーム１９２がサンプル１８０に入射した場合、様々に異なる種類の粒子１９４が生成され得る。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、光子（例えば、Ｘ線光子、ＩＲ光子、可視光子、ＵＶ光子など）を含む。検出器１５０および１６０は、Ｈｅイオンビーム１９２とサンプル１８０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それぞれ位置決めおよび構成されている。図１に示すように、検出器１５０は、サンプル１８０の表面１８１から一次的に生じる粒子１９４を検出するように位置決めされており、検出器１６０は、サンプル１８０の表面１８３から一次的に生じる粒子１９４（例えば透過粒子）を検出するように位置決めされている。以下により詳細に示すように、概して、本明細書に開示した顕微鏡システムでは検出器は幾つ用いてもよいし、どのような構成としてもよい。幾つかの実施形態では、複数の検出器が用いられ、これらのうち幾つかの検出器は、異なる種類の粒子を測定するように構成されている。幾つかの実施形態では、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）を提供するように構成されている。
【００３４】
概して、検出器によって測定した情報は、サンプル１８０に関する情報を決定するために用いられる。一般に、この情報は、サンプル１８０の１つ以上の画像によって決定される。表面１８１を横断してイオンビーム１９２を走査することによって、個別のステップでサンプル１８０に関する画素毎の情報を得ることができる。検出器１５０および／検出器１６０は、それぞれの画素で１つ以上の異なる種類の粒子１９４を検出するように構成してもよい。
【００３５】
顕微鏡システム１００の操作は、一般に電子制御システム１７０によって制御される。例えば、電子制御システム１７０は、ガス源１１０によって供給されたガス、先端部１８６の温度、先端部１８６の電位、抽出装置１９０の電位、抑制器１８８の電位、イオン光学系１３０の構成素子の設定、サンプルマニピュレータ１４０の位置および／または検出器１５０，１６０の設定を制御するように構成してもよい。随意に、これらのパラメータのうち１つ以上を手動で（例えば、電子制御システム１７０と一体的なユーザインタフェースによって）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１７０を使用して検出器１５０および１６０によって収集した情報を分析し、サンプル１８０に関する情報（例えばトポグラフィ情報、材料組成情報、結晶情報、電圧コントラスト情報、光学特性情報、磁気情報など）を提供することもでき、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１７０は、ディスプレイまたは他の種類の出力装置、入力装置、および記憶媒体などのユーザインタフェースを含む。
【００３６】
幾つかの実施形態では、電子制御システム１７０は、イオンビーム１９２の様々な特徴を制御するように構成してもよい。例えば、制御システム１７０は、ガス電界電離型イオン源１２０へのガスの流量を制御することによってイオンビーム１９２の組成を制御することもできる。イオン源１２０およびイオン光学系１３０の様々な電位を調整することにより、制御システム１７０は、ビーム１９２の他の特性、例えば、サンプル１８０におけるビームの位置および入射イオンの平均エネルギーなどを制御することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、電子制御システム１７０は、１つ以上の付加的な粒子ビームを制御するように構成してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、１つ以上の種類のイオンビーム源および／または電子ビーム源を設けてもよい。制御システム１７０は、それぞれの粒子ビーム源および関連した光学素子および電子素子を制御してもよい。
【００３８】
検出器１５０および１６０は図１に概略的に示されており、検出器１５０は、サンプル１８０の表面１８１（イオンビームが入射する表面）からの粒子を検出するように位置決めされており、検出器１６０は、サンプル１８０の表面１８３からの粒子を検出するように位置決めされている。概して、顕微鏡システム２００では、種々の異なる粒子を検出するために多様な検出器を使用することができ、一般に顕微鏡システム２００は所望の数の検出器を含んでいてよい。様々な検出器の構成は、測定すべき粒子および測定条件に応じて選択することができる。幾つかの実施形態では、スペクトル解像型検出器を用いてもよい。このような検出器は、異なったエネルギーおよび／または波長の粒子を検出し、それぞれの検出粒子のエネルギーおよび／または波長に基づいて粒子を解像することができる。
【００３９】
検出システムおよび方法は一般に開示されており、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、その全開示内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００４０】
イオンビーム測定
概して、ビーム測定の精度は、部分的には、測定時のイオンビームの安定性に関係している。例えば、測定時のサンプルの表面におけるイオンビームの位置変動は、空間解像式の測定時に誤差をもたらす場合がある。このような誤差があまりに大きい場合、所定の用途のためのイオンビームの適合性が著しく制限されることもある。（例えば、真空ポンプによって）システム内で生成され、または外部要因（例えば、床の振動）によりシステム内に伝達され得るイオン顕微鏡システムの振動は先端部を振動させ、サンプル表面におけるイオンビームの位置変動を生じる場合がある。したがって、本明細書に記載のイオンビームシステムは、少なくとも部分的に、このような振動の作用を低減させる特徴を含む。
【００４１】
図３は、イオン顕微鏡システムの一部を示す概略的な拡大図を示す。システムは、外部構造部５００（例えば、真空チャンバ）と、外部構造部５００に接触する内部構造部５１０とを含む。内部構造部５１０には、先端部１８６を支持する支持部５３０が取り付けられている。上述のように、操作時にガス粒子（例えば、ヘリウムガス粒子または他の希ガスの粒子）が先端部１８６の近傍でイオン化され、新たに生成されたイオンは、外部構造部５００の中心軸線に対してほぼ平行に伝搬する。新たに生成されたイオンが外部構造部５００の軸線に沿って配向される精度を改善するために、抽出機５５０が先端部１８６に隣接して位置決めされる。上述のように、抽出機５５０は、先端部１８６の近傍で生成されたイオンから、顕微鏡のイオンビームを形成する所定のイオン部分を選択する。さらにシステムは光線シールド５４０を含み、これにより、漂遊イオンが大きい角度ずれで外部構造部５００の内部を伝搬することを防止する。
【００４２】
システムは、内部構造部５１０および外部構造部５００の双方に接触する中間構造部５２０を含む。システム（特に先端部１８６）を冷却するために、中間構造部５２０は、熱接触装置５６０を介して冷却装置６００に接触する。
【００４３】
概して、中間構造部５２０は外部構造部５００と内部構造部５１０に接触するので、双方の構造部を冷却することができる。しかしながら、先端部１８６が好ましくは外部構造部５００に対して冷却されることがより重要である。なぜなら、先端部１８６を極めて低い温度に冷却することは、電界電離イオン顕微鏡の操作において重要なステップとなり得るからである。
【００４４】
先端部１８６は一般にセラミック材料などの材料から形成された支持部５３０に取り付けられる。支持部５３０（外部構造部５００よりも大きい熱伝導率を有している場合もある）は、内部構造部５１０に熱的に接触し、これにより、冷却装置６００は、支持部５３０、内部構造部５１０、中間構造部５２０および熱接触装置５６０を介して排熱することによって先端部１８６を冷却することができる。
【００４５】
概して、内部構造部５１０および外部構造部５００は、熱流が外部構造部５００と冷却装置６００との間においてよりも内部構造部５１０と中間構造部５２０との間に（そして、究極的には冷却装置６００に対して）より生じやすいように構成されている。例えば、幾つかの実施形態では、内部構造部５１０は、外部構造部５００を形成するステンレス鋼よりも高い熱伝導率を有する材料（例えば、銅、酸素を含まない高伝導性の銅）により形成されている。内部構造部５１０の熱伝導率は、１．１倍以上（例えば、１．３倍以上、１．５倍以上、１．７倍以上、２．０倍以上、２．５倍以上、３．０倍以上、３．５倍以上、４．０倍以上、５．０倍以上、１０．０倍以上、１００倍以上、１０００倍以上など）、外部構造部５００の熱伝導率よりも大きくてもよい。内部構造部５１０の熱伝導率は、室温および／または室温よりも低い温度（液体窒素温度および／または液体ヘリウム温度を含む）における外部構造部５００の熱伝導率よりも大きくてもよい。
【００４６】
図３に示した実施形態では、外部構造部５００は中心軸線６２０を備える円筒形状を有している。内部構造部５１０は同様の円筒形状を有し、共通の中心軸線を有する。概して、内部構造部５１０および外部構造部５００の形状は、特定の用途に合わせて、異なる形状の先端部を収容するために望ましい形で選択される。
【００４７】
外部構造部５００および内部構造部５１０のそれぞれの厚さは、図３の軸線６２０に対して水平方向に沿って測定される。概して、これらの構造部の厚さは、内部構造部５１０の熱容量が外部構造部５００の熱容量よりも確実に大きくなるように選択することができる。したがって、幾つかの実施形態では、内部構造部５１０の厚さは、外部構造部５００の厚さよりも１．１倍以上（例えば、１．２倍以上、１．３倍以上、１．５倍以上、２．０倍以上、２．５倍以上、３．０倍以上、３．５倍以上、４．０倍以上、４．５倍以上、５．０倍以上、６．０倍以上、７．０倍以上、８．０倍以上、１０倍以上など）大きくてもよい。
【００４８】
一般に、作動時に先端部１８６により生成されるイオンは、サンプルに入射するように方向付けられ、入射イオンに反応してサンプルを離れる粒子がサンプルの特性を決定するために（例えば、サンプルの１つ以上の画像を取得するために）測定される。このプロセスの間に、冷却装置６００によってシステム内に導入される振動が測定結果に誤差をもたらす場合がある。冷却装置６００によりシステムに導入される振幅を低減するために、先端部１８６により生成されるイオンビームによりサンプルが露光される間、冷却装置６００をスイッチオフすることができる。例えば、幾つかの実施形態では、冷却装置６００は、特定の作動温度で先端部１８６を冷却するように操作することができ、次いで冷却装置６００は、１分以上（例えば２分以上、３分以上、５分以上、７分以上、９分以上、１１分以上、１３分以上、１５分以上、２０分以上など）の時間にわたってスイッチオフすることもでき、その間にサンプルはイオンビームにより露光され、サンプルを離れる粒子が測定される。中間構造部５２０は、一般に銅などの高い熱伝導率を有する材料により形成され、一種の「熱電池」を形成し、これにより、中間構造部５２０は、冷却装置６００がスイッチオフされている場合に冷却リザーバとしての役割を果たす。このように、幾つかの実施形態では、冷却装置６００がスイッチオフされている場合に先端部１８６の温度上昇を数度Ｋ未満まで制限することができる。
【００４９】
図３に示すように、システムは熱接触装置５６０を含む。熱接触装置５６０は、一方では中間支持部５２０に接続され、他方では中央部材５８０に接続された第１の複数の弾性的な接触部材５７０を含む。第２の複数の弾性的な接触部材５９０は、中央部材５８０を冷却装置６００に接触させる。図３には１つの中央部材５８０が示されているが、概して、任意の数（例えば、２つ以上、３つ以上、４つ以上、またはそれよりも多く）の中心部材５８０を使用してもよい。
【００５０】
熱接触装置５６０は、冷却装置６００と中間構造部５２０との間の熱伝達のための導管を備える。このように、接触部材５７０，５９０および中央部材５８０は、概して比較的高い熱伝導率を有する１つ以上の材料、例えば銅などから形成されている。接触部材５７０，５９０および中央部材５８０の幾つかまたは全てを形成することもできる他の材料は、炭素質ピッチなどの炭素ベースの材料、銀および／または金を含む。幾つかの実施形態では、例えば弾性的な接触部材５７０および／または５９０は、接触部材５７０および／または５９０に対応したロープ状の編組の形に織り込み、および／または相互に巻き付けた１つ以上の熱伝導性材料、例えば銅などの小径の弾性的なストランドをから形成してもよい。
【００５１】
熱接触装置５６０は、構造部５００，５１０および５２０（また支持部５３０および先端部１８６）に伝達される振幅を減じる振動減衰装置としての役割を果たす。接触部材５７０および５９０を弾性材料から形成することにより、材料を介した振動伝達は、より堅固な材料を介した振動伝達に比べて減衰される。さらに、中央部材は、ポンプ６００から弾性的な接触部材５９０に接続される振動に反作用する一種の振り子の役割を果たす。
【００５２】
概して、弾性的な接触部材５７０および５９０の幾何学特性は、冷却装置６００の振動特性に反作用するように選択される。特に、接触部材５７０および５９０および／または中央部材５８０の幾何学特性を選択および／または偏向することにより、熱接触装置５６０の振動減衰能力を冷却装置６００の共振周波数（または振動減衰能力のより高調波に）に合わせて調整してもよい。一般に、例えば冷却装置６００は約４６Ｈｚの高調波共振周波数を有し、熱接触装置５６０はこの共振周波数の高調波における高周波数振動を減衰するように調整してもよい（例えば、第２次高調波以上、第３次高調波以上、第４次高調波以上、第６次高調波以上、第８次高調波以上、第１０次高調波以上など）。
【００５３】
熱接触装置５６０の振動減衰能力は幾つかの方法で調整することができる。一般に、熱接触装置５６０は、部分的に中央部材５８０の重量および接触部材５７０の有効高調波ばね定数に応じた中心振動減衰周波数を含む振動減衰周波数の有効帯域を有している。幾つかの実施形態では、熱接触装置５６０の中心振動減衰周波数を調整するために、接触部材５７０に対する中央部材５８０の位置を選択および／または変更してもよい（例えば接触部材５７０の長さを変更するなど）。接触部材５７０の長さを変更することにより、これらの部材のばね定数を変更し、装置５６０の中心振動減衰周波数を変更する。一般に、接触部材５７０の長さ短縮は、装置５６０の中心振動減衰周波数を増大させるので部材にとって不利である。反対に、接触部材５７０の長さを増大することにより、装置５６０の中心振動減衰周波数が減少する。
【００５４】
幾つかの実施形態では、中央部材５８０は、中実円筒体として実施されており、接触部材５７０および５９０に対する中央部材５６０の位置変化は、装置５６０の製造時における接触部材５７０の短縮または伸張に対応する。幾つかの実施形態では、中央部材５８０は、接触部材５７０および５９０（例えば、接触部材５７０および５９０は連続した部材）に沿ってスライドする中空円筒体として実施されており、接触部材５７０は、連続する部材に沿って部材５８０をスライドさせることによって短縮または伸張することができ、（例えば、ねじなどの固定装置によって）部材５８０の位置を確保する。
【００５５】
幾つかの実施形態では、中央部材５８０の質量を調整することによって、装置５６０の中央振動減衰周波数を変更することができる。概して、中央部材５８０の質量の増大によって、装置５６０の中央振動減衰周波数は減衰され、中央部材５８０の質量の減少によって、装置５６０の中央振動減衰周波数は増大される。中央部材５８０の質量は装置５６０の製造時に選択することができ、これにより、冷却装置６００の振動周波数（および／または高調波）の既知の振動周波数を補償するか、および／または中央部材５８０の質量を、製造に続いて（例えば、図３に示していない、中央部材５８０と同心的な環状の材料ストリップを追加または除去することによって）調整し、装置５６０の中心周波数を調整することができる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、接触部材５７０および５９０のいずれか、または双方をこれらの部材によって振動伝達を減衰するように形成してもよい。例えば、接触部材５７０および５９０のいずれか、または双方は、中央部材５８０と中間構造部５２０または冷却装置６００の間にＵ字形の湾曲部をそれぞれ含んでいてもよい。Ｕ字形の湾曲部は、接触部材５７０および５９０の長さに沿った効率的な振幅伝達防止を支援する。それぞれの部材５７０および／または５９０は所望の複数のＵ字形湾曲部を含んでいてよい。
【００５７】
幾つかの実施形態では、部材５７０および／または５９０に軸回転を加えることにより装置５６０の中心振動緩衝周波数を変更することができる。例えば、中間支持部５２０に部材５７０を取り付ける前に、部材をねじるために部材５７０にねじり力を加え、これにより、装置５６０が構造部５２０と冷却装置６００との間に取り付けられた後に部材５７０に残留ねじり力が生じる。残留ねじり力は、部材５７０の有効ばね定数を増大し、装置５６０の中心振動減衰周波数を増大する。
【００５８】
図３に示すように、接触部材５７０は中間構造部５２０の一方側にのみ取り付けられる。一般に、接触部材５７０は、接触部材５７０と構造部５２０および／または中央部材５８０の嵌合面の間隙を満たし、これら面の間の熱接触を改善するインジウム膜のような変形可能な熱伝導率の材料を用いて構造部５２０に（幾つかの実施形態では、中央部材５８０に）取り付けることができる。同様に、幾つかの実施形態では、接触部材５９０は、インジウム膜などの変形可能材料によって中央部材５８０および／または冷却部６００に取り付けることもできる。
【００５９】
構造部５２０の周囲に沿って比較的一様な温度分布を達成するために、構造部５２０は、比較的高い熱伝導率を有する材料により形成される。図３に示すように、接触部材５７０は構造部５２０の一方側にのみ取り付けられ、構造部５２０の熱伝導率が十分に大きくない場合には、構造部５２０の周囲に沿って熱勾配が形成される。幾つかの実施形態では、このような熱勾配が形成される可能性を減じるために、構造部５２０に沿って様々な点に接触部材５７０を取り付けてもよい。
【００６０】
図４は、中間構造部５２０に沿って間隔をおいて接触部材５７０を配置した実施形態を示す（明確化のために図３の他の部分は示していない）。接触部材５７０は、図３の中央部材５８０と同様に効果的に機能する環状部材６３０にも接続されている。環状部材６３０は、例えば、接触部材５９０によって冷却装置６００に接続されている。中間構造部５２０に沿って間隔をおいて接触部材５７０を配置することにより、中間構造部５２０に形成される熱勾配の大きさを減じることができる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、中央部材５８０を支持構造部に取り付けることができる。例えば、支持構造部（例えば、ワイヤ）によって中央部材５８０を外部構造部５００、または別の外部構造部（例えば、冷却装置６００から振動分離されるように振動減衰基盤に位置決めされた外部構造部）に接続することもできる。
【００６２】
先端部１８６によって生成されたイオンビームによりサンプルを露光し、入射イオンとしてサンプルを離れた粒子を検出することによってサンプルを結像した場合、先端部１８６の機械的振動は結像誤差をもたらす。図５Ａは、サンプル表面における材料６５０の線を含むサンプル１８０を示す。線６５０は直線状の平行した側部を有する。しかしながら、（例えば、冷却装置６００および／または他の源から先端部１８６に伝達された振動による）先端部１８６の振動時にサンプル１８０が結像された場合、線６５０は図５Ｂに示すように、波状の不規則な側部を有する線として生じる場合がある。
【００６３】
図６Ａは、時間ｔの関数として先端部１８６の機械的振動６００の振幅Ａを示す。図６Ｂは、先端部１８６によって形成されたイオンビームにより露光されたサンプルの像６６３を示す。４つの画素６６１ａ〜ｄが図６ｂに示されている。図６Ａを参照すると、画素６６１ａがイオンビームに露光された場合、先端部１８６は平行した位置から振動により変位されない。振幅はゼロ（位置６６２ａ）である。したがって、先端部１８６の振動は、画素６６１ａの位置測定に対する誤差には関係しない。画素６６１ｂがビームに露光された場合、先端部１８６は、位置６６２ｂで平衡した位置から振動により変位される。このように、画素６６１ｂは、正しい位置で測定されず、像の位置６６４ａで測定される。画素６６１ｃがイオンビームに露光された場合、先端部１８６は位置６６２ｃで平衡した位置から振動により変位され、したがって画素６６１ｃは、画像において正しい位置に現れず、（例えば、負に変位された）位置６６４ｃに現れる。画素６６１ｄがイオンビームに露光された場合、先端部１８６は平衡した位置から再び正に変位される。図６Ｂの画素６６４ａ〜ｄを接続することにより、線６４０の波形および不規則性がどのようにして生じるかが明らかである。
【００６４】
上述した結像の不規則性は、部分的には、画像の画素データを取得するランダム位相から先端部１８６の振動に対して生じる。このような不規則性を低減するために、サンプルにおけるイオンビームの画素走査パターンを先端部１８６の機械的振動に位相ロックすることができる。例えば、図７に示すように、サンプルの表面にわたってイオンビームを走査するために印可された走査電圧６７０に機械的振幅関数６６０を位相ロックすることができる。位相ロックの作用は、平衡位置から先端部１８６のランダム振動変位で画像の画素６６１ａ〜ｄを露光するのではなく、それぞれの画素６６１ａ〜ｄが平衡からのほぼ同じ振動変位で（例えば、振幅関数６６０の点６７１ａ〜ｄで）先端部１８６によって露光される。位相ロックの結果、所定の画素の走査と先端部１８６の振幅との間の位相変動から生じる動的な結像誤差を大幅に低減および／または除去することができる。
【００６５】
異なる画素（例えば、共通の水平線に沿って異なる画素）が先端部１８６の異なる振動変位で採取されることにより画像がまだ静的誤差を含んでいる場合がある。幾つかの実施形態では、（例えば取得後にそれぞれの画素位置における平行位置からの先端部１８６の振動変位の知識および／または推定から導いた画素に関係したずれを適用することにより）画素を補正することができる。画素走査パターンと先端部の振動変位との間の位相ロックにより、画素位置測定誤差の大部分は、位相に関係したランダムな誤差というよりもむしろ位置に関係した体系的な誤差から生じ、その結果、補正は極めて容易になる。
【００６６】
幾つかの実施形態では、画像における位相に関係した（例えば、動的）誤差と静的誤差の双方を除去するために、それぞれの画素を共通の振動変位で先端部１８６によって露光することができる。例えば、図７を参照して、サンプルの画素におけるそれぞれの画素を、先端部１８６が位置６７１ａに対応した位置にある場合に露光してもよい。すなわち、先端部１８６が平衡位置から一方向に最大限に変位された場合に、それぞれの画素を露光することができる。それぞれの画素（例えば、それぞれの列の第１画素のみではなく）と先端部１８６の振動変位との間の相対位相は同じなので、それぞれの画素は、平衡位置からの先端部１８６の共通の振動変位に対応する。その結果、結像時の先端部１８６の振動による画素における動的および静的誤差の両方を著しく低減することができる。
【００６７】
サンプル表面におけるイオンビームの単純な線形走査を上述したが、一般に任意の走査パターンを使用することができる。例えば、幾つかの実施形態では、碁盤状の走査パターンを使用し、走査パターンを平衡位置から先端部１８６の振動変位に位相ロックしてもよい。さらに洗練された走査パターンを本明細書に記載のように平衡位置からの先端部１８６の振動変位に位相ロックすることもできる。
【００６８】
イオン顕微鏡システムにおける振動による不安定性の他の潜在的な原因は先端部マニピュレータである。先端部マニピュレータは、ドーム形の可動面と、先端部１８６に接続された並進装置とを含み、並進装置の係合面は、可動面に沿って移動できるように形成されている。先端部マニピュレータは、ｘ−ｙ平面における先端部１８６の並進およびイオン光学系１３０の軸線１１３２に対する先端部１８６の傾動の両方を可能にする。図８は、先端部１８６、支持アセンブリ１５２０および先端部マニピュレータの一実施形態を含むイオン顕微鏡システムの一部の断面図である。先端部マニピュレータは、シャフト１６０２、ドーム１５０４、ショルダ１５１０および並進装置１５１４を含む。並進装置１５１４はシャフト１５０２に接続されており、シャフト１５０２は、ショルダ１５１０に設けた開口部１５１６に嵌入するように寸法決めされている。さらにシャフト１５０２はベース１５０８に接続されており、ベース１５０８はアセンブリ１５２０に接続されている。ショルダ１５１０は表面１５１２および１５１３の間の静的摩擦力によってドーム１５０４に対して固定位置に位置している。
【００６９】
先端部マニピュレータは、ｘ−ｙ平面における先端部１８６の並進を提供する。先端部１８６を並進させるために、高圧ガスがインレット１５０３に導入される。インレット１５０３に導入される高圧ガスは、例えば室内空気などのガスであってもよい。概して、ガスは５０ポンド・平方インチ（psi）以上（例えば、７５psi以上、１００psi以上または１２５psi以上など）の圧力で導入してもよい。高圧ガスを導入した結果、ショルダ１５１０から離れるｚ方向に並進装置１５１４に力が加えられる。加えられた力は表面１５１８および１５１９の間の摩擦力を減衰し（しかしながら、ゼロには減衰しない）、ｘ−ｙ平面で横方向の力を加えることによってショルダ１５１０に対して並進装置１５１４の再位置決めを可能にする。先端部１８６は、並進装置１５１４が再位置決めされた場合にｘ−ｙ平面で並進される。先端部１８６が新たな位置に位置すると、高圧ガスの供給が停止され、１つ以上の真空ポンプを用いて先端部マニピュレータの内部を排気することによって表面１５１８および１５１９の間に強い静的摩擦力が再形成される。先端部１８６は、再形成された強い摩擦力の結果、所定位置に堅固に固定される。
【００７０】
先端部マニピュレータは、イオン光学系１３０の軸線１１３２に対して先端部１８６の傾動も提供する。先端部１８６を傾斜させるために、インレット１５０５に高圧ガスが導入される。インレット１５０５に導入される高圧ガスは、例えば、室内空気などのガスであってもよい。インレット１５０３に導入される高圧ガスは、例えば室内空気などのガスであってもよい。概して、ガスは５０ポンド・平方インチ（psi）以上（例えば、７５psi以上、１００psi以上または１２５psi以上など）の圧力で導入してもよい。高圧ガスを導入した結果、力がドームから離れるｚ方向にショルダ１５１０に加えられる。加えられた力は表面１５１２および１５１３の間の摩擦力を減衰する（しかしながら、ゼロには減衰しない）。次いで、矢印１５０６で示した方向にショルダ１５１０を並進させる横方向の力を加えることによって、ドーム１５０４に対してショルダ１５１０を再位置決めすることができる。ショルダ１５１０の並進は、ドーム１５０４の湾曲した表面に沿った相対移動に対応する。この移動の結果、軸線１１３２および１２０７の間の角度（先端部１８６の傾斜角に対応する）が変化する。先端部１８６の傾斜の調節が完了すると、高圧ガスの供給は停止され、先端部マニピュレータの内部を排気することによって表面１５１２および１５１３の間に強い静的摩擦力が再形成される。先端部１８６は、再形成された強い摩擦力の結果、所定位置に堅固に固定される。
【００７１】
係合面１５１２および１５１３がいずれもあまり平滑ではない場合、いずれかの表面の小さい突起が表面１５１２および１５１３の間の接触面に接点を形成する恐れがある。換言すれば、図９に示すように、表面１５１２および１５１３の間の接触面に全体的な環状接触部の代わりに、幾つかの接点１５１２ａおよび１５１２ｂが表面間に生じる。その結果、先端部１８６を所定位置に保持する摩擦力は著しく低減され、外部振動が先端部１８６の不都合な移動をもたらす恐れがある。
【００７２】
小さい突起のような表面不規則性が生じている状態で表面１５１２および１５１３の間の接触面を増大させるために、表面１５１２は、図１０に示すように、連続的な係合面の代わりに、２つ以上の環状突起を含んでいてもよい。環状突起１５１５ａおよび１５１５ｂは表面１５１２に形成されており、表面の間には凹部１５１７が設けられている。それぞれの突起１５１５ａおよび１５１５ｂは、突起の表面に対して垂直方向に測定した厚さｔｐを有する。
【００７３】
一般に、厚さｔｐは１ｍｍ未満（例えば８００ミクロン未満、６００ミクロン未満、５００ミクロン未満、４００ミクロン未満、３００ミクロン未満、２００ミクロン未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２５ミクロン未満または１０ミクロン未満など）である。突起１５１５ａおよび１５１５ｂの比較的小さい厚さにより、先端部マニピュレータの内部が排気された場合、ショルダ１５１０とドーム１５０４との間のクランプ力により、それぞれの突起１５１５ａおよび１５１５ｂを変形させ、表面１５１３との２つの密な接触部を形成する。これらの部分は環状であり、ドーム１５０４の湾曲した表面周囲に延在している。ショルダ１５１０とドーム１５０４との間が環状に接触した結果、先端部１８６を所定位置に保持する摩擦力は、表面１５１２および１５１３の間に比較的小さい接点のみが存在する図９に示した状態よりも大きい。したがって、先端部１８６の安定性は改善し、先端部１８６の振動の幅を低減することができる。
【００７４】
上記実施形態では、表面１５１２は２つの突起１５１５ａおよび１５１５ｂを含み、凹部１５１７が突起の間に設けられている。概して、表面１５１２は突起を幾つ含んでいてもよい（例えば、３個以上、４個以上、５個以上、６個以上、８個以上、１０個以上またはこれよりも多くてもよい）。先端部マニピュレータの内部が排気された場合に突起の変形を可能にするように突起の間に凹部を位置決めしてもよい。
【００７５】
幾つかの実施形態では、例えば、イオンビーム電流を増大するためにガス利用（例えば、ヘリウムなどのビーム形成ガスの利用）を改善することが望ましい場合もある。イオンビームによって得られるサンプル測定時の低い信号対雑音比は、所定の測定用途についてイオンビームの適合性を制限する。例えば、低い信号対雑音比は、測定精度に誤差をもたらし、こうした測定の信頼性を低下させる場合がある。イオンビームを使用してサンプルの画像を獲得する場合、サンプル表面の詳細が取得した画像のノイズによってわかりにくくなる場合もある。測定した画像における信号対雑音比を改善するための１つの方法は、イオンビーム電流を増大させることである。イオンビーム電流は、わずかに大きい曲率半径を有する先端部１８６を用いて増大させることができる。ガスのイオン化は、先端部頂部の近傍で生じる。わずかに大きい曲率半径を有する先端部１８６を用いることにより、ガス粒子のイオン化をもたらすことのできる先端部１８６を包囲する空間部分が大きくなる。結果として、イオンビームにおけるイオン電流を増大させることができる。
【００７６】
一般に、大きい曲率半径を有する先端部を形成するためには、先端部はまず製造プロセスで形成される（適宜な製造プロセスが、例えば米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号公報に記載されている）。製造プロセスは、先端部の先鋭化を防止するために酸素ガスなしに実施することができる。製造プロセスにより、先端部１８６は、一般に３０°〜４５°の完全な円錐角を有している。
【００７７】
先端部１８６の曲率半径は、一般に１００ｎｍ以上（例えば１２０ｎｍ以上、１４０ｎｍ以上、１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以上または２００ｎｍ以上など）である。ガス（例えば、ヘリウムガス）は、チューブを介して内部構造部５１０の冷却通路６１０に導入され、ここであらかじめ冷却されてから、支持部５３０を通ってイオン顕微鏡システムに進入する。ガスのイオン化は先端部１８６の近傍で生じ、イオンビームが生成され、このイオンビームは、抽出器５５０（より一般的には、イオン光学系１４０）によって方向付けられ、主方向に沿って（例えば、図３の軸線６２０に沿って）伝搬し、サンプルに入射する。
【００７８】
他の実施形態
ガス電界電離型イオン源を使用する実施形態を例として説明したが、他の種類のイオン源を使用してもよい。幾つかの実施形態では、液体金属イオン源を使用することもできる。液体金属イオン源の例は、Ｇａイオン源（例えば、Ｇａ集束イオンビームカラム）である。
【００７９】
イオン源を使用する実施形態を例として説明したが、一般に任意の荷電粒子源を使用することができる。幾つかの実施形態では、電子顕微鏡（例えば、走査型電子顕微鏡）などの電子源を使用することもできる。
【００８０】
サンプルが半導体素子である実施形態を例として説明したが、幾つかの実施形態では、他の種類のサンプルを使用することもできる。例は、生体学的サンプル（例えば、組織、核酸、タンパク質、炭水化物、脂質および細胞膜）、薬学的サンプル（例えば、小分子薬剤）、凍結水（例えば、氷）、磁気記憶装置で使用される読取り／書込みヘッドならびに金属および合金サンプルを含む。例示的なサンプルは、例えば、米国特許出願公開第２００７−０１５８５５８号公報に開示されている。
【００８１】
代替的または付加的にサンプルを検査する実施形態を付加的な例として説明したが、サンプルを変更（例えば、修繕）するために（例えば、断面図で露出される素子部分または素子部分の近傍素子の一部を修繕するために）システムおよび方法を使用することもできる。このような変更は、サンプルに材料を付加するためおよび／またはサンプルから材料（例えば、サンプルの所定層）を除去するために用いることができるガスアシスト化学を含んでいてもよい。例として、半導体素子に不正確に加工された回路または損傷された回路を修繕する半導体回路編集のためにガスアシスト化学を用いることもできる。一般に、回路編集は、（例えば、開いた回路を閉じるために）材料を回路に付加するステップおよび／または（例えば閉じた回路を開くために）材料を回路から除去するステップを含む。ガスアシスト化学は、フォトリソグラフィにおけるマスク修繕に用いることもできる。マスク欠陥は、一般に材料が不要なマスク部分におけるマスク材料の余剰および／または材料が設けられているべき場所におけるマスク材料の欠如を含む。このように、ガスアシスト化学は、適宜なガス（例えば、ＣＩ２、Ｏ２、Ｉ２、ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、Ｈ２Ｏ，ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、ＷＦ６）と相互作用する荷電粒子ビーム（例えば、イオンビーム、電子ビームまたはこれら両方）の使用を含む。別の例として、サンプルの変更はスパッタリングを含む。幾つかの例では、素子を加工する場合に、所定のステップ（例えば回路を編集するために回路から所望の材料を除去するステップ、マスクを修繕するステップなど）で材料を取り除くことが望ましい場合もある。このためにイオンビームによりサンプルから材料をスパッタする場合にイオンビームを使用することもできる。特に、ガス原子と本明細書に記載のガス電界電離イオン源との相互作用によって発生するイオンビームは、サンプルをスパッタ処理するために使用することができる。Ｈｅガスイオンを使用してもよいが、より重いイオン（例えば、Ｎｅガスイオン、Ａｒガスイオン、Ｋｒガスイオン、Ｘｅガスイオン）を使用して材料を取り除くことが一般に好ましい。材料を除去する場合に、除去すべき材料が位置するサンプル部分にイオンビームを集束する。このような検査の例は、例えば米国特許出願公開第２００７−０１５８５５８号公報に開示されている。
【００８２】
様々な実施形態で様々な特徴の組合せを使用することができる。他の実施形態が特許請求の範囲に含まれている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境温度で支持構造部に取り付けた外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた荷電粒子放出器と、
前記中間構造部に熱接続された冷却装置と
を備える電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料より低い熱伝導率を有する材料により形成されていることを特徴とする電界放出型荷電粒子源。
【請求項２】
請求項１に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが前記第２壁厚さよりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項６】
請求項５に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、熱伝導性弾性ワイヤの前記第１および前記第２の束の間に直列に配置されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項８】
請求項５または６に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項９】
請求項５から８までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出型荷電粒子源。
【請求項１０】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出型荷電粒子源。
【請求項１１】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１２】
請求項３または４に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出型荷電粒子源。
【請求項１３】
電界放出型荷電粒子源において、
環境温度で支持構造部に取り付けた、熱伝導率を有する外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた電界放出器と、
前記中間構造部に熱接続された冷却装置と
を備える電界放出型荷電粒子源において、
前記中間構造部が、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有していることを特徴とする電界放出型荷電粒子源。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電界放出型荷電粒子源において、
所定時間にわたって前記冷却装置をスイッチオフできる制御部をさらに備える電界放出型荷電粒子源。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、等熱的に、前記中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部が円筒体であり、前記中間構造部がリングの形状を有し、前記冷却装置が、前記中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１７】
請求項１３から１６までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１８】
請求項１３から１７までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが第２壁厚さよりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項１９】
請求項１３から１８までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２０】
請求項１３から１９までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する中空円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する中空円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項２１】
請求項１３から２０までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、前記第１の束および前記第２の束の熱伝導性弾性ワイヤの間に直列に配置されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２４】
請求項２１または２２に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２５】
請求項２１から２４までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出型荷電粒子源。
【請求項２６】
請求項１３から２５までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出型荷電粒子源。
【請求項２７】
請求項１３から２６までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２８】
請求項１３から２７までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出型荷電粒子源。
【請求項２９】
主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、
電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、
前記電界放出源によって生成されたビームを前記主伝搬方向に対して垂直方向に偏向することができる走査システムと、
電界放出システムを操作するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムと
を備えるガス電界電離型ビームシステムにおいて、
第１操作モードでは、冷却装置が電界放出器を冷却するように作動され、第２操作モードでは、冷却装置がスイッチオフされ、操作システムが、ビームを偏向しサンプルをスキャンするように作動されることを特徴とするガス電界電離型ビームシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のガス電界放出型ビームシステムにおいて、
イオン源が、
環境温度で支持構造部に取り付けた、熱伝導率を有する外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた電界放出器と
をさらに備える電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が前記中間構造部に熱接続されており、
前記中間構造部が、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有しているガス電界放出型ビームシステム。
【請求項３１】
請求項３０に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、等熱的に、中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項３２】
請求項３１に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が円筒体であり、前記中間構造部がリングの形状を有し、前記冷却装置が、前記中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項３３】
請求項３０から３２のいずれか一項に記載の電界放出イオン源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成されている電界放出イオン源。
【請求項３４】
請求項３０から３３のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが第２壁厚さよりも小さい電界放出源。
【請求項３５】
請求項３０から３４のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出源。
【請求項３６】
請求項３０から３５のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する中空円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する中空円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出源。
【請求項３７】
請求項３０から３６のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項３８】
請求項３７に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、前記第１および前記第２の束の熱伝導性弾性ワイヤの間に直列に配置されている電界放出源。
【請求項３９】
請求項３７または３８に記載の電界放出源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出源。
【請求項４０】
請求項３７または３８に記載の電界放出源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出源。
【請求項４１】
請求項３８から４０までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出源。
【請求項４２】
請求項３０から４１までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出源。
【請求項４３】
請求項３０から４２までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出源。
【請求項４４】
請求項３０から４３までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出源。
【請求項４５】
主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、
電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、
前記電界放出源によって生成されたビームを前記主伝搬方向に対して垂直方向に偏向することができる走査システムと、
電界放出システムを操作するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムと
を備えるガス電界電離型ビームシステムにおいて、
第１操作モードでは、冷却装置が電界放出器を冷却するように作動され、
第２操作モードでは、冷却装置がスイッチオフされ、操作システムが、ビームを偏向しサンプルをスキャンするように作動されることを特徴とするガス電界電離型ビームシステム。
【請求項４６】
請求項２９に記載のガス電界放出型ビームシステムにおいて、
イオン源が、
環境温度で支持構造部に取り付けた、熱伝導率を有する外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた電界放出器と
をさらに備える電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が前記中間構造部に熱接続されており、
前記中間構造部が、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有しているガス電界放出型ビームシステム。
【請求項４７】
請求項３０に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、等熱的に、中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項４８】
請求項３１に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が円筒体であり、前記中間構造部がリングの形状を有し、前記冷却装置が、前記中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項４９】
請求項３０から３２のいずれか一項に記載の電界放出イオン源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成されている電界放出イオン源。
【請求項５０】
請求項３０から３３のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが第２壁厚さよりも小さい電界放出源。
【請求項５１】
請求項３０から３４のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出源。
【請求項５２】
請求項３０から３５のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する中空円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する中空円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出源。
【請求項５３】
請求項３０から３６のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項５４】
請求項３７に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、熱伝導性弾性ワイヤの前記第１および前記第２の束の間に直列に配置されている電界放出源。
【請求項５５】
請求項３７または３８に記載の電界放出源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出源。
【請求項５６】
請求項３７または３８に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出源。
【請求項５７】
請求項３８から４０までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出源。
【請求項５８】
請求項３０から４１までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出源。
【請求項５９】
請求項３０から４２までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出源。
【請求項６０】
請求項３０から４３までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出源。
【請求項６１】
荷電粒子システムの先端部によって生成された荷電粒子ビームによりサンプルを露光するステップを含む方法において、
サンプルの露光時に、先端部の振動変位関数と、サンプルにおける荷電粒子ビームの露光パターンの対応部分との間に一定の位相を保持することを特徴とする方法。
【請求項６２】
ガス粒子のイオン化を誘起し、イオンビームを生成するように構成され、支持構造部に取り付けられた先端部と、
支持構造部および冷却装置に接続された振動減衰器と
を備え、
該振動減衰器が、前記支持構造部に接続された第１の複数の弾性部材と、前記冷却装置に接続された第２の複数の弾性部材と、前記第１の複数の弾性部材および前記第２の複数の弾性部材の間に配置された中実部材とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項６３】
第１湾曲表面を備える第１部材と、
先端部に接続され、第１湾曲表面に対して相補的な第２湾曲表面を備える第２部材とを備え、第１部材と第２部材との間の相対移動を可能とするように構成されたイオン顕微鏡システムにおいて、
第２湾曲表面が複数の環状突起を備え、前記第１部材と第２部材とが相互に引き寄せられた場合に、少なくとも幾つかの環状突起が前記第１湾曲表面に接触し、前記第１表面と第２表面との間に環状の接触部分を形成することを特徴とするイオン顕微鏡システム。
【請求項１】
環境温度で支持構造部に取り付けた外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた荷電粒子放出器と、
前記中間構造部に熱接続された冷却装置と
を備える電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料より低い熱伝導率を有する材料により形成されていることを特徴とする電界放出型荷電粒子源。
【請求項２】
請求項１に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが前記第２壁厚さよりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項６】
請求項５に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、熱伝導性弾性ワイヤの前記第１および前記第２の束の間に直列に配置されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項８】
請求項５または６に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項９】
請求項５から８までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出型荷電粒子源。
【請求項１０】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出型荷電粒子源。
【請求項１１】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１２】
請求項３または４に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出型荷電粒子源。
【請求項１３】
電界放出型荷電粒子源において、
環境温度で支持構造部に取り付けた、熱伝導率を有する外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた電界放出器と、
前記中間構造部に熱接続された冷却装置と
を備える電界放出型荷電粒子源において、
前記中間構造部が、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有していることを特徴とする電界放出型荷電粒子源。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電界放出型荷電粒子源において、
所定時間にわたって前記冷却装置をスイッチオフできる制御部をさらに備える電界放出型荷電粒子源。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、等熱的に、前記中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部が円筒体であり、前記中間構造部がリングの形状を有し、前記冷却装置が、前記中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１７】
請求項１３から１６までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項１８】
請求項１３から１７までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが第２壁厚さよりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項１９】
請求項１３から１８までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２０】
請求項１３から１９までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する中空円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する中空円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出型荷電粒子源。
【請求項２１】
請求項１３から２０までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、前記第１の束および前記第２の束の熱伝導性弾性ワイヤの間に直列に配置されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２４】
請求項２１または２２に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２５】
請求項２１から２４までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出型荷電粒子源。
【請求項２６】
請求項１３から２５までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出型荷電粒子源。
【請求項２７】
請求項１３から２６までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出型荷電粒子源。
【請求項２８】
請求項１３から２７までのいずれか一項に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出型荷電粒子源。
【請求項２９】
主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、
電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、
前記電界放出源によって生成されたビームを前記主伝搬方向に対して垂直方向に偏向することができる走査システムと、
電界放出システムを操作するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムと
を備えるガス電界電離型ビームシステムにおいて、
第１操作モードでは、冷却装置が電界放出器を冷却するように作動され、第２操作モードでは、冷却装置がスイッチオフされ、操作システムが、ビームを偏向しサンプルをスキャンするように作動されることを特徴とするガス電界電離型ビームシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のガス電界放出型ビームシステムにおいて、
イオン源が、
環境温度で支持構造部に取り付けた、熱伝導率を有する外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた電界放出器と
をさらに備える電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が前記中間構造部に熱接続されており、
前記中間構造部が、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有しているガス電界放出型ビームシステム。
【請求項３１】
請求項３０に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、等熱的に、中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項３２】
請求項３１に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が円筒体であり、前記中間構造部がリングの形状を有し、前記冷却装置が、前記中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項３３】
請求項３０から３２のいずれか一項に記載の電界放出イオン源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成されている電界放出イオン源。
【請求項３４】
請求項３０から３３のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが第２壁厚さよりも小さい電界放出源。
【請求項３５】
請求項３０から３４のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出源。
【請求項３６】
請求項３０から３５のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する中空円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する中空円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出源。
【請求項３７】
請求項３０から３６のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項３８】
請求項３７に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、前記第１および前記第２の束の熱伝導性弾性ワイヤの間に直列に配置されている電界放出源。
【請求項３９】
請求項３７または３８に記載の電界放出源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出源。
【請求項４０】
請求項３７または３８に記載の電界放出源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出源。
【請求項４１】
請求項３８から４０までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出源。
【請求項４２】
請求項３０から４１までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出源。
【請求項４３】
請求項３０から４２までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出源。
【請求項４４】
請求項３０から４３までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出源。
【請求項４５】
主伝搬方向に荷電粒子ビームを生成する電界放出源と、
電界放出器または電界放出器を取り付けた構造部に熱接続された冷却装置と、
前記電界放出源によって生成されたビームを前記主伝搬方向に対して垂直方向に偏向することができる走査システムと、
電界放出システムを操作するための少なくとも第１および第２操作モードを提供する制御システムと
を備えるガス電界電離型ビームシステムにおいて、
第１操作モードでは、冷却装置が電界放出器を冷却するように作動され、
第２操作モードでは、冷却装置がスイッチオフされ、操作システムが、ビームを偏向しサンプルをスキャンするように作動されることを特徴とするガス電界電離型ビームシステム。
【請求項４６】
請求項２９に記載のガス電界放出型ビームシステムにおいて、
イオン源が、
環境温度で支持構造部に取り付けた、熱伝導率を有する外部構造部と、
該外部構造部に取り付けた中間構造部と、
該中間構造部に取り付けた内部構造部と、
該内部構造部に取り付けた電界放出器と
をさらに備える電界放出型荷電粒子源において、
前記冷却装置が前記中間構造部に熱接続されており、
前記中間構造部が、外部構造部の熱伝導率よりも１．５倍大きい熱容量を有しているガス電界放出型ビームシステム。
【請求項４７】
請求項３０に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、等熱的に、中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項４８】
請求項３１に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が円筒体であり、前記中間構造部がリングの形状を有し、前記冷却装置が、前記中間構造部に沿って配置された一連の接続領域に沿って中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項４９】
請求項３０から３２のいずれか一項に記載の電界放出イオン源において、
前記外部構造部が、冷却温度で前記内部構造部の材料よりも低い熱伝導率を有する材料により形成されている電界放出イオン源。
【請求項５０】
請求項３０から３３のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が第１壁厚さを有し、前記内部構造部が第２壁厚さを有し、前記第１壁厚さが第２壁厚さよりも小さい電界放出源。
【請求項５１】
請求項３０から３４のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部が銅により形成されており、前記外部構造部がステンレス鋼により形成されている電界放出源。
【請求項５２】
請求項３０から３５のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記外部構造部が、第１直径を有する中空円筒形状を有し、前記内部構造部が、第２直径を有する中空円筒形状を有し、前記第２直径が前記第１直径よりも小さい電界放出源。
【請求項５３】
請求項３０から３６のいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、熱伝導性弾性ワイヤの第１の束に沿って前記中間構造部に熱接続されている電界放出源。
【請求項５４】
請求項３７に記載の電界放出源において、
前記冷却装置が、弾性ワイヤの第２の束および１本以上の堅固なロッドに沿って前記中間構造部に接続されており、前記１本以上の堅固なロッドが、熱伝導性弾性ワイヤの前記第１および前記第２の束の間に直列に配置されている電界放出源。
【請求項５５】
請求項３７または３８に記載の電界放出源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が銅により形成されている電界放出源。
【請求項５６】
請求項３７または３８に記載の電界放出型荷電粒子源において、
前記弾性ワイヤの前記第１および／または前記第２の束が炭化ピッチ材料により形成されている電界放出源。
【請求項５７】
請求項３８から４０までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記堅固なロッドが銅を含む電界放出源。
【請求項５８】
請求項３０から４１までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
電界放出器から電気絶縁された抽出電極をさらに備え、作動時に高電圧が電界放出器と抽出電極との間に印可される電界放出源。
【請求項５９】
請求項３０から４２までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記電界放出器が、前記外部構造部の材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により内部構造部に取り付けられている電界放出源。
【請求項６０】
請求項３０から４３までのいずれか一項に記載の電界放出源において、
前記内部構造部内の領域にガスを供給するためのガス導管をさらに備え、該ガス導管が、前記外部構造部と前記内部構造部との間の中間領域で終了し、前記内部構造部が、中間領域から、前記内部構造部に包囲された領域にガス流を供給するための孔を備える電界放出源。
【請求項６１】
荷電粒子システムの先端部によって生成された荷電粒子ビームによりサンプルを露光するステップを含む方法において、
サンプルの露光時に、先端部の振動変位関数と、サンプルにおける荷電粒子ビームの露光パターンの対応部分との間に一定の位相を保持することを特徴とする方法。
【請求項６２】
ガス粒子のイオン化を誘起し、イオンビームを生成するように構成され、支持構造部に取り付けられた先端部と、
支持構造部および冷却装置に接続された振動減衰器と
を備え、
該振動減衰器が、前記支持構造部に接続された第１の複数の弾性部材と、前記冷却装置に接続された第２の複数の弾性部材と、前記第１の複数の弾性部材および前記第２の複数の弾性部材の間に配置された中実部材とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項６３】
第１湾曲表面を備える第１部材と、
先端部に接続され、第１湾曲表面に対して相補的な第２湾曲表面を備える第２部材とを備え、第１部材と第２部材との間の相対移動を可能とするように構成されたイオン顕微鏡システムにおいて、
第２湾曲表面が複数の環状突起を備え、前記第１部材と第２部材とが相互に引き寄せられた場合に、少なくとも幾つかの環状突起が前記第１湾曲表面に接触し、前記第１表面と第２表面との間に環状の接触部分を形成することを特徴とするイオン顕微鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１１−５２５０３７（Ｐ２０１１−５２５０３７Ａ）
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１４５５９（Ｐ２０１１−５１４５５９）
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６７７１８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５４６３１
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５１０２３７４３５）カール ツァイス エヌティーエス エルエルシー (14)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６７７１８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５４６３１
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５１０２３７４３５）カール ツァイス エヌティーエス エルエルシー (14)
【Ｆターム（参考）】
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