可変エネルギー荷電粒子システム
荷電粒子システムを開示し、この荷電粒子システムは、第１電圧源、第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源、第１電圧源に電気接続された荷電粒子源、及び第２電圧源に電気接続された抽出装置を含む。この荷電粒子システムに関連する方法も開示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子源及び荷電粒子システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子源及び荷電粒子システムは、試料特性の測定及び試料の改質を含む種々の用途に用いることができる。荷電粒子源は一般に、荷電粒子のビームを発生し、このビームは、他のシステム構成要素によって指向されて試料に入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５０４６３９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、第１の態様では、本発明は荷電粒子システムを特徴付け、この荷電粒子システムは、第１電圧源、第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源、第１電圧源に電気接続された荷電粒子源、及び第２電圧源に電気接続された抽出装置を含む。
【０００５】
他の態様では、本発明は方法を特徴付け、この方法は、第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと、第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、第１及び第２電圧は、複数の荷電粒子が発生し、これら複数の荷電粒子が荷電粒子源から出るように選択する。
【０００６】
さらに他の態様では、本発明は方法を特徴付け、この方法は、第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと、第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、第１及び第２電圧は、荷電粒子源が発生した荷電粒子の１つ以上の特性を制御するように選択する。
【０００７】
好適例は、次の特徴の１つ以上を含むことができる。
【０００８】
上記荷電粒子システムは、第１及び第２電圧源から電気絶縁された第３電圧源、及び第３電圧源に電気接続された試料ステージを含み、第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給して、第１平均エネルギーを有する複数の荷電粒子を荷電粒子源の先端部から出すように構成され、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成され、第３電圧源は、試料ステージ上に配置された試料に第３電圧を供給して、荷電粒子が試料に入射する際に第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するように構成されている。第３電圧は、第２平均エネルギーが第１平均エネルギーより小さいように選択することができる。
【０００９】
第１電圧は、共通電気接地に対して正の値にすることができる。第２電圧は、共通電気接地に対して、第１電圧よりも小さい正の値にすることができる。第２電圧は、共通電気接地に対して負の値にすることができる。第１及び第２電圧は、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向されるように選択することができる。
【００１０】
上記荷電粒子システムは電子プロセッサを含むことができ、この電子プロセッサは、第３電源に接続されて第３電圧を選択するように構成されている。上記荷電粒子システムは検出器を含むことができ、この検出器は、上記電子プロセッサに接続され、荷電粒子が試料に入射する際の荷電粒子の平均エネルギーを測定する。この電子プロセッサは、検出した荷電粒子の平均エネルギーに基づいて、第３電圧を特定することができる。
【００１１】
荷電粒子源は、イオンを含む複数の荷電粒子を生成するように構成することができる。これらのイオンは、希ガスイオン（例えば、ヘリウムイオン及び／またはアルゴンイオン及び／またはネオンイオン及び／またはクリプトンイオン）を含むことができる。荷電粒子源は、ガス電界電離イオン源とすることができる。
【００１２】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源が電子を放出しないように構成することができる。第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが０に減少した場合に、荷電粒子源が電子を放出しないように構成することができる。
【００１３】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源が融解または蒸発しないように構成することができる。第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが０に減少した場合に、荷電粒子源が融解または蒸発しないように構成することができる。
【００１４】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源付近の電界が、荷電粒子源から遠ざかる向きのままであるように構成することができる。
【００１５】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源の電圧が抽出装置の電圧に対して正の値のままであるように構成することができる。
【００１６】
上記荷電粒子システムは電子プロセッサを含むことができ、この電子プロセッサは、第１及び第２電圧源を制御して、第１電圧を、共通電気接地に対して第２電圧よりも大きい正の値にするように構成することができる。この電子プロセッサは、第１電圧を共通電気接地に対して正の電圧値に維持し、第２電圧を共通電気接地に対して負の電圧値に維持するように構成することができる。
【００１７】
上記荷電粒子は、荷電粒子源から出る際に第１平均エネルギーを有することができ、そして上記方法は、第３電圧源からの第３電圧を試料に供給し、これにより、荷電粒子が試料に入射する際に、第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するステップを含むことができる。第２平均エネルギーは、第１平均エネルギーよりも小さくすることができる。第３電圧源は第１及び第２電圧源から電気絶縁することができる。第１電圧は、共通電気接地に対して正の値にすることができ、第２電圧源は、共通電気接地に対して負の値にすることができる。第１及び第２電圧は、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向するように選択することができる。
【００１８】
上記方法は、荷電粒子が試料に入射する際の荷電粒子の平均エネルギーを測定するステップと、この平均エネルギーの測定に基づいて第３電圧を選択するステップとを含むことができる。
【００１９】
第１電圧と第２電圧との差は15kV以上（例えば25kV以上）とすることができる。第１平均エネルギーは25keV以上（例えば50keV以上）とすることができる。第２平均エネルギーは15keV以下（例えば5keV以下）とすることができる。
【００２０】
上記１つ以上の特性は、荷電粒子電流、荷電粒子源からの荷電粒子の放出パターン、及び荷電粒子のエネルギー分布から成るグループから選択した少なくとも１つの要素を含むことができる。
【００２１】
上記方法は、第１電圧が共通電気接地に対して第２電圧よりも大きい正の値であるように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。上記方法は、第１電圧が共通電気接地に対して正の値であり、第２電圧が共通電気接地に対して負の値であるように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。上記方法は、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向するように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。上記方法は、第１及び第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向するように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。第１及び第２電圧の一方の大きさは、第１及び第２電圧源の一方の故障により減少し得る。第１及び第２電圧の一方の大きさは、電気絶縁体の故障により減少し得る。
【００２２】
荷電粒子源及び抽出装置は、ガス電界電離イオン源の一部を形成することができる。
【００２３】
好適例は、次の利点の１つ以上を含むことができる。
【００２４】
一部の好適例では、非結合の電源の使用が、電源が故障した場合に、先端部が電子放出動作レジーム（態勢）に入らないことを保証する。このことは、正の荷電粒子を発生するために使用される先端部にとって特に重要である。先端部からの電子放出を防止することによって、先端部の加熱が発生せず、先端部の融解及び／または蒸発の可能性が低減される。負の荷電粒子を発生するために使用される先端部にとっては、非結合の電源の使用は、電源が故障した場合に、先端部が、過剰な、あるいは非常な大電流の電子放出が発生する動作レジームに入らないことを保証する。上記のような、非常な大電流の電子放出は、先端部の融解及び／または蒸発をもたらし得る。非結合の電源の使用は、本明細書に開示するように、電子源におけるこうした損傷の可能性を低減するために利用することができる。
【００２５】
特定の好適例では、先端部、抽出装置、及び第１レンズに供給される電圧を独立して調整することができる。従って、荷電粒子の最終エネルギーを高い信頼性で制御することができ、オペレータによる１つ以上の異なる用途に応じた荷電粒子エネルギーの選択を可能にする。異なる用途は、異なる荷電粒子エネルギーを有効利用するので、このことは、広範な異なる用途における荷電粒子源及び荷電粒子システムの利用を可能にする。
【００２６】
一部の好適例では、荷電粒子の最終エネルギーを自動的に維持する。本明細書に開示する荷電粒子源及び荷電粒子システムは電子プロセッサを含み、この電子プロセッサは、システムオペレータが所望の平均粒子エネルギーを選択することができるように構成され、この電子プロセッサは、種々のシステム構成要素に供給される電圧を自動調整して、選択した粒子エネルギーを維持することができる。
【００２７】
１つ以上の好適例の詳細は、図面及び以下の説明に記載する。他の特徴及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲より明らかである。
種々の図面中で、同様の参照符号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電源システムを結合した荷電粒子源の概略図である。
【図２】融解した先端部の像を示す図である。
【図３】耐故障電源システムを有する荷電粒子源の概略図である。
【図４】イオン顕微鏡システムの概略図である。
【図５】ガス電界電離イオン源の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
荷電粒子ビームが試料と相互作用する際に、試料の多種多様な相互作用及び反応は、部分的に、荷電粒子の平均エネルギーに依存する。例えば、比較的高エネルギー（例えば、50keV〜100keVのエネルギー）のイオンビームについては、荷電粒子が試料に入射する際に、より多数の二次電子が放出される。さらに、比較的高いエネルギーでは、荷電粒子ビームは一般に、試料の表面上のより小さいスポット径（例えば、2.5オングストローム以下、2.0オングストローム以下、1.5オングストローム以下、あるいはさらに小さいスポット径）上に集束する。さらには、より高エネルギーのビームは、浮遊磁界により影響されず、そして（特にイオンビームについては）より高いビームエネルギーでは試料表面から粒子がスパッタされる（跳ね飛ばされる）速度が低減されるので、試料に生じさせる表面損傷がより小さい。
【００３０】
比較的低エネルギーの荷電粒子ビームは、一部の用途では、特定の利点も生じさせる。例えば、比較的低い平均ビームエネルギー（例えば、20keV以下、15keV以下、10keV以下、5keV以下、1keV以下）では、（例えば、特にイオンビームについては）試料のスパッタリングの速度が増加し、このことは、試料改質を含む用途にとって有用である。比較的低いエネルギーでは、ビーム露光によって生じる試料における転移原子数が、より高エネルギーのビームに比べて減少して、露光によってバルク試料（連続体）構造中に生じる欠陥がより少数であることを保証する。さらに、より低いビームエネルギーでは、入射する荷電粒子の後方散乱速度が一般に低く、このことは、試料の改質用途及び特定種類の試料測定にとって共に有利であり得る。
【００３１】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）及びガリウム集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）を含む一部の荷電粒子システムは、先端部、サプレッサ（抑制器）、及び抽出装置を含み、これらは一緒に機能して荷電粒子のビームを発生する。こうしたシステムの例を図１に示す。システム２０００は、先端部２０１０、サプレッサ２０２０、及び抽出装置２０３０を含み、抽出装置２０３０は、選択された異なる電圧でバイアスをかけられて、荷電粒子を先端部２０１０から放出させる。図１に示すように、先端部２０１０、サプレッサ２０２０、及び抽出装置２０３０は結合された様式で電圧バイアスをかけられる。例えば、第１の高電圧電源２０４０は先端部２０１０に接続されて、直流電圧バイアスを先端部に供給する。第１の高電圧電源２０４０は、第２の高電圧電源２０５０を通して間接的に、サプレッサ２０２０にも接続されている。第２の高電圧電源２０５０は、第１の電源２０４０によって供給される電圧バイアスを修正し、修正した電圧がサプレッサ２０２０に供給される。さらに、第１の高電圧電源２０４０は、第３の高電圧電源２０６０を通して間接的に、抽出装置２０３０にも結合されている。第３の高電圧電源２０６０は、第１の電源２０４０によって供給される電圧バイアスを修正し、修正した電圧が抽出装置２０３０に供給される。図１に示すように、電源２０４０は外部電気接地２０４５に接続され、これを基準とする。
【００３２】
こうした電源の結合構成により、先端部、サプレッサ、及び抽出装置に供給される電圧バイアスを独立して制御することができる。さらに、第１の電源２０４０の調整は、先端部、サプレッサ、及び抽出装置の各々に供給される電圧の変化を生じさせ、これらの要素の各々は、第１、第２、及び第３の電源のトポロジー（接続形態）により結合された様式でバイアスをかけられる。このことは、先端部、サプレッサ、及び抽出装置の各々の動作電圧を、特定の荷電粒子放出器（例えば先端部）の要求に応じて連携して調整することができる点で、重要な利点を提供する。特に、第１の電源２０４０は、先端部２０１０、サプレッサ２０２０、及び抽出装置２０３０の間の電圧差または電界を変化させずに調整することができる。先端部２０１０の付近及び他の領域内で定電界を維持することは、荷電粒子システムでは一般に望ましい、というのは、このことは、比較的一定の荷電粒子電流を保証することに役立つからである。従って、図１に示す電源の構成は、市販のＳＥＭ及びＦＩＢにおいて共通して実現される。
【００３３】
しかし、図１に示す電源の構成は、ガス電界電離イオン源のような特定種類のイオンビーム源にとって望ましくないことがある。ガス電界電離イオン源では、（荷電粒子が先端部から出る）先端部頂点付近の電界は一般に、（先端部から、先端部が指す向きに遠ざかる方向に）１ナノメートルあたり約４０ボルトである。これとは対照的に、一般的な電子発生用先端部については、先端部頂点付近の電界は、この値の約１０分の１、即ち１ナノメートル当たり約４ボルトであり、先端部内に向かうように指向している。
【００３４】
頂点付近の比較的強い電界の結果として、ガス電界電離イオン源における先端部は、種々のシステム構成要素に供給される電圧の変化に弱い。特に、上記高電圧電源の１つが一時的に地絡するか、あるいは、絶縁体中に電気アーク（電弧）が発生し（これにより絶縁体が一時的に導体になった）場合には、ガス電界電離イオン源における先端部は高電流の電子放出器になり得る。先端部によって放出される大きな電子流は、先端部におけるオーム加熱を生じさせる。大量の熱が発生し得る。この熱は、先端部からの材料の融解及び／または蒸発をもたらし得る。先端部頂点領域が損傷すれば、先端部は荷電粒子発生器として適切に機能しなくなり得る。図２に、先端部からの高電流の電子放出により融解した、ガス電界電離イオン源における先端部の例を示す。図２の先端部の融解及び蒸発は、この先端部が約3000℃の温度に達したことを示し、これは、数マイクロジュールのエネルギーの消散に相当する。
【００３５】
一般に、ガス電界電離イオン源において使用される先端部は非常に尖鋭であり、こうした先端部の末端シェルフは、ごく少数の原子（例えば３原子、５原子、７原子、１０原子）しか含むことができない。この尖鋭さにより、こうした先端部からの電子放出は、比較的低いバイアス電圧（例えば約1kV〜約4kV）で発生する。さらに、先端部の容量性により先端部に蓄積されるエネルギーは、一般に２、３マイクロジュールのオーダーであり、先端部の大部分を蒸発させるのに十分過ぎる。さらに、ガス電界電離イオン源では、多数の絶縁構成要素を含むシステム構成要素の多数が極低温に維持される。こうした低温では、揮発性材料が絶縁体の表面上に凝結して、この絶縁材料に電気アークを生じやすくし得る。これらの高電圧絶縁体は、先端部に与えられる比較的高いガス圧（例えば、ヘリウムガスを含む希ガスのようなガス）の存在下でも動作する。こうしたガスの存在は、絶縁体中に放電をより生じやすくすることもある。
【００３６】
それにもかかわらず、ガス電界電離イオン源のような特定種類のイオン源の動作は、イオンを発生させるのに十分な高電界を先端部頂点に生成するために先端部に供給される比較的高い電圧を含む。こうしたものとして、こうした高電圧を供給しつつ、先端部の損傷のリスクを低減する技術が望まれる、というのは、これらの技術は先端部の動作寿命を増加させ、荷電粒子システムの動作中のより高い安定性を保証するからである。本明細書の開示の残りは、２つの部分に分けられる。第１の部分は、荷電粒子システムの可変エネルギー及び耐故障（フォールト・トレラント）動作を共に提供するように設計された方法及びシステムを開示する。即ち、本明細書に開示する方法及びシステムは、先端部の破壊を生じさせることなしに、荷電粒子ビームの平均エネルギーを変化させると共に、電源故障及び／または放電のような事象に耐えることのできる、ガス電界電離イオンシステムのような荷電粒子システムを可能にするように設計されている。本明細書の説明は、ガス電界電離イオン源、特にヘリウムガス電界電離イオン源に焦点を当てている。しかし、一般に、本明細書に開示する方法及びシステムは、他の種類のイオン源及び電子源を含む他の種類の荷電粒子システムでも用いることができる。本明細書の開示の第２の部分は、ガス電界電離イオンシステムの種々の態様を説明する。
【００３７】
可変エネルギーガス電界電離イオンシステム
図３に、ガス電界電離イオンシステム２１００の概略図を示す。このシステムは、先端部２１１０、随意的なサプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０を含む。第１レンズ２１４０は、荷電粒子２２３０の経路に沿って抽出装置２１３０に隣接して配置され、即ち、第１レンズは抽出装置２１３０の後方にある最初のレンズであり、システム２１００内で荷電粒子２２３０の経路に沿った他のあらゆるレンズの前方、かつ随意的なサプレッサ２１２０及び抽出装置２１３０の後方に配置されている。これらの要素の各々は筐体（例えば真空チャンバ）２２５０内に封入され、一連の高電圧貫通接続線２１５０、２１６０、２１７０及び２１８０を通して、一連の電源２１９０、２２００、２２１０及び２２２０に接続されている。システム２１００は、試料２２９５を支持するように構成された試料ステージ２２９０も含む。ステージ２２９０は、高電圧貫通接続線２２８０を通して電源２２７０に接続されている。電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０及び２２７０の各々は共通外部電気接地２１９５に接続され、これを基準とする。電子プロセッサ２２４０が各電源に接続されている。
【００３８】
動作中には、電源２１９０は、正の（例えば、共通外部電気接地２１９５に対して正の値の）バイアス電圧を、貫通接続線２１５０を通して先端部２１１０に供給する。供給されるバイアス電圧は、先端部２１１０から外に向いた電界を生成する。先端部２１１０の尖鋭性により、この電界は、先端部頂点付近で特に強い。希ガス原子（例えばヘリウム原子）が、ガス源２２６０によって筐体２２５０内に導入される。希ガス原子の一部は、先端部頂点付近で先端部に接触して、頂点における強い電界によりイオン化される。先端部は外部接地２１９５に対して正のバイアスをかけられているので、現在正に帯電している希ガス原子は先端部２１１０から強く反発されて、荷電粒子２２３０として先端部から出る。荷電粒子２２３０は、試料２２９５に入射する前に、随意的なサプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及びレンズ２１４０を通過し、そして荷電粒子システム内の他の光学素子（図３には図示せず）を通過する。
【００３９】
電源２２７０は、図３に示すようにステージ２２９０を通して間接的に試料２２９５に電圧を供給するか、あるいは試料２２９５に直接（例えば、試料２２９５と電源２２７０との間の直接接続を介して）、電圧を供給するように構成することができる。試料２２９５に供給される電圧は、外部接地２１９５に対して正の値にも負の値にもすることができる。電源２１９０によって先端部２１１０に供給される電圧と、電源２２７０によって試料２２９５に供給される電圧との差が一般に、荷電粒子２２３０の平均エネルギーを決定する。これらの電圧の差が大きいほど、荷電粒子が試料２２９５に当たる際の荷電粒子のエネルギーも大きい。
【００４０】
電源２２００は、抽出装置２１３０に電圧を供給するように構成することができる。抽出装置２１３０に供給される電圧は、先端部２１１０の領域内の電界を修正する電界を生成する。荷電粒子２２３０の特性（例えば、荷電粒子電流、先端部２１１０からの荷電粒子の放出パターン、荷電粒子のエネルギー分布、及び先端部２１１０からの荷電粒子の放出の安定性を含む）の多くが、先端部２１１０の付近の電界に依存するので、これらの特性は、電源２２００によって抽出装置２１３０に供給される電圧バイアスの調整により電界を修正することによって制御することができる。サプレッサ２１２０は、存在すれば、先端部付近の電界に小さい修正を導入することによって、荷電粒子の種々の特性、及び先端部２１１０の放出特性のより微細な制御を行うことができる。先端部２１１０、サプレッサ２１２０、及び抽出装置２１３０の各々に供給されるバイアス電圧の組合せの結果として、荷電粒子２２３０は、試料２２９５に指向させることのできる良好に制御されたビームとして先端部２１１０から出る。
【００４１】
荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーを制御するために、電源２１９０によって先端部２１１０に供給されるバイアス電圧を調整することができる。さらに、電源２１７０によって試料２２９５に供給される電圧を調整することができる。一般に、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーは、先端部２１１０に供給される電圧と試料２２９５に供給される電圧との差に依存する（これらの電圧は共に、共通電気接地を基準とする）。電源２１９０及び２２７０のいずれかまたは両方を調整することによって、荷電粒子２２３０の平均エネルギーを、広範囲の平均粒子エネルギーにわたって、連続して調整し制御することができる。
【００４２】
荷電粒子２２３０の伝搬特性を、これらの粒子の収束及び発散を含めて制御するために、電源２２１０によって貫通接続線２１８０を通してレンズ２１４０に供給されるバイアス電圧を調整することができる。一般に、レンズ２１４０は、多種多様に異なる幾何学的形状を有することができる。例えば、一部の実施例では、レンズ２１４０はアインツェルレンズとして実現することができ、１つ以上の電圧をレンズ２１４０に供給して、荷電粒子２２３０がレンズ２１４０を通過する際に、荷電粒子２２３０をコリメート（視準）、拡散、加速、及び／または減速させることができる。
【００４３】
一般に、例えば、正のバイアス電圧をレンズ２１４０に供給する。供給する電圧バイアスの大きさに応じて、この電圧バイアスは荷電粒子を減速または加速させる。荷電粒子２２３０がレンズ２１４０を通過した後に、荷電粒子２２３０が試料２２９５に接近するまでは、平均エネルギーは比較的一定のままである。荷電粒子が試料２２９５に接近する際に、荷電粒子は、電源２２７０によって試料２２９５に供給される電圧バイアスの大きさ及び符号（例えば、共通接地２１９５に対して正であるか負であるか）に応じて、加速または減速することができる。
【００４４】
図３に示すように、電源２１９０、２２００、２２１０、及び２２７０の各々は、他の電源から電気絶縁されている。本明細書で用いるように、２つの電源は共通の電気接地を基準とするので、これら２つの電源の一方の電圧出力が他方の電源の電圧出力から独立している際に、これら２つの電源は絶縁されている。上述したように、先端部２１１０に供給されるバイアス電圧が、サプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０に供給される電圧よりも小さい正の値（例えば、一部の先端部については約1kV以下の正の値）である場合に（すべて共通接地に対する電圧）、先端部２１１０は高電流の電子放出器になり、このことは先端部の破壊をもたらし得る。先端部２１１０が、サプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、または第１レンズ２１４０よりも小さい正のバイアス電圧を有する場合は、先端部２１１０付近の電界は誤った方向を向き、即ち、この電界は先端部２１１０外に放射状ではなく、先端部２１１０内に向かう。こうした電界方向の反転の影響は、正に帯電したイオンを先端部２１１０に向けて伝搬するように働き、負に帯電したイオンが先端部２１１０から遠ざかるように伝搬することを助長する。従って、先端部２１１０は電子放出器となる。先端部付近の電界の大きさが十分大きい場合は、先端部２１１０は高電流の電子放出器となり得る。（例えば、図２に示すようなオーム加熱による）先端部２１１０の損傷が生じ得る。
【００４５】
図３に示す非結合の電源トポロジを用いて、先端部２１１０付近の電界の反転を防止することができる。例えば、電源２１９０によって供給される電圧を、接地２１９５に対して正の値のみに限定することができ、即ち、電源２１９０を、例えば0V〜50kVの正の電圧バイアスを供給するように構成することができる。さらに、電源２２００、２２１０、及び２２２０は、接地２１９５に対して負の電圧バイアスのみを供給するように構成することができる。こうした構成では、電源２１９０が故障した場合に、即ち、電源２１９０が地絡した場合に、先端部２１１０に供給される電圧バイアスは０になるが、それぞれ電源２２２０、２２００、及び２２１０によって、サプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０に供給される負の電圧バイアスに対しては正の値のままである。その結果、先端部２１１０付近の電界は向きを反転せず、先端部２１１０は、高電流の電子放出器になるような動作レジームには入らない。
【００４６】
同様に、貫通接続線２１５０に放電事象が生じて一時的に導体になった場合には、先端部２１１０に供給されるバイアス電圧は０に降下し得るが、それぞれ電源２２２０、２２００、及び２２１０によってサプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０に供給される負の電圧バイアスに対しては正の値のままである。従って、先端部２１１０付近の電界は反転せず、先端部２１１０は高電流の電子放出レジームでは動作しない。従って、図３に示す電源の構成は、先端部、サプレッサ、及び抽出装置に供給される電圧バイアスを（例えば、図１に示す構成のように）連携して変化させることはできないが、図３に示す構成は、先端部２１１０の損傷の可能性を低減する。即ち、システム２１００は、電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０のいずれかの故障への耐性がある。さらに、システム２１００は、システム内の貫通接続線２１５０、２１６０、２１７０、２１８０、及び２２８０のような絶縁体における放電事象への耐性がある。
【００４７】
これとは対照的に、図１に関連して説明したように、先端部２１１０及び抽出装置２１３０が結合された様式でバイアスをかけられるものとすれば、システム２１００は耐故障でなくなる。例えば、電源２１９０が先端部２１１０には直接接続され、抽出装置２１３０には電源２２００を通して間接的に接続されているものとする。システム２１００の動作中には、先端部２１１０と抽出装置２１３０との間に比較的大きな電圧差が維持される。こうした電圧差を、結合された電源で加えるためには、電源２１９０によって供給される電圧は、比較的大きな正の電圧（例えば、共通接地２１９５に対して+50kV）になる。電源２２００によって供給される電圧は負の電圧（例えば、共通接地２１９５に対して-30kV）であり、このため、抽出装置２１３０に供給される、（電源２１９０と２２００との組合せにより）修正された電圧バイアスは、共通接地２１９５に対して+20kVである。この構成では、先端部２１１０と抽出装置２１３０との間の電圧差が、先端部２１１０付近の電界を生成し、この電界は先端部２１１０から放射状に外に向き、このため、先端部２１１０に発生する正に帯電した粒子は、反発されて先端部から遠ざかるように伝搬する。
【００４８】
しかし、このように結合された配置では、貫通接続線２１５０が故障した場合は、電源２１９０はもはや電圧を先端部２１１０に供給しなくなり、従って、先端部２１１０の電圧バイアスは、接地２１９５に対して０に降下する。しかし、無損傷の貫通接続線２１７０により、電源２１９０と２２００との組合せによって抽出装置２１３０に供給される電圧バイアスは、共通接地２１９５に対して+20kVのままである。抽出装置２１３０に、先端部２１１０よりも高い正のバイアス電圧があることにより、先端部２１１０における電界の向きが反転し、これにより、先端部２１１０が高電流の電子放出器になり、先端部２１１０の損傷（例えば、融解、蒸発）をもたらし得る。従って、結合された電源の構成は、図３における、非結合で絶縁された電源構成が提供するような耐故障性は提供しない。
【００４９】
電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０は、電子プロセッサ２２４０に結合されている。特定実施例では、電子プロセッサ２２４０は、電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０の１つ以上を自動調整して、先端部２１１０、抽出装置２１３０、第１レンズ２１４０、サプレッサ２１２０、及び試料２２９５に供給される電圧を制御するように構成することができる。一部の実施例では、例えば、システム２１００は、荷電粒子２２３０の１つ以上の特性を測定すべく配置された検出器２２６５を含むことができる。検出器２２６５は測定した情報をプロセッサ２２４０に伝達し、プロセッサ２２４０は電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０のうち１つ以上を調整して、先端部２１１０、抽出装置２１３０、第１レンズ２１４０、サプレッサ２１２０、及び試料２２９５に供給される電圧を制御する。
【００５０】
一部の実施例では、例えば、検出器２２６５は、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーについての情報を測定するように構成することができる。荷電粒子２２３０の経路内の、粒子が試料２２９５に当たる直前に検出器２２６５を挿入することのできる可動部材上に、検出器２２６５を実装して、粒子の平均エネルギーを測定することができる。検出器２２６５は、例えば、荷電粒子が当該リン光スクリーンに当たる際に光子を発生するように構成されたリン光スクリーン、及び検出素子（例えばフォトダイオード、ＣＣＤデバイス、または光子を検出するように構成された他のデバイス）を含んで、発生した光子を検出することができる。リン光スクリーンによって生成される光子の数が入射する荷電粒子のエネルギーに依存するならば、光子検出器を用いて、荷電粒子２２３０の平均エネルギーに対応する信号を測定することができる。
【００５１】
その代わりに、あるいはこれに加えて、特定実施例では、検出器２２６５をステージ２２９０及び試料２２９５の付近に配置することができ、検出器２２６５は、１つ以上の特性を測定して、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーを推定することができる。例えば、検出器２２６５は、試料２２９５からの二次電子収量を測定し、二次電子収量から荷電粒子２２３０の平均エネルギーを推定するように構成することができる。
【００５２】
プロセッサ２２４０は、こうした情報を検出器２２６５から受信した後に、システム２１００の種々の要素に供給される電圧を調整することができる。従って、例えば、荷電粒子エネルギーの特定値を選択するために、プロセッサ２２４０は、先端部２１１０及び／または試料２２９５に供給される電圧を調整することができる。プロセッサ２２４０は、サプレッサ２１２０及び／または抽出装置２１３０に供給される電圧を調整して、先端部２１１０付近の電界形状を制御することもでき、これにより、荷電粒子の平均エネルギーをさらに調整することができる。さらに、プロセッサ２２４０は、第１レンズ２１４０（及び／またはサプレッサ２１２０及び／または抽出装置２２３０）に供給される電圧を調整して、荷電粒子２２３０の収束及び発散特性を制御することができ、及び／または、先端部２１１０の種々の放出特性（例えば、荷電粒子電流、先端部２１１０からの荷電粒子の放出パターン、荷電粒子のエネルギー分布、及び先端部２１１０からの荷電粒子の放出の安定性を含む）を制御することができる。
【００５３】
例として、一部の実施例では、システムオペレータが、荷電粒子の平均エネルギーの特定値を特定用途向けに選択することができ、プロセッサ２２４０は、システム２１００における荷電粒子の監視及び供給されるバイアス電圧の調整によって、選択した荷電粒子の平均エネルギーを維持することができる。その代わりに、あるいはこれに加えて、一部の実施例では、電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０によって先端部２１１０、抽出装置２１３０、レンズ２１４０、及び（例えばステージ２２９０を介して）試料２２９５に供給される電圧の一部または全部を、システムオペレータが手動で制御することができる。
【００５４】
一般に、初期の荷電粒子エネルギー（例えば、荷電粒子２２３０が抽出装置２１３０を通過した後の荷電粒子２２３０のエネルギー）は、先端部２１１０に供給される電圧と抽出装置２１３０に供給される電圧との差を制御することによって選択することができる。一部の実施例では、先端部２１１０に供給される電圧と抽出装置２１３０に供給される電圧との差は5kV以上（例えば、10kV以上、15kV以上、20kV以上、25kV以上）及び／または100kV以下（例えば、80kV以下、60kV以下、50kV以下、40kV以下、30kV以下）である。一部の実施例では、初期の荷電粒子エネルギーは、5keV以上（例えば、10keV以上、15keV以上、20keV以上、25keV以上）及び／または100keV以下（例えば、80keV以下、60keV以下、50keV以下、40keV以下、30keV以下）とすることができる。
【００５５】
荷電粒子の全平均エネルギー（例えば、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギー）は、先端部２２１０及び／または試料２２９５に供給される電圧を制御することによって選択することができる。（例えば、電源２１９０及び／または２２７０によって）先端部２２１０及び／または試料２２９５に供給される電圧は連続的に調整可能であり、広範囲の異なる荷電粒子の全平均エネルギーを選択することができる。一部の実施例では、例えば、荷電粒子の全平均エネルギーが100keV以下（例えば、80keV以下、60keV以下、50keV以下、40keV以下、30keV以下、20keV以下、10keV以下、5keV以下、3keV以下、2keV以下）である。
【００５６】
一般に、先端部２１１０に供給される電圧は、共通外部電気接地に対して正の値である。例えば、一部の実施例では、この供給電圧が10kV以上（例えば、15kV以上、20kV以上、30kV以上、40kV以上、50kV以上、60kV以上、80kV以上、100kV以上）である。抽出装置２１３０に供給される電圧は、共通電気接地に対して負または正の値にすることができる。例えば、特定実施例では、抽出装置２１３０に供給される電圧の大きさが1kV以上（例えば、2kV以上、5kV以上、10kV以上、15kV以上、20kV以上、30kV以上、40kV以上、50kV以上）である。
【００５７】
システム２１００では、多くの異なる種類の荷電粒子ビームを生成することができる。一部の実施例では、例えば、荷電粒子２２３０はイオンを含む。これらのイオンは、例えば希ガスイオンである。適切な希ガスイオンは、ヘリウムイオン、アルゴンイオン、ネオンイオン、及びクリプトンイオンである。特定実施例では、他の種類のイオンビームを生成することもできる。さらに、上述したように、本明細書に開示するシステムはイオンビームに限定されない。電子ビーム源及び電子ビームシステムのような他の種類の荷電粒子システムを、本明細書に開示する耐故障の構成で動作させて、高電流の電子放出による破壊の可能性を低減または解消することができる。
【００５８】
イオンビーム源及びイオンビームシステム
図３は、ガス電界電離イオン顕微鏡システムの非常に概略的な表現を示すのに対し、図４は、ガス電界電離イオン顕微鏡システム１１００の、概略的ではあるが幾分詳細な表現を示し、ガス電界電離イオン顕微鏡システム１１００は、ガス源１１１０、ガス電界電離イオン源１１２０、イオン光学系１１３０、試料マニピュレータ（操作機）１１４０、前側検出器１１５０、後側検出器１１６０、及び、共通線１１７２ａ〜１１７２ｆを介してシステム１１００の種々の構成要素に電気接続された電子制御システム１１７０（例えば、コンピュータのような電子プロセッサ）を含む。試料１１８０は、イオン光学系１１３０と検出器１１５０、１１６０との間にある試料マニピュレータ１１４０中または試料マニピュレータ１１４０上に配置される。
【００５９】
使用中には、イオンビーム１１９２が、イオン光学系１１３０を通して試料１１８０の表面１１８１に指向され、イオンビーム１１９２と試料１１８０との相互作用により生じた粒子１１９４が、検出器１１５０及び／または１１６０によって測定される。一般に、システム１００を真空排気することによって、システム１００内の特定の不所望な化学種の存在を低減することが望ましい。図５に示すように、ガス源１１１０は、１つ以上のガス（例えば、Ｈe、Ｎe、Ａr、Ｋr、Ｘe）１１８２を、ガス電界電離イオン源１１２０に供給するように構成されている。ガス電界電離イオン源１１２０は、ガス源１１１０からの１つ以上のガス１１８２を受け、ガス１１８２からガスイオンを生成するように構成されている。ガス電界電離イオン源１１２０は、先端部頂点１１８７を有する先端部１１８６、抽出装置１１９０、及び随意的にサプレッサ１１８８を含む。
【００６０】
使用中には、先端部１１８６は、抽出装置１１９０に対して正のバイアスをかけられ、抽出装置１１９０は外部接地に対して負または正のバイアスをかけられ、随意的なサプレッサ１１８８は先端部１１８６に対して正または負のバイアスをかけられる。この構成により、ガス源１１１０によって供給されるイオン化されていないガス原子がイオン化されて、先端部頂点１１８７付近で正に帯電したイオンになる。正に帯電したイオンは、正に帯電した先端部１１８６によって一斉に反発され、負に帯電した抽出装置によって誘引され、これにより、正に帯電したイオンは先端部１１８６からイオンビーム１１９２としてイオン光学系１１３０内に指向される。サプレッサ１１８８は、先端部１１８６と抽出装置１１９０との間の電界全体を制御する手助けをし、従って、正に帯電したイオンの先端部１１８６からイオン光学系１１３０への軌跡を制御する手助けをする。一般に、先端部１１８６と抽出装置１１９０との間の電界全体を調整して、正に帯電したイオンが頂点１１８７で生成される速度、及び正に帯電したイオンが先端部１１８６からイオン光学系１１３０に移送される効率を制御することができる。
【００６１】
一般に、光学系１１３０は、イオンビーム１１９２を試料１１８０の表面１１８１上に指向させるように構成されている。第１レンズ２１４０は、図３に示すように、一般にイオン光学系１１３０内の最初の光学素子であり、イオンビーム１１９２がイオン光学系１１３０に入る際に、最初に第１レンズ２１４０を通過するように配置されている。イオン光学系１１３０は、イオンビーム１１９２中のイオンを、例えば集束、コリメート（視準）、屈折、加速、及び／または減速させることができる。イオン光学系１１３０は、イオンビーム１１９２中のイオンの一部のみが、イオン光学系１１３０を通過することを可能にすることもできる。一般に、イオン光学系１１３０は、種々の静電素子及び他のイオン光学素子を含み、これらの素子は所望のように構成することができる。イオン光学系１１３０内の１つ以上の構成要素（例えば、静電偏向板）の電界強度を操作することによって、Ｈeイオンビーム１１９２を、試料１１８０の表面１１８１全体にわたって走査させることができる。例えば、イオン光学系１１３０は、イオンビーム１１９２を２つの直交する方向に偏向させる２つの偏向板を含むことができる。これらの偏向板は可変の電界強度を有することができ、これにより、ビーム１１９２は表面１１８１の領域全体にわたってラスター走査される。
【００６２】
イオンビーム１１９２が試料１１８０に当たると、多くの異なる種類の粒子１１９４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、及び光子（例えば、Ｘ線光子、ＩＲ（Infrared：赤外）光子、可視光子、ＵＶ（Ultraviolet：紫外）光子）を含む。図４に示すように、検出器１１５０は、主に試料１１８０の表面１１８１から出る粒子を検出するように配置され、検出器１１６０は、主に試料１１８０の表面１１８３から出る粒子（例えば、（試料を）透過した粒子）を検出するように配置されている。
【００６３】
一般に、多くの異なる検出器を顕微鏡システム１１００内で用いて、異なる粒子を検出することができ、顕微鏡システム１１００は一般に、所望する任意数の検出器を含むことができる。これら種々の検出器の構成は、測定する粒子及び測定条件に応じて選択することができる。一般に、これらの検出器によって測定した情報を用いて、試料１１８０についての情報を特定することができる。一般に、この情報は、試料１１８０の１つ以上の像を取得することによって特定される。顕微鏡システム１１００の動作は一般に、電子制御システム１１７０によって制御される。例えば、電子制御システムは、ガス源１１１０によって供給されるガス、先端部１１８６の温度、先端部１１８６の電位、抽出装置１１９０の電位、サプレッサ１１８８の電位、イオン光学系１１３０の構成要素の設定、試料マニピュレータ１１４０の位置、及び／または検出器１１５０及び１１６０の配置及び設定を制御するように構成することができる。
【００６４】
随意的に、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１１７０と一体化したユーザインタフェースを介して）手動で制御することができる。これに加えて、あるいはその代わりに、電子制御システム１１７０を（例えば、コンピュータのような電子プロセッサを介して）用いて、検出器１１５０及び１１６０によって収集した情報を分析して、試料１１８０についての情報を提供することができ、この情報は随意的に、画像、グラフ、表、表計算ソフトの表示、等の形態にすることができる。一般に、電子制御システム１１７０は、ユーザインタフェースを含み、このユーザインタフェースは、ディスプレイまたは他の種類の出力装置、入力装置、及び記憶媒体を特徴付ける。
【００６５】
本明細書で説明した荷電粒子源及び荷電粒子システムの他の態様は、例えば、米国特許第７５０４６３９号明細書（特許文献１）に開示され、その内容全体を参考文献として本明細書に含める。
【００６６】
コンピュータ・ハードウェア及びソフトウェア
一般に、上述した方法のいずれも、コンピュータ・ハードウェアまたはソフトウェア、あるいは両者の組合せで実現することができる。これらの方法は、本明細書で説明した方法及び図に従って、標準的なプログラミング技法を用いたコンピュータプログラムで実現することができる。プログラムコードを入力データに適用して、本明細書で説明した機能を実行して、出力情報を生成する。この出力情報を、表示モニタのような１つ以上の出力装置に供給する。各プログラムは、コンピュータと通信するための、手続き型（プロシージャ）またはオブジェクト指向の高級プログラミング言語で実現することができる。しかし、これらのプログラムは、所望すれば、アセンブリ言語または機械語で実現することができる。いずれの場合にも、この言語はコンパイル言語またはインタプリタ言語とすることができる。さらに、このプログラムは、上記目的用にプログラムされた専用集積回路上で実行することができる。
【００６７】
こうしたプログラムの各々は、汎用または特殊目的のプログラム可能なコンピュータによって可読の記憶媒体または装置（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory：読出し専用メモリ）または磁気ディスケット（登録商標））に記憶することが好ましい。これは、これらの記憶媒体または装置をコンピュータによって読み出した際に、本明細書で説明した手順を実行するようにコンピュータを設定して動作させるためである。このコンピュータプログラムは、プログラムの実行中に、キャッシュメモリまたはメイン（主）メモリに常駐させることもできる。これらの方法は、コンピュータプログラムを設定したコンピュータ可読の記憶媒体として実現することもでき、このように設定した記憶媒体は、コンピュータを指定した所定の方法で動作させて、本明細書で説明した機能を実行させる。
【００６８】
他の実施例
他の実施例は特許請求の範囲にある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子源及び荷電粒子システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子源及び荷電粒子システムは、試料特性の測定及び試料の改質を含む種々の用途に用いることができる。荷電粒子源は一般に、荷電粒子のビームを発生し、このビームは、他のシステム構成要素によって指向されて試料に入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５０４６３９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、第１の態様では、本発明は荷電粒子システムを特徴付け、この荷電粒子システムは、第１電圧源、第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源、第１電圧源に電気接続された荷電粒子源、及び第２電圧源に電気接続された抽出装置を含む。
【０００５】
他の態様では、本発明は方法を特徴付け、この方法は、第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと、第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、第１及び第２電圧は、複数の荷電粒子が発生し、これら複数の荷電粒子が荷電粒子源から出るように選択する。
【０００６】
さらに他の態様では、本発明は方法を特徴付け、この方法は、第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと、第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、第１及び第２電圧は、荷電粒子源が発生した荷電粒子の１つ以上の特性を制御するように選択する。
【０００７】
好適例は、次の特徴の１つ以上を含むことができる。
【０００８】
上記荷電粒子システムは、第１及び第２電圧源から電気絶縁された第３電圧源、及び第３電圧源に電気接続された試料ステージを含み、第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給して、第１平均エネルギーを有する複数の荷電粒子を荷電粒子源の先端部から出すように構成され、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成され、第３電圧源は、試料ステージ上に配置された試料に第３電圧を供給して、荷電粒子が試料に入射する際に第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するように構成されている。第３電圧は、第２平均エネルギーが第１平均エネルギーより小さいように選択することができる。
【０００９】
第１電圧は、共通電気接地に対して正の値にすることができる。第２電圧は、共通電気接地に対して、第１電圧よりも小さい正の値にすることができる。第２電圧は、共通電気接地に対して負の値にすることができる。第１及び第２電圧は、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向されるように選択することができる。
【００１０】
上記荷電粒子システムは電子プロセッサを含むことができ、この電子プロセッサは、第３電源に接続されて第３電圧を選択するように構成されている。上記荷電粒子システムは検出器を含むことができ、この検出器は、上記電子プロセッサに接続され、荷電粒子が試料に入射する際の荷電粒子の平均エネルギーを測定する。この電子プロセッサは、検出した荷電粒子の平均エネルギーに基づいて、第３電圧を特定することができる。
【００１１】
荷電粒子源は、イオンを含む複数の荷電粒子を生成するように構成することができる。これらのイオンは、希ガスイオン（例えば、ヘリウムイオン及び／またはアルゴンイオン及び／またはネオンイオン及び／またはクリプトンイオン）を含むことができる。荷電粒子源は、ガス電界電離イオン源とすることができる。
【００１２】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源が電子を放出しないように構成することができる。第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが０に減少した場合に、荷電粒子源が電子を放出しないように構成することができる。
【００１３】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源が融解または蒸発しないように構成することができる。第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが０に減少した場合に、荷電粒子源が融解または蒸発しないように構成することができる。
【００１４】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源付近の電界が、荷電粒子源から遠ざかる向きのままであるように構成することができる。
【００１５】
第１電圧源は、第１電圧を荷電粒子源に供給するように構成することができ、第２電圧源は、第２電圧を抽出装置に供給するように構成することができ、そして第１及び第２電圧源は、動作中に、第１または第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源の電圧が抽出装置の電圧に対して正の値のままであるように構成することができる。
【００１６】
上記荷電粒子システムは電子プロセッサを含むことができ、この電子プロセッサは、第１及び第２電圧源を制御して、第１電圧を、共通電気接地に対して第２電圧よりも大きい正の値にするように構成することができる。この電子プロセッサは、第１電圧を共通電気接地に対して正の電圧値に維持し、第２電圧を共通電気接地に対して負の電圧値に維持するように構成することができる。
【００１７】
上記荷電粒子は、荷電粒子源から出る際に第１平均エネルギーを有することができ、そして上記方法は、第３電圧源からの第３電圧を試料に供給し、これにより、荷電粒子が試料に入射する際に、第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するステップを含むことができる。第２平均エネルギーは、第１平均エネルギーよりも小さくすることができる。第３電圧源は第１及び第２電圧源から電気絶縁することができる。第１電圧は、共通電気接地に対して正の値にすることができ、第２電圧源は、共通電気接地に対して負の値にすることができる。第１及び第２電圧は、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向するように選択することができる。
【００１８】
上記方法は、荷電粒子が試料に入射する際の荷電粒子の平均エネルギーを測定するステップと、この平均エネルギーの測定に基づいて第３電圧を選択するステップとを含むことができる。
【００１９】
第１電圧と第２電圧との差は15kV以上（例えば25kV以上）とすることができる。第１平均エネルギーは25keV以上（例えば50keV以上）とすることができる。第２平均エネルギーは15keV以下（例えば5keV以下）とすることができる。
【００２０】
上記１つ以上の特性は、荷電粒子電流、荷電粒子源からの荷電粒子の放出パターン、及び荷電粒子のエネルギー分布から成るグループから選択した少なくとも１つの要素を含むことができる。
【００２１】
上記方法は、第１電圧が共通電気接地に対して第２電圧よりも大きい正の値であるように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。上記方法は、第１電圧が共通電気接地に対して正の値であり、第２電圧が共通電気接地に対して負の値であるように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。上記方法は、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向するように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。上記方法は、第１及び第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、荷電粒子源付近の電界が荷電粒子源外に放射状に指向するように、第１及び第２電圧を選択するステップを含むことができる。第１及び第２電圧の一方の大きさは、第１及び第２電圧源の一方の故障により減少し得る。第１及び第２電圧の一方の大きさは、電気絶縁体の故障により減少し得る。
【００２２】
荷電粒子源及び抽出装置は、ガス電界電離イオン源の一部を形成することができる。
【００２３】
好適例は、次の利点の１つ以上を含むことができる。
【００２４】
一部の好適例では、非結合の電源の使用が、電源が故障した場合に、先端部が電子放出動作レジーム（態勢）に入らないことを保証する。このことは、正の荷電粒子を発生するために使用される先端部にとって特に重要である。先端部からの電子放出を防止することによって、先端部の加熱が発生せず、先端部の融解及び／または蒸発の可能性が低減される。負の荷電粒子を発生するために使用される先端部にとっては、非結合の電源の使用は、電源が故障した場合に、先端部が、過剰な、あるいは非常な大電流の電子放出が発生する動作レジームに入らないことを保証する。上記のような、非常な大電流の電子放出は、先端部の融解及び／または蒸発をもたらし得る。非結合の電源の使用は、本明細書に開示するように、電子源におけるこうした損傷の可能性を低減するために利用することができる。
【００２５】
特定の好適例では、先端部、抽出装置、及び第１レンズに供給される電圧を独立して調整することができる。従って、荷電粒子の最終エネルギーを高い信頼性で制御することができ、オペレータによる１つ以上の異なる用途に応じた荷電粒子エネルギーの選択を可能にする。異なる用途は、異なる荷電粒子エネルギーを有効利用するので、このことは、広範な異なる用途における荷電粒子源及び荷電粒子システムの利用を可能にする。
【００２６】
一部の好適例では、荷電粒子の最終エネルギーを自動的に維持する。本明細書に開示する荷電粒子源及び荷電粒子システムは電子プロセッサを含み、この電子プロセッサは、システムオペレータが所望の平均粒子エネルギーを選択することができるように構成され、この電子プロセッサは、種々のシステム構成要素に供給される電圧を自動調整して、選択した粒子エネルギーを維持することができる。
【００２７】
１つ以上の好適例の詳細は、図面及び以下の説明に記載する。他の特徴及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲より明らかである。
種々の図面中で、同様の参照符号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電源システムを結合した荷電粒子源の概略図である。
【図２】融解した先端部の像を示す図である。
【図３】耐故障電源システムを有する荷電粒子源の概略図である。
【図４】イオン顕微鏡システムの概略図である。
【図５】ガス電界電離イオン源の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
荷電粒子ビームが試料と相互作用する際に、試料の多種多様な相互作用及び反応は、部分的に、荷電粒子の平均エネルギーに依存する。例えば、比較的高エネルギー（例えば、50keV〜100keVのエネルギー）のイオンビームについては、荷電粒子が試料に入射する際に、より多数の二次電子が放出される。さらに、比較的高いエネルギーでは、荷電粒子ビームは一般に、試料の表面上のより小さいスポット径（例えば、2.5オングストローム以下、2.0オングストローム以下、1.5オングストローム以下、あるいはさらに小さいスポット径）上に集束する。さらには、より高エネルギーのビームは、浮遊磁界により影響されず、そして（特にイオンビームについては）より高いビームエネルギーでは試料表面から粒子がスパッタされる（跳ね飛ばされる）速度が低減されるので、試料に生じさせる表面損傷がより小さい。
【００３０】
比較的低エネルギーの荷電粒子ビームは、一部の用途では、特定の利点も生じさせる。例えば、比較的低い平均ビームエネルギー（例えば、20keV以下、15keV以下、10keV以下、5keV以下、1keV以下）では、（例えば、特にイオンビームについては）試料のスパッタリングの速度が増加し、このことは、試料改質を含む用途にとって有用である。比較的低いエネルギーでは、ビーム露光によって生じる試料における転移原子数が、より高エネルギーのビームに比べて減少して、露光によってバルク試料（連続体）構造中に生じる欠陥がより少数であることを保証する。さらに、より低いビームエネルギーでは、入射する荷電粒子の後方散乱速度が一般に低く、このことは、試料の改質用途及び特定種類の試料測定にとって共に有利であり得る。
【００３１】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）及びガリウム集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）を含む一部の荷電粒子システムは、先端部、サプレッサ（抑制器）、及び抽出装置を含み、これらは一緒に機能して荷電粒子のビームを発生する。こうしたシステムの例を図１に示す。システム２０００は、先端部２０１０、サプレッサ２０２０、及び抽出装置２０３０を含み、抽出装置２０３０は、選択された異なる電圧でバイアスをかけられて、荷電粒子を先端部２０１０から放出させる。図１に示すように、先端部２０１０、サプレッサ２０２０、及び抽出装置２０３０は結合された様式で電圧バイアスをかけられる。例えば、第１の高電圧電源２０４０は先端部２０１０に接続されて、直流電圧バイアスを先端部に供給する。第１の高電圧電源２０４０は、第２の高電圧電源２０５０を通して間接的に、サプレッサ２０２０にも接続されている。第２の高電圧電源２０５０は、第１の電源２０４０によって供給される電圧バイアスを修正し、修正した電圧がサプレッサ２０２０に供給される。さらに、第１の高電圧電源２０４０は、第３の高電圧電源２０６０を通して間接的に、抽出装置２０３０にも結合されている。第３の高電圧電源２０６０は、第１の電源２０４０によって供給される電圧バイアスを修正し、修正した電圧が抽出装置２０３０に供給される。図１に示すように、電源２０４０は外部電気接地２０４５に接続され、これを基準とする。
【００３２】
こうした電源の結合構成により、先端部、サプレッサ、及び抽出装置に供給される電圧バイアスを独立して制御することができる。さらに、第１の電源２０４０の調整は、先端部、サプレッサ、及び抽出装置の各々に供給される電圧の変化を生じさせ、これらの要素の各々は、第１、第２、及び第３の電源のトポロジー（接続形態）により結合された様式でバイアスをかけられる。このことは、先端部、サプレッサ、及び抽出装置の各々の動作電圧を、特定の荷電粒子放出器（例えば先端部）の要求に応じて連携して調整することができる点で、重要な利点を提供する。特に、第１の電源２０４０は、先端部２０１０、サプレッサ２０２０、及び抽出装置２０３０の間の電圧差または電界を変化させずに調整することができる。先端部２０１０の付近及び他の領域内で定電界を維持することは、荷電粒子システムでは一般に望ましい、というのは、このことは、比較的一定の荷電粒子電流を保証することに役立つからである。従って、図１に示す電源の構成は、市販のＳＥＭ及びＦＩＢにおいて共通して実現される。
【００３３】
しかし、図１に示す電源の構成は、ガス電界電離イオン源のような特定種類のイオンビーム源にとって望ましくないことがある。ガス電界電離イオン源では、（荷電粒子が先端部から出る）先端部頂点付近の電界は一般に、（先端部から、先端部が指す向きに遠ざかる方向に）１ナノメートルあたり約４０ボルトである。これとは対照的に、一般的な電子発生用先端部については、先端部頂点付近の電界は、この値の約１０分の１、即ち１ナノメートル当たり約４ボルトであり、先端部内に向かうように指向している。
【００３４】
頂点付近の比較的強い電界の結果として、ガス電界電離イオン源における先端部は、種々のシステム構成要素に供給される電圧の変化に弱い。特に、上記高電圧電源の１つが一時的に地絡するか、あるいは、絶縁体中に電気アーク（電弧）が発生し（これにより絶縁体が一時的に導体になった）場合には、ガス電界電離イオン源における先端部は高電流の電子放出器になり得る。先端部によって放出される大きな電子流は、先端部におけるオーム加熱を生じさせる。大量の熱が発生し得る。この熱は、先端部からの材料の融解及び／または蒸発をもたらし得る。先端部頂点領域が損傷すれば、先端部は荷電粒子発生器として適切に機能しなくなり得る。図２に、先端部からの高電流の電子放出により融解した、ガス電界電離イオン源における先端部の例を示す。図２の先端部の融解及び蒸発は、この先端部が約3000℃の温度に達したことを示し、これは、数マイクロジュールのエネルギーの消散に相当する。
【００３５】
一般に、ガス電界電離イオン源において使用される先端部は非常に尖鋭であり、こうした先端部の末端シェルフは、ごく少数の原子（例えば３原子、５原子、７原子、１０原子）しか含むことができない。この尖鋭さにより、こうした先端部からの電子放出は、比較的低いバイアス電圧（例えば約1kV〜約4kV）で発生する。さらに、先端部の容量性により先端部に蓄積されるエネルギーは、一般に２、３マイクロジュールのオーダーであり、先端部の大部分を蒸発させるのに十分過ぎる。さらに、ガス電界電離イオン源では、多数の絶縁構成要素を含むシステム構成要素の多数が極低温に維持される。こうした低温では、揮発性材料が絶縁体の表面上に凝結して、この絶縁材料に電気アークを生じやすくし得る。これらの高電圧絶縁体は、先端部に与えられる比較的高いガス圧（例えば、ヘリウムガスを含む希ガスのようなガス）の存在下でも動作する。こうしたガスの存在は、絶縁体中に放電をより生じやすくすることもある。
【００３６】
それにもかかわらず、ガス電界電離イオン源のような特定種類のイオン源の動作は、イオンを発生させるのに十分な高電界を先端部頂点に生成するために先端部に供給される比較的高い電圧を含む。こうしたものとして、こうした高電圧を供給しつつ、先端部の損傷のリスクを低減する技術が望まれる、というのは、これらの技術は先端部の動作寿命を増加させ、荷電粒子システムの動作中のより高い安定性を保証するからである。本明細書の開示の残りは、２つの部分に分けられる。第１の部分は、荷電粒子システムの可変エネルギー及び耐故障（フォールト・トレラント）動作を共に提供するように設計された方法及びシステムを開示する。即ち、本明細書に開示する方法及びシステムは、先端部の破壊を生じさせることなしに、荷電粒子ビームの平均エネルギーを変化させると共に、電源故障及び／または放電のような事象に耐えることのできる、ガス電界電離イオンシステムのような荷電粒子システムを可能にするように設計されている。本明細書の説明は、ガス電界電離イオン源、特にヘリウムガス電界電離イオン源に焦点を当てている。しかし、一般に、本明細書に開示する方法及びシステムは、他の種類のイオン源及び電子源を含む他の種類の荷電粒子システムでも用いることができる。本明細書の開示の第２の部分は、ガス電界電離イオンシステムの種々の態様を説明する。
【００３７】
可変エネルギーガス電界電離イオンシステム
図３に、ガス電界電離イオンシステム２１００の概略図を示す。このシステムは、先端部２１１０、随意的なサプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０を含む。第１レンズ２１４０は、荷電粒子２２３０の経路に沿って抽出装置２１３０に隣接して配置され、即ち、第１レンズは抽出装置２１３０の後方にある最初のレンズであり、システム２１００内で荷電粒子２２３０の経路に沿った他のあらゆるレンズの前方、かつ随意的なサプレッサ２１２０及び抽出装置２１３０の後方に配置されている。これらの要素の各々は筐体（例えば真空チャンバ）２２５０内に封入され、一連の高電圧貫通接続線２１５０、２１６０、２１７０及び２１８０を通して、一連の電源２１９０、２２００、２２１０及び２２２０に接続されている。システム２１００は、試料２２９５を支持するように構成された試料ステージ２２９０も含む。ステージ２２９０は、高電圧貫通接続線２２８０を通して電源２２７０に接続されている。電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０及び２２７０の各々は共通外部電気接地２１９５に接続され、これを基準とする。電子プロセッサ２２４０が各電源に接続されている。
【００３８】
動作中には、電源２１９０は、正の（例えば、共通外部電気接地２１９５に対して正の値の）バイアス電圧を、貫通接続線２１５０を通して先端部２１１０に供給する。供給されるバイアス電圧は、先端部２１１０から外に向いた電界を生成する。先端部２１１０の尖鋭性により、この電界は、先端部頂点付近で特に強い。希ガス原子（例えばヘリウム原子）が、ガス源２２６０によって筐体２２５０内に導入される。希ガス原子の一部は、先端部頂点付近で先端部に接触して、頂点における強い電界によりイオン化される。先端部は外部接地２１９５に対して正のバイアスをかけられているので、現在正に帯電している希ガス原子は先端部２１１０から強く反発されて、荷電粒子２２３０として先端部から出る。荷電粒子２２３０は、試料２２９５に入射する前に、随意的なサプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及びレンズ２１４０を通過し、そして荷電粒子システム内の他の光学素子（図３には図示せず）を通過する。
【００３９】
電源２２７０は、図３に示すようにステージ２２９０を通して間接的に試料２２９５に電圧を供給するか、あるいは試料２２９５に直接（例えば、試料２２９５と電源２２７０との間の直接接続を介して）、電圧を供給するように構成することができる。試料２２９５に供給される電圧は、外部接地２１９５に対して正の値にも負の値にもすることができる。電源２１９０によって先端部２１１０に供給される電圧と、電源２２７０によって試料２２９５に供給される電圧との差が一般に、荷電粒子２２３０の平均エネルギーを決定する。これらの電圧の差が大きいほど、荷電粒子が試料２２９５に当たる際の荷電粒子のエネルギーも大きい。
【００４０】
電源２２００は、抽出装置２１３０に電圧を供給するように構成することができる。抽出装置２１３０に供給される電圧は、先端部２１１０の領域内の電界を修正する電界を生成する。荷電粒子２２３０の特性（例えば、荷電粒子電流、先端部２１１０からの荷電粒子の放出パターン、荷電粒子のエネルギー分布、及び先端部２１１０からの荷電粒子の放出の安定性を含む）の多くが、先端部２１１０の付近の電界に依存するので、これらの特性は、電源２２００によって抽出装置２１３０に供給される電圧バイアスの調整により電界を修正することによって制御することができる。サプレッサ２１２０は、存在すれば、先端部付近の電界に小さい修正を導入することによって、荷電粒子の種々の特性、及び先端部２１１０の放出特性のより微細な制御を行うことができる。先端部２１１０、サプレッサ２１２０、及び抽出装置２１３０の各々に供給されるバイアス電圧の組合せの結果として、荷電粒子２２３０は、試料２２９５に指向させることのできる良好に制御されたビームとして先端部２１１０から出る。
【００４１】
荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーを制御するために、電源２１９０によって先端部２１１０に供給されるバイアス電圧を調整することができる。さらに、電源２１７０によって試料２２９５に供給される電圧を調整することができる。一般に、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーは、先端部２１１０に供給される電圧と試料２２９５に供給される電圧との差に依存する（これらの電圧は共に、共通電気接地を基準とする）。電源２１９０及び２２７０のいずれかまたは両方を調整することによって、荷電粒子２２３０の平均エネルギーを、広範囲の平均粒子エネルギーにわたって、連続して調整し制御することができる。
【００４２】
荷電粒子２２３０の伝搬特性を、これらの粒子の収束及び発散を含めて制御するために、電源２２１０によって貫通接続線２１８０を通してレンズ２１４０に供給されるバイアス電圧を調整することができる。一般に、レンズ２１４０は、多種多様に異なる幾何学的形状を有することができる。例えば、一部の実施例では、レンズ２１４０はアインツェルレンズとして実現することができ、１つ以上の電圧をレンズ２１４０に供給して、荷電粒子２２３０がレンズ２１４０を通過する際に、荷電粒子２２３０をコリメート（視準）、拡散、加速、及び／または減速させることができる。
【００４３】
一般に、例えば、正のバイアス電圧をレンズ２１４０に供給する。供給する電圧バイアスの大きさに応じて、この電圧バイアスは荷電粒子を減速または加速させる。荷電粒子２２３０がレンズ２１４０を通過した後に、荷電粒子２２３０が試料２２９５に接近するまでは、平均エネルギーは比較的一定のままである。荷電粒子が試料２２９５に接近する際に、荷電粒子は、電源２２７０によって試料２２９５に供給される電圧バイアスの大きさ及び符号（例えば、共通接地２１９５に対して正であるか負であるか）に応じて、加速または減速することができる。
【００４４】
図３に示すように、電源２１９０、２２００、２２１０、及び２２７０の各々は、他の電源から電気絶縁されている。本明細書で用いるように、２つの電源は共通の電気接地を基準とするので、これら２つの電源の一方の電圧出力が他方の電源の電圧出力から独立している際に、これら２つの電源は絶縁されている。上述したように、先端部２１１０に供給されるバイアス電圧が、サプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０に供給される電圧よりも小さい正の値（例えば、一部の先端部については約1kV以下の正の値）である場合に（すべて共通接地に対する電圧）、先端部２１１０は高電流の電子放出器になり、このことは先端部の破壊をもたらし得る。先端部２１１０が、サプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、または第１レンズ２１４０よりも小さい正のバイアス電圧を有する場合は、先端部２１１０付近の電界は誤った方向を向き、即ち、この電界は先端部２１１０外に放射状ではなく、先端部２１１０内に向かう。こうした電界方向の反転の影響は、正に帯電したイオンを先端部２１１０に向けて伝搬するように働き、負に帯電したイオンが先端部２１１０から遠ざかるように伝搬することを助長する。従って、先端部２１１０は電子放出器となる。先端部付近の電界の大きさが十分大きい場合は、先端部２１１０は高電流の電子放出器となり得る。（例えば、図２に示すようなオーム加熱による）先端部２１１０の損傷が生じ得る。
【００４５】
図３に示す非結合の電源トポロジを用いて、先端部２１１０付近の電界の反転を防止することができる。例えば、電源２１９０によって供給される電圧を、接地２１９５に対して正の値のみに限定することができ、即ち、電源２１９０を、例えば0V〜50kVの正の電圧バイアスを供給するように構成することができる。さらに、電源２２００、２２１０、及び２２２０は、接地２１９５に対して負の電圧バイアスのみを供給するように構成することができる。こうした構成では、電源２１９０が故障した場合に、即ち、電源２１９０が地絡した場合に、先端部２１１０に供給される電圧バイアスは０になるが、それぞれ電源２２２０、２２００、及び２２１０によって、サプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０に供給される負の電圧バイアスに対しては正の値のままである。その結果、先端部２１１０付近の電界は向きを反転せず、先端部２１１０は、高電流の電子放出器になるような動作レジームには入らない。
【００４６】
同様に、貫通接続線２１５０に放電事象が生じて一時的に導体になった場合には、先端部２１１０に供給されるバイアス電圧は０に降下し得るが、それぞれ電源２２２０、２２００、及び２２１０によってサプレッサ２１２０、抽出装置２１３０、及び第１レンズ２１４０に供給される負の電圧バイアスに対しては正の値のままである。従って、先端部２１１０付近の電界は反転せず、先端部２１１０は高電流の電子放出レジームでは動作しない。従って、図３に示す電源の構成は、先端部、サプレッサ、及び抽出装置に供給される電圧バイアスを（例えば、図１に示す構成のように）連携して変化させることはできないが、図３に示す構成は、先端部２１１０の損傷の可能性を低減する。即ち、システム２１００は、電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０のいずれかの故障への耐性がある。さらに、システム２１００は、システム内の貫通接続線２１５０、２１６０、２１７０、２１８０、及び２２８０のような絶縁体における放電事象への耐性がある。
【００４７】
これとは対照的に、図１に関連して説明したように、先端部２１１０及び抽出装置２１３０が結合された様式でバイアスをかけられるものとすれば、システム２１００は耐故障でなくなる。例えば、電源２１９０が先端部２１１０には直接接続され、抽出装置２１３０には電源２２００を通して間接的に接続されているものとする。システム２１００の動作中には、先端部２１１０と抽出装置２１３０との間に比較的大きな電圧差が維持される。こうした電圧差を、結合された電源で加えるためには、電源２１９０によって供給される電圧は、比較的大きな正の電圧（例えば、共通接地２１９５に対して+50kV）になる。電源２２００によって供給される電圧は負の電圧（例えば、共通接地２１９５に対して-30kV）であり、このため、抽出装置２１３０に供給される、（電源２１９０と２２００との組合せにより）修正された電圧バイアスは、共通接地２１９５に対して+20kVである。この構成では、先端部２１１０と抽出装置２１３０との間の電圧差が、先端部２１１０付近の電界を生成し、この電界は先端部２１１０から放射状に外に向き、このため、先端部２１１０に発生する正に帯電した粒子は、反発されて先端部から遠ざかるように伝搬する。
【００４８】
しかし、このように結合された配置では、貫通接続線２１５０が故障した場合は、電源２１９０はもはや電圧を先端部２１１０に供給しなくなり、従って、先端部２１１０の電圧バイアスは、接地２１９５に対して０に降下する。しかし、無損傷の貫通接続線２１７０により、電源２１９０と２２００との組合せによって抽出装置２１３０に供給される電圧バイアスは、共通接地２１９５に対して+20kVのままである。抽出装置２１３０に、先端部２１１０よりも高い正のバイアス電圧があることにより、先端部２１１０における電界の向きが反転し、これにより、先端部２１１０が高電流の電子放出器になり、先端部２１１０の損傷（例えば、融解、蒸発）をもたらし得る。従って、結合された電源の構成は、図３における、非結合で絶縁された電源構成が提供するような耐故障性は提供しない。
【００４９】
電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０は、電子プロセッサ２２４０に結合されている。特定実施例では、電子プロセッサ２２４０は、電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０の１つ以上を自動調整して、先端部２１１０、抽出装置２１３０、第１レンズ２１４０、サプレッサ２１２０、及び試料２２９５に供給される電圧を制御するように構成することができる。一部の実施例では、例えば、システム２１００は、荷電粒子２２３０の１つ以上の特性を測定すべく配置された検出器２２６５を含むことができる。検出器２２６５は測定した情報をプロセッサ２２４０に伝達し、プロセッサ２２４０は電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０のうち１つ以上を調整して、先端部２１１０、抽出装置２１３０、第１レンズ２１４０、サプレッサ２１２０、及び試料２２９５に供給される電圧を制御する。
【００５０】
一部の実施例では、例えば、検出器２２６５は、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーについての情報を測定するように構成することができる。荷電粒子２２３０の経路内の、粒子が試料２２９５に当たる直前に検出器２２６５を挿入することのできる可動部材上に、検出器２２６５を実装して、粒子の平均エネルギーを測定することができる。検出器２２６５は、例えば、荷電粒子が当該リン光スクリーンに当たる際に光子を発生するように構成されたリン光スクリーン、及び検出素子（例えばフォトダイオード、ＣＣＤデバイス、または光子を検出するように構成された他のデバイス）を含んで、発生した光子を検出することができる。リン光スクリーンによって生成される光子の数が入射する荷電粒子のエネルギーに依存するならば、光子検出器を用いて、荷電粒子２２３０の平均エネルギーに対応する信号を測定することができる。
【００５１】
その代わりに、あるいはこれに加えて、特定実施例では、検出器２２６５をステージ２２９０及び試料２２９５の付近に配置することができ、検出器２２６５は、１つ以上の特性を測定して、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギーを推定することができる。例えば、検出器２２６５は、試料２２９５からの二次電子収量を測定し、二次電子収量から荷電粒子２２３０の平均エネルギーを推定するように構成することができる。
【００５２】
プロセッサ２２４０は、こうした情報を検出器２２６５から受信した後に、システム２１００の種々の要素に供給される電圧を調整することができる。従って、例えば、荷電粒子エネルギーの特定値を選択するために、プロセッサ２２４０は、先端部２１１０及び／または試料２２９５に供給される電圧を調整することができる。プロセッサ２２４０は、サプレッサ２１２０及び／または抽出装置２１３０に供給される電圧を調整して、先端部２１１０付近の電界形状を制御することもでき、これにより、荷電粒子の平均エネルギーをさらに調整することができる。さらに、プロセッサ２２４０は、第１レンズ２１４０（及び／またはサプレッサ２１２０及び／または抽出装置２２３０）に供給される電圧を調整して、荷電粒子２２３０の収束及び発散特性を制御することができ、及び／または、先端部２１１０の種々の放出特性（例えば、荷電粒子電流、先端部２１１０からの荷電粒子の放出パターン、荷電粒子のエネルギー分布、及び先端部２１１０からの荷電粒子の放出の安定性を含む）を制御することができる。
【００５３】
例として、一部の実施例では、システムオペレータが、荷電粒子の平均エネルギーの特定値を特定用途向けに選択することができ、プロセッサ２２４０は、システム２１００における荷電粒子の監視及び供給されるバイアス電圧の調整によって、選択した荷電粒子の平均エネルギーを維持することができる。その代わりに、あるいはこれに加えて、一部の実施例では、電源２１９０、２２００、２２１０、２２２０、及び２２７０によって先端部２１１０、抽出装置２１３０、レンズ２１４０、及び（例えばステージ２２９０を介して）試料２２９５に供給される電圧の一部または全部を、システムオペレータが手動で制御することができる。
【００５４】
一般に、初期の荷電粒子エネルギー（例えば、荷電粒子２２３０が抽出装置２１３０を通過した後の荷電粒子２２３０のエネルギー）は、先端部２１１０に供給される電圧と抽出装置２１３０に供給される電圧との差を制御することによって選択することができる。一部の実施例では、先端部２１１０に供給される電圧と抽出装置２１３０に供給される電圧との差は5kV以上（例えば、10kV以上、15kV以上、20kV以上、25kV以上）及び／または100kV以下（例えば、80kV以下、60kV以下、50kV以下、40kV以下、30kV以下）である。一部の実施例では、初期の荷電粒子エネルギーは、5keV以上（例えば、10keV以上、15keV以上、20keV以上、25keV以上）及び／または100keV以下（例えば、80keV以下、60keV以下、50keV以下、40keV以下、30keV以下）とすることができる。
【００５５】
荷電粒子の全平均エネルギー（例えば、荷電粒子２２３０が試料２２９５に当たる際の荷電粒子２２３０の平均エネルギー）は、先端部２２１０及び／または試料２２９５に供給される電圧を制御することによって選択することができる。（例えば、電源２１９０及び／または２２７０によって）先端部２２１０及び／または試料２２９５に供給される電圧は連続的に調整可能であり、広範囲の異なる荷電粒子の全平均エネルギーを選択することができる。一部の実施例では、例えば、荷電粒子の全平均エネルギーが100keV以下（例えば、80keV以下、60keV以下、50keV以下、40keV以下、30keV以下、20keV以下、10keV以下、5keV以下、3keV以下、2keV以下）である。
【００５６】
一般に、先端部２１１０に供給される電圧は、共通外部電気接地に対して正の値である。例えば、一部の実施例では、この供給電圧が10kV以上（例えば、15kV以上、20kV以上、30kV以上、40kV以上、50kV以上、60kV以上、80kV以上、100kV以上）である。抽出装置２１３０に供給される電圧は、共通電気接地に対して負または正の値にすることができる。例えば、特定実施例では、抽出装置２１３０に供給される電圧の大きさが1kV以上（例えば、2kV以上、5kV以上、10kV以上、15kV以上、20kV以上、30kV以上、40kV以上、50kV以上）である。
【００５７】
システム２１００では、多くの異なる種類の荷電粒子ビームを生成することができる。一部の実施例では、例えば、荷電粒子２２３０はイオンを含む。これらのイオンは、例えば希ガスイオンである。適切な希ガスイオンは、ヘリウムイオン、アルゴンイオン、ネオンイオン、及びクリプトンイオンである。特定実施例では、他の種類のイオンビームを生成することもできる。さらに、上述したように、本明細書に開示するシステムはイオンビームに限定されない。電子ビーム源及び電子ビームシステムのような他の種類の荷電粒子システムを、本明細書に開示する耐故障の構成で動作させて、高電流の電子放出による破壊の可能性を低減または解消することができる。
【００５８】
イオンビーム源及びイオンビームシステム
図３は、ガス電界電離イオン顕微鏡システムの非常に概略的な表現を示すのに対し、図４は、ガス電界電離イオン顕微鏡システム１１００の、概略的ではあるが幾分詳細な表現を示し、ガス電界電離イオン顕微鏡システム１１００は、ガス源１１１０、ガス電界電離イオン源１１２０、イオン光学系１１３０、試料マニピュレータ（操作機）１１４０、前側検出器１１５０、後側検出器１１６０、及び、共通線１１７２ａ〜１１７２ｆを介してシステム１１００の種々の構成要素に電気接続された電子制御システム１１７０（例えば、コンピュータのような電子プロセッサ）を含む。試料１１８０は、イオン光学系１１３０と検出器１１５０、１１６０との間にある試料マニピュレータ１１４０中または試料マニピュレータ１１４０上に配置される。
【００５９】
使用中には、イオンビーム１１９２が、イオン光学系１１３０を通して試料１１８０の表面１１８１に指向され、イオンビーム１１９２と試料１１８０との相互作用により生じた粒子１１９４が、検出器１１５０及び／または１１６０によって測定される。一般に、システム１００を真空排気することによって、システム１００内の特定の不所望な化学種の存在を低減することが望ましい。図５に示すように、ガス源１１１０は、１つ以上のガス（例えば、Ｈe、Ｎe、Ａr、Ｋr、Ｘe）１１８２を、ガス電界電離イオン源１１２０に供給するように構成されている。ガス電界電離イオン源１１２０は、ガス源１１１０からの１つ以上のガス１１８２を受け、ガス１１８２からガスイオンを生成するように構成されている。ガス電界電離イオン源１１２０は、先端部頂点１１８７を有する先端部１１８６、抽出装置１１９０、及び随意的にサプレッサ１１８８を含む。
【００６０】
使用中には、先端部１１８６は、抽出装置１１９０に対して正のバイアスをかけられ、抽出装置１１９０は外部接地に対して負または正のバイアスをかけられ、随意的なサプレッサ１１８８は先端部１１８６に対して正または負のバイアスをかけられる。この構成により、ガス源１１１０によって供給されるイオン化されていないガス原子がイオン化されて、先端部頂点１１８７付近で正に帯電したイオンになる。正に帯電したイオンは、正に帯電した先端部１１８６によって一斉に反発され、負に帯電した抽出装置によって誘引され、これにより、正に帯電したイオンは先端部１１８６からイオンビーム１１９２としてイオン光学系１１３０内に指向される。サプレッサ１１８８は、先端部１１８６と抽出装置１１９０との間の電界全体を制御する手助けをし、従って、正に帯電したイオンの先端部１１８６からイオン光学系１１３０への軌跡を制御する手助けをする。一般に、先端部１１８６と抽出装置１１９０との間の電界全体を調整して、正に帯電したイオンが頂点１１８７で生成される速度、及び正に帯電したイオンが先端部１１８６からイオン光学系１１３０に移送される効率を制御することができる。
【００６１】
一般に、光学系１１３０は、イオンビーム１１９２を試料１１８０の表面１１８１上に指向させるように構成されている。第１レンズ２１４０は、図３に示すように、一般にイオン光学系１１３０内の最初の光学素子であり、イオンビーム１１９２がイオン光学系１１３０に入る際に、最初に第１レンズ２１４０を通過するように配置されている。イオン光学系１１３０は、イオンビーム１１９２中のイオンを、例えば集束、コリメート（視準）、屈折、加速、及び／または減速させることができる。イオン光学系１１３０は、イオンビーム１１９２中のイオンの一部のみが、イオン光学系１１３０を通過することを可能にすることもできる。一般に、イオン光学系１１３０は、種々の静電素子及び他のイオン光学素子を含み、これらの素子は所望のように構成することができる。イオン光学系１１３０内の１つ以上の構成要素（例えば、静電偏向板）の電界強度を操作することによって、Ｈeイオンビーム１１９２を、試料１１８０の表面１１８１全体にわたって走査させることができる。例えば、イオン光学系１１３０は、イオンビーム１１９２を２つの直交する方向に偏向させる２つの偏向板を含むことができる。これらの偏向板は可変の電界強度を有することができ、これにより、ビーム１１９２は表面１１８１の領域全体にわたってラスター走査される。
【００６２】
イオンビーム１１９２が試料１１８０に当たると、多くの異なる種類の粒子１１９４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、及び光子（例えば、Ｘ線光子、ＩＲ（Infrared：赤外）光子、可視光子、ＵＶ（Ultraviolet：紫外）光子）を含む。図４に示すように、検出器１１５０は、主に試料１１８０の表面１１８１から出る粒子を検出するように配置され、検出器１１６０は、主に試料１１８０の表面１１８３から出る粒子（例えば、（試料を）透過した粒子）を検出するように配置されている。
【００６３】
一般に、多くの異なる検出器を顕微鏡システム１１００内で用いて、異なる粒子を検出することができ、顕微鏡システム１１００は一般に、所望する任意数の検出器を含むことができる。これら種々の検出器の構成は、測定する粒子及び測定条件に応じて選択することができる。一般に、これらの検出器によって測定した情報を用いて、試料１１８０についての情報を特定することができる。一般に、この情報は、試料１１８０の１つ以上の像を取得することによって特定される。顕微鏡システム１１００の動作は一般に、電子制御システム１１７０によって制御される。例えば、電子制御システムは、ガス源１１１０によって供給されるガス、先端部１１８６の温度、先端部１１８６の電位、抽出装置１１９０の電位、サプレッサ１１８８の電位、イオン光学系１１３０の構成要素の設定、試料マニピュレータ１１４０の位置、及び／または検出器１１５０及び１１６０の配置及び設定を制御するように構成することができる。
【００６４】
随意的に、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１１７０と一体化したユーザインタフェースを介して）手動で制御することができる。これに加えて、あるいはその代わりに、電子制御システム１１７０を（例えば、コンピュータのような電子プロセッサを介して）用いて、検出器１１５０及び１１６０によって収集した情報を分析して、試料１１８０についての情報を提供することができ、この情報は随意的に、画像、グラフ、表、表計算ソフトの表示、等の形態にすることができる。一般に、電子制御システム１１７０は、ユーザインタフェースを含み、このユーザインタフェースは、ディスプレイまたは他の種類の出力装置、入力装置、及び記憶媒体を特徴付ける。
【００６５】
本明細書で説明した荷電粒子源及び荷電粒子システムの他の態様は、例えば、米国特許第７５０４６３９号明細書（特許文献１）に開示され、その内容全体を参考文献として本明細書に含める。
【００６６】
コンピュータ・ハードウェア及びソフトウェア
一般に、上述した方法のいずれも、コンピュータ・ハードウェアまたはソフトウェア、あるいは両者の組合せで実現することができる。これらの方法は、本明細書で説明した方法及び図に従って、標準的なプログラミング技法を用いたコンピュータプログラムで実現することができる。プログラムコードを入力データに適用して、本明細書で説明した機能を実行して、出力情報を生成する。この出力情報を、表示モニタのような１つ以上の出力装置に供給する。各プログラムは、コンピュータと通信するための、手続き型（プロシージャ）またはオブジェクト指向の高級プログラミング言語で実現することができる。しかし、これらのプログラムは、所望すれば、アセンブリ言語または機械語で実現することができる。いずれの場合にも、この言語はコンパイル言語またはインタプリタ言語とすることができる。さらに、このプログラムは、上記目的用にプログラムされた専用集積回路上で実行することができる。
【００６７】
こうしたプログラムの各々は、汎用または特殊目的のプログラム可能なコンピュータによって可読の記憶媒体または装置（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory：読出し専用メモリ）または磁気ディスケット（登録商標））に記憶することが好ましい。これは、これらの記憶媒体または装置をコンピュータによって読み出した際に、本明細書で説明した手順を実行するようにコンピュータを設定して動作させるためである。このコンピュータプログラムは、プログラムの実行中に、キャッシュメモリまたはメイン（主）メモリに常駐させることもできる。これらの方法は、コンピュータプログラムを設定したコンピュータ可読の記憶媒体として実現することもでき、このように設定した記憶媒体は、コンピュータを指定した所定の方法で動作させて、本明細書で説明した機能を実行させる。
【００６８】
他の実施例
他の実施例は特許請求の範囲にある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電圧源と；
前記第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源と；
前記第１電圧源に電気接続された荷電粒子源と；
前記第２電圧源に電気接続された抽出装置と
を具えていることを特徴とする荷電粒子システム。
【請求項２】
さらに、
前記第１電圧源及び前記第２電圧源から電気絶縁された第３電圧源と；
前記第３電圧源に電気接続された試料ステージとを具え、
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給して、第１平均エネルギーを有する複数の荷電粒子を前記荷電粒子源の先端部から出すように構成され；
前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され；
前記第３電圧源は、第３電圧を、前記試料ステージ上に配置された試料に供給して、前記荷電粒子が前記試料に入射する際に、前記第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項３】
前記第３電圧は、前記第２平均エネルギーが前記第１平均エネルギーより小さくなるように選択されることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項４】
前記第１電圧は、共通電気接地に対して正の値であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項５】
前記第２電圧は、前記共通電気接地に対して、前記第１電圧よりも小さい正の値であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子システム。
【請求項６】
前記第２電圧は、前記共通電気接地に対して負の値であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子システム。
【請求項７】
前記第１電圧及び前記第２電圧は、前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源外に放射状に指向されるように選択されることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項８】
前記第３電圧源に接続され、前記第３電圧を選択するように構成された電子プロセッサをさらに具えていることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項９】
前記電子プロセッサに接続され、前記荷電粒子が前記試料に入射する際の前記荷電粒子の平均エネルギーを測定するように構成された検出器をさらに具えていることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子システム。
【請求項１０】
前記電子プロセッサは、前記第３電圧を、前記測定した前記荷電粒子の平均エネルギーに基づいて選択するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子システム。
【請求項１１】
前記荷電粒子源は、イオンを含む複数の荷電粒子を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１２】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源が電子を放出しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１３】
前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが０に減少した場合に、前記荷電粒子源が電子を放出しないように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子システム。
【請求項１４】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源が融解または蒸発しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１５】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源から遠ざかる向きのままであるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１６】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源の電圧が、前記抽出装置の電圧に対して正の値のままであるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１７】
第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと；
前記第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、
前記第１電圧及び前記第２電圧は、複数の荷電粒子が発生し、前記複数の荷電粒子が前記荷電粒子源から出るように選択することを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記荷電粒子は、前記荷電粒子源から出る際に第１平均エネルギーを有し、
前記方法が、第３電圧源からの第３電圧を試料に供給して、前記荷電粒子が前記試料に入射する際に、前記荷電粒子が、前記第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２平均エネルギーが、前記第１平均エネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３電圧源が、前記第１電圧源及び前記第２電圧源から電気絶縁されていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１電圧が共通電気接地に対して正の値であり、前記第２電圧が前記共通電気接地に対して負の値であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１電圧及び前記第２電圧を、前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源外に放射状に指向されるように選択することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記荷電粒子が前記試料に入射する際の、前記荷電粒子の平均エネルギーを測定するステップと；
前記平均エネルギーの測定に基づいて、前記第３電圧を選択するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１電圧と前記第２電圧との差が15kV以上であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２平均エネルギーが15keV以下であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと；
前記第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、
前記第１電圧及び前記第２電圧は、前記荷電粒子源が発生した荷電粒子の１つ以上の特性を制御するように選択することを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記１つ以上の特性が、荷電粒子電流、前記荷電粒子源からの前記荷電粒子の放出パターン、及び前記荷電粒子のエネルギー分布から成るグループから選択した少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１電圧が共通電気接地に対して正の値であり、前記第２電圧が前記共通電気接地に対して負の値であるように、前記第１電圧及び前記第２電圧を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源外に放射状に指向するように、前記第１電圧及び前記第２電圧を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１電圧源及び前記第２電圧源の一方の故障により、あるいは、電気絶縁体の故障により、前記第１電圧及び前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源付近の電界が前記荷電粒子源外に放射状に指向されたままであるように、前記第１電圧及び前記第２電圧を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項１】
第１電圧源と；
前記第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源と；
前記第１電圧源に電気接続された荷電粒子源と；
前記第２電圧源に電気接続された抽出装置と
を具えていることを特徴とする荷電粒子システム。
【請求項２】
さらに、
前記第１電圧源及び前記第２電圧源から電気絶縁された第３電圧源と；
前記第３電圧源に電気接続された試料ステージとを具え、
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給して、第１平均エネルギーを有する複数の荷電粒子を前記荷電粒子源の先端部から出すように構成され；
前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され；
前記第３電圧源は、第３電圧を、前記試料ステージ上に配置された試料に供給して、前記荷電粒子が前記試料に入射する際に、前記第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項３】
前記第３電圧は、前記第２平均エネルギーが前記第１平均エネルギーより小さくなるように選択されることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項４】
前記第１電圧は、共通電気接地に対して正の値であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項５】
前記第２電圧は、前記共通電気接地に対して、前記第１電圧よりも小さい正の値であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子システム。
【請求項６】
前記第２電圧は、前記共通電気接地に対して負の値であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子システム。
【請求項７】
前記第１電圧及び前記第２電圧は、前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源外に放射状に指向されるように選択されることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項８】
前記第３電圧源に接続され、前記第３電圧を選択するように構成された電子プロセッサをさらに具えていることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子システム。
【請求項９】
前記電子プロセッサに接続され、前記荷電粒子が前記試料に入射する際の前記荷電粒子の平均エネルギーを測定するように構成された検出器をさらに具えていることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子システム。
【請求項１０】
前記電子プロセッサは、前記第３電圧を、前記測定した前記荷電粒子の平均エネルギーに基づいて選択するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子システム。
【請求項１１】
前記荷電粒子源は、イオンを含む複数の荷電粒子を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１２】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源が電子を放出しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１３】
前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが０に減少した場合に、前記荷電粒子源が電子を放出しないように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子システム。
【請求項１４】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源が融解または蒸発しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１５】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源から遠ざかる向きのままであるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１６】
前記第１電圧源は、第１電圧を前記荷電粒子源に供給するように構成され、前記第２電圧源は、第２電圧を前記抽出装置に供給するように構成され、前記第１電圧源及び前記第２電圧源は、動作中に、前記第１電圧または前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源の電圧が、前記抽出装置の電圧に対して正の値のままであるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子システム。
【請求項１７】
第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと；
前記第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、
前記第１電圧及び前記第２電圧は、複数の荷電粒子が発生し、前記複数の荷電粒子が前記荷電粒子源から出るように選択することを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記荷電粒子は、前記荷電粒子源から出る際に第１平均エネルギーを有し、
前記方法が、第３電圧源からの第３電圧を試料に供給して、前記荷電粒子が前記試料に入射する際に、前記荷電粒子が、前記第１平均エネルギーとは異なる第２平均エネルギーを有するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２平均エネルギーが、前記第１平均エネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３電圧源が、前記第１電圧源及び前記第２電圧源から電気絶縁されていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１電圧が共通電気接地に対して正の値であり、前記第２電圧が前記共通電気接地に対して負の値であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１電圧及び前記第２電圧を、前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源外に放射状に指向されるように選択することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記荷電粒子が前記試料に入射する際の、前記荷電粒子の平均エネルギーを測定するステップと；
前記平均エネルギーの測定に基づいて、前記第３電圧を選択するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１電圧と前記第２電圧との差が15kV以上であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２平均エネルギーが15keV以下であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
第１電圧源からの第１電圧を荷電粒子源に供給するステップと；
前記第１電圧源から電気絶縁された第２電圧源からの第２電圧を抽出装置に供給するステップとを含み、
前記第１電圧及び前記第２電圧は、前記荷電粒子源が発生した荷電粒子の１つ以上の特性を制御するように選択することを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記１つ以上の特性が、荷電粒子電流、前記荷電粒子源からの前記荷電粒子の放出パターン、及び前記荷電粒子のエネルギー分布から成るグループから選択した少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１電圧が共通電気接地に対して正の値であり、前記第２電圧が前記共通電気接地に対して負の値であるように、前記第１電圧及び前記第２電圧を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記荷電粒子源付近の電界が、前記荷電粒子源外に放射状に指向するように、前記第１電圧及び前記第２電圧を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１電圧源及び前記第２電圧源の一方の故障により、あるいは、電気絶縁体の故障により、前記第１電圧及び前記第２電圧の一方の大きさが減少した場合に、前記荷電粒子源付近の電界が前記荷電粒子源外に放射状に指向されたままであるように、前記第１電圧及び前記第２電圧を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５０６９５９（Ｐ２０１３−５０６９５９Ａ）
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３２１０１（Ｐ２０１２−５３２１０１）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４８８７７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４１１００
【国際公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【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２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４８８７７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４１１００
【国際公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【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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