JP2012089506A - 単純化粒子エミッタ及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子ビーム装置の分解能を高める。
【解決手段】荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するエミッタ組立体が提供される。ガンチャンバ（２０）内に収納されたエミッタ組立体は、エミッタ先端部（１５）を備えたエミッタ（５）を含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢されるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタ（１１２）を更に有し、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢されるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、粒子ビームシステム、例えば電子顕微鏡用の粒子源に関する。特に、本発明の実施形態は、単純化された粒子エミッタ、荷電粒子ビーム装置及び単純化されたエミッタ及び荷電粒子ビーム装置の動作方法に関する。特に、本発明の実施形態は、荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するエミッタ組立体、荷電粒子ビーム装置用のガンチャンバ、荷電粒子ビーム装置及びエミッタ組立体又は荷電粒子ビーム装置をそれぞれ動作させる方法に関する。

例えばマイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクス及びバイオテクノロジーのような技術は、ナノメートルスケール内で試料を構造観察したり探査したりする高い要求を生じさせた。マイクロメートル及びナノメートルスケールプロセス制御、検査又は構造観察は、荷電粒子ビームで行われる場合が多い。探査又は構造観察は、荷電粒子ビーム装置で作られて集束される荷電粒子ビームにより行われる場合が多い。荷電粒子ビーム装置の例は、電子顕微鏡、電子ビームパターン発生器、イオン顕微鏡並びにイオンビームパターン発生器である。

半導体デバイス等の製造中、通常、複数回の観察ステップ及びサンプル修整ステップが実施される。通常のシステムは、試料の観察、画像化、試験及び検査のための電子ビームコラム（筒）及び試料のパターニング又は材料の修整のためのイオンビームコラムを有する。

荷電粒子ビーム装置の分解能を高めようとする要望の高まりに鑑みて、高エネルギー荷電粒子ビーム、例えば１５ｋｅＶ以上の電子ビームを用いる装置が望ましい。それにより、高い電圧での信頼性の高い動作並びに単純且つ堅牢な機械的設計が検討されるべきである。さらに又、例えばマイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクス及びバイオテクノロジーのような用途における荷電粒子ビーム装置のスループットを増大させるためには、高ビーム電流及び狭いピッチでのエミッタの配列が行なわれるべきである。

上述の内容に照らして、独立形式の請求項１に記載された荷電粒子ビーム装置及び独立形式の請求項１２に記載されたエミッタ組立体の動作方法が提供される。

荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するエミッタ組立体が提供される。エミッタ組立体は、ガン（電子銃）チャンバ内に収納され、エミッタ組立体は、エミッタ先端部を備えたエミッタを含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に含み、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。

別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置用のガンチャンバが提供される。ガンチャンバは、エミッタ組立体及び荷電粒子ビームを侵入させる開口部を有すると共に第３の電位に付勢又はバイアスをかけられるよう構成された電極を収容している。エミッタ組立体は、エミッタ先端部を備えたエミッタを含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に含み、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。

別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置であって、荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム装置内に高エネルギー荷電粒子ビームを生じさせるようになっており、コラム内の荷電粒子ビームエネルギーは、荷電粒子のランディングエネルギーと比較して少なくとも１０倍であるような荷電粒子ビーム装置が提供される。荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するエミッタ組立体を有し、エミッタ組立体は、ガンチャンバ内に収納されている。エミッタ組立体は、エミッタ先端部を備えた電界エミッタを含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に含み、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。荷電粒子ビーム装置は、エクストラクタに接続されると共にアースに接続された制御電源を更に有する。

さらに別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。荷電粒子ビーム装置は、１つ又は２つ以上、代表的な少なくとも２つのエミッタ組立体を有する。１つ又は２つ以上のエミッタ組立体の各々は、エミッタ先端部を備えたエミッタを含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に有し、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢又はバイアスをかけられるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。それにより、エミッタの各々は、第１の電位を１つ又は２つ以上のエミッタに印加する１つの電源に接続される。

さらに別の実施形態によれば、エミッタ組立体を動作させる方法が提供される。本方法は、荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するステップと、電界エミッタを第１の電位に付勢又はバイアスをかけるステップと、エクストラクタをエクストラクタに接続されると共にアースに接続された制御電源により第２の電位に付勢又はバイアスをかけるステップとを有し、第１の電位と第２の電位の差電圧は、少なくとも１５ｋＶであり、コラム内のビームエネルギーは、荷電粒子のランディングエネルギーと比較して少なくとも１０倍である。

本明細書において説明する実施形態と組み合わせ可能な別の利点、特徴、観点及び細部は、添付の特許請求の範囲、明細書及び図面から明らかである。

本発明の上述の特徴を細部にわたって理解することができるように上記において概要説明した本発明の具体的な説明が実施形態を参照して行う。添付の図面は、本発明の実施形態に関しており、これらについて次のように簡単に説明する。

通常のエミッタ組立体を備えた荷電粒子ビーム装置の略図である。 通常のエミッタ組立体及びその動作方法を示す図である。 本明細書において説明する実施形態としてのエミッタ組立体及びその動作方法を示す図である。 本明細書において説明する実施形態としてのエミッタ組立体を備えた荷電粒子ビームの略図である。 本明細書において説明する実施形態としてのエミッタ組立体を利用する本明細書において説明する実施形態としての更に別の荷電粒子ビーム装置の略図である。 本明細書において説明する実施形態としての更に別のエミッタ組立体を備えた荷電粒子ビーム装置の略図である。 本明細書において説明する実施形態としての別のエミッタ組立体を利用する本明細書において説明する実施形態としての更に別の荷電粒子ビーム装置の略図である。 本明細書において説明する実施形態としての複数個のエミッタ組立体を備えた本明細書において説明する実施形態としてのマルチビームガンチャンバ領域の略図である。 本明細書において説明する実施形態としてのエミッタ組立体及び荷電粒子ビーム装置の動作方法を示す流れ図である。

次に、本発明の種々の実施形態を詳細に参照し、これら実施形態の１つ又は２つ以上の実施例が図示されている。各実施例は、本発明の説明のために提供されており、本発明を限定するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示され又は説明される特徴を他の実施形態に又はこれと関連して使用することができ、それにより更に別の実施形態が得られる。本発明は、かかる改造例及び変形例を含むものである。

本願の保護範囲を限定するものではなく、以下の説明において、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントは、例示として二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置と称する。本発明は、更に、試料画像を得る目的で粒子、例えば電子若しくはイオン、光子、Ｘ線又は他の信号の形態をした二次及び／又は後方散乱荷電粒子を検出する装置及びコンポーネントに利用できる。

一般に、粒子という場合、これは、粒子が光子である光信号並びに粒子がイオン、原子、電子又は他の粒子である粒子と理解されるべきである。

以下の図面の説明の範囲内において、同一の参照符号は、同一のコンポーネントを示している。一般に、個々の実施形態に関する相違点についてのみ説明する。

本明細書において用いられる「試料」という用語は、半導体ウェーハ、半導体ワーク及び他の加工物、例えばメモリディスク等を含むが、これらには限定されない。

本明細書において説明する実施形態によれば、荷電粒子ビームを光軸に沿って放出する単純化されたエミッタ組立体が提供される。例えば、単純化された電子エミッタ、例えばコールド（冷）電界エミッタ又はサーマル（熱）電界エミッタを提供することができる。これは、荷電粒子ビーム装置内に高エネルギー電子ビームが利用される用途に特に適している。以下の説明によれば、電子ビーム装置を参照する。しかしながら、対応の原理は、他の荷電粒子ビーム装置、例えばイオン顕微鏡にも利用できることは理解されるべきである。

代表的な実施形態によれば、エミッタ組立体、ガン（電子銃）チャンバ及び荷電粒子ビーム装置は、電界エミッタ、例えばコールド電界エミッタ及びサーマルフィードエミッタ、即ち例えば１×１０⁸Ａ／（ｃｍ²ｓｒ）を超える高い輝度を持つエミッタに使用できる。例えば、ありふれたヘアピン陰極は、５×１０⁴〜５×１０⁶Ａ（ｃｍ²ｓｒ）の輝度を有する場合がある。ＬａＢ₆のエミッタ先端部の輝度は代表的には、１×１０⁷Ａ／（ｃｍ²ｓｒ）の数倍であり、電界エミッタの輝度は、１×１０⁸Ａ／（ｃｍ²ｓｒ）以上又はそれどころか１×１０⁹Ａ／（ｃｍ²ｓｒ）以上である場合がある。

図１は、ハウジング２０及び対物レンズ１３を備えた電子ビーム装置１を示している。電子エミッタ５が抽出電極１２と反対側にエミッタ先端部を有し、抽出電極１２は、抽出電圧Ｖｅｘまで正に付勢される（例えば、電子の場合）。抽出電圧をもたらすため、電源６が抽出電極１２に接続されている。エミッタ５と抽出電極の組立体は、加速電圧Ｖａｃｃを提供するための電源に接続され、電源は、代表的なアースに接続されるのが良い。これは、参照符号２で示されている。かくして、加速電圧は、アース電位にある荷電粒子ビーム１の領域を移動している又は接地標的に当たる際の電子のビームエネルギーを定める。幾つかの実施例によれば、エミッタ５により放出されて試料３に当たる電子のランディングエネルギーは、試料３を付勢することによって規定可能である。それにより、電圧供給源８は、代表的には、加速電位又は加速電圧で付勢される荷電粒子ビーム装置の一部分に接続されるのが良い。それにより、電子ビームのランディングエネルギーを電源８により調節し又は決定することができる。本明細書において説明する本発明の実施形態に使用できる更に別のオプションによれば、電圧Ｖｃｏｌを荷電粒子ビーム装置１内の内部ビーム案内コンポーネント９に印加することによって荷電粒子ビーム装置内のビームエネルギーを更に変化させることができ、代表的には増大させることができる。したがって、電源１０をアース及びビーム案内コンポーネント９に接続するのが良い。

代表的な実施例によれば、エミッタは、電源４により印加される加速電位に付勢される。それにより、電源４をアース（参照符号２）に接続するのが良く、高電圧が高電圧フィードスルー２３を通ってチャンバ２０内に提供される。加速電圧及び抽出電圧により、即ち、電源４及び電源６により提供される別の高電圧が高電圧フィードスルー２４を通ってチャンバ内に送られ、その目的は、抽出電極１２とそれぞれの導体を接続することにある。さらに、ビーム案内コンポーネント９を電源１０により提供される電位に接続するために電圧フィードスルー３２が設けられている。

加速電圧及び抽出電圧に起因して、電子ビームがエミッタ５によって放出されて荷電粒子ビーム装置１内で光軸に沿って案内される。次に、荷電粒子ビームを集束レンズ１１及び対物レンズ１３によって試料３上に集束させることができる。代表的には、対物レンズ１３は、上側及び下側磁極片２６並びにコイル２４を有する。試料３に対する電子ビームのエネルギーを電源８により調節することができ、電源８は、電源８が加速電圧Ｖａｃｃに接続されていてエミッタ先端部５と試料３との間の電位差を定めるので、ランディングエネルギーを調節し又は提供することができる。エミッタから放出された一次電子ビームの衝突の際、二次及び／又は後方散乱粒子が生じ、これら粒子は、検出器１５によって測定可能である。試料の一領域の画像を提供するため、走査装置（図１には示されていない）を提供して電子ビームを試料の所望領域にわたって走査するのが良い。

通常のエミッタ組立体は、エミッタ製造業者の推奨及びデータシートに従い、これら通常のエミッタ組立体は、エミッタ先端部と抽出電位との間の電圧を一定に保つと共にエミッタ先端部をエクストラクタに対して一定の距離を置いて維持するようにする。これは、一般に、数十ｋＶ〜数百ｋＶ間で様々な場合がある加速電圧Ｖａｃｃとは別個独立に行なわれる。それにより、大抵は、２つの互いに異なる設計例が用いられる。第１に、エミッタ先端部は、細長いエミッタ絶縁体によって支持される。エミッタ絶縁体は、所要の加速電圧に耐えることができる高電圧フィードスルーであり、このエミッタ絶縁体は又、高電圧をエミッタ先端部に供給するために用いられる。エクストラクタは、これとは異なるエクストラクタ絶縁体によって支持され、このエクストラクタ絶縁体は、真空チャンバ、例えば接地真空チャンバに取り付けられる。それにより、エクストラクタ電圧は、本質的に同一の加速電圧、即ち加速電圧から抽出電圧を引いた電圧に耐えることができる追加の高電圧フィードスルーを介して送られる。第２に、ミニモジュールの対策を利用することができる。それにより、エクストラクタは、エミッタを支持した構造体に機械的に固定される。したがって、エミッタ絶縁体は、比較的僅かな抽出電圧Ｖｅｘに耐える必要がある。しかしながら、追加の抽出電圧を同一のエミッタ絶縁体を介して送る必要があり、その結果、発弧が生じる場合がある。このミニモジュールの設計例は、１つの高電圧電界スルーを必要とするに過ぎない。ミニモジュールそれ自体が内部で良好に位置合わせされている場合、エミッタとエクストラクタ電極を次の電極、例えばアノードに対して互いに整列させることができる。

また、図２Ａを参照して、両方の設計例について説明することができる。図２Ａでは、加速電圧は、電源４によってエミッタ５の先端部に印加される。電源７は、サプレッサ電圧をサプレッサ電極２２に印加し、電源６は、抽出電圧を抽出電極１２に印加する。別の電極９を例えばアース電位又は数ｋＶの別の電位に設定するのが良い。例えば、別の電極９は、アノード、集束レンズの第１の電極、コラムを通ってビームを高い電位に案内するビーム案内コンポーネントの電極等であって良い。

代表的な追加の改造例によれば、サプレッサは、例えば、エミッタ先端部と比較して−１００Ｖから−５００Ｖの範囲内にあるのが良い。それにより、サプレッサは、エミッタ先端部の熱放出を抑制するために用いられる。

２つの上述の設計例の場合、先端部は、例えば、−３０ｋＶの状態であるのが良く、サプレッサは、−３０．３ｋＶの状態であるのが良く、抽出電極１２は、−２２ｋＶの状態であるのが良く、別の電極９は、アース電位であるのが良い。かくして、抽出アパーチュアと第１の電極との間に大きな電位差が生じる。この電圧降下により、寄生レンズが生じ、この寄生レンズは、通常は位置合わせ要素が存在しないので制御するのが困難である。代表的には、エミッタ先端部は、集束レンズの近くに位置すべきであり、その結果、位置合わせ要素のための空間が不足し、追加の要素により、隙間前後の大きな電圧降下に高信頼性を持って耐えることが困難になる。さらに、エクストラクタとアースとの間の電圧降下が数十ｋＶ、例えば上述の実施形態では２２ｋＶである場合、対応の電界は、強力な「寄生」レンズを生じさせると共に高電圧フラッシュオーバーの恐れを多くもたらす。これは、以下に説明する実施形態としての単純化されたエミッタ組立体によって回避できる。したがって、エミッタ５の先端部がエクストラクタに対して整列させることができる場合であっても、エクストラクタ電極１２と別の電極９との間の寄生レンズを整列させることができない場合が多い。さらに、この設計例では、２つ又は３つ以上の高電圧フィードスルーが必要である。ミニモジュール設計例の場合、エミッタ５を抽出電極１２と一緒に別の電極９に対して整列させることが可能である。しかしながら、これには、エミッタ５と抽出電極１２との間に非常に良好な位置合わせ関係が必要であり、更に、抽出電極１２と別の電極９との間に強力なレンズが生じる。

本明細書において説明する実施形態による新規な技術的思想は、エミッタ供給業者により用いられる機械的セットアップ（エミッタ性能及びデータシートの作成を加減するために用いられる）に従ってエミッタを動作させることは必要ではなく、それどころか推奨できないような技術的問題を解決する。原理的なセットアップが図２Ｂに示されている。図２Ｂでは、加速電圧は、電源４によってエミッタ５の先端部に印加される。電源７は、サプレッサ電圧をサプレッサ電極２２に印加する。抽出電極１１２は、低電圧状態にあり、これは、別の電極９の電圧とほぼ同じであるのが良く又はこれに近いのが良い。かくして、電源１０６は、抽出電極１１２のための比較的低い制御電圧を提供することができる。別の電極９は、例えば、アース電位又は数ｋＶの別の電位に設定されるのが良い。本明細書において説明するため他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、別の電極９は、アノード、集束レンズの第１の電極、コラムを通ってビームを高い電位に案内するビーム案内コンポーネントの電極等であって良い。

２つの上述の設計例の場合、先端部は、例えば、−３０ｋＶの状態であるのが良く、サプレッサは、−３０．３ｋＶの状態であるのが良く、抽出電極１１２は、−５ｋＶの状態であるのが良く、別の電極９は、アース電位であるのが良い。かくして、エクストラクタアパーチュアと第１の電極（図２Ａ参照）の間に生じた大きな電位差は、著しく減少する。その結果生じる寄生レンズも又減少する。

したがって、抽出レンズ１１２は、エミッタ５の先端部から長い距離を置いたところに位置決めされる。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、この距離は、少なくとも２．２５ｍｍ、少なくとも２．５ｍｍ、少なくとも５ｍｍ又はそれどころか７ｍｍ〜２０ｍｍであるのが良い。抽出電極１１２の電位は、例えば図２Ｂに示されている実施例の場合、アース電位から約１０ｋＶの範囲にあるのが良く、代表的には、２ｋＶ〜７ｋＶであるのが良い。したがって、抽出電極１１２と別の電極９との間の寄生レンズの影響を著しく軽減することができる。本明細書において説明するように、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の間隔を抽出電圧、即ちエミッタ５の先端部と抽出電極１１２との間の電位差をそれに従って高くする限り、広げても良い。それにより、エミッタ頂点のところの電界の電界強さを所望に応じて提供することができ、即ち、通常のエミッタ組立体構成と比較して本質的に一定に保つことができる。

理解されるべきこととして、電位の実施例が本明細書において説明されている場合であっても、本発明の実施形態は又、コンポーネントの相対電位、即ち電位差又は電圧が記載された範囲内に収まっている限り、他の電位が用いられる実施例に関する。例えば、エミッタの先端部、試料又は別のコンポーネントは、アース電位にあっても良く、残りのコンポーネントは、それぞれ正の電位又は別の電位まで高められても良い。

さらに、本明細書において説明する幾つかの実施形態によれば、コラム中のビーム案内コンポーネントは、アース電位まで付勢されるのが良い。これは、特に、例えば電子ビーム検査システム（ＥＢＩ）のための高速走査及び検出に使用できる。コラムそれ自体がアース電位に設定されている場合、例えば静電走査デフレクタ又は検出エレクトロニクスのような要素を、結果的に部分放電に起因して走査又は検出信号にノイズを生じさせる場合のある浮遊電位又は高い電位に保つ必要がない。さらに、別のオプションによれば、コラムも又、例えば試料がアース電位にあることが必要な限界寸法測定用途のために高い電位の状態にあっても良い。しかしながら、かかる用途の場合にも、エミッタ先端部からエクストラクタまで、そしてエクストラクタから別の電極までの相対電位を利用することができるので有利である。

図３は、本明細書において説明する実施形態を表した電子ビーム装置３００を示している。電子ビーム装置３００は、ハウジング２０及び対物レンズ１３を有している。電子エミッタ５が抽出電極１１２と反対側にエミッタ先端部を有し、抽出電極１１２は、エミッタ先端部と比較して電子を抽出する電圧まで正に付勢される。しかしながら、図１と比較して、電子を抽出するために、比較的低い電圧が制御電源１０６によって提供され、制御電源１０６は、抽出電極１１２に接続されている。代表的にはアース（参照符号２）に接続可能な加速電圧Ｖａｃｃを提供する電源４は、アース電位にある荷電粒子ビーム１の領域を移動している又は接地標的に当たる際の電子のビームエネルギーを定める。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施例によれば、エミッタ５により放出されて試料３に当たる電子のランディングエネルギーは、試料３を付勢することによって規定可能である。それにより、電圧供給源８は、代表的には、加速電位又は加速電圧で付勢される荷電粒子ビーム装置の一部分に接続されるのが良い。それにより、電子ビームのランディングエネルギーを電源８により調節し又は決定することができる。本明細書において説明する本発明の実施形態に使用できる更に別のオプションによれば、電圧Ｖｃｏｌを荷電粒子ビーム装置１内の内部ビーム案内コンポーネント９に印加することによって荷電粒子ビーム装置内のビームエネルギーを更に変化させることができ、代表的には増大させることができる。したがって、電源１０をアース及びビーム案内コンポーネント９に接続するのが良い。

代表的な実施例によれば、エミッタは、電源４により提供される加速電位まで付勢される。それにより、電源４をアース（参照符号２）に接続するのが良く、すると、高電圧フィードスルー２３を介して高電圧がチャンバ２０内に提供される。別の高電圧フィードスルーを不要にすることができる。電源１０６の制御電圧を低電圧フィードスルー１３２を介してチャンバ内に送ることができ、その目的は、抽出電極１１２をそれぞれの導体に接続することにある。さらに、ビーム案内コンポーネント９を電源１０により提供される電位に接続するために電圧フィードスルー３２が設けられている。それにより、代表的な高い電圧フィードスルーが２０ｋＶ以上の電圧に耐えるよう構成され、低電圧フィードスルーは、１５ｋＶ以下の電圧向きに構成されるが、これら低電圧フィードスルーは、これよりも高い電圧に耐えることができる。

加速電圧及び抽出電圧に起因して、電子ビームがエミッタ５によって放出されて荷電粒子ビーム装置１内で光軸に沿って案内される。次に、荷電粒子ビームを集束レンズ１１及び対物レンズ１３によって試料３上に集束させることができる。代表的には、対物レンズ１３は、上側及び下側磁極片２６並びにコイル２４を有する。試料３に対する電子ビームのエネルギーを電源８により調節することができ、電源８は、電源８が加速電圧Ｖａｃｃに接続されていてエミッタ先端部５と試料３との間の電位差を定めるので、ランディングエネルギーを調節し又は提供することができる。エミッタから放出された一次電子ビームの衝突の際、二次及び／又は後方散乱粒子が生じ、これら粒子は、検出器１５によって測定可能である。試料の一領域の画像を提供するため、走査装置（図３には示されていない）を提供して電子ビームを試料の所望領域にわたって走査するのが良い。

図２Ｂ及び図３に示されているように、エミッタ５の先端部と抽出電極１１２との間の電圧が高められている。限界電圧を高めることは、一見してたいしたことがないようでも、エミッタと抽出電極との間の電圧の増大は、特にエミッタ先端部の加速電圧が高められると共に／或いはコラム内に高ビームエネルギーを用いる荷電粒子ビーム装置を考慮した場合、有益であるといえる。それにより、理解されるべきこととして、高い荷電粒子ビームエネルギーを用いる荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子のランディングエネルギーと比較してコラムの案内コンポーネント内に著しく高いビームエネルギーを利用する。例えば、コラム内のビームエネルギーは、荷電粒子のランディングエネルギーと比較して少なくとも２０倍又は少なくとも３０倍である場合がある。

図４に示されているように、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の距離を増大させると、エミッタ５の先端部と抽出電極との間に働く電圧を加速電圧、例えば上述の実施例では３０ｋＶまで増大させることができる。それにより、図４に示されているように、抽出電圧及びコラム内の別の電極９又はビーム案内コンポーネント９をアース電位に設定するのが良い。したがって、全電圧降下は、エミッタ先端部とエクストラクタとの間で生じる。それにもかかわらず、距離の増大に照らして、エミッタ先端部のところでの電界の電界強度を所望通りに提供することができる。さらに、これ又対応の距離を適切に増大させることにより先端部キャリヤ及びエクストラクタキャリヤの機械的コンポーネント相互間の電界強度を減少させることができる。したがって、幾つかの実施形態では、抽出電圧のための高電圧電源又はそれどころか抽出電圧のためのどのような電源でも不要である。例えば、集束レンズの第１の電極、アノード等は、エミッタ用のエクストラクタとして考えることができる。かくして、図４に示されている実施例では、又、案内コンポーネント９を抽出電極１１２の配置位置のところに位置決めすることによって抽出電極を省くことができる。それにもかかわらず、内部コラムコンポーネント、例えばアノード、集束レンズの第１の電極又はコラム内に高エネルギービームを提供するためのビーム案内コンポーネントにかかる電圧をＶｃｏｌまで増大させた場合であっても、寄生レンズを減少させることができる。さらに、別個の隔離されたエクストラクタ電極が設けられておらず、しかもＶｅｘ電源が設けられていない場合、先端部からの放出を単純にＶａｃｃ及び／又はエミッタ先端部とエクストラクタとの間の距離によって制御することができる。

抽出電極のための電源を省いた結果として、電子ビーム装置の動作中における制御パラメータの融通性が低下するので、抽出電極は、図４に矢印１１３で示されているように光軸に沿って動くことができる場合がある。しかしながら、エミッタを通常その寿命全体にわたってほぼ同一の動作条件で動作させたとしても、老化作用を補償するには抽出電圧、即ちエミッタ先端部と抽出電極との間の電圧の小規模な変化が必要な場合がある。これら変化は、通常、抽出電圧の１０％〜１５％未満である。これを補償するにはエミッタ先端部と抽出電極との間の距離を調節すると共に／或いは比較的低い電圧、例えば図３の電源１０６により提供される制御電圧を提供するのが良い。また、図３には、光軸に沿う抽出電極の運動状態が参照符号１１３で示されている。しかしながら、例えば制御電圧が抽出電極１１２に結合されている場合、矢印１１３によって示されている運動状態はオプションであると見なすことができる。典型的な実施形態によれば、エミッタ先端部と抽出電極との間の電圧の老化作用を補償しようとする場合、例えば１ｋＶ〜６ｋＶ、例えば３ｋＶ〜４．５ｋＶの電圧をエクストラクタ電極に印加すれば十分である。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、制御電圧供給源は、代表的には、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧を１０％〜１５％だけ変化させることができる。例えば、この電圧がアースを基準としている場合、必要な絶縁体は、比較的単純な構造体であって良く、フィードスルーを高信頼度に且つ規格品で製作することができる。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な別の実施形態によれば、抽出電圧を結合する電源は、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の間隔を選択することによって単極性のものにせざるを得ない場合があり、したがって、電源の一極性だけを用いることによって老化作用を補償することができる。さらに別のオプションによれば、例えば保守手順中にシムを用いることによる光軸に沿う抽出電極の位置の静的調整によっても補償することができる。

図５を参照して別の実施形態で説明することができる。図５には、別の電子ビーム装置３００が記載されている。図３と同様、電子ビーム装置３００は、ハウジング２０及び対物レンズ１３を有する。電子エミッタ５が抽出電極５１２と反対側にエミッタ先端部を有し、抽出電極５１２は、エミッタ先端部と比較して電子を抽出するための電圧まで正に付勢されている。先端部の熱的放出を抑制するためのサプレッサ２２、例えばサプレッサカップが設けられている。それにより、エミッタの先端部は、サプレッサの開口アパーチュアの下に０ｍｍを超えて０．５ｍｍまで、例えば０．２５ｍｍにわたって延びている。代表的にはアース（参照符号２）に接続可能な加速電圧Ｖａｃｃを提供する電源４は、アース電位にある荷電粒子ビーム１の領域を移動している電子のビームエネルギーを定める。エミッタ５により放出されて試料３に当たる電子のランディングエネルギーは、試料３を付勢することによって規定可能である。それにより、電圧供給源８は、代表的には、加速電位／加速電圧で付勢される荷電粒子ビーム装置の一部分に接続されるのが良い。電圧Ｖｃｏｌを荷電粒子ビーム装置３００内の内部ビーム案内コンポーネント９又は第１の電極９に印加することによって荷電粒子ビーム装置内のビームエネルギーを更に変化させることができ、代表的には増大させることができる。電源４をアース（参照符号２）に接続するのが良く、すると、高電圧フィードスルー２３を介して高電圧がチャンバ２０内に提供される。別の高電圧フィードスルーを不要にすることができる。電源１０６の制御電圧を低電圧フィードスルー１３２を介してチャンバ内に送ることができ、その目的は、抽出電極１１２をそれぞれの導体に接続することにある。さらに、ビーム案内コンポーネント９を電源１０により提供される電位に接続するために電圧フィードスルー３２が設けられている。加速電圧及び抽出電圧に起因して、電子ビームがエミッタ５によって放出されて荷電粒子ビーム装置３００内で光軸に沿って案内される。次に、荷電粒子ビームを集束レンズ１１及び対物レンズ１３によって試料３上に集束させることができる。代表的には、対物レンズ１３は、上側及び下側磁極片２６並びにコイル２４を有する。

サプレッサは、代表的には、エミッタ先端部に対して約−１００Ｖ〜約−１ｋＶまで付勢される。試料３に対する電子ビームのエネルギーを電源８により調節することができ、電源８は、電源８が加速電圧Ｖａｃｃに接続されていてエミッタ先端部５と試料３との間の電位差を定めるので、ランディングエネルギーを調節し又は提供することができる。エミッタから放出された一次電子ビームの衝突の際、二次及び／又は後方散乱粒子が生じ、これら粒子は、検出器１５によって測定可能である。試料の一領域の画像を提供するため、走査装置（図３には示されていない）を提供して電子ビームを試料の所望領域にわたって走査することができる。

上述したように、抽出電極は、エミッタ先端部と抽出電極アパーチュア、即ち抽出電極の開口部との間の距離が少なくとも２．２５ｍｍ、少なくとも４．５ｍｍ、例えば４〜１０ｍｍであるように光軸に沿って位置決めされる。電源１０６により提供される制御電圧は、エミッタ組立体の老化作用を補償することができるようなものである。さらに別の追加的又は代替的改造例によれば、抽出電圧の補償又はエミッタ先端部のところの電界強度の調節も又、サプレッサに印加される電位によって実施できる。例えば、サプレッサが、代表的には、エミッタ先端部と比較してほぼ製造業者の推奨状態にある−３００Ｖまで付勢された場合、エミッタ先端部と比較して高いサプレッサ電圧、例えば約−６００Ｖ〜−８００Ｖを用いると、エミッタ先端部とエクストラクタとの間に働く電圧の１ｋＶ〜数ｋＶを補償することができる。かくして、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧の微調整を制御電圧又はそれぞれの電源、サプレッサ電圧又はそれぞれの電源、エクストラクタとエミッタ先端部と間の距離を変化させるためのエミッタ先端部の運動及びエクストラクタとエミッタ先端部との間の距離を変化させるためのエクストラクタの運動から成る群から選択された要素のうちの１つ又は２つ以上によって行なうことができる。

本明細書において説明する方法及び装置の実施形態の更に別の追加的又は代替的改造例によれば、エクストラクタ電極は、ガンチャンバのハウジング又は荷電粒子ビーム装置に機械的且つ電気的に結合可能である。それにより例えばハウジングがアースされる場合、エクストラクタも又アースされる。それにより、代表的には、エミッタ先端部の老化作用をサプレッサの電圧を調節することによって補償することができ又はエミッタ先端部のところの電界強さの調節をサプレッサの電圧の調節によって実施することができる。典型的な実施形態によれば、約５００Ｖ〜１０００Ｖのサプレッサ電位の変化は、約２０％〜４０％のエミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧の変化に等しい。これは、加速電圧とは無関係である。かくして、約１０ｋＶの加速電圧がコラム内に１０ｋｅＶのビームエネルギーを利用するシステムに用いられる場合、例えば７００Ｖのサプレッサ電圧の増加は、例えば約３ｋＶエミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧を補償し、約３０ｋＶの加速電圧がコラム内に３０ｋｅＶのビームエネルギーを利用するシステムに用いられる場合、例えば７００Ｖのサプレッサ電圧の増加は、例えば約１０ｋＶエミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧を補償する。かくして、サプレッサ電圧は、有益な補償ツールである。というのは、サプレッサ電圧は、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧の変化と同様に効果的に使用できるからであり、その理由は、サプレッサ電圧がエミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧の一部を補償するからである。

上述のことに照らして、例えばエミッタを動かすことによるエミッタ先端部とエクストラクタとの間の距離の変化とサプレッサ電圧の変化の組み合わせにより、良好な調節を行なうことができる。特に、エクストラクタをハウジング電位又は内部ビーム案内要素の電位に設定するというオプションにより、これら補正パラメータ、更に単純化された設計が得られる。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、サプレッサ電圧の上述の作用効果は、ビーム電流の制御にも利用できる。同じ電流の変化がコラム内のビームエネルギーとは無関係のサプレッサ電圧の本質的に一定の変化により達成されるので、コラム内に２５ｋＶ以上のビームエネルギーを利用するシステムの場合では、過剰のサプレッサ電圧が不要である。さらに、他方、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧によるビーム電流の補正は、本質的にエミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧に比例する。かくして、本明細書において説明しているエミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧を増加させた実施形態の場合、電流の調節には、調節のための電圧範囲の増大が必要である。

さらに、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な本明細書において説明する幾つかの実施形態によれば、エミッタ先端部と抽出電極との間で大部分、例えば少なくとも７０％又は少なくとも８０％へのコラム内の電子の加速を行うことができる。かくして、高エネルギー電子ビーム案内領域及び／又はランディングエネルギーと比較してコラム内に少なくとも１０倍のビームエネルギーを有する高エネルギービーム装置の場合であっても、加速は、主としてエミッタ先端部とエクストラクタとの間で起こる。それにより、注目されるべきこととして、荷電粒子が高エネルギーまで速く加速されればされるほど、電子相互間の相互作用に起因したエネルギー広がり効果及び収差をそれだけ一層減少させることができる。放出された電子は、考えられる限り最も短い距離で本質的にこれらの最大エネルギーまで迅速に加速されるので、電子相互間の相互作用は、絶対最小値まで減少する。これにより、エネルギー広がり効果が減少し、事実上の放出源の大きさの増大が制限される。

さらに別の実施形態によれば、以下の特徴を高電圧安定性に関する単純化をもたらす機械的設計のための有利なオプションとして提供できる。エクストラクタの構造又は抽出電極は、エミッタ構造体を包囲するカップのように形作られるのが良い。それにより、エクストラクタ電極５１２は、光軸に本質的に垂直であり且つエクストラクタアパーチュア又は開口部を含む部分を有する。さらに、エクストラクタ電極５１２は、光軸を包囲するリム部分及び特に高加速電位まで付勢されるエミッタ先端部の一領域を有する。それにより、カップは、発弧を回避するためにエミッタまでの十分な距離を持つよう形作られるのが良い。例えば、エミッタ及び／又はエミッタ先端部の保持構造体が或る領域において小さな曲率半径を有する場合、カップは、この領域における発弧の恐れを減少させるよう形作られるのが良い。カップ状エクストラクタ電極５１２が設けられる場合、高電界強度の容積部又は領域は、エクストラクタカップとエミッタとの間の隙間に封じ込められ、これは、部品の適正な造形及び機械加工により容易に制御できる。エミッタ絶縁体に沿う潜在的に危険な電圧降下は、主として、絶縁体を十分に長く製作すると共に適正な表面設計によって取り扱われる。エクストラクタカップは、基本的に、アース電位の状態にあるので、エミッタ組立体の全てのコンポーネント、ガンチャンバの全てのコンポーネント及び／又は荷電粒子ビーム装置の全てのコンポーネントは、遮蔽領域の外部に位置し、真空チャンバは、機械的設計を単純化して発弧の恐れを大幅に減少させる低電界強さの領域内に位置している。この設計により、事実上の放出源と集束レンズとの間の距離を減少させることができる。これは、自動的に、良好な光学性能をもたらす。

本明細書において説明する実施形態の更に別のオプションとしての改造例によれば、エクストラクタ電極又はエクストラクタカップは、集束レンズに対して機械的に中心位置出し可能である。エクストラクタカップが比較的低い電位に付勢されるので、即ち、ハウジング２０とエクストラクタ電極５１２との間には比較的低い電圧がかかるので、この位置合わせを容易に達成することができる。エクストラクタに対するエミッタ先端部の機械的ｘ‐ｙ位置合わせにより、ビームをコンデンサ又は集束レンズの光軸に至らせることができる。この機械的位置合わせの向上により、光学性能の向上が得られる。

図６は、エミッタ組立体の単純な設計に照らして提供できる更に有利な改造例を示している。図３〜図５に示されている実施形態と比較して、図６に示されている電子ビーム装置３００は、エクストラクタ５１２を支持する絶縁体６３２を有すると共に別の電極９又はビーム案内コンポーネント９を支持した絶縁体６３３を有している。エクストラクタ電極、絶縁体及び別の電極は、ガンチャンバ領域中に２つのサブチャンバをもたらすよう形成される。真空ポンプのための第１の連結部６４４及び真空ポンプのための第２の連結部６４２が設けられている。

かくして、エミッタ先端部、及びエクストラクタと別の電極との間の領域を互いに別個独立にすることにより、エミッタ５の領域を排気することが可能である。これは、とりわけ、容易に実施可能である。というのは、カップの外側の領域は、本質的にアース電位（±数ｋＶ）にあり又は本質的にハウジング又はビーム案内要素の電位（±数ｋＶ）であるのが良いエクストラクタ５１２の電位によって遮蔽されるからである。したがって、提案された設計により、低い全圧力（例えば、１×１０^-11ミリバールのオーダーにある）、臨界ガスの低い部分圧力（例えば、１×１０^-9ミリバールのオーダーにある）又はプロセスガスのこれよりも高い部分圧力（例えば、１×１０^-6ミリバールのオーダーにある）のような特定の真空要件を持つエミッタへの容易な適合が可能である。通常のシステムでは、このためには、通常、集束レンズとエミッタとの間に追加の差動的に吸い込み排出される真空領域を挿入することが必要で、それに伴ってエミッタ先端部とコンデンサとの間の距離が著しく増大する。

本明細書において説明する実施形態によれば、エクストラクタは、差動的吸い込み排出アパーチュアとして使用可能であり、このエクストラクタは、エクストラクタカップと真空チャンバハウジングとの間に絶縁バリヤを導入することによりエクストラクタカップの上下の容積部を互いに分離することができる。エクストラカップに印加される電圧は、低いので、発弧の恐れがない。

別の実施形態によれば、単純化されたエミッタ組立体は、有利には、複数個のエミッタ先端部がアレイ状に配置されている荷電粒子マルチビーム装置に使用できる。図７は、マルチビームシステムのガン領域を示している。システム７００は、ハウジング部分７２０及び電源４により提供された加速電圧のための２つ又は３つ以上の高電圧フィードスルー２３（５つの絶縁フィードスルーが図７に示されている）を有する。加速電圧は、エミッタ先端部をそれぞれ有する２つ又は３つ以上のエミッタ５に提供される。２つ又は３つ以上の、即ち、対応した数のエクストラクタ電極５１２／７１２又はエクストラクタカップが設けられている。図７に示されている実施例によれば、２つ又は３つ以上のエクストラクタの各々を個々の電位に付勢することができるようにするために２つ又は３つ以上の低電圧フィードスルー１３２が設けられるのが良い。これは、対応した数の出力（図７では５つ）を有する１つの電源７０６によって示されている。変形例によれば、エクストラクタ電極のための各制御電圧は、個々の電源により提供でき、或いは、これよりも少ない数の電源の各々が、所要の電位の何割かを提供することができる。別の電極、即ち、エクストラクタの下流側のビーム移動方向の電極が図７に参照符号９で示されている。例えば、別の電極９は、アノード、集光レンズの第１の電極、高ビームエネルギーを提供するビーム案内コンポーネント等であって良い。

上述したように、例えばエミッタを動かすことによるエミッタ先端部とエクストラクタとの間の距離の変化とサプレッサ電圧の変化の組み合わせにより、ビーム電流について良好な調節を行なうと共に／或いはエミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧の変化に同様に利用できる先端部エージングの良好な補償を行うことができる。特に、エクストラクタをハウジング電位又は内部ビーム案内要素の電位に設定するというオプションにより、これら補正パラメータ、更に又、別の単純化された設計が可能であり、即ち、電源７０６、フィードスルー１３２及び絶縁体６３２，７３２を省くことができる。個々のビームの制御及び／又はエミッタの老化の補償は、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の距離及びサプレッサ電圧のうちの一方又は好ましくはこれら両方によって制御できる。かくして、マルチビーム装置は、全てのエミッタについて等しい電流を調節することができると共にエミッタの老化を補償することができるよう構成できる。この場合、等しい電流及び老化を補償するオプションは、本明細書において開示するようにエミッタ相互間の特に狭いピッチ、例えば５０ｍｍ以下を可能にする単純化された設計により提供できる。

一般に、本明細書において開示する実施形態としての単純化されたエミッタ組立体は、多くのエミッタを狭いピッチで、例えば６０ｍｍ以下の距離でアレイ状に配置することができる。エクストラクタ電極又はエクストラクタカップの電位の減少に照らすと共にエクストラクタカップの遮蔽に照らして、エクストラクタを支持する小さな絶縁体６３２／７３２を設けることができる。

本明細書において開示する実施形態の更に別の改造例によれば、個々のエクストラクタカップを細いユニットの状態にすることができる。例えば、電界対称性をもたらす第１の部分がカップ寸法を１つ又は２つの方向に減少させ、例えば、スライスの形態にすることによって悪影響を受けない限り、アパーチュア開口部を含む第１の部分、光軸を包囲した円筒形部分を含む第２の部分及び第１の部分と第２の部分との間の円錐形移行部分を有する円筒形カップの一方又は両方の横方向寸法を減少させることができる。回転対称は、先端部の付近でのみ必要である。全体的遮蔽機能は、対称性を必要としない。エミッタ構造体を包囲した容積部又は領域の遮蔽は、通常の遮蔽体によっても提供できる。

例えばアース電位と称することができる電源７００により提供される低い抽出電圧による放出電流の上述の制御は、個々のコラム中のビーム電流を正確に一致させる必要のあるマルチコラム型システムにおいて有益である。

本明細書において説明した実施形態は、追加の要素（図示せず）、例えば集束レンズ、静電、磁気又は複合静電‐磁気型のデフレクタ、例えばＷｉｅｎフィルタ、静電、磁気又は複合静電‐磁気型の走査デフレクタ、静電、磁気又は複合静電‐磁気型のスチグマトール、静電、磁気又は複合静電‐磁気型の別のレンズ及び／又は一次及び／又は二次荷電粒子のビームに影響を及ぼすと共に／或いはこれを補正する他の光学コンポーネント、例えばデフレクタ又はアパーチュアを更に有するのが良い。確かに、例示目的で、これらコンポーネントのうちの幾つかが図示されると共に本明細書において説明されている。理解されるべきこととして、かかるコンポーネントのうちの１つ又は２つ以上も又、本発明の実施形態に利用できる。

本明細書において説明した実施形態によれば、エミッタ先端部を有するエミッタを備えた単純化されているエミッタ組立体であって、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢されるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に含み、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢されるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有するような単純化エミッタ組立体は、次の利点のうちの少なくとも１つを提供する。かかる単純化エミッタ組立体は、通常のエミッタ設計例と比較してエクストラクタ絶縁体及び／又はエクストラクタフィードスルー前後の発弧を減少させることができ、ミニモジュール又はエミッタ絶縁体／フィードスルー内の発弧を減少させることができ、エクストラクタ構造体と真空チャンバとの間の発弧を減少させることができ、エクストラクタと次の電極、即ち例えばアノード及び／又はコンデンサ又は集束レンズの第１の電極との間の強力な寄生レンズの位置合わせ不良に起因した光学性能の低下を減少させることができると共に／或いは回避可能な電子間相互作用に起因した光学性能の低下を減少させ又は回避することができる。さらに、例えばエミッタ構造体が周りのコラム部分（真空チャンバ、ライナ管、絶縁体、フィードスルー、ポンプ）に対して高電圧Ｖａｃｃまで昇圧される場合、高いコラム電圧で高信頼度で動作可能な単純化する堅牢な機械的設計を提供することができる。さらに、２０ｋＶ以上向きに構成された高電圧フィードスルーの数を減少させることができ、高い電界強度にさらされるコンポーネントの数を減少させることができると共に／或いはエミッタの輝度を向上させることができる。エミッタの輝度を向上させるには、例えば、早期加速に起因したビームのエネルギー広がりを減少させ、見掛けの放出源の広がりを減少させると共に／或いは位置合わせするのが困難な寄生レンズの減少によるガンレンズの収差を減少させるのが良い。この設計は、エクストラクタとコンデンサとの間の「寄生」レンズを事実上なくす。さらに又、エミッタコンポーネントの機械的位置合わせを向上させると共にシステムの第１のレンズ（集束レンズ）までのエミッタ先端部の距離を減少させることが可能である。さらに、上述したように、エミッタを狭いピッチでアレイ状に配置することは、容易に実施でき、エミッション放出安定性及び／又はエミッタの寿命を向上させるために追加の差動真空チャンバを設けるという手段は、容易に実施可能である。上述の観点のうちの１つ又は２つ以上を利用すると、高ビーム電流動作を良好に可能にする。それにより、アレイ状に配置するというオプションに加えて、システムのスループットを向上させることができる。

上述したように、本明細書において説明した単純化エミッタ組立体は、エミッタ供給業者によって用いられる機械的セットアップ（エミッタ性能及びデータシートの作成を加減するために用いられる）と比較して、向上したエミッタ先端部とエクストラクタの差を有する。これは、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の電圧をそれに対応して増大させると共に／或いはエクストラクタと別の電極との間の電圧をそれに対応して減少させることによって行なわれる。電子の加速は、エミッタ先端部とエクストラクタとの間の第１の領域で行なわれる。かくして、エミッタ組立体を動作させる実施形態によれば、図８に示されている次のステップが提供される。ステップ８０２では、荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを放出する。したがって、ステップ８０４では、エミッタを第１の電位に付勢し、ステップ８０４では、エクストラクタを第２の電位に付勢し、第１の電位と第２の電位との差電圧は、少なくとも１５ｋＶ、特に少なくとも２０ｋＶである。さらにオプションとしてのステップ８０８として、荷電粒子ビームを侵入させる開口部を備えた別の電極を第３の電位まで付勢し、第２の電位と第３の電位の差電圧は、１５ｋＶ以下、特に１０ｋＶ以下である。本明細書において説明した他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、エクストラクタの電圧は、代表的には、加速電圧Ｖａｃｃの１０％〜１５％であるのが良い。

上述したように、複数の実施形態を説明した。それにより、一実施形態によれば、荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するエミッタ組立体が提供される。エミッタ組立体は、ガン（電子銃）チャンバ内に収納され、エミッタ組立体は、エミッタ先端部を備えたエミッタを含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢されるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に含み、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢されるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。この実施形態のオプションとしての改造例によれば、エミッタ組立体がエクストラクタを支持したエクストラクタ支持体を更に含むのが良く、エクストラクタ支持体がエクストラクタに連結されると共にガンチャンバのハウジングに連結可能であり、特にエクストラクタ支持体が１０ｋＶ以下の電圧の場合にのみ発弧を阻止するよう構成された絶縁エクストラクタ支持体であるという特徴、例えば、エクストラクタ支持体がガンチャンバを第１の真空領域と第２の真空領域に分離するようになっているのが良いという特徴、及びエクストラクタがカップ状の形状を有するのが良く、特にエクストラクタが光軸に本質的に垂直である開口部を備えた第１の部分及び光軸を包囲すると共にエミッタに印加される第１の電位を遮蔽するようになった第２の部分を有するという特徴、エミッタ又はエクストラクタが第１の距離を変化させることができるよう動くことができるという特徴、及びエミッタ組立体がサプレッサ電位まで付勢されるよう構成されたサプレッサを更に有し、サプレッサ電位を変化させることができるという特徴から成る群のうちの少なくとも１つの特徴を利用することができる。

別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置用のガンチャンバが提供される。ガンチャンバは、エミッタ組立体及び荷電粒子ビームを侵入させる開口部を有すると共に第３の電位に付勢されるよう構成された電極を収容している。エミッタ組立体は、エミッタ先端部を備えたエミッタを含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢されるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に含み、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢されるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。この実施形態のオプションとしての改造例によれば、ガンチャンバが真空ポンプに連結可能な少なくとも１つの真空連結部を備えたガンチャンバのハウジングを更に有するのが良く、エクストラクタ支持体がエクストラクタ及びガンチャンバのハウジングに連結されるという特徴、ガンチャンバが真空ポンプに連結可能な第２の真空連結部を更に有するのが良く、真空連結部が第１の真空領域を排気するよう位置決めされ、別の真空連結部は、第２の真空領域を排気するよう位置決めされているという特徴、及び電極が光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、第３の平面と第２の平面との間の距離が第１の距離の１．５倍未満であるという特徴から成る群のうちの少なくとも１つの特徴を利用することができる。

さらに別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。荷電粒子ビーム装置は、１つ又は２つ以上、代表的な少なくとも２つのエミッタ組立体を有する。１つ又は２つ以上のエミッタ組立体の各々は、エミッタ先端部を備えたエミッタを含み、エミッタ先端部は、光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、エミッタは、第１の電位まで付勢されるよう構成され、エミッタ組立体は、開口部を備えたエクストラクタを更に有し、開口部は、光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、エクストラクタは、第２の電位まで付勢されるよう構成され、第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有する。それにより、エミッタの各々は、第１の電位を１つ又は２つ以上のエミッタに印加する１つの電源に接続される。これら実施形態のオプションとしての改造例によれば、本明細書において説明した実施形態としてのガンチャンバ内に１つ又は２つ以上、代表的には２つ又は３つ以上のエミッタ組立体を提供するのが良い。

さらに別の実施形態によれば、エミッタ組立体を動作させる方法が提供される。本方法は、荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するステップと、電界エミッタを第１の電位に付勢するステップと、エクストラクタをエクストラクタに接続されると共にアースに接続された制御電源により第２の電位に付勢するステップとを有し、第１の電位と第２の電位の差電圧は、少なくとも１５ｋＶ、特に少なくとも２０ｋＶである。この実施形態のオプションとしての改造例によれば、本方法が荷電粒子ビームを侵入させる開口部を備えた電極を第３の電位に付勢するステップを更に有するのが良く、第２の電位と第３の電位の差電圧は、１５ｋＶ以下、特に１０ｋＶ以下であるという特徴及び第１の電位が光軸を包囲したエクストラクタの一部分によって遮蔽されるという特徴及びエミッタ先端部とサプレッサとの間の電圧を変化させることによりビーム電流を変化させることができるという特徴から成る群のうちの少なくとも１つの特徴を利用することができる。

上記の内容は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の実施形態及び別の実施形態を本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出可能であり、本発明の範囲は、次の添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

１，３００ 電子ビーム装置
２ アース
４，６，８，１０ 電源
５ 電子エミッタ
９ 第１の電極
１１ 集束レンズ
１２，１１２ 抽出電極
１３ 対物レンズ
１５ エミッタ先端部
２０ ハウジング
２２ サプレッサ
２３ 高電圧フィードスルー
２４ コイル
２６ 磁極片
１０６ 制御電源
１３２ 低電圧フィードスルー

Claims (15)

1. 荷電粒子ビーム装置であって、前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子ビーム装置内に高エネルギー荷電粒子ビームを生じさせるようになっており、コラム内の荷電粒子ビームエネルギーが、前記荷電粒子のランディングエネルギーと比較して少なくとも１０倍高く、前記荷電粒子ビーム装置は、
   荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するエミッタ組立体を有し、前記エミッタ組立体は、ガンチャンバ内に収納され、前記エミッタ組立体は、
   エミッタ先端部を備えた電界エミッタを含み、前記エミッタ先端部は、前記光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、前記エミッタは、第１の電位まで付勢されるよう構成され、
   開口部を備えたエクストラクタを更に含み、前記開口部は、前記光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、前記エクストラクタは、第２の電位まで付勢されるよう構成され、
   前記第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有し、
   前記エクストラクタ（１１２）に接続されると共にアースに接続された制御電源（１０６）を含む、荷電粒子ビーム装置。
2. 前記エクストラクタを支持したエクストラクタ支持体を更に有し、
   前記エクストラクタ支持体は、前記エクストラクタに連結されると共に前記ガンチャンバのハウジングに連結可能であり、
   前記エクストラクタ支持体は、１０ｋＶ以下の電圧の場合にのみ発弧を阻止するよう構成された絶縁エクストラクタ支持体である、請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記エクストラクタ支持体は、前記ガンチャンバを第１の真空領域と第２の真空領域に分離するようになっている、請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記エクストラクタは、カップ状の形状を有する、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
5. サプレッサ電位まで付勢されるよう構成されたサプレッサを更に有し、前記サプレッサ電位は変化させることができる、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 前記エミッタ又は前記エクストラクタは、前記第１の距離を変化させることができるよう可動であり、
   前記制御電源は、比較的小さな制御電圧を提供するようになっていると共に／或いは前記エミッタ先端部のところの電界強度の調節が前記サプレッサ用の別の電源によって行なわれる、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
7. 前記ガンチャンバは、前記荷電粒子ビームを侵入させる開口部を有すると共に第３の電位に付勢されるよう構成された電極を更に有する、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
8. 真空ポンプに連結可能な少なくとも１つの真空連結部を備えた前記ガンチャンバのハウジングを更に有し、
   前記エクストラクタ支持体は、前記エクストラクタ及び前記ガンチャンバのハウジングに連結される、請求項７記載の荷電粒子ビーム装置。
9. 真空ポンプに連結可能な第２の真空連結部を更に有し、
   前記真空連結部は、前記第１の真空領域を排気するよう位置決めされ、前記別の真空連結部は、前記第２の真空領域を排気するよう位置決めされている、請求項８記載の荷電粒子ビーム装置。
10. 前記電極は、前記光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、前記第３の平面と前記第２の平面との間の距離は、前記第１の距離の１．５倍未満である、請求項７〜９のうちいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
11. 少なくとも第２のエミッタ組立体を更に有し、前記第２のエミッタ組立体は、
    エミッタ先端部を備えた電界エミッタを含み、前記エミッタ先端部は、前記光軸に垂直な第１の平面のところに位置決めされ、前記エミッタは、第１の電位まで付勢されるよう構成され、
    開口部を備えたエクストラクタを更に有し、前記開口部は、前記光軸に垂直な第２の平面のところに位置決めされ、前記エクストラクタは、第２の電位まで付勢されるよう構成され、
    前記第２の平面は、第１の平面から２．２５ｍｍ以上の第１の距離を有し、
    特に、前記エミッタ組立体及び前記第２のエミッタ組立体の前記エミッタの各々は、前記第１の電位を前記エミッタに印加するよう１つの電源に接続されている、請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
12. エミッタ組立体を動作させる方法であって、
    荷電粒子ビームを光軸に沿って放出するステップと、
    電界エミッタを第１の電位に付勢するステップと、
    エクストラクタを該エクストラクタに接続されると共にアースに接続された制御電源により第２の電位に付勢するステップとを有し、
    前記第１の電位と前記第２の電位の差電圧は、少なくとも１５ｋＶであり、
    コラム内のビームエネルギーは、前記荷電粒子のランディングエネルギーと比較して少なくとも１０倍高い、方法。
13. 前記荷電粒子ビームを侵入させる開口部を備えた電極を第３の電位に付勢するステップを更に有し、前記第２の電位と前記第３の電位の差電圧は、１５ｋＶ以下、特に１０ｋＶ以下である、請求項１２記載の方法。
14. 前記第１の電位は、前記光軸を包囲した前記エクストラクタの一部分によって遮蔽される、請求項１２又は１３記載の方法。
15. エミッタ先端部と抽出電極との間で少なくとも７０％までの前記コラム内における前記荷電粒子の加速が行われる、請求項１２〜１４のうちいずれか１項に記載の方法。

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