JP2013152930A - 電界放出源の放出パラメータの決定 - Google Patents

Abstract

【課題】電界放出源の放出特性の決定を単純にする。
【解決手段】引出し電圧による電流の変化を測定することによって、エミッタの状態を決定できる。異なる条件で放出された荷電粒子の比較的に単純な一連の測定によって、フィールド・ファクタβ関数を決定する。次いで、そのβ関数を使用して、放出の導出特性を決定することができる。それらの特性は、先行技術において、源を集束カラムから取り外し、専用の装置に取り付けることなしには決定することが困難であったものである。それらの関係は源構成によって決まり、エミッタ形状からは独立していることが分かった。そのため、エミッタの形状が時間の経過とともに変化するときにも、エミッタの形状を決定する必要なしに、また、β関数と比較的に単純な一連の測定との間の関係およびと他β関数の放出パラメータとの間の関係を再定義する必要なしに、放出特性を決定することができる。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は電界放出荷電粒子源に関し、具体的には電子ビームを使用する機器向けの電子源に関する。

電子ビームは、電子顕微鏡、ｅビーム・リソグラフィ・システム、微小寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）測定ツールならびに他のさまざまな検査、分析および処理ツールを含むさまざまな機器で使用されている。大部分の機器では、電子ビームと試料との相互作用の結果を観察することにより試料についての情報を得ている。このような機器では、電子源によって電子が放出され、それらの電子がビームに成形され、そのビームが、電子光学カラムによって集束し、導かれる。電子源は一般に、電子を放出するエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）と、エミッタから電子を引き出す引出し電極（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、エミッタの先端からの不必要な電子の放出を抑制するサプレッサ（ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）電極とを含む。理想的な電子源は、ナノメートル規模またはサブナノメートル規模のスポットに集束させることができる電子を生み出し、迅速で一貫したデータ収集または電子ビーム処理を提供すのに十分な電子電流を供給する。このような電子源は一般に、放出された電子間のエネルギー幅（ｅｎｅｒｇｙ ｓｐｒｅａｄ）が小さいこと、輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）が高いこと、および長期にわたって安定していることを特徴とする。エネルギー幅が小さいと、電子カラム内のビームの色収差（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）が低減する。これは、色収差の原因が、異なるエネルギーを有する電子が異なる点に集束することにあるためである。

固体表面から電子を解放するために、電子が、あるエネルギー障壁を乗り越えなければならない。このエネルギー障壁の高さをその材料の「仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）」と呼ぶ。電子源は、仕事関数を乗り越えるさまざまな方法を使用するさまざまなタイプのエミッタを使用することができる。「熱イオン（ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ）エミッタ」は、エネルギー障壁を乗り越え、固体表面から離れるのに十分な熱エネルギーを電子に与えるためにフィラメントによって加熱される。「電界（ｆｉｅｌｄ）エミッタ」は、少なくとも部分的に電界に依存して源から電子を引き出す。

「冷電界（ｃｏｌｄ ｆｉｅｌｄ）エミッタ」は、エネルギー障壁を乗り越えるのに十分な熱エネルギーを電子に与えるのではなしに、電界を使用して、電子がエネルギー障壁を通り抜けるための条件を提供する。「ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）エミッタ」（「ＳＥ」）は、仕事関数を低くするコーティング材料と、熱エネルギーを供給する熱と、電子を自由にする電界との組合せを使用する。ＳＥは一般に約１，８００ケルビンで動作する。ショットキー電子源は、高い輝度および／または小さなエネルギー幅を必要とする電子光学システムにおいて最も幅広く使用されている源となっている。別のタイプのエミッタである「熱電界（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄ）エミッタ」は一般に、ＳＥよりも高い温度で動作し、冷電界エミッタと同様に動作するが、高い放出安定性が得られるのは高温のときだけである。

エミッタ動作中の高電界および／または高温の結果、エミッタの形状は時間の経過とともに変化する。図１Ａ〜１Ｃは、さまざまなエミッタ形状すなわち「エンド・フォーム（ｅｎｄ ｆｏｒｍ）」を示す。エミッタはおそらく、１〜３年である一般的な寿命の間に、これらの３つのエンド・フォームの全てを経験する。これらのエミッタ・エンド・フォームは、ステージ０（図１Ａ）、ステージ１（図１Ｂ）およびステージ２（図１Ｃ）と呼ばれている。図１に示したさまざまな結晶切子面が成長または縮小し、それによってエンド・フォームの全体的な形態が変化し、それによって所与の引出し電圧に対する電界が変化し、したがって放出特性が変化する。

電子源の放出特性は、カラムから源を取り出し、その源を、特別に設計された高価な試験機器内に取り付けることによって決定することができる。オペレータが「その場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）」源の特性を決定すること、すなわち走査電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）、透過型電子顕微鏡（「ＴＥＭ」）などの集束カラム内に源を取り付けたまま源の特性を決定することは現時点では実際的でない。現在使用可能な「その場」技法は、大部分の機器オペレータの技量を超える複雑な手順を含む。例えば、ＳＥＭ内の源の輝度を推定する現在使用可能な１つの方法は、仮想源サイズ（ｖｉｒｔｕａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｓｉｚｅ）が制限されたモードでカラムを動作させ、スポット・サイズを測定することを含む。この技法の成否は、システム・オペレータが、最良のスポット・サイズが得られるようにカラムの位置を合わせ、次いで適切な測定を実施することができるかどうかにかかっている。ＳＥの状態を「その場で」正確に評価する方法がないため、エミッタはしばしば早すぎる時期に取り外され、部品の費用および機器のダウン・タイムがかなりの大きさになる。

ショットキー・エミッタ分野の現在の知見は以下の参照文献に部分的に記載されている。

Ｌｉｕ他、「Ｆｉｅｌｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ＺｒＯ／Ｗ（１００） Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｃａｔｈｏｄｅ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２８（６）、Ｃ６Ｃ２６〜３３ページ（２０１０年）
Ｂａｈｍ他、「Ｒａｎｇｅ ｏｆ Ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２６（６）、２０８０〜２０８４ページ（２００８年）
Ｍ．Ｓ．Ｂｒｏｎｓｇｅｅｓｔ、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ」、ｈｔｔｐ：／／ｔｎｗ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ？ｉｄ＝３３７２３＆Ｌ＝１、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｂｒｏｎｓｇｅｅｓｔ他、「Ｐｒｏｂｅ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｐｒｏｂｅ ｓｉｚｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｆｏｒ ｐｒｏｂｅ ｆｏｒｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２６（３）、９４９〜９５５ページ（２００８年）
Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｐｔｉｃｓ、第２版、Ｊ．Ｏｒｌｏｆｆ編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ（２００８年）
Ｍｏｄｉｎｏｓ、Ｆｉｅｌｄ，Ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ，ａｎｄ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ、ニューヨーク、１９８４年）
Ｂａｈｒ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１１０（２０１１年）０５４３２２

Ｌｉｕ他、「Ｆｉｅｌｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ＺｒＯ／Ｗ（１００） Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｃａｔｈｏｄｅ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２８（６）、Ｃ６Ｃ２６〜３３ページ（２０１０年） Ｂａｈｍ他、「Ｒａｎｇｅ ｏｆ Ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２６（６）、２０８０〜２０８４ページ（２００８年） Ｍ．Ｓ．Ｂｒｏｎｓｇｅｅｓｔ、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ」、ｈｔｔｐ：／／ｔｎｗ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ？ｉｄ＝３３７２３＆Ｌ＝１、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｒｏｎｓｇｅｅｓｔ他、「Ｐｒｏｂｅ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｐｒｏｂｅ ｓｉｚｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｆｏｒ ｐｒｏｂｅ ｆｏｒｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２６（３）、９４９〜９５５ページ（２００８年） Ｌ．Ｗ．ＳｗａｎｓｏｎおよびＧ．Ａ．Ｓｃｈｗｉｎｄ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｐｔｉｃｓ（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、米フロリダ州Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ）、Ｊ．Ｏｒｌｏｆｆ編（２００８年） Ｍｏｄｉｎｏｓ、Ｆｉｅｌｄ，Ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ，ａｎｄ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ、ニューヨーク、１９８４年） Ｂａｈｒ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１１０（２０１１年）０５４３２２

本発明の目的は、電界放出源の放出特性の決定を単純にすることにある。

本発明の一実施形態によれば、オペレータが実行することができる比較的に単純な測定によってエミッタの特性を決定することができる。

これらの比較的に単純な一連の測定とエミッタの特性との間の数学的な関係は、源のジオメトリ（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）に依存し、エミッタの形状からは独立していることを本出願の出願人は見出した。したがって、特定の源ジオメトリに対してそれらの関係を導き出すことができ、次いで、エミッタの形状が時間の経過とともに変化するときであっても、エミッタの形状を決定する必要なしに、また、その関係を再定義する必要なしに、それらの関係を適用して、放出特性を決定することができる。

いくつかの実施形態では、引出し電圧の関数として角強度（ａｎｇｕｌａｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を測定する。測定されたデータからフィールド・ファクタ（ｆｉｅｌｄ ｆａｃｔｏｒ）ベータ（β）を決定する。次いで、そのフィールド・ファクタを測定データとともに使用して、エネルギー幅、仮想源サイズ、輝度などの放出特性を導き出すことができる。これらの特性は、先行技術において、源を集束カラムから取り出し、専用の装置に取り付けることなしには決定することが困難であったものである。好ましくも、放出特性は「その場で」、すなわち使用するために電子源が取り付けられた機器から電子源を取り外さずに決定することができる。

以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。

次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。

一般的な電子エミッタがその耐用寿命中にとるエミッタ・エンド・フォームを示す図である。 一般的な電子エミッタがその耐用寿命中にとるエミッタ・エンド・フォームを示す図である。 一般的な電子エミッタがその耐用寿命中にとるエミッタ・エンド・フォームを示す図である。 エミッタ特性を決定する３つの方法を示す図である。 エミッタ特性を決定する３つの方法を示す図である。 エミッタ特性を決定する３つの方法を示す図である。 フィールド・ファクタβを、角強度と放出面における電流密度との比の平方根であるＫに対して示す図である。 固有（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）源直径と補正された（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）源直径との比を、電流密度の関数として示す図である。 固有エネルギー幅と補正されたエネルギー幅との比を、角強度の関数として示す図である。 本発明の方法の流れ図である。 本発明を含む電子ビーム・システムを示す図である。 全エネルギー幅に対するベルシュ寄与（Ｂｏｅｒｓｃｈ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）Δ_E（Ｂ）を、電流密度の関数として示す図である。 換算輝度（ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）Ｂ_rを、クーロン相互作用（Ｃｏｕｌｏｍｂ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を含まない固有Ｂ_r（ｉｎｔ）に対して示す図である。 仮想源サイズに対する軌道変位（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の寄与ｄ_v（ｔｒａ）をβに乗じた積を、電流密度の関数としてプロットした図である。

好ましい一実施形態では、機器オペレータが、比較的に単純な測定を実行し、それらの単純な測定から、電子源の特性を決定することができる。先行技術では、源が機器内に取り付けられている間、一部の源特性を決定することができず、他の源特性は、時間のかかる複雑な一連の測定を使用しないと決定することができなかった。いくつかの実施形態では、エミッタが取り付けられた集束カラムからエミッタを取り外すことなく本発明に基づく単純な測定を実行することができる。本発明の実施形態はより高い正確さを提供し、先行技術の方法よりも都合よく真の放出特性を提供する。

いくつかの実施形態では、オペレータの測定値と導き出された源特性との間の関係が、例えば特定の源ジオメトリに対して決定されたデータに曲線を当てはめることによって経験的に決定される。語「経験的に決定される」は、源から実際に荷電粒子を引き出し、それらの荷電粒子を測定すること、および／または荷電粒子を引き出すコンピュータ・モデリングおよびシミュレーションを実行することを含みうる。「源ジオメトリ」は例えば、エミッタ、引出し電極およびサプレッサ電極間の幾何学的関係を意味し、エミッタの先端の形状と対照をなす。動作中にエミッタの先端の形状が変化しても、それらの単純な測定値と源特性の間の関係は一定であり続け、このことにより、源ジオメトリに対してそれらの関係を一旦決定してしまえば、エミッタが時間の経過とともに変化するときにも、それらの関係を使用してエミッタの特性を決定することができることを本出願の出願人は見出した。

測定されたパラメータと源特性との間の関係は一般に、源ジオメトリに依存する定数を含む式として書かれる。特定の源ジオメトリに対してそれらの定数が決定された後は、エミッタの形状が時間の経過とともに変化しても、それらの定数は変化しない。

いくつかの実施形態では、ＳＥＭ、ＴＥＭなどの電子集束システムまたは試験システム内において「その場で」比較的に容易に得ることができる一組の単純な電流−電圧測定値から、オペレータが、エミッタの全ての重要な特性を正確に決定する。本発明の実施形態に基づく源特性の決定は一般に、精巧な測定機器を必要とせず、またはエミッタのエンド・フォームを知ることを要求しない。

いくつかの実施形態では、数値データと実験作業とを組み合わせることによって、これらの経験的な関係を、エミッタの実際的な全ての形状およびサイズに対して導き出すことができる。それらのさまざまな形状／サイズのエミッタの放出特性を決定するのに必要なのは、エミッタにおける電界と引出し電圧Ｖとの比であるフィールド・ファクタβの正確な値だけである。後述するように、βは、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定データから得ることができる。

後述する実施形態では、さまざまな式と数値として生成されたデータとを組み合わせることにより、荷電粒子ビーム・システム内に取り付けられた源を使用して容易に測定されたＩ−Ｖデータ、または荷電粒子ビーム・システム内に取り付けられた源を使用して容易に測定されたデータから導き出すことができるＩ−Ｖデータを使用して、仮想源サイズ、エネルギー幅、輝度などのエミッタの特性を正確に決定することができる。

源特性の「その場」決定は、電子源の動作状態をオペレータが容易に決定する方法を提供する。これによって、顧客の所有費および現場サービスの費用を低減させることができる。例えば、源特性の情報を使用して、源の交換が必要な時期が来たかどうかを判定し、都合のよい時期に保守の予定を組むことができる。本発明の実施形態を使用して、新規の電子源設計およびカラム設計を評価し、設計者にフィードバックを速やかに返し、新規の電子源およびカラムを市場に出すまでの期間を短縮することもできる。

さらに、本発明の実施形態を使用して決定された源特性をフィードバック機構として使用して、その寿命全体にわたって性能を最大にするようにカラムの動作を調整し、または保守の予定を組むこともできる。例えば、源から放出される電子のエネルギー幅が時間の経過とともに変化するときには、焦点距離を短くするなどにより電子カラムの集束レンズを変更して、増大した色収差を補償することができる。エネルギー幅が広がったと判定された場合には、例えば引出し電圧を低くすることによって角強度を小さくして補償し、スポット・サイズを小さくすることができる。

この解決策で使用される式のうちのいくつかは電子源の分野でよく知られており、固有仮想源サイズの計算の概念は、例えばＬ．Ｗ．ＳｗａｎｓｏｎおよびＧ．Ａ．Ｓｃｈｗｉｎｄ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｐｔｉｃｓ（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、米フロリダ州Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ）、Ｊ．Ｏｒｌｏｆｆ編（２００８年）において発表されている。

いくつかの実施形態では、仮想源サイズｄ_v、全エネルギー分布（ｔｏｔａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）ＴＥＤなどのＳＥ源に対する源パラメータがコンピュータ・モデリングによって決定される。エミッタの頂点と周囲の電極領域との寸法比は大きいため、市販の電荷密度境界要素法プログラムを使用して源ジオメトリを評価することができる。このような方法は、表面を記述するセルの密度をかなり変化させることを可能にし、それによって、エミッタの頂点における電荷密度を、離れた位置にある引出し電極における密度よりも大きくすることを可能にする。表面の電荷密度に加えて、表面に垂直な電界Ｆを計算することもでき、このことは、ＴＥＤおよびｄ_vとともに、放出された電子の軌道を計算することを可能にする。これらの計算は、クーロン相互作用を含める場合と含めない場合の両方で実行することができる。したがって比Ｉ’／Ｊ＝Ｋ²も計算することができる。この式で、Ｉ’は、単位立体角あたりの軸方向の電流（角強度）であり、Ｊは、放出面における軸方向の電流密度であり、これは放出電流密度とも呼ばれる。長さの単位を有する表現Ｋは、エミッタ、サプレッサ電極および引出し電極を含む源領域全体のレンズ作用を定量化する。このような境界要素法プログラムは、縦に並べた図１の写真に示されたＳＥの主要な３つの平衡切子面の形状間の区別を可能にする。いくつかの場合には、側面の４つの（１１０）面が丸くなった中心の（１００）面と交わっているかどうかに基づいて、ステージ０のエンド・フォームがステージ０−ａまたは０−ｂに分けられる。Ｋを１３５０から３３５０ｎｍまで変化させたとき、フィールド・ファクタβ＝Ｆ／Ｖ_ext（この式でＦおよびＶ_extはそれぞれ加えられた電界および引出し電圧である）の軸方向値は、Ｋに対するべき乗則（ｐｏｗｅｒ ｌａｗ）型の依存関係に従うことが分かっている。図３から分かるとおり、エミッタのエンド・フォームにかかわらず、この依存関係は変化せず、実験に基づくＩ’値からエミッタ表面におけるＪへの正確な変換を可能にする。

図３に示したエミッタ・データ・セットと同じデータ・セットおよび０．２５から１．０ｍＡ／ｓｒのＩ’値について、（クーロン相互作用を含まない）固有ｄ_v（ｉｎｔ）によって正規化された（クーロン相互作用を含む）軸方向ｄ_vの計算値が図４に示されている。ｄ_v／ｄ_v（ｉｎｔ）に関しては、エンド・フォームのステージとは独立に、Ｊとの間の直線的な関係が観察される。同様に、Δ_E（ｉｎｔ）値によって正規化された電流の５０％を含むＴＥＤ曲線の値（Δ_E）が図５に示されている。この場合には、計算値によって支持された実験値が示されている。このデータは、合理的な正確さで２次多項式に当てはめることができる。この場合も、この関係は、さまざまなエンド・フォーム・ステージによっても、または１１００から４５００ｎｍまで変化する広範囲のＫ値によっても変化しない。図４および５から、Ｉ’・・０．５ｍＡ／ｓｒでは、クーロン相互作用によってｄ_vがその固有値よりも１５％増大し、一方でΔ_E値は５０％増大していることが分かることは興味深い。

実験によるＩ’（Ｖ_ext）データを図３のβ（Ｋ）関係とともに使用する別のコンピュータ・プログラムは、エミッタの仕事関数（φ）およびβ値を計算する。Ｋ、φおよびＦの値を用いて、Δ_E（ｉｎｔ）およびｄ_v（ｉｎｔ）を計算することができ、Δ_E（ｉｎｔ）およびｄ_v（ｉｎｔ）は、図４および５の経験的な関係とともに、所与のＩ’値に対して、クーロン相互作用を含むより現実的なｄ_v値およびΔ_E値を計算することを可能にする。さらに、Ｂ_r＝４Ｉ’／πｄ_v ²Ｖ_ext＝１．４４Ｊ／πｋＴから、換算輝度（Ｂ_r）を決定することができる。この式で、ｋはボルツマン定数、Ｔはエミッタの温度である。しかしながら、Δ_E値とは対照的に、ｄ_vは、エミッタからの距離に依存し、そのため、電子光学用途では、どの平面でｄ_vを計算するのかが重要であることに留意すべきである。本出願の出願人は、ｄ_vの測定面をエミッタから３ｍｍ下流に置くとする慣例を採用した。

これとは別に、Ｂ_rが、固有換算輝度Ｂ_r（ｉｎｔ）に対する単純な２次多項式型の依存関係に従うことを本出願の出願人は見出した。図９は、Ｂ_r（ｉｎｔ）に対するＢ_rの依存関係を示す図であり、ここで、Ｂ_r（ｉｎｔ）＝１．４４Ｊ／πｋＴは、クーロン相互作用を含まない場合の換算輝度である。したがって、輝度と源サイズの間の関係式Ｂ_r＝４Ｉ’／（πｄ_v ²Ｖ_ext）を使用して、現実的なｄ_vを計算により決定することができる。

図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、電界放出源のエミッタ特性を決定するステップを示す流れ図である。これらの流れ図はそれぞれ、本明細書に記載された発明の異なる１つの実施形態であることを当業者は理解するであろう。以降の議論において、用語「固有」は、ビーム中の電子間のクーロン相互作用に関して補正されていないパラメータを指す。用語「補正された」は、クーロン相互作用に関して補正されたパラメータを指す。

図２Ａの流れ図は本発明の好ましい一実施形態を示す。ステップ２００で、複数の異なる引出し電圧を使用して源から電子を引き出して、引出し電圧と角強度の間の関係を決定する。角強度は単位立体角あたりの電流密度である。角強度は例えば、エミッタから既知の距離のところにある既知の絞り（ａｐｅｒｔｕｒｅ）にビームを通し、その電流を測定することによって決定する。電流は例えば、ファラデー・カップなどの電極内へビームを導くことによって測定する。測定された角強度を引出し電圧に対してプロットし、その結果得られた曲線に式を当てはめることよって関係を決定する。その曲線はＩ’（Ｖ_ext）曲線と呼ばれ、測定値は、Ｉ／Ｖデータ、Ｉ−Ｖデータなどさまざまに呼ばれる。サプレッサ電極を使用する場合には、引出し電圧を変化させるときにサプレッサ電極上の電圧を一定に保つことができ、または、より好ましくは、サプレッサ電圧と引出し電圧の比が全ての点で一定に保たれるように、サプレッサ電圧を、引出し電圧と協調的に変化させる。この電圧比を一定に保つことによって、ある測定から次の測定にかけてＫが維持されることが保証される。この測定は、電子カラムから源を取り外さずに実行することができ、または、Ｌｉｕ他、「Ｆｉｅｌｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ＺｒＯ／Ｗ（１００） Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｃａｔｈｏｄｅ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２８（６）、Ｃ６Ｃ２６〜３３ページ（２０１０年）に記載されている装置などの装置を使用して電子ビーム・カラムの外部で実行することができる。この測定を、カラム内にある源を用いて「その場で」実行する場合には、カラムの底部で電流を測定する場合に、カラム内の源と電流測定装置の間での意図しない電流の損失を防ぐため、１つまたは複数のレンズのレンズ強度を変更する必要がある場合があることを当業者は理解するであろう。一部の電子顕微鏡は、電流を測定することができる位置をカラムの上部に有する。

本発明の実施形態は、エミッタからの電子の放出エネルギー幅Δ_Eを決定する方法を提供する。エネルギー幅は、エミッタを特徴づける重要なパラメータである。これは、エネルギー幅が、電子顕微鏡などの光学システムの色収差およびスポット・サイズに影響を及ぼすためである。エネルギー幅の１つの尺度はＦＷＨＭ、すなわち、ピークの両側の、エネルギー曲線の最大高さの１／２の高さを有する点間の曲線の幅である。エネルギー幅の好ましい尺度はＦＷ５０、すなわち、全電流の正確に半分を含む最も幅の狭いエネルギー区間（ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｔｅｒｖａｌ）の幅である。

Δ_Eは、引出し電圧ではなく電界を使用し、角強度ではなく電流密度Ｊを使用して計算することが好ましい。したがって、いくつかの実施形態では、Ｉ’（Ｖ_ext）データからΔ_Eを導き出すために、引出し電圧から電界を決定し、角強度から電流密度を決定する必要がある。前述のとおり、フィールド・ファクタβを使用して、引出し電圧を電界に関係づけることができる。

ステップ２０２で、Ｉ’（Ｖ_ext）曲線をあるプログラムに入力して、エミッタの追加の特性を決定する。このプログラムは、Ｉ’（Ｖ_ext）曲線から、フィールド・ファクタβ、仕事関数（φ）およびＫを決定する。これらの決定は、後により詳細に説明するさまざまな方法によって達成することができる。

いくつかの実施形態では、例えばＬ．Ｗ．Ｓｗａｎｓｏｎ他、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｐｔｉｃｓ、Ｊ．Ｏｒｌｏｆｆ編（２００８年）に記載されているように、Ｖ_ext ^1/2に対するｌｎ（Ｉ’）のプロットの傾きからフィールド・ファクタを決定することができる。鋭利なエミッタは大きなフィールド・ファクタβを有し、丸くなったエミッタはより小さなフィールド・ファクタβを有する。フィールド・ファクタβは、エミッタと引出し電極の間の距離を含むエミッタの周囲の要素の構成など、電界に影響を及ぼす他の因子によっても影響を受ける。ある特定の源ジオメトリについて、Ｋに対するフィールド・ファクタの依存関係β（Ｋ）を一旦決定してしまえば、エミッタの形状がどのように変化しているのかにかかわらず、その関係を使用して、有用な放出パラメータを得ることができる。これまで、エミッタが、図１の既知の複数のエミッタ・ステージ間で遷移するときには、放出特性を関係づけるのに、異なる定数を有する異なる式が必要であると考えられていた。その場合には、それぞれのエミッタ形状に対する異なる関係を決定し、次いで、エミッタを特徴づけるのにどの関係を使用するのかを決めるためにエミッタ形状を決定することが必要となる。意外にも、それらの関係はエミッタの形状から比較的に独立していることを本出願の出願人は見出した。

フィールド・ファクタは、基本的な電界の原理から導き出された理論データに実験データを当てはめる曲線の当てはめルーチンを使用して、Ｉ’（Ｖ_ext）曲線から計算することもできる。この曲線の当てはめプログラムは、測定されたＩ’（Ｖ_ext）曲線に最もよくマッチする源位置における電界を見つけ出す。

特定の源ジオメトリに対するβを決定する好ましい１つのプログラムは、前述の基本的な原理から計算したＪの値を実験的に決定したＪの値と比較することを含む。ここで、仮定のＫ値に対してＪ＝Ｉ’／Ｋ²である。次いで、Ｋ、ＪおよびＦのそれぞれに対する仮定値を決定する際に使用するβおよび仕事関数を、実験により取得したＶ_ext対するＩ’のデータ・セット中の全ての点についてＪの実験値と計算値とが一致するまで変化させる。したがって、フィールド・ファクタβは、当てはめ近似を繰り返すことによって決定される。Ｋは、前述の電子軌道シミュレーションから決定することができ、Ｋの関数としてのβの関係を決定することができる。この方法を使用して、本出願の出願人は、β（Ｋ）に対する以下の式：β（Ｋ）＝１．１３×１０⁸Ｋ^-0.826を導き出した。この式で、βの単位はｌ／ｍ、Ｋの単位はｎｍである。定数１．１３×１０⁸および−０．８２６は、特定の源構成に対して前述のとおりに導き出したものであり、このβの計算は、意外にも、異なる状態のエミッタに対して正確であることが分かった。すなわち、ある源ジオメトリまたは源構成に対して決定されたフィールド・ファクタ曲線は、時間の経過とともにエミッタが変化し、既知の複数のステージ間でエミッタが遷移するときでも正確であることが分かった。

本明細書に記載された方法に基づいて、当業者は、異なるエミッタ−引出し電極間距離などの異なる源ジオメトリに対する上記の定数を計算することができるであろう。例えば、１つの技法では、異なる引出し電圧における電子の軌道をシミュレーションによってモデル化し、次いでそれらの軌道に対応する電界を決定する。Ｋは、電子の軌道から決定することができ、βは、シミュレーションによって決定された電界と引出し電圧との比から決定することができる。異なるエミッタ形状に対して、および異なるＫおよびβに対してこれを繰り返して曲線を得る。電子の放出をシミュレーションし、電子軌道を計算し、電界を見つけ出すことによって異なるエミッタ形状に対するＫおよびβを決定するために、エミッタのさまざまな形状をモデル化することができる。異なるＫ値におけるβを比較することによって、ステップ２０２で使用するＫに対するβの関係が得られる。それによって、図２で使用する式に対する異なる定数が決定され、次いで、図２の方法を、異なるエミッタ構成に対して使用することができる。

図３は、異なるエミッタ・ステージにおけるＫに対するβのグラフを示す。それぞれの点は、曲線を当てはめる前述の方法によって決定した。図３は、単一の曲線が、全ての３つの異なるエミッタ・ステージの点に当てはまること、すなわちβがエミッタ形状から独立していることを示している。このことは、βを決定するのに、したがって他の放出パラメータを決定するのに、エミッタの形状が分かっている必要がないことを示している。図３の散布図（ｓｃａｔｔｅｒ）に対する最良の曲線の当てはめを記述する式が、ステップ２０２で使用する前述の式の定数を決定する。図３そのものを使用してステップ２０２でβを決定することもできるが、それはβを決定する好ましい方法でない。

ステップ２０４で、Ｂａｈｍ他、「Ｒａｎｇｅ ｏｆ Ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２６（６）、２０８０〜２０８４ページ（２００８年）およびＭｏｄｉｎｏｓ、Ｆｉｅｌｄ Ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ ａｎｄ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ、ニューヨーク、１９８４年）に記載されている式などのエミッタの基本的な式を使用して、ビームの固有エネルギー幅Δ_E（ｉｎｔ）を計算する。また、前述のβおよび仕事関数から電流密度Ｊを計算する。

ステップ２０６で、エネルギー幅補正因子Δ_E（Ｂ）を計算する。この因子は、関係式Δ_E（Ｂ）＝６．９×１０^-11Ｊβ^-2.19＋０．０８８を使用して計算する。この関係式は、エネルギー分布の幅の実験値と対応するエネルギー幅の固有値とを比較することによって決定したものである。この補正因子は、固有エネルギー幅Δ_E（ｉｎｔ）と求積法（ｑｕｄｒａｔｕｒｅ）で結合したときに、補正されたエネルギー幅Δ_Eを与える負でないただ１つの数である。図８は、４つの異なるエミッタ構成について、全エネルギー幅に対する電子ボルトで表したベルシュ寄与Δ_E（Ｂ）を、１平方メートル当たりのアンペアで表した電流密度の関数として示したプロットである。図８のプロットは、一群のエミッタについて、エネルギー幅補正因子が、ある動作範囲にわたって、源の電流密度Ｊに直線的に依存していることを示している。それぞれの曲線の傾きは、フィールド・ファクタβに対してべき乗則型の依存関係を有する比例定数、すなわち８．０５×１０^-11β^-0.286によって与えられる。凡例中のカッコ内の値は、特定の源識別番号に対応するβ値である。

ステップ２０８で、固有エネルギー幅を求積法でエネルギー幅補正因子と畳み込んで、補正されたエネルギー幅を、関係式Δ_E＝（Δ_E（ｉｎｔ）^1.67＋Δ_E（Ｂ）^1.67）^1/1.67に基づいて提供する。指数１．６７は、実験データに対する最良の当てはめによって決定したものであり、この指数はエミッタ構成から独立している。

ステップ２１０で、以前に説明した関係式Ｂ_r（ｉｎｔ）＝１．４４Ｊ／（πｋＴ）を使用して固有輝度Ｂ_r（ｉｎｔ）を計算する。係数１．４４は、点源の物理的特性から導き出したものであり、エミッタ構成から独立している。ステップ２１２で、関係式Ｂ_r＝−１．４５×１０^-10Ｂ_r（ｉｎｔ）²＋０．７９２Ｂ_r（ｉｎｔ）に従って、補正された輝度Ｂ_rを、固有輝度の２次関数として計算する。この２次式中の定数の選択は、図９に示す固有輝度に対する補正された輝度のプロットに曲線を当てはめることによって決定したものである。図９は、粒子追跡シミュレーションによって決定したクーロン相互作用を含まない固有Ｂ_r（ｉｎｔ）に対する換算輝度Ｂ_rのプロットを示す。図９は、異なるエミッタ・ステージに対応する点が同じ線に沿って並ぶことを示している。したがって、この式中の定数の具体的な値は、引出し構成の詳細に依存し、先端の形状または先端の状態には依存しない。引出し構成が異なる場合には定数の調整が必要になることがあること、およびそのような調整は本発明から逸脱しないことを当業者は理解するであろう。

ステップ２１４で、補正された輝度から、関係式ｄ_v＝（４Ｋ²Ｊ／（πＢ_rＶ_ext））^1/2Ｂ_rによって、仮想源サイズｄ_vを決定する。この関係式は、前述の輝度に対する定義の代数的操作によって導き出すことができる。

換算輝度、エネルギー幅および仮想源サイズを含むさまざまな放出パラメータが分かっていれば、オペレータは、判断ブロック２２０で、何らかのアクションが必要かどうかを判断することができる。アクションが必要でない場合、オペレータは、このプロセスをブロック２００から繰り返すことによって将来のある時期に放出品質を検査するまでの間、ブロック２２２で、電子源を動作させることができる。放出特性が変化したことまたは放出特性が最適ではないことが分かった場合、オペレータは、ステップ２２４でアクションをとることができる。例えば、オペレータは、１回の測定または一連の測定から、源が劣化していると判定し、交換の予定を組むことができる。時間の経過とともにエミッタの特性が変化していることを示す一連の測定は、エミッタの残りの寿命の推定を提供することができる。

場合によっては、オペレータは、エミッタの状態に基づいて、源の動作および／または電子カラムの動作を調整することができる。オペレータは、源の寿命の全体にわたって顕微鏡の性能を最大にすることができる。例えば、一般に、試料位置におけるスポット・サイズを所望のサイズに維持することが望ましい。エネルギー幅が広がった場合、集束システム内における色収差の影響が大きくなることにより、スポット・サイズはより大きくなる。スポット・サイズは、引出し電圧を低減させることによってエミッタの角強度を低減させることで小さくすることができる。カラムのレンズの焦点距離の変更も色収差に影響し、カラムのレンズの焦点距離の変更を使用して、エネルギー幅の増大をある程度、補償することができる。図２の計算が換算輝度の低下を示している場合には、引出し電圧を増大させてビームに追加の電流を提供することによって、換算輝度の低下を補償することができる。

図２Ｂの流れ図は本発明の代替実施形態を示す。ステップ２００、２０２および２０４については既に説明した。ステップ２３０で、Ｋ、源温度Ｔおよび引出し電圧Ｖから固有仮想源サイズを計算する。固有仮想源サイズとＫの間の関係は分かっており、例えば前掲のＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｐｔｉｃｓに記載されている。１つの実施形態は、ｄ_v（ｉｎｔ）＝１．６７（Ｋ）（ｋＴ／Ｖ_ext）^1/2の形の式を使用する。この式で、ｄ_v（ｉｎｔ）は固有仮想源サイズ、ｋはボルツマン定数であり、前述のとおり、Ｋは比Ｉ’／Ｊの平方根、Ｔは源の温度、Ｖ_extは引出し電圧である。

ステップ２３２で、固有仮想源サイズから補正された仮想源サイズを決定する。図４は、Ｊに対してプロットした比ｄ_v／ｄ_v（ｉｎｔ）を示す。図４のデータ点は、軌道モデル化または軌道測定によって決定される。そのデータを、ｄ_v＝（Ｃ₂Ｊ²＋Ｃ₁Ｊ＋Ｃ₀）ｄ_v（ｉｎｔ）の形の式によって当てはめる。定数「Ｃ₀」、「Ｃ₁」および「Ｃ₂」は、データ点を曲線に当てはめることによって決定される。１つの源構成では、Ｊを、ＳＩ単位であるアンペア／平方メートルで表したとき、それらの定数の値がそれぞれ０．９７、９．３×１０^-10および−３．４×１０^-19であることが分かった。異なるエミッタ点に対応する全ての点が同じ曲線上に並ぶため、図４もやはり、ｄ_vとｄ_v（ｉｎｔ）の間の関係が、エミッタのステージから独立していることを示している。

任意選択のステップ２３４で、式Ｉ’＝Ｊ（Ｋ）²を使用して、電流密度およびＫから角強度を計算する。ステップ２３４は、前の計算に対するチェックとして機能する。計算された角強度は、ステップ２００で測定した角強度と同じであるべきであり、５パーセント以内であることが好ましく、１パーセント以内であるとより好ましい。計算された角強度が、ステップ２００からの測定された電流密度と一致しない場合には、このステップよりも前の曲線の当てはめステップを繰り返して、フィールド・ファクタをより正確に決定する。

ステップ２３６で、Δ_E（ｉｎｔ）から、エミッタの補正されたエネルギー幅Δ_Eを計算する。Δ_EとΔ_E（ｉｎｔ）の関係を決定するため、さまざまな角強度でΔ_Eを測定し、それらの角強度に対するΔ_E（ｉｎｔ）を計算する。Δ_EとΔ_E（ｉｎｔ）の比を角強度に対してプロットし、その結果得られた曲線をＩ’の多項式に当てはめる。多項式の係数は、データに対する最も良好な曲線の当てはめを提供する係数を見つけることによって決定される。図５は、特定の１つの源構成について、Ｉ’に対してプロットしたΔ_E／Δ_E（ｉｎｔ）のグラフを示す。図５のデータに対する最良の当てはめの多項関数は、Δ_E＝（０．３７Ｉ’²＋１．１６Ｉ’＋１．０６）Δ_E（ｉｎｔ）であることが分かった。意外にも、エミッタの状態が時間の経過とともに変化するときであっても、またはエミッタが異なるときであっても、特定の源ジオメトリに対する係数は比較的に一定のままであることを本出願の出願人は見出した。すなわち、Δ_EとΔ_E（ｉｎｔ）の間の関係はエミッタのステージから独立している。したがって、この関係は有効であり続け、エミッタの全耐用寿命を通じてエネルギー幅についての情報を提供する。

一部のユーザは、換算輝度を使用して源放出を特徴づける方を好む。換算輝度は、正規化されたエミッタンス（ｅｍｉｔｔａｎｃｅ）で電流を除したものと定義される。ステップ２３８で、関係式Ｂ_r＝４Ｉ’／（πｄ_v ²Ｖ_ext）を使用して換算輝度を計算する。この関係式は、以前にステップ２３２で計算したｄ_vの値を含む。

ステップ２２０、２２２および２２４は、図２Ａに関して上で説明したステップと同じである。

図２Ｃの流れ図は本発明の代替実施形態を示す。ステップ２００、２０２、２０４および２３０については既に説明した。ステップ２４０で、計算された電流密度Ｊおよび計算されたフィールド・ファクタβを含む３次多項式、すなわちｄ_v（ｔｒａ）＝（３×１０^-27Ｊ³＋１×１０^-17Ｊ²＋１×１０⁸Ｊ＋０．４）／βを使用して、軌道変位に起因する仮想源サイズの成長に対する補正因子ｄ_v（ｔｒａ）を計算する。図１０は、図９に示したエミッタと同じエミッタについて、軌道変位とβの積を、アンペア／平方メートルで表した電流密度に対してプロットした図である。図９の黒実線の曲線は、この散布図に非常によく似た３次多項式を示している。関係式ｄ_v（ｔｒａ）＝（３×１０^-27Ｊ³＋１×１０^-17Ｊ²＋１×１０⁸Ｊ＋０．４）／βは、エミッタ・ステージまたは動作条件に関係なく特定の源ジオメトリをとる全てのエミッタに対して得られることが分かった。この関係式の適用可能性を他の源ジオメトリにまで拡張するためには、この関係式をわずかに変更する必要があることを当業者は理解するであろう。

ステップ２４２で、ｄ_v＝（ｄ_v（ｉｎｔ）²＋ｄ_v（ｔｒａ）²）^1/2を使用して、すなわち固有仮想源サイズと仮想源サイズに対する軌道変位の寄与とを求積法で足し合わせることによって、補正された仮想源サイズを計算する。

ステップ２０６、２０８および２３６ならびにそれ以降のステップについては既に説明した。

前述のとおり、図２Ａ〜２Ｃのステップにおける計算で使用した定数は、特定の源ジオメトリに対して有効である。それらの定数は、エミッタから引出し電極までの距離、サプレッサ電極のキャップの上方のエミッタの突出、絞りの位置などの源ジオメトリに依存して決定される。図２Ａ〜２Ｃのステップは、実験データとモデル化データの組合せを使用して、決定的に重要な当てはめを生み出し、それらのステップは、エミッタのほぼ全ての形状およびサイズに適合する。フィールド・ファクタから、決定的に重要な全てのパラメータを決定することができる。エミッタのマイクロジオメトリを決定し、またはエミッタのマイクロジオメトリを知る必要はない。

源またはビームの特性の多くはさまざまな方法で定義することができ、本発明は特定の定義に限定されない。例えば、上記の例では、放出エネルギー幅の測定値としてＦＷ５０を使用しているが、ガウスのエネルギー分布の標準偏差の指定された数値、最大値の１／２に相当する点間のエネルギー分布曲線の幅（ＦＷＨＭ）など、他の測定値を使用することもできる。使用する輝度パラメータは、正規化されたエミッタンスで電流を除したと定義される換算輝度とすることができ、または実施形態は、他の輝度測定値の定義を使用することもできる。

図６は、本発明の一実施形態を要約したものである。ブロック６０２で、特定の源ジオメトリについて、源特性と容易に測定される値から導き出すことができるパラメータとの間の関係を決定する。これは例えば、ブロック６０４でフィールド・ファクタβとＫの間の関係を決定すること、ブロック６０６でｄ_v／ｄ_v（ｉｎｔ）とＪの間の関係を決定すること、およびブロック６０８で電界Δ_E／Δ_E（ｉｎｔ）とＩ’の間の関係を決定することを含む。図３〜５で説明し、示したとおり、これらの関係は、実験、シミュレーションおよびエミッタの基本的な理論から決定された値をプロットすることによって決定することができる。特定の源構成に対してこれらの関係を決定した後、ブロック６１０で、オペレータは、それらの関係を使用して、測定されたデータから源の特性を決定することができる。

ブロック６１２で、ブロック６０２の源と同じジオメトリを有する源から、容易に測定可能な値を得る。例えば、異なる引出し電圧における角強度を測定することができる。ブロック６１４で、測定された値からβ、Ｋ、φなどのパラメータを導き出す。ブロック６１６で、ブロック６０２で決定した関係、ブロック６１２で測定した測定値およびブロック６１４で導き出したパラメータを使用して、源特性を決定する。ステップ６２０で、オペレータは、決定された源特性に基づいて、カラムを最適化する、源を交換する、保守の予定を組むなどのアクションをとることができる。

図７は、真空室７０６内に電界放出電子源７０４を含む、走査電子顕微鏡などの電子ビーム・システム７０２のブロック図を示す。電子ビーム・システム７０２はさらに、挿入可能な角強度測定装置７０８、電子カラム７１０、２次粒子検出器７１２、およびステージ７１６上の試料７１４を含む。角強度測定装置７０８は一般に絞り７２０およびファラデー・カップ７２２を含むが、他の構成を使用することもできる。測定装置７０８は、源の放出特性を決定するために電子ビームの経路上に挿入され、または通常の電子ビーム動作のためにこの経路から除去される。挿入および除去は手動または自動で実施することがきる。

コントローラ７２６は、システム７０２内の一部または全ての構成要素を、自動的に、またはオペレータからの命令によって、あるいはその両方の組合せによって制御する。一部の方法ステップは、コントローラ７２６を使用せずに手動で実行することができる。例えば、ステップ２２０で、何らかのアクションが必要であると判定された場合、コントローラ７２６はそのアクションを実行し、またはその動作を実行するようにオペレータに警告することができる。コントローラ７２６は一般に、図２の計算ステップを実行する。

コントローラ７２６は一般に、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブル・ロジック・アレイなどのプロセッサ７２８、ならびにコンピュータ可読命令およびコンピュータ可読データを記憶する記憶装置７３０を含む。本明細書で使用されるコントローラ７２６は、システム７０２に埋め込まれたパーソナル・コンピュータ、プロセッサなどの複数の装置を備えることができ、前述のステップは、そのうちの一方またはその両方で実行することができる。本発明の実施形態はさらに、図２の命令のうちの１つまたは複数の命令を実行するための命令を記憶したコンピュータ可読媒体を含むことができる。通常動作では、コントローラ７２６によってまたは手動で電子ビームが試料７１４に向かって導かれ、検出器７１２によって検出された２次粒子を使用して、加工物の画像がディスプレイ７２２に表示される。電子ビーム・システム７０２は例として示したものであり、本発明に基づくシステムは、図示の構成に対してシステムを適用することだけに限定されない。

相当に意外なことだが、エミッタ・ステージまたは動作条件に関係なく、エミッタの換算輝度は、固有換算輝度の２次関数によって非常によく特徴づけられることを本出願の出願人は見出した。図９は、全てのエンド・フォーム・ステージを含む一群のエミッタの換算輝度を、固有換算輝度の関数としてプロットした散布図である。２次多項式法則を有する優れた一致が得られた。

図１０は、仮想源サイズに対する軌道変位の寄与をβに乗じた積を、エミッタの電流密度の関数としてプロットした図である。

本発明のいくつかの実施形態によれば、電界電子源の放出特性を決定する方法は、異なる複数の引出し電圧を使用して電界電子源から電子を逐次的に引き出すステップと、前記複数の引出し電圧における電子電流を測定して、角強度Ｉ’と引出し電圧との間の関係を決定するステップと、前記関係およびビーム・ジオメトリから、仕事関数およびフィールド・ファクタβを決定するステップであり、フィールド・ファクタβが、放出面における加えられた電界と引出し電圧との比に対応するステップと、角強度およびビーム・ジオメトリから放出電流密度Ｊを決定するステップであり、Ｊが、エミッタの表面の位置で定義されるステップと、フィールド・ファクタ、引出し電圧、仕事関数および源温度から固有放出エネルギー幅を決定するステップと、ビーム・ジオメトリ、源温度および引出し電圧から固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定するステップと、固有放出エネルギー幅および角強度から、補正された放出エネルギー幅を決定するステップと、放出電流密度から、補正された仮想源サイズｄ_vを決定するステップと、角強度、補正された仮想源サイズおよび引出し電圧からビーム輝度を決定するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、ビーム輝度を決定するステップが、換算ビーム輝度を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、前記複数の引出し電圧における電子電流を測定して、角強度Ｉ’と引出し電圧との間の関係を決定するステップが、既知の直径を有する絞りを通してファラデー・カップ内へ電子ビームを導くステップを含む。いくつかの実施形態では、フィールド・ファクタが、ＡにＫ^Bを乗じた積の形の関数として決定され、Ｋが比Ｉ’／Ｊの平方根であり、ＡおよびＢが、源構成によって決定され、エミッタの状態から比較的に独立している。

いくつかの実施形態では、補正された仮想源サイズｄ_vを決定するステップが、補正された仮想源サイズｄ_vを、（ＤＪ＋１）に固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を乗じた積の形の関数として決定するステップを含み、Ｄが定数、Ｊが放出電流密度であり、ｄ_v（ｉｎｔ）が、既知の式ＣＫ（ｋＴ／Ｖ_ext）^1/2によって見出され、Ｃが定数、Ｋが比Ｉ’／Ｊの平方根、ｋがボルツマン定数、Ｔがエミッタの温度、Ｖ_extが引出し電圧である。

いくつかの実施形態では、補正された仮想源サイズｄ_vを決定するステップが、補正された仮想源サイズｄ_vを、ｄ_v＝（ｄ_v（ｉｎｔ）²＋ｄ_v（ｔｒａ）²）^1/2の形の関数として決定するステップを含み、ｄ_v（ｉｎｔ）が固有仮想源サイズ、ｄ_v（ｔｒａ）が、ビーム中のクーロン相互作用に起因する軌道欠陥を補正する仮想源サイズ・ブローデニング項（ｖｉｒｔｕａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｓｉｚｅ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｔｅｒｍ）であり、ｄ_v（ｔｒａ）が、フィールド・ファクタβおよび放出電流密度の関数である。

いくつかの実施形態では、電界電子源の放出特性を決定する方法が、電流密度にＫの２乗を乗じた積として角強度を計算するステップと、計算された角強度を測定された角強度と比較するステップとをさらに含む。いくつかの実施形態では、電界電子源の放出特性を決定する方法が、計算された角強度が測定された角強度から５％を超えて変化している場合にフィールド・ファクタを再計算するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、電界電子源の放出特性を決定する方法が、源の放出特性に基づいて集束カラムの光学要素を調整するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、光学要素を調整するステップが、引出し電圧、サプレッサ電圧またはエミッタ温度を調整するステップを含む。

いくつかの実施形態では、電界電子源の放出特性を決定する方法が、計算された放出エネルギー幅、計算された輝度または導き出された仮想源サイズに基づいてエミッタを使用から外すステップをさらに含む。

本発明のいくつかの実施形態によれば、電子ビーム・システム内で電界放出を使用する電子源の特性を、ビーム特性の測定値から決定する方法は、電界放出電子源に印加する引出し電圧を変化させ、異なる引出し電圧における放出の１つまたは複数の特性を測定するステップと、引出し電圧と前記測定特性のうちの１つまたは複数の特性との間の関係を決定するステップと、前記関係から、加えられた電界と引出し電圧との比に対応するフィールド・ファクタβを計算するステップであり、この計算が、ＡＫ^Xの形の式を含み、ＡおよびＸが源ジオメトリの関数であり、エミッタの先端の状態から独立しているステップと、フィールド・ファクタから、源の少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、電界電子源の放出特性を決定する方法が、電子ビーム・システムの所望の動作特性を維持するために、源の追加の導出特性のうちの１つの特性の値に応じて電子ビーム・システムを変更するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、前記少なくとも１つの追加の導出特性が、ビーム内のクーロン相互作用に関して補正されている。いくつかの実施形態では、フィールド・ファクタから、少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、ビーム輝度、仮想源サイズまたは放出エネルギー幅を決定するステップを含む。

いくつかの実施形態では、引出し電圧と前記測定特性のうちの１つまたは複数の特性との間の関係を決定するステップが、角強度と引出し電圧の間の関係を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、フィールド・ファクタから、源の少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、源ジオメトリの関数である因子であり、エミッタの状態から独立した因子を含む関係を使用して、固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定するステップを含む。

いくつかの実施形態では、引出し電圧と前記測定特性との間の関係を決定するステップが、固有仮想源サイズと、放出電流密度に第２の因子を乗じた積とから、クーロン相互作用に関して補正された仮想源サイズを決定するステップをさらに含み、第２の因子が、源ジオメトリの関数であり、エミッタの状態から独立している。

いくつかの実施形態では、フィールド・ファクタから、少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、放出エネルギー幅を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、放出エネルギー幅を決定するステップが、補正されてない放出エネルギー幅と、補正因子とから、クーロン相互作用に関して補正された放出エネルギー幅を決定するステップを含み、この補正因子が、源ジオメトリの関数である因子であり、エミッタの状態から独立している因子を角強度に乗じた積を含む。

いくつかの実施形態では、前記補正因子がＩ’のべき級数（ｐｏｗｅｒ ｓｅｒｉｅｓ）を含み、このべき級数の係数が、源ジオメトリの関数であり、エミッタの状態から独立している。

いくつかの実施形態では、放出エネルギー幅を決定するステップが、補正されてない放出エネルギー幅と、補正因子とから、クーロン相互作用に関して補正された放出エネルギー幅を決定するステップを含み、この補正因子が、放出電流密度とフィールド・ファクタのべき乗との積を含む。

いくつかの実施形態では、フィールド・ファクタから、少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、角強度、仮想源サイズおよび引出し電圧から、または温度および放出電流密度から、換算ビーム輝度を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、換算ビーム輝度を決定するステップが、クーロン相互作用に関して補正された換算ビーム輝度を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、補正された換算ビーム輝度が、補正されてない換算ビーム輝度の多項展開（ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）である。

本発明のいくつかの実施形態によれば、電子ビーム装置は、電界放出源と、電子ビームの角強度を決定する測定装置と、プロセッサとを備え、このプロセッサは、放出面における加えられた電界と引出し電圧との比に対応するフィールド・ファクタβを決定し、フィールド・ファクタ、引出し電圧、仕事関数および源温度から固有放出エネルギー幅を決定し、ビーム・ジオメトリ、源温度および引出し電圧から固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定し、固有放出エネルギー幅および角強度から、補正された放出エネルギー幅を決定し、電流密度から、補正された仮想源サイズｄ_vを決定し、角強度、補正された仮想源サイズおよび引出し電圧からビーム輝度を決定する。

本発明のいくつかの実施形態によれば、コンピュータ可読媒体は、放出面における加えられた電界と引出し電圧との比に対応するフィールド・ファクタβを決定し、角強度と放出面における電流密度との比に対応する源領域レンズ因子（ｓｏｕｒｃｅ ｒｅｇｉｏｎ ｌｅｎｓ ｆａｃｔｏｒ）を決定し、フィールド・ファクタ、引出し電圧、仕事関数および源温度から固有放出エネルギー幅を決定し、源領域レンズ因子、源温度および引出し電圧から固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定し、固有エネルギー幅および角強度から、補正された放出エネルギー幅を決定し、電流密度から、補正された仮想源サイズｄ_vを決定し、角強度、補正された仮想源サイズおよび引出し電圧からビーム輝度を決定するための記憶されたコンピュータ命令を含む。

本発明の実施形態は、コンピュータ・ハードウェアもしくはコンピュータ・ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組合せによって実現することができることを認識すべきである。本発明の方法は、標準プログラミング技法を使用し、本明細書に記載された方法および図に基づいてコンピュータ・プログラムとして実現することができ、このコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラムを含むように構成されたコンピュータ可読の記憶媒体を含み、そのように構成された記憶媒体は、コンピュータを、予め定義された特定の方式で動作させる。コンピュータ・システムと通信するため、それぞれのプログラムは、高水準手続き型プログラミング言語またはオブジェクト指向プログラミング言語で実現することができる。しかしながら、所望ならば、それらのプログラムを、アセンブラ言語または機械語で実現することもできる。いずれにせよ、その言語は、コンパイルまたは解釈される言語とすることができる。さらに、そのプログラムは、そのプログラムを実行するよう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。

さらに、方法論は、限定はされないが、荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置とは別個の、荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置と一体の、または荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置と通信するパーソナル・コンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレーム、ワークステーション、ネットワーク化されたコンピューティング環境または分散コンピューティング環境、コンピュータ・プラットホームなどを含む、任意のタイプのコンピューティング・プラットホームで実現することができる。本発明の諸態様は、取外し可能であるか、またはコンピューティング・プラットホームと一体であるかを問わない、ハードディスク、光学式読取りおよび／もしくは書込み記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶媒体上または記憶装置上にメモリとして記憶された機械可読コードであって、プログラム可能なコンピュータが、本明細書に記載された手順を実行するために、その記憶媒体または記憶装置を読んだときに、そのコンピュータを構成し、動作させるために、そのコンピュータが読むことができるように記憶された機械可読コードとして実現することができる。さらに、機械可読コードまたは機械可読コードの一部を、有線または無線ネットワークを介して伝送することができる。本明細書に記載された発明は、マイクロプロセッサまたは他のデータ処理装置と連携して上述の諸ステップを実現する命令またはプログラムを含む、これらのさまざまなタイプのコンピュータ可読記憶媒体、およびその他のさまざまなタイプのコンピュータ可読記憶媒体を含む。本発明はさらに、本明細書に記載された方法および技法に従ってプログラムされたコンピュータを含む。

入力データに対してコンピュータ・プログラムを使用して、本明細書に記載された機能を実行し、それによって入力データを変換して出力データを生成させることができる。この出力情報は、収差補正装置などの１つもしくは複数の出力装置、またはディスプレイ・モニタに出力される。本発明の好ましい実施形態では、変換されたデータが物理的な実在する物体を表し、実施形態は、その物理的な実在する物体の特定の視覚的描写をディスプレイ上に生成することができる。

本発明の好ましい実施形態は、試料を画像化するために、粒子ビーム装置、エネルギー・ビーム装置または物理的なプローブ・チップ（ｐｒｏｂｅ ｔｉｐ）を使用する装置を利用することができる。試料を画像化するために使用されるこのようなビームまたは物理的なプローブは試料と本来的に相互作用し、その結果、試料をある程度変形させる。さらに、本明細書の全体を通じて、「計算する」、「決定する」、「測定する」、「生成させる」、「検出する」、「形成する」、「リセットする」、「読み出す」、「差し引く」、「検出する」、「比較する」、「取得する」、「マップする」、「記録する」、「変形する」、「変更する」などの用語を利用した議論は、コンピュータ・システム、センサまたは同様の電子装置の動作および処理に言及し、そのコンピュータ・システムまたは同様の電子装置は、コンピュータ・システム内の物理量として表されたデータを操作し、そのデータを、その同じコンピュータ・システムまたは他の情報記憶装置内、伝送装置内もしくは表示装置内の、物理量として同様に表された他のデータに変換する。

本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し、示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なり、全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけではない。本発明のいくつかの実施形態を実施するのに適した粒子ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。

また、本明細書において、用語「自動」、「自動化された」または類似の用語が使用されるとき、これらの用語は、自動プロセスもしくは自動ステップまたは自動化されたプロセスもしくは自動化されたステップの手動による開始を含むものと理解される。以下の議論および特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、オープン・エンド（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）型の用語として使用されており、したがって、これらの用語は、「．．．を含むが、それらだけに限定はされない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味すると解釈すべきである。

本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、特に明記しない限り、一律の尺度では描かれていない。

本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。全ての実施形態で、源の全てのパラメータおよび特性が計算されるわけではない。異なる実施形態は、異なる測定パラメータを測定し、異なる導出パラメータを計算することがある。本発明は、電界放出イオン源および電子源に適用することができる。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。

７０２ 電子ビーム・システム
７０４ 電界放出電子源
７０６ 真空室
７０８ 角強度測定装置
７１０ 電子カラム
７１２ ２次粒子検出器
７１４ 試料
７１６ ステージ
７２０ 絞り
７２２ ファラデー・カップ
７２２ ディスプレイ
７２６ コントローラ
７２８ プロセッサ
７３０ 記憶装置

Claims (27)

1. 電界電子源の放出特性を決定する方法であって、
   異なる複数の引出し電圧を使用して前記電界電子源から電子を逐次的に引き出すステップと、
   前記複数の引出し電圧における電子電流を測定して、角強度Ｉ’と前記引出し電圧との間の関係を決定するステップと、
   前記関係およびビーム・ジオメトリから、仕事関数およびフィールド・ファクタβを決定するステップであり、前記フィールド・ファクタβが、放出面における加えられた電界と前記引出し電圧との比に対応するステップと、
   前記角強度および前記ビーム・ジオメトリから放出電流密度Ｊを決定するステップであり、Ｊが、エミッタの表面の位置で定義されるステップと、
   前記フィールド・ファクタ、前記引出し電圧、前記仕事関数および源温度から固有放出エネルギー幅を決定するステップと、
   前記ビーム・ジオメトリ、源温度および前記引出し電圧から固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定するステップと、
   前記固有放出エネルギー幅および前記角強度から、補正された放出エネルギー幅を決定するステップと、
   前記放出電流密度から、補正された仮想源サイズｄ_vを決定するステップと、
   前記角強度、前記補正された仮想源サイズおよび前記引出し電圧からビーム輝度を決定するステップと
   を含む方法。
2. ビーム輝度を決定するステップが、換算ビーム輝度を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の引出し電圧における電子電流を測定して、角強度Ｉ’と前記引出し電圧との間の関係を決定するステップが、既知の直径を有する絞りを通してファラデー・カップ内へ電子ビームを導くステップを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記フィールド・ファクタβが、ＡにＫ^Bを乗じた積の形の関数として決定され、Ｋが比Ｉ’／Ｊの平方根であり、ＡおよびＢが、源構成によって決定され、エミッタの状態から比較的に独立している、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 前記補正された仮想源サイズｄ_vを決定するステップが、前記補正された仮想源サイズｄ_vを、（ＤＪ＋１）に前記固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を乗じた積の形の関数として決定するステップを含み、Ｄが定数、Ｊが前記放出電流密度であり、ｄ_v（ｉｎｔ）が、既知の式ＣＫ（ｋＴ／Ｖ_ext）^1/2によって見出され、Ｃが定数、Ｋが比Ｉ’／Ｊの平方根、ｋがボルツマン定数、Ｔがエミッタの温度、Ｖ_extが前記引出し電圧である、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記補正された仮想源サイズｄ_vを決定するステップが、前記補正された仮想源サイズｄ_vを、ｄ_v＝（ｄ_v（ｉｎｔ）²＋ｄ_v（ｔｒａ）²）^1/2の形の関数として決定するステップを含み、ｄ_v（ｉｎｔ）が前記固有仮想源サイズ、ｄ_v（ｔｒａ）が、ビーム中のクーロン相互作用に起因する軌道欠陥を補正する仮想源サイズ・ブローデニング項であり、ｄ_v（ｔｒａ）が、前記フィールド・ファクタβおよび前記放出電流密度の関数である、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
7. 前記電流密度にＫの２乗を乗じた積として前記角強度を計算するステップと、前記計算された角強度を前記測定された角強度と比較するステップとをさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記計算された角強度が前記測定された角強度から５％を超えて変化している場合に前記フィールド・ファクタを再計算するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 源の放出特性に基づいて集束カラムの光学要素を調整するステップをさらに含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 光学要素を調整するステップが、前記引出し電圧、サプレッサ電圧またはエミッタ温度を調整するステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記計算された放出エネルギー幅、前記計算された輝度または前記導き出された仮想源サイズに基づいてエミッタを外すステップをさらに含む、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 電子ビーム・システム内で電界放出を使用する電子源の特性を、ビーム特性の測定値から決定する方法であって、
    前記電界放出電子源に印加する引出し電圧を変化させ、異なる引出し電圧における前記放出の１つまたは複数の特性を測定するステップと、
    前記引出し電圧と前記測定特性のうちの１つまたは複数の特性との間の関係を決定するステップと、
    前記関係から、加えられた電界と前記引出し電圧との比に対応するフィールド・ファクタβを計算するステップであり、この計算が、ＡＫ^Xの形の式を含み、ＡおよびＸが源ジオメトリの関数であり、エミッタの先端の状態から独立しているステップと、
    前記フィールド・ファクタから、前記源の少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップと
    を含む方法。
13. 前記電子ビーム・システムの所望の動作特性を維持するために、前記源の前記追加の導出特性のうちの１つの特性の値に応じて前記電子ビーム・システムを変更するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記少なくとも１つの追加の導出特性が、ビーム内のクーロン相互作用に関して補正されている、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. 前記フィールド・ファクタから、少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、ビーム輝度、仮想源サイズまたは放出エネルギー幅を決定するステップを含む、請求項１２から１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記引出し電圧と前記測定特性のうちの１つまたは複数の特性との間の関係を決定するステップが、角強度と引出し電圧の間の関係を決定するステップを含む、請求項１２から１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記フィールド・ファクタから、前記源の少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、源ジオメトリの関数である因子であり、エミッタの状態から独立した因子を含む関係を使用して、固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記固有仮想源サイズと、放出電流密度に第２の因子を乗じた積とから、クーロン相互作用に関して補正された仮想源サイズを決定するステップをさらに含み、前記第２の因子が、源ジオメトリの関数であり、エミッタの状態から独立している、請求項１７に記載の方法。
19. 前記フィールド・ファクタから、少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、放出エネルギー幅を決定するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 放出エネルギー幅を決定するステップが、補正されてない放出エネルギー幅と、補正因子とから、クーロン相互作用に関して補正された放出エネルギー幅を決定するステップを含み、前記補正因子が、源ジオメトリの関数である因子であり、エミッタの状態から独立している因子を前記角強度に乗じた積を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記補正因子がＩ’のべき級数を含み、前記べき級数の係数が、源ジオメトリの関数であり、エミッタの状態から独立している、請求項２０に記載の方法。
22. 放出エネルギー幅を決定するステップが、補正されてない放出エネルギー幅と、補正因子とから、クーロン相互作用に関して補正された放出エネルギー幅を決定するステップを含み、前記補正因子が、放出電流密度と前記フィールド・ファクタのべき乗との積を含む、請求項１９に記載の方法。
23. 前記フィールド・ファクタから、少なくとも１つの追加の導出特性を決定するステップが、前記角強度、前記仮想源サイズおよび前記引出し電圧から、または温度および放出電流密度から、換算ビーム輝度を決定するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
24. 換算ビーム輝度を決定するステップが、クーロン相互作用に関して補正された換算ビーム輝度を決定するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記補正された換算ビーム輝度が、補正されてない換算ビーム輝度の多項展開である、請求項２４に記載の方法。
26. 電界放出電子源と、
    電子ビームの角強度を決定する測定装置と、
    プロセッサと
    を備え、前記プロセッサが、
    放出面における加えられた電界と引出し電圧との比に対応するフィールド・ファクタβを決定し、
    前記フィールド・ファクタ、前記引出し電圧、仕事関数および源温度から固有放出エネルギー幅を決定し、
    ビーム・ジオメトリ、前記源温度および前記引出し電圧から固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定し、
    前記固有放出エネルギー幅および前記角強度から、補正された放出エネルギー幅を決定し、
    電流密度から、補正された仮想源サイズｄ_vを決定し、
    前記角強度、前記補正された仮想源サイズおよび前記引出し電圧からビーム輝度を決定する
    電子ビーム装置。
27. 放出面における加えられた電界と引出し電圧との比に対応するフィールド・ファクタβを決定し、
    角強度と放出面における電流密度との比に対応する源領域レンズ因子を決定し、
    前記フィールド・ファクタ、引出し電圧、仕事関数および源温度から固有放出エネルギー幅を決定し、
    前記源領域レンズ因子、前記源温度および前記引出し電圧から固有仮想源サイズｄ_v（ｉｎｔ）を決定し、
    前記固有エネルギー幅および前記角強度から、補正された放出エネルギー幅を決定し、
    電流密度から、補正された仮想源サイズｄ_vを決定し、
    前記角強度、前記補正された仮想源サイズおよび前記引出し電圧からビーム輝度を決定する
    ための記憶されたコンピュータ命令を含むコンピュータ可読媒体。

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