JP2018125279A - イオンビーム生成のための革新的なソースアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】衝突イオン化イオンビーム生成の為のイオンソースアセンブリを提供する。【解決手段】一対の積層プレートＰ１、Ｐ２の間に形成され、ガス供給ダクトＦ’に接続されるイオン化空間Ｒに、荷電粒子の入力ビームＢを入力開口Ａ１より流入させ、イオン化空間Ｒで生成されたイオン束Ａを出力開口Ａ２より放出させる。更に、プレートＰ１、Ｐ２間のギャップ高さｄが異なる複数の衝突イオン化イオンソースを備えたキャリアにより、イオン化空間のイオン平均自由行程ｌｉとしたときに、イオン散乱比Ｑｓ＝ｄ／ｌｉが１〜５００の範囲となるように個別に選択する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、衝突イオン化イオンソースを備え、イオンビームを生成するソースアセンブリであって、衝突イオン化イオンソースは、
− 介在ギャップの周りを挟む一対の積層プレートと、
− ガス供給ダクトに接続される、プレートの間のイオン化空間と、
− 荷電粒子の入力ビームをイオン化空間に流入させる、プレートの一方に設けられた入力領域と、
− 前記入力ビームによって、前記イオン化空間内で生成されたイオン束を放出させる、前記プレートの他方に設けられ、前記入力領域に対向して配置された出力開口と、
を有する、ソースアセンブリに関する。
本発明は、そのようなイオンソースアセンブリの使用方法にも関する。

本発明は、さらに、イオン集束装置であって、
− イオンビームを生成するための上記のソースアセンブリと、
− 試料を照射位置に保持するための試料ホルダと、
− 試料を照射するようにイオンビームを方向付けるための光学カラムと、
を備えるイオン集束装置に関する。
例えば、そのようなイオン集束装置の例は、荷電粒子顕微鏡又は荷電粒子リソグラフィイメージャを含む。

本発明は、さらに、そのようなイオンソースアセンブリ／イオン集束装置の使用に適した衝突イオン化イオンソースに、関する。

荷電粒子顕微鏡法は、特に電子顕微鏡の形態で、微視的な対象物をイメージングするための周知かつますます重要な技術である。歴史的に、電子顕微鏡の基本的な分類は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）のような多くの周知の装置種へと進化しており、また、例えば、所謂「デュアルビーム」ツール（例えばＦＩＢ−ＳＥＭ）などの、イオンビームミリング又はイオンビーム誘導堆積（ＩＢＩＤ）などの、補助作業を可能にする「機械加工」集束イオンビーム（ＦＩＢ）を追加的に採用する種々のサブ種へも進化している。より詳しくは、
− ＳＥＭにおいて、走査電子ビームによる試料の照射は、例えば、二次電子、後方散乱電子、Ｘ線及び陰極ルミネッセンス（赤外線、可視及び／又は紫外光子）の形態で、試料からの「補助」放射線の放出を引き起こす。この放出放射線の１つ以上の成分が検出され、イメージ集積の目的で使用される。
− ＴＥＭでは、試料を照射するのに用いられる電子ビームは、試料を貫通するのに十分なエネルギーを有するように選択される（そのため一般に、通常ＳＥＭ試料の場合よりも試料が薄い）。試料から放出される透過電子は、その後イメージを生成するために用いられる。このようなＴＥＭを走査モードで作動させると（ＳＴＥＭになり）、照射電子ビームの走査動作中に問題となっているイメージが集積される。
ここで説明した事項のさらなる情報は、たとえば、次のＷｉｋｉｐｅｄｉａのリンクから得ることができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
照射ビームとして電子を使用する代わりに、荷電粒子顕微鏡法は他の種の荷電粒子を用いて行うこともできる。この点に関して、「荷電粒子」という用語は、例えば、電子、正イオン（例えば、Ｇａ又はＨｅイオン）、負イオン、陽子及び陽電子を含むものとして広く解釈されるべきである。非電子ベースの荷電粒子顕微鏡法に関しては、例えば、以下のような参考文献からいくつかのさらなる情報を得ることができる。
https://en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beam
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
W.H.
Escovitz, T.R. Fox and R. Levi-Setti, Scanning Transmission Ion Microscope with
a Field Ion Source, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72(5), pp 1826-1828 (1975).
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444
荷電粒子顕微鏡は、イメージング及び（局所的な）表面改質の実施（例えば、ミリング、エッチング、堆積など）に加えて、分光法の実施、ディフラクトグラムの検査などの他の機能も有することに留意すべきである。

すべての場合において、荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）は、少なくとも以下の構成を含む。
− ショットキー電子ソース又はイオンガンなどの粒子ソース。
− ソースからの「未加工の」放射ビームを操作する役目をもち、照射器。
− ソースからの「生の」放射ビームを操作する働きをし、収束、収差軽減、（絞りによる）トリミング、フィルタリングなどの特定の操作を実行する照射器。
原則的に１以上の（荷電粒子）レンズが含まれ、他のタイプの（粒子）光学構成要素も含まれうる。必要な場合には、照射器は、その出射ビームが調査される試料を横切って走査動作を行うように呼び出されうる偏向器システムを備えることができる。
− 検査中の試料が保持され、位置決めされる（例えば、傾斜され、回転される）、試料ホルダ。必要に応じて、このホルダは、ビームに対して試料の走査動作を行わせるように移動されうる。一般に、そのような試料ホルダは、位置決めシステムに接続される。低温試料を保持するように設計される場合、試料ホルダは、例えば適切に連結された起寒剤バットを用いた、試料を低温温度に維持するための手段を含む。
− （照射を受けている試料からの放射の放出を検出するための）検出器。実質的に一体型又は複合型／分散型でありえ、検出される放射に依存して種々の異なる形態をとりうる。例えば、フォトダイオード、ＣＭＯＳ検出器、ＣＣＤ検出器、光電池、（シリコンドリフト検出器及びＳｉ（Ｌｉ）検出器のような）Ｘ線検出器などが含まれる。
一般に、ＣＰＭはいくつかの異なる種類の検出器を含み、それらから選択されたものが異なる状況で呼び出される。
デュアルビーム顕微鏡の特定の場合、２つの異なる種類の荷電粒子を生成するために、（少なくとも）２つのソース／照射器（粒子光学カラム）が存在する。一般に、（垂直に配置された）１つの電子カラムが試料をイメージングするために使用され、（傾けて配置された）１つのイオンカラムが、試料を改質（機械加工／処理）及び／又はイメージングするために（同時に）使用され、試料ホルダは、使用された電子／イオンビームに試料の表面を安定して「提示」できるように、多自由度で位置決めされうる。
（例えば（Ｓ）ＴＥＭのような）透過型顕微鏡の場合、ＣＰＭは、具体的には、以下のものを含む。
‐ （平面）試料を透過した荷電粒子を実質的に取り込み、それらを、検出／イメージングデバイス、（ＥＥＬＳデバイスのような）分光装置などの分析装置上へ導く（集束させる）、結像系。
上述の照射器と同様に、結像系は、収差軽減、トリミング（cropping）、フィルタリングなどの他の機能も実行することができ、一般に、１つ又は複数の荷電粒子レンズ及び／又は他の種類の粒子光学部品が含まれうる。

リソグラフィイメージャ（例えばウェハステッパ／ウェハスキャナ）では、基板（半導体ウェハ）の表面に設けられた（例えば、スピンコーティングされた）材料（フォトレジスト）のエネルギー感受性層をパターニングするために化学線ビームの放射が使用される。
伝統的に、化学線ビームは、マスク／レチクルを通過し、そのパターンを感光層上に与える広範な光子ビーム（例えば、水銀ランプまたはレーザーからの光線）を含む。しかしながら、他のタイプのリソグラフィイメージャは、荷電粒子を利用し、いわゆる「直接書き込み」電子ビームツールのように、所望のパターンに従って感光層上に１つ以上の電子ビームをトレースする。
さらに他のリソグラフィイメージャの概念は、イオンビームを利用する。リソグラフィイメージャは、ＣＰＭに関する上記の説明と同様に、一般に、放射ソース、照射器及び試料ホルダを含み、マスクベースのリソグラフィの場合にはイメージングシステムをさらに備える。
さらに、これらは、一般に１つ以上の検出器を含み、これらは、通常、線量／均一性較正、位置決め（オーバーレイ／アラインメント）確認などの目的に使用される。
リソグラフィに関するいくつかの一般的な情報は、以下のリンクで見ることができる：
https://en.wikipedia.org/wiki/Nanolithography
以下では、本発明は、例として、しばしば荷電粒子顕微鏡の特定の状況において、説明されるときがある。しかしながら、そのような単純化は、専ら明瞭性／説明のしやすさの目的を意図したものであり、限定的に解釈されるべきではない。

イオンソースに関して、当業者は、液状金属イオンソース（ＬＭＩ）、プラズマソース、光イオン化ソースなどを含む各種の可能性から選択できる。
本発明に関連して特に興味深いのは、（電子などの）荷電粒子の入力ビームがイオン化空間内のガスの分子／原子をイオン化するために使用される衝突イオン化イオンソース（例えば電子衝撃イオン化ソース）である。
このために、ガスは、２つの対向配置された保持プレート（シート、膜）の間の狭い隙間に導入され、その一方は、入力ビームを受け入れるための入力領域（開口又は（局所的に薄くされた）薄層／フィルム）を含み、その他方は、入力ビームとガスとの相互作用によって、前記イオン化領域で生成されたイオン束を放出させることができるように、反対側に配置された出力開口を含む。
問題のガスの少なくとも一部がイオン束に変換され、及び／又は出力開口（及び入力領域がそのように構成されている場合は入力開口）から漏れ出すので、ソースの十分な連続動作を実現するために、イオン化空間へのガスの補給供給が必要である。
比較的高いソース輝度を達成するために、イオン化領域は、その中の入力荷電粒子の比較的高い密度を保証するために、好ましくは非常に小さい。結果として、装置全体は、非常に小さくなる傾向があり、例えば、数ミクロンまたは数百ナノメートルのオーダーの典型的な入力領域／出力開口直径を有する。
この理由から、このようなソースは、ナノ開口イオン化ソース（ＮＡＩＳ）としても言及することができ、それらはＭＥＭＳ技術（ＭＥＭＳ＝Micro Electro Mechanical Systems）を用いた集積デバイスとして製造されるのが典型的である。
ＮＡＩＳデバイスのさらなる情報は、例えば以下を参照されたい。
− 米国特許第７，７７２，５６４号、本発明の譲受人に譲渡された
− ナノ開口イオンソース（ＮＡＩＳ）の開発、David Sangbom Junによる博士論文、デルフト工科大学（本発明の譲受人とともに）、ＩＳＢＮ ９７８−９４−６１８６−３８４−３（２０１４）、
http://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:23a0ceae-2662-4f6a-9082-f21d1a872a39/?collection=research
いずれの文献も参照により本明細書に組み込まれる。

ＮＡＩＳデバイスは、イオン化領域に投与されるガスを単に変更することによって、様々な異なるイオン種を生成するために比較的容易に使用できる点で有利である。
さらに、それらは小さく、比較的安価であり、ＭＥＭＳ製造技術を使用してまとめて製造できるため、寿命終期に達したら容易に安価に交換／置換できる。
しかしながら、それらは比較的単純な構造を有するが、実際にはＮＡＩＳソースの性能を最適化することは非常に困難であることが証明されている。

この問題に対処することが、本発明の目的である。より具体的には、本発明の目的は、衝突イオン化イオンビーム生成を使用し、イオンビーム特性を所与の用途の要件にさらにうまく調整できる、改良されたイオンビームソースアセンブリを提供することである。

これらの目的及び他の目的は、上記の冒頭の段落で説明したイオンビームのソースアセンブリで達成され、ソースアセンブリは、
− プレート間のギャップ高さｄに関して互いに異なる、異なる複数の衝突イオン化イオンソースを設けられたキャリアと、
− 複数の衝突イオン化イオンソースの所与の１つをイオンビームの生成のために個別に選択することを可能にする選択デバイスと、
を備える。

本発明に至る広範な実験および分析の間に、本発明者らは、何故先行技術のＮＡＩＳデバイスが、ビーム輝度、放出電流、ビームエネルギー拡散、ビーム開口角及び仮想ソースサイズなどの重要なパラメータに関して予測不可能となり／不一致となる傾向があるのか、を調べた。
理想的には、ＮＡＩＳソースは、調光器に接続された電球のように振る舞う。調光器からより多くの電流を受け取ると電球が予想通りより明るくなるように、理想的なＮＡＩＳは、ガス供給が増加すると、予測可能な態様でイオン出力を増加させるはずである。実際は、そのような予測可能な挙動は観測されず、ＮＡＩＳの性能は様々な要因に対する複雑な依存を示すことがわかる。このような要因の１つ、ＮＡＩＳにおけるガス供給ダクトの流れコンダクタンス、は、係属中の特許出願ＵＳ１５／４０５，１３９号（２００７年１２月１日出願、参照により本明細書に組み込まれる）において、特に注目された。
しかしながら、本発明者らは、他の因子も重要な役割を演じていると推測した。しかし、このような因子を適切に理解するにはかなりの研究努力が必要であった。
最終的に、本発明者らは、供給ダクト内のガスの流体挙動に加えて、イオン化空間におけるイオンの流体挙動が重要であることを認識した。
より具体的には、イオン化空間の（画定された）高さ（ｄ）とイオンの平均自由行程の長さ（ｌｉ）との比は、重要な意味を有することが判明した。
発明者はこの比率を「イオン散乱比」Ｑｓと＝ｄ／ｌｉと称する。なぜなら、それは、典型的なイオンが出力開口から脱出する前にイオン化空間において、どれくらいの散乱イベントを受けるかについて、表すからである。経験則として、本発明者らは、Ｑｓの（比較的低い）サブ単位値（例えば、Ｑｓ＝０．２）は、一般的に望ましくない、ということを見出した。なぜなら、それは、イオン化空間において、不十分なイオンの生成を生じさせ、（例えば）放出されるイオンビーム内の比較的低いイオン電流を導くからである。
対照的に、１より大きい（実質的に）Ｑｓの値（例えばＱｓ＝１０）は、顕著なイオン散乱をもたらし、その結果、エネルギー拡散が拡大し、結果として仮想ソースのサイズが大きくなる傾向にあった。
これらの洞察の結果として、本発明者らは、例えば、より高いイオンビーム電流を達成するために、ＮＡＩＳ設計のギャップ高さｄを調節する場合、並行して（直接ｄにより影響される）Ｑｓの値が許容範囲内に残ることを保証すべきである、ということを認識した。
これが、従来認識されていなかった、先行技術のＮＡＩＳ設計作業の予測不可能な結果を説明する並行性である。
同時に、単一のＮＡＩＳは実際には「高電流」や「高単色性」など、異種の「レジーム」で十分に動作できない、ということを認識するように本発明者らを導いたのはこの並行性である。この後者の洞察は、所与の用途に最も適した所与のＮＡＩＳを任意に選択する選択デバイスと組み合わせて、異なるレジーム（の異なる部分）で動作するように設計された様々な異なるＮＡＩＳソースを組み込んだソース設計へと導いた

いくつかの非限定的な指針を与える目的で、本発明者らは、多くの用途に対して、５〜１５の範囲のＱｓの値が非常に満足できるオールラウンドな結果を与えることを見出した。
特に比較的大きいビーム電流を達成したい場合、例えば範囲２５〜７５のより大きいＱｓ値の選択が適している。非常に大きいビーム電流に対しては、１００以上のＱｓ値が適切である。

ＣＩＩＳのイオン化領域は、典型的に、比較的低いイオン化収率を有する。すなわち、その中の各イオンに対して、はるかに多くの中性ガス粒子が存在するであろう。イオン平均自由行程の長さｌｉは、従って、そのようなイオンが中性粒子との衝突を受ける前に進むことができる平均距離を表すと見なされうる。本発明者らは、イオン化空間中の中性粒子密度ｎおよびＣＩＩＳの保持プレート間の電界Ｅに関して、Ｌｉは以下の形式の近似関数依存性を有することを見出した：
実際には、関数ｆ（Ｅ／ｎ）は（近似により）自然対数（ｌｎ）として表すことができる。
係数ａ、ｂの値は、例えば、較正実行から計算及び／又は導出することができ、以下の表は、指針のためにいくつかの値を示す。
中性密度ｎは、理想気体近似を用いて圧力ｐで表すことができる。
ここでｋＢはボルツマン定数であり、Ｔｏは動作温度である。したがって、（所与のＴｏに対する）ｐとｎとの間に基本的に線形の関係が存在する。
パラメータＥ、ｎ、ｐの１つまたは複数に対する調整は、必要に応じて、熟練オペレータによって、手動で実行できる。
あるいは、コントローラ（マイクロプロセッサ）は、例えば、所与の（選択された）ＣＩＩＳモジュールに対するｄの値に依存して、そのような調整を行うように構成（プログラム）されていることができる。

上記の洞察の即時の利点は、一般的な知識とは異なり、実際にはＮＡＩＳソースは、以前の場合に比べて、より一層大きい寸法を有することができ（それによって、製造が大幅に簡素化され）、並行して（高輝度／低エネルギー拡散などの）所望の動作パラメータを達成できる、ということである。この実現の鍵は、ｄの拡大にもかかわらず、Ｑｓの値が許容範囲内にあることを保証するために、他のパラメータ（例えば、動作圧力など）を協調調整することである。
これにより、たとえばｄ＞１０００ｎｍの革新的なＮＡＩＳデバイスが可能になる。

本発明のソースアセンブリが、様々な異なるｄ値を有する複数のＣＩＩＳモジュールを含むからといって、これは、キャリア上に存在する全てのＣＩＩＳモジュールが異なるｄ値を有する必要があるということを意味しない。
たとえば、所与のｄ値を有するＣＩＩＳモジュールのグループがあってもよく、
− グループのすべてのメンバーが同一であり、グループの１つのメンバーが寿命の終わりに達すると、代替／予備ＣＩＩＳモジュールが与える、
及び／又は、
− グループのいくつかのメンバーが、出力開口直径、供給ダクト寸法等、他のパラメータに関して異なっていてもよい。

複数の異なる衝突イオン化イオンソース（ＣＩＩＳ）を本発明によるソースアセンブリに組み込むことができる様々な方法がある。
例えば、
（ｉ） 単一のチップ構造上にいくつかのＣＩＩＳモジュールが一体化された構成要素として提供される集積／モノリスアプローチを選択できる。
これは、使用される入力ビームの経路内に好適に配置され、保持されることを可能にするために、キャリア（ロッド、プレートなど）に次々に取り付けることができる。
（ｉｉ） 複数のＣＩＩＳの各々は、別個のチップ構造上の集積デバイスとして提供され、これらの別個のチップ構造は、（プレート、フレーム、足場などの）キャリア上の異なる位置に取り付けられる、分散／複合アプローチを選択できる。
アプローチ（ｉ）の利点は、非常に小さいサイズですが、これは一般的に製造の複雑さを増すことになる。
アプローチ（ｉｉ）の利点は、製造が比較的容易であることである。
所与のＣＩＩＳは、他のすべてのＣＩＩＳも取り外し／交換することなく、必要に応じて容易に取り外し／交換できるので、修理／改装することは比較的容易である。

本発明のソースアセンブリに使用される選択デバイスに関しては、様々な方法で具体化することもできる。
例えば、それは、以下の一方または両方から成ることができる。
（ａ） 選択されたＣＩＩＳを入力ビームの経路内に位置決めするように、使用されるキャリアを入力ビームに対して動かすための機械的アクチュエータ機構。このような機構は、例えば、ステッピングモータやピエゾアクチュエータ等を用いて並進運動および／または回転運動を行うことができる。
このような状況では、複数のＣＩＩＳモジュール上の様々な入力ゾーン（の中心）の座標がルックアップテーブルに格納されることができ、アクチュエータ機構が迅速に必要に応じて入力ビーム経路内に所与のＣＩＩＳを位置決めできるようにする。
（ｂ） 入力ビームを選択されたＣＩＩＳに方向付けるように、使用されるキャリアに対して入力ビームを偏向させるビーム偏向機構。
そのような機構は、例えば、静電および／または磁気ビーム偏光を使用できる。（ａ）の状況と同様に、ルックアップテーブルを使用して、ソースアセンブリ内に存在する様々なＣＩＩＳモジュールの入力領域に、ビームを正確に偏向させるのに必要なベクトルビーム偏向のリストを保存できる。
本発明は、異なるイオン種の使用にのみ関連する米国特許第９２２４６５９号（これも本譲受人が所有）の内容と混同されるべきではなく、以下のいずれも開示／示唆しない。
− （所与のイオン種について）様々な異なるビームパラメータ（輝度、電流、エネルギー拡散など）を選択できるようにするために、異なる寸法特性の複数のＣＩＩＳソースを使用すること。
− ＣＩＩＳのイオン散乱比Ｑｓ（の有利な値の範囲）に関する考察／洞察。

本発明は、ここで、例示的な実施形態及び添付の概略的な図面に基づいてより詳細に説明される。
本発明によるイオンソースアセンブリで使用するのに適したＣＩＩＳ（この場合はＮＡＩＳ）の実施形態の断面立面図を示す。 図１Ａに示すものと同様の複数の異なるＣＩＩＳを使用する、本発明によるイオンソースアセンブリの実施形態を示す。 本発明が実施されるＣＰＭの一実施形態の縦断面図である。

図面では、関連して対応する部分は、対応する参照符号を用いて示される場合がある。一般に、図は縮尺どおりではない点に留意すべきである。

実施形態１
図１Ａは、本発明による（複数の異なるＣＩＩＳソースＩｓ’を使用する、図１Ｂ参照）イオンソースアセンブリＩｓに使用するのに適したＣＩＩＳ Ｉｓ’（この場合、ＮＡＩＳ）の実施形態の断面立面図を示す。
ここに示すように、ＣＩＩＳ Ｉｓ’は、以下を備える。
− （例えば、ショットキーエミッタなどの図示されていない電子ソースにより生成される）電子などの荷電粒子の集束された入力ビームＢを受け入れるための入力開口（領域）Ａ１。
− イオン束Ｂ’の放出を可能にするために、入力開口Ａ１に対向して配置された出力開口Ａ２。
図示されているように、開口Ａ１及びＡ２の各々は直径Ａを有する。
− ガスＦ（例えばアルゴンガス）（の分子／原子）が、イオンＢ’を生成するように入力ビームＢによって、イオン化されることができるイオン化空間Ｒ。この空間Ｒは、実質的に入力開口Ａ１と出力開口Ａ２との間に位置しているが、例えば開口Ａ１、Ａ２の一方または両方を通してある程度突出しているが、
例えば開口Ａ１、Ａ２の一方又は両方を通ってある程度まで突出してもよい。
− イオン化空間Ｒにガス流Ｆを供給するための供給ダクトＦ’。
ここで図示されているように、供給ダクトＦ’は、対向して配置された一対の保持プレートＰ１、Ｐ２（ＮＡＩＳの場合は、「膜」と呼ばれるほど十分に薄い）により画定される。この対の第１プレートＰ１は入力開口Ａ１を含み、第２プレートＰ２は出力開口Ａ２を含み、イオン化空間Ｒの高さを画定するプレートＰ１、Ｐ２の間の間隔／分離距離ｄを有する。
「プラグ」Ｐ３は、一方の側（内ガス流（the inward flow of gas）Ｆの反対側）で供給ダクトＦ’ダクトをシールする。
第１プレートＰ１は厚さｄ’を有し、第２プレートＰ２は（ほぼ）同じ厚さを有することが多い。
いくつかの一般的なガイダンスを提供するために、以下の非限定的な値がそのような記載されたソースＩｓ’に適用され得る。
‐ （イオン化空間Ｒにおける）プレート間隔ｄ：約１００〜２０００ｎｍ
‐ プレート厚さｄ’：約１００〜３００ｎｍ
‐ 開口直径Ａ：約１００〜１２００ｎｍ
‐ イオン化空間Ｒのガス圧力：約１００〜１５００ｍｂａｒ
‐ ビームＢのビーム電流：約５０〜２００ｎＡ
プレートＰ１、Ｐ２（およびプラグＰ３）は、例えば、モリブデン、プラチナ又はタングステンなどの材料を含むことができる。
プレートＰ１をプレートＰ２よりも正の電位にバイアスするように、電圧ソース（図示せず）を使用してプレートＰ２とＰ１との間に（ＤＣ）電圧差（例えば、約１ボルト）を印加して、それにより、（正に帯電した）イオンをプレートＰ２および開口Ａ２に向かって誘導する電界を生成する。
供給ダクトＦ’はイオン化空間Ｒ内に直接出現する必要はないことに留意されたい。
むしろ、必要に応じて、イオン化空間Ｒの近傍／周囲にバッファ室があってもよく、供給ダクトＦ’がこのバッファ室を介してイオン化空間Ｒに供給できる。

このような構造は、例えば、「上半分」（プレートＰ１等）及び「下半分」（プレートＰ２等）が２つの別々に製造されるチップボンディング手順を用いて好適に製造できる。 例えばエッチング／アブレーション技術を使用して、その後、介在するダクト／チャネルＦ’を形成するのを助けるために、一方の半分が他方の上に反転され、適切なスペーサ（プラグＰ３など）を使用して位置合わせされ、適切な位置に接合される。開口Ａ１、Ａ２は、結合の前または後のいずれかにエッチング／アブレーションを使用して形成できる。例えば、細い化学線（例えば、集束イオン）ビームを用いて、結合された両半分を一方の側から放射「ドリル」でドリルすることができ、従って開口の完全な相互整列を実現する。
この状況におけるチップボンディング技術の具体例としては、直接接合、熱圧着、共晶接合、陽極接合などが挙げられる。

必要に応じて、図１Ａの「均一高さ」供給ダクトＦ’は、例えば、前述の米国特許第１５／４０５，１３９号に記載されているような「マルチ高さ」供給ダクトで置き換えることができる。

ここで図１Ｂを参照すると、本発明によるイオンソースアセンブリＩｓの一実施形態の平面図を示す。
図示されたソースアセンブリＩｓは、例えばキャリアＣのエッジに沿って配置された複数の異なるＣＩＩＳモジュールＩｓ’が設けられた、例えば金属板またはフレームなどのキャリアＣを備える。
各ＣＩＩＳ Ｉｓ’は、例えば、図１Ａに示されているようなタイプのものであるが、それらのうちの少なくともいくつかは、それらのプレート間ギャップの高さｄに関して互いに異なる（図１Ａ参照）。
入力荷電粒子ビーム（例えば、電子ビーム）Ｂから出力イオンビーム（Ｂ’）を生成するために、複数のＣＩＩＳモジュールＩｓ’のうちの所与の１つを個別に選択することを可能にする選択装置Ｓも示される。
（図示のＺ軸に沿って伝播する）この入力ビームＢの範囲（footprint）は、黒色ドットとして概略的に示されており、ＣＩＩＳモジュールＩｓ’のそれぞれの入力領域（白色ドットとして概略的に示されている）とサイズに一致する。ここで表されるように、選択装置Ｓは、入力ビームＢに対してキャリアＣ（作動アームＣ’に取り付けられている）を移動させるために使用されることができる機械的アクチュエータ機構Ｓ’を備え、それにより、選択されたＣＩＩＳ Ｉｓ’をビームＢの伝播軸と位置合わせする。
図示されたアクチュエータ機構Ｓ’は、例えば、（例えば、数十ミリメートルのオーダー）の比較的大きな移動ストロークＹを有することができるが、（例えば、数百ミクロンの）比較的小さい（補正）移動ストロークＸを有することだけは必要である。

また、様々なＣＩＩＳモジュールＩｓ’にガスを供給するように働くガス供給ライン（管／パイプ）Ｆ”も示されている。
これらの供給ラインＦ”は、例えば、個々のガスリザーバ（複数のタンク）に、又はそれらの選択可能な１つが共通のガスリザーバに接続されることを可能にするバルブアセンブリ（スイッチングユニット）に接続できる。
各供給ラインＦ”は、一般に、その経路に沿ったどこかに絞りルバルブを備え、ガス供給圧力を調整できる（それによって、イオン平均自由行程ｌｉを調整する）。
このような絞りバルブは、手動で、またはマイクロプロセッサのような予めプログラムされた制御装置によって、制御できる。

図１Ｂに示す「直線的」（並進）アーキテクチャの代わりに、（例えば）次のような円形（回転）アーキテクチャを選択できることに留意されたい。
− コンポーネントＣＩＩＳモジュール１０’は、ディスク状キャリアＣの周囲に沿って配置される。
− 機械的アクチュエータＳ’は回転アクチュエータであり、キャリア外周の上／近傍に位置するビームＢの伝搬軸に対してディスク状キャリアを回転させる。

また、ビームＢに対してキャリアＣを移動させる代わりに、ビームＢをキャリアＣに対して移動させることを代替的に／補助的に選択することもできることにも留意されたい。
例えば偏向器アセンブリ（図示せず）を使用してビームＢの選択可能な偏向をＺに平行な公称コースから生じさせる。

実施形態２
図２は、本発明が実施される、荷電粒子集束装置、この場合は荷電粒子顕微鏡Ｍ、の実施形態の極めて模式的な描写である。より具体的には、ＦＩＢ−ＳＥＭの実施形態を示しているが、本発明の文脈においては、例えば純粋にイオンベースの顕微鏡に有効である可能性がある。顕微鏡Ｍは、粒子光学軸３’に沿って伝播する入力荷電粒子（この場合、電子ビーム）のビーム３を生成する粒子光学カラム１（照射器）を備える。

カラム１は、試料５１を保持／位置決めするための試料ホルダ７と、関連するアクチュエータ７’と、を含む真空チャンバ５に取り付けられる。真空チャンバ５は、真空ポンプ（図示せず）を用いて排気される。電圧ソース１７を用いて、試料ホルダ７又は少なくとも試料５１は、必要な場合には、アースに対してある電位にバイアスされ（浮かされ）ることができる。真空チャンバ５の内部に／からアイテム（部品、試料）を導入し／取り除くように開口された真空ポート５’も配置されている。顕微鏡１は、必要に応じて、複数のそのようなポート５’を備えることができる。
カラム１は、（この場合は）電子ソース９（例えばショットキー銃など）及び照射器２を備える。この照射器２は、（とりわけ）電子ビーム３を試料５１上に集光するためのレンズ１１と、１３と、（ビーム３のビームステアリング／スキャニングを実行するための）偏向ユニット１５とを備える。顕微鏡Ｍはさらに、とりわけ偏向ユニット１５、レンズ１１，１３及び検出器１９，２１を制御し、検出器１９，２１から集められた情報を表示装置２７に表示するコントローラ／コンピュータ処理装置２５をさらに含む。

検出器１９，２１は、入力ビーム３による照射に応答して試料５１から放出される異なるタイプの「誘導」放射を検査するために用いることができる、様々な可能な検出器タイプの中から選択される。ここで示された装置では、以下のように（非限定的な）検出器の選択がなされた。
− 検出器１９は、試料５１から発せられるカソードルミネッセンスを検出するために使用される（フォトダイオードなどの）固体検出器である。代替的に、例えば、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）又はシリコンリチウム、Ｓｉ、Ｌｉ検出器のようなＸ線検出器でありうる。
− 検出器２１は、例えば、固体フォトマルチプライヤー（ＳＳＰＭ）又は真空光電子増倍管（ＰＭＴ）［例えば、エバーハート・ソーンリー検出器］電子検出器である。これは、試料５１から放出される後方散乱および／または二次電子を検出するために用いられることが可能である。
当業者であれば、例えば、環状／セグメント化検出器を含む多くの異なるタイプの検出器が、図示のような装置で選択できることを理解するであろう。

試料５１にわたってビーム３を走査することにより、例えばＸ線、赤外線／可視／紫外光、二次電子（ＳＥ）及び／又は後方散乱電子（ＢＳＥ）を含む誘導放射が試料５１から放出される。このような誘導放射は、（走査運動に起因して）位置感応性であるので、検出器１９，２１から取得される情報も位置依存性でありうる。この事実は、（例えば）検出器２１からの信号が試料５１の（一部の）ＢＳＥイメージを生成するために使用されることを可能にし、このイメージは基本的に試料５１上の走査経路位置の関数としての前記信号のマップである。

検出器１９，２１からの信号は、制御線（バス）２５’を通り、コントローラ２５により処理され、表示装置２７に表示される。この種の処理には、結合、統合、減算、偽色、エッジ強調、および当業者に知られている他の処理などの操作が含まれ得る。さらに、（例えば粒子分析のために使用されるような）自動認識プロセスが、そのような処理に含まれることができる。

上記の電子カラム１に加えて、顕微鏡Ｍも、イオン光学カラム３１を備える。これは、（例えば図１Ｂに示されるような）本発明によるイオンソースアセンブリＩｓと、照射器３２を備え、これらはイオン光学軸３３’に沿ってイオンビーム３３を生成し／方向付ける。ホルダ７上の試料５１への容易なアクセスを促進するために、イオン軸３３’は電子軸３’に対して傾けられている。

上述したように、このようなイオン（ＦＩＢ）カラム３１は、インサイジング、ミリング、エッチング、堆積などのような、試料５１への処理／機械加工操作を行うために用いられることが可能である。
あるいは、イオンカラム３１は、試料５１のイメージを生成するために用いられることが可能である。
ここに示すように、ＣＰＭ Ｍは、アクチュエータシステム４１’によって、様々な自由度で作動可能なマニピュレータアーム４１を利用し、例えばイオンビーム３３を用いて試料５１から切り出されるいわゆるＴＥＭ薄片の場合のように、（必要に応じて）試料ホルダ７へ／からの試料の移送を支援するために用いられることが可能である。

また、ガス補助エッチングまたは蒸着を行う目的で、エッチングまたは前駆ガスなどのガスの局所注入を行うのに使用できるガス注入システム（ＧＩＳ）４３も例示されている。このようなガスは、例えば、軸３’と３３’の交差部付近に出ることができるように、タンク４３’に格納／バッファされることができ、細いノズル４３”を介して投与されることができる。

このような構成の多くの改善および代替案は、例えば、（環境ＳＥＭまたは低圧ＳＥＭで使用されるように）数ミリバールの圧力を維持するなど、試料５１での制御された環境の使用などが当業者に知られていることに留意されたい。

Claims (14)

1. 衝突イオン化イオンソースを備え、イオンビームを生成するソースアセンブリであって、前記衝突イオン化イオンソースは、
   − 介在ギャップの周りを挟む一対の積層プレートと、
   − ガス供給ダクトに接続される、前記プレートの間のイオン化空間と、
   − 荷電粒子の入力ビームを前記イオン化空間に流入させる、前記プレートの一方に設けられた入力領域と、
   − 前記入力ビームによって、前記イオン化空間内で生成されたイオン束を放出させる、前記プレートの他方に設けられ、前記入力領域に対向して配置された出力開口と、
   を有し、
   当該ソースアセンブリは、
   − 前記プレート間のギャップ高さｄに関して互いに異なる、異なる複数の衝突イオン化イオンソースを備えるキャリアと、
   − 前記イオンビームの生成のために前記複数の衝突イオン化イオンソースの所与の１つを個別に選択することを可能にする選択デバイスと、
   を備える、ソースアセンブリ。
2. 前記複数の衝突イオン化イオンソースは、集積デバイスとして前記キャリア上に搭載された単一のチップ構造上に設けられる、
   請求項１記載のソースアセンブリ。
3. 前記複数の衝突イオン化イオンソースのそれぞれが集積デバイスとして個別のチップ構造上に設けられ、
   これらの個別のチップ構造は、前記キャリア上の異なる部分上に設けられる、
   請求項１記載のソースアセンブリ。
4. 前記選択デバイスは、
   − 選択された衝突イオン化イオンソースを前記入力ビームの経路内に位置決めするように、前記キャリアを前記入力ビームに関して移動させるための機械的アクチュエータ機構と、
   − 選択された衝突イオン化イオンソース内へ前記入力ビームを方向付けるように、前記キャリアに対して前記入力ビームを偏向するためのビーム偏向器機構と、
   のうちの少なくとも１つを備える、
   請求項１乃至３のいずれか１項記載のソースアセンブリ。
5. 前記キャリア上の前記複数の衝突イオン化イオンソースの少なくとも一部は、前記出力開口の直径に関して異なる、
   請求項１乃至４のいずれか１項記載のソースアセンブリ。
6. 当該ソースアセンブリ内の前記複数の衝突イオン化イオンソースの所与の組は、
   − イオンビームの輝度、
   − イオンビームのエネルギー拡散、
   − イオンビームの放出電流、
   − イオンビームの開口角、
   − イオンビームの仮想ソースサイズ、
   のうちの少なくとも１つについて相互に異なる、
   請求項１乃至５のいずれか１項記載のソースアセンブリ。
7. 当該ソースアセンブリはさらにコントローラを備え、前記コントローラは、
   − 前記イオン化空間のガス圧力、
   − 前記プレートの間に印加される電位、
   のうちの少なくとも１つを、
   イオン散乱比Ｑｓ＝ｄ／ｌｉが、１〜５００の範囲の値、好ましくは１〜２００の範囲の値を維持するように制御し、
   ここで、ｌｉはイオン平均自由行程の長さである、請求項１乃至６のいずれか１項記載のソースアセンブリ。
8. Ｑｓが５〜１５の範囲にある、
   請求項７記載のソースアセンブリ。
9. 衝突イオン化イオンソースを用いてイオンビームを生成する方法であって、前記衝突イオン化イオンソースは、
   − 介在ギャップの周りを挟む一対の積層プレートと、
   − ガス供給ダクトに接続される、前記プレートの間のイオン化空間と、
   − 荷電粒子の入力ビームを前記イオン化空間に流入させる、前記プレートの一方に設けられた入力領域と、
   − 前記入力ビームによって、前記イオン化空間内で生成されたイオン束を放出させる、前記プレートの他方に設けられ、前記入力領域に対向して配置された出力開口と、
   を備え、当該方法は、
   − 前記プレート間のギャップ高さｄに関して互いに異なる、異なる複数の衝突イオン化イオンソースを有するキャリアを備えるソースアセンブリを供給するステップと、
   − 前記イオンビームを生成するために前記衝突イオン化イオンソースの所与の１つを選択するための選択デバイスを使用するステップと、
   − 以下のパラメータ
   ・ 前記イオン化空間のガス圧力、
   ・ 前記プレートの間に印加される電位、
   のうちの少なくとも１つを、イオン散乱比Ｑｓ＝ｄ／ｌｉが、１〜５００の範囲の値、好ましくは１〜２００の範囲の値を維持するように調整するステップであって、
   ｌｉはイオン平均自由行程の長さである、ステップ、
   を含む方法。
10. − 第１目的のための第１イオンビームを生成するように、前記複数の衝突イオン化イオンソースから第１衝突イオン化イオンソースを選択するために前記選択デバイスを使用するステップと、その後、
    − 異なる第２目的のために異なる第２イオンビームを生成するように、前記複数の衝突イオン化イオンソースから異なる第２衝突イオン化イオンソースを選択するために前記選択デバイスを使用するステップと、
    を含む。
    請求項９記載の方法。
11. イオン集束装置であって、
    − イオンビームを生成するためのソースアセンブリと、
    − 試料を照射位置に保持するための試料ホルダと、
    − 前記試料を照射するように前記イオンビームを方向付けるための光学カラムと、
    を備え、
    前記ソースアセンブリは、請求項１乃至８のいずれか１項記載のソースアセンブリである、
    イオン集束装置。
12. 前記イオン集束装置は、
    − 荷電粒子顕微鏡、
    − リソグラフィイメージャ、
    を含む群から選択される、
    請求項１１記載のイオン集束装置。
13. 衝突イオン化イオンソースであって、
    − 介在ギャップの周りを挟む一対の積層プレートと、
    − ガス供給ダクトに接続される、前記プレートの間のイオン化空間と、
    − 荷電粒子の入力ビームを前記イオン化空間に流入させる、前記プレートの一方に設けられた入力領域と、
    − 前記入力ビームによって、前記イオン化空間内で生成されたイオン束を放出させる、前記プレートの他方に設けられ、前記入力領域に対向して配置された出力開口と、
    を備え、
    使用中において、
    当該衝突イオン化イオンソースは、１〜５００の範囲の値、好ましくは１〜２００の範囲の値のイオン散乱比Ｑｓ＝ｄ／ｌｉを有するように構成されており、
    ここで、ｄは前記ギャップの高さであり、ｌｉは前記イオン化空間におけるイオンの平均自由行程の長さである、
    衝突イオン化イオンソース。
14. ｄ＞１０００ｎｍ
    である、請求項１３記載の衝突イオン化イオンソース。