JP2018152327A - 衝突イオン化源 - Google Patents

Abstract

【課題】先行技術の装置に比べて源輝度が増した改良された衝突イオン化イオン源を提供する。
【解決手段】衝突イオン化イオン源は、ガスＦおよび荷電粒子ビームを受け取るように配置されたイオン化領域であって、この荷電粒子ビームがガスＦの少なくとも一部をイオン化するイオン化領域と、イオン化領域にガスＦを供給するように配置された供給ダクトＦ’とを含み、供給ダクトＦ’は、入力開口Ｏ１から、イオン化領域に隣接して配置された出力開口Ｏ２まで低下する不均一な高さを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は一般にイオン源に関し、より詳細には衝突イオン化イオン源に関する。

荷電粒子顕微鏡法は、顕微鏡レベルの微小な物体を特に電子顕微鏡法の形態で画像化する、ますます重要となる公知の技法である。歴史的に、基本的な電子顕微鏡属は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などのいくつかの公知の装置種へと進化し、さらに、例えばイオン・ビーム・ミリング、イオン・ビーム誘起付着（ＩＢＩＤ）などの支援的作業を可能にする「加工」集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）を追加的に使用するいわゆる「デュアル・ビーム」ツール（例えばＦＩＢ−ＳＥＭ）などのさまざまな亜種へと進化した。

ＳＥＭでは、走査電子ビームによる試験体への照射が、試験体からの例えば２次電子、後方散乱電子、Ｘ線および陰極ルミネセンス（赤外、可視および／または紫外光子）の形態の「補助」放射の発出を促進する。次いで、この発出した放射の１つまたは複数の成分が検出され、画像蓄積目的に使用される。

ＴＥＭでは、試験体を透過するのに十分な高いエネルギーを有する電子ビームが選択されて、試験体に照射する目的に使用される（そのため、試験体は一般に、ＳＥＭ試験体の場合よりも薄い）。次いで、試験体から発出した透過電子を使用して、画像を生成することができる。このようなＴＥＭを走査モードで動作させる（したがってそのＴＥＭはＳＴＥＭとなる）と、照射電子ビームの走査運動中に当該画像が蓄積される。

電子を照射ビームとして使用する代わりに、別の荷電粒子種を使用して荷電粒子顕微鏡法を実行することもできる。この点に関して、「荷電粒子」という語句は、例えば電子、陽イオン（例えばＧａまたはＨｅイオン）、陰イオン、陽子および陽電子を含むものと広く解釈されるべきである。

画像化および（局限された）表面改変（例えばミリング、エッチング、付着など）の実行だけでなく、分光法の実行、ディフラクトグラムの調査などの他の機能を荷電粒子顕微鏡が有することもあることに留意すべきである。

全ての場合に、荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）は、少なくとも以下の構成要素を備える。

ショットキー電子源、イオン源などの粒子源。

照明器。照明器は、源からの「未処理の」放射ビームを操作する役目を果たし、その後に、集束、収差軽減、（絞りを用いた）クロッピング、フィルタリングなどのある種の操作を実行する役目を果たす。照明器は一般に、１つまたは複数の（荷電粒子）レンズを備え、他のタイプの（粒子−）光学構成要素を備えることもある。所望ならば、照明器は、調査中の試験体にわたる走査運動を出射ビームに実行させるために、起動できる偏向系を備えることができる。

試験体ホルダ。試験体ホルダの上で、調査中の試験体を保持し、位置決めする（例えば傾けたり回転させたりする）ことができる。所望ならば、ビームに対する試験体の走査運動を実施するために、この試験体ホルダを移動させることができる。このような試験体ホルダは一般に、位置決めシステムに接続される。極低温の試験体を保持するように設計されているとき、試験体ホルダは、前述の試験体を、例えば適当に接続された寒剤槽を使用して極低温に維持する手段を備える。

（照射を受けた試験体から発出した放射を検出する）検出器。検出器は、一体型検出器または複合型／分散型検出器であることがあり、検出する放射に応じて多くの異なる形態をとることができる。検出器の例には、フォトダイオード、ＣＭＯＳ検出器、ＣＣＤ検出器、光電池、Ｘ線検出器（例えばシリコン・ドリフト検出器およびＳｉ（Ｌｉ）検出器）などがある。一般に、ＣＰＭは、異なるいくつかのタイプの検出器を備えることができ、それらの中から状況に応じて検出器を選択することができる。

特にデュアル・ビーム顕微鏡の場合には、異なる２種類の荷電粒子種を生成するために、（少なくとも）２つの源／照明器（粒子−光学カラム）がある。普通は、試験体を画像化するために、（垂直に配置された）電子カラムが使用され、（同時に）試験体を改変（加工／処理）するために、（斜めに配置された）イオン・カラムが使用される。これによって、試験体ホルダを多自由度で位置決めして、試験体の表面を、使用する電子／イオン・ビームに対して適切に「提示する」ことができる。

（例えば（Ｓ）ＴＥＭなどの）透過型顕微鏡の場合、具体的にはＣＰＭは以下のものを備える。

画像化システム（画像化粒子−光学カラム）。画像化システムは、試験体（平面）を透過した荷電粒子を実質上受け取り、それらの荷電粒子を、検出／画像化装置、（ＥＥＬＳ装置などの）分光装置などの分析装置上に導く（集束させる）。上で参照した照明器と同様に、画像化システムも、収差軽減、クロッピング、フィルタリングなど、その他の機能を実行することがあり、一般に、１つもしくは複数の荷電粒子レンズおよび／または他のタイプの粒子−光学構成要素を備える。

リソグラフィ・イメージャ（例えばウェーハ・ステッパ／ウェーハ・スキャナ）では、基板（例えば半導体ウェーハ）の表面に提供された（例えばスピンコートされた）材料（フォトレジスト）のエネルギー感応層のパターンを形成するために、光化学放射ビームが使用される。

従来、光化学ビームは、（例えば水銀ランプまたはレーザからの）光子のブロード・ビームを構成し、このビームが、マスク／レチクルを通り抜け、感光性層上にそのパターンを写す。しかしながら、いわゆる「ダイレクト・ライト」電子ビーム・ツールなどの他のタイプのリソグラフィ・イメージャは、荷電粒子を利用する。このツールは、感光性層の上で１つまたは複数の電子ビームを所望のパターンに従ってトレースする。別の発想のリソグラフィ・イメージャはイオン・ビームを利用する。ＣＰＭに関する上記の議論と同様に、リソグラフィ・イメージャも一般的に放射源、照明器および試験体ホルダを備え、マスク・ベースのリソグラフィの場合にはさらに画像化システムも備える。さらに、リソグラフィ・イメージャは一般に、１つまたは複数の検出器を備える。しかしながら、それらの検出器は通常、線量／均一性較正、位置決め（オーバレイ／位置合せ）検証などの目的に使用される。

以下では、例として、時に、デュアル・ビーム顕微鏡法の特定の文脈で実施形態が記載される。しかしながら、このような単純化は単に明確化／例示が目的であり、これを、本発明を限定するものと解釈すべきではない。

米国特許第７，７７２，５６４号明細書

Ｄａｖｉｄ Ｓａｎｇｂｏｍ Ｊｕｎの博士論文「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｎｏ−Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ（ＮＡＩＳ）」、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＩＳＢＮ９７８−９４−６１８６−３８４−３（２０１４）：ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ／ｉｓｌａｎｄｏｒａ／ｏｂｊｅｃｔ／ｕｕｉｄ：２３ａ０ｃｅａｅ−２６６２−４ｆ６ａ−９０８２−ｆ２１ｄ１ａ８７２ａ３９／？ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ＝ｒｅｓｅａｒｃｈ

イオン源については、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）、プラズマ源、光イオン化源など、さまざまな可能性があり得る。実施形態の文脈では特に、衝突イオン化イオン源（例えば電子衝突イオン化源）を対象とする。衝突イオン化イオン源では、（電子などの）荷電粒子の入力ビームを使用して、イオン化領域内に提供されたひとかたまりのガスの中の分子／原子をイオン化する。そのために、向い合せに位置する２つの保持プレート（シート、膜）間の狭い間隙にガスを導入する。一方の保持プレートは、前述の入力ビームを入れる入力域（例えば開口または（局所的に薄くされた）薄板／膜）を含み、もう一方の保持プレートは、入力ビームとガスとの相互作用によって前述のイオン化領域内で生成されたイオン束の放出を可能にする反対側に位置する出力域（従来は開口、潜在的には（局所的に薄くされた）薄板／膜）を含む。前述の相互作用は主に、前述のプレートを両側の境界とし前述の入力域と出力域の間に位置するガス空間内で起こる。

当該ガスの少なくとも一部分は前述のイオン束に変わるため、満足のいく源の連続動作を実現するためには、前述のガス空間にガスを補給する必要がある。比較的に高い源輝度を達成するためには、その中の入力荷電粒子の比較的に高い密度を保証するためにイオン化領域が非常に小さいことが好ましく、その結果として、装置全体も非常に小さくなる傾向がある。典型的な域の直径は例えば数ミクロン程度または数百ナノメートル程度である。このことから、このような源を暗にナノ開口イオン化源（ＮＡＩＳ）と言うこともでき、それらは通常、ＭＥＭＳ技術（ＭＥＭＳ＝Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を使用して、集積装置として製造される。ＮＡＩＳ装置に関する詳細情報については、例えば以下の文献を参照されたい。

米国特許第７，７７２，５６４号明細書。この特許は本発明の譲受人に譲渡されている。

Ｄａｖｉｄ Ｓａｎｇｂｏｍ Ｊｕｎの博士論文「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｎｏ−Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ（ＮＡＩＳ）」、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（本発明の譲受人と協力関係にある）、ＩＳＢＮ９７８−９４−６１８６−３８４−３（２０１４）：ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ／ｉｓｌａｎｄｏｒａ／ｏｂｊｅｃｔ／ｕｕｉｄ：２３ａ０ｃｅａｅ−２６６２−４ｆ６ａ−９０８２−ｆ２１ｄ１ａ８７２ａ３９／？ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ＝ｒｅｓｅａｒｃｈ。これらの文献はともに、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれている。

単純にイオン化領域に投入するガスを変更することにより、ＮＡＩＳ装置を比較的に容易に使用して、さまざまな異なるイオン種を生成することができるため、ＮＡＩＳ装置は有利である。さらに、ＮＡＩＳ装置は小さく、かつ比較的に安価であり、ＭＥＭＳ製造技法を使用してまとめて製造することができるため、寿命に達したときには容易にかつ安価に交換する／取り替えることができる。しかしながら、現在も残る課題は源輝度である。源輝度は、計算／シミュレートされた公称輝度レベルより低くなる傾向がある。

実施形態の目的はこの課題を解決することにある。より詳細には、実施形態の目的は、先行技術の装置に比べて源輝度が増した改良された衝突イオン化イオン源を提供することにある。

これらの目的およびその他の目的は、前述のダクトが、前述の入口開口と前述の出口開口の間に少なくとも１つの遷移領域を備え、プレートに対して垂直に測定した前述のダクトの内部の高さが、第１の高さ値から第２の高さ値まで低下することを特徴とする、本明細書に記載された衝突イオン化イオン源において達成される。

実施形態が実施されるＣＰＭの縦断面図である。 図１Ａに示したＣＰＭの中で使用するのに適した先行技術のナノ開口イオン化源（ＮＡＩＳ）イオン源の拡大（縦断面）図である。 一実施形態を示す図（縦断面図）である。 代替実施形態を示す図である。

これらのいくつかの図の全体を通じて、同様の参照符号は対応する部分を指す。

実施形態の開発につながる広範囲の実験および分析において、本発明の発明者は、（入力域と出力域の両方がごく小さな開口である）先行技術のＮＡＩＳ装置で観察される期待に反して低い源輝度の可能性のあるさまざまな原因を調べた。直観に基づいて、これらの作業は、イオン化空間内の量子効果、特にイオン化空間内の入力荷電粒子の使用可能な密度、それらの荷電粒子のエネルギー、入力ビーム断面／電流などの因子に集中した。最終的に、極めて徹底的な分析の後、根本原因は、全く予想外の方向にあることが分かった。数多くのシミュレーションおよび測定を実行した後に分かったことは、たとえ供給流路の（プレート間の間隙の平面に対して平行な方向の）幅が入力／出力開口の直径よりもはるかに大きい場合であっても、（ごく小さな）入力／出力開口を通したガス漏れのイオン化領域に対する影響は、合理的に予想しうる影響よりもはるかに大きく、イオン化領域内のガス圧は、予想されるものよりも１桁または数桁小さいということであった。この課題を解決するため、本発明の発明者は、イオン化領域へのガス供給量がはるかに大きくなり、それによって、供給ダクトの達成可能な流れコンダクタンスと、開口を通した（２つの開口を合わせた）漏れコンダクタンスとがよりうまく整合するように、供給ダクトを大幅に変更した。同時に、イオン化領域内の入力荷電粒子の密度の低下によって輝度が低下する競合する傾向を防ぐため、このような変更は、ガス空間の小さな寸法、特に上述の保持プレート間の小さな（高さ）間隔を維持する（維持しようとする）ものでなければならない。本発明の構造は、イオン化領域内では保持プレート間の所望の小さな「天井高」を維持するが、入口開口から遷移領域に延びる初めの部分のさらに上流は相対的に高い「天井高」を有する供給ダクトを使用する。この高い天井高により、ガス供給ラインの前述の最初の部分の長さ対高さアスペクト比は小さくなり、この小さなアスペクト比は、この最初の部分のいわゆるクヌーセン数（ガス（中の原子／分子）の平均自由行程の長さとダクトの高さとの比）を有利に変更し、それに付随して流動抵抗／抗力が低下する。これに応じて以下の状況が生じる。

（入口開口における）所与のガス導入圧に対して、はるかに高い圧力を、イオン化領域内において達成することができる。

または、イオン化領域内における特定のガス圧を達成するのに、はるかに低い導入圧力ですむようになる（とりわけ、保安規程の遵守がより容易になる）。

この新規の供給ダクト構成を試験すると、この構成により、源輝度が大幅に増大することが分かった。例えば図２に、ここで説明した本発明の配置の一実施形態が示されている。

本発明のダクト構造体の遷移領域の高さの変化はさまざまな手法で実現することができ、例えば、
単一の段、
一連の段、
テーパリング遷移、およびこれらの組合せ
を含むグループから選択された形態を有することができる。

製造される形状の具体的な選択は、とりわけ、製造可能性の考慮に依存する。例えば、単一の段または一連の段は、例えばウェット・エッチング、スパッタ・エッチングなどのエッチング手法を適当なマスクと組み合わせて使用して、または誘導ＦＩＢ／イオン支援エッチング技法だけを使用して、形成することができる。テーパリング（傾斜部分）遷移は例えば、ＦＩＢを使用して、横変位の関数である異なる深さまで連続的にミリングすることによって実施することができる。選択した形状は、ダクト内の乱流およびデッド・スペースなどの現象に潜在的に影響を与えうるが、それらの現象が、本発明のイオン源の動作に重大な影響を与えた例は見られなかった。当業者は、所与の状況の詳細にとって最も適した形状／製造技法を選択することができる。

一実施形態では、前述の第１の（大きい方の）高さ値と前述の第２の（小さい方の）高さ値の高さ比Ｑが２５よりも大きく、好ましくは５０よりも大きく、よりいっそう好ましくは７５よりも大きい。当業者は、所与の状況における必要性、とりわけ供給ダクト内の流れコンダクタンスの所望の増大および製造可能性の考慮に基づいて、Ｑの値を選択することができる。単に指針とする目的で示す非限定的な例として、本発明の発明者は、所与の試験において以下の結果を得た。

出口開口における供給ダクトの高さｈ２：約３００ｎｍ
供給ダクトの（保持プレートに対して平行な方向の）幅：約１００μｍ
供給ダクトの（入口開口と出口開口の間の）長さ：約３．３ｍｍ
入口開口における供給ダクトの試験高さｈ１：約７５００ｎｍ（これによればＱは約２５になる）
供給ダクトの初めの部分のダクト高をこのように大きくすると（Ｑは約２５）、ダクト内の流れコンダクタンスは３桁を超えて（ヘリウム・ガス、室温の条件で約１０^−１０ｍ^３／秒程度の値に）増大した。

所望ならば、Ｑの値を調整することに加えて、２つ以上の供給ダクトを使用することもできる。例えば、大きなＱを有する単一のダクトを使用する代わりに、より小さなＱを有するいくつかのダクトを使用することもできる。（入力ビームに対して平行に見た）平面図において、このような複数の供給ダクトは、車輪の２本以上のスポークのように、異なる方向から、中心に位置するガス空間に集中することができる。

これらの実施形態の供給ダクトが上述のガス空間内に直接に開く必要はないことに留意すべきである。所望ならば、ガス空間の近傍／周囲に緩衝室を置いてもよく、供給ダクトは、この緩衝室を介してガス空間にガスを供給することができる。

図１Ａは、実施形態が実施される荷電粒子集束装置−このケースではＣＰＭ−の一実施形態の非常に概略的な図であり、より詳細には、顕微鏡ＭがＦＩＢ−ＳＥＭである場合の一実施形態を示す（しかしながら、実施形態の文脈では、例えば、純粋にイオン・ベースの顕微鏡とすることもできる）。顕微鏡Ｍは、粒子−光学軸３’に沿って伝搬する荷電粒子ビーム３（このケースでは電子ビーム）を生成する粒子−光学カラム１を備える。粒子−光学カラム１は真空室５上に装着されており、真空室５は、試験体Ｓを保持／位置決めする試験体ホルダ７および関連アクチュエータ７’を備える。真空室５は、真空ポンプ（図示せず）を使用して排気される。所望ならば、電圧供給源１７を用いて、試験体ホルダ７または少なくとも試験体Ｓを、グランド電位に対してある電位にバイアスする（浮動させる）ことができる。真空室５の内部へ／内部から物品（構成要素、試験体）を導入する／取り出すために開くことができる真空ポート５’も示されている。所望ならば、顕微鏡Ｍが、複数のこのような真空ポート５’を備えてもよい。

（このケースの）粒子−光学カラム１は、（例えばショットキー銃などの）電子源９および照明器２を備える。この照明器２は、（とりわけ、）（電子）ビーム３を試験体Ｓ上に集束させるレンズ１１、１３、および（ビーム３のビーム誘導／走査を実行する）偏向ユニット１５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および検出器１９、２１を制御し、検出器１９、２１から集めた情報を表示ユニット２７上に表示するコントローラ／コンピュータ処理装置２５を備える。

検出器１９、２１は、（入射）ビーム３による照射に反応して試験体Ｓから発出した異なるタイプの「誘導」放射を調べる目的に使用することができる可能なさまざまなタイプの検出器の中から選択される。この図に示された装置では、以下の（非限定的な）検出器が選択されている。

検出器１９は、試験体Ｓから発出した陰極ルミネセンスを検出する目的に使用される（フォトダイオードなどの）固体検出器である。あるいは、検出器１９を、例えばシリコン・ドリフト検出器（ＳＤＤ）、シリコン・リチウム（Ｓｉ（Ｌｉ））検出器などのＸ線検出器とすることもできる。

検出器２１は、例えば固体光電子増倍管（ＳＳＰＭ）また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］の形態の電子検出器である。この検出器を使用して、試験体Ｓから発出した後方散乱電子および／または２次電子を検出することができる。

図示された装置などの装置内で、例えば環状／分割検出器を含む、多くの異なるタイプの検出器を選択することができることを当業者は理解する。

ビーム３で試験体Ｓを走査することにより、試験体Ｓから、例えばＸ線、赤外／可視／紫外光、２次電子（ＳＥ）および／または後方散乱電子（ＢＳＥ）を含む誘導放射が発出する。（前述の走査運動のため）このような誘導放射は位置敏感型であるため、検出器１９、２１から得られる情報も位置依存型である。このことは（例えば）、検出器２１からの信号を使用して、試験体Ｓ（の少なくとも一部）のＢＳＥ画像を生成することを可能にする。この画像は基本的に、試験体Ｓ上の走査経路位置の関数としての前述の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’に沿って進み、コントローラ／コンピュータ処理装置２５によって処理され、表示ユニット２７上に表示される。このような処理は、結合、積分、減算、偽彩色、エッジ強調および当業者に公知の他の処理などの操作を含む。加えて、このような処理に、（例えば粒子分析に使用される）自動認識プロセスが含まれることもある。

上述の粒子−光学カラム１に加えて、顕微鏡Ｍはさらにイオン−光学カラム３１を備える。（電子）荷電粒子カラム１と同様に、イオン−光学カラム３１は、イオン源３９および照明器３２を備え、イオン源３９および照明器３２は、イオン・ビーム３３を生成し／イオン−光学軸３３’に沿って導く。試験体ホルダ７上に位置する試験体Ｓへのアクセスを容易にするため、イオン−光学軸３３’は、（電子）荷電粒子軸３’に対して傾けられている。上で述べたとおり、例えば、このようなイオン−光学（ＦＩＢ）カラム３１を使用して、切削、ミリング、エッチング、付着などの処理／加工操作を試験体Ｓに対して実行することができる。あるいは、イオン−光学カラム３１を使用して、試験体Ｓの画像を生成することもできる。

この図に示されているとおり、ＣＰＭ Ｍは、マニピュレータ・アームＡを利用する。マニピュレータ・アームＡは、アクチュエータ・システムＡ’によってさまざまな自由度で作動させることができ、（所望ならば、）例えばイオン・ビーム３３を使用して試験体Ｓから切除されたいわゆるＴＥＭ薄片の場合のように、マニピュレータ・アームＡを使用して、試験体を、試験体ホルダ７に／試験体ホルダ７から移送するのを支援することができる。

ガス注入システム（ＧＩＳ）Ｇも示されている。ガス支援エッチングまたはガス支援付着を実行するために、ＧＩＳ Ｇを使用して、エッチング・ガス、前駆体ガスなどのガスの局限された注入を実施することができる。このようなガスは、リザーバＧ’に保管／一時保管することができ、細いノズルＧ”を通して、例えば軸３’と軸３３’の交点付近に出てくるように投入することができる。

制御された環境を試験体Ｓのところで使用して数ミリバールの圧力を維持すること（これは環境制御型ＳＥＭまたは低圧ＳＥＭで使用されている）など、このような装置の多くの改良および代替は、当業者に公知であることに留意すべきである。

本開示のこの特定の文脈では、イオン源３９が、衝突イオン化イオン源、上で参照したＮＡＩＳである。図１Ｂに、このようなイオン源３９がより詳細に示されている。イオン源３９は以下のものを備える。

（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源によって生成された）電子などの荷電粒子の集束入力ビームＢを入れる入力開口（域）Ａ１。

前述の入力開口Ａ１の反対側に位置し、前述の入力開口Ａ１と位置合せされた出力開口（域）Ａ２であり、イオン束Ｂ’の放出を可能にする出力開口（域）Ａ２。この図に示されているように、開口Ａ１およびＡ２はともに、実質的に同じ直径Ａ’を有する実質的に円の形態を有する。

前述の入力開口Ａ１と前述の出力開口Ａ２の間に位置するガス空間Ｒであり、その中で、前述の入力ビームＢによって（例えばアルゴン・ガスなどの）ガスＦ（の分子／原子）をイオン化して前述のイオンＢ’を生成することができるガス空間Ｒ。このようなイオン化はイオン化領域Ｒ’で起こる。イオン化領域Ｒ’は一般に、ガス空間Ｒと実質的に一致するか、またはガス空間Ｒと部分的に重なる（しかしながら、領域Ｒ’は、例えば開口Ａ１、Ａ２のうちの一方または両方の開口から一定程度、はみ出すことがある）。この図では、ガス空間Ｒに灰色の陰影が付けられており、イオン化領域Ｒ’は、網掛けを使用して概略的に示されている。

前述のガスＦの流れを前述のガス空間Ｒに供給する供給ダクトＦ’。

この図に示されているとおり、供給ダクトＦ’は、向い合せに位置する一対の保持プレートＰ１、Ｐ２によって境界が画定されている（ＮＡＩＳの場合、保持プレートＰ１、Ｐ２は、「膜」と言えるほどに薄い）。この対の第１のプレートＰ１は前述の入力開口Ａ１を含み、第２のプレートＰ２は前述の出力開口Ａ２を含み、プレートＰ１とプレート２の間の間隔／離隔距離ｄが、供給ダクトＦ’の（均一な）高さを実質上、画定する。「栓」Ｐ３が、このダクトの一方の側（供給ダクトからガスＦが内側へ流れている側とは反対の側）を密封していることに留意されたい。第１のプレートＰ１は厚さｄ’を有し、第２のプレートＰ２もしばしば（ほぼ）同じ厚さを有する。全般的な指針を提供するため、図示されたこのようなイオン源３９に対して使用することができる非限定的な値を以下に示す。

プレート間隔ｄ：約１００〜５００ｎｍ
プレート厚ｄ’：約１００ｎｍ
開口径Ａ’：約１００〜５００ｎｍ
ガス空間Ｒ内のガス圧：約５００〜７５０ミリバール
ビームＢのビーム電流：約５０〜２００ｎＡ
プレートＰ１、Ｐ２（および栓Ｐ３）は例えばモリブデン、白金、タングステンなどの材料を含む。電圧供給源（図示せず）を使用して、プレートＰ２とプレートＰ１の間に（例えば約１ボルトの）（ＤＣ）電圧差を印加し、それによってプレートＰ２よりも高い正の電位にプレートＰ１をバイアスし、それによって、（正電荷を有する）イオンをプレートＰ２に向かって導き、次いで開口Ａ２を通過させる電場を生み出すことができる。

上で述べたとおり、ＮＡＩＳ５９のこの従来の設計は、輝度が最適でないという欠点を有する傾向がある。この課題を解決するため、本発明の発明者は、供給ダクトＦ’の流れコンダクタンスと、入力開口Ａ１と出力開口Ａ２とを合わせた流れコンダクタンスとがよりうまく整合する構造が達成されるように、供給ダクトＦ’の構造を変更した。図２には、変更されたこのような構造の一実施形態が、デカルト座標系ＸＹＺに関して示されている。この図では、供給ダクトＦ’が以下のものを備える。

（ガス・ポンプ／リザーバなどの）ガス供給源に接続された入口開口（マウス／スロート）Ｏ１。

（開口Ａ１と開口Ａ２の間の）ガス空間Ｒ内に開いた出口開口（マウス／スロート）Ｏ２。ダクトＦ’は、以下の３つの特性部分を含む。

Ｚ軸に対して平行に測定された相対的に大きな高さｈ１を有する最初の部分／区域Ｔ１であり、第１の高さ領域を形成し、前述の入口開口Ｏ１を含む（前述の入口開口Ｏ１から延びる）最初の部分／区域Ｔ１。

Ｚ軸に対して平行に測定された比較的に小さな高さｈ２を有する最後の部分／区域Ｔ２であり、第２の高さ領域を形成し、前述の出口開口Ｏ２を含む（前述の出口開口Ｏ２まで延びる）最後の部分／区域Ｔ２。

前述の最初の部分Ｔ１と前述の最後の部分Ｔ２の間の少なくとも１つの遷移領域／区域Ｔ３。遷移領域／区域Ｔ３の高さは、高さｈ１から高さｈ２まで高さが遷移し、第１のプレートＰ１と第２のプレートＰ２の間に不均一な高さを生み出す。領域Ｔ３におけるこの高さの遷移は、必要に応じて／所与の状況に応じて、滑らかに／連続的に、厚さを変えて複数の段または単一の段で実施することができる。この図に示されているように、この高さの遷移はテーパリング方式で起こる。代替として、図３は、この遷移が段状に起こる本発明の実施形態を示している。

この特定の実施形態では、ダクトＦ’の寸法変化がＺ軸方向にだけ起こる。しかしながら、このことは本発明の範囲を限定するものではなく、その代わりに／それに加えて、所望ならば、寸法変化（テーパリングまたは段）をＹ軸方向に実施することもできる。指針とする目的で、使用することができる非限定的な値を以下に示す。

部分Ｔ１、Ｔ３およびＴ２の（Ｘ軸に対して平行な方向の）長さ：それぞれ１５ｍｍ、５μｍおよび２００μｍ
部分Ｔ１およびＴ２の（Ｚ軸に対して平行な方向の）高さ：それぞれ２０μｍ（ｈ１）および２００ｎｍ（ｈ２）。この場合には、高さ比Ｑ＝ｈ１／ｈ２＝１００となる。

部分Ｔ１、Ｔ２およびＴ３の（Ｙ軸に対して平行な方向の）幅：約１００〜２００μｍ
使用時、入口開口Ｏ１におけるガス圧を約５００ミリバールにすると、出口開口Ｏ２におけるガス圧は例えば約４５０ミリバールになる。

この構造などの構造は、チップ・ボンディング手法を使用して都合よく製造することができる。この手法により、別個の２つの基板（または基板部分）上に、「上半分」（供給ダクトの頂部を形成するプレートＰ１など）および「下半分」（供給ダクトの底半分を形成するプレートＰ２など）を、例えばエッチング／アブレーション技法を使用して製造し、その後に、一方の半分を逆さにしてもう一方の半分に載せ、位置合せをし、間に置かれたダクト／流路Ｆ’を形成するのを助ける（ガス流栓Ｐ３などの）適当なスペーサを使用して所定の位置で接合する。開口Ａ１、Ａ２は、エッチング／アブレーションを使用して、接合の前または後に形成することができる。例えば、細い光化学（例えば集束イオン）ビームを使用して、これらの半分同士が接合されたものに片側から放射により「穴をあける」ことができる。このようにすると、それらの開口の完璧な相互位置合せが実現する。この文脈におけるチップ・ボンディング技法の具体的な例には、ダイレクト・ボンディング、熱圧着、共晶接合、陽極ボンディング（ａｎｏｄｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）などがある。

Ａ マニピュレータ・アーム
Ａ１ 入力開口（域）
Ａ２ 出力開口（域）
Ｆ ガス
Ｆ’ 供給ダクト
Ｏ１ 入口開口
Ｏ２ 出口開口

Claims (7)

1. 介在する間隙の周りで挟まれた、積み重ねられた一対のプレートと、
   前記プレートのうちの第１のプレートに設けられた入力域であり、荷電粒子の入力ビームを前記間隙に入れる入力域と、
   前記入力域の反対側に位置し、前記プレートのうちの第２のプレートに設けられた出力域であり、前記間隙からのイオンの束の放出を可能にする出力域と、
   前記入力域と前記出力域の間のガス空間であり、その中で、前記入力ビームによってガスをイオン化して前記イオンを生成することができるガス空間と、
   前記間隙の中の供給ダクトであり、前記ガスの流れを前記ガス空間に供給する供給ダクトと
   を備え、前記供給ダクトが、
   前記ガス空間内に開いた出口開口と、
   ガス供給源に接続可能な入口開口と
   を備え、前記ダクトが、前記入口開口と前記出口開口の間に少なくとも１つの遷移領域を備え、前記プレートに対して垂直に測定した前記ダクトの内部の高さが、第１の高さ値から第２の高さ値まで低下する
   衝突イオン化イオン源。
2. 前記遷移領域での前記高さの低下が、
   単一の段、
   一連の段、
   テーパリング遷移、および
   これらの組合せ
   からなるグループから選択された形態を有する、請求項１に記載のイオン源。
3. 前記第１の高さ値と前記第２の高さ値の高さ比Ｑが２５よりも大きく、好ましくは５０よりも大きく、よりいっそう好ましくは７５よりも大きい、請求項１または２に記載のイオン源。
4. 前記ガス空間内に複数の供給ダクトが開いている、請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン源。
5. 前記プレートが、積み重ねられており、位置合せされており、チップ・ボンディング技法を使用して接合されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン源。
6. 荷電粒子ビームを生成する粒子源と、
   試験体を照射位置に保持する試験体ホルダと、
   前記試験体に照射するように前記ビームを導く光学カラムと
   を備える荷電粒子集束装置であって、
   前記粒子源が、請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン源を備える
   ことを特徴とする荷電粒子集束装置。
7. 荷電粒子顕微鏡と、
   リソグラフィ・イメージャとからなる
   グループから選択された、請求項６に記載の荷電粒子集束装置。

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