JP2018520466A - 電子光学システム内の清浄環境を提供するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

汚染物質材料を抽出器に近接した空洞から吸収できる、電子源の電子抽出器が開示される。電子抽出器は、本体を含む。電子抽出器の本体は、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成されている。１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料は、電子抽出器の本体に近接した領域内に含まれる１つ又は複数の汚染物質を吸収する。電子抽出器の本体は、電子抽出器の本体に近接して置かれた１つ又は複数の放出器から電子を抽出するように更に構成されている。

Description

本発明は、概して電子光学システムに関し、具体的には、汚染物質を電子光学システムから除去して、領域にポンプ作用を及ぼすのが困難な領域内の反応性ガスの分圧を局所的に低減するための非蒸発型吸着体材料を備える電子光学システムに関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の定めによる利益を主張し、米国仮特許出願第６２／１６６，６９１号（２０１５年５月２７日出願、名称「非蒸発型吸着体材料から構成された小型粒子光学要素（ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＣＯＭＰＲＩＳＥＤ ＯＦ ＮＯＮ−ＥＶＡＰＯＲＡＢＬＥ ＧＥＴＴＥＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、発明者名「Ｗｉｌｌｉａｍ Ｇｅｏｒｇｅ Ｓｃｈｕｌｔｚ、Ｇｉｌｄａｒｄｏ Ｒｉｏｓ Ｄｅｌｇａｄｏ、及びＧａｒｒｙ Ａｌｌｅｎ Ｒｏｓｅ」）についての通常（非仮）特許出願を構成する。

電子光学装置サイズがより小型化するにつれて、制御された減圧環境を既存の電子光学システム内に実装することがより困難になる。かかる電子光学システムは、「小型」電子光学システムについてのものであり、それにより、電子源、又は電子光学カラム構成要素等の電子光学システムの１つ又は複数の構成要素が、有意にコンパクトで一緒に接近した状態に設置される。更に、小型電子光学システムの場合、システム内の隙間空間が限定されるために従来の減圧技術の有用性が制限される。例えば、小型電子光学システムは、多くの場合、電子源の電子放出器（例えば炭素ナノチューブのチューブ状放出器）とそれに対応する抽出器との間に、ミクロンオーダーであることが多い限定された余裕空間を有する結果、電子放出器及び抽出器の近傍の領域内の減圧環境を制御することが困難になる。

米国特許出願公開第２００８／０２８４３３２号 国際公開第２０１３／１６９８２５号

かかる電子光学システムの減圧環境についての制御の改善を提供するシステム及び方法を提供することは、有益であろう。

本開示の１つ又は複数の例示的実施例に従う、受動的な汚染物質除去能力を有する電子光学装置が開示される。一例示的実施形態では、装置は、電子源を含む。別の例示的実施形態では、装置は、電子ビームをサンプル上に方向付けるように構成された１組の電子光学要素を含む電子光学カラムを含む。別の例示的実施形態では、装置は、サンプルの表面から放射する電子信号を検出するように構成された検出器アセンブリを含む。一例示的実施形態では、電子源、電子光学カラム、又は検出器アセンブリのうちの少なくとも１つが、非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素を含む。別の例示的実施形態では、非蒸発型吸着体材料は、電子源、電子光学カラム、又は検出器アセンブリのうちの少なくとも１つの空洞内にある１つ又は複数の汚染物質を吸収する。

本開示の１つ又は複数の例示的実施形態に従う、汚染物質を吸収するための電子抽出器が開示される。一例示的実施形態では、装置は本体を含む。一例示的実施形態では、電子抽出器の本体は、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成される。一例示的実施形態では、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料は、電子抽出器の本体に近接した領域内に含まれる１つ又は複数の汚染物質を吸収する。別の例示的実施形態では、電子抽出器の本体は、電子抽出器の本体に近接して設置された１つ又は複数の放出器から電子を抽出するように更に構成されている。

前述の概要及び以下の詳細な説明の両方は、例示して説明するだけのものであり、クレームされたような本発明を必ずしも限定するものではないことを理解されたい。明細書に組み込まれてそれの一部分を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、概要と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

本開示についての多数の長所が、添付図面への参照により、当業者によってよりよく理解され得る。

本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された電子抽出器を含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された電子抽出器を含む電子ビーム源についての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された電子抽出器を含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された電子抽出器を含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、抵抗加熱を介して電子抽出器の非蒸発型吸着体材料を活性化させるための抵抗加熱装置を備えた電子抽出器についての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、誘導加熱を介して電子抽出器の非蒸発型吸着体材料を活性化させるための誘導コイルを備えた電子抽出器についての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、光吸収を介して電子抽出器の非蒸発型吸着体材料を活性化させるための光源を備えた電子抽出器についての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学カラムの１組の偏向器を含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された非点収差補償器を含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された電流又はビーム限定開口を含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された軟焦点電子抽出器を含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された１つ又は複数の構成要素を含むカラム外の検出器アセンブリを含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された１つ又は複数の構成要素を含むカラム内の検出器アセンブリを含む電子光学システムについての高レベル略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、非蒸発型吸着体要素を形成する方法を示すプロセスフロー図である。

ここで、添付図面に示されている開示された主題に対する参照が詳細になされる。

概して図１Ａ〜２を参照して、本開示に従う、非蒸発型吸着体材料から形成された１つ又は複数の電子光学要素を含む電子光学システム、及びそれを形成する方法を説明する。

揮発性有機化合物、水、及び／又は別の汚染物等であって、これらに限定されない汚染物の相当な体積が、電子光学システム内部で生成される場合があることが観察されてきた。小型電子光学システム等の電子光学システム内で生成された汚染物が、電子光学システムの放出不安定性に有意に関与することがある。更に、小型電子光学システムの場合、システム内の隙間空間が限定されることは、１つ又は複数の減圧技術等の通常の手法を介した汚染物の除去を制限する。

本開示の実施形態は、非蒸発型吸着体（ＮＥＧ）材料の実施によって高輝度粒子光学源及びシステムの安定性を改善して、電子光学システムの構成要素を関心の減圧環境の極近傍に製作することを目的とする。非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学システムの構成要素は、減圧環境内の１つ又は複数のガス状汚染物質を受動的に（化学吸収及び／又は吸着を介して）捕捉するように作用し得る。それに加えて、非蒸発型吸着体材料は、また、従来のポンプ作用手法を使用して送出することが困難である電子光学システムの領域内の反応性ガスの分圧を低下させるのに役立ち得る。更なる実施形態は、非蒸発型吸着体材料による電子光学システムの付加的な個別部品の形成を目的とする。

本開示の目的に対して、「吸着体材料」は、１つ又は複数の選択された汚染物質を吸収できる材料であると考えられ、そして、「吸着体要素」は、選択された吸着体材料から形成された電子光学システムの構成要素である。更に、用語「非蒸発型吸着体材料」は、減圧環境に暴露されたときに、容易に蒸発しない吸着体材料を意味するものと解釈される。

本開示の更なる実施形態は、電子源の構成要素、又は電子光学カラムのうちの１つ又は複数の電子光学要素等であって、これらに限定されない、電子光学システムのうちの１つ又は複数の構成要素を非蒸発型吸着体材料から形成することによって、電子光学システム内に清浄環境を提供することを目的とする。かかる構成要素は、電子光学システムのうちの１つ又は複数の電子光学要素を含んでもよい。本開示の目的に対して、非蒸発型吸着体要素は、非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素を意味するものと解釈される。これに関して、本開示の非蒸発型吸着体要素は、少なくとも次のｉ）システムの電子光学要素として動作する、及びｉｉ）システム内の汚染物質を除去又は低減するポンプ作用構成要素として動作するという機能を果たす。

本開示の実施形態は、従来の手段を介して小型電子光学システムからガス及びガス状汚染物質を除去することに関連する困難、並びに小型電子光学システムについての高度な清浄要求事項があるために、小型電子光学システムとの関連で特に有用である。小型電子光学システムは、１つ又は複数のミリメートル未満の、ミクロンサイズの（又はより小さい）電子光学要素に基づいてそのように特徴付けられる。

吸着体材料の使用については、１９９９年５月１１日に発行された米国特許第５，９０３，０９８号、２００３年１月１４日に発行された米国特許第６，５０７，１４６号、２００３年４月８日に発行された米国特許第６，５４５，３９６号、２００５年７月１２日に発行された米国特許第６，９１７，１５６号、２００９年６月２３日に発行された米国特許第７，５５０，９１３号、及び１９９６年９月１０日に公開された欧州特許出願公開第０，７３６，８９１（Ｂ１）号に概して記載されており、これらの特許等はその全体が参照により本明細書にそれぞれ組み込まれる。走査型電子顕微鏡での焼結吸着体の使用については、１９９２年９月２２日に発行された米国特許第５，１５０，００１号に概して記載されており、この特許はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。電子放出器での吸着体材料の使用については、２００２年１０月５日に発行された米国特許第６，４６５，９５４号、２００４年５月２５日に発行された米国特許第６，７４１，０１７号、及び２００８年２月２１日に公開された米国特許出願公開第２００８／００４２５４７号に概して記載されており、これらの特許等はその全体が参照により本明細書にそれぞれ組み込まれる。炭素ナノ構造電界放出器での吸着体材料の使用については、２００９年１０月２７日に発行された米国特許第７，６０８，８２４号に概して記載されており、この特許はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。冷放出器Ｘ線管での吸着体材料の使用については、２００３年１月２日に公開された米国特許出願公開第２００３／０００２６２７号に概して記載されており、この出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

電界放出ディスプレイでの吸着体材料の使用については、１９９３年６月２９日に発行された米国特許第５，２２３，７６６号、１９９８年８月４日に発行された米国特許第５，７８９，８５９号、１９９９年１２月１０日に発行された米国特許第５，５８３，３９３号、２０００年１０月３日に発行された米国特許第６，１２７，７７７号、２０１０年６月２９日に発行された米国特許第７，７４５，９９５号、及び２０１４年７月１日に発行された米国特許第８，７６６，５４２号に概して記載されており、これらの特許はその全体が参照により本明細書にそれぞれ組み込まれる。

図１Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う電子光学システム１００を示す。一実施形態では、電子光学システム１００は、小型電子光学システムである。別の実施形態では、電子光学システム１００は、小型走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）システムである。本開示は、小型ＳＥＭシステムと関連する電子光学装置に主に重点を置くけれども、このことは、本開示の範囲に対する限定を表すものではなく、単に例示目的のために提供されることにここで留意されたい。本開示を通して説明された実施形態は、当該技術分野で公知の任意の電子光学システム構成まで拡張され得ることがここで考えられる。

一実施形態では、システム１００は、電子ビーム源１０２を含む。別の実施形態では、システム１００は、電子ビーム１０４をサンプル１１０上に方向付ける、及び／又は集束させるための電子光学カラム１０６を含む。別の実施形態では、システム１００は、サンプル１１０の表面から放出又は散乱させられた１つ又は複数の電子信号１２４を検出するための電子検出器アセンブリ１２６を含む。上記のように、電子源１０２、電子光学カラム１０６、及び／又は検出器アセンブリ１２６のうちの１つ又は複数の構成要素は、非蒸発型吸着体材料から形成される。

電子ビーム源１０２は、１つ又は複数の電子ビーム１０４を生成するのに好適な任意の電子ビーム源を含んでもよい。一実施形態では、電子ビーム源１０２は、１つ又は複数の電子放出器１０８を含む。例えば、１つ又は複数の電子放出器１０８は、単一の電子放出器を含んでもよい。別の例として、１つ又は複数の電子放出器１０８は、多数の電子放出器を含んでもよい。１つ又は複数の電子放出器１０８は、電子放出の技術分野で公知の任意の電子放出器を含んでもよい。例えば、１つ又は複数の放出器１０８は、１つ又は複数の電界放出銃（ＦＥＧ）を含むが、これに限定されない。別の例では、１つ又は複数の電界放出銃は、炭素ナノチューブ放出器、ナノ構造化炭素膜放出器、ミュラータイプ放出器、スピンドタイプ放出器、又はショットキータイプ放出器を含むが、これらに限定されない。

別の実施形態では、電子ビーム源１０２は、１つ又は複数の抽出器１１８（又は抽出器電極）を含む。動作中に、１つ又は複数の抽出器１１８は、電子ビーム１０４の少なくとも一部分を１つ又は複数の電子放出器１０８から抽出して、電子ビームを電子光学カラム１０６に伝達し、次いで、ビームをサンプル台１１２上に配置されたサンプル１１０に方向付ける。

電子ビーム源１０２の１つ又は複数の抽出器１１８は、当該技術分野で公知の任意の電子ビーム抽出器構成を含んでもよい。例えば、電子ビーム抽出器１１８は、平面抽出器を含んでもよい。別の例として、電子ビーム抽出器１１８は、非平面抽出器を含んでもよい。電子ビーム源での平面及び非平面抽出器の使用については、２０１３年８月２０日に発行された米国特許第８，５１３，６１９号に概して記載されており、この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

図１Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う電子ビーム源１０２の横断面図である。一実施形態では、図１Ｂに示すように、電子ビーム源１０２の抽出器１１８は非平面抽出器１１８である。

一実施形態では、非平面抽出器１１８は外側半径部１３０を含む。別の実施形態では、抽出器１１８は、丸みを帯びた部分１３４を含む。例えば、丸みを帯びた部分１３４の内側曲線は、開口面を放出器領域１３６内の抽出器開口１３８に形成してもよい。別の実施形態では、抽出器１１８は、丸みを帯びた部分１３４と外側半径部１３０との間に外側傾斜面１３２を含む。例えば、外側傾斜面１３２は、丸みを帯びた部分１３４から外側半径部１３０まで下方に傾斜してもよい。かかる構成は、本明細書では「火山形状」抽出器と呼ばれてもよい。別の実施形態では、抽出器１１８は円錐体形状をとってもよい。

本開示の範囲は、単に例示目的で提供されている、図１Ｂに表された構成に限定されないことにここで留意されたい。むしろ、抽出器１１８の形状は、当該技術分野で公知であるか、又は本開示で説明された任意の非平面又は平面構成をとってもよい。

別の実施形態では、抽出器開口１３８は、１つ又は複数の集束部分１４０につながっている。例えば、集束部分１４０は、抽出器開口１３８と開口スリット１４４との間の遷移を容易にし得る。これに関して、集束部分１４０は、ビーム画定開口１４２につながり、この開口は、電子ビーム１０４の発散及び／又は流動を制御し得る。別の実施形態では、ビーム画定開口１４２は、開口スリット１４４につながっている。例えば、抽出器開口１３８の幅は、開口スリット１４４の幅よりも大きくてもよい。別の実施形態では、電子ビーム１０４は、開口１４２を通過して放射空洞１４６まで進む。

それに加えて、この構成では、電子ビーム１０４の大多数は、集束部分１４０の表面上で消滅し得る。例えば、放出器１０８からの電子ビーム１０４のうちの最大９０％は、１つ又は複数の集束部分１４０で消滅し得る。その結果、軽減することなく、抽出器１１８の表面に衝突する電子は、絶えず汚染物質の離脱を生じさせる。

一実施形態では、１つ又は複数の抽出器１１８は、１つ又は複数の吸着体材料から形成される。例えば、１つ又は複数の抽出器１１８は、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成されてもよい。１つ又は複数の抽出器１１８を１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成することによって、放出器１０８（例えばＣＮＴ放出器）の安定性が、電子源１０２の構成要素近傍でのガス状汚染物質の持続的な化学吸収によって改善され得ることに留意されたい。例えば、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成された抽出器１１８によって提供される持続的なポンプ作用は、電子源１０２のカソードにおいて、又はその近傍でガス状汚染物質を化学的に吸収するように作用し得、この汚染物質は、一般に、電子光学システム１００の主要ポンプ作用システムから遠くに除去される。これに関して、抽出器１１８の吸着体材料は、電子光学システム１００内の最も重要な環境のうちの１つにおいて、中性物質及び帯電イオン種についての非常に大きい収集の立体角を有する小型ポンプとして作用する。

更に、図１Ｂに示す抽出器幾何形状等であって、これに限定されない抽出器１１８の幾何形状は、抽出器１１８を形成するために使用された材料と無関係に、放出器１０８での電界放出に必要な界を確立する。

１つ又は複数の吸着体材料は、１つ又は複数の標的の汚染物質を吸収するのに好適な任意の材料を含んでもよい。例えば、１つ又は複数の吸着体材料は、電子光学システム１００内に存在するＨ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｎ_２、ＮＯ、ＮＯ_２等であって、これらに限定されない汚染物質のうちの１つ又は複数を化学的に吸収するように選択されてもよい。１つ又は複数の汚染物質は、１つ又は複数の抽出器１１８の１つ又は複数の吸着体材料と反応することにより、非反応性金属酸化物、カーバイド、及び／又は窒化物等であって、これらに限定されない反応生成物を形成し得ることにここで留意されたい。これに関して、吸着体材料が汚染物質材料に絶えず暴露されているので、吸着体材料は、汚染物質材料と化学反応して非反応性化合物を形成し、その結果、汚染物質材料の捕捉及び隔離をもたらす。

一実施形態では、１つ又は複数の抽出器１１８を形成するために使用される非蒸発型吸着体材料は、ジルコニウム、バナジウム、コバルト、アルミニウム、ルテニウム、トリウム、鉄、モリブデン、又はホウ素のうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。別の実施形態では、非蒸発型吸着体材料は、ジルコニウム、バナジウム、コバルト、アルミニウム、ルテニウム、トリウム、鉄、モリブデン、又はホウ素のうちの１つ又は複数のものの化合物、混合物、又は合金を含む。

例えば、非蒸発型吸着体材料は、ジルコニウム合金を含んでもよいが、これに限定されない。例えば、非蒸発型吸着体材料は、少なくともジルコニウム及びチタンを含有する合金を含んでもよいが、これに限定されない。別の例では、非蒸発型吸着体材料は、例えば、Ｓｔ７０７（７０％のジルコニウム、２４．６％のバナジウム、及び残部の鉄の合金）等であってこれに限定されない、少なくともジルコニウム及びバナジウムを含有する合金を含んでもよいが、これに限定されない。別の例では、非蒸発型吸着体材料は、例えば、Ｓｔ７８７（８０．８％のジルコニウム、１４．２％のコバルト、及びミッシュメタル）等であってこれに限定されない、少なくともジルコニウム及びコバルトを含有する合金を含んでもよいが、これに限定されない。別の例では、非蒸発型吸着体材料は、Ｓｔ１０１（８４％のジルコニウム、及び１６％のアルミニウム）等であってこれに限定されない、少なくともジルコニウム及びアルミニウムの合金を含んでもよいが、これに限定されない。

抽出器１１８は、捕捉について特定のガス状汚染物質種を標的にするように選択された非蒸発型吸着体材料から形成されてもよいことに更に留意されたい。下記の表１は、例示の吸着体材料、及びその吸着体材料が効果的に捕捉する、対応する１つ又は複数のガス種についてのリストを提供する。

表１に提供された吸着体材料のリストの記載は、本開示の範囲についての限定を意図されておらず、単に例示目的のためにだけ提供されていることに留意されたい。多くの吸着体反応は、次のように一般化され得ることに更に留意されたい。
（１）２ＧＭ ＋ Ｏ_２ → ２ＧＭＯ
（２）２ＧＭ ＋ Ｎ_２ → ２ＧＭＮ
（３）２ＧＭ ＋ ＣＯ → ＧＭＣ ＋ ＧＭＯ
（４）２ＧＭ ＋ ＣＯ_２ → ＣＯ ＋ ２ＧＭＯ → ＧＭＣ ＋ ＧＭＯ
（５）ＧＭ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｈ ＋ ＧＭＯ → ＧＭＯ ＋ Ｈ（バルク）
（６）ＧＭ ＋ Ｈ_２ → ＧＭＨ ＋ Ｈ（バルク）
（７）ＧＭ ＋ ＣｘＨｙ → ＧＭＣ ＋ Ｈ（バルク）
（８）ＧＭ ＋ 不活性ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ） → 反応なし
ここに、ＧＭは所定の吸着体材料を表す。

別の実施形態では、抽出器１１８は、２つ以上の特定のガス状汚染物質種を標的にするために、２つ以上の非蒸発型吸着体材料から形成されてもよい。

抽出器１１８は、当該技術分野で公知の任意の形成手段を使用して、選択された吸着体材料から形成されてもよい。一実施形態では、抽出器１１８は、１つ又は複数の機械的プロセスを介して形成されてもよい。例えば、抽出器１１８は、旋盤加工プロセス、フライス加工プロセス、又は穿孔プロセスであって、これらに限定されない１つ又は複数の機械的プロセスから形成されてもよい。これに関して、あるバルク実体積の吸着体材料が供給されて、１つ又は複数の機械的プロセスがその体積の吸着体材料に適用されることにより、所望の形状／サイズを有する抽出器１１８を獲得してもよい。

別の実施形態では、抽出器１１８は、１つ又は複数の鋳造プロセスを介して形成されてもよい。例えば、溶解形態の吸着体材料又は吸着体材料の前駆体が、軟化させられて、抽出器１１８のモールドの中に供給及び注入されてもよい。別の実施形態では、抽出器１１８は、１つ又は複数の押出プロセスを介して形成されてもよい。例えば、ある実体積の吸着体材料が、軟化させられて、押出機を通して押し出されることにより、所望の形状／サイズを有する抽出器１１８を獲得してもよい。

別の実施形態では、抽出器１１８は、例えば焼結プロセス等であって、これに限定されない１つ又は複数の粉末冶金学的プロセスを介して形成されてもよい。これに関して、ある体積の粉末状吸着体材料が供給されて、１つ又は複数の焼結プロセスが適用されることにより、所望の形状／サイズを有する抽出器１１８を獲得してもよい。

別の実施形態では、抽出器１１８は、レーザアブレーション等であって、これに限定されない１つ又は複数の光学プロセスを介して形成されてもよい。これに関して、あるバルク体積の吸着体材料が供給されて、１つ又は複数のレーザアブレーションプロセスがその体積の吸着体材料に適用されることにより、所望の形状／サイズを有する抽出器１１８を獲得してもよい。

別の実施形態では、抽出器１１８は、１つ又は複数の更なる製造プロセスを介して形成されてもよい。例えば、抽出器１１８は、３次元印刷プロセスを介して製作されてもよい。これに関して、吸着体材料が供給されて、３次元印刷ツールが使用されることにより、抽出器１１８を形成してもよい。別の実施形態では、任意選択的なレーザ焼結プロセスが適用されることにより、抽出器１１８を形成してもよい。３次元印刷材料に使用される任意選択的なレーザ焼結が、１９８６年１０月１７日に出願された米国特許第４，８６３，５３８号に概して記載されており、この特許はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

別の実施形態では、抽出器１１８は、１つ又は複数のフィルム形成プロセスを介して形成されてもよい。例えば、図１Ｃに示すように、非蒸発型吸着体材料の１つ又は複数の表層１４７が、基板１４９の表面上に堆積されることにより、抽出器１１８を形成してもよい。当該技術分野で公知の任意のフィルム堆積プロセスが使用されることにより、１つ又は複数の層１４７を形成してもよい。例えば、１つ又は複数の表層１４７が、スパッタリング、抵抗蒸着、電子ビーム蒸着、蒸気蒸着、原子層堆積、電気メッキ、スクリーン印刷、溶液流延、又は当該技術分野で公知の任意の別の好適な堆積技術であって、これらに限定されないものを含む方法のうちの１つ又は複数を使用して基板１４９上に堆積されてもよい。基板１４９は、当該技術分野で公知の任意の基板を含んでもよい。例えば、本明細書で更に論じるように、基板は、放射線の選択された波長（又は波長の範囲）に透明である基板を含んでもよいが、これに限定されない。例えば、基板１４９は、１０６４ｎｍの光に透明であるシリコン基板を含んでもよい。

別の実施形態では、図１Ｄに示すように、抽出器１１８の本体の気孔率が、抽出器１１８の形成中に制御されてもよい。所定の抽出器１１８の捕捉能力が抽出器１１８の気孔率に依存することに留意されたい。これに関して、気孔率の増加は、抽出器１１８の体積内の表面積（汚染物質を吸収するための）の増加をもたらす。対照的に、気孔率の増加は、また、抽出器１１８の全バルク体積を減少させ、それによって、吸収された汚染物質を「保持」又は収容する抽出器の能力を低下させる。その結果、抽出器１１８は、選択された気孔率を有するように、又は選択された気孔率の範囲内にあるように形成されてもよく、このことは、１つ又は複数の汚染物質の捕捉を最大化するのに役立つ（又は、少なくとも選択されたレベルを上回る捕捉をもたらす）。例えば、抽出器１１８は、抽出器１１８の理論密度の０．０５〜０．９５の気孔率を有するように形成されてもよい。例えば、抽出器１１８は、抽出器１１８の理論密度の０．２〜０．８の気孔率を有するように形成されてもよい。

ここで、任意の数の上記の製作技術が、気孔率を制御するために実施されてもよいことに留意されたい。一実施形態では、気孔形成工程を利用する焼結プロセスが、抽出器１１８の気孔率を制御するために実施されてもよい。例えば、気孔形成材料（例えばポリエチレン球）が、ある体積の粉末状非蒸発型吸着体材料に添加されるか、又はこれと混合されてもよい。次いで、混合物は、所望の圧力で所望の焼結温度までの焼結プロセスを受けてもよい。別の実施形態では、焼結プロセスの熱処理中に、気孔形成材料が抽出器から焼き出され、その結果、所望の数及びサイズの１組の気孔１５０を残す。別の実施形態では、抽出器１１８の気孔率は、３次元印刷、又はレーザ焼結等であって、これらに限定されない付加的な製造技術によって正確に制御されてもよい。これに関して、付加的な製造プロセスが使用されることにより、抽出器１１８内の気孔（又は空隙）１５０のサイズ、数、及び位置を制御してもよい。これに関して、付加的な製造プロセスは、吸着体材料の規則的な、又は不規則的なパターンを抽出器１１８の体積内に形成してもよい。

別の実施形態では、ＮＥＧ材料から形成された抽出器１１８は、活性化可能である。前記のように、抽出器１１８は、１つ又は複数の反応性汚染物質を放出領域１３６及び放出空洞１４６から受動的に化学的に吸収する。抽出器１１８の受動的吸収は、何ヶ月間も継続し得る。更に、反応性汚染物質の化学的吸収は、可逆的であってもよい。例えば、抽出器１１８は、加熱されることにより、抽出器１１８の体積内に蓄えられた汚染物質材料を化学的に離脱させてもよい。これに関して、捕捉に起因して吸収能力が低減した抽出器１１８を活性化させるために、活性化手順が、１つ又は複数の手法を使用して抽出器１１８を加熱することによって実行されてもよい。更に、抽出器１１８を加熱することは、１つ又は複数の汚染物質（又は汚染物質の化合物）を抽出器１１８から離脱させ、次いで、システム１００が動作していないときに、抽出器がシステム１００によって脱ガスされることを可能にする。例えば、加熱プロセスが、抽出器を選択された期間（０．１時間〜２４時間）の間、２００℃と８００℃との間の温度まで加熱するように適用されてもよい。ここで、いくつかの動作設定では、一旦抽出器１１８の非蒸発型吸着体材料が活性化させられると、システム１００は、化学吸着された種が非蒸発型吸着体材料から遊離されるときに、圧力の一時的な増加を経験することがある。遊離された種は、次いで、従来のポンプ作用手段を介してシステム１００の減圧システムから外に送出されてもよい。更に、抽出器１１８の非蒸発型吸着体材料が冷却されるとき、吸着体材料は、ガス及び汚染物質をシステム１００の減圧システムから除去し始める。

任意の加熱プロセスが、抽出器１１８を活性化させるために抽出器１１８に適用されてもよいことに留意されたい。一実施形態では、抵抗加熱プロセスが、抽出器１１８を活性化させるために適用されてもよい。例えば、図１Ｅに示すように、１つ又は複数の抵抗加熱装置１５６（例えば抵抗加熱コイル）が、抽出器１１８内に、又はその上に配置されて、抽出器１１８を選択的に加熱するために使用されてもよい。別の実施形態では、制御回路１５８が、装置を通って流れる電流を制御することによって、抵抗加熱装置１５６の動作状態（例えばオン／オフ状態、又は温度）を制御するために使用されてもよい。更に、１つ又は複数の抵抗加熱装置が、抽出器１１８を減圧下で活性化させるために使用されてもよく、その結果、抽出器１１８をシステム１００から取り外す必要をなくすことになる。

別の実施形態では、抽出器１１８の１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料が金属である場合に、誘導加熱プロセスが、抽出器１１８を活性化させるために適用されてもよい。例えば、図１Ｆに示すように、１つ又は複数の誘導コイル１６１が、抽出器１１８の金属非蒸発型吸着体材料に誘導結合されてもよく、それによって、エネルギが次に磁界１６３を介して金属非蒸発型材料まで転送されることにより、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料を加熱する。別の実施形態では、制御回路１５９が、装置を通って流れる電流を制御することによって、誘導コイル１６１の動作状態（例えばオン／オフ状態、又は磁束）を制御するために使用されてもよい。更に、誘導加熱プロセスが、抽出器１１８を減圧下で活性化させために使用されてもよく、その結果、再び抽出器１１８をシステム１００から取り外す必要をなくす。誘導コイル１６１の配列は、本開示での限定であることが意図されておらず、単に例示目的のためだけに提供されることに留意されたい。抽出器１１８と任意の幾何学的関係で配列された任意の１つ又は複数の誘導コイルが、システム１００において実施されてもよいことを理解されたい。それに加えて、１つ又は複数の誘導コイル１６１は、システム１００の多数のＮＥＧ電子光学要素に誘導結合されてもよい。

別の実施形態では、抽出器１１８は、光学的に加熱され得る。例えば、図１Ｇに示すように、非蒸発型吸着体材料が基板上に堆積されたフィルム層である場合、基板１４９は、それが光源１５１によって放出された光の選択された波長又は波長範囲に対して透明であるように選択されてもよい。例えば、基板は、１０６４ｎｍの光に対して透明であるシリコン基板を含んでもよいが、これに限定されない。この実施形態では、１０６４ｎｍの光のビームは、基板１４９を通過して、基礎をなすシリコン基板１４９の上（又はその周り）に堆積された非蒸発型吸着体材料を加熱し得る。更に、光学加熱が抽出器１１８を減圧下で活性化させるために使用されてもよく、その結果、再び抽出器１１８をシステム１００から取り外す必要をなくす。ここで、これらの活性化の例は、本開示の範囲を限定するように解釈されるべきではなく、単に例示目的のためだけに提供されることに留意されたい。

別の実施形態では、加熱プロセスは、システム１００の減圧の外側の抽出器１１８に適用されてもよい。例えば、加熱プロセスは、抽出器１１８を活性化させるためのオーブンによって適用されてもよい。これに関して、抽出器１１８は、システム１００から取り外されて、オーブンを利用して熱処理されてもよい。一旦熱処理が完了すると、抽出器１１８は、システム１００に戻され得る。

本開示は、電子源１０２の抽出器１１８との関連した１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料の実施に焦点を合わせてきたが、このことが、本開示の範囲についての限定であると解釈されるべきではない。むしろ、抽出器１１８と関連した上記の説明は、単に例示目的のためだけに提供される。上記の原理は、また、システム１００の電子光学カラム１０６、及び／又は検出器アセンブリ１２６のうちの１つ又は複数の構成要素にまで拡張され得ることがここで考えられる。

図１Ｆは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成された１つ又は複数の電子光学要素を備えた電子光学カラム１０６を示す。

一実施形態では、図１Ｈに示すように、電子光学カラム１０６は、１つ又は複数のビーム偏向器要素１２０を含む。１つ又は複数のビーム偏向器要素１２０（例えば四極子偏向器、又は八極子偏向器）は、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成されてもよい。１つ又は複数の偏向器要素１２０は、上記で説明した方法のうちの任意のものによって、そして非蒸発型吸着体材料のうちの任意のものを用いて形成されてもよいことに留意されたい。

別の実施形態では、図１Ｉに示すように、電子光学カラム１０６は、１つ又は複数の非点収差補償器１６６、又は非点収差補正装置を含む。１つ又は複数の非点収差補償器は、上記で説明した方法のうちの任意のものによって、そして非蒸発型吸着体材料のうちの任意のものを用いて形成されてもよい。

別の実施形態では、図１Ｊに示すように、電子光学カラム１０６は、１つ又は複数の電流又はビーム限定開口１６８を含む。一実施形態では、１つ又は複数の電流又はビーム限定開口１６８は、電子ビーム１０４の通路のために１つ又は複数のホールドを含む盤又は箔形状から構成されてもよい。穴は、当該技術分野で公知の任意の形状を有してもよい。例えば、穴は、サンプル１１０上に形成される輝点を投影するための円形、正方形、長方形、又は任意の別の形状であってもよい。１つ又は複数の電流又はビーム限定開口は、上記で説明した方法のうちの任意のものによって、そして非蒸発型吸着体材料のうちの任意のものを用いて形成されてもよい。

別の実施形態では、図１Ｋに示すように、電子光学カラム１０６は、軟焦点電子抽出器１７０（又はウェーネルト電極）を含む。軟焦点電子抽出器１７０は、サンプル表面に面してもよいことに留意されたい。例えば、半導体製作の場合に、サンプル表面が、裸の又はレジスト被覆された半導体ウェーハから構成される場合がある。レジスト被覆された半導体ウェーハは、重大な汚染源として作用する場合があることに更に留意されたい。ここで、この中に置かれた、非蒸発型吸着体材料から形成された軟焦点電子抽出器１７０等の能動ポンプ作用要素が、復帰ビーム経路１２４に面する表面の汚染を低減するのに役立つことを認識されたい。１つ又は複数の軟焦点電子抽出器は、上記で説明した方法のうちの任意のものによって、そして非蒸発型吸着体材料のうちの任意のものを用いて形成されてもよい。

電子光学カラム１０６の１組の電子光学要素は、電子ビーム１０４をサンプル１１０の選択部分上に集束すること、及び／又は方向付けることに好適な、当該技術分野で公知の任意の更なる電子光学要素を含んでもよいことに更に留意されたい。一実施形態では、１組の電子光学要素は、１つ又は複数の電子光学レンズを含む。例えば、１組の電子光学要素は、１つ又は複数の集光レンズ１１４を含んでもよい。別の例として、１組の電子光学要素は、１つ又は複数の対物レンズ１１６を含む。１つ又は複数の集光レンズ、及び１つ又は複数の対物レンズは、電子ビーム１０４を形成できる電子光学の技術分野で公知の任意のレンズ技術を含んでもよい。

電子検出器アセンブリ１２６は、サンプル１１０から放射する電子１２４（例えば、二次電子、及び／又は後方散乱電子）を検出できる、当該技術分野で公知の任意の検出器技術を含む。例えば、二次電子検出器は、サンプル１１０の表面によって放出された二次電子１２４を収集する電子コレクタを含んでもよい。更に、電子検出器アセンブリ１２６は、二次電子１２４を検出するための検出器を含んでもよい。例えば、電子検出器アセンブリ１２６は、エバーハートソーンリー検出器を含んでもよいが、これに限定されない。別の例として、検出器要素は、シンチレーティング要素、及びＰＭＴ検出器を含んでもよいが、これに限定されない。別の実施形態では、検出器アセンブリ１２６は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）、ＰＩＮ、又はダイオード、ダイオード配列、若しくは１つ以上のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等のｐ−ｎ接合検出器のうちの１つ又は複数を含んでもよい。一実施形態では、検出器アセンブリ１２６の１つ又は複数の部分は、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料を含んでもよい。例えば、図１Ｌに示すように、検出器アセンブリ１２６のハウジングは、非蒸発型吸着体材料１７２の中に被覆されているか、又はそれから形成されてもよい。

図１Ｍは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従うカラム内の電子検出器構成を示す。一実施形態では、電子検出器１２６は、電子光学カラム１０６内（又は下方）に設置される。この例では、後方散乱及び／又は二次電子１２４は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）、ＰＩＮ、又はダイオード、ダイオード配列、若しくは１つ又は複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等のｐ−ｎ接合検出器のうちの１つ又は複数によって収集されて結像され得る。一実施形態では、カラム内の電子検出器アセンブリ１２６の１つ又は複数の構成要素は、図１Ｍに示すように、非蒸発型吸着体材料に被覆されているか、又はそれから形成されている。例えば、検出器アセンブリ１２６の検出器領域は、非蒸発型吸着体材料から形成された円筒壁１７４によって囲まれていてもよい。

電子検出器アセンブリ１２６の１つ又は複数の構成要素は、上記で説明した方法のうちの任意のものによって、そして非蒸発型吸着体材料のうちの任意のものを用いて形成されてもよい。

図２は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、電子光学要素を非蒸発型吸着体要素から形成するための方法２００を表すプロセスフロー図である。ここで、上記で説明された様々な実施形態、構成要素、及び構成は、図２の方法２００に及ぶと解釈されるべきであることに留意されたい。

工程２０２では、非蒸発型吸着体材料、又は非蒸発型吸着体材料の前駆体が提供される。一実施形態では、非蒸発型吸着体材料は、ジルコニウム、バナジウム、コバルト、アルミニウム、ルテニウム、トリウム、鉄、モリブデン、又はホウ素のうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。別の実施形態では、非蒸発型吸着体要素は非導電性材料から形成される。別の実施形態では、非蒸発型吸着体要素は導電性材料から形成される。

第２の工程２０４では、電子光学要素が、非蒸発型吸着体材料、又は非蒸発型吸着体材料の前駆体から形成される。非蒸発型吸着体要素は、当該技術分野で公知の任意の製作プロセス、例えば、１つ又は複数の機械的プロセス、１つ又は複数の粉末冶金学的プロセス、１つ又は複数の鋳造プロセス、１つ又は複数の押出プロセス、１つ又は複数の光学プロセス、１つ又は複数の更なる製造プロセス等によって形成されてもよいが、これらに限定されない。

別の実施形態では、非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素は、電子源１０２のうちの１つ又は複数の電子光学要素を含む。例えば、電子源１０２の１つ又は複数の電子光学要素は、１つ又は複数の抽出器１１８を含んでもよいが、これに限定されない。

別の実施形態では、非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素は、電子光学カラム１０６のうちの１つ又は複数の電子光学要素を含む。例えば、電子光学カラム１０６のうちの１つ又は複数の電子光学要素は、偏向器、電流限界開口、非点収差補償器、軟焦点抽出器等のうちの１つ又は複数を含んでもよいが、これらに限定されない。

本開示及びその付随する利点の多くが、前述の説明によって理解されるものと考えられ、そして、構成要素の形式、構成、及び配列における様々な変更が、開示された主題から逸脱することなく、又はそれ自体の具体的な利点の全てを犠牲にすることなく、なされ得ることが明らかであろう。説明された形式は、単に説明のためのものであり、そして、かかる変更を包含するか、又は含むことが、以下のクレームの意図するものである。

Claims (23)

1. 電子ビームを生成するための装置であって、
   電子源と、
   前記電子ビームをサンプル上に方向付けるように構成された１組の電子光学要素を含む電子光学カラムと、
   前記サンプルの表面から放射する電子信号を検出するように構成された検出器アセンブリと、
   を備え、
   前記電子源、前記電子光学カラム、又は前記検出器アセンブリのうちの少なくとも１つは、非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素を含み、前記非蒸発型吸着体材料は、前記電子源、電子光学カラム、又は前記検出器アセンブリのうちの少なくとも１つの空洞内にある１つ又は複数の汚染物質を吸収する、装置。
2. 前記装置は、走査型電子顕微鏡システムである、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置は、小型走査型電子顕微鏡システムである、請求項２に記載の装置。
4. 前記１つ又は複数の汚染物質は、揮発性有機化合物、又は水蒸気のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記電子源は、電子放出器を含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記電子源は、抽出器を含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記抽出器は、前記非蒸発型吸着体材料を含む、請求項６に記載の装置。
8. 偏向器、非点収差補償器、又は軟焦点電子抽出器のうちの少なくとも１つが、前記非蒸発型吸着体材料を含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記非蒸発型吸着体材料は、ジルコニウム、バナジウム、コバルト、アルミニウム、ルテニウム、トリウム、鉄、モリブデン、又はホウ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素は、選択された気孔率レベルの、又はそれを上回る気孔率を有する、請求項１に記載の装置。
11. 選択された気孔率レベルは、前記電子光学要素の理論密度の０．０５と０．９５との間にある、請求項１に記載の装置。
12. 前記非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素の吸収状態は、活性化可能である、請求項１に記載の装置。
13. 前記非蒸発型吸着体材料から形成された電子光学要素の前記吸収状態は、抵抗加熱プロセス、誘導加熱プロセス、又は光学加熱プロセスのうちの少なくとも１つによって活性化可能である、請求項１２に記載の装置。
14. 汚染物質を吸収するための電子抽出器であって、
    本体を備え、前記電子抽出器の本体は、１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料から形成され、前記１つ又は複数の非蒸発型吸着体材料は、前記電子抽出器の本体に近接した領域内に含まれた１つ又は複数の汚染物質を吸収し、
    前記電子抽出器の本体は、前記電子抽出器の本体に近接して設置された１つ又は複数の放出器から電子を抽出するように更に構成されている、電子抽出器。
15. 前記電子抽出器は、
    開口部と、
    電子ビーム内の電子の角軌跡を制御するように構成されたビーム画定開口と、
    を備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記電子抽出器は、
    前記開口部と前記ビーム画定開口との間に集束部分
    を備える、請求項１５に記載の装置。
17. 前記電子抽出器は、
    前記電子抽出器の前記開口部と外縁との間に丸みを帯びた部分
    を備える、請求項１６に記載の装置。
18. 前記電子抽出器は、
    前記電子抽出器の前記丸みを帯びた部分と外側半径部との間に外側傾斜面
    を備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記電子抽出器の本体は、導電性材料のうちの少なくとも１つから形成されている、請求項１４に記載の装置。
20. 前記電子抽出器は、非導電性材料から形成されている、請求項１４に記載の装置。
21. 前記電子抽出器の吸収状態は、減圧下での加熱プロセスによって活性化可能である、請求項１４に記載の装置。
22. 前記電子抽出器の本体は、機械的プロセス、粉末冶金学的プロセス、鋳造プロセス、押出プロセス、光学プロセス、又は更なる製造プロセスのうちの少なくとも１つを介して形成される、請求項１４に記載の装置。
23. 汚染物質吸着体として作用する電子光学要素を形成するための方法であって、
    非蒸発型吸着体材料を提供することと、
    前記提供された非蒸発型吸着体材料を用いて電子光学要素を形成することと、
    を含む、方法。

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