JP5593491B2 - 試料への負荷を減少させる高分解能ガスフィールドイオンカラム - Google Patents

Description

[0001]本明細書で述べる実施形態は、イオンビームデバイスおよびそのイオンビームデバイスを動作させる方法に関する。特に、実施形態は、ガスフィールドイオン源エミッタを含む高分解能イオンビームデバイスおよびそのガスフィールドイオン源エミッタを含む高分解能イオンビームデバイスを動作させる方法に関する。具体的には、それらの方法は、集束イオンビームデバイスを動作させる方法に関する。

[0002]荷電粒子ビーム装置は、多くの産業分野において多くの役割を有し、それらの分野には、限定はされないが、製造中の半導体デバイスの観察、検査システム、撮像システム、検出デバイス、および、リソグラフィのための露光システムが、含まれる。したがって、マイクロメーターおよびナノメーター以下のスケールさらにはサブナノメーター以下のスケールで試料を加工および観察するために荷電粒子ビームデバイスを使用することが強く要望されている。

[0003]ガスフィールドイオン源エミッタを用いた集束荷電粒子光学システムは、最先端のシステム、例えば、電子顕微鏡または液体金属イオン源デバイス（ＬＭＩＳ）におけるプローブ径の大幅な減少を期待させる。電子顕微鏡と比較して、ガスフィールドイオン源エミッタを用いた荷電粒子光学システムは、例えば、それらのシステムの実質的により小さい発生源のサイズのために、また、イオンの短い波長のために、プローブ径の大幅な減少を期待させる。ＬＭＩＳデバイスと比較して、ガスフィールドイオン源エミッタを用いた荷電粒子光学システムは、例えば、それらのシステムの実質的により小さい発生源のサイズのために、また、イオンビームのより小さいエネルギー幅のために、プローブ径の大幅な減少を期待させる。とりわけ、撮像システム、観察システム、および、検査システムの場合、試料の画像が得られ、より高い分解能が、益々、必要とされる。したがって、ガスフィールドイオン源を用いた集束イオンビーム光学システムを具体化するための努力がなされている。

[0004]きわめて高い分解能を可能にするために、ガスフィールドイオン源を用いた集束イオンビーム光学システムに対する様々なシステム要件が、考察されなければならない。そのために、電子顕微鏡および液体金属イオン源デバイスからのこれまでの技術を、一方においては、利用することができる。また、他方においては、画像を生成するためにガスフィールドイオン源を有する集束イオンビーム光学システムを改善するために、電子ビームまたはＬＭＩＳデバイスのビームと比較した集束イオンビームの相違点を入念に考察しなければならない。

[0005]上述したことに鑑みて、イオンビームデバイスを動作させる方法を提供する。

[0006]一実施形態によれば、ガスフィールドイオン源を有する集束イオンビームデバイスを動作させる方法が、提供される。この方法は、ガスフィールドイオン源からイオンビームを放出するステップと、最終的なビームエネルギーよりも高いイオンビームカラムイオンビームエネルギーをイオンビームカラム内に供給するステップと、イオンビームが試料に衝突するときに１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの最終的なビームエネルギーを供給するために、イオンビームを減速するステップと、試料を撮像するステップとを含む。

[0007]また、実施形態は、開示される方法を実行するための装置に関し、および、説明される方法ステップを実行するための装置部品を含む装置に関する。さらにまた、実施形態は、説明される装置を動作させる方法に関し、あるいは、説明される装置を製造する方法に関する。方法は、装置の機能を実行するための方法ステップを含んでもよく、あるいは、装置の部品を製造するための方法ステップを含んでもよい。方法ステップは、ハードウェアコンポーネント、ファームウェア、ソフトウェア、しかるべきソフトウェアによってプログラムされたコンピュータによって、それらを組み合わせたものによって、あるいは、何らかのその他の方法によって、実行されてもよい。

[0008]一方の実施形態の構成要素は、さらに詳細に説明されることなく、他方の実施形態に有利に利用されてもよいことがわかる。

[0009]上で説明されたことのいくつかおよび本発明のその他のより詳細な実施形態が、以下で説明され、また、添付の図面を参照して部分的に例示される。

静電レンズを含むイオンビームデバイスの概略図である。 イオンビームデバイスを動作させる実施形態を説明するフローチャートであり、減少したイオンビームエネルギーが、試料上に供給される。 イオンビームデバイスを動作させる実施形態を説明するフローチャートであり、減少したイオンビームエネルギーが、試料上に供給され、カラム内のイオンビームエネルギーは、試料上におけるイオンビームエネルギーよりも高い。 イオンビームデバイスを動作させる実施形態を説明するフローチャートであり、試料上における減少したイオンビームエネルギーが供給され、静電レンズは、加速モードで動作させられる。 イオンビームデバイスを動作させる実施形態を説明するフローチャートであり、試料上における減少したイオンビームエネルギーが供給され、静電レンズは、加速モードで動作させられる。

[0015]図面に関する以下の説明の中で、同じ符号は、同じ構成要素を指示する。一般的には、個々の実施形態に関する相違点だけが説明される。

[0016]一般的には、集束イオンビームデバイスは、例えば、液体金属イオン源またはガスイオン源に基づくものであってもよい。ガスイオンは、電子、原子、または、イオンによってガス原子またはガス分子に衝撃を与えることによって、または、ガス原子またはガス分子を強い電界または放射線照射に暴露することによって、発生させられてもよい。そのために、希ガスイオン源は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）に使用するための有力候補であることが知られている。フィールドイオン化プロセスに基づいた発生源は、ガスフィールドイオン源（ＧＦＩＳ）として知られている。イオン化プロセスは、１０^１０Ｖ／ｍよりも強い電界において発生する。電界は、例えば、エミッタ先端とバイアスされた引出開口との間に加えられてもよい。

[0017]エミッタ先端は、例えば、エミッタユニットの近傍に存在するガス原子をイオン化するのに十分な強い電界を生成する下流側の引出開口に対して１０ｋＶの正電位にバイアスされる。エミッタの近傍に存在する領域は、エミッタ領域と呼ばれることもあり、この領域においては、所望の電界が生成され、あるいは、より一般的には、イオンの生成がなされる。１０^−６ｍｂａｒ〜１０^−２ｍｂａｒのガス圧が、エミッタ先端の近くでは望ましい。

[0018]電子顕微鏡、イオン注入装置、および、パターン形成システムすなわち試料変形装置に対してなされた開発のいくつかは、ガスフィールドイオン源撮像デバイスに利用できることが知られている。しかしながら、収差、試料内におけるイオンの横方向散乱、および、光学素子の使用可能性に関する多くの相違点が存在する。したがって、電子顕微鏡、イオン注入装置、および、パターン形成システムに対してなされた多くの開発は、試料の撮像、観察、または、検査に使用される集束イオンビームシステムには利用することができない。

[0019]デバイスが、例えば、５０ｋＶのような高い粒子エネルギーにおいて動作するならば、ガスフィールドイオンビームカラムのための改善された分解能を実現することができる。この場合、イオンがカラムを通過する速度は、大きい。このことは、イオン間相互作用を減少させ、かつ、放出されるイオンビームの固有のエネルギー幅による分解能の損失とシステムにおいて使用されるレンズの色収差係数とを最小化することができる。典型的には、ガスフィールドイオン源デバイスの撮像モードの場合、例えば、ヘリウムまたは水素のような軽イオンが使用されてもよい。軽イオンは、撮像中に試料が損傷する可能性を減少させる。

[0020]しかしながら、軽イオンの場合でさえも、試料への負荷（ｌｏａｄ）を減少させることあるいは回避することが、撮像システムのために考察されなければならない。なぜなら、非晶質化欠陥または結晶欠陥のような欠陥が、生成されることがあるからである。さらにまた、レジストは、イオンビームの影響のために、それらの寸法を変化させること（収縮）がある。

[0021]したがって、高粒子エネルギーを意味する高分解能を必要とすることは、試料への小さな負荷を要望することと矛盾することであり、その試料への負荷は、例えば、試料に衝突するときの粒子エネルギーが減少するようにイオンを放出することによって減少させてもよい。それによって、イオンは、小さなエネルギーで試料に到達し、その結果として、相互作用および損傷を減少させることができる。

[0022]しかしながら、例えば、走査型電子顕微鏡の分解能は、多くの場合、試料材料内における一次電子の横方向散乱によって制限されることが低電圧電子顕微鏡から知られている。したがって、試料上における減少した最終的なビームエネルギーは、電子ビームの代わりにイオンビームを使用することによって達成され得る改善を帳消しにする。このように、低電圧電子顕微鏡の場合における１ｎｍ以上の横方向散乱振幅は、イオンビームの場合における分解能の改善がイオンビームエネルギーを減少させることによって帳消しにされる状況に類似したものとなる。しかしながら、ガスフィールドイオン顕微鏡の場合、電子顕微鏡とは対照的に、低エネルギーの場合でさえも、きわめて小さい横方向散乱振幅が発生することが知られている。したがって、本明細書で説明される実施形態によれば、試料材料内における一次イオンの横方向散乱によって撮像システムの分解能に電子顕微鏡から知られているほどの悪影響を及ぼすことなく、イオンビームのエネルギーを減少させることができる。

[0023]そのために、本明細書で説明される実施形態によれば、ガスフィールドイオンビームカラムを動作させる方法が、提供され、この方法においては、最終的なビームエネルギー、すなわち、撮像モードの場合、試料に衝突するときの一次イオンビームのエネルギーは、約１ｋＶ〜約５ｋＶの範囲に存在するように減少させられる。

[0024]図１は、イオンビームデバイス１００、より詳細には、集束イオンビームデバイスを示す。本明細書で説明される実施形態によれば、イオンビームデバイスは、イオン源１１０、典型的には、ガスフィールドイオン源を含む。ガスフィールドイオン源は、イオンビームカラム内の光軸に沿ってイオンを放出するエミッタ先端１１２を含む。さらに、引出器１１４が設けられる。本明細書で説明されるその他の実施形態と組み合わせられてもよいある実施形態によれば、引出器１１４は、省略されてもよい。

[0025]図１に示される実施形態は、２つの静電レンズ１３０および１４０を含む。しかしながら、その他の実施形態によれば、１つ、３つ、４つ、または、さらに多くの静電レンズを備えたイオンビームデバイスが、設けられてもよい。多くの場合、磁界レンズかまたは磁界静電結合レンズが高分解能システムに使用される電子顕微鏡とは対照的に、イオンビームデバイスは、典型的には、磁界レンズコンポーネントを含まない。したがって、レンズ設計特徴（ｌｅｎｓ ｄｅｓｉｇｎ ａｓｐｅｃｔ）を電子顕微鏡から一対一に移すことはできない。

[0026]本明細書で説明されるその他の実施形態と組み合わせられてもよい図１に関連して説明される実施形態によれば、静電レンズ１３０および１４０のそれぞれは、３つの電極１３２、１３４、１３６、および、１４２、１４４、１４６をそれぞれ含む。イオンビーム１２０は、静電レンズによって整形および／または集束させられ、そして、試料支持体５０上に配置された試料５上に焦点を合わせられる。

[0027]図２は、本明細書で説明されるさらなる実施形態を示す。ステップ２０２において、イオンビームは、ガスフィールドイオン源によって放出される。イオンビームは、イオンビームカラムに沿って案内され、試料に衝突する。そのために、ステップ２０４に基づいて、約１ｋｅＶ〜約４ｋｅＶ、例えば、３ｋｅＶのイオンビームエネルギーＥ_２が、試料へのイオンビームの衝突のために供給される。典型的には、イオンビームは、試料上に焦点を合わせられ、それによって、ステップ２０６において、試料の画像を生成することができる。例えば、画像は、試料全体にわたって集束イオンビームを走査し、後方散乱粒子および／または二次粒子を検出器で検出することによって、生成される。本明細書で説明されるその他の実施形態と組み合わせられてもよい異なる実施形態によれば、後方散乱イオンおよび／または二次イオン、二次電子、Ｘ線、または、光子は、対応する検出器によって検出されてもよい。さらに別の実施形態によれば、シンチレーション検出器、光電子増倍管、フォトダイオード、または、それらを組み合わせたものが、粒子を検出するのに使用されてもよい。

[0028]本明細書で説明されるいくつかの実施形態によれば、試料へのイオンビームエネルギーは、一般的な集束イオンビームデバイスのイオンビームエネルギーよりも小さい範囲内に存在するように供給されてもよい。それによって、最大分解能と試料への小さな負荷との妥協点を実現することができる。しかしながら、低電圧電子顕微鏡とは対照的に、これらの小さなエネルギーにおける横方向散乱振幅は、試料内における一次電子ビームの横方向散乱よりも小さい。電子顕微鏡と比較すれば、試料内における横方向散乱振幅は、イオン顕微鏡の場合、あまり関係がないことが知られているので、きわめて高い分解能のデバイスを実現することができる。本明細書で説明されるその他の実施形態と組み合わせられてもよい本明細書で説明されるいくつかの実施形態によれば、きわめて高い分解能が得られるようになされたガスフィールドイオン源イオンビームデバイスは、１ｎｍより細かい分解能、典型的には、０．８ｎｍより細かい分解能、０．６ｎｍより細かい分解能、または、さらに高い分解能を与えると考えることができる。それに関しては、例えば、走査顕微鏡の分解能は、ビームプローブ径と相関関係があり、多くの場合、分解できる２つの撮像画素間の距離として定義される。

[0029]横方向散乱が分解能に及ぼす小さな影響を考慮すれば、撮像イオンビームデバイスの分解能は、低電圧電子顕微鏡と比較すれば、イオンビーム顕微鏡の場合、あまり影響を受けない。したがって、一般的なイオンビームデバイスよりも低いエネルギーにまでイオンビームエネルギーを減少させることができる。

[0030]図３に関連して説明されるさらなる実施形態においては、イオンビームは、ステップ２０２において、ガスフィールドイオン源から放出される。試料上におけるイオンエネルギーＥ_２は、例えば、１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの範囲に存在するように、典型的には、３ｋｅＶであるように供給される（ステップ２０４を参照）。ステップ２０６において、試料は、イオンビームによって撮像される。さらに、ステップ３０２において、イオンビームカラム内におけるイオンビームエネルギーは、５ｋｅＶ〜５０ｋｅＶの範囲に存在するように、例えば、２０ｋｅＶ、３０ｋｅＶ、または、３５ｋｅＶであるように供給される。すなわち、イオンビームは、カラム内において加速され、イオンビームが試料に衝突する前に、減速電界が、与えられる。

[0031]そのために、例えば、いくつかの実施形態によれば、イオンビームが試料に衝突する前に、減速電界光学系が、提供される。一例として、エミッタおよび試料以外のコンポーネントの電位は、カラム内のイオンビームエネルギーが増加するようにバイアスされてもよい。別の例として、試料電圧だけが調節されてもよい。レンズ１４０の電極１４６は、減速電界を生成するのに使用されてもよい。あるいは、さらなる電極が設けられてもよく、あるいは、試料が、適切な電位にまでバイアスされてもよく、換言すれば、試料は、減速電極の役割をなす。典型的には、イオン源およびイオンエミッタは、試料の電位に対して、試料上において減少したエネルギーＥ_２を実現できるような電位差をエミッタ１１２が有するように制御されてもよい。

[0032]これは、ガスフィールドイオン源イオンビームデバイスが、試料上における減少したイオンビームエネルギーで動作するのを可能にし、それによって、試料の損傷または試料への負荷が、減少する。それと同時に、カラム内における増加したイオンビームエネルギーは、分解能を改善し、あるいは、良好な分解能をほぼ維持するのを可能にし、その分解能は、イオンビームカラム内の高いエネルギーに対応するものである。

[0033]ある実施形態によれば、イオンビームは、イオンビーム源１１０（図１を参照）の後方において加速され、そして、対物レンズ内において、または、対物レンズの後方において、所望のエネルギーにまで減速され、そのために、そのイオンビームは、高分解能を維持するために収差を減少させる大きな速度でカラムに沿って案内され、そして、試料への負荷または試料の損傷をできるだけ少なくするために、試料に衝突する前に減速される。

[0034]一実施形態によれば、イオンビームエネルギーは、対物レンズ１４０（図１を参照）の最後の電極１４６において減速電界を提供することによって、対物レンズ内において減少させられてもよい。別の実施形態によれば、イオンビームは、所望の電位にあるさらなる電極を設けることによって、対物レンズの後方において減速されてもよい。

[0035]一般的には、加速とそれに続く減速は、エミッタ電圧に近い電圧にまで試料電位を上昇させることによってか、および／または、試料をそのままグラウンド電位に維持し、かつ、エミッタおよび引出器を除いた粒子光学カラムの電位を高い電位にまで上昇させることによって、達成されてもよい。カラム内における３０ｋｅＶのエネルギーＥ_ｃｏｌおよび試料上におけるエネルギーＥ_ｐを有するシステムの場合の典型的な値が、表１からわかる。ここで、Ｃ_Ｃは、色収差係数を表現する。

[0036]異なる実施形態によれば、カラム内におけるエネルギーと試料上におけるエネルギーとの比は、６〜３０の範囲に存在してもよい。さらに別の実施形態によれば、試料上におけるエネルギーは、１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの範囲に存在してもよい。さらに別の実施形態によれば、カラム内におけるエネルギーは、６ｋｅＶ〜５０ｋｅＶの範囲に存在してもよい。カラム内のエネルギーの典型的な値は、１２ｋｅＶ〜３０ｋｅＶであってもよい。

[0037]この動作モードをさらに改善することは、カラム内の増加したイオンビームエネルギーを考慮に入れて、イオン間のクーロン相互作用を減少させることである。クーロン相互作用は、一般的には、イオンビームのエネルギー広がりをもたらし、そのために、分解能を減少させる。これらの実施形態は、お互いに組み合わせられてもよい。

[0038]本明細書で説明されるその他の実施形態と組み合わせられてもよい本明細書で説明されるまたさらなる実施形態によれば、静電レンズ１４０および／または静電レンズ１３０は、隣接する電極間の距離が０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に存在するように構成されてもよい。また、さらに別の実施形態によれば、イオンビームカラムの光軸に沿った寸法は、２００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲に存在してもよい。そのために、イオンビームカラム内に高エネルギーのイオンビームを有するイオンビームデバイスの場合、静電レンズは、減速モードで動作する。これは、とりわけ、上述した寸法の場合には、静電レンズの中央電極の最大値が存在することによるものである。中央電極は、減速電位にあり、これは、イオンが、第１の電極と第２の電極すなわち中央電極との間で減速され、その後に、加速されることを意味する。

[0039]本明細書で説明されるまたさらなる実施形態によれば、収差は、中央電極により高い電位を与えることによってさらに減少させられてもよく、換言すれば、加速モードを集光レンズおよび／または対物レンズに提供することによって、分解能は、減速レンズの場合に達成することのできる分解能と比較すれば、改善することができる。加速レンズの場合、イオンは、まず最初に、第１の電極１３２から第２の電極すなわち中央電極１３４へ、あるいは、第１の電極１４２から第２の電極すなわち中央電極１４４へ、それぞれ、加速される。

[0040]例えば、３０ｋｅＶのシステムは、２００ｋＶを超える中央電極電位を必要とし、それは、実現するのが困難であり、あるいは、不可能である。しかしながら、本明細書で説明される実施形態によれば、低電圧カラムの場合、加速レンズを実現することができる。したがって、イオンビームカラム内のイオンビームエネルギーを減少させることによって、減少したエネルギーを考慮に入れた分解能の減少は、加速レンズを使用することによって、補償することができ、それどころか、過補償することさえもできる。

[0041]図４は、イオンビームがステップ２０２においてガスフィールドイオン源によって放出される実施形態を示す。イオンビームは、エネルギーＥ_２で試料上に与えられ、そのエネルギーＥ_２は、試料の望ましくない損傷を回避できるほど十分に小さく（ステップ２０４を参照）、そして、試料が、イオンビームによって撮像される。異なる実施形態によれば、試料上におけるイオンビームエネルギーＥ２は、１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの範囲に存在してもよく、例えば、３ｋｅＶであってもよい。

[0042]ステップ３０２において、カラム内のイオンビームエネルギーは、エネルギーＥ１で供給される。異なる実施形態によれば、このエネルギーは、４ｋｅＶ〜８ｋｅＶの範囲に存在してもよい。レンズによってイオンビームを集束させるために、ステップ４０２において、加速レンズが、使用される。

[0043]さらに別の実施形態によれば、静電加速レンズの使用は、第１の静電レンズかまたは第２の静電レンズのいずれかに提供されてもよく、あるいは、第１の静電レンズおよび第２の静電レンズの両方に提供されてもよい。そのために、静電レンズは、典型的には、集光レンズおよび対物レンズであってもよい。さらに別の実施形態によれば、さらなるレンズが、イオンビームデバイス内に含まれてもよく、そのレンズは、任意的に提供されてもよく、および／または、加速レンズとして動作してもよい。

[0044]本明細書で説明されるその他の実施形態と組み合わせられてもよいさらに別の実施形態によれば、図４に示されるステップ３０２は、省略されてもよい。それによって、イオンビームは、低エネルギーすなわちエネルギーＥ_２でカラムに沿って進み、そして、少なくとも１つの加速レンズが、案内するのに使用されてもよく、および／または、イオンビームを集束させるのに使用されてもよい。

[0045]図５は、本明細書で説明される実施形態を示す。その実施形態によれば、イオンビームは、ステップ２０２において、ガスフィールドイオン源によって放出される。ステップ５０２において、イオンは、加速レンズ内において加速される。さらに、ステップ５０４内において、イオンは、減速され、中間エネルギーでイオンビームカラムに沿って進む。ステップ５０６において、イオンは、再度、さらなる加速レンズ内において加速される。ステップ２０４において、イオンは、エネルギーＥ_２で試料上に供給され、そのエネルギーＥ_２は、本明細書で説明される実施形態のいずれかに基づいて選択されてもよく、また、そのエネルギーＥ_２は、一般的には、試料の損傷または試料への負荷を減少させるのに適したものである。ステップ２０６において、試料は、イオンビームによって撮像される。

[0046]再び、図１を参照すると、実施形態は、例えば、次のようなものであってもよい。エミッタ１１２は、２５ｋＶと３５ｋＶとの間に存在する電位であってもよい。静電レンズ１３０の第１の電極１３２および第３の電極１３６は、約−５ｋＶ〜５ｋＶの範囲に存在する電位であってもよい。静電レンズ１３０の第２の電極すなわち中央電極１３４は、約２０ｋＶ〜３０ｋＶの電位であってもよい。それによって、カラム内におけるイオンビーム１２０のエネルギーは、２５ｋｅＶ〜３５ｋｅＶの範囲に存在してもよい。静電（対物）レンズ１４０の第１の電極１４２および第３の電極１４６は、−５ｋＶ〜５ｋＶの範囲に存在する電位であってもよく、そして、静電レンズ１４０の第２の電極すなわち中央電極１４４は、１５ｋＶ〜２５ｋＶの範囲に存在する電位であってもよい。２６ｋＶの例としての試料電圧の場合、試料上における最終的なビームエネルギーは、３０ｋＶの典型的なエミッタ電圧の場合には、４ｋｅＶとなる。試料を接地しかつその他の電位を２６ｋＶだけ減少させることによって、試料上における同一の最終的なビームエネルギーが、実現される。またさらなる実施形態によれば、３ｋＶのようなその他の試料電圧が、実現され、そして、対応する電位差を与えることによって、対応する動作モードが、実現されてもよい。それによって、試料への負荷および／または試料の損傷を減少させるために、それと同時に、撮像システムの分解能を改善するために、試料上における減少した最終的なビームエネルギーを実現することができ、そして、高い中間エネルギーが、達成される。

[0047]またさらなる実施形態によれば、エミッタ１１２は、２ｋＶと１０ｋＶとの間に存在する電位であってもよい。静電レンズ１３０の第１の電極１３２および第３の電極１３６は、約−５ｋＶ〜５ｋＶの範囲に存在する電位であってもよい。静電レンズ１３０の第２の電極すなわち中央電極１３４は、約−１３ｋＶ〜−２１ｋＶの電位であってもよく、そして、静電レンズ１３０の第３の電極１３６は、−４ｋＶ〜４ｋＶの範囲に存在する電位であってもよい。それによって、カラム内におけるイオンビーム１２０のエネルギーは、例えば、２ｋｅＶ〜１０ｋｅＶの範囲に存在してもよい。静電（対物）レンズ１４０の第１の電極１４２および第３の電極１４６は、−５ｋＶ〜５ｋＶの範囲に存在する電位であってもよく、静電レンズ１４０の第２の電極すなわち中央電極１４４は、−１３ｋＶ〜−２１ｋＶの範囲に存在する電位であってもよい。３ｋＶの例としての試料電圧の場合、試料上における最終的なビームエネルギーは、６ｋＶの典型的なエミッタ電圧の場合には、３ｋｅＶとなる。試料を接地しかつその他の電位を３ｋＶだけ減少させることによって、試料上における同一の最終的なビームエネルギーが、実現される。それによって、試料への負荷および／または試料の損傷を減少させるために、それと同時に、撮像システムの分解能を改善するために、試料上における減少した最終的なビームエネルギーおよび適度な中間エネルギーを達成し、そして、集光レンズおよび対物レンズのための加速モードを実現することができる。

[0048]これらの実施形態は、集光レンズおよび対物レンズのための加速モードを提供し、改善された色収差係数を実現することができる。例が、表２に示される。

[0049]表２に示される比較からわかるように、表１に示される値と比較して、イオンビームカラムイオンビームエネルギーを減少させかつ加速モードレンズを利用すれば、色収差係数を改善することができる。

[0050]本明細書で説明される様々な実施形態によれば、一般的なイオンビームシステムと比較して試料上における減少した最終的なイオンビームエネルギーを供給することによって、きわめて高い分解能を有するイオンビーム撮像デバイスにおける試料への負荷を減少させることができる。

[0051]またさらなる実施形態によれば、例えば、１２ｋｅＶ〜３５ｋｅＶの高いイオンビームエネルギーにまでカラム内のイオンビームエネルギーを増加させることができる。それによって、システムの分解能は、減少した収差および減少したクーロン相互作用によって、改善される。また、それによって、一般的なイオンビームシステムと比較すれば減速電界によって減少した試料上における最終的なイオンビームエネルギーを供給することによって、試料への負荷を減少させることができる。

[0052]本明細書で説明される実施形態のいずれかと組み合わせられてもよい、またさらなる実施形態によれば、カラム内のエネルギーは、例えば、１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの低イオンビームエネルギーであるように供給されてもよく、また、さらに、加速モード静電レンズが、設けられる。加速モードレンズの減少した収差を考慮すれば、カラム内の低ビームエネルギーは、部分的に補償することができ、完全に補償することができ、それどころか、過補償することができる。

[0053]これまでに説明された実施形態のいずれかと組み合わせられてもよい、またさらなる実施形態によれば、カラム内のエネルギーは、適度なイオンビームエネルギー、例えば，５ｋｅＶ〜１０ｋｅＶのイオンビームエネルギーであるように供給されてもよく、さらには、加速モード静電レンズを設けてもよい。加速モードレンズの減少した収差およびカラム内における加速を考慮に入れると、デバイスの分解能をさらになお改善することができる。

[0054]本明細書で説明される実施形態のいずれかと組み合わせられてもよい別の実施形態によれば、例えば、特定の材料が観察される場合、試料の損傷または試料への負荷がそれほど関連性を有していない場合、あるいは、分解能と試料への負荷との異なる妥協点が見出されなければならない場合、試料上におけるイオンビームエネルギーは５００ｅＶ〜１２ｋｅＶの範囲に存在してもよく、例えば、５ｋｅＶ、７ｋｅＶ、または、１０ｋｅＶであってもよいという動作条件が存在する。

[0055]一実施形態によれば、ガスフィールドイオン源を有する集束イオンビームデバイスを動作させる方法が、提供される。１ｎｍより細かい高撮像分解能が得られるようになされたこの方法は、ガスフィールドイオン源からイオンビームを放出するステップと、イオンビームが試料に衝突するときに１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの最終的なビームエネルギーを供給するステップと、試料を撮像するステップとを含む。

[0056]別の実施形態によれば、ガスフィールドイオン源を有する集束イオンビームデバイスを動作させる方法が、提供される。１ｎｍより細かい高撮像分解能が得られるようになされたこの方法は、ガスフィールドイオン源からイオンビームを放出するステップと、イオンビームが試料に衝突するときに１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの最終的なビームエネルギーを供給するステップと、最終的なビームエネルギーよりも高いエネルギーをイオンビームカラム内において有するようにイオンカラムイオンビームを供給するステップと、最終的なビームエネルギーを供給するためにイオンビームを減速するステップと、試料を撮像するステップとを含む。

[0057]さらに別の実施形態によれば、ガスフィールドイオン源を有する集束イオンビームデバイスを動作させる方法が、提供される。１ｎｍより細かい高撮像分解能が得られるようになされたこの方法は、ガスフィールドイオン源からイオンビームを放出するステップと、イオンビームが試料に衝突するときに１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの最終的なビームエネルギーを供給するステップと、少なくとも１つの静電レンズにおいてイオンビームを加速するステップと、試料を撮像するステップとを含む。

[0058]またさらなる実施形態によれば、ガスフィールドイオン源を有する集束イオンビームデバイスを動作させる方法が、提供される。１ｎｍより細かい高撮像分解能が得られるようになされたこの方法は、ガスフィールドイオン源からイオンビームを放出するステップと、イオンビームが試料に衝突するときに１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの最終的なビームエネルギーを供給するステップと、最終的なビームエネルギーよりも高いエネルギーをイオンビームカラム内において有するようにイオンカラムイオンビームを供給するステップと、最終的なビームエネルギーを供給するためにイオンビームを減速するステップと、少なくとも１つの静電レンズにおいてイオンビームを加速するステップと、試料を撮像するステップとを含む。

[0059]これまでに説明されたことは、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明のその他の実施形態およびさらなる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく工夫されてもよく、そして、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。

５…試料、５０…試料支持体、１００…集束イオンビームデバイス、１１０…ガスフィールドイオン源、１１２…エミッタ先端、１１４…引出器、１２０…イオンビーム、１３０…集光レンズ、１３２…第１の電極、１３４…中央電極、１３６…第３の電極、１４０…対物レンズ、１４２…第１の電極、１４４…中央電極、１４６…第３の電極

Claims (8)

1. １ｎｍより細かい高撮像分解能を得るように行われる、ガスフィールドイオン源を有する集束イオンビームデバイスを動作させる方法であって、
   前記ガスフィールドイオン源からイオンビームを放出するステップと、
   最終的なビームエネルギーよりも高いイオンビームカラムイオンビームエネルギーを前記イオンビームカラム内に供給するステップと、
   第１及び第２の電極の間の少なくとも１つの静電レンズ内で第２の電極により高い電位を供給することによって前記イオンビームを加速し、その後、前記少なくとも１つの静電レンズ内で第２及び第３の電極の間で前記イオンビームを減速するステップと、
   さらなる静電レンズ内において前記イオンビームを加速するステップと、
   その後に、前記さらなる静電レンズ内において前記イオンビームを減速するステップと、
   前記イオンビームを減速して、前記イオンビームが試料に衝突するときに１ｋｅＶ〜４ｋｅＶの最終的なビームエネルギーを供給するステップと、
   前記試料を撮像するステップと
   を備える方法。
2. 前記イオンビームカラムイオンビームエネルギーは、１２ｋｅＶ〜５０ｋｅＶであり、 前記イオンビームが、エミッタの後方において加速され、前記試料の前方において減速される、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの静電レンズが、集光レンズおよび対物レンズからなるグループの中から選択されたレンズである、請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの静電レンズおよび／または前記さらなる静電レンズが、集光レンズおよび対物レンズからなるグループの中から選択されたレンズである、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記イオンビームカラムイオンビームエネルギーが、５ｋｅＶ〜１２ｋｅＶである、請求項１、３、４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記動作させられるイオンビームカラムが、１００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲に存在する前記デバイスの光軸に沿った寸法を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの静電レンズを動作させるステップが、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に存在する前記光軸方向における距離を有する電極間にバイアスをかける工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記試料全体にわたって前記イオンビームを走査するステップをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。

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