KR20180089851A - 이온 비임 생성을 위한 혁신적인 소스 조립체 - Google Patents

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에프이아이 컴파니
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Abstract

이온 비임을 생성하고 충돌 이온화 이온 소스(collision ionization ion source)를 포함하는 소스 조립체로서, 상기 충돌 이온화 이온 소스는:
- 한쌍의 적층된 플레이트로서, 사이 간극(intervening gap) 주위에 개재된, 플레이트;
- 기체 공급 도관에 연결된, 상기 플레이트들 사이의 이온화 공간;
- 상기 플레이트들중 제 1 플레이트에 제공되어, 대전 입자들의 입력 비임을 상기 이온화 공간으로 받아들이는, 입력 영역;
- 상기 입력 영역에 대향하여 위치되고 상기 플레이트들중 제 2 플레이트에 제공된 출력 통공으로서, 상기 입력 비임에 의하여 상기 이온화 공간에서 발생된 이온 플럭스(flux)의 방출을 허용하는, 출력 통공;을 포함하고,
상기 소스 조립체는:
상기 플레이트들 사이의 간극 높이(d)와 관련하여 서로 다른, 복수개의 상이한 충돌 이온화 이온 소스들이 제공된 운반부(carrier); 및,
상기 이온 소스들중 주어진 하나의 이온 소스가 상기 이온 비임의 생성을 위하여 개별적으로 선택될 수 있게 하는, 선택 장치;를 포함한다.
상기 복수개인 다양한 소스들은 1 내지 500 범위, 바람직스럽게는 1 내지 200 범위의 값을 가진 산란 몫(QS = d/li)을 가지고, 여기에서 li 상기 이온화 공간에서의 이온 평균 자유 경로이다.

Description

이온 비임 생성을 위한 혁신적인 소스 조립체{INNOVATIVE SOURCE ASSEMBLY FOR ION BEAM PRODUCTION}
본 발명은 이온 비임을 생성하고 충돌 이온화 이온 소스를 포함하는 소스 조립체에 관한 것으로서, 이것은:
사이 간극 둘레에 개재된 한쌍의 적층된 플레이트들;
기체 공급 도관에 연결된, 상기 플레이트들 사이의 이온화 공간;
대전 입자들의 입력 비임을 상기 이온화 공간으로 받아들이도록, 상기 플레이트들중 제 1 플레이트에 제공된 입력 영역;
상기 플레이트들중 제 2 플레이트에 제공되고 상기 입력 영역에 대향하여 위치되고, 상기 입력 비임에 의하여 상기 이온화 공간에서 생성된 이온 플럭스의 방출을 허용하는 출력 통공;을 가진다.
본 발명은 또한 상기 이온 소스 조립체를 사용하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이온 포커싱 장치(ion focusing apparatus)에 관한 것으로서, 이것은,
- 이온 비임을 생성하기 위한, 상기 기재된 소스 조립체;
-표본을 조사 위치에 유지하기 위한, 표본 유지부;
-상기 표본에 조사하기 위하여 상기 비임을 지향시키는, 광학 칼럼(optical column);을 포함한다.
그러한 이온 포커싱 장치의 예는, 예를 들어 대전 입자 마이크로스코프 또는 대전 입자 리소그래피 이미지 장치를 포함한다.
본 발명은 더욱이 상기 이온 소스 조립체/이온 포커싱 장치에서 사용되기에 적절한 충돌 이온화 이온 소스에 관한 것이다.
대전 입자 현미경 사용법(Charged-particle microscopy)은 공지되어 있으며 현미경적 대상물의 이미지 생성에 점증적으로 중요한 기술로서, 특히 전자 현미경의 형태에서 그러하다. 역사적으로, 전자 현미경의 기본적인 종류는, 트랜스미션 전자 현미경(Transmission Electron Microscope (TEM)), 스캐닝 전자 현미경(Scanning Electron Microscope (SEM)) 및, 스캐닝 트랜스미션 전자 현미경(and Scanning Transmission Electron Microscope (STEM))과 같은 다수의 공지된 장치 종류로의 진화를 겪었으며, 또한 소위 "듀얼 비임(dual beam)" 툴(tool)(예를 들어, FIB-SEM)과 같은 다양한 하위 종류로의 진화를 겪었는데, 이것은 추가적으로 "기계 가공(machining)" 포커스 이온 비임(Focused Ion Beam; FIB)을 채용하여, 예를 들어 이온 비임 밀링(ion beam milling) 또는 이온 비임 유도 증착(Ion-Beam-Induced Deposition, IBID)과 같은 지원 작용을 허용한다. 보다 상세하게는:
-SEM 에서, 스캐닝 전자 비임에 의한 표본의 조사는, 예를 들어, 2 차 전자, 후방 산란 전자, X-레이 및 음극선관루미니선스(적외선, 가시광선 및/또는 자외선 광자)의 형태로, 표본으로부터의 "보조적" 조사의 방출을 촉발시킨다; 이렇게 방출되는 조사의 하나 이상의 성분들이 다음에 검출되고 이미지 축적 목적을 위하여 사용된다.
-TEM 에서, 표본에 조사되도록 사용된 전자 비임은 표본에 침투하기에 충분이 높은 에너지를 가지도록 선택된다(이를 위하여 표본은 SEM 표본의 경우에서보다 일반적으로 더 얇을 것이다); 표본으로부터 나오는 전송된 전자들은 다음에 이미지를 생성하도록 이용될 수 있다. 그러한 TEM 이 스캐닝 모드에서 작동될 때 (따라서 STEM 이 될 때), 조사되는 전자 비임의 스캐닝 움직임 동안에 문제의 이미지가 축적될 것이다.
여기에서 설명된 주제들중 일부에 대한 더 이상의 정보는 예를 들어 다음의 위키피디어 링크들로부터 수집될 수 있다:
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
조사되는 비임으로서 전자(electron)를 사용하는 것에 대한 대안으로서, 대전 입자 현미경 사용(charged particle microscopy)도 대전 입자의 다른 종들을 사용하여 수행될 수 있다. 이와 관련하여, "대전 입자(charged particle)"라는 용어는, 예를 들어, 전자, 양이온 (예를 들어, Ga 또는 He 이온), 음이온, 양성자 및 양전자를 포괄하는 것으로서 넓게 해석되어야 한다. 전자에 기초하지 않은 대전 입자 현미경 사용(non-electron-based charged particle microscopy)에 관하여, 예를 들어 일부 다른 정보를 다음과 같은 참고 자료로부터 찾을 수 있다:
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, 필드 이온 소스를 가지는 스캐닝 트랜스미션 이온 현미경(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
표면 변경(예를 들어, 밀링, 에칭, 증착 등)을 수행하고 그 이미지를 형성하는 것에 더하여, 대전 입자 현미경은 다른 기능을 가질 수도 있으며, 예를 들어 분광의 수행, 디프랙토그램(diffractogram)의 검사등의 기능을 가질 수 있다는 점이 주목되어야 한다.
모든 경우에, 대전 입자 현미경(Charged Particle Microscope, CPM)은 적어도 다음의 구성 요소들을 포함할 것이다:
- 쇼트키 전자 소스(Schottky electron source) 또는 이온 소스와 같은, 입자 소스(particle source),
- 소스로부터의 "원래의(raw)"방사 비임을 조작하는 역할을 하는 조명기(illuminator)로서, 조명기상에서는 포커싱(focusing), 수차 완화(aberration mitigation), (다이아프램에 의한) 크로핑(cropping), 필터링등과 같은 특정의 작용들을 수행한다. 이것은 일반적으로 하나 이상의 (대전 입자) 렌즈를 포함할 것이고, 다른 유형의 (입자-) 광학 구성 요소도 포함할 수 있다. 소망된다면, 조명기에는 편향기 시스템(deflector system)이 제공될 수 있으며, 이것은 검사(investigation)되고 있는 표본을 가로질러 스캐닝 운동을 수행하도록 비임을 방출하게끔 자극될 수 있다.
- 검사중인 표본이 유지될 수 있고 위치될 수 있는(예를 들어, 경사지고, 회전된다) 표본 유지부(specimen holder). 소망된다면, 이러한 유지부는 표본 w.r.t. 비임의 스캐닝 운동을 수행하도록 움직일 수 있다. 일반적으로, 그러한 표본 유지부는 위치 선정 시스템에 연결될 것이다. 극저온 표본(cryogenic specimen)을 유지하도록 설계될 때, 표본 유지부는 상기 표본을 극저온 온도에서 유지하기 위한 수단을 포함할 것이며, 예를 들어, 적절하게 연결된 극저온 통(cryogen vat)을 이용한다.
- (조사된 표본으로부터 나오는 방사(radiation)를 검출하는) 검출기로서, 이것은 사실상 단일한 것이거나 또는 사실상 복합/분포된 것이며, 또한 검출되는 방사에 따라서 여러 가지 상이한 형태들을 취할 수 있다. 예를 들어 광다이오드, CMOS 검출기, CCD 검출기, 광휘발성 셀(photovoltaic cells), X-레이 검출기(실리콘 드리프트 검출기(Silicon Drift Detectors) 및 Si(Li) 검출기)등이 포함된다. 일반적으로, CPM 은 몇가지 상이한 유형의 검출기를 포함할 수 있으며, 그것의 선택은 상이한 상황에서 이루어질 수 있다.
듀얼 비임 현미경(dual beam microscope)의 특정한 경우에, 대전 입자의 2 가지 상이한 표본들을 생성하기 위한 (적어도) 2 개의 소스/조명기(입자-광학 칼럼)들이 있다. 공통적으로, (수직으로 배치된) 전자 칼럼(electron column)은 표본의 이미지를 형성하도록 사용될 것이며, (각도를 이루어 배치된) 이온 칼럼(ion column)은 표본을 (동시에) 수정(modify) 및/또는 이미지 형성하는데 사용될 수 있어서, 표본 유지부는 표본의 표면을 채용된 전자/이온 비임들에 적절하게 "제시(present)"하기 위하여 다수의 자유도로 위치될 수 있다.
트랜스미션 유형 현미경(예를 들어, (S)TEM 과 같은 것)의 경우에, 상세하게는 CPM 이 다음과 같은 것을 포함한다.
- 이미지 시스템(이미지 입자-광학 칼럼(imaging particle-optical column))으로서, 이것은 표본(평면)을 통해 전달되는 대전 입자들을 실질적으로 취하고, 검출/이미지 장치, (EELS 장치와 같은) 분광 분석 장치등과 같은 분석 장치로 그것을 지향시킨다 (초점을 맞춘다). 상기에서 언급된 조명기를 가지고, 이미지 시스템은 수차 완화, 크로핑(cropping), 필터링등과 같은 다른 기능들을 수행할 수도 있으며, 이것은 일반적으로 하나 이상의 대전 입자 렌즈 및/또는 다른 유형의 입자-광학 구성 요소들을 포함할 것이다.
(예를 들어 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)/웨이퍼 스캐너와 같은) 리소그래피 이미지 장치에서, 방사(radiation)의 화학선 비임(actinic beam)은 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼)의 표면상에 제공되었던(예를 들어, 스핀 코팅되었던) 물질의 에너지 감수성 층(포토레지스터)에 패턴을 형성하는데 이용된다. 전통적으로,화학적 비임은 (예를 들어 수은 램프 또는 레이저로부터의) 광자들의 넓은 비임을 포함하였는데, 이것은 마스크/레티클(reticle)을 통과하여 그것의 패턴을 감광성 층으로 부여한다. 그러나, 다른 유형의 리소그래피 이미지 장치(imager)는 소위 "직접 쓰기(direct write)" 전자 비임 툴과 같은, 대전 입자들을 이용하며, 이것은 소망에 패턴에 따라서 감광성 층에 걸쳐 하나 이상의 전자 비임들을 추적한다. 다른 리소그래피 이미지 장치 개념은 여전히 이온 비임들을 이용한다. CPM 에 대한 상기의 설명과 유사하게, 리소그래피 이미지 장치는 일반적으로 방사 소스(radiation source), 조명기 및 표본 유지부를 또한 포함할 것이고, 마스크에 기초한 리소그래피의 경우에 이미지 시스템을 추가적으로 포함할 것이다; 더욱이, 일반적으로 하나 이상의 검출기들을 포함하는데, 비록 이들이 통상적으로 도즈(dose)/균일성 캘리브레이션, 위치 선정(오버레이(overlay)/정렬) 검증등과 같은 목적을 위하여 통상적으로 사용될지라도 그러하다. 리소그래피에 대한 일부 일반적인 정보는 다음의 링크에서 찾아볼 수 있다.
https ://en. wikipedia . org / wiki / Nanolithography
이하에서, 본 발명은 때때로 대전 입자 현미경 사용에 대한 특정 관계로 예를 들어 기재될 수 있다; 그러나, 그러한 단순화는 명확성/예시 목적으로만 의도된 것이며, 제한되는 것을 의도하지 않는다.
이온 소스들과 관련하여, 당업자는 액체 금속 이온 소스(Liquid Metal Ion Source; LMIS), 플라즈마 소스, 광이온화 소스(photoionization source) 등을 포함하는 다양한 가능성으로부터 선택할 수 있다. 본 발명과 관련된 특정의 관심 대상은 충돌 이온화 이온 소스(collision ionization ion source)(예를 들어, 전자 충격 이온화 소스)로서, 여기에서는 (전자들과 같은) 대전 입자들의 입력 비임이 이온화 공간에서 기체의 분자/원자를 이온화하도록 이용된다. 이를 위하여, 기체는 2 개의 대향되게 위치된 유지 플레이트(시트, 멤브레인) 사이의 좁은 간극으로 도입되는데, 이들중 하나는 (통공 또는 (국부적으로 얇아진 라미나(lamina)/필름)와 같은) 입력 영역을 포함하여 상기 입력 비임을 받아들이고, 다른 하나는 대향되게 위치된 출력 통공을 포함하여 입력 비임과 기체의 상호 작용에 의해 상기 이온화 영역내에서 생성된 이온 플럭스의 방출을 허용한다. 문제의 기체중 적어도 일부는 상기 이온 플럭스로 변환되고 그리고/또는 상기 출력 통공으로부터 (그리고 만약 입력 영역이 그렇게 구성된다면, 입력 통공으로부터) 누설되기 때문에, 소스의 만족스러운 연속 작동을 구현하기 위하여, 상기 이온화 공간으로 기체의 공급이 보충될 필요가 있다. 상대적으로 높은 소스 휘도(source brightness)를 달성하기 위하여, 이온화 영역 안에서 입력 대전 입자들의 상대적으로 높은 밀도를 보장하도록, 이온화 영역은 바람직스럽게는 매우 작다; 결과적으로, 전체 장치는 예를 들어 수 마이크론 또는 수백 나노미터 정도의 통상적인 입력 영역/출력 통공 직경을 가지면서, 매우 작아지도록 된다. 이러한 이유로, 그러한 소스들은 나노 통공 이온화 소스(Nano-Aperture Ionization Source, NAIS)로 호칭될 수도 있고, 이들은 통상적으로 MEMS 기술을 이용하여 일체화된 장치로서 제조된다 (MEMS=Micro Electro Mechanical Systems). NAIS 장치들에 대한 더 많은 정보에 대하여, 예를 들어 다음을 참고하기로 한다.
- 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 US 7,772,564
- 박사 논문 "Development of the Nano-Aperture Ion Source (NAIS)"by David Sangbom Jun, Delft University of Technology (본 발명의 양수인과 관련됨), ISBN 978-94-6186-384-3 (2014):
http://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:23a0ceae-2662-4f6a-9082- f21d1a872a39 /?collection=research,
상기 양쪽 문헌들은 본원에 참고로서 포함된다.
NAIS 장치들은 이온화 영역에 가해진 기체를 단순히 변경함으로써 다양하고 상이한 이온 종(ion species)을 발생시키도록 상대적으로 용이하게 이용될 수 있다는 점에서 유리하다. 더욱이, 이들은 소형이고 상대적으로 저렴하기 때문에, 그리고 MEMS 제조 기술을 이용하여 집단으로 제조될 수 있기 때문에, 이들이 수명의 끝에 도달했을 때 용이하고 저렴하게 전환/대체될 수 있다. 그러나, 비록 이들이 상대적으로 간단한 구조일지라도, 실제에 있어서 NAIS 소스들의 성능을 최적화시키는 것은 특히 곤란한 것으로 증명되었다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 충돌 이온화 이온 비임 발생을 채용하는 향상된 이온 비임 소스 조립체를 제공하는 것이며, 여기에서 이온 비임 특성들은 주어진 적용예의 요건들에 더욱 성공적으로 튜닝될 수 있다.
이러한 목적 및 다른 목적들은 상기의 도입 부분에 기재된 이온 비임 소스 조립체(ion beam source assembly)에서 달성되는데, 상기 소스 조립체는:
-상기 플레이트들 사이의 간극 높이(d)와 관련하여 서로 다른 복수개의 상이한 충돌 이온화 이온 소스들이 제공된 운반부(carrier);
- 상기 이온 비임의 생성을 위하여 상기 이온 소스들중 주어진 하나가 개별적으로 선택될 수 있게 하는, 선택 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 이르게 되는 광범위한 실험 및 분석이 수행되는 동안, 발명자들은 비임 휘도, 방출 커런트(emission current), 비임 에너지 스프레드(beam energy spread), 비임 개방 각도 및 가상의 소스 크기(virtual source size)와 같은 중요한 변수들과 관련하여 종래 기술의 NAIS 장치들이 예측 불가능하고/일관성이 없는 경향이 있는지를 조사하였다. 이상적으로는, NAIS 소스가 제광 스위치(dimmer switch)에 연결된 전구와 같이 어느 정도 거동할 것이다; 전구는 그것이 제광부(dimmer)로부터 더 많은 전류를 수신할수록 예측 가능하게 더 밝게 빛나는 것과 같이, 이상적인 NAIS 는 그것의 기체 공급이 증가될 때 예측 가능한 방식으로 이온 출력을 증가시켜야 한다. 실제에 있어서, 그러한 예측 가능한 거동은 관찰되지 않으며, NAIS 의 성능은 다양한 인자들에 대한 복잡한 의존성을 나타내는 것으로 판명된다. 함께 출원중인 미국 특허 출원 US 15/405,139 (2017 년 12 월 1 일자로서, 본원에 참고로서 포함됨)에서는 NAIS 에서 기체 공급 도관의 유동 전도성(flow conductance)과 같은 하나의 인자가 특별한 관심을 받았다. 그러나, 다른 인자들을 적절하게 이해할 수 있기 전에 상당한 연구의 수고가 이루어졌지만, 본 발명자들은 다른 인자들도 중요한 역할을 한다는 점을 추측하였다. 마침내, 기체 도관 안에서의 기체의 유체 거동에 더하여, 이온화 공간 안에서의 이온들의 유체 거동이 매우 중요함을 발명자들은 깨달았다. 보다 상세하게는, 이온 평균 자유 경로 길이(l i )에 대한 이온화 공간의 (정해진) 높이(d)(즉, 이온화 공간에서의 NAIS 플레이트들 사이의 간극 높이)의 비율이 결정적으로 중요한 것으로 판명되었다. 발명자들은 이러한 비율을 "이온 산란 몫(ionic scattering quotient)" QS = d/li 으로 호칭하였는데, 왜냐하면 이것은 출력 통공으로부터 빠져나가기 전에 전형적인 이온이 얼마나 많은 산란 이벤트(scattering event)들을 이온화 공간에서 겪을지를 나타내기 때문이다. 경험 법칙으로서, 발명자들은 (상대적으로 낮은) 1 보다 작은 QS 의 값(예를 들어, QS = 0.2)이 일반적으로 소망스럽지 않다는 것을 발견하였는데, 왜냐하면 이것은 이온화 공간에서 불충분한 이온 발생이 일어날 수 있게 하여, (예를 들어) 방출된 이온 비임에서 상대적으로 낮은 이온 흐름에 이르게 한다; 대조적으로, 1 보다 (실질적으로) 큰 QS 의 값(예를 들어 QS= 10)은 현저한 이온 산란을 초래하며, 결과적으로 확장된 에너지 스프레드(energy spread)의 경향 및 결과적으로 더 큰 가상의 소스 크기와 함께한다. 이러한 통찰의 결과로서, 예를 들어, 더 높은 이온 비임 흐름을 달성하기 위하여 NAIS 디자인의 간극 높이(d)를 조절할 때, (d 에 의하여 직접적으로 영향을 받는) QS 의 값을 수용 가능한 범위내에 유지할 것을 동시에 보장하여야 한다는 점을 발명자들은 깨달았다. 이것은 이전에 인식하지 못했던 동시성(concurrency)으로서, 종래 기술의 NAIS 디자인 노력에서의 예측 불가능했던 결과를 설명한다. 동시에, 단일의 NAIS 가 실제에 있어서 "높은 흐름(high current)" 및 "높은 단색성(high monochromaticity)"과 같은 다른 "체제(regime)"에서 만족스럽게 작동될 수 없다는 것을 발명자들에게 깨닫게 하는 것이 상기의 동시성이다. 상기 후자의 통찰은, 주어진 적용예에 최고로 적절한, 주어진 NAIS 가 임의로 선택될 수 있게 하는 선택 장치와 관련된-상이한 체제(의 상이한 부분들)에서 작동되도록 설계된- 다양하고 상이한 NAIS 소스들을 포함하는 소스 디자인으로 이르게 하였다.
일부 제한적이지 않은 안내를 제공할 목적으로, 발명자들은 많은 적용예들에 대하여, 5 내지 15 범위의 QS 의 값이 매우 만족스러운 전반에 걸친 결과를 제공한다는 점을 발견하였다. 만약 상대적으로 큰 비임 흐름을 특히 달성하기를 원한다면, 큰 QS 의 선택이 적절한데, 예를 들어 25 내지 75 의 범위를 선택한다. 매우 큰 비임의 흐름에 대하여, 100 이상의 QS 의 값이 적절하게 된다.
CIIS 에 있는 이온화 영역은 보통 상대적으로 낮은 이온화 산출(ionization yield)을 가지며, 즉, 그 안의 각각의 이온에 대하여, 훨씬 많은 수의 중성 기체 입자들이 존재할 것이다. 따라서 이온 평균 자유 경로 길이(l i )는 중성 입자들과의 충돌을 겪기 전에 이온이 이동할 수 있는 평균 거리를 나타내는 것으로 간주될 수 있다. 이온화 공간내의 중성 입자 밀도(n) 및 CIIS 의 유지 플레이트들 사이의 전기장(E)에 대하여, li 는 다음과 같은 형태의 개략적인 함수 종속성(functional dependence)를 가지며,
li = 1/n f(E/n)
그에 의하여, 실제에 있어서, 함수 f(E/n)는 (개산(approximation)에 의하여) 자연 로그(In)로서 나타낼 수 있다:
f(E/n) ≒ a ln (b E/n).
계수(a, b)의 값들은 예를 들어 캘리브레이션 수행으로부터 계산 및/또는 추론될 수 있으며 다음의 표는 안내의 목적으로 일부 값들을 제공한다:
Gas a (m-2) b (V-1m-2) Fit domain E/n (Vm2)
Ar 2.50 x 1017 5.56 x 1019 2.3 x 10-19 -2.0 x 10-17
He 6.93 x 1017 5.39 x 1019 3.7 x 10-20 -5.0 x 10-18
Xe 2.22 x 1017 2.32 x 1019 3.1 x 10-19 -2.4 x 10-17
중성 밀도(n)는 다음의 이상 기체 개산을 이용하여 압력(p)에 관하여 나타낼 수 있다:
p = n kB To
여기에서 kB 는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)이고, To 는 작동 온도이다; 따라서 (주어진 To 에 대하여) p 와 n 사이에는 실질적으로 선형의 관계가 있다.
파라미터들인 하나 이상의 E, n, p 에 대한 조절은, 소망된다면, 숙련된 작업자에 의하여 수행될 수 있다. 대안으로서, 예를 들어 주어진 (선택된) CIIS 모듈에 대하여 d 의 값에 의존하여, 콘트롤러(마이크로프로세서)는 그러한 조절을 수행하도록 구성될 수 있다 (프로그램될 수 있다).
상기에 기재된 통찰의 즉각적인 장점은, 통상적인 지식과는 반대로, 전통적인 경우보다 훨씬 큰 치수 설정이 NAIS 소스에서 실제로 이루어질 수 있고(그에 의하여 제조를 상당히 단순화시키고) 동시에 소망의 작동 파라미터들(높은 휘도/낮은 에너지 스프레드)을 달성하는 것의 실현이다; 이러한 실현을 위한 열쇠는, d 의 확대에도 불구하고, QS 의 값이 수용 가능 범위내에 유지되는 것을 보장하도록, (예를 들어 작동 압력과 같은) 다른 파라미터들을 함께 조절(co-adjustment)하는 것이다. 이것은 예를 들어 d > 1000 nm 를 가진 혁신적인 NAIS 를 허용한다.
본 발명의 소스 조립체는 다양하고 상이한 d 값을 가진 복수개의 CIIS 모듈들을 포함하기 때문에, 운반부상에 존재하는 모든 CIIS 모듈들이 상이한 d 값을 가져야만 하는 것을 의미하지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 예를 들어, 주어진 d 값을 가진 CIIS 모듈들의 그룹이 있을 수 있으며, 여기에서,
- 그룹의 모든 요소들이 동일하여, 그룹의 하나의 요소가 그것의 수명의 끝에 도달한 경우에 CIIS 모듈들의 준비(fallback)/비축(reserve)을 허용한다; 그리고/또는
- 그룹의 일부 요소들은, 출력 통공 직경, 공급 도관 치수 선정등과 같은, 다른 파라미터들에 관하여 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 소스 조립체로 복수개의 다양한 충돌 이온화 이온 소스(CIIS)들이 포함될 수 있는 다양한 방법들이 존재한다. 예를 들어:
(i) 일체화/통합 접근 방식을 선택할 수 있으며, 이것에서는 몇 개의 CIIS 모듈들이 단일 칩 구조상에 일체화된 구성 요소들로서 제공된다; 이것은 다시 (로드, 플레이트등과 같은) 운반부상에 장착될 수 있어서 채용된 입력 비임의 경로에 그것이 편리하게 배치 및 고정될 수 있게 한다.
(ii) 분포/복합 접근 방식을 선택할 수 있으며, 이것에서는 상기 복수개의 CIIS 들 각각이 분리된 칩 구조상에 통합된 장치로서 제공되며, 이러한 분리된 칩 구조들은 (플레이트, 프레임, 스카폴드(scaffold)등과 같은) 운반부상의 상이한 위치들에 장착된다.
상기 접근 방식(i)의 장점은, 비록 일반적으로 제조상의 복잡성이 증가될지라도, 이것이 매우 작은 크기라는 점이다.
상기 접근 방식(ii)의 장점은 상대적으로 제조하기 용이하다는 점이다. 또한 모든 다른 CIIS 들도 제거/교체할 필요 없이, 주어진 CIIS 를 필요하다면 용이하게 제거/대체할 수 있다는 점에서 상대적으로 수리/재활용이 상대적으로 용이하다.
본 발명의 소스 조립체에서 사용되는 선택 장치와 관련하여, 이것은 다양한 방식으로 실시될 수도 있다. 예를 들어, 이것은 다음중 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있다:
(a) 선택된 CIIS 를 비임의 경로에 위치시키기 위하여, 채용된 운반부를 입력 비임에 대하여 움직이는 기계적인 액튜에이터 메커니즘. 상기 메커니즘은, 예를 들어 스텝퍼 모터, 압전 액튜에이터등의 보조를 받아서, 병진 운동 및/또는 회전 운동을 할 수 있다. 그러한 상황에서, 복수개의 CIIS 모듈들상의 다양한 입력 영역들의 (중심의) 좌표는 순람표(lookup table)에 저장될 수 있어서, 필요할 때 액튜에이터 메커니즘이 주어진 CIIS 를 입력 비임 경로에 신속하게 위치시킬 수 있다.
(b) 입력 비임을 선택된 CIIS 로 지향시키기 위하여, 채용된 운반부에 대하여 입력 비임을 편향시키기 위한, 비임 편향기 메커니즘. 그러한 메커니즘은 예를 들어 정전기 및/또는 자기 비임 편향을 채용할 수 있다. (a) 에서의 상황과 유사하게, 소스 조립체에 존재하는 다양한 CIIS 모듈들의 입력 영역들로 비임을 정확하게 편향시키는데 필요한 벡터 비임 편향들의 목록을 저장하도록 순람표가 채용될 수 있다.
본 발명은 (본 양수인이 소유하는) 미국 특허 US 9,224,569 의 내용과 혼동되어서는 아니되며, 상기 특허 문헌은 상이한 이온 종(ion species)의 사용에 관한 것일 뿐이며, 다음과 같은 것을 개시/시사하지 않는다:
- (휘도, 커런트(current), 에너지 스프레드(energy spread)등과 같은) 다양하고 상이한 비임 파라미터들이 (주어진 이온 종들에 대하여) 선택될 수 있게 하는 목적을 위하여, 상이한 치수 특성들을 가진 다수의 CIIS 소스들을 사용함.
- CIIS 의 이온 산란 몫(의 유리한 값 범위들)에 대한 고려/통찰.
본 발명은 이제 첨부된 개략적인 도면들과 예시적인 실시예들에 기초하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1a 는 본 발명에 따른 이온 소스 조립체-NAIS 의 경우-에 적절한 CIIS에 대한 단면도를 도시한다.
도 1b 는 도 1a 에 도시된 것과 유사한 복수개의 상이한 CIIS 를 채용하는, 본 발명에 따른 이온 소스 조립체의 실시예를 도시한다.
도 2 는 본 발명이 구현된 CPM 의 실시예에 대한 길이 방향 단면도를 도시한다.
도면에 있어서, 적절한 경우에, 상응하는 부분들은 상응하는 도면 부호들을 이용하여 지시된다. 전체적으로, 도면들이 축척대로 도시되지 않은 것이 주목되어야 한다.
실시예 1
도 1a 는 본 발명에 따른 이온 소스 조립체(ion source assembly)(/s)에서 사용되기에 적절한 CIIS(/s') (이러한 경우에는 NAIS)의 실시예에 대한 단면도이다 (이것은 복수개의 상이한 CIIS 소스(/s')을 채용한다. 도 1b 참조). 여기에 도시된 바와 같이, CIIS(/s') 는 다음을 포함한다:
- (예를 들어 쇼트키 에미터(Shottky emitter)와 같은, 도시되지 않은 전자 소스에 의해 발생된), 전자와 같은 대전된 입자의 초점이 맞춰진 비임(beam, B)을 받아들이는, 입력 통공(영역)(A).
- 이온의 플럭스(B')의 방사를 허용하도록, 상기 입력 통공(A1)에 대향되어 위치된, 출력 통공(A2). 도시된 바와 같이, 통공(A1, A2)들 각각은 직경 A 를 가진다.
- 이온화 공간(R)으로, 상기 공간에서 상기 이온(B')을 발생시키기 위하여 (예를 들어 아르곤 기체와 같은) 기체(F)(의 분자/원자)가 상기 입력 비임(B)에 의하여 이온화될 수 있다. 이러한 공간은 예를 들어 통공(A1, A2)중 하나 또는 양쪽을 통해 어떤 범위로 돌출할 수 있을지라도, 실질적으로 상기 입력 통공(A1) 및 출력 통공(A2) 사이에 위치된다.
- 상기 기체(F)의 유동을 상기 이온화 공간(R)으로 공급하기 위한 공급 도관(F').
여기에 도시된 바와 같이, 공급 도관(F')은 한쌍의 대향되게 위치된 유지 플레이트(P1, P2)에 의해 한정된다 (NAIS 의 경우에 유지 플레이트들은 "멤브레인"으로 호칭될 정도로 얇다). 상기 쌍의 제 1 플레이트(P1)는 상기 입력 통공(A1)을 포함하고, 제 2 플레이트(P2)는 상기 출력 통공(A2)을 포함하며, 플레이트(P1, P2) 사이의 간격/분리(d)는 이온화 공간(R)의 높이를 형성한다. "플러그"(P3)는 도관(F')을 일 측에서 (기체(F)의 내측 유동에 대향하는 측에서) 밀봉한다는 점에 주목하여야 한다. 제 1 플레이트(P1)는 두께(d')를 가지고, 제 2 플레이트(P2)는 종종 (대략) 같은 두께를 가진다. 일반적인 안내를 제공하도록, 다음의 제한적이지 않은 값들이 상기 도시된 소스(/s')에 적용될 수 있다:
-(이온 공간(R)에서의) 플레이트 간격(d): ca 100-2000 nm
-플레이트 두께 d': ca 100-300 nm
- 통공 직경: ca. 100-1200 nm.
-이온화 공간(R)에서의 기체 압력: ca. 100-1500 mbar.
-비임(B)에서의 비임 커런트(beam current): ca. 50-200 nA.
플레이트(P1,P2)(그리고 플러그(P3))는 예를 들어 몰레브데늄, 플래티늄 또는 텅스텐과 같은 재료를 포함할 수 있다. (도시되지 않은) 전압 공급부는 플레이트(P2, P1)들 사이에 (DC) 전압 차이(예를 들어, ca. 1 볼트)를 인가하도록 이용될 수 있어서, 플레이트(P1)를 플레이트(P2)보다 더 양전위(positive potential)로 편향시키며, 그에 의하여 (양으로 대전된) 이온들을 플레이트(P2)를 향하여 통공(A2)을 통해서 지향시키는 전기장을 발생시킨다. 공급 도관(F')이 직접적으로 이온화 공간(R)으로 나올 필요가 없다는 점이 주목되어야 한다; 오히려, 소망된다면, 이온화 공간(R)에 인접하여/이온화 공간을 둘러싸는 버퍼 챔버(buffer chamber)가 있을 수 있으며, 공급 도관(F')은 상기 버퍼 챔버를 통하여 이온화 공간(R)에 공급할 수 있다.
이와 같은 구조는 예를 들어 칩 본딩(chip bonding) 과정을 이용하여 용이하게 제조될 수 있는데, 그에 의하여 2 개의 분리된 기판들(또는 기판 부분들)상에-예를 들어 에칭/어블레이션(ablation) 기술을 이용하여- "상부 절반"(플레이트 P1, 등) 및 "하부 절반"(플레이트 P2, 등)이 제조된다-그 이후에, 개재된 도관/채널(F')을 형성하는데 도움이 되는 적절한 스페이서(예를 들어 플러그(P3))를 이용하여, 하나의 절반이 다른 하나의 절반으로 뒤집어져서, 제 위치에 정렬되고 접합된다. 통공(A1, A2)들은 접합 이전에 또는 접합 이후에 에칭/어블레이션을 이용하여 형성될 수 있다-예를 들어, 얇은 화학선 비임(thin actinic beam)(초점이 맞춰진 이온)이 일측으로부터 접합된 절반부들을 통해 방사성으로(radiatively) "드릴 가공"하도록 이용될 수 있으며, 따라서 완전하게 상호 정렬된 통공들을 구현한다. 현재 상황에서의 칩 본딩 기술들의 특정한 예는 다이렉트 본딩(direct bonding), 열압축 본딩(thermocompression bonding), 공융 본딩(eutectic bonding), 애노딕 본딩(anodic bonding)등을 포함한다.
소망된다면, 도 1a 의 "균일 높이" 공급 도관(F')은 예를 들어 상기의 미국 출원 US 15/405,139 에 기재된 "다중 높이" 공급 도관에 의해 대체될 수 있다.
이제 도 1b 를 참조하면, 이것은 본 발명에 따른 이온 소스 조립체의 실시예에 대한 평면도를 도시한다. 도시된 소스 조립체(들)는 운반부(C)를 포함하며, 이는 금속 플레이트 또는 프레임과 같은 것으로서, 예를 들어 운반부(C)의 가장자리를 따라서 배치된 복수개의 상이한 CIIS 모듈(/s')이 제공된 것이다. 각각의 CIIS(/s')은 예를 들어 도 1a 에 도시된 유형과 같은 것이며, 그러나 이들중 적어도 일부는 그들의 플레이트 사이 간극 높이(d)와 관련하여 서로 상이하다 (도 1a 참조). 또한 선택 장치(S)가 도시되어 있는데, 이것은 입력 대전 입자 비임(input charged-particle beam)(예를 들어, 전자 비임)으로부터 출력 이온 비임(B')의 생성을 위하여 상기 CIIS 모듈들(/s')중 주어진 하나가 개별적으로 선택될 수 있게 한다. (도시된 Z 축을 따라서 전파되는) 이러한 입력 비임(B)의 영향 범위는 검은 점으로 개략적으로 도시되어 있으며, 이것은 CIIS 모듈들(/s')의 개별적인 입력 영역들(개략적으로 하얀 점으로 도시되어 있음)에 대하여 크기에 있어서 부합된다. 여기에서 실시된 바와 같이, 선택 장치(S)는 기계적인 액튜에이터 메커니즘(S')을 포함하며, 이것은 입력 비임(B)에 대하여 (액튜에이션 아암(C')에 부착된) 운반부(C)를 움직이도록 사용될 수 있어서, 선택된 CIIS(/s')가 비임(B)의 전파되는 축과 정렬될 수 있게 한다. 도시된 액튜에이터 메커니즘(S')은 예를 들어 Y 에서 상대적으로 큰 이동 행정(movement stroke)을 가질 수 있지만 (예를 들어 수십 밀리미터 정도), X 에서는 상대적으로 작은 (보정의) 이동 행정을 가질 필요만이 있다 (예를 들어 수백 마이크론의 정도).
또한 기체 공급 라인(튜브/파이프)(F")들이 도시되어 있는데, 이것은 기체를 다양한 CIIS 모듈(/s')들로 공급하는 역할을 한다. 이러한 공급 라인(F")은 예를 들어 개별적인 기체 저장부(탱크) 또는 밸브 조립체(스위치 유닛)에 연결될 수 있으며, 이것은 공급 라인들중 선택 가능한 것이 그것을 통해 공통의 기체 저장부로 연결될 수 있게 한다. 각각의 공급 라인(F")은 전체적으로 그 경로를 따라서 어느 곳엔가 쓰로틀 밸브를 포함하여, 기체 공급 압력이 조절될 수 있게 한다 (그에 의하여 이온 평균 자유 경로(ionic mean free path(/i))를 조정한다). 그러한 쓰로틀 밸브들은 수동으로 제어될 수 있거나, 또는 마이크로프로세서와 같은 미리 프로그램된 콘트롤러 장치에 의하여 제어될 수 있다.
도 1b 에 도시된 "직선"(병진)의 구조에 대한 대안으로서, 대신에 원형(회전형) 구조를 선택할 수 있다는 점이 주목되어야 하며, 그에 의하여 (예를 들어)
-구성 요소 (CIIS) 모듈(/s')은 디스크 형상 운반부(C)의 주위를 따라서 배치된다;
-기계적인 액튜에이터(S')는 회전 액튜에이터로서, 이것은 운반부 주위 위에 위치하는/운반부 주위에 인접하여 위치하는 비임(B)의 전파 축에 대하여 상기 디스크 형상 운반부를 회전시킨다.
주목되어야 하는 바로서, 비임(B)에 대하여 운반부(C)를 움직이는 대신에, 운반부(C)에 대하여 비임(B)을 움직이도록 대안으로서/보충적으로 선택할 수 있으며, 예를 들어, Z 에 대하여 평행한 공칭 코스(nominal course)로부터 비임(B)의 선택 가능한 편향을 야기하는 편향기 조립체(deflector assembly)(미도시)를 이용한다.
실시예 2
도 2 는 본 발명이 구현되어 있는 대전 입자 포커스 장치(charged particle focusing apparatus)-이러한 경우에 대전 입자 마이크로스코프(Charged Particle Microscope, M)-의 실시예에 대한 고도로 개략적인 도면으로서; 보다 상세하게는, 본 발명과 관련하여 예를 들어 타당한 바로서 단순하게는 이온 베이스 마이크로스코프(ion-based microscope)일 수 있을지라도, FIB-SEM 의 실시예를 도시한다. 마이크로스코프(M)는 입자-광학 칼럼(particle-optical coulumn, 1)을 포함하며, 이것은 입자 광학 축(3')을 따라서 전파되는 대전 입자의 비임(3)(이러한 경우에, 전자 비임)을 발생시킨다. 칼럼(1)은 진공 챔버(5)상에 장착되며, 이것은 표본(specimen, 51)을 유지/위치시키기 위한 표본 유지부(7) 및 관련 액튜에이터(들)(7')를 포함한다. 진공 챔버(5)는 진공 펌프(미도시)를 이용하여 비워진다. 진공 공급부(voltage supply, 17)의 보조를 받아서, 표본 유지부(7) 또는 적어도 표본(51)은, 소망된다면, 접지에 대한 전위로 편향될 수 있다. 또한 진공 포트(5')도 도시되어 있는데, 이것은 진공 챔버(5)의 내부로부터/내부로 물품(구성 요소들, 표본들)을 도입하기 위하여/제거하기 위하여 개방될 수 있다. 마이크로스코프(M)는 소망된다면 복수개의 그러한 포트(5')들을 포함할 수 있다.
(본 발명의 경우에) 칼럼(1)은 (예를 들어 쇼트키 건(Shottky gun)과 같은) 전자 소스(9) 및 조명기(2)를 포함한다. 상기 조명기(2)는, (자체적으로) 전자 비임(3)을 표본(51)상에 초점을 맞추기 위한 렌즈(11,13) 및, (비임 조향/비임(3)의 스캐닝을 수행하는) 편향 유닛(15)을 포함한다. 마이크로스코프(M)는, 자체적으로 편향기 유닛(15), 렌즈(11, 13) 및 검출기(19, 21)를 제어하고, 디스플레이 유닛(27)으로부터 수집된 정보를 표시하기 위한 콘트롤러/콤퓨터 프로세싱 장치(25)를 더 포함한다.
검출기(19,21)들은 (부딪히는) 비임(3)에 의한 방사에 응답하여 표본(51)으로부터 나오는 "자극된(stimulated)" 조사의 상이한 유형을 검사하도록 이용될 수 있는 다양한 가능의 검출기 유형들로부터 선택될 수 있다. 여기에 도시된 장치에서, 다음의 (비제한적인) 검출기의 선택이 이루어졌다.
- 검출기(19)는 (광다이오드와 같은) 고체 상태 검출기(solid state detector)로서, 이것은 표본(51)으로부터 나오는 음극선루미니선스(cathodoluminescence)를 검출하도록 사용된다. 대안으로서, 이것은 예를 들어 실리콘 드리프트 검출기(Silicon Drift Detector, SDD) 또는 실리콘 리튬(Si(Li)) 검출기와 같은 X 레이 검출기일 수 있다.
- 검출기(21)는 예를 들어 이베큐에이티드 광전자 증배관(evacuated Photomultiplier Tube, PMT)(예를 들어, Everhart-Thornley 검출기) 또는 고체 상태 광전자 증배관(Solid State Photomultiplier, SSPM)의 형태인 전자 검출기이다. 이것은 표본(51)으로부터 나오는 2 차 전자 및/또는 후방 산란 전자(backscattered electron)를 검출하는데 이용될 수 있다.
당업자는 도시된 바와 같은 구조에서 여러 가지 상이한 유형의 검출기들이 선택될 수 있고, 예를 들어 고리형(annular)/세그멘트형(segmented) 검출기를 포함한다는 점을 이해할 것이다.
표본(51)에 걸쳐서 비임(3)을 스캐닝함으로써, 예를 들어, X-레이, 적외선/가시광선/자외선, 2 차 전자(SE) 및/또는 후방 산란 전자(backscattered electrons, BSE)들을 포함하는 유도 방사(stimulated radiation)가 표본(51)으로부터 나온다. 그러한 유도 방사는 (상기 스캐닝 움직임에 기인하여) 위치 감수성(position-sensitive)이 있기 때문에, 검출기(19, 21)로부터 얻어진 정보도 위치 의존적(position-dependent)일 것이다. 이러한 사실은 (예를 들어) 검출기(21)로부터의 신호가 표본(51)의 (일부의) BSE 이미지를 생성하도록 사용될 수 있게 하며, 상기 이미지는 기본적으로 표본(51) 상의 스캔 경로 위치(scan path position)의 함수로서 상기 신호의 맵(map)이다.
검출기(19, 21)로부터의 신호는 제어 라인(버스)(25')을 따라서 통과하고, 콘트롤러(25)에 의해 처리되고, 디스플레이 유닛(27)상에서 표시된다. 그러한 프로세싱은 결합(combining), 통합(integrating), 차감(subtracting), 오류 컬러링(false colouring), 에지 향상(edge enhancing) 및, 당업자에게 알려진 다른 프로세싱을 포함할 수 있다. 또한, 자동화된 인식 프로세스(automated recognition process)(예를 들어, 입자 분석을 위해 사용됨)가 그러한 프로세싱에 포함될 수 있다.
위에서 설명된 전자 칼럼(1)에 추가하여, 마이크로스코프(M)는 이온-광학적 칼럼(31)을 포함할 수도 있다. 이것은 본 발명에 따른 이온 소스 조립체(/s)(예를 들어, 도 1b 에 도신 것과 같음) 및 조명기(illuminator, 32)를 포함하며, 이들은 이온-광학 축(33')을 따라서 이온 비임(33)을 생성/지향시킨다. 유지부(7)상의 표본(51)에 대한 용이한 접근을 가능하게 하도록, 이온 축(33')은 전자 축(3')에 대하여 비스듬하다. 위에서 설명된 바와 같이, 그러한 이온(FIB) 칼럼(31)은 예를 들어 인사이징(incising), 밀링(milling), 에칭, 증착등과 같은, 표본(51)상의 프로세싱/기계적 가공 작업을 수행하는데 이용될 수 있다. 대안으로서, 이온 칼럼(31)은 표본(51)의 형상을 생성하는데 이용될 수 있다.
여기에 도시된 바와 같이, CPM(M)은 매니퓰레이터 아암(manipulator arm, 41)을 이용하며, 이것은 액튜에이터 시스템(41')에 의하여 다양한 자유도로 작동될 수 있고, (소망된다면) 표본들을 표본 유지부(7)로/표본 유지부(7)로부터 전달함에 있어서 보조하도록 이용될 수 있으며, 예를 들어 이온 비임(33)을 이용하여 표본(51)으로부터 절단된 소위 TEM 라멜라(lamella)의 경우에 이용된다.
또한 기체 주입 시스템(Gas Injection System (GIS, 43))이 도시되어 있는데, 이것은 기체 보조의 에칭 또는 증착을 수행할 목적으로, 에칭 기체 또는 선구 기체(precursor gas)등과 같은 기체의 국부적인 주입을 이행하도록 사용될 수 있다. 그러한 기체들은 저장부(43')에 저장/버퍼링될 수 있고, 협소 노즐(43")을 통해 공급될 수 있어서, 예를 들어 축(3', 33')의 교차부에 인접하여 나온다.
예를 들어 (환경 SEM 또는 저압 SEM 에서 사용되는 바와 같이) 수 mbar 의 압력을 유지하는, 표본(51)에서 제어된 환경의 사용과 같은 것이, 상기 구조의 여러가지 변형 및 대안이 당업자에게 공지되었다는 점이 주목되어야 한다.
P1, P2. 플레이트 F". 기체 공급 라인
A1. A2. 통공 C. 운반부
B. 비임 S'. 액튜에이터

Claims (14)

  1. 이온 비임을 생성하고 충돌 이온화 이온 소스(collision ionization ion source)를 포함하는 소스 조립체로서, 상기 충돌 이온화 이온 소스는:
    - 한쌍의 적층된 플레이트로서, 사이 간극(intervening gap) 주위에 개재된, 플레이트;
    - 기체 공급 도관에 연결된, 상기 플레이트들 사이의 이온화 공간;
    - 상기 플레이트들중 제 1 플레이트에 제공되어, 대전 입자들의 입력 비임을 상기 이온화 공간으로 받아들이는, 입력 영역;
    - 상기 입력 영역에 대향하여 위치되고 상기 플레이트들중 제 2 플레이트에 제공된 출력 통공으로서, 상기 입력 비임에 의하여 상기 이온화 공간에서 발생된 이온 플럭스(flux)의 방출을 허용하는, 출력 통공;을 포함하고,
    상기 소스 조립체는:
    상기 플레이트들 사이의 간극 높이(d)와 관련하여 서로 다른, 복수개의 상이한 충돌 이온화 이온 소스들이 제공된 운반부(carrier); 및,
    상기 이온 소스들중 주어진 하나의 이온 소스가 상기 이온 비임의 생성을 위하여 개별적으로 선택될 수 있게 하는, 선택 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 소스 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 충돌 이온화 소스들은 상기 운반부상에 장착된 단일 칩 구조상에 일체화 장치(integrated devices)로서 제공되는, 소스 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 충돌 이온화 소스들 각각은 분리된 칩 구조상에 일체화 장치로서 제공되고, 상기 분리된 칩 구조들은 상기 운반부상에서 상이한 위치들에 장착되는, 소스 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택 장치는:
    선택된 충돌 이온화 이온 소스를 비임의 경로에 위치시키기 위하여, 상기 입력 비임에 대하여 상기 운반부를 움직이는, 기계적인 액튜에이터 장치; 및
    비임을 선택된 충돌 이온화 이온 소스로 지향시키기 위하여, 상기 운반부에 대하여 상기 입력 비임을 편향시키는 비임 편향기 장치;중 적어도 하나를 포함하는, 소스 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반부상의 충돌 이온화 이온 소스들중 적어도 일부는 그들의 출력 통공 직경이 상이한, 소스 조립체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 구조에 있는 충돌 이온화 이온 소스들의 주어진 쌍은:
    이온 비임 휘도(Ion beam brightness);
    이온 비임 에너지 스프레드(Ion beam energy spread);
    이온 비임 방출 커런트(Ion beam emission current);
    이온 비임 개구 각도(Ion beam opening angle); 및
    이온 비임의 가상의 소스 크기(Ion beam virtual source size)중 적어도 하나와 관련하여 서로 상이하도록 구성되는, 소스 조립체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    li 이 상기 이온화 공간에서의 이온 평균 자유 경로 길이일 경우에, 이온 산란 몫 QS = d/li 이 1 내지 500 의 범위의 값을 유지하도록, 바람직스럽게는 1 내지 200 의 범위의 값을 유지하도록,
    -상기 이온화 공간에서의 기체 압력; 및
    -상기 플레이트들 사이에 적용된 전기 전위;중 적어도 하나의 파라미터를 조절하도록 구성된 콘트롤러를 더 포함하는, 소스 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서, QS 는 5 내지 15 범위에 놓이는, 소스 조립체.
  9. 사이 간극 주위에 개재된 한쌍의 적층된 플레이트들;
    기체 공급 도관에 연결된, 상기 플레이트들 사이의 이온화 공간;
    상기 플레이트들중의 제 1 플레이트에 제공되고, 대전 입자들의 입력 비임을 상기 이온화 공간으로 받아들이는, 입력 영역;
    상기 입력 영역에 대향하여 위치되고 상기 플레이트들중 제 2 플레이트에 제공되는 출력 통공으로서, 상기 입력 비임에 의하여 상기 이온화 공간에서 생성된 이온 플럭스의 방출을 허용하는, 출력 통공;을 포함하는,
    충돌 이온화 이온 소스를 이용하여 이온 비임을 생성하는 방법으로서;
    -상기 플레이트들 사이의 간극 높이(d)에 대하여 서로 상이한 복수개의 상이한 충돌 이온화 이온 소스들이 제공된 운반부(carrier)를 포함하는, 소스 조립체(source assembly)를 제공하는 단계;
    -상기 이온 비임의 생성을 위하여 상기 이온 소스들중 주어진 하나를 선택하도록 선택 장치를 이용하는 단계;
    - li 이 상기 이온화 공간에서의 이온 평균 자유 경로 길이일 경우에, 이온 산란 몫(ionic scattering quotient, QS = d/li) 이 1 내지 500 의 범위의 값을 유지하도록, 바람직스럽게는 1 내지 200 의 범위의 값을 유지하도록,
    상기 이온화 공간에서의 기체 압력; 및
    상기 플레이트들 사이에 적용된 전기 전위;중 적어도 하나의 파라미터를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온 비임 생성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    -제 1 목적을 위한 제 1 이온 비임을 생성하기 위하여, 상기 복수개의 이온 충돌 이온화 이온 소스들로부터 제 1 충돌 이온화 이온 소스를 선택하도록 상기 선택 장치를 이용하는 단계; 및, 그 이후에,
    - 상이한 제 2 목적을 위한 상이한 제 2 이온 비임을 생성하기 위하여, 상기 복수개의 이온 충돌 이온화 이온 소스들로부터 상이한 제 2 충돌 이온화 이온 소스를 선택하도록 상기 선택 장치를 이용하는 단계;를 포함하는, 이온 비임 생성 방법.
  11. 이온 비임을 생성하기 위한, 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 소스 조립체;
    표본을 조사 위치(irradiation position)에 유지하기 위한 표본 유지부; 및,
    상기 표본에 조사하기 위하여 상기 비임을 지향시키는, 광학 칼럼(optical column);을 포함하는, 이온 초점 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    대전 입자 현미경 및 리소그래피 이미지 장치(lithography imager)를 포함하는 그룹으로부터 선택된, 이온 초점 장치.
  13. 사이 간극 주위에 개재된 한쌍의 적층된 플레이트들;
    기체 공급 도관에 연결된, 상기 플레이트들 사이의 이온화 공간;
    상기 플레이트들중 제 1 플레이트에 제공되고, 대전 입자들의 입력 비임을 상기 이온화 공간으로 받아들이는, 입력 영역; 및,
    상기 입력 영역에 대향하여 위치되고, 상기 플레이트들중 제 2 플레이트에 제공되어, 상기 입력 비임에 의하여 상기 이온화 공간에서 생성된 이온 플럭스의 방출을 허용하는, 출력 통공;을 포함하는 충돌 이온화 이온 소스로서,
    사용시에, d 가 상기 간극의 높이이고, li가 상기 이온화 공간에서의 이온의 평균 자유 경로 길이인 경우에, 소스는 1 내지 500 범위의 이온 산란 몫 (QS = d/li)을 가지도록, 바람직스럽게는 1 내지 200 의 이온 산란 몫(QS = d/li)을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 충돌 이온화 이온 소스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    d > 1000 nm 인, 충돌 이온화 이온 소스.
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