ホーム > 特許ランキング > ＦＥＩ ＣＯＭＰＡＮＹ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-13
(45)【発行日】2023-10-23
(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム源
(51)【国際特許分類】
H01J 37/06 20060101AFI20231016BHJP
H01J 37/28 20060101ALI20231016BHJP
H01J 1/148 20060101ALI20231016BHJP
H01J 1/18 20060101ALI20231016BHJP
H01J 9/02 20060101ALI20231016BHJP
H01J 9/04 20060101ALI20231016BHJP
H01J 9/18 20060101ALI20231016BHJP
【ＦＩ】
H01J37/06 A
H01J37/28 B
H01J1/148
H01J1/18
H01J9/02 A
H01J9/04 C
H01J9/04 H
H01J9/18 A
【請求項の数】
17
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021048709
(22)【出願日】2021-03-23
(65)【公開番号】P2021153051
(43)【公開日】2021-09-30
【審査請求日】2023-04-24
(31)【優先権主張番号】16/828,571
(32)【優先日】2020-03-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】501233536
【氏名又は名称】エフ イー アイ カンパニ
【氏名又は名称原語表記】ＦＥＩ ＣＯＭＰＡＮＹ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】クン リウ
(72)【発明者】
【氏名】スティーブン ジェイ．ランドルフ
【審査官】小林 幹
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１６６２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－３０６６１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０３９２８７８３（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１５７３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－１４０３３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６
Ｈ０１Ｊ １／１３ー １／２８
Ｈ０１Ｊ ９／００－ ９／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
荷電粒子ビーム源であって、ベースに連結された導電性の支持部材と、
前記支持部材に連結され、ボアを画定する取り付け部材であって、前記取り付け部材はさらに、前記ボアと連通する前記取り付け部材の側壁に画定された開口部を備え、前記開口部は、前記取り付け部材の自由端部から前記支持部材に向かう方向にオフセットされている、取り付け部材と、
前記ボア内に受容されたエミッタ部材であって、前記ボア内の前記エミッタ部材の周りに流される固定材料層によって保持されており、前記固定材料層の固定材料は前記開口部内に受容されている、エミッタ部材と、を備える、荷電粒子ビーム源。
【請求項2】
前記取り付け部材が、長手方向軸を画定し、前記ボアが、前記長手方向軸に沿って延在する、請求項１に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項3】
前記取り付け部材が、その長さに沿って離間した複数のチャネルと、前記エミッタ部材の周りに延在する少なくとも１つの保持部分と、を備え、前記固定材料層が前記複数のチャネルを通って前記ボア内に流入する、請求項１に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項4】
前記エミッタ部材が、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）または六ホウ化セシウム（ＣｅＢ６）を含む、請求項１に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項5】
電子ビーム源として構成されている、請求項１に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項6】
前記エミッタ部材が、前記荷電粒子ビーム源の他の構成要素によってクランプされていない、請求項１に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項7】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム源を備える走査型電子顕微鏡。
【請求項8】
荷電粒子ビーム源を作製する方法であって、取り付け部材内にボアを形成することであって、前記取り付け部材は、ベースに連結された導電性の支持部材に連結される、ことと、
前記取り付け部材の前記ボア内にエミッタ部材を挿入することと、
コロイド液体を前記エミッタ部材および前記取り付け部材の周りに流して、前記ボア内に前記エミッタ部材を保持する固定材料層を形成することと、を含む方法。
【請求項9】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム源を使用する方法であって、前記エミッタ部材を加熱して荷電粒子ビームを生成することと、
前記荷電粒子ビームをターゲットに指向することと、を含む方法。
【請求項10】
荷電粒子ビーム源であって、ベースに連結された導電性の支持部材と、
前記支持部材に連結され、ボアを画定する取り付け部材と、
前記ボア内に受容されたエミッタ部材であって、コロイド液の分散相から形成されている固定材料層によって保持されているエミッタ部材と、を備え、
前記取り付け部材が、前記エミッタ部材の周りに延在する保持部分を備え、
前記荷電粒子ビーム源は、前記取り付け部材内に画定されたチャネルをさらに備え、前記固定材料層が前記チャネルを通って前記ボア内に流入する、荷電粒子ビーム源。
【請求項11】
前記エミッタ部材は、前記固定材料層でコーティングされたものである、請求項１０に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項12】
前記固定材料層が、グラファイトを含む、請求項１０に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項13】
前記ボアおよび前記エミッタ部材がそれぞれ、長方形の断面を備える、請求項１０に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項14】
荷電粒子ビーム源であって、ベースに連結された導電性の支持部材と、
前記支持部材に連結され、ボアを画定する取り付け部材であって、前記取り付け部材は、前記取り付け部材の自由端部から前記支持部材に向かう方向にオフセットされている、前記取り付け部材の側壁に画定された開口部を備え、前記開口部は前記ボアと連通している取り付け部材と、
前記ボア内に受容されたエミッタ部材であって、前記取り付け部材の前記開口部内に受容され、前記ボア内の前記エミッタ部材をコーティングしている固定材料層によって前記ボア内に保持されたエミッタ部材と、を備え、
前記ボアの断面が、前記エミッタ部材の断面よりも大きい、荷電粒子ビーム源。
【請求項15】
前記エミッタ部材が、前記取り付け部材によってクランプされていない、請求項１４に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項16】
前記取り付け部材および前記エミッタ部材の外面が、前記固定材料層によってコーティングされたものである、請求項１４に記載の荷電粒子ビーム源。
【請求項17】
前記固定材料層が、グラファイトを含む、請求項１４に記載の荷電粒子ビーム源。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電子ビーム源などの荷電粒子ビーム源、ならびにそれを製造するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
走査型および／または透過型電子顕微鏡内で使用されるものなどの荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）源は、通常、電気的にバイアスされる、および／または熱的に加熱されると（例えば、ショットキーエミッタの場合）、荷電粒子のビームを放出するフィラメントなどのビーム生成要素を含む。このようなフィラメントは、通常、結晶性タングステンまたはレニウムなどの金属材料、六臭化ランタン（ＬａＢ６）または六臭化セシウム（ＣｅＢ６）などの化合物材料、および／または低い仕事関数を有する他の材料から作製される。しかしながら、低仕事関数の化合物材料で作製されたフィラメントをタングステンヘアピンなどの発熱体に連結することは、これらの材料が、通常、電気スポット溶接で取り付けられ得ないため、問題があり得る。したがって、化合物材料から作製された既存のＣＰＢ源は、通常、摩擦係合、またはフォーゲルマウント内のグラファイトシート間にフィラメントをクランプすることによるなど、発熱体構造の一部によるエミッタフィラメントへの圧縮力の印加に依存する。他のアプローチとしては、エミッタフィラメントの厚さがナノメートルからマイクロメートルの厚さである場合に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）溶接によってフィラメントを固定することが挙げられる。これらのアプローチの各々では、エミッタフィラメントを正確に位置合わせすることが困難で、時間がかかる。フォーゲルマウントはまた、通常、エミッタを洗浄するため、および／またはソースの動作中にビーム生成を開始するために比較的高い電気加熱電流を必要とし、このことが、例えば、熱安定性の問題を引き起こす可能性がある。ＦＩＢ溶接は時間がかかり、技術的に複雑であり、通常、真空下で実行されなければならず、比較的高い製造コストおよび低い生産性をもたらす。したがって、改善されたＣＰＢ源の構造および製造技術の必要性が存在する。
【発明の概要】
【0003】
本開示の特定の実施形態は、電子顕微鏡などの荷電粒子ビームシステム内で使用するための荷電粒子ビーム源またはモジュールに関する。代表的な実施形態では、荷電粒子ビーム源は、ベースに連結された導電性支持部材と、支持部材に連結され、ボアを画定する取り付け部材と、ボア内に受容されたエミッタ部材であって、エミッタ部材の周りに流される固定材料層によって保持される、エミッタ部材と、を含み得る。
【0004】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、取り付け部材は、長手方向軸を画定し、ボアは、この長手方向軸に沿って延在する。
【0005】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、取り付け部材は、取り付け部材の自由端部から長手方向にオフセットされた、取り付け部材の長さに沿った開口部を備え、開口部は、ボアと連通している。固定材料層の固定材料が、開口部内に受容される。
【0006】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、開口部は、取り付け部材内に形成されたチャネルである。
【0007】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、取り付け部材は、その長さに沿って離間した複数のチャネルと、エミッタ部材の周りに延在する複数の保持部分と、を備える。
【0008】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、取り付け部材は、支持部材に連結された第１の端部を備え、自由端部は、自由な第２の端部であり、開口部は、自由な第２の端部から第１の端部に向かってオフセットされている。
【0009】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、エミッタ部材は、六臭化ランタン（ＬａＢ６）または六臭化セシウム（ＣｅＢ６）、もしくはスポット溶接可能でない他のエミッタ材料を含む。
【0010】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、固定材料層は、コロイド液体の分散相から形成される。
【0011】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、固定材料層は、グラファイトを含む。
【0012】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、荷電粒子ビーム源は、電子ビーム源として構成されている。
【0013】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、エミッタ部材は、荷電粒子ビーム源の他の構成要素によってクランプされていない。
【0014】
別の代表的な実施形態では、走査型電子顕微鏡は、開示された実施形態のいずれかまたはすべての荷電粒子ビーム源を備え得る。
【0015】
別の代表的な実施形態では、荷電粒子ビーム源を作製する方法は、取り付け部材内にボアを形成することと、エミッタ部材を取り付け部材のボア内に挿入することと、コロイド液体をエミッタ部材および取り付け部材の周りに流して固定材料層を形成することと、を含む。
【0016】
別の代表的な実施形態では、荷電粒子ビーム源を使用する方法は、エミッタ部材を加熱して荷電粒子ビームを生成することと、荷電粒子ビームをターゲットに指向することと、を含む。
【0017】
別の代表的な実施形態では、荷電粒子ビーム源は、ベースに連結された導電性支持部材と、支持部材に連結され、ボアを画定する取り付け部材と、ボア内に受容されたエミッタ部材と、を備え、取り付け部材は、エミッタ部材の周りに延在する保持部分を備える。
【0018】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、エミッタ部材は、ボア内のエミッタ部材の周りに流される固定材料層によってボア内に保持される。
【0019】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、固定材料層は、コロイド液体の分散相から形成される。
【0020】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、荷電粒子ビーム源は、保持部分の間に画定されたチャネルをさらに備え得る。
【0021】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、ボアおよびエミッタ部材はそれぞれ、長方形の断面を備える。
【0022】
別の代表的な実施形態では、帯電粒子ビーム源は、ベースに連結された導電性支持部材と、支持部材に連結され、ボアを画定する取り付け部材と、ボア内に受容され、固定材料層によってボア内に保持されたエミッタ部材と、を備え、ボアの断面は、エミッタ部材の断面よりも大きい。
【0023】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、エミッタ部材は、取り付け部材によってクランプされていない。
【0024】
開示された技術の前述および他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付図面を参照してより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】一実施形態による、荷電粒子ビームシステムの代表的な実施形態の概略図である。
【図2】一実施形態による、荷電粒子ビーム源の側面図である。
【図13】一実施形態による、荷電粒子ビーム源を作製する方法を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本開示は、電子ビーム源、フィールドエミッタ、電子銃などのような荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）源の実施形態、ならびにそれらを製造するためのシステムおよび方法に関する。本明細書に開示されるＣＰＢ源は、ＣＰＢ顕微鏡などのＣＰＢシステムの文脈で説明されるが、電子ホログラフィ、Ｘ線源、平面ディスプレイ、ジェット推進などの他の用途においても有用であり得る。本明細書に記載のＣＰＢ源は、一対の電極に連結されたタングステンヘアピンなどの導電性（例えば、金属）支持部材と、支持部材の頂点に連結され、この頂点から延在する金属（例えば、タングステン）製取り付け部材と、を含み得る。取り付け部材は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６フィラメントなどのエミッタ部材が受容される軸方向ボアを画定し得る。取り付け部材は、取り付け部材の側面にあり、取り付け部材の自由端から軸方向にオフセットされた少なくとも１つの開口部、アパーチャ、またはチャネルをさらに画定し得る。エミッタ部材は、ボアの内面、エミッタ部材の対応する表面、および／または取り付け部材の外面が固定材料層によってコーティングされるように、取り付け部材の周りに流され、少なくとも１つのチャネルを通ってボア内に流入する固定材料層によって、取り付け部材のボア内に保持され得る。本明細書に開示されるＣＰＢ源は、重大な劣化なしに、かつ構造の他の要素によって加えられる圧縮力でエミッタを所定の位置にクランプまたは保持する必要なしに、ビーム生成エミッタとＣＰＢシステムの光軸との改善された位置合わせ、ならびに高温での長期の安定した信頼性のある動作を提供し得る。
【0027】
実施例１
図１は、ビームカラム１０２を備える荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）システム１００の代表的な実施形態を示す。ビームカラム１０２は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、または走査型透過電子顕微鏡（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）（ＳＴＥＭ）などの荷電粒子顕微鏡であり得る。例示の実施形態では、参照を容易にするために、限定するものではないが、ビームカラム１０２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）として構成されている。ＳＥＭ１０２は、集光レンズ１１６および対物レンズ１０６などの１つ以上のＣＰＢレンズを備え得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のＣＰＢレンズは、磁気レンズであり得、特に、対物レンズ１０６は、磁気対物レンズであり得る。ＳＥＭ１０２は、ターゲットまたはワークピースＷの画像を生成するために位置付けられている。
図１は、ビームカラム１０２を備える荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）システム１００の代表的な実施形態を示す。ビームカラム１０２は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、または走査型透過電子顕微鏡（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）（ＳＴＥＭ）などの荷電粒子顕微鏡であり得る。例示の実施形態では、参照を容易にするために、限定するものではないが、ビームカラム１０２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）として構成されている。ＳＥＭ１０２は、集光レンズ１１６および対物レンズ１０６などの１つ以上のＣＰＢレンズを備え得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のＣＰＢレンズは、磁気レンズであり得、特に、対物レンズ１０６は、磁気対物レンズであり得る。ＳＥＭ１０２は、ターゲットまたはワークピースＷの画像を生成するために位置付けられている。
【0028】
ＳＥＭ１０２は、ワークピースＷを保持および移動するための位置決めシステム１１０を収容する真空チャンバ１０８に、または真空チャンバ１０８内に取り付けられ得る。真空チャンバ１０８は、真空ポンプ（図示せず）を使用して排気され得る。
【0029】
ＳＥＭ１０２は、本明細書に記載のＣＰＢ源の実施形態のいずれかに従って構成され得るＣＰＢ源１１２を備え得る。ＳＥＭ１０２は、ＣＰＢ源１１２からの「生の」放射ビームを操作して、放射ビームに対して集光、収差緩和、クロッピング（開口を使用して）、フィルタリング、走査などの操作を実行するように構成され得る。例えば、ＣＰＢ源１１２は、粒子光軸１１５に沿って伝播する入力荷電粒子のビーム（例えば、電子ビーム）１１４を生成し得る。ＳＥＭ１０２は、一般に、ビーム１１４をワークピースＷに集束させるための集光レンズ１１６および対物レンズ１０６などの１つ以上のレンズ（例えば、ＣＰＢレンズ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＳＥＭ１０２は、ビーム１１４を操縦するように構成することができる偏向ユニット１１８を備え得る。例えば、ビーム１１４は、調査されているサンプルまたは処理されるべきワークピースを横切って走査運動（例えば、ラスターまたはベクトル走査）で操縦され得る。特定の実施例では、他のレンズ、デフレクタ、スティグメータ、および／またはアパーチャなどの追加のＣＰＢ構成要素が使用されているが、説明の便宜上、図示されていない。
【0030】
ＣＰＢシステム１００は、とりわけ、偏向ユニット１１８、荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）レンズ１０６、１１６、位置決めシステム１１０、および検出器（図示せず）を制御するための、およびワークピースもしくはその一部の画像、位置情報、またはシステム制御データなどの、検出器から収集された情報を表示ユニットに表示するためのコンピュータ処理装置ならびに／またはコントローラ１２８をさらに備え得る。場合によっては、制御コンピュータ１３０が、様々な励起を確立し、画像データを記録し、そして一般に、ＳＥＭ、位置決めシステムなどの動作を制御するために提供される。
【0031】
実施例２
図２および３は、一実施形態による、荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）源の構成要素、モジュール、またはアセンブリ２００を示す。ＣＰＢ源２００は、絶縁本体２０２と、絶縁本体２０２内に配設された、または埋め込まれた２つの電極２０４および２０６と、を備えるベース２０１を備え得る。特定の実施形態では、絶縁本体２０２は、様々なセラミック材料（例えば、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス、機械加工可能なガラスセラミックなど）のいずれかなどの高温絶縁材料からなり得る。
図２および３は、一実施形態による、荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）源の構成要素、モジュール、またはアセンブリ２００を示す。ＣＰＢ源２００は、絶縁本体２０２と、絶縁本体２０２内に配設された、または埋め込まれた２つの電極２０４および２０６と、を備えるベース２０１を備え得る。特定の実施形態では、絶縁本体２０２は、様々なセラミック材料（例えば、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス、機械加工可能なガラスセラミックなど）のいずれかなどの高温絶縁材料からなり得る。
【0032】
ＣＰＢ源２００は、絶縁本体２０２の片側で２つの電極２０４および２０６を相互接続する湾曲したまたは角度の付いた支持部材２０８（「ヘアピン」とも呼ばれる）をさらに備え得る。例示の実施形態では、支持部材２０８は、頂点２１４で一緒に連結された第１の部分２１０と、第２の部分２１２と、を備え得る。支持部材２０８の第１の部分２１０は、電極２０４に連結または電気的に接続され得、支持部材の第２の部分２１２は、電極２０６に連結または電気的に接続され得る。特定の実施例では、第１および第２の部分２１０および２１２は、頂点２１４を絶縁本体２０２の長手方向軸（例えば、軸２１８）に位置合わせするように、それぞれの電極２０４および２０６の反対側に（例えば、円周方向に１８０°オフセットされた円筒形電極の表面上の点に）連結され得る。しかしながら、他の実施形態では、部分２１０および２１２は、システムの特定の要件に応じて、電極の互いに同じ側に連結され得る。
【0033】
ＣＰＢ源２００は、支持部材２０８の頂点２１４に連結され、頂点２１４から延在する取り付け部材２１６をさらに備え得る。図３は、取り付け部材２１６をより詳細に示す。例示の実施形態では、取り付け部材２１６は、支持部材２０８の頂点２１４に連結された第１の端部２２０と、自由な第２の端部２２２と、を含む円筒体として構成されているが、他の実施形態では、取り付け部材は、任意の形状を有してもよい。取り付け部材２１６は、長手方向軸２１８を画定し得る。取り付け部材２１６は、別個に形成されて、支持部材２０８に（例えば、溶接によって）取り付けられてもよいか、または支持部材と取り付け部材とが単一構造であるように、支持部材と一体的に形成されてもよい。本明細書で使用される場合、「一体的に形成された」および「単一構造」という用語は、別々に形成された材料片を互いに対して固定するための任意の溶接、留め具、または他の手段を含まない構造を指す。
【0034】
図５を参照すると、取り付け部材２１６は、取り付け部材内に形成され、自由な第２の端部２２２から長手方向軸２１８（図３）に沿った方向に延在するシャフト／ルーメン／キャビティ／ボア２２６をさらに備え得る。例えば、例示の実施形態では、ボア２２６は、自由な第２の端部２２２の自由縁に開口部２２８を含み、以下でさらに説明するように、エミッタ部材またはフィラメント２２４を受容するように構成され得る。特定の実施形態では、ボア２２６は、例えば、エミッタ部材２２４の長さに応じて、取り付け部材２１６の長さのうちの任意の部分に沿って延在し得る。例示の実施形態では、ボア２２６は、エミッタ部材２２４の長方形の断面に対応する長方形の断面を有するが、他の実施形態では、ボアは、エミッタの形状に応じて、丸いまたは円形の断面などの任意の断面形状を有してもよい。
【0035】
特定の実施形態では、取り付け部材２１６は、その長さに沿って離間し、チャネル／凹部／トレンチ／スロット２３０として構成された１つまたは複数の開口部を備え得る。チャネル２３０は、取り付け部材２１６の第２の端部２２２内に形成され得、取り付け部材の断面を通って少なくとも部分的に延在し得る。図３および５を参照すると、以下でより詳細に説明される固定材料層２４２を適用する前に、チャネル２３０は、ボア２２６と流体連通であり得る。特定の実施形態では、チャネル２３０は、長手方向軸２１８（図３）に垂直に延在し得、取り付け部材２１６の長さに沿って互いに軸方向に離間され得る。
【0036】
特定の実施形態では、チャネル２３０は、自由な第２の部分２２２内に形成され得る。例えば、例示の実施形態では、自由な第２の端部２２２は、長手方向軸２１８に沿って互いに軸方向に離間し、取り付け部材の厚さのほぼ中間まで延在する２つのチャネル２３０Ａおよび２３０Ｂを備える。自由な第２の端部２２２は、連続するチャネル２３０の間、および／または特定の実施形態では、自由な第２の端部２２２の端面に配設された保持部材／部分２３２として構成された湾曲した突起または延長部をさらに備え得る。例えば、図５に示される実施形態では、取り付け部材２１６は、チャネル２３０Ａと２３０Ｂとの間の湾曲した保持部分２３２Ａと、チャネル２３０Ｂの遠位に位置する湾曲した保持部分２３２Ｂと、を備える。ボア２２６は、保持部分２３２Ａおよび２３２Ｂを通って延在し得る。
【0037】
図５をさらに参照すると、例示の実施形態では、取り付け部材２１６は、保持部分２３０Ｂから軸方向に（例えば、遠位に）延在する延長部分またはクレードル部分２３４をさらに備え得る。クレードル部分２３４は、ボア２２６と軸方向に位置合わせされ、（少なくともエミッタ部材２２４の挿入および固定材料層２４２の適用の前に）ボア２２６と流体連通している長手方向に延在する凹部またはチャネル２３６を画定し得る。特定の実施形態では、クレードル部分２３４は、一緒にノッチ２４６を画定し得る、３つの軸方向に延在する尖った突起２４８、２５０、および２５２を備え得る。
【0038】
特定の実施形態では、チャネル２３０は、例示の実施形態のように、互いに円周方向に位置合わせされ得るか、または円周方向にオフセットされ得る。例えば、特定の実施形態では、チャネル２３０は、取り付け部材２１６の円周の周りのどこにでも形成され得、任意の角度間隔を有し得る。例えば、図１４は、チャネル２３０Ａおよび２３０Ｂが、互いに円周方向に１８０°オフセットされている別の実施例を示す。チャネル２３０はまた、システムの特定の要件に応じて、例示のように均一な軸方向間隔で、またはチャネル間で異なる軸方向間隔で、形成され得る。チャネル２３０はまた、軸方向で測定された任意の幅を有し得、取り付け部材の円周の任意の割合の周りに延在し得る。チャネルも、同じ幅または円周長を有する必要はない。他の実施形態では、取り付け部材は、図１５に示されるように、単一のチャネル２３０のみを含んでもよい。さらに他の実施形態では、チャネル２３０は、ボア２２６と流体連通する任意のサイズおよび／または形状の開口部またはアパーチャであり得、固定剤をボア内に入れるために、取り付け部材２１６に沿って、および／または取り付け部材２１６の周りに任意の数および任意の位置に形成され得る。例えば、図１６は、示されるように互いに角度的におよび長手方向に位置合わせされ得るか、または任意の配置で角度的におよび／または長手方向にオフセットされ得る、複数の丸いアパーチャ２６０を含む取り付け部材２１６を示す。取り付け部材はまた、取り付け部材に沿って軸方向に離間されたそのようなアパーチャ２６０の複数の列またはバンドを含み得る。さらに他の実施形態では、エミッタ部材２２４は、支持部材２０８内に、例えば、頂点に形成されたボア内に受容され得、取り付け部材を含む必要はない。
【0039】
上記のように、ＣＰＢ源は、取り付け部材２１６に連結されたエミッタ部材２２４をさらに備え得る。より具体的には、エミッタ部材２２４のベースまたは第１の端部２３８（図６）が、取り付け部材２１６のボア２２６内に受容され得、エミッタ部材は、取り付け部材の自由な第２の端部２２２から長手方向軸２１８（図３）に沿った方向に、軸方向に延在し得る。特定の実施形態では、エミッタ部材２２４の先端または自由端部は、鋭利または先が尖っていてもよい。例示の実施形態では、エミッタ部材２２４は、長方形のボア２２６に対応する長方形の断面を有しているが、エミッタ部材２２４およびボア２２６は、任意の断面形状を有してもよい。
【0040】
エミッタ部材２２４は、比較的低い仕事関数（例えば、２．６ｅＶ以下などの、２．９３ｅＶ以下）を示す様々な材料のいずれかからなり得る。例示的な材料としては、結晶性六臭化ランタン（ＬａＢ６）、六臭化セシウム（ＣｅＢ６）、結晶性タングステン（例えば、Ｗ（１００））、ＺｒＯ被覆結晶性タングステン、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノコーン、ＺｎＯナノベルト、ＷＯｘナノワイヤー、または他の金属ナノワイヤーなどが挙げられる。
【0041】
特定の実施形態では、エミッタ部材２２４およびボア２２６は同じ断面形状を有しているが、ボア２２６の断面（例えば、断面積）は、エミッタ部材の第１の端部２３８の断面（例えば、断面積）よりも大きくてもよい。このことが図１１に示されており、エミッタ部材２２４の第１の端部２３８の断面が、ボア２２６の断面に概略的に重ねて示されている。したがって、エミッタ部材２２４を取り付け部材２１６に固定する、あるいは取り付ける前に、エミッタ部材は、ボア２２６内で取り付け部材に対して長手方向に自由に移動し得る。したがって、既存のフォーゲルタイプのＣＰＢ源と異なり、例示の実施形態では、取り付け部材２１６は、エミッタ部材を所定の位置に保持するために、エミッタ部材２２４をクランプしたり、またはエミッタ部材２２４に圧縮力を印加したりしない。
【0042】
したがって、エミッタ部材２２４をボア２２６内の所定の位置に固定するために、固定材料、結合剤、または固定または結合剤手段が使用され得る。特定の実施形態では、固定材料は、エミッタ部材２２４を取り付け部材２１６に固定する／結合する／留める／連結する／取り付ける材料の層の形態であり得、本明細書では固定材料層２４２と呼ばれる（図３および７）。特定の実施形態では、固定材料層２４２は、コロイド液体またはゾルの分散相などの液体状態または流動可能な状態で適用される材料であり得る。特定の実施形態では、固定材料層２４２は、コロイド状グラファイト混合物の液相または液媒の蒸発後に残されたグラファイトの層を含み得る。特定の実施形態では、固定材料層２４２は、エミッタ部材２２４をボア内の所定の位置に接合または固定するために、ボア２２６内のエミッタ部材２２４の周囲の周り、および／または取り付け部材２１６の外側の周りに少なくとも部分的に延在し得る。
【0043】
固定材料層２４２を形成するために使用され得る例示的な材料としては、グラファイト、グラフェン、バッキーボール（例えば、Ｃ６０）、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボンなどが挙げられる。そのような材料は、液相が、水（例えば、水性コロイド状混合物）、アルコール（例えば、イソプロパノール）、アセトンなどのいずれかを含むコロイド状混合物の一部（例えば、分散相）として適用され得る。他の実施形態では、エミッタ部材２２４は、タングステン、レニウム、モリブデン、タンタルなどの比較的高い溶融温度を有する他の材料、および／または集束イオンビーム（ＦＩＢ）溶接を含む他のプロセス、電子ビーム蒸着、熱蒸発、スパッタリング、化学蒸着、原子層堆積などのさまざまな薄膜蒸着技術のいずれかを使用して、所定の位置に固定され得る。
【0044】
特定の実施形態では、支持部材２０８および／または取り付け部材２１６は、比較的高い融点を有する様々な金属のいずれかなど、任意の導電性の高温材料で作製され得る。非限定的な例として、タングステン（Ｗ）（例えば、多結晶タングステン）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、ニオブ（Ｎｂ）など、および／またはそのような金属の組み合わせまたは合金が挙げられる。
【0045】
図４～９は、一実施形態による、ＣＰＢ源２００を作製する代表的なプロセスを示す。図４は、ボアおよびチャネルを形成する前の機械加工されていない状態の、支持部材２０８に取り付けられた取り付け部材２１６を示す。特定の実施形態では、取り付け部材２１６の自由な第２の端部２２２は、尖った先端２４４を備え得る。特定の実施形態では、支持部材２０８および／または絶縁本体２０２は、適切な固定具に取り付けられ得、ボア２２６は、例えば、レーザービーム加工、集束イオンビームミリングなどの様々なミリングまたはマイクロマシニング技術のいずれかによって形成され得る。チャネル２３０は、同様の方法で、および／または化学エッチング（例えば、湿式または乾式エッチング）、フォトリソグラフィなどを含む他の技術によって形成され得る。
【0046】
図５は、ボア２２６およびチャネル２３０を形成した後の取り付け部材２１６を示す。例示の実施形態では、尖った先端２４４（図４）の一部が部分的にミリングで除去されて、クレードル部分２３４および突起２４８～２５２を形成し得る。他の実施形態では、尖った先端２４４は、ミリングされないままであってもよいか、またはミリングで完全に除去されてもよい。図６を参照すると、次に、エミッタ部材２２４が、例えば、マイクロマニピュレータを使用して、矢印２５４の方向にボア２２６内に挿入され得る。ボア内に受容されると、エミッタ部材が保持部分の位置において取り付け部材の材料によって囲まれるように、保持部分２３２Ａおよび２３２Ｂが、エミッタ部材２２４の周りまたは上に延在し得る。
【0047】
図７を参照すると、次に、固定材料層２４２を適用することによって、エミッタ部材２２４が、所定の位置に固定され得る。特定の実施形態では、固定材料層２４２が、コロイド状グラファイトの場合のように、液体状態で適用（例えば、ピペットを使用して注入）され得る。コロイド液体が、チャネル２３０の周りに、およびチャネル２３０を通って、ボア２２６（図５）内およびエミッタ部材２２４の周りに流れ得、その結果、エミッタ部材２２４およびボアの内面が、ボア２２６の実質的に全長に沿って、コロイド液体によって湿潤される。コロイド液体の液媒または液相が蒸発することが可能になり、エミッタ部材、ボア、および取り付け部材の表面をコーティングしている／被覆している／封入している／包んでいる固定材料層（例えば、グラファイト層）を残して、エミッタ部材２２４を所定の位置に保持し得る。特定の実施形態では、図７および８に示されるように、固定材料層２４２が、エミッタ部材２２４と、大き過ぎるボア２２６との間の間隙または空洞を充填し得る。特定の実施形態では、固定材料層２４２と、取り付け部材２１６とが高温で一緒に接合／融合／溶着し、固定材料層が炭素またはグラファイトを含み、取り付け部材がタングステンを含む実施形態などで、エミッタ部材２２４を取り付け部材に固定するのにさらに役立ち得る。このような融合または溶着は、通常の顕微鏡操作中、および／またはアセンブリが加熱される慣らし運転期間中に起こり得る。
【0048】
図８は、取り付け部材２１６に固定されたエミッタ部材２２４を示す。特定の実施形態では、エミッタ部材２２４は、次に、冷電界エミッタ、ショットキーエミッタなどとして動作するための追加の処理または成形ステップを経ることができる。例えば、特定の実施形態では、エミッタ部材２２４は、取り付け部材２１６を超えて指定された距離（例えば、特定の実施形態では２００μｍ）延在するように短縮され得る。特定の実施形態では、エミッタ部材２２４の先端または自由端部はまた、所望の特定の特性に応じて、先が尖るように、または他の指定された形状に成形／機械加工／ミリングされ得る。例えば、図９および１０は、角錐（図９）およびナノロッド（例えば、円筒形または実質的に円筒形）（図１０）として構成されたエミッタ部材２２４を示す。このようなエミッタは、冷電界エミッタまたはショットキーエミッタとして動作するように構成され得る。
【0049】
図１２は、本明細書に記載のＣＰＢシステムのいずれかに従って構成され得る、荷電粒子顕微鏡３００内に取り付けられたＣＰＢ源２００の断面図を示す。顕微鏡３００内に取り付けられると、エミッタ部材２２４は、顕微鏡の粒子光軸３０２に沿って正確に位置合わせされ得る。（エミッタが冷電界エミッタとして構成されているか、ショットキーエミッタとして構成されているかに応じて）（例えば、支持部材２０８を通して電流を流すことにより）エミッタ部材２２４を電気的にバイアスおよび／または加熱することにより、エミッタ部材２２４が、荷電粒子のビームを放出し得、このビームが、上記のように、ビームカラムのさまざまな要素によって操作および集束され得る。図１２では、断面の平面の後ろに位置する支持部材２０８の第２の部分２１２の一部のみが見える。
【0050】
本明細書に記載の実施形態のうちの１つ以上は、既存のＣＰＢ源を超える重要な利点を提供し得る。例えば、エミッタ部材を取り付け部材のボア内に挿入し、固定材料をボア内に流すことによってエミッタ部材を所定の位置に固定することにより、従来のフォーゲルマウントを使用して可能であるよりも著しく小さいＣＰＢ源の製造が可能になる。本明細書に記載のＣＰＢ源の取り付け部材２１６は、直径が数十マイクロメートル以下であり得る一方、匹敵するフォーゲルマウントは、数百マイクロメートルから数ミリメートルまでの直径または主寸法を有するタングステンベースマウントまたはクランプ部材を必要とする可能性がある。したがって、本明細書で説明されるように構成されたＣＰＢ源のビーム生成部分は、フォーゲルマウントを含む匹敵するＣＰＢ源よりも１０倍小さくあり得る。これにより、エミッタフィラメントを動作温度まで加熱するために必要な電流を減らすこともでき、対応する熱安定性の向上がもたらされる。
【0051】
さらに、本明細書に記載のＣＰＢ源を製造するために必要な時間が、同等もしくはより優れた性能を提供しながら、既存のソースと比較して大幅に短縮され得る。より具体的には、ボア２２６が、取り付け部材２１６の軸と正確に位置合わせされて形成され得るので、エミッタ部材２２４は、ボア内に受容されたときに、自動的にこの軸に正確に位置合わせされ得、複雑な位置合わせ手順および固定具は必要ない。さらに、エミッタ部材は、フォーゲルマウントのように支持構造体によって印加される圧縮力によって所定の位置にクランプまたは保持されないので、エミッタ部材２２４を取り付ける複雑さ、および必要な時間も大幅に短縮され得る。特に、本明細書に記載のＣＰＢ源の構成は、作業のすべてが組み立ておよび位置合わせを複雑にする、エミッタフィラメントを受容するために、支持構造体のクランプ部材をバラバラに広げることも、グラファイトシートなどの部材をクランプ部材と、エミッタフィラメントとの間に配置することも必要としない。
【0052】
さらに、ボアの形成、チャネルの形成、エミッタ部材の配置、および／または固定材料層の適用のいずれかまたはすべてが、周囲実験室条件（例えば、「空気中」）で行われ得、真空下で実施される必要がない。これにより、既存のビーム源、特に真空下での構成要素のＦＩＢ溶接または固定を必要とするものと比較して、ＣＰＢ源２００の製造に必要な時間が、大幅に低減され得る。本明細書に記載のＣＰＢ源の製造はまた、自動化され得、および／または商業規模で実施され得る。
【0053】
本明細書に記載の構造を有するＣＰＢ源が、荷電粒子顕微鏡内で１０－６トールの圧力で約１時間、２２００Ｋの温度に加熱され、機械的ドリフトも、固定材料層からの材料損失も実質的に全く観察されず、本明細書に記載のＣＰＢ源の実施形態が堅牢で信頼できることが示された。
【0054】
本明細書に記載のＣＰＢ源は、そのような顕微鏡が、集束イオンビーム（ＦＩＢ）ミルなどの他のビームカラムと組み合わされるマルチビームシステムを含む、上記のＳＥＭ、ＴＥＭ、またはＳＴＥＭなどの様々な荷電粒子ビームシステムのいずれかで使用され得る。
【0055】
図１３は、ＣＰＢ源２００を作製する代表的な方法を示す。プロセスブロック４００において、ベース部材２０２がチャックまたは固定具に取り付けられた状態で、ボア２２６が、例えば、パルス波または連続波の集束または非集束レーザービームを用いて、取り付け部材２１６内に形成され得る。プロセスブロック４０２において、開口部／アパーチャ／チャネル２３０が、例えば、パルス波または連続波の集束または非集束レーザービーム、エッチング、またはフォトリソグラフィプロセスによって、取り付け部材２１６の自由な第２の端部２２２に形成され得る。プロセスブロック４０４において、ベース部材２０２が１つの固定具に保持され、エミッタ部材２２４がマイクロマニピュレータなどの別の固定具に保持された状態で、エミッタ部材が、ボア２２６と位置合わせされ、ボア２２６内に挿入され得る。プロセスブロック４０６において、液体がチャネル２３０を通ってボア２２６内およびエミッタ部材２２４の周りに流れて、エミッタ部材、ボア、保持部分、および取り付け部材の他の部分の表面をコーティングするように、コロイド状グラファイト液体を取り付け部材の自由な第２の端部２２２にピペッティングすることによってなどで、固定材料層２４２が適用され得る。コロイド液体の液相が蒸発したときに、ソースが使用されるＣＰＢシステムの特定の要件に応じて、エミッタ部材２２４のさらなる成形が実行され得る。代替的に、固定材料層は、上記のように、薄膜蒸着などによってなど、他の方法で適用され得る。
【0056】
用語の説明
本出願および特許請求の範囲において使用される、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形も含む。加えて、「含む」という用語は、「備える」を意味する。さらに、「結合された」という用語は、結合された項目間の中間要素の存在を排除するものではない。
本出願および特許請求の範囲において使用される、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形も含む。加えて、「含む」という用語は、「備える」を意味する。さらに、「結合された」という用語は、結合された項目間の中間要素の存在を排除するものではない。
【0057】
本明細書に記載のシステム、装置、および方法は、多少なりとも制限的なものとして解釈されるべきではない。そうではなく、本開示は、単独で、ならびに互いとの様々な組合せおよびに部分的組合せによる、様々な開示された実施形態のすべての新規かつ非自明な特徴および態様に関する。開示されたシステム、方法、および装置は、任意の特定の態様または特徴、もしくはこれらの組合せに限定されず、開示されたシステム、方法、および装置は、任意の１つ以上の特定の利点が存在する、または問題が解決されることも必要としない。いずれの動作理論も説明を容易にするためであるが、開示されたシステム、方法、および装置は、そのような動作理論に限定されない。
【0058】
開示された方法のいくつかの動作は、提示の便宜上、特定の順序で記載されているが、本明細書に記載される具体的な言葉によって特定の順序付けが要求されない限り、この説明方法が並び替えを包含することが、理解されるべきである。例えば、順に記載される動作は、いくつかの場合において、並び替えられるかまたは同時に実施され得る。さらに、単純化のために、添付の図面は、開示されたシステム、方法、および装置が、他のシステム、方法、および／または装置と共に使用され得る様々な方法を示さない場合がある。加えて、説明は、開示された方法を説明するために、「生成する」および「提供する」のような用語を使用することがある。これらの用語は、実行される実際の動作の高レベルの抽象化である。これらの用語に対応する実際の動作は、特定の実施態様に応じて、様々であり、当業者には容易に認識可能である。
【0059】
いくつかの例では、値、手順、または装置は、「最低」、「最良」、「最小」などと呼ばれる。そのような記載は、多くの使用される機能的選択肢からの選択が可能であることを示すことを意図しており、そのような選択は、他の選択よりも優れている（ｂｅｔｔｅｒ）、小さい（ｓｍａｌｌｅｒ）、または他の点で望ましい（ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｅ）必要はないことが理解されよう。
【0060】
特定の例は、「上に」、「下に」、「上の」、「下の」などとして示される方向を参照して説明されることがある。これらの用語は、説明の便宜上使用されているが、特定の空間的方向性を示唆するものではない。
【0061】
本明細書に記載されている様々な構成要素、パラメータ、動作条件などの代替案があるが、それは、それらの代替案が必ずしも同等であり、および／または同等に良好に機能することを意味するものではない。また、特に明記されていない限り、代替案が好ましい順で列挙されることも意味しない。
【0062】
開示された技術の原理が適用され得る多数の可能な実施形態に照らして、例示の実施形態は単なる例であり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないと認識すべきである。むしろ、開示の範囲は、少なくとも以下の特許請求の範囲、およびその中に記載された特徴の等価物と同程度の広さである。したがって、私たちはこれらの主張の範囲および趣旨に含まれるすべてのものを主張する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
