特許 7659480 ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ、ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法、及びマルチビーム形成方法

(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】2025-04-01

(45)【発行日】2025-04-09

(54)【発明の名称】ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ、ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法、及びマルチビーム形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/06 20060101AFI20250402BHJP

【ＦＩ】

H01J37/06 A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021156836

(22)【出願日】2021-09-27

(65)【公開番号】P2022069399

(43)【公開日】2022-05-11

【審査請求日】2024-08-06

(31)【優先権主張番号】17/078,681

(32)【優先日】2020-10-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(73)【特許権者】

【識別番号】317008610

【氏名又は名称】ニューフレアテクノロジー アメリカ，インク．

【氏名又は名称原語表記】ＮｕＦｌａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】１２９４ Ｈａｍｍｅｒｗｏｏｄ Ａｖｅｎｕｅ，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ ９４０８９，Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(72)【発明者】

【氏名】ヴィクター カツァプ

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２２４９８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－６１０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－１７９１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１８９９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／０６

Ｈ０１Ｊ ３７／０９

Ｈ０１Ｊ １／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エクストラクタフェースプレートを有するショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）エミッタと、
前記エクストラクタフェースプレートと一体化されるスタンドオフと、
前記スタンドオフと一体化されて前記エクストラクタフェースプレートの反対側に配置され、複数のマイクロホールを有する、マイクロホールアレイプレートと、
を備えることを特徴とするショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項2】

前記エクストラクタフェースプレート、前記スタンドオフ、及び、前記マイクロホールアレイプレートと、が同じ材料から製造されることを特徴とする請求項１に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項3】

前記同じ材料がチタン－ジルコニウム－モリブデン、チタン、又は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項２に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項4】

前記同じ材料が機械加工可能な導電性セラミック材料であることを特徴とする請求項２に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項5】

前記機械加工可能な導電性セラミック材料がアルミナであることを特徴とする請求項４に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項6】

前記エクストラクタフェースプレート、前記スタンドオフ、及び、前記マイクロホールアレイプレートが同じ又は異なる材料から製造されることを特徴とする請求項１に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項7】

前記エクストラクタフェースプレートがステンレス鋼から製造され、前記スタンドオフが抵抗性材料から製造され、及び、前記マイクロホールアレイプレートが機械加工可能なセラミック材料から製造されることを特徴とする請求項６に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項8】

前記エクストラクタフェースプレートがステンレス鋼から製造され、前記スタンドオフ及び前記マイクロホールアレイプレートが機械加工可能な導電性のセラミック材料から製造されることを特徴とする請求項６に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項9】

前記機械加工可能なセラミック材料がアルミナであることを特徴とする請求項８に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項10】

前記スタンドオフの第１の端部が前記エクストラクタフェースプレートに一体化され、
前記スタンドオフの第２の端部に配置されるとともに前記スタンドオフを前記マイクロホールアレイプレートに接続するように構成される装着形態部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項11】

前記スタンドオフは、前記マイクロホールアレイプレートを前記エクストラクタフェースプレートから０．５ｍｍ～２ｍｍだけ離間させることを特徴とする請求項１に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項12】

前記マイクロホールアレイプレートのマイクロホールアレイが３×３アレイ又は４×５アレイ又は５×５アレイであることを特徴とする請求項１に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項13】

前記マイクロホールアレイプレートにおける前記マイクロホールのそれぞれが同じ直径を有し、前記直径が１０ミクロン～１２０ミクロンであることを特徴とする請求項１に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項14】

前記マイクロホールは、前記ビームスプリッタの中心から前記ビームスプリッタの外周に向かってサイズが増大することを特徴とする請求項１に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ。

【請求項15】

ビームスプリッタをショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）エミッタのエクストラクタフェースプレートと一体化させるためのビームスプリッタの一体化方法であって、
スタンドオフの第１の端部を前記エクストラクタフェースプレートに一体化させる工程と、
基板にマイクロホールを形成することによりマイクロホールアレイプレートを形成する工程と、
前記マイクロホールアレイプレートを前記スタンドオフの第２の端部に取り付ける工程と、
を備え、
前記第２の端部が前記第１の端部の反対側であり、
前記スタンドオフは、前記マイクロホールアレイプレートを前記エクストラクタフェースプレートの上方に０．５ｍｍ～２ｍｍの距離で支持する、
ことを特徴とするショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法。

【請求項16】

前記スタンドオフを前記エクストラクタフェースプレートに溶接することによって前記スタンドオフの前記第１の端部を一体化させる工程、又は、
前記スタンドオフを前記エクストラクタフェースプレートに蝋付けすることによって前記スタンドオフの前記第１の端部を一体化させる工程、又は、
前記スタンドオフの前記第１の端部の内部に溝を機械加工し、前記エクストラクタフェースプレートを前記溝に挿入し、前記エクストラクタフェースプレートを前記スタンドオフに溶接することによって、前記スタンドオフの前記第１の端部を一体化させる工程、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１５に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法。

【請求項17】

溶接、摩擦攪拌溶接、半田付け、クランプ、又は熱接着剤による結合によって前記マイクロホールアレイプレートを前記スタンドオフに取り付ける工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１５に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法。

【請求項18】

前記マイクロホールアレイプレートを形成する工程において、前記基板に複数のマイクロホールがマイクロドリル加工により形成され、
前記マイクロホールの直径は、前記マイクロホールアレイプレートの中心から前記マイクロホールアレイプレートの外周に向かって増大することを特徴とする請求項１５に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法。

【請求項19】

前記マイクロホールアレイプレートを形成する工程において、前記マイクロホールアレイプレートにおける前記マイクロホールがマイクロマシニングによって形成され、
前記マイクロマシニングがマイクロドリル加工又は化学エッチングを含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法。

【請求項20】

複数の電子ビームを形成するためのマルチビーム形成方法において、
ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）エミッタに電力を供給してエクストラクタ開口で電子ビームを生成する工程と、
エクストラクタ接点に電圧を供給する工程と、
複数のマイクロホールを備えるマイクロホールアレイプレートに電子ビームを通すことによって前記電子ビームを複数の電子ビームに分割する工程であって、前記マイクロホールアレイプレートが、エクストラクタフェースプレートと一体化されるスタンドオフによって前記エクストラクタフェースプレートの０．５ｍｍ～２ｍｍ上方に支持される、工程と、
を備えたことを特徴とするマルチビーム形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施態様は、ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ、ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法、及びマルチビーム形成方法に関する。一般に、スタンドオフによってビームスプリッタとマイクロホールアレイプレートとが一体化されるショットキー熱電界エミッタ（ＴＦＥ）のエクストラクタに関し、スタンドオフは、エクストラクタの上方に及びエクストラクタに近接してビームスプリッタのマイクロホールアレイプレートを支持する。

【背景技術】

【0002】

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、ターゲット材料に衝突するべく使用される電子ビームを生成する電界放出銃（ＦＥＧ）を必要とする。ＦＥＧは、電子ビーム源としてショットキーＴＦＥエミッタを含む場合がある。

【0003】

初期のＳＥＭは単一の電子ビームのみを備えていた。各ビームは小さなターゲット領域しか走査できなかったため、単一のターゲットのラスタ走査には多くの時間／日数を要した。

【0004】

複数のビーム又はビームレットを使用する試みがなされてきた。これまでの取り組みには、固体フォイルの複数の穴のアレイとしてスタンドアロンビームスプリッタを使用すること、及び、このスタンドアロンビームスプリッタを、ＦＥＧの内部又は鏡筒の外部などの熱電界放出源から離れた場所に配置することが含まれていた。

【0005】

これらの設計の制限としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない。
（１）分割前の大きなビーム電流は、スプリッタに到達する前に長距離を移動する必要があり、これにより、望ましくない広範囲にわたる確率的な空間電荷効果が生じ、電子のエネルギー拡散が広がるとともに、軌道が変位し、その結果、ビームレットぼけや、ピンぼけが引き起こされる。
（２）ショットキーＴＦＥによって放出される強く発散するビームは、ほんの僅かな数の電子が遠隔のスタンドアロンビームスプリッタの個々の穴を通過するので各分割ビーム（ビームレット）の全電流は非常に小さい。

【0006】

ショットキーＴＦＥ源は、タングステンワイヤの周囲にジルコニウムリザーバを備える非常に鋭利なチップを伴う単結晶タングステンワイヤから成る。チップはヘアピンフィラメントに取り付けられ、ヘアピンフィラメントは、チップを１７５０Ｋ～１８５０Ｋの温度に維持するために使用される。このアセンブリはセラミックベース上に取り付けられ、２つの電極が加えられる。

【0007】

第１の電極は、タングステンワイヤを取り囲む開口を有するサプレッサである。第２の電極は、ワイヤのチップの真上に開口を有するエクストラクタである。チップは、サプレッサの開口を通じて突出するとともに、エクストラクタと対向しており、これは、ショットキーチップ、サプレッサ、及び、エクストラクタから構成される従来の三極管銃のアノードと見なされ得る。電子は、チップにおける熱励起及び電界の両方に起因してチップから放出される。チップの半径は一般に０．３ミクロン～１．０ミクロンの範囲である。エクストラクタの中心孔は一般にチップから０．５ミクロンである。

【0008】

電子ビームがショットキーＴＦＥエミッタから放出されると、ビームは、エクストラクタのレンズ効果、電子の熱速度、及び、ベルシュ効果に起因して広がる。ベルシュ効果とは、電子間の確率的クーロン相互作用を指し、この相互作用は、電子のエネルギー拡散を増大させて、色収差及び軌道変位の増大を引き起こす。

【0009】

ＦＥＧは、ショットキーＴＦＥエミッタを保持するとともに、ビームを成形及び整列させるための更なる電極を有する。これらの電子の機能は、差動ポンピング開口としても知られるＦＥＧ出口開口にビームを集束させることである。ＦＥＧの内部は、真空下にあり、ショットキー動作のために必要に応じて一般に４×１０^－９Ｔｏｒｒ未満の圧力を伴う。

【0010】

しかしながら、単一のＴＦＥは、単一の狭いビームのみをターゲットに送出できる。従来の解決策は、カソード電極の後で且つＦＥＧの出口開口の前のあるポイントに位置されるビームスプリッタで電子ビームを分割することを含む。

【0011】

ＦＥＧ内にビームスプリッタを含める試みがなされてきた。図１は、一実施形態の比較例におけるビームスプリッタを含むショットキーＴＦＥエミッタを示す概略図である。また、図１は、ＦＥＧ１０２の内側であるがショットキーＴＦＥエミッタ１０４、サプレッサ１０６及びエクストラクタ１０８のフェースプレートから距離を隔てて位置されるビームスプリッタ１１４を示す概略図である。
ＦＥＧ１０２は、ショットキーＴＦＥエミッタ１０４を真空内に保持する。ＦＥＧ側の真空は１０^－９Ｔｏｒｒ程度である。チップ１０５は、エクストラクタ１０８の背後に位置される。チップ１０５が電子を放出すると、電子は、エクストラクタ１０８における電位によってエクストラクタ１０８に向けて引き寄せられる。非限定的な例では、エクストラクタ電圧が２ｋＶ～７ｋＶ程度になり得る。エクストラクタ１０８の上端面（図１では、エクストラクタ１０８の下面）がＴＦＥのフェースプレートである。電子ビーム１１６がエクストラクタ１０８、及び電極１１０、１１２によって成形されて、電子ビームがビームスプリッタ１１４に集束される。分割ビーム１１８（ビームレット）は、ビームスプリッタ１１４から抜け出て、下方にある光学素子によってターゲット（図１に示されない）上へ集束される。ターゲットでは、単一のビームではなく、分割ビーム１１８（ビームレット）が、単一のビームよりも広い面積のターゲットを同時に走査できる。しかしながら、この手法では、ビームスプリッタ１１４を通過するビームの電流密度が小さい。これは、分割前のビームがエクストラクタ１０８からビームスプリッタ１１４へ移動する長い距離にわたって空間電荷効果に起因して分割前の電子ビーム１１６のエネルギー拡散及び軌道変位が高いからである。更に、高真空を維持することは難しく、そのため、多電極デバイスの製造が高価になる。

【0012】

他の従来の解決策は、ＦＥＧの外側、鏡筒内のどこかにビームスプリッタを位置させることである。図２は、一実施形態の比較例におけるショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートの上方に支持されるビームスプリッタを示す概略図である。また、図２は、チップ２０５を有するショットキーＴＦＥエミッタ２０４、開口プレート２０６、及び、エクストラクタ２０８を含むＦＥＧ２０２を示す概略図である。電子ビーム２１６は、それがコリメータレンズ２２０に到達するまで広がる。その後、コリメートされたビームは、ビームスプリッタ２１４を通過して分割ビーム２１８を形成する。コンデンサレンズ２２２、ブランカ開口２２４、ビームストッパ２２６、及び、投影レンズ２３０が、分割ビーム２１８（ビームレット）をターゲット２３４上に集束させる。ビームストッパ２２６は、各分割ビーム２１８の過剰な広がりを取り除く。これは、これらの発散ビーム２２８がターゲットでノイズを引き起こし得るからである。しかしながら、図２の従来の解決策におけるターゲットでの分割ビーム２１８は、ビームスプリッタ２１４における分割前のビームの直径が大きいため、低電流を有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

前述の構造のそれぞれは、それらの採用を妨げる１つ以上の欠点に見舞われる。したがって、以下、実施形態の１つの目的は、ビームが幅広く発散する前にショットキーＴＦＥエミッタと一体化したビームスプリッタが電子ビームを分割し、それにより、各分割ビームの電流を高く保つとともに、ビームの発生ポイント（ショットキーチップ）に非常に近いビームを分割することにより空間電荷効果を減少させる。したがって、以下、実施形態では、分割前の高電流ビームの長距離移動を防止するための方法及びシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一態様のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタは、
エクストラクタフェースプレートを有するショットキーＴＦＥエミッタと、
前記エクストラクタフェースプレートと一体化されるスタンドオフと、
前記スタンドオフと一体化されて前記エクストラクタフェースプレートの反対側に配置され、複数のマイクロホールを有する、マイクロホールアレイプレートと、
を備えることを特徴とする。

【0015】

また、エクストラクタフェースプレート、前記スタンドオフ、及び、前記マイクロホールアレイプレートと、が同じ材料から製造されると好適である。

【0016】

また、上述した同じ材料がチタン－ジルコニウム－モリブデン、チタン、又は、ステンレス鋼であると好適である。

【0017】

或いは、同じ材料が機械加工可能な導電性セラミック材料であると好適である。

【0018】

また、機械加工可能な導電性セラミック材料がアルミナであると好適である。

【0019】

或いは、エクストラクタフェースプレート、前記スタンドオフ、及び、前記マイクロホールアレイプレートが同じ又は異なる材料から製造されると好適である。

【0020】

また、エクストラクタフェースプレートがステンレス鋼から製造され、前記スタンドオフが抵抗性材料から製造され、及び、前記マイクロホールアレイプレートが機械加工可能なセラミック材料から製造されると好適である。

【0021】

或いは、エクストラクタフェースプレートがステンレス鋼から製造され、前記スタンドオフ及び前記マイクロホールアレイプレートが機械加工可能な導電性のセラミック材料から製造されると好適である。

【0022】

また、機械加工可能なセラミック材料がアルミナであると好適である。

【0023】

また、スタンドオフの第１の端部が前記エクストラクタフェースプレートに一体化され、
前記スタンドオフの第２の端部に配置されるとともに前記スタンドオフを前記マイクロホールアレイプレートに接続するように構成される装着形態部をさらに備えると好適である。

【0024】

また、スタンドオフは、前記マイクロホールアレイプレートを前記エクストラクタフェースプレートから０．５ｍｍ～２ｍｍだけ離間させると好適である。

【0025】

また、マイクロホールアレイプレートのマイクロホールアレイが３×３アレイ又は４×５アレイ又は５×５アレイであると好適である。

【0026】

また、マイクロホールアレイプレートにおける前記マイクロホールのそれぞれが同じ直径を有し、前記直径が１０ミクロン～１２０ミクロンであると好適である。

【0027】

また、マイクロホールは、前記ビームスプリッタの中心から前記ビームスプリッタの外周に向かってサイズが増大すると好適である。

【0028】

本発明の一態様のショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源とビームスプリッタの一体化方法は、
ビームスプリッタをショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートと一体化させるためのビームスプリッタの一体化方法であって、
スタンドオフの第１の端部を前記エクストラクタフェースプレートに一体化させる工程と、
基板にマイクロホールを形成することによりマイクロホールアレイプレートを形成する工程と、
前記マイクロホールアレイプレートを前記スタンドオフの第２の端部に取り付ける工程と、
を備え、
前記第２の端部が前記第１の端部の反対側であり、
前記スタンドオフは、前記マイクロホールアレイプレートを前記エクストラクタフェースプレートの上方に０．５ｍｍ～２ｍｍの距離で支持する、
ことを特徴とする。

【0029】

また、スタンドオフを前記エクストラクタフェースプレートに溶接することによって前記スタンドオフの前記第１の端部を一体化させる工程、又は、
前記スタンドオフを前記エクストラクタフェースプレートに蝋付けすることによって前記スタンドオフの前記第１の端部を一体化させる工程、又は、
前記スタンドオフの前記第１の端部の内部に溝を機械加工し、前記エクストラクタフェースプレートを前記溝に挿入し、前記エクストラクタフェースプレートを前記スタンドオフに溶接することによって、前記スタンドオフの前記第１の端部を一体化させる工程、
をさらに備えると好適である。

【0030】

また、溶接、摩擦攪拌溶接、半田付け、クランプ、又は熱接着剤による結合によって前記マイクロホールアレイプレートを前記スタンドオフに取り付ける工程をさらに備えると好適である。

【0031】

また、マイクロホールアレイプレートを形成する工程において、基板に複数のマイクロホールがマイクロドリル加工により形成され、
前記マイクロホールの直径は、前記マイクロホールアレイプレートの中心から前記マイクロホールアレイプレートの外周に向かって増大すると好適である。

【0032】

また、マイクロホールアレイプレートを形成する工程において、マイクロホールアレイプレートにおける前記マイクロホールがマイクロマシニングによって形成され、
前記マイクロマシニングがマイクロドリル加工又は化学エッチングを含む、と好適である。

【0033】

本発明の一態様のマルチビーム形成方法は、
複数の電子ビームを形成するためのマルチビーム形成方法において、
ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）エミッタに電力を供給してエクストラクタ開口で電子ビームを生成する工程と、
エクストラクタ接点に電圧を供給する工程と、
複数のマイクロホールを備えるマイクロホールアレイプレートに電子ビームを通すことによって前記電子ビームを複数の電子ビームに分割する工程であって、前記マイクロホールアレイプレートが、エクストラクタフェースプレートと一体化されるスタンドオフによって前記エクストラクタフェースプレートの０．５ｍｍ～２ｍｍ上方に支持される、工程と、
を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0034】

本発明の一態様によれば、分割前の高電流ビームの長距離移動を防止できる。よって、ビームが幅広く発散する前にショットキーＴＦＥエミッタと一体化したビームスプリッタが電子ビームを分割できる。それにより、各分割ビームの電流を高く保つとともに、ビームの発生ポイント（ショットキーチップ）に非常に近いビームを分割することにより空間電荷効果を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】一実施形態の比較例におけるビームスプリッタを含むショットキーＴＦＥエミッタを示す概略図である。

【図2】一実施形態の比較例におけるショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートの上方に支持されるビームスプリッタを示す概略図である。

【図3】一実施形態におけるショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタのフェースプレートと一体化されたビームスプリッタを示す概略図である。

【図4A】一実施形態における長方形のビームスプリッタのマイクロホールのアレイを示す概略図である。

【図4B】一実施形態の変形例における等間隔のマイクロホールのアレイを有する円形ビームスプリッタの概略図である。

【図4C】一実施形態におけるビームスプリッタの中心から外周に向かって直径が増大するマイクロホールの長方形の５×５アレイを有する円形ビームスプリッタの概略図である。

【図5】一実施形態における一体型のビームスプリッタ及びエクストラクタを伴うショットキーＴＦＥエミッタを示す概略図である。

【図6A】一実施形態におけるショットキーＴＦＥエミッタとスタンドオフ６０９との一体化を示す概略図である。

【図6B】一実施形態におけるビームスプリッタアレイをスタンドオフと一体化するための装着形態部を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、実施形態は、ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）とマイクロホールのアレイを有するビームスプリッタとの一体化について記載する。ビームスプリッタは、エクストラクタフェースプレートと一体化されるスタンドオフによってショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートの上方にエクストラクタフェースプレートに近接して支持される。

【0037】

第１の実施の形態は、熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタであって、エクストラクタフェースプレートを有するショットキーＴＦＥエミッタと、エクストラクタフェースプレートと一体化されるスタンドオフと、スタンドオフと一体化されてエクストラクタフェースプレートの反対側に配置されるマイクロホールアレイプレートであり、マイクロホールアレイプレートには複数のマイクロホールが形成される、とを備えるビームスプリッタについて記載する。

【0038】

第２の実施形態は、ビームスプリッタをショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートと一体化させるための方法であって、スタンドオフの第１の端部をエクストラクタフェースプレートに一体化させるステップと、マイクロホールアレイプレートに穴を形成するステップと、マイクロホールアレイプレートをスタンドオフの第２の端部に取り付けるステップとを含み、第２の端部が第１の端部の反対側であり、スタンドオフが、マイクロホールアレイプレートをエクストラクタフェースプレートの上方に０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲の距離で支持する、方法について記載する。

【0039】

第３の実施形態は、複数の電子ビームを形成するための方法において、ショットキーＴＦＥエミッタに電力を供給してエクストラクタ開口で電子ビームを生成するステップと、エクストラクタ接点に電圧を供給するステップと、複数のマイクロホールを備えるマイクロホールアレイプレートに電子ビームを通すことによって電子ビームを複数の電子ビームに分割するステップであって、マイクロホールアレイプレートが、エクストラクタ開口と一体化されるスタンドオフによってエクストラクタ開口の０．５ｍｍ～２ｍｍ上方に支持される、ステップと、を含む方法について記載する。

【0040】

例示的な実施形態の前述の一般的な説明及びその以下の詳細な説明は、この開示の単なる典型的な教示態様にすぎず、限定的ではない。

【0041】

本開示のより完全な理解及び本開示の付随する利点の多くは、それらが添付図面に関連して考慮される際に以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるようになるため、容易に得られる。

【0042】

ここで、同様の参照数字が幾つかの図の全体にわたって同一又は対応する部分を示す図面を参照する。

【0043】

本開示のデバイス、方法、及び、システムは、ビームスプリッタのマイクロホールアレイプレートとショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタ電極との一体化について説明する。

【0044】

本開示の態様は、スタンドオフによってショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートの上端から離間して保持されるビームスプリッタを含む、一体型ビームスプリッタを伴うショットキーＴＦＥエミッタ（ＩＢＳ＿ＴＦＥ）について説明する。ＩＢＳ＿ＴＦＥを使用する電子顕微鏡は、解像度、画像取得速度、及び、スループット（単位時間に走査されて撮像される面積）の向上の観点からメリットがある。ＩＢＳ＿ＴＦＥは、マルチビーム走査型電子顕微鏡及び同様の検査ツールのためのマルチビーム源を生成するために使用され得る。

【0045】

ＩＢＳ＿ＴＦＥは、低いエネルギー拡散及び軌道変位と共に、複数のビームにおいて高い全ビーム電流を有する電子のマルチビーム源を生成する。

【0046】

図３は、一実施形態におけるショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタのフェースプレートと一体化されたビームスプリッタを示す概略図である。また、図３は、ＩＢＳ＿ＴＦＥ３００（ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタ）の物理的構造を示す概略図である。
ショットキーＴＦＥエミッタ３０４は、チップ３０５、サプレッサ３０７、フェースプレート３０８を有するエクストラクタ３０６を含む。サプレッサ３０７は、ショットキーＴＦＥエミッタ３０４内部の電極であり、漂遊熱電子放出がエクストラクタ孔を通過して鏡筒を下るのを防止する。チップ３０５はサプレッサ３０７の中心にある。電子ビーム３１６がチップ３０５で生成される。エクストラクタ３０６のフェースプレート３０８には、マイクロホール４１５のアレイ（図４に示される）が形成されるビームスプリッタ３１４及びそのスタンドオフ３０９（支持部材）が取り付けられる。ビームスプリッタ３１４は、マイクロホールアレイプレート３１５を有する。マイクロホールアレイプレート３１５には、複数のマイクロホール４１５（図４に示す）で構成されるマイクロホールアレイが形成される。ビームスプリッタ３１４は、電子ビーム３１６を複数の分割ビーム３１８に分割する。具体的には、電子ビーム３１６のうちマイクロホールアレイプレート３１５に形成された複数のマイクロホール４１５を通過した複数の部分ビームが複数の分割ビーム３１８になる。ビームスプリッタ３１４及びスタンドオフ３０９は、ＴＦＥエクストラクタ３０６の孔と軸方向で位置合わせされる。コンデンサレンズ３２２が、分割ビーム３１８をそれらがビームスプリッタ３１４を離れるにつれて集束させる。図３では、明確にするために、分割ビーム３１８がビームスプリッタ３１４（ビームスプリッタアレイ）のマイクロホール４１５を通過した後に分割ビーム３１８をターゲットへと案内する電子機器及びレンズが示されない。

【0047】

非限定的な例では、エクストラクタ３０６のフェースプレート３０８とビームスプリッタ３１４との間の電位差が約－１００ボルトであってもよく、これにより、僅かな量のフォーカス場が分割ビーム３１８に付加される。ＩＢＳ＿ＴＦＥは、ショットキーＴＦＥエミッタ製造中にユニットとして一体化される。ビームスプリッタを構成するマイクロホールアレイプレートには、電圧を変化させて最も高いビームレット電流を得るための電圧接点が設けられる。

【0048】

非限定的な例において、スタンドオフ３０９は、ビームスプリッタ３１４を、エクストラクタ３０６の上方０．５ｍｍ～２ｍｍの高さＨに保持することができる。スタンドオフ３０９は、エクストラクタ３０６の直径以下の直径を有する円筒状又はリング状の幾何学的形状を有してもよい。典型的な市販のエクストラクタ３０６のフェースプレート３０８は、外径が約１２．５ｍｍであり、中心孔の直径が０．４ｍｍであり、厚さが約１ｍｍである。スタンドオフ３０９は、エクストラクタ孔の中心点と位置合わせされるリング状の金属部品である。非限定的な例において、リングは、外径が約８ｍｍであり、約１ｍｍの（径方向でリングの内面から外面までの）幅を有するとともに、約０．３ｍｍ～０．５ｍｍの高さを有する。

【0049】

実施形態では、スタンドオフ３０９が導電性材料から形成されてもよい。導電性材料の非限定的な例は、金属合金、例えば、チタン－ジルコニウム－モリブデン（ＴＺＭ）である。ＴＺＭは、純粋な非合金モリブデンよりも高い再結晶温度、高いクリープ強度、及び、高い引張強度を有する。ＴＺＭは、熱伝導率が低く（０．４８）、したがって、エクストラクタフェースプレートからビームスプリッタへ熱を伝導しない。ビームスプリッタにおける過度の熱は、分割ビームの軌道を歪ませながら、ビームスプリッタを撓ませる。更に、過度の熱により、分割ビームは、ビームスプリッタから抜け出た後に広がる及び／又は互いに干渉する可能性があり、それにより、ターゲットに到達する分割ビームのエネルギー量が減少する。

【0050】

本開示の一態様において、スタンドオフ３０９は、導電性の高抵抗材料、例えば、抵抗性セラミックから形成されてもよい。非限定的な例において、抵抗性セラミックは、アルミナであるとともに、米国のカリフォルニア州、フリーモント、４９０７０ミルモントドライブにある京セラインターナショナルから入手可能なＫｙｏｃｅｒａ ＡＨ１００Ａに類似し得る。抵抗性セラミックは、１００％活性で非誘導性の抵抗器をもたらすべく、導電性粒子がマトリックスの全体にわたって分布するセラミック材料の焼結体から製造される。抵抗性セラミックは化学的に不活性である。抵抗性セラミックは、１８００Ｋ程度の温度を有する、ＴＦＥチップ３０５付近のスタンドオフ３０９にとって望ましい高い温度で、高エネルギー及び高電圧に耐えることができる。高抵抗セラミックを使用すると、エクストラクタ３０６とビームスプリッタ３１４（ビームスプリッタアレイ）との間に電位差が設定され、それにより、ビームスプリッタ３１４によって遮られた入射電子がビームスプリッタ３１４をエクストラクタ３０６の電位に対して負にする。これは、ビームスプリッタ３１４の穴が正の静電マイクロレンズになり、それにより、入射電子を穴に集束させ、したがって、穴を通る電流を更に増大させるため、ＩＢＳ＿ＴＦＥにメリットをもたらす。

【0051】

図４Ａは、一実施形態における長方形のビームスプリッタのマイクロホールのアレイを示す概略図である。また、図４Ａは、ＩＢＳ＿ＴＦＥのビームスプリッタ４１４の１つの形態を示す概略図である。図４Ａでは、図３のビームスプリッタ３１４の一例として、長方形のビームスプリッタ４１４を示している。
ビームスプリッタ４１４のマイクロホールアレイプレート３１５には、マイクロホール４１５の３×３アレイが形成される。マイクロホール４１５は、非常に正確に形成され、座屈又は損傷を伴うことなく高温に耐えることができる材料から製造される。非限定的な例では、マイクロホール４１５の直径が１０ミクロン～１２０ミクロンの範囲である。マイクロホールアレイプレート３１５を有するビームスプリッタ４１４の材料は、スタンドオフ３０９と同じ材料又は異なる材料であってもよい。マイクロホールをＴＺＭ合金シートに１０ミクロン程度の小さい直径で機械加工することができ、それにより、アレイから抜け出る分割ビームの数が増大し得るとともに、最終的な集束ビームレットスポットサイズ、すなわち、ＳＥＭ分解能が低下し得る。マイクロホール４１５のサイズは、各ビームレットがターゲットに当たるときに必要な電流によって決まる。

【0052】

図４Ｂは、一実施形態の変形例における等間隔のマイクロホールのアレイを有する円形ビームスプリッタの概略図である。図４Ｂでは、図３のビームスプリッタ３１４の一例として、円形のビームスプリッタ４１４を示している。各マイクロホール４１５の直径は、その中心からの距離が増大するにつれて増大する。また、図４Ｂは、ビームスプリッタ４１４の第２の形態（変形例）を示す概略図であり、ビームスプリッタ４１４のマイクロホールアレイプレート３１５には、中心の小さな穴からサイズ増大を経て外周の大きな穴にまで及ぶ複数のマイクロホール４１５を有する円形ビームスプリッタアレイが形成される場合を示している。
図示しないが、代替案では、複数のマイクロホール４１５が、中心の大きな穴からサイズ減少を経て外周の小さな穴にまで及んでもよい。

【0053】

図４Ｃは、一実施形態の他の変形例におけるビームスプリッタの中心から外周に向かって直径が増大するマイクロホールの長方形の５×５アレイを有する円形ビームスプリッタの概略図である。図４Ｃでは、図３のビームスプリッタ３１４の一例として、円形のビームスプリッタ４１４の変形例を示している。また、図４Ｃは、ビームスプリッタ４１４の第３の形態を示す概略図であり、この場合、ビームスプリッタ４１４のマイクロホールアレイプレート３１５は円形であるが、マイクロホールアレイが形成される領域は長方形であり、マイクロホール４１５の穴のサイズが次第に大きくなっている。穴は、１０ミクロン～１２０ミクロンの範囲であってもよく、用途に固有のものである。図示の長方形のアレイは５×５アレイである。

【0054】

非限定的な例では、ビームスプリッタ３１４（ビームスプリッタアレイ）の材料がステンレス鋼であってもよい。他の非限定的な例では、材料がＴＺＭ合金であってもよい。更なる非限定的な例では、材料が機械加工可能な導電性セラミック材料であってもよい。

【0055】

図４Ａでは、マイクロホール４１５の３×３アレイを示し、図４Ｂでは、放射状に形成される複数のマイクロホール４１５を示し、また、図４Ｃでは、マイクロホール４１５の５×５アレイを示すが、マイクロホール４１５の数、それらの直径、及び、アレイパターンは限定されない。例えば、鏡筒の制約に応じて、４×４アレイ、４×５、５×５、又は、それ以上のアレイが使用されてもよい。アレイは、長方形ではない用途固有のレイアウトであってもよい。

【0056】

マイクロホールアレイから抜け出る分割ビーム３１８（図３）は、ターゲット（図示せず）に当たるべく下流側の光学素子及び電極によってビーム形成される。多数の同時に走査する分割ビーム３１８が、ＳＥＭの取得速度、すなわち、スループットを増大させる。しかしながら、ビームレットのサイズには制限があることから、ビームレットが小さすぎる場合には、所定のノイズレベルで検出可能なＳＥＭ信号をもたらすのに十分な電流がビームレットにない場合がある。

【0057】

マイクロホールアレイから抜け出るビームレット３１８（分割ビーム）は、マイクロホールアレイの穴の数に比例する分（アレイ透過性）だけ、ショットキーＴＦＥエミッタから抜け出る一次ビームよりも低い電流を運ぶ。ビームレットの分離は、個々のビームレットにおけるベルシュ効果を低下させ、それにより、各ビームレットにおけるエネルギー拡散をより少なくすることができ、したがって、色収差が低下する。

【0058】

図５は、一実施形態における一体型のビームスプリッタ及びエクストラクタを伴うショットキーＴＦＥエミッタを示す概略図である。また、図５は、ショットキーＴＦＥエミッタ５０４と本開示のＩＢＳ＿ＴＦＥ用セット５１３との一体化を示す概略図である。ビームスプリッタ５１４のマイクロホールアレイプレートには複数のマイクロホール５１５のマイクロホールアレイが形成される。
ＩＢＳ＿ＴＦＥ用セット５１３は、ショットキーＴＦＥエミッタ５０４のエクストラクタフェースプレート５０８（エクストラクタ表面）と一体化される。一実施形態において、ＩＢＳ＿ＴＦＥ用セット５１３のスタンドオフ５０９は、溶接又は蝋付けによってエクストラクタフェースプレート５０８に結合されてもよい。この実施形態において、スタンドオフ５０９は、エクストラクタフェースプレート５０８とビームスプリッタ５１４のマイクロホールアレイプレートとの間に電位差をもたらす抵抗性セラミックであってもよい。他の実施形態において、エクストラクタフェースプレート５０８及びスタンドオフ５０９は、同じ材料から機械加工されるが、別個の部品として後に接合される。エクストラクタ及び／又はスタンドオフは、ＴＺＭ合金、チタン、又は、ステンレス鋼から製造されてもよい。他の実施形態において、スタンドオフ及びビームスプリッタは、ＴＺＮ合金又はチタンなどの同じ材料片から一体部品として製造されてもよい。

【0059】

本開示のＩＢＳ＿ＴＦＥ用セット５１３は、最大電流がマイクロホールのアレイを通過するように、ショットキーＴＦＥエミッタの放出をショットキーエクストラクタ電極に近接して配置する。

【0060】

図６Ａは、一実施形態におけるショットキーＴＦＥエミッタとスタンドオフ６０９との一体化を示す概略図である。また、図６Ａは、エクストラクタフェースプレート、スタンドオフ、及び、ビームスプリッタアレイの円筒状形態を成す一体化を示す概略図である。
図６Ａでは、スタンドオフ６０９が中空シリンダの断面として示される。スタンドオフ６０９は、ショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレート６０８と一体化されて示される。６０８’は、エクストラクタ６０８の中心にあるビーム開口を表わす。スタンドオフ６０９及びエクストラクタフェースプレート６０８は、溶接又は蝋付けによって一体化されてもよい。ビームスプリッタ６１４のマイクロホールアレイプレートに形成されたマイクロホールアレイは、マイクロホール６１５のアレイを含むとともに、軸Ａに沿ってスタンドオフ６０９の上端と一体化される。ビームスプリッタ６１４となるマイクロホールアレイプレートは、スタンドオフ６０９の上端に蝋付け又は溶接によって溶着又は取り付けられてもよく、或いは、スタンドオフ６０９を伴う単一のユニットとして形成されてもよい。

【0061】

図６Ｂは、一実施形態におけるビームスプリッタアレイをスタンドオフと一体化するための装着形態部を示す概略図である。また、図６Ｂは、インデント加工されたシェルフ（棚）６１９を形成するべくスタンドオフ６０９の上端部に機械加工された装着形態部を示す概略図である。
ビームスプリッタ６１４を構成するマイクロホールアレイプレート６１６は、インデント加工されたシェルフ６１９に当接し、溶接、摩擦攪拌溶接、クランプ、蝋付け、高温半田による半田付けなどによって固定され得る。

【0062】

スタンドオフ６０９は、エクストラクタフェースプレート６０８と同じ又は異なる材料であってもよい。スタンドオフ６０９は、金属合金、例えばＴＺＭであってもよい。エクストラクタ（エクストラクタフェースプレート６０８）が第１の材料、例えばステンレス鋼であり、スタンドオフ６０９が第２の高抵抗材料、例えば抵抗性セラミックＡＨ１００Ａである場合、エクストラクタの電位は、スタンドオフ６０９全体にわたる電位の降下に起因してビームスプリッタ６１４における電位よりも高い。この電位は、ビームレットに対するレンズ効果をもたらす場合がある（静電集束）。

【0063】

動作時、入射電子ビームがショットキーＴＦＥエミッタによって放出され、このビームは、ＴＦＥエクストラクタ電極の孔６０８’（図６Ａ）を通過して、エクストラクタ電極に近接して位置されるマイクロホール６１５のアレイに直ちに衝突する。マイクロホールアレイプレート６１６を有するビームスプリッタ６１４はスタンドオフ６０９によって支持され、スタンドオフ６０９は、マイクロホールアレイプレート６１６とエクストラクタ電極との間の電気的及び熱的な接触をもたらす。スタンドオフ６０９は、ビームスプリッタ６１４とエクストラクタ（エクストラクタフェースプレート６０８）との間に電圧バイアスをもたらす組み込み抵抗器としての機能を果たし得る。この電圧バイアスにより、ビームスプリッタ６１４のマイクロホール６１５が正の静電マイクロレンズにされ、それにより、入射電子がホールに集束し、ホールを通過する電流が更に増大する。

【0064】

本開示のＩＢＳ＿ＴＦＥは、ビームスプリッタをショットキーエミッタチップに近接させ、ビームスプリッタをショットキーＴＦＥエミッタに組み込む。利点は、複数の個別のビームレット（分割ビーム）のエネルギー拡散が減少し、軌道変位が最小になり、電流が増大するという点である。

【0065】

既存の技術に優る本開示のＩＢＳ＿ＴＦＥの利点は、最大電流がそれぞれの個々のビームレットに与えられるとともに、複数のビームレットにおける想定し得るエネルギー拡散及び軌道変位が最も低くなり、これが電子ビームシステムの集束品質及び分解能に資するという点である。更に、ビーム拡散が最小であるため、集束電極（例えば、１１０、１１２、図１）を排除することができる。

【0066】

本開示の一実施形態は、ショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートと一体化されたビームスプリッタについて記載する。

【0067】

本開示の一実施形態は、スタンドオフによってショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートから離間されるビームスプリッタについて記載する。

【0068】

本開示の一実施形態は、スタンドオフによってショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートから離間されるビームスプリッタについて記載し、この場合、スタンドオフは、ビームスプリッタをエクストラクタの上方に０．５ｍｍ～２ｍｍの距離で支持する。

【0069】

本開示の一実施形態は、スタンドオフによってショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートから離間されるビームスプリッタについて記載し、この場合、スタンドオフは中空の円筒状の幾何学的形状を有する。

【0070】

本開示の一実施形態は、マイクロホールのアレイを有するビームスプリッタについて記載する。

【0071】

本開示の一実施形態は、マイクロホールの３×３アレイを有するビームスプリッタについて記載する。

【0072】

本開示の一実施形態は、マイクロホールの４×４アレイを有するビームスプリッタについて記載する。

【0073】

本開示の一実施形態は、マイクロホールの５×５アレイを有するビームスプリッタについて記載する。

【0074】

本開示の一実施形態は、マイクロホールのアレイを含むビームスプリッタについて記載し、この場合、各マイクロホールの直径は１０ミクロン～１２０ミクロンの範囲である。

【0075】

本開示の一実施形態は、マイクロホールの直径がアレイの中心からアレイの外周に向かって増大するように構成される、マイクロホールのアレイを含むビームスプリッタについて記載する。

【0076】

本開示の一実施形態は、マイクロホールの直径がアレイの中心からアレイの外周に向かって減少するように構成される、マイクロホールのアレイを含むビームスプリッタについて記載する。

【0077】

本開示の一実施形態は、マイクロホールのアレイを含むビームスプリッタについて記載し、この場合、マイクロホールの直径は、直径がアレイの中心に向かって小さく且つアレイの外周付近で大きくなるパターンを成して、１０ミクロンから１２０ミクロンまで変化する。

【0078】

本開示の一実施形態は、長方形又は円形又は六角形を有するビームスプリッタアレイプレートについて記載する。

【0079】

本開示の一実施形態は、長方形に成形されるビームスプリッタアレイについて記載する。

【0080】

本開示の一実施形態は、円形に成形されるビームスプリッタアレイについて記載する。

【0081】

本開示の一実施形態は、六角形に成形されるビームスプリッタアレイについて記載する。

【0082】

本開示の一実施形態は、八角形に成形されるビームスプリッタアレイについて記載する。

【0083】

本開示の一実施形態は、マイクロホールのアレイを含むビームスプリッタについて記載し、この場合、各マイクロホールの直径は１０ミクロン～１２０ミクロンの範囲である。

【0084】

本開示の一実施形態は、マイクロホールのアレイを含むビームスプリッタについて記載し、この場合、マイクロホールはマイクロドリル加工によって形成される。

【0085】

本開示の一実施形態は、マイクロホールのアレイを含むビームスプリッタについて記載し、この場合、ビームスプリッタが抵抗性の機械加工可能なセラミック材料から製造され、マイクロホールが化学エッチングによって形成される。

【0086】

本開示の一実施形態は、ショットキーＴＦＥエミッタのスタンドオフ及びエクストラクタフェースプレートと一体化されたビームスプリッタについて記載する。

【0087】

本開示の一実施形態は、ショットキーＴＦＥエミッタのスタンドオフ及びエクストラクタフェースプレートと一体化されたビームスプリッタについて記載し、この場合、ビームスプリッタ、スタンドオフ、及び、エクストラクタフェースプレートは、ステンレス鋼から製造される。

【0088】

本開示の一実施形態は、ショットキーＴＦＥエミッタのスタンドオフ及びエクストラクタフェースプレートと一体化されたビームスプリッタについて記載し、この場合、ビームスプリッタ、スタンドオフ、及び、エクストラクタフェースプレートは、導電性セラミック材料から製造される。

【0089】

本開示の一実施形態は、ショットキーＴＦＥエミッタのスタンドオフ及びエクストラクタフェースプレートと一体化されたビームスプリッタについて記載し、この場合、ビームスプリッタ、スタンドオフ、及び、エクストラクタフェースプレートは、窒化アルミニウム又はアルミナから製造される。

【0090】

本開示の一実施形態は、ショットキーＴＦＥエミッタのスタンドオフ及びエクストラクタフェースプレートと一体化されたビームスプリッタについて記載し、この場合、スタンドオフは、高抵抗率の金属から製造される。

【0091】

本開示の一実施形態は、ショットキーＴＦＥエミッタのスタンドオフ及びエクストラクタフェースプレートと一体化されたビームスプリッタについて記載し、この場合、ビームスプリッタ、スタンドオフ、及び、エクストラクタフェースプレートは、炭化タングステンから製造される。

【0092】

また、本開示の実施形態は、以下の括弧書きの説明に記載されるようにもなり得る。

【0093】

（１）熱電界放出（ＴＦＥ）源と一体化されたビームスプリッタであって、エクストラクタフェースプレートを有するショットキーＴＦＥエミッタ、エクストラクタフェースプレートと一体化されるスタンドオフ、及び、スタンドオフと一体化されてエクストラクタフェースプレートの反対側に配置されるマイクロホールアレイプレートを備え、マイクロホールアレイプレートには複数のマイクロホールが形成される、ビームスプリッタ。

【0094】

（２）エクストラクタフェースプレート、スタンドオフ、及び、マイクロホールアレイプレートが同じ材料から製造される、（１）のビームスプリッタ。

【0095】

（３）同じ材料がチタン－ジルコニウム－モリブデン、チタン、又は、ステンレス鋼である、（１）又は（２）のいずれか１つのビームスプリッタ。

【0096】

（４）同じ材料が機械加工可能な導電性セラミック材料である、（１）から（３）のいずれか１つのビームスプリッタ。

【0097】

（５）機械加工可能な導電性セラミック材料がアルミナである、（１）から（４）のいずれか１つのビームスプリッタ。

【0098】

（６）エクストラクタフェースプレート、スタンドオフ、及び、マイクロホールアレイプレートが同じ又は異なる材料から製造される、（１）のビームスプリッタ。

【0099】

（７）エクストラクタフェースプレートがステンレス鋼から製造され、スタンドオフが高抵抗材料から製造され、及び、マイクロホールアレイプレートが機械加工可能なセラミック材料から製造される、（１）又は（６）のいずれか１つのビームスプリッタ。

【0100】

（８）エクストラクタフェースプレートがステンレス鋼から製造され、スタンドオフ及びマイクロホールアレイプレートが機械加工可能な導電性のセラミック材料から製造される、（１）及び（４）から（６）のいずれか１つのビームスプリッタ。

【0101】

（９）機械加工可能なセラミック材料がアルミナである、（１）及び（４）から（７）のいずれか１つのビームスプリッタ。

【0102】

（１０）スタンドオフの第２の端部に位置される装着形態部を更に備え、装着形態部がスタンドオフをマイクロホールアレイプレートに接続するように構成される、（１）のビームスプリッタ。

【0103】

（１１）スタンドオフは、マイクロホールアレイプレートをエクストラクタフェースプレートから０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲の距離だけ離間させる、（１）のビームスプリッタ。

【0104】

（１２）マイクロホールアレイが３×３アレイ、４×５アレイ、又は、５×５アレイである、（１）のビームスプリッタ。

【0105】

（１３）マイクロホールのそれぞれが同じ直径を有し、直径が１０ミクロン～１２０ミクロンである、（１）のビームスプリッタ。

【0106】

（１４）マイクロホールは、ビームスプリッタの中心からビームスプリッタの外周に向かってサイズが増大する、（１）のビームスプリッタ。

【0107】

（１５）ビームスプリッタをショットキーＴＦＥエミッタのエクストラクタフェースプレートと一体化させるためのビームスプリッタの一体化方法であって、スタンドオフの第１の端部をエクストラクタフェースプレートに一体化させるステップと、基板にマイクロホールを形成することによりマイクロホールアレイプレートを形成するステップと、マイクロホールアレイプレートをスタンドオフの第２の端部に取り付けるステップとを含み、第２の端部が第１の端部の反対側であり、スタンドオフは、マイクロホールアレイプレートをエクストラクタフェースプレートの上方に０．５ｍｍ～２ｍｍの距離で支持する、ビームスプリッタの一体化方法。なお、スタンドオフの第１の端部を前記エクストラクタフェースプレートに一体化させるステップと、マイクロホールアレイプレートにマイクロホールを形成するステップとの順番が逆であってもよい。

【0108】

（１６）スタンドオフをエクストラクタフェースプレートに溶接することによってスタンドオフの第１の端部を一体化させるステップ、又は、スタンドオフをエクストラクタフェースプレートに蝋付けすることによってスタンドオフの第１の端部を一体化させるステップ、又は、スタンドオフの第１の端部の内部に溝を機械加工し、エクストラクタフェースプレートを溝に挿入し、エクストラクタフェースプレートをスタンドオフに溶接することによってスタンドオフの第１の端部を一体化させるステップを更に含む、（１５）のビームスプリッタの一体化方法。

【0109】

（１７）溶接又は摩擦攪拌溶接又は半田付け又はクランプ又は熱接着剤による結合によってマイクロホールアレイプレートをスタンドオフに取り付けるステップを更に含む、（１５）のビームスプリッタの一体化方法。

【0110】

（１８）マイクロホールアレイプレートを形成する工程において、前記基板に複数のマイクロホールがマイクロドリル加工により形成され、マイクロホールの直径は、マイクロホールアレイプレートの中心からマイクロホールアレイプレートの外周に向かって増大する、（１５）のビームスプリッタの一体化方法。

【0111】

或いは（１９）上述したマイクロホールアレイプレートを形成する工程において、マイクロホールアレイプレートにおけるマイクロホールがマイクロマシニングによって形成され、マイクロマシニングがマイクロドリル加工又は化学エッチングを含む、（１５）のビームスプリッタの一体化方法。

【0112】

（２０）複数の電子ビームを形成するためのマルチビーム形成方法において、ショットキー熱電界放出（ＴＦＥ）に電力を供給してエクストラクタ開口で電子ビームを生成するステップと、エクストラクタ接点に電圧を供給するステップと、複数のマイクロホールを備えるマイクロホールアレイプレートに電子ビームを通すことによって電子ビームを複数の電子ビームに分割するステップであって、マイクロホールアレイプレートがエクストラクタ開口と一体化されるスタンドオフによってエクストラクタ開口の０．５ｍｍ～２ｍｍ上方に支持される、ステップと、を含むマルチビーム形成方法。

【0113】

上記の教示内容に照らして、本発明の多数の修正及び変形が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明が本明細書中に具体的に記載される以外の方法で実施されてもよいことが理解されるべきである。

【0114】

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

【0115】

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての熱電界エミッタ、マルチビーム形成装置、及び電子ビームツール用のマルチビーム生成方法は、本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0116】

１０２ ＦＥＧ
１０４ ショットキーＴＦＥエミッタ
１０６ サプレッサ
１０８ エクストラクタ
１０５ チップ
１１０，１１２ 電極
１１４ ビームスプリッタ
１１６ 電子ビーム
１１８ 分割ビーム
２０２ ＦＥＧ
２０４ ショットキーＴＦＥエミッタ
２０５ チップ
２０６ 開口プレート
２０８ エクストラクタ
２１４ ビームスプリッタ
２１６ 電子ビーム
２１８ 分割ビーム
２２０ コリメータレンズ
２２２ コンデンサレンズ
２２４ ブランカ開口
２２６ ビームストッパ
２２８ 発散ビーム
２３０ 投影レンズ
２３４ ターゲット
３００ ＩＢＳ＿ＴＦＥ
３０４ ショットキーＴＦＥエミッタ
３０５ チップ
３０６ エクストラクタ
３０７ サプレッサ
３０８ フェースプレート
３０９ スタンドオフ
３１８ 分割ビーム
３１４，４１４ ビームスプリッタ
３１５ マイクロホールアレイプレート
３１６ 電子ビーム
３２２ コンデンサレンズ
４１５ マイクロホール
５０４ ショットキーＴＦＥエミッタ
５０８ エクストラクタフェースプレート
５０９ スタンドオフ
５１３ ＩＢＳ＿ＴＦＥ用セット
６０８ エクストラクタフェースプレート
６０８’ 開口
６０９ スタンドオフ
６１４ ビームスプリッタ
６１５ マイクロホール
６１６ マイクロホールアレイプレート
６１９ シェルフ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】