DD220454A5

DD220454A5 - DEVICE FOR ION BEAM PROCESSING OF SOLID-BODY SAMPLES AND ION SOURCE FOR INSTALLATION

Info

Publication number: DD220454A5
Application number: DD84265397A
Authority: DD
Inventors: Arpad Barna; Gyoergy Reisinger; Lehel Zsoldos
Original assignee: Magyar Tudomanyos Akademia
Priority date: 1983-10-12
Filing date: 1984-07-18
Publication date: 1985-03-27
Also published as: EP0141272B1; EP0267481A2; ATE39785T1; EP0141272A1; HU190855B; EP0267481B1; DE3482778D1; EP0267481A3; ATE54775T1; DE3475988D1; HUT36612A

Abstract

1. Ion source for an apparatus for processing using ion beams, especially for thinning solid state samples in order to generate ion beams of great current density and small diameter, comprising an anode (33) provided in its centre with a central bore (34) and comprising a rotationally symmetrical hollow space cathode (31, 32) consisting of two parts arranged at both sides of the anode and along the axis of the central bore, characterized in that both parts of the hollow space cathode (31, 32) are provided at those sides opening to the anode (33) with contractions (44) which form at those sides adjacent to the anode (33) conical parts (45) converging to the anode.

Description

16 077 5716 077 57

- A- - A-

Einrichtung zur Ionenstrahlbearbeitung von Festkörperproben und Ionenquelle hierfürApparatus for ion beam processing of solid samples and ion source therefor

Anwendungsgebiet der Erfindung: s Field of application of the invention: s

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ionenstrahlbearbeitung von Materialproben oder zur Entfernung von Oberflächenschichten, die mit einer Ionenquelle versehen ist, welche zur Erzeugung von Ionenstrahlen mit kleinem Durchmesser («1 mm) und großer Stromdichte geeignet ist. ,The invention relates to a device for the ion beam machining of material samples or for the removal of surface layers, which is provided with an ion source, which is suitable for the generation of small diameter ion beams ("1 mm) and high current density. .

/ s ^: / s ^:

Characteristic of the known technical solutions:

Die Ionenstrahlzerstäubung bei der Herstellung von Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie wird seit etwa 1960 angewandt, (H. Dücher und W. Schlette: Ober die Herstellung von durchstrahlbaren Metallfolien durch Ionenätzung. Coil. Int. du C.N.R.S. Nr. 1113, 83-90 Bellevue /1962/). Ober die Verfahren und die Verdünnungseinrichtungen kann aus den folgenden, zusammenfassenden Literaturangaben ein guter Oberblick gewonnen werden: H. Bach:"Die Anwendbarkeit des* Ionenstrahlätzens bei der Präparation für die Elektronenmikroskopie"Ion beam sputtering in the production of samples for transmission electron microscopy has been used since about 1960, (H. Dücher and W. Schlette: Ober the production of radiopaque metal foils by ion etching Coil. Int., CNRS No. 1113, 83-90 Bellevue / 1962 /). A good overview of the methods and the dilution devices can be obtained from the following summary literature references: H. Bach: "The Applicability of * Ion Beam Etching in the Preparation for Electron Microscopy"

G. Schimmel,'.W. Vogell: "Methodensammlung der Elektronenmikroskopie", VViSS. Verlag. MBH, Stuttgart 1970, Punkt. 2.4.2.1,G. Schimmel, 'W. Vogell: "Methodology of Electron Microscopy", VViSS. Publishing company. MBH, Stuttgart 1970, point. 2.4.2.1,

O. Francks: "Ion Beam Technology Applied to Electron Microscopy;, (Advences in Electronics and Electron Physics ,, Vol. 47. Ed. L. Marton: Acad. Press. New York 1978, Seiten 1 bis 48. ^f O. Francks: "Ion Beam Technology Applied to Electron Microscopy ;, (Advences in Electronics and Electron Physics, Vol. 47. Ed. L. Marton: Acad. Press, New York 1978, pages 1 to 48. ^f

Das gemeinsame Kennzeichen der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß an beiden Seiten der zu verdünnenden Materialprobe zwei einander gegenüberliegende, fest zueinander angeordnete Ionenquellen verwendet werden, wobei die* lonenquellen mit dem,ebenfalls fest angeordneten,.in seiner Ebene drehbar angeordneten Probenhalter um eine Tangente herum gemeinsam drehbar sind. So ergibt sich die Möglichkeit, die Probe gleichzeitig auf beiden Selten, entweder mit der optimalen Zerstäubungsgeschwindigkeit (in einem Winkel von ca. 70°) oder mit dem optimalen Polierwinkel (ca* 85°) zu verdünnen. Der Verdünnungsprozeß wird mit einem außerhalb des Zerstäubungsraumes angebrachten optischen Mikroskop beobachtet. Häufig werden Laser- oder andere automatische Prozeßunterbrecher angewendet. Die Einrichtungen benutzen als Ionenquellen entweder Hohlraumanodenquellen (z.B. CG, Croket: A glow discharge ion gun for etching, Vacuum 23, 11-13 /1973/), oder mit einem Magnetfeld kombinierte Spiegelkathodenquellen (z.B. D. D, Barber: Thin Foils of Non-Metalls Made for Electron Mcroscopy by Sputter-Etching, O. of Materials Sei. 5, 1-8 /1970/). Sie können aber auch Sattelfeld - elektrostatische Quellen (z.B. D. Franks: A saddle field ion source of sperical configuration for etching and thinning applications, Vacuum 24, 489*491 /1974/) enthalten. Wegen des relativ großen (^ 1 mm) Ionenstrahldurchmessers ist die mitThe common feature of the known devices is that on both sides of the material sample to be thinned, two mutually opposite, fixedly disposed ion sources are used, the ion sources with the, likewise fixedly arranged, in its plane rotatably arranged sample holder around a tangent around are rotatable together. Thus, it is possible to dilute the sample simultaneously on both rare, either with the optimum atomization rate (at an angle of about 70 °) or with the optimum polishing angle (about * 85 °). The dilution process is observed with an optical microscope mounted outside the atomization space. Frequently, laser or other automatic process interrupters are used. The devices use as sources of ions either cavity anode sources (eg CG, Croket: A glow discharge ion gun for etching, Vacuum 23, 11-13 / 1973 /) or mirror cathode sources combined with a magnetic field (eg D. D, Barber: Thin Foils of Non Metal Made for Electron Mcroscopy by Sputter-Etching, O. of Materials Sci. 5, 1-8 / 1970 /). However, they may also contain saddle field electrostatic sources (eg D. Franks: A saddle field ion source of sperical configuration for etching and thinning applications, Vacuum 24, 489 * 491/1974 /). Because of the relatively large (^ 1 mm) ion beam diameter is the with

den bekannten Einrichtungen erreichbare Zerstäubungsgeschwindigkeit gering (2.3. beträg't sie bei Si 10,Um Stunde).the sputtering rate achievable with the known devices is low (2.3., at Si 10, Um hour).

Auf Grund der fest zueinander angeordneten Ionenquellen und des feststehenden Probenhalters ergeben sich weitere nachteilige Folgen. ·Due to the fixedly arranged to each other ion sources and the fixed sample holder, further adverse consequences. ·

a) Wegen des feststehenden Probenhalters kann mit dem Beobachtungsmikroskop der Ablauf des Zerstäubungsvorganges auf derRückseite nicht kontrolliert werden.a) Because of the fixed sample holder, the observation microscope can not control the operation of the sputtering process on the back side.

b) Wegen der Fixierung der Ionenquellen zueinander und ihrer gemeinsamen Drehebene zu dem Probenhalter ergeben sich folgende Schwierigkeiten:b) Because of the fixation of the ion sources to each other and their common plane of rotation to the sample holder, the following difficulties arise:

-*. Die während des Betriebes der Quellen auf tretendon Aufladungen lenken die austretenden Ionenstrahlen von der mechanischen Zentrieachse ab, so daß der Ionenstrahl nicht an der gewünschten Stelle der Probe angreift. Dies wird durch den relativ großen Ionenstrahldurchmesser kompensiert, aber diese Lösung- *. The discharging discharges during operation of the sources deflect the exiting ion beams from the mechanical center axis so that the ion beam does not attack at the desired location of the sample. This is compensated by the relatively large ion beam diameter, but this solution

J steigert in ungünstiger Weise die in der Probe J unfavorably increases those in the sample

auftretenden Strahlungsschäden und die Wärmebelastung der Probe.occurring radiation damage and the heat load of the sample.

- Häufig darf in der Halbleitertechnik, bei Untersuchungen von dünnen Schichten usw. die Probe nur auf der einen Seite verdünnt werden. Wegen der festen Quellenanordnung muß in diesen Fällen die eine Ionenquelle ausgeschaltet werden, was eine Verlängerung der Verdünnungszeit zur Folge hat. -- Often, in semiconductor technology, in thin layer studies etc., the sample may only be thinned on one side. Because of the solid source arrangement, in these cases, one ion source must be turned off, resulting in an increase in the dilution time. -

Object of the invention:

Ziel der Erfindung ist die, Beseitigung der obigen Nachteile und die Bereitstellung einer Lösung, die im Hinblick auf ihre Poliereigenschaften vorteilhafter als die bisher bekannten Lösungen ist.The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages and to provide a solution which is more advantageous in terms of its polishing properties than the previously known solutions.

Darlegung des Wesens der Erfindung: < Explanation of the essence of the invention: <

Zur Erreichung des gestellten Zieles wurde eine Einrichtung zur Ionenstrahlbearbeitung von Festkörperproben, zweckmäßig zu ihrer Verdünnung entwickelt, die in ihrem Vakuumraum einen die zu bearbeitende Probe fragenden Probenhalter und wenigstens .zwei lonenquellen enthält, wobei die Probenhalter und die lonenquellen · um eine zentrale Drehachse schwenkbar zueinander, gelagert sind.To achieve the object, a device for ion beam processing of solid samples, expediently for their dilution was developed, containing in their vacuum space a specimen to be processed specimen holder and at least .zwei ion sources, the sample holder and the ion sources · pivot about a central axis of rotation to each other , are stored.

Gemäß der Erfindung sind die lonenquellen unabhängig voneinander um weitere Drehachsen schwenkbar und auf diesen verschiebbar gelagert. Mit Hilfe der Erfindung kann die optimale Betriebsgeometrie sicher und leicht eingestellt bzw. kann diese während des Betriebes korrigiert werden, Unter diesen Umständen kann bei der Ionenstrahlverdünnung der Durchmesser· des Ionenstrahles kleiner als 0,1 mm gewählt werden, so daß z.B. im Falle eines bei 87 liegenden, nahezu streifenden Einfalles der Strahl -nicht über das zu verdünnende Gebiet hinausreicht. Dagegen kann gleichzeitig · im Interesse einer schnelleren Verdünnung der Probe ohne bedeutende Erwärmung der Probe und des ProbenhaltersAccording to the invention, the ion sources are independently pivotable about further axes of rotation and slidably mounted on these. With the aid of the invention, the optimum operating geometry can be safely and easily adjusted or can be corrected during operation. Under these circumstances, the diameter of the ion beam can be selected smaller than 0.1 mm in ion beam dilution, so that, for example, in the case of 87 lying, almost grazing incidence of the beam -not beyond the area to be thinned. In contrast, for the sake of faster dilution of the sample at the same time, without significant heating of the sample and the sample holder

• 2• 2

die Stromdichte bis zu 20 mA/cm gesteigert werden.the current density can be increased up to 20 mA / cm.

Vorgesehen ist weiterhin eine verbesserte Ionenquelle, die auf der Erkenntnis beruht, daß die das in dieProvided is also an improved ion source, which is based on the knowledge that the in the

Ionenquelle eingeleitete Gas ionisierenden Sekundärelektronen sehr wirksam durch zwei einander gegenüberstehende, den an sich bekannten, sog. Steigerwald-Elektronenkanonen entsprechende Elektrodensysteme fokussiert werden können. (K.H. Steigerwald: Optik 5, 469 /1947/).Ion source introduced gas ionizing secondary electrons very effectively by two opposing, known per se, so-called. Steigerwald electron gun corresponding electrode systems can be focused. (K.H. Steigerwald: Optics 5, 469/1947 /).

Die Ionenquelle ist zur Erzeugung von lonenstrahlen \ mit_großer Stromdichte und kleinem Durchmesser geeignet und enthält eine in der Mitte mit einer Öffnung versehene Anode. An beiden Seiten der Anode ist eine Hohlraumkathode angeordnet. Beide Teile der Hohlraumkathode sind auf der der zugekehrten Seite mit einer Verengung und auf der anderen Seite mit einem sich bis zur Anode erstreckenden, zweckmäßig konischen Teil versehen.The ion source is capable of generating ion beams \ mit_großer current density and small diameter, and includes a provided in the middle with an opening anode. On both sides of the anode, a cavity cathode is arranged. Both parts of the cavity cathode are provided on the side facing with a constriction and on the other side with an extending to the anode, suitably conical part.

Exemplary embodiments;

Nachstehend wird die Erfindung an Hand vorteilhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to advantageous embodiments with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1: ein kinematisches "Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung,1: a kinematic "scheme of the device according to the invention,

Fig. 2: eine Ansicht der Dreheinführung derFig. 2: a view of the rotary inlet of

Einrichtung,Facility,

Fig. 3: einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2,3 shows a section along the line A-A of FIG. 2,

Fig. 4: eine Ansicht des Probenhalters der erfindungsgemäßen Einrichtung,4 shows a view of the sample holder of the device according to the invention,

Fig. 5: einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 4, '5 shows a section along the line B-B of Fig. 4, '

Fig. 6: eine Schhittdarstellung einer äußeren , , Form der Ionenquelle, .6 is a Schhittdarstellung an outer,, form of the ion source,.

Ein mögliches kinematisches Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Die im Vakuumraum angebrachten, voneinander unabhängigen Ionenquellen Il und 12 werden von. der Dreheinführung 1 mittels der auf ihr angebrachten weiteren Drehachsen 2, 3 und 4 gehalten. Ein zur Aufnahme der zu bearbeitenden Probe 5 dienender Probenhalter 6.wird von einem ebenfalls im Vakuumraum untergebrachten Motor 7 um seine eigene Achse gedreht , , und zwar um die zur Achse der Oreheinführung 1 senkrechte Achse. Der Probenhalter 6" ntit dem Motor 7 ist auch um die mit der Dreheinführung 1, zusammenfallende Drehachse 8 drehbar. Unterhalb des Probenhalters ist > eine,kleine Lichtquelle 9 angeordnet, und oberhalb desselben ein Mikroskop 10, mit dem die Wirkung des Ionenbeschusses auch während des Betriebes beobachtet werden kann. 'A possible kinematic scheme of the device according to the invention is shown in FIG. The attached in the vacuum space, independent ion sources Il and 12 are of. the rotary inlet 1 by means of the mounted on her further rotation axes 2, 3 and 4 held. A sample holder 6 serving to receive the sample 5 to be processed is rotated about its own axis by a motor 7, which is likewise accommodated in the vacuum space, namely around the axis perpendicular to the axis of the orifice inlet 1. The sample holder 6 "with the motor 7 is also rotatable about the axis of rotation 8 coincident with the rotary input 1. Below the sample holder, a small light source 9 is arranged, and above it a microscope 10, with which the effect of the ion bombardment during the Operation can be observed.

Die Lage des Angriffspunktes der auf die, Probe auftreffenden Ionenstrahlen kann geändert werden, indem die Ionenquellen Il und 12 um die Drehachsen 2 und 4 etwas gedreht werden oder auf diese^etwas verschoben werden. Zur Änderung-des Beugungswinkels der Ionenquellen Il und 12 wird die Ionenquelle 12 um die Drehachsen 3 und 4 in entgegengesetzter Richtung verdreht.Schließlich kann die Änderung des Einfallswinkels der lohenstrahlen sowohl durch eine Drehung der Dreheinführung 1 als auch durch eine Drehung des Probenbalters 6 um die Drehachse 8 erfolgen. * Y ..:,The position of the point of application of the ion beams impinging on the sample can be changed by slightly rotating or shifting the ion sources Il and 12 about the axes of rotation 2 and 4. In order to change the diffraction angle of the ion sources II and 12, the ion source 12 is rotated about the axes of rotation 3 and 4 in the opposite direction. Finally, the change in the angle of incidence of the light rays can be effected both by rotation of the rotary inlet 1 and by rotation of the sample bar 6 around the Rotary axis 8 done. * Y ..:,

Eine mögliche Ausführungsform der Dreheinführung 1 zeigen die Fig. 2 und 3. Ein Körper 11 der Dreheinführung 1 ist unter Einfügung eines die Vakuumdichtung sichernden O-Ringes 12 und einer Teflonunterlage 13 mittels eines Gewinderinges 14 ah der Wand einer Vakkumkammer 15 schwenkbar befestigt. Zwischen den beiden exzentrischen Bohrungen des Körpers 11 ist in die größere, ähnlich wie oben beschrieben, eine ebenfalls drehbare Einlage. 15 eingepaßt, auf der, ebenfalls exzentrisch, eine weitere Bohrung ausgebildet ist. Diese Einlage bildet die Drehachse 3. In den beiden kleinen Bohrungen sind die Drehachsen 2 und 4 der Ionenquellen gelagert, wobei diese Drehachsen 2 und 4 jeweils drei Bohrungen enthalten, die zur Zuführung des Kühlwassers und des in die Ionenquellen einzuleitenden Gases dienen. Die. Gewinderinge 17 bzw. 18 an der Einlage 16 bzw. an dem Ende der Drehachse 4 dienen ebenso wie der Gewindering 14 zum Regulieren des auf die Dichtungsringe einwirkenden Druckes. Der Körper 11 bzw. die Einlage 16 und die Drehachsen 2 und 4 können mittels der Arme 19 bzw. 20 und 21, 22 von außen verdreht werden.A possible embodiment of the rotary inlet 1 is shown in FIGS. 2 and 3. A body 11 of the rotary inlet 1 is pivotally attached to the wall of a vacuum chamber 15 by inserting a vacuum seal securing O-ring 12 and a Teflon pad 13 by means of a threaded ring 14. Between the two eccentric bores of the body 11 is in the larger, similarly as described above, a likewise rotatable insert. 15 fitted on the, also eccentric, another bore is formed. This insert forms the axis of rotation 3. In the two small holes, the axes of rotation 2 and 4 of the ion sources are stored, these axes of rotation 2 and 4 each contain three holes, which serve to supply the cooling water and to be introduced into the ion sources gas. The. Threaded rings 17 and 18 on the insert 16 and at the end of the axis of rotation 4 serve as well as the threaded ring 14 for regulating the pressure acting on the sealing rings. The body 11 or the insert 16 and the axes of rotation 2 and 4 can be rotated by means of the arms 19 and 20 and 21, 22 from the outside.

Am Ende der Drehachse 2 ist ein weiterer Gewindering angeordnet, der sich gegen den Körper 11 abstützt. Durch Verdrehen desselben kann die Drehachse 2 parallel zu sich selbst verschoben werden. Das Verschieben der Drehachse 4 macht den weiter unter erklärten verschiebbaren Probenhalter überflüssig.At the end of the rotation axis 2, a further threaded ring is arranged, which is supported against the body 11. By turning the same, the rotation axis 2 can be moved parallel to itself. The displacement of the rotation axis 4 makes the further explained below sliding sample holder superfluous.

Eine mögliche Ausführungsform des zur Probenaufnahme dienenden Probenhalters 6 zeigen die Fig. 4 und 5. Der Motor 7 treibt den sich im Sitz 24 drehenden verzahnten Ring 25 an. Zwischen zwei daran befestigten Halteplatten 26 und 27 liegt eine Einlageplatte 28 mit dem zur Aufnahme der zu verdünnenden Probe 5 geeigneten Gesenk 29. Die Halteplatte 26 ist so ausge-FIGS. 4 and 5 show a possible embodiment of the sample holder 6 serving to receive the sample. The motor 7 drives the toothed ring 25 rotating in the seat 24. Between two retaining plates 26 and 27 fastened thereto, there is an insert plate 28 with the die 29 suitable for receiving the sample 5 to be thinned. The holding plate 26 is thus extended.

bildet, daß die Einlägeplatte 28 mittels der auf der Halterplatte 27 befindlichen vier Bohrungen 30 in je-. der Richtung verschoben werden kann, so daß' unter dem Mikroskop jeder Punkt der zu verdünnenden Probe 5 in den Drehmittelpunkt geschoben werden kann.forms that the Einlägeplatte 28 by means of the holder plate 27 located on the four holes 30 in each-. the direction can be shifted so that 'under the microscope, each point of the sample to be diluted 5 can be pushed into the center of rotation.

Der nach der oben erläuterten Methode ausgebildete flache (ca. 1,5 mm dicke) Probenhalter 6 ermöglicht z.8. einen IonenbeschuS mit einem Neigungswinkel von 87 zur Normalen und zwar von beiden Seiten. . . -The trained according to the method described above flat (about 1.5 mm thick) sample holder 6 allows z.8. an ion bombardment with an inclination angle of 87 to the normal from both sides. , , -

Es ist vorteilhaft, wenn das Material der Halteplatten 26, 27 und der Einlageplatte 28 des Probenhalters 6 Titan ist, welches unter der Einwirkung des Ionenstrahles nur in aeringem Maße zerstäubt, wobei eine weitere vorteil-¹ hafte Eigenschaft darin besteht, daß die Einschlagstelle der Ionen sichtbar wird , da Titan unter der Einwirkung von Ar-Ionenstrahlen sichtbares Licht emittiert.It is advantageous if the material of the holding plates 26, 27 and the liner plate 28 of the sample holder 6 is titanium, which is atomized only in aeringem extent under the action of the ion beam, wherein a further advanta- ¹ attractive feature is that the impact point of the ion becomes visible as titanium emits visible light under the action of Ar ion beams.

Den¹¹ Längsschnitt einer möglichen Ausführungsform der Ionenquelle zeigt Fig. 6. · ^{11 shows a} longitudinal section of a possible embodiment of the ion source, FIG.

Die gemeinsame Anode 33 liegt zwischen den beiden einander gegenüberstehenden Kathodenteilen 31 und 32 des auf Erdpotential liegenden drehsymmetrischen, fokussie-• renden Elektrbdensystems und ist zur Erhöhung des lonenstromes auf ^;der Probenseite mit einer asymmetrischen konischen Anodenbohrung 34 versehen.The common anode 33 is located between the two opposing cathode parts 31 and 32 of the ground-symmetric rotationally symmetric focusing electromagnetic system and is for increasing the ion current ^; the sample side is provided with an asymmetrical conical anode bore 34.

Die schnell zerstäubenden Teile des Kathodensysteras· können ohne völlige Auseinandernähme der Ionenquelle ausgetauscht werden. Ähnlich sind die mittleren Teile der Anode austauschbar, deren Haltering 35 über Prozellanisolatoren 36 an der Grundplatte 37 des Gehäuses befestigt ist. Zum leichteren Instandhalten besteht das Ge-The rapidly atomizing parts of the cathode systeras can be exchanged without completely disassembling the ion source. Similarly, the central parts of the anode are interchangeable, the retaining ring 35 is attached via Prozellanisolatoren 36 to the base plate 37 of the housing. For easier maintenance, there is the

-y--y

häuse aus drei Teilen. Von diesen ist der mittlere Teil 38 mit einem Gewindering 40 an einem die gesamte Ionenquelle hältenden Kühlwasserrohr 39 befestigt, an " dem auch eine Gaseinführung 41 angeschlossen ist· Die Grundplatte 37, die auch einen Hochspannungsanschluß 42 trägt, kann zusammen mit der Anodenarmatur ausgeschraubt werden. Ähnlich ist auf der Austrittsseite der den Kathodenteil 31 tragende Deckel 43 ausschraubbar.housing of three parts. Of these, the middle part 38 is fixed with a threaded ring 40 to a cooling water pipe 39 holding the entire ion source, to which a gas inlet 41 is also connected. The base plate 37, which also carries a high voltage terminal 42, can be unscrewed together with the anode fitting. Similarly, on the outlet side of the cathode part 31 supporting lid 43 can be unscrewed.

Wie Versuche gezeigt haben, bildet sich in der so aufgebauten Ionenquelle ein ionisierter Kanal mit kleinem Durchmesser und großer Stromdichte, und daraus ergibt . sich, daß der austretende Ionenstrahl ebenfalls einen kleinen Durchmesser hat und sich kaum verbreitert. Dadurch kann die erforderliche Stromdichte leicht gesichert werden (z.B. zur Erreichung einer Geschwindigkeit von etwa öO/Um/Stunde bei Si). Es kann auch mit Ablenkungselektroden, die hinter derAustrittsöffnung angebracht sind (nicht dargestellt), eine Raster-Ionenquelle verwirklicht werden. Der tatsächliche verdünnende Ionenstrom - auf dem isolierten Probenhalter oder der diesem zusammenhängende Ionenstrom kann mit Hilfe einer auf einer beliebigen Seite angeordneten ATfangselektrode gemessen werden.As experiments have shown, forms an ionized channel with a small diameter and high current density in the thus constructed ion source, and results. itself that the exiting ion beam also has a small diameter and hardly widened. As a result, the required current density can be easily secured (e.g., to achieve a speed of about 20 Ω / μm / hour for Si). It can also be realized with deflection electrodes mounted behind the exit port (not shown), a raster ion source. The actual diluting ionic current - on the isolated specimen holder or the related ion current can be measured with the aid of an ATP electrode arranged on any side.

Durch die erfinduhgsgemäße Lösung wurden folgende Vor- - teile erzielt:By erfinduhgsgemäße solution the following advantages - parts were achieved:

a) Die Ionenquellen Il und 12 können gegenüber der Probe und zueinander verschwenkt werden und sind unabhängig voneinander zentrierbar. Dadurch ergeben sich folgende Möglichkeiten.a) The ion sources II and 12 can be pivoted relative to the sample and each other and can be centered independently. This results in the following possibilities.

- die beiden einander gegenüberstehenden Ionenquellen können bei gleichzeitigem Betrieb die Probe sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite aus verdünnen _# ·- the two opposing ion sources may dilute the sample both from the front and from the rear with simultaneous operation _# ·

- bei zweckmäßiger Anwendung des aus den Ionenquellen austretenden schmalen Ionenstrahles mit großer Stromdichte wird die Probe bei Beschüß unter einem kleinen Winkel, bezogen auf ihre Berührungsebene, nur auf der entsprechenden Stelle vom Ionenstrahl berührt, so daß neben der hohen Zerstäubungsgeschwindigkeit die Strahlenbelastung der Probe gering bleibt,- With appropriate application of the emerging from the ion sources narrow ion beam with high current density, the sample is touched at bombardment at a small angle, based on their contact plane, only at the appropriate location of the ion beam, so that in addition to the high atomization rate, the radiation exposure of the sample remains low .

- mit den beiden einander gegenüberstehenden Ionenkanonen k,ann bei einer von einer Seite verdünnten. Probe, wo der Drehmittelpunkt des Probenhalters gegenüber dem Angriffspunkt der Ionenstrahlen verschoben ist, ein Ringbereich in die Probe geätzt werden (im Fall einer Quelle ergibt sich eine Oberflächenstruktur, die die Transmissionselektronenmikroskopuntersuchurigen stört)with the two opposing ion guns k, ann at one side diluted. Sample where the center of rotation of the sample holder is displaced from the point of application of the ion beams, an annular region is etched into the sample (in the case of a source, a surface structure is created which disturbs the transmission electron microscope investigators)

b) Der Probenhalter kann senkrecht zur Ionenkanone verschoben werden und ist auf seiner Achse drehbar, weiterhin kann innerhalb des Probenhalters der Drehmittelpunkt der zu verdünnenden Probe eingestellt werden. Dadurch ergeben sich folgende Möglichkeiten: die Zerstäubung an der Probenrückseite kann mit einem optischen Mikroskop kontrolliert werden.b) The sample holder can be moved perpendicular to the ion gun and is rotatable on its axis, also within the sample holder, the center of rotation of the sample to be diluted can be adjusted. This results in the following possibilities: the atomization at the back of the sample can be controlled with an optical microscope.

- zuammen mit der erwähnten Möglichkeit einer Ätzung des Ringbereiches bzw. bei,Berücksichtigung der Intensitätsverteilung des Ionenstrahles, ist die Ausbildung eines Untersuchungsbereiches für die Transmissionenselektronenmikroskopie mit relativ großem Durchmesser ( % 0,5 mm) möglich,- together with the mentioned possibility of etching the ring area or, taking into account the intensity distribution of the ion beam, the formation of an investigation area for transmission electron microscopy with a relatively large diameter ( % 0.5 mm) is possible,

- die Verdünnung eines nicht unbedingt in der Probenmitte liegenden, vorher ausgewählten Gebietes (Zielpräparierung) ist gegeben.- the dilution of a not necessarily located in the middle of the sample, previously selected area (target preparation) is given.

d) Der durch die Einwirkung des Ionenstrahles leuchtende Probenhälter ermöglicht die genaue Einstellung der' lonenkanonen bzw. der Lage des Probenhalters bzw. eine schnelle Korrektur der während des Betriebes durch Ladungseinwirkungen erfolgenden Ionenstrahlverschiebungen. -d) The sample holder illuminated by the action of the ion beam enables the exact adjustment of the ion gun or the position of the sample holder or a rapid correction of the ion beam displacements occurring during operation due to the effects of charge. -

Claims

claims:

1. Device for ion beam processing, in particular for the dilution of solid samples, which is provided with a vacuum space in which a sample to be processed carrying sample holder and at least two ion sources are housed, wherein the sample holder and the ion sources are rotatably mounted relative to each other about a central axis of rotation , characterized in that the ion sources (II, 12) are independently rotatable about two further axes of rotation (2, 4) and mounted on these displaceable.

2. Device according to claim 1, characterized in that the axes of rotation (2, 4) of the ion sources (II, 12) parallel to each other and in a common, • are mounted in a wall bounding the vacuum space rotary inlet (1).

3. Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the sample holder (6) is rotatable about a coincident with the axis of the rotary inlet (1) axis of rotation (8) and mounted on this.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a device rotating the sample holder (6) in its own plane is provided, the sample holder allowing a displacement of the center of rotation of the sample (5).

5. Device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the sample directly umgege-

Part of the sample holder (6) consists of titanium.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ion sources (II, 12) with a ^ the exiting Iondnstrahl distracting, tax-

^N bar device are provided.

7. ion source, in particular for the device according to claim I ₁ for generating an ion beam of large - 'current density and small diameter, which is provided with an opening provided in its center anode and a cavity cathode with two arranged on both sides of the anode cathode parts , characterized in that both cathode parts ¹ (31, 32) on the

, Anode (33.) facing the open side with a constriction (44) and on the opposite side with an in the direction of the anode in the cavity hineinreir ing conical part (45) are provided.

8. An ion source according to claim 7, characterized in that the anode (33) is provided with a conical central bore (34) formed with a in the direction of lying on the outlet side of the ion source cathode portion (31) diameter enlarging.

9. Ion source according to one of claims 7 and 8, characterized in that arranged on the outlet side of the ion source cathode part (31) has an inwardly widening outlet opening (46).

10, ion source according to one of claims 7 to 9, marked »characterized in that behind the outlet opening (46) of the cathode part (31) one or more deflection electrodes housed ..sind.

- 5 flat drawings -