DE102013102777B4

DE102013102777B4 - Verfahren zum Herstellen eines Emitters

Info

Publication number: DE102013102777B4
Application number: DE102013102777.6A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Sugiyama; Kazuo Aita; Fumio Aramaki; Tomokazu Kozakai; Osamu Matsuda; Anto Yasaka
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: JP6001292B2; JP2013200991A; US20130248483A1; US8999178B2; US8764994B2; US20140246397A1; DE102013102777A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines angespitzten, nadelförmigen Emitters, wobei das Verfahren umfasst:elektrolytisches Polieren eines End-Abschnittes von einem elektrisch leitfähigen Emitter-Material, derart, dass er in Richtung zu einem Spitzen-Abschnitt davon spitz zuläuft;Durchführen eines ersten Ätzens, bei welchem der elektrolytisch polierte Abschnitt des Emitter-Materials mit einem fokussierten Ionenstrahl derart bestrahlt wird, dass pyramidenförmige Flächen erstellt werden, um einen pyramidenförmigen, angespitzten Abschnitt auszubilden, welcher eine Spitze hat, welche den Spitzen-Abschnitt umfasst; undDurchführen eines zweiten Ätzens, bei welchem der Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch feldunterstütztes Gas-Ätzen weiter angespitzt wird, während ein Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch ein Feld-Ionen-Mikroskop beobachtet wird, und die Anzahl von Atomen an einer Vorderkante des Spitzen-Abschnitts des angespitzten Abschnitts auf eine vorbestimmte Anzahl oder weniger beibehalten wird.

Description

KREUZBEZUG AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der japanischen Patentanmeldung No. 2012-068032 , eingereicht am 23. März 2012, wobei der gesamte Inhalt derer hier durch Inbezugnahme einbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Emitters, welcher als eine Emissionsquelle zum Emittieren von beispielsweise Elektronen oder Ionen verwendet wird.
HINTERGRUND
Einrichtungen bzw. Vorrichtungen eines fokussierten Ionenstrahls (engl.: focused ion beam apparatuses) sind bekannt als Einrichtungen für eine Beobachtung, verschiedene Bewertungen, Analysen und dergleichen auf Proben von Halbleitervorrichtungen oder dergleichen, und zur Erzeugung von Transmissionselektronenmikroskop-(TEM)-Proben, welche aus feinen, dünnen Proben erstellt sind, welche von den Proben extrahiert sind und auf Probenhaltern fixiert sind.
Dieser Typ einer Einrichtung eines fokussierten Ionenstrahls enthält eine Ionenquelle, welche Ionen emittiert. Die emittierten Ionen sind zur Bestrahlung zu einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) ausgebildet.
Es sind einige Typen von Ionenquellen bekannt, welche Plasma-Ionenquellen und Flüssigmetall-Ionenquellen umfassen. Als eine alternative Ionenquelle, welche einen fokussierten Ionenstrahl mit einer höheren Leuchtkraft und einem kleineren Strahl-Durchmesser als die zuvor erwähnten Gegenstücke erzeugen kann, ist eine Gasfeld-Ionenquelle (GFIS) bekannt (siehe beispielsweise JP-A-H07-240165).
Eine Gasfeld-Ionenquelle enthält hauptsächlich einen Emitter mit einem Spitzen-Abschnitt, welcher auf einen atomaren Pegel gespitzt ist, eine Gasquelle, welche Helium (He) oder ein weiteres Gas an den Umfang des Emitters zuführt, eine Kühleinheit, welche den Emitter kühlt, und eine Extraktions-Elektrode, welche vom Spitzen-Abschnitt des Emitters beabstandet ist.
Dieser Aufbau legt, nach einer Zufuhr von Gas, eine Extraktions-Spannung zwischen dem Emitter und der Extraktions-Elektrode an, und kühlt den Emitter. Hieraus resultierend wird das Gas aufgrund eines hohen elektrischen Feldes am Spitzen-Abschnitt des Emitters zu Gasionen ionisiert. Die resultierenden Gasionen werden am Emitter, welcher auf ein positives elektrisches Potenzial gehalten ist, abgestoßen und in Richtung zur Extraktions-Elektrode extrahiert. Die Gasionen werden dann zu einem fokussierten Ionenstrahl konvergiert, während sie mäßig beschleunigt werden.
Genauer gesagt, haben Ionen, welche von einer Gasfeld-Ionenquelle emittiert sind, eine höhere Leuchtkraft und einen kleineren Lichtquellen-Durchmesser, wie zuvor beschrieben, und haben ebenso eine geringere Energiespreizung. Daher können die von der Gasfeld-Ionenquelle emittierten Ionen bei Proben angewendet werden, wobei ihr Strahl-Durchmesser stark fokussiert ist. Dies ermöglicht beispielsweise eine Beobachtung mit höherer Auflösung und eine feinere Ätzung.
Um einen fokussierten Ionenstrahl mit einem kleinen Strahl-Durchmesser herzustellen, hat der Emitter vorzugsweise an seinem Spitzen-Abschnitt einen Pyramiden-Kristall-Aufbau, an dessen Vorderkante die geringstmögliche Anzahl von Atomen angeordnet ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass Gas lokal ionisiert wird, um Gasionen herzustellen, wodurch ein fokussierter Ionenstrahl mit einem kleinen Strahl-Durchmesser erzeugt wird. Aus diesem Grund muss am Spitzen-Abschnitt des Emitters dieser Kristall-Aufbau auf eine konstant stabile Art und Weise aufrecht erhalten bleiben.
Jedoch kann der Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des Emitters einfach zerbrochen werden und gegenüber dem ursprünglichen Zustand verformt werden. Um dies anzugehen, ist ein Verfahren (Behandlung) zum Wiederherstellen des Kristall-Aufbaus am Spitzen-Abschnitt des Emitters auf den ursprünglichen Zustand bekannt.
Genauer gesagt, wird der Spitzen-Abschnitt des Emitters beispielsweise auf bis zu ungefähr 700 °C bis 900 °C erwärmt, wodurch die Atome neu angeordnet werden und der Kristall-Aufbau auf den ursprünglichen Zustand wiederhergestellt wird. Diese Behandlung wird zur Neuanordnung der Atome periodisch oder anforderungsgemäß durchgeführt, so dass der Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des Emitters auf den ursprünglichen Zustand wiederhergestellt werden kann.
Wie zuvor beschrieben, hat der Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des Emitters idealerweise Atome in einer regelmäßigen Pyramiden-Anordnung. Jedoch wurde bislang kein praktisches Verfahren zum Anordnen von Atomen zu einer idealen Pyramide ohne Fehlverhalten eingeführt. Emitter aus dem Stand der Technik haben somit einen Aufbau mit einer hohen Anzahl von Atomen, welche an ihren Vorderkanten angeordnet sind.
Eine zuverlässige Reproduzierbarkeit kann durch die zuvor beschriebene Behandlung, welche zur Neuanordnung von Atomen durchgeführt wird, aufgrund der hohen Anzahl von angeordneten Atomen nicht bereitgestellt werden. Der Kristall-Aufbau verbleibt in vielen Fällen unvollständig, woraus eine geringe Ertragskraft einer thermischen Wiederherstellung resultiert.
Aufgrund der hohen Anzahl von Atomen ist typischerweise eine lang andauernde Erwärmungszeit für ihre Neuanordnung erforderlich. Dies bedeutet, dass, sogar wenn die Atome erfolgreich neu angeordnet sind, die Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Spitzen-Form des Emitters aufgrund thermischer Effekte stark anwächst. Der optimale Wert der Extraktions-Spannung, welche an den Emitter anzulegen ist, steigt hieraus resultierend jedes Mal unvermeidbar an, wenn die Behandlung durchgeführt wird, wie in 19 gezeigt.
Genauer gesagt, kann ein Anstieg des optimalen Werts der Extraktions-Spannung eine Belastung auf den Emitter erhöhen und herbeiführen, dass der Emitter durch elektrische Entladung oder weitere Faktoren leicht beschädigt wird. Sobald die Spannung die Ausgabe-Beschränkung der Extraktions-Spannung von der Einrichtung erreicht, kann der Emitter nicht länger verwendet werden, woraus eine kürzere Lebensdauer des Emitters resultiert.
Außerdem wird in T. Inoue et al., A novel zirconiating technique for high brightness ZrAN emitter, Surface science 246 (1991), S. 87- 93 ein Feldemissionsmikroskopie-Verfahren beschrieben, bei dem <100> orientierte Wolfram-Einkristallspitzen hochstabile Feldemissionsströme nach einer Zirkoniumoxidverarbeitung erzeugen können.
Darüber hinaus wird in M. Takai et al., Modification of field emitter array (FEA) tip shape by focused ion beam irradiation, IVMC'95. Eighth International Vacuum Microelectronics Conference. Technical Digest, IEEE, 1995 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Spitzenformen von Si-Feldemitter-Arrays (FEAs), die durch einen konventionellen Trockenätzprozess hergestellt werden, erfolgreich durch Bestrahlung mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) modifiziert werden, um eine scharfe Konusform zu erhalten.
In US 2009 / 0 110 951 A1 und US 2010 / 0 006 447 A1 werden außerdem Verfahren zur Herstellung einer Spitze mit atomarer Schärfe beschrieben. In JP 2011 - 249 034 A wird eine hervorstehende Struktur und ein Verfahren zur Herstellung der hervorstehenden Struktur. Ferner wird in JP 2011 - 124 099 A eine Vorrichtung zum Emittieren eines Strahls geladener Teilchen beschrieben, in der ein hohes elektrisches Feld zwischen dem Emitter und einer Extraktionselektrode angelegt wird.
UMRISS
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Umstände gemacht und ist darauf gerichtet, ein Verfahren zum Herstellen eines Emitters bereitzustellen. Gemäß dem Verfahren wird ein Emitter hergestellt, dessen Vorderkante einen Kristall-Aufbau hat, welcher durch eine Behandlung durch Neuanordnung von Atomen mit hoher Reproduzierbarkeit auf den ursprünglichen Zustand wiederherstellbar ist, dessen optimaler Wert der Extraktions-Spannung nach der Behandlung nicht ansteigt, und welcher im Verlaufe einer langen Zeit verwendet werden kann.
Angesichts des Vorhergehenden, stellt die vorliegende Erfindung Folgendes bereit:

(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines angespitzten, nadelförmigen Emitters bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: elektrolytisches Polieren eines End-Abschnittes von einem elektrisch leitfähigen Emitter-Material, derart, dass er in Richtung zu einem Spitzen-Abschnitt davon spitz zuläuft; Durchführen eines ersten Ätzens, bei welchem der elektrolytisch polierte Abschnitt des Emitter-Materials mit einem Ladungspartikelstrahl bestrahlt wird, um einen pyramidenförmigen, angespitzten Abschnitt auszubilden, welcher eine Spitze (engl.: vertex) hat, welche den Spitzen-Abschnitt umfasst; Durchführen eines zweiten Ätzens, bei welchem der Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch feldunterstütztes Gas-Ätzen weiter angespitzt wird, während ein Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch ein Feld-Ionen-Mikroskop beobachtet wird, und die Anzahl von Atomen an einer Vorderkante des Spitzen-Abschnitts des angespitzten Abschnitts auf eine vorbestimmte Anzahl oder weniger beibehalten wird; und Erwärmen des Emitter-Materials, um die Atome an der Vorderkante des Spitzen-Abschnitts des angespitzten Abschnitts zu einer Pyramiden-Form anzuordnen.

Das Verfahren zum Herstellen eines Emitters gemäß der vorliegenden Erfindung beginnt mit dem elektrolytischen Polieren des End-Abschnittes von dem Emitter-Material, derart, dass es in Richtung zu einem Spitzen-Abschnitt davon spitz zuläuft. Hierdurch hat der End-Abschnitt des Emitter-Materials einen Durchmesser von beispielsweise nicht mehr als 100 nm, woraus ein im Wesentlichen angespitzter Zustand resultiert. Als Nächstes wird das elektrolytisch polierte Teil mit einem Ladungspartikelstrahl bestrahlt, um ein Ätzen durchzuführen und ein pyramidenförmig angespitztes Teil mit einer Spitze von beispielsweise 20° oder weniger auszubilden. Demgemäß ist es möglich, ein angespitztes Teil in einer Pyramiden-Form (beispielsweise eine dreikantige Pyramide oder sechskantige Pyramide) herzustellen, welches im Nanometerbereich angespitzt ist. Insbesondere kann aufgrund der Verwendung der Ladungspartikelstrahlen eine Variation in der Verarbeitung reduziert werden, so dass das angespitzte Teil zu einer gewünschten Form fein hergestellt werden kann.
Der Spitzen-Abschnitt wird dann zum weiteren Anspitzen im Bereich eines atomaren Pegels durch feldunterstütztes Gas-Ätzen verarbeitet, während der Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des angespitzten Teils unter einem Feld-Ionen-Mikroskop beobachtet wird. Bei diesem Ablauf nimmt die Anzahl von Atomen an der Vorderkante mit zunehmendem Anspitzen des Spitzen-Abschnittes ab. Indem die Verarbeitung des Spitzen-Abschnitts fortgeführt wird, bis die Anzahl von Atomen an der Vorderkante eine vorbestimmte Anzahl oder weniger (beispielsweise einige bis einige Dutzend) erreicht, basierend auf der Beobachtung unter dem Feld-Ionen-Mikroskop, kann die Form des angespitzten Teils im Bereich eines atomaren Pegels angespitzt werden. Insbesondere, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante des angespitzten Teils auf eine vorbestimmte Anzahl oder weniger reduziert ist, kann die Vorderkante, verglichen mit dem Stand der Technik, durch eine viel kleinere Anzahl von Atomen konfiguriert werden.
Das Emitter-Material unterläuft schließlich dem Erwärmungs-Schritt zum Erwärmen des Emitter-Materials, um die Atome an der Vorderkante des angespitzten Teils zu einer Pyramiden-Form anzuordnen. Bei diesem Ablauf werden, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante geringer ist als im Stand der Technik, die Atome geringerer Anzahl einfach zu einer idealen Pyramiden-Form angeordnet. Hierdurch kann ein angespitzter, nadelförmiger Emitter hergestellt werden, welcher beispielsweise ein Atom oder drei Atome an seiner Vorderkante hat.
Der somit hergestellte Emitter kann Elektronen oder Ionen mit einem kleinen Lichtquellen-Durchmesser und einer hohen Leuchtkraft emittieren. Insbesondere, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante geringer ist als im Stand der Technik, sind die Atome geringerer Anzahl durch Wärmebehandlung effizient neu angeordnet, und kann ihr Kristall-Aufbau mit einer hohen Reproduzierbarkeit auf die ursprüngliche Pyramiden-Form wiederhergestellt werden. Dies kann die Ertragskraft der thermischen Wiederherstellung verbessern.
Die effiziente Neuanordnung der Atome geringerer Anzahl kann die Erwärmungszeit kurz halten und verhindern, dass der Durchmesser des Spitzen-Abschnitts des Emitters groß anwächst. Daher kann verhindert werden, dass der optimale Wert der Extraktions-Spannung nach der Behandlung ansteigt, wodurch die Lebensdauer des Emitters erstreckt wird und ermöglicht wird, dass er für eine lange Zeit zu verwenden ist.
Figurenliste

1 ist ein Gesamt-Aufbau-Schaubild, welches eine Ausführungsform von einer Einrichtung eines fokussierten Ionenstrahls, welche einen Emitter enthält, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht des in 1 dargestellten Emitters;
3 ist eine vergrößerte Ansicht auf atomaren Pegel von der Spitze des in 2 dargestellten Emitters;
4 ist eine weitere vergrößerte Ansicht auf atomaren Pegel von der Spitze des in 2 dargestellten Emitters;
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des in 2 dargestellten Emitters;
6 ist eine Ansicht, welche einen Schritt zum Herstellen des Emitters darstellt, wobei ein Zustand angezeigt ist, bei welchem die Spitze eines Emitter-Materials elektrolytisch poliert wird;
7 ist eine vergrößerte Ansicht von der Spitze des Emitter-Materials, nachdem sie wie in 6 elektrolytisch poliert ist;
8 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts A in 7;
9 ist eine Ansicht eines elektrolytisch verarbeiteten Teils nach dem elektrolytischen Polieren, welcher einem Ätzen durch einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) unterworfen wird;
10 ist eine Ansicht, welche einen Ablauf zum Ausbilden eines angespitzten Teils darstellt, welcher durch das FIB-Ätzen wie in 9 angespitzt wird;
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines angespitzten Teils, welches an der Spitze des Emitter-Materials durch das FIB-Ätzen wie in 9 ausgebildet ist;
12 ist eine Ansicht, welche einen Zustand darstellt, bei welchem das in 11 dargestellte Emitter-Material unter einem Feld-Ionen-Mikroskop (FIM) platziert ist;
13 ist ein FIM-Bild von der Vorderkante des angespitzten Teils des Emitter-Materials, beobachtet unter einem Feld-Ionen-Mikroskop;
14 ist ein FIM-Bild eines Zustands, bei welchem die Anzahl von Atomen an der Vorderkante des angespitzten Teils des Emitter-Materials durch feldunterstütztes Gas-Ätzen abgenommen hat;
15 ist ein FIM-Bild eines Zustands, bei welchem die Anzahl von Atomen an der Vorderkante des angespitzten Teils des Emitter-Materials durch feldunterstütztes Gas-Ätzen weiter abgenommen hat;
16 ist ein FIM-Bild eines Zustands, bei welchem der Kristall-Aufbau an der Vorderkante des angespitzten Teils des Emitter-Materials dergestalt ist, wie in 3 dargestellt;
17 ist ein FIM-Bild eines Zustands, bei welchem der Kristall-Aufbau an der Vorderkante des angespitzten Teils des Emitter-Materials dergestalt ist, wie in 4 dargestellt;
18 ist ein Kurvendiagramm, welches eine Beziehung zwischen der Anzahl von Wiederholungen der Behandlung des Emitters gemäß der vorliegenden Erfindung und dessen Extraktions-Spannung zeigt; und
19 ist ein Kurvendiagramm, welches eine Beziehung zwischen der Anzahl von Wiederholungen der Behandlung eines herkömmlichen Emitters und dessen Extraktions-Spannung zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Diese Ausführungsform beschreibt einen Emitter, welcher in einer Gasfeld-Ionenquelle (GFIS) enthalten ist und als eine Emissionsquelle dient, welche beispielsweise Ionenstrahlen emittiert.
Eine Einrichtung eines fokussierten Ionenstrahls, welche eine Säule eines fokussierten Ionenstrahls enthält, welche die Gasfeld-Ionenquelle enthält, wird kurz beschrieben.
Einrichtung eines fokussierten Ionenstrahls
Wie in 1 dargestellt, enthält die Einrichtung 1 eines fokussierten Ionenstrahls hauptsächlich eine Säule 2 eines fokussierten Ionenstrahls, welche eine Probe S, welche auf einer Stufe (nicht dargestellt) platziert ist, mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) bestrahlt, einen Erfasser 4, welcher Sekundär-Ladungspartikel erfasst, welche durch Bestrahlung durch den FIB erzeugt sind, eine Gaskanone 5, welche Materialgas zum Ausbilden eines Ablagerungsfilms zuführt, und eine Steuerung 7, welche Bilddaten auf Basis der erfassten Sekundär-Ladungspartikel erzeugt und hervorruft, dass eine Anzeige (nicht dargestellt) die Bilddaten anzeigt.
Die Stufe arbeitet auf Basis von Anweisungen von der Steuerung 7. Beispielsweise kann die Stufe auf fünf Achsen verschoben werden. Ein geeignetes Verschieben der Stufe auf fünf Achsen kann eine Emission des FIB auf eine gewünschte Position hervorrufen. Diese Stufe ist in einer Vakuumkammer (nicht dargestellt) untergebracht, in welcher beispielsweise eine FIB-Bestrahlung und eine Zufuhr von Materialgas durchgeführt werden.
Die Säule 2 eines fokussierten Ionenstrahls enthält einen Emitter 10, eine Gasquelle 11, eine Kühleinheit 12, einen Erwärmer 13, eine Extraktions-Elektrode 14, eine Extraktions-Leistungsquelle 15 und eine Strahl-Optik 16.
Der Emitter 10 ist ein nadelförmiges, elektrisch leitfähiges Element mit einem angespitzten Spitzen-Abschnitt, wie in 2 dargestellt, und ist eine Emissionsquelle, welche Ionenstrahlen emittiert. Der Emitter 10 wird durch ein später beschriebenes Verfahren hergestellt, und dessen Spitzen-Abschnitt wird im Bereich eines atomaren Pegels angespitzt. Genauer gesagt, ist der Spitzen-Abschnitt derart ausgebildet, dass er einen zu einer Pyramide angeordneten Kristall-Aufbau hat. Beispielsweise ist der Spitzen-Abschnitt derart ausgebildet, dass er eine Vorderkante hat, bei welcher drei Atome A1, wie in 3 dargestellt, angeordnet sind, oder ein Atom A2, wie in 4 dargestellt, angeordnet ist.
Der Emitter 10 ist wie in 1 dargestellt gelagert, während er in einer Ionisierungs-Kammer 20 untergebracht ist, in welcher ein Hochvakuum-Zustand vorherrscht. Die Gasquelle 11 kann eine geringe Menge von Gas (beispielsweise Helium (He)-Gas) G über eine Gas-Einlassröhre 11a, welche mit der Ionisierungs-Kammer 20 in Verbindung steht, an den Umfang des Emitters 10 zuführen. Der Erwärmer 13 erwärmt lokal den Spitzen-Abschnitt des Emitters 10, und ist beispielsweise ein Heizdraht. Der Erwärmer 13 dient zum lokalen Erwärmen des Spitzen-Abschnitts des Emitters 10 auf bis zu eine vorbestimmte Temperatur mittels eines elektrischen Stroms von einer Stromquelle 13a, welche auf Basis von Anweisungen von der Steuerung 7 arbeitet, wodurch Atome neu angeordnet werden, welche den Emitter 10 bilden.
An der Öffnung der Ionisierungs-Kammer 20 ist die Extraktions-Elektrode 14 bereitgestellt, welche vom Spitzen-Abschnitt des Emitters 10 beabstandet ist. Die Extraktions-Elektrode 14 hat eine Öffnung 14a an einer Position, welche dem Spitzen-Abschnitt des Emitters 10 gegenüberliegt. Die Extraktions-Leistungsquelle 15 ist eine Elektrode, welche eine Extraktions-Spannung an den Raum zwischen der Extraktions-Elektrode 14 und dem Emitter 10 anlegt. Durch Anlegen der Extraktions-Spannung dient die Extraktions-Leistungsquelle 15 zum Ionisieren des Gases G an der Vorderkante des Emitters 10 zu Gasionen, und danach zum Extrahieren der Gasionen in Richtung zur Extraktions-Elektrode 14.
Die Kühleinheit 12 kühlt den Emitter 10 mittels flüssigem Helium, flüssigem Stickstoff oder einem weiteren Kühlmittel. In dieser Ausführungsform ist die Kühleinheit 12 dazu entworfen, den gesamten Raum E, einschließlich der Extraktions-Elektrode 14, zu kühlen, wie in 1 dargestellt. Alternativ kann die Kühleinheit 12 dazu entworfen sein, zumindest den Emitter 10 zu kühlen. Um den Emitter zu kühlen, kann ein Kühlgerät verwendet werden.
Der Emitter 10, die Gasquelle 11, der Erwärmer 13, die Extraktions-Elektrode 14, die Extraktions-Leistungsquelle 15 und die Ionisierungs-Kammer 20 bilden eine Gasfeld-Ionenquelle 21 aus, welche Gasionen aus dem Gas G erzeugt.
Unterhalb der Extraktions-Elektrode 14 ist eine Kathode 22 auf einem Erdungs-Potenzial bereitgestellt. Es wird an den Raum zwischen der Kathode 22 und dem Emitter 10 eine Beschleunigungsspannung von einer Beschleunigungs-Leistungsquelle 23 angelegt, wodurch die extrahierten Gasionen erregt werden, beschleunigt werden und zu einem Ionenstrahl umgesetzt werden. Unterhalb der Kathode 22 ist eine erste Apertur 24 bereitgestellt, welche den Ionenstrahl fokussiert. Unterhalb der ersten Apertur 24 ist eine Kondensorlinse 25 bereitgestellt, welche den Ionenstrahl zu einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) komprimiert.
Unterhalb der Kondensorlinse 25 ist eine zweite Apertur 26 bereitgestellt, welche horizontal bewegbar ist und den FIB weiter fokussiert. Unterhalb der zweiten Apertur 26 ist ein Ablenkelement 27 bereitgestellt, welches den FIB über die Probe S bewegt. Unterhalb des Ablenkelements 27 ist eine Objektivlinse 28 bereitgestellt, welche den Fokus des FIB auf die Probe S positioniert.
Die Kathode 22, die Beschleunigungs-Leistungsquelle 23, die erste Apertur 24, die Kondensorlinse 25, die zweite Apertur 26, das Ablenkelement 27 und die Objektivlinse 28 bilden die Strahl-Optik 16 aus, welche die extrahierten Gasionen in den FIB umwandelt und den FIB an die Probe S anlegt. Obwohl in 1 nicht dargestellt, enthält diese Strahl-Optik ebenso ein Astigmatismus-Korrekturelement und ein Strahlposition-Einstellelement, welche in bekannten Einrichtungen eines fokussierten Ionenstrahls enthalten sind.
Der Erfasser 4 erfasst Sekundär-Ladungspartikel, wie beispielsweise SekundärElektronen, Sekundär-Ionen, reflektierte Ionen und Streu-Ionen, welche von der Probe S erzeugt sind, welche durch den FIB bestrahlt wird. Der Erfasser 4 gibt Erfassungsergebnisse an die Steuerung 7 aus.
Die Gaskanone 5 kann Verbundgas, welches das Material eines Ablagerungsfilms (beispielsweise Phenanthren, Platin, Kohlenstoff oder Wolfram) als Materialgas enthält, zuführen. Das Materialgas wird durch FIB-Bestrahlung und die resultierenden Sekundär-Ladungspartikel in Gas und feste Bestandteile aufgespalten. Der feste Bestandteil aus den zwei getrennten Bestandteilen wird abgelagert, um einen Ablagerungsfilm auszubilden.
Die Gaskanone 5 wird mit einem Material geladen, welches dazu in der Lage ist, den Ablauf des Ätzens auf eine selektive Art und Weise zu beschleunigen (beispielsweise Xenon-Fluorid, Chlor, Jod oder Wasser). Beispielsweise wird Xenon-Fluorid für eine Probe S auf Silizium-Basis verwendet, wohingegen Wasser für eine organische Probe S verwendet wird. Dieses Material wird zusammen mit dem Ionenstrahl angelegt, wodurch der Ablauf eines Ätzens von einem bestimmten Material fortgeschritten wird.
Zusätzlich, um die zuvor beschriebenen Bauteile vollständig zu steuern, kann die Steuerung 7 die Extraktions-Spannung, die Beschleunigungs-Spannung, den Strahl-Strom und dergleichen geeigneterweise ändern. Bis hierhin kann die Steuerung 7 den Strahl-Durchmesser des FIB erforderlicherweise einstellen und ein Beobachtungsbild erlangen, und kann beispielsweise die Probe S lokal ätzen (zur rauen Verarbeitung, abschließenden Verarbeitung oder dergleichen).
Die Steuerung 7 wandelt die Sekundär-Ladungspartikel, welche durch den Erfasser 4 erfasst sind, in ein Luminanzsignal um, um Beobachtungsbild-Daten zu erzeugen, und gibt ein Beobachtungsbild auf der Anzeige basierend auf den Beobachtungsbild-Daten aus. Hierdurch wird eine visuelle Beobachtung des Beobachtungsbilds über die Anzeige ermöglicht.
Zusätzlich ist die Steuerung 7 mit einer Eingabeeinheit (nicht dargestellt) verbunden, mit welcher ein Bediener Daten eingeben kann. Basierend auf Signalen, welche über diese Eingabeeinheit eingegeben sind, steuert die Steuerung 7 die Bauteile. Hierdurch wird es dem Bediener ermöglicht, über die Eingabeeinheit einen gewünschten Bereich, mit dem darauf abgestrahlten FIB, zu beobachten oder zu ätzen, oder einen Ablagerungsfilm in einem gewünschten Bereich, mit zugeführtem Materialgas und dem darauf abgestrahlten FIB, abzulagern.
Verfahren zum Herstellen eines Emitters
Es wird nun ein Verfahren zum Herstellen des Emitters 10 mit Bezug auf das Ablaufdiagramm in 5 beschrieben.
Der Ablauf beginnt mit einem Schritt eines elektrolytischen Polierens (S10), bei welchem ein End-Abschnitt des Emitter-Materials derart elektrolytisch poliert wird, dass es zu einem Spitzen-Abschnitt davon spitz zuläuft.
Genauer gesagt, wird, wie in 6 dargestellt, ein Draht, welcher aus einem Wolfram-Einkristall erstellt ist, welcher eine Kristallebene (111) entlang der Axialrichtung hat, beispielsweise als das Emitter-Material 30 vorbereitet. Das Basis-Ende des Emitter-Materials 30 wird durch eine Halterung 32, mit beispielsweise zwischengesetzten Fixierungs-Walzdrähten 31, gehalten.
Für den Draht als Emitter-Material 30 wird ein Draht verwendet, welcher beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 0,1 bis 0,3 mm und eine Länge von einigen Millimetern hat. Der Fixierungs-Walzdraht 31 dient, zusätzlich zum Halten des Emitter-Materials 30, zum Erwärmen des Emitter-Materials 30 mittels eines elektrischen Stroms, welcher dort hindurch fließt.
Der End-Abschnitt des Emitter-Materials 30, welches durch die Halterung 32 gehalten ist, wird in eine Polierlösung W eingetaucht, welche in einem Polierbad 33 enthalten ist. Beispiele der Polierlösung W können eine 3 mol/L KOH (Kaliumhydroxid) Lösung umfassen. Im Polierbad 33 ist ebenso eine Kathode 34 untergebracht.
An den Raum zwischen dem Emitter-Material 30 und der Kathode 34 wird eine Ätz-Spannung (beispielsweise eine Gleichspannung von 3 V) durch eine Spannungsanlegeeinheit 35 für eine vorbestimmte Ätz-Zeit (beispielsweise ungefähr 400 Sekunden) angelegt, wodurch der End-Abschnitt des Emitter-Materials 30 elektrolytisch poliert wird.
Dieser Ablauf kann den End-Abschnitt des Emitter-Materials 30 im Wesentlichen anspitzen, um einen wie in 7 dargestellten, spitz zulaufenden Spitzen-Abschnitt zu erstellen. Das elektrolytische Polieren wird durchgeführt, bis die folgenden Verarbeitungs-Ziele erreicht sind: Der Spitzen-Durchmesser R beträgt 100 nm oder weniger, genauer gesagt 30 bis 80 nm, und ein Spitzenwinkel Θ1 beträgt ungefähr 10° bis 30°, wie in 8 dargestellt.
Nach der Vollendung des Schritts eines elektrolytischen Polierens (S10), folgt ein erster Ätz-Schritt (S20), bei welchem das elektrolytisch polierte Teil mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) bestrahlt wird, wie in 9 dargestellt.
Genauer gesagt, wird ein Verarbeitungs-Bereich H, welcher sich von dem Spitzen-Abschnitt des elektrolytisch polierten Teils über beispielsweise 50 µm erstreckt, mit einem FIB bestrahlt, während das Emitter-Material 30 um seine Achse O absatzweise umdreht wird, um einen pyramidenförmig angespitzten Abschnitt 40 auszubilden, wie in 9 und 10 dargestellt. Bei diesem dargestellten Beispiel wird eine FIB-Verarbeitung durchgeführt, um sechs pyramidenförmige Flächen 41 zu erstellen, um einen sechskantigen, pyramidenförmig angespitzten Abschnitt 40 auszubilden.
Bei diesem Ablauf wird der angespitzte Abschnitt 40 derart endbearbeitet, dass er eine Spitze hat, welche den Spitzen-Abschnitt umfasst und einen Spitzenwinkel Θ2 von 20° oder weniger hat, wie in 11 dargestellt. Bei diesem dargestellten Beispiel wird der angespitzte Abschnitt 40 derart endbearbeitet, dass er einen Spitzenwinkel Θ2 von ungefähr 10° hat.
Der erste Ätz-Schritt (S20) kann den sechskantigen, pyramidenförmig angespitzten Abschnitt 40 bereitstellen, welcher im Bereich von Nanometern stark angespitzt ist. Genauer gesagt, kann die Verwendung von fokussierten Ionenstrahlen (FIB) eine Verarbeitungsschwankung reduzieren, so dass der angespitzte Abschnitt 40 zu einer gewünschten Form fein hergestellt werden kann.
Nach der Vollendung des ersten Ätz-Schritts (S20) folgt ein zweiter Ätz-Schritt (S30), bei welchem der Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts 40 durch feldunterstütztes Gas-Ätzen im Bereich eines atomaren Pegels weiter angespitzt wird, während der Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt durch ein Feld-Ionen-Mikroskop (FIM) beobachtet wird.
Dieser Schritt wird detailliert beschrieben.
Das FIM 50 enthält eine Vakuumkammer (nicht dargestellt), in welche verschiedene Gastypen unter vorbestimmten Spannungen eingeführt werden, eine Mikrokanal-Platte (MCP) 51, welche vom angespitzten Abschnitt 40 des Emitter-Materials 30 in der Vakuumkammer beabstandet ist, einen Leuchtschirm 52, welcher darauf ein FIM-Bild des Spitzen-Abschnitts von dem angespitzten Abschnitt 40, durch die MCP 51 verstärkt, anzeigt, und eine Erwärmungseinheit 53, welche ein Erwärmer oder dergleichen ist, zum Erwärmen des Emitter-Materials 30, wie in 12 dargestellt.
12 stellt den Kristall-Aufbau am angespitzten Abschnitt 40 des Emitter-Materials 30 dar.
Bei dem derart aufgebauten FIM 50 wird in dem Fall, bei welchem ein Inertgas, beispielsweise Helium (He)-Gas, in die Vakuumkammer eingeführt ist und eine Hochspannung an dem Emitter-Material 30 angelegt ist, das Helium-Gas aufgrund eines starken elektrischen Feldes in der Nähe der Atome am Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts 40 ionisiert, und bewegen sich die resultierenden Ionen entlang der elektrischen Kraftlinie zum MCP 51. Die Helium-Ionen werden zu Elektronen umgewandelt und durch den MCP 51 verstärkt, und treten dann in den Leuchtschirm 52 ein. Dies ermöglicht eine Anzeige eines FIM-Bildes des Spitzen-Abschnittes des angespitzten Abschnitts 40 auf dem Leuchtschirm 52, wie in 13 dargestellt, wodurch eine visuelle Beobachtung des Kristall-Aufbaus ermöglicht wird.
In dem Fall, bei welchem im Verlaufe der Beobachtung zusätzlich zum Helium-Gas ein Mischgas, welches Sauerstoff, Stickstoff oder beides (nicht dargestellt) enthält, in die Vakuumkammer eingeführt wird, reagiert das Mischgas mit Wolfram-Atomen und entfernt diese, um ein Ätzen durchzuführen, wobei ein feldunterstütztes Gas-Ätzen durchgeführt wird.
Das feldunterstützte Gas-Ätzen kann stufenweise den Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts 40 schaben, wodurch der Spitzen-Abschnitt im Bereich eines atomaren Pegels angespitzt wird. Bei diesem Ablauf wird die Anzahl von Atomen an der Vorderkante reduziert, wenn der Spitzen-Abschnitt weiter angespitzt wird, und wird die Anzahl von lumineszierenden Punkten im FIM-Bild im Verlaufe der Zeit reduziert, wie in 14 dargestellt.
Indem die Verarbeitung des Spitzen-Abschnitts fortgeführt wird, bis die Anzahl von Atomen an der Vorderkante (die Anzahl lumineszierender Punkte) eine vorbestimmte Anzahl oder weniger (beispielsweise einige bis einige Dutzend), auf Basis der Beobachtung unter dem FIM 50, erreicht, wie in 15 dargestellt, kann die Form des angespitzten Abschnitts 40 im Bereich eines atomaren Pegels angespitzt werden. Genauer gesagt, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante des angespitzten Abschnitts 40 auf eine vorbestimmte Anzahl oder weniger herabreduziert wird, kann die Vorderkante aus einer viel geringeren Anzahl von Atomen als bekannt zusammengesetzt werden.
Nach der Vollendung des zweiten Ätz-Schrittes (S30) folgt ein Erwärmungs-Schritt (S40), bei welchem das Emitter-Material 30 erwärmt wird, um die Atome an der Vorderkante des angespitzten Abschnitts 40 zu einer Pyramiden-Form anzuordnen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird dieser Schritt bei dem unter dem FIM 50 platzierten Emitter-Material 30 durchgeführt. Genauer gesagt, werden das Helium-Gas und das Mischgas aus der Vakuumkammer ausgestoßen, und wird die Anlegung der Spannung an das Emitter-Material 30 beendet, und wird das Emitter-Material 30 nachfolgend durch die Erwärmungs-Einheit 53 für beispielsweise 5 Minuten auf ungefähr 700 °C erwärmt.
Dies ermöglicht eine erfolgreiche Anordnung der Atome. Genauer gesagt, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante geringer ist als bekannt, werden die Atome geringerer Anzahl zu einer idealen Pyramiden-Form angeordnet. Dies kann einen derartigen Kristall-Aufbau erzielen, welcher beispielsweise drei Atome A1, wie in 3 dargestellt, oder ein Atom A2, wie in 4 dargestellt, hat, welche an seiner Vorderkante angeordnet sind. Wenn Atome an seiner Vorderkante in einem solchen Kristall-Aufbau vorliegen, kann der nadelförmige Emitter 10, wie in 2 dargestellt, welcher im Bereich eines atomaren Pegels angespitzt ist, hergestellt werden.
Nach dem Erwärmungs-Schritt (S40) wird abermals Helium-Gas in die Vakuumkammer eingeführt und eine Spannung an den Emitter 10 angelegt. Bei einer Beobachtung eines FIM-Bildes in diesem Zustand werden drei lumineszierende Punkte, wie in 16 dargestellt, oder ein lumineszierender Punkt, wie in 17 dargestellt, aufgefunden, welches anzeigt, dass der Kristall-Aufbau an seiner Vorderkante drei Atome A1 oder ein Atom A2 angeordnet hat.
Die Gasfeld-Ionenquelle 21, welche den somit hergestellten Emitter 10 umfasst, kann Ionen-Strahlen mit einem kleinen Lichtquellen-Durchmesser und einer hohen Leuchtkraft emittieren. Die Verwendung fokussierter Ionenstrahlen (FIB) unter Anwendung der Ionenstrahlen zum Beobachten der Probe S ermöglicht eine Hochauflösungs-Beobachtung, und die Verwendung zum Verarbeiten der Probe S ermöglicht eine hochgenaue Mikroherstellung.
Wenn sich der Kristall-Aufbau des Emitters 10 mit dem Gebrauch der Gasfeld-Ionenquelle 21 geändert hat, werden die Atome durch Wärmebehandlung neu angeordnet. Mit dem Emitter 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Atome geringerer Anzahl, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante kleiner als bekannt ist, wirksam angeordnet werden, wie zuvor beschrieben. Der Kristall-Aufbau kann hieraus resultierend mit einer hohen Reproduzierbarkeit zu der ursprünglichen Pyramiden-Form wiederhergestellt werden. Dies kann die Ertragskraft der thermischen Wiederherstellung verbessern.
Die wirksame Neuanordnung der Atome geringerer Anzahl kann die Erwärmungs-Zeit kurz halten und verhindern, dass der Durchmesser des Spitzen-Abschnitts des Emitters 10 stark anwächst. Es kann daher verhindert werden, dass der optimale Wert der Extraktions-Spannung nach der Behandlung ansteigt, und er kann auf einen annähernd konstanten Pegel beibehalten werden, wie durch die durchgängige Linie in 18, im Vergleich mit einem bekannten Emitter, angezeigt durch die gestrichelte Linie, angezeigt. Hierdurch wird die Lebensdauer des Emitters 10 verlängert und ermöglicht, dass dieser für eine lange Zeit zu verwenden ist.
Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise, obwohl die Ausführungsform den Emitter 10 zur Verwendung bei der Gasfeld-Ionenquelle 21 beschreibt, ist der Emitter nicht hierauf beschränkt. Der Emitter kann beispielsweise als eine Emissionsquelle zum Emittieren von Elektronen, welche zu Elektronenstrahlen umgewandelt werden, verwendet werden.
Obwohl ein fokussierter Ionenstrahl (FIB) angewendet wird, um ein Ätzen im ersten Ätz-Schritt (S20) durchzuführen, kann ein jeglicher weiterer Ladungspartikelstrahl anstelle des FIB verwendet werden. Das Ätzen kann beispielsweise unter Verwendung von Elektronenstrahlen durchgeführt werden. Obwohl der angespitzte Abschnitt 40 zu einer sechskantigen Pyramide ausgebildet wird, kann er zu einer jeglichen weiteren Pyramiden-Form ausgebildet werden, wie beispielsweise eine dreiseitige Pyramide, eine 12-seitige Pyramide, eine 24-seitige Pyramide und eine 36-seitige Pyramide. In einem solchen Fall kann der angespitzte Abschnitt 40, welcher im Bereich von Nanometern angespitzt ist, hergestellt werden, und kann die Anzahl von Atomen an der Vorderkante im nachfolgenden zweiten Ätz-Schritt (S30) reduziert werden.
Obwohl das unter dem FIM 50 platzierte Emitter-Material 30 zur Verwendung des FIM 50 im Erwärmungs-Schritt (S40) erwärmt wird, kann das Emitter-Material 30 beispielsweise nach dem zweiten Ätz-Schritt (S30) in der Gasfeld-Ionenquelle 21 platziert werden, um den Erwärmungs-Schritt (S40) durchzuführen. Dies ermöglicht es der Gasfeld-Ionenquelle 21, einen Betrieb unmittelbar nach dem Erwärmungs-Schritt (S40) zu beginnen.
Obwohl Wolfram als das Emitter-Material 30 verwendet wird, ist das Material nicht hierauf beschränkt. Jedoch ist es unter Verwendung von Wolfram, welches einen kubisch-raumzentrierten Aufbau hat, möglich, die Atome an der Vorderkante des angespitzten Teils 40 einfach zu einer idealen Pyramiden-Form anzuordnen. Zusätzlich ist es bevorzugt, Wolfram zu verwenden, welches mit einem hohen Schmelzpunkt und einer hohen Härte chemisch stabil ist, da hierdurch einfach ein hochqualitativer Emitter 10 hergestellt werden kann.
Ferner kann Wolfram durch Iridium ersetzt werden. Ebenso können in diesem Fall ähnliche Vorteile zu jenen, welche unter Verwendung von Wolfram erzielt werden, bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt darstellhafte, nicht beschränkende Aspekte wie folgt bereit:

(1) In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines angespitzten, nadelförmigen Emitters bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: elektrolytisches Polieren eines End-Abschnittes von einem elektrisch leitfähigen Emitter-Material, derart, dass er in Richtung zu einem Spitzen-Abschnitt davon spitz zuläuft; Durchführen eines ersten Ätzens, bei welchem der elektrolytisch polierte Abschnitt des Emitter-Materials mit einem Ladungspartikelstrahl bestrahlt wird, um einen pyramidenförmigen, angespitzten Abschnitt auszubilden, welcher eine Spitze hat, welche den Spitzen-Abschnitt umfasst; Durchführen eines zweiten Ätzens, bei welchem der Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch feldunterstütztes Gas-Ätzen weiter angespitzt wird, während ein Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch ein Feld-Ionen-Mikroskop beobachtet wird, und die Anzahl von Atomen an einer Vorderkante des Spitzen-Abschnitts des angespitzten Abschnitts auf eine vorbestimmte Anzahl oder weniger beibehalten wird; und Erwärmen des Emitter-Materials, um die Atome an der Vorderkante des Spitzen-Abschnitts des angespitzten Abschnitts zu einer Pyramiden-Form anzuordnen.

Demgemäß beginnt das Verfahren zum Herstellen eines Emitters mit dem elektrolytischen Polieren des End-Abschnitts des Emitter-Materials, derart, dass es zu einem Spitzen-Abschnitt davon spitz zuläuft. Hierdurch wird es ermöglicht, dass der End-Abschnitt des Emitter-Materials einen Durchmesser von beispielsweise nicht mehr als 100 nm hat, woraus ein im Wesentlichen angespitzter Zustand resultiert. Als Nächstes wird das elektrolytisch polierte Teil mit einem Ladungspartikelstrahl bestrahlt, um ein Ätzen durchzuführen und ein pyramidenförmig angespitztes Teil mit einer Spitze von beispielsweise 20° oder weniger auszubilden. Demgemäß ist es möglich, ein angespitztes Teil einer Pyramiden-Form (beispielsweise eine dreiseitige Pyramide oder sechsseitige Pyramide) herzustellen, welches im Bereich von Nanometern angespitzt ist. Genauer gesagt, kann, da die Ladungspartikelstrahlen verwendet werden, eine Schwankung in der Verarbeitung reduziert werden, so dass das angespitzte Teil zu einer gewünschten Form fein hergestellt werden kann.
Der Spitzen-Abschnitt wird dann derart verarbeitet, dass er durch feldunterstütztes Gas-Ätzen im Bereich eines atomaren Pegels weiter angespitzt wird, während der Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des angespitzten Teils unter einem Feld-Ionen-Mikroskop beobachtet wird. Bei diesem Ablauf nimmt die Anzahl von Atomen an der Vorderkante mit weiterem Anspitzen des Spitzen-Abschnitts ab. Indem die Verarbeitung des Spitzen-Abschnitts fortgeführt wird, bis die Anzahl von Atomen an der Vorderkante auf Basis der Beobachtung unter dem Feld-Ionen-Mikroskop eine vorbestimmte Anzahl oder weniger (beispielsweise einige oder einige Dutzend) erreicht, kann die Form des angespitzten Teils im Bereich eines atomaren Pegels angespitzt werden. Genauer gesagt, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante des angespitzten Teils auf eine vorbestimmte Anzahl oder weniger reduziert ist, kann die Vorderkante, verglichen mit dem Stand der Technik, durch eine viel geringere Anzahl von Atomen konfiguriert werden.
Das Emitter-Material unterläuft schließlich dem Erwärmungs-Schritt eines Erwärmens des Emitter-Materials, um die Atome an der Vorderkante des angespitzten Teils zu einer Pyramiden-Form anzuordnen. Bei diesem Ablauf werden die Atome geringerer Anzahl, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante geringer ist als im Stand der Technik, leicht zu einer idealen Pyramiden-Form angeordnet. Hierdurch kann ein angespitzter, nadelförmiger Emitter mit beispielsweise einem Atom oder drei Atomen an seiner Vorderkante hergestellt werden.
Der somit hergestellte Emitter kann Elektronen oder Ionen mit einem kleinen Lichtquellen-Durchmesser und einer hohen Leuchtkraft emittieren. Genauer gesagt, da die Anzahl von Atomen an der Vorderkante geringer ist als im Stand der Technik, werden die Atome geringerer Anzahl durch Wärmebehandlung wirksam neu angeordnet, und kann ihr Kristall-Aufbau mit hoher Reproduzierbarkeit zur ursprünglichen Pyramiden-Form wiederhergestellt werden. Hierdurch kann die Ertragskraft der thermischen Wiederherstellung verbessert werden.
Die wirksame Neuanordnung der Atome geringerer Anzahl kann dazu beitragen, dass die Erwärmungs-Zeit kurz ist, und verhindern, dass der Durchmesser des Spitzen-Abschnitts von dem Emitter stark anwächst. Es kann daher verhindert werden, dass der optimale Wert der Extraktions-Spannung nach der Behandlung ansteigt, wodurch die Lebensdauer des Emitters verlängert wird und eine Verwendung dessen für eine lange Zeit ermöglicht wird.
(2) In einem zweiten Aspekt ist das Verfahren zum Herstellen eines Emitters gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, wobei bei dem ersten Ätzen ein derartiges Ätzen durchgeführt wird, dass ein Spitzenwinkel des angespitzten Abschnitts durch Bestrahlung mit einem fokussierten Ionenstrahl 10° oder weniger annimmt.
Demgemäß wird ein Ätzen unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls durchgeführt, welcher zur Mikroherstellung geeignet ist, um eine Spitze von 10° oder weniger zu erstellen. Hierdurch kann ein weiter angespitztes, pyramidenförmig angespitztes Teil auf eine stabile Art und Weise hergestellt werden. Die Anzahl von Atomen an der Vorderkante kann hieraus resultierend in dem nachfolgenden zweiten Ätz-Schritt weiter reduziert werden, wodurch die zuvor beschriebenen Vorteile wesentlicher zur Geltung gebracht werden.
(3) In einem dritten Aspekt ist das Verfahren zum Herstellen eines Emitters gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt bereitgestellt, wobei Wolfram als das Emitter-Material verwendet wird.
(4) In einem vierten Aspekt ist das Verfahren zum Herstellen eines Emitters gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt bereitgestellt, wobei Iridium als das Emitter-Material verwendet wird.
Demgemäß können, da Wolfram, welches einen kubisch-raumzentrierten Aufbau hat, oder Iridium, welches einen kubisch-flächenzentrierten Aufbau hat, als das Emitter-Material verwendet wird, die Atome an der Vorderkante des angespitzten Teils einfach zu einer idealen Pyramiden-Form angeordnet werden. Durch Verwendung von Wolfram oder Iridium, wobei jedes mit einem hohen Schmelzpunkt und einer hohen Härte chemisch stabil ist, kann ein Emitter hoher Qualität hergestellt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines angespitzten, nadelförmigen Emitters, wobei das Verfahren umfasst: elektrolytisches Polieren eines End-Abschnittes von einem elektrisch leitfähigen Emitter-Material, derart, dass er in Richtung zu einem Spitzen-Abschnitt davon spitz zuläuft; Durchführen eines ersten Ätzens, bei welchem der elektrolytisch polierte Abschnitt des Emitter-Materials mit einem fokussierten Ionenstrahl derart bestrahlt wird, dass pyramidenförmige Flächen erstellt werden, um einen pyramidenförmigen, angespitzten Abschnitt auszubilden, welcher eine Spitze hat, welche den Spitzen-Abschnitt umfasst; und Durchführen eines zweiten Ätzens, bei welchem der Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch feldunterstütztes Gas-Ätzen weiter angespitzt wird, während ein Kristall-Aufbau am Spitzen-Abschnitt des angespitzten Abschnitts durch ein Feld-Ionen-Mikroskop beobachtet wird, und die Anzahl von Atomen an einer Vorderkante des Spitzen-Abschnitts des angespitzten Abschnitts auf eine vorbestimmte Anzahl oder weniger beibehalten wird.
Verfahren zum Herstellen eines Emitters nach Anspruch 1, wobei Wolfram als das Emitter-Material verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Emitters nach Anspruch 1, wobei Iridium als das Emitter-Material verwendet wird.