DE102014112044A1

DE102014112044A1 - Reperaturvorrichtung

Info

Publication number: DE102014112044A1
Application number: DE102014112044.2A
Authority: DE
Inventors: c/o HITACHI HIGH-TECH SCIENCE COR Aramaki Fumio; c/o HITACHI HIGH-TECH SCIENCE COR Aita Kazuo; c/o HITACHI HIGH-TECH SCIENCE Oba Hiroshi; c/o HITACHI HIGH-TECH SCIENCE CORP Yasaka Anto; c/o HITACHI HIGH-TECH SCIENCE Matsuda Osamu; c/o HITACHI HIGH-TECH SCIENCE Kozakai Tomokazu; c/o HITACHI HIGH-TECH SCIENCE Sugiyama Yasuhiko
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-02-26
Also published as: CN104425199A; TW201526022A; KR20150022697A; JP2015062170A; US20150053866A1; TWI618092B; CN104425199B; JP6490917B2; US9378858B2; US20160322123A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Reparaturvorrichtung, die eine Gasfeldionenquelle umfasst, die einen Ionenerzeugungsabschnitt umfasst, der eine zugespitzte Spitze umfasst, eine Kühleinheit, die die Spitze kühlt, eine Ionenstrahlsäule, die einen fokussierten Ionenstrahl ausbildet, indem Ionen eines in der Gasfeldionenquelle erzeugten Gases fokussiert werden, einen Probentisch, der sich bewegt, während eine Probe, die mit dem fokussierten Ionenstrahl bestrahlt werden soll, darauf angeordnet ist, eine Probenkammer, die zumindest den Probentisch in sich aufnimmt, und eine Steuereinheit, die eine Maske oder eine Form für Nanodrucklithografie, bei der es sich um die Probe handelt, mit dem durch die Ionenstrahlsäule erzeugten, fokussierten Ionenstrahl repariert. Die Gasfeldionenquelle erzeugt Stickstoffionen als die Ionen, und die Spitze ist aus einem Iridiummonokristall gebildet, der in der Lage ist, die Ionen zu erzeugen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reparaturvorrichtung, die sich eines Ionenstrahls bedient und eine Gasfeldionenquelle umfasst, und bezieht sich im Spezielleren auf eine Reparaturvorrichtung, die einen Defekt oder dergleichen repariert, der in einer Fotomaske, einer EUV-Maske, einer Nanodruckoriginialplatte oder dergleichen vorhanden ist, die verwendet werden soll, wenn ein Mikromuster beim Herstellen eines Halbleiterbauteils oder dergleichen ausgebildet wird.
HINTERGRUND
Herkömmlich handelt es sich bei einer Maske, die in einer Musterbelichtungsvorrichtung beim Herstellen eines Halbleiterbauteils oder dergleichen verwendet werden soll, um eine durchlässige Maske, eine reflektierende Maske für extreme Ultraviolett-(EUV)-Belichtung oder dergleichen. In einem Fall, dass ein Defekt oder dergleichen in einem Muster einer solchen Maske vorhanden ist, ist ein Verfahren bekannt, bei dem nicht eine gesamte Fläche einer teuren Maske erneut hergestellt, sondern aus ökonomischen und zeitlichen Gesichtspunkten nur ein Defekt oder dergleichen repariert wird. Eine für diesen Zweck zu verwendende Reparaturvorrichtung lässt sich außer auf die Maske auch auf eine Nanodruckoriginalplatte (Form) anwenden, und es ist eine Maskenreparaturvorrichtung bekannt, die sich eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) aus Galliumionen oder eines Elektrons bedient.
Beispielweise ist eine Vorrichtung bekannt, die sich als Bestrahlungsstrahl eines fokussierten Ionenstrahls bedient, der durch Fokussieren von Ionen gebildet wird, die aus einer Flüssigmetallionenquelle in einem ionenoptischen System emittiert werden (z. B. JP-A-2003-156833 ). Diese Vorrichtung repariert eine Maske, indem ein unnötiges Muster in einem winzigen Bereich entfernt und ein Film auf einen fehlenden Musterabschnitt oder dergleichen unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls aus Galliumionen abgeschieden wird, die auf einen Durchmesser von ungefähr einigen Nanometern fokussiert werden.
Beispielsweise wurde eine Maskenreparaturvorrichtung offenbart, die sich eines Elektronenstrahls und eines Unterstützungsgases bedient (z. B. JP-A-2003-328161 ). In dieser Vorrichtung wird im Vergleich zum fokussierten Ionenstrahl aus Galliumionen eine Abnahme beim Transmissionsgrad aufgrund der Ionenimplantation verhindert, und die Vorrichtung verfügt über eine hervorragende Strahlfokussierungsleistung.
Ferner ist herkömmlicher Weise eine Gasfeldionenquelle (GFIS) als Ionenquelle einer fokussierten Ionenstrahlvorrichtung bekannt, die erwartungsgemäß eine bessere Fokussierleistung hat als der fokussierte Ionenstrahl aus Galliumionen. Die Gasfeldionenquelle kann einen fokussierten Ionenstrahl bilden, indem ein Quellengas in einem Bereich mit einem starken elektrischen Feld am Scheitelpunkt einer Spitze ionisiert wird, und der Grad der Energiestreuung emittierter Ionen so klein wie ein Bruchteil von demjenigen der Flüssigmetallionenquelle ist, und deshalb dessen Strahlfokussierungsleistung höher ist als des fokussierten Ionenstrahls aus Galliumionen. Genauso wie bei einem Elektronenstrahl wird ein Ätzeffekt durch Sekundärelektronen und ein Unterstützungsgas verhindert, jedoch ist ein Bereich, in dem die Sekundärelektronen entstehen, kleiner als im Falle eines Elektronenstrahls, und deshalb wird davon ausgegangen, dass eine Bearbeitung in einem winzigen Bereich durchgeführt werden kann.
Im Übrigen wird eine zugespitzte nadelartige Elektrode, die Ionen in einer Gasfeldionenquelle erzeugt, als „Spitze” bezeichnet. Diese zugespitzte nadelartige Elektrode wird auch als nadelartige Elektrode einer Elektronenquelle in einem Elektronenmikroskop, einer Sonde in einem Rastersondenmikroskop und dergleichen verwendet. Um ein Hochauflösungsbild in einem Elektronenmikroskop und einer fokussierten Ionenstrahlvorrichtung zu erhalten, sollte herkömmlicher Weise der Scheitelpunkt einer Spitze auf einen Bereich mehrerer Atome zugespitzt sein. Um die Lebensdauer einer Spitze zu verlängern und auch ein Hochauflösungsbild in einem Rastersondenmikroskop zu erhalten, wurde darüber hinaus gefordert, dass der Scheitelpunkt einer Spitze auf einen atomaren Bereich zugespitzt sein und die Lebensdauer verlängert werden sollte.
13A bis 13C zeigen schematische Formen einer herkömmlichen Spitze 500. Wie in 13A gezeigt ist, wird die Spitze 500 durch elektrolytisches Polieren (auch als „Nassätzen” bezeichnet) so ausgebildet, dass das Spitzenende eines dünnen Drahts mit einem Durchmesser von einigen hundert Mikrometer oder weniger eine schmale und spitze Form hat. Wie in 13B gezeigt ist, hat die Spitze 500 einen winzigen Vorsprung 501 im Scheitelpunktabschnitt B. Wie in 13C gezeigt ist, hat der winzige Vorsprung 501 eine Dreieckpyramidenform, die durch Schichten mehrerer Atomschichten gebildet ist, und der Scheitelpunkt des Vorsprungs 501 besteht aus höchstens einigen Atomen. Im Folgenden wird der Vorsprung 501 als „Pyramidenstruktur” bezeichnet.
Als Nächstes wird das Ionenerzeugungsprinzip der Gasfeldionenquelle unter Verwendung der Spitze 500 mit Bezug auf 14 beschrieben.
Als Ionenquelle wird ein zu ionisierendes Gas zugeführt, und im Umfeld der Spitze 500 ist ein zu ionisierendes Gasmolekül oder -atom (im Folgenden der Kürze halber als „Gasmolekül” bezeichnet) 601 vorhanden. Die Spitze 500 wird durch eine (nicht gezeigte) Kühlvorrichtung gekühlt.
Wenn durch eine Energiequelle 602 eine Spannung zwischen der Spitze 500 und einer Extraktionselektrode 603 angelegt wird und ein starkes elektrisches Feld um den Scheitelpunkt der Spitze 500 herum erzeugt wird, wird das um die Spitze 500 herum driftende Gasmolekül 601 polarisiert und bewegt sich, als würde es durch die Polarisierungskraft zum Scheitelpunkt der Spitze 500 hin angezogen. Dann wird das angezogene Gasmolekül 601 durch das starke elektrische Feld am Scheitelpunkt der Spitze 500 ionisiert.
Das erzeugte Ion 604 wird aus einer Öffnung 603a der Extraktionselektrode 603 über ein der Öffnung nachgeordnetes (nicht gezeigtes) ionenoptisches System zu einer (nicht gezeigten) Probe hin emittiert. Da die Größe eines Bereichs, aus dem ein Strahl der Ionen 604 (Ionenstrahl) emittiert wird, d. h. die Ursprungsgröße der Ionenquelle extrem klein ist, wird die Gasfeldionenquelle zu einer Ionenquelle großer Helligkeit und kann einen extrem fein fokussierten Ionenstrahl auf der Probe bilden.
Herkömmlicher Weise ist ein technisches Verfahren bekannt, das sich einer Wolframspitze in einer fokussierten Ionenstrahlvorrichtung (oder einem Ionenmikroskop) bedient, die eine Gasfeldionenquelle umfasst ( JP-A-2009-517840 ).
Beispielsweise wurde ein Verfahren zum Reparieren eines Defekts in einer Fotomaske unter Verwendung einer Gasfeldionenquelle offenbart (z. B. WO 2009/022603 ). In einer Reparaturvorrichtung, die sich eines Edelgasionenstrahls bedient, der aus dieser Gasfeldionenquelle erzeugt wird, kann eine Abnahme beim Maskentransmissionsgrad (beispielsweise eine Abnahme beim Maskentransmissionsgrad aufgrund einer Implantation von Gallium in die Maske, die durch einen herkömmlichen fokussierten Ionenstrahl aus Galliumionen bewirkt wird) reduziert werden. Ferner hat Argon, das eine Art von Edelgas ist, eine größere Masse als ein Elektron, und deshalb ist die Bearbeitungseffizienz im Vergleich zu dem Fall erhöht, eine Maske unter Verwendung eines Elektronenstrahls zu reparieren.
Es ist beispielsweise eine Maskenreparaturvorrichtung bekannt, die einen fokussierten Ionenstrahl durch Ionisieren von Stickstoff bildet (z. B. JP-A-2013-89534 ). Diese Maskenreparaturvorrichtung verwendet als Spitze eine Spitze, die aus Wolfram oder Molybdän besteht, oder eine Spitze, die erhalten wird, indem ein aus Wolfram oder Molybdän bestehendes, nadelartiges Grundmaterial mit einem Edelmetall wie etwa Platin, Palladium, Iridium, Rhodium oder Gold beschichtet wird.
Beispielsweise wurde eine Reparatur einer Maske für extreme Ultraviolettlichtbestrahlung unter Verwendung eines Wasserstoffionenstrahls offenbart, der aus einer Gasfeldionenquelle erzeugt wird (z. B. JP-A-2011-181894 ). Eine Spitze für diese Maskenreparatur wird gebildet, indem ein aus Wolfram oder Molybdän bestehendes, nadelartiges Grundmaterial mit einem Edelmetall wie etwa Platin, Palladium, Iridium, Rhodium oder Gold beschichtet wird. Der Scheitelpunkt dieser Spitze liegt in einer Pyramidenform vor, die im atomaren Bereich zugespitzt ist.
Ein Verfahren zum Zuspitzen des Scheitelpunkts einer Spitze im atomaren Bereich ist wichtig, aber das Verfahren ist schwierig durchzuführen, und es sind verschiedene Verfahren bekannt.
Bei einer Spitze wird tendenziell eine Kristallebene mit einer geringen planaren atomaren Dichte an der Kristalloberfläche zugespitzt, und deshalb wird eine Wolframspitze in der <111>-Richtung zugespitzt. Die {111}-Kristallebene von Wolfram hat eine dreifache Rotationssymmetrie, und eine {110}-Kristallebene oder eine {112}-Kristallebene bildet eine Seitenfläche (Pyramidenfläche) einer Pyramidenstruktur.
Als ein Verfahren zum Zuspitzen des Scheitelpunkts der Wolframspitze in einem Bereich von mehreren Atomen, ist ein Verfahren wie etwa feldinduziertes Gasätzen unter Verwendung von Stickstoff oder Sauerstoff, thermisches Facettieren, oder Umformung bekannt, und durch diese Verfahren kann der Scheitelpunkt in der <111>-Richtung mit hoher Reproduzierbarkeit zugespitzt werden.
Bei dem feldinduzierten Gasätzen handelt es sich um ein Verfahren zum Ätzen einer Wolframspitze, indem Stickstoffgas bei Beobachtung eines Feldionenmikroskop-(FIM)-Bilds unter Verwendung von Helium oder dergleichen als Abbildungsgas durch ein FIM eingeleitet wird. Die Ionisierungsfeldstärke von Stickstoff ist geringer als diejenige von Helium, und deshalb kann Stickstoffgas nicht näher an einen Bereich gelangen, wo das FIM-Bild beobachtet werden kann (d. h. einen Bereich, wo Helium feldionisiert wird), und wird an der Seitenfläche der Spitze in einem kurzen Abstand vom Scheitelpunkt der Wolframspitze entfernt adsorbiert. Dann wird das Stickstoffgas an der Oberfläche der Spitze an ein Wolframatom gebunden, um Wolframnitrid zu bildet. Wolframnitrid hat eine geringe Verdampfungsfeldstärke, und deshalb wird nur die Seitenfläche der Spitze in einem kurzen Abstand vom Scheitelpunkt, an dem Stickstoffgas adsorbiert wird, selektiv geätzt. Dabei wird ein Wolframatom am Scheitelpunkt der Wolframspitze nicht geätzt, und deshalb kann eine Spitze erhalten werden, die einen weiter zugespitzten Scheitelpunkt hat als eine elektrolytisch polierte Spitze (z. B. US 7,431,8568 ).
Bei dem thermischen Facettieren handelt es sich um ein Verfahren zum Ausbilden einer vielflächigen Struktur am Scheitelpunkt einer Spitze, indem die Spitze nach elektrolytischem Polieren in einer Sauerstoffatmosphäre erwärmt wird, um eine spezifische Kristallebene wachsen zu lassen (z. B. JP-A-2009-107105 ).
Beim Umformen handelt es sich um ein Verfahren zum Ausbilden einer Kristallebene am Scheitelpunkt einer Spitze, indem die Spitze nach elektrolytischem Polieren erwärmt und eine hohe Spannung unter Bedingungen eines Ultrahochvakuums an sie angelegt wird (z. B. JP-A-2008-239376 ).
Ferner ist ein sich eines fokussierten Heliumionenstrahls bedienendes Rasterelektronenmikroskop (d. h. eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) bekannt, das eine Gasfeldionenquelle umfasst, die eine Wolframspitze verwendet, die im atomaren Bereich zugespitzt ist (z. B. William B. Thompson et al., Proceedings of the 28th Annual LSI Testing Symposium (LSITS 2008), (2008), 5.249–254. „Helium Ion Microscope for Semiconductor Device Imaging and Failure Analysis Applications"). In dieser fokussierten Ionenstrahlvorrichtung ist der Scheitelpunkt der Spitze durch drei Wolframatome (einem Trimer) gebildet, wovon jedes Ionen emittiert, und Ionen, die von einem Atom von diesen drei Atomen emittiert werden, werden selektiert und zu einem Strahl fokussiert.
Ferner ist bekannt, dass in einem sich eines fokussierten Heliumionenstrahls bedienenden Rasterelektronenmikroskop, das eine Gasfeldionenquelle umfasst, die eine Wolframspitze verwendet, der Scheitelpunkt der Wolframspitze, der Ionen emittiert, mit einem Trimer abgeschlossen ist, das aus drei Wolframatomen besteht, wovon jedes Ionen emittiert, und Ionen, die von einem Atom von diesen drei Atomen emittiert werden, selektiert und zu einem Ionenstrahl fokussiert werden (z. B. B. W. Ward et al., Journal of Vacuum Science & Technology, Bd. 24, (2006), S. 2871–2874, „Helium ion microscope: A new tool for nanoscale Microscopy and metrology").
Ferner ist bekannt, dass eine winzige Dreieckpyramidenstruktur, die aus einer {110}-Kristallebene und zwei {311}-Kristallebenen besteht, am Scheitelpunkt einer Iridium<210>-Monokristallspitze entsteht (z. B. Ivan Ermanoski et al., Surf. Sci, Bd. 596, (2005), S. 89–97, „Atomic structure of O/Ir(210) nanofacets").
Ferner ist bekannt, dass eine winzige Dreieckpyramide, die aus einer {110}-Kristallebene und zwei {311}-Kristallebenen besteht, durch thermisches Facettieren am Scheitelpunkt einer zugespitzten Iridium-<210>-Monokristallspitze entsteht, und deren Scheitelpunkt aus einem einzelnen Atom besteht. Eine Gasfeldionenquelle, die diese Iridiumspitze verwendet, kann kontinuierlich einen Strahl für ca. 2.250 Nanosekunden emittieren (siehe z. B. Hong-Shi Kuo et al., Nanotechnology, Bd. 20, (2009), Nr. 335701, „A single-atom sharp iridium tip as an emitter of gas field ion sources").
ZUSAMMENFASSUNG
Bezüglich fokussierter Galliumionenstrahl
Es ist eine Maskenreparaturvorrichtung bekannt, die sich eines fokussierten Galliumionenstrahls oder eines Elektronenstrahls bedient. Eine Bearbeitung unter Verwendung eines fokussierten Galliumionenstrahls ermöglicht ein Ätzen verschiedener Materialien durch einen Sputtereffekt. Wenn jedoch ein Galliumion in einen Bereich einer Maske implantiert wird, wo Licht durchgelassen werden soll, tritt insofern ein Problem auf, als der Lichttransmissionsgrad herabgesetzt ist. Ferner stellt sich insofern ein Problem, als die Fokussierleistung des fokussierten Galliumionenstrahls nicht ausreicht, um eine Minimalbearbeitungsabmessung zu erzielen, die zum Reparieren der fortschrittlichsten Maske mit einer ultrafeinen Abmessung erforderlich ist.
Bezüglich Elektronenstrahl
Andererseits kann eine Maskenreparaturvorrichtung, die sich eines Elektronenstrahls und eines Unterstützungsgases bedient, eine Minimalbearbeitung durchführen, die zum Reparieren einer Fotomaske mit einer ultrafeinen Abmessung erforderlich ist, ohne den Lichttransmissionsgrad eines bestrahlten Bereichs herabzusetzen. Da die Maskenreparaturvorrichtung jedoch über einen geringen Sputterwirkungsgrad für ein Maskenmaterial verfügt, ist die Bearbeitungseffizienz gering, und auch ein Kontrast ist gering, wenn ein Muster unter Verwendung eines Elektronenstrahls beobachtet wird, und deshalb stellt sich insofern ein Problem, als das das Muster nicht deutlich beobachtet werden kann. Ferner wurden in den letzten Jahren in Bezug auf eine Phasenverschiebungsfotomaske, die sich Molybdänsilizids (MoSi) oder dergleichen in einer Lichtabschirmungsschicht bedient, verschiedene Vorschläge gemacht, dass die Lichtabschirmungsschicht über eine verstärkte Widerstandskraft gegen Schädigung aufgrund von Lichtexposition oder Reinigung verfügt. Allerdings kommt die Zusammensetzung einer solchen Lichtabschirmungsschicht der Zusammensetzung eines Basisglassubstrats nahe, und deshalb gibt es kein Unterstützungsgas, das einen Unterschied bei der Ätzgeschwindigkeit zwischen der Lichtabschirmungsschicht und dem Basisglassubstrat bewirkt. Deshalb stellt sich insofern ein Problem, als die Ätzmaterialselektivität gering und es schwierig ist, das Ätzen an einer gewünschten Position wie etwa der Grenzfläche zwischen der Lichtabschirmungsschicht und dem Basisglassubstrat zu stoppen. Ferner hat die Minimalbearbeitungsabmessung eine Grenze von 20 bis 30 nm, und deshalb kann es diese Vorrichtung nicht mit einem Muster mit einer extrem feinen Abmessung wie etwa einer EUV-Maske der nächsten Generation aufnehmen.
Bezüglich Gasfeldionenquelle
Eine Maskenreparaturvorrichtung, die sich einer Gasfeldionenquelle bedient, hat insofern ein Problem, als eine Probe aufgrund des Sputtereffekts eines Argonionenstrahls beim Beobachten der Probe beschädigt wird. Hingegen kann im Falle von Helium, das eine geringe Masse hat, die Schädigung eines lichtdurchlässigen Bereichs reduziert werden, und auch die Fokussierleistung ist im Vergleich zum fokussierten Galliumionenstrahl besser, jedoch ist die Ätzeffizienz für eine Probe gering, und deshalb stellt sich insofern ein Problem, als enorm viel Zeit zum Reparieren einer Maske benötigt wird. Darüber hinaus hat eine Spitze in der Gasfeldionenquelle Probleme, wie nachstehend beschrieben wird.
Bezüglich Wolframspitze
Wenn eine Spitze aus Wolfram hergestellt ist, stellt sich insofern ein Problem, als die Spitze eine geringe Widerstandskraft gegen eine chemisch aktive Gasart hat, bei der es sich um ein zu ionisierendes Gas, beispielsweise Stickstoffgas oder dergleichen handelt, und die Lebensdauer der Ionenquelle kurz ist. Beispielsweise tritt im Falle, dass sich Sauerstoff oder Stickstoff an der Oberfläche einer Wolframspitze ansetzt, eine Reaktion auf, und es bildet sich Wolframoxid oder Wolframnitrid, das eine geringe Verdampfungsfeldstärke hat, und es kann ein Schaden aufgrund der Feldverdampfung solch eines Oxids oder Nitrids ausgehend von der Oberfläche der Wolframspitze mit einer geringen Feldstärke folgen. Eine kleine Menge des Sauerstoffs oder Stickstoffs wird in einem Zuspitzungsprozess für die Wolframspitze verwendet, und deshalb kann die Entstehung eines Oxids oder Nitrids an der Oberfläche der Wolframspitze nicht vermieden werden, und wenn der Scheitelpunkt der Wolframspitze beschädigt ist, kann das erzeugte Ion variieren, und außerdem kann die Ionenemission aufhören. Darüber hinaus ist es, wenn der Scheitelpunkt der Wolframspitze beschädigt ist, notwendig, wieder einen Zuspitzungsprozess durchzuführen, und es stellt sich insofern ein Problem, als die Ausfallzeit der diese Wolframspitze enthaltenden Vorrichtung verlängert ist. Angesichts solcher Probleme wird Heliumgas in eine Ionenquellenkammer eingeleitet, damit Heliumionen aus einer die Wolframspitze enthaltenden Gasfeldionenquelle emittiert werden. Allerdings wird in diesem Fall ein reines Gas, das teuer ist, benötigt, und es stellt sich insofern ein Problem, als die Kosten höher sind.
Darüber hinaus hat die Wolframspitze einen Scheitelpunkt, der aus drei Atomen, „Trimer” genannt, am Scheitelpunkt besteht und gleichzeitig drei Strahlen aus diesen drei Atomen emittiert. Eine Vorrichtung, die diese Gasfeldionenquelle enthält, selektiert aus diesen von der Wolframspitze emittierten drei Strahlen einen Strahl mit einer in einem Ionenstrahlweg angeordneten Apertur, fokussiert den Strahl und strahlt den Strahl auf eine Probe ab. Deshalb wird ein Strahlstrom, der die Probe erreicht, auf mindestens 1/3 des gesamten Strahlstroms gesenkt. Darüber hinaus kann, selbst wenn die Summe des gesamten Ionenemissionsstroms von drei Strahlen, die vom Scheitelpunkt der Spitze emittiert werden, konstant ist, das Gleichgewicht der Menge des von jedem der drei Atome emittierten Ionenstroms instabil sein. Eine Abnahme beim Strahlstrom verursacht insofern Probleme, als die Bildqualität beim Herstellen eines Bildes gemindert und der Bearbeitungsbetrag beim Durchführen der Bearbeitung gemindert ist. Deshalb kann es sein, dass mit der Verwendung einer solchen Wolframspitze, die mit drei Atomen endet, eine Bearbeitungsform und ein Beobachtungsbild instabil sind.
Bezüglich beschichtete Spitze
Im Falle einer Spitze, die erhalten wird, indem ein nadelförmiges Material, das aus Wolfram oder Molybdän besteht, mit einem Edelmetall wie Platin, Palladium, Iridium, Rhodium oder Gold beschichtet wird, erfordert ein Beschichtungsvorgang Zeit, und während des Beschichtungsvorgangs kann der Scheitelpunkt Schaden nehmen. Darüber hinaus stellt sich, wenn die Beschichtung unzureichend ist, insofern ein Problem, als die Spitze durch ein chemisch aktives Gas ausgehend von einem Bereich geätzt wird, in dem die Beschichtung unzureichend ist.
Bezüglich Iridiumspitze
Im Hinblick auf das Problem, dass die Wolframspitze einen Scheitelpunkt hat, der aus drei Atomen besteht, ist bekannt, dass Iridium in einer Spitze als ein Material verwendet wird, das die Ausbildung eines Scheitelpunkts ermöglicht, der aus einem einzelnen Atom besteht und auch eine höhere chemische Widerstandskraft hat als Wolfram.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung fanden jedoch heraus, dass es in einem Endbearbeitungsprozess zum Zuspitzen des Scheitelpunkts der Iridiumspitze schwierig ist, eine Struktur mit einer gewünschten Form (d. h. eine Pyramidenstruktur mit einem Scheitelpunkt, der durch ein Atom gebildet ist) an einer gewünschten Position auszubilden, wenn lediglich ein herkömmliches technisches Verfahren eingesetzt wird.
Bezüglich Verfahren zum Zuspitzen einer Iridiumspitze
Ferner hat die {210}-Kristallebene von Iridium eine geringe planare atomare Dichte und lässt sich tendenziell zuspitzen, und deshalb wird die Iridiumspitze in der <210>-Richtung zugespitzt. Wie in 15 gezeigt ist, hat der Kristall, wenn die {210}-Kristallebene von Iridium von vorn betrachtet wird, eine Spiegelbildsymmetrie in Bezug auf eine Ebene, die die <110>-Achse und die <210>-Achse enthält. Deshalb wird, wenn ein feldinduziertes Gasätzen erfolgt, ein Teil im Nahbereich der Grenzfläche zwischen der {210}-Kristallebene und der {310}-Kristallebene übriggelassen. Da jedoch die {310}-Ebene eine Rechteckform hat, bleibt keine ungerade Zahl an Atomen übrig. Das heißt, im Falle von Iridium ist es schwierig, eine Ausbildung an einer gewünschten Position in einem Zustand durchzuführen, in dem die Zahl an endständigen Atomen wie etwa einem Trimer und dergleichen gesenkt ist. Ferner stellte sich durch einen Versuch, der durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführt wurde, heraus, dass, wenn der finale Zuspitzungsendbearbeitungsprozess nur durch Feldverdampfung durchgeführt wird, in vielen Fällen mehrere Atomschichten im Scheitelpunktabschnitt in einem Blockzustand auf einmal verdampft werden und es schwierig ist, einen gewünschten Scheitelpunkt am Scheitelpunkt auszubilden
Bezüglich feldinduziertes Stickstoffätzen einer Iridiumspitze
Ferner stellt sich als ein Verfahren zum Zuspitzen der Iridiumspitze im Falle, dass Sauerstoffgas beim feldinduzierten Gasätzen eingeleitet wird, was ein herkömmliches Verfahren ist, insofern ein Problem, als, da Iridium eine höhere chemische Widerstandsstärke hat als Wolfram, eine zur Bearbeitung erforderliche Zeit im Vergleich zu dem Fall erhöht ist, dass Wolfram bearbeitet wird. Im Übrigen kann in dem Fall, dass Stickstoffgas anstelle von Sauerstoffgas eingeleitet wird, eine Pyramidenstruktur, die derjenigen von Wolfram ähnlich ist, am Scheitelpunkt der Spitze ausgebildet werden. Allerdings ist es notwendig, den Druck einzuleitenden Stickstoffs zu erhöhen. Wenn der Druck eines einzuleitenden Gases erhöht wird, wird eine elektrische Entladung zwischen der Spitze und der Extraktionselektrode hervorgerufen, und ein Risiko einer Schädigung des Spitzenscheitelpunkts wird erhöht. Ferner wird die Ätzgeschwindigkeit im Vergleich zum Fall von Wolfram gesenkt, und deshalb stellt sich insofern ein Problem, als eine zur Bearbeitung erforderliche Zeit erhöht ist.
Ferner wird, wenn die Iridiumspitze durch feldinduziertes Gasätzen zugespitzt wird, ein Scheitelpunkt manchmal an einer anderen als der gewünschten Position gebildet, und es stellte sich durch einen Versuch, der durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführt wurde, heraus, dass es schwierig ist, bei jeder Bearbeitung eine Pyramidenstruktur an derselben atomaren Position mit hoher Reproduzierbarkeit auszubilden. Wenn die instabile Reproduzierbarkeit der Position des Spitzenscheitelpunkts instabil ist, variiert die Emissionsposition von Ionen oder Elektronen bei jeder Bearbeitung zum Ausbilden des Scheitelpunkts. Deshalb stellt sich insofern ein Problem, als es notwendig ist, die Position einer Ionenquelle oder einer Elektronenquelle jedes Mal zu justieren, um den Strahl in einem Elektronenmikroskop oder einer fokussierten Ionenstrahlvorrichtung mit hoher Genauigkeit mit der optischen Achse auszurichten, und somit wird das herkömmliche Verfahren vom praktischen Gesichtspunkt her nicht bevorzugt.
Bezüglich thermisches Facettieren einer Iridiumspitze
Im Übrigen kann durch thermisches Facettieren der Iridiumspitze in einer Sauerstoffatmosphäre (wodurch eine Kristallebene mit niedrigem Index gebildet wird) die Spitze in der <210>-Richtung mit hoher Reproduzierbarkeit zugespitzt werden. Wenn jedoch der finale Zuspitzungsendbearbeitungsprozess nur durch thermisches Facettieren erfolgt, bildet sich in manchen Fällen ein gewünschter Scheitelpunkt nicht nur an einer gewünschten Position, sondern auch noch an mehreren Positionen. Ferner wächst, selbst wenn Iridium thermisch bearbeitet wird, keine gewünschte Kristallebene auf, und deshalb ist es schwierig, eine Steuerung so durchzuführen, dass sich eine Pyramidenstruktur bildet, die von bestimmten Kristallebenen umgeben ist und einen Scheitelpunkt hat, der aus einem einzelnen Atom an einer bestimmten Position besteht. Darüber hinaus wirken, wenn thermisches Facettieren in einer Gasfeldionenquelle erfolgt, Sauerstoffatome, die in der Gasfeldionenquelle verbleiben, als Störstoffe auf die Iridiumspitze, und eine stabile Ionenemission kann behindert sein. Entsprechend wurde ein Verfahren zum Zuspitzen der gewünschten Position, ohne Sauerstoff zu verwenden, vom Gesichtspunkt eines stabilen Betriebs her gefordert.
Andererseits ist es möglich, indem eine Maskenreparaturvorrichtung verwendet wird, die eine Gasfeldionenquelle umfasst, in derselben Vorrichtung von einem Ionenquellengas mit einer großen Masse auf ein Ionenquellengas mit einer kleinen Masse zu wechseln. Das heißt, wenn die Masse der Bestrahlungsionenarten groß ist, können eine Bearbeitung und Beobachtung mit Charakteristiken erfolgen, die denjenigen im Falle, dass ein fokussierter Galliumionenstrahl verwendet wird, ähnlich sind, und wenn die Masse der Bestrahlungsionenarten klein ist, können eine Bearbeitung und Beobachtung mit Charakteristiken erfolgen, die denjenigen im Falle, dass ein Elektronenstrahl verwendet wird, ähnlich sind. Die Masse der Bestrahlungsionenarten kann je nach dem Bearbeitungszweck oder dergleichen gewählt werden. Beispielsweise ist es im Falle, dass eine MoSi-haltige Glasschicht als Oberflächenschicht bei der Reparatur eines Defekts in einer Phasenverschiebungsfotomaske entfernt wird, notwendig, das Ätzen an der Grenzfläche zwischen der Glasschicht und dem Basisglassubstrat zu stoppen. Um dies zu erreichen, ist ein Prozess erforderlich, bei dem die Ätzgeschwindigkeit der Oberflächenschicht schneller ist als die Ätzgeschwindigkeit der Basis, d. h. die Materialselektivität hoch ist. Wenn jedoch ein Ionenstrahl eines leichten Elements wie etwa Wasserstoff oder Helium oder ein Elektronenstrahl verwendet wird, besteht, da die Oberflächenschicht und die Basis aus demselben Glasmaterial bestehen, kein großer Unterschied in der Ätzgeschwindigkeit. Wenn jedoch ein Ionenstrahl eines etwas schwereren Elements wie etwa Stickstoff oder Neon verwendet wird, macht, da ein solcher Strahl einen Sputtereffekt hat, ein Unterschied bei der Struktur zwischen der Oberflächenschicht und der Basis einen Unterschied in der Ätzgeschwindigkeit aus. Wenn ein noch schwereres Element wie etwa Argon, Krypton oder Xenon verwendet wird, stellt sich ein Problem, dass der Lichttransmissionsgrad aufgrund einer Implantation von Ionen gesenkt ist. Deshalb sind Ionen eines etwas schwereren Elements wie etwa Stickstoff oder Neon zur Verwendung beim Reparieren einer Phasenverschiebungsfotomaske am geeignetsten.
Die Bearbeitungsgeschwindigkeit mit einem Ionenstrahl steht in Proportion zu einem Ionenemissionsstrom, jedoch ist der Ionenemissionsstrom einer Gasfeldionenquelle um einige Stellen geringer als derjenige eines fokussierten Galliumionenstrahls. Das heißt, die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist extrem langsam, und deshalb ist es erforderlich, dass ein größtmöglicher Ionenemissionsstrom sichergestellt wird. Im Falle, dass ein Ionenemissionsstrom einfach nur dadurch erhöht wird, dass der Quellengasdruck erhöht wird, wird eine elektrische Entladung am Spitzenscheitelpunkt hervorgerufen, so dass der Spitzenscheitelpunkt eventuell Schaden nehmen kann. Deshalb ist es wünschenswert, das Quellengas zu verwenden, das bei einem niedrigen Gasdruck leicht ionisiert. Hier ist der Ionisierungswirkungsgrad von Stickstoff höher als derjenige von Neon, und deshalb lässt sich beim selben Gasdruck durch einen Stickstoffstrahl leichter ein hoher Ionenemissionsstrom erzielen als durch einen Neonstrahl, und es wurde von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass ein fokussierter Stickstoffionenstrahl am geeignetsten zur Verwendung beim Reparieren einer Fotomaske ist.
Jedoch ist Stickstoffgas für eine bestimmte Art Metall korrosiv, und Wolfram, das normalerweise als Spitzenmaterial einer herkömmlichen Gasfeldionenquelle verwendet wird, die Heliumgas verwendet, wird korrodiert (geätzt), auch wenn nur eine kleine Menge Stickstoff im Heliumgas eingemischt ist. Deshalb wird die Form der Spitze verformt und der Scheitelpunktabschnitt der Spitze, der als Ionenemissionsabschnitt dient, wird beschädigt, so dass die Ionenemission eventuell aufhört. Deshalb ist es in einer herkömmlichen Gasfeldionenquelle, die sich einer Wolframspitze bedient, schwierig, die Ausbildung eines Stickstoffionenstrahls durch Zufuhr eines Stickstoffgases als Hauptbestandteil zu bewerkstelligen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Umstände gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Reparaturvorrichtung bereitzustellen, die eine Gasfeldionenquelle umfasst, die weniger Schaden an einer Probe verursacht und in der Lage ist, einen winzigen Bereich einer Maske oder dergleichen stabil und effizient über einen langen Zeitraum zu reparieren.

(1) Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Reparaturvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine Gasfeldionenquelle, die einen Ionenerzeugungsabschnitt umfasst, der eine zugespitzte Spitze umfasst; eine Kühleinheit, die dazu ausgelegt ist, die Spitze zu kühlen; eine Ionenstrahlsäule, die dazu ausgelegt ist, einen fokussierten Ionenstrahl auszubilden, indem Ionen eines in der Gasfeldionenquelle erzeugten Gases fokussiert werden; einen Probentisch, der dazu ausgelegt ist, sich zu bewegen, während eine Probe, die mit dem durch die Ionenstrahlsäule erzeugten, fokussierten Ionenstrahl bestrahlt werden soll, darauf angeordnet ist; eine Probenkammer, die dazu ausgelegt ist, zumindest den Probentisch in sich aufzunehmen; und eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Maske oder eine Form für Nanodrucklithografie, bei der es sich um die Probe handelt, mit dem durch die Ionenstrahlsäule erzeugten, fokussierten Ionenstrahl zu reparieren, wobei die Gasfeldionenquelle dazu ausgelegt ist, Stickstoffionen als die Ionen zu erzeugen, und die Spitze aus einem Iridiummonokristall gebildet ist, der in der Lage ist, die Ionen zu erzeugen.
(2) In der Reparaturvorrichtung nach (1) kann die Spitze eine Pyramidenstruktur mit einem Scheitelpunkt haben, der aus einem einzelnen Iridiumatom gebildet ist.
(3) In der Reparaturvorrichtung nach (1) oder (2) kann die Spitze aus einem Iridiummonokristall mit einer <210>-Orientierung gebildet sein, und ein Scheitelpunktabschnitt der Spitze hat einen Scheitelpunkt, der von einer {100}-Kristallebene und zwei {111}-Kristallebenen umgeben ist.
(4) Die Reparaturvorrichtung nach einem von (1) bis (3) kann darüber hinaus einen Gaszufuhrabschnitt umfassen, der dazu ausgelegt ist, dem Ionenerzeugungsabschnitt ein zu ionisierendes Gas zuzuführen, und der Gaszufuhrabschnitt kann einen Behälter umfassen, der dazu ausgelegt ist, jede von mehreren Gasarten vorzuhalten und zuzuführen.
(5) In der Reparaturvorrichtung nach (4) kann der Gaszufuhrabschnitt zumindest Stickstoff und Wasserstoff als die mehreren Gasarten vorhalten.
(6) In der Reparaturvorrichtung nach (5) kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, einen Wasserstoffionenstrahl als den fokussierten Ionenstrahl in einem Fall zu verwenden, in dem eine Maske für extreme Ultraviolettlichtbestrahlung als die Maske repariert wird, und einen Stickstoffionenstrahl als den fokussierten Ionenstrahl in einem Fall zu verwenden, in dem eine Fotomaske als die Maske repariert wird.
(7) Die Reparaturvorrichtung nach einem von (4) bis (6) kann darüber hinaus einen Gaswechselabschnitt umfassen, der in der Lage ist, die aus dem Gaszufuhrabschnitt zuzuführende Gasarten zu wechseln.
(8) Die Reparaturvorrichtung nach einem von (4) bis (6) kann darüber hinaus einen Ionenwechselabschnitt umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine Ionensart zu wechseln, indem eine Spannung verändert wird, die zum Ionisieren eines Gases im Ionenerzeugungsabschnitt erforderlich ist.

Gemäß der vorstehenden Auslegung ist es möglich, eine Reparaturvorrichtung bereitzustellen, die eine Gasfeldionenquelle umfasst, die weniger Schaden an einer Probe verursacht und in der Lage ist, einen winzigen Bereich einer Maske oder dergleichen stabil und effizient über einen langen Zeitraum zu reparieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung illustrativer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher und besser verständlich:
1 ist eine erläuternde Ansicht, die einen schematische Aufbau einer Reparaturvorrichtung nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Aufbauansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer Gasfeldionenquelle nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Spitzensystems nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Aufbauansicht einer Ionenstrahlsäule nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Musters, das durch die Reparaturvorrichtung nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung repariert werden soll;
6A und 6B sind Ansichten zur Erläuterung einer Pyramidenstruktur an einem Scheitelpunktabschnitt einer Iridiumspitze nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung, wobei 6A eine Ansicht eines Atommodells der Pyramidenstruktur und 6B eine erläuternde Ansicht ist, um Kristallebenen zu zeugen;
7A und 7B sind Ansichten, die die Anordnung von Atomen in einer Kristallebene in der Pyramidenstruktur am Scheitelpunktabschnitt der Iridiumspitze nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei 7A eine Vorderansicht einer {100}-Kristallebene ist, die eine Pyramidenfläche bildet, und 7B eine Vorderansicht einer {111}-Kristallebene ist, die eine Pyramidenfläche bildet;
8A und 8B sind Ansichten zur Erläuterung einer ersten Pyramidenstruktur an einem Scheitelpunktabschnitt einer Iridiumspitze eines herkömmlichen Beispiels, wobei 8A eine Ansicht eines Atommodells der Pyramidenstruktur und 8B eine erläuternde Ansicht ist, um Kristallebenen zu zeigen;
9A und 9B sind Ansichten zur Erläuterung einer zweiten Pyramidenstruktur an einem Scheitelpunktabschnitt einer Iridiumspitze eines herkömmlichen Beispiels, wobei 9A eine Ansicht eines Atommodells der Pyramidenstruktur und 9B eine erläuternde Ansicht ist, um Kristallebenen zu zeigen;
10A und 10B sind Ansichten, die die Anordnung von Atomen in einer Kristallebene in der Pyramidenstruktur am Scheitelpunktabschnitt der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels zeigen, wobei 10A eine Vorderansicht einer {110}-Kristallebene ist, die eine Pyramidenfläche bildet, und 10B eine Vorderansicht einer {311}-Kristallebene ist, die eine Pyramidenfläche bildet;
11 ist eine schematische Aufbauansicht einer Spitzenherstellungsvorrichtung zum Herstellen einer Spitze nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung;
12 ist ein Ablaufschema, das ein Spitzenherstellungsverfahren nach einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13A bis 13C sind schematische Ansichten zur Erläuterung einer herkömmlichen Spitze, wobei 13B eine vergrößerte Ansicht eines Scheitelpunktabschnitts A in 13A und 13C eine vergrößerte Ansicht eines Scheitelpunktabschnitts B in 13B ist;
14 ist eine schematische Aufbauansicht zur Erläuterung einer Ionisierung in einer herkömmlichen Gasfeldionenquelle; und
15 ist eine Ansicht, die die Anordnung jeder Kristallebene von Iridium zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird eine Reparaturvorrichtung nach illustrativen Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Erste illustrative Ausführungsform
Reparaturvorrichtung für Fotomaske
Zuerst wird mit Bezug auf 1 eine Reparaturvorrichtung 10 beschrieben.
Die Reparaturvorrichtung 10 repariert einen Defekt in einer Fotomaske, die in einer (nicht gezeigten) Musterexpositionsvorrichtung beim Herstellen eines Halbleiterbauteils oder dergleichen verwendet werden soll.
Die Reparaturvorrichtung 10 umfasst eine Gasfeldionenquelle (wird später noch beschrieben) und verwendet als Ionen, die aus der Gasfeldionenquelle emittiert werden sollen, kein leichtes Element wie etwa Helium, sondern Stickstoff, der einen hohen Sputterwirkungsgrad hat. Darüber hinaus wird, da die Reparaturvorrichtung 10 ein ionisiertes Gas verwendet, das Stickstoff als Hauptkomponente enthält, Iridium, das eine hohe chemische Widerstandskraft hat, als Spitze verwendet, wie später noch beschrieben wird. Ein zugespitzter Scheitelpunkt dieser Spitze hat eine winzige Dreieckpyramidenform, die sich aus spezifischen Kristallebenen zusammensetzt, und einen Scheitelpunkt, der durch ein einzelnes Iridiumatom gebildet ist.
Die Reparaturvorrichtung 10 umfasst hauptsächlich eine Ionenstrahlsäule 11, die eine (nicht gezeigte) Gasfeldionenquelle umfasst, eine Elektronenstrahlsäule 12, die eine (nicht gezeigte) Elektronenquelle umfasst, eine Probenkammer 13 und eine Steuereinheit 20.
Die Ionenstrahlsäule 11 enthält mindestens eine (nicht gezeigte) Gasfeldionenquelle, bei der es sich um eine Ionenerzeugungsquelle handelt, und ein optisches Ionenstrahlsystem, das einen fokussierten Ionenstrahl durch Fokussieren von Ionen bildet, die in der Gasfeldionenquelle erzeugt werden, und eine Maske 14, bei der es sich um eine Probe handelt, abtastet und überstreicht. Im Übrigen werden die Einzelheiten der Gasfeldionenquelle und der Ionenstrahlsäule 11 später noch beschrieben.
Die Elektronenstrahlsäule 12 enthält mindestens eine (nicht gezeigte) Elektronenquelle, bei der es sich um eine Elektronenerzeugungsquelle handelt, und ein (nicht gezeigtes) optisches Elektronenstrahlsystem, das einen Elektronenstrahl durch Fokussieren von Elektronen bildet, die in der Elektronenquelle erzeugt werden, und die Maske 14 abtastet, bei der es sich um eine Probe handelt.
Im Übrigen sind die Ionenstrahlsäule 11 und die Elektronenstrahlsäule 12 so angeordnet, dass der fokussierte Ionenstrahl und der Elektronenstrahl auf im Wesentlichen dieselbe Position auf der Maske 14 abgestrahlt werden. Im Übrigen kann, indem ein Spitzensystem, das als die (später noch beschriebene) Gasfeldionenquelle verwendet werden soll, als die Elektronenquelle verwendet wird, ein Elektronenstrahl mit einer günstigen Fokussierleistung und ein klares Rasterelektronenmikroskop-(SEM)-Bild erhalten werden. Darüber hinaus kann die Elektronenstrahlsäule 12 einen Elektronenstrahl abstrahlen, um die elektrische Ladung zu neutralisieren, die durch die Bestrahlung mit einem durch die Ionenstrahlsäule 11 gebildeten Ionenstrahl erzeugt wird.
Die Probenkammer 13 enthält einen Probentisch 15, der sich in einem Zustand bewegen kann, in dem die Maske 14, bei der es sich um eine Probe handelt, darauf angeordnet ist. Der Probentisch 15 bewegt sich auf Grundlage eines Befehls eines Bedieners. Beispielsweise im Falle, dass der Probentisch 15 dazu ausgelegt ist, in fünf Achsen verlagert werden zu können, ist der Probentisch 15 durch einen (nicht gezeigten) Verlagerungsmechanismus gehaltert, der einen (nicht gezeigten) XYZ-Achsenmechanismus umfasst, um den Probentisch 15 entlang einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse zu bewegen, wobei die X-Achse und die Y-Achse innerhalb derselben Ebene orthogonal zueinander sind, und die Z-Achse sowohl zur X-Achse als auch zur Y-Achse orthogonal ist, einen (nicht gezeigten) Kippachsenmechanismus, um den Probentisch 15 um die X-Achse oder die Y-Achse zu drehen und zu kippen, und einen (nicht gezeigten) Drehmechanismus, um den Probentisch 15 um die Z-Achse zu drehen.
Ferner umfasst die Probenkammer 13 einen Abscheidungsgaszufuhrabschnitt 16, der ein Gas zur Abscheidung an einem Fehlstellendefekt an der Maske 14 zuführen kann, und einen Ätzgaszufuhrabschnitt 17, der eine selektive Entfernung eines Überschussstellendefekts an der Maske 14 begünstigt. Entsprechend kann die Steuereinheit 20 eine Schicht aus Kohlenstoff, Siliciumoxid, Wolfram oder dergleichen auf der Maske 14 ausbilden, indem ein Ionenstrahl aus Stickstoff oder dergleichen abgestrahlt wird, während ein Gas auf Kohlenstoffbasis, ein Gas auf Silanbasis oder ein Verbundgas auf Kohlenstoffbasis, das ein Metall wie Wolfram enthält, oder dergleichen aus dem Abscheidungsgaszufuhrabschnitt 16 auf die Maske 14 aufgesprüht wird. Die Maske 14, an der der Defekt auf diese Weise repariert wurde, kann normalerweise das Muster übertragen, ohne den Defekt zu übertragen, selbst wenn sie Licht ausgesetzt wird.
Darüber hinaus strahlt im Falle, dass ein überschussstellendefektmuster, das sich ausgehend von einem Lichtabschirmungsmusterabschnitt an der Maske 14 gebildet hat, repariert wird, die Steuereinheit 20 einen Ionenstrahl aus Stickstoff oder dergleichen ab, während der Defektbereich der Maske mit einem Ätzgas auf Halogenbasis, wie etwa ein Ätzgas auf Iodbasis aus dem Ätzgaszufuhrabschnitt 17 besprüht wird. Entsprechend kann die Steuereinheit 20 im Vergleich zu dem Fall, dass kein Ätzgas eingeleitet wird, eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung des Maskenmusters durchführen, oder kann selektiv nur ein gewünschtes Material entfernen.
Ferner enthält die Probenkammer 13 einen Detektor 18, der ein Sekundärsignal wie etwa ein Sekundärelektron, ein Sekundärion, ein reflektiertes Elektron oder einen Röntgenstrahl erfasst, das bzw. der durch Bestrahlung mit einem Ionenstrahl oder einem Elektronenstrahl von der Maske 14 erzeugt wird, und einen Monitor 19, der in der Lage ist, ein durch den Detektor 18 erfasstes Ergebnis als ein Beobachtungsbild anzuzeigen. Im Übrigen kann der Monitor 19 auch verschiedene Steuerwerte anzeigen.
Die Steuereinheit 20 enthält einen Bilderzeugungsabschnitt (einen in 4 gezeigten Bilderzeugungsabschnitt 131), einen Extraktionsspannungsregelungsabschnitt (einen in 4 gezeigten Extraktionsspannungsregelungsabschnitt 132), einen Ionenquellengassteuerabschnitt (einen in 4 gezeigten Ionenquellengassteuerabschnitt 133), einen Temperaturregelungsabschnitt (einen in 4 gezeigten Temperaturregelungsabschnitt 134) und dergleichen, wie später noch beschrieben wird. Die Steuereinheit 20 regelt eine Spannung, die an eine (nicht gezeigte) Kondensorlinsenelektrode, eine (nicht gezeigte) Objektivlinsenelektrode und dergleichen in einem optischen Ionenstrahlsystem oder einem optischen Elektronenstrahlsystem angelegt werden soll, und steuert auch die Bewegung des Probentischs 15 und dergleichen.
Der Extraktionsspannungsregelungsabschnitt im optischen Ionenstrahlsystem regelt eine an eine (nicht gezeigte) Extraktionselektrode einer (nicht gezeigten) Gasfeldionenquelle anzulegende Spannung und stellt einen Ionenemissionsstrom ein, und wirkt auch, wenn die Pyramidenstruktur am Scheitelpunkt der Spitze hergestellt oder bearbeitet wird.
Im Bilderzeugungsabschnitt wird eine Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl (wird später noch beschrieben) bestrahlt, die erzeugten Sekundärionen und/oder Sekundärelektronen werden durch den Detektor 18 erfasst, wodurch ein Beobachtungsbild der Probe auf dem Monitor 19 angezeigt wird und somit eine Beobachtung erfolgen kann. Das heißt, im Bilderzeugungsabschnitt kann durch Bestrahlen der Maske 14 mit einem Ionenstrahl aus Stickstoff oder dergleichen und Erfassen der Sekundärelektronen der Zustand der Oberfläche der Maske 14 untersucht werden. Ferner kann durch Erfassen der Sekundärelektronen die Verteilung von die Oberfläche der Maske 14 bildenden Elementen untersucht werden. Das Bild der Oberfläche der Maske 14, das Elementverteilungsergebnis und verschiedene Steuerwerte können auf dem Monitor 19 angezeigt werden.
Im Übrigen kann die Steuereinheit 20 das Innere der Ionenstrahlsäule 11, das Innere der Elektronenstrahlsäule 12 und das Innere der Probenkammer 13 durch Steuerung eines in jedem Abschnitt vorgesehenen Vakuumpumpsystems unter Vakuum halten.
Der Ionenquellengassteuerabschnitt steuert einen (nicht gezeigten) Gasdurchsatzsteuerabschnitt, wie etwa einen Mengendurchflussregler, der den Durchsatz eines Gases regelt, das einer Gasfeldionenquelle zugeführt werden soll, und einen (nicht gezeigten) Ionenquellengaszufuhrabschnitt, der einen (nicht gezeigten) Gasspezieswechselabschnitt enthält.
Gasfeldionenquelle
2 zeigt den Grundaufbau einer Gasfeldionenquelle (GFIS). Die Gasfeldionenquelle 30 umfasst hauptsächlich ein Spitzensystem 31, eine Extraktionselektrode 32, einen Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 und eine Kühlvorrichtung 34.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Spitzensystem 31 hauptsächlich ein Isoliersockelteil 35, ein Paar leitende Stifte 36, die am Sockelteil 35 befestigt sind, einen Glühdraht 37, der aus einem feinen Draht aus Wolfram oder dergleichen besteht, der zwischen den Endabschnitten des Paars leitender Stifte 36 angeschlossen ist, und eine Spitze 1, die elektrisch und mechanisch am Glühdraht 37 befestigt ist.
Die Spitze 1 wird durch Punktschweißen oder dergleichen elektrisch und mechanisch an den Glühdraht 37 angeschlossen und emittiert Ionen aus einem Scheitelpunkt. Die Spitze 1 ist aus Iridium gebildet, das einer chemischen Reaktion durch Stickstoffgas widerstehen kann, und ist speziell aus einem Iridiummonokristall mit einer <210>-Orientierung ausgebildet. Die Spitze 1 hat einen im atomaren Bereich zugespitzten Scheitelpunkt, so dass sich daran leicht ein elektrisches Feld konzentriert. Darüber hinaus hat die Spitze 1 eine neuartige winzige Pyramidenstruktur am Scheitelpunkt, um den Langzeitbetrieb der Gasfeldionenquelle 30 zu bewerkstelligen. Die Pyramidenstruktur ist von einer {100}-Kristallebene und zwei {111}-Kristallebenen umgeben und hat einen Scheitelpunkt mit einer <210>-Orientierung, der durch nur ein einziges Atom gebildet ist.
Ferner kann der Glühdraht 37 die Temperatur der Spitze 1 einstellen und wird verwendet, wenn die Oberfläche der Spitze 1 gereinigt oder die Pyramidenstruktur am Scheitelpunkt der Spitze 1 oder dergleichen hergestellt wird.
Die detaillierte Struktur des Scheitelpunkts dieser Spitze, seine Wirkung und dessen Herstellungsverfahren werden in der dritten illustrativen Ausführungsform ausführlich beschrieben.
Die Extraktionselektrode 32 ist im Abstand vom Scheitelpunkt der Spitze 1 angeordnet und weist eine Öffnung 32a auf. Die Extraktionselektrode 32 leitet ein von der Spitze 1 emittiertes Ion 2 durch die Öffnung 32a der Extraktionselektrode 32 zu einem der Öffnung 32a nachgeordneten ionenoptischen System. Eine (nicht gezeigte) Extraktionsenergiequelle legt eine Extraktionsspannung zwischen der Extraktionselektrode 32 und der Spitze 1 an, wodurch das Gasmolekül am Scheitelpunkt der Spitze 1 zum Erzeugen eines Ions 2 ionisiert wird, und extrahiert das Ion 2 auf die Seite der Extraktionselektrode 32.
Der Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 führt ein zu ionisierendes Gas (ein Ionenquellengas, beispielsweise ein Gasmolekül oder dergleichen) 38b dem Umfeld der Spitze 1 zu. Der Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 steht über ein Gaseinleitungsrohr 33b mit einer Ionenquellenkammer 39 so in Verbindung, dass der Durchsatz durch ein Ventil 33a eingestellt werden kann. Die im Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 bereitzustellende Gasart ist nicht auf eine Art beschränkt, und es sind Gaszylinder (nicht gezeigt, auch als Gasbehälter bezeichnet) für mehrere Gasarten angeordnet, und die Gase können der Ionenquellenkammer 39 zugeführt werden, indem die Gasarten nach Bedarf gewechselt wird oder mehrere Gasarten gemischt werden. Ferner wird im Falle, dass mehrere Gasarten zugeführt werden, die optimale Extraktionsspannung für jede Gasart vorab im Extraktionsspannungsregelungsabschnitt 132 gespeichert, und zum Zeitpunkt eines Ionenwechsels wird dem Extraktionsspannungsregelungsabschnitt 132 vom (nicht gezeigten) Ionenwechselabschnitt ein Befehl erteilt, einen Wechsel zu gewünschten Gasionen unter den mehreren zuzuführenden Gasarten durchzuführen und die gewünschten Gasionen zu erzeugen.
In dieser illustrativen Ausführungsform wird im Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 Stickstoffgas als das zuzuführende Ionenquellengas verwendet, jedoch ist das Ionenquellengas nicht darauf beschränkt und kann auch ein Edelgas wie etwa Helium, Neon, Argon, Krypton oder Xenon sein, oder kann ein molekulares Gas wie etwa Wasserstoff oder Sauerstoff sein, oder kann ein Mischgas aus irgendwelchen dieser Gase sein. Beispielsweise umfasst der Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 (nicht gezeigte) Gaszylinder, die Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff bzw. Neon enthalten, und ein gewünschtes Gas wird ausgewählt und kann aus dem Gaszylinder zugeführt werden. Wenn beispielsweise ein weiter Bereich des Scheitelpunktabschnitts der Spitze im atomaren Bereich mit einem Feldionenmikroskop (FIM) beobachtet wird, kann Helium zugeführt werden, wenn der Scheitelpunkt der Spitze 1 zugespitzt wird, kann Sauerstoff oder Stickstoff zugeführt werden, und wenn ein fokussierter Ionenstrahl ausgebildet wird, kann Wasserstoff, Stickstoff oder Neon zugeführt werden. Wenn eine Maske (EUV-Maske) für extreme Ultraviolett-(EUV)-Belichtung repariert wird, führt ferner, da ein EUV-Maskenmuster extrem empfindlich auf einen durch Ionenbestrahlung verursachten Schaden reagiert, der Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 leichte Ionen, beispielsweise Wasserstoffgas oder dergleichen zu. Dabei kann, selbst wenn EUV-Masken kontinuierlich repariert werden, eine gewünschte Reparatur erfolgen, indem nur die Gasart gewechselt wird. Beispielsweise können verschiedene Arten von Masken wie folgt mit nur einer Vorrichtung repariert werden: ein Defekt in einer Fotomaske wird unter Verwendung von Stickstoffgas als Ionenquellengas repariert, danach wird ein Defekt in einer EUV-Maske unter Verwendung von Wasserstoffgas als Ionenquellengas repariert.
Im Übrigen offenbart das vorstehende Dokument JP-A-2011-181894 , dass eine Emitterspitze einer Gasfeldionenquelle, die einen Wasserstoffionenstrahl erzeugt, ein Teil ist, das aus Wolfram oder Molybdän besteht, oder ein Teil ist, das erhalten wird, indem ein nadelförmiges, aus Wolfram oder Molybdän bestehendes Grundmaterial mit einem Edelmetall wie etwa Platin, Palladium, Iridium, Rhodium oder Gold beschichtet wird, und dessen Scheitelpunkt in Form einer im atomaren Bereich zugespitzten Pyramide vorliegt. Jedoch offenbart die JP-A-2011-181894 , dass, wenn eine an die Emitterspitze angelegte Spannung zu groß ist, die Bestandteile bildenden Elemente (Wolfram und Platin) der Emitterspitze auf die Seite der Extraktionselektrode zusammen mit Wasserstoffionen zerstreut werden. Die JP-A-2011-181894 beschreibt, dass deshalb eine Spannung, die während des Betriebs (d. h. während der Ionenstrahlbestrahlung) an die Emitterspitze angelegt wird, auf einer Spannung mit einem solchen Wert gehalten wird, dass die Bestandteile bildenden Elemente der Emitterspitze selbst nicht zerstreut werden. Entsprechend ist es in manchen Fällen schwierig, Wasserstoffionen zu erzeugen und dabei zu versuchen, die Bestandteile bildenden Elemente der Emitterspitze nicht feldzuverdampfen.
Andererseits ist die Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform so ausgelegt, dass die Spitze 1 der Gasfeldionenquelle 30, die einen Wasserstoffionenstrahl erzeugt, aus Iridium besteht und eine EUV-Maske reparieren kann, der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium eine winzige Dreieckpyramidenstruktur mit mindestens einer {100}-Kristallebene hat, und der Scheitelpunkt der Dreieckpyramidenstruktur durch nur ein einziges Iridiumatom gebildet ist. Gemäß dieser Auslegung kann, da der Scheitelpunktabschnitt der Spitze 1 im Vergleich zu einer herkömmlichen Iridiumspitze eine dicht ausgebildete Pyramidenstruktur hat, ein Wasserstoffionenstrahl stabil über einen langen Zeitraum erzeugt werden, und es zeigt sich eine Wirkung, dass ein gewünschter Bereich einer EUV-Maske repariert werden kann.
Auf diese Weise ist es am geeignetsten, die abzustrahlenden Ionenspezies entsprechend den physikalischen Eigenschaften einer zu reparierenden Zielsubstanz zu wechseln, und um dies zu tun, kann der Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 dazu ausgelegt sein, über mehrere (nicht gezeigte) Gaszylinder verfügen zu können, und kann einen (nicht gezeigten) Gaswechselabschnitt haben. Dieser Gaswechselabschnitt wird durch den Ionenquellengassteuerabschnitt 133 gesteuert.
Die Kühlvorrichtung 34 kühlt die Spitze 1 und ein Zufuhrgas 38, das aus dem Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 in die Ionenquellenkammer 39 zugeführt werden soll, mit einem Kühlmedium wie etwa Flüssighelium oder Flüssigstickstoff. Das durch die Kühlvorrichtung 34 mit einer niedrigen Temperatur erzeugte Kühlmedium kommt über einen Verbindungsabschnitt 34a mit der das Spitzensystem 31 umgebenden Wandfläche 40 und dem Gaseinleitungsrohr 33b in Kontakt und kühlt diese Teile und das Innere der Ionenquellenkammer 39.
Im Übrigen ist die Kühlvorrichtung 34 nicht auf diese Auslegung beschränkt und kann eine beliebige Auslegung haben, solange sie zumindest die Spitze 1 kühlen kann, und kann eine Auslegung haben, die beispielsweise einen Kühlblock, eine Gefriermaschine oder dergleichen umfasst. Ferner ist beispielsweise zwischen der Ionenquellenkammer 39 und dem Spitzensystem 31 ein Kältekopf 41 zum Abstrahlen der Wärme der Spitze 1 angeordnet. Der Kältekopf 41 ist mit Aluminiumoxid, Saphir oder einem Keramikmaterial wie etwa Aluminiumnitrid in einer Blockform ausgebildet und am Sockelteil 35 befestigt.
Die Kühltemperatur der Spitze 1 wird durch einen Temperaturregelungsabschnitt der Steuereinheit 20 geregelt und variiert je nach der aus dem Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 zuzuführenden Gasart, in dieser illustrativen Ausführungsform kann die Temperatur jedoch im Bereich von ca. 40 K bis 200 K angesetzt werden. Gemäß dieser Auslegung kann der Ionenstrahl mit einem für Feinbearbeitung erforderlichen Strom stabil abgestrahlt werden.
Im Übrigen ist in dieser illustrativen Ausführungsform die Auslegung der Reparaturvorrichtung 10 unter Verwendung einer Fotomaske als ein Beispiel der Maske 14 beschrieben, jedoch ist die Reparaturvorrichtung 10 nicht darauf beschränkt und kann auch zum Reparieren eines Defekts in einer EUV-Maske angewendet werden.
Ionenstrahlsäule
Die Auslegung einer Ionenstrahlsäule wird nun mit Bezug auf 4 beschrieben.
Eine Ionenstrahlsäule 110(11) umfasst zumindest die vorstehend beschriebene Ionenquellenkammer 39, die das Spitzensystem 31, eine Kondensorlinsenelektrode 111, die Ionen 2 kondensiert, die aus der Ionenquellenkammer 39 emittiert werden, um einen fokussierten Ionenstrahl 101 auszubilden, und eine Objektivlinsenelektrode 112, die den fokussierten Ionenstrahl 101 auf eine (nicht gezeigte) Probe fokussiert.
Eine Vakuumpumpe 117 erhält den Vakuumgrad in der Ionenquellenkammer 39 aufrecht. Beispielsweise wird in der Gasfeldionenquelle 30 der Vakuumgrad, bevor ein Ionenquellengas zugeführt wird, auf einem hohen Vakuum, beispielsweise auf ca. 1 × 10^–5 bis 1 × 10^-8 Pa gehalten. Zwischen der Ionenquellenkammer 39 und einer (nicht gezeigten) Probenkammer, in der eine Probe angeordnet ist, ist eine Zwischenkammer 113 vorgesehen, und zwischen der Ionenquellenkammer 39 und der Zwischenkammer 113 bzw. zwischen der Probenkammer und der Zwischenkammer 113 sind Öffnungen 114 und 115 vorgesehen.
In der Ionenstrahlsäule 110, wird der fokussierte Ionenstrahl 101 durch die Öffnungen 114 und 115 geschickt und auf die Probe abgestrahlt. Die Zwischenkammer 113 ist so an eine Vakuumpumpe 116 angeschlossen, dass der Vakuumgrad durch die Vakuumpumpe 116 eingestellt werden kann, und die Zwischenkammer 113 ermöglicht ein differentielles Pumpen zwischen der Probenkammer und der Ionenquellenkammer 39. Gemäß diesem optischen Ionenstrahlsystem kann ein fokussierter Stickstoffionenstrahl mit einem Durchmesser von 1 nm oder weniger ausgebildet werden.
Eine Steuereinheit 130(20) umfasst einen Bilderzeugungsabschnitt 131, einen Extraktionsspannungsregelungsabschnitt 132, einen Ionenquellengassteuerabschnitt 133, einen Temperaturregelungsabschnitt 134 und dergleichen. Die Steuereinheit 130 regelt eine an die Kondensorlinsenelektrode 111, die Objektivlinsenelektrode 112 und dergleichen im optischen Ionenstrahlsystem oder optischen Elektronenstrahlsystem anzulegende Spannung, und steuert auch die Bewegung des (nicht gezeigten) Probentischs, auf dem die Probe angeordnet ist, und dergleichen. Der Extraktionsspannungsregelungsabschnitt 132 im optischen Ionenstrahlsystem regelt eine an die Extraktionselektrode 32 anzulegende Spannung und stellt einen Ionenemissionsstrom ein, und wirkt auch, wenn die Pyramidenstruktur am Scheitelpunkt der Spitze 1 hergestellt oder bearbeitet wird.
Der fokussierte Ionenstrahl 101 aus diesen Gasionen kann auch bei der Beobachtung der Oberfläche einer Probe unter Nutzung von Sekundärelektronen, die ausgehend von einem auf der Oberfläche der Probe (nicht gezeigten) bestrahlten Abschnitt erzeugt werden, und bei der Bearbeitung (Lochbildung, Entfernen einer Oberflächenschicht, etc.) der Oberfläche der Probe unter Nutzung eines Sputterns der Probe mit den auf die Probe abgestrahlten Gasionen verwendet werden.
Ferner umfasst die Ionenstrahlsäule 110 einen Detektor (einen Detektor 18, der in 1 etc. gezeigt ist) zum Erhalt eines Feldionenmikroskop-(FIM)-Bilds, um die Atomanordnung am Scheitelpunkt der Spitze 1 der Gasfeldionenquelle 30 zu bestätigen. Dieser Detektor ist in Bezug auf die Ionenstrahlachse beweglich ausgelegt, und im Falle, dass die Bestätigung eines FIM-Bilds nicht nötig ist, kann der Detektor von der Ionenstrahlachse weg bewegt und in Bereitschaft versetzt werden. Dieser Detektor ermöglicht die Bestätigung der Atomanordnung am Scheitelpunkt der Spitze 1 nach Bedarf beispielsweise im Falle, dass ein Ionenstrom instabil wird, ein Beobachtungsbild gestört ist, und so weiter. Die Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform besteht aus einem Iridiummonokristall mit einer <210>-Orientierung und hat eine Pyramidenstruktur, die mindestens eine {100}-Kristallebene am Scheitelpunktabschnitt dieser Spitze 1 hat, und die Pyramidenstruktur hat einen Scheitelpunkt, der durch ein einzelnes Atom gebildet ist. Diese Scheitelpunktform wird in der dritten illustrativen Ausführungsform im Einzelnen beschrieben.
Entsprechend handelt es sich bei der Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform, die in der Lage ist, einen Stickstoffionenstrahl durch die Gasfeldionenquelle 30 mit der Spitze 1 aus Iridium auszubilden, um eine neuartige Vorrichtung. Und entsprechend dieser Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform tritt keine Ionenimplantation auf, die den Lichttransmissionsgrad eines lichtdurchlässigen Bereichs der Maske 14 senkt. Ferner wird eine Wirkung erzielt, dass im Vergleich zur herkömmlichen Reparatur einer Maske 14 unter Verwendung eines fokussierten Galliumionenstrahls, eine feinere Bearbeitung erzielt werden kann.
Es wurde durch einen Versuch, der durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführt wurde, bestätigt, dass die Stabilität des fokussierten Stickstoffionenstrahls 1%/Stunde oder weniger hoch ist, und selbst wenn es ca. 30 Tage lang kontinuierlich in Betrieb ist, sich das Atom am Scheitelpunkt der Spitze 1 nicht löst und deshalb der fokussierte Stickstoffionenstrahl kontinuierlich ausgebildet werden kann, ohne eine Unterbrechung der Ionenemission oder eine Veränderung bei der Ionenerzeugungsposition zu bewirken.
Dies ist eine weit längere Lebenszeit als der Dauerbetrieb über ca. 2250 Sekunden (höchstens 38 Minuten), die im vorstehenden Dokument William B. Thompson et al., Proceedings of the 28th Annual LSI Testing Symposium (LSITS 2008), (2008), S.249–254, „Helium Ion Microscope for Semiconductor Device Imaging and Failure Analysis Applications" beschrieben ist. Bei der eigentlichen Reparatur einer Maske oder dergleichen wirken sich eine Überschuss- und Mangelbearbeitung stark auf den Lichtexpositionswirkungsgrad einer Maske aus, und deshalb muss ein Strahlstrom während der Reparatur konstant sein, und es ist schwierig, eine Maske zu reparieren, wenn die Gasfeldionenquelle verwendet wird, die eine kontinuierliche Bestrahlung höchstens 38 Minuten lang durchführen kann. Hingegen können gemäß der Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform, die in der Lage ist, eine kontinuierliche Bestrahlung 30 Tage lang durchzuführen, viele genaue Reparaturvorgänge durchgeführt werden.
Ferner kann die Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform einen Oberflächenzustand und eine Elementverteilung mit hoher Auflösung visualisieren, und kann einen fokussierten Ionenstrahl mit einer langen Lebensdauer und hoher Stabilität bereitstellen.
In einer handelsüblichen fokussierten Ionenstrahlvorrichtung, die sich einer herkömmlichen Gasfeldionenquelle bedient, ist, da Heliumionen verwendet werden, die Masse der Ionen sehr leicht, und deshalb ist kein Sputtereffekt zu erwarten. Deshalb ist im Falle, dass eine Lichtabschirmungsschicht und ein Basisglassubstrat eine ähnliche Zusammensetzung haben und es kein Unterstützungsgas gibt, das einen Unterschied bei der Ätzgeschwindigkeit zwischen der Lichtabschirmungsschicht und dem Basisglassubstrat bewirkt, die Ätzmaterialselektivität gering, und es ist schwierig, das Ätzen an einer gewünschten Position, wie etwa der Grenzfläche zwischen der Lichtabschirmungsschicht und dem Basisglassubstrat anzuhalten. Jedoch wird es durch den fokussierten Stickstoffionenstrahl, der durch die Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform erzeugt wird, möglich, eine Bearbeitung einer Probe durchzuführen, und darüber hinaus lässt sich dank ihrer Fokussierleistung eine noch feinere lokale Bearbeitung auch im Vergleich zur herkömmlichen handelsüblichen fokussierten Galliumionenstrahlbearbeitungsvorrichtung erzielen.
Darüber hinaus ist in dieser illustrativen Ausführungsform die Reparaturvorrichtung 10 beschrieben, die die Ionenstrahlsäule 11 und die Elektronenstrahlsäule 12 umfasst, jedoch hat die Vorrichtung, selbst wenn die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass die Elektronenstrahlsäule 12 weggelassen wird und nur die Ionenstrahlsäule 11 enthalten ist, dieselbe Wirkung um Hinblick auf Maskenreparatur. Ein Beispiel eines solchen Falls wird nachstehend beschrieben.
Die Reparaturvorrichtung 10, die nur über die Ionenstrahlsäule 11 verfügt, umfasst einen (nicht gezeigten) Wasserstoffgaszylinder und einen (nicht gezeigten) Stickstoffgaszylinder im Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33 und ermöglicht eine Einstellung im Ionenquellengaszufuhrabschnitt 33, so dass ein Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas über das Gaseinleitungsrohr 33b zugeführt wird. Da Wasserstoff bei einer Feldstärke von ca. 22 V/nm und Stickstoff bei einer Feldstärke von ca. 17 V/nm feldionisiert wird, können, selbst wenn die Reparaturvorrichtung 10 ein Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas in die Ionenquellenkammer 39 zuführt, Wasserstoffionen und Stickstoffionen separat emittiert werden, indem die Extraktionsspannung durch den vorstehend beschriebenen Ionenwechselabschnitt eingestellt wird. Entsprechend dieser Auslegung wird die Maske 14 durch einen fokussierten Stickstoffionenstrahl bearbeitet, und der bearbeitete Bereich der Maske kann unter Verwendung eines fokussierten Wasserstoffionenstrahls beobachtet werden. Wasserstoff ist leichter als Stickstoff, und sein Gewicht ist gleich oder weniger als ein Zehntel des Gewichts von Stickstoff, und deshalb ist der Sputterschaden an der Maskenoberfläche durch Bestrahlen mit dem fokussierten Ionenstrahl geringer als im Falle eines fokussierten Wasserstoffionenstrahls, und somit eignet sich der fokussierte Wasserstoffionenstrahl zur Beobachtung der Maskenoberfläche. Das heißt, wenn die Feldstärke (Extraktionsspannung) am Scheitelpunkt der Spitze 1 so eingestellt wird, dass Wasserstoff ionisiert wird, wird auch Stickstoffgas ionisiert, jedoch werden Wasserstoffionen in einem schmalen Bereich nur nahe dem Atom am Scheitelpunkt der Spitze 1 erzeugt, Stickstoffionen werden jedoch in einem weiten Bereich in einem kurzen Abstand vom Atom am Scheitelpunkt der Spitze 1 entfernt erzeugt. Deshalb werden, wenn Wasserstoffionen zu einem Strahl gebündelt werden, Stickstoffionen zu einem Strahl mit geringer Stromdichte geformt. Deshalb ist es, wenn die Maskenoberfläche unter Verwendung eines fokussierten Wasserstoffionenstrahls beobachtet wird, weniger wahrscheinlich, dass Stickstoffionen die Maskenoberfläche beschädigen. Andererseits wird Wasserstoff nicht bei einer Feldstärke (Extraktionsspannung) ionisiert, bei der Stickstoff ionisiert wird, und deshalb erreichen Wasserstoffatome die Maskenoberfläche nicht, und deshalb beeinträchtigen keine Wasserstoffatome die Maskenoberfläche, wenn die Maske mit einem fokussierten Stickstoffionenstrahl bearbeitet wird.
Bei einer solchen Reparaturvorrichtung 10 mit nur der Ionenstrahlsäule 11 ist das Gas nicht auf die vorstehende Kombination aus Stickstoff und Wasserstoff beschränkt, und es kann auch eine Kombination aus Stickstoff mit mindestens einem Element übernommen werden, das aus Neon, Argon, Krypton und Xenon ausgewählt ist. Darüber hinaus ist der Zufuhrmodus nicht auf die kontinuierliche Zufuhr eines Mischgases auf einer konstanten Basis beschränkt, und die Gasspezies, die entsprechend der Häufigkeit der Bearbeitung oder des Beobachtungsbetriebs zuzuführen ist, kann auf eine Spezies beschränkt sein.
Zweite illustrative Ausführungsform
Maskenreparaturverfahren
Als Nächstes wird ein sich dieser Reparaturvorrichtung 10 bedienendes Maskenreparaturverfahren mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine schematische Ansicht eines Sekundärelektronenbeobachtungsbilds durch einen Ionenstrahl der Maske 14.
Die Maske 14 hat einen Lichtabschirmungsmusterabschnitt 151 und einen Lichtdurchlassabschnitt 152. Es gibt einen Defekt eines Musterfehlstellenabschnitts 153 in einem Teil des Lichtabschirmungsmusterabschnitts 151 und einen Defekt eines unnötigen Musters (überschussstellendefekt) 154. Ein solcher Defekt kann erfasst werden, indem die ursprüngliche Entwicklungsinformation der Maske mit dem Sekundärelektronenbeobachtungsbild der Oberfläche der Maske nach Beendigung der Ausbildung verglichen wird, oder indem das Sekundärelektronenbeobachtungsbild eines Bereichs, der unter Verdacht steht, einen Defekt aufzuweisen, mit dem Sekundärelektronenbeobachtungsbild eines normalen Bereichs verglichen wird. Die koordinierten Informationen der Stelle des Defekts, der Art des Defekts, die Bildinformationen des Defekts und dergleichen können in der Steuereinheit 20 der Reparaturvorrichtung 10 gespeichert werden, oder werden dazu verwendet, Informationen aus einer externen Informationsvorrichtung zu erhalten.
Ferner führt die Reparaturvorrichtung 10 eine Kalkulation für ein optimales Reparaturverfahren, um die Maske nach der Reparatur in einen Zustand zu versetzen, der demjenigen des normalen Bereichs entspricht, unter Berücksichtigung der Stelle und Größe des Defekts, ob es sich bei der Defektform um einen Fehlstellendefekt oder einen unnötigen Musterdefekt usw. handelt, durch, und kann die Ionenstrahlsäule 11, die Elektronenstrahlsäule 12, den Abscheidungsgaszufuhrabschnitt 16 und den Ätzgaszufuhrabschnitt 17 auf Grundlage des Berechnungsergebnisses steuern.
Ferner kann die Reparaturvorrichtung 10, was den Fehlstellenabschnitt 153 anbelangt, den Fehlstellenabschnitt 153 durch Abstrahlen eines Stickstoffionenstrahls auffüllen, indem gleichzeitig ein Kohlenstoffgas wie etwa Pyren, Naphtalen oder Phenantren oder ein Gas auf Silanbasis wie etwa Tetramethylcyclotetrasiloxan (TMCTS) aus dem Abscheidungsgaszufuhrabschnitt 16 versprüht wird. Die Maske 14 mit einem auf diese Weise reparierten Defekt ermöglicht die Übertragung eines Musters normalerweise, ohne einen Defekt zu übertragen, auch wenn die Maske Licht ausgesetzt wird. Hingegen strahlt im Falle, dass ein Überschussstellendefekt 154 auf der Maske 14 besteht, die Reparaturvorrichtung 10 einen Stickstoffionenstrahl ab, während gleichzeitig ein Ätzgas auf den Überschussstellendefekt 154 aufgesprüht wird. Dementsprechend wird der Überschussstellendefekt durch Ätzen entfernt und es wird auch kein Ion implantiert, das den Lichttransmissionsgrad eines lichtdurchlässigen Bereichs der Maske 14 senkt. Auf diese Weise kann die Reparaturvorrichtung 10 die Maske 14 reparieren und normalisieren.
Ferner kann die Reparaturvorrichtung 10 eine Zeit, zu der das Lichtabschirmungsband entfernt wird, um das Basisglassubstrat freizulegen, durch Beobachten einer Veränderung im Sekundärelektronenbild oder Sekundärionenbild erfassen.
Die Reparaturvorrichtung 10 erfasst ein Sekundärionenbild eines Bereichs nach der Reparatur durch Bestrahlen mit einem Stickstoffionenstrahl, und speichert das Bild auch in Verbindung mit einem Bild vor der Reparatur in der Steuereinheit 20 oder der externen Informationsvorrichtung, und kann sich von der Reparaturdurchführung nach Abschluss der Reparaturbearbeitung überzeugen. Die Fähigkeit einer Vollautomatisierung einer solchen Reihe von Arbeitsabläufen ist auch das Charakteristikum der Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform. Ferner kann, indem ein Muster verglichen wird, das durch eine tatsächliche Lichtexposition unter verwendung der reparierten Maske 14 erhalten wird, die Qualität der Durchführung der Maskenreparatur bestimmt werden.
Ferner können im Vergleich zu der sich eines Elektronenstrahls bedienenden Maskenreparatur, bei der es sich um das herkömmliche technische Verfahren handelt, die Auswahlmöglichkeiten für das Maskenmaterial, das repariert werden kann, vermehrt werden, so dass es die Reparaturvorrichtung 10 nach dieser illustrativen Ausführungsform auch mit dem fortschrittlichsten Maskenmaterial aufnehmen kann. Ferner kann gemäß der Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform, indem ein Stickstoffionenstrahl verwendet wird, die Bearbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen Fotomaskenreparaturvorrichtung, die sich einer Heliumfeldionenquelle bedient, bei gleichzeitiger Beibehaltung einer äquivalenten Bearbeitungsgenauigkeit stark verbessert werden. Außerdem kann, da die Ionenquelle selbst die Gasfeldionenquelle 30 ist, die sich der Spitze 1 aus Iridium nach dieser illustrativen Ausführungsform bedient, eine stabile Strahlbildung über einen langen Zeitraum erfolgen, und gleichzeitig kann auch eine stabile und hochgenaue Maskenreparatur über einen langen Zeitraum erfolgen.
Indem Iridium, das eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit hat, als Spitze 1 verwendet wird, und auch, indem der Scheitelpunkt wie nachstehend beschrieben ausgelegt wird, hält das Atom am Scheitelpunkt der Spitze 1, ohne sich abzulösen, über einen langen Zeitraum, und deshalb kann ein Ion über einen langen Zeitraum stabil emittiert werden. Da darüber hinaus die Anordnung in jeder winzigen Pyramidenseitenfläche am Scheitelpunktabschnitt der Spitze 1 dicht ist, haften sich kaum Fremdstoffpartikel um die Spitze 1 herum an der Spitze 1 an, und somit kann ein fokussierter Ionenstrahl mit einer extrem geringen Variation beim Strom oder der Bestrahlungsposition ausgebildet werden, und im Ergebnis kann eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung mit hoher Leistung bereitgestellt werden. Dementsprechend kann die Häufigkeit des Regenerationsprozesses zum Wiederherstellen des beschädigten Scheitelpunkts der Spitze 1, um durch ein einzelnes Atom gebildet zu sein, deutlich reduziert werden, um die Wartungshäufigkeit der Vorrichtung zu senken, und somit kann die Belastung für Benutzer, die die Vorrichtung bedienen, stark gesenkt werden. In dieser illustrativen Ausführungsform ist ein Beispiel einer Fotomaskenreparatur beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Reparaturvorrichtung 10 kann auch einen Defekt in einer EUV-Maske, einer Nanodruckoriginalplatte oder dergleichen reparieren.
Dritte illustrative Ausführungsform
Form des Scheitelpunkts einer Iridiumspitze
Die Form des Scheitelpunkts der Spitze 1 aus Iridium gemäß einer illustrativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail beschrieben.
Ein Iridiumkristall hat eine kubisch-flächenzentrierte Struktur, und Iridiumatome befinden sich an jeder der acht Ecken und im Zentrum jeder der sechs Flächen eines Kubus.
6A und 6B sind Ansichten, die auf Grundlage von Beobachtungsergebnissen des FIM-Bilds des Scheitelpunkts der Spitze 1 aus Iridium nach dieser illustrativen Ausführungsform erstellt wurden, und es sind Modellansichten, die bei Betrachtung des Scheitelpunktabschnitts der Spitze 1 aus Iridium nach dieser illustrativen Ausführungsform aus der <210>-Orientierung eine Pyramidenstruktur zeigen. 6A zeigt eine Atomanordnung, wobei ein Kreis dazu ausgelegt ist, einem Iridiumatom 161 zu entsprechen. 6B ist eine Ansicht, die Kristallebenen schematisch zeigt.
Die Pyramidenstruktur am Scheitelpunktabschnitt der Spitze 1 aus Iridium hat eine Dreieckpyramidenform mit drei Seitenflächen (Pyramidenflächen) und einem Scheitelpunkt, der durch nur ein einziges Iridiumatom 161(162) gebildet ist. Bei den Bestandteile dieser Pyramidenform bildenden Atomen handelt es sich allesamt um Iridiumatome. Wie in 6A gezeigt ist, sind die Iridiumatome 161, die in der obersten Schicht (äußersten Fläche) jeder Kristallebene vorhanden sind, durch weiße Kreise angegeben, und die Angabe der innenliegenden Iridiumatome 161, die unter der obersten Schicht vorhanden sind, ist weggelassen. Ferner ist zu jedem der Iridiumatome 161(163), die sich an den Gratlinien der Dreieckpyramidenform befinden, eine schwarze Dreieckmarkierung hinzugefügt. Wie in 6B gezeigt ist, hat die Pyramidenstruktur Gratlinien 165am 165b und 165c, die durch jede der drei Pyramidenflächen 164a, 164b und 164c gebildet sind, und einen Scheitelpunkt 166, der durch ein einzelnes Iridiumatom 161 (162) gebildet ist.
Bei der Pyramidenfläche 164a in 6B handelt es sich um eine {100}-Kristallebene und bei den Pyramidenflächen 164b und 164c in 6B um {111}-Kristallebenen.
7A und 7B sind Ansichten, die die Atomanordnung bei Betrachtung der drei Pyramidenflächen 164a, 164b und 164c der Pyramidenstruktur nach dieser illustrativen Ausführungsform jeweils von vorn (das heißt, aus der Normalenrichtung) schematisch zeigen. In 7A und 7B sind die Iridiumatome 167 in der obersten Schicht (Oberflächenschicht) durch weiße Kreise angegeben, und die Iridiumatome 168 in der zweiten Schicht unmittelbar unterhalb der obersten Schicht sind durch graue Kreise angegeben, und die Angabe der anderen Iridiumatome ist weggelassen.
Ein einzelnes Iridiumatom 162, das den Scheitelpunkt dieser Pyramidenstruktur bildet, ist als die erste Schicht definiert, und in der Atomanordnung der zweiten Schicht unmittelbar unterhalb der ersten Schicht befinden sich, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt, drei Iridiumatome 161 an jeder Spitze eines gleichschenkligen Dreiecks nahe einem gleichseitigen Dreieck (beispielsweise eines gleichschenkligen Dreiecks, bei dem, wenn angenommen wird, dass die Länge der kurzen Seite als 1 angesetzt ist, die Länge der gleichschenkligen Seite ungefähr 1,22 beträgt). In der Atomanordnung der dritten Schicht unmittelbar unter der zweiten Schicht befinden sich sechs Iridiumatome 161 an jeder Spitze und an jeder Seite eines Dreiecks.
Im Übrigen werden die Atomanordnungen der zweiten Schicht und der dritten Schicht durch zwangsweises Ablösen des Iridiumatoms 161(162) am Scheitelpunkt durch ein starkes elektrisches Feld bei der Beobachtung des FIM-Bilds erfasst, und es wurde durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass sie mit den in 6A und 6B gezeigten Modellansichten übereinstimmen.
Wenn die Spitze 1 aus Iridium in einem Zustand, in dem das Iridiumatom 161(162) am Scheitelpunkt abgelöst wurde, als nadelförmige Elektrode einer Elektronenquelle oder einer Ionenquelle, oder als eine Sonde eines Rastersondenmikroskops verwendet wird, ist die Menge eines Strahlstroms, der eine Probe erreicht, gesenkt oder die Lageauflösung des Rastersondenmikroskops ist herabgesetzt, und deshalb wird eine solche Spitze nicht bevorzugt. Indem in diesem Fall ein Regenrationsprozess für den Spitzenscheitelpunkt durchgeführt wird (wird später noch beschrieben), wird das Atom am Scheitelpunkt als Einzelatom beibehalten. Tabelle 1
Andererseits sind als Vergleichsbeispiele die Scheitelpunktstrukturen von Iridiumspitzen herkömmlicher Beispiele in 8A, 8B, 9A und 9B gezeigt. 8A und 8B wurden mit Bezug auf das vorstehend beschrieben Dokument von Ivan Ermanoski et al., Surf. Sci, Bd. 596, (2005), S. 89–97, „Atomic structure of O/Ir(210) nanofacets" erstellt, und 9A und 9B wurden mit Bezug auf das vorstehend beschriebene Dokument von Hong-Shi Kuo et al., Nanotechnology, Bd. 20, (2009), Nr. 335701, „A single-atom sharp iridium tip as an emitter of gas field ion sources" erstellt. 8A und 9A sind Modellansichten, die die Pyramidenstrukturen bei Betrachtung der Iridiumspitzen der herkömmlichen Beispiele aus der <210>-Orientierung heraus zeigen. 8B und 9B sind Ansichten, die die Kristallebenen schematisch zeigen.
Wie in 8A und 9A gezeigt ist, sind die Iridiumatome 171, die in der obersten Schicht (äußersten Fläche) jeder Kristallebene vorhanden sind, durch weiße Kreise angegeben, und die innenliegenden Iridiumatome, die unter der obersten Schicht vorhanden sind, sind durch graue Kreise angegeben. Am Scheitelpunkt der Dreieckpyramidenform befindet sich ein Iridiumatom 171(172), und zu jedem der Iridiumatome 171(173), die sich an den Gratlinien der Dreieckpyramidenform befinden, ist eine schwarze Dreieckmarkierung hinzugefügt. Wie in 8B und 9B gezeigt ist, hat die Pyramidenstruktur Gratlinien 175a, 175b und 175c, die durch jede der drei Pyramidenflächen 174a, 174b und 174c gebildet sind, und einen Scheitelpunkt 176, der durch ein einzelnes Iridiumatom 171(172) gebildet ist.
Bei der Pyramidenfläche 174a in 8B und 9B handelt es sich um eine {110}-Kristallebene und bei den Pyramidenflächen 174b und 174c in 8B und 9B um {311}-Kristallebenen.
Ein Unterschied zwischen der in 8A gezeigten Atomanordnung und der in 9A gezeigten Atomanordnung besteht darin, dass die Zahl der Iridiumatome 171, die die Basisseite der Pyramidenfläche 174a bilden, eine ungerade Zahl oder eine gerade Zahl ist, und in der in 8A gezeigten Atomanordnung die Zahl eine gerade Zahl ist, und in der in 9A gezeigten Anordnung die Zahl eine ungerade Zahl ist. Je nachdem, ob die Zahl der Iridiumatome 171, die diese Basisseite bilden, eine ungerade Zahl oder eine gerade Zahl ist, variiert die Anordnung der Iridiumatome 171, die die zweite Schicht und die dritte Schicht unmittelbar unter dem Iridiumatom 171(172) in der obersten Schicht (Oberflächenschicht) am Scheitelpunkt bilden. Die zweite Schicht in der in 8A gezeigten Atomanordnung enthält drei Iridiumatome 171, und die zweite Schicht in der in 9A gezeigten Atomanordnung enthält sechs Iridiumatome 171. Das Iridiumatom 171(172) in der obersten Schicht (Oberflächenschicht) am Scheitelpunkt in der in 9A gezeigten Atomanordnung befindet sich am Schnittpunkt der drei Gratlinien 175a, 175b und 175c. Hingegen ist das Iridiumatom 171(172) in der obersten Schicht (Oberflächenschicht) am Scheitelpunkt in der in 8A gezeigten Atomanordnung an einer etwas vorstehenden Position angeordnet, die vom Schnittpunkt der drei Gratlinien 175a, 175b und 175c abweicht.
In den Pyramidenstrukturen der Iridiumspitzen der in 8A und 9A gezeigten herkömmlichen Beispiele ist der Abstand zwischen jedem der Iridiumatome 171(173), die sich jeweils an den Gratlinien 175a, 175b und 175c befinden, größer als in der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser in 6 gezeigten illustrativen Ausführungsform. Deshalb ist die Neigung jeder der Gratlinien 175a, 175b und 175c, anders ausgedrückt, die Neigung jeder der Pyramidenflächen 174a, 174b und 174c, geringer als die Neigung jeder der Gratlinien 165a, 165b und 165c und jeder der Pyramidenflächen 164a, 164b und 164c der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform. Das heißt, der Scheitelpunktabschnitt der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform ist spitzer als die Scheitelpunktabschnitte der Iridiumspitzen der herkömmlichen Beispiele und hat eine Struktur, in der das elektrische Feld am Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium konzentriert ist. Dementsprechend kann die Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform eine Ionenemission bei einer niedrigeren Extraktionsspannung erzielen als die Iridiumspitzen der herkömmlichen Beispiele, und deshalb kann die Belastung für eine Energiequelle reduziert werden, die eine Extraktionsspannung anlegt, und auch das Auftreten einer abnormalen Entladung zwischen dem Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium und einer Extraktionselektrode (beispielsweise der in 2 gezeigten Extraktionselektrode 32 oder dergleichen) kann verhindert werden.
10A und 10B sind Ansichten, die die Atomanordnung bei Betrachtung jeder der Pyramidenflächen 174a, 174b und 174c der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels von vorn (d. h. aus der Normalenrichtung) schematisch zeigen. In 10A und 10B sind die Iridiumatome 177 in der obersten Schicht (Oberflächenschicht) durch weiße Kreise angegeben, und die Iridiumatome 178 in der Schicht unmittelbar unterhalb der obersten Schicht sind durch graue Kreise angegeben, und die Angabe der anderen Iridiumatome ist weggelassen. Ferner ist der vertikalen und horizontalen Atomanordnung in jeder Pyramidenfläche keine Aufmerksamkeit geschenkt.
Wie in der vorstehenden Tabelle 1 gezeigt ist, beträgt die Anzahl an Iridiumatomen in der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform eins, drei bzw. sechs, jedoch beträgt die Anzahl an Iridiumatomen in der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des in 8A gezeigten herkömmlichen Beispiels eins, drei bzw. zehn, und die Anzahl an Iridiumatomen in der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des in 9A gezeigten herkömmlichen Beispiels beträgt eins, sechs bzw. fünfzehn. Das heißt, im Hinblick auf die Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform und die Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels ist offensichtlich, dass die Atomanordnung bis zu den drei Schichten sich strukturell zwischen der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels und der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform unterscheidet.
Darüber hinaus unterscheiden sich die Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform und die Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels in den Indizes der Kristallebenen, die die Pyramidenflächen bilden. Das heißt, die {100}-Kristallebene und die {111}-Kristallebene, die die Pyramidenflächen der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform bilden, sind Ebenen mit geringem Index, die eine höhere atomare Dichte haben als die {110}-Kristallebene und die {311}-Kristallebene, die die Pyramidenflächen der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels bilden. Beispielsweise bestätigt sich visuell, dass in Atomanordnung in der äußersten Oberflächenschicht der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser in 7A und 7B gezeigten illustrativen Ausführungsform die Iridiumatome im Vergleich zur Atomanordnung in der äußersten Oberflächenschicht der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des in 10A und 10B gezeigten herkömmlichen Beispiels dichter angeordnet sind.
Wenn beispielsweise in einem quantitativen Vergleich die Gitterkonstante durch d dargestellt wird, beträgt der Abstand d₍₁₀₀₎ zwischen benachbarten Atomreihen in der {100}-Kristallebene der Spitze 1 aus Iridium dieser in 7A und 7B gezeigten illustrativen Ausführungsform 0,50 d und deren Abstand d₁₁₁ zwischen benachbarten Atomreihen in der {111}-Kristallebene 0,61 d. Hingegen beträgt im Hinblick auf jeweils die {311}-Kristallebene und die {110}-Kristallebene der Iridiumspitze des in 10A und 10B gezeigten herkömmlichen Beispiels der Abstand d₍₃₁₁₎ 1,17 d und der Abstand d₍₁₁₀₎ 1,00 d. Das heißt, im Vergleich zum Abstand zwischen den Atomreihen in der Pyramidenfläche der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Atomreihen in der Pyramidenfläche der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels größer.
Ferner beträgt, wenn die planare atomare Dichte in der obersten Schicht jeder Kristallebene durch n dargestellt wird, unter Berücksichtigung, dass die Gitterkonstante d von Iridium 0,3839 nm beträgt, die Dichte n in der {100}-Kristallebene 13,6 × 0¹⁸/m², und die Dichte n in der {111}-Kristallebene beträgt 15,7 × 10¹⁸/cm², jedoch beträgt die Dichte n in der {110}-Kristallebene 9,6 × 10¹⁸/cm², und die Dichte n in der {311}-Kristallebene beträgt 8,2 × 10¹⁸/cm². Das heißt, im Vergleich zur atomaren Dichte in der äußersten Fläche der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform ist die atomare Dichte in der äußersten Fläche der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels weiter gesenkt, und ein Raum zwischen jedem der auf der Fläche vorhandenen Atome ist im herkömmlichen Beispiel größer als in dieser illustrativen Ausführungsform.
Da wie vorstehend beschrieben der Abstand zwischen den Atomreihen in der äußersten Oberflächenschicht in der Pyramidenstruktur der Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels groß und die planare atomare Dichte gering ist, ist davon auszugehen, dass beispielsweise die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass sich eine andere Art von Atom oder Molekül, das um die Spitze herum driftet, sich in dem Raum zwischen jedem der Iridiumatome festsetzt. Das Festsetzen dieser anderen Art von Atom in dem Raum kann die Atomanordnung des Iridiumkristalls am Scheitelpunkt der Iridiumspitze durcheinanderbringen und die elektrische Feldverteilung am Scheitelpunkt der Iridiumspitze stören. Als Ergebnis kann der vom Scheitelpunkt der Iridiumspitze aus emittierte Ionenstrom instabil sein, und somit kann der Strom eines Ionenstrahls, der auf die Oberfläche der Probe abgestrahlt wird, variieren und eine Störung eines Beobachtungsbilds oder eine Störung einer Bearbeitungsfläche bewirken. Ferner kann eine solche andere Art von Atom, das sich in dem Raum zwischen den Iridiumatomen festgesetzt hat, nicht so ohne Weiteres entfernt werden, und deshalb wird, wenn eine Bildstörung oder Ionenstrahlstromveränderung eintritt, ein Prozess nötig, der einen komplizierten Arbeitsablauf und eine lange Zeit in Anspruch nimmt, beispielsweise ein Prozess, in dem die Pyramidenstruktur der Iridiumspitze erst einmal durch ein starkes elektrisches Feld entfernt und die Pyramidenstruktur erneut hergestellt wird, um die Ionenemission zu stabilisieren, und so weiter, und somit stellt sich insofern ein Problem, als eine kontinuierliche Beobachtung oder Bearbeitung schwierig durchzuführen ist.
Hingegen ist in der einen {110}-Kristallebene und den zwei {111}-Kristallebenen, die die Pyramidenflächen der Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform bilden, der atomare Abstand kleiner als im herkömmlichen Beispiel, und deshalb wird ein Festsetzen einer anderen Art von Atom in einem Raum zwischen den Iridiumatomen verhindert, und die Spitze ist lediglich in einen solchen Zustand versetzt, dass eine andere Art von Atom sich an den Kristallebenen ansetzt (physikalisch adsorbier oder dergleichen wird). In diesem Fall kann eine an den Kristallebenen anhaftende Substanz durch leichtes Erwärmen oder Einstellen auf ein schwächeres elektrisches Feld als eine elektrische Feldstärke, die zum Ionisieren von an die Spitze 1 aus Iridium anzulegendes Stickstoffgas notwendig ist, mühelos abgelöst werden, und deshalb kann die Dreieckpyramidenstruktur aus dem Kristall, das nur durch Iridiumatome gebildet ist, immer aufrechterhalten werden. Im Ergebnis ist der Ionenemissionsstrom über einen langen Zeitraum stabil, und eine Veränderung bei einem Strom eines Ionenstrahls, der auf eine Probe abgestrahlt wird, kann verhindert werden, und somit kann ein weniger gestörtes Beobachtungsbild oder eine weniger gestörte Bearbeitungsfläche erhalten werden.
Ferner ist die Pyramidenstruktur der Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform so ausgelegt, dass der atomare Abstand klein ist, und deshalb ist erwiesen, dass die Spitze 1 aus Iridium widerstandsfähig gegen eine äußere Störung wie etwa Temperatur ist.
Wie vorstehend beschrieben, hat die Spitze 1 aus Iridium dieser illustrativen Ausführungsform eine spitzere Pyramidenstruktur als die Iridiumspitze des herkömmlichen Beispiels, und kann deshalb eine Ionenemission bei einer niedrigeren Spannung erzielen, und ist auch widerstandsfähig gegen eine äußere Störung, und hat eine derartige Struktur, dass sich Fremdstoffe schwerlich daran ansetzen, und kann somit eine stabile Elektronenemission, Ionenemission oder dergleichen über einen langen Zeitraum erzielen.
Im Übrigen hat die Spitze 1 aus Iridium dieser vorstehend beschriebenen illustrativen Ausführungsform eine Struktur, bei der der Scheitelpunkt des Spitzenteils aus einem Iridiummonokristall im atomaren Bereich zugespitzt ist, ist allerdings nicht darauf beschränkt, und die Oberfläche der zugespitzten Spitze 1 aus Iridium kann auch durch Galvanisieren oder dergleichen mit einer Iridiumdünnschicht beschichtet werden.
Vierte illustrative Ausführungsform
Iridiumspitzenherstellungsvorrichtung
Als Nächstes wird mit Bezug auf 11 eine Spitzenherstellungsvorrichtung 201 beschrieben, um die Spitze 1 aus Iridium, nachdem sie ein elektrolytisches Polieren (wird später noch beschrieben) erfahren hat, weiter zuzuspitzen und zu der Spitze 1 aus Iridium zu verarbeiten, die einen Scheitelpunkt hat, der aus einem einzelnen Iridiumatom gebildet ist.
11 ist eine schematische Aufbauansicht der Spitzenherstellungsvorrichtung 201. Die Spitzenherstellungsvorrichtung 201 umfasst einen Anbringungsabschnitt 203 zum Anbringen des Spitzensystems 31, eine Extraktionselektrode 205, die ein starkes elektrisches Feld zwischen der Elektrode und der Spitze 1 aus Iridium erzeugt, damit Ionen 204 ausgehend vom Scheitelpunkt (Spitzenscheitelpunkt) der Spitze 1 aus Iridium emittiert werden, eine Energiequelle 206, die eine Beschleunigungsspannung für die Ionen 204 an die Spitze 1 aus Iridium anlegt und die Spitze 1 aus Iridium auch erwärmt, einen Detektor (beispielsweise einen Multi Channel Plate (MCP) oder dergleichen) 207, der die ausgehend von der Spitze 1 aus Iridium emittierten Ionen 204 erfasst, und einen Vakuumbehälter 208, der diese Komponenten in sich aufnimmt.
Ferner umfasst die Spitzenherstellungsvorrichtung 201 eine Absaugvorrichtung 209, die das Innere des Vakuumbehälters 208 in einem Vakuumzustand hält, eine Kamera (beispielsweise eine CCD-Kamera oder dergleichen) 211, die ein durch den Detektor 207 erzeugtes FIM-Bild durch eine Sichtöffnung 210 hindurch aufnimmt (oder beobachtet), ein Computergerät 212, das das durch die Kamera 211 aufgenommene FIM-Bild aufzeichnet und auch die Energiequelle 206 steuert, und einen Monitor 213, der das durch die Kamera 211 aufgenommen FIM-Bild anzeigt, und dergleichen.
Ferner umfasst die Spitzenherstellungsvorrichtung 201 eine Gaszufuhrvorrichtung 214, die dem Umfeld der Spitze 1 aus Iridium ein zu ionisierendes Gas zuführt, eine Kühlvorrichtung 215, die die Spitze 1 aus Iridium und, falls nötig, das aus der Gaszufuhrvorrichtung 214 zugeführte Gas kühlt, einen beweglichen Faraday-Becher 216, der den ausgehend von der Spitze 1 aus Iridium emittierten Strom der Ionen 204 erfasst, einen Bewegungsmechanismus 217, der den Faraday-Becher 216 bewegt, und dergleichen.
Der Grunddruck im Vakuumbehälter 208 ist auf ungefähr 2 × 10^–8 Pa eingestellt. Die Oberfläche des Spitzenscheitelpunkts wird vorzugsweise in einem sauberen Zustand gehalten, und der Grunddruck ist vorzugsweise niedriger. Die Gaszufuhrvorrichtung 214 ist am Vakuumbehälter 208 befestigt.
Die Gaszufuhrvorrichtung 214 kann ein Gas, bei dem es sich um ein Rohmaterial der Ionen 204 handelt, in den Vakuumbehälter 208 zuführen. Das Gas ist ein problemlos erhältliches hochreines Gas (mit beispielsweise einer Reinheit von 99,999% oder mehr etc.). Dieses Gas kann darüber hinaus einer (nicht gezeigten) Gasreinigung unterzogen werden, um die Verunreinigungskonzentration auf Pegel von ca. einigen ppb zu senken. Es ist notwendig, die Verunreinigungskonzentration zu senken, um die Zeit zu verlängern, über die die Pyramidenstruktur, bei der es sich um eine Nanostruktur der Spitze 1 aus Iridium handelt, aufrechterhalten werden kann, und bevorzugt wird der Grunddruck im Vakuumbehälter 208 und auch die Verunreinigungskonzentration im Gas gesenkt.
In dieser illustrativen Ausführungsform ist/sind ein oder mehrere Gasbehälter (nicht gezeigt), der/die mit einem Gas wie etwa Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton oder Xenon gefüllt ist/sind, in der Gaszufuhrvorrichtung 214 angeordnet, und ein gewünschtes Gas kann nach Bedarf in einer geeigneten Menge zugeführt werden. In der Gaszufuhrvorrichtung 214 ist ein Ventil 214a so eingestellt, dass dem Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium eine geeignete Menge einer bestimmten Gasspezies zugeführt wird, und das Gas dem Umfeld der Spitze 1 aus Iridium aus einer Düse 214b im Nahbereich der Spitze 1 aus Iridium schrittweise zugeführt wird.
Die Spitze 1 aus Iridium ist über einen Verbindungsabschnitt 215a an die Kühlvorrichtung 215 wie etwa einen Kryotiefkühler angeschlossen, und eine Kühltemperatur wird auf ca. 60 K eingestellt. Nach dieser Auslegung wird das durch den Detektor 207 erzeugte FIM-Bild heller, und durch die Kamera 211 kann ein scharfes Bild aufgenommen werden. Diese Kühltemperatur kann je nach der durch die Gaszufuhrvorrichtung 214 zuzuführenden Gasarten verändert werden.
Die Energiequelle 206 ist eine Hochspannungsstromenergiequelle, und sie ist über eine (nicht gezeigte) Durchführung im Vakuumbehälter 208 an die Spitze 1 aus Iridium angeschlossen und kann über den Glühdraht 37 eine Hochspannung an die Spitze 1 aus Iridium anlegen. Die Energiequelle 206 ist dazu ausgelegt, so angeschlossen zu werden, dass die Stromenergiequelle einen Potentialausgang einer Hochspannungsenergiequelle hat. Die aus der Energiequelle 206 auszugebende Spannung, ein durch die Energiequelle 206 an den Glühdraht 37 anzulegender Strom und dergleichen werden durch das Computergerät 212 gesteuert, das an die Energiequelle 206 angeschlossen ist. Das Computergerät 212 kann den Strom und die Spannung, der bzw. die aus der Energiequelle 206 ausgegeben wird, automatisch steuern/regeln, und kann beispielsweise den Strom mit einer konstanten Rate verändern. Gemäß dieser Auslegung kann das Computergerät 212 die Umformungsbedingungen mit hoher Reproduzierbarkeit wiederholen.
Die Extraktionselektrode 205 hat beispielsweise Massepotential, und eine positive Spannung wird an die Spitze 1 aus Iridium angelegt. Die am Spitzenscheitelpunkt erzeugten Ionen 204 werden entlang des durch die Spitze 1 aus Iridium und die Extraktionselektrode 205 erzeugten elektrischen Felds extrahiert und treten durch eine in der Extraktionselektrode 205 vorgesehene Öffnung 205a hindurch und werden als Ionenstrahl ausgegeben. Der Ionenstrahl hat eine Energie, die der an die Spitze 1 aus Iridium angelegten Spannung entspricht, und wird ausgehend von der Extraktionselektrode 205 zum Detektor 207 emittiert.
Im Übrigen kann in dieser illustrativen Ausführungsform das Potential der Spitze 1 aus Iridium variabel ausgelegt werden, indem bewirkt wird, dass die Extraktionselektrode 205 ein beliebiges Potential hat. Das heißt, es ist möglich, die Vorrichtung so auszulegen, dass sie eine Dreifachstruktur hat, die von außen her den Vakuumbehälter 208, die Extraktionselektrode 205 und die Spitze 1 aus Iridium in dieser Reihenfolge umfasst. In diesem Fall setzt das Computergerät 212 das Potential der Spitze 1 aus Iridium beliebig an, und stellt das Potential der Extraktionselektrode 205 auf ein Potential ein, das im Hinblick auf das Potential der Spitze 1 aus Iridium negativ ist, und bei dem ein Gas ionisiert, bei dem es sich um ein Rohmaterial der Ionen 204 handelt. Nach dieser Auslegung kann eine Beschleunigungsenergie für den Ionenstrahl angemessen eingestellt werden.
Der Detektor 207 und ein Schirm 207a sind entlang der Verlängerung der Linie angeordnet, die den Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium mit der Öffnung 205a der Extraktionselektrode 205 verbindet. An den Detektor 207 wird eine vorbestimmte Spannung (beispielsweise +1,5 kV oder dergleichen) angelegt, und erzeugte Elektronen werden verstärkt. An den Schirm 207a wird eine vorbestimmte Spannung (beispielsweise +3,0 kV oder dergleichen) angelegt, und die durch den Detektor 207 verstärkten Elektronen kollidieren mit dem Schirm 207a, und ein Phosphor des Schirms 207a emittiert Licht. Dieses emittierte Licht wird auf den Schirm 207a projiziert und ein Bild davon von der Kamera 211 durch die Sichtöffnung 210 hindurch aufgenommen und so eingestellt, dass es als ein FIM-Muster (FIM-Bild) beobachtet werden kann. Die Kamera 211 ist an das Computergerät 212 angeschlossen, und die periodisch aufgenommenen Bilder werden im Computergerät 212 gespeichert.
Wenn die Anzahl heller Punkte im FIM-Bild, die der atomaren Anordnung am Scheitelpunkt der Spitze 1 entsprechen, zu Eins wird, kann bestimmt werden, dass der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium aus einem einzelnen Atom gebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Faraday-Becher 216 durch den Bewegungsmechanismus 217 so bewegt, dass der Ionenstrahl in den Faraday-Becher 216 eintritt und der Strom des in den Faraday-Becher 216 eintretenden Strahls in ein Signal umgewandelt und in das Computergerät 212 eingeleitet wird. Die Strahlstrommessung ermöglicht die Messung eines Stromwerts zu diesem Zeitpunkt, und ermöglicht auch die kontinuierliche Messung einer Stromveränderung über einen langen Zeitraum.
Im Vakuumbehälter 208 der Spitzenherstellungsvorrichtung 201 wird immer ein Hochvakuumzustand aufrechterhalten, und deshalb kann ein geeigneter Mechanismus vorgesehen sein, so dass die Spitze 1 aus Iridium vorübergehend in einer vorläufigen (nicht gezeigten) Absaugkammer gehalten und ein Prozess wie etwa eine Reinigung durch Erwärmen auf eine hohe Temperatur für an der Spitze 1 aus Iridium anhaftende Kontaminierungen (Verunreinigungen und dergleichen) durchgeführt wird, und die Spitze 1 aus Iridium danach in den Vakuumbehälter 208 eingebracht wird.
Im Übrigen kann die Spitzenherstellungsvorrichtung 201 auch zum Zuspitzen einer Wolframspitze hergenommen werden.
Fünfte illustrative Ausführungsform
Iridiumspitzenherstellungsverfahren
Wie in 12 gezeigt ist, umfasst ein Iridiumspitzenherstellungsverfahren einen Nassätzschritt S10, einen FIB-Bearbeitungsschritt S20, einen feldinduzierten Gasätzschritt S30 und einen Umformungsschritt S40, die nacheinander ausgeführt werden. Die jeweiligen Schritte werden im Folgenden beschrieben.
(1) Nassätzschritt
Zuerst wird im Nassätzschritt 510 als Rohmaterial für die zuzuspitzende Spitze 1 aus Iridium ein Spitzenteil verwendet, bei dem es sich um einen stabförmigen Iridiummonokristall mit einer bestimmten Form (beispielsweise einem Durchmesser von 0,3 mm, einer Länge von 8 mm, etc.) handelt, und in dem die Längsrichtung mit der <210>-Orientierung ausgerichtet ist. Dann wird das stabförmige Spitzenteil, beispielsweise durch Nassätzen, zugespitzt, bis der Durchmesser des Scheitelpunkts in einer konischen Form auf einen vorbestimmten Wert (beispielsweise von mehreren hundert Nanometern auf mehrere Mikrometer oder dergleichen) verkleinert ist, wodurch die Spitze 1 aus Iridium hergestellt wird.
Speziell werden das Spitzenteil aus Iridium und eine Gegenelektrode aus Platin in eine Elektrolytlösung aus beispielsweise Kaliumhydroxid (beispielsweise 1 mol/l) eingetaucht, und eine AC-Spannung wird zwischen diesen beiden Elektroden (d. h. zwischen dem Spitzenteil und der Gegenelektrode) angelegt, um ein elektrolytisches Polieren zu erzielen. Die anzulegende AC-Spannung wird beispielsweise auf ungefähr 30 V (rms) bei einer Frequenz von 60 Hz eingestellt. Durch diesen Nassätzschritt S10 wird der Scheitelpunkt des Spitzenteils in einer konischen Form mit einem Scheitelpunktdurchmesser von einigen hundert Nanometern bis einigen Mikrometern ausgebildet. Nach Abschluss des Nassätzens werden Verunreinigungen wie etwa die Elektrolytlösung von der Spitze 1 aus Iridium entfernt, indem die Spitze 1 aus Iridium mit Wasser und Aceton oder dergleichen gewaschen wird.
(2) FIB-Bearbeitungsschritt
Anschließend wird im FIB-Bearbeitungsschritt S20 die Spitze 1 aus Iridium, im Falle, dass der Durchmesser des Scheitelpunkts der Spitze 1 aus Iridium weiter auf ca. einige zehn Nanometer bis einige hundert Nanometer verkleinert wird, nachdem der Nassätzschritt S10 durchgeführt wurde, in eine bekannte (nicht gezeigte) Vorrichtung mit fokussiertem Galliumionenstrahl (Ga-FIB) eingebracht und eine FIB-Bearbeitung durchgeführt, wodurch der Durchmesser des Scheitelpunkts auf ca. einige zehn Nanometer bis einige hundert Nanometer verkleinert wird.
(3) Feldinduzierter Gasätzschritt
Anschließend wird die Spitze 1 aus Iridium im feldinduzierten Gasätzschritt S30 in einer Gasfeldionenquelle 30 oder der Spitzenherstellungsvorrichtung 201 platziert, und das Umfeld der Spitze 1 aus Iridium wird in einen Vakuumzustand versetzt. Ein Fall, in dem die in 11 gezeigte Spitzenherstellungsvorrichtung 201 verwendet wird, wird als Beispiel beschrieben. Der Druck im Vakuumbehälter 208 wird auf einen Grunddruck (beispielsweise 2 × 10^–8 Pa oder dergleichen) eingestellt, und die Kühltemperatur der Spitze 1 aus Iridium wird auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise ca. 60 K) eingestellt. Dann wird Helium aus der Gaszufuhrvorrichtung 214 in den Vakuumbehälter 208 zugeführt, bis der Druck zu beispielsweise 1 × 10^–4 Pa oder dergleichen wird. Das Computergerät 212 steuert die Energiequelle 206 an, damit sie eine Spannung an die Spitze 1 aus Iridium anlegt. Wenn die an die Spitze 1 aus Iridium angelegte Spannung (Spitzenspannung) beispielsweise ca. 4 kV erreicht, wird das FIM-Muster (FIM-Bild) von Helium durch die Kamera 211 abgebildet.
In der Spitze 1 aus Iridium sind, nachdem sie Schritt S20 erfahren hat, oder der Spitze 1 aus Iridium mit einer beschädigten Scheitelpunktstruktur, Verunreinigungen an der Oberfläche des Scheitelpunkts der Spitze 1 aus Iridium adsorbiert, und deshalb wird ein Muster ohne Kristallinität erhalten. Wenn die Spitzenspannung allmählich erhöht wird und die Feldstärke am Spitzenscheitelpunkt höher ansteigt als eine Verdampfungsfeldstärke von Iridium, beginnt das Iridiumatom feldverdampft zu werden. Wenn die mehreren Atomschichten auf der Oberfläche des Scheitelpunkts der Spitze 1 aus Iridium feldverdampft sind, ist eine saubere kristalline Iridiumoberfläche freigelegt. Die Spitzenspannung wird zu diesem Zeitpunkt auf beispielsweise ca. 5 kV bis 6 kV erhöht, weil der Krümmungsradius des Scheitelpunkts der Spitze 1 etwas zunimmt. Dann erreicht, wenn die Spitzenspannung um beispielsweise ca. 1 kV gesenkt wird, die Spitzenspannung eine optimale Spannung (beste Abbildungsspannung), bei der ein Bild durch Helium erzielt wird und somit ein FIM-Muster erscheint, in dem die Atome regelmäßig angeordnet sind. Wenn eine solche saubere Oberfläche bestätigt wird, wird die Zufuhr von Helium aus der Gaszufuhrvorrichtung 214 in den Vakuumbehälter 208 gestoppt. Wenn die Oberfläche zu einer sauberen Oberfläche wird, ist manchmal ein Defekt im Iridiumkristall zu beobachten. Im Falle, dass ein Kristallfehler in einer sauberen Oberfläche besteht, kann keine gewünschte Pyramidenstruktur im anschließenden Umformungsschritt S40 hergestellt werden. In einem solchen Fall wird, indem feldinduziertes Gastzen mit Feldverdampfung kombiniert wird, die Spitzenendflächenschicht der Spitze 1 bis zu einem Bereich entfernt, in dem kein Kristallfehler vorhanden ist. Auf Grundlage davon, ob eine saubere Oberfläche beobachtet wird, wird bestimmt, ob der Prozess zum Schritt S40 weitergeht.
Anschließend wird die Extraktionsspannung auf einen Wert eingestellt, der um ca. 0,5 kV (beispielsweise ca. 4,5 kV bis 5,5 kV) niedriger ist als die höchste Spannung, die bei der Feldverdampfung angelegt wird, und ein Gas zum Ätzen, Stickstoff oder Sauerstoff, wird aus der Gaszufuhrvorrichtung 214 dem Umfeld der Spitze 1 aus Iridium so zugeführt, dass der Druck im Vakuumbehälter ca. 1 × 10^–4 Pa bis 1 × 10^–3 Pa beträgt.
In diesen Fall haben die Extraktionsspannung und der Bereich der Spitze 1 aus Iridium, der einem feldinduzierten Gasätzen unterzogen werden soll, ein vorbestimmtes Korrespondenzverhältnis. Das heißt, wenn die Extraktionsspannung niedrig ist, wird eine Scheitelpunktbereich der Spitze 1 aus Iridium dort, wo das elektrische Feld stark ist, mit einem feldinduzierten Gas geätzt, und wenn die Extraktionsspannung hoch ist, wird ein peripherer Bereich (beispielsweise ein Sockelbereich oder dergleichen) der Spitze 1 aus Iridium, mit Ausnahme des Scheitelpunktbereichs, mit einem feldinduzierten Gas geätzt. Deshalb wird in diesem Schritt die Extraktionsspannung in einem solchen Ausmaß hoch angesetzt, das Helium feldionisiert wird, so dass der Scheitelpunktbereich der Spitze 1 aus Iridium ausgelassen und deren peripherer Bereich geätzt wird. Dementsprechend kann die Anzahl an Iridiumatomen, die sich (im später noch beschriebenen) Umformungsschritt 540 bewegen, gesenkt werden, und die zum Durchführen des Umformungsschritts erforderliche Zeit kann verkürzt werden. Darüber hinaus wird der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium in einer schmalen und spitzen Form ausgebildet, und deshalb kann das Aufwachsen der Pyramidenstruktur an einer unerwünschten Position im Umformungsschritt verhindert werden. Hier wird bei fortschreitendem feldinduzierten Gasätzen der Scheitelpunkt verschmälert und zugespitzt, und deshalb wird die Extraktionsspannung gesenkt, damit das Atom am Scheitelpunkt nicht feldverdampft.
Wenn der Scheitelpunkt auf eine gewünschte Größe verschmälert und zugespitzt ist, wird, während die Extraktionsspannung angelegt bleibt, die Zufuhr des Gases zum Ätzen durch die Gaszufuhrvorrichtung 214 gestoppt, und das Restgas zum feldinduzierten Gasätzen wird unter Vakuum abgesaugt. Die beste Abbildungsspannung für Helium beträgt dabei ungefähr 3,6 kV. Danach wird die Extraktionsspannung gesenkt, um eine Feldstärke zu erhalten, bei der Stickstoff feldionisiert wird. Indem eine Vakuumabsaugung ausreichend durchgeführt wird, kann das Ätzen des Scheitelpunktbereichs der Spitze 1 aus Iridium verhindert werden, oder indem die Extraktionsspannung schnell abgesenkt wird, kann das feldinduzierte Gasätzen des Scheitelpunktbereichs der Spitze 1 aus Iridium weiter verhindert werden.
Ferner wird im Falle, dass ein Kristallfehler im Nahbereich des Scheitelpunkts der Spitze 1 aus Iridium vorhanden ist, die Extraktionsspannung so eingestellt, dass der Scheitelpunktbereich der Spitze 1 aus Iridium feldinduziertem Gasätzen unterzogen wird, bis der Kristallfehler entfernt ist. Dementsprechend wird, selbst wenn ein Kristallfehler im Nahbereich des Scheitelpunkts der Spitze 1 aus Iridium vorhanden ist, der Kristallfehler durch Ätzen entfernt.
(4) Umformungsschritt
Indem anschließend im Umformungsschritt S40 die Spitzenherstellungsvorrichtung 201 eingesetzt wird, wird eine Pyramidenstruktur, bei der es sich um eine Nanostruktur handelt, am Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium ausgebildet.
Die Extraktionsspannung wird beispielsweise auf ca. 1/3 der optimalen Abbildungsspannung für Helium, d. h. ca. 1,2 kV, abgesenkt. Diese Spannung stimmt im Wesentlichen mit der Stickstoffabbildungsspannung überein. Dann wird Stickstoffgas in den Vakuumbehälter 208 eingeleitet und der Druck auf beispielsweise 1 × 10^–3 Pa oder dergleichen eingestellt. Die Extraktionsspannung wird fein eingestellt, so dass sich ein FIM-Muster von Stickstoff beobachten lässt. Dann wird der Umformungsschritt dieser illustrativen Ausführungsform gestartet. Im Umformungsschritt S40 in dieser illustrativen Ausführungsform erfolgt die Umformung im Gegensatz zur herkömmlichen Umformung, die unter hohem Vakuum, ohne Gas in den Vakuumbehälter 208 einzuleiten, durchgeführt wird, in einer Stickstoffatmosphäre. Ferner erfolgt beim herkömmlichen Umformen eine Erwärmung, während gleichzeitig der Strom des Glühdrahts 37 konstant gehalten wird, und die Spitzenspannung wird erhöht, und danach wird der Spitzenscheitelpunkt zugespitzt, während der Strom des Glühdrahts 37 gesenkt wird. In dieser illustrativen Ausführungsform erfolgt die Zuspitzung jedoch nach der folgenden Vorgehensweise.
Zuerst wird die Spitze 1 aus Iridium erwärmt, indem ein Strom von beispielsweise 3,5 A 3 Minuten lang in einem Zustand an den Glühdraht 38 angelegt wird, in dem die Extraktionsspannung daran angelegt ist. Nach Abschluss dieser Erwärmung wird ein FIM-Muster von Stickstoff durch die Kamera 211 abgebildet und beobachtet.
Hier erfolgt im Fall, dass das abgebildete und beobachtete FIM-Muster von Stickstoff kaum verändert ist, eine Erwärmung, indem der Strom in Inkrementen von beispielsweise 0,1 A erhöht wird.
Dann wird, wenn der Strom des Glühdrahts 37 auf beispielsweise ca. 3,9 A erhöht ist, eine Veränderung im FIM-Muster beobachtet. Das heißt, von den jeweiligen in 15 gezeigten Kristallebenen hat sich die {111}-Kristallebene ausgedehnt, und die {110}-Kristallebene ist geschrumpft. Ferner hat sich die {100}-Kristallebene ausgedehnt, und die {311}-Kristallebene ist geschrumpft. Wenn die Facettenebenen auf diese Weise weitgehend verändert werden, wird der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium zugespitzt, und deshalb wird die Spitzenspannung, bei der das FIM-Muster von Stickstoff durch die Kamera 211 abgebildet und beobachtet wird (das heißt, die Spitzenspannung, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu sehen ist) um beispielsweise einige hundert Volt gesenkt. Im Übrigen beträgt die Spitzenspannung, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu sehen ist, ungefähr 0,9 V oder dergleichen.
Dann wird, wenn die Spannung, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu sehen ist, gesenkt ist, der Strom des Glühdrahts 37 bei beispielsweise 3,9 A festgelegt, und die Spitzenspannung beim Erwärmen wird beispielsweise auf einen Wert von 20% bis 180% der Extraktionsspannung eingestellt, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu diesem Zeitpunkt zu sehen ist. In vielen Fällen wird die Spitzenspannung auf einen Wert auf der abnehmenden Seite abgeändert. Im Übrigen ist die Spitzenspannung beim Erwärmen nicht darauf beschränkt, auf einen Wert auf der abnehmenden Seite zu wechseln, der gleich der oder niedriger als die Spitzenspannung ist, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu diesem Zeitpunkt zu sehen ist, und beispielsweise kann je nach dem Veränderungszustand des Kristalls am Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium, der auf Grundlage des FIM-Musters von Stickstoff oder dergleichen erhalten wird, die Spitzenspannung auf einen Wert auf der zunehmenden Seite abgeändert werden, der gleich der oder höher als die Extraktionsspannung ist, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu diesem Zeitpunkt zu sehen ist.
Dann wird, wenn die Erwärmung wiederholt wird, indem beispielsweise die Spitzenspannung auf 0,5 kV und der Strom des Glühdrahts 37 auf 3,9 A eingestellt wird, ein helles Punktmuster, das mehrere helle Punkte enthält, durch die Kamera 211 abgebildet und beobachtet.
Dann bleibt schließlich nur ein heller Punkt übrig, und der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium gerät in einen Zustand, in dem der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium aus nur einem einzigen Atom gebildet ist.
Als ein Beispiel, die Extraktionsspannung auf einen Wert auf der zunehmenden Seite abzuändern, der höher ist als der Wert, bei dem das FIM-Muster von Stickstoff zu sehen ist, gibt es einen Fall, bei dem, wenn die Umformung bei 80% der Extraktionsspannung erfolgt, keine zwei {111}-Kristallebenen mit einer Gratlinie aufwachsen, die entsteht, indem sie zwischen den zwei doppelt bleibenden {111}-Kristallebenen liegt, und wenn in diesem Fall die Extraktionsspannung auf 120% erhöht wird, indem die Extraktionsspannung schrittweise erhöht wird, wachsen die {111}-Kristallebenen so auf, dass eine einzige Gratlinie entstehen kann.
Im Übrigen stellt sich, wenn der vorstehend beschriebene Umformungsschritt S40, ohne das feldinduzierte Gasätzen S30 durchzuführen, erfolgt, ein Problem, dass sich nicht nur eine gewünschte Pyramidenstruktur an einer gewünschten Position bildet, sondern sich in manchen Fällen auch mehrere Pyramidenstrukturen bilden. Wenn sich mehrere Pyramidenstrukturen bilden, ist das elektrische Feld am Scheitelpunkt der Spitze gestört und es treten viele ungünstige Situationen auf, beispielsweise werden Ionen ausgehend von mehreren Positionen emittiert, ein notwendig werdender fokussierter Ionenstrahlstrom nimmt ab, und dergleichen, und deshalb können die vorstehenden Probleme gelöst werden, indem Schritt S30 vor dem Schritt S40 durchgeführt wird.
Im Übrigen kann im Umformungsschritt S40 die Spitze 1 aus Iridium auch unter Verwendung von Sauerstoffgas anstelle von Stickstoffgas hergestellt werden. Das heißt, Sauerstoffgas wird anstelle von Stickstoffgas aus der Gaszufuhrvorrichtung 214 in den Vakuumbehälter 208 eingeleitet, die Spitzenspannung wird so eingestellt, dass das FIM-Muster von Stickstoff zu sehen ist, und die Spitze 1 aus Iridium wird erwärmt.
Dann wird die Zufuhr von Sauerstoffgas gestoppt und Stickstoffgas zugeführt, und die Spitzenspannung, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu sehen ist, wird bestätigt. Die Zufuhr von Stickstoffgas wird bei dieser Spannung gestoppt, und Sauerstoffgas wird zugeführt, und die Spitze 1 aus Iridium wird erwärmt. Diese Prozesse werden wiederholt. Jedoch wird dabei die Erwärmungstemperatur schrittweise angehoben.
Dann wird, wenn beispielsweise auf Grundlage des FIM-Musters von Stickstoff oder dergleichen erfasst wird, dass sich das Atom am Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium zu bewegen beginnt, die Extraktionsspannung auf beispielsweise einen Wert von 20% bis 180% der Extraktionsspannung eingestellt, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu diesem Zeitpunkt zu sehen ist, und Sauerstoffgas wird zugeführt und die Spitze 1 aus Iridium erwärmt. In vielen Fällen wird die Extraktionsspannung auf einen Wert auf der abnehmenden Seite abgeändert. Im Übrigen ist die Spitzenspannung beim Erwärmen nicht darauf beschränkt, auf einen Wert auf der abnehmenden Seite zu wechseln, der gleich der oder niedriger als die Spitzenspannung ist, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu diesem Zeitpunkt zu sehen ist, und beispielsweise kann je nach dem Veränderungszustand des Kristalls am Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium, der auf Grundlage des FIM-Musters von Stickstoff oder dergleichen erhalten wird, die Spitzenspannung auf einen Wert auf der zunehmenden Seite abgeändert werden, der gleich der oder höher als die Spitzenspannung ist, bei der das FIM-Muster von Stickstoff zu diesem Zeitpunkt zu sehen ist.
Dann bleibt schließlich nur ein heller Punkt übrig, und der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium gerät in einen Zustand, in dem der Scheitelpunkt der Spitze 1 aus Iridium aus nur einem einzigen Atom gebildet ist.
Ferner kann anstelle von Stickstoff auch Helium oder Wasserstoff verwendet werden. Beispielsweise erfolgt im Falle, dass Stickstoffgas als Ionenquellengas verwendet wird, das Umformen unter Verwendung von Stickstoffgas, und im Falle, dass Wasserstoffgas als Ionenquellengas verwendet wird, erfolgt das Umformen unter Verwendung von Wasserstoffgas, wodurch ein Ionenstrahl abgestrahlt werden kann, ohne das Einleitungsgas zu wechseln.
Gemäß der Bearbeitung der vorstehend beschriebenen Schritte S10 bis S40 kann die Spitze 1 aus Iridium mit einer Pyramidenstruktur hergestellt werden, die einen Scheitelpunkt mit einer <210>-Orientierung hat und aus nur einem einzigen Atom gebildet ist, das von einer {100}-Kristallebene und zwei {111}-Kristallebenen umgeben ist, wie in 6A und 6B gezeigt ist.
Im Falle, dass das Spitzensystem 31 nicht an der in 11 gezeigten Spitzenherstellungsvorrichtung 201, sondern an der Gasfeldionenquelle 30 in einer Vorrichtung angebracht ist, die in der Lage ist, einen fokussierten Ionenstrahl auszubilden, wie etwa die Reparaturvorrichtung 10, können der vorstehend beschriebene feldinduzierte Gasätzschritt S30 und der Umformungsschritt S40 in der Gasfeldionenquelle 30 durchgeführt werden, in der ein Strahl emittiert wird. In diesem Fall ist ein Schritt des Verlegens des Spitzensystems 31 von außerhalb der Gasfeldionenquelle 30 nicht nötig, das Anhaften von Verunreinigungen während des Verlegens des Spitzensystems 31 kann verhindert werden, und auch ein Schritt des Verlegens der Spitze 1 aus Iridium von außerhalb der Gasfeldionenquelle 30 ist nicht nötig, und deshalb kann ein Anhaften von Verunreinigungen während des Verlegens der Spitze 1 aus Iridium verhindert werden, und somit kann die Arbeitseffizienz verbessert werden. Das heißt, in einer Vorrichtung, die in der Lage ist, einen fokussierten Ionenstrahl auszubilden, wie etwa der Reparaturvorrichtung 10, kann im Falle, dass das spitze Ende der Spitze 1 aus Iridium beschädigt ist, der Regenerationsvorgang an der Stelle erfolgen, an der sich die Spitze 1 befindet. Insbesondere können der feldinduzierte Gasätzschritt S30 und der Umformungsschritt S40, die sich Stickstoffs bedienen, und die Ausbildung eines fokussierten Stickstoffionenstrahls unter Verwendung von lediglich Stickstoff durchgeführt werden, ohne die in die Gasfeldionenquelle 30 einzuleitende Gasspezies zu wechseln.
Sechste illustrative Ausführungsform
Reparaturvorrichtung für eine Originalplatte (Form) für Nanodrucklithografie
Bei der Nanodrucklithografie wird eine Originalplatte, die über ein Mikroreliefmuster verfügt, mit hoher Präzision hergestellt, die Originalplatte wird gegen ein mit einem erweichten Fotolack beschichtetes Transferbestimmungssubstrat gepresst, während ein Druck daran angelegt wird, und die Originalplatte wird nach Festwerden des Fotolacks vom Substrat gelöst, womit das Mikroreliefmuster der Originalplatte auf den Fotolack übertragen ist. Dann wird die Gesamtschichtdicke mit einem Sauerstoffplasma verringert, um das Transferbestimmungssubstrat freizulegen, und es erfolgt ein Trockenätzen, wodurch das Muster auf das Substrat übertragen wird.
Bei herkömmlicher Fotolithografie wird eine Fotomaske verwendet, in der eine Lichtabschirmungsschicht musterartig auf einem transparenten Substrat ausgebildet ist, bei der Nanodrucklithografie jedoch wird keine Lichtexposition eingesetzt, und deshalb hat dieses technische Verfahren einen Vorteil, dass die Vorrichtung vereinfacht werden kann, ohne eine Lichtexpositionsvorrichtung mit einer Lichtquelle kurzer Wellenlänge, die einen extrem hohen Grad an Schwierigkeit hat, entwickeln zu müssen. Ferner kann die abgelöste Originalplatte wiederholt verwendet werden.
Jüngst wurde die fotoaushärtbare Nanodrucklithografie übernommen, bei der Quarz als Originalplatte verwendet wird und anstelle eines Fotolacks ein fotoaushärtbares Harz auf ein Übertragungsbestimmungssubstrat aufgetragen wird, die Originalplatte gegen das Substrat gepresst wird, ultraviolettes (UV-)Licht auf die Oberfläche der Originalplatte zum Aushärten des fotoaushärtbaren Harzes aufgestrahlt wird, um das Reliefmuster der Originalplatte zu übertragen, und danach die Originalplatte vom Substrat abgelöst wird. Im Falle, dass ein fotoaushärtbares Harz verwendet wird, kann die Bearbeitung bei Raumtemperatur erfolgen, und deshalb hat dieses technische Verfahren einen Vorteil, dass eine Herabsetzung bei der Positionsgenauigkeit aufgrund von Wärmedehnung einer Originalplatte oder eines Übertragungsbestimmungssubstrats wie im Falle, dass ein wärmeaushärtbares Harz verwendet wird, nicht auftritt. Es wurde ein Verfahren zum Reparieren einer Nanodruckoriginalplatte unter Verwendung eines fokussierten Galliumionenstrahls nach einem bekannten technischen Verfahren bekannt.
Die Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform kann einen Musterfehler in der vorstehend beschriebenen Originalplatte für Nanodrucklithografie reparieren und umfasst zumindest die Gasfeldionenquelle 30, die Stickstoffionen erzeugt, und kann deshalb ein fehlendes Muster mit einer Abscheidungsschicht auf der Maske 14 durch ein Gas reparieren, das aus dem Abscheidungsgaszufuhrabschnitt 16 und dem Ätzgaszufuhrabschnitt 17 zugeführt wird. Ferner kann ein unnötiges Muster entfernt werden. Die Spitze 1 aus Iridium ist angebracht, und darüber hinaus ist die Spitze über eine Pyramidenstruktur verfügend ausgelegt, die einen Scheitelpunkt mit einer <210>-Orientierung hat und aus einem einzelnen Atom gebildet ist, das von einer {100}-Kristallebene und zwei {111}-Kristallebenen umgeben ist. Nach dieser Auslegung kann ein fokussierter Stickstoffionenstrahl über einen langen Zeitraum stabil ausgebildet werden, und deshalb kann eine Nanodruckoriginalplatte mit dem fokussierten Stickstoffionenstrahl repariert werden.
Eine andere illustrative Ausführungsform der Reparaturvorrichtung für eine Originalplatte für Nanodrucklithografie wird nun beschrieben. Diese Reparaturvorrichtung ist so ausgelegt, dass auch eine Elektronenstrahlsäule 12 an der vorstehend beschriebenen Reparaturvorrichtung 10 für eine Originalplatte für Nanodrucklithografie angebracht ist. Mit einem Elektronenstrahl aus dieser Elektronenstrahlsäule 12 kann ein normales Muster, das einem Musterfehlerabschnitt entspricht, aus mehreren Richtungen abgebildet werden, und aus der Information der mehreren Bilder können die dreidimensionalen Formdaten des normalen Musters rekonstruiert werden. Im Falle, dass es sich bei einem Musterfehler um einen Löschungs-, Fehlstellen- oder Verformungsfehler handelt, wird die Originalplatte erst einmal abgeflacht, indem der Musterfehlerabschnitt mit einem fokussierten Ionenstrahl entfernt wird, und auf Grundlage der vorstehend beschriebenen dreidimensionalen Formdaten kann das normale Muster dreidimensional durch Abscheidung mit dem vorstehend beschriebenen fokussierten Ionenstrahl gedruckt werden. Im Falle, dass mehrere Teile desselben Musters vorhanden sind, kann dasselbe Muster entsprechend denselben dreidimensionalen Formdaten einzeln nacheinander gedruckt werden.
Im Übrigen besteht im Falle, dass ein normales Muster dreidimensional gedruckt wird, keine Einschränkung, die dreidimensionalen Formdaten der Musterform unter Verwendung eines Elektronenstrahls oder dergleichen an der Stelle zu ermitteln, an der sich das Muster wie vorstehend beschrieben befindet, und die dreidimensionalen Formdaten des normalen Musters können in der Reparaturvorrichtung aus einer externen Speichereinheit abgerufen werden.
Im Übrigen kann diese Reparaturvorrichtung für eine Originalplatte für Nanodrucklithografie außer als zur Reparatur einer Originalplatte für Nanodrucklithografie auch als dreidimensionaler Nanodrucker zur Regeneration einer winzigen Struktur verwendet werden.
Siebte illustrative Ausführungsform
Andere Auslegung einer Maskenreparaturvorrichtung
In der vorstehenden ersten illustrativen Ausführungsform ist die Reparaturvorrichtung 10 beschrieben, die die Ionenstrahlsäule 11 und die Elektronenstrahlsäule 12 umfasst, jedoch wird in dieser illustrativen Ausführungsform als eine andere Auslegung der Reparaturvorrichtung 10 ein Beispiel beschrieben, in dem ein Rastersondenmikroskop in der Probenkammer 13 vorgesehen ist.
Bei einem Rastersondenmikroskop (SPM – scanning probe microscope) handelt es sich um ein Mikroskop zum Vergrößern und Beobachten des Oberflächenaussehens oder Zustands einer Probe, indem die Oberfläche der Probe so abgetastet wird, dass die Oberfläche der Probe mit einer zugespitzten Sonde nachgezogen wird, und eines, das sich eines Tunnelstroms zwischen der Sonde und einer Probe bedient, wird „Rastertunnelmikroskop (STM – scanning tunneling microscope)” genannt, und eines, das sich einer Rasterkraft zwischen der Sonde und einer Probe bedient, wird „Rasterkraftmikroskop (AFM – atomic force microscope)” genannt.
Bei diesen Rastersondenmikroskopen wird vom Standpunkt der Beobachtungsauflösung her bevorzugt, dass der Scheitelpunkt der Sonde aus einem einzelnen Atom gebildet ist. Selbst wenn die Sonde unmittelbar nach der Herstellung mit einem einzelnen Atom abschließt, wird das Atom am Scheitelpunkt durch wiederholte Verwendung der Sonde abgelöst und setzt die Beobachtungsauflösung herab, oder die Anzahl an Atomen am Scheitelpunkt wird auf mehr als eines erhöht, um das Erfassungsatom häufig zu wechseln, und deshalb kann kein gewünschtes Analysenergebnis erhalten werden. Dementsprechend bestand eine Nachfrage nach einem Rastersondenmikroskop, das eine Sonde umfasst, die in der Lage ist, einen Zustand beizubehalten, wobei der Scheitelpunkt über einen langen Zeitraum aus einem einzelnen Atom gebildet ist, um über eine hohe Auflösung und eine lange Lebensdauer zu verfügen.
Deshalb wird in dieser illustrativen Ausführungsform die mit einem einzelnen Atom abschließende Spitze 1 aus Iridium nach der vorstehenden dritten Ausführungsform als Sonde des Rastersondenmikroskops verwendet. Iridium hat ursprünglich eine hohe chemische Beständigkeit, und auch aufgrund der Überlegenheit, dass ein Zustand, in dem das mit einem einzelnen Atom abgeschlossene Ende über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann, bei dem es sich um die vorteilhafte Wirkung der Erfindung handelt, kann eine lange Lebensdauer und ein Beobachtungsergebnis mit hoher Auflösung erzielt werden.
In der Grundauslegung der Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform sind die Ionenstrahlsäule 11 und die Elektronenstrahlsäule 12 im Wesentlichen dieselben wie diejenigen in der ersten Ausführungsform, jedoch unterscheidet sich ein Merkmal, dass ein Rastersondenmikroskop an einer Vakuumbehälterwandfläche der Probenkammer 13 oder am Probentisch 15 angebracht ist, von der Auslegung der ersten illustrativen Ausführungsform.
Gemäß der Reparaturvorrichtung 10 dieser illustrativen Ausführungsform kann die Oberflächenform des durch einen Stickstoffionenstrahl reparierten Musters mit dem Rastersondenmikroskop in der atomaren Größenordnung an der Stelle gemessen werden, an der sich das Muster in der Reparaturvorrichtung befindet. Wenn die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, die Elektronenstrahlsäule 12 an der Reparaturvorrichtung 10 anzubringen, kann ein durch das Rastersondenmikroskop zu messender Bereich vorab auf Grundlage eines Sekundärelektronenbilds erfasst werden, und deshalb kann der Prozessübergang zu einer SPM-Messung prompt erfolgen. Ferner kann ein Defekt repariert werden, indem eine Maske in der atomaren Größenordnung mit dem Rastersondenmikroskop gemessen, ein Defekt bestimmt, und die Strahlungsmenge eines Stickstoffionenstrahls auf Grundlage der durch die Bestimmung erhaltenen Daten eingestellt wird. Ferner kann, indem die Sonde des Rastersondenmikroskops verwendet wird, eine Maske repariert werden, indem Atome von der Maske direkt entfernt oder direkt auf dieser bewegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-156833 A [0003]
JP 2003-328161 A [0004]
JP 2009-517840 A [0012]
WO 2009/022603 [0013]
JP 2013-89534 A [0014]
JP 2011-181894 A [0015, 0084, 0084, 0084]
US 74318568 [0019]
JP 2009-107105 A [0020]
JP 2008-239376 A [0021]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

William B. Thompson et al., Proceedings of the 28th Annual LSI Testing Symposium (LSITS 2008), (2008), 5.249–254. „Helium Ion Microscope for Semiconductor Device Imaging and Failure Analysis Applications” [0022]
B. W. Ward et al., Journal of Vacuum Science & Technology, Bd. 24, (2006), S. 2871–2874, „Helium ion microscope: A new tool for nanoscale Microscopy and metrology” [0023]
Ivan Ermanoski et al., Surf. Sci, Bd. 596, (2005), S. 89–97, „Atomic structure of O/Ir(210) nanofacets” [0024]
Hong-Shi Kuo et al., Nanotechnology, Bd. 20, (2009), Nr. 335701, „A single-atom sharp iridium tip as an emitter of gas field ion sources” [0025]
William B. Thompson et al., Proceedings of the 28th Annual LSI Testing Symposium (LSITS 2008), (2008), S.249–254, „Helium Ion Microscope for Semiconductor Device Imaging and Failure Analysis Applications” [0100]
Ivan Ermanoski et al., Surf. Sci, Bd. 596, (2005), S. 89–97, „Atomic structure of O/Ir(210) nanofacets” [0123]
Hong-Shi Kuo et al., Nanotechnology, Bd. 20, (2009), Nr. 335701, „A single-atom sharp iridium tip as an emitter of gas field ion sources” [0123]

Claims

Reparaturvorrichtung, die umfasst: eine Gasfeldionenquelle, die einen Ionenerzeugungsabschnitt umfasst, der eine zugespitzte Spitze umfasst; eine Kühleinheit, die dazu ausgelegt ist, die Spitze zu kühlen; eine Ionenstrahlsäule, die dazu ausgelegt ist, einen fokussierten Ionenstrahl auszubilden, indem Ionen eines in der Gasfeldionenquelle erzeugten Gases fokussiert werden; einen Probentisch, der dazu ausgelegt ist, sich zu bewegen, während eine Probe, die mit dem durch die Ionenstrahlsäule erzeugten, fokussierten Ionenstrahl bestrahlt werden soll, darauf angeordnet ist; eine Probenkammer, die dazu ausgelegt ist, zumindest den Probentisch in sich aufzunehmen; und eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Maske oder eine Form für Nanodrucklithografie, bei der es sich um die Probe handelt, mit dem durch die Ionenstrahlsäule erzeugten, fokussierten Ionenstrahl zu reparieren, wobei die Gasfeldionenquelle dazu ausgelegt ist, Stickstoffionen als die Ionen zu erzeugen, und die Spitze aus einem Iridiummonokristall gebildet ist, der in der Lage ist, die Ionen zu erzeugen.
Reparaturvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spitze eine Pyramidenstruktur mit einem Scheitelpunkt umfasst, der aus einem einzelnen Iridiumatom gebildet ist.
Reparaturvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spitze aus einem Iridiummonokristall mit einer <210>-Orientierung gebildet ist, und ein Scheitelpunktabschnitt der Spitze einen Scheitelpunkt hat, der von einer {100}-Kristallebene und zwei {111}-Kristallebenen umgeben ist.
Reparaturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, darüber hinaus umfassend: einen Gaszufuhrabschnitt, der dazu ausgelegt ist, dem Ionenerzeugungsabschnitt ein zu ionisierendes Gas zuzuführen, und wobei der Gaszufuhrabschnitt einen Behälter umfasst, der dazu ausgelegt ist, jede von mehreren Gasarten vorzuhalten und zuzuführen.
Reparaturvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Gaszufuhrabschnitt zumindest Stickstoff und Wasserstoff als die mehreren Gasart vorhält.
Reparaturvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, einen Wasserstoffionenstrahl als den fokussierten Ionenstrahl in einem Fall zu verwenden, in dem eine Maske für extreme Ultraviolettlichtbestrahlung als die Maske repariert wird, und einen Stickstoffionenstrahl als den fokussierten Ionenstrahl in einem Fall zu verwenden, in dem eine Fotomaske als die Maske repariert wird.
Reparaturvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, darüber hinaus umfassend: einen Gaswechselabschnitt, der in der Lage ist, die aus dem Gaszufuhrabschnitt zuzuführende Gasart zu wechseln.
Reparaturvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, darüber hinaus umfassend: einen Ionenwechselabschnitt, der dazu ausgelegt ist, eine Ionenart zu wechseln, indem eine Spannung verändert wird, die zum Ionisieren eines Gases im Ionenerzeugungsabschnitt erforderlich ist.