-
Hintergrund der Erfindung
-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung, die eine Gasionen erzeugende Gasfeld-Ionenquelle umfasst.
-
Beschreibung des Standes der Technik
-
Aus dem Stand der Technik ist eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung als eine Vorrichtung zum Betrachten, Analysieren oder Prüfen einer Probe, zum Beispiel eines Halbleiterbauelements, oder zur Erzeugung einer TEM-Probe durch Extraktion einer feinen, dünnen Probenschicht von einer Probe und anschließendes Fixieren der dünnen Probenschicht auf einem Probenhalter bekannt.
-
Eine derartige fokussierte Ionenstrahlvorrichtung umfasst eine Ionenquelle, die Ionen erzeugt und einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) aus den mit der Ionenquelle erzeugten Ionen abstrahlt.
-
Es gibt verschiedene Arten von Ionenquellen, die für eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung verwendet werden. Beispielsweise sind eine Plasmatyp-Ionenquelle und eine Flüssigmetall-Ionenquelle bekannt, während man von einer Gasfeld-Ionenquelle (GFIS) weiß, dass sie im Vergleich zu anderen Ionenquellen einen fokussierten Ionenstrahl mit höherer Leuchtdichte und einem kleineren Strahldurchmesser erzeugen kann (vergleiche zum Beispiel Patentdokument 1).
-
Gasfeld-Ionenquellen umfassen im Allgemeinen eine Emitterspitze, deren Vorderende auf atomarem Niveau zugespitzt ist, eine Gasquelle, die Gas, zum Beispiel Helium (He), um die Emitterspitze herum zuführt, eine Kühlvorrichtung, die die Emitterspitze kühlt, und eine Extraktionselektrode, die entfernt vom Vorderende der Emitterspitze angeordnet ist.
-
Wenn gemäß dieser Konfiguration Gas zugeführt wird, wird eine Extraktionsspannung zwischen der Emitterspitze und der Extraktionselektrode angelegt und die Emitterspitze wird gekühlt, wobei das Gas durch Feldemission mittels eines starken elektrischen Felds am Vorderende der Emitterspitze ionisiert wird, wodurch Gasionen erzeugt werden. Die Gasionen werden von der auf einem elektrostatischen Potential gehaltenen Emitterspitze abgestoßen, zur Extraktionselektrode extrahiert und anschließend in geeigneter Weise beschleunigt und fokussiert, wodurch ein fokussierter Ionenstrahl entsteht.
-
Insbesondere weisen Ionen, die durch eine Gasfeld-Ionenquelle erzeugt worden sind, wie vorstehend ausgeführt, eine hohe Leuchtdichte, einen geringen Durchmesser und eine geringe Energiediffusion auf, so dass sie strahlförmig mit einem geringen Strahlendurchmesser auf eine Probe gerichtet werden können. Demgemäß lässt sich bei der Betrachtung eine hohe Auflösung erzielen oder ein feiner Ätzvorgang erreichen.
-
Bei der fokussierten Ionenstrahlvorrichtung unter Verwendung einer Gasfeld-Ionenquelle ist es erforderlich, das vordere Ende der Emitterspitze vorher zu justieren, um den Ionenstrahl zu stabilisieren. Die Justierung des Vorderendes einer Emitterspitze wird vorgenommen, indem man eine Mikrokanalplatte (MCP) am rückwärtigen Ende einer Gasionen-Feldquelle installiert, ein Feldionenmikroskop (FIM)-Bild der Emitterspitze erzeugt oder ein Raster-FIM-Bild unter Verwendung eines Deflektors und einer Apertur, die in einem optischen FIB-System installiert sind, erzeugt (vergleiche beispielsweise Patentdokument 2).
-
Literaturverzeichnis
-
Patentdokumente
-
- (Patentdokument 1) veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 7-240165
- (Patentdokument 2) veröffentlichte internationale Patentanmeldung Nr. WO 2011/055521
-
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
-
Jedoch ist beispielsweise bei der Konfiguration gemäß Patentdokument 2, bei der eine Apertur zur Bildung eines Raster-FIM-Bilds installiert ist und eine kleine Apertur zur Verkürzung der Strahlungsachse eines Ionenstrahls verwendet wird, eine Ausrichtung erschwert. Wenn ferner zur leichten Ausrichtung eine große Apertur verwendet wird, wird die Auflösung des Raster-FIM-Bilds beeinträchtigt, so dass das vordere Ende einer Emitterspitze nicht mit hoher Präzision justiert werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die vorstehenden Schwierigkeiten. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung bereitzustellen, bei der das Vorderende einer Emitterspitze mit hoher Präzision justiert werden kann, ohne dass die Fokussierungseigenschaften oder Ausrichtungseigenschaften eines optischen FIB-Systems beeinträchtigt werden.
-
Eine erfindungsgemäße fokussierte Ionenstrahlvorrichtung weist die folgende Konfiguration auf.
-
Die fokussierte Ionenstrahlvorrichtung umfasst Folgendes: einen Vakuumbehälter; eine Emitterspitze, die im Vakuumbehälter angeordnet ist und ein zugespitztes Vorderende aufweist; eine Gasfeld-Ionenquelle, die am Vorderende der Emitterspitze Gasionen erzeugt; eine fokussierende Linse, die einen von der Gasfeld-Ionenquelle emittierten Ionenstrahl fokussiert; einen ersten Deflektor, der den durch die fokussierende Linse tretenden Ionenstrahl ablenkt; eine erste Apertur, die zwischen der fokussierenden Linse und dem ersten Deflektor angeordnet ist und den durch die fokussierende Linse tretenden Ionenstrahl begrenzt; eine Objektivlinse, die den durch den ersten Deflektor tretenden Ionenstrahl fokussiert; und einen Probentisch zum Auflegen einer Untersuchungsprobe, wobei ein Signalgenerator, der auf den Ionenstrahl in einem punktförmigen Bereich reagiert, zwischen dem Probentisch und einem optischen System, das mindestens die fokussierende Linse, die erste Apertur, den ersten Deflektor und die Objektivlinse umfasst, ausgebildet ist und ein Rasterfeldionenmikroskopbild der Emitterspitze erzeugt, indem man ein vom Signalgenerator ausgegebenes Signal und die Abtastung des Ionenstrahls durch den ersten Deflektor aneinander anpasst.
-
Bei der fokussierten Ionenstrahlvorrichtung ist der Signalgenerator, der einem punktförmigen Bereich entspricht, außerhalb des optischen Ionenstrahlsystems angeordnet, so dass es möglich ist, die Strahlungsachse (Lichtweg) eines Ionenstrahls zu verkürzen, zum Beispiel im Vergleich zu der fokussierten Ionenstrahlvorrichtung, bei der eine MCP am rückwärtigen Ende einer Gasfeld-Ionenquelle zur Bildung eines FIM-Bilds einer Emitterspitze angeordnet ist. Demzufolge wird die Amplitude der relativen Vibration der Emitterspitze und der Referenzprobe verringert, und es ist möglich, die Emitterspitze mit hoher Präzision zu betrachten und zu justieren.
-
Ferner ist gemäß der erfindungsgemäßen fokussierten Ionenstrahlvorrichtung ein Signalgenerator, der in einem punktförmigen Bereich reagiert, außerhalb des optischen Ionenstrahlsystems angeordnet, so dass es möglich ist, die große zweite Apertur zu installieren und die Ausrichtung leicht durchzuführen, verglichen mit der Konfiguration, bei der ein Signalgenerator, zum Beispiel eine zweite Apertur, in einem optischen Ionenstrahlsystem installiert ist, das beim Stand der Technik einer Größenbeschränkung unterliegt.
-
Ferner kann erfindungsgemäß der Signalgenerator am Probentisch angeordnet sein, der die zweite Apertur bewegt, so dass sie in Bezug auf die Strahlungsachse des Ionenstrahls eingeführt oder entfernt werden kann.
-
Ferner kann erfindungsgemäß der Signalgenerator eine zweite Apertur, die den Ionenstrahl begrenzt, aufweisen.
-
Ferner kann erfindungsgemäß die Vorrichtung eine Steuervorrichtung für die zweite Apertur aufweisen, die die zweite Apertur in Bezug auf die Strahlungsachse des Ionenstrahls einführt und entfernt.
-
Ferner kann erfindungsgemäß der Signalgenerator einen Sekundärelektronen-Detektor aufweisen, der Sekundärelektronen, die an der zweiten Apertur erzeugt worden sind, oder Sekundärelektronen, die erzeugt werden, wenn der Ionenstrahl sich in eine auf dem Probentisch angeordnete Referenzprobe bewegt, erfasst.
-
Ferner kann erfindungsgemäß der Signalgenerator ein mit der zweiten Apertur verbundenes Amperemeter aufweisen.
-
Ferner kann erfindungsgemäß der Signalgenerator einen am rückwärtigen Ende der zweiten Apertur angeordneten Faraday-Becher oder Kanalelektronenvervielfacher aufweisen.
-
Ferner kann erfindungsgemäß der Ionenstrahl durch den ersten Deflektor abgetastet werden, und ausgestoßene Sekundärelektronen können vom Sekundärelektronen-Detektor erfasst werden, wodurch ein Rasterfeldionenmikroskopbild entsteht.
-
Mit der fokussierten Ionenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Vorderende eines Emitters mit hoher Präzision zu justieren, ohne die Fokussierungseigenschaften oder die Ausrichtungseigenschaften eines optischen FIB-Systems zu beeinträchtigen.
-
Figurenliste
-
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
- 1 zeigt in schematischer Weise den Aufbau eines Rasterionenmikroskops, das ein Beispiel für eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 2 zeigt in schematischer Weise den Aufbau eines Steuersystems des in 1 dargestellten Rasterionenmikroskops.
- 3 zeigt in schematischer Weise den Aufbau einer Gasfeld-Ionenquelle.
- 4 zeigt die Justierung einer Emitterspitze.
- 5 zeigt die Justierung einer Emitterspitze.
- 6 zeigt in schematischer Weise ein Beispiel einer Bildinformation eines Ionenemissionsmusters, wenn ein Emitter justiert worden ist.
- 7 zeigt in schematischer Weise ein Beispiel für die Bildinformation eines Ionenemissionsmusters, wenn ein Emitter justiert worden ist.
- 8 zeigt in schematischer Weise den Aufbau eines Rasterionenmikroskops, der ein Beispiel einer fokussierten Ionenstrahlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Nachstehend wird eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
Die beschriebenen Ausführungsformen stellen eine ausführliche Beschreibung dar, um den Gegenstand der vorliegenden Erfindung verständlich zu machen. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung dar, sofern nicht speziell etwas anderes angegeben wird. In den Zeichnungen, auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, können bestimmte Bestandteile übertrieben dargestellt sein, um charakteristische Merkmale der Erfindung klar herauszustellen. Die Verhältnisse der Abmessungen der Bauteile entsprechen nicht notwendigerweise den tatsächlichen Verhältnissen.
-
Fokussierte Ionenstrahlvorrichtung: Erste Ausführungsform
-
1 zeigt in schematischer Weise den Aufbau eines Rasterionenmikroskops, der ein Beispiel für eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Ein Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 100 umfasst eine Gasfeld-Ionenquelle 1, eine Ionenstrahl-Optiksystem-Säule 2, eine Probenkammer 3 und eine Kühlvorrichtung 4. Die Gasfeld-Ionenquelle 1, die Ionenstrahl-Optiksystem-Säule 2 und die Probenkammer 3 sind in einem Vakuumbehälter 101 angeordnet.
-
Die Gasfeld-Ionenquelle 1 weist eine nadelförmige Emitterspitze 21 und eine Extraktionselektrode 24 auf, die gegenüber der Emitterspitze 21 angeordnet ist und ein Loch 27 für den Durchtritt von Ionen aufweist. Das Ionenstrahl-Optiksystem (optisches System) 200 umfasst Folgendes: eine fokussierende Linse 5, die von der Gasfeld-Ionenquelle 1 emittierte Ionen fokussiert; eine erste Apertur 6, die einen durch die fokussierende Linse hindurchtretenden Ionenstrahl 14 begrenzt; einen ersten Deflektor 35, der den durch die erste Apertur 6 tretenden Ionenstrahl 14 abtastet oder ausrichtet; einen zweiten Deflektor 7, der den durch den ersten Deflektor 35 tretenden Ionenstrahl ablenkt; und eine Objektivlinse 8, die den durch den zweiten Deflektor 7 tretenden Ionenstrahl in Richtung zu einer Probe 9 auf einem Probentisch 10 fokussiert.
-
Beim ersten Deflektor 35 handelt es sich um eine Vorrichtung, die einen Ionenstrahl abtastet, um ein Ionenemissionsmuster von der Emitterspitze 21 zu erhalten. Ein Deflektor, der kürzer als der erste Deflektor 35 in Richtung der optischen Achse ist, kann ferner zwischen dem ersten Deflektor 35 und der fokussierenden Linse 5 angeordnet sein, um eine Ablenkungsachse zu justieren.
-
In der Probenkammer 3 ist der Probentisch 10 zur Platzierung der Probe ausgebildet, und ein Signalgenerator 103, der auf den Ionenstrahl 14 in einem Punktbildbereich reagiert, ist zwischen dem Ionenstrahl-Optiksystem 102 und dem Probentisch 10 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind für den Signalgenerator 103 die zweite Apertur 36, die den Ionenstrahl 14 begrenzt, und ein Sekundärteilchendetektor (Sekundärelektronendetektor) 11 vorgesehen.
-
Die zweite Apertur 36 kann in Bezug zu einer Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls 14 außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) 102 eingeführt und entfernt werden, zum Beispiel innerhalb der Probenkammer 3. Dies bedeutet, dass die zweite Apertur 36 aus der Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls 14 entfernt wird, wenn eine Untersuchungsprobe 9a, die für eine übliche Untersuchung von Proben 9 verwendet wird, geprüft wird, und in die Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls 14 eingeführt wird, wenn das Vorderende der Emitterspitze 21 justiert wird.
-
Der Ionenstrahl 14 von der Gasfeld-Ionenquelle 1 strahlt durch das optische System 102 auf die Probe 9. Sekundärteilchen, die aufgrund der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl 14 aus der Probe 9 austreten, werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst.
-
Obgleich nicht abgebildet, können eine Elektronenkanone zur Neutralisation der Aufladung einer Probe, wenn die Strahlung mit einem Ionenstrahl erfolgt, oder eine Gaskanone zur Zufuhr von Ätz- oder Abscheidungsgas im Bereich um eine Probe herum, vorgesehen sein.
-
Das Rasterionenmikroskop 100 umfasst eine Ionenquelle-Vakuumpumpe 12 zum Evakuieren der Gasfeld-Ionenquelle 1 und eine Probenkammer-Vakuumpumpe 13 zum Evakuieren der Probenkammer 3. Eine Grundplatte 18 ist auf einer Vorrichtungsunterlage 17 am Boden 20 mit zwischenliegenden Dämpfungselementen 19 angeordnet. Die Gasfeld-Ionenquelle 1, die Ionenstrahl-Optiksystem-Säule 2 und die Probenkammer 3 werden von der Grundplatte 18 getragen.
-
Die Kühlvorrichtung 4 kühlt den Innenraum der Gasfeld-Ionenquelle 1, die Emitterspitze 21, die Extraktionselektrode 24 und dergleichen. Wenn beispielsweise eine Gifford-McMahon (GM)-Kühlvorrichtung als Kühlvorrichtung 4 verwendet wird, wird eine Kompressoreinrichtung (Kompressor) (nicht dargestellt), die Heliumgas als Betriebsgas verwendet, am Boden 20 installiert. Eine Vibration der Kompressoreinrichtung (Kompressor) wird über den Boden 20 auf die Vorrichtungsunterlage 17 übertragen. Die Dämpfungselemente 19 sind zwischen der Vorrichtungsunterlage 17 und der Grundplatte 18 angeordnet, was eine Übertragung einer hochfrequenten Vibration vom Boden 20 auf die Gasfeld-Ionenquelle 1, die Ionenstrahl-Optiksystem-Säule 2 und die Probenkammer 3 erschwert.
-
2 zeigt in schematischer Weise den Aufbau eines Steuersystems des in 1 dargestellten Rasterionenmikroskops.
-
Das Steuersystem des Rasterionenmikroskops (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 100 umfasst Folgendes: eine Gasfeld-Ionenquelle-Steuervorrichtung 91, die die Gasfeld-Ionenquelle 1 steuert; eine Kühlvorrichtung-Steuervorrichtung 92, die die Kühlvorrichtung 40 steuert; eine Linsen-Steuervorrichtung 93, die die fokussierende Linse 5 und die Objektivlinse 8 steuert, eine Erstapertur-Steuervorrichtung 94, die das Erstapertur-Stellglied 6A zur Betätigung der ersten Apertur 6 steuert; eine Erstdeflektor-Steuervorrichtung 195, die den ersten Deflektor 35 steuert, eine zweite Deflektor-Steuervorrichtung 95, die den zweiten Deflektor 7 steuert; eine Zweitapertur-Steuervorrichtung 90, die ein Zweitapertur-Stellglied 36A zur Betätigung der zweiten Apertur 36 steuert; eine Sekundärelektronendetektor-Steuervorrichtung 96, die den Sekundärelektronen-Detektor 11 steuert; eine Probentisch-Steuervorrichtung 97, die den Probentisch 10 steuert; eine Vakuumpumpen-Steuervorrichtung 98, die die Probenkammer-Vakuumpumpe 13 steuert; und eine Rechenvorrichtung, die einen Rechner umfasst.
-
Die Rechenvorrichtung 99 umfasst eine Anzeige 99A. Die Anzeige 99A zeigt ein Bild an, das auf der Grundlage eines Erfassungssignals vom Sekundärteilchendetektor 11 und von Informationen, die über eine Eingabeeinrichtung, wie eine Tastatur, eingegeben worden sind, erzeugt worden ist.
-
Der Probentisch 10 umfasst einen Mechanismus zur geraden Bewegung der Probe auf der Oberfläche in zwei senkrechten Richtungen (X-Richtung und Y-Richtung) zur Platzierung der Probe, einen Mechanismus zur geraden Bewegung der Probe 9 in einer zur Probenplatzierungsfläche senkrechten Richtung und einen Mechanismus zum Drehen der Probe auf der Probenplatzierungsfläche. Der Probentisch 10 weist eine Neigungsfunktion auf, die den Strahlungswinkel des Ionenstrahls 14 auf die Probe 9 durch Drehen der Probe 9 um eine Neigungsachse verändern kann. Diese Mechanismen werden durch die Probentisch-Steuervorrichtung 97 in Reaktion auf Instruktionen von der Rechenvorrichtung 99 gesteuert.
-
Das Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 100 mit dem Aufbau gemäß dieser Ausführungsform wird durch Instruktionen von der Rechenvorrichtung 99 gesteuert. Der durch die Gasfeld-Ionenquelle 1 erzeugte Ionenstrahl 14 gelangt in das Ionenstrahl-Optiksystem (optisches System) 102. Anschließend wird der Ionenstrahl durch die fokussierende Linse 5 auf dem Ionenstrahl-Optiksystem fokussiert, durch die erste Apertur 6 einer Begrenzung des Strahldurchmessers unterzogen und anschließend durch die Objektivlinse 8 fokussiert. Der fokussierte Strahl wird auf eine Seite der Untersuchungsprobe 9A auf den Probentisch 10 gerichtet.
-
Sekundärteilchen (Sekundärelektronen) treten aufgrund der Bestrahlung mit dem fokussierten Strahl aus der Untersuchungsprobe 9a aus. Die Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor (Sekundärelektronendetektor) 11 erfasst. Ein Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 unterliegt einer Leuchtdichtemodulation und wird dann zur Rechenvorrichtung 99 geleitet. Die Rechenvorrichtung 99 erzeugt ein Rasterionenmikroskopbild und stellt das Bild auf der Anzeige 99A dar. Demzufolge ist es möglich, eine Seite der Untersuchungsprobe 9a mit hoher Auflösung zu betrachten.
-
Die im Ionenstrahl-Optiksystem (optisches System) 102 angeordnete erste Apertur 6 wird in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls steht, bewegt. Ein Mikroionenstrahl 14 mit geringerer Verzerrung lässt sich erhalten, indem man das Loch der ersten Apertur 6 mit der Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls ausrichtet. Ferner ist es möglich, einen Öffnungswinkel des auf die Objektivlinse 8 gerichteten Ionenstrahls 14 auszuwählen, indem man die Größe der Öffnung der ersten Apertur 6 verändert oder indem man Löcher unterschiedlicher Größen herstellt, beispielsweise eine Mehrzahl von Löchern mit unterschiedlichen Durchmessern, die Größen der Löcher auswählt oder ein Loch mit einem erwünschten Durchmesser auswählt und den Ionenstrahl durch das ausgewählte Loch führt. Demgemäß ist es möglich, die Aberration der Objektivlinse 8 zu steuern, so dass es gelingt, den Ionenstrahldurchmesser und den Ionenstrahlstrom zu steuern.
-
Nachstehend wird der Aufbau der Gasfeld-Ionenquelle 1 unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher beschrieben. 3 zeigt in schematischer Weise den Aufbau einer Gasfeld-Ionenquelle. Die Gasfeld-Ionenquelle 1 umfasst die Emitterspitze 21, ein Paar von Filamenten 22, eine Filamenthalterung 23, eine Haltestange 26 und eine Emitter-Basishalterung 64. Die Emitterspitze 21 ist mit den Filamenten 22 verbunden. Die Filamente 22 sind an der Haltestange 26 befestigt. Die Haltestange 26 wird von der Filamenthalterung 23 gehalten. Die Filamenthalterung 23 ist beispielsweise an einer Neigevorrichtung 61, die sich eines piezoelektrischen Elements bedient, und der Emitter-Basishalterung 64 befestigt, wobei ein Isolator 62 dazwischen angeordnet ist.
-
Die Gasfeld-Ionenquelle 1 weist ferner die Extraktionselektrode 24, eine zylindrische Widerstandsheizvorrichtung 30, eine zylindrische Seitenwand 28 und eine Deckplatte 29 auf. Die Extraktionselektrode 24 ist gegenüber der Emitterspitze 21 angeordnet und weist ein Loch 27 für den Durchtritt des Ionenstrahls 14 auf. Ein Isolator 63 ist in die Seitenwand 28 eingesetzt, um die hohe Spannung, die an die Extraktionselektrode angelegt wird, zu blockieren.
-
Die Seitenwand 28 und die Deckplatte 29 bedecken die Emitterspitze 21. Eine Gasmolekül-Ionisationskammer 15 wird von der Extraktionselektrode 24, der Seitenwand 28, der Deckplatte 29, dem Isolator 63 und der Filamenthalterung 23 gebildet. Bei der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 handelt es sich um einen Bereich zur Erhöhung des Gasdrucks rund um die Emitterspitze 21.
-
Ein Gaszufuhrrohr 25 ist mit der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 verbunden. Ein Ionenmaterialgas wird der Emitterspitze 21 durch das Gaszufuhrrohr 25 zugeführt. Beim Ionenmaterialgas kann es sich um Helium oder Wasserstoff handeln.
-
Die Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ist mit Ausnahme der Elektrodenöffnung 27 der Extraktionselektrode 24 und des Gaszufuhrrohrs 25 verschlossen. Das der über das Gaszufuhrrohr 25 der Ionisationskammer 15 zugeführte Ionenmaterialgas kann nicht entweichen, ausgenommen die Elektrodenöffnung 27 der Extraktionselektrode 24 und das Gaszufuhrrohr 25. Wenn man den Bereich der Öffnung 27 der Extraktionselektrode 24 ausreichend klein gestaltet, ist es möglich, die Gasmolekül-Ionisationskammer 15 hermetisch geschlossen zu halten.
-
Wenn beispielsweise die Öffnung 27 der Extraktionselektrode 24 kreisförmig ist, beträgt der Durchmesser etwa 0,3 mm. Wenn demgemäß ein Ionenmaterialgas durch das Gaszufuhrrohr 25 der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 zugeführt wird, ergibt sich in der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ein Gasdruck, der um mindestens eine Zehnerstelle größer als der Gasdruck im Vakuumbehälter 101 ist. Demgemäß wird der Anteil der Neutralisation des Ionenstrahls 14 aufgrund von Zusammenstößen mit dem Gas verringert und es lässt sich ein starker Ionenstrahl 14 erzeugen.
-
Die Widerstandsheizvorrichtung 30 wird zur Entgasung der Extraktionselektrode, der Seitenwand 28 und dergleichen verwendet. Die Entgasung der Extraktionselektrode 24, der Seitenwand 28 und dergleichen wird durch Erwärmen durchgeführt. Die Widerstandsheizvorrichtung 30 ist außerhalb der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 angeordnet. Wenn demgemäß die Widerstandsheizvorrichtung 30 entgast wird, wird die Entgasung außerhalb der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 durchgeführt, so dass im Innenraum der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ein Hochvakuum erzeugt werden kann.
-
Obgleich in dieser Ausführungsform für die Entgasung eine Widerstandsheizvorrichtung 30 verwendet wird, kann stattdessen auch eine Heizlampe eingesetzt werden. Eine Heizlampe kann die Extraktionselektrode 24 kontaktfrei erwärmen, so dass sich die Struktur um die Extraktionselektrode 24 herum vereinfachen lässt. Ferner besteht bei Verwendung einer Heizlampe nicht die Notwendigkeit, eine hohe Spannung anzulegen, so dass sich die Struktur der Stromversorgung für die Heizlampe vereinfachen lässt.
-
An Stelle der Verwendung der Heizvorrichtung 30 ist es möglich, die Extraktionselektrode 24, die Seitenwand 28 und dergleichen durch Zufuhr eines inaktiven Hochtemperaturgases durch das Gaszufuhrrohr 25 zur Entgasung zu erwärmen. In diesem Fall kann eine Gasheizvorrichtung als Erdung verwendet werden. Ferner ist es möglich, die Struktur um die Extraktionselektrode 24 herum ohne Draht und Stromversorgung zu vereinfachen.
-
Durch die Probenkammer 3 und die Widerstandsheizvorrichtung 30 an der Probenkammer-Vakuumpumpe 13 können die Probenkammer 3 und die Probekammer-Vakuumpumpe 13 auf etwa 2000°C erwärmt werden und in der Probenkammer 3 lässt sich ein Vakuum von 10-7 Pa oder weniger erreichen. Wenn demgemäß der Ionenstrahl 14 auf die Probe 9 gerichtet wird, haften Verunreinigungen nicht an der Oberfläche der Probe 9 und die Oberfläche der Probe 9 lässt sich gut betrachten. Es ist möglich, die Oberfläche der Probe 9 mit höchster Auflösung zu betrachten, indem man die Probenkammer 3 und die Probenkammer-Vakuumpumpe 13 unter Vakuum erwärmt und das in der Probenkammer 3 verbleibende Gas auf Kohlenwasserstoffbasis auf ein Minimum beschränkt.
-
In dieser Ausführungsform wird ein nicht-flüchtiges Gettermaterial für die Gasmolekül-Ionisationskammer 15 verwendet. Dies bedeutet, dass ein nicht-flüchtiges Gettermaterial 520 auf die Wand aufgebracht wird, auf die das aus dem Gaszufuhrrohr 25 kommende Ionenmaterialgas trifft. Ferner ist die Heizvorrichtung 30 an der Außenseite der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 angeordnet und das nicht-flüchtige Gettermaterial 520 wird zur Aktivierung erwärmt, bevor das Ionenmaterialgas eingeleitet wird. Ferner wird die Ionenquelle auf eine sehr geringe Temperatur gekühlt und anschließend wird das Ionenmaterialgas durch das Gaszufuhrrohr 25 eingeleitet. Gemäß dieser Konfiguration wird der Anteil an unreinen Gasmolekülen, die an der Emitterspitze 21 haften, beträchtlich verringert und der Ionenstrahlstrom wird stabilisiert, so dass es möglich ist, die Probe ohne Luminanzfehler zu betrachten.
-
Die 4 und 5 zeigen die Justierung der Emitterspitze. Die durch die Filamenthalterung 23 gehende Mittellinie 66 kann in Bezug zur Senkrechten 65, d.h. der Mittellinie 66 der Gasmolekül-Ionisationskammer 15, geneigt werden. 4 zeigt den Zustand, bei dem die durch die Filamenthalterung 23 gehende Mittellinie 66 in Bezug zur Senkrechten 65 nicht geneigt ist. 5 zeigt den Zustand, bei dem die durch die Filamenthalterung 23 gehende Mittellinie 66 in Bezug zur Senkrechten 65 geneigt ist.
-
Die Filamenthalterung 23 ist am beweglichen Teil 601 der Neigevorrichtung befestigt. Der bewegliche Teil 601 ist mit einem unbeweglichen Teil 602 verbunden, wobei dazwischen eine Gleitfläche angeordnet ist. Die Gleitfläche 603 stellt einen Teil einer zylindrischen oder kugelförmigen Fläche dar, in deren Mitte sich die Emitterspitze 21 befindet. Die Neigung kann durch Steuerung des Neigungsbetrags gesteuert werden, wobei das Vorderende der Emitterspitze 21 sich kaum bewegt. Wenn der Bewegungsbetrag des Vorderendes der Emitterspitze 21 etwa 0,5 mm beträgt, fällt dies nicht ins Gewicht. Wenn der Bewegungsbetrag sich innerhalb dieses Bereichs befindet, kann er durch die Deflektoren justiert werden.
-
Wenn die Gleitoberfläche 603 einen Teil einer zylindrischen Fläche darstellt, kann der Azimut-Winkel einer geneigten Fläche durch Steuerung des Rotationswinkels der zylindrischen Fläche um die Strahlungsachse des Ionenstrahls gesteuert werden. Wenn die Gleitfläche 603 einen Teil einer Kugelfläche darstellt, kann die Neigung auf einen gewünschten Azimut-Winkel gesteuert werden. Die Gleitfläche der Neigevorrichtung stellt einen Teil einer zylindrischen Fläche oder kugelförmigen Fläche dar, wobei sich das Vorderende der Emitterspitze 21 in der Mitte davon befindet. Es handelt sich also nicht um eine ebene Fläche. Demzufolge kann die Gleitfläche klein ausgestaltet werden und die Gasfeld-Ionenquelle kann verkleinert werden, indem man den Radius der Gleitfläche vom Vorderende der Emitterspitze 21 bis zur zylindrischen Fläche oder Kugelfläche verkleinert.
-
Bei dieser Ausführungsform sind der bewegliche Teil 601, der unbewegliche Teil 602 und die Gleitfläche 603 zwischen den Teilen der Neigevorrichtung in der Ionisationskammer angeordnet und der Radius der Gleitfläche ist kleiner als der Radius des Vakuumbehälters der Ionenquelle.
-
Piezoelektrische Elemente 604 sind entlang einer parallel zur Gleitfläche 603 verlaufenden Seite des unbeweglichen Teils 602 der Neigevorrichtung angeordnet, und die Gleitfläche 603 steht in Kontakt mit den piezoelektrischen Elementen 604. Wenn eine pulsförmige Spannung an die piezoelektrischen Elemente 604 angelegt wird, können sich die piezoelektrischen Elemente 604 in einer Richtung ausdehnen und zusammenziehen, und die Gleitfläche 603 kann durch Reibungswirkung bewegt werden.
-
Ferner kann zur Erzeugung einer Neigungskraft, die sich nicht piezoelektrischer Elemente wie in dieser Ausführungsform bedient, ein Drehmechanismus eingesetzt werden, indem man ein mit einem Motor verbundenes Getriebe oder einen Druck-Zug-Mechanismus, der mit einem linearen Stellglied umgesetzt wird, verwendet.
-
Beispielsweise wird ein Wolframdraht mit axialer Orientierung <111 > mit einem Durchmesser von etwa 100 ~ 400 µm zur Bildung des spitzen Vorderendes der Emitterspitze 21 verwendet. Der Krümmungsradius des Vorderendes der Emitterspitze 21 liegt im Bereich von einigen 10 nm. Weißgold wird durch Vakuumaufdampfung auf das Vorderende der Emitterspitze 21 aufgebracht, beispielsweise mit einer Vorrichtung zur Vakuumaufdampfung. Anschließend werden die Atome des Weißgolds durch Erwärmen auf hohe Temperaturen zum Vorderende der Emitterspitze 21 bewegt. Demzufolge entsteht eine pyramidale Struktur (nachstehend als Nanopyramide bezeichnet) im Nanometerbereich durch die Weißgoldatome. Die Nanopyramide der Emitterspitze 21 weist üblicherweise 1 Atom am Vorderende, 3 oder 6 Atomschichten unter dem Atom und 10 oder mehr Atomschichten unter diesen Schichten auf.
-
Bei dieser Ausführungsform wird ein dünner Wolframdraht als Ausgangsmaterial für die Emitterspitze 21 verwendet. Es können aber auch andere Materialien, wie ein dünner Molybdändraht, verwendet werden. Ferner wird eine Weißgoldbeschichtung herangezogen, wobei aber auch Beschichtungen aus Iridium, Rhenium, Osmium, Palladium und Rhodium verwendet werden können.
-
Wenn Helium als Ionenmaterialgas verwendet wird, ist es wichtig, dass die Verdampfungsfestigkeit des Metalls größer als die elektrische Feldstärke ist, bei der Helium ionisiert. Demgemäß sind Überzüge aus Weißgold, Rhenium, Osmium und Iridium besonders geeignet. Wenn Wasserstoff als Ionenmaterialgas verwendet wird, sind Überzüge aus Weißgold, Rhenium, Osmium, Palladium, Rhodium und Iridium geeignet. Diese Metallüberzüge können durch Vakuumaufdampfung gebildet werden, es kommt jedoch auch die Bildung durch Galvanisierung in Lösung in Frage.
-
Als weiteres Verfahren zur Bildung einer Nanopyramide am Vorderende der Emitterspitze 21 können beispielsweise eine Feldverdampfung unter Vakuum und eine Bestrahlung mit einem Ionenstrahl herangezogen werden. Gemäß diesen Verfahren ist es möglich, eine Wolframatom- oder Molybdänatom-Nanopyramide am Vorderende eines Wolframdrahts oder Molybdändrahts zu bilden. Wenn beispielsweise ein Wolframdraht <111> verwendet wird, ist es möglich, eine Nanopyramide zu bilden, die am Vorderende aus drei Wolframatomen zusammengesetzt ist.
-
Ferner ist es möglich, eine Nanopyramide am Vorderende von feinen Drähten aus Weißgold, Iridium, Rhenium, Osmium, Palladium und Rhodium zu bilden, wobei man eine Ätzung unter Vakuum anwendet.
-
Die Emitterspitze 21 ist durch die Nanopyramidenstruktur gekennzeichnet. Durch Einstellung der Feldstärke am Vorderende der Emitterspitze 21 ist es möglich, Heilumionen im Bereich rund um ein Atom am Vorderende der Emitterspitze 21 zu erzeugen. Demgemäß ist die Fläche, aus der Ionen abgegeben werden, d.h. die Ionenquelle, sehr eng und liegt im Bereich von einigen Nanometern oder darunter. Wie vorstehend ausgeführt, ist es durch Erzeugung von Ionen in einer sehr beschränkten Fläche möglich, einen Strahldurchmesser des Ionenstrahls 14 von 1 nm oder weniger zu erreichen. Demgemäß kann der Strombetrag pro Flächeneinheit und pro Raumwinkeleinheit der Ionenquelle erhöht werden. Dies stellt eine wichtige Eigenschaft bei der Erzielung eines starken Ionenstrahlstroms mit einem feinen Durchmesser an der Probe 9 dar.
-
Insbesondere bei Abscheidung von Weißgold auf Wolfram lässt sich eine Nanopyramidenstruktur mit einem einzigen Atom am Vorderende in stabiler Weise bilden. In diesem Fall sind die Positionen, an denen Heliumionen erzeugt werden, rund um das eine Atom am Vorderende konzentriert. Wenn drei Atome am Vorderende von Wolfram <111> vorhanden sind, sind die Positionen, an denen Heliumionen erzeugt werden, um diese drei Atome herum verteilt.
-
Demzufolge erweist sich eine Ionenquelle mit einer Nanopyramidenstruktur aus Weißgold, bei der Heliumgas um ein einziges Atom herum konzentriert ist, als vorteilhaft zur Verstärkung des Stroms pro Flächeneinheit und Raumwinkeleinheit. Dies bedeutet, dass die Abscheidung von Weißgold auf Wolfram für die Bildung der Emitterspitze 21 dazu geeignet ist, den Strahldurchmesser des Ionenstrahls 14, der auf die Probe 9 gerichtet ist, zu verringern oder den Strom zu verstärken. Ferner ist es auch bei Verwendung von Rhenium, Osmium, Iridium, Palladium, Rhodium und dergleichen dann, wenn eine Nanopyramidenstruktur mit einem einzigen Atom am Vorderende gebildet wird, gleichermaßen möglich, einen hohen Strom pro Flächeneinheit und Raumwinkeleinheit zu erreichen und somit den Strahldurchmesser des auf die Probe 9 gerichteten Ionenstrahls 14 zu verringern oder den Strom zu verstärken.
-
Wenn die Emitterspitze 21 ausreichend gekühlt wird und Gas in ausreichendem Maße zugeführt wird, ist es nicht erforderlich, das Vorderende mit einem einzigen Atom auszugestalten; auch bei Vorliegen von 3, 7, 10 und dergleichen Atomen ist es möglich, den Strahldurchmesser des Ionenstrahls 14 zu verringern oder den Strom zu verstärken.
-
Um das Vorderende der Emitterspitze 21 zu justieren, wird eine Referenzprobe 9b zur Justierung der Emitterspitze auf den Probentisch 10 gelegt, und eine erste Apertur 6 mit einem großen Loch wird gewählt. Beispielsweise wird eine erste Apertur 6 mit einem kreisförmigen Loch mit einem Durchmesser von 3 mm gewählt. Dies bedeutet, dass der Ionenstrahl 14, der durch das Loch einer ringförmigen Scheibe der fokussierenden Linse 5 getreten ist, durch sämtliche Löcher der ersten Apertur 6 geht.
-
Der Ionenstrahl, der durch die erste Apertur 6 getreten ist, durchläuft den ersten Deflektor 35, den zweiten Deflektor 7 und die Objektivlinse 8 und verlässt dann das Ionenstrahl-Optiksystem (optisches System) 102. Ferner gelangt der Ionenstrahl durch das Loch der zweiten Apertur 36 außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) 102 zum Beispiel in die Probenkammer 3 und erreicht sodann die Referenzprobe 9b. Die zweite Apertur 36 begrenzt den Ionenstrahl, der die Objektivlinse 8 durchlaufen hat, wodurch es erleichtert wird, das Emissionsmuster des Ionenstrahls zu erhalten und die Auflösung zu verbessern.
-
Ferner werden Sekundärteilchen (Sekundärelektronen), die aus der Referenzprobe 9b austreten, vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst, wie vorstehend ausgeführt wurde. Ein Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 unterliegt einer Leuchtdichtemodulation und wird in die Rechenvorrichtung 99 geleitet. Der Ionenstrahl 14 wird vom ersten Deflektor 35 abgetastet. Demgemäß erreicht von dem Ionenstrahl, der von der Emitterspitze 21 emittiert worden ist, nur der Ionenstrahlteil, der die zweite Öffnung 36 durchlaufen hat, die Referenzprobe 9d.
-
Sekundärteilchen (Sekundärelektronen), die aus der Referenzprobe 9b aufgrund der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl 14 austreten, werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Ein Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 unterliegt einer Leuchtdichtemodulation und wird in die Rechenvorrichtung 99 geleitet.
-
Wenn es sich beim Vorderende der Emitterspitze 21 um eine Nanopyramide mit einem einzigen Atom handelt, lässt sich ein helles Muster als Ionenemissionsmuster auf der Anzeige 99a der Rechenvorrichtung 99 erhalten, wie in 6 dargestellt ist. Dies bedeutet, dass die Neigung der Emitterspitze 21 auf den Winkel, bei dem der helle Punkt erhalten werden kann, eingestellt wird. Unter Bezugnahme auf das dargestellte Ionenstrahl-Emissionsmusterbild ist es möglich, die Neigung der Emitterspitze 21 zu justieren und den Ionenstrahl 14 auf die Strahlungsachse auszurichten.
-
Wenn fast der gesamte Ionenstrahl von nur einem einzigen Atom am Vorderende der Emitterspitze 21 erhalten wird, wird ferner die Gaszufuhr auf das Atom konzentriert und es lässt sich eine Ionenquelle mit besonders hoher Leuchtdichte erreichen, verglichen mit Fällen, bei denen drei oder mehr Atome vorliegen. Wenn ein einziges Atom am Vorderende der Emitterspitze 21 vorliegt, ist es nicht erforderlich, die Emission von anderen Atomen an der zweiten Apertur 36 zu blockieren, und es ist nicht notwendig, ein Atom aus einem Emissionsmuster auszuwählen.
-
Ferner wird der Ionenstrahl 14, der die erste Apertur 6 durchlaufen hat, abgetastet und Sekundärelektronen werden vom Sekundärteilchendetektor (Sekundärelektronendetektor) 11 erfasst, wodurch ein Rasterfeldionenmikroskopbild als Ionenemissionsmuster gebildet werden kann.
-
Entsprechend dieser Reihenfolge lässt sich ein Ionenemissionsmuster von der Emitterspitze 21 erhalten. Ferner ist es auf der Grundlage des Ionenemissionsmusters möglich, die Neigung der Emitterspitze 21 zu justieren und den Ionenstrahl auf die Lichtachse auszurichten.
-
Da die zweite Apertur 36, die einen in einem punktförmigen Bereich reagierenden Signalgenerator 103 darstellt, außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System), zum Beispiel in der Probenkammer 3, angeordnet ist, ist es mit dem erfindungsgemäßen Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 100 möglich, die Strahlungsachse (Lichtweg) des Ionenstrahls zu verkürzen, verglichen beispielsweise mit einer fokussierten Ionenstrahlvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, bei der eine Mikrokanalplatte (MCP) am rückwärtigen Ende einer Gasfeld-Ionenquelle angeordnet ist, um eine FIM-Abbildung einer Emitterspitze zu erzeugen. Daher wird die Amplitude der relativen Vibration der Emitterspitze 21 und der Referenzprobe 9b verringert und es ist möglich, die Emitterspitze 21 zu betrachten und mit hoher Präzision zu justieren.
-
Da die zweite Apertur 36, die einen Signalgenerator 103 darstellt, der in einem punktförmigen Bereich reagiert, außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) angeordnet ist, zum Beispiel in der Probenkammer 3, ist es beim erfindungsgemäßen Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 100 möglich, die große zweite Apertur 36 anzuordnen und in einfacher Weise eine Ausrichtung durchzuführen, verglichen mit der Konfiguration, bei der eine zweite Apertur in einem Ionenstrahl-Optiksystem von begrenzter Größe gemäß dem Stand der Technik installiert ist.
-
Da ferner die zweite Apertur 36 aus der Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls durch Betätigung der Zweitapertur-Steuervorrichtung 90 entfernt werden kann, ist es bei Betrachtung einer Untersuchungsprobe 9a möglich, diese Betrachtung in wirksamer Weise vorzunehmen.
-
Wenn es sich beim Vorderende der Emitterspitze 21 um eine Nanopyramide handelt, die aus einer Mehrzahl von Atomen, zum Beispiel 6 Atomen, zusammengesetzt ist, kann es die zweite Apertur 36 ermöglichen, dass Ionenstrahlen von den Atomen der Emitterspitze 21 separat die Referenzprobe 9b erreichen, sofern der Bereich oder der Durchmesser eines von einem einzigen Atom am Vorderende der Emitterspitze 21 emittierten Ionenstrahls zumindest in der Schließbreite größer als die Fläche oder der Durchmesser des Lochs der zweiten Apertur 36 sind.
-
Damit ist es möglich, ein Ionenemissionsmuster von der Emitterspitze 21 durch Abtasten des Ionenstrahls 14 unter Verwendung des ersten Deflektors 35 zu betrachten. Ferner wird das Ionenemissionsmuster gemäß Darstellung in 7 auf der Bildanzeige 99A der Rechenvorrichtung 99 angezeigt. Der Benutzer stellt den Winkel der Emitterspitze 21 ein, während er das Ionenemissionsmuster betrachtet.
-
Dabei wird durch Auswahl eines gewünschten einzigen hellen Flecks oder von mehreren hellen Flecken aus sechs hellen Flecken im Ionenemissionsmuster der Winkel der Emitterspitze 21 so justiert, dass die hellen Flecken die Referenzprobe 9b erreichen. Ferner lassen sich aus einem Ionenemissionsmuster nicht nur sechs Muster erhalten, wie in 6 dargestellt, sondern üblicherweise 3, 10, 15 oder mehr Atommuster. Insbesondere wenn Ionen aus 4 bis 15 Atomen am Vorderende der Emitterspitze 21 emittiert werden, ist der Strom geringer als im Fall mit 1 bis 3 Atomen, jedoch ist der Ionenstrom stabil und die Lebensdauer der Gasfeld-Ionenquelle 1 lässt sich verlängern.
-
Ferner ist es möglich, die Bildinformationen des Ionenemissionsmusters nicht anzuzeigen, sondern im Rechner der Rechenvorrichtung 99 zu speichern. Beispielsweise ist es möglich, das Bild des Ionenemissionsmusters zu analysieren und die Position und den Winkel der Emitterspitze 21 zu justieren oder die Spannung des ersten Deflektors 35 auf der Grundlage des Analysenergebnisses anzugleichen.
-
Fokussierte Ionenstrahlvorrichtung: zweite Ausführungsform
-
8 zeigt in schematischer Weise den Aufbau eines Rasterionenmikroskops, der ein weiteres Beispiel für eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der nachstehenden Beschreibung werden Bauteile, die auch bei der ersten Ausführungsform vorhanden sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Eine entsprechende ausführliche Beschreibung unterbleibt.
-
Ein Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 200 dieser Ausführungsform umfasst eine Gasfeld-Ionenquelle 1, eine Ionenstrahl-Optiksystem-Säule 2, eine Probenkammer 3 und eine Kühlvorrichtung 4. Die Gasfeld-Ionenquelle 1, die Ionenstrahl-Optiksystem-Säule 2 und die Probenkammer 3 sind in einem Vakuumbehälter 101 angeordnet.
-
Die Gasfeld-Ionenquelle 1 weist eine nadelförmige Emitterspitze 21 und eine Extraktionselektrode 24 auf, die gegenüber der Emitterspitze 21 angeordnet ist und ein Loch 27 zum Durchtritt von Ionen aufweist. Ein Ionenstrahl-Optiksystem (optisches System) 200 umfasst Folgendes: eine fokussierende Linse 5, die von der Gasfeld-Ionenquelle 1 emittierte Ionen fokussiert; eine erste Apertur 6, die einen durch die fokussierende Linse hindurchtretenden Ionenstrahl 14 begrenzt; einen ersten Deflektor 35, der den durch die erste Apertur 6 hindurchtretenden Ionenstrahl 14 abtastet oder ausrichtet; einen zweiten Deflektor 7, der den durch den ersten Deflektor 35 hindurchtretenden Ionenstrahl ablenkt; und eine Objektivlinse 8, die den durch den zweiten Deflektor 7 hindurchtretenden Ionenstrahl in Richtung auf eine Probe 9 auf einem Probentisch 10 fokussiert.
-
Ein Probentisch 51, auf den die Probe 9 platziert werden kann, ist in der Probenkammer 3 ausgebildet. Ein Signalgenerator 203, der auf den Ionenstrahl 14 in einem punktförmigen Bereich reagiert, ist an einem Ende des Probentisches 51 ausgebildet.
-
Der Probentisch 10 umfasst einen Mechanismus zum Bewegen der Probe in gerader Richtung auf der Probenplatzierungsoberfläche in zwei senkrechten Richtungen (X-Richtung und Y-Richtung), einen Mechanismus zum Bewegen der Probe 9 in gerader Richtung senkrecht zur Probenplatzierungsoberfläche und einen Mechanismus zum Drehen der Probe auf der Probenplatzierungsoberfläche. Der Probentisch 51 weist eine Neigungsfunktion auf, die den Strahlungswinkel des Ionenstrahls 14 in Richtung zur Probe 9 verändern kann, indem sie die Probe 9 um eine Neigungsachse dreht. Diese Mechanismen werden durch eine Probentisch-Steuervorrichtung 97 gesteuert.
-
Ferner kann der Probentisch 51 stark in mindestens eine von zwei senkrechten Richtungen (X-Richtung und Y-Richtung) bewegt werden und er kann zwischen einer Einsetzposition, bei der der Signalgenerator 203 an einem Ende des Probentisches 51 auf einer Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls 14 eingesetzt ist, und einer Entnahmeposition, bei der der Signalgenerator 203 aus der Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls 14 entfernt worden ist, bewegt werden.
-
In der fokussierten Ionenstrahlvorrichtung 200 werden ein Signalausgang vom Signalgenerator 203 und die Abtastung des Ionenstrahls 14 durch den ersten Deflektor 35 angeglichen und ein Rasterfeldionenmikroskopbild der Emitterspitze 21 wird erzeugt.
-
Wenn ferner eine für eine normale Untersuchung verwendete Probe 9 untersucht wird, wird beim Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 200 dieser Ausführungsform der Probentisch 51 bewegt, wodurch der Signalgenerator 203 aus der Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls 14 entfernt wird. Wenn jedoch das Vorderende der Emitterspitze 21 justiert wird, wird der Probentisch 51 bewegt, wodurch der Signalgenerator in die Strahlungsachse 14A des Ionenstrahls 14 eingeführt wird und das Vorderende der Emitterspitze 21 justiert wird.
-
Beim Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 200 der zweiten Ausführungsform liegt beispielsweise im Vergleich zum Rasterionenmikroskop 100 der ersten Ausführungsform keine zweite Apertur vor, so dass das Ionenstrahl-Optiksystem (optisches System) 102 und der Probentisch 51 nahe beieinander positioniert werden können. Wenn demgemäß die für eine übliche Untersuchung verwendete Probe 9 untersucht wird, wird der Abstand der Objektivlinse 8 verringert und die Eignung zur Fokussierung des Ionenstrahls 14 wird erhöht.
-
Fokussierte Ionenstrahlvorrichtung: weitere Ausführungsform
-
Beim Rasterionenmikroskop (fokussierte Ionenstrahlvorrichtung) 100 gemäß der vorstehenden Ausführungsform werden als Signalgenerator 103, der auf einen Ionenstrahl in einem punktförmigen Bereich reagiert, die zweite Apertur 36, die den Ionenstrahl 14 begrenzt, und der Sekundärteilchendetektor (Sekundärelektronendetektor) 11 verwendet, wobei aber der Signalgenerator 103 beispielsweise aus einer zweiten Apertur 36, die außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) 102 angeordnet ist, und einem mit der zweiten Apertur 36 verbundenen Amperemeter zusammengesetzt sein kann.
-
Ferner kann der Signalgenerator 103 aus einer zweiten Apertur 36, die außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) 102 angeordnet ist, einem Farady-Becher oder einem Kanalelektronenvervielfacher, der am rückwärtigen Ende der zweiten Apertur 36 an Stelle eines Sekundärteilchendetektors angeordnet ist, und einem mit dem Faraday-Becher oder dem Kanalelektronenvervielfacher verbundenen Amperemeter zusammengesetzt sein. Der Faraday-Becher ist becherförmig aus einem leitenden Material ausgebildet, um geladene Teilchen einzufangen.
-
Ferner kann der Signalgenerator 103 aus einer zweiten Apertur 36, die außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) 102 angeordnet ist, einem Faraday-Becher oder einem Kanalelektronenvervielfacher, die am rückwärtigen Ende der zweiten Apertur 36 angeordnet sind, und dem Sekundärteilchendetektor (Sekundärelektronendetektor) 11 zusammengesetzt sein. Bei dieser Konfiguration werden an der zweiten Apertur erzeugte Sekundärelektronen durch den Sekundärteilchendetektor (Sekundärelektronendetektor) 11 erfasst, so dass ein Betrachtungsbild mit Hell-Dunkel-Umkehr erhalten werden kann.
-
Ferner kann der Signalgenerator 103 aus einer zweiten Apertur 36, die außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) 102 angeordnet ist, einer Fluoreszenzplatte, die am rückwärtigen Ende der zweiten Apertur 36 angeordnet ist, und einem Fluoreszenzdetektor, der am rückwärtigen Ende der Fluoreszenzplatte anstelle eines Sekundärteilchendetektors angeordnet ist, zusammengesetzt sein.
-
Ferner kann der Signalgenerator 103 aus einer MCP (Multikanalplatte), die außerhalb des Ionenstrahl-Optiksystems (optisches System) anstelle der zweiten Apertur 36 angeordnet ist, und einem mit der Multikanalplatte verbundenen Amperemeter zusammengesetzt sein. Bei der MCP handelt es sich um ein isolierendes Substrat, zum Beispiel eine Glasplatte, mit einem Loch (Mikrokanal), das in einem Winkel von einer Seite zur anderen Seite ausgebildet ist. Gemäß der MCP werden Sekundärelektronen durch einen Avalanche-Effekt vervielfacht, indem sie in Kontakt mit einer Seite eines Sekundärelektronenkanals kommen, wobei die Abgabe erfolgt, wenn geladene Teilchen im Innern wandern. Eine Elektrode ist an der Emissionsseite angeordnet und wird von einem Amperemeter erfasst.
-
Vorstehend wurden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei diese Ausführungsformen aber nur Beispiele darstellen und den Schutzumfang der Erfindung nicht beschränken. Die Ausführungsformen können auch in verschiedenen Abänderungen vorliegen, und die vorliegende Erfindung kann in vielerlei Weise verändert, ersetzt und modifiziert werden, ohne dass vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Sofern die Ausführungsformen und Modifikationen unter den Umfang oder den Geist der Erfindung fallen, fallen Sie unter den Äquivalenzbereich der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 7240165 [0008]
- WO 2011/055521 [0008]
