DE112010002981T5

DE112010002981T5 - Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung und damit ausgestattetesRasterladungsteilchenmikroskop

Info

Publication number: DE112010002981T5
Application number: DE112010002981T
Authority: DE
Inventors: Noriaki Arai; Tohru Ishitani
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2013-01-03
Also published as: JPWO2011001797A1; WO2011001797A1; US20120132802A1

Abstract

Eine Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung wird bereitgestellt, die kompakte Abmessungen und eine hohe Leistung aufweist und eine Neigungseinstellung in einem Zustand durchführen kann, in dem die Position der Emitterspitze in etwa konstant gehalten wird. Ein Emitter (1) ist von einer Kammerwand (4) einer Emitterkammer umgeben, und Ionen werden von der Spitze des Emitters (1) emittiert. Ein Gas, bei dem es sich um ein Ionenmaterial handelt, wird durch eine Extraktionselektrode (3), an die eine Hochspannung angelegt wird, und ein Rohr (15) in die Emitterkammer eingebracht. Der Emitter (1) wird mit einer Kühleinrichtung (10) durch ein Metallgewebe (11) und einen Emittersockel (12) gekühlt. Der Emittersockel (12) ist an einem beweglichen Teil (13a) einer Neigungseinrichtung (13) befestigt. Der bewegliche Teil (13a) ist über eine Gleitfläche (14) mit einem nicht beweglichen Teil (13b) verbunden. Die Gleitfläche (14) bildet einen Teil einer zylindrischen Fläche, deren Mittelachse eine Achse ist, die durch die Spitze des Emitters (1) verläuft und senkrecht zur optischen Achse ist. Wenn die Fläche eine solche Form aufweist und der Umfang des Gleitens der Gleitfläche (14) gesteuert wird, kann die Steuerung der Neigung des Emitters (1) durchgeführt werden, ohne die Spitze des Emitters (1) zu bewegen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung zur Ionenerzeugung, die in einem Ladungsteilchenmikroskop zum Betrachten der Oberflächen von Proben wie Halbleiterelementen, neuen Werkstoffen und dergleichen montiert ist.
Stand der Technik
Eine Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl (abgekürzt FIS) weist eine Gasfeldionisations-Ionenquelle (abgekürzt GFIQ) auf und verwendet Gasionen wie Wasserstoff (H₂), Helium (He), Argon (Ar) und dergleichen. Solche Vorrichtungen mit fokussiertem Ionenstrahl sind beschrieben worden (siehe die Patentdokumente 1 und 2).
Diese Gas-FIS verursachen keine Ga-Verunreinigung einer Probe wie im Falle einer Gallium-FIS (metallisches Gallium) aus einer Flüssigmetallionenquelle (abgekürzt FMIQ), wie sie heute üblich ist. Die GFIQ kann einen feineren Strahl erzeugen als die Ga-FIS, bedingt durch die Tatsache, dass die Energiebreite eines aus der GFIQ extrahierten Gasions schmal ist und die Größe einer Ionenerzeugungsquelle der GFIQ gering ist.
Bei der GFIQ ist insbesondere bekannt, dass die Ionenquelleneigenschaften verbessert werden, zum Beispiel die Emissionswinkel-Stromdichte einer Ionenquelle erhöht wird, indem ein Emitter (nachstehend als „Nanospitze” bezeichnet) verwendet wird, dessen Spitze mit einem kleinen Vorsprung versehen ist (oder die Anzahl der Atome an der Spitze des Emitters auf nur wenige verringert wird).
Der Winkel der Ionenemission von einem Atom an der Spitze der Nanospitze beträgt nur etwa 1 Grad. Bekannte Mikroskope mit der GFIQ weisen Neigungseinrichtungen auf, die mit einem Emitter verbunden sind, um die Emissionsrichtung eines Ions von der Nanospitze mit der optischen Achse auszurichten.
Patentdokument 1 beschreibt, dass die Nanospitze ein Drei-Atom-Emitter aus einem Wolfram- oder W-Einkristall mit der Orientierung <111> ist. In Patentdokument 2 ist beschrieben, dass an der Terminierung von Wolfram-Einkristallen mit der Orientierung <111> eine aus unähnlichen Metallen wie Iridium (Ir) und Platin (Pt) bestehende Pyramide gebildet wird.
Patentdokument 3 beschreibt eine Technik zum Erfassen der Temperatur eines Emitters in der FMIQ in berührungsloser Form unter Verwendung des von diesem emittierten Lichts, um eine Temperaturregelung für das kurzzeitige Erwärmen vorzunehmen, das zur Beseitigung von Verunreinigungen auf der Oberfläche des Emitters dient.
Für die Neigungseinstellung eines Emitters ist eine kardanische Aufhängung auf der Atmosphärenseite einer Ionenquellenkammer in der GFIQ in Patentdokument 1 beschrieben.
Patentdokument 4 beschreibt eine Elektronenkanone mit einer Technik zur Betätigung eines Stellantriebs (mit einem piezoelektrischen Element), der das Zentrieren für eine Kathode nach Wehnelt durchführt. Die Technologie ermöglicht es, dass die Elektronenkanone eine entsprechende Leistung wie etwa eine ausreichend hohe Strahlungsdichte usw. aufweist, ohne dass die erforderliche Genauigkeit für die Herstellung der Teile und die Montage in der Elektronenkanone erhöht werden muss.
Zugehörige Literatur
Patentdokumente

Patentdokument 1: US-Patent Nr. 2008/0217555
Patentdokument 2: JP-2008-1405A57-A
Patentdokument 3: JP-5-82061-A
Patentdokument 4: JP-10-321174-A

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösendes Problem
Zur Erhöhung der Ionenernissions-Winkelstromdichte einer GFIQ wird unterdessen im Inneren einer Ionenquellenkammer eine Emitterkammer vorgesehen, die die Spitze eines Emitters umgibt, und der Druck des darin eingebrachten Ionenmaterialgases wird auf ca. 10^–4 bis 10 Pa erhöht. In der Fläche einer Wand der Emitterkammer wird eine Öffnung zum Extrahieren von Ionen eröffnet, die in der Emissionsrichtung der Ionen von dem Emitter liegt. Diese Wandfläche dient auch als Ionenextraktionselektrode.
Um die Gasdichte in der Umgebung der Emitterspitze zu erhöhen, wird der Emitter zusammen mit dem eingebrachten Gas auf einige wenige zig Grad Kelvin oder weniger gekühlt. Weiter entspricht das Potenzial des Emitters einem Ionenbeschleunigungspotenzial für eine Probe (normalerweise Erdpotenzial) in einem mit der GFIQ ausgestatteten Rasterladungsteilchenmikroskop. Es ist nötig, den Emitter von einem Ionenquellengehäuse (Erdpotenzial) in einem Bereich von wenigen Kilovolt bis zu wenigen zig Kilovolt in hohem Maße zu isolieren.
Vor dem Einbringen des Ionenmaterialgases müssen die Emitterkammer und die Ionenquellenkammer auf ein ultrahohes Vakuum gebracht werden. Weil Schwingungen und Abweichungen des Emitters zu Hindernissen für ein beobachtetes Bild bei der Betrachtung mit einem Mikroskop werden, müssen diese in größtmöglichem Umfang verringert werden. Zur Verringerung von Schwingungen und Abweichungen muss der Emitter sicher befestigt werden.
Andererseits ist es auch erforderlich, eine mit dem Emitter verbundene Neigungseinrichtung zur Ausrichtung der Emissionsrichtung der Ionen von dem Emitter mit der optischen Achse vorzusehen.
Im Hinblick auf die Einstellung der Ionenextraktion erfordert die Neigungseinrichtung einen Aufbau, der die Position der Emitterspitze als Neigungsmittelposition hat und eine Neigung ausführen kann, bei der die Neigungsmittelposition in etwa konstant gehalten wird.
Bei dem in Patentdokument 4 beschriebenen Stellantrieb für die Neigungseinstellung ist es jedoch schwierig, die Neigung in einem Zustand einzustellen, in dem die Neigungsmittelposition (Position der Emitterspitze) konstant gehalten wird, und es ist schwierig die Ionenemissionsrichtung mit hoher Genauigkeit mit der optischen Achse auszurichten.
Die GFIQ tendiert dazu, in ihren Abmessungen größer zu werden, um die Anforderungen für widersprüchliche Funktionen wie etwa starke Isolierung und Kühlung auf eine sehr niedrige Temperatur des Emitters, Aufrechterhaltung des ultrahohen Vakuumzustands in der Ionenquellenkammer, sichere Befestigung des Emitters zur Verringerung von Schwingungen und Abweichungen und Steuerung der Neigung des Emitters zu erfüllen. Weil die GFIQ in ihrem Abmessungen immer größer wird, müssen die Vakuumabsaugpumpe und die Kühlvorrichtung eine hohe Leistung aufweisen.
Die GFIQ, bei der die Neigungseinrichtung außerhalb der Ionenquellenkammer angeordnet ist, ist in Patentdokument 1 beschrieben. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen GFIQ ist eine Gleitfläche zur Implementierung der Neigung entfernt von der Position der Emitterspitze angeordnet, die die Neigungsmitte bilden soll. Die Gleitfläche befindet sich auf der Atmosphärenseite, und die Kraft des atmosphärischen Drucks wirkt. Daher wird die GFIQ groß.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung, die kompakte Abmessungen und eine hohe Leistung aufweist und eine Neigungseinstellung in einem Zustand durchführen kann, in dem die Position der Emitterspitze konstant gehalten wird, und die Bereitstellung eines Rasterladungsteilchenmikroskops, das mit der Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung ausgestattet ist.
Mittel zur Lösung des Problems
Um das vorstehende Ziel zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung wie folgt aufgebaut.
Eine Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst
einen nadelförmigen Anodenemitter,
eine Extraktionselektrode zum Erzeugen eines Felds zum Ionisieren und Extrahieren von Gasmolekülen an einem Spitzenabschnitt des Emitters,
eine Ionenquellenkammer mit dem darin angeordneten Emitter und der Extraktionselektrode und
eine Neigungseinrichtung zum Einstellen des Neigungswinkels des Emitters.
Die Neigungseinrichtung ist im Inneren der Ionenquellenkammer angeordnet und stellt den Neigungswinkel des Emitters in einem Zustand ein, in dem die Position des Spitzenabschnitts des Emitters in etwa konstant gehalten wird.
Ein Rasterladungsteilchenmikroskop nach der vorliegenden Erfindung umfasst
die Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung,
ein Linsensystem zum Beschleunigen der aus der Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung emittierten Ionen, zum Fokussieren der Ionen und zum Abstrahlen der Ionen auf eine Probe und
einen Ladungsteilchendetektor, der die von der Probe emittierten Ladungsteilchen erfasst.
Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung bereit, die kompakte Abmessungen und eine hohe Leistung aufweist und eine Neigungseinstellung in einem Zustand durchführen kann, in dem die Position der Emitterspitze konstant gehalten wird. Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Rasterladungsteilchenmikroskop bereit, das mit der Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung ausgestattet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Gasfeldionisations-Ionenquelle (GFIQ) nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer in der GFIQ nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installierten Neigungseinrichtung.
3 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Rasterladungsteilchenmikroskops nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Diagramm des Antriebsmechanismus einer in einer GFIQ nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installierten Neigungseinrichtung.
5 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Gasfeldionisations-Ionenquelle (GFIQ) nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer GFIQ 100 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 ist ein Emitter 1 in Form einer Pyramide aus unähnlichen Metallen wie Ir und Pt oder dergleichen am Ende eines nadelförmigen W-Einkristalls mit der Orientierung <111> gebildet. Der Emitter 1 ist an einen V-förmigen Faden 1a geschweißt und daran befestigt.
Der Emitter 1 ist eine Anode und von einer Kammerwand 4 einer Emitterkammer umgeben. Ein in Richtung der Ionenemission von der Spitze des Emitters 1 weisender Kammerwandabschnitt dient auch als Ionenextraktionselektrode 3. Eine Ionenextraktionsöffnung 2 ist in der Ionenextraktionselektrode 3 gebildet. Die Ionenextraktionselektrode 3 erzeugt ein elektrisches Feld, das zum Ionisieren und Extrahieren von Gasmolekülen an der Spitze des Emitters 1 verwendet wird.
Ein Gas als Ionenmaterial wird über ein Rohr 15 in die Emitterkammer eingebracht. Das Rohr 15 ist von der Extraktionselektrode 3 und dem Emitter 1, an den möglicherweise eine Hochspannung angelegt werden kann, elektrisch isoliert. Der Emitter 1 wird mit einer Kühleinrichtung 10 über einen Emittersockel (Isoliermaterial) 12 gekühlt, der mit einem Metallgewebe 11 mit hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden ist.
Wenn He-Ionen emittiert werden, erhöht sich zum Beispiel die Ionenemissions-Winkelstromdichte durch Kühlen des He-Gases und der Emittertemperatur auf etwa 20 Kelvin, und eine hohe Helligkeit der Ionenquelle wird erhalten. Der Emittersockel (Isoliermaterial) 12 ist an einem beweglichen Teil (der bewegliche Teil, der sich zusammen mit dem Emitter 1 neigt) 13a der Neigungseinrichtung 13 befestigt. Der bewegliche Teil 13a ist über eine Gleitfläche 14 mit einem nicht beweglichen Teil 13b verbunden. Die Gleitfläche 14 ist so beschaffen, dass sie einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine Achse ist, die durch die Spitze des Emitters 1 verläuft und senkrecht zur optischen Achse ist (in 1 eine Achse senkrecht zum Blatt), oder einen Teil einer sphärischen Fläche bildet, deren Mittelpunkt die Spitze des Emitters 1 ist. Die Verwendung einer solchen Oberflächenform ermöglicht die Steuerung der Neigung des Emitters 1, ohne die Spitze des Emitters 1 zu bewegen, indem der Umfang des Gleitens der Gleitfläche 14 gesteuert wird.
Wenn die Gleitfläche 14 einen Teil der zylindrischen Fläche bildet, kann der Azimutwinkel einer geneigten Fläche gesteuert werden, indem der Drehwinkel der zylindrischen Fläche gesteuert wird, deren Mittelachse die optische Strahlachse ist. Wenn die Gleitfläche 14 einen Teil der sphärischen Fläche bildet, kann die Neigung des Emitters 1 mit einem gewünschten Azimutwinkel gesteuert werden. Ein für die Ausrichtung der optischen Achse des Emitters 1 in einer GFIQ 100 in einem Rasterladungsteilchenmikroskop nötiger Neigungswinkel beträgt maximal plus oder minus 4 Grad, und die Neigungswinkel-Steuerungsauflösung beträgt maximal 0,01 Grad. Dies basiert auf der Genauigkeit der Befestigung der Achse des Emitters 1 an dem Emittersockel 12, der Genauigkeit der Übereinstimmung zwischen der Achse des Emitters 1 und einer gewünschten Kristallorientierung usw.
Die Gleitfläche 14 der Neigungseinrichtung 13 ist ein Teil einer zylindrischen Fläche, deren Mittelachse eine Achse ist, die durch die Spitze des Emitters 1 verläuft, oder einer sphärischen Fläche, deren Mittelpunkt die Spitze des Emitters 1 ist, und sie ist keine ebene Fläche. Daher gilt, je größer der Radius der Gleitfläche, das heißt der Radius von der Spitze des Emitters 1 bis zu der zylindrischen Fläche oder der sphärischen Fläche, desto mehr nimmt die Fläche der Gleitfläche zu, die einen bestimmten Neigungswinkel abdeckt. Ist dieser Radius klein, kann auch die Gleitfläche verringert werden (das heißt eine Größenverringerung wird möglich), so dass die Präzisionsbearbeitung erleichtert wird. Wenn sie jedoch zu klein ist, wird eine normale Präzisionsbearbeitung schwierig.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befinden sich der bewegliche Teil 13a und der nicht bewegliche Teil 13b der Neigungseinrichtung 13 und die Gleitfläche 14 zwischen den beiden Teilen in einer Ionenquellenkammer. Der Krümmungsradius der Gleitfläche 14 ist kleiner als der Radius eines Vakuumgehäuses für die Ionenquelle. Auf die Gleitfläche 14 wirkt kein atmosphärischer Druck ein, und der bewegliche Teil 13a und der nicht bewegliche Teil 13b können in ihrer Größe und in ihrem Gewicht verringert werden.
Ein unterer Grenzwert der Kraft zur Ermöglichung des Gleitens der Gleitfläche 14 entspricht der Summe der Schwerkraft und der Reibungskraft jedes zugehörigen Teils. Die Leistung eines Krafterzeugungsteils zum Neigen und eines mechanischen Teils zum Übertragen der erzeugten Kraft kann ebenfalls in der Größe verringert und im Gewicht leichter gemacht werden.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrisches Element für den Betrieb der Neigungseinrichtung 13 verwendet. Daher könnten ihre Größe [mm] auf etwa 15 × 15 × 10 und ihr Gewicht auf etwa 25 g verringert werden. Die Miniaturisierung der Neigungseinrichtung 13 ist sehr wichtig für die Reduzierung der Kühlleistung. Eine hoch präzise und stabile Neigungssteuerung des Emitters 1 ist in einem Temperaturbereich zwischen etwa 20 K und Raumtemperatur möglich.
Weil die klein dimensionierte Neigungseinrichtung 13 in der Ionenquelle (von dem Vakuumgehäuse 8 für die Ionenquelle umgebene Kammer) angeordnet ist, könnte die Ionenquelle selbst kleiner und leichter ausgeführt werden. Folglich wird eine große Wirkung auf die Verbesserung der Schwingungsdämpfung für das Rasterladungsteilchenmikroskop und die Miniaturisierung des Mikroskops selbst erzielt.
Ein Aufbau, der in Bezug auf die problemlose Herstellung und einfache Steuerung am besten für die Neigungseinrichtung 13 geeignet ist, ist ein Aufbau, bei dem, wie in 2(a) und 2(b) gezeigt, zwei Neigungseinrichtungen, eine Neigungseinrichtung 17a und eine Neigungseinrichtung 17b, miteinander kombiniert sind. Die Neigungseinrichtung 17a und die Neigungseinrichtung 17b sind so beschaffen, dass ihre Gleitflächen 14a (2(a)) und 14b (2(b)) Teilflächen von Zylindern sind, deren Mittelachsen jeweils in der Spitze eines Emitters 1 liegen und die jeweils unterschiedliche Radien aufweisen.
Ein erster beweglicher Teil 17d wird von der Neigungseinrichtung 17b angetrieben. Ein zweiter beweglicher Teil 17c, der den Emitter 1 trägt, wird von der Neigungseinrichtung 17a angetrieben. Die Neigungseinrichtungen 17a und 17b sind der nicht bewegliche Teil 13b in 4, und der erste bewegliche Teil 17d und der zweite bewegliche Teil 17c sind der bewegliche Teil 13a in 4.
Die Gleitflächen 14a (zweite Gleitfläche) und 14b (erste Gleitfläche) sind relativ um 90 Grad um die optische Strahlachse gedreht und vertikal kombiniert. Die Gleitflächen 14a und 14b werden unabhängig gesteuert, so dass der Emitter 1 in senkrechten Richtungen geneigt werden kann. Daher kann der Emitter 1 in einer beliebigen Richtung geneigt werden, indem die Neigung der Gleitflächen 14a und 14b miteinander kombiniert wird. Die erste Gleitfläche 14b ist eine Fläche mit einer Form, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine erste gerade Linie ist, die durch die Spitze des Emitters 1 verläuft und in etwa senkrecht zu der Emissionsrichtung der Ionen aus dem Emitter 1 ist. Die zweite Gleitfläche 14a ist eine Fläche mit einer Form, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine zweite gerade Linie ist, die in etwa senkrecht zu der ersten geraden Linie verläuft.
In diesem Fall ist jede der Gleitflächen 14a und 14b einfach in ihrem Aufbau und ihrer Steuerung, weil ein piezoelektrisches Element eindimensional entlang von Führungen auf einem mit der Gleitrichtung deckungsgleichen Kreisbogen angeordnet werden kann.
Darüber hinaus besteht zwischen dem Neigungsradius Ra der Gleitfläche 14a und dem Neigungsradius Rb der Gleitfläche 14b die Beziehung Ra < Rb. Die beweglichen Flächen 16a und 16b der Neigungseinrichtung 13 sind parallel zueinander, wenn der Neigungswinkel 0 Grad beträgt. Ist der Abstand zwischen den beiden beweglichen Flächen als W eingestellt, wobei Rb – Ra = W, kann die Neigungseinrichtung in einer beliebigen Richtung um den Emitter 1 geneigt werden.
Wenn die Gleitfläche 14 eine sphärische Fläche bildet, kann andererseits die Anzahl der Gleitflächen eins betragen. Piezoelektrische Elemente müssen jedoch zweidimensional auf der sphärischen Fläche angeordnet werden, weshalb die Anzahl der Elemente zunimmt und die Arbeitsgenauigkeit bei der Anordnung der Elemente auf der sphärischen Fläche sehr hoch wird. Außerdem ist die Steuerung des piezoelektrischen Elements kompliziert, und die Wirtschaftlichkeit ist gering.
Dabei können anstelle eines Raupenantriebsmechanismus, wie in 4(a) gezeigt, der sich das Ausdehnen und Zusammenziehen eines oder mehrerer piezoelektrischer Elemente 300 auf den Gleitflächen 14a und 14b zunutze macht, andere Einrichtungen zum Erzeugen einer Neigungskraft angewendet werden. So kann zum Beispiel ein Drehmechanismus mit einem Zahnrad 302, das mit einem Motor 301 verbunden ist, wie in 4(b) gezeigt, oder ein Druck-Zug-Mechanismus mit einem Schubantrieb 303, wie in 4(c) gezeigt, angewendet werden.
Die in 4(a) gezeigten piezoelektrischen Elemente 300 sind entlang der Oberfläche auf der Seite des nicht beweglichen Teils 13b angeordnet, der parallel zur Gleitfläche 14 angeordnet ist. Die piezoelektrischen Elemente 300 haften fest auf der Gleitfläche 14. Wenn eine Impulsspannung an die piezoelektrischen Elemente 300 angelegt wird, können sich die piezoelektrischen Elemente 300 in einer Richtung ausdehnen und zusammenziehen, so dass die Gleitfläche 14 mit einer Reibungskraft bewegt werden kann.
Der in 4(b) gezeigte Motor 301 ist innerhalb oder außerhalb der Neigungseinrichtung angeordnet und über ein Koaxialzahnrad oder ein zusätzliches Zahnrad mit dem Zahnrad 302 verbunden. Auf der Gleitfläche 14 ist eine Verzahnung ausgebildet, in die das Zahnrad 302 eingreift.
Eine Welle 304, die durch den Schubantrieb 303 ausgefahren und zusammengezogen wird, ist an dem beweglichen Teil 13a der in 4(c) gezeigten Neigungseinrichtung mit einem Teil befestigt, das zu der Welle 304 winkelbeweglich ist, etwa mit einem Kreuzgelenk. Der bewegliche Teil 13a der Neigungseinrichtung 13 ist so angebracht, dass die Fläche des nicht beweglichen Teils 13b, die parallel zu der Gleitfläche 14 verläuft, als Führung dient. So wird die Welle 304 ausgefahren und zusammengezogen, um dadurch die Neigungsbewegung des beweglichen Teils 13a der Neigungseinrichtung 13 entlang der Gleitfläche 14 zu ermöglichen.
Die in 4(b) und 4(c) gezeigten Mechanismen weisen jedoch viele mechanisch bewegliche Teile einschließlich der Innenteile des Motors 31 und des Schubantriebs 303 auf. Sie sind komplizierter und verursachen starke Ausgasungen von den Teilen, was Schwierigkeiten bei der Erzielung eines ultrahohen Vakuums bereitet. Die Zuverlässigkeit des mechanischen Betriebs ist ersterem (dem in 4(a) gezeigten Mechanismus) unterlegen, was die Wärmeschrumpfung bei Abkühlung auf eine extrem niedrige Temperatur und eine Erhöhung des Reibungswiderstands im Vakuum angeht. Sie ist ersterem auch dahingehend unterlegen, dass die Neigungssteuerung ein hohes Maß an Spiel aufweist.
Im Übrigen kann ein Bediener mit einer Befehlseinrichtung wie etwa einem Personalcomputer oder dergleichen einen Befehl zur Ansteuerung der piezoelektrischen Elemente 300, des Motors 301 und des Schubantriebs 303 erteilen, während er den Neigungswinkel des Emitters 1 beobachtet. Wie nachstehend beschrieben, ist es möglich, die Bestrahlungsposition eines Ionenstrahls zu erfassen und den Neigungswinkel des Emitters 1 einzustellen, wo die GFIQ 100 nach der vorliegenden Erfindung auf dem Rasterladungsteilchenmikroskop befestigt ist. In diesem Fall kann der Neigungswinkel des Emitters 1 auch automatisch mit einem in 3 gezeigten PC 38 geändert (eingestellt) werden.
Die in Patentdokument 1 beschriebene Technik, welche die bekannte Technik ist, wird nachstehend zum Vergleich mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Technik dienen sowohl bewegliche als auch nicht bewegliche Teile einer Neigungseinrichtung als Teil einer Vakuumgehäusewand für eine Ionenquelle. Aus diesem Grund werden beide Teile zu dicken Bauteilen mit großen Abmessungen, um dem atmosphärischen Druck ohne Verformung standzuhalten, und auch das Gewicht nimmt zu. Weil die Gleitfläche zwischen den beiden Teilen durch den atmosphärischen Druck zusammengepresst wird, ist weiter eine sehr große Kraft erforderlich, damit sie aufeinander gleiten, um eine Neigung zu bewirken. Die Leistung eines Erzeugungsteils zum Erzeugen der großen Kraft und eines mechanischen Teils zum Übertragen der erzeugten Kraft erreicht große Dimensionen. Eine solche Zunahme der Größe und des Gewichts ist von großem Nachteil im Hinblick auf die Schwingungsbeständigkeit und Kühlleistung des Ionenemitters.
Im Gegensatz dazu ist bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Neigungseinrichtung 13 in der Ionenquellenkammer angeordnet, deren Inneres sich nahezu im Vakuum befindet, und erfordert nicht die mechanische Festigkeit im Hinblick auf den atmosphärischen Druck, wodurch die Abmessungen und das Gewicht verringert werden können.
Weiter kann bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Neigungswinkel des Emitters 1 in einem Zustand eingestellt werden, in dem die Position der Spitze des Emitters 1 konstant gehalten wird. Daher kann die Neigungssteuerung, an der die Ionenquellenvorrichtung befestigt ist, um die Emissionsrichtung der Ionen von dem Emitter 1 mit der optischen Achse des Ladungsteilchenmikroskops auszurichten, problemlos und sehr genau durchgeführt werden.
Als Nächstes wird der Austausch des Emitters beschrieben, der mit der Neigungseinrichtung 13 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet und in der Emitterkammer angeordnet ist.
Beim Austausch des Emitters, der mit einem Bruch des Vakuums in der GFIQ 100 verbunden ist, wird ein Sockel mit einem neuen Emitter 1 auf einem Emittersockel (Isoliermaterial) 12 befestigt und als Ionenquelle angeordnet. Eine Emitterkammer wird mit einer Emitterkammer mit einem Ablassventil 18 (in 1 und 5 gezeigt) verbunden. Wenn der Emitter ausgetauscht werden soll, wird das Ablassventil 18 geöffnet, um die Emitterkammer und die Ionenquellenkammer abzusaugen, wodurch diese auf ein ultrahohes Vakuum gebracht werden. Danach wird der Emitter 1 durch Widerstandsheizung eines V-förmige Fadens 1a einem Erwärmen (Kurzzeit-Hochtemperaturerwärmung) und Tempern (Langzeit-Hochtemperaturerwärmung) im Vakuum ausgesetzt und dadurch gereinigt. Wenn ein Ionenmaterialgas in die Ionisationskammer eingebracht wird, um Ionen zu emittieren, ist das Ablassventil 18 geschlossen. Dieses Öffnen/Schließen des Ventils kann automatisch in Verbindung mit einem Betätigungsbefehl von dem Rasterladungsteilchenmikroskop oder in nicht kooperativer Weise manuell bewirkt werden.
Wenn jedoch die Absauggeschwindigkeit der Ionisationskammer geopfert wird und der Verringerung des Wärmeeintrags in die zu kühlende Ionisationskammer, des durch die Wärmestrahlung und Wärmeleitung verursachten Wärmeeintrag, der Vorzug gegeben wird, müssen die Ablassöffnung 403 für das Absaugen und das Ablassventil 18 nicht vorgesehen sein.
Der interne Aufbau des Vakuumgehäuses 8 wird nachstehend anhand von 5 ausführlich beschrieben.
Das Innere des Vakuumgehäuses 8 der Ionenquelle wird mit einer Vakuumpumpe 406 auf ein ultrahohes Vakuumniveau gebracht. Der Emitter 1 in dem Vakuumgehäuse 8 wird auf eine sehr niedrige Temperatur gekühlt. Zusätzlich kann ein Wärmeabschirmung 402, die auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur des Vakuumgehäuses 8 und eine höhere Temperatur als die des Emitters 1 eingestellt ist, speziell 100 K oder so, vorgesehen sein, um eine Wärmestrahlung von dem Vakuumgehäuse 8 zu verhindern, dessen Temperatur der Raumtemperatur entspricht.
In diesem Fall kann die Neigungseinrichtung 13, mit der der Emittersockel 12 gehalten wird, von der Wärmeabschirmung 402 durch einen Wärmedämmabschnitt 404 oder von dem Vakuumgehäuse 8 der Ionenquelle gehalten werden, während der Wärmeanker über die Wärmeabschirmung 402 erfolgt. Der Wärmedämmabschnitt 404 sollte aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, etwa einem Kunststoff oder einem dünnwandigen Metallrohr.
Das Erwärmen und Tempern erfolgen durch Herausnehmen eines elektrisch leitenden Drahts 400, der an den V-förmigen Faden 1a angeschlossen ist, aus dem Vakuum und Anschließen desselben an eine Heizstromversorgung 401. Weil sich der Druck im Vakuumgehäuse 8 der Ionenquelle beim Austausch des Emitters vorübergebend auf atmosphärischen Druck ändert, muss die atmosphärische Luft oder der Stickstoff, der ein Spülgas ist, nach dem Austausch des Emitters mit der Vakuumpumpe 406 abgesaugt werden.
Das Innere des Vakuumgehäuses 8 wird auf ein ultrahohes Vakuumniveau gebracht, um zu verhindern, dass sich die Reinheit des Ionenmaterialgases verschlechtert. Bei diesem Verfahren müssen das Innere und Äußere des Vakuumgehäuses 8 erwärmt (gehärtet) werden, um ein in dem Vakuumgehäuse 8 absorbiertes oder enthaltenes Verunreinigungsgas durch Entlastung auf atmosphärischen Druck zu entgasen (entfernen).
Der Druck des Verunreinigungsgases in der Ionisationskammer nimmt beim Härten oder Einbrennen zu. Daher wird das Ablassventil 18, das die Ablassöffnung 403 an der Seitenwand der Ionisationskammer öffnen und schließen kann, zurückgezogen (geöffnet), um die Ablassöffnung 403 in einen geöffneten Zustand zu bringen. Die Absauggeschwindigkeit der Vakuumpumpe 406 kann dadurch verbessert werden, und ein ultrahohes Vakuum kann in der Ionisationskammer erreicht werden.
Das Vakuumablassventil 18 kann mit einem Ventilantriebsmechanismus 405 geöffnet und geschlossen werden. Wenn jedoch das Vakuumablassventil 18 und der Ventilantriebsmechanismus 405 ständig miteinander verbunden sind, nimmt der Zustrom von Wärme aus der Raumtemperatur in die zu kühlende Ionisationskammer zu, und die Temperatur kann eventuell nicht gesenkt werden.
Daher ist das Vakuumablassventil 18 im Allgemeinen auf einen normalerweise geschlossenen Zustand eingestellt, in dem es die Ablassöffnung 403 blockiert, und das Vakuumablassventil 18 ist von dem Ventilantriebsmechanismus 405 durch ein Halteelement 18c getrennt. Das Halteelement 18c ist mit der Wärmeabschirmung 402 verbunden und über eine Ventildichtung 18a und ein dünnwandiges Rohr 18b aus einem Wärmeisoliermaterial angeschlossen. Daher ist es möglich, den Zustrom von Wärme in die Ionisationskammer extrem zu verringern.
Folglich ist der Ventilantriebsmechanismus 405 nur mit dem Halteelement 18c verbunden, wenn das Einbrennen oder Absaugen des Ionenmaterialgases erfolgt. Die Bewegung des Ventilantriebsmechanismus 405 wird auf die Ventildichtung 18a übertragen, und dadurch ist es möglich, den unerwünschten Zustrom von Wärme in die Ionisationskammer auszuschalten.
Zusätzlich muss ein wichtiger Fall berücksichtigt werden, bei dem in dem Ionenemitter 1 bei der Regenerierung einer Nanospitze Probleme auftreten und eine Messung der Temperatur des Emitters 1 beim Erwärmen oder Tempern erforderlich ist.
Der Emitter 1 ist an eine Hochspannungsleitung angeschlossen, und auch in Bezug auf die Kühlleistung ist es schwierig, ein Thermoelement zur Temperaturmessung in der Umgebung des Emitters 1 vorzusehen. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, kann eine Temperaturmessung unter Nutzung des von dem Emitter 1 emittierten Lichts angewendet werden.
Bei der Regenerierung der Nanospitze in dem Rasterladungsteilchenmikroskop mit der GFIQ werden das Erwärmen oder das Kurzzeittempern des Emitters 1 im Allgemeinen durchgeführt, ohne die Stromversorgung der Kühleinrichtung auszuschalten (um eine zeitliche Verlängerung der Temperaturdrift im Kühlsystem zu vermeiden). Bei der Steuerung zur Konstanthaltung der Leistung für das Erwärmen oder Tempern wird die Heiztemperatur in großem Maße durch die Temperatur des Emittersockels 12 (durch Wärmeleitung) und die Temperatur der Substanzen einschließlich des Emitters 1 (durch Wärmestrahlung) beeinflusst.
Der Widerstand des V-förmigen Fadens (W-Draht) 1a, an dem der Emitter 1 angebracht ist, ist auch abhängig von der Temperatur. Selbst wenn der Widerstand konstant geregelt wird, werden die vorstehenden Wirkungen erhalten. Es ist daher wünschenswert, dass die Temperatur des Emitters gemessen wird, um den Emitter auf eine gewünschte Emittertemperatur zu erwärmen.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, wird das von dem Emitter 1 emittierte Licht 6 mit einer Temperaturmesseinrichtung 9 unter Nutzung von emittiertem Licht durch ein Ionenquellenkammer-Fenster 7 gemessen. Obwohl sich die Emitterkammer-Seitenwand 4 in dem optischen Pfad für das emittierte Licht 6 befindet, ist ein Element 5, das für das emittierte Licht 6 transparent ist, in der Seitenwand 4 der Emitterkammer gebildet.
Dieses Element 5 hat die Wirkung, das Einbringen eines Gases in die Emitterkammer zu blockieren. Durchtritt und Diffusion des eingebrachten Gases, die in Fällen auftreten können, wenn zum Beispiel eine Öffnung in einer Emitterkammer-Seitenwand 4 vorgesehen ist, treten daher nicht auf. Wegen dieser Wirkung ist es möglich, eine Verringerung der Effizienz der Gaszufuhr zu der Emitterspitze zu vermeiden, die auftritt, wenn das Gas aus der Öffnung austritt. Diese Wirkung verhindert auch die Ausdehnung des Ionenstrahls aufgrund einer Zunahme der Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen einem extrahierten Ion und einem Gasatom (oder Molekül), die dadurch entsteht, dass das ausgetretene Gas den Vakuumgrad im hinteren Teil der Öffnung der Ionenextraktionselektrode verschlechtert.
Weiter kann bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Emitterkammer-Seitenwand 4 aus einem transparenten Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Saphir zum Beispiel, hergestellt wird, das von dem Emitter 1 emittierte Licht gemessen werden, ohne das transparente Element 5 vorzusehen, und eine ähnliche Wirkung kann dennoch erreicht werden.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der optische Pfad von dem Fenster 7 in der Ionenquellenkammerwand zur Temperaturmesseinrichtung 9 unter Nutzung des emittierten Lichts linear. Der optische Pfad kann jedoch ganz oder teilweise durch einen Lichtwellenleiter ersetzt werden. Dadurch kann der optische Pfad gekrümmt werden, während die elektrische Isolierung aufrechterhalten bleibt.
Wenn das Fenster 7 der Ionenquellenkammer und andere Teile mit der Endfläche des Lichtwellenleiters versiegelt sind, können der Durchtritt und die Diffusion des eingebrachten Gases aus dem Fenster ebenfalls verhindert werden.
Die in Patentdokument 3 beschriebene Technik, die der bekannten Technik entspricht, wird als ein Vergleichsbeispiel nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei der berührungslosen Temperaturmessung unter Nutzung des von dem Emitter abgestrahlten Lichts, die in Patentdokument 3 beschrieben ist, ist ein flüssiges Metall, das den Emitter selbst benetzt, ein Innenmaterial, das heißt eine FMIQ.
Bei der GFIQ jedoch ist das Ionenmaterial ein Gas, und der Emitter ist in der Emitterkammer vorgesehen, um ein Gasatom (oder ein Molekül) effizient zur Spitze des Emitters zu transportieren. Aus diesem Grund tritt das von dem Emitter beim Erwärmen emittierte Licht nicht aus, außer dem Licht, das in Richtung der Ionenextraktionsöffnung (dient auch als Ionenextraktionsöffnung für die Extraktionselektrode) in der Emitterkammer emittiert wird.
Wenn eine Öffnung zur Erfassung des emittierten Lichts in der Emitterkammer vorgesehen ist, tritt das Ionenmaterialgas aus der Öffnung aus und kann nicht effizient zur Spitze des Emitters transportiert werden. Weiter verschlechtert das ausgetretene Gas den Vakuumgrad im hinteren Teil der Öffnung der Ionenextraktionselektrode, und die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen extrahierten Ionen und Gasatomen (oder Molekülen) nimmt zu. Die Leistung eines Strahls wird dadurch verringert.
Andererseits kann bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Emittertemperatur gemessen werden, ohne die Strahlleistung zu verschlechtern.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert. 3 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Rasterladungsteilchenmikroskops nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 umfasst das Rasterladungsteilchenmikroskop nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Linsensystem 200, das die Ionen 25 aus einem Emitter 1 einer GFIQ 100 beschleunigt, die Ionen 25 fokussiert und sie auf eine Probe abstrahlt, und einen Ladungsteilchendetektor 36, der ein von der Probe emittiertes Ladungsteilchen 35 erfasst. Die GFIQ 100 weist einen Aufbau auf, der der GFIQ in der ersten Ausführungsform entspricht.
Die Ionen 25 werden mit einer Fokussierlinse 26 und einer Objektivlinse 32, die die Hauptbestandteile des Linsensystems 200 bilden, auf die Probe 34 fokussiert. Ein Strahldeflektor/-ausrichter 27, eine variable Strahlbegrenzungsblende 28, eine Austastelektrode 29, eine Austaststrahl-Sperrplatte 30 und ein Strahldeflektor 31 sind zwischen den Linsen 26 und 32 angeordnet.
Das von der Probe 34 emittierte Sekundärelektron 35 wird mit dem Sekundärelektronendetektor 36 erfasst. Eine Strahlsteuerungseinheit 37 steuert die GFIQ 100, die Fokussierlinse 26, die Objektivlinse 32, den oberen Strahldeflektor/-ausrichter 27, den unteren Strahldeflektor 31, den Sekundärelektronendetektor 36 usw.
Ein PC 38 steuert die Strahlsteuerungseinheit 37 und führt die Verarbeitung und Speicherung der verschiedenen Daten durch. Eine Bildanzeigeeinrichtung 39 zeigt ein Rasterionenmikroskop-Bild (Rasterionenmikroskop, abgekürzt RIM) und einen Steuerungsbildschirm auf dem PC 38 an.
Wenn ein Ar- oder Ne-Gas in die GFIQ 100 eingebracht wird und ein Ar- oder Ne-Ion emittiert wird, wird der Emitter 1 auf etwa 70 K gekühlt. Wenn ein He-Gas eingebracht und ein He-Ion emittiert wird, wird der Emitter 1 auf etwa 20 K gekühlt, um die Helligkeit der Ionenquelle zu erhöhen.
Insbesondere wenn der Emitter 1 auf eine niedrige Temperatur von etwa 20 K gekühlt wird, wie in einem He-Ionenmikroskop, muss der Aufbau der Ionenquelle eine gute Kühlleistung aufweisen. Ein Aufbau mit kleinen Abmessungen wie etwa der bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschriebene Aufbau, bei dem die Neigungseinrichtung 13 mit dem Emitter 1 verbunden und in der Ionenquellenkammer angeordnet ist, ist sehr geeignet.
Ein mit einem Helium-Rasterionenmikroskop betrachtetes Bild ist empfindlich für die Oberflächendaten einer Probe und weist außerdem Eigenschaften wie eine hohe Auflösung oder eine große Schärfentiefe auf. Weil das He-Ion leicht ist, ist die Beschädigung der Probe aufgrund der Bestrahlung gering. Weil die Ne- und Ar-Ionen andererseits jedoch schwer sind, kann die Bestrahlung mit ihnen Sputtern verursachen, was für die Anwendung in der Mikroherstellung genutzt werden kann.
Wenn die auf dem oberen Teil des Rasterladungsteilchenmikroskops montierte GFIQ 100 groß und schwer ist, neigt sie dazu, von einer Seite zur anderen zu schwingen, und kann daher aufgrund von Schwingungen einen Fehler in einem mikroskopischen Bild verursachen.
Das hochauflösende Rasterladungsteilchenmikroskop nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mit kleineren Abmessungen und geringerem Gewicht ausgeführt werden, ohne die Leistung der Ionenquelle in der GFIQ 100 zu verringern. Sie schwingt nicht ohne weiteres von einer Seite zu anderen und kann das Auftreten von Fehlern aufgrund von Schwingungen in einem mikroskopischen Bild verhindern.
Weiter kann bei dem Emitter 1 der GFIQ 100 der Neigungswinkel desselben in einem Zustand eingestellt werden, in dem die Position der Spitze des Emitters 1 konstant gehalten wird. Aus diesem Grund können Einstellungen der Richtung der Ionenemission und der optischen Achse des Rasterladungsteilchenmikroskops problemlos und sehr genau vorgenommen werden.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert.
Wenn eine Hochspannung, die für eine Extraktionselektrode 3 negativ ist, an einen Emitter 1 in einem ultrahohen Vakuum angelegt wird, werden von der Spitze des Emitters 1 durch ein starkes elektrisches Feld Elektronen emittiert. Daher kann eine GFIQ 100 auch als Feldemissions-Elektronenquellenvorrichtung (Feldemission, abgekürzt FE) betrieben werden.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Beispiel dafür, dass die vorliegende Erfindung sowohl für eine Elektronenquellenvorrichtung als auch für ein Rasterelektronenmikroskop anwendbar ist. Der Aufbau der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht den in 1 und 3 gezeigten Beispielen.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 3 erläutert. Das Linsensystem 200 ist ein elektrostatisches System. Daher kann, wenn das anzulegende Linsenpotenzial in positiver/negativer Polarität umgekehrt und eingestellt wird, das Linsensystem 200 auch als ein Rasterelektronenmikroskop (abgekürzt REM) dienen.
Wenn ein Elektron aus dem Emitter 1 extrahiert wird, beträgt der Emissionswinkel desselben von einem Atom zwischen 2 und 3 Grad und ist um etwa 1 Grad größer als bei der Ionenemission. Eine Emitterachse für den Fall, dass die Achse der Elektronenemission aus dem Emitter 1 mit der optischen Achse eines REM ausgerichtet ist, und eine Emitterachse für den Fall, dass die Achse der Ionenemission mit der optischen Achse eines RIM ausgerichtet ist, stimmen jedoch nicht immer überein. Es ist nötig, am REM und RIM jeweils eine axiale Ausrichtung des Emitters 1 mit der Neigungseinrichtung 13 durchzuführen.
Wenn jedoch die Neigungswinkel basierend auf ihrer axialen Ausrichtung, die Potenziale der Linsensysteme und die Bedingungen für die axiale Ausrichtung einmal in dem PC 38 gespeichert sind, können sie automatisch umgeschaltet werden, indem der Betrieb des REM bzw. RIM gewählt wird.
Nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung, die kompakte Abmessungen und eine hohe Leistung aufweist und eine Neigungseinstellung in einem Zustand durchführen kann, in dem die Position der Spitze eines Emitters konstant gehalten wird, und ein damit ausgestattetes Rasterladungsteilchenmikroskop bereitgestellt werden. Die Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung in dem Rasterladungsteilchenmikroskop kann auch als eine Elektronenquellenvorrichtung dienen.
Erklärung der Bezugszeichen

1 ... Emitter, 2 ... Ionenextraktionsöffnung, 3 ... Extraktionselektrode, 4 ... Emitterkammerwand, 5 ... transparentes Element, 6 ... vom Emitter ausgesendetes Licht, 7 ... Fenster in der Ionenquellenkammerwand, 8 ... Vakuumgehäuse der Ionenquelle, 9 ... Temperaturmesseinrichtung unter Nutzung des emittierten Lichts, 10 ... Kühleinrichtung, 11 ... Metallgewebe, 12 ... Emittersockel (Isoliermaterial), 13 ... Neigungseinrichtung, 13a ... beweglicher Teil der Neigungseinrichtung, 13b ... nicht beweglicher Teil der Neigungseinrichtung, 14, 14a, 14b ... Gleitflächen, 15 ... Metallrohr, 16a, 16b ... bewegliche Flächen der Neigungseinrichtung, 17a, 17b ... Neigungseinrichtung, 17c ... zweiter beweglicher Teil, 17d ... erster beweglicher Teil, 18 ... Ablassventil, 18a ... Ventildichtung, 18b ... dünnwandiges Rohr, 18c ... Halteelement, 25 ... emittierter Ionenstrahl, 26 ... Fokussierlinse, 27 ... Strahldeflektor/-ausrichter, 28 ... variable Strahlbegrenzungsblende, 29 ... Austastelektrode, 30 ... Austaststrahl-Sperrplatte, 31 ... Strahldeflektor, 32 ... Objektivlinse, 34 ... Probe, 35 ... Sekundärelektron, 36 ... Sekundärelektronendetektor, 37 ... Strahlsteuerungseinheit, 38 ... PC, 39 ... Bildanzeigeeinrichtung, 100 ... Gasfeldionisations-Ionenquelle (GFIQ), 200 ... Linsensystem, 300 ... piezoelektrisches Element, 301 ... Motor, 302 ... Zahnrad, 303 ... Schubantrieb, 304 ... Welle, 400 ... elektrisch leitender Draht, 401 ... Heizstromversorgung, 402 ... Wärmeabschirmung, 403 ... Ablassöffnung, 404 ... Wärmedämmabschnitt, 405 ... Ventilantriebsmechanismus, 406 ... Vakuumpumpe.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0217555 [0010]
JP 2008-140557 A [0010]
JP 5-82061 A [0010]
JP 10-321174 A [0010]

Claims

Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung mit einem nadelförmigen Anodenemitter (1), einer Extraktionselektrode (3) zum Erzeugen eines elektrischen Felds und dadurch zum Ionisieren und Extrahieren von Gasmolekülen an einem Spitzenabschnitt des Emitters (1), einer Ionenquellenkammer mit dem darin angeordneten Emitter (1) und der Extraktionselektrode (3) und einer Neigungseinrichtung (13) zum Einstellen des Neigungswinkels des Emitters, wobei die Neigungseinrichtung (13) im Inneren der Ionenquellenkammer angeordnet ist und der Neigungswinkel des Emitters (1) mit der Neigungseinrichtung (13) in einem Zustand eingestellt wird, in dem die Position des Spitzenabschnitts des Emitters (1) in etwa konstant gehalten wird.
Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Neigungseinrichtung (13) einen beweglichen Teil (13a), der mit dem Emitter (1) verbunden ist und den Emitter (1) neigt, und einen nicht beweglichen Teil (13b) aufweist, der den beweglichen Teil (13a) über eine Gleitfläche (14) bewegt.
Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Gleitfläche der Neigungseinrichtung (13) eine Fläche mit einer Form ist, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine Linie ist, die durch die Spitze des Emitters (1) verläuft.
Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der bewegliche Teil (13a) der Neigungseinrichtung (13) einen ersten beweglichen Teil (17d), der von dem nicht beweglichen Teil (13d) über eine erste Gleitfläche (14b) angetrieben wird, und einen zweiten beweglichen Teil (17c) aufweist, der von dem ersten beweglichen Teil (17d) über den ersten beweglichen Teil (17d) und eine zweite Gleitfläche (14a) angetrieben wird, wobei die erste Gleitfläche (14b) eine Fläche mit einer Form ist, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine erste gerade Linie ist, die durch die Spitze des Emitters (1) verläuft und in etwa senkrecht zu der Emissionsrichtung der Ionen aus dem Emitter (1) ist, und wobei die zweite Gleitfläche (14a) eine Fläche mit einer Form ist, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine zweite gerade Linie ist, die in etwa senkrecht zu der ersten geraden Linie verläuft.
Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der nicht bewegliche Teil (13b) der Neigungseinrichtung (13) ein erstes piezoelektrisches Element aufweist, das den ersten beweglichen Teil (17d) antreibt, und der erste bewegliche Teil der Neigungseinrichtung ein zweites piezoelektrisches Element aufweist, das den zweiten beweglichen Teil (17c) antreibt.
Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung mit einem nadelförmigen Anodenemitter (1), einer Extraktionselektrode (3) zum Erzeugen eines Felds und dadurch zum Ionisieren und Extrahieren von Gasmolekülen an einem Spitzenabschnitt des Emitters (1) und einer Emitterkammer mit dem darin angeordneten Emitter (1), in die ein Gas als Ionenmaterial eingebracht wird, wobei mindestens ein Teil der Emitterkammer aus einem transparenten Element gebildet ist, das Licht durchlässt, und wobei die Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung eine Temperaturmesseinrichtung (9) unter Nutzung des emittierten Lichts zur Messung der Temperatur des Emitters (1) auf der Grundlage des emittierten Lichts aufweist, das von dem transparenten Element des Emitters (1) durchgelassen wird.
Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung mit einem nadelförmigen Anodenemitter (1), einer Extraktionselektrode (3) zum Erzeugen eines Felds und dadurch zum Ionisieren und Extrahieren von Gasmolekülen an einem Spitzenabschnitt des Emitters (1), einer Ionenquellenkammer mit dem darin angeordneten Emitter (1) und der Extraktionselektrode (3) und einer Neigungseinrichtung (13) zum Einstellen des Neigungswinkels des Emitters, wobei die Neigungseinrichtung (13) im Inneren der Ionenquellenkammer angeordnet ist und der Neigungswinkel des Emitters (1) mit der Neigungseinrichtung (13) in einem Zustand eingestellt wird, in dem die Position des Spitzenabschnitts des Emitters (1) in etwa konstant gehalten wird, wobei mindestens ein Teil der Emitterkammer aus einem transparenten Element gebildet ist, das Licht durchlässt, und wobei die Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung eine Temperaturmesseinrichtung (9) unter Nutzung des emittierten Lichts zur Messung der Temperatur des Emitters (1) auf der Grundlage des emittierten Lichts aufweist, das von dem transparenten Element des Emitters (1) durchgelassen wird.
Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein beweglicher Teil (13a) der Neigungseinrichtung (13) einen ersten beweglichen Teil (17d), der von einem nicht beweglichen Teil (13d) über eine erste Gleitfläche (14b) angetrieben wird, und einen zweiten beweglichen Teil (17c) aufweist, der von dem ersten beweglichen Teil (17d) über den ersten beweglichen Teil (17d) und eine zweite Gleitfläche (14a) angetrieben wird, wobei die erste Gleitfläche (14b) eine Fläche mit einer Form ist, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine erste gerade Linie ist, die durch die Spitze des Emitters (1) verläuft und in etwa senkrecht zu der Emissionsrichtung der Ionen aus dem Emitter (1) ist, und wobei die zweite Gleitfläche (14a) eine Fläche mit einer Form ist, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, deren Mittelachse eine zweite gerade Linie ist, die in etwa senkrecht zu der ersten geraden Linie verläuft.
Rasterladungsteilchenmikroskop mit der Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einem Linsensystem zum Beschleunigen der aus der Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung emittierten Ionen, zum Fokussieren der Ionen und zum Anwenden derselben auf eine Probe und einem Ladungsteilchendetektor zum Detektieren der von der Probe emittierten Ladungsteilchen.
Rasterladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 9, wobei die von der Gasfeldionisations-Ionenquellenvorrichtung emittierten Ionen Heliumionen sind.