DE112010004053T5

DE112010004053T5 - Gasfeldionisations-Ionenquelle und Ionenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112010004053T5
Application number: DE112010004053T
Authority: DE
Inventors: Tohru Ishitani; Yoshimi Kawanami
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: US9196453B2; WO2011046116A1; JP5383419B2; DE112010004053B4; US20120199758A1; US20140326897A1; JP2011086465A; US8809801B2

Abstract

Es wird eine Gasfeldionisations-Ionenquelle beschrieben, die schwere Ionen mit großer Helligkeit emittieren kann, die zum Bearbeiten einer Probe geeignet sind. Die Gasfeldionisations-Ionenquelle der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Temperatursteuerung, die die Temperatur am vorderen Ende einer Emitterelektrode (1) und die Temperatur eines Gaseinführungsöffnungsabschnitts (3) einer Gaszuführungseinheit individuell kontrolliert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasfeldionisations-Ionenquelle und eine Ionenstrahlvorrichtung mit einer solchen Ionenquelle.
STAND DER TECHNIK
Das weiter unten bezeichnete Nicht-Patent-Dokument 1 beschreibt Vorrichtungen mit einem fokussierten Ionenstrahl (abgekürzt FIS-Vorrichtungen) mit jeweils einer Gasfeldionisations-Ionenquelle (abgekürzt GFIQ), bei der die Gasionen von Wasserstoff (H₂), Helium (He), Neon (Ne) und dergleichen verwendet werden. Solche Gas-FIS-Vorrichtungen haben den Vorteil, daß im Gegensatz zu den derzeit üblichen Gallium-FIS-Vorrichtungen (Ga: ein Metall) mit einer Flüssigmetall-Ionenquelle (abgekürzt FMIQ) die Proben nicht mit Ga verunreinigt werden. Nach dem Nicht-Patent-Dokument 1 können mit GFIQn feinere Strahlen ausgebildet werden als mit Ga-FIS-Vorrichtungen, da die von der GFIQ extrahierten Ionen eine geringe Energiebreite haben und die Quelle für die Ionengeneration klein ist.
Die weiter unten bezeichneten Nicht-Patent-Dokumente 2 und 3 und das ebenfalls weiter unten bezeichnete Patent-Dokument 1 beschreiben, daß das das Vorsehen eines Mikrovorsprungs (einer Emitterspitze) am vorderen Ende des Emitters einer GFIQ oder die Verringerung der Anzahl von Atomen am vorderen Ende des Emitters auf einige wenige Atome die Eigenschaften der Ionenquelle verbessern, etwa die Winkelstromdichte der Ionenquelle erhöhen. In den Patent-Dokumenten 2 und 3 ist ein Beispiel für die Herstellung eines solchen Mikrovorsprungs aus dem Wolfram (W) des Emittermaterials durch Feldverdampfung beschrieben. Das weiter unten bezeichnete Nicht-Patent-Dokument 3 beschreibt die Herstellung des Mikrovorsprungs unter Verwendung eines zweiten Metalls, das sich von dem ersten Metall des Emittermaterials unterscheidet.
Das Nicht-Patent-Dokument 2 und die Patent-Dokumente 2 und 3 beschreiben Rastermikroskope mit geladenen Teilchen und mit GFIQn, die He-Ionen als ein leichtes Element abgeben. Hinsichtlich des Gewichts der eingestrahlten Teilchen ist ein He-Ion etwa 7000-mal schwerer als ein Elektron, hat aber nur etwa 1/17 des Gewichts eines Ga-Ions. Die von der Größe des auf die Atome der Probe übertragenen Impulses abhängige Schädigung der Probe ist damit bei der Einstrahlung von He-Ionen etwas größer als bei Elektronen und viel kleiner als bei der Einstrahlung von Ga-Ionen. Darüberhinaus ist der Bereich, in dem durch das Eindringen der eingestrahlten Teilchen in die Probenoberfläche Sekundärelektronen angeregt werden, auf der Probenoberfläche viel starker lokalisiert als bei der Einstrahlung von Elektronen. Es ist daher zu erwarten, daß die mit einem Rasterionenmikroskop (abgekürzt RIM) erhaltenen Abbildungen Informationen von der Probenoberfläche besser wiedergeben als die mit einem Rasterelektronenmikroskop (abgekürzt REM) erhaltenen Abbildungen. Hinsichtlich der Mikroskopeigenschaften kann außerdem der Beugungseffekt bei der Bündelung eines Ionenstrahls vernachlässigt werden, da Ionen schwerer sind als Elektronen. Entsprechend sind RIMs durch eine Abbildung mit einer sehr großen Schärfentiefe charakterisiert.
In dem weiter unten bezeichneten Nicht-Patent-Dokument 3 ist angegeben, daß durch Herabsetzen der Temperatur der Emitterspitze in der GFIQ der Ionenstrom erhöht werden kann. Es ist im Nicht-Patent-Dokument 3 auch angegeben, daß, wenn die Temperatur unter den Verdampfungspunkt (Siedepunkt) des Gases abgesenkt wird, der Ionenstrom nicht mehr ansteigt, sondern im Gegenteil in manchen Fällen absinkt.
In dem weiter unten bezeichneten Patent-Dokument 3 ist angegeben, daß bei der GFIQ eine Gasmischung verwendet wird. Das Komponentenverhältnis des hinzugefügten Gases ist sehr klein, und ist nicht klar, zu welchem Zweck das Gas hinzugefügt wird. Aus der Beschreibung kann darauf geschlossen werden, daß erwartet wird, daß das hinzugefügte Gas zur Ausbildung oder Wiederherstellung des vorderen Endes der Emitterspitze beiträgt oder dazu beiträgt, die Ionenquelle zu stabilisieren. Im gleichen Dokument ist angegeben, daß die Gasfeldionisations-Ionenquelle mehrere unabhängige Gaszuführeinrichtungen enthält.
In dem weiter unten bezeichneten Patent-Dokument 4 ist angegeben, daß dem Emitterbereich ein erstes und ein zweites Gas zugeführt wird, um Ionenstrahlen aus dem ersten und dem zweiten Gas zu erzeugen.
Das weiter unten bezeichnete Patent-Dokument 5 beschreibt eine Ionenquelle mit zwei oder mehr Gaseinführungsleitungen, um zwischen einem Gasionenstrahl zum Bearbeiten einer Probe und einem Gasionenstrahl zum Betrachten der Probe umschalten zu können.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
PATENT-DOKUMENTE

Patent-Dokument 1: Japanische Patent-Veröffentlichungsschrift Nr. 58-854242
Patent-Dokument 2: Japanische Patent-Veröffentlichungsschrift Nr. 7-192669
Patent-Dokument 3: Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2009-517846
Patent-Dokument 4: Japanische Patent-Veröffentlichungsschrift Nr. 2009-187950
Patent-Dokument 5: Japanische Patent-Veröffentlichungsschrift Nr. 2008-270039

NICHT-PATENT-DOKUMENTE

Nicht-Patent-Dokument 1: K. Edinger, V. Yun, J. Melngailis, J. Orloff und G. Magera, J. Vac. Sci. Technol. B 15 (Nr. 6) (1997) 2365
Nicht-Patent-Dokument 2: J. Morgan, J. Notte, R. Hill und B. Ward, Microscopy Today, 14. Juli (2006) 24
Nicht-Patent-Dokument 3: H.-S. Kuo, I.-S. Hwang, T.-Y. Fu, Y.-H. Lu, C.-Y. Lin und T. T. Tsong, Appl. Phys. Letters 92 (2008) 063106

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei der Verwendung einer GFIQ zum Bearbeiten einer Probe wie im Falle von Ga-FIS-Vorrichtungen wird ein Gas verwendet, das schwere Ionen mit einer hohen Sputterrate erzeugt, etwa zum Beispiel Argon (Ar). Da ein solches Gas jedoch in der Regel einen hohen Verdampfungspunkt (Siedepunkt) aufweist, muß die Temperatur des Gases hoch genug gehalten werden, was wiederum zu einer Erhöhung der Temperatur der Emitterspitze führt. Dadurch wird es schwierig, einen hohen Ionenstrom zu erhalten, so daß es schwer wird, einen Ionenstrahl mit großer Helligkeit zu erzeugen.
Mit der vorliegenden Erfindung soll dieses Problem gelöst werden, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine GFIQ zu schaffen, mit der schwere Ionen mit hoher Helligkeit emittiert werden können, die auch dafür geeignet sind, eine Probe zu bearbeiten.
Die erfindungsgemäße Gasfeldionisations-Ionenquelle umfaßt eine Temperatursteuerung zur individuellen Steuerung der Temperatur an der Spitze der Emitterelektrode und der Temperatur an der Gaseinführungsöffnung einer Gaszuführeinheit.
Bei der erfindungsgemäßen Gasfeldionisations-Ionenquelle kann die Temperatur an der Spitze der Emitterelektrode abgesenkt werden, auch wenn das Gas selbst auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Die Temperatur an der Spitze der Emitterelektrode kann damit abgesenkt werden, um einen Ionenstrahl mit hoher Helligkeit zu erhalten, während die Temperatur des Gases angehoben wird, um schwere Ionen zu emittieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung 200 bei einer Ausführungsform 1.
2 zeigt den inneren Aufbau einer Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4.
3 ist eine Schnittansicht eines Aufbaus mit einem modifizierten Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 einer Gaszuführungsleitung 30.
4 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung 200 bei einer Ausführungsform 2.
5 ist eine Schnittansicht des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung 200 bei einer Ausführungsform 3.
6A und 6B sind Darstellungen der Veränderung des Ionenstrahls bei einer Erhöhung der Extraktionsspannung.
7 zeigt den inneren Aufbau einer Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 bei der Ausführungsform 3.
8 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung 200 bei einer Ausführungsform 4.
9A bis 9D sind Ansichten von Beispielen des Aufbaus von GFIQn mit den gleichen vorteilhaften Auswirkungen wie bei den Ausführungsformen 1 bis 5.
ARTEN DER ERFINDUNGSAUSFÜHRUNG
<Ausführungsform 1>
Die 1 zeigt eine Schnittansicht des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung 200 bei der Ausführungsform 1. Die Ionenstrahlvorrichtung 200 umfaßt eine Gasfeldionisations-Ionenquelle (GFIQ). Der von der GFIQ emittierte Ionenstrahl wird gebündelt und auf eine Probe eingestrahlt, um die Probe zu betrachten oder zu bearbeiten. Es folgt eine Beschreibung der in der 1 dargestellten Bauteile.
Ein Vakuumbehälter 10 wird von einem Vakuumpumpensystem (nicht gezeigt), das mit einer Absaugöffnung 11 verbunden ist, auf einem ultrahohen Vakuum im Bereich von 10^–8 Pa gehalten. Wenn die Ionenstrahlvorrichtung 200 nicht mit einer anderen Vorrichtung verbunden ist, wird der Vakuumbehälter 10 von einem Ventil 12 verschlossen.
In dem Vakuumbehälter 10 befinden sich eine Emitterspitze 1 mit einer nadelartigen Spitze und eine Extraktionselektrode 2 mit einer dem vorderen Ende der Emitterspitze 1 gegenüberliegenden Öffnung. Die Emitterspitze 1 besitzt einen Achsenausrichtmechanismus, der zur Vereinfachung der Beschreibung in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Am Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 einer Gaszuführungsleitung 30 wird zu ionisierendes Gas in der Nähe des vorderen Endes der Emitterspitze 1 zugeführt. Die Gaszuführungsleitung 30 ist über ein Ventil 32 mit einer Gasflasche 31 verbunden.
Die Emitterspitze 1 und die Extraktionselektrode 2 sind über Hochspannungs-Einführungsanschlüsse 40-1 und 40-2 mit einer Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4 verbunden. Zur Ionisation wird für das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Emitterspitze 1 nur eine Leitung benötigt. Bei der Ausführungsform 1 sind mit der Emitterspitze 1 zwei Leitungen verbunden, um eine Filamenteinheit an der Basis der Emitterspitze 1 aufheizen zu können.
Die Emitterspitze 1 wird durch den Wärmeaustausch mit einem Kühlkopf 20 gekühlt, der von der Außenseite des Vakuumbehälters 10 über ein geflochtenes Wärmeübertragungskabel (sauerstofffreies Kupfer) 21-1, eine Wärmeübertragungshalterung (sauerstofffreies Kupfer) 22-1 und einen Wärmeübertragungsisolator (Saphir) 23-1 eingeführt wird (der Kühlkopf 20 ist zum Beispiel mit einem Gifford-McMahon-Kühler verbunden). Der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 wird durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlkopf 20 über ein geflochtenes Wärmeübertragungskabel (sauerstofffreies Kupfer) 21-2 und eine Wärmeübertragungshalterung (sauerstofffreies Kupfer) 22-2 gekühlt. Der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 besteht aus sauerstofffreiem Kupfer mit guter Wärmeleitfähigkeit. Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit dieser Materialien können die Emitterspitze 1 und der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 auf im wesentlichen die gleiche Temperatur abgekühlt werden.
Eine Heizvorrichtung 25 heizt den Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 auf. Die Temperatur des Gaseinführungsöffnungsabschnitts 3 kann damit höher sein als die der Emitterspitze 1. Auch wenn ein Gas mit einem hohen Verdampfungspunkt verwendet wird, kann damit die Temperatur des Gases auf dem Verdampfungspunkt oder darüber gehalten werden.
Das genannte Material des sauerstofffreien Kupfers ist mit Gold beschichtet, um die Wärmeabstrahlung zu verringern. Wärmeisolierende Halterungen (dünnwandige Rohre aus Edelstahl) 24-1 und 24-3 tragen dazu bei, daß von außen keine Wärme eindringen kann. Darüberhinaus besteht die Gaszuführungsleitung 30 im Gegensatz zum Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 aus Edelstahl mit einer schlechten Wärmeleitfähigkeit und weist einige Windungen auf, damit sie sich über eine langen Zuleitungsweg erstreckt, wodurch das Eindringen von Hitze von außen verhindert wird. Damit die Temperatur jeder Einheit stabil bleibt, sind einige Hitzeschilde erforderlich, die jedoch zur Vereinfachung in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
Die 2 zeigt den inneren Aufbau einer Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4. Eine Beschleunigungsspannungssteuerung 43 und eine Extraktionsspannungssteuerung 44 steuern die Hochspannungs-Stromversorgungen 41-1 und 41-2 so, daß die untergeordnet-übergeordnete Beziehung zwischen der Beschleunigungsspannung Va und der Extraktionsspannung Vex so eingestellt wird, daß die angelegte Spannung nicht negativ wird.
Mit einer Stromversorgung 42 für eine Emitterspitzenheizung kann die Emitterspitze 1 auf etwa 1000 K aufgeheizt werden, um den Zustand ihrer Spitze zu verbessern. Die Heizung wird nicht zur Emission von Ionen verwendet.
Bei der Ausführungsform 1 umfaßt eine ”Temperatursteuerung” den Mechanismus zum Einstellen der Temperaturen der Emitterspitze 1 und der Gaszuführungsöffnung 3 mittels des Kühlkopfes 20, der geflochtenen Wärmeübertragungskabel, der Wärmeübertragungshalterungen, der Wärmeübertragungsisolatoren und der Heizvorrichtung 25. Die Stromversorgung 42 für die Emitterspitzenheizung ist bei der Ausführungsform 1 nicht in der Temperatursteuerung enthalten.
Die ”Gasfeldionisations-Ionenquelle” der Ausführungsform 1 umfaßt die Emitterspitze 1, die Extraktionselektrode 2, die Gaszuführungsleitung 30, den Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3, die Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4 und die erwähnte Temperatursteuerung.
Damit wurde der Aufbau der Ionenstrahlvorrichtung 200 bei der Ausführungsform 1 beschrieben. Es folgt nun eine Beschreibung der Arbeitsweise der Ionenstrahlvorrichtung 200 der Ausführungsform 1.
Wenn die Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4 an die Emitterspitze eine positive Spannung und an die Extraktionselektrode eine negative Spannung anlegt, werden einige der Gasatome (in manchen Fällen Moleküle) aus dem Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3, die das vordere Ende der Emitterspitze 1 erreichen, durch eine Feldionisation zu positiven Ionen, wodurch von der Spitze eine Ionenemission ausgeht.
Bei herkömmlichen Ionenstrahlvorrichtungen wird zur Erhöhung des Gasdrucks am vorderen Ende der Emitterspitze 1 vor dem Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 eine im wesentlichen geschlossene Kammer ausgebildet, und der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 und die Emitterspitze 1 werden mit dem gleichen Kühlmittel gekühlt. Bei einem solchen Aufbau befinden sich der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 und die Emitterspitze 1 im wesentlichen auf der gleichen Temperatur.
Wenn die Emitterspitze 1 zur Erhöhung der emittierten Ionen gekühlt wird, wird somit auch das Gas gekühlt. Wenn sich das Gas dem Verdampfungspunkt (Siedepunkt) nähert, wird es allmählich verflüssigt, so daß kein Gas mehr zugeführt wird. Dadurch wird eine Erhöhung der Anzahl der durch eine Feldionisation emittierten Ionen bei einem schweren Gas mit einem hohen Verdampfungspunkt verhindert.
Bei der Ausführungsform 1 ist daher ein Kühlsystem vorgesehen, damit sich der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 immer auf einer Temperatur befindet, die über der Temperatur der Emitterspitze 1 liegt. Durch den Kühlkopf 20, die geflochtenen Wärmeübertragungskabel 21-1 und 21-2, die Wärmeübertragungshalterungen 22-1 und 22-2 und den Wärmeübertragungsisolator 23-1 werden die Emitterspitze 1 und der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 gekühlt, um den Emitterstrom zu erhöhen und um einen Ionenstrahl mit hoher Helligkeit zu erhalten. Wegen des hohen Verdampfungspunktes von schweren Ionen wird der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 mittels der Heizvorrichtung 25 erforderlichenfalls aufgeheizt. Mit diesem Aufbau können die Temperaturen der Emitterspitze 1 und des Gaseinführungsöffnungsabschnitts 3 einzeln eingestellt werden.
Damit ist der Betrieb der Ionenstrahlvorrichtung 200 der Ausführungsform 1 beschrieben. Das folgende betrifft andere Punkte.
Bei der Ausführungsform 1 besteht die Emitterspitze 1 am vorderen Ende aus einem haarnadelkurvenförmigen Faden, der an einen Wolfram-Einkristall (W) angeschweißt ist. In der (111)-Kristallebene des W wird am vorderen Ende der Emitterspitze 1 eine Atompyramide aus Iridium (Ir) ausgebildet. Das Gas ist Argon (Ar). Die Masse von Argon ist etwas größer als die Hälfte der Masse eines Ga-Ions, weshalb Ar-Ionen für eine Bearbeitung geeignet sind.
Die Ionen-Extraktionsspannung beträgt etwa 4 kV. Der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 befindet sich einige Millimeter von der Emitterspitze 1 entfernt, um eine übermäßige Entladung zu verhindern. Wenn die Temperatur der Emitterspitze 1 auf etwa 40 K abgesenkt wird und dabei der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 bei einer Temperatur von etwa 90 K gehalten wird (der Siedepunkt von Ar liegt bei etwa 87 K), nimmt der Ionenstrom stetig zu.
Im Ergebnis kann der Ionenstrom des Ar, der um 70 K einen Maximalwert aufweist, auf ein Mehrfaches erhöht werden.
Bei der Ionenstrahlvorrichtung 200 kann zum Beispiel auch Xenon-Gas (Xe) verwendet werden, das schwerer ist als Ar. In einem solchen Fall muß die Temperatur des Gaseinführungsöffnungsabschnitts 3 auf etwa 170 K angehoben werden.
Bei der Ausführungsform 1 wird nur ein GM-Kühler verwendet, es können jedoch auch zwei unabhängige Kühler verwendet werden. Mit zwei unabhängigen Kühlern erhöhen sich die Kosten, die Temperatursteuerung wird dadurch jedoch einfacher. Ein zweiter GM-Kühler kann anstelle oder zusammen mit der Heizvorrichtung 25 vorgesehen werden, um zum Beispiel die Temperatur des Gaseinführungsöffnungsabschnitts 3 einzustellen.
Bei der Ausführungsform 1 hat die Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4 den in der 2 gezeigten Aufbau, es kann jedoch auch ein anderer Aufbau verwendet werden, mit dem zwischen der Emitterspitze 1 und der Extraktionselektrode 2 eine geeignete Spannungsdifferenz erzeugt werden kann.
Die 3 zeigt eine Schnittansicht eines Aufbaus mit einem modifizierten Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 der Gaszuführungsleitung 30. In der 1 steht der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 der Gaszuführungsleitung 30 düsenartig vor. Bei dem Aufbau der 3 weist der Einführungsöffnungsabschnitt 3 keinen düsenartigen Vorsprung auf. In diesem Fall wird der Abschnitt um die Öffnung (den Gasauslaß) der Wärmeübertragungshalterung 22-2 als Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3-1 der Gaszuführungsleitung 30 betrachtet.
Bei dieser Ausführungsform sind wie in den 1 und 3 gezeigt die Öffnungen der Gaseinführungsöffnungsabschnitte 3 und 3-1 der Gaszuführungsleitung 30 vorzugsweise auf das vordere Ende der Emitterspitze 1 gerichtet, damit das zugeführte Gas direkt das vordere Ende der Emitterspitze 1 erreicht. Wenn das Gas auf das Halteelement an der Basis der Emitterspitze 1 trifft und nicht auf deren Spitze, kühlt das auf dem Verdampfungspunkt (Siedepunkt) gehaltene Gas ab und wird adsorbiert. Das Gas erreicht damit nicht mehr das vordere Ende der Emitterspitze 1.
Da sich das von den Öffnungen der Gaseinführungsöffnungsabschnitte 3 und 3-1 abgegebene Gas ausbreitet, ist bei der Richtung jeder der Öffnungen eine gewisse Toleranz möglich, und die Öffnungen brauchen nicht exakt auf das vordere Ende der Emitterspitze 1 ausgerichtet zu sein. Ein Teil des nicht ionisierten Gases, von dem das meiste abgeführt wird, wird auf dem Halteelement der Emitterspitze 1, das sich auf einer tiefen Temperatur befindet, adsorbiert. Das am Halteelement adsorbierte Gas wird vorzugsweise durch Erhöhen der Temperatur der Emitterspitze 1 und des Halteelements auf den Verdampfungspunkt (Siedepunkt) des verwendeten Gases oder höher freigesetzt. Für dieses Aufheizen kann die Stromversorgung 42 für die Emitterspitzenheizung verwendet werden.
Wie beschrieben kann bei der Ausführungsform 1 die Emitterspitze 1 zur Erhöhung des Emitterstroms gekühlt werden, während der Gaseinführungsöffnungsabschnitt 3 von der Heizvorrichtung 25 aufgeheizt wird und bei dem Verdampfungspunkt oder darüber gehalten wird. Auch bei der Verwendung des Gases von schweren Ionen wie Ar oder Xe ist es daher möglich, einen Ionenstrahl mit hoher Helligkeit zu erhalten, wobei das Gas auf dem Verdampfungspunkt oder darüber gehalten wird.
<Ausführungsform 2>
Die 4 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung 200 bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Die Ionenstrahlvorrichtung 200 der Ausführungsform 2 ist eine Vorrichtung, bei der die in der Ausführungsform 1 beschriebene GFIQ (in der 4 mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet) in einer Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl enthalten ist, wie sie für eine herkömmliche Ga-FMIQ hergestellt wird. Im folgenden wird der Aufbau der 4 beschrieben.
Der von der Emitterspitze 1 abgegebene Ionenstrahl 5 wird von elektrostatischen Linsen 102-1 und 102-2 fokussiert und auf die Probe 6 eingestrahlt. Die Einstrahlposition des Tonenstrahls 5 auf der Probe 6 wird durch Ablenken des Ionenstrahls 5 mit Deflektoren 103-1 und 103-2 eingestellt.
Die an der Probe 6 erzeugten Sekundärelektronen 7 werden von einem Sekundärelektronendetektor 104 erfaßt, und auf einem Display 110 wird ein Sekundärelektronenbild dargestellt, in dem die Signalintensität der Ablenkintensität entspricht. Der Benutzer kann die Position angeben, an der der Ionenstrahl 5 die Probe auf dem Bildschirm bestrahlt, und dabei auf dem Display 110 das Sekundärelektronenbild betrachten.
Das Linsensystem 102 mit den elektrostatischen Linsen 102-1 und 102-2, einer Strahlbegrenzungsmembran 102-3 und einem Ausrichter 102-4 wird von einer Linsensystemsteuerung 105 gesteuert. Das Ablenksystem 103 mit den Deflektoren 103-1 und 103-2 wird von einer Ablenksystemsteuerung 106 gesteuert. Die nicht mit Bezugszeichen versehenen Kästchen stellen Treiber für die einzelnen Einheiten dar.
Das Display 110 der Ausführungsform 2 entspricht einer ”Bildverarbeitungseinheit”. Die Linsensystemsteuerung 105 und die Ablenksystemsteuerung 106 entsprechen einer ”Steuerung”.
Wie beschrieben ist es bei der Ausführungsform 2 möglich, eine Vorrichtung für einen fokussierten Ionenstrahl mit einem Strahl schwerer Ionen wie Ar oder Xe zum Bearbeiten einer Probe zu erhalten.
<Ausführungsform 3>
Bei den Ausführungsformen 1 und 2 werden schwere Ionen mit hoher Helligkeit emittiert. Vor einer Bearbeitung wird jedoch oft eine RIM-Abbildung betrachtet, um die Einstrahlposition des Strahls zu bestimmen. Dabei ist es erforderlich, den Ionenstrahl auf die Probe zu richten, wobei jedoch die Gefahr besteht, daß der Ionenstrahl die Probe beschädigt. Ein Herabsetzen des Ionenstroms oder der Ionendosis zur Vermeidung von Bearbeitungsschäden führt jedoch zu einem Problem.
Zum einen ist der Winkel, unter dem die Ionen von der GFIQ emittiert werden, etwa eine Größenordnung kleiner als bei einer Ga-FMIQ. Durch eine Beschränkung des Winkels kann daher der Ionenstrom nur geringfügig verringert werden. Bei einer Herabsetzung der Ionendosis verringert sich die Positionsgenauigkeit in der RIM-Abbildung aufgrund von Rauschen.
Die Ausführungsform 3 beschreibt daher einen Aufbau und eine Vorgehensweise zur Lösung dieser Probleme, wobei für die RIM-Abbildung und die Bearbeitung der Probe zwei verschiedene Ionenarten verwendet werden und das Umschalten zwischen den Ionenarten sehr schnell vor sich geht.
Die 5 zeigt eine Schnittansicht des Aufbaus der Ionenstrahlvorrichtung 200 bei der Ausführungsform 3. Die Ionenstrahlvorrichtung 200 der Ausführungsform 3 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Ionenstrahlvorrichtung in einer der Ausführungsformen 1 und 2 und unterscheidet sich davon in einer Anordnung zum Umschalten zwischen Ionenarten.
Die Gasflasche 31-2 enthält eine Gasmischung mit einer Anzahl von Hauptkomponenten.
Eine Extraktionsbegrenzungsmembran 8 enthält eine Öffnung zum Durchlassen des von der Emitterelektrode emittierten Ionenstrahls. Durch eine geeignete Position und Größe der Öffnung läßt die Extraktionsbegrenzungsmembran 8 selektiv nur den Strahl der gewünschten Ionenart passieren. Die Einzelheiten davon werden später anhand der 6 erläutert.
Die Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 enthält einen Speicher zum Speichern der Werte für die Extraktionsspannungen entsprechend der Anzahl von Hauptkomponenten der Gasmischung. Diese Werte werden beim Umschalten zwischen den Ionenarten zur Änderung der Extraktionsspannung verwendet. Einzelheiten werden später anhand der 6 erläutert. Der Speicher in der Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 entspricht bei der Ausführungsform 3 einem ersten Speicher.
Es wird nun der Aufbau der Ionenstrahlvorrichtung 200 bei der Ausführungsform 3 beschrieben. Danach erfolgt eine Beschreibung der Arbeitsweise der Ionenstrahlvorrichtung 200 der Ausführungsform 3 bei der Verwendung einer Gasmischung mit 40% He und 60% Xe.
Die 6A und 6B zeigen die Änderung des Ionenstrahls mit dem Ansteigen der Extraktionsspannung. Die 6A und 6B zeigen den Ionenstrahl bei niedriger bzw. hoher Extraktionsspannung.
Durch eine Feldionisation wird Xe leichter ionisiert als He. Entsprechend wird bei einer Erhöhung der Extraktionsspannung zuerst wie in der 6A gezeigt von der Emitterspitze 1 und insbesondere dem Mikrovorsprung 1-1 am vorderen Ende der Emitterspitze 1 ein Ionenstrahl 5-1 emittiert, der nur aus Xe-Ionen besteht.
Bei einer weiteren Erhöhung der Extraktionsspannung wird das Xe von einem größeren Bereich emittiert, wodurch sich die Helligkeit der Ionenquelle verringert, wobei schließlich vom Mikrovorsprung 1-1 keine Ionen mehr emittiert werden. Die Helligkeit der Ionenquelle nimmt dabei immer weiter ab.
Bei einer fortgesetzten Erhöhung der Extraktionsspannung wird außer Xe dann auch He ionisiert. Wie in der 6B gezeigt wird dabei von dem Mikrovorsprung 1-1 am vorderen Ende der Emitterspitze 1 ein Ionenstrahl 5-2 emittiert, der nur aus He-Ionen besteht. Der nur aus Xe-Ionen bestehende Ionenstrahl 5-1 wird unter einem großen Winkel an der Peripherie des Ionenstrahls 5-2 emittiert.
Bei dem Zustand der 6B beträgt der Ausbreitungswinkel des vom Mikrovorsprung 1-1 emittierten Ionenstrahls 5-2 nicht mehr als einige Grad. Die Extraktionsbegrenzungsmembran 8 mit einer geeigneten Öffnung läßt deshalb von den He- und Xe-Ionen selektiv nur den aus He-Ionen bestehenden Ionenstrahl 5-2 durch. Bei dem Beispiel der 6 mit der unter der Emitterspitze 1 angeordneten Extraktionsbegrenzungsmembran 8 mit einer Öffnung, die nicht größer ist als ein Ausbreitungswinkel von einigen Grad, wird daher bei niedriger Extraktionsspannung der Xe-Ionenstrahl durchgelassen und bei hoher Extraktionsspannung der He-Ionenstrahl.
Der beschriebene Zusammenhang zwischen dem Wert der Extraktionsspannung unter den Bedingungen der 6A und 6B und der Ionenart wird vorab in einer Speichervorrichtung wie einem Speicher gespeichert. Auf diese Weise kann durch Aufrufen der gespeicherten Werte für die Extraktionsspannung und entsprechendes Ändern der Extraktionsspannung schnell zwischen den Ionenarten (hier He und Xe) umgeschaltet werden.
Die 7 zeigt den Aufbau der Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 bei der Ausführungsform 3. Der Aufbau der Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 ist bei der Ausführungsform 3 im wesentlichen der gleiche wie bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform 1 und unterscheidet sich davon durch eine Extraktionsspannungssteuerung 44-2 mit einem Extraktionsspannungsspeicher 45, in dem die Werte für die den Gaskomponenten entsprechenden Extraktionsspannungen gespeichert sind, die zur Änderung der Extraktionsspannung abgerufen werden.
Anstelle des bei der Ausführungsform 3 beschriebenen Verfahrens kann das Umschalten zwischen den Ionenarten bei der GFIQ zum Beispiel auch durch ein Umschalten zwischen mehreren Gasflaschen 31 mittels eines Ventils erfolgen. Es dauert jedoch mehrere Stunden, bis das Gas einen stabilen Zustand erreicht, so daß diese Vorgehensweise nicht realistisch ist. Der Vorteil der Ausführungsform 3 liegt darin, daß innerhalb der Zeitspanne zwischen den Ionenarten umgeschaltet werden kann, die zum Ändern der Extraktionsspannung erforderlich ist (einige ms).
Die Verwendung der Extraktionsbegrenzungsmembran 8 zum selektiven Durchlassen eines bestimmten Strahls der in einer Gasmischung enthaltenen Komponenten kann allein oder in Verbindung mit dem bei den Ausführungsformen 1 und 2 beschriebenen Verfahren erfolgen.
Bei einer Kombination der Ausführungsform 3 mit dem in der Ausführungsform 1 erläuterten Verfahren zur Verwendung von schweren Ionen kann das Mischgas der Ausführungsform 2 mehrere Arten von schweren Ionen enthalten. In diesem Fall wird die Temperatur des Gaseinführungsöffnungsabschnitts 3 für die Gaskomponente in der Gasmischung mit dem höchsten Siedepunkt bestimmt. Bei dem Beispiel der Ausführungsform 3 hat He einen Siedepunkt, der höher liegt als der von Xe, und die Temperatur des Gaseinführungsöffnungsabschnitts 3 sollte auf etwa 170 K eingestellt werden.
Die Gasmischung der Ausführungsform 3 enthält zwei Hauptkomponenten, es kann jedoch auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 3 auch eine Gasmischung mit drei und mehr Hauptkomponenten verwendet werden. Auch bei der Verwendung von nur der Ionenarten von zwei Komponenten aus einer Gasmischung mit drei oder mehr Hauptkomponenten und Speichern von nur zwei Werten für die Extraktionsspannung können die gleichen vorteilhaften Auswirkungen wie bei der Ausführungsform 3 erhalten werden.
<Ausführungsform 4>
Die 8 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung 200 bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Die Ionenstrahlvorrichtung 200 der Ausführungsform 4 hat einen Aufbau, bei dem die in der Ausführungsform 3 beschriebene GFIQ (in der 8 mit dem Bezugszeichen 100-2 bezeichnet) in einer Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl enthalten ist, wie sie für eine herkömmliche Ga-FMIQ hergestellt wird und die verbessert wird. Im folgenden wird der Aufbau der 8 beschrieben.
Das Vorsehen der GFIQ 100-2 ermöglicht ein schnelles Umschalten zwischen den in der Gasmischung enthaltenen Ionenarten. Um den Wert der auszulesenden Extraktionsspannung zu ändern, gibt die Ionenextraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 ein Signal aus, das der Linsensystemsteuerung 105-2 und der Ablenksystemsteuerung 106-2 eine Änderung der Extraktionsspannung anzeigt.
Wenn sich die Extraktionsspannung in Abhängigkeit von der Ionenart ändert, müssen die Einstellungen des Linsensystems und des Ablenksystems verändert werden. Die Linsensystemsteuerung 105-2 und die Ablenksystemsteuerung 106-2 enthalten jeweils eine Speichervorrichtung mit einem Speicher zum Speichern der Einstellungen für die einzelnen Ionenarten. Bei Erhalt des Signals für das Umschalten zwischen den Ionenarten von der Ionenextraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 rufen die Linsensystemsteuerung 105-2 und die Ablenksystemsteuerung 106-2 die entsprechende Einstellung auf und führen die Steuerung entsprechend der Ionenart durch. Die in der Linsensystemsteuerung 105-2 und der Ablenksystemsteuerung 106-2 enthaltenen Speicher entsprechen bei der Ausführungsform 4 einer ”zweiten Speichereinheit”.
Das Display 110-2 speichert in einer Speichervorrichtung mit einem Speicher ein Sekundärelektronenbild. Dabei speichert das Display 110-2 auch das Signal von der Ionenextraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 für das Umschalten zwischen den Ionenarten als Kennzeichnung. Es wird damit die Beziehung zwischen der Ionenart und dem Sekundärelektronenbild gespeichert.
Es werden nun die Vorteile des genannten Aufbaus bei der Verwendung einer Gasmischung aus He und Xe beschrieben.
Die Ionenstrahlvorrichtung 200 bestrahlt die Probe 6 mit dem Ionenstrahl 5 aus He-Ionen, um ein Sekundärelektronenbild zu erhalten, und speichert dieses in der Speichervorrichtung im Display 110-2. Der Benutzer bestätigt visuell das Sekundärelektronenbild auf dem Display 110-2 und gibt die Position eines zu bearbeitenden Abschnitts im Sekundärelektronenbild an. Der Ionenstrahl 5 wird auf einen Xe-Ionenstrahl umgeschaltet und an der angegebenen Position zur Bearbeitung eingestrahlt. Mit anderen Worten bestrahlt die Ionenstrahlvorrichtung 200 die Probe 6 zur Bestimmung der Einstrahlposition des Ionenstrahls mit einem He-Ionenstrahl, und bei der Bearbeitung bestrahlt die Ionenstrahlvorrichtung 200 die Probe 6 mit einem Strahl der schwereren Xe-Ionen. Auf diese Weise kann entsprechend dem jeweils vorgesehenen Zweck zwischen den Ionenarten umgeschaltet werden.
He-Ionen verursachen nur ein geringes Absputtern und ergeben daher ein Sekundärelektronenbild mit einem hohen Rauschabstand und einer hohen Auflösung. Der Benutzer bestimmt die Einstrahlposition mittels des erhaltenen Elektronenbildes und richtet den Xe-Ionenstrahl für die Bearbeitung auf die so bestimmte Position. Die Ionenstrahlvorrichtung 200 kann daher die Probe 6 mit hoher Genauigkeit und ohne Beschädigung bearbeiten.
<Ausführungsform 5>
Die Ausführungsform 4 beschreibt den Aufbau der Ionenstrahlvorrichtung 200, bei der zur Bestimmung der Einstrahlposition und für die Bearbeitung verschiedene Ionenarten verwendet werden können. Bei der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Umschalten zwischen den Ionenarten zu einem anderen Zweck erfolgt.
Bei der Ausführungsform 5 ist das der GFIQ zugeführte Gas eine Gasmischung aus 30% H₂ und 70% He. An der gleichen Probe 6 werden mit dem H und He zwei Arten von Sekundärelektronenbildern erhalten. Da beide Ionenarten kaum ein Absputtern verursachen, können Oberflächenbilder mit einem großen Rauschabstand und einer hohen Auflösung erhalten werden.
Die beiden Sekundärelektronenbilder enthalten Komponenten mit der gleichen Empfindlichkeit für die Oberflächenrauhigkeit und Komponenten mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten für die Oberflächenelementarten. Das Display 110-2 führt Vergleichsrechnungen für diese beiden Sekundärelektronenbilder aus und erzeugt damit zum Beispiel spezifische Abbildungen für die Oberflächenrauhigkeit oder die Oberflächenelementarten.
Wenn die Sekundärelektronenbilder mit einer einzigen Ionenart erhalten werden, weist die von Änderungen in der Massenzahl der Elemente/Materialien abhängige Ausbeute an Sekundärelektronen (Erfassungswert/Ionenstrom) nur eine geringe Abhängigkeit von der Elementperiode auf. In manchen Fällen ist daher die Sekundärelektronenausbeute für Elemente mit unterschiedlichen Massenzahlen sehr ähnlich. Es ist entsprechend schwierig, in dem Sekundärelektronenbild die Elemente voneinander zu unterscheiden.
Wenn dagegen die Ionenarten geändert werden, ändert sich auch die Abhängigkeit der Sekundärelektronenausbeute von der Massenzahl der Elemente/Materialien. Die Verwendung einer Kombination der Sekundärelektronenausbeuten für verschiedene Ionenarten erlaubt daher eine explizite Bestimmung des Unterschieds zwischen den Elementen/Materialien. Es ist dabei am besten, wenn vorab eine Tabelle für die Sekundärelektronenausbeuten bei beiden Ionenarten für jedes Element/Material erstellt wird. Dadurch wird die Identifikation der Elemente/Materialien erleichtert, die schwierig zu bestimmen sind, da sie in den mit einer einzigen Ionenart erhaltenen Sekundärelektronenbildern ähnliche Erfassungswerte aufweisen. Zum Beispiel kann die Identifikation dadurch erfolgen, daß mit einem bekannten Material auf einem Probentisch 101 ein Referenzwert für die Sekundärelektronenausbeute erhalten wird und der Strom des Ionenstrahls 5 für beide Ionenarten vorab entsprechend korrigiert wird.
Durch den Vergleich der Bearbeitungsergebnisse für mehrere Ionenarten können bessere Abbildungen erhalten werden als mit dem Sekundärelektronenbild, das mit einer einzigen Ionenart erhalten wird.
Wie beschrieben werden die Sekundärelektronenbilder verglichen. Bei Abbildungen, die mit anderen Sekundärteilchen als Sekundärelektronen erhalten werden, etwa Sekundärionen oder Röntgenstrahlen, können ähnlich wie bei den Sekundärelektronenbildern aus den Vergleichsergebnissen der Sekundärteilchenbilder von verschiedenen Ionenarten neue Informationen über eine Probe erhalten werden.
<Ausführungsform 6>
Bei den Ausführungsformen 3 bis 5 kann durch Aufrufen von vorher für die Hauptkomponenten einer Gasmischung gespeicherten Extraktionsspannungen aus der Speichervorrichtung und Aufrufen der entsprechenden Einstellungen für das Linsensystem und das Ablenksystem schnell zwischen den Ionenarten umgeschaltet werden.
Das Ändern der Extraktionsspannung entsprechend der Ionenart ist einer Änderung der Intensität des elektrischen Feldes am vorderen Ende der Emitterspitze 1 entsprechend der Ionenart gleichwertig. Bei der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung wird daher ein Aufbau beschrieben, bei dem durch Ändern der Intensität des elektrischen Feldes am vorderen Ende der Emitterspitze 1 mit einem sich von den Ausführungsformen 3 bis 5 unterscheidenden Verfahren der gleiche Effekt erhalten wird wie bei einer Änderung der Extraktionsspannung. Die Ausführungsform 6 zeigt auch die Arbeitsweise eines solchen Aufbaus.
Die 9 zeigt Beispiele für den Aufbau einer GFIQ, die die gleichen Auswirkungen hat wie der Aufbau der Ausführungsformen 3 bis 5. Zur Vereinfachung der Zeichnungen zeigt die 9 nur die Anordnung der Elektroden und die Stromversorgung.
Die 9A zeigt die gleiche Anordnung der Elektroden und die Stromversorgung wie bei der Ausführungsform 1. Die 9B zeigt ein Beispiel für einen anderen Aufbau, der den gleichen Effekt hat.
In der 9B ist zwischen der Emitterspitze 1 und der Extraktionselektrode 2 eine Unterdrückungselektrode 120 vorgesehen. Zwischen der Emitterspitze 1 und der Unterdrückungselektrode 120 ist eine Unterdrückungsspannungs-Anlegeeinheit 121 angeschlossen. Die Unterdrückungsspannungs-Anlegeeinheit 121 legt an die Unterdrückungselektrode 120 eine Unterdrückungsspannung an, die kleiner ist als die Extraktionsspannung, um die Intensität des elektrischen Feldes am vorderen Ende der Emitterspitze 1 zu ändern.
Die 9C zeigt die gleiche Anordnung der Elektroden und die Stromversorgung wie bei den Ausführungsformen 3 bis 5. Die 9D zeigt ein Beispiel für einen anderen Aufbau, der den gleichen Effekt hat.
Die Änderung der Extraktionsspannung und der Ionenarten ist in der 9C der Änderung der Unterdrückungsspannung und der Ionenarten in der 9D mit der Unterdrückungselektrode 120 gleichwertig.
Die Unterdrückungsspannungs-Anlegeeinheit 121-2 enthält eine Speichervorrichtung zum Speichern der Unterdrückungsspannung für eine Hauptkomponente einer Gasmischung, wobei der gespeicherte Wert aufgerufen und die Unterdrückungsspannung auf den aufgerufenen Wert geändert werden kann. Zur Änderung der Ionenart ruft die Unterdrückungsspannungs-Anlegeeinheit 121-2 die der Ionenart entsprechende Unterdrückungsspannung auf und legt diese Unterdrückungsspannung an die Unterdrückungselektrode 120 an. Die Intensität des elektrischen Feldes am vorderen Ende der Emitterspitze 1 wird damit entsprechend der Ionenart geändert.
Dabei erfolgt die Änderung der Intensität des elektrischen Feldes bei einer Änderung der Ionenart nur durch die Änderung der Unterdrückungsspannung. Es können jedoch auch sowohl die Unterdrückungsspannung als auch die Extraktionsspannung geändert werden, um eine gleichwertige Änderung in der Gesamtspannung zu erhalten.
<Ausführungsform 7>
Auch bei der anhand der 8 beschriebenen Ausführungsform 6 kann wie bei der Ausführungsform 4 die Intensität des elektrischen Feldes am vorderen Ende der Emitterspitze 1 durch die Verwendung der Unterdrückungselektrode 120 bei der Ionenstrahlvorrichtung 200 verändert werden.
In einem solchen Fall gibt die Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit 4-2 kein Umschaltsignal für die Ionenart aus, sondern es gibt die Unterdrückungsspannungs-Anlegeeinheit 121-2 ein Änderungssignal für die Unterdrückungsspannung aus. Bei Erhalt des Änderungssignals für die Unterdrückungsspannung führen die Linsensystemsteuerung 105-2, die Ablenksystemsteuerung 106-2 und das Display 110-2 Schritte zum Ersetzen der Ionenart aus. Mit der Ausführungsform 7 wird daher der gleiche Effekt erhalten wie bei den Ausführungsformen 4 und 5.
ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHEN

1: Emitterspitze; 1-1: Mikrovorsprung; 2: Extraktionselektrode; 3, 3-1: Gaseinführungsöffnungsabschnitt der Gaszuführungsleitung; 4, 4-2: Extraktionsspannungs-Anlegeeinheit; 5, 5-1, 5-2: Ionenstrahl; 6: Probe; 7: Sekundärelektronen; 8: Extraktionsbegrenzungsmembran; 10: Vakuumbehälter; 11: Absaugöffnung; 12: Ventil; 20: Kühlkopf; 21-1, 21-2: geflochtenes Wärmeübertragungskabel (sauerstofffreies Kupfer); 22-1, 22-2: Wärmeübertragungshalterung (sauerstofffreies Kupfer); 23-1, 23-3: Wärmeübertragungsisolator (Saphir); 24-1, 24-3: wärmeisolierende Halterung (dünnwandiges Edelstahlrohr); 25: Heizvorrichtung; 30: Gaszuführungsleitung; 31, 31-2: Gasflasche; 32: Ventil; 40-1, 40-2: Hochspannungs-Einführungsanschluß; 41-1, 41-2: Hochspannungs-Stromversorgung; 42: Stromversorgung für Emitterspitzenheizung; 43: Beschleunigungsspannungssteuerung; 44, 44-2: Extraktionsspannungssteuerung; 45: Extraktionsspannungsspeicher; 100, 100-2: Gasfeldionisations-Ionenquelle; 101: Probentisch; 102: Linsensystem; 102-1, 102-2: elektrostatische Linse; 102-3: Strahlbegrenzungsmembran; 102-4: Ausrichter; 103: Ablenksystem; 103-1, 103-2: Deflektor; 104: Sekundärelektronendetektor; 105, 105-2: Linsensystemsteuerung; 106, 106-2: Ablenksystemsteuerung; 110, 110-2: Display; 120: Unterdrückungselektrode; 121, 121-2: Unterdrückungsspannungs-Anlegeeinheit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 58-854242 [0009]
JP 7-192669 [0009]
JP 2009-517846 [0009]
JP 2009-187950 [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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J. Morgan, J. Notte, R. Hill und B. Ward, Microscopy Today, 14. Juli (2006) 24 [0010]
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Claims

Gasfeldionisations-Ionenquelle mit einer Elektrodeneinheit mit einer Emitterelektrode und einer Extraktionselektrode; einer Gaszuführeinheit, die ein Gas in die Nähe des vorderen Endes der Emitterelektrode zuführt; einer Spannungs-Anlegeeinheit, die zwischen die Emitterelektrode und die Extraktionselektrode eine Spannung anlegt, um ein elektrisches Feld für die Ionisation des Gases auszubilden; und mit einer Temperatursteuerung, die die Temperatur des vorderen Endes der Emitterelektrode und die Temperatur eines Gaseinführungsöffnungsabschnitts der Gaszuführeinheit individuell steuert.
Gasfeldionisations-Ionenquelle nach Anspruch 1, wobei die Temperatursteuerung umfaßt eine Kühleinheit, die gleichzeitig das vordere Ende der Emitterelektrode und den Gaseinführungsöffnungsabschnitt der Gaszuführeinheit kühlt; und eine Heizeinheit, die den Gaseinführungsöffnungsabschnitt der Gaszuführeinheit aufheizt.
Gasfeldionisations-Ionenquelle nach Anspruch 1 mit einer Unterdrückungselektrode zwischen der Emitterelektrode und der Extraktionselektrode, wobei die Spannungs-Anlegeeinheit zwischen die Unterdrückungselektrode und die Emitterelektrode eine Unterdrückungsspannung zum Einstellen des elektrischen Feldes für die Ionisation des Gases anlegt.
Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasfeldionisations-Ionenquelle nach Anspruch 1; einem Probentisch für eine Probe; einem Linsensystem zum Fokussieren des von der Gasfeldionisations-Ionenquelle emittierten Ionenstrahls und zum Einstrahlen des Ionenstrahls auf die Probe; einem Ablenksystem zum Ablenken des Ionenstrahls für eine Änderung der Einstrahlposition des Ionenstrahls auf der Probe; einem Sekundärteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe emittierten Sekundärteilchen; einer Bildverarbeitungseinheit zum Ausbilden einer Abbildung der Probe unter Verwendung des Ergebnisses der Erfassung durch den Sekundärteilchendetektor; und mit einer Steuerung zum Steuern des Linsensystems und des Ablenksystems zum Einstellen der Einstrahlposition des Ionenstrahls.
Gasfeldionisations-Ionenquelle nach Anspruch 1, wobei die Gaszuführeinheit eine Gasmischung zuführt, die hauptsächlich Gase mehrerer Elemente enthält, und wobei die Gasfeldionisations-Ionenquelle des weiteren enthält eine Extraktionsbegrenzungsmembran mit einer Öffnung zum Durchlassen des von der Emitterelektrode emittierten Ionenstrahls; und einen ersten Speicher zum Speichern von Daten über die Beziehung zwischen der von der Emitterelektrode emittierten Ionenart und dem während der Emission von der Spannungs-Anlegeeinheit angelegten Spannungswert.
Gasfeldionisations-Ionenquelle mit einer Elektrodeneinheit mit einer Emitterelektrode und einer Extraktionselektrode; einer Gaszuführeinheit, die eine Gasmischung, die hauptsächlich Gase mehrerer Elemente enthält, in die Nähe des vorderen Endes der Emitterelektrode zuführt; einer Spannungs-Anlegeeinheit, die zwischen die Emitterelektrode und die Extraktionselektrode eine Spannung anlegt, um ein elektrisches Feld für die Ionisation des Gases auszubilden; einer Extraktionsbegrenzungsmembran mit einer Öffnung zum Durchlassen des von der Emitterelektrode emittierten Ionenstrahls; und mit einem ersten Speicher zum Speichern von Daten über die Beziehung zwischen der von der Emitterelektrode emittierten Ionenart und dem während der Emission von der Spannungs-Anlegeeinheit angelegten Spannungswert.
Gasfeldionisations-Ionenquelle nach Anspruch 6 mit einer Unterdrückungselektrode zwischen der Emitterelektrode und der Extraktionselektrode, wobei die Spannungs-Anlegeeinheit zwischen die Unterdrückungselektrode und die Emitterelektrode eine Unterdrückungsspannung zum Einstellen des elektrischen Feldes für die Ionisation des Gases anlegt.
Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasfeldionisations-Ionenquelle nach Anspruch 5; einem Probentisch für eine Probe; einem Linsensystem zum Fokussieren des von der Gasfeldionisations-Ionenquelle emittierten Ionenstrahls und zum Einstrahlen des Ionenstrahls auf die Probe; einem Ablenksystem zum Ablenken des Ionenstrahls für eine Änderung der Einstrahlposition des Ionenstrahls auf der Probe; einem Sekundärteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe emittierten Sekundärteilchen; einer Bildverarbeitungseinheit zum Ausbilden einer Abbildung der Probe unter Verwendung des Ergebnisses der Erfassung durch den Sekundärteilchendetektor; und mit einer Steuerung zum Steuern des Linsensystems und des Ablenksystems zum Einstellen der Einstrahlposition des Tonenstrahls.
Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasfeldionisations-Ionenquelle nach Anspruch 6; einem Probentisch für eine Probe; einem Linsensystem zum Fokussieren des von der Gasfeldionisations-Ionenquelle emittierten Tonenstrahls und zum Einstrahlen des Tonenstrahls auf die Probe; einem Ablenksystem zum Ablenken des Tonenstrahls für eine Änderung der Einstrahlposition des Tonenstrahls auf der Probe; einem Sekundärteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe emittierten Sekundärteilchen; einer Bildverarbeitungseinheit zum Ausbilden einer Abbildung der Probe unter Verwendung des Ergebnisses der Erfassung durch den Sekundärteilchendetektor; und mit einer Steuerung zum Steuern des Linsensystems und des Ablenksystems zum Einstellen der Einstrahlposition des Ionenstrahls.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 8, mit einem zweiten Speicher zum Speichern von Daten über die Beziehung zwischen der von der Emitterelektrode emittierten Ionenart und den Einstellwerten für das Linsensystem und das Ablenksystem, wobei die Steuerung die den im ersten Speicher gespeicherten Daten entsprechenden Daten aus dem zweiten Speicher ausliest und das Linsensystem und das Ablenksystem auf der Basis der von den ausgelesenen Daten angegebenen Einstellwerte steuert.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 9, mit einem zweiten Speicher zum Speichern von Daten über die Beziehung zwischen der von der Emitterelektrode emittierten Ionenart und den Einstellwerten für das Linsensystem und das Ablenksystem, wobei die Steuerung die den im ersten Speicher gespeicherten Daten entsprechenden Daten aus dem zweiten Speicher ausliest und das Linsensystem und das Ablenksystem auf der Basis der von den ausgelesenen Daten angegebenen Einstellwerte steuert.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Bildverarbeitungseinheit Operationseingaben zur Angabe der Bestrahlungsposition des Ionenstrahls aufnimmt, und wobei die Steuerung das Ablenksystem so steuert, daß die angegebene Bestrahlungsposition mit dem Ionenstrahl bestrahlt wird.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Bildverarbeitungseinheit Operationseingaben zur Angabe der Bestrahlungsposition des Ionenstrahls aufnimmt, und wobei die Steuerung das Ablenksystem so steuert, daß die angegebene Bestrahlungsposition mit dem Ionenstrahl bestrahlt wird.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Bildverarbeitungseinheit Abbildungen für wenigstens zwei Ionenarten erzeugt, die von der Emitterelektrode emittiert werden, und unter Verwendung der Abbildungen eine Korrektur zur Erzeugung und Anzeige einer neuen Sekundärteilchenabbildung durchführt.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Bildverarbeitungseinheit Abbildungen für wenigstens zwei Ionenarten erzeugt, die von der Emitterelektrode emittiert werden, und unter Verwendung der Abbildungen eine Korrektur zur Erzeugung und Anzeige einer neuen Sekundärteilchenabbildung durchführt.