DE112010004286B4

DE112010004286B4 - Ladungsteilchenmikroskop

Info

Publication number: DE112010004286B4
Application number: DE112010004286.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroyasu Shichi; Shinichi Matsubara; Noriaki Arai; Tohru Ishitani; Yoichi Ose; Yoshimi Kawanami
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: DE112010004286T5; WO2011055521A1; US20120217391A1; JPWO2011055521A1; JP6093752B2; JP2015057801A; JP2019114567A; JP2017126570A; JP5677310B2

Abstract

Ladungsteilchenmikroskop miteinem Vakuumbehälter;einer Emitterspitze (21) im Vakuumbehälter;einer Extraktionselektrode (24) mit einer Öffnung (27), durch die die an der Emitterspitze (21) erzeugten Ionen laufen;einer Ionenquelle (1) mit der Emitterspitze (21) und der Extraktionselektrode (24);einer Fokussierlinse (5), die den von der Ionenquelle (1) abgegebenen Ionenstrahl (14) fokussiert;einem ersten Deflektor (35) zum Auslenken des Ionenstrahls (14), der die Fokussierlinse (5) durchlaufen hat;einem zweiten Deflektor (7) zum Auslenken des Ionenstrahls (14), der die erste Blende (6) durchlaufen hat;einer Objektivlinse (8) zum Fokussieren des Ionenstrahls (14), der die erste Blende (6) durchlaufen hat, auf eine Probe (9); undeiner Signalvolumen-Messeinrichtung,wobei zwischen der Fokussierlinse (5) und dem ersten Deflektor (35) eine erste Blende (6) vorgesehen ist, die den Ionenstrahl (14) begrenzt, der die Fokussierlinse (5) durchlaufen hat,dadurch gekennzeichnet, dassdie erste Blende (6) in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zum Ionenstrahl (14) liegt, beweglich ist,das Ladungsteilchenmikroskop ferner eine zweite Blende (36) aufweist, um den Ionenstrahl (14) zu begrenzen, der die erste Blende (6) durchlaufen hat, unddie Signalvolumen-Messeinrichtung zum Messen eines Signalvolumens ausgelegt ist, das im wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls (14) ist, der durch die zweite Blende (36) gelaufen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladungsteilchenmikroskop.
Stand der Technik
Das Bestrahlen und Abtasten einer Probe mit Elektronen und das Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärladungsteilchen ermöglicht eine Betrachtung der Strukturen an der Probenvorderseite. Dies wird Rasterelektronenmikroskopie (abgekürzt REM) genannt. Das Bestrahlen und Abtasten einer Probe mit einem Ionenstrahl und das Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärladungsteilchen ermöglicht ebenfalls eine Betrachtung der Strukturen an der Probenvorderseite. Dies wird Rasterionenmikroskopie (abgekürzt RIM) genannt. Das Bestrahlen der Probe mit einem Ionentyp wie Wasserstoff oder Helium mit einer geringen Masse verringert die Zerstäubungswirkung, was für die Probenbetrachtung günstig ist.
Für Informationen über die Probenvorderseite ist ein Ionenstrahl empfindlicher als ein Elektronenstrahl, da der Anregungsbereich für Sekundärladungsteilchen im Vergleich zu der Bestrahlung mit Elektronen auf die Probenvorderseite begrenzt ist. Bei Elektronenstrahlen können außerdem die Welleneigenschaften der Elektronen nicht vernachlässigt werden, so dass durch Beugungseffekte Abbildungsfehler auftreten. Ionen sind schwerer als Elektronen, so dass hier die Beugungseffekte vernachlässigt werden können.
Durch das Bestrahlen einer Probe mit Ionen und das Erfassen der Ionen, die die Probe durchsetzt haben, lassen sich Informationen über den inneren Aufbau der Probe erhalten. Dies wird Transmissionsionenmikroskopie genannt. Das Einstrahlen einer leichten Ionenart wie Wasserstoff oder Helium auf die Probe ergibt ein großes Transmissionsverhältnis, was für die Betrachtung günstig ist.
Das Bestrahlen der Probe mit einer Ionenart wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Krypton, Xenon, Gallium oder Indium mit einer großen Masse ist dagegen vorteilhaft, wenn die Probe mittels der Zerstäubungswirkung bearbeitet werden soll. Als Ionenstrahl-Bearbeitungsvorrichtungen sind Vorrichtungen mit einem fokussierten Ionenstrahl (im folgenden FIS) mit einer Flüssigmetall-Ionenquelle (im folgenden FMIQ) bekannt. In den letzten Jahren wurden auch aus einem Rasterelektronenmikroskop (REM) und einer Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl zusammengesetzte FIS-REM-Vorrichtungen verwendet. Das Bestrahlen mit dem FIS zur Ausbildung eines rechteckigen Lochs an einer gewünschten Stelle ermöglicht eine anschließende REM-Betrachtung des Querschnitts. Eine Probenbearbeitung ist auch möglich durch die Erzeugung von Gasionen aus zum Beispiel Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Krypton oder Xenon in einer Plasmaionenquelle oder einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld und Einstrahlen der Gasionen auf die Probe.
Für Ionenmikroskope, die hauptsächlich für die Probenbetrachtung vorgesehen sind, ist die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld die zu bevorzugende Ionenquelle. Bei der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld wird ein Gas wie Wasserstoff oder Helium zu einer metallischen Emitterspitze geführt, deren Spitze einen Krümmungsradius von etwa 100 nm hat, und an die Emitterspitze eine hohe Spannung von einigen kV oder mehr angelegt, damit die Gasmoleküle dissoziieren und als Ionenstrahl extrahiert werden können. Mit einer solchen Ionenquelle kann ein Ionenstrahl mit einer schmalen Energieverteilung erzeugt werden, der auch einen kleinen Durchmesser hat, da die Quelle zur Erzeugung der Ionen sehr klein ist.
Bei einem Ionenmikroskop erfordert eine Probenbetrachtung mit einem großen Signal-Rausch-Abstand einen Ionenstrahl an der Probe mit einer großen Stromdichte. Dazu ist es erforderlich, die Stromdichte im Ionenabstrahlwinkel der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld zu erhöhen. Um die Stromdichte im Ionenabstrahlwinkel zu erhöhen, kann die Moleküldichte des Ionenmaterialgases (ionisierten Gases) in der Nähe der Emitterspitze erhöht werden. Die Gasmoleküldichte pro Druckeinheit ist zur Gastemperatur umgekehrt proportional. Die Emitterspitze wird daher auf extrem niedrige Temperaturen gekühlt, um die Temperatur des Gases an der Emitterspitze herabzusetzen. Dadurch steigt die Moleküldichte des Ionisationsgases in der Nähe der Emitterspitze an. Der Druck des Ionisationsgases an der Emitterspitze kann zum Beispiel auf etwa 10^-2 bis 10 Pa eingestellt werden.
Wenn jedoch der Druck des Ionenmaterialgases auf 1 Pa oder darüber ansteigt, trifft der Ionenstrahl auf neutrales Gas und wird neutralisiert, wodurch sich der Ionenstrom verringert. Ein Anheben der Anzahl der Gasmoleküle in der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld erhöht außerdem die Häufigkeit, mit der Gasmoleküle auf die Emitterspitze prallen, deren Temperatur dadurch erhöht wurde, dass sie vorher auf eine Wand des Vakuumbehälters aufgeprallt sind, die sich auf einer hohen Temperatur befindet. Die Temperatur der Emitterspitze steigt dadurch an, wodurch sich der Ionenstrom verringert. Deshalb wird in der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld eine Gasionisationskammer vorgesehen, die mechanisch die Emitterspitze umgibt. Die Gasionisationskammer wird unter Verwendung der Ionenextraktionselektrode gebildet, die gegenüber der Emitterspitze angeordnet ist.
In der Patent-Druckschrift 1 ist beschrieben, dass sich die Eigenschaften einer Ionenquelle verbessern, wenn am vorderen Ende der Emitterspitze ein kleiner Vorsprung ausgebildet wird. In der Nicht-Patent-Druckschrift 1 ist beschrieben, wie unter Verwendung eines zweiten Metalls, das sich vom Material der Emitterspitze unterscheidet, an der Emitterspitze ein kleiner Vorsprung ausgebildet werden kann. In der Nicht-Patent-Druckschrift 2 ist ein Rasterionenmikroskop mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld beschrieben, bei dem eine Helium-Entladung durchgeführt wird.
Die Patent-Druckschrift 2 beschreibt ein Rasterladungsteilchenmikroskop mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode zum Ausbilden eines das Gas ionisierenden elektrischen Feldes in der Nähe des vorderen Endes eines Emitters und mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen des Emitters; mit einem Linsensystem zum Fokussieren der von der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld extrahierten Ionen; mit einem Strahldeflektor zum Auslenken des Ionenstrahls; mit einem Sekundärteilchendetektor zum Erfassen von Sekundärteilchen; und mit einer Bildanzeigevorrichtung zur Anzeige von Rasterionenmikroskopbildern. Dabei wird der Strahl durch die Ablenkwirkung eines oberen Strahldeflektor-Analysators über eine mobile Strahlbegrenzungsmembran geführt, und mit einem zu diesem Abtastsignal synchronen Signal, das als XY-Signal definiert wird, und der Intensität der erfassten Sekundärelektronen, das als Z-Signal (Helligkeitssignal) definiert wird, wird ein Rasterionenmikroskopbild erzeugt und auf dem Monitor der Bildanzeigevorrichtung dargestellt. Auf dem Monitor wird diesem Rasterionenmikroskopbild das entsprechende Ionenmikroskopbild im elektrischen Feld überlagert, das mit einem Ionenstrahl-Raumwinkel erhalten wird, der einer Öffnung in der mobilen Strahlbegrenzungsmembran entspricht.
In der Patent-Druckschrift 3 ist beschrieben, dass in einem Ladungsteilchenmikroskop mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei dem durch das Erfassen der an einem mobilen Verschluss, der unterhalb einer Abtast- und Ablenkelektrode angeordnet ist, erzeugten Sekundärteilchen mit einem Sekundärteilchendetektor ein Sekundärteilchenbild erhalten wird, während der von einer an einer Filamentbefestigung in einer Gasmolekül-Ionisationskammer der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld angebrachten Emitterspitze abgegebene Ionenstrahl ausgelenkt wird, eine Betrachtung des Ionenabstrahlmusters der Emitterspitze möglich ist, so dass die Position der Emitterspitze und der Winkel unter Betrachtung des Ionenabstrahlmusters eingestellt werden können.
In der Patent-Druckschrift 4 ist beschrieben, dass in einer Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung die Vorrichtung dadurch kleiner gemacht werden kann, dass als Haupt-Vakuumpumpe für die Elektronenquelle keine Ionenpumpe, sondern eine nichtverdampfende Getterpumpe verwendet wird. In der Patent-Druckschrift 5 ist beschrieben, dass in einer Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung während der Messung des Elektronenemissionsstroms von einer Kathode zwei Mikrometer gedreht werden, um die Position der Kathode zu verändern, wobei die den Maximalwert des Emissionsstroms bezeichnende Position als Kathodeneinstellposition definiert wird. Es ist auch ein Verfahren zum Erhalten des Elektronenabstrahlmusters von der Kathode beim Drehen der beiden Mikrometer unter Betrachtung des Bildes des von der Kathode abgestrahlten Elektronenstrahls über eine Abbildung der Sekundärelektronenentladung bei der Einstrahlung des Elektronenstrahls beschrieben.
In der Patent-Druckschrift 6 ist eine Vorrichtung zum Betrachten und Analysieren von Defekten und Fremdstoffen durch Ausbilden eines rechteckigen Lochs in der Nähe eines unnormalen Abschnitts einer Probe mit einem FIS und Betrachten eines Querschnitts dieses rechteckigen Lochs mit einem REM beschrieben.
In der Patent-Druckschrift 7 ist eine Technik zum Extrahieren von kleinen Proben für die Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop aus einer größeren Probe mit einem FIS oder einer Sonde beschrieben.
Liste der zitierten Druckschriften
Patent-Druckschriften

Patent-Druckschrift 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP S58-085242 A
Patent-Druckschrift 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP 2008-140557 A
Patent-Druckschrift 3: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP 2009-163981 A
Patent-Druckschrift 4: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP 2007-311117 A
Patent-Druckschrift 5: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP H08-236052 A
Patent-Druckschrift 6: Internationale Patentanmeldung WO 99/05506 A1

Weitere Beispiele herkömmlicher Ladungsteilchenmikroskope sind beschrieben in US 2007/0227883 A1 , US 2008/0217555 A1 und JP 2005-063865 A .
Nicht-Patent-Druckschriften

Nicht-Patent-Druckschrift 1: H.-S. Kuo, I.-S. Hwang, T.-Y. Fu, J.-Y. Wu, C.-C. Chang und T. T. Tsong, Nano Letters 4 (2004) 2379
Nicht-Patent-Druckschrift 2: J. Morgan, J. Notte, R. Hill und B. Ward, Microscopy Today, 14. Juli (2006) 24

Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Nanopyramidenstruktur am vorderen Ende des metallischen Emitters kommen die Ionen aus der Umgebung eines einzigen Atoms am vorderen Ende der Nanopyramide. Der Bereich, der die Ionen abgibt, ist daher sehr klein, die eigentliche Ionenquelle ist nur einige Nanometer oder weniger groß. Bei der Fokussierung auf die Probe mit dem für diese Ionenquelle passenden Vergrößerungsverhältnis oder dem Anheben der Reduktionsrate auf etwa 1/2 kommen daher die Eigenschaften der Ionenquelle in vollem Umfang zum Tragen. Bei einer herkömmlichen Gallium-Flüssigmetall-Ionenquelle betragen die Abmessungen der Ionenquelle etwa 50 nm. Ein Strahldurchmesser von 5 nm auf der Probe erfordert daher ein Reduktionsverhältnis von 1/10 oder weniger. Vibrationen der Emitterspitze der Ionenquelle werden daher auf der Probe auf 1/10 oder weniger reduziert. Auch wenn sich die Emitterspitze um 10 nm bewegt, beträgt die Bewegung des Strahlflecks auf der Probe 1 nm oder weniger. Der Einfluss von Vibrationen der Emitterspitze auf einen Strahldurchmesser von 5 nm ist daher unbedeutend. Im vorliegenden Fall beträgt jedoch das Reduktionsverhältnis 1 bis 1/2. Eine Bewegung der Emitterspitze von 10 nm entspricht daher bei einem Reduktionsverhältnis von 1/2 einer Bewegung von 5 nm auf der Probe, und die Vibrationen auf der Probe sind im Verhältnis zum Strahldurchmesser groß. Eine Auflösung von 0,2 nm erfordert daher eine Beschränkung der Vibrationen der Emitterspitze auf maximal 0,1 nm oder weniger. Die herkömmliche Ionenquelle ist unter dem Gesichtspunkt des Verhinderns von Vibrationen der Emitterspitze nicht zufriedenstellend.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat außerdem ein Problem mit einer vergrößerten Amplitude der Emitterspitzevibration herausgefunden, das heißt ein Problem bei der Bildauflösung beim Vergrößern der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, das sich durch das Vergrößern der mechanischen Kippeinrichtung der Emitterspitze ergibt. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat außerdem herausgefunden, dass durch Verkleinern des Ionenbestrahlungssystems, Verkürzen des ionenoptischen Wegs und Bereitstellen eines Mechanismusses zum genauen Einstellen der Richtung der Ionenentladung von der Emitterspitze auf die Richtung zur Probe eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung erhalten werden kann, mit der sich die Eigenschaften dieser Ionenquelle nutzen lassen.
Auch hinsichtlich der Achseneinstellung des Ionenbestrahlungssystems kann durch die Ausrichtung der Achse der Emitterspitze auf die Öffnung der Extraktionselektrode eine Verringerung der Abbildungsfehler beim Ausdünnen des Ionenstrahls und damit ein ultrafeiner Strahl erhalten werden.
Bei der Ausbildung des vorderen Endes wird die Emitterspitze einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen. Dabei kann über zum Beispiel die Spannung, den Strom und den Widerstand eine Temperatursteuerung erfolgen. Es ist jedoch schwierig, beim Abkühlen auf extrem niedrige Temperaturen eine Temperatursteuerung durchzuführen. Es hat sich herausgestellt, dass eine genaue Temperatursteuerung bei der Hochtemperaturbehandlung zu einer Verbesserung bei der Zuverlässigkeit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ladungsteilchenmikroskop zu schaffen, bei dem durch eine Verringerung der Amplitude der relativen Vibrationen zwischen der Emitterspitze und der Probe eine Probenbetrachtung mit hoher Auflösung möglich ist.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung ist in den beigefügten Patentansprüchen definiert. Offenbart ist ein Ladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; einer Emitterspitze im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode mit einer Öffnung, durch die die an der Emitterspitze erzeugten Ionen laufen; einer Ionenquelle mit der Emitterspitze und der Extraktionselektrode; einer Fokussierlinse, die den von der Ionenquelle abgegebenen Ionenstrahl fokussiert; und mit einem ersten Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat, wobei zwischen der Fokussierlinse und dem ersten Deflektor eine erste Blende vorgesehen ist, die den Ionenstrahl begrenzt, der die Fokussierlinse durchlaufen hat.
Durch das Vorsehen der ersten Blende zwischen der Fokussierlinse und dem ersten Deflektor kann der Abstand dazwischen verkleinert werden, da der Abstand in der Höhenrichtung im Vergleich zu dem Fall, dass der erste Deflektor zwischen der Kondensorlinse und der ersten Blende angeordnet ist, kleiner sein kann. Der erste Deflektor ist hier ein Deflektor, der den Ionenstrahl zum Zwecke des Ausbildens eines Musters der Ionenbestrahlung von der Emitterspitze auslenkt. Mit dem ersten Deflektor ist ein Deflektor gemeint, der auf der Strecke von der Ionenquelle zur Probe an einer ersten Stelle angeordnet ist. Aber auch eine Ladungsteilchen-Bestrahlungsvorrichtung mit einem Deflektor zwischen dem ersten Deflektor und der Fokussierlinse, dessen Länge in der Richtung der optischen Achse kürzer ist als die Länge des ersten Deflektors und der zum Einstellen der Auslenkachse des Ionenstrahls verwendet wird, liegt innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop, bei dem die erste Blende in einer Richtung in einer im Wesentlichen senkrechten Ebene beweglich ist, kann der Ionenstrahl begrenzt werden, der die Fokussierlinse durchlaufen hat. Dadurch kann eine Ausrichtung der Öffnung der ersten Blende zur optischen Achse des Ionenstrahls erfolgen und ein extrem feiner Strahl mit einer geringen Verzerrung erhalten werden. Durch Verändern der Größe der Öffnung der Blende oder durch Vorsehen von Öffnungen verschiedener Größe, zum Beispiel einer Anzahl von Löchern mit unterschiedlichen Durchmessern, und Auswählen der Größe der Öffnung oder Auswählen eines Lochs mit einem bestimmten Durchmesser zum Durchlassen des Ionenstrahls kann der Öffnungswinkel des Ionenstrahls bezüglich der Linse ausgewählt werden. Dadurch kann das Ausmaß der Linsenaberration gesteuert werden und damit der Durchmesser und der Strom des Ionenstrahls kontrolliert werden.
Das Ladungsteilchenmikroskop umfasst des Weiteren einen zweiten Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; eine zweite Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; eine Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe; und eine Signalvolumen-Messeinrichtung zum Messen eines Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls ist, der durch die zweite Blende gelaufen ist. Im Ergebnis lässt sich das Muster der Ionenabstrahlung von der Emitterspitze erhalten, wodurch eine Einstellung des Kippwinkels der Emitterspitze und eine Ausrichtung zur optischen Achse des Ionenstrahls möglich sind. Darüberhinaus kann das optische System für den Ionenstrahl verkürzt werden, wodurch die Amplitude der relativen Vibrationen zwischen dem Emitter und der Probe kleiner wird, was wiederum eine Betrachtung der Probe mit hoher Auflösung ermöglicht.
Bei dem Ladungsteilchenmikroskop, bei dem die zweite Blende den Ionenstrahl begrenzt, der die Objektivlinse durchlaufen hat, kann leicht das Muster der Ausstrahlung des Ionenstrahls festgestellt und damit die Auflösung verbessert werden.
Bei dem Ladungsteilchenmikroskop, bei dem die Signalvolumen-Messeinrichtung ein Ladungsteilchendetektor ist, der die von der Probe bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen erfasst, kann der Signal-Rausch-Abstand bei der Betrachtung des Musters der Ionenabstrahlung von der Emitterspitze verbessert werden.
Das Ladungsteilchenmikroskop mit einer Probe zur Einstellung des Ionenstrahls ermöglicht eine Betrachtung des Musters der Ionenabstrahlung von der Emitterspitze in einem gleichmäßigen Zustand. Dies hat auch den Vorteil, dass die betrachtete Probe nicht kontaminiert wird und nicht zerbrochen wird.
Bei dem Ladungsteilchenmikroskop umfasst die Signalvolumen-Messeinrichtung wenigstens eines der folgenden Geräte: Ein Amperemeter zum Messen des Ionenstrahlstroms; ein mit der Probe verbundenes Amperemeter; eine Einrichtung zum Verstärken des Ionenstrahlstroms mit einem Kanal für die Messung; und eine Einrichtung zur Verstärkung mit einer Multikanalplatte zum Messen des Signalvolumens. Dadurch kann bei der Feststellung des Musters der Ionenabstrahlung von der Emitterspitze das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop, bei dem die zweite Blende auch als Elektrode für die Objektivlinse dient, können Komponenten eingespart werden.
Mit dem Ladungsteilchenmikroskop, bei dem das vordere Ende der Emitterspitze eine Nanopyramide ist, kann ein dünner Strahl erhalten werden, so dass eine Probenbetrachtung mit hoher Auflösung möglich ist.
Durch das Vorsehen einer Anzeigeeinrichtung bei dem Ladungsteilchenmikroskop zur Darstellung des Ionenabstrahlmusters der Nanopyramide können die Einstellung des Emitter-Kippwinkels und die Ausrichtung zu der optischen Achse des Ionenstrahls mit Bezug zu dem dargestellten Bild des Ionenabstrahlmusters erfolgen.
Ein Ladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; einer im Vakuumbehälter angeordneten Emitterspitze; einer Extraktionselektrode mit einer Öffnung, durch die die an der Emitterspitze erzeugten Ionen laufen; einer Ionenquelle mit der Emitterspitze und der Extraktionselektrode; und mit einer Fokussierlinse, die den von der Ionenquelle abgegebenen Ionenstrahl fokussiert, das des Weiteren eine Kippwinkel-Einstelleinrichtung zur Einstellung des Kippwinkels bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls und eine Anzeigeeinrichtung zur Darstellung des Ionenstrahlmusters in Abhängigkeit vom Kippwinkel umfasst, ermöglicht eine Einstellung des Kippwinkels des Emitters unter Betrachtung des Ionenstrahlmusters. Bei einem Ladungsteilchenmikroskop mit einem Antriebsmechanismus für die Kippwinkel-Einstelleinrichtung an der Ionenquelle kann das Kippen erfolgen, während die Position des vorderen Endes des Ionenemitters mit der Emitterspitze im Wesentlichen festgehalten wird, so dass die Anordnung kompakt ausgestaltet werden kann.
Die Anordnung kann dann besonders kompakt ausgestaltet werden, wenn bei dem Ladungsteilchenmikroskop ein Antriebsmechanismus für die Kippwinkel-Einstelleinrichtung mit einem Piezoelement verwendet wird.
Ein Ladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; einer im Vakuumbehälter angeordneten Emitterspitze; einer Extraktionselektrode mit einer Öffnung, durch die die an der Emitterspitze erzeugten Ionen laufen; einer Ionenquelle mit dem Emitter und der Extraktionselektrode; einer Fokussierlinse, die den von der Ionenquelle abgegebenen Ionenstrahl fokussiert; und mit einem Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat, das des Weiteren eine Lichterfassungseinrichtung zum Erfassen des vom Emitter oder einem mit dem Emitter verbundenen Filament erzeugten Lichts an der Öffnung umfasst, ermöglicht eine Betrachtung des Emitters oder des Filaments, das mit dem Emitter verbunden ist.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop mit einer Einrichtung zur Veränderung der relativen Position des Emitters und der Extraktionselektrode ist eine Emittereinstellung möglich.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung wenigstens der an das Filament angelegten Spannung oder des daran angelegten Stroms oder des Widerstands und der Temperatur auf der Basis des von der Lichterfassungseinrichtung erfassten Signals ist eine Einstellung der Temperatur des Filaments möglich, wodurch die Zuverlässigkeit bei der Herstellung oder dem Wiederaufbau der Nanopyramide am Emitter verbessert wird und ein geeigneter Ionenstrahl erhalten wird.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop mit einer Einrichtung, mit der die Lichterfassungseinrichtung den Emitter oder das mit dem Emitter verbundene Filament durch eine Öffnung von der Außenseite des Vakuumbehälters betrachten kann, ist eine Betrachtung des Emitters oder des mit dem Emitter verbundenen Filaments möglich.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop mit einem Probentisch für die Probe, der im Wesentlichen in der Ebene senkrecht zum Ionenstrahl bewegt werden kann, ist, wenn der Probentisch mit einer Einrichtung zur Betrachtung des Emitters oder des mit dem Emitter verbundenen Filaments durch eine Öffnung von der Außenseite des Vakuumbehälters versehen ist, eine Betrachtung des Emitters oder des mit dem Emitter verbundenen Filaments möglich.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop mit einer Einrichtung zur Betrachtung des Emitters oder des mit dem Emitter verbundenen Filaments durch eine Öffnung von der Außenseite des Vakuumbehälters zwischen der Fokussierlinse und der Objektivlinse ist eine Betrachtung des Emitters oder des mit dem Emitter verbundenen Filaments möglich.
Bei einem Ladungsteilchenmikroskop mit einer ersten Blende zwischen der Fokussierlinse und dem ersten Deflektor, bei dem zumindest ein Teil der Lichterfassungseinrichtung in der ersten Blende enthalten ist, ist eine Betrachtung des Emitters oder des mit dem Emitter verbundenen Filaments möglich.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung ist mit einer Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen eine Probenbetrachtung durch die geladenen Teilchen mit hoher Auflösung möglich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
2 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Steuersystems bei einem Beispiel für eine erfindungsgemä-ße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
3 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
4 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kühlmechanismusses für eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
5 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
6A ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kippmechanismusses für die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (vor einer Einstellung des Kippwinkels).
6B ist eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kippmechanismusses für die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (nach der Einstellung des Kippwinkels).
7A ist eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kippmechanismusses für die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (vor einer Einstellung des Kippwinkels).
7B ist eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kippmechanismusses für die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (nach der Einstellung des Kippwinkels).
8A zeigt ein Beispiel für ein Ionenabstrahlmuster bei der Darstellung einer Abbildung an einem Berechnungsprozessor der erfindungsgemäßen Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (mit einem Atom).
8B zeigt ein Beispiel für das Ionenabstrahlmuster bei der Darstellung einer Abbildung an dem Berechnungsprozessor der erfindungsgemäßen Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (mit sechs Atomen).
9 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
10 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Steuersystems bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
11 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Steuersystems bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.
12A ist eine schematische Darstellung der Umgebung einer Gasmolekül-Ionisationskammer bei der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (mit einem geöffneten Abdeckelement).
12B ist eine schematische Darstellung der Umgebung einer Gasmolekül-Ionisationskammer bei der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld bei dem Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen (wobei das Abdeckelement geschlossen ist).
13 zeigt ein Beispiel für die Abbildung der Emitterspitze und des Filaments an dem Berechnungsprozessor der erfindungsgemäßen Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen.

Beschreibung von Ausführungsformen
Anhand der 1 wird ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen beschrieben. Als Ionenstrahlvorrichtung wird ein erstes Beispiel eines Rasterionenmikroskops beschrieben. Das Rasterionenmikroskop dieses Beispiels umfasst eine Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld, eine Säule 2 für ein Ionenstrahl-Bestrahlungssystem, eine Probenkammer 3 und einen Kühlmechanismus 4. Das Innere der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld, der Säule 2 für das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem und der Probenkammer 3 stellt einen Vakuumbehälter dar.
Es wird nun der Aufbau der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld näher erläutert. Sie umfasst eine Emitterspitze 21 in Nadelform und eine Extraktionselektrode 24 gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung 27, durch die die Ionen laufen. Das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem umfasst eine Fokussierlinse 5 zum Fokussieren der von der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld abgegebenen Ionen; eine bewegliche erste Blende 6 zum Begrenzen des Ionenstrahls 14 nach dem Durchlaufen der Fokussierlinse; einen ersten Deflektor 35 zum Auslenken oder Ausrichten des Ionenstrahls nach dem Durchlaufen der ersten Blende; einen zweiten Deflektor 7 zum Auslenken des Ionenstrahls nach dem Durchlaufen der ersten Blende; eine zweite Blende 36 zum Begrenzen des Ionenstrahls 14 nach dem Durchlaufen der ersten Blende; und eine Objektivlinse 8 zum Fokussieren des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe.
Der erste Deflektor ist hier ein Deflektor, der den Ionenstrahl zum Zwecke des Abbildens des Musters der Ionenabstrahlung von der Emitterspitze auslenkt. Mit dem „ersten“ Deflektor ist hier der Deflektor gemeint, der bei einer Betrachtung von der Ionenquelle zur Probe an der ersten Stelle angeordnet ist. Allerdings liegt auch eine Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen innerhalb des Umfangs der Erfindung, die zwischen dem ersten Deflektor und der Fokussierlinse einen Deflektor mit einer Länge entlang der optischen Achse enthält, die kürzer ist als bei dem ersten Deflektor, der für die Auslenkung des Ionenstrahls bei der Achseneinstellung verwendet wird.
In der Probenkammer 3 befindet sich ein Probentisch 10, auf dem eine Probe 9 angebracht wird; und ein Sekundärteilchendetektor 11. Der Ionenstrahl 14 von der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld wird durch das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem auf die Probe 9 eingestrahlt. Die Sekundärteilchen von der Probe 9 werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Das vom Sekundärteilchendetektor 11 gemessene Signalvolumen ist im Wesentlichen proportional zum Ionenstrahlstrom durch die zweite Blende 36.
Obwohl nicht gezeigt, sind des Weiteren eine Elektronenkanone, die einer Aufladung der Probe bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl entgegenwirkt, und in der Nähe der Probe eine Gaszuführung zum Zuführen von Ätz- und Abscheidegas vorgesehen.
Das Ionenmikroskop dieses Beispiels umfasst des Weiteren eine Ionenquelle-Vakuumpumpe 12 zum Evakuieren der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld und eine Probenkammer-Vakuumpumpe 13 zum Evakuieren der Probenkammer 3. Auf Gerätefüßen 17, die auf einem Boden 20 angeordnet sind, ist eine Basisplatte 18 mit einem Vibrationsabsorptionsmechanismus 19 dazwischen angebracht. Die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld, die Säule 2 für das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem und die Probenkammer 3 sind auf der Basisplatte 18 angeordnet. Der Kühlmechanismus 4 kühlt das Innere der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld, die Emitterspitze 21, die Extraktionselektrode 24 und so weiter. Wenn für den Kühlmechanismus 4 ein Kühler vom Gifford-McMahon-Typ (GM-Typ) verwendet wird, befindet sich auf dem Boden 20 eine Kompressoreinheit (ein Kompressor), nicht gezeigt, der als Arbeitsgas Helium verwendet. Die Vibrationen von der Kompressoreinheit (dem Kompressor) werden über den Boden 20 zu den Gerätefüßen 17 übertragen. Zwischen den Gerätefüßen 17 und der Basisplatte 18 befindet sich jedoch der Vibrationsabsorptionsmechanismus 19, über den so gut wie keine hochfrequenten Vibrationen vom Boden zu der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld, der Säule 2 für das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem und der Probenkammer 3 usw. übertragen werden. Die Vibrationen der Kompressoreinheit (des Kompressors) werden daher nicht über den Boden 20 zu der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld, der Säule 2 für das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem und der Probenkammer 3 usw. übertragen. Als Ursache für die Vibrationen des Bodens 20 sind hier der Kühler 40 und der Kompressor 16 angegeben. Es kann jedoch auch noch andere Ursachen für Vibrationen des Bodens 20 geben.
Der Vibrationsabsorptionsmechanismus 19 kann aus einem Vibrationen absorbierenden Gummielement, einer Feder, einem Dämpfer oder einer Kombination davon bestehen.
Im vorliegenden Beispiel ist der Vibrationsabsorptionsmechanismus 19 auf dem Gerätefuß 17 vorgesehen, der Vibrationsabsorptionsmechanismus 19 kann jedoch auch unter dem Gerätefuß 17 vorgesehen sein oder an beiden Stellen.
Die 2 zeigt ein Beispiel für die Steuervorrichtungen der erfindungsgemäßen Ionenmikroskops der 1. Die Steuervorrichtungen umfassen eine Steuervorrichtung 91 für die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld; eine Steuervorrichtung 92 für den Kühler 40; eine Linsen-Steuervorrichtung 93 für die Fokussierlinse 5 und die Objektivlinse; eine Steuervorrichtung 94 für die bewegliche erste Blende 6; eine Steuervorrichtung 195 für den ersten Deflektor; eine Steuervorrichtung 95 für den zweiten Deflektor; eine Steuervorrichtung 96 für den Sekundärteilchendetektor 11; eine Steuervorrichtung 97 für den Probentisch 10; eine Steuervorrichtung 98 für die Probenkammer-Vakuumpumpe 13 und einen Berechnungsprozessor 99 mit einer Arithmetikeinheit. Der Berechnungsprozessor 99 enthält einen Bildanzeigeabschnitt. Am Bildanzeigeabschnitt sind die Bilder zu sehen, die aus dem Erfassungssignal des Sekundärteilchendetektors 11 erzeugt werden, und außerdem die an einer Eingabevorrichtung eingegebenen Informationen.
Der Probentisch 10 umfasst einen Mechanismus zum linearen Bewegen der Probe 9 in der Probenebene in zwei zueinander senkrechten Richtungen; einen Mechanismus zum linearen Bewegen der Probe 9 in einer zur Probenebene senkrechten Richtung; und einen Mechanismus zum Drehen der Probe 9 in der Probenebene. Der Probentisch 10 weist außerdem eine Kippfunktion auf, mit der die Probe 9 um eine Kippachse gekippt werden kann, um dadurch den Einstrahlungswinkel des Ionenstrahls 14 auf die Probe 9 zu ändern. Die Steuerung dafür führt die Steuervorrichtung 97 für den Probentisch auf der Basis von Befehlen vom Berechnungsprozessor 99 aus.
Es wird nun der Betrieb des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems bei dem Ionenmikroskop des vorliegenden Beispiels erläutert. Der Betrieb des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems wird mit Befehlen vom Berechnungsprozessor 99 gesteuert. Der von der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld erzeugte Ionenstrahl 14 wird von der Fokussierlinse 5 gebündelt, der Strahldurchmesser davon wird von der Strahlbegrenzungsblende 6 begrenzt und von der Objektivlinse 8 weiter fokussiert. Der fokussierte Strahl wird auf die Probe 9 auf dem Probentisch 10 eingestrahlt und dabei die Probe 9 abgetastet.
Die von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Das Signal des Sekundärteilchendetektors 11 wird einer Luminanzmodulation unterworfen und zum Berechnungsprozessor 99 übertragen. Der Berechnungsprozessor 99 erzeugt ein Rasterionenmikroskopbild und zeigt es am Bildanzeigeabschnitt an. Dadurch wird eine hoch aufgelöste Betrachtung der Probenvorderseite ermöglicht.
Die erste Blende ist in einer Ebene beweglich, die im Wesentlichen senkrecht zur Einstrahlungsachse 14A des Ionenstrahls liegt. Die Öffnung der ersten Blende kann in eine Linie mit der optischen Achse des Ionenstrahls gebracht werden, so dass ein extrem feiner Strahl mit einer sehr geringen Strahlverzerrung erhalten wird. Durch Ändern der Größe der Öffnung der Blende oder durch das Bereitstellen von Öffnungen mit unterschiedlichen Größen, zum Beispiel einer Anzahl von Löchern mit unterschiedlichen Durchmessern, und die Auswahl der Größe der Öffnung bzw. eines Lochs mit einem gegebenen Durchmesser für den Ionenstrahl wird der Öffnungswinkel des Ionenstrahls bezüglich der Linse ausgewählt. Dadurch kann die Linsenaberration kontrolliert werden und damit der Durchmesser des Ionenstrahls und der Ionenstrahlstrom gesteuert werden.
Anhand der 3 wird nun ein Beispiel für die erfindungsgemäße Abstrahlvorrichtung für einen geladenen Teilchenstrahl erläutert. Dabei wird ein Beispiel für den Kühlmechanismus 4 der Abstrahlvorrichtung für einen geladenen Teilchenstrahl der 1 genauer erläutert. Der Kühlmechanismus 4 dieses Beispiels enthält einen Heliumkreislauf. Der Kühlmechanismus 4 dieses Beispiels kühlt das Heliumgas, das Kühlmittel, mit einem Kühler 401 vom GM-Typ und mit Wärmetauschern 402, 408, 410 und 412 ab und wälzt es mit der Kompressoreinheit 400 um. Das vom Kompressor 400 komprimierte Heliumgas mit zum Beispiel 0,9 MPa und einer Normaltemperatur von 300 K strömt durch eine Leitung 409 in den Wärmetauscher 402 und tauscht dort die Wärme mit dem zurückkehrenden Heliumgas auf niedriger Temperatur (wird noch beschrieben) aus und wird dabei auf eine Temperatur von etwa 60K abgekühlt. Das abgekühlte Heliumgas wird durch eine Leitung 403 in die isolierte Transferleitung 404 geführt und strömt in den Wärmetauscher 405, der sich in der Nähe der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld befindet. Der in den Wärmetauscher 405 integrierte Wärmeleiter 406 wird dabei auf eine Temperatur von etwa 65 K abgekühlt und kühlt den erwähnten Strahlungsschutz usw. ab. Das aus dem Wärmetauscher 405 abströmende erwärmte Heliumgas fließt durch eine Leitung 407 zu einem Wärmetauscher 409, der thermisch in die erste Kühlstufe 408 des Kühlers 401 vom GM-Typ integriert ist, wird dort auf eine Temperatur von etwa 50 K abgekühlt und strömt zum Wärmetauscher 410. Dort tauscht es mit dem zurückkehrenden Heliumgas niedriger Temperatur (wird noch erläutert) Wärme aus und wird auf eine Temperatur von etwa 15 K abgekühlt, fließt dann zu einem Wärmetauscher 412, der thermisch in eine zweite Kühlstufe 411 des Kühlers 401 vom GM-Typ integriert ist, wird dort auf eine Temperatur von etwa 9 K abgekühlt und von dort durch eine Leitung 413 zur Transferleitung 404 befördert, fließt zu einem Wärmetauscher 414, der in der Nähe der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld angeordnet ist, und kühlt einen Kühlleiterstab 53, der als Wärmeleiter thermisch mit dem Wärmetauscher 414 verbunden ist. Das im Wärmetauscher 414 erwärmte Heliumgas fließt dann nacheinander durch eine Leitung 415 zu den Wärmetauschern 410 und 402, tauscht dort Wärme mit dem Heliumgas aus und kehrt dabei im Wesentlichen zur Normaltemperatur von etwa 275 K zurück, bevor es durch die Leitung 415 an der Kompressoreinheit 400 gesammelt wird. Der beschriebene Niedertemperaturabschnitt befindet sich in einer vakuumisolierten Kammer 416, die zeitweise mit der Transferleitung 404 verbunden wird. In der vakuumisolierten Kammer 416 wird das Eindringen von Wärme über die von den auf Raumtemperatur befindlichen Abschnitten abgestrahlte Wärme durch zum Beispiel eine Strahlenschutzplatte (nicht gezeigt) oder durch ein laminiertes Isolationsmaterial verhindert.
Die Transferleitung 404 ist fest am Boden 20 oder einer Halterung 417 am Boden 20 befestigt. Die Leitungen 403, 407, 413 und 415 sind in der Transferleitung 404 durch eine Kunststoffisolierung mit Glasfasern als Isoliermaterial mit niedriger Wärmeleitfähigkeit (nicht gezeigt) befestigt und sind damit auch am Boden 20 befestigt. In der Nähe der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld ist die Transferleitung 404 an der Basisplatte 18 befestigt, so dass auch die Leitungen 403, 407, 413 und 415, die in der Transferleitung 404 durch eine Kunststoffisolierung mit Glasfasern als Isoliermaterial mit niedriger Wärmeleitfähigkeit (nicht gezeigt) befestigt sind, an der Basisplatte 18 befestigt sind.
Der Kühlmechanismus erzeugt die Kälte durch eine Einrichtung zur Expansion eines ersten Hochdruckgases, das von der Kompressoreinheit 16 erzeugt wird, wobei als zweites, sich bewegendes Kühlmittel Heliumgas verwendet wird, das von dieser Einrichtung gekühlt wird und das von der Kompressoreinheit 400 umgewälzt wird.
Der Kühlleiterstab 53 ist durch ein Kupfergeflecht 54 der verformbaren Art und über eine Saphirbasis mit der Emitterspitze 21 verbunden. Die Emitterspitze 21 wird auf diese Weise gekühlt. Bei dem vorliegenden Beispiel verursacht der Kühler vom GM-Typ eine Vibration des Bodens, die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld, die Säule 2 für das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem, die Probenkammer 3 usw. sind jedoch getrennt vom Kühler vom GM-Typ angeordnet, und die mit den Wärmetauschern 405 und 414 in der Nähe der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld verbundenen Leitungen 403, 407, 413 und 415 sind fest am Boden 20 und der Basisplatte 18 befestigt und vibrieren daher nicht, da sie gegen die Vibrationen vom Boden isoliert sind, so dass das vorliegende Beispiel ein System umfasst, bei dem kaum mechanische Vibrationen übertragen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen mit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld werden kaum Vibrationen vom Kühlmechanismus zur Emitterspitze übertragen, da ein Befestigungsmechanismus an der Emitterbasis vorgesehen ist, so dass Vibrationen der Emitterspitze verhindert werden und eine hochaufgelöste Betrachtung möglich ist.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung fand heraus, dass der Schall vom Kompressor 16 oder 400 die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld in Vibrationen versetzt und dadurch die Auflösung schlechter wird. Bei dem vorliegenden Beispiel trennt daher eine Abdeckung 417 den Kompressor räumlich von der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld. Dadurch wird der Einfluss der Vibrationen herabgesetzt, die auf den Schall vom Kompressor zurückzuführen sind. Damit wird eine hochaufgelöste Betrachtung möglich.
Bei diesem Beispiel wird das zweite Heliumgas vom Kompressor 400 umgewälzt, der gleiche Effekt kann jedoch durch Verbinden der Leitungen 111 und 112 des Heliumkompressors 16 mit den Leitungen 409 und 416 über Durchflussregelventile (nicht gezeigt), Zuführen eines Teils des Heliumgases des Heliumkompressors 16, das heißt des umlaufenden Heliumgases als zweites Heliumgas in die Leitung 409 und Zurückführen des Gases durch die Leitung 416 zum Heliumkompressor 16 erhalten werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel wird der Kühler 40 vom GM-Typ verwendet, es kann jedoch auch ein Impulsrohrkühler oder ein Kühler vom Sterling-Typ verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel weist der Kühler zwei Kühlstufen auf, es kann jedoch auch nur eine Kühlstufe vorgesehen werden. Hinsichtlich der Anzahl der Kühlstufen gibt es keine Einschränkungen. Zum Beispiel kann die Verwendung eines kompakten Kühlers vom Sterling-Typ mit einer Kühlstufe als Heliumumlaufkühler mit einer minimalen Kühltemperatur von 50 K eine kompakte, kostengünstige Ionenstrahlvorrichtung ergeben. Anstelle von Heliumgas kann in einem solchen Fall auch Neongas oder Wasserstoff verwendet werden.
Die 4 zeigt ein Beispiel für die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld und den Kühlmechanismus 4 dafür bei der erfindungsgemäßen Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen der 1. Die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld wird anhand der 5 näher erläutert. Hier wird der Kühlmechanismus 4 beschrieben. Bei dem vorliegenden Beispiel wird als Kühlmechanismus 4 für die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld ein Kühlmechanismus beschrieben, bei dem ein Kühler 40 vom GM-Typ zusammen mit einem Topf 43 für Heliumgas verwendet wird. Die Mittelachse des Kühlers vom GM-Typ verläuft parallel zur optischen Achse des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems durch die Emitterspitze 21 des Ionenmikroskops. Dadurch wird sowohl eine Verbesserung bei der Fokussierung des Ionenstrahls als auch eine Verbesserung der Kühlwirkung erreicht.
Der Kühler 40 vom GM-Typ umfasst einen Hauptkörper 41, eine erste Kühlstufe 42A und eine zweite Kühlstufe 42B. Der Hauptkörper 41 wird von einem Haltepfosten 103 gehalten. Die erste Kühlstufe 42A und die zweite Kühlstufe 42B sind so aufgebaut, dass sie am Hauptkörper 41 aufgehängt sind.
Der Außendurchmesser der ersten Kühlstufe 42A ist größer als der Außendurchmesser der zweiten Kühlstufe 42B. Die Kühlleistung der ersten Kühlstufe 42A beträgt etwa 5 W und die Kühlleistung der zweiten Kühlstufe 42B etwa 0,2 W. Die erste Kühlstufe 42A wird auf etwa 50 K abgekühlt. Die zweite Kühlstufe 42B kann auf etwa 4 K abgekühlt werden.
Der obere Endabschnitt der ersten Kühlstufe 42A ist von einem Faltenbalg 69 umgeben. Der untere Endabschnitt der ersten Kühlstufe 42A und die zweite Kühlstufe 42B sind von dem gasdichten Topf 43 umgeben. Der Topf 43 enthält einen Abschnitt 43A mit einem großen Durchmesser, der die erste Kühlstufe 42A umgibt, und einen Abschnitt 43B mit einem kleineren Durchmesser, der die zweite Kühlstufe 42B umgibt. Der Topf 43 wird von einem Haltepfosten 104 gehalten. Der Haltepfosten 104 ist an der Basisplatte 18 befestigt, wie es in der 1 gezeigt ist.
Der Faltenbalg 69 und der Topf 43 sind dicht verschlossen, im Inneren davon befindet sich als wärmeleitendes Medium Heliumgas 46. Die beiden Kühlstufen 42A und 42B sind vom Heliumgas 46 umgeben, stehen aber nicht mit dem Topf 43 in Kontakt. Anstatt Heliumgas kann auch Neongas oder Wasserstoff verwendet werden.
Bei dem Kühler 40 vom GM-Typ dieses Beispiels wird die erste Kühlstufe 42A auf etwa 50 K abgekühlt. Das Heliumgas 46 um die erste Kühlstufe 42A wird damit auf etwa 70 K abgekühlt. Die zweite Kühlstufe 42B wird auf 4 K abgekühlt. Das Heliumgas 46 um die zweite Kühlstufe 42B wird damit auf etwa 6 K abgekühlt. Auf diese Weise wird das untere Ende des Topfes 43 auf etwa 6 K abgekühlt.
Die Vibrationen des Hauptkörpers 41 des Kühlers 40 vom GM-Typ werden auf den Haltepfosten 103 und die beiden Kühlstufen 42A und 42B übertragen. Die auf die Kühlstufen 42A und 42B übertragenen Vibrationen werden vom Heliumgas 46 abgeschwächt. Auch wenn die Kühlstufen 42A und 42B des Kühlers vom GM-Typ vibrieren, befindet sich in der Mitte davon das Heliumgas, so dass zwar Wärme übertragen wird, jedoch die mechanischen Vibrationen abgeschwächt werden und kaum Vibrationen zu dem gasdichten Topf 43 übertragen werden, der von der ersten Kühlstufe 42A und der zweiten Kühlstufe 42B gekühlt wird. Insbesondere werden kaum Vibrationen mit hoher Vibrationsfrequenz übertragen. Das heißt, dass der Topf 43 wesentlich geringer mechanisch vibriert wie die beiden Kühlstufen 42A und 42B des Kühlers vom GM-Typ. Wie mit Bezug zu der 1 beschrieben wurde, werden die Vibrationen des Kompressors 16 über den Boden 20 zu den Gerätefüßen 17 übertragen, wobei der Vibrationsabsorptionsmechanismus 19 verhindert, dass diese Vibrationen zur Basisplatte 18 gelangen. Die Vibrationen des Kompressors 16 werden somit nicht auf den Haltepfosten 104 und den Topf 43 übertragen.
Das untere Ende des Topfes 43 ist mit dem Kühlleiterstab 53 aus Kupfer mit hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden. Im Kühlleiterstab 53 ist eine Gaszuführleitung 25 ausgebildet. Der Kühlleiterstab 53 ist mit einem Kühlleitungsrohr 57 aus Kupfer abgedeckt.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Strahlenschutz (nicht gezeigt) mit dem Abschnitt 43A mit großem Durchmesser des Topfes 43 verbunden, der mit dem Kühlleitungsrohr 57 aus Kupfer verbunden ist. Der Kühlleiterstab 53 und das Kühlleitungsrohr 57 befinden sich damit immer auf der gleichen Temperatur wie der Topf 43.
Bei dem vorliegenden Beispiel wird der Kühler 40 vom GM-Typ verwendet, es kann jedoch auch ein Impulsrohrkühler oder ein Kühler vom Sterling-Typ verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel weist der Kühler zwei Kühlstufen auf, es kann jedoch auch nur eine Kühlstufe vorgesehen werden, hinsichtlich der Anzahl der Kühlstufen gibt es keine Einschränkungen.
Anhand der 5 wird nun der Aufbau der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld bei der erfindungsgemäßen Abstrahlvorrichtung für geladene Teilchen näher erläutert. Die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld dieses Beispiels umfasst die Emitterspitze 21, zwei Filamente 22, eine Filamenthalterung 23, einen Haltestab 26 und eine Emitterbasisbefestigung 64. Die Emitterspitze 21 ist mit den Filamenten 22 verbunden. Die Filamente 22 sind am Haltestab 26 befestigt. Der Haltestab 26 ist an der Filamenthalterung 23 angebracht. Die Filamenthalterung 23 ist an einem Kippmechanismus 61 mit einem Piezoelement und mit einem Isoliermaterial 62 dazwischen an der Emitterbasisbefestigung 64 angebracht. Die Emitterbasisbefestigung 64 ist wie in der 4 gezeigt an einem oberen Flansch 51 angebracht. Der Kippmechanismus 61 mit dem Piezoelement wird später noch genauer beschrieben.
Die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld dieses Beispiels umfasst des Weiteren eine Extraktionselektrode 24, einen Widerstandsheizer 30 in zylindrischer Form, Seitenwände 28 in zylindrischer Form und eine obere Abdeckung 29. Die Extraktionselektrode 24 gegenüber der Emitterspitze 21 angeordnet und weist eine Öffnung 27 zum Durchlassen des Ionenstrahls 14 auf. In die Seitenwand 28 ist ein Isoliermaterial 63 eingesetzt, das das Anlegen einer hohen Spannung an die Extraktionselektrode ermöglicht.
Die Seitenwände 28 und die obere Abdeckung 29 umgeben die Emitterspitze 21. Der von der Extraktionselektrode 24, den Seitenwänden 28, der oberen Abdeckung 29, dem Isoliermaterial 63 und der Filamenthalterung 23 umgebene Raum wird Gasmolekül-Ionisationskammer 15 genannt. Die Gasmolekül-Ionisationskammer ist ein Raum für einen erhöhten Gasdruck um die Emitterspitze und ist nicht auf die Elemente beschränkt, die ihre Wände bilden.
Mit der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ist die Gaszuführleitung 25 verbunden. Durch die Gaszuführleitung 25 wird Ionenmaterialgas (Ionisationsgas) zu der Emitterspitze 21 geführt. Das Ionenmaterialgas (Ionisationsgas) ist Helium oder Wasserstoff.
Die Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ist bis auf die Öffnung 27 der Extraktionselektrode 24 und die Gaszuführleitung 25 dicht verschlossen. Das durch die Gaszuführleitung 25 in die Gasmolekül-Ionisationskammer eingeführte Gas kann außer durch die Öffnung 27 der Extraktionselektrode und die Gaszuführleitung 25 die Gasmolekül-Ionisationskammer nicht verlassen. Wenn die Öffnung 27 der Extraktionselektrode 24 ausreichend klein ist, ist die Gasmolekül-Ionisationskammer mit guten Dichtigkeitseigenschaften luftdicht verschlossen. Die Öffnung 27 der Extraktionselektrode 24 ist zum Beispiel ein kreisförmiges Loch mit einem Durchmesser von 0,3 mm. Durch das Einführen des Ionisationsgases an der Gaszuführleitung 25 in die Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ist der Gasdruck in der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 zumindest um eine Größenordnung größer als der Gasdruck im Vakuumbehälter. Dadurch kann das Verhältnis verringert werden, in dem der Ionenstrahl im Vakuum auf Gas trifft und neutralisiert wird, so dass ein großer Ionenstrahlstrom erhalten werden kann.
Der Widerstandsheizer 30 wird zum Ausgasen der Extraktionselektrode 24, der Seitenwände 28 usw. verwendet. Das Ausgasen erfolgt durch Aufheizen der Extraktionselektrode 24, der Seitenwände 28 und so weiter. Der Widerstandsheizer 30 ist außerhalb der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 angeordnet. Wenn der Widerstandsheizer selbst ausgegast wird, erfolgt dies somit außerhalb der Gasmolekül-Ionisationskammer, so dass im Inneren der Gasmolekül-Ionisationskammer ein gutes Vakuum erreicht werden kann.
Im vorliegenden Beispiel wird zum Ausgasen der Widerstandsheizer verwendet, es kann aber auch eine Heizlampe verwendet werden. Die Heizlampe kann die Extraktionselektrode 24 aufheizen, ohne damit in Kontakt zu stehen, wodurch der Aufbau um die Extraktionselektrode einfacher wird. Für die Heizlampe ist auch keine Hochspannung erforderlich, wodurch sich die Stromversorgung für die Heizlampe vereinfacht. Anstelle der Verwendung des heißen Widerstandsheizers kann über die Gaszuführleitung 25 auch ein inaktives Gas zugeführt werden, um die Extraktionselektrode, die Seitenwände usw. zum Ausgasen aufzuheizen. In diesem Fall kann der Gasheizmechanismus auf Massepotential gesetzt werden. Der die Extraktionselektrode umgebende Aufbau ist einfacher, und es sind keine Leitungen und keine Stromversorgung erforderlich.
Durch einen an die Probenkammer 3 und die Probenkammer-Vakuumpumpe 13 angesetzten Widerstandsheizer kann die Probenkammer 3 und die Probenkammer-Vakuumpumpe 13 auf etwa 200 Grad aufgeheizt werden, so dass das Vakuum in der Probenkammer gleich oder besser wird als 10^-7 Pa und darunter. Dadurch kann eine Kontamination der Vorderseite der Probe bei der Einstrahlung des Ionenstrahls auf die Probe vermieden werden, wodurch die Bedingungen für die Betrachtung der Proben-Vorderseite besser werden. Bei der herkömmlichen Technologie wachsen bei der Bestrahlung der Proben-Vorderseite mit Helium- oder Wasserstoffionen die Abscheidungen durch die Kontamination schnell, wodurch es in machen Fällen schwierig wird, die Proben-Vorderseite zu betrachten. Die Probenkammer 3 und die Probenkammer-Vakuumpumpe 13 werden somit im Vakuumzustand einem Ausheizen unterzogen, um das im Vakuum der Probenkammer 3 verbleibende, auf Kohlenwasserstoffen basierende Gas auf eine kleine Menge zu reduzieren. Dadurch wird eine hoch aufgelöste Betrachtung der Proben-Vorderseite möglich.
In der 5 wird außerdem für die Ionisationskammer ein nicht verdampfendes Gettermaterial verwendet. Bei dem vorliegenden Beispiel wird an der Wand dort, wo das von der Gaszuführleitung 25 abgegebene Gas auf die Wand trifft, ein Gettermaterial 520 angeordnet. An der Außenwand der Ionisationskammer befindet sich dort auch der Heizer 30, mit dem vor dem Einführen des zu ionisierenden Gases das nicht verdampfende Gettermaterial 520 aufgeheizt und aktiviert wird. Nach dem Abkühlen der Ionenquelle auf eine extrem niedrige Temperatur wird das Ionisationsgas an der Ionenmaterial-Gaszuführleitung 25 zugeführt. Dadurch wird die Menge an Verunreinigungsmolekülen, die an der Emitterspitze hängenbleibt, dramatisch verringert, wodurch der Ionenstrahlstrom stabiler wird und eine Ionenstrahlvorrichtung erhalten wird, bei der eine Probenbetrachtung ohne Helligkeitsunterschiede in der erhaltenen Abbildung möglich ist.
Anhand der 6 wird der Kippmechanismus mit dem Piezoelement beschrieben. Die Mittelachse 66 der Filamenthalterung 23 kann bezüglich der vertikalen Linie 65 gekippt werden, das heißt sie kann bezüglich der Mittelachse der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 gekippt werden. Die 6A zeigt einen Zustand, bei dem die Mittelachse 66 der Filamenthalterung 23 bezüglich der vertikalen Linie 65 nicht gekippt ist (in der Darstellung liegen die beiden Linien übereinander). Die 6B zeigt einen Zustand, bei dem die Mittelachse 66 der Filamenthalterung 23 bezüglich der vertikalen Linie 65 gekippt ist.
Die Filamenthalterung 23 ist an einem beweglichen Abschnitt 601 des Kippmechanismusses angebracht. Der bewegliche Abschnitt 601 ist mit einem unbeweglichen Abschnitt 602 mit einer Gleitfläche 603 dazwischen verbunden. Diese Gleitfläche 603 bildet einen Teil einer zylindrischen Fläche oder einer sphärischen Fläche mit dem vorderen Ende der Emitterspitze 21 als Mittelpunkt, und die Steuerung des Ausmaßes der Gleitbewegung ermöglicht eine Kippsteuerung mit fast keiner Bewegung des vorderen Endes der Emitterspitze 21. Mit „fast“ ist hier gemeint, dass eine Bewegung von 0,5 mm oder weniger keine Probleme ergibt. In diesem Bereich kann durch den Deflektor ein Ausgleich erfolgen. Wenn die Gleitfläche 603 einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, ermöglicht die Kontrolle des Drehwinkels dieser zylindrischen Fläche mit der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls als Mittelpunkt eine Steuerung des Winkels der Orientierung der gekippten Oberfläche. Wenn die Gleitfläche 603 einen Teil einer sphärischen Fläche bildet, kann die Kippsteuerung mit dem gewünschten Winkel der Orientierung erfolgen. Die Gleitfläche der Kippeinrichtung ist Teil einer zylindrischen Fläche oder einer sphärischen Fläche mit dem vorderen Ende der Emitterspitze 21 als Mittelpunkt und damit keine ebene Fläche. Ein kleiner Radius der Gleitfläche vom Mittelpunkt des vorderen Endes der Emitterspitze 21 zur zylindrischen oder sphärischen Fläche ergibt auch eine kleine Gleitfläche, wodurch die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld kleiner gemacht werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung befinden sich darüberhinaus der bewegliche Abschnitt 601, der unbewegliche Abschnitt 602 und die Gleitfläche 603 dazwischen in der Ionenquellenkammer, und der Radius der Gleitfläche ist kleiner als der Radius des Vakuumgehäuses der Ionenquelle. Auf die Gleitfläche wirkt kein atmosphärischer Druck, und der bewegliche Abschnitt und der unbewegliche Abschnitt können klein und leicht ausgestaltet werden. Die kompakte Kippeinrichtung befindet sich im Vakuumbehälter der Ionenquelle und darüberhinaus in der Ionisationskammer, so dass die Ionenquelle selbst kompakt ausgestaltet werden kann. Sie kann somit klein und leicht ausgestaltet werden. Zusammen mit der Verringerung der Vibrationen kann das Mikroskop insgesamt kleiner gemacht werden.
Die nützlichste Eigenschaft der Kippeinrichtung hinsichtlich einer leichten Herstellung und einer leichten Steuerung liegt darin, dass ihre Mittelachse durch das vordere Ende der Emitterspitze 21 verläuft und die Gleitfläche eine zylindrische Fläche mit dem Mittelpunkt am vorderen Ende der Emitterspitze 21 ist, so dass ein Aufbau möglich ist, bei dem zwei Kippeinrichtungen mit zylindrischen Flächen mit unterschiedlichen Radien der Gleitflächen in den beiden zueinander senkrechten Richtungen kombiniert sind. Die beiden Gleitflächen sind bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls als Mittelachse gegeneinander um 90 Grad verdreht und längs der vertikalen Richtung miteinander kombiniert. Eine unabhängige Steuerung der beiden Gleitflächen ermöglicht ein Verkippen in den beiden orthogonalen Richtungen, so dass diese Kombination ein Verkippen in jeder beliebigen Richtung erlaubt. In diesem Fall kann jede Gleitfläche Piezoelemente umfassen, die eindimensional längs einer Führung in einem Bogen angeordnet sind, der zur Gleitrichtung ausgerichtet ist, wodurch der Aufbau und die Steuerung vereinfacht werden. Wenn die Gleitfläche eine sphärische Fläche ist, ist zwar nur eine Gleitfläche erforderlich, die Piezoelemente müssen dabei jedoch zweidimensional auf der sphärischen Fläche angeordnet werden, so dass die Anzahl der Piezoelemente zunimmt und eine sehr hohe Genauigkeit bei der Anordnung der Piezoelemente auf der sphärischen Fläche erforderlich ist. Auch die Steuerung der Piezoelemente wird komplizierter.
Die Piezoelemente 604 der 6 sind längs einer Fläche auf der Seite des beweglichen Abschnitts 601 der Kippeinrichtung parallel zur Gleitfläche 603 angeordnet, und die Gleitfläche 603 ist fest an diesen Elementen angebracht. Das Anlegen einer impulsartigen Spannung an die Piezoelemente 604 bewirkt eine Ausdehnung und Kontraktion der Elemente in einer Richtung, so dass die Gleitfläche 603 durch die Reibungskraft bewegt werden kann.
Als Einrichtung zum Erzeugen einer Kippkraft kann außer den beschriebenen Piezoelementen zum Beispiel auch ein Drehmechanismus verwendet werden, der über eine Kombination von Zahnrädern mit einem Motor verbunden ist, und es kann auch ein Zieh- und Drück-Mechanismus mit einem linearen Aktuator verwendet werden.
In den 7A und 7B ist ein anderer Kippmechanismus dargestellt. Die Mittelachse 66 der Emitterbasisbefestigung 64 kann bezüglich der vertikalen Linie 65 gekippt werden, das heißt sie kann bezüglich der Mittelachse der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 gekippt werden. Die 7A zeigt einen Zustand, bei dem die Mittelachse 66 der Filamenthalterung 23 und der Emitterbasisbefestigung 64 bezüglich der vertikalen Linie 65 nicht gekippt ist (in der Darstellung liegen die beiden Linien übereinander). Die 7B zeigt einen Zustand, bei dem die Mittelachse 66 der Filamenthalterung 23 und der Emitterbasisbefestigung 64 bezüglich der vertikalen Linie 65 gekippt ist.
In diesem Beispiel ist die Emitterbasisbefestigung 64 an einem beweglichen Abschnitt 701 des Kippmechanismusses angebracht und mit dem Vakuumbehälter 68 über einen Faltenbalg 161 verbunden. Außerdem sind damit die obere Abdeckung 29 und das Isoliermaterial 63 verbunden. Zwischen dem Isoliermaterial 63 und der Filamenthalterung 23 befindet sich ein Faltenbalg 162. Am Vakuumbehälter 68 ist ein unbeweglicher Abschnitt 702 befestigt, und der bewegliche Abschnitt 701 ist mit dem unbeweglichen Abschnitt 702 mit einer Gleitfläche 703 dazwischen verbunden. Die Gleitfläche 703 bildet einen Teil einer zylindrischen Fläche oder einer sphärischen Fläche mit dem vorderen Ende der Emitterspitze 21 als Mittelpunkt, und die Steuerung des Ausmaßes der Gleitbewegung ermöglicht eine Kippsteuerung mit fast keiner Bewegung des vorderen Endes der Emitterspitze 21. Bei diesem Beispiel befindet sich der Antriebsmechanismus für den beweglichen Abschnitt 701, das heißt die Einrichtung zum Erzeugen einer Kippkraft, an der Luft, und die mögliche Auswahl für diese Einrichtung ist groß. Sie kann zum Beispiel aus einer Kombination eines Mechanismusses zum Umwandeln einer rotierenden in eine gerade Bewegung und einem sich drehenden Motor bestehen.
Bei diesem Aufbau ist die Emitterspitze 21 über den verformbaren Faltenbalg 162 und das Isoliermaterial 63 dazwischen mit der Extraktionselektrode 24 verbunden. Die Extraktionselektrode ist damit feststehend und die Emitterspitze 21 beweglich und kippbar, wobei die Umgebung der Emitterspitze 21 abgeschlossen ist und kein Helium in anderen Bereichen als dem kleinen Loch 27 der Extraktionselektrode und der Gaszuführleitung 25 entweichen kann, da die Emitterspitze 21 über den verformbaren Faltenbalg 162 mit der Extraktionselektrode 24 verbunden ist. Damit ist die Gasmolekül-Ionisationskammer praktisch luftdicht verschlossen. Im vorliegenden Beispiel wird ein metallischer Faltenbalg verwendet, die Verbindung kann jedoch mit jedem verformbaren Material wie zum Beispiel Gummi hergestellt werden. Die Ionisationskammer, deren Emitterspitze im Wesentlichen von der Emitterbasisbefestigung, einer verformbaren mechanischen Komponente, der Extraktionselektrode usw. umgeben ist, ist verformbar im Vakuumbehälter untergebracht. Die Ionisationskammer steht dabei nicht mit dem Vakuumbehälter in Kontakt, der sich im Wesentlichen auf Raumtemperatur befindet. Das Ergebnis ist eine gute Fokussierung des Ionenstrahls und außerdem eine gute Abdichtung der Gasmolekül-Ionisationskammer, so dass der Gasdruck in der Gasmolekül-Ionisationskammer hoch sein kann.
Es wird nun der Betrieb der Dissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld dieses Beispiels beschrieben. Das Innere des Vakuumbehälters wird von der Ionenquellen-Vakuumpumpe 12 evakuiert. Der Widerstandsheizer 30 bewirkt ein Ausgasen der Extraktionselektrode 24, der Seitenwände 28 und der oberen Abdeckung 29. Das heißt, dass die Extraktionselektrode 24, die Seitenwände 28 und die obere Abdeckung 29 zum Ausgasen aufgeheizt werden. Außerhalb des Vakuumbehälters kann ein weiterer Widerstandsheizer angeordnet sein und der Vakuumbehälter davon aufgeheizt werden. Dadurch wird das Vakuum im Vakuumbehälter besser und die Konzentration der Restgase kleiner. Dieser Vorgang kann die zeitliche Stabilität des Ionenemissionsstroms verbessern.
Nach dem Abschluss des Ausgasens wird das Aufheizen mit dem Widerstandsheizer 30 beendet und nach dem Verstreichen von genügend Zeit der Kühler eingeschaltet. Dadurch wird die Emitterspitze 21, die Extraktionselektrode 24 usw. gekühlt. Dann wird Ionisationsgas durch die Gaszuführleitung 25 in die Gasmolekül-Ionisationskammer 15 geleitet. Das Ionisationsgas ist Helium oder Wasserstoff, die Beschreibung hier beruht auf der Annahme, dass es Helium ist. Wie angegeben befindet sich das Innere der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 auf einem sehr guten Vakuum. Dadurch nimmt das Verhältnis der an der Emitterspitze 21 erzeugten Ionen zu den Ionen, die in der Gasmolekül-Ionisationskammer auf Restgas treffen und dadurch neutralisiert werden, ab. Es kann daher ein großer Ionenstrahlstrom erzeugt werden. Auch nimmt die Anzahl von heißen Heliumgasmolekülen ab, die auf die Extraktionselektrode treffen. Die Temperatur, auf die die Emitterspitze und die Extraktionselektrode abgekühlt werden können, nimmt dadurch ab. Es kann daher ein Ionenstrahl mit großem Strom auf die Probe eingestrahlt werden.
Dann wird zwischen der Emitterspitze 21 und der Extraktionselektrode 24 eine Spannung angelegt. Am vorderen Ende der Emitterspitze bildet sich dadurch ein starkes elektrisches Feld aus. Viel von dem Helium, das durch die Gaszuführleitung 25 zugeführt wird, wird von dem starken elektrischen Feld zu der Emitterspitze gezogen. In der Nähe des vorderen Endes der Emitterspitze ist das elektrische Feld am stärksten, und das Helium wird dort im elektrischen Feld dissoziiert und ein Helium-Ionenstrahl erzeugt. Durch das Loch 27 in der Extraktionselektrode 24 gelangt der Helium-Ionenstrahl zum Ionenstrahl-Bestrahlungssystem.
Es wird nun der Aufbau der Emitterspitze 21 und ein Verfahren zum Herstellen der Emitterspitze 21 beschrieben. Zuerst wird ein Wolframdraht mit etwa 100 bis 400 µm Durchmesser in der Axialrichtung <111> vorbereitet und an seinem vorderen Ende zugespitzt. Dadurch ergibt sich eine Emitterspitze mit einem vorderen Ende mit einem Krümmungsradius von einigen zehn Nanometern. In einem anderen Vakuumbehälter wird auf das vordere Ende der Emitterspitze Platin aufgedampft. Beim Aufheizen auf eine hohe Temperatur bewegen sich die Platinatome zum vorderen Ende der Emitterspitze. Es entsteht dadurch im Nanometerbereich ein pyramidenartiger Aufbau aus dem weißen Atom, der Nanopyramide genannt wird. Bei der Nanopyramide befindet sich in der Regel ein Atom an der Spitze und drei oder sechs Atome in der Lage darunter und 10 oder mehr Atome in der Lage darunter.
Bei diesem Beispiel wird ein dünner Wolframdraht verwendet, es kann aber auch ein dünner Molybdändraht verwendet werden. Außerdem wird bei diesem Beispiel eine Platinbeschichtung verwendet, es kann aber auch eine Beschichtung aus zum Beispiel Iridium, Rhenium, Osmium, Palladium oder Rhodium verwendet werden.
Wenn Helium als Ionisationsgas verwendet wird, ist es wichtig, dass die Verdampfungsstärke des Metalls größer ist als die Stärke des elektrischen Felds, bei der das Helium dissoziiert wird. Daher wird vorzugsweise eine Beschichtung aus Platin, Rhenium, Osmium oder Iridium verwendet. Bei Wasserstoff als Ionisationsgas wird vorzugsweise eine Beschichtung aus Platin, Rhenium, Osmium, Palladium, Rhodium oder Iridium verwendet. Die Beschichtung mit diesen Metallen kann durch ein Vakuum-Aufdampfverfahren oder durch Beschichten in einer Lösung erfolgen.
Zum Ausbilden der Nanopyramide am vorderen Ende der Emitterspitze kann zum Beispiel eine Vakuumverdampfung im elektrischen Feld oder eine Bestrahlung mit einem Ionenstrahl verwendet werden. Durch ein solches Verfahren wird eine Nanopyramide mit einem Wolframatom oder Molybdänatom am vorderen Ende des Wolframdrahtes oder Molybdändrahtes ausgebildet. Wenn zum Beispiel ein <111>-Wolframdraht verwendet wird, besteht das vordere Ende aus drei Wolframatomen. Unabhängig davon kann eine ähnliche Nanopyramide am vorderen Ende eines dünnen Drahtes aus zum Beispiel Platin, Iridium, Rhenium, Osmium, Palladium oder Rhodium durch ein Ätzen im Vakuum ausgebildet werden. Eine Emitterspitze mit einem scharfen Ende aus ungefähr einem dieser Atome wird Nanospitze genannt.
Wie beschrieben ist die Emitterspitze 21 der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld dieses Beispiels eine Nanopyramide. Das Einstellen der Stärke des elektrischen Feldes am vorderen Ende der Emitterspitze 21 ermöglicht die Erzeugung von Heliumionen in der Nähe des einen Atoms am vorderen Ende der Emitterspitze. Der Ionenabgabebereich, das heißt die Ionenquelle ist damit ein extrem schmaler Bereich, gleich oder kleiner als ein Nanometer. Wie beschrieben ergibt die Ionenerzeugung in dem sehr begrenzten Bereich einen Strahldurchmesser gleich oder kleiner 1 nm. Der Stromwert pro Flächeneinheit und pro Raumwinkeleinheit der Ionenquelle steigt damit an. Dies ist sehr wichtig für die Erzeugung eines Ionenstrahls mit kleinem Durchmesser und großem Strom an der Probe.
Insbesondere beim Aufdampfen von Platin auf Wolfram entsteht eine stabile Pyramide mit einem Atom an der Spitze. Der Heliumionen erzeugende Bereich liegt damit in der Umgebung des einen Atoms an der Spitze. Bei einem <111>-Wolframdraht mit drei Atomen an der Spitze ist der Heliumionen erzeugende Bereich über die Umgebung der drei Atome verteilt. Eine Ionenquelle mit einer Platin-Nanopyramide mit einem Atom an der Spitze gibt daher pro Flächeneinheit und pro Raumwinkeleinheit einen größeren Strom ab. Eine Emitterspitze, die durch das Aufdampfen von Platin auf Wolfram erhalten wird, ist daher für die Reduzierung des Strahldurchmessers des Ionenmikroskops auf der Probe und zur Erhöhung des Stroms günstiger. Auch die Verwendung von Rhenium, Osmium, Iridium, Palladium oder Rhodium ergibt mit einer Nanopyramide mit einem Atom an der Spitze einen größeren Strom pro Flächeneinheit und pro Raumwinkeleinheit und ist zur Reduzierung des Strahldurchmessers des Ionenmikroskops auf der Probe und zur Erhöhung des Stroms geeignet. Wenn jedoch die Emitterspitze ausreichend gekühlt wird und die Gaszufuhr ausreicht, muss nicht notwendigerweise eine Spitze mit einem Atom ausgebildet werden, und es lässt sich auch mit einer Anzahl von Atomen, die beispielsweise drei, sieben oder zehn beträgt, eine ausreichende Leistung erhalten.
Es wird nun die Einstellung des Kippwinkels der Emitterspitze beschrieben. An der ersten Blende wird dazu eine große Öffnung ausgewählt. Zum Beispiel wird eine kreisförmige Öffnung mit 3 mm Durchmesser gewählt. Vorausgesetzt wird, dass alle Ionen, die durch die torusförmige Öffnung der Fokussierlinse gelaufen sind, auch durch die Öffnung der ersten Blende laufen. Der Ionenstrahl, der die erste Blende durchlaufen hat, läuft weiter durch den ersten Deflektor, dann durch die zweite Blende und die Objektivlinse, bevor er die Probe erreicht. Die von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Das Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 wird einer Luminanzmodulation unterzogen und zum Berechnungsprozessor 99 übertragen. Der Ionenstrahl wird dabei vom ersten Deflektor ausgelenkt. Von den Ionen, die von der Emitterspitze abgegeben werden, erreichen daher nur diejenigen die Probe, die die zweite Blende durchlaufen haben. Die von der Probe als Folge der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Das Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 wird einer Luminanzmodulation unterzogen und zum Berechnungsprozessor 99 übertragen. Wenn die Emitterspitze eine Nanospitze mit einem Atom an der Spitze ist, wird an der Bildanzeigevorrichtung des Berechnungsprozessors 99 wie in der 8A gezeigt als Ionenstrahlmuster ein Muster mit nur einem hellen Bereich erhalten. Als Kippwinkel für die Emitterspitze kann daher ein Winkel eingestellt werden, mit dem dieser helle Punkt erhalten wird. Mit Bezug zu dem angezeigten Bild des Ionenstrahlmusters können somit die Einstellung des Kippwinkels der Emitterspitze und auch die Ausrichtung auf die optische Achse des Ionenstrahls erfolgen.
Wie beschrieben konzentriert sich die Gaszuführung auf ein Atom, wenn nahezu alle Ionen des Ionenstrahls an dem einen Atom an der Spitze erzeugt werden, so dass im Vergleich zu dem Fall mit drei oder mehr Atomen an der Spitze eine Ionenquelle mit großer Helligkeit erhalten wird. Bei nur einem Atom an der Spitze ist es nicht erforderlich, die Ionenemission von anderen Atomen durch die Blende zu blockieren, und es ist nicht erforderlich, aus dem Ionenstrahlmuster ein Atom auszuwählen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann wie beschrieben von der Emitterspitze ein Ionenstrahlmuster erhalten werden, wodurch es möglich wird, den Kippwinkel für die Emitterspitze einzustellen und eine Ausrichtung zur optischen Achse des Ionenstrahls durchzuführen. Darüber hinaus lässt sich das optische System für den Ionenstrahl verkürzen, mit der Folge, dass die relativen Vibrationen zwischen dem Emitter und der Probe eine kleine Amplitude haben, was eine hoch aufgelöste Probenbetrachtung erlaubt.
Das Begrenzen des Ionenstrahls, der durch die Objektivlinse läuft, durch die zweite Blende macht es leicht, das Ionenstrahlmuster aufzunehmen, wodurch es leicht wird, die Auflösung zu erhöhen.
Wenn die Emitterspitze eine Nanospitze mit mehreren Atomen an der Spitze ist, zum Beispiel sechs Atomen, können unter der Voraussetzung, dass die Fläche oder der Durchmesser des aus der Umgebung eines Atoms am vorderen Ende der Emitterspitze abgegebenen Ionenstrahls zumindest gleich oder größer ist als die Fläche oder der Durchmesser der Öffnung der zweiten Blende, die Ionenstrahlen von den einzelnen Atomen an der Emitterspitze vor Erreichen der Probe voneinander getrennt werden. Das heißt, dass das Muster der Ionenstrahlung von der Emitterspitze betrachtet werden kann. Dieses Ionenstrahlmuster wird am Bildanzeigeabschnitt des Berechnungsprozessors 99 wie in der 8B dargestellt angezeigt. Der Winkel der Emitterspitze wird eingestellt, während dieses Ionenstrahlmuster betrachtet wird. Im Ionenstrahlmuster wird aus den sechs hellen Punkten ein gewünschter heller Punkt oder eine Anzahl von hellen Punkten ausgewählt und der Winkel der Emitterspitze so eingestellt, dass der oder die ausgewählte(n) helle(n) Punkt(e) die Probe erreicht/erreichen. Das Ionenstrahlmuster ist nicht auf das in der 8B gezeigte Muster von sechs Atomen beschränkt, sondern es können Muster mit drei, zehn, 15 und mehr Atomen erhalten werden. Wenn sich vier bis 15 Atome an der Spitze befinden, ist der Strom zwar kleiner als bei einem bis drei Atomen, die Ionenemission erfolgt jedoch stabil. Der Ionenstrom wird somit dadurch stabilisiert, und es wird eine Ionenquelle mit einer langen Lebensdauer erhalten.
Die Bildinformationen über das Ionenstrahlmuster werden, auch wenn sie nicht dargestellt werden, in der Arithmetikeinheit des Berechnungsprozessors gespeichert, und können zum Beispiel nach einer Analyse des Bildes des Ionenstrahlmusters die Position und der Winkel der Emitterspitze oder die Spannung am ersten Deflektor auf der Basis der Analyseergebnisse eingestellt werden. Wenn die Objektivlinse aus einer Anzahl von torusförmigen Elektroden besteht, kann die Verwendung der zweiten Blende als Elektrode für die Objektivlinse die gleiche Funktion haben. Diese Funktion kann auch mit irgendeiner der torusförmigen Elektroden erhalten werden, die Verwendung der der Emitterspitze am nächsten liegenden Elektrode als zweite Blende ergibt jedoch eine geringere Sekundärelektronenerzeugung in der Objektivlinse als bei der Verwendung einer anderen Elektrode, wodurch Schwankungen durch elektrische Entladungen vermieden werden können.
Durch das Einstellen der Gleichspannung für den ersten Deflektor zum Ausrichten des Ionenstrahls auf die Achse der Objektivlinse lassen sich günstige Bedingungen für einen dünnen Ionenstrahl erhalten. Der Probentisch wird so bewegt, dass sich die zu betrachtende Probe in dem Bereich befindet, in dem eine Bestrahlung mit dem Ionenstrahl möglich ist. Der Ionenstrahl wird dann auf die Probe eingestrahlt und dabei vom zweiten Deflektor, der sich näher an der Objektivlinse befindet wie der erste Deflektor, ausgelenkt und über die Probe geführt. Die dabei von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst und daraus ein Rasterionenmikroskopbild von der Vorderseite der Probe erstellt.
An der Position der zweiten Blende kann durch Anlegen einer Spannung an die Fokussierlinse und Fokussieren des Ionenstrahls derart, dass die Fläche oder der Durchmesser des von der Umgebung des einen Atoms am vorderen Ende der Emitterspitze abgegebenen Ionenstrahls zumindest gleich oder größer ist als die Fläche oder der Durchmesser der Öffnung der zweiten Blende, das Ionenstrahlmuster mit einem großen Signal-Rausch-Abstand erhalten werden. Die Spannung an der Fokussierlinse ist dabei so zu wählen, dass sich für die Fokussierung des Ionenstrahls auf die Öffnung der zweiten Blende eine Unterfokussierung ergibt.
Wenn die Fläche der Öffnung der ersten Blende bei der Aufnahme des Ionenstrahlmusters größer ist als die Fläche der Öffnung der zweiten Blende, kann für eine Musteranalyse ein Ionenstrahlmuster in einem ausreichend großen Bereich erhalten werden.
Wenn die Fläche der Öffnung der ersten Blende bei der Aufnahme des Ionenstrahlmusters größer ist als die Fläche der Öffnung der ersten Blende für einen dünnen Ionenstrahl auf der Probe mit maximal 10 nm oder weniger, kann für eine Musteranalyse ein Ionenstrahlmuster in einem ausreichend großen Bereich erhalten werden.
Wenn die Fläche für die Ionenstrahlabtastung mit dem ersten Deflektor an der Position der zweiten Blende mindestens vier Mal so groß ist wie die Fläche der Öffnung der zweiten Blende, kann ein Ionenstrahlmuster mit einer guten Auflösung erhalten werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Ionenstrahlstrom durch die zweite Blende ist, eine Einrichtung zum Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen mit dem Sekundärteilchendetektor 11, aber auch mit einer anderen Einrichtung wie zum Beispiel einem Amperemeter zum des Ionenstrahlstroms, einem mit der Probe verbundenen Amperemeter, einer Einrichtung zum Verstärken des Ionenstrahlstroms für die Messung, oder einer Einrichtung für eine Verstärkung mit einer Multikanalplatte für die Messung kann die gleiche Funktion erhalten werden, das heißt das Ionenstrahlmuster betrachtet werden, und es kann dabei der Signal-Rausch-Abstand für die Betrachtung erhöht werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel kann durch einen Abstand zwischen dem unteren Ende der Fokussierlinse und der ersten Blende, der kürzer ist als die Länge des ersten Deflektors, die optische Länge des Bestrahlungssystems verringert und außerdem das Ionenemissionsmuster erhalten werden. Die erfindungsgemäße Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld ist daher kompakt, der optische Weg der Ionen ist kurz, und die Amplitude der relativen Vibrationen zwischen der Emitterspitze und der Probe sind klein, so dass eine hoch aufgelöste Betrachtung der Probe möglich ist. Auch kann die Richtung der Ionenabgabe von der Emitterspitze mit großer Genauigkeit auf die Richtung zur Probe eingestellt werden, so dass eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit einer maximalen Leistungsfähigkeit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld erhalten wird.
Anhand der 9 wird nun als Beispiel für die Erfindung eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit einer mechanischen Verstellung des Kippwinkels des Ionenemitters bezüglich der Achse der Ioneneinstrahlung zum Betrachten des Musters der Ionenabstrahlung vom Ionenemitter beschrieben. Die Vorrichtung enthält wie bereits beschrieben die Emitterspitze 21 in Nadelform; die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 mit der Extraktionselektrode 24 gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung, durch die die Ionen laufen; die Fokussierlinse 5 zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; die bewegliche erste Blende 6 zum Begrenzen des Ionenstrahls 14 nach dem Durchlaufen der Fokussierlinse; den Deflektor 7 zum Auslenken des Ionenstrahls 14 nach dem Durchlaufen der Blende; die Objektivlinse 8 zum Fokussieren des Ionenstrahls, der den Deflektor durchlaufen hat, auf die Probe; den Sekundärteilchendetektor 11 zum Erfassen der von der Probe 9 beim Bestrahlen mit dem Ionenstrahl 14 abgegebenen Sekundärteilchen und so weiter. Die Vorrichtung enthält auch den Kippmechanismus zum Kippen der Emitterspitze 21 bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls, wobei das vordere Ende der Emitterspitze im Wesentlichen die Kippachse bildet.
Die 10 zeigt die Steuervorrichtungen bei diesem Beispiel. Die Steuervorrichtungen dieses Beispiels umfassen die Steuervorrichtung 91 für die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld; eine Steuervorrichtung 196 für den Kippmechanismus der Emitterspitze; die Linsen-Steuervorrichtung 93 für die Fokussierlinse 5 und die Objektivlinse; die Blenden-Steuervorrichtung 94 für die bewegliche erste Blende 6; die Steuervorrichtung 95 für den zweiten Deflektor; die Steuervorrichtung 96 für den Sekundärteilchendetektor 11; die Steuervorrichtung 97 für den Probentisch 10; die Steuervorrichtung 98 für die Probenkammer-Vakuumpumpe 13; und den Berechnungsprozessor 99 mit einer Arithmetikeinheit. Der Berechnungsprozessor 99 enthält einen Bildanzeigeabschnitt. Am Bildanzeigeabschnitt sind die Bilder zu sehen, die aus dem Erfassungssignal des Sekundärteilchendetektors 11 erzeugt werden, und außerdem die an einer Eingabevorrichtung eingegebenen Informationen.
Die bewegliche Blende umfasst einen Mechanismus zum Bewegen der Blende in zwei zueinander senkrechten Richtungen in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Ioneneinstrahlung liegt. Die Steuerung dafür wird von der Steuervorrichtung 94 für die bewegliche Blende auf der Basis von Befehlen vom Berechnungsprozessor 99 ausgeführt.
Es wird nun die Arbeitsweise des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems bei dem Ionenmikroskop des vorliegenden Beispiels erläutert. Der Betrieb des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems wird mit Befehlen vom Berechnungsprozessor 99 gesteuert. Der von der Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld erzeugte Ionenstrahl 14 wird von der Fokussierlinse 5 gebündelt, läuft durch die bewegliche Blende 6 und wird von der Objektivlinse 8 auf die Probe fokussiert. Der fokussierte Strahl wird dabei über die Probe 9 auf dem Probentisch 10 geführt.
Die von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Das Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 wird einer Luminanzmodulation unterworfen und zum Berechnungsprozessor 99 übertragen. Der Berechnungsprozessor 99 erzeugt ein Rasterionenmikroskopbild und zeigt es am Bildanzeigeabschnitt an. Dadurch wird eine hoch aufgelöste Betrachtung der Probenvorderseite ermöglicht.
Es wird nun die Einstellung des Winkels der Emitterspitze bei dieser Vorrichtung beschrieben. Für die Öffnung der beweglichen Blende wird zum Beispiel eine kreisförmige Öffnung mit 0,01 mm Durchmesser ausgewählt. Mittels der Steuervorrichtung 196 für den Kippmechanismus der Emitterspitze wird dann der Kippwinkel der Emitterspitze bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls allmählich verändert. Der Ionenstrahl kommt nur dann an der Probe 9 an, wenn der von der Emitterspitze abgegebene Ionenstrahl die bewegliche Blende durchläuft. Die von der Probe beim Bestrahlen mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Das Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 wird einer Luminanzmodulation unterzogen und zum Berechnungsprozessor 99 übertragen. Wenn die Emitterspitze eine Nanospitze mit einem Atom an der Spitze ist, wird an der Bildanzeigevorrichtung des Berechnungsprozessors 99 als Ionenstrahlmuster ein Muster mit nur einem hellen Bereich erhalten. Als Kippwinkel für die Emitterspitze kann daher ein Winkel eingestellt werden, mit dem dieser helle Punkt erhalten wird. Das heißt, dass mit Bezug zu dem angezeigten Bild des Ionenstrahlmusters der Kippwinkel für die Emitterspitze eingestellt werden kann und auch die Ausrichtung auf die optische Achse des Ionenstrahls erfolgen kann.
Wenn die Emitterspitze eine Nanospitze mit mehreren Atomen (zum Beispiel sechs Atomen) an der Spitze ist, können an der Position der mobilen Blende unter der Voraussetzung, dass der aus der Umgebung eines Atoms an der Emitterspitze abgegebenen Ionenstrahl zumindest gleich oder größer ist als die Öffnung an der Position der beweglichen Blende, die Ionenstrahlen von den einzelnen Atomen an der Emitterspitze vor dem Erreichen der Probe voneinander getrennt werden. Das heißt, dass bei der allmählichen Änderung des Kippwinkels der Emitterspitze bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls das Muster der Ionenabstrahlung von der Emitterspitze betrachtet werden kann. Dieses Ionenstrahlmuster wird am Bildanzeigeabschnitt des Berechnungsprozessors angezeigt. Der Winkel der Emitterspitze wird eingestellt, während dieses Ionenstrahlmuster betrachtet wird. Im Ionenstrahlmuster wird dabei aus den sechs hellen Punkten ein gewünschter heller Punkt oder eine Anzahl von hellen Punkten ausgewählt und der Winkel der Emitterspitze so eingestellt, dass dieser oder diese die Probe erreicht/erreichen.
Die Bildinformationen über das Ionenstrahlmuster können, auch wenn sie nicht angezeigt werden, in der Arithmetikeinheit des Berechnungsprozessors gespeichert werden und zum Beispiel einer Bildanalyse unterzogen werden. Auf der Basis der Analyseergebnisse kann dann der Emitterspitzenwinkel eingestellt werden.
Durch das Anlegen einer Spannung an die Fokussierlinse und Fokussieren des Ionenstrahls derart, dass an der Position der beweglichen Blende die Fläche oder der Durchmesser des von der Umgebung des einen Atoms am vorderen Ende der Emitterspitze abgegebenen Ionenstrahls zumindest gleich oder größer ist als die Fläche oder der Durchmesser der Öffnung der beweglichen Blende, kann ein Ionenstrahlmuster mit einem gro-ßen Signal-Rausch-Abstand erhalten werden. Die Spannung an der Fokussierlinse ist dabei so zu wählen, dass sich für die Fokussierung des Ionenstrahls auf die Öffnung der beweglichen Blende eine Unterfokussierung ergibt.
Anstelle der beweglichen Blende kann zwischen dem Deflektor und der Objektivlinse auch eine feste Blende angeordnet werden und damit das Ionenstrahlmuster zum Einstellen der Emitterspitze betrachtet werden. In diesem Fall kann auch eine Ausrichtung des Ionenstrahls auf die Achse der Objektivlinse erfolgen, und die Verringerung des Abbildungsfehlers der Objektivlinse ergibt einen kleineren Durchmesser des Ionenstrahls, so dass eine Betrachtung mit einer sehr großen Auflösung möglich ist.
Da bei diesem Beispiel kein Deflektor erforderlich ist, um das Ionenstrahlmuster zu erhalten, ist dabei die Ausgestaltung der Steuervorrichtungen einfacher, und die Kosten dafür sinken. Bei diesem Beispiel ist außerdem der Abstand zwischen dem unteren Ende der Fokussierlinse und der beweglichen Blende kürzer als die Länge des Deflektors, so dass die optische Länge des Bestrahlungssystems verringert ist und das Ionenemissionsmuster erhalten werden kann. Die erfindungsgemäße Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld weist daher ein kompaktes Ionenbestrahlungssystem auf, der optische Weg der Ionen ist kurz, und die Amplitude der relativen Vibrationen zwischen der Emitterspitze und der Probe sind klein, so dass eine hoch aufgelöste Betrachtung der Probe möglich ist. Auch kann bei der Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung die Richtung der Ionenabgabe von der Emitterspitze mit großer Genauigkeit auf die Richtung zur Probe eingestellt werden, so dass eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit einer maximalen Leistungsfähigkeit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld erhalten wird.
Anhand der 9 wird nun als Beispiel für die Erfindung eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung zum Betrachten des Musters der Ionenabstrahlung vom Ionenemitter mittels einer Einrichtung zum Verändern der Position der beweglichen Blende in der im Wesentlichen senkrecht zum Ionenstrahl liegenden Ebene erläutert. Zuerst wird der Mittelpunkt der Öffnung der beweglichen Blende in die Achse des Ionenstrahls bewegt und dabei zum Beispiel für die Öffnung der beweglichen Blende eine kreisförmige Öffnung mit 0,01 mm Durchmesser ausgewählt. Mittels der Steuervorrichtung für die bewegliche Blende wird dann die Position der beweglichen Blende rasterartig in zwei zueinander senkrechten Richtungen in der Ebene bewegt, die im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Ionenstrahls liegt. Der von der Emitterspitze abgegebene Ionenstrahl kommt dabei nur dann an der Probe an, wenn er die bewegliche Blende durchläuft. Die von der Probe beim Bestrahlen mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen werden vom Sekundärteilchendetektor 11 erfasst. Das Signal vom Sekundärteilchendetektor 11 wird einer Luminanzmodulation unterzogen und zum Berechnungsprozessor 99 übertragen. Wenn die Emitterspitze eine Nanospitze mit einem Atom an der Spitze ist, wird an der Bildanzeigevorrichtung des Berechnungsprozessors als Ionenstrahlmuster ein Muster mit nur einem hellen Bereich erhalten. Bei der allmählichen Änderung des Kippwinkels der Emitterspitze bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls wird dieses Muster beobachtet. Wenn sich der helle Punkt in der Mitte des Bildes befindet, heißt das, dass der Kippwinkel der Emitterspitze eingestellt ist.
Wenn die Emitterspitze eine Nanospitze mit mehreren Atomen (zum Beispiel sechs Atomen) an der Spitze ist, können unter der Voraussetzung, dass der aus der Umgebung eines Atoms abgegebene Ionenstrahl zumindest gleich oder größer ist als die Öffnung an der Position der beweglichen Blende, die Ionenstrahlen von den einzelnen Atomen an der Emitterspitze vor dem Erreichen der Probe voneinander getrennt werden. Das heißt, dass wie oben bei der rasterförmigen Änderung der Position der beweglichen Blende in den beiden zueinander senkrechten Richtungen in der im Wesentlichen zu der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls senkrechten Ebene das Muster der Ionenabstrahlung von der Emitterspitze betrachtet werden kann. Der Emitterspitzenwinkel wird eingestellt, während dieses Ionenstrahlmuster betrachtet wird. Im Ionenstrahlmuster wird dabei aus den sechs hellen Punkten ein gewünschter heller Punkt oder eine Anzahl von hellen Punkten ausgewählt und der Emitterspitzenwinkel so eingestellt, dass dieser oder diese die Probe erreicht/erreichen.
Die Bildinformationen über das Ionenstrahlmuster können, auch wenn sie nicht angezeigt werden, in der Arithmetikeinheit des Berechnungsprozessors gespeichert werden und zum Beispiel eine Bildanalyse des Ionenstrahlmusters durchgeführt werden. Auf der Basis der Analyseergebnisse kann dann der Emitterspitzenwinkel eingestellt werden.
Bei den beschriebenen Beispielen wird eine bewegliche Blende oder eine feststehende Blende verwendet, es kann jedoch auch ein Schlitz verwendet werden. Zum Beispiel können bei der Verwendung von zwei Schlitzen, die in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet sind, die X- und Y-Richtungen unabhängig voneinander eingestellt werden.
Bei den obigen Beispielen ist der Fall beschrieben, dass das Bild des Ionenstrahlmusters ein zweidimensionales Bild ist, es kann aber auch ein unidirektionales Intensitätsprofil der Sekundärteilchen sein. In diesem Fall wird an der Bildanzeigevorrichtung des Berechnungsprozessors das Intensitätsprofil der Sekundärteilchen dargestellt.
Bei dem beschriebenen Beispiel weist die Einstellprobe für die Betrachtung des Ionenstrahlmusters vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante Erzeugungswirkung für die Sekundärteilchen in nahezu allen flachen Bereichen auf, in die der Ionenstrahl eingestrahlt wird. Zum Beispiel ist die Einstellprobe vorzugsweise eine einkristalline Probe wie ein Silizium-Einkristall-Wafer oder Edelstahl mit einer polierten Oberfläche. Dadurch ist eine gleichmäßige Betrachtung des Musters der Ioneneinstrahlung von der Emitterspitze möglich.
Bei der Einstellung des Kippwinkels der Emitterspitze wird der Probentisch so bewegt, dass sich zur Betrachtung des Ionenstrahlmusters die Einstellprobe in dem Bereich befindet, der vom Ionenstrahl bestrahlt wird, wodurch verhindert wird, dass das zu betrachtende Objekt mit dem Ionenstrahl bestrahlt wird. Bei der Betrachtung der eigentlichen Probe wird dann der Probentisch so bewegt, dass sich die Zielprobe in dem Bereich befindet, der vom Ionenstrahl bestrahlt wird. Die zu betrachtende Probe wird daher bei der Achseneinstellung nicht kontaminiert oder zerstört.
Bei dem beschriebenen Beispiel ist die Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Ionenstrahlstrom durch die bewegliche Blende ist, eine Einrichtung zum Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen mit dem Sekundärteilchendetektor 11, aber auch mit einer anderen Einrichtung wie zum Beispiel einem Amperemeter zum Messen des Ionenstrahlstroms, einem mit der Probe verbundenen Amperemeter, einer Einrichtung zum Verstärken des Ionenstrahlstroms für die Messung oder einer Einrichtung für eine Verstärkung mit einer Multikanalplatte für die Messung kann die gleiche Funktion erhalten werden, das heißt das Ionenstrahlmuster betrachtet werden. Es kann dabei der Signal-Rausch-Abstand für die Betrachtung erhöht werden.
Die zweite Blende kann dabei als Elektrode für die Objektivlinse verwendet werden. Bei der Verwendung der Öffnung der Objektivlinse als zweite Blende sind weniger Komponenten erforderlich.
In den obigen Beispielen umfasst die Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung zum Betrachten des Musters der Ionenabstrahlung vom Ionenemitter der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld (1) eine Vorrichtung mit einer festen Blende unter dem ersten Deflektor und mit dem zweiten Deflektor und mit einer Einrichtung zum Auslenken des Ionenstrahls durch den ersten Deflektor; (2) eine Vorrichtung mit einer Einrichtung zum mechanischen Verändern des Kippwinkels des Ionenemitters bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls; und (3) eine Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Verändern der Position der beweglichen Blende in der im Wesentlichen zum Ionenstrahl senkrechten Ebene. Es können jedoch auch zwei oder alle drei Vorrichtungen miteinander kombiniert werden. Dadurch lässt sich eine Vorrichtung mit einem weiten Bereich für die Musterbeobachtung, einer großen Genauigkeit bei der Musteranalyse und einer guten Genauigkeit bei der Einstellung des Emitterspitzenwinkels erhalten.
Es wurden Beispiele beschrieben, bei denen diese Einrichtungen zur Einstellung des Emitterspitzenwinkels verwendet werden, sie können jedoch auch für die Einstellung der Position der Emitterspitze verwendet werden. Damit kann ein extrem feiner Ionenstrahl mit kleinen Linsenabbildungsfehlern ausgebildet werden, der genau zur Einstrahlungsachse des Ionenstrahls ausgerichtet ist, das heißt es lässt sich eine Betrachtung mit sehr großer Auflösung und eine sehr genaue Bearbeitung erreichen.
Bei den beschriebenen Beispielen weist die erfindungsgemäße Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld ein kompaktes Ionenbestrahlungssystem auf, bei dem der optische Weg der Ionen kurz ist und die Amplitude der relativen Bewegungen zwischen der Emitterspitze und der Probe klein ist, so dass eine hoch aufgelöste Betrachtung der Probe möglich ist. Auch kann die Richtung der Ionenabgabe von der Emitterspitze mit großer Genauigkeit auf die Richtung zur Probe eingestellt werden, so dass eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit einer maximalen Leistungsfähigkeit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld erhalten wird.
Mit der erfindungsgemäßen Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld wird außerdem ein stabiler Ionenstrom erhalten.
Anhand der 11 wird nun als Beispiel für die Erfindung eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit einer Einrichtung zum Betrachten des vom Emitter oder einem mit dem Emitter verbundenen Filament abgegebenen oder reflektierten Lichts durch die Öffnung der Extraktionselektrode beschrieben. Die Vorrichtung umfasst die Emitterspitze 21 in Nadelform; die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 mit der Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze 21 mit einer Öffnung, durch die die Ionen laufen; die Fokussierlinse 5 zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; die bewegliche Blende 6 zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse 5 durchlaufen hat; den Deflektor 7 zum Auslenken des Ionenstrahls nach dem Durchlaufen der Blende; die Objektivlinse 8 zum Fokussieren des Ionenstrahls, der den Deflektor durchlaufen hat, auf die Probe 9; den Sekundärteilchendetektor 11 zum Erfassen der von der Probe beim Bestrahlen mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen und so weiter. Für die Emitterspitze 21 ist ein Bewegungsmechanismus 71 zum Bewegen in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung liegt, in der der Ionenstrahl von der Ionenquelle abgezogen wird; und ein Kippmechanismus 61 zum Kippen der Emitterspitze 21 bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls, wobei das vordere Ende der Emitterspitze im Wesentlichen die Kippachse bildet, vorgesehen. Der Probentisch 10 umfasst eine Bewegungsfunktion 71 in einer Ebene senkrecht zum Ionenstrahl. Auf dem Probentisch 10 befindet sich eine Einrichtung zum Verändern des Lichtwegs wie ein Prisma, eine optische Faser oder ein Reflexionsspiegel 72. In der Richtung der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls einfallendes Licht wird davon im Wesentlichen im rechten Winkel dazu reflektiert. Der Vakuumbehälter der Probenkammer enthält eine Sichtöffnung 73 für das Licht.
Die Steuervorrichtungen umfassen bei diesem Beispiel die Steuervorrichtung 91 für die Gasdissoziations-Ionenquelle 1 im elektrischen Feld; eine Steuervorrichtung 197 für den Bewegungsmechanismus für die Position der Emitterspitze; eine Steuervorrichtung 196 für den Kippmechanismus der Emitterspitze; die Linsen-Steuervorrichtung 93 für die Fokussierlinse 5 und die Objektivlinse; die Blenden-Steuervorrichtung 94 für die bewegliche Blende 6; die Steuervorrichtung 95 für den Deflektor; die Steuervorrichtung 96 für den Sekundärteilchendetektor 11; die Steuervorrichtung 97 für den Probentisch 10; die Steuervorrichtung 98 für die Probenkammer-Vakuumpumpe 13; und den Berechnungsprozessor 99 mit der Arithmetikeinheit. Der Berechnungsprozessor 99 enthält einen Bildanzeigeabschnitt. Am Bildanzeigeabschnitt sind die Bilder zu sehen, die aus dem Erfassungssignal des Sekundärteilchendetektors 11 erzeugt werden, und außerdem die an einer Eingabevorrichtung eingegebenen Informationen.
Als Beispiel für die Erfindung wird nun eine Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung beschrieben, bei der mit dem von der Emitterspitze oder einem mit der Emitterspitze verbundenen Filament abgegebenen oder reflektierten Licht eine Achsenausrichtung zwischen der Emitterspitze und der Öffnung der Ionen-Extraktionselektrode erfolgt.
An das mit der Emitterspitze 21 der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld verbundene Filament 22 wird eine Spannung angelegt, damit das Filament aufgeheizt wird und Licht abgibt. Im Ergebnis wird von der Öffnung 27 der Extraktionselektrode das vom Filament und der Emitterspitze abgegebene oder reflektierte Licht emittiert. Durch die Einrichtung zum Verändern des Lichtwegs wie einem Prisma, einer Lichtleitfaser oder dem Reflexionsspiegel 72 wird der Weg des Lichts um 90 Grad umgelenkt und das Licht durch die Sichtöffnung im Vakuumbehälter der Probenkammer erfasst. Zum Beispiel wird das Licht mit einer optischen Kamera 74 erfasst. Dadurch ist eine Beobachtung des Schattens der Öffnung 27 der Extraktionselektrode und des Filaments 22 und der Emitterspitze 21 am Filament wie in der 13 gezeigt möglich. Das heißt, dass die relative Position der Emitterspitze 21 zur Öffnung 27 der Extraktionselektrode festgestellt werden kann. Mit Hilfe dieser Abbildung wird die Emitterspitze in den Mittelpunkt der Öffnung der Extraktionselektrode bewegt. Alternativ werden die Bildinformationen vom Berechnungsprozessor 99 analysiert, und die Emitterspitze wird von der Steuervorrichtung 197 für den Bewegungsmechanismus der Emitterspitze in den Mittelpunkt der Öffnung der Extraktionselektrode bewegt. Dadurch erfolgt die Achsenausrichtung zwischen der Emitterspitze und der Öffnung der Extraktionselektrode. Damit wird eine Störung des Verlaufs des Ionenstrahls an der Öffnung der Extraktionselektrode vermieden, so dass der Ionenstrahl zu einem extrem feinen Strahl gebündelt werden kann und eine Betrachtung mit einer sehr hohen Auflösung oder eine sehr genaue Bearbeitung möglich sind.
Bei der Probenbetrachtung kann durch Bewegen des Probentisches in der Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Einstrahlungsachse des Ionenstrahls liegt, die Zielprobe 9 im Einstrahlungsbereich des Ionenstrahls angeordnet werden. Es wird hier ein Beispiel beschrieben, bei dem die aus zum Beispiel einem Prisma, einer Lichtleitfaser oder einem Reflexionsspiegel bestehende Einrichtung zum Verändern des Lichtwegs auf dem Probentisch 10 angeordnet ist, das Prisma, die Lichtleitfaser oder der Reflexionsspiegel 72 können jedoch auch an der beweglichen Blende 6 angebracht sein. Bei der Achsenausrichtung zwischen der Emitterspitze und der Öffnung der Ionen-Extraktionselektrode wird die bewegliche Blende 6 so bewegt, dass sich die aus dem Prisma, der Lichtleitfaser oder dem Reflexionsspiegel 72 bestehende Einrichtung zum Verändern des Lichtwegs in der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls befindet. Im Ergebnis kann durch die Sichtöffnung 73 im Vakuumbehälter der Säule des Bestrahlungssystems das von der Emitterspitze oder dem mit der Emitterspitze verbundenen Filament abgegebene oder reflektierte Licht erfasst werden. Zum Beispiel wird es von der optischen Kamera 74 erfasst. Im Vergleich zu der Anordnung auf dem Probentisch erfolgt hier die Betrachtung in der Nähe der Emitterspitze, so dass die Achsenausrichtung mit noch größerer Genauigkeit durchgeführt werden kann. Nach der Ausrichtung der Achsen der Emitterspitze und der Öffnung der Extraktionselektrode zueinander wird die bewegliche Blende wieder in die Position gebracht, in der der Ionenstrahl in der Einstrahlungsachse zur Betrachtung der Probe durch die Öffnung der Blende verläuft.
Zwischen der Fokussierlinse 5 und der Objektivlinse 8 kann auch ein beweglicher Verschluss vorgesehen sein, wobei auf diesem beweglichen Verschluss die aus zum Beispiel einem Prisma, einer Lichtleitfaser oder einem Reflexionsspiegel bestehende Einrichtung zum Verändern des Lichtwegs angebracht sein kann. Bei der Achsenausrichtung der Emitterspitze zur Öffnung der Ionen-Extraktionselektrode wird der bewegliche Verschluss so bewegt, dass sich die aus dem Prisma, der Lichtleitfaser oder dem Reflexionsspiegel bestehende Einrichtung zum Verändern des Lichtwegs in der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls befindet. Im Ergebnis kann durch die Sichtöffnung im Vakuumbehälter der Säule des Bestrahlungssystems das von der Emitterspitze oder von dem mit der Emitterspitze verbundenen Filament abgegebene oder reflektierte Licht erfasst werden.
Nach der Ausrichtung der Achse der Emitterspitze auf die Öffnung der Extraktionselektrode wird die bewegliche Blende 6 so bewegt, dass der Verschluss aus der Einstrahlungsachse 14A des Ionenstrahls entfernt wird, so dass der Ionenstrahl zur Betrachtung der Probe hindurchlaufen kann. Im Vergleich zu dem Fall, dass der bewegliche Verschluss zwischen der Emitterspitze und der Fokussierlinse oder zwischen der Objektivlinse und der Probe angeordnet ist, wird ein ionenoptisches System mit kleineren Linsen-Abbildungsfehlern erhalten, so dass der Ionenstrahl zu einem extrem feinen Strahl ausgebildet werden kann und eine Betrachtung mit einer sehr hohen Auflösung oder eine sehr genaue Bearbeitung möglich sind.
Mit dem obigen Beispiel wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das von dem mit der Emitterspitze verbundenen Filament abgegebene oder reflektierte Licht von der Einrichtung zum Verändern des Lichtwegs wie einem Prisma, einer Lichtleitfaser oder dem Reflexionsspiegel 72 zur Außenseite des Vakuumbehälters geführt wird und dort das Licht dann erfasst wird, es kann aber auch eine Lichterfassungsvorrichtung 75 im Vakuumbehälter angeordnet sein und die Signalinformation von der Lichterfassungsvorrichtung zur Außenseite des Vakuumbehälters übertragen werden. Die Lichterfassungsvorrichtung kann zum Beispiel auf dem Probentisch oder auf der mobilen Blende angeordnet sein. Alternativ kann zwischen der Fokussierlinse 5 und der Objektivlinse 8 ein beweglicher Verschluss vorgesehen sein und sich die Lichterfassungsvorrichtung dort befinden.
Außerdem wird mit dem obigen Beispiel ein Beispiel beschrieben, bei dem das von der Emitterspitze oder von dem mit der Emitterspitze verbundenen Filament abgegebene oder reflektierte Licht zur Achsenausrichtung zwischen der Emitterspitze und der Öffnung der Extraktionselektrode verwendet wird, es kann aber auch für eine Temperaturkontrolle der Emitterspitze verwendet werden. Die Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung umfasst dann eine Steuervorrichtung zum Steuern wenigstens der an das Filament angelegten Spannung oder des dem Filament zugeführten Stroms oder des Widerstands und der Temperatur unter Verwendung eines Signals, das durch Erfassen des von der Emitterspitze oder von dem mit der Emitterspitze verbundenen Filament abgegebenen oder reflektierten Lichts durch die Öffnung der Extraktionselektrode erhalten wird.
Die Emitterspitze der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld wird zum Entfernen von Oberflächenverunreinigungen und zur Kontrolle des Kristallzustands am Emitterspitzenende oder zur Ausbildung einer Nanopyramide einem Aufheizprozess bei hoher Temperatur unterworfen. Dabei muss die Temperatur mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, damit die Emitterspitze einen stabilen Ionenstrahl abgibt und eine lange Lebensdauer aufweist. Besonders beim Abkühlen der Emitterspitze 21 auf eine extrem niedrige Temperatur unter dem Einfluss der Umgebungstemperatur ist es schwierig, die Temperatur nur durch zum Beispiel das Aufrechterhalten einer konstanten Leistung an dem mit der Emitterspitze verbundenen Filament zu kontrollieren. Eine Temperaturmessung wäre hilfreich, aber da eine hohe Spannung an der Emitterspitze anliegt, ist es schwierig, eine Temperaturmessung in einem Kontaktzustand durchzuführen. Da zur Erhöhung des Gasdrucks an der Emitterspitze die Emitterspitze der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld vorzugsweise mit Ausnahme der Öffnung der Extraktionselektrode dicht verschlossen ist, ist es auch schwierig, eine Messung im Nicht-Kontakt-Zustand mittels des von der Emitterspitze abgegebenen Lichts durchzuführen. Bei der vorliegenden Erfindung ist daher die Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit einer Einrichtung zum Erfassen des vom Emitter oder von dem mit dem Emitter verbundenen Filament abgegebenen oder reflektierten Lichts durch die Öffnung der Extraktionselektrode versehen. Das heißt, dass die Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit einer Steuervorrichtung versehen ist, die zumindest die an das Filament angelegten Spannung oder den dem Filament zugeführten Strom oder den Widerstand und damit die Temperatur unter Verwendung des bei der Erfassung des Lichts erhaltenen Signals steuert. Dadurch kann auch beim Abkühlen auf eine extrem niedrige Temperatur eine Temperatursteuerung erfolgen und bei der Hochtemperaturbehandlung der Emitterspitze eine sehr genaue Temperaturkontrolle durchgeführt werden. Es lässt sich damit der von der Emitterspitze abgegebene Ionenstrahl stabilisieren und die Lebensdauer der Emitterspitze verlängern und dabei ein größerer Ionenstrahlstrom erhalten. Die Zuverlässigkeit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld wird dadurch besser.
Eine sehr genaue Steuerung der Temperatur an der Emitterspitze wird auch dadurch erreicht, dass bei der Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung in der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 zum Zuführen von Gas zum Ionenemitter eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Licht erfasst, das vom Emitter oder von dem mit dem Emitter verbundenen Filament abgegeben oder reflektiert wird, wobei auch eine Einrichtung zum Übertragen der erfassten Informationen zur Außenseite des Vakuumbehälters vorgesehen ist. In diesem Fall kann die Anordnung nahe am Emitter erfolgen, mit der Folge, dass eine noch genauere Temperaturmessung möglich ist, wobei die Anordnung jedoch neben dem Emitter liegt, an den eine hohe Spannung angelegt wird, wodurch zum Beispiel Kosten für Maßnahmen zur Vermeidung von elektrischen Entladungen vermieden werden.
Bei dem beschriebenen Beispiel kann bei der Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld die Achsenausrichtung zwischen der Emitterspitze und der Öffnung der Extraktionselektrode für einen sehr dünnen Ionenstrahl und eine geringe Aberration erfolgen.
Bei der erfindungsgemäßen Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung mit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld kann sowohl bei der Abkühlung der Emitterspitze auf eine extrem niedrige Temperatur als auch bei der Hochtemperaturbehandlung der Emitterspitze eine sehr genaue Temperatursteuerung erfolgen, so dass die Emitterspitze einen sehr stabilen Ionenstrahl abgibt und die Lebensdauer der Emitterspitze verlängert ist. Gleichzeitig wird ein höherer Ionenstrahlstrom erhalten. Die Zuverlässigkeit und die Leistungsfähigkeit der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld werden dadurch besser.
Wenn die Nanopyramide zum Beispiel durch eine elektrische Entladung beschädigt wird, wird die Emitterspitze für etwa 30 Minuten erhitzt (auf etwa 1000 Grad Celsius). Dadurch wird die Nanopyramide wiederhergestellt. Die Emitterspitze kann damit leicht repariert werden. Es lässt sich damit ein praktisches Ionenmikroskop erhalten.
Der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Objektivlinse 8 und der Vorderseite der Probe 9 wird als Arbeitsabstand bezeichnet. Bei der vorliegenden Ionenstrahlvorrichtung beträgt der Arbeitsabstand weniger als 2 mm und die Auflösung weniger als 0,5 nm, was eine Super-Auflösung ist. Bei einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der zum Beispiel Gallium verwendet wird, kontaminieren von der Probe abgesputterte Teilchen die Objektivlinse, wodurch der normale Betrieb unterbrochen werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Ionenmikroskop wird ohne diese Befürchtung eine ultrahohe Auflösung erhalten.
Bei den beschriebenen Beispielen wird für den Kühlmechanismus 4 ein Kühler verwendet, es ist jedoch jeder Kühlmechanismus mit einem Kühlbehälter und einem Kühlmittel wie flüssigem Stickstoff oder flüssigem Helium erlaubt. Nach dem Einfüllen des flüssigen Heliums in den Kühlbehälter wird das Innere des Kühlbehälters durch eine Evakuierungsöffnung evakuiert. Dadurch wird flüssiger Stickstoff verfestigt und zu festem Stickstoff. Bei der Verwendung von festem Stickstoff treten keine Vibrationen wie beim Sieden von flüssigem Stickstoff auf. Der Kühlmechanismus verursacht daher keine mechanischen Vibrationen. Im Ergebnis ist damit eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist ein Auf-Zu-Ventil zum Öffnen und Schließen der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 vorgesehen. Das Auf-Zu-Ventil umfasst ein Abdeckelement 34. Die 12A zeigt einen Zustand, in dem das Abdeckelement 34 offen ist, und die 12B einen Zustand, in dem das Abdeckelement 34 geschlossen ist.
Es wird nun die Arbeitsweise dieses Beispiels der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld erläutert. Wie in der 12A gezeigt wird zuerst, wenn das Abdeckelement 34 der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 offen ist, eine Vorevakuierung durchgeführt. Da das Abdeckelement 34 der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 offen ist, lässt sich die Vorevakuierung in kurzer Zeit durchführen.
Durch das Vorsehen des Abdeckelements 34 bei der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ist die Durchlässigkeit bei der Ausbildung eines Grobvakuums hoch, auch wenn die Abmessungen des Lochs in der Extraktionselektrode klein sind. Die Verringerung der Abmessungen des Lochs in der Extraktionselektrode ermöglicht sogar einen dichten Verschluss der Gasmolekül-Ionisationskammer 15. Dadurch kann in der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ein besseres Vakuum erreicht werden, so dass ein Ionenstrahl mit einem großen Strom erhalten wird.
Bei der Kontrolle des Zustands der Atompyramide am vorderen Ende der Emitterspitze 21 bzw. der Hochtemperaturbehandlung zu deren Wiederherstellung ist das Abdeckelement 34 der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 wie in der 12A gezeigt offen. Dadurch kann bei der Hochtemperaturbehandlung zur Wiederherstellung der Atompyramide im Inneren der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ein ultrahohes Vakuum aufrechterhalten werden, das die Zuverlässigkeit beim Wiederherstellungsprozess erhöht. Die größere Durchlässigkeit beim Erzeugen eines Grobvakuums mit einer am Filament 22 angelegten Spannung ergibt eine Verlängerung der Lebensdauer der Emitterspitze.
Mit einem Betrachtungsverfahren für das Ionenstrahlmuster eines Rasterionenmikroskops im elektrischen Feld kann durch Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, am ersten Deflektor, Begrenzen des ausgelenkten Ionenstrahl durch die zweite Blende, Erfassen der von der Probe bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen mit dem Ladungsteilchendetektor und Betrachten des Musters der Nanospitze des Ionenmikroskops im elektrischen Feld auf der Basis der abgetasteten Abbildung mit dem Signal vom Detektor das Ionenstrahlmuster beobachtet werden.
Das Betrachtungsverfahren für ein Rasterionenmikroskop mit einer Bündelung der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen durch die Fokussierlinse, einem Begrenzen des Ionenstrahls, der durch die Fokussierlinse gelaufen ist, an der ersten Blende, einem Auslenken des Ionenstrahls, der durch die erste Blende gelaufen ist, am zweiten Detektor, einem Erfassen der von der Probe bei der Bestrahlung mit dem ausgelenkten Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen mit dem Ladungsteilchendetektor und Betrachten der Probe auf der Basis der abgetasteten Abbildung mit dem Signal vom Detektor mit dem Mikroskop ermöglicht ein kompaktes Mikroskop.
Das Ionenabstrahlmuster kann betrachtet werden mit dem Rasterladungsteilchenmikroskop, das umfasst: Den Vakuumbehälter; den Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit der Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; die Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; die bewegliche Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; den Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die Blende durchlaufen hat; die Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der den Deflektor durchlaufen hat, auf die Probe; und den Ladungsteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen, wobei das Rasterladungsteilchenmikroskop gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Verändern der Position der beweglichen Blende in der Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls liegt; und durch eine Aufzeichnung der Intensität der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen auf der Basis des Unterschieds in den Positionen der beweglichen Blende, um eine Betrachtung des Musters der Ionenabstrahlung vom Ionenemitter zu ermöglichen.
Die Temperatur des Emitters oder des Filaments kann dadurch beobachtet werden, dass das Ladungsteilchenmikroskop im Vakuumbehälter mit einer Einrichtung zum Erfassen des vom Emitter oder dem mit dem Emitter verbundenen Filament abgegebenen oder reflektierten Lichts durch die Öffnung der Extraktionselektrode versehen wird.
Mit dem Ladungsteilchenmikroskop kann die Emittertemperatur gemessen werden, wobei das Ladungsteilchenmikroskop umfasst: Zum Beispiel den Vakuumbehälter; den Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit der Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; die Fokussierlinse zum Beschleunigen und Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; die bewegliche Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; den Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die Blende durchlaufen hat, in zwei Stufen; die Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der den Deflektor durchlaufen hat, auf die Probe; den Probentisch mit der Probe; und den Ladungsteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl abgegebenen Sekundärteilchen, wobei das Ladungsteilchenmikroskop gekennzeichnet ist durch das Anordnen, in der Ionisationskammer zum Sammeln von Gas um den Ionenemitter, einer Einrichtung zum Erfassen des vom Emitter oder dem mit dem Emitter verbundenen Filament abgegebenen oder reflektierten Lichts; und eine Einrichtung zum Übertragen der erfassten Informationen zur Außenseite des Vakuumbehälters.
Bei dem Ladungsteilchenmikroskop sind die von der Ionenquelle abgegebenen Ionen Heliumionen oder Wasserstoffionen.
Es wird nun ein Ladungsteilchenmikroskop zum Einstrahlen eines Elektronenstrahls auf eine Probe beschrieben. Das Ladungsteilchenmikroskop umfasst einen Vakuumbehälter; einen Elektronenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; eine Elektronenquelle mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Elektronen; eine Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Elektronenquelle abgegebenen Elektronen; eine bewegliche erste Blende zum Begrenzen des Elektronenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; einen ersten Deflektor zum Auslenken oder Ausrichten des Elektronenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; einen zweiten Deflektor zum Auslenken des Elektronenstrahls, der den ersten Deflektor durchlaufen hat; eine zweite Blende zum Begrenzen des Elektronenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; eine Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe; und eine Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Strom des Elektronenstrahls durch die zweite Blende ist. Durch Einstrahlen des Elektronenstrahls auf die Probe kann ein Rasterelektronenmikroskopbild erhalten werden.
Bei der Elektronenextraktion vom Elektronenemitter befindet sich wie in der 12A gezeigt ein Abdeckelement 34 an einer Gasmolekül-Ionisationskammer 15 im offenen Zustand. Bei der Anwendung des Elektronenstrahls kann damit im Inneren der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 ein ultrahohes Vakuum erhalten werden, wodurch der Elektronenstrahl stabilisiert und ein Ausfall des Elektronenemitters vermieden wird.
Bei dem Ladungsteilchenmikroskop dieses Beispiels kann von der als Elektronenemitter dienenden Emitterspitze ein Ionenstrahl extrahiert werden, wenn bei der Elektronenstrahlextraktion ein negativer hoher Druck an die Emitterspitze angelegt wird und bei der Ionenstrahlextraktion ein positiver hoher Druck an die Emitterspitze angelegt wird. Bei der Bestrahlung der Probe mit einem Elektronenstrahl können die von der Probe abgegebenen Röntgenstrahlen oder Auger-Elektronen erfasst werden. Dadurch kann eine Elementanalyse an der Probe erfolgen. Dabei kann der Elementanalyseabbildung eine Ionenabbildung mit einer Auflösung von 1 nm und besser überlagert werden. Die Probenoberfläche lässt sich damit gut charakterisieren.
Die Verwendung einer Verbundlinse aus einer magnetischen Linse vom Sektortyp und einer elektrostatischen Linse als Objektivlinse zum Bündeln des Elektronenstrahls kann ein Elektronenstrahl mit einem großen Strom zu einem Strahl mit kleinem Durchmesser fokussiert werden, so dass es möglich ist, eine empfindliche Elementanalyse mit einer hohen räumlichen Auflösung durchzuführen.
Es kann auch ein relativ schweres Element wie Argon, Krypton oder Xenon auf die Probe eingestrahlt und die Probe dadurch bearbeitet werden, woraufhin dann ein relativ leichtes Element wie Helium oder Neon eingestrahlt wird und damit die vorderste Oberfläche der Probe betrachtet wird. Dann können ein Elektronenstrahl auf die Probe eingestrahlt werden und die Elektronen erfasst werden, die die Probe durchsetzt haben, um das Innere der Probe zu betrachten. Bei der Erfassung der Transmissionselektronen kann der Elektronenstrahl über die Probe geführt werden, um ein Raster-Transmissionselektronenmikroskopbild zu erhalten; es können aber auch die Transmissionselektronen ohne Auslenkung des Elektronenstrahls erfasst und abgebildet werden, um ein Transmissionselektronenmikroskopbild zu erhalten. Für eine Abbildung ist ein optisches System zum Fokussieren der Elektronen erforderlich.
Bei dem beschriebenen Rasterladungsteilchenabstrahlungsmikroskop wird durch Auslenken eines Ionenstrahls durch eine Ionenstrahl-Auslenkelektrode ein Rasterionenbild erhalten. Beim Durchlaufen der Ionenlinse kippt jedoch der Ionenstrahl und wird dadurch verzerrt. Der Durchmesser des Ionenstrahls wird daher nicht besonders klein. Statt den Ionenstrahl auszulenken, kann daher auch der Probentisch mechanisch in zwei zueinander senkrechten Richtungen bewegt werden. Auch in diesem Fall können die von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen erfasst und einer Luminanzmodulation unterzogen werden, um an der Bildanzeigevorrichtung des Berechnungsprozessors ein Rasterionenbild zu erzeugen. Es ist damit eine hoch aufgelöste Betrachtung der Proben-Vorderseite mit weniger als 5 nm möglich. In diesem Fall verläuft der Ionenstrahl bezüglich der Objektivlinse immer in der gleichen Richtung, so dass die Verzerrung des Ionenstrahls relativ klein ist.
Dazu kann zum Beispiel ein Probentisch mit einem ersten und zweiten Tisch verwendet werden. Der erste Tisch ist ein Vier-Achsen-Tisch, der sich über mehrere Zentimeter bewegen kann und der zum Beispiel in zwei zu einer Ebene senkrechten Richtungen (X- und Y-Richtung) und in der Höhenrichtung (Z-Richtung) bewegt und gekippt (T-Richtung) werden kann. Der zweite Tisch ist ein in Zwei-Achsen-Tisch, der sich über mehrere Mikrometer bewegen kann und der zum Beispiel in den beiden zu der Ebene senkrechten Richtungen (X- und Y-Richtung) bewegt werden kann.
Der zweite Tisch, der von einem Piezoelement angetrieben wird, wird dabei auf dem ersten Tisch angeordnet, der von einem Elektromotor angetrieben wird. Bei der Suche nach der zu betrachtenden Position auf der Probe wird der erste Tisch benutzt und für die hoch aufgelöste Betrachtung selbst erfolgen dann die dazu erforderlichen kleinen Bewegungen mittels des zweiten Tisches. Es ergibt sich damit ein Ionenmikroskop für eine sehr hoch aufgelöste Betrachtung.
Als Beispiel für die erfindungsgemäße Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung wurde ein Rasterionenmikroskop beschrieben. Die erfindungsgemäße Ladungsteilchen-Abstrahlvorrichtung kann jedoch auch ein Transmissionsionenmikroskop oder eine Ionenstrahl-Bearbeitungsvorrichtung sein.
Es wird nun die Vakuumpumpe 12 zum Evakuieren der Dissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld beschrieben. Vorzugsweise besteht die Vakuumpumpe 12 aus einer Kombination einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Ionenpmpe, aus einer Kombination einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Edelgaspumpe oder aus einer Kombination einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Verdrängerpumpe. Sie kann auch aus einer Sublimationspumpe bestehen. Vorzugsweise wird eine Vakuumpumpe verwendet, die nicht von einer mechanischen Bewegung begleitet ist und bei der eine Gasmolekülabsorption zur Anwendung gelangt. Mit einer solchen Pumpe wird der Einfluss der Vibrationen von der Vakuumpumpe 12 verringert und eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich. Wenn als Vakuumpumpe 12 eine Turbomolekularpumpe verwendet wird, können die Vibrationen der Turbomolekularpumpe die Betrachtung der Probe mit dem Ionenstrahl stören. Wenn jedoch eine mit dem Vakuumbehälter der Ionenstrahlvorrichtung verbundene Turbomolekularpumpe zum Zeitpunkt der Betrachtung der Probe angehalten wird, ist auch dann eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Haupt-Evakuierungspumpe für die Betrachtung der Probe mit dem Ionenstrahl eine Kombination aus einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Ionenpumpe, eine Kombination aus einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Edelgaspumpe, oder eine Kombination aus einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Verdrängerpumpe, es ist jedoch auch ein Aufbau mit einer Turbomolekularpumpe möglich.
Bei einer nicht verdampfenden Getterpumpe wird eine Legierung verwendet, die bei einer Aktivierung durch Aufheizen Gase absorbiert. Wenn für das Ionisationsgas der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld Helium verwendet wird, befindet sich eine relativ große Menge Helium im Vakuumbehälter. Eine nicht verdampfende Getterpumpe saugt nur wenig Helium ab. Das heißt, dass die Getter-Vorderseite nicht mit einem Gasabsorptionsmolekül gesättigt ist. Die Betriebszeit der nicht verdampfenden Getterpumpe ist daher ausreichend lang. Dies ist ein Vorteil einer Kombination aus einem Helium-Ionenmikroskop und einer nicht verdampfenden Getterpumpe. Durch die herabgesetzte Menge von Verunreinigungsgas im Vakuumbehälter ist darüberhinaus der abgestrahlte Ionenstrom stabil.
Die nicht verdampfende Getterpumpe saugt andere Restgase als Helium mit hoher Geschwindigkeit ab. An der Ionenquelle befindet sich daher viel Helium. Das Vakuum ist damit schlecht, und die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld arbeitet nicht richtig. In Kombination mit der nicht verdampfenden Getterpumpe wird daher eine Ionenpumpe oder eine Edelgaspumpe verwendet, die Inertgase mit großer Geschwindigkeit absaugt. Nur mit der Ionenpumpe oder der Edelgaspumpe reicht jedoch die Absauggeschwindigkeit nicht aus. Die erfindungsgemäße Kombination der nicht verdampfenden Getterpumpe mit einer Ionenpumpe oder einer Edelgaspumpe ergibt eine kompakte, kostengünstige Vakuumpumpe 12. Als Vakuumpumpe 12 kann auch eine Kombination aus einer Getterpumpe und einer Titan-Sublimationspumpe verwendet werden, wobei die Titan-Sublimationspumpe ein Metall wie Titan erhitzt und verdampft und mit dem entstehenden Metallfilm Gasmoleküle absorbiert und damit evakuiert. Vorzugsweise wird eine Vakuumpumpe verwendet, die nicht von einer mechanischen Bewegung begleitet ist und bei der eine Gasmolekülabsorption stattfindet.
Bei dem herkömmlichen Aufbau hat das Ionenmikroskop aufgrund der zu wenig berücksichtigten mechanischen Vibrationen eine nicht ausreichende Leistungsfähigkeit, mit der Erfindung wird jedoch eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld und ein Ionenmikroskop geschaffen, bei der bzw. bei dem die mechanischen Vibrationen herabgesetzt sind und mit der bzw. mit dem eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich ist.
Als nächstes wird die Vakuumpumpe 13 zum Evakuieren der Probenkammer 3 beschrieben. Die Probenkammer-Vakuumpumpe 13 ist zum Beispiel eine Getterpumpe, eine Titan-Sublimationspumpe, eine nicht verdampfende Getterpumpe, eine Ionenpumpe, eine Edelgaspumpe oder eine Verdrängerpumpe. Durch die Verwendung einer solchen Pumpe lässt sich der Einfluss der Vibrationen der Probenkammer-Vakuumpumpe 13 verringern, und es ist eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich. Vorzugsweise wird eine Vakuumpumpe verwendet, die nicht von einer mechanischen Bewegung begleitet ist und bei der eine Gasmolekülabsorption stattfindet.
Als Probenkammer-Vakuumpumpe 13 kann eine Turbomolekularpumpe verwendet werden, es ist jedoch sehr aufwendig, einen die Vibrationen reduzierenden Aufbau für die Vorrichtung zu schaffen. Wenn jedoch eine mit der Probenkammer verbundene Turbomolekularpumpe zum Zeitpunkt der Betrachtung der Probe mit dem Ionenstrahl angehalten wird, ist auch dann eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Haupt-Evakuierungspumpe für die Probenkammer zum Zeitpunkt der Betrachtung der Probe mit dem Ionenstrahl eine Kombination aus einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Ionenpumpe, eine Kombination aus einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Edelgaspumpe oder eine Kombination aus einer nicht verdampfenden Getterpumpe und einer Verdrängerpumpe. Zur Grobevakuierung der Luft kann auch ein Aufbau mit einer Turbomolekularpumpe verwendet werden.
Mit einer Turbomolekularpumpe lässt sich bei einem Rasterelektronenmikroskop relativ leicht eine Auflösung von 0,5 nm und besser erreichen. Ein Ionenmikroskop mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld weist jedoch ein relativ großes Reduktionsverhältnis (von etwa 1 bis 1,5) zwischen dem Ionenstrahl an der Ionenquelle und dem Ionenstrahl an der Probe auf. Dadurch können zwar die Eigenschaften der Ionenquelle maximal ausgenutzt werden, Vibrationen des Ionenemitters werden jedoch ohne nennenswerte Verringerung an der Probe wiedergegeben. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Rasterelektronenmikroskop müssen daher sehr sorgfältig Maßnahmen gegen die Vibrationen getroffen werden.
Herkömmlich wird zwar der Einfluss der Vibrationen der Probenkammer-Vakuumpumpe auf den Probentisch berücksichtigt, es wird jedoch nicht in Betracht gezogen, dass die Vibrationen der Probenkammer-Vakuumpumpe auch den Ionenemitter beeinflussen. Die Vibrationen der Probenkammer-Vakuumpumpe haben jedoch einen erheblichen Einfluss auf den Ionenemitter. Als Hauptpumpe wird für die Probenkammer-Vakuumpumpe daher eine nicht vibrierende Vakuumpumpe wie eine Getterpumpe, eine Titan-Sublimationspumpe, eine nicht verdampfende Getterpumpe, eine Ionenpumpe, eine Edelgaspumpe oder eine Verdrängerpumpe verwendet. Dadurch wird der Einfluss der Vibrationen auf den Ionenemitter geringer und eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich. Es kann jede Vakuumpumpe verwendet werden, die nicht von einer mechanischen Bewegung begleitet ist und bei der eine Gasmolekülabsorption stattfindet.
Auch die Gaskompressoreinheit (der Kompressor) des bei den vorliegenden Beispielen verwendeten Kühlers oder die das Helium umwälzende Kompressoreinheit (Kompressor) kann zu einer Geräuschquelle werden. Die Geräusche können das Ionenmikroskop vibrieren lassen. An der Gaskompressoreinheit (dem Kompressor) wird daher bei den vorliegenden Beispielen eine Abdeckung vorgesehen, die verhindert, dass die von der Gaskompressoreinheit erzeugten Geräusche nach außen dringen. Anstelle der Abdeckung kann auch eine Lärmabschirmplatte vorgesehen werden. Die Gaskompressoreinheit (der Kompressor) kann auch in einem anderen Raum angeordnet werden. Dadurch werden die mit den Geräuschen verbundenen Vibrationen verringert, und es ist eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich.
Das nicht verdampfende Material kann in der Gasmolekül-Ionisationskammer angeordnet werden. Dadurch wird im Inneren der Gasmolekül-Ionisationskammer ein sehr gutes Vakuum erzeugt und die Ionenabgabe sehr stabil. An dem nicht verdampfenden Gettermaterial oder an einer Wasserstoff absorbierenden Legierung wird Wasserstoff absorbiert. Beim Aufheizen geben diese Stoffe den Wasserstoff wieder ab, der als Ionisationsgas verwendet werden kann, so dass keine Zuführung über die Gaszuführleitung 25 erforderlich ist und ein kompakter, sicherer Gaszufuhrmechanismus erhalten wird.
Das nicht verdampfende Gettermaterial kann auch in der Gaszuführleitung 25 angeordnet werden. Verunreinigungen in dem durch die Gaszuführleitung 25 zugeführten Gas werden durch das nicht verdampfende Gettermaterial reduziert. Der abgegebene Ionenstrom wird dadurch stabiler.
Als Ionisationsgas, das durch die Gaszuführleitung 25 der Gasmolekül-Ionisationskammer 15 zugeführt wird, wird bei der vorliegenden Erfindung Helium oder Wasserstoff verwendet. Als Ionisationsgas kann jedoch zum Beispiel auch Neon, Sauerstoff, Argon, Krypton oder Xenon verwendet werden. Mit Neon, Sauerstoff, Argon, Krypton oder Xenon kann eine Probenbearbeitung oder eine Probenanalyse durchgeführt werden.
In der Probenkammer 3 kann auch ein Massenanalysator angeordnet werden. Mit dem Massenanalysator kann eine Massenanalyse der von der Probe abgegebenen Sekundärionen erfolgen. Der Massenanalysator kann ein Massenanalysator vom Sektortyp, ein Quadrupol-Massenanalysator oder ein Massenanalysator vom Flugzeittyp sein.
Die Probenelemente können auch durch eine Ionenstreuspektroskopie analysiert werden, bei der die Energie der von der Probe abgegebenen Ionen untersucht wird. Bei der Verwendung eines fächerförmigen Energieanalysators oder eines Flugzeit-Energieanalysators kann an die Probe eine hohe positive Spannung angelegt werden, mit der sich die Elementanalyse bequem durchführen lässt.
Auch die von der Probe abgegebenen Auger-Elektronen können einer Energieanalyse unterzogen werden. Dadurch kann die Probenelementanalyse leicht durchgeführt werden, und es kann an ein und demselben Ionenmikroskop eine Probenbetrachtung und eine Elementanalyse erfolgen.
Bei den herkömmlichen Ionenstrahlvorrichtungen wird eine Störung durch äußere Magnetfelder nicht in Betracht gezogen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einer Fokussierung des Ionenstrahls auf weniger als 0,5 nm eine magnetische Abschirmung von Nutzen ist. Es kann somit eine sehr hohe Auflösung erreicht werden, wenn der Vakuumbehälter der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem und die Probenkammer aus reinem Eisen oder Permalloy hergestellt werden. In den Vakuumbehälter kann auch eine Platte eingestellt werden, die als magnetische Abschirmung dient.
Mit einer Beschleunigungsspannung für den Ionenstrahl von 50 kV und mehr können die Strukturabmessungen auf einer Halbleiterprobe genau gemessen werden, da dabei durch den Ionenstrahl weniger Material abgesputtert wird und damit der Schaden an der Probenstruktur geringer wird, was die Genauigkeit bei der Messung erhöht. Insbesondere ist die Zerstäubung bei der Verwendung von Wasserstoff als Ionisationsgas gering und die Genauigkeit bei der Bestimmung der Abmessungen hoch. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass das Helium oder der Wasserstoff in die Testprobe eindringen und die Atompositionen in der Probe verändern. Dies hat zwar wenig Einfluss auf die Genauigkeit bei der Bestimmung der Strukturabmessungen, jedoch einen erheblichen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung. Bei der herkömmlichen Untersuchung von Proben mit einem Ionenstrahl wird dies nicht berücksichtigt. Der Ionenstrahl sollte daher so beschleunigt werden, dass die Ionen nur bis zu einer solchen Tiefe eindringen, in der sie relativ wenig Einfluss auf die Eigenschaften der Vorrichtung haben. Bei Vorrichtungen mit übereinanderliegenden Schichten an der Vorderseite der Probe kann die Spannung zum Einstrahlen des Ionenstrahls so gesteuert werden, dass Eindringtiefe der Ionen geringer ist als die Schichtdicke. Das Problem lässt sich somit dadurch lösen, dass eine Vorrichtung zum Untersuchen mit Ionenstrahlen geschaffen wird, bei der der Ionenstrahl mit wenigstens zwei verschiedenen Spannungen auf die Probe eingestrahlt wird.
Hinsichtlich der Verteilung des in die Probe eindringenden Ionenstrahls hat sich herausgestellt, dass bei 100 kV und mehr die Vorderseite nicht beschädigt wird und der Ionenstrahl in der Tiefenrichtung in der Probe stark verteilt wird, so dass sich kein Einfluss auf die Eigenschaften im Inneren der Probe ergibt und auch zum Beispiel eine Untersuchung auf Funktionsstörungen, eine Bewertung der Verunreinigung oder ein Haftfestigkeitstest an der Proben-Vorderseite durchgeführt werden kann.
Eine Einstellung der Beschleunigungsspannung auf +30 kV oder mehr und der Spannung an der Probe auf -20 kV, das heißt eine Einstellung der Energie der Ioneneinstrahlung auf 50 kV oder mehr, das heißt das Anlegen einer negativen Spannung an die Probe ergibt auch dann eine große Energie, wenn die Beschleunigungsspannung für den Ionenstrahl auf einen relativ kleinen Wert eingestellt wird. Der Aufbau der Ionenquelle ist schon wegen der niedrigen Temperatur und dem ultrahohen Vakuum kompliziert, das Vorsehen einer relativ niedrigen Spannung als Beschleunigungsspannung ergibt jedoch dann wieder eine Vereinfachung des Aufbaus. Vorzugsweise wird eine Hochspannung von wenigstens 5 kV oder mehr angelegt.
Eine im Verlauf der Elementherstellung mit der beschriebenen Ionenstrahlvorrichtung vermessene und untersuchte Probe kann wieder in den Herstellungsprozess zurückgeführt werden. Die Kosten für die Elementherstellung werden damit insbesondere bei der Halbleiterelementherstellung verringert.
Die beschriebenen Beispiele umfassen eine Analysevorrichtung zum Messen der Strukturabmessungen auf einer Probe mit einem Ionenstrahl und eine Längenmessvorrichtung und eine Untersuchungsvorrichtung mit einem Ionenstrahl.
Im Vergleich zu der herkömmlichen Messung mit einem Elektronenstrahl sind mit der vorliegenden Erfindung genauere Messungen möglich, da die erhaltene Abbildung eine große Tiefenschärfe aufweist. Die Verwendung von Wasserstoff als Ionisationsgas ermöglicht eine besonders genaue Messung, bei der nur wenig Material von der Proben-Vorderseite abgetragen wird.
Anstelle einer Vorrichtung zum Bearbeiten einer Probe mit einem Ionenstrahl zur Ausbildung eines Querschnitts und Betrachten des Querschnitts mit einem Elektronenmikroskop umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ausbilden eines Querschnitts durch eine Bearbeitung mit einem Ionenstrahl und zum Betrachten des Querschnitts mit einem Ionenmikroskop und ein entsprechendes Verfahren zum Betrachten des Querschnitts.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung für eine Probenbetrachtung mit einem Ionenmikroskop, eine Probenbetrachtung mit einem Elektronenmikroskop und eine Elementanalyse damit sowie eine Analysevorrichtung zum Betrachten und Analysieren von Defekten, Fremdsubstanzen usw. und eine Untersuchungsvorrichtung.
Mit dem Ionenmikroskop ist eine Betrachtung bei sehr hoher Auflösung möglich. Es gibt kein herkömmliches Beispiel für die Verwendung einer Ionenstrahlvorrichtung als Messvorrichtung oder als Untersuchungsvorrichtung für Strukturabmessungen in Halbleiter-Herstellungsprozessen, bei dem der Einfluss von Schäden an der Vorderseite der Halbleiterprobe während der Herstellung durch einen Vergleich zwischen der Bestrahlung mit einen Ionenstrahl und der Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl ermittelt wird. Das Einstellen der Energie des Ionenstrahls auf weniger als 1 kV ergibt ein kleines Verhältnis für die Veränderung der Probe in der Qualität und eine bessere Genauigkeit bei der Bestimmung der Abmessungen als bei einer Energie des Ionenstrahls von 20 keV. Auch die Gerätekosten verringern sich dabei. Wenn dagegen die Beschleunigungsspannung 50 kV oder mehr beträgt, ist die Auflösung bei der Betrachtung kleiner als bei einer niedrigen Beschleunigungsspannung.
Eine Energieanalyse der bei der Bestrahlung der Probe mit einem Ionenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung für den Ionenstrahl von 200 kV und mehr und mit einem Strahldurchmesser von 0,2 nm oder weniger Rutherford-rückgestreuten Ionen ermöglicht eine Untersuchung der dreidimensionalen Struktur in der Ebene und der Tiefe eines Probenelements auf der Basis von einzelnen Atomen. Eine herkömmliche Rutherford-Rückstreuvorrichtung weist einen großen Strahldurchmesser auf und hat bei einer dreidimensionalen Messung im Atombereich Schwierigkeiten, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dies jedoch möglich. Eine Energieanalyse der bei der Bestrahlung der Probe mit einem Ionenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung für den Ionenstrahl von 500 kV und mehr und mit einem Strahldurchmesser von 0,2 nm oder weniger von der Probe abgegebenen Röntgenstrahlung ermöglicht eine zweidimensionale Analyse der Probenelemente.
Die beschriebenen Beispiele umfassen eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, eine Ionenstrahlvorrichtung, ein Rasterladungsteilchenbestrahlungsmikroskop und eine Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung wie im Folgenden angegeben.

(1) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen ersten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem ersten Deflektor zum Auslenken oder Ausrichten des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einem zweiten Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer zweiten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einer Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls durch die zweite Blende ist, wobei an der Position der zweiten Blende eine Spannung an die Fokussierlinse angelegt wird, um das Ionenstrahlmuster unter der Bedingung zu erhalten, dass die Fläche oder der Durchmesser des von der Umgebung eines Atoms am vorderen Ende der Emitterspitze abgegebenen Ionenstrahls zumindest gleich oder größer ist als die Fläche oder der Durchmesser der Öffnung der zweiten Blende.
(2) Rasterladungsteilchenmikroskop nach (1), wobei die Spannung an der Fokussierlinse für den Fokus des Ionenstrahls an der Öffnung der zweiten Blende eine Unterfokussierung ergibt.
(3) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen ersten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem ersten Deflektor zum Auslenken oder Ausrichten des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einem zweiten Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer zweiten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einer Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls durch die zweite Blende ist, wobei zum Zeitpunkt der Aufnahme des Ionenstrahlmusters die Fläche der Öffnung der ersten Blende größer ist als die Fläche der Öffnung der zweiten Blende.
(4) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen ersten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem ersten Deflektor zum Auslenken oder Ausrichten des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einem zweiten Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer zweiten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einer Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls durch die zweite Blende ist, wobei die Fläche der Öffnung der ersten Blende zum Zeitpunkt der Aufnahme des Ionenstrahlmusters größer ist als die Fläche der Öffnung der ersten Blende bei einer Verdünnung des Ionenstrahls auf der Probe auf maximal 10 nm oder weniger.
(5) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen ersten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem ersten Deflektor zum Auslenken oder Ausrichten des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einem zweiten Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer zweiten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einer Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls durch die zweite Blende ist, wobei die Fläche, die der vom ersten Deflektor ausgelenkte Ionenstrahl an der Position der zweiten Blende abtastet, wenigstens vier Mal so groß ist wie die Fläche der Öffnung der zweiten Blende.
(6) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen ersten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem ersten Deflektor zum Auslenken oder Ausrichten des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einem zweiten Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer zweiten Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einer Einrichtung zum Messen des Signalvolumens, das im Wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls durch die zweite Blende ist, wobei der Abstand zwischen dem unteren Ende der Fokussierlinse und der ersten Blende kleiner ist als die Länge des ersten Deflektors.
(7) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die erste Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der den Deflektor durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einem Ladungsteilchendetektor zum Erfassen der Sekundärteilchen, die bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl von der Probe abgegeben werden, wobei eine Kippeinrichtung für den Ionenemitter zum mechanischen Verändern des Kippwinkels des Ionenemitters bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls vorgesehen ist und die Intensitäten der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen auf der Basis des Unterschieds im Ionenemitterwinkel zur Betrachtung des Musters der Ionenabstrahlung vom Ionenemitter aufgezeichnet werden können, und wobei an die Fokussierlinse eine Spannung derart angelegt wird, dass an der Position der beweglichen Blende die Fläche oder der Durchmesser des von der Umgebung eines Atoms am vorderen Ende der Emitterspitze abgegebenen Ionenstrahls zumindest gleich oder größer ist als die Fläche oder der Durchmesser der Öffnung der beweglichen Blende.
(8) Rasterladungsteilchenmikroskop nach (7), wobei die Spannung an der Fokussierlinse für den Fokus des Ionenstrahls an der Öffnung der zweiten Blende eine Unterfokussierung ergibt.
(9) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der den Deflektor durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einem Ladungsteilchendetektor zum Erfassen der Sekundärteilchen, die bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl von der Probe abgegeben werden, wobei eine Kippeinrichtung für den Ionenemitter zum mechanischen Verändern des Kippwinkels des Ionenemitters bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls vorgesehen ist und die Intensitäten der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen auf der Basis des Unterschieds im Ionenemitterwinkel zur Betrachtung des Musters der Ionenabstrahlung vom Ionenemitter aufgezeichnet werden können, und wobei der Abstand zwischen dem unteren Ende der Fokussierlinse und der beweglichen Blende kleiner ist als die Länge des Deflektors.
(10) Rasterladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen; mit einer Fokussierlinse zum Fokussieren der von der Ionenquelle abgegebenen Ionen; mit einer beweglichen Blende zum Begrenzen des Ionenstrahls, der die Fokussierlinse durchlaufen hat; mit einem Deflektor zum Auslenken des Ionenstrahls, der die Blende durchlaufen hat; mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Ionenstrahls, der den Deflektor durchlaufen hat, auf eine Probe; und mit einem Ladungsteilchendetektor zum Erfassen der Sekundärteilchen, die bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl von der Probe abgegeben werden, wobei zwischen dem Deflektor und der Objektivlinse eine feststehende Blende angeordnet ist und eine Kippeinrichtung für den Ionenemitter zum mechanischen Verändern des Kippwinkels des Ionenemitters bezüglich der Einstrahlungsachse des Ionenstrahls vorgesehen ist und die Intensitäten der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen auf der Basis des Unterschieds im Ionenemitterwinkel zur Betrachtung des Musters der Ionenabstrahlung vom Ionenemitter aufgezeichnet werden können.
(11) Rasterladungsteilchenmikroskop nach (1) bis (10), wobei das vordere Ende des Ionenemitters in Nadelform eine Nanospitze in der Form einer Atompyramide mit einer Anzahl von Atomen an der Spitze von 4 bis 15 ist.
(12) Rasterladungsteilchenmikroskop nach (1) bis (11), wobei ein Kühlmechanismus zum Kühlen des Ionenemitters umfasst: Eine Kälte erzeugende Einrichtung zum Erzeugen von Kälte durch die Expansion eines Hochdruckgases, das von einer Kompressoreinheit erzeugt wird; und einen Kühler zum einstufigen Abkühlen mit der Kälte der Kälte erzeugenden Einrichtung.
(13) Rasterladungsteilchenmikroskop nach (1) bis (11), wobei ein Kühlmechanismus zum Kühlen des Ionenemitters umfasst: Eine Kälte erzeugende Einrichtung zum Erzeugen von Kälte durch die Expansion eines Hochdruckgases, das von einer Kompressoreinheit erzeugt wird; und eine Kühleinrichtung zum Abkühlen eines gekühlten Körpers mit einem von der Kälte der Kälte erzeugenden Einrichtung gekühlten Gas.
(14) Rasterladungsteilchenmikroskop nach (1) bis (11), wobei ein Kühlmechanismus zum Kühlen des Ionenemitters umfasst: Eine Kälte erzeugende Einrichtung zum Erzeugen von Kälte durch die Expansion eines ersten Hochdruckgases, das von einer Kompressoreinheit erzeugt wird; und eine Kühleinrichtung zum Abkühlen eines gekühlten Körpers mit einem zweiten Hochdruckgas, das von der Kälte der Kälte erzeugenden Einrichtung gekühlt wird.
(15) Rasterladungsteilchenmikroskop nach (12) oder (13), wobei ein Vibrationsabsorptionsmechanismus zwischen dem Kühler und dem Vakuumbehälter wenigstens einen Mechanismus zum Verhindern der Übertragung von Vibrationen mit Helium- oder Neongas umfasst.
(16) Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; und mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen, wobei ein Mechanismus zum Verändern der Durchlässigkeit bei der Evakuierung einer Gasmolekül-Ionisationskammer ein Ventil ist, das von außerhalb des Vakuumbehälters betätigt werden kann und das mechanisch von der Wand der Ionisationskammer abgehoben werden kann.
(17) Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung mit einem Vakuumbehälter; mit einem Ionenemitter in Nadelform im Vakuumbehälter; mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld mit einer Extraktionselektrode gegenüber der Emitterspitze mit einer Öffnung zum Hindurchlassen der Ionen und mit einer Gasmolekül-Ionisationskammer um den Ionenemitter, und mit einer Extraktion eines Elektronenstrahls durch Anlegen einer hohen negativen Spannung an den Ionenemitter und eine Elektronenquelle, wobei die Gasmolekül-Ionisationskammer eine verschließbare Öffnung zum Verändern der Durchlässigkeit bei der Evakuierung umfasst, die sich bei einer Elektronenstrahlextraktion im offenen Zustand befindet.
(18) Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung nach (17), mit einer Verbundlinse aus einer Kombination einer magnetischen Linse vom Sektortyp und einer elektrostatischen Linse als Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls.
(19) Verfahren zum Betrachten einer Probe unter Verwendung der Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung nach (17), Bestrahlen der Probe mit einem relativ schweren Element wie Argon, Krypton oder Xenon; Bearbeiten der Probe; Bestrahlen der Probe mit einem relativ leichten Element wie Helium oder Neon zum Betrachten der Vorderseite der Probe; Bestrahlen der Probe mit einem Elektronenstrahl; und Erfassen der Elektronen, die die Probe durchlaufen haben, um das Innere der Probe zu betrachten. Außerdem Verwendung der Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung nach (17) mit einem optischen Abbildungssystem zum Erfassen und Abbilden der Elektronen, die die Probe durchlaufen haben.
(20) Ionenstrahlvorrichtung mit einem Vakuumbehälter; einem Evakuiermechanismus; einer Emitterspitze als nadelförmiger Anode; einer Extraktionselektrode als Kathode; und mit einem Kühlmechanismus für die Emitterspitze usw., die umfasst: Eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei der der Umgebung des vorderen Endes der Emitterspitze Gasmoleküle zugeführt werden und die Gasmoleküle am vorderen Ende der Emitterspitze durch ein elektrisches Feld ionisiert werden; eine Linse und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Emitterspitze extrahierten Ionenstrahls; eine Probenkammer mit einer Probe; und einen Sekundärteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen, wobei durch Anlegen einer hohen negativen Spannung an die Emitterspitze, Extrahieren von Elektronen an der Emitterspitze und Einstrahlen der Elektronen auf die Probe, Erfassen der von der Probe abgegebenen Röntgenstrahlen oder Auger-Elektronen eine Elementanalyse erfolgt, wobei ein Rasterionenbild und ein Elementanalysebild mit einer Auflösung von 1 nm und darunter in einer Darstellung nebeneinandergelegt oder überlagert werden.
(21) Verfahren zur Untersuchung von Elementen bei der Herstellung der Elemente unter Verwendung eines Vakuumbehälters; eines Evakuiermechanismusses; einer Emitterspitze als nadelförmiger Anode im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode als Kathode; und eines Kühlmechanismusses für die Emitterspitze usw., mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei der der Umgebung des vorderen Endes der Emitterspitze Gasmoleküle zugeführt werden und die Gasmoleküle am vorderen Ende der Emitterspitze durch ein elektrisches Feld ionisiert werden; mit einer Linse und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Emitterspitze extrahierten Ionenstrahls; mit einer Probenkammer mit einer Probe; und mit einem Ionenstrahltester zum Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen und zum Messen von Strukturabmessungen an der Proben-Vorderseite, wobei die Beschleunigungsspannung für den Ionenstrahl 50 kV oder mehr beträgt, die Oberseite der Elementprobe untersucht wird, und die untersuchte Probe in den Herstellungsprozess zurückgeführt wird.
(22) Ionenstrahltester mit einem Vakuumbehälter; einem Evakuiermechanismus; einer Emitterspitze als nadelförmiger Anode im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode als Kathode; und mit einem Kühlmechanismus für die Emitterspitze usw., wobei der Ionenstrahltester des Weiteren umfasst: Eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei der der Umgebung des vorderen Endes der Emitterspitze Gasmoleküle zugeführt werden und die Gasmoleküle am vorderen Ende der Emitterspitze durch ein elektrisches Feld ionisiert werden; eine Linse und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Emitterspitze extrahierten Ionenstrahls; und eine Probenkammer mit einer Probe; wobei die von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen erfasst und Strukturabmessungen an der Proben-Vorderseite gemessen werden, und wobei der Ionenstrahl mit wenigstens zwei verschiedenen Bestrahlungsspannungen auf die Probe eingestrahlt werden kann.
(23) Ionenstrahltester mit einem Vakuumbehälter; einem Evakuiermechanismus; einer Emitterspitze als nadelförmiger Anode im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode als Kathode; und mit einem Kühlmechanismus für die Emitterspitze usw., wobei der Ionenstrahltester des Weiteren umfasst: Eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei der der Umgebung des vorderen Endes der Emitterspitze Gasmoleküle zugeführt werden und die Gasmoleküle am vorderen Ende der Emitterspitze durch ein elektrisches Feld ionisiert werden; eine Linse und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Emitterspitze extrahierten Ionenstrahls; und eine Probenkammer mit einer Probe; wobei die von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen erfasst und Strukturabmessungen an der Proben-Vorderseite gemessen werden, wobei die Energie des Ionenstrahls 100 keV oder mehr beträgt.
(24) Ladungsteilchenbestrahlungsvorrichtung nach (21) bis (23), wobei an die Probe eine negative Spannung angelegt werden kann.
(25) Probenelementanalyseverfahren mit einer Verwendung einer Ionenstrahlvorrichtung mit einem Vakuumbehälter; einem Evakuiermechanismus; einer Emitterspitze als nadelförmiger Anode im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode als Kathode; und mit einem Kühlmechanismus für die Emitterspitze usw., wobei die Ionenstrahlvorrichtung des Weiteren umfasst: Eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei der der Umgebung des vorderen Endes der Emitterspitze Gasmoleküle zugeführt werden und die Gasmoleküle am vorderen Ende der Emitterspitze durch ein elektrisches Feld ionisiert werden; eine Linse und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Emitterspitze extrahierten Ionenstrahls; eine Probenkammer mit einer Probe; und einen Sekundärteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen, wobei mit einer Beschleunigungsspannung für den Ionenstrahl von 200 kV oder mehr und einem Strahldurchmesser von 0,2 nm oder weniger der Ionenstrahl auf die Probe eingestrahlt wird und die von der Probe Rutherford-rückgestreuten Ionen einer Energieanalyse unterzogen werden sowie die dreidimensionale Struktur einschließlich einer Ebene und einer Tiefe der Probenelemente auf der Basis einzelner Atome gemessen wird.
(26) Probenelementanalyseverfahren mit einer Verwendung einer Ionenstrahlvorrichtung mit einem Vakuumbehälter; einem Evakuiermechanismus; einer Emitterspitze als nadelförmiger Anode im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode als Kathode; und mit einem Kühlmechanismus für die Emitterspitze usw., wobei die Ionenstrahlvorrichtung des Weiteren umfasst: Eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei der der Umgebung des vorderen Endes der Emitterspitze Gasmoleküle zugeführt werden und die Gasmoleküle am vorderen Ende der Emitterspitze durch ein elektrisches Feld ionisiert werden; eine Linse und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Emitterspitze extrahierten Ionenstrahls; eine Probenkammer mit einer Probe; und einen Sekundärteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen, wobei mit 500 kV oder mehr und einem Strahldurchmesser von 0,2 nm oder weniger der Ionenstrahl auf die Probe eingestrahlt wird und die von der Probe abgegebenen Röntgenstrahlen einer Energieanalyse unterzogen werden, um eine zweidimensionale Elementanalyse durchzuführen.
(27) Ionenstrahlvorrichtung mit einem Vakuumbehälter; einem Evakuiermechanismus; einer Emitterspitze als nadelförmiger Anode im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode als Kathode; und mit einem Kühlmechanismus für die Emitterspitze usw., wobei die Ionenstrahlvorrichtung des Weiteren umfasst: Eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, bei der der Umgebung des vorderen Endes der Emitterspitze Gasmoleküle zugeführt werden und die Gasmoleküle am vorderen Ende der Emitterspitze durch ein elektrisches Feld ionisiert werden; eine Linse und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Emitterspitze extrahierten Ionenstrahls; eine Probenkammer mit einer Probe; und einen Sekundärteilchendetektor zum Erfassen der von der Probe abgegebenen Sekundärteilchen, wobei die Emitterspitze auf 50 K oder weniger abgekühlt wird, das Vergrößerungsverhältnis, mit dem die von der Emitterspitze abgegebenen Ionen auf die Probe projiziert werden, weniger als 0,2 beträgt und die relativen Vibrationen zwischen der Emitterspitze und der Probe 0,1 nm oder weniger betragen, um in einem Rasterionenbild eine Auflösung von 0,2 nm oder kleiner zu erhalten.
(28) Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld zum Erzeugen eines Ionenstrahls; einem Ionenbestrahlungssystem, das den Ionenstrahl von der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld auf eine Probe führt; einem Vakuumbehälter für die Aufnahme der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld und des Ionenbestrahlungssystems; einer Probenkammer mit einem Probentisch für die Probe; und mit einem Kühlmechanismus zum Kühlen der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, wobei der Kühlmechanismus ein Kühlmechanismus zum Kühlen eines gekühlten Körpers durch eine Kälte erzeugende Einrichtung zum Erzeugen von Kälte durch die Expansion eines Hochdruckgases, das von einer Kompressoreinheit erzeugt wird; und durch von der Kompressoreinheit umgewälztes Heliumgas als zweites sich bewegendes Kühlmittel ist, das mit der Kälte der Kälte erzeugenden Einrichtung gekühlt wird.
(29) Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld zum Erzeugen eines Ionenstrahls; einem Ionenbestrahlungssystem, das den Ionenstrahl von der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld auf eine Probe führt; einem Vakuumbehälter für die Aufnahme der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld und des Ionenbestrahlungssystems; einer Probenkammer mit einem Probentisch für die Probe; einem Kühlmechanismus zum Kühlen der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld; und mit einer Basisplatte zum Befestigen der Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, des Vakuumbehälters und der Probenkammer, wobei das Hauptmaterial des Vakuumbehälters für die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld, das Ionenbestrahlungssystem und die Probenkammer Eisen oder Permalloy ist und die Auflösung eines Rasterionenbildes 0,5 nm oder weniger beträgt.

Bezugszeichenliste

1: Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld,
2: Säule für das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem,
3: Probenkammer,
4: Kühlmechanismus,
5: Fokussierlinse,
6: bewegliche Blende,
7: Deflektor,
8: Objektivlinse,
9: Probe,
10: Probentisch,
11: Sekundärteilchendetektor,
12: Ionenquelle-Vakuumpumpe,
13: Probenkammer-Vakuumpumpe,
14: Ionenstrahl,
14A: Lichtachse,
15: Gasmolekül-Ionisationskammer,
16: Kompressor,
17: Gerätefuß,
18: Basisplatte,
19: Vibrationsabsorptionsmechanismus,
20: Boden,
21: Emitterspitze,
22: Filament,
23: Filamenthalterung,
24: Extraktionselektrode,
25: Gaszuführleitung,
26: Haltestab,
27: Öffnung,
28: Seitenwand,
29: obere Abdeckung,
30: Widerstandsheizer,
34: Abdeckelement,
35: erster Deflektor,
36: zweite Blende,
40: Kühler,
40A: Mittelachse,
41: Hauptkörper,
42A, 42B: Tisch,
43: Topf,
46: Heliumgas,
53: Kühlleiterstab,
54: Kupfergeflecht,
57: Kühlleitungsrohr,
61: Kippmechanismus,
62: Isoliermaterial,
63: Isoliermaterial,
64: Emitterbasisbefestigung,
65: Mittelachse,
66: vertikale Linie,
68: Vakuumbehälter,
70: Bewegungsmechanismus,
72: Reflexionsspiegel,
73: Sichtöffnung,
74: optische Kamera,
75: Lichterfassungsvorrichtung,
76: Lichterfassungsvorrichtung,
91: Steuervorrichtung für die Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld,
92: Steuervorrichtung für den Kühler,
93: Linsen-Steuervorrichtung,
94: Steuervorrichtung für die erste Blende,
95: Steuervorrichtung für die Abtastung mit dem Ionenstrahl,
96: Steuervorrichtung für den Sekundärelektronendetektor,
97: Steuervorrichtung für den Probentisch,
98: Vakuumpumpen-Steuervorrichtung,
99: Berechnungsprozessor,
161, 162: Faltenbalg,
195: Steuervorrichtung für den ersten Deflektor,
196: Steuervorrichtung für den Kippmechanismus

Claims

Ladungsteilchenmikroskop mit einem Vakuumbehälter; einer Emitterspitze (21) im Vakuumbehälter; einer Extraktionselektrode (24) mit einer Öffnung (27), durch die die an der Emitterspitze (21) erzeugten Ionen laufen; einer Ionenquelle (1) mit der Emitterspitze (21) und der Extraktionselektrode (24); einer Fokussierlinse (5), die den von der Ionenquelle (1) abgegebenen Ionenstrahl (14) fokussiert; einem ersten Deflektor (35) zum Auslenken des Ionenstrahls (14), der die Fokussierlinse (5) durchlaufen hat; einem zweiten Deflektor (7) zum Auslenken des Ionenstrahls (14), der die erste Blende (6) durchlaufen hat; einer Objektivlinse (8) zum Fokussieren des Ionenstrahls (14), der die erste Blende (6) durchlaufen hat, auf eine Probe (9); und einer Signalvolumen-Messeinrichtung, wobei zwischen der Fokussierlinse (5) und dem ersten Deflektor (35) eine erste Blende (6) vorgesehen ist, die den Ionenstrahl (14) begrenzt, der die Fokussierlinse (5) durchlaufen hat, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blende (6) in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zum Ionenstrahl (14) liegt, beweglich ist, das Ladungsteilchenmikroskop ferner eine zweite Blende (36) aufweist, um den Ionenstrahl (14) zu begrenzen, der die erste Blende (6) durchlaufen hat, und die Signalvolumen-Messeinrichtung zum Messen eines Signalvolumens ausgelegt ist, das im wesentlichen proportional zum Strom des Ionenstrahls (14) ist, der durch die zweite Blende (36) gelaufen ist.
Ladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Fokussierlinse (5), die erste Blende (6), der erste Deflektor (35), der zweite Deflektor (7), die zweite Blende (36) und die Objektivlinse (8) in dieser Reihenfolge in Strahlausbreitungsrichtung ausgehend von der Emitterspitze (21) angeordnet sind.
Ladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die zweite Blende (36) den Ionenstrahl (14) begrenzt, der die Objektivlinse (8) durchlaufen hat.
Ladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Signalvolumen-Messeinrichtung ein Ladungsteilchendetektor (11) ist, der die von der Probe (9) bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl (14) abgegebenen Sekundärteilchen erfasst.
Ladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 4, wobei zur Einstellung eine Probe (9) eingesetzt wird.
Ladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Signalvolumen-Messeinrichtung wenigstens ein Amperemeter zum Messen des lonenstrahlstroms; ein mit der Probe (9) verbundenes Amperemeter; eine Einrichtung zum Verstärken des lonenstrahlstroms mit einem Kanal für die Messung; oder eine Einrichtung zur Verstärkung mit einer Multikanalplatte zum Messen umfasst.
Ladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die zweite Blende (36) auch als Elektrode für die Objektivlinse (8) dient.
Ladungsteilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das vordere Ende der Emitterspitze (21) eine Nanopyramide ist.
Ladungsteilchenmikroskop nach Anspruch 8, mit des weiteren einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des lonenstrahlmusters der Nanopyramide.
Ladungsteilchenmikroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ionenquelle (1) eine Gasdissoziations-Ionenquelle im elektrischen Feld ist.