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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ionenmikroskop, eine Ionenstrahlbearbeitungs- und Ionenstrahlbetrachtungsvorrichtung oder eine andere Ionenstrahlvorrichtung und die Kombination einer solchen Ionenstrahlvorrichtung mit einem Elektronenmikroskop.
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Stand der Technik
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Durch das Abtasten einer Probe mit einem Elektronenstrahl und Erfassen der von der Probe abgegebenen sekundären Ladungsteilchen kann die Struktur der Oberfläche der Probe betrachtet werden. Die für eine solche Betrachtung verwendete Vorrichtung wird Rasterelektronenmikroskop (im folgenden als REM abgekürzt) genannt. Die Struktur der Probenoberfläche kann auch mit einem Ionenstrahl betrachtet werden. Die für eine solche Betrachtung verwendete Vorrichtung wird Rasterionenmikroskop (im folgenden als RIM abgekürzt) genannt. Ein Ionenstrahl ist für Informationen über die Probenoberfläche empfindlicher als ein Elektronenstrahl. Ein Elektronenstrahl stellt eine Elektronenwelle dar und ist aufgrund des Beugungseffekts unvermeidlich Abbildungsfehlern unterworfen. Da Ionen schwerer sind als Elektronen, weist ein Ionenstrahl nur unbedeutende Abbildungsfehler durch den Beugungseffekt auf.
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Eine Gasfeldionenquelle ist eine geeignete Ionenquelle für ein Ionenmikroskop. Die Gasfeldionenquelle kann einen Ionenstrahl mit einer schmalen Energiebreite erzeugen. Da die Ionenquelle klein ist, kann mit der Gasfeldionenquelle auch ein feiner Ionenstrahl erzeugt werden.
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Um mit dem Ionenmikroskop eine Probe mit einem hohen Rauschabstand zu betrachten, ist es erforderlich, einen Ionenstrahl mit einer hohen Stromdichte zu erzeugen. Um einen solchen Ionenstrahl zu erhalten, ist es erforderlich, die Stromdichte im Ionenabstrahlwinkel der Feldionenquelle zu erhöhen. Die Stromdichte im Ionenabstrahlwinkel kann dadurch erhöht werden, dass die molekulare Dichte des Ionenmaterialgases (Ionisationsgases) in der Nähe der Emitterspitze erhöht wird.
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Die molekulare Dichte eines Gases pro Druckeinheit steht zur Temperatur des Gases im umgekehrten Verhältnis. Die molekulare Dichte des Ionisationsgases in der Umgebung der Emitterspitze kann deshalb dadurch erhöht werden, dass die Emitterspitze auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt wird, wodurch die Temperatur des Gases in der Umgebung der Emitterspitze herabgesetzt wird.
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Die molekulare Dichte des Ionisationsgases in der Umgebung der Emitterspitze kann auch dadurch erhöht werden, dass der Druck des Ionisationsgases in der Umgebung der Emitterspitze erhöht wird. Unter normalen Bedingungen liegt der Druck des Ionisationsgases in der Umgebung der Emitterspitze bei etwa 10-2 bis 10 Pa. Wenn der Druck des Ionisationsgases erhöht wird, um den Druck des Ionenmaterialgases auf etwa 1 Pa oder höher anzuheben, kollidiert der Ionenstrahl mit dem neutralen Gas und wird neutralisiert, wodurch der Ionenstrom wieder abnimmt.
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Wenn die Anzahl der Gasmoleküle in der Feldionenquelle durch Erhöhen des Drucks des Ionisationsgases erhöht wird, kollidieren außerdem vermehrt Gasmoleküle mit der Emitterspitze, die sich durch eine vorherige Kollision mit der warmen Wand des Vakuumbehälters auf einer hohen Temperatur befinden. Damit steigt die Temperatur der Emitterspitze, und der Ionenstrom nimmt ab. Um diese Abnahme des Ionenstroms zu vermeiden, weist die Feldionenquelle eine Gasionisationskammer auf, die die Emitterspitze mechanisch umgibt.
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Bei einem in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Beispiel umgibt die Gasionisationskammer die Emitterspitze unter Einschluss einer Ionenextraktionselektrode, die mit einem Zuführanschluss für das Ionisationsgas versehen ist.
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Liste der zitierten Druckschriften
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Patent-Druckschriften
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Patent-Druckschrift 1: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. Hei 7 (1995)-240165, d.h.
JP H07 240165 A -
WO 2010/132265 A2 offenbart eine Gasionisationskammer mit den Merkmalen im Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1.
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Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei der herkömmlichen Gasionisationskammer, wie sie zum Beispiel in der Patent-Druckschrift 1 beschrieben ist, wird eine Ionenextraktionselektrode verwendet, die mit einem Ionisationsgas-Zuführanschluss versehen ist. Da sich die Ionenextraktionselektrode auf einer hohen Spannung befindet, besteht die Gefahr, dass in der Umgebung des Ionisationsgas-Zuführanschlusses, in der der Gasdruck hoch ist, eine Glimmentladung auftritt. In einem solchen Fall gibt es zur Vermeidung der Glimmentladung keine andere Möglichkeit als den Gasdruck zu verringern. Mit anderen Worten kann der Ionenstrom nicht durch Erhöhen des Gaszuführdrucks vergrößert werden.
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Lösung des Problems
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Mit der vorliegenden Erfindung soll das obige Problem gelöst werden. Die Gasfeldionenquelle für die erfindungsgemä-ße Ionenstrahlvorrichtung ist im Anspruch 1 definiert. Sie ist so aufgebaut, dass das Ionisationsgas an einem Gaszuführanschluss zugeführt wird, der an einem Element angebracht ist, das auf Massepotential gehalten wird.
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Mit dem beschriebenen Aufbau wird die Umgebung des Zuführanschlusses für das Ionisationsgas, in der der Gasdruck relativ hoch ist, auf Massepotential gehalten, so dass es möglich ist, eine Glimmentladung in der Umgebung des Zuführanschlusses für das Ionisationsgas zu vermeiden. Der Gaseinführdruck kann daher erhöht werden, wodurch der Druck des Ionisationsgases zum Vergrößern des Ionenstroms erhöht werden kann. Dadurch wird es möglich, eine Probe mit einem hohen Rauschabstand zu betrachten.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 9 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ionenstrahlvorrichtung bei einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 10 zeigt die Stelle, an der ein Ionisationsgas-Zuführanschluss angeordnet ist.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Anhand der 1 wird nun eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung beschrieben. Die Ionenstrahlvorrichtung umfasst eine Ionenquellenkammer 5 mit einer Emitterspitze 1, einer Extraktionselektrode 2, einer Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und einer Gaszuführleitung 4. Die Ionenstrahlvorrichtung umfasst des Weiteren eine Ionenquellenkammer-Evakuierpumpe 9 zum Evakuieren der Ionenquellenkammer 5; eine Ionisationsgasquelle 15; eine Beschleunigungs-Spannungsquelle 7 zum Anlegen einer Spannung an die Emitterspitze 1; eine Extraktions-Spannungsquelle 8 zum Anlegen einer Spannung an die Extraktionselektrode 2; eine Probenkammer 10 und eine Probenkammer-Evakuierpumpe 11 zum Evakuieren der Probenkammer 10. Die Ionenquellenkammer 5 ist durch eine Öffnung 18 mit der Probenkammer 10 verbunden. Die Gaszuführleitung 4 ist mit der Gasquelle 15 verbunden und wird dazu verwendet, dem Inneren einer Gasionisationskammer 6 durch einen Gaszuführanschluss 16 ein Gas zuzuführen. Die Gaszuführleitung 4 und der Gaszuführanschluss 16 werden zusammen als Gaszuführabschnitt bezeichnet.
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Der Gaszuführabschnitt führt das Gas in den Raum zwischen dem Spitzenabschnitt der Emitterspitze 1 und der Extraktionselektrode 2 ein. Das in diesen Raum eingeführte und ionisierte Gas wird von der Extraktionselektrode 2 zu einem Ionenstrahl geformt. Dabei bildet die Emitterspitze 1 die Anode und die Extraktionselektrode 2 die Kathode. Zum Kühlen der Emitterspitze 1 und deren Umgebung gibt es einen Kühlmechanismus (nicht gezeigt).
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Mit der Beschleunigungs-Spannungsquelle 7 wird eine Spannung an die Emitterspitze 1 angelegt, und mit der Extraktions-Spannungsquelle 8 wird eine Spannung an die Extraktionselektrode 2 angelegt. Die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 wird unabhängig davon, ob die Ionenstrahlvorrichtung in Betrieb ist oder nicht, auf Massepotential gehalten. Die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 umgibt die Emitterspitze 1. Der Raum, den die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 umgibt, stellt die Gasionisationskammer 6 dar, in der das Gas ionisiert wird. Die Gaszuführleitung 4 ist so angeordnet, dass sich der Ionisationsgas-Zuführanschluss an der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 befindet, die auf Massepotential gehalten wird.
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In der Gasionisationskammer 6 ist der Druck des Gases, das in die Gasionisationskammer 6 eingeführt wird, in der Nähe des Ionisationsgas-Zuführanschlusses am höchsten. Es ist bekannt, dass der Ionenstrom mit höher werdendem Gasdruck zunimmt. Bisher wurde jedoch der Ionisationsgas-Zuführanschluss an der Extraktionselektrode 2 angebracht, an die eine Spannung angelegt wird, das heißt an einem Abschnitt, der sich auf einer hohen Spannung befindet, oder in der Nähe der Extraktionselektrode 2 angeordnet. Wenn der Gasdruck in der Gasionisationskammer 6 erhöht wurde, trat deshalb in der Umgebung des Ionisationsgas-Zuführanschlusses eine Glimmentladung auf. Dadurch wurde es schwierig, den Ionenstrom durch Erhöhen des Gasdrucks des Ionisationsgases zu vergrößern. Die Glimmentladung in der Umgebung des Ionisationsgas-Zuführanschlusses, in der der Gasdruck hoch ist, kann auch durch einen aufgeladenen oder kontaminierten Isolierzylinder oder durch eine Verschlechterung der Isolationseigenschaften aufgrund einer Alterung auftreten. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Ionisationsgas-Zuführanschluss immer auf Massepotential gehalten. Auch bei einer Erhöhung des Gasdrucks in der Gasionisationskammer 6 ist es daher bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, das Auftreten einer Glimmentladung am Ionisationsgas-Zuführanschluss zu verhindern. Bei der Ionenstrahlvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann daher der Ionenstrom durch Erhöhen des Gasdrucks des Ionisationsgases vergrößert werden.
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Die herkömmliche Gasfeldionenquelle ist so aufgebaut, dass die Ionisationskammer über die Wand der Ionenquellenkammer oder der Probenkammer der Raumtemperatur ausgesetzt ist. Gasmoleküle, die sich durch eine Kollision mit der auf hoher Temperatur befindlichen Wand des Vakuumbehälters selbst auf einer hohen Temperatur befinden, erhöhen bei einer Kollision mit der Emitterspitze deren Temperatur, wodurch der Ionenstrom abnimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform dient die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 auch als Strahlungsschirm, der den Zufluss von Wärme zur gekühlten Emitterspitze 1 durch thermische Strahlung verringert. Da die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 die Emitterspitze 1 umgibt, kann der Zufluss von Wärme zur Emitterspitze 1 durch thermische Strahlung von der sich auf Raumtemperatur befindlichen Wand der Ionenquellenkammer 5 wirkungsvoll verringert werden. Da die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 außerdem gleichzeitig als Gasionisationskammer 6 und als Strahlungsschirm dient, kann dadurch die Vorrichtung verkleinert werden.
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Hinsichtlich des Raums, in dem sich der Ionenstrahl in der Ionenquellenkammer 5 ausbreitet, wird das in die Gasionisationskammer 6 eingeführte Gas an der Emitterspitze 1 ionisiert, von der Extraktionselektrode 2 extrahiert, von der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 beschleunigt und fokussiert und läuft als Ionenstrahl durch die Öffnung 18 in Richtung zur Probenkammer 10.
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Wenn der Gasdruck in der Gasionisationskammer 6 erhöht wird, wird der Ionenstrahl an dem sich in der Gasionisationskammer befindlichen Gas stärker gestreut, wodurch der Ionenstrahlstrom kleiner wird. Eine Reduzierung dieser Streuung des Ionenstrahls war bei der herkömmlichen Ionenstrahlvorrichtung ein Problem. Für eine wirkungsvolle Gasionisation sollte der Gasdruck in der Umgebung der Emitterspitze 1 hoch sein. Andererseits sollte der Gasdruck in dem Raum, in dem der Ionenstrahl aus dem ionisierten Gas geformt wird und sich ausbreitet, niedrig sein, um zu verhindern, dass der Ionenstrahl mit dem Gas kollidiert und gestreut wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in der optischen Achse des Ionenstrahls an der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 eine Öffnung 17 vorgesehen. Da der Gasdruck in der Ionenquellenkammer 5 niedriger ist als der Gasdruck in der Gasionisationskammer 6 und die Gasionisationskammer 6 mit Ausnahme der Öffnung 17 in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 hermetisch geschlossen ist, wird das in die Gasionisationskammer 6 eingeführte Gas durch die Öffnung 17 in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 differentiell evakuiert. Dadurch wird sichergestellt, dass der Gasdruck um die Emitterspitze 1 hoch ist und dass der Gasdruck in der Umgebung der Öffnung 17 in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3, durch die der Ionenstrahl läuft, niedrig ist. Dadurch wird die Streuung des Ionenstrahls am Ionisationsgas verringert.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Beschleunigungs- und Fokussierlinse nur die eine Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 verwendet. Alternativ kann jedoch auch eine Anzahl von Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektroden verwendet werden. Wenn zwei oder mehr Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektroden verwendet werden, kann zum Beispiel die Position eines virtuellen Abbildungspunktes durch Anlegen einer Spannung an eine Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode eingestellt werden, die nicht die Gasionisationskammer 6 bildet. Diese Alternative ist auch bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen anwendbar.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Bei der zweiten Ausführungsform ist das obere Ende der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3, die als Strahlungsschirm dient, mit der Ionenquellenkammer 5 verbunden. Die Gasionisationskammer 6 wird dabei von der sich auf Massepotential befindlichen Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und einem Teil der Vakuumwand der Ionenquellenkammer 5 gebildet. Wenn die Emitterspitze 1 auf eine Temperatur in der Nähe der Temperatur des flüssigen Heliums gekühlt wird, ist es erforderlich, den Wärmefluss zur Emitterspitze 1 durch thermische Strahlung durch einen thermisch freien Strahlungsschirm und durch Umgeben der Emitterspitze 1 mit dem Strahlungsschirm wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben zu verringern. Wenn jedoch die Emitterspitze 1 auf eine nicht so niedrige Temperatur gekühlt wird, kann ein einfacher Strahlungsschirm wie bei der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Die vorliegende Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Aufbau einfach und klein gehalten werden kann.
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Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Bei der ersten und zweiten Ausführungsform bildet die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 die Gasionisationskammer 6 und den Strahlungsschirm. Bei der dritten Ausführungsform ist dagegen die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 getrennt von einem Strahlungsschirm 12 ausgebildet. Mit anderen Worten wird bei der dritten Ausführungsform die Gasionisationskammer 6 vom Strahlungsschirm 12 und der Extraktionselektrode 2 gebildet. Der Ionisationsgas-Zuführanschluss ist am Strahlungsschirm 12 angeordnet und wird davon auf Massepotential gehalten, da der Strahlungsschirm 12 auf Massepotential gehalten wird. Dadurch wird das Auftreten einer Glimmentladung in der Umgebung des Ionisationsgas-Zuführanschlusses bei erhöhtem Gasdruck vermieden. An die Extraktionselektrode 2 wird eine Spannung angelegt, so dass sie in Bezug zur Emitterspitze 1 als Kathode wirkt. Der Strahlungsschirm 12 und die Extraktionselektrode 2 müssen daher in einem Abstand voneinander angeordnet sein.
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Die Extraktionselektrode 2 kann nicht nur Ionen extrahieren, sondern auch die thermische Strahlung von den auf Raumtemperatur befindlichen Wänden der Ionenquellenkammer 5 zur Emitterspitze 1 verringern, wenn die Extraktionselektrode 2 thermisch isoliert und gekühlt wird.
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Wenn die an die Emitterspitze 1 und die Extraktionselektrode 2 angelegten Spannungen relativ klein sind und eine einfache Isolierung ausreicht, kann mit der vorliegenden Ausführungsform die Größe der Gasionisationskammer 6, die zum Akkumulieren des Gases verwendet wird, herabgesetzt werden. Mit der vorliegenden Ausführungsform kann die Ionenstrahlvorrichtung also kleiner werden und die Evakuierungswirkung ist besser, wodurch eine Energieeinsparung möglich ist.
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Bei der ersten und zweiten Ausführungsform ist die Öffnung in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 gleichzeitig eine Öffnung der Gasionisationskammer 6. Bei der ersten und zweiten Ausführungsform erfolgt daher durch die Öffnung in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 eine differentielle Evakuierung. Bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der die Extraktionselektrode 2 einen Teil der Gasionisationskammer 6 bildet, wird das in die Gasionisationskammer 6 eingeführte Gas durch die Öffnung 19 in der Extraktionselektrode 2 differentiell evakuiert. Dadurch wird sichergestellt, dass der Gasdruck um die Emitterspitze 1 hoch ist und dass der Gasdruck in der Öffnung der Extraktionselektrode, durch die der Ionenstrahl läuft, niedrig ist. Die durch das Ionisationsgas verursachte Streuung des Ionenstrahls kann dadurch verringert werden, während in der Gasionisationskammer 6 ein hoher Gasdruck aufrecht erhalten wird.
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Die 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Die vierte Ausführungsform ist eine Modifikation der dritten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der dritten Ausführungsform, dass das obere Ende des Strahlungsschirms 12 mit der Ionenquellenkammer 5 verbunden ist. Die Gasionisationskammer 6 der vierten Ausführungsform umfasst zusätzlich zum Strahlungsschirm 12 und der Extraktionselektrode 2 einen Teil der Ionenquellenkammer 5. Wenn die Kühltemperatur für die Emitterspitze 1 nicht sehr niedrig ist, kann ein einfacher Strahlungsschirm wie bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Mit einem solchen einfachen Strahlungsschirm hat die vorliegende Ausführungsform den Vorteil, dass ein einfacher und kleiner Aufbau möglich ist.
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Die 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Bei der fünften Ausführungsform sind die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und der Strahlungsschirm 12 nicht einteilig, sondern als separate Elemente ausgebildet. Die Gasionisationskammer 6 der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und den Strahlungsschirm 12. Wenn die Form der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 kompliziert wird, kann der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform angewendet werden, um den Grad der konstruktiven Freiheit zu erhöhen. Da die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und der Strahlungsschirm 12 auf Massepotential gehalten werden, befindet sich die Umgebung des Gaszuführanschlusses 16 am Strahlungsschirm 12 auch auf Massepotential.
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Bei der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 der vorliegenden Ausführungsform bilden die Linsenelektrode und die Unterseite der Ionenquellenkammer einen Kasten. Die Öffnung 17 in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und die räumlich damit verbundene Öffnung 18 bilden die Öffnungen der Gasionisationskammer 6. Das in die Gasionisationskammer 6 eingeführte Gas wird nicht von der Ionenquellen-Evakuierpumpe der Ionenquellenkammer 5 differentiell evakuiert, sondern hauptsächlich von der Probenkammer-Evakuierpumpe durch die Öffnung 17 in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und die Öffnung 18 zur Probenkammer 10 differentiell evakuiert. Das eingeführte Gas ist ein Edelgas. Wenn die Ionenquellen-Evakuierpumpe 9 eine nicht verdampfende Getterpumpe ist, die ein Edelgas nicht abpumpen kann, werden vorzugsweise Verunreinigungsgase entfernt, wodurch die Reinheit des eingeführten Edelgases ansteigt. Wenn für die Probenkammer-Evakuierpumpe eine Turbomolekularpumpe verwendet wird, kann die mit dem Edelgas gefüllte Gasionisationskammer differentiell evakuiert werden.
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Die 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Die sechste Ausführungsform ist eine Modifikation der fünften Ausführungsform. Bei der sechsten Ausführungsform ist das obere Ende des Strahlungsschirms 12 mit der Ionenquellenkammer 5 verbunden. Mit anderen Worten umfasst die Gasionisationskammer 6 bei der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zum Strahlungsschirm 12 und einem Teil der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 einen Teil der Ionenquellenkammer 5. Wenn die Kühltemperatur für die Emitterspitze 1 nicht sehr niedrig ist, kann ein einfacher Strahlungsschirm wie bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Mit einem solchen einfachen Strahlungsschirm hat die vorliegende Ausführungsform den Vorteil, dass ein einfacher und kleiner Aufbau möglich ist.
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Die 7 zeigt eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Die siebte Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die siebte Ausführungsform ist so aufgebaut, dass die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 die Gasionisationskammer 6 und den Strahlungsschirm 12 der ersten Ausführungsform bildet. Bei dem Aufbau der fünften Ausführungsform sind der Strahlungsschirm 12 und die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 separat und getrennt voneinander angeordnet. Die Gasionisationskammer 6 ist daher bei der fünften Ausführungsform nicht nur über die Öffnung 17 der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 mit der Außenseite verbunden, sondern auch über die Lücke zwischen dem Strahlungsschirm 12 und der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3. Bei der siebten Ausführungsform ist dagegen die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 einstückig mit dem Strahlungsschirm 12 ausgebildet. Das Gas in der Gasionisationskammer 6 kann daher nur über die Öffnung 17 der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 zur Außenseite gelangen. Bei der siebten Ausführungsform ist somit die Gasionisationskammer 6 abgeschlossener.
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Die 8 zeigt eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Die achte Ausführungsform ist eine Modifikation der siebten Ausführungsform. Die achte Ausführungsform ist so aufgebaut, dass das obere Ende der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 mit der Ionenquellenkammer 5 verbunden ist. Die Gasionisationskammer 6 wird bei der vorliegenden Ausführungsform von der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 und einem Teil der Ionenquellenkammer 5 gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform dient die Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 auch als Strahlungsschirm 12. Wenn die Kühltemperatur für die Emitterspitze 1 nicht sehr niedrig ist, kann wie bei der vorliegenden Ausführungsform ein einfacher Strahlungsschirm verwendet werden. Mit einem solchen einfachen Strahlungsschirm weist die vorliegende Ausführungsform nicht nur die Vorteile der siebten Ausführungsform auf, sondern auch den zusätzlichen Vorteil, dass ein einfacher, kleiner Aufbau möglich ist.
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Die 9 zeigt eine neunte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenstrahlvorrichtung. Die Gaszuführleitung 4 und der Ionengas-Zuführanschluss können nicht nur an einer Seitenfläche, sondern auch an der Oberseite angebracht werden. Dieses Merkmal der neunten Ausführungsform kann selbstverständlich auch bei der ersten bis achten Ausführungsform angewendet werden.
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Die 10 zeigt die Stelle, an der der Ionisationsgas-Zuführanschluss angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, ist der Gasdruck in der Gasionisationskammer 6 in der Nähe des Ionisationsgas-Zuführanschlusses am größten. Wie bereits erläutert, sollte der Gasdruck in der Umgebung der Emitterspitze 1 für eine wirkungsvolle Gasionisation erhöht werden, der Gasdruck in dem Bereich, in dem sich das ionisierte Gas in der Form eines Ionenstrahls ausbreitet, sollte jedoch niedrig gehalten werden, um zu verhindern, dass der Ionenstrahl durch das Ionengas gestreut wird.
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Wenn die optische Achse, längs der sich die Ionen bewegen, die Z-Achse 20 ist und das ionisierte Gas durch die Extraktionselektrode 2 von der Emitterspitze 1 extrahiert wird und sich in der Richtung der Z-Achse 20 weiterbewegt, wird daher im vorliegenden Fall der Ionisationsgas-Zuführanschluss in einem Bereich an der Minus-Z-Seite angeordnet, wobei die zur Z-Achse senkrechte Ebene an der Position 14 der Oberseite der Extraktionselektrode, das heißt der Emitterspitzenseite der Extraktionselektrode, als Grenze betrachtet wird (die Position, bei der Z = 0 ist). Mit anderen Worten ist der Gaszuführanschluss 16 im vorliegenden Fall in dem Raum auf der Seite der Emitterspitze 1 und von der Ebene entfernt angeordnet, die die emitterspitzenseitige Oberfläche der Extraktionselektrode 2 enthält. Dadurch wird sichergestellt, dass der Gaszuführanschluss 16, an dem der Gasdruck innerhalb der Gasionisationskammer 6 am größten ist, von dem Bereich entfernt ist, in dem sich der Ionenstrahl ausbreitet. Folglich kann eine Streuung des Ionenstrahls bei einem Erhöhen des Gasdrucks in der Gasionisationskammer 6 vermieden werden.
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Wenn der Gasfluss durch eine differentielle Evakuierung von der Emitterspitze 1 durch die Extraktionselektrode 2 zur Öffnung 17 in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode 3 gerichtet ist oder bei der differentiellen Evakuierung von der Emitterspitze 1 zur Öffnung in der Extraktionselektrode 2, wird der Ionisationsgas-Zuführanschluss in einem Bereich an der Minus-Z-Seite angeordnet, wobei die oben erwähnte Grenzfläche (die Position, bei der Z = 0 ist) auch die Ebene sein kann, die die Spitzenposition 13 der Emitterspitze enthält und die senkrecht zur optischen Achse ist. Mit anderen Worten kann der Ionisationsgas-Zuführanschluss in dem Raum auf der Seite der Emitterspitze 1 angeordnet werden, der von der Ebene entfernt ist, der die Spitze der Emitterspitze enthält und der senkrecht zur optischen Achse des Ionenstrahls ist.
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Die mit Bezug zur 10 beschriebene Anbringungsposition des Gaszuführanschlusses kann auch bei der ersten bis neunten Ausführungsform Anwendung finden.
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Die vorliegende Erfindung ist anwendbar bei einer Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasfeldionenquelle. Die beschriebene Ionenstrahlvorrichtung kann zum Beispiel ein Rasterionenmikroskop, eine Vorrichtung, die Transmissionsionenmikroskop genannt wird und bei der eine Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt wird und die Ionen erfasst werden, die die Probe durchlaufen haben und Informationen über den inneren Aufbau der Probe enthalten, oder eine Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl sein, bei der die Probe mit schweren Ionen bestrahlt und mittels Zerstäuben bearbeitet wird. Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar bei einer Kombination aus einer FIB-Vorrichtung mit einem REM, einer Kombination aus einem Rasterelektronenmikroskop (REM) und einer Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB-Vorrichtung).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Emitterspitze
- 2
- Extraktionselektrode
- 3
- Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode
- 4
- Gaszuführleitung
- 5
- Ionenquellenkammer
- 6
- Gasionisationskammer
- 7
- Beschleunigungs-Spannungsquelle
- 8
- Extraktions-Spannungsquelle
- 9
- Ionenquellenkammer-Evakuierpumpe
- 10
- Probenkammer
- 11
- Probenkammer-Evakuierpumpe
- 12
- Strahlungsschirm
- 13
- Spitzenposition der Emitterspitze
- 14
- Position der Oberseite der Extraktionselektrode
- 15
- Gasquelle
- 16
- Gaszuführanschluss
- 17
- Öffnung in der Beschleunigungs- und Fokussier-Linsenelektrode
- 18
- Öffnung
- 19
- Öffnung der Extraktionselektrode
- 20
- Z-Achse
