DE112012003090T5

DE112012003090T5 - Emitter, Gasfeldionenquelle und Ionenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112012003090T5
Application number: DE201211003090
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Muto; Yoshimi Kawanami; Hironori Moritani
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US20140191128A1; WO2013035411A1; US9087675B2; JP5723730B2; JP2013054911A; CN103748653A; CN103748653B

Abstract

Vorgestellt wird ein Ionenquellenemitter, der auch dann keine wesentliche Änderung der Extraktionsspannung verursacht, wenn der Spitzenabschnitt des Emitters wiederholt regeneriert wird. Der Emitter hat die Form einer dreieckigen Pyramide mit einem einzigen Atom an der Spitze. Der Spitzenabschnitt des Emitters ist beim Blick auf die Spitze im wesentlichen wie ein Sechseck geformt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Emitter, der für die Verwendung als Gasfeldionenquelle geeignet ist, eine Gasfeldionenquelle und eine Ionenstrahlvorrichtung auf der Basis der Gasfeldionenquelle.
Stand der Technik
Eine Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) und einer Gasfeldionenquelle mit Wasserstoff-, Helium-, Neon- oder anderen Gasionen ist allgemein bekannt. Bei einer Gas-FIB-Vorrichtung wird die Probe nicht mit Gallium kontaminiert, wie es bei der Gallium-FIB, einer häufig benutzten Flüssigmetall-Ionenquelle, der Fall ist. Die Gasfeldionenquelle erzeugt außerdem Gasionen mit einer schmalen Energiebreite, und die Ionenerzeugungsquelle ist klein. Mit einer Gasfeldionenquelle kann damit ein feinerer Strahl ausgebildet werden als mit einer Flüssigmetall-Gallium-Ionenquelle.
Eine Gasfeldionenquelle enthält einen Emitter, der die Ionen emittiert, und eine Extraktionselektrode, die gegenüber dem Emitter angeordnet ist und die durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Emitter und der Extraktionselektrode Ionen aussendet. Es ist bekannt, daß die Leistungsfähigkeit einer Ionenquelle zum Beispiel durch eine Erhöhung der Winkelstromdichte der Ionen durch Ausbilden eines Mikrovorsprungs an der Spitze des Emitters der Gasfeldionenquelle zunimmt. Es ist auch bekannt, daß der Mikrovorsprung durch Schärfen der Spitze des Basisabschnitts des Emitters, der von einem Wolfram-Einkristall gebildet wird, durch eine Feldverdampfung ausgebildet werden kann (siehe zum Beispiel die Patent-Druckschrift 1). Es ist des weiteren bekannt, daß der Mikrovorsprung auch aus einem zweiten Metall ausgebildet werden kann, das sich vom dem für den Basisabschnitt des Emitters verwendeten ersten Metall unterscheidet (siehe zum Beispiel die Patent-Druckschrift 2). In diesem Fall wird für das zweite Metall ein Edelmetall (wie Iridium oder Platin) verwendet, während das erste Metall Wolfram ist.
Der Mikrovorsprung am Emitter wird innerhalb einer gewissen Zeitspanne zerstört, da er von den Verunreinigungen im Gas der Gasfeldionenquelle angegriffen wird. Wenn der Mikrovorsprung am Emitter in der Ionenquelle regeneriert werden kann, begrenzt diese Zerstörung die Betriebs-Lebensdauer des Emitters nicht, so daß die Ionenquelle im wesentlichen auf kontinuierliche Weise verwendet werden kann. Wenn als zweites Metall ein Edelmetall verwendet wird, kann der Mikrovorsprung (eine Pyramidenstruktur) einfach durch Aufheizen regeneriert werden, solange dazu noch Edelmetall zur Verfügung steht.
Liste der zitierten Druckschriften
Patent-Druckschriften

Patent-Druckschrift 1: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. Hei 7 (1995)-192669
Patent-Druckschrift 2: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2008-140557

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn der Mikrovorsprung regeneriert wird, ändert sich die Ionenextraktionsspannung um mehrere Prozent. Dadurch wird es erforderlich, die Achse des ionenoptischen Systems der Ionenstrahlvorrichtung neu einzustellen, so daß die Ionenquelle nicht auf eine im wesentlichen kontinuierliche Weise verwendet werden kann. Die Achseneinstellung des ionenoptischen Systems ist eine zeitaufwendige, komplizierte Aufgabe. Bei einem Emitter, bei dem der Mikrovorsprung (eine Pyramidenstruktur) durch Aufheizen eines am Basisabschnitt des Wolfram-Einkristalls angebrachten Edelmetalls ausgebildet wird, kann durch das Aufheizen ein ähnlich geformter Mikrovorsprung an der Spitze des Emitters regeneriert werden (siehe die Patent-Druckschrift 2). Nach einer wiederholten Regeneration des Emitters ereicht jedoch auch hier die akkumulierte Änderung in der Extraktionsspannung einen Pegel von mehreren Prozent, wodurch es auch hier erforderlich ist, die Achse des ionenoptischen Systems neu einzustellen.
Mit der vorliegenden Erfindung soll das obige Problem gelöst werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Emitter zu schaffen, bei dem auch nach einer wiederholten Regeneration des Mikrovorsprungs die akkumulierte Änderung der Ionenextraktionsspannung unbedeutend ist. Zu der Aufgabe der vorliegenden Erfindung gehört es auch, eine Gasfeldionenquelle und eine Ionenstrahlvorrichtung mit dem Emitter zu schaffen.
Lösung des Problems
Zur Lösung des obigen Problems ist die Spitze des Emitters für die Gasfeldionenquelle so geformt, daß die thermischen Änderungen konvergieren können. Das heißt, daß der Spitzenabschnitt des Emitters mit einem Basisabschnitt aus einem Metall-Einkristall wie eine dreieckige Pyramide geformt ist. Beim Blick auf die Spitze von oben ist der Spitzenabschnitt im wesentlichen wie ein Sechseck ausgebildet.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung ändert sich die Ionenextraktionsspannung auch bei einer Regeneration des Mikrovorsprungs am Emitter nicht in einem solchen Ausmaß, daß die Achse des ionenoptischen Systems neu eingestellt werden muß. Dadurch nimmt die Verfügbarkeit der Gasfeldionenquelle und der Ionenstrahlvorrichtung mit der Gasfeldionenquelle zu. Folglich hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß sich die Lebensdauer des Emitters wesentlich erhöht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung des Aufbaus des Spitzenabschnitts eines Emitters bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Darstellung des Aufbaus einer Gasfeldionenquelle bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm für die Änderung der Extraktionsspannung, die auftritt, wenn der Emitter der Gasfeldionenquelle der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrmals aufgeheizt wird.
4A ist eine Rasterelektronenmikrophotographie der Seitenfläche des Spitzenabschnitts des Emitters bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4B ist eine Rasterelektronenmikrophotographie der Oberseite des Spitzenabschnitts des Emitters bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beim Blick auf die Spitze.
5A ist eine Rasterelektronenmikrophotographie der Seitenfläche des Spitzenabschnitts eines herkömmlichen Emitters.
5B ist eine Rasterelektronenmikrophotographie der Oberseite des Spitzenabschnitts des herkömmlichen Emitters beim Blick auf die Spitze.
6 ist eine Darstellung des Gesamtaufbaus der Ionenstrahlvorrichtung bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Flußdiagramm für den Ablauf der Prozesse bei der Regeneration des Emitters bei der Ionenstrahlvorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Anhand der 1 bis 5 wird nun der Aufbau eines Emitters bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Zuerst wird anhand der 1 der Aufbau des Spitzenabschnitts des Emitters bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die 1 ist eine Darstellung des Aufbaus des Spitzenabschnitts des Emitters bei der vorliegenden Ausführungsform.
Bei dem Emitter 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Basisabschnitt des Emitters 1 aus einem Wolfram-Einkristall. Die Oberfläche des Wolfram-Einkristalls ist mit Iridium, einem Edelmetall, beschichtet. Der Emitter umfaßt den Basisabschnitt, der aus einem Metall-Einkristall besteht, und einen nadelartigen Spitzenabschnitt. Die 1 zeigt den Spitzenabschnitt im Bereich von etwa 1 μm von der Spitze des Emitters.
Im folgenden wird das Verfahren zum Herstellen des Emitters umrissen. Der Spitzenabschnitt eines dünnen Drahtes aus einem Wolfram-Einkristall (mit einem Durchmesser von in der Regel 0,1 bis 0,3 mm) mit der Kristallorientierung [111], die in axialer Richtung ausgerichtet ist, wird durch Elektropolieren geschärft. Es folgt ein Reinigungsprozeß (im vorliegenden Fall ein Feldverdampfungsprozeß), um Verunreinigungen von der Oberfläche des Spitzenabschnitts zu entfernen. Die Oberfläche des Spitzenabschnitts wird dann mit einer im wesentlichen einatomigen Schicht aus Iridium bedeckt (im vorliegenden Fall durch einen Sputterabscheidungsprozeß). Dann wird die Oberfläche des Spitzenabschnitts auf eine geeignete Weise ausgeheizt. Durch Erweitern der Kristallfläche (211) wird dabei die Umgebung der Spitze des Emitters in die Form einer dreieckigen Pyramide gebracht. Wenn anschließend ein geeigneter Ausheizprozeß durchgeführt wird, besteht die Spitze 1-2 aus einem einzigen Atom. In dieser Phase kann durch die Betrachtung mit einem Feldionenmikroskop (FIM) die Form des Spitzenabschnitts des Emitters bestätigt werden. Es ist anzumerken, daß hier nur die grundlegende Abfolge von Prozessen beschrieben wurde. In Wirklichkeit gibt es eine Vielzahl von Variationen.
Die Form des Spitzenabschnitts des Emitters, das heißt die dreieckige Pyramide, kann durch die Verwendung als Ionenquelle zerstört werden. In einem solchen Fall kann ein Regenerationsprozeß durchgeführt werden, um den Emitter neu zu formen. Beim Regenerationsprozeß wird der zerstörte Spitzenabschnitt des Emitters wieder in die Form einer dreieckigen Pyramide gebracht. Eines der Regenerationsverfahren besteht darin, im Hochvakuum einen Ausheizprozeß durchzuführen. Manchmal wird dabei durch Aufdampfen Emittermaterial hinzugefügt. Der Ausheizprozeß ist jedoch ein wichtiger Teil davon.
Die vorliegende Ausführungsform ist durch eine Übergangsphase zwischen der Umgebung 1-1 der Spitze des Emitters 1 und dem Schaft 1-3 davon gekennzeichnet. Das heißt, daß die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberseite des Emitters 1 beim Blick auf die Spitze, das heißt beim Blick auf den Oberseiten-Endabschnitt 1-4 im wesentlichen wie ein Sechseck geformt ist. Der Oberseiten-Endabschnitt 1-4 eines herkömmlichen Emitters der gleichen Art ist im wesentlichen wie ein Kreis geformt. Die erwähnte Übergangsphase kann durch eine Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Abbildung des Spitzenabschnitts des Emitters bestätigt werden. Wenn der Emitter 1 sich in einer Gasfeldionenquelle befindet, hat die Oberseite des Emitters 1 beim Blick von oben mit anderen Worten die Form des Spitzenabschnitts des Emitters beim Blick von der Extraktionselektrode auf den Emitter. Die Form der Oberseite des Emitters 1 beim Blick auf die Spitze hat auf eine gewisse Weise die Form des Querschnitts beim Blick aus einem bestimmten Abstand auf die Spitze 1-2 des Emitters 1.
Die in der 1 gezeigte Form des Emitters 1 ist eine Form, die erhalten wird, wenn thermische Verformungen konvergieren. Bei einem erneuten Ausheizen des Emitters 1 ergibt sich ein Zustand, bei dem zumindest die Änderungen in der Ionenextraktionsspannung konvergieren. Dieser Punkt wird im folgenden beschrieben.
Die 2 zeigt den Aufbau der Gasfeldionenquelle bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wenn an einem Gasanschluß 3 Heliumgas zugeführt wird, während, um den Emitter auf ein positives Potential zu setzen, zwischen den Emitter 1 (dessen Spitze sich in der 2 unten befindet) und einer Extraktionselektrode 2 in einem Vakuumbehälter 10 eine Extraktionsspannung angelegt wird, wird das Heliumgas ionisiert, so daß von der Spitze des Emitters 1 ein Helium-Ionenstrahl ausgeht. Der Emitter 1 ist an einen Extraktionsspannung-Anlegeabschnitt 4 zum elektrischen Aufheizen und zum Anlegen der Extraktionsspannung angeschlossen. Die Temperatur des Emitters 1 wird mittels thermischer Übertragungskühlung von einem Kühlkopf 20 kontrolliert. Das zu ionisierende Gas ist nicht auf Helium beschränkt. Es kann auch ein Inertgas wie Neon oder Helium- und Wasserstoffgas verwendet werden, wenn die Temperatur des Emitters dabei entsprechend dem Gas geeignet kontrolliert wird.
Die 3 ist eine graphische Darstellung, wie der Emitter 1 bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. An der horizontalen Achse sind dabei die kumulative Ausheizzeit für den Emitter 1 (die zum Strukturieren des Spitzenabschnitts des Emitters 1 erforderlich ist) und an der vertikalen Achse die Extraktionsspannung am Emitter 1 (die für die Ionenemission erforderlich ist) angetragen. Das Ausheizen erfolgt bei einer Temperatur von etwa 930°C. Als Extraktionsspannung für Heliumionen ist die Spannung angetragen, bei der bei einer Temperatur des Emitters 1 von 25 K deutlich eine FIM-Abbildung der Spitze des Emitters 1 zu sehen ist.
Der erste Punkt wurde dadurch erhalten, daß die Extraktionsspannung für Heliumgas nach dem Ausbilden einer dreieckigen Pyramidenstruktur an der Spitze des Emitters 1 im Ultrahochvakuum gemessen wurde. Die folgenden Punkte wurden nach einer Regeneration der dreieckigen Pyramidenstruktur durch Ausheizen im Ultrahochvakuum erhalten, nachdem die Atome an der Spitze des Emitters durch eine Feldverdampfung absichtlich entfernt wurden und anschließend das Gas wieder eingeführt wurde, um die Extraktionsspannung zu messen. Bei jedem Ausheizprozeß wurde die Ausheizzeit für die Regeneration geeignet bestimmt. Die graphische Darstellung der 3 zeigt, daß sich die Extraktionsspannung ändert, auch wenn die dreieckige Pyramidenstruktur an der Spitze des Emitters 1 durch die wiederholte Regeneration mittels Ausheizen erneuert wird. Der Bereich, in dem sich die Extraktionsspannung mit der kumulativen Ausheizzeit ändert, wird Änderungsbereich genannt. Bei einer weiteren Ausdehnung der kumulativen Ausheizzeit geht der Änderungsbereich, in dem sich die Extraktionsspannung ändert, in einen stabilen Bereich über, in dem die Extraktionsspannung unabhängig von der kumulativen Ausheizzeit unverändert bleibt. Daher wurde eine REM-Abbildung der Form des Emitters im Änderungsbereich mit einer REM-Abbildung verglichen, die die Form des Emitters im stabilen Bereich zeigt. Wie später noch beschrieben wird, zeigt der Emitter im stabilen Bereich keine wesentliche Spannungsänderung beim Ausheizen im Regenerationsprozeß. Die kumulative Spannungsänderung beträgt etwa 1% (entspricht im wesentlichen dem Meßfehler). Der stabile Bereich kann daher durch die Größe des Unterschieds in der Extraktionsspannung vor und nach dem Regenerationsprozeß definiert werden. Entsprechend kann der stabile Bereich bei der vorliegenden Ausführungsform als der Bereich bezeichnet werden, in dem der Unterschied in der Extraktionsspannung vor und nach dem Regenerationsprozeß nicht größer ist als 1%.
Die 4(A) und 4(B) sind REM-Abbildungen des ausgeheizten Emitters beim Erreichen des stabilen Bereichs. Die 4(A) zeigt eine seitliche Abbildung des Emitters und die 4(B) eine Abbildung des Spitzenabschnitts des Emitters beim Blick von oben auf die Spitze. Die 5(A) und 5(B) sind REM-Abbildungen des Emitters im Änderungsbereich. Die 5(A) zeigt eine seitliche Abbildung des Emitters und die 5(B) eine Abbildung des Spitzenabschnitts des Emitters beim Blick von oben auf die Spitze. Es war bisher unbekannt, daß es in Abhängigkeit von der kumulativen Ausheizzeit einen stabilen Bereich gibt. Der Emitter wurde daher bisher in dem in den 5(A) und 5(B) gezeigten Zustand benutzt. Der Vergleich zwischen diesen Abbildungen zeigt, daß die Form des Oberseiten-Endabschnitts des Emitters beim Blick von oben auf die Spitze davon abhängt, ob der Emitter sich im stabilen Bereich oder im Änderungsbereich befindet. Der Emitter ist im stabilen Bereich im wesentlichen wie ein Sechseck geformt. Im Änderungsbereich ist der Emitter dagegen im wesentlichen wie ein Kreis geformt. Mit anderen Worten zeigt sich, daß sich auch dann, wenn die Umgebung der Spitze des Emitters wie eine dreieckige Pyramide geformt ist, die Extraktionsspannung ändert, wenn nicht die Formänderungen in der Nähe des Endabschnitts der Oberseite konvergieren.
Die Gasfeldionenquelle auf der Basis des Emitters der vorliegenden Ausführungsform wird verwendet, nachdem der Emitter ausgebildet wurde und sich im stabilen Bereich befindet. Ob sich der Emitter im stabilen Bereich befindet, wird in Abhängigkeit von der Länge der kumulativen Ausheizzeit oder der Größe der Änderung der Extraktionsspannung bezüglich der kumulativen Ausheizzeit bestimmt. Dadurch wird es möglich, die Änderung in der Extraktionsspannung gegenüber vor der Regeneration stärker zu unterdrücken, wenn die Form der Spitze des Emitters nach einer Zerstörung durch den Gebrauch als Ionenquelle regeneriert wird. Der gleiche Vorteil wird erhalten, wenn der Emitter durch eine separate Vorrichtung ausgebildet und in den stabilen Bereich gebracht wird und anschließend in der Gasfeldionenquelle verwendet wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Zeitspanne kürzer wird, während der die Gasfeldionenquelle belegt ist. Zusätzlich zu diesem die Ausheizbedingungen betreffenden Verfahren können verschiedene andere Verfahren genutzt werden, um die Zeit zu verringern, die zum Ausbilden des Emitters und dem Verbringen in den stabilen Bereich erforderlich ist. Es ist dabei wichtig, daß der Oberseiten-Endabschnitt 1-4 des Spitzenabschnitts des Emitters schließlich in eine Form mit einem im wesentlichen sechseckigen Querschnitt gebracht wird.
Wie oben angegeben wird angenommen, daß der Basisabschnitt des Emitters bei der vorliegenden Ausführungsform aus einem Wolfram-Einkristall besteht. Es kann jedoch jedes Material verwendet werden, solange der Spitzenabschnitt des Emitters 1 in die Form einer dreieckigen Pyramide gebracht werden kann. Alternativ kann zum Beispiel ein Molybdän-Einkristall oder ein Einkristall aus einem anderen Metall mit einem hohen Schmelzpunkt verwendet werden. Vorzugsweise neigt das verwendete Material nicht dazu, sich im elektrischen Feld abzulösen. Nach dem heutigen Wissensstand ist Wolfram das am besten geeignete Material. Des weiteren wird bei der vorliegenden Ausführungsform angenommen, daß die Oberfläche des Basisabschnitts des Emitters mit Iridium, einem Edelmetall, beschichtet ist. Für die Beschichtung kann jedoch auch Platin, Palladium, Platin oder ein anderes Edelmetall verwendet werden, solange der Spitzenabschnitt des Emitters in die Form einer dreieckigen Pyramide gebracht werden kann, wenn er zusammen mit dem Basisabschnitt ausgeheizt wird. Da die Atome der Spitze aus dem verwendeten Edelmetall bestehen, wird vorzugsweise ein Edelmetall verwendet, das nicht dazu neigt, sich im elektrischen Feld abzulösen. Nach dem heutigen Wissensstand ist Iridium das am besten geeignete Material.
Die 6 zeigt den Gesamtaufbau einer Ionenstrahlvorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform.
Die Ionenstrahlvorrichtung 200 umfaßt die erwähnte Gasfeldionenquelle 100 und ein ionenoptisches System 300. Die Gasfeldionenquelle 100 enthält den Emitter 1, die Extraktionselektrode 2, die dem Emitter 1 gegenüber angeordnet ist, und den Gasanschluß 3, an dem ein Gas, das durch eine Gaszuführleitung zugeführt wird, in den Raum zwischen der Spitze des Emitters 1 und der Extraktionselektrode 2 abgegeben wird. Das ionenoptische System 300, das einen emittierten Ionenstrahl 5 auf eine Probe fokussiert, um die Probe mit dem Ionenstrahl 5 zu bestrahlen, umfaßt elektrostatische Linsen 102-1 und 102-2, einen Ausrichter 102-4, Deflektoren 103-1 und 103-2 und eine Strahlbegrenzungsblende 102-3. Diese Elemente des ionenoptischen Systems 300 werden von einer Linsensystemsteuerung 105 und von einer Deflektorsystemsteuerung 106 über Steuerschaltungen 102-1', 102-3', 102-4', 103-1', 103-2' und 102-2' gesteuert, die jeweils dafür vorgesehen sind.
Wenn die Probe 6, die an einem Probentisch 101 angebracht ist, durch das ionenoptische System 300 mit dem Ionenstrahl 5 bestrahlt wird, werden von der Probe Sekundärelektronen 7 abgegeben, die Informationen über die Probe enthalten. Die Sekundärelektronen 7 werden von einem Sekundärelektronendetektor 104 erfaßt. Das Signal vom Sekundärelektronendetektor 104 wird über einen Analog-Digital-Konverter einem Bilderzeugungsabschnitt 104' zugeführt. Zum Erzeugen eines Bilds von der Probe wird das Signal vom Detektor 104 im Bilderzeugungsabschnitt 104' mit der Einstrahlposition des Ionenstrahls 5 in Verbindung gebracht. Das erzeugte Bild der Probe erscheint auf einem Display oder einer anderen Anzeigeeinrichtung 110.
Wenn aufgrund einer Änderung in der Ionenextraktionsspannung die Achse des ionenoptischen Systems neu justiert werden muß, ist es erforderlich, verschiedene komplizierte Aufgaben auszuführen, etwa eine Einstellung der horizontalen Position des Emitters 1 und der Strahlbegrenzungsblende 102-3, eine Intensitätseinstellung des Ausrichters 102-4 oder eine Offseteinstellung der Deflektoren 103-1 und 103-2. Einige der Aufgaben können automatisch von einem Computer (nicht gezeigt) ausgeführt werden, der die Linsensystemsteuerung 105 und die Deflektorsystemsteuerung 106 insgesamt steuert. Die Verfügbarkeit der Vorrichtung nimmt jedoch in Abhängigkeit von der Zeit ab, die erforderlich ist, um die Aufgaben auszuführen, da ein Benutzer die Rasterionenabbildung ansehen und bewerten muß und manuell mechanische Positionseinstellungen durchführen muß.
Wie in der 3 gezeigt, treten am Emitter im stabilen Bereich während des regenerativen Ausheizens keine wesentlichen Spannungsänderungen auf. Sogar die kumulative Spannungsänderung beträgt nur etwa 1% (was im wesentlichen dem Meßfehler entspricht). Bei solch unbedeutenden Spannungsänderungen ist es unter normalen Bedingungen nicht erforderlich, die Achse des ionenoptischen Systems 300 neu einzustellen. Wenn jedoch die Beschleunigungsspannung des ionenoptischen Systems 300, das heißt die Energie des Ionenstrahls 5 beim Erreichen der Probe 6, im wesentlichen gleich der Ionenextraktionsspannung ist, kann bei der genannten Extraktionsspannungsänderung ein Einfluß vorhanden sein. Dies macht es erforderlich, entsprechend dem Verhältnis der Extraktionsspannungsänderung zur Beschleunigungsspannung zu bestimmen, ob eine Neueinstellung der Achse des ionenoptischen Systems 300 notwendig ist oder nicht. Wenn eine Ionenstrahlvorrichtung mit einem herkömmlichen Emitter verwendet wird, ist es wichtig, daß die Achse nach dem Regenerationsprozeß neu justiert wird. Bei der Ionenstrahlvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird dagegen anhand eines später noch beschriebenen Extraktionsspannungsvergleichs bestimmt, ob eine Achseneinstellung erforderlich ist oder nicht. Wenn die Änderung der Extraktionsspannung sehr klein ist, muß keine Achseneinstellung erfolgen. In den bereits erwähnten Computer (nicht gezeigt) ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Prozeßabfolge wie zum Beispiel in der 7 gezeigt einprogrammiert, die den Emitterregenerationsprozeß enthält. Nach dem Regenerationsprozeß für die Spitze des Emitters wird dabei die Extraktionsspannung gemessen und der Wert der kumulativen Änderung der Extraktionsspannung berechnet.
Der Wert der kumulativen Änderung ist dabei die Größe der Änderung in der Emitterextraktionsspannung nach dem Regenerationsprozeß bezüglich der Emitterextraktionsspannung an einem Bezugs-Zeitpunkt. Der Bezugs-Zeitpunkt kann der Zeitpunkt der Herstellung der Spitze des Emitters, der Zeitpunkt unmittelbar nach dem letzten Regenerationsprozeß oder ein anderer beliebiger Zeitpunkt sein. Wenn allerdings der Bezugs-Zeitpunkt innerhalb des oben erwähnten Änderungsbereichs liegt, steigt der Wert der kumulativen Änderung an. Vorzugsweise ist daher der Bezugs-Zeitpunkt ein Zeitpunkt, nachdem der Emitter in den stabilen Bereich gebracht wurde.
Als nächstes wird das Verhältnis berechnet, das durch Dividieren des kumulativen Änderungswertes durch die Beschleunigungsspannung erhalten wird. Wenn das berechnete Verhältnis kleiner ist als ein Schwellenwert, ist der Prozeß zu Ende. Wenn dagegen das berechnete Verhältnis größer ist als der Schwellenwert, endet der Prozeß erst nach einem Achseneinstellprozeß für das ionenoptische System. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Schwellenwert auf 1% eingestellt. Der Grund dafür ist, daß wie früher erwähnt die durch den Regenerationsprozeß verursachte kumulative Änderung nach einer mehrmaligen Wiederholung des Regenerationsprozesses nicht größer ist als 1%, wenn der Bezugs-Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, nachdem der Emitter in den stabilen Bereich gebracht wurde. Wenn die Beschleunigungsspannung zum Beispiel 5 kV beträgt, muß die Achse nur etwa bei jedem zehnten Regenerationsprozeß für den Emitter neu eingestellt werden. Dadurch wird der Benutzer nicht sonderlich belastet, da eine solche Einstellung nicht oft erforderlich ist.
<Andere beispielhafte Ausführungsformen>
Die Erfindung wurde in Verbindung mit einer derzeit bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren zum Formen des Spitzenabschnitts des Emitters wie eine dreieckige Pyramide ist jedoch nicht auf die in der obigen Ausführungsform beschriebene Methode beschränkt. Zum Beispiel kann die dreieckige Pyramide durch Ausheizen des Spitzenabschnitts des Emitters im Ultrahochvakuum unter Anlegen eines positiven elektrischen Felds an die Spitze des Wolfram-Einkristalls erhalten werden. Auch in diesem Fall ist der Spitzenabschnitt des Emitters, an dem thermische Änderungen konvergieren, beim Blick von oben (auf die Spitze) im wesentlichen wie ein Sechseck geformt. Der Spitzenabschnitt des Emitters kann durch Auswahl einer geeigneten Kristallorientierung für den Metall-Einkristall des Basisabschnitts des Emitters wie eine viereckige Pyramide geformt werden. In diesem Fall ist leicht abzuleiten, daß der Spitzenabschnitt des Emitters, an dem thermische Änderungen konvergieren, beim Blick von oben im wesentlichen wie ein Achteck geformt ist.
Bezugszeichenliste

1: Emitter
2: Extraktionselektrode
3: Gasanschluß
4: Extraktionsspannung-Anlegeabschnitt
5: Ionenstrahl
6: Probe
7: Sekundärelektronen
10: Vakuumbehälter
20: Kühlkopf
100: Gasfeldionenquelle
101: Probentisch
102-1, 102-2: elektrostatische Linse
102-3: Strahlbegrenzungsblende
102-4: Ausrichter
103-1, 103-2: Deflektor
104: Sekundärelektronendetektor
105: Linsensystemsteuerung
106: Deflektorsystemsteuerung
110: Anzeigeeinrichtung
200: Ionenstrahlvorrichtung
300: ionenoptisches System

Claims

Emitter für die Ionenquelle einer Ionenstrahlvorrichtung, wobei der Emitter umfaßt einen Basisabschnitt aus einem Metall-Einkristall; und einen nadelartigen Spitzenabschnitt, wobei die Spitze des Spitzenabschnitts wie eine dreieckige Pyramide geformt ist und wobei beim Blick auf die Spitze der Spitzenabschnitt im wesentlichen wie ein Sechseck geformt ist.
Emitter nach Anspruch 1, wobei, wenn die Struktur des Spitzenabschnitts zerstört ist, der Spitzenabschnitt durch Ausführen eines Regenerationsprozesses, der einen Ausheizschritt beinhaltet, regeneriert werden kann.
Gasfeldionenquelle mit einem Emitter mit einem Basisabschnitt aus einem Metall-Einkristall und einem nadelartigen Spitzenabschnitt; einer Extraktionselektrode mit einer Öffnung an einer Stelle, die von der Spitze des Emitters entfernt ist; einer Gaszuführleitung, die der Umgebung der Spitze des Emitters ein Gas zuführt; und mit einem Extraktionsspannung-Anlegeabschnitt, der zwischen dem Emitter und der Extraktionselektrode eine Extraktionsspannung anlegt, um ein elektrisches Feld zum Ionisieren des Gases auszubilden, wobei die Spitze des Spitzenabschnitts des Emitters wie eine dreieckige Pyramide geformt ist und wobei beim Blick auf die Spitze der Spitzenabschnitt im wesentlichen wie ein Sechseck geformt ist.
Gasfeldionenquelle nach Anspruch 3, wobei, wenn die Struktur des Spitzenabschnitts zerstört ist, der Spitzenabschnitt durch Ausführen eines Regenerationsprozesses, der einen Ausheizschritt beinhaltet, regeneriert werden kann.
Gasfeldionenquelle nach Anspruch 3, wobei, wenn die Struktur des Spitzenabschnitts zerstört ist, die Form des Spitzenabschnitts des Emitters durch Ausführen eines Regenerationsprozesses, der einen Ausheizschritt beinhaltet, regeneriert werden kann, und wobei die durch den Regenerationsprozeß verursachte kumulative Änderung in der Extraktionsspannung, die für die Ionenemission vom Emitter erforderlich ist, nicht größer ist als 1%.
Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasfeldionenquelle, die Ionen emittiert; einem ionenoptischen System, das die von der Gasfeldionenquelle emittierten Ionen beschleunigt, um eine Probe mit den beschleunigten Ionen zu bestrahlen; einem Sekundärteilchendetektor, der die von der Probe bei der Bestrahlung mit den Ionen emittierten Sekundärteilchen erfaßt; einem Bilderzeugungsabschnitt, der durch Verbinden des Signals vom Sekundärteilchendetektor mit der Position der auf die Probe eingestrahlten Ionen eine Sekundärteilchenabbildung erzeugt; und mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Sekundärteilchenabbildung, wobei die Gasfeldionenquelle umfaßt einen Emitter mit einem Basisabschnitt aus einem Metall-Einkristall und einem nadelartigen Spitzenabschnitt, eine Extraktionselektrode mit einer Öffnung an einer Stelle, die von der Spitze des Emitters entfernt ist, eine Gaszuführleitung, die in den Raum zwischen der Spitze des Emitters und der Extraktionselektrode ein Gas einführt; und einen Extraktionsspannung-Anlegeabschnitt, der zwischen dem Emitter und der Extraktionselektrode eine Spannung anlegt, wobei die Spitze des Spitzenabschnitts des Emitters wie eine dreieckige Pyramide geformt ist und beim Blick auf die Spitze der Spitzenabschnitt im wesentlichen wie ein Sechseck geformt ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 6, wobei, wenn die Struktur des Spitzenabschnitts des Emitters zerstört ist, der Spitzenabschnitt durch Ausführen eines Regenerationsprozesses, der einen Ausheizschritt beinhaltet, regeneriert werden kann.
Ionenstrahlvorrichtung mit einer Gasfeldionenquelle mit einem Emitter, der Ionen emittiert, und mit einer Extraktionselektrode mit einer Öffnung an einer Stelle, die von der Spitze des Emitters entfernt ist; einem ionenoptischen System, das die von der Gasfeldionenquelle emittierten Ionen beschleunigt, um eine Probe mit den beschleunigten Ionen zu bestrahlen; einem Sekundärteilchendetektor, der die von der Probe bei der Bestrahlung mit den Ionen emittierten Sekundärteilchen erfaßt; einem Bilderzeugungsabschnitt, der durch Verbinden des Signals vom Sekundärteilchendetektor mit der Position der auf die Probe eingestrahlten Ionen eine Sekundärteilchenabbildung erzeugt; und mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Sekundärteilchenabbildung, wobei die Ionenstrahlvorrichtung des weiteren umfaßt eine Emitterregenerationseinrichtung zum Regenerieren des Spitzenabschnitts des Emitters durch Ausführen eines Regenerationsprozesses mit einem Ausheizschritt, wenn die Struktur des Spitzenabschnitts des Emitters der Gasfeldionenquelle zerstört ist; und mit einer Steuerung, die das Verhältnis zwischen der Größe der kumulativen Änderung in der zwischen dem Emitter und der Extraktionselektrode angelegten Spannung und der Beschleunigungsspannung des ionenoptischen Systems mit einem vorgegebenen Bezugswert vergleicht, um festzustellen, ob die Achse des ionenoptischen Systems justiert werden muß.